JP2016110720A - 導光ユニット、それを備える照明装置及び画像読取装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 片端部配置型の照明装置において、被照射面における照度ムラの発生を抑制すること。【解決手段】 入射面115と、入射面115と対向する端面116と、第1の方向に長い導光面117と、導光面117と対向する出射面118と、を含む導光体111を有し、入射面115から入射した光を、導光面117を介して出射面118に導く導光ユニット112であって、端面116と対向する第1の反射部材114と、第1の反射部材114により反射された光のうち、出射面118に対して臨界角よりも小さい入射角を有する光を、導光体111の内部に向けて反射する反射部121と、を備える。【選択図】 図3

Description

本発明は、イメージスキャナー、ファクシミリ、デジタル複写機などの画像読取装置が備える照明装置に用いられる導光ユニットに関する。
従来、画像読取装置には、LED(Light Emitting Diode)やEL(Electro Luminescence)素子などの光源が導光体の長手方向における一方の端部(片端部)に配置された照明装置が採用されている。このような片端部配置型の照明装置に用いられる導光体は、光源と対向する入射面と長手方向に伸びた導光面及び出射面とを有し、入射面から入射した光を導光面により出射面に導くように構成される。
特許文献1及び2には、導光体の入射面とは反対側の端面に拡散反射体(白色ペイント)が設けられた照明装置が記載されている。この照明装置によれば、導光体の端面から出射した光を拡散反射体により反射して導光体の内部に再度入射させることができ、導光効率を向上させることが可能になる。
特開2010−103034号公報 特開平11−84544号公報
しかしながら、特許文献1及び2に記載の照明装置においては、拡散反射体により反射された光の一部が、導光面を介さずに直接出射面から出射してしまう。そのため、照明装置により照明される原稿(被照射面)において、一部の照度が著しく高くなるような照度ムラ(照度偏差)が生じてしまい、良好な画質が得られなくなってしまう。
本発明の目的は、被照射面における照度ムラの発生を抑制することが可能な導光ユニット、それを備える照明装置及び画像読取装置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ユニットは、入射面と、該入射面と対向する端面と、第1の方向に長い導光面と、該導光面と対向する出射面と、を含む導光体を有し、前記入射面から入射した光を、前記導光面を介して前記出射面に導く導光ユニットであって、前記端面と対向する第1の反射部材と、該第1の反射部材により反射された光のうち、前記出射面に対して臨界角よりも小さい入射角を有する光を、前記導光体の内部に向けて反射する反射部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、片端部配置型の照明装置において、被照射面における照度ムラの発生を抑制することができる。
本発明の実施例1に係る画像読取装置の要部概略図。 本発明の実施例1に係る照明装置の周辺の要部拡大図。 本発明の実施例1に係る照明装置の要部概略図。 ランバート光の配光特性について説明するための図。 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。 本発明の比較例1に係る照明装置及び照度分布を示す図。 本発明の実施例2に係る照明装置の要部概略図。 本発明の実施例2に係る照明装置による照度分布を示す図。 本発明の比較例2に係る照明装置及び照度分布を示す図。 本発明の実施例3に係る照明装置の要部概略図。 本発明の実施例3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、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、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。
[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る導光ユニット、それを備える照明装置及び画像読取装置について詳細に説明する。
図1は、本実施例に係る画像読取装置100の要部概略図(ZX断面図)である。画像読取装置100は、照明装置103、反射光学系104、結像部(結像光学系)106、及び受光部105、を一体的に保持するキャリッジ(読取ユニット)107と、原稿台102と、駆動部108と、を備えている。本実施例に係る照明装置103は、光源が導光体の片端部にのみ配置された導光ユニットを有する、片端部配置型の照明装置である。片端部配置型の照明装置は、光源が導光体の両端部に配置された両端部配置型の照明装置と比較して、光源の個数や発光面積を少なくすることができるという点で有利である。
原稿台102は、原稿101を載置するための台であり、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネイト樹脂やガラスなどの透光性を有する材料から成る。受光部105は、原稿101からの光束を受光するイメージセンサから成る。イメージセンサとしては、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等を採用することができる。それらは、画素がY方向に多数並んだラインセンサや、RGB画素がY方向に一列に多数並んだラインセンサや、R画素のラインセンサとG画素のラインセンサとB画素のラインセンサとが3列に平行に並んだセンサであってもよい。
反射光学系104は、原稿101からの光束を折り返して結像部106に導く複数の折返しミラー104a〜104dから成る。結像部106は、反射光学系104からの光束を受光部105の受光面上に集光し、原稿101の画像情報に基づく像を形成する縮小光学系である。駆動部108は、キャリッジ107を原稿101の原稿面(被照射面)に平行な方向であるZ方向(図中の矢印方向)に移動させるための駆動力を発生するモータなどで構成される。
照明装置103から出射した光束は、原稿101の原稿面にて反射及び拡散され、反射光学系104の第1折返しミラー104a〜第4折返しミラー104dにより結像部106に導かれ、受光部105の受光面上に集光される。そして、駆動部108によりキャリッジ107をZ方向に移動させることによって、キャリッジ107に原稿101の原稿面上をZ方向に走査させることができる。これにより、受光部105は原稿101の原稿面全体の画像情報を読み取ることができる。受光部105により読み取られた画像情報は、電気信号としてインターフェースを通じて不図示の画像処理部やパーソナルコンピュータなどの外部機器に送信される。
なお、キャリッジ107が原稿面を走査する際は、キャリッジ107により保持される各部材同士の相対位置は変わらない。また、変更手段としての駆動部108によって、キャリッジ107の代わりに原稿101を移動させたり、キャリッジ107及び原稿101の両方を移動させたりすることにより、キャリッジ107と原稿101とのZ方向における相対位置を変更させてもよい。キャリッジ107を移動させずに、原稿のみを移動させて相対位置を変更する場合には、変更手段として原稿の給送ローラーや給送ベルト等を用いることができる。
ここで、本実施例に係る照明装置103について、図2及び図3を用いて詳細に説明する。図2は、図1における照明装置103の周辺の拡大図であり、図3(a)及び(b)は、照明装置103の要部概略図(斜視図及びXY断面図)である。本実施例に係る画像読取装置100は、同一の照明装置103を2つ備えており、夫々の照明装置103は読取光軸109を挟んで対称的に配置されている。夫々の照明装置103は、導光体111及び第1の反射部材114を有する導光ユニット112と光源113と備え、光源113から出射する光束を導光ユニット112により原稿101における読取領域110に導光している。
なお、光源113は、導光体111の入射面115と対向して配置されており、図中に破線で示した発光素子と、発光素子が実装される点線で示した基板と、を含んでいる。発光素子としては、無機半導体及び/又は有機半導体からなる発光層を有するLED又はEL素子が用いられる。発生する光としては白色光が望ましいが、それに限らず赤色、緑色、青色などの光であってもよい。白色光を発光する素子としては、パワーLED、高輝度LED、高輝度EL素子などと呼ばれる白色発光素子を用いることができる。
図2及び図3に示したように、導光体111は、入射面(一端面)115と、入射面115と対向する端面(他端面)116と、第1の方向(Y方向)に長い導光面117と、導光面117と対向する出射面118と、を含んでいる。導光体111は、端面116の側に形成された切欠部121(詳細は後述)を除いて、第1の方向において一様な形状を成す棒状の部材である。本実施例に係る端面116は粗面であり、導光面117は光束を散乱(拡散)させる散乱パターン(白色ペイント)が形成された拡散面である。本実施例に係る導光体111において、第1の方向の長さL=320mm、導光面117(散乱パターン)の幅(第1の方向に垂直な方向の長さ)D=2.4mm、高さH=6.0mm、である。
なお、導光体111の材料としては、ガラスなどの透光性の無機材料や、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネイト樹脂などの透光性の有機材料を用いることができる。また、導光体111のXZ断面の形状は、円、楕円、多角形、或いはそれらが組み合わされた形状であってもよく、図3(a)に示すように少なくとも1辺が曲線である疑似的な四角形(扇形)であってもよい。導光面117における散乱パターンとしては、光束を散乱させることができるものであればよく、例えば、樹脂又は金属で構成される白色又は金属光沢を有する膜や、微細な突起物の群で構成してもよい。また、散乱パターンの形状は、図3(a)に示した連続的な帯状のパターンに限らず、互いに離れた複数のドット群であってもよい。
さらに、導光体111は、必要に応じて、導光面117と出射面118とをつなぐ第1の反射面119及び第2の反射面120を有している。このとき、読取光軸109に近い側の第1の反射面119及び読取光軸109から遠い側の第2の反射面120の夫々の形状を、集光作用を有する曲面形状にすることが望ましい。具体的に、第1の反射面119及び第2の反射面120は、ZX断面内において、焦点の位置が導光面117の中点の位置に一致する放物面又は楕円面となっており、正のパワーを有している。この第1の反射面119及び第2の反射面120によれば、導光面117にて散乱された光束を、効率よく読取領域110に向けて偏向させることが可能になる。よって、読取領域110において十分な光量を確保し、かつ、光量が安定した走査方向(Z方向)の照明領域を確保することができる。
図3(b)に示すように、光源113から出射した光Sは、導光体111の入射面115から導光体111の内部に入射し、他の面を介さずに直接、又は、他の面のうち少なくとも1つにより全反射されて、導光面117に到達する。導光面117に入射した光Sは、導光面117の散乱パターンによりランバート反射(拡散)されてランバート光S1となる。ランバート光S1のうち、出射面118に臨界角よりも小さい入射角で入射する(出射面118において全反射条件を満たさない)光は、出射面118から出射して原稿101における読取領域110に導光される。この構成により、読取領域110を線状照明することができる。
図4は、ランバート光S1の配光特性を示す図である。図4においては、導光面117の面法線に対するランバート光S1の配光角をα、ランバート光S1の最大強度をI、とするとき、ランバート光S1の強度IをI=I・cosαとして表している。図4(a)に示すように、ランバート光S1は一様な配光特性を有していることがわかる。なお、導光体111がアクリル樹脂により形成されているとした場合を考えると、出射面118における臨界角は42.2°となる。このとき、図4(b)に示すように、ランバート光S1のうち、配光角αが臨界角42.2°よりも小さくなる67.2%の光が、出射面118から出射することになる。
光源113から出射した光Sの中には、出射面118から出射せずに端面116に至る光が存在しており、その光が端面116から出射してしまうと光量損失が生じてしまう。そこで、本実施例に係る導光ユニット112は、端面116と対向する第1の反射部材(拡散反射体)114を備えており、端面116から出射する光を反射して導光体111の内部に再度入射させる構成を採っている。第1の反射部材114によりランバート反射(拡散)されたランバート光S2は、他の面を介さずに直接、又は、他の面で全反射して導光面117に至り、導光面117によりランバート反射されてランバート光S1となって出射面118から出射する。この構成により、端面116から出射する光を低減し、光量損失を抑制することができる。
なお、本実施例では、導光体111の外部に白色ペイントで覆われた第1の反射部材114を設けた構成を採っているが、これに限られるものではなく、例えば、端面116に第1の反射部材114としての白色ペイントを直接塗った構成などを採用してもよい。また、本実施例のように端面116が粗面(拡散面)である場合は、第1の反射部材114の表面を単に反射面とすればよく、白色ペイントなどの拡散面としなくてもよい。すなわち、端面116及び第1の反射部材114の少なくとも一方により拡散反射体を成す構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。
ここで、ランバート光S2の中には、出射面118に臨界角よりも小さい入射角で入射し、導光面117を介さずに出射面118から直接出射してしまう光S3が存在する。光S3が導光面117を介さずに直接原稿101に入射してしまうと、その部分の照度が著しく高くなってしまい、良好な画像が得られなくなってしまう。
そこで、本実施例に係る導光ユニット112は、第1の反射部材114からの光S3を導光体111の内部に向けて反射する反射部を備えている。具体的には、導光体111において、端面116と出射面118とを接続する切欠面(切欠部)121を反射部として設けている。この切欠面121によれば、光S3が導光面117を介さずに出射面118から出射することを抑制し、光S3を導光面117に導光することができるため、原稿101における照度ムラの発生を抑制することが可能になる。
本実施例では、導光体111に反射部を切欠面121として直接設けているため、反射部を別部材として設ける必要がなく、導光体111及び反射部を一体的に形成することができ、導光ユニット112の小型化を実現している。なお、切欠面121は鏡面(鏡面加工された面)であることが望ましいが、光を反射する面であればこれに限られるものではない。例えば、本実施例のような鏡面加工された透過面に限らず、必要に応じて反射膜を設けた反射面や拡散面などを採用してもよい。
図5は、本実施例に係る照明装置103により照明される原稿101上での照度分布を示す図であり、横軸は、原稿101のY方向において中央を0mmとしたときの位置を示し、縦軸は、原稿101における照度値を示している。図5に示すように、原稿101上での照度分布はY方向において略対称となっており、照度ムラの発生が良好に抑制されているということがわかる。なお、図5において、Y方向における端部に向かうに従い照度値が大きくなっているのは、コサイン4乗則に起因する受光部105の受光面における端部での照度低下を補正するためである。
なお、出射面118と切欠面121とのなす角度をθとするとき、以下の条件式(1)を満足するように構成することがより望ましい。
125°<θ<155° (1)
言い換えると、第1の方向に対する切欠面121の傾斜角をθとするとき、以下の条件式(2)を満足するように構成することが望ましい。ただし、θ=180°−θである。
25°<θ<55° (2)
条件式(2)の下限値を下回ると、ランバート光S2のうち配光角が大きい光は、切欠面121を透過して導光体111の外部に漏れてしまう。また、条件式(2)の上限値を上回ると、ランバート光S2のうち配光角が大きい光は、切欠面121を介さずに、あるいは切欠面121で屈折して臨界角よりも小さい入射角で出射面118に入射することで、導光体111の外部に漏れてしまう。よって、条件式(1)及び(2)を満足しないと、照度損失や照度ムラが生じてしまうことになる。本実施例においては、θ=150°、θ=30°であるため、上述した条件式(1)及び(2)を満たしている。
ここで、本実施例に対する比較例1について説明する。図6(a)は、比較例1に係る照明装置603の要部概略図(XY断面図)である。比較例1に係る照明装置603は、上述した特許文献2に記載の照明装置に対応する構成を採っており、導光体611が切欠面を有していないという点以外は、本実施例に係る照明装置103の構成と同様である。照明装置603においては、導光体611が切欠面を有していないため、光S3が導光面617を介さずに出射面618から直接出射することを抑制することができない。そのため、図6(b)に示すように、原稿101において光S3が入射する端部での照度値が著しく高くなり、照度分布にムラが生じてしまっている。
以上、本実施例に係る導光ユニットによれば、片端部配置型の照明装置において、被照射面における照度ムラの発生を抑制することができる。
[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る導光ユニット、それを備える照明装置及び画像読取装置について詳細に説明する。本実施例に係る画像読取装置は、照明装置以外は実施例1に係る画像読取装置100の構成と同様であるため、それについての説明を省略する。図7は、本実施例に係る照明装置203の要部概略図であり、図7(a)は斜視図を示し、図7(b)はXY断面図を示している。本実施例に係る照明装置203は、導光体211以外は実施例1に係る照明装置103の構成と同様である。
図7に示すように、導光体211は、入射面(一端面)215と、入射面215と対向する端面(他端面)216と、第1の方向に長い導光面217と、導光面217と対向する出射面218と、を含んでいる。導光体211は、端面216の側に形成された切欠部221を除いて、第1の方向において一様な形状を成す棒状の部材である。本実施例に係る導光面217には、第1の方向に垂直な方向(Z方向)の切込み(溝)が第1の方向に沿って複数形成されている。図7(b)に示すように、XY断面内においては、導光面217は、第1の方向に配列された複数の凹凸構造が形成された鋸歯面となっている。また、本実施例に係る出射面218は円柱形状の一部を成しており、ZX断面内においては円弧形状となっている。
実施例1に係る導光ユニット112と同様に、本実施例に係る導光ユニット212も第1の反射部材214を備えているため、出射面218から出射せずに端面216に至る光を導光体211の内部に向けて反射させることができる。さらに、本実施例に係る導光体211は、第1の反射部材214からの光S3を導光体211の内部に向けて反射する切欠面221を備えているため、光S3が導光面217を介さずに出射面218から直接出射することを抑制することが可能になる。この構成により、照度損失や照度ムラの発生を抑制することができる。
図8に示すように、本実施例に係る原稿101上での照度分布はY方向において略対称となっており、照度ムラの発生が良好に抑制されているということがわかる。なお、本実施例においても、θ1=150°、θ2=30°であるため、上述した条件式(1)及び(2)を満たしている。
ここで、本実施例に対する比較例2について説明する。図9(a)は、比較例2に係る照明装置903の要部概略図(XY断面図)である。比較例2に係る照明装置903は、上述した特許文献1に記載の照明装置に対応する構成を採っており、導光体911が切欠面を有していないという点以外は、本実施例に係る照明装置203の構成と同様である。照明装置903においては、導光体911が切欠面を有していないため、光S3が導光面917を介さずに出射面918から直接出射することを抑制することができない。そのため、図9(b)に示すように、原稿101において光S3が入射する端部での照度値が著しく高くなり、照度分布にムラが生じてしまっている。
[実施例3]
以下、本発明の実施例3に係る導光ユニット、それを備える照明装置及び画像読取装置について詳細に説明する。本実施例に係る画像読取装置は、照明装置以外は実施例1に係る画像読取装置100の構成と同様であるため、それについての説明を省略する。図10は、本実施例に係る照明装置303の要部概略図であり、図10(a)は斜視図を示し、図10(b)はXY断面図を示している。本実施例に係る照明装置303は、導光ユニット312以外は実施例1に係る照明装置103の構成と同様である。
図10(a)に示すように、本実施例に係る導光体311は、切欠面を有していないという点以外は、実施例1に係る導光体111の構成と同様である。そして、図10(b)に示すように、導光ユニット312は、第1の反射部材314からの光S3を導光体311の内部に向けて反射する反射部として、切欠面の代わりに、出射面318の端面316の側の端部と対向する第2の反射部材321を備えている。具体的には、出射面318の端面316の側の最端部から3mmの範囲を覆うように、第2の反射部材321としての白色ペイントを設けている。
この第2の反射部材321によれば、実施例1に係る切欠面121と同様に、光S3が導光面317を介さずに出射面318から直接出射することを抑制することが可能になる。図11に示すように、本実施例に係る原稿101上での照度分布はY方向において略対称となっており、照度ムラの発生が良好に抑制されているということがわかる。
なお、本実施例では、出射面318の端部に第2の反射部材321としての白色ペイントを直接塗った構成を採っているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、出射面318の端部に対して間隔を空けて第2の反射部材321を設けてもよい。また、出射面318の端部を粗面(拡散面)とし、第2の反射部材321の表面を単なる反射面としてもよい。すなわち、出射面318の端部及びそれと対向する第2の反射部材321の少なくとも一方により拡散反射体を成す構成であれば、いかなる構成を採用してもよい。このとき、第1の反射部材314と第2の反射部材321とを一体的に形成してもよい。
[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や実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
例えば、導光体の形状については、入射面からの光を原稿面に導光できる構成であるならば、上述した各実施例におけるものに限られない。また、必要に応じて、上述した実施例1及び3に係る導光面に形成される散乱パターンの密度を、第1の方向に変化させてもよい。
なお、上述した各実施例に係る画像読取装置においては、読取光軸を挟んで2つの照明装置を対称的に配置しているが、この構成に限られるものではない。例えば、一方の照明装置に出射面を2つ設け、他方の照明装置の代わりに反射部材を配置した構成を採ってもよい。この場合、一方の出射面から出射した光束を直接原稿面に導光し、かつ他方の出射面から出射した光束を反射部材により偏向して原稿面に導光することができる。
111 導光体
112 導光ユニット
114 第1の反射部材
115 入射面
116 端面
117 導光面
118 出射面
121 反射部

Claims (13)

  1. 入射面と、該入射面と対向する端面と、第1の方向に長い導光面と、該導光面と対向する出射面と、を含む導光体を有し、前記入射面から入射した光を、前記導光面を介して前記出射面に導く導光ユニットであって、
    前記端面と対向する第1の反射部材と、
    該第1の反射部材により反射された光のうち、前記出射面に対して臨界角よりも小さい入射角を有する光を、前記導光体の内部に向けて反射する反射部と、
    を備えることを特徴とする導光ユニット。
  2. 前記反射部は、前記端面と前記出射面とを接続する切欠面であることを特徴とする請求項1記載の導光ユニット。
  3. 前記出射面と前記切欠面とのなす角度をθとするとき、
    125°<θ<155°
    なる条件を満足することを特徴とする請求項2に記載の導光ユニット。
  4. 前記切欠面は透過面であることを特徴とする請求項2又は3に記載の導光ユニット。
  5. 前記反射部は、前記出射面の前記端面の側の端部と対向する第2の反射部材であることを特徴とする請求項1に記載の導光ユニット。
  6. 前記第2の反射部材は、白色ペイントであることを特徴とする請求項5に記載の導光ユニット。
  7. 前記第1の反射部材と前記第2の反射部材とは、一体的に形成されていることを特徴とする請求項5又は6に記載の導光ユニット。
  8. 前記第1の反射部材は、白色ペイントであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の導光ユニット。
  9. 前記端面は、粗面であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の導光ユニット。
  10. 光源と、該光源から出射する光を原稿に導く導光ユニットとを備え、該導光ユニットは請求項1乃至9のいずれか1項に記載の導光ユニットであることを特徴とする照明装置。
  11. 請求項10に記載の照明装置と、前記原稿からの光を受光する受光部と、前記原稿からの光を前記受光部の受光面に集光する結像部と、を備えることを特徴とする画像読取装置。
  12. 前記照明装置と、前記受光部と、前記結像部と、を保持するキャリッジを備えることを特徴とする請求項11に記載の画像読取装置。
  13. 前記原稿に平行な方向において、前記原稿と前記キャリッジとの相対位置を変更する駆動部を備えることを特徴とする請求項12に記載の画像読取装置。
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