KR20060023571A

KR20060023571A - 도광체 및 화상 독취장치

Info

Publication number: KR20060023571A
Application number: KR1020057024669A
Authority: KR
Inventors: 마코토 이케다; 히로유키 네모토
Original assignee: 니혼 이타가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-03-14
Also published as: US20060159393A1; JPWO2005001528A1; CN100409047C; WO2005001528A1; US7529445B2; CN1813208A

Abstract

[과제] 복합 포물면 집광기(CPC)의 특성을 역으로 이용하여, 어느 한정된 영역으로부터의 전각에 미치는 산란광을, 소정의 출사각에 한정된 방사광으로 변환해서, 빛의 퍼짐을 최저한으로 억제함으로써, 원고면을 효율 좋게 조명한다.

[해결수단] 단면으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 길이방향을 따라 설치된 출사면(4)로부터 출사시키도록 한 도광체(10)에 있어서, 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상은, 마주보는 2개의 포물선(2, 3), 2개의 포물선(2, 3)의 초점(a, b)를 연결하는 선분(바닥면)(1), 출사면(4)에 상당하는 선분을 갖는다. 초점(a, b)를 연결하는 선분(바닥면)(1)에, 백색 잉크로 되는 산란 패턴을 형성한다.

도광체, 화상 독취장치, 출사면, 산란 패턴, 복합 포물면 집광기

Description

도광체 및 화상 독취장치{Light guide and image reader}

본 발명은 팩스, 복사기, 스캐너장치 등에서 원고를 필라멘트(라인형상)에 조명하기 위한 도광체 및 이것을 삽입한 화상 독취장치에 관한 것이다.

광원으로부터의 빛을 유효하게 피조사체(被照射體)에 대해 조사하는 것을 목적으로 하여, 도광체 단면(斷面)에 포물선의 면을 갖는 도광체를 사용한 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또한, 결상성(結像性)을 무시하고 집광효율의 향상을 꾀한 복합 포물면 집광기(CPC)가 알려져 있다(비특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2001-330734호 공보

비특허문헌 1: 서명 제6·빛의 연필 5 비결상집광광학계 저자 쯔루타 다다오

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

도광체로부터의 출사광(出射光))은 퍼짐을 갖는다. 이 때문에 원고와 출사면의 거리가 큰 경우는, 원고 독취면(讀取面)의 조도(照度)가 저하되는 경우가 있어 바람직하지 않다.

그런데, 비특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, 복합 포물면 집광기(CPC)는, 빛을 효율 좋게 모으기 위해 고안된 광학계로, 수광면(受光面)에 입사각 θ 이내에서 입사된 빛은, 전부 집광면에 모이는 특성을 갖는다.

따라서 본 발명은, 복합 포물면 집광기(CPC)의 특성을 역으로 이용하여, 어느 한정된 영역으로부터의 전각(全角)에 미치는 산란광(散亂光)을, 소정의 출사각(出射角)에 한정된 방사광(放射光)으로 변환해서, 원고면을 효율 좋게 비추는 광학계로서 사용함으로써, 빛의 퍼짐을 최저한으로 억제할 수 있는 도광체 및 그 도광체를 사용한 라인 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 도광체는, 단면(端面)으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 길이방향을 따라 설치한 출사면으로부터 출사시키도록 한 것으로서, 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상은, 마주보는 2개의 포물선, 2개의 포물선의 초점을 연결하는 선분(線分), 출사면에 상당하는 선분을 갖는다. 상기 2개의 포물선의 초점을 연결하는 선분을 포함하는 면이 반사면이 되고, 이 반사면과 마주보는 면이 출사면이 된다.

상기 구성으로 함으로써, 출사면으로부터 출사되는 빛의 퍼짐을 억제할 수 있다. 가장 효율 좋게 빛을 출사시키기 위해서는, 도광체의 출사면측 측면을 광축(光軸)과 거의 평행하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 화상 독취장치는, 상기 도광체의 한쪽 끝 또는 양쪽 끝에 발광원을 설치한 조명 유닛을 예를 들면 2쌍 구비하고, 각 조명 유닛은 각 출사면으로부터 출사된 빛이 원고 독취면의 동일 영역을 조사하도록 배치하였다.

발명의 효과

본 발명의 도광체 및 그 도광체를 사용한 라인 조명장치는, 복합 포물면 집광기(CPC)의 특성을 역으로 이용하여, 어느 한정된 영역으로부터의 전각에 미치는 산란광을, 소정의 출사각에 한정된 방사광으로 변환해서, 원고면을 효율 좋게 비추는 광학계로서 사용하도록 했기 때문에, 빛의 퍼짐을 최저한으로 억제할 수 있다. 이것에 의해, 원고면을 효율 좋게 조명할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 복합 포물면형상을 갖는 도광체의 단면형상을 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 도광체의 출사광을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 도광체를 삽입한 라인 조명장치를 구비한 밀착형 이미지 센서(CIS)의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 도광체의 단면(端面)에 설치되는 광원으로서의 각 발광 다이오드(light emitting diode)의 설치위치를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 도광체의 단면형상을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 다른 도광체의 단면형상을 나타내는 도면이다.

도 7은 복합 포물면 반사경을 구비한 라인 조명장치의 단면형상을 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 본 발명의 실시형태를 첨부하는 도면을 토대로 설명한다. 도 1은 본 발명의 복합 포물면형상을 갖는 도광체의 단면형상을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 도광체의 출사광을 나타내는 도면이다.

도광체(10)은, 예를 들면 아크릴 등의 투명 수지로 형성되어 있고, 그 단면형상은 도광체(10)의 전장(全長)(예를 들면 320 ㎜)에 걸쳐 일정하게 되어 있다.

도광체(10)의 바닥면(1)은 그 폭(W)를 0.52 ㎜로 하고 있고, 이 바닥면(1)에는 백색 잉크 또는 부드러운 요철(凹凸)에 의한 산란 패턴이 형성되어 있다. 산란 패턴은 예를 들면 도트형상으로 형성한다.

이 산란 패턴은 바닥면(1)의 전면에 형성해도 되지만, 도시하지 않는 발광원으로부터의 빛이 입사되는 단면으로부터 멀어짐에 따라, 산란 패턴의 형성영역을 넓게 하도록 해도 된다.

측면(2)는, 가상선(假想線)으로 나타내는 2차 곡선(y=0.81927x²-0.30515)을 원점(x, y)=(0, 0)을 회전 중심으로 하고, θ=10도 회전하여, x축방향으로 -W1/2=-0.26 ㎜ 평행 이동한 곡선의 일부(y의 범위: 0≤y≤9.97)이다. 가상선으로 나타내는 2차 곡선을 기울임으로써, 출사면(4)측의 측면(2)가 y축(광축)과 거의 평행해지도록 하고 있다. 측면(3)은 측면(2)의 y축 선대칭 곡선이다.

이 경우, 좌표(x, y)=(-0.26, 0)은 포물면인 측면(2)의 초점(a)가 된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 초점(a)로부터의 산란광에 있어서, 측면(2)에 직접 도달한 빛은, 전반사조건을 만족하여, y축에 대해, 도광체(10)의 내부에서는 10도 기울어진 평행광이 되어 출사면(4)에 도달한다.

도광체(10)이 아크릴이고 그 굴절률 n=1.49인 경우,

1.49·sin 10도=sinθd (스넬의 법칙(Snell's law))

으로부터 θd=15도가 된다.

따라서, 도 2에 있어서 부호 5로 나타내는 광선과 같이, y축에 대해 15도 기울어진 평행광이 출사면(4)로부터 출사된다.

한편, 초점(a)로부터의 산란광에 있어서, 출사면(4)에 직접 도달한 빛은, 좌표(x, y)=(1.50, 9.97)을 통과했을 때, 도 2에 있어서 부호 6으로 나타내는 광선과 같이, y축에 대해 -15도 기울어진다.

마찬가지로, 좌표(x, y)=(0.26, 0)은, 포물면인 측면(3)의 초점(b)가 된다. 이 초점(b)로부터의 산란광에 있어서, 측면(3)에 직접 도달한 빛은, 전반사조건을 만족하여, y축에 대해, 도광체(10)의 내부에서는 -10도 기울어진 평행광이 되어 출사면(4)에 도달한다.

따라서, 구간(-0.26≤x≤0.26, y=0)으로부터의 산란광(즉 바닥면(1)으로부터의 산란광)은, 측면(3)에 직접 도달하는 산란광의 반사를 포함하여, y축에 대해 ±15도의 범위에 한정된다.

이것에 의해, 출사면(4)로부터 출사된 빛의 퍼짐을 작게 억제할 수 있어, 그 결과, 원고면을 효율 좋게 조명할 수 있다.

도 3은 본 발명의 도광체를 삽입한 라인 조명장치를 구비한 밀착형 이미지 센서(CIS)의 단면도, 도 4는 본 발명의 도광체의 단면에 설치되는 광원으로서의 각 발광 다이오드의 설치위치를 나타내는 도면이다.

도 3에 나타내는 밀착형 이미지 센서(CIS)(30)은, 상자체(31)을 구비하여, 이 상자체(31) 내에 2쌍의 라인 조명장치(20L, 20R)을 삽입하고, 또한, 상자체(31) 내에 정립등배계(正立等倍系)의 렌즈 어레이(lens array)(32)를 배치하여, 추가로, 상자체(31)의 하부에 라인 이미지 센서(33)을 설치한 기판(基板)(34)를 설치해서 된다. 부호 35는 원고대(原稿台)를 구성하는 커버 글래스이다.

각 라인 조명장치(20L, 20R)은, 도 1 및 도 2에 나타낸 도광체(10), 도광체 케이스(11), 도 4에 나타내는 각 발광 다이오드(12R, 12G, 12B)를 구비한 발광원 기판(도시하지 않는다)으로 된다. 각 발광 다이오드(12R, 12G, 12B)는, 각각 적색, 녹색, 청색의 빛을 발광하는 것으로, 이들 발광 다이오드(12R, 12G, 12B)는 칩형인 것(LED칩)을 사용하고 있다.

본 실시형태에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 발광 다이오드(12R, 12G, 12B)를 y축(광축)을 따라 일렬로 설치하고 있다. 이것에 의해, 도광체(10)의 바닥면(1)에 형성한 산란 도트 패턴의 법선(法線)과 각 발광 다이오드(12R, 12G, 12B)의 광축을 일치시키고 있다.

발광 다이오드(12R, 12G, 12B)로부터의 빛은 도광체(10)의 내부를 전반(傳搬)하여, 바닥면(1)에서 산란광을 발생시킨다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 산란광이 각 측면(2, 3)에서 반사되고, 또는 직접, 출사면(4)로부터 출사되어, 커버 글래스(35) 상에 올려놓아진 도시하지 않는 원고의 독취면을 조명하는 조명광(7)이 된다.

도시하지 않는 원고의 독취면에서 반사된 조명광(7)은, 커버 글래스(35) 및 렌즈 어레이(32)를 매개로 하여 라인 이미지 센서(33)에 의해 검출된다. 이것에 의해, 원고의 독취가 이루어진다.

각 도광체(10)으로부터 출사되는 조명광은, y축(광축)에 대해 ±15도의 범위에 한정되기 때문에, 원고까지의 거리가 큰 경우에도 조명광의 퍼짐을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 원고면을 효율 좋게 조명할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 도광체의 단면형상을 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 도광체(10A)는, 출사면(8)을 볼록면으로 하여 출사광의 퍼짐각을 작게 한 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 도광체의 단면형상을 나타내는 도면이다. 이 도광체의 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상은, 타원 곡면으로 되는 측면(2', 3'), 바닥면(1') 및 출사면(4')를 갖고, 바닥면(1')의 양 끝이 측면(2', 3')의 초점(a', b')에 일치하고 있다.

즉, 1.6:6의 아스펙트비를 갖는 타원 곡선

(x/1.6)²+(y/6)²=1

으로부터, 초점의 좌표를 구하면,

x=0, y=f=-(6×6-1.6×1.6)^0.5

가 된다. y는 구간

(f≤y≤0), f=-(6×6-1.6×1.6)^0.5

에 있어서의 변수, 그 구간의 타원 곡선은

x=1.6(1-(y/6)²)^0.5

이다. 여기에서,

y=f일 때의 x를 x₀(=0.42667)

으로 한 경우, 도광체의 측면을 곡선

x=1.6(1-(y/6)²)^0.5-x₀/2

로 함으로써, 바닥면(1')의 양 끝이 측면(타원 곡선)(2', 3')의 초점(a', b')에 일치한다.

도 6에 나타낸 도광체를 도 3에 나타내는 20L, 20R로서 사용한 바, 도 1의 도광체를 사용한 경우와 거의 동등한 출력이 센서(33)에서 검출되었다.

상기한 도시예 외에, 포물면(2, 3) 또는 타원 곡선(2', 3')를 좌우 비대칭으로 하여, 좌우의 퍼짐각을 바꾸도록 해도 된다.

도 7은 복합 포물면 반사경을 구비한 라인 조명장치의 단면형상을 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 라인 조명장치(60)은, 예를 들면 단면형상이 직사각형인 도광체(61)의 출사면(62)로부터 출사된 빛을, 포물측면의 반사경(63, 64)로 반사시켜서 개구부(開口部)(65)로부터 조명광으로서 출사시키도록 한 것이다. 부호 66은 플라스틱제의 케이스이다. 이 라인 조명장치(60)은, 굴절률 매체 중에 반사면이 없기 때문에, 퍼짐각이 억제된다. 즉, 복합 포물면 반사경(63, 64)의 내부는 공기이기 때문에, 조명광의 출구인 개구부(65)로부터 출사될 때 빛이 퍼지는 경우는 없다.

Claims

단면으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 길이방향을 따라 설치한 출사면으로부터 출사시키도록 한 도광체로서, 상기 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상은, 마주보는 2개의 포물선 또는 2개의 타원 곡선, 상기 2개의 포물선의 초점 또는 2개의 타원 곡선의 초점을 연결하는 선분, 상기 출사면에 상당하는 선분을 갖는 것을 특징으로 하는 도광체.
제1항의 도광체에 있어서, 상기 출사면측 도광체의 측면은 광축과 거의 평행하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제1항 또는 제2항의 도광체의 단면에 발광원을 설치한 조명 유닛과, 이 조명 유닛으로부터 원고를 향해 조사되어, 원고에서 반사 또는 원고를 투과한 빛을 수광소자(受光素子)에 수속(收束)시키기 위한 렌즈 어레이를 상자체에 삽입한 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.
제3항의 화상 독취장치에 있어서, 상기 조명 유닛은 2쌍 배치되고, 각 조명 유닛은 각 출사면으로부터 출사된 빛이 원고 독취면의 동일 영역을 조사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.