線状光源ユニット、画像読取光源装置

【課題】ＬＥＤ光源からの放出光を原稿に対して異なる方向から効率的に照射する。
【解決手段】扁平な導光部材３２の入射面３２１からＬＥＤ１２の放出光１２０を入射させ、入射面３２１の反対面を傾斜させて第１出射面３２２を形成する。第１出射面３２２は、導光部材３２に入射された放出光１２０を、原稿の読取り対象領域１０１を照射する直接照射光Ａとして放出させる。第１出射面３２２は、導光部材３２に入射された放出光１２０の一部を、反射させて裏側面３２ｂに設けた第２出射面領域３２３から反射間接照射光Ｂとして放出し、反射板１３でさらに角度を変え直接照射光Ａと異なる方向から原稿の読取り対象領域を照射する。直接照射光Ａと反射間接照射光Ｂは導光部材３２より異なる方向に分離された状態で放出され、放射照射光Ａと反射間接照射光Ｂの境界と外側の原稿の読取り対象領域の照射に寄与しない光量を抑え、原稿１０に対して異なる方向の放射光Ａと反射光Ｂとの効率的な照明光を得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、スキャナーや複写機など原稿の読取り用光源として発光ダイオードなどの半導体発光素子による線状光源ユニットおよびこのユニットを用いた画像読取光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた画像読取光源装置は、ＬＥＤの放出光を、導光部材の出射面を介して原稿の読取り対象領域を主に照明する直接光と導光部材の同じ出射面から反射板を介して異なる方向から原稿の読取り対象領域を主に照明する反射光とで照明光が得られるようにしている。
【０００３】
また、ＬＥＤの放出光を、出射面側に２つのレンズ面が設けられた細長い棒状レンズを介して、放出光を異なる２方向にピーク（光軸中心）を有する配光パターンの放出光に変化させ、一方は原稿の読取り対象領域を主に照明する直接光とし、他方は反射板を介して異なる方向から原稿の読取り対象領域を主に照明する反射光とで照明光を得る光源装置も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２７３８４号公報
【特許文献２】特開２００９−３１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、導光部材の共通の出射面から原稿の読取り対象領域を主に照明するための直接光と反射板を介して原稿の読取り対象領域を主に違う角度が照明する反射光を光合成して照明光を得た場合、直接光と反射板側に行く光との境界の光は出射角度の大幅な違いにより大半が原稿の読取り対象領域の照射に至らず利用が無駄となり効率的な光の利用ができなかった。
【０００６】
また、棒状レンズで光源からの放出光を２方向にピークを有する配光パターンの放射光に分離させ、原稿の読取り対象領域を主にを照明するための直接光と反射板を介して異なる角度で原稿の読取り対象領域を主にを照明する反射光を光合成して照明光を得た場合、やはり直接光と反射板側に行く光との境界の光は放出角度の大幅な違いにより大半が原稿の読取り対象領域の照射に至らず光の利用が無駄となり効率的な光の利用ができなかった。
【０００７】
そこで、半導体発光素子（例えばＬＥＤやＬＤを）を用いた光源として用いて原稿の読取り対象領域に対して異なる方向から効率的に照明光を得ることのできる線状光源ユニットおよびこのユニットを用いた画像読取光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、請求項１の線状光源ユニットの実施形態によれば、半導体発光素子を用いた線状光源と、前記線状光源から放出される放出光を入射させる入射面、該入射面と反対側の面を傾斜させ入射された前記放出光の一部を第１の方向に直接照射光として出射する第１出射面、前記放出光の一部を前記第１出射面の傾斜部分で反射させ第２の方向に反射間接照射光として出射する第２出射面を備えた導光部材とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の画像読取光源装置の実施形態によれば、請求項１記載の線状光源ユニットと、前記線状光源ユニットの前記第２出射面と対向配置し、該第２出射面からの反射間接照射光を反射させる反射板と、を具備し、前記導光部材の第１出射面からの出射される直接照射光と前記反射板に反射された反射間接照射光を光合成し原稿を照明するようにしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像読取光源装置に関する第１の実施形態について説明するための概略的な構成図である。
【図２】図１のそれぞれ（ａ）は一部を取り外した状態の上面図、（ｂ）は図２（ａ）要部の断面図、（ｃ）は図２（ｂ）の下方が見た側面断面図である。
【図３】図１要部の拡大図である。
【図４】図１要部の断面構成図である。
【図５】図４の副走査線方向（短軸上）の配光特性図である。
【図６】図４の副走査線方向（短軸上）の配光特性図である。
【図７】画像読取光源装置に関する第２の実施形態について説明するための図４に相当する断面構成図である。
【図８】図７の破線円部分の拡大図である。
【図９】図７の副走査線方向（短軸上）の配光特性図である。
【図１０】図７の主走査線方向（長軸上）の配光特性図である。
【図１１】画像読取光源装置に関する第３の実施形態について説明するための図４に相当する断面構成図である。
【図１２】図１１の破線円部分の拡大して示す（ａ）は断面図、（ｂ）は図１２（ａ）を第２出射面側から見た正面図である。
【図１３】図１１の副走査線方向（短軸上）の配光特性図である。
【図１４】図１１の主走査線方向（長軸上）の配光特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、線状光源ユニットおよび画像読取光源装置に係る第１の実施形態について説明するための概略的な構成図である。図２は図１のそれぞれ（ａ）は一部を取り外した状態の上面図、（ｂ）は図２（ａ）要部の断面図、（ｃ）は図２（ｂ）の下方が見た側面断面図である。
【００１３】
図１および図２において、１００は原稿１０に照明光を照射し、原稿面からの反射光を光電変換素子によって電気信号に変換し、原稿上の画像情報を読み取る画像読取装置で、いわゆるスキャナーと称されるものである。スキャナー１００は、照明光学系と読取光学系等から構成される。
【００１４】
スキャナー１００は、原稿１０が載置される台となる光透過性のコンタクトガラス１１と、このコンタクトガラス１１の下面側に設置され、光源として省エネルギー、立ち上がりのスピード、信頼性等を考慮した広指向性の白色もしくは単色発光のＬＥＤ１２およびＬＥＤ１２の放出光１２０の一部を原稿面方向に導光照射させる細長い板状の導光部材３２と反射板１３が搭載されたキャリッジ１４と、それにミラー１５を介して導かれた原稿からの反射光が入射される結像面に結像された原稿画像を読取って光電変換するＣＣＤやＣＭＯＳなど光電変換素子によるラインセンサー１６とから基本的に構成される。
【００１５】
キャリッジ１４は、原稿１０をスキャンさせるために図中白抜きの矢印に示す方向に移動可能な図示しない機構系により筐体１７内に支持される。また、キャリッジ１４は、導光部材３２より原稿１０の読取り対象領域１０１の方向に直射光（Ａ）として放出されるＬＥＤ１２の放出される直射光（Ａ）と反射板１３からの反射光（ｂ１）（ｂ２）を合成して、コンタクトガラス１１を介して原稿１０の読取り対象領域１０１に照射させる。そして、照度の高い読取り対象領域１０１の反射光を、ミラー１５を介してラインセンサー１６に導いている。ラインセンサー１６では原稿１０の画像情報を読み取るように構成される。
【００１６】
さらに、コンタクトガラス１１上は、複写するときなど覆われる開閉蓋１８が筐体１７の一部に開閉自在に支持されている。
【００１７】
ここで、図３および図４を参照し、照明光学系と読取光学系についてさらに説明する。図３はキャリッジ１４の要部の斜視図、図４はＬＥＤ１２の放出光１２０を原稿１０に照射し、画像を読み取るまでの照明光学系と読取光学系の流れについて説明するための断面構成図である。
【００１８】
ＬＥＤ１２は、例えば基板にＬＥＤパッケージの側面から放射光を出射する発光面１２１を備えるサイドビュータイプのものであり、ＬＥＤ１２は発光面１２１が同一方向に短冊状のＬＥＤ基板３１に直線的に並べて複数個実装される。ＬＥＤ１２の発光面１２１には、この発光面１２１と対向する短冊状の短手方向の側面を入射面３２１とする厚みが１ｍｍ程度の透明で扁平な細長い板状の導光部材３２が配置される。導光部材３２の材料としては、例えばアクリルガラスとも呼ばれるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）が用いられる。ＬＥＤ１２の発光面１２１と導光部材３２の入射面３２１は、ＬＥＤ１２の放出光１２０を入射することができればよく、接した状態あるいは間隔をおいて配置させた状態の何れでも構わない。
【００１９】
さらに導光部材３２における導光効率を高めるために、導光部材３２の表側面３２ａと裏側面３２ｂの先端領域の第２出射面３２３を除く裏側面３２ｂには、外部へ出射可能な角度で導光到達した光の出射（光漏れ）を軽減させる方法として、ミラー加工・反射材貼り付け・基板白色シルク印刷面への併設配置などの高反射処理を施しても構わない。入射面３２１の反対側の第１出射面３２２は、入射面３２１に対して傾斜させた状態で形成される。第１出射面３２２は、入射面３２１より入射し導光部材３２の表側面３２ａと裏側面３２３で反射しながら傾斜面（第１出射面３２２）に導光到達した光の内、外部へ出射可能な角度で導光到達したＬＥＤ１２の放出光１２０を、直接照射光Ａとして放出させ、その他として第１出射面３２２より出射不可能な角度で導光到達した光は第１出射面３２２と侠角度で対向する導光部材３２の裏側面３２３方向に反射させ、その殆どが、第２出射面とする導光部材３２の側面３２３（先端部領域）に対して外部へ出射可能な角度で導光到達し、反射間接照射光Ｂとして放出する。
【００２０】
さらに、反射板１３は第１の傾斜角度を備えた第１反射面１３１と第１の傾斜角度よりも角度の大きい第２の傾斜角度を備えた第２反射面１３２が一体的形成もしくは個別に形成され、照射距離が長くなることにより広がった反射間接照射光Ｂを、傾斜角度が変えられた２つの反射面で反射させ反射間接照射光ｂ１，ｂ２としてそれぞれ照射領域Ｃで重なるように原稿１０を照射する。第１および第２反射面１３１，１３２は、反射板１３をステンレス製の高反射率で加工された材料や、バックライトの反射部材として知られている反射シート（例えば白色ＰＥＴ材を用いたツジデン製の反射シートＥ６０Ｌ）などを用いても良い。さらに第１および第２反射面１３１，１３２は、導光部材３２の第２出射面３２３の反射間接照射光Ｂを、異なる角度の反射間接照射光ｂ１，ｂ２として反射させて照射領域Ｃで原稿１０を照射する。
【００２１】
原稿１０からの読取光は、ミラー１５を介してラインセンサー１６により電気信号
に変換される。キャリッジ１４は、原稿１０の全体をスキャンすることにより原稿１０全面の情報が電気信号に変換されることになる。
【００２２】
これにより、原稿１０には、扁平な導光部材３２から放出する直接照射光Ａと直接照射光Ａと異なる角度に放出する導光部材３２からの反射間接照射光Ｂを反射板１３の第１および第２反射面１３１，１３２を介して反射させた反射間接照射光ｂ１，ｂ２が照射されることになる。異なる方向から原稿１０を照射させることが可能なることから、原稿１０が製本されたものの場合は、図４の矢印Ｃで示す照明光の届きにくい綴じ込みの部分にも確実な照射が可能となる。
【００２３】
ここで、図５および図６を参照し、直接照射光Ａと反射間接照射光ｂ１，ｂ２、それにこれら直接照射光Ａと反射光間接照射ｂ１，ｂ２を合成し、原稿１０に照射する照射光Ｅのシミュレーション結果について図４とともに説明する。図５はコンタクトガラス１１面における図４の副走査線方向（短軸（Ｘ軸）線上）の配光特性図を、図６は同じく図４の主走査線方向（長軸（Ｙ軸）線上）の配光特性図を示す。
【００２４】
シミュレーションの条件としては、アクリルガラス製の導光部材３２の厚みは１．０ｍｍ、全長は７．５ｍｍ、幅は３５５ｍｍの形状とする。ＬＥＤ１２は４０個で、中央部の取付ピッチを９．５ｍｍとし、端部側の取り付けピッチを７．５ｍｍとなるように段階的に狭くした。
【００２５】
この結果、図５に示すように、直接光Ａと反射光Ｂは、Ｘ軸中心に±２ｍｍの照射光Ｅの照射領域Ｃ付近に照度のピークを有し、Ｘ軸中心にせいぜい±５ｍｍ付近での照度は極端に低下する配光特性を備えていることがわかる。これは、原稿１０を照明するための照射光Ｅを生成するためにＬＥＤ１２からの放出光１２０を効率的利用できていることを示している。
【００２６】
なお、図５に示す副走査線方向（Ｘ軸）の照射領域Ｃの照度は、ほぼフラットに調整することが可能である。また、図６に示す主走査線方向（Ｙ軸）の両端側の照度が高く設定されているが、ＬＥＤ１２の取付ピッチを同じような間隔とし、中央部から両端まで同じような照度分布であっても構わない。また、反射板１３には第１および第２反射板１３１，１３２を形成したことで、反射光Ｂを２方向に反射させるようにしたが、導光部材３２の第１出射面３２２に異なる傾斜を持たせて反射させることにより、第１および第２反射板１３１，１３２と同様の機能を持たせても構わない。この場合の反射板１３は、フラットな一面の反射板で構わない。
【００２７】
この実施形態の画像読取光源装置では、扁平な導光部材を用いて省スペース化を図りつつ、ＬＥＤ光源からの放出光を原稿に対して異なる方向から照明することにより、原稿の画像を確実に読み取ることが可能となる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図７〜図１０は、線状光源ユニットおよび画像読取光源装置に係る第２の実施形態について説明するためのもので、図７は図４に相当する断面構成図、図８図７の破線円部分の拡大図、図９はコンタクトガラス１１面における図７の副走査線方向（短軸線上）の配光特性図を、図１０は同じく図７の主走査線方向（長軸線上）の配光特性図を示す。上記した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２９】
この実施形態は、図７および図８に示すように、第１出射面３２２と第２出射面３２３が交差する導光部材３２の先端部４１のフラット面の幅を、０．０４ｍｍ以下になるようにしたものである。
【００３０】
導光部材３２は、金型を用いて形成されるが、金型の劣化や意識せずに設計した場合には導光部材３２の先端部４１の形状はどうしても０．０４ｍｍを超えた幅になってしまう。先端部４１の幅が０．０５ｍｍの場合の主走査線方向の配光特性は、図１０の実線で示す主走査線方向の配光特性のように、リップルが発生することが分かった。読取り用の照明光としては、高レベルのリップルの発生があると画像形成の忠実性を損なってしまう要因となることがわかった。
【００３１】
そこで、先端部４１のフラット面の幅を０．０４ｍｍ以下とした場合は、リップルの発生を抑えるとともに、発生したリップルのレベルを抑えることが分かった。図１０の一点鎖線は先端部４１のフラット面の幅が０．０４ｍｍの場合を、破線は先端部４１にフラット面がない場合の、それぞれ配光特性を示している。
【００３２】
図１０からも明らかなように、先端部４１のフラット面の幅が、０．０４ｍｍ以下（フラット面なしの状態も含む）の配光特性には、リップルの発生がほとんど見られないことがわかった。このことから、先端部４１のフラット面の幅を０．０４ｍｍ以下とすることにより、より忠実な画像読取りに適したＬＥＤ１２による光源装置を実現することができる。
【００３３】
この実施形態では、導光部材３２の先端部４１をフラット面の幅を０．０４ｍｍ以下とすることにより、反射間接照射光ｂ１，ｂ２と直接照射光Ａとの光合成が行われて得られた照射光Ｅは、リップルの発生が抑えられ、画像を読み取って得られる画像情報から画像形成する場合の忠実性を向上させることが可能となる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図１１〜図１４は、線状光源ユニットおよび画像読取光源装置に係る第３の実施形態について説明するためのもので、図１１は図４に相当する断面構成図、図１２は図１１の破線円部分の拡大して示すもので（ａ）は断面図、（ｂ）は図１２（ａ）を第２出射面側から見た正面図、図１３はコンタクトガラス１１面における図１１の副走査線方向（短軸上）の配光特性図を、図１４は同じく図１１の主走査線方向（長軸上）の配光特性図を示す。上記した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
この実施形態は、図１１および図１２に示すように、導光部材３２の第２出射面３２３の一部にフロスト５１を施したものである。フロスト５１は、第１出射面３２２と対向する第２出射面３２３のせいぜい１／３程度の幅をフロスト加工した。
【００３６】
なお、フロスト５１は、第２出射面３２３に対して下方側のみに施したが、縞模様状にしてもよい。また、波模様にし、波の山に相当する部分の対応位置にＬＥＤ１２を配置することにより、ＬＥＤ１２を間隔を置いて配置したことによるリップルを軽減することが可能となる。
【００３７】
図１４の破線の配光特性からもわかるように、フロスト５１がない場合は、照度が高いもののリップルのレベルが高く、画像を読み取って得られる画像情報から画像形成する場合における忠実性に欠ける可能性が生じる。図１４の実線の配光特性からフロスト５１が形成された場合は、フロスト５１の影響により多少照度の低下がみられるが、リップルを抑えることができる。
【００３８】
この実施形態では、第２出射面３２３の一部にフロスト５１の加工が施されたことにより、反射間接照射光Ｂを反射板１３でさらに反射させた反射間接照射光ｂ１，ｂ２のリップルを抑えることができる。これにより、反射間接照射光ｂ１，ｂ２と直接照射光Ａとの光合成が行われて得られた照射光Ｅは、リップルの発生が抑えられ、画像を読み取って得られる画像情報から画像形成する場合の忠実性を向上させることが可能となる。
【００３９】
上記した各実施形態において、導光部材３２の入射面３２１それに第１および第２出射面３２２，３２３を残した部分に、照射光Ｅの照度を向上させるための光漏れ防止手段を施せば、原稿に照射する光量を増やすことが可能となる。また、コンタクトガラス１１に、導光部材３２を介して直接照射させる直接光Ａと導光部材の一部を反射させる反射光Ｂの比率は、１：０．８程度でもよく、必ずしも直接照射光と反射間接照射光の光量は、１：１の関係にある必要はない。
【００４０】
これまでの実施形態の説明には光源として白色ＬＥＤを基板上に複数実装したＬＥＤアレーを線状光源として説明したが、レーザーダイオードの出射光を蛍光体で励起発光した波長変換光（可視光）を用いてもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１００スキャナー
１０原稿１０１読取り対象領域
１１コンタクトガラス
１２ＬＥＤ１２０放出光１２１発光面
１３反射板１３１第１反射面１３２第２反射面
１４キャリッジ
３１ＬＥＤ基板
３２導光部材
３２１入射面
３２２第１出射面
３２３第２出射面
３２ａ表側面
３２ｂ裏側面
４１先端部
５１フロスト

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子を用いた線状光源と、
前記線状光源から放出される放出光を入射させる入射面、該入射面と反対側の面を傾斜させ入射された前記放出光の一部を第１の方向に直接照射光として出射する第１出射面、前記放出光の一部を前記第１出射面の傾斜部分で反射させ第２の方向に反射間接照射光として出射する第２出射面を備えた導光部材とを具備したことを特徴とする線状光源ユニット。
【請求項２】
前記第１および第２出射面と交差する部分は、幅が０．０４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の線状光源ユニット。
【請求項３】
前記第２出射面の一部にフロストを施したことを特徴とする請求項１記載の線状光源ユニット。
【請求項４】
請求項１記載の線状光源ユニットと、
前記線状光源ユニットの前記第２出射面と対向配置し、該第２出射面からの反射間接照射光を反射させる反射板と、を具備し、
前記導光部材の第１出射面からの出射される直接照射光と前記反射板に反射された反射間接照射光を光合成し原稿を照明するようにしたことを特徴とする画像読取光源装置。

【図１】