JP2009303080A - 棒状導光体および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】棒状導光体の出射光量を高める。
【解決手段】棒状導光体２６は、端面から入射した光を内面で反射させながら長手方向に沿って設けられた出射面３２から外部に出射する。棒状導光体２６は、出射面３２と対向するように設けられ、端面から入射された光を散乱させる散乱パターン形成面３５と、出射面３２と散乱パターン形成面３５との間に設けられた第１側面３６、第２側面３８と、第１側面３６、第２側面３８からそれぞれ突出するように設けられ、出射面３２で反射された光を取り込んで出射面３２に向けて反射させ、出射面３２より外部に出射させる第１凸状部４０、第２凸状部４２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、端面から入射した光を所定の出射面から出射する棒状導光体、および該棒状導光体を組み込んだ画像読取装置に関する。

ファクシミリ、複写機、スキャナ装置には、原稿にライン状の光を照射する棒状導光体と、原稿からの反射光をラインイメージセンサに集光す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。

このような画像読取装置においては、棒状導光体から原稿に対して、原稿の読み取りに十分な光量の光を照射することが求められる。そのため、光の出射面が露出するようにして棒状導光体を白色の導光体ケースに装填する技術が開示されている（たとえば特許文献１参照）。このように棒状導光体を導光体ケースに装填することにより、出射面以外の面から外部に漏れた光は導光体ケースで反射され、棒状導光体の内部に戻されるので、光の損失が低減され、従って出射光量を高めることができる。
特開２００６−１４８５０１号公報

しかしながら、このように棒状導光体から外部に漏れる光を有効に利用するために棒状導光体を導光体ケースに装填する構成とした場合、部品点数が増え、また棒状導光体を導光体ケースに装填する工程が必要となるため、コストが高くなる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光体ケースを用いることなく、出射光量を高めることのできる棒状導光体、および該棒状導光体を用いた画像読取装置を提供することにある。
を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の棒状導光体は、端面から入射した光を内面で反射させながら長手方向に沿って設けられた出射面から外部に出射する棒状導光体であって、出射面と対向するように設けられ、端面から入射された光を散乱させる散乱パターン形成面と、出射面と散乱パターン形成面との間に設けられた側面と、側面から突出するように設けられ、出射面で反射された光を取り込んで出射面に向けて反射させ、出射面より外部に出射させる凸状部とを備える。

この態様によると、出射面で反射された光を取り込んで出射面に向けて反射させ、出射面より外部に出射させる凸状部を側面に設けたことにより、導光体ケースを用いなくとも光を有効利用できるようになり、出射光量を高めることができる。また、部品点数および組立行程が削減されるので、安価な棒状導光体を提供できる。

凸状部は、当該棒状導光体の長手方向に直交する断面形状が、長手方向にわたって同一となるように形成されていてもよい。このように形成することにより、棒状導光体の長手方向全体に亘って出射光量を高めることができる。

凸状部は、出射面側から散乱パターン形成面側に向けて傾斜して突出するように設けられていてもよい。また、凸状部は、自身に入射したときの光の方向とは異なる方向に光を反射するよう形成されてもよい。また、凸状部は、反射した光が、出射面の臨界角よりも小さい入射角で出射面に入射するように形成されてもよい。さらに、凸状部は、当該棒状導光体の長手方向に直交する断面形状が矩形状に形成されていてもよい。これらの場合、凸状部は、好適に出射面で反射された光を取り込んで出射面に向けて反射させ、出射面より外部に出射させることができる。

側面に複数の凸状部が設けられていてもよい。この場合、凸状部が一つの場合よりも出射光量を増加することができる。また、複数の凸状部は、当該棒状導光体の長手方向の中心面に対して対称に設けられていてもよい。この場合、出射光の光量分布を中心面に対して対称とすることができる。

本発明の別の態様は、画像読取装置である。この装置は、原稿に光を照射する上述の棒状導光体と、棒状導光体からの出射光のうち原稿からの反射光を集光するレンズアレイと、レンズアレイにより集光された光を受光するラインイメージセンサとを備える。

この態様によると、棒状導光体から原稿に照射される出射光量を増加できるので、画像読取性能を向上させた画像読取装置を構成できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、導光体ケースを用いることなく、出射光量を高めることができる棒状導光体、および該棒状導光体を用いた画像読取装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像読取装置１０の断面図である。図１に示すように、画像読取装置１０は、フレーム（筐体）１２と、原稿Ｇを載置するためのガラス板１４と、原稿Ｇに光を照射するライン照明装置１６と、原稿Ｇからの反射光を集光するロッドレンズアレイ１８と、ロッドレンズアレイ１８により集光された光を受けるラインイメージセンサ（光電変換素子）２０とを備える。ライン照明装置１６は、棒状導光体２６を含んで構成される。

フレーム１２の上方には凹部１２ａが形成され、下方には凹部１２ｂが形成されている。上方の凹部１２ａ内には、ライン照明装置１６が斜めに固定されている。ライン照明装置１６は、照射光の光軸Ａｘ２が、ロッドレンズアレイ１８の光軸Ａｘ１とガラス板１４の上面との交点を通るように固定される。また、凹部１２ａの上面は、ガラス板１４で覆われている。下方の凹部１２ｂには、ラインイメージセンサ２０を備えた基板２２が取り付けられている。さらに、フレーム１２の凹部１２ａと凹部１２ｂに間には、ロッドレンズアレイ１８が保持されている。

画像読取装置１０においては、ライン照明装置１６からの出射光がガラス板１４を通して原稿Ｇに当てられ、原稿Ｇからの反射光をロッドレンズアレイ１８を介してラインイメージセンサ２０にて検出することで原稿Ｇを読み取る。ガラス板１４に対してフレーム１２を副走査方向に走査することにより、原稿Ｇの所望の領域の読み取りを行うことができる。

図２は、ライン照明装置１６の斜視図である。図２に示すように、ライン照明装置１６は、棒状導光体２６の一方の端部に発光ユニット２４が設けられた構造となっている。発光ユニット２４は、赤色発光、緑色発光、青色発光の３個の発光素子（図示せず）を備えている。発光素子は、ＬＥＤ等であってよい。

棒状導光体２６は、アクリルなどの透明樹脂を押出成形して得られ、その断面形状は略円形状に形成されている。棒状導光体２６の下端部には、断面台形状にされた散乱パターン形成部３４が突設されている。散乱パターン形成部３４の下面３５には、棒状導光体２６の端面から入射した光を散乱させるための光散乱パターン３０が白色塗料をスクリーン印刷等することによって形成されている。下面３５は、散乱パターン形成面３５とも呼ばれる。

光散乱パターン３０は、発光ユニット２４から離れるにつれて面積が増加するように形成されている。図示の例では、光散乱パターン３０は、発光ユニット２４から離れるにつれて棒状導光体２６の長手方向に幅が長くなるように形成されている。光散乱パターン３０は、発光ユニット２４から離れるにつれて短手方向に幅が長くなるように形成されてもよい。要は、入射面から遠くなるに従って光散乱パターン３０の形成領域を広くすることで、出射面３２から出射される光が長手方向（画像読取装置１０に設けられた際には主走査方向）の全長に亘って均一になるようにすればよい。

棒状導光体２６において、散乱パターン形成面３５と対向する面は、光散乱パターン３０により散乱された光を外部に出射するための出射面３２とされている。出射面３２は、長手方向に沿って設けられている。出射面３２は、画像読取装置１０において照射が必要な原稿Ｇの所定の領域（読取領域ともいう）に応じて定められる。本実施の形態では、棒状導光体２６を断面略円形状としているため、出射面３２の短手方向の境界（図２において破線で図示している）は厳密には規定されない。たとえば、出射面３２の外側の領域からも光が外部に出射され得る。そこで、本実施の形態における出射面とは、原稿Ｇの所定の読取領域に照射され、読取に実質的に有効に作用している光を照射している領域を指すものとする。

本実施の形態において、出射面３２は、所定の照射角θにより規定される。照射角θとは、棒状導光体２６の光軸Ａｘ２と散乱パターン形成面３５との交点から出射面３２の両端辺に引いた２つの直線のなす角である。図示の例では、照射角θを約６０度に設定している。

出射面３２と散乱パターン形成面３５との間には、第１側面３６および第２側面３８が設けられている。第１側面３６および第２側面３８は、棒状導光体２６の長手方向の中心面に対して対称に設けられている。棒状導光体２６の長手方向の中心面とは、短手方向中心において散乱パターン形成部３４と垂直に交わる面であり、光軸Ａｘ２を含む面である。

本実施の形態においては、第１側面３６、第２側面３８にはそれぞれ、第１凸状部４０、第２凸状部４２が突設されている。第１凸状部４０、第２凸状部４２は、出射面３２で反射された光を取り込んで出射面３２に向けて反射させ、出射面３２より外部に出射させる。

図１および図２に示すように、第１凸状部４０、第２凸状部４２はそれぞれ、棒状導光体２６の長手方向に直交する断面形状が矩形状に形成されており、出射面３２側から散乱パターン形成面３５側に向けて傾斜して突出するように設けられている。第１凸状部４０、第２凸状部４２の先端部は、角部を面取りされており、断面三角形状に形成されている。第１凸状部４０、第２凸状部４２は、自身に入射したときの光の方向とは異なる方向に光を反射するよう形成される。また、第１凸状部４０、第２凸状部４２は、反射した光が、出射面３２の臨界角よりも小さい入射角で出射面３２に入射するように形成される。このような形状にすることにより、好適に出射面３２で反射された光を取り込んで出射面３２に向けて反射させ、出射面３２より外部に出射させることが可能となる。

第１凸状部４０、第２凸状部４２は、棒状導光体２６の長手方向の中心面に対して対称に設けられている。この場合、出射光の光量分布を中心面に対して対称とすることができる。本実施の形態では、第１凸状部４０、第２凸状部４２はそれぞれ、棒状導光体２６の円形状部分の９時と３時の位置（１２時の位置は、光軸Ａｘ２と出射面３２の交点）から、該９時と３時の位置の接線方向に向かって突出している。第１凸状部４０、第２凸状部４２は、図２に示すように、棒状導光体２６の長手方向に直交する断面形状が、長手方向にわたって同一となるように形成されている。このように形成することにより、棒状導光体２６の長手方向全体に亘って出射光量を高めることができる。

図３は、本実施の形態に係る棒状導光体２６における光線の軌跡を説明するための図である。発光ユニット２４から出力され、棒状導光体２６の端面に入射した光は、棒状導光体２６の内面で反射を繰り返しながら、長手方向に伝達されていく。そして、光が散乱パターン形成面３５に形成された光散乱パターン３０に当たると、光は様々な方向に散乱される。ここでは、散乱パターン形成面３５から異なる方向に散乱された光の軌跡を４つの光線Ｌ１〜Ｌ４を用いて表している。なお、図３では、説明を簡単にするために第２凸状部４２の図示を省略している。

図３に示すように、光線Ｌ１〜Ｌ３は、出射面３２に対する入射角が臨界角よりも小さいため、出射面３２より外部に出射されている。一方、光線Ｌ４は、一旦第２側面３８ににより反射された後に出射面３２に入射しているが、出射面３２に対する入射角が臨界角よりも大きいため、全反射されている。この出射面３２で全反射された光線Ｌ４は、第１凸状部４０内に取り込まれる。第１凸状部４０内に入射した光線Ｌ４は、第１凸状部４０の側面や三角形状の先端部において反射が繰り返された後、４０に入射したときの光の方向とは異なる方向に向けて第１凸状部４０から出射される。第１凸状部４０により反射された光線Ｌ４は、臨界角よりも小さい入射角で出射面３２に入射するため、今度は反射されずに出射面３２から外部に出射される。なお、図３において図示を省略した第２凸状部４２に入射した光も同様に、第２凸状部４２の内部において反射され、出射面３２から外部に出射される。

第１凸状部４０を設けずに第１側面３６を単なる円弧状の側面とした場合、光線Ｌ４のような出射面３２で全反射された光は、棒状導光体２６内部で反射を繰り返した後第１側面３６や散乱パターン形成部３４から外部に漏れるなどするため、出射面３２から出射することができない。つまり、発光ユニット２４からの光が有効に利用されていない。また、第１側面３６や散乱パターン形成部３４から漏れた光を有効に利用するため、棒状導光体２６を導光体ケースに収納した場合、部品点数が増え、また棒状導光体２６を導光体ケースに装填する工程が必要となるため、コストが高くなる。

本実施の形態に係る棒状導光体２６では、棒状導光体２６の第１側面３６、第２側面３８にそれぞれ第１凸状部４０、第２凸状部４２を設けたことにより、出射面３２で一旦全反射された光の少なくとも一部が出射面３２から出射されるようになるので、導光体ケースを用いることなく発光ユニット２４からの光を有効に利用することができ、出射面３２からの出射光量を増加させることができる。

第１凸状部４０、第２凸状部４２は、押出成形により棒状導光体２６本体と一体に形成できるため、部品点数および組立行程は増加せず、安価に棒状導光体２６を製造できる。

また、導光体ケースを用いた場合、導光体ケースの寸法公差や棒状導光体を導光体ケースに装填する際の組立公差などにより、棒状導光体２６の照射特性にばらつきがでる可能性がある。本実施の形態の場合、押し出し成形により棒状導光体２６本体と一体に形成できるため、寸法公差は小さくなり、また組立公差は無くなる。従って、照射特性が安定した棒状導光体２６を提供できる。

図４（ａ）〜（ｈ）は、棒状導光体の変形例を説明するための図である。図４（ａ）〜（ｆ）は、棒状導光体の変形例を示す。また、図４（ｇ）は、比較例として側面に凸状部を設けていない棒状導光体５６を示す。また図４（ｈ）は、図４（ｇ）の棒状導光体５６を導光体ケース５８に装填した状態を示す。

図４（ａ）は、両側面に６つの凸状部４５を設けた棒状導光体４４を示す。このように凸状部の数を増やすことにより、出射面で一旦全反射された光をより多く出射面から出射できるようになるので、出射光量をより高めることができる。

図４（ｂ）、（ｃ）は、凸状部の幅を広く形成した棒状導光体４６、４８を示す。棒状導光体４６では４つの凸状部４７を形成しており、棒状導光体４８では２つの凸状部４９を形成している。凸状部の幅を広くしたり、または狭くしたりすることにより、出射面の形状や照射角に応じて出射光量の調整することが可能となる。

図４（ｄ）は、長手方向に直交する断面形状を茸形状としたことにより凸状部５１を形成した棒状導光体５０を示す。このような茸形状の場合も、凸状部５１が形成されるため、出射面で一旦全反射された光を出射面から出射できるようになり、出射光量を高めることができる。また、このような茸形状は簡易な形状であるため、押出成形の作業性および歩留まりを高めることができる。

図４（ｅ）は、凸状部５３の先端部が断面円弧状に形成された棒状導光体５２を示す。このように凸状部５３の先端部を断面円弧状に形成した場合、曲率半径を適宜設定することにより、好適に出射面で反射された光を取り込んで出射面に向けて反射させ、出射面より外部に出射させることができる。また、凸状部５３の先端部を断面円弧状に形成することにより、先端部の欠けを抑制でき、歩留まりを向上することができる。

図４（ｆ）は、断面矩形状の棒状導光体５４を示す。この棒状導光体５４においては、短辺を含む長手方向の対向する側面のうち、一方の側面が散乱パターン形成面５４ａとされ、他方の側面が出射面５４ｂとされている。そして、散乱パターン形成面５４ａと出射面５４ｂとの間の２つの側面５４ｃ、５４ｄにはそれぞれ、断面矩形状の凸状部５５ａ、５５ｂが突設されている。この凸状部５５ａ、５５ｂも、図１〜図３において説明した棒状導光体２６の第１凸状部４０、第２凸状部４２と同様に、出射面５４ｂで反射された光を取り込んで出射面５４ｂに向けて反射させ、出射面５４ｂより外部に出射させるように形成される。この場合も、導光体ケースを用いなくとも光を有効利用できるようになり、出射光量を高めることができる。また、部品点数および組立行程が削減されるので、安価な棒状導光体を提供できる。

本発明者は、図４（ａ）〜（ｅ）に示す各変形例について出射光量を比較するシミュレーションを行った。図４（ｈ）に示す棒状導光体５６を導光体ケース５８に装填した構成の場合の出射光量を１００％とした場合、図４（ｇ）に示す比較例としての棒状導光体５６の場合の出射光量は、約６０％となった。一方、図４（ａ）に示す棒状導光体４４の出射光量は約９０％、図４（ｂ）に示す棒状導光体４６の出射光量は約８５％、図４（ｃ）に示す棒状導光体４８の出射光量は約７７％、図４（ｄ）に示す棒状導光体５０の出射光量は約７５％、図４（ｅ）に示す棒状導光体５２の出射光量は約８０％となった。図４（ａ）〜（ｅ）のいずれの棒状導光体も、比較例としての図４（ｇ）の棒状導光体５６よりも出射光量を増加できていることが分かる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、凸状部を棒状導光体の両側面に設けたが、片側の側面のみに設けてもよい。この場合も、出射光量を高めることができる。また、上述の実施の形態では、棒状導光体の長手方向の中心面に対して対称に凸状部を設けたが、原稿の読取領域、棒状導光体の配置などに応じて、非対称に凸状部を設け、光量分布が非対称となるようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る画像読取装置の断面図である。 ライン照明装置の斜視図である。 本実施の形態に係る棒状導光体における光線の軌跡を説明するための図である。 図４（ａ）〜（ｈ）は、棒状導光体の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１０ 画像読取装置、 １２ フレーム、 １４ ガラス板、 １６ ライン照明装置、 １８ ロッドレンズアレイ、 ２０ ラインイメージセンサ、 ２４ 発光ユニット、 ２６ 棒状導光体、 ３０ 光散乱パターン、 ３２ 出射面、 ３５ 散乱パターン形成面、 ３６ 第１側面、 ３８ 第２側面、 ４０ 第１凸状部、 ４２ 第２凸状部。

Claims (9)

1. 端面から入射した光を内面で反射させながら長手方向に沿って設けられた出射面から外部に出射する棒状導光体であって、
   前記出射面と対向するように設けられ、前記端面から入射された光を散乱させる散乱パターン形成面と、
   前記出射面と前記散乱パターン形成面との間に設けられた側面と、
   前記側面から突出するように設けられ、前記出射面で反射された光を取り込んで前記出射面に向けて反射させ、前記出射面より外部に出射させる凸状部と、
   を備えることを特徴とする棒状導光体。
2. 前記凸状部は、当該棒状導光体の長手方向に直交する断面形状が、長手方向にわたって同一となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の棒状導光体。
3. 前記凸状部は、前記出射面側から前記散乱パターン形成面側に向けて傾斜して突出するように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の棒状導光体。
4. 前記凸状部は、自身に入射したときの光の方向とは異なる方向に光を反射するよう形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の棒状導光体。
5. 前記凸状部は、反射した光が前記出射面の臨界角よりも小さい入射角で前記出射面に入射するように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の棒状導光体。
6. 前記凸状部は、当該棒状導光体の長手方向に直交する断面形状が矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の棒状導光体。
7. 前記側面に複数の前記凸状部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の棒状導光体。
8. 複数の前記凸状部は、当該棒状導光体の長手方向の中心面に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の棒状導光体。
9. 原稿に光を照射する請求項１から８のいずれかに記載の棒状導光体と、
   前記棒状導光体からの出射光のうち前記原稿からの反射光を集光するレンズアレイと、
   前記レンズアレイにより集光された光を受光するラインイメージセンサと、
   を備えることを特徴とする画像読取装置。

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