JP2006191521A - 照明装置及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冗長エリアの短い照明装置とこれを組み込んだ画像読取装置を提供する。
【解決手段】 発光ユニット１０の発光素子のうち最も棒状導光体３の底面３ｂから遠い位置にある青色素子１０ａから放射された光のうち、従来と同様に直接導光体３の端面から導光体内に入射した光は、図４（ａ）に示すように、冗長エリアが長くなる。しかしながら、青色素子１０ａから放射された光のうち、前記隙間１３を通過した光は、図４（ｂ）に示すように、遮蔽部１４の裏面で反射して切欠１２の表面から導光体３内に入射する。この遮蔽部１４からの反射光は垂直に近くなるので冗長エリアが極めて短くなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、原稿を照明する照明装置及びそれを組み込んだ画像読取装置（イメージセンサ）に関する。

ファクシミリ、複写機、スキャナ装置などには、原稿にライン状の光を照射する棒状導光体を組み込んだ照明装置と、原稿からの反射光をラインイメージセンサに集光せしめるレンズアレイとを備えた画像読取装置が組み込まれている。

上記照明装置の一般的な構造は特許文献１及び図１２に示すように、断面コ字状をなすケース１００に棒状導光体１０１を嵌め込み、ケースの端部に取り付けた発光ユニット１０２からの光を棒状導光体１０１の端面から棒状導光体内に導入し、棒状導光体内で全反射させて前記出射面から出射せしめるようにしている。

特許文献１では図１３に示すように、棒状導光体１０１の底面に白色ペイントなどを塗布してなる散乱パターン１０３を設け、この底面からの法線に対しオフセットさせて発光ユニット１０２の３原色の各発光素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを配置している。

また、ケースから棒状導光体が外れるのを防止する構造として，特許文献２の図４にはケースの発光ユニット寄りの端部に、係止部を設ける構成が開示され、更に特許文献３には、熱の影響によってケースの端部と発光ユニットとの間に隙間が形成されるのを防止するために、ケースを長さ方向にインロー状に２分割した構成が開示されている。
特開平６−２１７０８４号公報 特開２００３−２８１９１３号公報 特開２００４−１４６８７０号公報

特許文献１のように棒状導光体の底面からの法線に対し、３原色の発光素子（素子）をオフセットした構成とすると、棒状導光体の形状が扁平になり、そのため照明装置の形状も制約を受けてしまう。

一方、棒状導光体の底面からの法線に沿って３原色の各発光素子を配置すると図１４及び図１５で説明する問題がある。
図１４（ａ）〜（ｃ）は青色発光素子１０２ａ，赤色発光素子１０２ｂ，緑色発光素子１０２ｃからの光線が棒状導光体１０１への入射する状態を説明した図であり、各発光素子からの光線は導光体への入射直前には１８０°の配光分布特性を有するが、アクリル製の導光体に入射すると、スネルの法則によって各発光素子からの光の放射角は約８４°の広がりを持つ。

図１５は上記各発光素子の主走査方向（導光体長手方向）変位と光強度との関係を示すグラフである。前記したように、各発光素子からの光の棒状導光体１０１内への放射角は等しい（約８４°）ため、棒状導光体１０１の底面から遠い位置にある青色発光素子１０２ａの光の強度は棒状導光体１０１の入射端面から５ｍｍ以上離れないと８０％を超えない。このように１色でも光強度が不足するとその部分は光源として使用できない冗長エリアとなる。

従来にあっては上記の冗長エリアが長く、照明装置として無駄になる部分の長さが長い。尚、特許文献２及び特許文献３に開示される構成では斯かる問題を解消することはできない。

上記課題を解決するため請求項１に係る照明装置は、ケース内に棒状導光体の出射面が露出するように収納するとともにケースの端部に発光ユニットを取り付け、この発光ユニットからの光を棒状導光体の端面から棒状導光体内に導入し、棒状導光体内で全反射させて前記出射面から出射せしめるようにした照明装置であって、前記ケースの発光ユニット寄りの端部で棒状導光体の出射面側には棒状導光体の端部を覆う遮蔽部が設けられ、また発光ユニット寄りの棒状導光体の出射面側端部には切欠が形成され、この切欠と前記発光ユニットとの隙間を介して発光ユニットからの光が前記遮蔽部の裏面で反射して棒状導光体内に導入される構成とした。

また、請求項２に係る照明装置は、ケース内に棒状導光体の出射面が露出するように収納するとともにケースの端部に発光ユニットを取り付け、この発光ユニットからの光を棒状導光体の端面から棒状導光体内に導入し、棒状導光体内で全反射させて前記出射面から出射せしめるようにした照明装置であって、前記棒状導光体の発光ユニットに対向する端面には、少なくとも棒状導光体の底面から最も離れた位置の発光素子に対向する箇所に前記発光素子からの光が棒状導光体に入射する際に入射角を広げる部分が形成された構成とした。

本発明に係る照明装置は、特に発光ユニットに搭載された３原色の各発光素子が棒状導光体の底面の幅方向中心線からの法線方向に配置される場合に有効である。

前記請求項２に記載の照明装置で特定した発光素子からの光が棒状導光体に入射する際に入射角を広げる部分としては、半球状凹面、半割円筒状凹面、半球状凹面、半割円筒状凹面、鋸歯状凹面、鋸歯状凸面または粗面などが考えられる。

また、本発明に係る画像読取装置は上記の照明装置と、この照明装置からの出射光のうち原稿からの反射光をラインイメージセンサに向けて集光せしめる正立等倍結像系（レンズアレイ）とを備えている。

ここで、前記正立等倍結像系は１ｍｍ以上の焦点深度を有し、また前記照明ユニットは焦点深度範囲での照度ムラが±２０％以内であることを特徴とする画像読取装置。ただし、焦点深度範囲とは空間周波数６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを正立等倍結像したときの変調度が１０％以上となる光軸上の範囲を指す。

ここで、空間周波数（画像を構成する周期的構造の細かさを表す量）として、６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを選定したのは、変調度を測定するために一般的に用いられている尺度だからである。
前記変調度は、変調の深さを表す指数であり、変調を受けた光強度の最大値をＩmax、最小値をＩminとすると、変調度（ｍ）＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）となる。そして、本発明において変調度が１０％以上となる光軸上の範囲を焦点深度範囲としたのは、人間が明確に判断できる限界の値であり、変調度が１０％未満になると、明確に判断できなくなるからである。
そして、請求項６では、正立等倍結像系は１ｍｍ以上の焦点深度を有するものとした。原稿のシワや折り目があっても画像を正確に読み取るには焦点深度が１ｍｍ以上であることが必要で、本の喉部であっても支障なく読み取るには焦点深度は１．６ｍｍ以上であることが好ましい。
更に、焦点深度範囲ではできるだけ照度ムラがないことが望ましい。本発明にあっては前記照度ムラを±２０％以内とした。これは±２０％を超えると電気的な補正ができなくなるからである。
前記の特性を容易に発揮できる前記正立等倍結像系としては、レンズプレートを複数枚重ねて構成され、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されたものが考えられるが、これに限定されない。

本発明によれば、棒状導光体を組み込んだ照明装置の冗長エリアを短くすることができる。したがって、照明装置の長さを短くしても従来と同等の光強度が得られ、他の装置との干渉が少なくなり、装置の設計上有利である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図、図２は同照明装置の要部の斜視図、図３は同照明装置の要部の分解斜視図である。

画像読取装置はフレーム（筺体）１に凹部１ａ、凹部１ｂを形成し、凹部１ａの上面は原稿を載置する透明な天板２で塞ぎ、凹部１ａ内には棒状導光体３をケース４に収めたライン照明装置５を斜めに固定し、また下方の凹部１ｂにはラインイメージセンサ（光電変換素子）６とその駆動回路７を備えた基板８を取り付け、更にフレーム１内には等倍結像用のレンズアレイ９を保持している。

而して、ライン照明装置５の出射面から出射した光線にて、天板２上に載置した原稿を照射し、その反射光をレンズアレイ９でライン状に配列したイメージセンサ６に入射せしめる。

前記ライン照明装置５のケース４は断面Ｕ字状をなし、ケース４の開口に棒状導光体３の出射面３ａが位置するように嵌め込まれている。また、ケース４の一端には発光ユニット１０が取り付けられ、この発光ユニット１０には青色素子１０ａ，赤色素子１０ｂ，緑色素子１０ｃが棒状導光体３の底面３ｂの幅方向中心線からの法線上に沿って等間隔に取り付けられている。

また、棒状導光体３はアクリルなどの透明樹脂を成形してなり、一方の端面が前記発光ユニット１０に対向しその底面３ｂには前記端面から入射した光を乱反射せしめる散乱パターン１１が白色塗料を塗布したり凹凸を形成することで設けられている。

また、棒状導光体３の発光ユニット１０に寄った端部の出射面３ａ側は切欠１２となっており、この切欠１２によって発光ユニット１０と棒状導光体３の端面との間に隙間１３が形成されている。切欠１２は隙間１３を形成できれば、如何なる形状でもよい。例えば、導光体３の長さを通常の導光体よりも短くして、発光ユニット１０と導光体端部との間に隙間が生じるようにしてもよい。

更に、上記の切欠１２を覆うように遮蔽部１４が設けられている。この遮蔽部１４はケース４と一体的に形成されているが、発光ユニット１０と一体的に或いはこれらとは別体としてもよい。遮蔽部１４は反射率が高い材料で形成することが好ましい。少なくとも、遮蔽部１４のうち、発光ユニット１０から放射された光を反射する部分は、反射率が高くなっていることが好ましい。例えば、反射率の高い金属や白色樹脂などを遮蔽部１４として用いることができる。

以上において、発光ユニット１０の発光素子のうち最も棒状導光体３の底面３ｂから遠い位置にある青色素子１０ａから放射された光のうち、従来と同様に直接導光体３の端面から導光体内に入射した光は、図４（ａ）に示すように、冗長エリアが長くなる。しかしながら、青色素子１０ａから放射された光のうち、前記隙間１３を通過した光は、図４（ｂ）に示すように、遮蔽部１４の裏面で反射して切欠１２の表面から導光体３内に入射する。この遮蔽部１４からの反射光は垂直に近くなるので冗長エリアが極めて短くなる。

青色素子１０ａからの光は図４（ａ）と（ｂ）の光が合成されたものとなるので、トータルとして冗長エリアは短くなる。

図５は本発明に係る照明装置の各発光素子の主走査方向変位と光強度との関係を示すグラフであり、図１５と比較すると明らかように、隙間１３に近い箇所の青色素子１０ａの光強度が導光体の端面近くで急激に上昇し、残りの赤色素子１０ｂ，緑色素子１０ｃの光強度と同等レベルになっている。したがって、冗長エリアの長さも従来の半分程度になっている。

図６は別実施例を示す図４と同様の図であり、前記実施例にあっては切欠１２を直線状に形成していたが、この実施例にあっては切欠１２を曲線状に形成している。切欠１２を直線状とすることで前記したように各色のバランスをとることができるが、切欠１２を曲線状とすることで各色の指向性をコントロールすることができる。

図７も別実施例を示す図４と同様の図、図８は図７で示した別実施例の導光体の端面を示す斜視図であり、この実施例にあっては切欠を設けず棒状導光体３の端面を平坦面とし、前記青色素子１０ａに対向する端面の表面に棒状導光体に入射する光線の入射角を広げる部分としての半球状凹面１５ａを形成している。尚、散乱パターン１１についてはこの実施例にあっては底面３ｂに半割円筒状凹部を形成している。

この半球状凹面１５ａを形成することによって青色素子１０ａからの光の一部は半球状凹面１５ａを介して導光体３内に入射する際に、外側に屈折して広がる。また、半球状凹面１５ａを介さずに直接導光体３の端面から導光体内に入射した光は、冗長エリアが長いが、前記半球状凹面１５ａを介して入射した光は、垂直に近くなるので、これらの光が合成されて冗長エリアが極めて短くなる。

図９は図６に示した別実施例に係る照明装置の各発光素子の主走査方向変位と光強度との関係を示すグラフである。このグラフから、別実施例に係る照明装置も前記実施例と同様に冗長エリアの長さが従来の半分程度になっている。

図１０及び図１１は更なる別実施例に係る照明装置の導光体の端面を示す斜視図であり、図１０に示す実施例にあっては、青色素子１０ａ，赤色素子１０ｂ，緑色素子１０ｃに対応して、半球状凹面１５ａ，１５ｂ，１５ｃを形成している。特にこの実施例では最も光量が不足しがちな青色素子１０ａに対応する半球状凹面１５ａの径を大きくし、半球状凹面１５ｂの径を中間とし、半球状凹面１５ｃの径を最も小さくしている。

図１１（ａ）に示す実施例にあっては、棒状導光体に入射する光線の入射角を広げる部分として半割円筒状凹面１５ｄ，１５ｅを形成している。また、図示した半球状凹面または半割円筒状凹面ではなく、半球状凸面、半割円筒状凸面または粗面を形成してもよい。

図１１（ｂ）に示す実施例は、棒状導光体に入射する光線の入射角を広げる部分として、鋸歯状凹面１５ｆ，１５ｇ，１５ｈを形成し、（ｃ）に示す実施例では微細な鋸歯状凹面が連続した凹面１５ｆ，１５ｇを形成している。尚、鋸歯状凹面の代わりに鋸歯状凸面でもよい。

本発明に係る照明装置および画像読取装置は、コピー機、ファクシミリ等に組み込まれて有効に利用される。

本発明に係る照明装置を組み込んだ画像読取装置の断面図 同照明装置の要部の斜視図 同照明装置の要部の分解斜視図 （ａ）及び（ｂ）は本発明の照明装置の青色発光素子からの光線が棒状導光体へ入射する状態を説明した図 本発明に係る照明装置の各発光素子の主走査方向変位と光強度との関係を示すグラフ 別実施例を示す図４と同様の図 別実施例を示す図４と同様の図 別実施例に係る照明装置の導光体の端面を示す斜視図 図６に示した別実施例に係る照明装置の各発光素子の主走査方向変位と光強度との関係を示すグラフ 更なる別実施例に係る照明装置の導光体の端面を示す斜視図 （ａ）〜（ｃ）は更なる別実施例に係る照明装置の導光体の端面を示す図 従来の照明装置の斜視図 従来の照明装置の要部の斜視図 （ａ）〜（ｃ）は青色発光素子、赤色発光素子及び緑色発光素子からの光線が棒状導光体へ入射する状態を説明した図 従来の照明装置の各発光素子の主走査方向変位と光強度との関係を示すグラフ

符号の説明

１…フレーム（筺体）、１ａ，１ｂ…凹部、２…天板、３…棒状導光体、３ａ…棒状導光体の出射面、３ｂ…棒状導光体の底面、４…ケース、５…ライン照明装置、６…ラインイメージセンサ（光電変換素子）、７…駆動回路、８…基板、９…ロッドレンズアレイ、１０…発光ユニット、１０ａ…青色発光素子、１０ｂ…赤色発光素子、１０…緑色発光素子、１１…散乱パターン、１２…切欠、１３…隙間、１４…遮蔽部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…半球状凹面、１５ｄ，１５ｅ…半割円筒状凹面、１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ…鋸歯状凹面。

Claims (6)

1. ケース内に棒状導光体の出射面が露出するように収納するとともにケースの端部に発光ユニットを取り付け、この発光ユニットからの光を棒状導光体の端面から棒状導光体内に導入し、棒状導光体内で全反射させて前記出射面から出射せしめるようにした照明装置において、前記ケースの発光ユニット寄りの端部で棒状導光体の出射面側には棒状導光体の端部を覆う遮蔽部が設けられ、また発光ユニット寄りの棒状導光体の出射面側端部には切欠が形成され、この切欠と前記発光ユニットとの隙間を介して発光ユニットからの光が前記遮蔽部の裏面で反射して棒状導光体内に導入されるようにしたことを特徴とする照明装置。
2. ケース内に棒状導光体の出射面が露出するように収納するとともにケースの端部に発光ユニットを取り付け、この発光ユニットからの光を棒状導光体の端面から棒状導光体内に導入し、棒状導光体内で全反射させて前記出射面から出射せしめるようにした照明装置であって、前記棒状導光体の発光ユニットに対向する端面には、少なくとも棒状導光体の底面から最も離れた位置の発光素子に対向する箇所に前記発光素子からの光が棒状導光体に入射する際に入射角を広げる部分が形成されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の照明装置において、前記発光ユニットには３原色の各発光素子が棒状導光体の底面の幅方向中心線からの法線方向に配置されていることを特徴とする照明装置。
4. 請求項２に記載の照明装置において、前記発光素子からの光が棒状導光体に入射する際に入射角を広げる部分は、半球状凹面、半割円筒状凹面、半球状凸面、半割円筒状凸面、鋸歯状凹面、鋸歯状凸面または粗面であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の照明装置と、この照明装置からの出射光のうち原稿からの反射光をラインイメージセンサに向けて集光せしめる正立等倍結像系とを備えたことを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項５に記載の画像読取装置において、前記正立等倍結像系は１ｍｍ以上の焦点深度を有し、また前記照明ユニットは焦点深度範囲での照度ムラが±２０％以内であることを特徴とする画像読取装置。