線状光源装置および画像読取用線状光源装置
【課題】 光源からの放射光を導光部材に効率よく入射させ、光出射面への伝送効率が高い線状光源装置を提供すること。
【解決手段】 長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【解決手段】 長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等に使用する画像読取装置の照明用光源として用いられる線状光源装置および画像読取用線状光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルファクシミリ等の画像読取装置において、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）の出力向上と受光素子としてのＣＣＤ型センサの高感度化により、小型で低消費電力のＬＥＤが読み取り光源装置の光源として一般に使用されるようになってきている。このようなＬＥＤを光源として備えた従来の線状光源装置は、光源の個数を低減させ、且つ均一な照明強度を得ることを目的として、導光部材を用い、光源から放射される光を導光部材に入射させ所望の方向に光を導光させる構成のものが知られている。
【０００３】
図１１は、従来の線状光源装置として特開２０００−３０７８０７号公報に開示された線状光源装置の構成を示す図である。線状光源装置は透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１、ＬＥＤよりなる光源３を備えて構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光出射面１２１、光変向面１２２よりなり、光変向面１２２の長手方向Ｘの中央部には光入射部１２２ａが設けられる。光源３は光入射部１２２ａに対応する位置に配置される。側面１１は、光屈折および光反射をする機能を有する略逆台形形状（又は略逆三角形形状）をした孔２１が光源３の幅方向Ｙに対向する位置に設けられる。
【０００４】
しかしながら、光変向面１２２の光入射部１２２ａに対応する部位に光源３が配置されている場合は、光源３から幅方向Ｙに出射した光のうち、導光部材１に入射して伝送され、光出射面１２１から出射する光は限定される。すなわち、一般にＬＥＤよりなる光源３は、光の出射面から幅方向Ｙに向けてあらゆる角度を有する光を放射する。光源３は、幅方向Ｙから長手方向Ｘに角度を有して放出された光は導光部材１の内部に伝送させることができるが、幅方向Ｙから厚さ方向Ｚに角度を有して放出された光は、その一部しか導光部材１の内部に伝送されないからである。
【０００５】
図１２は、図１１のＡ−Ａ‘断面、すなわち、厚さ方向Ｚと幅方向Ｙを表す断面の光源３近傍の拡大図である。図１２を用いて、光源３から放射された光が導光部材１の内部に伝送できるか否かを説明する。光源３から光学的に接合している導光部材１の内部に光を入射させ、その光を光出射面１２１に伝送できるか否かは、導光部材１に対する光の入射角度によって決められる。導光部材１がアクリル樹脂よりなる場合は、アクリル樹脂の全反射の臨界角θｃは約４２°であるので、導光部材１に対し（９０°−θｃ）以下の入射角θ１で照射された光Ａは、導光部材１に入射され、側面１１で反射され、光出射面１２１まで伝送されるが、導光部材１に対し（９０°−θｃ）以上の入射角θ２で照射された光Ｂは、導光部材１の側面１１で反射せずに透過し、光出射面１２１まで伝送されない。
【０００６】
また、一般にＬＥＤよりなる光源３は、光の出射面から幅方向Ｙに向けてあらゆる角度を有する光を放射するため、光源３の中央部３ａ以外からも光Ｃを出射する。このような中央部３ａ以外から出射した光Ｃは、その光Ｃの進む方向に導光部材１がなければ、導光部材１に光を入射することすらできない。このように、光源３からの出射光には、光出射面１２１から出射する光Ａと、光出射面１２１から出射されない光Ｂ、Ｃがあるため、光源３からの放射光の導光部材１の光出射面１２１への伝送効率は、低いものになっている。
【０００７】
また、線状光源装置を高輝度化するには、光出射面１２１の面積を小さくして、単位面積当りの光量を大きくすればよい。読取原稿面に対して必要とされる一定寸法を確保するには、光出射面１２１を長手方向Ｘに小さくすることはできない。そこで、光出射面１２１の面積を小さくするために、光出射面１２１の厚さ方向Ｚを小さくすることになる。光出射面１２１の厚さ方向Ｚを小さくするためには、導光部材１の厚さ方向Ｚを小さくすることになる。しかし、導光部材１の厚さ方向Ｚを小さくすると、幅方向Ｙから厚さ方向Ｚに角度を有して放出された光は導光部材１の内部に伝送されにくくなり、導光部材１の内部に伝送できる光量がさらに減少するため、線状光源装置を高輝度化することができない。
【特許文献１】特開２０００−３０７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、光源からの放射光を導光部材に効率よく入射させ、光出射面への伝送効率が高い線状光源装置および画像読取用線状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】
【０００９】
本願第１の発明は、長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【００１０】
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本願第４の発明は、長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【００１３】
また、本願第５の発明は、本願第１から本願第４のいずれかの発明において、前記導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本願第６の発明は、本願第１から本願第５の発明のいずれかに記載の線状光源装置であって、前記導光部材の厚さは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本願第７の発明は、本願第６の発明において、前記反射面を形成する放物線の焦点は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る線状光源装置および画像読取用線状光源装置によれば、光源が導光部材の側面の光入射面に光を照射するように設けられるので、光源からの放射光を光入射面から導光部材の内部に効率よく入射させることができる。また、光源から入射された光は、反射面で側面に略平行に反射され、光出射面から均一な光を照射することができる。また、光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面を設けて光を反射させることにより、導光部材の厚さ方向の長さが短いままでも、２次反射面で側面と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができる。また、断面２次曲線からなる反射面と２次反射面を設けることによって、反射面の周囲の側面で反射された光を、２次反射面で導光部材の側面に略平行に反射することによって、さらに光を有効利用することができる。また、反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面から形成されることにより、光出射面から導光部材の厚さ方向に均一に光を反射させる。また、導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられることにより、光出射面から放射される光を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の線状光源装置の構成を示す説明図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ‘断面の中央部、すなわち、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’断面、すなわち、厚さ方向Ｚと幅方向Ｙを表す断面図である。
図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００１８】
また、図２に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する反射面１１２を有する。反射面１１２は、中央部１１２ａが光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線からなる。反射面１１２は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。
【００１９】
図２に示すように、光源３は、例えば樹脂よりなるパッケージ内部に、１つ乃至複数の青色ＬＥＤ素子が配置された青色ＬＥＤ３１と、青色ＬＥＤ３１を固定し外気から遮断して保護をするためのモールド材３３と、青色ＬＥＤ３１からの青色光を白色光に変換する蛍光体層３２を有して構成される。なお、一般に、ＬＥＤ素子は、光出力にバラツキがあるが、光源３に複数のＬＥＤ素子を配置した場合は、光源３の光出力が、個々のＬＥＤ素子の光出力に影響されず、一定の光出力を確保することができる。
【００２０】
光源３は、光を光入射面１１１に照射するように設けられ、例えば、シリコーンよりなる透光性の接合用樹脂３４で導光部材１の光入射面１１１に接合して設けられる。導光部材１は、光透過部材により形成され、光入射面１１１となる側面１１は導光部材１の長手方向Ｘにも、幅方向Ｙにも光源３に対して十分な長さを有する。これより、導光部材１は、光入射面１１１に光が照射されるように光源３を配置すれば、光源３から出射される光を覆うように配置することができる。このように、導光部材１と光源３を配置することによって、光源３から放射される光を、全て光入射面１１１から導光部材１の内部に効率よく入射させることができる。
【００２１】
図３は、図２（ａ）の断面図における光の反射経路を示した図である。反射面１１２は中心部１１２ａが対向する光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線に形成されている。さらに好ましくは、反射面１１２は光源３を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央部１１２ａを通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。光入射面１１１から入射した光（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）のうち、反射面１１２の斜面１１２ｂに照射された光（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）。また、この反射面１１２は、光源３を焦点に配置した放物線より形成されれば、理論上、光源３から放射された光は、反射面１１２で導光部材１の側面１１と略平行に反射される。
【００２２】
なお、光入射面１１１から反射面１１２の中央部１１２ａ近傍に入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は、反射せずに透過する。このため、反射面１１２の中央部１１２ａに入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は、光出射面１２１から出射する光として利用できない。しかし、反射面１１２の中央部１１２ａから透過する光Ａ１、Ａ２、Ａ３の影響は小さく、光の伝送効率は高い。また、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、反射面１１２の中央部１１２ａに入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は透過せず、光入射面１１１から入射した光は全て反射面１１２で反射し、導光部材１の内部に伝送することができる。
【００２３】
このようにして、光源３より放射された光は反射面１１２で導光部材１の側面１１と略平行に伝送されるため、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。また、反射面１１２で反射された光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は、導光部材１の内部を長手方向Ｘに広がる指向性を有するものである。また、反射面１１２で反射された光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）が側面１１と接した場合でも、反射光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は側面１１と略平行に伝送されているので、側面１１と臨界角θｃより小さい角度で交わることはない。このため、反射光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は側面１１から透過することなく全反射して長手方向Ｘに進む。
【００２４】
図４は、図１に示す導光部材１の片側のみを示し、導光部材１の内部を側面１１と略平行に端面１３方向に広がる光が、光出射面１２１から出射されるまでの経路を示した図である。反射面１１２から光変向面１２２に達した光Ａ１は、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている光変向面１２２の表面で反射されて向きを変えて反射光Ａ２となる。光変向面１２２に表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光は入射角度によらず反射する。また、光変向面１２２は、反射面が凹凸面１２２ｃとなっているので、反射光の光出射面１２１に対する角度を変える機能を有する。さらに、光変向面１２２から反射されて光出射面１２１に達した光Ａ２は、その入射角θ１が臨界角θｃより小さいので、光出射面１２１を透過して透過光Ａ３となり、読取原稿面を照射する。
【００２５】
また、反射面１１２から光出射面１２１に達した光Ｂ１は、その光Ｂ１の入射角θ２が臨界角θｃより大きいので、光出射面１２１を全反射して反射光Ｂ２となる。そして、光変向面１２２に達した光Ｂ２は、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている光変向面１２２の表面で反射されて反射光Ｂ３となる。そして、光出射面１２１に達した光Ｂ３は、その入射角θ３が臨界角θｃより小さいので、光出射面１２１を透過して透過光Ｂ４となり、読取原稿面を照射する。
【００２６】
以上で説明したように、反射面１１２で反射された光Ａ１、Ｂ１は、光出射面１２１と光変向面１２２とで相互反射を繰り返し、導光部材１の端面１３の方向に導光され、光出射面１２１に対する入射角θが臨界角θｃより小さくなると、光出射面１２１を透過しＡ３、Ｂ４、読取原稿面を照射する。このように光源３から放射された光は、反射面１１２で導光部材１の厚さ方向に均一に反射され、導光部材１の端面１３の方向に導光され、光出射面１２１から均一な光を照射することができる。
なお、導光部材１と光源３よりなる線状光源装置を、長手方向Ｘに複数配置して、光出射面１２１の長手方向Ｘの長さを大きくすることができる。このように複数組み合わせた線状光源装置を用いれば、読取原稿面の大きな画像読取装置に対応することができる。
【００２７】
上記線状光源装置の数値例を挙げると以下のとおりである。
導光部材１は、透明アクリルよりなり、長手方向３３０ｍｍ、光出射面１２１から光変向面１２２までの幅の最大長さ（中央部）２４ｍｍ、最小長さ（端部）５ｍｍ、厚さ３．２ｍｍであり、光変向面１２２には、アルミニウムが蒸着され反射膜が形成される。また、反射面１１２は、中央部１１２ａの光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が０．８ｍｍとなる断面２次曲線である。光源３は、縦横１０ｍｍ、厚さ２ｍｍで、出力１６０ｌｍの白色光が出射される。
【００２８】
図５は、導光部材１と光源３の配置関係を示した説明図である。図５（ａ）は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが大きい場合を示した図であり、図５（ｂ）は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短い場合を示した図である。
これまでの説明における線状光源装置は、光源３が理想的な点光源であるとしているので、図３に示すように、反射面１１２の斜面１１２ｂあらゆる断面が光源３を焦点に配置した放物線により形成され、光源３をその斜面１１２ｂの放物線の焦点に配置する場合は、光源３から放射された光は、反射面１１２で側面１１と略平行に反射されるので、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができるとした。しかし、実際には、ＬＥＤより白色光を出射する光源３を完全な点光源とすることはできず、青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射することになる。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、光源３を青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射するとした場合は、青色ＬＥＤ３１の中心から出射する光Ａ１は、反射面１１２で側面１１と平行に出射されるが（Ａ２）、青色ＬＥＤ３１の中心から離間した位置から出射する光Ｂ１、Ｃ１は、反射面１１２で側面１１と平行に反射されるのではなく、側面１１に対して角度を有して反射する（Ｂ２、Ｃ２）。そのため、反射面１１２で反射された光Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、一定の領域Ｄ１に広がる。
【００３０】
図５（ｂ）においても、図５（ａ）と同様に、光源３を青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射するとした場合は、青色ＬＥＤ３１の中心から出射する光Ａ３は、反射面１１２で側面１１と平行に出射されるが（Ａ４）、青色ＬＥＤ３１の中心から離間した位置から出射する光Ｂ３、Ｃ３は、反射面１１２で側面１１と平行に反射されるのではなく、側面１１に対して角度を有して反射する（Ｂ４、Ｃ４）。そのため、反射面１１２で反射された光Ａ４、Ｂ４、Ｃ４は、一定の領域Ｄ２に広がる。
【００３１】
しかし、図５（ａ）に示されている反射面１１２で反射された光Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の領域Ｄ１よりも、図５（ｂ）に示されている反射面１１２で反射された光Ａ４、Ｂ４、Ｃ４領域Ｄ２の方が大きくなる。図５（ａ）は、図５（ｂ）より導光部材１の厚さ方向Ｚが大きい場合を示したものであり、導光部材１の厚さ方向Ｚが大きい方が、反射面で反射された光が広がる領域が小さくなることがわかる。すなわち、断面が放物線よりなる反射面１１２から光源３が配置された位置までの距離が長い方が、反射面１１２の反射光の広がる領域が狭くなる。これより、光源３は、反射面１１２からなるべく離して配置し、反射面１１２から光源３までの距離を長くとる方が、反射面１１２で側面１１と略平行に光を反射する理想的な反射光を実現することができることがわかる。
【００３２】
光源３を反射面１１２から離して配置するためには、図５（ａ）に示すように、導光部材１の厚さを大きくすれば良い。しかし、線状光源装置を高輝度化するために導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを小さくする要求もあり、導光部材１の厚さは、光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さにあわせて、４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。このため、図５（ａ）に示すように、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを大きくし、光源３を反射面１１２までの距離を長くとるように配置することはできない。
【００３３】
通常、画像読取装置の照明用光源として、厚さ方向Ｚに必要とされる読み取り幅は１ｍｍにも満たない。画像読取装置に組み込まれた線状光源装置は、読取原稿面との機械的な位置決めを容易にするために、厚さ方向Ｚの照明幅を３〜４ｍｍ程度とする。このような狭い幅に効率よく照射するために、光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。一方、画像読取装置に組み込まれた線状光源装置は、長手方向Ｘに必要とされる照明幅が３００ｍｍ以上であるので、光出射面１２１の長手方向Ｘの長さも３００ｍｍ以上必要となる。また、導光部材１は、厚さが薄い長尺状で、アクリル樹脂やポリカーボネード等の透明樹脂より形成されるので剛性に乏しい。導光部材１は、剛性を確保し、反りを防止するために、厚さ方向Ｚの長さを２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上としなければならない。
【００３４】
なお、線状光源装置を高輝度化するには光出射面１２１の面積を小さくすればよい。光出射面１２１側の導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを小さくし、光変向面１２２側の導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを大きくし、導光部材１の側面をテーパ状にして、剛性を確保すると共に高輝度化することも考えられる。しかし、導光部材１の側面をテーパ状に形成すると、反射面１１２で導光部材１の厚さ方向Ｚに均一になるように導光された光は、側面１１で反射する度に反射角度が変わり、反射光の広がる領域が大きくなり、光出射面１２１から放射する光も広がる。このため、光出射面１２１側の厚さを薄くして光出射面１２１の面積を小さくしても、光出射面１２１から放射する光も広がるため、線状光源装置を高輝度化できない。これより、導光部材１の側面１１にテーパを設けることは好ましくないことがわかる。側面１１は光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さに合わせて長手方向Ｘに平行な面とし、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。
【００３５】
図６は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１と光源３を離間して配置した場合を示す図である。光源３と導光部材１を接合する接合用樹脂３４の厚さを大きくすることにより、光源３を導光部材１と離間して配置することができる。これより、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短いままでも、光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置し、反射面１１２で側面１１と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができる。そして、光源３より放射された光は反射面１１２で側面１１と略平行に伝送されるため、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。ただし、離間距離Ｈは、導光部材１の光入射面１１１と、光源３の蛍光体層３２の青色ＬＥＤ３１の接面までの、厚さ方向Ｚの長さをいう。
【００３６】
また、光源３を導光部材１から離して配置する、つまり、反射面１１２を形成する放物線と光源３が配置されている放物線の焦点との距離を大きくすると、放物線の傾きが大きくなる。これに伴い、反射面１１２の斜面１１２ｂの傾きを大きくしなければならない。しかし、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない制限があるため、反射面１１２の斜面１１２ｂの傾きが大きくなると、反射面１１２の長手方向Ｘへの広がりは小さくなる。すなわち、側面１１に形成できる反射面１１２の領域が小さくなる。反射面１１２の領域が小さくなると、反射面１１２の領域内に照射できる光量が減少し、反射面１１２で側面１１と略平行に反射される光量が減少する。
【００３７】
光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置し、反射面１１２で側面１１と略平行に光を反射できる状態としても、離間距離Ｈを大きくしすぎると、反射面１１２の領域が小さくなり、反射面１１２で側面１１と略平行に反射される光量が減少してしまう。以上より、光源３の蛍光体層３２から導光部材１の光入射面１１１の離間距離Ｈは、側面１１と略平行に光を反射できるが、その光量が減少して照度を落とさない程度の適切な範囲内にする必要がある。離間距離Ｈには、導光部材１の厚み、光源３の出力範囲等によって適切な範囲がある。例えば、導光部材１の厚みが、３〜４ｍｍで青色ＬＥＤ３１の存在する範囲が数ｍｍであるような範囲においては、離間距離Ｈは０．８〜３．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３８】
光源３から放射される光は、放射角度θが４２°以下の光Ａ１が、光強度が大きく、反射面１１２の径Ｒの単位長さあたりの光量も放射角度θが２２°〜４２°の範囲で大きい。また、アクリル樹脂の全反射の臨界角θｃは約４２°なので、入射角度θが４２°以下の光Ａ１が反射面１１２達したとき、その照射部分Ａ２に断面２次曲線からなる反射面１１２が形成されていなければ、光が透過してしまう。反射面１１２は、少なくとも導光部材１に対する入射角度θが４２°以下の光Ａ１を反射するように形成されなければならない。ここで、光源３の蛍光体層３２の青色ＬＥＤ３１の接面から、反射面１１２を有する側面１１までの、厚さ方向Ｚの長さをＹとし、反射面１１２の斜面１１２ｂの変曲点から、中央部１１２ａまでの、長手方向Ｘの長さをＲとする。反射面１１２が光Ａ１を反射するためには、Ｒ／Ｙは０．９以上でなければならない。ｔａｎ（４２°）が０．９だからである。
【００３９】
厚さが４ｍｍで、Ｒ／Ｙが０．９以上となる導光部材１において、反射面１１２の斜面１１２ｂが、光源２を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央部１１２ａを通り厚さ方向Ｚに伸びる軸に対して回転させた面から構成されるときは、その放物線の焦点Ｆは２．０ｍｍ以下となる。
また、高照度で読取原稿面を照射するためには、広がりの小さい指向性の高い線状光源が求められる。一般に、導光部材１の光出射面１２１から読取原稿面までの離間距離は３〜１０ｍｍであり、このような場合には、反射面１１２の斜面１１２ｂを形成する放物線の焦点Ｆは０．５ｍｍ以上が好ましいことが、諸実験等により経験上得られている。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられた場合を示す図である。第２の実施形態も、反射面１１２、２次反射面１１３以外は第１の実施形態と同様に構成される。すなわち、図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００４１】
ただし、図７に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する平面状の反射面１１２とを有し、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられる。２次反射面１１３は、光入射面１１１側から長手方向Ｘにむかって、反射面１１２との厚さ方向Ｚの離間距離が大きくなる断面２次曲線からなる。反射面１１２および２次反射面１１３は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２および２次反射面１１３に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。なお、反射面１１２から２次反射面１１３に照射する光は、２次反射面１１３に臨界角θｃより大きな角度で入射することになるので、反射膜は形成しなくてよい。
【００４２】
光入射面１１１から入射した光Ａ１、Ｂ１は、反射面１１２で反射され、反射光Ａ２、Ｂ２が２次反射面１１３に照射する。２次反射面１１３に照射された光Ａ２、Ｂ２は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ａ３、Ｂ３）。２次反射面１１３は、光源３を反射面１１２に対して対称に配置した光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線を、光入射面１１１の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１１ａに対して回転させた面より形成されることが好ましい。２次反射面１１３が、光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線より形成されれば、理論上、光源３から放射された光は、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１と略平行に反射される。
【００４３】
光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３を設け、反射面１１２で反射された光を、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１に略平行に反射させることによって、２次反射面１１３を形成する放物線を、第１の実施形態の反射面１１２の放物線よりも傾斜をなだらかにすることができる。これより、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短いままでも、図６に示すように、第１の実施形態において光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置する場合と同様の効果が得られる。すなわち、２次反射面１１３で側面１１と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができ、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、光入射面１１１に対向して他方の側面１１に断面２次曲線からなる反射面１１２と、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられた場合を示す図である。第３の実施形態も、２次反射面１１３以外は第１の実施形態と同様に構成される。図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００４５】
ただし、図８に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する反射面１１２とを有し、光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３が設けられる。反射面１１２は、中央が光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線からなる。好ましくは、光源３を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。２次反射面１１３は、光入射面１１１側から長手方向Ｘにむかって、対向する側面１１との厚さ方向Ｚとの離間距離が大きくなる断面２次曲線からなる。好ましくは、光源３を対向する側面１１の平面に対して対称に配置した光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。
【００４６】
反射面１１２および２次反射面１１３は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２および２次反射面１１３に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。
反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成する場合は、光の入射角によらず光を反射することができるが、反射膜を形成しない場合は、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光しか導光できない。第２の実施形態では反射面１１２が平面状に形成されるため、反射膜を形成しない場合は、光源３からの出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光はほとんど利用することができない。しかし、第３の実施形態のように反射面１１２を断面２次曲線となるように形成すれば、反射膜を形成しない場合でも、出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光も、反射面１１２に対して臨界角θｃより大きい角度で入射するため、導光部材１の内部を導光させることができる。
【００４７】
光入射面１１１から入射した光Ａ１、Ｂ１のうち、反射面１１２で反射された光Ａ２は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射され、反射面１１２の周囲の側面１１で反射された光Ｂ２は、２次反射面１１３に照射され（Ｂ２）、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ｂ３）。
光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３を設けることにより、反射面１１２の周囲の側面１１で反射された光を、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１に略平行に反射させることができ、第１の実施形態よりさらに光を有効に利用することができる。また、第２の実施形態のように反射面１１２を平面に形成したときと比較すると、反射膜を形成しない場合でも、光源３からの出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光も、反射面１１２で反射され、有効に利用することができる。
【００４８】
本発明の第４の実施の形態について説明する。図９は、図１に示す導光部材１の片側のみを示し、光変向面１２２に局面１２２ｃを設け、側面１１に曲線状孔２２が設けられた場合を示す図である。なお、光源３からの入射光を長手方向Ｘに導光する方法は、第１〜３の実施形態のいずれでもよい。局面１２２ｃは、光変向面１２２の中央部１２２ｂが光出射面１２１に近接して形成される。曲線状孔２２は、側面１１に、曲面１２２ｃに対応して、図５に示される光入射面１１１から反射面１１２に貫くように設けられている。
【００４９】
図９に示すように、導光部材１に曲面１２２ｃと曲線状孔２２を設け、これらの断面で光が反射されるようにしている。反射面１１２から光出射面１２１向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１を、それぞれ曲線状孔２２、曲面１２２ｃで反射し、長手方向Ｘに向かう光Ａ２、Ｂ２に変換することができる。
【００５０】
導光部材１に曲面１２２ｃと曲線状孔２２を設けるのは、以下の理由による。反射面１１２から光出射面１２１に向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１は、長尺方向Ｘに向けて反射された光Ｃ１に比べて拡散されにくい。光出射面１２１に向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１が拡散されずに伝送されると、光出射面１２１の中央部１２１ａに光が集まり、均一に光を照射することができなくなるからである。
【００５１】
曲面１２２ｃと曲線状孔２２は、楕円または放物線の一部として形成されるように設けられる。曲線状孔２２または曲面１２２ｃで反射した光Ａ２、Ｂ２は、この楕円内もしくは放物線内に集光される。図９に示す例では、曲面１２２ｃと曲線状孔２２は楕円４１の一部として形成するように設けられる。この楕円４１の長軸４２の長さＬ１は、側面１１の中央部１１ａから端面１３までの長さＬ２に略一致し、楕円４１の焦点と側面１１の中央部１１ａが略一致するように形成される。
【００５２】
曲面１２２ｃと曲線状孔２２が形成する楕円４１の長軸４２は、側面１１の中央部１１ａを通り長手方向Ｘに平行な線に対し、α傾いている。αは楕円４１の長軸４２の傾き角度であり、αを変えることにより、曲面１２２ｃと曲線状孔２２で反射される光の向きを変えることができる。これにより、光出射面１２１から放射される光の照度分布を調整して均一化することができる。例えば、長軸４２の傾き角度αを小さくすれば、光Ａ１、Ｂ１を、導光部材１の長手方向Ｘに伝送しＡ２、Ｂ２、光出射面１２１の端面１３近傍の光量を補うことができる。また、長軸４２の傾き角度αを大きくすれば、光出射面１２１の中央部１２１ａ周辺の光量を補うことができる。
【００５３】
図１０は、図１に示す導光部材１の中央のみを示し、光変向面１２２に局面１２２ｃを設け、側面１１に曲線状孔２２、光遮断孔２３、光拡散孔２４、光補助孔２５が設けられた図である。光遮断孔２３、光拡散孔２４、光補助孔２５は、光出射面１２１から放射される光を均一化するために設けられる。光遮断孔２３は、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面Ｖ字状の孔である。光出射面１２１に導光部材１の臨界角θｃより小さい角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１を反射するために設けられる。光拡散孔２４は、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面円状の複数の孔が光出射面１２１に沿って２段に配置されたものである。側面１１の中央部１１ａから放射される光Ｂ１を、光拡散孔２４で反射して拡散し、光出射面１２１から光Ｂ３、Ｂ４を放射する。光補助孔２５は、曲線状孔２２の長手方向Ｘの端部２２ａの近傍で、曲線状孔２２よりも幅方向Ｙに光入射面１１１から離間する位置に設けられ、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面曲線状の孔である。
【００５４】
光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１は、光遮断孔２３がなければ、反射や拡散されることなく光出射面１２１を透過し、線状光源から発する光として放射する。光の強度は、導光部材１の内部での伝送距離に比例して小さくなる。そのため、光出射面１２１は、反射面１１２から直接に光が透過される中央部１２１ａが明るく、反射面１１２から反射等されて長手方向Ｘに導光された光が透過する端面１３近傍が暗くなる。均一な明るさで光を出射する線状光源を作るためには、光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１を拡散する必要がある。
【００５５】
光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１は、光遮断孔２３で反射され反射光Ａ２、Ｂ２となる。そして、反射光Ａ２は長手方向Ｘに導光される。しかし、光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１の全てを光遮断孔２３で反射し、反射光Ａ２のように長手方向Ｘに導光すると、光出射面１２１の中央部１２１ａから光が出射しなくなり、中央部１２１ａが他と比べて照度が落ちてしまう。そのため、光遮断孔２３は、曲線状孔２２の間に隙間を設け、光遮断孔２３と曲線状孔２２の間から、反射面１１２の反射光Ｂ２が光出射面１２１に導光され、出射光Ｂ３、Ｂ４が生じるように形成される。
【００５６】
光遮断孔２３と曲線状孔２２の隙間から出射した光Ｂ２は、光拡散孔２４で拡散され、光出射面１２１から均一な明るさの光Ｂ３、Ｂ４を照射する。また、光拡散孔２４は、光遮断孔２３と曲線状孔２２の隙間から出射した光Ｂ２を拡散する機能があればいいので、光出射面１２１の対応する部分に拡散シートを貼付することなどで代用することもできる。
【００５７】
導光部材１に曲線状孔２２、光遮断孔２３、光拡散孔２４を設けて光源３を点灯したところ、光出射面１２１の曲線状孔２２の終端付近１２１ｂが暗くなることがわかった。曲線状孔２２に案内された光は楕円内に集光され、また、光拡散孔２４で拡散されて光出射面１２１から出射する光Ｂ３、Ｂ４も終端付近１２１ｂには届かないからである。そこで、光補助孔２５を設け、曲線状孔２２に案内された光Ｃ１を光補助孔２５で反射して反射光Ｃ２とし、終端付近１２１ｂから出射する光Ｃ３となるようにする。光補助孔２５を設けることにより、光出射面１２１の曲線状孔２２の終端付近１２１ｂから出射する光Ｃ３が導光され、光出射面１２１からより均一な明るさの光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図２】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図３】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図４】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図５】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図６】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図７】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図８】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図９】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図１０】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図１１】従来の線状光源装置の説明図
【図１２】従来の線状光源装置の断面図
【符号の説明】
【００５９】
１ 導光部材
１１ 側面
１１ａ 中央部
１１１ 光入射面
１１２ 反射面
１１２ａ 中央部
１１２ｂ 斜面
１１３ ２次反射面
１２ 縁面
１２１ 光出射面
１２１ａ 中央部
１２１ｂ 終端付近
１２２ 光変向面
１２２ａ 光入射部
１２２ｂ 凹凸面
１２２ｃ 曲面
１３ 端面
２１ 孔
２２ 曲線状孔
２３ 光遮断孔
２４ 光拡散孔
２５ 光補助孔
３ 光源
３１ 青色ＬＥＤ
３２ 蛍光体層
３３ モールド材
３４ 接合用樹脂
４１ 楕円
４２ 長軸
４３ 焦点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等に使用する画像読取装置の照明用光源として用いられる線状光源装置および画像読取用線状光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルファクシミリ等の画像読取装置において、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）の出力向上と受光素子としてのＣＣＤ型センサの高感度化により、小型で低消費電力のＬＥＤが読み取り光源装置の光源として一般に使用されるようになってきている。このようなＬＥＤを光源として備えた従来の線状光源装置は、光源の個数を低減させ、且つ均一な照明強度を得ることを目的として、導光部材を用い、光源から放射される光を導光部材に入射させ所望の方向に光を導光させる構成のものが知られている。
【０００３】
図１１は、従来の線状光源装置として特開２０００−３０７８０７号公報に開示された線状光源装置の構成を示す図である。線状光源装置は透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１、ＬＥＤよりなる光源３を備えて構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光出射面１２１、光変向面１２２よりなり、光変向面１２２の長手方向Ｘの中央部には光入射部１２２ａが設けられる。光源３は光入射部１２２ａに対応する位置に配置される。側面１１は、光屈折および光反射をする機能を有する略逆台形形状（又は略逆三角形形状）をした孔２１が光源３の幅方向Ｙに対向する位置に設けられる。
【０００４】
しかしながら、光変向面１２２の光入射部１２２ａに対応する部位に光源３が配置されている場合は、光源３から幅方向Ｙに出射した光のうち、導光部材１に入射して伝送され、光出射面１２１から出射する光は限定される。すなわち、一般にＬＥＤよりなる光源３は、光の出射面から幅方向Ｙに向けてあらゆる角度を有する光を放射する。光源３は、幅方向Ｙから長手方向Ｘに角度を有して放出された光は導光部材１の内部に伝送させることができるが、幅方向Ｙから厚さ方向Ｚに角度を有して放出された光は、その一部しか導光部材１の内部に伝送されないからである。
【０００５】
図１２は、図１１のＡ−Ａ‘断面、すなわち、厚さ方向Ｚと幅方向Ｙを表す断面の光源３近傍の拡大図である。図１２を用いて、光源３から放射された光が導光部材１の内部に伝送できるか否かを説明する。光源３から光学的に接合している導光部材１の内部に光を入射させ、その光を光出射面１２１に伝送できるか否かは、導光部材１に対する光の入射角度によって決められる。導光部材１がアクリル樹脂よりなる場合は、アクリル樹脂の全反射の臨界角θｃは約４２°であるので、導光部材１に対し（９０°−θｃ）以下の入射角θ１で照射された光Ａは、導光部材１に入射され、側面１１で反射され、光出射面１２１まで伝送されるが、導光部材１に対し（９０°−θｃ）以上の入射角θ２で照射された光Ｂは、導光部材１の側面１１で反射せずに透過し、光出射面１２１まで伝送されない。
【０００６】
また、一般にＬＥＤよりなる光源３は、光の出射面から幅方向Ｙに向けてあらゆる角度を有する光を放射するため、光源３の中央部３ａ以外からも光Ｃを出射する。このような中央部３ａ以外から出射した光Ｃは、その光Ｃの進む方向に導光部材１がなければ、導光部材１に光を入射することすらできない。このように、光源３からの出射光には、光出射面１２１から出射する光Ａと、光出射面１２１から出射されない光Ｂ、Ｃがあるため、光源３からの放射光の導光部材１の光出射面１２１への伝送効率は、低いものになっている。
【０００７】
また、線状光源装置を高輝度化するには、光出射面１２１の面積を小さくして、単位面積当りの光量を大きくすればよい。読取原稿面に対して必要とされる一定寸法を確保するには、光出射面１２１を長手方向Ｘに小さくすることはできない。そこで、光出射面１２１の面積を小さくするために、光出射面１２１の厚さ方向Ｚを小さくすることになる。光出射面１２１の厚さ方向Ｚを小さくするためには、導光部材１の厚さ方向Ｚを小さくすることになる。しかし、導光部材１の厚さ方向Ｚを小さくすると、幅方向Ｙから厚さ方向Ｚに角度を有して放出された光は導光部材１の内部に伝送されにくくなり、導光部材１の内部に伝送できる光量がさらに減少するため、線状光源装置を高輝度化することができない。
【特許文献１】特開２０００−３０７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、光源からの放射光を導光部材に効率よく入射させ、光出射面への伝送効率が高い線状光源装置および画像読取用線状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】
【０００９】
本願第１の発明は、長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【００１０】
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本願第３の発明は、本願第１の発明において、前記反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本願第４の発明は、長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。
【００１３】
また、本願第５の発明は、本願第１から本願第４のいずれかの発明において、前記導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本願第６の発明は、本願第１から本願第５の発明のいずれかに記載の線状光源装置であって、前記導光部材の厚さは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、本願第７の発明は、本願第６の発明において、前記反射面を形成する放物線の焦点は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る線状光源装置および画像読取用線状光源装置によれば、光源が導光部材の側面の光入射面に光を照射するように設けられるので、光源からの放射光を光入射面から導光部材の内部に効率よく入射させることができる。また、光源から入射された光は、反射面で側面に略平行に反射され、光出射面から均一な光を照射することができる。また、光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面を設けて光を反射させることにより、導光部材の厚さ方向の長さが短いままでも、２次反射面で側面と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができる。また、断面２次曲線からなる反射面と２次反射面を設けることによって、反射面の周囲の側面で反射された光を、２次反射面で導光部材の側面に略平行に反射することによって、さらに光を有効利用することができる。また、反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面から形成されることにより、光出射面から導光部材の厚さ方向に均一に光を反射させる。また、導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられることにより、光出射面から放射される光を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の線状光源装置の構成を示す説明図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ‘断面の中央部、すなわち、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’断面、すなわち、厚さ方向Ｚと幅方向Ｙを表す断面図である。
図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００１８】
また、図２に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する反射面１１２を有する。反射面１１２は、中央部１１２ａが光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線からなる。反射面１１２は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。
【００１９】
図２に示すように、光源３は、例えば樹脂よりなるパッケージ内部に、１つ乃至複数の青色ＬＥＤ素子が配置された青色ＬＥＤ３１と、青色ＬＥＤ３１を固定し外気から遮断して保護をするためのモールド材３３と、青色ＬＥＤ３１からの青色光を白色光に変換する蛍光体層３２を有して構成される。なお、一般に、ＬＥＤ素子は、光出力にバラツキがあるが、光源３に複数のＬＥＤ素子を配置した場合は、光源３の光出力が、個々のＬＥＤ素子の光出力に影響されず、一定の光出力を確保することができる。
【００２０】
光源３は、光を光入射面１１１に照射するように設けられ、例えば、シリコーンよりなる透光性の接合用樹脂３４で導光部材１の光入射面１１１に接合して設けられる。導光部材１は、光透過部材により形成され、光入射面１１１となる側面１１は導光部材１の長手方向Ｘにも、幅方向Ｙにも光源３に対して十分な長さを有する。これより、導光部材１は、光入射面１１１に光が照射されるように光源３を配置すれば、光源３から出射される光を覆うように配置することができる。このように、導光部材１と光源３を配置することによって、光源３から放射される光を、全て光入射面１１１から導光部材１の内部に効率よく入射させることができる。
【００２１】
図３は、図２（ａ）の断面図における光の反射経路を示した図である。反射面１１２は中心部１１２ａが対向する光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線に形成されている。さらに好ましくは、反射面１１２は光源３を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央部１１２ａを通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。光入射面１１１から入射した光（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）のうち、反射面１１２の斜面１１２ｂに照射された光（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）。また、この反射面１１２は、光源３を焦点に配置した放物線より形成されれば、理論上、光源３から放射された光は、反射面１１２で導光部材１の側面１１と略平行に反射される。
【００２２】
なお、光入射面１１１から反射面１１２の中央部１１２ａ近傍に入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は、反射せずに透過する。このため、反射面１１２の中央部１１２ａに入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は、光出射面１２１から出射する光として利用できない。しかし、反射面１１２の中央部１１２ａから透過する光Ａ１、Ａ２、Ａ３の影響は小さく、光の伝送効率は高い。また、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、反射面１１２の中央部１１２ａに入射した光Ａ１、Ａ２、Ａ３は透過せず、光入射面１１１から入射した光は全て反射面１１２で反射し、導光部材１の内部に伝送することができる。
【００２３】
このようにして、光源３より放射された光は反射面１１２で導光部材１の側面１１と略平行に伝送されるため、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。また、反射面１１２で反射された光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は、導光部材１の内部を長手方向Ｘに広がる指向性を有するものである。また、反射面１１２で反射された光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）が側面１１と接した場合でも、反射光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は側面１１と略平行に伝送されているので、側面１１と臨界角θｃより小さい角度で交わることはない。このため、反射光（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）は側面１１から透過することなく全反射して長手方向Ｘに進む。
【００２４】
図４は、図１に示す導光部材１の片側のみを示し、導光部材１の内部を側面１１と略平行に端面１３方向に広がる光が、光出射面１２１から出射されるまでの経路を示した図である。反射面１１２から光変向面１２２に達した光Ａ１は、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている光変向面１２２の表面で反射されて向きを変えて反射光Ａ２となる。光変向面１２２に表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光は入射角度によらず反射する。また、光変向面１２２は、反射面が凹凸面１２２ｃとなっているので、反射光の光出射面１２１に対する角度を変える機能を有する。さらに、光変向面１２２から反射されて光出射面１２１に達した光Ａ２は、その入射角θ１が臨界角θｃより小さいので、光出射面１２１を透過して透過光Ａ３となり、読取原稿面を照射する。
【００２５】
また、反射面１１２から光出射面１２１に達した光Ｂ１は、その光Ｂ１の入射角θ２が臨界角θｃより大きいので、光出射面１２１を全反射して反射光Ｂ２となる。そして、光変向面１２２に達した光Ｂ２は、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている光変向面１２２の表面で反射されて反射光Ｂ３となる。そして、光出射面１２１に達した光Ｂ３は、その入射角θ３が臨界角θｃより小さいので、光出射面１２１を透過して透過光Ｂ４となり、読取原稿面を照射する。
【００２６】
以上で説明したように、反射面１１２で反射された光Ａ１、Ｂ１は、光出射面１２１と光変向面１２２とで相互反射を繰り返し、導光部材１の端面１３の方向に導光され、光出射面１２１に対する入射角θが臨界角θｃより小さくなると、光出射面１２１を透過しＡ３、Ｂ４、読取原稿面を照射する。このように光源３から放射された光は、反射面１１２で導光部材１の厚さ方向に均一に反射され、導光部材１の端面１３の方向に導光され、光出射面１２１から均一な光を照射することができる。
なお、導光部材１と光源３よりなる線状光源装置を、長手方向Ｘに複数配置して、光出射面１２１の長手方向Ｘの長さを大きくすることができる。このように複数組み合わせた線状光源装置を用いれば、読取原稿面の大きな画像読取装置に対応することができる。
【００２７】
上記線状光源装置の数値例を挙げると以下のとおりである。
導光部材１は、透明アクリルよりなり、長手方向３３０ｍｍ、光出射面１２１から光変向面１２２までの幅の最大長さ（中央部）２４ｍｍ、最小長さ（端部）５ｍｍ、厚さ３．２ｍｍであり、光変向面１２２には、アルミニウムが蒸着され反射膜が形成される。また、反射面１１２は、中央部１１２ａの光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が０．８ｍｍとなる断面２次曲線である。光源３は、縦横１０ｍｍ、厚さ２ｍｍで、出力１６０ｌｍの白色光が出射される。
【００２８】
図５は、導光部材１と光源３の配置関係を示した説明図である。図５（ａ）は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが大きい場合を示した図であり、図５（ｂ）は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短い場合を示した図である。
これまでの説明における線状光源装置は、光源３が理想的な点光源であるとしているので、図３に示すように、反射面１１２の斜面１１２ｂあらゆる断面が光源３を焦点に配置した放物線により形成され、光源３をその斜面１１２ｂの放物線の焦点に配置する場合は、光源３から放射された光は、反射面１１２で側面１１と略平行に反射されるので、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができるとした。しかし、実際には、ＬＥＤより白色光を出射する光源３を完全な点光源とすることはできず、青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射することになる。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、光源３を青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射するとした場合は、青色ＬＥＤ３１の中心から出射する光Ａ１は、反射面１１２で側面１１と平行に出射されるが（Ａ２）、青色ＬＥＤ３１の中心から離間した位置から出射する光Ｂ１、Ｃ１は、反射面１１２で側面１１と平行に反射されるのではなく、側面１１に対して角度を有して反射する（Ｂ２、Ｃ２）。そのため、反射面１１２で反射された光Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、一定の領域Ｄ１に広がる。
【００３０】
図５（ｂ）においても、図５（ａ）と同様に、光源３を青色ＬＥＤ３１の存在する範囲から光を放射するとした場合は、青色ＬＥＤ３１の中心から出射する光Ａ３は、反射面１１２で側面１１と平行に出射されるが（Ａ４）、青色ＬＥＤ３１の中心から離間した位置から出射する光Ｂ３、Ｃ３は、反射面１１２で側面１１と平行に反射されるのではなく、側面１１に対して角度を有して反射する（Ｂ４、Ｃ４）。そのため、反射面１１２で反射された光Ａ４、Ｂ４、Ｃ４は、一定の領域Ｄ２に広がる。
【００３１】
しかし、図５（ａ）に示されている反射面１１２で反射された光Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の領域Ｄ１よりも、図５（ｂ）に示されている反射面１１２で反射された光Ａ４、Ｂ４、Ｃ４領域Ｄ２の方が大きくなる。図５（ａ）は、図５（ｂ）より導光部材１の厚さ方向Ｚが大きい場合を示したものであり、導光部材１の厚さ方向Ｚが大きい方が、反射面で反射された光が広がる領域が小さくなることがわかる。すなわち、断面が放物線よりなる反射面１１２から光源３が配置された位置までの距離が長い方が、反射面１１２の反射光の広がる領域が狭くなる。これより、光源３は、反射面１１２からなるべく離して配置し、反射面１１２から光源３までの距離を長くとる方が、反射面１１２で側面１１と略平行に光を反射する理想的な反射光を実現することができることがわかる。
【００３２】
光源３を反射面１１２から離して配置するためには、図５（ａ）に示すように、導光部材１の厚さを大きくすれば良い。しかし、線状光源装置を高輝度化するために導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを小さくする要求もあり、導光部材１の厚さは、光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さにあわせて、４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。このため、図５（ａ）に示すように、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを大きくし、光源３を反射面１１２までの距離を長くとるように配置することはできない。
【００３３】
通常、画像読取装置の照明用光源として、厚さ方向Ｚに必要とされる読み取り幅は１ｍｍにも満たない。画像読取装置に組み込まれた線状光源装置は、読取原稿面との機械的な位置決めを容易にするために、厚さ方向Ｚの照明幅を３〜４ｍｍ程度とする。このような狭い幅に効率よく照射するために、光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。一方、画像読取装置に組み込まれた線状光源装置は、長手方向Ｘに必要とされる照明幅が３００ｍｍ以上であるので、光出射面１２１の長手方向Ｘの長さも３００ｍｍ以上必要となる。また、導光部材１は、厚さが薄い長尺状で、アクリル樹脂やポリカーボネード等の透明樹脂より形成されるので剛性に乏しい。導光部材１は、剛性を確保し、反りを防止するために、厚さ方向Ｚの長さを２ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上としなければならない。
【００３４】
なお、線状光源装置を高輝度化するには光出射面１２１の面積を小さくすればよい。光出射面１２１側の導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを小さくし、光変向面１２２側の導光部材１の厚さ方向Ｚの長さを大きくし、導光部材１の側面をテーパ状にして、剛性を確保すると共に高輝度化することも考えられる。しかし、導光部材１の側面をテーパ状に形成すると、反射面１１２で導光部材１の厚さ方向Ｚに均一になるように導光された光は、側面１１で反射する度に反射角度が変わり、反射光の広がる領域が大きくなり、光出射面１２１から放射する光も広がる。このため、光出射面１２１側の厚さを薄くして光出射面１２１の面積を小さくしても、光出射面１２１から放射する光も広がるため、線状光源装置を高輝度化できない。これより、導光部材１の側面１１にテーパを設けることは好ましくないことがわかる。側面１１は光出射面１２１の厚さ方向Ｚの長さに合わせて長手方向Ｘに平行な面とし、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない。
【００３５】
図６は、図２（ａ）に示す長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、導光部材１と光源３を離間して配置した場合を示す図である。光源３と導光部材１を接合する接合用樹脂３４の厚さを大きくすることにより、光源３を導光部材１と離間して配置することができる。これより、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短いままでも、光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置し、反射面１１２で側面１１と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができる。そして、光源３より放射された光は反射面１１２で側面１１と略平行に伝送されるため、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。ただし、離間距離Ｈは、導光部材１の光入射面１１１と、光源３の蛍光体層３２の青色ＬＥＤ３１の接面までの、厚さ方向Ｚの長さをいう。
【００３６】
また、光源３を導光部材１から離して配置する、つまり、反射面１１２を形成する放物線と光源３が配置されている放物線の焦点との距離を大きくすると、放物線の傾きが大きくなる。これに伴い、反射面１１２の斜面１１２ｂの傾きを大きくしなければならない。しかし、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さは４ｍｍ以下、好ましくは３．５ｍｍ以下としなければならない制限があるため、反射面１１２の斜面１１２ｂの傾きが大きくなると、反射面１１２の長手方向Ｘへの広がりは小さくなる。すなわち、側面１１に形成できる反射面１１２の領域が小さくなる。反射面１１２の領域が小さくなると、反射面１１２の領域内に照射できる光量が減少し、反射面１１２で側面１１と略平行に反射される光量が減少する。
【００３７】
光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置し、反射面１１２で側面１１と略平行に光を反射できる状態としても、離間距離Ｈを大きくしすぎると、反射面１１２の領域が小さくなり、反射面１１２で側面１１と略平行に反射される光量が減少してしまう。以上より、光源３の蛍光体層３２から導光部材１の光入射面１１１の離間距離Ｈは、側面１１と略平行に光を反射できるが、その光量が減少して照度を落とさない程度の適切な範囲内にする必要がある。離間距離Ｈには、導光部材１の厚み、光源３の出力範囲等によって適切な範囲がある。例えば、導光部材１の厚みが、３〜４ｍｍで青色ＬＥＤ３１の存在する範囲が数ｍｍであるような範囲においては、離間距離Ｈは０．８〜３．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３８】
光源３から放射される光は、放射角度θが４２°以下の光Ａ１が、光強度が大きく、反射面１１２の径Ｒの単位長さあたりの光量も放射角度θが２２°〜４２°の範囲で大きい。また、アクリル樹脂の全反射の臨界角θｃは約４２°なので、入射角度θが４２°以下の光Ａ１が反射面１１２達したとき、その照射部分Ａ２に断面２次曲線からなる反射面１１２が形成されていなければ、光が透過してしまう。反射面１１２は、少なくとも導光部材１に対する入射角度θが４２°以下の光Ａ１を反射するように形成されなければならない。ここで、光源３の蛍光体層３２の青色ＬＥＤ３１の接面から、反射面１１２を有する側面１１までの、厚さ方向Ｚの長さをＹとし、反射面１１２の斜面１１２ｂの変曲点から、中央部１１２ａまでの、長手方向Ｘの長さをＲとする。反射面１１２が光Ａ１を反射するためには、Ｒ／Ｙは０．９以上でなければならない。ｔａｎ（４２°）が０．９だからである。
【００３９】
厚さが４ｍｍで、Ｒ／Ｙが０．９以上となる導光部材１において、反射面１１２の斜面１１２ｂが、光源２を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央部１１２ａを通り厚さ方向Ｚに伸びる軸に対して回転させた面から構成されるときは、その放物線の焦点Ｆは２．０ｍｍ以下となる。
また、高照度で読取原稿面を照射するためには、広がりの小さい指向性の高い線状光源が求められる。一般に、導光部材１の光出射面１２１から読取原稿面までの離間距離は３〜１０ｍｍであり、このような場合には、反射面１１２の斜面１１２ｂを形成する放物線の焦点Ｆは０．５ｍｍ以上が好ましいことが、諸実験等により経験上得られている。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられた場合を示す図である。第２の実施形態も、反射面１１２、２次反射面１１３以外は第１の実施形態と同様に構成される。すなわち、図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００４１】
ただし、図７に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する平面状の反射面１１２とを有し、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられる。２次反射面１１３は、光入射面１１１側から長手方向Ｘにむかって、反射面１１２との厚さ方向Ｚの離間距離が大きくなる断面２次曲線からなる。反射面１１２および２次反射面１１３は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２および２次反射面１１３に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。なお、反射面１１２から２次反射面１１３に照射する光は、２次反射面１１３に臨界角θｃより大きな角度で入射することになるので、反射膜は形成しなくてよい。
【００４２】
光入射面１１１から入射した光Ａ１、Ｂ１は、反射面１１２で反射され、反射光Ａ２、Ｂ２が２次反射面１１３に照射する。２次反射面１１３に照射された光Ａ２、Ｂ２は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ａ３、Ｂ３）。２次反射面１１３は、光源３を反射面１１２に対して対称に配置した光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線を、光入射面１１１の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１１ａに対して回転させた面より形成されることが好ましい。２次反射面１１３が、光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線より形成されれば、理論上、光源３から放射された光は、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１と略平行に反射される。
【００４３】
光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３を設け、反射面１１２で反射された光を、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１に略平行に反射させることによって、２次反射面１１３を形成する放物線を、第１の実施形態の反射面１１２の放物線よりも傾斜をなだらかにすることができる。これより、導光部材１の厚さ方向Ｚの長さが短いままでも、図６に示すように、第１の実施形態において光源３を反射面１１２から離間距離Ｈを設けて配置する場合と同様の効果が得られる。すなわち、２次反射面１１３で側面１１と平行に光を反射できる理想的な状態とすることができ、導光部材１の厚さ方向Ｚに均一に光を反射させることができる。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は、長手方向Ｘと厚さ方向Ｚを表す断面図において、光入射面１１１に対向して他方の側面１１に断面２次曲線からなる反射面１１２と、光入射面１１１の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面１１３が設けられた場合を示す図である。第３の実施形態も、２次反射面１１３以外は第１の実施形態と同様に構成される。図１に示すように、線状光源装置は、透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３より構成される。導光部材１は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１と、幅方向Ｙに対向する縁面１２と、長手方向Ｘに対向する端面１３より構成される。縁面１２は、光が射出する光出射面１２１、光出射面１２１に対向する光変向面１２２を有する。光変向面１２２は、好ましくは表面に金属の蒸着等により反射膜が形成され、その中央部１２２ｂから長手方向Ｘに向かうにつれ、光出射面１２１との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面円弧形状の凹溝を形成した凹凸面１２２ｃとなっている。
【００４５】
ただし、図８に示すように、側面１１は、光源３からの光が照射される光入射面１１１と、光入射面１１１に対向する反射面１１２とを有し、光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３が設けられる。反射面１１２は、中央が光入射面１１１に近接し、光入射面１１１の厚さ方向Ｚとの離間距離が小さくなる断面２次曲線からなる。好ましくは、光源３を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。２次反射面１１３は、光入射面１１１側から長手方向Ｘにむかって、対向する側面１１との厚さ方向Ｚとの離間距離が大きくなる断面２次曲線からなる。好ましくは、光源３を対向する側面１１の平面に対して対称に配置した光源３の虚像３´を焦点に配置した放物線を、反射面１１２の中央を通り厚さ方向Ｚに伸びる軸１１２ｃに対して回転させた面である。
【００４６】
反射面１１２および２次反射面１１３は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用している。反射面１１２および２次反射面１１３に対して、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光は全反射される。なお、反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１１２の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。
反射面１１２の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成する場合は、光の入射角によらず光を反射することができるが、反射膜を形成しない場合は、導光部材１の臨界角θｃより大きな角度で入射する光しか導光できない。第２の実施形態では反射面１１２が平面状に形成されるため、反射膜を形成しない場合は、光源３からの出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光はほとんど利用することができない。しかし、第３の実施形態のように反射面１１２を断面２次曲線となるように形成すれば、反射膜を形成しない場合でも、出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光も、反射面１１２に対して臨界角θｃより大きい角度で入射するため、導光部材１の内部を導光させることができる。
【００４７】
光入射面１１１から入射した光Ａ１、Ｂ１のうち、反射面１１２で反射された光Ａ２は、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射され、反射面１１２の周囲の側面１１で反射された光Ｂ２は、２次反射面１１３に照射され（Ｂ２）、導光部材１の側面１１に略平行に３６０°全方向に平面的に反射される（Ｂ３）。
光入射面１１１の周囲に２次反射面１１３を設けることにより、反射面１１２の周囲の側面１１で反射された光を、２次反射面１１３で導光部材１の側面１１に略平行に反射させることができ、第１の実施形態よりさらに光を有効に利用することができる。また、第２の実施形態のように反射面１１２を平面に形成したときと比較すると、反射膜を形成しない場合でも、光源３からの出射角θが臨界角θｃより小さい角度の光も、反射面１１２で反射され、有効に利用することができる。
【００４８】
本発明の第４の実施の形態について説明する。図９は、図１に示す導光部材１の片側のみを示し、光変向面１２２に局面１２２ｃを設け、側面１１に曲線状孔２２が設けられた場合を示す図である。なお、光源３からの入射光を長手方向Ｘに導光する方法は、第１〜３の実施形態のいずれでもよい。局面１２２ｃは、光変向面１２２の中央部１２２ｂが光出射面１２１に近接して形成される。曲線状孔２２は、側面１１に、曲面１２２ｃに対応して、図５に示される光入射面１１１から反射面１１２に貫くように設けられている。
【００４９】
図９に示すように、導光部材１に曲面１２２ｃと曲線状孔２２を設け、これらの断面で光が反射されるようにしている。反射面１１２から光出射面１２１向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１を、それぞれ曲線状孔２２、曲面１２２ｃで反射し、長手方向Ｘに向かう光Ａ２、Ｂ２に変換することができる。
【００５０】
導光部材１に曲面１２２ｃと曲線状孔２２を設けるのは、以下の理由による。反射面１１２から光出射面１２１に向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１は、長尺方向Ｘに向けて反射された光Ｃ１に比べて拡散されにくい。光出射面１２１に向けて反射された光Ａ１や光変向面１２２に向けて反射された光Ｂ１が拡散されずに伝送されると、光出射面１２１の中央部１２１ａに光が集まり、均一に光を照射することができなくなるからである。
【００５１】
曲面１２２ｃと曲線状孔２２は、楕円または放物線の一部として形成されるように設けられる。曲線状孔２２または曲面１２２ｃで反射した光Ａ２、Ｂ２は、この楕円内もしくは放物線内に集光される。図９に示す例では、曲面１２２ｃと曲線状孔２２は楕円４１の一部として形成するように設けられる。この楕円４１の長軸４２の長さＬ１は、側面１１の中央部１１ａから端面１３までの長さＬ２に略一致し、楕円４１の焦点と側面１１の中央部１１ａが略一致するように形成される。
【００５２】
曲面１２２ｃと曲線状孔２２が形成する楕円４１の長軸４２は、側面１１の中央部１１ａを通り長手方向Ｘに平行な線に対し、α傾いている。αは楕円４１の長軸４２の傾き角度であり、αを変えることにより、曲面１２２ｃと曲線状孔２２で反射される光の向きを変えることができる。これにより、光出射面１２１から放射される光の照度分布を調整して均一化することができる。例えば、長軸４２の傾き角度αを小さくすれば、光Ａ１、Ｂ１を、導光部材１の長手方向Ｘに伝送しＡ２、Ｂ２、光出射面１２１の端面１３近傍の光量を補うことができる。また、長軸４２の傾き角度αを大きくすれば、光出射面１２１の中央部１２１ａ周辺の光量を補うことができる。
【００５３】
図１０は、図１に示す導光部材１の中央のみを示し、光変向面１２２に局面１２２ｃを設け、側面１１に曲線状孔２２、光遮断孔２３、光拡散孔２４、光補助孔２５が設けられた図である。光遮断孔２３、光拡散孔２４、光補助孔２５は、光出射面１２１から放射される光を均一化するために設けられる。光遮断孔２３は、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面Ｖ字状の孔である。光出射面１２１に導光部材１の臨界角θｃより小さい角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１を反射するために設けられる。光拡散孔２４は、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面円状の複数の孔が光出射面１２１に沿って２段に配置されたものである。側面１１の中央部１１ａから放射される光Ｂ１を、光拡散孔２４で反射して拡散し、光出射面１２１から光Ｂ３、Ｂ４を放射する。光補助孔２５は、曲線状孔２２の長手方向Ｘの端部２２ａの近傍で、曲線状孔２２よりも幅方向Ｙに光入射面１１１から離間する位置に設けられ、光入射面１１１から反射面１１２に貫く断面曲線状の孔である。
【００５４】
光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１は、光遮断孔２３がなければ、反射や拡散されることなく光出射面１２１を透過し、線状光源から発する光として放射する。光の強度は、導光部材１の内部での伝送距離に比例して小さくなる。そのため、光出射面１２１は、反射面１１２から直接に光が透過される中央部１２１ａが明るく、反射面１１２から反射等されて長手方向Ｘに導光された光が透過する端面１３近傍が暗くなる。均一な明るさで光を出射する線状光源を作るためには、光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１を拡散する必要がある。
【００５５】
光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１は、光遮断孔２３で反射され反射光Ａ２、Ｂ２となる。そして、反射光Ａ２は長手方向Ｘに導光される。しかし、光出射面１２１に対して臨界角θｃ以下の角度θａ、θｂで入射する光Ａ１、Ｂ１の全てを光遮断孔２３で反射し、反射光Ａ２のように長手方向Ｘに導光すると、光出射面１２１の中央部１２１ａから光が出射しなくなり、中央部１２１ａが他と比べて照度が落ちてしまう。そのため、光遮断孔２３は、曲線状孔２２の間に隙間を設け、光遮断孔２３と曲線状孔２２の間から、反射面１１２の反射光Ｂ２が光出射面１２１に導光され、出射光Ｂ３、Ｂ４が生じるように形成される。
【００５６】
光遮断孔２３と曲線状孔２２の隙間から出射した光Ｂ２は、光拡散孔２４で拡散され、光出射面１２１から均一な明るさの光Ｂ３、Ｂ４を照射する。また、光拡散孔２４は、光遮断孔２３と曲線状孔２２の隙間から出射した光Ｂ２を拡散する機能があればいいので、光出射面１２１の対応する部分に拡散シートを貼付することなどで代用することもできる。
【００５７】
導光部材１に曲線状孔２２、光遮断孔２３、光拡散孔２４を設けて光源３を点灯したところ、光出射面１２１の曲線状孔２２の終端付近１２１ｂが暗くなることがわかった。曲線状孔２２に案内された光は楕円内に集光され、また、光拡散孔２４で拡散されて光出射面１２１から出射する光Ｂ３、Ｂ４も終端付近１２１ｂには届かないからである。そこで、光補助孔２５を設け、曲線状孔２２に案内された光Ｃ１を光補助孔２５で反射して反射光Ｃ２とし、終端付近１２１ｂから出射する光Ｃ３となるようにする。光補助孔２５を設けることにより、光出射面１２１の曲線状孔２２の終端付近１２１ｂから出射する光Ｃ３が導光され、光出射面１２１からより均一な明るさの光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図２】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図３】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図４】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図５】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図６】本発明の線状光源装置の構成を示す説明図
【図７】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図８】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図９】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図１０】本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図
【図１１】従来の線状光源装置の説明図
【図１２】従来の線状光源装置の断面図
【符号の説明】
【００５９】
１ 導光部材
１１ 側面
１１ａ 中央部
１１１ 光入射面
１１２ 反射面
１１２ａ 中央部
１１２ｂ 斜面
１１３ ２次反射面
１２ 縁面
１２１ 光出射面
１２１ａ 中央部
１２１ｂ 終端付近
１２２ 光変向面
１２２ａ 光入射部
１２２ｂ 凹凸面
１２２ｃ 曲面
１３ 端面
２１ 孔
２２ 曲線状孔
２３ 光遮断孔
２４ 光拡散孔
２５ 光補助孔
３ 光源
３１ 青色ＬＥＤ
３２ 蛍光体層
３３ モールド材
３４ 接合用樹脂
４１ 楕円
４２ 長軸
４３ 焦点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする線状光源装置。
【請求項２】
前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
【請求項３】
前記反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面からなることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
【請求項４】
長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする線状光源装置。
【請求項５】
前記導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられる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線状光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の線状光源装置であって、前記線状光源装置の導光部材の厚さは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする画像読取用線状光源装置。
【請求項７】
前記反射面を形成する放物線の焦点は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の画像読取用線状光源装置。
【請求項１】
長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面に対向して他方の側面に断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする線状光源装置。
【請求項２】
前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
【請求項３】
前記反射面は、光源を焦点に配置した放物線を、前記反射面の中央部を通り導光部材の厚さ方向に伸びる軸に対して回転させた面からなることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
【請求項４】
長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面と、光出射面に対向する光変向面とを有し、前記導光部材の一方の側面に前記光源からの光が照射される光入射面が設けられ、前記光入射面の周囲に断面２次曲線からなる２次反射面が設けられ、前記光入射面より入射した光を前記導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする線状光源装置。
【請求項５】
前記導光部材の側面には、前記光入射面から前記反射面に貫く孔が複数設けられる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線状光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の線状光源装置であって、前記線状光源装置の導光部材の厚さは、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることを特徴とする画像読取用線状光源装置。
【請求項７】
前記反射面を形成する放物線の焦点は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の画像読取用線状光源装置。
【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２００８−３５４６２（Ｐ２００８−３５４６２Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７５５４（Ｐ２００６−２９７５５４）
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１日（２００６．１１．１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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