JP3792807B2

JP3792807B2 - 線状照明装置

Info

Publication number: JP3792807B2
Application number: JP30648196A
Authority: JP
Inventors: 哲朗中村; 栄一郎田中; 隆彦村田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2016-11-18
Also published as: JPH10150526A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学的画像読取装置において原稿面を主走査方向に線状に照明する線状照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の線状照明装置を便宜上、光学的画像読取装置を例にとって説明する。
【０００３】
近年、光学的画像読取装置は、ファクシミリ，スキャナー，バーコードリーダー等の読取装置として広く使用されており、この種の装置の原稿照明系には発光ダイオード(ＬＥＤ)チップを一列状に並べたＬＥＤアレイが使用されている。
【０００４】
以下図面を参照しながら、上記した従来の光学的画像読取装置に使用されている線状照明装置の一例について説明する。
【０００５】
図５は従来の光学的画像読取装置の構造図を示すものである。図５において、41は原稿、42は原稿を照射する線状照明装置としてのＬＥＤアレイ、43は原稿で反射した光情報を正立等倍で導くロッドレンズアレイ、44はロッドレンズアレイ43により導かれた光情報を取り込み電気信号に変換する光電変換素子アレイである。また、図６は従来のＬＥＤアレイ42の構成を示した外観斜視図であり、回路導体層を施した基板51上にＬＥＤチップ52を複数個、直線状に所定間隔を置いて並べて配置してある。
【０００６】
以上のように構成された光学的画像読取装置及び線状照明装置に関して、以下にその動作を説明する。
【０００７】
まず、ＬＥＤアレイ42からの光を読取るべき原稿41に照射し(矢印ａ)、その原稿光をロッドレンズアレイ43で正立等倍で光電変換素子アレイ44に導き、電気信号に変換して原稿読取りを行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成の線状照明装置(ＬＥＤアレイ)42では、ＬＥＤチップ52の指向特性のため、照明効率が低く(副走査方向に広がる)、また原稿面照度のばらつきが大きくなるため、画像読取りの性能を低下させていた。また原稿41からＬＥＤアレイ42までは、ある程度距離をおく必要があり、ユニット自体のサイズも大きなものとなり、さらに数多くのＬＥＤチップを使用するためコストアップの要因となっていた。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑み、原稿面への照度効率が高く、照度のばらつきが小さい線状照明装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決し、目的を達成するために本発明の線状照明装置は、光源を一端部に備えた接続部が、光を拡散反射する光拡散層を外周部分に有し、かつ光源から導光体の一端部へ直接入射する入射光のすべてを導光体外壁で全反射させる径と長手方向の長さとを有し、前記導光体の他端部分の外周に光拡散層を設けた構成であり、これにより、接続部から直接導光体へ入射した殆ど全ての光成分が導光体の側面で全反射し、また、接続部の側面に到達する光成分は、光拡散層により拡散され、その大部分を導光体へ入射できる。もしこの光拡散層がなければ、光は接続部の側面から直接外側へ出射され、接続部の直下での原稿面の照度が著しく高くなり照度ばらつきが大きくなってしまう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の線状照明装置は、原稿照明幅(主走査方向)の長さを持つ透光性材料からなる導光体を用い、この導光体の長手方向の一側表面に光屈折及びまたは反射領域を多数の三角波により形成し、導光体の端部表面 (一端)に光源を配置し、導光体に入射した光束を光屈折及びまたは反射領域で曲げて、対応する導光体の他一側表面から出射させ、線状を照明する構成としたものである。
【００１２】
その結果、光伝送効率を向上させ原稿面照度を上げるとともに、原稿面照度のばらつきを抑えることができ、さらに画像読取りの性能を向上させることができる。また、ＬＥＤアレイから原稿面までの距離を短くすることができ、ＬＥＤチップ数の削減による低コスト化を可能にするとともに、光学的原稿読取装置自体の小型・軽量化も実現可能とする。
【００１３】
以下、本発明の線状照明装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態を説明するための参考例における線状照明装置の構成を示す図であり、図１(a)，(b)，(c)は、各々線状照明装置の側面断面図，平面図，正面Ａ−Ａ’断面図である。図１において、１は、透光性材料よりなり、両端から中央部へ行くに従い断面積(円の径)が小さくなるように構成した導光体、２は導光体１の長手方向の一側表面に設けられた多数の三角波からなる光屈折／反射領域で、その一部の拡大図を丸印破線内に示す。３は回路基板、４は発光ダイオード(ＬＥＤ)素子、５は回路基板の表面上に形成した凹反射面、６は発光ダイオード(ＬＥＤ)素子４からの光を導光体１に導く接続部、７は接続部６の外周に形成された光拡散層である。
【００１５】
以上のように構成された参考例に係る線状照明装置について、さらに具体的に説明する。まず、厚み0.6〜2.0mmのＡl基板の上に絶縁層を100μm程度形成し、その上に銅箔(厚み35〜70μm)を貼り、エッチングにより回路を形成し、その上に金(Ａu)を0.3μm程度電解(または無電解)メッキにより形成して回路基板３を作製する。次に、凸金型によるスタッピング法により回路基板３の表面に凹反射面５を形成する。この凹反射面の形状としては、逆円錐台形が効率よく発光ダイオード(ＬＥＤ)素子４からの光を前方へ、しかも必要な角度分布で放射することができたので採用した。
【００１６】
次にダイマウンターを用いて、発光ダイオード(ＬＥＤ)素子４を回路基板３に凹反射面５の逆円錐台形の底面上に実装する。発光ダイオード(ＬＥＤ)素子４としては、モノクロ画像読取用としてはＧaＰまたは高輝度のものが必要な場合には４元系の例えばＡlＧaInＰ等の緑色のベアチップを用いる。また、カラー画像読取用の線状照明装置の場合にはＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)の３色のＬＥＤチップを並べて実装すればよい。このようにして光源部を作製する。
【００１７】
次に、導光体１及びこれに設けられている光屈折／反射領域２である多数の三角波面及び接続部６に関しては、透明樹脂によるインジェクション成形により一体で作製する。光屈折／反射領域２である多数の三角波面は、導光体１の凹溝底面に形成される構成をとっている。透明樹脂の材料としては、透光性，耐熱性，インジェクション成形時の樹脂の流れ性を考慮すると、耐熱アクリル、ポリカーボネイト、非晶質ポリオレフィン等が適している。さらに、接続部６の外周の透明シリコン樹脂にＴiＯ₂を混ぜ合わせた拡散材を塗布して光拡散層７を形成する。この光拡散層７に関しては、白色樹脂で作製したキャップを差し込んで構成してもよい。これで導光体部が完成する。
【００１８】
最後に、光源部と導光体部を、導光体材料と同じ屈折率(約1.5)の透明樹脂を介して接続する。この透明樹脂に関しては、エポキシ系や変性アクリレート系のＵＶ硬化型樹脂を用いた。
【００１９】
このようにして作製した参考例に係る線状照明装置の動作原理及び特性について図２を参照しながら説明する。図２は図１における線状照明装置の側面断面図(a)の拡大図であり、光の進む様子を矢印ｂで示したものである。
【００２０】
次に動作を説明すると、発光ダイオード(ＬＥＤ)素子４から放出された光のうち、発光角度が前方に出射した光成分ｂ₁は直接接続部６に入射し、横方向に出射した光成分ｂ₂は、凹反射面５で反射されて接続部６に入射する。この接続部６に入射した光成分のうち、直接導光体１に入射した光成分ｂ₃は、全て導光体１の側面で全反射を繰り返しながら、いずれ光屈折／反射領域２に到達し、ここで屈折または反射されることにより急激に角度を曲げられ、これに対向する他側面から下方へと出射され、原稿面を照射する。接続部６から直接導光体１へ入射した殆ど全ての光成分が導光体１の側面で全反射するように、接続部６の径をＤ、接続部６の長さをＬ、接続部６及び導光体１の屈折率をｎLGとすると、
【００２１】
【数２】
Ｌ＞（Ｄ／２）ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（１／ｎＬＧ））
なる条件を満たすように、各々ディメンジョンを決定している。
【００２２】
接続部６に入射した光のうち、この接続部６の側面に到達する光成分ｂ₂は、光拡散層７により拡散され、その大部分を導光体１へ入射できるようにしている。この導光体１へ入射した光の成分ｂ₃は、同じく導光体１の側面から直接出射するか、または何回か側面で全反射を繰り返しながら光屈折／反射領域２に到達し、急激に角度を曲げられ、導光体１から下方へ出射して原稿を照明する。もしこの光拡散層７がなければ、光は接続部６の側面から直接外側へ出射され、接続部６の直下での原稿面の照度が著しく高くなり照度ばらつきが大きくなってしまう。
【００２３】
このような動作原理に基づき、Ａ４サイズ用の線状照明装置を作製しその特性を評価した。
【００２４】
これにより、ＬＥＤ素子(ＧaＰ、λ＝565nm)が４素子で、原稿面照度300lux、照度ばらつき約10％を実現した。これを従来のＬＥＤアレイと比較するとＬＥＤ素子数を約１／６に削減することができ、また照明装置から原稿面までの距離では、従来ＬＥＤアレイが約８〜10mm程度必要であったのが、本線状照明装置では1.5mmに近づけても十分照度ばらつきを抑えることができた。これにより、50％は低コスト化を実現することができるとともに、本線状照明装置を搭載した画像読取装置自体の、そのサイズを約半分にすることができた。
【００２５】
また、赤色ＬＥＤ(ＧaＡlＡs)素子、純緑色ＬＥＤ(ＧaＮ)素子、青色ＬＥＤ(ＧaＮ)素子を各々１素子ずつ実装し、赤→緑→青と順次点灯することにより光源切替型のカラー画像読取装置用の線状照明装置も実現できた。
【００２６】
（実施の形態）
図３は本発明の実施の形態における線状照明装置の構成図であり、図３(a)，(b)，(c)は、各々線状照明装置の側面断面図、平面図、正面Ｂ−Ｂ’断面図である。図３において、21は導光体、22は導光体21の長手方向の一側表面に設けられた多数の三角波面からなる光屈折／反射領域、23は回路基板、24は発光ダイオード(ＬＥＤ)素子、25は回路基板23の表面上に形成した凹反射面、26は発光ダイオード(ＬＥＤ)素子24からの光を導光体21に導く接続部、27は接続部26の外周に形成された光拡散層、28は他端部、29は他端部28の外周に形成された光拡散層、30は他端面に形成された光反射層である。なお、導光体21は図３に示すように左端の光拡散層27側から右端の光拡散層29側に向けて次第に大きさが小さくなるように形成されている。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態に係る線状照明装置について、さらに具体的に説明する。まず、厚み0.6〜2.0mmのＡl基板の上に絶縁層を100μm程度形成し、その上に銅箔(厚み35〜70μm)を貼り、エッチングにより回路を形成し、その上に金(Ａu)を0.3μm程度電解(または無電解)メッキにより形成して回路基板23を作製する。次に凸金型によるスタンピング法により回路基板23の表面に凹反射面25を形成する。この凹反射面の形状としては、逆円錐台形が効率よく発光ダイオード(ＬＥＤ)素子24からの光を前方へ、しかも必要な角度分布で放射することができたので採用した。
【００２８】
次に、ダイマウンターを用いて、発光ダイオード(ＬＥＤ)素子24を回路基板23上の凹反射面25の逆円錐台形の底面上に実装する。発光ダイオード(ＬＥＤ)素子24としては、モノクロ画像読取用としてはＧaＰまたは高輝度のものが必要な場合には４元素の例えばＡlＧaInＰ等の緑色のベアチップを用いる。また、カラー画像読取用の線状照明装置の場合にはＲ(赤)，Ｇ(緑)，Ｂ(青)の３色のＬＥＤチップを並べて実装すればよい。このようにして光源部を作製する。
【００２９】
次に、導光体21及びこれに設けられている光屈折／反射領域22である多数の三角波面及び接続部26及び他端部28に関しては、透明樹脂によるインジェクション成形により一体で作製する。光屈折／反射領域22である多数の三角波面は、導光体21の凹溝底面に形成される構成をとっている。透明樹脂の材料としては、透光性，耐熱性，インジェクション成形時の樹脂の流れ性を考慮すると、耐熱アクリル，ポリカーボネイト，非晶質ポリオレフィン等が適している。さらに、接続部26及び他端部28の外周には、透明シリコン樹脂にＴiＯ₂を混ぜ合わせた拡散材を塗布して光拡散層27及び光拡散層29を形成する。この光拡散層27及び29に関しては、白色樹脂で作製したキャップを差し込んで構成してもよい。次に、他端面にＡlの蒸着またはディッピングで光反射層30を形成する。この光反射層に関しては、Ａl箔を透明接着剤で貼付たＡlテープを貼付ることによって形成してもよい。これで導光体部が完成する。
【００３０】
最後に、光源部と導光体部を、導光体材料と同じ屈折率(約1.5)の透明樹脂を介して接続する。この透明樹脂に関しては、エポキシ系や変性アクリレート系のＵＶ硬化型樹脂を用いた。
【００３１】
このようにして作製した本実施の形態に係る線状照明装置の動作原理及び特性について図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図４は図３における線状照明装置の他端側の側面断面図(a)の拡大図であり、光の進む様子を矢印ｃで示したものである。
【００３３】
次に動作を説明すると、発光ダイオード(ＬＥＤ)素子24から放出された光のうち、発光角度が前方に出射した光成分は直接接続部26に入射し、横方向に出射した光成分は、凹反射面25で反射されて接続部26に入射する。接続部26に入射した光のうち、直接導光体21に入射した光成分は、すべて導光体21の側面で全反射を繰り返しながら、いずれ光屈折／反射領域22に到達し、ここで屈折または反射されることにより急激に角度を曲げられ、これに対向する他側面から下方へと出射され原稿面を照射する。接続部26から直接導光体21へ入射した殆ど全ての光成分が導光体21の側面で全反射するように、接続部26の径をＤ，接続部26の長さをＬ，接続部26及び導光体21の屈折率をｎLGとすると、
【００３４】
【数３】
Ｌ＞（Ｄ／２）ｔａｎ（ｓｉｎ^-1（１／ｎＬＧ））
なる条件を満たすように、各々ディメンジョンを決定している。
【００３５】
接続部26に入射した光のうち、この接続部26の側面に到達する光成分は、光拡散層27により拡散され、その大部分を導光体21へ入射できるようにしている。この導光体21へ入射した光成分は、同じく導光体21の側面から直接出射するか、または何回か側面で全反射を繰り返しながら光屈折／反射領域22に到達し、急激に角度を曲げられ、導光体21から下方へ出射して原稿を照明する。もしこの光拡散層27がなければ、光は接続部26の側面から直接外側へ出射され、接続部26の直下での原稿面の照度が著しく高くなり照度ばらつきが大きくなってしまう。
【００３６】
また、導光体21に入射した光成分のうち全反射を繰り返して他端部28まで到達した光成分ｃ₁は、光反射層30で再度全反射された光成分ｃ₂となって導光体21に戻り再利用されるか、または光拡散層29で拡散されて再利用されて、損失なく原稿面照射に利用される。
【００３７】
このような動作原理に基づき、Ａ４サイズ用の線状照明装置を作製しその特性を評価した。
【００３８】
これにより、ＬＥＤ素子(ＧaＰ、λ＝565nm)が３素子で、原稿面照度280lux、照度ばらつき約10％を実現した。これを従来のＬＥＤアレイと比較すると、ＬＥＤ素子数を約１／８に削減することができ、また照明装置から原稿面までの距離では、従来ＬＥＤアレイが約８〜10mm程度必要であったのが、本線状照明装置では1.5mmに近づけても充分照度ばらつきを抑えることができた。これにより、60％の低コスト化を実現できるとともに本線状照明装置を搭載した画像読取装置ではそのサイズを約半分にすることができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、原稿面への照度効率が高く照度ばらつきが小さい線状照明装置を可能とし、低コストで、高品質、高分解能で画像を読み取れる小型・軽量の光学的画像読取装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための参考例における線状照明装置の構成図である。
【図２】図１における線状照明装置の側面断面図(a)の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態における線状照明装置の構成図である。
【図４】図３における線状照明装置の他端側の側面断面図(a)の拡大図である。
【図５】従来の光学的画像読取装置の構造を示した外観斜視図である。
【図６】従来のＬＥＤアレイの構成図である。
【符号の説明】
１，21…導光体、２，22…光屈折／反射領域、３，23…回路基板、４，24…発光ダイオード(ＬＥＤ)素子、５，25…凹反射面、６，26…接続部、７，27，29…光拡散層、 28…他端部、 30…光反射層。

Claims

透光性材料からなる導光体と、前記導光体の長手方向の一側表面に設けられた光屈折及びまたは反射領域と、前記導光体の一端部に設けられた接続部と、前記接続部の一端部に設けられた光源とを備え、前記光源から放出された光を前記導光体内部に入射させ、前記光屈折及びまたは反射領域で屈折及びまたは反射した光が、前記導光体の前記光屈折及びまたは反射領域に対向する長手方向の他側表面から外部に出射する線状照明装置において、
前記接続部は、光を拡散反射する光拡散層を外周部分に有し、かつ前記光源から前記導光体一端部へ直接入射する入射光のすべてを前記導光体外壁で全反射させる径と長手方向の長さとを有し、
前記導光体の他端部分の外周に光拡散層を設けたことを特徴とする線状照明装置。
前記光拡散層が白色樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の線状照明装置。
前記接続部の径をＤ，長さをＬ，前記導光体の屈折率をｎＬＧとしたとき、

なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２記載の線状照明装置。
前記導光体は、前記光源が配置された一端面から他端面に向かって、端面に平行な断面の断面積が次第に小さくなり、他端面において最小断面積となるように形成したことを特徴とする請求項１または３記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面に平行な切断面の形状が全ての切断面において全て相似形であることを特徴とする請求項１，３または４記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面に平行な断面の形状が実質的に円であることを特徴とする請求項１，３または４記載の線状照明装置。
前記導光体の光が出射する長手方向の一側面が前記光源が配置された一端面に対して垂直な面であることを特徴とする請求項５記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面に平行な断面である各円の円周の光屈折及びまたは反射領域に対向する一点が上記一端面に垂直な１直線に並ぶことを特徴とする請求項６記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面から長手方向へ一定距離だけ光屈折及びまたは反射面がない構造を有することを特徴とする請求項６，７または８記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面に平行な断面形状が前記一端面から長手方向へ一定距離だけ同形状な構造であることを特徴とする請求項６，７または８記載の線状照明装置。
前記導光体の前記光源が配置された一端面に平行な断面形状が前記一端面から長手方向へ一定距離だけ同形状であり、かつ光屈折及びまたは反射領域がない光源との接続部をもつ構造であることを特徴とする請求項６，７または８記載の線状照明装置。