導光体および照明装置並びに画像読取装置
【課題】所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源に対応して、前記所定方向に拡散度が異なる拡散機能部を備え、照度ムラの改善を図ることができる導光体を提供することにある。また、同様に照明装置並びに画像読取装置を提供する。
【解決手段】反射部および出射部の少なくとも一方は、所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、前記拡散機能部は、光源の粗となる領域に対し所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、光源の密となる領域に対し所定方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有する。
【解決手段】反射部および出射部の少なくとも一方は、所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、前記拡散機能部は、光源の粗となる領域に対し所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、光源の密となる領域に対し所定方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導光体および照明装置並びに画像読取装置に関する。特に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に好適なものである。
【背景技術】
【0002】
従来、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して順次線状に画像読取りを行う画像読取装置に用いられる照明装置は、蛍光灯などの管状(線状)光源を用いていた。しかし、昨今の技術開発の結果、発光ダイオード(LED)の発光効率が向上し、光源としてLED(Light Emitting Diode)を用い、照明装置とする技術が開発されている。光源としてLEDのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を所定方向(主走査方向)に配列する構成をとる。
【0003】
ここで、複数の各点光源から出射された光束を原稿面などの読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、光源の配列方向(主走査方向)の照度ムラの発生を抑制するよう、様々な発明がなされている。
【0004】
特許文献1には、光源から被対象物(原稿)に至る間に光をランダムに拡散するように、光源の配列方向(主走査方向)に沿って等間隔に光拡散部を設けることで、照度ムラを解消しようとする導光体および照明装置並びに画像読取装置が開示される。光拡散部は、具体的には表面粗し処理、つや消しコーティング処理、シボ処理等により形成される。
【0005】
また、特許文献2には、主走査方向の照度ムラを改善するために、主走査方向に正のパワー(屈折力)を有するシリンダー面を導光体の反射部に周期的に設けることが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−156600号公報
【特許文献2】特開2009−80173号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1では、主走査方向の端部において中央部と同様に光束をランダムに拡散してしまうために、所定の被照明領域外にも多くを拡散してしまい、光源から出射した光束の光利用効率が良くない。
【0008】
また、特許文献2でも、主走査方向に一様に周期的配置されたシリンダー面であるために、主走査方向の端部において中央部と同様に光束を拡散し、所定の被照明領域外にも多くを拡散してしまう。このことで、光源から出射した光束の光利用効率の改善が求められる。また主走査方向の照度ムラに関し、複数の光源が不等間隔に配列される場合には更なる改善が求められる。
【0009】
複数の光源が不等間隔に配列される場合には、周辺光量を確保するため密に光源が配列される主走査方向の端部では、より粗に配列される中央部に比べ、光の拡散は少なくてよく、また読取範囲外への拡散による効率低下も小さく抑えることが効率上重要となる。一方、光源の配列方向(主走査方向)の中央部では、光源の配列が粗であるため、光量の局所的増減を低減するためには、より拡散効率の高い拡散面が必要となる。
【0010】
本発明の目的は、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源に対応して、前記所定方向に拡散度が異なる拡散機能部を備え、照度ムラの改善を図ることができる導光体を提供することにある。また、同様に照明装置並びに画像読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の問題を解決するために、本発明では、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源からの光が入射する入射部と、前記入射部から入射する前記光源からの光を導光する導光部と、前記所定方向に沿って設けられ前記導光部からの光を反射する反射部と、前記所定方向に沿って設けられ前記反射部からの光を出射する出射部と、を備えた導光体であって、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、前記拡散機能部は、前記粗となる領域に対し前記所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し前記所定方向において前記第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有することを特徴とする.
また、上記導光体を搭載した照明装置並びに画像読取装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源に対応して、前記所定方向に拡散度が異なる拡散機能部を備えることで、照度ムラの改善を図ることができる導光体を提供できる。また、同様に照明装置並びに画像読取装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)は本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図、(b)は主走査方向の光源および拡散機能部の配置に関する概念図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを示す図である。
【図3】第1の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図4】(a)は主走査拡散機能部の形状の条件を説明する図、(b)は形状不良を説明する図である。
【図5】(a)乃至(d)は主走査拡散機能部の形状不良によって生ずる照度分布の変化を説明する図である。
【図6】第1の実施形態に係る照明装置による照度分布を説明する図である。
【図7】本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを示す図である。
【図9】第2の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図10】第2の実施形態に係る照明装置による照度分布を説明する図である。
【図11】本発明の第3の実施形態に係る導光体の主走査方向照度分布シミュレーション結果を示す図である。
【図12】本発明の第3の実施形態に係る導光体の主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図13】本発明の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0015】
《第1の実施形態》
(画像読取装置)
図13は、本実施形態における導光体および照明装置を搭載した画像読取装置1300の副走査断面図である。照明装置1303により、原稿台ガラス1302に載置された読取対象である原稿1301を照明する。照明された原稿からの光を折り返しミラー1304a〜1304dで折り返し、コンパクトにたたみつつ、結像レンズ1306によって受光手段であるCMOSラインセンサー1305に結像させている。
【0016】
そして、照明装置1303、ミラー1304a〜1304d、結像レンズ1306、ラインセンサー1305を格納したキャリッジ1307をモータ1308により副走査方向(図中A方向)に移動させることで、原稿1301の全域の画像情報を読み取っている。
【0017】
(導光体および照明装置)
図1乃至図5により、本実施形態に係る導光体110およびこれを用いた照明装置100を説明する。図1(a)は、本実施形態に係る照明装置の副走査断面図(Z−X断面図)を示す。Y方向(主走査方向)に配列される複数の光源101は、導光体110の入射部111に配置される。導光体110は、入射部111の両側に設定された側面102a、102bにより光源101からの光を導光する導光部102を備える。更に導光体110は、導光部102からの光を反射するようにY方向に沿って設けられる反射部112と、反射部112からの光を原稿面に導くようにY方向に沿って設けられる出射部113を備える。
【0018】
そして、導光体110は、反射部112および出射部113の少なくとも一方が、Y方向に交差する方向であるX方向(副走査方向)において正の集光作用を有するように構成される。更に導光体110は、反射部112および出射部113の少なくとも一方が、Y方向において複数の拡散機能部を有するように構成される。
【0019】
図1(a)で、複数の光源101から入射した複数の光束は、複数の拡散機能部が形成された反射部112上の各反射点で全反射し、出射部113から出射し、原稿台ガラス120を通過して読取対象領域を照明する。
【0020】
図1(a)において、前述した複数の光源は、以下のように所定方向に配列される。即ち、複数のLED(Light Emitting Diode)からなる光源101は、1次元方向であるY方向に不等間隔に配列される。画像読取装置に搭載した場合に、この光源配列方向であるY方向が、主走査方向となる。また、Y方向に交差するX方向が副走査方向となる。なお、図1(a)で、Z方向はX方向及びY方向と直交する方向である。
【0021】
このように所定方向(主走査方向)に配列される光源に関して、図1(b)に示すように、複数の光源は主走査方向の中央部で所定値より粗い配列(ピッチA)とされる一方、端部で所定値より密な配列(ピッチAより小さいピッチB)とされる。
【0022】
図2に、本実施形態の導光体の主走査断面図(Y−Z断面図)を示す。本実施形態における複数のLED光源は、図3に示すピッチで主走査方向(Y方向)の23領域(領域a乃至w)に配列され、端部へ行くに従い密な構成とし、主走査方向の端部での発光量を中央部に比べ増大させている。これはLED配列が有限の幅であって、端部は主走査方向片側からの光しか得られないこと、また原稿からの光を受光段に導く結像光学系の画角特性を補正するためである。結像光学系の画角特性は、例えば結像光学系の周辺光量低下、光路を折りたたみコンパクト化を図るためのミラーの反射率角度特性、また受光素子おける感度の角度特性等を総合的に考慮したものである。
【0023】
なお、導光体110の材料は、アクリル樹脂であり、射出成型によって導光体110を形成している。
【0024】
(拡散機能部)
1)全体構成
拡散機能部は、主走査方向(Y方向)における光源の粗となる領域に対し、Y方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、光源の密となる領域に対しY方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有する。ここで、拡散機能部のY方向における曲面配列の曲率半径をR、配列間隔をPとするとき、前述した拡散度の強弱はP/Rの大小に相当する。
【0025】
本実施形態において、主走査方向(Y方向)における拡散機能部は、主走査方向断面での曲率半径を共通に1mmと一定化し、導光体側に凹とした複数の凹面として構成される。そして、光源の不等間隔配列に対応して、図3のように領域を23個に分け、凹面のピッチ(間隔)をそれぞれの領域ごとに変化させて配列される。具体的には、ピッチ(間隔)は、主走査方向(Y方向)の中央部の領域lで0.7mm、最端部の領域a,wで0.35mmというように、光源の配列方向で端部に向けてピッチ(間隔)が小さくなるように設定されている。
【0026】
これにより、光源の配列方向の端部に向けて、段階的に順次拡散機能が低下する構成となる。なお、図3に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配列されている。ここで、図1(b)に主走査方向(Y方向)における光源の配置に関連した拡散機能部の配置を概念的に示す。拡散機能部は主走査方向で屈折力を有する一方、主走査方向に交差する副走査方向では屈折力を有さない、即ちシリンドリカル曲面を備えるものであるが、便宜的に図1(b)では主走査方向および副走査方向に同じ屈折力を備えるものとして示している。
【0027】
前述したように、光源は、中央部で粗の配置(ピッチA)を採る一方、両端部で密な配置(ピッチAより小さいピッチB)を採る。これに対し、拡散機能部は中央部で粗の配置(光源のピッチA、ピッチBより小さいピッチC)を採り所定値より低い第1の拡散機能を有する一方、両端部で密な配置(ピッチCより小さいピッチD)を採り所定値より高い第2の拡散機能を有する。
【0028】
2)主走査方向の拡散作用
拡散機能部に入射した光線は、一度主走査方向(Y方向)に集光するよう偏向される。しかし、その焦点距離よりも集光後の光路がはるかに長いため、結果的には拡散された状態で原稿面に向かうことになり、結果的に主走査方向(Y方向)の拡散作用を有する面となる。
【0029】
3)主走査方向の形状および配置
また、主走査拡散機能部の形状が空気側に凸とした複数の凹面鏡となっているのは、形成する金型の加工を容易にするためである。逆側に凸とした形状の場合には、金型では小さく切れ込んだ形状としなくてはならず、加工が一般に困難なためであるが、加工が可能であれば凹面としてもよい。
【0030】
主走査方向断面における拡散機能部の曲率半径R、ピッチPについては、0.2<P/R<2とするのが適当である。下限値である0.2に関して、拡散機能部は金型の加工容易性、また樹脂の充填をより確実に行うために細かすぎる形状となってはならず、0.5より小さくなると、金型形状が成形品側にえぐりこむような形状になってしまい、加工・成形ができない。一方、上限値である2に関して、P/Rが2よりも大きくなると、凹凸が小さくなりすぎ、十分な拡散効果を期待できない。
【0031】
加工・成形上は2以下とするのが良いが、さらに樹脂の充填性など、成形品の形状安定性を向上させるため1.43以下とすることがより望ましい。なお、充填不良が生じやすい急峻な形状が隣り合うような形状は避けたほうが好ましく、曲率半径を小さくするならばピッチも細かく、また曲率半径を大きくするならばピッチも広くするべきである。
【0032】
また、拡散機能部の形状が正しく形成できず、図4(b)のように谷部が平板状になった場合において、正反射成分が多い原稿を照明した場合の照度シミュレーション結果を図5に示す。図5(a)が形状にダレが無い場合、(b)が形状にダレが生じた場合である。このシミュレーションでは、拡散機能部の曲率半径は0.25mm、ピッチは0.3mm、P/R=1.2である。また、形状にダレが生じた場合のシミュレーションでは、隣り合った凹面の境目に0.1mmの平たん部を設けた。
【0033】
図5から分かるように、形状にダレが生じると照度分布にリップルが生じている。また、同じように主走査拡散機能部の曲率半径Rを0.5mm、ピッチPを0.6mm、P/R=1.2とした場合の照度シミュレーション結果を図5(c),(d)に示す。図5(c)が形状にダレが無い場合、図5(d)が形状にダレが生じた場合である。R=0.5の場合(図5(d))、R=0.25の場合(図5(b))に比べてダレの影響が少ないことが分かる。以上より、P/R一定でも、RまたはPの大きい拡散機能部の方が、形状のダレに対して強い構成であり、曲率半径Rであれば0.3mm以上、より強い構成とするには0.5mm以上とするのが望ましい。
【0034】
本実施形態の照明装置による原稿面における照度分布を図6に示す。図6の実線は原稿面での光量分布、点線は結像光学系での損失分、破線は実際に受光手段に到達する光量の分布である。なお、図6では実際には2次元に分布する光量値を副走査方向に積分し、1次元としたものを示している。図6で、主走査方向の中央部の値でそれぞれ正規化しており、実線で示す照明光量分布ではA3縦幅約150mm付近で中央部よりも約1.7倍大きいが、点線で示す結像光学系の効率が端部0.6倍程度に下がる。
【0035】
このため、最終的にラインセンサーで受光する光量分布は、破線で示す通り、読取領域(主走査領域±約150mm)全域に渡ってほぼ均一となっている。
【0036】
以上のような構成をとることで、LEDが離散的に配列されたことによる照度ムラ、また主走査拡散機能部によるリップルを良好に補正し、フラットな照度分布を形成することが可能である。
【0037】
《第2の実施形態》
図7乃至図10を用いて、原稿に対して両側より斜め照明を行う本実施形態の照明装置700を説明する。図7は、本実施形態の導光体を用いた原稿照明装置の副走査断面図(Z−X断面図)である。主走査方向に配列された複数のLEDからなる光源701は、導光体710の入射部711に配置される。導光体710は、入射部711の両側に設けられた側面703a、703bにより光源701からの光を導光する導光部703を備える。
【0038】
光源701から入射した複数の光束は、導光部703を通って複数の拡散機能部が形成された反射部712上の各反射点で一部は上方に全反射し、出射部713から原稿面に向けて出射する。また、複数の拡散機能部が形成された反射部712上で全反射しなかった残りの光束は、透過部714を透過して対向する反射傘720へと向かい、反射傘720で原稿台ガラス730に載置された原稿に向けて反射される。
【0039】
これにより、原稿は対称的に両側より斜め照明される。なお、入射部から出射部まで一体化された図7に示される導光体は、第1の実施形態と同様に、射出成型によって形成されるアクリル樹脂でできている。本実施形態における複数のLED光源701は、図8に示すピッチで主走査方向に配列され、端部へ行くに従い密な構成とし、第1の実施形態と同様の理由から主走査方向の端部での発光量を中央部に比べ増大させている。
【0040】
拡散機能部は主走査方向断面での曲率半径Rを0.5mmで一定とし、空気側に凸とした複数の凹面鏡であり、光源の不等間隔配列に対応して、図9のようにその間隔を23個の領域ごとに変化させて配列している。拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lで0.5mm、最端部の領域a、wで0.22mmというように、端部に向かうに従って狭くなるように構成され、P/R比では0.44〜1と、形状のダレに対する安定性と拡散効率を両立させている。なお、図9に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配置されている。
【0041】
本実施形態の照明装置による、原稿面における照度分布を図10に示す。図10の実線は原稿面での光量分布、点線は結像光学系での損失分、破線は実際に受光手段に到達する光量の分布である。また、図では実際には2次元に分布する光量値を副走査方向に積分し、1次元としたものを示している。
【0042】
以上のような構成をとることで、光源が離散的に配列されたことによる照度ムラ、また主走査拡散機能部によるリップルを良好に補正し、フラットな照度分布を形成することが可能である。
【0043】
《第3の実施形態》
前述した実施形態では、主走査拡散機能部の曲率半径R、配列間隔(ピッチ)Pのうち、曲率半径Rを一定とし、ピッチを可変としていたが、本実施形態では曲率半径Rおよびピッチを非一定とするものである。
【0044】
ここで図11に、図9の主走査拡散機能部の各領域毎のP/Rを維持してRを0.75〜1.75まで変化させた場合の主走査方向照度分布シミュレーション結果を示す。Rを可変とすることで前述した実施形態と同様の効果を持つ照明装置を構成できる。ここで、図12に、23個の領域a乃至wの各領域における主走査拡散機能部の曲率半径を示す。なお、図12に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配置されている。
【0045】
(変形例1)
第1、第2の実施形態では、拡散機能部が主走査方向における屈折力が一定であって、
配列間隔(ピッチ)が一定でない構成を採り、第3の実施形態では、拡散機能部が主走査方向における屈折力と配列間隔(ピッチ)が一定でない構成を採った。本発明はこれに限らず、拡散機能部が主走査方向における配列間隔(ピッチ)が一定であって、屈折力が一定でない構成を採ることもできる。この場合、拡散機能部の曲率半径に関連して屈折力が主走査方向において対称となるように構成することが好ましい。
【0046】
(変形例2)
上述した実施形態では、入射部において、主走査方向における中央部が光源の粗となる領域に対応し、主走査方向における端部が光源の密となる領域に対応するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば主走査方向における一端部が光源の粗となる領域に対応し、主走査方向における他端部が光源の密となる領域に対応するようにしても良い。この場合も、拡散機能部は、前記粗となる領域に対し主走査方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し主走査方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有するものとする。
【0047】
(変形例3)
以上の実施形態では、複数の拡散機能部が反射部112に設けられたが、出射部113に設けられても良い。あるいは、反射部112と出射部113の双方に設けられても良い。
【0048】
(変形例4)
また、以上の実施形態では拡散機能部をシリンドリカル曲面とし、一旦集光後の拡散作用を利用したものであるが、配列方向の断面が円弧に限定されず、空気側に凸となり、近似的に円形とみなせる面(例えば複数の平面を曲面状に折り曲げた曲面)にも適用できる。
【0049】
(変形例5)
以上の実施形態では、光源にLEDを使用しているが、本発明は、単体では線光源とはならないその他の光源全般にも適用できる。
【符号の説明】
【0050】
101、701・・LED光源、110、710・・導光体、111、711・・導光体入射部、112、712・・主走査拡散機能部を備えた反射面、113、713・・出射部
【技術分野】
【0001】
本発明は、導光体および照明装置並びに画像読取装置に関する。特に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に好適なものである。
【背景技術】
【0002】
従来、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して順次線状に画像読取りを行う画像読取装置に用いられる照明装置は、蛍光灯などの管状(線状)光源を用いていた。しかし、昨今の技術開発の結果、発光ダイオード(LED)の発光効率が向上し、光源としてLED(Light Emitting Diode)を用い、照明装置とする技術が開発されている。光源としてLEDのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を所定方向(主走査方向)に配列する構成をとる。
【0003】
ここで、複数の各点光源から出射された光束を原稿面などの読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、光源の配列方向(主走査方向)の照度ムラの発生を抑制するよう、様々な発明がなされている。
【0004】
特許文献1には、光源から被対象物(原稿)に至る間に光をランダムに拡散するように、光源の配列方向(主走査方向)に沿って等間隔に光拡散部を設けることで、照度ムラを解消しようとする導光体および照明装置並びに画像読取装置が開示される。光拡散部は、具体的には表面粗し処理、つや消しコーティング処理、シボ処理等により形成される。
【0005】
また、特許文献2には、主走査方向の照度ムラを改善するために、主走査方向に正のパワー(屈折力)を有するシリンダー面を導光体の反射部に周期的に設けることが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−156600号公報
【特許文献2】特開2009−80173号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1では、主走査方向の端部において中央部と同様に光束をランダムに拡散してしまうために、所定の被照明領域外にも多くを拡散してしまい、光源から出射した光束の光利用効率が良くない。
【0008】
また、特許文献2でも、主走査方向に一様に周期的配置されたシリンダー面であるために、主走査方向の端部において中央部と同様に光束を拡散し、所定の被照明領域外にも多くを拡散してしまう。このことで、光源から出射した光束の光利用効率の改善が求められる。また主走査方向の照度ムラに関し、複数の光源が不等間隔に配列される場合には更なる改善が求められる。
【0009】
複数の光源が不等間隔に配列される場合には、周辺光量を確保するため密に光源が配列される主走査方向の端部では、より粗に配列される中央部に比べ、光の拡散は少なくてよく、また読取範囲外への拡散による効率低下も小さく抑えることが効率上重要となる。一方、光源の配列方向(主走査方向)の中央部では、光源の配列が粗であるため、光量の局所的増減を低減するためには、より拡散効率の高い拡散面が必要となる。
【0010】
本発明の目的は、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源に対応して、前記所定方向に拡散度が異なる拡散機能部を備え、照度ムラの改善を図ることができる導光体を提供することにある。また、同様に照明装置並びに画像読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の問題を解決するために、本発明では、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源からの光が入射する入射部と、前記入射部から入射する前記光源からの光を導光する導光部と、前記所定方向に沿って設けられ前記導光部からの光を反射する反射部と、前記所定方向に沿って設けられ前記反射部からの光を出射する出射部と、を備えた導光体であって、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、前記拡散機能部は、前記粗となる領域に対し前記所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し前記所定方向において前記第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有することを特徴とする.
また、上記導光体を搭載した照明装置並びに画像読取装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源に対応して、前記所定方向に拡散度が異なる拡散機能部を備えることで、照度ムラの改善を図ることができる導光体を提供できる。また、同様に照明装置並びに画像読取装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)は本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図、(b)は主走査方向の光源および拡散機能部の配置に関する概念図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを示す図である。
【図3】第1の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図4】(a)は主走査拡散機能部の形状の条件を説明する図、(b)は形状不良を説明する図である。
【図5】(a)乃至(d)は主走査拡散機能部の形状不良によって生ずる照度分布の変化を説明する図である。
【図6】第1の実施形態に係る照明装置による照度分布を説明する図である。
【図7】本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを示す図である。
【図9】第2の実施形態に係る導光体における主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図10】第2の実施形態に係る照明装置による照度分布を説明する図である。
【図11】本発明の第3の実施形態に係る導光体の主走査方向照度分布シミュレーション結果を示す図である。
【図12】本発明の第3の実施形態に係る導光体の主走査拡散機能部の配列ピッチを説明する図である。
【図13】本発明の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0015】
《第1の実施形態》
(画像読取装置)
図13は、本実施形態における導光体および照明装置を搭載した画像読取装置1300の副走査断面図である。照明装置1303により、原稿台ガラス1302に載置された読取対象である原稿1301を照明する。照明された原稿からの光を折り返しミラー1304a〜1304dで折り返し、コンパクトにたたみつつ、結像レンズ1306によって受光手段であるCMOSラインセンサー1305に結像させている。
【0016】
そして、照明装置1303、ミラー1304a〜1304d、結像レンズ1306、ラインセンサー1305を格納したキャリッジ1307をモータ1308により副走査方向(図中A方向)に移動させることで、原稿1301の全域の画像情報を読み取っている。
【0017】
(導光体および照明装置)
図1乃至図5により、本実施形態に係る導光体110およびこれを用いた照明装置100を説明する。図1(a)は、本実施形態に係る照明装置の副走査断面図(Z−X断面図)を示す。Y方向(主走査方向)に配列される複数の光源101は、導光体110の入射部111に配置される。導光体110は、入射部111の両側に設定された側面102a、102bにより光源101からの光を導光する導光部102を備える。更に導光体110は、導光部102からの光を反射するようにY方向に沿って設けられる反射部112と、反射部112からの光を原稿面に導くようにY方向に沿って設けられる出射部113を備える。
【0018】
そして、導光体110は、反射部112および出射部113の少なくとも一方が、Y方向に交差する方向であるX方向(副走査方向)において正の集光作用を有するように構成される。更に導光体110は、反射部112および出射部113の少なくとも一方が、Y方向において複数の拡散機能部を有するように構成される。
【0019】
図1(a)で、複数の光源101から入射した複数の光束は、複数の拡散機能部が形成された反射部112上の各反射点で全反射し、出射部113から出射し、原稿台ガラス120を通過して読取対象領域を照明する。
【0020】
図1(a)において、前述した複数の光源は、以下のように所定方向に配列される。即ち、複数のLED(Light Emitting Diode)からなる光源101は、1次元方向であるY方向に不等間隔に配列される。画像読取装置に搭載した場合に、この光源配列方向であるY方向が、主走査方向となる。また、Y方向に交差するX方向が副走査方向となる。なお、図1(a)で、Z方向はX方向及びY方向と直交する方向である。
【0021】
このように所定方向(主走査方向)に配列される光源に関して、図1(b)に示すように、複数の光源は主走査方向の中央部で所定値より粗い配列(ピッチA)とされる一方、端部で所定値より密な配列(ピッチAより小さいピッチB)とされる。
【0022】
図2に、本実施形態の導光体の主走査断面図(Y−Z断面図)を示す。本実施形態における複数のLED光源は、図3に示すピッチで主走査方向(Y方向)の23領域(領域a乃至w)に配列され、端部へ行くに従い密な構成とし、主走査方向の端部での発光量を中央部に比べ増大させている。これはLED配列が有限の幅であって、端部は主走査方向片側からの光しか得られないこと、また原稿からの光を受光段に導く結像光学系の画角特性を補正するためである。結像光学系の画角特性は、例えば結像光学系の周辺光量低下、光路を折りたたみコンパクト化を図るためのミラーの反射率角度特性、また受光素子おける感度の角度特性等を総合的に考慮したものである。
【0023】
なお、導光体110の材料は、アクリル樹脂であり、射出成型によって導光体110を形成している。
【0024】
(拡散機能部)
1)全体構成
拡散機能部は、主走査方向(Y方向)における光源の粗となる領域に対し、Y方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、光源の密となる領域に対しY方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有する。ここで、拡散機能部のY方向における曲面配列の曲率半径をR、配列間隔をPとするとき、前述した拡散度の強弱はP/Rの大小に相当する。
【0025】
本実施形態において、主走査方向(Y方向)における拡散機能部は、主走査方向断面での曲率半径を共通に1mmと一定化し、導光体側に凹とした複数の凹面として構成される。そして、光源の不等間隔配列に対応して、図3のように領域を23個に分け、凹面のピッチ(間隔)をそれぞれの領域ごとに変化させて配列される。具体的には、ピッチ(間隔)は、主走査方向(Y方向)の中央部の領域lで0.7mm、最端部の領域a,wで0.35mmというように、光源の配列方向で端部に向けてピッチ(間隔)が小さくなるように設定されている。
【0026】
これにより、光源の配列方向の端部に向けて、段階的に順次拡散機能が低下する構成となる。なお、図3に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配列されている。ここで、図1(b)に主走査方向(Y方向)における光源の配置に関連した拡散機能部の配置を概念的に示す。拡散機能部は主走査方向で屈折力を有する一方、主走査方向に交差する副走査方向では屈折力を有さない、即ちシリンドリカル曲面を備えるものであるが、便宜的に図1(b)では主走査方向および副走査方向に同じ屈折力を備えるものとして示している。
【0027】
前述したように、光源は、中央部で粗の配置(ピッチA)を採る一方、両端部で密な配置(ピッチAより小さいピッチB)を採る。これに対し、拡散機能部は中央部で粗の配置(光源のピッチA、ピッチBより小さいピッチC)を採り所定値より低い第1の拡散機能を有する一方、両端部で密な配置(ピッチCより小さいピッチD)を採り所定値より高い第2の拡散機能を有する。
【0028】
2)主走査方向の拡散作用
拡散機能部に入射した光線は、一度主走査方向(Y方向)に集光するよう偏向される。しかし、その焦点距離よりも集光後の光路がはるかに長いため、結果的には拡散された状態で原稿面に向かうことになり、結果的に主走査方向(Y方向)の拡散作用を有する面となる。
【0029】
3)主走査方向の形状および配置
また、主走査拡散機能部の形状が空気側に凸とした複数の凹面鏡となっているのは、形成する金型の加工を容易にするためである。逆側に凸とした形状の場合には、金型では小さく切れ込んだ形状としなくてはならず、加工が一般に困難なためであるが、加工が可能であれば凹面としてもよい。
【0030】
主走査方向断面における拡散機能部の曲率半径R、ピッチPについては、0.2<P/R<2とするのが適当である。下限値である0.2に関して、拡散機能部は金型の加工容易性、また樹脂の充填をより確実に行うために細かすぎる形状となってはならず、0.5より小さくなると、金型形状が成形品側にえぐりこむような形状になってしまい、加工・成形ができない。一方、上限値である2に関して、P/Rが2よりも大きくなると、凹凸が小さくなりすぎ、十分な拡散効果を期待できない。
【0031】
加工・成形上は2以下とするのが良いが、さらに樹脂の充填性など、成形品の形状安定性を向上させるため1.43以下とすることがより望ましい。なお、充填不良が生じやすい急峻な形状が隣り合うような形状は避けたほうが好ましく、曲率半径を小さくするならばピッチも細かく、また曲率半径を大きくするならばピッチも広くするべきである。
【0032】
また、拡散機能部の形状が正しく形成できず、図4(b)のように谷部が平板状になった場合において、正反射成分が多い原稿を照明した場合の照度シミュレーション結果を図5に示す。図5(a)が形状にダレが無い場合、(b)が形状にダレが生じた場合である。このシミュレーションでは、拡散機能部の曲率半径は0.25mm、ピッチは0.3mm、P/R=1.2である。また、形状にダレが生じた場合のシミュレーションでは、隣り合った凹面の境目に0.1mmの平たん部を設けた。
【0033】
図5から分かるように、形状にダレが生じると照度分布にリップルが生じている。また、同じように主走査拡散機能部の曲率半径Rを0.5mm、ピッチPを0.6mm、P/R=1.2とした場合の照度シミュレーション結果を図5(c),(d)に示す。図5(c)が形状にダレが無い場合、図5(d)が形状にダレが生じた場合である。R=0.5の場合(図5(d))、R=0.25の場合(図5(b))に比べてダレの影響が少ないことが分かる。以上より、P/R一定でも、RまたはPの大きい拡散機能部の方が、形状のダレに対して強い構成であり、曲率半径Rであれば0.3mm以上、より強い構成とするには0.5mm以上とするのが望ましい。
【0034】
本実施形態の照明装置による原稿面における照度分布を図6に示す。図6の実線は原稿面での光量分布、点線は結像光学系での損失分、破線は実際に受光手段に到達する光量の分布である。なお、図6では実際には2次元に分布する光量値を副走査方向に積分し、1次元としたものを示している。図6で、主走査方向の中央部の値でそれぞれ正規化しており、実線で示す照明光量分布ではA3縦幅約150mm付近で中央部よりも約1.7倍大きいが、点線で示す結像光学系の効率が端部0.6倍程度に下がる。
【0035】
このため、最終的にラインセンサーで受光する光量分布は、破線で示す通り、読取領域(主走査領域±約150mm)全域に渡ってほぼ均一となっている。
【0036】
以上のような構成をとることで、LEDが離散的に配列されたことによる照度ムラ、また主走査拡散機能部によるリップルを良好に補正し、フラットな照度分布を形成することが可能である。
【0037】
《第2の実施形態》
図7乃至図10を用いて、原稿に対して両側より斜め照明を行う本実施形態の照明装置700を説明する。図7は、本実施形態の導光体を用いた原稿照明装置の副走査断面図(Z−X断面図)である。主走査方向に配列された複数のLEDからなる光源701は、導光体710の入射部711に配置される。導光体710は、入射部711の両側に設けられた側面703a、703bにより光源701からの光を導光する導光部703を備える。
【0038】
光源701から入射した複数の光束は、導光部703を通って複数の拡散機能部が形成された反射部712上の各反射点で一部は上方に全反射し、出射部713から原稿面に向けて出射する。また、複数の拡散機能部が形成された反射部712上で全反射しなかった残りの光束は、透過部714を透過して対向する反射傘720へと向かい、反射傘720で原稿台ガラス730に載置された原稿に向けて反射される。
【0039】
これにより、原稿は対称的に両側より斜め照明される。なお、入射部から出射部まで一体化された図7に示される導光体は、第1の実施形態と同様に、射出成型によって形成されるアクリル樹脂でできている。本実施形態における複数のLED光源701は、図8に示すピッチで主走査方向に配列され、端部へ行くに従い密な構成とし、第1の実施形態と同様の理由から主走査方向の端部での発光量を中央部に比べ増大させている。
【0040】
拡散機能部は主走査方向断面での曲率半径Rを0.5mmで一定とし、空気側に凸とした複数の凹面鏡であり、光源の不等間隔配列に対応して、図9のようにその間隔を23個の領域ごとに変化させて配列している。拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lで0.5mm、最端部の領域a、wで0.22mmというように、端部に向かうに従って狭くなるように構成され、P/R比では0.44〜1と、形状のダレに対する安定性と拡散効率を両立させている。なお、図9に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配置されている。
【0041】
本実施形態の照明装置による、原稿面における照度分布を図10に示す。図10の実線は原稿面での光量分布、点線は結像光学系での損失分、破線は実際に受光手段に到達する光量の分布である。また、図では実際には2次元に分布する光量値を副走査方向に積分し、1次元としたものを示している。
【0042】
以上のような構成をとることで、光源が離散的に配列されたことによる照度ムラ、また主走査拡散機能部によるリップルを良好に補正し、フラットな照度分布を形成することが可能である。
【0043】
《第3の実施形態》
前述した実施形態では、主走査拡散機能部の曲率半径R、配列間隔(ピッチ)Pのうち、曲率半径Rを一定とし、ピッチを可変としていたが、本実施形態では曲率半径Rおよびピッチを非一定とするものである。
【0044】
ここで図11に、図9の主走査拡散機能部の各領域毎のP/Rを維持してRを0.75〜1.75まで変化させた場合の主走査方向照度分布シミュレーション結果を示す。Rを可変とすることで前述した実施形態と同様の効果を持つ照明装置を構成できる。ここで、図12に、23個の領域a乃至wの各領域における主走査拡散機能部の曲率半径を示す。なお、図12に示すように、拡散機能部のピッチ(間隔)は、主走査方向の中央部の領域lに関して、対称的に配置されている。
【0045】
(変形例1)
第1、第2の実施形態では、拡散機能部が主走査方向における屈折力が一定であって、
配列間隔(ピッチ)が一定でない構成を採り、第3の実施形態では、拡散機能部が主走査方向における屈折力と配列間隔(ピッチ)が一定でない構成を採った。本発明はこれに限らず、拡散機能部が主走査方向における配列間隔(ピッチ)が一定であって、屈折力が一定でない構成を採ることもできる。この場合、拡散機能部の曲率半径に関連して屈折力が主走査方向において対称となるように構成することが好ましい。
【0046】
(変形例2)
上述した実施形態では、入射部において、主走査方向における中央部が光源の粗となる領域に対応し、主走査方向における端部が光源の密となる領域に対応するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば主走査方向における一端部が光源の粗となる領域に対応し、主走査方向における他端部が光源の密となる領域に対応するようにしても良い。この場合も、拡散機能部は、前記粗となる領域に対し主走査方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し主走査方向において第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有するものとする。
【0047】
(変形例3)
以上の実施形態では、複数の拡散機能部が反射部112に設けられたが、出射部113に設けられても良い。あるいは、反射部112と出射部113の双方に設けられても良い。
【0048】
(変形例4)
また、以上の実施形態では拡散機能部をシリンドリカル曲面とし、一旦集光後の拡散作用を利用したものであるが、配列方向の断面が円弧に限定されず、空気側に凸となり、近似的に円形とみなせる面(例えば複数の平面を曲面状に折り曲げた曲面)にも適用できる。
【0049】
(変形例5)
以上の実施形態では、光源にLEDを使用しているが、本発明は、単体では線光源とはならないその他の光源全般にも適用できる。
【符号の説明】
【0050】
101、701・・LED光源、110、710・・導光体、111、711・・導光体入射部、112、712・・主走査拡散機能部を備えた反射面、113、713・・出射部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源からの光が入射する入射部と、前記入射部から入射する前記光源からの光を導光する導光部と、前記所定方向に沿って設けられ前記導光部からの光を反射する反射部と、前記所定方向に沿って設けられ前記反射部からの光を出射する出射部と、を備えた導光体であって、
前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、
前記拡散機能部は、前記粗となる領域に対し前記所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し前記所定方向において前記第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有することを特徴とする導光体。
【請求項2】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径をR、配列間隔をPとするとき、前記拡散度の強弱はP/Rの大小に相当し、前記光源の前記粗となる領域に比べ前記密となる領域でP/Rの値が小さくなることを特徴とする請求項1に記載の導光体。
【請求項3】
前記入射部において、前記所定方向における中央部が前記光源の前記粗となる領域に対応し、前記所定方向における端部が前記光源の前記密となる領域に対応することを特徴とする請求項1または2に記載の導光体。
【請求項4】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径は一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項5】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径Rおよび配列間隔は非一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項6】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の配列間隔は一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項7】
前記所定方向において、0.2<P/R<2を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項8】
前記拡散機能部は、前記所定方向の断面において、空気側に凸となる形状であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項9】
前記拡散機能部は、前記所定方向における屈折力あるいは配列間隔が、前記所定方向において対称な配置であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項10】
1次元方向に粗となる領域と密となる領域を備えるように不等間隔に配列される光源と、前記光源からの光を導光する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の導光体と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項11】
1次元方向に粗となる領域と密となる領域を備えるように不等間隔に配列される光源、および、前記光源からの光を導光する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の導光体を有し原稿を照明する照明装置と、
前記光源の配列方向を主走査方向とし、前記照明装置で照明される原稿を前記主走査方向に交差する副走査方向に読み取る画像読取手段と、を有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項12】
前記原稿は、対称的に両側より斜め照明されることを特徴とする請求項11に記載の画像読取装置。
【請求項1】
所定方向における配列が粗となる領域と密となる領域を備えるように前記所定方向に不等間隔に配置される光源からの光が入射する入射部と、前記入射部から入射する前記光源からの光を導光する導光部と、前記所定方向に沿って設けられ前記導光部からの光を反射する反射部と、前記所定方向に沿って設けられ前記反射部からの光を出射する出射部と、を備えた導光体であって、
前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向に交差する方向において正の集光作用を有し、かつ、前記反射部および前記出射部の少なくとも一方は、前記所定方向において拡散機能部を有し、
前記拡散機能部は、前記粗となる領域に対し前記所定方向において第1の拡散度を備える第1の曲面配列、前記密となる領域に対し前記所定方向において前記第1の拡散度より弱い第2の拡散度を備える第2の曲面配列を有することを特徴とする導光体。
【請求項2】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径をR、配列間隔をPとするとき、前記拡散度の強弱はP/Rの大小に相当し、前記光源の前記粗となる領域に比べ前記密となる領域でP/Rの値が小さくなることを特徴とする請求項1に記載の導光体。
【請求項3】
前記入射部において、前記所定方向における中央部が前記光源の前記粗となる領域に対応し、前記所定方向における端部が前記光源の前記密となる領域に対応することを特徴とする請求項1または2に記載の導光体。
【請求項4】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径は一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項5】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の曲率半径Rおよび配列間隔は非一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項6】
前記拡散機能部の前記所定方向における曲面配列の配列間隔は一定であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項7】
前記所定方向において、0.2<P/R<2を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項8】
前記拡散機能部は、前記所定方向の断面において、空気側に凸となる形状であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項9】
前記拡散機能部は、前記所定方向における屈折力あるいは配列間隔が、前記所定方向において対称な配置であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の導光体。
【請求項10】
1次元方向に粗となる領域と密となる領域を備えるように不等間隔に配列される光源と、前記光源からの光を導光する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の導光体と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項11】
1次元方向に粗となる領域と密となる領域を備えるように不等間隔に配列される光源、および、前記光源からの光を導光する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の導光体を有し原稿を照明する照明装置と、
前記光源の配列方向を主走査方向とし、前記照明装置で照明される原稿を前記主走査方向に交差する副走査方向に読み取る画像読取手段と、を有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項12】
前記原稿は、対称的に両側より斜め照明されることを特徴とする請求項11に記載の画像読取装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2013−74600(P2013−74600A)
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−214417(P2011−214417)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】
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