JP6163667B2 - 照明装置及び画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び画像読取装置に関し、詳しくは、原稿画像からの反射光を光学的に読み取る画像読取装置、及びこれに用いられる照明装置に関する。

一般にスキャナと称される画像読取装置は、主走査方向に延在する照明装置を含む読み取り系又は原稿などの読み取り対象物を副走査方向に移動させ、原稿画像を２次元的に読み取っている。従来、この種の光源としては、蛍光灯が多く使用されていたが、近年では、省電力化のためにＬＥＤへ置き換える動きが進んでいる。しかし、ＬＥＤは、蛍光灯と異なり点光源である。従って、ＬＥＤを光源として用いた照明装置では、スキャンに必要なライン状の配光を得るために、特許文献１に記載のような導光体を用いることが一般的である。そして、この種の導光体を備えた照明装置（以下で、従来の照明装置と称す）では、ＬＥＤから出射された光線の光量に対する該導光体から読み取り対象物に照射される光線の光量の比率、つまり、光線の取り出し効率の向上が求められている。

米国特許第８２７９４９９号明細書

本発明の目的は、光線の取り出し効率が良好な照明装置及び画像読取装置を提供することである。

本発明の第１の形態に係る照明装置は、
点光源と、
前記点光源からの光を線状に出射する導光体と、
前記導光体における前記点光源側の端部に設けられた接続部材と、
を備え、
前記導光体は、入射した光を線状に出射するための反射面を有し所定方向に並ぶ複数のロッド、及び入射した光線を該複数のロッドに向かって分岐させる分岐手段を含み、
前記接続部材には、前記点光源がはめ込まれる孔であって、該接続部材を該点光源側から前記導光体側に向かって貫通する孔が設けられ、
前記孔は、前記点光源から前記導光体に向かって広がっており、前記孔の側面は、該側面で反射して前記導光体に入射する光線が前記反射面で集中する部分と、前記分岐手段を介して前記反射面で集中する部分とが重ならないように、前記ロッドの延在方向に対して傾斜していること、
を特徴とする。

本発明の第２の形態に係る画像読取装置は、
前記照明装置と、前記照明装置による原稿からの反射光を受光する受光素子と、を備えること、
を特徴とする。

点光源からの光線は、該点光源が向く方向を中心として広範囲に発せられる。そして、点光源からの光線のうち該点光源が向く方向と異なる方向に向かう光線は、導光体内部に向かわず外部に漏れ出てしまう虞がある。ここで、本発明の第１の形態に係る照明装置では、点光源がはめ込まれる孔が該点光源側から導光体側に向かって広がっている。これにより、点光源から発せられた光線のうち該点光源が向く方向と異なる方向に向かった光は、点光源がはめ込まれている孔の側面に当たって反射し、導光体内部に向かうこととなる。つまり、本発明の第１の形態に係る照明装置では、点光源から発せられ導光体内部に直接向かう光だけでなく、点光源が向く方向と異なる方向に向かう光も導光体内部に向かうことになる。結果として、本発明の第１の形態に係る照明装置では、従来の照明装置と比較して、光線の取り出し効率が良好である。

本発明によれば、従来の照明装置と比較して、光線の取り出し効率が良好である。

一実施例に係る画像読取装置の内部の概略説明図である。 一実施例に係る照明装置の外観斜視図である。 一実施例に係る照明装置を原稿ガラスの載置面と垂直な方向から見た平面図である。 図３のＴ−Ｔ断面に原稿ガラスの断面を追加した断面図である。 一実施例に係るロッドの斜視図である。 ロッドの反射面において、孔の側面により反射された点光源からの光線が集中する部分を示した図である。 ロッドの反射面において、点光源から直接ロッドに照射される光線と、分岐手段で分岐されてロッドに導かれた光線とが集中する部分を示した図である。 一実施例に係る照明装置の点光源周辺を、原稿ガラスの載置面と平行であって、ロッドの延在方向と垂直な方向から見た図である。 ロッドの反射面における照度の分布を示した図である。

一実施例である、照明装置及び画像読取装置について、図面を参照して説明する。

（画像読取装置の構成 図１参照）
以下では、一実施例である画像読取装置の主走査方向をｘ軸方向、画像読取装置の副走査方向をｙ軸方向、及び画像読取装置の上下方向をｚ軸方向とする。なお、副走査方向の上流側はｙ軸方向の負方向側であり、主走査方向の上流側はｘ軸方向の負方向側である。

画像読取装置１は、図１に示すように、本体２、原稿ガラス３、第１スライダーユニット４、第２スライダーユニット５、結像レンズ６、撮像素子７、ミラー１１，１２，１３及び照明装置２０を備えている。

本体２は、原稿ガラス３、第１スライダーユニット４、第２スライダーユニット５、結像レンズ６、撮像素子７、ミラー１１，１２，１３及び照明装置２０が取り付けられる直方体状の筐体である。原稿ガラス３は、本体２の上面に設けられている開口に取り付けられている長方形状の透明板である。原稿Ｄは、原稿ガラス３の上面である載置面に、読取面を下側に向けた状態で載置される。

照明装置２０は、内部に設けられた２つのロッドにより、原稿ガラス３を介して２方向から原稿Ｄに向けて光を照射する。なお、照明装置２０の詳細については後述する。

ミラー１１は、図１に示すように、原稿Ｄにおいて反射された光をｙ軸方向の負方向側に反射させる。ミラー１２は、ミラー１１からの光を下側に反射させる。ミラー１３は、ミラー１２からの光をｙ軸方向の正方向側に反射させる。

ここで、照明装置２０及びミラー１１は、図１に示すように、第１スライダーユニット４に搭載されている。第１スライダーユニット４は、原稿Ｄが読み取られているときには、原稿ガラス３の下面に沿って、図示しないモーター、ベルト及びプーリー等の移動手段により、ｙ軸方向の正方向側に向かって速度Ｖで移動させられる。

また、ミラー１２，１３は、図１に示すように、第２スライダーユニット５に搭載されている。第２スライダーユニット５は、原稿Ｄが読み取られているときには、原稿ガラス３の下面の下方において、図示しないモーター、ベルト及びプーリー等の移動手段により、ｙ軸方向の正方向側に向かって速度Ｖ／２で移動させられる。これにより、移動中における原稿Ｄの読み取り面と撮像素子７との間の光の経路の長さが一定となる。

結像レンズ６は、光によって得られる光学像を撮像素子７に結像させる。撮像素子７は、原稿Ｄで反射された光を受光する受光素子である。具体的には、撮像素子７は、ｘ軸方向に延びる一次元状の撮像領域を有し、結像レンズ７によって結像された光学像を走査して原稿Ｄの像の撮像を行うＣＣＤカメラ等のラインセンサである。

以上のように構成された画像読取装置１において、原稿Ｄが読み取られる場合には、照明装置２０によって原稿Ｄに光が照射され、原稿Ｄにおいて反射された光がミラー１１，１２，１３によって順次反射される。そして、ミラー１２で反射された光は、結像レンズ６に入射し、結像レンズ６により撮像素子７上で結像される。撮像素子７は、画素毎に入射光の強さに応じて光電変換を行い、これによって原稿画像に対応した画像信号（ＲＧＢ信号）を生成し、制御部（図示せず）に出力する。

（照明装置の構成 図２乃至図７参照）
照明装置２０は、図２に示すように、全体として棒状を成し、ｘ軸方向に延在している。また、照明装置２０は、点光源２２、接続部材２４及び導光体３０を備えている。

点光源２２は、照明装置２０におけるｘ軸方向の負方向側の端部に設けられた白色光を発するＬＥＤであり、その半減角は１２０°である。

導光体３０は、分岐手段３２、２本のロッド３４，３６及び基台３８を含んでいる。

分岐手段３２は、図３に示すように、導光体３０におけるｘ軸方向の負方向側の端面である入射面Ｓ１から入射した光線を分割して、２本のロッド３４，３６に導く役割を担っている。分岐手段３２は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の樹脂やガラスから成り、Ｖ字型の形状を成している。また、分岐手段３２のＶ字の頂点は、ｚ軸方向から見てｘ軸方向の負方向側を向いているとともに、ｚ軸方向から見て点光源２２の光軸と重なる位置に設けられている。

このように構成された分岐手段３２に入射面Ｓ１から光線が入射すると、該光線は、分岐手段３２のｘ軸方向の負方向側の面である分岐面Ｓ２，Ｓ３に照射される。ここで、分岐面Ｓ２は、ｚ軸方向から見るとｘ軸方向を０°として、ｙ軸方向の正方向側にθの角度を持つ面であり、分岐面Ｓ３は、ｙ軸方向の負方向側にθの角度を持つ面である。そして、分岐面Ｓ２に照射された光線は、ｙ軸方向の負方向側に向かって反射され、ロッド３４に導かれる。また、分岐面Ｓ３に照射された光線は、ｙ軸方向の正方向側に向かって反射され、ロッド３６に導かれる。

ロッド３４は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の樹脂やガラスを材料としたｘ軸方向に延在する棒状の部材である。また、ロッド３４の断面は、図４に示すように、オーバル形状の曲率の大きい下側部分が切り取られたような形状を成している。さらに、ロッド３４の下側部分に位置する反射面Ｓ４には、図５に示すように、複数の凹凸４２により構成されたプリズム４０が設けられている。このように構成されたロッド３４では、分岐手段３２からロッド３４に導かれた光線が、ロッド３４内で全反射を繰り返しながら主走査方向に伝搬していく。このとき、伝搬していく光線の一部は、ロッド３４の下側に設けられたプリズム４０によって反射され、該ロッド３４の上側に位置する出射面から、原稿Ｄに向けて照射される。

ロッド３６は、ロッド３４と同じ部材であり、図４に示すように、ｘ方向から見たとき、導光体３０の中心を通り、ｘ軸方向及びｚ軸方向に平行な面Ｓ５に関して対称に配置されている。ロッド３６の有する機能等は、上述のロッド３４における機能等と同一であるため、説明は省略する。

基台３８は、２本のロッド３４，３６と共にｘ軸方向に延在し、該ロッド３４，３６のｚ軸方向の負方向側から該ロッド３４，３６を支えている。また、基台３８におけるロッド３４，３６を支える面Ｓ６は、ロッド３４，３６から原稿Ｄに向けて照射される光線の方向を調節するために、ｘ軸方向及びｙ軸方向と平行な面Ｓ７に対して傾いている。

接続部材２４は、点光源２２と導光体３０との間に設けられた長方形状を成す板状の部材である。また、接続部材２４は、白色の樹脂等を材料とする。さらに、接続部材２４の略中央には、図２に示すように、点光源２２をはめ込むための孔Ｈが設けられている。

接続部材２４に設けられた孔Ｈは、ｙ軸方向を長軸とする楕円状を成している。また、孔Ｈは、図３に示すように、点光源２２から導光体３０に向かって、つまり、ｘ軸方向の正方向側に向かって広がっている。従って、点光源２２から発せられた光線のうち孔Ｈの側面Ｓ１０に当たった光線は、導光体３０に向かう。なお、孔Ｈの側面Ｓ１０は、接続部材２４が白色の樹脂から成るため、良好な反射率を有する。

また、孔Ｈの側面Ｓ１０は、孔Ｈがｘ軸方向の正方向側に向かって広がっていることにより、ｘ軸方向に対して傾斜している。この側面Ｓ１０の傾斜は、図６に示される該側面Ｓ１０により反射された光線がロッド３４，３６の反射面Ｓ４で集中する部分Ａと、図７に示される該側面Ｓ１０により反射されずに導光体３０に入射した光線が反射面Ｓ４で集中する部分Ｂとが重ならないように設定されている。具体的には、ｚ軸方向から見たときの側面Ｓ１０とｘ軸方向との成す角の角度αは、２θ≦α≦４θの範囲に設定されている。

なお、本実施例では、ロッド３４，３６がｙ軸方向に並んでいるため、図８に示す、ｙ軸方向から見たときの側面Ｓ１０とｘ軸方向との成す角の角度βを最適化するよりも、図３に示す、ｚ軸方向から見たときの側面Ｓ１０とｘ軸方向との成す角の角度αを最適化する方が望ましい。また、ｙ軸方向から見たときの側面Ｓ１０とｘ軸方向との成す角βとｚ軸方向から見たときの側面Ｓ１０とｘ軸方向との成す角αとを滑らかに繋ぐために、孔Ｈの形状は、矩形状よりも楕円状や、２つの直線及び２つの円弧を組み合わせた長円状が好ましい。

（効果）
以上のように構成された照明装置２０では、光線の取り出し効率が良好である。具体的には、点光源２２からの光線は、該点光源２２が向く方向、つまりｘ軸方向の正方向側を中心として広範囲に発せられる。そして、点光源２２からの光線のうち該点光源２２が向く方向と異なる方向に向かう光線、例えばｙ軸方向の正方向側に向かう光線は、導光体３０内部に向かわず外部に漏れ出てしまう虞がある。ここで、照明装置２０では、点光源２２がはめ込まれる孔Ｈが該点光源２２から導光体３０に向かって広がっている。これにより、点光源２２から発せられた光線のうち該点光源２２が向く方向と異なる方向に向かう光線は、孔Ｈの側面Ｓ１０に当たって反射し、導光体３０内部に向かうこととなる。つまり、照明装置２０では、点光源２２から発せられ導光体３０内部に直接向かう光だけでなく、点光源２２が向く方向と異なる方向に向かう光も導光体３０内部に向かうことになる。結果として、照明装置２０では、従来の照明装置と比較して、光線の取り出し効率が良好である。

ところで、一つの点光源から発せられた光線を分岐させ、複数のロッドに導き、ロッドに導かれた光線を出射する導光体では、光源から直接ロッドに照射される光線と、分岐されてロッドに導かれた光線とが、該ロッドの反射面の特定の部分に集中することがある。その結果、図９の破線に示すように、ロッドの反射面の特定の部分に急峻な照度のピークが現れ、これがいわゆる照度ムラの原因となる。そこで、照明装置２０では、孔Ｈの側面Ｓ１０が、該側面Ｓ１０により反射された光線がロッド３４，３６の反射面Ｓ４で集中する部分Ａと、該側面Ｓ１０により反射されずに導光体３０に入射した光線が反射面Ｓ４で集中する部分Ｂとが重ならいように設定されている。これにより、図９の実線に示すように、ロッドの反射面の照度がより平坦になり、照度ムラを低減することができる。なお、図９における縦軸の照度は、原稿ガラス３上の照度[Lx]を表し、横軸は、導光体のｘ軸方向の端部を原点として、ｘ軸方向における該原点からの距離を示したものである。

孔Ｈの側面Ｓ１０がｘ軸方向に対して傾斜している角度αは、分岐面Ｓ２，Ｓ３がｘ軸方向に対して傾斜している角度θとの関係において、２θ≦α≦４θの範囲に設定されている。側面Ｓ１０の角度αをこのように設定することにより、光線の取り出し効率及び照度ムラの低減を両立することができる。この効果を確認するために、本願の発明者は、角度θと角度αを変えて、光線の取り出し効率及び照度ムラの低減に関するシミュレーションを行った。ここで、表１は照度ムラに関するシミュレーションを行った結果であり、○の表示は、照度ムラ２％未満を表し、照度ムラが十分に抑制されていることを示している。ここで照度ムラとは1mmピッチの各ポイントにおける照度値の移動平均（20mm区間）との差分を移動平均照度で割った値とする（照度ムラ＝移動平均との差分／移動平均値）。表１における×の表示は照度ムラ２％以上を表し、照度ムラが十分に抑制されていないことを示している。また、表２は光の取り出し効率に関するシミュレーションを行った結果であり、○の表示は、光取り出し効率２０％以上を表し、光線の取り出し効率が良好であることを示している。表２における×の表示は光取り出し効率２０％未満を表し、光線の取り出し効率が良好でないことを示している。

シミュレーションを行った結果、表１に示すように、角度θが１０°のとき、角度αが２０°以上であれば、照度ムラが抑制されていることがわかる。また、角度θが１５°のときは角度αが３０°以上、角度θが２０°のときは角度αが４０°以上で、照度ムラが抑制されていることがわかる。つまり、角度αが角度θの２倍以上であれば、照度ムラを抑制、つまり、低減することができる。さらに、表２に示すように、角度θが１０°のとき、角度αが４０°以下であれば、光線の取り出し効率が特に良好であることがわかる。また、角度θが１５°のときは角度αが６０°以下、角度θが２０°のときは角度αが８０°以下で、光線の取り出し効率が特に良好であることがわかる。つまり、角度αが角度θの４倍以下であれば、光線の取り出し効率が特に良好であることができる。以上より、照明装置２０では、孔Ｈの側面Ｓ１０がｘ軸方向に対して傾斜している角度αが、分岐面Ｓ２，Ｓ３がｘ軸方向に対して傾斜している角度θとの関係において、２θ≦α≦４θの範囲に設定されていることにより、光線の取り出し効率及び照度ムラの低減を両立することができる。

（他の実施例）
本発明に係る照明装置及び画像読取装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、接続部材の材料は金属であってもよいし、他の素材を用いてもよい。その際、コーティングや蒸着などで側面Ｓ１０の反射率を高めてもよい。また、ロッド３４，３６の反射面Ｓ４は、プリズムに限らず、該反射面に塗装や印刷などの方法で白色の塗料を塗布して、これを反射面としてもよい。また、孔Ｈの形状は、円形状や、２つの直線及び２つの円弧を組み合わせた長円状であってもよい。

以上のように、本発明は、照明装置及び画像読取装置に有用であり、特に、適切な配光を維持した状態で、光線の取り出し効率が良好である点で優れている。

Ａ 集中する部分（側面で反射して前記導光体に入射する光線が前記反射面で集中する部分）
Ｂ 集中する部分（側面で反射せずに該導光体に入射する光線が該反射面で集中する部分）
α 角度（孔の側面と延在方向との成す角の角度）
θ 角度（分岐面と延在方向との成す角の角度）
Ｈ 孔
Ｓ４ 反射面
Ｓ１０ 側面
１ 画像読取装置
２０ 照明装置
２２ 点光源
２４ 接続部材
３０ 導光体
３２ 分岐手段
３４，３６ ロッド

Claims (8)

1. 点光源と、
   前記点光源からの光を線状に出射する導光体と、
   前記導光体における前記点光源側の端部に設けられた接続部材と、
   を備え、
   前記導光体は、入射した光を線状に出射するための反射面を有し所定方向に並ぶ複数のロッド、及び入射した光線を該複数のロッドに向かって分岐させる分岐手段を含み、
   前記接続部材には、前記点光源がはめ込まれる孔であって、該接続部材を該点光源側から前記導光体側に向かって貫通する孔が設けられ、
   前記孔は、前記点光源から前記導光体に向かって広がっており、前記孔の側面は、該側面で反射して前記導光体に入射する光線が前記反射面で集中する部分と、前記分岐手段を介して前記反射面で集中する部分とが重ならないように、前記ロッドの延在方向に対して傾斜していること、
   を特徴とする照明装置。
2. 前記分岐手段は、前記点光源からの光を前記ロッドに向かって反射する分岐面を有し、
   前記所定方向及び前記延在方向に直交する直交方向から見たとき、前記孔の側面と該延在方向との成す角の角度は、前記分岐面と該延在方向との成す角の角度の２倍以上、かつ、該分岐面と該延在方向との成す角の角度の４倍以下であること、
   を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光体は、平行に配置された２つの前記ロッドにより構成されていること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記点光源は、前記所定方向において、前記導光体に対して中央に位置していること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記孔は、該孔の中心軸方向から見たときに、円形状であること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記孔は、該孔の中心軸方向から見たときに、２つの直線及び２つの円弧を組み合わせた長円状であること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記孔は、該孔の中心軸方向から見たときに、楕円状であること、
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の照明装置と、前記照明装置による原稿からの反射光を受光する受光素子と、を備えること、
   を特徴とする画像読取装置。

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