JP2006067551A - Original lighting system, image scanner, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナ、デジタルラボ等の読み取り装置に使用される原稿照明装置に関する。 The present invention relates to a document illumination device used for a reading device such as a digital copying machine, an image scanner, or a digital laboratory.
近年、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDと称す)の開発が活発に行われており、LED素子の明るさは急激に高まっている。LEDは、一般的に長寿命、高効率、高耐G性、単色発光などの利点を有しており、多くの照明分野への応用が期待されている。その用途の一つとして、デジタル複写機やイメージスキャナーのような画像読み取り装置の原稿照明装置がある。 In recent years, light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) are being actively developed, and the brightness of LED elements is rapidly increasing. LEDs generally have advantages such as long life, high efficiency, high G resistance, and monochromatic light emission, and are expected to be applied in many lighting fields. One of the applications is a document illumination device for an image reading device such as a digital copying machine or an image scanner.
図25は画像読み取り装置を有する画像形成装置の模式図である。
同図において符号100は画像形成部、200は画像読み取り部をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
画像形成部100は、ドラム状の潜像担持体111を有し、その周囲に帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、画像読み取り部等、外部からの原稿情報を受けてレーザビームLBにより光走査を行う光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
FIG. 25 is a schematic diagram of an image forming apparatus having an image reading apparatus.
In the figure,
The
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一帯電され、光走査装置117のレーザビームLBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。転写紙Pを収納したカセット118は、画像形成装置100本体に脱着可能であり、同図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対119に捕らえられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体111は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。
When forming an image, the
画像読み取り部200は、原稿202がコンタクトガラス201の上に配置され、コンタクトガラス201の下部に配置された第1走行体203に搭載された、図示しない照明部により原稿202が照明される。原稿202からの反射光は、第1走行体203の第1ミラー203aにより反射され、その後、第2走行体204の第1ミラー204aと第2ミラー204bで反射され、縮小結像レンズ205へ導かれ、ラインセンサー206上に結像される。
原稿の長手方向を読み取る場合は、第1走行体203がVの速度で図の右方向へ移動し、それと同時に第2走行体204が第1走行体203の半分の速度1/2Vで右方向へ移動し、原稿全体を読み取る。
In the
When reading the longitudinal direction of the document, the first traveling
図26はスキャナーの構成を説明するための図である。
図27は光源部近傍の詳細を説明するための図である。
両図において符号207は光源を示す。
通常、画像読み取り装置に用いられる原稿照明装置は、原稿201を照らすために、原稿幅とほぼ同じ長さが必要とされるため、光源207として主に冷陰極蛍光ランプ、あるいは円筒形状のキセノンランプが用いられている。円筒形状のランプによるコンタクトガラス201面における照度分布の例を図25に符号G0で示す。
光源207からの照射光を原稿202に照射すると、原稿202からの反射光は光変換素子(CCD、CMOS等)206aで電気信号に変換される。
図28は原稿面と結像面の関係を説明するための図である。
同図において符号R、G、Bは読み取るべき色の区別、赤、緑、青をそれぞれ示す。
カラー用として、同図に示すように結像位置がR、G、Bで異なる為、原稿面ではこの幅で均一な照度分布が要求される。この幅は実寸で言えばおよそ1mm程度であり、公差による許容範囲を考えてもせいぜい2ないし3mmとなる。これに対し、上述のような棒状のランプは、曲線G0で示すように比較的幅の広い照明領域をほぼ均一に照明することが可能であるが、実用上必要とされる上記照明幅に比べると広すぎるといえる。
FIG. 26 is a diagram for explaining the configuration of the scanner.
FIG. 27 is a view for explaining details of the vicinity of the light source unit.
In both figures,
Normally, a document illumination device used for an image reading device requires a length substantially the same as the document width to illuminate the
When irradiation light from the
FIG. 28 is a diagram for explaining the relationship between the document surface and the imaging surface.
In the figure, reference characters R, G, and B indicate the distinction of colors to be read, red, green, and blue, respectively.
For color, as shown in the figure, since the image forming positions are different for R, G, and B, a uniform illuminance distribution with this width is required on the document surface. This width is about 1 mm in terms of actual size, and will be at most 2 to 3 mm even if an allowable range due to tolerance is considered. On the other hand, the rod-shaped lamp as described above can illuminate a relatively wide illumination area almost uniformly as shown by the curve G0, but it is compared with the illumination width required in practice. It can be said that it is too wide.
装置の小型化の要請に応えるため、光源として上記棒状ランプに比べれば微小光源とも言える発光素子、すなわちLED素子を用いる構成が実用化されてきている。
LEDは各種の優れた特性を有しているものの、画像読み取り装置の照明装置として用いるには、素子1個1個の絶対的な明るさが足りないため、低速読み取り機器や、コンパクト性重視の機器を中心に用いられて来た。
この問題点を補うために、LEDアレイを構成するLED素子を多数個用いて、LEDアレイの光量増加を図るのが一般的であるが、光が広く拡散するため、あまり効率が良くない上に、省電力化に逆行するものである。また、拡散の少ない砲弾型のようなLEDを用いると、効率は上がるものの、指向性が高く、主走査方向にムラを発生する。
光利用効率向上を目的とした、LEDアレイと長尺レンズを組み合わせた原稿照明装置の例がある(例えば、特許文献1、特許文献2 参照。)。これらの装置では、LEDの光を、各LEDの副走査断面上で収束させることで効率を上げようとしていた。
In order to meet the demand for miniaturization of the apparatus, a configuration using a light emitting element, that is, an LED element, which can be said to be a micro light source as a light source compared to the rod-shaped lamp has been put into practical use.
Although LEDs have various excellent characteristics, the absolute brightness of each element is insufficient for use as an illumination device for image reading devices. It has been used mainly in equipment.
In order to compensate for this problem, it is common to increase the amount of light in the LED array by using a large number of LED elements constituting the LED array. However, since the light diffuses widely, it is not very efficient. It goes against power saving. In addition, when a bullet-like LED with less diffusion is used, the efficiency is improved, but the directivity is high and unevenness occurs in the main scanning direction.
There is an example of a document illumination device that combines an LED array and a long lens for the purpose of improving light utilization efficiency (see, for example,
しかし、このような方法を用いると、特許文献1に記載のように、収束光の中心部は明るく、中心から外れた位置では光が拡散され急激に暗くなるという問題がある。
LEDの出射光のうち、副走査断面に対し角度を持って出射される光のほとんどを無駄にするため、LEDを多数配列しなければ、主走査方向の照度ムラが発生する。
主走査方向の光量分布の均一化を図るため、単純な形状の導光板もしくは対向反射板を用いる例がある(例えば、特許文献3 参照。)。しかし、この構成は主走査方向の光量分布均一化のために、入射面、反射面、出射面の少なくともいずれか1つに回折格子を設けることが特徴になっており、副走査方向の照度分布均一化を求めるものではない。
However, when such a method is used, there is a problem that, as described in
Of the light emitted from the LEDs, most of the light emitted at an angle with respect to the sub-scanning cross section is wasted. Therefore, if a large number of LEDs are not arranged, illuminance unevenness in the main scanning direction occurs.
There is an example in which a light guide plate or a counter reflector having a simple shape is used in order to make the light quantity distribution in the main scanning direction uniform (see, for example, Patent Document 3). However, this configuration is characterized in that a diffraction grating is provided on at least one of the entrance surface, the reflection surface, and the exit surface in order to make the light amount distribution uniform in the main scanning direction. It does not require uniformity.
図40はデジタル複写機やイメージスキャナの受光素子の位置関係を示す模式図である。
同図において符号8は結像レンズ、6は受光素子、7は単体受光部をそれぞれ示す。
デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図に示すように、原稿からの反射光は結像レンズ8を介して受光素子6の単体受光部7で受光する。CCDセンサなどの受光素子6は単体受光部7の幅が通常0.05〜0.1mm程度と狭い。すなわち、等倍結像の場合で有れば、原稿面上でもそれと等しい狭い幅の領域しか読み取れないことになる。光源の光を鋭く集光させてしまうと、ミラー角度のずれなどによる照明位置ずれによって、照度分布曲線の位置がずれ、単体受光部7に達する光量が大きく変化し、形成される画像に大きく影響を与えることになってしまう。
同図は等倍センサを用いる例を示しているが、縮小光学系を用いて例えば10分の1に縮小結像させる場合でも、単体受光部7に結像する原稿側の照明領域の幅は、大きくても1mm程度にしかならないので、上記問題点は同じである。
FIG. 40 is a schematic diagram showing the positional relationship of light receiving elements of a digital copying machine or an image scanner.
In the figure,
In the digital copying machine and the image scanner, as shown in the figure, the reflected light from the original is received by the single
This figure shows an example using an equal-magnification sensor, but the width of the illumination area on the document side that forms an image on the single light-
図41は照度分布曲線の変化と読み取り位置との関係を示す図である。同図(a)、(b)は照度分布曲線の幅が比較的狭い場合、同図(c)、(d)は照度分布曲線の幅が比較的広い場合をそれぞれ示す。ここで比較的と言ったのは、読み取り領域の幅との関係で見た場合を示す。
同図(a)、(c)は正常に照明されている状態を示す。
デジタル複写機の場合には、受光部の幅がたとえば0.1mm程度と狭いため、同図(b)に示すように、照度分布曲線の中心位置が読み取り部からずれると、大幅に読み取り領域の照度が落ちてしまう。このため、デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図(c)、(d)に示すような、副走査対応方向の照度分布曲線が幅広であり、照明の中心位置が読み取り部からずれても読み取り領域の照度差を生じない原稿照明装置が求められる。そのためには、照度分布の最大値の近傍で、読み取りに必要な幅(上記例では最大約1mm)に機構的な誤差等による変動幅を加えた幅(例えば片側約1mm)以上の照度ムラの少ない部分、すなわち、照度の平坦部が有るとよい。
この平坦部は、機構が確定したときその照度が設計値通りでなくても、モノクロ画像を取り扱う場合、AGCなどの電気的補正で実用に差し支えない範囲の変化率に収まっている部分を言い、変化率は30%くらいまで許容できる。カラー画像を扱う場合は、AGCの問題よりも、三原色の色バランスの崩れを補正できる範囲に収めるため、上記変化率は12%くらいまで許容できる。
FIG. 41 is a diagram showing the relationship between the change in the illuminance distribution curve and the reading position. FIGS. 4A and 4B show the case where the width of the illuminance distribution curve is relatively narrow, and FIGS. 3C and 3D show the case where the width of the illuminance distribution curve is relatively wide. Here, “relative” means a case where it is viewed in relation to the width of the reading area.
(A), (c) of the same figure shows the state illuminated normally.
In the case of a digital copying machine, since the width of the light receiving unit is as narrow as about 0.1 mm, for example, if the center position of the illuminance distribution curve deviates from the reading unit as shown in FIG. Illuminance falls. For this reason, in a digital copying machine or an image scanner, the illuminance distribution curve in the sub-scanning corresponding direction as shown in FIGS. 3C and 3D is wide, and the center position of the illumination is shifted from the reading unit. There is a need for a document illumination device that does not produce a difference in illuminance in the reading area. For this purpose, in the vicinity of the maximum value of the illuminance distribution, an illuminance unevenness of a width (for example, about 1 mm on one side) or more obtained by adding a fluctuation range due to a mechanical error or the like to a width necessary for reading (up to about 1 mm in the above example). There should be a small portion, that is, a flat portion with illuminance.
This flat part means a part that falls within the rate of change in a range that can be put into practical use by electrical correction such as AGC when handling a monochrome image even if the illuminance is not as designed when the mechanism is determined, The rate of change is acceptable up to about 30%. When a color image is handled, the rate of change is acceptable up to about 12% because it falls within a range in which the collapse of the color balance of the three primary colors can be corrected rather than the AGC problem.
図42は棒状光源による照明の様子を示す模式図である。
これを満足するための、棒状光源用反射鏡の用い方としては、同図に示すように、低効率ではあるが光を集め過ぎずに、原稿面を幅広く照明するか、あるいは、複数の平面の組み合わせによって適当な照度分布を作るような構成が提案されている(例えば、特許文献4 参照。)。しかしながら、この構成は、棒状光源を用いていることを前提としているので、それよりはるかに大きさの小さいLEDに適用するには無理がある。その理由は主として被照明面の幅と光源の発光部の、大きさの比率の違いにある。被照明面の副走査方向の幅は数mm程度であるが、棒状光源の発光部の大きさはそれより大きいのに対し、LEDの発光部は被照明面の幅より小さい。この違いにより、光源と被照明面の距離や、反射鏡の大きさなどに違いが出る。
LEDアレイを用いるために同図と同じ構成を用いるのは、光利用効率が低過ぎるため、LEDの明るさ不足を補うという本来の目的を達成することができない。
LEDを照明光源として用いるための構成も提案されている(例えば、特許文献5 参照。)。しかしながら、特許文献5に示された構成は被照明領域の照度分布については言及されていない。
FIG. 42 is a schematic diagram showing a state of illumination by a rod-shaped light source.
In order to satisfy this, as shown in the figure, the reflecting mirror for the rod-shaped light source can be used to illuminate the document surface extensively without collecting too much light, although it is low in efficiency. There has been proposed a configuration that creates an appropriate illuminance distribution by combining the above (see, for example, Patent Document 4). However, since this configuration is based on the premise that a rod-shaped light source is used, it is impossible to apply to a much smaller LED. The reason is mainly the difference in the ratio of the size of the surface to be illuminated and the light emitting part of the light source. The width of the illuminated surface in the sub-scanning direction is about several millimeters, but the size of the light emitting portion of the bar light source is larger than that, whereas the light emitting portion of the LED is smaller than the width of the illuminated surface. This difference causes a difference in the distance between the light source and the surface to be illuminated, the size of the reflecting mirror, and the like.
The use of the same configuration as that shown in the figure for using the LED array cannot achieve the original purpose of compensating for the insufficient brightness of the LEDs because the light utilization efficiency is too low.
A configuration for using an LED as an illumination light source has also been proposed (see, for example, Patent Document 5). However, the configuration shown in
図43、44は複数のLEDによる照明の様子を示す模式図である。
図45、46はLEDと被照明面の間に導光板を配置した場合の模式図である。
先に、LED素子を多数個用いて被照明面を照明する方法は光が広く拡散すると述べたが、これを改善するために、例えばLEDアレイを被照明面に接近させると、図43、図44に示すようにLED1個1個の明るさムラが長手方向に現れる。
そこで、光源と被照明面を近づけながら、長手方向のムラを減らす方法として、図45、図46に示すような、長手方向(主走査方向)の幅が被照明面と同程度で、短手方向(副走査方向)は被照明面の短手方向照明幅程度の四角柱で、入射面と出射面以外の面が例えば鏡面状態の導光板を、LEDアレイの光出射面に設置する。光源からの出射光はこの導光板に入射し、短手方向では反射を繰り返しながら、長手方向には端部以外では影響を受けずに導光板の出射面に導かれ、被照明面を照らす。導光板の光出射面を2次光源と捉えれば、この方法によって、光源と被照明面を近づけながら、なおかつ長手方向の照明ムラも少なくできる。照明ムラを小さくする目的においては、光の反射回数が多い方が望ましいので、導光板の短手方向は長いほうが望ましいが、レイアウト上、長さの制約がある場合には、鏡面状態を荒らして、乱反射させるような方法を用いることで、照明ムラを小さくできる。
43 and 44 are schematic views showing a state of illumination by a plurality of LEDs.
45 and 46 are schematic views when a light guide plate is disposed between the LED and the surface to be illuminated.
As described above, the method of illuminating the surface to be illuminated using a large number of LED elements has been described that light diffuses widely. To improve this, for example, when an LED array is brought close to the surface to be illuminated, FIG. As shown at 44, the brightness unevenness of each LED appears in the longitudinal direction.
Therefore, as a method of reducing the unevenness in the longitudinal direction while bringing the light source and the illuminated surface close to each other, the width in the longitudinal direction (main scanning direction) as shown in FIGS. The direction (sub-scanning direction) is a quadrangular prism that is about the short-side illumination width of the surface to be illuminated. The light emitted from the light source is incident on the light guide plate and is repeatedly reflected in the short direction, but is guided to the light exit surface of the light guide plate in the longitudinal direction without being affected except at the end, and illuminates the surface to be illuminated. If the light emitting surface of the light guide plate is regarded as a secondary light source, this method can reduce illumination unevenness in the longitudinal direction while bringing the light source and the surface to be illuminated closer. For the purpose of reducing illumination unevenness, it is desirable that the number of times of light reflection is large, so it is desirable that the short direction of the light guide plate is long, but if there is a length limitation on the layout, the mirror surface state is roughened Irradiation unevenness can be reduced by using a method of irregular reflection.
本発明はこれらの問題の解決を目的としており、複数の発光素子を用いて、主走査方向に照度ムラを発生させずに、副走査方向にも照度ムラがなく、照明効率の高い原稿照明装置を提供するものである。
また、本発明はLED素子の明るさ不足を補うための、光利用効率を向上させた構成を提案するものであり、1個のLED、もしくは素子数の少ないLEDアレイで、被照射面を明るく照明することを目的とする。被照明面の幅方向の照度分布曲線が幅広で照度ムラが少なく、照明領域が機構の誤差範囲でずれても被照明面の照度の変化が少ないか、殆どない照明装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems. A document illuminating apparatus that uses a plurality of light emitting elements and does not generate illuminance unevenness in the main scanning direction, has no uneven illuminance in the sub-scanning direction, and has high illumination efficiency. Is to provide.
In addition, the present invention proposes a configuration with improved light utilization efficiency to compensate for the lack of brightness of the LED elements. The surface to be irradiated is brightened with one LED or an LED array with a small number of elements. The purpose is to illuminate. An object of the present invention is to provide an illuminating device that has a wide illuminance distribution curve in the width direction of the surface to be illuminated, little illuminance unevenness, and little or no change in illuminance on the surface to be illuminated even if the illumination region is shifted within the error range of the mechanism And
請求項1に記載の発明では、原稿面上を読み取るための長さと幅を有する被照明領域と、前記長さ方向を主走査方向とし、幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に所定間隔で並べた複数の発光素子と、該複数の発光素子と前記原稿面との間に配置され、前記複数の発光素子からの光束を前記被照明領域に導く導光板と、を有する原稿照明装置において、前記導光板は、前記主走査方向に関しては前記被照明領域の長さにほぼ等しいかまたはそれより長い長さを有し、副走査断面における形状が、幅に対する長さの比を表す矩形比が1以上の長方形、もしくはその長方形に内接する多角形状を有し、該長方形の一方の短辺に前記複数の発光素子の発光面を対面させて光の入射面とし、他方の短辺を前記被照明領域に近づけて光の出射面として配置し、該出射面と前記入射面とを結ぶ前記長方形の二つの長辺方向に対応する複数の面(以後側面と呼ぶ)を光の反射面とし、該複数の発光素子の光軸を前記長方形の長辺に平行に配置し、前記光軸を前記原稿面の法線に対して所定の角度傾けて配置し、前記副走査断面における前記導光板の前記出射面からの光束のうち、直接光と、前記複数の反射面のうち少なくとも2面以上の反射面からの少なくとも1回反射光との重複領域に読取領域を設定したことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the illuminated area having a length and a width for reading on the document surface, and the main scanning direction when the length direction is the main scanning direction and the width direction is the sub scanning direction. A plurality of light emitting elements arranged at predetermined intervals, and a light guide plate disposed between the plurality of light emitting elements and the document surface and guiding light beams from the plurality of light emitting elements to the illuminated area. In the illuminating device, the light guide plate has a length substantially equal to or longer than the length of the illuminated region in the main scanning direction, and the shape in the sub-scanning section has a ratio of the length to the width. A rectangle having a rectangular ratio of 1 or more, or a polygonal shape inscribed in the rectangle, the light emitting surfaces of the plurality of light emitting elements face one short side of the rectangle to form a light incident surface, and the other short Light is emitted with the side close to the illuminated area. And a plurality of surfaces corresponding to the two long sides of the rectangle connecting the exit surface and the entrance surface (hereinafter referred to as side surfaces) as light reflecting surfaces, and the optical axes of the plurality of light emitting elements are Arranged parallel to the long side of the rectangle, the optical axis is inclined at a predetermined angle with respect to the normal line of the document surface, out of the light flux from the exit surface of the light guide plate in the sub-scanning section, A reading area is set in an overlapping area between the direct light and at least one reflected light from at least two reflecting surfaces among the plurality of reflecting surfaces.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の原稿照明装置において、前記側面の少なくとも1つは、前記光軸に対して平行でない所定の傾斜角度を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の原稿照明装置において、前記側面は、前記光軸に対して互いに異なる傾斜角度を有する連接する2面を有することを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項2または3に記載の原稿照明装置において、前記側面の傾斜方向は、前記入射面側より、前記出射面側の方が光軸から離れる方向であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記側面の光軸に向いた側は高反射処理を施した面であり、該側面より光軸側は中空であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the document illuminating device according to the first aspect, at least one of the side surfaces has a predetermined inclination angle that is not parallel to the optical axis.
According to a third aspect of the present invention, in the document illuminating device according to the first or second aspect, the side surface has two surfaces that are connected to each other and have different inclination angles with respect to the optical axis.
According to a fourth aspect of the present invention, in the document illumination device according to the second or third aspect, the inclined direction of the side surface is a direction in which the exit surface side is farther from the optical axis than the incident surface side. It is characterized by.
According to a fifth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to fourth aspects, the side facing the optical axis of the side surface is a surface subjected to high reflection treatment, and The optical axis side is hollow.
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の原稿照明装置において、前記発光素子から前記側面の出射面に連なる2つの端部に到る距離が相異なることを特徴とする。
請求項7に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記導光板の前記光の出射面は、前記光軸に対して互いに異なる傾斜角度を有する2面からなることを特徴とする。
請求項8に記載の発明では、請求項7に記載の原稿照明装置において、前記導光板の前記光の出射面は、前記光軸に対して非対称形であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記光の出射面は、前記光軸に対して直交せず、所定の傾斜角度を有することを特徴とする。
請求項10に記載の発明では、請求項9に記載の原稿照明装置において、前記光の出射面の傾斜方向は、前記導光板の前記原稿面に最も近い角部が、前記原稿面から離れる方向であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the invention, in the document illuminating device according to the fifth aspect of the invention, the distances from the light emitting element to the two end portions connected to the emission surface of the side surface are different.
According to a seventh aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to fourth aspects, the light exit surfaces of the light guide plate have different inclination angles with respect to the optical axis. It consists of two surfaces.
According to an eighth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to the seventh aspect, the light exit surface of the light guide plate is asymmetric with respect to the optical axis.
According to a ninth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to fourth aspects, the light emission surface is not orthogonal to the optical axis and has a predetermined inclination angle. It is characterized by that.
According to a tenth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to the ninth aspect, the inclination direction of the light exit surface is a direction in which a corner portion of the light guide plate closest to the document surface is separated from the document surface. It is characterized by being.
請求項11に記載の発明では、請求項1ないし4、および7ないし10のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記導光板は屈折率1.4142以上の透明部材からなることを特徴とする。
請求項12に記載の発明では、請求項1ないし11のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記導光板からの光束のうち、前記読取領域に到達しない光束の一部を前記読取領域に折り返す反射鏡を、前記導光板の出射面に対向する位置に設けたことを特徴とする。
請求項13に記載の発明では、請求項1ないし11のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子と組み合わせた前記導光板と同形の導光板を、前記読取領域に関してほぼ対称に設けたことを特徴とする。
請求項14に記載の発明では、請求項1ないし13のいずれか1つに記載の原稿照明装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
請求項15に記載の発明では、請求項14に記載の画像読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to fourth and seventh to tenth aspects, the light guide plate is made of a transparent member having a refractive index of 1.4142 or more. And
According to a twelfth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to eleventh aspects, a part of a light beam that does not reach the reading region out of the light beam from the light guide plate is the reading region. A reflecting mirror is provided at a position facing the light exit surface of the light guide plate.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to eleventh aspects, a light guide plate having the same shape as the light guide plate combined with the plurality of light emitting elements is substantially related to the reading region. It is characterized by being provided symmetrically.
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image reading apparatus using the document illumination device according to any one of the first to thirteenth aspects.
According to a fifteenth aspect of the present invention, an image forming apparatus using the image reading device according to the fourteenth aspect is characterized.
請求項16に記載の発明では、原稿面上を読み取るための長さと幅を有する被照明領域と、前記長さ方向を主走査方向とし、幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に所定間隔で並べた複数の発光素子と、該複数の発光素子からの光束を入射させる入射面を有し前記光束を所定の方向に出射させる出射面を有する導光板と、該導光板を出射した光束を前記被照明領域に導く反射部材と、を有する原稿照明装置において、前記被照明面の副走査方向における照度分布が所定幅以上の平坦部を有することを特徴とする。
請求項17に記載の発明では、請求項16に記載の原稿照明装置において、前記副走査方向の照度分布の半値幅Lが、
2 ≦ L ≦ 10
を満足する範囲にあることを特徴とする。
請求項18に記載の発明では、請求項17に記載の原稿照明装置において、前記導光板の厚さをHとするとき、該Hと前記Lは
0.5 ≦ L/H ≦ 30
を満足する関係にあることを特徴とする。
In the invention according to
In the invention according to
2 ≦ L ≦ 10
It is characterized by being in a range satisfying.
In the invention according to
It is characterized by satisfying the relationship.
請求項19に記載の発明では、請求項16ないし18のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記反射部材は凹面からなる反射部材であり、前記導光板の前記出射面に前記凹面を向けていることを特徴とする。
請求項20に記載の発明では、請求項16ないし18のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記反射部材は複数の平面からなる疑似凹面反射部材であり、前記導光板の前記出射面に前記疑似凹面を向けていることを特徴とする。
請求項21に記載の発明では、請求項16ないし20のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は1列に配列されており、この素子列と前記導光板の長さ方向が平行に配置されていることを特徴とする。
請求項22に記載の発明では、請求項16ないし21のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は白色LEDであることを特徴とする。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the sixteenth to eighteenth aspects, the reflecting member is a reflecting member having a concave surface, and the concave surface is formed on the exit surface of the light guide plate. It is characterized by being directed.
According to a twentieth aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the sixteenth to eighteenth aspects, the reflecting member is a pseudo concave reflecting member formed of a plurality of planes, and the emission surface of the light guide plate The quasi-concave surface is directed to the surface.
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the sixteenth to twentieth aspects, the plurality of light emitting elements are arranged in one row, and the length of the element row and the light guide plate The vertical direction is arranged in parallel.
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the sixteenth to twenty-first aspects, the plurality of light emitting elements are white LEDs.
請求項23に記載の発明では、請求項16ないし22のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は各々発光色が異なるLEDが少なくとも2種類用いられており、各色光は前記導光板内で多重反射する時に混色され、前記導光板の前記出射面においては白色光となることを特徴とする。
請求項24に記載の発明では、請求項16ないし23のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記複数の発光素子は、その光束出射面が前記導光板の前記入射面に密着させてあることを特徴とする。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the sixteenth to twenty-second aspects, at least two types of LEDs each having a different emission color are used for the plurality of light emitting elements. Are mixed when reflected multiple times in the light guide plate, and become white light on the exit surface of the light guide plate.
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the sixteenth to twenty-third aspects, the light emitting surfaces of the plurality of light emitting elements are in close contact with the incident surface of the light guide plate. It is characterized by being.
請求項25に記載の発明では、請求項16ないし24のいずれか1つに記載の原稿照明装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
請求項26に記載の発明では、請求項16ないし24のいずれか1つに記載の原稿照明装置を用いたカラー原稿読み取り装置を特徴とする。
請求項27に記載の発明では、請求項25に記載の画像読み取り装置、または請求項26に記載のカラー原稿読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided an image reading apparatus using the document illumination device according to any one of the sixteenth to twenty-fourth aspects.
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a color original reading device using the original illumination device according to any one of the sixteenth to twenty-fourth aspects.
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus using the image reading device according to the twenty-fifth aspect or the color original reading device according to the twenty-sixth aspect.
本発明の照明装置によれば、比較的単純な構成の導光板を用いることで、照明効率が高く、主走査方向にも、副走査方向にも照度ムラの少ない原稿照明装置を得ることができる。 According to the illumination device of the present invention, by using a light guide plate having a relatively simple configuration, it is possible to obtain a document illumination device that has high illumination efficiency and little illuminance unevenness in both the main scanning direction and the sub-scanning direction. .
図1は本発明の照明装置の基本概念を示す側断面図である。
図2は本発明の照明装置の光源ユニットの分解斜視図である。
両図において符号1は光源としてのLED、2は導光板、3は光源装置、4はコンタクトガラス、5は原稿面をそれぞれ示す。
複数のLED1は細長い基板1aの長手方向に或る所定の間隔を置いて配列されている。複数のLED1と基板1aが一体になったものを光源ユニットと呼ぶ。その長手方向に沿って、板状の透明材料からなる導光板2が配置されている。導光板2は、LED1に向いた面2aが光の入射面、その対向面2bが光の出射面とされ、少なくとも長手方向に沿った他の2面(側面と呼ぶ)は光の反射面2cとして使用される。光が全反射領域の角度で入射する場合は、反射面2cは平滑面でさえあれば特に何の加工も必要ないが、そうでない場合は、例えばアルミニウム蒸着などの全反射処理をしておくか、あるいは光輝アルミ板を密着させておくとよい。
LEDを配置する所定の間隔とは、原稿面上における照度ムラが、カラー原稿で許容される例えば12%以内に収まるような配置間隔を言う。この間隔はLEDの発光分布や、導光板の寸法等によって変わるので、実測値を基に定める。
LEDの光出射面と導光板2の入射面2aとは密接状態で示してあるが、必要に応じて離して配置しても良い。
なお、図2は、分かりやすくするため、導光板2と光源ユニットはずらして示してある。
FIG. 1 is a side sectional view showing the basic concept of the illumination device of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the light source unit of the illumination device of the present invention.
In both figures,
The plurality of
The predetermined interval at which the LEDs are arranged refers to an arrangement interval in which the illuminance unevenness on the document surface falls within, for example, 12% allowed for a color document. Since this interval varies depending on the light emission distribution of the LED, the size of the light guide plate, and the like, it is determined based on the actually measured value.
Although the light emitting surface of the LED and the
In FIG. 2, the
図3はLEDの出射光の分布を説明するための図である。同図(a)は理想的な配光分布を示す図、同図(b)は実用されているLEDの規格の一例を示す図である。
同図(a)において符号1Lは光出射面、Q1は発光の光量分布曲線をそれぞれ示す。
LED1は原則として光の出射面1Lの法線方向に最大光量が存在する。LED1の発光中心において光出射面に立てた法線を、LED1の光軸と呼ぶ。光軸からの傾き角θに対する光量レベルは一般にf(θ)で表される。理想的な配光分布の場合、
f(θ)=cosθ
で表され、その光量レベルを曲線で結ぶと、同図のように断面が円になる。この図は光軸上の光量レベルを1として他を相対値で表している。LEDが点光源であると見なせる場合、分布曲線Q1は立体的に見ると直径1の球形状になる。この分布をランバート分布と呼んでいる。光量レベルが2分の1になる法線からの発光角度を半値角と呼んでおり、この分布の場合、半値角は60°となる。
同図(b)は数ある規格の内の1つを示している。同図において符号Q2は規格値を表す光量分布曲線を示す。この規格値は(cosθ)1.5の式で近似できる。この規格では半値角はおよそ51°になっている。
実製品は規格値を下回ることがないように作られるのが通例で、部分的には規格値より出力が大きいことがある。
FIG. 3 is a diagram for explaining the distribution of light emitted from the LED. The figure (a) is a figure which shows ideal light distribution, and the figure (b) is a figure which shows an example of the specification of LED currently used practically.
In FIG. 2A,
In principle, the
f (θ) = cos θ
When the light quantity levels are connected by a curve, the cross section becomes a circle as shown in the figure. In this figure, the light quantity level on the optical axis is 1, and the others are represented by relative values. When the LED can be regarded as a point light source, the distribution curve Q1 has a spherical shape with a diameter of 1 when viewed three-dimensionally. This distribution is called Lambertian distribution. The light emission angle from the normal line at which the light amount level is halved is called a half-value angle. In this distribution, the half-value angle is 60 °.
FIG. 2B shows one of many standards. In the figure, reference sign Q2 indicates a light amount distribution curve representing a standard value. This standard value can be approximated by the equation (cos θ) 1.5 . In this standard, the half-value angle is approximately 51 °.
The actual product is usually made so as not to fall below the standard value, and in some cases, the output may be larger than the standard value.
LED1と導光板2の組み合わせは、枠に取り付けられ光源装置3として、原稿面が置かれるコンタクトガラス4の法線に対して、LED1の光軸が30°ないし45°くらいの角度に傾斜して配置されている。原則として原稿面における照度分布が最大になるような位置におけるコンタクトガラスの法線に読み取り方向を一致させ、原稿からの反射光は光源装置3に保持された第1ミラー3aにより所定の方向に反射される。
The combination of the
図4は本発明の基本構成例を説明するための図である。
同図を用いて、導光板によってLED1からの光束が導かれる様子を説明する。
導光板2の長手方向に垂直な断面の形状は、入射面2aと出射面2bの長さが等しい長方形とし、その長さに対して反射面2cの長さが2倍になるよう設定し、LED1は導光板2の入射面2aの中央部に密着させた。このように、長方形の幅に対する長さの比を矩形比と呼ぶことにする。この例では矩形比は2になる。この構成では、入射面2aと反射面2cが直交しているので、LED1の光軸L0は、反射面2cに平行になる。
LED1と入射面2aが密着していない場合、LEDからの光束は一旦空気中に出射し、そのあとで導光板2に入射するので、入射の時点で導光板2の屈折率に基づく屈折が生じ、光束の広がり角度が空気中におけるそれより小さくなる。LED1と導光板2が密接している場合は、見かけ上屈折の現象は存在しないが、導光板中における光束の広がりは屈折の結果生じる光束の広がりと同じになる。同図においては、導光板2としてガラス、あるいはアクリル等を用いることと、計算の便宜上を含めて考え、屈折率1.5として示してある。この場合、導光板2の空気に対する臨界角はおよそ41.8°となり、LED1からの出射角が90°の光束が導光板2に入ったとしても、導光板中へは、上記光軸に対して41.8°の角度で入り、これ以上大きな角度の光線は存在しない。因みに、この最大角度で入った光線は、反射面2cに対して90°−41.8°=48.2°の入射角となり、この角は臨界角41.8°より大きいため、2c面を特に反射性処理しなくとも、全反射が生ずる。それ以外の光線は2a面に入射するときの角度が41.8°より小さいため、2c面に対しては48.2°より大きい入射角となって、やはり全反射となる。このように、側面に入射するすべての光線に対して結果的に全反射となる場合、この側面を便宜上鏡面と呼ぶ。
FIG. 4 is a diagram for explaining a basic configuration example of the present invention.
The manner in which the light beam from the
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
When the
上記の現象は媒質の屈折率が1.5であることを前提としているが、ここで、屈折率がさらに低い場合について考える。
LEDから臨界角θで入射した光線が、入射面と直交する反射面において全反射光線となる条件は、上記の式を援用すれば、90°−θ=θとなる。したがって、θ=45°が得られる。臨界角が45°になる媒質の屈折率は、
n=sin45°
で求められ、
n=√(2)≒1.4142
となる。
すなわち、屈折率約1.4142以上の媒質を用いれば、2c面に特に反射性の処理を施さなくても、入射面から入ったLEDの光束は、入射面と直交する側面に対し必ず全反射光束となる。
The above phenomenon is based on the premise that the refractive index of the medium is 1.5. Here, consider a case where the refractive index is even lower.
The condition that a light beam incident at a critical angle θ from an LED becomes a totally reflected light beam on a reflection surface orthogonal to the incident surface is 90 ° −θ = θ, using the above formula. Therefore, θ = 45 ° is obtained. The refractive index of the medium whose critical angle is 45 ° is
n = sin45 °
Sought in
n = √ (2) ≈1.4142
It becomes.
In other words, if a medium having a refractive index of about 1.4142 or more is used, the light flux of the LED entering from the incident surface is always totally reflected to the side surface orthogonal to the incident surface, even if the 2c surface is not subjected to a particularly reflective process. It becomes a luminous flux.
透明部材として実用的に入手しうる材料を考えると、最も小さい屈折率はおよそn=1.35である。この媒質の臨界角は約47.8°である。この媒質を本構成例に適用すると、臨界角で入射した光線は、入射面に直交する反射面に対する入射角が90°−47.8°=42.2°となり、これは全反射条件にならない。逆に入射面に42.2°で入射した光線が側面に対して全反射条件になる。したがって、この角度42.2°に対応する光源の出射角度約65°より外側の光束は、側面において全反射光にならず、側面から出て行ってしまうことになる。この光量分は照明装置にとって損失となるので、その大きさを見ると、配光分布が(cosθ)1.5の場合、出射角度65°における光量レベルは約0.27となる。そして、その角度より大きい角度に含まれる光量は、光軸対称の両側を合わせても2%程度にしかならない。したがって、光量損失だけを考えるなら、任意の透明媒質において、側面の反射性処理を省略して構わない。ただし、側面から出た光線が、迷光となって画質劣化に影響を与える場合は、その対策を講ずる必要がある。 Considering a material that is practically available as a transparent member, the smallest refractive index is approximately n = 1.35. The critical angle of this medium is about 47.8 °. When this medium is applied to this configuration example, a light beam incident at a critical angle has an incident angle of 90 ° -47.8 ° = 42.2 ° with respect to a reflecting surface orthogonal to the incident surface, which is not a total reflection condition. . On the contrary, a light ray incident on the incident surface at 42.2 ° becomes a total reflection condition on the side surface. Therefore, the light beam outside the light source emission angle of about 65 ° corresponding to this angle of 42.2 ° does not become totally reflected light on the side surface, but exits from the side surface. Since this amount of light is lost to the illumination device, the light amount level at an emission angle of 65 ° is about 0.27 when the light distribution is (cos θ) 1.5 . The amount of light included in an angle larger than that angle is only about 2% even when both sides of the optical axis symmetry are combined. Accordingly, if only the light loss is considered, the side surface reflection processing may be omitted in any transparent medium. However, if the light rays coming out from the side surface become stray light and affect the image quality degradation, it is necessary to take countermeasures.
LED1から出射面2bに直接向かう角度α1の範囲の光束は、同図に「直接光束」と示した範囲に発散して出ていく。LED1から上記直接光束より外側に出た角度α2の範囲の光束は、反射面2cによって反射され、出射面2bから1回反射光束として出ていく。それより外側の光束は臨界角迄の角を示すα3迄の光束だけが2回反射光束となる。
反射面2cは2面あり、両者を分けて説明する都合上、片方をc1面、他方をc2面として区別する。
反射面c1は鏡面であるから、LED1の虚像1’が所定の位置に生ずる。角度α2の範囲の光束は、この虚光源からの光束であるかのように反射する。そして、出射面2bを出射後は同図に「c1面1回反射光束」として示した範囲に発散して出ていく。
c2面による反射光も、光軸に関し上記と対称的に同様な発散光として出ていく。
反射面の反射率が100%であれば、さらに複数回反射の光束も考慮に入れるべきであるが、実際には光源からの出射角が大きくなるほど光量レベルが小さくなることと、2回反射光は角度α3の範囲しかなく、原稿面照度に対する寄与率が急激に小さくなるので、基本的には1回反射までで大勢を判断してもあまり大きな間違いは生じない。
同図においてハッチングを施した領域は、直接光と1回反射光が共通的に通過する領域である。この領域を光束の重複領域と呼ぶ。したがって、この領域に読取領域を置けば、比較的高い照度の照明が得られる筈である。
The luminous flux in the range of the angle α1 directly directed from the
There are two reflecting
Since the reflecting surface c1 is a mirror surface, a
Reflected light from the c2 plane also emerges as divergent light similar to the above with respect to the optical axis.
If the reflectivity of the reflecting surface is 100%, the light beam reflected several times should be taken into consideration. In practice, however, the light quantity level decreases as the emission angle from the light source increases, and the twice reflected light. Is only in the range of the angle α3, and the contribution rate to the illuminance on the original surface is drastically reduced. Therefore, even if a large number of judgments are basically made up to one reflection, there is no great error.
In the figure, the hatched area is an area where the direct light and the one-time reflected light pass in common. This area is called a light flux overlapping area. Therefore, if a reading area is placed in this area, illumination with a relatively high illuminance should be obtained.
図5はLEDの光軸を原稿面の法線に対し30°傾けた時の照度分布を示す図である。
光源装置の光軸L0に対して法線Nがγ=30°傾斜した読取面を想定する。ただし、同図においてはコンタクトガラスの厚さと、それに伴う光線の屈折は省略してある。したがって、導光板2と原稿面の間の距離が小さすぎると、コンタクトガラスの厚さが十分取れない場合も生ずる。その場合でも、読取位置固定で原稿移動型の画像形成装置には使用可能である。また、読み取り領域が導光板2自身で遮断されないような限界位置に、原稿面を設定した。
同図において符号Gは原稿面における相対照度を示す曲線である。照度の算出は、出射面2bが光軸と交わる位置Pにおける、LEDからの直射光による照度を1として、光源の配光分布を(cosθ)1.5と仮定し、原稿面上各点の相対距離、原稿面への入射角度を考慮してある。以下のすべての図において同様である。
照度分布曲線Gの不連続な部分は、直接光束あるいは1回反射光束の限界光線によって形成される。
読取面(原稿面)と図4におけるハッチング領域の交わる幅をもった領域が照度最高になり、この位置において読取面に立てた法線N方向(読取方向)の領域が最大読取光束幅Bとなる。同図ではBは導光板2の厚さ(断面の幅)のおよそ0.18倍であった
仮に、上記最大読取光束幅Bを2mmにしたければ、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅11mm、長さ22mmにすればよいことになる。
なお、同図において1回反射までに含まれる光束の角度は半値角より大きく、片側64°であり、その角度における光量レベルは、光量分布を(cosθ)1.5分布と仮定した場合、その角度における光量レベルはおよそ0.29となる。ランバート分布と仮定した場合でも、およそ0.44にしかならない。
FIG. 5 is a diagram showing the illuminance distribution when the optical axis of the LED is tilted by 30 ° with respect to the normal of the document surface.
Assume a reading surface in which the normal N is inclined by γ = 30 ° with respect to the optical axis L0 of the light source device. However, in the figure, the thickness of the contact glass and the accompanying light refraction are omitted. Therefore, if the distance between the
In the figure, symbol G is a curve indicating the relative illuminance on the document surface. The calculation of the illuminance assumes that the illuminance by direct light from the LED at the position P where the
The discontinuous portion of the illuminance distribution curve G is formed by a limit light beam of a direct light beam or a once reflected light beam.
The area having the width where the reading surface (document surface) and the hatched area in FIG. 4 intersect has the highest illuminance, and the region in the normal N direction (reading direction) standing on the reading surface at this position is the maximum reading beam width B. Become. In the drawing, B is about 0.18 times the thickness (cross-sectional width) of the
In the same figure, the angle of the light beam included until one-time reflection is larger than the half-value angle and is 64 ° on one side, and the light amount level at that angle assumes that the light amount distribution is (cos θ) 1.5 distribution. The light amount level at the angle is approximately 0.29. Even assuming a Lambertian distribution, it is only about 0.44.
ここで、導光板2と原稿面の距離について考察する。
光源移動型のスキャナーの場合、原稿載置面としてのコンタクトガラスは少なくとも3mm位は必要である。それに対し、原稿移動型のスキャナーの場合は、コンタクトガラスにかかる負荷が比較的小さいので、上記より薄くても使用可能である。ただし、機械的強度のことを考えると、あまり薄くすることは好ましくない。できれば、少なくとも2mmの厚さは確保したい。
コンタクトガラス(合成樹脂の場合も含めて)はある程度の屈折率を有するので、図5における導光板2と原稿面との距離をそのまま2mm以上に設定する必要はない。例えば、厚さ2mmで屈折率1.35の媒質をコンタクトガラスとして用いた場合、その厚さ方向の距離は、空気中の距離としてはおよそ1.5mmに相当する。
したがって、最大読取光束幅Bを2mmとみなすとき、導光板2と原稿面との間の距離がその3分の2以上あれば使用可能であると考えて良い。
逆に導光板2と原稿面との間の距離が最大読取光束幅Bの3分の2以上になっていないときは、最大読取光束幅Bの方を2mm以上のしかるべき値に設定することで使用可能な構成にすることができる。
Here, the distance between the
In the case of a light source moving type scanner, the contact glass as the document placement surface needs to be at least about 3 mm. On the other hand, in the case of a document moving type scanner, the load applied to the contact glass is relatively small, so that it can be used even if it is thinner than the above. However, considering the mechanical strength, it is not preferable to make it too thin. If possible, we want to ensure a thickness of at least 2 mm.
Since the contact glass (including the case of synthetic resin) has a certain refractive index, it is not necessary to set the distance between the
Therefore, when the maximum reading light beam width B is considered to be 2 mm, it can be considered that the
Conversely, when the distance between the
図6、7はLEDの光軸を原稿面の法線に対し45°傾けた時の照度分布を示す図である。図6は図1と同様な副走査断面を示す図、図7は、LEDを含み、副走査断面に対し45°傾けた断面を示す図である。
図6において、光軸L0が原稿面5と交わる点に立てた法線Nに対し、光軸L0をγ=45°に傾けた。符号Gは本構成における原稿面上の照度分布曲線である。比較のため、図5に示した照度分布曲線をG’として点線で示した。曲線GはG’に比べて最高照度が大きく、最大読み取り幅Bも図5に示したそれより大きくなっている。図6ではBは導光板2の厚さ(断面の幅)のおよそ0.45倍であった
仮に、上記最大読取光束幅Bを2mmにしたければ、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅4.5mm、長さ9mmにすればよいことになる。
図7は主走査方向に対して45°傾いた方向にある原稿面に達する光束の状態を示している。光束は導光板中を45°の斜めに通過するので、光路は図6の場合の約1.4倍の長さに延びている。主走査方向に関し傾いた光束は、入射面、出射面において主走査方向の屈折が生ずるので、光束は立体的なズレが生じ、厳密に言えば1平面では表せないが、照度分布変化の傾向を説明するためなので、簡略化した。
符号G45はこの断面における照度分布曲線を示す。照度分布の計算法は図6と同じ基準であるから、照度低下の著しさがよく分かる。原稿面5の同じ位置に、より近い位置にある複数のLEDからの光束も重畳されるので、G45の照度分布の寄与率は小さくなり、最大読取光束幅Bの大きさに影響を与えることはない。
ただし、最大読取光束幅Bの範囲内における照度の変化を見ると、最大値に対する最小値の比は85.3%であり、照度ムラで言えば15%近くまである。これを解消するには、読み取り幅をはさんで導光板2と反対側に、図示しない反射鏡を適宜な角度に置いて、無駄に原稿面を照明している光束を折り返してやると良い。折り返しにより、照度の勾配が逆向きになり、先に示した最大値と最小値の比がより小さくなる。
6 and 7 are diagrams showing the illuminance distribution when the optical axis of the LED is inclined by 45 ° with respect to the normal of the document surface. FIG. 6 is a diagram showing a sub-scan section similar to FIG. 1, and FIG. 7 is a diagram showing a section including LEDs and inclined by 45 ° with respect to the sub-scan section.
In FIG. 6, the optical axis L0 is inclined at γ = 45 ° with respect to the normal N established at the point where the optical axis L0 intersects the
FIG. 7 shows the state of the light beam reaching the document surface in a direction inclined by 45 ° with respect to the main scanning direction. Since the light beam passes through the light guide plate at an angle of 45 °, the optical path extends to about 1.4 times the length in the case of FIG. Since the light beam tilted with respect to the main scanning direction is refracted in the main scanning direction on the entrance surface and the exit surface, the light beam has a three-dimensional deviation. It was simplified for the sake of explanation.
Reference numeral G 45 indicates an illuminance distribution curve in this cross section. The calculation method of the illuminance distribution is the same as that in FIG. In the same position of the
However, looking at the change in illuminance within the range of the maximum reading light beam width B, the ratio of the minimum value to the maximum value is 85.3%, which is close to 15% in terms of illuminance unevenness. In order to solve this problem, it is preferable to place a reflecting mirror (not shown) at an appropriate angle on the opposite side of the
図8は照度ムラを解消するための構成例を示す図である。
本構成は、図6に示した複数の発光素子を含む導光板2と同形の導光板2’を、読取領域をはさんでほぼ対称的に配置したものである。
原稿面5における照度分布曲線Gは、それぞれの導光板2、2’による照度分布曲線G’とG”(ともに破線で示す)の合成になる。合成前のそれぞれは、読取領域に関して対称になっているので、逆勾配の部分が重なるところはほぼ平坦になり、照度ムラの問題はほとんどなくなる。
ところで、上記構成例では屈折率1.5の透明媒体を用いることで説明してきたが、単なる反射鏡を2枚、空気中に対向させて配置した構成にしても照明系装置を作ることができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example for eliminating unevenness in illuminance.
In this configuration, a
The illuminance distribution curve G on the
By the way, although the above configuration example has been described by using a transparent medium having a refractive index of 1.5, an illumination system device can be made even with a configuration in which two simple reflecting mirrors are arranged facing each other in the air. .
図9は本発明の他の構成例を説明するための図である。
発光素子1の光軸L0は、原稿面5に対し所定の角度、同図の場合図6と対応させるため45°、に傾斜して配置されている。
本構成例は、2枚の反射鏡c1、c2が発光素子1の光軸L0に関し対称に対向配置されている。この構成は、図6における導光板の屈折率をn=1と定めたのとほぼ同じと見なせるので、本構成例における2枚の反射鏡c1、c2を一体とみなし、導光板2と呼ぶことにする。したがって、光の入射面2a、出射面2bは実質的な面は存在しないが、図4に示したのと同じ定義を用いる。
本構成例の導光板2は図6における構成例と同様、矩形比を2とした。また全体の大きさは、図6における導光板2の媒質の屈折率が1.5としてあるので、本構成例では導光板2の大きさを1.5分の1に形成してある。このようにすると、原稿面照度分布の違いが対比しやすくなる。図9において、本構成例による照度分布曲線を実線のG、図6に示した照度分布曲線を破線のG’で示した。両曲線は原稿面と、最大読取領域幅Bの中央部を一致させて示した。両者は照度レベルで若干の差があることと、不連続の位置が少しずれてはいるが、傾向としては非常に類似性がある。
FIG. 9 is a diagram for explaining another configuration example of the present invention.
The optical axis L0 of the
In this configuration example, two reflecting mirrors c <b> 1 and c <b> 2 are disposed oppositely symmetrically with respect to the optical axis L <b> 0 of the
The
本構成例では反射面c1、c2を同じ長さで示してあるが、この構成の場合は必ずしも同じ長さにこだわらなくて構わない。特に図示してないが、それぞれの長さは、設計上の必要に応じて変えても良い。すなわち、側面の、出射面2bに連なる2つの端部に到る発光素子からの距離が相異なる構成になっても構わない。
図9から分かるように、導光板内の屈折率の違いは本発明にとって本質的な問題ではない。以下に述べる本発明の各種構成例において、説明上は屈折率をn=1.5として扱っているが、矩形比等の形状さえ選べば、基本的には屈折率n=1の媒質にも当てはまる。後述の、光の反射面を光軸に対して傾斜させた構成は、例えば、アルミの引き抜き材等で簡単に構成できる。ただし、後述の光の出射面2bの形状を変化させたものはn=1の媒質の場合、形状変化の効果がない。
図4ないし9に示した構成例で、矩形比を2と定めたのは特に意味があるわけではない。そこで、矩形比が2より小さい場合について以下に考える。
In this configuration example, the reflective surfaces c1 and c2 are shown with the same length, but in this configuration, the same length is not necessarily required. Although not particularly shown, the lengths of the respective lengths may be changed according to the design needs. That is, the distances from the light emitting elements that reach the two end portions of the side surface that are continuous with the
As can be seen from FIG. 9, the difference in refractive index within the light guide plate is not an essential problem for the present invention. In the various configuration examples of the present invention described below, the refractive index is treated as n = 1.5 for the sake of explanation. However, as long as a shape such as a rectangular ratio is selected, a medium having a refractive index n = 1 is basically used. apply. The configuration in which the light reflecting surface described later is inclined with respect to the optical axis can be easily configured by, for example, an aluminum drawing material. However, when the shape of the
In the configuration example shown in FIGS. 4 to 9, it is not particularly meaningful to set the rectangular ratio to 2. Therefore, the case where the rectangular ratio is smaller than 2 is considered below.
図10は矩形比1の導光板を用いた場合の光束を説明する図である。
同図において、虚光源1’からの光束は臨界角を含む光束となり、出射面2bを出た光束は、同図に「c1面1回反射光束」として示した広い範囲に出射する。c2面による虚光源1”に関しても同様である。この構成例では、光束の重複領域が存在することは間違いないが、その領域に、γ=30°もしくは45°だけでなく、任意の角度γに傾斜した原稿面を配置することができない。
その理由は、重複領域を通るように原稿面を設定しても、その領域中の任意の位置から原稿面に立てた法線の延長が導光板2を通過するようであれば、導光板2が読取領域を遮蔽してしまい、使用不可となるからである。これを纏めると、導光板2の出射面2bの両端を直径とする円弧Rより外側に十分な大きさの重複領域がなければ、読取領域を設定することができないと言うことである。同図においては、γ=45°付近の原稿面が辛うじて置けるが、読取領域はほとんど確保できない状況が分かる。ただし、同図ではまだ、コンタクトガラスの厚さは考慮していない。
したがって、矩形比1の導光板では、高照度の原稿照明領域を確保することができない。
FIG. 10 is a diagram for explaining a light beam when a light guide plate having a rectangular ratio of 1 is used.
In the figure, the light beam from the imaginary
The reason is that even if the document surface is set so as to pass through the overlapping region, if the extension of the normal line standing on the document surface from any position in the region passes through the
Therefore, a high-illuminance original illumination area cannot be secured with a light guide plate having a rectangular ratio of 1.
図11は矩形比1.5の導光板を用いた場合の光束を説明するための図である。
同図において、光束の重複領域にγ=45°に傾斜した原稿面を置くことはできるが、γ=30°に傾斜した原稿面では、実用的な幅の読取領域を設定することができない。このことは、虚光源1’(あるいは1”)からの光線の、出射面2bの虚光源に近い側の端における出射角(同図のβ)が関係している。この出射角βより小さい角度で原稿面を設定することができない。なぜなら、そのような原稿面を設定しても、導光板2自身が邪魔をして光束の重複領域からの読取光束を得ることができないからである。ただし、上記出射角βが例えば30°のとき、原稿面傾斜角γを30°に設定しても、読取光束の幅は0であり、実用的な読取光束の幅が得られないので、少なくとも、γ>βでなければならない。原稿面と読み取り方向は直交しているので、読取領域の方から見て上記出射角が設定可能な範囲であっても(例えばβ=30°のとき、γ=60°に設定したとしても)、そのとき原稿面が導光板2に当接してしまうかも知れない。したがって、γとβの直接的関係のみならず、γの余角もβと関係してくる。すなわち、90°−γ>βの関係が必要になる。
γ=45°の場合、余角も45°になるので、傾斜角度45°が、原稿面として最も設定しやすい角度である。最大読取幅Bを確保したとき、コンタクトガラスのスペースとして前記した最低限の距離を確保できる条件は、丁度同図に示す構成になっている。したがって、屈折率が1.5の場合、矩形比は原則として1.5以上のものを用いることが望ましい。ただし、屈折率が小さくなると、βはより小さくなるので、より小さい矩形比のものでも使用可能になる。
FIG. 11 is a view for explaining a light beam when a light guide plate having a rectangular ratio of 1.5 is used.
In the figure, a document surface inclined at γ = 45 ° can be placed in the overlapping region of light beams, but a reading area having a practical width cannot be set on the document surface inclined at γ = 30 °. This is related to the emission angle (β in the figure) of the light beam from the imaginary
When γ = 45 °, the remainder angle is also 45 °. Therefore, the inclination angle of 45 ° is the angle that is most easily set as the document surface. When the maximum reading width B is secured, the conditions for securing the above-mentioned minimum distance as the contact glass space are exactly the configurations shown in FIG. Therefore, when the refractive index is 1.5, it is desirable to use a rectangular ratio of 1.5 or more in principle. However, as the refractive index decreases, β becomes smaller, so that even a smaller rectangular ratio can be used.
図12は本発明の他の構成例を説明するための図である。
同図は図4に示した導光板の厚さを変えた例を示している。
図12は導光板2の厚さ(断面における幅)が図4のそれに比べて、3分の1にしてある他はすべて同じである。すなわち、矩形比は6になる。
この形状の場合、4回反射までの光束が図4に示した形状における1回反射の光束と同じ角度範囲になる。しかし、3回反射と4回反射の光束は、出射面2bからの出射角度がかなり大きくなり、原稿面の中央部付近へ到達しなくなり、最大読取光束幅に影響を与えなくなるので、同図では省略した。
FIG. 12 is a diagram for explaining another configuration example of the present invention.
This figure shows an example in which the thickness of the light guide plate shown in FIG. 4 is changed.
FIG. 12 is the same except that the thickness (width in the cross section) of the
In the case of this shape, the luminous flux up to the fourth reflection is in the same angular range as the luminous flux of the single reflection in the shape shown in FIG. However, the light beams reflected by the third and fourth reflections have a considerably large exit angle from the
図13はLEDの光軸を原稿面の法線に対し30°傾けた時の照度分布を示す図である。
読取面に至る光束はこれまでの説明と基本的には同じなので詳細な説明は省略する。
同図ではBは導光板2の厚さ(断面の幅)のおよそ0.3倍であった。
仮に、上記最大読取光束幅Bを2mmにしたければ、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅6.7mm、長さ40mmにすればよいことになる。
また、同図において2回反射までに含まれる光束の角度は半値角より小さく、片側35.2°であり、その角度における光量レベルは、(cosθ)1.5分布の場合およそ0.74である。
すなわち、同図に示した構成は図5に示した構成に比べてあまり小さくすることができず、光の利用効率がかなり小さくなる。
FIG. 13 is a diagram showing the illuminance distribution when the optical axis of the LED is inclined by 30 ° with respect to the normal of the document surface.
Since the light beam reaching the reading surface is basically the same as described above, detailed description thereof is omitted.
In the drawing, B is approximately 0.3 times the thickness (cross-sectional width) of the
If the maximum reading light beam width B is 2 mm, the cross-sectional size of the
Also, in the figure, the angle of the light beam included by the second reflection is smaller than the half-value angle and is 35.2 ° on one side, and the light quantity level at that angle is approximately 0.74 in the case of (cos θ) 1.5 distribution. is there.
That is, the configuration shown in the figure cannot be made much smaller than the configuration shown in FIG. 5, and the light utilization efficiency is considerably reduced.
図14はLEDの光軸を原稿面の法線に対し45°傾けた時の照度分布を示す図である。
本構成例では、図12に示した導光板2に対して、傾斜角γ=45°の原稿面を置くとすれば、最大読取光束幅Bは前記γ=30°の場合よりやや広く、導光板の厚さに対して0.45となるので、この幅を2mmにするためには、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅4.5mm、長さ27mmにすればよいことになる。
ただし、最大読取光束幅Bの範囲内における照度の変化を見ると、最大値に対する最小値の比は84.2%であり、照度ムラで言えば16%近くまである。これを解消するには、読み取り幅をはさんで導光板2と反対側に、図14に2点鎖線で示した反射鏡Mを適宜な角度に置いて、読取領域に入らず無駄に原稿面を照明している光束を折り返してやると良い。折り返しにより、照度の勾配が逆向きになり、先に示した最大値と最小値の比がより小さくなる。あるいは、図8に示したように、LED1を含む導光板2を読取領域に関してほぼ対称的に配置するとよい。
念のため、3回反射まで調べてみると、光出射面2bを出てからの光束の向きが光軸から離れすぎ、3回反射を含む読取幅が取れなくなる。しかし、上記のように反射鏡による折り返しを行えば、3回反射、場合によっては4回反射も、少なくとも片方(反射面c1側)の一部は有効に利用することができる。
FIG. 14 is a diagram showing the illuminance distribution when the optical axis of the LED is tilted 45 ° with respect to the normal of the document surface.
In this configuration example, if a document surface with an inclination angle γ = 45 ° is placed on the
However, looking at the change in illuminance within the range of the maximum reading light beam width B, the ratio of the minimum value to the maximum value is 84.2%, which is close to 16% in terms of illuminance unevenness. In order to solve this problem, the reflecting mirror M indicated by a two-dot chain line in FIG. 14 is placed at an appropriate angle on the opposite side of the
As a precaution, when examining the reflection up to the third time, the direction of the light beam after leaving the
図15は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成例はさらに矩形比を大きく、15にした場合の照度分布を調べたものである。この例でも、最大読取光束幅Bのため、光軸の傾斜角はγ=45°にした。
この構成では3回反射までが最大読取光束幅Bに寄与している。しかし、図14と同様、幅B内の最大値に対する最小値の比が86.5%となり、照度ムラでは13.5%になっている。したがって、この構成の場合も導光板2と対向する位置に対向反射鏡M(図示省略)を設けるなど、照度ムラ解消策を講ずる必要がある。以下の各構成においても、照度ムラに関してはほぼ同様なので、特に図示はしないが、対向反射鏡を設けるか、LED1を含む導光板2を対称配置することが望ましい。
FIG. 15 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration example, the illuminance distribution when the rectangular ratio is further increased to 15 is examined. Also in this example, because of the maximum reading beam width B, the inclination angle of the optical axis was set to γ = 45 °.
In this configuration, up to three reflections contribute to the maximum reading light beam width B. However, as in FIG. 14, the ratio of the minimum value to the maximum value in the width B is 86.5%, and the illuminance unevenness is 13.5%. Therefore, even in this configuration, it is necessary to take measures to eliminate uneven illuminance, such as providing a counter reflector M (not shown) at a position facing the
図16は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成は、図4に示した導光板の一部を変形したものである。すなわち、反射面2cのうち、出射面2bに近い側はそのままとし、入射面2aに近い側を光軸に対して傾斜した面c3、c4として構成した。c1、c2面の長さは導光板断面長さの3分の1とし、c3、c4の傾斜の程度は、LED1の虚像が反射面c1、c2面の延長上にできるよう定めた。このような形状の場合も、最大の幅に対する最大の長さの比を用いて先の矩形比を援用する。以下の各種変型例についても同様とする。したがって、この構成の矩形比は2となる。見方を変えれば、本構成例は図15に1点鎖線で示した矩形比2の長方形20に内接する6角形になっている。ただし、ここでいう内接とは、一部の辺が長方形に一致する場合も含むものとする。
そのような導光板を、図6に示すように、原稿面に対してγ=45°の傾斜を以て配置した。このように構成することで、図4に示した角度α1、α2に含まれる光束よりさらに外側の、角度α3に含まれる光束も1回反射で出射面2bを出ていく。この光束は出射後、最大読取光束幅Bを完全に含む範囲に発散しており、その分、図6の場合に比べて光量が加算されている。
図5と図6の比較で分かるように、光軸の傾斜角度を30°にすると、最大読取光束幅Bがあまり大きく取れない。したがって、本構成例以下では、矩形比2の場合は光軸の傾斜角をすべて45°として示した。
FIG. 16 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration, a part of the light guide plate shown in FIG. 4 is modified. That is, the side close to the
Such a light guide plate was arranged with an inclination of γ = 45 ° with respect to the document surface, as shown in FIG. With this configuration, the light beam included at the angle α3 and further outside the light beam included at the angles α1 and α2 illustrated in FIG. 4 also exits the
As can be seen from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, when the inclination angle of the optical axis is set to 30 °, the maximum reading light beam width B cannot be made very large. Therefore, in this configuration example and below, in the case of the
この構成により、図6においては1回反射に寄与しなかった光束が、本構成では最大読取光束幅Bの範囲に有効な光束をもたらしている。
この効果は、傾斜した反射面c3、c4の傾斜方向が、光源側から見たとき、先へ行くほど広がった形になる方向になっているためである。言い方を変えれば、側面の傾斜方向は、入射面側より出射面側の方が光軸から離れる方向になっている。
その結果、最大読取光束幅Bの位置は図6の場合と同じ位置であるが、その位置の最大照度値が上昇している。同図における符号Gは本構成による照度分布を表す曲線であり、G’は図6における照度分布を表す曲線である。
また、図16においてc3、c4面の反射に含まれる光束の角度は光源からの90°出射に対する臨界角迄含んでいるので、その角度における光量レベルは配光分布の如何に関わらず0である。この構成では有効利用できる光束の範囲が臨界角に達しているので、2回反射まで考える必要はない。
反射面c3、c4の傾斜角度は、便宜上それぞれによる虚光源が反射面c1、c2の延長上にできるように設定したが、虚光源が更に実光源に近づくように、あるいは遠ざかるように設定しても良い。
With this configuration, the light beam that has not contributed to the single reflection in FIG. 6 provides an effective light beam in the range of the maximum reading light beam width B in this configuration.
This effect is because the inclination directions of the inclined reflecting surfaces c3 and c4 are such that when viewed from the light source side, the shape becomes wider toward the front. In other words, the inclination direction of the side surface is such that the exit surface side is farther from the optical axis than the entrance surface side.
As a result, the position of the maximum reading light flux width B is the same position as in FIG. 6, but the maximum illuminance value at that position is increased. The symbol G in the figure is a curve representing the illuminance distribution according to this configuration, and G ′ is a curve representing the illuminance distribution in FIG.
Further, in FIG. 16, the angle of the light beam included in the reflection on the c3 and c4 planes includes the critical angle for 90 ° emission from the light source, so the light amount level at that angle is 0 regardless of the light distribution. . In this configuration, the range of luminous flux that can be effectively used has reached the critical angle, so there is no need to consider up to twice reflection.
The inclination angles of the reflective surfaces c3 and c4 are set so that the respective imaginary light sources can be extended on the reflective surfaces c1 and c2 for convenience, but are set so that the imaginary light sources are closer to or further away from the real light sources. Also good.
図17は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
同図は図16の導光板の形状を変えた例を示す図である。
図17において導光板2の出射面の形状が、入射面2aと平行な面b1と、それに連接し、原稿面に遠い側が面b1に対して傾斜したb2面とを有している。b2面の傾斜の度合いは特に限定条件はないが、同図においては40°に設定してある。本構成例は矩形比2の長方形20に内接する7角形になっている。
これまで説明してきた構成例はみな光軸対称の導光板を用いてきたが、本構成例は光軸に関して非対称に構成されている。この構成のねらいは、導光板2から遠くへ届く光束を、出射面の形状を変えることで、読み取り領域の近くに照射できるようにすることである。この構成によって、読み取り領域に寄与していなかった直接光の一部が、読み取り領域内に入ったが、逆に、それまで読み取り領域内にあったc2面1回反射光束が、一部読み取り領域から外れてしまい、c4面1回反射光束が出射面b2面に対してほぼ全反射となり、原稿面側へ出て行かなくなってしまった。結果的には光量の減少の方が大きくなったので、この構成は最大照度がかえって低下する。同図において最大読取光束幅Bに照度が寄与しない光束および虚光源は省略してある。以下の図においても同様である。
なお、この構成例では、導光板2と原稿面5との間の距離が最大読取光束幅Bの幅の3分の2を下回っている。したがって、最大読取光束幅Bの幅を例えば3mmに設定することによって、上記距離を1.5mm以上確保できる。
FIG. 17 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
The figure shows an example in which the shape of the light guide plate in FIG. 16 is changed.
In FIG. 17, the shape of the exit surface of the
Although all the configuration examples described so far have used light guide plates that are symmetric with respect to the optical axis, this configuration example is configured asymmetrically with respect to the optical axis. The aim of this configuration is to allow a light beam reaching far from the
In this configuration example, the distance between the
図18は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
同図は図17の導光板の形状を更に変えた例を示す図である。
図18において、導光板2の形状は、出射面b1も反射面c1に対して傾斜しており、c2、c4面の代わりに、c6面で構成されている。b1面、b2面は光軸L0上で連接し、互いに外側に向くよう傾斜しており、b1面は入射面2aに対して10°、b2面は逆方向に20°傾斜している。このように構成しても、入射面2aとc1面を含む外接の長方形20の矩形比はこれまでと同じ2になるように設定している。
c6面は、上記外接の長方形の、c1面に対向する面(図4におけるc2面)の延長上にLED1の虚像1””ができるように設定した。
この構成にすることによって、c1面による虚光源1’からの光束の最大読取幅Bへの寄与分がなくなった代わり、c3面によるそれと、c6面によるそれが大きくなり、結果的に図17に示した構成例より原稿面照度が大きくなった。
直接光と1回反射光が共に通過する領域に読取領域を設定すると、最大読取光束幅Bは、導光板2の厚さに対して0.37となるので、この幅を2mmにするためには、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅5.5mm、長さ11mmにすればよいことになる。
FIG. 18 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
The figure shows an example in which the shape of the light guide plate in FIG. 17 is further changed.
In FIG. 18, the shape of the
The c6 surface was set so that a
By adopting this configuration, the contribution of the luminous flux from the imaginary
When the reading area is set in an area where both the direct light and the one-time reflected light pass, the maximum reading light flux width B is 0.37 with respect to the thickness of the
図19は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
同図は図18の導光板の形状を更に変えた例を示す図である。なお、以下の図では外接の長方形20は省略した。
図19において、b2面とc6面は図18に示した形状と同じである。そして、本構成例では光軸L0に関して対称形に構成している。
本構成によれば、最大読取光束幅Bに対して、反射面c5による1回反射光束の寄与率が高まり、原稿面照度の絶対値は図18の場合と大差ないが、最大読取光束幅Bがより大きくなっている。最大読取光束幅Bは、導光板の厚さに対して0.53となるので、この幅を2mmにするためには、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅3.7mm、長さ7.4mmにすればよいことになる。
本構成例のように、両側面がともに入射面2aから見て開く方向に傾斜している場合は、媒質の屈折率nが先に示したn=1.4142より小さい場合でも側面に反射処理を施さなくとも全反射が生ずるようになる。透明部材として実用的に入手しうる材料を考えると、最も小さい屈折率は前記したようにおよそn=1.35である。この媒質の臨界角は約47.8°である。したがって、入射面2aから臨界角で入った光線が、側面の反射面でも臨界角になる条件は、反射面の傾斜角が(90°−47.8°)−47.8°=−5.6°となる。したがって、側面の反射面c5、c6が入射面2aに対してそれぞれ約5.6°傾斜していればよい。この角度は、同図の構成の場合、矩形比がおよそ2.5の場合に当てはまる。矩形比がそれより大きい場合は、任意の媒質において側面の特別な反射面処理が不要になる。
逆に言えば、上記のように、反射面が傾斜している場合、その角度に対応して、特別な反射面処理が不要になる屈折率nが定まる。そのnの値は当然1.4142より小さい値となる。
FIG. 19 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
The figure shows an example in which the shape of the light guide plate in FIG. 18 is further changed. In the following drawings, the circumscribed
In FIG. 19, the b2 surface and the c6 surface are the same as the shape shown in FIG. In this configuration example, the optical axis L0 is symmetrical.
According to this configuration, the contribution ratio of the one-time reflected light beam by the reflection surface c5 is increased with respect to the maximum reading light beam width B, and the absolute value of the original surface illuminance is not much different from that in FIG. Is getting bigger. Since the maximum reading light flux width B is 0.53 with respect to the thickness of the light guide plate, in order to make this
When both side surfaces are inclined in the opening direction when viewed from the
In other words, when the reflecting surface is inclined as described above, the refractive index n at which no special reflecting surface treatment is required is determined according to the angle. The value of n is naturally smaller than 1.4142.
図20は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
先に、図11の説明において、c1面あるいはc2面による、1回反射の出射光の出射角度βと原稿面傾斜角度γとの関係から矩形比1.5以上が好ましいという結論を出したが、図17に示す構成例のように、出射面2bがb1、b2と変形されている場合、特にb2のように、面の角度が変化している場合は、先のβとγの関係が成り立たなくなる。したがって、矩形比も下限が特定できなくなる。更に、図18に示すように、b1面も傾斜していて、c2面がなくなってc6面が用いられた場合、また、図19に示すように、c1面もなくなってc5面が用いられた場合、においても同様のことが言える。
図19に示した構成例の考え方を矩形比1の長方形20に適用した例を図20に示す。
同図で分かるように、この構成では矩形比1でありながら、原稿面傾斜角度γ=45°を設定することができる。ただし、原稿面照度分布に対する虚像1’、1”の寄与率はあまり大きくない。したがって、このような構成では、必ずしも光束の重複領域にこだわらなくても、所望の読取領域を設定することが可能になる。
FIG. 20 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In the description of FIG. 11, it was concluded that a rectangular ratio of 1.5 or more is preferable based on the relationship between the emission angle β of outgoing light reflected once by the c1 surface or the c2 surface and the document surface inclination angle γ. As shown in the configuration example of FIG. 17, when the
FIG. 20 shows an example in which the concept of the configuration example shown in FIG. 19 is applied to a
As can be seen from the figure, in this configuration, the document surface inclination angle γ = 45 ° can be set while the rectangular ratio is 1. However, the contribution ratios of the
図21は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成例は、導光板2の形状が、図6に示した形状におけるc1面を、図19に示したc5面に置き換えた形状とし、LED1をc2面側へ寄せたものである。寄せた量は、光軸L0が出射面2bの断面における長さの3分の1の位置を通るように設定した。
この構成は、比較的単純な形状でありながら、光束が有効に利用できており、最大読取光束幅B、および照度分布曲線Gの最大値ともに、矩形比2の構成例の中では最も大きくなっている。比較のため、図16に示した構成による原稿面照度分布曲線をG’として破線で示した
この構成では、最大読取光束幅Bは、導光板の厚さに対して0.57となるので、この幅を2mmにするためには、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅3.5mm、長さ7mmにすればよいことになる。
導光板2と原稿面5との距離が小さくなりすぎる場合は、前記したように、最大読取光束幅Bを3mm、あるいは4mmに設定すれば、各寸法がその比率に応じて大きくなり、実用可能な大きさに設定できる。
本構成例のように、片方の側面だけが入射面2aに対して傾斜している場合にも、少なくともその傾斜面に関しては、図19の説明において示したように、導光板として用いる媒質の屈折率と傾斜角度との関係によっては、その面の特別な反射面処理が不要になる。
FIG. 21 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration example, the shape of the
Although this configuration has a relatively simple shape, the light beam can be used effectively, and the maximum reading light beam width B and the maximum value of the illuminance distribution curve G are both the largest in the configuration example of the
When the distance between the
Even when only one side surface is inclined with respect to the
図22は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成例は、図16の構成例を踏まえて、矩形比6の導光板において、反射面c1、c2のLEDに近い側の一部を傾斜面としたものである。傾斜面の設定は図16の考え方と同じにした。
図14を見れば分かるように、矩形比が大きい場合は、読み取り領域に対して寄与する虚光源の数が多いことと、最大読み取り幅Bがあまり大きくならないことのため、原稿面照度を確保する目的のためには、図17ないし19に示したような、出射面2bを分割する方法は得策ではない。したがって、矩形比が大きい場合は、虚光源を実光源近くに形成させる図16の方法が有利であると考える。
結果を見ると、原稿面の照度分布は図14に示した構成のそれと比べて15%以上高くなっている。また、最大読取光束幅Bも15%以上大きく、導光板の厚さに対して0.6となっている。したがって、この構成で最大読取光束幅Bを2mmにするためには、導光板2の断面の大きさはおよそ、幅3.3mm、長さ20mmにすればよいことになる。
FIG. 22 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration example, based on the configuration example of FIG. 16, in the light guide plate having a rectangular ratio of 6, a part of the reflective surfaces c1 and c2 on the side close to the LED is an inclined surface. The setting of the inclined surface was the same as the concept of FIG.
As can be seen from FIG. 14, when the rectangular ratio is large, the number of imaginary light sources contributing to the reading area is large and the maximum reading width B is not so large, so that the illuminance on the original surface is ensured. For the purpose, the method of dividing the
Looking at the results, the illuminance distribution on the original surface is 15% or more higher than that of the configuration shown in FIG. Further, the maximum reading light flux width B is also 15% or more, which is 0.6 with respect to the thickness of the light guide plate. Therefore, in order to set the maximum reading light beam width B to 2 mm with this configuration, the size of the cross section of the
図23は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成は、導光板2の形状をより単純化したものであり、出射面2bは分割せず、反射面c5、c6は図19における反射面c5、c6と同様な考え方によって形成してある。
この構成においては、原稿面照度は図21の構成例におけるそれよりも少し小さくなっているが、図14に示した構成例におけるそれよりもおよそ10%ほど高くなっている。また、最大読取光束幅Bも、図14に示した構成例におけるそれよりもおよそ6%大きくなっている。
FIG. 23 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration, the shape of the
In this configuration, the illuminance on the original surface is slightly smaller than that in the configuration example of FIG. 21, but is about 10% higher than that in the configuration example shown in FIG. Further, the maximum reading light flux width B is also about 6% larger than that in the configuration example shown in FIG.
図24は本発明のさらに他の構成例を説明するための図である。
本構成は、図6における導光板の出射面2bを一方に傾斜させてb3としたものである。傾斜の方向は、導光板2の原稿面に最も近い角部が原稿面側から離れる方向である。角度の値に特に条件はないが、図24においては傾斜角度は10°とした。一般に、出射面の傾斜角を変化させると、出射光束は変化前に比べ相対的に出射面の法線の変化方向とは逆側に曲がる。したがって、原稿面における照度分布曲線Gは、変化前に比べれば、高照度部が図上において左方向へ移動する。
出射面の傾斜角をあまり大きくすると、虚光源1’と虚光源1”による光束の重複領域が狭くなるので好ましくない。
FIG. 24 is a diagram for explaining still another configuration example of the present invention.
In this configuration, the
If the inclination angle of the exit surface is too large, the overlapping region of the light beams by the imaginary
以上説明してきた本発明における導光板は、構成例によってその一部を示したように、光源ユニットの設置場所の諸条件が定まれば、それに応じて適宜導光板の形状を選択することができる。ここで、例としてあげた矩形比2、6、15や、光軸傾斜角γ=45°などは、すべて説明の便宜上用いた数値であり、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。
次に、被照明面の照度分布に平坦部を持たせる方法について述べる。
The light guide plate in the present invention that has been described above, as shown in part by the configuration example, can appropriately select the shape of the light guide plate according to various conditions of the installation location of the light source unit. . Here, the
Next, a method for providing a flat portion in the illuminance distribution on the surface to be illuminated will be described.
図29は以下に示す実施形態の構成概要を示す図である。
同図において符号Hは導光板の厚さ、Lは被照明面の有効照明幅、Oは光軸をそれぞれ示す。
光源としてのLED1は同図の紙面に垂直な方向にアレイ状に配置されている。導光板2も光源の配置方向に長く延びている。LED1は導光板2の同図における長方形断面の、一方の短辺の中央部に配置され、端面に密着もしくは若干の隙間をあけて端面に正対している。端面に密着して正対させれば、LED1の発光分布特性に拘わらずLED1から出射した光束はすべて導光板に入射する。LED1の中心は、上下2つの長辺(以後側面と呼ぶ)の中央を通る直線に一致して配置される。この直線を光軸Oとして、LED1からの光束は最大光量の方向が光軸Oに一致するよう配置される。
LED1からの光束は導光板2の一端面から入射し、一部はそのまま他端面から出射し、他の一部は側面で1回ないし複数回反射して他端面から発散光になって出射する。このような構成にすると、あたかも出射端面に新たな光源が存在するかのように光束が広がるので、この出射端面を2次光源と呼ぶことがある。
出射後の光束は凹面鏡3に達し、反射によって発散の程度が緩和されてコンタクトガラス4の原稿面(被照明面)5に到る。
導光板2は基本的には長さと幅と厚さを有する直方体の形状を有する。長さは被照明面のいわゆる主走査方向にほぼ等しいか、またはそれより長い長さを有している。幅は同図において左右方向(以下副走査方向と呼ぶ)に延びる長さのことであり、設計条件によって任意の長さを選び得る。厚さは同図において符号Hで示すように、長方形断面の短辺である。導光板2は原則として光軸Oが原稿面に対して平行になるよう配置される。
被照明面5における照度分布は図40に示すように、一般に中央部付近が大きく、端に行くに従って小さくなるいわゆる釣り鐘型になる。ここで、同図における有効照明幅Lとは、副走査方向の照度分布の半値幅(最大照度の半分の値を超えている幅)と定める。
FIG. 29 is a diagram showing a configuration outline of the embodiment described below.
In the figure, symbol H denotes the thickness of the light guide plate, L denotes the effective illumination width of the illuminated surface, and O denotes the optical axis.
The
The light flux from the
The emitted light beam reaches the
The
As shown in FIG. 40, the illuminance distribution on the surface to be illuminated 5 is generally a so-called bell shape in which the vicinity of the center is large and decreases toward the end. Here, the effective illumination width L in the figure is defined as a half-value width of the illuminance distribution in the sub-scanning direction (a width exceeding a half value of the maximum illuminance).
図30、31は本発明のある実施例を説明するための図である。図30は副走査断面図、図31は導光板の下からコンタクトガラスを見た平面図である。
本実施例の仕様を以下に示す。
LED
個数 7個
出力 1W/個
特性 ランバート分布
発光面 0.5mm×0.5mmの一様発光面
導光板
長さ 35mm
幅 10mm
厚さ 3mm
凹面鏡
径 10mm
曲率半径 8mm
導光板光軸に対する凹面鏡光軸の傾き
26°
2次光源と凹面鏡反射面中心の間隔
導光板光軸上6mm
コンタクトガラス
厚み 3.2mm
材料 nd=1.517
導光板光軸との距離
5.6mm
被照明面
位置 コンタクトガラス上面
大きさ 20mm(主走査方向)×10mm(副走査方向)
30 and 31 are diagrams for explaining an embodiment of the present invention. 30 is a sub-scan sectional view, and FIG. 31 is a plan view of the contact glass as viewed from below the light guide plate.
The specifications of this example are shown below.
LED
Width 10mm
3mm thickness
Concave mirror diameter 10mm
Curvature radius 8mm
Slope of concave mirror optical axis with respect to optical axis of light guide plate
26 °
Distance between secondary light source and concave mirror reflecting surface center
6mm on the optical axis of the light guide plate
Contact glass thickness 3.2mm
Material nd = 1.517
Distance from light guide plate optical axis
5.6mm
Illuminated surface Position Contact glass
図32、33は本実施例の照度分布を示す図である。図32は被照明面中心部を通る副走査方向断面、図33は同じく主走査方向断面の照度分布である。
これらの図は、20mm×10mmの被照明面を1mm角の網目に分割して各網目における照度値をプロットしたものである。以下の実施例においても同様である。
図32から分かるように、幅2mm程度の緩やかな照度分布領域を得ることができた。副走査方向の照度ムラをピーク値から12%まで許容できるとすると、この分布で十分実用化できる。因みに図33における主走査方向の照度分布も十分12%以内に収まっている。
このグラフから有効照明幅を読み取ると、およそ5.7mmとなり、導光板2の厚さHとの比をとるとL/H≒1.9となっている。
32 and 33 are diagrams showing the illuminance distribution of this embodiment. 32 is a cross section in the sub-scanning direction passing through the center of the illuminated surface, and FIG. 33 is an illuminance distribution in the cross section in the main scanning direction.
In these figures, a surface to be illuminated of 20 mm × 10 mm is divided into 1 mm square meshes, and the illuminance values at each mesh are plotted. The same applies to the following embodiments.
As can be seen from FIG. 32, a moderate illuminance distribution region having a width of about 2 mm could be obtained. If the uneven illuminance in the sub-scanning direction can be allowed up to 12% from the peak value, this distribution can be sufficiently put into practical use. Incidentally, the illuminance distribution in the main scanning direction in FIG. 33 is well within 12%.
When the effective illumination width is read from this graph, it is about 5.7 mm, and L / H≈1.9 when the ratio to the thickness H of the
図34は本発明の他の実施例を説明するための図である。
同図において符号91、92、93は平面鏡をそれぞれ示す。
本実施例の仕様を以下に示す。ただし、座標系は同図における上下方向をY軸方向、左右方向をZ軸方向とし、導光板2の出射端面中心を原点(Y=0、Z=0)とする。
LED
個数 7個
出力 1W/個
特性 ランバート分布
発光面 0.5mm×0.5mmの一様発光面
導光板
長さ 35mm
幅 10mm
厚さ 2mm
平面鏡1
幅 3.5mm
導光板光軸に対する平面の傾き
47°
中心位置の座標 Z=3、Y=1.35
平面鏡2
幅 1.5mm
導光板光軸に対する平面の傾き
72°
中心位置の座標 Z=5.15、Y=0.65
平面鏡3
幅 2mm
導光板光軸に対する平面の傾き
90°
中心位置の座標 Z=5.4、Y=2.36
コンタクトガラス
厚み 3.2mm
材料 nd=1.517
導光板光軸との距離
4.5mm
被照明面
位置 コンタクトガラス上面
大きさ 20mm(主走査方向)×10mm(副走査方向)
FIG. 34 is a view for explaining another embodiment of the present invention.
In the figure,
The specifications of this example are shown below. However, in the coordinate system, the vertical direction in the figure is the Y-axis direction, the horizontal direction is the Z-axis direction, and the center of the emission end face of the
LED
Width 10mm
Thickness 2mm
Width 3.5mm
Plane tilt with respect to the optical axis of the light guide plate
47 °
Center position coordinates Z = 3, Y = 1.35
Width 1.5mm
Plane tilt with respect to the optical axis of the light guide plate
72 °
Center position coordinates Z = 5.15, Y = 0.65
Width 2mm
Plane tilt with respect to the optical axis of the light guide plate
90 °
Center position coordinates Z = 5.4, Y = 2.36
Contact glass thickness 3.2mm
Material nd = 1.517
Distance from light guide plate optical axis
4.5mm
Illuminated surface Position Contact glass
本実施例は、2次光源から出射される拡散光を複数の平面鏡からなる疑似凹面状の反射部材によって、短手方向をスキャナ照明に必要とする3mm程度の幅の平坦部が確保できる程度に収束させて、被照明面に導こうとするものである。基本的には、所定の凹面鏡を想定し、分割数(例えば3分割)を決めた後、それぞれの平面鏡(例えば91、92、93)の副走査方向断面における反射面中点(またはその近傍)が想定した凹面鏡上の点(上記中心位置座標)に、そして反射面がその点における接線になるよう配置する。一般に凹面鏡の曲率が大きい部分は細かく分割するのがよい。このように構成した平面反射鏡の組み合わせを疑似凹面と呼ぶことにする。疑似凹面は少なくとも2個の平面反射鏡から構成される。隣接する平面鏡の反射面はほぼ連続していることが望ましいが、若干の隙間があっても光量損失以外に特に問題はない。
これは、従来技術として知られているような投写型画像表示装置の、インテグレータロッドとリレーレンズによって、光源光を画像表示素子に導く方法に近い手段と言える。インテグレータロッドの方式と最も異なる点は、インテグレータの方式では2次光源を物体として捉え、画像表示素子を像として、2次光源からの出射光を画像表示素子面上に結像させているところを、本発明の方式では2次光源を物体と捉えるのであれば、被照明面には光源そのものを結像せずに拡散光を当てる、あるいは2次光源光を複数に分割して被照明面に導く所にある。しかしこれも、短手方向の断面に限定した結像であり、長手方向における屈折・反射については考慮しない上に、本発明においては光を集めるばかりではなく、導光板のHが小さいい場合には発散させる場合もあり、全く異なる光学系であるとも言える。
In this embodiment, the diffused light emitted from the secondary light source can be secured to a flat portion having a width of about 3 mm that is necessary for scanner illumination in the short direction by the pseudo-concave reflecting member composed of a plurality of plane mirrors. It is intended to converge and lead to the illuminated surface. Basically, a predetermined concave mirror is assumed, and after determining the number of divisions (for example, three divisions), the midpoint of the reflection surface (or its vicinity) in the cross section in the sub-scanning direction of each plane mirror (for example, 91, 92, 93) Is arranged at a point on the concave mirror (the center position coordinate) assumed so that the reflecting surface becomes a tangent at that point. In general, it is preferable to finely divide the concave mirror having a large curvature. The combination of the plane reflecting mirrors configured as described above will be referred to as a pseudo concave surface. The pseudo concave surface is composed of at least two plane reflecting mirrors. Although it is desirable that the reflecting surfaces of adjacent plane mirrors are substantially continuous, there is no particular problem other than light loss even if there is a slight gap.
This can be said to be a means close to a method of guiding light source light to an image display element by an integrator rod and a relay lens of a projection type image display apparatus as known in the prior art. The most different point from the integrator rod method is that the integrator method regards the secondary light source as an object, images the image display element as an image, and focuses the emitted light from the secondary light source on the image display element surface. In the method of the present invention, if the secondary light source is regarded as an object, diffused light is applied to the surface to be illuminated without imaging the light source itself, or the secondary light source light is divided into a plurality of light sources on the surface to be illuminated. It is in the lead. However, this is also an image limited to the cross section in the short direction, and does not consider refraction and reflection in the longitudinal direction. In addition, the present invention not only collects light, but also when the H of the light guide plate is small. May be divergent and may be said to be a completely different optical system.
図35、36は本実施例の照度分布を示す図である。図35は被照明面中心部を通る副走査方向断面、図36は同じく主走査方向断面の照度分布である。
図35から分かるように、幅4mm程度の緩やかな照度分布領域を得ることができた。副走査方向の照度ムラをピーク値から12%まで許容できるとすると、この分布で十分実用化できる。因みに図36における主走査方向の照度分布もほぼ12%以内に収まっている。
このグラフから有効照明幅を読み取ると、およそ7.9mmとなり、導光板2の厚さHとの比をとるとL/H≒4となっている。
35 and 36 are diagrams showing the illuminance distribution of this embodiment. FIG. 35 is a cross section in the sub-scanning direction passing through the center of the illuminated surface, and FIG. 36 is an illuminance distribution of the cross section in the main scanning direction.
As can be seen from FIG. 35, a moderate illuminance distribution region having a width of about 4 mm could be obtained. If the uneven illuminance in the sub-scanning direction can be allowed up to 12% from the peak value, this distribution can be sufficiently put into practical use. Incidentally, the illuminance distribution in the main scanning direction in FIG. 36 is also within approximately 12%.
When the effective illumination width is read from this graph, it is about 7.9 mm, and L / H≈4 when compared with the thickness H of the
図37は本発明のさらに他の実施例を説明するための図である。
本実施例の仕様を以下に示す。
LED
個数 7個
出力 1W/個
特性 ランバート分布
発光面 0.3mm×0.3mmの一様発光面
導光板
長さ 35mm
幅 10mm
厚さ 0.3mm
凹面鏡
径 9.5mm
曲率半径 13mm
導光板光軸に対する凹面鏡光軸の傾き
26°
2次光源と凹面鏡反射面中心の間隔
導光板光軸上6mm
コンタクトガラス
厚み 3.2mm
材料 nd=1.517
導光板光軸との距離
5.6mm
被照明面
位置 コンタクトガラス上面
大きさ 20mm(主走査方向)×10mm(副走査方向)
FIG. 37 is a view for explaining still another embodiment of the present invention.
The specifications of this example are shown below.
LED
Width 10mm
Thickness 0.3mm
Concave mirror diameter 9.5mm
Curvature radius 13mm
Slope of concave mirror optical axis with respect to optical axis of light guide plate
26 °
Distance between secondary light source and concave mirror reflecting surface center
6mm on the optical axis of the light guide plate
Contact glass thickness 3.2mm
Material nd = 1.517
Distance from light guide plate optical axis
5.6mm
Illuminated surface Position Contact glass
図38、39は本実施例の照度分布を示す図である。図38は被照明面中心部を通る副走査方向断面、図39は同じく主走査方向断面の照度分布である。
図38から分かるように、幅3mm程度の緩やかな照度分布領域を得ることができた。副走査方向の照度ムラをピーク値から12%まで許容できるとすると、この分布で十分実用化できる。因みに図39における主走査方向の照度分布も丁度12%以内に収まっている。
このグラフは、一方の半値が取れないため、このグラフから有効照明幅を読み取ることはできない。別途この幅を超えたシミュレーションをすることにより、有効照明幅はおよそ8mmであることが分かった。したがって、導光板2の厚さHとの比をとるとL/H≒26.7となっている。
38 and 39 are diagrams showing the illuminance distribution of this embodiment. 38 is a cross section in the sub-scanning direction passing through the center of the illuminated surface, and FIG. 39 is an illuminance distribution in the cross section in the main scanning direction.
As can be seen from FIG. 38, a moderate illuminance distribution region having a width of about 3 mm could be obtained. If the uneven illuminance in the sub-scanning direction can be allowed up to 12% from the peak value, this distribution can be sufficiently put into practical use. Incidentally, the illuminance distribution in the main scanning direction in FIG. 39 is also within 12%.
Since this graph cannot take half of one value, the effective illumination width cannot be read from this graph. It was found that the effective illumination width was about 8 mm by separately performing simulation exceeding this width. Therefore, L / H≈26.7 when taking a ratio with the thickness H of the
ここで有効照明幅Lについて考察する。
照度分布のピーク値近傍で、照度の平坦部がある程度存在することが望ましいことはすでに述べた。その幅は、読み取り光学系の受光素子等との関係によって定まるものであるが、通常平坦部としては少なくとも1mm程度は必要になる。先に述べたように、機構的な許容誤差等を考慮した場合は若干の余裕を持たせる必要があり、これを半値幅Lで表現すると少なくとも2mmくらいは必要になる。
逆にLを大きくすると言うことは必要以上に平坦部の幅が大きくなることであり、その分光量損失につながる。実用的には10mmもあれば十分である。
これを纏めると、次式のようになる。
2≦L≦10
Here, the effective illumination width L will be considered.
As described above, it is desirable that a flat portion of the illuminance exists in the vicinity of the peak value of the illuminance distribution. The width is determined by the relationship with the light receiving element or the like of the reading optical system, but usually at least about 1 mm is required for the flat portion. As described above, when a mechanical tolerance is taken into consideration, it is necessary to provide a slight margin, and when this is expressed by the half-value width L, at least about 2 mm is required.
On the other hand, increasing L means that the width of the flat portion becomes larger than necessary, which leads to a loss of spectral quantity. Practically, 10 mm is sufficient.
This can be summarized as the following equation.
2 ≦ L ≦ 10
これに対して導光板2の厚さHは材料強度の関係からあまり小さくすることができない。材料が合成樹脂製であるとすれば、少なくとも0.3mmは必要である。
一方有効照明幅との関係で見ると、例えば、Hが0.3程度の場合には所望の平坦部を得るために、反射部材3によって導光板2からの出射光を発散させる必要があり、このとき、L=8、あるいはL=9くらいにすると所望の平坦部が得やすいことが分かった。したがって、L/H≦30にするのがよい。
また、H=4程度の場合には、反射部材3によって等倍、あるいは少し収束させた光束を被照明面に当てることで高効率を得られることが分かった。したがって、Lの最小値を考慮して、0.5≦L/Hとする。
これを纏めると、次式のようになる。
0.5≦L/H≦30
On the other hand, the thickness H of the
On the other hand, when viewed in relation to the effective illumination width, for example, when H is about 0.3, it is necessary to diverge the emitted light from the
Further, it was found that when H = 4 or so, high efficiency can be obtained by irradiating the surface to be illuminated with a light beam that is equal or slightly converged by the reflecting
This can be summarized as the following equation.
0.5 ≦ L / H ≦ 30
次に、本発明に用いることのできる光源について述べる。
本発明においては、光源は発光ダイオード(LED)が最も適している。中でも、あらゆる原稿の読み取りに対応できるようにするため、白色LEDを用いるのがよい。
白色LEDには幾つかのタイプがある。その1つは蛍光体を用いた1チップ型白色LEDである。チップと称する発光部が、YAG蛍光体を混入した透明な封入部材に封じられている。チップはInGaNからなる青色発光を行う。それによって、チップが青色発光したとき、同時に蛍光体が励起されて黄色の蛍光を発光する。青色と黄色は互いに補色関係にあるため、両者が一緒に外部へ出ると白色光として認識される。
他のタイプとして、蛍光体を使わず、それぞれの発光する色が異なる2つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードがある。複数のチップは同一面に配置され、全部の発光色が混合されると白色として認識される組み合わせになっている。
たとえば、2個のチップの場合、前記と同様それぞれ青色と黄色の発光をするチップを用いる。3個のチップの場合であれば、いわゆる3原色に相当するそれぞれ赤、緑、青を発光するチップを用いる。
複数色の発光が行われる場合、その混色は、光束がLEDから出射する前に行われ、白色LEDとして扱われるのが普通であるが、本発明の場合、光束は導光体中で複数回の反射を繰り返すので、異なる発光色のLEDを配列して導光体の出射端側から出射する時点で白色と見なせる程度に混色が完了していても構わない。
以上に説明してきた原稿照明装置は、いずれも画像読み取り装置、あるいはカラー原稿読取装置に用いることができるものであり、さらに、それらの装置は画像形成装置を形成することができるものである。
Next, a light source that can be used in the present invention will be described.
In the present invention, the light source is most suitably a light emitting diode (LED). Among them, it is preferable to use a white LED in order to be able to handle reading of any document.
There are several types of white LEDs. One of them is a one-chip type white LED using a phosphor. A light emitting unit called a chip is sealed in a transparent enclosing member mixed with a YAG phosphor. The chip emits blue light made of InGaN. Thereby, when the chip emits blue light, the phosphor is simultaneously excited to emit yellow fluorescence. Since blue and yellow are complementary to each other, when both go out together, they are recognized as white light.
As another type, there is a white light-emitting diode that does not use a phosphor and uses two or more chips that emit different colors and emits white light by color mixture. The plurality of chips are arranged on the same surface, and are combined to be recognized as white when all the emission colors are mixed.
For example, in the case of two chips, chips that emit blue and yellow light are used as described above. In the case of three chips, chips that emit red, green, and blue corresponding to so-called three primary colors are used.
When light emission of a plurality of colors is performed, the color mixture is performed before the light flux is emitted from the LED and is usually treated as a white LED. In the present invention, the light flux is emitted a plurality of times in the light guide. Therefore, the color mixing may be completed to the extent that it can be regarded as white when the LEDs of different emission colors are arranged and emitted from the emission end side of the light guide.
Any of the document illumination devices described above can be used for an image reading device or a color document reading device, and these devices can form an image forming device.
1 LED
2 導光板
3 光源装置
4 コンタクトガラス
5 原稿面
1 LED
2
Claims (27)
2 ≦ L ≦ 10
を満足する範囲にあることを特徴とする原稿照明装置。 The document illumination device according to claim 16, wherein the half-value width L of the illuminance distribution in the sub-scanning direction is
2 ≦ L ≦ 10
A document illumination device characterized by satisfying the requirements.
0.5 ≦ L/H ≦ 30
を満足する関係にあることを特徴とする原稿照明装置。 18. The document illuminating apparatus according to claim 17, wherein when the thickness of the light guide plate is H, the H and the L are 0.5 ≦ L / H ≦ 30.
A document illuminating device characterized by satisfying the above requirements.
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