JP4896183B2 - Document illumination device and image reading device - Google Patents

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Description

本発明は、原稿照明装置及び画像読取装置に関する。 The present invention relates to a document illumination device and an image reading device.

従来、画像読取装置に関する様々な技術が提案されている。   Conventionally, various techniques related to an image reading apparatus have been proposed.

例えば、特許文献1には、光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、前記原稿の画像を読み取る画像読取装置であって、前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳の一部に重なる位置に前記光源が設けられていることを特徴とする画像読取装置が、開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an image reading apparatus that reads reflected image from a document illuminated by a light source onto an image sensor with an imaging lens and reads an image of the document. An image reading apparatus is disclosed in which the light source is provided at a position overlapping with a part of the effective pupil of the imaging lens when viewing the image.

また、特許文献2には、1次元光源で原稿面を照明し、この原稿を走査することによって1次元撮像素子と結像レンズによって線順次に原稿画像を読み取る画像読み取り装置において、前記撮像素子と前記結像レンズの間に前記1次元光源からの光を前記結像レンズに導くハーフミラーを設置し、前記原稿面の垂線と前記結像レンズによる読み取り光軸が一致しないように光学系を構成することを特徴とする画像読み取り装置が、開示されている。   Patent Document 2 discloses an image reading apparatus that reads a document image line-sequentially with a one-dimensional imaging element and an imaging lens by illuminating a document surface with a one-dimensional light source and scanning the document. A half mirror that guides light from the one-dimensional light source to the imaging lens is installed between the imaging lenses, and an optical system is configured so that the perpendicular to the document surface does not coincide with the reading optical axis of the imaging lens An image reading apparatus is disclosed that is characterized by:

ここで、特許文献1及び2に開示されるような、縮小光学系を有する一般的な画像読取装置の例を、図1を参照して、説明する。   Here, an example of a general image reading apparatus having a reduction optical system as disclosed in Patent Documents 1 and 2 will be described with reference to FIG.

図1(a)及び(b)は、それぞれ、一般的な画像読取装置の概略図及びその副走査方向における画像読取装置の断面図である。   1A and 1B are a schematic view of a general image reading apparatus and a cross-sectional view of the image reading apparatus in the sub-scanning direction, respectively.

画像読取装置(100)においては、シート及び本のような原稿(107)は、透明ガラスのコンタクトガラス(原稿台)(108)上に置かれ、照明ランプ(109)からの光及び照明ランプ(109)から漏れた光を受けたリフレクタ(110)からの反射光が、原稿(107)の撮像領域(Ai)に照射される。照明ランプ(109)は、例えば、冷陰極管であり、その管壁の一部分が、窓である。照明ランプ(109)の光は、その窓を通じて、原稿(107)の撮像領域(Ai)に照射される。第1走行体(103)は、照明ランプ(109)、リフレクタ(110)、及び変向ミラー(112)を一体に有し、第2走行体(104)は、折り返しミラーA(111a)及び折り返しミラーB(111b)を有する。そして、撮像領域(Ai)からの反射光が、第1走行体(103)内の変向ミラー(112)、第2走行体(104)内の折り返しミラーA(111a)及び折返しミラーB(111b)で反射されて、結像レンズ(102)によって、1次元撮像素子(101)に結像させられる。なお、折り返しミラーA(111a)及び折り返しミラーB(111b)は、変向ミラー(112)からの反射光の画像の向きを維持する。また、結像レンズ(102)は、一般には、鏡筒によって一体化された複数のレンズを含む光学系である。このようにして、上記1次元撮像素子(101)は、ライン状の撮像領域(Ai)の1次元的な画像を取得すると共に電気信号に変換する。1次元撮像素子(101)においてこの1次元的な画像を取得する方向を主走査方向(Sx)と呼ぶ。また、結像レンズ(102)及び1次元撮像素子を含む系を、読取ユニットと呼ぶことがある。   In the image reading apparatus (100), an original (107) such as a sheet and a book is placed on a transparent glass contact glass (original table) (108), and the light from the illumination lamp (109) and the illumination lamp ( 109) The reflected light from the reflector (110) that has received the light leaking from 109) is irradiated to the imaging area (Ai) of the document (107). The illumination lamp (109) is, for example, a cold cathode tube, and a part of the tube wall is a window. The light from the illumination lamp (109) is applied to the imaging area (Ai) of the document (107) through the window. The first traveling body (103) integrally includes an illumination lamp (109), a reflector (110), and a turning mirror (112), and the second traveling body (104) includes a folding mirror A (111a) and a folding mirror. It has a mirror B (111b). Then, the reflected light from the imaging region (Ai) is reflected by the turning mirror (112) in the first traveling body (103), the folding mirror A (111a) and the folding mirror B (111b) in the second traveling body (104). ) And imaged on the one-dimensional image sensor (101) by the imaging lens (102). The folding mirror A (111a) and the folding mirror B (111b) maintain the orientation of the image of the reflected light from the turning mirror (112). The imaging lens (102) is generally an optical system including a plurality of lenses integrated by a lens barrel. In this way, the one-dimensional imaging element (101) acquires a one-dimensional image of the line-shaped imaging region (Ai) and converts it into an electrical signal. The direction in which the one-dimensional image sensor (101) acquires the one-dimensional image is referred to as a main scanning direction (Sx). A system including the imaging lens (102) and the one-dimensional image sensor may be referred to as a reading unit.

また、この画像読取装置(100)では、上記第1走行体(103)及び上記第2走行体(104)が、モータ(105)による駆動力を、駆動伝達手段(106)を通じて受け、第1走行体(103)は、第2走行体(104)の速度の2倍である速度で走行する。その結果、コンタクトガラス(108)面に対する結像レンズ(102)の結像位置が、1次元撮像素子(101)面に維持されつつ、光が、コンタクトガラス(108)面において、ライン状の撮像領域(Ai)と垂直な方向に且つコンタクトガラス(108)と平行に、走行する。このようにして、コンタクトガラス(108)上に置かれた原稿(107)の画像を、1次元撮像素子(101)にて順次読み出して、2次元に取得する。ここで、原稿(107)の読み取り領域は、1次元撮像素子(101)によって読み取られる範囲と第2走行体(104)の走行距離との積になる。なお、コンタクトガラス(108)に平行に上記第1走行体(103)及び上記第2走行体(104)が走行する方向を、副走査方向(Sy)と呼ぶ。副走査方向(Sy)は、主走査方向(Sx)と直交する。   In the image reading apparatus (100), the first traveling body (103) and the second traveling body (104) receive the driving force of the motor (105) through the drive transmission means (106), and the first traveling body (103) The traveling body (103) travels at a speed that is twice the speed of the second traveling body (104). As a result, the imaging position of the imaging lens (102) with respect to the surface of the contact glass (108) is maintained on the surface of the one-dimensional imaging device (101), and light is captured in a line shape on the surface of the contact glass (108). It runs in a direction perpendicular to the area (Ai) and parallel to the contact glass (108). In this manner, the image of the document (107) placed on the contact glass (108) is sequentially read out by the one-dimensional image sensor (101) and acquired two-dimensionally. Here, the reading area of the document (107) is the product of the range read by the one-dimensional imaging device (101) and the traveling distance of the second traveling body (104). A direction in which the first traveling body (103) and the second traveling body (104) travel in parallel with the contact glass (108) is referred to as a sub-scanning direction (Sy). The sub-scanning direction (Sy) is orthogonal to the main scanning direction (Sx).

通常、1次元撮像素子として1次元CCD(単にCCDと呼ぶこともある)が用いられ、結像レンズ(102)は、コンタクトガラス(108)の面上の画像を縮小して、その縮小された画像を1次元撮像素子(101)上に結像する。   Usually, a one-dimensional CCD (sometimes simply referred to as a CCD) is used as a one-dimensional imaging device, and the imaging lens (102) reduces the image on the surface of the contact glass (108) by reducing it. An image is formed on the one-dimensional image sensor (101).

また、上記第1走行体(103)及び上記第2走行体(104)の走行速度の比は、2:1に設定されるので、第2走行体(104)の移動距離は、第1走行体(103)の移動距離の半分であり、撮像領域(Ai)から結像レンズ(102)又は1次元撮像素子(101)までの距離は、第1走行体(103)及び第2走行体(104)の位置によらず、一定である。   Further, since the ratio of the traveling speeds of the first traveling body (103) and the second traveling body (104) is set to 2: 1, the moving distance of the second traveling body (104) is the first traveling body. The distance from the imaging region (Ai) to the imaging lens (102) or the one-dimensional imaging device (101) is half of the moving distance of the body (103), and the first traveling body (103) and the second traveling body ( 104) is constant regardless of the position.

通常、モノクロスキャナーでは、1個の1次元CCDを用いており、スキャナの画像解像度は、DPI(ドット/inch)で表され、デジタルPPCに搭載されるスキャナの画像解像度は、しばしば、400〜600DPIである。一方、カラースキャナでは、R(赤色)、G(緑色)又はB(青色)の光のスペクトルに感度を有する三個の1次元CCDを用いており、それらのCCDから原稿までの光路長を共通にしている。しかしながら、(赤色)、G(緑色)又はB(青色)用のカラーフィルターを備えた3ラインのCCDを副走査方向(Sy)に配置した3ラインCCDを撮像素子として用いることもある。この場合、各画素列の間の距離は、CCD画素の主走査読取領域の4〜8ドット程度であり、各画素列は、必ずしも一体化されてない。よって、3ラインCCDを上記画像読取装置の撮像素子として用いた場合、RGBのCCD画素のそれぞれに対応する原稿の読取位置は、副走査方向(Sy)で異なるため、原稿を照明する光を、それぞれの色に対応する読取位置に照射する必要がある。   Usually, a monochrome scanner uses one one-dimensional CCD, and the image resolution of the scanner is expressed in DPI (dot / inch). The image resolution of a scanner mounted on a digital PPC is often 400 to 600 DPI. It is. On the other hand, color scanners use three one-dimensional CCDs that are sensitive to the spectrum of R (red), G (green), or B (blue) light, and share the optical path length from the CCD to the document. I have to. However, a 3-line CCD in which 3-line CCDs having color filters for (red), G (green), or B (blue) are arranged in the sub-scanning direction (Sy) may be used as an image sensor. In this case, the distance between the pixel columns is about 4 to 8 dots in the main scanning reading area of the CCD pixel, and the pixel columns are not necessarily integrated. Therefore, when a three-line CCD is used as the image sensor of the image reading apparatus, the reading position of the document corresponding to each of the RGB CCD pixels differs in the sub-scanning direction (Sy). It is necessary to irradiate the reading position corresponding to each color.

しかしながら、上述したような画像読取装置は、いくつかの問題点を有する。   However, the image reading apparatus as described above has several problems.

図2は、画像読取装置における原稿の照明に関する問題点の一つを説明する図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining one of the problems related to illumination of a document in the image reading apparatus.

画像読取装置の第1走行体に搭載された冷陰極管の照明ランプ(201)において発生した光は、蛍光面(202)で反射されて、冷陰極管の開口部(203)を通じて、照明光(204)として放出される。照明ランプ(201)から放出された照明光(204)は、コンタクトガラス(205)に置かれた原稿の撮像領域(Ai)を直接照明するか又は第1走行体に搭載されたリフレクタ(206)によって反射されて、原稿の撮像領域(Ai)を照明する。なお、図2に、撮像領域(Ai)付近における照明光(204)の照度分布(Di)を示す。   The light generated in the cold-cathode tube illumination lamp (201) mounted on the first traveling body of the image reading apparatus is reflected by the fluorescent screen (202) and passes through the opening (203) of the cold-cathode tube. Released as (204). The illumination light (204) emitted from the illumination lamp (201) directly illuminates the imaging area (Ai) of the document placed on the contact glass (205), or the reflector (206) mounted on the first traveling body. To illuminate the imaging area (Ai) of the document. FIG. 2 shows the illuminance distribution (Di) of the illumination light (204) in the vicinity of the imaging region (Ai).

しかしながら、第1走行体に搭載された冷陰極管の照明ランプ(201)及びリフレクタ(206)によって撮像領域(Ai)を照明する照明光は、冷陰極管の照明ランプ(201)において発生する光の光量の1%未満であり、照明ランプ(201)及びリフレクタ(207)によって撮像領域(Ai)を照明する効率は、非常に低い。副走査方向(Sy)における撮像領域(Ai)の長さは、1ラインCCDを用いる場合には、0.1mm程度の幅であり、カラー原稿を読み取るための3ラインCCDを用いる場合には、1mm程度である。にもかかわらず、副走査方向(Sy)における照明光(204)の照度分布(Di)は、撮像領域(Ai)を中心に、数十mmの広い範囲に広がっている。   However, the illumination light for illuminating the imaging region (Ai) by the cold cathode tube illumination lamp (201) and the reflector (206) mounted on the first traveling body is light generated in the cold cathode tube illumination lamp (201). The efficiency of illuminating the imaging region (Ai) with the illumination lamp (201) and the reflector (207) is very low. The length of the imaging region (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) is about 0.1 mm when using a one-line CCD, and when using a three-line CCD for reading a color document, It is about 1 mm. Nevertheless, the illuminance distribution (Di) of the illumination light (204) in the sub-scanning direction (Sy) spreads over a wide range of several tens of mm centering on the imaging region (Ai).

また、照明ランプ(201)の冷陰極管それ自体及びその(高電圧を発生させる)点灯装置の構成が複雑である。   Moreover, the structure of the cold-cathode tube itself of the illumination lamp (201) and the lighting device (generating a high voltage) are complicated.

図3は、画像読取装置における原稿の照明に関する別の問題点を説明する図である。図3に示すように、コンタクトガラス(301)に置かれたブック原稿(302)を読み取る際に、リフレクタからの反射光による照度よりも照明ランプから直接照明される照明光(303)による照度が数倍も高いので、ブック原稿(302)の中央部分(304)の読取位置においては、照度が不足し、ブック原稿(302)の中央部分(304)が、黒い画像として読み取られる部分(Ad)が生ずることがある。   FIG. 3 is a diagram for explaining another problem related to illumination of a document in the image reading apparatus. As shown in FIG. 3, when reading a book document (302) placed on the contact glass (301), the illuminance by the illumination light (303) directly illuminated from the illumination lamp is higher than the illuminance by the reflected light from the reflector. Since it is several times higher, the illuminance is insufficient at the reading position of the central portion (304) of the book original (302), and the central portion (304) of the book original (302) is read as a black image (Ad). May occur.

ところで、撮像領域(Ai)を照明する効率を改善するために、光源にLED(発光ダイオード)を用いる方法が、検討されてきた。   By the way, in order to improve the efficiency of illuminating the imaging region (Ai), a method using an LED (light emitting diode) as a light source has been studied.

図4は、複数のLEDで構成された光源及びその光源による照明を説明する図である。図4(a)は、光源を構成する単一のLEDチップを示す図である。図4(b)は、複数のLEDで構成された光源の構成を説明する図である。図4(c)は、複数のLEDで構成された光源によって照明された撮像領域(Ai)における照度分布を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a light source composed of a plurality of LEDs and illumination by the light source. FIG. 4A shows a single LED chip constituting the light source. FIG. 4B is a diagram for explaining the configuration of a light source composed of a plurality of LEDs. FIG. 4C is a diagram illustrating the illuminance distribution in the imaging region (Ai) illuminated by a light source composed of a plurality of LEDs.

ここでは、図4(a)に示すような、長手方向(Vl)及び短手方向(Vs)を備えた長方形に切り出されたLEDチップを用いる。図4(b)に示すように、図4(a)に示すようなLEDチップの長手方向(Vl)に、複数のLEDチップを整列させて、光源を形成する。光源は、複数のLEDが整列させられた方向(複数のLEDの長手方向)が、一次元撮像素子の主走査方向(Sx)であるように、且つ、複数のLEDの短手方向が、一次元撮像素子の副走査方向(Sy)であるように、配置される。このような整列された複数のLEDで構成される光源を用いて、照明対象領域(Ai)を照明する。   Here, as shown in FIG. 4A, an LED chip cut into a rectangle having a longitudinal direction (Vl) and a short direction (Vs) is used. As shown in FIG. 4B, a plurality of LED chips are aligned in the longitudinal direction (Vl) of the LED chips as shown in FIG. 4A to form a light source. The light source is such that the direction in which the plurality of LEDs are aligned (longitudinal direction of the plurality of LEDs) is the main scanning direction (Sx) of the one-dimensional imaging device, and the short direction of the plurality of LEDs is primary. It arrange | positions so that it may be a subscanning direction (Sy) of an original image pick-up element. The illumination target area (Ai) is illuminated using such a light source composed of a plurality of aligned LEDs.

しかしながら、このような方法は、個々のLEDの間の発光量の差が、直接、光源による照明光の照度むらの発生を引き起こす。ここで、若干の照度むらを補正する技術としては、シェーディング補正が知られている。すなわち、一次元撮像素子による走査を開始する前に、主走査方向(Sx)について全白部分を一度読み取り、読み取られた全白部分における明度分布を基準にして、実際に読み取られた原稿の明度分布を、電気的に補正することができる。しかしながら、LEDの製造上の理由から、LEDの発光効率においては、二倍以上のバラツキが生じることが、知られている。図4(c)に示すように、二倍以上のバラツキを備えた発光効率を有する複数のLEDを光源として用いると、撮像領域(Ai)において平坦である理想的な照度分布(Ideal_Di)に対して、より高い照度h1で照明される部分及びより低い照度h2で照明される部分が存在する。そして、照度h2に対する照度h1の比は、二倍以上になることがある。このような照度分布(Actual_Di)の変動は、複数のLEDの全体にわたって頻繁に生ずるので、照度分布(Actual_Di)の変動を解消するためには、電気的な増幅器を用いて、一次元撮像素子によって得られた信号に二倍以上の増幅率の変化を与えることになる。その結果、より低い照度で照明された部分についての信号は、大きさノイズを含む信号となり、読み取られた信号の品質を低下させることになる。一方、発光効率のバラツキの無い又は少ない複数のLEDを選択的に用いて、光源を形成することも考えられる。しかしながら、発光効率のバラツキの無い又は少ない複数のLEDを選別することは、複数のLEDで構成される光源の歩留まりを大きく低下させ、数倍のコストアップをもたらすことになる。   However, in such a method, the difference in the amount of light emission between the individual LEDs directly causes the illuminance unevenness of the illumination light by the light source. Here, shading correction is known as a technique for correcting slight illuminance unevenness. That is, before starting scanning by the one-dimensional image sensor, the entire white portion is read once in the main scanning direction (Sx), and the lightness of the actually read original is based on the lightness distribution in the read all white portions. The distribution can be corrected electrically. However, it is known that there is a variation of twice or more in the luminous efficiency of the LED for reasons of manufacturing the LED. As shown in FIG. 4C, when a plurality of LEDs having luminous efficiency with twice or more variations are used as a light source, an ideal illuminance distribution (Ideal_Di) that is flat in the imaging region (Ai) Thus, there are a portion illuminated with a higher illuminance h1 and a portion illuminated with a lower illuminance h2. The ratio of the illuminance h1 to the illuminance h2 may be twice or more. Such fluctuations in the illuminance distribution (Actual_Di) frequently occur throughout the plurality of LEDs. Therefore, in order to eliminate the fluctuations in the illuminance distribution (Actual_Di), an electrical amplifier is used and a one-dimensional imaging device is used. The obtained signal is subjected to a change in amplification factor of more than twice. As a result, the signal for the portion illuminated with a lower illuminance becomes a signal containing magnitude noise, which degrades the quality of the read signal. On the other hand, it is also conceivable to form a light source by selectively using a plurality of LEDs with little or no variation in luminous efficiency. However, selecting a plurality of LEDs with little or no variation in luminous efficiency greatly reduces the yield of a light source composed of a plurality of LEDs, resulting in several times the cost increase.

本発明の第一の目的は、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能な原稿照明装置を提供することである。 A first object of the present invention is to provide an original illuminating apparatus capable of illuminating an original with higher efficiency by light emitted from a light source.

本発明の第二の目的は、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能な原稿照明装置によって照明された該原稿の画像を読み取る画像読取装置を提供することである。 A second object of the present invention is to provide an image reading device that reads an image of a document illuminated by a document illumination device capable of illuminating the document with light emitted from a light source with higher efficiency. .

本願の請求項1に記載原稿照明装置は、
第一の方向に配置された複数の光源から放出される光を原稿面上で重畳させて原稿を照明する原稿照明装置において、
前記複数の光源の個々から射出される複数の光束の各々に対応して設けられたレンズアレイであり、前記第一の方向に正の屈折力を有し、前記第一の方向と垂直な第二の方向に屈折力を有さない第1レンズと、焦点距離がFでありかつ前記第1レンズと前記原稿面との間で前記原稿面から焦点距離Fだけ離れた位置に配置されしかも前記第一の方向には屈折力を有しておらず前記第二の方向に正の屈折力を有する第2レンズとを備え、前記複数の光源の個々は、赤、緑、青の各色別に発光する発光光源を一組として、前記原稿が配置される原稿面側に凸面を向けた凸レンズからなるフードレンズで覆れたものであり、
前記フードレンズの焦点距離はf0であり、前記赤、緑、青の各発光光源から該フードレンズまでの主点までの距離aが、前記焦点距離f0と等しくなるように配置されてなり、前記赤、緑、青の各発光光源のうちの緑の光源から射出される光束の光軸が前記フードレンズの光軸と一致するように構成されており、
前記第一の方向に配置された複数の光源は、前記第一の方向における中央部が最も原稿面に近く、該中央部の光源から周辺部に向かう光源に伴って前記原稿面から遠くなるように配置されてなり、
前記個々の光源に設けられた前記フードレンズの焦点距離f0は全て同じであり、前記第1レンズであるレンズアレイにおける各々のレンズ焦点距離f1は前記第一の方向における配置に応じて変化し、前記第一の方向における中央部の光源に対応した前記第1レンズの焦点距離f1と前記フードレンズの焦点距離f0との関係は、
f0>f1であり、前記中央部から周辺部に向かうに伴ってf0=f1を経て、その後、f0<f1となることを特徴とする。
本願の請求項2に記載の原稿照明装置は、
第一の方向に配置された複数の光源から放出される光を原稿面上で重畳させて原稿を照明する原稿照明装置において、
前記複数の光源の個々から射出される複数の光束の各々に対応して設けられたレンズアレイであり、前記第一の方向に正の屈折力を有し、前記第一の方向と垂直な第二の方向に屈折力を有さない第1レンズと、焦点距離がFでありかつ前記第1レンズと前記原稿面との間で前記原稿面から焦点距離Fだけ離れた位置に配置されしかも前記第一の方向には屈折力を有しておらず前記第二の方向に正の屈折力を有する第2レンズとを備え、前記複数の光源の個々は、赤、緑、青の各色別に発光する発光光源を一組として、前記原稿が配置される原稿面側に凸面を向けた凸レンズからなるフードレンズで覆れたものであり、
前記フードレンズの焦点距離はf0であり、前記赤、緑、青の各発光光源から該フードレンズまでの主点までの距離aが、前記焦点距離f0と等しくなるように配置されてなり、前記赤、緑、青の各発光光源のうちの緑の光源から射出される光束の光軸が前記フードレンズの光軸と一致するように構成されており、
前記第一の方向に配置された複数の光源は、前記原稿面に対して全て等距離となるように配置されてなり、前記個々の光源に設けられた前記フードレンズの焦点距離f0は全て同じであり、前記第1レンズであるレンズアレイにおける各々のレンズの焦点距離f1は前記第一の方向における配置に応じて変化し、前記第一の方向における中央部の光源に対応した前記第1レンズの焦点距離f1と前記フードレンズの焦点距離f0との関係は、 f0>f1であり、前記中央部から周辺部に向かうに伴ってf0=f1を経て、その後、f0<f1となり、前記第一の方向における中央に配置された光源と、前記第一の方向における両端に配置された光源を除く前記複数の光源について、当該各光源の光軸が前記第一の方向における中央に配置された光源の光軸に対して外側に傾斜するように、前記第1レンズの直後にプリズムが配置されていることを特徴とする。
The document illumination device according to claim 1 of the present application is
In a document illumination device that illuminates a document by superimposing light emitted from a plurality of light sources arranged in a first direction on the document surface,
A lens array provided corresponding to each of a plurality of light beams emitted from each of the plurality of light sources, and having a positive refractive power in the first direction and perpendicular to the first direction. A first lens having no refractive power in two directions, a focal length is F, and the first lens and the document surface are disposed at a position separated from the document surface by a focal length F; A second lens having no refractive power in the first direction and having a positive refractive power in the second direction, and each of the plurality of light sources emits light for each color of red, green, and blue A set of light emitting light sources that are covered with a hood lens composed of a convex lens with a convex surface facing the document surface on which the document is placed;
The focal length of the hood lens is f0, and the distance a from the red, green, and blue light emitting sources to the principal point to the hood lens is arranged to be equal to the focal length f0. The optical axis of the light beam emitted from the green light source among the red, green, and blue light sources is configured to coincide with the optical axis of the hood lens ,
The plurality of light sources arranged in the first direction are such that the central portion in the first direction is closest to the original surface, and further away from the original surface with the light source from the central portion toward the peripheral portion. Arranged in the
The focal lengths f0 of the hood lenses provided in the individual light sources are all the same, and each lens focal length f1 in the lens array that is the first lens changes according to the arrangement in the first direction, The relationship between the focal length f1 of the first lens corresponding to the light source at the center in the first direction and the focal length f0 of the hood lens is:
f0> f1, and f0 = f1 as it goes from the central part to the peripheral part, and then f0 <f1.
The document illumination device according to claim 2 of the present application is
In a document illumination device that illuminates a document by superimposing light emitted from a plurality of light sources arranged in a first direction on the document surface,
A lens array provided corresponding to each of a plurality of light beams emitted from each of the plurality of light sources, and having a positive refractive power in the first direction and perpendicular to the first direction. A first lens having no refractive power in two directions, a focal length is F, and the first lens and the document surface are disposed at a position separated from the document surface by a focal length F; A second lens having no refractive power in the first direction and having a positive refractive power in the second direction, and each of the plurality of light sources emits light for each color of red, green, and blue A set of light emitting light sources that are covered with a hood lens composed of a convex lens with a convex surface facing the document surface on which the document is placed;
The focal length of the hood lens is f0, and the distance a from the red, green, and blue light emitting sources to the principal point to the hood lens is arranged to be equal to the focal length f0. The optical axis of the light beam emitted from the green light source among the red, green, and blue light sources is configured to coincide with the optical axis of the hood lens,
The plurality of light sources arranged in the first direction are all arranged at an equal distance from the document surface, and the focal lengths f0 of the hood lenses provided in the individual light sources are all the same. The focal length f1 of each lens in the lens array which is the first lens changes according to the arrangement in the first direction, and the first lens corresponding to the light source at the center in the first direction The focal length f1 of the hood lens and the focal length f0 of the hood lens are f0> f1, passing through f0 = f1 from the center to the periphery, and then f0 <f1, For the plurality of light sources excluding the light source arranged in the center in the direction and the light sources arranged at both ends in the first direction, the optical axis of each light source is arranged in the center in the first direction. A prism is disposed immediately after the first lens so as to be inclined outward with respect to the optical axis of the light source.

本願の請求項3に記載の原稿照明装置は、請求項1又は請求項2に記載の原稿照明装置において、前記第1レンズの前記第一の方向における両側面に側面鏡を配置し、前記側面鏡は、前記フードレンズの前記第一の方向における両側面から前記第2レンズの前記第一の方向における両側面までに渡って設けられていることを特徴とする。 The document illumination device according to claim 3 of the present application is the document illumination device according to claim 1 or 2 , wherein side mirrors are arranged on both side surfaces in the first direction of the first lens, and the side surface is disposed. The mirror is provided from both side surfaces of the hood lens in the first direction to both side surfaces of the second lens in the first direction.

本願の請求項4に記載の画像読取装置は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の原稿照明装置によって原稿を照明する画像読取装置であって、該照明された原稿から散乱又は反射された光を結像させる結像光学系と、前記結像光学系によって結像させた画像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする。An image reading apparatus according to a fourth aspect of the present invention is an image reading apparatus that illuminates a document by the document illumination device according to any one of the first to third aspects, and is scattered from the illuminated document. Alternatively, the imaging optical system includes an imaging optical system that forms an image of the reflected light, and an imaging device that captures an image formed by the imaging optical system.

本願の請求項1ないし請求項3に記載の発明によれば、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能な原稿照明装置を提供することができる。 According to the first to third aspects of the present invention, it is possible to provide a document illuminating device capable of illuminating a document with higher efficiency by light emitted from a light source.

本願の請求項4に記載の発明によれば、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能な原稿照明装置によって照明された該原稿の画像を読み取る画像読取装置を提供することができる。 According to the invention described in claim 4 of the present application, there is provided an image reading device that reads an image of an original illuminated by an original illumination device capable of illuminating the original with higher efficiency by light emitted from a light source. can do.

(a)及び(b)は、それぞれ、一般的な画像読取装置の概略図及びその副走査方向における画像読取装置の断面図である。(A) And (b) is the schematic of a general image reading apparatus, and sectional drawing of the image reading apparatus in the subscanning direction, respectively. 画像読取装置における原稿の照明に関する問題点の一つを説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining one of the problems related to illumination of a document in the image reading apparatus. 画像読取装置における原稿の照明に関する別の問題点を説明する図である。It is a figure explaining another problem regarding illumination of the document in an image reading device. 複数のLEDで構成された光源及びその光源による照明を説明する図である。It is a figure explaining the illumination by the light source comprised by several LED, and the light source. 本発明の第一の実施例による照明方法及び照明装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the illumination method by the 1st Example of this invention, and an illuminating device. 本発明の第二の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the image reading apparatus by the 2nd Example of this invention. 本発明の第三の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the image reading apparatus by the 3rd Example of this invention. 本発明の第三の実施例による画像読取装置の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the image reading apparatus by 3rd Example of this invention. 回転放物面鏡を用いてLEDから拡散する光束を平行光に変換する手段を説明する図である。It is a figure explaining the means to convert the light beam which diffuses from LED using a paraboloid mirror into parallel light. 凸レンズを用いてLEDから拡散する光束を平行光に変換する手段を説明する図である。It is a figure explaining the means to convert the light beam diffused from LED into parallel light using a convex lens. 本発明の第四の実施例による照明装置の一つの例を説明する図である。It is a figure explaining one example of the illuminating device by the 4th Example of this invention. 本発明の第四の実施例による照明装置の別の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of the illuminating device by the 4th Example of this invention. 本発明の第四の実施例による照明装置及び画像読取装置の一つの例を説明する図である。It is a figure explaining one example of the illuminating device by the 4th Example of this invention, and an image reading apparatus. 本発明の第四の実施例による照明装置及び画像読取装置の別の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of the illuminating device by 4th Example of this invention, and an image reading apparatus. 本発明の第五の実施例による照明方法及び照明装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the illuminating method by the 5th Example of this invention, and an illuminating device. 本発明の第六の実施例による照明方法及び画像読取装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the illuminating method and image reading apparatus by the 6th Example of this invention. 本発明の第七の実施例による照明方法及び照明装置の一つの例を説明する図である。It is a figure explaining one example of the illumination method by the 7th Example of this invention, and an illuminating device. 本発明の第七の実施例による照明装置の別の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of the illuminating device by the 7th Example of this invention. 本発明の第八の実施例による照明装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the illuminating device by the 8th Example of this invention. 本発明の第九の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the image reading apparatus by the 9th Example of this invention. 本発明の第十の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the image reading apparatus by the 10th Example of this invention. 縮小光学系を用いた画像読取装置における撮像領域での照度分布及びCCD上での縮小光学系の相対明度の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the illumination intensity distribution in the imaging region in the image reading apparatus using a reduction optical system, and the relative brightness of the reduction optical system on CCD. 一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像領域を照明する複数の光源の配置間隔を決定する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to determine the arrangement | positioning space | interval of the several light source which illuminates an imaging region so that the relative brightness of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。It is a figure explaining the specific arrangement | positioning of the several light source which illuminates the imaging target area | region so that the relative brightness of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 一定照度で照明された撮像対象領域を結像レンズによって一次元CCD上に結像される画像の相対明度の具体例、及び、一次元CCD上に結像される画像の相対明度が一定になるように撮像対象領域を照明する場合の目標照度分布(要求照度分布)の具体例を示す図である。A specific example of the relative brightness of an image formed on a one-dimensional CCD by an imaging lens in an imaging target area illuminated at a constant illuminance, and the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. It is a figure which shows the specific example of target illuminance distribution (request | required illuminance distribution) in the case of illuminating an imaging object area | region like this. 照明対象領域(撮像対象領域)を照明する目標相対照度に向けてシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result simulated toward the target relative illumination intensity which illuminates an illumination object area | region (imaging object area | region). 複数の光源の間隔を調整することによって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。It is a conceptual diagram for implement | achieving the illuminating device which adjusts the illumination intensity distribution of the light which illuminates an imaging region to the characteristic of 1 / cos < 4 > (theta) by adjusting the space | interval of several light sources. 一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。It is a figure explaining the specific arrangement | positioning of the several light source which illuminates the imaging target area | region so that the relative brightness of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 本発明の第12の実際例における相対照度についてのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the relative illumination intensity in the 12th actual example of this invention. 複数の光源の各々から撮像領域までの距離を調整することによって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。It is a conceptual diagram for realizing an illuminating device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region. 光源から放出される光の放射特性を変化させる方法の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the method of changing the radiation characteristic of the light discharge | released from a light source. 一次元CCDに結像される画像の相対照度が一定となるような、撮像領域を照明する複数の光源の配置の別の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of arrangement | positioning of the several light source which illuminates an imaging region so that the relative illumination intensity of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 複数の光源から放出される光の放射特性を調整することによって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。It is a conceptual diagram for realizing an illuminating device that matches the illuminance distribution of light that illuminates an imaging region with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the radiation characteristics of light emitted from a plurality of light sources. 複数の光源の各々から撮像領域までの距離を調整することによって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に近似する照明装置を実現するための概念図である。It is a conceptual diagram for realizing an illuminating device that approximates the illuminance distribution of light that illuminates the imaging region to the characteristic of 1 / cos 4 θ by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region. 一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。It is a figure explaining the specific arrangement | positioning of the several light source which illuminates the imaging target area | region so that the relative brightness of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 複複数の光源の各々から撮像領域までの距離の調整及び複数の光源から放出される光の放射特性の調整の両方によって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。By adjusting both the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region and adjusting the radiation characteristics of the light emitted from the plurality of light sources, the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region is changed to the 1 / cos 4 θ characteristic. It is a conceptual diagram for implement | achieving the illuminating device made to correspond. 一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。It is a figure explaining the specific arrangement | positioning of the several light source which illuminates the imaging target area | region so that the relative brightness of the image imaged on a one-dimensional CCD becomes fixed. 本発明の第16の実際例における相対照度と目標の照度分布との差分についてのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result about the difference of the relative illumination intensity in the 16th actual example of this invention, and target illumination intensity distribution. 複数の光源から放出される光の照明光軸の角度を調整することによって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for realizing an illumination device that adjusts the illumination optical axis angle of light emitted from a plurality of light sources to match the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region with the 1 / cos 4 θ characteristic. is there. 凹シリンダレンズを用いて光源から仮想光源を形成することを説明する図である。It is a figure explaining forming a virtual light source from a light source using a concave cylinder lens. 本発明の実施形態及び実施例に用いることができる光学部品を説明する図である。It is a figure explaining the optical component which can be used for embodiment and the Example of this invention. 本発明の実施形態及び実施例に用いることができる光学部品を説明する図である。It is a figure explaining the optical component which can be used for embodiment and the Example of this invention.

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施形態は、原稿面照明方法、(原稿)照明装置、及び、それを用いた画像読取装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a document surface illumination method, a (document) illumination device, and an image reading apparatus using the same.

本発明の実施形態は、例えば、本発明の実施形態は、複写機又はファクシミリの原稿面を照射する照明方法及び照明装置、デジタルPPC(普通紙複写機)などに搭載される固体撮像素子、結像レンズ、及び照明装置を搭載した(フィルムスキャナ及びハンディスキャナのような)画像読取装置とそのための照明装置に関する。 Embodiments of the present invention include, for example, an illumination method and apparatus for irradiating a document surface of a copying machine or a facsimile, a solid-state imaging device mounted on a digital PPC (plain paper copying machine), a connection The present invention relates to an image reading device (such as a film scanner and a handy scanner) equipped with an image lens and an illumination device, and an illumination device for the image reading device.

本発明の第一の実施形態は、光源からの光によって照明された原稿面からの散乱光を結像レンズによって感光体又は撮像素子に結像させて、原稿面の画像における画像形成対象位置での一次元画像を形成し、原稿面の画像形成対象位置を、一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に順次移動させることによって、原稿面の画像における二次元の画像を形成する、画像形成装置用の原稿面照明方法において、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に複数の光源を配置し、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する光源の間隔の二倍以上の範囲に拡散させることを特徴とする画像形成装置用の原稿面照明方法である。   In the first embodiment of the present invention, scattered light from a document surface illuminated by light from a light source is imaged on a photoconductor or an image sensor by an imaging lens, and the image formation target position in the image on the document surface is detected. The image formation target position on the document surface is sequentially moved in a direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction along the one-dimensional image (main scanning direction). In a document surface illumination method for an image forming apparatus that forms a two-dimensional image, a plurality of light sources are arranged at least in a direction corresponding to a direction along the one-dimensional image (main scanning direction), and emitted from the plurality of light sources. In the document surface illumination method for an image forming apparatus, the light flux of the light is diffused in a direction along the one-dimensional image of the document surface in a range that is at least twice the interval between adjacent light sources.

本発明の第二の実施形態は、光源からの光によって照明された原稿面からの散乱光を結像レンズによって感光体又は撮像素子に結像させて、原稿面の画像における画像形成対象位置での一次元画像を形成し、原稿面の画像形成対象位置を、一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に順次移動させることによって、原稿面の画像における二次元の画像を形成する、画像形成装置用の原稿面照明方法において、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に複数の光源を配置し、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する光源の間隔の二倍以上の範囲に拡散させ、複数の光源から放出される光の光束の少なくとも一部を、原稿面の一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)において、概略集束させることを特徴とする画像形成装置用の原稿面照明方法である。   In the second embodiment of the present invention, scattered light from a document surface illuminated by light from a light source is imaged on a photoconductor or an image sensor by an imaging lens, and the image formation target position in the image on the document surface is detected. The image formation target position on the document surface is sequentially moved in a direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction along the one-dimensional image (main scanning direction). In a document surface illumination method for an image forming apparatus that forms a two-dimensional image, a plurality of light sources are arranged at least in a direction corresponding to a direction along the one-dimensional image (main scanning direction), and emitted from the plurality of light sources. In the direction along the one-dimensional image of the document surface, and at least part of the light beam emitted from the plurality of light sources is To a one-dimensional image of a surface In Tsu direction (main scanning direction) perpendicular to direction (sub-scanning direction), an original surface illumination method for an image forming apparatus which comprises causing outlined focusing.

本発明の第三の実施形態は、発光手段、発光手段から発生した光によって照明された原稿面からの散乱光を撮像素子に結像させる結像手段、原稿面の画像における一次元画像を読み取る読取手段、及び、一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に読取手段の読み取り位置を順次移動させる移動手段を用いて原稿面の画像を読み取る、画像読取装置用の照明装置において、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に配置された複数の発光手段、及び、複数の発光手段から発生した光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する発光手段の間隔の二倍以上の範囲に拡散させる光拡散手段を有することを特徴とする画像読取装置用の照明装置である。   In the third embodiment of the present invention, the light emitting means, the imaging means for forming an image on the image pickup device with the scattered light from the original surface illuminated by the light generated from the light emitting means, and the one-dimensional image in the image on the original surface are read. Image reading using a reading unit and a moving unit that sequentially moves the reading position of the reading unit in a direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction (main scanning direction) along the one-dimensional image. In the illuminating device for an apparatus, at least a plurality of light emitting means arranged in a direction corresponding to a direction along the one-dimensional image (main scanning direction), and a light beam generated from the plurality of light emitting means An illuminating device for an image reading apparatus, comprising: a light diffusing unit that diffuses in a direction along a one-dimensional image in a range that is twice or more the interval between adjacent light emitting units.

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に配置された複数の発光手段を挟むように、一対の反射鏡が、平行に配置される。   In the third embodiment of the present invention, preferably, the pair of reflecting mirrors are arranged in parallel so as to sandwich a plurality of light emitting means arranged in a direction corresponding to at least a direction along the one-dimensional image (main scanning direction). Placed in.

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、光拡散手段は、シリンダレンズ(又はシリンドリカルレンズ)である。   In the third embodiment of the present invention, preferably, the light diffusion means is a cylinder lens (or a cylindrical lens).

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、複数の発光手段の各々における光源の位置が焦点の位置である放物面鏡が、複数の発光手段の各々に対応するように配置される。   In the third embodiment of the present invention, preferably, a parabolic mirror in which the position of the light source in each of the plurality of light emitting means is a focal position is arranged so as to correspond to each of the plurality of light emitting means.

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、複数の発光手段の各々における光源の位置が一つの焦点の位置である楕円面鏡が、複数の発光手段の各々に対応するように配置される。   In the third embodiment of the present invention, preferably, an ellipsoidal mirror in which the position of the light source in each of the plurality of light emitting means is the position of one focal point is arranged so as to correspond to each of the plurality of light emitting means. .

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、複数の発光手段の各々に対応する凸レンズが配置される。   In the third embodiment of the present invention, preferably, a convex lens corresponding to each of the plurality of light emitting means is disposed.

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、複数の光源から放出される光の光束の少なくとも一部を、原稿面の一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)において、概略集束させる光集束手段が配置される。   In the third embodiment of the present invention, it is preferable that at least a part of light beams emitted from a plurality of light sources is a direction (sub scanning direction) perpendicular to a direction (main scanning direction) along the one-dimensional image of the document surface. In the scanning direction), light focusing means for roughly focusing is arranged.

本発明の第三の実施形態において、好ましくは、発光手段は、発光ダイオード(LED)である。   In the third embodiment of the present invention, preferably, the light emitting means is a light emitting diode (LED).

本発明の第四の実施形態は、光源からの光によって照明された原稿面からの散乱光を結像レンズによって撮像素子に結像させて、原稿面の画像における画像読み取り位置での一次元画像を読み取り、原稿面の画像読み取り位置を、一次元画像を読み取る方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に順次移動させると共に一次元画像の読み取りを繰り返すことによって、原稿面の画像における二次元の画像を読み取る、画像読取装置において、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に配置された複数の光源、及び、複数の光源に対応するように配置され、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する光源の間隔の二倍以上の範囲に拡散させ、且つ、原稿面に重畳させる複数のレンズ(照明レンズ)を有することを特徴とする画像読取装置である。   In the fourth embodiment of the present invention, scattered light from a document surface illuminated by light from a light source is imaged on an image sensor by an imaging lens, and a one-dimensional image at an image reading position in an image on the document surface The image reading position on the document surface is sequentially moved in the direction (sub-scanning direction) perpendicular to the reading direction (main scanning direction) of the one-dimensional image and the reading of the one-dimensional image is repeated. In the image reading apparatus for reading a two-dimensional image in the above, a plurality of light sources arranged in a direction corresponding to at least a direction (main scanning direction) along the one-dimensional image, and arranged to correspond to the plurality of light sources The light flux emitted from a plurality of light sources is diffused in a range along the one-dimensional image of the document surface in a range that is at least twice the interval between adjacent light sources, and is superimposed on the document surface. An image reading apparatus characterized by having a plurality of lenses (illumination lens) to.

本発明の第五の実施形態は、光源からの光によって照明された原稿面からの散乱光を結像レンズによって撮像素子に結像させて、原稿面の画像における画像形成対象位置での一次元画像を読み取り、原稿面の画像形成対象位置を、一次元画像を読み取る方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に順次移動させると共に一次元画像の読み取りを繰り返すことによって、原稿面の画像における二次元の画像を読み取る、画像読取装置において、本発明の第三の実施形態である照明装置を有することを特徴とする画像読取装置である。   In the fifth embodiment of the present invention, scattered light from a document surface illuminated by light from a light source is imaged on an image sensor by an imaging lens, and is one-dimensional at an image formation target position in an image on the document surface. By reading the image, sequentially moving the image formation target position on the document surface in the direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction of reading the one-dimensional image (main scanning direction), and repeating the reading of the one-dimensional image, An image reading apparatus that reads a two-dimensional image of the image of the above-mentioned image has an illumination device according to the third embodiment of the present invention.

本発明の第六の実施形態は、光源からの光によって照明された原稿面からの散乱光を結像レンズによって撮像素子に結像させて、原稿面の画像における画像形成対象位置での一次元画像を読み取り、原稿面の画像形成対象位置を、一次元画像を読み取る方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)に順次移動させると共に一次元画像の読み取りを繰り返すことによって、原稿面の画像における二次元の画像を読み取る、画像読取装置において、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に配置された複数の光源、及び、複数の光源に対応するように配置され、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する光源の間隔以上の範囲に拡散させ、且つ、原稿面に重畳させる複数のレンズ(照明レンズ)を有することを特徴とする画像読取装置において、複数の光源は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、配置されることを特徴とする画像読取装置である。   In the sixth embodiment of the present invention, scattered light from a document surface illuminated by light from a light source is imaged on an image sensor by an imaging lens, and is one-dimensional at an image formation target position in an image on the document surface. By reading the image, sequentially moving the image formation target position on the document surface in the direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction of reading the one-dimensional image (main scanning direction), and repeating the reading of the one-dimensional image, In an image reading apparatus that reads a two-dimensional image in the image of the image, a plurality of light sources arranged in a direction corresponding to at least a direction (main scanning direction) along the one-dimensional image, and a plurality of light sources The luminous flux of the light emitted from the plurality of light sources is diffused in a range along the one-dimensional image of the document surface in a range that is equal to or larger than the interval between adjacent light sources, and is superimposed on the document surface. In an image reading apparatus having a plurality of lenses (illumination lenses), the plurality of light sources has an illuminance distribution characteristic of light illuminating the document surface at the image formation target position connected to the image sensor. The image reading apparatus is arranged so as to be roughly opposite to a lightness distribution characteristic of an image formed by an image lens.

本発明の第六の実施形態である画像読取装置又は本発明の第六の実施形態である画像読取装置用の照明装置において、好ましくは、複数の光源の間の間隔は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定される。   In the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention or the illuminating device for the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, preferably, the interval between the plurality of light sources is an image formation target position. The distribution characteristic of the illuminance of the light illuminating the original surface on the original surface is set so as to be approximately opposite to the distribution characteristic of the brightness of the image formed on the image sensor by the imaging lens.

本発明の第六の実施形態である画像読取装置又は本発明の第六の実施形態である画像読取装置用の照明装置において、好ましくは、原稿面からの複数の光源までの距離は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定される。   In the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention or the illuminating device for the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, it is preferable that the distance from the document surface to the plurality of light sources is image formation. The distribution characteristic of the illuminance of the light that illuminates the document surface on the document surface at the target position is set so as to be approximately opposite to the distribution characteristic of the brightness of the image formed by the imaging lens on the image sensor.

本発明の第六の実施形態である画像読取装置又は本発明の第六の実施形態である画像読取装置用の照明装置において、好ましくは、複数の光源から放出される光の光束の発散角は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定される。   In the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention or the illuminating device for the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, preferably, the divergence angles of light beams emitted from a plurality of light sources are The distribution characteristics of the illuminance of the light illuminating the document surface at the image formation target position are set so as to be approximately opposite to the brightness distribution characteristics of the image formed by the imaging lens on the image sensor. The

本発明の第六の実施形態である画像読取装置又は本発明の第六の実施形態である画像読取装置用の照明装置において、複数の光源の光軸の向きは、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定される。   In the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention or the illuminating device for the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, the orientation of the optical axes of the plurality of light sources depends on the original at the image forming target position. The distribution characteristic of the illuminance of the light illuminating the document surface on the surface is set so as to be approximately opposite to the distribution characteristic of the brightness of the image formed on the image sensor by the imaging lens.

なお、「画像読取装置用の照明装置」とは、画像読取装置に用いられる、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に配置された複数の光源を含むと共にそれら複数の光源からの光によって原稿面を照明する照明装置を意味する。   The “illumination device for the image reading device” includes a plurality of light sources arranged in a direction corresponding to at least a direction along the one-dimensional image (main scanning direction) used in the image reading device. Means an illuminating device that illuminates the document surface with light from the light source.

また、本発明の第六の実施形態である画像読取装置又は本発明の第六の実施形態である画像読取装置用の照明装置においては、複数の光源の間の間隔、原稿面からの複数の光源までの距離、複数の光源から放出される光の光束の発散角、及び、複数の光源の光軸の向きの少なくとも二つのものの組み合わせ(例えば、原稿面からの複数の光源までの距離及び複数の光源から放出される光の光束の発散角)を、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定してもよい。   In the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention or the illumination apparatus for the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, a plurality of intervals between a plurality of light sources and a plurality of images from the document surface are used. A combination of at least two of the distance to the light source, the divergence angle of the luminous flux of the light emitted from the plurality of light sources, and the direction of the optical axis of the plurality of light sources (for example, the distance from the document surface to the plurality of light sources and the plurality of light sources) The divergence angle of the luminous flux of the light emitted from the light source), the distribution characteristics of the illuminance of the light that illuminates the document surface at the image formation target position, and the image of the image formed by the imaging lens on the image sensor. You may set so that it may be roughly reverse to the brightness distribution characteristic.

なお、本発明の実施形態において、照明される対象としては、例えば、シート状の原稿、並びに、本及びノートのような、複数のシート状の原稿が綴じられたブック原稿が、挙げられる。また、照射面は、ある面積を備えた面である。   In the embodiment of the present invention, examples of the illumination target include a sheet original and a book original in which a plurality of sheet originals such as a book and a notebook are bound. Further, the irradiated surface is a surface having a certain area.

本発明の実施形態の一つによれば、少なくとも一次元画像に沿った方向(主走査方向)に対応する方向に複数の光源(又は発光手段)を配置し、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向において、隣接する光源の間隔の二倍以上の範囲に拡散させることによって、複数の光源を用いて、原稿面におけるより広い領域を照明する場合であっても、複数の光源(又は発光手段)の間における発光量の差を緩和するように、原稿面を照明することが可能となる。すなわち、原稿面の照明された領域における照度むらの減少させるように、原稿面を照明することが可能となる。よって、原稿面の一次元画像に沿った方向において、原稿面を、より均一に又はより高い効率で、照明することが可能となる。その結果、照明された原稿面から高品質な画像を得ることが可能となる。   According to one embodiment of the present invention, a plurality of light sources (or light emitting means) are arranged in a direction corresponding to at least a direction along the one-dimensional image (main scanning direction), and light emitted from the plurality of light sources. When illuminating a wider area on the document surface using multiple light sources by diffusing the light flux in the direction along the one-dimensional image of the document surface to a range that is at least twice the interval between adjacent light sources Even so, it is possible to illuminate the document surface so as to reduce the difference in the amount of light emission among the plurality of light sources (or light emitting means). In other words, it is possible to illuminate the document surface so as to reduce unevenness in illuminance in the illuminated area of the document surface. Therefore, it is possible to illuminate the document surface more uniformly or with higher efficiency in the direction along the one-dimensional image of the document surface. As a result, a high-quality image can be obtained from the illuminated document surface.

また、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源から放出される光の光束を、原稿面の一次元画像に沿った方向(主走査方向)と直角な方向(副走査方向)において、概略集束させることによって、原稿面を照明する効率を向上させることが可能となる。その結果、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   In addition, according to one embodiment of the present invention, the light flux emitted from the plurality of light sources is a direction (sub-scanning direction) perpendicular to the direction along the one-dimensional image (main scanning direction) of the document surface. In FIG. 2, the efficiency of illuminating the document surface can be improved by roughly focusing. As a result, energy required for illuminating the original surface can be reduced (energy saving).

さらに、本発明の実施形態の一つによれば、上記反射鏡、上記シリンダレンズ(又はシリンドリカルレンズ)、上記放物面鏡、上記楕円面鏡、及び上記凸レンズを、プラスチック成型手段によって、得ることができるので、照明装置又は画像読取装置のコストを低減することが可能となる。   Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the reflecting mirror, the cylinder lens (or cylindrical lens), the parabolic mirror, the elliptical mirror, and the convex lens are obtained by plastic molding means. Therefore, the cost of the illumination device or the image reading device can be reduced.

また、本発明の実施形態の一つによれば、光源に発光ダイオード(LED)を用いると、光源を低い電圧の直流電源によって駆動することができるので、光源の点灯回路を、非常に簡単に設けることが可能となる。その結果、照明装置又は画像読取装置のコストを低減することが可能となる。   Also, according to one of the embodiments of the present invention, when a light emitting diode (LED) is used as a light source, the light source can be driven by a low-voltage DC power source, so that the lighting circuit of the light source can be very easily It can be provided. As a result, the cost of the illumination device or the image reading device can be reduced.

さらに、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、配置されるので、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の明度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   Further, according to one of the embodiments of the present invention, the plurality of light sources has an illuminance distribution characteristic of light illuminating the document surface at the image forming target position, and is imaged on the image sensor by the imaging lens. Since it is arranged so as to be roughly opposite to the brightness distribution characteristic of the image to be displayed, the amount of light emitted from a plurality of light sources is blocked or discarded without illuminating the document surface Alternatively, the brightness distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor can be made more uniform while being eliminated. As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

また、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源の間の間隔は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定されるので、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の照度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   According to one of the embodiments of the present invention, the interval between the plurality of light sources is such that the distribution characteristic of the illuminance of the light illuminating the document surface at the image forming target position is imaged on the image sensor. Since it is set so as to be roughly opposite to the lightness distribution characteristics of the image formed by the lens, the light emitted from a plurality of light sources is blocked or discarded without illuminating the document surface. It is possible to reduce or eliminate the amount and make the illuminance distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor more uniform. As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

また、本発明の実施形態の一つによれば、原稿面からの複数の光源までの距離は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定されるので、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の照度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   Further, according to one of the embodiments of the present invention, the distance from the document surface to the plurality of light sources is the distribution characteristic of the illuminance distribution of the light that illuminates the document surface at the image formation target position. Since it is set so as to be roughly opposite to the brightness distribution characteristic of the image formed by the imaging lens, it is blocked or discarded without illuminating the document surface among the light emitted from the plurality of light sources. It is possible to reduce or eliminate the amount of light generated and to make the illuminance distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor more uniform. As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

また、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源から放出される光の光束の発散角は、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定されるので、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の照度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   Further, according to one of the embodiments of the present invention, the divergence angle of light beams emitted from a plurality of light sources is determined by the distribution characteristic of the illuminance of light that illuminates the document surface at the image formation target position. Since it is set so as to be roughly opposite to the lightness distribution characteristic of the image formed by the imaging lens on the image sensor, it is blocked without illuminating the original surface of the light emitted from a plurality of light sources. It is possible to reduce or eliminate the amount of light that is lost or discarded, and to make the illuminance distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor more uniform. As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

また、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源の光軸の向きは、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定されるので、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の照度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   Further, according to one embodiment of the present invention, the orientation of the optical axes of the plurality of light sources is determined by the distribution characteristics of the illuminance distribution of the light that illuminates the document surface at the image formation target position. Light that is set so as to be roughly opposite to the lightness distribution characteristics of the image formed by the image lens, so that light emitted from a plurality of light sources is blocked or discarded without illuminating the document surface As a result, the illuminance distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor can be made more uniform. As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

なお、本発明の実施形態の一つによれば、複数の光源の間の間隔、原稿面からの複数の光源までの距離、複数の光源から放出される光の光束の発散角、及び、複数の光源の光軸の向きの少なくとも二つのものの組み合わせ(例えば、原稿面からの複数の光源までの距離及び複数の光源から放出される光の光束の発散角)を、画像形成対象位置での原稿面における原稿面を照明する光の照度の分布特性が、撮像素子に結像レンズによって結像される画像の明度の分布特性と概略逆であるように、設定することによっても、複数の光源から放出される光のうち原稿面を照明することなく遮断される又は捨てられる光の量を低減する又は無くすと共に撮像素子における結像レンズによって結像される画像の照度分布をより均一にすることが可能となる。その結果、光源から放出される光でより高い効率で原稿を照明することが可能なり、原稿面を照明するために必要なエネルギーを低減することが可能となる(省エネルギー)。   According to one embodiment of the present invention, the distance between the plurality of light sources, the distance from the document surface to the plurality of light sources, the divergence angle of the luminous flux of the light emitted from the plurality of light sources, and the plurality A combination of at least two of the directions of the optical axes of the light sources (for example, the distance from the document surface to the plurality of light sources and the divergence angles of the light beams emitted from the plurality of light sources) at the position where the image is formed By setting the illuminance distribution characteristic of the light that illuminates the document surface on the surface to be roughly opposite to the distribution characteristic of the brightness of the image formed by the imaging lens on the image sensor, it is possible to To reduce or eliminate the amount of emitted light that is blocked or discarded without illuminating the document surface, and to make the illuminance distribution of the image formed by the imaging lens in the image sensor more uniform Made possible . As a result, it is possible to illuminate the document with higher efficiency with the light emitted from the light source, and it is possible to reduce the energy required to illuminate the document surface (energy saving).

[実施例]
次に、本発明の実施形態に従った実施例を説明する。本発明の実施形態による照明方法及び照明装置は、従来の(原稿面の画像を直接感光体に投影して感光体に潜像を形成し、黒色トナー又はカラートナーによって潜像を現像して、可視画像を得る)アナログ複写機にも使用することできるが、本発明の実施例においては、ディジタル複写機又は一般にスキャナと呼ばれる画像読取装置に用いられる、照明方法及び照明装置を説明することにする。
[Example]
Next, examples according to the embodiment of the present invention will be described. In the illumination method and the illumination device according to the embodiment of the present invention, a conventional (image of a document surface is directly projected onto a photoreceptor to form a latent image on the photoreceptor, and the latent image is developed with black toner or color toner. In an embodiment of the present invention, an illumination method and an illumination apparatus used in an image reading apparatus generally called a digital copying machine or a scanner will be described. .

図5は、本発明の第一の実施例による照明方法及び照明装置の例を説明する図である。図5(a)は、本発明の第一の実施例による照明装置の例の上面図であり、図5(b)は、本発明の第一の実施例による照明装置の例の正面図である。また、図5(c)は、本発明の第一の実施例による照明方法の例によって得られる照明対象面(撮像領域)(Ai)上での主走査方向(Sx)の照度分布を示す図であり、図5(d)は、本発明の第一の実施例による照明方法の例によって得られる照明対象面(撮像領域)(Ai)上での副走査方向の照度分布を示す図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an illumination method and an illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a top view of an example of a lighting device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a front view of the example of the lighting device according to the first embodiment of the present invention. is there. FIG. 5C is a diagram showing the illuminance distribution in the main scanning direction (Sx) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) obtained by the example of the illumination method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5D is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction on the illumination target surface (imaging region) (Ai) obtained by the example of the illumination method according to the first embodiment of the present invention. .

図5(a)及び(b)に示すような、本発明の第一の実施例による照明装置は、図1(a)及び(b)に示す従来の照明装置における照明ランプ及びリフレクタに対応する。   The illumination device according to the first embodiment of the present invention as shown in FIGS. 5A and 5B corresponds to the illumination lamp and the reflector in the conventional illumination device shown in FIGS. 1A and 1B. .

まず、本発明の第一の実施例による照明装置の構成を説明する。   First, the structure of the illuminating device by the 1st Example of this invention is demonstrated.

図5の(a)及び(b)に示すように、発明の第一の実施例による照明装置は、複数のLED(1)、複数の回転放物面鏡(2a)、照明レンズ(3)、集束レンズ(4a)、並びに、側面鏡A(5a)及び側面鏡B(5b)を有する。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the illumination device according to the first embodiment of the invention includes a plurality of LEDs (1), a plurality of rotary parabolic mirrors (2a), and an illumination lens (3). And a focusing lens (4a), and a side mirror A (5a) and a side mirror B (5b).

複数のLED(1)の各々は、発光ダイオードのチップであって、光源として用いられる。本発明の第一の実施例の照明装置においては、n個のLED(1)(L1〜Ln)が、主走査方向(Sx)に等間隔に配置されている。   Each of the plurality of LEDs (1) is a light emitting diode chip and is used as a light source. In the illumination device according to the first embodiment of the present invention, n LEDs (1) (L1 to Ln) are arranged at equal intervals in the main scanning direction (Sx).

複数の回転放物面鏡(2a)は、それぞれ、複数のLED(1)に対応して配置され、回転放物面鏡(2a)の焦点位置にLED(1)の発光面を配置することによって、LEDから拡散する光の大部分を平行光に変換する。複数の回転放物面鏡(2a)は、LED(1)の発光面からLED(1)の前面側に180°の角度で拡散する光束を集束する、第一の集束手段として用いられる。   The plurality of rotary parabolic mirrors (2a) are respectively arranged corresponding to the plurality of LEDs (1), and the light emitting surface of the LED (1) is arranged at the focal position of the rotary parabolic mirror (2a). Thus, most of the light diffused from the LED is converted into parallel light. The plurality of rotary parabolic mirrors (2a) are used as a first focusing means for focusing a light beam that diffuses at an angle of 180 ° from the light emitting surface of the LED (1) to the front surface side of the LED (1).

照明レンズ(3)は、本発明の第一の実施例の照明装置においては、シリンダレンズアレイである。照明レンズ(3)は、回転放物面鏡(2a)から射出される平行光の光束を主走査方向(Sx)に拡散させ、照明レンズ(3)によって拡散させられた光で、照明対象面(Ai)(撮像領域と同一部分を指すが、照明装置を説明するときは、撮像領域を、照明対象面又は照明対象領域と称する)を照明する。ここで、照明レンズ(3)のシリンダレンズアレイを構成する個々のレンズは、完全に又は実質的に同一のシリンダレンズであり、各々のシリンダレンズの焦点距離をfとし、シリンダレンズの配列方向(主走査方向(Sx))における各々のシリンダレンズの幅をmとする。また、各々のシリンダレンズの幅mは、複数のLED(1)における隣接するLED(1)の間隔に等しい。そして、シリンダレンズから照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離をgとすると、シリンダレンズの配列方向(主走査方向(Sx))において、シリンダレンズを透過した光によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)上での照明範囲Mは、   The illumination lens (3) is a cylinder lens array in the illumination device of the first embodiment of the present invention. The illumination lens (3) diffuses the parallel light beam emitted from the rotary parabolic mirror (2a) in the main scanning direction (Sx), and is diffused by the illumination lens (3). (Ai) (Although it refers to the same part as the imaging region, when the illumination device is described, the imaging region is referred to as an illumination target surface or an illumination target region). Here, the individual lenses constituting the cylinder lens array of the illumination lens (3) are completely or substantially the same cylinder lens, and the focal length of each cylinder lens is f, and the arrangement direction of the cylinder lenses ( Let m be the width of each cylinder lens in the main scanning direction (Sx). Moreover, the width m of each cylinder lens is equal to the space | interval of adjacent LED (1) in several LED (1). If the distance from the cylinder lens to the illumination target surface (imaging area) (Ai) is g, the illumination object illuminated by the light transmitted through the cylinder lens in the cylinder lens arrangement direction (main scanning direction (Sx)). The illumination range M on the surface (imaging area) (Ai) is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって、表される。本発明の第一の実施例の照明装置においては、主走査方向(Sx)において、各々のシリンダレンズの幅m、すなわち、複数のLED(1)における隣接するLED(1)の間隔に対するシリンダレンズを透過した光によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)上での照明範囲Mの比(M/m)が、二倍以上である。一方、シリンダレンズの配列方向(主走査方向(Sx))と直角な方向(副走査方向(Sy))においては、シリンダレンズは、平行平面板と等価であるので、回転放物面鏡(2a)から射出される平行光の光束を、平行光として透過させる。 Is represented by In the illumination device of the first embodiment of the present invention, in the main scanning direction (Sx), the cylinder lens with respect to the width m of each cylinder lens, that is, the interval between adjacent LEDs (1) in the plurality of LEDs (1). The ratio (M / m) of the illumination range M on the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the light that has passed through is twice or more. On the other hand, in the direction perpendicular to the arrangement direction of the cylinder lenses (main scanning direction (Sx)) (sub-scanning direction (Sy)), the cylinder lens is equivalent to a plane parallel plate, and therefore the paraboloid mirror (2a ) Is transmitted as parallel light.

なお、主走査方向(Sx)における照明対称面の長さをKとすると、主走査方向(Sx)におけるシリンダレンズアレイの幅もまたKであってもよい。また、主走査方向(Sx)におけるシリンダレンズの幅は、主走査方向(Sx)における回転放物面鏡(2a)の幅と完全に又は実質的に同一であることが好ましい。すなわち、   If the length of the illumination symmetry plane in the main scanning direction (Sx) is K, the width of the cylinder lens array in the main scanning direction (Sx) may also be K. The width of the cylinder lens in the main scanning direction (Sx) is preferably completely or substantially the same as the width of the paraboloid mirror (2a) in the main scanning direction (Sx). That is,

Figure 0004896183
Figure 0004896183

であることが好ましく、ここで、nは、シリンダレンズアレイを構成するシリンダレンズの数である。 Where n is the number of cylinder lenses that make up the cylinder lens array.

集束レンズ(4a)は、単体のシリンダレンズであって、照明レンズ(3)を透過した光を、副走査方向(Sy)において、照明対象面(撮像領域)(Ai)に集束させるように設けられる。すなわち、回転放物面鏡(2a)から放出された平行光は、副走査方向(Sy)においては、照明レンズ(3)によって拡散させられず、集束レンズ(4)によって、照明対象面(撮像領域)(Ai)にシャープに集束させられる。集束レンズ(4)は、主走査方向(Sx)においては、平行平面板と等価であるので、照明レンズ(3)によって拡散させられた光は、集束レンズ(4)によって集束させられず、そのまま拡散する。なお、集束レンズ(4)は、集束レンズと同様の機能を有する放物面鏡で容易に代用され得る。   The focusing lens (4a) is a single cylinder lens, and is provided so as to focus the light transmitted through the illumination lens (3) onto the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy). It is done. That is, the parallel light emitted from the rotary parabolic mirror (2a) is not diffused by the illumination lens (3) in the sub-scanning direction (Sy), but is illuminated by the focusing lens (4) (imaging target surface). The region (Ai) is sharply focused. Since the focusing lens (4) is equivalent to a plane-parallel plate in the main scanning direction (Sx), the light diffused by the illumination lens (3) is not focused by the focusing lens (4) and remains as it is. Spread. The focusing lens (4) can be easily substituted with a parabolic mirror having the same function as the focusing lens.

加えて、集束レンズ(4)は、本発明の第一の実施例の照明装置において、必ずしも必要であるものではなく、照明レンズ(3)を透過した光を、副走査方向(Sy)において、平行光として照明対象面(撮像領域)(Ai)に当ててもよい。また、集束レンズ(4)は、照明対象面(撮像領域)(Ai)側の位置に配置してもよく、照明レンズ(3)側に配置させてもよい。さらには、集束レンズ(4)を、照明レンズ(3)と一体に形成することも可能である。この場合には、プラスチック成型の手段を用いることによって、照明装置に用いられる部品点数を減少させることができる。   In addition, the focusing lens (4) is not necessarily required in the illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the light transmitted through the illumination lens (3) is transmitted in the sub-scanning direction (Sy). The light may be applied to the illumination target surface (imaging region) (Ai) as parallel light. Further, the focusing lens (4) may be disposed at a position on the illumination target surface (imaging region) (Ai) side, or may be disposed on the illumination lens (3) side. Furthermore, the focusing lens (4) can be formed integrally with the illumination lens (3). In this case, the number of parts used for the lighting device can be reduced by using plastic molding means.

側面鏡A(5a)及び側面鏡B(5b)は、照明レンズ(3)のシリンダレンズアレイの両側に配置したミラーである。側面鏡A(5a)及び側面鏡B(5b)は、LED(1)から放出される光を、より高い効率で照明対象面(撮像領域)(Ai)に照射するために設けられる。図5においては、三個のLED(1)(L1、L2、及びL3)から放出された光が、側面鏡A(5a)によって照明対象面(撮像領域)(Ai)へ反射させられ、同様に、三個のLED(1)(Ln−2、Ln−1、及びLn)から放出された光が、側面鏡B(5b)によって照明対象面(撮像領域)(Ai)へ反射させられる。このように、側面鏡A(5a)及び側面鏡B(5b)は、これらの六個のLED(1)が、あたかも照明装置の外側に配置されるかのように、これらの六個のLED(1)からの光を反射させるので、照明対象面(撮像領域)(Ai)の端部においても照明対象面(撮像領域)(Ai)の中央部と同じように、均一な照度分布が得られる。(なお、シリンダレンズアレイから照明対象面(撮像領域)(Ai)まで側面鏡を設けることが理想的であるが、実際の画像読取装置においては、原稿台としてのコンタクトガラスを回避して、側面鏡を設ける必要がある。その結果、照明対象面(撮像領域)(Ai)の端部の照度が、照明対象面(撮像領域)(Ai)の中央部の照度に対比して、若干低下する。それに応じて、主走査方向(Sx)における照明装置の全体の幅を、広げる必要があるが、側面鏡A(5a)及び側面鏡B(5b)を設けた場合における照明装置の全体の幅の変動量は、側面鏡を用いない場合における照明装置の全体の幅の変動量に対して極めてわずかなものである。)
次に、本発明の第一の実施例による照明装置を用いた、本発明の第一の実施例による照明方法を説明する。
The side mirror A (5a) and the side mirror B (5b) are mirrors arranged on both sides of the cylinder lens array of the illumination lens (3). The side mirror A (5a) and the side mirror B (5b) are provided to irradiate the illumination target surface (imaging region) (Ai) with higher efficiency with the light emitted from the LED (1). In FIG. 5, the light emitted from the three LEDs (1) (L1, L2, and L3) is reflected by the side mirror A (5a) to the illumination target surface (imaging region) (Ai). Furthermore, the light emitted from the three LEDs (1) (Ln-2, Ln-1, and Ln) is reflected by the side mirror B (5b) to the illumination target surface (imaging region) (Ai). Thus, the side mirror A (5a) and the side mirror B (5b) have these six LEDs (1) as if they were arranged outside the lighting device. Since the light from (1) is reflected, a uniform illuminance distribution is obtained at the end of the illumination target surface (imaging region) (Ai) as in the central portion of the illumination target surface (imaging region) (Ai). It is done. (It is ideal to provide a side mirror from the cylinder lens array to the illumination target surface (imaging region) (Ai). However, in an actual image reading apparatus, a contact glass as a document table is avoided and the side surface mirror is provided. As a result, the illuminance at the end of the illumination target surface (imaging region) (Ai) is slightly lower than the illuminance at the center of the illumination target surface (imaging region) (Ai). Accordingly, the overall width of the illumination device in the main scanning direction (Sx) needs to be increased, but the overall width of the illumination device when the side mirror A (5a) and the side mirror B (5b) are provided. (The fluctuation amount of is very small with respect to the fluctuation amount of the entire width of the lighting device when the side mirror is not used.)
Next, a lighting method according to the first embodiment of the present invention using the lighting device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図5(a)及び(c)に示すように、主走査方向(Sx)において、複数のLED(1)の一つ(L4)から放出された光は、L4に対応する回転放物面鏡(2a)によって反射され、概略平行光として射出される。L4に対応する回転放物面鏡(2a)から射出された光は、L4に対応する、照明レンズ(3)を構成するシリンダレンズに入射する。そのシリンダレンズを透過した光は、シリンダレンズの焦点距離fの位置で一旦集束させられるが、シリンダレンズの焦点距離fを超える距離では、集束レンズ(4)の有無にかかわらず、拡散する。このようにして主走査方向(Sx)においては、LED(1)のL4から放出された光の光束の幅が、シリンダレンズの幅の大きさm、すなわち、相互に隣接するLED(1)の間隔の大きさから照明対象面(撮像領域)(Ai)でMまで広がり、照明対象面(撮像領域)(Ai)が照射される。ここで、LED(1)の一つL4に対応するシリンダレンズの主点から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離をgとすると、主走査方向(Sx)におけるLED(1)の一つL4から放出された光の光束の幅の拡大率Q(=M/m)は、   As shown in FIGS. 5A and 5C, in the main scanning direction (Sx), light emitted from one (L4) of the plurality of LEDs (1) is a parabolic mirror corresponding to L4. It is reflected by (2a) and emitted as approximately parallel light. The light emitted from the rotary paraboloid mirror (2a) corresponding to L4 enters the cylinder lens constituting the illumination lens (3) corresponding to L4. The light transmitted through the cylinder lens is once focused at the position of the focal length f of the cylinder lens, but is diffused at a distance exceeding the focal length f of the cylinder lens regardless of the presence or absence of the focusing lens (4). Thus, in the main scanning direction (Sx), the width of the luminous flux of the light emitted from L4 of the LED (1) is the size m of the cylinder lens, that is, the adjacent LEDs (1). It spreads from the size of the interval to M on the illumination target surface (imaging region) (Ai), and the illumination target surface (imaging region) (Ai) is irradiated. Here, when g is the distance from the principal point of the cylinder lens corresponding to one L4 of the LED (1) to the illumination target surface (imaging region) (Ai), the LED (1) in the main scanning direction (Sx) The expansion factor Q (= M / m) of the width of the luminous flux of light emitted from one L4 is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって、表される。本発明の第一の実施例による照明方法においては、主走査方向(Sx)におけるLED(1)の一つから放出された光の光束の幅の拡大率Q、すなわち、相互に隣接するLED(1)の間隔の大きさに対する照明対象面(撮像領域)(Ai)での光束の幅Mの比は、二倍以上である。なお、図5においては、Qは、約6.5程度である。 Is represented by In the illumination method according to the first embodiment of the present invention, the magnification Q of the width of the luminous flux of light emitted from one of the LEDs (1) in the main scanning direction (Sx), that is, adjacent LEDs ( The ratio of the width M of the light beam on the illumination target surface (imaging region) (Ai) to the size of the interval 1) is twice or more. In FIG. 5, Q is about 6.5.

このとき、LED(1)のL4から放出された光のみに起因する、照明対象面(撮像領域)(Ai)上での照度分布は、図5(c)における太線で示すようなもの(Each_Di)である。すなわち、LED(1)のL4及びL4に対応する回転放物面鏡(2a)の中心を通過する軸(光軸)上における照度がピークであり、且つ、光軸から離れるに従って、L4から放出された光に起因する照度は低下する。その結果、LED(1)のL4から放出された光のみに起因する、照明対象面(撮像領域)(Ai)上での照度分布は、照明対象面(撮像領域)(Ai)上の位置によって大きく変動する照度分布を与える。   At this time, the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) due to only the light emitted from the L4 of the LED (1) is as shown by the thick line in FIG. 5C (Each_Di). ). That is, the illuminance on the axis (optical axis) passing through the center of the rotating paraboloid mirror (2a) corresponding to L4 and L4 of LED (1) is a peak, and is emitted from L4 as the distance from the optical axis increases. The illuminance due to the emitted light decreases. As a result, the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) caused by only the light emitted from L4 of the LED (1) depends on the position on the illumination target surface (imaging region) (Ai). Gives a highly variable illuminance distribution.

ところが、LED(1)のL4に隣接するLED(1)のL5から放出される光は、照明対象面(撮像領域)(Ai)上で、LED(1)のL4から放出される光に起因する照明対象面(撮像領域)(Ai)上での照度分布のピークの位置から主走査方向(Sx)にmだけ変位したピークを有する同様の照度分布を与える。また、LED(1)のL6〜Lnの各々から放出される光も同様の照度分布(Di)で照明対象面(撮像領域)(Ai)を照明する。ここで、照明対象面(撮像領域)(Ai)上において、LED(1)のL4の光軸上における光は、LED(1)のL1から放出された、より少量の光、LED(1)のL2から放出された、中間の量の光、LED(2)のL3から放出された、より多量の光を含む。また、ここで、照明対象面(撮像領域)(Ai)上において、LED(1)のL4の光軸上における光は、LED(1)のL3からの放出された光の量と同程度の量のLED(1)のL5から放出された光、LED(1)のL2からの放出された光の量と同程度の量のLED(1)のL6から放出された光、及び、LED(1)のL1からの放出された光の量と同程度の量のLED(1)のL7から放出された光を含む。   However, the light emitted from L5 of LED (1) adjacent to L4 of LED (1) is caused by the light emitted from L4 of LED (1) on the illumination target surface (imaging region) (Ai). A similar illuminance distribution having a peak displaced by m in the main scanning direction (Sx) from the position of the peak of the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is given. Moreover, the light emitted from each of L6 to Ln of the LED (1) also illuminates the illumination target surface (imaging region) (Ai) with the same illuminance distribution (Di). Here, on the illumination target surface (imaging area) (Ai), the light on the optical axis L4 of the LED (1) is emitted from the L1 of the LED (1) with a smaller amount of light, LED (1). An intermediate amount of light emitted from L2 of LED 2 and a greater amount of light emitted from L3 of LED (2). Further, here, on the illumination target surface (imaging region) (Ai), the light on the optical axis of L4 of LED (1) is approximately the same as the amount of light emitted from L3 of LED (1). A quantity of light emitted from L5 of LED (1), a quantity of light emitted from L6 of LED (1) that is comparable to the quantity of light emitted from L2 of LED (1), and LED ( 1) includes an amount of light emitted from L7 of LED (1) in the same amount as the amount of light emitted from L1.

その結果、LED(1)のL4の光軸上においては、LED(1)のL1〜L7から放出された光が、照明対象面(撮像領域)(Ai)上で重畳されると共に照明対象面(撮像領域)(Ai)を照明する。   As a result, on the optical axis of L4 of LED (1), the light emitted from L1 to L7 of LED (1) is superimposed on the illumination target surface (imaging region) (Ai) and the illumination target surface (Imaging area) (Ai) is illuminated.

本発明の第一の実施例による照明方法においては、照明対象面(撮像領域)(Ai)上の任意の一点は、上述したQの値の小数点以下の数字を切り捨てた数の個数のLED又は上述したQの値の小数点以下の数字を切り上げた数の個数(図5においては、6個又は7個である)のLEDから放出される光で照明されることになる。その結果、照明対象面(撮像領域)(Ai)上の照度分布は、より均一な(より平坦な)ものとなる(Total_Diとした概念を示す)。   In the illumination method according to the first embodiment of the present invention, an arbitrary point on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is the number of LEDs obtained by rounding down the numbers after the decimal point of the Q value described above or Illumination is performed with light emitted from the number of LEDs (6 or 7 in FIG. 5) obtained by rounding up the number after the decimal point of the Q value described above. As a result, the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) becomes more uniform (flatter) (shows the concept of Total_Di).

図5(b)及び(d)に示すように、副走査方向(Sy)においては、複数のLED(1)の各々から拡散する光は、第一の集束手段としての、各々のLED(1)に対応する回転放物面鏡(2a)によって、ほぼ平行光に変換され、照明レンズ(3)を平行光のまま透過する。その平行光は、集束レンズ(4a)が、照明装置に設けられてない場合には、そのまま平行光として照明対象面(撮像領域)(Ai)を照明する。この場合には、副走査方向(Sy)において、照明対象面(撮像領域)での照度分布は、図5(d)において実線で示すような個別のLED(1)に起因する照度分布(Each_Di)及び複数のLED(1)から放出される光を重畳して得られる照度分布(Total_Di)である。すなわち、照明装置が、集束レンズ(4a)を含まない場合には、照明対象面(撮像領域)(Ai)における照度分布は、比較的ブロードな照度分布である。   As shown in FIGS. 5B and 5D, in the sub-scanning direction (Sy), the light diffusing from each of the plurality of LEDs (1) is transmitted to each LED (1) as the first focusing means. ) Is converted into substantially parallel light by the rotating paraboloid mirror (2a), and passes through the illumination lens (3) as parallel light. When the focusing lens (4a) is not provided in the illumination device, the parallel light illuminates the illumination target surface (imaging region) (Ai) as parallel light as it is. In this case, in the sub-scanning direction (Sy), the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) is the illuminance distribution (Each_Di) caused by the individual LEDs (1) as indicated by the solid line in FIG. ) And illuminance distribution (Total_Di) obtained by superimposing light emitted from the plurality of LEDs (1). That is, when the illumination device does not include the focusing lens (4a), the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is a relatively broad illuminance distribution.

一方、副走査方向(Sy)において、照明対象面(撮像領域)(Ai)上でシャープな照度分布が必要である場合には、第二の集束手段としての集束レンズ(4a)を用いる。照明装置が、集束レンズ(4a)を含まない場合には、副走査方向(Sy)において、照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布は、図5(d)において二点鎖線で示すような個別のLED(1)に起因する照度分布(Each_Di)及び複数のLED(1)から放出される光を重畳して得られる照度分布(Total_Di)である。すなわち、照明装置が、集束レンズ(4a)を含む場合には、照明対象面(撮像領域)(Ai)における照度分布は、比較的シャープな照度分布である。   On the other hand, when a sharp illuminance distribution is necessary on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy), the focusing lens (4a) as the second focusing means is used. When the illumination device does not include the focusing lens (4a), the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging area) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) is a two-dot chain line in FIG. The illuminance distribution (Each_Di) resulting from the individual LEDs (1) as shown and the illuminance distribution (Total_Di) obtained by superimposing the light emitted from the plurality of LEDs (1). That is, when the illumination device includes the focusing lens (4a), the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is a relatively sharp illuminance distribution.

なお、副走査方向(Sy)において、比較的シャープな照度分布と比較的ブロードな照度分布との間の中間的な照度分布が照明対象面(撮像領域)(Ai)で必要である場合には、集束レンズ(4)の焦点距離を、集束レンズの焦点が、照明対象面(撮像領域)(Ai)の位置から離れるように、設定することによって、照明対象面(撮像領域)(Ai)で任意の幅の照度分布を得ることができる。このように、主走査方向(Sx)において、照明対象面(撮像領域)(Ai)上の照度分布を、ほぼ一定に維持すると共に、副走査方向(Sy)において、照明対象面(撮像領域)(Ai)上における照度分布を、シャープ又はブロードな照度分布に任意に設定することができる。   When an intermediate illuminance distribution between a relatively sharp illuminance distribution and a relatively broad illuminance distribution in the sub-scanning direction (Sy) is required on the illumination target surface (imaging region) (Ai). By setting the focal length of the focusing lens (4) so that the focal point of the focusing lens is away from the position of the illumination target surface (imaging region) (Ai), the illumination target surface (imaging region) (Ai) An illuminance distribution having an arbitrary width can be obtained. In this way, the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is maintained substantially constant in the main scanning direction (Sx), and the illumination target surface (imaging region) in the sub-scanning direction (Sy). The illuminance distribution on (Ai) can be arbitrarily set to a sharp or broad illuminance distribution.

次に、本発明の第一の実施例の照明装置を有する第一の走行体を備えた本発明の第二の実施例による画像読取装置を説明する。   Next, an image reading apparatus according to a second embodiment of the present invention provided with a first traveling body having the illumination device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図6は、本発明の第二の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of an image reading apparatus according to the second embodiment of the present invention.

図6(a)は、本発明の第一の実施例による照明装置を用いる本発明の第二の実施例による画像読取装置の上面図であり、図6(b)は、本発明の第一の実施例による照明装置を用いる本発明の第二の実施例による画像読取装置の正面図である。   FIG. 6A is a top view of the image reading apparatus according to the second embodiment of the present invention using the illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6B is the first view of the present invention. It is a front view of the image reading apparatus by 2nd Example of this invention using the illuminating device by this Example.

図6(a)においては、図5に示したような本発明の第一の実施例による照明装置に加えて、変向ミラー(12)が描かれている。図6(b)において二点鎖線で示すように、照明装置の光軸を折り曲げることなく、照明装置を配置する場合には、撮像領域(Ai)からの反射光の光路である読取系の光軸(読取光軸(AxR))に照明装置を配置することを回避するために、照明装置の全体の光軸(照明光軸(AxI))を、読取光軸(AxR)から傾斜させてある。また、読取光軸(AxR)に対する照明光軸(AxI)の傾斜角θを小さくすると、コンタクトガラス(13)に垂直な方向における画像読取装置の大きさを増加させることになるため、図6(b)における実線で示すように、折り返しミラー(6)を用いて、照明光軸(AxI)を折り曲げることもできる。このようにして、照明装置を、コンタクトガラス(13)の面に平行に配置することによって、コンタクトガラス(13)に垂直な方向における画像読取装置の大きさを、低減することが可能である。なお、照明装置は、副走査方向(Sy)における撮像領域(Ai)での目的とする照度分布に応じて、集束レンズ(4a)を含んでも含まなくてもよい。   6A shows a turning mirror 12 in addition to the illumination device according to the first embodiment of the present invention as shown in FIG. As shown by a two-dot chain line in FIG. 6B, when the illuminating device is arranged without bending the optical axis of the illuminating device, the light of the reading system that is the optical path of the reflected light from the imaging region (Ai). In order to avoid placing the illumination device on the axis (reading optical axis (AxR)), the entire optical axis (illumination optical axis (AxI)) of the illumination device is tilted from the reading optical axis (AxR). . Further, when the inclination angle θ of the illumination optical axis (AxI) with respect to the reading optical axis (AxR) is reduced, the size of the image reading device in the direction perpendicular to the contact glass (13) is increased. As indicated by the solid line in b), the illumination optical axis (AxI) can also be folded using the folding mirror (6). In this manner, the size of the image reading device in the direction perpendicular to the contact glass (13) can be reduced by arranging the illumination device in parallel to the surface of the contact glass (13). Note that the illumination device may or may not include the focusing lens (4a) depending on the target illuminance distribution in the imaging region (Ai) in the sub-scanning direction (Sy).

図6(c)は、本発明の第一の実施例による照明装置の変形例を用いる本発明の第二の実施例による画像読取装置の上面図であり、図6(d)は、本発明の第一の実施例による照明装置の変形例を用いる本発明の第二の実施例による画像読取装置の正面図である。   FIG. 6C is a top view of the image reading apparatus according to the second embodiment of the present invention using a modification of the illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. It is a front view of the image reading apparatus by 2nd Example of this invention using the modification of the illuminating device by 1st Example of this.

図6(c)及び(d)に示す照明装置においては、図6(a)及び(b)に示す集束レンズ(4a)に代えて、集束ミラー(4b)を用いている。集束ミラー(4b)は、副走査方向(Sy)においては、撮像領域(Ai)に焦点を有する放物面鏡であり、主走査方向(Sx)においては、集束機能を有さない反射面であるようなミラーである。また、集束ミラー(4b)は、図6(a)及び(b)に示す折り返しミラー(12)の機能を兼ね備えることができるため、照明装置の構成部品の数を低減すると共に、コンタクトガラス(13)に垂直な方向における画像読取装置の大きさを、低減することができる。なお、読取光軸(AxR)の折り曲げ方向は、図6における左右の方向のいずれでもよい。   In the illumination device shown in FIGS. 6C and 6D, a focusing mirror (4b) is used instead of the focusing lens (4a) shown in FIGS. 6A and 6B. The focusing mirror (4b) is a parabolic mirror having a focal point in the imaging region (Ai) in the sub-scanning direction (Sy), and a reflecting surface having no focusing function in the main scanning direction (Sx). It is a mirror like that. Moreover, since the focusing mirror (4b) can have the function of the folding mirror (12) shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the number of components of the lighting device can be reduced and the contact glass (13 The size of the image reading device in the direction perpendicular to () can be reduced. The bending direction of the reading optical axis (AxR) may be any of the left and right directions in FIG.

図6に示すような画像読取装置の構成を採用することによって、画像読取装置の主走査方向(Sx)においては、撮像領域(Ai)で、複数のLED(図6においては、nが10以上である設計は、容易である)から放出される光束が、重畳されると共に照射されているので、複数のLEDの発光効率のバラツキは、平均化され、撮像領域(Ai)での照度ムラが、軽減される。一般的に製造されたLEDを光源として用いる場合には、同一のランクに属するLEDを用いて、5個以上のLEDから放出される光束が重なり合うように照明装置を設計すれば、主走査方向(Sx)における撮像領域(Ai)の全体での照度ムラを、20%程度まで抑制することができる。また、10個以上のLEDから放出される光束が重なり合うように照明装置を設計すれば、主走査方向(Sx)における撮像領域(Ai)の全体での照度ムラを、10%未満まで抑制することも可能となる。それに応じて、撮像領域(Ai)における照度ムラを、電気的に補正することによって、撮像領域(Ai)における照度の低い場所でも、画像信号のノイズを低減することが可能となり、画像信号の品質を向上させることが可能なる。   By adopting the configuration of the image reading apparatus as shown in FIG. 6, a plurality of LEDs (n is 10 or more in FIG. 6) in the imaging region (Ai) in the main scanning direction (Sx) of the image reading apparatus. Since the luminous flux emitted from the LED is superimposed and irradiated, the variation in the luminous efficiency of the plurality of LEDs is averaged, and the illuminance unevenness in the imaging region (Ai) is uniformed. Alleviated. When a generally manufactured LED is used as a light source, if an illuminating device is designed so that light beams emitted from five or more LEDs overlap using LEDs belonging to the same rank, the main scanning direction ( Irradiance unevenness in the entire imaging region (Ai) in Sx) can be suppressed to about 20%. Further, if the illumination device is designed so that light beams emitted from 10 or more LEDs overlap, the illuminance unevenness in the entire imaging region (Ai) in the main scanning direction (Sx) can be suppressed to less than 10%. Is also possible. Accordingly, by electrically correcting the illuminance unevenness in the imaging region (Ai), it is possible to reduce the noise of the image signal even in a place where the illuminance is low in the imaging region (Ai). Can be improved.

次に、ブック原稿の中央部分の読み取りを向上させることができる本発明の第三の実施例による画像読取装置を説明する。   Next, an image reading apparatus according to a third embodiment of the present invention that can improve the reading of the central portion of a book document will be described.

図7は、本発明の第三の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。図7(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及び(f)は、それぞれ、ブック原稿の中央部分の読み取りを向上させることができる本発明の第三の実施例による画像読取装置の例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an image reading apparatus according to the third embodiment of the present invention. 7 (a), (b), (c), (d), (e) and (f) respectively show a third embodiment of the present invention which can improve the reading of the central portion of the book document. FIG.

図7(a)に示すような画像読取装置の例においては、図6(a)及び(b)に示すような画像読取装置における、集束レンズ(4a)を透過する光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも後側で、折り返しミラーA(6a)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる一方で、集束レンズ(4a)を透過する光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で、折り返しミラーB(6b)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる(なお、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で、折り返すので、折返しミラーA(6a)の大きさを、低減することができ、照明装置の全体を、読取光軸(AxR)側に近付けることができる。)。ここで、集束レンズ(4a)の焦点距離は、集束レンズ(4a)を透過する光の光束の全てについて共通であるので、折り返しミラーA及びB(6a,6b)の配置を、集束レンズ(4a)から撮像領域(Ai)までの距離が一定であるように、調整することによって、図5(a)に示すものと同様の照度分布を得ることができる。しかしながら、集束レンズ(4a)を透過する光の光束の全てについて、集束レンズ(4a)から撮像領域(Ai)までの距離を共通にする必要はない。集束レンズ(4a)を透過する光の光束の全てについて、集束レンズ(4a)から撮像領域(Ai)までの距離が共通でない場合には、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束の焦点の位置と照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束の焦点の位置との間に、撮像領域(Ai)が位置するように、折り返しミラーA及びB(6a,6b)の配置を設定することが好ましい。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7A, the sub-beam among the light beams transmitted through the focusing lens (4a) in the image reading apparatus as shown in FIGS. 6A and 6B. In the scanning direction, the light flux on the contact glass (13) side with respect to the illumination optical axis (AxI) is reflected to the imaging region (Ai) by the folding mirror A (6a) behind the reading optical axis (AxR). On the other hand, among the light beams transmitted through the focusing lens (4a), in the sub-scanning direction, the light beam closer to the turning mirror (12) than the illumination optical axis (AxI) is forward of the reading optical axis (AxR). Then, the light is reflected by the folding mirror B (6b) to the imaging region (Ai) (note that the light flux on the direction of the deflecting mirror (12) with respect to the illumination optical axis (AxI) is on the front side with respect to the reading optical axis (AxR). , Because it folds back, mirror A ( The size of a), can be reduced, the entire illumination device can be brought close to the reader optical axis (AxR) side.). Here, since the focal length of the focusing lens (4a) is the same for all the light beams transmitted through the focusing lens (4a), the arrangement of the folding mirrors A and B (6a, 6b) is changed to the focusing lens (4a). By adjusting so that the distance from the imaging area (Ai) to the imaging area (Ai) is constant, an illuminance distribution similar to that shown in FIG. 5A can be obtained. However, it is not necessary to make the distance from the focusing lens (4a) to the imaging region (Ai) common to all the light beams transmitted through the focusing lens (4a). When the distance from the focusing lens (4a) to the imaging region (Ai) is not common for all the light beams transmitted through the focusing lens (4a), the contact glass (13) side from the illumination optical axis (AxI) Mirrors A and B (so that the imaging region (Ai) is positioned between the focal position of the luminous flux and the focal position of the luminous flux on the side of the deflecting mirror (12) with respect to the illumination optical axis (AxI). It is preferable to set the arrangement of 6a and 6b).

図7(b)に示すような画像読取装置の例においては、図7(a)に示すような画像読取装置とは逆に、集束レンズ(4a)を透過する光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で、折り返しミラーB(6b)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる一方で、集束レンズ(4a)を透過する光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも後側で、折り返しミラーA(6a)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる。さらに、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、撮像領域(Ai)よりも後側(FB)で集束させ、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、撮像領域(Ai)の前側(FA)で集束させている。この場合には、ブック原稿の原稿面の中央部分を、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束で照射すると共に、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、ブック原稿の原稿面に集束させずに拡散させてブック原稿に照射することができる。その結果、ブック原稿の中央部分に光束を良好なバランスで照射することができ、ブック原稿の中央部分を黒色画像として読み取ることを防止又は低減することが可能となる。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7B, the sub-scanning of the light beam transmitted through the focusing lens (4a) is opposite to the image reading apparatus as shown in FIG. 7A. In the direction, the light flux on the contact glass (13) side with respect to the illumination optical axis (AxI) is reflected to the imaging region (Ai) by the folding mirror B (6b) on the front side with respect to the reading optical axis (AxR). Among the light beams transmitted through the focusing lens (4a), the light beam on the direction of the deflecting mirror (12) with respect to the illumination optical axis (AxI) is rearward of the reading optical axis (AxR) in the sub-scanning direction. Then, the light is reflected to the imaging area (Ai) by the folding mirror A (6a). Further, the light flux on the contact glass (13) side with respect to the illumination optical axis (AxI) is focused on the rear side (FB) with respect to the imaging region (Ai), and the deflecting mirror (12) with respect to the illumination optical axis (AxI). Is focused on the front side (FA) of the imaging area (Ai). In this case, the central portion of the original surface of the book document is irradiated with a light beam closer to the contact glass (13) than the illumination optical axis (AxI), and the direction mirror (12) is further than the illumination optical axis (AxI). The light beam on the side can be diffused without being focused on the document surface of the book document, and can be irradiated to the book document. As a result, it is possible to irradiate the central portion of the book document with a good balance of light, and to prevent or reduce reading of the central portion of the book document as a black image.

図7(c)に示すような画像読取装置の例においては、図6(c)及び(d)に示すような画像読取装置における、集束ミラーによって反射させられる光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で、折り返しミラー(6)によって、集束ミラーB(4b2)へ反射させると共に、集束ミラーB(4b2)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる一方で、集束ミラーによって反射させられる光の光束のうち、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも後側で、集束ミラーA(4b1)によって、撮像領域(Ai)へ反射させる。ここで、集束ミラーA(4b1)及び集束ミラーB(4b2)は、主走査方向においては平行平面であり、副走査方向においては撮像領域(Ai)に焦点を持つ放物面であるようなミラーである。なお、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、集束ミラーA(4b1)によって、反射させる必要がないので、集束ミラーA(4b1)の大きさを、低減することができる。図7(c)においては、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束及び照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束の両方を撮像領域(Ai)に集束させているが、副走査方向における集束ミラーA(4b1)及び集束ミラーB(4b2)の焦点距離を適宜設定することによって、原稿面のタイプ及び要求される照度分布に依存して、それぞれ独立に撮像領域(Ai)の前後に集束させることもできる。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7C, in the image reading apparatus as shown in FIGS. 6C and 6D, out of the light flux reflected by the focusing mirror, in the sub-scanning direction. , The light flux on the contact glass (13) side from the illumination optical axis (AxI) is reflected to the focusing mirror B (4b2) by the folding mirror (6) on the front side from the reading optical axis (AxR) and focused. While reflected by the mirror B (4b2) to the imaging region (Ai), out of the light flux reflected by the focusing mirror, in the sub-scanning direction, it is closer to the direction of the mirror (12) than the illumination optical axis (AxI). Is reflected to the imaging region (Ai) by the focusing mirror A (4b1) behind the reading optical axis (AxR). Here, the focusing mirror A (4b1) and the focusing mirror B (4b2) are mirrors that are parallel planes in the main scanning direction and paraboloids that are focused on the imaging region (Ai) in the sub-scanning direction. It is. In addition, since it is not necessary to reflect the light beam closer to the direction changing mirror (12) than the illumination optical axis (AxI) by the focusing mirror A (4b1), the size of the focusing mirror A (4b1) is reduced. Can do. In FIG. 7C, both the luminous flux on the contact glass (13) side with respect to the illumination optical axis (AxI) and the luminous flux on the direction changing mirror (12) side with respect to the illumination optical axis (AxI) are captured in the imaging region (Ai). Depending on the type of document surface and the required illuminance distribution, the focal lengths of the focusing mirror A (4b1) and the focusing mirror B (4b2) in the sub-scanning direction are set appropriately. It is also possible to focus independently before and after the imaging area (Ai).

図7(d)に示すような画像読取装置の例においては、図7(c)に示すような画像読取装置における、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の概略平行光の光束を、副走査方向において、集束ミラーB(4b2)を用いることなく、読取光軸(AxR)よりも前側で折り返しミラー(6)によって、撮像領域(Ai)へ平行光束として反射させる。この場合には、副走査方向において、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の概略平行光の光束による撮像領域(Ai)での照度分布は、ブロードな分布を示し、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束による撮像領域(Ai)での照度分布は、シャープな分布を示す。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7D, in the image reading apparatus as shown in FIG. 7C, the substantially parallel light on the contact glass (13) side with respect to the illumination optical axis (AxI). The light beam is reflected as a parallel light beam to the imaging region (Ai) by the folding mirror (6) in front of the reading optical axis (AxR) without using the focusing mirror B (4b2) in the sub-scanning direction. In this case, in the sub-scanning direction, the illuminance distribution in the imaging region (Ai) by the substantially parallel light beam on the contact glass (13) side from the illumination optical axis (AxI) shows a broad distribution, and the illumination light The illuminance distribution in the imaging region (Ai) by the light flux on the direction of the deflecting mirror (12) with respect to the axis (AxI) shows a sharp distribution.

図7(e)及び図7(f)に示すような画像読取装置の例においては、集束レンズ及び集束ミラーのいずれも用いない画像読取装置の例である。図7(e)に示すような画像読取装置の例においては、照明レンズを透過した概略平行光の光束のうち、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも後側で撮像領域(Ai)へ反射させ、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で撮像領域(Ai)へ反射させる。同様に、図7(f)に示すような画像読取装置の例においては、照明レンズを透過した概略平行光の光束のうち、照明光軸(AxI)よりもコンタクトガラス(13)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも前側で撮像領域(Ai)へ反射させ、照明光軸(AxI)よりも変向ミラー(12)側の光束を、読取光軸(AxR)よりも後側で撮像領域(Ai)へ反射させる。これらの場合には、集束レンズ又は集束ミラーを用いる画像読取装置において、照明装置の光の利用効率は、低下するが、撮像領域(Ai)における照度分布は、ブロードであり、ブック原稿の中央部分を黒色画像として読み取ることをより有効に防止又は低減することができる。   The example of the image reading apparatus as shown in FIGS. 7E and 7F is an example of an image reading apparatus that uses neither a focusing lens nor a focusing mirror. In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7E, the light beam on the side of the contact glass (13) with respect to the illumination optical axis (AxI) out of the substantially parallel light beam transmitted through the illumination lens is read light. The light beam reflected from the rear side of the axis (AxR) to the imaging region (Ai) and reflected on the direction of the deflecting mirror (12) from the illumination optical axis (AxI) is reflected from the imaging region (AxR) to the front side of the reading optical axis (AxR). Reflect to Ai). Similarly, in the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 7F, the light flux on the contact glass (13) side from the illumination optical axis (AxI) out of the substantially parallel light flux transmitted through the illumination lens. The light beam reflected on the imaging region (Ai) in front of the reading optical axis (AxR) and reflected on the deflecting mirror (12) side of the illumination optical axis (AxI) is rearward of the reading optical axis (AxR). Reflected to the imaging area (Ai). In these cases, in the image reading apparatus using the focusing lens or the focusing mirror, the light use efficiency of the illuminating device is reduced, but the illuminance distribution in the imaging region (Ai) is broad, and the central portion of the book document Can be prevented or reduced more effectively as a black image.

図7において、画像読取装置における集束レンズ、折返しミラー、及び集束ミラーの配置の例を示してきたが、集束レンズ、折返しミラー、及び集束ミラーの配置は、任意であり、図7に示したものに限定されない。また、図7に示す画像読取装置の例では、光束を、照明光軸(AxI)の前後に、半分に分割しているが、光束の分割の割合は、5:5に限定されず、撮像領域(Ai)における集束の程度又は原稿のタイプ応じて、任意に設定され、例えば、6:4又は3:7であってもよい。   FIG. 7 shows an example of the arrangement of the focusing lens, the folding mirror, and the focusing mirror in the image reading apparatus. However, the arrangement of the focusing lens, the folding mirror, and the focusing mirror is arbitrary, as shown in FIG. It is not limited to. In the example of the image reading apparatus shown in FIG. 7, the light beam is divided in half before and after the illumination optical axis (AxI). However, the ratio of the light beam division is not limited to 5: 5, and imaging is performed. It is arbitrarily set according to the degree of focusing in the area (Ai) or the type of document, and may be 6: 4 or 3: 7, for example.

図8は、本発明の第三の実施例による画像読取装置の変形例を説明する図である。図8(a)は、本発明の第三の実施例による画像読取装置の第一の変形例を説明する図であり、図8(b)は、本発明の第三の実施例による画像読取装置の第二の変形例を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining a modification of the image reading apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8A is a diagram for explaining a first modification of the image reading apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 8B is an image reading according to the third embodiment of the present invention. It is a figure explaining the 2nd modification of an apparatus.

図6に示す画像読取装置の例においては、読取光軸(AxR)に対して前側又は後側に照明装置本体を配置して、撮像領域(Ai)を照明しており、図7に示す画像読取装置の例においては、光束を二つに分割して、読取光軸(AxR)の前側及び後側の両方から撮像領域(Ai)を照明している。これに対して、図8に示す画像読取装置の例においては、二つの照明装置本体を読取光軸(AxR)の前側及び後側の両方に配置し、二つの照明装置本体を使用して、読取光軸(AxR)の前側及び後側の両方から撮像領域(Ai)を照明している。図8(a)の実線に示すような画像読取装置の例においては、集束レンズ(4a)を含む二つの照明装置本体の照明光軸(AxI)を折り曲げることなく、二つの照明装置本体を読取光軸(AxR)に対して斜めに配置している。この場合には、コンタクトガラス(13)の面に平行な方向における画像読取装置の大きさを低減することができる。しかしながら、図8(a)の二点差線で示すように、折り返しミラー(6)を用いて、照明装置本体を、コンタクトガラス(13)の面に対して平行に配置することもできる。この場合には、コンタクトガラス(13)の面に垂直な方向における画像読取装置の大きさを低減することができる。   In the example of the image reading apparatus shown in FIG. 6, the illuminating device main body is arranged on the front side or the rear side with respect to the reading optical axis (AxR) to illuminate the imaging region (Ai), and the image shown in FIG. In the example of the reading device, the light flux is divided into two, and the imaging region (Ai) is illuminated from both the front side and the rear side of the reading optical axis (AxR). On the other hand, in the example of the image reading apparatus shown in FIG. 8, two illuminating device main bodies are arranged on both the front side and the rear side of the reading optical axis (AxR), and the two illuminating device main bodies are used. The imaging area (Ai) is illuminated from both the front side and the rear side of the reading optical axis (AxR). In the example of the image reading apparatus as indicated by the solid line in FIG. 8A, the two illuminating device bodies are read without bending the illumination optical axes (AxI) of the two illuminating device bodies including the focusing lens (4a). It arrange | positions diagonally with respect to an optical axis (AxR). In this case, the size of the image reading device in the direction parallel to the surface of the contact glass (13) can be reduced. However, as indicated by the two-dot chain line in FIG. 8A, the illuminating device main body can be arranged in parallel to the surface of the contact glass (13) using the folding mirror (6). In this case, the size of the image reading device in the direction perpendicular to the surface of the contact glass (13) can be reduced.

図8(b)に示すような画像読取装置の例においては、放物面鏡である集束ミラー(4b)及び折り返しミラー(6)を含む二つの照明装置本体を用いている。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 8B, two illuminating device bodies including a focusing mirror (4b) and a folding mirror (6) which are parabolic mirrors are used.

なお、図8に示すような画像読取装置の例においても、二つの照明装置本体の一方又は両方が、集束レンズ及び集束ミラーのいずれも含まないものであってもよく、図7に示すような画像読取装置の例における変形を適用することができる。   Also in the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 8, one or both of the two illuminating device bodies may not include either the focusing lens or the focusing mirror, as shown in FIG. Variations in the example of the image reading device can be applied.

本発明の第二の又は第三の実施例においては、照明装置を第1走行体上に設ける画像読取装置の構成の例を説明した。   In the second or third embodiment of the present invention, the example of the configuration of the image reading apparatus provided with the illumination device on the first traveling body has been described.

次に、本発明の実施形態による照明装置において、LEDから拡散する光束を、第一の集束段階で、平行光に変換する手段の詳細を説明する。   Next, in the illumination device according to the embodiment of the present invention, details of means for converting the light beam diffused from the LED into parallel light in the first focusing stage will be described.

図9は、回転放物面鏡を用いてLEDから拡散する光束を平行光に変換する手段を説明する図である。図9(a)は、LED及び回転放物面鏡を含む光源の正面図であり、図9(b)は、LED及び回転放物面鏡を含む光源の側面図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining means for converting a light beam diffusing from an LED into parallel light using a rotating parabolic mirror. FIG. 9A is a front view of a light source including an LED and a rotating parabolic mirror, and FIG. 9B is a side view of the light source including an LED and a rotating parabolic mirror.

図9に示すように、x軸、y軸、及びz軸を定義し、x軸、y軸、及びz軸の交点にLED(1)の発光面の中心が配置される。また、回転放物面鏡(2a)の焦点距離は、fであり、回転放物面鏡(2a)の回転放物面は、式   As shown in FIG. 9, the x axis, the y axis, and the z axis are defined, and the center of the light emitting surface of the LED (1) is arranged at the intersection of the x axis, the y axis, and the z axis. The focal length of the rotating paraboloid mirror (2a) is f, and the rotating paraboloid of the rotating paraboloid mirror (2a)

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって表される放物線を、x軸まわりに回転させることによって得られる回転放物面である。回転放物面の焦点位置(Pf)には、LED(1)の発光面の中心が配置される。ここで、LED(1)の発光面は、回転放物面鏡(2a)に面する。図9(a)及び(b)に示すように、LED(1)は、二つの電極(21)にリード線(22)を介して接続され、透明樹脂(23)の中に埋め込まれている。 Is a paraboloid obtained by rotating the parabola represented by x around the x axis. The center of the light emitting surface of the LED (1) is disposed at the focal position (Pf) of the paraboloid. Here, the light emitting surface of the LED (1) faces the rotary parabolic mirror (2a). As shown in FIGS. 9A and 9B, the LED (1) is connected to the two electrodes (21) via the lead wire (22) and embedded in the transparent resin (23). .

図9の二点鎖線で示すように、回転放物面鏡(2a)の外周は、円形であってもよいが、図9(a)におけるLED(1)の発光面からの放射ベクトル(Vr)の分布に示すように、回転放物面鏡(2a)のx軸の近傍への強度に比べ周辺部分への強度が低いので、主走査方向(Sx)(例えば、z方向)における回転放物面(2a)を配置する密度を増加させるために、主走査方向(Sx)における回転放物面鏡(2a)の周辺部分を切り取ってもよい(すなわち、回転放物面鏡(2a)を側面から見たとき、回転放物面鏡(2a)は、小判状の形状を有する)。また、照明装置の照明効率を若干の低下を犠牲にして、照明装置を小型化するために、副走査方向(Sy)(例えば、y方向)における回転放物面鏡(2a)の周辺部分を切り取ってもよい(すなわち、回転放物面鏡(2a)を側面から見たとき、回転放物面鏡(2a)は、四角の形状を有する)。なお、LED(1)の発光面は面積を持っているので回転放物面の焦点位置で発光する場所はただ一点でしかなく、他の位置で発光する光は全て回転放物面の焦点位置から外れている。即ち、回転放物面鏡(2a)の焦点位置から発光する発光ベクトルは全て平行光となるが、それ以外の場所から発光する発光ベクトルは回転放物面鏡(2a)で反射されると全て平行光からずれてしまう。そのずれ方は回転放物面鏡(2a)の焦点位置から遠くになるほど大きくなる。   As indicated by a two-dot chain line in FIG. 9, the outer periphery of the rotary parabolic mirror (2a) may be circular, but the radiation vector (Vr) from the light emitting surface of the LED (1) in FIG. 9 (a). ), The intensity of the rotating paraboloid mirror (2a) in the vicinity of the x-axis is lower than that in the vicinity of the x-axis, so that the rotational parallax in the main scanning direction (Sx) (eg, z direction) In order to increase the density at which the object plane (2a) is arranged, the peripheral portion of the rotating paraboloid mirror (2a) in the main scanning direction (Sx) may be cut off (that is, the rotating paraboloid mirror (2a) is removed). When viewed from the side, the rotating parabolic mirror (2a) has an oval shape). Further, in order to reduce the size of the illumination device at the expense of a slight decrease in the illumination efficiency of the illumination device, the peripheral portion of the rotary parabolic mirror (2a) in the sub-scanning direction (Sy) (for example, the y direction) is You may cut out (that is, when the paraboloid mirror (2a) is viewed from the side, the paraboloid mirror (2a) has a square shape). Since the light emitting surface of the LED (1) has an area, there is only one place where light is emitted at the focal position of the rotating paraboloid, and all the light emitted at other positions is the focal position of the rotating paraboloid. It is off. That is, all the light emission vectors emitted from the focal position of the rotary parabolic mirror (2a) are parallel light, but all the light emission vectors emitted from other places are reflected by the rotary parabolic mirror (2a). Deviation from parallel light. The deviation increases as the distance from the focal position of the rotary parabolic mirror (2a) increases.

図9(c)は、図9(a)及び(b)に示すような回転放物面鏡及びLEDを含む光源から放出される光をある一定の距離を置いた光軸の近傍のある一点を通過する(或いは、ある一点に向かってくる)光のベクトル強度を相対値で示す配光特性図である。図9(c)の横軸は、回転放物面鏡の光軸からの角度(°)を表し、図9(c)の縦軸は、ある点を通過する光ベクトルの強度の最強値を基準とする相対放射強度RP(%)を表す。回転放物面鏡の光軸(x軸)と平行な成分(0度)が最も強いが、角度を持つ成分もある。(その量は角度がつくに従って少なくなっていく。50%まで落ちる角度を半値幅と称し、この例では±5度である。)   FIG. 9 (c) shows a certain point in the vicinity of the optical axis at a certain distance of light emitted from a light source including a rotating paraboloid mirror and an LED as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). It is a light distribution characteristic figure which shows the vector intensity | strength of the light which passes through (or comes toward a certain point) by a relative value. The horizontal axis in FIG. 9C represents the angle (°) from the optical axis of the parabolic mirror, and the vertical axis in FIG. 9C represents the strongest value of the intensity of the light vector passing through a certain point. It represents the relative radiation intensity RP (%) as a reference. The component (0 degree) parallel to the optical axis (x-axis) of the parabolic mirror is strongest, but there is also a component having an angle. (The amount decreases as the angle increases. The angle that falls to 50% is called the half width, which is ± 5 degrees in this example.)

図10は、凸レンズを用いてLEDから拡散する光束を平行光に変換する手段を説明する図である。図10(a)は、LED及び凸レンズを含む光源の正面図であり、図10(b)は、LED及び凸レンズを含む光源の側面図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining means for converting a light beam diffused from the LED into parallel light using a convex lens. FIG. 10A is a front view of a light source including an LED and a convex lens, and FIG. 10B is a side view of the light source including an LED and a convex lens.

図10(a)及び(b)に示すLED及び凸レンズを含む光源は、砲弾型と呼ばれるものであり、ベース25に取り付けられたLED(1)が、樹脂材料で作られた凸レンズの形状を備えたフードレンズ(24)で覆われている。LED(1)は、リード線(22)を介して電極(21)に接続される。ここで、LED(1)の発光面の中心が、凸レンズであるフードレンズ(24)の焦点位置(Pf)に配置されている。また、フードレンズ(24)のレンズの大きさは、図10(a)に示すような、凸レンズ形状の周辺に入射する光の角度が、臨界角θ以下になるように決定されている。   The light source including the LED and the convex lens shown in FIGS. 10A and 10B is called a cannonball type, and the LED (1) attached to the base 25 has a convex lens shape made of a resin material. Covered with a hood lens (24). The LED (1) is connected to the electrode (21) via the lead wire (22). Here, the center of the light emitting surface of the LED (1) is disposed at the focal position (Pf) of the hood lens (24) which is a convex lens. Further, the size of the lens of the hood lens (24) is determined so that the angle of light incident on the periphery of the convex lens shape as shown in FIG.

図10(b)の二点鎖線で示すように、フードレンズ(24)の外周は、円形であってもよいが、図10におけるLED(1)の発光面からの放射ベクトル(Vr)の分布に示すように、フードレンズ(24)の周辺部分を通過する光の強度は、低いので、主走査方向(Sx)(例えば、z方向)におけるフードレンズ(24)を配置する密度を増加させるために、主走査方向(Sx)におけるフードレンズ(24)の周辺部分を切り取ってもよい(すなわち、フードレンズ(24)を側面から見たとき、フードレンズ(24)は、小判状の形状を有する)。また、照明装置の照明効率を若干の低下を犠牲にして、照明装置を小型化するために、副走査方向(Sy)(例えば、y方向)におけるフードレンズ(24)の周辺部分を切り取ってもよい(すなわち、フードレンズ(24)を側面から見たとき、フードレンズ(24)は、四角の形状を有する)。   As shown by a two-dot chain line in FIG. 10B, the outer periphery of the hood lens 24 may be circular, but the distribution of the radiation vector (Vr) from the light emitting surface of the LED 1 in FIG. As shown in FIG. 3, since the intensity of light passing through the peripheral portion of the hood lens (24) is low, the density of arranging the hood lens (24) in the main scanning direction (Sx) (for example, z direction) is increased. In addition, the peripheral portion of the hood lens (24) in the main scanning direction (Sx) may be cut off (that is, when the hood lens (24) is viewed from the side, the hood lens (24) has an oval shape. ). Further, even if the peripheral portion of the hood lens (24) in the sub-scanning direction (Sy) (for example, the y direction) is cut out in order to reduce the size of the lighting device at the expense of a slight decrease in the lighting efficiency of the lighting device. Good (ie, when the hood lens (24) is viewed from the side, the hood lens (24) has a square shape).

さらに、フードレンズ(24)の側面の全面は、鏡面であることが好ましい。この場合には、フードレンズ(24)の側面に入射する光を鏡面で反射させることによって、フードレンズ(24)の側面に入射する光を、フードレンズ(24)のレンズ面から(平行光ではないが)射出させることができる。ただし、主走査方向(Sx)(例えば、z方向)におけるフードレンズ(24)の側面は、非鏡面であってもよい。主走査方向(Sx)(z方向)については、フードレンズの側面から逃げる光を、隣接するフードレンズに入射させることによって、有効に利用することが可能である。   Further, the entire side surface of the hood lens (24) is preferably a mirror surface. In this case, the light incident on the side surface of the hood lens (24) is reflected from the mirror surface by reflecting the light incident on the side surface of the hood lens (24) from the lens surface of the hood lens (24) (in the case of parallel light). Can be injected) However, the side surface of the hood lens (24) in the main scanning direction (Sx) (for example, the z direction) may be a non-mirror surface. In the main scanning direction (Sx) (z direction), light that escapes from the side surface of the hood lens can be effectively used by making it incident on the adjacent hood lens.

なお、図5〜図9に示す照明装置におけるLED及び回転放物面鏡を含む光源を、図10(a)及び(b)に示すようなLED及び凸レンズを含む光源で置き換えてもよい。また、図10に示すような光源において、フードの先端を平面のままとし、フードレンズ(24)に対応する凸レンズを独立して配置することも可能である。   In addition, you may replace the light source containing LED and the rotary parabolic mirror in the illuminating device shown in FIGS. 5-9 with the light source containing LED and a convex lens as shown to FIG. 10 (a) and (b). In the light source as shown in FIG. 10, it is also possible to arrange the convex lens corresponding to the hood lens (24) independently while keeping the tip of the hood flat.

さらに、LED(1)の発光面の中心が、フードレンズ(24)の焦点に位置するときは、フードレンズ(24)を透過する光は、概略平行光であるが、LED(1)の発光面は面積を持っているのでフードレンズ(24)の焦点位置から外れた位置から発光している光束はフードレンズ(24)を透過すると光軸と平行の光束とはならない。また、図10(a)及び(b)に示すようなLED及び凸レンズを含む光源の配向特性は、図9(c)に示すようなLED及び回転放物面鏡を含む光源の配向特性と同様の傾向を有する。   Further, when the center of the light emitting surface of the LED (1) is located at the focal point of the hood lens (24), the light transmitted through the hood lens (24) is substantially parallel light, but the light emitted from the LED (1). Since the surface has an area, a light beam emitted from a position deviating from the focal position of the hood lens (24) does not become a light beam parallel to the optical axis when passing through the hood lens (24). Further, the orientation characteristics of the light source including the LED and the convex lens as shown in FIGS. 10A and 10B are the same as the orientation characteristics of the light source including the LED and the parabolic mirror as shown in FIG. 9C. It has the tendency of.

本発明の第一〜第三の実施例においては、LEDから拡散する光束を平行光に変換する例を説明してきた。しかしながら、LEDから拡散する光を照明対象面(撮像領域)上に集束させるためには、本発明の第一〜第三の実施例において使用される第一の集束手段としての回転放物面鏡の回転軸と同軸の回転軸を有する回転楕円面鏡を用いることもできる。第一の集束手段として回転楕円面鏡を用いる場合には、回転楕円面鏡の焦点の一方(例えば、第一焦点F1)にLEDの発光面を配置すると共に、回転楕円面鏡の焦点の他方(例えば、第二焦点F2)の位置に照明対象面(撮像領域)を配置すればよい。そして、この場合には、第二の集束手段を省略することができる。すなわち、回転楕円面鏡は、本発明の第一〜第三の実施例において使用される第一の集束手段の機能及び第二の集束手段の機能の両方を有し得る。   In the first to third embodiments of the present invention, the example in which the light beam diffused from the LED is converted into parallel light has been described. However, in order to focus the light diffusing from the LED onto the illumination target surface (imaging region), the rotary parabolic mirror as the first focusing means used in the first to third embodiments of the present invention. It is also possible to use a spheroid mirror having a rotation axis coaxial with the rotation axis. When a spheroid mirror is used as the first focusing means, the light emitting surface of the LED is arranged at one of the focal points of the spheroid mirror (for example, the first focal point F1), and the other focal point of the spheroid mirror is used. What is necessary is just to arrange | position an illumination object surface (imaging area | region) in the position (for example, 2nd focus F2). In this case, the second focusing means can be omitted. That is, the spheroid mirror can have both the function of the first focusing means and the function of the second focusing means used in the first to third embodiments of the present invention.

図11は、本発明の第四の実施例による照明装置の一つの例を説明する図である。図11(a)は、本発明の第四の実施例による照明装置の一つの例の正面図であり、図11(b)は、副走査方向(Sy)における、本発明の第四の実施例による照明装置の一つの例によって与えられる照度分布を示す図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining one example of a lighting device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11A is a front view of one example of a lighting device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a fourth embodiment of the present invention in the sub-scanning direction (Sy). It is a figure which shows the illumination intensity distribution given by one example of the illuminating device by an example.

図11(a)に示す照明装置の例においては、LED(1)及び回転楕円面鏡(2b)を含む光源を用いており、LED(1)の発光面の中心が、回転楕円面鏡(2b)の第1焦点F1に配置されている。また、照明対象面(撮像領域)(Ai)は、回転楕円面鏡(2b)の第二の焦点F2に配置されている。LED(1)から放出された光は、回転楕円面鏡(2b)によって反射され、照明レンズ(3)に入射する。回転楕円面鏡(2b)によって反射された光は、主走査方向(Sx)においては、照明レンズ(3)によって拡散させられる一方、副走査方向(Sy)においては、照明レンズ(3)をそのまま通過し、照明対象面(撮像領域)(Ai)における第二焦点の位置に集束する。その結果、図11(b)に示すように、副走査方向(Sy)における照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布(Each_Di)(Total_Di)は、図5(d)において二点鎖線で示した照度分布と同様のものとなる。   In the example of the illumination device shown in FIG. 11A, a light source including an LED (1) and a spheroid mirror (2b) is used, and the center of the light emitting surface of the LED (1) is a spheroid mirror ( 2b) at the first focal point F1. The illumination target surface (imaging region) (Ai) is disposed at the second focal point F2 of the spheroid mirror (2b). The light emitted from the LED (1) is reflected by the spheroid mirror (2b) and enters the illumination lens (3). The light reflected by the spheroid mirror (2b) is diffused by the illumination lens (3) in the main scanning direction (Sx), while passing through the illumination lens (3) in the sub-scanning direction (Sy). Pass through and focus on the position of the second focal point in the illumination target surface (imaging region) (Ai). As a result, as shown in FIG. 11B, the illuminance distribution (Each_Di) (Total_Di) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) is two points in FIG. This is the same as the illuminance distribution indicated by the chain line.

図12は、本発明の第四の実施例による照明装置の別の例を説明する図である。図12(a)は、本発明の第四の実施例による照明装置の別の例の正面図であり、図12(b)は、副走査方向(Sy)における、本発明の第四の実施例による照明装置の別の例によって与えられる照度分布を示す図である。   FIG. 12 is a diagram for explaining another example of the illumination device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 (a) is a front view of another example of a lighting device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 (b) is a fourth embodiment of the present invention in the sub-scanning direction (Sy). It is a figure which shows the illumination intensity distribution given by another example of the illuminating device by an example.

図12(a)に示す照明装置の例においては、図10に示す凸レンズ(フードレンズ)(2c)の焦点位置を変更することによって、LED(1)から拡散する光を、照明対象面(撮像領域)(Ai)上に集束させている。   In the example of the illumination device shown in FIG. 12A, the light diffused from the LED (1) is changed to the illumination target surface (imaging) by changing the focal position of the convex lens (hood lens) (2c) shown in FIG. Focusing on the area (Ai).

すなわち、図12(a)に示す照明装置の例においては、LED(1)及び凸レンズ(2c)を含む光源を用いており、凸レンズ(2c)の焦点距離fが、   That is, in the example of the illumination device shown in FIG. 12A, a light source including an LED (1) and a convex lens (2c) is used, and the focal length f of the convex lens (2c) is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

のように、設定されている。ここで、aは、LEDの発光面から凸レンズ(2c)の主点までの距離であり、bは、凸レンズ(2c)から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離である。LED(1)から放出された光は、凸レンズ(2c)によって集束させられ、照明レンズ(3)に入射する。凸レンズ(2c)によって集束された光は、主走査方向においては、照明レンズ(3)によって拡散させられる一方、副走査方向(Sy)においては、照明レンズ(3)をそのまま通過し、照明対象面(撮像領域)(Ai)に集束する。その結果、図12(b)に示すように、副走査方向(Sy)における照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布(Each_Di)(Total_Di)は、図5(d)において二点鎖線で示した照度分布と同様のものとなる。 It is set like this. Here, a is the distance from the light emitting surface of the LED to the principal point of the convex lens (2c), and b is the distance from the convex lens (2c) to the illumination target surface (imaging region) (Ai). The light emitted from the LED (1) is focused by the convex lens (2c) and enters the illumination lens (3). The light focused by the convex lens (2c) is diffused by the illumination lens (3) in the main scanning direction, while passing through the illumination lens (3) as it is in the sub-scanning direction (Sy), and is illuminated. Focus on (imaging area) (Ai). As a result, as shown in FIG. 12B, the illuminance distributions (Each_Di) (Total_Di) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) are two points in FIG. This is the same as the illuminance distribution indicated by the chain line.

なお、図11及び図12に示す照明装置の構成を、図5〜8に示す照明装置又は画像読取装置の例に適用することができる。   Note that the configuration of the illumination device illustrated in FIGS. 11 and 12 can be applied to the example of the illumination device or the image reading device illustrated in FIGS.

図13は、本発明の第四の実施例による照明装置及び画像読取装置の一つの例を説明する図である。図13(a)は、本発明の第四の実施例による照明装置の一つの例を示す図であり、図13(b)は、本発明の第四の実施例による画像読取装置の一つの例を示す図である。   FIG. 13 is a diagram for explaining one example of an illumination device and an image reading device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13A is a diagram showing an example of an illumination device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a diagram of one of the image reading devices according to the fourth embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example.

図13(a)に示す照明装置の例は、図11に示す照明装置の例と同様のものである。図13(a)においては、照明装置に加えて、画像読取装置の変向ミラー(12)が描かれている。   The example of the illumination device shown in FIG. 13A is the same as the example of the illumination device shown in FIG. In FIG. 13A, in addition to the illumination device, a turning mirror (12) of the image reading device is depicted.

図13(b)は、図11に示す照明装置の例と同様の照明装置を第一走行体(11)に搭載した画像読取装置の例を示す。図13(b)の二点鎖線で示すように、図13(a)に示す照明装置の照明光軸(AxI)を折り曲げることなく、その照明装置を読取光軸(AxR)に対して斜めに配置してもよく、図13(b)の実線で示すように、図13(a)に示す照明装置の照明光軸(AxI)を、折り曲げミラー(6)によって折り曲げることによって、その照明装置を、コンタクトガラス(13)の面と平行に配置してもよい。この場合には、コンタクトガラス(13)の面と垂直な方向における画像読取装置の大きさを低減することができる。   FIG. 13B shows an example of an image reading device in which an illumination device similar to the example of the illumination device shown in FIG. 11 is mounted on the first traveling body (11). As shown by a two-dot chain line in FIG. 13B, the illumination device is tilted with respect to the reading optical axis (AxR) without bending the illumination optical axis (AxI) of the illumination device shown in FIG. As shown by the solid line in FIG. 13 (b), the illumination optical axis (AxI) of the illumination device shown in FIG. 13 (a) is bent by the folding mirror (6), thereby making the illumination device The contact glass (13) may be disposed in parallel to the surface. In this case, the size of the image reading device in the direction perpendicular to the surface of the contact glass (13) can be reduced.

図14は、本発明の第四の実施例による照明装置及び画像読取装置の別の例を説明する図である。図14(a)は、本発明の第四の実施例による照明装置の別の例を示す図であり、図14(b)は、本発明の第四の実施例による画像読取装置の別の例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram for explaining another example of the illumination device and the image reading device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a diagram showing another example of the illumination device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14B is another diagram of the image reading device according to the fourth embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example.

図14(a)に示す照明装置の例は、図12に示す照明装置の例と同様のものである。図14(a)においては、照明装置に加えて、画像読取装置の変向ミラー(12)が描かれている。   The example of the lighting device shown in FIG. 14A is the same as the example of the lighting device shown in FIG. In FIG. 14A, in addition to the illumination device, a turning mirror (12) of the image reading device is depicted.

図14(b)は、図12に示す照明装置の例と同様の照明装置を第一走行体(11)に搭載した画像読取装置の例を示す。図14(b)の二点鎖線で示すように、図14(a)に示す照明装置の照明光軸(AxI)を折り曲げることなく、その照明装置を読取光軸(AxR)に対して斜めに配置してもよく、図14(b)の実線で示すように、図14(a)に示す照明装置の照明光軸(AxI)を、折り曲げミラー(6)によって折り曲げることによって、その照明装置を、コンタクトガラス(13)の面と平行に配置してもよい。この場合には、コンタクトガラス(13)の面と垂直な方向における画像読取装置の大きさを低減することができる。   FIG. 14B shows an example of an image reading device in which the same illumination device as the example of the illumination device shown in FIG. 12 is mounted on the first traveling body (11). As shown by a two-dot chain line in FIG. 14B, the illuminating device is inclined with respect to the reading optical axis (AxR) without bending the illuminating optical axis (AxI) of the illuminating device shown in FIG. As shown by the solid line in FIG. 14 (b), the illumination optical axis (AxI) of the illumination device shown in FIG. 14 (a) is bent by the folding mirror (6), thereby making the illumination device The contact glass (13) may be disposed in parallel to the surface. In this case, the size of the image reading device in the direction perpendicular to the surface of the contact glass (13) can be reduced.

なお、図13及び図14に示す画像読取装置の例においても、図7に示すように、光束を読取光軸(AxR)の前後で分割し、読取光軸(AxR)の前後の両方から、分割された光束を用いて、撮像領域(Ai)を照明することができる。   In the example of the image reading apparatus shown in FIGS. 13 and 14, as shown in FIG. 7, the light beam is divided before and after the reading optical axis (AxR), and from both before and after the reading optical axis (AxR), The imaging area (Ai) can be illuminated using the divided light flux.

ここで、モノクロ原稿用の画像読取装置及びカラー原稿用画像読取装置におけるLEDの発光色を説明する。   Here, the light emission color of the LED in the image reading apparatus for monochrome originals and the image reading apparatus for color originals will be described.

モノクロ原稿用の画像読取装置においては、光の三原色の青色(B)、緑色(G)、赤色(R)のいずれかの色の光を発生させるLEDを用いることができる。あるいは、白色LEDを用いることもできる。しかしながら、緑色は、人間の視感度をほぼ代表しているので、緑色のLEDを用いることが好ましい。   In an image reading apparatus for a monochrome document, an LED that generates light of any of the three primary colors of blue (B), green (G), and red (R) can be used. Alternatively, a white LED can be used. However, since the green color almost represents human visibility, it is preferable to use a green LED.

カラー原稿用の画像読取装置においては、カラー用の一次元撮像素子及び白色LEDを用いれば、図5〜図14に示す照明装置及び画像読取装置を用いることができる。   In an image reading apparatus for a color document, the illumination apparatus and the image reading apparatus shown in FIGS. 5 to 14 can be used if a color one-dimensional imaging device and a white LED are used.

R、G、B三原色のLEDの各々を用いる場合には、図5〜図14に示す照明装置及び画像読取装置において、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)のLEDを、組み合わせて又は交互に配置すると共に、カラー用の一次元撮像素子を用いればよい。例えば、図5〜図14に示す照明装置及び画像読取装置において、LEDのL1、L4、L7・・・として青色LEDを配置し、LEDのL2、L5、L8・・・として緑色LEDを配置し、LEDのL3、L6、L9・・・として赤色LEDを配置すればよい。   When each of R, G, and B primary color LEDs is used, blue (B), green (G), and red (R) LEDs are combined in the illumination device and the image reading device shown in FIGS. Or alternately, and a one-dimensional image sensor for color may be used. For example, in the illumination device and the image reading device shown in FIGS. 5 to 14, blue LEDs are arranged as LEDs L1, L4, L7..., And green LEDs are arranged as LEDs L2, L5, L8. Red LEDs may be arranged as LEDs L3, L6, L9,.

この場合には、照明対象面(撮像領域)における照度分布に寄与するLEDの数は、単色の場合と比較して、三分の一に減少する(例えば、図5において、6倍を超えるゲインQが2倍程度に減少する)ので、照明対象面(撮像領域)における各色の光による照度分布の特性は悪化することになる。そこで、照明レンズの焦点距離fを短くする及び/又は照明レンズから照明対象面(撮像領域)までの距離gを長くすることによって、ゲインQを約3倍程度増加させれば、単色のLEDを用いる場合における照度分布と同程度に良好な照度分布を得ることができる。   In this case, the number of LEDs that contribute to the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) is reduced to one-third compared to the case of a single color (for example, a gain exceeding 6 times in FIG. 5). Therefore, the characteristics of the illuminance distribution due to the light of each color on the illumination target surface (imaging region) are deteriorated. Therefore, if the gain Q is increased by about 3 times by shortening the focal length f of the illumination lens and / or increasing the distance g from the illumination lens to the illumination target surface (imaging region), a monochromatic LED can be obtained. An illuminance distribution as good as the illuminance distribution when used can be obtained.

図15は、本発明の第五の実施例による照明方法及び照明装置の例を説明する図である。 図15(a)は、本発明の第五の実施例による照明装置の例の上面図であり、図15(b)は、本発明の第五の実施例による照明装置の例の正面図である。また、図5(c)は、本発明の第五の実施例による照明方法の例によって得られる照明対象面(撮像領域)(Ai)上での主走査方向(Sx)の照度分布(Each_Di)(Total_Di)を示す図であり、図5(d)は、本発明の第五の実施例による照明方法の例によって得られる照明対象面(撮像領域)(Ai)上での副走査方向(Sy)の照度分布を示す図である。   FIG. 15 is a diagram for explaining an example of an illumination method and an illumination apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15A is a top view of an example of a lighting device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a front view of an example of a lighting device according to the fifth embodiment of the present invention. is there. FIG. 5C shows an illuminance distribution (Each_Di) in the main scanning direction (Sx) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) obtained by the example of the illumination method according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 5D is a diagram showing (Total_Di), and FIG. 5D shows the sub-scanning direction (Sy) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) obtained by the example of the illumination method according to the fifth embodiment of the present invention. FIG.

図15に示すような照明装置の例は、赤(R)、緑(G)、青(B)三色のLEDチップ(1)に一括して凸レンズ(2c)のフードレンズを取り付けた光源を含むカラー用照明装置の例である。図15に示す照明装置の例では、図5に示した照明装置におけるLED及び回転放物面鏡を含む光源の代わりに、LEDチップ(1)及び凸レンズ(2c)を含む光源を使用する。ここで、一つの光源は、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)用の三種類のLEDチップ(1)(各色の光源を発光光源という)を一列に(図15においては主走査方向に)配置し、一列に配置された三種類のLEDチップ(1)の全体が、凸レンズ(2c)であるフードレンズで覆われている。三色のLEDチップ(1)の配置の順番は、特に限定されないが、図15においては、緑色(G)のLEDチップ(1)を中央に配置し、緑色(G)のLEDチップ(1)に隣接して、青色のLEDチップ(1)及び赤色のLEDチップ(1)が、配置される。 The example of the illumination device as shown in FIG. 15 is a light source in which a hood lens of a convex lens (2c) is attached to LED chips (1) of three colors of red (R), green (G), and blue (B). It is an example of the illuminating device for a color including. In the example of the illuminating device shown in FIG. 15, a light source including an LED chip (1) and a convex lens (2c) is used instead of the light source including the LED and the rotating parabolic mirror in the illuminating device illustrated in FIG. Here, as one light source, three types of LED chips (1) for blue (B), green (G), and red (R) (light sources of each color are referred to as light emission sources) are arranged in a row (in FIG. 15, the main light source) . The three types of LED chips (1) arranged in the scanning direction and arranged in a row are covered with a hood lens which is a convex lens (2c). The order of arrangement of the three-color LED chips (1) is not particularly limited. In FIG. 15, the green (G) LED chip (1) is arranged in the center, and the green (G) LED chip (1). Adjacent to is a blue LED chip (1) and a red LED chip (1).

ここで、三色(B、G、R)のLEDチップ(1)及び凸レンズ(2c)を含む単一の光源Lに起因する、照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布(Each_Di)(Total_Di)を説明する。なお、凸レンズ(2c)の焦点距離fは、凸レンズ(2c)の主点からLEDチップ(1)までの距離aに等しいもの(f=a)とする。 Here, three colors (B, G, R) illuminance distribution in due to a single light source L k containing LED chip (1) and a convex lens (2c) of the illumination target surface (imaging region) (Ai) ( Each_Di) (Total_Di) will be described. The focal length f of the convex lens (2c) is equal to the distance a from the principal point of the convex lens (2c) to the LED chip (1) (f = a).

図15に示すような照明装置の例において、緑色(G)のLEDチップ(1)からの発生する緑色の光束の光軸は、凸レンズ(2c)の光軸と一致しているので、緑色(G)のLEDチップ(1)からの発生する緑色の光束は、図5におけるLEDから発生する光束と全く同様の振る舞い示す。そして、主走査方向においては、照明レンズ(3)を構成するシリンダレンズの幅、すなわち、光源の幅に対して、   In the example of the illumination device as shown in FIG. 15, the optical axis of the green luminous flux generated from the green (G) LED chip (1) coincides with the optical axis of the convex lens (2c). The green light beam generated from the LED chip (1) of G) behaves exactly the same as the light beam generated from the LED in FIG. In the main scanning direction, the width of the cylinder lens constituting the illumination lens (3), that is, the width of the light source,

Figure 0004896183
Figure 0004896183

倍の幅の緑色の光束で、照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。なお、本発明の実施形態においては、Qの値は、2以上である。 The surface to be illuminated (imaging region) (Ai) is irradiated with a green light beam having a double width. In the embodiment of the present invention, the value of Q is 2 or more.

赤色(R)のLEDチップ(1)から発生する赤色の光束の光軸は、凸レンズ(2c)の光軸から若干下側にずれているので、赤色(R)のLEDチップ(1)から発生する赤色の光束は、凸レンズ(2c)を通過し、緑色(G)のLEDチップ(1)から発生する緑色の光束よりも若干上側にずれて、照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。照明レンズ(3)を構成するシリンダレンズの幅、すなわち、光源の幅に対する、照明対象面(撮像領域)(Ai)における赤色の光束の幅の比Qは、緑色(G)のLEDチップ(1)から発生する緑色の光束についての値と同じである。   Since the optical axis of the red luminous flux generated from the red (R) LED chip (1) is slightly shifted downward from the optical axis of the convex lens (2c), it is generated from the red (R) LED chip (1). The red luminous flux that passes through the convex lens (2c) is slightly shifted above the green luminous flux generated from the green (G) LED chip (1) and irradiates the illumination target surface (imaging area) (Ai). To do. The ratio Q of the width of the red light beam on the illumination target surface (imaging region) (Ai) to the width of the cylinder lens constituting the illumination lens (3), that is, the width of the light source is the green (G) LED chip (1). ) Is the same as the value for the green luminous flux generated from.

青色(B)のLEDチップ(1)から発生する青色の光束の光軸は、凸レンズ(2c)の光軸から若干上側にずれているので、青色(B)のLEDチップ(1)から発生する青色の光束は、凸レンズ(2c)を通過し、緑色(G)のLEDチップ(1)から発生する緑色の光束よりも若干下側にずれて、照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。照明レンズ(3)を構成するシリンダレンズの幅、すなわち、光源の幅に対する、照明対象面(撮像領域)(Ai)における青色の光束の幅の比Qは、緑色(G)のLEDチップ(1)から発生する緑色の光束についての値と同じである。   Since the optical axis of the blue luminous flux generated from the blue (B) LED chip (1) is slightly shifted from the optical axis of the convex lens (2c), it is generated from the blue (B) LED chip (1). The blue light beam passes through the convex lens (2c) and is slightly shifted below the green light beam generated from the green (G) LED chip (1) to illuminate the illumination target surface (imaging region) (Ai). To do. The ratio Q of the width of the blue luminous flux in the illumination target surface (imaging area) (Ai) to the width of the cylinder lens constituting the illumination lens (3), that is, the width of the light source, is the green (G) LED chip (1). ) Is the same as the value for the green luminous flux generated from.

なお、図15においては、光源Lから発生する赤色の光束を、太い破線で示し、緑色の光束を、実線で示し、青色の光束を、細い破線で示している。その三色のそれぞれの光束による照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布の概念を個別の照度分布(Each_Di)として図15(c)に示す。また、他の光源・・Lk−2、Lk−1 、Lk+1、 Lk+2・・などから発生する光束も同様に照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射するので、光源Lの光軸上における照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度には、光源Lの周囲の光源から発生する光束の照度も寄与する。それらの光源の全体に起因する全体の照度分布(Total_Di)もまた図15(c)に示す。 In FIG. 15, a red light beam generated from the light source L k, indicated by a thick broken line, the green light beam, indicated by the solid line, the blue light beam is indicated by a thin broken line. The concept of the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) by the light beams of the three colors is shown as individual illuminance distribution (Each_Di) in FIG. In addition, light beams generated from other light sources such as L k−2 , L k−1 , L k + 1 , L k + 2 ... Irradiate the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the same manner, and thus the light source L k the illuminance on the illumination target surface on the optical axis (imaging region) (Ai), the illuminance of the light beam generated from the periphery of the light source L k light sources contribute. FIG. 15C also shows the overall illuminance distribution (Total_Di) resulting from the entire light source.

以上のように、三色のLEDチップ(1)及び凸レンズ(2c)を含む光源を使用する場合にも、主走査方向における、各色の光束によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度ムラは、各色の光束毎に、図5に示すような照度ムラを適用することによって、説明される。   As described above, even when the light source including the three-color LED chip (1) and the convex lens (2c) is used, the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the light beams of the respective colors in the main scanning direction. The illuminance unevenness at is explained by applying the illuminance unevenness shown in FIG. 5 for each light flux of each color.

次に、副走査方向(Sy)については、青色(B)、緑色(G)、赤色(R)のLEDチップ(1)は、同一の光軸上に存在し、凸レンズの焦点距離fは、f=aを満たすので、各色のLED(1)から発生する光束は、凸レンズ(2c)を通過し、概略平行光となる。   Next, in the sub-scanning direction (Sy), the blue (B), green (G), and red (R) LED chips (1) exist on the same optical axis, and the focal length f of the convex lens is Since f = a is satisfied, the light beam generated from the LED (1) of each color passes through the convex lens (2c) and becomes substantially parallel light.

ここで、図15に示す照明装置が、集束レンズ(4a)を含まない場合には、照明レンズ(3)を通過した各色の平行光束が、そのまま照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。その結果、副走査方向(Sy)における照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布(Di)は、図15(d)の実線で示すように、ブロードな分布となる。一方、図15に示す照明装置が、照明レンズ(3)と照明対象面(撮像領域)(Ai)との間に設けられ且つ照明対象面(撮像領域)(Ai)から焦点距離Fだけ離れた位置に配置される集束レンズ(4a)を含む場合には、照明レンズ(3)を通過した各色の平行光束は、照明対象面(撮像領域)(Ai)上に集束する。その結果、副走査方向(Sy)における照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布は、図15(d)の二点鎖線で示すように、シャープな分布(Each_Di)(Total_Di)となる。   Here, when the illumination device shown in FIG. 15 does not include the focusing lens (4a), the parallel luminous flux of each color that has passed through the illumination lens (3) irradiates the illumination target surface (imaging region) (Ai) as it is. To do. As a result, the illuminance distribution (Di) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) is a broad distribution as shown by the solid line in FIG. On the other hand, the illumination device shown in FIG. 15 is provided between the illumination lens (3) and the illumination target surface (imaging region) (Ai) and is separated from the illumination target surface (imaging region) (Ai) by the focal length F. When the focusing lens (4a) disposed at the position is included, the parallel light beams of the respective colors that have passed through the illumination lens (3) are focused on the illumination target surface (imaging region) (Ai). As a result, the illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy) is a sharp distribution (Each_Di) (Total_Di) as shown by a two-dot chain line in FIG. Become.

なお、副走査方向(Sy)において、LEDチップ(1)から発生する光を照明対象面(撮像領域)(Ai)上に集束させる手段としては、凸レンズ(2c)の焦点距離fを、図12における照明装置の例と同様に、   As a means for focusing the light generated from the LED chip (1) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) in the sub-scanning direction (Sy), the focal length f of the convex lens (2c) is shown in FIG. Like the example of the lighting device in

Figure 0004896183
Figure 0004896183

とする方法が挙げられる。ここで、aは、LEDチップ(1)の発光面から凸レンズ(2c)の主点までの距離であり、bは、凸レンズ(2c)の主点から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離である。そして、この場合には、集束レンズ(4a)を設けることを必要としない。 The method to do is mentioned. Here, a is the distance from the light emitting surface of the LED chip (1) to the principal point of the convex lens (2c), and b is from the principal point of the convex lens (2c) to the illumination target surface (imaging region) (Ai). Is the distance. In this case, it is not necessary to provide the focusing lens (4a).

図15に示すような照明装置を、画像読取装置の第一走行体に搭載する場合には、図15に示すような照明装置を、図6〜図8に示すような画像読取装置に適用することができる。   When the illumination device as shown in FIG. 15 is mounted on the first traveling body of the image reading device, the illumination device as shown in FIG. 15 is applied to the image reading device as shown in FIGS. be able to.

図16は、本発明の第六の実施例による照明方法及び画像読取装置の例を説明する図である。 図16(a)は、本発明の第六の実施例による画像読取装置の例の上面図であり、図16(b)は、本発明の第六の実施例による画像読取装置の例の正面図である。また、図16(c)は、本発明の第六の実施例による照明方法の例によって得られる照明対象面(撮像領域)上での副走査方向の照度分布を示す図である。   FIG. 16 is a diagram for explaining an example of an illumination method and an image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 16A is a top view of an example of the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 16B is a front view of the example of the image reading apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. FIG. 16C is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction on the illumination target surface (imaging region) obtained by the example of the illumination method according to the sixth embodiment of the present invention.

図16に示すような画像読取装置の例は、赤(R)、緑(G)、青(B)三色のLEDチップ(1)に一括して凸レンズ(2c)のフードレンズを取り付けた光源を用いるカラー画像読取装置の例である。   An example of the image reading apparatus as shown in FIG. 16 is a light source in which a hood lens of a convex lens (2c) is attached to LED chips (1) of three colors of red (R), green (G), and blue (B). FIG.

図16に示すような画像読取装置の例においては、照明系の三色のLEDチップ(1)の配置が、各色の画像を読み取るための読取系の一次元撮像素子(15)の配置と対応付けられる。図16に示すような画像読取装置において、照明対象面(撮像領域)(Ai)より左側の系が、照明系であり、照明対象面(撮像領域)(Ai)より右側の系が、読取系である。そして、照明系を用いて、撮像領域(Ai)を照明し、撮像領域(Ai)に置かれた原稿の画像を、読取系で読み取る。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 16, the arrangement of the three-color LED chips (1) of the illumination system corresponds to the arrangement of the one-dimensional imaging element (15) of the reading system for reading the image of each color. Attached. In the image reading apparatus as shown in FIG. 16, the system on the left side of the illumination target surface (imaging region) (Ai) is the illumination system, and the system on the right side of the illumination target surface (imaging region) (Ai) is the reading system. It is. Then, the imaging area (Ai) is illuminated using the illumination system, and the image of the original placed in the imaging area (Ai) is read by the reading system.

カラー画像読取装置の読取系では、三本の1ラインCCD(一次元撮像素子(15))を並列させた3ラインCCDを用いる。三本の1ラインCCDの各々には、赤色(R)、緑色(G)、又は青色(B)を透過するカラーフィルター(18)が設けられ、三本の1ラインCCDの各々は、カラーフィルター(18)を透過する色の画像を読み取る。このようなカラーフィルター(18)を備えた3ラインCCDは、原稿における撮像領域(Ai)の同じ場所の画像を同時に読み取ることができない。現行の画像読取装置においては、600dpiの画像を構成する画素のサイズは、42.3μmであるが、現行の画像読取装置の読取系は、縮小光学系であり、撮像素子においては、読取系の縮小率に応じて、10μm、7μm、又は4.7μmなどに相当する。しかしながら、このような短い間隔で1ラインCCDを配列させることは困難である。実際には、三本の1ラインCCDを、副走査方向(Sy)に並べる場合には、三本の1ラインCCDを、3画素〜4画素に相当する距離だけ、互いに離す必要がある。ここで、三本の1ラインCCDの間隔は、原稿面の撮像領域(Ai)では、おおよそ、0.4〜0.2mmに相当する。すなわち、原稿面の撮像領域(Ai)において、0.4〜0.2mmの間隔で、赤色、緑色、及び青色の画像を読み取ることになる。よって、赤色、緑色、及び青色のLEDチップ(1)から発生する赤色、緑色、及び青色の光束を、原稿面の撮像領域(Ai)において、0.4〜0.2mmの間隔で照射することが好ましい。   In the reading system of the color image reading apparatus, a three-line CCD in which three one-line CCDs (one-dimensional imaging element (15)) are arranged in parallel is used. Each of the three one-line CCDs is provided with a color filter (18) that transmits red (R), green (G), or blue (B), and each of the three one-line CCDs has a color filter. An image of a color that passes through (18) is read. A three-line CCD provided with such a color filter (18) cannot simultaneously read images at the same location in the imaging area (Ai) of the document. In the current image reading apparatus, the size of a pixel constituting a 600 dpi image is 42.3 μm. However, the reading system of the current image reading apparatus is a reduction optical system, and the image sensor has a reading system. It corresponds to 10 μm, 7 μm, or 4.7 μm depending on the reduction ratio. However, it is difficult to arrange 1-line CCDs at such short intervals. Actually, when three one-line CCDs are arranged in the sub-scanning direction (Sy), it is necessary to separate the three one-line CCDs from each other by a distance corresponding to three to four pixels. Here, the interval between the three one-line CCDs corresponds to approximately 0.4 to 0.2 mm in the imaging area (Ai) of the document surface. That is, red, green, and blue images are read at intervals of 0.4 to 0.2 mm in the imaging area (Ai) on the document surface. Therefore, the red, green, and blue light fluxes generated from the red, green, and blue LED chips (1) are irradiated at intervals of 0.4 to 0.2 mm in the imaging area (Ai) of the document surface. Is preferred.

ここで、副走査方向(Sy)において、照明系の三色のLEDチップ(1)の配置と照明対象面(撮像領域)(Ai)における各色の光束の中心位置との関係を、図16(b)に示す。図16(b)において、aは、LEDチップの発光面から凸レンズ(2c)の主点までの距離であり、bは、凸レンズ(2c)の主点から集束レンズ(4a)の主点までの距離であり、cは、集束レンズ(4a)の主点から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離である。また、m0は、各色のLEDチップ(1)間の間隔であり、m1は、集束レンズ(4a)を通過する各色のLEDチップ(1)からの各色の光束の中心間距離であり、m2は、照明対象面(撮像領域)(Ai)における各色のLEDチップ(1)からの各色の光束の中心間距離である。さらに、凸レンズ(2c)部の焦点距離をf0とし、集束レンズ(4a)の焦点距離をf1とすると、f0=a及びf1=cであるため、   Here, in the sub-scanning direction (Sy), the relationship between the arrangement of the three-color LED chips (1) of the illumination system and the center position of the luminous flux of each color on the illumination target surface (imaging region) (Ai) is shown in FIG. Shown in b). In FIG. 16B, a is the distance from the light emitting surface of the LED chip to the principal point of the convex lens (2c), and b is from the principal point of the convex lens (2c) to the principal point of the focusing lens (4a). C is the distance from the principal point of the focusing lens (4a) to the illumination target surface (imaging region) (Ai). M0 is the distance between the LED chips (1) of each color, m1 is the distance between the centers of the light beams of each color from the LED chips (1) of each color passing through the focusing lens (4a), and m2 is The distance between the centers of the luminous fluxes of the respective colors from the LED chips (1) of the respective colors on the illumination target surface (imaging region) (Ai). Furthermore, when the focal length of the convex lens (2c) is f0 and the focal length of the focusing lens (4a) is f1, f0 = a and f1 = c.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

の関係が成り立つ。よって、式(1)及び(2)より、 The relationship holds. Therefore, from the equations (1) and (2),

Figure 0004896183
Figure 0004896183

の関係が成り立つ。 The relationship holds.

式(2)より、b=cのとき、m2=m1であり、さらに、b<cのとき、m2>m1であり、b>cのとき、m2<m1である。   From equation (2), m2 = m1 when b = c, m2> m1 when b <c, and m2 <m1 when b> c.

また、式(3)より、b=cのとき、   From equation (3), when b = c,

Figure 0004896183
Figure 0004896183

であり、さらに、b<cのとき、 And when b <c,

Figure 0004896183
Figure 0004896183

であり、b>cのとき、 And when b> c,

Figure 0004896183
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である。 It is.

なお、図16(b)においては、f0=a及びf1=cであり、且つ、b=cである。図16(a)及び(b)に示す画像読取装置における副走査方向(Sy)の照度分布を図16(c)に示すが、実際には、照明系の構成要素の配置を考慮しながら、上記のような関係を保つことによって、各色の光束によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布(Di)のピークが、各色の画像を読み取る1ラインCCDの位置に対応するように、照明系の設計をすることができる。   In FIG. 16B, f0 = a and f1 = c, and b = c. The illuminance distribution in the sub-scanning direction (Sy) in the image reading apparatus shown in FIGS. 16A and 16B is shown in FIG. 16C. In practice, while considering the arrangement of the components of the illumination system, By maintaining the above relationship, the peak of the illuminance distribution (Di) on the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the light beams of each color corresponds to the position of the one-line CCD that reads the image of each color. In this way, the illumination system can be designed.

また、R、G、Bの色の配置は、主走査方向(Sx)又は副走査方向(Sy)における直線上にあることを仮定したが、R、G、Bの色の配置は、特に限定されず、例えば、R、G、Bの色は、三角形の各頂点、ひらがなの「く」の字状、英文字の「L」の字状に配置されることもある。そのような場合には、図15及び図16に示すような考え方を組み合わせることによって、照明装置及び画像読取装置の最適設計が可能となる。   In addition, it is assumed that the arrangement of R, G, and B colors is on a straight line in the main scanning direction (Sx) or the sub-scanning direction (Sy), but the arrangement of R, G, and B colors is particularly limited. For example, the colors of R, G, and B may be arranged at the vertices of a triangle, the letter “K” in hiragana, and the letter “L” in English. In such a case, it is possible to optimally design the illumination device and the image reading device by combining the ideas shown in FIGS. 15 and 16.

図17は、本発明の第七の実施例による照明方法及び照明装置の一つの例を説明する図である。図17(a)は、本発明の第七の実施例による照明装置の一つの例の斜視図であり、図17(b)は、本発明の第七の実施例による画像読取装置の一つの例の正面図であり、図17(c)は、本発明の第七の実施例による画像読取装置の例の一つの側面図である。また、図17(d)は、本発明の第七の実施例による照明方法の例の一つによって得られる照明対象面(撮像領域)上での主走査方向の照度分布を示す図である。   FIG. 17 is a view for explaining one example of the illumination method and illumination apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 17A is a perspective view of one example of an illumination device according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 17B is one of the image reading devices according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 17C is a side view of one example of the image reading apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 17D is a diagram showing the illuminance distribution in the main scanning direction on the illumination target surface (imaging region) obtained by one of the illumination methods according to the seventh embodiment of the present invention.

図17に示すような照明装置の例では、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)を用いる。また、図17に示すような照明装置の例は、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)と照明対象領域(Ai)との間に、主走査方向(Sx)において長方形の発光面を備えた複数のLED(1)から発生する光束を拡散させるシリンダレンズアレイの照明レンズ(3)を含む。そして、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)と照明レンズ(3)との間に、副走査方向(Sy)において長方形の発光面を備えた複数のLED(1)から発生する光束を集束させるシリンダレンズの集束レンズ(4a)が挿入される。なお、照明レンズ(3)のシリンダレンズアレイを構成するシリンダレンズ及び集束レンズ(4a)のシリンダレンズの焦点距離を設定する考え方は、第1〜第6の実施例のものと同じである。なお、集束レンズ(4a)は、図17(c)に示すように集束されるように示しているが、副走査方向(Sy)において、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)から発生する光束を、必ずしも集束させる必要はなく、平行光又は拡散光に変換してもよい。さらには、集束レンズ(4a)の挿入は、必ずしも必須ではない。   In the example of the illumination device as shown in FIG. 17, a plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface are used. Moreover, the example of the illuminating device as shown in FIG. 17 has a rectangular light emitting surface in the main scanning direction (Sx) between the plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface and the illumination target area (Ai). The illumination lens (3) of the cylinder lens array which diffuses the light beam which generate | occur | produces from several LED (1) provided with is included. A light flux generated from the plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface in the sub-scanning direction (Sy) between the plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface and the illumination lens (3). A focusing lens (4a) of a cylinder lens for focusing the lens is inserted. The concept of setting the focal length of the cylinder lens constituting the cylinder lens array of the illumination lens (3) and the cylinder lens of the focusing lens (4a) is the same as that of the first to sixth embodiments. The focusing lens (4a) is shown to be focused as shown in FIG. 17 (c), but in the sub-scanning direction (Sy), a plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface are used. The generated light beam does not necessarily have to be focused, and may be converted into parallel light or diffused light. Furthermore, the insertion of the focusing lens (4a) is not always essential.

また、図17に示すような照明装置の例では、図17(b)に示すように、主走査方向(Sx)において、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)の各々から発生する光束は、各々のLED(1)に対応する照明レンズ(3)のシリンダレンズに入射するのみならず、各々のLED(1)に対応する照明レンズ(3)のシリンダレンズの近傍における(又はそのシリンダレンズに隣接する)シリンダレンズにも入射する。その結果、長方形の発光面を備えた複数のLED(1)の各々から発生する光束は、照明レンズ(3)によって、より拡散させられる。例えば、図17(b)に示すように、LED(1)の一つL4から拡散する光束は、主として、LED(1)のL4に対応するシリンダレンズに入射し、予め設定された倍率で、照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。しかしながら、LED(1)の一つL4から拡散する光束の一部は、LED(1)のL4に隣接するLED(1)のL3及びL5に対応するシリンダレンズにも入射する。さらに、LED(1)の一つL4から拡散する光束の一部は、LED(1)のL4の近傍に位置するLED(1)のL2及びL6に対応するシリンダレンズにも入射する。その結果、図17に示すような照明装置の例では、LED(1)から発生する光を、より広く拡散させることができる。   Further, in the example of the illumination device as shown in FIG. 17, as shown in FIG. 17B, the light is generated from each of the plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface in the main scanning direction (Sx). The luminous flux is not only incident on the cylinder lens of the illumination lens (3) corresponding to each LED (1), but also in the vicinity of (or its) the cylinder lens of the illumination lens (3) corresponding to each LED (1). It also enters the cylinder lens (adjacent to the cylinder lens). As a result, the luminous flux generated from each of the plurality of LEDs (1) having a rectangular light emitting surface is further diffused by the illumination lens (3). For example, as shown in FIG. 17B, the light beam diffused from one L4 of the LED (1) mainly enters the cylinder lens corresponding to the L4 of the LED (1), and has a preset magnification. The illumination target surface (imaging area) (Ai) is irradiated. However, a part of the light beam diffused from one LED 4 of L (1) also enters the cylinder lens corresponding to L3 and L5 of LED (1) adjacent to L4 of LED (1). Further, a part of the light beam diffused from one LED 4 of L (1) also enters the cylinder lens corresponding to L2 and L6 of LED (1) located in the vicinity of L4 of LED (1). As a result, in the example of the illumination device as shown in FIG. 17, the light generated from the LED (1) can be diffused more widely.

そして、図17(a)、(b)及び(c)に示すような照明装置を使用することによって、図17(d)に示すように、主走査方向(Sx)において、複数のLED(1)の発光効率のバラツキに起因する、照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度分布の変動を大幅に低減することができる。すなわち、図4に示すような従来の照明装置では、主走査方向(Sx)において、より低い発光効率を備えたLED(1)によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度h2に対するより高い発光効率を備えたLED(1)によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度h1の比が、おおよそ二倍であったとしても、図17(a)、(b)及び(c)に示すような照明レンズ(3)を含む照明装置を使用する場合には、より低い発光効率を備えたLED(1)によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度h2’に対するより高い発光効率を備えたLED(1)によって照明される照明対象面(撮像領域)(Ai)での照度h1’の比(h1’/h2’)を、(h1/h2)よりも大幅に低減することができる。より具体的には、図17(d)中の(Actual_Di2)に示すように、(h1’/h2’)の値の変動幅は、10%程度にまで容易に抑制される。   Then, by using an illuminating device as shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, as shown in FIG. 17D, a plurality of LEDs (1) are arranged in the main scanning direction (Sx). ) Variation in illuminance distribution on the illumination target surface (imaging region) (Ai) due to the variation in the luminous efficiency. That is, in the conventional illumination device as shown in FIG. 4, the illuminance on the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the LED (1) having lower light emission efficiency in the main scanning direction (Sx). Even if the ratio of the illuminance h1 on the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the LED (1) having higher luminous efficiency with respect to h2 is approximately double, FIG. When using an illuminating device including an illumination lens (3) as shown in (b) and (c), an illumination target surface (imaging region) (illuminated by an LED (1) having a lower luminous efficiency ( The ratio (h1 ′ / h2 ′) of the illuminance h1 ′ at the illumination target surface (imaging region) (Ai) illuminated by the LED (1) having higher luminous efficiency with respect to the illuminance h2 ′ at Ai) ( significantly less than h1 / h2) It is possible. More specifically, as shown in (Actual_Di2) in FIG. 17D, the fluctuation range of the value of (h1 '/ h2') is easily suppressed to about 10%.

図17に示すような照明装置においては、主走査方向(Sx)における光束の拡散の範囲がより広いので、照明装置に図16に示す、図17(b)に示す側面鏡(5a,5b)を設けることが効果的である。なお、側面鏡(5a,5b)は、LED(1)の側面まで設けることが有効である。この場合には、LEDからの拡散光を、主走査方向(Sx)において、照明対象領域(Ai)の外側に拡散させることなく、照明対象面(撮像領域)(Ai)に照射させることができる。

In the illuminating device as shown in FIG. 17, since the diffusion range of the light beam in the main scanning direction (Sx) is wider, the side mirrors (5a, 5b) shown in FIG. It is effective to provide. It is effective to provide the side mirrors (5a, 5b) up to the side surface of the LED (1). In this case, the diffused light from the LED can be applied to the illumination target surface (imaging region) (Ai) without diffusing outside the illumination target region (Ai) in the main scanning direction (Sx). .

図18は、本発明の第七の実施例による照明装置の別の例を説明する図である。図18(a)は、本発明の第七の実施例による照明装置の別の例の上面図であり、図18(b)は、本発明の第七の実施例による画像読取装置の別の例の正面図である。   FIG. 18 is a diagram for explaining another example of the illumination device according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 18A is a top view of another example of an illuminating device according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 18B is another diagram of the image reading device according to the seventh embodiment of the present invention. It is a front view of an example.

図18に示すような照明装置の例においては、図17に示すような照明装置の例における集光レンズ(4a)の代わりに、放物面鏡(2d)を用い、光源には、図17と同じように長方形の発光面を備えたLEDを並べて用いている。ここで、放物面鏡(2d)は、主走査方向(Sx)において平行平面の断面を有し、副走査方向(Sy)において放物面の断面を有する。   In the example of the illumination device as shown in FIG. 18, a parabolic mirror (2d) is used instead of the condenser lens (4a) in the example of the illumination device as shown in FIG. LED with a rectangular light emitting surface is used side by side in the same manner as in FIG. Here, the parabolic mirror (2d) has a parallel plane cross section in the main scanning direction (Sx) and a parabolic cross section in the sub scanning direction (Sy).

また、図18に示すような照明装置の例においては、主走査方向(Sx)において、複数のLED(1)の各々から発生する光束に対する障壁がないので、図17に示すような照明装置の例と同様に、各々のLED(1)から発生する光束は各々のLED(1)に対応する照明レンズ(3)のシリンダレンズに入射するのみならず、各々のLED(1)に対応する照明レンズ(3)のシリンダレンズの近傍における(又はそのシリンダレンズに隣接する)シリンダレンズにも入射する。その結果、各々のLED(1)から発生する光束は、照明レンズ(3)によって、より拡散させられる。例えば、LED(1)の一つL4から拡散する光束は、主として、LED(1)のL4に対応するシリンダレンズに入射し、予め設定された倍率で、照明対象面(撮像領域)(Ai)を照射する。しかしながら、LED(1)の一つL4から拡散する光束の一部は、LED(1)のL4に隣接するLED(1)のL3及びL5に対応するシリンダレンズにも入射する。さらに、LED(1)の一つL4から拡散する光束の一部は、LED(1)のL4の近傍に位置するLED(1)のL2及びL6に対応するシリンダレンズにも入射する。その結果、図18に示すような照明装置の例では、LED(1)から発生する光を、より広く拡散させることができる。   Further, in the example of the illumination device as shown in FIG. 18, there is no barrier against the light flux generated from each of the plurality of LEDs (1) in the main scanning direction (Sx). Similarly to the example, the luminous flux generated from each LED (1) not only enters the cylinder lens of the illumination lens (3) corresponding to each LED (1), but also the illumination corresponding to each LED (1). It also enters the cylinder lens in the vicinity of (or adjacent to) the cylinder lens of the lens (3). As a result, the luminous flux generated from each LED (1) is more diffused by the illumination lens (3). For example, a light beam diffusing from one L4 of the LED (1) mainly enters a cylinder lens corresponding to L4 of the LED (1), and is illuminated with a preset magnification (imaging area) (Ai). Irradiate. However, a part of the light beam diffused from one LED 4 of L (1) also enters the cylinder lens corresponding to L3 and L5 of LED (1) adjacent to L4 of LED (1). Further, a part of the light beam diffused from one LED 4 of L (1) also enters the cylinder lens corresponding to L2 and L6 of LED (1) located in the vicinity of L4 of LED (1). As a result, in the example of the illumination device as shown in FIG. 18, the light generated from the LED (1) can be diffused more widely.

図18に示すような照明装置においては、主走査方向(Sx)における光束の拡散の範囲がより広いので、照明装置に側面鏡(5a,5b)を設けることが効果的である。なお、側面鏡(5a,5b)は、放物面鏡(2d)の側面まで設けることが有効である。この場合には、LEDからの拡散光を、主走査方向(Sx)において、照明対象領域(Ai)の外側に拡散させることなく、照明対象面(撮像領域)(Ai)に照射させることができる。   In the illuminating device as shown in FIG. 18, since the diffusion range of the light beam in the main scanning direction (Sx) is wider, it is effective to provide the side mirrors (5a, 5b) in the illuminating device. It is effective to provide the side mirrors (5a, 5b) up to the side surface of the parabolic mirror (2d). In this case, the diffused light from the LED can be applied to the illumination target surface (imaging region) (Ai) without diffusing outside the illumination target region (Ai) in the main scanning direction (Sx). .

図18に示す照明装置は、集束レンズ(4a)を含むが、集束レンズ(4a)は、必ずしも必須の構成要素ではない。図18に示すような照明装置の例においては、第一の集束手段として、放物面鏡(2a)を用いているが、第一の集束手段としては、楕円面鏡を用いることもできる。ここで、楕円面鏡は、主走査方向(Sx)においては、平行平面の断面を有し、副走査方向(Sy)においては、楕円面の断面を有する。そして、楕円面鏡の楕円面の第一焦点は、LEDの発光面の中心に位置すると共に、楕円面鏡の楕円面の第二焦点は、照明対象領域(Ai)に位置する。第一の集束手段としてこのような楕円面鏡を用いる場合には、集束レンズ(4a)は、不要となる。   Although the illuminating device shown in FIG. 18 includes a focusing lens (4a), the focusing lens (4a) is not necessarily an essential component. In the example of the illumination device as shown in FIG. 18, the parabolic mirror (2a) is used as the first focusing means, but an ellipsoidal mirror can also be used as the first focusing means. Here, the ellipsoidal mirror has a parallel plane section in the main scanning direction (Sx), and an ellipsoidal section in the sub-scanning direction (Sy). The first focal point of the elliptical surface of the elliptical mirror is located at the center of the light emitting surface of the LED, and the second focal point of the elliptical surface of the elliptical mirror is located in the illumination target area (Ai). When such an ellipsoidal mirror is used as the first focusing means, the focusing lens (4a) is not necessary.

さらに、R、G、Bの三色の独立なLEDを用いるカラーの画像読取装置用の照明装置を説明する。例えば、図17(b)及び(c)に示すように、図17に示されるようなL1〜L7のLEDを、一色のLEDで構成すると共に、他の二色のLEDを追加する。具体的には、図17(c)に示すように、一色(G)のLEDの副走査方向(Sy)の両側に、他の二色(R及びB)のLEDを配置することによって、三色のLEDで構成される光源を提供することができる。図17(c)に示すような照明装置の例は、図16に示すような照明装置の例と同様に機能する。(ただし、図16(b)における集光レンズ(2c)の位置に集束レンズ(4a)を配置し、a、b、cの関係のうちc=0とする)。   Further, an illumination device for a color image reading apparatus using independent LEDs of three colors of R, G, and B will be described. For example, as shown in FIGS. 17B and 17C, the LEDs of L1 to L7 as shown in FIG. 17 are configured by one color LED and other two color LEDs are added. Specifically, as shown in FIG. 17C, three other colors (R and B) LEDs are arranged on both sides in the sub-scanning direction (Sy) of the one color (G) LED, so that three A light source composed of colored LEDs can be provided. The example of the illumination device as shown in FIG. 17C functions in the same manner as the example of the illumination device as shown in FIG. (However, the condenser lens (4a) is arranged at the position of the condenser lens (2c) in FIG. 16 (b), and c = 0 among the relations of a, b, and c).

図19は、本発明の第八の実施例による照明装置の例を説明する図である。図19(a)は、本発明の第八の実施例による照明装置の別の例の上面図であり、図19(b)は、本発明の第八の実施例による画像読取装置の別の例の正面図である。   FIG. 19 is a diagram for explaining an example of a lighting apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 19A is a top view of another example of an illuminating device according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 19B is another diagram of the image reading device according to the eighth embodiment of the present invention. It is a front view of an example.

本発明の第一〜第七の実施例においては、照明レンズとして、隣接して配置された複数の凸シリンダレンズで構成されるシリンダレンズアレイを示してきたが、照明レンズとして、隣接して配置された複数の凹シリンダレンズで構成されるシリンダレンズアレイを用いることもできる。   In the first to seventh embodiments of the present invention, a cylinder lens array composed of a plurality of adjacent convex cylinder lenses has been shown as the illumination lens. A cylinder lens array composed of a plurality of concave cylinder lenses can also be used.

図19に示すような照明装置の例においては、照明レンズ(3)として、隣接して配置された複数の凹シリンダレンズで構成されるシリンダレンズアレイが使用されている。照明レンズ(3)として、隣接して配置された複数の凹シリンダレンズで構成されるシリンダレンズアレイを用いた場合であっても、LED(1)から発生する光束を、主走査方向(Sx)において、拡散させることができる。ここで、シリンダレンズアレイを構成する各々の凹シリンダレンズの焦点距離がfであり、且つ、LED(1)の一つに対応する凹シリンダレンズの主点から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離がgであるとすると、主走査方向(Sx)におけるLED(1)の一つから放出された光の光束の幅の拡大率Qは、   In the example of the illumination device as shown in FIG. 19, a cylinder lens array including a plurality of concave cylinder lenses arranged adjacent to each other is used as the illumination lens (3). Even when a cylinder lens array composed of a plurality of concave cylinder lenses arranged adjacent to each other is used as the illumination lens (3), the luminous flux generated from the LED (1) is changed in the main scanning direction (Sx). Can be diffused. Here, the focal length of each concave cylinder lens constituting the cylinder lens array is f, and the illumination target surface (imaging area) (Ai) from the principal point of the concave cylinder lens corresponding to one of the LEDs (1). ) Is g, the magnification factor Q of the width of the luminous flux of light emitted from one of the LEDs (1) in the main scanning direction (Sx) is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

であり、本発明の実施形態において、Qは、2以上である。 In the embodiment of the present invention, Q is 2 or more.

本発明の第一〜第八の実施例においては、画像読取装置における原稿台(コンタクトガラス)並びに結像レンズ及び一次元撮像装置を含む読取系が、固定される一方で、第一走行体及び第二の走行体が、副走査方向において、差動的に移動する。そして、第一走行体に、本発明の第一〜第八の実施例による照明装置が、搭載される。第一走行体には、照明装置を除けば、撮像領域から反射された光の光路を折り曲げる変向ミラーのみを搭載するので、第一走行体の質量は、増加せずに、第一走行体及び第二の走行体の移動による画像の読取は、高速の読取に適する。しかしながら、低速な読取が許容される場合には、読取装置も第一走行体上に搭載することも考えられる。なお、この場合には、第二走行体は、不必要となるので、走行体は一つのみでもよい。)。   In the first to eighth embodiments of the present invention, the original carriage (contact glass) in the image reading apparatus, the reading system including the imaging lens and the one-dimensional imaging device are fixed, while the first traveling body and The second traveling body moves differentially in the sub-scanning direction. And the illuminating device by the 1st-8th Example of this invention is mounted in a 1st traveling body. Since only the turning mirror that bends the optical path of the light reflected from the imaging region is mounted on the first traveling body, except for the lighting device, the mass of the first traveling body does not increase, and the first traveling body does not increase. The image reading by the movement of the second traveling body is suitable for high-speed reading. However, when low-speed reading is permitted, it is conceivable that the reading device is also mounted on the first traveling body. In this case, since the second traveling body is unnecessary, only one traveling body may be provided. ).

図20は、本発明の第九の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。図20(a)は、本発明の第九の実施例による画像読取装置の一つの例を説明する図であり、図20(b)は、本発明の第九の実施例による画像読取装置の別の例を説明する図である。   FIG. 20 is a diagram for explaining an example of an image reading apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 20A is a diagram for explaining an example of an image reading apparatus according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 20B is an illustration of the image reading apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. It is a figure explaining another example.

図20(a)及び(b)に示すような画像読取装置においては、本発明の第一〜第八の実施例による照明装置としての照明ユニット(10)が、読取系としての読取ユニット(16)と共に走行体(11a)に搭載される。読取ユニット(16)は、結像レンズ及び撮像素子を含む縮小光学系であるため、原稿面から結像レンズまでのある程度の距離が、要求される。   In the image reading apparatus as shown in FIGS. 20A and 20B, the illumination unit (10) as the illumination apparatus according to the first to eighth embodiments of the present invention is replaced with a reading unit (16) as a reading system. ) And the traveling body (11a). Since the reading unit (16) is a reduction optical system including an imaging lens and an imaging device, a certain distance from the document surface to the imaging lens is required.

図20(a)に示すような画像読取装置においては、原稿面からの反射された画像光は、一旦変向ミラー(12)によって、コンタクトガラス(13)に平行な方向に変向させられた後、二つの折返しミラー(17a)及び(17b)で、各々2回ずつ、折り返された後に、読取ユニット(16)へ導かれる。   In the image reading apparatus as shown in FIG. 20A, the image light reflected from the document surface is once redirected by the deflecting mirror (12) in a direction parallel to the contact glass (13). Then, after being folded twice by the two folding mirrors (17a) and (17b), they are guided to the reading unit (16).

図20(b)に示すような画像読取装置においては、原稿面からの反射された画像光は、変向ミラー(12)によって斜め右上に向かって折り返され、第一の折返しミラー(17a)によって、コンタクトガラス(13)に平行な方向に変向させられた後、第二の折り返しミラー(17b)に向けらける。その第二の折返しミラー(17b)に入射した光は、少し下向きに再度反射させて、再度、第一の折返しミラー(17a)に戻される。第一の折返しミラー(17a)に戻された光は、斜め下側に反射させられ、第三の折返しミラー(17c)でさらに反射させられ、コンタクトガラス(13)の面に平行な方向において、
読取ユニット(11)へ導かれる。
In the image reading apparatus as shown in FIG. 20 (b), the image light reflected from the document surface is folded back diagonally to the upper right by the turning mirror (12), and is reflected by the first folding mirror (17a). After being changed in a direction parallel to the contact glass (13), it is directed to the second folding mirror (17b). The light incident on the second folding mirror (17b) is reflected again slightly downward and returned to the first folding mirror (17a) again. The light returned to the first folding mirror (17a) is reflected diagonally downward, further reflected by the third folding mirror (17c), and in a direction parallel to the surface of the contact glass (13),
Guided to the reading unit (11).

図20(a)及び(b)に示すように、読取ユニット(11)のような読取系及び照明ユニット(10)のような照明系の両方を走行体(11a)上に搭載する場合であっても、発明の第一〜第八の実施例による照明装置のいずれも、照明ユニット(10)として用いることができる。図20(a)においては、図7(e)に示す照明装置を直接採用している。図20(b)に示すような画像読取装置においては、図20(a)に示す画像読取装置における第一の集束手段としての回転放物面鏡の代わりに、凸レンズを用いたものである。   As shown in FIGS. 20A and 20B, both the reading system such as the reading unit (11) and the illumination system such as the illumination unit (10) are mounted on the traveling body (11a). However, any of the illumination devices according to the first to eighth embodiments of the invention can be used as the illumination unit (10). In Fig.20 (a), the illuminating device shown in FIG.7 (e) is employ | adopted directly. In the image reading apparatus as shown in FIG. 20B, a convex lens is used instead of the rotary paraboloid mirror as the first focusing means in the image reading apparatus shown in FIG.

本発明の第一〜第九の実施例においては、撮像素子で画像を読み取る縮小光学系又はディジタル画像読取装置に搭載するための照明装置及び照明方法を説明してきた。しかしながら、本発明の第一〜第九の実施例に示すような照明装置及び照明方法を、等倍光学系又はアナログ複写機に搭載するための照明方法としても使用可能である。   In the first to ninth embodiments of the present invention, the illuminating device and the illuminating method for mounting on a reduction optical system or a digital image reading device for reading an image with an image sensor have been described. However, the illumination apparatus and illumination method as shown in the first to ninth embodiments of the present invention can also be used as an illumination method for mounting in a 1 × optical system or an analog copying machine.

図21は、本発明の第十の実施例による画像読取装置の例を説明する図である。図21に示すような画像読取装置の例は、シート状の原稿を複写する画像形成装置用の画像読取装置である。結像レンズ(14)は、マイクロレンズアレイであり、多数のマクロレンズを、マイクロレンズアレイの長さが、紙のようなシート原稿(33)の幅と同じ長さとなるように、配列させたものである。結像レンズ(14)は、等倍光学系を提供するために、撮像領域(Ai)と感光体(31)のちょうど中間に配置される。シート原稿(33)との摩擦が少ないコンタクトガラス(13)上の撮像領域(Ai)部分で、紙送りローラ(32)によって、シート原稿(33)は、圧接されると共に送られる。シート原稿の送りと同期して(同じ速度で)感光体(31)を移動させる。なお、感光体(31)を帯電させる帯電装置及び転写装置のような感光体の周辺装置の図示は、省略した。   FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an image reading apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. An example of the image reading apparatus as shown in FIG. 21 is an image reading apparatus for an image forming apparatus that copies a sheet-like document. The imaging lens (14) is a microlens array, and a large number of macrolenses are arranged so that the length of the microlens array is the same as the width of a sheet original (33) such as paper. Is. The imaging lens (14) is arranged just in the middle of the imaging area (Ai) and the photoreceptor (31) in order to provide an equal magnification optical system. The sheet document (33) is pressed and fed by the paper feed roller (32) in the imaging region (Ai) portion on the contact glass (13) with little friction with the sheet document (33). The photosensitive member (31) is moved in synchronism with the feeding of the sheet original (at the same speed). Note that illustration of peripheral devices of the photosensitive member such as a charging device and a transfer device for charging the photosensitive member (31) is omitted.

図21に示すような画像読取装置の例において、照明装置は、図7(b)に示す照明装置において、走行体を除去し、折り返しミラーの位置を変えたものである。このような照明装置を使用して、シート原稿(33)の撮像領域(Ai)を一次元に照明し、シート原稿(33)上の画像を、結像レンズ(14)を介して感光体(31)上に投影している。そして、シート原稿(33)及び感光体(31)を順次移動させることによって、シート原稿(33)上の画像の全体を、感光体(31)上に二次元画像として投影することができる。その後、アナログ複写機のプロセスとして、一般に使われている紙と同じ、普通紙上に画像を転写して、画像のハードコピーを得るが、公知のアナログ複写プロセスの詳細な説明は省略する。   In the example of the image reading apparatus as shown in FIG. 21, the illuminating apparatus is obtained by removing the traveling body and changing the position of the folding mirror in the illuminating apparatus shown in FIG. Using such an illuminating device, the imaging region (Ai) of the sheet original (33) is illuminated one-dimensionally, and an image on the sheet original (33) is transferred to the photosensitive member (14) via the imaging lens (14). 31) Projecting above. Then, by sequentially moving the sheet original (33) and the photosensitive member (31), the entire image on the sheet original (33) can be projected as a two-dimensional image on the photosensitive member (31). Thereafter, as an analog copying machine process, an image is transferred onto plain paper, which is the same as a commonly used paper, to obtain a hard copy of the image, but detailed description of a known analog copying process is omitted.

このように、アナログ複写機においても、本発明の実施形態による照明方法及び照明装置を使用して、照度むらを軽減することができるので、高品質な画像を得ることができる。   As described above, even in an analog copying machine, unevenness in illuminance can be reduced by using the illumination method and the illumination device according to the embodiment of the present invention, so that a high-quality image can be obtained.

以上の説明は照明対象面(撮像領域)を均一に照明する方法を述べてきた。等倍光学系を用いた画像読取装置、或いは画像形成装置用に適用するにはそのままの適用がよい。縮小光学系を用いた画像読取装置では結像レンズのコサイン4乗特性(cosθ特性)により、主走査方向の照明対象領域の中央部はその周辺部より光量を落としたほうが総合的に省エネとなり都合が良い。その場合、コサイン4乗特性に合わせて、光源であるLEDの間隔を周辺部から中央部に向かって粗くしていくことによって容易に実現できる。勿論、その場合、一番粗い場所においてもLEDが発光する光束をLEDの間隔の2倍以上に拡散をさせるのが望ましい。 The above description has described a method of uniformly illuminating the illumination target surface (imaging region). For application to an image reading apparatus using an equal magnification optical system or an image forming apparatus, the application as it is is good. In an image reading apparatus using a reduction optical system, the amount of light in the central portion of the illumination target area in the main scanning direction is reduced more than the peripheral portion due to the cosine fourth power characteristic (cos 4 θ characteristic) of the imaging lens. It becomes convenient. In that case, it can be easily realized by increasing the distance between the LEDs as the light source from the peripheral part toward the central part in accordance with the cosine fourth power characteristic. Of course, in that case, it is desirable to diffuse the luminous flux emitted from the LED even in the roughest place to more than twice the LED interval.

図22は、縮小光学系を用いた画像読取装置における撮像領域(Ai)での照度分布(Di)及びCCD上での縮小光学系の相対明度の関係を説明する図である。図22(a)は、縮小光学系を用いた画像読取装置における撮像領域(Ai)、結像レンズ、及び一次元CCDの配置を示す図であり、図22(b)は、(1)結像レンズによって一次元CCD上に結像される画像の明度分布と、(2)撮像領域(Ai)に要求される照度分布(Di)の関係を説明する図である。   FIG. 22 is a diagram for explaining the relationship between the illuminance distribution (Di) in the imaging region (Ai) and the relative lightness of the reduction optical system on the CCD in the image reading apparatus using the reduction optical system. FIG. 22A is a diagram showing the arrangement of the imaging region (Ai), the imaging lens, and the one-dimensional CCD in the image reading apparatus using the reduction optical system, and FIG. It is a figure explaining the relationship between the brightness distribution of the image imaged on one-dimensional CCD by an image lens, and the illuminance distribution (Di) requested | required of (2) imaging region (Ai).

図22(a)に示すように、撮像領域(Ai)に平行に一次元CCDを置き、その間に結像レンズ(14)を置いて、その一次元CCD上に画像を結像させる画像読取装置において、撮像領域(Ai)における画像を、結像レンズ(14)によって、一次元撮像素子(15)としての一次元CCDに結像させた場合には、その結像レンズ(14)によって結像される一次元CCD上の中央部における画像の明度に対して、その一次元CCD上の周辺部における画像の明度は低くなる。   As shown in FIG. 22A, an image reading apparatus that places a one-dimensional CCD in parallel with an imaging region (Ai) and places an imaging lens (14) therebetween to form an image on the one-dimensional CCD. When the image in the imaging region (Ai) is imaged on the one-dimensional CCD as the one-dimensional imaging device (15) by the imaging lens (14), the image is formed by the imaging lens (14). The brightness of the image at the peripheral portion on the one-dimensional CCD is lower than the brightness of the image at the central portion on the one-dimensional CCD.

図22(a)において、Wを、主走査方向(Sx)における撮像領域(Ai)の長さとし、結像レンズ(14)を、撮像領域(Ai)の中心の鉛直方向にその光軸を有するように配置し、Ldを、撮像領域(Ai)から結像レンズ(14)までの距離とすると、結像レンズ(14)の光軸に対して結像レンズ(14)に入射する光線の角度θの最大値θmaxは、
θmax=tan−1[W/(2×Ld)]
となる。
In FIG. 22A, W is the length of the imaging region (Ai) in the main scanning direction (Sx), and the imaging lens (14) has its optical axis in the vertical direction at the center of the imaging region (Ai). If the distance from the imaging region (Ai) to the imaging lens (14) is Ld, the angle of the light ray incident on the imaging lens (14) with respect to the optical axis of the imaging lens (14) The maximum value θ max of θ is
θ max = tan −1 [W / (2 × Ld)]
It becomes.

このとき、一次元CCD上の主走査方向(Sx)における各位置での結像レンズ(14)によって結像される画像の明度の相対値は、いわゆるコサイン4乗則に従って、その位置に対応する撮像領域(Ai)における位置から結像レンズに入射する光線の角度θに対して、図22(b)の曲線(1)に示すようなcosθで変化する。その結果、主走査方向(Sx)の中心における結像レンズ(14)によって結像される一次元CCD上の画像の明度に対して、主走査方向(Sx)の周辺における結像レンズ(14)によって結像される一次元CCD上の画像の明度は、数10%低くなる。 At this time, the relative value of the brightness of the image formed by the imaging lens (14) at each position in the main scanning direction (Sx) on the one-dimensional CCD corresponds to the position according to the so-called cosine fourth law. With respect to the angle θ of the light ray incident on the imaging lens from the position in the image pickup area (Ai), it changes by cos 4 θ as shown by the curve (1) in FIG. As a result, the imaging lens (14) around the main scanning direction (Sx) with respect to the brightness of the image on the one-dimensional CCD imaged by the imaging lens (14) at the center in the main scanning direction (Sx). The brightness of the image on the one-dimensional CCD imaged by is reduced by several tens of percent.

一方、一次元CCDに入射する光量は、一次元CCDによって電気信号に変換されるので、その光量を電気信号に変換した後に、その電気信号の増幅率を変化させることによって、結像レンズ(14)によって結像される画像の明度の差異を補正することは、可能である。しかしながら、この場合には、ダイナミックレンジが小さくなってしまうので、結像レンズ(14)によって結像される画像の明度が相対的に低い一次元CCDの周辺では、ノイズが増加する。その結果、一次元CCDで読み取られた画像が汚くなる。   On the other hand, the amount of light incident on the one-dimensional CCD is converted into an electric signal by the one-dimensional CCD. Therefore, after converting the amount of light into an electric signal, the amplification factor of the electric signal is changed to change the imaging lens (14 It is possible to correct the difference in brightness of the image formed by (). However, in this case, since the dynamic range becomes small, noise increases around the one-dimensional CCD in which the brightness of the image formed by the imaging lens (14) is relatively low. As a result, the image read by the one-dimensional CCD becomes dirty.

そこで、図22(b)の曲線(1)に示す関係と逆比例するように、結像レンズ(14)の撮像領域(Ai)側に、結像レンズ(14)の光軸付近の撮像領域(Ai)の位置からの光についての遮光量が多くなるような遮光マスクを挿入するか、又は、光源からの光を反射させる反射板の反射率を、反射板の中央における反射率が低くなるように変化させることによって、一次元CCDに結像される光の照度を一定にすることも考えられる。このような場合には、電気信号の補正を低減することが可能になる。しかしながら、光源から放出される光を遮光する又は捨てることは、省エネルギーの観点からは、望ましくない。   Therefore, an imaging region in the vicinity of the optical axis of the imaging lens (14) is located on the imaging region (Ai) side of the imaging lens (14) so as to be inversely proportional to the relationship shown by the curve (1) in FIG. Insert a light shielding mask that increases the light shielding amount for the light from the position (Ai), or the reflectance of the reflecting plate that reflects the light from the light source becomes lower at the center of the reflecting plate. It is conceivable to make the illuminance of the light imaged on the one-dimensional CCD constant by changing in this way. In such a case, the correction of the electric signal can be reduced. However, shielding or discarding the light emitted from the light source is not desirable from the viewpoint of energy saving.

即ち、光源から発生する光束を捨てることなく、図22(b)の曲線(2)に示す撮像領域(Ai)に要求される照度分布(Di)になるように、撮像領域(Ai)を照明するのが望ましい。そうすれば、光源から放出される光の利用効率を向上させることができ、その結果、撮像領域(Ai)を照明する光のエネルギーを低減する(省エネルギーを達成する)ことができる。   That is, the imaging region (Ai) is illuminated so that the illuminance distribution (Di) required for the imaging region (Ai) shown in the curve (2) in FIG. It is desirable to do. If it does so, the utilization efficiency of the light discharge | released from a light source can be improved, As a result, the energy of the light which illuminates the imaging region (Ai) can be reduced (energy saving is achieved).

結像レンズ(14)によって結像される一次元撮像素子(CCD)(15)上の画像の明度分布を一定にする方法としては、例えば、LEDのような複数の光源の間隔を変えて対応する方法、撮像領域(Ai)から複数の光源までの距離を変えて対応する方法、複数の光源から放出される光の光束の発散角を変えて対応する方法、及び、照射対象面に対する複数の光源の光軸の方向を変えて対応する方法が、挙げられる。このような方法を採用することによって、主走査方向(Sx)における撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布(Di)が、図22(b)の曲線(2)に示すような1/cosθの特性を有するように、複数の光源の配置を変えて対応すればよい。 As a method for making the brightness distribution of the image on the one-dimensional image pickup device (CCD) (15) imaged by the imaging lens (14) constant, for example, the interval between a plurality of light sources such as LEDs is changed. A method of changing the distance from the imaging region (Ai) to the plurality of light sources, a method of changing the divergence angle of the luminous flux of light emitted from the plurality of light sources, and a plurality of A method for changing the direction of the optical axis of the light source is available. By adopting such a method, the illuminance distribution (Di) of the light illuminating the imaging region (Ai) in the main scanning direction (Sx) is 1 / as shown by the curve (2) in FIG. so as to have the characteristics of cos 4 theta, it may be associated with different arrangement of a plurality of light sources.

本発明の第11の実施例は、複数の光源の配置間隔を変えて撮像対象領域(撮像領域)(Ai)を照明する光の照度分布(Di)を1/cosθの特性に一致させる例を示す。 In the eleventh embodiment of the present invention, the illuminance distribution (Di) of the light that illuminates the imaging target area (imaging area) (Ai) is made to match the characteristic of 1 / cos 4 θ by changing the arrangement interval of the plurality of light sources. An example is shown.

図23は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の配置間隔を決定する方法を説明する図である。   FIG. 23 is a diagram for explaining a method of determining the arrangement intervals of a plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant.

一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるようにするためには、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源(例えば、LED)の配置間隔を中央部(結像レンズの光軸)から離れるに従って狭めていく。図23においては、図22(a)に示す配置を、90度反時計まわりに回転させて示しており、そこに示した記号で、図22における記号と同じ記号は同じ意味である。なお、図23において、Whは、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の長さWの半分であり、撮像対象領域(Ai)の中心から計算される。   In order to make the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD constant, the arrangement interval of a plurality of light sources (for example, LEDs) that illuminate the imaging target area (Ai) is set at the center (imaging lens). Narrows away from the optical axis). In FIG. 23, the arrangement shown in FIG. 22A is shown rotated by 90 degrees counterclockwise. In the symbols shown there, the same symbols as those in FIG. 22 have the same meaning. In FIG. 23, Wh is half the length W of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx), and is calculated from the center of the imaging target area (Ai).

一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の間隔を計算するために、副走査方向(Sy)については光源からの光束が発散しないことを前提として、設計する又はシミュレーションすることにする。具体的には、副走査方向(Sy)においては、複数の光源から放出される光を平行光として撮像対象領域(Ai)を照明するか、複数の光源から放出される光を撮像対象領域(Ai)に集束させるか、又はそれらの中間のいずれかを採用する。   In order to calculate the interval between the plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD is constant, the sub-scanning direction (Sy) The design or simulation is performed on the assumption that the luminous flux does not diverge. Specifically, in the sub-scanning direction (Sy), the imaging target area (Ai) is illuminated with the light emitted from the plurality of light sources as parallel light, or the light emitted from the plurality of light sources is input to the imaging target area ( Focus to Ai) or adopt either in between.

図23に示すように、図23の中心線(結像レンズの光軸)に対して上半分の領域及び下半分の領域は、対称であるので、説明の都合上、下半分の領域のみを用いて説明する。まず、その下半分の領域(主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の半分)をN分割し、中心線上の点を原点とする。さらに、その原点の点番号を0とすると共に、各分割点の点番号を、原点に近い順に1〜nと番号付けて、原点0から分割点1までの間隔、分割点1から分割点2までの間隔、…、分割点n−1から終点nまでの間隔を、それぞれ、w1、w2、…、wnによって表す。   As shown in FIG. 23, since the upper half area and the lower half area are symmetrical with respect to the center line (optical axis of the imaging lens) in FIG. 23, only the lower half area is shown for convenience of explanation. It explains using. First, the lower half area (half of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx)) is divided into N, and the point on the center line is set as the origin. Further, the point number of the origin is set to 0, and the point numbers of the respective division points are numbered 1 to n in the order close to the origin, the interval from the origin 0 to the division point 1, the division point 1 to the division point 2 ,..., And the intervals from the dividing point n-1 to the end point n are represented by w1, w2,.

ここで、図22(b)の曲線(2)に示す撮像対象領域(Ai)に要求される照度分布(Di)になるようなw1〜wnの間隔を得るのだが、下半分の領域(主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の半分)のN分割を、最初はN等分にする。そして、撮像対象領域(Ai)全域が一定照度で照明されている場合として、結像レンズによって一次元CCD上に結像される各分割点に対応する位置の相対明度を、コサイン四乗則によって求める。具体的には、撮像対象領域(Ai)上のk番目の分割点に対応する結像レンズによって一次元CCD上に結像する画像の相対明度は、cosθである。また、これらの相対明度の総和は、 Here, an interval of w1 to wn is obtained so that the illuminance distribution (Di) required for the imaging target area (Ai) shown in the curve (2) of FIG. 22B is obtained. The N division of the imaging target area (Ai) in the scanning direction (Sx) is initially divided into N equal parts. Assuming that the entire area to be imaged (Ai) is illuminated with a constant illuminance, the relative brightness of the position corresponding to each division point imaged on the one-dimensional CCD by the imaging lens is determined by the cosine fourth law. Ask. Specifically, the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD by the imaging lens corresponding to the kth division point on the imaging target area (Ai) is cos 4 θ k . The sum of these relative brightness values is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

である。ここで、θは、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心と撮像対象領域(Ai)のk番目の分割点とを結ぶ直線の角度である。なお、θは、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心とn番目の分割点とを結ぶ直線の角度であり、θmaxと一致する。 It is. Here, θ k is an angle of a straight line connecting the center of the imaging lens and the kth division point of the imaging target area (Ai) with respect to the optical axis of the imaging lens. Note that θ n is an angle of a straight line connecting the center of the imaging lens and the nth division point with respect to the optical axis of the imaging lens, and coincides with θmax.

次に、各分割点に対応した相対明度に比例した分割で各分割点間の距離を与え直す。即ちN分割点間の間隔w1,w2,…,wnを、式   Next, the distance between the division points is given again by division in proportion to the relative brightness corresponding to each division point. That is, the intervals w1, w2,.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

に従って、算出する。 According to the calculation.

ここで得られた各分割点間の間隔w1,w2,…,wnは、目標とする間隔から少しずれているので、再度、同様の計算をする。   Since the intervals w1, w2,..., Wn between the division points obtained here are slightly deviated from the target intervals, the same calculation is performed again.

まず、各分割点の位置を上式で得られた間隔w1,w2,…,wnで分割し直し、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心とk番目の分割点とを結ぶ直線の角度θ’を算出する。次に、得られた間隔w1,w2,…,wnの各々で各分割点に対応する一次元CCD上に結像する画像の相対明度を、コサイン四乗則によって求める。具体的には、k番目の分割点に対応する一次元CCD上に結像する画像の相対明度は、cosθ’である。また、その相対明度の総和は、 First, the position of each dividing point is re-divided at intervals w1, w2,..., Wn obtained by the above equation, and a straight line connecting the center of the imaging lens and the k-th dividing point with respect to the optical axis of the imaging lens. The angle θ ′ k is calculated. Next, the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD corresponding to each division point at each of the obtained intervals w1, w2,. Specifically, the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD corresponding to the kth division point is cos 4 θ ′ k . The sum of the relative brightness is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

である。 It is.

ここで、これを基に、改めてそれぞれの分割点間の間隔w’1,w’2,…,w’nを、式   Here, based on this, the intervals w′1, w′2,.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

に従って、算出する。 According to the calculation.

このような演算を無限回繰り返すことによって、目標とする分割点間の間隔に限りなく近づくのであるが、後述するように、Nを12としてミュレーションした結果では、最初の演算によって得られた間隔w1,w2,…,wnと、二回目の演算によって得られた間隔w’1,w’2,…,w’nのそれぞれ対応する間隔の差異は、最大で±0.4%未満であった。このような差異は、実用上、(部品の精度や加工精度などのような)他の要因の変動より遥かに小さいので、最初の演算によって得られた間隔w1,w2,…,wnを用いても問題はない。   By repeating such an operation infinitely, the target interval between the division points is approached as much as possible. However, as will be described later, in the result obtained by simulating N as 12, the interval obtained by the first calculation is obtained. The difference between the corresponding intervals of w1, w2, ..., wn and the intervals w'1, w'2, ..., w'n obtained by the second calculation is less than ± 0.4% at maximum. It was. Since such a difference is practically much smaller than the fluctuation of other factors (such as part accuracy and machining accuracy), the intervals w1, w2,..., Wn obtained by the first calculation are used. There is no problem.

このように求めた撮像対象領域(Ai)の分割点に対応してL0の距離上に光源を配置して、撮像対象領域(Ai)の周辺部まで1/cosθの照度分布を与えようとすると、撮像対象領域(Ai)幅Wを超えて光源を配置する必要がある。即ち、0からnまでの位置のN個の光源以外に、撮像対象領域(Ai)からL0離れた線上の撮像対象領域(Ai)から外れた延長線上にもn+1、n+2、n+3、・・・と光源を配置する必要がある(この配置位置は上述の計算方法を演繹すれば容易に求まるが、詳しい説明は省略する)。 The light source is arranged on the distance L0 corresponding to the division point of the imaging target area (Ai) thus obtained, and an illuminance distribution of 1 / cos 4 θ is given to the periphery of the imaging target area (Ai). Then, it is necessary to arrange the light source beyond the imaging target area (Ai) width W. That is, in addition to the N light sources at positions 0 to n, n + 1, n + 2, n + 3,... On an extended line that is out of the imaging target area (Ai) on the line separated from the imaging target area (Ai) by L0. It is necessary to arrange the light source (this arrangement position can be easily obtained by deducting the calculation method described above, but a detailed description is omitted).

次に、間隔が調整された複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の照度分布を求める方法を示す。   Next, a method for obtaining the illuminance distribution of the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources whose intervals are adjusted will be described.

図24は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。図24(a)は、複数の光源の配置及び側面鏡を配置する鏡面の位置を示す図であり、図24(b)は、光源の放射特性の例を示す図である。
図24(a)は、図23の撮像対象面(撮像対象領域)(Ai)より左側に表現した部分の拡大図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating a specific arrangement of a plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. FIG. 24A is a diagram showing the arrangement of a plurality of light sources and the position of the mirror surface on which the side mirror is arranged, and FIG. 24B is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the light sources.
FIG. 24A is an enlarged view of a portion expressed on the left side of the imaging target surface (imaging target area) (Ai) in FIG.

図24(a)に示すように、照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)からL0だけ離れ、且つ撮像対象領域(Ai)に対して平行に、上述の説明で得られた間隔でN分割することによって、得られた各分割点に光源を置いている。更に、その外側PM1の位置に鏡面(側面鏡)を置いて、撮像対象領域(Ai)の各位置の相対照度を算出する。この鏡面は、撮像対象領域(Ai)の範囲を分割した点に対応した光源配置位置上に置いた複数の光源から放出される光束を反射させて、あたかもその延長線上に光源があるかのように照明対象領域(Ai)の範囲を照射させている。   As shown in FIG. 24 (a), N division is performed at intervals obtained in the above description, separated from the illumination target area (imaging target area) (Ai) by L0 and parallel to the imaging target area (Ai). Thus, a light source is placed at each obtained division point. Further, a mirror surface (side mirror) is placed at the position of the outside PM1, and the relative illuminance at each position of the imaging target area (Ai) is calculated. This mirror surface reflects light beams emitted from a plurality of light sources placed on the light source arrangement position corresponding to the points obtained by dividing the range of the imaging target area (Ai), as if the light source is on the extended line. Is irradiated with the range of the illumination target area (Ai).

図24(a)においては、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の半分をN分割することによって得られたn+1個の光源の位置を、P,P,…Pとすると共に、n番目の光源の外側PM1の位置に設けられる側面鏡によって得られる、P,P,…Pに配置された光源の像(虚光源VLS)の位置をPn+1,Pn+2,…P2n+1とする。ここで、Pの位置に置かれた光源とPn+1に位置する、側面鏡によって得られるその光源の像との間の間隔は、上述の計算方法を演繹して得られる。そして、位置Pと位置Pn+1は、互いに側面鏡による鏡像の関係にあるので、側面鏡の鏡面を、位置Pと位置Pn+1との間の間隔の半分の位置に設けている。更に、上述の計算方法を演繹して位置Pn+1と位置Pn+2との間の間隔、…、位置P2nと位置P2n+1との間の間隔を求めると、位置Pn+1、位置Pn+2との間の間隔、位置Pn+2と位置Pn+3との間の間隔、…、と進むにつれて間隔が狭くする必要があるが、図24に示す配置では鏡面による虚像であるため逆に間隔が広くなってしまう(当然、位置Pn+1と位置Pn+2との間の間隔、…、位置P2nと位置P2n+1との間の間隔は、それぞれ、位置Pn−1と位置Pとの間の間隔、…、位置Pと位置Pとの間の間隔に一致している)。なお、n番目の光源の外側に設けられる側面鏡と対をなす側面鏡が、撮像対象領域(Ai)の中心線(結像レンズの光軸)に対して上半分の領域にも設けられ(PM2の位置)、n番目の光源の外側に設けられる側面鏡とは、互いに平行に配置される。このため、側面鏡の対によって、鏡像である無限の数の虚光源が生じるが、この内、側面鏡で2回以上の反射で生ずる虚光源は、撮像対象領域(Ai)からかなり離れた位置に生じため、撮像対象領域(Ai)における照度分布(Di)に対する寄与率が、著しく小さく、無視してもなんら差し支えない。 In FIG. 24A, the positions of n + 1 light sources obtained by dividing the half of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx) into N are denoted by P 0 , P 1 ,. In addition, the position of the image of the light source (virtual light source VLS) arranged at P 0 , P 1 ,... P n obtained by the side mirror provided at the position of the outside PM1 of the nth light source is P n + 1 , P n + 2. ,... P 2n + 1 . Here, located on the light source and P n + 1, placed in a position of P n, the distance between the image of the light source obtained by the side mirrors, obtained by deducing the calculation method described above. Since the position P n and the position P n + 1 are in a mirror image relationship with the side mirror, the mirror surface of the side mirror is provided at a position that is half the distance between the position P n and the position P n + 1 . Furthermore, the distance between the position P n + 1 and deduced the calculation method described above and the position P n + 2, ..., when determining the distance between the position P 2n and the position P 2n + 1, the position P n + 1, the position P n + 2 The distance between the positions P n + 2 and P n + 3 needs to be narrowed as it progresses. However, in the arrangement shown in FIG. (Of course, the interval between the position P n + 1 and the position P n + 2 ,..., The interval between the position P 2n and the position P 2n + 1 , respectively, is the interval between the position Pn−1 and the position P n ,. , Corresponding to the interval between position P 0 and position P 1 ). Note that a side mirror paired with a side mirror provided outside the nth light source is also provided in the upper half area with respect to the center line of the imaging target area (Ai) (the optical axis of the imaging lens) ( PM2) and a side mirror provided outside the nth light source are arranged in parallel to each other. For this reason, an infinite number of imaginary light sources, which are mirror images, are generated by the pair of side mirrors. Among these, the imaginary light source generated by two or more reflections by the side mirrors is located far away from the imaging target area (Ai). Therefore, the contribution ratio to the illuminance distribution (Di) in the imaging target region (Ai) is extremely small and can be ignored.

次に、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)のある任意の点Mmにおける相対照度I(Mm)を求めることにする。撮像対象領域(Ai)に対する鉛直線と、光源から点Mmに向かって放出される光の放射ベクトルの角度をαとすると、光源から撮像対象領域(Ai)までの距離が、L0であるので、ある一つの光源から点Mmまでの距離は、L0/cosαとなる。そして、副走査方向(Sy)においては光源から放出される光の光束が発散しないことを前提とすると、各光源から放出される光によって照明される撮像対象領域(Ai)の点Mmにおける光の強度は、各光源から点Mmまでの距離L0/cosαに逆比例する。さらに、その同一点Mmでの面の傾きによる受ける光束の減少度はcosαとなる。
一方、図24(b)に示すように、撮像対象領域(Ai)に対する鉛直線と角度αをなす放射ベクトルの方向に光源から放出される光の強度は、光源から放出される光の放射ベクトルの分布(エンベロープ)に依存する。現実のLEDなどの光源の放射ベクトル分布(エンペロープ)は複雑な形を成しているが、計算の都合上円形ないしは楕円状で近似する。例えば、図24(b)の(1)に示すように、光源から放出される光の放射ベクトルのエンベロープが円形に近似できる場合には、光源の中心軸に対して角度αをなす放射ベクトルの方向に光源から放出される光の強度は、cosαだけ減少する。光源から放出される光の放射ベクトルのエンベロープが、楕円状に近似できる場合には、その放射ベクトルのエンベロープの形状により、図24(b)の(2)に示すようなcosα、あるいは、図24(b)の(3)に示すようなcosα等のように近似することが可能である。
Next, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources is determined. If the angle between the vertical line with respect to the imaging target area (Ai) and the radiation vector of light emitted from the light source toward the point Mm is α, the distance from the light source to the imaging target area (Ai) is L0. The distance from a certain light source to the point Mm is L0 / cos α. Assuming that the light beam emitted from the light source does not diverge in the sub-scanning direction (Sy), the light at the point Mm in the imaging target area (Ai) illuminated by the light emitted from each light source. The intensity is inversely proportional to the distance L0 / cosα from each light source to the point Mm. Further, the degree of reduction of the luminous flux due to the inclination of the surface at the same point Mm is cos α.
On the other hand, as shown in FIG. 24B, the intensity of the light emitted from the light source in the direction of the radiation vector that forms an angle α with the vertical line with respect to the imaging target area (Ai) is the radiation vector of the light emitted from the light source. Depends on the distribution (envelope). Although the radiation vector distribution (envelope) of a light source such as an actual LED has a complicated shape, it is approximated by a circle or an ellipse for convenience of calculation. For example, as shown in (1) of FIG. 24B, when the envelope of the radiation vector of light emitted from the light source can be approximated to a circle, the radiation vector having an angle α with respect to the central axis of the light source. The intensity of light emitted from the light source in the direction decreases by cos α. When the envelope of the radiation vector of the light emitted from the light source can be approximated to an ellipse, cos 2 α as shown in (2) of FIG. It is possible to approximate such as cos 4 α as shown in (3) of FIG.

従って、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)のある任意の点Mmにおける相対照度I(Mm)は、   Therefore, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって表される。ここで、Aは、k番目の光源が放出する光の総光量の相対値であり、αは、結像レンズ光軸の方向に対する点Mmに向かうk番目の光源の放射ベクトルの角度である。また、aは、その光源の放射ベクトルのエンベロープを近似する係数である。例えば、光源の放射ベクトルのエンベロープが、円形に近い場合には、図24(b)の(1)に示すように、a=1とし、光源の放射ベクトルのエンベロープが、楕円状に近い場合には、図24(b)の(2)及び(3)に示すa=2及びa=3のように、a>1とする。また、光源の放射ベクトルのエンベロープが偏平していればa<1に近似できる。 Represented by Here, A k is a relative value of the total amount of light emitted from the k-th light source, and α k is the angle of the radiation vector of the k-th light source toward the point Mm with respect to the direction of the optical axis of the imaging lens. is there. Further, a is a coefficient that approximates the envelope of the radiation vector of the light source. For example, when the envelope of the radiation vector of the light source is close to a circle, as shown in (1) of FIG. 24B, a = 1, and when the envelope of the radiation vector of the light source is close to an ellipse In FIG. 24B, (a) and (a) are set to a> 1, as in a = 2 and a = 3 shown in (2) and (3). If the envelope of the radiation vector of the light source is flat, it can be approximated to a <1.

このようにして、撮像対象領域(Ai)の中心線(CL)から下半分に配置した光源の全体によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を算出することができる。また、得られた照度分布を中心線(CL)に対して対称に反転させれば、撮像対象領域(Ai)の中心線(CL)から上半分に配置した光源の全体によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を得ることができる。そして、撮像対象領域(Ai)の中心線(CL)から下半分に配置した光源の全体によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布と撮像対象領域(Ai)の中心線(CL)から上半分に配置した光源の全体によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を加算すれば、全部の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を得ることができる。ただし、この計算をする場合、P上に置いた光源から発する光束は中心線(CL)から下半分を計算する場合と、上半分を計算する場合の両者で用いるので、その光源の相対強度Aを、その以外の位置に置いた光源の相対強度の1/2として計算する必要がある。 In this way, it is possible to calculate the illuminance distribution over the entire area of the imaging target area (Ai) illuminated by the entire light source arranged in the lower half from the center line (CL) of the imaging target area (Ai). Further, if the obtained illuminance distribution is reversed symmetrically with respect to the center line (CL), the imaging target illuminated by the entire light source arranged in the upper half from the center line (CL) of the imaging target area (Ai) An illuminance distribution over the entire area (Ai) can be obtained. The illuminance distribution over the entire area of the imaging target area (Ai) illuminated by the entire light source arranged in the lower half from the center line (CL) of the imaging target area (Ai) and the center line (CL of the imaging target area (Ai) ) To obtain the illuminance distribution over the entire area of the imaging target area (Ai) illuminated by all light sources. be able to. However, when performing this calculation, the luminous flux emitted from the light source placed on P 0 is used both when calculating the lower half from the center line (CL) and when calculating the upper half, so the relative intensity of the light source the a 0, it is necessary to calculate 1/2 of the relative intensity of the light source placed at a position other than its.

そこで、このようなモデルで得られる相対照度を撮像対象領域(Ai)の全域にわたって計算する。   Therefore, the relative illuminance obtained by such a model is calculated over the entire area to be imaged (Ai).

従来、実用的な縮小光学系は、結像レンズによる像の歪みや明度分布の関係からW:Ld=1:1.5からW:Ld=1:1の範囲で用いられてきた。W:Ld=1:1.5の場合には、θmax=18.4°となり、W:Ld=1:1の場合には、θmax=26.6°となる。
図25は、これらの実用的な縮小光学系を用いた場合、一定照度で照明された撮像対象領域(Ai)を結像レンズによって一次元CCD上に結像される画像の相対明度の具体例、及び、一次元CCD上に結像される画像の相対明度が一定になるように撮像対象領域(Ai)を照明する場合の目標照度分布(要求照度分布)の具体例を示す図である。
W:Ld=1:1.5の場合における、撮像対象領域(Ai)内の各位置に対応する一次元CCD上に結像レンズによって結像される画像の相対明度の曲線は、図25における(1)に示す曲線のようになる。また、W:Ld=1:1の場合における、撮像対象領域(Ai)内の各位置に対応する一次元CCD上に結像レンズによって結像される画像の相対明度の曲線は、図25における(2)に示す曲線のようになる。その結果、W:Ld=1:1.5の場合における、撮像対象領域(Ai)の中心における照度に対して、撮像対象領域(Ai)のあらゆる位置で要求される照度の割合の曲線は、図25の(3)に示す曲線のようになり、その撮像対象領域(Ai)の中心における照度に対して、撮像対象領域(Ai)の両端における向上させなければならない照度の程度は、123%である。また、W:Ld=1:1の場合における、撮像対象領域(Ai)の中心における照度に対して、撮像対象領域(Ai)のあらゆる位置で要求される照度の割合の曲線は、図25の(4)に示す曲線のようになり、その撮像対象領域(Ai)の中心における照度に対して、撮像対象領域(Ai)の両端における向上させなければならない照度の程度は、156%である。
Conventionally, practical reduction optical systems have been used in the range of W: Ld = 1: 1.5 to W: Ld = 1: 1 due to the relationship between image distortion caused by the imaging lens and brightness distribution. When W: Ld = 1: 1.5, θmax = 18.4 °, and when W: Ld = 1: 1, θmax = 26.6 °.
FIG. 25 shows a specific example of the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD by the imaging lens in the imaging target area (Ai) illuminated with a constant illuminance when these practical reduction optical systems are used. FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of a target illuminance distribution (required illuminance distribution) when the imaging target area (Ai) is illuminated so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant.
The curve of the relative brightness of the image formed by the imaging lens on the one-dimensional CCD corresponding to each position in the imaging target area (Ai) in the case of W: Ld = 1: 1.5 is shown in FIG. It looks like the curve shown in (1). In addition, in the case of W: Ld = 1: 1, the relative brightness curve of the image formed by the imaging lens on the one-dimensional CCD corresponding to each position in the imaging target area (Ai) is shown in FIG. It looks like the curve shown in (2). As a result, in the case of W: Ld = 1: 1.5, the curve of the ratio of the illuminance required at any position of the imaging target area (Ai) with respect to the illuminance at the center of the imaging target area (Ai) is It becomes like the curve shown in (3) of FIG. 25, and the degree of illuminance that must be improved at both ends of the imaging target area (Ai) is 123% with respect to the illuminance at the center of the imaging target area (Ai). It is. In addition, in the case of W: Ld = 1: 1, the illuminance ratio curve required at any position of the imaging target area (Ai) with respect to the illuminance at the center of the imaging target area (Ai) is shown in FIG. The curve is as shown in (4), and the degree of illuminance that must be improved at both ends of the imaging target area (Ai) is 156% with respect to the illuminance at the center of the imaging target area (Ai).

図26は、これまでに述べた考え方に従って撮像対象領域(Ai)を照明する目標相対照度に向けてシミュレーションした結果を示す図である。即ち、上述した式によって求められる相対照度I(Mm)の値、及び、その相対照度I(Mm)と要求される相対照度との差分を、A=1、N=12(撮像対象領域(Ai)の全域を照明する光源の数=25個)、及び、a=2の条件で計算した。ただし、図26(a)は、W:Ld=1:1の場合における結果のみを表示している。図26(b)は、相対照度I(Mm)の計算結果と要求される相対照度との差分を示す図(拡大図)である。 FIG. 26 is a diagram illustrating a result of simulation toward the target relative illuminance for illuminating the imaging target area (Ai) according to the above-described concept. That is, the value of the relative illuminance I (Mm) obtained by the above-described equation and the difference between the relative illuminance I (Mm) and the required relative illuminance are expressed as A k = 1, N = 12 (imaging target region ( The number of light sources that illuminate the entire area of Ai) = 25) and a = 2. However, FIG. 26A shows only the result in the case of W: Ld = 1: 1. FIG. 26B is a diagram (enlarged view) showing the difference between the calculation result of the relative illuminance I (Mm) and the required relative illuminance.

また、図26(a)において、グラフ(1)は、中心線(CL)から半分の領域における光源によって照明される撮像対象領域(Ai)全域での照度分布を示し、グラフ(2)は、グラフ(1)の反対側の半分の領域における光源によって照明される撮像対象領域(Ai)全域での照度分布を示す。グラフ(3)は、グラフ(1)とグラフ(2)との和である。グラフ(4)は グラフ(3)の中央の値が100になるように正規化したものである。グラフ(5)は、図26(a)のグラフ(4)と図25のグラフ(4)との差分である。   In FIG. 26A, graph (1) shows the illuminance distribution in the entire imaging target region (Ai) illuminated by the light source in the region half from the center line (CL), and graph (2) shows The illuminance distribution in the entire imaging target area (Ai) illuminated by the light source in the half area on the opposite side of the graph (1) is shown. Graph (3) is the sum of graph (1) and graph (2). Graph (4) is normalized so that the central value of graph (3) is 100. Graph (5) is the difference between graph (4) in FIG. 26 (a) and graph (4) in FIG.

図26(b)において、グラフ(6)は、グラフ(5)と同一であり、グラフ(7)は、W:Ld=1:1.5の場合における相対照度の計算値と目標照度との差分である。   In FIG. 26B, the graph (6) is the same as the graph (5), and the graph (7) shows the calculated relative illuminance and the target illuminance in the case of W: Ld = 1: 1.5. It is a difference.

図26(b)に示すグラフの両端付近が乱れて目標照度との差分が多く発生している理由は、図24に示すように位置Pn+1から位置P2n+1までの光源が、位置Pから位置Pまでの光源の鏡像である虚光源であるので、光源の間の間隔を理想的な間隔にしていないためである。ただし、位置Pと位置Pn+1の間における側面鏡の位置を若干P側に接近させたり、側面鏡の角度を微妙に変化させたり、適切に設定することによって、撮像対象領域(Ai)の両端付近における照度分布をある程度制御することができる。 The reason why the vicinity of both ends of the graph shown in FIG. 26B is disturbed and a large difference from the target illuminance occurs is that the light source from the position P n + 1 to the position P 2n + 1 is from the position P 0 as shown in FIG. This is because the distance between the light sources is not an ideal distance because it is a virtual light source that is a mirror image of the light source up to the position P n . However, by appropriately setting the position of the side mirror between the position P n and the position P n + 1 to the P n side or slightly changing the angle of the side mirror, the imaging target region (Ai) It is possible to control the illuminance distribution in the vicinity of both ends to some extent.

しかしながら、グラフ(7)に示される差分は、±1(%)未満であり、グラフ(6)で示される差分も、±2(%)未満である。すなわち、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の相対照度を、非常に精度よく目標の照度分布に近づけることが可能であることがわかる。また、図26(b)のグラフから、主走査方向(Sx)における、光源によって照明する領域の幅を2〜3%程度増加させる(又は、主走査方向(Sx)における、光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の幅を2〜3%程度減少させる)ことによって、光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の照度分布を、目標の照度分布にさらに適合させることが可能であり、適切な条件を設定することによって、光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の照度分布と目標の照度分布との差分を、±1%未満にすることが可能である。ただし、実用上は、部品の精度や組み立て精度の誤差などによる照度分布の変動が、上記の差分よりも大きく、上記の差分程度は、あまり問題ではない。   However, the difference shown in the graph (7) is less than ± 1 (%), and the difference shown in the graph (6) is also less than ± 2 (%). That is, it can be seen that the relative illuminance of the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources can be brought close to the target illuminance distribution with very high accuracy. Further, from the graph of FIG. 26B, the width of the region illuminated by the light source in the main scanning direction (Sx) is increased by about 2 to 3% (or illuminated by the light source in the main scanning direction (Sx)). By reducing the width of the imaging target area (Ai) by about 2 to 3%), the illuminance distribution of the imaging target area (Ai) illuminated by the light source can be further adapted to the target illuminance distribution, By setting appropriate conditions, it is possible to make the difference between the illuminance distribution of the imaging target area (Ai) illuminated by the light source and the target illuminance distribution less than ± 1%. However, in practice, the fluctuation of the illuminance distribution due to errors in parts accuracy or assembly accuracy is larger than the above difference, and the above difference is not a problem.

また、図26(b)におけるグラフ(6)及び(7)の比較から、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の幅Wに対する撮像対象領域(Ai)から結像レンズまでの距離Ldの比が、より大きいほど、容易に目標照度分布に近づけられることが分る。   Further, from the comparison of the graphs (6) and (7) in FIG. 26B, the distance from the imaging target area (Ai) to the imaging lens with respect to the width W of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx). It can be seen that the larger the ratio of Ld, the easier it is to approach the target illuminance distribution.

さらに、光源の放射ベクトルのエンベロープをモデル化するcosαにおけるaを、a=1又はa=4に設定して、同様のシミュレーションをした場合に、照明対象面(撮像領域)(Ai)から光源までの最適距離L0が、多少変化するものの、ほぼ同様の特性が得られた。 Further, when a in cos a α that models the envelope of the radiation vector of the light source is set to a = 1 or a = 4 and a similar simulation is performed, from the illumination target surface (imaging region) (Ai) Although the optimum distance L0 to the light source slightly changed, substantially the same characteristics were obtained.

加えて、ここでは、撮像対象領域(Ai)の中心線上に光源を置き、撮像対象領域(Ai)の全域を、奇数個の光源で照明することを前提にしたが、撮像対象領域(Ai)の中心線上に光源を置かずに、照明対象領域(Ai)の全域を、偶数個の光源で照明することもでき、同様のシミュレーション又は設計も可能であることは言うまでもない。   In addition, here, it is assumed that a light source is placed on the center line of the imaging target area (Ai), and the entire imaging target area (Ai) is illuminated with an odd number of light sources, but the imaging target area (Ai) It goes without saying that the entire illumination target area (Ai) can be illuminated with an even number of light sources without placing a light source on the center line, and a similar simulation or design is possible.

次に、複数の光源の間隔を調整することによって、撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置の一例を示す。 Next, an example of an illuminating device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging target area (Ai) with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the interval between the plurality of light sources will be described.

図27は、複数の光源の間隔を調整することによって、撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。図27(a)は、複数の光源の間隔を調整することによって、撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置の例の上面図であり、撮像対象領域(Ai)の周辺部の一方を示したものである(中心部からもう一方の周辺部は省略している)。図27(b)は、複数の光源の間隔を調整することによって、撮像領域(撮像対象領域)(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置の例の正面図である。 FIG. 27 is a conceptual diagram for realizing an illuminating device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging target region (Ai) with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the interval between the plurality of light sources. . FIG. 27 (a) by adjusting the spacing of a plurality of light sources, in a top view of an example of a lighting device to match the illuminance distribution of the light illuminating the image capturing target area (Ai) to the characteristics of 1 / cos 4 θ Yes, it shows one of the peripheral parts of the imaging target area (Ai) (the other peripheral part is omitted from the central part). FIG. 27B shows an example of an illuminating device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (imaging target region) (Ai) with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the interval between the plurality of light sources. FIG.

図27(a)に示すように、照明装置は、複数の光源として、主走査方向(Sx)に配列させられた複数のLEDを含む。個々のLEDから放出される光の光束を、そのLEDに対応する凸レンズであるフードレンズによって平行光にした後、シリンダレンズである照明レンズ(3)によって一旦、集光させた後、発散させることによって、照明対象領域(Ai)を照明する。ここで、複数のLEDの間隔は、上述のシミュレーションの結果に従って、照明装置の中心線付近から照明装置の周辺に向かって、狭くなるように、複数のLEDが、配置してある。(図27(a)におけるLEDの間隔wの番号kの順序は、図23における間隔wの番号kの順序と逆である。)なお、図24に示される撮像対象領域(Ai)から距離L0だけ離れた各光源の位置P〜Pは、図27(a)に示す照明装置においては、各LEDに対応するシリンダレンズの焦点の位置(焦点距離f)に対応する。すなわち、各LEDに対応するシリンダレンズの焦点の位置は、仮想的な光源の位置とみなすことができる。 As shown to Fig.27 (a), an illuminating device contains several LED arranged in the main scanning direction (Sx) as several light sources. The luminous flux of light emitted from each LED is collimated by a hood lens that is a convex lens corresponding to the LED, then once condensed by an illumination lens (3) that is a cylinder lens, and then diverged. Illuminates the illumination target area (Ai). Here, the plurality of LEDs are arranged so that the interval between the plurality of LEDs becomes narrower from the vicinity of the center line of the lighting device toward the periphery of the lighting device in accordance with the result of the simulation described above. (The order of the number k of the LED spacing w k in FIG. 27A is opposite to the order of the number k of the spacing w k in FIG. 23.) Note that from the imaging target region (Ai) shown in FIG. The positions P 0 to P n of the respective light sources separated by the distance L 0 correspond to the focal position (focal length f) of the cylinder lens corresponding to each LED in the illumination device shown in FIG. That is, the position of the focus of the cylinder lens corresponding to each LED can be regarded as the position of a virtual light source.

また、この第11の実施例での照明装置の副走査方向(Sy)における構成は、副走査方向(Sy)における本発明の第1〜9の実施例での照明装置の構成を変更する必要はない。図27(b)には、個々のLEDから放出された光の光束を、そのLEDに対応するフードレンズで平行光にされた後、シリンダレンズである照明レンズ(3)を平行光のまま透過し、集束ミラー(4b)によって照明対象領域(Ai)に集束される方法を示している。ここで、集束ミラーの代わりに平面鏡を用いて平行光のまま撮像対象領域(Ai)を照射するようにしても上述のシミュレーションの結果から外れるものではないことを付記しておく。   Further, the configuration of the illumination device in the eleventh embodiment in the sub-scanning direction (Sy) needs to change the configuration of the illumination device in the first to ninth embodiments of the present invention in the sub-scanning direction (Sy). There is no. In FIG. 27 (b), light beams emitted from individual LEDs are converted into parallel light by a hood lens corresponding to the LED, and then transmitted through the illumination lens (3), which is a cylinder lens, as parallel light. The method of focusing on the illumination target area (Ai) by the focusing mirror (4b) is shown. Here, it should be noted that the use of a plane mirror instead of the focusing mirror to irradiate the imaging target area (Ai) as parallel light does not deviate from the simulation results described above.

なお、図27においては、光源のLEDから放出された光を平行光にする手段として、凸レンズであるフードレンズを用いたが、フードレンズの代わりに、図9に示すような回転放物面鏡を用いてもよい。   In FIG. 27, a hood lens that is a convex lens is used as means for collimating the light emitted from the LED of the light source. However, instead of the hood lens, a rotary parabolic mirror as shown in FIG. May be used.

また、本発明の第1〜9の実施例の方法又は装置の構成において、主走査方向(Sx)に配置された複数の光源の間隔を、上述したようなシミュレーションの結果に従って、変更してもよい。   Further, in the method or apparatus configuration of the first to ninth embodiments of the present invention, the interval between the plurality of light sources arranged in the main scanning direction (Sx) may be changed according to the simulation result as described above. Good.

さらに、本発明の第5及び6の実施例においては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のLEDの組みを光源としている。本発明の第11の実施例においても、同様にして、その赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のLEDの組みの間隔を、上述したシミュレーションの結果に従って、変更すればよい。   Further, in the fifth and sixth embodiments of the present invention, a set of red (R), green (G), and blue (B) LEDs is used as a light source. Similarly, in the eleventh embodiment of the present invention, the interval between the red (R), green (G), and blue (B) LED sets may be changed in accordance with the simulation results described above.

本発明の第12の実施例は、複数の光源の各々から撮像対象領域(Ai)までの距離を調整して撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる例を示す。 In the twelfth embodiment of the present invention, the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging target area (Ai) by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging target area (Ai) is expressed by the characteristic of 1 / cos 4 θ. An example of matching is shown.

図28は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の具体的な配置の求め方を説明する図である。図28(a)は、複数の光源の配置及び側面鏡を配置する鏡面の位置を示す図であり、図28(b)は、光源の放射特性の例を示す図である。   FIG. 28 is a diagram for explaining how to obtain a specific arrangement of a plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. FIG. 28A is a diagram showing the arrangement of a plurality of light sources and the position of the mirror surface on which the side mirror is arranged, and FIG. 28B is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the light sources.

図28(a)に示す図においては、主走査方向(Sx)における複数の光源の間隔は、一定であるが、複数の光源の各々から照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)までの距離を変化させる。図28における記号は、図24における記号と同一であるが、図28(a)においては、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、一定であり、Wh/Nに等しい。言い換えれば、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の長さの半分WhをN等分することによって与えられる。また、複数の光源のうち、k番目の位置Pに配置される光源から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離Lは、次式 In the diagram shown in FIG. 28A, the intervals between the plurality of light sources in the main scanning direction (Sx) are constant, but the distance from each of the plurality of light sources to the illumination target region (imaging target region) (Ai). To change. The symbols in FIG. 28 are the same as those in FIG. 24, but in FIG. 28A, the intervals w1, w2,... Wn of the plurality of light sources are constant and equal to Wh / N. In other words, the intervals w1, w2,... Wn of the plurality of light sources are given by dividing the half Wh of the length of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx) into N equal parts. Further, among the plurality of light sources, the distance L k from the light source arranged at the k-th position P k to the illumination target surface (imaging region) (Ai) is expressed by the following equation:

Figure 0004896183
Figure 0004896183

に従って決められる。ここで、θは、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心と撮像対象領域(Ai)上のk番目の分割点とを結ぶ直線の角度である。すなわち、複数の光源のうちk番目の位置Pに配置される光源から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離Lkは、θに対してコサイン四乗則に従った、結像レンズによって結像される画像の明度の減少を、結像レンズの光軸上に設けられた光源の位置Pから撮像対象領域(Ai)までの距離Lを距離Lまで減少させることによって補償する。 It is decided according to. Here, θ k is an angle of a straight line connecting the center of the imaging lens and the kth division point on the imaging target area (Ai) with respect to the optical axis of the imaging lens. That is, the distance Lk from the light source arranged in k-th position P k of the plurality of light sources to the illumination target surface (imaging region) (Ai), in accordance with the cosine fourth power law with respect to theta k, imaging By reducing the brightness of the image formed by the lens by reducing the distance L 0 from the position P 0 of the light source provided on the optical axis of the imaging lens to the imaging target area (Ai) to the distance L k . To compensate.

また、複数の光源から放出される光によって照射される撮像対象領域(Ai)における任意の点Mmでの相対照度I(Mm)は、本発明の第11の実施例と同様の考え方で、式   Further, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) irradiated with light emitted from a plurality of light sources is expressed by the same concept as in the eleventh embodiment of the present invention.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって求められる。 Sought by.

図29は、本発明の第12の実施例以降の実施例における相対照度についてのシミュレーション結果のうち、相対照度I(Mm)の計算結果と要求される相対照度との差分を示す図である。   FIG. 29 is a diagram showing the difference between the calculation result of the relative illuminance I (Mm) and the required relative illuminance among the simulation results of the relative illuminance in the twelfth and subsequent embodiments of the present invention.

本発明の第12の実施例中、以上に示した条件の下で、本発明の第11の実施例と同様の方法により、W:Ld=1:1の条件の下で、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布のシミュレーションを行った。その結果、図26と同様のグラフを得ることができた。この内、シミュレーションの結果による照度分布を示すグラフは、図26の(a)のグラフと見分けがつかない程度に酷似しているので提示を省略し、照度分布と目標の照度分布との差分の拡大図のみを、図29中の(1)の曲線に示す。   In the twelfth embodiment of the present invention, under the conditions described above, by the same method as the eleventh embodiment of the present invention, a plurality of light sources are used under the condition of W: Ld = 1: 1. The illuminance distribution was simulated over the entire area to be imaged (Ai) to be illuminated. As a result, a graph similar to that in FIG. 26 was obtained. Of these, the graph showing the illuminance distribution as a result of the simulation is very similar to the graph of FIG. 26 (a), so it is not shown, and the difference between the illuminance distribution and the target illuminance distribution is omitted. Only the enlarged view is shown in the curve of (1) in FIG.

図29中の(1)の曲線の両端付近が乱れて目標照度との差分が多く発生している理由は、実施例12の理由と似たような理由で、位置Pn+1から位置P2n+1までの光源が、位置Pから位置Pまでの光源の鏡像である虚光源であるので、撮像対象領域(Ai)と光源までの距離を理想的な距離に設定できないためである。ただし、位置Pと位置Pn+1の間における側面鏡の位置を若干P側に接近させたり、側面鏡の角度を微妙に変化させたり、適切に設定することによって、撮像対象領域(Ai)の両端付近における照度分布をある程度制御することができる。
しかしながら、このままでも、図29のグラフ(1)に示される差分の最大値は、±3%程度であり、図26に示される差分の最大値の約2倍程度であるが、部品の精度や組み立ての精度の観点及び省エネルギーの観点のいずれからも殆ど問題とならない。(一次元CCDで光量を電気信号に変換した後の電気信号の増幅率を変えてその差分を補正しても、その増幅率の変更は小さく、ノイズの影響を受けることはない。)
次に、以上の考え方で照明装置化するための考え方を示す。
The reason why the vicinity of both ends of the curve (1) in FIG. 29 is disturbed and a large difference from the target illuminance is generated is similar to the reason of the twelfth embodiment, from the position P n + 1 to the position P 2n + 1. This is because the distance between the imaging target area (Ai) and the light source cannot be set to an ideal distance because the light source is a virtual light source that is a mirror image of the light source from the position P 0 to the position P n . However, by appropriately setting the position of the side mirror between the position P n and the position P n + 1 to the P n side or slightly changing the angle of the side mirror, the imaging target region (Ai) It is possible to control the illuminance distribution in the vicinity of both ends to some extent.
However, even if it remains as it is, the maximum value of the difference shown in the graph (1) of FIG. 29 is about ± 3%, which is about twice the maximum value of the difference shown in FIG. From the viewpoint of assembly accuracy and energy saving, there is almost no problem. (Even if the gain of the electrical signal after the light amount is converted into an electrical signal by the one-dimensional CCD is changed and the difference is corrected, the change of the gain is small and is not affected by noise.)
Next, a concept for making a lighting device based on the above concept will be described.

図30は、複数の光源の各々から撮像領域(撮像対象領域)(Ai)までの距離を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。図30(a)は、その上面図であり、図30(b)は、その正面図である。なお、図30に示す概念を装置化して第1走行体に搭載する方法は、前述の実施例11の方法に準じており、当業者には容易に実施可能である。 In FIG. 30, the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (Ai) is adjusted to a 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (imaging target region) (Ai). It is a conceptual diagram for implement | achieving the illuminating device made to correspond. FIG. 30A is a top view thereof, and FIG. 30B is a front view thereof. Note that the method of embodying the concept shown in FIG. 30 and mounting it on the first traveling body is in accordance with the method of Example 11 described above, and can be easily implemented by those skilled in the art.

図31は、光源から放出される光の放射特性を変化させる方法の例を説明する図である。図31は、図30(a)に示す上面図の方向と同じ方向から見た図である。図31においては、正面図は、省略するが、図30(b)と同様の構成を示す。   FIG. 31 is a diagram illustrating an example of a method for changing the radiation characteristic of light emitted from a light source. FIG. 31 is a view seen from the same direction as the top view shown in FIG. In FIG. 31, a front view is omitted, but the same configuration as FIG.

ここで、図31の(1)に示すように、フードでもある凸レンズ(焦点距離f0)の焦点の位置に発光源LEDを置く。また、その凸レンズと同じ焦点距離を有する凸シリンダレンズ(焦点距離f1)を、凸レンズの前面に、凸レンズの光軸と凸シリンダレンズの光軸を一致させるように、配置する。このとき、その凸シリンダレンズの焦点位置に、発光源の放射特性と同様の放射特性を有する仮想の光源を形成することとができる。例えば、図28(b)の(1)のように、発光源の放射特性のエンペロープが円形である場合には、同じ円形のエンペロープの放射特性を有する仮想の光源を点Fに形成することができる。次に、この同じ円形のエンペロープの放射特性を有する発光源を用いて、凸シリンダレンズの焦点距離f1を、凸レンズの焦点距離f0よりも小さくすると、図31の(2)に示すように、光軸の方向において偏平な楕円状のエンペロープの放射特性を有する仮想の光源を形成することができる。一方、f1>f0である場合には、図31の(3)に示すように、光軸の方向において鋭い楕円状のエンペロープの放射特性を有する仮想の光源を形成することができる。(ただし、現実にはフードレンズのサイズや臨界角の関係から図中の矢印の外側へ向かう光束は生じない)。   Here, as shown in FIG. 31 (1), the light emitting source LED is placed at the focal point of the convex lens (focal length f0) which is also a hood. A convex cylinder lens (focal length f1) having the same focal length as the convex lens is disposed on the front surface of the convex lens so that the optical axis of the convex lens coincides with the optical axis of the convex cylinder lens. At this time, a virtual light source having radiation characteristics similar to the radiation characteristics of the light source can be formed at the focal position of the convex cylinder lens. For example, as shown in (1) of FIG. 28B, when the envelope of the emission characteristic of the light source is circular, a virtual light source having the emission characteristic of the same circular envelope can be formed at the point F. it can. Next, if the focal length f1 of the convex cylinder lens is made smaller than the focal length f0 of the convex lens by using the light emitting source having the same circular envelope envelope emission characteristic, as shown in FIG. It is possible to form a virtual light source having the radiation characteristic of an elliptical envelope that is flat in the axial direction. On the other hand, when f1> f0, as shown in (3) of FIG. 31, a virtual light source having the radiation characteristic of an elliptical envelope that is sharp in the direction of the optical axis can be formed. (However, in reality, there is no light flux going outside the arrow in the figure due to the size of the hood lens and the critical angle).

図30(a)においては、凸レンズの形状及び凸シリンダレンズの形状の関係は、図31の(1)、(2)及び(3)のいずれかであり、凸レンズ及び凸シリンダレンズは、主走査方向(Sx)に並べられる。図30(a)においては、個々の発光源LEDから放出される光の光束は、凸レンズである対応するフードレンズによって、平行光にされた後に、凸シリンダレンズである照明レンズ(3)によって集光し、発散させられる。そして、本発明の第12の実施例においては、撮像領域(Ai)の中心線側に配置された凸シリンダレンズの焦点の位置(仮想の光源の位置)よりも撮像領域(Ai)の周辺側に配置された凸シリンダレンズの焦点の位置(仮想の光源の位置)が、撮像領域(Ai)に近いように、光源LED、凸レンズ、及び、凸シリンダレンズの組みを配置する。より具体的には、撮像領域(Ai)と凸シリンダレンズの焦点の位置(仮想の光源の位置)との間の距離は、一次元CCDに結像レンズによって結像される画像の相対明度に比例し、前述の式L×cosθによって与えられる。なお、図30(a)においては、光源の数は、10個で示してあるが、シミュレーションでは、光源の数を25個に設定した。 In FIG. 30A, the relationship between the shape of the convex lens and the shape of the convex cylinder lens is any one of (1), (2), and (3) in FIG. Arranged in the direction (Sx). In FIG. 30 (a), light fluxes emitted from individual light emitting sources LED are collimated by a corresponding hood lens that is a convex lens and then collected by an illumination lens (3) that is a convex cylinder lens. Light and diverge. In the twelfth embodiment of the present invention, the peripheral side of the imaging region (Ai) rather than the focal point position (virtual light source position) of the convex cylinder lens arranged on the center line side of the imaging region (Ai). The combination of the light source LED, the convex lens, and the convex cylinder lens is disposed so that the focal position (the position of the virtual light source) of the convex cylinder lens disposed in the position is close to the imaging region (Ai). More specifically, the distance between the imaging region (Ai) and the focal position (imaginary light source position) of the convex cylinder lens is the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD by the imaging lens. Is proportional and is given by the equation L 0 × cos 4 θ described above. In FIG. 30A, the number of light sources is 10, but in the simulation, the number of light sources was set to 25.

図30(b)においては、主走査方向(Sx)における中央部及び一方の端部の光源、凸レンズ、及び凸シリンダレンズの組みのみを記載しており、その他の光源、凸レンズ、及び凸シリンダレンズを、省略している。図30(b)に示すように、副走査方向(Sy)においては、個々の発光源LEDから放出された光の光束を、そのLEDに対応する凸レンズであるフードレンズによって、平行光にした後、凸シリンダレンズである照明レンズ(3)を平行光として通過し、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)によって撮像領域(撮像対象領域)(Ai)に集束させる。主走査方向(Sx)における中央部分と周辺部分との間で、撮像領域(Ai)から光源までの距離は、変動するが、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)から撮像領域(Ai)までの距離は、一定であるので、発光源LEDから放出された光の集束の程度は、主走査方向(Sx)における光源の位置によっては変動しない。言い換えれば、副走査方向(Sy)において、照明レンズ(3)から集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)までの距離は、変動するが、光束は、照明レンズ(3)から集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)までの間では平行光である。また、光束が集束する、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)から撮像領域(Ai)までの距離が一定であるので、光の集束の程度は、変動しない。なお、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)を、必ずしも挿入する必要はない。すなわち、原稿の浮きを考慮する場合には、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)を用いないことが、好ましい。しかしながら、この場合においても、一次元CCD上に結像される画像の相対明度を、一定にする目的を損ねることはない。   In FIG. 30B, only the combination of the light source, the convex lens, and the convex cylinder lens at the center and one end in the main scanning direction (Sx) is shown, and the other light source, convex lens, and convex cylinder lens are shown. Is omitted. As shown in FIG. 30 (b), in the sub-scanning direction (Sy), the light flux emitted from each light emitting source LED is converted into parallel light by a hood lens that is a convex lens corresponding to the LED. Then, the light passes through the illumination lens (3), which is a convex cylinder lens, as parallel light, and is focused on the imaging region (imaging target region) (Ai) by the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). The distance from the imaging region (Ai) to the light source varies between the central portion and the peripheral portion in the main scanning direction (Sx), but from the focusing lens (4a) (or the focusing mirror) to the imaging region (Ai). Therefore, the degree of focusing of the light emitted from the light emitting source LED does not vary depending on the position of the light source in the main scanning direction (Sx). In other words, in the sub-scanning direction (Sy), the distance from the illumination lens (3) to the focusing lens (4a) (or the focusing mirror) varies, but the luminous flux is from the illumination lens (3) to the focusing lens (4a). It is parallel light up to (or the focusing mirror). Further, since the distance from the focusing lens (4a) (or the focusing mirror) to the imaging region (Ai) where the light beam is focused is constant, the degree of focusing of the light does not vary. Note that it is not always necessary to insert the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). That is, when taking into consideration the floating of the document, it is preferable not to use the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). However, even in this case, the purpose of making the relative brightness of the image formed on the one-dimensional CCD constant is not impaired.

本発明の第13の実施例は、複数の光源から放出される光の放射特性を調整して撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる例を示す。 The thirteenth embodiment of the present invention is an example in which the illuminance distribution of light that illuminates the imaging target area (Ai) is adjusted to the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the radiation characteristics of light emitted from a plurality of light sources. Indicates.

図32は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。図32(a)は、複数の光源の配置及び側面鏡を配置する鏡面の位置を示す図であり、図32(b)は、光源の放射特性の例を示す図である。   FIG. 32 is a diagram for explaining a specific arrangement of a plurality of light sources that illuminate the imaging target region so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. FIG. 32A is a diagram showing the arrangement of a plurality of light sources and the position of the mirror surface on which the side mirror is arranged, and FIG. 32B is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the light sources.

図32における記号は、図24における記号と同一であるが、主走査方向(Sx)における複数の光源の間隔及び複数の光源の各々から照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)までの距離は、一定である。即ち、図32(a)においては、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、一定であり、Wh/Nに等しい。言い換えれば、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の長さの半分WhをN等分することによって与えられる。また、複数の光源の各々から照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)までの距離は、Lである。しかしながら、それぞれの光源から放出される光の放射特性は変化させている。 The symbols in FIG. 32 are the same as the symbols in FIG. 24, but the distance between the plurality of light sources in the main scanning direction (Sx) and the distance from each of the plurality of light sources to the illumination target region (imaging target region) (Ai) are as follows. Is constant. That is, in FIG. 32A, the intervals w1, w2,... Wn of the plurality of light sources are constant and equal to Wh / N. In other words, the intervals w1, w2,... Wn of the plurality of light sources are given by dividing the half Wh of the length of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx) into N equal parts. The distance from each of the plurality of light sources to the illumination target area (imaging target region) (Ai) is L 0. However, the radiation characteristics of the light emitted from each light source are changed.

その変化のさせ方を説明する。即ち、光源が発する総光量は同じとして、照度を落とす領域では発光光束をより分散させ、照度を上げる領域では発光光束をあまり分散させないようにするのである。その光束の分散の程度を放射特性式cosαで近似できるが、その代表を図あるいは式で表すと、図32(b)に示すように積極的に分散させる場合は図32(1)a=1(cos0.5α)のように、分散の程度を抑える場合は図32(3)a=2(cosα)のようになる。図32(2)a=1(cosα)はその中間である。ここで重要なことは光源から放出される総光量が一定ならば、光の放射ベクトルのエンペロープで囲まれた面積はaが変化しても一定であることである。 How to make that change is explained. That is, assuming that the total amount of light emitted from the light source is the same, the luminous flux is more dispersed in the area where the illuminance is reduced, and the luminous flux is less dispersed in the area where the illuminance is increased. The degree of dispersion of the luminous flux can be approximated by the radiation characteristic equation cos a α. When the representative is represented by a figure or an equation, when actively dispersing as shown in FIG. 32 (b), FIG. 32 (1) a When the degree of dispersion is suppressed as in = 1 (cos 0.5 α), FIG. 32 (3) a = 2 (cos 2 α). FIG. 32 (2) a = 1 (cos α) is in the middle. What is important here is that if the total amount of light emitted from the light source is constant, the area surrounded by the envelope of the light radiation vector is constant even if a changes.

ここで、撮像対象領域(Ai)の任意の分割点(複数の光源のうちk番目の位置Pに対応する分割点)での目標照度の相対値を改めてTkとする。即ち目標値Tkを、コサイン四乗則に従って、改めて Here, the newly Tk relative value of the target illuminance at any division point (the division points corresponding to the k-th position P k of the plurality of light sources) of the imaging target region (Ai). That is, the target value Tk is changed again according to the cosine fourth law.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

とする。ここで、θは、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心と撮像対象領域(Ai)上のk番目の分割点とを結ぶ直線の角度である。また、複数の光源のうちk番目の位置Pに配置される光源から放出される光の放射特性を、式 And Here, θ k is an angle of a straight line connecting the center of the imaging lens and the kth division point on the imaging target area (Ai) with respect to the optical axis of the imaging lens. Further, the radiation characteristic of the light emitted from the light source arranged at the k-th position P k among the plurality of light sources is expressed by

Figure 0004896183
Figure 0004896183

に従って、設定する。なお、式中、T は、k番目の位置Pにある光源から放出される光の放射ベクトルのうち、照明対象面(撮像領域)(Ai)に対して鉛直方向のベクトルの強度であり、B(k)は、k番目の位置Pにある光源から放出される光の放射ベクトルの放射特性(エンベロープ)の形状を規定する関数であり、B(k)=a・T で表される。ここで、aは初期値(放射特性の形状の初期値)であり、bは形状係数(その形状の変化の程度を規定するパラメータ)である。すなわち、k=0に対して、位置Pにある光源から放出される光の放射特性の形状はB(k=0)=aであり、図32(b)に示すように、aのみによって一意に決定される。 Set according to. In the equation, T k 2 is the intensity of a vector in the vertical direction with respect to the illumination target surface (imaging region) (Ai) among the radiation vectors of light emitted from the light source at the k-th position P k. B (k) is a function that defines the shape of the radiation characteristic (envelope) of the radiation vector of the light emitted from the light source at the k-th position P k , and B (k) = a · T k b It is represented by Here, a is an initial value (initial value of the shape of the radiation characteristic), and b is a shape factor (a parameter that defines the degree of change in the shape). That is, for k = 0, the shape of the radiation characteristic of the light emitted from the light source at position P 0 is B (k = 0) = a, and as shown in FIG. Determined uniquely.

よって、複数の光源から放出される光によって照射される撮像対象領域(Ai)における任意の点Mmでの相対照度I(Mm)は、本発明の第12の実施例と同様の考え方で、式   Therefore, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) irradiated with light emitted from a plurality of light sources is expressed in the same way as in the twelfth embodiment of the present invention.

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって表される。 Represented by

この式を用い、N=12、a=0.5、b=3.1として、本発明の第11の実施例と同様の方法で、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を求めた結果、図26と同様のグラフを得ることができた。そのうち、W:Ld=1:1の条件の下で行ったシミュレーションの結果による照度分布と目標の照度分布との差分は、図29のグラフ(2)のようなものであった。   Using this equation, N = 12, a = 0.5, b = 3.1, and the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources in the same manner as in the eleventh embodiment of the present invention. As a result of obtaining the illuminance distribution over the entire area, a graph similar to FIG. 26 could be obtained. Among them, the difference between the illuminance distribution and the target illuminance distribution as a result of the simulation performed under the condition of W: Ld = 1: 1 is as shown in the graph (2) in FIG.

図29中の(2)の曲線の両端付近が乱れて目標照度との差分が多く発生している理由は、実施例12の理由と似たような理由で、位置Pn+1から位置P2n+1までの光源が、位置Pから位置Pまでの光源の鏡像である虚光源であるので、光源の光の放射特性を理想的な特性にしていないためである。ただし、位置Pと位置Pn+1の間における側面鏡の位置を若干P側に接近させたり、側面鏡の角度を微妙に変化させたり、適切に設定することによって、撮像対象領域(Ai)の両端付近における照度分布をある程度制御することができる。 The reason why the vicinity of both ends of the curve (2) in FIG. 29 is disturbed and a large difference from the target illuminance occurs is similar to the reason of the twelfth embodiment, from the position P n + 1 to the position P 2n + 1. This is because the light source is a virtual light source that is a mirror image of the light source from the position P 0 to the position P n, and thus the light emission characteristic of the light source is not ideal. However, by appropriately setting the position of the side mirror between the position P n and the position P n + 1 to the P n side or slightly changing the angle of the side mirror, the imaging target region (Ai) It is possible to control the illuminance distribution in the vicinity of both ends to some extent.

しかしながら、このままでも、その差分の最大値は、±5%程度であり、図29のグラフ(1)に示される差分の最大値よりも若干大きくなる。しかしながら、このような差分の最大値は、部品の精度や組み立ての精度の観点及び省エネルギーの観点のいずれからも殆ど問題とならない。(一次元CCDで光量を電気信号に変換した後の電気信号の増幅率を変えてその差分を補正しても、その増幅率の変更は小さく、ノイズの影響を受けることはほとんどない。)
次に、以上説明した複数の光源から放出される光の放射特性を調整することによって、撮像対象領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念を示す。
However, even if it remains as it is, the maximum value of the difference is about ± 5%, which is slightly larger than the maximum value of the difference shown in the graph (1) of FIG. However, the maximum value of such a difference hardly poses any problem from the viewpoints of component accuracy, assembly accuracy, and energy saving. (Even if the gain of the electrical signal after changing the amount of light into an electrical signal with a one-dimensional CCD is changed and the difference is corrected, the change in the gain is small and is hardly affected by noise.)
Next, an illumination device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging target region (Ai) with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the radiation characteristics of the light emitted from the plurality of light sources described above. The concept to realize is shown.

図33は、複数の光源から放出される光の放射特性を調整することによって、撮像領域(撮像対象領域)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。図33(a)は、その上面図であり、図33(b)は、その正面図である。 33 by adjusting the radiation characteristic of light emitted from the plurality of light sources, realized an illumination device for matching the illuminance distribution of the light illuminating the imaging area (imaging target region) on the characteristics of 1 / cos 4 θ It is a conceptual diagram for doing. FIG. 33 (a) is a top view thereof, and FIG. 33 (b) is a front view thereof.

図33(a)に示す図においては、主走査方向(Sx)に配置される複数の光源に対応する凸レンズの焦点距離は、一定であり、主走査方向(Sx)に配置された複数の光源に対応する照明レンズ(凸シリンダレンズ)(3)の焦点距離は、図31に示すようにして、変化する。図33(a)に示す照明装置の中央付近では、照明レンズの焦点位置に形成される仮想の光源の放射特性のエンベロープが、図31の(2)に示すように、分散が強い偏平の楕円状になるように、相対的に短い焦点距離の照明レンズを用い、周辺に向かってその偏平度を少なくするように焦点距離を徐々に長くしていき、途中、図33(1)のような円形に近いエンペロープとする照明レンズを用いるのを経て、その後は図31の(3)に示すように、分散の少ない鋭い楕円状になるように、相対的に長い焦点距離の照明レンズを用いる。   In the diagram shown in FIG. 33A, the focal lengths of the convex lenses corresponding to the plurality of light sources arranged in the main scanning direction (Sx) are constant, and the plurality of light sources arranged in the main scanning direction (Sx). The focal length of the illumination lens (convex cylinder lens) (3) corresponding to is changed as shown in FIG. In the vicinity of the center of the illumination device shown in FIG. 33A, the envelope of the radiation characteristic of the virtual light source formed at the focal position of the illumination lens is a flat ellipse with strong dispersion as shown in FIG. As shown in FIG. 33 (1), an illumination lens having a relatively short focal length is used so that the focal length is gradually increased toward the periphery so as to reduce the flatness. After using an illumination lens having an almost circular envelope, an illumination lens having a relatively long focal length is used so as to form a sharp ellipse with little dispersion, as shown in FIG. 31 (3).

即ち、照明レンズの焦点位置に形成される仮想の光源の放射特性の楕円状のエンベロープの形状は、前述の式R=T ・cosB(k)αに従って変化させている。 In other words, the shape of the elliptical envelope of the radiation characteristic of the virtual light source formed at the focal position of the illumination lens is changed in accordance with the above-described equation R k = T k 2 · cos B (k) α k .

また、照明レンズの焦点位置に形成される仮想の光源の放射特性の楕円状のエンベロープの形状が変動するように、照明レンズの焦点距離を変化させることによって、発光源から仮想光源までの距離も、照明装置の中央付近と周辺付近との間で変動する。それゆえ、仮想光源から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離を一定にするために、発光源LEDの位置を、照明装置の中央付近と周辺付近との間で、変動させている。なお、シミュレーションでは、光源の数を25個にしたが、図33(a)においては、光源の数を10個で示してある。   In addition, by changing the focal length of the illumination lens so that the shape of the elliptical envelope of the radiation characteristics of the virtual light source formed at the focal position of the illumination lens changes, the distance from the light source to the virtual light source can also be changed. It fluctuates between the vicinity of the center and the vicinity of the lighting device. Therefore, in order to make the distance from the virtual light source to the illumination target surface (imaging region) (Ai) constant, the position of the light source LED is varied between the vicinity of the center of the illumination device and the vicinity of the periphery. . In the simulation, the number of light sources is 25, but in FIG. 33 (a), the number of light sources is 10.

図33(b)においては、主走査方向(Sx)における中央部及び一方の端部の光源、凸レンズ、及び凸シリンダレンズの組みのみを記載しており、その他の光源、凸レンズ、及び凸シリンダレンズを、省略している。図33(b)に示すように、副走査方向(Sy)においては、個々の発光源LEDから放出された光の光束を、そのLEDに対応する凸レンズであるフードレンズによって、平行光にした後、凸シリンダレンズである照明レンズ(3)を平行光として通過し、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)によって撮像領域(Ai)に集束させる。主走査方向(Sx)における中央部分と周辺部分との間で、撮像領域(Ai)から光源までの距離は、変動するが、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)から撮像領域(Ai)までの距離は、一定であるので、発光源LEDから放出された光の集束の程度は、主走査方向(Sx)における光源の位置によっては変動しない。言い換えれば、副走査方向(Sy)において、照明レンズから集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)までの距離は、変動するが、光束は、照明レンズから集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)までの間では平行光である。また、光束が集束する、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)から撮像領域(Ai)までの距離が一定であるので、光の集束の程度は、変動しない。なお、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)を、必ずしも挿入する必要はない。すなわち、原稿の浮きを考慮する場合には、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)を用いないことが、好ましい。しかしながら、この場合においても、一次元CCD上に結像される画像の明度を、一定にする目的を損ねることはない。
なお、以上述べた図33に示す概念を装置化して第1走行体に搭載する方法は、前述の実施例11の方法に準じており、当業者には容易に実施可能である。
In FIG. 33B, only the combination of the light source, the convex lens, and the convex cylinder lens at the center and one end in the main scanning direction (Sx) is shown, and the other light source, convex lens, and convex cylinder lens are shown. Is omitted. As shown in FIG. 33 (b), in the sub-scanning direction (Sy), the light flux emitted from each light emitting source LED is converted into parallel light by a hood lens that is a convex lens corresponding to the LED. Then, it passes through the illumination lens (3), which is a convex cylinder lens, as parallel light, and is focused on the imaging region (Ai) by the focusing lens (4a) (or focusing mirror). The distance from the imaging region (Ai) to the light source varies between the central portion and the peripheral portion in the main scanning direction (Sx), but from the focusing lens (4a) (or the focusing mirror) to the imaging region (Ai). Therefore, the degree of focusing of the light emitted from the light emitting source LED does not vary depending on the position of the light source in the main scanning direction (Sx). In other words, in the sub-scanning direction (Sy), the distance from the illumination lens to the focusing lens (4a) (or focusing mirror) varies, but the luminous flux is from the illumination lens to the focusing lens (4a) (or focusing mirror). It is parallel light in between. Further, since the distance from the focusing lens (4a) (or the focusing mirror) to the imaging region (Ai) where the light beam is focused is constant, the degree of focusing of the light does not vary. Note that it is not always necessary to insert the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). That is, when taking into consideration the floating of the document, it is preferable not to use the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). However, even in this case, the purpose of making the brightness of the image formed on the one-dimensional CCD constant is not impaired.
Note that the method of embodying the concept shown in FIG. 33 and mounting it on the first traveling body is in accordance with the method of Example 11 described above, and can be easily implemented by those skilled in the art.

本発明の第14の実施例は、撮像領域(撮像対象領域)(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に近似する照明装置の概念の一例を示す。 The fourteenth embodiment of the present invention shows an example of the concept of an illumination device that approximates the illuminance distribution of light that illuminates the imaging region (imaging target region) (Ai) to the characteristic of 1 / cos 4 θ.

図34は、複数の光源の各々から撮像領域(Ai)までの距離を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に近似する照明装置を実現するための概念図である。図34(a)は、その上面図であり、図34(b)は、その正面図である。図34(c)は、1/cosθの特性に近似された撮像領域を照明する光の照度分布の例を示す図である。 FIG. 34 shows an illumination device that approximates the illuminance distribution of light that illuminates the imaging region (Ai) to the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (Ai). It is a conceptual diagram for implement | achieving. FIG. 34 (a) is a top view thereof, and FIG. 34 (b) is a front view thereof. FIG. 34C is a diagram illustrating an example of an illuminance distribution of light that illuminates the imaging region approximated to the characteristic of 1 / cos 4 θ.

本発明の第12の実施例において、複数の光源の各々から撮像領域(Ai)までの距離を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性により良好な精度で一致する照明装置の例を説明してきた。1/cosθの特性を有するべきである撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布の精度を多少犠牲にすることによって、例えば、より容易に製造することが可能な構成を考えることができる。図34に示す本発明の実施例による照明装置は、本発明の第12の実施例に説明した照明装置よりもより容易に製造することが可能なものである。 In the twelfth embodiment of the present invention, by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (Ai), the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (Ai) is represented by the 1 / cos 4 θ characteristic. An example of a lighting device that matches with better accuracy has been described. Considering a configuration that can be manufactured more easily, for example, by sacrificing the accuracy of the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (Ai) that should have the characteristic of 1 / cos 4 θ. it can. The lighting device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 34 can be more easily manufactured than the lighting device described in the twelfth embodiment of the present invention.

まず、図34(c)に示すように、本発明の第12の実施例における1/cosθの特性を有する撮像領域(Ai)での理想的な照度分布を与える、複数の光源の相対的な位置L/L=cosθの曲線を、撮像領域(Ai)の範囲で三分割(3Dev)する。そして、その曲線を三分割した位置における曲線上の点(Pb,Pc)を頂点とする台形(Pa−Pb−Pc−Pd)に近似する。そして、その台形(に合同な台形)の各辺(Pa−Pb、Pb−Pc、Pc−Pd)上に光源を配置するか、又は、その台形(に合同な台形)の各辺(Pa−Pb、Pb−Pc、Pc−Pd)上に仮想光源が位置するように光源を配置する。なお、複数の光源の相対的な位置を示すcosθの曲線を台形に近似した場合、理想的な照度分布と近似の構成の照度分布との差異は、複数の光源の理想的なcosθの曲線上の位置と複数の光源の台形の辺上の位置との差異に基づくものにすぎず、非常に小さい。 First, as shown in FIG. 34 (c), it gives the ideal illuminance distribution in the image pickup area including the first 12 characteristic of 1 / cos 4 θ in the embodiment of the present invention (Ai), a plurality of light sources relative A curve of a typical position L k / L 0 = cos 4 θ is divided into three (3 Dev) within the imaging area (Ai). And it approximates to the trapezoid (Pa-Pb-Pc-Pd) which makes the point (Pb, Pc) on the curve in the position which divided the curve into three into a vertex. Then, a light source is arranged on each side (Pa-Pb, Pb-Pc, Pc-Pd) of the trapezoid (congruent trapezoid), or each side (Pa- The light source is arranged so that the virtual light source is positioned on (Pb, Pb-Pc, Pc-Pd). When the curve of cos 4 θ indicating the relative positions of a plurality of light sources is approximated to a trapezoid, the difference between the ideal illuminance distribution and the illuminance distribution of the approximate configuration is the ideal cos 4 of the plurality of light sources. It is only based on the difference between the position on the curve of θ and the position on the side of the trapezoid of the plurality of light sources, and is very small.

図34(a)は、複数の光源の各々から撮像領域(Ai)までの距離を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の目標の照度分布を台形の特性で近似させる照明装置の概念を示す。図34(a)に示すように、例えば、台形の特性において撮像領域(Ai)に対して平行な台形の辺の特性を与える光源は、光源又は仮想光源(ここでは、照明レンズ(3)の焦点)を、撮像領域(Ai)に対して平行な台形の辺の上に位置するように、配置する。また、例えば、台形の特性において撮像領域(Ai)に対して傾斜する辺の特性を与える光源は、光源又は仮想光源(ここでは、照明レンズ(3)の焦点)が、撮像領域(Ai)に対して傾斜する辺と平行に位置するように配置され、シリンダレンズである照明レンズ(3)の撮像領域(Ai)側にプリズム(7)を設ける。照明レンズ(3)よりも撮像領域(Ai)側に設けられたプリズム(7)によって、光源又は仮想光源から延びる光軸がプリズム(7)で折り曲げられ、折り曲げられた光軸が、撮像領域(Ai)に対して鉛直になるようにする。   FIG. 34A illustrates an illumination device that approximates the target illuminance distribution of light that illuminates the imaging region (Ai) with a trapezoidal characteristic by adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (Ai). The concept of As shown in FIG. 34A, for example, a light source that gives a trapezoidal side characteristic parallel to the imaging region (Ai) in the trapezoidal characteristic is a light source or a virtual light source (here, the illumination lens (3)). The focal point is placed on a trapezoidal side parallel to the imaging region (Ai). Further, for example, the light source that gives the characteristic of the side inclined with respect to the imaging region (Ai) in the trapezoidal characteristic is the light source or the virtual light source (here, the focal point of the illumination lens (3)) in the imaging region (Ai). The prism (7) is provided on the imaging region (Ai) side of the illumination lens (3) that is a cylinder lens, which is arranged in parallel with the inclined side. The optical axis extending from the light source or the virtual light source is bent by the prism (7) by the prism (7) provided on the imaging area (Ai) side of the illumination lens (3), and the bent optical axis is changed to the imaging area ( Be perpendicular to Ai).

図34に示すような構成を採用することによって、光源を支持する基板として、平面板を用いることができ、照明装置の製造が、より容易になる。   By adopting a configuration as shown in FIG. 34, a flat plate can be used as the substrate for supporting the light source, and the manufacture of the lighting device becomes easier.

図34(a)及び(b)においては、発光源LEDから放出される光束を平行光にするために回転放物面鏡を用いているが、砲弾型のフードレンズを用いてもよい。さらに、少し効率を犠牲にして図34においては、1/cosθの特性を有する撮像領域(Ai)での理想的な照度分布を与える、複数の光源の相対的な位置の曲線cosθを、撮像領域(Ai)の範囲で三分割したが、更に効率を犠牲にして良いならば撮像領域(Ai)の範囲で二分割してもよい。そして、複数の光源の相対的な位置の曲線を、その曲線を二分割した位置における曲線上の点を頂点とする三角形に近似してもよい。この場合には、複数の光源は、撮像領域(Ai)に対して傾斜する辺にのみ配置されることになる。このように、撮像領域(Ai)の範囲で二分割して複数の光源の相対的な位置の曲線を三角形に近似したとしても、撮像領域(Ai)を均一に照明する場合と比較して、光源から放出される光の利用効率を大幅に向上させることができる。 In FIGS. 34 (a) and 34 (b), a rotating paraboloidal mirror is used to make the light emitted from the light emitting source LED into parallel light, but a bullet-type hood lens may be used. Further, in FIG. 34 at the expense of a little efficiency, 1 / cos 4 gives an ideal irradiance distribution in the imaging area (Ai) having the characteristics of theta, the relative positions of the plurality of light sources curve cos 4 theta Is divided into three in the range of the imaging region (Ai), but may be divided into two in the range of the imaging region (Ai) if the efficiency may be further sacrificed. And you may approximate the curve of the relative position of a some light source to the triangle which makes the point on the curve in the position which divided | segmented the curve into two the vertex. In this case, the plurality of light sources are arranged only on the side inclined with respect to the imaging region (Ai). As described above, even when the curve of the relative position of a plurality of light sources is approximated to a triangle by dividing into two in the range of the imaging region (Ai), compared to the case where the imaging region (Ai) is illuminated uniformly, The utilization efficiency of light emitted from the light source can be greatly improved.

同様に、本発明の第13の実施例においても、1/cosθの特性を有する撮像領域(Ai)での理想的な照度分布を与える、複数の光源の相対的な位置の曲線を、撮像領域(Ai)の範囲で多角形に近似することが可能である。例えば、本発明の第13の実施例における1/cosθの特性を有する撮像領域(Ai)での理想的な照度分布を与える、複数の光源の相対的な位置の曲線を、本発明の第12の実施例における近似の台形又は三角形の頂点の位置と撮像領域(Ai)に平行な面に対して反対側の位置に頂点を有する台形又は三角形に近似してもよい。この場合には、光源を支持する基板として、平面板を用いることができ、照明装置の製造が、より容易となる。 Similarly, in the thirteenth embodiment of the present invention, a curve of the relative positions of a plurality of light sources giving an ideal illuminance distribution in the imaging region (Ai) having the characteristic of 1 / cos 4 θ is It is possible to approximate a polygon in the range of the imaging area (Ai). For example, a relative position curve of a plurality of light sources that gives an ideal illuminance distribution in the imaging region (Ai) having the characteristic of 1 / cos 4 θ in the thirteenth embodiment of the present invention is shown in FIG. You may approximate to the trapezoid or triangle which has a vertex in the position on the opposite side with respect to the surface parallel to an imaging area | region (Ai) and the position of the approximate trapezoid or triangle vertex in 12th Example. In this case, a flat plate can be used as the substrate that supports the light source, and the manufacture of the lighting device becomes easier.

加えて、図34に示す照明装置において、発光源が、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)のLEDの組み合わせである場合、プリズムによる赤色光、緑色光、青色光の間に色収差が生じる。しかしながら、複数のプリズムを通過した赤色光、緑色光、及び青色光は、撮像領域(Ai)で互いに重畳し、ほぼ白色光の照明を撮像領域(Ai)に提供することになる。従って、実際上、プリズムによる色収差が問題になることは少ない。   In addition, in the illuminating device shown in FIG. 34, when the light emission source is a combination of red (R), green (G), and blue (B) LEDs, it is between red light, green light, and blue light by the prism. Causes chromatic aberration. However, the red light, the green light, and the blue light that have passed through the plurality of prisms are superimposed on each other in the imaging region (Ai), and substantially white light illumination is provided to the imaging region (Ai). Therefore, in practice, chromatic aberration due to the prism is rarely a problem.

なお、従来技術におけるほぼ一定の照度分布となっている撮像領域(Ai)の中央部分の光束を捨てるということは、図34(c)に示す多くの光量(ハッチングの部分の光量)を捨てることになる。これに対して、本発明の第14の実施例によれば、目標位置の曲線と台形の近似折れ線とで挟まれた部分のわずかな光量のみを捨てるだけである。それゆえ、本発明の第14の実施例によれば、光量に対応する電気信号の電気的な補正は、わずかであり、電気信号に対するノイズの影響も従来技術よりも低減できる。
なお、以上述べた図34に示す概念を装置化して第1走行体に搭載する方法も、前述の実施例11の方法に準じており、当業者には容易に実施可能である。
Note that discarding the light flux at the center of the imaging region (Ai) having a substantially constant illuminance distribution in the prior art means discarding a large amount of light (the amount of light in the hatched portion) shown in FIG. become. On the other hand, according to the fourteenth embodiment of the present invention, only a small amount of light in the portion sandwiched between the target position curve and the trapezoidal approximate polygonal line is discarded. Therefore, according to the fourteenth embodiment of the present invention, the electrical correction of the electrical signal corresponding to the amount of light is slight, and the influence of noise on the electrical signal can be reduced as compared with the prior art.
Note that the method of embodying the concept shown in FIG. 34 described above and mounting it on the first traveling body is also in accordance with the method of Example 11 described above, and can be easily implemented by those skilled in the art.

本発明の第15の実施例は、複数の光源の各々から撮像領域(Ai)までの距離の調整及び複数の光源から放出される光の放射特性の調整の両方によって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる例を示す。 In the fifteenth embodiment of the present invention, the light that illuminates the imaging region by both adjusting the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (Ai) and adjusting the radiation characteristics of the light emitted from the plurality of light sources. An example of matching the illuminance distribution with the 1 / cos 4 θ characteristic is shown.

図35は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。図35(a)は、複数の光源の配置及び側面鏡を配置する鏡面の位置を示す図であり、図35(b)は、光源の放射特性の例を示す図である。   FIG. 35 is a diagram illustrating a specific arrangement of a plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. FIG. 35A is a diagram showing the arrangement of a plurality of light sources and the position of the mirror surface on which the side mirror is arranged, and FIG. 35B is a diagram showing an example of the radiation characteristics of the light sources.

図35(a)に示す図においては、主走査方向(Sx)における複数の光源の間隔は、一定であるが、複数の光源の各々から照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)までの距離及び複数の光源から放出される光の放射特性を変化させる。図35における記号の意味は、図24における記号と同一であり、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、一定で、Wh/Nに等しい。言い換えれば、複数の光源の間隔w1,w2,…wnは、主走査方向(Sx)における撮像対象領域(Ai)の長さの半分WhをN等分することによって与えられる。   In the diagram shown in FIG. 35A, the distance between the plurality of light sources in the main scanning direction (Sx) is constant, but the distance from each of the plurality of light sources to the illumination target area (imaging target area) (Ai). And changing the radiation characteristics of the light emitted from the plurality of light sources. The meanings of the symbols in FIG. 35 are the same as the symbols in FIG. 24, and the intervals w1, w2,. In other words, the intervals w1, w2,... Wn of the plurality of light sources are given by dividing the half Wh of the length of the imaging target area (Ai) in the main scanning direction (Sx) into N equal parts.

図35(a)に示す図においては、撮像対象領域(Ai)からk番目の光源の位置Pまでの距離L’は、本発明の第12の実施例中、式L=L×cosθで得られる値Lと撮像対象領域(Ai)の中心線上に設けられた光源の位置Pから照明対象面(撮像領域(Ai))までの距離Lとの間の中間的な距離である。即ち、撮像対象領域(Ai)からk番目の光源の位置Pまでの距離L’は、 In the diagram shown in FIG. 35A, the distance L ′ k from the imaging target area (Ai) to the position P k of the k-th light source is the expression L k = L × in the twelfth embodiment of the present invention. midway between the distance L 0 from the position P 0 of the light source provided on the center line of the values obtained by cos 4 θ k L k and the imaging target area (Ai) to the illumination target surface (imaging area (Ai)) Distance. That is, the distance L ′ k from the imaging target area (Ai) to the position P k of the kth light source is

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって得られる距離となる。(ここで、θは、結像レンズの光軸に対する、結像レンズの中心と撮像対象領域(Ai)上のk番目の分割点とを結ぶ直線の角度である。)
また、個々の光源が発する総光量は同じとして、照度を落とす領域では発光光束をより分散させ、照度を上げる領域では発光光束をあまり分散させないように光源から放出される光の放射特性(光源から放出される光の放射ベクトルの角度に対する放射ベクトルの強度)を変化させる。その変化の程度は、本発明の第13の実施例における変化の程度の半分である。すなわち、
Is the distance obtained. (Here, θ k is an angle of a straight line connecting the center of the imaging lens and the kth division point on the imaging target area (Ai) with respect to the optical axis of the imaging lens.)
In addition, assuming that the total amount of light emitted by each light source is the same, the emission characteristics of light emitted from the light source (from the light source) The intensity of the radiation vector with respect to the angle of the radiation vector of the emitted light is changed. The degree of change is half that of the thirteenth embodiment of the present invention. That is,

Figure 0004896183
Figure 0004896183

であり、式中のB(k)の形状係数bは、本発明の第13の実施例におけるbの値の半分である。 And the shape factor b of B (k) in the equation is half the value of b in the thirteenth embodiment of the present invention.

このような条件の下で、複数の光源から放出される光によって照射される撮像対象領域(Ai)における任意の点Mmでの相対照度I(Mm)は、本発明の第12の実施例と同様の考え方で、式   Under such conditions, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) irradiated with light emitted from a plurality of light sources is the same as that of the twelfth embodiment of the present invention. In the same way, the formula

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって表される。 Represented by

この式を用いて、本発明の第11の実施例と同様の方法で、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を求めた。N=12、a=0.5、b=1.55の条件の下でのシミュレーションの結果、図26と同様のグラフを得ることができた。また、W:Ld=1:1の条件の下で行った、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布のシミュレーションの結果による照度分布と目標の照度分布との差分は、図29のグラフ(3)のようなものであった。   Using this equation, the illuminance distribution over the entire imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources was obtained in the same manner as in the eleventh embodiment of the present invention. As a result of simulation under the conditions of N = 12, a = 0.5, and b = 1.55, a graph similar to FIG. 26 was obtained. Further, the difference between the illuminance distribution and the target illuminance distribution as a result of the simulation of the illuminance distribution over the entire imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources performed under the condition of W: Ld = 1: 1. Was like the graph (3) of FIG.

図29中の(3)の曲線の両端付近が乱れて目標照度との差分が多く発生している理由は、実施例12の理由と似たような理由で、位置Pn+1から位置P2n+1までの光源が、位置Pから位置Pまでの光源の鏡像である虚光源であるので、撮像対象領域(Ai)と光源までの距離や、光源の光の放射特性を理想的に設定できないためである。ただし、位置Pと位置Pn+1の間における側面鏡の位置を若干P側に接近させたり、側面鏡の角度を微妙に変化させたり、適切に設定することによって、撮像対象領域(Ai)の両端付近における照度分布をある程度制御することができる。 The reason why the vicinity of both ends of the curve (3) in FIG. 29 is disturbed and a large difference from the target illuminance occurs is similar to the reason of the twelfth embodiment, from the position P n + 1 to the position P 2n + 1. Is a virtual light source that is a mirror image of the light source from the position P 0 to the position P n , the distance between the imaging target area (Ai) and the light source and the light emission characteristics of the light source cannot be set ideally. It is. However, by appropriately setting the position of the side mirror between the position P n and the position P n + 1 to the P n side or slightly changing the angle of the side mirror, the imaging target region (Ai) It is possible to control the illuminance distribution in the vicinity of both ends to some extent.

しかしながら、このままでも、その差分の最大値は、±2.5%程度であり、図29のグラフ(1)及び(2)に示される差分の最大値よりも小さくなっている。また、図26に示される差分の最大値よりも大きいが、このような差分の最大値は、部品の精度や組み立ての精度の観点及び省エネルギーの観点のいずれからも殆ど問題とならない。一次元CCDで光量を電気信号に変換した後の電気信号の増幅率を変えてその差分を補正しても、その増幅率の変化量は小さく、ノイズの影響を受けることはほとんどない。   However, even if it remains as it is, the maximum value of the difference is about ± 2.5%, which is smaller than the maximum value of the difference shown in the graphs (1) and (2) of FIG. Moreover, although it is larger than the maximum value of the difference shown in FIG. 26, such a maximum value of the difference hardly poses any problem from the viewpoint of the accuracy of parts, the accuracy of assembly, and the viewpoint of energy saving. Even if the gain of the electrical signal after changing the amount of light into an electrical signal with the one-dimensional CCD is changed and the difference is corrected, the amount of change in the gain is small and is hardly affected by noise.

次に、複数の光源の各々から撮像領域までの距離の調整及び複数の光源から放出される光の放射特性の調整の両方によって、撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置化の概念を示す。 Next, by adjusting both the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region and the adjustment of the radiation characteristics of the light emitted from the plurality of light sources, the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region is 1 / cos 4 θ. The concept of lighting equipment matching the characteristics is shown.

図36は、複複数の光源の各々から撮像領域(Ai)までの距離の調整及び複数の光源から放出される光の放射特性の調整の両方によって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。図36(a)は、その上面図であり、図36(b)は、その正面図である。 FIG. 36 shows the illuminance of light that illuminates the imaging region (Ai) by adjusting both the distance from each of the plurality of light sources to the imaging region (Ai) and adjusting the radiation characteristics of light emitted from the plurality of light sources. It is a conceptual diagram for implement | achieving the illuminating device which matches distribution with the characteristic of 1 / cos < 4 > (theta). FIG. 36 (a) is a top view thereof, and FIG. 36 (b) is a front view thereof.

図36(a)に示すように、撮像領域(撮像対象領域)(Ai)における中心軸に沿った仮想光源と撮像領域(Ai)との間の距離L0に対する仮想光源と撮像領域(Ai)との間の距離L’の比は、本発明の第14の実施例で得られる値L/L0=cosθの平方根、すなわち、L’/L0=cosθである。 As shown in FIG. 36A, the virtual light source and the imaging area (Ai) with respect to the distance L0 between the virtual light source and the imaging area (Ai) along the central axis in the imaging area (imaging target area) (Ai). the distance L between the 'ratio k is the square root of the 14 values L k / L0 = cos 4 θ k obtained in example of the present invention, i.e., L' is k / L0 = cos 2 θ k .

図36(a)に示す図においては、主走査方向(Sx)に配置される複数の光源に対応する凸レンズの焦点距離は、一定であり、主走査方向(Sx)に配置された複数の光源に対応する照明レンズ(凸シリンダレンズ)(3)の焦点距離は、図36に示すようにして、変化する。図36(a)に示す照明装置の中央付近では、照明レンズの焦点位置に形成される仮想の光源の放射特性のエンベロープが、図31の(2)に示すように、分散が強い偏平の楕円状になるように、相対的に短い焦点距離の照明レンズを用い、周辺に向かってその偏平度を少なくするように焦点距離を徐々に長くしていき、途中、図33(1)のような円形に近いエンペロープとする照明レンズを用いるのを経て、その後は図31の(3)に示すように、分散の少ない鋭い楕円状になるように、相対的に長い焦点距離の照明レンズを用いる。   In the diagram shown in FIG. 36A, the focal lengths of the convex lenses corresponding to the plurality of light sources arranged in the main scanning direction (Sx) are constant, and the plurality of light sources arranged in the main scanning direction (Sx). The focal length of the illumination lens (convex cylinder lens) (3) corresponding to is changed as shown in FIG. In the vicinity of the center of the illumination device shown in FIG. 36A, the envelope of the radiation characteristic of the virtual light source formed at the focal position of the illumination lens is a flat ellipse with strong dispersion as shown in FIG. As shown in FIG. 33 (1), an illumination lens having a relatively short focal length is used so that the focal length is gradually increased toward the periphery so as to reduce the flatness. After using an illumination lens having an almost circular envelope, an illumination lens having a relatively long focal length is used so as to form a sharp ellipse with little dispersion, as shown in FIG. 31 (3).

即ち、照明レンズの焦点位置に形成される仮想の光源の放射特性の楕円状のエンベロープの形状は、前述の式R’=T・cosB(k)αに従って変化させている。 That is, the shape of the elliptical envelope of the radiation characteristic of the virtual light source formed at the focal position of the illumination lens is changed in accordance with the above-described equation R ′ k = T k · cos B (k) α k .

図36に示す概念で照明装置化する場合においては、各光源の位置から照明対象面(撮像領域)(Ai)までの距離が一定であるように、各光源を配置することができるので、基板としての平面板に光源を設けることができる。その結果、照明装置をより容易に製造することができる。なお、光源の数を25個に設定してシミュレーションしたが、図36(a)においては、光源の数は、10個で示してある。   In the case of the lighting device with the concept shown in FIG. 36, each light source can be arranged so that the distance from the position of each light source to the illumination target surface (imaging region) (Ai) is constant. A light source can be provided on the flat plate. As a result, the lighting device can be manufactured more easily. Although the simulation was performed with the number of light sources set to 25, the number of light sources is shown as 10 in FIG.

図36(b)に示すように、副走査方向(Sy)においては、個々の発光源LEDから放出された光の光束を、そのLEDに対応する凸レンズであるフードレンズによって、平行光にした後、凸シリンダレンズである照明レンズを平行光として通過し、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)によって撮像対象領域(Ai)に集束させる。なお、集束レンズ(4a)(又は集束ミラー)を、必ずしも挿入する必要はない。すなわち、原稿の浮きを考慮する場合には、集束レンズ(又は集束ミラー)を用いないことが、好ましい。しかしながら、この場合においても、一次元CCD上に結像される画像の明度を、一定にする目的を損ねることはない。
なお、以上述べた図36に示す概念を装置化して第1走行体に搭載する方法は、前述の実施例11の方法に準じており、当業者には容易に実施可能である。
As shown in FIG. 36 (b), in the sub-scanning direction (Sy), the light flux emitted from each light emitting source LED is converted into parallel light by a hood lens that is a convex lens corresponding to the LED. Then, the light passes through the illumination lens, which is a convex cylinder lens, as parallel light, and is focused on the imaging target area (Ai) by the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). Note that it is not always necessary to insert the focusing lens (4a) (or the focusing mirror). That is, it is preferable not to use a converging lens (or a converging mirror) in consideration of the floating of the original. However, even in this case, the purpose of making the brightness of the image formed on the one-dimensional CCD constant is not impaired.
Note that the method of embodying the concept shown in FIG. 36 and mounting it on the first traveling body is in accordance with the method of the above-described Embodiment 11, and can be easily implemented by those skilled in the art.

本発明の第16の実施例は、複数の光源から放出される光の照明光軸の角度を調整して撮像領域を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる例を示す。 In the sixteenth embodiment of the present invention, an illumination optical axis angle of light emitted from a plurality of light sources is adjusted to match the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region with the 1 / cos 4 θ characteristic. Show.

図37は、一次元CCDに結像される画像の相対明度が一定となるような、撮像対象領域(Ai)を照明する複数の光源の具体的な配置を説明する図である。図37は、図23における撮像対象面の左側の拡大図に相当する。図37における記号は、図32における記号に対応するものである。   FIG. 37 is a diagram illustrating a specific arrangement of a plurality of light sources that illuminate the imaging target area (Ai) so that the relative brightness of an image formed on the one-dimensional CCD is constant. FIG. 37 corresponds to an enlarged view on the left side of the imaging target surface in FIG. The symbols in FIG. 37 correspond to the symbols in FIG.

図37に示すように、本発明の第16の実施例では、撮像対象領域(Ai)における照度分布が、1/cosθの特性を有するように、複数の光源の個々の照明光軸の角度を調整する。 As shown in FIG. 37, in the sixteenth embodiment of the present invention, the illuminance distribution in the imaging target area (Ai) has the characteristic of 1 / cos 4 θ, and the individual illumination optical axes of the plurality of light sources are Adjust the angle.

前述の実施例11〜15において説明してきたのと同様に、照明対象領域(Ai)からL0だけ離れた且つ照明対象領域(Ai)と平行な場所をN分割することによって得られた各分割点に点光源を置き、各分割点の位置を、それぞれ、P,P,…Pとする。更に、その外側PM1の位置に鏡面(側面鏡)が配置している。この鏡面は、撮像対象領域(Ai)の範囲を分割した点に対応した光源配置位置上に置いた複数の光源から放出される光束を反射させて、あたかもその延長線上に光源があるかのように照明対象領域(Ai)の範囲を照射させている。ここで分割点P,…,P,Pの位置に対応した側面鏡によって得られる虚像(虚光源VLS)の位置を、それぞれ、Pn+1,Pn+2,…,P2n+1とする。そして、本発明の第16の実施例においては、位置Pに位置した光源から放出される光の照明光軸を、照明対象面(撮像領域)(Ai)の鉛直方向に対して角度βだけ傾斜させる(位置Pにおける光源の光軸の角度がβである)。 In the same manner as described in the above-described embodiments 11 to 15, each division point obtained by dividing the place separated from the illumination target area (Ai) by L0 and parallel to the illumination target area (Ai) by N. Place the two points light source, the position of each division point, respectively, P 0, P 1, ... and P n. Further, a mirror surface (side mirror) is disposed at the position of the outside PM1. This mirror surface reflects light beams emitted from a plurality of light sources placed on the light source arrangement position corresponding to the points obtained by dividing the range of the imaging target area (Ai), as if the light source is on the extended line. Is irradiated with the range of the illumination target area (Ai). Here, the positions of the virtual images (virtual light sources VLS) obtained by the side mirrors corresponding to the positions of the dividing points P n ,..., P 1 , P 0 are P n + 1 , P n + 2 ,. In the sixteenth embodiment of the present invention, the illumination optical axis of the light emitted from the light source located at the position P k is set to an angle β k with respect to the vertical direction of the illumination target surface (imaging region) (Ai). (The angle of the optical axis of the light source at the position P k is β k ).

今、照明対象領域(Ai)から各光源までの距離L0よりも遠くに離れた(その距離をL00とする)照射対象領域の中心線CL上に任意の点P00を置いたとき、その任意の点P00から照明対象領域の両端に向けて結ばれる直線が中心線CLとなす角度をβ00とする。このとき、中心線CLからその角度β00の範囲内に含まれる位置Pにおける光源の照明光軸の角度βは、点P00からその光源の位置Pに向けて結ばれる直線が、撮像対象領域(Ai)の中心線CLとなす角度であるとする。一方、撮像対象領域(Ai)の中心線CLから、その角度β00までの範囲外に位置する光源の照明光軸の角度βは、全て、その光源の位置と撮像対象領域(Ai)の最端部とを結ぶ直線が、撮像対象領域(Ai)の中心線CLとなす角度であるとする。即ち、撮像対象領域(Ai)の中心線CLに対する、位置Pにおける光源の照明光軸の角度は、βであるので、β,β,…,β,…,βである。 Now, when an arbitrary point P00 is placed on the center line CL of the irradiation target area farther than the distance L0 from the illumination target area (Ai) to each light source (the distance is L00), the arbitrary point P00 Let β 00 be the angle between a straight line connected from the point P00 toward both ends of the illumination target area and the center line CL. In this case, the angle beta k of the illumination optical axis of the light source at the position P k to be included within the scope of the angle beta 00 from the center line CL is a straight line tied toward the point P00 to the position P k of the light source, imaging It is assumed that the angle is made with the center line CL of the target area (Ai). On the other hand, the angle β k of the illumination optical axis of the light source located outside the range from the center line CL of the imaging target area (Ai) to the angle β 00 is all the position of the light source and the imaging target area (Ai). It is assumed that the straight line connecting the endmost part is an angle formed with the center line CL of the imaging target area (Ai). That is, with respect to the center line CL of the image capturing target area (Ai), the angle of the illumination optical axis of the light source at the position P k is because it is β k, β 0, β 1 , ..., β k, ..., are beta n .

ここで、撮像対象領域(Ai)の中心線CLから角度β00までの光源位置Pに対する照明光軸の角度βはk=0(β=0)から始まり、kが大きくなるに従って大きくなるが、角度β00を超える光源位置Pに対する照明光軸の角度βはkが大きくなるに従って小さくなっていき、PがPとなったとき角度β=0となる。また、言い換えると、角度β00以上に位置するPの光源の光軸はPまで撮像対象領域(Ai)の最端部に向くことになる。
また、位置Pn+1,Pn+2,…,P2n+1における虚光源の位置及び照明光軸の向きを制御することは困難であるが、位置P,P,…Pに配置された光源から放出される光の多くを照射対象面に照射するためには、側面鏡(平面鏡)の鏡面を、位置Pの光源にできる限り近づける(平面鏡である側面鏡が位置Pの光源に接触するまで、側面鏡を位置Pの光源に近づける。)ことが好ましい。
Here, the angle beta k of the illumination optical axis with respect to the light source position P k from the center line CL to an angle beta 00 in the image capturing target area (Ai) starts at k = 0 (β 0 = 0 ), increases with k increases made, but the angle beta k of the illumination optical axis with respect to the light source position P k of greater than angle beta 00 is gradually decreases as k increases, the angle beta n = 0 when P k becomes P n. Further, in other words, the optical axis of the P k of the light source located in the angle beta 00 or more will be directed to the uppermost end of the image capturing target area (Ai) to P n.
The position P n + 1, P n + 2, ..., it is difficult to control the orientation of the position and the illumination optical axis of the virtual source in the P 2n + 1, the position P 0, P 1, ... from disposed P n source In order to irradiate the irradiation target surface with much of the emitted light, the mirror surface of the side mirror (plane mirror) is brought as close as possible to the light source at the position Pn (the side mirror as the plane mirror contacts the light source at the position Pn ). Until the side mirror is close to the light source at position Pn ).

なお、位置Pの光源の外側に設けられる側面鏡と対をなす側面鏡PM2が、撮像対象領域(Ai)の中心線に対して上半分の領域にも設けられ、位置Pの光源の外側に設けられる側面鏡とは、互いに平行に配置される。このため、側面鏡の対によって、虚光源の鏡像である無限の数の虚光源が生じるが、この内、側面鏡で2回以上の反射で生ずる虚光源は、照明対象領域(Ai)からかなり離れた位置に生じる。このため、撮像対象領域(Ai)における照度分布に対する虚光源の鏡像による寄与率は、著しく小さく、無視してもなんら差し支えない。 Incidentally, the side mirror PM2 constituting the side mirror pair provided on the outside of the light source position P n, also provided in the region of the upper half with respect to the center line of the image capturing target area (Ai), the light source position P n The side mirrors provided on the outside are arranged in parallel to each other. For this reason, an infinite number of imaginary light sources, which are mirror images of the imaginary light source, are generated by the pair of side mirrors. Among these, the imaginary light source generated by two or more reflections by the side mirror is considerably from the illumination target area (Ai) It occurs at a distant position. For this reason, the contribution rate by the mirror image of the imaginary light source to the illuminance distribution in the imaging target area (Ai) is extremely small and can be ignored.

次に、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)のある任意の点Mmにおける相対照度I(Mm)を求めることにする。照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)に対する鉛直線と、光源から点Mmに向かって放出される光の放射ベクトルの角度をαとすると、光源から照明対象領域(Ai)までの距離が、L0であるので、ある一つの光源から点Mmまでの距離は、L0/cosαとなる。そして、副走査方向(Sy)においては光源から放出される光の光束が発散しないことを前提とすると、各光源から放出される光によって照明される照明対象領域(Ai)の点Mmにおける光の強度は、各光源から点Mmまでの距離L0/cosαに逆比例する。さらに、その同一点Mmでの面の傾きによる受ける光束の減少度はcosαとなる。   Next, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources is determined. When the angle between the vertical line with respect to the illumination target area (imaging target area) (Ai) and the radiation vector of the light emitted from the light source toward the point Mm is α, the distance from the light source to the illumination target area (Ai) is Since it is L0, the distance from a certain light source to the point Mm is L0 / cos α. Assuming that the light flux emitted from the light source does not diverge in the sub-scanning direction (Sy), the light at the point Mm in the illumination target area (Ai) illuminated by the light emitted from each light source. The intensity is inversely proportional to the distance L0 / cosα from each light source to the point Mm. Further, the degree of reduction of the luminous flux due to the inclination of the surface at the same point Mm is cos α.

一方、図24(b)に示すように、照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)に対する鉛直線と角度αをなす放射ベクトルの方向に光源から放出される光の強度は、光源から放出される光の放射ベクトルの分布(エンベロープ)に依存する。現実のLEDなどの光源の放射ベクトル分布(エンペロープ)は複雑な形を成しているが、計算の都合上円形ないしは楕円状で近似する。例えば、図24の(1)に示すように、光源から放出される光の放射ベクトルのエンベロープが円形に近似できる場合には、光源の照明光軸に対して角度αをなす放射ベクトルの方向に光源から放出される光の強度は、cosαだけ減少する。光源から放出される光の放射ベクトルのエンベロープが、楕円状に近似できる場合には、照明対象領域(撮像対象領域)(Ai)に対する鉛直線と角度αをなす放射ベクトルの方向に光源から放出される光の強度の減少度は、その放射ベクトルのエンベロープの形状により、図24の(2)に示すようなcosα、図24の(3)に示すようなcosα等のように近似することが可能である。 On the other hand, as shown in FIG. 24B, the intensity of light emitted from the light source in the direction of the radiation vector that forms an angle α with the vertical line with respect to the illumination target region (imaging target region) (Ai) is emitted from the light source. It depends on the distribution (envelope) of the radiation vector of light. Although the radiation vector distribution (envelope) of a light source such as an actual LED has a complicated shape, it is approximated by a circle or an ellipse for convenience of calculation. For example, as shown in (1) of FIG. 24, when the envelope of the radiation vector of the light emitted from the light source can be approximated to a circle, the direction of the radiation vector forms an angle α with respect to the illumination optical axis of the light source. The intensity of light emitted from the light source is reduced by cos α. If the envelope of the radiation vector of the light emitted from the light source can be approximated to an ellipse, the light source is emitted in the direction of the radiation vector that forms an angle α with the vertical line with respect to the illumination target area (imaging target area) (Ai). The degree of decrease in the intensity of light is approximated by cos 2 α as shown in (2) of FIG. 24, cos 4 α as shown in (3) of FIG. 24, etc., depending on the shape of the envelope of the radiation vector. Is possible.

従って、複数の光源によって照明される照明対象領域(Ai)のある任意の点Mmにおける相対照度I(Mm)は、   Therefore, the relative illuminance I (Mm) at an arbitrary point Mm in the illumination target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources is:

Figure 0004896183
Figure 0004896183

によって表される。ここで、Aは、k番目の光源が放出する光の総光量の相対値であり、αは、照明対象領域(Ai)の鉛直線に対する点Mmに向かうk番目の光源の放射ベクトルの角度である。また、aは、その光源の放射ベクトルのエンベロープを近似する係数である。例えば、図24(b)の(1)に示すように、光源の放射ベクトルのエンベロープが、円形に近い場合には、a=1であり、光源の放射ベクトルのエンベロープが、楕円状に近い場合には、a>1であり、図24(b)の(2)及び(3)に示すように、光源の放射ベクトルのエンベロープの形状に依存して、例えば、a=2及びa=3である。また、光源の放射ベクトルのエンベロープが偏平していればa<1に近似できる。 Represented by Here, A k is a relative value of the total amount of light emitted from the k th light source, and α k is the radiation vector of the k th light source toward the point Mm with respect to the vertical line of the illumination target area (Ai). Is an angle. Further, a is a coefficient that approximates the envelope of the radiation vector of the light source. For example, as shown in (1) of FIG. 24B, when the envelope of the radiation vector of the light source is close to a circle, a = 1, and when the envelope of the radiation vector of the light source is close to an ellipse For example, a> 1, and as shown in (2) and (3) of FIG. 24B, depending on the shape of the envelope of the radiation vector of the light source, for example, a = 2 and a = 3 is there. If the envelope of the radiation vector of the light source is flat, it can be approximated to a <1.

特に、本発明の第16の実施例においては、位置Pに配置された光源から放出されて且つ照明対象領域(Ai)の点Mmに到達する光源の放射ベクトルは、照明対象領域(Ai)の鉛直線に対する位置Pと点Mmを結ぶ直線の角度がαであるが、照明対象領域(Ai)の鉛直線に対して、位置Pに配置された光源の照明光軸がβkだけ傾斜しているため、位置Pに配置された光源の照明光軸に対して角度α−βをなす放射ベクトルの光である。 In particular, in the sixteenth embodiment of the present invention, the radiation vector of the light source emitted from the light source arranged at the position P k and reaching the point Mm of the illumination target area (Ai) is the illumination target area (Ai). The angle of the straight line connecting the position P k and the point Mm with respect to the vertical line is α k , but the illumination optical axis of the light source arranged at the position P k is only β k with respect to the vertical line of the illumination target area (Ai). Since it is inclined, it is the light of the radiation vector that makes an angle α kk with respect to the illumination optical axis of the light source arranged at the position P k .

このようにして、照明対象領域(Ai)の中心線(CL)から下半分に配置した光源の全体によって照明される照明対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を算出することができる。また、得られた照度分布を中心線(CL)に対して対称に反転させれば、照明対象領域(Ai)の中心線(CL)から上半分に配置した光源の全体によって照明される照明対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を得ることができる。そして、照明対象領域(Ai)の中心線(CL)から下半分に配置した光源の全体によって照明される照明対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布と、照明対象領域(Ai)の中心線(CL)から上半分に配置した光源の全体によって照明される照明対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布とを加算すれば、全部の光源によって照明される照明対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を得ることができる(ただし、この計算をする場合、P上に置いた光源から発する光束は中心線(CL)から下半分を計算する場合と、上半分を計算する場合の両者で用いるので、その光源の相対強度Aを、その以外の位置に置いた光源の相対強度の1/2として計算する必要がある)。 In this way, it is possible to calculate the illuminance distribution over the entire illumination target area (Ai) illuminated by the entirety of the light source arranged in the lower half from the center line (CL) of the illumination target area (Ai). Moreover, if the obtained illuminance distribution is inverted symmetrically with respect to the center line (CL), the illumination target illuminated by the entire light source arranged in the upper half from the center line (CL) of the illumination target area (Ai) An illuminance distribution over the entire area (Ai) can be obtained. And the illuminance distribution over the whole illumination object area | region (Ai) illuminated by the whole light source arrange | positioned from the center line (CL) of illumination object area | region (Ai), and the center line (Ai) of the illumination object area | region (Ai) CL) and the illuminance distribution over the entire illumination target area (Ai) illuminated by the entirety of the light source arranged in the upper half, the illuminance distribution over the entire illumination target area (Ai) illuminated by all the light sources (However, in this calculation, the luminous flux emitted from the light source placed on P 0 is used both when calculating the lower half from the center line (CL) and when calculating the upper half. The relative intensity A 0 of the light source needs to be calculated as ½ of the relative intensity of the light source placed at other positions).

そこで、このようなモデルで得られる相対照度を、
W:Ld=1:1.5;
L00=2×L0;
N=12;及び
a=2
の条件の下で、照明対象領域(Ai)の全域にわたって計算する。
Therefore, the relative illuminance obtained with such a model is
W: Ld = 1: 1.5;
L00 = 2 × L0;
N = 12; and a = 2
Under the conditions, the calculation is performed over the entire illumination target area (Ai).

図38は、本発明の第16の実際例における相対照度と目標の照度分布との差分についてのシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 38 is a diagram showing simulation results for the difference between the relative illuminance and the target illuminance distribution in the sixteenth actual example of the present invention.

本発明の第21の実施例に示す構成を備えた照明装置について、本発明の第12の実施例と同様の方法で、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布を求めた。その結果、図25と同様のグラフを得ることができた。図38は、複数の光源によって照明される撮像対象領域(Ai)の全域にわたる照度分布と目標の照度分布との差分の拡大図のみを示す。図38は、撮像対象領域(Ai)のいずれの位置においても、得られた照度分布と目標の照度分布との差分を、撮像対象領域(Ai)の周辺部の照度が撮像対象領域(Ai)の中央部の照度より大きくなるように、表示したものである。図38のグラフにおいては、撮像対象領域(Ai)の最端部における照度と撮像対象領域(Ai)の中央部とがほとんど一致しており、図38のグラフに示される差分の最大値は、撮像対象領域(Ai)におけるその最端部から15%程度内側の位置で+8%強である。しかしながら、従来技術のように撮像対象領域(Ai)を均一に照明した場合には、撮像対象領域(Ai)の中央部分で捨てる光量の割合が、23%であるため、撮像対象領域(Ai)を均一に照明する場合と比較すると、光源から放出される光の利用効率を大幅に向上させることができる。また、この程度の差異ならば一次元CCDで光量を電気信号に変換した後の電気信号の増幅率を変えてその差分を補正しても、その増幅率の変化率は小さく、ノイズの影響を受けることはほとんどない。   About the illuminating device having the configuration shown in the twenty-first embodiment of the present invention, the illuminance distribution over the entire imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources in the same manner as in the twelfth embodiment of the present invention Asked. As a result, a graph similar to that in FIG. 25 could be obtained. FIG. 38 shows only an enlarged view of the difference between the illuminance distribution over the entire imaging target area (Ai) illuminated by a plurality of light sources and the target illuminance distribution. FIG. 38 shows the difference between the obtained illuminance distribution and the target illuminance distribution at any position of the imaging target area (Ai), and the illuminance at the periphery of the imaging target area (Ai) is the imaging target area (Ai). It is displayed so as to be larger than the illuminance at the center of the. In the graph of FIG. 38, the illuminance at the extreme end of the imaging target area (Ai) and the central part of the imaging target area (Ai) almost coincide with each other, and the maximum value of the difference shown in the graph of FIG. It is a little over + 8% at a position about 15% inside from the extreme end in the imaging target area (Ai). However, when the imaging target area (Ai) is uniformly illuminated as in the prior art, the ratio of the amount of light discarded at the center of the imaging target area (Ai) is 23%, and thus the imaging target area (Ai) Compared with the case of uniformly illuminating the light, the utilization efficiency of the light emitted from the light source can be greatly improved. Also, if the difference is such a level, even if the gain of the electrical signal after the light quantity is converted into an electrical signal by the one-dimensional CCD is changed and the difference is corrected, the rate of change of the gain is small and the influence of noise is reduced. There is little to receive.

次に、複数の光源から放出される光の照明光軸の角度を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置化の概念を示す。 Next, by adjusting the angle of the illumination optical axis of the light emitted from the plurality of light sources, the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (Ai) is matched with the 1 / cos 4 θ characteristic. Demonstrate the concept.

図39は、複数の光源から放出される光の照明光軸の角度を調整することによって、撮像領域(Ai)を照明する光の照度分布を1/cosθの特性に一致させる照明装置を実現するための概念図である。図39(a)は、その上面図であり、図39(b)は、その正面図である。 FIG. 39 shows an illuminating device that matches the illuminance distribution of the light that illuminates the imaging region (Ai) with the 1 / cos 4 θ characteristic by adjusting the angle of the illumination optical axis of light emitted from a plurality of light sources. It is a conceptual diagram for implement | achieving. FIG. 39 (a) is a top view thereof, and FIG. 39 (b) is a front view thereof.

図39に示す照明装置においては、シミュレーションを前提とする図37に示す照明装置の構成よりも目標の照度分布を得ることを容易にするためのいくつかの事項を変更している。   In the illuminating device shown in FIG. 39, several items for making it easier to obtain a target illuminance distribution than the configuration of the illuminating device shown in FIG.

図39に示す図においては、光源LED及び凸レンズは、図31に示すような仮想光源を形成する。また、照明対象領域(撮像領域)(Ai)の中心線に対して光源の照明光軸を傾斜させる手段としては、図34に示したもの同様に、凸シリンダレンズの照明レンズ(3)の直後に配置したプリズムを用いることができる。図37において複数の光源の間隔は等しいが、図39に示す照明装置においても、複数の光源それら自体の間隔は等しい。しかしながら、仮想光源の位置は、光軸の照明光軸が傾斜すると共に、光源の照明光軸から変位している。光源の照明光軸に対する仮想光源の位置の変位量については、撮像領域(Ai)の中心線(センターライン:CL)と撮像領域(Ai)の中心線上のある点と撮像領域(Ai)の端部を結ぶ直線(エッジライン:EL)との間の領域に含まれる仮想光源の間隔は、仮想光源の位置が端部に近いほど、大きくなる。一方、撮像領域(Ai)のエッジラインの外側の領域に含まれる仮想光源の間隔は、仮想光源の位置が端部に近いほど、小さくなる。よって、シミュレーションを行った、図37に示される照明装置と同じ照明装置を得るためには、厳密には仮想光源の位置の変位に対応して光源の位置を変位させる必要があるが、実際には、仮想光源の位置の変位は、あまり大きな問題とならない。   In the diagram shown in FIG. 39, the light source LED and the convex lens form a virtual light source as shown in FIG. Further, as means for inclining the illumination optical axis of the light source with respect to the center line of the illumination target area (imaging area) (Ai), just as shown in FIG. 34, immediately after the illumination lens (3) of the convex cylinder lens. Can be used. In FIG. 37, the intervals between the plurality of light sources are equal, but also in the illumination device shown in FIG. 39, the intervals between the plurality of light sources themselves are equal. However, the position of the virtual light source is displaced from the illumination optical axis of the light source while the illumination optical axis of the optical axis is inclined. Regarding the displacement amount of the position of the virtual light source with respect to the illumination optical axis of the light source, the center line (center line: CL) of the imaging area (Ai), a certain point on the center line of the imaging area (Ai), and the edge of the imaging area (Ai) The interval between the virtual light sources included in the region between the straight lines connecting the portions (edge line: EL) increases as the position of the virtual light source is closer to the end. On the other hand, the interval between the virtual light sources included in the region outside the edge line of the imaging region (Ai) becomes smaller as the position of the virtual light source is closer to the end. Therefore, in order to obtain the same lighting device as the lighting device shown in FIG. 37 that is simulated, it is necessary to displace the position of the light source in correspondence with the displacement of the position of the virtual light source. The displacement of the position of the virtual light source is not a big problem.

また、エッジラインELの内側の領域に含まれる照明レンズ(3)の放射特性は、a=2、即ち、cosαであり、エッジラインELの外側の領域に含まれる照明レンズ(3)の放射特性は、a=4、即ち、cosαである。エッジラインELの内側における照明レンズ(3)の放射特性を相対的に発散型にして、撮像領域(Ai)の中央部分における照度を相対的に減少させると共に、エッジラインELの外側における照明レンズ(3)の放射特性を相対的に収束型にして、撮像領域(Ai)の周辺部分における照度を相対的に増加させる。その結果、図38に示される差分のピークの大きさを低減することができる。さらに、撮像領域(Ai)の中央付近における照明レンズ(3)の放射特性をa=1即ちcosαに設計するなど、本実施例の構成に他の実施例の構成を組み合わせることによって、図38に示される差分のピークの大きさを、より低減することができる。 Further, the radiation characteristic of the illumination lens (3) included in the region inside the edge line EL is a = 2, that is, cos 2 α, and the illumination lens (3) included in the region outside the edge line EL. The radiation characteristic is a = 4, that is, cos 4 α. The radiation characteristic of the illumination lens (3) inside the edge line EL is made relatively divergent so that the illuminance at the central portion of the imaging region (Ai) is relatively reduced, and the illumination lens ( The radiation characteristic of 3) is made relatively convergent, and the illuminance in the peripheral portion of the imaging area (Ai) is relatively increased. As a result, the size of the difference peak shown in FIG. 38 can be reduced. Furthermore, by combining the configuration of this embodiment with the configuration of this embodiment, such as designing the radiation characteristic of the illumination lens (3) near the center of the imaging area (Ai) to be a = 1, that is, cos α, FIG. The magnitude of the difference peak shown can be further reduced.

本発明の第11〜16の実施例として典型的な構成を説明してきたが、本発明の第11〜16の実施例に記載された構成の組み合わせ、変形、及び一部の変更をすることは可能である。例えば、照明装置の製造の都合によって、複数のLEDを一体のユニットに統合したり、シリンダレンズアレイ及び/又はプリズムアレイを用いたり、シリンダレンズの光軸をシフトさせたり、部品の単価をより低減することも可能となる。また、集光レンズをフードレンズとして示した例についても、集光レンズを、LEDとは独立に設けることもできる。   Although typical configurations have been described as the 11th to 16th embodiments of the present invention, it is possible to combine, modify, and partially change the configurations described in the 11th to 16th embodiments of the present invention. Is possible. For example, depending on the convenience of manufacturing the lighting device, a plurality of LEDs can be integrated into a single unit, a cylinder lens array and / or a prism array can be used, the optical axis of the cylinder lens can be shifted, and the unit cost of parts can be further reduced. It is also possible to do. Moreover, also about the example which showed the condensing lens as a hood lens, a condensing lens can also be provided independently of LED.

また、光源に対して仮想光源を形成する手段として、発光源LEDからの光束を、概略平行光にした後、凸シリンダレンズで主走査方向(Sx)においてのみ、凸シリンダレンズの焦点の位置に、一旦集束させることによって、仮想光源を形成することを説明してきた。しかしながら、凸シリンダレンズを凹シリンダレンズに取り替えても、同様に、光源から仮想光源を形成することができる。   Further, as means for forming a virtual light source with respect to the light source, the light beam from the light emitting source LED is made substantially parallel light, and then the convex cylinder lens is positioned at the focal position of the convex cylinder lens only in the main scanning direction (Sx) We have described the formation of a virtual light source by focusing once. However, even if the convex cylinder lens is replaced with a concave cylinder lens, a virtual light source can be similarly formed from the light source.

図40は、凹シリンダレンズを用いて光源から仮想光源VLSを形成することを説明する図である。図40(a)は、凹シリンダレンズを用いる光学系の上面図であり、図40(b)は、凹シリンダレンズを用いる光学系の正面図である。図49に示すように、発光光源LEDから放出される光の光束を、凸レンズを用いて概略平行光にした後、凹シリンダレンズによって、主走査方向(Sx)にのみ、発散させることができる。このとき、光源に対する仮想光源の位置は、図49に示すように、凹シリンダレンズ(焦点距離f1)の焦点に形成される。すなわち、凹シリンダレンズを用いることによって、凹シリンダレンズよりも光源の側に仮想光源VLSを位置させることができる(凸シリンダレンズを用いる場合には、凹シリンダレンズよりも撮像領域(Ai)側に仮想光源が形成される)。このため、凹シリンダレンズの焦点距離f1を適宜選択することによって、照明装置をより小型化することが可能となる。   FIG. 40 is a diagram for explaining the formation of a virtual light source VLS from a light source using a concave cylinder lens. FIG. 40A is a top view of an optical system using a concave cylinder lens, and FIG. 40B is a front view of the optical system using a concave cylinder lens. As shown in FIG. 49, the light beam emitted from the light-emitting light source LED can be diverged only in the main scanning direction (Sx) by the concave cylinder lens after making the light beam approximately parallel using a convex lens. At this time, the position of the virtual light source with respect to the light source is formed at the focal point of the concave cylinder lens (focal length f1) as shown in FIG. That is, by using the concave cylinder lens, the virtual light source VLS can be positioned closer to the light source than the concave cylinder lens (when a convex cylinder lens is used, closer to the imaging region (Ai) side than the concave cylinder lens). A virtual light source is formed). For this reason, it becomes possible to further reduce the size of the illumination device by appropriately selecting the focal length f1 of the concave cylinder lens.

また、光源には出来るだけ小さな体積で発光するものを用いるのが望ましいのでLED(発光ダイオード)が適している。赤(R)、緑(G)、青(B)などの単色光を単体で発光体としたものだけでなく、それらの複数を一体で封入して白色光としたものや、白色LEDのように青色LEDや、紫色LEDなどの発光光束を蛍光体に当てて白色光を得るようなものも本発明の装置に適用できる。また、ネオン管や、小型高圧水銀灯などの放電灯や、小さく球状にしたフィラメント電球なども、適用可能である。   Further, since it is desirable to use a light source that emits light in as small a volume as possible, an LED (light emitting diode) is suitable. Not only the single color light such as red (R), green (G), blue (B), etc. as a single light emitter, but also a plurality of them integrated into white light or white LED In addition, a device such as a blue LED or a violet LED that emits a luminous flux to a phosphor to obtain white light can be applied to the apparatus of the present invention. In addition, a neon tube, a discharge lamp such as a small high-pressure mercury lamp, a small bulb-shaped filament bulb, and the like are also applicable.

最後に、本発明の実施形態及び実施例に用いることができる、主要な光学部品の形態を説明する。   Finally, main optical component forms that can be used in the embodiments and examples of the present invention will be described.

図41及び図42は、本発明の実施形態及び実施例に用いることができる光学部品を説明する図である。   41 and 42 are diagrams illustrating optical components that can be used in the embodiments and examples of the present invention.

図41(a)は、第一のシリンダレンズアレイの例を示す図である。図41(a)に示すような第一のシリンダレンズアレイは、互いに隣接して配置された複数の凸のシリンダレンズで構成され、本発明の実施形態及び実施例においては、照明レンズとして使用され得る。   FIG. 41A shows an example of a first cylinder lens array. The first cylinder lens array as shown in FIG. 41 (a) is composed of a plurality of convex cylinder lenses arranged adjacent to each other, and is used as an illumination lens in the embodiments and examples of the present invention. obtain.

図41(b)は、第二のシリンダレンズアレイの例を示す図である。図41(b)に示すような第一のシリンダレンズアレイは、互いに隣接して配置された複数の凹のシリンダレンズで構成され、本発明の実施形態及び実施例においては、照明レンズとして使用され得る。   FIG. 41B is a diagram illustrating an example of the second cylinder lens array. The first cylinder lens array as shown in FIG. 41 (b) is composed of a plurality of concave cylinder lenses arranged adjacent to each other, and is used as an illumination lens in the embodiments and examples of the present invention. obtain.

図41(c)は、第一のシリンダレンズの例を示す図である。図41(c)に示すような第一のシリンダレンズは、平凸の断面を有し、本発明の実施形態及び実施例においては、集束レンズとして使用され得る。   FIG. 41C is a diagram illustrating an example of the first cylinder lens. The first cylinder lens as shown in FIG. 41C has a plano-convex cross section, and can be used as a focusing lens in the embodiments and examples of the present invention.

図41(d)は、第二のシリンダレンズの例を示す図である。図41(d)に示すような第二のシリンダレンズは、両凸の断面を有し、本発明の実施形態及び実施例においては、集束レンズとして使用され得る。   FIG. 41D is a diagram illustrating an example of the second cylinder lens. The second cylinder lens as shown in FIG. 41 (d) has a biconvex cross section, and can be used as a focusing lens in the embodiments and examples of the present invention.

図41(e)は、放物面鏡又は楕円面鏡の例を示す図である。図41(e)に示すような放物面鏡又は楕円面鏡は、ある一つの方向において、放物面又は楕円面の断面を有し、且つ、その方向と垂直な方向には、平行平面の断面を有するミラーである。図41(e)に示すような放物面鏡又は楕円面鏡は、本発明の実施形態及び実施例においては、集束ミラーとして使用され得る。図41(e)に示すような放物面鏡又は楕円面鏡の形状は、光輝アルミ薄板を用いて、容易に形成されるので、図41(e)に示すような放物面鏡又は楕円面鏡を製造するコストを、低減することができる。   FIG. 41E is a diagram illustrating an example of a parabolic mirror or an ellipsoidal mirror. A parabolic mirror or ellipsoidal mirror as shown in FIG. 41 (e) has a parabolic or elliptical cross section in one direction, and a parallel plane in a direction perpendicular to that direction. It is a mirror which has the cross section. A parabolic mirror or an ellipsoidal mirror as shown in FIG. 41 (e) can be used as a focusing mirror in the embodiments and examples of the present invention. Since the shape of the parabolic mirror or ellipsoidal mirror as shown in FIG. 41 (e) is easily formed using a bright aluminum thin plate, the parabolic mirror or ellipse as shown in FIG. The cost for manufacturing the surface mirror can be reduced.

図41(f)は、平面鏡の例を示す図である。図41(f)に示すような平面鏡は、本発明の実施形態及び実施例においては、変向ミラー及び折り返しミラーとして使用され得る。ここで、図41(f)に示すような平面鏡を、変向ミラーとして用いる場合には、画像情報を備えた光を反射させるために、図41(f)に示すような平面鏡は、ガラスの一面を鏡面とした平面鏡であることが好ましい。また、図41(f)に示すような平面鏡を、折り返しミラーとして用いる場合には、図41(f)に示すような平面鏡は、光輝アルミ板を用いて製造された平面鏡であってもよい。   FIG. 41F is a diagram illustrating an example of a plane mirror. A plane mirror as shown in FIG. 41 (f) can be used as a turning mirror and a folding mirror in the embodiments and examples of the present invention. Here, when a plane mirror as shown in FIG. 41 (f) is used as a turning mirror, in order to reflect light having image information, the plane mirror as shown in FIG. A plane mirror with one surface as a mirror surface is preferable. When a plane mirror as shown in FIG. 41 (f) is used as a folding mirror, the plane mirror as shown in FIG. 41 (f) may be a plane mirror manufactured using a bright aluminum plate.

図42(a)は、凸シリンダレンズを示す図である。図42(a)に示すような凸シリンダレンズは、本発明の実施形態及び実施例においては、照明レンズとして使用され得る。   Fig.42 (a) is a figure which shows a convex cylinder lens. A convex cylinder lens as shown in FIG. 42A can be used as an illumination lens in the embodiments and examples of the present invention.

図42(b)は、凹シリンダレンズを示す図である。図42(a)に示すような凹シリンダレンズは、本発明の実施形態及び実施例においては、照明レンズとして使用され得る。   FIG. 42B shows a concave cylinder lens. A concave cylinder lens as shown in FIG. 42A can be used as an illumination lens in the embodiments and examples of the present invention.

図42(c)は、プリズムを示す図である。図42(c)に示すようなプリズムは、本発明の実施形態及び実施例においては、照明光軸を折り曲げる(偏向させる)光学素子として使用され得る。   FIG. 42C shows a prism. In the embodiments and examples of the present invention, the prism as shown in FIG. 42C can be used as an optical element that bends (deflects) the illumination optical axis.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and these embodiments and examples of the present invention are not limited thereto. Can be changed or modified without departing from the spirit and scope of the present invention.

1…LED(又はLEDチップ)、2a…回転放物面鏡、2b…回転楕円面鏡、2c…凸レンズ、2d…放物面鏡、3…照明レンズ、4a…集束レンズ、4b,4b1,4b2…集束ミラー、5,5a,5b…側面鏡、6,6a,6b…折り返しミラー、7…プリズム、8…凹シリンダ、10…照明ユニット、11…第一走行体、11a…走行体、12…変向ミラー、13…コンタクトガラス、14…結像レンズ、15…一次元撮像素子、16…読み取りユニット、17a,17b,17c…折り返しミラー、18…カラーフィルター、21…電極、22…リード線、23…透明樹脂、24…フードレンズ、25…ベース、31…感光体、32…紙送りローラ、33…シート原稿、Sx…主走査方向、Sy…副走査方向、AxI…照明光軸、AxR…読取光軸、Ai…撮像領域,照明領域,照明対象領域、Di…照度分布、Vl…長手方向、Vs…短手方向、VLS…虚光源,仮想光源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED (or LED chip), 2a ... Rotary parabolic mirror, 2b ... Rotating ellipsoidal mirror, 2c ... Convex lens, 2d ... Parabolic mirror, 3 ... Illumination lens, 4a ... Converging lens, 4b, 4b1, 4b2 ... Focusing mirror, 5, 5a, 5b ... Side mirror, 6, 6a, 6b ... Folding mirror, 7 ... Prism, 8 ... Concave cylinder, 10 ... Illumination unit, 11 ... First traveling body, 11a ... Running body, 12 ... Deflection mirror, 13 ... contact glass, 14 ... imaging lens, 15 ... one-dimensional imaging device, 16 ... reading unit, 17a, 17b, 17c ... folding mirror, 18 ... color filter, 21 ... electrode, 22 ... lead wire, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Transparent resin, 24 ... Hood lens, 25 ... Base, 31 ... Photoconductor, 32 ... Paper feed roller, 33 ... Sheet original, Sx ... Main scanning direction, Sy ... Sub scanning direction, AxI ... Illumination optical axis, xR ... reading the optical axis, Ai ... imaging area, the illumination area, the illumination target region, Di ... illuminance distribution, Vl ... longitudinal, Vs ... lateral direction, VLS ... virtual source, the virtual light source.

特開2005−204272号公報JP 2005-204272 A 特開2005−242263号公報JP 2005-242263 A

Claims (4)

第一の方向に配置された複数の光源から放出される光を原稿面上で重畳させて原稿を照明する原稿照明装置において、
前記複数の光源の個々から射出される複数の光束の各々に対応して設けられたレンズアレイであり、前記第一の方向に正の屈折力を有し、前記第一の方向と垂直な第二の方向に屈折力を有さない第1レンズと、焦点距離がFでありかつ前記第1レンズと前記原稿面との間で前記原稿面から焦点距離Fだけ離れた位置に配置されしかも前記第一の方向には屈折力を有しておらず前記第二の方向に正の屈折力を有する第2レンズとを備え、前記複数の光源の個々は、赤、緑、青の各色別に発光する発光光源を一組として、前記原稿が配置される原稿面側に凸面を向けた凸レンズからなるフードレンズで覆れたものであり、
前記フードレンズの焦点距離はf0であり、前記赤、緑、青の各発光光源から該フードレンズまでの主点までの距離aが、前記焦点距離f0と等しくなるように配置されてなり、前記赤、緑、青の各発光光源のうちの緑の光源から射出される光束の光軸が前記フードレンズの光軸と一致するように構成されており、
前記第一の方向に配置された複数の光源は、前記第一の方向における中央部が最も原稿面に近く、該中央部の光源から周辺部に向かう光源に伴って前記原稿面から遠くなるように配置されてなり、
前記個々の光源に設けられた前記フードレンズの焦点距離f0は全て同じであり、前記第1レンズであるレンズアレイにおける各々のレンズ焦点距離f1は前記第一の方向における配置に応じて変化し、前記第一の方向における中央部の光源に対応した前記第1レンズの焦点距離f1と前記フードレンズの焦点距離f0との関係は、
f0>f1であり、前記中央部から周辺部に向かうに伴ってf0=f1を経て、その後、f0<f1となることを特徴とする原稿照明装置。
In a document illumination device that illuminates a document by superimposing light emitted from a plurality of light sources arranged in a first direction on the document surface,
A lens array provided corresponding to each of a plurality of light beams emitted from each of the plurality of light sources, and having a positive refractive power in the first direction and perpendicular to the first direction. A first lens having no refractive power in two directions, a focal length is F, and the first lens and the document surface are disposed at a position separated from the document surface by a focal length F; A second lens having no refractive power in the first direction and having a positive refractive power in the second direction, and each of the plurality of light sources emits light for each color of red, green, and blue A set of light emitting light sources that are covered with a hood lens composed of a convex lens with a convex surface facing the document surface on which the document is placed;
The focal length of the hood lens is f0, and the distance a from the red, green, and blue light emitting sources to the principal point to the hood lens is arranged to be equal to the focal length f0. The optical axis of the light beam emitted from the green light source among the red, green, and blue light sources is configured to coincide with the optical axis of the hood lens ,
The plurality of light sources arranged in the first direction are such that the central portion in the first direction is closest to the original surface, and further away from the original surface with the light source from the central portion toward the peripheral portion. Arranged in the
The focal lengths f0 of the hood lenses provided in the individual light sources are all the same, and each lens focal length f1 in the lens array that is the first lens changes according to the arrangement in the first direction, The relationship between the focal length f1 of the first lens corresponding to the light source at the center in the first direction and the focal length f0 of the hood lens is:
The document illumination device according to claim 1, wherein f0> f1, f0 = f1 as it goes from the center to the periphery, and then f0 <f1 .
第一の方向に配置された複数の光源から放出される光を原稿面上で重畳させて原稿を照明する原稿照明装置において、
前記複数の光源の個々から射出される複数の光束の各々に対応して設けられたレンズアレイであり、前記第一の方向に正の屈折力を有し、前記第一の方向と垂直な第二の方向に屈折力を有さない第1レンズと、焦点距離がFでありかつ前記第1レンズと前記原稿面との間で前記原稿面から焦点距離Fだけ離れた位置に配置されしかも前記第一の方向には屈折力を有しておらず前記第二の方向に正の屈折力を有する第2レンズとを備え、前記複数の光源の個々は、赤、緑、青の各色別に発光する発光光源を一組として、前記原稿が配置される原稿面側に凸面を向けた凸レンズからなるフードレンズで覆れたものであり、
前記フードレンズの焦点距離はf0であり、前記赤、緑、青の各発光光源から該フードレンズまでの主点までの距離aが、前記焦点距離f0と等しくなるように配置されてなり、前記赤、緑、青の各発光光源のうちの緑の光源から射出される光束の光軸が前記フードレンズの光軸と一致するように構成されており、
前記第一の方向に配置された複数の光源は、前記原稿面に対して全て等距離となるように配置されてなり、前記個々の光源に設けられた前記フードレンズの焦点距離f0は全て同じであり、前記第1レンズであるレンズアレイにおける各々のレンズの焦点距離f1は前記第一の方向における配置に応じて変化し、前記第一の方向における中央部の光源に対応した前記第1レンズの焦点距離f1と前記フードレンズの焦点距離f0との関係は、 f0>f1であり、前記中央部から周辺部に向かうに伴ってf0=f1を経て、その後、f0<f1となり、前記第一の方向における中央に配置された光源と、前記第一の方向における両端に配置された光源を除く前記複数の光源について、当該各光源の光軸が前記第一の方向における中央に配置された光源の光軸に対して外側に傾斜するように、前記第1レンズの直後にプリズムが配置されていることを特徴とする原稿照明装置。
In a document illumination device that illuminates a document by superimposing light emitted from a plurality of light sources arranged in a first direction on the document surface,
A lens array provided corresponding to each of a plurality of light beams emitted from each of the plurality of light sources, and having a positive refractive power in the first direction and perpendicular to the first direction. A first lens having no refractive power in two directions, a focal length is F, and the first lens and the document surface are disposed at a position separated from the document surface by a focal length F; A second lens having no refractive power in the first direction and having a positive refractive power in the second direction, and each of the plurality of light sources emits light for each color of red, green, and blue A set of light emitting light sources that are covered with a hood lens composed of a convex lens with a convex surface facing the document surface on which the document is placed;
The focal length of the hood lens is f0, and the distance a from the red, green, and blue light emitting sources to the principal point to the hood lens is arranged to be equal to the focal length f0. The optical axis of the light beam emitted from the green light source among the red, green, and blue light sources is configured to coincide with the optical axis of the hood lens,
The plurality of light sources arranged in the first direction are all arranged at an equal distance from the document surface, and the focal lengths f0 of the hood lenses provided in the individual light sources are all the same. The focal length f1 of each lens in the lens array which is the first lens changes according to the arrangement in the first direction, and the first lens corresponding to the light source at the center in the first direction The focal length f1 of the hood lens and the focal length f0 of the hood lens are f0> f1, passing through f0 = f1 from the center to the periphery, and then f0 <f1, For the plurality of light sources excluding the light source arranged in the center in the direction and the light sources arranged at both ends in the first direction, the optical axis of each light source is arranged in the center in the first direction. An original illuminating apparatus , wherein a prism is disposed immediately after the first lens so as to be inclined outward with respect to the optical axis of the light source .
前記第1レンズの前記第一の方向における両側面に側面鏡を配置し、前記側面鏡は、前記フードレンズの前記第一の方向における両側面から前記第2レンズの前記第一の方向における両側面までに渡って設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の原稿照明装置。 Side mirrors are arranged on both side surfaces in the first direction of the first lens, and the side mirrors are arranged on both sides in the first direction of the second lens from both side surfaces in the first direction of the hood lens. The document illumination device according to claim 1 , wherein the document illumination device is provided over a surface. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の原稿照明装置によって原稿を照明する画像読取装置であって、
該照明された原稿から散乱又は反射された光を結像させる結像光学系と、前記結像光学系によって結像させた画像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする画像読取装置。
An image reading apparatus that illuminates a document with the document illumination device according to any one of claims 1 to 3 ,
An image reading apparatus comprising: an image forming optical system that forms an image of light scattered or reflected from the illuminated original; and an image pickup device that picks up an image formed by the image forming optical system. .
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