JP2013175892A - 照明装置および画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導光体と、反射部材と、を有し、被照射面を両側より照明する照明装置であって、導光体は、一次元方向に配列される光源からの光束が入射する入射面と、入射面に入射する光束の一部を全反射する全反射側面と、入射面の反対側に設けられる反射面と、反射面で反射された光束を収束する光束として出射する第1の出射面と、第1の出射面と隣接し、光源からの光束であって反射面で反射されない光束を収束する光束として出射する第2の出射面と、を備える。
【選択図】図1
Description
(画像読取装置)
図2は、本発明の実施形態に係る照明装置を搭載した画像読取装置の基本構成を示す要部概略図である。一体型走査光学系ユニット(以下「キャリッジ」とも称す。)107は、原稿台ガラス(原稿台)102上に載置された原稿101を照明する照明装置103、原稿101からの光束を読取る読取手段(ラインセンサーもしくはイメージセンサー)105を有する。さらに原稿101からの光束を読取手段105に導く複数の折返しミラー104a〜104d、原稿101からの画像情報に基づく光束を読取手段105面上に結像させる結像光学系(結像レンズ)106等を有する。
次に、本実施形態に係る照明装置について、図1に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る照明装置103の副走査方向の断面図である。照明装置103は、光源ユニット103e(発光素子である白色のLED103aを一次元方向(図1の紙面垂直方向である主走査方向)に複数並べたLED列)と、導光体103bと、基板103cと、反射部材103dとから構成される。
次に、照明装置103を構成する一つの要素としての導光体103bについて、図1で説明する。一次元方向に配列される光源の配列方向(主走査方向)と直交する断面内(図1の紙面内)において、光源ユニット103eからの光束を平面である入射面1より入射させる。そして、全反射側面2の間を導光させた後、全反射側面2の端部領域3を通過した光束の一部を反射面4にて反射させ、収束する光束として出射する集光作用を有した第1の出射面5へ導光する。第1の出射面5からの光束は、被照射面である原稿面101の中心法線に対する一方側からの光束として原稿面101を照明する。
本実施形態において、具体的な曲率半径は、第1の出射面5で曲率半径R=1.8mm、第2の出射面6で曲率半径R=1.7mmとされ、φ1=0.27、φ2=0.30、φ1/φ2=0.89で条件式(1)を達成している。条件式(1)は、導光体103bの第1の出射面5と第2の出射面6の面2のパワーを規定する式である。条件式(1)の範囲内であれば、第1及び第2の出射面5、6の光束の収束作用を有効に使い、原稿面101での集光効率も良く、照明装置の小型化が可能となる。
図3に示すように、本実施形態においては、主走査方向の原稿面での角度特性を改善するために、即ち、主走査方向での照度ムラを改善するために、第1の出射面5及び第2の出射面6を主走査方向にパワー(屈折力)を持たせるように構成している。具体的には、第1の出射面5及び第2の出射面6に、夫々主走査方向に曲率を持たせたトーリック面領域を複数個所設けている。これにより、主走査方向に曲率を持たせた領域では、光束が、一旦収束したのちに、発散し、原稿101を照明することで、主走査方向の照度ムラを改善することができる。
図1に示すように、導光体103bの第2の出射面6から出射された光束は、被照射面の中心法線である読取光軸において、導光体103bと略対称の位置に配置された反射部材103dへ、入射される。反射部材103dへ入射された光束は、この反射部材103dによって反射され、原稿101を照明する。そして、効率良く原稿面101を照明させるために、反射部材103dは、主走査方向と直交する断面内(図1の紙面内)において、パワー(屈折力)を有する曲面形状となっている。具体的には、本実施形態では、反射部材103dの曲率半径を50mmとしている。
ここで、図4に本実施形態と図10に示す構成とにおいて、主走査方向と直交する方向(副走査方向)での原稿面内の照度分布をそれぞれ示す。図10に示す構成は、従来例の構成を本件の構成と似た形に変形したものである。図10での出射面A、Bは、いずれも平面になっている。図4より明らかなように、主走査方向と直交する方向(副走査方向)での集光効率を大幅に改善することができる。
図5、図6に、本発明の第2の実施形態の照明装置の副走査断面図、導光体の説明図を示す。なお、画像読取装置としては、第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態では、第1の実施形態と異なり、導光体203bの光利用効率を更に上げるために、図6に示すように、全反射側面12の端部領域13から接続される接続面18、19を連続的に外側に向かって広げるように構成している。
図6で、光源ユニット203eからの光束は、導光体203bの入射面11から入射され、全反射側面12a、12bで複数回全反射される。この全反射状態は、以下とほぼ同等の内容と置き換えられる。即ち、全反射側面12a、12bによって、入射面の幅Wに関しては、全反射側面12a、12bのそれぞれの外側に複数個の鏡像光源が形成され、この鏡像光源からの光束が、各々の入射角で、全反射側面12の端部方向へ直進する。
図6に示すように、主走査方向と直交する断面内において、発光素子203aの幅をWL、導光体203bの入射面11の幅をWとする。また、入射面の光入射軸方向に入射面11から全反射側面14の端部13までの距離をL1、入射面の光入射軸方向に全反射側面12の端部13から反射面14までの距離をL2とする。このとき、以下の条件式(2)、(3)を満足するように構成している。
0<W/(L1+L2)<0.15 ・・・(3)
本実施形態においては、具体的にはWL=0.9mm、W=0.95mm、L1=8.6mm、L2=4mmで、W/(L+L2)=0.08であり、条件式(2)、(3)を達成している。
本実施形態においては、具体的には、θ1=4.1°、θ2=0°で、((L1tanθ1)+(L1tanθ2))/(L1+L2)=0.05であり、条件式(4)を満足している。
0.5<L3/L2<1.5 ・・・(6)
1.2<L4/L2<2.5 ・・・(7)
本実施形態においては、具体的には、L3=3.95mm、L4=7.8mmで、L2/L1=0.47、L3/L2=0.99、L4/L2=1.95であり、条件式(5)、(6)、(7)を満足している。
第1の実施形態と同様に、図7に示すように、本実施形態においても、主走査方向の原稿面での角度特性を改善するために、第1の出射面15及び第2の出射面16を主走査方向にパワーを持たせるように構成している。具体的には、主走査方向に曲率を持たせたトーリック面領域を複数個所設けており、LEDの主走査方向の配列によって、トーリック面領域の間隔を変化させている。これにより、主走査方向の照度ムラを改善することができる。
図8に本実施形態と従来例との主走査方向と直交する方向(副走査方向)での原稿面内の照度分布を示す。図8より明らかなように、主走査方向と直交する方向(副走査方向)での集光効率を第1の実施形態よりも更に改善することができている。
図9に、本発明の第3の実施形態の照明装置の副走査断面図を示す。なお、画像読取装置としては、第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態では、第1、第2の実施形態と異なり、更なる主走査方向の照度ムラ改善のために、第1及び第2出射面25、26にシボ加工による拡散パターンも併せて構成している。このため、拡散パターンによる光量低下が発生するがこれを補償するために、反射面24、第1及び第2出射面25,26、及び反射部材303dのパワーを最適にし、第2の実施形態と同等の副走査方向の集光効率を維持している。
なお、上述した実施形態では、光源として複数個の白色LEDを主走査方向に配列させたが、キセノンランプなどの単一の線状光源を主走査方向に配列させるものであっても良い。
Claims (14)
- 導光体と、反射部材と、を有し、被照射面の中心法線に対して一方の側と他方の側から前記被照射面を照明する照明装置であって、
前記導光体は、
一次元方向に配列される光源からの光束が入射する入射面と、
前記入射面に入射する光束の一部を全反射する全反射側面と、
前記全反射側面に対し前記入射面の反対側に設けられる反射面と、
前記反射面で反射された光束を収束する光束として出射する、前記一次元方向に直交する面内で集光作用を備える第1の出射面と、
前記一方の側からの光束として出射する前記第1の出射面と隣接し、前記光源からの光束であって前記反射面で反射されない光束を収束する光束として出射する、前記一次元方向に直交する面内で集光作用を備える第2の出射面と、を備え、
前記反射部材は、
前記第2の出射面からの光束を前記被照射面への前記他方の側からの光束として反射することを特徴とする照明装置。 - 前記一次元方向に直交する面内で、前記反射面は正の屈折力を有する曲面形状であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記一次元方向に直交する面内で、前記反射部材は屈折力を有する曲面形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記入射面は平面であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記一次元方向に直交する面内で、前記第1の出射面の屈折力をφ1、前記第2の出射面の屈折力をφ2とすると、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明装置。
0.6<φ1/φ2<0.9 - 前記一次元方向に直交する面内で、前記光源の幅をWL、前記入射面の幅をW、光入射軸の前記入射面から前記全反射側面の前記光源から遠い側の端部までの距離をL1、前記全反射側面の前記光源から遠い側の端部から前記反射面までの距離をL2とすると、以下の2つの条件を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明装置。
WL<W
0<W/(L1+L2)<0.15 - 前記一次元方向に直交する面内で、前記全反射側面の内、最も前記被照射面に近い前記全反射側面と光入射軸とが成す角をθ1、最も前記被照射面から遠い前記全反射側面と光入射軸とが成す角をθ2、とすると、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
0<((L1tanθ1)+(L1tanθ2))/(L1+L2)<0.13 - 前記一次元方向に直交する面内で、光入射軸の前記反射面から前記第1の出射面までの距離をL3、前記全反射側面の前記光源から遠い側の端部から前記第2の出射面までの距離をL4とすると、以下の3つの条件を満たすことを特徴とする請求項6または7に記載の照明装置。
0.15<L2/L1<0.8
0.5<L3/L2<1.5
1.2<L4/L2<2.5 - 前記第1の出射面と前記第2の出射面の分離境界部は、凹部になっていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記全反射側面の前記光源から遠い側の端部から、前記第1の出射面につながる面および前記反射面につながる面は、外側に向けて接続している連続した曲面であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記反射面から前記第2の出射面につながる面は、外側に向けて接続している連続した曲面であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の出射面および前記第2の出射面は、夫々前記一次元方向で曲率を持たせたトーリック面領域を前記一次元方向に複数個所設けることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記光源は、前記一次元方向に配列される複数個のLED、または前記一次元方向に配列される単一のキセノンランプであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の照明装置。
- 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の照明装置と、原稿台と、読取手段と、前記被照射面である原稿面で反射した光束を前記読取手段に結像させる結像光学系と、を有することを特徴とする画像読取装置。
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