JP2008032996A - 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、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照度分布の最大値近傍において照度の平坦部を必要幅有することで機構的な誤差の影響を受けず、読み取り領域の照度差が発生せず、さらに装置構成が簡易で、光利用効率が高い原稿照明装置を提供すること。
【解決手段】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８と、前記被照明面と前記光源ユニット８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７とを有し、前記光源ユニット８からの光束を、前記長尺レンズ７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７の副走査方向断面における前記光束の入射面及び／又は出射面の形状（光束通過特定面形状）は、主走査方向の位置ごとに異なることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナに使用される原稿照明装置、及び該原稿照明装置を用いた原稿読み取り装置、カラー原稿読み取り装置、画像形成装置に関する。

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。

しかし、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を参照）。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を多数個配列しなければ、主走査方向の照度むらが発生する。

また、シリンダレンズを原稿照明装置に用いた場合も、主走査方向に照度むらが発生する。図１４はシリンダレンズ４とＬＥＤ３を用いた原稿照明装置による主走査方向照度むらについて説明する図で、図１は縦断面図、図２は横断面図である。
図１、図２に示す実線で表された光線は、ＬＥＤ３を含む副走査断面上において、ＬＥＤ３から出射してシリンダレンズ４に入射する発散光束、すなわち垂直入射光１ａを示す。
図１、図２に示す点線で表された光線は、ＬＥＤ３を含む副走査断面から、図２に示すような傾きθを有する断面方向に対して、ＬＥＤ３から出射する発散光束、すなわち斜入射光１ｂを示す。

図１に示すように、シリンダレンズ４に対するＬＥＤ３の配置は同じであるにもかかわらず、シリンダレンズ４を通過した実線で表された垂直入射光１ａが平行光になってコンタクトガラス５に入射するのに対して、シリンダレンズ４を通過した点線で表された斜入射光１ｂはコンタクトガラス５上で収束している。
これは、図２に示すように実線で表された垂直入射光１ａと、点線で表された斜入射光１ｂとで、シリンダレンズ４を通過する経路が異なることにあり、点線で表された斜入射光１ｂはシリンダレンズ４を斜めに横断するため、光線にとっての見かけ上の入射面・出射面の曲率が大きく（曲率半径が短く）なっていることに由来する。

このため、例えばＬＥＤ３の配光分布（光出射の角度強度分布）が図３のようなランバート分布（ＬＥＤ３の正面方向への光強度に対して角度Φが大きくなるにつれて、光強度がｃｏｓΦに比例して弱くなる）の場合に、このＬＥＤ１個とシリンダレンズ４によってコンタクトガラス５を照明すると、図２に示す照度測定エリア６の主走査方向Ｘの照度分布は図４のようにピークを持った照度分布となる。

そこで、主走査方向の照度むらを解消する発明が本出願人によって提案されているが（特許文献３参照）、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（特許文献４参照）。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。

さらに本出願人は、所定の配光分布を有するＬＥＤを複数列設置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（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ；開口数）を大きくでき、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個数でも照度むらの少ない原稿照明装置を提案した（特許文献５参照）。

特開平１１−２３２９１２号公報 特開平８−１１１５４５号公報 特開平１０−３２２５２１号公報 特願２００３−１４０９２７号公報 特開２００５−２７８１３２号公報

しかし、特許文献５に係る発明は、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）以上の照度むらの少ない部分、すなわち、照度の平坦部があるとよい。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、照度分布の最大値近傍において照度の平坦部を必要幅有することで機構的な誤差の影響を受けず、読み取り領域の照度差が発生せず、さらに装置構成が簡易で、光利用効率が高い原稿照明装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、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入射面及び／又は出射面の形状（光束通過特定面形状）は、主走査方向の位置ごとに異なることを特徴とする原稿照明装置である。

また本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記光束通過面特定形状は、主走査方向の位置によって、周期的に変化することを特徴とする原稿照明装置である。

さらに本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記光束通過面特定形状の変化の周期は、前記発光素子の配列ピッチに等しいことを特徴とする原稿照明装置である。

またさらに本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記光束通過特定面形状は、曲率半径Ｒを含む式で表現あるいは近似可能な円弧あるいは非円弧であり、前記発光素子を含む副走査方向断面における光束通過面形状の曲率半径をＲ０、該発光素子を含まない任意の副走査方向断面における光束通過面形状の曲率半径をＲｉとするとき、
Ｒ０ ≦ Ｒｉ
であることを特徴とする原稿照明装置である。

また本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズの出射面に対して主走査方向に垂直な方向から平行光を照射したときに、長尺レンズの副走査断面において光が最も収束する点を収束点とし、前記発光素子を含む副走査断面における前記収束点と前記長尺レンズの入射面との距離をＢｆ０、該発光素子を含まない任意の副走査断面における前記収束点と該長尺レンズの入射面との距離をＢｆｉとするとき、
Ｂｆ０ ≦ Ｂｆｉ
であることを特徴とする原稿照明装置である。

さらに本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記長尺レンズは、複数のレンズを接着加工したレンズであることを特徴とする原稿照明装置である。

またさらに本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記光源ユニットにおける発光素子が列設された長さは、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である。

また本発明は、上記記載の原稿照明装置において、前記発光素子同士の配置間隔は、光源ユニットの最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、最も端部に近い発光素子までの任意の隣接する発光素子間の間隔をＰｎ（ｎは１以上の整数）としたとき、
Ｐｎ−１ ≧ Ｐｎ
の関係を満たすことを特徴とする原稿照明装置である。

さらに本発明は、上記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である。

またさらに本発明は、上記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である。

そして本発明は、上記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である。

また本発明は、上記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である。

そして本発明は、上記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である。

また本発明は、上記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である。

本発明によれば、線上の被照明領域を有する原稿照明装置における照度むらが、主走査方向・副走査方向ともに従来よりもさらに小さくなり、原稿や画像の読み取り品質が高品質になる。

本発明の原稿照明装置、画像読み取り装置及び画像形成装置の基本的な構成に関して以下に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

（原稿照明装置）
図５は原稿照明装置の全体の横断面図である。
図５の原稿照明装置は、発光素子であるＬＥＤ３（点光源）を複数個列設した光源ユニット８と、ＬＥＤ３から発せられる光束１（以下、光線とも言う）を屈折させる収束性の長尺レンズ７と、被照明面を有するコンタクトガラス５とからなる。該コンタクトガラス５が備える２面のＸＹ平面のうち長尺レンズ７と対向していない面が長さと幅を有し面上に原稿が配置される被照明面であり、ＬＥＤ３から発せられる光束１が前記コンタクトガラス５を透過して被照明面上の原稿に照射される仕組みとなっている。
長尺レンズ７はＲ１面を入射面、Ｒ２面を出射面、中心厚をＴとする。ここで図中のＺ方向がレンズの光軸方向、Ｙ方向が副走査方向、ＬＥＤ配列方向である紙面垂直Ｘ方向が主走査方向を示す。

このとき、長尺レンズ７の副走査方向断面（図中ＹＺ面）における光束１の入射面及び／又は出斜面の形状（光束通過特定面形状）は、主走査方向（図中Ｘ方向）の位置によって周期的に変化することが好ましく、その形状の変化の周期（主走査方向Ｘにおいて、長尺レンズ７の曲率半径が極小値をとる位置から、次に極小値をとる位置までの距離を一周期とする）はＬＥＤ３の配列ピッチＰｎ（ｎは１以上の整数）に等しくなることがより好ましい。

以下、出射面Ｒ２面を光束通過特定面形状とした実施の形態の例を用いて説明するが、このことはＲ１面及び／又はＲ２面を光束通過特定面形状とすることで効果が得られる本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図６は原稿照明装置の縦断面図、図７は原稿照明装置の一部の横断面図である。
このとき、出射面Ｒ２面の形状はＬＥＤ３に最も近接する副走査方向断面位置の曲率半径が最も小さくなるような形状であることが好ましい。
即ち、本実施の形態では出射面Ｒ２面の形状は曲率半径Ｒを含む式で表現あるいは近似可能な円弧あるいは非円弧であり、ＬＥＤ３を含む副走査方向断面（図中ＹＺ面）における出射面Ｒ２面の曲率半径をＲ０、ＬＥＤ３を含まない任意の副走査方向断面における出射面Ｒ２面の曲率半径をＲｉとするとき、Ｒ０≦Ｒｉであることが好ましいと言える。

また出射面Ｒ２面の形状は、以下の自由曲面を表す式（１）を用いて、Ｒ０≦Ｒｉの関係が成り立つような適切な係数Ｃｎにすることで表すことができる。

ここでｎは任意の自然数であり、Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｘは主走査方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。

その結果、図６の原稿照明装置では、ＬＥＤ３（点光源）から長尺レンズ７の入射面Ｒ１面に入射された光束は、レンズ内部を通過した後出射面Ｒ２面より出射し、コンタクトガラス５に到達する。このとき、実線で示されるような長尺レンズ７に垂直入射する光線１ａは、長尺レンズ７で屈折されコンタクトガラス５に平行光線として到達する。一方、点線で示されるような長尺レンズ７に斜入射する光線１ｂは、長尺レンズ７で屈折されコンタクトガラス５に収束光線として到達する。

また、本発明の長尺レンズ７では、出射面に対して主走査方向に垂直な方向から平行光を照射したときに、長尺レンズ７の副走査断面において光が最も収束する点を収束点とし、ＬＥＤ３を含む副走査断面における前記収束点と前記長尺レンズ７の入射面との距離をＢｆ０、ＬＥＤ３を含まない任意の副走査断面における前記収束点と長尺レンズ７の入射面との距離をＢｆｉとするとき、Ｂｆ０≦Ｂｆｉであることが好ましい。
図８及び図９は本発明の長尺レンズ７の出射面Ｒ２面に対して主走査方向に垂直な方向から平行光を照射したときの光束の軌跡を表す。図８が本発明の原稿照明装置の縦断面図、図９が本発明の原稿照明装置の一部の横断面図であり、平行光を照射したときの平行光の収束点はＢｆ０≦Ｂｆｉとなる。

長尺レンズ７は透明なプラスチック又はガラスからなり、接着加工し形成されたレンズであっても、鋳込みで接着面が無く形成されたレンズであっても良いが、製造性の面を考えると接着加工し形成されたレンズであることが好ましい。
また図５に示すように、被照明面全体が照射されるためには、ＬＥＤ３の列設された長さは被照明面長さよりも長くすることが好ましい。
さらに、列設されたＬＥＤ同士の配置間隔は、光源ユニットの最も中央部に近いＬＥＤ間の間隔をＰ０とし、最も端部に近いＬＥＤ３までの任意の隣接するＬＥＤ間の間隔をＰｎ（ｎは１以上の整数）としたとき、Ｐｎ−１≧Ｐｎの関係を満たすことが好ましい。例えば図５の場合は、Ｐ０≧Ｐ１としている。

（画像読み取り装置、画像形成装置）
図１０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は画像形成装置、２００は画像読み取り装置をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。

画像読み取り装置２００は、原稿２０２がコンタクトガラス５の上に配置され、コンタクトガラス５の下部には不図示の本発明の長尺レンズ７及び光源ユニット８を搭載した第１走行体２０３が配置されている。この光源ユニット８からの光線１をコンタクトガラス５下方より照射することで原稿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。また、カラー画像読み取り装置の場合は、該ラインセンサー２０６をＲＧＢ各色ごとに設けることで同様の構成のまま本発明を適用することができる。

原稿の長手方向を読み取る場合は、長尺レンズ及びＬＥＤを搭載した第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で右方向へ移動することで、原稿２０２からラインセンサー２０６までの光路長が一定に保たれ、原稿全体を一定の倍率で読み取ることができる。
通常、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。

画像形成装置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潜像担持体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には画像部が露光された所謂ネガ潜像と、非画像部が露光された所謂ポジ潜像とがある。上記何れの静電潜像も現像装置１１３において静電潜像現像用トナーを用いて可視化される。このとき、現像装置１１３をＹＭＣＫ４色に対して各々、計４個設けることでカラー画像形成が可能な画像形成装置となる。
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、潜像担持体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。送りこまれた転写紙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潜像担持体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。

以下に、本発明の実施形態に係る原稿照明装置、画像読み取り装置、カラー原稿読み取り装置、および画像形成装置を詳細に説明する。

〔実施例１〕
本実施例では、図６及び図７の構成において以下の条件での光束の収束状態を検討した。
（長尺レンズ）
・中心厚：７ｍｍ
・主走査方向の幅：２０ｍｍ
・材料：ｎｄ（屈折率）＝１.４９１、νｄ（アッベ数）＝５７.２
・Ｒ１面：曲率半径１０ｍｍのシリンダー面
・Ｒ２面：式（１）において、Ｃ０＝０.１、Ｃ１＝−０.０００３の場合の自由曲面

ここでｎは任意の自然数であり、Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｘは主走査方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。
（ＬＥＤ）
・数量：１個
・配光分布：一様分布
（コンタクトガラス）
・中心厚：３．２ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.５１７、νｄ＝６４.２
（ＬＥＤとレンズＲ１面の関係）
・間隔：３.８ｍｍ
（原稿面）
・位置：コンタクトガラス面上とする
・サイズ：５１ｍｍ×５ｍｍ（主走査方向×副走査方向）
（シミュレーションの条件）
・光線本数：３００万本
・光線のスペクトル分布：４３５.８３ｎｍ〜６５６.２７ｎｍ

なお、通常ＬＥＤ３と長尺レンズ７は、原稿から読み取りレンズに到る光の通り道を確保するために、コンタクトガラス５に対して斜めに取り付けるが、本実施例においては、ＬＥＤ３から出射して長尺レンズ７に入射した光の平行度の変化を示すことに主目的を置き、図のわかりやすさの観点からＬＥＤ３と長尺レンズ７をコンタクトガラス５に対して平行に設置している。本発明において長尺レンズ７をコンタクトレンズ５に対して斜めに角度を持って設置しても問題無いし、その方が望ましい。

以上の結果、図６、図７に示すように、長尺レンズ７のＲ２面はＬＥＤ３を含む副走査断面から、主走査方向に副走査断面を取る位置を変化させるにつれて、徐々に曲率が緩くなっていく面形状となる。

これを示すのが図８、図９である。図８、図９に示すように、Ｒ２面側から入射した平行光は、Ｒ２面が前述した形状なので、光の収束点は、実線で表された光線（Ａ）２ａよりも一点鎖線で表された光線（Ｂ）２ｂのほうがレンズから遠く、さらに一点鎖線で表された光線（Ｂ）２ｂよりも点線で表された光線（Ｃ）２ｃのほうがレンズから遠くなっている。

このような面形状の長尺レンズ７を用いることで、図６に示すように、ＬＥＤ３を含む副走査断面に対して角度を持って出射された斜入射光１ｂは、シリンダレンズ４を使った場合に比べて弱い収束度でコンタクトガラス５に入射することが可能となった。これより、原稿面上の照度分布は、主走査方向に対してほぼ一様となる。また、副走査方向についても、ビームの幅の範囲においては、照度分布が一様となる。

これを示すために、ＬＥＤ３から３００万本の光線を出射し、長尺レンズ７を介してコンタクトガラス５上の原稿面（５１ｍｍ×５ｍｍ）の照度分布を、光線追跡を利用したシミュレーションによって求めた。なお、後述する比較例１に示すシリンダレンズ４に対して、本発明の長尺レンズの優位性を示すために、本来ＬＥＤの配光分布はランバート分布であるが、（全ての方向に光強度の等しい）一様分布にてシミュレーションすることで、ランバートの配光分布の影響が原稿面上の照度分布に影響しないようにした。

図１１に原稿面の主走査方向の照度分布を、副走査方向５ｍｍの中心にてプロットしたものを示す。本実施例の長尺レンズを用いることで、約４０ｍｍ程度の領域の照度を、図４に示すような端部で照度が上がることない一様性の高い特性を得ることが可能となる。

〔比較例１〕
比較例１は、シリンダレンズ４に対する実施例１の長尺レンズの優位性を示すものである。比較例１の構成は、図１の縦断面図、図２の横断面図に示すものであり、レンズ以外は実施例１と同じ構成である。
本比較例では、図１及び図２の構成において以下の条件での光束の収束状態を検討した。

（長尺レンズ）
・中心厚：７ｍｍ
・主走査方向の幅：２０ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.４９１、νｄ＝５７.２
・Ｒ１面：曲率半径１０ｍｍのシリンダー面
・Ｒ２面：以下の式（２）で表されるシリンダー面で、Ｃ０＝０.１

Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。
（ＬＥＤ）
・数量：１個
・配光分布：一様分布
（コンタクトガラス）
・中心厚：３．２ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.５１７、νｄ＝６４.２
（ＬＥＤとレンズＲ１面の関係）
・間隔：３.８ｍｍ
（原稿面）
・位置：コンタクトガラス面上とする
・サイズ：５１ｍｍ×５ｍｍ（主走査方向×副走査方向）
（シミュレーションの条件）
・光線本数：３００万本
・光線のスペクトル分布：４３５.８３ｎｍ〜６５６.２７ｎｍ

図１２に、実施例１と同様に光線追跡によって原稿面上の照度分布をシミュレーションした結果を表す。図１２から明らかなように、照明領域の端部に強い強度分布を有するため極端な照度むらが発生してしまい、たとえＬＥＤを多数個置いたとしても端部の強い強度分布は消えることなく残ってしまうため、比較例１の構成では照明装置に適用することはできない。

実施例１、比較例１では、本発明の長尺レンズの作用を説明するために、配光分布が一様分布のＬＥＤを用いたが、配光分布が一様でないＬＥＤを用いても本発明のレンズを使えば対応可能である。
仮にＬＥＤの配光分布によって原稿面上に光量分布がつくことが見込まれる場合には、主走査方向の光量分布についてはレンズの曲率の緩み度合いを変更すれば良く、副走査方向の光量分布についてはレンズの曲率自体を変化させるか、ＬＥＤとレンズの間隔を変えることで充分に対応可能である。

〔実施例２〕
本実施例ではＬＥＤを複数個使用した例を示す。
図１３に実施例２の原稿照明装置の横断面図を示す。実施例２の長尺レンズ７は、上記仕様に記載の長尺レンズ７を５つ繋ぎ合わせたものである。このように任意の領域を照明可能な原稿照明装置の長尺レンズ７を繋ぎ合わせ、ＬＥＤ３を適切に配置することで、主走査方向に広い領域を一様照明可能となる。また、ＬＥＤ３の配光分布はランバート分布であるが、ＬＥＤとＬＥＤの間隔を適切に設定することで、照度分布を一様にすることができる。

以下、図１３の構成において次の条件での光束の収束状態を検討した。
（長尺レンズ）
・中心厚：７ｍｍ
・主走査方向の幅：１３５ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.４９１、νｄ＝５７.２
・Ｒ１面：曲率半径１０ｍｍのシリンダー面
・Ｒ２面：式（１）において、Ｃ０＝０.１、Ｃ１＝−０.０００９の場合の自由曲面

ここでｎは任意の自然数であり、Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｘは主走査方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。
（ＬＥＤ）
・数量：５個
・ピッチ：２７ｍｍ
・配光分布：ランバート分布
（コンタクトガラス）
・中心厚：３．２ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.５１７、νｄ＝６４.２
（ＬＥＤとレンズＲ１面の関係）
・間隔：３.８ｍｍ
（原稿面）
・位置：コンタクトガラス面上とする
・サイズ：５１ｍｍ×５ｍｍ（主走査方向×副走査方向）
（シミュレーションの条件）
・光線本数：３００万本
・光線のスペクトル分布：４３５.８３ｎｍ〜６５６.２７ｎｍ

図１４に実施例１、比較例１と同様に、光線追跡によって原稿面の照度分布をシミュレーションしたものを示す。原稿面の領域内で、主走査方向の照度分布がほぼ一様である。また、図１５は副走査方向Ｙの照度分布であり、実線は副走査方向Ｙの照度分布を原稿面の主走査方向Ｘの中心位置でプロットしたものであり、一点鎖線は主走査方向中心から１０ｍｍの位置でプロットしたもの、点線は主走査方向中心から２０ｍｍの位置でプロットしたものである。図１５からわかるように、実施例２の原稿面は主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙともに照度の一様性が高く、原稿読み取り装置に使用するにあたって十分な照度一様性を有していると言える。

〔実施例３〕
図５に実施例３の原稿照明装置の横断面図を示す。ＬＥＤ３のピッチを、主走査方向の中心から周辺に向かって徐々に狭くしていき、その狭くしていくピッチに合わせて周期的な長尺レンズ７内のレンズの曲率が緩くなる周期を狭くすることで、原稿面上の主走査方向端部の光量落ちを少なくすることが可能となる。
等ピッチでＬＥＤ３を並べた場合、原稿照明装置になんらかの部材を加えるか、長尺レンズ７の端部に反射面を設けるような細工を施さなければ、原稿面端部での光量落ちは避けられない。通常このようなライン照明タイプの照明装置においては、端部の光量落ちがある領域は使用しないで、光量が一様な領域のみを使用する方法が大勢である。しかし、原稿照明装置を主走査方向に小型に構成する必要がある場合には、このようにＬＥＤ３のピッチを変更することで、ＬＥＤ３を等ピッチで並べた原稿照明装置と比較して、主走査方向に同じ大きさでも広い領域が一様照明可能となる。

本実施例では、図５の構成において以下の条件での光束の収束状態を検討した。
（長尺レンズ）
・中心厚：７ｍｍ
・主走査方向の幅：１２８ｍｍ
・長尺レンズの構成：Ｌ０＝２８ｍｍ、Ｌ１＝２６ｍｍ、Ｌ２＝２４ｍｍ
Ｌ０；主走査方向においてレンズ中心に最も近い、曲率半径の極大点２点間の距離
Ｌ１；その隣の極大点２点間の距離
Ｌ２；さらにその隣の極大点２点間の距離
・材料：ｎｄ＝１.４９１、νｄ＝５７.２
・Ｒ１面：曲率半径１０ｍｍのシリンダー面
・Ｒ２面：式（１）において、Ｃ０＝０.１、Ｃ１＝−０.０００９の場合の自由曲面

ここでｎは任意の自然数であり、Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｘは主走査方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。
（ＬＥＤ）
・数量：５個
・ピッチ：中心のＬＥＤとその隣までの間隔 ２７ｍｍ
さらにその隣までの間隔 ２５ｍｍ
（コンタクトガラス）
・中心厚：３．２ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.５１７、νｄ＝６４.２
（ＬＥＤとレンズＲ１面の関係）
・間隔：３.８ｍｍ
（原稿面）
・位置：コンタクトガラス面上とする
・サイズ：５１ｍｍ×５ｍｍ（主走査方向×副走査方向）
（シミュレーションの条件）
・光線本数：３００万本
・光線のスペクトル分布：４３５.８３ｎｍ〜６５６.２７ｎｍ

図１６及び図１７は、実施例１〜２及び比較例１と同様に、光線追跡によって原稿面の照度分布をシミュレーションしたものであり、図１６は主走査方向照度比、図１７は副走査方向照度比を示す。シミュレーションの結果から、原稿面の領域内で主走査方向の照度分布がほぼ一様である。また、図１８は副走査方向Ｙの照度分布であり、実線は副走査方向Ｙの照度分布を原稿面の主走査方向Ｘの中心位置でプロットしたものであり、一点鎖線は主走査方向中心から１０ｍｍの位置でプロットしたもの、点線は主走査方向中心から２０ｍｍの位置でプロットしたものである。実施例１のような等ピッチの場合と比較すると端部光量落ちが少なくなる。

〔実施例４〕
現在販売されているＬＥＤには様々な配光分布の商品がある。特に発光面にレンズを被せたＬＥＤは多数販売されており、このようなＬＥＤはランバート分布と比較すると、配光分布が急峻である（図１８参照；ＬＥＤ正面の最も光強度が強い方向から、少し角度を持つとすぐに光強度が落ちる）。このような配光分布のＬＥＤを実施例２に搭載した場合、副走査方向端部の光量落ちが予想される。
そこで、本実施例４では上記課題に鑑みてなされたもので、配光分布がランバート分布のＬＥＤ３にて主走査方向の光量分布を一様に保ちつつ、副走査方向の端部光量を上げ、副走査方向端部の光量落ちが改善できる長尺レンズ７の形状を示した。
実施例４の長尺レンズ７は、実施例２の長尺レンズ７のＲ２面の形状を変更したものである。実施例２では原稿面を一様に照明したが、実施例４では原稿面を主走査方向は一様に、副走査方向は端部の光量が上がるような長尺レンズ７に設定した。
また上記配光分布のＬＥＤ３を搭載した場合は主走査方向も端部光量落ちも発生するが、この問題に関してはＬＥＤ３を配列することや長尺レンズ７の曲率（Ｃ０及びＣ１に係る項）を調整することで容易に対応できる。

本実施例では、上記構成の照明装置において以下の条件での光束の収束状態を検討した。
（長尺レンズ）
・中心厚：７ｍｍ
・主走査方向の幅：１３５ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.４９１、νｄ＝５７.２
・Ｒ１面：曲率半径１０ｍｍのシリンダー面
・Ｒ２面：式（１）において、Ｃ０＝０.１、Ｃ１＝−０.０００９、Ｃ２＝０．００００１の場合の自由曲面

ここでｎは任意の自然数であり、Ｚはレンズの光軸方向の座標、Ｘは主走査方向の座標、Ｙは副走査方向の座標を示す。
（ＬＥＤ）
・数量：５個
・ピッチ：２７ｍｍ
（コンタクトガラス）
・中心厚：３．２ｍｍ
・材料：ｎｄ＝１.５１７、νｄ＝６４.２
（ＬＥＤとレンズＲ１面の関係）
・間隔：３.８ｍｍ
（原稿面）
・位置：コンタクトガラス面上とする
・サイズ：５１ｍｍ×５ｍｍ（主走査方向×副走査方向）
（シミュレーションの条件）
・光線本数：３００万本
・光線のスペクトル分布：４３５.８３ｎｍ〜６５６.２７ｎｍ

図１９、図２０にこの長尺レンズ７によるシミュレーション結果を示す。原稿面の領域内で、主走査方向の照度分布がほぼ一様であり、副走査方向の端部照度が上がっている様子がわかる。

従来のシリンダレンズを用いた原稿照明装置の縦断面図である。 従来のシリンダレンズを用いた原稿照明装置の横断面図である。 ＬＥＤの配光分布を表す概念図である。 シリンダレンズを用いた原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の横断面図である。 本発明に係る原稿照明装置の縦断面図である。 本発明に係る原稿照明装置の一部の横断面図である。 本発明に係る原稿照明装置の長尺レンズにＲ２面側から平行光を入射したときの原稿照明装置の縦断面図である。 本発明に係る原稿照明装置の長尺レンズにＲ２面側から平行光を入射したときの原稿照明装置の一部の横断面図である。 本発明に係る画像形成装置の概略図である。 本発明に係る原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 従来のシリンダレンズを用いた原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の横断面図である。 本発明に係る原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の副走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の副走査方向照度分布である。 発光面にレンズを被せたＬＥＤの配光分布を表す概念図である。 本発明に係る原稿照明装置の主走査方向照度分布である。 本発明に係る原稿照明装置の副走査方向照度分布である。

符号の説明

１ 光束
１ａ 垂直入射光
１ｂ 斜入射光
２ａ 光線（Ａ）
２ｂ 光線（Ｂ）
２ｃ 光線（Ｃ）
３ ＬＥＤ
４ シリンダレンズ
５ コンタクトガラス
６ 照度測定エリア
７ 長尺レンズ
８ 光源ユニット

Claims (14)

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入射面及び／又は出射面の形状（光束通過特定面形状）は、主走査方向の位置ごとに異な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、
   前記光束通過特定面形状は、主走査方向の位置によって、周期的に変化す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、
   前記光束通過特定面形状の変化の周期は、前記発光素子の配列ピッチに等しいことを特徴とする原稿照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記光束通過特定面形状は、曲率半径Ｒを含む式で表現あるいは近似可能な円弧あるいは非円弧であり、前記発光素子を含む副走査方向断面における光束通過面形状の曲率半径をＲ０、該発光素子を含まない任意の副走査方向断面における光束通過面形状の曲率半径をＲｉとするとき、
   Ｒ０ ≦ Ｒｉ
   であることを特徴とする原稿照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記長尺レンズの出射面に対して主走査方向に垂直な方向から平行光を照射したときに、長尺レンズの副走査断面において光が最も収束する点を収束点とし、前記発光素子を含む副走査断面における前記収束点と前記長尺レンズの入射面との距離をＢｆ０、該発光素子を含まない任意の副走査断面における前記収束点と該長尺レンズの入射面との距離をＢｆｉとするとき、
   Ｂｆ０ ≦ Ｂｆｉ
   であることを特徴とする原稿照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記長尺レンズは、複数のレンズを接着加工したレンズであることを特徴とする原稿照明装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記光源ユニットにおける発光素子が列設された長さは、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。
8. 請求項１〜７のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記発光素子同士の配置間隔は、光源ユニットの最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、最も端部に近い発光素子までの任意の隣接する発光素子間の間隔をＰｎ（ｎは１以上の整数）としたとき、
   Ｐｎ−１ ≧ Ｐｎ
   の関係を満たすことを特徴とする原稿照明装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一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。
10. 請求項１〜８のいずれか一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。
11. 請求項１〜１０のいずれか一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。
12. 請求項１〜１０のいずれか一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。
13. 請求項１１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。
14. 請求項１２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。
    

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