JP2008270885A - 照明装置およびこれを用いた原稿読取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光量の損失を低減し、高効率の照明装置を実現する。また、本発明は、均一で安定な光照射を行うことのできる照明装置を提供する。また、本発明は、光量深度の高い照明装置を提供する。
【解決手段】透光性材料からなる導光体と、前記導光体の両端部に設けられた光源とを具備した照明装置であって、前記導光体が、長手方向の表面に設けられた光学的領域と、前記光源から出射された光を導光体内部に入射させ、前記光学的領域を経た光が、前記導光体の前記光学的領域に対向する長手方向の一側表面から外部に出射されるように構成した光出射部と、前記光出射部と、前記光源に接続され、前記光源から前記光出射部に向けて外表面が次第に広がるテーパ面を構成するテーパ部とを具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびこれを用いた原稿読取り装置に係り、特に導光体を用いた照明装置に関する。

一般に、ファクリシミリやイメージリーダ等においては、原稿面を画情報として読取る密着型イメージセンサを備えた原稿読取り装置が用いられる。

原稿読取り装置は図８にその一例を断面図で示すように、原稿１０１を密着させ、読取るための透光性のガラスプレートからなるプラテン１００と、このプラテン１００を介して、前記原稿１０１を照射する光源１０４ａ、１０４ｂと、原稿面からの反射光（二次反射光）を受光するロッドレンズアレイ２００と受光素子２０１とで構成される。

次にこの原稿読取り装置の動作原理について説明する。光源１０４ａ、１０４ｂより発せられた光をプラテン１００に載置した原稿に照射する。そこで原稿の濃度や色に対応した反射光がロッドレンズアレイ２００を通り受光素子２０１に結像する。そしてこの受光素子２０１において、光信号は電気信号に変換されて増幅され、最終的にセンサ出力信号として出力される。

従来、原稿読取り装置の光源としては、キセノンランプ（Xe）が用いられるが、キセノンランプは駆動にインバータ回路などを必要とし、光源を構成するシステムとして高価であるという問題がある。

そこで、回路導体を形成した基板上にＬＥＤチップを複数個、直線状に所定間隔を配置したＬＥＤアレイが用いられている。
しかしながら上記のようなＬＥＤアレイでは、ＬＥＤチップの指向特性のため、照明効率が低く、また原稿面照度のばらつきが大きくなるため、画像読取りの性能を低下させる原因となっていた。また原稿面からＬＥＤアレイまでは、ある程度距離をおく必要があり、ユニット自体のサイズも大きなものとなり、さらに数多くのＬＥＤチップを使用するためコストの高騰の要因となっていた。

そこで本出願人は、導光体を用い、その端部(両端または一端)表面から光を入射させ、導光体の一側表面に設けた多数の三角波状の光屈折領域及びまたは反射領域により屈折または反射させ、線状に出射させるようにした線状照明装置を提案している(特許文献１)。これにより、原稿面照度のばらつきの心配がなくなり、線状照明装置から原稿面までの距離を短くすることができるとともに、光の伝送効率を飛躍的に向上させることができ、さらに光源としてのＬＥＤチップ数の飛躍的削減も可能となり低コスト化を図ることができる。

図２７に示すように、この線状照明装置は、透光性材料よりなり、両端から中央部へ行くに従い断面積(円の径)が小さくなるように構成した導光体３０１の長手方向の一側表面に多数の三角波状のプリズム３０２からなる光屈折／反射領域を設け、この導光体３０１の端部にもうけられたＬＥＤチップ３０４からの光を、導光体３０１内部を伝搬させるとともに、このプリズム３０２によって出射させ、導光体３０１の長手方向に沿った線上を照射するものである。ここで光源としてのＬＥＤチップ３０４は導光体３０１の端部に設けられた回路基板３０３上に搭載され、回路基板３０３の表面上に形成した凹反射面３０５によって導光体３０１に光を入射させ、接続部３０６を介して導光体３０１に導かれるようになっている。この接続部３０６は円筒状に形成されこの外周に光拡散層３０７が設けられて、ＬＥＤチップ３０４からの光を導光体３０１に導く接続部である。

この構成により、接続部３０６に入射した光のうち、この接続部３０６の側面に到達する光成分は、光拡散層３０７により拡散され、その大部分を導光体３０１に入射できるようになっている。この導光体３０１に入射した光の成分は、同じく導光体３０１の側面から直接出射するか、または何回か側面で全反射を繰り返しながら光屈折／反射領域を構成するプリズム３０２に到達し、急激に角度を曲げられ（即ち角度変換を施され）、導光体３０１から上方へ出射して原稿を照明する。

この光拡散層３０７によって、光は接続部３０６の側面から直接外側へ出射されることなく、接続部３０６内で、反射を繰り返し導光体３０１に導かれ、この導光体３０１の光屈折／反射領域で、出射せしめられるようになっているため、原稿面での照度の均一化をはかることができる。

しかしながら、この接続部３０６では拡散により、光はあらゆる方向の成分を持つようになるため光の損失が大きく、導光体の中央部すなわち、ＬＥＤから遠い部分では、得ることのできる光量に限界があった。

また、図２８に示すように、接続部を設けることなく、ＬＥＤチップ３０４を備えた光源から直接光出射部を構成した導光体も提案されている。
この場合は、光源の近傍で直接光の多くが出射されてしまうことになり、導光体の両端部では光量が大きいが、導光体の中央部では十分な光量を得る事ができないという問題があった。

特開平１０−１５０５２６号公報

近年、原稿読取り装置においても高画質化への要求は高まっており、光量の損失を低減し、原稿面に対してより均一で安定な光の供給を行うことのできる照明装置が求められている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、光量の損失を低減し、高効率の照明装置を実現することを目的とする。
また、本発明は、均一で安定な光照射を行うことのできる照明装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、光量深度の高い照明装置を提供することを目的とする。

そこで本発明の照明装置は、光源と、前記光源から出射された光を導き、更に、この光に角度変換を施して、外部に光を出射する導光体と、前記光源からの光を前記導光体に導くように、前記光源と前記導光体の間に、断面積が、前記光源部側より前記導光体側を大きく構成された光路部とを具備したことを特徴とする。
この構成によれば、光源からの光を出来る限り前方（導光体の長手方向）に導き、大半の光を導光体内に取り込むことができるため、効率の向上をはかり、高い照度を得ることができる。例えば、側面に配置された光源からの光を正面から平行光として出射させるような場合にも高効率で均一な光を得る事が可能となる。

また本発明は、透光性材料からなる導光体と、前記導光体の両端部に設けられた光源とを具備した照明装置であって、前記導光体が、長手方向の表面に設けられた光学的領域と、前記光源から出射された光を導光体内部に入射させ、前記光学的領域を経た光が、前記導光体の前記光学的領域に対向する長手方向の一側表面から外部に出射されるように構成した光出射部と、前記光出射部と、前記光源に接続され、前記光源から前記光出射部に向けて外表面が次第に広がるテーパ面を構成するテーパ部とを具備したことを特徴とする。
この構成により、テーパ部により、光源からの光を出来る限り前方に導き、大半の光を導光体内に取り込むことができるため、効率の向上をはかり、高い照度を得ることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部は、円錐面であるものを含む。
この構成により、周方向にもなだらかなテーパ面を得ることができ、より効率よく光源からの光を光出射部に導くことができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部は前記光源の中心からの光が、前記光出射部の前記光学的領域に鈍角で入射するようなテーパ角をもつものを含む。
この構成により、発光装置の内部にまで光を取り込むことができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部は、不連続部をもつテーパ部であるものを含む。
この構成により、不連続部をもつテーパ部の形状を最適化することで、光源からの光を出来る限り前方に導き、大半の光を導光体内に取り込むことができるため、効率の向上をはかり、高い照度を得ることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部は、前記光出射部と一体的に形成されたものを含む。
この構成により、接続部での光の減衰もなく、より簡単な形状で高効率化を図ることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部の外表面は、反射性面を構成したものを含む。
この構成により、効率よく光の取り込みをはかることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記テーパ部の長さは、５．５から６.５ｍｍであるものを含む。
この構成により、より高効率化をはかることができる。実験結果からテーパ部の長さが、５．５から６.５ｍｍであるとき、より高輝度を得ることができた。

また、本発明は、上記照明装置において、前記導光体は、前記光出射部において、長手方向に垂直な断面が楕円状であるものを含む。
この構成により、楕円の焦点に一旦集光し、ここから外部に取り出すことにより、平行光を得ることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記導光体は、長手方向に垂直な断面が、前記光出射部の光出射面側で楕円状をなすとともに、前記光出射面に対向する面側では、円であるものを含む。
この構成により、より効率よく前面に光を取り出すことができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記導光体は、前記光出射部において、
前記光学的領域が前記楕円の焦点であるものを含む。
この構成により、平行光を効率よく出射させることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記光学的領域は、反射面であるものを含む。
この構成により、光学的領域で光を反射し、効率よく前面に光を取り出すことができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記光学的領域は、高屈折率を有する面であるものを含む。
この構成により、光学的領域で光の閉じ込めを効率よく実現することができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記光学的領域は、プリズムを構成するスリットを具備したものを含む。
この構成により、プリズムの面で反射を生ぜしめ、発光を生じることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記光出射部は、中心にいくほど外径が小さくなるように構成されたものを含む。
この構成により、光の閉じ込めにより、より均一な光照射を実現することが可能となる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記スリットは、中心にいくほど、前記導光体の長手方向に垂直な方向の幅が小さくなるように構成されたものを含む。
従来、十分に光の閉じこめを行うことができなかった場合、中心に行くほどスリットを大きくして、出来るだけ多くの光を出射する必要があるが、この場合ピーク幅が小さくなる。そこで、導光体の中心にいくほどスリット幅を小さくし、ピーク幅をより大きくし、光量深度の向上をはかることが出来る。

また、本発明は、上記照明装置において、上記導光体の両端面に平行な切断面の形状が全ての切断面において全て相似形であるものを含む。
この構成により、

また、本発明は、上記照明装置において、前記光出射部からの光が出射する長手方向が両端面に対して垂直な面であるものを含む。
この構成により、

また、本発明は、上記照明装置において、前記光源は発光ダイオードであるものを含む。
この構成により、キセノンランプを用いる場合に比べて安価である。

また、本発明は、上記照明装置において、上記発光ダイオードは、回路基板上に形成された凹反射面に実装されるものを含む。
この構成により、光をより効率よく取り出すことができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記凹反射面の形状は、逆円錐台形であり、上記発光ダイオードは上記逆円錐台形の底面に実装されるものを含む。

また、本発明は、上記照明装置において、前記発光ダイオードは、前記導光体と同じ屈折率を持つ透明樹脂で光学的マッチングをとるように前記導光体に接続されたものを含む。
この構成により、減衰なしに、より効率よく光の取り出しをはかることができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記光源はエレクトロルミネッセント素子であるものを含む。
この構成により、コストの低減をはかることができる。

また、本発明は、前記導光体が、角度変換部を具備し、２次元光を出射しうるように形成されたものを含む。
この構成により、設計に自由度をもたせることができ、より均一な光を得る事が可能となる。

また、本発明は、原稿照射用光源として配置された上記照明装置と、原稿の面からの反射光を伝達する光学系と、前記光学系を介して前記反射光を受光する受光素子とを具備した、原稿読取り装置を提供する。
小型でかつ均一でかつ高輝度の照射面を得ることができ、安価な原稿読取装置を提供することが可能となる。

本発明の照明装置によれば、導光体の端部に、前記光源から前記光出射部に向けて外表面が次第に広がるテーパ面を構成するテーパ部を具備しているため、端部での光の損失を低減し、導光体の内方に導くことができ、導光体端部での光の損失を低減し、高効率の照明装置を提供することができる。
また、本発明の照明装置によれば、均一で安定な線状照明装置を提供することができる。

（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１の線状照明装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態１における線状照明装置の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は、この線状照明装置の側面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）の正面Ａ−Ａ’断面図および要部拡大説明図である。図２は図１における線状照明装置の側面断面図(a)の拡大図であり、光の進路を矢印ｂ１、ｂ２等で示したものである。図３はこの線状照明装置の要部形状説明図である。図４及び図５は、本実施の形態の線状照明装置の光学的領域２側を示す図、およびその照度分布を示す図である。

この線状照明装置は、透光性のアクリル樹脂からなる導光体１と、この導光体１の両端部に設けられたＬＥＤチップ４（図１、図２には図示せず）を搭載した光源部Ｒ１とを具備し、この導光体１が、長手方向の表面に所定の間隔で設けられたスリットＳ（図２参照）を有する反射面で構成された光学的領域２と、光源部Ｒ１から出射された光を導光体１内部に入射させ、光学的領域２を経た光が、光学的領域２に対向する長手方向の一側表面から外部に出射されるように構成された光出射部Ｒ３と、この光出射部Ｒ３と、光源部Ｒ１とに接続され、光源部Ｒ１から前記光出射部Ｒ３に向けて外表面が次第に広がるテーパ面を構成するテーパ部Ｒ２とを具備したことを特徴とする。このテーパ部Ｒ２の外表面は電鋳により形成された例えばアルミニウム層からなる反射層７を構成している。そして、光源部Ｒ１から入射する光は、このテーパ部Ｒ２の反射層で反射し、光出射部Ｒ３の反射面に設けられたスリットＳによって形成されたプリズムの１面に、鈍角となって入射し、光出射面側に出射するように構成されている。つまり、テーパ部Ｒ２の絞られた側から入射された光が、テーパ部Ｒ２が広がる方向に導かれる場合、光はその反射面７で反射を繰り返す度に、導光体１の長手方向に沿う方向（即ち導光体１の長手方向と平行に近づくよう）に角度変換を受ける。

この光出射部Ｒ２は、図１（ｂ）にＡ−Ａ断面図を示すように、導光体１の長手方向に垂直な断面が、光出射部Ｒ３の光出射面側Ｄ２で楕円状をなすとともに、光出射面に対向する面側すなわち光学的領域２の側Ｄ１では、円を構成しており、スリットＳはこの楕円の焦点位置に相当する位置に設けられスリットＳによって形成されたプリズムで反射された光が、この導光板の光出射面側Ｄ２から平行光に近い状態の光として出射するように構成されている。図２は光源部Ｒ１からの光の導光体１内での振舞いを矢印で示す。この図２から明らかなように、光源部Ｒ１からの光が導光体１に導かれる前にテーパ部Ｒ２によって角度変換を受け、光出射面Ｄ２側に均一な光量分布をもつ光が出射される。

また、光源部Ｒ１は、図３に示すようにＬＥＤチップ４が回路基板３の表面に図示しない絶縁層を介して装着され、ＬＥＤチップ４の周りは凹反射面５を構成し、ＬＥＤチップ４からの光が導光体１のテーパ部Ｒ２に向けて効率よく出射するように構成されている。

この線状照明装置について、さらに具体的に説明する。
光源部Ｒ１は、以下のようにして形成される。まず厚み0.6〜2.0mmのＡl基板の表面上に膜厚100μm程度の有機膜を塗布することにより絶縁層を形成し、その上に銅箔(厚み35〜70μm)を貼着し、これをエッチングによりパターニングして回路パターンを形成し、その上に金(Ａu)を0.3μm程度電解(または無電解)メッキにより形成して回路基板３を形成する。

次に、金型を用いたスタンピング法により回路基板３の表面に凹反射面５を形成する。この凹反射面の形状としては、逆円錐台形が望ましく、逆円錐台形を用いることにより効率よくＬＥＤチップ４からの光を前方へ、しかも必要な角度分布で放射することができる。

この後、ダイマウンターを用いて、ＬＥＤチップ４を回路基板３に凹反射面５の逆円錐台形の奥にある底面上に実装する。ここで用いるＬＥＤチップ４としては、モノクロ画像読取用としてはＧaＰ、高輝度のものが必要な場合には４元系の例えばＡｌＧaＩｎＰ等の緑色のベアチップを用いる。また、カラー画像読取用の線状照明装置の場合にはＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)の３色のＬＥＤチップを並べて実装すればよい。このようにして光源部Ｒ１を作製する。このＲＧＢの３色の光源を同時に発光させることで、白色光源として利用でき、線状照明装置から出射される光によって照明された原稿の反射光（より正しくは原稿表面によって散乱された二次反射光）を、例えばＲ，Ｇ，Ｂ各色のフィルタを長手方向（主走査方向）に構成したイメージセンサで検出することで、原稿を読み取ることができる。

次に、導光体１すなわち、テーパ部Ｒ２および光出射部Ｒ３、及びこれに設けられている光屈折／反射を行う光学的領域２を構成する多数の断面三角形状のスリットＳに関しては、透光性樹脂であるアクリル樹脂によるインジェクション成形により一体的に形成される。光屈折／反射を行う光学的領域２を構成する多数のスリットＳは、導光体１の一表面に形成される。ここで透光性樹脂材料としては、透光性，耐熱性，インジェクション成形時の樹脂の流れ性を考慮すると、耐熱アクリルのほか、ポリカーボネイト、非晶質ポリオレフィン等が適用可能である。

さらに、テーパ部Ｒ２の外表面には電鋳によってアルミニウム層を形成し反射面７を構成する。反射面は、例えば鏡面を有するシートを貼り付けて構成してもよい。

そして最後に、光源部Ｒ１と導光体１を、導光体材料と同一の屈折率(約1.5)を持つ透光性樹脂を介して接続する。この透光性樹脂に関しては、エポキシ系や変性アクリレート系のＵＶ硬化型樹脂を用いている。
実施の形態１では、上述のように複雑な形状を有する導光体１を、インジェクション成形により一体形成しているが、例えばテーパ部Ｒ２と光出射部Ｒ３を別体に形成しておき、これを直接接合するかあるいは接着剤を用いて接着して導光体１を製作し、この導光体１に、更に光源部Ｒ１を接着するような工程で製造してもよい。

このようにして形成した本実施の形態１の線状照明装置の動作原理及び特性について図２を参照しながら説明する。図２は図１における線状照明装置の側面断面図(a)の拡大図であり、光の進路を矢印ｂ１，ｂ２等で示したものである。図３はこの線状照明装置の要部形状説明図である。

まず、ＬＥＤチップ４から放出された光のうち、前方に出射した一部の光成分は直接テーパ部Ｒ２に入射し、横方向に出射した光成分は、凹反射面５で反射されてテーパ部Ｒ２に入射する。ここでは、この凹反射面５のテーパ角を調整し、テーパ部Ｒ２の光源側の端部の中心点Ｏに集光され、この中心点から出射するように調整される。この中心点Ｏから、前方に出射した光成分ｂ１は直接導光体の光出射部Ｒ３に入射し、横方向に出射した光成分ｂ２は、テーパ部Ｒ２で反射されて光出射部Ｒ３に入射する。この光出射部Ｒ３に入射した光成分のうち、直接光出射部Ｒ３に入射した光成分ｂ１は、光出射部Ｒ３の側面で全反射を繰り返しながら、いずれ光屈折／反射面を構成する光学的領域２に到達し、ここでスリットＳによって形成されたプリズム面で反射されることにより急激に角度を曲げられる。このプリズム面は導光体１の原稿面側の外表面を構成する楕円の焦点位置を含むように構成されており（例えばプリズム面の中央部が焦点位置と一致するように構成すればよい）、このプリズム面から出射した光は例えば光成分ｂ３となって出射され、この矢印前方に配置される原稿面を照射する。テーパ部Ｒ２から直接導光体１へ入射した殆ど全ての光成分が導光体１の光出射部Ｒ３の側面で全反射するように、テーパ部を構成する逆円錐台の径ｒ１、ｒ２、テーパ部の長さＬ、導光体１の屈折率ｎ_LGの各々ディメンジョンを決定している（図１０参照。図１０において、ｒ１＝３．２ｍｍ、ｒ２＝４．５ｍｍ、Ｌ＝６ｍｍに設定されている）。

テーパ部Ｒ２に入射した光のうち、このテーパ部Ｒ２の側面に到達する光成分ｂ２は、全反射（あるいは鏡面反射）により、そのほぼ全部が光出射部Ｒ３に入射できるようにしている。この光出射部Ｒ３に入射した光の成分ｂ２は、同じく光出射部Ｒ３の側面から直接出射するか、または何回か側面で全反射を繰り返しながらこの光学的領域２に到達し、プリズム面で反射され、導光体１を構成する光出射部Ｒ３から光成分ｂ３として原稿を照明する。

次にこの光成分ｂ３を線上に均一に出射する構成について説明する。図４及び図５は、本実施の形態の線状照明装置の光学的領域２を示す図、およびその照度分布を示す図である。
本実施の形態では中心にいくほど外径が小さくなるように構成された光射出部Ｒ３にスリットＳが所定の間隔ｄで形成されているが、その中心部に近づくにつれてその間隔ｄは小さくなるように形成されており、このスリットＳは、導光体１の長手方向中心部に近づくほど、前記導光体１の長手方向に垂直な方向の幅Ｗが小さくなるように構成されている。なお、導光体１の両端面に平行な切断面の形状は全ての切断面において全て相似形である。

このように、テーパ部Ｒ２により、光源部Ｒ１からの光を出来る限り前方（導光体１の長手方向）に導き、これをスリットＳによって形成されたプリズムで,この光の大半を全反射させ、平行光に近づけて原稿面（図示せず）に導くものであるが、テーパ部Ｒ２によって効率よく大半の光を前方に導くことができるため、中心部近傍でスリット幅Ｗを小さくしても十分な光量を出射することができる。そして副走査方向（導光体の長手方向に垂直な方向）に対する照度分布を図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示す。図５（ｂ）は導光体１の長手方向（主走査方向）中心部における照度分布であり、ピーク近傍で幅をもつ分布となっている。一方図６（ｂ）は導光体１の端部における照度分布であり、ピーク近傍で中心部と同程度の幅をもつ分布となっている。
これはスリット幅Ｗを調整したことにより得られたもので、従来のように中心部でスリット幅Ｗを大きくした場合のように、副走査方向の照度分布において平坦な領域が大きすぎるようなことがなく、結果的に総光量をむやみに大きくすることなく、十分な光量深度を得ることができる。
一方、導光体１の長手方向における端部と中央部における光量分布の不均一性を解消するため、端部において中心部よりもスリット幅Ｗを大きくする。これは従来より、若干スリット幅Ｗを大きくすることにもなる。これは図２７に示したように、中心部でスリット幅Ｗを大きく、端部で小さくした場合の逆の構成に相当する。
このようにスリット幅を調整することにより、副走査方向および主走査方向の両方について理想的な照度分布を得ることができる。

このような動作原理に基づき、図７に外観図、図８に断面説明図を示すようにＡ４サイズ用のスキャナ用線状照明装置を用いた原稿読取り装置を作製し、その特性を評価した。
この原稿読取り装置は、図８にその一例を断面図で示すように、原稿１０１を密着させ、読取るための透光性のガラスプレートからなるプラテン１００と、このプラテン１００を介して、前記原稿１０１を照射する光源１０４ａ、１０４ｂと、原稿面からの反射光を受光するロッドレンズアレイ２００と受光素子２０１とで構成される。

次に、この原稿読取り装置の動作原理について説明する。光源１０４ａ、１０４ｂより発せられた光をプラテン１００に載置した原稿に照射する。そこで原稿の濃度や色に対応した反射光がロッドレンズアレイ２００を通り受光素子２０１に結像する。そしてこの受光素子２０１において、光信号は電気信号に変換されて増幅され、最終的にセンサ出力信号として出力される。

これにより、光源１０４ａ、１０４ｂとしてＬＥＤ素子(ＧaＰ、λ＝565nm)を４素子用いたとき、原稿面照度８，０００ｌｘ、照度ばらつき±１０％以下を実現した。これを従来の複数のＬＥＤを主走査方向に配置したＬＥＤアレイと比較するとＬＥＤ素子数を約１／１０に削減することができ、また照明装置から原稿面までの距離では、従来ＬＥＤアレイの場合、約８〜10ｍｍ程度必要であったのが、本線状照明装置では１．５ｍｍに近づけても十分照度ばらつきを抑えることができた。これにより、メンテナンスが容易となり、低コスト化を実現することができた。

また、赤色ＬＥＤ(ＧaＡlＡs)素子、純緑色ＬＥＤ(ＧaＮ)素子、青色ＬＥＤ(ＧaＮ)素子を各々１素子ずつ実装し、赤→緑→青と順次点灯することにより光源切替型のカラー画像読取装置用の線状照明装置を実現することもできる。

（実施の形態２）
なお、前記実施の形態１ではスリットＳが光射出部Ｒ３の下部を構成する円部分に収まるように形成したが、図９（および図１０）に示すように光射出部Ｒ３の円部分から突出するように形成してもよい。

次に本発明の実施例１について説明する。
本実施例１では、線状照明装置について説明する。
本実施例１の線状照明装置は、実施の形態１で図１乃至図４に示した構造を持つもので、図１０に示すように、導光体１の端部のテーパ部Ｒ２の形状が円錐台をなし、上底ｒ１=３．２ｍｍ、下底ｒ２=４．５ｍｍ、長さＬ＝６ｍｍである。
この形状を用いた場合における、テーパ部端部での端部光線をシミュレーションにより追跡した結果を図１１（ａ）に示す。ここで図１１（ａ）は端部光線の追跡結果を示す、図１１（ｂ）はこのときの端部スリットからのロス光線の追跡結果を示す拡大図である。
また図１２（ａ）、（ｂ）に、このときの主走査方向の照度分布及び副走査方向の照度分布をシミュレーションした結果を示す。
これらの図から明らかなように、端部に照度の高い部分が存在はしているが、従来例の場合に比べて端部のピークが若干は低くなっており、導光体１の中心部の照度が向上している。また、長さ方向についても同様にシミュレーションを行ったが、均一な照度を得ることができることがわかった。

このときの原稿面総照度は約８０００ｌｘ、効率は２０％であり、従来のテーパ部なしの場合に比べて６％の効率改善を達成することができた。

次に本発明の実施例２について説明する。
実施例２では、線状照明装置のテーパ部の長さＬについて説明する。
前記実施例１では導光体１の端部のテーパ部Ｒ２の形状が円錐台をなし、上底ｒ１=３．２ｍｍ、下底ｒ２=４．５ｍｍ、長さＬ＝６ｍｍとしたが、この長さＬを変化させた場合について実験を行った。
テーパ部の長さＬ＝５ｍｍ及び４ｍｍとして同様のシミュレーションを行った。本実施例２の線状照明装置は、前記実施例１と同様、実施の形態１で図１乃至４に示した構造を持つもので、図１３に示すように、前記実施例１と同じ形状の円錐台状をなすように形成し、導光体１の端部のテーパ部Ｒ２の形状が円錐台をなし、上底ｒ１=３．２ｍｍ、下底ｒ２=４．５ｍｍ、長さＬ＝５ｍｍである。

この形状を用いた場合における、テーパ部端部での端部光線をシミュレーションにより追跡した端部光線の追跡結果を図１３に示す。
また図１４（ａ）、（ｂ）に、このときの主走査方向の照度分布及び副走査方向の照度分布をシミュレーションした結果を示す。また、長さ方向についても同様にシミュレーションを行ったが、均一であることがわかった。

また、図１５に示すように、前記実施例１と同じ形状の円錐台状をなすように形成し、導光体１の端部のテーパ部Ｒ２の形状が円錐台をなし、上底ｒ１=３．２ｍｍ、下底ｒ２=４．５ｍｍ、長さＬ＝４ｍｍである導光体を用いた線状照明装置を作成した。
この形状を用いた場合における、テーパ部端部での端部光線をシミュレーションにより追跡した端部光線の追跡結果を図１５に示す。
また図１６（ａ）および（ｂ）に、このときの主走査方向の照度分布及び副走査方向の照度分布をシミュレーションによって測定した結果を示す。また、長さ方向についても同様にシミュレーションを行ったが、均一であることがわかった。
これらの結果から、Ｌ＝６ｍｍの場合、端部の出射光のうちスリットＳを介した反射光が相対的に多いため、端部光量は確保しながらスリットピッチの変更で端部光量を調整可能であり、有効である。

これに対し、Ｌ＝５の場合は端部の出射光のうちスリットＳによる反射を介さない直接光がやや多くなり、端部光量を確保しながらスリットピッチの変更で端部光量を調整するのがやや困難となる。
また、Ｌ＝４の場合は直接光が支配的であるため、端部光量は確保できるが、スリットピッチの変更で端部光量を調整するのは困難である。
以上の結果からＬ＝６ｍｍが、端部光量を確保しながらスリットピッチで端部光量を調整することができ、望ましい。また、光量深度についてもスリット幅を調整することができる。

このようにＬ＝６ｍｍのとき、端部に照度の高い部分が存在はしているが、従来例の場合に比べて端部のピークが若干は低くなっており、導光体の中心部の照度が向上している。
このときの原稿面総照度は８，０００ｌｘ、効率は２０％であり、従来のテーパ部なしの場合に比べて６％の効率改善を達成することができた。

次に本発明の実施例３について説明する。
次に、このＬ＝６ｍｍとした実施例１の導光体を用い、スリットを形成するとともにスリットピッチを変更したときの主走査方向の照度分布及び副走査方向の照度分布をシミュレーションによって測定した結果を図１７（ａ）及び（ｂ）に示す。
なおシミュレーションを行うにあたって、プリズム面を備えたスリットＳの配列ピッチは０．４ｍｍとし、このピッチで連続的に形成されたスリットＳの一部を平坦に埋めた状態を想定した。つまりスリットピッチ２というときは、０．４ｍｍピッチで連続して形成されたスリットＳの５つのうち１つが有効に存在し、残りの４つは存在しないと考える。同様にスリットピッチ１．６は連続するスリット４つのうち１つが有効に存在し、残り３つを存在しないものと考える。
図１７（ａ）及び（ｂ）はスリットピッチ２の時のときの主走査方向の照度分布及び副走査方向の照度分布を示す図であり、原稿面平均照度は８０００ｌｘで照度ムラは±１０％程度であることがわかる。

図示はしていないが、同様に、それぞれスリットピッチ１．６，２，２．４の時の長さ方向の原稿面照度分布をシミュレーションした。その結果、長さ方向の原稿面照度分布は、それぞれスリットピッチ１．６および２．４の時よりも、スリットピッチ２の時により均一となっていることが分かった。
この結果から導光体の中心部においても十分な照度を得られることがわかる。また、スリットピッチ２のときの光源部Ｒ１から出射される全光束に対する効率は２０％程度であった。

次に本発明の実施例４について説明する。
本実施例では導光体１の光出射部Ｒ３の形状を変化させたときの原稿面照度分布をシミュレーションした。図１８は光出射部Ｒ３の断面形状を示す図であり、外側が両端部、内側が中心部であり、いずれも楕円と円の組み合わせであり、楕円中心と円中心が一致するように形成されている。この例ではスリット形成面がフラットになっており、このフラット部の中央部の幅が、０．９ｍｍとしたとき、端部の幅が０．６、０．９、１．１、１．３と変化したときの、原稿面照度分布をシミュレーションによって測定した結果を示す。

また、それぞれ端部の幅ｂが０．６、０．９、１．１、１．３と変化したときの、原稿面照度分布をシミュレーションによって測定した。この測定結果から、端部の幅ｂが０．６、１．３では、照度分布にばらつきがあるのに対し、端部の幅ｂが０．９はやや均一となり、１．１ではより均一となっている。

この結果から中央で０．９、両端部で１．１のとき、原稿面照度分布はより均一であることがわかった。

次に本発明の実施例５について説明する。
本実施例では導光体１の光出射部Ｒ３の形状を変化させたときの原稿位置が図８においてプラテンの面から０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの時の副走査方向位置と照度との関係を示す。図１９（ａ）に導光体１の光出射側を楕円形状としたもの、（ｂ）に光出射側を円形状としたものを示す（ただしいずれの場合も導光体１の下部、即ちスリットＳが配置されている側の形状は、既に説明した円形状としている。なお、以下の説明では、簡単のため、単に「導光体１が楕円」のように記載する）。これらの比較からも楕円の場合に照度ムラが大幅に低減されていることがわかる。ｓ１、ｓ２、ｓ３（図２０参照）はそれぞれプラテンの面から０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの時の照度を測定した結果を示す。
図１９（ａ）によれば、プラテンの面から２ｍｍ程度離間しても、センタ位置（即ち、原稿による散乱光が図示しないイメージセンサ上に結像される位置）では、十分な原稿面照度が確保されることがわかる。即ち導光体１の光出射面側を楕円形状とすることで、光量深度の改善ができることが分かる。このように光量深度が深いということは、副走査方向においては、光の平行度が非常に高くなっていることを意味している。
また、図２０に、導光体が楕円である場合と円である場合について、プラテンの面から０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの時の主走査方向位置と照度との関係を測定した結果を示す。図２０（ａ）は導光体が楕円であるもの、（ｂ）は円であるものを示す。これらの比較からも楕円の場合に照度ムラが大幅に低減されていることがわかる。ここでもｓ１、ｓ２、ｓ３はそれぞれプラテンの面から０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの時の照度を測定した結果を示す。

以上の結果からも、断面楕円状の線状の導光体をもちいることで均一な照射を行うことができることがわかる。

（実施の形態３）
なお、前記実施の形態１および２では、テーパ部Ｒ２が円錐形であるものについて説明したが、本実施の形態では、テーパ部は、基本的に円錐形をなすものの、最適化したテーパ面を有するもので、図２１に示すように、不連続部をもつテーパ部であるようにしたものである。図２１（ａ）は要部斜視図、図２１（ｂ）乃至（ｄ）は側面および断面図であり、図２１（ｅ）は側面図である。図２１（ａ）は、図２１（ｅ）のＤ方向から見た斜視図、図２１（ｂ）は、図２１（ｅ）のＣ方向から見た側面図、図２１（ｃ）は、図２１（ｅ）のＡ−Ａ断面図、図２１（ｄ）は、図２１（ｅ）のＢ−Ｂ断面図である。
本実施の形態では、シミュレーションを重ねながら、テーパ部の反射面を最適化し、不連続部を形成することで、光源からの光を出来る限り前方に導くようにしている。
この構成によれば、大半の光を導光体内に取り込むことができるため、効率の向上をはかり、高い照度を得ることができる。

（実施の形態４）
なお、前記実施の形態１乃至３では線状の照明装置について説明したが、本実施の形態では、二次元の照明装置について説明する。
図２２乃至２３に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子を搭載した光源基板２４と、光源基板２４から出射された光を導き、更に、この光に角度変換を施して、外部に光を出射する導光体２１と、この光源基板２４と導光体２１の間に、光源基板２４からの光を導光体２１に導くように、断面積が、光源基板２４側より導光体２１側で大きくなるように構成された光路部２５とを具備したものである。図２２はこの照明装置の斜視図、図２３（ａ）は、この照明装置の上面図、図２３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２３（ｃ）は図２３（ｂ）のＢ部の要部拡大図、図２４は光源基板の平面図である。
なお導光体２１の裏面側は凹凸を有する光学領域２２を構成しており、光を反射させほぼ平行な光で表面側に出射させることができる。
この構成によれば、側面に設けられた光源からの光を正面側に均一に取り出すことができる。

なお、光源基板２４としては、ガラス、あるいは樹脂で構成された基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子を形成したものなどが用いられる。この光源基板２４は図２４に平面図を示すようにＲＧＢの３色のライン状の発光素子が配置された構造となっている。
また、有機ＥＬ素子はＲＧＢ三色を設けることで白色光源とすればよい。

また、この光源基板２４はボトム出射型すなわち、基板側から出射するように、基板面上に素子領域を形成する。このため素子形成面Ａに対向する基板側の面は、何も配置されておらず、極めて平坦性が高いので、光源基板２４を光路部２５に密着させることができる。この密着部位は光を散乱させることがないため、効率よく光源基板２４の出射光を導光板に導くことができる。

また、光源基板２４に設けられる有機ＥＬ素子は、長尺に構成された単一の素子であってもよいが、複数の素子で構成することが望ましい。このようにすると、非発光の素子があっても、他の素子で光量をカバーすることができ、均一な発光を得ることができる。
さらにまた、この照明装置において適用される光源としては有機エレクトロルミネッセンス素子に限定されるものではなく、ＬＥＤなど他の光源にも適用可能であることはいうまでもない。

（実施の形態５）
また、本実施の形態では、他の二次元の照明装置について説明する。
図２５および２６に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子を搭載した光源基板３４と、光源基板３４から出射された光を導き、更に、この光に角度変換を施して、外部に光を出射する導光体３１と、この光源基板３４と導光体３１の間に、光源基板３４からの光を導光体３１に導くように、断面積が、光源基板３４側より導光体３１側で大きくなるように構成された光路部３５とを具備してなり、この導光体３１は、光路部３５との間に、光路変換部３２を具備し、光源基板３４から出射された光は、光路変換部３２で一旦９０度の角度変換を施され、長手方向に均一な光となった後、さらに導光体３１で光路変換するようにしたものである。図２５はこの照明装置を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ部の要部拡大図、図２６（ａ）は、この照明装置の上面図、図２６（ｂ）は（ａ）の下側面図、図２６（ｃ）は右側面図である。
なお導光体３１の裏面側および光路変換部３２の端面（図２５（ｃ））は凹凸を有する光学領域を構成しており、光を反射させほぼ平行な光で表面側に出射させることができる。
この構成によれば、側面に設けられた光源からの光を２回変換して上面側に均一に取り出すことができる。

なお、光源基板としては、ここでもガラス、あるいは樹脂で構成された基板上に有機エレクトロルミネッセンス素子を形成したものなどが用いられる。この光源基板３４において有機エレクトロルミネッセンス素子はＲＧＢの３色が積層された構造となっている。これにより、導光体３１においても３色の光が出射面に対して層状をなす。
また、有機ＥＬ素子はＲＧＢ三色を設けることで白色光源とすればよい。

以上説明してきたように、本発明によれば、原稿面の光量を十分に確保することができ、原稿面の照度が均一で光量深度の比較的大きい線状照明装置を提供することができることから、スキャナ用光源として、特に小型の照明用光源として極めて有効である。

本発明の実施の形態１の線状照明装置を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置の要部を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置の要部を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置の光学的領域を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置のスリット幅と照度分布との関係を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置のスリット幅と照度分布との関係を示す図 本発明の実施の形態１の線状照明装置を用いたスキャナを示す外観図 本発明の実施の形態１の線状照明装置を用いたスキャナの断面説明図 本発明の実施の形態２の線状照明装置の導光体を示す図 導光体のテーパ部Ｒ２の形状を示す図 Ｌ＝６のときの端部光線の追跡結果及び端部スリット光線の追跡結果を示す図 原稿面の主走査方向の照度分布、副走査方向の照度分布を示す図、及び長さ方向をシミュレーションによって測定した結果を示す図 Ｌ＝５のときの端部光線の追跡結果及び端部スリット光線の追跡結果を示す図 原稿面の主走査方向の照度分布、副走査方向の照度分布をシミュレーションによって測定した結果を示す図 Ｌ＝４のときの端部光線の追跡結果及び端部スリット光線の追跡結果を示す図 原稿面の主走査方向の照度分布、副走査方向の照度分布を示す図をシミュレーションによって測定した結果を示す図 スリットピッチを変化させたときの原稿面の主走査方向の照度分布、副走査方向の照度分布を示す図をシミュレーションによって測定した結果を示す図 導光体の断面形状を示す図 楕円状の導光体と円状の導光体の場合の副走査方向の照度分布を測定した結果を示す図 楕円状の導光体と円状の導光体の場合の主走査方向の照度分布を測定した結果を示す図 本発明の実施の形態２の照明装置を示す図、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＣ方向側面図、（ｃ）は（ｅ）のＡ−Ａ断面図、（ｄ）は（ｅ）のＢ−Ｂ断面図，（ｅ）は側面図 本発明の実施の形態３の照明装置の斜視図 （ａ）は、同照明装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部の要部拡大図 同照明装置の光源基板の平面図 本発明の実施の形態４の照明装置を示す図、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡの要部拡大図 （ａ）は、同照明装置の上面図、（ｂ）は（ａ）の下側面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図 従来例の線状照明装置を示す図 従来例の線状照明装置を示す図

符号の説明

１ 導光体
２ 光学的領域
３ 回路基板
４ ＬＥＤチップ
５ 凹反射面
７ 反射面
２１ 導光体
２２ 光学領域
２４ 光源基板
２５ 光路部
３１ 導光体
３２ 光路変換部
３４ 光源基板
３５ 光路部
１００ プラテン
１０１ 原稿
１０４ａ、１０４ｂ 光源
２００ ロッドレンズアレイ
２０１ 受光素子
Ｒ１ 光源部
Ｒ２ テーパ部
Ｒ３ 光出射部
Ｓ スリット

Claims (24)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を導き、更に、この光に角度変換を施して、外部に光を出射する透明部材で構成された導光体と、
   前記光源からの光を前記導光体に導くように、前記光源と前記導光体の間に配設され、
   断面積が、前記光源部側より前記導光体側を大きく構成された光路部と、
   を具備した照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記光源は、前記導光体の少なくとも一端部に設けられ、
   前記導光体は、長手方向の表面に設けられた光学的領域と、前記光源から出射された光を導光体内部に入射させ、前記光学的領域を経た光が、前記導光体の前記光学的領域に対向する長手方向の一側表面から外部に出射されるように構成した光出射部とを含み、
   前記光路部が、前記光出射部と前記光源とに接続され、前記光源から前記光出射部に向けて外表面が次第に広がるテーパ面を構成するテーパ部を具備した照明装置。
3. 請求項２に記載の照明装置であって、
   前記テーパ部は、円錐面である照明装置。
4. 請求項２に記載の照明装置であって、
   前記テーパ部は、前記光源の中心からの光が、前記光出射部の前記光学的領域に鈍角で入射するようなテーパ角をもつ照明装置。
5. 請求項２に記載の照明装置であって、
   前記テーパ部は、不連続部をもつテーパ部である照明装置。
6. 請求項２乃至５のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記テーパ部は、前記光出射部と一体的に形成された照明装置。
7. 請求項２乃至６のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記テーパ部の外表面は、反射性面を構成した照明装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記導光体は、前記光出射部において、
   長手方向に垂直な断面が楕円状である照明装置。
9. 請求項８に記載の照明装置であって、
   前記導光体は、長手方向に垂直な断面が、前記光出射部の光出射面側で、
   楕円状をなすとともに、
   前記光出射面に対向する面側では、円である照明装置。
10. 請求項８または９に記載の照明装置であって、
    前記導光体の前記光出射部において、
    前記楕円の焦点を、前記光学的領域内に設けるようにした照明装置。
11. 請求項２乃至１０のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光学的領域は、反射面である照明装置。
12. 請求項２乃至１０のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光学的領域は、高屈折率を有する面である照明装置。
13. 請求項２乃至１２のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光学的領域は、プリズムを構成するスリットを具備した照明装置。
14. 請求項１３に記載の照明装置であって、
    前記光出射部は、中心にいくほど外径が小さくなるように構成された照明装置。
15. 請求項１４に記載の照明装置であって、
    前記スリットは、中心にいくほど、前記導光体の長手方向に垂直な方向の幅が小さくなるように構成された照明装置。
16. 請求項1乃至１５のいずれかに記載の照明装置であって、
    上記導光体の両端面に平行な切断面の形状が全ての切断面において全て相似形である照明装置。
17. 請求項２乃至１６のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光出射部からの光が出射する長手方向が両端面に対して垂直な面である照明装置。
18. 請求項1乃至１７のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光源は発光ダイオードである照明装置。
19. 請求項1８に記載の照明装置であって、
    上記発光ダイオードは、回路基板上に形成された凹反射面に実装される照明装置。
20. 請求項1９に記載の照明装置であって、
    前記凹反射面の形状は、逆円錐台形であり、上記発光ダイオードは上記逆円錐台形の底面に実装される照明装置。
21. 請求項1８乃至２０のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記発光ダイオードは、前記導光体と同じ屈折率を持つ透明樹脂で光学的マッチングをとるように前記導光体に接続された照明装置。
22. 請求項1乃至１７のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記光源はエレクトロルミネッセント素子である照明装置。
23. 請求項1乃至１２のいずれかに記載の照明装置であって、
    前記導光体は、角度変換部を具備し、２次元光を出射しうるように形成された照明装置。
24. 原稿照射用光源として配置された請求項１乃至２３のいずれかに記載の照明装置と、
    原稿の面からの反射光を伝達する光学系と、
    前記光学系を介して前記反射光を受光する受光素子とを具備した、原稿読取り装置。

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