JP2010217881A - 原稿照明装置、原稿照明方法及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の影を発生させずに対向照明が可能である、副走査位置で照度や照度分布が変化しない光利用効率の良い原稿照明装置、原稿照明方法及び画像読取装置を提供する。
【解決手段】光を照射するための固体光源と、固体光源から照射された光束の一部を透過させて、残りの光束を反射させて照明領域へ導くために透過領域と反射領域を有した第１の反射手段と、第１の反射手段を透過した光束を照明領域へ導くための少なくとも２以上の第２の反射手段と、を備える。
【選択図】図９

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し、特に光源に発光ダイオードを用いる原稿照明装置、原稿照明方法及びその原稿照明装置を備える画像読取装置に関する。

近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤと記述する）の明るさは急速に高まっている。ＬＥＤは、一般的に長寿命、高効率、環境面などの利点を有しており、多くの照明分野へ応用されている。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が用いられ始めている。ＬＥＤ以外の光源としてはキセノンランプやハロゲンランプ、冷陰極管といった線状光源が用いられる。

例えば、特許文献１には、ハロゲンランプとリフレクタを用いた照明光学系の発明が開示されている。線状光源の場合には特に問題は発生しないが、光源をＬＥＤに置き換えた場合には以下の問題が発生する。

ＬＥＤの発光面から放射される光は半球状に広がる。この放射光を効率良く所定の照明領域まで伝搬させるにはレンズ系のみでは困難である。また放電ランプ光源に用いられるリフレクタを用いることで半球状の放射光を有効に利用できる可能性がある。しかし、例えば図７に示すように、ＬＥＤ７０の発光面をリフレクタの開口に向けた配置の場合にはリフレクタ７１で反射された光Ｒ１とリフレクタで反射されずに直接放射された光Ｒ２の進路が異なり、所望の照度分布を得ることができなかったり、光利用効率を低下させる原因となる。これを避けるには、例えば図８に示すように、発光面をリフレクタ側に向けることでＬＥＤから放出される半球状の光束を全てリフレクタで反射させることができるが、リフレクタで反射された光のうちＬＥＤに再び照射され、効率良くリフレクタの外に取り出せない光Ｒ４が存在することになる。

さらに、原稿照明装置は線状に照明するために、ＬＥＤをアレイ状に設置する方式もあり、ＬＥＤ駆動ボード上にＬＥＤチップが実装されると、このボードに光があたるために、取り出される光の割合はさらに低下することになる。これらの理由のためにＬＥＤ光源では凹面リフレクタが用いられることは無かった。

また特許文献２には、線状光源と、開口付きシリンドリカル非球面ミラーと、円柱ミラー、さらに、開口付きシリンドリカル非球面ミラーから透過した光を３枚のミラーで被照射部を照明するという発明が開示されている。

これは開口付きシリンドリカル非球面ミラーからの反射光と透過光を最終段のミラーに導き、片側から照明している。この平行光束にする理由は光源部を装置に対して固定して配置するためである。また円柱ミラーを省略し、線状光源をＬＥＤアレイ光源に置き換えることで原稿照明装置としては成立するが、このままでは片側照明であるため、凹凸のある原稿では影が発生することになる。また、特許文献２の方法では、開口付きシリンドリカル非球面ミラーからの透過光は少なくとも３枚のミラーを使用する必要があること、光源を固定して配置しているので有限のサイズを有する光源から放出された光を全て平行光にすることは原理的に不可能であると考えられる。

このため、副走査位置ごとによって光利用効率が変わり、照度値が変化し、照度分布も不均一になる。なお、主走査方向に広がる光のうち特に周辺は装置側面付近に配置させるサイドミラーで折り返すことで分布の悪化を抑えようとしているが、副走査位置でサイドミラーに入る光の量が変化し、結果的には主走査方向の分布も副走査位置で異なることになる。

また特許文献３には、互いに屈折率が異なる連続相と粒子状分散相とを有し、かつ粒子状分散相の平均アスペクト比が１より大きく、粒子状分散相の長軸方向が一方の方向に配向した異方性散乱層で構成された異方性拡散板を用いたバックライトユニットが開示されている。

また特許文献４には、レンチキュラーレンズを用いて異方性を出したバックライトユニットが開示されている。

特許文献２に記載されている方法は、対向照明ができないことや開口付きミラー以外に最低３枚のミラーが必要となり構成が複雑となることが考えられる。また特許文献２に記載されている方法では、原稿面で照度値や照度分布が変化してしまうという問題がある。

また特許文献３及び４に記載されている方法では、原稿面上の必要な領域への明るさが足りなくなり光利用効率が低下してしまうという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、光源の影を発生させずに対向照明が可能である、副走査位置で照度や照度分布が変化しない新たな照明光学系を提案するとともに、原稿面の必要な領域への明るさを確保しつつ、原稿面でのギラツキを低減した光利用効率の良い原稿照明装置、原稿照明方法及び画像読取装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る原稿照明装置は、光を照射するための固体光源と、固体光源から照射された光束の一部を透過させて、残りの光束を反射させて照明領域へ導くために透過領域と反射領域を有した第１の反射手段と、第１の反射手段を透過した光束を照明領域へ導くための少なくとも２以上の第２の反射手段と、を備えることを特徴とする。

また本発明に係る原稿照明方法は、光を照射するための固体光源から照射された光束の一部を透過させて、残りの光束を反射させて照明領域へ導くために透過領域と反射領域を有した第１の反射ステップと、第１の反射ステップを透過した光束を照明領域へ導くための少なくとも２以上の第２の反射ステップと、を備えることを特徴とする。

また本発明に係る画像読取装置は、上記の原稿照明装置を備えることを特徴とする。

本発明により、光源の影を発生させずに対向照明が可能である、副走査位置で照度や照度分布が変化しない、原稿面の必要な領域への明るさを確保しつつ、原稿面でのギラツキを低減した光利用効率の良い原稿照明装置、原稿照明方法及び画像読取装置を提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る原稿照明装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る線状照明装置の光学系の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 照度計算の結果の照度分布を示す図である。 照度計算の結果の照度分布を示す図である。 発光面とリフレクタの関係を示す図である。 発光面とリフレクタの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る線状照明装置の光学系の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る線状照明装置の光学系の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。 照度計算の結果の照度分布を示す図である。 照度計算の結果の照度分布を示す図である。

まず第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る、原稿照明装置の構成を示す図である。

第１の実施形態においては被照射部が図１の紙面に垂直な線状となる原稿照明装置１であり、ＬＥＤアレイ光源１１と、開口付曲面ミラー１２と、曲面ミラー１３及び１４と、を備えて構成される。

ＬＥＤアレイ光源１１は紙面に垂直方向にアレイ状に配置されている。ミラー１２は紙面に平行な断面形状が楕円の一部なる形状で、第一焦点近傍にＬＥＤを配置し第二焦点近傍に被照射面１５を設置する。ＬＥＤの発光面はミラー１２の開口１２ａに向かう面とする。

ＬＥＤからの放射光のうち、ミラー１２で反射された光１６ａは被照射部に向かう。一方、ミラー１２の開口１２ａで透過した光１６ｂはミラー１３及び１４で反射され、光１６ａとは大きく異なる方向から被照射面を照明する。

図１に示すように、右斜め上方向への照明光１６ａと、左斜め上方向への照明光１６ｂをつくるには、ミラー１２以外にミラー１３及び１４が必要である。すなわち、少なくとも２枚のミラーが必要となる。

図１の第１の実施形態の構成によれば、ミラー１２からの反射光はＬＥＤ（ＬＥＤボードを含む）に照射することなく所定方向に伝搬する。一方、ＬＥＤにあたる光はミラー１２の開口（透過領域）から透過され、ミラー１３及び１４によって効率良く被照射部を照明することが可能となる。このため光利用効率を大きく低下させること無く線状照明が可能となる。

本実施形態で用いる固体光源（ＬＥＤ）はその配光特性が限定されることは無いが、砲弾型レンズ付きのＬＥＤよりはむしろレンズなどの無いＬＥＤチップで、例えば放射される光が半球状のように広がるタイプほど効果が高い。

なお、ミラー１３及び１４はどちらも曲面ミラーで図示しているが、どちらか一方のみ曲面ミラーであっても本実施形態の効果を損なうことは無い。

また、本実施形態ではＬＥＤアレイを使用し線状照明装置を構築しているが、ＬＥＤ単体（ひとつのＬＥＤ光源）としてミラー１２を開口付き回転楕円ミラー、ミラー１３及び１４を球面ミラーとし、異なる２方向からスポット状に照明する光学系を構築すると光学顕微鏡などの照明として利用することもできる。

さらに、ミラー１２の開口部を無くし、反射させたい領域にのみ反射部材（アルミ、誘電体多層膜など）を設置し、開口部に対応する領域は反射部材を設けずに光を透過させても良い。ただし、開口を設けたほうが光の屈折が無いため、白色ＬＥＤを用いるときに分光を発生することが無く、色ムラの可能性を排除できる。

図２は第１の実施形態に係る、原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。本画像読取装置は、原稿を置くためのコンタクトガラス１６、第一キャリッジ２と、第二キャリッジ３と、縮小結像レンズ１８と、撮像素子（ＣＣＤセンサ）１９と、を備えて構成される。第一キャリッジ２は原稿照明装置１とミラー１７ａを備える。第二キャリッジ３はミラー１７ｂ、及び１７ｃを備える。

図２の原稿照明装置の配置でミラー１３とミラー１４との間に空間があるため、原稿読取のための光学系はこの空間を利用することが望ましい。第一キャリッジを図３の左右方向に速度Ｖで移動する際には、第二キャリッジ３はＶ／２の速度で移動させる。

縮小結像レンズはｃｏｓ４乗則のため周辺光量が暗くなる特性を有する。これを補正するために、例えば、ＬＥＤアレイの配置を周辺にいくにしたがってピッチ（ＬＥＤ間隔）を短くしていく方法が利用できる。これ以外にも、周辺のＬＥＤほど光量を上げることや、ＣＣＤ出力を電気的に補正することも有効である。

図３は第１の実施形態に係る、線状照明装置の光学系の構成を示す図である。本実施形態においては、コンタクトガラス３３に置かれた紙面（図示せず）に垂直方向（ｘ軸方向）にそって線状に照明する光学系である。

本光学系は、ＬＥＤアレイ光源１１と、開口付きのミラー１２と、曲面ミラー３１と、平面ミラー３２と、を備えて構成される。またＬＥＤアレイ光源１１はｘ軸方向にアレイ状に配置される。

ＬＥＤはミラー１２側の面が発光面となるように配置する。ミラー１２はｙｚ断面形状が楕円形状となる凹面の楕円柱面であり、ミラー中央部にはｘ軸に沿って開口をもつ。通常、ＬＥＤからの出射光は半球状に放射される。このうち、ＬＥＤ自身（ＬＥＤボードを含む）に戻らない成分のみが反射されるように反射領域を設定する。楕円の第一焦点付近にＬＥＤが設置され、第二焦点付近が被照射部となるようにミラー３２を配置する。ミラー１２の開口１２ａから透過された光は曲面ミラー３１で集光しつつ被照射部を光３１ａとは異なる方向から照明する。開口１２ａからの透過光は発散光であるためミラー３１はｙｚ断面で曲面形状であることが望ましい。

本実施形態ではＬＥＤ、ミラー１２、１３及び１４をほぼ直線上にレイアウトできるため、原稿照明装置の主要光学系（図３の一点鎖線内）の高さ（ｙ方向の長さ）をコンパクトにすることが可能となる。

なお、本実施形態では開口付きミラー１２のｙｚ断面形状が楕円形状であったが、放物形状であっても良い。ただしその場合にはミラー３２はｙｚ断面が曲面形状であることが望ましい。

図４は第１の実施形態に係る、原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。本画像読取装置は、図３に示す線状照明装置２Ａと、ミラー１７ａ、１７ｂ及び１７ｃと、縮小結像レンズ１８と、撮像素子（ＣＣＤセンサ）１９と、コンタクトガラス３３と、を備えて構成される。

本実施形態においては、線状照明装置のＬＥＤ光源１１と、開口付きミラー１２と、ミラー３１及び３２とがコンタクトガラス平行で一直線上に配置されており、原稿読取装置の厚さ方向（図４の上下方向）に小型化が図られている。これまでの実施形態と同様に、開口付きミラーを用いてＬＥＤからの放射光を全て有効に利用できるため、光利用効率が高い。

次に、第１の実施形態に係る、光利用効率についてノンシーケンシャル光線追跡シミュレーションを実施し、検証した結果を説明する。

シミュレータには、オプティカル・リサーチ・アソシエーツ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）社のライトツールズ（Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ）、バージョン６．１を用いて図３の原稿照明装置をモデル化し照度計算を行なった。

ＬＥＤは図４のｘ軸（紙面に垂直な方向。主走査方向）にそって３０個のアレイ光源で、発光面は開口付きミラー１２に向かう面のみとした。各ＬＥＤの光束量は５ｌｍ（５ルーメン）とした。また、ミラー１２、３１及び３２の反射率は８５％と設定した。

照度計算の結果、副走査方向（ｚ方向）の照度分布を図５に、また、主走査方向（ｘ方向）の照度分布を図６に示す。原稿中央の最大照度は１０００００ルクスであった。ＬＥＤ３０個の光束は５［ｌｍ］×３０＝１５０［ｌｍ］となり、使用するＬＥＤの投入電力光束比（発光効率）は７０ｌｍ／Ｗである。このＬＥＤ３０個への投入電力は１５０／７０＝２．１［Ｗ］となる。

一方、従来のキセノン線状光源を用いた照明装置では投入電力１２Ｗに対して原稿中央照度は２万ルクスである。

投入電力に対する原稿中央照度の比を比べると、本実施形態の方式では、１０００００［ｌｘ］／２．１［Ｗ］＝４７０００［ｌｘ／Ｗ］であり、キセノン方式は、２００００［ｌｘ］／１２［Ｗ］＝１７００［ｌｘ／Ｗ］であり、本実施形態の方式では２０倍以上の効率が得られた。

次に第２の実施形態について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る、原稿照明装置の構成を示す図である。

第２の実施形態においては被照射部が図９の紙面に垂直な線状となる原稿照明装置１であり、ＬＥＤアレイ光源１１と、開口付曲面ミラー１２と、曲面ミラー１３、及び１４と、等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂと、を備えて構成される。

図９は、図１の原稿照明装置１の構成に等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂを加えて、照明光のギラツキを低減した構成であるため図１と同じものは同じ符号で示す。

ＬＥＤアレイ光源１１は紙面に垂直方向にアレイ状に配置されている。ミラー１２は紙面に平行な断面形状が楕円の一部なる形状で、第一焦点近傍にＬＥＤを配置し第二焦点近傍に被照射面１５を設置する。ＬＥＤの発光面はミラー１２の開口１２ａに向かう面とする。

ＬＥＤからの放射光のうち、ミラー１２で反射された光１６ａは被照射部に向かう。一方、ミラー１２の開口１２ａで透過した光１６ｂはミラー１３、及び１４で反射され、光１６ａとは大きく異なる方向から被照射面を照明する。

図９に示すように、右斜め上方向への照明光１６ａと、左斜め上方向への照明光１６ｂをつくるには、ミラー１２以外にミラー１３、及び１４が必要である。すなわち、少なくとも２枚のミラーが必要となる。

照明光１６ａと１６ｂには、それぞれ、非照射面までに等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂが配置される。等方性拡散部材は照明光を人が直視したときにぎらつき感を低減させるために用いるものである。

等方性拡散部材としてはすりガラスのように表面に微細な凹凸がランダムに形成された拡散機能を有するものや、ホログラムのように回折現象を利用したもの、微小なビーズを敷き詰めた拡散シートなどが利用できる。

また、プリズムシートのプリズム稜線を紙面に平行になるように配置し、ＬＥＤアレイ方向のみに光を拡散させるものであっても良い。等方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減させると光利用効率が低下する方向に向かう、いわゆるトレードオフの関係がある。すりガラスや拡散ビーズによる拡散特性はガウス散乱特性を有する場合が多い。

散乱強度は次の式１で示される。

散乱強度＝Ｐ０ ｅｘｐ｛（−１／２）（θ／σ）＾２｝（式１）
ただし、θ：散乱角、Ｐ０：散乱光のピークの光強度、σ：ガウス分布の標準偏差（単位：角度）

等方性拡散部材のσは、おおむね、３度から１５度までの間に設定すると、ギラツキ感の低減効果と光利用効率低下の抑制を両立しやすい。

図９の第２の実施形態の構成によれば、ミラー１２からの反射光はＬＥＤ（ＬＥＤボードを含む）に照射することなく所定方向に伝搬する。

一方、ＬＥＤにあたる光はミラー１２の開口（透過領域）から透過され、ミラー１３、及び１４によって効率良く被照射部を照明することが可能となる。このため光利用効率を大きく低下させること無く線状照明が可能となり、さらに、等方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減させることができる。

図９の構成での副次的なメリットとして、等方性拡散部材によって線状照明光のリップル（照度分布が一定でなく、局所的に照度が高くなったり低下する現象）を抑えるはたらきも有する。

図１０は、図９に示した等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂを、異方性拡散部材２１ａ及び２１ｂに変更した場合の原稿照明装置の構成を示す図である。

異方性拡散部材２１ａ及び２１ｂ以外の構成は図９と同様であるため、図９と同じものは同じ符号で示す。また、構成に対する詳細な説明も同様に省略する。

照明光１６ａと１６ｂには、それぞれ、非照射面までに異方性拡散部材２１ａ、２１ｂが配置される。

異方性拡散部材は照明光を人が直視したときにぎらつき感を低減させるために用いるものである。

異方性拡散部材としては微細な楕円形状凹凸がランダムに形成されたものや、ホログラムのように回折現象を利用したもの、微小な棒状または回転楕円体のビーズを敷き詰めた拡散シートなどが利用できる。

また、プリズムシートのプリズム稜線を紙面に平行になるように配置し、ＬＥＤアレイ方向のみに光を拡散させるものであっても良い。異方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減させると光利用効率が低下する方向に向かう、いわゆるトレードオフの関係がある。すりガラスや拡散ビーズによる拡散特性はガウス散乱特性を有する場合が多い。

散乱強度は式２で示される。

散乱強度＝Ｐ０ ｅｘｐ｛（−１／２）（θ／σ）＾２｝（式２）
ただし、θは散乱角、Ｐ０は散乱光のピークの光強度、σは拡散強度がＰ０／√ｅとなる角度

異方性拡散部材のσはＬＥＤアレイ方向に、おおむね、３度から１５度までの間に設定すると、ギラツキ感の低減効果と光利用効率低下の抑制を両立しやすい。ＬＥＤアレイ方向に直交する方向のσは、０もしくは、ＬＥＤアレイ方向のσより小さな値となるような異方性とする。

図１０の第２の実施形態の構成によれば、ミラー１２からの反射光はＬＥＤ（ＬＥＤボードを含む）に照射することなく所定方向に伝搬する。

一方、ＬＥＤにあたる光はミラー１２の開口（透過領域）から透過され、ミラー１３、１４によって効率良く被照射部を照明することが可能となる。

このため光利用効率を大きく低下させること無く線状照明が可能となり、さらに、異方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減させることができる。

さらに図１０の構成のメリットとして、異方性拡散部材によってＬＥＤ光がアレイ方向に強く拡散されるため原稿面で線状照明光のリップル（照度分布が一定でなく、局所的に照度が高くなったり低下する現象）を抑えるはたらきも有する。

等方性拡散ではアレイ直交方向にも拡散するため原稿面読み取りに利用できない光を発生させるが、図１０の構成ではアレイ方向への拡散なので光利用効率の低下は最小限に抑えられる。

第２の実施形態で用いる固体光源（ＬＥＤ）はその配光特性が限定されることは無いが、砲弾型レンズ付きのＬＥＤよりはむしろレンズなどの無いＬＥＤチップで、例えば放射される光が半球状のように広がるタイプほど効果が高い。

なお、ミラー１３及び１４はどちらも曲面ミラーで図示しているが、どちらか一方のみ曲面ミラーであっても本実施形態の効果を損なうことは無い。

また、本実施形態ではＬＥＤアレイを使用し線状照明装置を構築しているが、ＬＥＤ単体（ひとつのＬＥＤ光源）としてミラー１２を開口付き回転楕円ミラー、ミラー１３及び１４を球面ミラーとし、異なる２方向からスポット状に照明する光学系を構築すると光学顕微鏡などの照明として利用することもできる。

さらに、ミラー１２の開口部を無くし、反射させたい領域にのみ反射部材（アルミ、誘電体多層膜など）を設置し、開口部に対応する領域は反射部材を設けずに光を透過させても良い。ただし、開口を設けたほうが光の屈折が無いため、白色ＬＥＤを用いるときに分光を発生することが無く、色ムラの可能性を排除できる。

図１１は、第２の実施形態に係る、原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。

本画像読取装置は、原稿を置くためのコンタクトガラス１６、第一キャリッジ２と、第二キャリッジ３と、縮小結像レンズ１８と、撮像素子（ＣＣＤセンサ）１９と、等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂと、を備えて構成される。第一キャリッジ２は原稿照明装置１とミラー１７ａを備える。第二キャリッジ３はミラー１７ｂ及び１７ｃを備える。

図１１は、図２の構成に等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂを加えた構成であるため図２と同じものは同じ符号で示す。

図１１の原稿照明装置の配置でミラー１３とミラー１４との間に空間があるため、原稿読取のための光学系はこの空間を利用することが望ましい。第一キャリッジを図９の左右方向に速度Ｖで移動する際には、第二キャリッジ３はＶ／２の速度で移動させる。

縮小結像レンズはｃｏｓ４乗則のため周辺光量が暗くなる特性を有する。これを補正するために、例えば、ＬＥＤアレイの配置を周辺にいくにしたがってピッチ（ＬＥＤ間隔）を短くしていく方法が利用できる。これ以外にも、周辺のＬＥＤほど光量を上げることや、ＣＣＤ出力を電気的に補正することも有効である。

図１２は、図１１に示した等方性拡散部材２０ａ及び２０ｂを、異方性拡散部材２１ａ及び２１ｂに変更した場合の原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。

異方性拡散部材２１ａ及び２１ｂ以外の構成は図１１と同様であるため、図１１と同じものは同じ符号で示す。また、構成に対する詳細な説明も同様に省略する。

図１３は第２の実施形態に係る、線状照明装置の光学系の構成を示す図である。本実施形態においては、コンタクトガラス３３に置かれた紙面（図示せず）に垂直方向（ｘ軸方向）にそって線状に照明する光学系である。

本光学系は、ＬＥＤアレイ光源１１と、開口付きのミラー１２と、曲面ミラー３１と、平面ミラー３２と、等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂと、を備えて構成される。またＬＥＤアレイ光源１１はｘ軸方向にアレイ状に配置される。図３の構成に等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂを加えた構成であるため図３と同じものは同じ符号で示す。

ＬＥＤはミラー１２側の面が発光面となるように配置する。ミラー１２はｙｚ断面形状が楕円形状となる凹面の楕円柱面であり、ミラー中央部にはｘ軸に沿って開口をもつ。

通常、ＬＥＤからの出射光は半球状に放射される。このうち、ＬＥＤ自身（ＬＥＤボードを含む）に戻らない成分のみが反射されるように反射領域を設定する。

楕円の第一焦点付近にＬＥＤが設置され、第二焦点付近が被照射部となるようにミラー３２を配置する。ミラー１２の開口１２ａから透過された光は曲面ミラー３１で集光しつつ被照射部を光３１ａとは異なる方向から照明する。開口１２ａからの透過光は発散光であるためミラー３１はｙｚ断面で曲面形状であることが望ましい。

照明光３４ａ及び３４ｂは、それぞれ、コンタクトガラスまでに設置された等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂによって拡散されて被照射部を照明する。等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂは図９に示した等方性拡散部材と同様に、ガウス散乱特性を有する場合にはσ値はおおむね３度から１５度までに設定することが望ましい。

図１３の実施形態ではＬＥＤ、ミラー１２、１３及び１４をほぼ直線上にレイアウトできるため、原稿照明装置の主要光学系（図３の一点鎖線内）の高さ（ｙ方向の長さ）をコンパクトにすることが可能となる。さらに等方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減することができる。

なお、図１３の実施形態では開口付きミラー１２のｙｚ断面形状が楕円形状であったが、放物形状であっても良い。ただしその場合にはミラー３２はｙｚ断面が曲面形状であることが望ましい。

図１４は、図１３に示した等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂを、異方性拡散部材３６ａ及び３６ｂに変更した場合の線状照明装置の光学系の構成を示す図である。

異方性拡散部材３６ａ及び３６ｂ以外の構成は図１３と同様であるため、図１３と同じものは同じ符号で示す。また、構成に対する詳細な説明も同様に省略する。

照明光３４ａ、３４ｂは、それぞれ、コンタクトガラスまでに設置された異方性拡散部材３６ａ、３６ｂによって拡散されて被照射部を照明する。

異方性拡散部材３６ａ、３６ｂは第２の実施形態に示した異方性拡散部材と同様に、ガウス散乱特性を有する場合にはσ値はＬＥＤアレイ方向に、おおむね、３度から１５度までの間に設定すると、ギラツキ感の低減効果と光利用効率低下の抑制を両立しやすい。ＬＥＤアレイ方向に直交する方向のσは、０もしくは、ＬＥＤアレイ方向のσより小さな値となるような異方性とする。

図１４の実施形態ではＬＥＤ、ミラー１２、１３、１４をほぼ直線上にレイアウトできるため、原稿照明装置の主要光学系（図３の一点鎖線内）の高さ（ｙ方向の長さ）をコンパクトにすることが可能となる。

また、異方性拡散部材によって照明光のギラツキ感を低減することができる。なお、図１４の実施形態では開口付きミラー１２のｙｚ断面形状が楕円形状であったが、放物形状であっても良い。ただしこの場合にはミラー３２はｙｚ断面が曲面形状であることが望ましい。

図１５は、第２の実施形態に係る、原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。

本画像読取装置は、図１５に示す線状照明装置２Ｂと、ミラー１７ａ、１７ｂ及び１７ｃと、縮小結像レンズ１８と、撮像素子（ＣＣＤセンサ）１９と、コンタクトガラス３３と、等方性拡散板３５ａ及び３５ｂと、を備えて構成される。

図１５は、図４の構成に等方性拡散板３５ａ及び３５ｂを加えた構成であるため図４と同じものは同じ符号で示す。

図１５の実施形態においては、線状照明装置のＬＥＤ光源１１と、開口付きミラー１２と、ミラー３１及び３２とがコンタクトガラス平行で一直線上に配置されており、原稿読取装置の厚さ方向（図４の上下方向）に小型化が図られている。これまでの実施形態と同様に、開口付きミラーを用いてＬＥＤからの放射光を全て有効に利用できるため、等方性拡散板を用いているにもかかわらず比較的、光利用効率が高い。

図１６は、図１５に示した等方性拡散部材３５ａ及び３５ｂを、異方性拡散部材３６ａ及び３６ｂに変更した場合の原稿照明装置を用いた画像読取装置を示す図である。

異方性拡散部材３６ａ及び３６ｂ以外の構成は図１５と同様であるため、図１５と同じものは同じ符号で示す。また、構成に対する詳細な説明も同様に省略する。

図１６の実施形態では、線状照明装置のＬＥＤ光源１１、開口付きミラー１２、ミラー３１、３２がコンタクトガラス平行で一直線上に配置されており、原稿読取装置の厚さ方向（図４の上下方向）に小型化が図られている。これまでの実施形態と同様に、開口付きミラーを用いてＬＥＤからの放射光を全て有効に利用できるため、異方性拡散板を用いているにもかかわらず比較的、光利用効率が高い。

なお、本実施形態におけるＬＥＤアレイには、次に記述するもののどれを用いても良く、本発明の効果を損なうことはない。例えば（１）ＬＥＤチップがアレイ状に配列されたもの、（２）青色帯域で発光するＬＥＤチップと蛍光体（黄色、もしくは、緑と赤）からなるＬＥＤパッケージがアレイ状に実装されたもの、（３）ＵＶ光を発光するＬＥＤチップと蛍光体からなるＬＥＤパッケージがアレイ状に実装されたもの、である。

次に、第２の実施形態に係る、光利用効率についてノンシーケンシャル光線追跡シミュレーションを実施し、検証した結果を説明する。

シミュレータには、オプティカル・リサーチ・アソシエーツ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）社のライトツールズ（Ｌｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ）、バージョン６．１を用いて図１３の原稿照明装置をモデル化し照度計算を行なった。

ＬＥＤは図１５及び図１６のｘ軸（紙面に垂直な方向、主走査方向）にそって３０個のアレイ光源で、発光面は開口付きミラー１２に向かう面のみとした。各ＬＥＤの光束量は５ｌｍ（５ルーメン）とした。また、ミラー１２、３１及び３２の反射率は８５％と設定した。

等方性拡散板はＬＥＤアレイ方向、直交方向ともにσ＝１５度の拡散広がりをもたせた。一方、異方性拡散板はＬＥＤアレイ方向にσ＝１５度、直交方向にσ＝１度とした。

照度計算の結果、副走査方向（ｚ方向）の照度分布を図１７に、また、主走査方向（ｘ方向）の照度分布を図１８に示す。等方性拡散板を凡例の「◆ 等方性」で示し、異方性拡散板を凡例の「■ 異方性」で示す。

等方性拡散板の原稿中央（副走査位置）の最大照度は５２５００ルクスであった。ＬＥＤ３０個の光束は５［ｌｍ］×３０＝１５０［ｌｍ］となり、使用するＬＥＤの投入電力光束比（発光効率）は７０ｌｍ／Ｗである。このＬＥＤ３０個への投入電力は１５０／７０＝２．１［Ｗ］となる。一方、従来のキセノン線状光源を用いた照明装置では投入電力１２Ｗに対して原稿中央照度は２万ルクスである。冷陰極管を用いた場合には３万ルクス（４．５Ｗ）である。

上記から投入電力に対する原稿中央照度の比を比べると、本実施形態の方式では、５２５００［ｌｘ］／２．１［Ｗ］＝２５０００［ｌｘ／Ｗ］であり、キセノン方式では、２００００［ｌｘ］／１２［Ｗ］＝１７００［ｌｘ／Ｗ］であり、冷陰極管方式では、３００００［ｌｘ］／４．５［Ｗ］＝６７００［ｌｘ／Ｗ］であり、本方式の投入電力に対する効率の良さが確認された。

さらに、異方性拡散板の副走査位置の最大照度は、９４０００ルクスであり、等方性拡散板の副走査位置の最大照度５２５００ルクスに比較して異方性拡散板の場合は、約１．８倍の照度が得られた。

また、等方性拡散板３５ａ、３５ｂ及び異方性拡散板３６ａ、３６ｂの拡散機能によってＬＥＤ照明光固有のギラツキ感を低減することができる。なお、等方性拡散板及び異方性拡散板の位置は必ずしもコンタクトガラス３３近傍である必要はなく、例えば、凹面ミラーの前後４１ａ及び４１ｂにそれぞれ配置しても良い。

なお、上記の実施形態において、開口付きミラーはアルミ面とすると８５％程度の反射率が得られ、銀にすると９５％程度の反射率に向上できる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーを用いることで原稿照明装置において光源の影が発生せず（光量ロスが低減し）、対向照明が可能で、照明光のギラツキ感を低減でき、さらには、異方性拡散部材を用いて必要な方向にのみ拡散させるため効率の良い照明が可能となる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーを用いることで原稿照明装置において光源の影が発生せず（光量ロスが低減し）、対向照明が可能で、副走査位置で照度や照度分布が変化しないようにできる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーを用いることで原稿照明装置において光源の影が発生せず（光量ロスが低減し）、対向照明が可能で、副走査位置で照度や照度分布が変化しなく、さらに、開口を設けた曲面ミラーを用いたことで屈折光学素子がなく色ムラが発生しないようにできる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーからの透過光を第二のミラーで反射させることによって開口付きミラーの反射光と透過光をそれぞれ異なる角度で原稿を対向照射することができる（原稿浮きに強い装置となる）。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーから発散していく透過光を照明領域に効率良く照明できる。

また上記の実施形態によれば、固体光源をアレイ化することによって個々の固体光源の明るさが小さくても明るい線状照明が可能となる。

また上記の実施形態によれば、固体光源からの光りの重なりに起因する照度分布ムラを改善できる。

また上記の実施形態によれば、主光軸が原稿面に平行な配置となりコンパクト化が達成される。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず光量ロスを低減できるため、光利用効率の高い照明が可能な画像読取装置を提供できる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーを用いることで原稿照明装置において光源の影が発生せず（光量ロスが低減し）、対向照明が可能で、さらに、照明光のギラツキ感を低減できる。

また上記の実施形態によれば、拡散部材とミラーでのみ構成され、屈折光学素子を用いないため色ムラ（色分離）を無くすることができる。

また上記の実施形態によれば、開口付きミラーからの透過光を第二のミラーで反射させることによって開口付きミラーの反射光と透過光をそれぞれ異なる角度で原稿を対向照射することができる原稿浮きに強い照明装置となる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず光量ロスを低減でき、かつ、照明光のギラツキ感の低減された照明が可能な画像読取装置を提供できる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず光量ロスを低減でき、かつ、照明光のギラツキ感が低減され、さらには効率の良い照明が可能な画像読取装置を提供できる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、さらに、光利用効率の改善ができる。

また上記の実施形態によれば、屈折光学素子が無く色ムラを無くすことができる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、光利用効率の改善に加えて、開口付きミラーからの反射光と透過光を異なる方向から被照射部に導くこと（対向照射）ができる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、光利用効率の改善に加えて、第一の凹面ミラーから発散していく透過光を効率的に被照射部に導くことができる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、光利用効率の改善に加えて、個々の固体光源の明るさが小さくても明るい線状照明を可能とすることができる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、光利用効率の改善に加えて、原稿面の照度分布の不均一性を改善することができる。

また上記の実施形態によれば、原稿照明装置において光源の影が発生せず、対向照明が可能で、照明光のギラツキを低減し、光利用効率の改善に加えて、装置のサイズを小さくすることができる。

また上記の実施形態によれば、光利用効率の高い照明で、かつ、原稿面のギラツキを低減できる画像読取装置を提供することができる。

本発明に係る原稿照明装置は、固体光源から照射された光束が第１の反射手段と、第２の反射手段と、によって導かれる照明領域までの光路中に光束を拡散させる拡散部材を備えるようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置の拡散部材の拡散特性は、等方性を有するようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置の拡散部材の拡散特性は、異方性を有するようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置の前記第１の反射手段は、楕円柱形状で断面形状が曲面である反射領域に反射部材を有し、透過領域は前記固体光源に対して水平となる位置に設けた開口であり反射部材を有しないようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置の第２の反射手段は、少なくとも２以上のうち少なくとも１つは断面形状が曲面であるようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置の照明領域は線状の形を有し、固体光源は照明領域に対して平行でアレイ状に配置するようにしても良い。

本発明に係る原稿照明装置のアレイ状に配置した固体光源からの光束の拡散部材による拡散広がりは、アレイ方向に平行な拡散広がりが、アレイ方向に直交する拡散広がりよりも大きいようにしても良い。

本発明に係る画像読取装置は、上記記載の原稿照明装置を備えるようにしても良い。

本発明によれば、原稿照明装置及び画像読取装置などの用途に適用できる。

１ 原稿照明装置
２ 第一キャリッジ
２Ａ 線状照明装置
３ 第二キャリッジ
１１ ＬＥＤアレイ光源
１２ 開口付曲面ミラー
１２ａ 開口
１３、１４ 曲面ミラー
１５ 被照射面
１６ コンタクトガラス
１６ａ、１６ｂ 照明光
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ ミラー
１８ 縮小結像レンズ
１９ 撮像素子（ＣＣＤセンサ）
２０ａ、２０ｂ 等方性拡散部材
２１ａ、２１ｂ 異方性拡散部材
３１ 曲面ミラー
３２ 平面ミラー
３３ コンタクトガラス
３４ａ、３４ｂ 照明光
３５ａ、３５ｂ 等方性拡散部材
３６ａ、３６ｂ 異方性拡散部材
４１ａ、４１ｂ 凹面ミラー

特開平１１−０２７４５８号公報 特開平５−９３９６８号公報 特開２００８−２５６８１４号公報 特開２００６−０２４５１８号公報

Claims (10)

1. 光を照射するための固体光源と、
   前記固体光源から照射された光束の一部を透過させて、残りの光束を反射させて照明領域へ導くために透過領域と反射領域を有した第１の反射手段と、
   前記第１の反射手段を透過した前記光束を前記照明領域へ導くための少なくとも２以上の第２の反射手段と、
   を備えることを特徴とする原稿照明装置。
2. 前記固体光源から照射された前記光束が、前記第１の反射手段と前記第２の反射手段と、によって導かれる前記照明領域までの光路中に前記光束を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の原稿照明装置。
3. 前記拡散部材の拡散特性は、等方性を有することを特徴とする請求項２に記載の原稿照明装置。
4. 前記拡散部材の拡散特性は、異方性を有することを特徴とする請求項２に記載の原稿照明装置。
5. 前記第１の反射手段は、楕円柱形状で断面形状が曲面である前記反射領域に反射部材を有し、前記透過領域は前記固体光源に対して水平となる位置に設けた開口であり前記反射部材を有しないことを特徴とする請求項１または２に記載の原稿照明装置。
6. 前記第２の反射手段は、少なくとも２以上のうち少なくとも１つは断面形状が曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の原稿照明装置。
7. 前記照明領域は線状の形を有し、前記固体光源は前記照明領域に対して平行でアレイ状に配置することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の原稿照明装置。
8. 前記アレイ状に配置した前記固体光源からの光束の前記拡散部材による拡散広がりは、アレイ方向に平行な拡散広がりが、アレイ方向に直交する拡散広がりよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の原稿照明装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の原稿照明装置を備えることを特徴とする画像読取装置。
10. 光を照射するための固体光源から照射された光束の一部を透過させて、残りの光束を反射させて照明領域へ導くために透過領域と反射領域を有した第１の反射ステップと、
    前記第１の反射ステップを透過した前記光束を前記照明領域へ導くための少なくとも２以上の第２の反射ステップと、
    を備えることを特徴とする原稿照明方法。

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