JP5830442B2 - 導光体、照明装置、これを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源が発する照明光を導光する導光体、この導光体を用いた照明装置、並びに、これを用いた画像形成装置に関する。

スキャナー、或いは複写機等の画像形成装置においては、原稿シートの画像を光学的に読み取るために、原稿シートに光を照射する照明装置が用いられている。近年、この照明装置の光源として、発光効率が高いという利点がある白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が採用されるようになっている。この種の照明装置では、原稿シートをライン状に照明する必要があるが、ＬＥＤは点光源であるため、棒状の導光体と前記白色ＬＥＤとを組み合わせてライン状照明光を生成している。前記導光体は、当該導光体の一端に配置され白色ＬＥＤが発する照明光が入射される入射面と、当該導光体の長手方向に沿って延び前記照明光を出射させる帯状の出射面と、前記出射面に対向する面に形成され前記照明光を反射する帯状の反射面とを有している。

前記入射面から入射された照明光は、導光体内を伝播しながら前記出射面から外部へ出射する。この出射光には、白色ＬＥＤから前記反射面へ直接的に向かい、当該反射面で反射された照明光（直接光）と、導光体の周面で１回以上全反射された後に前記反射面へ向かい、当該反射面で反射された照明光（間接光）とが含まれている。前記直接光は、前記入射面に近い部分から専ら出射される。直接光は、間接光よりも導光体の長手方向に直交する方向（副走査方向）への光の配光角度が狭くなる。

また、入射面から入射された照明光が反射面に入射する際に、導光体の軸方向となす角度は、入射面から遠ざかるほど小さくなり、すなわち軸方向と平行に近くなる。その結果、導光体から出射される照明光の、導光体の長手方向と直交する方向（副走査方向）への拡がり方が、入射面から遠ざかるほど少なくなる。そのため、導光体の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方が、導光体の長手方向において不均一になるという、不都合があった。

一方、導光体の長手方向の照度を均一化する技術として、特許文献１の照明装置が知られている。特許文献１の照明装置では、前記直接光が出射面から出射しないようにするために、導光体の断面形状を多角形にしている。さらに、導光体の底面である反射面を長手方向に傾斜させ、長手方向の位置によって、導光体の断面形状を大きく変化させている。

また、導光体の側面を導光体の長手方向に傾斜させて、側面で反射される光の量を、長手方向の位置によって異ならせることによって、導光体の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方を、長手方向において均一にする導光体も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２４１４３２号公報 特開２０１０−２７７９４０号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の導光体は、長手方向の位置によって、導光体の断面形状が大きく変化する。導光体のように、細長い形状の部材を樹脂成形によって製造する場合、長手方向の位置において断面形状が大きく異なると、導光体を成型する際に反りが発生しやすくなるという不都合があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、導光体の断面形状を長手方向の位置によって大きく変化させることなく、導光体の長手方向の位置における、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが容易な導光体、これを備えた照明装置、該照明装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る導光体は、照明光を発する光源と組み合わせて用いられる導光体であって、第１方向に長い棒状の形状を有し前記照明光を導光する本体部と、該本体部の一方の端面であって前記照明光が入射される入射面と、前記本体部の表面において前記第１方向に沿って延び前記照明光を出射させる帯状の出射面と、前記本体部の前記出射面に対向する面において前記第１方向に沿って延び前記照明光を反射する帯状の反射面とを備え、前記反射面は、前記照明光を前記出射面に向けて反射する機能を備え、平坦な面に前記第１方向と直交する第２方向に延びる反射溝部が形成されてなる溝パターン面と、前記照明光を前記出射面に向けて反射する機能を備え、前記照明光を、前記第２方向の断面視において反射角度が広がる方向に偏向させて反射する偏向面が形成された偏向パターン面とを含み、前記溝パターン面と前記偏向パターン面とが、前記第１方向に沿って配列され、複数の前記溝パターン面と複数の前記偏向パターン面とは、前記第１方向に沿って交互に隣接して配列され、前記入射面近傍において前記溝パターン面により反射させる光と前記偏向パターン面により反射される光との比率は、前記本体部の他方の端面近傍における前記比率よりも、前記偏向パターン面により反射される光の比率が多く、前記複数の溝パターン面は、それぞれ所定の間隔を空けて平行に形成された複数の前記反射溝部を含み、前記入射面近傍に形成された前記溝パターン面における前記間隔は、前記本体部の他方の端面近傍に形成された前記溝パターン面における前記間隔よりも広く、前記偏向パターン面は、前記偏向面を有する微小な反射凹部を含む。

この構成によれば、入射面から入射した光は、反射面に含まれる、溝パターン面と偏向パターン面とによって、出射面に向けて反射され、出射面から出射される。溝パターン面は、反射溝部を含む。反射溝部は、第１方向と直交する第２方向、すなわち入射面から入射した光を横切る方向に延びている。そのため、光を反射する面（導光体材料と空気との界面）の面積が大きくなるので、反射溝部を含む溝パターン面は、効果的に多くの光を出射面から出射させることが可能である。そして、溝パターン面が、多くの光を出射面から出射させることが可能であることは、溝パターン面によって、出射面から出射される照明光の明るさを調節可能な余地が大きく、照明光の明るさを調節することが容易であることを意味する。

一方、偏向パターン面は、照明光を、第２方向の断面視において反射角度が広がる方向に偏向させて反射する。従って、偏向パターン面によって、導光体の長手方向と直交する方向（第２方向）への照明光の拡がり方を調節することが容易である。

このように、反射面には、照明光の明るさを調節することが容易な溝パターン面と、導光体の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方を調節することが容易な凹パターンとが導光体の長手方向（第１方向）に沿って配列されているので、導光体の長手方向の位置における、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが容易である。また、反射面に溝や偏向面を形成することによって、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが可能となるので、導光体の断面形状を長手方向の位置によって大きく変化させる必要がない。
また、この構成によれば、直接光が多い入射面近傍において、偏向パターン面により反射される光、すなわち導光体の長手方向と直交する方向（第２方向）へ偏向される光の比率が増大する。その結果、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方の均一性を向上することができる。
また、この構成によれば、直接光が多い入射面近傍において、溝パターン面における反射溝部の密度が低くなり、相対的に偏向パターン面により反射される光の比率が増大する。その結果、直接光が多い入射面近傍において、導光体の長手方向と直交する方向（第２方向）へ偏向される光の比率が増大する。従って、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方の均一性を向上することができる。
また、この構成によれば、反射凹部は、照明光を、第２方向の断面視において反射角度が広がる方向に偏向させて反射する偏向面を有する。反射凹部によれば、照明光を、第２方向、すなわち長手方向と直交する方向の断面視において反射角度が広がる方向に偏向させることができるから、反射凹部を含む偏向パターン面によって、導光体の長手方向と直交する方向（第２方向）への照明光の拡がり方を調節することが容易である。また、反射面に微小な凹部を形成することによって、偏向面を有する反射凹部が得られるので、導光体の断面形状を長手方向の位置によって大きく変化させる必要がない。

また、前記反射凹部は、前記反射面の平坦な面が三角錐状に窪んだ形状を有し、前記平坦な面内に含まれる前記三角錐の三つの頂点のうち一つが、他の二つの頂点よりも前記入射面に近い位置に位置することが好ましい。

この構成によれば、三角錐の面（導光体材料と空気との界面）のうち少なくとも一つが、導光体の長手方向に対して斜めに配置された偏向面となる。偏向面となった三角錐の面は、光源から出射された光を、長手方向と直交する方向へ反射、拡散することができる。その結果、反射凹部は、照明光を、第２方向の断面視において反射角度が拡がる方向に偏向させて反射することができる。

また、前記反射凹部は、前記平坦な面内に含まれない前記三角錐の頂点が、前記出射面側から見た平面視で前記他の二つの頂点の略中央に位置し、前記平坦な面内に含まれない頂点と前記一つの頂点とを結ぶ辺が、前記出射面側から見た平面視で前記第１方向に沿うことが好ましい。

この構成によれば、上記辺の両側の面が、導光体の長手方向に対して斜めに配置された偏向面となるので、反射凹部は、二つの偏向面によって、光源から出射された光を副走査方向に効率よく反射、拡散することができる。また、二つの偏向面が、長手方向に対して為す角度が、主走査方向に対して略左右対称となるので、照明光を、長手方向と直交する方向にバランスよく拡げることができる。

また、前記反射凹部は、半楕円体の形状を有し、その長径方向が前記第２方向に延びていることが好ましい。

この構成によれば、楕円形状の長径方向が、光源から出射された光を横切る方向に延びる。従って、反射凹部は、短径方向が第２方向に延びる場合よりも、光を反射する面積が増大する結果、効果的に、照明光を第２方向の断面視において反射角度が拡がる方向に偏向させて反射することができる。

また、前記導光体が、透光性樹脂材料を金型成形して得られた部材からなることが好ましい。

この構成によれば、導光体の本体部の断面形状を長手方向の位置によって大きく変化させる必要がないため、導光体を金型成形した場合に反りが発生しにくい。そのため、透光性樹脂材料を金型成形して得られた部材は、導光体として好適である。

また、本発明に係る照明装置は、照明光を発する光源と、上述の導光体とを備える。

また、本発明に係る画像形成装置は、原稿シートに照明光を照射する上述の照明装置と、前記原稿シートからの反射光を受光して電気信号に変換する受光装置と、前記受光装置から出力される画像データに基づいて、その周面に静電潜像が形成される像担持体とを備え、前記第１方向が主走査方向であり、前記第２方向が副走査方向である。

本発明によれば、反射面には、照明光の明るさを調節することが容易な溝パターン面と、導光体の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方を調節することが容易な凹パターンとが交互に形成されているので、導光体の長手方向の位置における、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが容易である。また、反射面に溝や微小な凹部を形成することによって、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが可能となるので、導光体の断面形状を長手方向の位置によって大きく変化させる必要がない。

本発明の一実施形態に係る画像読取装置及び画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 図２のIII−III線断面図である。 導光体内における照明光の反射状態を示す模式図である。 導光体から出射する直接光及び間接光の、副走査方向における光強度の角度分布を示すグラフである。 直接光及び間接光の、導光体からの出射状況を模式的に示す図である。 導光体の入射面近傍を示す斜視図である。 図７に示す反射面の一部分を拡大した拡大斜視図である。 （ａ）は、反射溝部を主走査方向に切断した断面図である。（ｂ）は、反射凹部を入射面側から見た正面図である。（ｃ）は、反射凹部を出射面側から見た平面図である。 （ａ）は、Ｖ字型の凹溝からなる反射溝部による照明光の反射状態を説明するための説明図である。（ｂ）は、半円形の凹溝からなる反射溝部による照明光の反射状態を説明するための説明図である。 （ａ）は、三角錐状に窪んだ形状の反射凹部による照明光の反射状態を説明するための説明図である。（ｂ）は、半楕円形状に窪んだ形状の反射凹部による照明光の反射状態を説明するための説明図である。 図７に示す照明装置において、出射面から出射される照明光の、副走査方向における照度分布の測定結果を示すグラフである。 偏向パターン面を設けなかった場合の比較例による照度分布を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構造を示す断面図である。ここでは、画像形成装置１として、いわゆる胴内排紙型の複写機を例示している。なお、本発明に係る照明装置が適用される装置は複写機に限られるものではなく、例えばスキャナー装置、ファクシミリ装置、或いは複合機であってもよい。

画像形成装置１は、略直方体形状の筐体構造を有し胴内空間（胴内排紙部２４）を備えたハウジング２を備える。ハウジング２は、画像形成のための各種機器が収容される下部筐体（装置本体２１）と、装置本体２１の上方に配設された上部筐体（画像読取装置２２）と、装置本体２１と画像読取装置２２とを連結する連結筐体２３とを含む。画像読取装置２２は、原稿シートの画像を光学的に読み取り、原稿画像に応じた画像データを生成する。装置本体２１は、前記画像データに基づき、シートに対してトナー画像を形成する処理を行う。装置本体２１と画像読取装置２２との間には、画像形成後のシートが排紙される胴内排紙部２４が設けられている。連結筐体２３は、ハウジング２の右側面の側に配置され、胴内排紙部２４へシートを排出するための排出口９６１が設けられている。

装置本体２１の内部には、上方から順に、トナーコンテナ９９Ｙ、９９Ｍ、９９Ｃ、９９Ｋ、中間転写ユニット９２、画像形成部９３、露光ユニット９４、及び給紙カセット２１１が収容されている。

画像形成部９３は、フルカラーのトナー像を形成するために、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の各トナー像を形成する４つの画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋを備える。各画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、感光体ドラム１１と、この感光体ドラム１１の周囲に配置された、帯電器１２、現像装置１３、一次転写ローラー１４及びクリーニング装置１５とを含む。

感光体ドラム１１は、その軸回りに回転し、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム１１としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラムを用いることができる。帯電器１２は、感光体ドラム１１の表面を均一に帯電する。帯電後の感光体ドラム１１の周面は、露光ユニット９４によって露光され、静電潜像が形成される。

現像装置１３は、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム１１の周面にトナーを供給する。現像装置１３は、２成分現像剤用のものであり、攪拌ローラー１６、１７、磁気ローラー１８、及び現像ローラー１９を含む。攪拌ローラー１６、１７は、２成分現像剤を攪拌しながら循環搬送することで、トナーを帯電させる。磁気ローラー１８の周面には２成分現像剤層が担持され、現像ローラー１９の周面には、磁気ローラー１８と現像ローラー１９との間の電位差によってトナーが受け渡されることにより形成されたトナー層が担持される。現像ローラー１９上のトナーは、感光体ドラム１１の周面に供給され、前記静電潜像が現像される。

一次転写ローラー１４は、中間転写ユニット９２に備えられている中間転写ベルト９２１を挟んで感光体ドラム１１とニップ部を形成し、感光体ドラム１１上のトナー像を中間転写ベルト９２１上に一次転写する。クリーニング装置１５は、トナー像転写後の感光体ドラム１１の周面を清掃する。

イエロー用トナーコンテナ９９Ｙ、マゼンタ用トナーコンテナ９９Ｍ、シアン用トナーコンテナ９９Ｃ、及びブラック用トナーコンテナ９９Ｂｋは、それぞれ各色のトナーを貯留するものであり、ＹＭＣＢｋ各色に対応する画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの現像装置１３に、図略の供給経路を通して各色のトナーを供給する。

露光ユニット９４は、光源やポリゴンミラー、反射ミラー、偏向ミラーなどの各種の光学系機器を有し、画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの各々に設けられた感光体ドラム１１の周面に、原稿画像の画像データに基づく光を照射して、静電潜像を形成する。

中間転写ユニット９２は、中間転写ベルト９２１、駆動ローラー９２２及び従動ローラー９２３を備える。中間転写ベルト９２１上には、複数の感光体ドラム１１からトナー像が重ね塗りされる（一次転写）。重ね塗りされたトナー像は、給紙カセット２１１又は給紙トレイ３０から供給されるシートに、二次転写部９８において二次転写される。中間転写ベルト９２１を周回駆動させる駆動ローラー９２２及び従動ローラー９２３は、装置本体２１によって回転自在に支持される。

給紙カセット２１１は、複数のシートが積層されてなるシート束を収納する。給紙カセット２１１の右端側の上部には、ピックアップローラ２１２が配置されている。ピックアップローラ２１２の駆動により、給紙カセット２１１内のシート束の最上層のシートが１枚ずつ繰り出され、搬入搬送路２６へ搬入される。なお、装置本体２１の右側面には、手差し給紙用の給紙トレイ３０を備えた給紙ユニット４０が備えられている。給紙トレイ３０に載置されたシートは、給紙ユニット４０の給紙ローラー４１の駆動によって、搬入搬送路２６へ搬入される。

搬入搬送路２６の下流側には、二次転写部９８、後述する定着ユニット９７及び排紙ユニット９６を経由して排出口９６１まで延びるシート搬送路２８が設けられている。シート搬送路２８の上流部分は、装置本体２１に形成された内壁と、反転搬送ユニット２９の内側面を形成する内壁との間に形成されている。なお、反転搬送ユニット２９の外側面は、両面印刷の際にシートを反転搬送する反転搬送路２９１の片面を構成している。シート搬送路２８の、二次転写部９８よりも上流側にはレジストローラ対２７が配置されている。シートは、レジストローラ対２７にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで、二次転写部９８に送り出される。

連結筐体２３の内部には、定着ユニット９７と排紙ユニット９６とが収納されている。定着ユニット９７は、定着ローラーと加圧ローラーとを含み、二次転写部９８においてトナー像が二次転写されたシートを加熱及び加圧することで、定着処理を施す。定着処理されたカラー画像付のシートは、定着ユニット９７の下流に配置されている排紙ユニット９６により、排出口９６１から胴内排紙部２４に向けて排出される。

画像読取装置２２は、前記上部筐体の上面２２１に嵌め込まれた、第１コンタクトガラス２２２と第２コンタクトガラス２２３とを備える。第１コンタクトガラス２２２は、自動原稿給送装置（ＡＤＦ；図示せず）が画像読取装置２２上に配置される場合に、ＡＤＦから自動給送される原稿シートの読取用に設けられている。第２コンタクトガラス２２３は、手置きされる原稿シートの読取用に設けられている。

画像読取装置２２は、前記上部筐体内に収容された、第１移動キャリッジ２２４、第２移動キャリッジ２２５、集光レンズユニット２２８及び撮像素子２２９（受光装置）を含む。第１移動キャリッジ２２４には、本発明の実施形態に係る照明装置５０と、第１反射ミラー２２６とが搭載されている。第２移動キャリッジ２２５には、光路を反転させるために第２反射ミラー２２７Ａ及び第３反射ミラー２２７Ｂが搭載されている。

第１移動キャリッジ２２４は、第１コンタクトガラス２２２及び第２コンタクトガラス２２３の下面に沿って、左右方向に往復移動する。第２移動キャリッジ２２５は、第１移動キャリッジ２２４の１／２の移動量で左右方向に往復移動する。第１移動キャリッジ２２４は、原稿シートが図略の自動原稿給送装置から自動給送される自動給送モードのとき、第１コンタクトガラス２２２の直下に移動し、静止状態となる。この静止状態において、照明装置５０から原稿シートに向けて光が発せられる。一方、原稿シートが第２コンタクトガラス２２３上に載置される手置きモードのとき、第１移動キャリッジ２２４は、第２コンタクトガラス２２３の左端直下から原稿シートのサイズに応じて右方へ移動する。この移動の際に、照明装置５０から原稿シートに向けて光が発せられる。第２移動キャリッジ２２５は、第１移動キャリッジ２２４の１／２の移動量で、第１移動キャリッジ２２４に追従して右方に移動する。

照明装置５０は、原稿シートに対し、主走査方向に長いライン状の照明光を照射する。具体的には、照明装置５０は、第１コンタクトガラス２２２上を通過する自動給送の原稿シート若しくは第２コンタクトガラス２２３上に載置される手置きの原稿シートに向けて、原稿シート画像の光学的な読み取りのために照明光を発する。第１反射ミラー２２６は、照明装置５０が原稿シートに向けて発した照明光の反射光を、第２移動キャリッジ２２５の第２反射ミラー２２７Ａへ向わせるように反射する。

第２反射ミラー２２７Ａは、第１反射ミラー２２６が反射した前記反射光を、第３反射ミラー２２７Ｂに向けて反射する。第３反射ミラー２２７Ｂは、前記反射光を集光レンズユニット２２８に向かうように反射する。集光レンズユニット２２８は、第３反射ミラー２２７Ｂにおいて反射された反射光の光像を、撮像素子２２９の撮像面に結像させる。撮像素子２２９は、ＣＣＤ（charge coupled device）等からなり、反射光をアナログ電気信号に光電変換する。このアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路（図略）によってデジタル電気信号に変換された後、上述の露光ユニット９４に画像データとして入力される。

なお、第２コンタクトガラス２２３の左端側には、読取濃度の白基準を決定するための白基準板（図略）が配置されている。画像読取動作の前に前記白基準板に照明光が照射され、その反射光を撮像素子２２９で受光させ、このときの画像データが主走査方向で均一な出力となるような補正値が予め取得される（シェーディング補正）。

続いて、照明装置５０の詳細について説明する。図２は、照明装置５０の斜視図、図３は、図２のIII−III線断面図である。照明装置５０は、照明光を発する光源５１と、光源５１から発せられた照明光を伝搬すると共に、ライン状の照明光に変換して出射する導光体５２とを含む。

光源５１は、薄い円板状の形状を有し、白色光を発する白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）５１Ｌを備えている。白色ＬＥＤ５１Ｌとしては、例えば、青色光又は紫外光を発するＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系半導体発光素子を蛍光体入り透明樹脂で封入してなるＬＥＤパッケージを用いることができる。なお、図２では１個の白色ＬＥＤ５１Ｌを図示しているが、実際は図７に示しているように、光源５１はモジュール化された複数個の白色ＬＥＤ５１Ｌを備える。

なお、光源５１として、三原色の光を各々発する３つのＬＥＤを組み合わせて白色光を作る白色ＬＥＤを用いても良い。また、光源５１として、ＬＥＤ以外の他の光源を採用しても良く、光源５１は白色光源でなくてもよい。

導光体５２は、透光性の樹脂材料によって成形され、主走査方向（第１方向）に長い棒状の形状を有し、光源５１から発せられた照明光を導光する本体部５３と、該本体部５３の一方の端面であって前記照明光が入射される入射面５４と、入射面５４とは反対側の端面である遠端面５５とを含む。入射面５４には、上記の光源５１の発光面が当接されている。遠端面５５には、照明光が当該遠端面５５から漏洩することを防止する反射コーティング層が設けられている。以下、導光体５２の長手方向を主走査方向と称し、導光体５２の長手方向と直交する方向を副走査方向と称する。

導光体５２は、さらに、本体部５３の上面側（第１、第２コンタクトガラス２２２、２２３と対向する側）に配置された出射面５６と、この出射面５６に対向して本体部５３の下面側に配置された反射面５７とを備える。出射面５６は、主走査方向に延びる帯状の面であって、前記照明光を第１、第２コンタクトガラス２２２、２２３（原稿シート）に向けて出射する面である。反射面５７は、同様に主走査方向に延びる帯状の面であって、本体部５３内を伝搬する前記照明光を出射面５６に向けて反射する。

出射面５６は、副走査方向において比較的緩い凸の曲面を有している。後記で詳述するが、反射面５７には、導光体５２の長手方向と直交する方向（副走査方向、第２方向）に延びる反射溝部６１１を含む溝パターン面６１と、微小な反射凹部６２１が多数設けられた偏向パターン面６２とが、例えば交互に設けられている（図７参照）。

図４は、導光体５２内における照明光の伝搬状態を模式的に示す説明図である。以下、もし仮に、偏向パターン面６２を備えていなかった場合に、導光体５２の長手方向と直交する方向（副走査方向）に対する照明光の拡がり方が、導光体５２の長手方向の位置によって不均一になる原理について、図４を参照しつつ説明する。

光源５１から入射面５４を通して本体部５３内に照明光が入射される。光源５１は点光源であるため、前記照明光は拡散光の性質を有する。入射された照明光は、基本的に、導光体５２の構成材料と空気との屈折率差に基づき、本体部５３の周面において全反射を繰り返しながら遠端面５５の方向に進行する。しかし、溝パターン面６１のようなＶ字型の凹溝からなる反射パターン面を備えた反射面５７が出射面５６に対向して設けられていることで、出射面５６から照明光が出射する。本体部５３は、主走査方向に長い棒形状を有するため、導光体５２から出射される照明光は主走査方向に長いライン状の照明光となる。

既述の通り、導光体５２から出射される照明光には直接光ＤＬと間接光ＩＬとが含まれる。直接光ＤＬは、光源５１から反射面５７へ直接的に向かう照明光Ｌ１であって、該照明光Ｌ１が反射面５７で反射されることによって出射面５６から出射する光である。一方、間接光ＩＬは、本体部５３の周面で１回以上全反射された後に反射面５７へ向かう照明光Ｌ２であって、該照明光Ｌ２が反射面５７で反射されることによって出射面５６から出射する光である。直接光ＤＬは、出射面５６における、入射面５４に近い部分から専ら出射される。

従来、反射面５７に形成される反射パターン面として一般的に用いられているのは、反射溝部６１１（図７参照）と同様の副走査方向に延びるＶ字型の凹溝であって、プリズムと同様の機能を果たす微小な凹溝である。このようなＶ字溝プリズムが、多数個、主走査方向に配列された態様の反射パターンが、現状では汎用されている。しかし、反射溝部６１１のようなＶ字溝プリズムは、副走査方向においては、当該Ｖ字溝プリズムに入射した光線の角度を偏向することなく、そのまま反射する性質を有する。従って、反射溝部６１１のみを反射面５７に形成した場合には、直接光ＤＬと間接光ＩＬとでは、副走査方向の出射光強度分布（副走査方向への変更角度が小さい光と大きい光の成分比率）が異なることになる。

図５は、上記Ｖ字溝プリズムの反射パターン面を備えた導光体から出射する直接光ＤＬ及び間接光ＩＬの、副走査方向における光強度の角度分布を示すグラフである。図５から明らかな通り、直接光ＤＬは間接光ＩＬに比べて鋭利な特性を有している。図６は、図５のグラフで示される直接光ＤＬ及び間接光ＩＬの強度分布を、強度スケールを一致させて模式的に示す図である。

直接光ＤＬは、副走査方向で見たときに、光源５１から反射面５７（Ｖ字溝プリズム）へ所定の限られた入射角度で直接的に向かう照明光Ｌ１が、Ｖ字溝プリズムによってそのままの角度で反射されるので、さほど拡散しない。これが直接光ＤＬの強度分布が鋭利である理由である。一方、間接光ＩＬは、本体部５３の周面で全反射されることによってあらゆる入射角度を持つ照明光Ｌ２が、Ｖ字溝プリズムに反射されることによって作られる光である。従って、間接光ＩＬの強度分布は比較的拡がったブロードなものとなる。

このような直接光ＤＬと間接光ＩＬとの強度分布の相違は、導光体５２の長手方向において照明光の均一性が得られないという問題を招来する。これは、上述の通り直接光ＤＬが専ら入射面５４に近い部分から専ら出射されるからである。照明光の強度分布が主走査方向で異なると、原稿シートの読取位置の位置ズレや原稿シートがコンタクトガラスから浮いた場合等に、原稿シートからの反射光量の変化量が異なるようになる。このことは、主走査方向に読取濃度ムラを発生させることになる。

このような問題に鑑みて、本発明では反射面５７に形成する反射パターンの形状に工夫を施している。前記反射パターンは、平坦な反射面５７に凹設された反射溝部６１１を含む溝パターン面６１と、微小な反射凹部６２１が多数設けられた偏向パターン面６２とが、交互に設けられて形成されている（図７参照）。反射凹部６２１は、反射角度が広がる方向に偏向させて光を反射する偏向面６２２（図９（ｂ）参照）を備えている。

このような偏向パターン面６２を具備させることで、反射凹部６２１に入射する照明光は、偏向面６２２で反射角度が広がる方向に偏向されて反射される。このため、直接光ＤＬの副走査方向の断面視における反射角度を広げることができる。これにより、直接光ＤＬの性質を間接光ＩＬの性質に近づけることができ、出射面５６から放射される照明光の主走査方向における均一性を担保することができる。

一方、反射凹部６２１が多数設けられた偏向パターン面６２は、副走査方向への反射光を増加させることができる。その一方、反射凹部６２１と反射凹部６２１との間に隙間が生じ、反射凹部６２１と反射凹部６２１との間では光が出射面５６方向へ偏向されない。そのため、偏向パターン面６２のみでは、充分な光量の照明光を出射面５６から出射させることが容易でない。

このように、偏向パターン面６２では、充分な光量が得られないので、偏向パターン面６２を用いて出射面５６から出射される照明光の光量を調節することが容易でない。その結果、必要な光量を確保しつつ、長手方向における照明光の明るさを均一化することが容易でない。

そこで、反射溝部６１１を含む溝パターン面６１と、偏向パターン面６２とが交互に配設されている。溝パターン面６１に含まれる反射溝部６１１は、副走査方向に導光体５２を横断するように延びて形成されている。そのため、反射溝部６１１には、反射凹部６２１と反射凹部６２１との間に生じるような隙間がなく、光をもれなく出射面５６方向へ偏向させることができる。従って、溝パターン面６１は、充分な光量の照明光を出射面５６から出射させることが容易である。そして、容易に充分な（多くの）光量を出射面５６から出射させることが可能であることは、出射面５６から出射される照明光の明るさを調節できる余地が大きいことを意味している。

従って、溝パターン面６１によれば、必要な光量を確保しつつ、出射面５６から出射される照明光の明るさを溝パターン面６１によって調節することが容易となり、その結果、照明光の明るさの均一性を向上することが容易となる。

以下、反射面５７の具体例を説明する。図７は、本実施形態に係る導光体５２の入射面５４の近傍を示す斜視図である。ここでは、反射溝部の例として、Ｖ字型に窪んだ形状の反射溝部６１１を例示している。また、上述の偏向面を有する反射凹部の例として、三角錐状に窪んだ形状を有する反射凹部６２１を例示している。

先に図２に基づき説明した通り、照明装置５０は、光源５１と導光体５２とを含む。導光体５２の入射面５４には、光源５１の発光面が当接状態で対向されている。図７では、６個の白色ＬＥＤ５１Ｌが２×３のマトリクス状に配列された態様の光源５１を例示している。導光体５２の棒状の本体部５３は、ライン状の照明光を原稿シートに向けて発する出射面５６と、この出射面５６に対向した反射面５７とを備える。

反射面５７は平坦な面であって、光源５１から導光体５２内に入射された照明光を、出射面５６に向けて反射する機能を備えた複数の溝パターン面６１と複数の偏向パターン面６２とを含む。溝パターン面６１と偏向パターン面６２とは、交互に配設されている。

図８は、図７に示す反射面５７の一部分を拡大した拡大斜視図である。溝パターン面６１は、複数、例えば三つの反射溝部６１１を含んでいる。反射溝部６１１は、反射面５７の平坦な面５７ａに、Ｖ字型に凹設された窪んだ凹溝である。溝パターン面６１は、複数の反射溝部６１１が、ピッチＰ１間隔で平行に配設されて構成されている。

図９（ａ）は、反射溝部６１１を主走査方向に沿って切断した断面図である。図９（ａ）に示すように、反射溝部６１１は、幅ｄ１、深さｈ１のＶ字型の溝である。図１０は、反射溝部６１１による光の反射状況を説明するための説明図である。

図１０（ａ）に示すように、Ｖ字型の凹溝からなる反射溝部６１１によれば、光源５１から出射された光束を、効率よく出射面５６に向けて反射することができる。なお、反射溝部６１１は、副走査方向に延び、照明光を出射面５６に向けて反射する機能を備えた溝であればよく、必ずしもＶ字型の凹溝でなくてもよい。反射溝部６１１は、例えば、図１０（ｂ）に示すように半円形の凹溝によって反射溝部６１１が構成されていてもよく、半楕円や非球面等、他の形状の溝であってもよい。

副走査方向に延びる凹溝形状の反射溝部６１１は、反射面の面積が大きく、且つ密集して配置することが容易なので、光源５１から出射された光束を効率よく出射面５６に向けて反射することが容易である。

図８を参照して、偏向パターン面６２は、多数の反射凹部６２１を含んでいる。反射凹部６２１は、例えばピッチＰ２間隔で副走査方向に一列、又は複数列配列されている。

図９（ｂ）は、反射凹部６２１を入射面５４側から見た正面図である。図９（ｃ）は、反射凹部６２１を出射面５６側から見た平面図である。反射凹部６２１は、反射面５７の平坦な面５７ａが三角錐状に窪んだ形状を有している。反射凹部６２１の副走査方向の幅はｄ２、反射凹部６２１の主走査方向の長さはａ、反射凹部６２１の平坦な面５７ａからの深さはｈ２となっている。

そして、平坦な面５７ａ内に含まれる三角錐の三つの頂点のうち一つである頂点６２１ａが、他の二つの頂点６２１ｂ，６２１ｃよりも入射面５４に近い位置に位置する。その結果、三角錐の面のうち少なくとも一つが主走査方向に対して斜めに配置された偏向面６２２となり、偏向面６２２によって、光源５１から出射された光を副走査方向に反射、拡散することができる。

また、平坦な面５７ａ内に含まれない三角錐の頂点６２１ｄが、出射面５６側から見た平面視で頂点６２１ｂ，６２１ｃの略中央に位置し、頂点６２１ａと頂点６２１ｄとを結ぶ辺６２１ｅが、主走査方向に沿うように配置されることが望ましい。

このような向きに反射凹部６２１が配置されると、図１１（ａ）に示すように、辺６２１ｅの両側の面が、主走査方向に対して斜めに配置された偏向面６２２となるので、二つの偏向面６２２によって、光源５１から出射された光を副走査方向に効率よく反射、拡散することができる。また、二つの偏向面６２２が、主走査方向に対して為す角度が、主走査方向に対して略左右対称となるので、照明光を、副走査方向にバランスよく拡げることができる。

なお、反射凹部６２１は、照明光を、副走査方向の断面視において、反射角度が広がる方向に偏向させて反射する偏向面を有していればよく、必ずしも三角錐状の凹部でなくてもよい。反射凹部６２１は、例えば、図１１（ｂ）に示すように反射面５７の平坦な面５７ａが半楕円形状に窪んだ形状であってもよく、円形や非球面等、他の形状の凹部であってもよい。半楕円形状等の曲面は、照明光を、副走査方向の断面視において、反射角度が広がる方向に偏向させて反射するので、偏向面となる。

反射凹部６２１が、図１１（ｂ）に示すように反射面５７の平坦な面５７ａが半楕円形状に窪んだ形状である場合、その長径方向が副走査方向に延びていることが望ましい。反射凹部６２１が半楕円形状の場合、その長径方向が副走査方向に延びるようにすれば、楕円の長径方向に延びる壁面（導光体５２の樹脂と空気との界面）によって、光源５１から出射された光を横切るように受け止めることができる。

その結果、短径方向が副走査方向に延びる向きに反射凹部６２１が配設される場合よりも、光を反射する面積が増大するので、効果的に、反射凹部６２１によって光を反射、拡散させることができる。従って、反射凹部６２１によって、照明光を副走査方向の断面視において反射角度が拡がる方向に偏向させて反射させ、副走査方向の断面視において反射角度が大きい光の成分を増大させることが可能となる。

図８を参照して、このように構成された偏向パターン面６２が、溝パターン面６１に主走査方向に隣接して配置され、溝パターン面６１と偏向パターン面６２との組が、反射面５７において、予め設定された間隔Ｐ３毎に繰り返し配置されている。

溝パターン面６１に含まれる反射溝部６１１の数が多いほど、ピッチＰ１が狭いほど、幅ｄ１が広くかつ深さｈ１が深いほど、溝パターン面６１によって出射面５６方向へ偏向される光束が増え、出射面５６から射出される照明光が明るくなる。

一方、偏向パターン面６２に含まれる反射凹部６２１の数が多いほど、ピッチＰ２が狭いほど、長さａが長いほど、（幅ｄ２が一定であれば）深さｈ２が深いほど、偏向パターン面６２によって偏向される光の副走査方向の断面視における反射角度が大きくなり、副走査方向の断面視において反射角度が大きい光の成分を増大させることができる。

そこで、導光体５２の主走査方向の各位置において、偏向パターン面６２に含まれる反射凹部６２１の数、ピッチＰ２、幅ｄ２、長さａ、及び深さｈ２を、例えば実験的に求めて適宜設定することによって、導光体の長手方向の位置における、副走査方向への照明光の拡がり方を均一にすることが可能となる。

また、導光体５２の主走査方向の各位置において、溝パターン面６１に含まれる反射溝部６１１の数、ピッチＰ１、幅ｄ１、及び深さｈ１を、例えば実験的に求めて適宜設定することによって、導光体の長手方向の位置における、照明光の明るさを均一にすることが可能となる。

例えば、溝パターン面６１だけでは副走査方向への照明光の拡がり方を均一にすることが困難であり、偏向パターン面６２だけでは照明光の明るさを均一にすることが困難であるところ、図７に示す導光体５２は、溝パターン面６１と偏向パターン面６２とを含むことによって、導光体５２の主走査方向の各位置における、副走査方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさの均一性を向上することが容易となる。

また、溝パターン面６１及び偏向パターン面６２は、導光体５２の反射面５７に、例えば深さ１０〜１００μｍ程度の微細加工を施すことで形成可能である。従って、導光体５２の断面形状を主走査方向の位置によって大きく変化させることなく溝パターン面６１及び偏向パターン面６２を形成できる。従って、導光体５２の断面形状を主走査方向の位置によって大きく変化させることなく、導光体の長手方向の位置における、長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方の均一性を向上することが容易である。

ここで、上述したように、従来の導光体においては、入射面に近い位置の方が直接光が多いために、入射面から遠い位置よりも、出射される照明光に副走査方向への配光角度が狭い光の成分が含まれる比率が高くなる。そのため、本実施形態に係る導光体５２においては、入射面５４に近づくほど、すなわち遠端面５５近傍よりも入射面５４近傍において、反射凹部６２１によって反射される光と反射溝部６１１によって反射される光との比率が、反射凹部６２１によって反射される光の比率が高くなるようにされている。その結果、導光体５２の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方の均一性を向上することができる。

具体的には、例えば、入射面５４に近づくほど、すなわち遠端面５５近傍よりも入射面５４近傍において、溝パターン面６１に含まれる反射溝部６１１の数が少なく、ピッチＰ１が広く、幅ｄ１が狭くかつ深さｈ１が浅くなるように溝パターン面６１を形成することによって、反射凹部６２１によって反射される光と反射溝部６１１によって反射される光との比率を、入射面５４に近づくほど、反射凹部６２１によって反射される光の比率が高くなるようにすることができる。

特に、入射面５４に近づくほど、すなわち遠端面５５近傍よりも入射面５４近傍において、反射溝部６１１のピッチＰ１が広くなるように反射溝部６１１を形成すると、入射面５４近傍における反射溝部６１１の密度が低下する。その結果、入射面５４に近づくほど、反射凹部６２１によって反射される光の比率を高くすることができるので、導光体５２の長手方向と直交する方向への照明光の拡がり方の均一性を向上する上で効果的である。

導光体５２は、透光性樹脂材料を用い、この樹脂材料を溶融させて金型に注入するインジェクション成形によって得ることができる。この場合、上記の反射溝部６１１（溝パターン面６１）及び反射凹部６２１（偏向パターン面６２）は、前記金型の反射面５７に対応する部位に、それぞれ反射溝部６１１及び反射凹部６２１に対応する形状の凸部を設けることで、容易に形成することができる。

図１２は、図７に示す照明装置５０において、出射面５６から出射される照明光の、副走査方向における照度分布の測定結果を示すグラフである。図１２において、横軸は、出射面５６の副走査方向の中央位置を０としたときの、中央位置からの副走査方向の距離を示している。縦軸は、各位置のうち照度が最大の位置における照度のピーク値を１としたときの、照度の比率を示している。

三角マークで示すグラフは、入射面５４から９０ｍｍの位置において、出射面５６から出射される照明光の照度を示している。四角マークで示すグラフは、入射面５４から１８０ｍｍの位置において、出射面５６から出射される照明光の照度を示している。Ｘマークで示すグラフは、入射面５４から２４０ｍｍの位置において、出射面５６から出射される照明光の照度を示している。

図１２に示すグラフは、溝パターン面６１に含まれる反射溝部６１１の数、ピッチＰ１、幅ｄ１、及び深さｈ１、偏向パターン面６２に含まれる反射凹部６２１の数、ピッチＰ２、幅ｄ２、長さａ、及び深さｈ２、間隔Ｐ３を、入射面５４近傍、導光体５２の長手方向中央付近、及び遠端面５５付近において、それぞれ下記の通りに設定した場合における照度分布のシミュレーション結果を示している。

［入射面５４近傍］
・溝パターン面６１における反射溝部６１１の数：５
・ピッチＰ１：３００μｍ
・幅ｄ１：３０μｍ
・深さｈ１：１５μｍ
・偏向パターン面６２に含まれる反射凹部６２１の数：１５
・ピッチＰ２：２００μｍ
・幅ｄ２：３０μｍ
・長さａ：５０μｍ
・深さｈ２：１５μｍ
（反射面５７に、反射溝部６１１の数５に対して、偏向パターン面６２を１の割合で形成）。

［長手方向中央付近］
・溝パターン面６１における反射溝部６１１の数：１０
・ピッチＰ１：１５０μｍ
・幅ｄ１：３０μｍ
・深さｈ１：１５μｍ
・偏向パターン面６２に含まれる反射凹部６２１の数：１５
・ピッチＰ２：２００μｍ
・幅ｄ２：３０μｍ
・長さａ：５０μｍ
・深さｈ２：１５μｍ
（反射面５７に、反射溝部６１１の数１０に対して、偏向パターン面６２を１の割合で形成）。

［遠端面５５付近］
・ピッチＰ１：５０μｍ
・幅ｄ１：３０μｍ
・深さｈ１：１５μｍ
・反射凹部６２１：なし。

図１２に示すように、入射面５４近傍の９０ｍｍの位置（三角マーク）、入射面５４から１８０ｍｍの長手方向中央付近の位置（四角マーク）、入射面５４から２４０ｍｍの、遠端面５５付近の位置（Ｘマーク）において、出射面５６から出射される照明光の照度をほぼ一致させることができた。すなわち、図７に示す照明装置５０によれは、導光体５２の長手方向の位置における、副走査方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさを均一にできることが確認できた。

図１３は、偏向パターン面６２を設けなかった場合の比較例による照度分布を示すグラフである。図１３に示すグラフは、導光体が偏向パターン面６２を備えていない点を除いて、図１２に示すグラフとは、同じ条件でシミュレーションを行ったものである。

図１３に示すように、偏向パターン面６２を備えない場合、入射面５４近傍の９０ｍｍの位置（三角マーク）、入射面５４から１８０ｍｍの長手方向中央付近の位置（四角マーク）、及び入射面５４から２４０ｍｍの、遠端面５５付近の位置（Ｘマーク）における照度は一致しない。すなわち、図１２にデータを示すように、溝パターン面６１に加えて偏向パターン面６２を備えることで、導光体５２の長手方向の位置における、副走査方向への照明光の拡がり方及び照明光の明るさを均一にできることが確認できた。

１ 画像形成装置
１１ 感光体ドラム（像担持体）
２２ 画像読取装置
２２９ 撮像素子（受光装置）
５０ 照明装置
５１ 光源
５１Ｌ 白色ＬＥＤ
５２ 導光体
５３ 本体部
５４ 入射面
５５ 遠端面
５６ 出射面
５７ 反射面
５７ａ 平坦な面
６１ 溝パターン面
６２ 偏向パターン面
６１１ 反射溝部
６２１ａ，６２１ｂ，６２１ｃ，６２１ｄ 頂点
６２１ 反射凹部
６２１ｅ 辺
６２２ 偏向面
ＤＬ 直接光
ＩＬ 間接光
Ｐ１ ピッチ（間隔）
Ｐ２ ピッチ
Ｐ３ 間隔

Claims (7)

1. 照明光を発する光源と組み合わせて用いられる導光体であって、
   第１方向に長い棒状の形状を有し前記照明光を導光する本体部と、
   該本体部の一方の端面であって前記照明光が入射される入射面と、
   前記本体部の表面において前記第１方向に沿って延び前記照明光を出射させる帯状の出射面と、
   前記本体部の前記出射面に対向する面において前記第１方向に沿って延び前記照明光を反射する帯状の反射面とを備え、
   前記反射面は、
   前記照明光を前記出射面に向けて反射する機能を備え、平坦な面に前記第１方向と直交する第２方向に延びる反射溝部が形成されてなる溝パターン面と、
   前記照明光を前記出射面に向けて反射する機能を備え、前記照明光を、前記第２方向の断面視において反射角度が広がる方向に偏向させて反射する偏向面が形成された偏向パターン面とを含み、
   前記溝パターン面と前記偏向パターン面とが、前記第１方向に沿って配列され、
   複数の前記溝パターン面と複数の前記偏向パターン面とは、前記第１方向に沿って交互に隣接して配列され、
   前記入射面近傍において前記溝パターン面により反射させる光と前記偏向パターン面により反射される光との比率は、前記本体部の他方の端面近傍における前記比率よりも、前記偏向パターン面により反射される光の比率が多く、
   前記複数の溝パターン面は、それぞれ所定の間隔を空けて平行に形成された複数の前記反射溝部を含み、
   前記入射面近傍に形成された前記溝パターン面における前記間隔は、前記本体部の他方の端面近傍に形成された前記溝パターン面における前記間隔よりも広く、
   前記偏向パターン面は、前記偏向面を有する微小な反射凹部を含む導光体。
2. 前記反射凹部は、前記反射面の平坦な面が三角錐状に窪んだ形状を有し、前記平坦な面内に含まれる前記三角錐の三つの頂点のうち一つが、他の二つの頂点よりも前記入射面に近い位置に位置する請求項１記載の導光体。
3. 前記反射凹部は、前記平坦な面内に含まれない前記三角錐の頂点が、前記出射面側から見た平面視で前記他の二つの頂点の略中央に位置し、前記平坦な面内に含まれない頂点と前記一つの頂点とを結ぶ辺が、前記出射面側から見た平面視で前記第１方向に沿う請求項２記載の導光体。
4. 前記反射凹部は、半楕円体の形状を有し、その長径方向が前記第２方向に延びている請求項１記載の導光体。
5. 前記導光体が、透光性樹脂材料を金型成形して得られた部材からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光体。
6. 照明光を発する光源と、
   請求項１〜５のいずれかに記載の導光体と、を備える照明装置。
7. 原稿シートに照明光を照射する請求項６に記載の照明装置と、
   前記原稿シートからの反射光を受光して電気信号に変換する受光装置と、
   前記受光装置から出力される画像データに基づいて、その周面に静電潜像が形成される像担持体とを備え、
   前記第１方向が主走査方向であり、前記第２方向が副走査方向である
   画像形成装置。

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