(57)【要約】【課題】主走査方向に長い被照明面を、その方向に列設した複数の発光素子によって、ほぼ均一に照明するための原稿照明装置は種々提案されている中で、被照明面と発光素子の間に長尺のシリンダレンズを設け、発光素子正面に出射し、レンズを通る光束がほぼ平行光束になるよう構成した装置はかなり目的を達成できているが、まだ、主走査方向端部に高照度部分が残る。これは、その辺りに、光束が収束するためと考えられる。【解決手段】発光素子１から出た光線はシリンダレンズ２を経て、コンタクトガラス３の裏面３ａ（被照明面）に至る。副走査断面内に出射した光束は、実線で示すように被照明面において発散光となっており、副走査断面に対して角度を有する方向に出射した光束は、破線で示すように、実質的に光路長が延びたのと同じ状態となり、所定の斜行角度θｐのとき平行光になり、主走査方向端部に高照度部分を作らない。【選択図】  図１
2005311662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向としたとき、前記主走査方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットと、前記被照明面と前記光源ユニットの間に配置され、前記主走査方向に長手方向を一致させた収束性の長尺レンズとを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記長尺レンズを経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記長尺レンズの副走査方向断面における前記光束の通過面の内、前記光源ユニットに向いた面をＲ１とし、前記光源ユニットの発光素子端面の前記断面上の位置と前記Ｒ１面との距離をＤ（ＬＥＤ）、前記Ｒ１面側の焦点位置から該Ｒ１面までの距離をＤ（ＢＦ）とするとき、式
Ｄ（ＬＥＤ）＜Ｄ（ＢＦ）
を満足することを特徴とする原稿照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子のそれぞれの出射光は、前記副走査方向断面においては発散光であり、該副走査断面に対し所定の無焦点角θｐなる方向においては平行光となることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の原稿照明装置において、照度比をη（０＜η＜１）とし、前記副走査断面における照度比ηの照明幅をＷ０（η）、前記無焦点角における照度比ηの照明幅をＷθｐ（η）とするとき、任意のηにおいて
Ｗ０（η）≧Ｗθｐ（η）
が満足することを特徴とする原稿照明装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の原稿照明装置において、前記無焦点角θｐは、前記発光素子の配光分布の半値角以内に定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項５】
長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向としたとき、前記主走査方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットと、前記被照明面と前記光源ユニットの間に配置され、前記主走査方向に長手方向を一致させた長尺レンズとを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記長尺レンズによって収束性を与えて前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記複数の発光素子のそれぞれの出射光は、前記副走査方向断面においては平行光であり、該副走査断面に対し所定の収束角θｆなる方向においては収束光となり、該収束点における副走査方向の発光素子結像倍率をβとしたとき、
β≧１
を満足することを特徴とする原稿照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の原稿照明装置において、前記収束角θｆは、前記発光素子の配光分布の半値角以内に定めたことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子の両端を結ぶ長さは、前記被照明面の長さより長いことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子の配置間隔は、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、ｎ≧１として、最も端に近い発光素子までの任意の発光素子間の間隔をＰｎとしたとき、
Ｐｎ−１≧Ｐｎ
０．２≦Ｐｎ／Ｐ０≦１
の関係を同時に満たすことを特徴とする原稿照明装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、蛍光体を用いた１チップ型白色発光ダイオードであることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、それぞれの発光する色が異なる２つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードであることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、シリンダレンズであることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、主走査断面と副走査断面で曲率が異なるレンズであることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、主走査断面および副走査断面の光入射面および光出射面の少なくとも一面は断面が非円であることを特徴とする原稿照明装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いたことを特徴とするカラー原稿読み取り装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の画像読み取り装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のカラー原稿読み取り装置を用い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、デジタル複写機やイメージスキャナーに使用される原稿照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤ）の開発が活発に行われており、ＬＥＤ素子の明るさは急激に高まっている。ＬＥＤは、一般的に長寿命、高効率、高耐Ｇ性、単色発光などの利点を有しており、多くの照明分野への応用が期待されている。
その用途の一つとして、デジタル複写機やイメージスキャナーのような画像読み取り装置の原稿照明装置にＬＥＤは用いられている。
【０００３】
図Ｘ１は画像読み取り装置を有する画像形成装置の模式図である。
同図において符号１００は画像形成部、２００は画像読み取り部をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
画像形成部１００は、ドラム状の潜像担持体１１１を有し、その周囲に帯電手段としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、画像読み取り部等、外部からの原稿情報を受けてレーザビームＬＢにより光走査を行う光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
【０００４】
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一帯電され、光走査装置１１７のレーザビームＬＢの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。転写紙Ｐを収納したカセット１１８は、画像形成装置１００本体に脱着可能であり、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Ｐの最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙され、給紙された転写紙Ｐは、その先端部をレジストローラ対１１９に捕らえられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Ｐを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｐは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ１１４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Ｐは定着装置１１６へ送られ、定着装置１１６においてトナー画像を定着され、搬送路１２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体１１１の表面は、クリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体１１１は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。
【０００５】
画像読み取り部２００は、原稿２０２がコンタクトガラス２０１の上に配置され、コンタクトガラス２０１の下部に配置された第１走行体２０３に搭載された、図示しない照明部により原稿２０２が照明される。原稿２０２からの反射光は、第１走行体２０３の第１ミラー２０３ａにより反射され、その後、第２走行体２０４の第１ミラー２０４ａと第２ミラー２０４ｂで反射され、縮小結像レンズ２０５へ導かれ、ラインセンサー２０６上に結像される。
【０００６】
原稿の長手方向を読み取る場合は、第１走行体２０３がＶの速度で図の右方向へ移動し、それと同時に第２走行体２０４が第１走行体２０３の半分の速度１／２Ｖで右方向へ移動し、原稿全体を読み取る。
通常、画像読み取り装置に用いられる原稿照明装置は、原稿を照らすために、原稿幅とほぼ同じ長さが必要とされるため、原稿照明装置としてのＬＥＤの使用方法としては、ＬＥＤ素子を多数個並べ、アレイ状にして用いる。
ただし、ＬＥＤは上述したような優れた特性を有しているものの、画像読み取り装置の照明装置として用いるには、素子１個１個の絶対的な明るさが足りないため、低速読み取り機器や、コンパクト性重視の機器を中心に用いられており、高速読み取り機器や、大型機器には、主に冷陰極蛍光ランプが用いられている。
【０００７】
この問題点を補うために、ＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ素子を多数個用いて、ＬＥＤアレイの光量増加を図るのが一般的であるが、光が広く拡散するため、あまり効率が良くない上に、省電力化に逆行するものである。また、拡散の少ない砲弾型のようなＬＥＤを用いると、効率は上がるものの、指向性が高く、主走査方向にムラを発生する。
光利用効率向上を目的として、ＬＥＤアレイと長尺レンズを組み合わせた原稿照明装置の提案がある（例えば、特許文献１、特許文献２  参照。）。通常ＬＥＤの光を、各ＬＥＤの副走査断面上で収束させることで効率を上げようとしていた。しかし、このような方法を用いると、特許文献１の図に記載のように、収束光の中心部は明るく、中心から外れた位置では光が拡散され急速に暗くなるという問題がある。ＬＥＤの出射光のうち、副走査断面に角度を持って出射される光のほとんどを無駄にするため、ＬＥＤを多数配列しなければ、主走査方向の照度ムラが発生する。
主走査方向の照度ムラを解消する本出願人の発明がある（特許文献３  参照。）。ただし特許文献３では、副走査方向の集光方法については言及されていない。また、本出願人は先に、光学要素として、点光源の光束出射面の近傍に入射面を有し、読み取り領域に出射面を向けた導光体を有した構成を提案した（特願２００３−１４０９２７）。この構成によれば、目標とする照度分布が良好に得られるが、導光体の他に反射板も用いるのでやや構成が複雑になり、その分コスト高になりやすい。
【０００８】
本出願人はこれらの問題の解決を目的とし、所定の配光分布を有するＬＥＤを複数列設した光源ユニットと、副走査断面方向に収束させない長尺レンズを適切に配置し、各ＬＥＤの出射光を、各ＬＥＤの副走査断面上の原稿面位置ではなく、この副走査断面に対して主走査方向に角度を持った原稿面位置に収束させることによって、
副走査方向には、光の収束性が高く、ＮＡを明るくでき、
主走査方向には、光拡散による損失が少なく、比較的少ないＬＥＤ個数でも照度ムラの少ない原稿照明装置（特願２００４−０５２２５３）を提案した。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２３２９１２号公報
【特許文献２】特開平８−１１１５４５号公報
【特許文献３】特開平１０−３２２５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、この発明は、上に示すような利点はあるものの、原稿面位置に光を鋭く収束させる方式をとっており、長尺レンズの取り付け角度ずれなどによる照明位置ずれによって、ラインセンサー受光部に達する光量が大きく変化し、形成される画像に大きく影響を与える可能性がある。このため、デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、副走査対応方向の照度分布曲線がある程度幅広であり、照明の中心位置が読み取り部からずれても読み取り領域の照度差を生じない原稿照明装置が望ましい。そのためには、照度分布の最大値の近傍で、読み取りに必要な幅に機構的な誤差等による変動幅を加えた幅（例えば片側約１ｍｍ）以上の照度ムラの少ない部分、すなわち、照度の平坦部が有るとよい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向としたとき、前記主走査方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットと、前記被照明面と前記光源ユニットの間に配置され、前記主走査方向に長手方向を一致させた収束性の長尺レンズとを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記長尺レンズを経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記長尺レンズの副走査方向断面における前記光束の通過面の内、前記光源ユニットに向いた面をＲ１とし、前記光源ユニットの発光素子端面の前記断面上の位置と前記Ｒ１面との距離をＤ（ＬＥＤ）、前記Ｒ１面側の焦点位置から該Ｒ１面までの距離をＤ（ＢＦ）とするとき、式
Ｄ（ＬＥＤ）＜Ｄ（ＢＦ）
を満足することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子のそれぞれの出射光は、前記副走査方向断面においては発散光であり、該副走査断面に対し所定の無焦点角θｐなる方向においては平行光となることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の原稿照明装置において、照度比をη（０＜η＜１）とし、前記副走査断面における照度比ηの照明幅をＷ０（η）、前記無焦点角における照度比ηの照明幅をＷθｐ（η）とするとき、任意のηにおいて
Ｗ０（η）≧Ｗθｐ（η）
が満足することを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の原稿照明装置において、前記無焦点角θｐは、前記発光素子の配光分布の半値角以内に定めたことを特徴とする
【００１４】
請求項５に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向としたとき、前記主走査方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットと、前記被照明面と前記光源ユニットの間に配置され、前記主走査方向に長手方向を一致させた長尺レンズとを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記長尺レンズによって収束性を与えて前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記複数の発光素子のそれぞれの出射光は、前記副走査方向断面においては平行光であり、該副走査断面に対し所定の収束角θｆなる方向においては収束光となり、該収束点における副走査方向の発光素子結像倍率をβとしたとき、
β≧１
を満足することを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の原稿照明装置において、前記収束角θｆは、前記発光素子の配光分布の半値角以内に定めたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子の両端を結ぶ長さは、前記被照明面の長さより長いことを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子の配置間隔は、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、ｎ≧１として、最も端に近い発光素子までの任意の発光素子間の間隔をＰｎとしたとき、
Ｐｎ−１≧Ｐｎ
０．２≦Ｐｎ／Ｐ０≦１
の関係を同時に満たすことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、蛍光体を用いた１チップ型白色発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、それぞれの発光する色が異なる２つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードであることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、シリンダレンズであることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、主走査断面と副走査断面で曲率が異なるレンズであることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１１または１２のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、主走査断面および副走査断面の光入射面および光出射面の少なくとも一面は断面が非円であることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いたカラー原稿読み取り装置を特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、請求項１４に記載の画像読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
請求項１７に記載の発明では、請求項１５に記載のカラー原稿読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、線状の被照明領域を有する原稿照明装置における主走査方向の照度ムラが、従来よりもさらに小さくなり、原稿や画像の読み取りが高品質にできるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１、２は本発明の長尺レンズの作用を説明するための図である。図１は縦断面図、図２は横断面図である。
同図において符号１は点光源、２は長尺レンズとしてのシリンダレンズ、３は被照明面前面に置かれたコンタクトガラスをそれぞれ示す。
点光源１の光出射面の近傍に長尺レンズ２の光入射面２ａを配置し、同レンズの光出射面２ｂから所定距離離れた位置に被照明面を配置する。被照明面はコンタクトガラス３の、点光源とは反対の側の面３ｂ（以後裏面と呼ぶ）に一致させてある。
点光源１は、例えばＬＥＤのように発光点が非常に小さくて、被照明面としてＡ４サイズ等を考えた場合、その紙幅に比べて発光点の大きさが点とみなし得るものを指している。
【００１９】
長尺レンズ２は、その名の通り、図２に示すように、一方向に長く、長手方向に直交する断面は、図１に示すように、原則としてすべての位置において同形のレンズ形状をもっている。ただし、長手方向が直線的でなく、したがって、上記断面形状が位置によって変化する場合も長尺レンズに含まれる。具体的なレンズ形状の如何を問わず、このような形式の長尺レンズはシリンダレンズ、あるいはシリンドリカルレンズとも呼ばれる。以下単にレンズと呼ぶ。
このような照明装置はデジタル複写機やイメージスキャナに用いられるが、その場合、原稿の一方向を長尺レンズ２の長手方向に一致させてコンタクトガラス３の裏面３ｂに密着させる。照明光は上記長手方向に沿ったライン状に集光するので、原稿面全部を同時に読み取ることはできない。したがって、原稿面と照明装置を相対的に原稿の他方向に沿って移動させなければならない。ここで、照明光のライン状方向を主走査方向、上記相対的な移動方向を副走査方向と呼んでいる。図１は副走査断面を表していることになる。単に副走査断面というと無限に存在することになるが、本発明では、光源を含む副走査断面のことを言うことにする。
【００２０】
本構成では、副走査断面において、ＬＥＤの出射光を発散光にして原稿面を照らす。すなわち、レンズ２による点光源１の虚焦点が、図１において点光源１より下側にできている。
しかし、図２において破線で示すような方向に出射する光束は、レンズ出射後発散光束にはならず、むしろ平行光束になる。
図１に破線で示したレンズ２’、コンタクトガラス３’、および光束は図２における破線に沿った断面における状態を示す。このように、平行光になる現象は、光束がレンズに対して斜めに横断するため、光束にとっての見かけ上の入射面、出射面の曲率が大きくなることに由来する。
図２におけるθｐは丁度被照明面において光束が平行になる角度（この角度を便宜上無焦点角と呼ぶことにする）として示してある。以後、一般に同図において紙面と垂直な断面に出射する光束が副走査断面となす角をθとし、このような光束を斜行光束と呼ぶことにする。
このように本構成によれば、点光源から出射される光束全てが原稿面に対して発散光になるのではなく、原稿面で平行になる光束が存在する。主走査方向における焦点位置の変化の概要を図２に２点鎖線で示す。
点光源から出射される斜行光束の角度θが大きくなるにつれて、当初虚像だった点光源の像Ｉｉが徐々に遠くなり、ついにはθｐで無限遠（平行光束）になる。これがθｐを無焦点角と呼ぶ理由である。θが無焦点角θｐより大きくなれば、今度は実像Ｉｒとなって逆側の無限遠からコンタクトガラスに近づいてくる。ＺｐはＩｉ、Ｉｒの漸近線である。
【００２１】
図３は先願の構成を説明するための図である。
前記先願においては、上記斜行角度θを０にしたとき光束が平行光束になり、上記θｐのあたりの角度を収束角θｆと名付けて、θｆにおいて光束が収束するように設定していた。すなわち、光源の像Ｉは、光源を含む副走査断面上において無限遠になり、それより斜行角度が大きくなるにつれて、実像Ｉｒとして漸近線Ｚｐにほぼ沿ってコンタクトガラス３に近づいてきて、収束角θｆにおいて、コンタクトガラス裏面３ｂ上に至る。さらに斜行角θが大きくなると、実像はコンタクトガラス面内に入り込む。
しかしながら、光束の収束点ではエネルギーが集中しすぎて、主走査方向における平坦な照度分布を得るにはやや難点が有ることが分かった。この問題を解決するには２通りの方法がある。すなわち、その１つは、主走査方向における収束点を有効領域内に入らないようにする方法である。本発明が図１、２の構成を採用したのはこのような理由による。他の１つは、光源像の拡大率を大きくして、エネルギーが狭い範囲に集中しないようにする方法である。この方法については、後述の実施例で説明する。このほかに、発光素子そのものを大きくする方法も考えられるが、光源として、市販品を用いることを考えると、特別に発光面積の大きいＬＥＤを用意することは得策ではない。
【００２２】
図４は実使用状態を考慮した構成を示す図である。
同図においては光源を含む副走査断面のみを示す。走査光学系は被照明面を光学的に読み取る必要があることから、斜めに照明して正面から読み取る構成にしている。なお同図は後述の実施例１の構成でもある。
図５は主光線を含む光路に沿った断面を示す概略図である。
同図において、被照明面だけは正面から見た図に置き換えてある。このような図を以後便宜上変則的平面図と呼ぶ。同図も実施例１の基本構成になっている。
副走査断面上における光束は、被照明面に対して発散光束として入射する。そして、θｐ＝４５°の位置で被照明面に平行光束として入射する。
コンタクトガラス３は例えば幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍのガラス板で構成され、幅の中央部約２ｍｍほどが読み取り領域として用いられる。画像読み取り手段としてのＣＣＤの副走査方向の幅は、３色用ＣＣＤの場合で被照明領域の位置に換算しておよそ１ｍｍである。部品の製造誤差や、組み付け誤差等を考慮して照明幅には余裕を持たせ、読み取り領域を２ｍｍとしている。したがって、この領域を、許容できる照度ムラの範囲に収まるようにすれば、品質の高い画像が得られる。照度ムラとは、最大照度と最小照度の差の、最大の照度に対する比を百分率で表したものを用い、その許容値としては、カラー画像を読み取る場合１２％以下が望ましい。モノクロ画像を読み取る場合は３０％程度まで許容できるとしている。
主光線とは、レンズの光軸を通る光線のことであり、通常は、光源の最大放射エネルギーの放射方向をレンズの光軸に一致させる。
【００２３】
図６は点光源の配光分布がランバート分布である例を示す図である。
同図において符号８は点光源、９は配光分布をそれぞれ示す。
点光源から放射される光エネルギーの強度分布が球状Ｑになっている場合ランバート分布と呼んでいる。同図の分布は断面図を示している。この分布の場合、光源の面に対する法線方向に最大のエネルギー放射が行われる。最大エネルギーＥの放射方向をθ＝０°として、θが大きくなるにつれ、その角度方向に放射される光束の光エネルギーは減少し、θｈ＝６０°において最大値の２分の１Ｅ（半値）となり、立体角的なエネルギー放射は４分の１に減少する。θｈ＝６０°をこの分布の半値角と呼ぶ。放射エネルギーのほとんどはこの半値角以内に放射されている。
【実施例１】
【００２４】
本実施例の仕様を以下に示す。
シリンダレンズ        Ｒ１＝∞
Ｒ２＝−４．３ (楕円面で、円錐乗数Ｋ＝−０．４６７)
中心厚：７．２（ｍｍ）
主走査方向の幅：１００（ｍｍ）
材料：ｎｄ＝１．４９１ νｄ＝５７．２
ＬＥＤ                配光分布：ランバート分布
発光面上強度分布：一様
発光面サイズ：１（ｍｍ）×１（ｍｍ）
数量：9(個) 、１０（ｍｍ）ピッチ
効率：１（Ｗ）×９
コンタクトガラス      中心厚：３．２（ｍｍ）
材料：ｎｄ＝１．５１７ νｄ＝６４．２
位置関係              Ｄ（ＬＥＤ）：１（ｍｍ）
Ｄ（ＢＦ）：３．９３（ｍｍ）
シリンダレンズＲ２面−コンタクトガラス間距離：１０（ｍｍ）
シリンダレンズの光軸と、コンタクトガラスの傾き：３０度
被照明面（原稿面）：コンタクトガラス面上とする
幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ
ただし、Ｄ（ＢＦ）は他の仕様から自動的に定まる値である。
【００２５】
図７は実施例１の構成を示す変則的平面図である。
本実施例では無焦点角θｐを４５°に設定した。すなわち、各ＬＥＤから副走査断面に対してθｐ＝４５°の方向に出射された光線が、レンズを出射後平行光となり、被照明面であるコンタクトガラス裏面３ｂを平行光のまま通過するように設定されている。θｐを４５°に設定した理由は、発光素子の配光分布の半値角θｈとの関係を考慮したからである。ランバート分布では半値角θｈ＝６０°であるから、θｐをそれ以上に設定すると、θｐより大きい角度の主走査領域における照度が著しく低下するおそれがあるからである。θｐとθｈの関係をどの程度にするかは、他の条件も関わってくるので、一義的に定めることはできないが、少なくとも、θｐ≦θｈにしておく必要はある。
図８は実施例１の照度分布を説明するための図である。
同図は、配光分布を考慮して光源から出射した光線が、コンタクトガラスの表面を１ｍｍ角のメッシュに等分した各領域に入射する光線の本数をもって、その領域の照度とみなしたものである。
【００２６】
照明幅のほぼ中心で、主走査方向に見て平均的に最も照度の高いところを選んで照明の中心領域と定め、主走査方向の照度分布を表したものが曲線Ｇｍ１、２である。各曲線はそれぞれ副走査方向の幅１ｍｍを代表している。したがって、この２本の曲線で読み取り領域２ｍｍ幅の照度の状態が分かる。
Ｇｍ１〜Ｇｍ２の領域における照度の最小値の、最大値に対する比は８９．６％であった。これは、照度ムラで言えば１０．４％であり、カラー原稿を読み取る場合に許される照度ムラは１２％程度であるため、本実施例の場合、幅２ｍｍの読み取り領域が確保できる。
図９は副走査方向の照度分布を説明するための図である。
主走査方向の中心位置における副走査方向の照度分布が曲線Ｇｓ１である。中心位置から主走査方向の端に向かって３ｍｍ離れた位置における照度分布が曲線Ｇｓ２、さらに２ｍｍ離れた位置（中心から５ｍｍ）における照度分布が曲線Ｇｓ３である。ＬＥＤの配列ピッチが１０ｍｍ間隔なので、照度分布も同じ１０ｍｍ間隔でほぼ同形の分布の繰り返しになる。したがって、５ｍｍの位置より先はこのグラフを逆順に置き換えてゆき、それを繰り返したものに相当するので、主走査方向領域０ないし５ｍｍの範囲を確認すればほぼ全体の照度分布が推定できる。ただし、主走査方向の照度分布が、端から端まで安定していることが条件である。上記５ｍｍ幅の範囲における照度ムラは１０％未満になっている。このグラフで、最大値をほぼ中心に含む幅２ｍｍの領域を、読み取り領域として使用できることが分かる。
【００２７】
図１０は１個の光源による照度分布を示す図である。
同図は１個のＬＥＤを主走査方向中心部に置いた場合の、被照明面における相対的な照度分布を示している。最高照度を１とし、照度なしを０として等分割し、照度比０．１単位で等高線を描いてある。太線は照度比０．５の等高線である。横軸（ｘ座標）は光源位置をｘ＝０とした主走査方向の座標である。縦軸（ｙ座標）はコンタクトガラスの幅方向中心をｙ＝０とした副走査方向の座標である。
この図を見ると、単一のＬＥＤによる主走査方向における照明幅の違いがよく分かる。ここで照明幅というのは、同図において、指定した等高線領域における副走査方向に見た幅と定める。指定した等高線を表現するため、前記照度比を％表示して照明幅の前に表記する。例えば、光源の位置に対応する被照明面の位置（ｘ＝０）の５０％照明幅は、一方がコンタクトガラスの端縁で切られ、およそ１４ｍｍになっている。これに対し、２０％照明幅は両側がコンタクトガラスの端縁で切られているため２０ｍｍになる。この場合、１０％照明幅も同じ２０ｍｍということになる。
無焦点角θｐに対応する照明幅を見るには、ｘ＝１６．５ｍｍの位置における副走査方向の等高線を見ればよい。この位置には先に示した太線がかかっていないので、５０％照明幅は０ｍｍとなり、２０％照明幅はおよそ１１ｍｍになる。因みに、１０％照明幅を見るとおよそ１２ｍｍとなる。
このように照明幅は最高照度に対する照度比の関数になるので、照度比をη（＜１）として副走査断面における照明幅をＷ０（η）と置き、無焦点角θｐにおける照明幅をＷθｐ（η）としたとき、任意のηにおいて
Ｗ０（η）＞Ｗθｐ（η）
が成り立っている。
【実施例２】
【００２８】
実施例２は、実施例１の仕様の内、シリンダレンズのＲ２面（＝−４．３）のみを変更し、集光能力を高めた。
Ｒ２＝−３．４ｍｍ
この変更の結果、Ｄ（ＢＦ）＝２．１ｍｍになった。
この変更により、副走査断面における光束は、発散光ではあるが少し平行に近づく。本構成における無焦点角θｐは、θｐ＝３７°、光束が平行になる主走査方向の位置は、中心から１２．９ｍｍとなった。
図１１ないし１３は実施例２の結果を説明するための図である。これらの図は、実施例１における図８ないし１０に対応するものである。
【実施例３】
【００２９】
図１４，１５は実施例３の結果を説明する図である。これらの図は、実施例１における図８、９に対応するものである。
実施例３は、実施例１の仕様の内、シリンダレンズの面の曲率仕様と、コンタクトガラスまでの距離を変えたものである。
シリンダレンズ        Ｒ１＝１０
Ｒ２＝−２．８８７ (楕円面で、円錐乗数Ｋ＝−０．８３７)
シリンダレンズＲ２面−コンタクトガラス間距離：２０（ｍｍ）
上記変更により、収束角θｆは、θｆ＝３５ｍｍ、収束点の主走査方向位置は中心から１９ｍｍになった。
図１４に示すように、本実施例では、主走査方向両端側±１７ｍｍを超えると明らかに照度低下が見られる。したがって、有効照明領域を広げるためには周辺側の光源をさらに増やすか、周辺ほど光源の配列密度を高めるなどの措置が必要になる。
±１７ｍｍの領域においては、図１５に示すように、２ｍｍの読み取り領域を確保したとき、その照度ムラは約１１％になっており、読み取り領域として使用できる。
【実施例４】
【００３０】
図１６ないし１８は実施例４を説明するための図である。
図１６に示すように、本実施例は、実施例３のシリンダレンズと原稿面との間に反射鏡Ｍを入れて、モジュールの小型化を図ったものである。
反射鏡関連の仕様を示す。
シリンダレンズ−反射鏡間：１５．６ｍｍ
反射鏡サイズ：１００ｍｍ（主走査方向）×１０ｍｍ（副走査方向）
反射鏡傾き：２６．５７度
コンタクトガラス位置：
シリンダレンズの光軸に平行で、光軸から１５ｍｍの位置に３ａ面を配置
これらの条件を元に実施例３と同様な表現に換算すると
シリンダレンズＲ２面−コンタクトガラス間距離：３４．４（ｍｍ）
シリンダレンズの光軸と、コンタクトガラスの傾き：３６．８６度
となる。この変更によっても収束角θｆは変化せず、収束点が遠くなった。収束点の主走査方向中心からの距離は３２．７ｍｍとなった。
【００３１】
図１７に示すように、実施例３に比べて、シリンダレンズがコンタクトガラスからさらに遠ざかった分、周辺の光量低下が一層目立つようになった。その代わり、副走査方向の光束の広がりが大きくなり、読み取り領域としての２ｍｍ幅において、副走査方向の変化が非常に小さくなっている。図１８に示すように、０ｍｍから５ｍｍの範囲における差があまり無く、光源の配列ピッチの影響がほとんど見られない。
【００３２】
図１９は光源ユニットの発光素子の間隔の例を示す図である。
同図において符号Ｐは発光素子間隔を示す。
複数の発光素子の配置間隔は、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、ｎ≧１として、最も端に近い発光素子までの任意の発光素子間の間隔をＰｎとしたとき、
Ｐｎ−１≧Ｐｎ
０．２≦Ｐｎ／Ｐ０≦１
の関係を同時に満たすように構成する。
図１７に示す照度分布でも、主走査方向両端において若干照度低下が見られる。これは、被照明面の主走査方向端部がその位置より中心側からの光束しか受けてないためであると考えられる。この問題を解消するために上記のような構成にする。
これまでの実施例では、被照明面の照度を均一にすることを目標としていたが、読み取り光学系の特性によっては、いわゆるシェーディングと呼ばれる周辺光量不足を生ずることがある。本構成はシェーディング補正を考慮した照明装置を得ることにも利用できる。上記のように、主走査方向の端に行くほど発光素子の配置密度を上げることにより、周辺の光量を中心部より大きくし、結果的に読み取り光学系を経た光量が均一になるようにする。
【００３３】
被照明面における照度分布を均一にする具体的な配置例を示す。
発光素子の総数を１５個とし、最も中心に近い光源の配置間隔Ｐ０を６．２ｍｍとする。
次の発光素子から端へ向かって、２個目までは各０．３ｍｍずつ間隔を減少させ、それより外側は順次０．４ｍｍずつ狭くしている。したがって、一番外側（７個目）とそのすぐ内側の発光素子間隔は４ｍｍとなり、最外側の発光素子の中心間距離は７２．２ｍｍとなり被照明面の長さ（５０ｍｍ）より長くなっている。これによって、被照明面の主走査方向端部は、配置密度の高い光源からの光束を受けると共に、中心側からだけでなくその位置より外側からの光束も受けることによって、周辺照度低下が解消される。
以上の説明では、被照明面の長さを５０ｍｍとして論じてきたが、実際に読み取り装置等に適用するに当たっては、所望の原稿幅に対応するように、発光素子の個数を増加するなどの措置を講ずる。
【００３４】
次に、本発明に用いることのできる光源について述べる。
本発明においては、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）が最も適している。中でも、あらゆる原稿の読み取りに対応できるようにするため、白色ＬＥＤを用いるのがよい。
白色ＬＥＤには幾つかのタイプがある。その１つは蛍光体を用いた１チップ型白色ＬＥＤである。チップと称する発光部が、ＹＡＧ蛍光体を混入した透明な封入部材に封じられている。チップはＩｎＧａＮからなる青色発光を行う。それによって、チップが青色発光したとき、同時に蛍光体が励起されて黄色の蛍光を発光する。青色と黄色は互いに補色関係にあるため、両者が一緒に外部へ出ると白色光として認識される。
他のタイプとして、蛍光体を使わず、それぞれの発光する色が異なる２つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードがある。複数のチップは同一面に配置され、全部の発光色が混合されると白色として認識される組み合わせになっている。
たとえば、２個のチップの場合、前記と同様それぞれ青色と黄色の発光をするチップを用いる。３個のチップの場合であれば、いわゆる３原色に相当するそれぞれ赤、緑、青を発光するチップを用いる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の長尺レンズの作用を説明するための図である。
【図２】本発明の長尺レンズの作用を説明するための図である。
【図３】先願の構成を説明するための図である。
【図４】実使用状態を考慮した構成を示す図である。
【図５】主光線を含む光路に沿った断面を示す概略図である。
【図６】点光源の配光分布がランバート分布である例を示す図である。
【図７】実施例１の構成を示す変則的平面図である。
【図８】実施例１の照度分布を説明するための図である。
【図９】副走査方向の照度分布を説明するための図である。
【図１０】１個の光源による照度分布を示す図である。
【図１１】実施例２の結果を説明するための図である。
【図１２】実施例２の結果を説明するための図である。
【図１３】実施例２の結果を説明するための図である。
【図１４】実施例３の結果を説明する図である。
【図１５】実施例３の結果を説明する図である。
【図１６】実施例４を説明するための図である。
【図１７】実施例４を説明するための図である。
【図１８】実施例４を説明するための図である。
【図１９】光源ユニットの発光素子の間隔の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      発光素子
２      長尺レンズ
３      コンタクトガラス
【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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【図１０】
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【図１１】
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【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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【図１９】
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