JP4004178B2 - ライン照明装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等に用いる画像読み取り装置に組み込むライン照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナなどの機器には、原稿を読み取るための装置として、イメージセンサなどの画像読み取り装置が用いられている。イメージセンサのタイプとしては、縮小型、密着型、完全密着型などの種類がある。そのなかで、密着型イメージセンサは、照明装置、等倍結像光学装置、センサなどから構成されている。そして、このような密着型イメージセンサは、一般的に、縮小型のイメージセンサに比べて、光路長が短く、機器を小型化でき、また、煩わしい光学調整も無く、機器への組み込みが容易である等のメリットがあり、縮小型にかわって、多く使用されるようになってきた。
【0003】
このような密着型イメージセンサにおける照明装置は、原稿面をセンサによる読み取りが可能な照度以上に照明しなければならない。そして、この照明装置により照明すべき範囲は線状であって、主走査方向(長手方向)にはかなり長く、一方この主走査方向と直交する副走査方向ではきわめて狭くてよい。例えば、ファクシミリに使用されるA4サイズの場合は、その長手方向の長さは216mm以上必要とされる。また、長手方向において原稿面の照度にむらがあると読み取りエラーの原因になるから、前記照度はできるだけ一様であることが望ましい。
【0004】
このような照明装置として、従来からプリント配線基板上に数十個(例えば、30個)のLEDを、ワイヤボンディングや半田付けにより一列に実装したLEDアレイ型照明装置が知られている。そして、この照明装置を組み込んだ密着型イメージセンサにあっては、照明装置から出射した光は、原稿台ガラス兼用のカバーガラスを通して、被読み取り原稿に入射し、その反射光をロッドレンズアレイを介して、光電変換素子にて原稿の像が読み取られる。
【0005】
このようなLEDを多数個配列した従来装置では、実際に有効な光は被読み取り原稿の細い読み取りラインに当たった光のみであり、その他の光は無駄な光となっている。また、照明装置をできるだけ被読み取り原稿側に近づけて、読み取り原稿ラインの照度を明るくし、その分搭載しているLED数を減らす方法もあるが、しかしこの場合は、大きな照度むらが発生してしまう。また、このような構成の光源装置では、基本的にLEDの実装ピッチで、多かれ少なかれ光量むらが発生する。さらには、使用しているLED間でLED自身の製造ばらつきによる明るさのばらつきが発生する。したがって1つの照明装置に搭載するLED数を減じると、被読み取り原稿の読み取りラインの明るさの光量むらが大きくなる。
【0006】
そこで、本発明者等は棒状の透明体の両端部に発光素子(LED)を設け、また前記透明体表面の一部を光散乱面とした技術を特開平6−148435号公報や特開平7−14414号公報に提案した。
【0007】
これら公報に開示されるライン照明装置は棒状の透明体の両端部に発光素子を設けているので、一方の発光素子を削減することが可能である。そこで、本発明者等は棒状透明体の一端部に発光素子を設けたライン照明装置を特開平8−163320号公報及び特開平8−172512号公報に提案している。これら公報に開示されるライン照明装置は棒状透明体の一端のみに発光素子を配置することでコスト低減を図るとともに、長手方向に沿って均一な照度を得るために棒状の透明体の表面に形成される光散乱パターンの形状を、発光素子からの光が入射する一端から他端に向かって徐々に光散乱パターンの面積が拡大するものとしている。
【0008】
他方、特開平7−183994号には、発光波長の異なる少なくとも2つの発光体を有し、該発光体は該散乱反射領域の中心を通る法線からずらし、前記散乱反射領域に入射する光量が長手方向に均一となるように配置された照明手段を有する画像読取装置が開示されている。
【0009】
更に、本発明者等は、特開平10−126581号公報で以下の開示をしている。即ち、一端部に光源を設けたライン照明装置において、光源を設けた反対側の導光体の他端部状態を粗面のままにしても、光散乱パターンを工夫することで、入射した光が他端部に行き着くまでに、照射光として消費し尽くすようにし、照度を高く且つ均一さを維持することを可能としたものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述したライン照明装置では、特にカラー原稿の読み取りの問題は検討されていない。
【0011】
即ち、カラー原稿の読み取りに際しては、異なる発光波長(例えば、RGBに対応する)を有する発光素子(例えば、LED)を順次点灯させ、それぞれの波長における反射強度をセンサーで検出することになる。
【0012】
このときカラー対応の最小限度の光源を考えると、3つの異なる発光波長を有するLEDチップからなる光源が考えられる。他方、画像読み取り装置には小型化の要請がある。したがって、それに用いるライン照明装置もまた小型化の必要がある。
【0013】
前記特開平10−126581号公報に示したライン照明装置に、上述した3つの異なる発光波長を有するLEDチップからなる光源を適用すると、以下のようなさらなる改良すべき点があった。
【0014】
即ち、個々に点灯するLEDの位置によっては、光源近傍の照度の均一性を更に向上させる必要がある。
【0015】
これは光源近傍において、点灯するLEDと照光散乱パターン、さらには出射面との位置・角度関係が変化するためと考えられる。LEDチップといえども、少なからず大きさを有しているので、同じ場所に配置するのが不可能だからである。
【0016】
そこで本発明は、一端側にのみ異なる発光波長を有する複数の光源を配置したライン照明装置において、長さ方向における照度の均一性を維持できる安価なライン照明装置の提供を目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本願に係るライン照明装置は、走査方向を長手方向とし、この主走査方向と直交する副走査方向を幅狭としたライン照明装置であって、このライン照明装置は、長手方向の一端が光源ユニットに対向する鏡面となった棒状透明導光体をケース内に収納するとともに、前記光源ユニットをそれぞれが単独で点灯される複数の点光源にて構成してなり、前記棒状透明導光体の形状は、前記主走査方向と直交する方向に切断した断面が多角形状で一角に長手方向に沿って光出射面となる面取り部が形成され、この光出射面と対向する面の前記光出射面の法線と交わる部分に主光散乱パターンが形成され、この主光散乱パターンと前記光源ユニットの間で前記光出射面と対向する面に、副光散乱パターンが設けられ、この副光散乱パターンは、前記主光散乱パターンの長手方向の中心線から外れた位置に設けられ、更に、前記副光散乱パターンの長手方向中心線を通る副光散乱パターンの法線と、前記複数の点光源のいずれかの長手方向に伸びる中心線とが交差する構成とした。
尚、一般に棒状透明導光体は透明樹脂を射出成形して得られ、この場合、型の成形面に特殊な加工を施さない限り、型の内面がそのまま転写されるので、特別な工程を経ずに前記棒状透明導光体の長手方向の一端は鏡面に成形される。
【0018】
前記副光散乱パターンとしては、例えば、棒状透明導光体の副走査方向に離間した2つのスポット状パターンが考えられる。尚、スポット状パターンの数については、点光源の数に合せて3つにしてもよい。
【0019】
また、前記棒状透明導光体の他端面は粗面としてもよい。粗面とすることで製作は容易になるが、一端面から入射した光が当該粗面まで届くと、粗面故に反射しにくくなる。そこで、当該粗面に白色塗料を塗布しておけば、反射しやすくなり、照射光の有効利用が図れる。
【0020】
また、前記主光散乱パターンとしては、その長手方向の中心線が、棒状透明導光体の中心線よりも前記面取り部側に寄っており、また前記主光散乱パターンの形状としては、光源ユニットが配置される一端から他端に向かって徐々に面積が増加する第1の部分と、この第1の部分に連続し第1の部分よりも他端に向かって面積の増加する割合が大きくなった第2の部分と、この第2の部分に連続し第2の部分の最大幅のまま他端に向かって伸びる第3の部分とからなるようにすることができる。このような構成とすることで、他面を粗面としても、照度を高く且つ均一さを維持できる。
【0021】
また、前記主光散乱パターンの第1の部分は、光散乱パターンが不連続に点在する部分と、光散乱パターンが連続する部分からなるようにしてもよい。特に、棒状透明導光体の一部にケースとの凹凸係合部を形成している場合には、当該凹凸係合部に対応した箇所にパターン欠落部を設けることで、均一さを維持することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
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。ここで、図1は本発明に係るライン照明装置を走査方向と直交する方向に切断した断面図、図2は同ライン照明装置を構成する棒状透明導光体を収納したケースの斜視図、図3は同棒状透明導光体を収納したケースを走査方向に沿って切断した断面図、図4は同棒状透明導光体を収納したケースの端面図、図5は棒状透明導光体の光散乱パターンを形成した面を示す図、図6は棒状透明導光体の要部拡大平面図、図7は別実施例を示す図6と同様の図、図8は棒状透明導光体の要部拡大斜視図である。
【0023】
ライン照明装置はフレーム1に凹部2,3を形成し、凹部2内には棒状透明導光体4を収納したケース5を配置し、凹部2の開口部はガラス板6にて閉じ、また凹部3にはセンサ7を設けた基板8を取り付け、更にはフレーム1内にはロッドレンズアレイ9を保持している。
【0024】
而して、ケース5の一端に取り付けた光源ユニット10からの光は棒状透明導光体4内に入り、棒状透明導光体4の一側面に形成した主光散乱パターン11にて散乱光として棒状透明導光体4から出射し、この出射した光が原稿13に当てられ、原稿13からの反射光をロッドレンズアレイ9を介してセンサ7にて検出することで原稿を読み取る。
【0025】
前記棒状透明導光体4の一部には凹部4dを形成し、ケース5の内面に当該凹部4dに嵌合する凸部5dを形成し、接着剤などを用いなくともケース5から導光体4の一部が食みでないようにしている。
【0026】
ここで、前記棒状透明導光体4の材質としては、例えば、アクリルやポリカーボネートなどの光透過性の高い樹脂、あるいは光透過性の高い光学ガラス等が好ましい。
【0027】
また、棒状透明導光体4の断面形状は、長方形の対向する1角を出射面となる面取り部4aとした5角形形状が好ましいが、長方形の対向する2角をカットした6角形でもよい。このほか、その断面が長方形の任意の2角をカットした6角形も考えられる。また、棒状透明導光体4の形状は、元になる4角柱の互いに対向する2組の側面が残されていれば、その断面が長方形の任意の3角をカットした7角形でも、すべての角をカットした8角形でもよい。
【0028】
棒状透明導光体4を収納したケース5は、光反射率の高いものが好ましく、反射率の高い白色着色材を調合した白色樹脂、表面に白色塗料を塗布した部材等を用いる。勿論、色は白色に限られることはなく、用いる光の波長に応じて種々の色を選択することができ、また、元来反射率の高い金属の板、例えばアルミニウム板やステンレス板などを挙げることができ、鏡にて構成してもよい。このような構成とすることで、ケース5内面で反射した光は再び透明導光体4に入り込み、透明導光体4内を伝搬していく。このように、透明導光体4をできるだけ光反射率の高い物質で覆うことで、より効率の高い照明装置の実現に役立つ。
【0029】
また、図3に示すように、棒状透明導光体4の発光ユニット10側の端部には突起4bが形成され、ケース5には当該突起4bが嵌合する凹部5aが形成されている。このように棒状透明導光体4をケース5に収納する際に、発光ユニット10側の端部を正確に位置決めすることで、発光ユニット10の発光体14と棒状透明導光体4の一端面との間に形成される空気層15の厚みを一定にするようにしている。
【0030】
また、ケース5がポリカーボネイトで作られ、棒状透明導光体4が透明アクリルで作られている場合には、例えば80℃,24時間、高温放置されると、ケースは殆ど収縮しないが、棒状透明導光体4は収縮し、図3の右側部に示すように、ケース内壁と棒状透明導光体4と他端粗面4eとの間に隙間が生じる。このような隙間が生じると、粗面4eに達した光は粗面4eから隙間に入り、ケース5の内面で反射され、再び粗面に戻ってくる。隙間がない場合に比べると、再び棒状透明導光体4に戻る光量が少なくなる。そこで、粗面4eに白色塗料を塗布しておけば、斯かる問題はなくなり、粗面付近の照度が高温放置前に比べて低下することを防げる。
【0031】
また、点光源(LEDチップ)14a,14b,14cはプリント基板16にワイヤーボンディングにより実装され、更にその上を透明なエポキシ樹脂17で保護している。尚、18は端子である。本実施例にあっては、点光源14aを青色点光源とし、点光源14bを赤色点光源とし、点光源14cを緑色点光源としている。これら点光源14a,14b,14cの配列の順序は、発光強度に応じて配置している。即ち、最も発光強度が弱い青色点光源14aを主光散乱パターン11に近くし、最も発光強度が強い緑色点光源14aを主光散乱パターン11から遠くに離している。
【0032】
そして、点光源14a,14b,14cから出た光は棒状透明導光体4の一端から棒状透明導光体4内に入るが、入射角度が広すぎると、一部の光は棒状透明導光体4から外部に出てしまう。そこで、上記空気層15を設けることで、棒状透明導光体4の一端に向かう光の広がり角度を抑え、照射効率を高めている。
【0033】
また、図2に示すように、ケース5の棒状透明導光体4の面取り部4aが臨む上縁部5bは光の出射を妨げることがないように下縁部に比べて引っ込んでいるが、発光ユニット10と反対側の他端部に近い部分の上縁部5cは面取り部4a側にせりだし、ノイズ光が出ないようにしている。
【0034】
次に、棒状透明導光体4の一側面に形成した光散乱パターンについて図5乃至図8に基づいて説明する。尚、図5は棒状透明導光体の光散乱パターンを形成した面を示す図、図6は棒状透明導光体の要部拡大平面図、図8は棒状透明導光体の要部拡大斜視図である。
【0035】
主光散乱パターン11は白色塗料を印刷して形成しているが、色は白色に限られることはなく、用いる光の波長に応じて種々の色を用いることができる。例えば、ファクシミリなどでは、570nmの波長の光が用いられていることが多いので、この波長の色を用いればよい。また、光散乱パターンは塗料を印刷するだけでなく、所定の色を有するフィルムを貼付けて形成しても良い。
【0036】
主光散乱パターン11の形状は、光源ユニット10が配置される一端から他端に向かって徐々に面積が増加する第1の部分11aと、この第1の部分11aに連続し第1の部分よりも他端に向かって面積の増加する割合が大きくなった第2の部分11bと、この第2の部分11bに連続し第2の部分の最大幅のまま他端に向かって伸びる第3の部分11cとからなる。
【0037】
第1の部分11aはその中心線C2が棒状透明導光体4の中心線C1よりも面取り部4aの側に寄っている。このような構成とすることで、面取り部4a(光出射面)の法線n上に光散乱パターン11が位置することになり、面取り部4aから出射する光の照度を高めることができる。
【0038】
また、第1の部分11aは発光ユニット10が当接する端部からの距離に応じて、徐々に面積が増大している。そして、面積の増大割合については、長手方向の照度を均一にするとともに入射した光の大部分を他端に達するまでに散乱させて面取り部4aから出射する条件を満たすように定める。
【0039】
本実施例にあっては、第1の部分11aは連続した帯状にせず、光源ユニット10に近い側の部分を不連続な複数のブロック状の光散乱部11a’にて構成し、更に、光源ユニット10に対向する一端からの第1の部分11aを構成する最初のブロック状の光散乱部11a’が始るまでの間に光散乱パターンが存在しない領域Dを設けている。
【0040】
第1の部分11aの他端側の部分は連続した帯状となっているが、その一部をパターン欠落部11a’’としている。このパターン欠落部11a’’は前記棒状透明導光体4の凹部4dに対応した箇所に設けている。凹部4dが存在すると、この凹部4dからの反射で部分的に照度が高くなるが、パターン欠落部11a’’を設けることで、これを緩和し、照度を均一にすることができる。尚、パターン欠落部11a’’は、第1の部分11a、第2の部分11b、第3の部分11cのいずれに設けてもよく、また第1の部分11aを全て連続した帯状としたものに設けてもよい。
【0041】
以上のようにして、第1の部分11aの面積を徐々に増大してゆくと、中心線C2が偏心しているので、第1の部分11aの一方の側縁部をそれ以上広げることができなくなる。そこで、広げることができなくなった分を反対側のパターン側縁部に足してパターンとしての必要な面積を確保し、この部分を光散乱パターンの第2の部分11bとしている。
【0042】
第2の部分11bは仮想の広がり部分も足すため、棒状透明導光体4の他端に向かって急激に面積が拡大し、印刷可能な最大幅に達する。そして、印刷可能な最大幅に達した部分から棒状透明導光体4の他端に向かって最大幅のまま第3の部分11cが形成される。
【0043】
更に、本発明にあっては、棒状透明導光体4の主光散乱パターン11を形成した面と同じ面で、光源ユニット10に寄った部分には、副光散乱パターン21を設けている。この副光散乱パターン21は、前記主光散乱パターン11の長手方向の中心線から外れた位置で、副走査方向に離間して設けられた2つのスポット状パターン21a,21bからなる。そして、副光散乱パターン21を構成する2つのスポット状パターン21a,21bの法線と、前記複数の点光源14a,14b,14cのいずれかの長手方向に沿って伸びる中心線が交差するようにしている。この実施例にあっては、色の点光源14aと緑色の点光源14cの中心線とスポット状パターン21a,21bの法線とが交差するようにしている。
【0044】
スポット状パターンの数については、図7に示すように、点光源14a,14b,14cの夫々に応じて、スポット状パターン21a,21b,21cを各スポット状パターンの法線と各点光源の中心線が交差するようにしてもよい。
【0045】
次に、光散乱パターンの全長に沿った相対照度について実験した結果を、以下の実験例及び比較例に示す。
【0046】
(実施例)条件は以下の通りである。
副光散乱パターン:有り
光散乱パターンの全長:172.8mm
入射光照度:650μW
(評価)図9は縦軸を相対照度(V:ボルト)とし、横軸を光散乱パターンの光源からの距離としたものであり、この図9に示すように、棒状透明導光体の一端部から他端部に亘って均一な照度が得られることが分る。また、赤色光源については、相対照度の最大値は1.443V、最小値は1.175V、平均値は1.324Vであり、緑色光源については、相対照度の最大値は1.986V、最小値は1.694V、平均値は1.850Vであり、青色光源については、相対照度の最大値は1.054V、最小値は0.912V、平均値は0.982Vであった。
【0047】
(比較例)条件は以下の通りである。
副光散乱パターン:なし
光散乱パターンの全長:172.8mm
入射光照度:650μW
(評価)図10は図9と同様に縦軸を相対照度(V:ボルト)とし、横軸を光散乱パターンの光源からの距離としたものであり、赤色光源については、相対照度の最大値は1.801V、最小値は1.463V、平均値は1.590Vであり、緑色光源については、相対照度の最大値は2.053V、最小値は1.673V、平均値は1.851Vであり、青色光源については、相対照度の最大値は1.522V、最小値は1.188V、平均値は1.306Vであった。図10から、棒状透明導光体の一端部から約10mmを過ぎて他端部に亘る領域では均一な照度が得られているが、点光源を設けた一端部から約10mmまでの丸で囲った領域では、赤色と青色の相対照度が不均一になっている。これは副光散乱パターンがないことが原因していると考えられる。
【0048】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明に係るライン照明装置は、棒状透明導光体の所定箇所に主光散乱パターンを設けるとともに、この主光散乱パターンと複数の点光源からなる光源ユニットの間に、副光散乱パターンを設けたので、点光源を棒状透明導光体の幅方向に離間して配置しても均一な照度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るライン照明装置を走査方向と直交する方向に切断した断面図
【図2】同ライン照明装置の一部を構成する棒状透明導光体を収納したケースの斜視図
【図3】同棒状透明導光体を収納したケースを走査方向に沿って切断した断面図
【図4】同棒状透明導光体を収納したケースの端面図
【図5】棒状透明導光体の光散乱パターンを形成した面を示す図
【図6】棒状透明導光体の要部拡大平面図
【図7】別実施例を示す図6と同様の図
【図8】棒状透明導光体の要部拡大斜視図
【図9】実施例の照度と光散乱パターンとの関係を示すグラフ
【図10】比較例の照度と光散乱パターンとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
1…フレーム、4…棒状透明導光体、4a…棒状透明導光体の面取り部、4b…突起、5…ケース、5a…凹部、5b…ケースの上縁部、10…光源ユニット、11…主光散乱パターン、11a…光散乱パターンの第1の部分、11b…光散乱パターンの第2の部分、11c…光散乱パターンの第3の部分、14…点光源、15…空気層、21…副光散乱パターン、21a,21b…副光散乱パターンを構成するスポット状パターン、C1…棒状透明導光体の中心線、C2…第1の部分11aの中心線、n…出射面の法線。

Claims (7)

  1. 主走査方向を長手方向とし、この主走査方向と直交する副走査方向を幅狭としたライン照明装置であって、このライン照明装置は、長手方向の一端が光源ユニットに対向する鏡面となった棒状透明導光体をケース内に収納するとともに、前記光源ユニットをそれぞれが単独で点灯される複数の点光源にて構成してなり、前記棒状透明導光体の形状は、前記主走査方向と直交する方向に切断した断面が多角形状で一角に長手方向に沿って光出射面となる面取り部が形成され、この光出射面と対向する面の前記光出射面の法線と交わる部分に主光散乱パターンが形成され、この主光散乱パターンと前記光源ユニットの間で前記光出射面と対向する面に、副光散乱パターンが設けられ、この副光散乱パターンは、前記主光散乱パターンの長手方向の中心線から外れた位置に設けられ、更に、前記副光散乱パターンの長手方向中心線を通る前記副光散乱パターンの法線と、前記複数の点光源のいずれかの長手方向に伸びる中心線とが交差することを特徴とするライン照明装置。
  2. 請求項1に記載のライン照明装置において、前記副光散乱パターンスポット状パターンからなることを特徴とするライン照明装置。
  3. 請求項1に記載のライン照明装置において、前記複数の点光源は3つの点光源からなり、また前記副光散乱パターンは前記棒状透明導光体の幅方向に離間した2つまたは3つのスポット状パターンからなることを特徴とするライン照明装置。
  4. 請求項1乃至請求項3に記載のライン照明装置において、前記主光散乱パターンの長手方向の中心線は、前記棒状透明導光体の中心線よりも前記面取り部側に寄っており、前記主光散乱パターンの形状は、前記光源ユニットが配置される長手方向の一端から他端に向かって徐々に面積が増加する第1の部分と、この第1の部分に連続し前記第1の部分よりも前記他端に向かって面積の増加する割合が大きくなった第2の部分と、この第2の部分に連続し前記第2の部分の最大幅のまま前記他端に向かって伸びる第3の部分とからなることを特徴とするライン照明装置。
  5. 請求項に記載のライン照明装置において、前記主光散乱パターンの前記第1の部分は、前記主光散乱パターンが不連続に点在する部分と、前記主光散乱パターンが連続する部分からなることを特徴とするライン照明装置。
  6. 請求項1乃至請求項に記載のライン照明装置において、前記棒状透明導光体の長手方向の他端は粗面となっていることを特徴とするライン照明装置。
  7. 請求項に記載のライン照明装置において、前記棒状透明導光体の前記他端には白色塗料が塗布されていることを特徴とするライン照明装置。
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