KR20060048070A

KR20060048070A - 도광체, 라인 조명장치 및 화상 독취장치

Info

Publication number: KR20060048070A
Application number: KR1020050043390A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 네모토; 히로히코 이와세; 히데미쯔 다케우치; 다카시 기시모토
Original assignee: 니혼 이타가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-05-18
Also published as: CN1702484A; US20060165370A1; US20050265684A1; TW200603444A; JP4093990B2; JP2005341141A; US7076148B2; US7088905B1

Abstract

광량의 균일화가 우수한 도광체, 라인 조명장치 및 화상 독취장치를 제공한다.

광반사부(14)를 통형상 오목면(15)로 구성함으로써, 도광체(11)의 내부에서 보면 통형상 볼록면의 반사면이 형성되게 된다. 그 결과, 광원 유닛(13)으로부터의 빛의 입사각이 약간 어긋남으로써, 통형상 볼록면에서의 반사각은 크게 변화하게 된다. 특히 종래예로서 나타낸 삼각 요철부에서의 반사는, 광원 유닛으로부터 떨어지면 삼각 요철부로의 입사각이 거의 일정해지기 때문에, 반사각도 결정되어 버려, 주주사방향에 있어서 균일한 반사가 되기 어려웠지만, 이 실시예와 같이 통형상 오목면(15)로 함으로써, 고르게 출사면이 되는 윗면(11a)를 향해 반사되기 때문에, 균일반사가 된다.

도광체, 라인 조명장치, 화상 독취장치, 주사방향, 삼각 요철부

Description

도광체, 라인 조명장치 및 화상 독취장치{Light guide, line-illuminating device, and image-scanning device}

도 1은 본 발명의 도광체(導光體)를 라인 조명장치의 일부로서 끼워 넣은 화상 독취(讀取)장치의 단면도이다.

도 2는 동일한 도광체의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 도광체를 끼워 넣은 라인 조명장치의 작용을 설명한 도면이다.

도 4는 도광체의 다른 실시예의 사시도이다.

도 5는 도 4의 확대도이다.

도 6은 도광체의 다른 실시예의 사시도이다.

도 7은 라인 조명장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 라인 조명장치의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 9는 다른 실시예의 화상 독취장치의 단면도이다.

도 10은 실시예 1의 도광체와 종래 도광체의 주주사방향(主走査方向)에 있어서의 광도비(光度比)를 나타내는 그래프이다.

도 11은 실시예 2의 도광체와 종래 도광체의 주주사방향에 있어서의 광도비를 나타내는 그래프이다.

도 12는 종래의 삼각 요철부에 의한 반사의 거동을 설명한 도면이다.

부호의 설명

1…화상 독취장치의 프레임(frame), 1a…오목부, 2…광전변환소자(光電變換素子)(라인 이미지 센서), 3…센서 기판, 4…렌즈 어레이(lens array), 10…라인 조명장치, 11…투명 도광체, 11a…출사면(出射面), 11b, 11c…측면, 11d…바닥면, 12…백색 케이스, 13…광원 유닛, 14…광반사부, 15…통형상 오목면, 16…오목 구면, 17…오목부, 18…반사 시트, 19…프리즘 시트, 20…볼록렌즈, 21…리플렉터(reflector).

본 발명은 도광체, 라인 조명장치 및 이 라인 조명장치를 끼워 넣은 밀착형 및 축소형 화상 독취장치(이미지 센서)에 관한 것이다.

팩시밀리장치, 복사기, 이미지 스캐너장치 등의 화상 독취장치는, 원고면을 주주사범위에 걸쳐 선형상으로 조명하는 라인 조명장치를 구비하고 있다. 이 라인 조명장치는, 봉형상 또는 판형상을 이루는 투명 도광체의 단면(端面)으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 출사면으로부터 출사시키도록 하고 있다.

상기 라인 조명장치는 도광체의 한쪽 끝 또는 양쪽 끝에 LED 등의 발광소자를 배치하기 때문에, 단부(端部)쪽으로부터 출사되는 광량이 많아져, 주주사방향에 있어서 광도가 불균일해지기 쉽다.

따라서, 특허문헌 1에서는, 도광체의 한 면에 백색 안료를 인쇄 도포하여 광산란 패턴을 형성하고, 이 광산란 패턴의 폭을 발광 유닛을 향해 서서히 좁히도록 한 제안이 이루어져 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 발광 유닛에 가까운 쪽의 단부에 형성하는 광산란 패턴을 불연속형상으로 하는 제안이 이루어져 있다.

상기한 백색 안료를 인쇄 도포하여 광산란 패턴을 형성하는 수단으로는, 스크린 인쇄를 이용하기 때문에, 스크린의 눈막힘, 온도, 습도, 용제에 의한 희석 정도나 정전기에 의한 도료의 비산(飛散) 등 많은 팩터(factor)에 의해 전사 도트의 크기가 변동되어 버려, 최적의 광산란 패턴을 다수의 도광체의 표면에 재현할 수 없어, 생산 수율이 저하되어 버린다. 또한, 실크스크린 인쇄에 의한 경우는, 만족할만한 균일성이 얻어질 때 까지 수정·제작을 반복해야만 하기 때문에, 시간과 비용이 걸리게 된다.

상기의 문제를 해소하기 위해, 특허문헌 3에서는, 도광체의 이면(裏面)(바닥면)에 삼각형상의 요철면으로 되는 광반사부를 형성하는 제안이 이루어져 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제(평)8-163320호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 제(평)10-126581호 공보

[특허문헌 3] 일본국 특허공개 제2001-242322호 공보

도 12는 광반사부로서, 삼각형상의 요철면을 형성한 경우의 조사광의 산란을 설명한 도면으로, LED 등의 발광소자로부터 출사된 빛은 도광체의 단면으로부터 도광체 내에 입사되어, 삼각형상의 요철면에 있어서 반사되어 출사면에 이르고, 이 출사면에 대해 전반사각(全反射角) 보다도 작은 각도로 입사된 빛은 출사면을 투과하여 출사되고, 전반사각 보다도 큰 각도로 입사된 빛은 다시 도광체 내로 되돌려진다.

여기에서, 입사 단부에 가까운 개소에서는, 삼각형상의 요철면에 입사되는 각도도 일정하지는 않기 때문에, 반사하는 각도도 일정해지지 않아, 어느 정도 균일한 강도로 출사되지만, 입사 단면으로부터의 거리가 커지면, 삼각형상의 요철면에 입사되는 각도도 거의 일정해지고, 반사하는 각도도 거의 일정해져 버려, 출사되는 광강도에 불균일이 발생해 버린다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 도광체는, 광반사부로서 도광체의 길이방향과 그 축선(軸線)이 직교하는 통형상 오목면을 형성하였다. 또한, 본 발명의 다른 도광체는 광반사부로서 미세한 오목 구면을 형성하였다.

이와 같이, 광반사부로서 구면 등의 곡면 반사면을 채용함으로써, 광반사부에 입사되는 빛의 각도가 약간 어긋나도 반사각도가 크게 변화되기 때문에, 출사되는 빛의 강도가 균일해진다. 또한 광산란부로 하지 않고, 광반사부로 함으로써 반사광의 지향성(指向性)을 높일 수 있다. 즉, 특허문헌 1과 같은 광산란 패턴을 형성한 경우에는, 도광체의 단면방향에서 보아, 출사면으로부터 출사되는 광속(光束)이 퍼져버려 광량 불균일의 원인이 되지만, 특히 통형상 오목면을 형성한 경우에는 출사광에 지향성을 갖게 하는 것도 가능하다.

특히, 도광체의 형상으로서 측면과 바닥면 사이에 모서리를 깎아 만든 면 (chamfer)으로 평면부를 형성한 경우에는, 해당 평면부는 출사면으로의 반사면으로서의 역할은 별로 없기 때문에, 바닥면부에 형성되는 광반사부는 원통 또는 타원통형상의 오목면으로서, 주주사방향에서의 빛의 반사각도를 분산하는 것이 바람직하다.

또한 도광체의 형상으로서 양측면이 바닥면에 가까울수록 곡률이 커진 곡면을 채용한 경우에는, 해당 양측면은 출사면으로의 반사면으로서의 역할도 커져, 바닥면부에 형성하는 광반사부는 미세한 오목 구면으로 하고, 전체적으로 빛의 반사각도를 분산하는 것이 바람직하다.

상기 광반사부의 형성영역에서는, 통형상 오목면이 도광체의 길이방향에 연속해서 형성되거나, 미세 오목 구면이 연속해서 형성된 구성으로 하지만, 발광소자를 설치하는 쪽의 도광체의 단부 근방에서는, 상기 광반사부의 형성영역의 폭이 도광체 중앙부에 있어서의 폭 보다도 단부를 향해 서서히 짧게 하거나, 형성영역이 도중에 끊어지도록 함으로써, 광량의 균일화를 더욱이 도모할 수 있다. 또한, 상기 미세 오목 구면의 배열은 조밀형상으로 하는 것을 생각할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

상기 도광체의 출사면에는 출사광의 초점위치를 제어하는 렌즈 또는 프리즘 시트 등의 회절광학소자를 설치하거나, 또한 도광체의 단면에 발광 유닛으로부터의 빛을 상기 반사부에 유도하기 위한 렌즈 또는 프리즘 시트를 설치하는 것이 가능하다. 상기 렌즈는 목적에 따라 볼록렌즈, 오목렌즈, 프레넬렌즈(Fresnel lens) 등을 사용할 수 있다. 빛을 모을 때는 볼록렌즈, 빛을 확산시킬 때는 오목렌즈를 사용한 다.

또한, 도광체와 발광 유닛을 조합시켜 구성되는 라인 조명장치로서는, 발광 유닛을 구비한 케이스 내에 출사면이 노출되도록 도광체를 수납한 것, 또는 도광체의 단면에 직접 발광 유닛을 부착한 것을 생각할 수 있고, 또한 발광 유닛 내에 끼워 넣어지는 RGB 3원색의 발광소자는, 도광체 바닥면의 중심선으로부터 등거리(等距理)에 배치한 구성, 도광체 바닥면으로부터 등거리에 배치된 구성을 생각할 수 있고, 추가로 발광 유닛의 배면(背面)쪽에는 리플렉터 등의 반사 수단을 배치해도 된다.

더욱이, 라인 조명장치로서는, 광원 유닛을 한쪽 끝 뿐만 아니라, 양쪽 끝에 배치한 구성으로 해도 된다. 또한, 상기 라인 조명장치를 끼워 넣은 화상 독취장치로서는, 라인 조명장치가 1개 뿐인 것, 2개 끼워 넣은 것 모두 본 발명에 포함된다.

본 발명의 도광체에 의하면, 광반사부를 도광체 형성시에 일체적으로 형성할 수 있어, 실크스크린에 의한 패턴 인쇄에 비교하여, 제작이 용이하고 비용 저하를 도모할 수 있다.

또한, 광반사부로서 삼각 요철면을 형성한 선행기술에 비교하여, 주주사방향(도광체의 길이방향)에 있어서의 조사광의 강도가 균일화되어, 광량 불균일이 없어지고, 또한 광량의 부족도 해소된다.

이하에 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 도광체를 라인 조명장치의 일부로서 끼워 넣은 화상 독취장치의 단면도, 도 2는 동일한 도광체의 사시도이다.

화상 독취장치는 프레임(상자체)(1)에 형성한 오목부(1a), (1a)에 라인 조명장치(10), (10)을 배치하고, 바닥부에는 광전변환소자(라인 이미지 센서)(2)를 구비한 센서 기판(3)을 부착하고, 추가로 프레임(1)의 중앙부에 라인 조명장치(10)으로부터의 조사광 중 원고로부터의 반사광을 상기 광전변환소자(2)를 향해 집광시키는 등배결상용(等倍結像用) 렌즈 어레이(4)를 부착하고 있다. 또한, 도시예에서는 라인 조명장치(10)을 한쌍 설치하고 있지만, 한 개만으로 해도 된다.

상기 렌즈 어레이(4)는 렌즈 플레이트를 복수매(도면에서는 2장) 겹쳐서 정립등배(正立等倍) 렌즈로서 구성되고, 각 렌즈 플레이트에는 다수의 미소(微小) 렌즈가 소정 피치로 규칙적으로 2차원 형상으로 배열되어 있다. 이러한 구성의 렌즈 어레이(4)를 사용함으로써, 렌즈 광축(光軸)과 이미지 센서(수광소자(受光素子))의 어긋남에 기인하는 광량 레벨의 저하를 억제하고, 선형상 화상을 삽입할 때의 상(像)의 일그러짐 발생을 방지할 수 있다. 또한 렌즈 어레이(4)로서는 막대형상의 렌즈 어레이를 사용해도 된다.

라인 조명장치(10)은, 봉형상 또는 판형상을 이루는 아크릴 수지제의 투명 도광체(11)을 백색 케이스(12)에 장전(裝塡)하고, 이 케이스(12)의 한쪽 끝에는 광원 유닛(13)을 부착하고 있다. 또한, 광원 유닛(13)은 케이스(12)에 부착되어 있기 때문에, 도 2에서는 상상선(想像線)으로 나타내고 있다. 이 광원 유닛(13)은 RGB 3원색의 LED(13a), (13b), (13c)를 갖고, 도광체(11)을 백색 케이스(12)에 장전한 상태로, 도광체(11)의 바닥면의 중심선으로부터 각 LED(13a), (13b), (13c)까지의 거리가 동일해지도록 설정하고 있다. 이와 같이 설정함으로써 광강도의 불균일을 억제할 수 있다.

상기 LED(13a), (13b), (13c)의 배치에 대해서는, 각각이 도광체(11)의 바닥면으로부터의 거리가 동일해지도록 배치해도 된다. 즉, 바닥면으로부터 각 LED(13a), (13b), (13c)로의 수직선의 길이가 동일해지도록 배치해도 된다.

도광체(11)은 단면형상이 육각형으로 되어 있다. 즉 출사면이 되는 윗면(11a), 양측면(11b), (11c), 바닥면(11d) 및 양측면과 바닥면 사이에 모서리를 깎아 만든 면으로 형성된 평면부(11e), (11f)로부터 주위면이 구성되어 있다.

상기한 도광체(11)의 주위면은 전부 평면으로 형성되어 있고, 바닥면(11d)에는 단면으로부터 입사된 빛을 길이방향으로 균일하게 배분하는 광반사부(14)가 형성되어 있다. 이 광반사부(14)의 형성영역은 광원 유닛(13)에 가까운 쪽을 섬형상으로 불연속으로 함으로써, 주주사방향의 광강도가 균일해지도록 하고 있다.

상기 광반사부(14)의 각 형성영역은 복수의 통형상 오목면(15)로 구성되어 있다. 이 통형상 오목면(15)는 도광체의 길이방향(주주사방향)과 그 축선이 직교하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 통형상 오목면(15)의 단면형상은 예를 들면, 직경 0.09 ㎜의 원을 0.01~0.02의 범위에서 겹침으로써 형성되는 깊이 0.02~0.03 ㎜의 원호로 하고 있다.

광반사부(14)를 통형상 오목면(15)로 구성함으로써, 도광체(11)의 내부에서 보면 통형상 볼록면의 반사면이 형성되게 된다. 그 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광원 유닛(13)으로부터의 빛의 입사각이 약간 어긋남으로써, 통형상 볼록면에 서의 반사각은 크게 변화하게 된다. 특히 종래예로서 나타낸 삼각 요철부에서의 반사는, 광원 유닛으로부터 떨어지면 삼각 요철부로의 입사각이 거의 일정해지기 때문에, 반사각도 결정되어 버려, 주주사방향에 있어서 균일한 반사가 되기 어려웠지만, 이 실시예와 같이 통형상 오목면(15)로 함으로써, 고르게 출사면이 되는 윗면(11a)를 향해 반사하기 때문에, 균일반사가 된다.

도시예에서는, 통형상 오목면(15)의 형상으로서 원호의 일부를 나타냈지만, 타원호의 일부로 해도 되고, 또한 이것을 조합시키는 것도 가능하다.

도 4는 도광체의 다른 실시예(실시예 2)의 사시도, 도 5는 도 4의 요부(要部)의 확대도이고, 이 실시예에 있어서는 광반사부(14)의 각 형성영역을 미세한 오목 구면(16)을 조밀형상으로 연속해서 형성하는 동시에, 좌우의 양측면(11b), (11c)를 곡면으로 하고 있다. 곡면으로서는 타원면, 포물면(paraboloid) 등을 생각할 수 있고, 좌우의 측면에서 곡률이 상이하도록 하여 초점심도(焦点深度)를 크게 해도 된다.

오목 구면(16)의 단면형상은, 상기 통형상 오목면(15)와 마찬가지로 예를 들면, 직경 0.09 ㎜인 원을 0.01~0.02의 범위에서 겹침으로써 형성되는 깊이 0.02~0.03 ㎜의 원호로 한다.

광반사부(14)를 미세한 오목 구면(16)으로 한 경우에는, 단면으로부터 입사된 빛을 출사면이 되는 윗면(11a) 뿐 아니라, 좌우의 측면(11b), (11c)에도 반사하기 때문에, 좌우의 측면(11b), (11c)는 상기한 실시예 1과 같이 평면으로 하지 않고 출사면을 향한 반사면으로서도 기능하도록 곡면으로 하는 것이 효율적이다.

도 6은 도광체(11)의 추가적인 다른 실시예를 나타내는 사시도로, 이 실시예에 있어서는, 광반사부(14)를 구성하는 통형상 오목면(15)를 주주사방향으로 연속해서 형성하는 동시에 그 폭방향 치수를 광원 유닛(13)쪽에서는 짧게 함으로써, 반사광량의 균일화를 도모하고 있다.

또한, 도 6에 나타내는 실시예에서는 도광체(11)의 단면에 오목부(17)을 설치하고, 이 오목부에 광원 유닛(13)을 끼워 넣도록 하고 있다. 따라서, 이 실시예에서는 케이스를 없애고 라인 조명장치(10)이 구성된다. 또한, 광반사부(14)를 미세한 오목 구면(16)으로 한 경우도 도 6과 마찬가지로 다른 실시예를 생각할 수 있다.

도 7은 라인 조명장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 이 실시예에서는 도광체(11)의 광원 유닛(13)과 마주보는 단부에 볼록렌즈(20) 또는 프리즘 시트를 설치하고, 광원 유닛(13)으로부터 입사되는 빛을 광반사부(14)에 유도하도록 하고 있다.

도 8도 라인 조명장치의 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 이 실시예에서는 광원 유닛(13)의 배면쪽에 리플렉터(21)을 배치하고, 광원 유닛(13)으로부터의 빛을 전부 도광체(11) 내에 입사시키도록 하고 있다.

도 9는 다른 실시예의 화상 독취장치의 단면도로, 이 실시예에 있어서는 상기한 도 6의 라인 조명장치(10)을 사용하고 있고, 프레임(상자체)(1)에 형성한 오목부(1a)에 직접 라인 조명장치(10)을 고정하고 있다.

더욱이, 이 실시예에 있어서는, 도광체(11)의 바닥면(11d)에 반사 시트(18) 을 첩착(貼着)하여 반사효율을 향상하는 동시에, 출사면인 윗면(11a)에는 프리즘 시트(19)를 첩착하여 출사광에 지향성을 높이고 있다.

도 10 및 도 11은 실시예 1 및 실시예 2의 도광체와 종래 도광체의 주주사방향에 있어서의 광도비를 나타내는 그래프이다. 또한, 종래예 1은 도 2에 나타내는 형상의 도광체에 광반사부로서 백색 페인트를 채용한 것, 종례예 2는 도 4에 나타내는 형상의 도광체에 광반사부로서 백색 페인트를 채용한 것이다. 이들 그래프로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 도광체는 종래 도광체에 비교하여 광도비가 대폭 향상되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 라인 조명장치 및 화상 독취장치는, 복사기, 팩시밀리 등으로서 유효하게 이용된다.

Claims

단면으로부터 입사된 조사광을 바닥면에 설치한 광반사부에서 반사시켜 출사면으로부터 출사시키는 봉형상 또는 판형상을 이루는 도광체에 있어서, 상기 광반사부에는 도광체의 길이방향과 그 축선이 직교하는 통형상 오목면이 길이방향에 연속해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제1항의 도광체에 있어서, 이 도광체는 바닥면과 양측면 사이에 모서리를 깎아 만든 면에 의해 평면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제1항 또는 제2항의 도광체에 있어서, 도광체의 적어도 한쪽 단부 근방에서는, 상기 통형상 오목면을 형성한 영역의 폭이 도광체 중앙부에 있어서의 폭 보다도 짧아져 있거나, 형성영역이 도중에 끊어져 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
단면으로부터 입사된 조사광을 바닥면에 설치한 광반사부에서 반사시켜 출사면으로부터 출사시키는 봉형상 또는 판형상을 이루는 도광체에 있어서, 상기 광반사부에는 미세 오목 구면이 연속해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제4항의 도광체에 있어서, 이 도광체의 양측면은 바닥면에 가까울수록 곡률이 커진 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제4항 또는 제5항의 도광체에 있어서, 도광체의 적어도 한쪽 단부 근방에서는, 상기 미세 오목 구면을 형성한 영역의 폭이 도광체 중앙부에 있어서의 폭 보다도 짧아져 있거나, 형성영역이 도중에 끊어져 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 도광체를 발광 유닛을 구비한 케이스 내에 출사면이 노출되도록 수납한 것을 특징으로 하는 라인 조명장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 도광체의 적어도 한쪽 단면에, 발광 유닛이 직접 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 조명장치.
제7항 또는 제8항의 라인 조명장치에 있어서, 상기 발광 유닛은 RGB 3원색의 발광소자를 구비하고, 이들 발광소자는 도광체 바닥면의 중심선으로부터 등거리에 있는 것을 특징으로 하는 라인 조명장치.
제7항 또는 제8항의 라인 조명장치에 있어서, 상기 발광 유닛은 RGB 3원색의 발광소자를 구비하고, 이들 발광소자는 도광체 바닥면으로부터 등거리에 있는 것을 특징으로 하는 라인 조명장치.
제7항 또는 제8항의 라인 조명장치에 있어서, 상기 발광 유닛의 배면쪽에는 리플렉터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 조명장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 라인 조명장치, 광전변환소자로 되는 라인 이미지 센서, 상기 라인 조명장치로부터의 조사광 중 원고로부터의 반사광을 상기 라인 이미지 센서를 향해 집광시키는 렌즈 어레이를 구비한 화상 독취장치.