JP2010277940A - 線状光源装置用導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の光源が配置されている導光体の光入射面付近から導光体の外部に放射される光の広がりと、光入射面から離れた位置における導光体の外部に放射される光の広がりとを同程度となるように導光体を形成することによって、導光体の光軸方向の各位置から出射される光の照度分布を均一化し、安定した複写が可能な線状光源装置用導光体を提供する。
【解決手段】導光体１の光軸に沿って形成され、光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面３と、上面３に対して光軸に沿って平行に配置され、上面３に対向する凹部と凸部からなる反射面４を含む下面５と、上面３と下面５とをつなぐ側部に形成された側面６とからなり、側面６に、光軸方向において、光源から離れるに従って光軸中心に近づく傾斜面６１を有することを特徴とする線状光源装置用導光体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、線状光源装置用導光体に係わり、特に、画像読み取り装置に利用される線状光源であって、ＬＥＤ等の光源からの光を導光し、線状の光を出射する線状光源装置用導光体に関する。

近年、パーソナルファクシミリ等の画像読取装置において、ＬＥＤの出力向上により、小型で低消費電力のＬＥＤを光源とし、特許文献１に示すように、ＬＥＤを棒状の導光体の端部に配置し、ＬＥＤからの光を導光体で導光させて原稿に照射するＬＥＤ原稿照明装置が提案されている。
図８は、特許文献１の図１に記載された原稿読み取り用の線状光源装置の構成を示す図であり、同図において、１０１は導光体、１０２は光拡散部、１０３はＬＥＤを備える発光体、１０４は光出射面である。

特許第２９００７９９号 特許第２９９４１４８号

ところで、図８に記載の線状光源装置は、ＬＥＤから導光体１０１に入射され、導光体１０１から放射される光の軸方向に直交する面での広がりが、導光体１０１の軸方向の位置が発光体１０３から遠ざかるにつれて狭くなるという問題がある。つまり、導光体１０１から放射される光の軸方向における光の広がりが異なると、導光体１０１から放射された光を原稿に照射して、ＣＣＤ等の光学読み取り素子で読み取る際、通常、ＣＣＤ等の光学読み取り素子は読み取り幅が狭いため、ＣＣＤの読み取り位置が少しでもずれてしまうと、原稿面から反射して、ＣＣＤに入射する光の強度が導光体１０１の軸方向の位置が異なることの影響を受けてしまう。

この問題点を図９〜図１２を用いて詳述する。図９は、従来技術に係る線状光源装置２０１の円柱状の導光体２０２の長手方向に沿った断面図である。
同図に示すように、この線状光源装置２０１は、円柱状の導光体２０２と、導光体２０２の長手方向における一端面２０４に対向させたＬＥＤ等の光源２０３と、導光体２０２の長手方向の他端面２０５とにより構成される。導光体２０２には、その長手方向に沿って伸びる外面に凹部と凸部からなる反射溝２０６が設けられている。反射溝２０６は切り込み方向が導光体２０２の光軸方向と直交するように構成される。光源２０３を出射した光Ｓは、導光体２０２の一端面２０４から入射され、導光体２０２の内部に取り込まれる。導光体２０２に取り込まれた光Ｓは、導光体２０２の内部で反射を繰り返し、反射溝２０６の傾斜した面で反射され導光体２０２の反射溝２０６に対向する光出射面２０７から出射する。このように、光出射面２０７からは、導光体２０２の長手方向に沿って線状の光Ｓが出射される。

光出射面２０７から出射した線状の光Ｓは、画像読取装置の用途においては、例えば、ＣＣＤ等の電子受光素子で受光される。ところが、光出射面２０７から出射した線状の光Ｓは、導光体２０２の光軸方向の各位置で光軸に垂直方向の照度分布が変化する。特許文献２の段落０００４にも記載されているように、電子受光素子の読取位置は、導光体２０２の軸方向に対して垂直方向に向かってずれることがあるため、この読取位置のずれにより照度分布の変化の影響を受けて、電子受光素子の受光量に影響を与える問題がある。

この点について、図１０及び図１１を用いて詳述する。図１０は、図９に示した線状光源装置２０１の光出射面２０７側から見た上面図、図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１０に示した線状光源装置２０１の軸方向に対して直交する面のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
図１０に示すように、導光体２０２の光出射面２０７から出射される光Ｓは、一端面２０４から取り込まれた光Ｓが、導光体２０２の内部で導光され、導光体２０２の一端面２０４から他端面２０５に伸びる線状光として出射される。このとき、導光体２０２に取り込まれた光Ｓは、導光体２０２の一端側２０４において、導光体２０２の軸方向に対して角度成分の大きい光Ｓ１を有しており、この光Ｓ１が反射溝２０６で反射されると、光出射面２０７からは、図１１（ａ）に示すような広がりを持った光Ｓ１として出射される。ところが、取り込まれた光Ｓの中で、導光体２０２の軸方向に対して角度成分の大きい光Ｓ１の多くは、導光体２０２の一端面２０４から中央部の間で光出射面２０７から出射されてしまう。このため、導光体２０２の他端面２０５側にたどり着く光Ｓは、導光体２０２の軸方向に対して角度成分の小さい光Ｓ２ばかりになってしまう。そのため、導光体２０２の他端面２０５側の光出射面２０７から出射される光Ｓ２は、図１１（ｂ）に示すように、導光体２０２の一端面２０４側から出射される光Ｓ１よりも広がりが小さな光となってしまう。

つまり、このような線状光源装置２０１においては、導光体２０２の長手方向の一端面２０４側における断面の照度分布と他端面２０５側における断面の照度分布とが異なる。そのため、電子受光素子（不図示）で導光体２０２から出射された線状光をその長手方向に沿って読み取る際、その中心軸に沿って読み取った照度分布と、電子受光素子の読取位置が中央部から横方向（Ｚ軸方向）にずれた位置での照度分布とが、異なってしまう。

この点について、図１２を用いて詳述する。図１２（ａ）は、紙面下側に図９の線状光源装置２０１を示しており、紙面上側に線状光源装置２０１の長手方向に沿って電子受光素子Ｘ１，Ｘ２で読み取った相対照度の測定結果を示している。図１２（ｂ）及び（ｃ）は、図１１（ａ）及び（ｂ）の断面と同一であり、各断面において電子受光素子Ｘ１、Ｘ２の読取位置を示したものである。
図１２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、導光体２０２の中心軸の外方に電子受光素子Ｘ１を位置させたとき、導光体２０２の中心軸方向に沿って電子受光素子Ｘ１で照度を読み取ると、図１２（ａ）の紙面上側図の実線のようになり、その相対強度は一定となる。しかし、図１２（ｂ）に示すように、導光体２０２の一端面２０４側の断面においては光の広がりが大きいのに対し、図１２（ｃ）に示すように、導光体２０２の他端面２０５側の断面においては光の広がりが小さい。このため、導光体２０２の中心軸の外方から横方向（図１２においてＸ軸方向）に移動させた電子受光素子Ｘ２では、導光体２０２の中心軸方向に沿って照度を読み取ると、図１２（ａ）の紙面上側図の点線のようになり、その相対強度が導光体２０２の一端面２０４側から他端面２０５側に向かうにつれて落ち込んでしまう。このように、従来技術に係る線状光源装置２０１は、電子受光素子による読み取る位置によって、導光体２０２の長手方向における照度分布が変化してしまう問題がある。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、ＬＥＤ等の光源が配置されている導光体の光入射面付近から導光体の外部に放射される光の広がりと、光入射面から離れた位置における導光体の外部に放射される光の広がりとを同程度となるように導光体を形成することによって、導光体の光軸方向の各位置から出射される光の照度分布を均一化し、安定した複写が可能な線状光源装置用導光体を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、導光体の光軸に沿って形成され、前記光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面と、該上面に対して光軸に沿って平行に配置され、前記上面に対向する凹部と凸部からなる反射面を含む下面と、前記上面と前記下面とをつなぐ側部に形成された側面とからなり、前記側面には、前記光軸方向において、光源から離れるに従って前記光軸中心に近づく傾斜面を有することを特徴とする線状光源装置用導光体である。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記側面には、前記傾斜面が、前記導光体の光軸方向に沿って複数設けられていることを特徴とする線状光源装置用導光体である。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記傾斜面は、前記導光体の光軸方向に直交する断面の形状が直線状であることを特徴とする線状光源装置用導光体である。

本発明によれば、導光体の軸方向に沿って形成された傾斜面が、導光体の端部に配置された光源から離れるに従って光軸中心軸に近づくように形成されているので、光軸に直交する断面方向における放射される光の広がり角を光軸方向全体に亘ってほぼ一定に制御することができる。その結果、導光体の軸方向の各位置から出射される光の照度分布を均一化することができ、安定した複写が可能な線状光源装置用導光体を提供することができる。

第１の実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る線状光源装置用導光体における短軸照射分布を示す図である。 第２の実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る線状光源装置用導光体における短軸照射分布を示す図である。 第３及び第４の実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。 従来技術に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。 図６に示した線状光源装置用導光体における短軸照射分布を示す図である。 特許文献１の図１に記載された線状光源装置の構成を示す図である。 従来技術に係る線状光源装置の円柱状の導光体の長手方向に沿った断面図である。 図９に示した線状光源装置の光出射面側から見た上面図である。 図１０に示した線状光源装置の軸方向に対して直交する面のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、紙面下側に図９の線状光源装置２０１を示し、紙面上側に線状光源装置２０１の長手方向に沿って電子受光素子Ｘ１，Ｘ２で読み取った相対照度の測定結果を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、導光体断面における電子受光素子Ｘ１、Ｘ２の読取位置を示した図である。

本発明の第１の実施形態を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。
同図に示すように、この導光体１は、不図示のＬＥＤ等の光源からの光を入射する光入射面２と、導光体１の光軸に沿って形成され、光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面３と、上面３に対して光軸に沿って平行に配置され、上面３に対向する凹部と凸部からなる反射溝４を含む下面５と、上面３と下面５とをつなぐ側部に形成された側面６とからなり、側面６には、光軸方向において、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように形成され、光軸方向に直交する断面の形状が直線状の長い傾斜面６１を有する。なお、同図に示すように、上面３の円弧の曲率は導光体１の光軸方向において一様、ないしは上面３と下面５間の距離は導光体１の光軸方向において一様に構成されている。また、反射溝４は、例えば、図９に示すように、切り込み方向が導光体１の光軸方向と直交する凹部と凸部からなるプリズム状に構成される。また、傾斜面６１を光軸方向に沿って光入射面２とは逆方向に進んだ部分である傾斜面６１の端部６１ａでは、端部６１ａが上面３の一部にかかるように形成される。この端部６１ａに相当する上面３の領域では、導光体１の光軸方向全体に亘って殆どの光が臨界角に達することがなく導光体１の外部に光は放射されない。

本実施形態の線状光源装置用導光体によれば、側面６に、光軸方向において、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように形成された長い傾斜面６１が形成されていることによって、導光体１に入射された光を傾斜面６１で反射させることができる。その結果、導光体１の光軸方向に対して角度成分の大きい光を生成することができ、上面３から出射する光の広がり角を光軸方向のいずれの位置においても、ほぼ均一化することができる。これによって、ＣＣＤ等の電子受光素子の読取位置が、導光体１の光軸方向に対して垂直方向に向かって多少ずれることがあっても、読取位置のずれによる照度分布の変化の影響を受けることがなくなり、電子受光素子の受光量に影響を与える問題を解消することができる。

図２は、導光体１から出射される光の広がりを、縦軸を任意の光強度、横軸を導光体１の中心を０とし、中心からの距離をとった場合の短軸照射分布を示す図である。ここで、横軸の距離０の部分が被照射物側、つまり、光の広がり角が０度になる部分を示している。また、各測定点は、導光体１の光入射面２に光源としてＬＥＤが配置された側を０ｍｍとした場合の距離であって、それぞれ距離９０ｍｍ、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの位置における光の広がり角を示している。
同図に示すように、本実施形態の線状光源装置用導光体によれば、９０ｍｍの位置で測定した光の広がり角の曲線に対して、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの各位置で測定した光の広がり角の曲線とが良く一致していることが分かる。つまり、導光体１の光軸方向の各位置から出射される光の広がり角に差が無いことが分かる。

次に、本発明の第２の実施形態を図３及び図４を用いて説明する。
図３は、本実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図である。
同図に示すように、この導光体１も、不図示のＬＥＤ等の光源からの光を入射する光入射面２と、導光体１の光軸に沿って形成され、光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面３と、上面３に対して光軸に沿って平行に配置され、上面３に対向する凹部と凸部からなる反射溝４を含む下面５と、上面３と下面５とをつなぐ側部に形成された側面６とからなり、側面６には、光軸方向において、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように形成され、光軸方向に直交する断面の形状が直線状である、複数、例えば、５個の傾斜面６１１〜６１５を形成する。なお、同図に示すように、上面３の円弧の曲率は、図１の場合と同様に、導光体１の光軸方向において一様、ないし上面３と下面５間の距離は導光体１の光軸方向において一様に形成されている。

本実施形態の線状光源装置用導光体においても、側面６に、光軸方向において、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように複数の傾斜面６１１〜６１５が形成されていることによって、導光体１に入射された光を傾斜面６１１〜６１５で反射させることができる。その結果、導光体１の光軸方向に対して角度成分の大きい光を生成することができ、上面３から出射する光の広がり角を光軸方向のいずれの位置においても、ほぼ均一化することができる。これによって、ＣＣＤ等の電子受光素子の読取位置が、導光体１の光軸方向に対して垂直方向に向かって多少ずれることがあっても、読取位置のずれによる照度分布の変化の影響を受けることがなくなり、電子受光素子の受光量に影響を与える問題を解消することができる。

図４は、導光体１から出射される光の広がり角を、図２の場合と同様に示した短軸照射分布を示す図である。図２と同様に、各測定点は、導光体１の光入射面２に光源としてＬＥＤが配置された側を０ｍｍとした場合の距離をであって、それぞれ距離９０ｍｍ、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの位置における光の広がり角を示している。
同図に示すように、本実施形態の線状光源装置用導光体においても、９０ｍｍの位置で測定した光の広がり角の曲線に対して、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの各位置で測定した光の広がり角の曲線とが良く一致しており、導光体１の光軸方向の各位置から出射される光の広がりに差が無いことが分かる。

次に、本発明の第３及び第４の実施形態を図５を用いて説明する。
図５（ａ）は、第３の実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図であり、同図に示すように、第１及び第２の実施形態の線状光源装置用導光体と比べて、上面３と下面５とをつなぐ側部に形成された側面６に、光軸方向において、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように形成され、光軸方向に直交する断面の形状が曲面である曲面６２が形成されている。
また、図５（ｂ）は、第４の実施形態に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図であり、同図に示すように、第１〜第３の実施形態の線状光源装置用導光体と比べて、上面３と下面５とをつなぐ片側の側部に形成された側面６に、光入射面２から離れるに従って徐々に光軸中心に近づくように形成された長い傾斜面６３が形成されている。
第３及び第４の実施形態の線状光源装置用導光体においても、導光体１の光軸方向に対して角度成分の大きい光を生成することができ、上面３から出射する光の広がり角を光軸方向のいずれの位置においても、ほぼ均一化することができる。これによって、ＣＣＤ等の電子受光素子の読取位置が、導光体１の光軸方向に対して垂直方向に向かって多少ずれることがあっても、読取位置のずれによる照度分布の変化の影響を受けることがなくなり、電子受光素子の受光量に影響を与える問題を解消することができる。

本発明の線状光源装置用導光体と対比するために、従来技術に係る線状光源装置用導光体を図６及び図７を用いて説明する。
図６は、従来技術に係る線状光源装置用導光体の構成を示す図であり、同図に示すように、この導光体３０１は、不図示のＬＥＤ等の光源からの光を入射する光入射面３０２と、導光体３０１の光軸に沿って形成され、光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面３０３と、上面３０３に対して光軸に沿って平行に配置され、上面３０３に対向する凹部と凸部からなる反射溝３０４を含む下面３０５と、上面３０３と下面３０５とをつなぐ側部に形成された側面３０６とからなり、側面３０６には、第１〜第４の実施形態の線状光源装置用導光体に示されていた、傾斜面６１、６１１〜６１５、６３や曲面６２が形成されていない点で相違する。

図７は、導光体３０１から出射される光の広がりを、縦軸を任意の光強度、横軸を導光体３０１の中心を０とし、中心からの距離をとった場合の短軸照射分布を示す図である。ここで、横軸の距離０の部分が被照射物側、つまり、光の広がり角が０度になる部分を示している。また、各測定点は、導光体３０１の光入射面３０２に光源としてＬＥＤが配置された側を０ｍｍとした場合の距離であって、それぞれ距離９０ｍｍ、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの位置における光の広がりを示している。
同図に示すように、従来技術に係る線状光源装置用導光体によれば、９０ｍｍの位置で測定した光の広がりの曲線に対して、１８０ｍｍ、２７０ｍｍの各位置で測定した光の広がりの曲線が大きく異なっていることが分かる。つまり、導光体３０１の光軸方向の各位置から出射される光の広がりに大きな差があり、光軸方向の照度に大きな減衰が発生していることが分かる。このような従来技術に係る線状光源装置用導光体と本発明の第１〜第４の実施形態に係る線状光源装置用導光体とを対比すると、本発明は従来技術に係る線状光源装置用導光体では奏し得ない効果を有していることが分かる。

１ 導光体
２ 光入射面
３ 光出射面を含む上面
４ 反射溝
５ 下面
６ 側面
６１ 傾斜面
６１ａ 傾斜面６１の端部
６１１〜６１５ 傾斜面
６２ 曲面
６３ 傾斜面

Claims (3)

1. 導光体の光軸に沿って形成され、前記光軸に直交する断面形状が円弧状に形成され、光を出射する光出射面を含む上面と、
   該上面に対して光軸に沿って平行に配置され、前記上面に対向する凹部と凸部からなる反射面を含む下面と、
   前記上面と前記下面とをつなぐ側部に形成された側面とからなり、前記側面には、前記光軸方向において、光源から離れるに従って前記光軸中心に近づく傾斜面を有する
   ことを特徴とする線状光源装置用導光体。
2. 前記側面には、前記傾斜面が、前記導光体の光軸方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置用導光体。
3. 前記傾斜面は、前記導光体の光軸方向に直交する断面の形状が直線状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の線状光源装置用導光体。