JP2002125098A - ライン照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 散乱光を原稿読取面に効率良く集光させるこ
とのできるライン照明装置を提供する。 【解決手段】 発光ダイオード等の光源からの光を長手
方向（主走査方向）へ導光するとともに光散乱パターン
Ｐによって散乱光を発生させる導光部１１と、この導光
部から出射された散乱光を原稿読取面に集光させる集光
部１２とを独立に成形し、導光部１１と集光部１２とを
密着させた状態で導光体ケース１３に収納する。光散乱
パターンＰは、楕円面からなる反射曲面の焦点位置に設
ける。導光部の断面積を狭くして導光部内部を伝搬する
光の密度を向上させることで、散乱光の強度を向上させ
ることができる。集光部は、その大きさおよび形状を集
光効率を優先して設定することができるので、集光効率
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密着型イメージセン
サ（ＣＩＳ）に用いられるライン照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】密着型イメージセンサは、縮小光学系の
イメージセンサと比較して、部品点数が少なく、光学構
成要素のセンサとレンズアレイとを近接して配置できる
ため、比較的薄くできるメリットがある。このため、密
着型イメージセンサは、ファクシミリ、コピー機、スキ
ャナ等で原稿を読み取るための装置として用いられてい
る。密着型イメージセンサには、原稿読取面を主走査方
向に亘って線状に照明するためのライン照明装置が設け
られている。このライン照明装置として、導光体を用い
たものが知られている。

【０００３】図１１は従来のライン照明装置を備えた密
着型イメージセンサの断面図、図１２は従来の導光体の
断面形状例を示す図、図１３および図１４は光散乱パタ
ーンの具体例を示す斜視図である。

【０００４】図１１に示すように密着型イメージセンサ
１０１は、筺体１０２を備え、この筺体１０２内にライ
ン照明装置１１０を組み込み、また、筺体１０２内に等
倍結像レンズとしてのレンズアレイ（ロッドレンズアレ
イ）１０３を配置し、更に、筺体１０２の下部にライン
イメージセンサ（光電変換素子）１０４を設けたセンサ
基板１０５を取り付けて構成されている。ライン照明装
置１１０は、導光体１１１と、導光体ケース１１２と、
図示しない発光源を備えた発光源基板とからなる。この
密着型イメージセンサ１０１は、導光体１１１の出射面
１１１ａから出射された出射光（照明光）を、カバーガ
ラス１０６を通して原稿の読取面に入射せしめ、その反
射光をレンズアレイ１０３を介してラインイメージセン
サ１０４にて検出することで、原稿を読み取る。

【０００５】上記導光体１１１はガラスや透明樹脂等に
て形成されている。上記導光体１１１の長さ方向と直交
する方向の断面形状は、図１２に示すように、略１／４
楕円の長軸側先端を面取りした形状である。図１２
（ａ）は略１／４楕円の長軸側先端を楕円の焦点を含む
直線で４５度に面取りしたものを、図１２（ｂ）は楕円
の長軸方向と平行な直線に対して９０度に面取りしたも
のを示している。符号１１１ａは楕円の短軸と平行な出
射面、符号１１１ｂは楕円の長軸と平行な面、符号１１
１ｃは反射曲面（楕円面）、符号１１１ｄは面取面であ
る。

【０００６】上記導光体１１１には、散乱光を発生させ
るための光散乱パターンＰが形成されている。図１３は
導光体１１１の楕円の長軸方向と平行な面に光散乱パタ
ーンＰを形成した例を示す。図１４は導光体１１１の前
記面取した面に光散乱パターンＰを形成した例を示す。
光散乱パターンＰは、白色塗料を印刷することで形成し
ている。なお、導光体１１１の表面を例えばレーザ加工
等によって荒すことで光散乱パターンＰを形成するよう
にしてもよい。

【０００７】そして、上記導光体１１１の長手方向の端
面には、図示しない発光源基板が取り付けられている。
図示しない発光源基板には、発光源として例えば面実装
型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が１または複数個実装さ
れている。なお、発光源は導光体１１１の両側にそれぞ
れ設けるようにしてもよいし、導光体１１１の一方側に
のみ設けるようにしてもよい。

【０００８】図示しない発光源からの照明光（入射光）
は、導光体１１１の端面から導光体１１１内部に入射さ
れる。入射された光は導光体１１１の内面で反射されな
がら長手方向へ導光される。そして、長手方向へ導光さ
れた光は光散乱パターンＰによって散乱され、この散乱
された光が出射光として出射される。

【０００９】従来のライン照明装置１１０は、導光体１
１１を例えば白色の導光体ケース１１２で覆うことで、
外部に漏れた光を導光体ケース１１２で反射させ、導光
体１１１の内部に戻すことで、散乱光の損失を低減し、
これにより出射光の強度を向上させている。また、光散
乱パターンＰの配設間隔や面積を発光源１１３からの距
離に対応して異ならしめることで、出射光の強度が導光
体の長手方向（主走査方向）に亘って均一になるように
している。さらに、導光体１１１に楕円曲面からなる反
射曲面１１１ｃを備えるとともに、楕円の焦点位置近傍
に光散乱パターンＰを形成することで、図１１に示すよ
うに、光散乱パターンＰによって散乱された散乱光が反
射曲面１１１ｃで反射され、原稿読取領域（レンズアレ
イ１０３の真上にあたる原稿読取面）に集光されるよう
にしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】楕円断面形状の導光体
を用いて照射面（原稿面）への集光効率を上げる為に
は、楕円面を深くし、焦点位置からの散乱光を多く反射
・集光する必要がある。しかしその場合、導光体の断面
積が増えるので導光体内部の伝搬光の密度は下り、光散
乱パターンで発生する散乱光の強度が弱まるというトレ
ードオフがある。すなわち、従来の導光体は、端面から
入射された光を長手方向に導光しながら光反射パターン
によって散乱光を発生させる導光・光散乱機能と、散乱
光を反射曲面（楕円面）で反射させて出射面から出射さ
せることで出射光を原稿面に集光させる集光機能とを単
一の部材で構成しているために、導光・散乱性能の向上
と集光性能の向上とを独立に図ることが困難である。

【００１１】また、出射光量アップの為、光散乱パター
ンの面積を広くする方法が従来から用いられている。し
かしながら、主走査方向の光強度の均一性を確保する必
要があるために光散乱パターンの長さ寸法（主走査方向
の寸法）は制約される。光散乱パターンの幅（図１４の
符号Ｗ）を増すことが考えられるが、偏平な楕円であれ
ばある程、集光ポイント以外への発散光の増大を招き、
光量アップには余り寄与しない。

【００１２】図１４に示した導光体１１１を図１１に示
した密着型イメージセンサ１０１に組み込んだ際の光強
度特性を図３に示す。導光体１１１は、長軸が１０．６
ｍｍ、短軸が３．５ｍｍの１／４楕円で、面取り幅は
０．６ｍｍである。カバーガラス１０６の板厚は４ｍ
ｍ、導光体出射端とカバーガラスとの空間距離は２．５
ｍｍである。図３において、グラフの横軸は副走査方向
変位であり、レンズアレイ１０３の光軸位置を０とし、
導光体１１１側をマイナスの値で、反対側をプラスの値
で示している。グラフの縦軸は光強度で、原稿読取面に
おける光強度を示している。丸印で示した特性は光散乱
パターンＰの幅Ｗを０．３ｍｍとしたときの光強度特
性、四角印で示した特性は光散乱パターンＰの幅Ｗを
０．６ｍｍとしたときの光強度特性である。この場合、
光散乱パターンＰの幅を増やしても楕円の焦点から多く
ズレた位置からの散乱光は、原稿読取面とレンズアレイ
１０３の光軸との交点には集光せずに拡散する。その結
果、交点（副走査方向変位が０の位置）における光強度
はむしろ低下している。

【００１３】一方、集光ポイント（レンズアレイ１０３
の光軸真上の原稿読取面）に精度良く集光するために
は、楕円はある程度偏平でない方（円に近い方）が良
く、かつ寸法は大きい方が良い。偏平でない方が散乱点
の焦点位置ズレに対してトレランスがあり、光散乱パタ
ーンの幅を増やしてもある程度は集光ポイントの光量ア
ップに寄与する。しかしながら、円に近づけると散乱光
が楕円曲面で全反射しないという問題も出てくる。ま
た、導光体の寸法を大きくすると、成形に時間がかかり
「ひけ」が生じやすいという問題が発生する。

【００１４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、導光体内部を伝搬する光の密度を上げ
ることで、幅の狭い光散乱パターンでも強い散乱光を発
生させ、かつ、その散乱光を原稿読取面に効率良く集光
させることのできるライン照明装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係るライン照明装置は、端面から入射された光
源からの光を長手方向へ導光するとともに、長手方向に
沿って形成された光散乱パターンによって光を散乱さ
せ、長手方向に沿って形成された出射面から出射せしめ
る導光部と、この導光部の出射面から出射された光を原
稿の読取面に集光させる集光部とを備え、導光部と集光
部とは密着または近接させて配置される。

【００１６】本発明に係るライン照明装置は、従来の導
光体を導光部と集光部とに分割する構造としたので、導
光部の断面積を狭くして導光部内部を伝搬する光の密度
を向上させることができ、これにより散乱光の強度を向
上させることができる。また、集光部は導光部から出射
された散乱光を原稿読取面に集光させる機能のみを備え
ればよい。したがって、集光部の大きさおよび形状は集
光効率のみを考慮して設定することができ、集光効率を
向上させることができる。

【００１７】なお、集光部は、導光部の出射面から出射
された光を反射させ、原稿の読取面に集光させる反射曲
面（楕円面）を備える構成とするのが望ましい。反射曲
面（楕円面）を備えることで、導光部から出射された散
乱光を原稿読取面に効率よく集光させることができる。

【００１８】さらに、導光部および集光部は、原稿照明
光の出射面を除いて、導光体ケースで覆う構成としても
よい。導光部および集光部を導光体ケースで覆うこと
で、外部に漏れた光を導光体ケースで反射させ、導光部
および集光部に戻すことができる。これにより、散乱光
の損失を低減し、原稿照明光の光強度を向上させること
ができる。

【００１９】また、光源は前記導光部の一端にのみ設け
た構成としてもよい。この場合において、他端には反射
手段を設けるか、反射手段を設けない場合には導光部の
長手方向に沿って形成される光散乱パターンの密度を、
導光部の他端に向かうほど増加せしめる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るライン照
明装置の第１実施例を示す断面図、図２は図１に示した
ライン照明装置を備えた密着型イメージセンサの断面
図、図３は図２に示した密着型イメージセンサにおける
原稿照明光の光強度特性のグラフである。

【００２１】図１に示すように、本発明に係るライン照
明装置１０は、図１４に示した従来の導光体を、楕円の
短軸と略平行に図示の左右に２分割し（導光部１１と集
光部１２とに分割し）、分割した導光部１１と集光部１
２とを密着させてなる。導光部１１と集光部１２との断
面積の比率はおよそ１：１である。導光部１１の長手方
向の端面には、ＬＥＤ等の発光源を備えた発光源基板
（図示しない）が設けられている。符号１１ａは導光部
１１の散乱光の出射面、符号１１ｂは導光部１１の楕円
の長軸と平行な面、符号１１ｃは導光部１１の反射曲面
（楕円面）、符号１１ｄは面取面、符号Ｐは光散乱パタ
ーンである。符号１２ａは集光部１２の出射面、符号１
２ｂは集光部１２の楕円の長軸と平行な面、符号１２ｃ
は集光部１２の反射曲面（楕円面）、符号１２ｄは散乱
光の入射面である。

【００２２】図２に示すように、本発明に係るライン照
明装置１０は、図１に示した導光部１１と集光部１２と
密着させた状態で導光体ケース１３に収納してなる。導
光部１１の長手方向の端面に設けられた図示しない発光
源からの光は、導光部１１の端面から導光部１１内に入
射される。この入射された光は、導光部１１の各内面
（１１ａ〜１１ｄ）で全反射されながら導光部１１の長
手方向（図１において紙面垂直方向）へ伝搬される。そ
して、伝搬される光は面取面１１ｄに形成された光散乱
パターンＰによって散乱される。導光部１１と集光部１
２とは境界面で光学的に密着していないため、集光部１
２には主に導光部１１の光散乱パターンＰからの散乱光
が入射され、反射曲面（楕円面）で反射されて原稿面に
集光される。

【００２３】なお、図２において、符号１は本発明に係
るライン照明装置１０を備えた密着型イメージセンサ、
符号２は筺体、符号３はレンズアレイ、符号４はライン
イメージセンサ、符号５はセンサ基板、符号６はカバー
ガラスである。

【００２４】また、図２では、反射曲面が図示の左側に
なるようライン照明装置１０を配置する例を示したが、
ライン照明装置１０はその反射曲面がレンズアレイ３に
近い側になるように配置してもよい。

【００２５】図２に示した本発明に係るライン照明装置
１０を備えた密着型イメージセンサ１の原稿面の副走査
方向光強度分布は、図３において黒丸印で示す特性とな
った。従来の導光体を導光部１１と集光部１２とに２分
割したことによって、導光部１１内の伝搬光の密度が約
２倍となり、散乱光の強度がアップされたため、原稿面
の光強度のピークが上がっている。また、集光ポイント
からズレた位置の光強度は小さくなっており、集光効率
が改善されていることがわかる。

【００２６】図４は本発明に係るライン照明装置の第２
実施例を示す断面図、図５は図４に示したライン照明装
置を備えた密着型イメージセンサの断面図である。図４
に示すライン照明装置２０は、図１３に示した従来の導
光体を、楕円の長軸と略平行に図示の上下に２分割し
（導光部２１と集光部２２とに分割し）、分割した導光
部２１と集光部２２とを密着させてなる。導光部２１の
長手方向の端面には、ＬＥＤ等の発光源を備えた発光源
基板（図示しない）が設けられている。光散乱パターン
Ｐは、楕円の長軸と平行な面２１ｂで楕円の焦点位置近
傍に設けている。なお、符号２１ａは導光部２１の散乱
光の出射面、符号２１ｂは楕円の長軸と平行な面、符号
２１ｃは楕円の短軸と平行な面、符号２１ｄは面取面、
符号２１ｅは導光部２１の楕円曲面である。符号２２ａ
は集光部２２の入射面、符号２２ｂは反射曲面（楕円
面）、符号２２ｃは原稿照明光の出射面である。

【００２７】図４に示すライン照明装置１０は、反射曲
面（楕円面）の曲率を大きくして（反射曲面（楕円面）
をより円に近い形状にして）、集光効率を向上させてい
る。ここで、このライン照明装置１０は、全体の断面形
状を図示の略上下方向に分割して、導光部２１と集光部
２２と形成している。このため、各部２１，２２の断面
形状を薄くすることができ、これにより成形を容易にし
ている。

【００２８】図５に示すように、ライン照明装置２０
は、導光部２１と集光部２２とを密着させた状態で導光
体ケース２３に収納してなる。導光部２１の長手方向の
端面に設けられた図示しない発光源からの光は、導光部
２１の端面から導光部２１内に入射される。この入射さ
れた光は、導光部２１の各内面で全反射されながら導光
部２１の長手方向（紙面垂直方向）へ伝搬される。そし
て、伝搬される光は光散乱パターンＰによって散乱され
る。導光部２１と集光部２２とは境界面で光学的に密着
していないため、集光部２２には主に導光部２１の光散
乱パターンＰからの散乱光が入射され、反射曲面（楕円
面）で反射されて原稿面に集光される。

【００２９】図６は本発明に係るライン照明装置の第３
実施例を示す断面図である。図６に示すライン照明装置
３０は、断面形状が略１／２楕円の導光部３１と、前記
導光部３１を肉抜きしてなる反射部３２と、導光部３１
および反射部３２を覆う導光体ケース３３と、導光部３
１の長手方向の端面に設けられた発光源ＬＥＤおよび発
光源ＬＥＤを備えた発光源基板（図示しない）とからな
る。なお、導光体ケース３３を設けない構成としてもよ
い。光散乱部Ｐは、導光部３１の楕円の短軸と平行な面
であって楕円の焦点位置に設けられている。なお、集光
部３２は、導光部３１が装着される部分が肉抜きされた
形状であるので、成形がし易い。

【００３０】発光源ＬＥＤからの光は導光部３１を伝搬
し、光散乱パターンＰによって散乱された光は集光部３
２に入射され、集光部３２の反射曲面（楕円面）で反射
され、出射面３２ａから出射されて、原稿読取面に集光
される。

【００３１】図７は本発明に係るライン照明装置の第４
実施例を示す図である。図７（ａ）に示すライン照明装
置４０Ａは、反射曲面（楕円面）４２ｃの焦点位置が面
取面４２ｄに形成された集光部４２Ａに対して、上記面
取面４２ｄに導光部４１の出射面４１ａを接合させたも
のである。図７（ｂ）に示すライン照明装置４０Ｂは、
反射曲面（楕円面）４２ｃの焦点位置が楕円の長軸に平
行な面４２ｂの先端側に形成された集光部４２Ｂに対し
て、上記楕円の焦点位置に導光部４１の出射面４１ａを
接合させたものである。

【００３２】導光部４１は、長手方向の断面が略矩形
で、その一角部を面取りした面を散乱光の出射面４１ａ
とし、出射面４１ａに対向する面に光散乱パターンＰを
形成してなる。導光部４１の長手方向の端面には、発光
源ＬＥＤ（仮想線で示す）および発光源ＬＥＤを備えた
発光源基板（図示しない）が設けられている。なお、図
７では、断面形状が略矩形の導光部４１を例示したが、
導光部４１は他の形状であってもよい。

【００３３】そして、ライン照明装置４０Ａ，４０Ｂ
は、集光部４２Ａ，４２Ｂの出射面４２ａを除いて、集
光部４２Ａ，４２Ｂおよび導光部４１を図示しない導光
体ケースで覆っている。なお、導光部４１のみを図示の
仮想線で示すように導光体ケース４３で覆うようにして
もよい。

【００３４】図８は本発明に係るライン照明装置に組み
込む導光体の別実施例の斜視図であり、この実施例にあ
っては導光部５１の一端にＬＥＤなどの光源５５を設
け、他端には反射手段５６を設けている。反射手段５６
としては、アルミテープ、めっき或いは鏡面仕上げ等が
考えられる。

【００３５】また、導光部の長手方向に沿って形成した
面取り面５１ｄには、光散乱パターンＰを白色塗料を印
刷するなどの手段で形成している。この光散乱パターン
Ｐは長手方向の中間部において連続パターンで、光源５
５及び反射手段５６の近傍では不連続パターンとしてい
る。このように中間部のパターンを濃くし、両端部のパ
ターンを薄くするのは光源５５及び反射手段５６の近傍
では光量が中間部よりも多くなるので、均一化を図るた
めである。

【００３６】図９は、図８に示した導光部と反射手段を
設けない導光部を用いた場合の光源からの距離と強度と
の関係を示すグラフであり、このグラフから一端のみに
光源を設け他端に反射手段を用いない場合には、当該他
端で大幅に光強度が低下し、逆に反射手段を設けること
で、かなり光強度の低下を抑えられることが分かる。

【００３７】図１０は、導光部の更なる実施例の斜視図
であり、この実施例では、一端に光源５５を設けている
が、他端には反射手段を設けていない。その代わりこの
実施例では光散乱パターンＰの密度を導光部の他端にな
るほど増加せしめている。

【００３８】このような、構成にすると導光部５１内に
光源から入射した光が他端に到達するまでに殆んど光散
乱パターンＰで反射せしめられ、他端で反射して導光部
内を戻ってくる光が極めて少なくなるので、導光部の長
手方向に沿った反射光量が均一になる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るライン
照明装置は、光源からの光を長手方向（主走査方向）へ
導光するとともに光散乱パターンによって散乱光を発生
させる導光部と、この導光部から出射された散乱光を原
稿読取面に集光させる集光部とを独立に成形し、導光部
と集光部とを密着または近接させて配置する構成とした
ので、導光部の断面積を狭くして導光部内部を伝搬する
光の密度を向上させることができ、これにより光散乱パ
ターンのパターン幅を増加させることなく散乱光の強度
を向上させることができる。また、集光部は導光部から
出射された散乱光を原稿読取面に集光させる機能のみを
備えればよいので、集光部の大きさおよび形状を集光効
率のみを考慮して設定することができ、集光効率を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るライン照明装置の第１実施例を示
す断面図

【図２】図１に示したライン照明装置を備えた密着型イ
メージセンサの断面図

【図３】図１に示したライン照明装置の光強度特性およ
び従来のライン照明装置の光強度特性を示すグラフ

【図４】本発明に係るライン照明装置の第２実施例を示
す断面図

【図５】図４に示したライン照明装置を備えた密着型イ
メージセンサの断面図

【図６】本発明に係るライン照明装置の第３実施例を示
す断面図

【図７】本発明に係るライン照明装置の第４実施例を示
す断面図

【図８】本発明に係るライン照明装置に組み込む導光部
の別実施例の斜視図

【図９】図８に示す導光部を用いた場合の光源からの距
離と強度との関係を示すグラフ

【図１０】本発明に係るライン照明装置に組み込む導光
部の更なる実施例の斜視図

【図１１】従来のライン照明装置を備えた密着型イメー
ジセンサの断面図

【図１２】従来の導光体の断面形状例を示す図

【図１３】光散乱パターンの一具体例を示す斜視図

【図１４】光散乱パターンの他の具体例を示す斜視図

【符号の説明】

１…密着型イメージセンサ（画像読取装置）、２…筺
体、３…レンズアレイ、４…ラインイメージセンサ（光
電変換素子）、５…センサ基板、６…カバーガラス、１
０，２０，３０，４０Ａ，４０Ｂ…ライン照明装置、１
１，２１，３１，４１，５１…導光部、１２，２２，３
２，４２Ａ，４２Ｂ…集光部、１１ａ，２１ａ…散乱光
の出射面、１２ａ，２２ｃ，３２ａ…原稿照明光の出射
面、１２ｃ，２２ｃ，４２ｃ…反射曲面（楕円面）、１
３，２３，３３，４３…導光体ケース、５５…光源、５
６…反射手段、Ｐ…光散乱パターン。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面から入射した光源からの光を長手方
   向へ導くとともに、長手方向に沿って形成された光散乱
   パターンによって光を散乱させ、この散乱させた光を長
   手方向に沿って形成された出射面から出射せしめる導光
   部と、前記導光部の出射面から出射された光を原稿の読
   取面に集光させる集光部とを密着または近接させて配置
   したことを特徴とするライン照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のライン照明装置におい
   て、前記集光部は、前記導光部の出射面から出射した光
   を反射させ、原稿の読取面に集光させる反射曲面を備え
   たことを特徴とするライン照明装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のライン照明装置におい
   て、前記反射曲面は楕円面であることを特徴とするライ
   ン照明装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   のライン照明装置において、前記導光部および前記集光
   部は、原稿照明光の出射面を除いて、導光体ケースで覆
   われていることを特徴とするライン照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   のライン照明装置において、前記導光部の一端に光源を
   設け、他端に反射手段を設けたことを特徴とするライン
   照明装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   のライン照明装置において、前記導光部の一端に光源を
   設け、前記導光部の長手方向に沿って形成された光散乱
   パターンの密度が、導光部の他端に向かうほど増加する
   ことを特徴とするライン照明装置。