JP2008140726A - ライン照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照度が安定し、優れた性能を有し低コストなライン状の照明装置を提供する。
【解決手段】透明部材からなる棒状の導光体と、該導光体の端部に配置された光源とを有するライン状照明において、該導光体には長手方向に伝播される光を外部に取り出すための微細な反射パターンが長手方向一側面に配列形成されており、対向する出光面は出射光に指向性を持たせるようなシリンダー状の凸曲面となっており、光源に近いエリアに出射光を拡散するための凹凸が部分的に形成されている。この凹凸の作用により、光源付近の線幅方向の照度分布が狭くなる現象や、色による照度の変動を解消でき、ライン状のエリアを効率よく均一に照明する照明装置が提供される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、画像読み取り装置に用いられるライン状照明装置に関するものである。

ファクシミリ、電子黒板、電子複写機その他、画像読取装置に備えるライン状照明装置としては、キセノン蛍光ランプなどの放電管、ＬＥＤチップを多数アレイ状に並べたＬＥＤアレイバー、導光体の端部にLEDを配置した導光体照明などが用いられている。
このうち導光体照明方式は、ウォーミングアップが不要、小型、低消費電力、低発熱、低コストといった優れた特徴を有することから、家庭用の小型スキャナを初めとして種々の製品用途での利用が広がってきている。

原稿の読み取り装置などに使用するためのライン状照明装置としては種々の提案がなされており、導光体の長手方向に照度を均一にするために光源近くに塗料などを塗布することが一般的であるが、これをせずに、入射光の反射面に改良を加えて照度の均一化を図る提案なども提案されている。（特許文献１参照）
特許公開平２００１−５１２２号公報

導光体照明方式における一般的な問題点は、端面に配置された光源からの限られた光を効率よく利用して読取エリア全体にわたる照度の均一性を保つ事である。
この方式における導光体の代表的な構成図を図1に示す。
光源１からの光は導光体２の端面より導光体内に取り込まれ、空気界面での全反射を繰り返しながら導光体内を伝播していく。導光体の長手方向の一側面には、光を出光面方向に反射させる反射パターン３が形成されており、この反射パターンに当たった光の一部は出光面４より出射される。出光面はシリンダー状の凸曲面となっており、指向性が付与されて読取部となる原稿面５上の帯状エリア６を照明する。反射パターンは、光源付近では粗で光源から離れるに従って密となるようにグラデーションがついており、全長に亘って均一な照度を得ることが可能になっている。

反射パターンとしては、代表的には、成形品の表面に微細な反射面を鋸刃状に形成して鏡面反射を利用する方式と、白色（もしくは光拡散性）のインクを印刷塗布してインクによる拡散反射を利用する方式とがある。反射面による鏡面反射を利用する方式では、印刷工程が不要なため低コストとなるメリットがある。さらに、指向性を絞れるため細い帯状の範囲に光をより効率的に集光でき、照明効率としても有利である。

このような利点を有する鏡面反射方式であるが、ＬＥＤ付近の照明特性において以下のような不具合が生じる。
第一の不具合は、図２における２Ａ図に示すように、光源から離れたところでは反射パターンにランダムな方向からの光線（高次反射光）が当たって反射されるため出射光の角度もある程度の分布を持ち、原稿面の照度分布が適当な広がりをもつものとなるのに対して、光源付近においては、ＬＥＤチップからの光線が直接に反射パターンで反射され出射する光、あるいは１回、２回といった少ない回数での導光体界面での反射を経た後に反射パターンで反射される光（これらをまとめて以下、低次反射光と呼ぶ）であるため、２Ｂ図に示すように細く鋭い照度ピークを発生することである。こうした鋭い照度分布では、原稿の浮きなどによる微小な位置ズレによって光量が不安定化するといった問題が発生する。
また、導光体の取り付け精度やスキャニング動作によるガタツキなどによっても光量が変動してしまうため好ましくない。
こうしたイメージセンサでは通常、センサデバイスの感度バラツキや照明の照度バラツキを補正するために初めにシェーディング補正のためのデータ取り込みを行なう。しかし、原稿の浮きや装置の動作ガタツキなどによらずに安定した原稿面の照度が得られていない場合、シェーディング補正のためのデータ取り込み時のセンサ出力と、原稿読取時のセンサ出力とがずれてしまうことになる。このため、階調が正しく再現できないという問題が生じることになる。

第二の不具合は、光源としてＲＧＢ三色発光のＬＥＤ光源を用いる場合、色によって照度分布の差が生じることある。図3はこの現象を模式的に示したものである。端面に配置された光源は、ＲＧＢそれぞれの発光ダイオードチップが一つにパッケージングされている。チップは、それぞれ異なる位置に実装されている。光源付近における出射光は、ＲＧＢそれぞれの位置からの低次反射光であるため、チップの位置によって原稿面における照度ピークの位置のズレを生じてしまう。このため、読み取り位置における照度が色によって大きく異なることになり、いずれの色でも長手方向の均一性を確保できるような反射パターンを形成することはできない。

本発明は、上記の問題を解消するものであって、透明部材からなる棒状の導光体と、該導光体の端部に配置された光源とを有する照明装置において、該導光体は微細な反射パターンが長手方向の一側面に配列形成されており、対向する出光面は出射光に指向性を持たせるようなシリンダー状の曲面となっており、光源に近いエリアに凹凸が部分的に形成されていることを特徴とする照明装置である。

導光体の光源に近い部分に部分的に形成される凹凸は導光体の長手方向に稜線をなす筋として形成される事が好ましい。

また、導光体の一側面に配列形成される微細な反射パターンは公知の各種パターンが用いられるが、特に導光体の長さ方向に対して直角方向に稜線を有している凸または凹部が配列形成されたパターンが好ましい。光源から遠ざかるほど導光体内の光束密度が低下するため、長手方向での照度均一性を持たせるために、ピッチ、幅、高さの少なくとも一つは徐変となっていることが好ましい。即ち、光源から遠ざかるに従いピッチを細かくする、高さ（深さ）を高くする、または幅を広くすることにより照度の均一性が実現される。

本発明では、導光体の出光面側の光源に近いエリア近辺にのみ部分的に凹凸を設けることで出射光を拡散させ照射線幅方向に安定した照度分布を実現する。
この出光面側に設ける凹凸は導光体の長さ方向に稜線を有する筋状凹凸でも良く、或いはドット状の凹凸であってもよい。この様な凹凸は導光体の全長にではなく、光源に近い部分に部分的に形成されるもので、その範囲は低次反射によって発生する照度の不規則性が生じるところまでをカバーすればよく、光の入射端から導光体の径の４倍から１０倍の距離までの範囲に形成することが好ましい。形成する凹凸のピッチ、高さは使用する導光体の径などによって種々変るが、通常の映像読み取り装置においてはピッチが0.2〜1ｍｍ、高さが0.01〜0.05mmの範囲が好ましい。

本発明のライン照明装置では、光源近くの低次反射光に基づく出射光による細く鋭い照射ピークを解消し、照明すべきライン全体にわたって適度で均一な照度分布を得ることが出来る。この結果、原稿面の浮きなどによる微小な位置ズレがあったときにも照明エリア全体を均一に照明する事で階調表現も安定した画像読み取りを行うことが出来る様になった。

また本発明の照明装置では、ＲＧＢ三色のＬＥＤを用いた白色光照明において、各ＬＥＤから発する三色が光源近くの低次反射光領域での出射光に照射ピークの位置ズレが生じ、その結果として読み取り位置における照度が色によって異なるという欠点を解消できる。

本発明の実施例を図４、５を用いて説明する。図４は導光体２の外観図を示し、図５はその側断面図を示す。ここでは導光体の出光面４の一部に長手方向に稜線８を成す凹凸が形成され、光拡散用凹凸部９を形成している。導光体出光面はシリンダー状の凸曲面をなしており、凹凸部は光源に近いエリア即ち入光面７の近くに形成される。反射パターン３は導光体の長手方向に直角の稜線１０を成す突起となっている。入光面から導光体内に取り込まれた光は空気界面での全反射を繰り返しながら長手方向に伝播される。反射パターンによって反射された光は図５に示す如く種々の矢印方向に光路を変更され、出光面から出光される。出光面に形成された光拡散用の凹凸は出向される光を線幅方向に拡散させ広げる効果を持つ。

図６は出光面に凹凸の無い場合の光路を６Ａ、凹凸面を形成した場合の光路を６Ｂで模式的に説明する図である。出光面に凹凸の無い状態では出光面の凸曲面によって出射光は平行光線に近づけられるのに対して凹凸が形成されていることにより出射光の方向が広げられる。低次反射光の場合には凸曲面からの出射光が細く鋭い照度ピークとなるため読み取るべき原稿の浮きによる位置ズレなどにより光量が不安定化する。

図６では光拡散用の突起を6本形成したものを示しているがその本数は１本〜数十本が好ましく、例えば出光面中心部に1本形成するだけでも効果を有する。LED付近の低次反射によって発生する不規則なムラを解消するためには出射側の曲面外周の広い範囲にわたって形成することがより効果的である。
拡散効果が強すぎると望む帯状エリア外に照射され無駄となる光が多くなるため好ましくなく、拡散効果が弱すぎる場合にはムラを解消して安定した照度分布を得る目的を充分に達成できない。拡散効果は凹凸がより急角度になっているほど強くなるため、凹凸の形状と数によって適切にコントロールされる。

図７は出光面に形成する光拡散用凹凸部９をドット状とした場合の導光体外観図で、ドットの配列は整列状でも良いし、ランダムであっても良い。

本発明の導光体は金型を作製することで射出成形によって安定して量産することができる。
導光体の材料としては光源として用いる波長光を吸収せず高い透過性を持つ材料が望ましく、可視光であれば例えばアクリル樹脂が好適に用いられる。

本発明のライン照明装置は、ウォーミングアップが不要、小型、低消費電力、低発熱、低コスト、照度の安定化といった特徴を有することから、家庭用の小型スキャナを初めとしてファクシミリ、電子複写機その他種々の画像読み取り装置で利用が可能である。

従来の導光体照明方式の構成図 低次反射光と高次反射光における原稿面照度分布の説明図 光源に三色ＬＥＤを用いた時の各色の照度分布説明図 本発明導光体の外観図 本発明導光体の側断面図 導光体中の反射光の出射光路説明図 本発明の別の例を示す導光体の外観図

符号の説明

１．光源（ＬＥＤ）
２．導光体
３．反射パターン
４．出光面
５．原稿面
６．照明エリア
７．入光面
８．稜線
９．光拡散用凹凸部
１０．反射面稜線

Claims (3)

1. 透明部材からなる棒状の導光体と、該導光体の端部に配置された光源とを有する照明装置において、該導光体は微細な反射パターンが長手方向の一側面に配列形成されており、対向する出光面は出射光に指向性を持たせるようなシリンダー状の曲面となっており、光源に近いエリアに凹凸が部分的に形成されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記凹凸が導光体長手方向に稜線をなす筋となっていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記の配列形成された微細な反射パターンが、導光体の長手方向と直角方向に稜線を持つ凸または凹部が配列したパターンであって、ピッチ、幅、高さの少なくとも一つは徐変となっていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。

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