JP2001330734A - 導光体、ライン照明装置及び画像入力装置 - Google Patents
導光体、ライン照明装置及び画像入力装置Info
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Abstract
射させることが可能な導光体、ライン照明装置及び画像
入力装置の提供。 【解決手段】 棒状の透明部材からなる導光体101
と、該導光体101の長手方向の端部に設けられた光源
102とを有し、導光体101は、前記透明部材内を伝
搬する光源102からの光を該透明部材の長手方向と略
垂直方向に散乱させる散乱マーク103と、該散乱マー
ク103により散乱された光を透明部材内で反射させる
ための曲面形状を有する反射面112と、該反射面11
2で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるための
光出射面113とを具備したことを特徴とする。
Description
明装置及び画像入力装置に係り、特にファクシミリやコ
ピー機、ハンドスキャナ、光学的文字読み取り装置(O
CR)などに用いられるものに関する。
を得る際には、対象物を照明するためのライン照明装置
が用いられている。ライン照明装置は、光源と導光体と
から形成されており、光源からの光を対象物に対し効率
的に照射することが求められている。
体の一例として、特開平8−163320号公報に開示
されたものがある。このライン照明装置の原理的な動作
を説明するための図を図19に示す。
脂で作製されたもので、その端面には光源である発光ダ
イオード(LED)102aが取り付けられている。カ
ラーイメージスキャナなどの用途の場合には、LED1
02aから出射した光は、導光体内部を壁面で反射しな
がら伝搬して、もう一方の端面に向かう。
散乱される。散乱された光のうち全反射条件を満足しな
い拡散性の光は、光出射面113aから外部に放出され
る。ここで、散乱マーク103aは、白色塗料もしくは
拡散剤入りの塗料などからなる。
に、反射板120aが設置されている。散乱マーク10
3aで散乱した光は、導光体101aの外へ放出されて
も、反射板120aに当たった場合は再度導光体101
aの中へ導かれる。ここで、反射板120aは、白色の
拡散性反射材料からなる。
部分は、光出射面113aとして光を外部に出力するよ
うになっている。この光出射面113aから出射された
光は、ガラス板105aを介して照明領域104aを照
明する。
より光の一部が導光体101aの光出射面113aから
外に放出されると、放出された光量だけ光の強度が低下
する。つまり、光の強度は光源から遠ざかるしたがって
次第に減衰する。そこで、光源から遠ざかるにしたがっ
て、光の取り出し効率を向上させて行くために、散乱マ
ーク103aの密度を増加させたり、マークの幅を増加
させるなどして、照明領域104aにおける照度を均一
にすることも行われていた。
技術では、散乱マークで散乱した光が反射板で更に繰り
返し反射し、散乱するため、導光体から出射される光は
様々な方向に伝搬する成分を持っている。そのため、照
射領域から離れた領域まで照明してしまう不要な光を十
分抑制することが困難であった。従って、光源で発生す
る光を効率よく利用することが難しく、光源で消費する
電力を大きくすることなく十分な照度の照明を実現する
ことが難しいと言う課題があった。
源により照明領域全体を照明するために、光源近傍の照
明領域の照度を上げて、照明領域全体を均一な照度にす
ることはできなかった。これは光源から発せられた光
が、散乱マークで散乱されたのち、光出射面より導光体
の外へ放出されて照明領域を照らしているためであり、
導光体の光源近傍では光の散乱が十分でないため、光出
射面から放出される光の量が少なく、その結果照度不足
となるのである。
照明領域の照度を上げることはできても、光源近傍の照
明領域の照度をあげ、照明領域全域を均一な照度で照明
することはできなかった。
明領域に効率的に出射させることが可能な導光体、ライ
ン照明装置及び画像入力装置を提供することにある。
より、照明領域全域を十分な照度で均一に照明すること
が可能な導光体、ライン照明装置及び画像入力装置を提
供することにある。
に、本発明では、棒状の透明部材と、この透明部材内を
伝搬する光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱
させる散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光
を前記透明部材内で反射させるための曲面形状を有する
反射面と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ
出射させるための光出射面とを具備することを特徴とす
る導光体を提供する。
の透明部材内を伝搬する光を該透明部材の長手方向と略
垂直方向に散乱させる散乱マークと、該散乱マークによ
り散乱された光を前記透明部材内で反射させるための曲
面形状を有する反射面と、該反射面で反射した光を前記
透明部材外部へ出射させるための第1の光出射面と、前
記散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外部へ
出射させるための第2の光出射面とを具備することを特
徴とする導光体を提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向の端部に設けられ
た光源とを有するライン照明装置であって、前記導光体
は、前記透明部材内を伝搬する前記光源からの光を該透
明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる散乱マーク
と、該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材内
で反射させるための曲面形状を有する反射面と、該反射
面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるための
光出射面とを具備したことを特徴とするライン照明装置
を提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向の端部に設けられ
た光源とを有したライン照明装置であって、前記導光体
は、前記透明部材内を伝搬する前記光源からの光を該透
明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる散乱マーク
と、該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材内
で反射させるための曲面形状を有する反射面と、該反射
面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるための
第1の光出射面と、前記散乱マークにより散乱された光
を前記透明部材外部へ出射させるための第2の光出射面
とを具備したことを特徴とするライン照明装置を提供す
る。
る導光体と、前記透明部材の長手方向の端部に設けられ
た光源と、前記透明部材より出射した光により照明され
た照明領域からの光を結像するための結像光学手段と、
この結像光学手段により結像された光を読み取るための
イメージセンサとを有した画像入力装置であって、前記
導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源からの光
を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる散乱
マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記透明
部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面と、
該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させる
ための光出射面とを具備したことを特徴とする画像入力
装置を提供する。また、本発明では、棒状の透明部材か
らなる導光体と、前記透明部材の長手方向の端部に設け
られた光源と、前記透明部材より出射した光により照明
された照明領域からの光を結像するための結像光学手段
と、この結像光学手段により結像された光を読み取るた
めのイメージセンサとを有した画像入力装置であって、
前記導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源から
の光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる
散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記
透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面
と、該反射面で反射した光を前記導光体外部へ出射させ
るための第1の光出射面と、前記散乱マークにより散乱
された光を前記透明部材外部へ出射させるための第2の
光出射面とを具備したことを特徴とする画像入力装置を
提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向の第1の端部に設
けられた光源とを有したライン照明装置であって、前記
導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散乱マ
ークと、該散乱マークにより散乱された光を前記透明部
材外部へ出射させるための光出射面と、前記第1の端部
近傍に設けられ、前記光源から発せられた光の該第1の
端部に対向する第2の端部への伝搬をさえぎり、このさ
えぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面から出射す
るように反射する反射部とを具備することを特徴とする
ライン照明装置を提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向の第1の端部に設
けられた光源と、前記透明部材より出射した光により照
明された照明領域からの光を結像するための結像光学手
段と、この結像光学手段により結像された光を読み取る
ためのイメージセンサとを有した画像入力装置であっ
て、前記導光体は、前記光源から発せられた光を散乱す
る散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前
記透明部材外部へ出射させるための光出射面と、前記第
1の端部近傍に設けられ、前記光源から発せられた光の
該第1の端部に対向する第2の端部への伝搬をさえぎ
り、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面
から出射するように反射する反射部とを具備することを
特徴とする画像入力装置を提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向に沿って複数設け
られる光源とを備え、前記導光体は、前記光源から出射
された光を前記透明部材内で反射させるための曲面形状
を有する反射面と、該反射面で反射した光を前記透明部
材外部へ出射させるための光出射面とを具備したことを
特徴とするライン照明装置を提供する。
る導光体と、前記透明部材の長手方向に沿って複数設け
られる光源と、前記透明部材より出射した光により照明
された照明領域からの光を結像するための結像光学手段
と、この結像光学手段により結像された光を読み取るた
めのイメージセンサとを有した画像入力装置であって、
前記導光体は、前記光源から出射された光を前記透明部
材内で反射させるための曲面形状を有する反射面と、該
反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるた
めの光出射面とを具備したことを特徴とする画像入力装
置を提供する。
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
たライン照明装置の構成を示す図である。図1におい
て、導光体101は透明樹脂で作製されたもので、その
端面には光源となるLED102が取り付けられてい
る。このように、導光体101の端面に光源となるLE
D102を設けることにより照明装置が構成される。カ
ラーイメージスキャナなどの用途の場合には3色の光に
よる照明が必要なため、赤、緑、青の発光波長を持つ3
個または必要に応じてより多数の光源が取り付けられ
る。
個のLED102が取り付けられた例を示す。光源であ
るLED102から出射された光は、導光体内部を壁面
に反射しながら伝搬し、もう一方の端面に向かう。高照
度の照明が必要な場合は両側側面に光源を設けるが、近
年のLED発光効率の向上により、多くの用途において
片側端面にのみ光源を設けることで十分な光量を確保す
ることができるようになっている。片側端面にのみ光源
を設ける場合には、他の端面の反射を高くする処理を施
すことで、往復の伝搬光を利用することも可能である。
いずれにしろ、導光体101の内面の反射では、全反射
条件を満足する光線は減衰することなく伝搬するため、
高効率でエネルギーを伝送できる。
乱される。散乱マーク103は、全反射条件を満足しな
い拡散性の光線を生成し、それが導光体101から外部
に放出され、ガラス板105を介して、照明領域104
を照明する。散乱マーク103は、導光体の所定位置に
塗布された白色塗料、拡散剤入りの塗料、拡散性の表面
を有する金属、紙、樹脂その他の小片の部材を透明接着
剤を介して貼付けしたものなど多様な構成手段があり、
性能のほか、製造性やコスト等の観点も含めて用途に応
じて適したものを選択する。
を変化させてもよい。例えば、散乱マークとする一の表
面を拡散性の粗面とするような微少な起伏を形成しても
よく、あるいは所定形状の起伏を形成して反射面を構成
し、全反射条件で伝搬してきた光線を所定方向へ反射、
屈折などさせる作用を利用しても良い。
には各種のものがある。図1に示した実施例では、白色
塗料を細い矩形形状領域に塗布したものを散乱マーク1
03としているが、他の構成手段による散乱マークを用
いてもよく、本発明は散乱マークの具体的構成手段によ
って限定されるものではない。その他の散乱マークの構
成については、後述する。
出射面113より導光体の外に放出されると、伝搬光の
強度は光源から遠ざかるにしたがって次第に減衰する。
そこで、光源から遠ざかるにしたがって、光の取り出し
効率を向上させていくことで、照明領域における照度を
均一にすることが可能になる。このための具体的手段と
して、図1の例では、光源から遠ざかるにしたがって、
散乱マーク103の密度を増加させている。また、散乱
マークの幅を増加させるなどの方法でもよい。
クの場合には、その大きさや深さ、密度を変化させる方
法、粗面を構成する散乱マークの場合は、その粗面の表
面粗さを変化させる方法などがある。このように、照度
の均一性を実現するための手段は各種可能であるが、本
発明はこれらの手段によって限定されるものではない。
明装置に用いられる導光体断面形状と照明光の光路を示
す図である。図で、原稿の読み取り位置104の像は、
ガラス板105を介してセルフォックレンズ106で結
像され、CCDリニアイメージセンサ107でラインデ
ータとして読み取られる。原稿の読み取り位置104を
照明する照明装置は、導光体101、導光体の後ろ側
(光出射面と対局する位置)の稜線部分111近傍に形
成された散乱マーク103、および図示していない導光
体の端面に付置されたLEDなどの光源などからなる。
セルフォックレンズアレイ、CCDリニアイメージセン
サ、照明装置は、一体化されてイメージセンサモジュー
ルを構成する。
れない光源から発した光は、導光体の長手方向に反射を
繰り返しながら伝搬する。伝搬の途中で、後ろ側の稜線
部分111近傍に形成された散乱マーク103に光が当
たると、ほとんど全ての光は臨界角以上の入射角となる
ため全反射し、反射面112において光の損出は発生し
ない。反射した光は光出射面113を通って導光体外部
へ射出されるが、この光出射面113に垂直に伝搬して
きた一部の光以外はここで屈折作用により偏向される。
導光体101から出射された光はガラス板105に斜め
に入射する。この表面でも屈折により進行方向が偏向さ
れる。
を用いて画像入力装置を構成する場合には、例えば図2
のように、照明領域の正面に投影光学系を構成してセル
フォックレンズアレイなどの正立等倍結像素子を利用す
れば、原稿に近い位置にCCDラインセンサなどの撮像
素子を設置して結像することが可能であり、光源、導光
体、レンズアレイ、ラインセンサ素子を一体化した小型
の画像入力装置を構成することも可能である。
は、画像の一ラインを入力するライン画像入力装置であ
る。したがって、二次元の画像全体を入力するために
は、原稿とライン画像入力装置の相対位置を変化させる
走査機構なども含めた装置を構成する必要がある。走査
機構としては、画像入力装置を固定して、原稿を自動的
に異動させる方式、または原稿を固定して画像入力装置
を自動的に移動させる方式、あるいは手軽な装置とする
ために走査は人力を動力として用いる形、即ち手動で行
い走査機構はその移動距離を検知する機能を負うといっ
た方式も考えられる。このように、画像入力装置として
は、二次元画像入力装置、およびその部分装置としての
画像入力装置などの形態があるが、本発明はこれらいず
れの方式も含むものである。
111から出た光が、反射し、光出射面113およびガ
ラス板105の表面で屈折した後、正しく原稿読み取り
位置104を照射するように、設計された曲面である。
この実施形態のように、ガラス板105を介して原稿を
読み取る場合、外界から光学系を隔離することが可能に
なるため、外界から進入する埃などのダストにより装置
が劣化するのを防止することができる。
アクリル、ポリカーボネイトその他の樹脂板であっても
構わないが、その際は傷に弱くなるため、保護コーティ
ングなどの表面処理することが望ましい。また、ガラ
ス、樹脂のいずれの場合も、光の反射による損失を抑制
するために、反射防止膜のコーティングなどを施すこと
も可能である。これらの材料や処理の選択は、装置の用
途や価格などに応じて装置毎に決められるもので、本発
明を限定するものではない。
定の設計方法に限定されるものではないが、ガラス板の
厚さや屈折率、装置のサイズなどに応じて柔軟に設計で
きる手法が望ましい。本実施形態の場合、断面図におけ
る点111から出た光が反射面112で反射し、屈折面
を二面(導光体101の光出射面113と、ガラス板1
05の上部面)経た後、一点に収束することが求められ
ている。しかしながらこのような問題の厳密解を解析的
に求めることは、一般には困難なことである。したがっ
て、何らかの近似解法による設計が必要となる。通常、
反射面112の曲面形状を、いくつかの未知の設計パラ
メータを含む数式で記述しておき、いくつかのサンプル
光線に対して、光路が所望のものに近づくように最適化
の処方にしたがって設計パラメータを決定してゆく方法
が考えられる。
ガラス板105の材料と厚さ、導光体101の材料と光
出射面113の位置が先に決まる場合を想定し、光路を
逆向きに追うモデルを用い、最小二乗法に基づく最適化
計算で曲面を決定した。図で、原稿の読み取り位置10
4は、照明角度25度から63度で照明するものとし、
この間の照明角度となる光線41本をサンプル光線とし
て、この光線を逆向きに追跡し、二度の屈折と、一度の
反射の後、光線が稜線部分111になるべく近づけよう
に最適化計算を行った。もう少し具体的には、逆向きに
光線追跡した場合の、反射後の各光線から稜線部分11
1までの距離の二乗和が最小となるように非線形型最小
二乗法の処方にしたがって曲面を定めた。曲面形状は、
図のようにガラス面に対して45度傾いて設定された光
出射面113に沿ってX軸を設定し、それと垂直な方向
にZ軸を設置して、曲線を表す式は、次に示す式(1)
とした。
する未知の設計パラメータである。
光線と、12個の未知パラメータを用いて設計したが、
これらの数字は次のように定める。まず、十分な自由度
と考えられるだけの未知のパラメータを設定する。次
に、この自由度に対応する数より十分多数のサンプル光
線を設定する。もし、サンプルが不十分の場合、サンプ
ル光線に対しては距離の二乗和が小さくなるものの、サ
ンプル光線近傍の光線に対しては大きな距離となってし
まうような解に収束してしまう場合がある。解の妥当性
や、残差の大きさなどを見ながら、妥当な解が得られて
いるかどうか確認することで、妥当な設計を実現する。
本実施形態では、次の値となった。ただし、Eは十のべ
き乗を表す。
み取る装置に対しても、最適化などの手法により定めた
形状の反射面を有する導光体を形成することで、読み取
り位置以外を照射する無駄な光を極力抑え、有効で効率
的な照明を実現することができる。
面形状を有する導光体を用い、散乱マークの効率を調整
して長手方向の照度の均一性を実現する方法を示した。
これに対して、光源から離れるにしたがって導光体の断
面積を小さくすることによって光の取り出し効率を調整
する方式もある。この方法によって、あるいはこの方法
を併用することで、均一な照明を高効率で実現すること
も可能である。この場合、導光体の断面形状は、長手方
向の位置にしたがって少しずつ変化していく。この際、
通常は面積の減少を伴う形が設計しやすい。このよう
に、断面形状が変化する場合でも、その変化はゆるやか
であり、各位置での断面形状を、これまで説明した実施
形態と同様の形状とすれば、同様の作用で高効率の良好
な照明を実現できる。
る。
体構成を示す図である。
作製されたもので、その端面には光源であるLED10
2が取り付けられている。本実施形態においても前記第
1の実施形態と同様に、赤、緑、青の発光波長を持つ3
個のLED102が取り付けられている。
は、導光体101内部を壁面に反射しながら伝搬し、も
う一方の端面に向かう。伝搬した光は、散乱マーク10
3により散乱される。散乱マーク103は、全反射条件
を満足しない拡散性の光線を生成し、それが導光体10
1から外部に放出され、照明領域104を照明する。
体101の断面形状を示す図である。図において、点
F、P1、P2、P4、P3、P5を通る太線で囲まれ
た部分が導光体の断面形状である。点P1と点P2を結
ぶ曲線は長径a、短径bの楕円の一部である。点Fはそ
の一焦点であり、点F’は他の一焦点である。散乱マー
クは、点Fの近傍に形成する。点P1は、点Fを通り、
楕円の長軸に垂直な直線が楕円と交わる点である。点F
にある散乱マークから発した光線が点P1に到達したと
き、楕円弧に入射する角度が臨界角以上であれば、楕円
弧での反射は全反射となり、反射光はもう一方の焦点
F’へ向かう。このような条件のとき、楕円弧P1P2
上の任意の点R1において、入射角度は臨界角以上とな
るので、反射は全反射であり、反射光はF’へ向かう。
線分FP2と線分P1F’の交わる点を点P3とする。
また、点F’を中心とし、点P2を通る円弧が線分P1
F’と交わる点をP4とする。円弧P2P4は導光体1
01の断面の一部をなす。楕円弧P1P2で反射した光
線は円弧P2P4に垂直に入射するため、そのまま直進
して点F’へ向かう。この点F’近傍が照明領域104
となる。点P3から点P5へ向かう曲線は、点Fを発し
た光が曲線上の点R2で屈折した後に点F’へ向かうよ
うに定められた曲線である。以上のように断面形状を構
成することで、散乱マークで散乱された光が、効率よく
照明領域へ導かれる。
に説明する。まず、楕円の式は次の式(2)の通りとな
る。
で表すことができる。
線とのなす角度)は、次の式(4)で与えることができ
る。
ることができる。
り、点F、点F’の位置と、更に点P1の位置が決ま
る。次に、導光体と照明領域の距離として確保するべき
動作距離の制約から点P2の位置が定められる。これら
が定まると、線分FP2と線分P1F’の交わる点とし
て点P3も定まり、更に点P4の位置も定められる。点
P5の位置は、点Fから点P3を経由して点F’に至る
光路長と、点Fから点P5を経由して点F’に至る光路
長とが等しくなる条件から定まる。点P3から点P5に
至る曲線は、点Fから曲線上の任意の点R2を経由して
点F’に至る光路長がすべてこれらと等しくなるという
条件から求まる。ただし、より簡便な近似として、点P
3から点P5に至る適当な滑らかな曲線を設定しても十
分な性能の得られる場合が多い。
る。
の導光体断面形状を示す図である。この図で、照明領域
104の中心付近に焦点がある楕円を反射面とするよう
に、第2の実施形態で示した導光体の形状を2つ組み合
わせた形状になっている。点F1および点F2で示した
部分が一方の焦点であり、これに対応する辺の近傍に散
乱マークが形成される。照明領域104におかれた原稿
で反射した光は、導光体101を通過した後、レンズア
レイ150で結像される。
光体断面形状の変形例を示す。
生しないようにしたもので、すべての光が楕円弧で反射
する。境界面形状(点P2と点P4を結ぶ曲線部分)を
F’を中心とする円弧ではなく、斜めに向いた凸面とし
たことで、集光点をF’より近く、かつ偏向した位置
F”にすることができている。このように、実際の集光
点を、ある程度の任意性をもって設定することが可能で
ある。
光体断面形状の他の変形例を示す。
反射鏡面を構成した例である。点P1と点P2を結ぶ曲
面に反射した光は、平行光となるので、導光体101か
ら出射する際の境界面形状(点P2と点P4を結ぶ曲線
部分)を、凸レンズ形状とし、焦点F”に向かうように
形成している。
1に形成される散乱マーク103の形状を各種示したも
のである。同図は、図1等に示された導光体101を裏
側から見た状態となっている。
クと同様のものをFに相当する辺を挟む両側の面に形成
したものである。(b)は、くぼみのある形状として形
成したものである。(c)は、面取りのように約45度
に辺の角を落とした形に形成したものである。また、
(d)は、(c)のような面取りを連続して形成したも
のであり、なおかつ光源から離れるにしたがって散乱マ
ークを広く形成して照度の一様化を実現している。
(e)は、散乱マークを三角形状の切り欠きとして形成
したものである。
れも同一形状の散乱マークを、光源から遠ざかるにした
がって高い密度となるように形成した例である。(f)
は(e)と同様の三角形状の切り欠きであるが、密度は
ほぼ一定とし、光源から遠ざかるにしたがって形状が次
第に大きくなるように形成したものである。
光体としての全反射条件が崩れる形状を形成してあれば
散乱マークとしての機能を実現できる。切り欠き面で反
射した光が有効に照明光として利用できるように面の向
きが定められていたり、表面粗れによる拡散を利用する
などで光が十分な効率で取り出せる場合には特段の表面
処理はなくてよい。しかしながら、切り欠き部分の面に
白色の塗装処理をしたり、反射膜を形成したり、それら
を組み合わせたりすることなどの方法で効率を調整し、
全体の性能を向上させることも可能である。これらの選
択は、製造コストと必要な性能との兼ね合いで決定され
るものであり、本発明はこの選択により限定されるもの
ではない。また、いくつかの例ではマークが不連続に形
成されているが、(d)のように連続したマークになっ
ていても構わない。これらの変形例はいずれも、導光体
の断面形状を工夫して効率よく光を照明領域へ導こうと
する本発明の主旨にしたがうものであり、いずれも本発
明に含まれるものである。
図11を参照して説明する。
斜視図であり、照明装置1は、透過性を有する透明樹脂
から形成される導光体2と、導光体2の一端に設けられ
る光源のLED3とから構成される。照明装置1がカラ
ーイメージスキャナなどの用途に用いられる場合には、
LED3は3色の光による照明が必要なため、赤、緑、
青の発光波長をそれぞれもつLEDが3個設けられる。
また、LED3は必要に応じて複数個設けられ、本実施
形態では、各色1個ずつの計3個のLED3が取り付け
られている。
せられた光を散乱させ光出射面4から外に放出するため
の散乱マークである反射プリズム5が形成されている。
反射プリズム5は、導光体2の曲面状の上面(反射面)
と平面状の側面(隣接面)とがぶつかり合う稜線部分に
切欠状の楔型凹部が形成されたものであり、LED3か
ら発せられた光が導光体2の一端から他端に進む方向に
沿って列状に複数個形成される。この複数の反射プリズ
ム5は、互いに離間して形成され、その離間距離は、導
光体2の他端に近づくにつれて小さくなるよう設定され
る。尚、導光体2の一端の面と他端の面とは略平行に形
成されている。なお、反射プリズム5は、図8(e)に
示した散乱マークに相当するものである。
部近傍には、LED3から発せられ導光体2の他端に伝
搬していく光の一部をさえぎるように反射部である貫通
孔7が穿設され、この貫通孔7の表面でこのさえぎられ
た光を反射して、LED3近傍の照明領域6端部付近に
光を出射する。
る光は、導光体2の構造上、導光体2の内部における光
の伝搬方向と略直交する方向に出射されるため、導光体
2と照明領域6とは略平行なる配置関係をもつ。
せられた光は、LED3が設けられていない導光体2の
他端に向かって導光体2の内壁に反射しながら伝搬さ
れ、他端に到達する途中に形成される反射プリズム5に
当たって散乱されて光出射面4より外へ出射される。導
光体2の内壁での反射は、全反射条件を満足するもので
あるため、反射によって光エネルギが減衰することがな
く、高効率で光エネルギを伝搬することができる。反射
プリズム5に当たって光は、全反射条件を満足し得ない
光となるため、導光体2の外へ放出される。
された光は、導光体2の他端に伝搬する光とは逆方向に
伝搬されることになり、実質的に反射プリズム5に当た
って反射されることなく、直接LED3近傍の光出射面
4から外に放出され、LED3近傍の照明領域6端部に
照射される。
れた光は、光出射面4と照明領域6との間に配置される
ガラス板8を通って照明領域6に到達する。
により読み取りが行われる画像などの情報が記載された
紙などの平面状の記録媒体表面に光が照射された部分で
ある。
して、白色塗料もしくは拡散剤入りの塗料を導光体2の
表面に塗布することや、表面が拡散性を有する金属、
紙、樹脂などの部材を透明な接着剤により貼付するなど
して散乱マークを設けることもできる。また、反射プリ
ズム5の大きさ、深さ、密度は、光出射面4から照射さ
れる照度をより均一にするために適宜最適な形態にする
ことは可能である。
光体2のLED3近傍に貫通孔7を穿設することによ
り、LED3からの光が貫通孔7によりLED3側に反
射されて光出射面4から放出されることによって、LE
D3近傍の照明領域6の照度を向上させることができ、
よって照明領域6の照度を均一にすることができる。
いて、発明者が実験した結果を用いて説明する。
上面図である。
9は、反射プリズム5に当たるもの、貫通孔7の周囲の
面にあたるもの、反射プリズム5または貫通孔7のいず
れにも当たらず導光体2の他端に伝搬するものに分けら
れる。貫通孔7に当たった入射光9は、反射された反射
光10となり、図中左方向に伝搬する。
場合と、貫通孔7がない従来の構成をする導光体を使用
した場合の各色のLED3からの距離と照度の関係を示
すものであり、線Lは本発明であって青色LEDを使用
した場合、線Mは本発明であって緑色LEDを使用した
場合、線Nは本発明であって赤色LEDを使用した場
合、線Xは従来であって青色LEDを使用した場合、線
Yは従来であって緑色LEDを使用した場合、線Zは従
来であって赤色LEDを使用した場合を示している。
LED3近傍の照明領域6の照度が大幅に向上されてい
ると共に、LED3から離れた位置でも照度が低下して
いないことが分かる。
っては、LED3を複数設けることなく、またLED3
の出力を上げず消費電力を抑制しつつ、光を効率よく光
出射面4から取り出すことができる。
成形型の導光体2に予め貫通孔7なる形状を形成して型
を作成しておけば、導光体2の作成と同時に貫通孔7を
形成することができるため、貫通孔7を形成するための
新たな製造工程を不要とすることができ、製造費用も削
減することができる。
な光を照射することができるため、導光体の両端部に照
度が低く照射不可能な領域を作ることがないため、照明
装置の小型化に寄与する。
参照して説明する。
形態と同一構成要素は同一符号を付し、重複する説明は
省略する。
2の一部が切り欠かれた切欠部11であることである。
の上面図であり、切欠部11は導光体2のLED3近傍
端部であって、反射プリズム5が形成される位置と異な
る場所に切欠き形成される。同図に示すとおり、切欠部
11は、導光体2の厚み方向に貫通し、かつ光出射面4
に対して直角に切り欠かれておらず、LED3からの光
をLED3近傍の照明領域に照射するために、角度を持
って形成されている。
の照明領域に照射され、照明領域全域の照度が略均一に
なれば、切欠部11の形態はどのようなものでも良く、
例えば図中上下方向の切欠深さ(奥行き)、光出射面4
の切欠部11の大きさ、図中左右方向の切欠幅は適宜設
定でき、また、図示しないが反射プリズム5が形成され
る面であって反射プリズム5の間に切欠部11を形成し
てもよい。
光の一部が切欠部11のLED3側の面に当たることに
よって反射されて、LED3近傍の照明領域に照射され
るため、照明領域全域にわたって均一な照度を得ること
ができる。
参照して説明する。
2の一部に形成された凹部であることを特徴とする。
上面図であり、凹部12は導光体2のLED3近傍端部
であって、反射プリズムが形成される位置と異なる位置
の光出射面4に穿設され形成される。同図に示すとお
り、凹部12は、光出射面4に開口部を有し導光体2の
図中上下方向で光出射面4に対して直角方向に奥行きを
持つ。
の照明領域に照射され、照明領域全域の照度が略均一に
なれば、凹部12の形態はどのようなものでも良く、例
えば図中上下方向の奥行き、開口部面積、光出射面4に
対する角度は適宜設定することができ、また、図示しな
いが反射プリズム5が設けられる面方向から凹部12を
形成することもできる。
光の一部が凹部12のLED3側の面に当たることによ
って反射されて、LED3近傍の照明領域に照射される
ため、照明領域全域にわたって均一な照度を得ることが
できる。
参照して説明する。
方向に反射部が形成されたことである。
に係る導光体の上面図である。
方向であってLED3が設けられた端面に開口部を有す
る凹部12として、また図14(b)は、反射部が導光
体2の長手方向に貫通してなる貫通孔7として、それぞ
れ形成されている。
は、図に示すとおり、LED3と反射プリズム5との間
に形成される。
積、凹部12の長手方向長さ、貫通孔7もしくは凹部1
2が設けられる導光体2の端面の位置は、適宜設定する
ことができる。
光の一部が、貫通孔7もしくは凹部12に当たって反射
され、LED3近傍の照明領域に照射されるため、照明
領域全域にわたって均一な照度を得ることができる。
5、16を参照して説明する。
導光体2のLED3が設けられていない端部に設けられ
たことである。
置の上面図であり、反射体13は、導光体2の他端であ
って、LED3が設けられておらず、LED3と対向す
る端部に、金属蒸着による鏡面形成や誘電体の着膜によ
る反射率の制御により形成された反射膜として存在す
る。
図16(a)第10の実施形態に係る照明装置の別の反
射体の上面図と、(b)別の反射体の斜視図と、(c)
別の反射体の上面図に示すとおり、コーナリフレクタ1
4状やコーナキューブ15状の折れ面構造、導光体の断
面積が序々に小さくなるよう構造を有するものであって
も良い。
クタ14に入射する入射光16は、コーナリフレクタ1
4で入射してきた方向に反射される反射光17とコーナ
リフレクタ14を透過する透過光18に分かれるが、反
射体がコーナリフレクタ14であれば、透過光18が透
過することによるエネルギー損失を低減し、反射光17
の強度を増加させることができる。ただし、コーナリフ
レクタ14の反射率は任意に設定することができる。ま
た、コーナリフレクタ14に入射される入射光16は、
コーナリフレクタ14の例えば面P、Qの順に二回反射
されて、入射してきた方向に反射光17をかえす。
4であれば、導光体2の端面の法線に対して大きな入射
角となるため、コーナリフレクタ14表面に反射膜を塗
布しなくとも、高効率な光の利用ができる。
キューブ15では、コーナキューブ15に入射される光
が、コーナキューブ15の例えば面S、T、Uの順に三
回反射されて、光が入射してきた方向に反射光をかえ
す。
2の端部がLED3から離れるにしたがって徐々に断面
積を小さくするように反射体13を作成することもでき
る。ここで、光は反射体13の斜面を反射しながら、最
終的に反射体底部19に入射され、導光体2のLED3
側へ反射される。
あれば、導光体2の端部から透過光として透過してエネ
ルギー損失となっていた光を反射させ再度導光体2内部
へと伝搬することにより、LED3により発せられた光
を照明領域の照明に効率よく使うことができる。
ず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
ることは言うまでもない。例えば、反射部となる貫通
孔、切欠部、もしくは凹部は、LEDからの光を散乱し
照明領域の照度を均一化することができれば、設けられ
る個数は限定されず、形状も特定されることなく断面形
状が丸でなくとも角状であっても構わない。
の光が当たる部分には、反射率を制御するために、金
属、樹脂、インクを付着するか、もしくは鏡面化、租面
化処理を行い、LEDからの発せられる光の利用効率を
向上させることもできる。
は中空部のままで使用されているが、導光体の固定や機
械的強度の確保、照明特性の調整により、中空内部に中
空部の形状と実質的に同一なる部材が挿入されていても
構わない。
光体端部全面にわたって塗布されていなくとも、反射体
による反射光の照明領域への影響を考えて、反射プリズ
ム近傍だけに反射材料を塗布し、光出射面近傍には塗布
しないような構成とすることもできる。
を参照して説明する。
ように光源であるLED3を導光体2の端面ではなく、
導光体2の曲面状の上面(反射面)と平面状の側面(隣
接面)とがぶつかり合う稜線部分に、導光体2の長手方
向に沿って複数設けた点にある。上記した各実施形態に
おいては、導光体2の端面に設けられたLEDから出射
された光を反射プリズム(散乱マーク)により散乱さ
せ、その散乱光を照明光としていた。これに対し、本実
施形態では導光体2の長手方向に沿って複数設けられた
LED3により出射された光を直接照明光として用いる
ため、より光量の要求される照明に適した照明装置とす
ることができる。ここで、導光体2は、上記した第1乃
至5の実施形態に示されるものを用いることができる。
て、図18を参照して説明する。
成図であり、画像入力装置20は、照明装置1と、照明
装置1の導光体2から出射された光がガラス板8を介し
て照射された照明領域6に沿って略平行に、ガラス板8
上方に列状に複数設けられるレンズアレイ21と、レン
ズアレイ21の上方に設けられるイメージセンサ22と
からなり、照明装置1とレンズアレイ21とイメージセ
ンサ22とが一体化されて構成されている。
アレイなどの正立等倍結像素子であり、イメージセンサ
22は、1次元CCDラインセンサなどの撮像素子であ
る。
画像などの情報が記載された平面状の紙などの媒体の一
部に導光体2から出射された光があたり、この光によっ
て照明された領域のことである。
21が設けられていない側の表面に載置されている。
作について説明する。
向に伝搬しながら、反射プリズムで散乱され、導光体2
の光出射面から外に放出され、ガラス板8中を通り、媒
体上の照明領域6として照射される。
て、この照明領域6で反射された光の一部は、ガラス板
8を通過してレンズアレイ21により形成された像が一
列に整合して重なり合い、リニアイメージセンサ22上
に結像される。
イメージセンサ22により読み取り、読み取られた情報
を画像データとして、画像メモリ23に蓄積される。
(赤、青、緑)あれば、発光されるLED3の切り替え
に応じて、各色の画像データが画像メモリ23に記憶さ
れていく。
れた各色の画像データが入力される制御装置24によっ
て行われる。
駆動装置25に制御装置24からの信号が入力されるこ
とによって行われる。
り込んだ後、二次元の画像データを取得するために、照
明領域6を主走査方向とすると、媒体上であって照明領
域6と直交する方向を副走査方向とすれば、この副走査
方向に照明領域を移動させるために、照明装置1を駆動
装置(図示しない)で移動させる。
6の画像データを、上述したような動作により取り込み
画像メモリ23に記憶していく。
は、副走査位置センサ26によって検知され、検知され
た信号は制御装置24に送られ、制御装置24は送られ
た信号を元にして照明装置1の副走査方向の位置制御を
行う。
ら各ラインに対応した画像データを画像メモリ23に記
憶していき、媒体表面の画像を読み取っていく。
化あるいは紙などの媒体への具現化が行われるため、そ
れら処理を担う装置に送られる。
体2から照射される光によって照明された照明領域6全
域を均一の照度で照明することができるため、LED3
から発する光の利用効率を高めることができ、利用効率
を高めるための費用を抑制し、小型化することができ
る。
ず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
ることは言うまでもない。例えば、副走査方向への移動
は、照明装置が移動されるのではなく、照明装置が固定
されて媒体が移動し、媒体上の画像を読み取ることも可
能である。
導光体の外周面に、反射剤となる材料を塗布して、導光
体から外部に放出される光を抑制して光の利用効率を高
めることもできる。
ファクシミリやコピー機、ハンドスキャナに設けること
も可能であり、媒体表面の画像を複数の照明領域として
読み取る動作を行うことができる。
散乱マークで散乱した光は有効に照明領域に導かれ、簡
便な構成で高効率のライン照明装置を実現できる。
り、低コストで小型のライン照明装置、または画像入力
装置を提供することができる。
の反射部により反射することによって、反射された光に
よって照射される照明領域の領域全体の照度を均一にす
ることができる。
図。
と照明光の光路を示す図。
図。
を示す図。
形状を示す図。
形状を示す図。
形状を示す図。
す図。
との関係を示す図。
図。
射体を示す上面図と斜視図。
図。
示す図。
Claims (25)
- 【請求項1】棒状の透明部材と、この透明部材内を伝搬
する光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させ
る散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前
記透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射
面と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射
させるための光出射面とを具備することを特徴とする導
光体。 - 【請求項2】棒状の透明部材と、この透明部材内を伝搬
する光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させ
る散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前
記透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射
面と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射
させるための第1の光出射面と、前記散乱マークにより
散乱された光を前記透明部材外部へ出射させるための第
2の光出射面とを具備することを特徴とする導光体。 - 【請求項3】前記反射面の曲面形状は、前記散乱マーク
により散乱された光が前記透明部材外部の所定領域に照
射されるよう最適化計算により定められた形状であるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の導光体。 - 【請求項4】前記透明部材の長手方向に略垂直な前記反
射面の断面形状は、前記散乱マークの位置近傍に一焦点
を有する楕円弧、放物線、概略楕円弧、または概略放物
線であることを特徴とする請求項1または2記載の導光
体。 - 【請求項5】前記散乱マークは、前記透明部材の前記光
出射面と対局する位置近傍に形成されたことを特徴とす
る請求項1または2記載の導光体。 - 【請求項6】棒状の透明部材からなる導光体と、前記透
明部材の長手方向の端部に設けられた光源とを有するラ
イン照明装置であって、 前記導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源から
の光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる
散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記
透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面
と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射さ
せるための光出射面とを具備したことを特徴とするライ
ン照明装置。 - 【請求項7】棒状の透明部材からなる導光体と、前記透
明部材の長手方向の端部に設けられた光源とを有したラ
イン照明装置であって、 前記導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源から
の光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる
散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記
透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面
と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射さ
せるための第1の光出射面と、前記散乱マークにより散
乱された光を前記透明部材外部へ出射させるための第2
の光出射面とを具備したことを特徴とするライン照明装
置。 - 【請求項8】前記反射面の曲面形状は、前記散乱マーク
により散乱された光が前記透明部材外部の所定領域に照
射されるよう最適化計算により定められた形状であるこ
とを特徴とする請求項6または7記載のライン照明装
置。 - 【請求項9】前記透明部材の長手方向に略垂直な前記反
射面の断面形状は、前記散乱マークの位置近傍に一焦点
を有する楕円弧、放物線、概略楕円弧、または概略放物
線であることを特徴とする請求項6または7記載のライ
ン照明装置。 - 【請求項10】前記散乱マークは、前記透明部材の前記
光出射面と対局する位置近傍に形成されたことを特徴と
する請求項6または7記載のライン照明装置。 - 【請求項11】棒状の透明部材からなる導光体と、 前記透明部材の長手方向の端部に設けられた光源と、 前記透明部材より出射した光により照明された照明領域
からの光を結像するための結像光学手段と、 この結像光学手段により結像された光を読み取るための
イメージセンサとを有した画像入力装置であって、 前記導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源から
の光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる
散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記
透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面
と、該反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射さ
せるための光出射面とを具備したことを特徴とする画像
入力装置。 - 【請求項12】棒状の透明部材からなる導光体と、 前記透明部材の長手方向の端部に設けられた光源と、 前記透明部材より出射した光により照明された照明領域
からの光を結像するための結像光学手段と、 この結像光学手段により結像された光を読み取るための
イメージセンサとを有した画像入力装置であって、 前記導光体は、前記透明部材内を伝搬する前記光源から
の光を該透明部材の長手方向と略垂直方向に散乱させる
散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記
透明部材内で反射させるための曲面形状を有する反射面
と、該反射面で反射した光を前記導光体外部へ出射させ
るための第1の光出射面と、前記散乱マークにより散乱
された光を前記透明部材外部へ出射させるための第2の
光出射面とを具備したことを特徴とする画像入力装置。 - 【請求項13】棒状の透明部材からなる導光体と、前記
透明部材の長手方向の第1の端部に設けられた光源とを
有したライン照明装置であって、 前記導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散
乱マークと、 該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外部へ
出射させるための光出射面と、 前記第1の端部近傍に設けられ、前記光源から発せられ
た光の該第1の端部に対向する第2の端部への伝搬をさ
えぎり、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出
射面から出射するように反射する反射部とを具備するこ
とを特徴とするライン照明装置。 - 【請求項14】前記反射部は、前記透明部材に穿設され
た貫通孔、もしくは前記散乱マークが設けられた位置と
は異なる位置の前記透明部材の表面に形成された凹部、
もしくは前記散乱マークが設けられた位置とは異なる位
置の前記透明部材の表面に形成された切欠部であること
を特徴とする請求項13記載のライン照明装置。 - 【請求項15】前記第2の端部に、前記光源から発せら
れ前記透明部材内部を伝搬してきた光を、前記第1の端
部の方向に反射させる反射体が設けられることを特徴と
する請求項13または14のいずれかに記載のライン照
明装置。 - 【請求項16】前記反射体は、コーナリフレクタ状、も
しくはコーナキューブ状の折れ面構造に形成されたもの
であることを特徴とする請求項15に記載のライン照明
装置。 - 【請求項17】棒状の透明部材からなる導光体と、 前記透明部材の長手方向の第1の端部に設けられた光源
と、 前記透明部材より出射した光により照明された照明領域
からの光を結像するための結像光学手段と、 この結像光学手段により結像された光を読み取るための
イメージセンサとを有した画像入力装置であって、 前記導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散
乱マークと、 該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外部へ
出射させるための光出射面と、 前記第1の端部近傍に設けられ、前記光源から発せられ
た光の該第1の端部に対向する第2の端部への伝搬をさ
えぎり、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出
射面から出射するように反射する反射部とを具備するこ
とを特徴とする画像入力装置。 - 【請求項18】前記反射部は、前記透明部材に穿設され
た貫通孔、もしくは前記散乱マークが設けられた位置と
は異なる位置の前記透明部材の表面に形成された凹部、
もしくは前記散乱マークが設けられた位置とは異なる位
置の前記透明部材の表面に形成された切欠部であること
を特徴とする請求項17に記載の画像入力装置。 - 【請求項19】前記第2の端部に、前記光源から発せら
れ前記透明部材内部を伝搬してきた光を、前記第1の端
部の方向に反射させる反射体が設けられることを特徴と
する請求項17または18のいずれかに記載の画像入力
装置。 - 【請求項20】前記反射体は、コーナリフレクタ状、も
しくはコーナキューブ状の折れ面構造に形成されたもの
であることを特徴とする請求項19に記載の画像入力装
置。 - 【請求項21】棒状の透明部材からなる導光体と、 前記透明部材の長手方向に沿って複数設けられる光源と
を備え、 前記導光体は、前記光源から出射された光を前記透明部
材内で反射させるための曲面形状を有する反射面と、該
反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるた
めの光出射面とを具備したことを特徴とするライン照明
装置。 - 【請求項22】前記反射面の曲面形状は、前記散乱マー
クにより散乱された光が前記透明部材外部の所定領域に
照射されるよう最適化計算により定められた形状である
ことを特徴とする請求項21記載のライン照明装置。 - 【請求項23】前記透明部材の前記反射面の断面形状
は、前記光源の位置近傍に一焦点を有する楕円弧、放物
線、概略楕円弧、または概略放物線であることを特徴と
する請求項21記載のライン照明装置。 - 【請求項24】前記光源は、前記透明部材の前記光出射
面と対局する位置近傍に設けられたことを特徴とする請
求項21記載のライン照明装置。 - 【請求項25】棒状の透明部材からなる導光体と、 前記透明部材の長手方向に沿って複数設けられる光源
と、 前記透明部材より出射した光により照明された照明領域
からの光を結像するための結像光学手段と、 この結像光学手段により結像された光を読み取るための
イメージセンサとを有した画像入力装置であって、 前記導光体は、前記光源から出射された光を前記透明部
材内で反射させるための曲面形状を有する反射面と、該
反射面で反射した光を前記透明部材外部へ出射させるた
めの光出射面とを具備したことを特徴とする画像入力装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000380097A JP2001330734A (ja) | 1999-12-17 | 2000-12-14 | 導光体、ライン照明装置及び画像入力装置 |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35857299 | 1999-12-17 | ||
JP2000073855 | 2000-03-16 | ||
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