JP2012114759A - ライン光源 - Google Patents
ライン光源 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012114759A JP2012114759A JP2010263105A JP2010263105A JP2012114759A JP 2012114759 A JP2012114759 A JP 2012114759A JP 2010263105 A JP2010263105 A JP 2010263105A JP 2010263105 A JP2010263105 A JP 2010263105A JP 2012114759 A JP2012114759 A JP 2012114759A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- line
- light source
- light emitting
- line light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Facsimile Heads (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
Abstract
【課題】十分な輝度が得られ且つ輝度むらを生じさせ難いライン光源を提供すること。
【解決手段】柱状の導光部と前記導光部の側面に設けられ且つ前記導光部の長手方向に延びる光出射部とを有する導光体と、前記導光体の端部に設けられた発光素子とを有し、前記光出射部は、前記長手方向に延在する三角柱状の透明領域であること。
【選択図】 図2
【解決手段】柱状の導光部と前記導光部の側面に設けられ且つ前記導光部の長手方向に延びる光出射部とを有する導光体と、前記導光体の端部に設けられた発光素子とを有し、前記光出射部は、前記長手方向に延在する三角柱状の透明領域であること。
【選択図】 図2
Description
本発明は、ライン光源に関する。
イメージスキャナー、ファクシミリ、コピー機等は、原稿面上に帯状の光照射領域(光が照射されている領域)を形成しこの光照射領域を移動させながら、その反射光をラインセンサで電気信号に変換して、画像情報を読み取る。帯状の光照射領域の形成には、発光ダイオードアレイ又は白色蛍光ランプが用いられる。
発光ダイオードアレイは、複数の発光ダイオード(LED; Light Emitting Diode)を一列に配置した光源であり、白色蛍光ランプより小型且つ低消費電力である。
イメージスキャナー等に用いられるLEDアレイには、通常、30〜40個に及ぶ多数のLEDが設けられている。このような多数のLEDにより、光照射領域の高い輝度が確保され且つ光照射領域の輝度むらが抑制されている。これにより、原稿の読み取りエラーが防止される。
しかし、多数のLEDからなるLEDアレイは、装置の大型化および複雑化を招くので、イメージスキャナー等の更なる小型化及び低消費電力化には好ましくない。そこで、本発明の目的は、少数の発光素子(例えば、LED)で十分な輝度が得られ且つ輝度むらを生じさせ難いライン光源(細長い光出射部を有する光源)を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明の一側面によれば、柱状の導光部と、前記導光部の側面に設けられ且つ前記導光部の長手方向に延びる光出射部とを有する導光体と、前記導光体の端部に設けられた発光素子とを有し、前記光出射部は、前記長手方向に延在する三角柱状の透明領域であるライン光源が提供される。
本発明によれば、少数の発光素子で十分な輝度が得られ且つ輝度むらを生じさせ難いライン光源を提供することができる。
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
(実施の形態1)
(1)構 造
図1は、本実施の形態のライン光源2の平面図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。
(1)構 造
図1は、本実施の形態のライン光源2の平面図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。
図1に示すように、本ライン光源2は、導光体8と、導光体8の両端部に設けられた一対の発光素子(例えば、LED)10a,10bを有している。尚、導光体とは、その一端に入射した光を他端に向かって伝搬させる光学部材のことである。
本導光体8は、図1に示すように、柱状の導光部4と、導光部4の側面(導光部4の両端部の間に延在する表面全体)に設けられ且つ導光部4の長手方向5に延びる光出射部6とを有している。ここで、光出射部6は、図2に示すように、導光部4の長手方向5に延在する三角柱状の透明領域である。導光部4および光出射部6は、例えば、ポリメタクリルサンメチル樹脂(屈折率n=1.49)により一体成形された透明体である。
本導光部4は、図2に示すように、角柱状(例えば、五角柱状)の形状を有している。そして、光出射部6は、導光部4の第1側面12の一部であって且つ第1側面12の長辺14に接する領域16に設けられている。ここで、領域16は、第1側面12の半分以下の幅(長手方向5に垂直な方向の長さ)を有する領域である。尚、第1側面12は、導光部4の側面(導光部4の両端部の間の表面全体)に含まれる一領域である。
また、図2に示すように、本導光部4は、第1側面12に隣接する第2側面18を有している。この第2側面18は、光出射部6の露出した一側面20と一体化して、第1光出射面22になっている。一方、光出射部6の露出した他の側面は、第2光出射面24になっている。ここで、光出射面とは、光学部材内部の光が外部に出射する際に通過する面のことである。
従って、第1光出射面22は、第2光出射面24より広くなっている。これより、本ライン光源は、第1側面12の中心線7の反対側(図2では、右斜め上方)により多くの光を出射し易くなっている。ここで、第1側面12の中心線7とは、第1側面12の中心を長手方向5に延びる線である。但し、光出射部6の側面20だけで、第1光出射面22を形成してもよい。すなわち、導光部4に第2側面18を設けず、後述する第3側面25を第1側面12に直接接続してもよい。
また、本導光部4は、図2に示すように、第1側面12に対して傾斜し且つ光出射部6に対向する第3側面25を有している。この第3側面25により、導光体8を伝搬する光は反射されて、光出射部6に効率的に導く。
また、本導光体8は、図1及び2に示すように、導光部4の側面の一部分であって光出射部6が設けられていない領域(図2の例では、第1側面12に対向する第4側面26)に、導光部4の長手方向5に延在する拡散反射部28を有している。
更に、本導光体8は、導光部4の側面の他の部分であって光出射部6および拡散反射部28が設けられていない領域(図2の例では、第1側面12の一部、第3側面25、第5側面29)に反射部30を有している。すなわち、導光体8の側面は、第1光出射面22および第2光出射面24を除く側面が、拡散反射部28又は反射部30により覆われている。ここで、拡散反射部28は、発光素子10a,10bが発生し、導光部4を伝搬する光を拡散反射する部材または領域である。また、反射部30は、発光素子10a,10bが発生し導光部4を伝搬する光を反射する部材または領域である。他の実施の形態でも、同じである。
拡散反射部28は、例えば、シルクスクリーン印刷で第4側面26に印刷された白色塗料である。或いは、拡散反射部28は、導光部4の側面に設けた微細な凹凸群である。反射部30は、例えばAl膜である。或いは、反射部30は、鏡面仕上げされた金属板である。
図3は、このような構造を有する本ライン光源2a,2bをイメージスキャナーに装着した状態を説明する平面図の一例である。図4は、本ライン光源2a,2bをイメージスキャナーに装着した状態を説明する断面図の一例である。図3及び4の例では、一対のライン光源を用いることにより、光照射面の輝度を高くしている。しかし、要求輝度が低い場合には、本ライン光源を一本だけ装着してもよい。
イメージスキャナーでは、例えば図3に示すように、一対の本ライン光源2a,2bが、それぞれの光出射部6a,6bが隣接して並行するように配置される。この一対のライン光源2a,2bは、例えば図4に示すように、それぞれの光出射部6a,6bが露出するように、光源ケース32に格納される。
光源ケース32には、更に結像レンズ34とラインセンサ36が設けられている。ラインセンサ36は、CCDイメージセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)やCMOSイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)等の一次元撮像装置である。そして、ライン光源2a,2b等を格納した光源ケース32は、図4に示すように、プラテンガラス35(原稿台ガラス)の下方に配置される。
光源ケース32に格納された一対のライン光源2a,2bの間には、例えば幅4mm程度の間隙が設けられている。一対のライン光源2a,2bから出射した光38a,38bは、図4に示すように、原稿37に照射され、帯状の光照射領域41を形成する。光38a,38bは、この照射領域41により拡散反射(乱反射)させ、ライン光源2a,2bの間を通って結像レンズ34に入射する。結像レンズ34に入射した光は、ラインセンサ36に結像され電気信号に変換される。
このような一次元画像の読み出し動作を繰り返しながら、ライン光源2a,2bおよびラインセンサ36は、光源ケース32と共に帯状の光照射領域41に垂直な方向40に移動する。これにより、原稿37が帯状の光照射領域41により走査され、原稿37の2次元画像データが読み取られる。
ところで、導光部4の両端部に設けられる発光素子10a,10bの発光波長は、略等しいことが好ましい。または、導光部4の両端部それぞれに、R(赤)、G(緑)、B(青)で発光する3種類の発光素子を設けてもよい。
(2)動 作
次に、イメージスキャナーに用いられる一般的なライン光源と比較しながら、本ライン光源2の動作と特性を説明する。図5は、一般的なライン光源2cの平面図である。図6は、図5のVI-VI線に沿った断面図である。
次に、イメージスキャナーに用いられる一般的なライン光源と比較しながら、本ライン光源2の動作と特性を説明する。図5は、一般的なライン光源2cの平面図である。図6は、図5のVI-VI線に沿った断面図である。
図5に示すように、一般的なライン光源2cは、柱状の透光体46と、透光体46の側面に設けられたLEDアレイ42を有している。透光体46は、図6に示すように透光部48と、透光部48の長手方向5aに延びる光出射面47とを有している。ここで光出射面47は、透光体46の露出した側面である。また、LEDアレイ42は、複数のLED44を有する発光ユニットである。
一般的なライン光源2cは、更に透光体46の側面に設けられた光反射膜(例えば、Al反射膜)30c,30dを有している。尚、このような一般的なライン光源2cは、本ライン光源2とは異なり、単独で用いられる。
LED44を出射した光50は、図6に示すように、透光体46の上下の側面に設けられた光反射膜30cにより反射され、光出射面47に対向する光反射膜30dに入射する。或いは、光50は、直接、光反射膜30dに入射する。光反射膜30dに入射した光50は反射され、光出射面47から外部に出射する。
ここで、光出射面47は、図5に示すように、透光体46の長手方向5aに延びる細長い領域である。このような細長い領域から光が出射させるので、帯状の光照射領域が原稿に形成される。
図7は、このような一般的なライン光源2cにより照らされた光照射領域の、長手方向に沿った輝度分布である。横軸は、光照射領域の長手方向に沿った位置座標である。縦軸は、光照射領域の輝度(任意単位)である。この輝度分布は、ライン光源2cの3mm上方に透過率40%の拡散板を配置し、この拡散板の直上からCCDカメラにより撮影した画像に基づいて得られたものである。撮影した拡散板の画像から最も明るく輝くラインを抽出し、このラインの明るさをグラフ化したものが図7である。
測定に用いた一般的なライン光源2cの長さは320mmであり、幅は10mmである。光出射面47の幅は、5mmである。LED44の数は36個であり、LED44に供給する電力の合計は、3.6Wである。
図7に示すように、一般的なライン光源2cの輝度は、短い周期で変動する。この周期は、LED44の間隔に一致している。LED44と光出射面47は、図6に示すように近接している。このため、LED44から出射した光束は、広がる前に光出射面47から出射される。このため図7に示すように、一般的なライン光源2cにより照らされる光照射領域の輝度は、LED44の間隔に相当する短い周期で変動する。
この様な輝度むらは、イメージスキャナーの解像度を低下させ、原稿の読み取りエラーを招来する。そこで、一般的なライン光源2cでは、光出射面47に拡散シートが設けられ輝度むらが抑制されている。しかし、このようにしても、輝度むらを十分に抑制することは困難である。
一方、図7における一般的なライン光源2cの平均輝度は十分に高い。図7の輝度から推定される原稿面の平均照度は、101,000 lxである。この照度は、イメージスキャナーの光源に要求される照度40,000lxを十分に上回っている。
図8は、一般的なライン光源2cの視角特性である。図8の半径rおよび偏角θは、ライン光源2cの輝度および光の出射角度に対応している。図8の底辺および外周に表示された数値は、それぞれライン光源2cの輝度および光の出射角度である。
ここで、図8の底辺に表示された輝度は、その最大値により規格化されている。また、図8の外周に表示された光の出射角度は光出射面47の垂線54(図6参照)と光の出射方向がなす角度θである。ここで、光の出射角度θの符号は、光の出射方向が透光体46の中心線の反対側に傾いている時に正になるように定められている。
図9は、視角特性の測定方法を説明する斜視図である。視角特性を測定するには、まずライン光源2cを発光させる。次に、図9に示すように、CCDカメラ52をライン光源2cの周りを略半周させながら、CCDカメラ52によりライン光源2cを撮影する。ライン光源2cとCCDカメラ52の距離は、例えば1mである。この時得られる、ライン光源2cの輝度とCCDカメラ52の回転角度θとを円座標に表した特性が、図8の視角特性である。
図8に示すように、ライン光源2cは、θ=+15°の方向で輝度が最大になる。従って、ライン光源2cの輝度は、ライン光源2cの真上より僅に斜め外側に傾いた方向で最大になる。
ところで、ライン光源2cの真上(θ=0°)に向かって光が出射されると、原稿からの反射光はライン光源2cに遮られて、ライン光源2cの斜め下方に配置されたラインセンサには到達しない。一方、光の出射方向が傾くほど原稿は斜めに照射され、原稿面の照度が低くなる。このため、一般的なライン光源2cでは、光出射面47の真上より僅かに斜め外側に光が出射されるように設計されている。従って、図8のような、視角特性が得られる。
図10及び11は、本実施の形態のライン光源2の動作を説明する平面図および断面図である。尚、図面が複雑にならないように、図10では光出射部6は省略されている。一方、図11には、動作説明が容易になるように、導光体8の断面には存在しない発光素子10a,10bが、図示されている。
図10に示すように、発光素子10a,10b(例えば、LED)を出射した光50a,50bは、導光体8にその端部から入射する(すなわち、発光素子10a,10bは、導光体8に光を供給する。)。導光体8に入射した光50a,50bは、図10に示すように、導光体8の側面に設けられた拡散反射部28および反射部30(図11参照)により反射(拡散反射を含む)されながら、導光体8の内部を伝播する。図11に示すように、この光50a,50bは、導光体内部を伝搬する間に、光出射部6から除々に外部に出射する。上述したように、光出射部6は、導光体8の長手方向に延びる領域である。従って、光出射部6から出射された光38a,38b(図4参照)は、原稿37に帯状の光照射領域41を形成する。
図12は、一対の本ライン光源3(図3参照)により照らされた光照射領域41の、長手方向に沿った輝度分布の一例である。横軸は、光照射領域41の長手方向に沿った位置座標である。縦軸は、光照射領域の輝度である。輝度分布の測定条件は、図7と同じである。
測定に用いたライン光源2の長さは320mmである。ライン光源2の幅は12mmであり、厚さは5mmである(図2参照)。また、導光部4の第4側面26(底面)に対する、第3側面25の傾斜角度は45°である。また、第1側面12に対する、第1光出射面22の傾斜角度は45°である。一方、第1側面12に対する、第2光出射面24の傾斜角度は34.28°である。尚、図2に示すように、第1側面12と第4側面26の間の第5側面29は、第1側面12および第4側面26に垂直である。発光素子10a,10bに供給する電力の合計は、3.0Wである。
図12から明らかなように、本ライン光源2によれば、輝度むらは発生しない。これは、図11に示すように、発光素子10a,10bを出射した光線が、反射部30および拡散反射部28により繰返し反射されることで無秩序に入り乱れ、光線の空間分布が均一化されるためである。特に、拡散反射部28は、発光素子10a,10bの出射光を拡散反射(乱反射)することにより、輝度むらを効率よく抑制する。ところで、図12の輝度分布は、両端のピークを除けば、略平坦になっている。これは、導光体8の両端から光を供給することで、長手方向5の光線密度が均一化するためである。尚、輝度分布の平坦化は、導光体8の一端のみに発光素子を設け、拡散反射部の幅を他端に向かって漸増させることでも実現可能である。
図12に示した輝度の平均値は、4,038cd/cm2である。この輝度から推定される平均照度は、31,700lxである。この値は、イメージスキャナーの要求照度40,000lxを略満たしている。従って、本ライン光源2は、イメージスキャナーの要求照度を満たすことができる。そのためには、例えば、発光素子10a,10bに供給する電力を2〜3割程度増加させればよい。或いは、発光素子の数を増やしてもよい。以上のように、本ライン光源2によれば、十分な輝度が得られ且つ輝度むらが発生し難くなる。尚、本ライン光源2により十分な輝度が得られる理由については、後述する。
図13は、一対の本ライン光源3(図3参照)の視角特性である。図13の半径rおよび偏角θは、規格化された輝度および光の出射方向に対応している。図13の見方は、図8と同じである。
図13に示すように、本ライン光源2からなる一対のライン光源3の輝度は、略θ=±15°の方向で最大になる。ところで、本ライン光源2は、外側に少し傾いた方向で出射光の強度が最大になるように設計されている。また、一対のライン光源3の視角特性は、光出射部6が並行するように並置された、一組のライン光源の視角特性の重ね合わせである。従って、図13の視角特性は、本ライン光源2の輝度が、導光体8の斜め外側に略15°傾いた方向で最大になることを示している。この出射角度は、上述した、イメージスキャナーに用いられる一般的なライン光源2cの光の出射角度と略同じである。すなわち、本ライン光源2の視角特性は、イメージスキャナーに適している。
図14は、三角柱状の光出射部(プリズム)6を有しない一対のライン光源により照らされた光照射領域の、長手方向に沿った輝度分布である。横軸は、光照射領域の長手方向に沿った位置座標である。縦軸は、光照射領域の輝度である。輝度分布の測定条件は、図7に示した輝度分布と同じである。
図15は、プリズムを有しない一対のライン光源の視角特性である。図15の半径rおよび偏角θは、それぞれ規格化された輝度および光の出射角度に対応している。図15の見方は、図8の視角特性と同じである。
図16は、図14及び15に特性を示した、プリズムを有しない一対のライン光源の導光体8dの断面図である(但し、図16には、並置されたライン光源の一方の導光体断面のみが図示されている。)。図16に示すように、導光体8dは、導光部4dと、平面状の光出射部47d(すなわち、光出射面)と、この光出射部47dに対向する拡散反射部28とを有している。更に、導光体8dは、光出射部47dと拡散反射部28の間に設けられた複数の光反射部30と、導光部4dの両端に設けられた発光素子(図示せず)とを有している。ここで、光出射部47dの幅は5mmであり、ライン光源の間隔は4mmである。また、導光部4dの長さは、320mmである。
図14に示すように、プリズムを有しない一対のライン光源により照らされる光照射領域には、図7のような輝度むらは発生しない。しかし、光照射領域の平均輝度は1,387cd/cm2と低く、本ライン光源2からなる一対のライン光源3の約1/3に過ぎない。このため、プリズムを有しない一対のライン光源は、イメージスキャナーの要求照度を満たすことはできない。
図15に示すように、プリズムを有しない一対のライン光源の指向性は、図13に図示した、本ライン光源2からなる一対のライン光源対より低い。ところで、一対のライン光源の指向性は、並置されたライン光源の指向性の重ね合わせである。従って、図15は、プリズムを有しないライン光源の指向性が、本ライン光源2より低いことを示している。
このように、プリズムを有しないライン光源の指向性が低いので、プリズムを有しないライン光源により照らされる光照射領域の面積は広くなる。このため、プリズムを有しない一対のライン光源に照らされる光照射領域の輝度は、図14に示すように小さくなる。
図17は、プリズムを有しない光出射部47dにおける、入射光55と出射光56の関係を説明する図である。樹脂等からなる導光部4dの屈折率n(例えば、1.49)は、外部の屈折率n(=1.0)より大きい。このため、光出射部(光出射面)47dから出射する光56aの出射角度θ2は、スネルの法則に従い、入射角度θ1より大きくなる(図17参照)。従って、プリズムを有しないライン光源の指向性は低くなる。
次に、プリズムを有しないライン光源の指向性が低くなる理由を、スネルの法則に従い定量的に説明する。図18は、図16を参照して説明したプリズムを有しないライン光源における、光出射部47dに入射する光の入射角度θ1と出射角度θ2の入出射関係58を示す図である。横軸は、入射角度θ1である。縦軸は、出射角度θ2である。尚、入射角度θ1および出射角度θ2は、図17に示すように、光出射部47dの垂線54から右回りに計った角度である。
入出射関係58は、導光部4dの屈折率nを1.49として、スネルの法則に従い導出した。ここで、図18中の破線57は、関数θ2=θ1に対応している。この破線57と入出射関係58の位置関係から明らかなように、プリズムを有しないライン光源の出射角度θ2は、入射角度θ1より大きくなる(正確には、その絶対値が大きくなる。)。尚、入出射関係58は、入射角度θinの絶対値が大きな領域で、途切れている。これは、入射角度θinが、これらの領域で臨界角を超えるためである。
ところで、導光部4dから光出射部47dに入射する光55は、概ね一定の入射角度範囲(例えば、−35°〜+35°)に集中している。プリズムを有しないライン光源では、このような一定の角度範囲内の入射光55が、図18の入出射関係58に従って、より広い角度範囲(例えば、−59°〜+59°)に拡がって出射する。従って、プリズムを有しないライン光源の指向性は低くなる。このため、一対のライン光源により照らされる領域(光照射領域)の面積が広くなり、その輝度は小さくなる。
一方、本実施の形態のライン光源2の指向性は、図13に示すように、プリズムを有しないライン光源より高い。このため、一対の本ライン光源3により照らされる領域(光照射領域41)の面積が狭くなり、光照射領域41(図4参照)の輝度が高くなる。以下、図19乃至図22を参照して、本ライン光源2の指向性が、プリズムを有しないライン光源より高くなる理由を説明する。
図19は、三角柱状の光出射部(プリズム)6に入射する光の進行方向と光出射面22,24の関係を説明する図である。光出射部6に入射する光は、ライン光源2の中心線7(図1参照)の反対側に傾いた光60と、ライン光源の中心線に傾いた光(図示せず)に分類することができる。
図19に示すように、ライン光源2の中心線7の反対側に傾いた光60は、(ライン光源2とは反対の方向を向いた)第1光出射面22と大きな角度で交差する。一方、ライン光源2に傾いた光60は、(ライン光源の中心線7側を向いた)第2光出射面24とは小さな角度で交差する。このため、ライン光源2の中心線7の反対側に傾いた光60は、主に第1光出射面22から出射する。同様に、ライン光源2の中心線7側に傾いた光(図示せず)は、主に第2光出射面24から出射する。
図20は、ライン光源2の中心線7の反対側に傾いた状態で光出射部6(プリズム)に入射する光60と、ライン光源2の中心線7側に傾いた状態で光出射部6(プリズム)に入射する光62の挙動を説明する図である。図19を参照して説明したように、ライン光源2の中心線7の反対側に傾いた状態で光出射部6に入射する光60は、主に第1出射面22に入射する。この時、入射光60は、図20に示すようにスネルの法則に従い、進行方向をライン光源2の中心線7側寄りに変えて出射する。
一方、ライン光源2の中心線7側に傾いた状態で光出射部6に入射する光62は、主に第2出射面24に入射する。この時、入射光62は、図20に示すようにスネルの法則に従い、進行方向をライン光源2の中心線7の反対側寄りに変えて出射する。このため、ライン光源2から出射する光60a,62aは、プリズムを有しないライン光源より、第1側面12に垂直な方向(θ=0)に片寄った方向に進行する。故に、本来ライン光源2の指向性は高くなる。
次に、本ライン光源2の指向性が高くなる理由を、スネルの法則に従って定量的に説明する。図21は、第1側面12の垂線54aを基準とした、第1光出射面22における入射角度θinと出射角度θoutの関係を説明する図である。ここで、入射角度θinおよび出射角度θoutは、図21に示すように、第1側面12の垂線54aから右回りに計った角度である。
第1光出射面22の垂線54bを基準として計った入射角度φin及び出射角度φoutは、上記入射角度θinおよび出射角度θoutを用いると、次式により表すことができる。
φin=α-θin ・・・・・(1)
θout=α-φout ・・・・・(2)
ここで、αは、第1側面12に対する第1光出射面22の傾斜角度である。本ライン光源2では、αは45°である。
θout=α-φout ・・・・・(2)
ここで、αは、第1側面12に対する第1光出射面22の傾斜角度である。本ライン光源2では、αは45°である。
一方、φinとφoutは、スネルの法則に従い、次式を満たしている。
1.49×sinφin=sinφout ・・・・・(3)
従って、出射角度θoutは、次式により表すことができる。
従って、出射角度θoutは、次式により表すことができる。
θout=α-arcsin{1.49×sin(α-θin)} ・・・・・(4)
第2光出射面24における光の出射角度θoutも、式(4)により表すことができる。但し、αの代わりに、第1側面12に対する第2光出射面24の傾斜角度βが用いられる。本ライン光源2では、βは−34.28°である。
第2光出射面24における光の出射角度θoutも、式(4)により表すことができる。但し、αの代わりに、第1側面12に対する第2光出射面24の傾斜角度βが用いられる。本ライン光源2では、βは−34.28°である。
図22は、プリズムに入射する光60,62(図20参照)の入射角度θinと、プリズムから出射する光60a,62a(図20参照)の出射角度θoutとの入出射関係を説明する図である。図22には、式(4)に従って導出した第1光出射面22における入出射関係64と、同じく式(4)に従って導出した第2光出射面24における入出射関係66が示されている。また、図22には、プリズムを有しないライン光源の入出射関係58(図18参照)も図示されている。ここで、第1光出射面22における入出射関係64は、プリズムを有しないライン光源の入出射関係58を(θin, θout)=(+45°,+45°)だけ平行移動した曲線である。また、第2光出射面24における入出射関係66は、上記入出射関係58を(θin, θout)=(−34.28°,−34.28°)だけに平行移動した曲線である。
今、プリズム6に入射する光の入射角度θinが、例えば−35°〜+35°の範囲に分布していると仮定する。この場合、入射角度θinが0°〜+35°に分布する光の出射角度θoutは、入出射関係64に従い−44°〜+30°に分布する。同様に、入射角度θinが−35°〜0°に分布する光の出射角度θoutは、入出射関係66に従い−35°〜+23°に分布する。従って、本ライン光源2によれば、プリズム6に入射する光60,62の出射角度θoutは、−44°〜+30°になる。一方、プリズムを有しないライン光源では、平坦な光出射部47dに入射する光の出射角度θoutは、上述したように−59°〜+59°に分布する。
以上の出射角度の分布から明らかなように、本ライン光源の光出射角度の幅は74°(=44°+30°)である。一方、プリズムを有しないライン光源の光出射角度の幅は、118°(=59°+59°)である。このため、本ライン光源2の指向性は、プリズムを有しないライン光源より高くなる。故に、一対の本ライン光源3により照らされる光照射領域の輝度は、プリズムを有しない一対のライン光源より高くなる。尚、上記光出射角度の幅は、上述した仮定に基づくものであり、図13及び15の視角特性を正確にシミュレーションしたものではない。
以上の説明における、第1光出射面22および第2光出射面24の傾斜角度は、それぞれ45°および−34.28°である。しかし、第1光出射面22および第2光出射面24の傾斜角度が変わっても、本ライン光源2の指向性は、プリズムを有しないライン光源より高くなる。すなわち、第1光出射面22および第2光出射面24の傾斜角度は、45°および−34.28°以外の角度であってもよい。
以上のように、本ライン光源2によれば、少数の発光素子(例えば、2つ)により、光照射領域41における輝度が十分に高くなり、しかも光照射領域41に輝度むらが生じ難くなる。
図23は、本ライン光源2a,2bを有する、イメージスキャナーの一例を説明する概略図である。図4を参照して説明したイメージスキャナーでは、ライン光源2a,2b、結像レンズ34、およびラインセンサ36が、全て光源ケース32aに格納されている。一方、図23に示す例では、ラインセンサ36と結像レンズ34は、光源ケース32aではなく、イメージスキャナー68の筐体70に固定されている。
そして、原稿37により拡散反射された光は、光源ケース32aに格納されたコリメートレンズ(図示せず)により平行光線に変換され、複数のミラー72により結像レンズ34に導かれる。結像レンズ34に導かれた光は、ラインセンサ36に結像され電気信号に変換される。このような光電変換を繰り返しながら、光源ケース32aに格納されたライン光源2a,2bが移動することで、原稿37の2次元画像データが読み取られる。
図4及び23のいずれの例でも、原稿37は固定され、ライン光源が移動する。しかし、ライン光源およびラインセンサ等が固定され、原稿が移動してもよい。
(実施の形態2)
図24は、本実施の形態のライン光源2dの平面図である。図25は、図24のXXV-XXV線に沿った断面図である。図24から明らかなように、本ライン光源2dの構造は、実施の形態1のライン光源2(図1参照)と略同じである。但し、図25に示すように、本ライン光源2dの光出射部6dは、実施の形態1のライン光源2とは異なり、直角三角形状の断面を有している。更に、光出射部6dの第1斜面74は、第1側面12dに垂直になっている。このため、第1側面12dの長辺14(図24参照)とは反対側の第2斜面76が、第1斜面74より広くなっている。その他の点は、実施の形態1のライン光源2と略同じである。
図24は、本実施の形態のライン光源2dの平面図である。図25は、図24のXXV-XXV線に沿った断面図である。図24から明らかなように、本ライン光源2dの構造は、実施の形態1のライン光源2(図1参照)と略同じである。但し、図25に示すように、本ライン光源2dの光出射部6dは、実施の形態1のライン光源2とは異なり、直角三角形状の断面を有している。更に、光出射部6dの第1斜面74は、第1側面12dに垂直になっている。このため、第1側面12dの長辺14(図24参照)とは反対側の第2斜面76が、第1斜面74より広くなっている。その他の点は、実施の形態1のライン光源2と略同じである。
実施の形態1では、光出射部6に入射する光の入射角度θinが比較的広い範囲(−35°〜35°)に分布している場合を想定して、ライン光源2の動作を説明した。しかし、光出射部6に入射する光の入射角度θinが狭い範囲に分布している場合、第1光出射面22が第2光出射面24より広い、実施の形態1のライン光源2(図2参照)は、好ましくない。
例えば、光出射部6に入射する光の入射角度θinが−12°〜12°という狭い範囲に分布していると仮定する。この場合、第1出射面22に入射する光の入射角度θinは、図19を参照して説明したように、0°〜12°の範囲に分布する。このような分布に対応する出射角度θoutの範囲は、図22の入出射関係64によれば−44°〜−9°になる。このような負の出射角度θoutを有する光は、略全て導光部4の第1側面12の中心線7側に傾いた方向に進行する。このような光が原稿37に到達して拡散反射されても、ライン光源2a,2bに遮られてラインセンサ36には届かない(図4参照)。すなわち、第1出射面22から出射する光は、略全て無駄になる。
一方、第2光出射部24から出射する光は、光出射部6に入射する光の入射角度θinが狭い場合、第1側面12の中心線7の反対側の方向に進行するので殆ど無駄にならない。例えば、光出射部6に入射する光の入射角度θinが−12°〜12°の範囲に分布している場合、第2光出射部24に入射する光は、図22の入出射関係66によれば−12°〜0°の範囲に分布する。このような分布に対応する出射角度θoutの範囲は、0°〜23°になる。このような正の出射角度θoutを有する光は、略全て第1側面12の中心線7の反対側の方向に進行する。このため、第2光出射部24から出射する光は、無駄にならない。
このように、光出射部6に入射する光の入射角度θinが(θin=0°を中心とする)狭い範囲に分布している場合、第2出射面24を第1光出射面22より広くすることで、無駄な光の出射を抑制することができる。
本実施の形態のライン光源2dでは、実施の形態1の第2光出射面24に対応する第2斜面78が、実施の形態1の第1光出射面22に対応する第1斜面74より広くなっている。従って、本ライン光源2dによれば、第2斜面74に入射する光が少なくなり、ラインセンサ36に届かない無駄な光の出射が抑制される。
本ライン光源2dでは、図25に示すように、第1斜面74は、第1側面12dに垂直である。このため、第1斜面74に入射する光は、全反射され易くなっている。このため、無断な光が更に出射され難くなっている。
但し、第1斜面74は、第1側面12dに対して傾いていてもよい。このような場合であっても、光出射部6dが、長辺14側の第1斜面74と、この第1斜面74より広い第2斜面78を有していれば、ラインセンサ36に届かない無駄な光の出射を抑制することができる。
本実施の形態では、光出射部6dに入射する光の入射角度θinは、狭い範囲(例えば、−12°〜12°)に分布していると仮定した。このようにθinが狭い範囲に分布するか、広い範囲に分布するかは、導光部4dの形状等により決まる。従って、導光部4dの形状等に応じて、好ましい光出射部の構造も変化すると考えられる。
(実施の形態3)
図26は、本実施の形態のライン光源の断面図2eである。本ライン光源2eは、図26に示すように、光出射部6eの、第1側面12の長辺14側の第1斜面74eに設けられた反射部30eを有している。ここで、反射部30eは、第1斜面74eに入射した光を反射する部材であり、例えばAl膜や鏡面仕上げされたAl板である。
これにより、ラインセンサ3に届かない無駄な光が、第1斜面74eから出射されなくなる。その他の点は、実施の形態1のライン光源2と略同じである。
図26は、本実施の形態のライン光源の断面図2eである。本ライン光源2eは、図26に示すように、光出射部6eの、第1側面12の長辺14側の第1斜面74eに設けられた反射部30eを有している。ここで、反射部30eは、第1斜面74eに入射した光を反射する部材であり、例えばAl膜や鏡面仕上げされたAl板である。
これにより、ラインセンサ3に届かない無駄な光が、第1斜面74eから出射されなくなる。その他の点は、実施の形態1のライン光源2と略同じである。
尚、実施の形態2では、第1斜面74に反射部30eが設けられていないが、本実施の形態のように第1斜面74に反射部30eを設けてもよい。これにより、更に無駄な光の出射を抑制することができる。
以上の実施の形態では、発光素子10a,10bはLEDである。しかし、発光素子10a,10bは、LEDには限られない。例えば、発光素子10a,10bは、面発光レーザや有機EL(エレクトロルミネッセンス)発光素子であってもよい。
また、以上の実施の形態では、導光体8は、樹脂で形成されている。しかし、導光体8は、他の材料で形成されていてもよい。例えば、導光体8は、パイレックス(登録商標)で形成されてもよい。
また、以上の実施の形態では、導光部4は、角柱状の形状を有している。しかし、導光部4は、他の形状を有していてもよい。例えば、導光部4は、断面が半円となる半円柱状の形状を有していてもよい。
また、以上の実施の形態では、導光部4は、光出射部6と一体成型されている。しかし、導光部4と光出射部6を別々に成形し、その後一体化してもよい。
また、以上の実施の形態では、本ライン光源を、イメージスキャナーの光源として用いられる。しかし、本ライン光源を、他の用途に用いることもできる。例えば、本ライン光源を、ファクシミリ、コピー機等の光源に用いてもよい。或いは、本ライン光源を、照明装置に用いても良い。ここで、本ライン光源2は、指向性が強い一般的なライン光源2cより、照明装置に適している。この場合、光出力部6は、例えば第1側面12の中央に設けてもよい。
2・・・ライン光源
4・・・導光部
6・・・光出射部
8・・・導光体
10a,10b・・・発光素子
28・・・拡散反射部
30・・・反射部
44・・・LED
4・・・導光部
6・・・光出射部
8・・・導光体
10a,10b・・・発光素子
28・・・拡散反射部
30・・・反射部
44・・・LED
Claims (7)
- 柱状の導光部と、前記導光部の側面に設けられ且つ前記導光部の長手方向に延びる光出射部とを有する導光体と、
前記導光体の端部に設けられた発光素子とを有し、
前記光出射部は、前記長手方向に延在する三角柱状の透明領域である
ライン光源。 - 請求項1に記載のライン光源において、
前記導光部は、角柱状の形状を有し、
前記光出射部は、前記導光部の第1側面の一部であって且つ前記第1側面の長辺に接する領域に設けられていることを
特徴とするライン光源。 - 請求項2に記載のライン光源において、
前記導光部は、前記第1側面に隣接する第2側面を有し、
前記光出射部の一側面と前記第2側面は一体化して、一の光出射面になっていることを
特徴とするライン光源。 - 請求項2に記載のライン光源において、
前記光出射部は、前記長辺側の第1斜面と、前記第1斜面より広い第2斜面を有することを
特徴とするライン光源。 - 請求項4に記載のライン光源において、
前記第1斜面は、前記第1側面に垂直であることを
特徴とするライン光源。 - 請求項2に記載のライン光源において、
更に、前記光出射部の前記長辺側の第1斜面に設けられた反射部を有することを
特徴とするライン光源。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のライン光源において、
前記発光素子は、発光ダイオードであり、
前記導光体は、前記側面の一部分であって前記光出射部が設けられていない領域に前記長手方向に延在する拡散反射部を有し、更に前記の他の部分であって前記光出射部および前記拡散反射部が設けられていない領域に反射部を有することを
特徴とするライン光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010263105A JP2012114759A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | ライン光源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010263105A JP2012114759A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | ライン光源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012114759A true JP2012114759A (ja) | 2012-06-14 |
Family
ID=46498461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010263105A Pending JP2012114759A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | ライン光源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012114759A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014086566A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Stanley Electric Co Ltd | 光波長変換装置 |
KR20160042206A (ko) * | 2014-10-07 | 2016-04-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | 백 라이트 유닛과 이를 포함하는 액정 표시 장치 |
CN114114445A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-01 | 深圳市华晶宝丰电子有限公司 | 一种多光轴光电传感器 |
-
2010
- 2010-11-26 JP JP2010263105A patent/JP2012114759A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014086566A (ja) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Stanley Electric Co Ltd | 光波長変換装置 |
KR20160042206A (ko) * | 2014-10-07 | 2016-04-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | 백 라이트 유닛과 이를 포함하는 액정 표시 장치 |
KR102205131B1 (ko) * | 2014-10-07 | 2021-01-21 | 엘지디스플레이 주식회사 | 백 라이트 유닛과 이를 포함하는 액정 표시 장치 |
CN114114445A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-01 | 深圳市华晶宝丰电子有限公司 | 一种多光轴光电传感器 |
CN114114445B (zh) * | 2021-12-22 | 2022-11-29 | 深圳市华晶宝丰电子有限公司 | 一种多光轴光电传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5499592B2 (ja) | ライトガイド、光源装置及び読取装置 | |
JP4788577B2 (ja) | ライトガイド、光源装置及び電子機器 | |
JP4093990B2 (ja) | 導光体、ライン照明装置および画像読取装置 | |
US7308187B2 (en) | Bar-shaped light guide, illumination unit and image-scanning device | |
JP5385081B2 (ja) | 原稿読取装置 | |
KR20120050179A (ko) | 플래시 렌즈 및 이를 채용한 플래시 모듈 | |
TW201139939A (en) | Linear light source | |
WO2019003480A1 (ja) | 導光体及び画像読取装置 | |
TWI394920B (zh) | Light guide and linear light source device | |
TWI528100B (zh) | 原稿照明裝置、密著型影像感測器模組及圖像讀取裝置 | |
US8169673B2 (en) | Illuminating device and image reading apparatus | |
JP2012114759A (ja) | ライン光源 | |
JP6129602B2 (ja) | 原稿読取用光源装置 | |
JP2009272215A (ja) | 導光体、照明ユニットおよび画像読取用照明装置 | |
JP5012790B2 (ja) | 照明装置及びそれを用いた画像読取装置 | |
JP2006085975A (ja) | 棒状導光体、照明ユニットおよび画像読取装置 | |
JP4279761B2 (ja) | 平面照明装置および液晶表示装置 | |
JP2015023560A (ja) | イメージセンサーユニット及び画像読取装置 | |
JP2019079765A (ja) | ライン光源及びこれを備えた光ラインセンサユニット | |
JP2005050297A (ja) | 画像読取装置及び照明機構 | |
JP2016015031A (ja) | 光学ラインセンサ装置 | |
JP2006017951A (ja) | 原稿照明装置、画像読取り装置、および画像形成装置 | |
JPWO2019003480A1 (ja) | 導光体及び画像読取装置 | |
TWM548238U (zh) | 光源模組及取像裝置 | |
TWI507011B (zh) | 接觸式影像感測裝置 |