JP2004312753A - 線状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明効率を落とさずに原稿面の照度のばらつきを抑え、光の伝送効率を飛躍的に向上することで低コスト化の図れる線状照明装置を提供する。
【解決手段】 透光性を有する導光体１と、前記導光体１の長手方向の一側表面に三角波面で構成された光屈折・反射領域２と、前記導光体１の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域２と、前記導光体１の一端部表面に光源とを備え、多数の三角波面で構成された上記光屈折・反射領域２を覆うように、該光屈折・反射領域２上に拡散面８を備えた構成とする。更に、光屈折・反射領域２と拡散面８との間に、上記導光体１と光学的マッチングをとらない空間を設ける構成とする。このことより、照度のばらつきが少なくなり、光の伝送効率が飛躍的に向上でき、ＬＥＤチップの数を飛躍的に減らすことができる結果、低コストを図れる線状照明装置を提供することが可能となる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、例えば光学的画像読み取り装置において、原稿面を主走査方向に線状に照明する線状照明装置に関するものである。

従来の線状照明装置を便宜上、光学的画像読み取り装置を例にとって説明する。

近年、光学的画像読み取り装置は、ファクシミリ、スキャナー、バーコードリーダー等の読み取り装置として広く使用されており、この種の装置の原稿照射手段にはＬＥＤチップを線状に配列したＬＥＤアレイが使用されている。

図１４は従来の光学的画像読み取り装置の構造図を示すものである。図１４において原稿５１は、原稿照射手段として用いるＬＥＤアレイ５２によって照射されており、該原稿５１で反射した光はロッドレンズアレイ５３によって正立等倍で導かれ、光電変換素子アレイ４５に入力され、電気信号に変換されるようになっている。

ここで光電変換素子アレイ５４から原稿５１までの距離は、通常１０ｍｍ前後であり、ロッドレンズアレイ５３を構成する各ロッドレンズは、０．６φｍｍ前後の円柱状である。

図１５は従来のＬＥＤアレイの構成を示したものであり、回路導体層を形成した基板６１上にＬＥＤチップ６２を複数個、直線状に並べた構成としている。通常、一つの基板上には、２４個〜３２個のＬＥＤチップ６２が配列されており、ＬＥＤチップ６２の一個の長さ寸法は２ｍｍ前後で、それぞれのＬＥＤチップ６２は５ｍｍ前後の間隔で配置されている。

又、後述の特許文献１には、導光体の両端、あるいは一端に光源を配置し、該光源よりの光を上記導光体を介して伝搬させる構成の原稿照射手段が開示されている。この構成では、導光体の長手方向の一側面に光拡散部、例えば、三角波面を形成し、長手方向の他側面より線状の光を集中して出射することが可能になる。
特開平０８−０４３６３３号公報

ところで、原稿照射手段は走査方向に線状の光ビームが得られれば足りるが、上記のＬＥＤアレイを用いる構成では、ＬＥＤチップ６２はそれぞれ副走査方向にも光が拡散するので照射効率が低くなる欠点がある。又、ＬＥＤチップが所定間隔を設けて配置されているので、原稿面上の照度のばらつきが生じ、シェ−ディング補正等の処理を必要とするとともに、該処理を施したとしても画像読み取り装置自体の画像の読み取りの性能は低下する。又、原稿面の照度のばらつきを抑えようとすると原稿５１からＬＥＤアレイ５２までの距離をある程度の距離に保つ必要が生じ、さらに数多くのＬＥＤチップを使用することとなり、ユニット自体のサイズも大きく、また、コストアップの要因となっていた。

又、上記特許文献１に記載の導光体を透過する光の中上記三角波面に照射された光は、該三角波面の外部が導光体より屈折率の低い空気であるので、導光体内部に全反射して、最終的には他側面より出射することになる。しかしながら、全ての光が反射されて導光体内部へ戻るわけではなく、一部の光は導光体外部へ漏れ、伝送効率を悪くするという欠点がある。

本発明は、ＬＥＤアレイの照射効率を落とさず、原稿面の照度のばらつきを抑えることができる線状照明装置を提供することを目的とする。又、光出射面から原稿までの距離を短くしてサイズが小さい線状照明装置を提供することを目的とする。更に、導光体内部を伝搬する光が出射面以外から極力外部に漏れないようにして光の伝送効率を飛躍的に向上することができ、ＬＥＤチップの数を飛躍的に減らすことができる線状照明装置を提供することを目的とする。また、更に、低コストな線状照明装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用している。まず、本発明は、透光性を有する導光体１と、上記導光体１の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域２と、上記導光体１の一端部表面に光源とを備えた線状照明装置を前提としている。この構成によって、上記光源から放出された光は導光体１の内部に入射して、上記光屈折・反射領域２で屈折または反射し、上記導光体１の上記光屈折・反射領域２に対向する長手方向の他側面から外部に線状ビームとして出射することになる。

上記の線状照明装置において、本発明は、多数の三角波面で構成された上記光屈折・反射領域２と、空間を隔てて該光屈折・反射領域２を覆うように拡散面８を備える構成とする。

これによって、導光体１に入射した光の内、上記光屈折・反射領域２以外の部分に入射した光は、該導光体１の内面で全反射を繰り返して導光体１の内部を伝搬し、最終的には光屈折・反射領域２に入射して、それに対向する出射面から線状ビームとして出射する。このとき、該光屈折・反射領域２が多数の三角波面で構成されているので、上記光屈折・反射領域２に入射した光は鋭角（あるいは鋭角に近い角）に下方向に反射されて出射面から出射することになり、効率よく出射されることになる。更に、たとえ、上記光屈折・反射領域２に入射した光が、該光屈折・反射領域２を透過した場合であっても、該光屈折・反射領域２上に形成された拡散面８によって、導光体１の内部に戻されるので、高効率を保った状態で線状のビームを形成することができる。

また、上記拡散面８は、上記光屈折・反射領域２と光学的マッチングをとらない空間（例えば空気層）を隔て配置されているため、上記拡散面８に直接入射する光の量が少なくなり、効率を向上することができる。

上記導光体１の光を出射する長手方向の他側面は、上記導光体１の両端面に対して垂直な面であることが必要である。これによって、原稿等の光照射面と該他側面（光出射面）との平行を保つことができる。

上記導光体１の断面形状は、円、楕円等が考えられる。断面形状が楕円の導光体１を用いた場合には、該楕円の一方の焦点上に光屈折・反射領域２が配置される構成が望ましい。また、上記導光体１は、径の異なる２つの円を組み合わせた断面形状形成とすることもできる。この場合、径の大きい円に光伝搬機能を持たせ、径の小さい円に光出射機能を持たせるようにする。

上記光源から出射した光を効率良く導光体１に導くために、光源と導光体１の間に接続部６が設けられる。ここで該接続部６は、光源よりの導光体１の一端部への入射光が、該導光体１の内壁で全反射する条件を満たす長手方向の長さと径を備えるようにするのが望ましい。

上記導光体１の上記他端には、該他端に達した光を処理するための光終端部３８が配置される。該光終端部３８は、その外周部および端面に外部からの光を遮断するための光遮光層又は光を拡散する光拡散層又は光を反射する光反射層を設けた構成とする。

上記光源は、凹反射面５に形成され回路基板上に発光ダイオードを配置する構成とする。上記発光ダイオードと上記導光体１もしくは接続部６は、上記導光体１と同じ屈折率を持つ透明樹脂であり、かつ上記発光ダイオードと上記導光体１は光学的マッチングをとって接続される。

以上説明したように本発明は、三角波面で構成された光屈折・反射領域の上部に該光屈折・反射領域を覆うと共に、光を拡散する拡散面とを備えているので、該光屈折・反射領域において照射された光は、外部に漏れることなく導光体の長手方向の他側面より出射することとなり、伝送効率を向上させることができる。特に、上記光屈折・反射領域と上記拡散面との間に、上記導光体との光マッチングをとらない空間を形成することによって、その効果を更に高めることができる。

又、上記導光体の一端に光源を配置するとともに、該導光体の一端から他端に向かうに従って該導光体の断面積を小さくする構成とすることによって、導光体が光量に応じた断面積となり、更に効率を上げることができる。

上記導光体の断面形状が種々の形状とすることができるが、楕円あるいは２つの半径の異なる円と当該２つの円の接線とからなる構成とすることにより、原稿面へ照射する効率が高く、照度のばらつきが小さい線状照明装置が可能となる。又、線状照明装置と原稿面との間隔を短くできるので、低コスト、高品質及び高分解能で画像を読み取れる小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を実現することができる。

（第１の実施形態）
以下本発明の第１の実施の形態の線状照明装置について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の側面断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の平面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置のＡ−Ａ’面の断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域及び／又は拡散面の概略図であり、図４は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の導光体部分のみを拡大した図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域を拡大した図であり、図６は、本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光源部を拡大した側面図である。又、図７、図８は、本発明の第１の実施の形態における線状照明装置の導光体部分の断面図である。

本発明に用いる導光体の断面形状は図３、図７、図８に示すように円形、楕円形又は２つの円を組み合わせた形状が考えられるが以下図３に示す円形である場合を例に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、導光体１は透光性を有する材料より成り、両端面から中央部に向かって断面の円の径が小さくなる構成として、該導光体１の長手方向の一側表面には多数の三角波面から成る光屈折・反射領域２が設けられる。上記導光体１の両端部には後述する接続部６を介して光源部を構成する凹面状の回路基板３が配置され、該回路基板３の中央部に発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４が配置される。又、上記光屈折・反射領域２を覆うように、該光屈折・反射領域２と光学的マッチングをしない空間（例えば空気層）を隔てて、拡散効果の強い白色樹脂のシートや反射効果の強いアルミシートよりなる拡散面８が備えられる。更に、導光体１の両端面には、拡散層７を外周部に備えるとともに、断面の形状が円形でかつ導光体１の径と同じか又はそれより小さい接続部６が設けられている。

上記導光体１は、原稿面に照射するときの原稿面上の各部の照度の均一性を保つ必要上、両端部より中央部に向かうに従い断面積が小さくなる形状となっており、中央部において最小となる。すなわち、導光体１を透過する光量は後述するように両端の光源から遠くなるに従って少なくなるので、その径も光量に対応して小さくすると原稿面への照射強度が原稿面上の各部で均一となる。このような構成において、導光体１の両端の発光ダイオ−ド素子４より導光体１の端面に対して、光が入射すると、該光は、後に詳しく説明するように導光体１内で全反射を繰り返して中央部に向かうとともに上記光屈折・反射領域２に対向する直線上の出射面より出射されることになる。

尚、上記接続部６の外周に形成された拡散層７は例えば透明シリコン樹脂とＴｉＯ2 の混合体を塗布することでもよいし、あるいは、白色樹脂で作製したキャップを差し込んだ構成としてもよい。また、上記導光体１及び光屈折・反射領域２を構成する多数の三角波面及び接続部６を透明樹脂を用いてインジェクション成形により一体成形するのが好ましい。

上記回路基板３は、所定の厚みのＡｌ基板上に絶縁層を１００μｍ程度形成し、その絶縁層の表面の全面に銅箔（厚み３５〜７０μｍ）を貼り、その銅箔をエッチングにより削除し回路を形成する。この回路上のみにＡｕ（又はＡｇ）を０．３μｍ程度電解（または無電解）メッキにより形成し、つぎに、凸金型を用いたスタンピング法により、凹反射面５が形成される。

上記凹反射面５の形状としては逆円錐台型が効率よく、これにより該回路基板３の中央部に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４からの光を前方へ（すなわち、導光体１の端面方向へ）、しかも必要な角度分布で放射することができる。次に、ダイマウンターを用いて、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４を回路基板３上の凹反射面５の逆円錐台の底面上に実装する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４は、モノクロ画像読み取り用としてはＧａＰ又は高輝度のものが必要な場合には、例えば４元系のＡｌＧａＩｎＰ等の緑色のベアチップを用いる。純赤色ＬＥＤ（例えばＧａＡｌＡｓ）素子、純緑色ＬＥＤ（例えばＧａＮ）素子、純青色ＬＥＤ（例えばＧａＮ）素子を線状照明装置に各１素子づつ実装して、赤、緑、青と順次点灯することにより光源切り替え型のカラー画像読み取り線状照明装置も実現できる。

上記導光体１の断面は、図２に示すように円形の形状でありその端面の径は例えば５ｍｍ程度であり、上記光屈折・反射領域２に対向する直線上の出射面に光を収束させるため、一部が長手方向に凹溝状に部分的に切除され、該切除部に上記光屈折・反射領域２が設けられている。更に、上記したように該光屈折・反射領域２上に、該光屈折・反射領域２と光学的マッチングをしない空間を隔て、拡散面８が設けられる構成となっている。上記接続部６の径は、導光体１の径と同じか又は少し小さい程度例えば２〜５ｍｍの範囲で設定され実際は３．２ｍｍ程度で設定されている。

上記光屈折・反射領域２は、基本的には図１（ｂ）に示すように、導光体１の長手方向に同一幅で形成されているが、導光体１を伝搬する光の量が中央部程少なくなるところから、図３（ａ）で示すように、上記光屈折・反射領域２は、出射強度の均一性を保つために、導光体１の両端面から中央部に向かっていくに従って、光屈折・反射領域２の幅を次第に大きくする構成にしても良いし、又、図３（ｂ）に示すように、長手方向に一定長さで一定幅の光屈折・反射領域２を間欠的に配置して、出射強度の均一性を保ってもよいし、又、図３（ｄ）に示すように、上記間欠部分の長さを中央部になる程小さくしてもよい。更に、図３（ｃ）に示すように、光屈折・反射領域２を長手方向に間欠的な配置にして、かつ導光体１の両端面から中央部に向かっていくに従い光屈折・反射領域２の幅を次第に大きくする構成にしてもよい。

尚、上記したように光屈折・反射領域２は、上記拡散面８により覆われており、上記拡散面８は上記光屈折・反射領域２と同じ形状とするのが好ましいが、光出射面を除いた導光体１を覆う構成にしてもよい。

上記したように接続部６、光屈折・反射領域２は、導光体１の材料と同じ透明樹脂材料でインジェクション成形されるが、このときの材料の屈折率を例えば約１．５程度とすると、光の伝送効率が向上する。また、この透明樹脂としては、エポキシ系や変性アクリレート系のＵＶ硬化型樹脂であって、例えば、透光性、耐熱性、インジェクション成形時の樹脂の流れ性を考慮すると、耐熱アクリル、ポリカーボネイト、非晶質ポリオレフィン等を用いるのが好ましい。

又、図４に示すように、導光体１の内部を通過する光を全反射するように、導光体１の長さＬの範囲が５０ｍｍ〜３００ｍｍ、入射側導光体の径Ｒ１及び先端導光体の径Ｒ２の範囲が０．３＜Ｒ２／Ｒ１＜０．７であれば光出射面から主走査方向に光強度が均一な線状ビ−ムの光を出射することができる。

本実施の形態では、特に導光体１は長さＬが例えば１１５ｍｍ、両端面の径Ｒ１が例えば５ｍｍ、中央部の径Ｒ２が例えば２．７ｍｍ程度に形成され、導光体１の内部を通過する光を全反射することが可能となり、これによって光強度が均一な線状ビ−ムを得ることができる。

図５に示すように、三角波面の形状は、三角波面の先端角度θが６０°〜１２０°、三角波面のピッチＰが３０μｍ〜５００μｍの範囲内であればどのような形状でもよく、本発明では、ピッチが例えば３００μｍ、先端角度が例えば９０°としている。

上記構成において、図６に示すように、光源より出射した光の一部は直接、また他の一部は一旦上記凹反射面５に入射して反射された後、導光体１に入射することになる。

このように、導光体１に入射した光の中、長手方向ｘのみの光成分ｂ1は接続部６に入射した後、導光体１の内部を真直する。これに対し、上記長手方向に垂直な方向ｙの成分を持つ光成分の中、接続部６を介して直接導光体１に入射した光（例えばｂ3）は、大部分導光体１の側面で全反射されて、光屈折・反射領域２にいずれ到達する。そして、この光成分ｂ3は光屈折・反射領域２の三角波面において屈折されることにより、下方に向けて急激に角度を曲げられ、導光体１の内部を介して光出射面（他側面）から下方へと出射されて原稿面を照射する。また、光屈折・反射領域２での屈折により、光屈折・反射領域２の上部へ抜けてしまう光成分ｂ4は、該光屈折・反射領域２と光学的マッチングをしない空間を介し、拡散面８に入射し、該拡散面８において拡散され、再度、光屈折・反射領域２を介して導光体１に入射し、導光体１の光出射面から下方へと出射され原稿面５１を照射する。

上記において、直接導光体１へ入射した殆ど全ての光が導光体１の側面で全反射するように、接続部６の直径をＤ、長さをＬ、接続部６及び導光体１の屈折率をｎ_LGとした時、 Ｌ＞（Ｄ／２）ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（１／ｎ_LG）） ・・・(1)
となる条件式(1)を満たすように各々ディメンジョンは決定されている。

なお、接続部６に入射した光のうち接続部６の側面側に到達する光成分ｂ2は、一旦、拡散層７により拡散され、その大部分を導光体１に入射できるようにしている。もしこの拡散層７がなければ、光は接続部６の側面から直接外側へ出射され、接続部６の直下に存在する原稿面の照度が部分的に著しく高くなり照度ばらつきが大きくなる。又、当該接続部６の外周に設けた拡散層７は反射層でも良く、拡散層と同じ効果が得られる。更に、拡散層の代わりに外部からの光を遮断するための遮光層を設けてもよい。ただし、この場合は、上記した光成分ｂ2が、遮光層で吸収され、その結果、拡散層、反射層を設けた場合に比べ、照度ばらつきはなくなるが、照射効率は悪くなる。

このように接続部６の拡散層７より導光体１へ入射した光の成分ｂ2は、上記光成分ｂ3、ｂ4と同様に導光体１内を伝搬し、光ビームとして出射される。上記のようなメカニズムに基づいて線状光ビームを形成するＡ４サイズ用の線状照明装置についてその特性を評価すると以下のようになる。

ＬＥＤ素子（ＧａＰ、λ＝５６５ｎｍ）の数が４素子の場合では、原稿面照度４００ｌｘ．、照度のばらつき（線状照明装置の光出射面と原稿面との間隔１．１ｍｍで測定）約１０％を実現した。従来の線状照明装置と比較すると、ＬＥＤ素子数を約１／８に削減することができた。また、従来、光源から原稿面５１までの距離が、約８〜１０ｍｍ程度必要であったのが、本実施の形態では上記光出射面から原稿までの距離を１．５ｍｍ以内に近づけても、照度のばらつきを許容限度内（１０％）に抑えることができた。これにより、６０％の低コスト化を実現でき、画像読み取り装置自体のサイズを約半分にすることができた。

なお、上記光屈折・反射領域２と拡散面８の間に形成された空間は、導光体１より屈折率の小さい物質（例えば空気層）で形成することによって、光屈折・反射領域２での全反射を助長することになり、該拡散面８が、光屈折・反射領域２上に直接形成された場合に比べて著しく効果を高めることができる。

以上のように、第１の実施の形態に係る線状照明装置は、原稿面への照射効率が高く、照度のばらつきを小さくすることができるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れる、小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を実現することが可能となる。

（変形例１）
次に、図７に示すように、導光体１のＡ−Ａ’断面で切断した断面の形状を、楕円としてもよい。楕円１５の長径は例えば６ｍｍ，短径は例えば３ｍｍで構成した。この場合、導光体１の一部を、楕円１５の長径に垂直であり、２つの焦点１４の内の１つを通る切断線に沿って削除し、該切断線が形成する面上に光屈折・反射領域２を配置する構成としている。なお、接続部６は、導光体１の短径と同じか、それより若干小さく例えば２〜３ｍｍの範囲で形成され、光源部よりの光を導光体１に導く構成としている。

上記のような構成にすると、光屈折・反射領域２において屈折・反射された光が、導光体１の内側面で全反射し、出射する光の線幅が絞られることとなり、原稿面に照射する光の照度が、断面の形状が円の時と比べ、１．５倍となる。特に、楕円の２つの焦点のうちの一方の焦点の位置に光屈折・反射領域２を配置した場合、該一方の焦点から発射した光は楕円の他方の焦点に一旦収束しあるいは直接楕円外部に形成される焦点に収束するので更に、伝送効率を良くすることができる。

このように、導光体１の断面の形状を楕円とすることで、原稿面への照射効率が高くなり、照度ばらつきが小さくなるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れる、小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を提供することが可能となる。さらに、原稿面に出射する光の線幅が絞られることとなり、断面が円の場合に比べ、照射する光の照度を強めることができる。

（変形例２）
また、図８に示すように、導光体１をＡ−Ａ’面で切断した断面の形状を、２つの半径の異なる円２４、２５と該２つの円に接する直線より構成される形状にしてもよい。すなわち、上記２つの円２４、２５は、光源からの光を伝搬する第一の円２４と、原稿面へ光が出射するレンズ機能を備えた第二の円２５とからなる。更に、上記第一の円２４に、光屈折・反射領域２が長手方向の一側面に形成され、拡散面８が光屈折・反射領域２及び第二の円２５の一部を覆うように備えられる。なお、この時の第一の円２４、第二の円２５の径寸法は、例えばそれぞれ５ｍｍ（最大）、３ｍｍとなっているが、この寸法に限定されるものではない。

この時、上記各例と同様、中央部にいくに従って第一の円２４、第二の円２５の断面積を小さくしてもよいが、中央部程導光体１を伝搬する光量が少なくなることを考慮すると、第一の円２４の断面積のみを中央部に向かうに従って、小さくするのが好ましい。一方、第二の円２５は、導光体１の長手方向のいずれの断面においても断面積は同じとなるように形成されている。更に、上記第一の円２４の端部と光源部とが接続部６を介し接続される構成となっており、接続部６の径は、第一の円２４の径と同じ例えば５ｍｍか、それより若干小さい径に設定されている。

上記のような構成にすると、断面の形状が円の時と比べ、光屈折・反射領域２において屈折・反射された光が、導光体１の側面ですべて全反射し、第二の円２５の外側であって２つの円２４、２５の中心を結ぶ直線の延長上に収束するため、出射する光の線幅が絞られることとなり、原稿面に照射する光の照度が導光体１の断面形状が円である場合の１．５倍となる。

上記のように、光屈折・反射領域側の第一の円２４の半径が、光出射側の第二の円２５の半径より大きくなることと導光体１の断面の形状が、第一の円２４と第二の円２５とが外形線Ｌ１，Ｌ２に接するように構成すると、光出射面以外の箇所から光が漏れることが少なく、光の伝送効率を最も向上させることができる。また上記光出射側の第二の円２５の半径を変えることで、原稿面に照射する光の線幅や焦点距離を自由に変えることが可能となる。

この場合における線状照明装置の特性を評価すれば、ＬＥＤ素子の数が４素子の場合では、原稿面に照射する光の照度は、１０００ｌｘ．で、照度のばらつきも１０％（光出射面と原稿面との間隔１．１ｍｍで測定）を実現できた。従来の線状照明装置と比較すると、ＬＥＤ素子数を約１／８に削減することができ、光源から原稿面までの距離は、従来約８〜１０ｍｍ程度必要であったのが、本発明では上記光出射面から原稿までの距離を１．５ｍｍ以内に近づけても照度のばらつきを許容限度内（１０％）に抑えることが可能となる。これにより、７５％の低コスト化を実現でき、画像読み取り装置自体のサイズを約半分にすることができた。又、カラー画像の場合では、原稿面照度が赤、緑、青色素子とも２０００ｌｘ．照度のばらつき１０％以下を確保できた。

このように、導光体１の断面の形状を２つの半径の異なる円と該２つの円に接する直線で構成することで、原稿面への照射効率が高くなり、照度ばらつきが小さくなるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れ、かつ小型で軽量な光学的画像読み取り装置を提供することが可能となる。さらに、原稿面に出射する光の線幅が絞られることとなり、断面形状が円の場合に比べ、原稿面に照射する光の照度を強めることができる。また、光の線幅や焦点距離を自由にかえることも可能となる。

（第２の実施形態）
以下本発明の第２の実施の形態の線状照明装置について、図面を参照しながら説明する。

図９（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の側面断面図であり、図９（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の平面図である。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置のＢ−Ｂ’面の断面図であり、図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域及び／又は拡散面の概略図である。図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の導光体部分のみを拡大した図である。図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の光終端部の側面を拡大した断面図である。

図９に示すように導光体１の一端に光源を配置し、他端は光終端部としている。以下、本実施の形態では、第１の実施の形態と異なる構成についてのみ主に詳しく説明する。

導光体１は一端から他端に進むにつれ、導光体１の断面の断面積が小さくなり、他端において最小となる。また、導光体１の他端には光終端部３８が形成され、その外周部に光拡散層３９が、また、端面に光反射層４０が設けられている。又、導光体１を透過する光量は、光源から他端に向かうに従って少なくなるので、上記第１の実施の形態で用いた光源に代えて光拡散層３９及び光反射層４０を設ける構成としても原稿面への照射強度の均一性を確保することができる。他の部分については、第１の実施の形態と同じ構成であり、説明を省略する。なお、同一部分には同一番号を記して説明する。

上記光終端部３８は、導光体１と同じ透明樹脂からできており、導光体１、接続部６及び多数の三角波面で構成される光屈折・反射領域２と一体でインジェクション成形することが好ましい。又、光終端部３８の外周部分に形成された光拡散層３９は、拡散層７と同様に透明シリコン樹脂にＴｉＯ2を混ぜ合わせた拡散材を塗布して形成される。この光拡散層３９は、白色樹脂で作製したキャップを差し込んで作製してもよい。更に、光終端部３８の端面に形成された光反射層４０は、光終端部３８にＡｌを蒸着またはディッピングあるいはＡｌ箔を透明接着剤で貼り付けることにより形成される。

次に、図１０に示すように、導光体１の断面の形状も第１の実施の形態と同様、導光体１の一部が凹溝状に切除され、該切除部に光屈折・反射領域２が設け、更に該光屈折・反射領域２上に、該光屈折・反射領域２と光学的マッチングをしない空間を隔てて拡散面８が設けられる構成としている。

上記光屈折・反射領域２は、第１の実施の形態と同様、基本的には図９（ａ）に示すように長手方向に同じ幅で形成されるが、導光体１を伝搬する光の量が他端程少なくなることから、図１１（ａ）に示すように、出射強度の均一性を保つために導光体１の一端から他端に向かっていくに従って、光屈折・反射領域２の幅を次第に大きくする構成にしてもよいし、更に図１１（ｃ）に示すように、この状態で光屈折・反射領域２を間欠的に配置してもよい。又、図１１（ｂ）に示すように、長手方向に同じ幅、かつ長手方向に一定長さの光屈折・反射領域２が一定の間欠性を持って配置される構成としてもよいし、更に、図１１（ｄ）に示すように一端から他端に向かうに従い上記間欠幅を徐々に小さくした構成としてもよい。

尚、上記光屈折・反射領域２は、上記拡散面８により覆われており、上記拡散面８は、第１の実施の形態と同様、上記光屈折・反射領域２と同じ形状、あるいはそれよりも大きい形状、例えば、光出射面を除いた導光体１の全面お覆う形状とするのが好ましい。

本実施の形態では、図１２に示すように、導光体１は一端の径Ｒ１が例えば５ｍｍ、他端の径Ｒ２が例えば２ｍｍ、長さＬが例えば２３０ｍｍ程度の寸法であり、この寸法で高い効率の線状ビームを出射することができた。

第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ素子に赤色、緑色、青色素子を用いて、それぞれ１素子ずつ実装し、カラ−画像読み取り装置の線状照明装置も実現できる。

以上のように構成された線状照明装置について、以下その動作を説明する。なお、光源５から出射された光の成分のうち、途中で出射される光の伝搬経路についてはすでに説明した通りであるので光終端部３８に達した光の出射経路に関しての説明のみ行うこととする。

図１３に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子４から放出された光のうち、導光体１、光屈折・反射領域２、拡散面８で反射、屈折及び拡散した光の成分Ｃ1が、導光体１から光終端部３８に入射すると光反射層４０で反射する。このように光反射層４０で反射した光が、改めて導光体１の内部に入射すると、光屈折・反射領域２において屈折して急激に下方に向けて進む。その後、導光体１の下方の側面から出射して、原稿面を照射する。

また、導光体１から光終端部３８に入射してきた光の成分Ｃ2が、光反射層４０に到達せずに、光拡散面３９に達した場合には、光拡散層３９によって拡散して、そのまま、導光体１へ再度入射したり、対向する光の拡散層３９に入射してここで再び拡散したり、あるいは光反射層４０で反射して導光体１へ再度入射して導光体１の下方の側面から出射し、原稿面を照射する。

つまり、導光体１に入射した光のうち全反射を繰り返して光終端部３８まで到達した光成分Ｃ1、Ｃ2は、光反射層４０で再度全反射されて導光体１にもどり再利用されるか、または光拡散層３９で拡散されることで再利用されて、損失なく原稿面の照射に利用される。

なお、接続部６の外周部に備えられた拡散層７と同様、光拡散層３９に代えて光反射層、又は光遮光層を用いても上記した作用と同じ効果が得られる。光遮光層を用いると該光終端部３８に到達した光を無視することになるが、光源よりの光は、光出射面より、出射しているので光終端部３８に達する光量は無視しても全体に大きな影響を与えない。又、光反射層４０に代えて、光拡散層、光遮光層を用いても前述したような同じ効果が得られる。

上記のようなメカニズムに基づいて線状ビームを形成するＡ４サイズ用の線状照明装置についてその特性を評価すれば、ＬＥＤ素子（ＧａＰ、λ＝５６５ｎｍ）数を３素子とし、出射面と原稿面との距離を１．１ｍｍにした場合であっても、原稿面照度は３７０ｌｘ．、照度のばらつきは約１０％を実現した。これを従来のＬＥＤアレイと比較すると、ＬＥＤ素子数を約１／１０に削減することができる。また、線状照明装置の光源から原稿面５１までの距離は、従来ＬＥＤアレイが約８〜１０ｍｍ程度必要であったのが、本実施の形態に係る線状照明装置では上記光出射面と原稿の距離を１．５ｍｍ以内に近づけても照度のばらつきを許容限度内（１０％）に抑えることができた。これにより、６５％の低コスト化を実現できると共に、本実施の形態に係る線状照明装置を搭載した画像読み取り装置ではそのサイズを約半分にすることができた。

なお、本実施の形態においても、上記光屈折・反射領域２と拡散面８との間に形成された空間を、導光体１より屈折率の小さい物質で形成することにより、光屈折・反射領域２の反射効率を高めることができる。

以上のように、第２の実施の形態に係る線状照明装置は、原稿面への照射効率が高く、照度ばらつきを小さくすることができるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れる、小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を実現することが可能となる。

（変形例１）
さらに、図７に示すように、第１の実施形態と同様、導光体１を図７のＢ−Ｂ’面で切断した断面形状を楕円にしてもよい。この場合、断面の形状が円の時に比べ、照射する光が楕円の長径の延長線上に収束するため、原稿面を照射する線幅が絞られ、原稿面に照射する光の照度が１．５倍となる。

また、楕円の２つの焦点のうち１方の焦点の位置に光屈折・反射領域２を配置した場合が、光の収束率が最も良く、光の伝送効率を良くすることができる。なお、上記の説明では光学的マッチングをしない拡散面８は、光屈折・反射領域２と空間を介して形成されたが、第１の実施の形態と同様、光屈折・反射領域２上に直接形成されても同じ効果が得られる。

以上のように、第２の実施の形態に係る線状照明装置は、原稿面への照射効率が高く、照度ばらつきを小さくすることができるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れる、小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を実現することが可能となる。さらに、原稿面に出射する光の線幅が絞られることとなり、断面形状が円の場合に比べ、照射する光の照度を強めることができる。

（変形例２）
また、図８に示すように、導光体１の断面の形状を２つの半径の異なる円と該２つの円に接する直線から構成してもよい。光を伝搬する第一の円２４の半径を、光が出射する第二の円２５の半径よりも大きくし、導光体１の断面の形状が、第一の円２４と第二の円２５及び、該第一の円２４と第二の円２５の接線Ｌ１，Ｌ２とより構成することが、光源よりの入射光を全反射するのに最適な条件であり、これによって伝送効率を向上することができる。

本実施の形態では、第一の円２４は導光体１の断面積が一端から他端に向かうに従い小さくなっており、一方、第二の円２５は、長手方向のいずれの部分であても断面積が同じとなるように構成されている。第１の実施の形態と同様に、第一の円２４、第二の円２５の径寸法は、例えばそれぞれ最大５ｍｍ、３ｍｍとなっているが、この寸法に限定されるものではない。接続部６の径は、第一の円２４の径と等しい（例えば５ｍｍ）径か、あるいはそれよりも小さい（例えば２ｍｍ）径で形成され、第一の円２４と接続されている。

上記のような構成にすると、光屈折・反射領域２において屈折・反射された光が、導光体１の内部で全反射し、小さい円２５の外側であって２つの円２４、２５の中心を結ぶ直線の延長上に収束するため、出射する光の線幅が絞られ、原稿面に照射する光の照度が１．５倍となる。

また、第二の円２５の半径を変えることにより、原稿に照射する光の線幅や焦点距離を自由に変えることができる。その結果、最適な伝送効率の図れる線状照明装置を提供できる。

ＬＥＤ素子数を２素子とし，光出射面から原稿面までの距離を１．１ｍｍにした場合であっても、原稿面に照射する光の照度は、６００ｌｘ．で、照度のばらつきは１０％を実現できた。従来の線状照明装置と比較すると、ＬＥＤ素子数を約１／１０削減することができ、従来は光源と原稿面の距離は、従来約８〜１０ｍｍ程度必要であったのが、本実施の形態の場合、光出射面から原稿迄の距離を１．５ｍｍ以内に近づけても照度のばらつきを許容限度内（１０％）に抑えることが可能となる。これにより、８０％の低コスト化を実現でき、画像読み取り装置自体のサイズを約半分にすることができた。一方、カラー画像の場合では、原稿面照度が赤、緑、青色素子とも１２００ｌｘ．照度ばらつき１０％以下を確保できた。

以上のように、第２の実施の形態に係る線状照明装置は、原稿面への照射効率が高く、照度ばらつきを小さくすることができるため、低コスト、高品質、高分解能で画像を読み取れる、小型でかつ軽量の光学的画像読み取り装置を実現することが可能となる。さらに、原稿面に出射する光の線幅が絞られることとなり、断面形状が円の場合に比べ、原稿面に照射する光の照度を強めることができる。また、光の線幅や焦点距離を自由にかえることも可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の側面の断面図及び平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る線状照明装置のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域及び／又は拡散面の概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の導光体部分のみを示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域の拡大図である。 本発明の第１の実施の形態に係る線状照明装置の光源部の拡大図である。 本発明の第１及び第２の実施の形態に係る線状照明装置のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１及び第２の実施の形態に係る線状照明装置のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の側面の断面図及び平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の光屈折・反射領域及び／又は拡散面の概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の導光体部分のみを示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る線状照明装置の光終端部の拡大図である。 従来の光学的画像読み取り装置の構成図である。 従来の線状照明装置のＬＥＤアレイ部分のみの構成図である。

符号の説明

１ 導光体
２ 光屈折・反射領域
３ 回路基板
４ 発光ダイオード（ＬＥＤ）素子
５ 凹反射面
６ 接続部
７ 光拡散層
８ 拡散面
１４ 楕円の焦点
１５ 楕円
２４ 第一の円
２５ 第二の円
３８ 光終端部
３９ 光拡散層
４０ 光反射層
５２ ＬＥＤアレイ
５３ ロッドレンズアレイ
５４ 光電変換素子アレイ
６１ 基板
６２ ＬＥＤチップ

Claims (34)

1. 透光性を有する導光体と、前記導光体の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域と、前記導光体の一端部表面に光源とを備え、前記光源から放出された光を前記導光体内部に入射させ、前記光屈折・反射領域で屈折または反射した光を、前記導光体の前記光屈折・反射領域に対向する長手方向の他側面から外部に出射する線状照明装置において、
   三角波面で構成された前記光屈折・反射領域と、
   空間を隔てて前記光屈折・反射領域を覆う拡散面とを備え、かつ、前記拡散面が前記光屈折・反射領域と当接していないとともに、
   前記導光体は、前記光源が配置された一端面から長手方向に他端面に向かうに従い前記導光体の断面の断面積が次第に小さくなることを特徴とする線状照明装置。
2. 透光性を有する導光体と、前記導光体の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域と、前記導光体の一端部表面に光源とを備え、前記光源から放出された光を前記導光体内部に入射させ、前記光屈折・反射領域で屈折または反射した光を、前記導光体の前記光屈折・反射領域に対向する長手方向の他側面から外部に線状ビームとして出射する線状照明装置において、
   三角波面で構成された前記光屈折・反射領域と、
   空間を隔てて前記光屈折・反射領域を覆う拡散面とを備え、かつ、前記拡散面が前記三角波面の上面の上方に配置されているとともに、
   前記導光体は、前記光源が配置された一端面から長手方向に他端面に向かうに従い前記導光体の断面の断面積が次第に小さくなることを特徴とする線状照明装置。
3. 三角波面の上面が三角波面の頂点である請求項２に記載の線状照明装置。
4. 透光性を有する導光体と、前記導光体の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域と、前記導光体の一端部表面に光源とを備え、前記光源から放出された光を前記導光体内部に入射させ、前記光屈折・反射領域で屈折または反射した光を、前記導光体の前記光屈折・反射領域に対向する長手方向の他側面から外部に線状ビームとして出射する線状照明装置において、
   前記一側表面に設けられ、光屈折・反射を行なう三角波面状を有する三角波面部と、
   空間を隔てて前記三角波面部を覆う拡散面とを備え、かつ、前記拡散面が前記三角波面部と当接していないとともに、
   前記導光体は、前記光源が配置された一端面から長手方向に他端面に向かうに従い前記導光体の断面の断面積が次第に小さくなることを特徴とする線状照明装置。
5. 透光性を有する導光体と、前記導光体の長手方向の一側表面に設けた光屈折・反射領域と、前記導光体の一端部表面に光源とを備え、前記光源から放出された光を前記導光体内部に入射させ、前記光屈折・反射領域で屈折または反射した光を、前記導光体の前記光屈折・反射領域に対向する長手方向の他側面から外部に線状ビームとして出射する線状照明装置において、
   前記一側表面に設けられ、光屈折・反射を行なう三角波面状を有する三角波面部と、
   空間を隔てて前記三角波面部を覆う拡散面とを備え、かつ、前記拡散面が前記三角波面部の上面の上方に配置されているとともに、
   前記導光体は、前記光源が配置された一端面から長手方向に他端面に向かうに従い前記導光体の断面の断面積が次第に小さくなることを特徴とする線状照明装置。
6. 前記導光体の端面に平行な断面の形状が長手方向のいずれの位置においても相似である請求項１〜５のいずれかに記載の線状照明装置。
7. 前記導光体の光が出射する長手方向の他側面が前記光源が配置された前記導光体の一端面に対して垂直な面である請求項６に記載の線状照明装置。
8. 前記導光体の光が出射する長手方向の他側面が前記光屈折・反射領域に対向する直線状である請求項７に記載の線状照明装置。
9. 前記導光体の端面に平行な断面の形状が実質的に円である請求項８に記載の線状照明装置。
10. 前記導光体の端面に平行な断面の形状が実質的に楕円である請求項８に記載の線状照明装置。
11. 前記導光体の端面に平行な断面の形状が楕円の長径に垂直であるとともに、２つの焦点のうちの１つを通る切断線で切った形状である請求項８に記載の線状照明装置。
12. 前記切断線によって長手方向に形成される面上に前記光屈折・反射領域を設けた請求項１１に記載の線状照明装置。
13. 前記導光体の断面の形状が２つの半径の異なる円の一部と、該２つの円の接線より構成される形状である請求項８に記載の線状照明装置。
14. 前記２つの円は、前記光屈折・反射領域が設けられる第一の円と光が出射する第二の円とからなり、前記第一の円は前記導光体の一端面から他端面に向かうに従って断面積が小さくなり、また前記第二の円は前記導光体の長手方向のいずれの断面においても断面積が同じとなる請求項１３に記載の線状照明装置。
15. 前記導光体の長手方向の一側表面に凹溝を形成し、前記光屈折・反射領域が該凹溝の底面に形成される請求項９〜１４のいずれかに記載の線状照明装置。
16. 前記導光体と前記光源との間を接続するための接続部を設ける請求項１５に記載の線状照明装置。
17. 前記接続部の前記導光体の端面に平行な断面の形状は円形である請求項１６に記載の線状照明装置。
18. 前記接続部は、光源よりの導光体一端部への入射光が、該導光体外壁で全反射する条件を満たす長手方向の長さと径を備える請求項１６又は１７に記載の線状照明装置。
19. 前記接続部の外周部に外部からの光を遮断するための遮光層を設けた請求項１６〜１８のいずれかに記載の線状照明装置。
20. 前記接続部の外周部に光を拡散する拡散層を設けた請求項１６〜１８のいずれかに記載の線状照明装置。
21. 前記接続部の外周部に光を反射する反射層を設けた請求項１６〜１８のいずれかに記載の線状照明装置。
22. 前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面を前記導光体の長手方向の一側表面に所定のパタ−ンで形成する請求項１５に記載の線状照明装置。
23. 前記所定のパターンは、前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面の幅が前記導光体の長手方向全体に渡って一定である請求項２２に記載の線状照明装置。
24. 前記所定のパターンは、長手方向に一定長さの前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面が一定の間欠性を持って配置される請求項２３に記載の線状照明装置。
25. 前記所定のパターンは、長手方向に一定長さの前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面が前記導光体の一端面から他端面に向かっていくに従い間欠幅が狭くなる請求項２３に記載の線状照明装置。
26. 前記所定のパターンは、前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面の幅が前記導光体の一端面から他端面に向かっていくに従い広くなる請求項２２に記載の線状照明装置。
27. 前記所定のパターンは、長手方向に一定長さの前記光屈折・反射領域及び／又は前記拡散面が一定の間欠性を持って配置される請求項２６に記載の線状照明装置。
28. 前記導光体の前記光源が配置されない前記他端面に平行な断面の形状が該他端面から長手方向へ一定距離だけ同じ形状である光終端部を備えていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の線状照明装置。
29. 前記光終端部の外周部に外部からの光を遮断するための光遮光層又は光を拡散する光拡散層又は光を反射する光反射層を設けた請求項２８に記載の線状照明装置。
30. 前記光終端部の端面に外部からの光を遮断するための光遮光層又は光を拡散する光拡散層又は光を反射する光反射層を設けた請求項２８に記載の線状照明装置。
31. 前記光源は、発光ダイオードを用いた請求項１に記載の線状照明装置。
32. 前記発光ダイオードは、凹反射面５に形成された回路基板上に実装される請求項３１に記載の線状照明装置。
33. 前記凹反射面５の形状は、逆楕円錐台形であり、かつ前記発光ダイオードは前記逆楕円錐台形の底面上に実装される請求項３２に記載の線状照明装置。
34. 前記発光ダイオードは、前記導光体と同じ屈折率を持ち、かつ前記発光ダイオードと前記導光体は光学的マッチングをとって接続した請求項３３に記載の線状照明装置。

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