照明装置、及びこれを用いた画像読取装置
【課題】大光量化しても、照度ムラ及び色度ムラの少ない安価でコンパクトな画像読取用の照明装置を提供すること。
【解決手段】画像読取用の照明装置は、３つ以上の点光源１５と、各前記点光源１５からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体１１とを備える。各前記点光源１５の照射方向は前記導光体１１の長尺方向に平行で、前記点光源１５のうち２つ以上の点光源１５は同一の照射方向を向き、前記導光体１１は、各前記点光源１５からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源１５からの光が混ざり合った線状光を生成する。
【解決手段】画像読取用の照明装置は、３つ以上の点光源１５と、各前記点光源１５からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体１１とを備える。各前記点光源１５の照射方向は前記導光体１１の長尺方向に平行で、前記点光源１５のうち２つ以上の点光源１５は同一の照射方向を向き、前記導光体１１は、各前記点光源１５からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源１５からの光が混ざり合った線状光を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原稿画像を光学的に読み取るための照明装置、及びこれを用いた画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スキャナと称されている画像読取装置は、主走査方向に延在する照明装置を含む読取り系及び原稿などの読取り対象物のいずれかを副走査方向に移動させ、照明装置が原稿画像を照射することで、原稿画像を２次元的に読み取っている。従来、この種の光源としては、蛍光灯が多く使用されていたが、近年では、省電力化のためにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）へ置き換える動きが進んでいる。しかし、ＬＥＤは、蛍光灯とは異なり点光源であるため、原稿画像の読み取りに必要なライン状の配光を得るためには、導光体を使うか、複数のＬＥＤを長尺の基板上に１次元方向に配置してライン状光源とした照明装置を用いる必要がある。
【０００３】
導光体を用いた照明装置として、従来、導光体の一端面にＬＥＤを備えた照明装置を２組用い、それらの照明装置を点対称に配置したものがある。この配置により、主走査方向（照明装置の長尺方向）に沿う光強度のムラを低減することが可能となる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、長尺の基板を用いた照明装置として、従来、基板上に複数のＬＥＤを配置し、最適化した導光体を介して原稿画像を照射することにより、照度ムラを低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２９６４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、導光体の端面のみにＬＥＤを配置すると、光源の発熱が端部に集中するため、温度上昇が起こるという課題があった。特に、この構成で大光量を得ようとすると、ハイパワータイプのＬＥＤを使う必要があるが、投入電力を上げれば上げるほど発熱の課題は大きくなる。また、ヒートシンク等により発熱対策をすると、高コストでサイズの大きい照明装置になってしまう。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載されたような構成では、大光量化した際も熱源をある程度離して配置できるため、熱が分散し温度上昇の課題は小さくなるが、複数光源による個体差による照度ムラ及び色度ムラが課題となる。なお、上記特許文献２では、導光体の工夫により照度ムラを低減することを試みているが、この構成では照度ムラは低減できても、導光体毎の色度ムラは低減できない。
【０００８】
本発明の目的は、大光量化しても、照度ムラ及び色度ムラの少ない安価でコンパクトな照明装置、及びこれを用いた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】
【０００９】
以上の目的を達成するため、本発明の一形態である画像読取用の照明装置は、３つ以上の点光源と、各前記点光源からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体とを備える画像読取用の照明装置であって、各前記点光源の照射方向は前記導光体の長尺方向に平行で、前記点光源のうち２つ以上の点光源は同一の照射方向を向き、前記導光体は、各前記点光源からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源からの光が混ざり合った線状光を生成する。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、前記照明装置を用いた画像読取装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の各態様によれば、３つ以上の点光源からの光を導光体内で反射し拡散することにより、各点光源からの光が混ざり合った線状光が生成されるので、点光源の個体差に起因する照度ムラ及び色度ムラが少なく、また、点光源を分散配置可能なため大光量化しても安価でコンパクトな画像読取用の照明装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置の大略的な内部構成を示す模式図である。
【図２】図１の照明装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】図２の照明装置を構成する１つのブロックを拡大した模式図である。
【図４】各ＬＥＤからの光が混ざり合って導光体の出射面から出射される様子を示す模式図である。
【図５】第２の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す各ブロックに形成される突起及び穴を示す斜視図である。
【図７】第３の実施形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７に示す両端ＬＥＤの短尺方向位置による照度分布の変動を示す図である。
【図９Ａ】本発明の第４の実施形態に係る両端ブロックの反射・拡散部を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る中央ブロックの反射・拡散部を示す模式図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る照明装置を用いた画像読取装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図面において、対応する部材、部分に関しては同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず、画像読取装置の概要について、図１を参照して説明する。図１において、画像読取装置１は、例えば２個の照明装置１０と、ガラス製の原稿台３０と、ミラー２２，２４，２５と、結像レンズ２６と、撮像素子（例えばＣＣＤラインセンサ）２７とを備えている。この構成の画像読取装置１は、主走査方向Ｙに延在する各照明装置１０から照射される線状光を原稿台３０上に載置された原稿Ｄで反射させ、原稿Ｄでの反射光をミラー２２，２４，２５を介して結像レンズ２６に導き、さらに撮像素子２７で受光し、原稿Ｄの画像を１ライン毎順次的に読み取る。以下、原稿Ｄ上で線状光が照射される領域、つまり原稿Ｄの画像読取の単位となる１ライン分の領域を所定領域と呼ぶ。各照明装置１０は、この所定領域の斜め下方向から線状光を原稿Ｄに照射する。
【００１５】
なお、各照明装置１０及びミラー２２は第１スライダー２１に搭載され、ミラー２４，２５は第２スライダー２３に搭載されている。第１スライダー２１は原稿台３０の直下を副走査方向Ｚに速度Ｖで移動し、第２スライダー２３は副走査方向Ｚに速度Ｖ／２で移動する。
【００１６】
次に、照明装置について詳細に説明する。図２及び図３において、照明装置１０は、複数の点光源の一例としての複数のＬＥＤ１５と、主走査方向Ｙ（図１参照）に平行な長尺方向Ｌに沿って長尺の導光体１１とで構成される。かかる構成の照明装置１０は、各ＬＥＤ１５からの出射光を導光体１１により長尺方向Ｌに延びる線状光に変換した後に、この線状光を導光体１１から出射して、原稿Ｄの所定領域を照射する。なお、図２や図３には、光路が矢印で例示されている。
【００１７】
導光体１１は、本実施形態では、長尺方向Ｌに概ね３００ｍｍの長さを有しており、透過性の高いＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ Ｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のような透過樹脂で一体的に成型され内部で全反射を繰り返しながら光を導く。本実施形態では、導光体１１は、導光体１１を長尺方向Ｌに二等分する中心面Ｃに対し対称（以下、「左右対称」という）な形状を有し、この中心面Ｃを境に複数のブロック１１ａに区分される。なお、図２の例では６個のブロック１１ａに区分されている。
【００１８】
各ブロック１１ａは、実質的に同じ形状を有しており、図３の拡大図に示されているように、少なくとも、入射面１１ｂ、反射・拡散部１１ｃ、出射面１１ｄ及び透過部１１ｅ（２点鎖線で囲まれる部分）から構成される。
【００１９】
各入射面１１ｂは中心面Ｃに対し平行な面であり、各入射面１１ｂにはＬＥＤ１５が１つずつ対向配置される。具体的には、各ＬＥＤ１５による光の照射方向が中心面Ｃに向きかつ中心面Ｃに直交し、さらに長尺方向Ｌに平行になるように、ＬＥＤ１５は入射面１１ｂに対し配置される。各反射・拡散部１１ｃは、入射面１１ｂに対する斜面を含んでおり、入射光を反射し拡散する。また、各出射面１１ｄは、入射面１１ｂに対し垂直で、かつ反射・拡散部１１ｃと向かい合う面であり、原稿台３０上の原稿Ｄに向けて光を出射する。
【００２０】
なお、図２、図３には示されていないが、反射・拡散部１１ｃには、入射光を反射し拡散する手段の一例として、斜面上にプリズムが形成されており、斜面自体の傾斜角度、プリズムの斜面角度を最適化することにより、線状光の長尺方向Ｌの照度ムラを最小化することが出来る。
【００２１】
また、反射・拡散部１１ｃには、プリズム以外にも、球形状、シリンダ形状またコーン形状等の反射・拡散手段が形成されても構わない。また、導光体１１自体に、光の反射・拡散手段が形成されるのではなく、反射・拡散部１１ｃの斜面にシート状の反射・拡散部材（例えば、光拡散シート）を密着させ、これによって、光を反射し拡散するようにしても構わない。
【００２２】
また、出射面１１ｄから出射されなかった光は、入射面１１ｂと斜めで向かい合う透過部１１ｅに入射される。この透過部１１ｅは、隣のブロック１１ａの入射面１１ｂと接合しており、透過部１１ｅへの入射光は、ブロック１１ａを抜けて隣のブロック１１ａ（以下、隣接ブロック１１ａという）に進入する。このような透過部１１ｅからの光は、隣接ブロック１１ａのＬＥＤ１５からの光と混ざり合いながら、隣接ブロック１１ａの反射・拡散部１１ｃで反射及び拡散され、出射面１１ｄから原稿Ｄに照射される。
【００２３】
ここで、図４を参照して、線状光が導光体１１内で生成される過程を説明する。図４においては、導光体１１の外縁を点線で示し、原稿台３０の裏面を一点鎖線で示している。図４に示すように、各ＬＥＤ１５からの出射光は、導光体１１に入射され、導光体１１内部で反射され拡散される。この反射・拡散の様子が図４の点線内に示される。かかる反射・拡散の結果、各ＬＥＤ１５からの光は、導光体１１内部で混ざり合い、導光体１１の各出射面１１ｄから出射される。かかる出射光は、図４では出射面１１ｄから延びる実線で示される。また、かかる出射光が線状光を構成し、原稿台３０を透過して原稿Ｄ（図１参照）に照射される。以上説明したように、各ＬＥＤ１５の光が導光体１１の内部で混合され、線状光として導光体１１から出射されることで、ＬＥＤ１５の個体差による色度ムラを低減することが可能となる。なお、透過部１１ｅの面積を大きくすればするほど、より多くの光が隣接ブロック１１ａに抜けることが可能となるため、色度ムラをより低減することが出来る。
【００２４】
また、図３に示すように、導光体１１の長尺方向両端の入射面１１ｂにおいて、ＬＥＤ１５を避けるように反射部材１２を貼り付けることで、反射部材１２への入射光が両端ブロック１１ａ内に折り返される（一点鎖線の矢印を参照）。これにより、ＬＥＤ１５の出射光が原稿照射に利用されずに導光体１１の外部に抜け出ることを防止し、各ＬＥＤ１５の出射光の利用効率を向上させることが可能となるので、色度ムラをさらに低減することが出来る。
【００２５】
以上、本照明装置１０によれば、各ＬＥＤ１５が導光体１１の長尺方向Ｌに沿って異なる位置に分散配置されるので、大光量を得るために各ＬＥＤ１５のパワーを上げても温度上昇を少なくすることができる。それゆえ、照明装置１０にヒートシンクを設置不要となるか、設置しても小型のヒートシンクで済む。また、単なるＬＥＤアレイで原稿Ｄを照射する場合と比較して、本照明装置１０によれば各ＬＥＤ１５の光を混ざり合わせて原稿Ｄの所定領域を照射するため、ＬＥＤ１５の個体差による色度ムラを低減することが可能となる。
【００２６】
なお、図２の例では、導光体１１は、左右対称な形状を有し、６個のブロック１１ａに区分されるとして説明したが、これに限らず、導光体１１は、少なくとも３個のブロック１１ａを有しており、これら３個のブロック１１ａが長尺方向Ｌに沿って左右非対称に配列されていても構わない。この場合、少なくとも３個のＬＥＤ１５の照射方向は長尺方向Ｌに平行で、そのうち２個のＬＥＤ１５が同一の照射方向を向くことになる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る照明装置１０１について説明する。図５において、照明装置１０１は、大略的には、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、透過部１１ｅの部分で物理的に分割された複数のブロック１１ａを備える点で相違する。これらブロック１１ａの透過部１１ｅを隣接ブロック１１ａの入射面１１ｂに接合することで、導光体１１が構成される。ただし、左右両端のブロック１１ａの各入射面１１ｂには隣接ブロック１１ａは接合されず、中心面Ｃで向かい合う２個のブロック１１ａは透過部１１ｅ同士で接合される。
【００２８】
この構成により、照明装置１０１は、第１の実施形態の照明装置１０と同様の作用・効果を奏する。さらに、各ブロック１１ａの形状は互いに同一形状でなくとも構わないが、同一形状であれば量産時のマスメリットによる低コスト化が期待できる。また、導光体１１の構成するブロック数を変更することにより、Ａ３やＡ４等の原稿サイズに柔軟に対応することが出来る。また、複数のブロック１１ａに分割することで、第１の実施形態のような長尺で一体成型の導光体１１（図２参照）と比較して、成型によるソリや歪みを容易に低減することが出来る。
【００２９】
また、図６に示すように、各ブロック１１ａには他のブロック１１ａに対する位置決めを容易にするための手段として、入射面１１ｂ及び透過部１１ｅのいずれか一方に突起１６が設けられ、いずか他方には突起１６が嵌合する穴１７が形成されることが好ましい。突起１６と穴１７を用いることにより、各ブロック１１ａ同士を高い精度で位置決めした状態でつなぎ合わせることが可能となり、長尺方向Ｌに垂直で入射面１１ｂに沿う短尺方向の配光がより安定化する。なお、左右両端のブロック１１ａの各入射面１１ｂには突起１６または穴１７が形成されず、中心面Ｃで向かい合う２個のブロック１１ａについては、いずれか一方の透過部１１ｅに突起１６が、いずれか他方の透過部１１ｅに穴１７が形成される。
【００３０】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置１０２の構成を示す模式図である。図７の照明装置１０２は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、左右両端の２個のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置がその他のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置とずれている点で相違する。ここで、短尺方向Ｓとは、長尺方向Ｌに垂直で、出射面１１ｄからの光の出射方向に平行な方向である。なお、以下の説明では、左右両端の２個のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５を、両端ＬＥＤ１５と呼ぶこととする。
【００３１】
図８は、両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置による照度分布の変動を示す図である。図８において、横軸は、両端ブロック１１ａの入射面１１ｂの位置を０とした場合の長尺方向Ｌの位置を示す。横軸の最大値は、入射面１１ｂの位置を基準とする両端ブロック１１ａの透過部１１ｅの位置である。本例では、入射面１１ｂと透過部１１ｅの間の距離は４０ｍｍとなる。また、縦軸は、長尺方向Ｌの位置における両端ブロック１１ａの出射面１１ｄからの出射光の照度を示している。
【００３２】
図８の曲線Ｃ１は、両端ＬＥＤ１５及び他のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置が同じ場合における照度分布のシミュレーション結果を示している。なお、以下の説明では、両端ＬＥＤ１５及び他のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置のずれ量を、図７に示すようにｄとする。また、曲線Ｃ２は、ずれ量ｄが＋２ｍｍだけ出射面１１ｄの方向にずれた場合における照度分布のシミュレーション結果である。同様に、曲線Ｃ３、Ｃ４及びＣ５は、ずれ量ｄが＋４ｍｍ、＋６ｍｍ及び＋８ｍｍの場合における照度分布のシミュレーション結果を示している。
【００３３】
図８に示すように、両端ＬＥＤ１５の位置を出射面１１ｄに近づけるほど（つまり原稿台３０に近づけるほど）、両端ＬＥＤ１５からの光の広がり角に起因して、両端ＬＥＤ１５に近い領域（長尺方向Ｌの位置が０に近い領域）の照度分布が高くなる。この特性を利用して、両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を他のＬＥＤ１５に対してずらすことで、導光体１１の両端部分の照度ムラを低減することが出来るようになる。また、画像読取装置ごとに両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を調整することにより、ＬＥＤ１５や導光体１１の特性バラツキによる照度ムラを補正することも可能である。また、両端ＬＥＤ１５だけでなく、中心面Ｃ付近のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を変えることで、導光体１１の中央付近の照度分布特性を調整することも出来る。
【００３４】
次に、第４の実施形態に係る照明装置について説明する。この実施形態の照明装置は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、反射・拡散部１１ｃによる光の拡散量が両端ブロック１１ａの方が中央ブロック１１ａより多くなるように設計されている点で相違する。なお、以下の説明の便宜上、本実施形態では、中央ブロックに対し参照符号１１ａ”を割り当て、両端ブロックに参照符号１１ａ’を割り当てることとする。
【００３５】
光の拡散量を調整するために、本実施形態では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、両端ブロック１１ａ’の反射・拡散部１１ｃにも、中央のブロック１１ａ”の反射・拡散部１１ｃにも、光を拡散させるために複数のプリズム１８が形成される。本実施形態において、好ましくは、両端ブロック１１ａ’において隣り合うプリズム１８の間隔（ピッチ）ｐａ（図９Ａ参照）は、中央のブロック１１ａ”において隣り合うプリズム１８のピッチｐｂ（図９Ｂ参照）よりも狭くなるよう調整される。これにより、両端ブロック１１ａ’の反射・拡散部１１ｃで反射され拡散される光量を多くすることが可能となる。これにより、両端ブロック１１ａ’からの出射光量を、中央ブロック１１ａ”からの出射光量と均等化することが可能となり、両端ブロック１１ａ’で起こり得る照度ムラを低減することが可能となる。
【００３６】
なお、上述以外にも、各ブロックに形成されるプリズムの幅を調整したり、各ブロックに貼り付けられる光拡散シートのサイズや拡散率を調整したりすることで、拡散される光の量を最適に調整することも可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第５の実施形態に係る照明装置について説明する。図１０において、照明装置１０４は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、各ＬＥＤ１５及び導光体１１が共通の基板１９上に実装される点で相違する。具体的には、各ＬＥＤ１５は、サイドビュータイプであり、導光体１１の長尺方向に光を照射する。これらＬＥＤ１５は、導光体１１の長尺方向Ｌに沿って基板１９上に実装される。また、導光体１１を構成する各ブロック１１ａの入射面１１がＬＥＤ１５に対向するように、導光体１１は基板１９上に配置される。このように、導光体１１を基板１９上に接触配置することで、ＬＥＤ１５とブロック１１ａの短尺方向Ｓの位置決め精度を向上させることが可能となる。また、共通の基板１９上に、導光体１１及びすべてのＬＥＤ１５を配置することで、部品点数の削減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明は、照明装置及びこれを用いた画像読取装置に有用であり、大光量化しても、照度ムラ及び色度ムラの少ない安価でコンパクトな点で優れている。
【符号の説明】
【００３９】
１…画像読取装置
１０，１０１，１０２，１０４…照明装置
１１…導光体
１１ａ…ブロック
１１ｂ…入射面
１１ｃ…反射・拡散部
１１ｄ…出射面
１１ｅ…透過部
１２…反射部材
１５…ＬＥＤ（点光源）
１６…突起
１７…穴
１８…プリズム
１９…基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原稿画像を光学的に読み取るための照明装置、及びこれを用いた画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スキャナと称されている画像読取装置は、主走査方向に延在する照明装置を含む読取り系及び原稿などの読取り対象物のいずれかを副走査方向に移動させ、照明装置が原稿画像を照射することで、原稿画像を２次元的に読み取っている。従来、この種の光源としては、蛍光灯が多く使用されていたが、近年では、省電力化のためにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）へ置き換える動きが進んでいる。しかし、ＬＥＤは、蛍光灯とは異なり点光源であるため、原稿画像の読み取りに必要なライン状の配光を得るためには、導光体を使うか、複数のＬＥＤを長尺の基板上に１次元方向に配置してライン状光源とした照明装置を用いる必要がある。
【０００３】
導光体を用いた照明装置として、従来、導光体の一端面にＬＥＤを備えた照明装置を２組用い、それらの照明装置を点対称に配置したものがある。この配置により、主走査方向（照明装置の長尺方向）に沿う光強度のムラを低減することが可能となる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、長尺の基板を用いた照明装置として、従来、基板上に複数のＬＥＤを配置し、最適化した導光体を介して原稿画像を照射することにより、照度ムラを低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２９６４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、導光体の端面のみにＬＥＤを配置すると、光源の発熱が端部に集中するため、温度上昇が起こるという課題があった。特に、この構成で大光量を得ようとすると、ハイパワータイプのＬＥＤを使う必要があるが、投入電力を上げれば上げるほど発熱の課題は大きくなる。また、ヒートシンク等により発熱対策をすると、高コストでサイズの大きい照明装置になってしまう。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載されたような構成では、大光量化した際も熱源をある程度離して配置できるため、熱が分散し温度上昇の課題は小さくなるが、複数光源による個体差による照度ムラ及び色度ムラが課題となる。なお、上記特許文献２では、導光体の工夫により照度ムラを低減することを試みているが、この構成では照度ムラは低減できても、導光体毎の色度ムラは低減できない。
【０００８】
本発明の目的は、大光量化しても、照度ムラ及び色度ムラの少ない安価でコンパクトな照明装置、及びこれを用いた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】
【０００９】
以上の目的を達成するため、本発明の一形態である画像読取用の照明装置は、３つ以上の点光源と、各前記点光源からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体とを備える画像読取用の照明装置であって、各前記点光源の照射方向は前記導光体の長尺方向に平行で、前記点光源のうち２つ以上の点光源は同一の照射方向を向き、前記導光体は、各前記点光源からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源からの光が混ざり合った線状光を生成する。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、前記照明装置を用いた画像読取装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の各態様によれば、３つ以上の点光源からの光を導光体内で反射し拡散することにより、各点光源からの光が混ざり合った線状光が生成されるので、点光源の個体差に起因する照度ムラ及び色度ムラが少なく、また、点光源を分散配置可能なため大光量化しても安価でコンパクトな画像読取用の照明装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置の大略的な内部構成を示す模式図である。
【図２】図１の照明装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】図２の照明装置を構成する１つのブロックを拡大した模式図である。
【図４】各ＬＥＤからの光が混ざり合って導光体の出射面から出射される様子を示す模式図である。
【図５】第２の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示す各ブロックに形成される突起及び穴を示す斜視図である。
【図７】第３の実施形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７に示す両端ＬＥＤの短尺方向位置による照度分布の変動を示す図である。
【図９Ａ】本発明の第４の実施形態に係る両端ブロックの反射・拡散部を示す模式図である。
【図９Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る中央ブロックの反射・拡散部を示す模式図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る照明装置を用いた画像読取装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図面において、対応する部材、部分に関しては同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず、画像読取装置の概要について、図１を参照して説明する。図１において、画像読取装置１は、例えば２個の照明装置１０と、ガラス製の原稿台３０と、ミラー２２，２４，２５と、結像レンズ２６と、撮像素子（例えばＣＣＤラインセンサ）２７とを備えている。この構成の画像読取装置１は、主走査方向Ｙに延在する各照明装置１０から照射される線状光を原稿台３０上に載置された原稿Ｄで反射させ、原稿Ｄでの反射光をミラー２２，２４，２５を介して結像レンズ２６に導き、さらに撮像素子２７で受光し、原稿Ｄの画像を１ライン毎順次的に読み取る。以下、原稿Ｄ上で線状光が照射される領域、つまり原稿Ｄの画像読取の単位となる１ライン分の領域を所定領域と呼ぶ。各照明装置１０は、この所定領域の斜め下方向から線状光を原稿Ｄに照射する。
【００１５】
なお、各照明装置１０及びミラー２２は第１スライダー２１に搭載され、ミラー２４，２５は第２スライダー２３に搭載されている。第１スライダー２１は原稿台３０の直下を副走査方向Ｚに速度Ｖで移動し、第２スライダー２３は副走査方向Ｚに速度Ｖ／２で移動する。
【００１６】
次に、照明装置について詳細に説明する。図２及び図３において、照明装置１０は、複数の点光源の一例としての複数のＬＥＤ１５と、主走査方向Ｙ（図１参照）に平行な長尺方向Ｌに沿って長尺の導光体１１とで構成される。かかる構成の照明装置１０は、各ＬＥＤ１５からの出射光を導光体１１により長尺方向Ｌに延びる線状光に変換した後に、この線状光を導光体１１から出射して、原稿Ｄの所定領域を照射する。なお、図２や図３には、光路が矢印で例示されている。
【００１７】
導光体１１は、本実施形態では、長尺方向Ｌに概ね３００ｍｍの長さを有しており、透過性の高いＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ Ｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のような透過樹脂で一体的に成型され内部で全反射を繰り返しながら光を導く。本実施形態では、導光体１１は、導光体１１を長尺方向Ｌに二等分する中心面Ｃに対し対称（以下、「左右対称」という）な形状を有し、この中心面Ｃを境に複数のブロック１１ａに区分される。なお、図２の例では６個のブロック１１ａに区分されている。
【００１８】
各ブロック１１ａは、実質的に同じ形状を有しており、図３の拡大図に示されているように、少なくとも、入射面１１ｂ、反射・拡散部１１ｃ、出射面１１ｄ及び透過部１１ｅ（２点鎖線で囲まれる部分）から構成される。
【００１９】
各入射面１１ｂは中心面Ｃに対し平行な面であり、各入射面１１ｂにはＬＥＤ１５が１つずつ対向配置される。具体的には、各ＬＥＤ１５による光の照射方向が中心面Ｃに向きかつ中心面Ｃに直交し、さらに長尺方向Ｌに平行になるように、ＬＥＤ１５は入射面１１ｂに対し配置される。各反射・拡散部１１ｃは、入射面１１ｂに対する斜面を含んでおり、入射光を反射し拡散する。また、各出射面１１ｄは、入射面１１ｂに対し垂直で、かつ反射・拡散部１１ｃと向かい合う面であり、原稿台３０上の原稿Ｄに向けて光を出射する。
【００２０】
なお、図２、図３には示されていないが、反射・拡散部１１ｃには、入射光を反射し拡散する手段の一例として、斜面上にプリズムが形成されており、斜面自体の傾斜角度、プリズムの斜面角度を最適化することにより、線状光の長尺方向Ｌの照度ムラを最小化することが出来る。
【００２１】
また、反射・拡散部１１ｃには、プリズム以外にも、球形状、シリンダ形状またコーン形状等の反射・拡散手段が形成されても構わない。また、導光体１１自体に、光の反射・拡散手段が形成されるのではなく、反射・拡散部１１ｃの斜面にシート状の反射・拡散部材（例えば、光拡散シート）を密着させ、これによって、光を反射し拡散するようにしても構わない。
【００２２】
また、出射面１１ｄから出射されなかった光は、入射面１１ｂと斜めで向かい合う透過部１１ｅに入射される。この透過部１１ｅは、隣のブロック１１ａの入射面１１ｂと接合しており、透過部１１ｅへの入射光は、ブロック１１ａを抜けて隣のブロック１１ａ（以下、隣接ブロック１１ａという）に進入する。このような透過部１１ｅからの光は、隣接ブロック１１ａのＬＥＤ１５からの光と混ざり合いながら、隣接ブロック１１ａの反射・拡散部１１ｃで反射及び拡散され、出射面１１ｄから原稿Ｄに照射される。
【００２３】
ここで、図４を参照して、線状光が導光体１１内で生成される過程を説明する。図４においては、導光体１１の外縁を点線で示し、原稿台３０の裏面を一点鎖線で示している。図４に示すように、各ＬＥＤ１５からの出射光は、導光体１１に入射され、導光体１１内部で反射され拡散される。この反射・拡散の様子が図４の点線内に示される。かかる反射・拡散の結果、各ＬＥＤ１５からの光は、導光体１１内部で混ざり合い、導光体１１の各出射面１１ｄから出射される。かかる出射光は、図４では出射面１１ｄから延びる実線で示される。また、かかる出射光が線状光を構成し、原稿台３０を透過して原稿Ｄ（図１参照）に照射される。以上説明したように、各ＬＥＤ１５の光が導光体１１の内部で混合され、線状光として導光体１１から出射されることで、ＬＥＤ１５の個体差による色度ムラを低減することが可能となる。なお、透過部１１ｅの面積を大きくすればするほど、より多くの光が隣接ブロック１１ａに抜けることが可能となるため、色度ムラをより低減することが出来る。
【００２４】
また、図３に示すように、導光体１１の長尺方向両端の入射面１１ｂにおいて、ＬＥＤ１５を避けるように反射部材１２を貼り付けることで、反射部材１２への入射光が両端ブロック１１ａ内に折り返される（一点鎖線の矢印を参照）。これにより、ＬＥＤ１５の出射光が原稿照射に利用されずに導光体１１の外部に抜け出ることを防止し、各ＬＥＤ１５の出射光の利用効率を向上させることが可能となるので、色度ムラをさらに低減することが出来る。
【００２５】
以上、本照明装置１０によれば、各ＬＥＤ１５が導光体１１の長尺方向Ｌに沿って異なる位置に分散配置されるので、大光量を得るために各ＬＥＤ１５のパワーを上げても温度上昇を少なくすることができる。それゆえ、照明装置１０にヒートシンクを設置不要となるか、設置しても小型のヒートシンクで済む。また、単なるＬＥＤアレイで原稿Ｄを照射する場合と比較して、本照明装置１０によれば各ＬＥＤ１５の光を混ざり合わせて原稿Ｄの所定領域を照射するため、ＬＥＤ１５の個体差による色度ムラを低減することが可能となる。
【００２６】
なお、図２の例では、導光体１１は、左右対称な形状を有し、６個のブロック１１ａに区分されるとして説明したが、これに限らず、導光体１１は、少なくとも３個のブロック１１ａを有しており、これら３個のブロック１１ａが長尺方向Ｌに沿って左右非対称に配列されていても構わない。この場合、少なくとも３個のＬＥＤ１５の照射方向は長尺方向Ｌに平行で、そのうち２個のＬＥＤ１５が同一の照射方向を向くことになる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る照明装置１０１について説明する。図５において、照明装置１０１は、大略的には、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、透過部１１ｅの部分で物理的に分割された複数のブロック１１ａを備える点で相違する。これらブロック１１ａの透過部１１ｅを隣接ブロック１１ａの入射面１１ｂに接合することで、導光体１１が構成される。ただし、左右両端のブロック１１ａの各入射面１１ｂには隣接ブロック１１ａは接合されず、中心面Ｃで向かい合う２個のブロック１１ａは透過部１１ｅ同士で接合される。
【００２８】
この構成により、照明装置１０１は、第１の実施形態の照明装置１０と同様の作用・効果を奏する。さらに、各ブロック１１ａの形状は互いに同一形状でなくとも構わないが、同一形状であれば量産時のマスメリットによる低コスト化が期待できる。また、導光体１１の構成するブロック数を変更することにより、Ａ３やＡ４等の原稿サイズに柔軟に対応することが出来る。また、複数のブロック１１ａに分割することで、第１の実施形態のような長尺で一体成型の導光体１１（図２参照）と比較して、成型によるソリや歪みを容易に低減することが出来る。
【００２９】
また、図６に示すように、各ブロック１１ａには他のブロック１１ａに対する位置決めを容易にするための手段として、入射面１１ｂ及び透過部１１ｅのいずれか一方に突起１６が設けられ、いずか他方には突起１６が嵌合する穴１７が形成されることが好ましい。突起１６と穴１７を用いることにより、各ブロック１１ａ同士を高い精度で位置決めした状態でつなぎ合わせることが可能となり、長尺方向Ｌに垂直で入射面１１ｂに沿う短尺方向の配光がより安定化する。なお、左右両端のブロック１１ａの各入射面１１ｂには突起１６または穴１７が形成されず、中心面Ｃで向かい合う２個のブロック１１ａについては、いずれか一方の透過部１１ｅに突起１６が、いずれか他方の透過部１１ｅに穴１７が形成される。
【００３０】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置１０２の構成を示す模式図である。図７の照明装置１０２は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、左右両端の２個のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置がその他のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置とずれている点で相違する。ここで、短尺方向Ｓとは、長尺方向Ｌに垂直で、出射面１１ｄからの光の出射方向に平行な方向である。なお、以下の説明では、左右両端の２個のブロック１１ａにおけるＬＥＤ１５を、両端ＬＥＤ１５と呼ぶこととする。
【００３１】
図８は、両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置による照度分布の変動を示す図である。図８において、横軸は、両端ブロック１１ａの入射面１１ｂの位置を０とした場合の長尺方向Ｌの位置を示す。横軸の最大値は、入射面１１ｂの位置を基準とする両端ブロック１１ａの透過部１１ｅの位置である。本例では、入射面１１ｂと透過部１１ｅの間の距離は４０ｍｍとなる。また、縦軸は、長尺方向Ｌの位置における両端ブロック１１ａの出射面１１ｄからの出射光の照度を示している。
【００３２】
図８の曲線Ｃ１は、両端ＬＥＤ１５及び他のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置が同じ場合における照度分布のシミュレーション結果を示している。なお、以下の説明では、両端ＬＥＤ１５及び他のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置のずれ量を、図７に示すようにｄとする。また、曲線Ｃ２は、ずれ量ｄが＋２ｍｍだけ出射面１１ｄの方向にずれた場合における照度分布のシミュレーション結果である。同様に、曲線Ｃ３、Ｃ４及びＣ５は、ずれ量ｄが＋４ｍｍ、＋６ｍｍ及び＋８ｍｍの場合における照度分布のシミュレーション結果を示している。
【００３３】
図８に示すように、両端ＬＥＤ１５の位置を出射面１１ｄに近づけるほど（つまり原稿台３０に近づけるほど）、両端ＬＥＤ１５からの光の広がり角に起因して、両端ＬＥＤ１５に近い領域（長尺方向Ｌの位置が０に近い領域）の照度分布が高くなる。この特性を利用して、両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を他のＬＥＤ１５に対してずらすことで、導光体１１の両端部分の照度ムラを低減することが出来るようになる。また、画像読取装置ごとに両端ＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を調整することにより、ＬＥＤ１５や導光体１１の特性バラツキによる照度ムラを補正することも可能である。また、両端ＬＥＤ１５だけでなく、中心面Ｃ付近のＬＥＤ１５の短尺方向Ｓの位置を変えることで、導光体１１の中央付近の照度分布特性を調整することも出来る。
【００３４】
次に、第４の実施形態に係る照明装置について説明する。この実施形態の照明装置は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、反射・拡散部１１ｃによる光の拡散量が両端ブロック１１ａの方が中央ブロック１１ａより多くなるように設計されている点で相違する。なお、以下の説明の便宜上、本実施形態では、中央ブロックに対し参照符号１１ａ”を割り当て、両端ブロックに参照符号１１ａ’を割り当てることとする。
【００３５】
光の拡散量を調整するために、本実施形態では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、両端ブロック１１ａ’の反射・拡散部１１ｃにも、中央のブロック１１ａ”の反射・拡散部１１ｃにも、光を拡散させるために複数のプリズム１８が形成される。本実施形態において、好ましくは、両端ブロック１１ａ’において隣り合うプリズム１８の間隔（ピッチ）ｐａ（図９Ａ参照）は、中央のブロック１１ａ”において隣り合うプリズム１８のピッチｐｂ（図９Ｂ参照）よりも狭くなるよう調整される。これにより、両端ブロック１１ａ’の反射・拡散部１１ｃで反射され拡散される光量を多くすることが可能となる。これにより、両端ブロック１１ａ’からの出射光量を、中央ブロック１１ａ”からの出射光量と均等化することが可能となり、両端ブロック１１ａ’で起こり得る照度ムラを低減することが可能となる。
【００３６】
なお、上述以外にも、各ブロックに形成されるプリズムの幅を調整したり、各ブロックに貼り付けられる光拡散シートのサイズや拡散率を調整したりすることで、拡散される光の量を最適に調整することも可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第５の実施形態に係る照明装置について説明する。図１０において、照明装置１０４は、前述の照明装置１０（図２参照）と比較すると、各ＬＥＤ１５及び導光体１１が共通の基板１９上に実装される点で相違する。具体的には、各ＬＥＤ１５は、サイドビュータイプであり、導光体１１の長尺方向に光を照射する。これらＬＥＤ１５は、導光体１１の長尺方向Ｌに沿って基板１９上に実装される。また、導光体１１を構成する各ブロック１１ａの入射面１１がＬＥＤ１５に対向するように、導光体１１は基板１９上に配置される。このように、導光体１１を基板１９上に接触配置することで、ＬＥＤ１５とブロック１１ａの短尺方向Ｓの位置決め精度を向上させることが可能となる。また、共通の基板１９上に、導光体１１及びすべてのＬＥＤ１５を配置することで、部品点数の削減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明は、照明装置及びこれを用いた画像読取装置に有用であり、大光量化しても、照度ムラ及び色度ムラの少ない安価でコンパクトな点で優れている。
【符号の説明】
【００３９】
１…画像読取装置
１０，１０１，１０２，１０４…照明装置
１１…導光体
１１ａ…ブロック
１１ｂ…入射面
１１ｃ…反射・拡散部
１１ｄ…出射面
１１ｅ…透過部
１２…反射部材
１５…ＬＥＤ（点光源）
１６…突起
１７…穴
１８…プリズム
１９…基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上の点光源と、各前記点光源からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体とを備える画像読取用の照明装置であって、
各前記点光源の照射方向は前記導光体の長尺方向に平行で、前記点光源のうち２つ以上の点光源は同一の照射方向を向き、
前記導光体は、各前記点光源からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源からの光が混ざり合った線状光を生成する、
画像読取用の照明装置。
【請求項２】
前記導光体には、前記点光源毎に入射面が形成されている、
請求項１に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項３】
前記点光源毎の入射面は、前記導光体の長尺方向の両端面と、該両端面間に形成されている面とからなる、
請求項２に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項４】
前記導光体は、前記長尺形状に沿う複数のブロックから構成され、
各ブロックは、
各前記点光源の１つと対向する入射面と、
前記入射面に対して傾斜する斜面を含んでおり、該入射面への入射光を反射し拡散する反射・拡散部と、
前記反射・拡散部で拡散された光を前記導光体外に出射して、読み取り対象物を照射する出射面と、
前記出射面から出射されなかった光を隣接するブロックに導く透過部とを備える、
請求項１〜３のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項５】
各前記点光源による照射方向は、前記導光体の中心面と直交する、
請求項１〜４のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項６】
前記導光体の両端ブロックの入射面には、光の反射部材が、前記点光源からの光が入射される領域を避けて取り付けられている、
請求項４〜５のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項７】
前記導光体は、複数に分割されたブロックを接合して構成される、
請求項４〜６のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項８】
前記ブロックは、隣り合うブロックとの位置決め手段を有する、請求項７に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項９】
前記導光体の両端ブロックと、その他のブロックとにおける点光源の配置位置は、前記導光体の長尺方向に垂直な短尺方向に関し異なっている、
請求項４〜８のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１０】
前記反射・拡散部による光の拡散量は、前記導光体の両端ブロックの方がその他のブロックよりも多い、
請求項４〜９のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１１】
各前記点光源は共通の基板上に実装されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の画像読取用の照明装置を用いた、画像読取装置。
【請求項１】
３つ以上の点光源と、各前記点光源からの光を線状光に変換して原稿の所定領域を照射する長尺の導光体とを備える画像読取用の照明装置であって、
各前記点光源の照射方向は前記導光体の長尺方向に平行で、前記点光源のうち２つ以上の点光源は同一の照射方向を向き、
前記導光体は、各前記点光源からの光が入射されると、入射光を内部で反射し拡散することにより、各前記点光源からの光が混ざり合った線状光を生成する、
画像読取用の照明装置。
【請求項２】
前記導光体には、前記点光源毎に入射面が形成されている、
請求項１に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項３】
前記点光源毎の入射面は、前記導光体の長尺方向の両端面と、該両端面間に形成されている面とからなる、
請求項２に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項４】
前記導光体は、前記長尺形状に沿う複数のブロックから構成され、
各ブロックは、
各前記点光源の１つと対向する入射面と、
前記入射面に対して傾斜する斜面を含んでおり、該入射面への入射光を反射し拡散する反射・拡散部と、
前記反射・拡散部で拡散された光を前記導光体外に出射して、読み取り対象物を照射する出射面と、
前記出射面から出射されなかった光を隣接するブロックに導く透過部とを備える、
請求項１〜３のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項５】
各前記点光源による照射方向は、前記導光体の中心面と直交する、
請求項１〜４のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項６】
前記導光体の両端ブロックの入射面には、光の反射部材が、前記点光源からの光が入射される領域を避けて取り付けられている、
請求項４〜５のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項７】
前記導光体は、複数に分割されたブロックを接合して構成される、
請求項４〜６のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項８】
前記ブロックは、隣り合うブロックとの位置決め手段を有する、請求項７に記載の画像読取用の照明装置。
【請求項９】
前記導光体の両端ブロックと、その他のブロックとにおける点光源の配置位置は、前記導光体の長尺方向に垂直な短尺方向に関し異なっている、
請求項４〜８のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１０】
前記反射・拡散部による光の拡散量は、前記導光体の両端ブロックの方がその他のブロックよりも多い、
請求項４〜９のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１１】
各前記点光源は共通の基板上に実装されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の画像読取用の照明装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の画像読取用の照明装置を用いた、画像読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３４１５５（Ｐ２０１３−３４１５５Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７００８４（Ｐ２０１１−１７００８４）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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