JP5655834B2

JP5655834B2 - 光源装置

Info

Publication number: JP5655834B2
Application number: JP2012206514A
Authority: JP
Inventors: 匠佐藤; 稔至極
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: CN103672587B; JP2014064071A; CN103672587A

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、スキャナなどの機器に使用される原稿読取用の光源装置に関する。

ファクシミリ、複写機、スキャナなどの機器は、原稿面からの反射光によって原稿面の文字・画像情報を読み取る原稿読取装置を有し、この原稿読取装置には、原稿面を照明する光源装置が搭載されている。
この原稿読取用の光源装置においては、副走査方向における幅の大きい高照度照明領域を形成することができものが求められており、このような光源装置としては、一端にＬＥＤ素子が配置された棒状の導光体と、この導光体に並ぶよう配置された第１の反射鏡および第２の反射鏡とを具え、導光体が、ＬＥＤ素子からの光を原稿載置面に向かって反射する第１の反射部と、ＬＥＤ素子からの光を第１の反射鏡および第２の反射鏡に向かって反射する第２の反射部とを有してなるものが提案されている（特許文献１参照。）。

図７は、原稿読取装置に搭載される従来の光源装置における導光体の構成を示す説明図である。この導光体８０においては、その長手方向に垂直な断面における外周輪郭が円弧状の光出射面８１が、当該導光体８０の長手方向に沿って形成されている。導光体８０における光出射面８１に対向する周面には、ＬＥＤ素子９０からの光を原稿載置面（図示省略）に向かって反射する第１の反射部８２が、導光体８０の半径方向に突出した状態で当該導光体８０の長手方向に沿って形成されていると共に、この第１の反射部８２から導光体８０の周方向に離間した位置に、ＬＥＤ素子９０からの光を反射鏡（図示省略）に向かって反射する第２の反射部８３が、導光体８０の半径方向に突出した状態で当該導光体８０の長手方向に沿って形成されている。また、導光体８０における光出射面８１と第１の反射部８２との間には、導光体８０の長手方向に伸びる保持用突条部８５が形成されている。９１は、導光体８０の一端面とＬＥＤ素子９０との間の空間を取り囲むよう配置されたミラーである。

然るに、上記の光源装置においては、導光体８０における第１の反射部８２および第２の反射部８３が半径方向に突出した状態に形成されており、導光体８０全体が複雑な形状であることから、導光体８０自体の製造コストが高く、しかも、２つの反射鏡を用いるため、光源装置の製造コストが高い、という問題がある。
この問題を解決するため、本発明者らは、導光体として簡単な形状例えば円柱状のものを用いると共に、１つの反射鏡を用いた光源装置について検討を行った。
しかしながら、円柱状の導光体および一つの反射鏡を用いて光源装置を構成した場合には、原稿載置面の副走査方向における照度分布（以下、「断面配光」ともいう。）の均一性が高い照明領域を形成することが困難であることが判明した。以下、この問題について具体的に説明する。

上記の光源装置においては、ＬＥＤ素子から導光体に入射された光は、第１の反射部によって、導光体の光出射面から原稿載置面に向かって出射されると共に、第２の反射部によって、導光体の光出射面から反射鏡に向かって出射され、更に、反射鏡に向かって出射された光は、当該反射鏡によって原稿載置面に向かって反射される。そして、原稿載置面においては、第１の反射部から原稿載置面に直接照射される光（以下、「直接光」ともいう。）による照明領域（以下、「直接光照明領域」ともいう。）と、導光体における第２の反射部から反射鏡を介して原稿載置面に照射される光（以下、「間接光」ともいう。）による照明領域（以下、「間接光照明領域」ともいう。）とが、それらの一部が互いに重畳して形成されることにより、当該原稿載置面に主走査方向に伸びる帯状の高照度照明領域が形成される。
このような光源装置において、直接光照明領域の断面配光のパターンおよび間接光照明領域の断面配光のパターンが互いに近似するものであれば、直接光照明領域および間接光照明領域の一部を互いに重畳させることにより、断面配光の均一性が高い高照度照明領域を形成することが可能となる。
しかしながら、間接光は反射鏡を介して原稿載置面に照射されるため、間接光照明領域の照度は、直接光照明領域の照度よりも相当に低くなる。しかも、直接光および間接光は、導光体の光出射面から出射されるときに光学的に集光されるが、直接光と間接光とでは、導光体の光出射面から原稿載置面に到達するまでの距離が異なる。そのため、直接光照明領域の断面配光および間接光照明領域の断面配光は、互いに大きく異なるパターンとなる。従って、原稿載置面において直接光照明領域および間接光照明領域を重畳させても、両者の照度分布のバランスが悪いため、断面配光の均一性が高い高照度照明領域を形成することができない。

特開２０１１−１８２３７０号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、原稿からの反射光を読み取る原稿読取装置に用いられる光源装置において、導光体の製造が容易で、副走査方向における照度の均一性が高い高照度照明領域を形成することができる光源装置を提供することにある。

本発明の光源装置は、原稿からの原稿反射光を読み取る原稿読取装置に用いられる光源装置であって、
透光性材料よりなる棒状の導光体と、この導光体の長手方向における端面に対向して配置されたＬＥＤ素子と、前記導光体に並列して配置された、当該導光体からの光を原稿載置面に向かって反射する反射鏡とを具えてなり、
前記導光体は長手方向に垂直な断面が円形であり、
前記導光体は、当該導光体の外面において長手方向に沿って形成された、前記ＬＥＤ素子からの光を前記原稿載置面に向かって反射する第１の反射部と、当該導光体の外面において長手方向に沿って形成された、前記ＬＥＤ素子からの光を前記反射鏡に向かって反射する第２の反射部とを有し、
前記第１の反射部における周方向の中央領域には、非反射部分が当該第１の反射部における長手方向全域にわたって形成されており、
前記非反射部分は、前記導光体の長手方向に垂直な断面において、前記第１の反射部によって描かれる円弧の中心角の二等分線上から、前記第２の反射部から遠い方向に変位した位置に形成されていることを特徴とする。

本発明の光源装置においては、前記導光体の長手方向に垂直な断面において、前記第１の反射部によって描かれる円弧の中心角が、前記第２の反射部によって描かれる円弧の中心角よりも大きいことが好ましい。

また、本発明の光源装置においては、前記第１の反射部および前記第２の反射部の各々は、前記導光体の外面に当該導光体の長手方向に並ぶよう形成された複数の凹部によって構成されていてもよい。

本発明の光源装置によれば、棒状の導光体は長手方向に垂直な断面が円形のものであるため、当該導光体を容易に製造することができる。
また、原稿載置面に向かって反射する第１の反射部には、その周方向の中央領域に非反射部分が当該第１の反射部における長手方向全域にわたって形成されていることにより、第１の反射部からの光による照明領域の副走査方向における照度分布が調整される。そのため、第１の反射部からの光による照明領域の副走査方向における照度分布と、第２の反射部からの光による照明領域の副走査方向における照度分布とのバランスが良好となる結果、副走査方向における照度の均一性が高い高照度照明領域を形成することができる。

原稿読取装置に搭載された本発明の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図である。図１に示す光源装置における導光体をＬＥＤ素子と共に示す縦断面図である。図１に示す光源装置における導光体を長手方向に垂直方向に切断して示す断面図である。図１に示す光源装置における導光体を示す斜視図である。実験例１に係る光源装置（Ａ）による原稿載置面での副走査方向の照度分布を示す曲線図である。比較実験例１に係る光源装置（Ｂ）による原稿載置面での副走査方向の照度分布を示す曲線図である。原稿読取装置に搭載される従来の光源装置の一例における導光体を示す斜視図である。

以下、本発明の光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、原稿読取装置に搭載された本発明の光源装置の一例における構成を示す説明用断面図、図２は、図１に示す光源装置における導光体をＬＥＤ素子と共に示す縦断面図、図３は、図１に示す光源装置における導光体を長手方向に垂直方向に切断して示す横断面図、図４は、図１に示す光源装置における導光体を示す斜視図である。
この光源装置は、図１に示すように、原稿読取装置において原稿２が載置される透光性を有する原稿台５の下方に配置され、原稿台５の原稿載置面１に平行な平面に沿って主走査方向に伸びるよう配置された棒状の導光体１０と、この導光体１０に原稿載置面１に垂直な原稿読取軸Ｙを介して副走査方向に離間して並列した状態で配置された、主走査方向に伸びる長尺な矩形の板状の反射鏡２０とを有する。
本発明において、「副走査方向」とは、原稿載置面１に対して光源装置を相対的に移動させるときの移動方向を意味し、「主走査方向」とは、副走査方向と垂直な方向であって原稿載置面に対して平行な方向を意味する。

図２に示すように、導光体１０の一端面（図２において左端面）に対向する位置には、ＬＥＤ素子３０が、当該導光体１０の一端面から離間して配置されている。また、導光体１０の一端には、当該導光体１０の一端面とＬＥＤ素子３０との間の空間を取り囲むようミラー３１が配置されている。図示の例では、導光体１０の他端面（図２において右端面）に対向する位置にも、ＬＥＤ素子３０が、当該導光体１０の他端面から離間して配置され、当該導光体１０の他端には、当該導光体１０の他端面とＬＥＤ素子３０との間の空間を取り囲むようミラー３１が配置されている。

導光体１０は、シャーシ４０Ａによって固定されて保持され，反射鏡２０は、シャーシ４０Ｂによって固定されて保持されている。具体的に説明すると、導光体１０を保持するシャーシ４０Ａは、基台４１Ａと、この基台４１Ａ上に設けられた、導光体１０と同方向に伸びる導光体保持台４５とを有する。また、反射鏡２０を保持するシャーシ４０Ｂは、基台４１Ｂと、この基台４１Ｂ上に導光体保持台４５から離間して並ぶよう設けられた、反射鏡２０と同方向に伸びる反射鏡保持台４６とを有する。
そして、導光体１０は、光出射面１１が所定の方向を向いた状態で導光体保持台４５に保持されて固定されている。具体的には、導光体１０には、その周面から突出し、長手方向に伸びる位置決め用の凸部（図示省略）が形成され、導光体保持台４５には、導光体１０の凸部に適合する形状の凹部（図示省略）が形成されており、導光体１０の凸部が導光体保持台４５の凹部に嵌合することによって固定されている。一方、反射鏡２０は、反射面が所定の方向を向いた状態で反射鏡保持台４６に保持されている。また、シャーシ４０Ａ，４０Ｂの各々の間には、原稿２からの原稿反射光を透過させる空隙４４が導光体保持台４５および反射鏡保持台４６と同方向に伸びるよう形成されており、これにより、原稿２からの反射光が、例えば光源装置の下方に配置されたＣＣＤに受光される。また、シャーシ４０Ａにおける基台４１Ａ上には、ＬＥＤ素子に給電するための配線３２が配置されている。

図３にも示すように、導光体１０は、その長手方向に垂直な断面の輪郭形状が円形とされている。この導光体１０の外周面における原稿載置面１および反射鏡２０に臨む領域には、光出射面１１が当該導光体１０の長手方向に沿って形成されている。導光体１０の外周面における光出射面１１に対向する領域には、ＬＥＤ素子３０からの光を原稿載置面１に向かって反射する第１の反射部１２が形成されていると共に、この第１の反射部１２から周方向に離間した位置に、ＬＥＤ素子３０からの光を反射鏡２０に向かって反射する第２の反射部１３が、当該導光体１０の長手方向に沿って形成されている。

第１の反射部１２における周方向の中央領域には、非反射部分１２ａが当該第１の反射部１２における長手方向全域にわたって形成されている。この非反射部分１２ａは、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角の二等分線Ｂ上から、第２の反射部１３から遠い方向に変位した位置に形成されていることが好ましい。具体的には、非反射部分１２ａは、その中央位置が第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角の二等分線上よりも、第２の反射部１３から遠い方向に１〜４°変位した位置に形成されていることが好ましい。

第１の反射部１２においては、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、当該第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角が１８〜２４°であることが好ましい。
また、第２の反射部１３においては、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、当該第２の反射部１３によって描かれる円弧の中心角が１０〜１５°であることが好ましい。
また、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角が、第２の反射部１３によって描かれる円弧の中心角よりも大きいことが好ましく、特に、第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角をＡとし、第２の反射部１３によって描かれる円弧の中心角をＢとしたとき、１＜Ａ／Ｂ＜２．５を満足することが好ましい。Ａ／Ｂの値が１以下である場合には、第１の反射部１２による断面配光の幅が狭くなり、断面配光カーブの傾きが急峻になる。その結果、原稿載置面において直接光照明領域および間接光照明領域を重畳させても、両者の照度分布のバランスが悪いため、断面配光の均一性が高い高照度照明領域を形成することが困難となる。一方、Ａ／Ｂの値が２．５以上である場合には、第１の反射部１２の幅が大きくなり、レーザによる凹部の加工精度が急激に落ちる。その結果、照度分布にばらつきが生じる可能性がある。

また、第１の反射部１２においては、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、非反射部分１２ａによって描かれる円弧の中心角が２．５〜７．５°であることが好ましい。
また、導光体１０の長手方向に垂直な断面において、第１の反射部１２によって描かれる円弧の中心角をＡとし、当該第１の反射部１２における非反射部分１２ａによって描かれる円弧の中心角をＣとしたとき、３．５≦Ａ／Ｃ≦５．０を満足することが好ましい。Ａ／Ｃの値が３．５未満である場合には、第１の反射部１２に占める非反射部分１２ａの比率が大きくなり、必要な光量が得られなくなる虞れがある。一方、Ａ／Ｃの値が５．０を超える場合には、第１の反射部１２による断面配光カーブの傾きが急峻になる。また非反射部分１２ａが占める比率が下がるので第１の反射部１２の照度が上がる。その結果、原稿載置面において直接光照明領域および間接光照明領域を重畳させても、両者の照度分布のバランスが悪いため、断面配光の均一性が高い高照度照明領域を形成することが困難となる。

この例における第１の反射部１２および第２の反射部１３の各々は、図４に示すように、導光体１０の外面に当該導光体１０の長手方向に並ぶよう形成された複数の凹部１２Ｈ，１３Ｈによって構成されている。このような凹部１２Ｈ，１３Ｈは、ＣＯ₂レーザ装置を用いたレーザ加工によって、導光体１０の外面に形成することができる。

導光体１０は透光性材料によって構成されている。導光体１０を構成する透光性材料としては、ポリメチルメタクリレート樹脂等のアクリル系樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーなどを用いることができ、このような材料を用いることにより、射出成形法によって導光体１０を容易に作製することができると共に、レーザ加工によって、当該導光体１０の外面に複数の凹部１２Ｈ，１３Ｈよりなる第１の反射部１２および第２の反射部１３を容易に形成することができる。

ＬＥＤ素子３０としては、白色ＬＥＤ素子を用いることができる。
また、シャーシ４０における基台４１を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属材料を用いることができ、導光体保持台４５および反射鏡保持台４６を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属材料、ポリカーボネート樹脂などの樹脂材料を用いることができる。

このような光源装置においては、ＬＥＤ素子３０から放射される光Ｌがミラー３１に反射されて導かれて、導光体１０にその端面から入射され、この導光体１０によって当該導光体１０の長手方向に導かれると共に、第１の反射部１２および第２の反射部１３の各々によって反射され、この反射光が導光体１０の光出射面１１から出射される。そして、第１の反射面１２からの光（直接光）Ｌ１は、原稿台５上に載置された原稿２の一面に照射されると共に、第２の光反射面１３からの光Ｌ２は、反射鏡２０によって反射され、この反射光（間接光）Ｌ３が原稿台５上に載置された原稿２の一面に照射される。
そして、原稿２の一面においては、第１の反射部１２からの光Ｌ１によって直接光照明領域が形成されると共に、反射鏡２０からの反射光Ｌ３によって間接光照明領域が形成される。そして、直接光照明領域および間接光照明領域の各々の一部が互いに重畳することによって、主走査方向に伸びる帯状の高照度照明領域が形成される。

上記の光源装置によれば、棒状の導光体１０は長手方向に垂直な断面が円形のものであるため、当該導光体１０を容易に製造することができる。
また、原稿載置面に向かって反射する第１の反射部１２には、その周方向の中央領域に非反射部分１２ａが当該第１の反射部１２における長手方向全域にわたって形成されていることにより、第１の反射部１２からの光による照明領域の副走査方向における照度分布が調整される。そのため、第１の反射部１２からの光による照明領域の副走査方向における照度分布と、第２の反射部１３からの光による照明領域の副走査方向における照度分布とのパランスが良好となる結果、副走査方向における照度の均一性が高い高照度照明領域を形成することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えばＬＥＤ素子３０は、導光体１０の一端側のみに配置されていてもよい。このような構成においては、導光体１０の他端面に、ＬＥＤ素子３０からの光を拡散反射する光拡散反射板が配置されていてもよい。

〈実施例１〉
ＬＥＤ素子として白色ＬＥＤ素子を用い、下記の条件により、図１に示す構成の光源装置（Ａ）を作製した。
導光体は、材質がアクリル系樹脂で、全長が３４０ｍｍ、直径が５ｍｍである。導光体における第１の反射部および第２の反射部は、当該導光体の長手方向に並ぶ複数の凹部によって構成されている。これらの凹部は、深さが０．０５ｍｍ、導光体１０の長手方向の幅が０．２ｍｍ、隣接する凹部間の離間距離は、間接光側が長手方向に０．４〜０．６ｍｍ、直接光側が長手方向に０．７〜１．０ｍｍ（凹部のピッチは、間接光側が長手方向に０．６〜０．８ｍｍ、直接光側が長手方向に０．９〜１．２ｍｍ）のものである。導光体の長手方向に垂直な断面において、第１の反射部によって描かれる円弧の中心角は２１°、第２の反射部によって描かれる円弧の中心角は１２°である（Ａ／Ｂ＝１．７５）。また、第１の反射部における非反射部分によって描かれる円弧の中心角は５°であり（Ａ／Ｃ＝４．２）、当該非反射部分は、その中央位置が第１の反射部によって描かれる円弧の中心角の二等分線上よりも、第２の反射部から遠い方向に２．５°変位した位置に形成されている。
反射鏡は、長尺な矩形の板状の平面ミラーであって、その縦横の寸法が１０ｍｍ×３４０ｍｍで、水平面（原稿載置面）に対する傾斜角度が６０°、水平方向（副走査方向）における導光体の中心軸から反射鏡までの距離が１４．２ｍｍである。
この光源装置（Ａ）によって、導光体の中心軸から垂直方向に１２ｍｍ離間した原稿載置面に光を照射し、副走査方向における照度分布を測定した。結果を図５に示す。
ここで、導光体の長手方向に垂直な断面において、第１の反射部からの光（直接光）の光軸と原稿載置面との交点は、原稿読取軸Ｙから導光体側に（ガラス厚３ｍｍの屈折を含めて）0 ｍｍ離間した位置にあり、第１の反射部からの光の光軸と原稿載置面とのなす角は、６０°である。また、反射鏡からの光（間接光）の光軸と原稿載置面との交点は、原稿読取軸Ｙから反射鏡側に（ガラス厚３ｍｍの屈折を含めて）１．８ｍｍ離間した位置にある。

〈比較例１〉
導光体における第１の反射部に非反射部分を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の構成の光源装置（Ｂ）を作製し、この光源装置（Ｂ）によって、導光体から垂直方向に１２ｍｍ離間した原稿載置面に光を照射し、副走査方向における照度分布を測定した。結果を図６に示す。

図５は、光源装置（Ａ）からの光による原稿載置面における副走査方向の照度分布を示す曲線図であり、縦軸は原稿載置面における原稿読取軸Ｙ上の照度を１とする相対照度、横軸は原稿載置面における原稿読取軸Ｙからの距離、ａは導光体の第１の反射部からの光（直接光）による照度分布曲線、ｂは反射鏡からの反射光（第２の反射部からの間接光）による照度分布曲線、ｃは装置全体からの光による照度分布曲線である。
また、図６は、光源装置（Ｂ）からの光による原稿載置面における副走査方向の照度分布を示す曲線図であり、縦軸は原稿載置面における原稿読取軸Ｙ上の照度を１とする相対照度、横軸は原稿載置面における原稿読取軸Ｙからの距離、ａは導光体の第１の反射部からの光（直接光）による照度分布曲線、ｂは反射鏡からの反射光（第２の反射部からの間接光）による照度分布曲線、ｃは装置全体からの光による照度分布曲線である。

図５および図６の結果から明らかなように、実施例１に係る光源装置（Ａ）によれば、副走査方向における照度の均一性の高い高照度照明領域が得られることが確認された。

１原稿載置面
２原稿
５原稿台
１０導光体
１１光出射面
１２第１の反射部
１２ａ非反射部分
１２Ｈ凹部
１３第２の反射部
１３Ｈ凹部
２０反射鏡
３０ＬＥＤ素子
３１ミラー
３２配線
４０Ａ，４０Ｂシャーシ
４１Ａ，４１Ｂ基台
４４空隙
４５導光体保持台
４６反射鏡保持台
８０導光体
８１光出射面
８２第１の反射部
８３第２の反射部
８５保持用突条部
９０ＬＥＤ素子
９１ミラー

Claims

原稿からの原稿反射光を読み取る原稿読取装置に用いられる光源装置であって、
透光性材料よりなる棒状の導光体と、この導光体の長手方向における端面に対向して配置されたＬＥＤ素子と、前記導光体に並列して配置された、当該導光体からの光を原稿載置面に向かって反射する反射鏡とを具えてなり、
前記導光体は長手方向に垂直な断面が円形であり、
前記導光体は、当該導光体の外面において長手方向に沿って形成された、前記ＬＥＤ素子からの光を前記原稿載置面に向かって反射する第１の反射部と、当該導光体の外面において長手方向に沿って形成された、前記ＬＥＤ素子からの光を前記反射鏡に向かって反射する第２の反射部とを有し、
前記第１の反射部における周方向の中央領域には、非反射部分が当該第１の反射部における長手方向全域にわたって形成されており、
前記非反射部分は、前記導光体の長手方向に垂直な断面において、前記第１の反射部によって描かれる円弧の中心角の二等分線上から、前記第２の反射部から遠い方向に変位した位置に形成されていることを特徴とする光源装置。
前記導光体の長手方向に垂直な断面において、前記第１の反射部によって描かれる円弧の中心角が、前記第２の反射部によって描かれる円弧の中心角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１の反射部および前記第２の反射部の各々は、前記導光体の外面に当該導光体の長手方向に並ぶよう形成された複数の凹部によって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。