照明装置およびこれを備えた読取装置
【課題】光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができ、さらに、迷光が撮像装置に入射することで発生する白飛びを確実に防止することができるようにする。
【解決手段】光源１１を保持する基板１２と導光体１３との間に介在するスペーサー５２を備え、このスペーサーは、これを貫通して光源から出射された光を導光体の入射面１５に入射させる開口部５３を有し、この開口部が、基板側から導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成されたものとする。特に、スペーサーは、光透過性を有する材料で形成されたものとする。
【解決手段】光源１１を保持する基板１２と導光体１３との間に介在するスペーサー５２を備え、このスペーサーは、これを貫通して光源から出射された光を導光体の入射面１５に入射させる開口部５３を有し、この開口部が、基板側から導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成されたものとする。特に、スペーサーは、光透過性を有する材料で形成されたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原稿の読取面を照明する照明装置およびこれを備えた読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原稿の画像を読み取る読取装置では、原稿の読取面を照明装置で照明して、その反射光をイメージセンサに受光させて画像信号を出力させるようになっている。この読取装置に設けられる照明装置では、従来、蛍光管を用いたものが一般的であったが、近年、省エネルギーなどの観点から、光源にＬＥＤ素子を用いたものが普及しつつある。
【０００３】
このような光源にＬＥＤ素子を用いた照明装置では、ＬＥＤ素子が点光源となることから、原稿の読取面で均一な照度分布が得られるように工夫する必要があり、例えば、ＬＥＤ素子を導光体を用いて線光源として機能させる技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、小数のＬＥＤ素子で均一な照度分布を得ることができる。また、ＬＥＤ素子を一方向に複数並べて配置する技術が知られている（特許文献２参照）。ここでは、集光効果のあるレンズ状の樹脂キャップをＬＥＤ素子に設けて、端部での光量不足を解消することで、均一な照度分布を得るようにしている。
【０００４】
また、種類が異なる複数のＬＥＤ素子、すなわち白色光、赤外光および紫外光をそれぞれ発するＬＥＤ素子を設けて、それらを用途に応じて使い分けるようにした技術が知られている（特許文献３参照）。ここでは、モニタを用いた操作者の目視による確認などのための通常の用途では白色ＬＥＤ素子を点灯し、パスポートなどで背景画像上に文字が記載された原稿の文字認識を行う場合には赤外ＬＥＤ素子を点灯し、パスポートなどで偽造防止用の蛍光インクで描かれた画像を取得する場合には紫外ＬＥＤ素子を点灯するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４６８６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７８５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２００１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、読取装置では、照明装置から出射された光が、原稿の読取面での反射光の光路を折り曲げるミラーや原稿台などで反射することで迷光となることが避けられないが、この迷光が撮像装置に入射すると、読取画像内に輝度が部分的に高くなる部分が現れる。特に、カメラに入射する迷光の光量が大きくなると、イメージセンサの出力が飽和レベルに達する、いわゆる白飛びが発生し、この白飛びを起こした部分では階調情報が消失するため、画像処理で改善することが難しく、白飛びを防止することができる構成が望まれる。
【０００７】
ここで、特許文献３に開示されたように、多数のＬＥＤ素子を１枚の基板上に配置する構成とすると、工数を削減して製造コストを低減することができるが、この従来技術では、単に照明装置を原稿台に近接して配置しているだけであるため、読取面での照度分布が不均一になる上に、ＬＥＤ素子から出射された光が多方向に放射されることで、ＬＥＤ素子が発する光の利用効率が低下するとともに迷光が発生するという問題が生じる。
【０００８】
これに対して、特許文献１に開示されたように導光体を設ける構成や、特許文献２に開示されたような樹脂キャップを設ける構成を、前記のＬＥＤ素子を基板上に配置した構成に適用すると、読取面での照度分布を改善することができるが、照明装置から出射された光が多方向に放射されることを確実に抑制するものではないため、光の利用効率の低下および迷光の発生の問題を十分に解決することができない。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができ、さらに、迷光が撮像装置に入射することで発生する白飛びを確実に防止することができるように構成された照明装置およびこれを備えた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】
【００１０】
本発明の照明装置は、光源と、この光源を保持する基板と、前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成された構成とする。
【００１１】
また、本発明の読取装置は、前記の照明装置と、原稿が載置される透明な原稿台と、この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中間支持体の開口部がテーパー形状をなすため、光源が発する光を集光させることができ、これにより光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができる。そして、中間支持体は、光を集光する部材と、導光体を基板に支持させる部材とを兼用し、導光体を、基板上の光源と干渉することなく、基板に対して安定に支持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る読取装置１を示す全体斜視図
【図２】読取装置１の要部を示す側面図
【図３】照明装置５の断面図
【図４】照明基板１２の正面図
【図５】スペーサー１４を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図
【図６】スペーサー１４および導光体１３を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図
【図７】スペーサー１４を前面側（導光体１３側）から見た斜視図
【図８】第１実施形態に係るスペーサー１４における光の進行状況を示す模式的な断面図
【図９】第１実施形態に係る読取装置１での迷光の状況を示す側面図
【図１０】第２実施形態に係るスペーサーにおける光の進行状況を示す模式的な断面図
【図１１】波長に応じた透過率を樹脂別にグラフで示す特性図
【図１２】第２実施形態に係る読取装置での迷光の状況を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、光源と、この光源を保持する基板と、前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成された構成とする。
【００１５】
これによると、中間支持体の開口部がテーパー形状をなすため、光源が発する光を集光させることができ、これにより光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができる。そして、中間支持体は、光を集光する部材と、導光体を基板に支持させる部材とを兼用し、導光体を、基板上の光源と干渉することなく、基板に対して安定に支持させることができる。
【００１６】
また、第２の発明は、前記中間支持体は、光透過性を有する材料で形成された構成とする。
【００１７】
これによると、開口部の内周面で透過する光の割合を増やして、開口部の内周面で拡散反射する光の割合を大幅に減らすことができる。そして、撮像装置に入射して白飛びを発生させる迷光は、主に拡散反射による散乱光が原因となることから、拡散反射する光の割合を減らすことで、迷光による白飛びを防止することができる。
【００１８】
また、第３の発明は、前記中間支持体は、光の透過率が８０％以上となる材料で形成された構成とする。
【００１９】
これによると、開口部の内周面で拡散反射する光の割合を十分に減らして、迷光による白飛びを確実に防止することができる。
【００２０】
この場合、光の透過率は波長に応じて異なるため、用いられる光源が発する光の波長で透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。例えば、白色光を発する光源のみの場合には、白色光の透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。特に、紫外光を発する光源を含む複数種類の光源を有する場合には、光の透過率が最も低くなる紫外光の透過率を基準にして材料を選定すればよい。
【００２１】
また、第４の発明は、前記中間支持体は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂のいずれかで形成された構成とする。
【００２２】
これによると、光の透過率が最も低くなる紫外光の場合でも、光の透過率が８０％以上となるため、紫外光を発する光源を備えた構成でも、迷光による白飛びを確実に防止することができる。
【００２３】
また、第５の発明は、前記導光体は、１方向に長い棒状に形成され、前記光源は、前記導光体の長手方向に並んで前記基板上に複数配置され、前記中間支持体は、前記導光体の略全長に渡って延在するように設けられて、前記開口部が、複数の前記光源ごとに開設された構成とする。
【００２４】
これによると、複数の光源ごとに集光効率を高めることができる。そして、集光効率を高める部材を複数の光源ごとに設ける構成と比較して、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、第６の発明は、前記の照明装置と、原稿が載置される透明な原稿台と、この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えた構成とする。
【００２６】
これによると、原稿台に原稿を載置するだけで原稿を読み取ることができるため、ユーザの利便性を高めることができ、特にパスポートなどのように複数枚のシートを綴じ合わせてできた原稿（帳票）を読み取る場合に好適である。
【００２７】
また、第７の発明は、前記原稿の読取面での反射光を反射して前記撮像装置に導くミラーをさらに備えた構成とする。
【００２８】
これによると、原稿の読取面での反射光の光路をミラーで折り曲げることで、読取装置の小型化を図ることができる。一方、ミラーは、白飛びを発生させる迷光の原因となる、すなわち、正規の角度範囲から外れて導光体から出射された光が、ミラーおよび原稿台で反射されることで迷光となり、この迷光が撮像装置に入射することで白飛びが発生するが、中間支持体のテーパー形状の開口部により集光効率が高められることで、正規の角度範囲から外れて出射される光を低減することができるため、撮像装置に入射する迷光の発生を抑制して白飛びを防止することができる。
【００２９】
また、第８の発明は、前記撮像装置および前記照明装置は、光透過性を有する材料で形成された前記中間支持体を透過してその側面から外部に放射される光が前記撮像装置の画角内に入らないように配置された構成とする。
【００３０】
これによると、中間支持体の側面から外部に漏れる光が直接、撮像装置に入射することを避けることができ、これにより中間支持体の側面から漏れる光で白飛びが発生することを防止することができる。このため、中間支持体を透過する光が側面から漏れることを防止する手段を設ける必要がなく、製造コストを削減することができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る読取装置１を示す全体斜視図である。この読取装置１は、ハウジング２と、パスポートなどの原稿３が載置される原稿台４と、この原稿台４に載置された原稿３の読取面３ａを照明する照明装置５と、照明装置５により照明された原稿３の読取面３ａを撮像するカメラ（撮像装置）６と、原稿３の読取面３ａでの反射光をカメラ６に導くミラー７と、照明装置５およびカメラ６の制御に係る部品が実装されたメイン基板８と、を備えている。
【００３３】
図２は、読取装置１の要部を示す側面図である。照明装置５およびカメラ６は、ハウジング２の一方の側壁に近接して配置され、照明装置５の上方にカメラ６が配置されている。原稿台４は透明なガラス板で構成され、ハウジング２の上面に設けられており、この原稿台４の下方にはミラー７が配置されている。ミラー７は、反射面７ａをカメラ６側に向けて傾斜した状態で設けられている。カメラ６は、ミラー７に対向するように下方に傾けた状態で設けられている。照明装置５は、原稿台４に対向するように上方に傾けた状態で設けられている。
【００３４】
このように構成された読取装置１では、照明装置５から出射された光が原稿台４に入射して、原稿台４に載置された原稿３の読取面３ａを照明し、原稿３の読取面３ａでの反射光が、ミラー７で反射されてカメラ６に入射する。このように原稿３の読取面３ａでの反射光の光路をミラー７で折り曲げることで、読取装置１の小型化を図ることができる。
【００３５】
図３は、照明装置５の断面図である。図４は、照明基板１２の正面図である。図５は、スペーサー１４を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図である。図６は、スペーサー１４および導光体１３を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図である。図７は、スペーサー１４を前面側（導光体１３側）から見た斜視図である。
【００３６】
図３に示すように、照明装置５は、ＬＥＤ素子（光源）１１と、このＬＥＤ素子１１を保持する照明基板１２と、ＬＥＤ素子１１から出射された光を所定の方向に導く導光体１３と、この導光体１３および照明基板１２の間に介在するスペーサー（中間支持体）１４と、を備えている。
【００３７】
導光体１３は、図４〜図６に示すように、１方向に長い棒状をなし、長手方向が略水平となるように互いに平行して上下に２つ並べて設けられている。この２つの導光体１３は、図２に示したように、原稿台４における照明領域を分担し、原稿台４に近い上側の導光体１３が、照明装置５に近い照明領域を担当し、原稿台４から遠い下側の導光体１３が、照明装置５から遠い照明領域を担当する。この導光体１３は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの光透過性を有する樹脂材料で形成されている。
【００３８】
また、導光体１３は、図３に示したように、ＬＥＤ素子１１に対向する側に入射面１５を有し、入射面１５と相反する側に出射面１６を有している。入射面１５は、ＬＥＤ素子１１の光軸に対して直交する平面状に形成されている。なお、ここでは図示しないが、入射面１５にはプリズムが形成されており、これにより導光体１３の長手方向の光量分布を最適化することができる。
【００３９】
一方、出射面１６は、導光体１３の長手方向に直交する平面で切断した断面が円弧状をなすように形成されている。これにより、図２に示したように、出射面１６から出射する光を所定の角度範囲に制限し、特に導光体１３から出射された光をミラー７に入射させないようにすることができる。なお、後に詳しく説明するが、導光体１３から出射された光がミラー７に入射すると、迷光となってミラー７および原稿台４で反射されることでカメラ６に入射して、読取画像に白飛びを発生させる。
【００４０】
図４に示したように、ＬＥＤ素子１１は、照明基板１２上に、導光体１３の長手方向に並んで複数配置されており、上側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子１１を覆うように上側の導光体１３が配置され、下側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子１１を覆うように下側の導光体が１３配置される。
【００４１】
特に本実施形態では、ＬＥＤ素子１１として、白色光を発する白色ＬＥＤ素子１１ｗｌと、赤外光を発する赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒと、紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖとの３種類の光源が設けられている。赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒには、例えばピーク波長が８５０ｎｍとなるものが用いられ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖには、例えばピーク波長が３６５ｎｍとなるものが用いられる。なお、ここでは適宜に、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、および紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖをまとめてＬＥＤ素子１１と記載する。
【００４２】
これらのＬＥＤ素子１１は、用途に応じて使い分けるようにしており、モニタを用いた操作者の目視による確認などのための通常の用途では、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌを点灯する。パスポートなどで背景画像上に文字が記載された原稿の文字認識を行う場合には、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒを点灯する。これにより、背景画像を写り難くして文字認識の精度を高めることができる。パスポートなどで偽造防止用の蛍光インクで描かれた画像を取得する場合には、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖを点灯する。
【００４３】
ＬＥＤ素子１１は、それ自体の配光特性や、白色光、赤外光および紫外光の屈折率の違いなどを考慮して、最適な光量分布が得られるように、導光体１３の長手方向に直交する方向に位置をずらして配置されている。なお、ＬＥＤ素子１１は、中心線を中心にして左右対称に配置されている。また、導光体１３の長手方向の中央部に対応する位置にはＬＥＤ素子１１が配置されておらず、導光体１３の中央部分は光学的な機能を有しない。
【００４４】
図３に示したように、スペーサー１４は、照明基板１２との間に所定の間隔をおいて導光体１３を照明基板１２に支持させるものであり、概ね平板状をなし（図７参照）、導光体１３の略全長に渡って延在するように設けられている（図５参照）。このスペーサー１４は、ポリカーボネート樹脂などの樹脂材料で形成され、白色に着色されている。
【００４５】
このスペーサー１４には、ＬＥＤ素子１１から出射された光を導光体１３の入射面に入射させる開口部２１が、スペーサー１４を厚さ方向に貫通するように開設されている。この開口部２１は、照明基板１２側から導光体１３側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状をなすように形成されている。特に、本実施形態では、開口部２１が、スペーサー１４の厚さ方向、すなわちＬＥＤ素子１１の光軸方向の中心線を中心とした略円錐台形状（すり鉢形状）をなし、複数のＬＥＤ素子１１ごとに開設されている（図５参照）。これにより、ＬＥＤ素子１１が発する光を所定の角度範囲に集めて導光体１３に入射させることができる。また、開口部２１の内周面には鏡面仕上げが施されており、これにより開口部２１の内周面での拡散反射を抑えるようにしている。
【００４６】
ＬＥＤ素子１１は、チップ状の表面実装型のものであり、配線パターンが形成された照明基板１２上に半田付けされ、照明基板１２の主面から突出した状態で設けられている。特に白色ＬＥＤ素子１１ｗｌおよび赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒは、半球形状のレンズ部が照明基板１２の主面から大きく突出している。このため、照明基板１２と導光体１３との間にスペーサー１４を設けることで、照明基板１２上に実装されたＬＥＤ素子１１が導光体１３と干渉することなく、導光体１３を照明基板１２に安定に支持させることができる。
【００４７】
なお、スペーサー１４の照明基板１２側の面は、ＬＥＤ素子１１の近傍が凹設され、スペーサー１４は、ＬＥＤ素子１１の近傍を除いた部分で照明基板１２に当接する。また、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌおよび赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒでは、レンズ部が開口部２１の内部に収容されるようになっている。
【００４８】
図３に示したように、照明基板１２とスペーサー１４とは、ねじ３１により互いに締結される。このねじ３１は、照明基板１２の取付孔３２と、図７に示したように、スペーサー１４の長手方向の両端部に設けられた取付孔３３とに挿入される。また、図３に示したように、スペーサー１４の照明基板１２側に突出する突起３４を、照明基板１２の取付孔３５に嵌合させることで、スペーサー１４が照明基板１２に位置決めされる。これにより、スペーサー１４は、長手方向の端部に２点ずつの合計４点で照明基板１２と連結される。
【００４９】
一方、スペーサー１４と導光体１３とは、ねじ３６により互いに締結される。このねじ３６は、図５に示したように、スペーサー１４の長手方向の両端部に設けられた取付孔３７と、図６に示したように、導光体１３の長手方向の両端部に設けられた取付孔３８とに挿入される。また、スペーサー１４と導光体１３とは、長手方向の中央部においてねじ３９により互いに締結される。このねじ３９は、導光体１３に設けられた取付孔４０と、図５に示したように、スペーサー１４に設けられた取付孔４１とに挿入される。これにより、導光体１３は、長手方向の両端部と中央部との３点でスペーサー１４と連結される。
【００５０】
図８は、第１実施形態に係るスペーサー１４における光の進行状況を示す断面図である。図９は、第１実施形態に係る読取装置１での迷光の状況を示す側面図である。
【００５１】
図８に示すように、ＬＥＤ素子１１が発する光の大半は、導光体１３の入射面１５に直接入射し、出射面１６から正規の角度範囲で出射される。ＬＥＤ素子１１が発する光の一部は、開口部２１の内周面に入射するが、この開口部２１の内周面には鏡面仕上げが施されているため、開口部２１の内周面に入射した光は鏡面反射し、このとき、開口部２１がテーパー形状をなすため、鏡面反射した光は、矢印Ａで示すように、正規の角度範囲で出射面１６から出射される。
【００５２】
このようにスペーサー１４の開口部２１がテーパー形状をなすため、ＬＥＤ素子１１が発する光を集光させることができ、これによりＬＥＤ素子１１が発する光の利用効率を向上させることができる。
【００５３】
また、開口部２１の内周面では、鏡面反射とともに拡散反射が生じ、この拡散反射による散乱光が発生するが、この散乱光は、矢印Ｂ，Ｃで示すように、正規の角度範囲から外れた方向で導光体１３から出射される。この正規の角度範囲から外れた光は、図９に示すように、ミラー７に入射し、ここで反射されて迷光となる。この迷光は、原稿台４で反射された後に再度ミラー７で反射されてカメラ６に入射する。
【００５４】
このようにして迷光がカメラ６に入射すると、読取画像内に輝度が部分的に高くなる部分が現れる。特に、カメラ６に入射する迷光の光量が大きくなると、イメージセンサの出力が飽和レベルに達する、いわゆる白飛びが発生する。この白飛びを起こした部分では階調情報が消失するため、画像処理で改善することが難しい。以下に説明する第２実施形態は、このような迷光による白飛びの問題を解決するものである。
【００５５】
なお、白飛びとは、通常、白色光で照明した場合に画素の明度（輝度）が上限値となる場合を示すが、これと同様の状態が赤外光および紫外光でも発生し、ここでは、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒおよび紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖをそれぞれ点灯させて原稿の読み取りを行った際に、イメージセンサの出力が飽和レベルに達して、赤外光および紫外光による読取画像において画素の輝度（明度）が上限値となる状態も白飛びと称する。
【００５６】
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係るスペーサー５２における光の進行状況を示す断面図である。なお、以下で特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
【００５７】
第２実施形態に係る照明装置５１では、スペーサー（中間支持体）５２が、光透過性を有する材料で形成されている。このスペーサー５２を形成する材料には、光の透過率が８０％以上となる樹脂を使用するとよく、具体的には、アクリル樹脂、特にメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）や、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂が好適である。このスペーサー５２の材料については、後に詳しく説明する。
【００５８】
開口部５３の内周面には、第１実施形態の開口部２１と同様に、鏡面仕上げが施されており、これにより開口部５３の内周面での拡散反射を抑えるようにしている。このため、ＬＥＤ素子１１が発する光が開口部５３の内周面に入射すると、主に鏡面反射が起き、このとき、開口部５３がテーパー形状をなすため、鏡面反射した光は、矢印Ａで示すように、正規の角度範囲で導光体１３から出射される。
【００５９】
また、スペーサー５２が、光透過性を有する樹脂材料で形成され、空気より大きい屈折率を有するため、開口部５３の内周面で全反射は起こらず、開口部５３の内周面に入射した光の一部が反射し、残部が、矢印Ｂ，Ｃで示すように、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む。さらに、開口部２１の内周面では拡散反射も起きるが、矢印Ｄで示すように、拡散反射による散乱光の一部は、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む。
【００６０】
ここで、前記のように、開口部５３の内周面での拡散反射による散乱光が、カメラ６に入射する迷光の主な原因となるため（図８，図９参照）、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む光（透過成分）の割合を高めて、開口部５３の内周面で拡散反射する光（反射成分）の割合を低くすると、カメラ６に入射する迷光を抑制することができる。
【００６１】
一方、反射は入射角に依存せず、物質の透過率に依存する。すなわち、透過成分と反射成分の割合は、スペーサー５２を形成する物質の透過率により定まる。そこで、スペーサー５２に透過率の高い材料を採用すると、透過成分の割合を高めて反射成分の割合を低く抑えることができ、これによりカメラ６に入射する迷光を抑制することができる。また、反射は鏡面反射と拡散反射との２種類に分けられるが、開口部５３の内周面の表面性状を良くする（平滑にする）ことで鏡面反射の割合を大きく、拡散反射の割合を小さくすることが出来、前述と同様に迷光の主な原因となる拡散反射による散乱光を抑制することが出来る。
【００６２】
なお、開口部５３の内周面で鏡面反射する光の大半は、正規の角度範囲で導光体１３から出射されるが、鏡面反射による光が正規の角度範囲から外れた方向に進んで迷光の原因となることもある。しかしながら、鏡面反射により迷光となる光の割合はもともと低い上に、鏡面反射が複雑に繰り返されることで迷光となることから、鏡面反射の過程で光が大きく減衰するため、鏡面反射による迷光は問題にはならない。
【００６３】
次に、スペーサー５２を形成する樹脂材料について説明する。
【００６４】
図１１は、波長に応じた透過率を樹脂別にグラフで示す特性図である。ここでは、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、およびＡＢＳ樹脂の透過率を示す。なお、各樹脂は、着色剤や紫外線吸収剤を含まない透明なものである。
【００６５】
光の透過率は波長により異なる。本実施形態では、光源に、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒおよび紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖが用いられているが、白色光、赤外光および紫外光のうち、紫外光の領域で透過率が最も低くなる。一方、前記のように、迷光の原因となる拡散反射による散乱光を抑えるには、光の透過率を高める必要があるため、スペーサー５２の材料に要求される透過率の条件は、紫外光で最も厳しくなる。すなわち、紫外光で透過率の条件を満足することができれば、白色光および赤外光でも十分な透過率を得ることができる。
【００６６】
そこで、スペーサー５２の材料の選定にあたっては、紫外光の透過率を基準にして材料を選定する。紫外ＬＥＤ素子には、種々のピーク波長を有するものがあるが、ここでは波長が３６５ｎｍの紫外光で透過率の条件を判断する。波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率は、メタクリル樹脂で約８５％、シクロオレフィン系樹脂で約９０％、ポリカーボネート樹脂で約８０％、ナイロン樹脂で約７０％、ＡＢＳ樹脂で約５５％となっている。
【００６７】
ここで、スペーサー５２を数種類の樹脂で形成して白飛びの発生状況を調べる実験を行い、この実験での白飛びの発生状況に基づいて、スペーサー５２に要求される透過率の条件について検討した。
【００６８】
実験では、メタクリル樹脂、ナイロン樹脂およびＡＢＳ樹脂でそれぞれ形成されたスペーサー５２ごとに、波長が３６５ｎｍの紫外光での白飛びの発生状況を調べた。具体的には、原稿台にクリアファイルに挟んだトレーシングペーパーを載置し、カメラで撮像して読取画像を取得し、読取画像内で白飛びを起こしている画素を調べた。
【００６９】
この実験により、透過率が約８５％となるメタクリル樹脂では、読取画像内に白飛びを起こしている画素が全く検出されなかった。一方、透過率が約７０％となるナイロン樹脂や、透過率が約５５％となるＡＢＳ樹脂では、読取画像内に白飛びを起こしている画素が検出された。
【００７０】
この実験結果から、波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率を約８５％以上とすれば、白飛びを完全に防止することができる。また、白飛びの発生状況を考慮すると、透過率を８０％以上とすれば、白飛びの発生を抑制する上で実用上十分な効果を得ることができる。
【００７１】
この透過率の条件に基づいてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定すると、波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率が８０％以上を満足する樹脂は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂であり、これらの樹脂でスペーサー５２を形成すると、白色光、赤外光および紫外光のいずれでも白飛びの発生を抑制することができる。
【００７２】
なお、ここでは、透過率の条件が最も厳しくなる紫外光を基準にしてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定したが、これは、紫外光を発する光源を有する場合であり、紫外光を発する光源を有しない場合、例えば白色光を発する光源のみの場合には、白色光を基準にしてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定する、すなわち白色光で透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。
【００７３】
このように、光の透過率が８０％以上となる材料をスペーサー５２に用いることで、迷光に起因する白飛びを解消することができ、これにより文字認識などのソフトウェア処理の精度を高めることができる。また、迷光を完全になくすことができず、読取画像内に輝度が高くなる部分が現れる場合もあるが、迷光の光量を、カメラ６のイメージセンサの出力が飽和レベルに達しない程度に抑えることができ、この場合、読取画像内の高輝度部分でも階調情報が消失していないため、画像処理で改善することができることから、特に問題にはならない。
【００７４】
この他、スペーサー５２の材料にアクリル樹脂を用いると、アクリル樹脂は加工性に優れているため、開口部５３の内周面の鏡面仕上げ工程で研磨の精度を高めることができるので、開口部５３の内周面における拡散反射の割合を低くすることができ、これにより集光率を高めて光の利用効率を向上させることができる。
【００７５】
図１２は、第２実施形態に係る読取装置での迷光の状況を示す側面図である。図１０に示したように、開口部５３の内周面で反射せずにスペーサー５２の内部を透過する光は、図１２に示すように、最終的にスペーサー５２の側面から外部に抜けるため、迷光の原因となることが考えられる。
【００７６】
しかしながら、カメラ６はミラー７に向けて配置されており、スペーサー５２の側面から放射された光は、カメラ６の画角α内に入らないため、直接カメラ６に入射しない。また、照明装置５１における光が出射される側にミラー７が位置することから、スペーサー５２の側面から放射された光はミラー７にも入射しないため、ミラー７および原稿台４で反射されてカメラ６に入射することもない。
【００７７】
また、スペーサー５２を透過して外部に抜ける光は、原稿を照明する用途に利用されないことから、結果的に無駄になるため、光の利用効率を低下させる要因になるが、このデメリットは、迷光を低減して白飛びを解消するメリットに勝るものではない。
【００７８】
なお、本実施形態では、図４に示したように、白色光、赤外光および紫外光をそれぞれ発する３種類の光源（白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖ）を有する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記の３種類の光源のいずれか１種類または２種類、あるいはその他の種類の光源を有する構成も可能である。この場合、複数種類の光源が発する光のうち、透過率が最も低くなる光を基準にスペーサー５２の材料を選定すればよい。
【００７９】
また、本実施形態では、図２に示したように、原稿３の読取面３ａでの反射光の光路をミラー７で折り曲げることで、読取装置１の小型化を図るようにしたが、ミラー７を設けない構成も可能である。ただし、前記のように、正規の角度範囲から外れた方向で導光体１３から出射される光がミラー７で反射されることで、カメラ６に入射する迷光が発生することが多いため、迷光による白飛びの問題を解決する第２実施形態による構成は、特にミラー７を設けた場合に有効となる。
【００８０】
また、本実施形態では、中間支持体（スペーサー５２）の全体を、光透過性を有する材料で形成する構成としたが、本発明では、開口部の内周面に入射した光が中間支持体の内部に進んで、開口部の内周面側にほとんど戻らないようにすればよく、このような状態とするには、少なくとも開口部の内周面から所定の範囲に渡る部分を、光透過性を有する材料で形成する構成とすればよい。
【００８１】
また、本発明では、光源（白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖ）の波長は特に限定されないが、特に、紫外光は、スペーサーを形成する樹脂材料を劣化させることから、樹脂材料の劣化を招かない波長のものを採用するとよく、例えば波長が３１５ｎｍの紫外光はアクリル樹脂の劣化が顕著になるため、スペーサーにアクリル樹脂を用いる場合には、紫外ＬＥＤ素子には波長が３６５ｎｍの紫外光を発するものを用いるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明にかかる照明装置およびこれを備えた読取装置は、光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができ、さらに、迷光が撮像装置に入射することで発生する白飛びを確実に防止することができる効果を有し、原稿の読取面を照明する照明装置およびこれを備えた読取装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 読取装置
３ 原稿、３ａ 読取面
４ 原稿台
５ 照明装置
６ カメラ
７ ミラー、７ａ 反射面
１１ ＬＥＤ素子（光源）
１１ｗｌ 白色ＬＥＤ素子
１１ｉｒ 赤外ＬＥＤ素子
１１ｕｖ 紫外ＬＥＤ素子
１２ 照明基板
１３ 導光体
１４ スペーサー（中間支持体）
１５ 入射面
１６ 出射面
２１ 開口部
５１ 照明装置
５２ スペーサー（中間支持体）
５３ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原稿の読取面を照明する照明装置およびこれを備えた読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原稿の画像を読み取る読取装置では、原稿の読取面を照明装置で照明して、その反射光をイメージセンサに受光させて画像信号を出力させるようになっている。この読取装置に設けられる照明装置では、従来、蛍光管を用いたものが一般的であったが、近年、省エネルギーなどの観点から、光源にＬＥＤ素子を用いたものが普及しつつある。
【０００３】
このような光源にＬＥＤ素子を用いた照明装置では、ＬＥＤ素子が点光源となることから、原稿の読取面で均一な照度分布が得られるように工夫する必要があり、例えば、ＬＥＤ素子を導光体を用いて線光源として機能させる技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、小数のＬＥＤ素子で均一な照度分布を得ることができる。また、ＬＥＤ素子を一方向に複数並べて配置する技術が知られている（特許文献２参照）。ここでは、集光効果のあるレンズ状の樹脂キャップをＬＥＤ素子に設けて、端部での光量不足を解消することで、均一な照度分布を得るようにしている。
【０００４】
また、種類が異なる複数のＬＥＤ素子、すなわち白色光、赤外光および紫外光をそれぞれ発するＬＥＤ素子を設けて、それらを用途に応じて使い分けるようにした技術が知られている（特許文献３参照）。ここでは、モニタを用いた操作者の目視による確認などのための通常の用途では白色ＬＥＤ素子を点灯し、パスポートなどで背景画像上に文字が記載された原稿の文字認識を行う場合には赤外ＬＥＤ素子を点灯し、パスポートなどで偽造防止用の蛍光インクで描かれた画像を取得する場合には紫外ＬＥＤ素子を点灯するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４６８６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７８５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２００１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、読取装置では、照明装置から出射された光が、原稿の読取面での反射光の光路を折り曲げるミラーや原稿台などで反射することで迷光となることが避けられないが、この迷光が撮像装置に入射すると、読取画像内に輝度が部分的に高くなる部分が現れる。特に、カメラに入射する迷光の光量が大きくなると、イメージセンサの出力が飽和レベルに達する、いわゆる白飛びが発生し、この白飛びを起こした部分では階調情報が消失するため、画像処理で改善することが難しく、白飛びを防止することができる構成が望まれる。
【０００７】
ここで、特許文献３に開示されたように、多数のＬＥＤ素子を１枚の基板上に配置する構成とすると、工数を削減して製造コストを低減することができるが、この従来技術では、単に照明装置を原稿台に近接して配置しているだけであるため、読取面での照度分布が不均一になる上に、ＬＥＤ素子から出射された光が多方向に放射されることで、ＬＥＤ素子が発する光の利用効率が低下するとともに迷光が発生するという問題が生じる。
【０００８】
これに対して、特許文献１に開示されたように導光体を設ける構成や、特許文献２に開示されたような樹脂キャップを設ける構成を、前記のＬＥＤ素子を基板上に配置した構成に適用すると、読取面での照度分布を改善することができるが、照明装置から出射された光が多方向に放射されることを確実に抑制するものではないため、光の利用効率の低下および迷光の発生の問題を十分に解決することができない。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができ、さらに、迷光が撮像装置に入射することで発生する白飛びを確実に防止することができるように構成された照明装置およびこれを備えた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】
【００１０】
本発明の照明装置は、光源と、この光源を保持する基板と、前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成された構成とする。
【００１１】
また、本発明の読取装置は、前記の照明装置と、原稿が載置される透明な原稿台と、この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中間支持体の開口部がテーパー形状をなすため、光源が発する光を集光させることができ、これにより光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができる。そして、中間支持体は、光を集光する部材と、導光体を基板に支持させる部材とを兼用し、導光体を、基板上の光源と干渉することなく、基板に対して安定に支持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る読取装置１を示す全体斜視図
【図２】読取装置１の要部を示す側面図
【図３】照明装置５の断面図
【図４】照明基板１２の正面図
【図５】スペーサー１４を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図
【図６】スペーサー１４および導光体１３を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図
【図７】スペーサー１４を前面側（導光体１３側）から見た斜視図
【図８】第１実施形態に係るスペーサー１４における光の進行状況を示す模式的な断面図
【図９】第１実施形態に係る読取装置１での迷光の状況を示す側面図
【図１０】第２実施形態に係るスペーサーにおける光の進行状況を示す模式的な断面図
【図１１】波長に応じた透過率を樹脂別にグラフで示す特性図
【図１２】第２実施形態に係る読取装置での迷光の状況を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、光源と、この光源を保持する基板と、前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成された構成とする。
【００１５】
これによると、中間支持体の開口部がテーパー形状をなすため、光源が発する光を集光させることができ、これにより光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができる。そして、中間支持体は、光を集光する部材と、導光体を基板に支持させる部材とを兼用し、導光体を、基板上の光源と干渉することなく、基板に対して安定に支持させることができる。
【００１６】
また、第２の発明は、前記中間支持体は、光透過性を有する材料で形成された構成とする。
【００１７】
これによると、開口部の内周面で透過する光の割合を増やして、開口部の内周面で拡散反射する光の割合を大幅に減らすことができる。そして、撮像装置に入射して白飛びを発生させる迷光は、主に拡散反射による散乱光が原因となることから、拡散反射する光の割合を減らすことで、迷光による白飛びを防止することができる。
【００１８】
また、第３の発明は、前記中間支持体は、光の透過率が８０％以上となる材料で形成された構成とする。
【００１９】
これによると、開口部の内周面で拡散反射する光の割合を十分に減らして、迷光による白飛びを確実に防止することができる。
【００２０】
この場合、光の透過率は波長に応じて異なるため、用いられる光源が発する光の波長で透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。例えば、白色光を発する光源のみの場合には、白色光の透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。特に、紫外光を発する光源を含む複数種類の光源を有する場合には、光の透過率が最も低くなる紫外光の透過率を基準にして材料を選定すればよい。
【００２１】
また、第４の発明は、前記中間支持体は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂のいずれかで形成された構成とする。
【００２２】
これによると、光の透過率が最も低くなる紫外光の場合でも、光の透過率が８０％以上となるため、紫外光を発する光源を備えた構成でも、迷光による白飛びを確実に防止することができる。
【００２３】
また、第５の発明は、前記導光体は、１方向に長い棒状に形成され、前記光源は、前記導光体の長手方向に並んで前記基板上に複数配置され、前記中間支持体は、前記導光体の略全長に渡って延在するように設けられて、前記開口部が、複数の前記光源ごとに開設された構成とする。
【００２４】
これによると、複数の光源ごとに集光効率を高めることができる。そして、集光効率を高める部材を複数の光源ごとに設ける構成と比較して、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、第６の発明は、前記の照明装置と、原稿が載置される透明な原稿台と、この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えた構成とする。
【００２６】
これによると、原稿台に原稿を載置するだけで原稿を読み取ることができるため、ユーザの利便性を高めることができ、特にパスポートなどのように複数枚のシートを綴じ合わせてできた原稿（帳票）を読み取る場合に好適である。
【００２７】
また、第７の発明は、前記原稿の読取面での反射光を反射して前記撮像装置に導くミラーをさらに備えた構成とする。
【００２８】
これによると、原稿の読取面での反射光の光路をミラーで折り曲げることで、読取装置の小型化を図ることができる。一方、ミラーは、白飛びを発生させる迷光の原因となる、すなわち、正規の角度範囲から外れて導光体から出射された光が、ミラーおよび原稿台で反射されることで迷光となり、この迷光が撮像装置に入射することで白飛びが発生するが、中間支持体のテーパー形状の開口部により集光効率が高められることで、正規の角度範囲から外れて出射される光を低減することができるため、撮像装置に入射する迷光の発生を抑制して白飛びを防止することができる。
【００２９】
また、第８の発明は、前記撮像装置および前記照明装置は、光透過性を有する材料で形成された前記中間支持体を透過してその側面から外部に放射される光が前記撮像装置の画角内に入らないように配置された構成とする。
【００３０】
これによると、中間支持体の側面から外部に漏れる光が直接、撮像装置に入射することを避けることができ、これにより中間支持体の側面から漏れる光で白飛びが発生することを防止することができる。このため、中間支持体を透過する光が側面から漏れることを防止する手段を設ける必要がなく、製造コストを削減することができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る読取装置１を示す全体斜視図である。この読取装置１は、ハウジング２と、パスポートなどの原稿３が載置される原稿台４と、この原稿台４に載置された原稿３の読取面３ａを照明する照明装置５と、照明装置５により照明された原稿３の読取面３ａを撮像するカメラ（撮像装置）６と、原稿３の読取面３ａでの反射光をカメラ６に導くミラー７と、照明装置５およびカメラ６の制御に係る部品が実装されたメイン基板８と、を備えている。
【００３３】
図２は、読取装置１の要部を示す側面図である。照明装置５およびカメラ６は、ハウジング２の一方の側壁に近接して配置され、照明装置５の上方にカメラ６が配置されている。原稿台４は透明なガラス板で構成され、ハウジング２の上面に設けられており、この原稿台４の下方にはミラー７が配置されている。ミラー７は、反射面７ａをカメラ６側に向けて傾斜した状態で設けられている。カメラ６は、ミラー７に対向するように下方に傾けた状態で設けられている。照明装置５は、原稿台４に対向するように上方に傾けた状態で設けられている。
【００３４】
このように構成された読取装置１では、照明装置５から出射された光が原稿台４に入射して、原稿台４に載置された原稿３の読取面３ａを照明し、原稿３の読取面３ａでの反射光が、ミラー７で反射されてカメラ６に入射する。このように原稿３の読取面３ａでの反射光の光路をミラー７で折り曲げることで、読取装置１の小型化を図ることができる。
【００３５】
図３は、照明装置５の断面図である。図４は、照明基板１２の正面図である。図５は、スペーサー１４を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図である。図６は、スペーサー１４および導光体１３を照明基板１２に取り付けた状態を示す正面図である。図７は、スペーサー１４を前面側（導光体１３側）から見た斜視図である。
【００３６】
図３に示すように、照明装置５は、ＬＥＤ素子（光源）１１と、このＬＥＤ素子１１を保持する照明基板１２と、ＬＥＤ素子１１から出射された光を所定の方向に導く導光体１３と、この導光体１３および照明基板１２の間に介在するスペーサー（中間支持体）１４と、を備えている。
【００３７】
導光体１３は、図４〜図６に示すように、１方向に長い棒状をなし、長手方向が略水平となるように互いに平行して上下に２つ並べて設けられている。この２つの導光体１３は、図２に示したように、原稿台４における照明領域を分担し、原稿台４に近い上側の導光体１３が、照明装置５に近い照明領域を担当し、原稿台４から遠い下側の導光体１３が、照明装置５から遠い照明領域を担当する。この導光体１３は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの光透過性を有する樹脂材料で形成されている。
【００３８】
また、導光体１３は、図３に示したように、ＬＥＤ素子１１に対向する側に入射面１５を有し、入射面１５と相反する側に出射面１６を有している。入射面１５は、ＬＥＤ素子１１の光軸に対して直交する平面状に形成されている。なお、ここでは図示しないが、入射面１５にはプリズムが形成されており、これにより導光体１３の長手方向の光量分布を最適化することができる。
【００３９】
一方、出射面１６は、導光体１３の長手方向に直交する平面で切断した断面が円弧状をなすように形成されている。これにより、図２に示したように、出射面１６から出射する光を所定の角度範囲に制限し、特に導光体１３から出射された光をミラー７に入射させないようにすることができる。なお、後に詳しく説明するが、導光体１３から出射された光がミラー７に入射すると、迷光となってミラー７および原稿台４で反射されることでカメラ６に入射して、読取画像に白飛びを発生させる。
【００４０】
図４に示したように、ＬＥＤ素子１１は、照明基板１２上に、導光体１３の長手方向に並んで複数配置されており、上側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子１１を覆うように上側の導光体１３が配置され、下側のＬＥＤ素子列を構成するＬＥＤ素子１１を覆うように下側の導光体が１３配置される。
【００４１】
特に本実施形態では、ＬＥＤ素子１１として、白色光を発する白色ＬＥＤ素子１１ｗｌと、赤外光を発する赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒと、紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖとの３種類の光源が設けられている。赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒには、例えばピーク波長が８５０ｎｍとなるものが用いられ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖには、例えばピーク波長が３６５ｎｍとなるものが用いられる。なお、ここでは適宜に、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、および紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖをまとめてＬＥＤ素子１１と記載する。
【００４２】
これらのＬＥＤ素子１１は、用途に応じて使い分けるようにしており、モニタを用いた操作者の目視による確認などのための通常の用途では、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌを点灯する。パスポートなどで背景画像上に文字が記載された原稿の文字認識を行う場合には、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒを点灯する。これにより、背景画像を写り難くして文字認識の精度を高めることができる。パスポートなどで偽造防止用の蛍光インクで描かれた画像を取得する場合には、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖを点灯する。
【００４３】
ＬＥＤ素子１１は、それ自体の配光特性や、白色光、赤外光および紫外光の屈折率の違いなどを考慮して、最適な光量分布が得られるように、導光体１３の長手方向に直交する方向に位置をずらして配置されている。なお、ＬＥＤ素子１１は、中心線を中心にして左右対称に配置されている。また、導光体１３の長手方向の中央部に対応する位置にはＬＥＤ素子１１が配置されておらず、導光体１３の中央部分は光学的な機能を有しない。
【００４４】
図３に示したように、スペーサー１４は、照明基板１２との間に所定の間隔をおいて導光体１３を照明基板１２に支持させるものであり、概ね平板状をなし（図７参照）、導光体１３の略全長に渡って延在するように設けられている（図５参照）。このスペーサー１４は、ポリカーボネート樹脂などの樹脂材料で形成され、白色に着色されている。
【００４５】
このスペーサー１４には、ＬＥＤ素子１１から出射された光を導光体１３の入射面に入射させる開口部２１が、スペーサー１４を厚さ方向に貫通するように開設されている。この開口部２１は、照明基板１２側から導光体１３側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状をなすように形成されている。特に、本実施形態では、開口部２１が、スペーサー１４の厚さ方向、すなわちＬＥＤ素子１１の光軸方向の中心線を中心とした略円錐台形状（すり鉢形状）をなし、複数のＬＥＤ素子１１ごとに開設されている（図５参照）。これにより、ＬＥＤ素子１１が発する光を所定の角度範囲に集めて導光体１３に入射させることができる。また、開口部２１の内周面には鏡面仕上げが施されており、これにより開口部２１の内周面での拡散反射を抑えるようにしている。
【００４６】
ＬＥＤ素子１１は、チップ状の表面実装型のものであり、配線パターンが形成された照明基板１２上に半田付けされ、照明基板１２の主面から突出した状態で設けられている。特に白色ＬＥＤ素子１１ｗｌおよび赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒは、半球形状のレンズ部が照明基板１２の主面から大きく突出している。このため、照明基板１２と導光体１３との間にスペーサー１４を設けることで、照明基板１２上に実装されたＬＥＤ素子１１が導光体１３と干渉することなく、導光体１３を照明基板１２に安定に支持させることができる。
【００４７】
なお、スペーサー１４の照明基板１２側の面は、ＬＥＤ素子１１の近傍が凹設され、スペーサー１４は、ＬＥＤ素子１１の近傍を除いた部分で照明基板１２に当接する。また、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌおよび赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒでは、レンズ部が開口部２１の内部に収容されるようになっている。
【００４８】
図３に示したように、照明基板１２とスペーサー１４とは、ねじ３１により互いに締結される。このねじ３１は、照明基板１２の取付孔３２と、図７に示したように、スペーサー１４の長手方向の両端部に設けられた取付孔３３とに挿入される。また、図３に示したように、スペーサー１４の照明基板１２側に突出する突起３４を、照明基板１２の取付孔３５に嵌合させることで、スペーサー１４が照明基板１２に位置決めされる。これにより、スペーサー１４は、長手方向の端部に２点ずつの合計４点で照明基板１２と連結される。
【００４９】
一方、スペーサー１４と導光体１３とは、ねじ３６により互いに締結される。このねじ３６は、図５に示したように、スペーサー１４の長手方向の両端部に設けられた取付孔３７と、図６に示したように、導光体１３の長手方向の両端部に設けられた取付孔３８とに挿入される。また、スペーサー１４と導光体１３とは、長手方向の中央部においてねじ３９により互いに締結される。このねじ３９は、導光体１３に設けられた取付孔４０と、図５に示したように、スペーサー１４に設けられた取付孔４１とに挿入される。これにより、導光体１３は、長手方向の両端部と中央部との３点でスペーサー１４と連結される。
【００５０】
図８は、第１実施形態に係るスペーサー１４における光の進行状況を示す断面図である。図９は、第１実施形態に係る読取装置１での迷光の状況を示す側面図である。
【００５１】
図８に示すように、ＬＥＤ素子１１が発する光の大半は、導光体１３の入射面１５に直接入射し、出射面１６から正規の角度範囲で出射される。ＬＥＤ素子１１が発する光の一部は、開口部２１の内周面に入射するが、この開口部２１の内周面には鏡面仕上げが施されているため、開口部２１の内周面に入射した光は鏡面反射し、このとき、開口部２１がテーパー形状をなすため、鏡面反射した光は、矢印Ａで示すように、正規の角度範囲で出射面１６から出射される。
【００５２】
このようにスペーサー１４の開口部２１がテーパー形状をなすため、ＬＥＤ素子１１が発する光を集光させることができ、これによりＬＥＤ素子１１が発する光の利用効率を向上させることができる。
【００５３】
また、開口部２１の内周面では、鏡面反射とともに拡散反射が生じ、この拡散反射による散乱光が発生するが、この散乱光は、矢印Ｂ，Ｃで示すように、正規の角度範囲から外れた方向で導光体１３から出射される。この正規の角度範囲から外れた光は、図９に示すように、ミラー７に入射し、ここで反射されて迷光となる。この迷光は、原稿台４で反射された後に再度ミラー７で反射されてカメラ６に入射する。
【００５４】
このようにして迷光がカメラ６に入射すると、読取画像内に輝度が部分的に高くなる部分が現れる。特に、カメラ６に入射する迷光の光量が大きくなると、イメージセンサの出力が飽和レベルに達する、いわゆる白飛びが発生する。この白飛びを起こした部分では階調情報が消失するため、画像処理で改善することが難しい。以下に説明する第２実施形態は、このような迷光による白飛びの問題を解決するものである。
【００５５】
なお、白飛びとは、通常、白色光で照明した場合に画素の明度（輝度）が上限値となる場合を示すが、これと同様の状態が赤外光および紫外光でも発生し、ここでは、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒおよび紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖをそれぞれ点灯させて原稿の読み取りを行った際に、イメージセンサの出力が飽和レベルに達して、赤外光および紫外光による読取画像において画素の輝度（明度）が上限値となる状態も白飛びと称する。
【００５６】
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係るスペーサー５２における光の進行状況を示す断面図である。なお、以下で特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
【００５７】
第２実施形態に係る照明装置５１では、スペーサー（中間支持体）５２が、光透過性を有する材料で形成されている。このスペーサー５２を形成する材料には、光の透過率が８０％以上となる樹脂を使用するとよく、具体的には、アクリル樹脂、特にメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）や、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂が好適である。このスペーサー５２の材料については、後に詳しく説明する。
【００５８】
開口部５３の内周面には、第１実施形態の開口部２１と同様に、鏡面仕上げが施されており、これにより開口部５３の内周面での拡散反射を抑えるようにしている。このため、ＬＥＤ素子１１が発する光が開口部５３の内周面に入射すると、主に鏡面反射が起き、このとき、開口部５３がテーパー形状をなすため、鏡面反射した光は、矢印Ａで示すように、正規の角度範囲で導光体１３から出射される。
【００５９】
また、スペーサー５２が、光透過性を有する樹脂材料で形成され、空気より大きい屈折率を有するため、開口部５３の内周面で全反射は起こらず、開口部５３の内周面に入射した光の一部が反射し、残部が、矢印Ｂ，Ｃで示すように、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む。さらに、開口部２１の内周面では拡散反射も起きるが、矢印Ｄで示すように、拡散反射による散乱光の一部は、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む。
【００６０】
ここで、前記のように、開口部５３の内周面での拡散反射による散乱光が、カメラ６に入射する迷光の主な原因となるため（図８，図９参照）、開口部５３の内周面から透過してスペーサー５２の内部に進む光（透過成分）の割合を高めて、開口部５３の内周面で拡散反射する光（反射成分）の割合を低くすると、カメラ６に入射する迷光を抑制することができる。
【００６１】
一方、反射は入射角に依存せず、物質の透過率に依存する。すなわち、透過成分と反射成分の割合は、スペーサー５２を形成する物質の透過率により定まる。そこで、スペーサー５２に透過率の高い材料を採用すると、透過成分の割合を高めて反射成分の割合を低く抑えることができ、これによりカメラ６に入射する迷光を抑制することができる。また、反射は鏡面反射と拡散反射との２種類に分けられるが、開口部５３の内周面の表面性状を良くする（平滑にする）ことで鏡面反射の割合を大きく、拡散反射の割合を小さくすることが出来、前述と同様に迷光の主な原因となる拡散反射による散乱光を抑制することが出来る。
【００６２】
なお、開口部５３の内周面で鏡面反射する光の大半は、正規の角度範囲で導光体１３から出射されるが、鏡面反射による光が正規の角度範囲から外れた方向に進んで迷光の原因となることもある。しかしながら、鏡面反射により迷光となる光の割合はもともと低い上に、鏡面反射が複雑に繰り返されることで迷光となることから、鏡面反射の過程で光が大きく減衰するため、鏡面反射による迷光は問題にはならない。
【００６３】
次に、スペーサー５２を形成する樹脂材料について説明する。
【００６４】
図１１は、波長に応じた透過率を樹脂別にグラフで示す特性図である。ここでは、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、およびＡＢＳ樹脂の透過率を示す。なお、各樹脂は、着色剤や紫外線吸収剤を含まない透明なものである。
【００６５】
光の透過率は波長により異なる。本実施形態では、光源に、白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒおよび紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖが用いられているが、白色光、赤外光および紫外光のうち、紫外光の領域で透過率が最も低くなる。一方、前記のように、迷光の原因となる拡散反射による散乱光を抑えるには、光の透過率を高める必要があるため、スペーサー５２の材料に要求される透過率の条件は、紫外光で最も厳しくなる。すなわち、紫外光で透過率の条件を満足することができれば、白色光および赤外光でも十分な透過率を得ることができる。
【００６６】
そこで、スペーサー５２の材料の選定にあたっては、紫外光の透過率を基準にして材料を選定する。紫外ＬＥＤ素子には、種々のピーク波長を有するものがあるが、ここでは波長が３６５ｎｍの紫外光で透過率の条件を判断する。波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率は、メタクリル樹脂で約８５％、シクロオレフィン系樹脂で約９０％、ポリカーボネート樹脂で約８０％、ナイロン樹脂で約７０％、ＡＢＳ樹脂で約５５％となっている。
【００６７】
ここで、スペーサー５２を数種類の樹脂で形成して白飛びの発生状況を調べる実験を行い、この実験での白飛びの発生状況に基づいて、スペーサー５２に要求される透過率の条件について検討した。
【００６８】
実験では、メタクリル樹脂、ナイロン樹脂およびＡＢＳ樹脂でそれぞれ形成されたスペーサー５２ごとに、波長が３６５ｎｍの紫外光での白飛びの発生状況を調べた。具体的には、原稿台にクリアファイルに挟んだトレーシングペーパーを載置し、カメラで撮像して読取画像を取得し、読取画像内で白飛びを起こしている画素を調べた。
【００６９】
この実験により、透過率が約８５％となるメタクリル樹脂では、読取画像内に白飛びを起こしている画素が全く検出されなかった。一方、透過率が約７０％となるナイロン樹脂や、透過率が約５５％となるＡＢＳ樹脂では、読取画像内に白飛びを起こしている画素が検出された。
【００７０】
この実験結果から、波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率を約８５％以上とすれば、白飛びを完全に防止することができる。また、白飛びの発生状況を考慮すると、透過率を８０％以上とすれば、白飛びの発生を抑制する上で実用上十分な効果を得ることができる。
【００７１】
この透過率の条件に基づいてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定すると、波長が３６５ｎｍとなる紫外光の透過率が８０％以上を満足する樹脂は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂であり、これらの樹脂でスペーサー５２を形成すると、白色光、赤外光および紫外光のいずれでも白飛びの発生を抑制することができる。
【００７２】
なお、ここでは、透過率の条件が最も厳しくなる紫外光を基準にしてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定したが、これは、紫外光を発する光源を有する場合であり、紫外光を発する光源を有しない場合、例えば白色光を発する光源のみの場合には、白色光を基準にしてスペーサー５２を形成する樹脂材料を選定する、すなわち白色光で透過率が８０％以上となる材料を選定すればよい。
【００７３】
このように、光の透過率が８０％以上となる材料をスペーサー５２に用いることで、迷光に起因する白飛びを解消することができ、これにより文字認識などのソフトウェア処理の精度を高めることができる。また、迷光を完全になくすことができず、読取画像内に輝度が高くなる部分が現れる場合もあるが、迷光の光量を、カメラ６のイメージセンサの出力が飽和レベルに達しない程度に抑えることができ、この場合、読取画像内の高輝度部分でも階調情報が消失していないため、画像処理で改善することができることから、特に問題にはならない。
【００７４】
この他、スペーサー５２の材料にアクリル樹脂を用いると、アクリル樹脂は加工性に優れているため、開口部５３の内周面の鏡面仕上げ工程で研磨の精度を高めることができるので、開口部５３の内周面における拡散反射の割合を低くすることができ、これにより集光率を高めて光の利用効率を向上させることができる。
【００７５】
図１２は、第２実施形態に係る読取装置での迷光の状況を示す側面図である。図１０に示したように、開口部５３の内周面で反射せずにスペーサー５２の内部を透過する光は、図１２に示すように、最終的にスペーサー５２の側面から外部に抜けるため、迷光の原因となることが考えられる。
【００７６】
しかしながら、カメラ６はミラー７に向けて配置されており、スペーサー５２の側面から放射された光は、カメラ６の画角α内に入らないため、直接カメラ６に入射しない。また、照明装置５１における光が出射される側にミラー７が位置することから、スペーサー５２の側面から放射された光はミラー７にも入射しないため、ミラー７および原稿台４で反射されてカメラ６に入射することもない。
【００７７】
また、スペーサー５２を透過して外部に抜ける光は、原稿を照明する用途に利用されないことから、結果的に無駄になるため、光の利用効率を低下させる要因になるが、このデメリットは、迷光を低減して白飛びを解消するメリットに勝るものではない。
【００７８】
なお、本実施形態では、図４に示したように、白色光、赤外光および紫外光をそれぞれ発する３種類の光源（白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖ）を有する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記の３種類の光源のいずれか１種類または２種類、あるいはその他の種類の光源を有する構成も可能である。この場合、複数種類の光源が発する光のうち、透過率が最も低くなる光を基準にスペーサー５２の材料を選定すればよい。
【００７９】
また、本実施形態では、図２に示したように、原稿３の読取面３ａでの反射光の光路をミラー７で折り曲げることで、読取装置１の小型化を図るようにしたが、ミラー７を設けない構成も可能である。ただし、前記のように、正規の角度範囲から外れた方向で導光体１３から出射される光がミラー７で反射されることで、カメラ６に入射する迷光が発生することが多いため、迷光による白飛びの問題を解決する第２実施形態による構成は、特にミラー７を設けた場合に有効となる。
【００８０】
また、本実施形態では、中間支持体（スペーサー５２）の全体を、光透過性を有する材料で形成する構成としたが、本発明では、開口部の内周面に入射した光が中間支持体の内部に進んで、開口部の内周面側にほとんど戻らないようにすればよく、このような状態とするには、少なくとも開口部の内周面から所定の範囲に渡る部分を、光透過性を有する材料で形成する構成とすればよい。
【００８１】
また、本発明では、光源（白色ＬＥＤ素子１１ｗｌ、赤外ＬＥＤ素子１１ｉｒ、紫外ＬＥＤ素子１１ｕｖ）の波長は特に限定されないが、特に、紫外光は、スペーサーを形成する樹脂材料を劣化させることから、樹脂材料の劣化を招かない波長のものを採用するとよく、例えば波長が３１５ｎｍの紫外光はアクリル樹脂の劣化が顕著になるため、スペーサーにアクリル樹脂を用いる場合には、紫外ＬＥＤ素子には波長が３６５ｎｍの紫外光を発するものを用いるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明にかかる照明装置およびこれを備えた読取装置は、光源が発する光の利用効率を向上させるとともに迷光の発生を抑制することができ、さらに、迷光が撮像装置に入射することで発生する白飛びを確実に防止することができる効果を有し、原稿の読取面を照明する照明装置およびこれを備えた読取装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 読取装置
３ 原稿、３ａ 読取面
４ 原稿台
５ 照明装置
６ カメラ
７ ミラー、７ａ 反射面
１１ ＬＥＤ素子（光源）
１１ｗｌ 白色ＬＥＤ素子
１１ｉｒ 赤外ＬＥＤ素子
１１ｕｖ 紫外ＬＥＤ素子
１２ 照明基板
１３ 導光体
１４ スペーサー（中間支持体）
１５ 入射面
１６ 出射面
２１ 開口部
５１ 照明装置
５２ スペーサー（中間支持体）
５３ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
この光源を保持する基板と、
前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、
この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、
この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記中間支持体は、光透過性を有する材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記中間支持体は、光の透過率が８０％以上となる材料で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記中間支持体は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光体は、１方向に長い棒状に形成され、
前記光源は、前記導光体の長手方向に並んで前記基板上に複数配置され、
前記中間支持体は、前記導光体の略全長に渡って延在するように設けられて、前記開口部が、複数の前記光源ごとに開設されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置と、
原稿が載置される透明な原稿台と、
この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えたことを特徴とする読取装置。
【請求項７】
前記原稿の読取面での反射光を反射して前記撮像装置に導くミラーをさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の読取装置。
【請求項８】
前記撮像装置および前記照明装置は、光透過性を有する材料で形成された前記中間支持体を透過してその側面から外部に放射される光が前記撮像装置の画角内に入らないように配置されたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の読取装置。
【請求項１】
光源と、
この光源を保持する基板と、
前記光源から出射された光を所定の方向に導く導光体と、
この導光体および前記基板の間に介在する中間支持体と、を備え、
この中間支持体は、これを貫通して前記光源から出射された光を前記導光体の入射面に入射させる開口部を有し、この開口部が、前記基板側から前記導光体側に向かって次第に内径が大きくなるテーパー形状に形成されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記中間支持体は、光透過性を有する材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記中間支持体は、光の透過率が８０％以上となる材料で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記中間支持体は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびシクロオレフィン系樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光体は、１方向に長い棒状に形成され、
前記光源は、前記導光体の長手方向に並んで前記基板上に複数配置され、
前記中間支持体は、前記導光体の略全長に渡って延在するように設けられて、前記開口部が、複数の前記光源ごとに開設されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の照明装置と、
原稿が載置される透明な原稿台と、
この原稿台を介して前記照明装置により照明された前記原稿の読取面を撮像する撮像装置と、を備えたことを特徴とする読取装置。
【請求項７】
前記原稿の読取面での反射光を反射して前記撮像装置に導くミラーをさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の読取装置。
【請求項８】
前記撮像装置および前記照明装置は、光透過性を有する材料で形成された前記中間支持体を透過してその側面から外部に放射される光が前記撮像装置の画角内に入らないように配置されたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の読取装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８９２８８（Ｐ２０１３−８９２８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５５０８（Ｐ２０１１−２２５５０８）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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