JP6643050B2 - 照明装置、それを備える分光測色装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、それを備える分光測色装置及び画像形成装置に関する。

近年、照明効率の高度化に有利な楕円反射面を利用した照明光学系が開発されている。
特許文献１は、光ファイバから出射した照明光を、楕円反射面を用いて試料上に集光する装置を開示している。
特許文献２は、ＬＥＤから出射した照明光を、中空の楕円反射面を用いて集光する装置を開示している。

特開２０１４−９４１２２号公報 特開２０１４−１７０５２号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示されている装置では、楕円反射面の焦点に光源を配置しているため、配置誤差によって光源が称呼寸法で配置されていないと、対象に集光される光量が急激に小さくなってしまう。すなわち、光源の配置誤差に対して照明効率が敏感であるという問題がある。なお、以降、簡便な記載のために、称呼寸法で配置されていることを「称呼配置」、称呼寸法で配置されていないことを「非称呼配置」とも記載する。
特に、特許文献２のように、光源としてＬＥＤを用いている場合は、ＬＥＤ光源内部の発光部の位置ばらつきの公差を制御することは難しく、従って、公差による照明効率の変動が問題となりやすい。

本発明では、配置誤差によって光源が非称呼配置になっても、被照射面上で検知される光量が急激に小さくはならない照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光源と、光源から出射した光束を被照射面に導光する導光体とを備え、導光体は、光源からの光束が入射する入射面と、入射面からの光束を反射する楕円反射面と、楕円反射面からの光束が出射する出射面とを有し、楕円反射面は、回転楕円体によって定義される楕円面であり、光源は、楕円反射面の焦点のうち被照射面から遠い方の第１の焦点に対して、光源の発光面に垂直な成分を有する方向に離間して配置されており、楕円反射面の二つの焦点を通る軸をｚ軸、回転楕円体とｚ軸との交点を原点、ｚ軸及び発光面の垂線に平行な断面内における回転楕円体の原点での曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、前記断面内における発光面の垂線とｚ軸とのなす角度をθ、発光面に垂直な方向における光源と第１の焦点との距離をΔ、
とするとき、
０．１≦Δ／Δ _ｍａｘ ≦０．５
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、配置誤差によって光源が非称呼配置になっても、被照射面上で検知される光量が急激に小さくはならない照明装置を提供することができる。

第一実施形態に係る照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 従来の照明光学系の（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時におけるＸＺ断面図。 第一実施形態に係る照明光学系の（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時におけるＸＺ断面図。 従来の照明光学系の（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時におけるＸＺ断面図。 第一実施形態に係る照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 従来の照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 従来の照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 第二実施形態に係る照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 第二実施形態に係る照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 様々な離間量Δにおける本発明に係る照明光学系のＸＺ断面図。 本実施形態に係る照明光学系の幾何学的模式図。 第三実施形態に係る照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 第三実施形態に係る照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 第四実施形態に係る照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 第四実施形態に係る照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 第五実施形態に係る照明光学系の（ａ）ＹＺ、（ｂ）ＸＹ及び（ｃ）ＸＺ断面図。 第五実施形態に係る照明光学系による（ａ）称呼配置時及び（ｂ）非称呼配置時における被照射面上における照明分布。 本実施形態に係る照明光学系が搭載された、画像形成装置に用いられる分光測色装置の要部上面図。 本実施形態に係る照明光学系が搭載された、画像形成装置に用いられる分光測色装置の要部斜視図。 本実施形態に係る照明光学系が搭載された分光測色装置を備えるカラー画像形成装置の側断面図。

［第一実施形態］
以下、本実施形態に係る照明光学系を備えた照明装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第一実施形態に係る照明光学系１０のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

照明光学系１０は、ＬＥＤ１００及び導光体１１０を備えている。
ＬＥＤ１００は、０．２ｍｍ×０．２ｍｍの発光部を有する光源である。
導光体１１０は、アクリペット（登録商標）から作製されており、入射面１１１、楕円反射面１１２、出射面１１３を備えている。すなわち、導光体１１０は、アクリペット（樹脂）製の中実の導光体である。なお、ここで、樹脂製の中実の導光体とは、導光体内部まで樹脂が詰まっていることを意味する。また、本実施形態における楕円反射面１１２の形状に関して、楕円とは、厳密な楕円に限らず、近似的に楕円とみなせる形状（略楕円）を含んでいる。

なお、入射面１１１及び出射面１１３は共に平面である。従って、導光体１１０は、回転楕円体を平面でカットした形状となっている。

図１（ａ）乃至（ｃ）に示されているように、導光体１１０の入射面１１１にＬＥＤ１００の出射面が接するようにＬＥＤ１００が配置されている。なお、本実施形態では、導光体１１０の入射面１１１にＬＥＤ１００の出射面が接するようにＬＥＤ１００が配置されているが、導光体１１０の入射面１１１からＬＥＤ１００の出射面までの距離が０．１ｍｍを上限として、近接していてもよい。ＬＥＤ１００から出射した光線は、入射面１１１から導光体１１０に入射した後、楕円反射面１１２によって反射される。反射された光線は、出射面１１３にて屈折されて、被照射面１２０上に照射される。
なお、ＬＥＤ１００から出射した光束のうち、楕円反射面１１２の全反射条件を満たしていない光束のほとんどは、楕円反射面１１２を透過し、被照射面１２０上に照射されない。そのような光束については、以降の議論において無視するものとし、説明を明確にするため図中には記載しない。

本実施形態において、導光体の形状を定義する回転楕円体の一方の焦点が被照射面１２０上に位置されるように導光体が配置される。回転楕円体の他方の焦点を通る被照射面１２０の垂線をＺ軸と定義する。ＬＥＤ１００の発光面の法線方向（以下、出射方向と呼ぶ）を被照射面１２０へ投影した方向をＸ軸、Ｘ軸とＺ軸に垂直な方向をＹ軸と定義する。また、Ｚ軸と被照射面１２０との交点を本実施形態に係る座標系の原点としている。なお、本実施形態において定義したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及び照明光学系の原点をそのまま、以下に示す別の実施形態においても用いることとする。
また、１１２ａは楕円反射面１１２の被照射面上ではない焦点側の面頂点である。

本実施形態に係る照明光学系１０における導光体１１０の楕円反射面１１２は、コーニック非球面で構成され、その非球面形状は、以下の式（１）で表される。

ここで、Ｒ及びｋはそれぞれ、ｚ軸及びＬＥＤ１００の発光面の垂線に平行な断面内における楕円反射面１１２の近軸曲率半径、及び円錐定数である。また、ｘ、ｙ、ｚ（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）はそれぞれ、楕円反射面１１２について定義されるローカル座標（軸）である。すなわち、楕円反射面を定義する回転楕円体の２つの焦点を含む方向をｚ軸、回転楕円体のｚ軸との交点を原点として、ｚ軸に直交する互いに垂直な２方向をｘ軸、ｙ軸とするローカル座標系である。

第一実施形態に係る照明光学系１０においては、ＬＥＤ１００の発光面が楕円反射面１１２の光源側焦点１１２ｂからＸ方向（発光面の法線方向）にシフトした位置に配置されていることに注意されたい。

次に、従来の照明光学系と本実施形態に係る照明光学系とを比較することによって、本発明の効果について説明する。

図２（ａ）は、従来の照明光学系２０において光源が称呼寸法で配置されている場合（以後、「光源称呼配置時」とも記載する）のＸＺ断面図を示している。なお、図２は、発明の効果を簡易な図でわかりやすく説明するために導光体の反射面だけを示し、入射面、出射面については記載していない。後述する図３、４、１０についても同様である。

照明光学系２０では、楕円反射面２１２の一方の焦点（被照射面２２０から遠い方の第１の焦点）Ｐ₁上に光源２００が配置されている。
被照射面２２０は、ＸＹ平面に平行であり、且つ、楕円反射面２１２の他方の焦点（被照射面２２０の近位にある焦点）Ｐ₂を含むように配置されている。

図２（ａ）に示されるように、光源２００の出射面の法線方向はＸ方向に平行であり、光源２００から出射した、所定の広がり角を有する光束は、楕円反射面２１２によって反射され、被照射面２２０上の焦点（第２の焦点）Ｐ₂の位置を照明する。

図２（ｂ）は、従来の照明光学系２０において光源が（入射面内において）称呼寸法からずれて配置された場合（以後、「光源非称呼配置時」とも記載する）におけるＸＺ断面図を示している。ここで、光源２００は、焦点Ｐ₁に対してＺ方向に沿って被照射面から離れる方向にシフトし、すなわち、楕円反射面２１２に近づくような配置誤差を有している。

この場合、光源２００から出射した、所定の広がり角を有する光束は、楕円反射面２１２によって反射され、被照射面２２０上の焦点Ｐ₂からずれた位置を中心に、被照射面２２０上を集光度を悪化させながら照明する。

ここで、不図示の検出部が、被照射面２２０上の所定の範囲（以下、検知範囲と呼ぶ。）を検知する場合を考えると、図２（ｂ）のように、光源２００が配置誤差を有していると、被検知範囲に照射される光束の光量が小さくなり、検出部の検知性能が悪化してしまう。
このような照明光学系を、センサに応用していた場合には、検知性能不良によって生産の歩留まりが悪くなったり、検知性能が良好であったとしても、製品ごとの性能ばらつきが大きくなったりしてしまう。

図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る照明光学系３０における光源称呼配置時のＸＺ断面図を示している。

本実施形態の照明光学系３０では、楕円反射面３１２の一方の焦点Ｐ₁からＸ方向にシフトした位置に光源３００が配置されている。
被照射面３２０は、ＸＹ平面に平行であり、且つ、楕円反射面３１２の他方の焦点Ｐ₂を含むように配置されている。

図３（ａ）に示されるように、光源３００の発光面の法線方向はＸ方向に平行であり、光源３００から出射した、所定の広がり角を有する光束は、楕円反射面３１２によって反射され、被照射面３２０上の焦点Ｐ₂の近傍を照明する。
すなわち、光源３００が楕円反射面３１２の焦点Ｐ₁からＸ方向にずれた位置に配置されているために、被照射面３２０上の焦点Ｐ₂の位置に集光しない。そのため、焦点Ｐ₁に光源３００が配置された場合に比べて、被照射面３２０上の焦点Ｐ₂の近傍を、集光度を悪化させながら広範囲に照明する。

図３（ｂ）は、本発明に係る照明光学系３０における光源非称呼配置時のＸＺ断面図を示している。ここで、光源３００は、図３（ａ）に示した称呼配置時の光源３００の位置に対してＺ方向に沿って被照射面３２０から離れる方向にシフトし、楕円反射面３１２に近づくような配置誤差を有している。

この場合、光源３００から出射した、所定の広がり角を有する光束は、楕円反射面３１２によって反射され、被照射面３２０上において、光源称呼配置時とは異なる分布で広範囲に照明する。

上記のように、従来の照明光学系２０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になることによって、被照射面２２０上の検知範囲を照射する光束の光量が急激に小さくなる。
一方で、本実施形態に係る照明光学系３０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、被照射面３２０上の検知範囲を照射する光束の光量は急激に小さくはならない。

従って、本実施形態に係る照明光学系では、光源が配置誤差を有していても、検出部の検知性能は悪化しにくい。このような照明光学系を、センサに応用していた場合には、検知性能不良による生産の歩留まりの悪化が解消され、且つ、製品ごとの性能ばらつきが大きくなることも無くなる。

次に、光源から出射される光束の広がり角について考える。

図４（ａ）は、従来の照明光学系４０における光源称呼配置時のＸＺ断面図を示している。

照明光学系４０では、楕円反射面４１２の一方の焦点Ｐ₁上にＬＥＤ光源４００が配置されている。
被照射面４２０は、ＸＹ平面に平行であり、且つ、楕円反射面４１２の他方の焦点Ｐ₂を含むように配置されている。
ここで、ＬＥＤ光源４００から出射される光束の広がり角はＸ軸方向に対して略−９０°〜９０°である。

図４（ａ）に示されるように、ＬＥＤ光源４００の発光面の法線方向はＸ方向に平行であり、ＬＥＤ光源４００から出射した光束は、楕円反射面４１２によって反射され、被照射面４２０上の焦点Ｐ₂の位置に照射される。

図４（ｂ）は、従来の照明光学系４０における光源非称呼配置時のＸＺ断面図を示している。ここで、ＬＥＤ光源４００は、焦点Ｐ₁に対してＺ方向に沿って被照射面４２０から離れる方向にシフトし、楕円反射面４１２に近づくような配置誤差を有している。

この場合、ＬＥＤ光源４００から出射した光束は、楕円反射面４１２によって反射され、被照射面４２０上の焦点Ｐ₂からずれた位置を中心に、被照射面４２０上を集光度を悪化させながら照明する。ここで、図２（ｂ）の広がり角が小さい場合と比較して、被照射面上の照明範囲が広くなっていることに注意されたい。

しかしながら、照明光学系４０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、光束の広がり角が大きいために、被照射面４２０上の検知範囲を照射する光束の光量は急激に小さくはならない。

従って、本発明による効果は、光源から出射される光束の広がり角が小さい場合に、さらに顕著になる。
具体的には、光源が中実の導光体に近接して配置されている場合が、それに相当する。
第一実施形態においても、図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、照明光学系１０において、ＬＥＤ１００が導光体１１０の入射面１１１に接して（近接して）配置されている。この場合には、導光体１１０の屈折率をｎとすると、ＬＥＤ１００から出射される光束の広がり角は、スネルの法則より、−Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）〜Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）である。
もし、導光体１１０がプラスティックやガラス等で作製されている場合、ｎ＝１．５であるとすると、ＬＥＤ１００から出射される光束の広がり角は、−４１．８°〜４１．８°となり、広がり角が小さい構成となる。

次に、本実施形態に係る照明光学系において生じる効果を、具体的な数値を用いて説明する。

以下の表１に、第一実施形態に係る照明光学系１０の光学設計値を示す。

なお、表１でＴｉｌｔＸ、ＴｉｌｔＹ及びＴｉｌｔＺとはそれぞれ、対象となる面の法線のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角度を意味している。この定義は、以下の表においても同様である。

表１に示されるように、ＬＥＤ１００の発光面の中心位置は、楕円反射面１１２の光源側焦点１１２ｂからΔ＝１ｍｍだけＸ方向（出射方向）に離間している。換言すると、ＬＥＤ１００は、光源側焦点１１２ｂから、ＬＥＤ１００の発光面の法線方向に、Δ＝１ｍｍだけ離間して配置されている。

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時における第一実施形態に係る照明光学系１０による被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表１に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１、０、−１４）に配置されていることを意味している。また、光源非称呼配置として、ＬＥＤ１００が座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１、０、−１４．１）に配置されている場合を例示した。
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表１参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。
換言すると、検知中心位置とは、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、被照射面上の検知範囲内（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）に照射される光束の光量の和が最も大きくなる位置である。

この時、図５（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の７６％である。従って、本実施形態に係る照明光学系１０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面１２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）は急激に小さくはならないことがわかる。
なお、ここで検知光量とは、被照射面１２０上に照明された光束の光量に対する、不図示の検出部が検知する光量である。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、従来の照明光学系５０のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

また以下の表２に、従来の照明光学系５０の光学設計値を示す。

なお、従来の照明光学系５０は、第一実施形態に係る照明光学系１０と同一の構成要素で構成されているため、構成要素については同一の符番を付して、説明を省略する。従来の照明光学系５０が、第一実施形態に係る照明光学系１０と異なる点は、ＬＥＤ１００の発光面の中心が楕円反射面１１２の光源側焦点１１２ｂの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０、０、−１４）に配置されていることである。また、それに伴って、導光体１１０の入射面１１１の頂点座標も異なっている。

図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、従来の照明光学系５０において、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時の被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表２に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０、０、−１４）に配置されていることを意味している。また、光源非称呼配置として、ＬＥＤ１００の発光面の中心が座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０、０、−１４．１）に配置されている場合を例示した。
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表２参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。

この時、図７（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の２２％である。従って、従来の照明光学系５０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になると、検知光量は急激に小さくなることがわかる。

以上のことから、本実施形態に係る照明光学系を製品に応用した場合、製造時の生産性向上や、製品ごとの性能ばらつきの低減を達成することができる。

本実施形態に係る照明光学系１０では、光源が、楕円反射面の光源側焦点から、発光面に垂直な方向（Ｘ方向）にずれた位置に配置されている。しかしながら、光源の発光面に垂直な成分を有する方向（光源の発光面に非平行な方向）に離間して配置されていれば、本発明の効果は発揮される。

また、本実施形態に係る照明光学系１０では、楕円反射面１１２の焦点が、導光体１１０の外部に存在する。
これにより、導光体の内部や表面上に楕円反射面の焦点が存在する、照明光学系と比較して、導光体を小型化させることができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る照明光学系１０では、ＬＥＤ１００が近接する導光体１１０の入射面１１１が、楕円反射面１１２の長軸（楕円反射面１１２を構成する回転楕円体の長軸）に平行になるように配置されている。
これにより、導光体１１０の入射面１１１を座面として、楕円反射面１１２の長軸方向に垂直な断面について、楕円反射面１１２の高さを測定すると、円形状となるため、形状解析がしやすくなるという効果が得られる。

［第二実施形態］
図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第二実施形態に係る照明光学系６０のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

また以下の表３に、第二実施形態に係る照明光学系６０の光学設計値を示す。

なお、第二実施形態に係る照明光学系６０は、第一実施形態に係る照明光学系１０と同一の構成要素で構成されているため、構成要素については同一の符番を付して、説明を省略する。第二実施形態に係る照明光学系６０が、第一実施形態に係る照明光学系１０と異なる点は、入射面１１１がＹＺ平面に対して９．４６゜の角度を有して傾いていることである。
このような構成とすることで、光源１００と被照射面１２０との間の相対的な配置関係についての自由度を得ることができる。また、一般にＬＥＤは、発光面の法線方向において配光強度が最も大きくなるため、法線方向の光束を、楕円反射面１１２によって反射させやすくすることで、照明効率を有利にすることができる。

図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時における第二実施形態に係る照明光学系６０による被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表３に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０．９８６、０、−１３．８３６）に配置されていることを意味している。すなわち、ＬＥＤ１００は、光源側焦点１１２ｂから、ＬＥＤ１００の発光面の法線方向に、Δ＝１ｍｍだけ離間して配置されている。また、光源非称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が、ＸＺ平面内で、入射面１１１に沿って、０．１ｍｍだけ楕円反射面１１２に近づくように称呼位置からずれて配置されていることを意味している。すなわち、光源非称呼配置では、ＬＥＤ１００の発光面の中心は、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１．００２、０、−１３．９３４）に配置されていることを意味している。
また、図９（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表３参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。
換言すると、検知中心位置とは、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、被照射面上の検知範囲内（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）に照射される光束の光量の和が最も大きくなる位置である。

この時、図９（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の６０％であることがわかる。
従って、本実施形態に係る照明光学系６０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面１２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）は急激に小さくならないことがわかる。

上記のように、本実施形態に係る照明光学系６０では、導光体１１０の入射面１１１が、楕円反射面１１２の長軸に非平行に配置されている。これにより、ＬＥＤ１００と被照射面１２０との間の相対的な配置関係についての自由度を得ることができる。
また、入射面１１１の楕円反射面１１２の長軸に対する非平行角度を調整することで、ＬＥＤ１００の配光分布の強度が大きい、発光面の法線方向の光束を楕円反射面１１２で全反射させやすくする事ができ、被照射面上に照射される光束の効率を高めることができる。

次に、光源と楕円反射面の光源側焦点との間の離間量Δについて考える。

照明光学系のサイズは、光源及び被照射面の配置関係によって、ほぼ決定される。そして、照明光学系のサイズと、導光体のサイズ制約等を考慮することによって、楕円反射面の形状やサイズは、凡そ決定される。また、導光体の導光体入射面の、楕円反射面の長軸に対する角度も、同様に決定される。

本実施形態に係る照明光学系において課題となる、光源の配置誤差は、照明光学系、特に導光体のサイズに略比例する。
すなわち、一般に、照明光学系、特に導光体が大きくなればなるほど、光源の配置誤差は大きくなり、逆に、照明光学系、特に導光体が小さくなればなるほど、光源の配置誤差は小さくなる。
これは、照明光学系、特に導光体の大きさに応じて、照明光学系の組み立て方法が異なるためである。

すなわち、適切な離間量Δは、照明光学系、特に導光体のサイズに応じて考慮されるべきである。

図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、様々な離間量Δにおける照明光学系７０のＸＺ断面図を示している。
具体的には、図１０（ａ）は、光源５００が楕円反射面５１２の一方の焦点Ｐ₁上に配置されている（すなわち、Δ＝０）場合を示している。また、図１０（ｂ）は、光源５００が楕円反射面５１２の一方の焦点Ｐ₁から所定の距離Δだけずれている場合を示している。さらに、図１０（ｃ）は、光源５００が楕円反射面５１２上に配置されている（すなわち、Δ＝Δ_max）場合を示している。

被照射面５２０は、ＸＹ平面に平行であり、且つ、楕円反射面５１２の他方の焦点Ｐ₂を含むように配置されている。

図１０（ａ）乃至（ｃ）に示されるように、光源５００の発光面の法線方向は、楕円反射面５１２の長軸に対してθの角度をなすように、傾いている。
光源５００から出射した、所定の広がり角を有する光束は、楕円反射面５１２によって反射され、被照射面５２０上の焦点Ｐ₂上又は周囲に照射される。
具体的には、離間量Δが大きくなればなるほど、被照射面５２０上の焦点Ｐ₂の周囲に集光度を大きく悪化させながら照射されるようになる。
従って、Δ＝０のときが集光度が最も良く、Δ＝Δ_maxのときが集光度が最も悪くなる。もちろん、Δ＞Δ_max、すなわち、光源５００は楕円反射面５１２を超えて配置することはできない。

そして、上記の議論から明らかなように、離間量Δが大きくなればなるほど、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面５２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）の急激な低下は生じにくくなる。
ただし、離間量Δがあまりに大きくなると、被照射面５２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）自体が小さくなってしまう。

以上のことから、本発明においては、離間量Δが以下の関係を満たすことが好ましい。
０．１Δ_max≦Δ≦０．５Δ_max

なお、照明光学系７０は、簡単のために、中実の導光体を有していない照明光学系で説明したが、中実の導光体を有する照明光学系であっても、ここでの議論の本質には影響しない。

次に、Δ_maxの導出について説明する。

図１１は、照明光学系７０の幾何学的模式図を示している。

まず、楕円反射面５１２の光源側焦点Ｐ₁と被照射面側焦点Ｐ₂との間の距離２ｆは、楕円反射面５１２の長径ａ及び短径ｂを用いて、以下の式（２）のように表される。

次に、楕円反射面５１２の長軸（ｚ軸）及び光源５００の発光面の垂線に平行な断面内において焦点Ｐ₁から楕円反射面５１２の長軸に対して角度θ（０°≦θ≦１８０°）をなして出射した光束の、楕円反射面５１２との交点をＰ_ａとする。
そのとき、焦点Ｐ₁から交点Ｐ_ａまでの距離をＬ１、交点Ｐ_ａから焦点Ｐ₂までの距離をＬ２とすると、楕円の性質から、以下の式（３）で表される関係が得られる。

従って、式（３）から、以下の式（４）が得られる。

次に、交点Ｐ_ａから楕円反射面５１２の長軸に垂線を引いたときの交点をＱとすると、交点Ｐ_ａと交点Ｑとの間の距離は、Ｌ１ｓｉｎθとなり、また、交点Ｑと焦点Ｐ₂との間の距離は、２ｆ＋Ｌ１ｃｏｓθとなる。

従って、直角三角形ＰＱＰ₂における三平方の定理より、以下のように、Ｌ１を計算することができる。

また、楕円反射面５１２の長径ａ及び短径ｂは、楕円反射面５１２の近軸曲率半径Ｒ及び円錐定数ｋを用いて、以下の式（５）のように表される。

従って、Ｌ１は、式（５）を用いて、以下のように書き直すことができる。

そして、Δ_max＝Ｌ１なので、以下の式（６）が得られる。

ここで、第二実施形態に係る照明光学系６０においてΔ_maxを計算すると、表３より、Ｒ＝４．００３２８、ｋ＝−０．６７１８６、θ＝９９．４６゜であることから、Δ_maxは４．６２７ｍｍと求まる。
従って、第二実施形態に係る照明光学系６０における離間量Δは１ｍｍと設定されていることから、離間量Δは、上で述べた、０．１Δ_max≦Δ≦０．５Δ_maxの関係を満たしていることがわかる。

次に、本実施形態における楕円反射面の構成について考える。

本実施形態に係る照明光学系の横倍率βは、近似的に、光源と楕円反射面との間の光束の進行方向に沿った距離と楕円反射面と被照射面との間の光束の進行方向に沿った距離との比で表すことができる。
すなわち、横倍率βは、図１１に示される照明光学系においては、以下の式（７）のように表される。

一般的な結像光学系と同様に考えると、被照射面側の集光位置のデフォーカス方向のずれ量δは、光源と光源側焦点との間の離間量Δ×縦倍率β²と表すことができる。従って、横倍率βが大きいほど、被照射面側の集光位置がずれ、被照射面上の広範囲を照射することとなる。

なお、本実施形態に係る照明光学系では、光源を楕円反射面の光源側焦点位置からずらして配置させているが、被照射面の位置を集光位置からずらしても、本発明の効果を得ることができる。
しかしながら、被照射面を反導光体側にずらすと、照明光学系の大型化を招いてしまう一方で、導光体側にずらすと、被照射面と導光体との干渉が問題となる。
すなわち、被照射面の位置を集光位置からずらすよりも、光源を楕円反射面の光源側焦点位置からずらすことによって、被照射位置を集光位置からずらす構成の方が好ましい。
従って、本実施形態において、被照射面上の同程度広範囲を照明する照明光学系を達成するためには、被照射面の位置を集光位置からずらす構成よりも、光源を楕円反射面の光源側焦点位置からずらす構成の方が、効果が大きくなる。そして、被照射面もしくは光源の、それぞれに対応するずらし量を小さく抑える構成を採用することが好ましい。

具体的には、β＞１を満足する構成とすれば良い。すなわち、以下の式（８）を満たすことによって、被照射面の位置を集光位置からずらす構成よりも、光源を楕円反射面の光源側焦点位置からずらす構成の方が本発明の効果が大きく得られる。

また、Ｌ１＝Δ_maxであることより、式（８）は以下の式（９）で書き直すことができる。

なお、厳密には、楕円反射面と被照射面との間の光束の進行方向に沿った距離は、導光体の出射面の形状にも依存するため、Ｌ２とは異なる。しかしながら、本発明の効果に関する楕円反射面の構成を議論する上では、近似的に、式（８）を用いても問題はない。

上記と同様に、第二実施形態に係る照明光学系６０においてβを計算すると、表３より、Ｒ＝４．００３２８、ｋ＝−０．６７１８６、Ｌ１＝４．６２７ｍｍであることから、βは４．３と求まる。
従って、第二実施形態に係る照明光学系６０における楕円反射面横倍率βは、式（８）の関係を満たしていることがわかる。

また、上で述べたように、被照射面側の集光位置のデフォーカス方向のずれ量δは、縦倍率β²に比例する。
従って、第二実施形態に係る照明光学系６０のように、横倍率βが２以上（縦倍率β²が４以上）を満たすように、楕円反射面を設けることによって、本発明の効果をより顕著に得ることができる。

次に、光源から出射した光束が、楕円反射面で全反射される条件について考える。

図１１において、光源から出射した光束が楕円反射面へ入射する入射角度をφとすると、∠Ｐ１＿Ｐ＿Ｐ２＝２φと表される。
ここで、入射角度φは、光源の出射方向と、光源の出射方向と楕円反射面との交点Ｐ_ａにおける楕円反射面の接線に垂直な方向との間の角度として定義される。

入射角度φは、三角形Ｐ１＿Ｐ＿Ｐ２に対して余弦定理を用いることによって、以下の式（１０）のように求めることができる。

従って、導光体の屈折率をｎ、臨界角をφ_mとすると、入射角度φで楕円反射面に入射してきた光束の全反射条件は、以下の式（１１）のように求まる。

従って、式（１１）を満たすことによって、光源から出射した光束のうち、特に配光分布の強度が大きい、発光面の法線方向の光束を楕円反射面で全反射させることができ、被照射面上に照射される光束の効率を向上させることができる。

上記と同様に、第二実施形態に係る照明光学系６０においてφ及びφ_mを計算すると、表３より、Ｒ＝４．００３２８、ｋ＝−０．６７１８６、Ｌ１＝４．６２７ｍｍ、ｎ＝１．４９３６１であることから、φ及びφ_mはそれぞれ、４３．１°及び４２．０°と求まる。
従って、第二実施形態に係る照明光学系６０における入射角度φは、式（１１）の関係を満たしていることがわかる。

［第三実施形態］
図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第三実施形態に係る照明光学系８０のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

また以下の表４に、第三実施形態に係る照明光学系８０の光学設計値を示す。

なお、第三実施形態に係る照明光学系８０は、第一実施形態に係る照明光学系１０と同一の構成要素で構成されているため、構成要素については同一の符番を付して、説明を省略する。第三実施形態に係る照明光学系８０が、第一実施形態に係る照明光学系１０と異なる点は、光源１００の位置が、楕円反射面１１２の光源側焦点１１２ｂから、楕円反射面１１２から離れる方向に離間していることである。すなわち、導光体１１０の内部に、楕円反射面１１２の光源側焦点１１２ｂを有する構成となっている。従って、第一実施形態に係る照明光学系１０と比べて、導光体１１０が大型化してしまうが、このような構成でも、本発明の効果を得ることができる。

図１３（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時における第三実施形態に係る照明光学系８０による被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表４に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（−１、０、−１４）に配置されていることを意味している。換言すると、ＬＥＤ１００は、光源側焦点１１２ｂから、ＬＥＤ１００の発光面の法線方向に、Δ＝１ｍｍだけ離間して配置されている。また、光源非称呼配置とは、ＬＥＤ１００が、称呼時のＬＥＤ１００の配置位置に対してＺ方向に沿って楕円反射面１１２に近づくことを意味している。すなわち、光源非称呼配置では、ＬＥＤ１００の発光面の中心は、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（−１、０、−１４．１）に配置されていることを意味している。
また、図１３（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表４参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。
換言すると、検知中心位置とは、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、被照射面上の検知範囲内（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）に照射される光束の光量の和が最も大きくなる位置である。

この時、図１３（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の７８％である。従って、本実施形態に係る照明光学系８０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面１２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）は急激に小さくならないことがわかる。

［第四実施形態］
図１４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第四実施形態に係る照明光学系９０のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

また以下の表５に、第四実施形態に係る照明光学系９０の光学設計値を示す。

なお、第四実施形態に係る照明光学系９０は、第一実施形態に係る照明光学系１０と同一の構成要素で構成されているため、構成要素については同一の符番を付して、説明を省略する。第四実施形態に係る照明光学系９０が、第一実施形態に係る照明光学系１０と異なる点は、入射面１１１がＹＺ平面に対して９．４６゜の角度を有して傾いており、さらに、出射面１１３が入射面１１１と９０°の角度を為すように傾いていることである。
このような構成とすることで、光源１００と被照射面１２０との間の相対的な配置関係についての自由度を得ることができる。また、一般にＬＥＤは、発光面の法線方向において配光強度が最も大きくなるため、法線方向の光束を、楕円反射面１１２によって反射させやすくすることで、照明効率を有利にすることができる。

図１５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時における第四実施形態に係る照明光学系９０による被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表５に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（０．９８６、０、−１３．８３６）に配置されていることを意味している。換言すると、ＬＥＤ１００は、光源側焦点１１２ｂから、ＬＥＤ１００の発光面の法線方向に、Δ＝１ｍｍだけ離間して配置されている。また、光源非称呼配置とは、ＬＥＤ１００が、ＸＺ平面内で、入射面１１１に沿って、０．１ｍｍだけ楕円反射面１１２に近づくように称呼位置からずれて配置されていることを意味している。すなわち、光源非称呼配置では、ＬＥＤ１００の発光面の中心は、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１．００２、０、−１３．９３４）に配置されていることを意味している。
また、図１５（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表５参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。
換言すると、検知中心位置とは、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、被照射面上の検知範囲内（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）に照射される光束の光量の和が最も大きくなる位置である。

この時、図１５（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の９２％である。従って、本実施形態に係る照明光学系９０では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面１２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）は急激に小さくならないことがわかる。

上記のように、本実施形態に係る照明光学系９０では、導光体１１０の入射面１１１及び出射面１１３がそれぞれ、楕円反射面１１２の長軸及び短軸（楕円反射面１１２を構成する回転楕円体の長軸及び短軸）に非平行に配置されている。これにより、ＬＥＤ１００と被照射面１２０との間の相対的な配置関係についての自由度を得ることができる。
また、入射面１１１と出射面１１３とが為す角度が９０°であることから、導光体１１０の保持に有利である。
また、入射面１１１の楕円反射面１１２の長軸に対する非平行角度を調整することで、ＬＥＤ１００の配光分布の強度が大きい、発光面の法線方向の光束を楕円反射面１１２で全反射させやすくする事ができ、被照射面上に照射される光束の効率を高めることができる。
また、出射面１１３の角度を変えることができることにより、楕円反射面１１２を広くすることができ、照明効率を有利にすることができる。

［第五実施形態］
図１６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第五実施形態に係る照明光学系９５のＹＺ、ＸＹ及びＸＺ断面図を示している。

また以下の表６に、第五実施形態に係る照明光学系９５の光学設計値を示す。

なお、第五実施形態に係る照明光学系９５は、第一実施形態に係る照明光学系１０と同一の構成要素で構成されているため、構成要素については同一の符番を付して、説明を省略する。第五実施形態に係る照明光学系９５が、第一実施形態に係る照明光学系１０と異なる点は、楕円反射面頂点がＺ軸上にこないように、楕円反射面１１２が配置され、且つ、出射面頂点もＺ軸上にこないように、導光体１１０が設計配置されている。それにより、導光体１１０から出射した光束は、被照射面１２０上のＹ≠０の位置を中心として照明している。
このような構成とすることで、被照射面１２０上の照明光の角度を調節することができる。

図１７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、光源称呼配置時及び光源非称呼配置時における第五実施形態に係る照明光学系９５による被照射面１２０上における照明分布を示している。縦軸はＸ方向、横軸はＹ方向を示している。ここで、光源称呼配置とは、ＬＥＤ１００の発光面の中心が表６に示される座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（１．７、０、−１１．０２５）に配置されていることを意味している。換言すると、ＬＥＤ１００は、光源側焦点１１２ｂから、ＬＥＤ１００の発光面の法線方向に、Δ＝１ｍｍだけ離間して配置されている。また、光源非称呼配置とは、ＬＥＤ１００が、入射面１１１に沿って、０．１ｍｍだけ楕円反射面１１２に近づくように称呼位置からずれて配置されていることを意味している。
また、図１７（ａ）及び（ｂ）に示されている値は、光源称呼配置時に被照射面１２０に照射された光量を１に規格化したときの、１ｍｍ²あたりの光量密度である。

ここで、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、不図示の検出部が、被照射面上に照射される光束の光量を最も高効率に検知することができる位置を、検知中心位置（表６参照）とし、検知中心位置を中心とした０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲を、検知範囲とする。
換言すると、検知中心位置とは、ＬＥＤ１００が称呼配置されているときに、被照射面上の検知範囲内（０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）に照射される光束の光量の和が最も大きくなる位置である。

この時、図１７（ａ）及び（ｂ）から、光源非称呼配置時における検知光量は、光源称呼配置時における検知光量の９８％である。従って、本実施形態に係る照明光学系９５では、光源称呼配置から光源非称呼配置になっても、被照射面１２０上の検知範囲を照射する光束の光量（検知光量）は急激に小さくならないことがわかる。

本実施形態に係る照明光学系では、楕円反射面１１２は曲面となっているが、楕円反射面は曲面である必要は無く、近似的に楕円とみなせる形状（略楕円反射面形状）であれば、例えば楕円反射面が多平面で構成されていても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る照明光学系のように、被照射面１２０が導光体１１０の外部に配置されている場合、典型的には、導光体１１０から出射した光束の被照射面１２０上の照射位置と、楕円反射面１１２の被照射面１２０側の焦点位置Ｐ₂とは、ずれる。
そのため、被照射面１２０は、楕円反射面１１２の被照射面１２０側の焦点位置Ｐ₂を含んでいる必要はなく、被照射面１２０が、導光体１１０から出射した光束が大凡集光される位置に配置されていれば、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る照明光学系では、楕円反射面１１２に反射膜等を施してはいないが、該構成に限定される必要は無く、反射膜を蒸着したり、反射率を調整するための表面加工を施したりしても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る照明光学系では、ＬＥＤ１００が近接する導光体１１０の入射面１１１を平面としている。
これにより、ＬＥＤ光源１００から出射する光束の広がりを抑制したり、ＬＥＤ光源１００から出射する光束を高効率に利用したり、ＬＥＤ光源１００を導光体１１０に組み付ける工程を容易にしたりすることができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る照明光学系では、導光体１１０が有する反射面が一面のみである。
こうすることにより、反射面が複数面存在する照明光学系と比較して、導光体の小型化や成形を容易にすることができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る照明光学系では、導光体１１０の出射面１１３を平面としている。
これにより、出射面が曲面である照明光学系と比較して、導光体の小型化や加工を容易にすることができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る照明光学系では、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用しているが、これに限定されず、光源として、ＬＥＤや有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの有機ＥＬ素子を採用することができる。
ＬＥＤやＯＬＥＤは、発光部を小さくすることができるため、センサ等に用いるための照明光学系に好適である。
そのような照明光学系では、発光チップの位置公差が問題となりやすいため、本発明の効果を享受しやすい。

また、本実施形態に係る照明光学系は、導光体１１０の入射面１１１が楕円反射面１１２の長軸に平行で、且つ、出射面１１３が楕円反射面１１２の長軸に垂直ではないように構成することもできる。

［分光測色装置］
図１８は、本実施形態に係る照明光学系が搭載された、画像形成装置に用いられる分光測色装置２０００の要部上面図を示している。図１９は、本実施形態に係る照明光学系が搭載された、画像形成装置に用いられる分光測色装置２０００の要部斜視図を示している。

分光測色装置２０００は、不図示の筐体上に、導光体２００２及び回折素子２００３を保持している。
光源２００５及び受光素子２００６は、不図示の電気基板上に実装され、電気基板は、ネジによって筐体に固定される。樹脂製の筐体にはスリット２００１ａが一体成形されている。筐体の開口側には不図示のＰＥＴ製のカバーシートを備えた不図示のカバーが組み付けられる。カバーの一部には、導光体２００２から不図示のカラーパッチへの照射光や、カラーパッチから導光体２００２へ導光する反射光の光路を確保する必要のために開口窓を設けられている。開口窓によって、塵埃や紙紛等が筐体内に侵入しないように、開口窓にはカバーシートが取り付けられている。

光源２００５は、一般的にＴＯＰＶＩＥＷタイプと呼ばれる、０．２ｍｍ×０．２ｍｍの発光部を有する白色ＬＥＤであり、その発光面から面法線方向を光軸として放射状に光束を射出する。光源２００５の白色ＬＥＤは、発光面の面法線方向の光量が最大となり、面法線からの傾きが大きくなるにつれて光量も徐々に減少する配光強度特性を有する。

導光体２００２は、アクリル樹脂により形成された光学素子である。そして、不図示の入射面、楕円反射面及び出射面で構成される照明光学系のための導光体部分と、アナモフィック面２００２ｄ、不図示の折り返し反射面及び出射面２００２ｆで構成される分光光学系のための導光体部分とを一体化して形成されている。

回折素子２００３は、凹面反射型の回折格子を有しており、射出成形によって作製された樹脂製の光学素子にアルミニウム等の反射膜とＳｉＯ₂等の増反射膜を蒸着することによって作製されている。

受光素子２００６は、分光方向に複数のＳｉフォトダイオードなどの光電変換素子をアレイ状に並べて形成されている。

次に、分光測色装置２０００を用いた測色方法について説明する。

分光測色装置２０００は、照明光学系と分光光学系とを有しており、照明光学系により被照射面上に存在する被検知物を照明し、被検知物からの散乱光を分光光学系で分光し、被検知物の測色を行う。
光源２００５から出射した光線は、光源２００５と当接している導光体２００２の入射面を透過し、楕円反射面によって上側に反射し、出射面を透過して、被照射面上に存在するカラーパッチ等の被検知物へ照射される。

導光体に光源を近接させる照明光学系においては、導光体入射直後の光束の広がり角や、全反射条件を考慮し、必要な楕円反射面の範囲を明確にすることで、十分な照明効率を確保しつつ、導光体の小型化を達成することができる。

被照射面上に存在する被検知物からの散乱光の一部は、導光体２００２の分光方向と平行な方向に集光作用を有するアナモフィック面２００２ｄに入射する。そして、入射した後、折り返し反射面にて分光平面に対して平行な方向に折り曲げられ、スリット２００１ａ上でほぼ線像に結像した光束となる。
スリット２００１ａを通過した光束は、回折素子２００３によって分光された後、受光素子２００６上に波長毎にスリット像として結像される。これは、簡易な構成で小型化に有効なローランド型の分光器構成である。

アレイ状に並べられた受光素子２００６の各光電変換素子上に分光されたスリット像が集光され、各々の光電変換素子によって検出された信号に、光源２００５の分光特性や受光素子２００６の分光感度特性などを補正して信号処理し、被検知物の色調を算出する。
この分光光学系による被検知範囲は０．２ｍｍ×０．２ｍｍであり、且つ、被検知範囲の中心は、光源が称呼位置にあるときに、最も高効率となる位置になる。

［画像形成装置］
図２０は、本実施形態に係る照明光学系が搭載された分光測色装置２０００を備えるカラー画像形成装置１０００の側断面図を示している。

カラー画像形成装置１０００は、等間隔に配置された各々像担持体としての感光ドラム（感光体）１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ及び１ＢＫ、１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫ及び現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４ＢＫを備えている。
また、カラー画像形成装置１０００は、現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４ＢＫ、転写ベルト１４及び転写ローラ５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５ＢＫを備えている。
また、カラー画像形成装置１０００は、クリーナー６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６ＢＫを備えている。
また、カラー画像形成装置１０００は、走査光学装置３０００を備えている。

画像情報に基づいて各々光変調された各光束（レーザビーム）ＬＣ、ＬＭ、ＬＹ、ＬＢＫが走査光学装置３０００から射出される。出射した各光束は、１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって各々一様に帯電している対応する感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫの感光面上を照射して静電潜像を形成する。
形成された静電潜像は、現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４ＢＫによって各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの画像に可視像化される（トナー像として現像される）。可視像化された画像は、転写ベルト１４上を搬送されてくるシート材Ｐ（被転写材）に転写ローラ５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５ＢＫ（転写器）によって順に静電転写されることによって、シート材Ｐ上にカラー画像が形成される。
この後、感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に残っている残留トナーは、クリーナー６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６ＢＫによって除去される。そして、感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫは、次のカラー画像を形成するために再度１次帯電器２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２ＢＫによって一様に帯電される。

シート材Ｐは、給紙トレイ７上に積載されており、給紙ローラ８によって１枚ずつ順に給紙され、レジストローラ９によって画像の書き出しタイミングに同期をとって転写ベルト１４上に送り出される。
転写ベルト１４上を精度よく搬送されている間に、感光ドラム１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１ＢＫ面上に形成されたシアンの画像、マゼンダの画像、イエローの画像及びブラックの画像が順にシート材Ｐ上に転写されてカラー画像が形成される。
駆動ローラ１１は転写ベルト１４の送りを精度よく行っており、回転ムラの小さな不図示の駆動モータと接続している。シート材Ｐ上に形成されたカラー画像は、定着器１２によって加圧・加熱定着された後、排紙ローラ１３などによって搬送されて装置外に排出される。

分光測色装置２０００は、定着器１２直後のシート搬送路上に設置されており、シート材Ｐのシート面に形成されたカラーパッチが定着された画像面に対して、照明光が照射されるように配置されている。
定着器を経てカラーパッチが画像形成されたシート材Ｐは、分光測色装置２０００によって、シート搬送されるカラーパッチに準じて、カラーパッチ毎の色度を検知する。ここで、画像定着後のシート面上のカラーパッチを測色しているのは、シート種や定着等による色度変化を考慮したうえでカラーマッチングを行う為である。

次に、分光測色装置２０００で読み込んだ検出結果を不図示のプリンタコントローラに転送し、プリンタコントローラは出力されたカラーパッチの色再現性が適切に為されているかを判断する。出力された単色、もしくは混色のカラーパッチが、プリンタコントローラの指示した色度において、色差が所定範囲内の場合には、カラーキャリブレーションを終了する。色差が所定範囲外の場合には、色差情報をもとにプリンタコントローラは所定の色差以内に収まるまでカラーキャリブレーションを実施することも可能である。

このように、カラー画像形成装置に分光測色装置２０００を搭載する事で、画像形成装置の機差、シート種、使用環境や使用頻度等によって、シート面上に形成されるカラー画像の色度差を生じた場合でも、全ての条件下において、絶対色度に補正することができる。そのため、確実に安定した色度を再現することで、より高度なカラーキャリブレーションが実現可能になる。

１０ 照明光学系
１００ 光源
１１０ 導光体
１１１ 入射面
１１２ 楕円反射面
１１２ｂ 第１の焦点
１１３ 出射面
１２０ 被照射面

Claims (14)

1. 光源と、該光源から出射した光束を被照射面に導光する導光体とを備え、
   前記導光体は、前記光源からの光束が入射する入射面と、該入射面からの光束を反射する楕円反射面と、該楕円反射面からの光束が出射する出射面とを有し、
   前記楕円反射面は、回転楕円体によって定義される楕円面であり、
   前記光源は、前記楕円反射面の焦点のうち前記被照射面から遠い方の第１の焦点に対して、前記光源の発光面に垂直な成分を有する方向に離間して配置されており、
   前記楕円反射面の二つの焦点を通る軸をｚ軸、前記回転楕円体と前記ｚ軸との交点を原点、前記ｚ軸及び前記発光面の垂線に平行な断面内における前記回転楕円体の前記原点での曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、前記断面内における前記発光面の垂線と前記ｚ軸とのなす角度をθ、前記発光面に垂直な方向における前記光源と前記第１の焦点との距離をΔ、
   とするとき、
   ０．１≦Δ／Δ _ｍａｘ ≦０．５
   なる条件式を満足することを特徴とする照明装置。
2. 前記発光面は、前記入射面に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記導光体の屈折率をｎとするとき、
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明装置。
5. 前記入射面は平面であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明装置。
6. 前記出射面は平面であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明装置。
7. 前記第１の焦点は、前記導光体の外部にあることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明装置。
8. 前記楕円反射面の第２の焦点は、前記被照射面上に位置することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明装置。
9. 前記導光体が有する反射面は、前記楕円反射面のみであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明装置。
10. 前記楕円反射面には、反射膜が施されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明装置。
11. 前記入射面は、前記回転楕円体の長軸に対して非平行であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明装置。
12. 前記出射面は、前記回転楕円体の長軸に対して非垂直であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明装置と、前記被照射面からの光を受光素子に導光する回折素子とを備えることを特徴とする分光測色装置。
14. 請求項１３に記載の分光測色装置と、感光面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器とを備えることを特徴とする画像形成装置。