(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でかつ原稿面の照明光量分布を中央部より周辺部を増加した原稿照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】  そのために、本発明では、主走査方向にアレイ状に配置された複数個の原稿照明光源から発光した光を集光する集光手段を設けた原稿照明装置であって、  前記集光手段は、原稿面と向かい合う面が結合されており、かつ、前記原稿照明光源と向かい合う面が凹凸形状であり、該凸部に該原稿照明光源の発光部が配置され、該凸部の側面が光反射面である構成とする。【選択図】  図１
2005234109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向にアレイ状に配置された複数個の原稿照明光源から発光した光を集光する集光手段を設けた画像読取装置に用いられる原稿照明装置であって、
前記集光手段は、原稿面と向かい合う面が結合されており、かつ、前記原稿照明光源と向かい合う面が凹凸形状であり、該凸部に該原稿照明光源の発光部が配置され、該凸部の側面が光反射面であることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項２】
前記原稿照明光源はＬＥＤ素子であるを特徴とする請求項１記載の原稿照明装置。
【請求項３】
前記原稿照明光源は主走査方向に対して中央から周辺に行くに従い間隔が狭くなっていること特徴とする請求項１又は２記載の原稿照明装置。
【請求項４】
前記集光手段は透明樹脂材料で作成されておりＬＥＤ素子が封入された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１〜３のいずれか一項記載の原稿照明装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の原稿照明装置と、結像レンズと、受光手段を有する画像読取装置。
【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８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８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８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）。
【０００９】
ただ、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採用されていない。
【００１０】
その原因としては、近年の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】
本出願人は、そのような高効率の照明系として以下の構成を提案している。
【００１２】
その構成を図３（Ａ）、（Ｂ）に示す、（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。
【００１３】
図３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４（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。
【００１４】
また、主走査方向に関しては図３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４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４の（Ｃ）に示す。
【００１５】
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。
【００１６】
上記のような照明系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５の（Ａ）のようになり、また主走査方向の光量分布は図５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。
【００１７】
また、上記の照明では説明するために、代表してＬＥＤおよび集光部材とも一個で示してあるが上記の照明系ユニット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原稿とすると短辺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４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。
【００１８】
上記のように照明系を構成することにより、ＬＥＤ光源を採用した照明系でＬＥＤから発光した光を効率よく原稿読取装置に適応したライン照明系とすることが可能になる。
【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】
【００１９】
しかしながら、前述のような従来例では照明系ユニットを主走査方向にアレイ状に並べて配置することで図６のような原稿面の主走査方向の画像有効領域でほぼフラットな照明光量分布が得られるが、更なる照明光量分布の向上として周辺光量を増加しようとすると以下のような問題があった。
【００２０】
まず照明光量分布の周辺光量の増加の必要性について述べる。原稿からの反射光束を例えば結像レンズによりＣＣＤ等の固体撮像素子に結像させその原稿の画像情報を読取る光学系においては、結像レンズのＣＯＳ４乗則によりＣＣＤ等の固体撮像素子上の光量は中央に対して周辺で低下してしまう。そのため主走査方向の画像有効領域でほぼフラットな原稿照明光量分布では結像レンズによる周辺光量低下のためＣＣＤ等の固体撮像素子の周辺部出力が低下してノイズの影響が大きくなる。そのためノイズによる影響で画像品質が劣化し特に端部付近の画像情報の品質低下が起こっていた。
【００２１】
また先の従来例では１：２のミラー走査光学系を有する画像読取装置について説明したが、例えば図９に示す一体型（フラットベッド型）の画像読取装置においては光源手段４１、４２から放射された光束で原稿５１の画像情報を照明し、該原稿５１からの反射光束を第１、第２、第３、第４反射ミラー５５、５６、５７、５８を介してキャリッジ６１内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ５９により１次元ＣＣＤ等の固体撮像素子面上に結像させている。そしてキャリッジ６１を副走査モーター（不図示）により図中に示す矢印Ｒ方向（副走査方向）に移動させることにより原稿５１の画像情報を読取っている。
【００２２】
上記のような一体型（フラットベッド型）の画像読取装置においてはその小型化のために結像レンズの高画角化が進行しており結像レンズによる周辺光量低下の影響が大きくなってきている。例えば、結像レンズの半画角が３０度の光学系においてはＣＯＳ４乗則によるＣＣＤ等固体撮像素子上の光量分布の最端部での低下は４４％となり問題が顕著になってきていた。
【００２３】
そのため、上記の結像レンズのＣＯＳ４乗則を補うなため主走査方向の原稿照明光量分布としては中央より周辺部の光量が高くなるような分布求められる。
【００２４】
そのためには前述のＬＥＤ光源を採用した照明系では、主走査方向の中央部よりも周辺部に照明系ユニットを多く配置して多くのＬＥＤで原稿を照射して周辺光量アップすることが考えられる。
【００２５】
しかしながら、前述のような従来例では照明系ユニットは図３のように構成されているため照明系ユニットの主走査方向の幅は出射側で幅広くなっているためこの幅による干渉により照明系ユニットを並べられるピッチが制限されてしまってこの幅より近接しては配置できなかった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明では、主走査方向にアレイ状に配置された複数個の原稿照明光源から発光した光を集光する集光手段を設けた画像読取装置に用いられる原稿照明装置であって、
前記集光手段は、原稿面と向かい合う面が結合されており、かつ、前記原稿照明光源と向かい合う面が凹凸形状であり、該凸部に該原稿照明光源の発光部が配置され、該凸部の側面が光反射面である構成とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上述べたように本発明を実施することにより、原稿照明光源を取り囲む照明系において原稿照明光源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でかつ原稿面の照明光量分布を中央部より周辺部を増加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】
【００２８】
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原稿照明装置の照明系を構成するにあたり、ＬＥＤのピッチの自由度を増すために集光部材の形状を主走査方向に変化させ照明光量分布の向上として周辺光量を増加したものである。
【実施例１】
【００２９】
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）は副走査方向に直交する方向からの照明系を示しており、上記の照明系の形状を別の角度から見た図を図２の（Ｂ）に示す。
【００３０】
同図において中央部の照明系ユニット５を代表例として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。
【００３１】
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等の受光手段として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平行方向（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）。
【００３２】
また図１（Ａ）に直交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）。
【００３３】
上記、実施例の中央部の照明系ユニット５は前述の図３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。
【００３４】
また、主走査方向に関しては図３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。
【００３５】
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。
【００３６】
本発明では、上記のような照明系ユニット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の画像有効領域を照明する原稿照明装置を構成するのにあたり、図１のように集光部材６は周辺部で出射側を結合するように構成し光源のＬＥＤ側は照明系ユニットそれぞれに対応した側面を設けてある。
【００３７】
このように構成することにより、照明系ユニットの主走査方向の幅が出射側で幅広くなっているための制限、つまりこの幅による干渉により照明系ユニットを並べられるピッチが制限されてしまってこの幅より近接しては配置できないことを解決できる。
【００３８】
そのため、主走査方向の周辺部の照明系ユニットのピッチを中央部より密に並べることが可能になり原稿面の照明光量分布を図２のように中央部から周辺部にいくに従い増加することが可能になる。それにより結像レンズのＣＯＳ４乗則を補うことができる。
【００３９】
図１のように照明系ユニットを周辺部で出射側を結合するように構成し光源のＬＥＤ側は照明系ユニットそれぞれに対応した側面を設けてある。このように構成することにより主走査方向の照明ユニットのピッチの自由度を持たせながらＬＥＤからの光を有効に利用することができる。
【００４０】
例えば、副走査に集光する反射面を持ち主走査方向に同じ形状で延長した集光部材にしておけばＬＥＤ自身の配置されるピッチは自由度を持つがそのような照明系では図７に示すようにＬＥＤ１から主走査方向Ｈに大きな角度αで発光した光は集光部材１３の出射面で全反射されてしまい有効に原稿照明光に利用することができない。例えば集光部材の屈折率ｎ＝１．５とすると角度αが４２度を超えると全反射してしまう。
【００４１】
本発明においてはＬＥＤ側では、集光部材はそれぞれのＬＥＤに対応した側面を持つように構成されているため上記のような主走査方向Ｈに大きな角度αで発光した光はその側面により反射させるため全反射しない構成になっている。
【００４２】
そのため、ＬＥＤからの光を有効に利用することができる。
【実施例２】
【００４３】
上記の実施例は集光部材６が主走査の周辺部において出射側を結合した形状の例を示している。
【００４４】
他の実施例として集光部材の出射側を中央部付近においても結合した形状として照明系を構成することが考えられる。そのように構成にすることによりＬＥＤの配置されるピッチを中央部付近でも密にすることができるので照明光量を主走査方向の全域に渡り増加することができる。
【００４５】
以上述べたように本発明を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でかつ原稿面の照明光量分布を中央部より周辺部を増加することが可能になる。
【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】本発明の実施例の原稿面光量分布
【図３】本発明の実施例の照明ユニットの要部概略図
【図４】照明系ユニットの照明光路図
【図５】照明系ユニットの原稿面照明分布
【図６】従来の原稿面照明分布
【図７】全反射の説明例
【図８】従来の画像読取装置の例
【図９】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  照明系ユニット
６  結合された集光部材
【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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