(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ光源を取り囲む照明系においてＬＥＤから発光した光を効率よく原稿読取装置に適応させるライン照明系を提供することを目的とする。【解決手段】  そこで、本発明では、該ＬＥＤ素子に近接して配置される電極と該ＬＥＤ素子自身が並んだ方向に直交する方向を画像読取装置の副走査方向として設定する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像読取装置の原稿照明光源としてＬＥＤ素子を用いそのＬＥＤ素子を取り囲み発光した光を集光する手段を設けた照明手段であって、
該ＬＥＤ素子に近接して配置される電極と該ＬＥＤ素子自身が並んだ方向に直交する方向を画像読取装置の副走査方向として設定したことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子を取り囲む集光手段として反射面を用いその副走査方向の反射面形状を放物面の２次曲面としたことを特徴とする請求項１記載の原稿照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子および前記ＬＥＤ素子から発光した光を集光する手段を原稿読取装置の主走査方向に複数個並べたことを特徴とする請求項１記載の原稿照明装置。
【請求項４】
画像読取装置の原稿照明光源としてＬＥＤ素子が封入されたパッケージとそのパッケージを取り囲み発光した光を集光する手段を組み合わせた照明手段において前記パッケージの短手方向を副走査方向とし長手方向を主走査方向として配置したことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤ素子が封入されたパッケージを取り囲む集光手段として反射面を用いその副走査方向の反射面形状を放物面の２次曲面としたことを特徴とする請求項４記載の原稿照明装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ素子が封入されたパッケージとそのＬＥＤ等の発光素子が封入されたパッケージを取り囲む集光手段を原稿読取装置の主走査方向に複数個並べたことを特徴とする請求項４記載の原稿照明装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤ素子が封入されたパッケージはエポキシ樹脂で作成された直方体形状となることを特徴とする請求項４〜６いずれか一項記載の原稿照明装置。
【請求項８】
前記集光手段はアクリル等の樹脂材料で作成されておりパッケージと紫外線硬化接着剤で結合されていることを特徴とする請求項４〜７いずれか一項記載の原稿照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像読取装置の照明系の原稿照明光源としてＬＥＤ等の発光素子を用いた原稿照明装置に関するものである。
【０００２】
更に述べれば、ＬＥＤ等の発光素子から放射された発散光を集光部材により効率よく原稿面に集光し、デジタル複写機やイメージリーダー等の機器に好適な原稿照明装置に構成に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
図１０はデジタル複写機やイメージリーダー等の機器に適用した従来例の原稿照明装置及び画像読取装置の要部概略図である。
【０００４】
同図において原稿台ガラス７２上に載置された原稿７１はキセノンランプ等の棒状光源である光源手段７３からの直接照明光と対向する位置にある反射部材７４を介した間接照明光により両側から照明される。そして照明された原稿７１の画像情報に基づく反射光（反射光束）はスリット７５で規制されて走査用の第１ミラー７６、第２ミラー７７、第３ミラー７８を介して、結像レンズ７９によりライン状のＣＣＤ等の固体撮像素子８０面上に結像され、原稿７１の濃淡に応じて電気信号に変換され、主走査方向（図１０において紙面に対して垂直方向）の１ライン分の画像情報が読取られる。
【０００５】
また副走査方向（図１０において矢印Ａ方向）の画像読取りは原稿７１に対して光源手段７３、反射部材７４、スリット７５、そして第１ミラー７６とから成る第１のミラー台８１を副走査方向に移動させ、更に第２ミラー７７と第３ミラー７８とから成る第２のミラー台８２を該第１ミラー台８１の半分の速度で同方向に移動させることにより、原稿７１から固体撮像素子８０までの光路長を一定に保ちつつ走査することで原稿７１の画像情報が読取られる。
【０００６】
また、前述の従来例は、キセノンランプ等の棒状光源である光源手段７３からの直接照明光と対向する位置にある反射部材７４を介した間接照明光により両側から原稿を照明する例だが、対向する位置にも光源手段を設け反射部材を設けずに両側の光源手段から直接に原稿を照明する原稿照明装置もあった。
【０００７】
上記のような光源手段としては、消費電力が低く、また発熱量が少ないことから蛍光灯やキセノンランプ等の蛍光管（ランプ）が多く用いられてきている。
【０００８】
また、上記の光源手段として最近は、ＬＥＤ等の発光素子の発光光量が増加してきている背景もあり、更なる消費電力の低下や発熱量を少なくするため、ＬＥＤ等の発光素子（以下ＬＥＤで代表して記述）を原稿照明光源として採用する画像読取装置も出てきている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−１９０９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、現状においてはＬＥＤを原稿照明光源として採用しているのはイメージリーダーの中でも低速の画像読取装置が主体であり、デジタル複写機等の比較的高速なＡ４原稿を２０〜５０枚／分、読取るような画像読取装置にまでは適応させていない。
【００１０】
その原因としては、ＬＥＤの発光光量は増加してきているが、デジタル複写機等の比較的高速な画像読取装置の原稿照明装置の光源として採用するにはまだ発光光量が少ないことがある。そのため更なるＬＥＤ自身の発光光量の増加が望まれるが、一方ではＬＥＤから放射された発散光を集光手段を用いて、より効率良く原稿面に集光しその光の利用効率を上げて原稿照明光量を増加することも必要になる。
【００１１】
そのためＬＥＤから発光する光を集光する光学系がいろいろと考えられてきた。例えば、ＬＥＤの前にレンズを置き集光する系やＬＥＤを反射面を組み合わせて照明効率を上げる照明系が考えられてきた。しかしながら、従来ではＬＥＤは点光源（微小光源）のように扱われていたため後述するようにＬＥＤの両脇に配置される電極の影響などに関する考慮や設計思想が欠けていた。
【００１２】
また、ＬＥＤを製造するメーカーでは限られた種類のパッケージを用意しているだけで、画像読取装置を開発、製造する側のメーカーの方でその限られたＬＥＤが封入されたパッケージから画像読取装置に利用するのに好適な物を選択し、そのパッケージに集光部材（照明系）を組み合わせることが考えられている。そして、前述のように画像読取装置はライン状のＣＣＤ等の固体撮像素子で原稿の画像情報を読取るために、照明光としてもＬＥＤからの発散光を副走査方向に集光しながら主走査方向に幅を広げたライン状の照明系の照明効率が良いことになる。そのためＬＥＤが封入されたパッケージに集光部材（照明系）を組み合わせてモジュール化してゆく時、ライン状の照明光とすることが望まれる。しかしながら、ＬＥＤが封入されたパッケージと集光部材を組み合わせることに関しても考慮や設計思想が欠けていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、ＬＥＤが封入されたパッケージに集光部材を組み合わせてモジュール化して原稿照明装置の照明系を構成するにあたり、ＬＥＤが封入されたパッケージと集光部材を効率よく構成しＬＥＤからの発散光をライン照明系にするための配置を明確にする。
【００１４】
本発明ではＬＥＤ光源を取り囲む照明系の副走査の反射面形状を例えば、放物（楕円、双曲）面の２次曲面のように反射面を利用して原稿面を照明する系においてＬＥＤが封入されたパッケージの短辺（短手）方向を前記副走査に配置し長辺（長手）方向を主走査方向に配置することによりＬＥＤから発光した光を効率よく原稿読取装置に適応させるライン照明系とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように本発明の実施することにより、ＬＥＤ光源を取り囲む照明系においてＬＥＤから発光した光を効率よく原稿読取装置に適応させるライン照明系とすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例の画像読取装置における原稿照明装置の要部概略図であり（Ａ）は副走査方向の断面図であり（Ｂ）はそれに直交した方向から見た図である。
【００１７】
同図において１はＬＥＤであり、２は前記ＬＥＤが封入されたパッケージであり、３は前記ＬＥＤが封入されたパッケージに結合させた集光部材であり例えばアクリル等の透明の樹脂材料によって出来ている。そして、前記ＬＥＤが封入されたパッケージ２と集光部材３は例えば紫外線硬化接着剤により結合されている。
【００１８】
また、４は原稿を載置させる原稿台ガラスである。その原稿台ガラス４面上に載置された原稿を集光部材３を介したＬＥＤ１から発光した光で照明し、その画像情報に基づく反射光（反射光束）はスリットで規制されて走査用の第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーを介して、結像レンズによりライン状のＣＣＤ等の固体撮像素子面上に結像され、原稿の濃淡に応じて電気信号に変換され、図１（Ａ）において紙面に対して垂直方向（主走査方向）の１ライン分の画像情報が読取られる（不図示）。
【００１９】
また図１（Ａ）における矢印Ｆ方向の副走査方向の画像読取りは原稿に対して前記照明系１、２、３およびスリット、そして第１ミラーとから成る第１のミラー台を副走査方向に移動させ、更に第２ミラーと第３ミラーとから成る第２のミラー台を該第１ミラー台の半分の速度で同方向に移動させることにより、原稿から固体撮像素子までの光路長を一定に保ちつつ走査することで原稿の画像情報が読取られる（不図示）。
【００２０】
上記、実施例では図１の（Ａ）のように集光部材３の側面３ａを放物面としＬＥＤからの発散光を全反射により副走査方向について照明系の光軸Ｌに平行光化しその平行光化された光を集光部材３の出射面３ｂで屈折させることにより原稿面上に集光している。図２（Ａ）にその光線を図示している。このようにすることにより、ＬＥＤからの発散光を効率よく原稿面上に集光でき原稿を明るく照明できる。また、前記の集光については、図２（Ａ）に示すように副走査方向のＣＣＤによる読取位置、言い換えれば画像読取系（結像系）の光軸Ｍの回りに副走査方向に数ｍｍの幅を持って集光している。
【００２１】
上記の理由を以下に述べる。
【００２２】
原稿面上のＣＣＤ読取ラインはミラーやレンズ等の光学調整時によるズレや原稿の先端から後端に走査する際に生じるズレのため基準の副走査位置、通常は前記のスリット中心に対して通常０．２〜１．０ｍｍ程度副走査方向に移動する可能性がある。そのために、そのようなズレが発生した時でも照明光量が変化しなくするため副走査方向に数ｍｍの幅を持った広めの照明光量分布が必要になる。
【００２３】
また、主走査方向に関しては図１の（Ｂ）のように構成されており、放物面反射面３ａおよび出射面３ｂは主走査方向に同一形状で延びているが、主走査方向の端部側面３ｃは主走査方向に傾けて形成させている。この端部側面３ｃの役割は図２の（Ｂ）に示すようにＬＥＤから発光した主走査方向に大きな角度で広がる光束をＮ軸の方向（中央方向）に戻すようになっている。そのことを解かり易くするため別の角度から見た図を図２の（Ｃ）に示す。
【００２４】
このように構成にすることにより側面３ｃで反射された光が中央部分に戻るため照明光量が増加する。また、主走査方向に大きな角度で広がって出射面３ｂで全反射されて集光部材３から外に出射できず原稿を照明できない光を防止することもできる。
【００２５】
上記のような本発明の実施例での原稿載置面の光量分布は、例えば副走査方向の光量分布は図３の（Ａ）のようになり、また主走査方向の光量分布は図３の（Ｂ）のような光量分布になる。前記２つの光量分布データの縦軸は、シミュレーションにおけるある値を１としているので相対光量を示している。このように一個のＬＥＤから副走査方向に数ｍｍの幅を持ち主走査方向に３０ｍｍ程度の幅を持った画像読取装置の原稿照明系に適したライン照明系を実現することができる。
【００２６】
また、上記の実施例では説明するために、代表して照明系の構成を一個で示してあるが上記の照明系を主走査方向に多数個アレイ状に並べることにより画像読取装置に合わせた照明系としての主走査方向の幅、例えばＡ３原稿とすると２９７ｍｍ＋αの幅を照明する原稿照明装置とすることができる。また、図２の（Ａ）の光軸Ｍに対向した位置にも上記の照明系を設け両側から照明して照明光量を増加することも考えられる。
【００２７】
ここでＬＥＤが封入されたパッケージ２は、例えば図４のような構成になっていて直方体状の形状をしている。また、パッケージ２の外には外部からの電力の供給のためのリード線等の電気配線部があるがここでは省略している。
【００２８】
上記のようにパッケージ２の形状が直方体状の形状をしているのは、図５に示すようにＬＥＤ１自体は台座に配置され小さな素子のようになっていてもＬＥＤ１に電力を供給するため左右に電極６があり、そこからボンディングワイヤー５が配置されているため、電極６が配置された方向に長く（長手）、それに直交する方向に短い（短手）パッケージ形状となる。また、上記のようなパッケージの材料としてはエポキシ樹脂が通常使用されることが多い。
【００２９】
ちなみにＬＥＤが封入されたパッケージとして円筒状のものもあるが前記のように電極を配置されることは変わらないので電極が配置された長手方向を十分に取り囲む直径になっており全体としては空間に余裕を持った大きなパッケージ形状になっている。
【００３０】
図６に示すように上記のような直方体状の形状をしているＬＥＤが封入されたパッケージ２に集光部材３を組み合わせるのにあたり、図１の実施例では上記パッケージ２の短手を副走査方向に配置し長手を主走査方向に配置する。このように配置することによりＬＥＤから発光した光の効率を上げることが可能になる。
【００３１】
上記のような配置に置くことのが、何故ＬＥＤからの光の有効利用に必要かということを以下に述べる。
【００３２】
理由としては集光部材を効率よく使用し原稿照明光量を増加するためには、ＬＥＤが配置させた反射面の焦点に当たる位置の幅を狭くした方が光がより有効に利用できるためである。
【００３３】
そのことを図７、図８の例によって説明する。
【００３４】
図７は本発明のようにＬＥＤが封入されたパッケージ１２を短手を副走査方向に配置し長手を主走査方向に配置した照明系の例であり、図８は同じパッケージ１２を長手を副走査方向に配置し短手を主走査方向に配置した照明系の例である。
【００３５】
この二つの例において図４のパッケージの形状をＸ＝３．５ｍｍ、Ｙ＝３．０ｍｍ、Ｚ＝２．０ｍｍとしている。
【００３６】
前記のようにここではパッケージの短手はＺ＝２．０ｍｍとなり長手はＸ＝３．５ｍｍとなる。それに合わせて放物面の焦点の位置での副走査方向の幅を図７の照明系では２．０ｍｍとし図８の照明系では３．５ｍｍとしている。
【００３７】
ここで副走査方向の幅と言っているのは照明系の光軸に直交する方向での幅のことである。
【００３８】
また、上記のようにパッケージの幅と放物面の焦点の位置での副走査方向の幅を同じにしているのは、ＬＥＤから上方に発光した光をすべて有効に使用するためであり集光部材１３および１５の結合部から光が逃げないようにするためである。
【００３９】
また、それぞれの出射面の形状は円状であり曲率半径ＲはＲ＝７ｍｍと同じとして例は作成してあり、集光部材１３および１５光軸方向の高さ（長さ）も同じようになっている。ここで図７、図８のそれぞれの例を比較して見ると分かるように図７の照明系に比較して図８の照明系の方がＬＥＤからの光の集光具合が低下していることがわかる。
【００４０】
その理由は二つある。まず、一つは焦点位置での光軸に直交した幅により放物面の形状が決まるが焦点位置で幅が広くなると図７と図８を比較して見ても分かるように放物面の出口（出射面側）も拡がった形状になる。そのためＬＥＤから発光した光の内で放物面で反射される方向に行く光の割合（角度）が低下するためである。その低下する割合を図７、図８のような照明系についてグラフ化すると図９の実線のようになる。ここでは放物面の焦点の位置での副走査方向の幅を２．０ｍｍとした時に放物面で反射される光を１と比較したグラフデータにしている。また、上記のグラフはＬＥＤを点光源として完全拡散のように発光するとしている。
【００４１】
また、もう一つの理由はＬＥＤから発光した光が放物反射面で照明系の光軸Ｌに平行光化しその平行光化させた光を集光部材１３および１５の出射面で屈折させることにより原稿面上に集光しているが放物面が拡がった形状になると出射面が端部に行くに従い光軸との角度が垂直から段々平行になるため全反射が起こり集光部材から光が出て行けなくなるためである。その様子は図８の１６の部分に現れている。その全反射による照明光量低下も考慮した照明光量の割合は図９の点線のグラフになる。
【００４２】
以上、上記の例で述べたように放物面を利用することによりＬＥＤからの光を原稿面に集光する場合、放物面の焦点位置にＬＥＤを配置することになるが、その焦点位置での副走査方向の幅が小さい方がＬＥＤからの発散光を効率よく利用できるのが分かる。言い換えればＬＥＤが点光源のように微小な光源なら非常に効率よく発光した光を原稿照明光として利用できる。しかしながらＬＥＤ自身でも大きさを持ち、更に電極まで含んだパッケージを考えるとパッケージを小型化していっても前述の例のように短手および長手を持ったパッケージになりその大きさも短手２ｍｍ、長手３．５ｍｍ程度になってしまう。
【００４３】
そのため以上説明したように、パッケージと集光部材を組み合わせる時には本発明のようにパッケージの短手方向を副走査方向にすることが、照明効率を向上する上で非常に重要になる。
【００４４】
また、前述の実施例は反射面が放物面として説明を行ったが反射面が楕円面のような他の二次曲面や集光面についてもパッケージの短手方向を副走査方向にすることが、照明効率を向上することになる。
【００４５】
（実施例２）
前記実施例は、パッケージと集光部材を組み合わせる照明系について述べたが、前述の説明のように本発明の内容は、ＬＥＤに直接に集光作用を持つ照明系を設ける場合についても適応できる。原稿を照明するのに用いるＬＥＤ系の短手方向つまり電極が配置された方向と直交した方向を副走査方向として照明系を構成したほうがＬＥＤからの発散光をより有効に原稿照明光として使用できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例の要部概略図
【図２】本発明の実施例の照明光路図
【図３】本発明の実施例での原稿面照明分布
【図４】ＬＥＤパッケージの例
【図５】ＬＥＤパッケージ中の例
【図６】ＬＥＤパッケージと集光部材の例
【図７】本発明の説明例
【図８】本発明の説明例
【図９】本発明の説明例のグラフ
【図１０】従来の画像読取装置の例
【符号の説明】
【００４７】
１  ＬＥＤ
２  ＬＥＤが封入されたパッケージ
３  集光部材
４  原稿ガラス
５  ボンディングワイヤー
６  電極
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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