JP2007183470A - 導光部材 - Google Patents

Abstract

【課題】導光部材の光入射面から離れた長手方向の端部に反射部材を設置する必要のない導光部材を提供する。
【解決手段】透光性の材質により細長の形状に形成されており、長手方向Ｘに沿って延びる光出射面１２と、光源からの光が入射する光入射部と、を備えており、上記光入射部から入射した光を長手方向Ｘに進行させつつ、光出射面１２から出射する導光部材であって、長手方向Ｘ端部は、１対の傾斜面１５ａ，１５ｂを含む複数の面によって構成されており、１対の傾斜面１５ａ，１５ｂは、長手方向Ｘに沿う対称平面Ｐ１を挟んで互いに鏡対称とされていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、スキャナ、ファクシミリ機器やＭＦＰ等の画像読取装置の原稿照明などとして利用される線状光源装置を構成するための導光部材に関する。

従来、画像読取装置に用いられる線状光源装置の一例としては、特許文献１に記載のものがある。同公報に記載の線状光源装置における導光部材Ｙを図１０に斜視図で示した。図１０に示すように、導光部材Ｙは、透光性の材質により、細長状に形成されており、長手方向端部に形成された光入射部１１１と、長手方向に沿う光出射面１１２とを備えて構成されている。この導光部材Ｙは、光入射部１１１が画像読取装置内に設けられた光源１８０と対向するように設置され用いられる。すなわち、導光部材Ｙは、光源１８０から発せられた光を光入射部１１１から取り込み、入射した光を内部で全反射させて長手方向に進行させつつ、光出射面１１２全面から出射することができる。

ところで、図１０に示すように、導光部材Ｙの、光入射部１１１がある端部と反対側の端部１１９は単調な平面となっているので、導光部材Ｙ内部を長手方向に沿って進行する光は、この端部１１９を透過し、導光部材Ｙ外部へ漏れてしまう。このような光漏れは端部１１９近傍の出射光量を低下させる原因となる。このため、端部１１９近傍でも充分な出射光量を確保するためには、比較的光量が大きく高価な光源を使用しなくてはならなくなる。そこで、端部１１９を反射部材で覆うなどの対策が行われているが、反射部材の設置費用等が生産コスト上昇の一因となっている。

特開平１１−５５４６４号公報

本発明はこのような事情のもとで考え出されたものであって、導光部材の光入射面から離れた長手方向の端部に反射部材を設置する必要のない導光部材の提供を課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明において提供される導光部材は、透光性の材質により細長の形状に形成されており、長手方向に沿って延びる光出射面と、光源からの光が入射する光入射部と、を備えており、上記光入射部から入射した光を上記長手方向に進行させつつ、上記光出射面から出射する導光部材であって、上記導光部材の長手方向端部は、１対の傾斜面を含む複数の面によって構成されており、上記１対の傾斜面は、上記長手方向に沿う対称平面を挟んで互いに鏡対称とされていることを特徴とする。

このような構成によれば、上記１対の傾斜面において、透過せずに反射する光の割合が増加する。すなわち、導光部材内を進行してきた光の一部は、上記傾斜面の一方で反射され、さらに、この傾斜面と鏡対称に形成されたもう一方の傾斜面によっても反射される。これによって、導光部材内を進行してきた光の一部は、導光部材内部へ向かう方向へ折り返され進行していく。このため、上記導光部材の長手方向端部に反射部材を形成しなくても、光漏れを抑止することができる。また、上記１対の傾斜面によって折り返された光によって上記導光部材の長手方向端部近傍における出射光量も増加する。

好ましい実施の形態においては、上記複数の面は、２対の傾斜面を含んでおり、上記２対の傾斜面は、それぞれが上記長手方向に沿う個別の対称平面を挟んで互いに鏡対称とされている。特に、上記２対の傾斜面の上記対称平面どうしは、互いに直交していると、より好ましい。このような構成によると、上記導光部材の長手方向端部を傾斜面で隙間なく覆うことができ、より効果的に光漏れを防止し、光を導光部材内部に折り返すことができる。

別の好ましい実施の形態においては、上記１対の傾斜面間には、上記対称平面に垂直な面が設けられており、この垂直な面は、シボ加工が施されている。このような構成によると、上記１対の傾斜面を加工する際に微小な糸状の平面部が残ってしまうことを回避し、上記の面にシボ加工を施すことで光を乱反射させ、透過を抑止することができる。

さらに好ましい実施の形態においては、上記光入射部が、上記１対もしくは２対の傾斜面と向き合うように、傾斜面が形成されている長手方向端部とは反対側の長手方向端部に形成されている。このような構成によれば、上記光入射部から導光部材内に進行する光の大部分が、上記長手方向に沿って進行する。このため、傾斜面による折り返しが効果的に機能する。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について具体的に説明する。

図１に本発明の第１実施形態に係る導光部材Ａ１を組み込んだ画像読取装置Ｂ１の断面図を示した。また、図２は図１におけるII-II線に沿う断面図である。

図１および図２に示すとおり、この画像読取装置Ｂ１は、導光部材Ａ１と、反射部材２０と、ケース３０と、基板４０と、受光素子５０と、集光レンズ６０と、ガラスカバー７０と、光源８０と、ゴムコネクタ９０とを備えて構成されている。図２に示すように、画像読取装置Ｂ１は図中左右方向を長手方向としている。以後、この方向を長手方向Ｘとする。画像読取装置Ｂ１は、長手方向Ｘに沿って延びる読取りラインＬ上の原稿を読み取る装置である。

導光部材Ａ１は、たとえばＰＭＭＡなどのアクリル系透明樹脂で形成されており、長手方向Ｘに一定寸法を有する細長の形状である。この導光部材Ａ１の図２中左端を始端とし、図２中右端を終端とする。この導光部材Ａ１の終端付近を図３に斜視図で示している。さらに、図３のIV-IV線に沿う断面図を図４に示している。図１〜図４に示すように、この導光部材Ａ１は光入射部１１と、光出射面１２と、底面１３と、側面１４ａ，１４ｂと、傾斜面１５ａ，１５ｂとを備えて構成されている。この導光部材Ａ１において、光出射面１２、底面１３、側面１４ａ，１４ｂ、傾斜面１５ａ，１５ｂはいずれも鏡面状の面である。このようにすると、導光部材Ａ１内部に光を進行させる場合において、これらの表面に対して全反射臨界角よりも大きな角度で入射した光を全反射させ、小さい角度で入射した光を透過させることができる。なお、ＰＭＭＡの屈折率は１．４９であり、したがって、ＰＭＭＡで形成された導光部材Ａ１から導光部材の外へ向けて光が進む際の臨界角は約４２．２度である。

光入射部１１は、光源８０の発光面が対向配置される部分であって、図２に示すように、導光部材Ａ１の長手方向Ｘに沿う始端に形成されている。光源８０は、たとえば複数のＬＥＤを組み合わせたものであり、発光面から放射状に光を照射する。したがって、光入射部１１より導光部材Ａ１内部へ導入された光のうち、長手方向Ｘに沿って直進する方向に出射された光は、傾斜面１５ａ，１５ｂまで到達する。それ以外の光は、光出射面１２、底面１３、側面１４ａ、および側面１４ｂへ斜めに入射する。

光出射面１２は、図３に示すように、中央部が図中上方に膨出した凸曲面とされており、導光部材Ａ１の長手方向Ｘの略全長にわたって形成されている。光出射面１２は、導光部材Ａ１内部から透過していく光を集束できるように形成されている。この光出射面１２によって集光された光は、読取りラインＬへ向けて照射される。

底面１３は、図１に示すように、光出射面１２の反対側に位置する面であり、導光部材Ａ１の長手方向Ｘの略全長にわたって形成されている。この底面１３には、適当な間隔で凹部あるいは凸部（図示略）といった、乱反射を起こさせる構造が形成されている。底面１３における乱反射によって、導光部材Ａ１内を進行する一部の光の進行角度が急激に変化する。これにより、光出射面１２から出射する光を増加させることができる。この底面１３で乱反射した光を光出射面１２へ進行させ、さらに読取りラインＬに集束させるために、側面１４ａ，１４ｂは放物面状に形成されている。このような側面１４ａ，１４ｂの形状にあわせて、底面１３は光出射面１２よりも幅が狭くなるように形成されている。

図３に示すように、導光部材Ａ１の終端は互いに交差する一対の傾斜面１５ａ，１５ｂを備えて構成されている。この傾斜面１５ａ，１５ｂは長手方向Ｘに沿う対称平面Ｐ１を挟んで鏡対称となるように形成されている。対称平面Ｐ１は図３および図４において仮想線で示している。なお、傾斜面１５ａと対称平面Ｐ１の成す角度は４５度であり、傾斜面１５ｂと対称平面Ｐ１の成す角度は４５度であり、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂは同形である。

反射部材２０は、たとえば白色の合成樹脂製であり、図１に示すように、ケース３０内に収容され、導光部材Ａ１のホルダとしての役割を果たす。この反射部材２０は、導光部材Ａ１から漏れ出る光を導光部材Ａ１内へ戻すために設けられている。すなわち、導光部材Ａ１の側面１４ａを反射面２１が覆っており、側面１４ｂを反射面２２が覆い、底面１３を反射面２３が覆っている。ただし、反射部材２０は、導光部材Ａ１の光入射部１１および光出射面１２を覆わないように形成されている。

ケース３０は、たとえば合成樹脂製であり、長手方向Ｘに沿って長細な箱型状に形成されている。このケース３０は、図１中上面部の略全面が開口するとともに、底面部にも開口部が設けられている。ケース３０の内部にはこの画像読取装置Ｂ１の主要部品が収容されている。

基板４０は、たとえばエポキシ樹脂製またはセラミック製であり、ケース３０の底部に嵌め込まれており、受光素子５０とゴムコネクタ９０を搭載している。また、図示していないが、基板４０上には受光素子５０とゴムコネクタ９０とを実装するための配線パターンが形成されており、この配線パターンと外部制御機器を接続するためのコネクタ端子も搭載されている。

受光素子５０は、基板４０上に、長手方向Ｘに延びる列状に複数並べられている。この受光素子５０は受光した光を光電変換し、上記配線パターンを通じて電気信号として出力するものである。

集光レンズ６０は、読取りラインＬにおいて原稿によって反射された光を受光素子５０に集束させるためのものである。この集光レンズ６０としては、たとえば原稿画像を正立等倍に集束可能な多数のセルフォックレンズを長手方向Ｘに並べたレンズアレイが適用される。

ガラスカバー７０は、透明なガラスで形成されており、ケース３０の図１中上面部の開口に嵌合するように形成されている。このガラスカバー７０上に原稿を設置することができる。

光源８０は、たとえばＬＥＤチップを樹脂パッケージしたＬＥＤ光源が用いられる。この光源８０は、図２に示すように、ゴムコネクタ９０上に設置されている。

ゴムコネクタ９０は、内部に上記配線パターンと光源８０内のＬＥＤチップとを導通させるための導通部材を組み込んだゴムケースである。

この画像読取装置Ｂ１は、長手方向Ｘに沿う読取りラインＬ上に、図１中に仮想線で示したような加圧ローラＲ等を用いて送り込まれる原稿を読み取ることが出来る。すなわち、まず、光源８０から発せられた光は、光入射部１１より導光部材Ａ１内に導入される。光入射部１１より導入された光は、長手方向Ｘに沿って進行するする光を中心に導光部材Ａ１内部を放射状に進行する。それらの光のうち底面１３において乱反射された光の一部は直接光出射面１２へ到達し、また一部は側面１４ａ，１４ｂでの反射を経て光出射面１２へ到達する。光出射面１２へ到達した光のうち、光出射面１２へ入射角４２．２度以下で入射した光は透過し、光入射面１２のレンズ効果により読取りラインＬに向けて出射しされる。導光部材Ａ１において光出射面１２および底面１３は長手方向Ｘに沿って略全長にわたって形成されているので、読取りラインＬ全長を照明することができる。その読取りラインＬ上に送り込まれた原稿によって反射された光は集光レンズ６０によって受光素子５０に集束される。受光素子５０が感知した光量に応じて電気信号を出力することで、この画像読取装置Ｂ１は、原稿を電気信号として読み取ることができる。

以下、このような画像読取装置Ｂ１に組み込まれている導光部材Ａ１の効果について説明する。

導光部材Ａ１内を、光入射面１２、底面１３、側面１４ａ、および、側面１４ｂで反射しながら進行する光は、その一部を光入射面１２から放出しているので導光部材Ａ１の終端に到達するときには大幅に減衰している。このため、傾斜面１５ａ，１５ｂ付近まで到達する光のほとんどは、長手方向Ｘに沿って進行する光である。長手方向Ｘに沿って進行する光の傾斜面１５ａ，１５ｂへの入射角は４５度であるので、このような光は傾斜面１５ａ，１５ｂにおいて全反射され、導光部材Ａ１外へ透過しない。

たとえば、長手方向Ｘに沿って進行し、傾斜面１５ｂに入射角４５度で入射した光は全反射され、傾斜面１５ａに入射角４５度で入射し、ここでも再び全反射される。このような光の動きを、図４の仮想線による矢印で示している。図４に示すように、傾斜面１５ｂへ長手方向Ｘに沿って進行してきた光は、傾斜面１５ｂと傾斜面１５ａとにおける全反射によって、導光部材Ａ１内へ、そのほとんどが戻される。傾斜面１５ａに入射角４５度で入射して全反射した光も同様に傾斜面１５ｂで全反射し、導光部材Ａ１内へ戻される。従って、導光部材Ａ１は傾斜面１５ａ，１５ｂを備えることで、好適に終端における光漏れを抑止することができる。

さらに、傾斜面１５ａ，１５ｂで全反射した光の一部は導光部材Ａ１の終端付近で、直接、あるいは、底面１３、側面１４ａ，１４ｂにおける反射を経て光出射面１２に到達する。それらの一部が、光出射面１２より出射されるので、導光部材Ａ１の終端付近における出射光量を補強することができる。従って、導光部材Ａ１の終端には反射部材２０を設ける必要はなく、光の折り返しによって光を有効利用できるので、光源８０として比較的低出力の安価なものを用いることが可能である。

図９に、導光部材Ａ１の始端からの距離と、各位置より出射する光の強度とをシュミレーションした結果を示している。図９におけるグラフの実線が導光部材Ａ１での結果であり、破線は従来の傾斜面１５ａ，１５ｂを備えない導光部材での結果である。

図９におけるグラフの横軸は、導光部材の始端からの距離であり、縦軸は各位置での光強度を表している。このグラフにおいて、導光部材Ａ１と従来の導光部材とを比較すると、光源から最も離れた位置、長手方向終端付近においてその差は顕著である。すなわち、導光部材Ａ１では、従来のものに較べて、その終端付近においてより安定した光強度を保っている。

図５に本発明の第２実施形態に係る導光部材Ａ２の終端付近における斜視図を示す。導光部材Ａ２は、導光部材Ａ１同様に１対の傾斜面１５ａ，１５ｂを備えており、さらにもう１対の傾斜面１６ａ，１６ｂを備えている。傾斜面１６ａは、傾斜面１５ａの図５中上端辺と、傾斜面１５ｂの図５中上端辺と、導光部材Ａ２本体とで区切られた平面である。同様に、傾斜面１６ｂは、傾斜面１５ａの図５中下端辺と、傾斜面１５ｂの図５中下端辺と、導光部材Ａ２本体とで区切られた平面である。

傾斜面１６ａ，１６ｂは、傾斜面１５ａ，１５ｂと同様に図５中に仮想線で示す対称平面Ｐ２を挟んで鏡対称に形成されている。対称平面Ｐ２は対称平面Ｐ１と直交している。また、導光部材Ａ２の形状が図５中上下に非対称であるため、傾斜面１６ａ，１６ｂは完全同形とはならない。傾斜面１６ａと対称平面Ｐ２とが成す角、および、傾斜面１６ｂと対称平面Ｐ２とが成す角は、いずれも４５度である。

このような導光部材Ａ２は、その終端が、傾斜面１５ａ，１５ｂに加えてさらに傾斜面１６ａ，１６ｂを備えて形成されており、傾斜面１６ａ，１６ｂによっても光が折り返される。このため、導光部材Ａ１よりもさらに高い効率で長手方向Ｘに沿って進行してきた光を折り返し導光部材Ａ２内へ戻すことができる。

図６に本発明の第３実施形態に係る導光部材Ａ３の終端付近における斜視図を示す。図６によると、導光部材Ａ３は、導光部材Ａ２と同様に、その終端が４枚の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂによって形成されている。導光部材Ａ３では、導光部材Ａ２と異なり、それら４枚の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂがそれぞれ、１頂点で接する三角形となっている。この４枚の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂが接する頂点は、対称平面Ｐ１と対称平面Ｐ２が交差する直線上にある。また、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂがそれぞれ対称平面Ｐ１と成す角がいずれも４５度であり、傾斜面１６ａと傾斜面１６ｂがそれぞれ対称平面Ｐ２と成す角は、上記構造に応じて適宜決定される。

このような導光部材Ａ３は、導光部材Ａ２と同様に、その終端部が４枚の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂによって形成されているので、効率よく長手方向Ｘに沿って進行してきた光を折り返し導光部材Ａ３内へ戻すことができる。また、傾斜面１６ａと傾斜面１６ｂとが対称平面Ｐ２と成す角度は、光の折り返しに最適な４５度ではないが、傾斜面積が広いのでより多くの光を反射させることが可能である。

図７に本発明の第４実施形態に係る導光部材Ａ４の終端付近における斜視図を示す。図７によると、導光部材Ａ４は導光部材Ａ１と同様に対称平面Ｐ１を挟んで鏡対称な傾斜面１５ａ，１５ｂを備えている。さらに、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂとの間にシボ加工面１７を備えている。なお、図７では対称平面Ｐ１を省略している。

シボ加工面１７は、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂとに挟まれた長手方向Ｘを法線方向とする平面にシボ加工を施した平面である。シボ加工面１７はシボ加工を施されているので、長手方向Ｘに沿って進行してきた光を乱反射させ、拡散させる。

傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂとを導光部材Ａ１のように加工する際、傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂとが交差する部分において、微小な糸状の平面部分が形成されてしまう可能性がある。このような平面部分は長手方向Ｘに沿う光を透過させてしまい、光のロスを発生させてしまう。しかしながら、導光部材Ａ４においては、予め傾斜面１５ａと傾斜面１５ｂとの交差部分を平面状にし、その部分をシボ加工により光を乱反射させるようにしているので、このような問題を好適に回避できる。

図８に本発明の第５実施形態に係る導光部材Ａ５が組み込まれた画像読取装置Ｂ２の断面図を示している。図８において、画像読取装置Ｂ２の各構成要素の符号は、図２における画像読取装置Ｂ１の各構成要素の符号と合致させている。

画像読取装置Ｂ２においては、光源８０を基板４０上に、その発光面が図８上方を向くように設置されている。このため、導光部材Ａ５は、図８に示すように、光入射部１１が光源８０の発光面と対向するように、長手方向Ｘの一端が折れ曲がった形状をしている。

導光部材Ａ５は、光入射部１１の図８中上方に傾斜面１８を備えており、この傾斜面８によって、光入射部１１から導入した光を反射させ、長手方向Ｘへ進路変更させる。また、この傾斜面１８を覆うように反射面２４が形成されており、傾斜面１８を透過した光を導光部材Ａ５内へ戻している。

本発明に係る、導光部材の終端における構造は、導光部材Ａ５においても利用可能である。導光部材Ａ５の終端の構造は、導光部材Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の終端の構造のいずれも適用可能である。

本発明に係る導光部材は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る導光部材の各部の具体的な構成は、様々に設計変更自在である。たとえば、光源からの光を導光部材の中央から入射するような導光部材において、その導光部材の長手方向両端に本発明の傾斜構造を用いることもできる。

本発明に係る導光部材Ａ１を組み込んだ画像読取装置Ｂ１の断面図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 本発明に係る導光部材Ａ１の要部斜視図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 本発明に係る導光部材Ａ２の要部斜視図である。 本発明に係る導光部材Ａ３の要部斜視図である。 本発明に係る導光部材Ａ４の要部斜視図である。 本発明に係る導光部材Ａ５を組み込んだ画像読取装置Ｂ２の断面図であり、画像読取装置Ｂ１の図２に相当する図面である。 本発明に係る導光部材による光強度のシュミレーション結果である。 従来の導光部材Ｙを示す斜視図である。

符号の説明

Ｂ１，Ｂ２ 画像読取装置
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ 導光部材
Ｌ 読取ライン
Ｒ 加圧ローラ
Ｘ 長手方向
Ｐ１，Ｐ２ 対称平面
１１ 光入射部
１２ 光出射面
１３ 底面
１４ａ，１４ｂ 側面
１５ａ，１５ｂ 傾斜面
１６ａ，１６ｂ 傾斜面
１７ シボ加工面
１８ 傾斜面
２０ 反射部材
２１，２２，２３，２４ 反射面
３０ ケース
４０ 基板
５０ 受光素子
６０ 集光レンズ
７０ ガラスカバー
８０ 光源
９０ ゴムコネクタ

Claims (5)

1. 透光性の材質により細長の形状に形成されており、
   長手方向に沿って延びる光出射面と、
   光源からの光が入射する光入射部と、を備えており、
   上記光入射部から入射した光を上記長手方向に進行させつつ、上記光出射面から出射する導光部材であって、
   上記導光部材の長手方向端部は、１対の傾斜面を含む複数の面によって構成されており、
   上記１対の傾斜面は、上記長手方向に沿う対称平面を挟んで互いに鏡対称とされていることを特徴とする、導光部材。
2. 上記複数の面は、２対の傾斜面を含んでおり、
   上記２対の傾斜面は、それぞれが上記長手方向に沿う個別の対称平面を挟んで互いに鏡対称とされている、請求項１に記載の導光部材。
3. 上記２対の傾斜面の上記対称平面どうしは、互いに直交している、請求項２に記載の導光部材。
4. 上記１対の傾斜面間には、上記対称平面と直交する面が設けられており、この面には、シボ加工が施されている、請求項１に記載の導光部材。
5. 上記光入射部が、上記１対もしくは２対の傾斜面と向き合うように、傾斜面が形成されている長手方向端部とは反対側の長手方向端部に形成された請求項１ないし４のいずれかの導光部材。

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