(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向に配列された複数の点光源と、前記複数の点光源から出射された複数の光束を原稿面に導光する導光光学系と、を有する原稿照明装置であって、
前記導光光学系は、前記複数の点光源から出射された複数の光束が入射する入射面と、前記入射面を通過した前記複数の光束を反射し、かつ、主走査方向に周期的に配置された複数の曲面反射面と、前記複数の曲面反射面で反射された複数の光束を前記原稿面へ出射させる出射面と、を備えており、
前記複数の曲面反射面の各々は、主走査方向の曲率を有し、かつ、前記主走査方向に周期的に配置された複数の曲面反射面の配列周期は、前記複数の点光源の各々の主走査方向の間隔より短いことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項２】
主走査方向と前記曲面反射面の曲面の接線の成す主走査断面内において定義される最大傾斜角をθ（度）、前記複数の点光源の配列ピッチをＡ（ｍｍ）、前記入射面と前記曲面反射面の主走査断面内において定義される最大間隔をＢ（ｍｍ）としたとき、以下の条件式を満たす請求項１に記載の原稿照明装置。
１／３ｔａｎ−１（Ａ／２Ｂ）＜θ＜２８°
【請求項３】
前記複数の曲面反射面の配列ピッチをＣ（ｍｍ）、前記曲面反射面での光束の反射点から前記原稿面上での画像読取位置までの光路長をＤ（ｍｍ）としたとき、以下の条件式を満たす請求項１又は２に記載の原稿照明装置。
０．０１８＜Ｃ／Ｄ＜０．０５０
【請求項４】
前記曲面反射面は、全反射面である請求項１乃至３の何れか一項に記載の原稿照明装置。
【請求項５】
前記曲面反射面は、反射率が７０％以上の金属薄膜がコーティングされている請求項１乃至３の何れか一項に記載の原稿照明装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の原稿照明装置と、原稿台と、読取手段と、前記原稿面で反射した読取光束を前記読取手段に結像させる結像光学系と、を有する画像読取装置。
【請求項７】
直線状に配列された複数の点光源から出射された複数の光束を原稿面に導光する導光光学系であって、
前記導光光学系は、前記複数の点光源から出射された複数の光束が入射する入射面と、前記入射面を通過した前記複数の光束を反射し、かつ、前記配列方向に周期的に配置された複数の曲面反射面と、前記複数の曲面反射面で反射された複数の光束を前記原稿面へ出射させる出射面と、を備えており、
前記複数の曲面反射面の各々は、前記配列方向の曲率を有し、かつ、前記配列方向に周期的に配置された複数の曲面反射面の配列周期は、前記複数の点光源の各々の配列方向の間隔より短いことを特徴とする導光光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光光学系及びそれを用いた原稿照明装置及びそれを用いた画像読取装置に関する。特に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取りを行う画像読取装置に用いられる原稿照明装置は、蛍光灯などの管状（線状）光源を用いて原稿面を照明する。
【０００３】
図５に一般的な画像読取装置の主要部分についての断面図を示す。
管状光源００５から出射された照明光は、原稿台ガラス００１上に置かれた原稿を照明する。原稿面で反射した画像情報を有した光束は、複数の反射ミラー００６を介して結像レンズ００７により、主走査方向に配列された一次元光電変換素子（ＣＣＤ）００８上に結像する。
【０００４】
キャリッジ００１は、副走査方向駆動装置００９により、副走査方向に移動しながら原稿の２次元画像を線順次読取方式で読み取っていく。
管状光源００５としては、冷陰極蛍光管やキセノン管などが主に用いられている。
キセノン管は、光量の安定性が良いため、業務用機器として多用されているが、コストが比較的高い。
そのため、特に、製品単価の安い家庭用機器としては、コストの安い冷陰極管が多用されている。
【０００５】
しかし、冷陰極管は、光量の安定性が悪いという問題がある。
そのため、低コストで光量安定性が良い線状照明装置の開発が求められている。
【０００６】
昨今の技術開発の結果、発光ダイオードＬＥＤの発光効率が向上し、ＬＥＤを使い線状照明装置とする技術が発明されている。
【０００７】
光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のような点光源を用いる場合は、複数の点光源を主走査方向に配列する構成をとる。
【０００８】
よって、複数の点光源の各点光源から出射された光束を原稿面などの読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ読み取った画像に濃度ムラが発生する。
【０００９】
そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、照度ムラの発生を抑制するさまざまな発明がなされている。
【００１０】
たとえば、特許文献１には、光源から被対象物（原稿）との間に光をランダムに拡散する光拡散部を設けることで、照度ムラを解消しようとしている。
【特許文献１】特開２００５−１５６６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に記載の発明では、光束をランダムに拡散してしまうために、所定の被照明領域外に拡散してしまうため、光源から出射した光束の光利用効率が悪い。
【００１２】
それだけでなく、被照明領域以外で反射した光束が再び被照明領域に入射してしまうフレア現象なども発生し画像読取装置としての品質も落としかねない問題がある。
【００１３】
画像読取装置に用いる原稿照明装置は、原稿内を一様な品質で読み取る必要があるために、原稿面に入射する光束の角度特性も一様であることが望ましい。
【００１４】
そのためには、原稿面の個々の主走査方向の位置を多方向から照らす必要があり、複数の光源がより広い範囲を照明するように照射角を拡大させる必要がある。
【００１５】
しかし、原稿面からの拡散による拡散光束の照射角の拡大は、反射などに比べて偏角を大きくすると、光拡散部での吸収・反射現象が発生し、光利用効率をさらに低下させてしまう問題が起こる。
【００１６】
本発明の目的は、直線状に配列された複数の点光源を用いた導光光学系において、被照明領域外への拡散を増やすことなく、照度ムラ等の照明品質を一様化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そこで、本発明では、主走査方向に配列された複数の点光源と、前記複数の点光源から出射された複数の光束を原稿面に導光する導光光学系と、を有する原稿照明装置であって、
前記導光光学系は、前記複数の点光源から出射された複数の光束が入射する入射面と、前記入射面を通過した前記複数の光束を反射し、かつ、主走査方向に周期的に配置された複数の曲面反射面と、前記複数の曲面反射面で反射された複数の光束を前記原稿面へ出射させる出射面と、を備えており、
前記複数の曲面反射面の各々は、主走査方向の曲率を有し、かつ、前記主走査方向に周期的に配置された複数の曲面反射面の配列周期は、前記複数の点光源の各々の主走査方向の間隔より短いことを特徴とする構成とした。
【００１８】
また、本発明では、直線状に配列された複数の点光源から出射された複数の光束を原稿面に導光する導光光学系であって、
前記導光光学系は、前記複数の点光源から出射された複数の光束が入射する入射面と、前記入射面を通過した前記複数の光束を反射し、かつ、前記配列方向に周期的に配置された複数の曲面反射面と、前記複数の曲面反射面で反射された複数の光束を前記原稿面へ出射させる出射面と、を備えており、
前記複数の曲面反射面の各々は、前記配列方向の曲率を有し、かつ、前記配列方向に周期的に配置された複数の曲面反射面の配列周期は、前記複数の点光源の各々の配列方向の間隔より短いことを特徴とする構成とした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、直線状に配列された複数の点光源から出射された複数の光束を所定の面に導光する導光光学系においても、被照明領域外への拡散を増やすことなく、照度ムラ等の照明品質を一様化することができる。
【００２０】
つまり、本発明の曲面反射面を用いると、複数の点光源から出射された複数の光束は、複数の点光源の配列方向に広がりを持って反射する。
【００２１】
よって、被照明領域内の照度ムラ等の照明品質を一様化しつつ被照明領域外への拡散光を伴わない効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜図４を用いて、本発明の原稿照明装置２０５を説明する。
【００２３】
図１、図２において、Ｙ方向は、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１０１が直線状に配列された配列方向であり、主走査方向と定義する。
【００２４】
また、Ｘ方向は、キャリッジ００４が原稿台ガラス００１と相対的に移動する方向であり、副走査方向と定義する。
Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向と定義する。
【００２５】
図１は、本発明の導光光学系（導光体）の斜視図である。
主走査方向に配列された複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１０１は、導光光学系１０４の入射面１０２に配置される。
【００２６】
複数の点光源（ＬＥＤ）１０１から入射した複数の光束は、複数の曲面反射面１０３上の各反射点で全反射し、出射面１０４から原稿面に向けて出射する。
【００２７】
導光光学系の材料は、アクリル樹脂であり、射出成型によって形成している。
【００２８】
図２の三面図も用いて詳細な説明を行う。
図２（ａ）は、本発明の原稿照明装置２０５の副走査断面図（Ｚ−Ｘ断面図）である。
図２（ｂ）は、本発明の原稿照明装置２０５のＺ−Ｙ断面図である。
図２（ｃ）は、本発明の原稿照明装置２０５の主走査断面図（Ｙ−Ｘ断面図）である。
【００２９】
９ｍｍの配列ピッチで配列され、発光領域の主走査方向幅が１．０ｍｍである複数の点光源（ＬＥＤ）１０１から出射された複数の光束の各々は、入射面１０２を通過する。
【００３０】
そして、１８ｍｍ前方の複数の曲面反射面１０３の各反射点１０３ａで反射し、導光光学系の出射面１０４を経て、最短距離で２０ｍｍの原稿面００１上の原稿読取位置００１ａに到達する。
【００３１】
複数の曲面反射面１０３の各々は、主走査方向の曲率半径が１．０ｍｍであり（主走査方向に有限のパワーを有する）、導光光学系（導光体）１０４の外側に向かって凸の形状の主走査方向に正のパワー（屈折力）を有するシリンダー面となっている。
【００３２】
つまり、複数の曲面反射面１０３の各々は、副走査方向の曲率半径が∞である（副走査方向のパワーはゼロである）。
【００３３】
複数の曲面反射面１０３の配列ピッチは０．６ｍｍであり、主走査方向と曲面反射面の曲面の接線の成す主走査断面内において定義される最大傾斜角θは、１７．５度になる。
【００３４】
図１において、点線で曲面の接線を実線で示している。
【００３５】
導光光学系（導光体）１０４は、複数の点光源１０３の配列方向に周期的に配置された複数の光学面（曲面反射面）を備え、複数の光学面１０３の各々は、配列方向（主走査方向）にパワー（屈折力）を有する光学面となっている。
【００３６】
周期的に配置された複数の光学面の配列周期（配列ピッチ）は、０．６ｍｍであり、複数の点光源の各々の間隔は、９ｍｍなので、周期的に配置された複数の光学面の周期（配列ピッチ）は、複数の点光源の各々の間隔より短くなっている。
【００３７】
また、周期的に配置された複数の光学面１０３の各々は、主走査方向に曲率を有する曲面反射面であり、かつ、複数の光学面の各々は、入射してくる複数の光束を主走査方向に収束させる正のパワーを有する光学面となっている。
【００３８】
よって、本実施例では、主走査方向の照度分布が図３で示すように導光光学系の複数の反射面の各々に曲率がない場合に比べて照度ムラを改善できる。
【００３９】
図３において、原稿照明位置の中心部及び左右の周辺部にて、照度分布は均一になっている。
原稿面照度は、主走査方向において、一定となっている（図３において、平坦な直線）。
【００４０】
図３は、横軸を主走査方向の原稿読取位置（ｍｍ）とし、縦軸を原稿面照度と定義する。
縦軸は、原稿読取位置の中心位置０ｍｍの原稿面照度を１とした場合の相対的な照度である。
【００４１】
実線で示される台形の分布が本発明の反射面に曲率有りの照度分布であり、台形の上辺部の範囲で原稿読取を行うと一様な照度で画像読取ができる。
【００４２】
一方で、従来、反射面に曲率無しの照度分布では、画像補正によって照度ムラを補正する必要があるが、補正作業を多用することは、画像品質を劣化させるので好ましくない。
【００４３】
図４に、本発明の画像読取装置の副走査断面図を示す。
本発明の原稿照明位置２０５から出射された照明光束は、原稿台ガラス００１上に置かれた原稿面上を照明する。
【００４４】
原稿面で反射した画像情報を有した読取光束は、複数の反射ミラー００６を介して結像光学系である結像レンズ００７により、主走査方向に配列された一次元光電変換素子（ＣＣＤ）００８上に結像する。
【００４５】
キャリッジ００１は、副走査方向駆動装置００９により、副走査方向に移動しながら原稿の２次元画像を線順次読取方式で読み取っていく。
【００４６】
管状光源００５としては、冷陰極蛍光管やキセノン管などが主に用いられている。
本発明では、主走査方向と曲面反射面１０３の曲面の接線の成す主走査断面内において定義される最大傾斜角をθ（度）とする。
【００４７】
また、複数の点光源１０１の最大の配列ピッチをＡ（ｍｍ）とする。
また、入射面１０２と曲面反射面１０３の主走査断面内において定義される最大間隔をＢ（ｍｍ）とする。
【００４８】
そのとき、以下の条件式を満たす原稿照明装置とすることが好ましい。
１／３ｔａｎ−１（Ａ／２Ｂ）＜θ＜２８°・・（１）
条件式（１）を満たすと、主走査方向の照度分布が図３で示すように導光光学系の複数の反射面の各々に曲率がない場合に比べて照度ムラを改善できる効果を得ている。
【００４９】
条件式（１）は、照度ムラの改善と、光利用効率を高める作用に関係している。
【００５０】
最大傾斜角θが下限値を下回ると、照度ムラが目立ち、上限値を越えると出射面１０４から出射できる光束の光量が減少し光利用効率が低下する問題が起こる。
【００５１】
なお、より好ましくは、下記の条件式（２）を満たせば、より良い原稿照明装置を提供できる。
１／２ｔａｎ−１（Ａ／２Ｂ）＜θ＜２１°・・（２）
本実施例では、条件式（１）を計算すると、
１／３ｔａｎ−１（９／２＊１８）＜１７．５＜２８°
４．７＜１７．５度＜２８
となり、条件を満たしている。
【００５２】
本発明では、複数の曲面反射面１０３の配列ピッチＣ（ｍｍ）、曲率反射面での光束の反射点から原稿面００１上での画像読取位置までの距離をＤ（ｍｍ）としたとき、以下の条件式を満たす原稿照明装置とすることが好ましい。
０．０１８＜Ｃ／Ｄ＜０．０５０・・（３）
条件式（３）は、曲面反射面１０３を形成する際の費用対効果について表しており、Ｃ／Ｄが下限値あれば十分な性能を得られる。
【００５３】
下限値よりも小さくなると、曲面反射面１０３の数が必要以上に増えることとなり、加工コストが上昇して好ましくない。
逆に上限値を超えると曲面反射面１０３の効果による性能向上が十分に行えない。
【００５４】
なお、より好ましくは、下記の条件式（４）を満たせば、より良い原稿照明装置を提供できる。
０．０２２＜Ｃ／Ｄ＜０．０４５・・（４）
本実施例では、条件式（３）を計算すると、
０．０１８＜Ｃ／Ｄ＜０．０５０
０．０１８＜０．６／２０＜０．０５０
０．０１８＜０．０３＜０．０５０
となり、条件を満たしている。
【００５５】
また、曲面反射面１０３は全反射面であることで、導光光学系は透明材料のみで作成でき低コスト化を図れることができる。
【００５６】
また、曲面反射面１０３は、反射率が７０％以上の金属薄膜がコーティングされていることで、以下の効果が得られる。
【００５７】
全反射作用は、反射面の反射角度に制約があり、導光光学系の形状自由度を低下させてしまう場合があるが、金属薄膜を付加して反射面とすることで、自由度が得られるため若干のコスト上昇を伴うが、導光光学系の小型化が実現することができる。
【００５８】
本実施例においては、複数の曲面反射面１０３の各々は、導光光学系１０４の外側に向かって凸の形状としたが、本発明では、凹面としても十分な効果を発揮できる。
【００５９】
つまり、導光光学系（導光体）の外側に向かって凹の形状の主走査方向に負のパワーを有するシリンダー面となっていても良い。
また、本発明では、光源はＬＥＤに限定されない。
本発明の複数の点光源は、単体では線光源とならない光源全般に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、例えば、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による実施例の導光光学系を示す斜視図。
【図２】本発明による実施例の導光光学系を示す三面図。
【図３】本発明による実施例の効果を示す照度分布グラフ。
【図４】本発明による画像読取装置の断面図。
【図５】従来の画像読取装置の断面図。
【符号の説明】
【００６２】
００１  原稿台ガラス
００１ａ  原稿読取位置
００４  キャリッジ
００５  管状光源（線状光源）
００６  反射ミラー
００７  結像レンズ
００８  光電変換素子
００９  副走査方向駆動装置
１０１  ＬＥＤ
１０２  入射面
１０３  反射面
１０４  出射部
２０５  原稿照明装置
【図１】
0005100278.tif 000002
【図２】
0005100278.tif 000003
【図３】
0005100278.tif 000004
【図４】
0005100278.tif 000005
【図５】
0005100278.tif 000006