JP2014239295A - 照明装置、及びそれを用いた画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の成型性を損なうことなく、且つ、長手方向に広い範囲で均一な照度分布が得られる照明装置を提供する。
【解決手段】 側面に光散乱領域を備える棒状の導光体の光入射端面付近に散乱反射体を設置し、光入射端面付近の光散乱領域から透過した光を散乱反射させて導光体に再入射させることで、光入射端面付近の出射光の指向性を緩和し、且つ照度を補って、部品の成型性を損なうことなく、長手方向に広い範囲で均一な照度分布が得られるようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、棒状導光体に光源を取り付けた照明装置に関するものである。また、この照明装置を用いた画像読み取り装置に関するものである。

一般に、画像読み取り装置などに用いられる照明装置は、導光体として透明棒を用い、導光体の長手方向端面にＬＥＤなどの光源を設置し、導光体端部とＬＥＤとをホルダで覆うことで保持して構成される。導光体は、長手方向に延在する光散乱領域と、光散乱領域に対向する面に光出射部を有し、長手方向端面から入射した光を長手方向に伝播し、光散乱領域で散乱し、光出射部から出射した線状の照明光で読み取り領域を照明する。光源は、可視光、赤外光、または紫外光を発する、単数または複数の発光素子を用いる。

特許文献１は、複数の発光素子を光源として備えた例であり、光散乱領域に形成した微細パターンの表面に微細凸部または微細凹部を設け、さらに導光体の短手方向端面から見て、光散乱領域の短手方向の中心を通る法線に一致して光源を配置することで、光入射端面付近の出射特性を改善し、それぞれの波長において、長手方向に広い範囲で均一な照度分布を実現していた。

特開２００９−７５２５３号公報

特許文献では、微細パターンの表面に微細凸部又は凹部を設け、さらに導光体の光散乱領域の短手方向中心を通る法線に一致して光源を配置することで、長手方向に広い範囲で均一な照度分布を実現していたが、微細パターンの斜面上に微細凸部又は凹部を設けるため、成型時の抜き勾配が十分に確保できない面ができ、１〜３μｍ程度の微細凸部又は凹部を成型により再現することが困難であるという問題があった。

本発明では、部品の成型性を損なうことなく、且つ長手方向に広い範囲で均一な照度分布を実現可能な照明装置を提供することを目的とする。

また、このような照明装置を用いた画像読み取り装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光を出射する光源と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域で散乱反射して外部に出射する棒状の導光体と、導光体の端部の光散乱領域を覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体に再入射させる散乱反射体とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る画像読み取り装置は、原稿が配置される透明平板と、原稿に光を照射する照明装置と、原稿から反射された光又は原稿を透過した光を集光する集光光学系と、集光光学系で集光された光を受光して光電変換により電気信号に変換する受光部とを備え、照明装置は、光を出射する光源と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域で散乱反射して外部に出射する棒状の導光体と、導光体の端部の光散乱領域を覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体に再入射させる散乱反射体とを備えたものである。

本発明に係る照明装置は、光を出射する光源と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域で散乱反射して外部に出射する棒状の導光体と、導光体の端部の光散乱領域を覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体に再入射させる散乱反射体とを備えたので、部品の成型性を損なうことなく、長手方向に広い範囲で均一な照度分布を得ることができる。

また、本発明に係る画像読み取り装置は、原稿が配置される透明平板と、原稿に光を照射する照明装置と、原稿から反射された光又は原稿を透過した光を集光する集光光学系と、集光光学系で集光された光を受光して光電変換により電気信号に変換する受光部とを備え、照明装置は、光を出射する光源と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域で散乱反射して外部に出射する棒状の導光体と、導光体の端部の光散乱領域を覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体に再入射させる散乱反射体とを備えたので、むらの少ない画像読み取りが可能となる。

本発明の実施の形態１に関する画像読み取り装置の短手方向断面構成図である。 本発明の実施の形態１に関する画像読み取り装置の展開図である。 本発明の実施の形態１に関する照明装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に関する照明装置の光散乱領域または散乱反射体で反射された光の経路を説明する部分断面図である。 本発明の実施の形態２に関する照明装置の波長の異なる光が光散乱領域または散乱反射体で反射された場合の経路を説明する部分断面図である。 本発明の実施の形態２に関する散乱反射体の分光反射率曲線である。 本発明の実施の形態２に関する画像読み取り装置の原稿上照度分布である。 本発明の実施の形態２に関する可視光源と紫外光源の配置例である。 本発明の実施の形態３に関する照明装置の光散乱領域または散乱反射体で反射された光の経路を説明する部分断面図である。 本発明の実施の形態３に関する照明装置の別例の部分断面図である。 本発明の実施の形態３に関する照明装置の別例の部分断面図である。 本発明の実施の形態３に関する照明装置の別例の部分断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に関する画像読み取り装置の短手方向断面構成図である。ここで、短手方向とは原稿１の搬送方向に対応し、副走査方向とも呼ばれる。一方、長手方向とは受光部となるセンサＩＣ８の配列方向に対応し、主走査方向とも呼ばれる。

また、図２は、本発明の実施の形態１に関する画像読み取り装置の展開図である。以下、本発明の実施の形態１について、図１および図２を用いて説明する。

原稿１は、例えば、紙幣、有価証券、その他の一般文書のイメージ情報である被読み取り媒体（被照射体）である。照射部１ａは、原稿１に対する光の照射領域を示し、物質的な意味での構成ではない。

導光体２は、長手方向に１００ｍｍ以上の長さに延長した棒状のものであり、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂により構成される。導光体２の側面には、長手方向に延在する光散乱領域２ｂが設けられ、光散乱領域２ｂに対向する面に光出射部２ａが設けられる。導光体２の内部を伝搬する光は、光散乱領域２ｂに当たると散乱反射され、一部の光が光出射部２ａから出射される。

ホルダ３は、導光体２の長手方向両端部または一方の端部に配置され、光源２１を載置した基板１２を導光体２の光入射端面２ｃに対向させて保持するものであり、光源２１の光が導光体２に入射する効率を向上させるため、白色樹脂や鏡面処理した金属、またはアルミ蒸着した材料などで構成することが望ましい。散乱反射体４は、ホルダ３に隣接し、導光体２の光入射端面２ｃ付近１０〜２０ｍｍの光散乱領域２ｂを覆うように配置しており、導光体２の光散乱領域２ｂから透過した光を散乱反射して導光体２に再度入射させ、一部の光を出射部２ａから出射させることで、光入射端面２ｃ付近の出射特性の不均一性を緩和するとともに、照度を増加させる役目を担う。散乱反射体４は、白色樹脂など、比較的均等な拡散反射が得られる材料で構成することが望ましい。ホルダ３と散乱反射体４は、白色樹脂など、散乱反射体４に推奨される材料を用いることで一体成型することもでき、一体化することで、部材の増加を抑えられるという利点がある。なお、光源２１、基板１２、導光体２、ホルダ３、散乱反射体４、および筐体７の一部を含めて照明装置と呼ぶ。

透明平板５は、原稿１の搬送経路を形成し、また、異物などが装置内部へ混入するのを防止する役目を担い、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂、または透明ガラス材などにより構成される。透明平板５は、導光体２の光出射部２ａから出射した光を透過して原稿１を照射するとともに、原稿１で反射された光を透過して集光光学系６に入射させる。集光光学系（ロッドレンズアレイ）６は、原稿１の照射部１ａにおいて原稿１から反射された反射光が光軸方向から入射するように構成し、その反射光を収束するものである。

センサＩＣ８は、集光光学系６で収束された光を受光し、光電変換して電気信号を出力する受光部であり、半導体チップなどで構成された光電変換部、その他の駆動回路等を搭載している。センサＩＣ８は、該画像読み取り装置の有効読み取り長と同等以上の長さに、長手方向に直線状に配置されている。センサ基板９は、センサＩＣ８やその他の電子部品を載置する基板である。信号処理ＩＣ１０は、センサＩＣ８により受光した光電変換出力などを信号処理するものであり、ＣＰＵやＲＡＭと連動して信号処理をおこなうＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。信号処理ＩＣ１０は、他の部品とともにセンサ基板９に載置される。外部コネクタ１１は、センサＩＣ８の光電変換出力やその信号処理出力を含む入出力信号インターフェース用として用いるものである。

筐体７は、導光体２、ホルダ３、散乱反射体４、透明平板５、集光光学系６、センサ基板９、および基板１２を収納または保持するもので、金属または少なくとも一部領域が遮光性のある樹脂などで構成されたものである。

図３は、本実施の形態の照明装置の動作を説明するための図であり、導光体２内部の光の伝搬を説明する導光体長手方向（主走査方向）端部の部分断面図である。図３において、矢印が光線の進行を示す。光源２１はＬＥＤチップ等により構成され、通常、可視光を発するもの、または赤外光、紫外光などを発するものが用いられる。基板１２は光源２１を載置し、光源２１を駆動する電極パターン、電源供給用の入力端子などを有する。光源２１から出射した光は、光入射端面２ｃから導光体２に入射し、導光体２の内部を反射しながら長手方向に伝搬する。

光散乱領域２ｂは、その形成領域に粗面加工したもの、鋸歯状のプリズム形状加工、またはピラミッド状のエンボス形状加工したものとして構成することができる。特にプリズム形状加工やエンボス形状加工を用いる場合においては、導光体２の成型時に同時に一体成型することが可能である。

一般に、導光体２の光入射端面２ｃから光を入射させる方式の照明は、光散乱領域２ｂを長手方向に均一な構成にすると、光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂで散乱反射される光量が高くなり、光入射端面２ｃから遠い領域の光量が低下するため、原稿１に照射される照度分布は不均一なものとなる。そこで、光散乱領域２ｂを調整することで、均一な照度分布を作る。具体的には、光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂのプリズムの間隔を広くすることで、光入射端面２ｃ付近において散乱反射される光量を低くし、光入射端面２ｃから遠ざかるにつれて光散乱領域２ｂのプリズムの間隔を狭くすることで散乱反射される光量を高くしている。

但し、光入射端面２ｃ付近は、光源２１から導光体２に入射した光が直接、または反射された回数の少ない状態で光散乱領域２ｂに当たる割合が大きいため、光散乱領域２ｂに入射する光線の角度には偏りがある。光散乱領域２ｂに入射する角度によって散乱反射光の指向性は異なるため、光入射端面２ｃ付近は光源の配置および出射特性による影響が大きく、照度分布が不均一になりやすい。

図４は、本実施の形態の照明装置の光散乱領域または散乱反射体で反射された光の経路を説明する部分断面図であり、散乱反射体４の効果を説明するための図である。図４のように、光散乱領域２ｂに当たった光は、一部が反射され一部が散乱領域２ｂから導光体２外部に透過する。散乱反射体４は、光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂから導光体２外部に透過した光を散乱反射して導光体２に再入射させる役目を担う。散乱反射体４を白色樹脂などの比較的均等な拡散反射が得られる材料で形成することで、散乱反射体４を設けた長手方向１０〜２０ｍｍ範囲における光線の方向が適度に拡散され、導光体２からの出射光について、出射方向の偏りが軽減される。散乱反射体４を設けない範囲では、光反射領域２ｂから透過した光は、筐体７に当たる。筐体７を黒色樹脂など反射率の低い材料とすると、光散乱領域２ｂから透過した光が導光体２に再入射する割合は、散乱反射体４を設置した領域より少なくなる。

このように、照度が低下しやすく、且つ光の出射方向に偏りがある光入射端面２ｃ付近において、導光体２へ再入射する光を増加させ、出射光の指向性を緩和することにより、広範囲で均一な照度を得ることができる。この結果、画像読取装置において、むらの少ない画像読み取りが可能となる。また、光散乱領域２ｂについては、光の散乱特性を改善するために、微細パターンの表面に１〜３μｍの微細凹凸部を設ける必要が無く、１００μｍ前後の単純な形状を採用することが可能であるため、成型性は損なわれない。

なお、図１に示す画像読み取り装置では、集光光学系６を挟んで２台の照明装置を設置している。このような構成とすることで、原稿１を２方向から照明することができ、原稿１に折れ目がある場合でも影となる部分の発生を抑制できるという効果がある。また、図１に示す画像読み取り装置を透明平板５が対向するように２台設置すれば、原稿１の両面を同時に読み取ることが可能となる。

以上のように本発明の照明装置は、光を出射する光源２１と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域２ｂで散乱反射して外部に出射する棒状の導光体２と、導光体２の端部の光散乱領域２ｂを覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体２に再入射させる散乱反射体４とを備えたので、部品の成型性を損なうことなく、長手方向に広い範囲で均一な照度分布を得ることができる。

また、本発明の画像読み取り装置は、原稿１が配置される透明平板５と、原稿１に光を照射する照明装置と、原稿１から反射された光又は原稿１を透過した光を集光する集光光学系６と、集光光学系６で集光された光を受光して光電変換により電気信号に変換する受光部とを備え、照明装置は、光を出射する光源２１と、端面から入射する光を側面の一部に延在する光散乱領域２ｂで散乱反射して外部に出射する棒状の導光体２と、導光体２の端部の光散乱領域２ｂを覆い光散乱領域を透過した光を散乱反射させて導光体２に再入射させる散乱反射体４とを備えたので、むらの少ない画像読み取りが可能となる。

さらに、本発明の照明装置及び画像読み取り装置は、導光体２の端部に前記光源２１を保持するホルダ３を備え、ホルダ３と散乱反射体４とを一体成型することも可能であり、この場合には部材の増加を抑えることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による照明装置は、本発明の実施の形態１による照明装置について、散乱反射体４を反射率が波長依存性を持つ材料により構成し、発光波長の異なる複数種類の光源を設置したものである。

図５は、本実施の形態に関する照明装置の波長の異なる光が光散乱領域または散乱反射体で反射された場合の経路を説明する部分断面図であり、波長の異なる光源２２と光源２３を配置した場合の照明装置の部分断面図である。散乱反射体４は、光源２３の発する光の波長に対しては高い反射率を有し、光源２２の発する光の波長に対しては反射率の低い材料で構成されているものとする。図５において、破線で示す光線ｉは、光源２３から導光体２内部に入射した光線を表し、点線で示す光線ｉｉは、光源２２から導光体２内部に入射した光線を表す。光線ｉは、図４と同様に、光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂから導光体２外部に透過した場合、散乱反射体４で散乱反射されて導光体２に再入射する。一方、光線ｉｉは、光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂから導光体２外部に透過した場合、散乱反射体４で吸収される割合が多く、導光体２内部に再入射する光量は少ない。つまり、光入射端面２ｃ付近の出射光の指向性緩和の効果、及び照度増加を波長ごとに調整することが可能である。

図６は、本実施の形態に関する散乱反射体の分光反射率曲線であり、散乱反射体４の材料として用いる白色樹脂の分光反射率曲線の例を表した図である。図６のように、白色樹脂は、すべての波長に対して一様な反射率を有するものではなく、波長によって反射率が異なり、特に、紫外光や赤外光など可視光以外の波長に対しては、吸収体又は透過体として機能することがある。図６に示す白色樹脂は、可視光以上の波長では反射率が高く、低波長側では反射率が低下しており、可視光波長λａの光に対しては高反射材料として機能し、紫外波長λｂの光は殆ど反射せず、吸収体として機能する。

図７は、本実施の形態に関する画像読み取り装置の原稿上照度分布であり、可視光源２４と紫外光源２５を配置した場合の本実施の形態の画像読み取り装置の長手方向断面図と、波長ごとの照度分布を表した図である。まず、散乱反射体４が無い状態で、図７中の破線のように、可視光の照度分布が光入射端面２ｃ付近で低下するように、可視光源２４を配置し、また、紫外光の照度分布が光入射端面２ｃ付近でも低下しないように、紫外光源２５を配置する。上記のように光源の配置を行った状態で、図６に示す分光反射率を有する散乱反射体４を設けると、可視光は、光入射端面２ｃ付近の照度が増加し、照度が均一となる範囲を拡大することができる。一方、紫外光は、光入射端面２ｃ付近の照度が殆ど変化しないため、散乱反射体４を設けない場合と同様の照度均一性を保つことができる。その結果、可視光、紫外光ともに、広範囲で均一な照度分布を得ることができる。

図８は、可視光源と紫外光源の配置例を表した図である。図８においては、可視光源２４として赤色光源２４ａ（Ｒ）を２個、緑色光源２４ｂ（Ｇ）を３個、青色光源２４ｃ（Ｂ）を３個、また、紫外光源２５（ＵＶ）を４個配置した場合を表しているが、光源の種類、及び数量は、用途及び目的によって変更可能であり、この組合せに限定されるものではない。光源を比較的広範囲に配置すると、出射光の方向における偏りは軽減されるため、散乱反射体４における反射率が低い紫外光源２５（ＵＶ）は、可視光源と比較して広範囲にばらけさせて配置される。一方、散乱反射体４における反射率の高い波長の光を発する可視光源２４ａ（Ｒ）、２４ｂ（Ｇ）、２４ｃ（Ｂ）は、光源付近の照度が低くなるように、光散乱領域２ｂの近くに配置する。なお、導光体２の形状を直径４ｍｍの円筒型、光散乱領域２ｂの短手方向長さを１ｍｍ、光散乱領域２ｂに形成する微細パターンを１００μｍ前後の三角柱型のプリズムとした場合においては、図８のように配置することで、長手方向長さ１５ｍｍ、短手方向長さ２ｍｍの散乱反射体４を設置することによって、R、G、B、UVともに、広範囲で均一な照度分布を得ることができた。

以上のように、本発明の照明装置及び画像読取装置における光源は、発光波長の異なる複数の光源から構成することもでき、この場合には発光波長の異なる複数の光を照明装置から照射可能となる。さらに、発光波長の異なる複数の光源は、可視光源と紫外光源とから構成することもでき、この場合には可視光と紫外光を照明装置から照射可能となる。

また、本発明の照明装置及び画像読取装置において、散乱反射体４は、波長により反射率が異なる材料で構成することもでき、この場合には散乱反射体４における反射特性を波長により異なるものとすることができる。さらに、散乱反射体４は、可視光に対する反射率と比較して紫外光に対する反射率が低い材料で構成することもでき、この場合には散乱反射体４における反射特性を可視光と紫外光で異なるものとすることができる。

また、紫外光源は、前記導光体２の端面から見て可視光源と比較して広範囲に配置することもでき、この場合には紫外光の出射光の方向における偏りは軽減される。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３による照明装置は、本発明の実施の形態１又は２による照明装置について、散乱反射体４に微細加工部４ａを形成したものである。

図９は、本実施の形態の照明装置の光散乱領域または散乱反射体で反射された光の経路を説明する部分断面図である。光入射端面２ｃ付近の光散乱領域２ｂから導光体２外部に透過した光は、散乱反射体４に形成された微細加工部４ａに当たり、散乱反射されて導光体２内部に再入射する。微細加工部４ａの形状、及び微細加工部４ａを形成する間隔を調整することで、導光体２に再入射する散乱反射光の指向性を調整することが可能である。微細加工部４aは、１００〜１０００μｍ程度の大きさで、且つ単純な形状としてよく、成型性は損なわれない。また、微細加工部４ａにより、平板での散乱反射と異なる特性を与えることが可能である。

図１０、図１１及び図１２は、本実施の形態の照明装置の別例の部分断面図である。図１０のように、筐体７を白色樹脂など散乱反射体４と同等の反射率を有する材料で形成した場合、または、図１１のように、筐体７上に白色テープ３１など散乱反射体４と同等の反射率を有する反射部材を設置した場合、もしくは、図１２のように、散乱反射体４を長手方向２０ｍｍ以上に延長した場合においても、光入射端面２ｃ付近とそのほかの領域とで、出射光の指向性緩和効果、及び照度向上効果に差をつけることが可能である。また、微細加工部４ａの形状により散乱反射特性を調整可能であるため、散乱反射体４は、鏡面加工した金属など、指向性の強い反射特性を有する材料で構成することも可能である。

以上のように、本発明の照明装置及び画像読取装置において、散乱反射体４は、光散乱領域２ｂに対向する面に凹凸形状を形成することもできる。この場合には微細加工の形状及び配置によって、導光体に再入射する光線の指向性を調整することが可能とり、設計自由度が高まる。

１ 原稿（被照射体）、１ａ 照射部、
２ 導光体、２ａ 光出射部、２ｂ 光散乱領域、２ｃ 光入射端面、
３ ホルダ、４ 散乱反射体、４ａ 微細加工部、
５ 透明平板、６ 集光光学系（ロッドレンズアレイ）、
７ 筐体、８ センサＩＣ、９ センサ基板、
１０ 信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）、１１ コネクタ（外部コネクタ）、
１２ 基板、
２１、２２、２３ 光源（ＬＥＤ）、２４ 可視光源、
２４ａ 赤色光源、２４ｂ 緑色光源、２４ｃ 青色光源、
２５ 紫外光源、
３１ 白色テープ。

Claims (11)

1. 光を出射する光源と、
   端面から入射する前記光を側面の一部に延在する光散乱領域で散乱反射して外部に出射する棒状の導光体と、
   前記導光体の端部の前記光散乱領域を覆い前記光散乱領域を透過した光を散乱反射させて前記導光体に再入射させる散乱反射体とを備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記光源を保持するホルダを備え、
   前記ホルダと前記散乱反射体とは、一体成型されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源は、発光波長の異なる複数の光源から構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記複数の光源は、可視光源と紫外光源とから構成されたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記散乱反射体は、波長により反射率が異なる材料で構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の照明装置。
6. 前記散乱反射体は、可視光に対する反射率と比較して紫外光に対する反射率が低い材料で構成されたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
7. 前記紫外光源は、前記導光体の端面から見て前記可視光源と比較して広範囲に配置されたことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記散乱反射体は、前記光散乱領域に対向する面に凹凸形状を形成したことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 原稿が配置される透明平板と、
   前記原稿に光を照射する請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記原稿から反射された前記光又は前記原稿を透過した前記光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系で集光された前記光を受光して光電変換により電気信号に変換する受光部とを備えたことを特徴とする画像読み取り装置。
10. 前記集光光学系を挟んで２台の前記照明装置を設置したことを特徴とする請求項９に記載の画像読み取り装置。
11. 前記透明平板同士を対向させて請求項９または１０に記載の画像読み取り装置２台を設置したことを特徴とする画像読み取り装置。