JP3563544B2

JP3563544B2 - Linear light source device, light guide member used for the same, and image reading device including linear light source using this light guide member

Info

Publication number: JP3563544B2
Application number: JP25700896A
Authority: JP
Inventors: 久義藤本; 敏彦高倉; 弘朗大西
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JPH10107957A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本願発明は、線状光源装置、これに用いる導光部材およびこの導光部材を用いた線状光源を備える画像読み取り装置に関する。たとえば、本願発明の線状光源装置は、読み取り面に密着させながら搬送される原稿をラインごとに読み取るように構成された画像読み取り装置、すなわち密着型イメージセンサの原稿照明に好適に採用しうる。
【０００２】
【従来の技術】
密着型イメージセンサの従来の一般的な構成を図１５に示す。このイメージセンサａは、ケーシングｂの上面に透明ガラス板からなる原稿読み取り面ｃを備え、この原稿読み取り面ｃに密着させるようにしてプラテンｄによってバックアップされながら搬送される原稿ｅの画像を、１ラインごとに読み取るように構成されている。
【０００３】
ケーシングｂの下面には、基板ｆが取付けられ、この基板ｆには、所定数の受光素子が造りこまれたイメージセンサチップｇが、複数個１列に取付けられている。たとえば、Ａ４幅の原稿を８ドット／ｍｍの読み取り密度で読み取るためには、上記受光素子は、１２５μｍピッチで１７２８個配置される。１個のイメージセンサチップｇには、たとえば９６個の受光素子が一体に造りこまれ、したがって、この場合、１８個のイメージセンサチップｇが基板ｆ上に一列に搭載されることになる。
【０００４】
原稿読み取り面ｃに設定された読み取りラインＬの鉛直方向下方位置に上記イメージセンサチップｇが配列され、かつ、読み取りラインＬとイメージセンサチップｇとの間には、レンズアレイｈが配置される。このレンズアレイｈは、読み取りラインＬ上の画像を、正立等倍に上記複数個のイメージセンサチップｇ上に配列された１７２８個の受光素子上に集束させるためのものである。
【０００５】
ケーシングｂ内の上記読み取り面ｃの下方に形成された空間には、読み取りラインＬ上の原稿を照明するための光源が設けられる。従来、この光源としては、ＬＥＤチップｊが採用されることが多く、そして、原稿の幅と対応する長さの読み取りラインＬの全長の領域を照明するために、複数個のＬＥＤチップｊが等間隔に基板ｋ上に搭載された恰好で配置される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成を備える従来の密着型イメージセンサａにおいては、とくに、その原稿照明のための構成において、次のような種々な問題がある。
【０００７】
第１に、点的な光源であるＬＥＤチップｊが離散的に配置されていることから、光源から所定距離における明るさが図１６に示すように照明領域の長手方向について周期的に強弱変化するため、受光素子の出力が読み取りラインＬの長手方向に一定しない。すなわち、たとえば、読み取りラインＬに沿って同じ明度の原稿を読み取ったとしても、イメージセンサとしての出力においては、ラインＬの長手方向に周期的な強弱変化が出てしまう。このことは、読み取り品質の悪化につながり、かかる読み取り品質の悪化を補償しようとすれば、複雑な補正回路を必要とし、この密着型イメージセンサのコストアップにつながる。
【０００８】
第２に、複数個のＬＥＤチップｊを光源として使用するため、ＬＥＤチップｊごとの光度のバラツキに起因して、読み取り品質の悪化が起こる。白黒画像を読み取る場合には、このような各ＬＥＤチップの光度のバラツキはそれほど問題とはならないが、カラー画像を読み取るように密着型イメージセンサを構成する場合には、読み取り画像品質の著しい悪化につながる。読み取り素子を共通使用してカラー画像読み取り用のイメージセンサを構成する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光源を配置し、光源の発光色を切り換えながら１ラインごとに各色の画像を読み取ることになるが、上記のようにＬＥＤチップの光度にバラツキがある場合、各色ごとの画像データを合成してカラー画像を再現した段階において、画像の幅方向に色調のバラツキが生じる。このような色調のバラツキは、見た目には想像以上に強調されるものとなるので、再現カラー画像の品質が著しく低下してしまう。このような色調の補正は、各ＬＥＤチップの光度や色のバラツキを精密に測定しつつ、煩雑な調整を経て行わねばならず、この種の密着型イメージセンサの低価格大量生産に到底耐えるものではない。
【０００９】
第３に、一つのイメージセンサを構成する場合、照明用光源として複数個のＬＥＤチップｊを必要とするため、その分製造コストが高くなる。とくに、図１６に示したような原稿読み取り面ｃでの照明の明るさの変化をできるだけ少なくするためには、原稿読み取り面からＬＥＤチップまでの距離を比較的長く設定する必要がある。しかし、その場合には、光源から出た光のわずかしか実質的に照明光として利用することができず、多くの光が無駄になる。したがって、照明エネルギ効率が著しく悪い。
【００１０】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、上記のような従来例の各問題を解決し、線的な領域を照明する機構を構成する場合において、照明領域の全長にわたる明るさのバラツキを簡単な構成によってできるだけなくし、光源の数を減らして照明装置のコストダウンを図るとともに、照明エキルギ効率を著しく向上させることをその課題としている。
【００１１】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の各技術的手段を採用した。
【００１２】
本願発明の第１の側面によれば、線状光源装置に用いるための導光部材が提供される。この導光部材は、長尺状の透明部材の厚み方向一側の第１側面を光出射面とし、この光出射面と厚み方向に対向する第２側面に光入射部が形成された導光部材であって、上記光入射部は、上記透明部材の長手方向中間部に形成され、かつ上記第１側面における上記光入射部と対向する部位には、２つの傾斜面をもつ略Ｖ字状の凹入部が形成されており、上記光入射部から入射した光が上記透明部材の外面において全反射および乱反射しながら上記透明部材の内部を長手方向に進行し、上記光出射面の全域または略全域から光が出射するように構成されており、上記凹入部は、上記２つの傾斜面の底端部間をつなぐ底面をさらに有していることに特徴づけられる。
【００１３】
透明部材の表面を滑らかな鏡面仕上げ面とした場合、その内部から表面に入射する光は、この透明部材の屈折率によって規定される臨界入射角（入射角は、表面の法線に対する角度）よりも大きな入射角の場合は表面で全反射して透明部材の内部に戻り、上記臨界入射角よりも小さな入射角の場合は表面を突き抜けて外部に出射する。上記構成の導光部材においては、その第２側面の長手方向中間部に設定された光入射部から透明部材内に導入された光が、第１側面および第２側面において反射しながら透明部材の長手方向に進行する。そして、こうして透明部材の長手方向に進行してゆくうちに、第１側面の光出射面への入射角が上記臨界入射角よりも小さい場合に、光出射面から外部に照射される。このようにして、たとえば、上記構成の導光部材を用いて光源装置を形成する場合、かりに上記導光部材の長手方向中間部に１箇所の光入射部を設け、この光入射部に単一光源からの光を導入させることにより、上記導光部材の第１側面において長手方向に線状に形成される光出射面の全域から満遍なく光を出射させることができる。
【００１５】
上記凹入部の構成は、光入射部から導光部材内に導入された光の多くが導光部材を貫通してそのまま外部に出射することを有効に回避するための構成である。すなわち、上記凹入部を形成しない第１側面の長手方向中央部を鏡面仕上げとした場合、上記光入射部に近い第１側面への光入射角が臨界入射角より小さくなり、第１側面の内側から到達した光の多くがそのまま第１側面の境界面で反射することなく外部に出射してしまう。このような場合、外部から見た場合、導光部材の光出射面の長手方向中間部に輝点が現れ、線状光源装置として、その光出射面からの満遍ない光の出射が阻害される。上記構成において、Ｖ字状の凹入部を形成することにより、その傾斜面に対する透明部材内部からの光の入射角を大きくして光の全反射を促し、上記のような輝点の出現を効果的に回避することができる。
【００１６】
この凹入部の底面は、好ましくは、全反射面とするか、または、細かな凹凸状の光拡散面とすることができる。
【００１７】
上記凹入部の底部を全反射面とするには、たとえば、金属層を蒸着するなどして形成する。これにより、上記凹入部の傾斜面が光の全反射を促すことと相まって、光の直接透過による導光部材長手方向中間部における輝点の出現を有効に回避することができる。
【００１８】
また、上記凹入部の底面を凹凸状の光拡散面とした場合には、この底面から光を拡散状に放射させて、上記略Ｖ字状の凹入部の傾斜面において光を導光部材内部に全反射させることによる導光部材中央部の出射光量の減少を補償して、導光部材の光出射面全域からの満遍ない光の照射を担保することができる。
【００１９】
好ましい実施形態においては、上記導光部材の第１側面である光出射面は、鏡面仕上げされた平坦面とされている。
【００２０】
このようにすれば、乱反射による光出射効率の低下を防止でき、全体として、導光部材の効率をより高めることができる。
【００２１】
好ましい実施形態においてはさらに、上記光入射部が形成される上記第２側面には、鏡面仕上げ領域と、乱反射領域とを混在させて設けている。
【００２２】
鏡面仕上げ領域の境界面に透明部材の内部から臨界入射角より大きい角度で入射した光は、全反射する。一方、乱反射領域の境界面に透明部材の内部から入射した光は、無方向に乱反射して透明部材の内部に戻る。そして、こうして乱反射した光の一部は、臨界入射角以下の入射角で第１側面、すなわち、光出射面に到達し、外部に照射される。したがって、上記乱反射領域の面積を調整することにより、光出射面から照射される光の量を調整することができる。
【００２３】
好ましい実施形態においては、上記光入射部が形成される上記第２側面において、鏡面仕上げ領域に対する乱反射領域の面積比率が、光入射部から遠ざかるにしたがって高められている。
【００２４】
導光部材の内部をその長手方向に進行して到達する光の量は、導光部材の端部に向かうほど、すなわち、光入射部からの距離が遠くなるほど少なくなる。換言すると、光入射部から近いほど光は強いが、遠いほど光は弱い。上記実施形態においては、光入射部から近い位置においては第２側面に形成する乱反射領域の割合を少なくする一方、光入射部から遠くなるほど上記乱反射領域の割合を多くすることによって、光入射部からの距離による導光部材内の光量の相違を補償して、光出射面から出射される光の量を導光部材の長手方向に平均化することができる。
【００２５】
なお、上記乱反射領域は、第２側面の選択された領域に塗装を施すことによって形成したり、上記第２側面の選択された領域に細かな凹凸を形成することによって形成することができる。塗装を施して上記の乱反射領域を形成する場合、反射効率の面から、白色の塗装とすることが望ましい。塗装を施すことによって乱反射領域を形成する場合、第２側面にあらかじめ粗面を形成し、その上に塗装を施すことが、塗装の密着性を高める上で望ましい。また、この場合、鏡面仕上げ領域と乱反射領域にＡｌ，Ｃｒ，Ａｇ等の金属を蒸着すると、乱反射領域からの無駄な光の漏れを防止して、効率を高めることができる。
【００２６】
好ましい実施形態においてはさらに、上記透明部材の両端部は、全反射面とされている。この全反射面の形成は、たとえば、金属層を蒸着することによってなされる。
【００２７】
前述したように、本願発明にかかる導光部材は、その長手方向中間部の第２側面に設けた光入射部から透明部材に導入された光を、透明部材の境界面で全反射および乱反射させながら長手方向端部に向けて進行させ、第１側面の光出射面から光を満遍なく出射させるようにしたものである。長手方向端部に向けて進行する光の一部は、やがて透明部材の端面に到達するが、かりにこの端面が鏡面仕上げあるいはこれに近い滑らかな境界面であると、この境界面を貫通して無駄に外部に照射されてしまう。この実施形態では、透明部材の端部を全反射面とすることにより、上記のようにして透明部材の端面に到達した光を再度透明部材内に戻し、効率アップを図っている。
【００２８】
好ましい実施形態においては、上記光入射部は、上記第２側面における長手方向中央部に１箇所形成されている。
【００２９】
この導光部材を用いて単色の線状光源装置を構成する場合、上記光入射部に隣接して、たとえば１個のＬＥＤを配置すればよいことになる。したがって、従来の密着型イメージセンサの光源に見られるように、複数の光源を配置することに比較し、ＬＥＤの数の減少によるコストダウン、線状照明領域に対する照度のバラツキの防止が効果的に実現できる。ＬＥＤの発光色は問われず、白色ＬＥＤが採用される場合もありうる。
【００３０】
他の実施形態においては、上記光入射部は、上記第２側面における長手方向に複数箇所形成されている。
【００３１】
このようにすることにより、線状の光出射面の総延長を拡大して、より長寸の線状照明領域に対応して、これを平均して照明しうる光源装置が実現できる。
【００３２】
好ましい実施形態においては、上記第２側面は、上記光入射部から遠ざかるにしたがって第１側面との間の距離が減じられるように傾斜または湾曲させられている。
【００３３】
すなわち、この実施形態においては、導光部材の厚みが、光入射部が設けられる位置から端部方向に向かうほど薄肉化させられている。このことによっても、光源が配置される光入射部からの距離が遠くなるにしたがって透明部材内の光の量が少なくなることを補償して、すなわち、透明部材内に閉じ込められる光の密度を平均化して、光出射面からの光の出射量を導光部材の長手方向について平均化することができる。
【００３４】
好ましい実施形態においては、上記透明部材における上記第１側面の幅寸法が、上記第２側面の幅寸法より短寸とされている。
【００３５】
これにより、幅寸法が限定された線状の照射領域に対し、十分な量の光を長手方向に照射することができる。
【００３６】
本願発明の第２の側面によれば、上記本願発明の第１の側面にかかる導光部材を用いた線状光源装置が提供される。この線状光源装置は、上記したいずれかの導光部材が用いられ、この導光部材の光入射部に隣接して光源が配置されて構成されていることに特徴づけられる。光源の配置方法は、たとえば、ＬＥＤを導光部材の光入射部に接着等によって付属させてもよいし、基板上に実装したＬＥＤを上記導光部材の上記光入射部に隣接させてもよい。
【００３７】
この線状光源装置の利点は、これに用いる導光部材について前述したことから明らかであると思われるが、それに加えて、たとえば、導光部材の端部に隣接して光源を配置することに比較し、線状光源装置としての全長が短くなり、この光源装置を利用する機器の長手方向の小型化を図ることができる。
【００３８】
好ましい実施形態においては、上記光源として、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤが上記導光部材の光入射部に隣接して、その幅方向に配列されている。
【００３９】
すなわち、この実施形態にかかる光源装置は、カラー画像を読み取るために構成される密着型イメージセンサの光源装置として好適に利用できるものである。各色について、読み取り領域の長手方向に照明強度の偏在がなくなることに加え、各色のＬＥＤが導光部材の幅方向に配列されているため、線状照明領域に対する各色の光源の位置が長手方向に同一となり、各色間の照明強度の偏在も回避することができる。
【００４０】
また、青色（Ｂ）発光のＬＥＤは、実用化されているとはいえ緑色（Ｇ）発光あるいは赤色（Ｒ）発光のＬＥＤの数倍ないし数十倍の価格であることに鑑みると、本願発明によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のＬＥＤを各１個用いることによって、カラー画像読み取りのための光源装置を構成することがきることは、著しいコストダウンを期待することができる。
【００４１】
本願発明の第３の側面によれば、上記本願発明の第２の側面にかかる線状光源装置を用いた画像読み取り装置が提供される。この画像読み取り装置は、ケーシングの一面に形成された画像読み取り面上を接触搬送される原稿に上記ケーシング内に設けられた光源装置からの光を照射し、上記画像読み取り面上に設定された読み取りラインにおける原稿からの反射光を上記ケーシング内に上記読み取りライン方向に配列された複数の受光素子に受光させるようにした画像読み取り装置であって、上記光源装置として、上記第２の側面に係るいずれかの線状光源装置を用い、その光出射面から出射させた光が上記読み取りライン上の原稿を照明するように構成したことを特徴とする。
【００４２】
かかる画像読み取り装置の利点は、本願発明の第１の側面によって提供される導光部材、第２の側面によって提供される線状光源装置についての説明から、明らかであろう。
【００４３】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明にかかる導光部材１０の第１の実施形態の正面図、図２は底面図、図３は上記導光部材１０の長手方向中央部の拡大側面図、図４は導光部材１０内の光の進行状態の説明図、図５は上記導光部材１０の長手方向端部の拡大側面図である。
【００４５】
本願発明に係る導光部材１０は、たとえば、ＰＭＭＡ等のアクリル系透明樹脂を成形して得られる透明部材１１がその主要部を占めている。この透明部材１１は、図１および図２に表れているように、所定の長手方向寸法を有する長尺状の部材であり、上下厚み方向の第１側面１１Ａと、ごの第１側面１１Ａと対向する第２側面１１Ｂと、左右幅方向の第３および第４側面１１Ｃ，１１Ｄと、長手方向両端面１１Ｅ，１１Ｆとを有している。
【００４６】
上記第１側面１１Ａは、好ましくは、鏡面仕上げされた平坦面とされ、後述するように、この第１側面は、光出射面１２として機能する。上記第２側面１１Ｂは、その長手方向中央部から端部方向に向かうにつれて、上記第１側面１１Ａとの間の距離が次第に縮小する平坦状の傾斜面となっており、その表面は、鏡面仕上げ領域１３と、乱反射領域１４とが混在させられている。また、この実施形態においては、上記第２側面１１Ｂの長手方向中央部が、光入射部１５として設定されている。
【００４７】
上記第２側面１１Ｂに鏡面仕上げ領域１３と乱反射領域１４とを混在させる手法としては、たとえば、第２側面１１Ｂの全体を鏡面仕上げ面とし、そのうちの選択された領域にたとえば白色の塗装を施す。図に示す実施形態においては、図２に示すように、上記第２側面１１Ｂに、その左右幅方向に延びる帯状の白色塗装１４Ａを透明部材１１の長手方向に複数箇所施し、これらの白色塗装１４Ａの内面が上記乱反射領域１４として機能するようにしている。また、図に示す実施形態においては、上記帯状の白色塗装１４Ａは、その透明部材長手方向の塗装幅が透明部材１１の端部に向かうにつれて広くなるようにし、上記第２側面１１Ｂにおいて、鏡面仕上げ領域１３に対する乱反射領域１４の面積比率が透明部分１１の端部に向かうほど大きくなるようにしている。このように白色塗装１４Ａを施す場合には、粗面を形成したうえで塗装をすることが、塗装の密着性が高められる。なお、上記乱反射領域１４の形成には、上記したように白色塗装を施すほか、図８に示すように、細かな凹凸１４Ｂを透明部材１１の成形段階において設けたり、加工によって設けたりしてもよい。この場合、第２側面１１ＢにＡｌ，Ｃｒ，Ａｇ等の光沢金属を蒸着させることにより、凹凸１４Ｂからの光の漏れをなくして、効率を上げることができる。また、塗装によって乱反射領域を形成する場合には、図に示す実施形態のように、帯状の塗装による他、ドット状の塗装をし、このドットの密度を透明部材１１の端部に向かうほど高めるようにしてもよい。
【００４８】
上記透明部材１１の長手方向両端面１１Ｅ，１１Ｆは、図５に示すように、好ましくは、たとえば金属層１６を蒸着するなどして、全反射面とされる。
【００４９】
なお、上記透明部材１１における左右幅方向の第３および第４側面１１Ｃ，１１Ｄは、いずれも、鏡面仕上げされた平坦面とすることが望ましいが、これに加えて、これらの第３および第４側面の全面に金属層（図示略）を蒸着するなどして、全反射面としてもよい。
【００５０】
図１、図３および図６に示すように、上記透明部材１１の第１側面１１Ａにおける長手方向中央部、すなわち、上記第２側面１１Ｂに設定された光入射部１５と上下厚み方向に対向する部位には、略Ｖ字状の凹入部２０が形成されている。図に示す実施形態においては、この略Ｖ字状の凹入部２０は、２つの傾斜面２１，２１と、これらの傾斜面２１，２１の底端部間をつなぐ水平状の底面２２とを有するようにして形成されている。なお、底面２２の幅は、できるだけ小さくすることが望ましい。
【００５１】
また、図に示す実施形態においては、上記凹入部２０における２つの傾斜面２１，２１は鏡面仕上げ面とされる一方、上記底面２２は、図６に良く表れているように、凹凸を有する光拡散面２２Ａとされている。光拡散面２２Ａは、透明部材１１の成形時に形成してもよいし、鏡面仕上げ面に拡散シートを貼着してもよい。なお、後述するように、上記略Ｖ字状の凹入部２０の底面２２を光拡散面とする理由は、第２側面側１１Ｂの光入射部１５から透明部材１１内に入射される光が直接的に第１側面１１Ａ側に突き抜けて輝点が現れるのを回避するためであるが、このように輝点の出現を回避するとの観点からは、図７に示すように、この凹入部２０の底面２２を、金属層２２Ｂを蒸着するなどすることによる全反射面としてもよい。
【００５２】
上記構成を有する導光部材１０における光入射部１５には、これに隣接して、光源３０が配置される。本実施形態においては、１個のＬＥＤ３０Ａが、上記光入射部１５に付属させるようにして、添着させられている。この場合、ＬＥＤ３０Ａの光出射部が上記導光部材１０の光入射部１５を向くようにされることはいうまでもない。このように、導光部材１０と、その光入射部１５に隣接して配置されたＬＥＤ３０Ａとにより、一定の長手方向寸法を有する導光部材１０の第１側面１１Ａの全域よりなる光出射面１２から光が出射する線状光源装置３５が構成される。以下、この線状光源装置３５の作用について具体的に説明する。
【００５３】
図４は、透明部材１１の第１側面１１Ａ、第２側面１１Ｂおよび上記凹入部２０の傾斜面２１，２１のすべてが鏡面仕上げ面であると仮定した場合に、上記光入射部１５に配置したＬＥＤ３０Ａから透明部材１１内に入射した光の進行経路を模式的に示している。第１側面１１Ａにおける上記光入射部１５と対向する一定領域に、前述のような傾斜面２１，２１を有する凹入部２０が形成されているために、上記ＬＥＤ３０Ａから出射された光は、上記傾斜面２１，２１に対して全反射臨界角よりも大きい角度で入射し、また、上記第１側面１１Ａに対しても全反射臨界角よりも大きい角度で入射することになる。したがって、上記光は、凹入部２０の傾斜面２１，２１において全反射し、また、第１側面１１Ａにおいても全反射する。そして、いったん上記傾斜面２１，２１で全反射した光もまた、第１側面１１Ａに対して全反射臨界角よりも大きい角度で入射するために、全反射する。さらに、いったん第１側面１１Ａで全反射した光もまた、第２側面１１Ｂに対して全反射臨界角よりも大きい角度で入射するために、全反射する。このようにして、上記ＬＥＤ３０Ａから出た光の多くは、第１側面１１Ａおよび第２側面１１Ｂで全反射を繰り返しながら、透明部材１１の長手方向端部に向けて進行する。
【００５４】
ところで、上記実施形態に係る導光部材１０においては、上記凹入部２０の底面２２を、光拡散面２２Ａとしている。かりにこの底面２２が鏡面仕上げ面であるとすると、この底面に対するＬＥＤ３０Ａからの光の入射角は全反射臨界角よりも小さいために、この底面を透過して外部に照射されることになり、この光は、外部から輝点として現れてしまう。しかし、上記構成の導光部材１０においては、上記凹入部２０の底面２２を光拡散面２２Ａとしているので、図６に示すように、上記底面２２に内部から到達した光は、無方向に拡散されて外部に照射される。したがって、上記のような輝点の出現はなく、また、凹入部２０の傾斜面２１，２１で光が全反射するために導光部材の長手方向中央部付近において外部に照射される光が減少することを補い、線状光源装置３５としての長手方向中央部における光の出射量を確保する。
【００５５】
また、上記形態に係る導光部材１０においては、第２側面１１Ｂに、前述したように白色塗装１４Ａよりなる乱反射領域１４を設けている。この乱反射領域１４に内部から到達した光は、透明部材１１の内部に向けて無方向に乱反射される。こうして乱反射される光のうち、全反射臨界角よりも小さい角度で第１側面１１Ａに到達した光が、この第１側面１１Ａを透過して照明光として外部に照射される。
【００５６】
上記ＬＥＤ３０Ａが配置された光入射部１５に近いほど、透明部材１１中を進行する光が強いが、上記実施形態においては、光入射部１５に近いほど、上記乱反射領域１４の面積比率を小さくしているので、第１側面１１Ａを透過して出射される光量を抑制する。一方、光入射部１５から遠ざかるほど、透明部材１１中を進行する光が弱くなるが、上記実施形態においては、光入射部１５から遠ざかるにしたがって上記乱反射領域１４の面積比率を大きくしているので、透明部材１１中の光の弱化を補償して、端部領域において第１側面１１Ａを透過して出射される光量を確保する。このようにして、導光部材１０の第１側面１１Ａから出射させられて線状照明領域を照明する光の量を、導光部材１０の長手方向に均一化することができる。
【００５７】
また、図に示す実施形態においては、導光部材１０の第２側面１１Ｂを、端部に向かうほど第１側面１１Ａに近づく傾斜状とし、導光部材１０の上下厚み寸法を端部に向かうほど縮小していることもまた、端部に向かうほど透明部材１１内を進行する光が弱くなることを補償して、均一な強さの光を長手方向全長にわたって出射させることに寄与している。
【００５８】
また、本実施形態においては、透明部材１１の両端面１１Ｅ，１１Ｆに金属蒸着による全反射面１６を設けているので、透明部材１１内を進行して端部に到達した光が無駄に外部に放出されることを回避することができる。
【００５９】
図９ないし図１１は、導光部材１０およびこれを用いた線状光源装置３５の第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した第１の実施形態と異なる点は、図１０および図１１に示されるように、導光部材１０を形成する透明部材１１の横幅面が、第２側面１１Ｂから第１側面１１Ａに向かうほど、縮小している点、および、第２側面１１Ｂの長手方向中央部の光入射部１５には、光源として、赤色（Ｒ）発光のＬＥＤ３０Ｒ、緑色（Ｇ）発光のＬＥＤ３０Ｇ、および青色（Ｂ）発光ＬＥＤ３０Ｂの３個のＬＥＤが導光部材１０の幅方向に配列されている点である。
【００６０】
上記のように導光部材１０の横幅を第１側面１１Ａに向かうほど縮小させている点は、第１側面１１Ａの幅方向寸法を一定以内に抑制して、線状光源として、幅方向の限られた領域に効率よく光を照射することができつつも、第２側面１１Ｂにおいて、上記のように３個のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを導光部材１０の長手方向の同位置に配列するに適したものとなる。
【００６１】
各色のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから発した光は、第１の実施形態について述べたのと同様に、導光部材１０の第１側面１１Ａの全長領域の光出射面１２から、均一化されて照射される。各色のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの出力を調整することにより、フルカラーの発色が可能となる。また、後述するように、各色のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを順次切り換えて発光させることにより、受光素子を共通使用する形態の密着型カラーイメージセンサの光源装置として機能させることができる。
【００６２】
図１２および図１３は、図９ないし図１１に示した導光部材１０および線状光源装置３５を利用した密着型カラーイメージセンサ４０を示している。このイメージセンサ４０は、ケーシング４１の上面に透明ガラス板からなる画像読み取り面４２を備え、この画像読み取り面４２に密着させるようにしてプラテン４３によってバックアップされながら搬送される原稿Ｄの画像を、１ラインごとに読み取るように構成されている。
【００６３】
ケーシング４１の下面には、基板４４が取付けられ、この基板４４には、所定数の受光素子が造りこまれたイメージセンサチップ４５が、複数個１列に取付けられている。たとえば、Ａ４幅の原稿を８ドット／ｍｍの読み取り密度で読み取りためには、上記受光素子は、１２５μｍピッチで１７２８個配置される。１個のイメージセンサチップ４５には、たとえば９６個の受光素子が一体に造りこまれ、したがって、この場合、１８個のイメージセンサチップ４５が基板上に配列されることになる。
【００６４】
画像読み取り面４２に設定された読み取りラインＬの鉛直方向下方位置に上記複数個のイメージセンサチップ４５が配列され、かつ、読み取りラインＬとイメージセンサチップ４５との間には、レンズアレイ４６が配置される。このレンズアレイ４６は、読み取りラインＬ上の画像を、正立等倍に上記複数個のイメージセンサチップ４５上に配列された１７２８個の受光素子上に集束させる。
【００６５】
ケーシング４１内の上記画像読み取り面４２の下方において、上記レンズアレイ４６の側方に設定された空間には、図９ないし図１１に示した形態をもつ本願発明の線状光源装置３５が配置される。この場合、導光部材１０の左右幅方向中心線Ｌ_１が、上記画像読み取り面４２の読み取りラインＬを向くように配置される。そして、導光部材１０の第２側面１１Ｂにおける光入射部１５に隣接させるようにして、基板４７上に搭載されたＲ、Ｇ、Ｂ各色発光の３個のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが、導光部材１０の左右幅方向に配列される。
【００６６】
上記導光部材１０の第１側面１１Ａから発した光は、読み取りラインＬ上の原稿を、効率よく照明する。そして、原稿Ｄを所定ピッチずつ送りながら、読み取りラインＬ上の原稿の画像のＲ、Ｇ、Ｂ各色ごとの画像データが、各色のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを切り換え点灯させながら、イメージセンサチップ４５によって順次読み取られる。
【００６７】
上記密着型カラーイメージセンサ４０においては、線状光源装置３５が各色１個のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから発した光を所定長さの照明領域に均等に広げて照射するようにしているので、複数個のＬＥＤを使用する場合に想定される、読み取り幅方向の光量の偏在、各ＬＥＤの発色光の微妙な相違等に起因した読み取り画像の色調の偏差等の画像読み取り品質の低下要因を効果的に解消することができる。また、各色のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを、導光部材１０の長手方向同位置に配置しているので、各色のＬＥＤが読み取り幅方向に配列される場合に想定される、読み取り画像の色調の偏差をも、効果的に回避することができる。さらに、導光部材１０内を進行させた光を、導光部材１０の第１側面１１Ａから集中的に照射しているので、照明効率が非常に良く、各色１個のＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを用いているにもかかわらず、十分な照明光量を確保することができる。さらに、導光部材１０の長手方向中間部に光源であるＬＥＤ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを配置しているので、たとえば、導光部材１０の端部に光源であるＬＥＤ等を配置することに比較し、ケーシング４１の長手方向寸法が節約され、この種の密着型カラーイメージセンサ４０の小型化が促進される。
【００６８】
図１４は、本願発明に係る導光部材１０ないし線状光源装置３５の他の実施形態を示す正面図である。この実施形態に係る導光部材１０ないし線状光源装置３５は、図１ないし図５に示した導光部材１０ないし線状光源装置１５を１単位として、これを長手方向に２単位分連続させたものである。本願発明に係る導光部材１０ないし線状光源装置３５は、透明部材１１の長手方向中間部の第２側面１１Ｂに光入射部を設けたが故に、このような線状照明範囲の長手方向の延長が可能となる。
【００６９】
もちろん、この発明の範囲は上述した各実施形態に限定されるものではない。とくに、導光部材ないしこれを用いた線状光源装置は、前述したように密着型カラーイメージセンサの光源として利用するほか、室内照明や車内照明、あるいは装飾照明等、種々な照明光源としての利用が可能である。この場合、導光部材の寸法や光源は、それぞれ最適なものが選択される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る導光部材ないしこれを用いた線状光源装置の第１の実施形態の正面図である。
【図２】図１に示した導光部材ないし線状光源装置の底面図である。
【図３】図１に示した導光部材ないし線状光源装置の長手方向中央部の拡大正面図である。
【図４】図１に示した導光部材ないし線状光源装置における透明部材内の光の進行状況の説明図である。
【図５】図１に示した導光部材ないし線状光源装置の端部の拡大正面図である。
【図６】図１に示した導光部材ないし線状光源装置において透明部材の第１側面に形成される略Ｖ字状凹入部の拡大図である。
【図７】上記略Ｖ字状凹入部の変形例の拡大図である。
【図８】図１に示した導光部材ないし線状光源装置において、透明部材の第２側面に形成される乱反射領域の変形例の説明図である。
【図９】本願発明に係る導光部材ないしこれを用いた線状光源装置の第２の実施形態の正面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う拡大断面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線に沿う拡大断面図である。
【図１２】図９ないし図１１に示した導光部材ないし線状光源装置を利用した密着型カラーイメージセンサの中央横断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４】本願発明に係る導光部材ないしこれを用いた線状光源装置の第３の実施形態の正面図である。
【図１５】従来の密着型イメージセンサの一般的な構成を示す断面図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ −ＸＶＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０導光部材
１１透明部材
１１Ａ第１側面
１１Ｂ第２側面
１２光出射面
１３鏡面仕上げ領域
１４乱反射領域
１５光入射部
２０凹入部
２１傾斜面
２２底面
２２Ａ光拡散面
２２Ｂ全反射面（金属層）
２０光源
３０ＡＬＥＤ
３０Ｒ赤色発光ＬＥＤ
３０Ｇ緑色発光ＬＥＤ
３０Ｂ青色発光ＬＥＤ
３５線状光源装置
４０密着型カラーイメージセンサ
４１ケーシング
４２画像読み取り面
Ｌ読み取りライン
Ｄ原稿[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear light source device, a light guide member used for the same, and an image reading apparatus including a linear light source using the light guide member. For example, the linear light source device of the present invention can be suitably used for an image reading device configured to read a document conveyed while being brought into close contact with a reading surface, line by line, that is, a document illumination of a contact image sensor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 shows a conventional general configuration of a contact image sensor. The image sensor a has an original reading surface c made of a transparent glass plate on the upper surface of a casing b, and an image of an original e conveyed while being backed up by a platen d so as to be in close contact with the original reading surface c. It is configured to read line by line.
[0003]
A substrate f is mounted on the lower surface of the casing b, and a plurality of image sensor chips g each including a predetermined number of light receiving elements are mounted on the substrate f in a row. For example, in order to read an A4 width document at a reading density of 8 dots / mm, 1,728 light receiving elements are arranged at a pitch of 125 μm. For example, 96 light receiving elements are integrally formed in one image sensor chip g. Therefore, in this case, 18 image sensor chips g are mounted in a line on the substrate f.
[0004]
The image sensor chips g are arranged vertically below the read lines L set on the document reading surface c, and a lens array h is arranged between the read lines L and the image sensor chips g. The lens array h focuses an image on the reading line L on 1728 light receiving elements arranged on the plurality of image sensor chips g at the same magnification as the erect image.
[0005]
A light source for illuminating a document on the reading line L is provided in a space formed below the reading surface c in the casing b. Conventionally, an LED chip j is often used as the light source, and a plurality of LED chips j are used to illuminate the entire area of the read line L having a length corresponding to the width of the document. They are arranged on the board k at intervals.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the conventional contact type image sensor a having the above configuration has the following various problems particularly in the configuration for document illumination.
[0007]
First, since the LED chips j, which are point light sources, are discretely arranged, the brightness at a predetermined distance from the light source periodically changes in the longitudinal direction of the illumination area as shown in FIG. Therefore, the output of the light receiving element is not constant in the longitudinal direction of the reading line L. That is, for example, even if a document having the same brightness is read along the reading line L, the output as an image sensor periodically changes in strength in the longitudinal direction of the line L. This leads to the deterioration of the reading quality. To compensate for the deterioration of the reading quality, a complicated correction circuit is required, which leads to an increase in the cost of the contact type image sensor.
[0008]
Second, since a plurality of LED chips j are used as a light source, the reading quality is degraded due to variations in luminous intensity of each LED chip j. When reading a black-and-white image, such variations in the luminous intensity of each LED chip do not cause much problem.However, when a contact image sensor is configured to read a color image, the quality of the read image is significantly deteriorated. Connect. When an image sensor for reading a color image is configured using a common reading element, three color light sources of R, G, and B are arranged, and the image of each color is read line by line while switching the light emission color of the light source. However, when the luminous intensity of the LED chip varies as described above, the color tone varies in the width direction of the image at a stage where the image data of each color is combined and the color image is reproduced. Such a variation in color tone is visually enhanced more than expected, so that the quality of a reproduced color image is significantly reduced. Such color tone correction must be performed through complicated adjustments while accurately measuring the luminous intensity and color variation of each LED chip, and this type of contact image sensor can withstand low-cost mass production. is not.
[0009]
Third, when one image sensor is configured, a plurality of LED chips j are required as a light source for illumination, so that the manufacturing cost increases accordingly. In particular, in order to minimize the change in illumination brightness on the document reading surface c as shown in FIG. 16, it is necessary to set a relatively long distance from the document reading surface to the LED chip. However, in that case, only a small amount of light emitted from the light source can be substantially used as illumination light, and much light is wasted. Therefore, the lighting energy efficiency is extremely poor.
[0010]
The present invention has been conceived under such circumstances, and solves the above-described problems of the conventional example and configures a mechanism for illuminating a linear area. It is an object of the present invention to minimize the variation in brightness over the entire length of the lighting device with a simple configuration, reduce the number of light sources, reduce the cost of the lighting device, and remarkably improve the lighting efficiency.
[0011]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
[0012]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light guide member for use in a linear light source device. This light guide member , Long A light guide member in which a first side surface on one side in the thickness direction of a long transparent member is a light exit surface, and a light incident portion is formed on a second side surface facing the light exit surface in the thickness direction. The incident portion is formed at a longitudinal middle portion of the transparent member. And a substantially V-shaped recessed portion having two inclined surfaces is formed at a portion of the first side surface facing the light incident portion, Light incident from the light incident portion travels in the longitudinal direction of the inside of the transparent member while being totally reflected and irregularly reflected on the outer surface of the transparent member, and light is emitted from the entire area or substantially the entire area of the light emitting surface. And the concave portion further has a bottom surface connecting between bottom end portions of the two inclined surfaces. It is characterized by that.
[0013]
When the surface of the transparent member is a smooth mirror-finished surface, light incident on the surface from the inside thereof is more than a critical incident angle (the incident angle is an angle with respect to the normal of the surface) defined by the refractive index of the transparent member. When the incident angle is large, the light is totally reflected by the surface and returns to the inside of the transparent member. When the incident angle is smaller than the critical incident angle, the light penetrates the surface and exits to the outside. In the light guide member having the above-described configuration, light introduced into the transparent member from the light incident portion set at the longitudinal middle portion of the second side surface is reflected by the first side surface and the second side surface, and Proceed in the longitudinal direction. When the incident angle on the light emitting surface of the first side surface is smaller than the critical incident angle as the transparent member advances in the longitudinal direction, the light is emitted from the light emitting surface to the outside. In this way, for example, when a light source device is formed using the light guide member having the above-described configuration, one light incident portion is provided in the middle of the light guide member in the longitudinal direction, and a single light incident portion is provided in the light incident portion. By introducing the light from the light source, the light can be uniformly emitted from the entire area of the light emission surface formed linearly in the longitudinal direction on the first side surface of the light guide member.
[0015]
The configuration of the concave portion is a configuration for effectively avoiding that much of the light introduced into the light guide member from the light incident portion passes through the light guide member and exits as it is. That is, when the longitudinal central portion of the first side surface on which the concave portion is not formed is mirror-finished, the light incident angle on the first side surface near the light incident portion becomes smaller than the critical incident angle, and the inside of the first side surface is reduced. Most of the light arriving from the outside exits without being reflected at the boundary surface of the first side surface. In such a case, when viewed from the outside, a bright spot appears at a longitudinally intermediate portion of the light exit surface of the light guide member, and as a linear light source device, uniform light emission from the light exit surface is hindered. You. In the above configuration, by forming the V-shaped concave portion, the incident angle of light from the inside of the transparent member to the inclined surface is increased to promote total reflection of light, and the appearance of the bright spot as described above is effected. Can be avoided.
[0016]
this The bottom surface of the concave portion may preferably be a total reflection surface or a light diffusion surface having fine irregularities.
[0017]
In order to make the bottom of the concave portion a total reflection surface, for example, a metal layer is formed by vapor deposition. This makes it possible to effectively avoid the appearance of a bright spot in the middle portion in the longitudinal direction of the light guide member due to direct transmission of light, in combination with the fact that the inclined surface of the concave portion promotes total reflection of light.
[0018]
When the bottom surface of the concave portion is an uneven light diffusing surface, light is radiated from the bottom surface in a diffused manner, and the light is transmitted through the inclined surface of the substantially V-shaped concave portion inside the light guide member. Thus, it is possible to compensate for a decrease in the amount of light emitted from the central portion of the light guide member due to the total reflection of the light, and to ensure uniform irradiation of light from the entire light exit surface of the light guide member.
[0019]
In a preferred embodiment, the light exit surface as the first side surface of the light guide member is a mirror-finished flat surface.
[0020]
With this configuration, it is possible to prevent a decrease in light emission efficiency due to irregular reflection, and to further increase the efficiency of the light guide member as a whole.
[0021]
In a preferred embodiment, a mirror-finished region and a diffuse reflection region are provided on the second side surface on which the light incident portion is formed.
[0022]
Light that has entered the boundary surface of the mirror-finished region from inside the transparent member at an angle larger than the critical incident angle is totally reflected. On the other hand, light that has entered the boundary surface of the irregular reflection region from inside the transparent member is diffusely reflected non-directionally and returns to the inside of the transparent member. Part of the light irregularly reflected in this way reaches the first side surface, that is, the light emission surface, at an incident angle equal to or smaller than the critical incident angle, and is radiated to the outside. Therefore, by adjusting the area of the irregular reflection region, the amount of light emitted from the light exit surface can be adjusted.
[0023]
In a preferred embodiment, in the second side surface on which the light incident portion is formed, the area ratio of the irregular reflection region to the mirror finish region is increased as the distance from the light incident portion increases.
[0024]
The amount of light that travels inside the light guide member in the longitudinal direction and reaches the end decreases as it goes toward the end of the light guide member, that is, as the distance from the light incident portion increases. In other words, light is stronger near the light incident portion, but weaker as it is farther. In the above embodiment, at a position near the light incident portion, the ratio of the irregular reflection region formed on the second side surface is reduced, while as the distance from the light incident portion increases, the ratio of the irregular reflection region is increased. The amount of light emitted from the light exit surface can be averaged in the longitudinal direction of the light guide member by compensating for the difference in the amount of light in the light guide member due to the distance.
[0025]
The irregular reflection region can be formed by painting a selected region on the second side surface or by forming fine irregularities on the selected region on the second side surface. When the above-mentioned irregular reflection area is formed by painting, it is desirable to use white paint from the viewpoint of reflection efficiency. When the irregular reflection area is formed by applying a coating, it is desirable to form a rough surface in advance on the second side surface and then apply the coating on the rough surface in order to enhance the adhesion of the coating. Further, in this case, when a metal such as Al, Cr, or Ag is deposited on the mirror-finished region and the irregular reflection region, unnecessary light leakage from the irregular reflection region can be prevented, and the efficiency can be increased.
[0026]
In a preferred embodiment, both ends of the transparent member are total reflection surfaces. This total reflection surface is formed, for example, by depositing a metal layer.
[0027]
As described above, the light guide member according to the present invention performs total reflection and irregular reflection of light introduced into the transparent member from the light incident portion provided on the second side surface in the middle portion in the longitudinal direction at the boundary surface of the transparent member. While traveling toward the longitudinal end, the light is uniformly emitted from the light emitting surface of the first side surface. Part of the light traveling toward the longitudinal end will eventually reach the end face of the transparent member, but if this end face is a mirror-finished surface or a smooth boundary surface close to this, it will pass through this boundary surface. Irradiation to the outside is useless. In this embodiment, by making the end of the transparent member a total reflection surface, the light that has reached the end surface of the transparent member as described above is returned to the inside of the transparent member again to improve the efficiency.
[0028]
In a preferred embodiment, the light incident portion is formed at a central portion in the longitudinal direction of the second side surface.
[0029]
When a monochromatic linear light source device is configured using this light guide member, for example, one LED may be arranged adjacent to the light incident portion. Therefore, as compared with the arrangement of a plurality of light sources, as seen in the light source of the conventional contact type image sensor, the cost reduction due to the decrease in the number of LEDs and the prevention of the variation in the illuminance with respect to the linear illumination area are more effective. realizable. The emission color of the LED is not limited, and a white LED may be employed.
[0030]
In another embodiment, the light incident portion is formed at a plurality of locations in the longitudinal direction on the second side surface.
[0031]
By doing so, it is possible to realize a light source device capable of enlarging the total length of the linear light emission surface and averaging the linear illumination region corresponding to a longer linear illumination region.
[0032]
In a preferred embodiment, the second side surface is inclined or curved so that the distance from the first side surface decreases as the distance from the light incident portion increases.
[0033]
That is, in this embodiment, the thickness of the light guide member is made thinner toward the end from the position where the light incident portion is provided. This also compensates for the decrease in the amount of light in the transparent member as the distance from the light entrance where the light source is disposed increases, that is, the average density of light confined in the transparent member is averaged. Thus, the amount of light emitted from the light exit surface can be averaged in the longitudinal direction of the light guide member.
[0034]
In a preferred embodiment, the width of the first side surface of the transparent member is shorter than the width of the second side surface.
[0035]
Thus, a sufficient amount of light can be irradiated in the longitudinal direction to the linear irradiation region having a limited width dimension.
[0036]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a linear light source device using the light guide member according to the first aspect of the present invention. This linear light source device is characterized in that any one of the light guide members described above is used, and a light source is arranged adjacent to a light incident portion of the light guide member. The method of arranging the light source may be, for example, attaching the LED to the light incident portion of the light guide member by bonding or the like, or causing the LED mounted on the substrate to be adjacent to the light incident portion of the light guide member. .
[0037]
The advantages of the linear light source device may be apparent from the above description of the light guide member used therein. In addition, for example, the light source may be disposed adjacent to the end of the light guide member. In comparison, the overall length of the linear light source device is shortened, and the size of a device using this light source device in the longitudinal direction can be reduced.
[0038]
In a preferred embodiment, as the light source, LEDs of three colors of R, G, and B are arranged in the width direction adjacent to the light incident portion of the light guide member.
[0039]
That is, the light source device according to this embodiment can be suitably used as a light source device of a contact type image sensor configured to read a color image. For each color, in addition to eliminating uneven distribution of illumination intensity in the longitudinal direction of the reading area, and because the LEDs of each color are arranged in the width direction of the light guide member, the position of the light source of each color with respect to the linear illumination area in the longitudinal direction. It is the same, and uneven distribution of the illumination intensity between the colors can be avoided.
[0040]
Further, in view of the fact that a blue (B) light emitting LED is several times or several tens times as expensive as a green (G) light emitting or red (R) light emitting LED although it is practically used, the invention of the present application is considered. According to this, it is possible to configure a light source device for reading a color image by using one LED of each color of R, G, and B, so that significant cost reduction can be expected.
[0041]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an image reading apparatus using the linear light source device according to the second aspect of the present invention. The image reading device irradiates a document conveyed in contact with an image reading surface formed on one surface of a casing with light from a light source device provided in the casing, and reads a document set on the image reading surface. An image reading apparatus in which reflected light from a document in a line is received by a plurality of light receiving elements arranged in the reading line direction in the casing, wherein the light source device according to the second aspect is used as the light source device. The linear light source device is characterized in that the light emitted from the light emitting surface illuminates the original on the reading line.
[0042]
The advantages of such an image reading device will be apparent from the description of the light guide member provided by the first aspect of the present invention and the linear light source device provided by the second aspect of the present invention.
[0043]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a light guide member 10 according to the present invention, FIG. 2 is a bottom view, FIG. 3 is an enlarged side view of a central portion in the longitudinal direction of the light guide member 10, and FIG. FIG. 5 is an enlarged side view of a longitudinal end portion of the light guide member 10, illustrating an advancing state of light in the member 10.
[0045]
The main part of the light guide member 10 according to the present invention is a transparent member 11 obtained by molding an acrylic transparent resin such as PMMA. As shown in FIGS. 1 and 2, the transparent member 11 is a long member having a predetermined longitudinal dimension, and includes a first side surface 11A in the vertical thickness direction and a first side surface 11A. It has an opposing second side surface 11B, third and fourth side surfaces 11C and 11D in the left-right width direction, and both end surfaces 11E and 11F in the longitudinal direction.
[0046]
The first side surface 11A is preferably a mirror-finished flat surface, and the first side surface functions as a light emitting surface 12 as described later. The second side surface 11B is a flat inclined surface in which the distance from the first side surface 11A gradually decreases from the longitudinal center toward the end, and the surface is mirror-finished. The region 13 and the irregular reflection region 14 are mixed. In this embodiment, the central part in the longitudinal direction of the second side surface 11B is set as the light incident part 15.
[0047]
As a method of mixing the mirror-finished region 13 and the irregular reflection region 14 on the second side surface 11B, for example, the entire second side surface 11B is a mirror-finished surface, and a selected region is coated with, for example, white paint. In the embodiment shown in the figure, as shown in FIG. 2, a band-shaped white coating 14A extending in the left-right width direction is applied to the second side surface 11B at a plurality of locations in the longitudinal direction of the transparent member 11, and these white coatings 14A are formed. Is designed to function as the irregular reflection area 14. In the embodiment shown in the figure, the strip-shaped white coating 14A is such that the coating width in the longitudinal direction of the transparent member is increased toward the end of the transparent member 11, and the second side surface 11B is mirror-finished. The area ratio of the irregular reflection area 14 to the area 13 is increased toward the end of the transparent portion 11. When the white coating 14A is applied as described above, the coating is performed after forming the rough surface, thereby improving the adhesion of the coating. The irregular reflection region 14 may be formed by applying white paint as described above, or by providing fine irregularities 14B in the molding step of the transparent member 11 or by processing as shown in FIG. Good. In this case, by vapor-depositing a glossy metal such as Al, Cr, or Ag on the second side surface 11B, light can be prevented from leaking from the unevenness 14B, and the efficiency can be increased. In the case where the irregular reflection area is formed by coating, as in the embodiment shown in the drawing, in addition to band-shaped coating, dot-shaped coating is performed, and the density of the dots is increased toward the end of the transparent member 11. You may do so.
[0048]
As shown in FIG. 5, the both end surfaces 11E and 11F in the longitudinal direction of the transparent member 11 are preferably total reflection surfaces, for example, by depositing a metal layer 16 or the like.
[0049]
Preferably, the third and fourth side surfaces 11C and 11D of the transparent member 11 in the left-right width direction are both mirror-finished flat surfaces, but in addition to these, the third and fourth side surfaces 11C and 11D are also provided. A metal layer (not shown) may be deposited on the entire side surface to form a total reflection surface.
[0050]
As shown in FIGS. 1, 3 and 6, the transparent member 11 faces the light incident portion 15 set on the first side surface 11A in the longitudinal direction, that is, the second side surface 11B in the vertical thickness direction. A substantially V-shaped recess 20 is formed at the site. In the embodiment shown in the figures, the substantially V-shaped recess 20 has two inclined surfaces 21 and 21 and a horizontal bottom surface 22 connecting the bottom ends of the inclined surfaces 21 and 21. It is formed as described above. It is desirable that the width of the bottom surface 22 be as small as possible.
[0051]
Further, in the embodiment shown in the drawings, the two inclined surfaces 21 and 21 in the concave portion 20 are mirror-finished surfaces, while the bottom surface 22 is a light having irregularities as shown in FIG. The diffusion surface 22A is provided. The light diffusion surface 22A may be formed at the time of molding the transparent member 11, or a diffusion sheet may be adhered to the mirror-finished surface. As described later, the reason that the bottom surface 22 of the substantially V-shaped concave portion 20 is a light diffusing surface is that light incident on the transparent member 11 from the light incident portion 15 on the second side surface 11B is directly. In order to avoid the appearance of a bright spot through the first side surface 11A side, from the viewpoint of avoiding the appearance of the bright spot in this way, as shown in FIG. The bottom surface 22 may be a total reflection surface by depositing a metal layer 22B or the like.
[0052]
The light source 30 is disposed adjacent to the light incident portion 15 of the light guide member 10 having the above configuration. In the present embodiment, one LED 30 </ b> A is attached so as to be attached to the light incident portion 15. In this case, it goes without saying that the light emitting portion of the LED 30A is directed to the light incident portion 15 of the light guide member 10. As described above, the light guide member 10 and the LED 30A arranged adjacent to the light incident portion 15 make the light exit surface 12 composed of the entire first side surface 11A of the light guide member 10 having a constant longitudinal dimension. A linear light source device 35 from which light is emitted is configured. Hereinafter, the operation of the linear light source device 35 will be specifically described.
[0053]
FIG. 4 shows that the first side surface 11A and the second side surface 11B of the transparent member 11 and the inclined surfaces 21 and 21 of the concave portion 20 are all arranged on the light incident portion 15 on the assumption that the surfaces are mirror-finished surfaces. The traveling path of the light that has entered the transparent member 11 from the LED 30A is schematically shown. Since the recess 20 having the inclined surfaces 21 and 21 as described above is formed in a fixed area of the first side surface 11A facing the light incident section 15, light emitted from the LED 30A is not inclined. The light enters the surfaces 21 and 21 at an angle larger than the critical angle for total reflection, and also enters the first side surface 11A at an angle larger than the critical angle for total reflection. Therefore, the light is totally reflected on the inclined surfaces 21 and 21 of the concave portion 20, and is also totally reflected on the first side surface 11A. The light once totally reflected by the inclined surfaces 21 and 21 is also totally reflected because it enters the first side surface 11A at an angle larger than the critical angle for total reflection. Further, the light once totally reflected on the first side surface 11A is also totally reflected because it is incident on the second side surface 11B at an angle larger than the critical angle for total reflection. Thus, most of the light emitted from the LED 30A travels toward the longitudinal end of the transparent member 11 while repeating total reflection on the first side surface 11A and the second side surface 11B.
[0054]
By the way, in the light guide member 10 according to the embodiment, the bottom surface 22 of the recess 20 is a light diffusion surface 22A. Assuming that the bottom surface 22 is a mirror-finished surface, the incident angle of light from the LED 30A with respect to the bottom surface is smaller than the critical angle for total reflection, so that the light passes through the bottom surface and is radiated to the outside. Light appears as a bright spot from the outside. However, in the light guide member 10 having the above configuration, since the bottom surface 22 of the concave portion 20 is a light diffusion surface 22A, as shown in FIG. And is radiated to the outside. Therefore, no bright spots appear as described above, and since the light is totally reflected by the inclined surfaces 21 and 21 of the concave portion 20, the light emitted to the outside near the center in the longitudinal direction of the light guide member decreases. In order to compensate for this, the light emission amount at the central portion in the longitudinal direction as the linear light source device 35 is secured.
[0055]
Further, in the light guide member 10 according to the above-described embodiment, the irregular reflection region 14 made of the white paint 14A is provided on the second side surface 11B as described above. The light that reaches the irregular reflection area 14 from the inside is irregularly reflected toward the inside of the transparent member 11 in the non-direction. Of the light that is irregularly reflected in this manner, the light that reaches the first side surface 11A at an angle smaller than the critical angle for total reflection passes through the first side surface 11A and is emitted to the outside as illumination light.
[0056]
The closer to the light incident portion 15 where the LED 30A is arranged, the stronger the light traveling in the transparent member 11 is. However, in the above embodiment, the closer to the light incident portion 15, the smaller the area ratio of the irregular reflection region 14 is. Therefore, the amount of light transmitted through and emitted from the first side surface 11A is suppressed. On the other hand, the light traveling in the transparent member 11 becomes weaker as the distance from the light incident portion 15 increases, but in the above embodiment, the area ratio of the irregular reflection region 14 increases as the distance from the light incident portion 15 increases. By compensating for the weakening of the light in the transparent member 11, a sufficient amount of light is transmitted through the first side surface 11A in the end region. In this way, the amount of light emitted from the first side surface 11A of the light guide member 10 and illuminating the linear illumination area can be made uniform in the longitudinal direction of the light guide member 10.
[0057]
Further, in the embodiment shown in the drawings, the second side surface 11B of the light guide member 10 is inclined toward the first side surface 11A toward the end, and the vertical thickness dimension of the light guide member 10 increases toward the end. The reduction also contributes to emitting light of uniform intensity over the entire length in the longitudinal direction by compensating that light traveling in the transparent member 11 becomes weaker toward the end.
[0058]
Further, in the present embodiment, since the total reflection surface 16 formed by metal vapor deposition is provided on both end surfaces 11E and 11F of the transparent member 11, light that travels inside the transparent member 11 and reaches the end is wasted outside. Release can be avoided.
[0059]
9 to 11 show a second embodiment of the light guide member 10 and the linear light source device 35 using the same. This embodiment is different from the above-described first embodiment in that, as shown in FIGS. 10 and 11, the width of the transparent member 11 forming the light guide member 10 is the first width from the second side surface 11B. As a light source, a red (R) light emitting LED 30R, a green (G) light emitting LED 30G, And the blue (B) light emitting LED 30 </ b> B are arranged in the width direction of the light guide member 10.
[0060]
The point that the width of the light guide member 10 is reduced toward the first side surface 11A as described above is that the width direction dimension of the first side surface 11A is suppressed within a certain range, and the linear light source is limited in the width direction. It is possible to efficiently irradiate the light to the set area, but it is suitable for arranging the three LEDs 30R, 30G, 30B at the same position in the longitudinal direction of the light guide member 10 on the second side surface 11B as described above. It will be.
[0061]
The lights emitted from the LEDs 30R, 30G, and 30B of the respective colors are made uniform from the light exit surface 12 in the entire length region of the first side surface 11A of the light guide member 10 in the same manner as described in the first embodiment. Is done. By adjusting the outputs of the LEDs 30R, 30G, and 30B for each color, full-color coloring is possible. Further, as described later, by sequentially switching the LEDs 30R, 30G, and 30B of the respective colors to emit light, it is possible to function as a light source device of a contact type color image sensor in which a light receiving element is commonly used.
[0062]
12 and 13 show a contact type color image sensor 40 using the light guide member 10 and the linear light source device 35 shown in FIGS. 9 to 11. The image sensor 40 is provided with an image reading surface 42 made of a transparent glass plate on the upper surface of a casing 41. It is configured to read line by line.
[0063]
A substrate 44 is mounted on the lower surface of the casing 41, and a plurality of image sensor chips 45 each having a predetermined number of light receiving elements are mounted on the substrate 44 in a row. For example, in order to read an A4 width document at a reading density of 8 dots / mm, 1,728 light receiving elements are arranged at a pitch of 125 μm. For example, 96 light receiving elements are integrally formed in one image sensor chip 45. Therefore, in this case, 18 image sensor chips 45 are arranged on the substrate.
[0064]
The plurality of image sensor chips 45 are arranged vertically below the reading line L set on the image reading surface 42, and a lens array 46 is arranged between the reading line L and the image sensor chip 45. Is done. The lens array 46 focuses the image on the reading line L onto 1728 light receiving elements arranged on the plurality of image sensor chips 45 at the same magnification as the erect image.
[0065]
Below the image reading surface 42 in the casing 41, a linear light source device 35 of the present invention having the configuration shown in FIGS. 9 to 11 is disposed in a space set on the side of the lens array 46. You. In this case, the center line L of the light guide member 10 in the left-right width direction is used. ₁ Are arranged so as to face the reading line L of the image reading surface 42. Then, the three LEDs 30R, 30G, and 30B of each of the R, G, and B colors, which are mounted on the substrate 47 so as to be adjacent to the light incident portion 15 on the second side surface 11B of the light guide member 10, form a light guide. The members 10 are arranged in the left-right width direction.
[0066]
The light emitted from the first side surface 11A of the light guide member 10 efficiently illuminates the original on the reading line L. Then, while the document D is being fed by a predetermined pitch, the image data of the image of the document on the reading line L for each of the R, G, and B colors is turned on and off by the image sensor chip 45 while switching the LEDs 30R, 30G, and 30B of each color. Read sequentially.
[0067]
In the contact type color image sensor 40, since the linear light source device 35 uniformly radiates the light emitted from one LED 30R, 30G, 30B for each color to an illumination area of a predetermined length, a plurality of light sources are used. Effectively reduces image reading quality degradation factors such as uneven distribution of light amount in the reading width direction and slight differences in color tone of the read image due to slight differences in coloring light of each LED, which are assumed when using two LEDs. Can be eliminated. In addition, since the LEDs 30R, 30G, and 30B of each color are arranged at the same position in the longitudinal direction of the light guide member 10, the deviation of the color tone of the read image assumed when the LEDs of each color are arranged in the reading width direction. Can also be effectively avoided. Furthermore, since the light that has traveled inside the light guide member 10 is intensively irradiated from the first side surface 11A of the light guide member 10, the illumination efficiency is very good, and one LED 30R, 30G, 30B of each color is used. Despite the use, a sufficient amount of illumination light can be secured. Furthermore, since the LEDs 30R, 30G, and 30B, which are light sources, are arranged at the middle part in the longitudinal direction of the light guide member 10, for example, compared to arranging LEDs and the like as light sources at the end of the light guide member 10, The dimension in the longitudinal direction of the casing 41 is saved, and the miniaturization of this type of the contact type color image sensor 40 is promoted.
[0068]
FIG. 14 is a front view showing another embodiment of the light guide member 10 or the linear light source device 35 according to the present invention. The light guide member 10 or the linear light source device 35 according to this embodiment is configured such that the light guide member 10 or the linear light source device 15 shown in FIGS. It is a thing. The light guide member 10 or the linear light source device 35 according to the present invention is provided with the light incident portion on the second side surface 11B at the intermediate portion in the longitudinal direction of the transparent member 11, so that the longitudinal direction of such a linear illumination range is provided. Extension is possible.
[0069]
Of course, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments. In particular, the light guide member or the linear light source device using the same is used not only as a light source of a contact type color image sensor as described above, but also as various illumination light sources such as indoor lighting, interior lighting, and decorative lighting. Is possible. In this case, optimal dimensions and light sources are selected for the light guide member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a light guide member or a linear light source device using the same according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged front view of a central portion in a longitudinal direction of the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the progress of light in a transparent member in the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 5 is an enlarged front view of an end portion of the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 6 is an enlarged view of a substantially V-shaped concave portion formed on a first side surface of a transparent member in the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 7 is an enlarged view of a modified example of the substantially V-shaped concave portion.
FIG. 8 is an explanatory view of a modified example of the irregular reflection area formed on the second side surface of the transparent member in the light guide member or the linear light source device shown in FIG.
FIG. 9 is a front view of a second embodiment of the light guide member or the linear light source device using the same according to the present invention.
FIG. 10 is an enlarged sectional view taken along line XX of FIG. 9;
FIG. 11 is an enlarged sectional view taken along line XI-XI of FIG. 9;
FIG. 12 is a central cross-sectional view of a contact type color image sensor using the light guide member or the linear light source device shown in FIGS. 9 to 11;
FIG. 13 is a sectional view taken along the line XIII-XIII in FIG.
FIG. 14 is a front view of a third embodiment of the light guide member or the linear light source device using the same according to the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a general configuration of a conventional contact image sensor.
FIG. 16 is a sectional view taken along the line XVI-XVI in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Light guide member
11 Transparent member
11A 1st side
11B 2nd side
12 Light exit surface
13 Mirror finish area
14 Diffuse reflection area
15 Light incidence part
20 recess
21 Slope
22 Bottom
22A Light diffusion surface
22B Total reflection surface (metal layer)
20 light sources
30A LED
30R red light emitting LED
30G green light emitting LED
30B Blue LED
35 Linear light source device
40 Contact type color image sensor
41 Casing
42 Image reading surface
L read line
D manuscript

Claims

A light guide member in which a first side surface on one side in the thickness direction of the long transparent member is a light exit surface, and a light incident portion is formed on a second side surface facing the light exit surface in the thickness direction,
The light incident portion is formed at a longitudinally intermediate portion of the transparent member , and a substantially V-shaped concave portion having two inclined surfaces is formed at a portion of the first side surface facing the light incident portion. are, while the light incident from the light incident portion is totally reflected and diffused reflection at the outer surface of the transparent member advances within the transparent member in the longitudinal direction, the light is emitted from the entire or substantially the entire region of the light emitting surface Is configured to
The light guide member, wherein the recessed portion further has a bottom surface connecting between bottom end portions of the two inclined surfaces .

2. The light guide member according to claim 1 , wherein two inclined surfaces in the substantially V-shaped concave portion are mirror-finished, and the bottom surface is a total reflection surface.

2. The light guide member according to claim 1 , wherein the two inclined surfaces in the substantially V-shaped concave portion are mirror-finished, and the bottom surface is a light diffusion surface having an uneven shape.

The light-emitting surface is a mirror-finished flat surface, the light guide member according to any one of claims 1 to 3.

The light guide member according to claim 4 , wherein a mirror finish region and a diffuse reflection region are mixed on the second side surface on which the light incident portion is formed.

6. The light guide member according to claim 5 , wherein in the second side surface on which the light incident portion is formed, an area ratio of the irregular reflection region to a mirror-finished region increases as the distance from the light incident portion increases. 7.

The light guide member according to claim 5 , wherein the irregular reflection region is formed by applying a coating to a selected region of the second side surface.

The light guide member according to claim 5 , wherein the irregular reflection region is formed by forming irregularities in a selected region of the second side surface.

The light guide member according to claim 8 , wherein a glossy material such as Al, Cr, or Ag is deposited on the mirror-finished region and the irregular reflection region.

Both end portions of the transparent member is a total reflection surface, the light guide member according to any one of claims 1 to 9.

The light guide member according to any one of claims 1 to 10 , wherein the light incident portion is formed at one position at a central portion in the longitudinal direction of the second side surface.

The light guide member according to any one of claims 1 to 10 , wherein the light incident portion is formed at a plurality of positions in the longitudinal direction on the second side surface.

The second aspect is the distance between the first side farther from the light incident portion is tilted or curved such subtracted, the light guide member according to any one of claims 1 to 12.

The width of the first side surface of the transparent member, the second being a part-length than the width of the side surface, the light guide member according to any one of claims 1 to 13.

A linear light source device comprising the light guide member according to any one of claims 1 to 14 , wherein a light source is arranged adjacent to a light incident portion of the light guide member.

The linear light source device according to claim 15 , wherein the light source is an LED.

17. The linear light source device according to claim 16 , wherein the LED is white.

17. The linear light source device according to claim 16 , wherein LEDs of three colors of R, G, and B are arranged adjacent to a light incident portion of the light guide member in a width direction thereof.

A document conveyed in contact with a document reading surface formed on one surface of a casing is irradiated with light from a light source device provided in the casing, and reflected from the document on a reading line set on the document reading surface. 19. A linear light source according to any one of claims 15 to 18 , wherein the light is received by a plurality of light receiving elements arranged in the reading line direction in the casing. An image reading apparatus, wherein the apparatus is configured so that light emitted from a light exit surface illuminates a document on the reading line.