(57)【要約】【課題】  発光ダイオードのような発光体からの光を効率よく導き、照明対象を照明することができる光照射ユニット、画像読取機構、画像読取装置及び画像形成装置を提供すること。【解決手段】  発光面を備える発光ダイオードアレイ１１０と、受光面１２１より入射した光を射出面１２２から射出する導光体１２０とを備え、発光ダイオードアレイ１１０からの光を導光体１２０の受光面１２１から入射し、射出面１２２から射出する光照明ユニット１００において、前記発光体と前記導光体の受光面との間に微少な空気層ｄを設けるとともに、前記導光体１２０の空気に対する屈折率を√２以上とした。【選択図】  図３
2007005860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を備える発光体と、一端面である受光面より入射した光を他端面である射出面から射出する導光体とを備え、発光体からの光を導光体の受光面から入射し、射出面から射出する光照明ユニットにおいて、
前記発光体と前記導光体の受光面との間に微少な空気層を設けるとともに、前記導光体の空気に対する屈折率を√２以上としたことを特徴とする光照射ユニット。
【請求項２】
前記空気層は光源の発光面と導光部材の入射面とを所定の放射角度以上の光が導光部材の受光面に入射しない条件を満たす寸法、及び離間を備えることを特徴とする請求項１の光照射ユニット。
【請求項３】
導光部材の受光面が光源の発光面と同じ、もしくは、それより大きい形状として形成されていることを特徴とする請求項１または２の光照射ユニット。
【請求項４】
光源として指向性を備えたものを用いることを特徴とした請求項１ないし３のいずれかの光照射ユニット。
【請求項５】
前記空気層の近傍に延在する反射部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの光照射ユニット。
【請求項６】
反射部材を導光部材に取り付けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの光照射ユニット。
【請求項７】
光源と導光部材を保持もしくは固定する部品に反射面をなす材質を使用することを特徴とする請求項５の光照射ユニット。
【請求項８】
光源と導光部材を保持もしくは固定するための部品のうち、光源と導光部材の間の部分を反射面としたことを特徴とする請求項５の光照射ユニット。
【請求項９】
導光板に対して、任意の角度を設けて取り付ける反射部材を備えたことを特徴とする請求項５ないし８のいずれかの光照射ユニット。
【請求項１０】
前記反射部材は、導光板からの射出光を反射し被照明部材に照射することを特徴とする請求項９の光照射ユニット。
【請求項１１】
発光体は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの光照射ユニット。
【請求項１２】
発光体は、発光ダイオードアレイであることを特徴とする請求項１１の光照射ユニット。
【請求項１３】
導光体は、発光ダイオードアレイの発光ダイオード発光面の延設方向に延設された受光面を備えることを特徴とする請求項１１の光照射ユニット。
【請求項１４】
導光体は、所定幅寸法の射出面を備え、幅方向に連続した光を射出することを特徴とする請求項１３または１４の光照射ユニット。
【請求項１５】
原稿面に光を照射し、原稿からの反射光を光変換素子で電気信号に変換することで原稿の画像情報を読み取る照明機構において、請求項１ないし１４のいずれかの光照射ユニットを備えたことを特徴とする照明機構。
【請求項１６】
請求項１５の照明機構を搭載したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１７】
請求項１６の画像読取装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光照射ユニット、照明機構、画像読取装置及び画像形成装置に係り、特に発光面を備えた発光体の光を導光体の端面より入射し、反対面より射出するタイプの光照射ユニット、画像読取機構、画像読取装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原稿に光を照射し、原稿の反射光をＣＣＤ、ＣＭＯＳ等で構成される光変換素子により読み取る画像読取装置３００は、図１５及び図１６に示すように、光源として円筒形状のキセノンランプ３０１を備えて構成しており、キセノンランプ３０１の照射光をコンタクトガラス３０２上の原稿Ｄに照射して原稿Ｄの反射光をレンズ３０９を介して光変換素子３０３に導き、この光変換素子３０３で電気信号に変換するようにしている。このような画像読取装置３００は、前記原稿Ｄからの反射光を偏向する第１ミラー３０４を含む第１キャリッジ３０５、第１ミラー３０４からの光をさらに偏向する第２ミラー３０６、第３ミラー３０７を含む第２キャリッジ３０８を備え、前記第１キャリッジ３０５及び第２キャリッジ３０６は移動し、原稿Ｄをスキャンする。本例では、第１キャリッジ３０５には、図１６に示すように、キセノンランプ３０１からの光を反射して照度分布を適正化する反射板３１０を備えるものとしている
【０００３】
このような画像読取装置３００において、原稿面の照度は、主走査方向では、図３（Ａ）に示すように照度ムラが起こらないようにリップルのない照度分布が要求される。また、副走査方向では、図３（Ｂ）に示すように、フレア対策として読取範囲以外の照度が小さい照度分布が要求される。
【０００４】
また、このような画像読取装置にあっては、光源の立ち上がりのスピード、省エネルギー化、長寿命化の要望があり、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用することが検討されている。しかし、点光源とみなせるほど小さい発光面を備える発光ダイオードだけで照明系を構成すると、光量が低下するほか主走査方向に均一な照度分布形状が得られないこととなるため、発光ダイオードからの光を導く導光部材を採用する必要がある。
【０００５】
すなわち、画像形成装置として、モノクロ、フルカラー、ＭＦＰ等のデジタル複写機、汎用スキャナー等の高画質を要求している読取装置、アナログ複写機においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点光源と導光部材の最適化を計り光を効率よく集め、且つ、均一な照度分布を得る必要がある。
【０００６】
このような要望に対して、以下のような技術が提案されている。特許文献１には、柱状の透光性部材であり、端面を光入射面とし、側面の少なくとも一部を光射出面とする導光体において、該光入射面から入射する光束を制限する絞りを設けたものが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、画像面を照明して、その画像面からの光に基づいて読み取った画像情報を、電気信号に変換する画像読取り装置において、光源の光を画像面に照明する手段と、画像面に照射する光量の分布を設定することを可能とする手段と、光源からの光束の進行方向を変換し、画像面を通過した光束を特定の方向へ収束させる機能を持った手段を具備するものが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、ラインセンサの長手方向である第１の読取方向に沿って原稿をライン状に照射するための細長い形状の読取装置用導光体であって、前記第１の読取方向に対応した前記導光体の長手方向の端面に所定の光源が配置され、該光源からの光を前記第１の読取方向に沿って前記導光体内部を導光して前記原稿を前記ラインセンサの前記第１の読取方向にライン状に照射するための光射出面と、前記光源からの光を前記第１の読取方向に沿って拡散及び／又は反射するために前記第１の読取方向に沿って前記導光体のほぼ全長にわたって設けられた反射部とを有し、少なくとも前記光源に比較的近い一部の前記反射部において、前記光源側から見た場合に該反射部の幅の中心を通る法線が前記反射部を含む辺の中心からずれるように前記反射部を配置すると共に、前記反射部を有する面に対して傾斜した傾斜面を設けたものが記載されている。
【０００９】
特許文献４には、画像原稿を照明する光源と、画像原稿上で反射、散乱された光を結像レンズで光センサに導く光学系より構成されるイメージセンサであって、画像原稿との間にコンタクトガラスを有する光学系において、単色の光源を用い、且つ、照明光源の直下に回折格子を配置することで照明光をして回折格子の透過光と回折光の二つに分け、一方の光がよりコンタクトガラスに沿った光路を伝達され、ミラーにて反射されて片側から画像原稿を照射し、もう一方の光はもう片側から照射されるものが記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−４８６１６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０９０８４号公報
【特許文献３】特許第０３３９２１１７号公報
【特許文献４】実開平０５−０４６１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、発光ダイオードを照明に用いた画像形成装置において、導光部材（導光板）で効率よく、且つ、上記の要求を満たす照度分布を得るように光を導くには、導光部材の構造や配置に工夫をこらし、所望の照明特性を得ることが望まれている。
【００１２】
そこで本発明は、発光ダイオードのような発光体からの光を効率よく導き、照明対象を照明することができる光照射ユニット、画像読取機構、画像読取装置及び画像形成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】
【００１３】
請求項１の発明は、発光面を備える発光体と、一端面である受光面より入射した光を他端面である射出面から射出する導光体とを備え、発光体からの光を導光体の受光面から入射し、射出面から射出する光照明ユニットにおいて、前記発光体と前記導光体の受光面との間に微少な空気層を設けるとともに、前記導光体の空気に対する屈折率を√２以上としたことを特徴とする光照射ユニットである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の光照射ユニットにおいて、前記空気層は光源の発光面と導光部材の入射面とを所定の放射角度以上の光が導光部材の受光面に入射しない条件を満たす寸法、及び離間を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の光照射ユニットにおいて、導光部材の受光面が光源の発光面と同じ、もしくは、それより大きい形状として形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの光照射ユニットにおいて、光源として指向性を備えたものを用いることを特徴とした。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの光照射ユニットにおいて、前記空気層の近傍に延在する反射部材を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかの光照射ユニットにおいて、反射部材を導光部材に取り付けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項５の光照射ユニットにおいて、光源と導光部材を保持もしくは固定する部品に反射面をなす材質を使用することを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項５の光照射ユニットにおいて、光源と導光部材を保持もしくは固定するための部品のうち、光源と導光部材の間の部分を反射面としたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項５ないし８のいずれかの光照射ユニットにおいて、導光板に対して、任意の角度を設けて取り付ける反射部材を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項９の光照射ユニットにおいて、前記反射部材は、導光板からの射出光を反射し被照明部材に照射することを特徴とする。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項１ないし１０のいずれかの光照射ユニットにおいて、発光体は、発光ダイオードであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１２の発明は、請求項１１の光照射ユニットにおいて、発光体は、発光ダイオードアレイであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１３の発明は、請求項１１の光照射ユニットにおいて、導光体は、発光ダイオードアレイの発光ダイオード発光面の延設方向に延設された受光面を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項１４の発明は、請求項１３または１４のである光照射ユニットにおいて、導光体は、所定幅寸法の射出面を備え、幅方向に連続した光を射出することを特徴とする。
【００２７】
請求項１５の発明は、原稿面に光を照射し、原稿からの反射光を光変換素子で電気信号に変換することで原稿の画像情報を読み取る照明機構において、請求項１ないし１４のいずれかの光照射ユニットを備えたことを特徴とする照明機構である。
【００２８】
請求項１６の発明は請求項１５の照明機構を搭載したことを特徴とする画像読取装置である。
【００２９】
請求項１７の発明は、請求項１６の画像読取装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る  は、  という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００３２】
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示した画像読取装置の拡大断面図、図３は図２に示した画像読取装置の画像読取機構を示す断面図である
【００３３】
本実施例の画像形成装置１０は、その主な構成としては、原稿を読み取る読取ユニット１１、画像を形成する画像形成部１２、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５ないし１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）により構成してある。
【００３４】
そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読取ユニット１１に固定されたコンタクトガラス２４上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス２４上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス２４の間に位置する読取装置２５によって読み取る。読取装置２５は、コンタクトガラス２４上の原稿Ｄを照明する光照射ユニット１００、原稿画像を結像する光学系２６、レンズ２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる光電変換素子２８を備える。画像読み取り終了後、原稿Ｄを原稿搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス２４上へ給送して原稿画像を画像読取ユニット１１によって読み取る。
【００３５】
一方、画像形成部１２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、原稿読取装置２５によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。
【００３６】
画像形成部１２の下部に配置した複数の給紙カセット１５ないし１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５ないし１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部１２内の定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。定着装置３６を通った記録媒体Ｐを排出ローラ対３７によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出し、スタックする。
【００３７】
以下本例に係る画像読取装置２５について説明する。画像読取装置２５は図２に示すように、光源として光照射ユニット１００を備えている。画像読取装置２５はこの光照射ユニット１００からの照射光をコンタクトガラス２４上の原稿Ｄに照射して原稿Ｄの反射光をレンズ２７を介して光変換素子２８に導き、この光変換素子２８で電気信号に変換する。この画像読取装置２５は、光照射ユニット１００と前記原稿Ｄからの反射光を偏向する第１ミラー１０１を含む第１キャリッジ２９、第１ミラー１０１からの光をさらに偏向する第２ミラー２０１、第３ミラー２０２を含む第２キャリッジ２００を備え、前記第１キャリッジ２９及び第２キャリッジ２００は所定の移動を行い、原稿Ｄをスキャンする。
【００３８】
光照射ユニット１００は、図３及び図４に示すように、発光体である発光ダイオードアレイ１１０と、導光体１２０と、基盤１３０と、反射体１４０とを備える。発光体は多数のトップビュータイプの白色発光ダイオード１１１を一列に配列して形成した発光ダイオードアレイ１１０を基盤１３０上に配置して構成している。また導光体１２０は、前記発光ダイオードアレイ１１０の発光面１１２に対して微少寸法の空気層ｄを隔て配置した略直方形状の略立方体形状の光学プラスチック製部材である。導光体１２０は前記発光面１１２に対向して白色光が入射する受光面１２１と、入射した光が射出する射出面１２２と、内部を進む光を導光体内に全反射する側面１２３，１２４とを備える。反射体１４０は前記導光体１２０の射出面１２２に対向した反射面１４１を備える。
【００３９】
本例において、導光体１２０を構成する光学プラスチックは、その屈折率が√２以上のものが使用され、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が採用される。屈折率を√２以上としたのは以下の理由による。
【００４０】
図５に示すように、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）からの照射光は放射角度が大きくなればなるほど相対光度は小さくなるが、−９０°から９０°の範囲で発光している。この照射光を被照射面に向けて導くために導光部材を用いている状態を図６に示す。いま、導光部材をガラス、樹脂等といった透明な部材とし、導光部材側面で全ての光が全反射する場合の透過率を考える。すると図７に示すように、起こりうる最大入射角は９０°であるから、入射角をθ１＝９０°、その屈折角をθ２、屈折率をｎとすると、１×ｓｉｎ９０＝ｎ×ｓｉｎθ２の関係が成り立つ。この最大入射角の光が、側面で屈折しなければ全ての光が全反射することになるので、θ４＝９０°の場合を考えると、ｎ×ｓｉｎθ３＝１×ｓｉｎ９０の関係となる。この２式から、θ２＝θ３＝４５°となり、透過率ｎが１／ｓｉｎ４５°＝√２以上であれば、図７のように入射した光は側面で屈折しないことになる。したがって、側面を蒸着などにより反射面に加工したり、別途、反射部材を用いたりしなくても、入射した光は全て照射面に到達する。
【００４１】
また、本例では、図３、図５、図８及び図９に示すように、前記導光体１２０の受光面１２１と白色発光ダイオード１１１の発光面１１２との間には微少な空気層ｄを形成している。この空気層ｄは、１１０の発光特性により定めることができる。すなわち、図１４に示すように、発光ダイオードの種類によりその発光特性は異なるため、この発光特性に、導光体１２０の厚さｔに応じて空気層ｄの寸法を設定する。図１５（Ａ）は発光のピークが鈍い場合、同（Ｂ）は発光特性が鋭い場合を示している。本例では、発光量が少ない（発光面と放射方向となす角度が小さい）所定の放射角度、例えば最大放射量の５０％以上の光だけを導光体１２０内に導くため設定される所定の寸法としている。尚この放射量の基準値は任意に設定することができる。このようにすることにより、その放射角度未満の光のみを原稿面に到達させることができ、フレア成分を低減できる。尚、白色発光ダイオード１１１の発光面１１２は小さいが、微視的には図９に示すように面発光していると考えられるから、発光面１１２の寸法より導光体１２０の受光面１２１を大きくすることが望ましい。
【００４２】
また、本発明では、入射する発光ダイオードアレイ１１０からの光を最大限導光体１２０に導きたい場合には、図１０に示すように、発光ダイオードアレイ１１０と導光体１２０との間に導光部材の間の空間にミラー等の反射部材１５１を設けることができる。このように反射部材１５１を設けることにより、損失してしまう光を導光部材の入射面に到達させることができる。この際、反射部材１５１は発光ダイオードアレイ１１０の発光面を超えて延設することが、光の漏れを防止する観点から望ましい。
【００４３】
また、反射部材を設ける場合、発光ダイオードアレイ１１０と導光体１２０との接続部材を兼ねさせることが部品点数、コストの低減の観点から好ましい。すなわち、図１１に示すように反射部材１５２を発光ダイオードアレイ１１０に導光体１２０を取り付ける部材を兼ねることができる。
【００４４】
また、図１３に示すように、反射部材１５３を発光ダイオードアレイ１１０に向て開く角度に設定することができる。このように設定すると、放射角度の大きい（白色発光ダイオードの発光面に対して放射角度が浅い）光（図１３中波線で示した）は導光部材に入射しないようにすることができる。本例によれば、放射角度の大きい、フレア成分を排除することができる。
【００４５】
また、本例では反射体１４０の反射面１４１の大きさ、取付け位置、取付け角度を選択することにより、導光体１２０の射出面１２２から射出される光のうち有害なものを排除することができる。すなわち、図１２に示すように、射出面１２２から浅い角度で出射された光（フレア：図１２中波線で示した）は反射体１４０で吸収され、原稿Ｄに照射されることがなくなる。
【００４６】
尚、上記例では発光ダイオードとしてトップビュータイプのものを使用した例を示したが、図１４に示すように発光ダイオードとしてサイドビュータイプのものを使用することができる。この場合白色発光ダイオード２１１の発光面２１２の方向が導光体１２０に向くよう基盤２３０の取付け状態が設定されている。
【００４７】
また、上記各例に示した光照射ユニット１００は上述した形式の画像形成装置のほか、他の形式の画像形成装置、モノクロ、フルカラー、ＭＦＰ等のデジタル複写機、汎用スキャナー等、アナログ複写機に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例に係る画像形成装置の概略構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に使用する画像読取装置の概略構造を示す断面図である。
【図３】図２に示した画像読取装置に使用する光照射ユニットの構造を示す断面図である。
【図４】図３に示した光照射ユニットの構造を示す斜視図である。
【図５】発光ダイオードの発光特性と、導光体の位置関係を説明する図である。
【図６】導光体の屈折率を決めるための説明図である。
【図７】導光体の屈折率を決めるための説明図である。
【図８】導光体の寸法と配置位置を説明する図である。
【図９】導光体の寸法と配置位置を説明する図である。
【図１０】光照射ユニットに反射部材を設けた状態を示す断面図である。
【図１１】光照射ユニットに反射部材を設けた状態を示す断面図である。
【図１２】光照射ユニットに他のタイプの反射体を設けた状態の光の反射状態を示す断面図である。
【図１３】光照射ユニットに他のタイプの反射体を設けた状態の光の反射状態を示す断面図である。
【図１４】光反射ユニットに反射体を設けたときの射出光の状態を示す図である。
【図１５】異なる特性の発光ダイオードの発光特性を示す図である。
【図１６】従来の画像読取装置の概略構造を示す断面図である。
【図１７】従来の光照射ユニットの構成を示す断面図である
【図１８】画像読取装置の光照射ユニットの配光特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：画像形成装置
１１：読取ユニット
１２：画像形成部
１３、ＡＤＦ１３：自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１４：原稿排紙トレイ
１５、１６，１７，１８：給紙カセット
１９：給紙部
２０：排紙トレイ
２１：原稿台
２２：ピックアップローラ
２３：原稿搬送ベルト
２４：コンタクトガラス
２５：画像読取装置
２６：光学系
２７：レンズ
２８：光電変換素子
２８：光変換素子
２９：第１キャリッジ
３０：感光体
３１：帯電装置
３２：ユニット
３３：現像装置
３４：転写装置
３５：クリーニング装置
３６：定着装置
３７：排出ローラ対
１００：光照射ユニット
１０１：第1ミラー
１１０：発光ダイオードアレイ
１１１：発光ダイオードアレイ
１１２：発光面
１２０：導光体
１２１：受光面
１２２：射出面
１２３，１２４：側面
１３０：基盤
１４０：反射体
１４１：反射面
１５１：反射部材
１５２：反射部材
１５３：反射部材
２０１：第２ミラー
２０２：第３ミラー
２１１：白色発光ダイオード
２１２：発光面
２３０：基盤
３００：画像読取装置
３０１：キセノンランプ
３０２：コンタクトガラス
３０３：光変換素子
３０４：第1ミラー
【図１】
2007005860.tif 000003
【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】
2007005860.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2007005860.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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