JP2008109251A - 原稿照明装置、画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子数が少なくても被照明領域の照度むらが少なく照明することができ、複雑な形状の光学部品を備えることなく低コストの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に相対し、前記長さ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た１又は複数の光学部材とを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記光学部材を経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記光源ユニット内の発光素子間隔Ｐは、発光素子や被照明面等の構成で規定される条件を満たすことを特徴とする。
【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）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。

従来、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られてきた。なぜならば、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である。

しかし近年、ＬＥＤ素子の大型化による大電流投入、あるいは複数の素子を一塊でパッケージングする手法等を用いることで、ＬＥＤ素子１個１個の絶対的な明るさは飛躍的な向上を見せた。これにより、原稿面での明るさが従来の画像読取装置と同じ値でよければ、多数個並べていた素子の数を減らすことができる。

素子を減らすことで問題となるのが、原稿面上主走査方向の照度分布一様性である。素子を減らしてしまうと、ＬＥＤ素子の正面方向位置では明るいがそれ以外の位置では暗く、光量むらが多く、イメージや文字情報の読み取り品質が低下してしまう。

この照度一様性の問題について言及しているのが、特許文献１である。特許文献１にはＬＥＤの正面方向位置では明るく、それ以外の位置では暗い状態が示されている（特許文献１図１０（ｃ)参照）。特許文献１では、この問題を解決するために光誘導体に光拡散効果を与えているが、ＬＥＤ光源はレンズをカップリングしなければ元々指向性は低く、特許文献１のような主走査方向に曲率を持たないレンズを用いて原稿面とＬＥＤとの間に適切な距離を与えれば、主走査方向に極端な分布を持つことは起こらない（特許文献１図１０（ａ）〜（ｃ)参照）。しかし、光誘導体に光拡散効果を与えることは、原稿照明装置の光利用効率の低下・コスト増を招くため、好ましくない。

また、特許文献２には、導光板に反射体と遮光部材を用いることで、少ないＬＥＤ数でも主走査方向に一様の照度分布が形成できるとされている。特許文献２では、ＬＥＤを１６ｍｍピッチで設置したときの原稿面上の照度分布がシミュレーションされているが、ＬＥＤと原稿面の間隔が不明確であるし、ＬＥＤの配光分布についても言及されていない。しかも、複雑な形状の導光板はコスト高・部品点数増加・重量増を招くので、ＬＥＤと原稿面の間隔を適切に設定することで複雑な形状の導光板の使用を避けるべきである。

さらに特許文献３では、主走査方向の照度むらを解消する発明が開示されている。しかし、特許文献３も特許文献２の導光板と同様に光学部品に複雑な形状を要求するため、コスト高・部品点数増加・重量増になりやすい。

特開平１１−２３２９１２号公報 特開平８−１１１５４５号公報 特開平１０−３２２５２１号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、発光素子数が少なくても被照明領域の照度むらが少なく照明することができ、複雑な形状の光学部品を備えることなく低コストの照明装置、原稿照明装置を提供することを目的としている。
また本発明は、発光素子数が少なくても被照明領域の照度むらが少なく照明することができ、高品質な画像読み取りが可能で、複雑な形状の光学部品を備えることなく低コストの画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置、および画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、光源ユニット内の発光素子間隔は、発光素子や被照明面等の構成で規定される条件を満たすことで上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。

即ち、前記課題を解決するために提供する本発明に係る照明装置、原稿照明装置、画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置、画像形成装置は、以下の通りである。
（１）長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットを備え、該光源ユニットからの光束を前記被照射面に照射する照明装置において、前記光源ユニット内の全ての発光素子間隔は、式１を満足することを特徴とする照明装置。
（発光素子間隔） ≦ １．３・Ｒ ・・・（式１）
ただしＲは、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。

（２）長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ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た１又は複数の光学部材とを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記光学部材を経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記光源ユニット内の発光素子間隔Ｐは、式２を満足することを特徴とする原稿照明装置。
Ｐ ≦ １．３・r ・・・（式２）
ただしrは式３で表される換算距離である。ここでｒ０は前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。また、ｎ個ある光学部材のうち前記発光素子から照射された光束がｉ番目（ｉは１〜ｎのいずれかの整数）に通過する光学部材の屈折率がＮｉ、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面を角度αで結ぶ直線上における当該光学部材中の物理的距離（奥行き）がＤｉである。
ｒ ＝ ｒ０ − Σ{Ｄｉ・（１−１／Ｎｉ）} ・・・（式３）
（３）前記（２）に記載の原稿照明装置において、前記光学部材はコンタクトガラスであることを特徴とする原稿照明装置。
（４）前記（２）に記載の原稿照明装置において、前記光学部材は前記長さ方向に長手方向を一致させた収束性の長尺レンズであることを特徴とする原稿照明装置。
（５）前記（４）に記載の原稿照明装置において、前記収束性の長尺レンズは、長さ方向に曲率を持たないことを特徴とする原稿照明装置。
（６）前記（２）に記載の原稿照明装置において、前記光学部材は、第１端面から入射された光束を、反射させながら他側の第２端面に導き該第２端面から射出する、長さと厚さと奥行きＤｉとを有する導光板であることを特徴とする原稿照明装置。
（７）前記（２）〜（６）のいずれか一に記載の原稿照明装置において、前記光源ユニットは、前記発光素子から射出された光束の向きを変えて前記被照明面に向ける反射型光学部材を有し、前記発光素子から射出された光束を、前記反射型光学部材を経て前記被照射面に照射することを特徴とする原稿照明装置。
（８）前記（７）に記載の原稿照明装置において、前記反射型光学部材は、前記幅方向断面形状が２次曲線または擬似２次曲線である反射部を有し、前記反射部は、前記発光素子の光束出射面に相対して設けられていることを特徴とする原稿照明装置。
（９）前記（２）〜（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）前記（２）〜（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、発光する色が異なる２種以上のチップを用い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）前記（２）〜（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）前記（２）〜（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画像読み取り装置。
（１３）前記（１１）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）前記（１２）記載のカラー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。

本発明の照明装置、原稿照明装置によれば、少ない発光素子数でも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を所望の範囲に抑えることが可能になる。
また、本発明の画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置によれば、上記照明装置、原稿照明装置を用いることで少ない発光素子数でも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を所望の範囲に抑えることが可能になり、原稿や画像の読み取り品質が高品質にできるようになる。
さらに、本発明の画像形成装置によれば、上記画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置を用いることで、再現性が良く、高品質な画像を形成することが可能になる。

本発明の照明装置、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。

（照明装置）
長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットを備え、該光源ユニットからの光束を前記被照射面に照射する照明装置において、前記光源ユニット内の全ての発光素子間隔は、式１を満足することを特徴とする照明装置。
（発光素子間隔） ≦ １．３・Ｒ ・・・（式１）
ただしＲは、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。

（ＬＥＤ）
発光素子であるＬＥＤは、蛍光体を用いた１チップ型白色ダイオードや、発光する色が異なる２種以上のチップを用い白色発光させる白色発光ダイオードが好ましい。

図１は本発明に用いられるＬＥＤのうち、ランバート分布のＬＥＤにおける光強度の角度分布を示す。
ＬＥＤなどの発光素子の光束出射面は、通常０.３〜１.０ｍｍ角程度の大きさであるが、ここではＬＥＤ１を点光源として仮定し、また、ＬＥＤ１の配光分布をランバート分布とする。通常、レンズなどがカップリングされていないＬＥＤ１の配光分布はランバート分布である。ここでランバート分布とはＬＥＤ１の正面方向への光強度に対して角度φつくごとに、光強度がｃｏｓφに比例して弱くなる光強度の角度分布のことを言う。

図２はＬＥＤ単体による照明装置の断面概略図である。ここでは被照射面を長さと幅を有する原稿面としており、（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。ここでＡ０は、長さ方向断面においてＬＥＤ１から原稿面２に対して垂直に光束３が入射する原稿面２上位置であり、Ａ１は長さ方向断面においてＬＥＤから原稿面２に対してθ１の角度を持って光束３が入射する原稿面２上位置である。
点光源であるＬＥＤ１によって原稿面２などの面を直接照明すると、図２（ａ）の原稿面２上の点Ａ０とＡ１の照度Ｅ０とＥ１には、以下の式４の関係がある。

Ｅ１＝Ｅ０・ｃｏｓ^４θ１ ・・・（式４）

ここで、ｃｏｓθ１の４乗のうちの２乗はＡ０とＡ１でＬＥＤ１との距離の変化に従って光束の照明面積が広がることによるものであり、ｃｏｓ^２θ１に比例する。そのほかの２乗のうちの１乗は被照明面と光束のなす角度によるＬＥＤ１にとっての見かけの照明面積の変化によるものであり、残りの１乗はランバート分布によるものである。

（発光素子間隔）
図３は本発明に係る照明装置の断面概略図で、原稿面長さ方向断面概略図である。
ＬＥＤ１ａ、１ｂを２つ並べて原稿面２を照明したとき、本発明では図３に示すように２個のＬＥＤ１ａ、１ｂからの照明が重なり合う原稿面２上の任意の位置（Ａ２）の照度Ｅ２が、少なくとも図２（ａ）で示されているＬＥＤ単体から光が垂直に入射する位置Ａ０の照度Ｅ０と等しくなることとする。この結果、ＬＥＤ１ａとＬＥＤ１ｂとの距離を離してＬＥＤ１ｂがＡ０を照明するエネルギーが非常に弱くなった場合においても、Ａ０〜Ａ３間で照度の一様性を保つことができる。このときＬＥＤ１ａを点光源とした場合の原稿面２上の位置Ａ０、Ａ２の照度の関係、及びＬＥＤ１ｂを点光源とした場合の原稿面２上の位置Ａ３、Ａ２の照度の関係は式４の関係が成立するので、Ａ２の照度Ｅ２は以下の式５で表される。

Ｅ２＝Ｅ０＝２・ｃｏｓ^４θ２ ・・・（式５）

ここでｃｏｓ^４θ２が０．５になるときのθ２は約３２．８度であり、その角度における正接を取った値（約０．６５）から、下記式１が成立する。

（発光素子間隔） ≦ ２・ｔａｎ３２．８°・Ｒ ＝ １．３・Ｒ ・・・（式１）

また、光源ユニットを構成するＬＥＤの数を３以上に増やしたり、原稿面２上の明るさを上げるためにＬＥＤ同士の間隔を狭めたりすることでＥ０は変化するが、式１は常に必須の条件である。

（原稿照明装置）
本発明の原稿照明装置は、長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ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た１又は複数の光学部材とを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記光学部材を経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、前記光源ユニット内の発光素子間隔Ｐは、下記式２を満足することを特徴とする原稿照明装置である。

（発光素子間隔Ｐ）
Ｐ ≦ １．３・r ・・・（式２）

式２は発光素子間隔Ｐを表し、コンタクトガラスやレンズといった光路長を変化させる要因を含む光学部材が、ＬＥＤと被照明面との間に配置された場合を考慮した式で、式１の変形である。

式２では、式１で用いられているＬＥＤと被照射面との物理的距離に換えて、下記式３で表される換算距離ｒが用いられている。

ｒ ＝ ｒ０ − Σ{Ｄｉ・（１−１／Ｎｉ）} ・・・（式３）

ここでｒ０は前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。また、ｎ個ある光学部材のうち前記発光素子から照射された光束がｉ番目（ｉは１〜ｎのいずれかの整数）に通過する光学部材の屈折率がＮｉ、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面を角度αで結ぶ直線上における当該光学部材中の物理的距離（奥行き）がＤｉである。

（光源ユニット）
光源ユニットには、発光素子であるＬＥＤが長さ方向に複数列設されてなるものである。あるいはそれに加えて反射型光学部材を備えるようにしても良い。

（反射型光学部材）
反射型光学部材とは、幅方向断面形状が２次曲線または擬似２次曲線である反射部を有し、ＬＥＤの光束出射面に相対して設けられている。ＬＥＤから出射された光束を上記反射部において向きを変えて出射し、原稿面を照射する。
反射部が２次曲線または擬似２次曲線であることで、ＬＥＤの光束出射面より出射される任意の角度を持って入射してきた光束を反射して、原稿面に向けて出射することができる。

反射型光学部材とは上記光学部材とは異なり、光束３が当該反射型光学部材内部を通過することがなく、また、光源ユニットに列設されたＬＥＤに相対して設けられ、入射した光束３の向きを変えて出射する機能を持つ。本発明の原稿照明装置に反射型光学部材を用いる場合、ＬＥＤが被照射面に向けて光束３を直接出射せずに、反射型光学部材に向けて光束３を出射し、該光束を前記反射型光学部材が被照射面に向けて反射することで被照射面を照射する構成となっている。従って、ＬＥＤの光束出射面と被照射面は相対して配置されず、反射型光学部材の反射面が被照射面と相対して配置されている。

図４は本発明に係る原稿照明装置のうち、反射型光学部材を用いた場合の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。

幅方向断面図である図４（ｂ）において、ＬＥＤ１から出射された光束３は、ＬＥＤ１から見て被照射部である原稿面２とは逆の方向に進行し、２次曲線または擬似２次曲線である反射部で反射される。その反射部からの反射光が原稿面２に向かって出射され、コンタクトガラス５を通過し原稿面２に到達する。

従って、ＬＥＤ１から出射された光束３が被照射面に到達するまでの距離、即ち式３におけるｒ０は、物理的最短距離となるＬＥＤと被照射面とを結ぶ直線ではなく、ＬＥＤ１から反射型光学部材の反射面を経て被照射面に到達するまでの距離となる。従って、反射型光学部材を用いる場合の光束３の経路を近似する距離として、反射型光学部材を用いない場合の経路であるＬＥＤと被照射面との物理的距離に、ＬＥＤから反射面までの往復経路分の距離を加算した距離を用いる。
その結果、上記式３におけるｒ０はＬＥＤと被照射面とを結ぶ直線距離よりもＬＥＤから反射面までの往復経路分長くなる。

（ＬＥＤ）
本発明に係る原稿照明装置も上記照明装置の場合と同様に、発光素子であるＬＥＤは、蛍光体を用いた１チップ型白色ダイオードや、発光する色が異なる２種以上のチップを用い白色発光させる白色発光ダイオードが好ましい。

（光学部材）
光学部材は、コンタクトガラス、長尺レンズや導光板などが好ましく、上記光学部材から１又は複数を選択して用いることができる。

コンタクトガラスとは、長さと幅と奥行きＤｉを持った板状の形状をなし、一様平坦な長さと幅を有する原稿面上に原稿を担持する。コンタクトガラスはガラス、あるいは透明樹脂等で形成することが好ましい。

長尺レンズは、前記長さ方向に長手方向を一致させた収束性の長尺レンズが好ましい。また、前記収束性の長尺レンズは、長さ方向に曲率を持たないことがより好ましい。

図５は導光板の形状を表す概略図である。
導光板は長さＬと厚さＴと奥行きＤｉを有する板状の直方体形状をなし、ガラス、あるいは透明樹脂で形成するのが良い。板状の厚さＴ方向と長さＬ方向で構成される面Ｓ１、Ｓ２のうち、一方の第１端面が光の入射面Ｓ１として用いられ、他方の第２端面が光の出射面Ｓ２として用いられる。奥行きＤｉ方向と、長さＬ方向で構成される面Ｓ３、Ｓ４は、２面とも内面反射用の反射面として構成され、入射面Ｓ１からそれぞれの面に角度をもって入射した光は、その角度に応じて対向面との間で反射を繰り返し、出射面Ｓ２から出ていく。この面を主反射面と呼ぶ。また、厚さＴ方向と奥行きＤｉ方向で構成される面は側面Ｓ５、Ｓ６と呼び、内面反射機能を持たせても良い。

以下に一例を挙げて換算距離について説明する。
図６（ａ）はＬＥＤ１個で原稿面を照射する照明装置の長さ方向断面概略図、図６（ｂ）はＬＥＤ１個で原稿面を照射する照明装置の幅方向断面概略図である。ここで、図６の原稿照明装置は、ＬＥＤ１と原稿面２の間に長さ方向に曲率を持たないレンズ４を１つ配置した構成である。

この場合、ｒ０＝１００、レンズ４の奥行きＤ１＝１５、レンズ材料の屈折率Ｎ＝１．５とすると
ｒ＝１００−１５・（１−１／１．５）＝９５（ｍｍ）
であり、空気中の場合に換算すると９５ｍｍに相当する。

（画像読み取り装置、カラー画像読み取り装置、画像形成装置）
図７は本発明に係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。
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原稿照明装置の一部である光源ユニットを搭載した第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、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。このとき原稿の幅方向である長手方向を副走査方向、原稿の長さ方向を主走査方向と言う。
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素子を主走査方向に多数個並べ、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。また、カラー画像読み取り装置を用いた場合、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。

以下に本発明の原稿照明装置の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例において、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度を光束入射角αとした。
（実施例１）
図８は実施例１の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例１では発光素子間隔Ｐを隔てて設けられた２個のＬＥＤ１ａ、１ｂで原稿面２を照射する構成をとる。
実施例１の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１００（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ＝１３０（ｍｍ） （≦１．３ｒ＝１３０）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面２の長さ（長さ方向）：１２９（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：２個
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

本実施例では、ＬＥＤ１の発光面から光線を出射し、光線追跡によって原稿面２と光線が交差する座標を求めるようにし、原稿面を１ｍｍ×１ｍｍの領域で分割し（実施例１の場合、長さ方向に１２９分割）、各領域に入射する光線本数によって原稿面２上の照度比を比較した。なお、発光面上の光出射点位置に規則性はない。

図９は実施例１の照度分布のシミュレーション結果を示す。ここで横軸は主走査方向位置（ｍｍ）を示し、縦軸は照度比を示し、以下に示すシミュレーション結果においても同様である。画像読み取り装置において、原稿面照度分布むらは目安として２０％未満であることが望ましいとされているが、シミュレーション結果では照度むら１７％未満であり、一様な照明を行うことができた。
しかし製造公差等を考慮すると１７％という数値は小さな値ではないので、より一様な分布を得られるように、条件式ぎりぎりの数値よりも少しピッチを近づけることが望ましい。
以下実施例２にてその例を示す。

（実施例２）
図１０は実施例２の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例２では発光素子間隔Ｐを隔てて設けられた２個のＬＥＤ１ａ、１ｂで原稿面２を照射する構成をとる。
実施例２の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１００（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ＝１０５（ｍｍ） （≦１．３ｒ＝１３０ｍｍ）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面２の長さ（長さ方向）：１０５（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：２個
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

図１１に実施例２の照度分布のシミュレーション結果を示す。照度むらは１０％未満であり、本構成を用いることで十分に一様な照明を行うことができる。

（実施例３）
図１２は実施例３の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例３では発光素子間隔Ｐ１〜Ｐ４を隔てて列設された５個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅからなる光源ユニットでコンタクトガラス５上の原稿面２を照射する構成をとる。

実施例３の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１００（ｍｍ）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面２の長さ（長さ方向）：２０１（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：５個
＜コンタクトガラス＞
・コンタクトガラス５の厚さ：３．２（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の奥行き：３．２／ｓｉｎα＝３．７０（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の材料の屈折率：１．５
＜発光素子間隔＞
・１．３ｒ＝１００−３．７０×（１−１／１．５）＝１２８．４（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｂ）＝５２（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ２（ＬＥＤ１ｂ〜ＬＥＤ１ｃ）＝７０（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ３（ＬＥＤ１ｃ〜ＬＥＤ１ｄ）＝７０（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ４（ＬＥＤ１ｄ〜ＬＥＤ１ｅ）＝５２（ｍｍ）
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

図１３に実施例３の照度分布のシミュレーション結果を示す。照度むらは１０％未満であり、本構成を用いることで十分に一様な照明を行うことができる。なお、本発明の実施例においては、光は単波長とし、表記の屈折率にしたがって屈折するものとする。

（実施例４）
図１４は実施例４の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例４では発光素子間隔Ｐ１〜Ｐ４を隔てて列設された５個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから出射された光束３がレンズ４を通り収束されて、コンタクトガラス５上の原稿面２を照射する構成をとる。

なお、図１４の（ｃ）は実施例４の原稿照明装置におけるレンズと光束との関係を示す概略図である。ＬＥＤ１から出射された光束３は、レンズ４のＲ１面から入射し、Ｒ２面から出射され、角度αを持ってコンタクトガラス４を通過し、原稿面２を照射する。

実施例４の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１００（ｍｍ）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面２の長さ（長さ方向）：２０１（ｍｍ）
・レンズ４−ＬＥＤ１間隔：５（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：５個
＜コンタクトガラス＞
・コンタクトガラス５の厚さ：３．２（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の奥行き：３．２／ｓｉｎα＝３．７０（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の材料の屈折率：１．５
＜レンズ＞
・レンズ４の奥行き：１０（ｍｍ）
・レンズ４の屈折率：１．５
・レンズ４のＲ１面曲率半径：３０．１５
・レンズ４のＲ２面曲率半径：−２８．３６
・レンズ４のＲ２面円錐定数：−６．４９
（ただし、レンズ４は長さ方向には曲率を持たない）
＜発光素子間隔＞
・１．３ｒ＝１００−｛３．７０×（１−１／１．５）＋１０×（１−１／１．５）｝＝１２４．１（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｂ）＝５２（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ２（ＬＥＤ１ｂ〜ＬＥＤ１ｃ）＝７０（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ３（ＬＥＤ１ｃ〜ＬＥＤ１ｄ）＝７０（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ４（ＬＥＤ１ｄ〜ＬＥＤ１ｅ）＝５２（ｍｍ）
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

図１５は実施例４の照度分布のシミュレーション結果を示す。照度むらは１０％未満であり、本構成を用いることで十分に一様な照明を行うことができる。

（実施例５）
図１６は実施例５の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例５では発光素子間隔Ｐ１〜Ｐ４を隔てて列設された５個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから出射された光束３が導光板６を通り収束されて、コンタクトガラス５上の原稿面２を照射する構成をとる。

実施例５の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１００（ｍｍ）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面２の長さ（長さ方向）：２０１（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：５個
＜コンタクトガラス＞
・コンタクトガラス５の厚さ：３．２（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の奥行き：３．２／ｓｉｎα＝３．７０（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の材料の屈折率：１．５
＜導光板＞
・導光板６の厚さ：１０（ｍｍ）
・導光板６の奥行き：５０（ｍｍ）
・導光板６の屈折率：１．５
＜発光素子間隔＞
・１．３ｒ＝１００−｛３．７０×（１−１／１．５）＋５０×（１−１／１．５）｝＝１０６．７（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｂ）＝５９（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ２（ＬＥＤ１ｂ〜ＬＥＤ１ｃ）＝７１（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ３（ＬＥＤ１ｃ〜ＬＥＤ１ｄ）＝７１（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ４（ＬＥＤ１ｄ〜ＬＥＤ１ｅ）＝５９（ｍｍ）
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

図１７は実施例５の照度分布のシミュレーション結果を示す。照度むらは１５％未満であり、本構成を用いることで一様な照明を行うことができる。

（実施例６）
図４は実施例６の原稿照明装置の断面概略図である。（ａ）は原稿面長さ方向断面概略図、（ｂ）は原稿面幅方向断面概略図を示す。実施例６では発光素子間隔Ｐ１〜Ｐ４を隔てて列設された５個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから出射された光束３が反射型光学部材６で反射されて、コンタクトガラス５上の原稿面２を照射する構成をとる。

実施例６の仕様を以下に示す。
＜配置構成＞
・距離ｒ０＝１１０（ｍｍ）
・光束入射角α＝６０（度）
・原稿面の長さ（長さ方向）：２０１（ｍｍ）
＜ＬＥＤ＞
・ＬＥＤ１の発光面の大きさ：０．３×０．３（ｍｍ）の正方形
・ＬＥＤ１の配光分布：ランバート分布
・ＬＥＤ１の個数：５個
＜コンタクトガラス＞
・コンタクトガラス５の厚さ：３．２（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の奥行き：３．２／ｓｉｎα＝３．７０（ｍｍ）
・コンタクトガラス５の材料の屈折率：１．５
＜反射型光学部材＞
・反射型光学部材７の反射面の曲率半径：９．３５９（ｍｍ）
・反射型光学部材７の反射面の面円錐定数：−１
（ただし、反射型光学部材７は長さ方向には曲率を持たない）
＜発光素子間隔＞
・１．３ｒ＝１１０−３．７０×（１−１／１．５）＝１４１．４（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｂ）＝５８（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ２（ＬＥＤ１ｂ〜ＬＥＤ１ｃ）＝７７（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ３（ＬＥＤ１ｃ〜ＬＥＤ１ｄ）＝７７（ｍｍ）
・発光素子間隔Ｐ４（ＬＥＤ１ｄ〜ＬＥＤ１ｅ）＝５８（ｍｍ）
＜シミュレーション条件＞
・シミュレーションの光線本数：１×１０^８（本）

発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面（この場合原稿面）とのなす角αについて、実施例６においては、発光素子の光強度が最も強い方向が原稿面とは反対側の反射面の方を向いているが、ＬＥＤ１にレンズ４や導光板５や反射型光学部材７などをカップリングした光源モジュールを扱う場合には、この光源モジュールの光強度が最も強い方向と原稿面２のなす角をαと扱う方がふさわしい。したがって実施例４、５についてはＬＥＤ１単体の場合と変化ないが、実施例６については図４（ｂ）のように、反射型光学部材７からの出射光と原稿面２とのなす角をαと設定する。ただしｒ０は幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であるので、発光素子から反射面を経て被照射面に到達する本実施例の場合、発光素子と原稿面までの直線距離１００に加えて、発光素子と反射面までの直線距離５の往復１０を足し合わす必要があり、ｒ０は合計した値１１０になる。
図１８に実施例６の照度分布のシミュレーション結果を示す。照度むらは１０％未満であり、本構成を用いることで十分に一様な照明を行うことができる。

ＬＥＤの配光分布を表す概念図である。 （ａ）ＬＥＤ単体による照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）ＬＥＤ単体による照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 本発明に係る照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。 （ａ）本発明（実施例６）の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）本発明（実施例６）の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 導光板の形状を表す概略図である。 （ａ）従来の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）従来の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 本発明に係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。 （ａ）本発明（実施例１）に係る原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）本発明（実施例１）に係る原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。（ｃ）本発明（実施例１）に係る原稿照明装置におけるレンズと光束との関係を示す概略図である。 実施例１の照度分布のシミュレーション結果である。 （ａ）実施例２の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）実施例２の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 実施例２の照度分布のシミュレーション結果である。 （ａ）実施例３の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）実施例３の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 実施例３の照度分布のシミュレーション結果である。 （ａ）実施例４の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）実施例４の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 実施例４の照度分布のシミュレーション結果である。 （ａ）実施例５の原稿照明装置の原稿面長さ方向断面概略図である。（ｂ）実施例５の原稿照明装置の原稿面幅方向断面概略図である。 実施例５の照度分布のシミュレーション結果である。 実施例６の照度分布のシミュレーション結果である。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ 原稿面
３ 光束
４ レンズ
５ コンタクトガラス
６ 導光板
７ 反射型光学部材
Ｄｉ 奥行き
Ｌ 長さ
Ｔ 厚さ

Claims (14)

1. 長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ方向に複数の発光素子が列設された光源ユニットを備え、該光源ユニットからの光束を前記被照射面に照射する照明装置において、
   前記光源ユニット内の全ての発光素子間隔は、式１を満足することを特徴とする照明装置。
   （発光素子間隔） ≦ １．３・Ｒ ・・・（式１）
   ただしＲは、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。
2. 長さと幅を有する被照明面に相対し、前記長さ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た１又は複数の光学部材とを有し、前記光源ユニットからの光束を、前記光学部材を経て前記被照射面に照射する原稿照明装置において、
   前記光源ユニット内の発光素子間隔Ｐは、式２を満足することを特徴とする原稿照明装置。
   Ｐ ≦ １．３・r ・・・（式２）
   ただしrは式３で表される換算距離である。ここでｒ０は前記幅方向断面上での発光素子と被照明面の距離であり、発光素子の光強度が最も強い方向と被照明面とのなす角度をαとすると、発光素子と被照明面を前記角度αで結ぶ直線の距離である。また、ｎ個ある光学部材のうち前記発光素子から照射された光束がｉ番目（ｉは１〜ｎのいずれかの整数）に通過する光学部材の屈折率がＮｉ、前記幅方向断面上での発光素子と被照明面を角度αで結ぶ直線上における当該光学部材中の物理的距離（奥行き）がＤｉである。
   ｒ ＝ ｒ０ − Σ{Ｄｉ・（１−１／Ｎｉ）} ・・・（式３）
3. 請求項２に記載の原稿照明装置において、
   前記光学部材はコンタクトガラスであることを特徴とする原稿照明装置。
4. 請求項２に記載の原稿照明装置において、
   前記光学部材は前記長さ方向に長手方向を一致させた収束性の長尺レンズであることを特徴とする原稿照明装置。
5. 請求項４に記載の原稿照明装置において、
   前記収束性の長尺レンズは、長さ方向に曲率を持たないことを特徴とする原稿照明装置。
6. 請求項２に記載の原稿照明装置において、
   前記光学部材は、第１端面から入射された光束を、反射させながら他側の第２端面に導き該第２端面から射出する、長さと厚さと奥行きＤｉとを有する導光板であることを特徴とする原稿照明装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一に記載の原稿照明装置において、
   前記光源ユニットは、前記発光素子から射出された光束の向きを変えて前記被照明面に向ける反射型光学部材を有し、
   前記発光素子から射出された光束を、前記反射型光学部材を経て前記被照射面に照射することを特徴とする原稿照明装置。
8. 請求項７に記載の原稿照明装置において、
   前記反射型光学部材は、前記幅方向断面形状が２次曲線または擬似２次曲線である反射部を有し、
   前記反射部は、前記発光素子の光束出射面に相対して設けられていることを特徴とする原稿照明装置。
9. 請求項２〜８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２〜８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、発光する色が異なる２種以上のチップを用い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２〜１０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２〜１０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画像読み取り装置。
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。

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