JP5716156B2 - 点光源を用いた線状光源装置及びそれを用いた光学読取機用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は線状光源装置に関し、詳しくは光源に指向性の強い点光源を用い、この点光源からの点状光を線状光にして発光させる線状光源装置及びこの線状光源装置を用いた光学読取装置用照明装置に関する。

近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）の研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化され、広い分野で使用されてきており、照明分野においても多く使用されるようになって来ている。照明分野では、蛍光灯や電球に代わる用途の他、例えば光学読取機内のイメージセンサーの光源などにも使用されている。

しかしながら、ＬＥＤは蛍光灯やハロゲンランプと比較すると、光の指向性が強く、単に配置しただけでは光照射部分の光量分布にばらつきが生じてしまい、画像の読取は難しい。そのため、光照射部分の光量分布を均一にするため、様々な工夫がなされている。

例えば下記特許文献１には、画像読取装置と画像形成装置の発明が記載されている。この画像読取装置の発明は、主走査方向に沿って複数のＬＥＤが配列され、ＬＥＤと原稿ガラス台との間に、ＬＥＤの光を主走査方向の光量分布を均一にして拡散する拡散部材を備えている。この画像読取装置に用いられているイメージセンサを、図８を用いて説明する。ＬＥＤ２２から発せられた光は、拡散部材２４の凸レンズ状の拡散部２４ａを通過することによって、一旦、収束された後、拡散されて原稿Ｄを照射し、反射光となって、スリットに受光される。このように、ＬＥＤ２２は、光を発散して発することが少なくても、拡散部２４ａによって光を拡散されるので、光量分布を均一にして原稿を照射することができる。

また、下記特許文献２には、線状光源ユニットの発明が記載されている。この線状光源ユニットの発明は、一端面に反射鏡を設けた透光性樹脂ロッドと、透光性樹脂ロッドの外周面に高屈折率の拡散反射体を軸方向に直線細縞状に付着形成した拡散縞と、透光性樹脂ロッドの他端面にロッドと一体的に設けた光源とで構成されている。光源からの距離が遠くなると光量が減ってしまう。そこで、光照射面の輝度を均一にするために、樹脂ロッドには拡散縞が設けられている。図９に示されているように、線状光源装置６に設けられている拡散縞６１の幅は光源６２から距離が遠くなるほど広くなっている。本考案を用いることによって、線状光源装置に用いる点光源の数を減らし、省エネ化が可能となる。

特開２００８−２７１１５８号公報 実開平６−２１９４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているような光源装置では使用するＬＥＤの数が多くなってしまうために発熱量が大きく、また、軽量化が困難であり、読取の高速化が難しい。また、上記特許文献２に記載されているような線状光源ユニットではＬＥＤが端に取り付けられているため、樹脂ロッドの長さはＬＥＤのパワーに依存する、つまり、ＬＥＤのパワーが低ければ短い距離しか照明することができなかった。

本発明者は上記問題点に鑑み、複数の点光源を一定の距離をおいて等間隔に配置し、各点光源からの光を線状光源へと変換することで、均一な線状照明光を提供することができ、更に、様々な長さの線状照明にも対応できるようできるようにした線状光源装置を開発した。

そこで、本発明の目的は、指向性の強い点光源を用い、樹脂などでＬＥＤを封止せずとも、点光源からの光を線状光源へと変換することのできる軽量な線状光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の線状光源装置は、点光源と、前記点光源を設置するための孔が開けられ、長辺と短辺とを有する底面部と、前記底面部の前記長辺から垂直に立設された所定の長さを有する長辺側面部と、前記底面部の前記短辺から垂直に立設された所定の長さを有する短辺側面部とで構成されたケーシングと、前記短辺側面部と前記長辺側面部とで支持された光導通反射板とを有する線状光源装置であって、前記光導通反射板は、、前記点光源の光軸を中心とした中央反射導光部及び前記中央反射導光部の周囲に外方反射導光部が設けられた板状体からなり、前記各長辺側面部から外方へと延出されるよう設けられた一対の光照射方向調節部と、前記光照射方向調節部と所定の幅を隔てて平行に取り付けられた他の光照射方向調節部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記外方反射部には、前記短辺と平行な辺の長さが不変である複数の長方形孔が開けられていることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記点光源は発光ダイオード又はレーザーダイオードを用いることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記ハウジングの前記長辺側面部が円弧形状であることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記ケーシング、前記光導通反射板及び前記光照射方向調節部は超微細発泡光反射部材で形成されていることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記光照射方向調節部の開口部分に光を拡散させる拡散シート又は拡散板が取り付けられていることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置においては、前記光照射方向調節部と前記ハウジングが一体で形成されていることを特徴とする。

さらに、上記目的を達成するため、本発明の光学読取装置に用いられる線状照明装置は、上記いずれかに記載の線状光源装置と、載置台と、集光装置とを有し、前記線状光源装置から照射され載置台に反射された光が集光装置へ集光されるよう反射体を設けられたことを特徴とする。

本発明の線状光源装置によれば、光導通反射板によって均一な線状光源へと変換された点光源からの光を、光照射方向調節部によって、所望の太さの均一な輝度の線状照明へと変換し、所望の方向を照明することができる。

点光源の光軸に対しての角度が４５度よりも小さいと、側壁部と照射方向調節部との接続部において点光源からの反射光が集束してしまい、光の利用効率が落ちてしまう。また、点光源の光軸に対しての角度が６０度よりも大きいと、線状光源装置の高さが高くなってしまい、線状光源装置の設置範囲を広く取らなければならなくなる。

光導通反射孔の形状を前記短辺と平行な辺の長さが不変である長方形孔のものとすることで、照明範囲の長手方向と光導通反射孔によってできる光の干渉縞の方向とが直交するために光導通反射板に設けた孔の影が出にくくなり、均一な照明光としやすくなる。また、丸孔と比較して、開口部分の割合をあげることができる。

発光ダイオード及びレーザーダイオード共に、指向性が強く、発光強度が強い周知の点光源である。そのため、本発明の線状光源装置によれば、サイズが大きくても明るい線状光源装置が得られる。

光照射方向調節部を曲板状とすることで、側面部と光照射方向調節部との接続部において滑らかに接続されるので、点光源からの反射光が接続部のほうに集束してしまうことがなくなり、光の利用効率をあげることができる。

長辺側面部を円弧形状とすることで、直線照明光だけでなく、曲線照明光を提供することができる。

超微細発泡光反射部材は、例えばプラスチック材料に光散乱粒子を分散させた場合と比すると、全ての方向により均質な散乱光を得ることができる。そのため、本発明の線状光源装置によれば、より均一な照度分布の照明光が得られるようになる。さらに、超微細発泡光反射部材は軽量であることから、線状光源装置の重量を抑えることができる。

拡散シート又は拡散板を取り付けることによって照明光を更に均一化しやすくなる。

本発明の線状照明装置によれば、輝度の均一な線状照明光を得ることができるので、より鮮明な光学読取を行うことが可能である。

図１Ａは本発明の実施例１に係る線状光源装置の斜視図、図１Ｂは図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。 本発明の実施例１に係る線状光源装置の分解斜視図である。 図３Ａは本発明の実施例１に係る線状光源装置に用いられている光導通反射板の平面図、図３Ｂは光導通反射板の変形例である。 図４Ａ〜図４Ｆは各変形例の線状光源装置の図１Ｂに対応する部分の断面図である。 図５Ａは本発明の実施例２に係る線状光源装置の斜視図、図５Ｂは本発明の実施例２に係る線状光源装置に用いられている光導通反射板の平面図である。 図６Ａは本発明の実施例３に係る線状光源装置の斜視図、図６Ｂは本発明の実施例３に係る線状光源装置の側面図である。 図７Ａは本発明の第４の実施形態に係る光学読取装置の平面図、図７Ｂは図７ＡにおけるVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図である。 特許文献１に開示されている画像読取装置の断面図である。 特許文献２に開示されている線状光源ユニットの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための線状光源装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

まず、図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る線状光源装置を説明する。なお、図１Ａは本発明の実施例１に係る線状光源装置の斜視図、図１Ｂは図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図、図２は本発明の実施例１に係る線状光源装置の分解斜視図、図３Ａは本発明の実施例１に係る線状光源装置に用いられている光導通反射板の平面図、図３Ｂは光導通反射板の変形例である。

本実施例に用いられている線状光源装置１は、指向性の強い点光源２と、点光源２が取り付けられた矩形のケーシング３と、光導通反射板４と、光照射方向調節部５ｂ、５ｃとを備えている。点光源２は、一つの発光素子あるいは複数の発光素子を有するＬＥＤを用いている。

ケーシング３は、長辺と短辺とを有し、点光源２を取り付けるための孔３０が複数設けられた長方形状の底面部３ａと、底面部３ａの長辺及び短辺それぞれから垂直に立設されている長辺側面部３ｂ、３ｃ及び短辺側面部３ｄ、３ｅとで構成されており、底面部３ａと対向する面には開口３ｆが設けられている。ケーシング３の開口３ｆは光導通反射板４によって覆われ、光導通反射板４は、開口の縁部に固定される。ケーシング３と光導通反射板４をそれぞれ別に形成し、ケーシング３の開口縁部に光導通反射板４を固定して作成することができる。なお、ケーシング３と光導通反射板４に相当する部分を一枚の板体より切り出し、折り曲げることにより、ケーシング３と光導通反射板４と組み立ててもよい。

底面部３ａは長辺が１０ｃｍ、短辺が２．５ｃｍの長方形状であり、各短辺の中点を結ぶ線上に、点光源２を取り付けるための孔３０が等間隔に設けられている。底面部３ａの長辺及び短辺からは、それぞれ高さ３ｃｍの長辺側面部３ｂ、３ｃ及び高さ５ｃｍの短辺側面部３ｄ、３ｅが垂直に立設されている。

光導通反射板４は、図３Ａに示すように、点光源２の光軸周辺に中央光導通反射部４ａ、中央光導通反射部４ａの外周囲に外方光導通反射部４ｂが設けられている。

中央光導通反射部４ａは高光反射率に形成されており、点光源２から放射される強い光を反射し、さらにその反射光がケーシング内壁面及び光導通反射板４によって多重反射するようになっている。中央光導通反射部４ａの光反射率は、光学反射板材の選択、この材料の加工（例、ハーフ溝の形成、板厚の調整）によって適宜設定され、これによって、光を効率よく利用することができるようになる。

中央光導通反射部４ａの外周囲には外方光導通反射部４ｂが設けられている。外方光導通反射部４ｂには点光源からの距離が遠くなるにしたがって大きくなる孔４ｃが設けられている。

図３Ｂに示されるように、孔４ｃを光導通反射板４の長辺及び短辺に平行となるように設けられ、短辺方向と平行な辺は全て同じ長さであり、長辺方向と平行な辺のみを異ならせることで、大きさが調整されている方形孔４ｃ１〜４ｃｎとしてもよい。このような方形孔とすることにより、開口面積を多くとることができ、点光源２からの光を多く利用することができる。また、長辺方向と平行な辺のみを異ならせることにより、照度を均一化しやすくすることができる。

光照射方向調節部５ｂ、５ｃは同一の長方形状であり、点光源の光軸に対し対称に、点光源２側に４５度傾けられた状態で長辺側面部３ｂ、３ｃの上部に取り付けられている。光照射方向調節部５ｂ、５ｃの長辺の長さは長辺側面部３ｂ、３ｃと同じ長さであり、光照射方向調節部５ｂ及び５ｃとの間には一定の幅ｈの隙間５ａが設けられている。この隙間ｈから光導通反射板４を通過してきた光が照射されることで均一な線状光源が得られる。本実施形態では４５度傾けて光照射方向調節部５ｂ、５ｃを取り付けたが、この角度を小さくして隙間５ａの幅ｈを細くすることによって、より細い均一な線状光源光を得ることができ、また、角度を大きくし隙間５ａの幅ｈを太くすることによって、光量をあげることができる。しかしながら、角度が小さすぎると、長辺側面部４ｂ、４ｃと光照射方向調節部５ｂ、５ｃとの接続部の角度が鋭角になりすぎてしまい、接続部に集束する反射光が増え、光損失が大きくなる。また、角度が大きすぎると、線状光源装置１自体の高さが高くなってしまうため、角度は４５度以上６０度以下が望ましい。

線状光源装置１を形成しているケーシング３、光導通反射板４及び光方向調節部５ｂ、５ｃは高反射率の部材、例えば光反射率９８％、光透過率１％及び光吸収率１％の特性を有する超微細発泡光反射板等の材料で形成されている。この超微細発泡光反射材は、ケーシング３の内壁面において点光源２からの光を、高い光反射率で反射することができるため、効率よく利用することができる。また、超微細発泡光反射板は軽量であるため、線状光源装置１の重量を抑えることができる。さらに、超微細発泡光反射板は容易に入手可能であり、比較的安価であることから、線状光源装置１を作製する場合にもコストを抑えることができる。

図４を参照して本発明の実施例１に係る線状光源装置の変形例を説明する。なお、図４Ａ〜図４Ｆは各変形例の線状光源装置の図１Ｂに対応する部分の断面図である。

図４Ａに示されるように、光照射方向調節部５１ｂに光照射方向調節部５１ｃよりも長いものを用いてもよい。また、図４Ｂに示されるように長辺側面部３ｂに長辺側面部３ｃよりも長いものを用い、照射方向調節部５２ｂ、５２ｃを底面部３ａと平行となるようにそれぞれ長辺側面部３ｂ、３ｃへと取り付けてもよい。上記のような構成とすることにより、光の照射方向を点光源２の光軸から別の方向へと変更させることができる。

また、図４Ｃ、４Ｄに示されるように、光照射方向調節部５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを取り付け、２方向へ光が照射されるようにしてもよい。光照射方向調節部５３ｂ、５３ｃは各長辺側面部３ｂ、３ｃに取り付けられ、光照射方向調節部５３ｄは各光照射方向調節部５３ｂ、５３ｃと一定の幅ｈ設けて平行に取り付けられている。

上記実施形態及び変形例では光照射方向調節部として平板を用いたが、図４Ｅに示されるように円筒の一部を切り取った曲板を用いてもよい。曲板を用いることにより、角部がなくなるので、反射された光が角部のほうへ集束していくことがなくなり、隙間５ａから照射される光量が増え、照度が増す。また、図４Ｆに示されるように、点光源２を底面部３ａではなく長辺側面部３ｂ又は３ｃに取り付けてもよい。線状光源装置１を設置する箇所の高さが低く、設置が難しい場合でも、長辺側面部に点光源２を取り付けることにより線状光源装置１の高さを低くでき、設置することができる。

図５及び図６を参照して、本発明の実施例２に係る線状光源装置を説明する。なお、図５Ａは本発明の実施例２に係る線状光源装置の斜視図、図５Ｂは本発明の実施例２に係る線状光源装置に用いられている光導通反射板の平面図、図６Ａは本発明の実施例３に係る線状光源装置の斜視図、図６Ｂは本発明の実施例３に係る線状光源装置の側面図である。

上記実施形態では、長辺側面部の形状が平面の長方形状であるとしていたが、図５に示されるように長辺側面部の形状を、底面部と平行な面に円の中心を持つ円弧形状としてもよい。図５に示されるように、長辺側面部３１ｂ及び３１ｃを円弧形状とするにともない、底面部３１ａ及び光導通反射板４１も円弧形状とし、この線状光源装置１Ｂを複数連結することにより、直線状の線状照明光ではなく、いわゆるドーナツ状の円形照明光を得ることができる。また、図６に示されるように、長辺側面部の形状を、長辺側面部と平行な面に円の中心を持つ円弧形状としてもよい。長辺側面部３２ｂ及び３２ｃと平行な面に円の中心を持つ円弧形状とした線状光源装置１Ｃを、長手方向に複数連結することにより、曲面上にも線状照明光を得ることができる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例３に係る光学読取装置を説明する。なお、
図７Ａは本発明の第４の実施形態に係る光学読取装置の平面図、図７Ｂは図７ＡにおけるVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図である。

画像形成装置６は、装置本体と、装置本体上に装備された画像読取装置７とを備えている。画像読取装置７は、装置本体に組み込まれていてもよい。

画像形成装置６は、原稿が載置されるか、或いは原稿自動供給装置（図示せず）によって原稿が送り込まれてくる原稿ガラス台Ｇと、原稿を読み取る線状光源装置１Ｄと、イメージセンサを副走査方向へ案内するガイドシャフト６１ａ、６１ｂ等を備えている。光を通す原稿台である例えば、原稿ガラス台Ｇは、ステーＳによって仕切られている。なお、主走査方向は矢印Ａ方向であり、副走査方向は矢印Ｂ方向である。

線状光源装置１Ｄは、モータ６２によって循環するベルト６３に接続されている。線状光源装置１Ｄは、通常、センサ（図示せず）に検知されて、ホームポジションに待機している。

線状光源装置１Ｄは、一方のガイドシャフト６１ａに支持されて、副走査方向Ｂへ移動案内され、他方のガイドシャフト６１ｂに単に乗った状態で支持されている。したがって、線状光源装置１Ｄは、ガイドシャフト６１ａ、６１ｂに対して、軋むことなく、円滑に副走査方向Ｂへ均一の速度で往復移動できるようになっている。このため、画像読取装置７は、原稿をむら無く、均一に読み取ることができる。

画像読取装置の動作を説明する。原稿の読取動作には、流し読みと、固定読みとがある。まず、流し読みについて説明する。流し読みは、原稿を移動させ、線状光源装置１Ｄを固定させて原稿を読むようになっている。

原稿自動供給装置は、原稿トレイ上の原稿を、原稿ガラス台Ｇを通過させて原稿排出トレイに排出する。このとき、線状光源装置１Ｄは、原稿ガラス台Ｇの下に移動して停止しており、原稿ガラス台Ｇ上を通過する原稿にＬＥＤ２の光を照射して、原稿を読み取る。原稿を読み取る動作は、後述する。原稿ガラス台Ｇは、原稿を通過させて、線状光源装置１Ｄに原稿を読み取らせるガラス台であるので、流し読み用の原稿ガラス台である。

次に、固定読みについて説明する。固定読みは、原稿を固定させ、線状光源装置１Ｄを移動させて原稿を読むようになっている。

ユーザは、原稿自動供給装置を後方に開いて、原稿ガラス台Ｇを開放する。そして、ユーザは、原稿ガラス台Ｇに原稿を載置して、原稿自動供給装置を閉じる。この結果、原稿は、原稿自動供給装置によって原稿ガラス台Ｇに押圧されて密着させられる。その後、線状光源装置１Ｄは、副走査方向Ｂに移動しながら、原稿にＬＥＤ２の光を照射して、原稿を読み取る。原稿を読み取る動作は、後述する。このように、原稿ガラス台Ｇは、原稿を載置されて、移動する線状光源装置１Ｄに原稿を読み取らせるガラス台であるので、固定読み用の原稿ガラス台である。

線状光源装置１Ｄの原稿読み取り動作を説明する。流し読みにしろ、固定読みにしろ、原稿とイメージセンサとを相対移動させて原稿を読み取るようになっており、線状光源装置１Ｄの読み取り動作そのものは同一である。したがって、固定読みにおける線状光源装置１Ｄの読み取り動作を説明する。

ＬＥＤ２は、原稿を照射している。線状光源装置１Ｄは、主走査方向Ａに配列された各ＬＥＤ２が原稿を照射した各反射光を主走査方向Ａに、集光レンズ７１で集光されて、ＣＣＤ（図示せず）によって電気信号に変換される。

線状光源装置１Ｄは、主走査方向Ａを読み取りながら、原稿ガラス台Ｇの下を、ガイドシャフト６１ａ、６１ｂの案内と、ベルトの牽引とによって、副走査方向Ｂに所定のピッチだけ移動しながら読取を行う。このように、線状光源装置１Ｄは、主走査方向Ａの読取と、副走査方向Ｂへ読取動作をしながら移動し、それによって得た電気信号を画像信号として、画像形成装置６の装置本体に送る。装置本体は、画像読取装置７からの、画像信号に基づいて、シートに原稿を複写する。

本線状光源装置を光学読取装置に用いた場合、輝度の均一な線状照明光を得ることができるので、より鮮明な光学読取を行うことが可能である。また、線状光源装置を超微細発泡光反射部材で形成した場合、軽量であるため読取速度を上げることができ、読み取りの高速化が可能となる。

１ 線状光源装置
２ 点光源
３ ケーシング
４ 光導通反射板
５ 光照射方向調節部
６ 画像形成装置
７ 画像読取装置

Claims (8)

1. 点光源と、前記点光源を設置するための孔が開けられ、長辺と短辺とを有する底面部と、前記底面部の前記長辺から垂直に立設された所定の長さを有する長辺側面部と、前記底面部の前記短辺から垂直に立設された所定の長さを有する短辺側面部とで構成されたケーシングと、前記短辺側面部と前記長辺側面部とで支持された光導通反射板とを有する線状光源装置であって、
   前記光導通反射板は、、前記点光源の光軸を中心とした中央反射導光部及び前記中央反射導光部の周囲に外方反射導光部が設けられた板状体からなり、
   前記各長辺側面部から外方へと延出されるよう設けられた一対の光照射方向調節部と、
   前記光照射方向調節部と所定の幅を隔てて平行に取り付けられた他の光照射方向調節部と、
   を有することを特徴とする線状光源装置。
2. 前記外方反射部には、前記短辺と平行な辺の長さが不変である複数の長方形孔が開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。
3. 前記点光源は発光ダイオード又はレーザーダイオードを用いることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
4. 前記ハウジングの前記長辺側面部が円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
5. 前記ケーシング、前記光導通反射板及び前記光照射方向調節部は超微細発泡光反射部材で形成さ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。
6. 前記光照射方向調節部の開口部分に光を拡散させる拡散シート又は拡散板が取り付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。
7. 前記光照射方向調節部と前記ハウジングが一体で形成さ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。
8. 請求項１〜７に記載の線状光源装置と、載置台と、集光装置とを有し、前記線状光源装置から照射され載置台に反射された光が集光装置へ集光されるよう反射体を設けられたことを特徴とする光学読取装置に用いられる線状照明装置。

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