JP2005278132A - 原稿照明装置、画像読み取り装置、カラー原稿読み取り装置、画像形成装置、フィルムスキャナ、およびデジタルラボ - Google Patents

Abstract

【課題】画像読み取り装置に用いられる原稿照明装置としてのＬＥＤ素子を多数個並べ、アレイ状にして用いているが、素子１個１個の絶対的な明るさが足りない。光利用効率向上を目的とした、ＬＥＤアレイと長尺レンズを組み合わせた原稿照明装置の例があるが、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るため、中心から外れるに従って光が拡散され急速に暗くなるという問題がある。
【解決手段】ＬＥＤ光源１から出射した光束は、長尺レンズ２を経て、被照明面３に至る。光源１は長尺レンズ２の焦点位置にあり、副走査断面上の被照明面に対して光束が平行光になる。副走査断面に対し所定角度θｆをもって出射する光束は副走査断面上の被照明面位置から所定の距離離れた位置において収束光になる。角度θｆ方向に角度が増すほど放射エネルギーが小さくなるにも拘わらず、主走査方向の照度分布はほぼ均一になる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナ、デジタルラボ等の読み取り装置に使用される原稿照明装置に関する。

近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤと称す）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がある。

図２６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。

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。

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。

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。

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た、ＬＥＤアレイと長尺レンズを組み合わせた原稿照明装置の例がある（例えば、特許文献１、特許文献２ 参照。）。これらの装置では、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、副走査断面に対し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。

特開平１１−２３２９１２号公報（第２頁、第１、９図） 特開平８−１１１５４５号公報（第４頁、第３図）

本発明はこれらの問題の解決を目的としており、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、副走査断面においては、光の収束性が高く、主走査方向においては、主走査方向の光拡散による損失が少なく、主走査方向の照度ムラが少ない原稿照明装置を提供するものである。

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長尺レンズを有する原稿照明装置において、前記各発光素子は、前記長尺レンズの副走査方向断面上の焦点近傍に配置されており、前記副走査断面に含まれる前記被照明面上の位置から前記主走査方向に所定距離離れた位置において収束点を有することを特徴とする。
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、前記被照明面上で収束すべき光束の前記副走査断面に対する収束角は、前記発光素子の配光分布における半値角以内に設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記光源ユニットの両端の発光素子の中心間距離は前記被照明面の長さよりも大きいことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３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、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５に記載の発明では、請求項１ないし４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。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５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９に記載の発明では、請求項７または８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１０に記載の発明では、請求項１ないし９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１１に記載の発明では、請求項１ないし９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１２に記載の発明では、請求項１０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１３に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記原稿はシート状もしくはブック状の反射原稿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１３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１３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１ないし９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記原稿はフィルム状の透過原稿であることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明では、請求項１７に記載の原稿照明装置において、該装置は、前記原稿の不要部分を透過すべき不要光を遮断するためのフレアカット手段を有することを特徴とする。
請求項１９に記載の発明では、請求項１８に記載の原稿照明装置において、前記フレアカット手段は、前記長尺レンズの後面に配置したことを特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１７ないし１９のいずれか１つに記載の原稿照明装置を用いたフィルムスキャナ装置を特徴とする。
請求項２１に記載の発明では、請求項１７に記載の原稿照明装置と、前記フィルムの前面に配置された第１のフィールドレンズと、前記フィルムの後面に配置された第２のフィールドレンズと、ＣＣＤラインセンサ等からなる撮像素子と、前記フィルムの像を前記撮像素子上に結像させる撮像光学系とを有し、前記第１のフィールドレンズを透過した光束は前記フィルム面に垂直な平行光束となるフィルムスキャナ装置を特徴とする。
請求項２２に記載の発明では、請求項２１に記載のフィルムスキャナ装置において、該装置は、前記原稿の不要部分を透過すべき、もしくは透過した不要光を遮断するためのフレアカット手段を有することを特徴とする。
請求項２３に記載の発明では、請求項２２に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段は、前記長尺レンズ後面、および前記第１のフィールドレンズ、前記フィルム、前記第２のフィールドレンズのいずれかの前面もしくは後面、の少なくともいずれか１つに配置されたことを特徴とする。
請求項２４に記載の発明では、請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、板状部材で構成することを特徴とする。
請求項２５に記載の発明では、請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、遮光部材を前記レンズ面に貼り付けて構成することを特徴とする。
請求項２６に記載の発明では、請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、遮光性の塗料を前記レンズ面に塗装して構成することを特徴とする。
請求項２７に記載の発明では、請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記フィルムの前面もしくは後面に配置する場合は、前記フィルムを保持するための保持枠をフレアカット手段と兼用にしたことを特徴とする。
請求項２８に記載の発明では、請求項２０ないし２７のいずれか１つに記載のフィルムスキャナ装置を用いたデジタルラボを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、光源位置における副走査断面から離れた主走査位置における被照明面上に光束の収束点を有するので、読み取り領域において主走査方向にほぼ均一な照度分布を得ることができる。

図１は本発明の照明装置の基本概念を示す側断面図である。
図２は本発明の照明装置の基本概念を示す平面図である。
両図において符号１は点光源、２は長尺レンズ、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。

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。
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。

本構成では、副走査断面において、ＬＥＤの出射光を略平行光にし、原稿面を照らす。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、長尺レンズ出射後平行光束にはならず、むしろ収束光束になる。この現象は、光束が長尺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と入射面出射面間の間隔が大きくなることに由来する。図２におけるθｆは丁度被照明面に収束点が一致する角度（この角度を便宜上収束角と呼ぶことにする）として示してある。以後、一般に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略平行になるのではなく、原稿面で収束する光束が存在する。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、当初無限遠だった点光源との共役長が徐々に短くなり、ついにはθｆで原稿面に収束する。θが収束角θｆより大きくなれば、収束点はコンタクトガラスの中に入ってくる。

図３は点光源の配光分布が均等分布である例を示す図である。
図４は均等分布の点光源による主走査方向の照度を示す図である。
点光源から１８０°の範囲のすべての立体角の方向に対して均等な光エネルギーを放射する分布Ｑ１を均等分布と呼ぶ。
ＬＥＤから出射される光は、角度θが大きくなるにつれて、言い換えれば、被照明面上ＬＥＤの正面から長手方向に離れるにつれて、徐々に収束光に変化する。ＬＥＤの配光分布が、図３に示すように、全方位一様と仮定した場合、主走査方向の端に行くにつれて徐々に原稿面上照度は高くなり、図４に示すように、収束角θｆ近傍で角のような２本のピークを形成する。この照度分布では、中央部付近の平坦部が狭く、照明装置として使用できる原稿幅があまり大きくできない。ただし、実用的なＬＥＤでこのような配光分布Ｑ１は得られない。

図５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。
図６はランバート分布の点光源による主走査方向の照度を示す図である。
点光源から放射される光エネルギーの強度分布が球状Ｑ２になっている場合ランバート分布と呼んでいる。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°において最大値が２分の１（半値）、エネルギーは４分の１に減少する。θｈ＝６０°をこの分布の半値角と呼ぶ。
このような配光分布Ｑ２をもった点光源を用いると、配光分布特性による光強度減少と、レンズの収束作用による光強度増大が打ち消し合い、図４に比べると、ピーク部の照度が下がる。
この照度分布では、中央部付近の平坦部がさらに広くなり、ＬＥＤの出射光を、主走査方向に広く、有効に利用することができる。
このようなＬＥＤを複数個配列すると、上述したように各ＬＥＤの有効照明範囲が主走査方向に広いため、少ないＬＥＤ個数でも主走査方向にムラの少ない照明が可能となる。
さらにこの時、各ＬＥＤの主走査方向両端近傍の２個のピークが相互に連接して、結果として主走査方向のどの位置においても副走査方向に収束性の高い照度分布を形成することができる。
本発明の構成を用いるその他の利点として、本発明の構成は、上述したように副走査断面上に収束作用を持たせない。このため、収束作用を持たせるレンズに比べて曲率が緩く、したがってＮＡを大きく設定できるので、ＬＥＤから取り込める光量を必然的に多くできる。

図７は実施例１の構成を示す断面図である。同図（ａ）は副走査断面上の光束の状態、同図（ｂ）は収束角θｆ＝４５°を有する斜行光束の状態をそれぞれ示す図である。
図８は実施例１の構成を示す変則的平面図である。
図９は実施例１の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例の仕様を示す。
長尺レンズ＿Ａ断面形状
（副走査断面半径を入射面２ａ側：Ｒ１、出射面２ｂ側：Ｒ２とする）
Ｒ１＝１０
Ｒ２＝−２．８８７（楕円面で、円錐乗数Ｋ＝−０．８３７）
中心厚：７．２（ｍｍ）
主走査方向の幅：５０（ｍｍ）
材料：ｎｄ＝１．４９１、νｄ＝５７．２
ＬＥＤ＿Ａ
配光分布：ランバート分布（Ｑ２）
発光面上強度分布：一様
発光面サイズ：１（ｍｍ）×１（ｍｍ）
数量：１（個）
発光効率：１（Ｗ）
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
ＬＥＤ−長尺レンズ２ａ面間隔：１（ｍｍ）
長尺レンズ２ｂ面−コンタクトガラス：１０（ｍｍ）
長尺レンズの光軸のコンタクトガラス面法線に対する傾き：３０度
被照明面（原稿面）：コンタクトガラス裏面とする

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、副走査断面において光束が平行光になるよう設定し、θｆ＝４５°で被照明面上に収束するようレンズその他の諸元を選んである。この実施例ではθｆ＜θｈとなっている。
図８は長尺レンズ２と光束に関しては光軸に垂直な方向から見た図を示し、コンタクトガラス３に関しては被照明面３ｂに垂直な方向から見た図を示す。
図７（ｂ）において、斜行光束は１点から１点へ収束する図になっているが、実際のＬＥＤは仕様でも示したように１ｍｍ角の大きさをもっている。また同図からも推測できるが、被照明面における結像倍率は等倍より大きい倍率がかかっているので、被照明面における収束光の副走査方向の幅は１ｍｍよりは大きくなっている。
図８において、θｆ＝４５°に出射した斜行光束は、被照明面上で中心位置から１６．５ｍｍの位置に収束した。被照明面における副走査方向１ｍｍ幅の領域を読み取り領域Ｓとしたとき、この領域における照度分布を求めると図９に示すグラフのようになる。同グラフは上記１ｍｍの幅に関して副走査方向に積分した結果を示している。縦軸の照度と表現した部分の単位はエネルギー単位ｍＷ／ｍ^２で代用している。主走査方向は、５０ｍｍ長さの長尺レンズに対して４５ｍｍの長さ分プロットしてある。ＬＥＤの出射光を、主走査方向で無駄に拡散させずに利用できていることがわかる。
この例では長尺レンズに対する光束入射角が実質４５°付近までの斜行光束を用いていることになるが、一般に入射角が大きいほど表面反射による光量損失が大きくなる。それを補うために反射防止膜をつけることも可能ではあるが、コスト高は避けられない。しかも、半値角θｈより外側の角度の放射エネルギーは急激に小さくなるので、半値角θｈより外側の角度を収束角θｆに選ぶのは得策ではない。

図１０は実施例２の構成を示す変則的平面図である。
図１１は実施例２の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
図１２は実施例２の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は、長尺レンズの主走査方向幅を１００（ｍｍ）にし、光源個数を増やした以外は実施例１と同じ構成である。ＬＥＤ＿Ａの個数をを１５個とし、５ｍｍピッチで配列した。したがって光源の両端の中心間距離は７０ｍｍになり、主走査方向４５ｍｍ幅の外側からも照明する構成になっている。
主走査方向の照度分布は全幅に亘ってほぼ平坦であり、そのまま読み取り幅として使えそうである。
図１２の照度分布は、主走査方向４５ｍｍ幅の中心を副走査方向に３０ｍｍプロットしたものである。副走査方向の読み取り領域１ｍｍは、図１２のピーク位置であり、光がよく集められていることがわかる。

図１３は光源の配光分布がコサイン２乗分布の例を示す図である。
図１４はコサイン２乗分布の点光源による主走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は配光分布がランバート分布Ｑ２のＬＥＤ＿Ａからコサイン２乗分布Ｑ３のＬＥＤ＿Ｂに代わった他は実施例１と同じ諸元で構成される。
コサイン２乗分布Ｑ３は発光面の法線に対して角度θ傾いた方向に出射する光エネルギーが法線方向のそれに対し、ｃｏｓ^２θの比率で減少していく分布である。この分布の場合、θｈ＝４５°における光エネルギーは法線方向のそれの２分の１（半値）になる。したがって、この実施例では、収束角θｆが半値角θｈと一致している。
ＬＥＤ＿Ｂのような中心の光強度が強いＬＥＤを用いても、収束作用とＬＥＤ＿Ｂの配光分布をマッチングさせることによって、出射光を有効に利用できていることがわかる。

図１５は実施例４の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
図１６は実施例４の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は、実施例２と同じ構成で、配列するＬＥＤに、ＬＥＤ＿Ｂを用いたものである。
図１６の照度分布は、主走査方向４５ｍｍ幅の中心を副走査方向に３０ｍｍプロットしたものである。副走査方向の読み取り位置１ｍｍは、図１６のピーク位置であり、光がよく集められていることがわかる。

図１７は実施例５の構成の斜視図である。
図１８は実施例５に用いる長尺レンズの平面図である。
図１９は実施例５の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
図２０は実施例５の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は、ＬＥＤの個数を増やさずに、原稿面端部の照度を上げようとするものである。基本構成は実施例２と同じ構成にし、長尺レンズの光出射面２ｂを、主走査方向に５００ｍｍの曲率をつけ、主走査方向断面が凹レンズ形状となるようにし、副走査方向の断面は同一曲率の凸レンズとする長尺レンズ＿Ｂを用いた。
実施例２、実施例４で得られた主走査方向の照度分布図（図１１、図１５）では、４５ｍｍの被照明面幅に対して７０ｍｍに広がった複数の光源で照明しているにも拘わらず、幅の両端において若干の照度低下が見られる。これは、配列のピッチを変更したり、電気的に補正することで改善することができる。本実施例はその改善の１つの方法として示したものである。すなわち、長尺レンズの光出射面の長手方向に、図１８に示すような曲率をつけることによって、照度低下部を外側に押しやることができ、所望の原稿幅（この例では４５ｍｍ）の全範囲に亘ってほぼ一定の照度分布を得ることができる。
上記改善の他の方法として、主走査方向、副走査方向いずれか必要な方向（両方でも良い）の光入射面ないし光出射面の曲面を、それぞれの方向における断面が円以外の２次曲線（例えば、楕円、放物線等）となるよう構成しても良い。高度な設計、製作が可能な場合は４次曲線等、さらに高次の偶数次曲線にすることも可能である。このような曲線を便宜上非円曲線と呼ぶ。

図２１は実施例６の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
図２２は実施例６の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例の構成は長尺レンズ以外すべて実施例１と同じである。本実施例に用いる長尺レンズ＿Ｃの仕様を示す。
Ｒ１＝２０（ｍｍ）
Ｒ２＝−３．８（ｍｍ）（楕円面で、円錐乗数Ｋ＝−０．４８４）
中心厚：１０（ｍｍ）
主走査方向の幅：５０（ｍｍ）
材料：ｎｄ＝１．４９１、νｄ＝５７．２
である。
図２２において２つの曲線の内、中央部付近に窪みを持つ曲線Ｇ１は、図２１の主走査方向中央部における副走査方向の照度分布を示す。中央部付近にピークを持つ曲線Ｇ２は、図２１の２個のピークの内、右側のピーク位置における副走査方向の照度分布を示す。

図２３は実施例７の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。
図２４は実施例７の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は実施例６に示した長尺レンズ＿Ｃを図２の構成に適用したものである。
光源が１個の時は図２１に示すように、両端近くにそれぞれ中央部の１．５倍くらいのピーク値が現れていたが、光源を複数にしたことによって、図２３に示すように、いわば複数のピーク値が連接して全体として平坦になっている。

図２５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、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２３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。

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（４５ｍｍ）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４５ｍｍ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。

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２７は透過式の原稿読み取り装置を説明するための図である。
同図において符号５は撮像光学系、６は撮像素子としてのＣＣＤラインセンサ、７、７’は第１および第２のフィールドレンズ、８はフレアカット板をそれぞれ示す。
これまでの説明では、図２６に示した画像形成装置を例にとって来たが、技術分野の説明の項で示したように、本発明はデジタルラボにも適用できる技術である。
一般に画像形成装置においては、原稿として、シート状の原稿、もしくはブック状の原稿が用いられ、反射式で読み取られるのが普通である。場合によっては、ＯＨＰ用の透明原稿を複写することもあるが、その場合も、原稿の背面に白色の反射板を重ねて反射式で読み取るのが普通である。
これに対してデジタルラボでは、通常、透明フィルム状の原稿を透過式で読み取る。
図２７は主走査方向における断面を示している。同図において、ＬＥＤ１からの光束は長尺レンズ２を通過して、原稿面としてのフィルム３に至る。フィルム３は、例えばネガカラーフィルムのような、主として写真フィルムが用いられ、透過光としてカラー画像が得られる形式の原稿である。

フィルムを透過した光束は最終的には撮像素子としてのＣＣＤラインセンサ６に入射して画像データとして記録されるか、他へ転送される。撮像素子としてはＣＣＤに限らず、ラインセンサとして知られている素子のいずれもが使用し得る。
画像を正確に読み取るために、通常はフィルム３の手前にフィールドレンズと呼ばれる主走査方向、副走査方向共に同一の正のパワーを持ったレンズが置かれる。フィールドレンズは主走査方向の長さをカバーできればよいので、副走査方向に関しては、光軸を含んでいれば、読取幅をカバーする程度の大きさがあればよい。
第１のフィールドレンズ７に至った光束は、該フィールドレンズ７によってフィルム３の面に垂直な平行光束になるような作用を受ける。
フィルム３を透過した平行光束は、第２のフィールドレンズ７’に入射する。この平行光束は該フィールドレンズ７’によって、撮像光学系５の入射瞳の中心に収束するような作用を受ける。撮像光学系を透過した光束は発散光となり、ＣＣＤラインセンサ６に入射し、主走査方向の読取が行われる。
フィールドレンズ７と７’のパワーは互いに等しくなるように設計することもできるが、基本的には同一である必要はない。

撮像光学系５は、フィルム３と、ＣＣＤラインセンサ６が共役関係になるように設定されている。
通常は、２つのフィールドレンズ７、７’と、撮像光学系５の光軸は一致させてある。そして、ＬＥＤ１はその光軸上に配置してある。また、ＣＣＤラインセンサ６の中心部も同じ光軸上にほぼ一致させてある。
図示しないが、フィルム３には照明したい部分（仮に有効部分と呼ぶ）、と照明したくない部分（仮に不要部分と呼ぶ）がある。一般にネガフィルムの場合不要部分の透過光量が大きいので、これをそのままフィールドレンズ７、７’や、撮像光学系５に入射させてしまうと、迷光（いわゆるフレア光）となって、所望の画像に重なることがある。この問題を避けるため、不要部分に行くはずの光束（不要光束と呼ぶ）を遮断するためのフレアカット手段８を長尺レンズ２の出射面に設ける。すなわち、長尺レンズ２の長手方向（主走査方向）両端部近傍に、設置誤差等が生じても有効部分の光束（有効光束と呼ぶ）を遮断しない範囲で、不要光束をできるだけ大きく遮断するようにフレアカット手段８を設置する。

フレアカット手段８はフィールドレンズ７の前面、後面、フィルム３の前面、後面、フィールドレンズ７’の前面、後面、撮像光学系５の前面、後面、ＣＣＤラインセンサ６の前面（それぞれ同図に破線、一点鎖線、および点線で示す）のいずれに置いても、有効光束をラインセンサの有効領域に導く意味においては原理的に同じであるが、フレア光の発生の面からは大いに異なる。精度を重視するのであれば、なるべく光束が大きい場所、すなわち、フィールでレンズ７前面からフィールドレンズ７’後面までの範囲に置くのがよい。しかし、フレア光はレンズ内の乱反射などによって生ずることが多いので、なるべく最初のフィールドレンズに入射する前、すなわち、フィールドレンズ７前面（同図において破線で示す）が最も良い位置と言える。フレアカット手段は上記のいずれか１ヵ所に限らず、複数ヵ所に置いてさらに遮光効果を高めることもできる。
それぞれの位置において、配置位置は前記同様、設置誤差等が生じても有効光束を遮断しない範囲で、不要光束をできるだけ大きく遮断するように配置する。

フレアカット手段８としては、長尺レンズの位置に設置する場合は、板状の部材を配置しても良いし、長尺レンズの出射面（副走査方向は曲面になる）に可撓性の不透明材料を貼り付けるか、遮光性の不透明材料で塗装するなどしても良い。フィールドレンズ７、７’についてもほぼ同様である。
フィルム３の位置に設置する場合は、例えば、フィルム３を保持するための、図示しない保持枠（同図の一点鎖線）にいわゆるマスクの役割を兼用させ、不要光束を遮蔽する構成にするのがよい。
撮像光学系の前後面、あるいはラインセンサの直前にフレアカット手段を設置するのはあまり好ましくない。なぜなら、光束の大きさが小さいことと、フィールドレンズ等でフレがすでに発生した後になるからである。第２のフィールドレンズの後面に置く場合もフレがすでに発生した後になるのであまり好ましくない。

実施例８の使用を示す。
長尺レンズ
Ｒ１＝１０ｍｍ
Ｒ２＝−２．８８（楕円面で、円錐乗数Ｋ＝−０．８３７）
中心厚：７．２ｍｍ
主走査方向の幅：１５ｍｍ
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：１ｍｍ×１ｍｍ
数量：１個
効率：１Ｗ
コンタクトガラス
中心厚：３．２ｍｍ
材料：ｎｄ＝１．５１７ νｄ＝６４．２
位置関係
ＬＥＤ−長尺レンズＲ１面間隔：１ｍｍ
長尺レンズＲ２面−フィルム面：１３ｍｍ
被照明面（フィルム面）サイズ
２４ｍｍ（主走査方向）×３６ｍｍ（副走査方向）
上記構成に対して、フレアカット板８は被照明面上で２４ｍｍより外側の光束をカットするように大きさを定めた。

図２８、２９は実施例８による照度分布を示す図である。図２８は副走査方向の分布、図２９は主走査方向の分布をそれぞれ示す。
これらの照度の求め方は、被照明面の有効範囲を主走査方向、副走査方向とも１ｍｍのメッシュに細分し、１００万本の光線追跡をして、各メッシュに入射する光線の本数をもって照度としたものである。図９は光源を含む副走査断面における副走査方向の照度分布を示し、図１０は図９におけるグラフのピーク値を通る主走査断面における照度分布を示している。主走査方向にほとんど照度ムラのないことが分かる。

本発明の照明装置の基本概念を示す側断面図である。 本発明の照明装置の基本概念を示す平面図である。 点光源の配光分布が均等分布である例を示す図である。 均等分布の点光源による主走査方向の照度を示す図である。 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。 ランバート分布の点光源による主走査方向の照度を示す図である。 実施例１の構成を示す断面図である。 実施例１の構成を示す変則的平面図である。 実施例１の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例２の構成を示す変則的平面図である。 実施例２の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例２の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。 光源の配光分布がコサイン２乗分布の例を示す図である。 コサイン２乗分布の点光源による主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例４の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例４の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。 実施例５の構成の斜視図である。 実施例５に用いる長尺レンズの平面図である。 実施例５の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例５の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。 実施例６の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例６の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。 実施例７の構成による被照明面の主走査方向の照度分布を示す図である。 実施例７の構成による被照明面の副走査方向の照度分布を示す図である。 光源ユニットの発光素子の間隔の例を示す図である。 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。 透過式の原稿読み取り装置を説明するための図である。 実施例８による照度分布を示す図である。 実施例８による照度分布を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 長尺レンズ
３ コンタクトガラス（フィルム）
５ 撮像光学系
６ ＣＣＤラインセンサ
７，７’ フィールドレンズ
８ フレアカット手段

Claims (28)

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長尺レンズを有する原稿照明装置において、前記各発光素子は、前記長尺レンズの副走査方向断面上の焦点近傍に配置されており、前記副走査断面に含まれる前記被照明面上の位置から前記主走査方向に所定距離離れた位置において収束点を有することを特徴とする原稿照明装置。
2. 請求項１に記載の原稿照明装置において、前記被照明面上で収束すべき光束の前記副走査断面に対する収束角は、前記発光素子の配光分布における半値角以内に設定されていることを特徴とする原稿照明装置。
3. 請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記光源ユニットの両端の発光素子の中心間距離は前記被照明面の長さよりも大きいことを特徴とする原稿照明装置。
4. 請求項１ないし３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、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。
5. 請求項１ないし４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。
6. 請求項１ないし５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。
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。
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。
9. 請求項７または８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。
10. 請求項１ないし９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。
11. 請求項１ないし９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。
12. 請求項１０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。
13. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記原稿はシート状もしくはブック状の反射原稿であることを特徴とする原稿照明装置。
14. 請求項１３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。
15. 請求項１３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。
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。
17. 請求項１ないし９のいずれか１つに記載の原稿照明装置において、前記原稿はフィルム状の透過原稿であることを特徴とする原稿照明装置。
18. 請求項１７に記載の原稿照明装置において、該装置は、前記原稿の不要部分を透過すべき不要光を遮断するためのフレアカット手段を有することを特徴とする原稿照明装置。
19. 請求項１８に記載の原稿照明装置において、前記フレアカット手段は、前記長尺レンズの後面に配置したことを特徴とする原稿照明装置。
20. 請求項１７ないし１９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フィルムスキャナ装置。
21. 請求項１７に記載の原稿照明装置と、前記フィルムの前面に配置された第１のフィールドレンズと、前記フィルムの後面に配置された第２のフィールドレンズと、ＣＣＤラインセンサ等からなる撮像素子と、前記フィルムの像を前記撮像素子上に結像させる撮像光学系とを有し、前記第１のフィールドレンズを透過した光束は前記フィルム面に垂直な平行光束となることを特徴とするフィルムスキャナ装置。
22. 請求項２１に記載のフィルムスキャナ装置において、該装置は、前記原稿の不要部分を透過すべき、もしくは透過した不要光を遮断するためのフレアカット手段を有することを特徴とするフィルムスキャナ装置。
23. 請求項２２に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段は、前記長尺レンズ後面、および、前記第１のフィールドレンズ、前記フィルム、前記第２のフィールドレンズのいずれかの前面もしくは後面、の少なくともいずれか１つに配置されたことを特徴とするフィルムスキャナ装置。
24. 請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、板状部材で構成することを特徴とするフィルムスキャナ装置。
25. 請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、遮光部材を前記レンズ面に貼り付けて構成することを特徴とするフィルムスキャナ装置。
26. 請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記長尺レンズ後面、前記第１のフィールドレンズの前面もしくは後面、前記第２のフィールドレンズの前面もしくは後面のいずれかに配置する場合は、前記フレアカット手段は、遮光性の塗料を前記レンズ面に塗装して構成することを特徴とするフィルムスキャナ装置。
27. 請求項２３に記載のフィルムスキャナ装置において、前記フレアカット手段を前記フィルムの前面もしくは後面に配置する場合は、前記フィルムを保持するための保持枠をフレアカット手段と兼用にしたことを特徴とするフィルムスキャナ装置。
28. 請求項２０ないし２７のいずれか１つに記載のフィルムスキャナ装置を用いたことを特徴とするデジタルラボ。
    

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