JP4093990B2 - 導光体、ライン照明装置および画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は導光体、ライン照明装置およびこのライン照明装置を組み込んだ密着型および縮小型の画像読取装置（イメージセンサ）に関する。

ファクシミリ装置、複写機、イメージスキャナ装置等の画像読取装置は、原稿面を主走査範囲に亘って線状に照明するライン照明装置を備えている。このライン照明装置は、棒状または板状をなす透明導光体の端面から入射した光を内面で反射させながら出射面から出射せしめるようにしている。

上記ライン照明装置は導光体の一端または両端にＬＥＤなどの発光素子を配置するため、端部側から出射する光量が多くなり、主走査方向において光度が不均一になりやすい。

そこで、特許文献１では、導光体の一面に白色顔料を印刷塗布して光散乱パターンを形成し、この光散乱パターンの幅を発光ユニットに向けて徐々に狭めるようにした提案がなされている。また、特許文献２では、発光ユニットに近い側の端部に形成する光散乱パターンを不連続形状とする提案がなされている。

上記した白色顔料を印刷塗布して光散乱パターンを形成する手段では、スクリーン印刷によるため、スクリーンの目詰まり、温度、湿度、溶剤による希釈度合いや静電気による塗料の飛び散りなど多くのファクターによって転写ドットの大きさが変動してしまい、最適な光散乱パターンを多数の導光体の表面に再現することができず、生産歩留りが低下してしまう。また、シルクスクリーン印刷による場合は、満足できる均一性が得られるまで修正・製作を繰り返さなければならず、時間と費用がかかってしまう。

上記の不具合を解消するため、特許文献３では、導光体の裏面（底面）に三角形状の凹凸面からなる光反射部を形成する提案がなされている。

特開平８−１６３３２０号公報 特開平１０−１２６５８１号公報 特開２００１−２４２３２２号公報

図１２は光反射部として、三角形状の凹凸面を形成した場合の照射光の散乱を説明した図であり、ＬＥＤなどの発光素子から出射した光は導光体の端面から導光体内に入射し、三角形状の凹凸面において反射して出射面に至り、この出射面に対し全反射角よりも小さな角度で入射した光は出射面を透過して出射し、全反射角よりも大きな角度で入射した光は再び導光体内に戻される。

ここで、入射端部に近い箇所では、三角形状の凹凸面に入射する角度も一定ではないので、反射する角度も一定にならず、ある程度均一な強度で出射するが、入射端面からの距離が大きくなると、三角形状の凹凸面に入射する角度もほぼ一定になり、反射する角度もほぼ一定になってしまい、出射する光強度にばらつきが生じてしまう。

上記課題を解決すべく、請求項１に係る発明は、端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、互いに対向する両側面、前記底面及び前記両側面と前記底面との間にＣ面取りで形成された平面部とから構成され端面形状が六角形の棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける複数の筒状凹部からなる光反射部が形成され、前記複数の筒状凹部は導光体の長手方向とその軸線が直交し、また前記複数の筒状凹部が連続する部分における筒状凹部の前記軸線に直交する方向の断面形状は、前記筒状凹部の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成されている構成とした。
また、請求項２に係る発明は、端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、互いに対向する両側面、前記底面及び前記両側面と前記底面との間にＣ面取りで形成された平面部とから構成され端面形状が六角形の棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける連続した微細凹球面からなる光反射部が形成され、前記連続する微細凹球面の導光体の長手方向と直交する方向の断面形状は、微細凹球面の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成された構成とした。
また、請求項３に係る発明は、端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、前記底面及び前記上面と前記底面との間に形成され前記底面に近いほど曲率が大きくなった曲面からなる両側面とから構成された棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける連続した微細凹球面からなる光反射部が形成され、前記連続する微細凹球面の導光体の長手方向と直交する方向の断面形状は、微細凹球面の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成された構成とした。

このように、光反射部として球面などの曲面反射面を採用することで、光反射部に入射する光の角度が僅かにずれても反射角度が大きく変化するので、出射する光の強度が均一になる。また光散乱部とせず、光反射部としたことで反射光の指向性を高めることができる。即ち、特許文献１のような光散乱パターンを形成した場合には、導光体の端面方向から見て、出射面から出射する光束が広がってしまい光量ムラの原因となるが、特に筒状凹面を形成した場合には、出射光に指向性を持たせることも可能である。

特に、導光体の形状として側面と底面との間にＣ面取りによる平面部を形成した場合には、当該平面部は出射面への反射面としての役割は薄いため、底面部に形成する光反射部は円筒或いは楕円筒状の凹面として、主走査方向での光の反射角度を分散するのが好ましい。

また導光体の形状として両側面が底面に近いほど曲率が大きくなった曲面を採用した場合には、当該両側面は出射面への反射面としての役割も大きくなり、底面部に形成する光反射部は微細な凹球面とし、全体的に光の反射角度を分散するのが好ましい。

前記光反射部の形成領域では、筒状凹面が導光体の長手方向に連続して形成されるか、微細凹球面が連続して形成された構成とするが、発光素子を設ける側の導光体の端部近傍では、前記光反射部の形成領域の幅が導光体中央部における幅よりも端部に向かって徐々に短くするか、形成領域が途切れるようにすることで、光量の均一化が更に図れる。尚、前記微細凹球面の配列は稠密状とすることが考えられるが、これに限定されない。

前記導光体の出射面には出射光の焦点位置を制御するレンズまたはプリズムシートなどの回折光学素子を設けたり、また導光体の端面に発光ユニットからの光を前記反射部に導くためのレンズまたはプリズムシートを設けることが可能である。上記レンズは目的に応じて、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。光を絞るときには凸レンズ、光を広げるときには凹レンズを用いる。

また、導光体と発光ユニットとを組み合わせて構成されるライン照明装置としては、発光ユニットを備えたケース内に出射面が露出するように導光体を収納したもの、または導光体の端面に直接発光ユニットを取り付けたものが考えられ、また発光ユニット内に組み込まれるＲＧＢ三原色の発光素子は、導光体底面の中心線から等距離に配置した構成、導光体底面から等距離に配置した構成が考えられ、更に発光ユニットの背面側にはリフレクタなどの反射手段を配置してもよい。
更に、ライン照明装置としては、光源ユニットを一端側のみでなく両端に配置した構成としてもよい。また、上記ライン照明装置を組み込んだ画像読取装置としては、ライン照明装置が１本のみのもの、２本組み込んだものいずれも本発明に含まれる。

本発明に係る導光体によれば、光反射部を導光体の成形時に一体的に形成でき、シルクスクリーンによるパターン印刷に比較し、製作容易でコストダウンが図れる。

また、光反射部として三角凹凸面を形成した先行技術に比較して、主走査方向（導光体の長手方向）における照射光の強度が均一化され、光量ムラが無くなり、且つ光量の不足も解消される。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る導光体をライン照明装置の一部として組み込んだ画像読取装置の断面図、図２は同導光体の斜視図である。

画像読取装置はフレーム（筺体）１に形成した凹部１ａ，１ａにライン照明装置１０，１０を配置し、底部には光電変換素子（ラインイメージセンサ）２を備えたセンサ基板３を取り付け、更にフレーム１の中央部にライン照明装置１０からの照射光のうち原稿からの反射光を前記光電変換素子２に向けて集光せしめる等倍結像用のレンズアレイ４を取付けている。尚、図示例ではライン照明装置１０を一対設けているが、１つのみとしてもよい。

前記レンズアレイ４はレンズプレートを複数枚（図では２枚）重ねて正立等倍レンズとして構成され、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されている。斯かる構成のレンズアレイ４を用いることで、レンズ光軸とイメージセンサ（受光素子）とのずれに起因する光量レベルの低下を抑制し、線状画像を取り込む際の像の歪み発生を防止することができる。尚、レンズアレイ４としてはロッド状のレンズアレイを用いてもよい。

ライン照明装置１０は、棒状または板状をなすアクリル樹脂製の透明導光体１１を白色ケース１２に装填し、このケース１２の一端には光源ユニット１３を取り付けている。尚、光源ユニット１３はケース１２に取り付けているため、図２では想像線で示している。この光源ユニット１３はＲＧＢの三原色のＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有し、導光体１１を白色ケース１２に装填した状態で、導光体１１の底面の中心線から各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃまでの距離が等しくなるように設定している。このように設定することで、光強度のばらつきが抑制できる。

前記ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの配置については、夫々が導光体１１の底面からの距離が等しくなるように配置してもよい。つまり、底面から各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃへの垂線の長さが等しくなるように配置してもよい。

導光体１１は、端面形状が六角形となっている。即ち出射面となる上面１１ａ、両側面１１ｂ，１１ｃ、底面１１ｄ及び両側面と底面との間にＣ面取りで形成された平面部１１ｅ，１１ｆから周面が構成されている。

上記した導光体１１の周面は全て平面で形成されており、底面１１ｄには端面から入射した光を長手方向に均一に振り分ける光反射部１４が形成されている。この光反射部１４の形成領域は光源ユニット１３に近い側を島状に不連続とすることで、主走査方向の光強度が均一になるようにしている。

前記光反射部１４の各形成領域は複数の筒状凹面１５から構成されている。この筒状凹面１５は導光体の長さ方向（主走査方向）とその軸線が直交している。図３に示すように、筒状凹面１５の軸線に直交する方向の断面形状は、例えば、筒状凹面の輪郭を形成する直径０．０９ｍｍの円を０．０１〜０．０２の範囲で重ねることで形成される深さ０．０２〜０．０３ｍｍの円弧としている。

光反射部１４を筒状凹面１５にて構成することで、導光体１１の内部から見れば筒状凸面の反射面が形成されることになる。その結果、図３に示すように、光源ユニット１３からの光の入射角が若干ずれることで、筒状凸面での反射角は大きく変化することになる。特に従来例として示した三角凹凸部での反射は、光源ユニットから離れると三角凹凸部への入射角がほぼ一定になるので、反射角も決まってしまい、主走査方向において均一な反射になり難かったが、この実施例のように筒状凹面１５とすることで、満遍なく出射面となる上面１１ａに向けて反射するので、均一反射となる。

図示例では、筒状凹面１５の形状として円弧の一部を示したが、楕円弧の一部としてもよく、またこれらを組み合わせることも可能である。

図４は導光体の別実施例（実施例２）の斜視図、図５は図４の要部の拡大図であり、この実施例にあっては光反射部１４の各形成領域を微細な凹球面１６を稠密状に連続して形成するとともに、左右の両側面１１ｂ，１１ｃを曲面としている。曲面としては楕円面、放物面などが考えられ、左右の側面で曲率が異なるようにして焦点深度を大きくしてもよい。

凹球面１６の導光体の長手方向と直交する方向の断面形状は、前記の筒状凹面１５と同様に、例えば、凹球面の輪郭となる直径０．０９ｍｍの円を０．０１〜０．０２の範囲で重ねることで形成される深さ０．０２〜０．０３ｍｍの円弧とする。

光反射部１４を微細な凹球面１６とした場合には、端面から入射した光を出射面となる上面１１ａだけでなく、左右の側面１１ｂ，１１ｃにも反射するため、左右の側面１１ｂ，１１ｃは前記した実施例１のように平面とせず出射面に向けた反射面としても機能するように曲面とするのが効率的である。

図６は導光体１１の更なる別実施例を示す斜視図であり、この実施例にあっては、光反射部１４を構成する筒状凹面１５を主走査方向に連続して形成するとともにその幅方向寸法を光源ユニット１３側では短くすることで、反射光量の均一化を図っている。

また、図６に示す実施例では導光体１１の端面に凹部１７を設け、この凹部に光源ユニット１３を嵌め込むようにしている。したがって、この実施例ではケースを無くしてライン照明装置１０が構成される。尚、光反射部１４を微細な凹球面１６とした場合も図６と同様の別実施例が考えられる。

図７はライン照明装置の別実施例を示す図であり、この実施例では導光体１１の光源ユニット１３と対向する端部に凸レンズ２０またはプリズムシートを設け、光源ユニット１３から入射する光を光反射部１４に導くようにしている。

図８もライン照明装置の別実施例を示す図であり、この実施例では光源ユニット１３の背面側にリフレクタ２１を配置し、光源ユニット１３からの光を全て導光体１１内に入射せしめるようにしている。

図９は別実施例に係る画像読取装置の断面図であり、この実施例にあっては前記した図６のライン照明装置１０を用いており、フレーム（筺体）１に形成した凹部１ａに直接ライン照明装置１０を固定している。

更に、この実施例にあっては、導光体１１の底面１１ｄに反射シート１８を貼着して反射効率を向上するとともに、出射面である上面１１ａにはプリズムシート１９を貼着して出射光に指向性を高めている。

図１０及び図１１は実施例１及び実施例２に係る導光体と従来の導光体との主走査方向における光度比を示すグラフである。尚、従来例１は図２に示す形状の導光体に光反射部として白色ペイント採用したもの、従来例２は図４に示す形状の導光体に光反射部として白色ペイント採用したものである。これらのグラフから明らかなように、本発明に係る導光体は従来の導光体に比較して大幅に光度比が向上することが分かる。

本発明に係るライン照明装置および画像読取装置は、コピー機、ファクシミリ等として有効に利用される。

本発明に係る導光体をライン照明装置の一部として組み込んだ画像読取装置の断面図 同導光体の斜視図 本発明に係る導光体を組み込んだライン照明装置の作用を説明した図 導光体の別実施例の斜視図 図４の拡大図 導光体の別実施例の斜視図 ライン照明装置の別実施例を示す図 ライン照明装置の別実施例を示す図 別実施例に係る画像読取装置の断面図 実施例１に係る導光体と従来の導光体との主走査方向における光度比を示すグラフ 実施例２に係る導光体と従来の導光体との主走査方向における光度比を示すグラフ 従来の三角凹凸部による反射の挙動を説明した図

符号の説明

１…画像読取装置のフレーム、１ａ…凹部、２…光電変換素子（ラインイメージセンサ）、３…センサ基板、４…レンズアレイ、１０…ライン照明装置、１１…透明導光体、１１ａ…出射面、１１ｂ，１１ｃ…側面、１１ｄ…底面、１２…白色ケース、１３…光源ユニット、１４…光反射部、１５…筒状凹面、１６…凹球面、１７…凹部、１８…反射シート、１９…プリズムシート、２０…凸レンズ、２１…リフレクタ。

Claims (6)

1. 端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、互いに対向する両側面、前記底面及び前記両側面と前記底面との間にＣ面取りで形成された平面部とから構成され端面形状が六角形の棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける複数の筒状凹部からなる光反射部が形成され、前記複数の筒状凹部は導光体の長手方向とその軸線が直交し、また前記複数の筒状凹部が連続する部分における筒状凹部の前記軸線に直交する方向の断面形状は、前記筒状凹部の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成されていることを特徴とする導光体。
2. 端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、互いに対向する両側面、前記底面及び前記両側面と前記底面との間にＣ面取りで形成された平面部とから構成され端面形状が六角形の棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける連続した微細凹球面からなる光反射部が形成され、前記連続する微細凹球面の導光体の長手方向と直交する方向の断面形状は、微細凹球面の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成されていることを特徴とする導光体。
3. 端面から入射した照射光を底面に設けた光反射部で反射させて出射面から出射せしめる導光体において、この導光体の周面は前記出射面となる上面、前記底面及び前記上面と前記底面との間に形成され前記底面に近いほど曲率が大きくなった曲面からなる両側面とから構成された棒状をなし、前記端面にはＲＧＢ三原色の発光素子が前記底面からの距離を異ならせて設けられ、前記底面には前記端面から入射した光を導光体の長手方向に均一に振り分ける連続した微細凹球面からなる光反射部が形成され、前記連続する微細凹球面の導光体の長手方向と直交する方向の断面形状は、微細凹球面の輪郭となる円の一部が重なる円弧として形成されていることを特徴とする導光体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導光体において、前記光反射部は、導光体の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする導光体。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体と、光源とを備えることを特徴とするライン照明装置。
6. 請求項５に記載のライン照明装置と、光電変換素子からなるラインイメージセンサと、前記ライン照明装置からの照射光のうち原稿からの反射光を前記ラインイメージセンサに向けて集光せしめるレンズアレイとを備えた画像読取装置。