JP2015216608A - 導光部材、照明装置、及び画像読取装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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
501 入射面
503 出射面
502 導光面
504 偏向面
Claims (10)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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