JP5854002B2 - 画像読取用の線状光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタやスキャナ等の原稿読取りの光源として、長尺の導光体とＬＥＤ光源を用いた線状光源装置に関するものである。

従来、プリンタやスキャナ等の原稿読取り用の光源として、長尺の導光体と発光ダイオード（ＬＥＤ）よりなる光源を用いた線状光源装置が知られている。例えば、特開２００８−２７５６８９（特許文献１）には、この種の線状光源装置に関わる技術が記載されている。

線状光源装置の概要を図８に示す。線状光源装置９０は、透明樹脂よりなる棒状の導光体９１とＬＥＤ光源９２を備えている。導光体９１の長手方向の一端には入射面９３が設けられており、当該入射面９３とＬＥＤ光源９２が対向して配置されている。これにより、ＬＥＤ光源９２から放たれる光が、入射面９３を介して導光体９１の内部へ導光する。また導光体の側面には、入射面９３から導光された光を反射する主反射部９４と、主反射部９４で反射する光を外部へ出射する光出射面９５がそれぞれ形成されている。主反射部９４には、例えば、導光体９１の軸方向と直交する方向に切り込みを入れてなる凹凸溝である。上記構成により、ＬＥＤ光源９２から放たれる光が導光体９１の内部に導光され、主反射部９４で反射された光が光出射面９５を介して導光体９１の外部に出射され、導光体９１から原稿面９６に向けてライン状の光が照射される。

またこの種の線状光源装置は、照射されるライン状の光を所望の配光分布に調整する必要があり、種々の対策が検討されている。例えば、特開２００７―０２５７０５（特許文献２）に記載の線状光源装置は、導光体の内部に導光した光の一部を遮り、この遮られた光を光出射面から出射させるための貫通孔やスリットが導光体の内部に設けられており、これによって光源近傍での照度の落ち込みを防ぐ技術が開示されている。

特開２００８−２７５６８９ 特開２００７―０２５７０５

近年、前述の線状光源装置をより小型化することが要請されている。線状光源装置の小型化については、光源装置内に取り付けられている導光体をより短尺化することが有効な手段の一つと考えられている。しかし、原稿読み取り用の光源装置に際しては、必要とされる原稿面の読み取り幅（以下、有効照射幅と称す）が予め決められており、この有効照射幅を確保しつつ導光体を短尺することが困難であった。

また特許文献２に記載の技術では、導光体の内部に貫通孔やスリットを形成することで、導光体の内部で迷光が増えやすく、配光分布の調整が困難である。また導光体の製造が難しく、製造工程が煩雑となってしまう。

上記に鑑みて、本願発明は、有効照射幅を短くすることなく導光体を短尺化することができ、導光体から照射される光の配光分布を調整することが可能な導光体の形状および線状光源装置の形態を提供することを目的とする。

本発明の実施態様に係る線状光源装置は、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、透光性部材よりなる棒状の導光体と、前記導光体の少なくとも一方の端部に配置されるＬＥＤ光源とを備え、前記導光体の側面には、長手方向に伸びて形成される主反射部と、前記主反射部と対向して配置される光出射面が設けられ、前記主反射部で反射した光は前記光出射面を介して前記原稿側に照射する構成を成し、前記導光体の少なくとも一方の端部には、前記ＬＥＤ光源からの光を受ける入射面と、前記入射面に対して傾斜する傾斜面を備え、前記傾斜面は前記入射面に隣接して形成され、前記傾斜面には前記ＬＥＤ光源からの光を反射する補助反射部が形成され、前記補助反射部は前記傾斜面に入射する光を前記原稿側へ反射することを特徴としている。

また上記の実施態様は、前記導光体の長手方向に直交する断面において、前記補助反射部が、前記主反射部と対向する場所に形成される特徴を備えている。

また上記の実施態様には、さらに、前記補助反射部が前記入射面の周縁に複数箇所形成されている特徴を備えていても良い。

また上記の実施態様には、さらに、前記傾斜面が前記導光体の端部の全周に亘って形成されている特徴を備えていても良い。

また上記の実施態様には、前記ＬＥＤ光源の光軸の外周を取り囲む筒状の反射面を備えるミラーカップが設けられており、前記筒状の反射面は、前記ＬＥＤ光源から前方に向かって拡大するミラー形状であり、その前方の開口は前記導光体の入射面の面積よりも広いことを特徴とする構成を備えていても良い。

本発明の実施態様に係る線状光源装置によれば、棒状の導光体の端部にＬＥＤ光源からの光を受ける入射面と、前記入射面に対して傾斜する傾斜面とが設けられており、前記傾斜面には前記ＬＥＤ光源からの光を反射する補助反射部が形成さており、前記補助反射部は前記傾斜面に入射する光が原稿面側へ反射される。これによって、原稿面への光照射が補助され、また光照射範囲が拡張されるため、光の照射幅を狭めることなく導光体を短尺化することができる。

本発明に係る線状光源装置の概要図。（ａ）導光体の長手方向の断面図、（ｂ）導光体の長手方向に直交する断面図。 本発明の実施形態の一つを示す概要図。（ａ）導光体２１の長手方向の断面図、（ｂ）導光体２１の長手方向に直交する断面図。 本発明に係る傾斜面及び補助反射部の他の実施形態を示す概要図。 本発明に係る線状光源装置の他の実施形態を示す概要図。 本発明に係る実施形態の拡大図。 本発明の実施例１に係る概要図。 本発明の効果を示す実験図。 従来の線状光源装置を示す概要図。

図１は、原稿読取装置に搭載される線状光源装置の概要図である。また図１（ａ）は導光体の長手方向の断面、図１（ｂ）は導光体の長手方向に直交する断面を示す。尚、ＬＥＤ光源から放射する光の光路は、便宜のため破線矢印で記す。
原稿読取装置には、原稿を載置する透光性の原稿台１があり、原稿台１の下方に線状光源装置２が配置されている。線状光源装置２には、棒状の導光体２１と、その一端部にＬＥＤ光源２２が設けられており、ＬＥＤ光源２２から放たれる光は導光体２１の端部から内部へ導光される。導光体２１の側面には、導光された光を反射する主反射部２３が形成されている。主反射部２３で反射した光は、主反射部２３と対向する面２４（以下、光出射面と称す）に進行し、光出射面２４を介して導光体２１の外部へ出射される。この出射光は原稿載置面１１上の原稿面１２に対してライン状の光として照射され、原稿面１２の下部に設けられた検知部３によって原稿面１２が検知される。

また線状光源装置２は、導光体２１と原稿載置面１１が平行な位置関係で保たれつつ、導光体２１の長手方向に対して直行する方向に走査される。これにより、ライン状の光を原稿面１２の全域に照射し、原稿面１２の二次元情報を読み取ることができる。

導光体２１は、透光性材料によって構成されている。具体的には、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等の透光性材料を用いることができる。このような材料は、射出成形法によって導光体２１を容易に作製することができる。

導光体２１の外側面には、長手方向に沿って主反射部２３が形成され、主反射部２３の反対側の領域は光出射面２４となる。主反射部２３は、例えば、当該導光体２１の長手方向に並ぶよう導光体２１の外面に形成された複数の凹部によって構成される。このような凹部は、ＣＯ_２レーザ装置を用いたレーザ加工によって、導光体２１の外面に形成することができる。また形成される複数の凹部は、溝の間隔を調整することで原稿面１２での照度分布を調整することができる。

また主反射部２３は、前記導光体２１の長手方向に連続して伸びる拡散反射膜としても良い。具体的には、導光体の外面に白色塗料を塗布することによって主反射部２３を形成することができる。白色塗料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のバインダー樹脂中に、酸化チタン、炭酸カルシウム、ガラスビーズ等の反射材が微粒子上に分散されている。

導光体２１は、導光体保持台２５に保持される。導光体保持台２５には、導光体２１の断面形状に対応する凹部が形成され、前記凹部に導光体２１が嵌め込まれている。これにより、導光体２１の長軸が良好に位置決めされる。前記導光体保持台２５には、例えば、ポリカーボネートが用いられている。

導光体２１の少なくとも一方の端部には、ＬＥＤ光源２２の光を受ける入射面２６がＬＥＤ光源２２の光軸上に設けられている。さらに導光体２１の一方の端部には、導光体２１の中央側から端部側に向かって傾斜する傾斜面２７が形成されており、傾斜面２７の表面には補助反射部２８が設けられている。補助反射部２８には、例えば、鏡面反射部材や、金属蒸着によって形成された反射膜などが用いられる。これにより、前記ＬＥＤ光源２２から放射される光の一部は、傾斜面上の補助反射部２８で反射され、補助反射部２８で反射された光（以下、補助光と称す）が原稿面１２に照射される。

図２は、本発明の実施形態の一つを示す概要図である。図２（ａ）は導光体２１の長手方向の断面図を示し、図２（ｂ）は導光体２１の長手方向に直交する断面図を示す。
導光体２１の端部には、導光体２１の中央側から端部側に向けて傾斜する傾斜面２７が、導光体２１の入射面２６と隣接する場所に形成されている。また傾斜面２７は、その表面上に補助反射部２８が設けられており、ＬＥＤ光源２２から放射される光の一部を原稿面側１２へ反射する。この補助反射部２８は、少なくとも光出射面側２４に形成されており、これにより、補助反射部２８からの補助光は導光体２１の内部に一度も導光されることなく原稿面１２を照射する。補助反射部２８には、例えば、鏡面反射部材や金属蒸着による反射膜が用いられる。

導光体２１の内部に導光された光は、主反射部２３で反射された後、光出射面２４を介して導光体２１の外部へ出射され、原稿載置面上の照射領域Ａに照射される。これに対して、導光体２１の補助反射部２８からの補助光は、導光体２１の内部には導光されず、原稿面１２の照射領域Ｂに照射される。図２（ａ）に示すとおり、補助反射部２８からの補助光が照射される照射領域Ｂは、導光体２１の光出射面２４から照射される照射領域Ａの端部に照射される。つまり、照射領域Ａと照射領域Ｂが一部重畳することで、照射領域Ａの端部近傍の配光が照射領域Ｂで補助される。
さらに、補助反射部２８からの補助光は照射領域Ａの領域外にも照射されるため、線状光源装置２の照射領域が長手方向に広がり、導光体２１の有効照射幅が長手方向に拡張される。つまり、より短尺な導光体２１を用いつつ原稿面１２での有効照射幅を確保することができる。

補助反射部２８からの補助光は、導光体２１内に導光されることなく直接原稿面１２に照射されるため、光が導光体２１の内部で減衰することがない。また傾斜面２７及び補助反射部２８の位置、範囲、角度を適宜変えることで、照射領域Ｂの範囲を調整することができる。

ＬＥＤ光源２２には、集光鏡としてミラーカップ４を取り付けてもよい。ミラーカップ４は、その内面に反射面４１を備え、当該反射面４１がＬＥＤ光源２２の光軸の外周を取り囲むようＬＥＤ光源２２の周囲に配置される。またミラーカップ４の反射面４１は、ＬＥＤ光源２２から導光体２１の入射面２６に向かって漸次拡張する筒状のミラー形状であり、光の利用効率を高めることができる。
尚、ミラーカップ４と導光体２１の間には、およそ１ｍｍ程度の隙間を設けていることが好ましい。これは導光体２１が長手方向に熱膨張することを想定して設けられるものである。

図２（ｂ）は、本発明に係る線状光源装置２において、ＬＥＤ光源側２２からみた導光体２１の端部形状である。導光体２１の下面には主反射部２３が形成され、導光体２１の上面には光出射面２４があり、それぞれ導光体２１の外面に設けられている。導光体２１の一端部には、入射面２６に隣接して傾斜面２７が形成されている。また傾斜面２７には、その表面に補助反射部２８が設けられており、補助反射部２８は光出射面側２４に設けられている。光出射面２４は曲面形状であり、少なくとも補助反射部２８は、光出射面２４の曲率中心Ｏと主反射部２３を結ぶ直線上に形成されている。
尚、図２（ｂ）における傾斜面２７は、導光体２１の端部をテーパ状に切削加工し、端部の縁に形成したものである。また補助反射部２８は、必ずしも傾斜面２７の全域に設けられている必要はない。

傾斜面２７及び補助反射部２８は、導光体２１の両端部に形成してもよい。例えば、図２（ａ）に示す実施形態では、導光体２１の他方の端部に傾斜面２７’及び補助反射部２８’が設けられている。この場合、導光体２１の他方に設けられた反射板５で照り返された光の一部が当該補助反射部２８’に反射し、補助反射部２８’からの補助光が原稿面１２の照射領域Ｂ’に照射され、照射領域Ａを補助して照射範囲が拡張される。
同様に、導光体２１の両端部にＬＥＤ光源２２を備える線状光源装置２に対しても、前述の傾斜面（２７、２７’）及び補助反射部（２８、２８’）の構成を導光体２１の端部に設けることは可能である。

本発明に係る導光体の傾斜面及び補助反射部の他の実施形態を図３に示す。
図３（ａ）は、導光体２１の端部を平面でカットし、傾斜面２７ａを形成した実施形態である。この実施形態は、傾斜面２７ａの加工および補助反射部２８ａの形成が比較的容易となる。
図３（ｂ）は、導光体２１の端部を曲面でカットし、傾斜面２７ｂを形成した実施形態である。これによれば、傾斜面２７ｂが主反射部２３の方向に湾曲した形状であるため、傾斜面２７ｂの形状に沿って補助反射部２８ｂが湾曲して形成される。これにより、補助反射部２８ｂからの補助光を原稿面１２側へ集光させる作用・効果が付加される。
図３（ｃ）は、導光体２１の端部を全周に亘ってテーパ状にカットし、傾斜面２７ｃを形成した実施形態である。これによれば、導光体２１の縁の全周に亘って傾斜面２７ｃが設けられるため、主反射部２３との光学的な位置決めが容易となり、導光体２１の製造上の品質や光学特性のばらつきが抑えられる。
尚、補助反射部２８は傾斜面２７の全域に設ける必要はなく、少なくとも、光出射面２４の曲率中心Ｏと主反射部２３を結ぶ直線上に形成されていれば良い。

図４は、本発明に係る線状光源装置の他の実施形態を示す概略図である。図示のとおり、導光体２１の外周面には、導光体２１の長手方向に伸びる主反射部（２３１、２３２）が２つ設けられている。第一主反射部２３１で反射された光は、当該第一主反射部２３１と対向配置される第一光出射面２４１を介して原稿面１２に照射される。これに対して、第二主反射部２３２で反射された光は、当該第二主反射部２３２と対向配置される第二光出射面２４３を介して、導光体２１の外部に設けられた反射ミラー６に照射され、反射ミラー６からの反射光が原稿面１２に照射される。このように、導光体２１の内部に導光された光は、第一主反射部２３１及び第二主反射部２３２によって二方向に分岐され、各々の光が原稿面１２に照射されている。この場合、第一主反射部に対応する領域及び第二主反射部に対応する領域に傾斜面２７ｄが形成されており、傾斜面２７ｄには補助反射部（２８１、２８２）が設けられている。
尚、図４に示す線状光源装置の実施形態にあたっては、傾斜面２７ｄ及び補助反射部（２８１、２８２）の形態は、図３に示す種々の実施形態を適宜適用することが可能である。

導光体２１の傾斜面近傍の拡大断面図を図５に示す。図５に示すとおり、傾斜面２７と入射面２６の境界部分には、丸み加工が施されたＲ部を設けることができる。このＲ部は、傾斜面２７と入射面２６のそれぞれを外接する曲率形状であり、Ｒ部を介して傾斜面２７と入射面２６が滑らかに連設される。
同様に、導光体２１の外側面２１ｆと傾斜面２７の境界部分にＲ部を設けることもできる。この場合、当該境界部分には、導光体２１の外側面２１ｆおよび傾斜面２７のそれぞれを外接する曲率形状のＲ部が形成される。Ｒ部を設けることで、入射面２６と傾斜面２７、導光体側面２１ｆを滑らかに連設することができ、端部領域での配光分布に段差が生じることなく、より滑らかに連なる。

以下、本発明の作用効果を示す実験例について説明する。

＜実施例１＞
図６に示す構成に従い、下記条件により、本発明にかかる線状光源装置を作製した。
導光体（２１）：全長３２０ｍｍ、直径：５ｍｍ
入射面（２６）：直径４ｍｍ
傾斜面（２７）：ＬＥＤ光源の光軸に対する傾斜角３８度
補助反射部（２８）：アルミ板
ミラーカップ（４）：開口径５ｍｍ、開口角３０度

＜比較例１＞
導光体に傾斜面及び補助反射部を形成せず、傾斜面及び補助反射部の構成以外は実施例１と同様の構成を有する線状光源装置を、比較例１として作製した。

上記の実施例１及び比較例１の線状光源装置を用いて各々の照度分布を測定し、発明の作用効果を検証した。図７に、照度分布の測定結果を示す。図中の実線は実施例１、破線は比較例１についての測定結果である。
尚、図７の縦軸は中央照度比であり、導光体の中央の照度値を基準とした照度比率で示されており、横軸は導光体の中央を基準（０ｍｍ）とした導光体の長手方向の距離が示されている。これにより、導光体の中央部から端部にかけての配光分布が確認できる。
また図７に示す照度分布は、導光体の光出射面から１１ｍｍ離れた位置を測定点として、導光体の長手方向の配光分布を測定した。

図７によれば、破線で示す比較例１は、導光体の端部近傍で照度の落ち込みが大きい。ここで中央照度比が１以上の範囲を有効照射幅とした場合、比較例１は導光体の中央からおよそ１４５ｍｍの範囲が有効な照射領域となる。これに対して実施例１は、導光体の中央からおよそ１６０ｍｍの範囲が有効な照射領域となり、有効照射幅がおよそ１０％拡張された。
このように、実施例１における有効な照射領域は比較例１より拡張される。これは、導光体の端部に傾斜面及び補助反射部を形成することにより、補助反射部で反射される光が入射面の近傍の光照射を補助するためと考察できる。
以上の結果から、実施例１は比較例１よりも有効照射幅を広げることができ、有効照射幅を維持しつつ導光体を短尺化することができる。

図７に示す実施例１の測定結果は、導光体の一端部に傾斜面及び補助反射部を形成した場合のものである。しかしながら、傾斜面及び補助反射部は導光体の両端部に設けることも可能である。この場合、導光体の両端部で光の照射領域が拡張されるため、有効照射幅が実施例１よりもさらに拡張され、導光体をより短尺化することができる。
導光体の両端部を短尺化できるので、実施例１の場合と比較して短尺化できる距離が２倍程度に増える。

本発明に係る線状光源装置は、導光体の端部に傾斜面及び補助反射部を形成することにより、入射面近傍での光量の落ち込みを防ぎ、より広域な有効照射幅を確保することができた。よって、有効照射幅を短くすることなく導光体を短尺化することが可能となった。

１ 原稿台
１１ 原稿載置面
１２ 原稿面
２ 線状光源装置
２１ 導光体
２２ ＬＥＤ光源
２３ 主反射部
２４ 光出射面
２５ 導光体保持台
２６ 入射面
２７ 傾斜面
２８ 補助反射部
３ 検知部
４ ミラーカップ
４１ 反射面
５ 反射板
６ 反射ミラー

Claims (4)

1. 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、
   透光性部材よりなる棒状の導光体と、前記導光体の少なくとも一方の端部に配置されるＬＥＤ光源とを備え、
   前記導光体の側面には、長手方向に伸びて形成される主反射部と、前記主反射部と対向して配置される光出射面が設けられ、前記主反射部で反射した光は前記光出射面を介して前記原稿側に照射する構成を成し、
   前記導光体の少なくとも一方の端部には、前記ＬＥＤ光源からの光を受ける入射面と、 前記入射面に対して傾斜する傾斜面とを備え、
   前記傾斜面は前記入射面に隣接して形成され、
   前記傾斜面には前記ＬＥＤ光源からの光を反射する補助反射部が形成され、
   前記補助反射部は、前記導光体の長手方向に直交する断面において、前記主反射部と対向する場所に形成され、
   前記補助反射部は前記傾斜面に入射する光を前記原稿側へ反射することを特徴とする線
   状光源装置。
2. 前記補助反射部は、前記入射面の周縁に複数箇所形成されていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
3. 前記傾斜面は、前記導光体の端部の全周に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
4. 前記ＬＥＤ光源には、その光軸の外周を取り囲む筒状の反射面を備えるミラーカップが設けられており、
   前記筒状の反射面は、前記ＬＥＤ光源から前方に向かって拡大するミラー形状であり、
   その前方の開口は、前記導光体の入射面の面積よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の線状光源装置。

Images