JP2015216608A - 導光部材、照明装置、及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像読取装置が備える照明装置において、被照射面における照度分布のリップルを低減し、読取領域の位置が変化した際に照度ムラの発生を抑制可能な導光部材を提供すること。
【解決手段】 第１の方向（Ｙ方向）に長い入射面５０１と、入射面５０１に入射した光が出射する出射面５０３と、入射面５０１からの光を出射面５０３に導く導光面５０２と、を有する導光部材５００であって、第１の方向に垂直な断面内（ＺＸ断面内）において、入射面５０１及び導光面５０２からの光を拡散させて出射面５０３に導く偏向面５０４を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は導光部材に関し、特に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなどが備える画像読取装置の照明装置に好適である。

従来、原稿面（被照射面）を照明して線順次方式で画像を読み取る画像読取装置においては、光源からの光を被照射面おける読取領域（読取ライン）に導光し、読取領域を所望の照度で照明するための照明装置が採用されている。特許文献１には、光源からの光を透明な導光部材に入射させ、導光部材の内面で全反射（内面反射）させることにより、被照射面に効率よく導光することができる照明装置が開示されている。

特開２０１１−２１１７２３号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、導光部材で内面反射された光により光源の虚像が形成され、被照射面における照度分布のリップルが生じてしまうという問題がある。照度分布のリップルが生じると、被照射面の高さの変化や各部材の組立誤差などにより読取領域の位置が変化した際に、照度ムラが発生して読取画像の明度に不自然なばらつきが生じてしまう。

なお、照度分布のリップルを低減するために、拡散シートなどを用いて導光部材から出射した光をランダムに拡散させる方法も考えられる。しかし、所望の方向に光を拡散させるように拡散シートを構成することは難しいため、拡散シートを通過した光が被照射面外の方向に拡散し、照明光量のロスが生じてしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、画像読取装置が備える照明装置において、被照射面における照度分布のリップルを低減し、読取領域の位置が変化した際に照度ムラの発生を抑制可能な導光部材を提供することである。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての導光部材は、第１の方向に長い入射面と、該入射面に入射した光が出射する出射面と、前記入射面からの光を前記出射面に導く導光面と、を有する導光部材であって、前記第１の方向に垂直な断面内において、前記入射面及び前記導光面からの光を拡散させて前記出射面に導く偏向面を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。

本発明によれば、画像読取装置が備える照明装置において、被照射面における照度分布のリップルを低減し、読取領域の位置が変化した際に照度ムラの発生を抑制可能な導光部材を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像読取装置の要部概略図。 本発明の実施形態に係る照明装置の要部断面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の要部俯瞰図。 本発明の課題を説明するための図。 本発明の実施例１に係る導光部材の要部概略図。 比較例に係る照明装置による照度分布を説明するための図。 本発明の実施例１に係る照明装置による照度分布を示す図。 本発明の効果を説明するための図。 本発明の実施例２に係る導光部材の要部概略図。 本発明の実施例１に係る照明装置による照度分布を示す図。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る画像読取装置１０００の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像読取装置１０００は、読取対象となる原稿１０３を配置するための原稿台（原稿台ガラス）１０２と、原稿台１０２の下方に配置されるキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１の上に配置される照明装置１０５と、を備えている。キャリッジ１０１の内部には、複数の反射部（折り返しミラー）１０９と、結像部１１０と、受光部（ラインセンサー）１１１と、が配置されており、キャリッジ１０１の筐体には読取窓１０４が設けられている。

また、照明装置１０５は、Ｙ方向（第１の方向）に配列された複数の発光部を含む光源１０６と、光源１０６からの光を反射及び屈折させて原稿１０３に導く導光部材１０７と、反射板（対向反射板）１０８と、を有している。本実施形態においては、光源１０６が含む複数の発光部としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を採用している。また、導光部材１０７は、第１の方向に長い入射面を有しており、射出成型によって形成されたアクリル樹脂から成る透明な部材である。

光源１０６から出射した光は、導光部材１０７により、原稿１０３における読取領域を直接照明する光と、反射板１０８を介して読取領域を照明する光と、に分けられる。原稿１０３の読取領域にて反射又は散乱された光は、読取窓１０４、複数の反射部１０９、及び結像部１１０、の夫々を通って、受光部１１１の受光面上に集光される。画像読取装置１０００は、不図示の駆動部によりキャリッジ１０１を図中の矢印の方向（Ｚ方向）へ移動させ、原稿１０３を走査して画像情報を順次読み取ることで、原稿１０３全体の画像読取を行なっている。なお、キャリッジ１０１の代わりに原稿１０３を移動させることにより、キャリッジ１０１と原稿１０３との相対位置を変更させてもよい。読み取られた画像情報は、インターフェースを通じて不図示の画像処理部、あるいはパーソナルコンピュータなどの外部機器に送信される。

図２は、図１における照明装置１０５の周辺の拡大図（ＺＸ断面図）である。図２に示すように、導光部材１０７は、入射面２０１と、導光面２０２と、偏向面２０３と、出射面２０４と、を含んでいる。光源１０６から出射した光は、入射面２０１から導光部材１０７の内部に入射し、導光面２０２において内面反射されて、偏向面２０３及び出射面２０４に到達する。導光面２０２から直接出射面２０４に到達した光は、反射板１０８及び原稿台１０２を介して原稿１０３における読取領域を照明し、導光面２０２から偏向面２０３を介して出射面２０４に到達した光は、直接原稿台１０２を介して読取領域を照明する。このように、本実施形態に係る照明装置１０５は、主として２つの光路を介して読取領域を照明している。

図３は、本実施形態に係る照明装置１０５の俯瞰図である。図３に示したように、光源（複数の発光部）１０６を配置することができるＹ方向の幅は限られているため、複数の発光部を等間隔に配列した場合、導光部材１０７のＹ方向における端部に入射する光の量が少なくなってしまう。また、不図示の結像部の画角特性（結像部による周辺光量の低下、反射部の反射率の角度特性、及び受光部の感度の角度特性等を総合的に考慮したもの）により、読取画像において中央部よりも端部の明るさが低下してしまう。そこで、本実施形態においては、光源１０６が含む複数の発光部を、Ｙ方向における入射面の中央部から端部へ行くに従って密になるように配列し、中央部よりも端部における発光量の方が大きくなるように構成することにより、上記課題を解決している。

本実施形態に係る照明装置のように、透明な導光部材を用いて光源からの光を被照射面に導く構成においては、導光部材の内部で全反射した回数と同じ数だけ、光源の虚像が被照射面上に形成される。この現象について、図４を用いて詳細に説明する。図４ａでは、説明を容易にするために、直方体形状の導光部材４０１と、導光部材４０１の入射面と対向して配置された１つの発光部４０２と、を有し、被照射面４０３を照明する構成を示している。この構成においてシミュレーションを行うと、被照射面４０３上における照度分布は、図４ａに示したように、あたかも複数の発光部により被照射面４０３が照明されているかのような分布となる。

このような照度分布となる理由は、図４ｂに示すように、導光部材４０１の内面反射によって生じる発光部４０２の虚像からの光が重畳したためであると考えられる。すなわち、万華鏡の原理と同様に、導光部材４０１により内面反射した回数に応じて、発光部４０２の虚像（鏡像）の数が決まることになる。図４ａに示した構成では、導光部材４０１の内面で１度反射した光により、被照射面４０３上の照度分布において大きなリップルが生じている。よって、図４ｂに示すように、導光部材４０１の内面で反射せずに出射面を透過する光の進行方向に対して、上下左右の４つの内面における反射成分により、被照射面４０３での照度分布が形成されると考えることができる。

この現象は、図４に示したような直方体形状の導光部材以外の導光部材を用いた場合でも生じる。したがって、従来の画像読取装置においては、照明装置により照明される被照射面上での照度分布にリップルが生じ、被照射面に垂直な方向において、製造誤差や環境変動等により読取領域の位置が変化した際に照度ムラが発生する要因となってしまう。

そこで、本実施形態に係る導光部材は、光が出射面から出射する直前に反射する偏向面を、導光部材の長手方向（第１の方向）に垂直な断面内（副走査断面内）において光を拡散させる拡散面とした構成を採っている。この構成によれば、被照射面における照度分布のリップルを低減し、読取領域の位置が変化した際に照度ムラの発生を抑制することができる（詳細は後述）。

次に、本実施形態に係る画像読取装置について、各実施例で詳細に説明する。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る導光部材について詳細に説明する。図５は、本実施例に係る導光部材５００の要部概略図である。なお、図５においては、便宜上、導光部材５００の長手方向（Ｙ方向）における長さを短縮して描画している。本実施例に係る導光部材５００において、入射面５０１から入射した光は、導光面５０２にて全反射され、出射面５０３（第１の出射面５０３ａ及び第２の出射面５０３ｂ）から出射する。この時、第１の出射面５０３ａから出射する略全ての光は、第１の出射面５０３ａから出射する直前に偏向面５０４にて全反射されている。

この偏向面５０４は、副走査断面内において折れ線形状（凹凸形状、ギザギザ形状、又はのこぎり形状とも言う）を成しており、折れ線形状の稜線（山と谷とを繋ぐ線）が導光部材５００の長手方向（主走査方向）に沿って連なる複合反射面となっている。本実施例においては、偏向面５０４の折れ線形状の高さ（山同士を繋ぐ仮想平面５０５から谷までの距離）は７ｕｍであり、稜線と仮想平面５０５との成す角度は０．７５度である。この構成により、ＺＸ断面内（副走査断面内）において、導光面５０２からの光が偏向面５０４にて拡散されるため、第１の出射面５０３ａを介して被照射面に到達する光により光源の虚像が形成されることを抑制することができる。

ここで、本発明の効果について比較例を用いて説明する。図６ａは、拡散機能を有さない偏向面６０４を有する比較例に係る導光部材６０７により、光源６０５から出射した光が被照射面６０８に導光される様子を示した図である。本比較例に係る導光部材６０７の偏向面６０４以外の構成は、本実施例に係る導光部材の構成と同一である。なお、図６ａにおいては、光源６０５から出射した無数の光線のうちの代表的な光線のみを示している。

ここで、光束６０１は、光源６０５から直接偏向面６０４に到達する光線から成る光束であり、光束６０２及び６０３は、導光面６０６ａ及び６０６ｂを介して偏向面６０４に到達する光線から成る光束である。なお、光束６０２は、上方の導光面６０６ａにて一回反射してから偏向面６０４に到達しており、光束６０３は、下方の導光面６０６ｂにて１回反射し、さらに上方の導光面６０６ａにて一回反射してから偏向面６０４に到達している。

比較例に係る導光部材６０７においては、偏向面６０４に拡散機能を設けなかったために、各光束により光源６０５の虚像が形成されてしまう。よって、光束６０１乃至６０３が被照射面６０８を照明する際に、各々の光束同士で照度の強弱が生じ、照度ムラが発生してしまう。図６ｂに、比較例に係る構成における被照射面６０８上での照度分布を、シミュレーションにより算出したものを示す。

図６ｂの照度分布図において、横軸は照明位置（ｍｍ）であり、縦軸は照度（照明位置０ｍｍにおける照度と１として正規化したもの）である。図６ｂにおける各グラフは、偏向面６０４を介して被照射面６０８に到達する光による照度と、反射板６０９を介して被照射面６０８に到達する光による照度と、それらの合計と、を示している。なお、図６ｂに示した照度分布は、光束６０１乃至６０３だけでなく、他の全ての光束も考慮して算出されたものである。図６ｂを見てもわかるように、比較例においては照度分布に大きなリップルが生じていることがわかる。

一方、図７ａは、本実施例に係る導光部材により、光が被照射面に導光される様子を示した図であり、図６ａと同様に、一部の代表的な光線のみを示している。比較例と同様に、本実施例においても被照射面上での照度分布をシミュレーションすると、その結果は図７ｂに示すようになり、図６ｂと比較してリップルが大幅に低減されていることがわかる。すなわち、本実施例に係る導光部材によれば、拡散機能を有する偏向面により光源からの光が拡散され、被照射面をより広範囲に照明することができるため、照度ムラの発生を抑制した良好な照明を行うことができる。

ここで、一般には、拡散機能を持つ形状として、略ランダムに光線の進行方向を変化させる、微細な凹凸形状（シボ形状）が知られている。しかし、シボ形状の拡散面を形成するためには、金型に微細な凹凸形状を設ける必要があるが、金型に均一な凹凸形状を設けることは難しく、また、導光部材を射出成形する際に磨耗してしまうため、十分な拡散機能を持たせるための加工が難しい。そこで、本実施例においては、偏向面をシボ形状のような微細形状にすることなく、マクロな形状により偏向面に拡散機能を持たせている。これにより、上述したような課題を解決するとともに、シボ形状と比較して形状の測定を容易にして、拡散機能による効果の検証を行い易くするという効果を得ている。なお、偏向面を拡散面とするのではなく、拡散機能を持つ部材を新たに追加する方法も考えられるが、この方法ではコストが増加してしまうため好ましくない。

本実施例では、上述のように、導光部材の長手方向に垂直な断面内においてのみ、光を拡散させるように拡散面を構成している。これにより、拡散シート等を用いてランダムに拡散させるような構成と比較して、照明光量のロスを低減することができる。また、本実施例では、偏向面を介して被照射面に向かう光に対してのみ拡散効果を与えており、偏向面を介さずに導光部材から出射して、反射板を介して被照射面に向かう光に対しては、拡散効果を与えていない。この理由について、図８を用いて詳細に説明する。

図８は、本実施例に係る導光部材８０１により、光源８００からの光が被照射面８０６に導光される様子を示した図である。この時、前述したように、導光部材８０１において、光が第１の出射面８０５ａから出射する直前に反射する偏向面８０４にのみ拡散機能が付与されており、第２の出射面８０５ｂから出射して反射板８０３に向かう光に対しては、拡散効果を与えていない。これは、反射板８０３に向かう光を拡散させてしまうと、反射板８０３に入射する光の分布が広くなり、反射板８０３を大型化することが必要となるためである。

本実施例では、反射板８０３に向かう光は、第２の出射面８０５ｂで屈折して、ＺＸ断面内（副走査断面内）において一旦集束し、第２の出射面８０５ｂと反射板８０３との間に光源８００の像を形成する。これにより、光を一旦集束させることにより、反射板８０３の大型化を抑制することができる。第２の出射面８０５ｂにより集束された光は、発散しつつ反射板８０３に入射し、反射板８０３に付与された形状によって分布が整えられてから被照射面８０６に向かう。このように、反射板８０３を介して被照射面８０６に至る光路においては、第２の出射面８０５ｂに屈折力を付与することや、反射板８０３の形状を工夫することにより、拡散効果を与えなくても被照射面での照度分布のリップルを低減することができる。

ここで、これと同様方法で、偏向面８０４を介して被照射面に至る光路においても、拡散効果を与えずに照度分布のリップルを低減することを考える。この場合、偏向面８０４に曲率を与えて導光部材８０１の内部で光を一旦集束させたり、第１の出射面８０５ａの形状を工夫して光の分布を整えたりする手段が考えられる。

しかし、導光部材８０１の内部で光を一旦集束させるためには、偏向面８０４の曲率半径を小さくする必要があるため、その曲率による偏向面の角度変化が大きくなり、偏向面にて全反射しない光線の増加が懸念される。また、導光部材８０１の内部で一旦集束した光を、再び適度な発散状態にするためには、一旦集束した位置から第１の出射面８０５ａまでの距離を確保しなければならず、第１の出射面８０５ａ、ひいては導光部材８０１が大型化してしまう。

以上の理由から、本実施例では、反射板を介さずに被照射面に至る光路においては、偏向面に付与した拡散機能により光を拡散させている。さらに、反射板を介して被照射面に至る光路においては、反射板の手前で光を一旦集束させ、反射板によりその分布を整えている。これにより、被照射面における照度分布のリップルを低減可能であり、かつコンパクトな導光部材、照明装置、及び画像読取装置を実現している。

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る導光部材について詳細に説明する。図９は、本実施例に係る導光部材９０７の要部概略図（ＹＺ断面図）である。本実施例が実施例１に対して異なる点は、導光部材９０７が有する偏向面９０３がシリンダレンズアレイ形状となっているという点である。

本実施例に係る導光部材９０７において、入射面９０１から入射した光は、導光面９０２にて全反射され、出射面９０４から出射する。この時、偏向面９０３を介して出射面９０４から出射する光（反射板９１０に到達しない光）の略全ては、出射面９０４から出射する直前に偏向面９０３にて全反射されている。

この偏向面９０３は、導光部材９０７の長手方向（Ｙ方向）に連なるシリンダレンズアレイ形状となっており、ＺＸ断面内（副走査断面内）においてシリンダレンズが３個並んだ構成となっている。本実施例においては、各シリンダレンズの曲率半径は１０ｍｍであり、谷同士を繋ぐ仮想平面９０８から各シリンダレンズ頂点までの高さは０．０２ｍｍである。この構成により、副走査断面内において、導光面５０２からの光が偏向面５０４にて拡散されるため、出射面９０４を介して被照射面に到達する光により光源の虚像が形成されることを抑制することができる。

図１０は、本実施例に係る導光部材により、光が被照射面に導光される様子を示した図である。実施例１と同様に、本実施例においても被照射面上での照度分布をシミュレーションすると、図１０に示すように、図６ｂと比較してリップルが大幅に低減されていることがわかる。すなわち、本実施例に係る導光部材によれば、拡散機能を有する偏向面により光源からの光が拡散され、被照射面をより広範囲に照明することができるため、照度ムラの発生を抑制した良好な照明を行うことができる。

以上、本実施例に係る導光部材によれば、被照射面における照度分布のリップルを低減し、読取領域の位置が変化した際に照度ムラの発生を抑制することができる。

［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述した各実施例では光源が有する発光部としてＬＥＤを採用しているが、これに限らず、冷陰極管等の光源全般にも適用することができる。

また、各実施例において、導光部材の偏向面の副走査断面内における形状を、折れ線形状やシリンダレンズアレイ形状としているが、これらに限らず、正弦波形状や波打ち形状等の形状を採用してもよい。

５００ 導光部材
５０１ 入射面
５０３ 出射面
５０２ 導光面
５０４ 偏向面

Claims (10)

1. 第１の方向に長い入射面と、該入射面に入射した光が出射する出射面と、前記入射面からの光を前記出射面に導く導光面と、を有する導光部材であって、
   前記第１の方向に垂直な断面内において、前記入射面及び前記導光面からの光を拡散させて前記出射面に導く偏向面を有することを特徴とする導光部材。
2. 前記偏向面は、前記第１の方向に垂直な断面内において折れ線形状であり、該折れ線形状の稜線は前記第１の方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
3. 前記偏向面は、前記第１の方向に稜線が延びたシリンダレンズアレイ形状であることを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
4. 前記出射面は、前記偏向面により拡散された光が出射する第１の出射面と、前記偏向面を介さずに前記入射面及び導光面からの光が出射する第２の出射面と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光部材。
5. 光源と、該光源から出射した光を被照射面に導く請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導光部材と、を備えることを特徴とする照明装置。
6. 前記光源は、前記第１の方向に配列された複数の発光部を含むことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記複数の発光部は、前記第１の方向における前記入射面の中央部から端部へ向かって密になるように配列されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記出射面は、前記偏向面により拡散された光が出射する第１の出射面と、前記偏向面を介さずに前記入射面及び導光面からの光が出射する第２の出射面と、を含み、
   前記第２の出射面から出射した光を反射させて前記被照射面に導く反射板を備えており、
   前記第１の出射面から出射した光は前記反射板を介さずに前記被照射面に導かれることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記第２の出射面は、前記第１の方向に垂直な断面内において、前記第２の出射面と前記反射板との間で光を集束させていることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 請求項５乃至９のいずれか１項に記載の照明装置と、前記被照射面からの光を受光する受光部と、前記被照射面からの光を前記受光部に導く結像部と、を備えることを特徴とする画像読取装置。

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