JP2007025705A - ライン照明装置及び画像入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成により、照明領域全域を十分な照度で均一に照明することが可能な
ライン照明装置及び画像入力装置の提供。
【解決手段】 棒状の透明部材からなる導光体２と、前記透明部材の長手方向の第１の端
部２に設けられた光源３とを有したライン照明装置１であって、前記導光体２は、前記光
源３から発せられた光を散乱する散乱マーク５と、該散乱マーク５により散乱された光を
前記透明部材外部へ出射させるための光出射面４と、前記第１の端部２近傍に設けられ、
前記光源３から発せられた光の該第１の端部２に対向する第２の端部への伝搬をさえぎり
、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面から出射するように反射する反射部
７とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、ライン照明装置及び画像入力装置に係り、特にファクシミリやコピー機、ハ
ンドスキャナ、光学的文字読み取り装置（ＯＣＲ）などに用いられるものに関する。

従来から、例えば撮像素子で画像データを得る際には、対象物を照明するためのライン
照明装置が用いられている。ライン照明装置は、光源と導光体とから形成されており、光
源からの光を対象物に対し効率的に照射することが求められている。

この種のライン照明装置に用いられる導光体の一例として、特開平８−１６３３２０号
公報（特許文献１）に開示されたものがある。このライン照明装置の原理的な動作を説明
するための図を図１９に示す。

図１９において、導光体１０１ａは透明樹脂で作製されたもので、その端面には光源で
ある発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２ａが取り付けられている。カラーイメージスキャナ
などの用途の場合には、ＬＥＤ１０２ａから出射した光は、導光体内部を壁面で反射しな
がら伝搬して、もう一方の端面に向かう。

伝搬する光は、散乱マーク１０３ａにより散乱される。散乱された光のうち全反射条件
を満足しない拡散性の光は、光出射面１１３ａから外部に放出される。

ここで、散乱マーク１０３ａは、白色塗料もしくは拡散剤入りの塗料などからなる。

この導光体の外側には、図２０に示すように、反射板１２０ａが設置されている。散乱
マーク１０３ａで散乱した光は、導光体１０１ａの外へ放出されても、反射板１２０ａに
当たった場合は再度導光体１０１ａの中へ導かれる。ここで、反射板１２０ａは、白色の
拡散性反射材料からなる。

導光体１０１ａの照明領域１０４ａに近い部分は、光出射面１１３ａとして光を外部に
出力するようになっている。この光出射面１１３ａから出射された光は、ガラス板１０５
ａを介して照明領域１０４ａを照明する。

また、この例では、散乱マーク１０３ａにより光の一部が導光体１０１ａの光出射面１
１３ａから外に放出されると、放出された光量だけ光の強度が低下する。つまり、光の強
度は光源から遠ざかるしたがって次第に減衰する。そこで、光源から遠ざかるにしたがっ
て、光の取り出し効率を向上させて行くために、散乱マーク１０３ａの密度を増加させた
り、マークの幅を増加させるなどして、照明領域１０４ａにおける照度を均一にすること
も行われていた。
特開平８−１６３３２０号公報

従来の技術では、散乱マークで散乱した光が反射板で更に繰り返し反射し、散乱するた
め、導光体から出射される光は様々な方向に伝搬する成分を持っている。そのため、照射
領域から離れた領域まで照明してしまう不要な光を十分抑制することが困難であった。従
って、光源で発生する光を効率よく利用することが難しく、光源で消費する電力を大きく
することなく十分な照度の照明を実現することが難しいと言う課題があった。

また、導光体の一端に設けられた単一の光源により照明領域全体を照明するために、光
源近傍の照明領域の照度を上げて、照明領域全体を均一な照度にすることはできなかった
。これは光源から発せられた光が、散乱マークで散乱されたのち、光出射面より導光体の
外へ放出されて照明領域を照らしているためであり、導光体の光源近傍では光の散乱が十
分でないため、光出射面から放出される光の量が少なく、その結果照度不足となるのであ
る。

よって、従来の構成では、光源から離れた照明領域の照度を上げることはできても、光
源近傍の照明領域の照度をあげ、照明領域全域を均一な照度で照明することはできなかっ
た。

本発明の目的は、簡易な構成により、照明領域全域を十分な照度で均一に照明すること
が可能な導光体、ライン照明装置及び画像入力装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、棒状の透明部材からなる導光体と、前記透明
部材の長手方向の第１の端部に設けられた光源とを有したライン照明装置であって、前記
導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散乱マークと、該散乱マークにより散乱
された光を前記透明部材外部へ出射させるための光出射面と、前記第１の端部近傍に設け
られ、前記光源から発せられた光の該第１の端部に対向する第２の端部への伝搬をさえぎ
り、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面から出射するように反射する反射
部とを具備することを特徴とするライン照明装置を提供する。

また、本発明では、棒状の透明部材からなる導光体と、前記透明部材の長手方向の第１
の端部に設けられた光源と、前記透明部材より出射した光により照明された照明領域から
の光を結像するための結像光学手段と、この結像光学手段により結像された光を読み取る
ためのイメージセンサとを有した画像入力装置であって、前記導光体は、前記光源から発
せられた光を散乱する散乱マークと、該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外
部へ出射させるための光出射面と、前記第１の端部近傍に設けられ、前記光源から発せら
れた光の該第１の端部に対向する第２の端部への伝搬をさえぎり、このさえぎられた光を
前記光源近傍の前記光出射面から出射するように反射する反射部とを具備することを特徴
とする画像入力装置を提供する。

本発明によれば、光源により発せられた光が導光体の反射部により反射することによっ
て、反射された光により、照射される照明領域全体の照度を均一にすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、第１の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態にかかる導光体を用いたライン照明装置の構成を示す図である。図
１において、導光体１０１は透明樹脂で作製されたもので、その端面には光源となるＬＥ
Ｄ１０２が取り付けられている。このように、導光体１０１の端面に光源となるＬＥＤ１
０２を設けることにより照明装置が構成される。カラーイメージスキャナなどの用途の場
合には３色の光による照明が必要なため、赤、緑、青の発光波長を持つ３個または必要に
応じてより多数の光源が取り付けられる。

図１の場合は、各色につき１個ずつの計３個のＬＥＤ１０２が取り付けられた例を示す
。光源であるＬＥＤ１０２から出射された光は、導光体内部を壁面に反射しながら伝搬し
、もう一方の端面に向かう。高照度の照明が必要な場合は両側側面に光源を設けるが、近
年のＬＥＤ発光効率の向上により、多くの用途において片側端面にのみ光源を設けること
で十分な光量を確保することができるようになっている。片側端面にのみ光源を設ける場
合には、他の端面の反射を高くする処理を施すことで、往復の伝搬光を利用することも可
能である。いずれにしろ、導光体１０１の内面の反射では、全反射条件を満足する光線は
減衰することなく伝搬するため、高効率でエネルギーを伝送できる。

伝搬する光は、散乱マーク１０３により散乱される。散乱マーク１０３は、全反射条件
を満足しない拡散性の光線を生成し、それが導光体１０１から外部に放出され、ガラス板
１０５を介して、照明領域１０４を照明する。散乱マーク１０３は、導光体の所定位置に
塗布された白色塗料、拡散剤入りの塗料、拡散性の表面を有する金属、紙、樹脂その他の
小片の部材を透明接着剤を介して貼付けしたものなど多様な構成手段があり、性能のほか
、製造性やコスト等の観点も含めて用途に応じて適したものを選択する。

また、導光体１０１表面の所定領域の形状を変化させてもよい。例えば、散乱マークと
する一の表面を拡散性の粗面とするような微少な起伏を形成してもよく、あるいは所定形
状の起伏を形成して反射面を構成し、全反射条件で伝搬してきた光線を所定方向へ反射、
屈折などさせる作用を利用しても良い。

このように散乱マークの具体的な構成手段には各種のものがある。図１に示した実施例
では、白色塗料を細い矩形形状領域に塗布したものを散乱マーク１０３としているが、他
の構成手段による散乱マークを用いてもよく、本発明は散乱マークの具体的構成手段によ
って限定されるものではない。その他の散乱マークの構成については、後述する。

散乱マーク１０３により伝搬光の一部が光出射面１１３より導光体の外に放出されると
、伝搬光の強度は光源から遠ざかるにしたがって次第に減衰する。そこで、光源から遠ざ
かるにしたがって、光の取り出し効率を向上させていくことで、照明領域における照度を
均一にすることが可能になる。このための具体的手段として、図１の例では、光源から遠
ざかるにしたがって、散乱マーク１０３の密度を増加させている。また、散乱マークの幅
を増加させるなどの方法でもよい。

導光体に突起やくぼみを形成する散乱マークの場合には、その大きさや深さ、密度を変
化させる方法、粗面を構成する散乱マークの場合は、その粗面の表面粗さを変化させる方
法などがある。このように、照度の均一性を実現するための手段は各種可能であるが、本
発明はこれらの手段によって限定されるものではない。

図２は、本発明の第１実施形態に関わる照明装置に用いられる導光体断面形状と照明光
の光路を示す図である。図で、原稿の読み取り位置１０４の像は、ガラス板１０５を介し
てセルフォックレンズ１０６で結像され、ＣＣＤリニアイメージセンサ１０７でラインデ
ータとして読み取られる。原稿の読み取り位置１０４を照明する照明装置は、導光体１０
１、導光体の後ろ側（光出射面と対局する位置）の稜線部分１１１近傍に形成された散乱
マーク１０３、および図示していない導光体の端面に付置されたＬＥＤなどの光源などか
らなる。セルフォックレンズアレイ、ＣＣＤリニアイメージセンサ、照明装置は、一体化
されてイメージセンサモジュールを構成する。

本実施形態に関わる照明装置では、図示されない光源から発した光は、導光体の長手方
向に反射を繰り返しながら伝搬する。伝搬の途中で、後ろ側の稜線部分１１１近傍に形成
された散乱マーク１０３に光が当たると、ほとんど全ての光は臨界角以上の入射角となる
ため全反射し、反射面１１２において光の損出は発生しない。反射した光は光出射面１１
３を通って導光体外部へ射出されるが、この光出射面１１３に垂直に伝搬してきた一部の
光以外はここで屈折作用により偏向される。導光体１０１から出射された光はガラス板１
０５に斜めに入射する。この表面でも屈折により進行方向が偏向される。

図１では照明装置のみを図示したが、これを用いて画像入力装置を構成する場合には、
例えば図２のように、照明領域の正面に投影光学系を構成してセルフォックレンズアレイ
などの正立等倍結像素子を利用すれば、原稿に近い位置にＣＣＤラインセンサなどの撮像
素子を設置して結像することが可能であり、光源、導光体、レンズアレイ、ラインセンサ
素子を一体化した小型の画像入力装置を構成することも可能である。

なお、こうして構成される画像入力装置は、画像の一ラインを入力するライン画像入力
装置である。したがって、二次元の画像全体を入力するためには、原稿とライン画像入力
装置の相対位置を変化させる走査機構なども含めた装置を構成する必要がある。走査機構
としては、画像入力装置を固定して、原稿を自動的に異動させる方式、または原稿を固定
して画像入力装置を自動的に移動させる方式、あるいは手軽な装置とするために走査は人
力を動力として用いる形、即ち手動で行い走査機構はその移動距離を検知する機能を負う
といった方式も考えられる。このように、画像入力装置としては、二次元画像入力装置、
およびその部分装置としての画像入力装置などの形態があるが、本発明はこれらいずれの
方式も含むものである。

導光体１０１の反射面１１２は、稜線部分１１１から出た光が、反射し、光出射面１１
３およびガラス板１０５の表面で屈折した後、正しく原稿読み取り位置１０４を照射する
ように、設計された曲面である。この実施形態のように、ガラス板１０５を介して原稿を
読み取る場合、外界から光学系を隔離することが可能になるため、外界から進入する埃な
どのダストにより装置が劣化するのを防止することができる。

なお、ここでガラス板と称した透明板は、アクリル、ポリカーボネイトその他の樹脂板
であっても構わないが、その際は傷に弱くなるため、保護コーティングなどの表面処理す
ることが望ましい。また、ガラス、樹脂のいずれの場合も、光の反射による損失を抑制す
るために、反射防止膜のコーティングなどを施すことも可能である。これらの材料や処理
の選択は、装置の用途や価格などに応じて装置毎に決められるもので、本発明を限定する
ものではない。

反射面１１２の具体的形状の定め方は、特定の設計方法に限定されるものではないが、
ガラス板の厚さや屈折率、装置のサイズなどに応じて柔軟に設計できる手法が望ましい。
本実施形態の場合、断面図における点１１１から出た光が反射面１１２で反射し、屈折面
を二面（導光体１０１の光出射面１１３と、ガラス板１０５の上部面）経た後、一点に収
束することが求められている。しかしながらこのような問題の厳密解を解析的に求めるこ
とは、一般には困難なことである。

したがって、何らかの近似解法による設計が必要となる。通常、反射面１１２の曲面形状
を、いくつかの未知の設計パラメータを含む数式で記
述しておき、いくつかのサンプル光線に対して、光路が所望のものに近づくように最適化
の処方にしたがって設計パラメータを決定してゆく方法が考えられる。

ここでは、装置設計のプロセスにおいて、ガラス板１０５の材料と厚さ、導光体１０１
の材料と光出射面１１３の位置が先に決まる場合を想定し、光路を逆向きに追うモデルを
用い、最小二乗法に基づく最適化計算で曲面を決定した。図で、原稿の読み取り位置１０
４は、照明角度２５度から６３度で照明するものとし、この間の照明角度となる光線４１
本をサンプル光線として、この光線を逆向きに追跡し、二度の屈折と、一度の反射の後、
光線が稜線部分１１１になるべく近づけように最適化計算を行った。もう少し具体的には
、逆向きに光線追跡した場合の、反射後の各光線から稜線部分１１１までの距離の二乗和
が最小となるように非線形型最小二乗法の処方にしたがって曲面を定めた。曲面形状は、
図のようにガラス面に対して４５度傾いて設定された光出射面１１３に沿ってＸ軸を設定
し、それと垂直な方向にＺ軸を設置して、曲線を表す式は、次に示す式（１）とした。

Ｘ＝Ｃ(１)Ｚ＋Ｃ(２)Ｚ2＋Ｃ(３)Ｚ3＋Ｃ(４)Ｚ4＋Ｃ(５)Ｚ5＋Ｃ(６)Ｚ6＋Ｃ(７)Ｚ7
＋Ｃ(８)Ｚ8＋Ｃ(９)Ｚ9＋Ｃ(１０)Ｚ10＋Ｃ(１１)Ｚ11＋Ｃ(１２)Ｚ12 …式（１）
係数Ｃ（１）、Ｃ（２）、…、Ｃ（１２）が曲線を特定する未知の設計パラメータであ
る。

ここでは上述のように、４１本のサンプル光線と、１２個の未知パラメータを用いて設
計したが、これらの数字は次のように定める。まず、十分な自由度と考えられるだけの未
知のパラメータを設定する。次に、この自由度に対応する数より十分多数のサンプル光線
を設定する。もし、サンプルが不十分の場合、サンプル光線に対しては距離の二乗和が小
さくなるものの、サンプル光線近傍の光線に対しては大きな距離となってしまうような解
に収束してしまう場合がある。解の妥当性や、残差の大きさなどを見ながら、妥当な解が
得られているかどうか確認することで、妥当な設計を実現する。本実施形態では、次の値
となった。ただし、Ｅは十のべき乗を表す。

このように、ガラス板のような透明板を介して原稿を読み取る装置に対しても、最適化
などの手法により定めた形状の反射面を有する導光体を形成することで、読み取り位置以
外を照射する無駄な光を極力抑え、有効で効率的な照明を実現することができる。

第１の実施形態では、長手方向に一定の断面形状を有する導光体を用い、散乱マークの
効率を調整して長手方向の照度の均一性を実現する方法を示した。これに対して、光源か
ら離れるにしたがって導光体の断面積を小さくすることによって光の取り出し効率を調整
する方式もある。この方法によって、あるいはこの方法を併用することで、均一な照明を
高効率で実現することも可能である。この場合、導光体の断面形状は、長手方向の位置に
したがって少しずつ変化していく。

この際、通常は面積の減少を伴う形が設計しやすい。このように、断面形状が変化する場
合でも、その変化はゆるやかであり、各位置での断面形状を、これまで説明した実施形態
と同様の形状とすれば、同様の作用で高効率の良好な照明を実現できる。

続いて、第２の実施形態について説明する。

図３は、第２実施形態に係る照明装置の全体構成を示す図である。

図３において、導光体１０１は透明樹脂で作製されたもので、その端面には光源である
ＬＥＤ１０２が取り付けられている。本実施形態においても前記第１の実施形態と同様に
、赤、緑、青の発光波長を持つ３個のＬＥＤ１０２が取り付けられている。

光源であるＬＥＤ１０２から出射した光は、導光体１０１内部を壁面に反射しながら伝
搬し、もう一方の端面に向かう。伝搬した光は、散乱マーク１０３により散乱される。散
乱マーク１０３は、全反射条件を満足しない拡散性の光線を生成し、それが導光体１０１
から外部に放出され、照明領域１０４を照明する。

図４は、本実施形態に係る照明装置の導光体１０１の断面形状を示す図である。図にお
いて、点Ｆ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ３、Ｐ５を通る太線で囲まれた部分が導光体の断面形
状である。点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ曲線は長径ａ、短径ｂの楕円の一部である。点Ｆはその
一焦点であり、点Ｆ’は他の一焦点である。散乱マークは、点Ｆの近傍に形成する。点Ｐ
１は、点Ｆを通り、楕円の長軸に垂直な直線が楕円と交わる点である。点Ｆにある散乱マ
ークから発した光線が点Ｐ１に到達したとき、楕円弧に入射する角度が臨界角以上であれ
ば、楕円弧での反射は全反射となり、反射光はもう一方の焦点Ｆ’へ向かう。このような
条件のとき、楕円弧Ｐ１Ｐ２上の任意の点Ｒ１において、入射角度は臨界角以上となるの
で、反射は全反射であり、反射光はＦ’へ向かう。線分ＦＰ２と線分Ｐ１Ｆ’の交わる点
を点Ｐ３とする。また、点Ｆ’を中心とし、点Ｐ２を通る円弧が線分Ｐ１Ｆ’と交わる点
をＰ４とする。円弧Ｐ２Ｐ４は導光体１０１の断面の一部をなす。楕円弧Ｐ１Ｐ２で反射
した光線は円弧Ｐ２Ｐ４に垂直に入射するため、そのまま直進して点Ｆ’へ向かう。この
点Ｆ’近傍が照明領域１０４となる。点Ｐ３から点Ｐ５へ向かう曲線は、点Ｆを発した光
が曲線上の点Ｒ２で屈折した後に点Ｆ’へ向かうように定められた曲線である。以上のよ
うに断面形状を構成することで、散乱マークで散乱された光が、効率よく照明領域へ導か
れる。

曲線の形状を具体的数値で定める手順を次に説明する。まず、楕円の式は次の式（２）
の通りとなる。

（ｘ／ａ）2＋（ｙ／ｂ）2＝１ …式（２）
楕円の中心Ｏから焦点Ｆまでの距離ｆは、次の式（３）で表すことができる。

ｆ2＝ａ2−ｂ2 …式（３）
点Ｐ１における入射角θ（入射光の進行方向と、面の法線とのなす角度）は、次の式（
４）で与えることができる。

ｔａｎθ＝ｆ／ａ …式（４）
屈折率がｎの媒体の臨界角θｃは、次の式（５）で与えることができる。

ｓｉｎθｃ＝１／ｎ …式（５）
さらに次の式（６）を満たすようにｆを設定する。

ｆ≧ａ・ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ）） …式（６）
すなわち、ａの値が与えられれば、ｆ、ｂの値が定まり、点Ｆ、点Ｆ’の位置と、更に
点Ｐ１の位置が決まる。次に、導光体と照明領域の距離として確保するべき動作距離の制
約から点Ｐ２の位置が定められる。これらが定まると、線分ＦＰ２と線分Ｐ１Ｆ’の交わ
る点として点Ｐ３も定まり、更に点Ｐ４の位置も定められる。点Ｐ５の位置は、点Ｆから
点Ｐ３を経由して点Ｆ’に至る光路長と、点Ｆから点Ｐ５を経由して点Ｆ’に至る光路長
とが等しくなる条件から定まる。点Ｐ３から点Ｐ５に至る曲線は、点Ｆから曲線上の任意
の点Ｒ２を経由して点Ｆ’に至る光路長がすべてこれらと等しくなるという条件から求ま
る。ただし、より簡便な近似として、点Ｐ３から点Ｐ５に至る適当な滑らかな曲線を設定
しても十分な性能の得られる場合が多い。

続いて、第３の実施形態について説明する。

図５は、第３の実施形態に関わる照明装置の導光体断面形状を示す図である。

この図で、照明領域１０４の中心付近に焦点がある楕円を反射面とするように、第２の実
施形態で示した導光体の形状を２つ組み合わせた形状になっている。点Ｆ１および点Ｆ２
で示した部分が一方の焦点であり、これに対応する辺の近傍に散乱マークが形成される。
照明領域１０４におかれた原稿で反射した光は、導光体１０１を通過した後、レンズアレ
イ１５０で結像される。

さらに、第４の実施形態として、図６に導光体断面形状の変形例を示す。

焦点Ｆと点Ｐ３を直線で結び、直接光が発生しないようにしたもので、すべての光が楕
円弧で反射する。境界面形状（点Ｐ２と点Ｐ４を結ぶ曲線部分）をＦ’を中心とする円弧
ではなく、斜めに向いた凸面としたことで、集光点をＦ’より近く、かつ偏向した位置Ｆ
”にすることができている。このように、実際の集光点を、ある程度の任意性をもって設
定することが可能である。

そして、第５の実施形態として、図７に導光体断面形状の他の変形例を示す。

散乱マーク位置を焦点とした放物線形状の反射鏡面を構成した例である。点Ｐ１と点Ｐ
２を結ぶ曲面に反射した光は、平行光となるので、導光体１０１から出射する際の境界面
形状（点Ｐ２と点Ｐ４を結ぶ曲線部分）を、凸レンズ形状とし、焦点Ｆ”に向かうように
形成している。

図８は、これまで説明してきた導光体１０１に形成される散乱マーク１０３の形状を各
種示したものである。同図は、図１等に示された導光体１０１を裏側から見た状態となっ
ている。

（ａ）は、図３（図１）で示した散乱マークと同様のものをＦに相当する辺を挟む両側
の面に形成したものである。（ｂ）は、くぼみのある形状として形成したものである。（
ｃ）は、面取りのように約４５度に辺の角を落とした形に形成したものである。また、（
ｄ）は、（ｃ）のような面取りを連続して形成したものであり、なおかつ光源から離れる
にしたがって散乱マークを広く形成して照度の一様化を実現している。（ｅ）は、散乱マ
ークを三角形状の切り欠きとして形成したものである。

ここで、（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）は、いずれも同一形状の散乱マークを、光源から遠ざ
かるにしたがって高い密度となるように形成した例である。（ｆ）は（ｅ）と同様の三角
形状の切り欠きであるが、密度はほぼ一定とし、光源から遠ざかるにしたがって形状が次
第に大きくなるように形成したものである。

このように（ａ）〜（ｃ）のいずれも、導光体としての全反射条件が崩れる形状を形成
してあれば散乱マークとしての機能を実現できる。切り欠き面で反射した光が有効に照明
光として利用できるように面の向きが定められていたり、表面粗れによる拡散を利用する
などで光が十分な効率で取り出せる場合には特段の表面処理はなくてよい。しかしながら
、切り欠き部分の面に白色の塗装処理をしたり、反射膜を形成したり、それらを組み合わ
せたりすることなどの方法で効率を調整し、全体の性能を向上させることも可能である。
これらの選択は、製造コストと必要な性能との兼ね合いで決定されるものであり、本発明
はこの選択により限定されるものではない。また、いくつかの例ではマークが不連続に形
成されているが、（ｄ）のように連続したマークになっていても構わない。これらの変形
例はいずれも、導光体の断面形状を工夫して効率よく光を照明領域へ導こうとする本発明
の主旨にしたがうものであり、いずれも本発明に含まれるものである。

続いて、第６の実施形態について図９乃至図１１を参照して説明する。

図９は、第６の実施形態に係る照明装置の斜視図であり、照明装置１は、透過性を有す
る透明樹脂から形成される導光体２と、導光体２の一端に設けられる光源のＬＥＤ３とか
ら構成される。照明装置１がカラーイメージスキャナなどの用途に用いられる場合には、
ＬＥＤ３は３色の光による照明が必要なため、赤、緑、青の発光波長をそれぞれもつＬＥ
Ｄが３個設けられる。また、ＬＥＤ３は必要に応じて複数個設けられ、本実施形態では、
各色１個ずつの計３個のＬＥＤ３が取り付けられている。

また導光体２の内部には、ＬＥＤ３から発せられた光を散乱させ光出射面４から外に放
出するための散乱マークである反射プリズム５が形成されている。反射プリズム５は、導
光体２の曲面状の上面（反射面）と平面状の側面（隣接面）とがぶつかり合う稜線部分に
切欠状の楔型凹部が形成されたものであり、ＬＥＤ３から発せられた光が導光体２の一端
から他端に進む方向に沿って列状に複数個形成される。この複数の反射プリズム５は、互
いに離間して形成され、その離間距離は、導光体２の他端に近づくにつれて小さくなるよ
う設定される。尚、導光体２の一端の面と他端の面とは略平行に形成されている。なお、
反射プリズム５は、図８（ｅ）に示した散乱マークに相当するものである。

更に、ＬＥＤ３が設けられた導光体２の端部近傍には、ＬＥＤ３から発せられ導光体２
の他端に伝搬していく光の一部をさえぎるように反射部である貫通孔７が穿設され、この
貫通孔７の表面でこのさえぎられた光を反射して、ＬＥＤ３近傍の照明領域６端部付近に
光を出射する。

また、導光体２の光出射面４から照射される光は、導光体２の構造上、導光体２の内部
における光の伝搬方向と略直交する方向に出射されるため、導光体２と照明領域６とは略
平行なる配置関係をもつ。

このような構成であれば、ＬＥＤ３から発せられた光は、ＬＥＤ３が設けられていない
導光体２の他端に向かって導光体２の内壁に反射しながら伝搬され、他端に到達する途中
に形成される反射プリズム５に当たって散乱されて光出射面４より外へ出射される。導光
体２の内壁での反射は、全反射条件を満足するものであるため、反射によって光エネルギ
が減衰することがなく、高効率で光エネルギを伝搬することができる。反射プリズム５に
当たって光は、全反射条件を満足し得ない光となるため、導光体２の外へ放出される。

また、貫通孔７の周囲の面に当たって反射された光は、導光体２の他端に伝搬する光と
は逆方向に伝搬されることになり、実質的に反射プリズム５に当たって反射されることな
く、直接ＬＥＤ３近傍の光出射面４から外に放出され、ＬＥＤ３近傍の照明領域６端部に
照射される。

導光体２のいずれの光出射面４から出射された光は、光出射面４と照明領域６との間に
配置されるガラス板８を通って照明領域６に到達する。

出射された光が照明される照明領域は、光により読み取りが行われる画像などの情報が
記載された紙などの平面状の記録媒体表面に光が照射された部分である。

尚、反射プリズム５の代わりに、反射部として、白色塗料もしくは拡散剤入りの塗料を
導光体２の表面に塗布することや、表面が拡散性を有する金属、紙、樹脂などの部材を透
明な接着剤により貼付するなどして散乱マークを設けることもできる。また、反射プリズ
ム５の大きさ、深さ、密度は、光出射面４から照射される照度をより均一にするために適
宜最適な形態にすることは可能である。

以上述べたような第６の実施形態では、導光体２のＬＥＤ３近傍に貫通孔７を穿設する
ことにより、ＬＥＤ３からの光が貫通孔７によりＬＥＤ３側に反射されて光出射面４から
放出されることによって、ＬＥＤ３近傍の照明領域６の照度を向上させることができ、よ
って照明領域６の照度を均一にすることができる。

ここで、本実施形態の照明領域の照度について、発明者が実験した結果を用いて説明す
る。

図１０は、第６の実施形態に係る導光体の上面図である。

ＬＥＤ３から導光体２に入射された入射光９は、反射プリズム５に当たるもの、貫通孔
７の周囲の面にあたるもの、反射プリズム５または貫通孔７のいずれにも当たらず導光体
２の他端に伝搬するものに分けられる。貫通孔７に当たった入射光９は、反射された反射
光１０となり、図中左方向に伝搬する。

図１１は、図１０に示す導光体を使用した場合と、貫通孔７がない従来の構成をする導
光体を使用した場合の各色のＬＥＤ３からの距離と照度の関係を示すものであり、線Ｌは
本発明であって青色ＬＥＤを使用した場合、線Ｍは本発明であって緑色ＬＥＤを使用した
場合、線Ｎは本発明であって赤色ＬＥＤを使用した場合、線Ｘは従来であって青色ＬＥＤ
を使用した場合、線Ｙは従来であって緑色ＬＥＤを使用した場合、線Ｚは従来であって赤
色ＬＥＤを使用した場合を示している。

線Ｌ、Ｍ、Ｎは、線Ｘ、Ｙ、Ｚと比べて、ＬＥＤ３近傍の照明領域６の照度が大幅に向
上されていると共に、ＬＥＤ３から離れた位置でも照度が低下していないことが分かる。

また、照明領域６の照度を均一するにあたっては、ＬＥＤ３を複数設けることなく、ま
たＬＥＤ３の出力を上げず消費電力を抑制しつつ、光を効率よく光出射面４から取り出す
ことができる。

また、貫通孔７は、射出成形などにより、成形型の導光体２に予め貫通孔７なる形状を
形成して型を作成しておけば、導光体２の作成と同時に貫通孔７を形成することができる
ため、貫通孔７を形成するための新たな製造工程を不要とすることができ、製造費用も削
減することができる。

また、導光体２の光出射面４全域から均一な光を照射することができるため、導光体の
両端部に照度が低く照射不可能な領域を作ることがないため、照明装置の小型化に寄与す
る。

続いて、第７の実施形態について図１２を参照して説明する。

尚、以下の各実施形態において第６の実施形態と同一構成要素は同一符号を付し、重複
する説明は省略する。

第７の実施形態の特徴は、反射部が導光体２の一部が切り欠かれた切欠部１１であるこ
とである。

図１２は、第７の実施形態に係る照明装置の上面図であり、切欠部１１は導光体２のＬ
ＥＤ３近傍端部であって、反射プリズム５が形成される位置と異なる場所に切欠き形成さ
れる。同図に示すとおり、切欠部１１は、導光体２の厚み方向に貫通し、かつ光出射面４
に対して直角に切り欠かれておらず、ＬＥＤ３からの光をＬＥＤ３近傍の照明領域に照射
するために、角度を持って形成されている。

ただし、ＬＥＤ３からの光がＬＥＤ３近傍の照明領域に照射され、照明領域全域の照度
が略均一になれば、切欠部１１の形態はどのようなものでも良く、例えば図中上下方向の
切欠深さ（奥行き）、光出射面４の切欠部１１の大きさ、図中左右方向の切欠幅は適宜設
定でき、また、図示しないが反射プリズム５が形成される面であって反射プリズム５の間
に切欠部１１を形成してもよい。

このような構成であれば、ＬＥＤ３からの光の一部が切欠部１１のＬＥＤ３側の面に当
たることによって反射されて、ＬＥＤ３近傍の照明領域に照射されるため、照明領域全域
にわたって均一な照度を得ることができる。

続いて、第８の実施形態について図１３を参照して説明する。

第８の実施形態の特徴は、反射部が導光体２の一部に形成された凹部であることを特徴
とする。

図１３は、第８の実施形態に係る導光体の上面図であり、凹部１２は導光体２のＬＥＤ
３近傍端部であって、反射プリズムが形成される位置と異なる位置の光出射面４に穿設さ
れ形成される。同図に示すとおり、凹部１２は、光出射面４に開口部を有し導光体２の図
中上下方向で光出射面４に対して直角方向に奥行きを持つ。

ただし、ＬＥＤ３からの光がＬＥＤ３近傍の照明領域に照射され、照明領域全域の照度
が略均一になれば、凹部１２の形態はどのようなものでも良く、例えば図中上下方向の奥
行き、開口部面積、光出射面４に対する角度は適宜設定することができ、また、図示しな
いが反射プリズム５が設けられる面方向から凹部１２を形成することもできる。

このような構成であれば、ＬＥＤ３からの光の一部が凹部１２のＬＥＤ３側の面に当た
ることによって反射されて、ＬＥＤ３近傍の照明領域に照射されるため、照明領域全域に
わたって均一な照度を得ることができる。

続いて、第９の実施形態について図１４を参照して説明する。

第９の実施形態の特徴は、照明装置の長手方向に反射部が形成されたことである。

図１４（ａ）、（ｂ）は、第９の実施形態に係る導光体の上面図である。

図１４（ａ）は、反射部が導光体２の長手方向であってＬＥＤ３が設けられた端面に開
口部を有する凹部１２として、また図１４（ｂ）は、反射部が導光体２の長手方向に貫通
してなる貫通孔７として、それぞれ形成されている。

貫通孔７および凹部１２が設けられる位置は、図に示すとおり、ＬＥＤ３と反射プリズ
ム５との間に形成される。

ただし、貫通孔７もしくは凹部１２の断面積、凹部１２の長手方向長さ、貫通孔７もし
くは凹部１２が設けられる導光体２の端面の位置は、適宜設定することができる。

このような構成によれば、ＬＥＤ３からの光の一部が、貫通孔７もしくは凹部１２に当
たって反射され、ＬＥＤ３近傍の照明領域に照射されるため、照明領域全域にわたって均
一な照度を得ることができる。

続いて、第１０の実施形態について図１５、１６を参照して説明する。

第１０の実施形態の特徴は、反射体１３が導光体２のＬＥＤ３が設けられていない端部
に設けられたことである。

図１５は、第１０の実施形態に係る照明装置の上面図であり、反射体１３は、導光体２
の他端であって、ＬＥＤ３が設けられておらず、ＬＥＤ３と対向する端部に、金属蒸着に
よる鏡面形成や誘電体の着膜による反射率の制御により形成された反射膜として存在する
。

また、反射体１３は、膜形状でなくとも、図１６（ａ）第１０の実施形態に係る照明装
置の別の反射体の上面図と、（ｂ）別の反射体の斜視図と、（ｃ）別の反射体の上面図に
示すとおり、コーナリフレクタ１４状やコーナキューブ１５状の折れ面構造、導光体の断
面積が序々に小さくなるよう構造を有するものであっても良い。

図１６（ａ）に示すとおり、コーナリフレクタ１４に入射する入射光１６は、コーナリ
フレクタ１４で入射してきた方向に反射される反射光１７とコーナリフレクタ１４を透過
する透過光１８に分かれるが、反射体がコーナリフレクタ１４であれば、透過光１８が透
過することによるエネルギー損失を低減し、反射光１７の強度を増加させることができる
。ただし、コーナリフレクタ１４の反射率は任意に設定することができる。また、コーナ
リフレクタ１４に入射される入射光１６は、コーナリフレクタ１４の例えば面Ｐ、Ｑの順
に二回反射されて、入射してきた方向に反射光１７をかえす。

このように、反射体がコーナリフレクタ１４であれば、導光体２の端面の法線に対して
大きな入射角となるため、コーナリフレクタ１４表面に反射膜を塗布しなくとも、高効率
な光の利用ができる。

次に、図１６（ｂ）に示すとおり、コーナキューブ１５では、コーナキューブ１５に入
射される光が、コーナキューブ１５の例えば面Ｓ、Ｔ、Ｕの順に三回反射されて、光が入
射してきた方向に反射光をかえす。

次に、図１６（ｃ）に示すとおり、導光体２の端部がＬＥＤ３から離れるにしたがって
徐々に断面積を小さくするように反射体１３を作成することもできる。

ここで、光は反射体１３の斜面を反射しながら、最終的に反射体底部１９に入射され、導
光体２のＬＥＤ３側へ反射される。

反射体１３の構成が上述したような構成であれば、導光体２の端部から透過光として透
過してエネルギー損失となっていた光を反射させ再度導光体２内部へと伝搬することによ
り、ＬＥＤ３により発せられた光を照明領域の照明に効率よく使うことができる。

尚、本発明は上記の実施形態には限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できることは言うまでもない。例えば、反射部となる貫通孔、切欠部、もしくは凹
部は、ＬＥＤからの光を散乱し照明領域の照度を均一化することができれば、設けられる
個数は限定されず、形状も特定されることなく断面形状が丸でなくとも角状であっても構
わない。

また、反射部となる貫通孔、切欠部、凹部の光が当たる部分には、反射率を制御するた
めに、金属、樹脂、インクを付着するか、もしくは鏡面化、租面化処理を行い、ＬＥＤか
らの発せられる光の利用効率を向上させることもできる。

また、反射部となる貫通孔、切欠部、凹部は中空部のままで使用されているが、導光体
の固定や機械的強度の確保、照明特性の調整により、中空内部に中空部の形状と実質的に
同一なる部材が挿入されていても構わない。

また、反射体に塗布される反射材料は、導光体端部全面にわたって塗布されていなくと
も、反射体による反射光の照明領域への影響を考えて、反射プリズム近傍だけに反射材料
を塗布し、光出射面近傍には塗布しないような構成とすることもできる。

続いて、第１１の実施形態について図１７を参照して説明する。

第１７の実施形態の特徴は、図１７に示すように光源であるＬＥＤ３を導光体２の端面
ではなく、導光体２の曲面状の上面（反射面）と平面状の側面（隣接面）とがぶつかり合
う稜線部分に、導光体２の長手方向に沿って複数設けた点にある。上記した各実施形態に
おいては、導光体２の端面に設けられたＬＥＤから出射された光を反射プリズム（散乱マ
ーク）により散乱させ、その散乱光を照明光としていた。これに対し、本実施形態では導
光体２の長手方向に沿って複数設けられたＬＥＤ３により出射された光を直接照明光とし
て用いるため、より光量の要求される照明に適した照明装置とすることができる。ここで
、導光体２は、上記した第１乃至５の実施形態に示されるものを用いることができる。

次に、本発明の画像入力装置の構成について、図１８を参照して説明する。

図１８は、本発明の画像入力装置の概略構成図であり、画像入力装置２０は、照明装置
１と、照明装置１の導光体２から出射された光がガラス板８を介して照射された照明領域
６に沿って略平行に、ガラス板８上方に列状に複数設けられるレンズアレイ２１と、レン
ズアレイ２１の上方に設けられるイメージセンサ２２とからなり、照明装置１とレンズア
レイ２１とイメージセンサ２２とが一体化されて構成されている。

レンズアレイ２１は、セルフォックレンズアレイなどの正立等倍結像素子であり、イメ
ージセンサ２２は、１次元ＣＣＤラインセンサなどの撮像素子である。

また、照明領域６は、表面に読み取りたい画像などの情報が記載された平面状の紙など
の媒体の一部に導光体２から出射された光があたり、この光によって照明された領域のこ
とである。

また、媒体は、ガラス板８のレンズアレイ２１が設けられていない側の表面に載置され
ている。

このような構成からなる画像入力装置の動作について説明する。

ＬＥＤ３から発した光は導光体２の長手方向に伝搬しながら、反射プリズムで散乱され
、導光体２の光出射面から外に放出され、ガラス板８中を通り、媒体上の照明領域６とし
て照射される。

媒体上の照明領域６に照射された光であって、この照明領域６で反射された光の一部は
、ガラス板８を通過してレンズアレイ２１により形成された像が一列に整合して重なり合
い、リニアイメージセンサ２２上に結像される。

レンズアレイ２１によって結像された光をイメージセンサ２２により読み取り、読み取
られた情報を画像データとして、画像メモリ２３に蓄積される。

尚、画像データは、ＬＥＤ３が例えば３色（赤、青、緑）あれば、発光されるＬＥＤ３
の切り替えに応じて、各色の画像データが画像メモリ２３に記憶されていく。

ＬＥＤ３の切り替え動作の制御は、記憶された各色の画像データが入力される制御装置
２４によって行われる。

また、ＬＥＤ３の切り替え動作は、ＬＥＤ駆動装置２５に制御装置２４からの信号が入
力されることによって行われる。

このようにして１ラインの画像データを取り込んだ後、二次元の画像データを取得する
ために、照明領域６を主走査方向とすると、媒体上であって照明領域６と直交する方向を
副走査方向とすれば、この副走査方向に照明領域を移動させるために、照明装置１を駆動
装置（図示しない）で移動させる。

照明装置１が移動した後の新たな照明領域６の画像データを、上述したような動作によ
り取り込み画像メモリ２３に記憶していく。

この副走査方向への照明装置１の位置検出は、副走査位置センサ２６によって検知され
、検知された信号は制御装置２４に送られ、制御装置２４は送られた信号を元にして照明
装置１の副走査方向の位置制御を行う。

このように照明領域を少しずつずらしながら各ラインに対応した画像データを画像メモ
リ２３に記憶していき、媒体表面の画像を読み取っていく。

媒体から読み取られた画像データは、映像化あるいは紙などの媒体への具現化が行われ
るため、それら処理を担う装置に送られる。

以上述べたような画像入力装置では、導光体２から照射される光によって照明された照
明領域６全域を均一の照度で照明することができるため、ＬＥＤ３から発する光の利用効
率を高めることができ、利用効率を高めるための費用を抑制し、小型化することができる
。

尚、本発明の上記の実施形態には限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できることは言うまでもない。例えば、副走査方向への移動は、照明装置が移動さ
れるのではなく、照明装置が固定されて媒体が移動し、媒体上の画像を読み取ることも可
能である。

また、上記した全ての実施形態において、導光体の外周面に、反射剤となる材料を塗布
して、導光体から外部に放出される光を抑制して光の利用効率を高めることもできる。

さらに、照明装置および画像入力装置は、ファクシミリやコピー機、ハンドスキャナに
設けることも可能であり、媒体表面の画像を複数の照明領域として読み取る動作を行うこ
とができる。

第１の実施形態に係る照明装置の構成を示す図。 同実施形態に係る照明装置の導光体断面形状と照明光の光路を示す図。 第２の実施形態に係る照明装置の構成を示す図。 同実施形態に係る照明装置の導光体断面形状を示す図。 第３の実施形態に係る照明装置の導光体断面形状を示す図。 第４の実施形態に係る照明装置の導光体断面形状を示す図。 第５の実施形態に係る照明装置の導光体断面形状を示す図。 導光体に形成された散乱マークの態様例を示す図。 第６の実施形態に係る照明装置の斜視図。 第６の実施形態に係る照明装置の上面図。 導光体の光源からの距離と照明領域の照度との関係を示す図。 第７の実施形態に係る照明装置の上面図。 第８の実施形態に係る照明装置の上面図。 第９の実施形態に係る照明装置の上面図。 第１０の実施形態の係る照明装置の上面図。 第１０の実施形態に係る照明装置の別の反射体を示す上面図と斜視図。 第１１の実施形態に係る照明装置の斜視図。 本発明に係る画像入力装置の概略構成図。 従来の照明装置の構成を示す図。 従来の照明装置に係る導光体の断面形状を示す図。

符号の説明

１ 照明装置
２，１０１ 導光体
３，１０２ ＬＥＤ
４，１１３ 光出射面
５ 反射プリズム
６，１０４ 照明領域
７ 貫通孔
８，１０５ ガラス板
１１ 切欠部
１２ 凹部
１３ 反射体
１４ コーナリフレクタ
１５ コーナキューブ
２０ 画像入力装置
２１，１５０ レンズアレイ
２２ イメージセンサ
１０３ 散乱マーク
１０６ セルフォックレンズ
１０７ ＣＣＤリニアイメージセンサ
１１１ 稜線部分
１１２ 反射面

Claims (8)

1. 棒状の透明部材からなる導光体と、前記透明部材の長手方向の第１の端部に設けられた
   光源とを有したライン照明装置であって、
   前記導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散乱マークと、
   該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外部へ出射させるための光出射面と、
   前記第１の端部近傍に設けられ、前記光源から発せられた光の該第１の端部に対向する
   第２の端部への伝搬をさえぎり、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面から
   出射するように反射する反射部とを具備することを特徴とするライン照明装置。
2. 前記反射部は、前記透明部材に穿設された貫通孔、もしくは前記散乱マークが設けられ
   た位置とは異なる位置の前記透明部材の表面に形成された凹部、もしくは前記散乱マーク
   が設けられた位置とは異なる位置の前記透明部材の表面に形成された切欠部であることを
   特徴とする請求項１記載のライン照明装置。
3. 前記第２の端部に、前記光源から発せられ前記透明部材内部を伝搬してきた光を、前記
   第１の端部の方向に反射させる反射体が設けられることを特徴とする請求項１または２の
   いずれかに記載のライン照明装置。
4. 前記反射体は、コーナリフレクタ状、もしくはコーナキューブ状の折れ面構造に形成さ
   れたものであることを特徴とする請求項３に記載のライン照明装置。
5. 棒状の透明部材からなる導光体と、
   前記透明部材の長手方向の第１の端部に設けられた光源と、
   前記透明部材より出射した光により照明された照明領域からの光を結像するための結像
   光学手段と、
   この結像光学手段により結像された光を読み取るためのイメージセンサとを有した画像
   入力装置であって、
   前記導光体は、前記光源から発せられた光を散乱する散乱マークと、
   該散乱マークにより散乱された光を前記透明部材外部へ出射させるための光出射面と、
   前記第１の端部近傍に設けられ、前記光源から発せられた光の該第１の端部に対向する
   第２の端部への伝搬をさえぎり、このさえぎられた光を前記光源近傍の前記光出射面から
   出射するように反射する反射部とを具備することを特徴とする画像入力装置。
6. 前記反射部は、前記透明部材に穿設された貫通孔、もしくは前記散乱マークが設けられ
   た位置とは異なる位置の前記透明部材の表面に形成された凹部、もしくは前記散乱マーク
   が設けられた位置とは異なる位置の前記透明部材の表面に形成された切欠部であることを
   特徴とする請求項５に記載の画像入力装置。
7. 前記第２の端部に、前記光源から発せられ前記透明部材内部を伝搬してきた光を、前記
   第１の端部の方向に反射させる反射体が設けられることを特徴とする請求項５または６の
   いずれかに記載の画像入力装置。
8. 前記反射体は、コーナリフレクタ状、もしくはコーナキューブ状の折れ面構造に形成さ
   れたものであることを特徴とする請求項７に記載の画像入力装置。
   

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