JP2011234150A

JP2011234150A - 導光体並びにこれを備えた照明装置及び原稿読取装置

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Publication number: JP2011234150A
Application number: JP2010102908A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Kawano; 裕三川野; Kohei Suyama; 宏平須山; Takashi Sanada; 崇史真田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: US8564854B2; JP5587025B2; US20110267659A1

Abstract

【課題】縮小光学系を備えた原稿読取装置において、黒浮きを抑制することができるようにする。
【解決手段】光源側の領域において、導光体２２内を反光源側に向かって進む光が、プリズム４１の頂面４１ａと反光源側の傾斜面４１ｂとで順次反射されて導光体の長手方向に直交する方向に近づくように、プリズムの頂面及び反光源側の傾斜面が形成されたものとする。特にプリズムの高さが、導光体の長手方向の中心部で最も小さく、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に大きくなるようにする。
【選択図】図６

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、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、並びにこれを備えた照明装置及び原稿読取装置に関するものである。

原稿の読取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ライン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（特許文献１参照）。

また、液晶ディスプレイ等のバックライト装置用の面光源装置に関するものではあるが、光出射面とは反対の面に凸成された略三角形状のプリズムを備える導光体が開示されている（特許文献２参照）。

このような構成の導光体を用いた照明装置では、原稿面が黒色であるにも拘わらずに明度の高い領域が現れる現象、いわゆる黒浮きが発生する場合がある。この黒浮きは、原稿が黒色のマット紙（表面の光沢を抑えるため、微小な凹凸やざらつきがコーティング等で形成された紙）の場合に顕著であり、読取画像の品質を高める上で避けることが望まれるが、特に以下に説明するように縮小光学系を備えた原稿読取装置で問題となる。

図１４は、従来の照明装置における導光体からの光の出射状況及び縮小光学系での光線強度を示す模式図である。ここでは、光源１０１が発する光が導光体１０２に入射し、導光体１０２からの出射光が原稿Ａに照射され、原稿Ａからの反射光が縮小光学系１０３を介して読取センサ１０４に導かれる。縮小光学系１０３では、原稿Ａからの反射光がレンズ１０５にて読取センサ１０４の幅に適合するように主走査方向に縮小され、このとき原稿Ａからの反射光のうち、レンズ１０５の画角に対応した特定の角度の光のみが読取センサ１０４に入射する。

一方、導光体１０２では、光源１０１から導光体１０２内に入射して反光源側に向かって進む光がプリズム形成面１０６で反射されて光出射面１０７から出射され（図中にアで示す）、また、導光体１０２の反光源側の端部に設けられたミラー１０８で反射されて導光体１０２内を光源側に向かって進む光がプリズム形成面１０６で反射されて光出射面１０７から出射されるが（図中にイで示す）、この導光体１０２から出射される光には指向性がある。

特に光源側の領域では、導光体１０２からの出射光が、導光体１０２の長手方向に直交する方向に対して反光源側に傾いた方向を主軸とした指向性を有し、その主軸方向の光の光線強度が最も高くなるが、この主軸方向の光はレンズ１０５の画角と略一致することから、読取センサ１０４の受光面での受光強度が高くなる。一方、反光源側に向かうのに従って出射光の主軸方向とレンズ１０５の画角とのずれが大きくなるため、読取センサ１０４の受光面での受光強度は次第に低くなり、これにより読取画像内で濃度が変化し光源側が白っぽく表現される黒浮きが発生する。

なお、一般に導光体１０２から出射される光は、導光体１０２の長手方向（主走査方向）と直交し、かつ導光体１０２と原稿が相対移動する方向（副走査方向）において、所定の角度をもって原稿Ａを照射するようにしている。これによって、導光体１０２から出射された光のうち、原稿Ａで反射された光が直接的に読取センサ１０４に入射しないように構成される。従って原稿Ａの表面が平滑な場合、その反射光は受光素子に対して副走査方向に外れることとなるため、黒浮きは殆ど見られない。

また、原稿読取装置の光学系として例えば公知の密着光学系（ＣＩＳ）を用いた場合、密着光学系で用いられるレンズアレイ（ロッドレンズアレイ）は、個々のレンズの開口角が極めて小さく、開口角外から入射された光は伝達されないため、原理的に黒浮きの問題は生じない。

すなわち黒浮きは、原稿が例えば黒色等の高濃度で、かつ原稿面が光散乱性を有し、これを上述した縮小光学系を備える原稿読取装置で読取った場合に顕著に発現する課題ということができる。

特開２００５−２０４３２９号公報特開平１０−２９３３０４号公報

特許文献１においては、密着光学系を用いた原稿読取装置において、光源を設けた一端側から他端側に向って副走査方向におけるプリズム（凹凸面）の長さを拡大させて形成した導光体が開示されている。しかしながら、特許文献１では、導光体からの出射光の出射角度が指向性を有する点、及び指向性が存在することによる課題については何ら言及されていない。

また、特許文献２においては、プリズム傾斜角がそれぞれほぼ一定である多数の凸成されたプリズムをほぼ等間隔に配置し、導光体の光出光面の全面において輝度均一化が図れるとしている。しかしながら、凸成されたプリズム斜面で反射されて光出射面から出射される光は、反光源側に傾斜する出射角度を持ち、この構成を原稿読取装置の照明として応用した場合、光の出射角度は光出射面の法線に対して３０゜もの角度を有することがある。

さて、一般的な原稿読取装置には白色及び黒色の基準板が設けられ、原稿読取装置によってこれらの基準板を走査した際の画像データに基づいて、いわゆるシェーディング補正（黒色基準板と白色基準板間の読取データの差、すなわちダイナミックレンジを１とする正規化処理）を行なうことが多い。通常、シェーディング補正によって導光体１０２の長手方向（主走査方向）における光量ばらつきを補正することができるが、上述した黒浮きは、読取り対象である原稿の表面特性に依存するため、固定条件のもとで一律に行なわれるシェーディング補正によっては修正することができない。

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、縮小光学系を備えた原稿読取装置において、黒浮きを抑制することができるように構成された導光体並びにこれを備えた照明装置及び原稿読取装置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、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、光源側の領域において、当該導光体内を反光源側に向かって進む光が、前記プリズムの頂面と反光源側の傾斜面とで順次反射されて当該導光体の長手方向に直交する方向に近づくように、前記プリズムの頂面及び前記反光源側の傾斜面が形成された構成とする。

また、本発明の照明装置は、前記の導光体と、この導光体の長手方向の一端側に配置された光源と、この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。

本発明によれば、導光体からの出射光が、導光体の長手方向に略直交する方向を主軸方向とした指向性を有するものとなるため、光源側の領域において、縮小光学系を構成するレンズの画角と一致した方向の光線強度が低くなるので、黒浮きを抑制することができる。

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に示した導光体におけるプリズムの形成状況を示す模式図導光体及び縮小光学系の各特性を示す図図３に示した導光体の光源側及び反光源側を示す斜視図図３に示した導光体における光源側の領域での光の進行状況を示す模式図図３に示した導光体における反光源側の領域での光の進行状況を示す模式図反光源側の傾斜面の傾斜角θ１を変更した場合の黒浮き状況及び原稿読取面での照度分布を示す図光源側の傾斜面の傾斜角θ２を変更した場合の黒浮き状況及び原稿読取面での照度分布を示す図図１に示した照明装置における導光体からの光の出射状況及び縮小光学系での光線強度を示す模式図図１に示した照明装置の変形例を示す平面図図１１に示した照明装置における導光体からの光の出射状況及び縮小光学系での光線強度を示す模式図実施例及び比較例による原稿の読取面での照度分布及び読取センサの受光面での照度分布を示す図従来の照明装置における導光体からの光の出射状況及び縮小光学系での光線強度を示す模式図

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、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、光源側の領域において、当該導光体内を反光源側に向かって進む光が、前記プリズムの頂面と反光源側の傾斜面とで順次反射されて当該導光体の長手方向に直交する方向に近づくように、前記プリズムの頂面及び前記反光源側の傾斜面が形成された構成とする。

これによると、導光体からの出射光の主軸が、導光体の長手方向に直交する方向に近づくような指向性を有するものとなるため、光源側の領域において、縮小光学系を構成するレンズの画角と一致した方向の光線強度が低くなるので、黒浮きを抑制することができる。

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、前記反光源側の傾斜面の傾斜角は、４０度から５０度の範囲内である構成とする。

これによると、プリズムの頂面と反光源側の傾斜面とで順次反射されて導光体の長手方向に略直交する方向に向かう光線強度を高めることができる。なお、反光源側の傾斜面の傾斜角は、特に４５度とするとよい。

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、第２の発明において、前記プリズムにおける反光源側の傾斜面を透過した光が、隣り合う前記プリズムにおける光源側の傾斜面を透過して再度当該導光体内に入るように、前記光源側の傾斜面が形成された構成とする。

これによると、反光源側の傾斜面を透過した光が再度導光体内に入ることから、光の利用効率が高くなるため、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３の発明において、前記光源側の傾斜面の傾斜角は、１５度から２５度の範囲内である構成とする。

これによると、光源側の傾斜面を透過して導光体内に入る光の割合を高めることができる。なお、光源側の傾斜面の傾斜角は、特に２０度とするとよい。

前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記第１から第４の発明において、前記プリズムは、当該導光体の長手方向において均等なピッチで配置され、前記長手方向における前記プリズムの頂面の長さが、当該導光体の長手方向の中心部で最も長く、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に短くなるように設定された構成とする。

これによると、プリズムによる反射面積を光源側から反光源側に至る間に調整することで、縮小光学系のコサイン４乗則の影響を相殺する照度分布特性を得ることができる。

また、特に光源側の領域でプリズムの頂面の占める割合が大きくなることから、プリズムの頂面に入射する光が多くなるため、光の出射方向の主軸を導光体の長手方向に直交する方向に近づけることができる。

前記課題を解決するためになされた第６の発明は、前記第１から第５の発明において、前記プリズムの高さが、当該導光体の長手方向の中心部で最も小さく、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に大きくなるように設定された構成とする。

これによると、導光体の照度分布特性を、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。

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５または第６の発明において、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間の谷底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が当該導光体の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の頂面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。

この場合、第２の基準面は、複数の平面で構成されたものとするとよい。また、第２の基準面は、略弓状に湾曲した曲面で構成されものとしてもよい。

前記課題を解決するためになされた第８の発明は、照明装置であって、前記第１から第７の発明に係る導光体と、この導光体の長手方向の一端側に配置された光源と、この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、前記第８の発明において、前記導光体が１対互いに平行に配置され、この１対の導光体が光源側及び反光源側を互いに逆向きにして配置された構成とする。

これによると、１対の導光体からの出射光が重畳されて各導光体の特性が相殺されるため、全体としての出射光は、導光体の長手方向に直交する方向を主軸方向とした指向性を有するものとなるので、黒浮きをより一層抑制することができる。

前記課題を解決するためになされた第１０の発明は、原稿読取装置であって、前記第８または第９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。

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は、本発明が適用される原稿読取装置を示す模式図である。この原稿読取装置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Ａの読取面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の読取面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。

以降の説明において、照明装置２の延在する方向（後に説明するように、照明装置２に設けられた導光体の長手方向でもある）を主走査方向と、原稿Ａが照明装置２と相対的に移動する方向を副走査方向と呼称することがある。

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は、図１に示した照明装置を示す断面図である。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（主走査方向）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、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。光入射面３１は平面をなし、光出射面３２は、主走査方向における断面が楕円形状をなす曲面に形成されている。この導光体２２は、アクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ）などの透光性を有する樹脂材料にて形成され、光出射面３２が延在する部位において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。

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２７が収容されている。このミラー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１対設けられており（図１参照）、光源２１も、２つの導光体２２に対応して１対設けられている。１対の導光体２２は光源側及び反光源側を互いに同じ向きにして配置されており、１対の光源２１も同じ側に配置されている。

図３は、図１に示した導光体２２におけるプリズム４１の形成状況を示す模式図である。縮小光学系では、レンズに入射する光の入射角が光軸に対してθの場合、照度は以下の関係を持つことが知られている（コサイン４乗則）。
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓ４θ
ここで、
Ｉ０：入射前の光の照度
Ｉ：入射後の光の照度
である。

本実施形態のプリズム形成面３３は、このコサイン４乗則によって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間の谷底部４４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の頂面４１ａ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。そして、このようにプリズム４１の高さで照度分布特性を調整するため、プリズム４１の配置間隔を一定とすればよく、プリズム４１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４１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。

プリズム４１は、断面が略台形状をなしている。第１の基準面４２と第２の基準面４３との間隔は、副走査方向で一定（図５（Ａ−２）、図５（Ｂ−２）で図示する“ｍ”を参照）であり、プリズム４１の高さも、導光体２２における副走査方向で一定である（図５（Ｂ−２）で図示する“ｈ”を参照）。また、各プリズム４１を主走査方向とプリズム高さ方向で規定される面に投影した形状は略台形状となる。このように本実施形態のプリズム４１は、光出射面３２と対向する面に台形状に凸成されている。プリズム４１間に形成される谷底部４４は、第１の基準面４２に沿った平面に形成され、隣り合うプリズム４１間の凹部（谷底部４４）は、略台形状の断面をなしている。なお、プリズム４１間の凹部が三角形状の断面をなすように形成された構成も可能である。

第２の基準面４３は、上述したコサイン４乗則を考慮したうえで適切な照度分布特性が得られるように、傾きの異なる複数（ここでは６つ）の平面で構成され、具体的には最も光源側の第１の領域Ｉにある平面４３ａと、中心点より光源側の第２の領域IIにある平面４３ｂと、中心点より反光源側の第３の領域IIIにある平面４３ｃと、その反光源側の第４の領域IVにある平面４３ｄと、その反光源側の第５の領域Ｖにある４３ｅと、最も反光源側の第６の領域VIにある平面４３ｆとで構成されている。これら、各平面の領域は主走査方向においてそれぞれ異なる長さを有する。各領域の長さは、光源側から入射した光が導光体２２を伝播する際の減衰特性、反光源側から反射されて光源側に戻る成分、及びコサイン４乗則等を考慮し、結果として原稿面における主走査方向の照度分布が逆コサイン４乗分布になるように定められる（これによってレンズ特性であるコサイン４乗則を相殺する。コサイン４乗則との関係については後に詳細に説明する）。また、厳密さを求めた場合、上述の領域の数を多くするほど原稿面における照度分布を高精度に調整できるが、導光体２２の光出射面が長手方向に延在する長さ（すなわち、原稿面を照射するのに必要な実効領域）が例えばＡ３，Ａ４の短辺サイズ程度であれば、上述した６つの平面を有する構成で十分である。

第１の領域Ｉでは、第２の基準面４３を構成する平面４３ａが、第１の基準面４２との間隔が反光源側に向かって徐々に小さくなるように配置されているため、プリズム４１の高さは反光源側に向かって徐々に低くなる。第２の領域IIでは、第２の基準面４３を構成する平面４３ｂが、第１の基準面４２と平行となるように配置されているため、プリズム４１の高さが一定となる。

第３の領域III、第４の領域IV及び第５の領域Ｖでは、第２の基準面４３を構成する平面４３ｃ、４３ｄ、４３ｅがそれぞれ、第１の基準面４２との間隔が反光源側に向かって徐々に大きくなるように配置されているため、プリズム４１の高さが反光源側に向かって徐々に高くなる。また、平面４３ｃ、４３ｄ、４３ｅは順に、第１の基準面４２に対する傾きが大きくなるため、プリズム４１の高さの変化も、第３の領域III、第４の領域IV及び第５の領域Ｖで順に大きくなる。第６の領域VIでは、第２の基準面４３を構成する平面４３ｆが、第１の基準面４２と平行となるように配置されているため、プリズム４１の高さが一定となる。

すなわち第１の領域Ｉ乃至第６の領域VIについては、プリズムの高さが、導光体２２の長手方向の中心部（図３に示す「中心点」）で最も小さく、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に大きくなるように設定されている。また、第１の領域I乃至第６の領域VIにおいて長手方向におけるプリズム４１の配置ピッチは均等であるから、上述のように各領域においてプリズム４１の高さを規制することで、各プリズム４１の頂面４１ａの主走査方向の長さは、長手方向の位置に応じて変化する。具体的には、長手方向の各位置において、プリズム４１の頂面４１ａの主走査方向の長さは、導光体２２の長手方向の中心部で最も長く、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に短くなるように設定されている。

また、図３の記載から明確なように、「中心点」を基準とするとき、光源側から中心点までのプリズム４１の頂面４１ａの長さの平均値をＶ１とし、中心点から反光源側までのプリズム４１の頂面４１ａの長さの平均値をＶ２とするとき、Ｖ１＞Ｖ２となるようにしている。

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、例えば高さが０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍというように微小なものであり、このようなプリズム４１が主走査方向に均等なピッチで（例えば配置間隔０．４６ｍｍ）で多数形成されている。谷底部４４の主走査方向の幅は例えば０．０１５ｍｍとなっている。

また、プリズム４１が配置された領域を光出射面３２における光出射の実効領域（Ａ４サイズの短辺を照射する場合）とするとき、本実施形態の導光体２２は主走査方向に２４０ｍｍ、光源側のプリズム高さ方向に６．１５ｍｍ、反光源側のプリズム高さ方向に４．３４ｍｍの寸法としている。

図４は、導光体２２及び縮小光学系４の各特性を示す図である。図１に示したように、本原稿読取装置１では、原稿Ａの読取面からの反射光を、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）に破線で示すように、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、光源側及び反光源側の端部で高く、縮小光学系の特性と逆の弓なりに変化する特性（図４（Ａ）の実線）を示すように設定するとよい。これには、単位長さ当たりのプリズム面積、具体的には、プリズム４１の高さが、中心部で最も小さく、中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に大きくなるようにすればよい。

一方、導光体２２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ているが、光吸収により光源２１から離れるの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、単に縮小光学系４に適合するようにプリズム４１の高さを設定しただけでは、図４（Ｂ）の比較例（一点鎖線）に示すように、原稿の読取面での照度が、光源側の領域で高く、反光源側の領域で低くなり、図４（Ｂ）に実線で示すような縮小光学系４に適した照度分布特性が得られない。

そこで、ここでは、光吸収による減衰分を考慮して、プリズム４１の高さが、光源側の領域よりも反光源側の領域で大きくなるように設定されている。具体的には、図３に示したように、光源側の第１の領域Ｉに比較して反光源側の第４の領域IV、第５の領域Ｖ、及び第６の領域VIでプリズム４１の高さが大きくなっている。また、中心部寄りの第２の領域IIでプリズム４１の高さが最も小さく、その光源側の第１の領域Ｉでは、プリズム４１の高さが光源側の端部に向かって次第に大きくなり、また反光源側の第３の領域III、第４の領域IV及び第５の領域Ｖでは、プリズム４１の高さが反光源側の端部に向かって次第に大きくなる。

これにより、光吸収による減衰の影響がなくなり、図４に実線で示したような縮小光学系４に適合した照度分布特性が得られ、さらに縮小光学系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、読取センサ３での照度分布を、主走査方向の全体に亘って均一にすることができる。

なお、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、主走査方向における画像データのビット精度が均等となり、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。

図５は、図３に示した導光体２２の光源側及び反光源側を示す斜視図である。図５（Ａ−１）は導光体２２の光源側の端部を示し、図５（Ａ−２）は導光体２２の光源側のプリズム４１を拡大して示す。図５（Ｂ−１）は導光体２２の反光源側の端部を示し、図５（Ｂ−２）は導光体２２の反光源側のプリズム４１を拡大して示す。

図６は、図３に示した導光体２２における光源側の領域での光の進行状況を示す模式図である。図７は、図３に示した導光体２２における反光源側の領域での光の進行状況を示す模式図である。図８及び図９は、反光源側の傾斜面の傾斜角θ１及び光源側の傾斜面の傾斜角θ２をそれぞれ変更した場合の黒浮き状況（黒マット紙の読取時の読取センサの受光面での照度分布）及び原稿読取面での照度分布を示す図である。

プリズム４１は、導光体２２の長手方向の全体に渡って一定の間隔で配置されており、プリズム４１の反光源側の傾斜面４１ｂ及び光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角は全てのプリズム４１同士で互いに同一である。また、谷底部４４の導光体２２の長手方向の幅も一定である。

図６に示すように、光源側の領域（例えば、図３に示す領域I，II，III）では、プリズム４１の高さが小さくなる、すなわちプリズム４１間の凹部の深さが小さくなり（すなわち、光出射方向におけるプリズム４１の高さが低い）、これに応じて傾斜面４１ｂ、４１ｃの占める割合が小さくなると共に、頂面４１ａの占める割合が大きくなる。このため、導光体２２内を反光源側に向かって進む光が頂面４１ａに入射する確率が高くなる。

頂面４１ａに入射した光は主に、図６（Ａ）に示すように、頂面４１ａで反射されて（主に全反射によるもの）、反光源側に向かって進む。また、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、頂面４１ａに対する入射角が比較的大きく、また頂面４１ａに対する入射位置が反光源側の傾斜面４１ｂに近接していると、頂面４１ａで反射された光が、反光源側の傾斜面４１ｂで反射されて光出射面３２に向けて進む。図６（Ｂ）、（Ｃ）の各形態は、頂面４１ａ及び反光源側の傾斜面４１ｂに対する入射角が互いに異なり、この入射角に応じて、反光源側の傾斜面４１ｂで反射された光の傾斜角α、及び光出射面３２からの出射角βが異なるが、いずれも僅かに反光源側に傾斜した方向に光が出射される。

また、図６（Ｄ）に示すように、導光体２２内を反光源側に向かって進む光が、頂面４１ａで反射されることなく直接反光源側の傾斜面４１ｂで反射されて光出射面３２に向けて進む場合もある。この場合、光出射面３２に向けて光の一部が反射され、他は反光源側の傾斜面４１ｂでは反射されず、導光体２２の内部を反光源側に向かって進む。

本実施形態では反光源側の傾斜面４１ｂの角度θ１＝４５゜とされ、導光体２２の材料であるアクリル樹脂の臨界角はおよそ４５゜である。従って、プリズム４１の頂面４１ａで一旦反射されて反光源側の傾斜面４１ｂに至る光は、反光源側の傾斜面４１ｂに対する入射角が臨界角を超えることとなり全反射する。導光体２２と平行に進行する光は、より光源側に配置されたプリズム４１によって遮られるため、光源側の領域において光出射面３２に向かう光は、一旦プリズム４１の頂面４１ａで反射された後に反光源側の傾斜面４１ｂで反射されたものが支配的となる。

このように光源側の領域では、導光体２２内を反光源側に向かって進む光が主に、図６（Ａ）に示すように、頂面４１ａで反射されて反光源側に向かって進むが、光源に近い領域（図３で示す領域Iや領域II）において、プリズム４１の全体に対して頂面４１ａが占める割合を相対的に大きく設定しているから、図６（Ｂ）に示すように、一旦反光源側の傾斜面４１ｂで反射されて導光体２２の長手方向に略直交する方向に進む確率が高くなり、これにより導光体２２からの出射光の主軸には、導光体２２の長手方向と直交する方向（プリズム高さ方向）に近づくような指向性が付与される。

なお、この角度変換の態様については、次のように詳細に言い換えることができる。すなわち、プリズム４１を主走査方向に均等なピッチで配置することを前提として、プリズム４１の高さを低く設定してプリズム４１のうち頂面４１ａが占める割合を大きくすることで、導光体２２の主走査方向（Ｘ軸）とプリズム４１の高さ方向（Ｚ軸）が規定するＸＺ平面を仮定したとき、光出射面３２からの出射光の主軸には、当該ＸＺ平面において導光体２２の主走査方向と直交する方向（Ｚ軸）に近づくような指向性が付与される。

一方、図７に示すように、反光源側の領域（例えば、図３に示す領域IV，V，VI）では、プリズム４１の高さが大きくなる、すなわちプリズム４１間の凹部の深さが大きくなり、これに応じて頂面４１ａの占める割合が小さくなると共に、傾斜面４１ｂ、４１ｃの占める割合が大きくなる。このため、導光体２２内を反光源側に向かって進む光が反光源側の傾斜面４１ｂに入射する確率が高くなる。

反光源側の傾斜面４１ｂに入射した光は、図７（Ａ）に示すように、反光源側の傾斜面４１ｂを透過して一旦導光体２２の外部に出た後、光源側の傾斜面４１ｃを透過して導光体２２内に戻る。このとき導光体２２内に戻った光の角度が、プリズム４１の頂面４１ａから遠ざかる（光出射面３２に近づく）角度である場合、光は反光源側の傾斜面４１ｂで全反射されて光出射面３２に向けて進む。上述した条件を満たす場合、図７（Ａ）の形態は、反光源側の傾斜面４１ｂに対する入射角が異なっても成立し、この入射角に応じて、反光源側の傾斜面４１ｂで反射された光の傾斜角α及び光出射面から出射角βが変化する。

一方、図７（Ｂ）に示すように、一旦導光体２２の外部に出た後、光源側の傾斜面４１ｃを透過して導光体２２内に戻った光の角度が、プリズム４１の頂面４１ａに近づく（光出射面３２から遠ざかる）ような角度である場合、光の一部は反光源側の傾斜面４１ｂで反射されて光出射面３２の方向に向かい、他の光は再度導光体２２の外部に出射され、反光源側に配置された次のプリズム４１に入射する。このとき反光源側の傾斜面４１ｂで反射された光は、光出射面３２から光源側に傾斜した角度で出射される。

また、図７（Ｃ）に示すように、光源側の傾斜面４１ｃを透過して導光体２２内に戻った光が、頂面４１ａに入射する場合もある。この場合、光は、頂面４１ａで反射された光の角度は、プリズム４１の頂面４１ａから遠ざかる（光出射面３２に近づく）角度であるから、反光源側の傾斜面４１ｂで全反射されて、光出射面３２に向けて進む。上述した条件を満たす場合、図７（Ｃ）の形態は、反光源側の傾斜面４１ｂに対する入射角が異なっても成立し、この入射角に応じて、反光源側の傾斜面４１ｂで反射された光の傾斜角α及び光出射面から出射角βが変化する。

一方、図７（Ｄ）に示すように、光が反光源側の傾斜面４１ｂに直接入射すると、図７（Ｂ）の場合と同様に、一部の光は反光源側の傾斜面４１ｂで反射されて光出射面３２の方向に向かい、他の光は一旦導光体２２の外部に出て、反光源側の次のプリズム４１に入射することとなる。このとき反光源側の傾斜面４１ｂで反射された光は、光出射面３２から光源側に傾斜した角度で出射される。

以上の説明は、導光体２２の内部を光源側から反光源側に向かって伝播する光について延べたものだが、反光源側の領域では反光源側端部に設けられたミラー２７（図２参照）によって折り返された光（すなわち、導光体２２の内部を反光源側から光源側に向かって伝播する光）が存在する。折り返された光もプリズム４１によって光出射面３２に向かうが、このときの出射角度は光源側に傾斜したものが支配的となる。

このように反光源側の領域では、導光体２２内を反光源側に向かって進む光と、ミラー２７で折り返されて光源側に向かって進む光とが混在し、結果的に導光体２２からの出射光の主軸には、導光体２２の長手方向と直交する方向（プリズム高さ方向）に近づくような指向性が付与される。

図６、図７の例では、反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１を４５度としたが、この反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１は、４０度から５０度の範囲内で設定するとよい。これにより、光源側の領域において、プリズム４１の頂面４１ａと反光源側の傾斜面４１ｂとで順次反射されて導光体２２の長手方向に略直交する方向（プリズムの高さ方向）に向かう光線強度を高めることができる。

なお、反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１の適切な角度について、３５度から５５度の範囲でシミュレーションを行ったところ、図８（Ａ）に示すように、傾斜角θ１を大きくするほど導光体中央部の反射光の照度が大きくなり左右対称性が崩れていくため、傾斜面４１ｂの傾斜角θ１は５０度以下が適切であることがわかる。

また、図８（Ｂ）に示すように、傾斜角θ１を小さくするほど原稿面の照度が低下していくため、傾斜面４１ｂの傾斜角θ１は４０度以上が適切であることがわかる。

また、反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１が５０度より大きいと、反光源側の傾斜面４１ｂでの反射光の傾斜角αが大きくなり、光出射面３２からの出射角βを十分に小さくすることができない。逆に、反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１が４０度より小さいと、反光源側の傾斜面４１ｂを透過する光の割合が高くなり、反光源側の傾斜面４１ｂで光を十分に反射させることができない。従って、反光源側の傾斜面４１ｂの傾斜角θ１は、４０度から５０度の範囲内がよい。

また、この例では、光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２を２０度としたが、この光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２は、１５度から２５度の範囲内で設定するとよい。これにより、光源側の傾斜面４１ｃを透過して導光体２２内に戻る光の割合を高めることができるため、光の利用効率が高くなり、低消費電力化を図ることができる。

なお、光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２の適切な角度について、１０度から３０度の範囲でシミュレーションを行ったところ、図９（Ａ）に示すように、導光体中央部の反射光の照度において傾斜角θ２の角度による変化はなかったが、図９（Ｂ）に示すように、傾斜角θ２を小さくするほど原稿面の照度が高くなるため、傾斜面４１ｃの傾斜角θ２は２５度以下が適切であることがわかる。ただし、傾斜角θ２を非常に小さくした場合、プリズム４１の作成時に金型から抜き出す際に傷が生じる恐れがある。

また、光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２が２５度より大きいと、反光源側の傾斜面４１ｂを透過した光が光源側の傾斜面４１ｃで反射されて導光体２２内に戻らない割合が高くなり、光出射面３２からの出射光量が低下する。逆に、光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２が小さ過ぎると、導光体２２の反光源側の端部に設けられたミラー２７により反射されて導光体２２内を光源側に向かって進む光を、光源側の傾斜面４１ｃでの反射により光出射面３２に向けて進ませることが難しくなる。従って、光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角θ２は、１５度から２５度の範囲内がよい。

なお、この例では、プリズム４１の配置間隔を一定としたが、導光体２２の長手方向の位置に応じてプリズム４１の配置間隔を変化させるようにしてもよい。また、この例では、プリズム４１の反光源側の傾斜面４１ｂ及び光源側の傾斜面４１ｃの傾斜角をすべて同一としたが、導光体２２の長手方向の位置に応じて傾斜面４１ｂ、４１ｃの傾斜角を変化させるようにしてもよい。

図１０は、図１に示した照明装置２における導光体２２からの光の出射状況及び縮小光学系４での光線強度を示す模式図である。この照明装置２では、前記のように、導光体２２からの出射光の主軸には、導光体２２の長手方向と直交する方向（プリズム高さ方向）に近づくような指向性が付与されるため、光源側の領域において、縮小光学系４を構成するレンズ１３の画角と一致した方向の光線強度が低くなる。このため、読取画像内に濃度が部分的に低くなる領域が現れる黒浮きが抑制される。

図１１は、図１に示した照明装置２の導光体２２の配置位置に関する変形例を示す平面図である。図１２は、図１１に示した照明装置における導光体２２からの光の出射状況及び縮小光学系４での光線強度を示す模式図である。

ここでは、１対の導光体２２が光源側及び反光源側を互いに逆向きにして配置されている。光源２１も、導光体２２の向きに合わせて逆側に配置されている。その他の構成は、前記の例（図１〜図７）と同様であり、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

この構成では、図１２に示すように、導光体２２からの出射光の主軸方向が、導光体２２の長手方向に直交する方向から多少ずれていても、１対の導光体２２からの出射光が重畳されて、各導光体２２の特性が相殺されるため、全体としての出射光は、導光体の長手方向に直交する方向を主軸方向とした指向性を有するものとなるので、黒浮きをより一層抑制することができる。

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よい。

また、前記の例では、図３に示したように、第２の基準面４３が複数の平面で構成されたものとしたが、この第２の基準面４３が略弓状に湾曲した曲面で構成されるものとしてもよい。このようにすると、導光体２２の照度特性を、縮小光学系４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３での照度分布をより一層精度よく均一化することができる。

図１３は、実施例及び比較例による原稿の読取面での照度分布及び読取センサの受光面での照度分布を示す図である。図１３に実線で示す実施例は、図３に示した構成の導光体によるものである。従来構成による比較例は、プリズムが略三角形状の断面をなし、反光源側の傾斜面の傾斜角θ１及び光源側の傾斜面の傾斜角θ２を共に６０度とした導光体によるものである。

図１３（Ａ）に示すように、原稿Ａの読取面での照度分布については、実施例において比較例と同等の照度を確保することができることがわかる。一方、図１３（Ｂ）に示すように、読取センサ３の受光面での照度分布については、比較例において光源側の領域で照度が高くなる黒浮きが発生していたのに対して、実施例ではこの光源側の領域での黒浮きが解消されていることがわかる。

本発明にかかる導光体並びにこれを備えた照明装置及び原稿読取装置は、製造コストを上昇させることなく、黒浮きを抑制す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、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、並びにこれを備えた照明装置及び原稿読取装置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
２１光源
２２導光体
２３筐体
３１光入射面
３２光出射面
３３プリズム形成面
４１プリズム、４１ａ頂面、４１ｂ反光源側の傾斜面、４１ｃ光源側の傾斜面
４２第１の基準面
４３第２の基準面
４３ａ〜４３ｆ平面
４４谷底部
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、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、
光源側の領域において、当該導光体内を反光源側に向かって進む光が、前記プリズムの頂面と反光源側の傾斜面とで順次反射されて当該導光体の長手方向に直交する方向に近づくように、前記プリズムの頂面及び前記反光源側の傾斜面が形成されたことを特徴とする導光体。
前記反光源側の傾斜面の傾斜角は、４０度から５０度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
前記プリズムにおける反光源側の傾斜面を透過した光が、隣り合う前記プリズムにおける光源側の傾斜面を透過して再度当該導光体内に入るように、前記光源側の傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の導光体。
前記光源側の傾斜面の傾斜角は、１５度から２５度の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の導光体。
前記プリズムは、当該導光体の長手方向において均等なピッチで配置され、
前記長手方向における前記プリズムの頂面の長さが、当該導光体の長手方向の中心部で最も長く、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に短くなるように設定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導光体。
前記プリズムの高さが、当該導光体の長手方向の中心部で最も小さく、その中心部から光源側及び反光源側の端部に向かって次第に大きくなるように設定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の導光体。
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間の谷底部が位置し、且つ前記第１の基準面との間隔が当該導光体の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の頂面が位置するように形成されたことを特徴とする請求項５若しくは請求項６に記載の導光体。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の導光体と、この導光体の長手方向の一端側に配置された光源と、この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ことを特徴とする照明装置。
前記導光体が１対互いに平行に配置され、この１対の導光体が光源側及び反光源側を互いに逆向きにして配置されたことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
請求項８乃至請求項９のいずれか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。