| 【発明の名称】 |
照明装置および画像読み取り装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤野 耕三
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番２８号 日本板硝子株式会社内
|
| 【要約】 |
【課題】光源ユニット近傍での光量欠乏を防ぎ、光源ユニットから出射された光を効率良く利用できる。
【解決手段】導光体１２の端面部に光源ユニット１０を配置し、光源ユニット１０から出射される光を導光体１２の端面部から導光体内部に導いて導光体１２を発光させる照明装置において、導光体１２と光源ユニット１０との間に、厚みが、光源ユニット１０から出射される光の波長以上であり、導光体の厚さの１／２以下である空気層１３を設ける。全反射角より大きい角度で出射される光ｃは、光源ユニット１０の出射面で全反射されて光源ユニット内部に戻され、出射面から再度出射する。全反射角より小さい角度で出射される光ｄは、空気層で±９０°の範囲に広がって導光体１２の端面全面に届くようになり、導光体１２の内部に入った光ｄは、導光体１２の側面で全反射して、再度導光体の内部に戻る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】導光体の端面部に光源を配置し、光源から出射される光を導光体の端面部から導光体内部に導いて導光体を発光させる照明装置において、前記導光体と光源との間に空気層を有し、前記空気層の厚みが、前記光源から出射される光の波長以上であり、導光体の厚さの１／２以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記空気層の厚みが１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記空気層の厚みが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】前記導光体は、面状導光体または線状導光体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置を用いたことを特徴とする画像読み取り装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射される光を導光体内部に導いて導光体を発光させる照明装置、およびこの照明装置を利用した画像読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ファクシミリ、コピー機、スキャナなどの画像読み取り装置には、原稿を読み取るための装置として、イメージセンサが用いられている。イメージセンサのタイプとしては、縮小型、密着型などの種類がある。そのなかで密着型イメージセンサは、光源、正立等倍結像光学装置、センサなどから構成されている。そして、このような密着型イメージセンサは、一般的に、縮小型イメージセンサに比べて、光路長が短く、機器を小型化でき、また、煩わしい光学調整も無く、機器への組み込みが容易である等のメリットがあり、縮小型イメージセンサに代わって、多く使用されるようになってきた。
【０００３】このような密着型イメージセンサにおける光源には、内部にＬＥＤチップを含む光源ユニットと、透明な導光体からなる照明装置が用いられている。この照明装置は、導光体の端面部に光源ユニットを配置し、光源ユニットから出射される光を導光体の端面部から導光体内部に導いて均一なライン状または面状の光源装置を構成するものである。
【０００４】図１は、導光体の端面部に光源ユニットが配置される部分の照明装置の断面図である。光源ユニット１０は、プリント基板１６と、プリント基板１６の凹部に設けられたＬＥＤチップ１４と、それを覆う透明樹脂１７とから構成されている。光源ユニット１０は、導光体１２に密着して固定されている。ここで、透明樹脂１７と導光体１２との間には界面１１がある。
【０００５】光源ユニット１０のＬＥＤチップ１４から出射された光は、導光体１２の端面部から導光体１２内部に入射される。導光体１２内部に入射された光は、導光体１２の中を全反射を繰り返しながら伝搬する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１において、透明樹脂１７は、エポキシ樹脂（屈折率ｎ＝１．５）とし、導光体１２は、アクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．５）とする。空気層との全反射角はスネルの法則により４１．８°である。ＬＥＤチップ１４から界面１１に向かって出射される光の内、４９°で出射される光をａとし、４８°で出射される光をｂとする。
【０００７】上述したように、光源ユニット１０と導光体１２とが密着して固定されており、透明樹脂１７と導光体１２の屈折率が同じであると、図２に示すように、ＬＥＤチップ１４から出射された光は直進して導光体１２に入射する。
【０００８】光ａは、導光体１２に入射した後、導光体１２の側面に到達すると、側面の空気層に全反射角より小さい角度で入射するので、反射せず、外部に漏れてしまう。このため、光量ロスとなり、光源ユニット１０近傍では光量欠乏状態となる。
【０００９】一方、光ｂは、導光体１２に全反射角より大きい角度で入射した後、導光体の側面で反射し、導光体に戻ってくるので、有効に利用できる。しかし、導光体１２に入射した後、光ｂのように作用する光は、ＬＥＤチップ１４から（９０°−全反射角）までの角度で出射される光に限定され、ｎ＝１．５では±４８．２°の範囲の光だけであり、光源ユニット１０から出射された光を効率良く利用することができないという問題がある。
【００１０】本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、光源ユニット近傍での光量欠乏を防ぎ、光源ユニットから出射された光を効率良く利用できる照明装置およびその照明装置を利用した画像読み取り装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、導光体の端面部に光源を配置し、光源から出射される光を導光体の端面部から導光体内部に導いて導光体を発光させる照明装置において、導光体と光源との間に空気層を有し、空気層の厚みが、光源から出射される光の波長以上であり、導光体の厚さの１／２以下であることを特徴とする。
【００１２】空気層の厚みは、１．０ｍｍ以下または１μｍ以上であることが好ましく、導光体は、面状導光体または線状導光体であることが好ましい。
【００１３】また、画像読み取り装置は、上述した照明装置を用いることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】本発明は、光源ユニットと導光体との間に空気層を設けることにより、光の利用効率を大幅に増大させるものである。
【００１６】図３は、光源ユニットと導光体との間に空気層を設けたときの光の進む状態を説明する図である。図３に示すように、光源ユニット１０は、プリント基板１６と、プリント基板１６の凹部に設けられたＬＥＤチップ１４と、ＬＥＤチップ１４を覆う透明樹脂１７とから構成されている。光源ユニット１０と導光体４との間には空気層１３が設けられている。
【００１７】全反射角より大きい角度で出射される光ｃ（図では４２°）は、光源ユニット１０の出射面で全反射されて光源ユニット内部に戻され、更に内部で反射されて光源ユニット１０の出射面から再度出射する。
【００１８】全反射寸前の角度で出射される光は、光源ユニット１０から出射された後、空気層１３で±９０°の範囲に広がるので、光源ユニット１０に対向する導光体１２の面の端面全面に光が届く（例えば、図ではＬＥＤチップ１４から４１°で出射した光ｄは、空気層１３の存在により、導光体１２の端部に入射する）。また、導光体１２の内部に入った光ｄは、全反射の条件を満たしているので、導光体１２の側面で反射して、再度導光体１２の内部に戻ってくる。
【００１９】光源ユニットと導光体との間に空気層を設けると、次の２つの効果が同時に現れる。
【００２０】まず、全反射角より大きい角度で出射される光は、全反射により光源ユニット内部に戻され、光源ユニットの出射面から再度出射するので、光量ロスとならない。すなわち、出射光のほとんど全てが導光体内に取り込まれ、有効に利用される。
【００２１】さらに、全反射角より小さい角度で出射される光は、光源ユニットから出射された後、空気層で±９０°の範囲に広がるので、対向する導光体の端面全面に光が行き届くようになり、また、導光体の内部に入った光は、導光体の側面で全反射して、再度導光体の内部に戻ってくるので、光量分布を均一にする効果がある。
【００２２】次に、空気層の厚さの範囲について説明する。
【００２３】導光体の厚さは、数ｍｍであるので、光源ユニットと導光体とが離れすぎると、この隙間から導光体に入射しないで外部に漏れる光の割合が多くなり、導光体への入射光量の低下やこの隙間からの迷光が目立つなどの不都合が生じる。
【００２４】例えば、導光体の厚さが２ｍｍの際は、空気層の厚さは１．０ｍｍ以下にすることが好ましい。この関係は、両者の相対的な寸法で決まるので、空気層の厚みは、導光体の厚みの１／２以下にすることが好ましい。
【００２５】さらに、導光体の厚さが３．５ｍｍの際は、空気層の厚さは０．５ｍｍ以下にすることで更に良好であったので、空気層の厚みは、導光体の厚みの１／７以下にすることがさらに好ましい。
【００２６】また、逆に、光源ユニットと導光体とをどこまで接近できるかであるが、一般的に成型品である導光体の表面粗さに起因する１μｍ以下にすることは困難である。また、鏡面仕上げの技術を駆使してより近づけるとしても、光源から出射される光の波長程度までは小さくしてはいけない。波長領域になると、古典的幾何学のスネルの法則ではなく、量子効果である近接場効果が現れ、光のしみ出し現象を起こし、あたかも空気層の無い状態と等価的になる。したがって、空気層の厚みは、光源から出射される光の波長以上とすることが好ましい。
【００２７】光源ユニットと導光体との間に空気層を設ける構造は、ライン照明装置および面照明装置のいずれにも適用できるものである。
【００２８】図４は、光源ユニットと導光体との間に空気層を設けたライン照明装置の一例を示す図であり、透明な棒状導光体の一端部および他端部と光源ユニットとの部分の拡大断面図である。
【００２９】ＬＥＤチップ（発光体）２４は、プリント基板２６にワイヤボンディングにより実装され、更に、その上を透明樹脂（エポキシ樹脂）２７で保護されている。そして、ＬＥＤチップ２４から出た光は、透明な棒状導光体２２の一端から導光体２２内に入るが、入射角度が広すぎると、一部の光は導光体２２から外部に出てしまうので、空気層２５を設けることで、導光体２２の一端に向かう光の広がり角度を変え、光の利用効率を高めている。
【００３０】導光体２２の光源ユニット２０側の端部には突起２２ｂが形成され、ケース２１には突起２２ｂが嵌合する凹部２１ａが形成されているが、これは、導光体２２をケース２１に収納した際に、光源ユニット２０側の端部を正確に位置決め固定することで、光源ユニット２０のＬＥＤチップ２４と導光体２２の一端面との間に形成される空気層２５の厚みを一定にするためのものである。
【００３１】次に、光源ユニットと導光体との間に空気層を備える構造のライン照明装置および面照明装置を利用した画像読み取り装置について説明する。
【００３２】図５は、上述した空気層を有するライン照明装置を利用した画像読み取り装置の一例を示す断面図である。
【００３３】図５に示す画像読み取り装置は、密着型イメージセンサ３６がケース３３内に設けられ、ケース上面は原稿台ガラス３５で構成されている。原稿台ガラス３５上には、紙原稿３２が置かれ、原稿押さえ蓋３１で押さえられる。
【００３４】密着型イメージセンサ３６は、内部にロッドレンズアレイ３９と、ラインセンサ４０と、光源ユニットと導光体との間に空気層を備えるライン照明装置（線状光源）３４とを備え、原稿台ガラス３５に近接して配置される。
【００３５】密着型イメージセンサ３６は、一定方向に往復駆動されて、原稿を読み取りスキャンする。ライン照明装置３４から出射された光は、紙原稿３２で反射して、ロッドレンズアレイ３９を介してラインセンサ４０に入射する。
【００３６】上述した空気層を有するライン照明装置を密着型イメージセンサに設けて画像読み取り装置を作製したところ、光量が増加しているので、画像の読み取り速度が向上でき、高速の画像読み取り装置を作製できた。
【００３７】図６は、上述した空気層を有する面照明装置を利用した画像読み取り装置の一例を示す断面図である。
【００３８】図６に示す画像読み取り装置は、密着型イメージセンサ３６がケース３３内に設けられ、ケース上面は原稿台ガラス３５で構成されている。原稿台ガラス３５上には、フィルム原稿３７が置かれ、フィルム原稿３７の上方には面照明装置３８が置かれる。この面照明装置３８は、原稿押さえ蓋（図示せず）に内蔵されるか、またはフィルム原稿読み取り時に原稿押さえ蓋と交換する。
【００３９】密着型イメージセンサ３６は、内部にロッドレンズアレイ３９と、ラインセンサ４０を備え、原稿台ガラス３５に近接して配置される。また、この密着型イメージセンサ３６は、紙原稿を読み取るために必要なライン照明装置３４をも内蔵しており、フィルム原稿の読み取り時には、消灯される。
【００４０】密着型イメージセンサ３６は、一定方向に往復駆動されて、原稿を読み取りスキャンする。面照明装置３８から出射された光は、フィルム原稿３７を透過して、ロッドレンズアレイ３９を介してラインセンサ４０に入射する。
【００４１】上述した空気層を有する面状照明装置で画像読み取り装置を作製したところ、光量が増加しているので、画像の読み取り速度が向上でき、高速の画像読み取り装置が作製できた。
【００４２】なお、上述した照明装置は、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどの画像読み取り装置に限って用いられるものではなく、例えば液晶ディスプレイのバックライト等、種々のものに利用できることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明装置は、導光体と光源ユニットとの間に、厚みが、光源ユニットから出射される光の波長以上であり、導光体の厚さの１／２以下である空気層を設けているため、全反射角より大きい角度で出射される光が、光源ユニットの出射面で全反射され、光源ユニット内部に戻されて再度出射し、全反射角より小さい角度で出射される光が、空気層で±９０°の範囲に広がって、導光体の端面全面に届くようになり、また、導光体の内部に入った光は、導光体の側面で全反射して、再度導光体の内部に戻ってくるようになるので、光源ユニット近傍での光量欠乏を防ぎ、光源ユニットから出射された光を効率良く利用できる。
【００４４】また、この照明装置を利用した画像読み取り装置は、光量が増加するので、画像の読み取り速度が向上する。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４００８
【氏名又は名称】日本板硝子株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区北浜四丁目７番２８号
|
| 【出願日】 |
平成１４年３月２２日（２００２．３．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６６４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩佐 義幸
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−２８１９１３（Ｐ２００３−２８１９１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１０月３日（２００３．１０．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−８０２２３（Ｐ２００２−８０２２３） |
|