JP2011081997A

JP2011081997A - 導光体、これを備えた照明装置及び原稿読取装置、並びに導光体製造用金型及びその製造方法

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Publication number: JP2011081997A
Application number: JP2009232665A
Authority: JP
Inventors: Kohei Suyama; 宏平須山; Yuzo Kawano; 裕三川野; Takashi Sanada; 崇史真田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-06
Also published as: JP5657875B2

Abstract

【課題】照度ムラや副走査方向の照射幅の不足の問題を発生させることなく、所要の照度分布特性を得ることができるようにする。
【解決手段】光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面３２から出射させるために、光出射面に対向して、突起状のプリズム４１が長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面３３を備えた導光体２２において、プリズムが、一定の間隔で配置されると共に、プリズム形成面が、要求される照度分布特性に応じてプリズムの高さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面４２上にプリズムの頂部４１ａが位置し、且つ第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面４３上にプリズム間の谷底部４４が位置するように形成されたものとする。
【選択図】図５

Description

本発明は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、光出射面に対向して、突起状のプリズムが導光体の長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面が設けられた導光体、これを備えた照明装置及び原稿読取装置、並びに導光体製造用金型及びその製造方法に関するものである。

原稿面の画像を読み取る原稿読取装置では、照明装置で照明された原稿面からの反射光をＣＣＤなどの受光素子に受光させて画像信号を出力させるようになっている。この原稿読取装置の照明装置には、従来、蛍光管を用いたものが一般的であったが、近年、省エネルギーなどの観点から、光源にＬＥＤを用いたものが普及しつつある。

このような光源にＬＥＤを用いた照明装置では、読取領域の全幅に渡ってＬＥＤを配列した構成の他、読取領域の全幅に渡って延在する導光体を用いて、ＬＥＤ光源が発する光を原稿面に導くようにした構成が採用されており、導光体には、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、光出射面に対向して、突起状のプリズムが導光体の長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面が設けられている。

しかるに、導光体は、アクリル樹脂などの透光性に優れた材料にて形成されるが、光吸収により光源から離れるに従って光が距離の２乗に反比例して減衰する。このため、光出射面から出射される光の照度分布を、長手方向の全体に亘って均一にするには、プリズムによる反射面積を、光源側から反光源側に向かって次第に大きくしていく必要がある。そこで、プリズムの配置間隔を、光源側から反光源側に向かって次第に小さくした技術が知られている。また、プリズムの幅を、光源側から反光源側に向かって次第に大きくした技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−２０４３２９号公報

しかしながら、プリズムの配置間隔で照度分布特性を調整する技術では、光源側の端部でプリズムの配置間隔が極端に大きくなるため、照度ムラが顕著になるという課題がある。また、プリズムの幅で照度分布特性を調整する技術では、光源側の端部でプリズムの幅が極端に小さくなり、これに応じて所要の照度を確保可能な副走査方向の照射幅が小さくなるため、原稿面と導光体の位置関係が変化すると、原稿面を適切に照明することができなくなるという課題がある。

また、原稿読取装置には、原稿面からの反射光を原稿と同一幅の読取センサに受光させる密着型光学系と、原稿面からの反射光をレンズで主走査方向に縮小して読取センサに受光させる縮小光学系とがあり、この縮小光学系では、レンズに関するコサイン４乗則により、読取センサの受光面での照度分布が、主走査方向の中心部で最も高く、この中心部から端部に向けて次第に低くなる特性となる。

このような縮小光学系の特性により読取センサの受光面での照度が不均一になる問題は、導光体の照度分布特性を調整することで解決することができ、プリズムによる反射面積が、長手方向の中心部で最も小さく、この中心部から端部に向けて次第に大きくなる構成とすると、縮小光学系の特性と導光体の特性とが重畳される読取センサの受光面では、縮小光学系の特性と導光体の特性とが相殺されて、読取センサの受光面での照度を均一化することができる。

しかるに、このような縮小光学系に適合するように導光体の照度分布特性を調整する場合、前記のようにプリズムの配置間隔や幅で照度分布特性を調整する技術を利用することが考えられるが、プリズムの配置間隔で照度分布特性を調整する技術では、中心部でプリズムの配置間隔が極端に大きくなることによる照度ムラの問題が発生し、また、プリズムの幅で照度分布特性を調整する技術では、中心部でプリズムの幅が極端に小さくなることによる副走査方向の照射幅の不足の問題が発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、照度ムラや副走査方向の照射幅の不足の問題を発生させることなく、所要の照度分布特性を得ることができるように構成された導光体、これを備えた照明装置及び原稿読取装置、並びに導光体製造用金型及びその製造方法を提供することにある。

本発明の導光体は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体であって、前記プリズムは、一定の間隔で配置され、前記プリズム形成面は、要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部が位置するように形成された構成とする。

また、本発明の照明装置は、光源と、この光源が発する光を原稿の読取面に導く導光体と、前記光源と前記導光体とを一体的に支持する筐体とを備えた照明装置であって、前記の導光体を備えた構成とする。

また、本発明の原稿読取装置は、前記の照明装置と、原稿からの反射光を受光して画像信号を出力する読取センサと、前記原稿からの反射光を前記読取センサに導く縮小光学系とを備えた構成とする。

また、本発明の導光体製造用金型は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型であって、前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成された構成とする。

また、本発明の導光体製造用金型の製造方法は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型の製造方法であって、当該金型は、前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成されたものであり、前記第２の基準面に沿った断面形状に金型材料を形成する第１の工程と、この第１の工程で得られた金型材料を、切削工具の送り方向と前記第１の基準面とが平行となるように配置した上で、切削方向の基準位置から前記切削工具を一定の距離だけ切削方向に前進させる動作と、前記プリズムの配置間隔に対応した一定のピッチで前記切削工具を送り方向に移動させる動作とを繰り返して、前記凹部を形成する第２の工程とを有する構成とする。

本発明によれば、プリズムの高さに応じて単位長さ当たりの出射光量が定まるため、プリズムの高さを適切に設定することで、所要の照度分布特性を得ることができる。そして、プリズムの配置間隔が一定であるため、プリズムの配置間隔が極端に大きくなることによる照度ムラの問題や、プリズムの幅が極端に小さくなることによる副走査方向の照射幅の不足の問題も発生せず、光学特性に優れた導光体を実現する上で大きな効果が得られる。

本発明が適用される原稿読取装置を示す模式図図１に示した照明装置を示す断面図図１に示した原稿読取装置の制御部の概略構成を示すブロック図導光体、縮小光学系及び読取センサの各特性を示す図本発明の第１の実施形態に係る導光体を示す模式図図５に示した導光体を製造するための金型を示す模式図図６に示した導光体製造金型の製造工程を示す模式図導光体の別例を示す模式図原稿面での照度分布を示す図本発明の第２の実施形態に係る導光体を示す模式図原稿面での照度分布を示す図導光体、縮小光学系及び読取センサの各特性を示す図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体であって、前記プリズムは、一定の間隔で配置され、前記プリズム形成面は、要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部が位置するように形成された構成とする。

これによると、第１の基準面と第２の基準面との間隔によりプリズムの高さが定まり、プリズムの高さに応じてプリズムによる反射面積、すなわち出射光量が定まるため、第１の基準面に対する第２の基準面の位置を適切に設定することで、所要の照度分布特性を得ることができる。

そして、このようにプリズムの高さで照度分布特性を調整するため、プリズムの配置間隔を一定とすれば良く、プリズムの配置間隔が過大となることで発生する照度ムラや、プリズムの幅が過小となることで発生する副走査方向の照射幅の不足の問題を解消することができる。

さらに、導光体を金型を用いて製造する場合、金型材料を、プリズム間の谷底部の位置を規定する第２の基準面に沿った断面形状に形成した上で、切削工具の送り方向と、プリズムの頂部の位置を規定する第１の基準面とが平行となるように配置した上で、切削方向の基準位置から切削工具を一定の距離だけ切削方向、すなわちプリズムに対応した凹部の深さ方向に前進させる動作と、プリズムの配置間隔に対応した一定のピッチで切削工具を送り方向に移動させる動作とを繰り返して、凹部を形成すれば良く、このとき、切削方向及び送り方向に一定の距離だけ切削工具を移動させることになるため、金型の型面を精度良く形成することができ、これに応じて導光体のプリズム形成面も精度良く形成されるため、導光体の光学特性を向上させることができる。

前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記第２の基準面は、複数の平面で構成され、前記プリズムの高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようにした構成とする。

これによると、導光体の照度特性を、原稿読取装置において原稿からの反射光を読取センサに導く縮小光学系の透過特性と逆の特性に近似させることができるため、読取センサの位置において、縮小光学系の特性と導光体の特性とが相殺されて、読取センサでの照度分布を概ね均一とすることができる。これにより、高精度の読み取りを実現すると共に、光の利用効率を高めて低消費電力化を図ることができる。

さらに、第２の基準面が複数の平面で構成されているため、導光体製造用金型におけるプリズム間の谷底部に対応した型面を精度良く製作することができ、これに応じて導光体のプリズム間の谷底部も精度良く成形されるため、導光体の光学特性をより一層向上させることができる。

この場合、第２の基準面は、長手方向の中心部を挟んで光源側の領域と反光源側の領域とにそれぞれ傾きの異なる少なくとも２つの平面で構成されたものとすると良い。

前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１の発明において、前記第２の基準面は、略弓状に湾曲した曲面で構成され、前記プリズムの高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようにした構成とする。

これによると、導光体の照度特性を、原稿読取装置において原稿からの反射光を読取センサに導く縮小光学系の透過特性と逆の特性に高精度に近似させることができるため、読取センサの位置において、縮小光学系の特性と導光体の特性とが相殺されて、読取センサでの照度分布を高精度に均一化することができる。これにより、高精度の読み取りを実現すると共に、光の利用効率を高めて低消費電力化を図ることができる。

前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１〜第３の発明において、前記プリズムは、断面が三角形状あるいは台形状をなすように形成された構成とする。

これによると、金型を用いて導光体を製造する際に、型抜きが容易になる。

前記課題を解決するためになされた第５の発明は、光源と、この光源が発する光を原稿の読取面に導く導光体と、前記光源と前記導光体とを一体的に支持する筐体とを備えた照明装置であって、前記導光体が、前記第１〜第４の発明に係る導光体である構成とする。

前記課題を解決するためになされた第６の発明は、原稿読取装置であって、前記第５の発明に係る照明装置と、原稿からの反射光を受光して画像信号を出力する読取センサと、前記原稿からの反射光を前記読取センサに導く縮小光学系とを備えた構成とする。

前記課題を解決するためになされた第７の発明は、前記第６の発明において、前記縮小光学系の特性と前記導光体の特性とが重畳される前記読取センサの位置において、主走査方向の中心部で照度が最高となるように、前記導光体が、前記縮小光学系の特性と逆の特性に対して、主走査方向の中心部で照度が高くなる特性に設定され、前記読取センサにおける主走査方向の中心部に位置する受光素子の出力信号のみを監視して、前記読取センサの出力信号の最大値を一定に保持するピークホールド制御を行うようにした構成とする。

これによると、読取センサの中心部に位置する受光素子の出力信号のみを監視すれば良いので、ピークホールド制御が容易になる。

前記課題を解決するためになされた第８の発明は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型であって、前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成された構成とする。

前記課題を解決するためになされた第９の発明は、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型の製造方法であって、当該金型は、前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成されたものであり、前記第２の基準面に沿った断面形状に金型材料を形成する第１の工程と、この第１の工程で得られた金型材料を、切削工具の送り方向と前記第１の基準面とが平行となるように配置した上で、切削方向の基準位置から前記切削工具を一定の距離だけ切削方向に前進させる動作と、前記プリズムの配置間隔に対応した一定のピッチで前記切削工具を送り方向に移動させる動作とを繰り返して、前記凹部を形成する第２の工程とを有する構成とする。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明が適用される原稿読取装置１は、原稿Ａを照明するために主走査方向に延在する照明装置２と、原稿からの反射光を受光して画像信号を出力する読取センサ３と、原稿Ａからの反射光を読取センサ３に導く縮小光学系４とを有している。

読取センサ３では、光を電気信号に変換する受光素子（ＣＣＤ）がＲＧＢの各色ごとに主走査方向に配列されてラインセンサを構成している。原稿Ａは、搬送ローラ５により原稿ガラス６と原稿ガイド７との間に送り込まれ、原稿Ａを搬送することで副走査方向の走査が行われる。

縮小光学系４は、複数のミラー１１と、スリット１２と、レンズ１３とを有している。スリット１２は、不要光をカットするものである。レンズ１３は、原稿Ａからの反射光を、読取センサ３の受光面上で結像させると共に、読取センサ３の幅に適合するように主走査方向に縮小するものである。

図２に示すように、照明装置２は、光源２１と、この光源２１が発する光を原稿Ａの読取面に導く導光体２２と、光源２１及び導光体２２を一体的に支持する筐体２３と、光源２１で発生した熱を放熱する放熱体２４とを有している。

光源２１は、セラミック製の基板上にＬＥＤチップが設けられると共に、このＬＥＤチップを覆うように半球状のレンズが設けられたものである。この光源２１は、いわゆる１チップ型白色ＬＥＤであり、ＬＥＤチップは青色光を発し、レンズは、透明のシリコンなどからなるボンディング材中に黄色蛍光体を分散させたものであり、ＬＥＤチップが発する青色光が、レンズ内の黄色蛍光体により黄色光に変換され、レンズを透過した青色光と黄色蛍光体が発する黄色光とが混じり合うことで白色光となる。

導光体２２は、読取領域の略全幅に渡って延在するように設けられ、光源２１が発する光を長手方向の一端側の光入射面３１から入射させて長手方向に延びた光出射面３２から出射させるために、光出射面３２に対向して、突起状のプリズムが導光体２２の長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面３３が設けられている。この導光体２２は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透光性を有する樹脂材料にて形成され、光源側から反光源側に向けて断面積が次第に小さくなるテーパー形状をなしている。

光入射面３１は平面をなし、光出射面３２は、断面が楕円形状の曲面をなしている。プリズム形成面３３では、平面あるいは緩やかに湾曲した曲面上に、断面が三角形状あるいは台形状をなすプリズムが、導光体２２の長手方向に対して直交する向きに延びた状態で、導光体２２の長手方向に複数配列されている。

導光体２２の光源側の端部は第１の保持部材２５に保持され、反光源側の端部は第２の保持部材２６に保持されている。導光体２２の光源側の端部には、光源２１から出射された光を導光体２２の光入射面３１に導く光反射体２８が設けられている。導光体２２の反光源側の端部を保持する第２の保持部材２６の内部には、導光体２２の端面３４に当接可能なミラー部材２７が収容されている。このミラー部材２７には導光体２２の端面３４側に反射面が形成され、導光体２２の内部にて屈折反射を繰り返しながら導光体２２の端面３４まで到達した光が、ミラー部材２７の反射面で反射されて導光体２２の内部に戻される。

なおここでは、導光体２２が、互いに平行となる態様で２つ設けられており（図１参照）、光源２１も、２つの導光体２２に対応して２つ設けられている。

図３に示すように、原稿読取装置１では、読取センサ３から出力されるアナログの画像信号が、Ａ／Ｄ変換部１５にてデジタルの画像データに変換される。Ａ／Ｄ変換部１５から出力される画像データは、画像処理部１６にて所要の画像処理が行われた上で、画像データを保持する画像メモリ１７に転送される。画像処理部１６では、各種の画像処理、例えばシェーディング補正、画素密度変換、ガンマ補正などが行われる。

また、ＬＥＤを用いた光源２１では、一般に耐用期間の全体で１０％程度の光量変化があり、また温度変化に伴って発光効率が変化する。このため、点灯時や原稿の読み取り開始時などに、読取センサ３の受光素子の出力信号が常時一定となるように光源２１の光量を補正する処理が補正制御部１８で行われる。この補正制御部１８では、受光素子の出力信号を所定の基準値と比較して、その偏差に基づいて、光源制御部１９から光源２１に供給される制御電流を調整して、光源２１の光量が一定となるように制御する。

この光量補正の際には、光源２１の光量を計測するため、図２に示したように、導光体２２の光出射面３２から出射される光を反射させて読取センサ３に導く基準板３５が設けられている。この基準板３５は、例えば白色のシート状部材からなり、原稿Ａの読取の邪魔とならないように、原稿読取領域の外側に配置されている。

図１に示したように、ここでは、原稿面からの反射光を、ミラー１１で反射させた後に、レンズ１３にて読取センサ３の幅に適合するように主走査方向に縮小する縮小光学系４が採用されている。この縮小光学系４では、導光体２２からの出射光の照度が主走査方向（導光体２２の長手方向）に均一であるとすると、読取センサ３の受光面での照度分布は、レンズ１３に関するコサイン４乗則により、図４（Ａ）に示すように、主走査方向の中心部で最も高く、この中心部から端部に向けて次第に低くなる、弓なりに変化する特性を示し、このままでは正確な読み取りができない。

そこで、導光体２２の照度分布特性を縮小光学系４の特性と逆の特性、すなわち主走査方向の中心部で低く、端部で高く、縮小光学系の特性と逆の弓なりに変化する特性を示すように設定する。これにより、縮小光学系４の特性と導光体２２の特性とが重畳される読取センサ３の受光面では、縮小光学系４の特性と導光体２２の特性とが相殺されて、図４（Ｂ）に示すように、読取センサ３での照度が均一化される。

ここで、読取センサ３の受光面での照度の違いに起因する出力値の誤差は、信号処理（シェーディング補正）でも補正することができるが、前記のように読取センサ３の受光面での照度を均一化することで、高精度の読み取りを実現することができる。また、縮小光学系４のスリット１２で不要光をカットする必要がなくなるため、光源２１の光量を効率的に使用することができる。

＜第１の実施形態＞
図５に示すように、本発明の第１の実施形態に係る導光体２２では、プリズム４１が、一定の間隔で配置されている。プリズム形成面３３は、要求される照度分布特性に応じてプリズム４１の高さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面４２上にプリズム４１の頂部４１ａが位置し、且つ第１の基準面４２との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面４３上にプリズム４１間の谷底部４４が位置するように形成されている。

ここでは、第１の基準面４２と第２の基準面４３との間隔によりプリズム４１の高さが定まり、プリズム４１の高さに応じてプリズム４１による反射面積、すなわち光出射面３２から出射される単位長さ当たりの出射光量が定まるため、第１の基準面４２に対する第２の基準面４３の位置を適切に設定することで、所要の照度分布特性を得ることができる。

プリズム４１は、断面が三角形状あるいは台形状をなし、導光体２２の長手方向に対して直交する向きに延びた状態で形成され、その延在方向の長さは、導光体２２の長手方向に並んだ複数のプリズムにおいて同一である。また、第１の基準面４２と第２の基準面４３との間隔は、導光体２２の長手方向に対して直交する方向で一定であり、プリズム４１の高さは、導光体２２の長手方向に対して直交する延在方向で一定である。

第２の基準面４３は、縮小光学系４に適合した照度分布特性が得られるように、複数の平面で構成され、プリズム４１の高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようになっている。特にここでは、第２の基準面４３が、長手方向の中心部を挟んで光源側の領域と反光源側の領域とにそれぞれ傾きの異なる少なくとも２つの平面で構成され、具体的には光源側の第１の領域にある平面４３ａと、中心部の第２の領域にある平面４３ｂと、反光源側の第３の領域にある平面４３ｃとで構成されている。

光源側の第１の領域では、第１の基準面４２との間隔が光源側から中央部に向かって徐々に小さくなるように平面４３ａが配置されているため、プリズム４１の高さは光源側から中央部に向かって徐々に低くなる。中心部の第２の領域では、第１の基準面４２と平行となるように平面４３ｂが配置されているため、プリズム４１の高さが一定となる。反光源側の第３の領域では、第１の基準面４２との間隔が中央部から反光源側に向かって徐々に大きくなるように平面４３ｃが配置されているため、プリズム４１の高さが中央部から反光源側に向かって徐々に高くなる。

なお、プリズム４１は、図示する都合から実際の寸法より拡大して示しており、実際には、例えば高さ０．０６ｍｍ〜０．１２ｍｍ、幅０．４２ｍｍというように微小なものであり、このようなプリズム４１が例えば配置間隔０．４６ｍｍで多数形成されている。

また、プリズム４１が三角形状断面をなす場合は、導光体２２の長手方向に並んだ各プリズム４１の断面形状は相似関係となる。また、プリズム４１が台形状断面をなす場合は、高さが異なるプリズム４１同士で頂部４１ａの幅が一定となるため、厳密には相似関係とならないものの、斜面の角度が一定となるため、略相似関係といえる。

次に、図６に示すように、導光体２２を製作するための金型５１について説明する。この金型５１は、導光体２２のプリズム形成面３３を成形するものであり、導光体２２のプリズム形成面３３以外の面を成形する金型と共に射出成形機にセットされ、アクリル樹脂などの樹脂材料の射出成形により導光体２２が製作される。

この金型５１では、導光体２２のプリズム形成面３３を成形する型面５２に、プリズム４１に対応した凹部５３が、一定の間隔で配置されると共に、型面５２が、１つの平面で構成される第１の基準面４２上にプリズム４１の頂部４１ａに対応した凹部５３の底部５３ａが位置し、且つ第１の基準面４２との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面４３上にプリズム４１間の谷底部４４に対応した表面５４が位置するように形成されている。

ここで、プリズム４１は、断面が三角形状あるいは台形状をなすように形成されているため、金型５１から成形品を抜き取る型抜きが容易である。

次に、図７に示すように、金型５１の製造方法について説明する。ここではまず、図７（Ａ）に示すように、金型材料６１を、切削加工などにより、プリズム４１間の谷底部４４の位置を規定する第２の基準面４３に沿った断面形状に形成する第１の工程が実施される。

ついで、第１の工程で得られた金型材料を、図７（Ｂ）に示すように、切削工具６２の送り方向（Ｙ方向）と、プリズム４１の頂部４１ａの位置を規定する第１の基準面４２とが平行となるように配置した上で、切削方向（Ｘ方向）の基準位置から切削工具６２を一定の距離ＬＸだけ切削方向（Ｘ方向）、すなわちプリズム４１に対応した凹部５３の深さ方向に前進させる動作と、プリズム４１の配置間隔に対応した一定のピッチＬＹで切削工具６２を送り方向（Ｙ方向）に移動させる動作とを繰り返して、凹部５３を形成する第２の工程が実施される。また、プリズム４１より小さい切削工具６２を使用する場合、プリズム４１の１個をＸＹ方向に移動して加工後、これを１単位として送り方向（Ｙ方向）に等ピッチで移動後プリズム加工を繰り返して、凹部５３を形成してもよい。

これにより、導光体２２のプリズム形成面３３を成形する型面５２に、プリズム４１を成形する凹部５３が一定の間隔で形成され、プリズム４１の頂部４１ａとなる凹部５３の底部５３ａが第１の基準面４２上に並ぶ。

なお、金型ブロック６１に型合わせ面などを予め加工形成しておくと良い。また、金型ブロック６１には、加工精度を高めるために切削が容易な、低硬度の材料、例えば真鍮を用いると良く、真鍮に銅メッキを施すようにしても良い。また、導光体２２のプリズム形成面３３以外の面を成形する金型には、高硬度な超鋼材料、例えばＳＫＤ材やハイス鋼を用いれば良い。

ここでは、凹部５３を順次切削する際の切削工具６２の移動制御が、互いに直交するＸ方向（切削方向）とＹ方向（送り方向）のみで良く、特にＸ方向及びＹ方向の各基準位置から片側方向のみの移動制御となり、さらにＸ方向及びＹ方向の移動量が一定で、凹部５３の深さに関係なく、一定の動作の繰り返しとなるため、加工精度が向上し、プリズム４１を成形する凹部５３を精度良く成形することができる。

また、図７（Ａ）に示す第１の工程では、切削加工などにより第２の基準面４３に沿った断面形状に形成するが、第２の基準面４３が３つの平面４３ａ・４３ｂ・４３ｃで構成されていることから、平面加工となるため、加工精度が向上し、プリズム４１間の谷底部４４を成形する型面５２の表面５４を精度良く成形することができる。

このようにして、導光体２２のプリズム形成面３３を成形する型面５２を精度良く成形することができるため、導光体２２のプリズム形成面３３の成形精度も向上し、特に導光体２２の照度分布特性に大きな影響を及ぼすプリズム４１の高さを高精度に管理することができるため、正確な照度分布特性を得ることができる。

次に、第１の実施形態による導光体２２と、図８（Ａ）・（Ｂ）に示す導光体７１・８１とについて、原稿面での照度分布を比較する。図８（Ａ）に示す導光体７１では、プリズム７２の頂部７２ａの位置を規定する第１の基準面７３と、プリズム７２間の谷底部７４の位置を規定する第２の基準面７５とを共に１つの平面として、その第１の基準面７３と第２の基準面７５とが互いに平行となっており、プリズム７２の高さが長手方向の全体に渡って一定である。図８（Ｂ）に示す導光体８１では、プリズム８２の頂部８２ａの位置を規定する第１の基準面８３と、プリズム８２間の谷底部８４の位置を規定する第２の基準面８５とを共に１つの平面として、その第１の基準面８３と第２の基準面８５との間隔、すなわちプリズム８２の高さが光源側から反光源側に向けて次第に大きくなるように構成されている。

図９に示すように、図８（Ａ）に示す導光体７１では、光吸収により減衰するため、原稿面での照度は、光源側から反光源側に向けて次第に小さくなる特性を示す。図８（Ｂ）に示す導光体では、単位長さ当たりのプリズム面積が光源側から反光源側に向けて次第に大きくなるため、光吸収による減衰の影響がなくなり、原稿面での照度は、主走査方向（導光体の長手方向）の全体に渡って照度が概ね均一となる特性を示す。これは、密着型光学系の場合の理想形態となる。

一方、本発明の第１の実施形態に係る導光体２２では、プリズム４１の高さ、すなわち単位長さ当たりのプリズム面積が、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるため、主走査方向の中心部で低く、端部で高くなる特性を示し、これにより、図４に示したように、コサイン４乗則に基づく縮小光学系の特性を打ち消して、均一な照度分布を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
図１０に示すように、本発明の第２の実施形態に係る導光体９１では、プリズム９２の頂部９２ａの位置を規定する第１の基準面９３が、第１の実施形態と同様に、１つの平面で構成されているが、プリズム９２間の谷底部９４の位置を規定する第２の基準面９５は、縮小光学系４に適合した照度分布特性が得られるように、略弓状に湾曲した曲面で構成され、プリズム９２の高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようになっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

ここで、図５に示したように、第１の実施形態による導光体２２では、第２の基準面４３を構成する第１〜第３の３つの平面４３ａ・４３ｂ・４３ｃの交線の位置に対応して、図１１に示すように、照度の変化率（図の傾き）が大きく変化する変曲点が現れる。

これに対して、第２の実施形態による導光体９１では、第１の実施形態による導光体２２の場合のような照度分布の変曲点が現れない。このため、コサイン４乗則に基づいて曲線的に照度が変化する縮小光学系の光学特性を打ち消す逆の特性により一層近似させることができ、これにより読取センサ３での照度分布をより一層均一化することができる。

なお、第２の実施形態による導光体９１では、プリズム形成面３３を成形する金型の製造時に、図７（Ａ）の例と同様に、プリズム９２間の谷底部９４の位置を規定する第２の基準面９５に沿った断面形状に形成する際に、曲面で構成される第２の基準面９５に対応した曲面に仕上げる必要があり、この曲面の成形は加工誤差が発生し易く、精度を確保することが面倒であり、金型作製の面では第１の実施形態による導光体２２の方が有利である。

ところで、図３に示したように、補正制御部１８では、読取センサ３の受光素子の出力信号が常時一定となるように光源２１の光量を補正する処理が行われるが、このとき、受光素子の出力信号の最大値が一定となるような制御、いわゆるピークホールド制御が行われる。このピークホールド制御において、読取センサ３における主走査方向（受光素子の配列方向）の中心部に位置する受光素子の出力信号が常に最大値を示すように設定すると、ピークホールド制御の動作時に、この中心部に位置する受光素子の出力信号のみを監視すれば良く、制御が容易になる。

そこで、図１２に示すように、導光体２２の照度特性を、縮小光学系４の特性（図中にＡで示す）と逆の特性（図中にＢで示す）に対して、主走査方向の中心部で照度が高くなるように補正された特性（図中にＣで示す）に設定する。

縮小光学系４の透過特性は、図４にも示したように、コサイン４乗則に基づいて主走査方向の中心部で高く、端部で低く、高照度側に凸となる略弓状に湾曲した曲線を描くように変化する特性を示し、導光体２２の照度特性を、この縮小光学系の特性と逆の特性、すなわち低照度側に凸となる略弓状に湾曲した曲線を描くように変化する特性とすると、縮小光学系４の特性と導光体２２の照度特性が重畳される読取センサ３の受光面では、主走査方向に照度が均一となる特性（図中にＤで示す）となる。

これに対して、前記のように、導光体２２の照度特性を、縮小光学系４の特性と逆の特性に対して、主走査方向の中心部で照度が高くなるように補正された特性（図中にＣで示す）に設定すると、読取センサ３の受光面では、主走査方向の中心部で照度が最高となる照度特性（図中にＥで示す）を得ることができる。このため、読取センサ３における主走査方向の中心部に位置する受光素子の出力信号のみを監視することで、受光素子の出力信号の最大値が一定に保持するピークホールド制御を行うことができるため、制御が容易になる。

なお、前記の例では、原稿を搬送することで副走査方向の走査が行われる構成としたが、原稿ガラス上に載置された原稿に対して照明装置及びミラーを副走査方向に移動させることで副走査方向の走査が行われる構成としても良い。

また、前記の各例では、特に言及していないが、導光体のプリズムの高さを、光吸収による減衰分を考慮して設定すると良い。

本発明にかかる導光体、これを備えた照明装置及び原稿読取装置、並びに導光体製造用金型及びその製造方法は、照度ムラや副走査方向の照射幅の不足の問題を発生させることなく、所要の照度分布特性を得ることができる効果を有し、光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、光出射面に対向して、突起状のプリズムが導光体の長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面が設けられた導光体、これを備えた照明装置及び原稿読取装置、並びに導光体製造用金型及びその製造方法などとして有用である。

１原稿読取装置
２照明装置
３読取センサ
４縮小光学系
１１ミラー
１２スリット
１３レンズ
２１光源
２２・９１導光体
３１光入射面
３２光出射面
３３プリズム形成面
４１・９２プリズム、４１ａ・９２ａ頂部
４２・９３第１の基準面
４３・９５第２の基準面
４４・９４谷底部
５１金型
５２型面
５３凹部、５３ａ底部
５４表面
６１金型材料
６２切削工具
Ａ原稿

Claims

光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体であって、
前記プリズムは、一定の間隔で配置され、前記プリズム形成面は、要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部が位置するように形成されたことを特徴とする導光体。
前記第２の基準面は、複数の平面で構成され、前記プリズムの高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
前記第２の基準面は、略弓状に湾曲した曲面で構成され、前記プリズムの高さが、光源側及び反光源側の端部から中心部に向かって次第に小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
前記プリズムは、断面が三角形状あるいは台形状をなすように形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導光体。
光源と、この光源が発する光を原稿の読取面に導く導光体と、前記光源と前記導光体とを一体的に支持する筐体とを備えた照明装置であって、
前記導光体が、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体であることを特徴とする照明装置。
請求項５に記載の照明装置と、原稿からの反射光を受光して画像信号を出力する読取センサと、前記原稿からの反射光を前記読取センサに導く縮小光学系とを備えたことを特徴とする原稿読取装置。
前記縮小光学系の特性と前記導光体の特性とが重畳される前記読取センサの位置において、主走査方向の中心部で照度が最高となるように、前記導光体が、前記縮小光学系の特性と逆の特性に対して、主走査方向の中心部で照度が高くなる特性に設定され、
前記読取センサにおける主走査方向の中心部に位置する受光素子の出力信号のみを監視して、前記読取センサの出力信号の最大値を一定に保持するピークホールド制御を行うようにしたことを特徴とする請求項６に記載の原稿読取装置。
光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型であって、
前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成されたことを特徴とする導光体製造用金型。
光源が発する光を長手方向の一端側の光入射面から入射させて長手方向に延びた光出射面から出射させるために、前記光出射面に対向して、突起状のプリズムが長手方向に複数並んで形成されたプリズム形成面を備えた導光体を製造するための導光体製造用金型の製造方法であって、
当該金型は、前記導光体の前記プリズム形成面を成形する型面に、前記プリズムに対応した凹部が、一定の間隔で配置されると共に、前記型面が、前記導光体に要求される照度分布特性に応じて前記プリズムの高さに対応した前記凹部の深さが変化するように、１つの平面で構成される第１の基準面上に前記プリズムの頂部に対応した前記凹部の底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が長手方向に沿って変化するように配置された第２の基準面上に前記プリズム間の谷底部に対応した表面が位置するように形成されたものであり、
前記第２の基準面に沿った断面形状に金型材料を形成する第１の工程と、
この第１の工程で得られた金型材料を、切削工具の送り方向と前記第１の基準面とが平行となるように配置した上で、切削方向の基準位置から前記切削工具を一定の距離だけ切削方向に前進させる動作と、前記プリズムの配置間隔に対応した一定のピッチで前記切削工具を送り方向に移動させる動作とを繰り返して、前記凹部を形成する第２の工程とを有することを特徴とする導光体製造用金型の製造方法。