JP2015065634A - 光照射装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めることができる光照射装置を提供する。【解決手段】 拡散光を出力する光源と、拡散光を照射点に導く導光体と、を有し、導光体は、光源から出力された拡散光が入射する入射面と、入射した拡散光のうち、光軸中心部分の光が出射する第1出射面と、入射した拡散光のうち、光軸中心部分の周辺部分の光を出射する第2出射面と、を有し、第1出射面は、拡散光をさらに拡散させて出射する第1拡散特性を有し、第2出射面は、拡散光をさらに拡散させて出射する第2拡散特性を有し、第2拡散特性における第2拡散角度は、第1拡散特性における第1拡散角度よりも小さい、ことを特徴とする光照射装置による。【選択図】図1
Description
本発明は、画像読取装置に用いる光照射装置及び、この光照射装置を備える画像形成装置に関するものである。
原稿台に載置された原稿に対して光源から出力された光を照射し、原稿からの反射光に基づいて原稿面を読み取る画像読取装置が知られている。この画像読取装置が備える光照射装置は、原稿面上の照射点に対して、2つの異なる方向からの光を照射する様に構成される。照射点に対して2方向から光を照射するには、理由がある。すなわち、原稿面において影を生じさせないためである。言い換えると、原稿面に対して1方向のみから光を照射すると、原稿面に生じた影によって、原稿の読取り品質の低下に繋がる。これを防ぐために、原稿面に対して2つの方向から光を照射するようにしている。
原稿面に向けて2方向から光を照射するために、光源から出力(出射)された光を照射点に導く導光体を用いる。このような導光体には、2つの出射面(第1出射面と第2出射面)を設けてなるものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。この導光体を用いて光照射装置を構成すれば、上記のような原稿読取り品質の低下を防ぐことができる。
特許文献1に記載されている導光体によれば、第1出射面から出射された光は、反射面を利用して照射点に照射される。また、第2出射面から出射された光は照射点に、直接的に照射点に照射される。
光源に用いられるLEDは、近年の技術進歩により、より明るいものが製造されるようになっている。ただし、光源から照射された光については、レーザー安全規格を満足する必要がある。そこで、レーザー安全規格を満足するために、光源から照射点への光路上のいずれかにおいて、光を拡散させる光学部品を配置し、LED光源の持つ光の直進性を和らげることが行われている。
特許文献1に記載されているような、2つの出射面を備える導光体を用いた光照射装置では、導光体の形状や、光源の配置位置と2つの出射面の位置関係によって、導光体の第1出射面から出射される光の強度と、第2出射面から出射される光の強度が異なる。2つの出射面を備える導光体において、第1出射面側の拡散特性と第2出射面側の拡散特性を同じ拡散特性にすると、一方の出射面からの光が弱く、他方の出射面からの光が強くなる。2つの方向から照射される光による明るさのバランスが崩れた状態になるので、原稿面に影を生じさせることになる。
また、光が弱くなる出射面側の拡散特性に合わせて、光が強くなる拡散特性を設定すると、光照射装置としての光利用効率が低下することになる。
以上説明したように、導光体を用いて構成される光照射装置には、改善すべき課題がある。
そこで、本発明は、レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めることができる光照射装置を提供することを目的とする。
本発明は、拡散光を出力する光源と、前記拡散光を照射点に導く導光体と、を有する光照射装置であって、前記導光体は、前記光源から出力された前記拡散光が入射する入射面と、入射した前記拡散光のうち、光軸中心部分の光が出射する第1出射面と、入射した前記拡散光のうち、前記光軸中心部分の周辺部分の光が出射する第2出射面と、を有し、前記第1出射面は、前記拡散光をさらに拡散させて出射する第1拡散特性を有し、前記第2出射面は、前記拡散光をさらに拡散させて出射する第2拡散特性を有し、前記第2拡散特性における第2拡散角度は、前記第1拡散特性における第1拡散角度よりも小さい、ことを最も主な特徴とする。
本発明によれば、レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めることができる。
以下、本発明に係る光照射装置と画像形成装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
●光照射装置の実施形態
図1は、本実施形態に係る光照射装置100の例を示す光学配置図である。図1において、光照射装置100は、LED光源である光源1101と、光源1101を実装する基板1102と、導光体1103と、折り返しミラーである対向リフレクタ1104と、を有してなる。なお、これら各部材を所定の位置に保持する固定構造体は図示を省略している。
図1は、本実施形態に係る光照射装置100の例を示す光学配置図である。図1において、光照射装置100は、LED光源である光源1101と、光源1101を実装する基板1102と、導光体1103と、折り返しミラーである対向リフレクタ1104と、を有してなる。なお、これら各部材を所定の位置に保持する固定構造体は図示を省略している。
光源1101から出力(出射)される光は、図1における紙面右方向に向かう。この光の直進する方向をX方向とする。また、X方向に直交する方向であって、光源1101から見てコンタクトガラス1105が配置されている方向をY方向とする。図1では、X方向をX軸で表し、Y方向をY軸で表している。また、X軸とY軸に直交する軸をZ軸とし、Z軸の方向をZ方向とする。後述する画像形成装置において、X方向が副主走査方向となる。また、Z方向が主走査方向となる。
図1は、光照射装置100のX方向における断面図でもある。すなわち、導光体1103や対向リフレクタ1104、コンタクトガラス1105は、Z方向において同一の形状にて読取原稿に応じた長さの構造を有している。また、光源1101も、Z方向において読取原稿に応じた範囲内に複数個が並んで配置されている。
光源1101から出力された光は、導光体1103の入射面から入射して、第1出射面1111と第2出射面1112を通過して、導光体1103から、それぞれの方向に向けて出射される。
導光体1103の側面は、鏡面状に磨かれた研磨面であって、内面側にミラー加工が施されている。ここでいう「導光体1103の側面」とは、入射面、第1出射面1111、第2出射面1112、を除く面、をいう。したがって、入射面から導光体1103に入射した光は、ある入射角以上でいずれかの側面に入射した場合、その側面を透過することなく全反射する。このため導光体1103に入射した光は、導光体1103の入射面にて発生する表面反射と、導光体1103を構成する材料による吸収を除き、減衰することなく導光体1103内を導光し、第1出射面1111と第2出射面1112から出射される。
次に、導光体1103が有する2つの出射面から出射される光について説明する。主に、第1出射面1111から出射される光は、導光体1103の側面1113において反射せずに出射される光であって、対向リフレクタ1104にて反射されてコンタクトガラス1105上の照射点に向う光である。一方、主に第2出射面1112から出射される光は、側面1113において全反射されて、第2出射面1112からコンタクトガラス1105の照射点に直接向う光である。
言い換えると、光照射装置100は、光源1101から出力される拡散光の光軸に対して垂直な入射面から導光体1103に入射した光の光軸中心部分を主とする光を、第1出射面1111から出射する。また、導光体1103に入射した光の光軸中心部分の周辺部分を主とする光を、第2出射面1112から出射される。
図2は、光源1101における配光特性の例を示す特性図である。光源1101に用いられるLEDは、コスト的に優れているため、特に集光のため樹脂レンズ等を用いずに、蛍光体が平坦な面形状でむき出しとなっていることが多い。そのようなLEDの場合、出力される光の配光特性は、図2に示すような「ランバート発光」と呼ばれる特性となる。
図2において、0度方向(図2の紙面下方向)がX方向(図1参照)である。すなわち、光源1101の発光面に垂直な方向が、図2における0度方向である。図2から明らかなように、光源1101から最も強い光が発せられる方向、すなわち光度が高い方向は、0度方向である。
したがって、光源1101の出射面の垂直方向に配置される第1出射面1111から出力される光の光度は、第2出射面1112から出力される光の光度よりも高い。そこで、導光体1103の第1出射面1111と第2出射面1112のそれぞれの拡散特性を調整する。具体的には、第2出射面1112から出力される光の光度が、第1出射面1111から出力される光の光度を超えない範囲内となるように、第2出射面1112が有する第2拡散特性と、第1出射面1111が有する第1拡散特性とを調整する。
以下において、導光体1103における第1拡散特性と第2拡散特性の違いを説明する。最初に、光源1101に用いられるLEDの出力光(拡散光)の照度分布について説明する。図3は、光照射装置100によってコンタクトガラス1105上の領域Eが照射されたときの照度分布の例を示す図である。
光源1101から出力された拡散光は、導光体1103に入射して、第1出射面1111及び第2出射面1112(ともに、図3においては図示せず)から出射される。導光体1103から出射された光の一部は、コンタクトガラス1105上の領域Eに直接向かい、導光体1103から出射された光の他の一部は、対向リフレクタ1104によって反射されてからコンタクトガラス1105上の領域Eに向う。
この領域Eが照射点となる。光照射装置100は、照射点における照度が最も高くなるように、導光体1103と対向リフレクタ1104を配置している。
次に、光源1101の発光スペクトルについて説明する。図4は、光源1101に用いられる一般的な擬似白色LEDにおける発光スペクトルの例である。図4において、横軸は光の波長を示し、縦軸は分光強度を示している。擬似白色LEDは、波長450nm程度の光線を発する青色LEDチップであって、その周辺に充填された黄色やオレンジ色の蛍光体を励起・蛍光させることにより、これらの光を混色させて白色の光を発するものである。そのため、人間の視感度が小さく照度値へ寄与も小さいにも拘らず、図4のように青色LEDチップからの発光スペクトルが非常に強い。
次に、光が人の網膜に与える影響について説明する。図5は、レーザー安全規格(JIS C 6802,IEC60825)における「網膜の光化学的障害」について説明するグラフである。また、図6は、ランプ安全規格(JIS C 7550,IEC/EN62471)における「青色光による網膜障害」について説明するグラフである。
図5及び図6のグラフは、横軸は光の波長を示し、縦軸は網膜の光学的障害指標を示している。図5及び図6から明らかなように、網膜の光学的障害指標値は、波長400nm〜450nm付近の光による影響が最も大きい。
したがって、この波長付近の分光強度が強い発光手段、例えば擬似白色LEDを用いる場合、その光源装置は、他の発光手段を用いたものに比べて、より低い照度値で使用した場合でも安全規格指標値の閾値に達成しやすい。このため、従来は、より安全に安全規格基準クラスを達成するために、発光手段が持つ能力よりも低い照度値で運用しており、光の利用効率という観点で改良の余地がある。本実施形態に係る光照射装置100は、レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めている。詳細は後述する。
次に、本実施形態において、第1出射面1111の第1拡散特性と第2出射面1112の第2拡散特性との違いを説明する際に用いる指標である「拡散角度」について説明する。
第1出射面1111と第2出射面1112には、図7に示すような微細構造を施すことで、それぞれに異なる拡散特性である「第1拡散特性」と「第2拡散特性」を与えることができる。したがって、第1拡散特性と第2拡散特性における「拡散角度」の違いは、第1出射面1111と第2出射面1112の微細構造の違いによって与えられる。
拡散角度とは、レーザー光のような直進光線を拡散構造体に垂直入射したとき、出射される拡散光の強度が最大値の半分となる角度幅(半値全幅)をいう。すなわち、拡散角度の大小は、そのまま拡散度合いの大小を表す。拡散角度が大きければ、同じレーザー光であっても、その強さは弱まる。
ここで、簡易的な導光体モデルを用いて、レーザー安全規格(JIS 6802,IEC60825)の指標値と、導光体出射面から5mm離れた位置における照度と、当該導光体に付与する拡散特性による拡散度合いの関係について、図8を用いて説明する。
図8において、横軸は拡散面の拡散角度(拡散面拡散角度)を示し、縦軸は照度と安全規格指標を示している。
図9は、図8に示すグラフに用いられた光照射モデルの例を示す図である。図9に示すように、光照射モデル200は、光源であるLED201と、拡散面203を出射面とする導光体モデル202によって構成されている。
図8に示すグラフにおいて、各値は、拡散面203に付与された拡散特性における拡散角度が10°のときの照度と安全規格指標値を「1」として規格化している。
図8に示すように、光照射モデル200の拡散面203における拡散角度が大きくなると、安全規格の指標値は小さくなり、同時に、照度も下がる。すなわち、安全面を重視して、拡散面203の拡散角度が大きくすると、原稿面における照度が下がってしまい、光の効率も下がることになる。
そこで、本実施形態においては、導光体1103の第1出射面1111と第2出射面1112を透過する光の光度を、各面に付与する拡散特性によって変えることが望ましい。
すなわち、光源1101について図2における0°方向に位置する第1出射面1111において、第1拡散特性による第1拡散角度と、第2出射面1112において、第2拡散特性による第2拡散角度は、第1拡散角度が第2拡散角度よりも大きくなるようにすればよい。つまり、第2拡散角度が、第1拡散角度よりも小さくなるように、それぞれの拡散特性を付与すればよい。
次に、本実施形態にかかる光照射装置100において、第1出射面1111に付与する第1拡散角度と、第2出射面1112に付与する第2拡散角度を、異なる値に設定した場合における、照射点における照度分布の例を図10に示す。
図10は、第1出射面1111に付与する第1拡散角度の半値幅を5°に設定し、第2出射面1112に付与する第2拡散角度の半値幅を15°に設定した場合の、照射点における照度分布である。
また、いずれの面の拡散角度も15°に設定した場合の中心照度値と、第1出射面1111に付与する第1拡散角度の半値幅を5°に設定し、第2出射面1112に付与する第2拡散角度の半値幅を15°に設定した場合の中心照度値との比を図11に示す。図11に示すように、第1拡散角度と第2拡散角度の設定を異なる値に設定した方が、中心照度値が6%高くなる。
すでに説明したとおり、導光体1103における第1出射面1111に付与される第1拡散特性と第2出射面1112に付与される第2拡散特性は、出射面表面に付与された微細な形状により与えられる。その面を透過した光線は、出射点を頂点とする円錐状に拡散する。
前述したように、近年はこの拡散角度を任意に変化させることも可能であり、また水平方向と垂直方向の拡散角度を同一にしないことも可能である。
図12は、導光体1103の各出射面から出射する光線の光度分布について説明するグラフであって、導光体1103の2つの出射面から出射される光線の光度分布をシミュレーションしたものである。
図12において、横軸おける角度の0°方向は、図1に示したX方向(水平左方向)と一致する。また、+90°方向は、図1に示したY方向(垂直上方向)と一致する。なお光度は最大値にて規格化している。
図12からも明らかなように、導光体1103から出射される光線のうち、もっとも強い光度を持つ光線が出射されるのは、第1出射面1111である。ここで、第2出射面1112から出射される光線の光度は、第2拡散特性における第2拡散角度が15°の場合において、第1出射面1111からの光線の光度の6割程度である。
図12に示すように、第2出射面1112の拡散角度を5°に変えると、前述の光度の割合は8割まで増えるが、第1出射面1111からの光度は超えない。
このため、導光体1103を用いた光照射装置100の安全規格値は、第2出射面1112の拡散角を5°まで小さくしても、第1出射面1111から出射する光線を対象として算出すればよい。言い換えると、すなわち、光照射装置100の安全規格値は、第2出射面1112の拡散角とは相関せず、第1出射面の拡散角との相関において算出すればよい。
一方、図12に示すように、原稿面における照度は、第2出射面1112の第2拡散特性に依存する。したがって、第2出射面1112の第2拡散特性における第2拡散角度は、光度が高くなる(明るい)ことが分かる。このため、原稿面の照度を上げるためには第2出射面1112から出射する光線の光度が、第1出射面1111から出射する光線の光度を超えない限りにおいて、第2拡散角度を第1拡散角度よりも小さく(狭く)すればよい。
以上説明した本実施形態に係る光照射装置100によれば、導光体1103が有する2つの出射面において、照射する光の強度が弱い第2出射面1112の拡散角度を、照射する光の強度が強い第1出射面1111の拡散角度よりも小さくする。これによって、レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めることができる。
なお、本実施形態においては、導光体1103の出射面は2つのものを例とした。しかし、本発明に係る光照射装置は、これに限ることはなく、3以上の出射面を有するものでもよい。また、出射面に限らず入射面が2つ以上あるものでも良く、また広く光が透過する面ではなく、反射する面に設けてもよい。またこれらの組み合わせでもよい。
●画像形成装置の実施形態
次に、本発明に係る画像形成装置の実施形態について、図13を用いて説明する。図13は、本実施形態に係る画像形成装置の例である複写機10の縦断面図である。図13において、複写機10は、自動原稿搬送装置11と、給紙部12と、画像読取部(画像読取装置)13と、画像形成部(画像形成手段)14と、を有してなる。
次に、本発明に係る画像形成装置の実施形態について、図13を用いて説明する。図13は、本実施形態に係る画像形成装置の例である複写機10の縦断面図である。図13において、複写機10は、自動原稿搬送装置11と、給紙部12と、画像読取部(画像読取装置)13と、画像形成部(画像形成手段)14と、を有してなる。
自動原稿搬送装置11は、原稿トレイ16と、分離給紙手段17と、搬送ベルト18と、排紙手段19と、排紙トレイ20とを有してなる。
原稿トレイ16に載置された原稿を給紙ローラや分離ローラ等の各種ローラからなる分離給紙手段17によって原稿台であるコンタクトガラス1105上に搬送する。コンタクトガラス1105上に搬送された原稿の読取りが終了した後、この原稿を搬送ベルト18によってコンタクトガラス1105上から搬出する。コンタクトガラス1105上からの搬出された原稿は、各種排紙ローラからなる排紙手段19によって排紙トレイ20に排紙される。
また、両面原稿の読取りを行うときは、排紙手段19に設けられた分岐機構および搬送ベルト18によって、原稿をコンタクトガラス1105上に返送して未読取面の読取りを行う。
給紙部12は、異なるサイズの記録媒体としての記録紙を収納する第1給紙カセット21aと、第2給紙カセット21bと、を備えている。第1給紙カセット21aと第2給紙カセット21bに収納された記録紙は、各種ローラからなる給紙手段22によって転写位置まで搬送される。
画像読取部13は、第1キャリッジ35と第2キャリッジ36を、図5における紙面左右方向(すなわち副走査方向)に駆動して、光源からの光を原稿面に照射し、これによって原稿面を読取る。この読取光をミラーで反射された後、レンズユニット37によってCCD等の画像読取センサに取り込まれる。なお、画像読取部13の詳細な構造は、後述する。
画像形成部14は、露光装置23と、複数の感光体ドラム24と、現像装置25と、転写する転写ベルト26と、定着装置27とを備えている。
露光装置23は、レンズユニット37に取り込まれた読取信号に基づいて書き込み信号を形成する。
複数の感光体ドラム24は、露光装置23によって生成された書き込み信号によって、表面に潜像が形成される。
現像装置25は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックとそれぞれ異なる色のトナーが充填され、各感光体ドラム24に異なる色のトナーを供給して潜像を可視像化させる。
転写ベルト26は、感光体ドラム24上に形成された可視像が重ねられて転写されることにより形成されたカラー画像を、給紙部12から給紙された記録紙に転写する。
定着装置27は、記録紙に定着されたカラー画像を記録紙に定着させる。
次に、画像読取部13の構成について、図14を用いて説明する。画像読取部13は、主に、コンタクトガラス1105と、本体フレーム31と、第1キャリッジ35と、第2キャリッジ36と、レンズユニット37と、撮像素子57と、を有してなる。
また、画像読取部13は、図14において図示していないが、駆動レール、プーリー、モーター、ワイヤ、及び、これらを保持する構造体も、有している。
第1キャリッジ35は、すでに説明をした光照射装置100である。すなわち、光源1101と、光源1101を実装する基板1102と、透明材料からなる導光体1103と、反射ミラーである対向リフレクタ1104と、を有してなる。
第2キャリッジ36は、2枚の反射ミラー44bと反射ミラー44cを有してなる。
第1キャリッジ35及び第2キャリッジ36からなる光照明光学系を構成する光学部品及び撮像素子57は、図14における垂直方向に長尺な形状、もしくは連続的配置されている。なおこの方向を主走査方向という。
読取対象となる原稿は、コンタクトガラス1105上に載置(保持)される。光照射光学系は、その原稿面上を主走査方向に照射し、その照射領域からの反射光が各反射ミラーで反射される。この反射された光が、レンズユニット37に入射され、撮像素子57上に集光・結像される。これによって、線状の画像データ(画像の情報)が取得される。
面状の画像データを取得するには、読取対象面上において、主走査方向とは垂直方向に移動しつつ線状の画像データを連続的に取得すればよい。この移動方向を副走査方向という。
画像読取部13は、第1キャリッジ35が移動すればよいが、原稿面とレンズユニット37及び撮像素子57間の距離が変化しないように第2キャリッジ36を移動させる。これによって、撮像素子57で得られる画像データがボケることなく良好な面状の画像データを得ることが可能となる。
以上説明した複写機10の照明光学系に、すでに説明した光照射装置100を適用することで、レーザー安全規格基準を満足し、且つ光の利用効率を高めた画像形成装置を得ることが出来る。
1101 光源
1103 導光体
1111 第1出射面
1112 第2出射面
1103 導光体
1111 第1出射面
1112 第2出射面
Claims (5)
- 拡散光を出力する光源と、
前記拡散光を照射点に導く導光体と、
を有する光照射装置であって、
前記導光体は、
前記光源から出力された前記拡散光が入射する入射面と、
入射した前記拡散光のうち、光軸中心部分の光が出射する第1出射面と、
入射した前記拡散光のうち、前記光軸中心部分の周辺部分の光が出射する第2出射面と、
を有し、
前記第1出射面は、前記拡散光をさらに拡散させて出射する第1拡散特性を有し、
前記第2出射面は、前記拡散光をさらに拡散させて出射する第2拡散特性を有し、
前記第2拡散特性における第2拡散角度は、前記第1拡散特性における第1拡散角度よりも小さい、
ことを特徴とする光照射装置。 - 拡散光を出力する光源と、
前記拡散光を照射点に導く導光体および折り返しミラーと、
を有する光照射装置であって、
前記折り返しミラーは、前記導光体から出射された前記拡散光の一部を前記照射点へと反射する位置に配置され、
前記導光体は、前記拡散光が入射する入射面と、前記入射面から入射した拡散光を出射する2つの出射面と、を有していて、
前記導光体の2つの出射面のうち、
前記折り返しミラーに向けて拡散光を出射する第1出射面は、第1拡散特性を有し、
前記照射点に向けて拡散光を出射する第2出射面は、第2拡散特性を有し、
前記第2拡散特性における第2拡散角度は、前記第1拡散特性における第1拡散角度よりも小さい、
ことを特徴とする光照射装置。 - 前記第1拡散特性は、前記第1出射面に施された微細構造により与えられ、
前記第2拡散特性は、前記第2出射面に施された微細構造により与えられる、
請求項1または2に記載の光照射装置。 - 前記導光体に入射した拡散光が前記第1出射面、前記第2出射面、以外の面からは出射されないように、前記導光体の前記第1出射面、前記第2出射面、以外の面には、内面にミラー加工が施されている、
請求項1乃至3のいずれかに記載の光照射装置。 - 原稿台に載置された原稿面における照射点に向けて光を照射する光照射装置と、
前記照射点からの反射光により、前記原稿面上の画像を読取る画像読取部と、
前記画像読取部によって読み取られた画像の情報に基づいて記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
を有する画像形成装置であって、
前記光照射装置が、請求項1乃至4のいずれかに記載の光照射装置である、
ことを特徴とする画像形成装置。
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