説明

光照射装置及び画像読み取り装置

【課題】複数の光源からの光を導光体で導いて光照射する光照射装置において、装置を大型化することなく発光面法線方向と直交する方向の端部での光量を確保する。
【解決手段】複数のLED10から出射された光を導光体11を通して原稿に照射する光照射装置であって、複数のLED10は、発光面法線と直交する方向に所定間隔をもって配置され、導光体11は、LED10の発光光量が半値となる光が導光体11における発光面法線と直交する方向の側面で反射するとき、光軸に対する半値となる光の発光方向のなす角度をφ1、発光面法線に対する導光体の側面のなす角度をθ、導光体の屈折率をN、としたとき、−28<arcSin(1/N×Sinφ1)−2θ<28となる条件を具備することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は原稿等に光を照射する光照射装置及びこれを備えた画像読み取り装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、イメージスキャナ、複写機、ファクシミリなどで原稿を読み取る画像読み取り装置にあっては、原稿への光照射部材として蛍光灯などの管状光源を用いていた。しかし、近年ではLEDを光源として用い、複数のLEDを一列に配列して光照射する構成が広く用いられている。
【0003】
LEDを用いた画像読み取り装置の場合、図8に示すように、LED100からの光を導光体101によって所定位置に導くことで原稿台ガラス上の原稿に光照射し、このLED100及び導光体101をスキャンする。そして、原稿からの反射光をミラー102で反射させるとともに、レンズ103を介して結像光学系104に結像する。
【0004】
一般に一様な照明光で原稿に光照射して結像光学系104に結像する場合、画角をθとしたとき、光軸上の明るさ1に対して画角θの位置ではCosθの4乗の明るさになる(Cos4乗特性)。例えば、画角25度であれば、光軸上の明るさを1とすると、画角25度の位置では0.67の明るさになる。このため、発光面と平行な方向(主走査方向)の端部、すなわち原稿の幅方向端部を照射する光が少なくなる。
【0005】
そこで、画像読み取り装置に用いられる光照射装置では、被照射面が一様な明るさではなく、画角が増えるにつれて端部を明るくするようにした提案がなされている。例えば、特許文献1では結象レンズのCos4乗特性を予め補正するように、多数個のLEDからの発光量および各LED間の配列ピッチのうち、少なくとも一方を可変にすることで端部を明るくする提案が開示されている。
【0006】
また、多数個のLEDからの光をそのまま被照射面に照射した場合、無駄になる光が多くなる。そこで、LEDからの光を効率よく被照射面に照射する方法として導光体についても提案がなされている。例えば、特許文献2では導光体の光入射面に複数のLEDチップからなるLEDアレイを配置し、その光を導光体で所定位置に導いて光照射する。このとき、導光体は柱状であって、光源からの光が入射する光入射面、その上下に位置する上面および下面、さらに下面との内角が鈍角となるように形成された蹴り上げ面、さらに上面と蹴り上げ面との間に光を外部へ射出する光射出面を有する柱状に形成している。そして、前記光入射面から光射出面へ向かうにつれて肉厚が増加するように構成している。このように、下面と上面が光入射面から離れるほど互いの間隔が増加することで、下面および上面に対する光の入射角が鈍角になり、導光体内部での全反射が促され、光射出面へ向かう光量が増加するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭61−142857号公報
【特許文献2】特開2009−272215号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述の特許文献1に開示された従来技術では、多数個のLEDが配列された方向(主走査方向)の中央部に対して端部の光量を増やすことは可能である。しかし、光源から広がる光を集光する手段がないため、読み取り位置以外にも光が照射してしまい、光量の損失が大きい。このため、十分な光量を確保するには光源の数を増やす必要があり、装置が大型化してしまうことになる。そこで、特許文献2のような導光体を用いることにより、読み取り位置以外に照射光が行かないようにすることが考えられる。
【0009】
しかしながら、特許文献2にあっては、結象光学系のCos4乗則を考慮したものでないため、画角の大きい結象光学系を用いた場合、主走査方向の端部での光量落ちが発生してしまう。一方、主走査方向にCos4乗則を考慮した光量分布にするには、LEDアレイが実際に結象光学系で読み取る幅よりも、かなり大きくしなければならなくなる。
【0010】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の光源からの光を導光体で導いて光照射する光照射装置において、装置を大型化することなく光軸と直交する方向の端部での光量を確保することが可能な光照射装置及びそれを用いた画像読み取り装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、複数の光源をから出射された光を導光体を通して被照射体に照射する光照射装置であって、前記複数の光源は、発光面の面法線方向と直交する方向に所定間隔をもって配置され、前記導光体は、前記光源の発光光量が半値となる光が前記導光体における前記発光面の面法線方向と直交する方向の側面で反射するとき、前記発光面の面法線方向に対する前記半値となる光の発光方向のなす角度をφ1、前記発光面の面法線方向に対する前記導光体の前記側面のなす角度をθ、前記導光体の屈折率をN、としたとき、−28<arcSin(1/N×Sinφ1)−2θ<28となる条件を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明にあっては、光源の発光面の面法線方向に対する光量が半値となる光の発光方向のなす角度と、前記発光面の面法線方向に対する導光体の前記方向と直交する方向の側面のなす角度を所定の関係にすることで、前記側面付近での光量を確保しつつ、装置の大型化を抑制すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態に係る画像読取装置の模式説明図である。
【図2】光照射装置の模式上視図である。
【図3】LEDからの光が導光体に入射して出射する状態を示す模式説明図である。
【図4】従来技術の導光体における主走査端面で反射した光の経路説明図である。
【図5】本実施形態の導光体の主走査端面の傾きと、光の経路説明図である。
【図6】導光体の主走査端面で反射した光の状態説明図である。
【図7】図6の要部拡大説明図である。
【図8】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に本発明の一実施形態に係る光照射装置を用いた画像読み取り装置について、図面を参照して説明する。
【0015】
<全体構成>
図1は原稿流し読み方式による画像読み取り装置の模式断面図であり、原稿Gが搬送ベルト1によって原稿台ガラス2上を搬送され、これを光照射装置Aによって光照射して原稿情報を読み取るものである。
【0016】
すなわち、搬送される原稿が読み取り位置Pを通過する際に、光照射装置Aから光照射される。光の被照射体である原稿で反射した光はスリット3を通過して反射ミラー5で反射され、レンズ6を介して結像素子7に結像する。この結像素子7で光電変換処理が行われ、図示しないプリンタ等に伝送されて画像記録が行われる。
【0017】
光照射装置Aは光源となる複数のLED10が導光体11の光入射面に沿って一列に配置され、LED10からの光が導光体11によって導かれ、原稿読み取り位置Pへ照射されるように構成されている。
【0018】
<光照射装置>
図2は光照射装置の模式上視図である。本実施形態の光照射装置Aは、一列に配列された複数のLED10と、その光を導く導光体11で構成されている。そして、本実施形態の画像読取装置は、図2に示すように、同一構成の2個の光照射装置Aが副走査方向(原稿搬送方向と平行な矢印a方向)において読み取り位置P(図1参照)を中心にして対称的に配置されている。このように、読み取り位置に対して副走査方向の両側から光照射することにより、原稿へ照射する光量を上げることができる。
【0019】
光照射装置Aの複数のLED10は導光体11の光入射面側の主走査方向(副走査方向と直交する矢印b方向)に所定間隔をもって一列に配置されている。ここで、上記のように2個の光照射装置Aによって読み取り位置の両側から光照射する場合、それぞれの光照射装置AのLED10の位置を主走査方向で同じ位置に配置すると、LED10の有るところと無いところでの明るさの差が大きくなり、照度ムラを生じてしまう。そこで、本実施形態では、図2に示すように、対向した2個の光照射装置AのそれぞれのLED10が主走査方向(矢印a方向)で互い違いの位置となるように配置している。これにより、主走査方向での照度ムラを改善している。
【0020】
(光軸と導光体の側面角度)
次に、LED10から出射した光の光軸と導光体との関係について説明する。図3は本実施形態の光照射装置Aにおいて、LED10から導光体11に入射した光が屈折、反射しながら出射する状態を示す模式上視図である。
【0021】
LED10は導光体11の入射面11aに近接し、主走査方向に所定間隔をもって配置されている。LED10から出射した光は、入射面11aから導光体11に入射し、導光体11の上面11b(図1参照)と下面11c(図1参照)を全反射しながら副走査方向に導かれる。このとき、前記光は主走査方向に広がり、出射面11dからは導光体11の屈折率による影響で向きを変えて出射する。
【0022】
そして、LED10からの光の発光面10a(図5参照)の面法線方向(以下「発光面法線方向」)である副走査方向と直交する方向である主走査方向における導光体11の側面(以下「主走査端面」という)11e1,11e2に到達した光は、主走査端面11e1,11e2で全反射して向きを原稿端部方向に変えて出射面11dから出射していく。そして、原稿面を照射し、反射した光がスリット3を通って、反射ミラーやレンズ等の結象光学系を通り、結像素子に到達する。
【0023】
ここで、導光体に入射した光が主走査端面で反射する場合について説明する。図4は従来技術に係る導光体の説明図である。従来の導光体は、図4に示すように、主走査端面が発光面法線方向と略平行に構成されていた。このため、導光体111の入射面111a側に配置されたLED110から出射した光が主走査端面111e1に到達し、一部の光は全反射して一部の光は屈折して外部に出射する。全反射した光は方向を変え出射面111dから出射するが、その方向の多くは主走査方向の中央方向に向いている。
【0024】
また、主走査端面で屈折した光は、主走査方向の読み取り領域外へと進んでいくため、最も光が必要な主走査方向の端部にあまり光が到達しない。
【0025】
このように、主走査端面に向かった光が有効に使われておらず、原稿の主走査方向端部に照射する光量を上げるには導光体111の主走査方向をその読み取り領域よりも長くし、端部近傍の読み取り領域外にもLEDを配置する必要がある。このため、照射装置の主走査方向サイズが大きくなって、大型化すると共に、LEDの数を増やさなければならなくなってしまう。
【0026】
この大型化を回避するため、本実施形態にあっては導光体の主走査端面の形状を所定角度で入射面側から出射面側に向けて広がるように構成するものである。これにより、主走査端面に至った光が主走査方向の領域外や中央側に寄り過ぎないようし、読み取り位置における主走査方向端部に向かうようにするものである。
【0027】
図5は本実施形態のLED10から出射した光の発光面法線方向と導光体端部の角度の関係を説明する図である。なお、図5は一方側の主走査端面11e1のみを示しているが、他方側の主走査端面11e2も同様である。
【0028】
図5に示すように、本実施形態の導光体11は一方の主走査端面11e1がLED10の発光面の面法線方向、すなわちLED10から出射する光の光軸と平行な発光面法線Lの方向に対して角度θだけ傾斜している。このような導光体11に入射した光がどのように出射するかについて、主走査方向で最も主走査端面側にあるLED10からの発光光量が半値となる光により説明する。
【0029】
図5に示すように、LED10からの光量が半値となる光の発光方向は、発光面法線Lに対して角度φで導光体11の入射面11aに入射し、導光体11の屈折率Nにより角度φ1で屈折する。この角度φ1はスネルの法則からarcSin(1/N×Sinφ)である。
【0030】
前記角度φ1に屈折した光は発光面法線Lに対して角度θで傾斜している導光体の主走査端面11e1に到達する。このとき、到達した光が主走査端面11e1で全反射するように、発光面法線Lに対する主走査端面11e1の角度θを設定する。
【0031】
例えば、導光体11をポリカーボネートやアクリル等の樹脂材料で構成した場合、導光体の屈折率Nは1.5前後であるため、主走査端面11e1で全反射するための入射角度(φ1−θ)はarcSin(1/1.5)であるから、42°程度となる。よって、主走査端面11e1に入射する角度φ1−θが、(φ1−θ)≦42°になるように、主走査端面11e1を傾斜角度θを設定する。
【0032】
上記のように、導光体11に入射した光のうち、主走査端面11e1に到達した光が全反射することで、導光体11の主走査端面11e1から光が外部に漏れることなく、原稿面へと無駄なく向かうようになる。
【0033】
なお、図5では主走査端面11e1全体が角度θで傾いているが、光源のLEDの配光特性に応じて、光と主走査端面との交点が傾いていれば良い。このため、主走査端面11e1は曲面で構成されていても良く、出射面11dの主走査方向幅が入射面の主走査方向幅よりも大きくなるように構成されていれば良い。
【0034】
上記のように角度θで傾いた主走査端面11e1に、発光面法線Lに対して角度φ1で入射した光は主走査端面11e1で全反射し、発光面法線Lに対してφ1−2θの角度で出射面に向かう。さらにその光は出射面11dで屈折し、角度φ2で出射して原稿面に向っていく。このとき出射面11dからの光の角度(以下「出射角度」という)φ2=arcSin(N×Sin(φ1−2θ))が大きいと、光は原稿面に到達した時に主走査方向の読み取り領域外に照射し、あるいは中央へ向かってしまう。
【0035】
そこで、本実施形態では導光体11から出射した光が主走査方向の中央に寄りすぎることなく、かつ、外方へ拡散することがないように、前記出射角度φ2が所定範囲内にあるように構成するものである。前記出射角度φ2について、実験により角度を変えて確認した結果、出射角度φ2が、−45°<φ2<45°、より好ましくは−30°<φ2<30°の範囲にあることが望ましいものであった。
【0036】
出射角度φ2が−45°よりも小さいと、出射光が主走査方向中央側に寄り過ぎて原稿端部への光照射効果が減少した。また、出射角度φ2が45°よりも大きいと、出射光が主走査方向端部から外れて過ぎて、この場合も原稿端部への光照射効果が減少した。
【0037】
そのため、本実施形態では出射角度φ2が±45°の範囲となるように、発光面法線Lに対する導光体11の主走査端面の角度θを設定している。すなわち、
−45<arcSin(N×Sin(φ1−2θ))<45・・・(式1)
の条件を具備するように構成している。このためには、
φ2=φ1−2θ=arcSin(1/N×Sinφ)−2θ
であるから、
−28<arcSin(1/N×Sinφ)−2θ<28・・・(式2)
となるように、導光体11の屈折率N、主走査端面角度θ、光源からの入射角度φ1を設定している。
【0038】
上記のように構成することで、主走査方向に配列された複数のLEDのうち、端部付近のLEDから導光体11に入射した光は、主走査端面11e1で全反射して原稿面に向かって出射するようになる。そして、導光体11から出射した光は、主走査方向の外方へ拡散することがなく、また、主走査方向中央部へ向かい過ぎることがなく、原稿面の主走査方向端部での光量が上がり、該端部を効果的に照射するようになる。
【0039】
また、本実施形態にあっては、導光体11の入射面11a側の主走査方向に一列に配置された複数のLED10は、配置された間隔が配置方向の中央部よりも端部に向かうにつれて狭くなるように配置されている。このように配置することにより、均等間隔で配置する場合よりも主走査方向端部の光量を上げることができる。
【0040】
(左右両側の側面角度)
また、本実施形態では、図1に示すように、原稿読み取り位置を中心に副走査方向の対称位置にそれぞれ光照射装置Aを配置し、読み取り位置の両側から光照射することで光量を上げている。このとき、前述したように対向する光照射装置Aにそれぞれ配置されたLED10は主走査方向で互い違いの位置になるように配置され(図2参照)、読み取り位置に照射する光の照度ムラをなくしている。
【0041】
ここで、同一構成の2個の光照射装置Aを対向させて配置し、LEDの位置を主走査方向で互い違いに配置する場合、図2に示すように、一方側の主走査端面11e1と、他方側の主走査端面11e2での該端面からのLED10の位置は異なっている。このため、導光体11の主走査端面に光が当たる位置も、それぞれの端面で変化してくる。したがって、導光体11の両側の主走査端面を左右対称の形状にすると、いずれか一方の主走査端面では、本来光を導きたい方向に光がいかなくなってしまう。
【0042】
そのため、本実施形態の導光体11では主走査方向両側の主走査端面において、前述した式2の条件を具備し、読み取り位置での主走査端部の光量を減らさないように、左右で発光面法線に対する角度θ(θ1、θ2)を異ならせている。すなわち、本実施形態の導光体11は主走査方向中心に対して左右両側の主走査端面の形状が非対称となっている(図2参照)。
【0043】
これにより、左右いずれの主走査端面の最端部にあるLEDから出射した光量半値の光は、それぞれの主走査端面で全反射するとともに、導光体11から出射した光が原稿の読み取り位置の主走査方向端部へ効果的に照射する。
【0044】
そして、同一構成の2個の光照射装置Aを対向させて配置することで、LEDの配置が主走査方向で違い違いとなる。
【0045】
(スリット部と導光体の主走査方向長さ)
主走査端部の光量の落ちを防ぐため、従来より光源を読み取り位置へ光を照射するスリット3の主走査方向長さよりも外側に配置し、導光体の主走査方向長さをスリットの主走査方向長さよりも長くすることが行われている。しかし、その場合は前述したように光照射装置が大型化してしまう。
【0046】
しかし、導光体11の主走査方向長さをスリットの長さと同じにすると、導光体11の主走査方向両側には、これを筐体に取り付けるための取付部が設けられるため、該取付部を導光体が光反射する有効部の一部を使うことになり、光量の損失を招くことになる。
【0047】
そこで、本実施形態では、図6及び図7に示すように、主走査方向両端部に取付部11fを有する導光体11の主走査方向長さL1をスリット3の主走査方向長さLsよりも少し長くなるように構成している。具体的には、1.0<L1/Ls<1.2となるように構成している。そして、この導光体11の主走査方向両端部に取付部11fを設けている。
【0048】
上記のように導光体の主走査方向長さをスリットの長さよりも若干長くすることで、原稿へ照射する光量の損失を減らしつつ光照射装置の大型化を防ぐことができる。
【0049】
<実施例>
ここで、本実施形態に係る光照射装置の具体的な例を、図6、図7を参照して説明する。なお、図6は導光体を主走査方向から見た概略図、図7は主走査方向端部の拡大図である。
【0050】
導光体11の入射面11a側に配置されたLED10から出射された光は、入射面11aから導光体11に入射し、導光体11の内部を通り、出射面11dから出射して原稿台ガラス上の原稿に照射される。このとき、図5、図6に示すように、主走査方向の最端部のLEDからの光は導光体11の内部に入り、主走査端面11e1,11e2に向った光はそれぞれの主走査端面11e1,11e2で全反射して方向を変え、原稿がある方向に向きを変えて出射面11dから出射する。
【0051】
この実施例の導光体11は、材質がアクリルで構成され、屈折率Nは1.492である。そして、光源であるLEDの発光面法線方向に対する一方の主走査端面11e1の傾き角度θは15°、他方の主走査端面11e2の傾き角度θは18°に構成されている。そして、図示されている光線はLED10の面法線、すなわち発光面法線方向から±70°でLED中心からの光線が描かれている。この±70度はおよそLEDの指向特性より面法線方向の照度を100%としたときに30%になる角度である。この角度を超えるとLEDから出射する照度が急激に落ち始めるため、この角度に設定している。
【0052】
なお、図5ではLED10の1点から光線が出ているが、実際にはもう少し広い範囲から光が出射しているため、主走査端面11e1の反射している範囲はもう少し広い範囲になる。
【0053】
このとき、主走査方向最端部に配置されたLED10は、導光体11との位置関係が決まるように、LED位置決め部13に当接されている。そして、前記LED位置決め部13の主走査方向外側に導光体11を位置決めして取り付けるための取付部14が設けられていて、不図示の画像読み取り装置の筐体に取りつけられている。
【0054】
また、実際に読み取り幅を規定しているスリット3の主走査方向の長さは320mm、導光体11の主走査方向の長さは326mmとなっており、L1/Lsは1.02の比で導光体が長くなっている。
【0055】
そして、導光体11の副走査方向の長さを決めている入射面と出射面との長さは14mmで最も端部に配置されたLED10から主走査方向で近い側の主走査端面11e1までの主走査方向の長さは4.5mmでとなっている。これにより、導光体の主走査端面での反射光が少なくならないようにしつつ、大型化を防いでいる。
【0056】
なお、前述した実施形態では光照射装置を用いた画像読取装置として、原稿を流し読みする装置を例示したが、原稿を原稿台ガラスに固定し、光照射装置を移動させて原稿を読み取る装置であっても、本発明の光照射装置を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【0057】
A …光照射装置
G …原稿
L …光軸
P …読み取り位置
1 …搬送ベルト
2 …原稿台ガラス
3 …スリット
5 …反射ミラー
6 …レンズ
7 …結像素子
10 …LED
11 …導光体
11a …入射面
11b …上面
11c …下面
11d …出射面
11e1,11e2 …主走査端面
11f …取付部
13 …LED位置決め部
14 …取付部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光源をから出射された光を導光体を通して被照射体に照射する光照射装置であって、
前記複数の光源は、発光面の面法線方向と直交する方向に所定間隔をもって配置され、
前記導光体は、前記光源の発光光量が半値となる光が前記導光体における前記発光面の面法線方向と直交する方向の側面で反射するとき、
前記発光面の面法線方向に対する前記半値となる光の発光方向のなす角度をφ、
前記発光面の面法線方向に対する前記導光体の前記側面のなす角度をθ、
前記導光体の屈折率をN、としたとき、
−28<arcSin(1/N×Sinφ)−2×θ<28
となる条件を具備することを特徴とする光照射装置。
【請求項2】
前記複数の光源が配置される間隔は、配置方向の中央部よりも端部が狭い間隔であることを特徴とする請求項1記載の光照射装置。
【請求項3】
前記導光体は、前記発光面の面法線方向と直交する一方側の側面が前記発光面の面法線方向に対してなす角度と、他方側の側面が前記発光面の面法線方向に対してなす角度が異なることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光照射装置。
【請求項4】
前記導光体から出射した光がスリットを通して前記被照射体に照射されるように構成され、前記導光体の前記発光面の面法線方向と直交する方向の長さが前記スリットの長さよりも長いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光照射装置。
【請求項5】
光照射装置により画像に光照射し、その反射光により画像を読み取る画像読み取り装置において、
前記光照射装置として、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の光照射装置を備えたことを特徴とする画像読み取り装置。

【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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【公開番号】特開2013−48311(P2013−48311A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−185455(P2011−185455)
【出願日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【出願人】(000208743)キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Fターム(参考)】