JP6007361B2 - 導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置に関し、詳しくは、原稿画像からの反射光を光学的に読み取る画像読取装置、これに用いられる導光体及び画像読取用照明装置に関する。

一般にスキャナと称される画像読取装置は、主走査方向に延在する照明ユニットを含む読み取り系及び原稿などの読み取り対象物のいずれかを副走査方向に移動させ、原稿画像を２次元的に読み取っている。従来、この種の光源としては、蛍光灯が多く使用されていたが、近年では、省電力化のためにＬＥＤへ置き換える動きが進んでいる。しかし、ＬＥＤは、蛍光灯と異なり点光源である。従って、ＬＥＤを画像読取装置の光源として用いる場合には、スキャンに必要なライン状の配光を得るために、特許文献１に記載のような導光体と共に用いられることが一般的である。この種の導光体５１０（図１２参照）では、ＬＥＤから入射した光線を導光体内に設けられた反射面によって反射し、出射面を経由して、所望の画像読取位置に向けて照射している。ただし、従来の導光体では、導光体の反射面から反射した光線の全てが、所望の画像読取位置に向かうわけではなく、反射した光線の一部は、図１２に示すように、画像読取位置から大きく外れた位置に照射されていた。結果として、従来の導光体では、照射効率が低かった。

特開２０１３−５１１０８号公報

本発明の目的は、照射効率が良好な導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置を提供することである。

本発明の第１の形態に係る導光体は、
画像読取装置に用いられる導光体であって、
所定方向に延在し、
前記所定方向における端部側から入射した光線を外部に出射する出射面、前記入射した光線を前記出射面に向かって反射する底面を構成する反射面、及び、前記入射した光線を前記反射面を介して前記出射面に向けて反射する側面を有し、
前記所定方向と直交する断面の形状が、前記側面を構成する楕円と前記底面を構成する放物線とが連続的に繋がった形状を含み、
前記放物線形状の反射面は、該反射面で反射した光線を平行光として前記出射面に向けて反射し、
前記楕円の前記反射面側に位置する第１の焦点と前記放物線の焦点とが重なること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態に係る画像読取用照明装置は、
前記導光体と、
前記導光体の一端に設けられた光源と、
を備え、
前記光源の少なくとも一部は、前記導光体の延在方向から見たとき、前記第１の焦点と重なっていること、
を特徴とする。

本発明の第３の形態に係る画像読取用照明装置は、
前記導光体と、
前記導光体からの光線を画像読取位置に向かって反射する反射板と、
を備えること、
を特徴とする。

本発明の第４の形態に係る画像読取装置は、
前記画像読取用照明装置を備えること、
を特徴とする画像読取装置。

本発明の第５の形態に係る画像読取装置は、
前記導光体を備え、
前記断面の形状における前記楕円の２つの焦点を通過する直線上に画像読取位置が存在すること、
を特徴とする。

本発明の第６の形態に係る画像読取装置は、
前記導光体を備え、
前記出射面から出射された光線の焦点位置に原稿を載置する面が位置すること、
を特徴とする画像読取装置。

本発明に係る導光体では、入射した光線が該導光体の断面形状における放物線の焦点を通過することにより、該光線は放物線の軸方向と平行に出射される。従って、本発明に係る導光体では、従来の導光体のように、光線の一部が、意図しない方向へ出射されることを抑制することができる。しかも、該導光体の断面形状における放物線の焦点と楕円の一方の焦点が重なっている。これにより、放物線の焦点と重なっていない楕円の他方の焦点を通過した光線も導光体内を反射して、放物線の焦点と重なっている楕円の一方の焦点を経由し、放物線の軸方向に出射される。以上より、本発明に係る導光体では、従来の導光体と比較して、良好な照射効率を得ることができる。

本発明によれば、良好な照射効率を得ることができる。

一実施例である画像読取装置の内部の概略説明図である。 一実施例である画像読取用照明装置の外観斜視図である。 一実施例である導光体の断面図である。 従来の導光体の断面図である。 一実施例に係る導光体の照射効率と比較例に係る導光体の照射効率を示すグラフである。 変形例である画像読取装置における画像読取位置近傍の概略説明図である。 変形例である画像読取装置の内部の概略説明図である。 変形例である画像読取装置における画像読取位置近傍の概略説明図である。 変形例である導光体の外観斜視図である。 変形例である画像読取用照明装置を導光体の延在方向と直交する方向から見た側面図である。 他の実施例に係る画像読取用照明装置の側面図である。 特許文献１に記載の導光体と同種の導光体の断面図である。

以下で、一実施形態である導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置について、図面を参照して説明する。

（画像読取装置の構成 図１参照）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像読取装置１の構成図である。以下では、画像読取装置の主走査方向をｘ軸方向、画像読取装置の副走査方向をｙ軸方向、及び画像読取装置の上下方向をｚ軸方向とする。なお、副走査方向の上流側はｙ軸方向の負方向側であり、主走査方向の上流側はｘ軸方向の負方向側である。

画像読取装置１は、図１に示すように、本体２、原稿ガラス３、第１スライダーユニット４、第２スライダーユニット５、結像レンズ６、撮像素子７、ミラー１１〜１３及び画像読取用照明装置２０を備えている。

本体２は、原稿ガラス３、第１スライダーユニット４、第２スライダーユニット５、結像レンズ６、撮像素子７、ミラー１１〜１３及び画像読取用照明装置２０が取り付けられる直方体状の筐体である。原稿ガラス３は、本体２の上面に設けられている開口に取り付けられている長方形状の透明板である。原稿Ｄは、原稿ガラス３の上面である載置面に、読取面を下側に向けた状態で載置される。

画像読取用照明装置２０は、原稿ガラス３を通して、原稿Ｄに向けて光を照射する。また、画像読取用照明装置２０から照射される光の焦点は、原稿ガラス３における原稿Ｄが載置される面上に位置する。なお、画像読取用照明装置２０の詳細については後述する。

ミラー１１は、図１に示すように、原稿Ｄにおいて反射された光をｙ軸方向の負方向側に反射させる。ミラー１２は、ミラー１１からの光をｚ軸方向の負方向側に反射させる。ミラー１３は、ミラー１２からの光をｙ軸方向の正方向側に反射させる。

ここで、画像読取用照明装置２０及びミラー１１は、図１に示すように、第１スライダーユニット４に搭載されている。第１スライダーユニット４は、原稿Ｄが読み取られているときには、原稿ガラス３の下面に沿って、図示しないモーター、ベルト及びプーリー等の移動手段により、ｙ軸方向の正方向側に向かって速度Ｖで移動させられる。

また、ミラー１２，１３は、図１に示すように、第２スライダーユニット５に搭載されている。第２スライダーユニット５は、原稿Ｄが読み取られているときには、原稿ガラス３の下面の下方において、図示しないモーター、ベルト及びプーリー等の移動手段により、ｙ軸方向の正方向側に向かって速度Ｖ／２で移動させられる。これにより、移動中における原稿Ｄの読み取り面と撮像素子７との間の光の経路の長さが一定となる。

結像レンズ６は、光によって得られる光学像を撮像素子７に結像させる。撮像素子７は、原稿Ｄで反射された光を受光する受光素子である。具体的には、撮像素子７は、ｘ軸方向に延びる一次元状の撮像領域を有し、結像レンズ７によって結像された光学像を走査して原稿Ｄの像の撮像を行うＣＣＤカメラ等のラインセンサである。

以上のように構成された画像読取装置１において、原稿Ｄが読み取られる場合には、画像読取用照明装置２０によって原稿Ｄに光が照射され、原稿Ｄにおいて反射された光がミラー１１，１２，１３によって順次反射される。そして、ミラー１２で反射された光は、結像レンズ６に入射し、結像レンズ６により撮像素子７上で結像される。撮像素子７は、画素毎に入射光の強さに応じて光電変換を行い、これによって原稿画像に対応した画像信号（ＲＧＢ信号）を生成し、制御部（図示せず）に出力する。

（画像読取用照明装置の構成 図２及び図３参照）
画像読取用照明装置２０は、図２に示すように、全体として棒状を成し、ｘ軸方向に延在している。また、画像読取用照明装置２０は、導光体３０及びＬＥＤ光源４０を備えている。

導光体３０は、アクリルを材料としたｘ軸方向に延在する棒状の部材である。導光体３０におけるｘ軸方向と直交する断面Ｓ１は、図３に示すように、楕円Ｅ１と放物線Ｐとを組み合わせた形状を成している。ここで、本実施例では、導光体３０の断面形状のうち放物線Ｐから成る部分は、導光体３０の反射面Ｓ２を構成し、楕円Ｅ１から成る部分は、導光体３０の他の部分を構成している。なお、導光体３０の反射面Ｓ２には、図２に示すように、プリズムが設けられ、該プリズムに当たった光線は、導光体３０の外部に出射される。

また、図３に示すように、断面Ｓ１における放物線Ｐの軸上には楕円Ｅ１の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２が位置し、その延長線上におけるｚ軸方向の正方向側には、図１に示すように、画像読取位置Ａが存在する。これに加え、図３に示すように、断面Ｓ１における、放物線Ｐの焦点Ｆ３と楕円Ｅ１の焦点のうち反射面に近い焦点Ｆ１（第１の焦点）とは重なっている。

ＬＥＤ光源４０は、図２に示すように、導光体３０におけるｘ軸方向の負方向側の端部に設けられた白色の光源である。また、ＬＥＤ光源４０の光軸Ｑは、ｘ軸方向から見たとき、導光体３０の断面における放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なる位置に設けられている。

（効果）
以上のように構成された画像読取装置１の導光体３０では、図３に示すように、入射した光線が導光体３０の断面形状における放物線Ｐの焦点Ｆ３を通過することにより、該光線は放物線Ｐの軸方向と平行に出射される。このとき、放物線Ｐの軸の延長線上には画像読取位置Ａが存在する。従って、導光体３０では、放物線Ｐの焦点Ｆ３を通過した光線は画像読取位置Ａの存在する方向に向けて出射される。つまり、導光体３０では、図１２に示す従来の導光体５１０のように、光線の一部が意図しない方向へ出射され、画像読取位置から光線が大きく外れることを抑制することができる。

しかも、導光体３０の断面形状における楕円Ｅ１の焦点Ｆ１と放物線Ｐの焦点Ｆ３とが重なっている。これにより、放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なっていない楕円Ｅ１の焦点Ｆ２を通過した光線も、導光体３０内を全反射して、放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なっている楕円Ｅ１の焦点Ｆ１を経由し、放物線の軸方向に出射される。従って、導光体３０では、楕円Ｅ１の焦点Ｆ２を通過する光線も放物線Ｐの軸方向と平行に出射され、画像読取位置Ａに向かう。以上より、導光体３０では、従来の導光体と比較して、良好な照射効率を得ることができる。

さらに、画像読取装置１の画像読取用照明装置２０では、ＬＥＤ光源４０が、ｘ軸方向から見たとき、放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なる位置に設けられている。これにより、ＬＥＤ光源４０から発せられた光線が、放物線Ｐの焦点Ｆ３を通過しやすくなる。結果として、ＬＥＤ光源４０から発せられた光線の多くが、画像読取位置Ａの位置する方向に向けて出射され、画像読取装置１の画像読取用照明装置２０では、照射効率がさらに向上する。

ところで、従来の導光体のような断面形状が円である導光体５１０では、図４に示すように、光源から反射面に向けて発せられていない光線Ｂ１は、円の所定の２点を往復するように全反射を繰り返す。この場合、光線Ｂ１は、反射面によって反射されることなく導光体５１０を通過する。つまり、従来の導光体のような断面形状が円の導光体５１０では、画像読取位置に向かって光線Ｂ１が出射されない。一方、導光体３０の断面における一部は、楕円形状を成している。これにより、導光体３０では、光源から反射面Ｓ２に向けて発せられていない光線Ｂ１は、楕円Ｅ１内で全反射を繰り返しながら、徐々に全反射する点を変えていく。その結果、光線Ｂ１の一部は、導光体３０から出射されることなく導光体３０を通過する前に、反射面Ｓ２に到達し、導光体３０から出射される。つまり、画像読取装置１における導光体３０は、従来の断面形状が円である導光体５１０と比較して、出射効率が良好である。

ここで、本願発明者は、画像読取装置１の導光体３０における上述の効果を明確なものとするために、実験を行った。実験は、画像読取装置１の導光体３０に相当する第１のサンプルＴ、導光体３０の断面形状を円形とした第２のサンプルＵ、導光体３０の断面形状を三角形とした第３のサンプルＶ、導光体３０の断面形状を四角形とした第４のサンプルＷを用いて行われた。実験では、各サンプルの導光体に１ワットの光線を入射させ、それぞれの導光体から画像読取位置に向けて何ワットの光線が照射されたかを測定した。

測定した結果、図５に示すように、サンプルＴでは０．２３ワット、サンプルＵでは０．０２ワット、サンプルＶでは０．０３ワット、サンプルＷでは０．０４ワットであった。この結果から、画像読取装置１の導光体３０によって、良好な照射効率を得ることができることが分かる。

（第１変形例、図６参照）
第１変形例である画像読取装置１Ａと画像読取装置１との相違点は、導光体３０の断面Ｓ１における出射面Ｓ３を構成する部分の形状が、楕円と異なる形状である点である。具体的には、図６に示すように、出射面Ｓ３を構成する部分の形状が、出射方向に向かって引き延ばされたような形状を成している。このように、出射面Ｓ３を構成する部分の形状を楕円と異なる形状にすることによって、出射面Ｓ３から出射される光線の焦点位置を変えることが容易となる。結果として、画像読取装置１Ａでは、導光体から画像読取位置Ａまでの距離の変化に容易に対応することができる。

なお、画像読取装置１Ａにおける他の構成は、画像読取装置１と同様である。従って、画像読取装置１Ａにおいて、導光体３０の断面Ｓ１における出射面Ｓ３を構成する部分の形状が、楕円と異なる形状である点以外の説明は、画像読取装置１での説明のとおりである。

（第２変形例、図７及び図８参照）
第２変形例である画像読取装置１Ｂと画像読取装置１との相違点は、画像読取装置１Ｂに新たにミラー１４（反射板）が設けられ、これに伴い、導光体３０の一部の形状が変更されている点である。具体的には、図７に示すように、画像読み取り装置１Ｂでは、導光体３０に沿うようにｘ軸方向に延在するミラー１４が設けられている。そして、画像読取装置１Ｂにおける導光体３０には、図８に示すように、画像読取位置Ａに向かって光線を照射するための反射面Ｓ２に加えて、ミラー１４に向かって光線を照射するための反射面Ｓ４が設けられている。

以上のように構成された画像読取装置１Ｂでは、導光体３０から出射されて直接画像読取位置Ａに向かう光線、及び導光体３０から出射されてミラー１４を介して画像読取位置Ａに向かう光線が存在する。これにより、画像読取装置１Ｂでは、２つの方向から原稿を照射することが可能であり、原稿の画像読取位置Ａにおいて影ができてしまうことを抑制することができる。

なお、画像読取装置１Ｂにおける他の構成は、画像読取装置１と同様である。従って、画像読取装置１Ｂにおいて、画像読取装置１Ｂに新たにミラー１４（反射板）が設けられ、これに伴い、導光体３０の一部の形状が変更されている点以外の説明は、画像読取装置１での説明のとおりである。

（第３変形例 図９及び図１０参照）
第３変形例である画像読取装置１Ｃと画像読取装置１との相違点は、導光体３０の端部の形状及び、ＬＥＤ光源４０の位置である。具体的には、図９に示すように、画像読取装置１Ｃにおける導光体３０のｘ軸方向の負方向側の端部Ｇ（一端）に、ｘ軸方向の負方向側が細くなるように連続的に傾斜したテーパーが設けられている。さらに、端部Ｇをｘ軸方向と直交する方向から見ると、図１０に示すように、端部Ｇが楕円Ｅ２の一部を成している。これに加え、楕円Ｅ２の２つの焦点Ｆ４，Ｆ５を結ぶ直線Ｌ１は、導光体３０の断面形状における放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なっている。そして、楕円Ｅ２におけるｘ軸方向の負方向側に位置する焦点Ｆ４には、ＬＥＤ光源４０が設けられている。

以上のように構成された画像読取装置１Ｃの導光体３０では、ＬＥＤ光源４０から発せられた光線が、全反射することなく端部Ｇから導光体３０の外部に漏れ出ることを抑制することができる。具体的には、端部Ｇにおいて、導光体３０の面に直交する直線Ｌ２、及びＬＥＤ光源４０から発せられ端部Ｇの内側の面に向かう光線Ｂ２が成す角の角度α（入射角）は、図１０に示すように、端部Ｇにテーパーが設けられていない場合の導光体３０の面に直交する直線Ｌ３、及び光線Ｂ２が成す角の角度βと比較して、大きくなる。つまり、端部Ｇにテーパーを設けたことによって、端部Ｇにおける光線Ｂ２の入射角が大きくなる。従って、端部Ｇにテーパーを設けたことによって光線Ｂ２の入射角は臨界角を越えやすくなり、その結果、光線が全反射することなく端部Ｇから導光体３０の外部に漏れ出ることを抑制することができる。

さらに、画像読取装置１Ｃの導光体３０では、端部Ｇが楕円Ｅ２の一部を成し、該楕円Ｅ２の２つの焦点を結ぶ直線Ｌ１が、導光体３０の断面形状における放物線Ｐの焦点Ｆ３と重なっている。そして、楕円Ｅ２におけるｘ軸方向の負方向側に位置する焦点Ｆ４には、ＬＥＤ光源４０が設けられている。これらにより、光線Ｂ２が端部Ｇで全反射された後に、楕円Ｅ２のｘ軸方向の正方向側に位置する焦点Ｆ５を経由して、反射面から画像読取位置Ａに向かって出射される。従って、画像読取装置１Ｃの導光体３０では、端部Ｇで全反射した光線を画像読取位置Ａに導くことができる。つまり、画像読取装置１Ｃは、画像読取装置１と比較して、さらに照射効率が良好である。

なお、画像読取装置１Ｃにおける他の構成は、画像読取装置１と同様である。従って、画像読取装置１Ｃにおいて、導光体３０の端部の形状及び、ＬＥＤ光源４０の位置以外の説明は、画像読取装置１での説明のとおりである。

（他の実施例 図１１参照）
本発明に係る導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、導光体３０の反射面はプリズムの代わりに、白色の塗料が塗布されていてもよい。また、導光体３０の形状は、図１１に示すように、Ｌ字状に延在していてもよい。

以上のように、本発明は、導光体、画像読取用照明装置及び画像読取装置に有用であり、特に、良好な照射効率を得ることができる点で優れている。

Ｅ１，Ｅ２ 楕円
Ｆ１〜Ｆ５ 焦点
Ｇ 端部（一端）
Ｐ 放物線
Ｓ１ 断面
Ｓ２ 反射面
Ｓ３ 出射面
１ 画像読取装置
１４ ミラー（反射板）
２０ 画像読取用照明装置
３０ 導光体
４０ ＬＥＤ光源（光源）

Claims (9)

1. 画像読取装置に用いられる導光体であって、
   所定方向に延在し、
   前記所定方向における端部側から入射した光線を外部に出射する出射面、前記入射した光線を前記出射面に向かって反射する底面を構成する反射面、及び、前記入射した光線を前記反射面を介して前記出射面に向けて反射する側面を有し、
   前記所定方向と直交する断面の形状が、前記側面を構成する楕円と前記底面を構成する放物線とが連続的に繋がった形状を含み、
   前記放物線形状の反射面は、該反射面で反射した光線を平行光として前記出射面に向けて反射し、
   前記楕円の前記反射面側に位置する第１の焦点と前記放物線の焦点とが重なること、
   を特徴とする導光体。
2. 前記断面における前記出射面を構成する部分の形状が、楕円と異なる形状であること、
   を特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 光線の入射面側の一端には、該一端側が他の部分よりも細くなるようにテーパーが設けられていること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導光体。
4. 前記一端におけるテーパーが設けられている部分の形状は、入射した光線の入射角が臨界角よりも大きくなるように一端から他端側に向かって連続的に変化していること、
   を特徴とする請求項３に記載の導光体。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体と、
   前記導光体の一端に設けられた光源と、
   を備え、
   前記光源の少なくとも一部は、前記導光体の延在方向から見たとき、前記第１の焦点と重なっていること、
   を特徴とする画像読取用照明装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体と、
   前記導光体からの光線を画像読取位置に向かって反射する反射板と、
   を備えること、
   を特徴とする画像読取用照明装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の画像読取用照明装置を備えること、
   を特徴とする画像読取装置。
8. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体を備え、
   前記断面の形状における前記楕円の２つの焦点を通過する直線上に画像読取位置が存在すること、
   を特徴とする画像読取装置。
9. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体を備え、
   前記出射面から出射された光線の焦点位置に原稿を載置する面が位置すること、
   を特徴とする画像読取装置。
   

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