JP2011135585A - 原稿照明装置、画像読み取り装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた原稿照明装置では、個々の光源の出力が小さいため、複数のＬＥＤを列設しなければならない。原稿面照度を高めるため光源を原稿面に近づけると主走査方向に大きな照度ムラが発生する。主走査方向に長く副走査方向に僅かな厚みを持たせた導光板を用いると、光源を原稿面から離しても、副走査方向への光の発散が抑えられるが、原稿面主走査方向端部の照度落ちが避けられなかった。
【解決手段】導光部材２の長さＷｇを原稿面長さＷｐより大きくし、導光部材２の長手方向両側面からの反射光が有効に原稿面に到達するようにする。導光部材の長さＷｇは、さらに光源ユニットの長さＷｌよりも長くする。その長さの差は、原則として、片側につきＬＥＤ配列間隔Ｐの２分の１にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナ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１９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、現状の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。

図２０、図２１はＬＥＤ直接照明における問題点を説明するための図である。
両図において符号１０１はＬＥＤ、１０２はコンタクトガラス、１０３は被照明面をそれぞれ示す。
上記問題点を補うために、例えばＬＥＤアレイを被照明面に接近させることで明るく照明しようとすると、図２０、図２１に示すようにＬＥＤ１個１個の明るさムラが主走査方向に現れてしまう。反対にＬＥＤアレイを遠ざけると、光は拡散し、明るく照明することができない。
また、図２１の配列よりさらにＬＥＤ素子の配列密度を高めたアレイ状にして、原稿幅とほぼ同じ長さに並べた場合、冷陰極蛍光ランプのような棒状光源の場合と同様に、主走査方向において中心から周辺に向かって照度落ちが発生する。これは、被照明面の中心部の照度に有効に寄与する光源部の長さ（ＬＥＤの個数）に比べて、被照明面の端の方の照度に有効に寄与する光源部の長さ（ＬＥＤの個数）が小さいために生ずるいわゆるシェーディング現象である。被照明面の中央部は主走査方向の両側から照明されるのに対し、被照明面の端部は主走査方向の一方からのみ照明されるという構成が主原因である。
さらに、図１９に示すように縮小結像レンズ２０５を用いるので、周辺光量落ち特性、いわゆるコサイン４乗則と相俟って、ラインセンサー２０６上での周辺光量落ちはより顕著となる。

そこで、本出願人は略板状の導光部材によって光利用効率が高く、均一な照明を行うことができる照明装置を提案した（特許文献１ 参照。）。その提案によれば、両サイドの反射面に回折格子を設けることによって、主走査方向の照度分布均一化を図ることも可能となる。
しかし、このような透明部材に回折格子を設けることは、コスト高になる。また、読取りレンズの周辺光量落ちについては考慮されていない。
周辺光量落ち改善案として、シェーディング補正板を用いる方法がある（例えば、特許文献２ 参照。）が、部品増となる。
別の周辺光量落ち改善案として、アレイを傾斜させることで周辺光量落ちを改善する方法もある（例えば、特許文献３ 参照。）が、明るい照明方法ではない上に、機構が大型化する。

本発明はこのような問題を解決することを目的としており、簡単な構成で、明るく、周辺光量落ちの少ない原稿照明装置、およびそれを用いた画像読取り装置・画像形成装置を提供する。

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間隔Ｐで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、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端面から光束を射出する長さと幅と厚さを有する導光部材とを少なくとも有し、前記光源ユニットからの光束を、前記導光部材を経て前記被照明面に照射する原稿照明装置であって、前記被照明面の長さをＷｐ、前記導光部材の長さをＷｇ、前記光源ユニットの長さをＷｌとするとき、
Ｗｐ≦Ｗｇ
Ｗｌ＜Ｗｇ≦Ｗｌ＋Ｐ／２
なる条件式を満足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、前記導光部材は光の入出射面である前記第１端面と第２端面を除く面は、内面反射機能を有する鏡面としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項３に記載の原稿照明装置において、前記導光部材は防塵構造を施してな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に記載の原稿照明装置において、前記導光部材は中空体であることを特徴とする。

請求項５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、前記導光部材は、長波長側可視光に対する屈折率が１．４１４以上である透明材質を用い、前記光の入出射面である前記第１面と第２面を除く面にも鏡面を施さないことを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は白色ＬＥＤ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５に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は、発光色が異なるＬＥＤが少なくとも２種類用いられており、各色光は前記導光部材内で多重反射する時に混色され、前記導光部材の光出射面においては白色光であるとみなせることを特徴とする。
請求項８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、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記光源ユニット中心の発光素子の光強度をＩ０、発光素子数ｎ＞１として、任意の発光素子の光強度をＩｎとしたとき、
Ｉｎ≧Ｉ０
Ｉｎ≦４×Ｉ０
なる条件式を満足することを特徴とする。
請求項９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、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記複数の発光素子の配置間隔のうち、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、発光素子数ｎ≧１として、任意の発光素子間の間隔をＰｎとし、Ｐｎはｎが大きいほど前記光源ユニット端部寄りの発光素子間隔としたとき、
Ｐｎ−１≧Ｐｎ
なる条件式を満足す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７のいずれか１つに記載の原稿照明装置と、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記光源ユニット中心の発光素子の光強度をＩ０、発光素子数ｎ＞１として、任意の発光素子の光強度をＩｎとしたとき、
Ｉｎ≧Ｉ０
Ｉｎ≦４×Ｉ０
なる条件式を満足する画像読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７のいずれか１つに記載の原稿照明装置と、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記複数の発光素子の配置間隔のうち、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、発光素子数ｎ≧１として、任意の発光素子間の間隔をＰｎとし、Ｐｎはｎが大きいほど前記光源ユニット端部寄りの発光素子間隔としたとき、
Ｐｎ−１≧Ｐｎ
なる条件式を満足することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし１１のいずれか１つ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。

本発明はＬＥＤ等の発光素子を複数用いた原稿読み取り装置において、主走査方向の照度ムラをなくし副走査方向の光束の発散を抑えた、被照明面に対する導光板と光源ユニットの最良の組み合わせを提案することを目的とする。

本発明の本発明の基本構成を示す図である。 本発明の基本構成を示す図である。 被照明面に対する導光部材および光源ユニットの長さの関係を示す図である。 結像光学系による像面の周辺光量低下を説明するための図である。 光源ユニットの発光素子の間隔の例を示す図である。 実施例１の構成を示す図である。 実施例１による照度分布を示す図である。 実施例１による照度分布を示す図である。 実施例２の主走査方向照度分布を示す図である。 実施例３の主走査方向照度分布を示す図である。 実施例４の主走査方向照度分布を示す図である。 実施例５の主走査方向照度分布を示す図である。 実施例６の主走査方向照度分布を示す図である。 コサイン４乗則を実施例で確認した図である。 実施例７の主走査方向照度分布を示す図である。 縮小結像レンズの半画角が３２°の場合の結像面照度分布を示す図である。 実施例７の主走査方向照度分布を示す図である。 実施例９の主走査方向照度分布を示す図である。 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。 ＬＥＤ直接照明における問題点を説明するための図である。 ＬＥＤ直接照明における問題点を説明するための図である。

図１、図２は本発明の基本構成を示す図である。図１は副走査方向、図２は主走査方向のそれぞれ断面図である。
両図において符号１はＬＥＤ、２は導光部材、３はコンタクトガラス、４は被照明面をそれぞれ示す。
本発明における照明装置は、例えば、画像形成装置やデジタルラボの一部として形成される画像読み取り装置に用いるものである。画像読み取りは、図１９で示したように、主走査方向の読み取りと、副走査方向の読み取りがある。このうち、副走査方向の読み取りは照明位置の移動によって行うか、方式によっては原稿自身の移動によって行う。したがって、照明装置としては主走査方向の長さ分を照明することができれば十分である。そのため、被照明領域としては、主走査方向に対応した長さ（以下単に長さという）と、画像読み取りに用いるラインセンサの画素幅、あるいは多色読み取りの場合ならそれに色別画素列のピッチを加えた幅、に対応した被照明面上の幅を持たせる。その幅はラインセンサの形状や、縮小光学系の縮小率などによって変化するので一義的に決まるわけではないが、実用的な範囲で言えば１ｍｍないし３ｍｍ程度が一般的である。被照明面の長さは、用いる原稿の幅、例えば上限がＡ４サイズであれば２１０ｍｍ、Ａ３サイズであれば２９７ｍｍ、あるいはサービス版の写真であれば９０ｍｍというように、所望の大きさに決めればよい。

被照明領域４はそれ自身走査を行う部分ではないが、画像読み取りに関して上記のような関係に定めてあるので、その長手方向を主走査方向と呼び、幅方向を副走査方向と呼ぶことにする。導光部材２は、板状の直方体形状をなし、被照明面の長さと同程度の長さを有し、その長さ方向を上記主走査方向に一致させて配置する。板状の厚さ方向と長さ方向で構成される面は、一方の第１端面が光の入射面２ａとして用いられ、他方の第２端面が光の出射面２ｂとして用いられる。幅方向と、長さ方向で構成される面２ｃ、２ｄは、２面とも内面反射用の反射面として構成され、入射面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、出射面から出ていく。この面を主反射面と呼ぶ。厚さ方向と幅方向で構成される面は側面２ｅ、２ｆと呼び、後述するように、必要に応じて内面反射機能を持たせる。導光部材２は、ガラス、あるいは透明樹脂で形成するのが良い。ただし、後述のように中空体に形成することもできる。

ＬＥＤ１は複数用い、導光部材２の入射面２ａに光出射面を向け、長手方向に並べてＬＥＤアレイとなす。個々のＬＥＤは２枚の主反射面２ｃ、２ｄの中央に対応させて配置し、入射面２ａに密着させる場合、あるいは若干離す場合など、必要に応じて自由に選べる。
主反射面２ｃ、２ｄは原則として平行に配置するが、変型例としては非平行の形状に構成することもある。平行であっても、非平行であっても、２枚の主反射面の中央に対応する仮想平面に対し、ＬＥＤの最大輝度の方向を一致させる。その意味で上記仮想平面を光軸面と呼び、副走査断面に投影された光軸面の断面を、便宜上光軸と呼ぶ。光軸は被照明面の法線に対して所定の角度θ傾けて配置される。

ＬＥＤアレイはＬＥＤの駆動回路等が一体になった回路基板に、直接半田付け等で固定される場合が多い。このように基板と一体化されたＬＥＤアレイを光源ユニットと呼ぶ。
導光部材２の入射面２ａにおいて入射した光源ユニットからの光束は、主走査方向に関しては、両端面２ｅ、２ｆに達する光束以外は導光部材の中を直進する。副走査方向に関しては、光線の角度によっては主反射面２ｃ、２ｄで反射を繰り返しながら出射面２ｂから出射する。出射面２ｂからの光線の出射角度は、１８０°の範囲であらゆる方向に出射する。したがって、主走査方向に関しては、導光部材が無い場合とあまり変わらない程度に光束が広がる。しかし、副走査方向に関しては、あたかも光源が出射面２ｂの位置に移動したかのような光束の広がりとなり、被照明面に近づいた分だけ被照明面における照度の低下が避けられる。

図３は被照明面に対する導光部材および光源ユニットの長さの関係を示す図である。同図（ａ）は本発明を説明する図、同図（ｂ）はシェーディング現象が解消されない場合を説明するための図である。
同図において符号Ｗｌは光源ユニットのＬＥＤアレイ両端の発光素子中心間の距離（単に光源ユニットの長さと呼ぶ）、Ｗｇは導光部材の主走査方向の長さ、Ｗｐは被照明面の主走査方向長さをそれぞれ示す。
先に説明したように、通常の照明ではシェーディング現象により、被照明面の主走査方向両端部が照度低下する。それを補うためには、導光部材２の両側面２ｅ、２ｆも反射面とすることにより、被照明面の端部もあたかも主走査方向両側から照明されているようになる。これは、反射面２ｅ、２ｆによって、発光素子の虚像（虚光源とも呼ぶ）１’が光源ユニットの延長上に形成され、発光素子の個数が主走査方向に増加したのと同じ効果が得られるためである。したがって被照明面の中央部との条件の違いがかなり解消される。同図において反射面２ｅ、２ｆは誇張して示してある。
被照明面と導光部材との間が密着であれば、光の損失がなく利用できるので問題はないところであるが、実際には密着させることができず、仮に導光部材の長さＷｇが被照明面の長さＷｐと等しい場合、同図（ｂ）に示すように、ＬＥＤの虚光源１’から被照明面に到達する筈の光線のうち、側面２ｅの存在しない範囲（同図の光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄよりそれぞれ左側の被照明部）には、本来届くべき光束が届かなくなり、その分端部近傍において照度低下が生ずる。

同図（ａ）に示すように、Ｗｇ＞Ｗｐとする場合、程度にもよるが、上記の問題がかなり解消される。例えば、被照明面上の任意の位置ｐにおける照度が許容誤差範囲内になるために寄与するＬＥＤの個数が、ｐの正面から主走査方向一方に関してｎ個であったとする。被照明面端部ｐｅ点から見て、その正面より外側（反射面２ｅのある側）に見えるＬＥＤ１およびその虚像１’の個数が上記反射面２ｅ内に合計ｎ個以上見えれば、ｐｅ点における照度は許容誤差内に収まる。ただし、反射面の反射率は１００％であると仮定している。
ｎがいくつになるかは、ＬＥＤ１の等間隔の配列ピッチＰによって変わる。簡単にするため、導光部材が中空体である（導光部材中で屈折がない）とする。光軸上において、ＬＥＤ１から被照明面までの距離をＬ０、導光部材出射面から被照明面までの距離をＬ１とし、ＷｇとＷｐの片側の長さの差をｘとすれば、図示しないが簡単な比例関係により、
ｘ＝（Ｌ１／Ｌ０）×ｎ×Ｐと表せる。
ｎを求めるには、シミュレーションをして実際の寄与率から求めることができる。

導光部材の長さＷｇを被照明面の長さＷｐより長くすると、当然光源ユニットの側も長さＷｌについて考慮しなければならない。基本的な考え方としては、ＬＥＤ素子配列が、実物の光源１と虚光源１’が途切れることなく同じピッチで配列されているようになることが望ましい。したがって、導光部材の反射面２ｅ、２ｆは端部ＬＥＤの正面、もしくはそこからＬＥＤ配列ピッチの２分の１だけ離れた位置におくのがよい。ただし、ＬＥＤの有効利用の面から言えば、反射面を端部ＬＥＤの正面に配置するのは避けた方がよい。
後述のコサイン４乗則による端部光量の低下を補う意味からすれば、反射面２ｅ、２ｆをＬＥＤ配列ピッチの２分の１よりさらに端部ＬＥＤに近づけるのも一つの方法である。また、反射面の反射率が１００％を保証できない場合にも同様の処置が効果がある。

図４は結像光学系による像面の周辺光量低下を説明するための図である。同図（ａ）は光学系の模式図、同図（ｂ）は原稿面照度分布を示す図、同図（ｃ）は結像面照度分布を示す図である。
同図において符号５は縮小結像レンズ、６はラインセンサーをそれぞれ示す。
同図（ｂ）に示すように被照明面４（原稿面４と称す）が均一に照明できたとして、縮小結像レンズ５でラインセンサー上に結像したとき、中心部の照度に比べ、センサー上の任意の位置における照度は、たとえ開口効率が１００％を保っていたとしても、その位置の光軸からの傾き角αの４乗に比例して低下する。
したがって、結像面の端部においては、縮小結像レンズ５の画角の片側分、すなわち半画角α０の４乗に比例した照度になる。この状態を示したのが同図（ｃ）のグラフである。本計算例では半画角α０＝２０°として計算した。この例では中心部に対し、端部で約２２％の照度落ちが認められる。実際には画角の変化によって開口効率の変化もあり得るので、周辺光量落ちは個々のレンズによって異なるものとなる。

先に述べたように、導光部材２の端面である反射面２ｅ、２ｆを端部ＬＥＤからＬＥＤ配列ピッチの２分の１以内に近づけて配置する方法も、コサイン４乗則の解消に少しは役立つはずではある。しかし、反射面２ｅ、２ｆの効果は被照明面の両端部近傍にのみ現れるので、主走査方向ほぼ全体にわたって生ずる光量低下には対処しきれない。
その対処法の一つとして、本発明では、ＬＥＤの発光強度を配列位置によって異ならせることを考える。当然、端に近いＬＥＤほど高い輝度にする。
先に半画角２０°で開口効率１００％の場合端部の照度低下が約２２％になることを説明した。単純に考えると被照明面端部に対応するＬＥＤの輝度を中心に対応するそれよりも２２％分だけ高輝度にしておけば良さそうに思える。しかし、実際には隣接するＬＥＤや、さらに遠く離れたＬＥＤからの光束が重畳するため、照度は平均化される傾向があり、端部対応のＬＥＤには、中心対応のＬＥＤに対し、コサイン４乗則による照度低下の比率よりずっと大きい輝度比を与えなければならない。しかも、開口効率１００％が満たされないレンズ系においてはその分をさらに上乗せしなければならない。
種々条件を設定してシミュレーションした結果、中央のＬＥＤの輝度Ｉ０に対し、ｎ≧１としてｎ番目のＬＥＤの輝度をＩｎとし、光源ユニット端部ＬＥＤをｎｍａｘ番目とすると、
Ｉｎ≧Ｉｎ−１
Ｉｎｍａｘ＜４×Ｉ０
の関係を同時に満たすように各ＬＥＤの輝度を定めるのが良いと分かった。

図５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。
本発明は、ＬＥＤの間隔を位置によって変えることで、被照明面の照度を端に行くほど高い値になるよう設定する。
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
の関係を満たすように構成する。Ｐｎの下限は特に規定しないが、ＬＥＤを高密度に実装する場合、隣接するＬＥＤ素子間隔には、素子サイズや、発熱の問題や、回路構成の問題などのため自ずと限界が生ずる。本発明においては、場合によってはＬＥＤ間隔を、その限界まで近づけることもあり得る。
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できる。

実施例１の仕様を以下に示す。
初めに実施例２以下にも共通な仕様について示す。
ＬＥＤ
出力 １Ｗ／１個
配光特性 ランバート分布
発光面 ０．５ｍｍ×０．５ｍｍの一様発光
発光面と導光部材
との距離 ０．１ｍｍ
コンタクトガラス
厚さ ３．２ｍｍ
材質 ＢＫ７（ｎｄ＝１．５１７）
導光部材
材質 ＢＫ７（ｎｄ＝１．５１７）
コンタクトガラス
に対する傾斜角 ４０°
出射面中心とコンタクト
ガラス下面との距離 ７ｍｍ

実施例１のその他の仕様を示す。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝５０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝４１ｍｍ
幅（副走査方向） ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝６５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
幅（光軸方向長さ） ８ｍｍ
主反射面 鏡面：反射率１００％
側面 反射性なし（通常の透過面）

図６は実施例１の構成を示す図である。
図７、図８は実施例１による照度分布を示す図である。図７は副走査方向、図８は副走査方向の照度分布をそれぞれ示す。
照度分布の計算は、各発光素子から配光分布の重み付けをして１００万本の光線を出し、原稿面４１ｍｍ×３１ｍｍの領域を各方向１ｍｍずつのメッシュに分割し、各メッシュに入る光線本数をそのメッシュにおける照度とした。
副走査方向の位置は原稿面の中心を通る断面でプロットし、主走査方向は、副走査方向のグラフがピーク値を示す位置を通る断面を採用した。以下の各実施例でも同様であるので、以後は副走査断面における照度分布の図は省略する。
本実施例は側面が非反射面であるため、端部において照度落ちが見られる。照度低下の程度は、中心部に対しておよそ１５％であった。モノクロ用であれば３０％程度は照度ムラが許せるので、本実施例をモノクロ用として用いる場合は何ら問題ない。この例の場合、両端それぞれ２ｍｍほど利用しないようにすればカラー画像用としても使える。主走査方向全部の長さを使えるようにするためにはさらに外側にＬＥＤを１個ずつ追加して、導光部材をそれに対応して長くすればよい。

実施例２の仕様を以下に示す。
ＬＥＤ
個数 １３個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝６０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝４１ｍｍ
幅 ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝８０ｍｍ
厚さ １ｍｍ
光軸方向長さ ８ｍｍ
主反射面 鏡面：反射率１００％
側面 反射性なし（通常の透過面）

図９は実施例２の主走査方向照度分布を示す図である。
本実施例は、実施例１に対してＬＥＤを両端に各１個追加し、導光部材の長さも長くしたものである。この構成によって、図８に見られた端部照度落ちの領域が、有効主走査長さＷｐの外側に出たため、所定の原稿面上ではほとんど照度落ちのない照度分布が得られた。
ただし、このような方法で平坦な照度分布を得ようとすると、必然的に、ＬＥＤの個数が増え、かつ装置が大型になってしまう。さらに別な考え方をする必要がある。

実施例３の仕様を示す。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝５０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝４１ｍｍ
幅（副走査方向） ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝６５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
幅（光軸方向長さ） ８ｍｍ
主反射面 鏡面：反射率１００％
側面 鏡面：反射率１００％

図１０は実施例３の主走査方向照度分布を示す図である。
本実施例は、実施例１の導光部材側面を反射面に変えたものである。しかしながら、実施例１による主走査方向照度分布と比べてほとんど改善されていないように見える。
これは導光部材の長さＷｇが、光源ユニットの長さＷｌより１５ｍｍ長く形成されていることに原因がある。導光部材と光源ユニットは中心振り分けの対称配置で用いているので、この長さの差は、片側７．５ｍｍの差になっている。ＬＥＤの配列ピッチが５ｍｍであるから、端部ＬＥＤからの側面反射面の配置すべき距離として先に示した、ＬＥＤの配列ピッチの２分の１に比べ３倍になっている。そのため、側面反射面が有効に働いていないと考えられる。
したがって、本実施例は実施例１と同様、モノクロ用としては使えるが、カラー用としては利用できない。

実施例４の仕様を以下に示す。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝５０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝４１ｍｍ
幅（副走査方向） ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝５５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
幅（光軸方向長さ） ８ｍｍ
主反射面 鏡面：反射率１００％
側面 鏡面：反射率１００％

図１１は実施例４の主走査方向照度分布を示す図である。
本実施例は実施例３における導光部材の長さＷｇを１０ｍｍ短くし、光源ユニットの長さＷｌより５ｍｍ長いだけにした。したがって、導光部材の側面反射面２ｅ、２ｆは、端部ＬＥＤから２．５ｍｍの距離に位置することになり、ＬＥＤ配列ピッチ（本実施例では５ｍｍ）の２分の１に等しくなっている。結果は図１１にて明らかなように、主走査方向全体にわたってほぼ平坦（照度ムラ５％程度）な照度分布が得られた。

実施例５の仕様を以下に示す。
ＬＥＤ
個数 ２３個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝１１０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝１０１ｍｍ
幅（副走査方向） ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝１１５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
幅（光軸方向長さ） ８ｍｍ
主反射面 鏡面：反射率１００％
側面 鏡面：反射率１００％

図１２は実施例５の主走査方向照度分布を示す図である。
本実施例は実施例１に比べて原稿面の大きさが異なったいるが、照度分布の計算は実施例１に準じて行った。原稿面の主走査方向長さが大きくなった分、ＬＥＤの個数を増やして対応した。
本実施例も導光部材の側面反射面は、端部ＬＥＤから２．５ｍｍの距離に置かれており、ＬＥＤの配列ピッチ５ｍｍの２分の１に等しくしてある。

実施例６の仕様を以下に示す。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
光源ユニット長さ Ｗｌ＝５０ｍｍ
原稿面
長さ Ｗｐ＝４１ｍｍ
幅（副走査方向） ３１ｍｍ
導光部材
長さ Ｗｇ＝５５ｍｍ
厚さ １ｍｍ
幅（光軸方向長さ） ８ｍｍ
主反射面 反射性なし（通常の透過面）
側面 反射性なし（通常の透過面）

図１３は実施例６の主走査方向照度分布を示す図である。
本実施例は実施例４において導光部材の反射面をすべて通常の透過面にした場合に相当する。
結果は図１１に示す照度分布とあまり変わらない照度分布が得られた。このことから考えて、原稿面に到達する光束のほとんどが、導光部材媒質内の全反射によって導かれていると思われる。この点について詳しく考察する。
いま、ＬＥＤから導光部材の入射面に入る光線の、光軸に対する最大角度は、ｎｄ＝１．５１７とすると、臨界角の計算により、約４１．２°となる。この光線が主反射面に対する最小入射角の光線となるが、その入射角は上記角度の余角であるから、約４８．８°となる。この角度は主反射面に対して臨界角を超えているので、この光線は全反射する。
このように、最小限界の光線であっても主反射面にとって全反射光になるので、その他のすべての光線はそれより大きい入射角となるため、すべて全反射を繰り返して出射面から出ていくことになる。このことは、側面に関しても同様である。したがって、実施例１で端部光量落ちが見られたのは、側面を鏡面にしなかったからではなく、単に端部ＬＥＤからの距離が遠かったためであると考えられる。

上記計算は、ガラス（ＳＫ７）のｎｄ＝１．５１７について行った結果であるが、導光部材の材質を変えた場合にどうなるかを考える。
先の計算と同様にすると、臨界角をβとしたとき、主反射面にはβの余角で入射するが、この角度も臨界角になる条件として計算すればよい。すなわち、
９０°−β＝β
の関係からβ＝４５°が得られる。これを媒質の屈折率ｎに置き換えると、
ｎ＝１／ｓｉｎ４５°＝１／（１／（√２））＝（√２）≒１．４１４
となる。この屈折率に近い屈折率、あるいはこれより小さい屈折率を有する媒質は、透明樹脂の中に若干存在する。媒質の屈折率は、光線の波長によって異なるため、通常、一般的に屈折率を表すときは、ｄ線に対する屈折率としてｎｄと表現している。本発明の場合、白色光のすべてが全反射しないで、部分的な波長域だけ全反射せずに外部に漏洩したりすると、被照明面に色が付いてしまい好ましくない。したがって、上記屈折率ｎは可視光のうち最も屈折率が低くなる長波長側（例えば７００ｎｍ）における屈折率としてとらえるのが望ましい。
導光部材の媒質として、長波長側でｎ＝１．４１４より大きい値を有するものを選べば、主反射面、および側面を鏡面にすることなく、透明部材をそのまま用いることができる。

図１４はコサイン４乗則を実施例で確認した図である。
同図は実施例４において得られた原稿面照度を、理想的な縮小結像レンズでラインセンサー上に結像したときの結像面における照度分布を示している。結像レンズの半画角は２０°とした。
このように、原稿面が平坦な照度分布を持っていても、ラインセンサー端部では約２２％の照度落ちが発生する。

実施例７の仕様を以下に示す。ＬＥＤの出力以外は実施例４と同じ。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
各ＬＥＤの出力 表１による

図１５は実施例７の主走査方向照度分布を示す図である。同図（ａ）は原稿面照度、同図（ｂ）は結像面照度をそれぞれ示す。
この実施例ではｎｍａｘ＝５であり、Ｉｎｍａｘ＝１．６×Ｉ０＜４×Ｉ０となっている。
本実施例はＬＥＤの光出力を中心から端に向かって徐々に強くすることで、コサイン４乗則による周辺光量特性を打ち消そうとするものである。
同図（ａ）に示すように、原稿面端部における照度分布は中心部に比べ約２０％高くなっている。
同図（ｂ）に示すように、ラインセンサー上における照度分布は、図１４に示した照度分布に比べて大幅に改善されている。まだ若干周辺光量落ちが見られるが、その誤差はおよそ７％程度であり、カラー画像用として十分使用し得る。

図１６は縮小結像レンズの半画角が３２°の場合の結像面照度分布を示す図である。
この図は、図１４と同様、実施例４における原稿面照度を、結像レンズでラインセンサー上に結像させた場合の照度分布を示している。ただし、結像レンズの半画角を２０°よりもさらに広く、３２°と仮定した。この場合には端部光量低下は、中心部に対して４８％を超える。このようなレンズに対して結像面で平坦な照度分布を得るためには、端部ＬＥＤの出力をさらに上げなければならない。

実施例８の仕様を以下に示す。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列ピッチ ５ｍｍ
各ＬＥＤの出力 表２による

図１７は実施例７の主走査方向照度分布を示す図である。同図（ａ）は原稿面照度、同図（ｂ）は結像面照度をそれぞれ示す。
この実施例でもｎｍａｘ＝５であり、Ｉｎｍａｘ＝３．８×Ｉ０＜４×Ｉ０となっている。
本実施例は、半画角３２°のレンズを用いることで、コサイン４乗則による周辺光量落ちが著しいため、端部ＬＥＤの出力を極端に大きくしている。
同図（ａ）に示すように、原稿面端部における照度は中心部のそれに対し、約８０％高くしてある。その結果、同図（ｂ）に示すように、結像面の端部における照度落ちは約７％に収まっている。
なお、これ以上半画角を大きくすることは実用的でないと考えられるため、端部ＬＥＤの出力も、設定誤差等を考慮しても、上記式の限界以内に設定すれば十分である。

実施例９の仕様を以下に示す。ＬＥＤ配列ピッチ以外は実施例４と同じ。
ＬＥＤ
個数 １１個
配列 表３による

図１８は実施例９の主走査方向照度分布を示す図である。同図（ａ）は原稿面照度、同図（ｂ）は結像面照度をそれぞれ示す。
本実施例は、隣り合うＬＥＤの間隔を、光源ユニットの端に行くほど狭めることで、中心に比較して周辺の発光量を増やし、図１４に示す周辺光量低下を打ち消そうとするものである。なお、表３は中心から片側のみを示してある。
この表においては、ｎ≧１のとき
Ｐｎ＜Ｐｎ−１
Ｐ４＝０．４×Ｐ０
となっている。
同図（ａ）に示すように、本実施例では原稿面端部の照度が、中心部のそれに対し２５％ほど高くなっている。その結果、同図（ｂ）に示すように、本実施例によれば、ラインセンサー上における照度分布はほとんど平坦になっている。

本実施例は図１４に示した、半画角２０°の結像レンズに対応させたＬＥＤ配列であったが、図１６に示すような、半画角３２°に対応するＬＥＤ間隔はさらに端部における間隔を狭めなければならない。図表は省略するが、中心部ＬＥＤ間隔Ｐ０に対して、端部ＬＥＤ間隔Ｐｎはさらに小さくなり、上記式で表現すると、
Ｐ４＝０．２×Ｐ０
となる。
本実施例において、 Ｐｎ＜Ｐｎ−１として隣接の間隔は等しくしないものとしたが、主走査方向の光源ユニット長さが長い場合は、複数の間隔を等しくして段階的に間隔を縮めていく構成にすることもできるので、上記式は単なる不等号ではなく、等号を含む不等号に表すことができる。すなわち、
Ｐｎ≦Ｐｎ−１
となる。

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。

複数色の発光が行われる場合、その混色は、光束がＬＥＤから出射する前に行われ、白色ＬＥＤとして扱われるのが普通であるが、本発明の場合、光束は導光体中で複数回の反射を繰り返すので、導光体の出射端側から出射する時点で白色と見なせる程度に混色が完了していても構わない。

以上に説明してきた原稿照明装置は、いずれも画像読み取り装置に用いることができるものであり、さらに、その画像読み取り装置は画像形成装置を形成することができるものである。

１ ＬＥＤ
２ 導光部材
３ コンタクトガラス
４ 被照明面
５ 縮小結像レンズ
６ ラインセンサー

特開平１０−３２２５２１号公報 特開２００１−１１１７７７号公報 特開平９−５０５１０号公報

Claims (12)

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間隔Ｐで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、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端面から光束を射出する長さと幅と厚さを有する導光部材とを少なくとも有し、前記光源ユニットからの光束を、前記導光部材を経て前記被照明面に照射する原稿照明装置であって、前記被照明面の長さをＷｐ、前記導光部材の長さをＷｇ、前記光源ユニットの長さをＷｌとし、それぞれを中心合わせとするとき、
   Ｗｐ≦Ｗｇ
   Ｗｌ＜Ｗｇ≦Ｗｌ＋Ｐ
   なる条件式を満足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、前記導光部材は光の入出射面である前記第１端面と第２端面を除く面は、内面反射機能を有する鏡面としたことを特徴とする原稿照明装置。
3. 請求項２に記載の原稿照明装置において、前記導光部材は中空体であることを特徴とする原稿照明装置。
4. 請求項３に記載の原稿照明装置において、前記導光部材は防塵構造を施してなることを特徴とする原稿照明装置。
5. 請求項１に記載の原稿照明装置において、前記導光部材は、長波長側可視光に対する屈折率が１．４１４以上である透明材質を用い、前記光の入出射面である前記第１面と第２面を除く面にも鏡面を施さないことを特徴とする原稿照明装置。
6. 請求項１ないし５に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は白色ＬＥＤ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５に記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は、発光色が異なるＬＥＤが少なくとも２種類用いられており、各色光は前記導光部材内で多重反射する時に混色され、前記導光部材の光出射面においては白色光であるとみなせることを特徴とする原稿照明装置
8. 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、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記光源ユニット中心の発光素子の光強度をＩ０、発光素子数ｎ＞１として、任意の発光素子の光強度をＩｎとしたとき、
   Ｉｎ≧Ｉ０
   Ｉｎ≦４×Ｉ０
   なる条件式を満足することを特徴とする画像読取り装置。
9. 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、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記複数の発光素子の配置間隔のうち、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、発光素子数ｎ≧１として、任意の発光素子間の間隔をＰｎとし、Ｐｎはｎが大きいほど前記光源ユニット端部寄りの発光素子間隔としたとき、
   Ｐｎ−１≧Ｐｎ
   なる条件式を満足することを特徴とする画像読取り装置。
10. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の原稿照明装置と、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記光源ユニット中心の発光素子の光強度をＩ０、発光素子数ｎ＞１として、任意の発光素子の光強度をＩｎとしたとき、
    Ｉｎ≧Ｉ０
    Ｉｎ≦４×Ｉ０
    なる条件式を満足することを特徴とする画像読取り装置。
11. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の原稿照明装置と、前記被照明面からの反射光を画像信号に変換する光電変換手段と、前記被照明面からの反射光を前記光電変換手段に集光する結像手段とを少なくとも有する画像読取り装置において、前記複数の発光素子の配置間隔のうち、最も中央部に近い発光素子間の間隔をＰ０とし、発光素子数ｎ≧１として、任意の発光素子間の間隔をＰｎとし、Ｐｎはｎが大きいほど前記光源ユニット端部寄りの発光素子間隔としたとき、
    Ｐｎ−１≧Ｐｎ
    なる条件式を満足することを特徴とする画像読取り装置。
12. 請求項８ないし１１のいずれか１つ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。

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