JP2002232648A - 線状照明装置、およびそれを用いた画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原稿に照射する光の指向性を高めて、光源か
らの距離にあまり依存しない高効率のＬＥＤからなる線
状照明装置を提供すること、また縮小型の線状画像読み
取り装置の光学レンズによる明るさひずみを打ち消す優
れたＬＥＤから成る線状照明装置を提供すること、また
縮小型の線状画像読み取り装置の照明装置を従来の陰極
管のランプからＬＥＤからなる線状照明装置への置き換
えを可能とすることにある。 【解決手段】 透明棒１と、出射面である凸状の曲面以
外を覆う白色の枠２と、前記凸状の曲面に対向する平面
６に印刷された白色インク１２などで構成される光拡散
領域を有し、さらに透明棒１の両端側にそれぞれＬＥＤ
素子３１からなる照明装置３を具備する。透明棒１の断
面形状は、凸状の曲線５がこれに対向する辺の長さＬの
０．５倍をＲとする半円、前記対向する辺の両端でそれ
ぞれ直角に連続してつながっている直線の長さＭは前記
辺の長さＬの０．２５〜１．５倍の範囲内にあるように
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、複
写機、イメージスキャナーなどの機器に用いられている
線状照明装置、及びそれを用いた画像読み取り装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、複写機、イメージスキャ
ナーなどの機器には、原稿の文字や画像を１ラインづつ
読み込んで１枚の原稿を読み取るための線状画像読み取
り装置が組み込まれている。この線状画像読み取り装置
は、大きく分けて、その光学的結像の仕方により、等倍
型読み取り装置と縮小型読み取り装置とがある。

【０００３】等倍型読み取り装置は、原稿上の文字や画
像を等倍型のロッドレンズアレイを介して、光電変換素
子アレイ上に等倍像を結像させて、読み取る装置であ
り、縮小型読み取り装置は、原稿上の文字や画像を光学
レンズにより光電変換素子上に縮小画像を結像させて読
み取る装置である。この等倍型の画像読み取り装置は、
光路長が短いが故に小型化ができる利点と、原稿浮きに
対しては像がぼけ易い欠点を有している。

【０００４】縮小型の画像読み取り装置は、装置が大き
くなる欠点はあるが、原稿の浮きに対して像がぼけ難い
利点を有している。一般的に、画質優先機器には縮小
型、コンパクト性重視機器には等倍型の画像読み取り装
置が用いられることが多い。

【０００５】このような画像読み取り装置では、原稿を
照らすために、原稿幅とほぼ同じ長さの線状光源装置が
必要である。線状光源装置としては、従来、ＬＥＤ素子
を多数個並べたＬＥＤアレイと陰極管のランプが用いら
れてきた。ＬＥＤアレイは、コンパクト性、直流駆動可
能、メンテナンスが容易などの利点を有しているが、絶
対的な明るさの向上が難しいので、低速読み取り機器や
コンパクト性重視の機器を中心に使われてきた。前記の
等倍型画像読み取り装置の光源には、その特徴からＬＥ
Ｄアレイが使用されることが多い。また、陰極管のラン
プは交流高圧駆動のためのインバータが必要であるが、
ＬＥＤアレイよりも大きな光量が得られるので、主に高
速読み取り、大型機器に用いられることが多い。

【０００６】ところで、ＬＥＤアレイは前記のような優
れた性能を有しているが、多数個のＬＥＤ素子を並べて
使うが故に欠点も大きい。図７にＬＥＤアレイの構成図
を示した。例えば、Ａ４サイズの原稿を読み取る画像読
み取り装置に使われるＬＥＤアレイ５０は、ＬＥＤ素子
５１をプリント基板５２上へ２０〜６０個位並べた物が
一般的である。このようなＬＥＤアレイ５０において
は、次のような欠点を有している。 製造上による各ＬＥＤ素子５１の光度ばらつきがあ
り、原稿を照明した場合に照度むらが発生する。 各ＬＥＤ素子５１の直上が明るくて、ＬＥＤ素子５
１，５１間が暗くなり、これも照度むらの発生要因とな
る。 ＬＥＤ素子５１を原稿側に近づければ近づけるほど、
上記の照度むらが大きくなり、明るさ向上とコンパクト
性向上の障害となっている。 多数個のＬＥＤ素子５１を使う割には、光が広く発散
するので、あまり効率が良くない。 カラー読み取り用には、赤、青、緑の３原色のＬＥＤ
素子５１が必要であるが、プリント基板５２上へ搭載す
るスペースがないのと上記〜の問題がさらに大きく
なり、カラー用の光源には不向きである。

【０００７】以上のような欠点を解消する目的で、近
年、長い透明な導光棒を用いた線状光源装置が提案され
てきている。すなわち、原稿幅とほぼ同一の長さの透明
なアクリル樹脂やガラスからなる棒の長手方向の１面
に、光を乱反射する光拡散領域を設け、透明棒の片側ま
たは両側に設置された発光素子からの光を伝搬させなが
ら、光を原稿幅にわたって射出する光源である。これは
エッジライト光源とも呼ばれている。

【０００８】この種の線状光源の例としては、本発明者
により提案した特許第２９９９６８０号などがある。こ
のような導光棒を用いた光源によって、ＬＥＤアレイ５
０に見られる上記の欠点をかなり改善することができ
た。しかし、原稿が浮くと照度が大きく低下する問題
と、絶対的に暗いので原稿から照明装置を遠く離して使
う機器では更に暗くなる問題を抱えている。この問題
は、複写機等の深い焦点深度を必要とする機器やセンサ
と照明装置が原稿代台ガラスの内側を動く機器には致命
的な要素である。照明装置を原稿からかなり遠ざけれ
ば、原稿が少々浮いても、原稿の読み取りラインの照度
はあまり変わらないのであるが、ＬＥＤアレイや、導光
棒を使った光源装置は前述したように、明るさが不足し
ているので実用的な方法ではない。このような理由にも
より、複写機などのように高速で、少々の原稿浮きでも
読み取れる機器の画像読み取り装置としては、陰極管の
ランプを搭載した縮小型画像読み取り装置が使われるこ
とが多い。

【０００９】陰極管のランプを使用した縮小型の画像読
み取り装置においては、前にも述べたが、機器を小型化
できないことと陰極管を駆動するためにインバータが必
要であり、又高圧交流駆動のため、不要輻射等のノイズ
対策にも頭を痛めるところである。できたら、ＬＤＥ素
子を使った光源を搭載したいが、前述のような問題があ
り、なかなか使えないのが実状である。また、原稿の像
を光学レンズにより光電変換素子上に結像するので、そ
の光学レンズの特性により、原稿の中央部分が明るく、
両端に行くに従って、明るさが低下する欠点も有してい
る。図５に縮小型の画像読み取り装置の構成図を示し
た。ここで、光の入射角度をθとすると、光電変換素子
上の明るさ強度は、一般的に（ＳＩＮθ）の４乗に比例
するとされている。従って、大きな照度むらが発生して
しまう。このむらを補正するために、電気的な処理を施
すことが行われるが、もともと原稿の端側は暗いので、
Ｓ／Ｎ比が悪く、画質上好ましくはない。又、電気的な
補正のために、余計な部品や電気回路が必要となり、こ
のことからも光量むらが発生していることは好ましいこ
とではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、原稿
浮きに対して読み取りラインの照度が大きく低下する、
あるいは原稿から光源を遠く離れたところに設置すると
読み取りラインの照度が大きく低下するという問題を解
決した導光棒を用いた線状光源を実現し、さらに長手方
向の両端部が明るく、中心部に向かって暗くなるような
構成とすることにより縮小型の線状読取装置に適した線
状照明装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の線状照明装置
は、長手状の透明棒と、この透明棒の少なくとも一方の
端面付近に発光装置とを具備している線状照明装置にお
いて、前記透明棒を小面積側に切断したときの断面形状
の外周が、直角に連続する３辺と凸状の曲線で結ばれて
おり、前記凸状の曲線で形成されている長手方向の曲面
に対向する１平面に、光を乱反射する光拡散領域を設け
てあることに特徴を有するものである。

【００１２】上記構成の線状照明装置によれば、出射光
が距離と共に大きく拡散してしまう従来の導光棒を用い
た照明装置と比べて、出射光の平行光成分を多くでき、
また集光性を高めることが可能となり、原稿が浮いた
り、遠ざかっても読み取りラインの照度が大きく低下し
ない。すなわち、光拡散領域の対向する光の出射口を凸
状の曲面にすることにより、出射する光を平行光や集光
光に変えることができる。

【００１３】前記透明棒の切断面の外周の凸状の曲線
は、対向する辺の長さ（Ｌ）と同じ長さ（Ｌ）を直径と
する半円とすると、該半円の両側につながっている各２
辺の長さ（Ｍ）は、 ０．２５（Ｌ）≦（Ｍ）≦１．５（Ｌ） の範囲内にあり、凸状の曲線に対向する辺の中心部分に
長手方向に沿って、光拡散領域を形成することにより、
凸状の曲面から出射した光を概平行光または集光性の光
に変えることができる。例えば、透明棒の両端に発光装
置を構成した場合、透明棒の凸状の曲面に対向する平面
の中心部に透明棒の長手方向に形成された光拡散領域の
短手方向の幅を変えることにより、線状照明装置の長さ
方向の明るさ強度の分布を変えることができる。

【００１４】光拡散領域は、白色インクの塗布、または
細かい凹凸を連続的に形成する等により形成できる。透
明棒の内部を全反射等を繰り返して伝搬する光が、前記
光拡散領域に到達すると、その光は多方向に向きを変え
る。白色インクの場合だと、ほぼ乱反射光となる。その
うちのある光は凸状の曲面から出射し、原稿の読み取り
ラインへ到達する有効な光となるが、白色インクを透過
したり、凸状の曲面以外から出射した光は、ほとんど無
効な光となるので、この光を再び透明棒の内部へ戻すた
めに、曲面以外を白色の光反射率の高い枠で透明棒を覆
うようにしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施例を説明する。図１は本発明の一実施例
による線状照明装置１０を示したものである。ここで、
透明な樹脂から成る透明棒１は白色の樹脂から成る枠２
にはめ込まれている。プリント基板３２にＬＥＤ素子３
１が実装された発光装置３が透明棒１の長手方向の両端
側に設けられている。両端側の発光装置３は弾力性を持
つ止め部材４により、枠２へ嵌合される。その結果、Ｌ
ＥＤ素子３１は透明棒１の端面に接触して止め部材４に
より押圧されている。

【００１６】図２は上記透明棒１の斜視図である。母体
１１は透明度の高いアクリル樹脂の射出成形品から成
り、ゲート１３が端面部に設けられている。凸状の曲線
５で形成される曲面と対向する平面６には光反射性の高
い白色インク１２が塗布されている。白色インク１２は
長手方向に沿って、同じ線幅Ｗで、平面６の短手方向の
中央付近に設けられている。白色インク１２を塗布する
方法としては、スクリーン印刷が一般的である。

【００１７】図３は図２の透明棒１の一般部の断面方向
における光線路を示した図である。透明棒１内を伝播し
て行く光のなかで、白色インク１２に到達した光はそこ
で乱反射をし、多方向へと拡散することになる。その光
のうちで、凸状の曲線５に到達した光が透明棒１の外へ
出射するがその光路軌跡を示した。ここで、透明棒１の
断面寸法比は、白色インク１２を塗布している平面６の
短手方向の辺の長さをＬとしたとき、その辺に直角につ
ながっている２辺の長さをそれぞれ０．６５Ｌ、凸状の
曲線６は半円とし、そのＲは０．５Ｌとした。また、透
明棒１の光屈折率と外気の屈折率はそれぞれ１．５と１
とした。白色インク１２は平面６の短手方向の中央付近
に塗布され、図示した光の出射軌跡は全て印刷インク１
２の中心から発したものとした。

【００１８】この光の軌跡の例からわかるように、透明
棒１の凸状の曲線５から出射した光は、平行光に近いも
のとなっている。前記の寸法比を変えることにより、１
点への集光性を高める光路にすることも可能である。本
発明では、その実用性の高い範囲として、白インク１２
を塗布している平面６の短手方向の辺と直角につながっ
ている辺の各々の長さＭの寸法比を０．２５（Ｌ）≦(
Ｍ）≦１．５（Ｌ）と特定した。尚、凸状の曲面以外か
ら透明棒１の外へ飛び出した光は、図１に図示した白色
の枠２に覆われているので大部分の光は再度透明棒１の
内部へ戻され、光の効率を上げている。本実施例では、
凸状の曲線５を半円としたが、楕円や非球面の形状にす
ることもある。

【００１９】読み取り装置の線状照明装置として、本発
明のような光特性の線状照明装置１０が使用されると、
被読み取り原稿と光源の距離が遠くなっても原稿の読み
取りラインの照度は従来の光源と比較して大きな低下が
ない。また、原稿が浮き上がっても照度の変化が少な
く、優れた読み取り装置の実現が可能となる。

【００２０】図１に示した発光装置３のＬＥＤ素子３１
はＬＥＤチップをワイヤーボンディングによりパッケー
ジに実装した物を想定している。パッケージの表面は平
滑であることが望ましく、透明棒１の平滑な端面と殆ど
隙間なく接していると、ＬＥＤ素子３１から発光、出射
した光が効率的に透明棒１の内部へ入射していく。尚、
透明棒１の表面は鏡面状態になっているが、ゲート１３
は切断の形跡が残るため鏡面にはなっていない。従っ
て、ＬＥＤ素子３１が接する透明棒１の位置からはゲー
ト１３を避けて配置している。また、透明棒１の長手方
向の面にゲート１３を形成すると、その領域が強く光り
その部分が目立って明るくなる欠点がでるので、ゲート
１３の位置は一番影響のない端面に設定した。

【００２１】明るさをより向上させるため、本発明の実
施例では、発光装置３は透明棒１のの長手方向の両端側
にそれぞれ設けている。透明棒１、枠２及びＬＥＤ素子
３１の高さがばらついたり、温度によりそれぞれの寸法
が収縮してもＬＥＤ素子３１と透明棒１の端面が隙間無
く接するように、両側の発光装置３は弾力性を持った止
め部材４により枠２へ嵌合固定されている。また、透明
棒１の側面には、突起１４が数カ所づつ両側面に設けら
れ枠２へはめ込まれているので、枠２から容易に飛び出
すことはないが、長手方向にはガタを設けているので、
そのガタの範囲内で透明棒１が枠２内で長手方向へ動く
構造となっている。このような構造により、両端側の発
光装置３が常に透明棒１を押し合いながら隙間なく接し
ているので、ＬＥＤ素子３１からの光が効率良く透明棒
１へ入射する状態を保持できる。

【００２２】白色インク１２の線幅Ｗの値により、長手
方向の光出射強度が変わってくる。線幅Ｗを太くしてい
くと、発光装置３から入射した光の白色インク１２へ到
達する比率が高まるので、その結果、発光装置３に近い
両端側程明るくなり、中央部に近づく程暗くなる。逆
に、線幅Ｗを細くすると、両端が暗く、中央部に近づく
程明るくなる特性を示す。図６の（ｂ）にそのイメージ
を示した。等倍型の線状画像読み取り装置に本発明の線
状照明装置１０を用いる場合は、原稿幅にわたって出来
るだけ均一な光強度が望ましいので、白色インク１２の
線幅Ｗを長手方向の場所により可変し、最適な線幅Ｗに
する工夫が必要である。発光装置３が片端側の場合に
は、発光装置３に近い程線幅Ｗは細く、発光装置３から
遠ざかる程線幅Ｗを太くして読み取り幅の全幅にわたっ
て均一な明るさ強度が得られるようにすることが必要と
なる。

【００２３】図４に本発明の線状照明装置１０を搭載し
た等倍型の画像線状読み取り装置の断面図を示した。こ
こで、原稿６４の画像は線状照明装置１０により照射さ
れ、ロッドレンズアレイ５２により、プリント基板５３
上に実装された光電変換素子５４上に等倍結像される。

【００２４】縮小型の線状画像読み取り装置において
は、従来は陰極管のランプが用いられていたので、光学
レンズの特性により、光電変換素子上に縮小結像された
画像は中央部が明るく、両端部へ行く程暗いものとなっ
ていたことは前述したところである。図５に本発明の線
状照明装置１０を組み込んだ縮小型の線状画像読み取り
装置の構成図を示した。本発明の線状照明装置１０を、
縮小型の線状画像読み取り装置に用いることにより、前
記光学レンズ６１の明るさ強度ひずみをある程度補正す
ることができる。図１のように、発光装置３を両端側に
それぞれ配した線状照明装置１０を例にすると、白色イ
ンク１２の線幅Ｗを適当に選定することにより、光学レ
ンズと逆特性の光強度の特性が得られるので、光電変換
素子６２上に結像した画像は光強度のひずみの減った、
均一性の高いものとなる。

【００２５】図６の（ａ）から（ｂ）には、約Ａ４サイ
ズの２１０ｍｍの読み取り有効長の場合の明るさひずみ
の補正のイメージを示した。図６の（ａ）は光学レンズ
６１の明るさひずみ、図６の（ｂ）はそれと逆特性を持
った線状照明装置１０のひずみ特性である。線状照明装
置１０の白色インク１２の線幅Ｗを適当に選ぶことによ
り、光学レンズ６１の明るさひずみを相殺した読み取り
画像を光電変換素子６２上へ結像できる。ひずみを相殺
したイメージ図が図６の（ｃ）である。この結果、Ｓ／
Ｎ比が高く、光学レンズ６１によるひずみを補正するた
めの電気回路が不要になり、本発明の線状照明装置１０
を使うことによる利点が増大する。また、前述のよう
に、原稿６４の浮き等による照度変化も少なく、両側に
ＬＥＤ素子３１を配した構造による明るさ強度の向上も
達成され、従来の陰極管のランプからＬＥＤ素子３１の
線状照明装置への置き換えを可能とした。

【００２６】カラー読み取りの縮小型の線状画像読み取
り装置では、光電気変換素子６２はＣＣＤ上に赤、青、
緑の光学フィルターを各画素上に形成した物が使われて
いる。一般的にカラーＣＣＤと呼ばれている。白色ラン
プと光学レンズによりカラーＣＣＤ上へ結像した画像は
青、赤、緑の各フィルターを通すことにより、光の３原
色に分解される。カラーの読み取り方式には、フィルタ
ーを用いる以外に、ＬＥＤの赤、青、緑から成る光源を
使用して、赤、青、緑の各色の点灯、消灯を繰り返して
読み取る方式がある。この方式の場合は、３色の点灯、
消灯を繰り返すので、フイルター方式よりも理論上３倍
遅い読み取り方式となる。このような理由もあり、高級
機にはカラーＣＣＤを用いた縮小型の線状画像読み取り
装置が使われることは前述したところである。

【００２７】従来、このタイプの読み取り装置の光源と
しては、陰極管のランプを用いてきた。しかし、この陰
極管のランプは、点灯するまでの起動時間がかかる、
温度特性が悪い、特に低温で点灯し難い、寿命が短
い、駆動用インバータが必要、高圧交流駆動のた
め、ノイズが発生することと感電すると危険メインテ
ナンス性が悪い等の欠点を有していた。本発明の上記線
状照明装置１０を用いることにより、そのような欠点を
解消することができる。本発明において、発光装置３の
ＬＥＤ素子３１には赤、青、緑の３色のＬＥＤチップを
１つのパッケージに実装して、３色を同時点灯すると、
陰極管のランプに変わる優れた光源を搭載できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、出射面から出射する光
を略平行光とすることができ、両端側へＬＥＤ素子を配
するに適した構造をとったので、明るくて光効率が高
く、原稿浮きに強い線状照明装置を実現できる。さらに
は、長手方向の均一性特性を容易に可変できるので、縮
小型読み取り装置の光学レンズのひずみを補正できる線
状照明装置が実現され、前記効果に加えて縮小型読み取
り装置に有利な線状照明装置が実現できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による線状照明装置の斜視図
である。

【図２】本発明の一実施例による線状照明装置に採用さ
れた透明棒の斜視図である。

【図３】本発明の一実施例による透明棒の断面へ光の軌
跡を書き込んだ図である。

【図４】本発明の線状照明装置を組み込んだ等倍型の線
状画像読み取り装置の構成断面図の一例である。

【図５】本発明の線状照明装置を組み込んだ縮小型の線
状画像読み取り装置の構成断面図の一例である。

【図６】（ａ）は縮小型の線状画像読み取り装置におけ
る、光学レンズの主走査方向の明るさひずみの分布例を
示したものであり、（ｂ）は本発明の一実施例による線
状照明装置の白色インクの線幅による原稿読み取り幅の
明るさ強度の分布を示したものであり、（ｃ）は縮小型
の線状画像読み取り装置に本発明の線状照明装置を組み
込んだ時の、光学レンズとの組み合わせによる光強度分
布の是正イメージを示したものである。

【図７】従来の線状照明装置であるＬＥＤアレイ光源の
外観図である。

【符号の説明】

１ 透明棒 ２ 枠 ３ 発光装置 ４ 止め部材 ５ 曲線 ６ 平面 １０ 本発明の線状照明装置 １２ 白色インク １３ ゲート

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手状の透明棒と、この透明棒の少なく
   とも一方の端面付近に発光装置とを具備している線状照
   明装置において、前記透明棒を小面積側に切断したとき
   の断面形状の外周が、直角に連続する３辺と凸状の曲線
   で結ばれており、前記凸状の曲線で形成されている凸状
   の曲面に対向する１平面に、光を乱反射する光拡散領域
   を設けたことを特徴とする線状照明装置。
2. 【請求項２】 前記光拡散領域は、塗布された白色塗料
   を施すことにより形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の線状照明装置。
3. 【請求項３】 前記光拡散領域は、透明棒に凹凸を施す
   ことにより形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の線状照明装置。
4. 【請求項４】 前記線状照明装置の光拡散領域の短辺方
   向の線幅Ｗが長手方向にわたってほぼ一定で、 ０．０１（Ｌ）≦（Ｗ）≦０．５ の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の線状
   照明装置。
5. 【請求項５】 前記透明棒の長手方向の面で、少なくと
   も前記凸状の曲面に対向する１面を、白色の枠で覆って
   いることを特徴とする請求項１に記載の線状照明装置。
6. 【請求項６】 前記透明棒の断面形状の外周の前記凸状
   の曲線は、対向する辺の長さ（L ）と同じ長さ（L ）を
   直径とする半円であり、該半円の両側に直角につながっ
   ている各２辺の長さ（Ｍ）は、 ０．２５（Ｌ）≦（Ｍ）≦１．５（Ｌ） の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の線状
   照明装置。
7. 【請求項７】 前記透明棒の端面位置に設けられた前記
   発光装置は、弾力性のある止め部材により前記透明棒に
   隙間なく押し付けられている構造を特徴とする請求項１
   に記載の線状照明装置。
8. 【請求項８】 前記発光装置は、赤、青、緑の３色のＬ
   ＥＤから構成されていることを特徴とする請求項１に記
   載の線状照明装置。
9. 【請求項９】 透明樹脂の射出成形により形成された前
   記透明棒のゲートの位置は、前記発光装置からずれた前
   記透明棒の端面位置に設定してあることを特徴とする請
   求項１ないし８のいずれか１項に記載の線状照明装置。
10. 【請求項１０】 読み取り画像幅とほぼ同じ幅のロッド
    レンズアレイと光電変換素子アレイ、および照明装置か
    ら構成される等倍型の線状画像読み取り装置において、
    前記照明装置に請求項１ないし９のいずれか１項に記載
    の棒状照明装置を使用したことを特徴とする線状画像読
    み取り装置。
11. 【請求項１１】 読み取り画像を光学レンズにより光電
    変換素子上に縮小して読み取る縮小型の線状画像読み取
    り装置において、原稿上の画像を照明する照明装置とし
    て、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の線状照明
    装置を使用したことを特徴とする線状画像読み取り装
    置。