JP2007184186A - 導光部材、およびこれを用いた線状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線状光の輝度の均一化を図ることが可能な導光体、およびこれを用いた線状光源装置を提供すること。
【解決手段】透光性を有する材質によって形成されており、方向ｘに沿って延びており、方向ｙにおける集光効果を有するレンズ面３１を含む光出射面３と、方向ｘにおける一端に位置する光入射面１と、を備える導光部材Ａであって、光出射面３のうち光入射面１寄りの部分には、レンズ面３１と円柱面３２とを含む遷移領域３ａが形成されており、上記遷移領域は、方向ｘにおいてレンズ面３１が占める割合が、光入射面１に近づくほど小とされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導光部材、およびこれを用いた線状光源装置に関し、特に画像読取装置に用いられるものに関する。

画像読取装置は、原稿に光を照射し、その反射光を受光することにより、上記原稿に記載された内容を画像として電気信号化するためのものである。この画像読取装置では、線状光を出射する線状光源装置が用いられる場合が多い。図１２および図１３は、従来の線状光源装置の一例を示している。これらの図に示された線状光源装置Ｘは、２つの光源９１と導光体９２とを備えている。各光源９１には、青色光用、緑色光用、赤色光用の３つのＬＥＤ９１ａが搭載されている。導光体９２は、透光性を有するアクリル樹脂などからなり、図１２における左右方向に延びた形状とされている。導光体９２には、２つの光入射面９２ａ、反射部９２ｂ、および光出射面９２ｃが形成されている。２つの光入射面９２ａは、導光体９２の長手方向両端に位置している。各光入射面９２ａの正面には、光源９１がそれぞれ配置されている。光源９１からの光は、光入射面９２ａから導光体９２内へと導入される。反射部９２ｂは、導光体９２の図中下面に設けられており、長手方向に進行してきた光を図中上方に向けて反射するための部分である。光出射面９２ｃは、上記長手方向に延びる断面円弧状の面である。反射部９２ｂによって反射された光は、光出射面９２ｃによって指向性を高められて線状光とされる。この線状光が図中上方へと出射され、上記画像読取装置の読取対象である原稿を照明する。

しかしながら、線状光源装置Ｘにおいては、出射光の長手方向における輝度の分布が不均一となるおそれがある。すなわち、長手方向の輝度分布は、光源９１から発せられた光が導光体９２内を長手方向に進行しつつ、反射部９２ｂによって反射される割合によって決定される。たとえば、光出射面９２ｃのうち光源９１寄りの部分からは、比較的輝度が高い光が出射されやすい。このようなことでは、上記原稿に対する照度が不均一となり、上記画像読取装置によって上記原稿を適切に読み取ることが阻害されるという問題があった。

特開平９−２００４３９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、線状光の輝度の均一化を図ることが可能な導光体、およびこれを用いた線状光源装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される導光部材は、透光性を有する材質によって形成されており、第１の方向に沿って延びており、かつ上記第１の方向と直交する第２の方向における集光効果を有する凸状曲面を含む光出射面と、上記第１の方向における一端に位置する光入射面と、を備える導光部材であって、上記光出射面のうち上記光入射面寄りの部分には、上記凸状曲面と非凸状曲面とを含む遷移領域が形成されており、上記遷移領域は、上記第１の方向において上記凸状曲面が占める割合が、上記光入射面に近づくほど小とされていることを特徴としている。なお、本願発明で言う凸状曲面とは、一方向に膨出する形状を有するだけではなく、上記第２の方向における集光効果を発揮可能な曲面をいう。

このような構成によれば、上記光入射面に近づくほど、上記光出射面を透過する光の集光効果が小さくなる。上記第１の方向に延びる上記光出射面を備える上記導光部材においては、上記光入射面に近いほど上記光出射面に向かってくる光量が大きくなることが多い。このような場合であっても、上記光入射面寄りの高輝度な光をさらに集光してしまうことを回避することが可能であり、上記導光部材から出射される線状光の上記第１方向における輝度部分を均一化することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記非凸状曲面は、上記第２の方向に延びる中心軸を有する円柱表面の一部とされている。このような構成によれば、上記光出射面に占める割合が上記光入射面に近づくほど小となる上記非凸状曲面を容易に形成することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光出射面とは反対側に位置する部分には、上記第２の方向に延びる複数の溝が、上記第１の方向に配列されている。このような構成によれば、上記光入射面から入射した光を上記光出射面に向けて適切に反射させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記各溝は、上記第２の方向に延びる中心軸を有する円柱溝であり、かつその半径Ｒと溝深さＤとが、Ｄ／Ｒ≦０．５とされている。このような構成によれば、上記光入射面から上記溝に向かってきた光を上記光出射面に向けて適切に反射させるとともに、上記光が上記溝を透過してしまうことを抑制することが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の溝には、互いに隣り合っており、かつ上記光入射面から遠い方のＤ／Ｒが、上記光入射面に近い方のＤ／Ｒ以上とされている２つの溝が含まれている。このような構成によれば、上記光入射面から比較的遠い位置における線状光の輝度が不当に低下することを防止することが可能であり、上記線状光の均一化をさらに促進することができる。

本発明の第２の側面によって提供される線状光源装置は、本発明の第１の側面に係る導光部材と、上記光入射面に正対する光源と、を備えていることを特徴としている。このような構成によれば、上記第１の方向における輝度分布が比較的均一である線状光を照射することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光源は、複数のＬＥＤ発光素子を備えており、上記複数のＬＥＤ発光素子は、上記第１および第２の方向のいずれとも直交する上記光出射面の出射方向に沿って直列に配置されている。このような構成によれば、色合いの偏りが少ない白色光を照射するのに適している。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、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き、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本発明に係る線状光源装置の一例を示している。本実施形態の線状光源装置Ｂは、導光部材Ａと光源５とを備えており、図１における図中上方に向けて線状光を照射するためのものである。導光部材Ａは、本発明に係る導光部材の一例である。なお、これらの図において、方向ｘ，ｙは、それぞれ本発明で言う第１および第２の方向に相当する。方向ｚは、方向ｘ，ｙのいずれとも直交する方向であり、導光部材Ａから線状光が出射する出射方向である。

導光部材Ａは、方向ｘを長手方向とする細長状であり、アクリル樹脂などの透光性を有する材質からなる。導光部材Ａは、光入射面１、光反射面２、光出射面３、および１対の傾斜面４を有している。本実施形態においては、導光部材１は、方向ｘ寸法が２２８ｍｍ程度、方向ｙにおける最大寸法が３ｍｍ程度、方向ｚ寸法が６．４ｍｍ程度とされている。

光入射面１は、光源５からの光を導光部材Ａ内に導入するための面であり、導光部材Ａの方向ｘにおける一端に設けられている。光入射面１は、方向ｘを向いており、鏡面仕上げが施された平滑面とされている。

光反射面２は、導光部材Ａの図１における図中下端に設けられており、複数の溝２１と複数の平面２２とによって構成されている。複数の溝２１は、方向ｘにおいて配列されており、それぞれが方向ｙに延びる中心軸を有する円柱溝とされている。平面２２は、隣り合う溝２１どうしを繋いでいる。図２に示すように、光入射面１から入射した光の一部は、複数の溝２１によって方向ｚに向けて反射される。また、光入射面１から入射した光の他の一部は、複数の平面２２によって反射され、方向ｘに沿って導光部材Ａ内を進行する。

図４は、図２に示された複数の溝２１のうち最も左側にあるものの断面図であり、図５は、最も右側にあるものの断面図である。本実施形態においては、溝２１の半径Ｒと溝深さＤとの比であるＤ／Ｒがすべて１／２以下となるように溝２１の各部寸法が決定されている。また、隣り合う溝２１どうしは、一部を除き光入射面１から遠い方の溝２１のＤ／Ｒが、光入射面１に近い方の溝２１のＤ／Ｒ以上とされている。

表１は、本実施形態における溝２１の溝深さＤおよびＤ／Ｒを示している。表中の溝No.は、複数の溝２１に付した連番であり、図２において図中右方にあるものほど大となる番号である。本実施形態においては、２２８個の溝２１が１ｍｍの等ピッチで配列されている。溝２１の半径Ｒは、すべて０．３ｍｍで一定である。図４に示された溝No.１の溝２１においては、半径Ｒが０．３ｍｍであるのに対して、溝深さＤが０．０４５ｍｍとされている。したがって、この溝２１のＤ／Ｒは、０．１５である。図４に示された溝No.２２８の溝２１においては、半径Ｒが０．３ｍｍであるのに対して、溝深さＤが０．１４ｍｍとされている。したがって、この溝２１のＤ／Ｒは、約０．４７である。表１に示すように、複数の溝２１は、たとえば隣り合う５〜１０個の溝２１毎に、溝深さＤが等しいグループとされている。そして、隣り合う溝２１のグループどうしは、互いの溝深さＤに最大で０．０１ｍｍ程度の差が設けられている。

光出射面３は、図１に示すように方向ｘに延びており、線状光を出射するための面である。光出射面３は、レンズ面３１と円柱面３２とを含んでいる。図３に示すように、レンズ面３１は、方向ｘにおける断面が方向ｚに膨出した円弧状とされており、本発明で言う凸状曲面に相当する。レンズ面３１は、反射面２から方向ｚに進行してきた光を、方向ｙにおいて集束させる集光効果を発揮する。これにより、レンズ面３１から出射された光は、指向性が高められる。

円柱面３２は、図２に示すように、方向ｙに延びる中心軸を有する円柱の一部であり、図１に示すように、方向ｚ視が略二等辺三角形となっている。図３に示すように、円柱面３２はｙｚ平面における断面が直線状である。このため、円柱面３２はレンズ面３１と異なり、方向ｙにおける集光効果を発揮しない。本実施形態においては、円柱面３２は、光出射面３のうち光入射面１寄りに配置されており、その半径が４００ｍｍ程度、方向ｘ寸法が１９ｍｍ程度とされている。

光出射面３のうち方向ｘにおいて円柱面３２が含まれている領域は、遷移領域３ａとなっている。遷移領域３ａのうち光入射面１に接する部分は、その全てが円柱面３２によって構成されている。そして、遷移領域３ａにおいては、光入射面１から遠ざかるほど、方向ｙにおいてレンズ面３１が占める割合が大とされている。

１対の傾斜面４は、方向ｘにおいて光入射面１とは反対側に位置している。１対の傾斜面４は、互いに鏡対象の面であり、ｘｚ平面に対する角度がそれぞれ４５度とされている。１対の傾斜面４は、方向ｘに沿って進行してきた光を反対方向へと折り返すためのものである。

光源５は、ケース５１と３つのＬＥＤ素子５２とを備えており、可視光を発するためのものである。ケース５１は、ＬＥＤ素子５２を所定位置に保持するためのものであり、たとえば樹脂製である。３つのＬＥＤ素子５２は、たがいに異なる波長の光を発するものであり、本実施形態においては、青色発光用、緑色発光用、赤色発光用のＬＥＤ素子５２が用いられている。３つのＬＥＤ素子５２の配置は、たとえば、図２において、方向ｚ下方から順に、赤色発光用、緑色発光用、青色発光用の順とされている。３つのＬＥＤ素子５２を備えることにより、線状光源装置Ａは、白色光を照射可能に構成されている。

図６は、線状光源装置Ｂを用いた画像読取装置の一例を示している。同図に示された画像読取装置Ｃは、線状光源装置Ｂ、ケース６１、基板６２、複数の受光素子６３、およびロッドレンズアレイ６４を備えている。ケース６１は、方向ｙ，ｚに直交する方向ｘを長手方向とする細長状であり、線状光源装置Ｂ、基板９２、およびロッドレンズアレイ６４を保持するためのものである。基板６２は、細長状の絶縁基板であり、複数の受光素子６３が実装されている。また、基板６２には、線状光源装置Ｂの光源５に電力供給するための配線パターン（図示略）が形成されている。複数の受光素子６３は、方向ｘに配列されており、ロッドレンズアレイ６４から向かってきた光の光量に応じた電気信号を発する。ロッドレンズアレイ６４は、原稿Ｓから向かってきた光を複数の受光素子６３に対して正立等倍で結像させる。

画像読取装置Ｃによる画像読取においては、画像読取装置Ｃと原稿Ｓとを相対的に図中左右方向に移動させながら線状光源装置Ｂから線状光を原稿Ｓに照射する。原稿Ｓによって反射された光をロッドレンズアレイ６４を介して受光素子６３によって受光する。そして、受光素子６３から発せられる電気信号を図外のメモリなどに記憶させることにより、原稿Ｓの記載内容を画像として読み取る。

次に、導光部材Ａおよび線状光源装置Ｂの作用について説明する。

本実施形態によれば、図１に示すように、光出射面は、方向Ｘにおける位置によって方向ｙにおける集光効果の度合いが異なる。遷移領域３ａ以外の部分においては、光出射面３はレンズ面３１のみによって構成されている。この領域においては、光出射面３から出射される光は、方向ｙにおいて十分に集束され、高い指向性を有するものとなっている。一方、遷移領域３ａにおいては、その一部が円柱面３２によって構成されている。円柱面３２は、方向ｙにおける集光効果を発揮しない。このため、遷移領域３ａから出射される光は、指向性が比較的低いものとなっている。出射される光の指向性は、方向ｙにおける円柱面３２の割合が大きいほど低くなる。すなわち、遷移領域３ａのうち光入射面１に近い部分から出射される光ほど、その指向性が低いものとなる。

図７は、線状光源装置Ｂとその比較例とから発せられる線状光の方向ｘにおける輝度分布を示している。図中太線が線状光源装置Ｂの輝度分布を、図中細線が比較例の輝度分布を、それぞれ示している。方向ｘ位置が０である位置は、光入射面１である。この比較例は、線状光源装置Ｂのレンズ面３１のみを含む光出射面を備えている以外は、線状光源装置Ｂと同様の構成とされている。同図から理解されるように、比較例においては、光入射面１に近い部分の輝度が他の部分よりも突出して大きくなっている。これは、光源５に近い位置にある溝２１によって比較的高輝度の光が反射されて光出射面３から出射されることによる。一方、線状光源装置Ｂの輝度分布には、光入射面１近傍における顕著なピークがみられない。これは、上述したように円柱面３２を設けることにより、光入射面１に近づくほど光出射面３の集光効果を弱めたことによる。このように、導光部材Ａを用いた線状光源装置Ｂによれば、線状光の方向ｘにおける輝度分布を均一化することが可能であり、原稿Ｓの記載内容を鮮明に読み取ることができる。また、本願発明で言う非凸状曲面として円柱面３２を用いれば、光入射面１から遠ざかるほど方向ｙ寸法が徐々に小となる非凸状曲面を容易に形成することができる。

また、導光部材Ａによれば、複数の溝２１を備えることにより、線状光の方向ｘにおける輝度分布をさらに均一化することが可能である。図８〜図１１は、溝２１の寸法を種々に変更した場合の光の進行状態をシミュレーションした結果を示している。図８〜図１０は、Ｄ／Ｒがそれぞれ０．１７、０．３３、０．５０であり、いずれもＤ／Ｒが０．５以下のものである。一方、図１１に示された溝２１は、比較例であり、Ｄ／Ｒが０．６７のものである。これらの図に示すように、Ｄ／Ｒが大きくなるほど、図中左方から向かってきた光のうち図中上方へと反射される光の割合が大きくなる。これは、Ｄ／Ｒが大きくなることによって、溝２１のうち図中左側の切り立った面が大きくなるためである。しかしながら、Ｄ／Ｒの増加により切り立った面が大きくなると、反射されずに図中右下方に透過してしまう光の割合も大きくなる。これは、上記切り立った面の方向ｘに対する角度が大きくなりすぎると、図中左方から向かってくる光の入射角が臨界角よりも小さくなるからである。本シミュレーションの結果、Ｄ／Ｒが０．５以下であれば、反射される光の割合を大きくしつつ、透過してしまう光の割合を比較的小さくできることが判明した。一方、Ｄ／Ｒが０．５を越えると、比較例に示すように反射する光の割合がそれほど増加せず、透過する光の割合の増加が顕著となる。

導光部材Ａは、複数の溝２１がいずれもＤ／Ｒ≦０．５とされているために、光入射面
１から向かってきた光を効率よく反射することが可能である。したがって、光出射面３からの出射光の輝度を高めるのに適している。また、表１に示すように、複数の溝２１のＤ／Ｒは、一部を除き概ね光入射面１から遠ざかるほど大とされている。これにより、光入射面１から遠い位置にあるために、光源５からの光が相対的に弱くなる領域であっても、Ｄ／Ｒが大とされた溝２１により多くの光を光出射面３へと反射することが可能である。これは、光出射面３からの光の方向ｘにおける輝度分布について均一化を図るのに好適である。

また、１対の傾斜面４を備えることにより、図１において導光部材Ａ内を方向ｘに沿って図中右方に進行してきた光を、一方の傾斜面４と他方の傾斜面４とに順次反射されることとなり、図中左方へと折り返すことが可能である。これにより、光を方向ｘにおいて反射させる専用の反射部材や反射膜などを設けることなく、光入射面１から最も遠い位置にある導光部材Ａの図中右端付近においても、複数の溝２１に比較的多くの光を到達させることができる。なお、表１に示すように本実施形態においては、１対の傾斜面４に近い溝No.２０１〜２２８の溝２１は、溝No.１８１〜２００の溝２１よりもＤ／Ｒが小とされている。これは、１対の傾斜面４の反射効果により、１対の傾斜面４付近の線状光の輝度が不当に大きくなってしまうことを緩和するためである。

図１および図２に示すように、光源５のＬＥＤ素子５２を光出射面３の出射方向である方向ｚに直列に配置すれば、導光部材Ａ内を進行する光について、方向ｙにおける色合いのアンバランスが生じることを回避することができる。したがって、光出射面３から出射される線状光を色合いの偏りが少ない均一な白色光とするのに適している。

本発明に係る導光部材および線状光源装置は、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および線状光源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明で言う非凸状曲面は、上記実施形態の円柱面３２に限定されず、たとえば平面など、方向ｙにおける集光効果を発揮しない面であればよい。非凸状曲面の方向ｚ視形状は、略二等辺三角形に限定されず、たとえば放物線形状や台形であってもよい。複数の溝２１のＤ／Ｒを方向ｘにおいて異ならせる手法としては、半径Ｒを一定として溝深さＤを異ならせることのほかに、たとえば溝深さＤを一定として、半径Ｒを異ならせることを採用してもよい。

本発明に係る線状光源装置の一例を示す全体斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明に係る導光部材の一例の溝を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る導光部材の一例の溝を示す要部拡大断面図である。 図１に示す線状光源装置を用いた画像読取装置の一例を示す断面図である。 図１に示す線状光源装置の線状光の輝度分布をしめすグラフである。 本発明に係る導光部材の一例の溝による光の反射を示すシミュレーション結果である。 本発明に係る導光部材の一例の溝による光の反射を示すシミュレーション結果である。 本発明に係る導光部材の一例の溝による光の反射を示すシミュレーション結果である。 比較例の溝による光の反射を示すシミュレーション結果である。 従来の線状光源装置の一例を示す正面図である。 従来の線状光源装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

Ａ 導光部材
Ｂ 線状光源装置
Ｃ 画像読取装置
Ｓ 原稿
ｘ 第１の方向
ｙ 第２の方向
１ 光入射面
２ 光反射面
３ 光出射面
３ａ 遷移領域
４ 傾斜面
５ 光源
２１ 溝
２２ 平面
３１ レンズ面（凸状曲面）
３２ 円柱面（非凸状曲面）
５１ ケース
５２ ＬＥＤ素子
６１ ケース
６２ 基板
６３ 受光素子
６４ ロッドレンズアレイ

Claims (7)

1. 透光性を有する材質によって形成されており、
   第１の方向に沿って延びており、かつ上記第１の方向と直交する第２の方向における集光効果を有する凸状曲面を含む光出射面と、
   上記第１の方向における一端に位置する光入射面と、を備える導光部材であって、
   上記光出射面のうち上記光入射面寄りの部分には、上記凸状曲面と非凸状曲面とを含む遷移領域が形成されており、
   上記遷移領域は、上記第１の方向において上記凸状曲面が占める割合が、上記光入射面に近づくほど小とされていることを特徴とする、導光部材。
2. 上記非凸状曲面は、上記第２の方向に延びる中心軸を有する円柱表面の一部とされている、請求項１に記載の導光部材。
3. 上記光出射面とは反対側に位置する部分には、上記第２の方向に延びる複数の溝が、上記第１の方向に配列されている、請求項１または２に記載の導光部材。
4. 上記各溝は、上記第２の方向に延びる中心軸を有する円柱溝であり、かつその半径Ｒと溝深さＤとが、Ｄ／Ｒ≦０．５とされている、請求項３に記載の導光部材。
5. 上記複数の溝には、互いに隣り合っており、かつ上記光入射面から遠い方のＤ／Ｒが、上記光入射面に近い方のＤ／Ｒ以上とされている２つの溝が含まれている、請求項４に記載の導光部材。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の導光部材と、
   上記光入射面に正対する光源と、を備えていることを特徴とする線状光源装置。
7. 上記光源は、複数のＬＥＤ発光素子を備えており、
   上記複数のＬＥＤ発光素子は、上記第１および第２の方向のいずれとも直交する上記光出射面の出射方向に沿って直列に配置されている、請求項６に記載の線状光源装置。

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