JPWO2005001528A1 - 導光体および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複合放物面集光器（ＣＰＣ）の特性を逆に利用し、ある限られたエリアからの全角に及ぶ散乱光を、所定の出射角に限定された放射光に変換し、光の広がりを最低限に抑えることで、原稿面を効率良く照明する。【解決手段】 端面から入射した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４から出射せしめるようにした導光体１０において、長さ方向に直交する方向の断面形状は、対向する２つの放物線２，３と、２つの放物線２，３の焦点ａ，ｂを結ぶ線分（底面）１と、出射面４に相当する線分とを有する。焦点ａ，ｂを結ぶ線分（底面）１に、白色インクからなる散乱パターンを形成する。

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、スキャナ装置等で原稿を線条（ライン状）に照明するための導光体およびこれを組み込んだ画像読取装置に関する。

光源からの光を有効に被照射体に対して照射することを目的として、導光体断面に放物線の面を有する導光体を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、結像性を無視して集光効率の向上を図った複合放物面集光器（ＣＰＣ）は知られている（非特許文献１）。
特開２００１−３３０７３４号公報 書名 第６・光の鉛筆 ５ 非結像集光光学系 著者 鶴田 匡夫

導光体からの出射光は広がりをもつ。このため原稿と出射面との距離が大きい場合は、原稿読取面の照度が低下することがあり好ましくない。

ところで、非特許文献１に記載されるように、複合放物面集光器（ＣＰＣ）は、光を効率良く集めるために考案された光学系であり、受光面に入射角θ以内で入射した光は、全て集光面に集まる特性を有する。

そこで本発明は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）の特性を逆に利用し、ある限られたエリアからの全角に及ぶ散乱光を、所定の出射角に限定された放射光に変換し、原稿面を効率良く照らす光学系として用いることで、光の広がりを最低限に抑えることのできる導光体およびその導光体を用いたライン照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明に係る導光体は、端面から入射した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ものであって、長さ方向に直交する方向の断面形状は、対向する２つの放物線と、２つの放物線の焦点を結ぶ線分と、出射面に相当する線分とを有する。前記２つの放物線の焦点を結ぶ線分を含む面が反射面となり、この反射面と対抗する面が出射面となる。

上記構成とすることで、出射面から出射する光の広がりを抑えることができる。最も効率よく光を出射せしめるには、導光体の出射面側の側面を光軸と略平行にすることが好ましい。

また、本発明に係る画像読取装置は、前記導光体の一端または両端に発光源を設けた照明ユニットを例えば２組備え、各照明ユニットは各出射面から出射された光が原稿読取面の同一領域を照射するように配置した。

本発明の導光体およびその導光体を用いたライン照明装置は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）の特性を逆に利用し、ある限られたエリアからの全角に及ぶ散乱光を、所定の出射角に限定された放射光に変換し、原稿面を効率良く照らす光学系として用いるようにしたので、光の広がりを最低限に抑えることができる。これにより、原稿面を効率良く照明することができる。

本発明の複合放物面形状を有する導光体の断面形状を示す図である。 図１に示した本発明の導光体の出射光を示す図である。 本発明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（ＣＩＳ）の断面図である。 本発明の導光体の端面に設けられる光源としての各発光ダイオードの取り付け位置を示す図である。 本発明の他の導光体の断面形状を示す図である。 本発明の他の導光体の断面形状を示す図である。 複合放物面反射鏡を備えたライン照明装置の断面形状を示す図である。

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は本発明の複合放物面形状を有する導光体の断面形状を示す図、図２は図１に示した本発明の導光体の出射光を示す図である。

導光体１０は、例えばアクリル等の透明樹脂で形成されており、その断面形状は導光体１０の全長（例えば３２０ｍｍ）に亘って一定としている。

導光体１０の底面１はその幅Ｗを０．５２ｍｍとしており、この底面１には白色インクまたは木目の細かな凹凸による散乱パターンが形成されている。散乱パターンは例えばドット状に形成する。

この散乱パターンは底面１の全面に形成してもよいが、図示しない発光源からの光が入射される端面から遠くなるにしたがって、散乱パターンの形成領域を広くするようにしてもよい。

側面２は、仮想線で示す２次曲線（ｙ＝０．８１９２７ｘ^２−０．３０５１５）を原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）を回転中心として、θ＝１０度回転し、ｘ軸方向に−Ｗ１／２＝−０．２６ｍｍ平行移動した曲線の一部（ｙの範囲：０≦ｙ≦９．９７）である。仮想線で示す２次曲線を傾けることで、出射面４側の側面２がｙ軸（光軸）と略平行になるようにしている。側面３は、側面２のｙ軸線対称曲線である。

この場合、座標（ｘ，ｙ）＝（−０．２６，０）は、放物面である側面２の焦点ａになる。図２に示すように、この焦点ａからの散乱光において、側面２に直接到達した光は、全反射条件を満たし、ｙ軸に対し、導光体１０の内部では１０度傾いた平行光となって出射面４に到達する。

導光体１０がアクリルでその屈折率ｎ＝１．４９の場合、
１．４９・ｓｉｎ１０度＝ｓｉｎθｄ （スネルの法則）
からθｄ＝１５度となる。

したがって、図２において符号５で示す光線のように、ｙ軸に対し１５度傾いた平行光が出射面４から出射する。

一方、焦点ａからの散乱光において、出射面４に直接到達した光は、座標（ｘ，ｙ）＝（１．５０，９．９７）を通過した際、図２において符号６で示す光線のように、ｙ軸に対し−１５度傾く。

同様に、座標（ｘ，ｙ）＝（０．２６，０）は、放物面である側面３の焦点ｂになる。この焦点ｂからの散乱光において、側面３に直接到達した光は、全反射条件を満たし、ｙ軸に対し、導光体１０の内部では−１０度傾いた平行光となって出射面４に到達する。

したがって、区間（−０．２６≦ｘ≦０．２６，ｙ＝０）からの散乱光（すなわち底面１からの散乱光）は、側面３に直接到達する散乱光の反射を含め、ｙ軸に対し±１５度の範囲に限定される。

これにより、出射面４から出射された光の広がりを小さく抑えることができ、その結果、原稿面を効率良く照明することができる。

図３は本発明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（ＣＩＳ）の断面図、図４は本発明の導光体の端面に設けられる光源としての各発光ダイオードの取り付け位置を示す図である。

図３に示す密着型イメージセンサ（ＣＩＳ）３０は、筺体３１を備え、この筺体３１内に２組のライン照明装置２０Ｌ，２０Ｒを組み込み、また、筺体３１内に正立等倍系のレンズアレイ３２を配置し、更に、筺体３１の下部にラインイメージセンサ３３を設けた基板３４を取り付けてなる。符号３５は原稿台を構成するカバーガラスである。

各ライン照明装置２０Ｌ，２０Ｒは、図１及び図２に示した導光体１０と、導光体ケース１１と、図４に示す各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを備えた発光源基板（図示しない）とからなる。各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色の光を発光するもので、これらの発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはチップ型のもの（ＬＥＤチップ）を用いている。

本実施の形態では、図４に示すように、各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをｙ軸（光軸）に沿って一列に配設している。これにより、導光体１０の底面１に形成した散乱ドットパターンの法線と各発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの光軸とを一致させている。

発光ダイオード１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからの光は導光体１０の内部を伝搬し、底面１で散乱光を発生する。図３に示すように、この散乱光が各側面２，３で反射され、または、直接、出射面４から出射し、カバーガラス３５上に載置された図示しない原稿の読取面を照明する照明光７となる。

図示しない原稿の読取面で反射された照明光７は、カバーガラス３５及びレンズアレイ３２を介してラインイメージセンサ３３によって検出される。これにより、原稿の読み取りがなされる。

各導光体１０から出射される照明光は、ｙ軸（光軸）に対し±１５度の範囲に限定されるので、原稿までの距離が大きい場合でも照明光の広がりを小さく抑えることができる。したがって、原稿面を効率良く照明することができる。

図５は本発明の他の導光体の断面形状を示す図である。図５に示す導光体１０Ａは、出射面８を凸面として出射光の広がり角を小さくしたものである。

図６は本発明の他の導光体の断面形状を示す図である。この導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状は、楕円曲面からなる側面２’、３’、底面１’および出射面４’を有し、底面の１’の両端が側面２’、３’の焦点ａ’、ｂ’に一致している。
即ち、１．６：６のアスペクト比を有する楕円曲線
（ｘ／１．６）^２＋（ｙ／６）^２＝１
から、焦点の座標を求めると、
ｘ＝０、ｙ＝ｆ＝−（６×６−１．６×１．６）^０．５
となる。ｙは区間
（ｆ≦ｙ≦０）、ｆ＝−（６×６−１．６×１．６）^０．５
における変数、その区間の楕円曲線は
ｘ＝１．６（１−（ｙ／６）^２）^０．５
である。ここで、
ｙ＝ｆの時のｘをｘ_０（＝０．４２６６７）
とした場合、導光体の側面を曲線
ｘ＝１．６（１−（ｙ／６）^２）^０．５−ｘ_０／２
とすることで、底面の１’の両端が側面（楕円曲線）２’、３’の焦点ａ’、ｂ’に一致する。

図６に示した導光体を図３に示す２０Ｌ、２０Ｒとして用いたところ、図１の導光体を用いた場合とほぼ同等の出力がセンサ３３で検出された。

前記した図示例の他に、放物面２，３または楕円曲線２’、３’を左右非対称にして、左右の広がり角を変えるようにしてもよい。

図７は複合放物面反射鏡を備えたライン照明装置の断面形状を示す図である。図７に示すライン照明装置６０は、例えば断面形状が矩形の導光体６１の出射面６２から出射された光を、放物側面の反射鏡６３，６４で反射させて開口部６５から照明光として出射させるようにしたものである。符号６６はプラスチック製のケースである。このライン照明装置６０は、屈折率媒体中に反射面がないので、拡がり角抑制になる。すなわち、複合放物面反射鏡６３，６４の内部は空気であるので、照明光の出口である開口部６５から出射するときに光が拡がることはない。

Claims (4)

1. 端面から入射した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導光体であって、前記長さ方向に直交する方向の断面形状は、対向する２つの放物線または２つの楕円曲線と、前記２つの放物線の焦点または２つの楕円曲線の焦点を結ぶ線分と、前記出射面に相当する線分とを有することを特徴とする導光体。
2. 請求項１に記載の導光体において、前記出射面側の導光体の側面は光軸と略平行になっていることを特徴とする導光体。
3. 請求項１または請求項２に記載の導光体の端面に発光源を設けた照明ユニットと、この照明ユニットから原稿に向けて照射され、原稿で反射または原稿を透過した光を受光素子に収束させるためのレンズアレイとを筺体に組み込んだことを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項３に記載の画像読取装置において、前記照明ユニットは２組配置され、各照明ユニットは各出射面から出射された光が原稿読取面の同一領域を照射するように配置されていることを特徴とする画像読取装置。

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