JP4130054B2

JP4130054B2 - 棒状導光体、棒状導光体を組み込んだライン照明装置およびライン照明装置を組み込んだ密着型イメージセンサ

Info

Publication number: JP4130054B2
Application number: JP2000232557A
Authority: JP
Inventors: 誠池田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002051189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密着型イメージセンサ（画像読取装置）に用いる導光体およびその導光体を組込んだライン照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密着型イメージセンサは、縮小光学系イメージセンサと比較して部品点数が少なく、光学構成要素のセンサとレンズアレイとを近接して配置できるため比較的薄くできるメリットがある。このため、密着型イメージセンサは、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等で原稿を読み取るための装置として用いられている。
【０００３】
図１２は先に本発明者らが開発した密着型イメージセンサの断面図、図１３は同密着型イメージセンサで用いられている導光体の斜視図である。
密着型イメージセンサ１０１は筺体１０２を備え、この筺体１０２内にライン照明装置１１０を組み込み、また、筺体１０２内にレンズアレイ１０５を配置し、更に、筺体１０２の下部にラインイメージセンサ（光電変換素子）１０６を設けた基板１０７を取り付けてなる。ライン照明装置１１０は、導光体１０３と、導光体ケース１０４と、図示しないＬＥＤ等を備えた発光源基板とからなる。
【０００４】
上記密着型イメージセンサ１０１は、導光体１０３の出射面１０３ａから出射された照明光を、カバーガラス１０８を通して原稿の読取面に入射せしめ、その反射光をレンズアレイ１０５を介してラインイメージセンサ１０６にて検出することで、原稿を読み取る。
【０００５】
上記導光体１０３はガラスや透明樹脂にて形成され、図１３に示すように、長さ方向に直交する方向の断面形状が略１／４楕円で、長さ方向に沿った側面は、楕円の短軸方向と平行な出射面１０３ａと、楕円の長軸方向と平行な面１０３ｂと、反射曲面１０３ｃとを備える。楕円の長軸方向と平行な面１０３ｂに、白色塗料の印刷等によって光散乱パターン１０３Ｐを形成している。上記導光体１０３は、長さ方向の端面から入射される照明光を内面で反射させながら長さ方向へ導光するとともに、光散乱パターン１０３Ｐで散乱した散乱光を反射曲面１０３ｃで反射させて出射面１０３ａから出射せしめる。ここで、導光体１０３の端面からの距離に対応して光散乱パターン１０３Ｐの面積を変化させることで、出射面１０３ａからの出射光の強度が導光体１０３の長さ方向に亘って均一になるようにしている。
【０００６】
そして、上記導光体１０３を、図１２に示したように、白色の導光体ケース１０４に出射面１０３ａが露出するように装着する。このように、導光体１０３を導光体ケース１０４で覆うことで、外部に漏れた光を導光体ケース１０４で反射させ、導光体１０３の内部に戻すことで、散乱光の損失を低減し、これにより出射光の強度を向上させている。また、光散乱パターン１０３Ｐは、楕円の長軸方向と平行な面１０３ｂで焦点近傍位置に形成されている。これにより、光散乱パターン１０３Ｐによって散乱された光が反射曲面１０３ｃで反射され、原稿読取面に集光されるので、原稿読取面の光強度を向上させることができる。
【０００７】
そして、導光体ケース１０４の一端または両端にＬＥＤ等からなる発光源を備えた発光源基板（図示しない）を取り付けて、導光体１０３と導光体ケース１０４と発光源基板とからなるライン照明装置を構成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置は、原稿面に浮きがない状態で照明光量が最大になるよう設定されている。このため、原稿の折り目や見開き部分等により原稿面が浮き上がった場合に照明光量が低下し、ラインイメージセンサ１０６で読み取った画像に不自然な陰影が生ずる。
【０００９】
図１４は上記した密着型イメージセンサの光強度特性を示すグラフである。図１４において横軸はレンズアレイ１０５の焦点距離（ガラス板１０８上面にある）を原点とした副走査方向の変位を示しており、縦軸は各点で測定した光強度をしめす。
各曲線のパラメータはガラス板表面から上方への距離（0.0ｍｍはガラス板表面）を意味する。つまり、図１４のデータは装置のラインセンサを用いて測定したものではなく、ガラス板上方に別にセンサを配置して測定したものである。したがって、「原稿面が○○ｍｍ浮き上がったときの光出力特性」とは、正確には「原稿面が○○ｍｍ浮き上がった状態に相当する、ガラス板上側表面から上方○○ｍｍの距離に光センサを置いて測定した光出力特性」のことであるが、説明を簡明にするため、以後は「原稿面が○○ｍｍ浮き上がったときの光出力特性」のように記載する。
【００１０】
即ち、図１４において、原稿面に浮きがない状態で光強度が最大となる位置（導光体１０３から出射された照明光が原稿面で収束される位置）を副走査方向変位０とし、この位置よりも導光体１０３側をマイナスの値で、反対側をプラスの値で示している。黒丸印は原稿面がカバーガラス１０８に密着しているときの光出力特性、四角印は原稿面が０．５ｍｍ浮き上がったときの光出力特性、三角印は原稿面が１ｍｍ浮き上がったときの光出力特性、×印は原稿面が１．５ｍｍ浮き上がったときの光出力特性、丸印は原稿面が２．０ｍｍ浮き上がったときの光出力特性である。
【００１１】
上述した密着型イメージセンサでは、副走査方向変位が０の位置にレンズアレイ１０５の光軸を配置し、その光軸上にラインイメージセンサ１０６の受光面を配置している。このため、図１４のグラフに示したように、原稿が１ｍｍ浮き上がると照明光量（読み取り光量）は２０％以上低下する。したがって、原稿面のたわみやしわ、折り目やページ見開き部分等には照度ムラが生じてしまい、単なる白色原稿でも極端な場合はエンボス加工したような画像になってしまう。
【００１２】
導光体の反射曲面（楕円面）を充分に大きくすれば相対的に散乱パターンが小さくなるので、散乱パターンをロッドレンズの光軸上に結像できるため、より理想的な光強度分布が得られるが、密着型イメージセンサが大型になってしまう。
【００１３】
本発明はこのような課題を解決するためになしたもので、原稿面が浮き上がった場合でも読み取り画像の劣化が少ない導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、端面から入射した照射光を内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめるようにした棒状導光体において、この棒状導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状は略１／４楕円の長軸側先端を面取りしてなり、この棒状導光体の長さ方向に沿った側面は、楕円の短軸方向と平行な出射面と、楕円の長軸方向と平行な面と、略１／４楕円の長軸側先端を面取りした面に光散乱パターンを形成した光散乱面と、光散乱パターンからの散乱光を出射面に向けて反射する反射曲面とからなる。
【００１５】
１／４楕円の長軸側先端を楕円の焦点を含めてカットし（面取りし）、このカットによって形成された面に光散乱パターンを形成することで、図４に示すように、副走査方向変位が１〜２ｍｍの範囲で原稿浮きに対して光強度の変化が少ない特性が得られる。よって、原稿浮きに対して光強度の変化が少ない領域にロッドレンズの光軸ならびにラインイメージセンサの受光面を配置することで、原稿面が浮き上がった場合でも読み取り画像の劣化を小さくできる。
【００１６】
また、上記棒状導光体を組み込んだライン照明装置としては、前記棒状導光体を出射面が露出するようケースに収め、また棒状導光体の少なくとも一端側に発光手段を設け、さらに前記光散乱パターンは発光手段を設けた一端側から他端側に向って光散乱パターンの形成面積が大きくなるよう形成される。
【００１７】
更に、上記棒状導光体を組み込んだライン照明装置と、このライン照明装置からの照射光のうち原稿からの反射光を光電変換素子からなるラインイメージセンサに向けて集光せしめるレンズアレイを含む密着型イメージセンサであっては、前記レンズアレイは複数のロッドレンズから構成される場合には、その光軸を原稿浮きに対する光強度の変化が少ない領域に配置する。
斯かる構成とすることで、原稿浮きに起因する光量低下を改善することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置を備えた密着型イメージセンサの断面図、図２は本発明に係る導光体の斜視図である。
【００１９】
図１に示す密着型イメージセンサ１は、筺体２を備え、この筺体２内にライン照明装置１０を組み込み、また、筺体２内にレンズアレイ５を配置し、更に、筺体２の下部にラインイメージセンサ（光電変換素子）６を設けた基板７を取り付けてなる。ライン照明装置１０は、導光体３と、導光体ケース４と、図示しないＬＥＤ等を備えた発光源基板とからなる。符号８はカバーガラスである。
【００２０】
上記導光体３はガラスや透明樹脂にて形成される。導光体３は、図２に示すように、長さ方向に直交する方向の断面形状が略１／４楕円の長軸側先端を面取りしてなる。この面取面には楕円の焦点を含む。そして、この面取面に光散乱パターン３Ｐを形成する。したがって、この導光体３の長さ方向に沿った側面は、楕円の短軸方向と平行な出射面３ａと、楕円の長軸方向と平行な面３ｂと、前記略１／４楕円の長軸側先端を面取りした面に光散乱パターン３Ｐを形成した光散乱面３ｄと、光散乱パターン３Ｐからの散乱光を出射面に向けて反射する反射曲面３ｃとを備える。光散乱パターン３Ｐは白色塗料の印刷等によって形成している。符号Ｗは光散乱パターン３Ｐの幅を示す。
【００２１】
導光体３の寸法例は次のとおりである。楕円は長軸１０．６ｍｍ、短軸３．５ｍｍとした。この場合、焦点は長軸の楕円先端から０．６ｍｍ内側になるので、０．６Ｃの面取りを施してある。面取りの角度は４５度である。なお、面取りの角度は９０度としてもよい。光散乱パターン３Ｐの幅Ｗは、０．３ｍｍのものと０．６ｍｍのものを作成した。この導光体３を図１に示すように、導光体ケース４に収め、導光体３の長軸と平行な面３ｂが原稿読取面に対して４５度の傾きとなるよう筺体２に取り付けた。導光体３の傾きを４５度としたとき、出射面３ａからの出射光は約６０度方向に出射される（照明光の光軸は約６０度となる）。
【００２２】
図３は散乱パターンの幅が０．３ｍｍの導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフ、図４は散乱パターンの幅が０．６ｍｍの導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフである。
【００２３】
原稿紙面浮きに対する光強度特性のピークの移動は、主に照明光の光軸の傾きに依存する。光強度特性曲線の各ピークの右側の特性において、その半値幅は面取り面に形成した散乱パターン３Ｐの幅Ｗに依存する。したがって、導光体３の傾きと散乱パターン３Ｐの幅Ｗによって、図３，図４に示すように、特性曲線を概ね一致させることができる。
【００２４】
図４の場合（散乱パターンの幅を０．６ｍｍとした場合）、レンズアレイ５の光軸をＸ座標（副走査方向）の０．７５ｍｍ辺りに設定すると、原稿浮き０〜１．０ｍｍに対して光量変化は３％以内となる。また、レンズアレイ５の光軸をＸ座標（副走査方向）の１．２５ｍｍ〜２．２５ｍｍに設定すると、０．７５ｍｍに設定した場合に比べて明るさは２０％以上低下するが、原稿浮き０〜２．０ｍｍの範囲で光量変化は３％以内を確保できる。
【００２５】
図５は０．５Ｃ面取りのＣ面に光散乱パターンを形成した導光体の光量低下補正を行う前の光強度特性を示すグラフ、図６は光量低下補正を行った後の光強度特性を示すグラフである。
即ち、前記したように、光強度のデータは装置のロッドレンズを通してラインセンサで測定したものではなく、ガラス板上方に別にセンサを配置して測定したものである。一方、ロッドレンズを通して実際にラインセンサに入射する光量は減少する。つまり、図７に示すように、ロッドレンズが正規の焦点距離Ｌ0（原稿の浮きなし）からΔだけ遠い位置（原稿の浮きに相当する）の反射光をを取り込む場合、その取込み角はΘ1からΘ2に狭まり、結局センサへの入射光量は、ガラス板上方で測定した光強度より減少する。
そこで、取込み角の比Θ2／Θ1を図５のガラス面からの距離に対応した各曲線に対して下式に対して求め、図５の特性に乗じた補正を行ったのが図６である。
Θ2／Θ1＝ tan[ｒ0/（Ｌ0+Δ）]tan（r0／Ｌ0）
なお、計算はＬ0＝４．８ｍｍ、ｒ0はレンズの有効半径で、０．２５ｍｍとした。
図６からも各曲線が重なる位置にロッドレンズの光軸を設定するのが原稿の浮きによる光量変化を防止するのに最もよいことが分かる。
なお、縮小光学系などロッドレンズ以外のレンズで構成される光学系を使用する場合には上記の補正は適用できない。この場合は、図５の各曲線が比較的よく重なっている位置を光軸に選べばよい。
【００２６】
図８は散乱パターンの幅が０．３ｍｍの導光体を５５度の傾きで取り付けたときの光強度特性を示すグラフである。導光体３の傾きを５５度に設定した場合には、散乱パターンの幅が０．３ｍｍであっても、Ｘ座標の１．５〜５．０ｍｍの範囲で原稿浮き０〜１．５ｍｍに対して光量変化が数％以内となる。
【００２７】
（比較例）
図９は導光体のエッジ部を面取りした比較例に係る導光体の斜視図、図１０は図９に示した比較例に係る導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフである。
【００２８】
図９に示すように、比較例に係る導光体５３は、図１３に示した導光体１０３において１／４楕円の長軸側先端を面取りしたものである。したがって、この導光体５３は、楕円の長軸と平行な面に光散乱パターン５３Ｐが形成されている。なお、符号５３ａは出射面、符号５３ｂは楕円の長軸に平行な面であって光散乱パターン５３Ｐが形成された光散乱面、符号５３ｃは反射曲面、符号５３ｄは面取面である。この導光体５３を用いたライン照明装置の光強度特性は、図１０に示すように、急峻なピーク特性となる。このため、レンズアレイ５の光軸をＸ座標（副走査方向）のプラス側にずらすと、原稿の読取光の強度が大きく低下してしまう。
【００２９】
これに対して、図２に示したように、面取りした面３ｄに光散乱パターン３Ｐを設けることで、図３〜図８に示したように、導光体３よりも遠方側（副走査方向変位プラス側）における光強度の低下を緩やかにすることができ（ピーク特性をブロードな特性とすることができ）、原稿浮きに対して光強度の変化が少ない特性を実現できる。
【００３０】
（他の実施の形態）
図１１は本発明に係る導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置を備えた他の密着型イメージセンサの断面図である。導光体３は、その反射曲面３ｃが外側になるように取り付けてもよい。このような配置とすることで、密着型イメージセンサ１１の断面構造が縦長になるが、密着型イメージセンサ１１の幅を狭くすることができる。
【００３１】
図１および図１１では、ライン照明装置１０を１組備えた密着型イメージセンサ１，１１を示したが、ライン照明装置１０を２組用いて、レンズアレイ５を中心として各ライン照明装置１０を左右対称に配置してもよい。これにより、照明光量を増加することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、断面形状を楕円とした導光体において、楕円の長軸側先端を楕円の焦点を含めてカットし（面取りし）、このカットによって形成された面に光散乱パターンを形成することで、副走査方向の強度分布を原稿面の浮きに対してあまり変化しない特性にすることができる。よって、原稿浮きに対して光強度の変化が少ない領域にロッドレンズの光軸ならびにラインイメージセンサの受光面を配置することで、原稿面が浮き上がった場合でも読み取り画像の劣化を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置を備えた密着型イメージセンサの断面図
【図２】本発明に係る導光体の斜視図
【図３】散乱パターンの幅が０．３ｍｍの導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフ
【図４】散乱パターンの幅が０．６ｍｍの導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフ
【図５】０．５Ｃ面取りのＣ面に光散乱パターンを形成した導光体の光量低下補正を行う前の光強度特性を示すグラフ
【図６】０．５Ｃ面取りのＣ面に光散乱パターンを形成した導光体の光量低下補正を行った後の光強度特性を示すグラフ
【図７】ロッドレンズに入射する光量の減少を説明した図
【図８】散乱パターンの幅が０．３ｍｍの導光体を５５度の傾きで取り付けたときの光強度特性を示すグラフ
【図９】従来の導光体のエッジ部を面取りした比較例に係る導光体の斜視図
【図１０】図９に示した比較例に係る導光体を組み込んだライン照明装置の光強度特性を示すグラフ
【図１１】本発明に係る導光体およびその導光体を組み込んだライン照明装置を備えた他の密着型イメージセンサの断面図
【図１２】先に本発明者が開発した密着型イメージセンサの断面図
【図１３】同密着型イメージセンサで用いられている導光体の斜視図
【図１４】同密着型イメージセンサの光強度特性を示すグラフ
【符号の説明】
１，１１…密着型ラインセンサ、２…筺体、３…導光体、３ａ…出射面、３ｃ…反射曲面、３ｄ…光散乱面、３Ｐ…光散乱パターン、４…導光体ケース、５…レンズアレイ、６…ラインイメージセンサ、１０…ライン照明装置。

Claims

端面から入射した照射光を内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめるようにした棒状導光体において、この棒状導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状は略１／４楕円の長軸側先端を面取りしてなり、また、この棒状導光体の長さ方向に沿った側面は、楕円の短軸方向と平行な出射面と、楕円の長軸方向と平行な面と、前記略１／４楕円の長軸側先端を面取りした面に光散乱パターンを形成した光散乱面と、前記光散乱パターンからの散乱光を出射面に向けて反射する反射曲面とからなることを特徴とする棒状導光体。
請求項１に記載の棒状導光体において、前記楕円の長軸方向と平行な面上の焦点位置を含めて前記面取りがなされていることを特徴とする棒状導光体。
請求項１または２に記載の棒状導光体を組み込んだライン照明装置において、前記棒状導光体は出射面が露出するようケースに収められ、また棒状導光体の少なくとも一端側には発光手段が設けられ、さらに前記光散乱パターンは発光手段からの距離に応じて光散乱パターンの形成面積が大きく形成されていることを特徴とするライン照明装置。
請求項１または２に記載の棒状導光体を組み込んだライン照明装置と、このライン照明装置からの照射光のうち原稿からの反射光を光電変換素子からなるラインイメージセンサに向けて集光せしめるレンズアレイとを備えた密着型イメージセンサであって、前記レンズアレイは複数のロッドレンズから構成され、その光軸は原稿浮きに対する光強度の変化が少ない領域に配置されることを特徴とする密着型イメージセンサ。