JP2011217241A - Led線状光源装置および原稿読取装置用光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このLED線状光源装置は、長手方向に垂直な断面における外周輪郭の一部に光出射面が形成された主導光路形成部と、当該主導光路形成部の少なくとも一端において、当該主導光路形成部に連続する2つ以上の分岐導光路形成部とを有する棒状の導光体と、当該導光体における一の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる主LED光源および前記他の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる副LED光源とを有する。副LED光源および主LED光源は互いに発光波長特性が異なるものであることが好ましい。原稿読取用光照射装置は、上記LED線状光源装置を備えてなる。
【選択図】 図1
Description
このような光照射装置としては、透光性の樹脂等からなる棒状の導光体と、当該導光体の少なくとも一端に配置されたLED素子を備えたLED光源とを備えてなり、LED光源から放射された光を導光体の長手方向に伝播させて原稿面に照射するLED線状光源装置を備えたものが主流となりつつある。
高投入電力タイプのLED素子は発熱量が大きく、発光効率を維持するためには、LED素子のジャンクション温度を常時例えば150℃以下にしておくことが必要とされており、図11に示すように、LED光源においては、例えば金属などの放熱部材55を付設することが必要とされている(特許文献1参照)。図11において、符号50は導光体、51はLED素子、52はLED素子51が実装された基板、53はLED素子51から放射される光を導光体50の端面に導くミラー、54は伝熱部材である。
一方で、原稿読取装置の小型化が進められており、大きな放熱部材を設けることは装置の小型化の傾向に逆行する対応となってしまう。
しかしながら、導光体60の長手方向の側面に光入射部61が形成されていることにより、導光体60の端面から入射されて導光体内を導光される光のうち、入射部領域に達する光を利用することができず、光源ユニット65を構成するLED素子の光を有効に利用することができない、という問題がある。
さらにまた、照明用光を放射する導光体60の周面に余分な凸部を設けることとなり、また、各々のLED素子に対する配線の付設方法など、小型化に対して新たな問題を生ずることになる。
さらにまた、光入射部61が導光体60に密着しているため、各々のLED素子の発熱が導光体60に伝わり導光体60の温度が上昇してしまう。
そこで、本発明者らは、導光体の長手方向端部における不可使用領域に着目し、LED線状光源装置における光源を例えば主光源および副光源の2つの光源に分け、副光源を不可使用領域の範囲内に、配設することにより、上述の光量の増加および放熱の両方の課題を解決することができると考え、本発明を完成するに至った。
また、本発明の他の目的は、原稿読取装置における受光素子の感度特性に応じた所望の波長特性(色味)を有する光を得ることのできるLED線状光源装置および原稿読取装置用光照射装置を提供することにある。
前記導光体は、長手方向に垂直な断面における外周輪郭の一部に光出射面が形成された主導光路形成部と、当該主導光路形成部の少なくとも一端において、当該主導光路形成部に連続する2つ以上の分岐導光路形成部とを有しており、
前記導光体における一の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる主LED光源、および、前記導光体における他の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる副LED光源を有することを特徴とする。
また、本発明のLED線状光源装置においては、前記導光体における主導光路形成部には、少なくとも一の分岐導光路形成部の当該主導光路形成部に対する入射端面と軸中心を挟んで対向する外面位置に、当該分岐導光路形成部から入射された光を主導光路形成部の長手方向他端側へ向かって反射させる傾斜面領域が形成された構成とされていることが好ましい。
図1は、本発明の原稿読取装置用光照射装置の一例における構成の概略を示す斜視図、図2は、原稿読取装置に搭載された図1に示す原稿読取装置用光照射装置を副走査方向に切断して示す説明用断面図、図3は、図1に示す原稿読取装置用光照射装置におけるLED線状光源装置の構成の概略を、原稿載置面での副走査方向の照度分布を示す曲線図と共に示す平面図である。
この原稿読取装置用光照射装置10は、LED光源およびこのLED光源からの光を一端部において受光してその長手方向に導光する略棒状の導光体21を備えてなるLED線状光源装置20と、導光体21と離間して平行に並ぶよう配置された長尺な矩形の板状の対向ミラー40と、それぞれ、共通の平板状の基台11上に設けられた、導光体21をその光出射面22が所定方向を向く状態で保持固定する導光体保持台12、および、導光体保持台12から離間して並ぶよう設けられた、対向ミラー40を保持固定する対向ミラー保持台15とを備えており、原稿読取装置に搭載するに際しては、原稿読取装置における原稿2が載置される透光性を有する原稿台5の下方位置において、導光体21が原稿台5の原稿載置面1に平行な平面に沿って主走査方向に伸び、導光体21と対向ミラー40との間の中央に原稿の原稿載置面1と垂直な原稿読取軸Yが位置されるよう原稿読取軸Yに対して対称に配置される。
本発明において、「副走査方向」とは、原稿載置面1に対して原稿読取装置用光照射装置10を相対的に移動させるときの移動方向を意味し、「主走査方向」とは、副走査方向と垂直な方向であって原稿載置面1に対して平行な方向を意味する。
導光体保持台12および対向ミラー保持台15を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属材料、ポリカーボネート樹脂などの樹脂材料を用いることができる。
この例における導光体21は、図4にも示すように、主導光路形成部25の一端部において2つの分岐導光路形成部26,27を有しており、一方の分岐導光路形成部26が主導光路形成部25の一端部に連続する延長部により構成されていると共に、他方の分岐導光路形成部27が、その軸中心C3が主導光路形成部25の軸中心C1に対して傾斜して長手方向外方に向かって伸びるよう、主導光路形成部25と一体に形成されている。そして、主LED光源30が導光体21の一方の分岐導光路形成部26の分岐端面26Aと対向して配置されており、また、副LED光源35が導光体21における他方の分岐導光路形成部27の分岐端面27Aと対向して配置されている。一方、導光体21における主導光路形成部25の他端面には、主導光路形成部25内を導光される光を拡散反射する光拡散反射板(図示せず)が配置されている。
他方の分岐導光路形成部27の軸中心C3の、主導光路形成部25の軸中心C1に対する傾斜角度αは、他方の分岐導光路形成部27より入射された副LED光源35よりの光の多くが主導光路形成部25の外面によって導光体21の長手方向他端側に向かって導かれるよう反射される大きさ、より好ましくは全反射される入射角となる状態が得られるよう、導光体21の材質に応じて設定されている。例えば、導光体21がアクリル樹脂よりなる場合には、屈折率が1.49であることから、他方の分岐導光路形成部の分岐端面27Aより入射される光の全反射の臨界角である42°とされ、このような状態が得られるよう、他方の分岐導光路形成部27の軸中心C3の、主導光路形成部25の軸中心C1に対する傾斜角度αが設定される。
このような導光体21は、例えば、透光性樹脂よりなる場合には、所定の型への樹脂溶液の鋳込み(射出成形法)により作製することができ、また、透光性ガラスよりなる場合には、溶融して一体成形することにより、あるいは、主導光路形成部と他方の分岐導光路形成部とを別個に用意し、貼りあわせることにより、作製することができる。
放熱部材34としては、例えばアルマイト処理を施したアルミニウムなどの金属材料や、AlNなどのセラミックス材料を用いることができる。
副LED光源35は、基板36の一面上に実装された、主LED光源30におけるLED素子32より低い投入電力で点灯されるLED素子37と、導光体21における他方の分岐導光路形成部27の分岐端面27AとLED素子37との間の空間を取り囲むよう設けられたミラー38とにより構成されている。
主LED光源30におけるLED素子32は、例えば2Wを超える高い投入電力により駆動され、一方、副LED光源35を構成するLED素子37は、例えば1W以下の比較的低い投入電力で駆動される。
主LED光源30および副LED光源35が互いに発光波長特性が異なるものである場合には、主LED光源30の発光波長特性を副LED光源35により矯正、補償または強調することができて導光体21から放射される照明用光の色調整を行うことができ、原稿読取装置におけるCCDの感度特性に応じた所望の波長特性(色味)を有する照明用光を得ることができる。
また、主LED光源30および副LED光源35が互いに発光波長特性が同一であるものである場合には、主LED光源30を構成するLED素子の光出力のバラツキが副LED光源35を構成するLED素子によって補償されて光量の微調整を行うことができると共に、LED素子32,37自体の発光効率を向上させることができる。
しかも、光源が分けられていることにより主LED光源30および副LED光源35におけるLED素子32,37の各々に対する投入電力を低くすることができるので、各々のLED素子32,37それ自体の発熱量の緩和を確実に図ることができて各々のLED素子の発光効率を高くすることができると共に、導光体21が、他方の分岐導光路形成部27が当該分岐導光路形成部27から入射された光を主導光路形成部25の内面によって主導光路形成部25の長手方向他端側へ向かって反射させるよう、その軸中心C3が主導光路形成部25の軸中心C1に対して傾斜して長手方向外方に向かって伸びるよう形成された構成とされていることにより、2つの分岐導光路形成部26,27によって囲まれた空間の存在によって、一層高い放熱性を得ること(発熱部の分散を促進すること)ができるので、主LED光源30における放熱部材34を小型のものとすることができると共に副LED光源35を放熱部材を有さない構成とすることができる。
このLED線状光源装置20Aは、導光体21Aの構成以外は上記のLED線状光源装置20と同一であるものであり、同一の構成部材については同一の符号が付してあり、その説明は省略する。
このLED線状光源装置20Aにおける導光体21Aは、その長手方向に垂直な断面における外周輪郭が円弧状の光出射面が長手方向に沿って形成されていると共に、光出射面に対向する周面における互いに離間した位置に、それぞれ表面に微小プリズム群が形成された第1の光反射面および第2の光反射面が長手方向に沿って形成された主導光路形成部25と、この主導光路形成部25の一端部に連続するテーパ状の延長部29を介して連続して、軸中心C2が主導光路形成部25の軸中心C1に沿って伸びるよう形成された、主導光路形成部25より小径の一方の分岐導光路形成部26と、延長部29における外面に連続して、例えば軸中心C3が主導光路形成部25の軸中心C1と垂直な方向に伸びるよう形成された他方の分岐導光路形成部27とを有している。ここに、一方の分岐導光路形成部26は、導光体21Aの長手方向に沿った断面における下端縁位置が主導光路形成部25における下端縁位置と一致するよう形成されている。
この導光体21Aの主導光路形成部25における、他方の分岐導光路形成部27の主導光路形成部25に対する入射端面と対向する延長部29の外面位置に、他方の分岐導光路形成部27から入射された光を主導光路形成部25の長手方向他端側へ向かって例えば全反射させる傾斜面領域29Aが形成されている。
この導光体21Bは、その長手方向に垂直な断面における外周輪郭が円弧状の光出射面が長手方向に沿って形成されていると共に、光出射面に対向する周面における互いに離間した位置に、それぞれ表面に微小プリズム群が形成された第1の光反射面および第2の光反射面が長手方向に沿って形成された主導光路形成部25と、主導光路形成部25の一端に連続するテーパ状の延長部29Bを介して連続して、軸中心C2が主導光路形成部25の軸中心C1と一致して伸びるよう形成された、主導光路形成部25より小径の一方の分岐導光路形成部26と、延長部29Bの外面に連続して、例えば軸中心C3が主導光路形成部25の軸中心C1と垂直な方向に伸びるよう形成された他方の分岐導光路形成部27とを有している。この導光体21Bにおける延長部29Bは、他方の分岐導光路形成部27の分岐端面27Aから入射された光を主導光路形成部25の長手方向他端側へ向かって例えば全反射させる傾斜面を有する。
図1乃至図4に示す構成に従って、本発明に係る試験用の原稿読取装置用光照射装置を作製した。
導光体(21)は、材質がアクリル系樹脂で、全長(主導光路形成部(25)の長さと一方の分岐導光路形成部(26)の長さとの和)が250mm、他方の分岐導光路形成部(27)の長さが10mm、他方の分岐導光路形成部(27)の傾斜角度(α)は、他方の分岐導光路形成部の分岐端面(27A)よりされる光の主導光路形成部(25)の内面における入射角が42°となる状態で形成されている。
対向ミラー(40)は、長尺な矩形の板状の平面ミラーであって、縦横の寸法が7mm×220mmである。
主LED光源(30)は、青色発光LED素子(32)がYAG蛍光体を含む透明な樹脂によりモールドされてなる白色光を放射するLED光源(擬似白色LED光源)である。
放熱部材(34)は、材質が黒アルマイト処理を施したアルミニウムで、幅14mm、高さ9mm、奥行き15mm、フィン数3、体積が954mm3 である。
副LED光源(35)は、青色発光LED素子(37)がYAG蛍光体を含む透明な樹脂によりモールドされてなる白色光を放射するLED光源(擬似白色LED光源)である。
また、LED素子のジャンクション温度は、LED素子が実装された基板の温度を測定し、LED素子および基板間の熱抵抗に基づいて求めることができる。
実験例1において作製した原稿読取装置用光照射装置において、導光体が他方の分岐導光路を有さないもの(実質的に主導光路形成部のみにより構成されたもの)であることの他は、実験例1におけるものと同様の構成を有する比較用の原稿読取装置用光照射装置を作製し、上記実験例1と同一の測定系において、LED光源を3.5Wの投入電力で点灯させて照度を測定したところ、可視光についての中心照度が25000〔lx〕であった。
また、この比較用の原稿読取装置用光照射装置においては、LED光源における青色LED素子のジャンクション温度を、LED光源の安定的な使用を可能とする温度範囲(120℃以下)内に維持するために、実験例1における主LED光源(30)の放熱部材(34)の体積の4倍の大きさの体積を有する放熱部材が必要であることが確認された。
しかも、主LED光源における放熱部材は小型のものであってよく、また、副LED光源においては放熱部材を不要とすることができて装置が大型化することを防止することができる。
実験例1において作製した原稿読取装置用光照射装置において、副LED光源として擬似白色LED光源に代えて青色単色LED光源を用いたことの他は、実験例1におけるものと同一の構成を有する本発明に係る原稿読取装置用光照射装置を作製し、この原稿読取装置用光照射装置より照射される光のスペクトルを解析し、色度のx座標の値とy座標の値を色度測定装置により求めたところ、実験例1における原稿読取装置用光照射装置(主LED光源および副LED光源がいずれも擬似白色LED光源)に比して、青みが強い光(青色成分の割合が高い寒色系の白色光)が得られることが確認された。
図9は、本発明のLED線状光源装置の他の例における構成の概略を示す平面図、図10は、原稿読取装置に搭載された、図9に示すLED線状光源装置を備えた原稿読取装置用光照射装置の構成を副走査方向に切断して示す説明用断面図である。
この原稿読取装置用光照射装置は、各々、LED光源およびこのLED光源からの光をいずれか一方の端部において受光してその長手方向に導光する棒状の導光体を備えてなる2つのLED線状光源装置201,202と、共通の平板状の基台11上において、互いに離間して平行に並ぶよう設けられた、LED線状光源装置201,202における導光体21,21をその光出射面22,22が所定方向を向く状態で保持固定する2つの長尺な導光体保持台12,12とを備えており、原稿読取装置に搭載するに際しては、原稿読取装置における原稿2が載置される透光性を有する原稿台5の下方位置において、導光体21,21が原稿台5の原稿載置面1に平行な平面に沿って主走査方向に伸び、2つの導光体21,21の間の中央に原稿の原稿載置面1と垂直な原稿読取軸Yが位置されるよう原稿読取軸Yに対して対称に配置される。
また、他方のLED線状光源装置202における導光体21は、主導光路形成部25の他端に連続する2つの分岐導光路形成部26,27を有しており、LED素子32を備えた主LED光源30が一方の分岐導光路形成部26の分岐端面26Aと対向して配置されていると共にLED素子37を備えた副LED光源35が他方の分岐導光路形成部27の分岐端面27Aと対向して配置されている。
そして、一方のLED線状光源装置201における導光体21の主導光路形成部25の他端面、および、他方のLED線状光源装置202における導光体21の主導光路形成部25の一端面には、主導光路形成部25内を導光される光を拡散反射する光拡散反射板(不図示)が配置されている。
2 原稿
5 原稿台
Y 原稿読取軸
10 原稿読取装置用光照射装置
11 基台
11A スリット
12 導光体保持台
13 導光体保持用板バネ
15 対向ミラー保持台
20,20A,201,202 LED線状光源装置
21,21A,21B 導光体
22 光出射面
23 第1の光反射面
24 第2の光反射面
25 主導光路形成部
26 一方の分岐導光路形成部
26A 分岐端面
27 他方の分岐導光路形成部
27A 分岐端面
29,29B 延長部
29A 傾斜面領域
30 主LED光源
31 基板
32 LED素子
33 ミラー
34 放熱部材(放熱フィン)
35 副LED光源
36 基板
37 LED素子
38 ミラー
40 対向ミラー
45 照度計
50 導光体
51 LED素子
52 基板
53 ミラー
54 伝熱部材
55 放熱部材
60 導光体
61 光入射部
65 光源ユニット
C1 主導光路形成部の軸中心
C2 一方の分岐導光路形成部の軸中心
C3 他方の分岐導光路形成部の軸中心
LA 有効発光領域
LB 不可使用領域
Claims (6)
- LED光源と、当該LED光源からの光を端部において受光してその長手方向に導光する棒状の導光体とを備えてなるLED線状光源装置において、
前記導光体は、長手方向に垂直な断面における外周輪郭の一部に光出射面が形成された主導光路形成部と、当該主導光路形成部の少なくとも一端において、当該主導光路形成部に連続する2つ以上の分岐導光路形成部とを有しており、
前記導光体における一の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる主LED光源、および、前記導光体における他の分岐導光路形成部における分岐端面に光を入射させる副LED光源を有することを特徴とするLED線状光源装置。 - 前記導光体における少なくとも一の分岐導光路形成部は、当該分岐導光路形成部から入射された光を前記主導光路形成部の内面によって当該主導光路形成部の長手方向他端側へ向かって反射させるよう、その軸中心が主導光路形成部の軸中心に対して傾斜して長手方向外方に向かって伸びるよう形成されていることを特徴とする請求項1に記載のLED線状光源装置。
- 前記導光体における主導光路形成部には、少なくとも一の分岐導光路形成部の当該主導光路形成部に対する入射端面と軸中心を挟んで対向する外面位置に、当該分岐導光路形成部から入射された光を主導光路形成部の長手方向他端側へ向かって反射させる傾斜面領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のLED線状光源装置。
- 副LED光源は、主LED光源より低い投入電力で点灯されるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のLED線状光源装置。
- 副LED光源は、主LED光源と発光波長特性が異なるものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のLED線状光源装置。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のLED線状光源装置を備えてなることを特徴とする原稿読取装置用光照射装置。
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