JPH07297996A

JPH07297996A - ライン照明装置およびそれを用いた画像読み取り装置

Info

Publication number: JPH07297996A
Application number: JP6089309A
Authority: JP
Inventors: Haruo Matsumoto; 春男松本
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】密着型イメージセンサなどの画像読み取り装
置のライン照明装置において、搭載するＬＥＤ発光素子
数を少なくしても、充分な被照明体照度と照度むらの小
さいライン照明装置を提供する。【構成】複数の発光素子５を配列した光源ユニット
に、直方体の透光性ロッド５０の長手方向の一側面を当
接配置したライン照明装置であって、前記透光性ロッド
は、該ロッドの前記光源ユニットの主走査方向の長さを
Ｔ、該ロッドの前記光源ユニットの光軸方向の辺の長さ
をＬ、該ロッドの屈折率をｎ、前記光源ユニットの副走
査方向における発光素子の配列ピッチをｐとするとき、Ｌ＞１／２・ｐ（ｎ²−１）^1/2，Ｌ＞Ｔの関係式を満足するライン照明装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被照明体をライン状に
照明するライン照明装置に関し、特にファクシミリ，コ
ピー機，ハンドスキャナなどに用いられる密着型イメー
ジセンサなどの、画像読み取り装置等のライン照明に有
用なものである。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ，コピー機，ハンドスキャ
ナなどでは、原稿を読み取るためにイメージセンサなど
の画像走査装置、すなわち画像読み取り装置が用いられ
ている。このような画像読み取り装置には、縮小型，密
着型，完全密着型などの種類があり、密着型イメージセ
ンサの場合には、照明系，等倍結像光学系，センサなど
から構成されている。

【０００３】そして、このような密着型イメージセンサ
は、一般的に、縮小型のイメージセンサに比べて、光路
長が短く、機器を小型化することができる。また、わず
らわしい光学調整もなく、機器への組み込みが容易であ
るメリットがあり、縮小型にかわって、多く使用される
ようになってきた。

【０００４】このような密着型イメージセンサにおい
て、その照明装置は被照明体をセンサによる読み取りが
可能な照度以上に照明しなければならない。そして、こ
の照明装置により照明すべき範囲は、密着型イメージセ
ンサの副走査方向（以下、「長さ方向」という）にライ
ン状であって、主走査方向にはきわめて狭いものとなっ
ている。また、長さ方向において被照明体の照度にむら
があると読み取りエラーの原因になるから、前記照度は
一様であるのが望ましい。

【０００５】このような照明装置として、従来、図４お
よび図５に示すようなライン状光源ユニット４０を用い
たものあり、これが、図６に示すような密着型イメージ
センサなどの一次元画像読み取り装置に、組み込まれて
用いられている。

【０００６】このライン状光源ユニット４０は、図４に
示すように、長さ方向に沿って細長い形状のＬＥＤアレ
イであって、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの合成
樹脂をベースとしたプリント配線基板４３上に、数十個
（例えば、３４個）の照明用のＬＥＤ発光素子（すなわ
ち、ＬＥＤチップ）４１と抵抗４２とを、ワイヤボンデ
ィング４６などを用いて実装配線すると共に、各ＬＥＤ
チップ４１はエポキシ樹脂などの透明な合成樹脂４４に
より被覆されている。

【０００７】図５には、図４に示すＬＥＤアレイ４０に
おけるＬＥＤチップ４１および抵抗４２の結線状態が示
されている。この図５において、互いに直列に接続され
た４つのＬＥＤチップ４１に１つの抵抗４２がさらに直
列に接続されて構成された直列回路４７が８組設けら
れ、これら８組の直列回路４７が互いに並列に接続され
ている。

【０００８】したがって、ＬＥＤアレイ４０全体では、
３４個のＬＥＤチップ４１が用いられているが、これら
総てのＬＥＤチップ４１は、図４に示すように、プリン
ト配線基板４３上では一列に配置されている。

【０００９】このようなライン状光源ユニット４０が、
図６に示すように密着型イメージセンサに組み込まれた
場合、ＬＥＤチップ４１から出射される光は、カバーガ
ラス２１を通過して被照明体１０に入射し、この被照明
体１０において反射してから再びカバーガラス２１を通
過して、金属フレーム６１により支持されたセルフォッ
ク（登録商標）レンズアレイ（以下、「ＳＬＡ」（登録
商標）という）などのロッドレンズアレイ３１に入射
し、この結果、このＳＬＡ３１により被照明体１０の像
が、蓋体２３に設けられた光電変換素子３２上に形成さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、このよう
な従来のライン状光源ユニットにおいては、ＬＥＤチッ
プ４１から発光する光を、効率的に使っているとは言え
ない点があった。つまり、実際に有効な光は、被照明体
１０の細い読み取りラインに当たった光のみであり、そ
の他の光は無駄な光となっていた。

【００１１】本発明では、ライン状光源ユニットから照
射される光を被照明体の照明に効果的に利用することに
より、搭載するＬＥＤ発光素子数を少なくしても、充分
な被照明体照度と照度むらの小さいライン照明装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】そこで、本発明では、
複数の発光素子を配列した光源ユニットに、直方体の透
光性ロッドの長手方向の一側面を当接配置したライン照
明装置であって、前記透光性ロッドは、該ロッドの前記
光源ユニットの主走査方向の長さをＴ、該ロッドの前記
光源ユニットの光軸方向の辺の長さをＬ、該ロッドの屈
折率をｎ、前記光源ユニットの副走査方向における発光
素子の配列ピッチをｐとするとき、Ｌ＞１／２・ｐ（ｎ²−１）^1/2，Ｌ＞Ｔの関係式を満足するライン照明装置を提供する。

【００１３】以下に、本発明における透光性ロッドと複
数の発光素子を配列した光源ユニットについて詳しく説
明する。まず図２に、透光性ロッド５０、チップ型ＬＥ
Ｄ５１、およびフレキシブル配線基板５２からなるＬＥ
Ｄ光源ユニットの断面図を示した。なお、（Ｂ）は部分
拡大図である。

【００１４】図２では、例えばフレキシブル配線基板５
２上に、複数個のチップ型ＬＥＤ５１が、半田５４によ
り半田付け接続されている。フレキシブル配線基板５２
に半田付けされたチップ型ＬＥＤ５１は、透明（透光
性）樹脂５３にて、透明ロッド５０に接着固定されてい
る。また、この透明樹脂は、前記透明ロッドと屈折率の
マッチングをとられていることが望ましい。

【００１５】なおここで、前記透光性ロッドは、該ロッ
ドの前記光源ユニットの主走査方向の長さをＴ、該ロッ
ドの前記光源ユニットの副走査方向の長さをＷ、該ロッ
ドの前記光源ユニットの光軸方向の辺の長さをＬ、該ロ
ッドの屈折率をｎ、前記光源ユニットの副走査方向にお
ける発光素子であるチップ型ＬＥＤ５１の配列ピッチを
ｐとする。

【００１６】図３の（Ａ）と（Ｂ）には、光の進路を説
明するために、透光性ロッド５０とチップ型ＬＥＤ５１
からなるライン状光源ユニットの、主走査方向と副走査
方向の断面を図示した。

【００１７】まず、前記副走査方向の断面上を進む光に
ついて考える。図３の（Ａ）において、チップ型ＬＥＤ
５１から発光した光は、透光性ロッド５０の出射面５０
Ａで空気との界面に達する。この光のうち、入射角θ＞
ｓｉｎ（１／ｎ）の光は、全反射により再び透光性ロッ
ド５０の内部に戻される。一方、入射角θ＜ｓｉｎ（１
／ｎ）の光は、そのまま出射面５０Ａから空気中へ出射
される。

【００１８】例えば、ｎ＝１．５とすると、その臨界角
は約４１．８度となり、４１．８度を超える入射角の光
は界面で全反射をし、４１．８度以下の入射角の光は空
気中へ出射されることになる。

【００１９】この場合、前記透光性ロッド５０のＬが充
分大きくないと、全反射により透明ロッド５０の出射面
５０Ａから出射されない領域が発生し、大きな照度むら
を生じ得ることになる。したがって、大きな照度むらを
生じさせないためには、透光性ロッド５０の長さ方向の
全体にわたって、チップ型ＬＥＤ５１からの光の入射角
が大きく、全反射しかしない領域をなくして、全幅にわ
たって必ず光が出射されるようにする必要がある。そこ
で、全反射のみの領域が存在しない条件を以下に求め
る。

【００２０】図３の（Ａ）に示したように、全反射する
可能性の１番可能性の高い位置は、隣接するチップ型Ｌ
ＥＤ５１の中間に位置する透光性ロッド５０の出射側長
さ方向の位置（図のＫ点）となる。Ｋ点において、チッ
プ型ＬＥＤ５１から入射する光が全反射しない条件を算
出すると、Ｌ＞１／２・ｐ（ｎ²−１）^1/2 となる。なお、ここで空気の屈折率は１とした。したが
って、透光性ロッド５０のＬは、上式を満足することが
重要である。

【００２１】なお、Ｌが大きくなりすぎると、照度むら
は小さくなるものの、前記ロッドの両端部から光が逃げ
てしまうようになることと、照明装置そのものが大きく
なりすぎてしまう。したがってＬの上限は、発光素子の
配列ピッチｐの２倍程度までが実用的である。

【００２２】つぎに、前記ロッドの幅方向の断面上を進
む光について考える。同様に、図３の（Ｂ）において、
チップ型ＬＥＤ５１から発光した光は、まず透光性ロッ
ド５０の側面５０Ｂで空気との界面に達する。この光の
うち、入射角θ＞ｓｉｎ（１／ｎ）の光は、全反射によ
り再び透光性ロッド５０の内部に戻される。一方、入射
角θ＜ｓｉｎ（１／ｎ）の光は、そのまま側面５０Ｂか
ら空気中へ出射される。

【００２３】したがって、透明ロッド５０の側面５０Ｂ
への光入射角４１．８度以内の光は、ロッド側面５０Ｂ
の界面で全反射され、空気中へは逃げて行かず、透光性
ロッド５０内を伝わって被照明体１０の読み取りライン
に近いロッド出射面５０Ａから出射され、被照明体１０
を有効的に照らす光として働く。なおこのためには、前
記ロッドの短辺寸法Ｔは、少なくとも、Ｌ＞Ｔなる関
係を満足することが必要であり、さらには、Ｔはできる
だけ小さいことが好ましい。前記寸法Ｔが小さいと、Ｌ
ＥＤ５１から発した光のうちは、前記ロッド５０の側面
５０Ｂへの入射角が小さい光が多くなり、その結果、被
照明体１０を有効的に照らす光となる。

【００２４】なお、Ｔが小さくなりすぎると、発光素子
からの光を有効に前記ロッド内に取り込むことができな
いため、照度そのものが低下してしまう。したがってＴ
の下限は、発光素子の有効発光径より大きいことが望ま
しい。

【００２５】上述の条件を満たすことで、透光性ロッド
５０の長さ方向の全体にわたって、光を出射することが
でき、被照明体１０の読み取りラインの照度を、同じＬ
ＥＤを用いた従来の方式に比べて、より明るくすること
が可能となる。

【００２６】

【作用】複数個の発光素子から発光した光は、板状の透
光性ロッド内を一部全反射しながら伝わるので、透光性
ロッドの長さ方向（副走査方向）以外にはほとんど拡散
しない。高い照度と照度むらの小さい、光効率の優れた
ライン照明装置が得られる。

【００２７】

【実施例】まず、上述したライン照明装置の条件を満足
する実施例について述べる。これは、Ａ４原稿用の照明
装置の例である。光学ガラス（ＢＫ７：ｎ＝１．５２）
製ロッドを用い、前記ロッドの寸法は、Ｗ＝２２４ｍ
ｍ，Ｔ＝１．５ｍｍ，Ｌ＝１０ｍｍである。また、発
光素子にはチップ型ＬＥＤを用い、このＬＥＤの配列ピ
ッチｐはＰ＝１４ｍｍであり、この場合１６個のＬＥＤ
が実装された。また、チップ型ＬＥＤ５１の実装用基板
として、フレキシブル配線基板を使用している。さら
に、チップ型ＬＥＤは、前記透明ロッドと屈折率のマッ
チングをとられている透明（透光性）樹脂にて、前記ロ
ッドに接着固定されている。

【００２８】また、チップ型ＬＥＤ５１の実装用基板と
して、フレキシブル配線基板５２を使用すると、エポキ
シやフェノール基板等のリジット配線基板と比べて以下
のメリットが生じる。外部の駆動回路の接続用コネクターの電線を一体化で
きる。基板が薄くできるので、照明装置の小型化ができ、さ
らに、放熱性がよくなるのでＬＥＤの発熱を金属フレ−
ムに逃がし易く、装置の寿命がのびる。透光性ロッドとチップ型ＬＥＤを接着すると、透光性
ロッドと配線基板間の熱膨張係数の違いによるストレス
が信頼性上問題となるが、フレキシブル配線基板は柔軟
性があるので信頼性が上がる。

【００２９】この実施例の照明装置の照度は、図４に示
した従来の照明装置（ＬＥＤ３４個実装のもの）に比べ
て、照度および照度むらとも同等のデータが得られた。

【００３０】つぎに、このライン照明装置を用いた搭載
した密着型イメージセンサの一構成例について示す。図
１は、本発明のライン照明装置を搭載した密着型イメー
ジセンサの断面図である。図１において、図６に示した
従来の光源ユニットを使った密着型イメージセンサとの
相違点は、カバーガラス２１とほぼ平行に、フレキシブ
ル配線基板５２の上にほぼ等間隔で実装した多数個のチ
ップ型ＬＥＤ５１（ＬＥＤチップを基板に実装し、エポ
キシ樹脂で封止したＬＥＤ）と透光性ロッド５０からな
るＬＥＤ光源ユニットを配設し、さらに、金属フレーム
６１の反射面６２を効果的に利用したところにある。

【００３１】さらに、透光性ロッド５０の出射面５０Ａ
から出射した光は、金属フレーム６１の反射面６２によ
り反射され、被照明体１０の読み取りラインに向けて照
射され、更なる照度アップをもたらすとともに、チップ
型ＬＥＤ５１のピッチに起因する照度むらの低減にも寄
与する。その結果、従来方式のライン照明装置と比較し
て、照明効率が良く、照度むらのリップルも低減出来る
ので、その結果、搭載するチップ型ＬＥＤ５１の使用数
を従来より減らすことも可能となる。

【００３２】以上により、透光性ロッド５０の長さ方向
の全長にわたって、光を出射することができる。しかし
ながら、チップ型ＬＥＤの前面に透光性ロッドを配置し
たといえども、Ｌをある程度大きくしないと、チップ型
ＬＥＤのピッチに対応した照度むらがどうしても存在す
る。一方、Ｌをやみくもに大きくすることは、必ずしも
得策ではない。また、出射した光が全て被照明体１０に
到達する訳でもない。

【００３３】そこで、照度むらの改善のと出射した光を
有効に利用する目的で、金属フレーム６１に反射面６２
を設け、透光性ロッド５０から出射した光のうち、金属
フレーム６１の反射面６２に達した光（反射面がなけれ
ば無効になる光）を被照明体１０に向けて反射させる構
造をとった。これにより、被照明体１０の照度アップが
図られるとともに、照度むらの低減にも寄与する。

【００３４】すなわち、透光性ロッド５０の出射点で
は、チップ型ＬＥＤ５１のピッチに対応する照度むらが
存在しているが、その光が反射面６２から反射し、その
光が被照明体１０に達するまでに光が拡散し、照度むら
の低減の効果がある。なお、この反射面の形状は、ある
傾きを持った平面、または凹面等を採用することができ
る。その傾きの角度は、透光性ロッド５０，被照明体１
０，金属フレーム６１等の位置関係により、効率のよい
値に設定される。さらに、その材質は、アルミニウム材
による光沢面、スズめっきや金属フレーム６１に光沢の
あるテープを貼り付ける等が挙げられる。

【００３５】また、光源ユニットの金属フレーム６１へ
の取り付け固定は、フレキシブル配線基板５２の裏面に
両面接着テープを用いて、金属フレーム６１へ接着す
る。また、透光性ロッド５０の材質は、ガラスやアクリ
ル、ポリカーボネート等の透明樹脂が挙げられる。

【００３６】

【発明の効果】上述のライン照明装置では、従来方式よ
りも格段に効率の良い照明が可能であり、使用するＬＥ
Ｄ発光素子の個数を減らすことができ、ひいては当該装
置のコストダウン、コンパクト化、消費電力の低減に有
効である。

【００３７】さらに、この照明装置を用いた画像読み取
り装置では、装置の小型化が可能であり、また前記照明
装置をその光軸が前記原稿面に対してほゞ平行になるよ
うに配置し、かつ前記読み取り装置フレームに平面また
は凹面の反射面を設けることによって、照度むらをより
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のライン照明装置を組み込んだ密着型イ
メージセンサの一実施例の断面図。

【図２】本発明のライン状光源ユニットの副走査方向の
構造図。（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図。

【図３】本発明における光の進路を説明するための断面
図。（Ａ）は副走査方向、（Ｂ）は主走査方向のそれで
ある。

【図４】（Ａ）は従来の密着型イメージセンサに組み込
まれているライン状光源ユニット（ＬＥＤアレイ）の平
面図、（Ｂ）は側面図である。

【図５】図４に示すＬＥＤアレイの回路図である。

【図６】図４および図５に示すＬＥＤアレイを組み込ん
だ従来の密着型イメージセンサの断面図である。

【符号の説明】

１０被照明体２１カバーガラス２２光軸２３蓋体３１ロッドレンズアレイ３２光電変換素子４０ライン状光源ユニット（ＬＥＤアレイ）４１ＬＥＤ発光素子４２抵抗４３プリント配線基板４４透明な合成樹脂４６ワイヤボンディング４７直列回路５０透光性ロッド５０Ａ透光性ロッドの出射面５０Ｂ透光性ロッドの側面５１チップ型ＬＥＤ５２フレキシブル配線基板５３透明（透光性）樹脂５４半田６１金属フレーム６２反射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の発光素子を配列した光源ユニット
に、直方体の透光性ロッドの長手方向の一側面を当接配
置したライン照明装置であって、前記透光性ロッドは、
該ロッドの前記光源ユニットの主走査方向の長さをＴ、
該ロッドの前記光源ユニットの光軸方向の辺の長さを
Ｌ、該ロッドの屈折率をｎ、前記光源ユニットの副走査
方向における発光素子の配列ピッチをｐとするとき、Ｌ＞１／２・ｐ（ｎ²−１）^1/2，Ｌ＞Ｔの関係式を満足することを特徴とするライン照明装置。
【請求項２】請求項１に記載のライン照明装置におい
て、前記発光素子はＬＥＤであり、フレキシブル配線基
板に実装されているライン照明装置。
【請求項３】請求項１に記載のライン照明装置におい
て、前記光源ユニットのＬＥＤ発光素子が、前記透光性ロッ
ドに該ロッドと屈折率のほぼ等しい透明性樹脂にて、接
着固定されているライン照明装置。
【請求項４】複数の発光素子を有するライン照明装置
と、前記照明装置で照明された原稿面からの反射光を読
み取る光学装置を備えた画像読み取り装置において、前記ライン照明装置は、複数の発光素子を配列した光源
ユニットに、直方体の透光性ロッドの長手方向の一側面
を当接配置し、前記透光性ロッドは、該ロッドの前記光
源ユニットの主走査方向の長さをＴ、該ロッドの前記光
源ユニットの光軸方向の辺の長さをＬ、該ロッドの屈折
率をｎ、前記光源ユニットの副走査方向における発光素
子の配列ピッチをｐとするとき、Ｌ＞１／２・ｐ（ｎ²−１）^1/2，Ｌ＞Ｔの関係式を満足し、さらに前記発光素子はＬＥＤであ
り、フレキシブル配線基板に実装されており、前記ＬＥ
Ｄは前記透光性ロッドに該ロッドと屈折率のほぼ等しい
透明性樹脂にて接着固定されており、さらにその光軸が
前記原稿面に対してほゞ平行になるように配置されてお
り、かつ前記読み取り装置のフレームには、前記照明装置か
ら出射される光を前記原稿面側に反射させる反射面を備
えており、該反射面は平面または凹面であることを特徴
とする画像読み取り装置。