(57)【要約】【課題】青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがない照明光学系および画像読取装置を提供すること。【解決手段】画像読取装置の照明光学系は、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤチップから放出された光の配光特性を変換する配光変換光学系とからなり、配光変換光学系に青光のみを導くためのダイクロイックミラーが配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤチップから放出された光の配光特性を変換する配光変換光学系と、からなる照明光学系において、
前記配光変換光学系に青光のみを導くためのダイクロイックミラーが配置されたことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤチップから放出された光の配光特性を変換する配光変換光学系と、からなる照明光学系において、
前記配光変換光学系に青光のみを導くための第１のダイクロイックミラーと、前記前記配光変換光学系の後に、色合成するための第２のダイクロイックミラーが配置されたことを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
前記配光変換素子が光路を偏向するためのミラーとレンズ系で構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記レンズ系がビームエキスパンダであることを特徴とする請求項３記載の照明光学系。
【請求項５】
前記配光変換素子が少なくとも２つの放物面ミラーで構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の照明光学系。
【請求項６】
前記２つの放物面ミラーの焦点距離が異なり、かつ、両ミラーの焦点位置が共通となるように配置されたことを特徴とする請求項５記載の照明光学系。
【請求項７】
少なくとも前記青色ＬＥＤチップがアレイ状に配列されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
請求項７記載の照明光学系と、前記青色ＬＥＤチップからのアレイ光を導光させるための導光板と、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置。
【請求項９】
請求項７記載の照明光学系と、前記アレイ光を導光させるための複数のミラーと、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を側面から入射し、被照射部側に光を導くライトガイドと、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤを光源とする照明光学系において青と黄色の配光分布をそろえる光学系と、この光学系を用いたデジタル複写機やイメージスキャナに使用される原稿照明装置に関連する。また、白色ＬＥＤを用いる原稿照明装置やその原稿照明装置を備える画像読取装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
青色を発光するＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色の光を蛍光する蛍光体からなる白色ＬＥＤの開発が進んでおり、これまでのランプ光源に比べて小型、低消費電力、立ち上がり時間の短縮など様々な特徴を生かすアプリケーションが考えられる。その一例として、スキャナ用の光源にもこの白色ＬＥＤが利用される。
【０００３】
青色ＬＥＤチップから放出された光の一部は蛍光体で吸収され、残りの光は蛍光体を透過する。蛍光体では吸収された光によって、より長波長の光が蛍光される。透過される青光と黄色の蛍光とが合わさって白色の光が放出される。
【０００４】
このような白色ＬＥＤは、青ＬＥＤチップと黄色蛍光体のサイズおよび位置が異なるため、配光特性が両波長帯域で異なる。すなわち、白色ＬＥＤから放出される光の角度によって発光スペクトルが異なることになる。
【０００５】
ＬＥＤ光源を用いたスキャナ用照明光学系では、これまでにいくつかの方式が提案されている。
（１）ＬＥＤアレイと導光板もしくはミラーを用いたタイプ
（２）ライトガイド（ライトパイプと呼ばれることもある）の側面から高輝度ＬＥＤ光を入射させるタイプ
などが挙げられる。上記、白色ＬＥＤをこれらの照明光学系の光源に用いると以下の問題が発生する。
【０００６】
まず、方式（１）ではＬＥＤアレイ光でも周辺部分では隣接ＬＥＤ光の重なりが少なくなり、スペクトルが異なる。
【０００７】
方式（２）で光源からの光を効率良く被照射部（原稿面）に導くために反射や屈折を利用したライトガイドを利用する場合、ＬＥＤの放射角度によってスペクトルが異なるために被照射部の位置によって色度が異なる。
【０００８】
特許文献１では配光分布変換回折光学部材を用いて上記課題の解決を図ろうとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の関連技術では、次の２点の問題があり配光分布をそろえにくい。
【００１０】
一つ目は、ＬＥＤチップの発光部が有限の大きさをもつため、回折格子の同じ位置に異なる入射角の光が入るため、全ての青色光を所定の方向に回折させることができない。
二つ目は、波長依存性の回折格子を用いる必要があるが、黄色の波長帯域が非常にブロードであるため、全ての黄色のスペクトルに対して回折効率を０にすることができずに光利用効率を犠牲にする。
【００１１】
本発明は上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、その目的は、青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがない照明光学系および画像読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤと、青色ＬＥＤチップから放出された光の配光特性を変換する配光変換光学系と、からなる照明光学系において、配光変換光学系に青光のみを導くためのダイクロイックミラーが配置されたことを特徴とする照明光学系である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体からなる白色ＬＥＤと、青色ＬＥＤチップから放出された光の配光特性を変換する配光変換光学系と、からなる照明光学系において、配光変換光学系に青光のみを導くための第１のダイクロイックミラーと、配光変換光学系の後に、色合成するための第２のダイクロイックミラーが配置されたことを特徴とする照明光学系である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の照明光学系において、配光変換素子が光路を偏向するためのミラーとレンズ系で構成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の照明光学系において、レンズ系がビームエキスパンダであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２記載の照明光学系において、配光変換素子が少なくとも２つの放物面ミラーで構成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の照明光学系において、２つの放物面ミラーの焦点距離が異なり、かつ、両ミラーの焦点位置が共通となるように配置されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系において、少なくとも青色ＬＥＤチップがアレイ状に配列されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の照明光学系と、青色ＬＥＤチップからのアレイ光を導光させるための導光板と、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置である。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項７記載の照明光学系と、アレイ光を導光させるための複数のミラーと、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置である。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の照明光学系と、照明光学系からの照明光を側面から入射し、被照射部側に光を導くライトガイドと、読み取りレンズと、ラインセンサで構成されることを特徴とする画像読取装置である。
【発明の効果】
【００２２】
青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがない照明光学系および画像読取装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態を説明するための図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態を説明するための図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態で全反射プリズムを用いたときの図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態を説明するための図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の第一の実施の形態について以下に説明する。
【００２５】
図１は第一の実施の形態を説明するための図である。
ＬＥＤ光源１１は青色の発光スペクトルを有するＬＥＤチップ１２ａと黄色の蛍光体１２ｂとからなる。
ＬＥＤチップ１２ａから放射された光は、その一部が黄色蛍光体１２ｂで吸収され、黄色のスペクトルの光を蛍光する。コリメートレンズ１３は、ＬＥＤ光は半球状に広がる配光特性をもつが、コリメートレンズ１３の次に配置されるダイクロイックミラー１４ａへの入射角をある程度そろえるために使用する。ダイクロイックミラー１４ａは青色を反射し、黄色を透過させる特性を有する。
【００２６】
ダイクロイックミラー１４ａで色分離された青色光はミラー１５ａ、レンズ系１６ａ，１６ｂ、ミラー１５ｂを経て二つ目のダイクロイックミラー１４ｂで黄色の光と色合成される。
レンズ系１６ａ，１６ｂはビームエキスパンダの役割をもつ。
ミラー１５ａ、レンズ系１６ａ，１６ｂ、ミラー１５ｂによる青色光の配光特性変換光学系はこの順番が異なっていてもよい。すなわち、レンズ系１６ａ，１６ｂの後にミラーを配置しても何ら光学性能を損なうことはない。
【００２７】
黄色の蛍光体を用いた白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤチップに比べて黄色蛍光体が大きなサイズであり、発光位置も異なる。このため配光特性が異なるが、本実施の形態の構成によって青のみの配光を変換することができ、かつ、誘電体多層膜などによるダイクロイックミラーを用いるため効率よく色分離と色合成ができる。
【００２８】
なお、図１では青色光、黄色光ともにコリメートレンズで平行光束となっているが、実際には、光源サイズの大きい黄色の光はコリメートしきれない。このため、色合成後の両スペクトルの配光特性は必ずしもまったく同じにはならないが、レンズ系１６ａ，１６ｂの調整によって、たとえば青光を発散気味にして色合成することで配光特性を厳密に合わせ込むことであってもよい。
【００２９】
本発明の第二の実施の形態について以下に説明する。
【００３０】
図２は第二の実施の形態を説明するための図である。
本実施の形態は、第一の実施の形態の配光特性変換素子（ミラー＋レンズ系）を２つのミラーに置き換えた変形例である。
【００３１】
ミラー２１、２２はどちらも放物面ミラーである。ただし、ミラーの焦点距離が異なる。
【００３２】
図２の例では、ミラー２１の焦点距離は５ｍｍであり、したがって、青光の主光線と焦点までの距離Ｌは２．５ｍｍに相当する。ミラー２２の焦点距離は６ｍｍとしており、これらのミラーの焦点位置が一致するように配置されているため、二つのミラーで反射されたビームは入射光と出射光のビーム径は６／５＝１．２程度大きくなっている。
第一の実施の形態と同様に、青色光のみを分離して配光特性を変換し、その後、色合成することによって黄色と青色の配光特性をそろえることができる。また、配光特性変換素子がミラーのみで構成されるため、色収差が発生しないことと、光学部品点数が少ないため、高効率な光学系を構築することができる。
【００３３】
本発明の第三の実施の形態について以下に説明する。
【００３４】
図３は第三の実施の形態を説明するための図である。
本実施の形態は上述の実施の形態と異なり、ダイクロイックミラーが１枚（１４ａのみ）で構成される。このため、ミラー３１ａ，３１ｂを追加している。
なお、ミラー３１ａ，３１ｂは図４に示すように全反射プリズムを用いてもよい。
【００３５】
本発明の第四の実施の形態について以下に説明する。
【００３６】
図５は第四の実施の形態を説明するための図である。
第一の実施の形態から第三の実施の形態までに記載の照明光学系１０がアレイ状に配置され、白色ＬＥＤアレイ光を導光する導光板によってコンタクトガラス５２上の原稿面をライン照明する照明系と、読み取りレンズ５３と、ＣＣＤラインセンサ５４からなる画像読取装置である。
図５（ａ）は主走査方向を図示し、図５（ｂ）は副走査方向（原稿送り方向）を図示している。Ｍはミラーを表す。
【００３７】
従来の白色ＬＥＤでは配光特性が青と黄色で異なるため、ＬＥＤアレイ光源を用いた照明光学系ではＬＥＤアレイ光の周辺部で色度が変わっていた。本実施の形態の構成では青色、黄色の配光特性を合すことができるためＬＥＤ周辺光も色度が変わることがない。
【００３８】
なお、照明光学系１０において、アレイではなく長尺の光学素子でも良いものは、ダイクロイックミラー１４ａ，１４ｂ、ミラー１５ａ，１５ｂ、レンズ系である。また、本実施の形態で原稿を読み取る光学系は、ミラーとレンズとＣＣＤラインセンサであったが、セルフォックレンズアレイとＣＣＤラインセンサに置き換えても本実施の形態の効果を損なうことはない。
本実施の形態では、導光板を用いたものであったが、複数のミラーを組み合わせた照明方式でも良く、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
本発明の第五の実施の形態について以下に説明する。
【００４０】
図６は第五の実施の形態を説明するための図である。
高輝度タイプの白色ＬＥＤとライトガイドを用いた照明方式である。図６（ａ）は主走査方向を表し、図６（ｂ）は副走査方向を表す。ライトガイドは側面から入射した白色光を原稿面側に折り返す働きを有する。
図６（ａ）に示すように、白色ＬＥＤからの放射角とその光線が原稿面のどの位置に到達するかは相関がある。したがって、従来の青光ＬＥＤチップと黄色蛍光体による白色ＬＥＤのままでは主走査位置によって色度が変化してしまう。本実施の形態の照明系を採用することによって色ずれの問題が解決される。
【００４１】
なお、本実施の形態も第四の実施の形態と同様に、読み取りレンズとミラーをセルフォックレンズアレイに置き換えても本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
以下、各請求項ごとの効果を述べる。
請求項２については、色分離、色合成を確実に行うことができ、光利用効率を犠牲にしない。
【００４３】
請求項３，４については、青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがなく、色分離、色合成を確実に行うことができ光利用効率を犠牲にしない。
【００４４】
請求項５，６については、部品点数を減らすことができ光利用効率を高め、かつ、ミラーを用いたことで色収差を発生させない。
【００４５】
請求項７，８，９については、青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがなく、色分離、色合成を確実に行うことができ光利用効率を犠牲にしないライン照明ができる。
【００４６】
請求項１０については、青と黄色の配光特性を一致させることでき、照明位置によって色味が変わることがなく、色分離、色合成を確実に行うことができ光利用効率を犠牲にしない高品位な画像読取装置を提供できる。
【００４７】
なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１１    白色LED
１２ａ    青LEDチップ
１２ｂ    黄色蛍光体
１３    レンズ
１４    イクロイックミラー
１５    被照射部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２００６−２３５６１９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010192220.tif 000007
【図６】
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