JPWO2008013234A1 - ライン状照明装置、イメージセンサ及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、発光素子からの放射光を効率良く導光体内に入射させるライン状照明装置及びこのライン状照明装置を用いたイメージセンサ、画像読取り装置を提供する。このために、発光素子と、発光素子から放射される光を端面から受光し、その受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、導光体を被うとともに、その導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、導光体の端面を超えて発光素子と嵌合する導光体カバーとを有する。

Description

本発明は、原稿読取面を照射してその反射光を読取るイメージセンサ等で用いられるライン状照明装置、イメージセンサ及びそれを用いた画像読取装置に関するものである。

従来、イメージスキャナ、ファクシミリ或は複写機等の画像読取装置で用いられるイメージセンサには、縮小型、密着型等の種類がある。その中で密着型イメージセンサ（以下ＣＩＳ）は、照明装置、等倍結像光学装置、光電変換素子等から構成されている。そして、このＣＩＳは一般的に、縮小光学系を利用したイメージセンサに比べて、光路長が短いため機器を小型化し易いという特徴をもつ。そのため機器への組み込みが容易であり、縮小光学系に代わって薄型のフラットベット型画像読取装置などに多く使用されるようになってきた。このＣＩＳに使用されるライン状の照明装置は、原稿面を必要な照度以上に照明し、原稿からの反射光が十分な光量を持って光電変換素子に到達することが要求されている。

図９は、従来の密着型イメージセンサの構成断面図である。ここでは導光体４２が一本の場合を示している。この密着型イメージセンサは、原稿を照射するためのライン状の照明装置を有し、レンズ４４を通して原稿４９からの反射光を光電変換素子で形成されたラインセンサ４５で受けて電気信号に変換している。

図９において、４３は構成部材を支持するフレーム、４４は原稿の光学像をラインセンサ４５上に結像するレンズアレイ、４５は原稿の光学像を電気信号に光電変換する受光部を複数備えたライン状に配置されたラインセンサである。また４６はラインセンサ４５を搭載しているセンサ基板である。４１ｒ，４１ｇ，４１ｂは、原稿を照明するための発光ダイオード（以下ＬＥＤ）からなる発光素子４１で、長尺方向に延びた導光体４２の端面に配置されている。ライン状照明装置は、ＬＥＤからの放射光を取入れ、原稿読取部の１ラインの長さに亘って照明光量が略均一になるように設計された導光体４２を有している。４７はセンサ信号と外部機器を接続するコネクタ、４８は原稿４９を支持する透明ガラス製の原稿支持台である。

一般的に導光体４２の端面に配置された発光素子から放射された光は、アクリル製の導光体４２中に導かれ、その内部を複雑に反射しながら出射面から外部に出射されて原稿４９を照明する。

このようなライン状照明装置としては、いろいろな形状のものが使われており、最近は図１０に示すような角柱状のものも使われている（特許文献１）
図１０は、従来のライン状照明装置の構成を示す図である。

このライン状照明装置１０の導光体２０は、ＬＥＤ光源ユニット３０に一体形成された導光体取付け枠３１に挿入されるような構成となっている。更に導光体２０は、その外側に導光体カバー（図示せず）が配置されている。
特開２００５−２３６９４０号公報

しかし図１０の構成では、ＬＥＤ光源ユニット３０の構成が複雑となり、市販品のＬＥＤではなく、カスタムメイドのＬＥＤを必要とする。また導光体の形状によっては導光体取付け枠３１を大きくする必要があり、それに伴ってＬＥＤ光源ユニット３０の形状を大きくする必要があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。

又本願発明の特徴は、発光素子と導光体が同一の導光体カバーで覆われており、発光素子からの放射光を効率良く導光体内に入射させることができるライン状照明装置を提供することにある。

又このライン状照明装置を用いたイメージセンサ、画像読取り装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係るライン状照明装置は以下のような構成を備える。即ち、
発光素子と、
前記発光素子から放射される光を端面から受光し、当該受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
前記導光体を被うとともに前記導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、前記導光体の前記端面を超えて前記発光素子と嵌合する導光体カバーと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果がある。
（１）発光素子と導光体が同一の導光体カバーで覆われているため、発光素子からの放射光を効率良く導光体に入射させることができる。
（２）発光素子側に導光体の嵌挿を考慮した光漏れ防止のための複雑な構造が不要となる。
（３）発光素子と導光体の位置決めを容易にできる。

本発明の実施の形態１に係るライン状照明装置１００を概略的に示す斜視図である。 図１の線I−Iに沿う断面図である。 本実施の形態に係るライン状照明装置の導光体の断面図である。 本発明の実施の形態１に係るライン状照明装置における発光素子近傍の拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に係るライン状照明装置における発光素子近傍の拡大図である。 本実施の形態に係るライン状照明装置を用いた密着型イメージセンサを概略的に示す斜視図である。 図６の線II−IIに沿う断面図である。 本発明の実施の形態に係るライン状照明装置を搭載した密着型イメージセンサを用いたフラットベッド型イメージスキャナの外観斜視図である。 従来の密着型イメージセンサの構成断面図である。 、従来のライン状照明装置の構成を示す図である。 本実施の形態１に係るライン状照明装置を図１０に示す導光体取付け枠に該当する比較枠として設けた比較用ライン状照明装置の一部拡大断面図である。

符号の説明

１００ ライン状照明装置
１０１ 発光素子
１０２ 基板
１０３ 導光体カバー
１０４ 空気層
１０５ 受光端面（端面）
１０６ 導光体
１０８ 光の出射口
１１０ 延長部

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るライン状照明装置１００を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１の線I−Iに沿う断面図である。

本実施の形態に係る発光素子１０１は、市販の白色ＬＥＤ（日亜化学工業株式会社製の型番；NFSW036B）を用いている。このＬＥＤパッケージの形状は、厚さ０．８ｍｍ、縦横３．５ｍｍである。また、このＬＥＤは放熱のための厚さ２ｍｍの銅製の基板１０２上に配置されている。

尚、この発光素子（光源）１０１は、通常の明るさのＬＥＤを多数個接続し、複数のチップから形成することも可能である。また白色ＬＥＤの代わりに、赤青緑の３種類のＬＥＤを用いることも可能である。

本実施の形態では、導光体１０６は光透過性の高いアクリル樹脂を所定の形状に成型して形成している。また導光体カバー１０３は、白色の顔料を練り込んだポリカーボネート樹脂を成型して用いた。この導光体１０６は、Ａ４サイズの原稿を照射する用途では、その長さは通常２３０ｍｍ程度である。またその断面形状は、約３０平方ｍｍの扇型（図３参照）で、全体として長尺棒状の形状である。

１０３は、この導光体１０６を覆う導光体カバーで、発光素子１０１までも含んで覆う構成となっている。ここで導光体カバー１０３は、発光素子１０１と導光体１０６との間の空気層１０４を覆い、発光素子１０１が実装されている基板１０２に当接する延長部１１０を有しており、また発光素子１０１自体を取り囲むように嵌合している。１０８は導光体１０６からの光の出射口で、この部分は導光体カバー１０３の開口部となっている。１１１は、導光体１０６の長尺方向に沿って設けられた反射・拡散面で、この反射・拡散面１１１に入射した光は拡散され、その一部が反射・拡散面１１１と対向する出射面１０７、出射口１０８を通って原稿を照射する。１０５は、この導光体１０６の受光端面で、発光素子１０１から発光された光を、この端面１０５で受光して、導光体１０６の内部に導いている。

図３は、本実施の形態に係る導光体１０６の断面図で、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。

図４は、本発明の実施の形態１に係るライン状照明装置１００における発光素子１０１近傍の拡大断面図である。

図４に示すように、本実施の形態に係るライン状照明装置１００では、発光素子１０１の大きさは導光体１０６の断面より小さい。そして発光素子１０１まで延長した導光体カバー１０３は、空気層１０４を覆い、発光素子１０１が実装されている基板１０２に当接する延長部１１０を有している。更に、この導光体カバー１０３は、発光素子１０１の側面（本実施の形態ではＬＥＤパッケージ自体）を取り囲むように嵌合している。

発光素子１０１から放射された放射光１１２は、導光体１０６の受光端面１０５に直接到達する光線と、放射角が大きくて導光体カバー１０３の内側面１１３に到達する光線とで構成されている。導光体カバー１０３の内側面１１３に到達した光線は、白色のポリカーボネート製の導光体カバー１０３の内側面１１３で反射、若しくは更にこの導光体カバー１０３内側面１１３での反射を繰返した後、導光体１０６の受光端面１０５及び導光体１０６に到達する。このように導光体カバー１０３を、発光素子１０１と導光体１０６とを一体で覆うように形成することにより、発光素子１０１からの放射光を効率良く導光体１０６に入射させることができる。

本実施の形態１に係るライン状照明装置１００の出射口１０８における長尺方向での照度分布を測定した。また比較例として図４に示す導光体カバー１０３における延長部１１０を、背景技術で説明した図１０の従来のライン照明装置の導光体取付け枠３１の該当する比較枠１１５に製作し、図１１に例示する比較用ライン状照明装置１１６とした。

図１１は、本実施の形態１に係るライン状照明装置を図１０に示す導光体取付け枠に該当する比較枠として設けた比較用ライン状照明装置の一部拡大断面図である。

図１１において、比較枠１１５は、実施の形態１の導光体カバー１０３と同じ材質を用いて基板１０２側から延長させて、発光素子１０１、空気層１０４及び導光体１０６の受光端面１０５近傍までを被う枠形状としている。ここで導光体カバー１０３と比較枠１１５とは境界１１７を介してほぼ当接している。

この比較用ライン状照明装置１１６の出射口１０８における照度分布を、前述の実施の形態１と同じ条件で測定し、実施の形態１の照度分布と平均値で比べた。その結果、本実施の形態１の照度が約５％高いことが確認できた。

また本実施の形態１によれば、次の利点もある。

アクリル製の導光体１０６は吸湿等により、その長尺方向の長さが若干膨張／収縮し、空気層１０４において発光素子１０１と導光体１０６の受光端面１０５の距離が変動する。これによって、発光素子１０１からの放射光１１２を受光端面１０５が直接受光できる放射光の量が変わり、導光体１０６が直接受光できる光量が変化する。

これに対して本実施の形態１に係るライン状照明装置１００の構成では、導光体１０６への入射光量が殆ど変化しないために、ライン状照明装置１００から出射される光量には変化が見られなかった。

更に、本実施の形態１に係るライン状照明装置１００では、導光体カバー１０３が基板１０２に当接するよう延長した延長部１１０が発光素子１０１の外形を被う構造であるため、発光素子１０１に用いるＬＥＤは市販品をそのまま用いることができる。これにより発光素子１０１の部品選択が容易となり、ライン状照明装置１００の製造コスト面でも有利となる。

尚、図４では、内側面１１３の形状を直線状で示したが、この内側面１１３を発光素子１０１の発光点を焦点とする放物面の形状にしてもよい。こうすることにより集光効果が高まり、発光素子１０１からの光の利用効率を上げることができるため好適である。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係るライン状照明装置１００における発光素子１０１近傍の拡大断面図である。この実施の形態２では、発光素子１０１のサイズは、導光体１０６の受光端面１０５よりも大きい場合で示している。本実施の形態に用いた発光素子１０１はＬＥＤ（日亜化学工業株式会社製 型番；NS6W083）で、寸法は縦横６．５×５．０ｍｍ、厚みは１．３５ｍｍである。この発光素子１０１の外形サイズは、導光体１０６の断面（受光端面１０５）より大きくなっている。

本実施の形態２では、発光素子１０１からの光線は導光体カバー１０３の延長部１１０の開口形状を大きくして図４と同様に発光素子１０１を嵌合している。これにより、発光素子１０１からの放射光を効率良く導光体１０６に入光させるようにしている。

また発光素子１０１と受光端面１０５との間の空気層１０４に代えて、その領域を透明樹脂層で形成することも好適である。この場合の透明な樹脂層は、発光素子１０１と受光端面１０５との距離や形状を適性に選定することにより、導光体１０６への効率良い入光が得られる。この樹脂層に用いる樹脂は、導光体１０６と光学的性質の近い、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂やエポキシ樹脂が好適である。

本実施の形態２に係る導光体カバー１０３は、このように形成した透明樹脂層を容易に収容し被うことができる。この透明樹脂層を通って、導光体カバー１０３の内側面１１３に到達した光源からの放射光を外部に漏らすことなく反射・散乱させ、若しくは更にこの内側面１１３での反射を繰返したのち受光端面１０５に入光させることができる。

導光体１０６内に入射した光は、導光体１０６内で全反射を繰返して導光体１０６の長尺方向に導光される。この導光体１０６の一部には、導光体１０６の長尺方向に沿って反射・拡散面１１１が設けられている。光が反射・拡散面１１１に入射すると、その入射した光が拡散され、その一部が反射・拡散面１１１と対向する出射面１０７を通って原稿読取りライン２０５（図６参照）を照射する。

このような構成により、発光素子１０１から放射された光を効率良く利用したライン状照明装置１００を形成できる。

更に、前述の実施の形態１と同様に、発光素子１０１が導光体カバー１０３に嵌合する形状としているため、導光体カバー１０３は、発光素子１０１と導光体１０６とのそれぞれの中心位置のずれがなく、導光体１０６に入射する光量変化が発生しにくい構造となっている。

また導光体カバー１０３の内側面１１３を、無電解メッキ等によって金属光沢面を有する金属薄膜を表面処理すること、或は酸化チタンをコーテングすることは、発光素子１０１からの光の反射効率を向上させて放射光を有効に利用できるため有効である。

また導光体カバー１０３の内側面１１３の表面処理の別法として、この導光体カバー１０３を成形する金型の導光体カバー１０３の内側面１１３に当接する面を鏡面仕上げすることにより、成形した導光体カバー１０３の内側面１１３を鏡面仕上げにしても良い。

これにより、内側面１１３での光の反射率が向上し、発光素子１０１からの放射光を効率的に導光体１０６に入光させることができる。尚、導光体カバー１０３の内側面１１３の表面処理を、内側面１１３の全面とするか、或は受光端面１０５の近傍に限定するかは、費用対効果等を考慮して決定することのが良い。

更に、導光体カバー１０３の内側面１１３を表面処理することに代えて、導光体カバー１０３の延長部１１０の外側に金属板による被いを設けても良い。これにより、導光体カバー１０３を通過して漏れた光を導光体カバー１０３側に戻し、強いては、その一部を導光体１０６へ入光させることができる。これにより光を効率的に利用できる。

尚、上述した実施の形態１及び２では共に、導光体１０６の一方の端面側を受光端面とし、その受光端面側に発光素子１０１を配置する場合で説明した。しかし本発明のライン状照明装置はこれに限定されるものではない。例えば、導光体１０６のもう一方の端面側にも発光素子を設け、その発光素子に対しても同様に、導光体カバーを延長して成型して製作してもよい。

図６は、上述したライン状照明装置１００を用いた密着型イメージセンサ２００を概略的に示す斜視図であり、図７は、図６の線II−IIに沿う断面図である。

図６及び図７に示すように、この密着型イメージセンサ２００は、ボックス状のフレーム２０１に、上述したライン状照明装置１００と、ロッドレンズアレイ２０２と、センサアレイ基板２０３とを収納して構成している。この密着型イメージセンサ２００は、その上部のガラス等の原稿台（不図示）の上に置いた原稿を照明し、この照明光の原稿からの反射光を受光して光電変換するものである。

より詳しくは、密着型イメージセンサ２００において、ライン状照明装置１００が、原稿読取りライン２０５をライン状に照明する。こうして照明された光が原稿から反射され、その読取り位置の光情報がロッドレンズアレイ２０２に受光され、センサアレイ基板２０３に配置したラインセンサ２０４上に結像する。このラインセンサ２０４は、その結像した光を電気信号に変換して出力することにより、原稿の読取りが出来る仕組みになっている。

このようなライン状照明装置１００を用いることによって、使用環境による照度特性の変化が小さく抑えられた密着型イメージセンサを提供できる。

図８は、本発明の実施の形態に係るライン状照明装置１００を搭載した密着型イメージセンサ２００を用いたフラットベッド型イメージスキャナ（画像読取装置）３００の外観斜視図である。

この画像読取装置３００は、筐体３０１の内部に、図６に示す密着型イメージセンサ２００が収納されている。更に、この筐体３０１内に密着型イメージセンサ２００を移動させるための駆動モータ３０２及びワイヤ３０３が設けられている。また、この筐体３０１の上面にはガラス板３０４が原稿支持体として設けられている。また、この筐体３０１の端部には、ガラス板３０４上に載置された原稿をガラス板３０４に押し付けるための圧板３０５が開閉可能に取り付けられている。

このように構成されたイメージスキャナでは、ガラス板３０４上に原稿を下向きに載せ圧板３０５を閉じてから、駆動モータ３０２を駆動させてワイヤ３０３を機械的に移動させる。これにより、密着型イメージセンサ２００が読取方向（走査方向）に移動して原稿画像を読取ることができる。

この密着型イメージセンサ２００は、前述したライン状照明装置１００が一体に組み込まれたセンサーユニットとして構成されている。このライン状照明装置１００からの光で照らされた原稿からの反射光は、密着型イメージセンサ２００中のロッドレンズアレイによって光電変換素子（ラインセンサ）に集光され、１走査ライン毎に画像情報として出力される。この画像情報は、例えば、ＵＳＢ，ＩＥＥＥ１３９４等のインターフェースを介して、接続されている外部機器に出力される。また或は、ブルーツース等のワイヤレス通信により外部機器に出力される。

このようにして、シート状の原稿の画像情報を読取って出力できるイメージスキャナを提供できる。

このように本実施の形態に係るライン状照明装置を用いた密着型イメージセンサ又は画像読取装置は、使用環境に拠ることなく、安定した画像品質が得られる。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係るライン状照明装置は以下のような構成を備える。即ち、
発光素子と、
前記発光素子から放射される光を端面から受光し、長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
前記導光体を被うとともに前記導光体からの出射光を通過させるための開口部を有する導光体カバーとを有するライン状照明装置であって、
前記導光体カバーは、前記導光体の前記端面を超えて延長し、且つ前記発光素子の側面を覆って嵌合する構造を有することにより、前記発光素子と前記導光体との位置関係を規定する機能を有することを特徴とする。

Claims (12)

1. 発光素子と、
   前記発光素子から放射される光を端面から受光し、当該受光した光を長手方向に導光するとともに出射面から光を出射する長尺状の導光体と、
   前記導光体を被うとともに前記導光体の出射面から放射される光を通過させるための開口部を有し、前記導光体の前記端面を超えて前記発光素子と嵌合する導光体カバーと、
   を有することを特徴とするライン状照明装置。
2. 前記発光素子は複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
3. 前記発光素子と前記端面との間に、前記導光体カバーにより覆われた空気層を設けていることを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
4. 前記発光素子と前記端面との間に、前記導光体カバーにより覆われた透明な樹脂層を設けていることを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
5. 前記導光体カバーの前記発光素子と前記端面との間の内側面は、前記発光素子の発光点を焦点とする放物形状を有することを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
6. 前記導光体カバーの前記発光素子と前記端面との間の内側面は、光を反射するための表面処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
7. 前記表面処理は、前記内側面に金属薄膜を形成する処理であることを特徴とする請求項６に記載のライン状照明装置。
8. 前記表面処理は、鏡面仕上げであることを特徴とする請求項６に記載のライン状照明装置。
9. 更に、前記導光体カバーの前記発光素子と前記端面との間の外側面に、光反射用の金属板を設けたことを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
10. 前記長尺状の導光体は、当該導光体の長手方向に亘って、前記出射面に対向する位置に光を反射、拡散するための反射・拡散面を有することを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
11. 請求項１に記載のライン状照明装置と、
    センサ面に結像された光情報を電気信号に変換する光電変換素子と、
    読取り位置の光情報を前記光電変換素子のセンサ面上に結像するためのレンズとを有し、
    前記ライン状照明装置と前記光電変換素子及び前記レンズとを１つのフレームに収容したことを特徴とするイメージセンサ。
12. 請求項１１に記載のイメージセンサと、
    前記イメージセンサと原稿とを相対移動させるための駆動手段と、
    前記駆動手段による相対移動に同期して前記イメージセンサにより読取った画像信号を外部装置に出力する出力手段と、
    を有することを特徴とする画像読取装置。

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