JP5817779B2 - 導光体、照明装置、および画像読取装置 - Google Patents
導光体、照明装置、および画像読取装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、点光源からの出射光を線状光にして出射する導光体、該導光体を備えた照明装置、および該照明装置を備えた画像読取装置に関する。
従来、この種の照明装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この照明装置５２０は、図１１に示すように、光源６４０を備える。光源６４０の出射光は、スプリッタ６５０によって分離されて、各光ガイド６６０ａ，６６０ｂに入射される。
しかしながら、照明装置５２０には、光源６４０の出射光を効率的に利用しきれていないという問題点があった。具体的には、スプリッタ６５０において、光ガイド６６０ａ，６６０ｂへの分岐部分は、角度αをなすよう設計された二つの斜面で構成される。しかし、これら斜面の接続部分は、実際には、成形や切削により曲面となっている。このような接続部分に当たった光は、乱反射したり透過したりする。その結果、光源６４０の出射光の中には、光ガイド６６０ａ，６６０ｂに導かれることなく、照明装置５２０の外部に漏れてしまうものがある。このように、照明装置５２０では、接続部分が光源６４０の出射光の利用効率を低下させる原因となっていた。
それゆえに、本発明の目的は、光源の出射光を効率的に利用可能な導光体、該導光体を備えた照明装置、および該照明装置を備えた画像読取装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第一局面は、導光体であって、点光源の出射光が入射される入射部と、前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備えている。前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射する。
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含んでいる。また、前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられている。
前記第一導光部および前記第二導光部は、外部との境界面をそれぞれ含んでいる。前記光軸を含む面に対する前記第一斜面および前記第二斜面の角度θは、前記入射部の透過光を前記第一斜面および前記第二斜面で全反射し、かつ前記第一斜面および前記第二斜面での全反射により分岐された第一光および第二光を、対応する境界面で全反射する値を有しており、前記導光体の屈折率をｎとし、かつθ＝０で前記第一斜面および前記第二斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
を満たす。
本発明の第二局面は、導光体であって、点光源の出射光が入射される入射部と、前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備えている。前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射する。
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含んでいる。また、前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられている。
前記光拡散部は、前記光分岐部に向かって突出する溝であって、前記視方向からの平面視で、前記光軸を基準として互いに対称な第三斜面および第四斜面を含み、前記第三斜面および前記第四斜面は、前記光軸上で前記第一点よりも前記入射部側にある第二点で接続されている。前記第三斜面および前記第四斜面が、それぞれ前記光軸を含む面に対してなす角度θ v は、前記導光体の屈折率をｎとし、かつθ v ＝０で前記第三斜面および前記第四斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
を満たす。
前記第一導光部および前記第二導光部は、外部との境界面をそれぞれ含んでいる。前記光軸を含む面に対する前記第一斜面および前記第二斜面の角度θは、前記入射部の透過光を前記第一斜面および前記第二斜面で全反射し、かつ前記第一斜面および前記第二斜面での全反射により分岐された第一光および第二光を、対応する境界面で全反射する値を有しており、前記導光体の屈折率をｎとし、かつθ＝０で前記第一斜面および前記第二斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
本発明の第二局面は、導光体であって、点光源の出射光が入射される入射部と、前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備えている。前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射する。
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含んでいる。また、前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられている。
前記光拡散部は、前記光分岐部に向かって突出する溝であって、前記視方向からの平面視で、前記光軸を基準として互いに対称な第三斜面および第四斜面を含み、前記第三斜面および前記第四斜面は、前記光軸上で前記第一点よりも前記入射部側にある第二点で接続されている。前記第三斜面および前記第四斜面が、それぞれ前記光軸を含む面に対してなす角度θ v は、前記導光体の屈折率をｎとし、かつθ v ＝０で前記第三斜面および前記第四斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
本発明の第三局面は、導光体であって、点光源の出射光が入射される入射部と、前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備えている。 前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射する。
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含んでいる。また、前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられている。
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記入射部に接続された第一曲面および第二曲面を、さらに含んでおり、前記第一曲面または前記第二曲面は、それぞれへの入射光を、前記第一斜面および前記第二斜面に向けて反射せず、前記視方向からの平面視で、前記点光源の発光点と、前記第一導光部および前記第二導光部の内部の点と、を二つの焦点とする第一楕円弧および第二楕円弧である。
本発明の第四局面は、点光源と、第一局面乃至第三局面の導光体とを備えた照明装置であり、また、第五局面は、第四局面の照明装置と、前記照明装置から出射された前記第一線状光および前記第二線状光の原稿面からの反射光を受光する撮像素子と、を備えた画像読取装置である。
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含んでいる。また、前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられている。
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記入射部に接続された第一曲面および第二曲面を、さらに含んでおり、前記第一曲面または前記第二曲面は、それぞれへの入射光を、前記第一斜面および前記第二斜面に向けて反射せず、前記視方向からの平面視で、前記点光源の発光点と、前記第一導光部および前記第二導光部の内部の点と、を二つの焦点とする第一楕円弧および第二楕円弧である。
本発明の第四局面は、点光源と、第一局面乃至第三局面の導光体とを備えた照明装置であり、また、第五局面は、第四局面の照明装置と、前記照明装置から出射された前記第一線状光および前記第二線状光の原稿面からの反射光を受光する撮像素子と、を備えた画像読取装置である。
上記各局面によれば、点光源からの出射光は、光拡散部によって、第一導光部または第二導光部に向かうよう偏向される。この光拡散部により接続部への入光が抑制され、導光体は、点光源の出射光を効率的に利用した二つの線状光を生成できるようになる。
《実施形態》
以下、図面を参照して、一実施形態に係る導光体、照明装置および画像読取装置について詳説する。
以下、図面を参照して、一実施形態に係る導光体、照明装置および画像読取装置について詳説する。
《はじめに》
まず、図中のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸について説明する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交する。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、画像読取装置の主走査方向、副走査方向および上下方向を示している。Ｘ軸は、主走査方向だけでなく、導光体、照明装置および画像読取装置の前後方向や、点光源の光軸の方向を示す。Ｙ軸は、副走査方向だけでなく、導光体、照明装置および画像読取装置の左右方向を示す。
まず、図中のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸について説明する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交する。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、画像読取装置の主走査方向、副走査方向および上下方向を示している。Ｘ軸は、主走査方向だけでなく、導光体、照明装置および画像読取装置の前後方向や、点光源の光軸の方向を示す。Ｙ軸は、副走査方向だけでなく、導光体、照明装置および画像読取装置の左右方向を示す。
《画像読取装置の構成》
図１において、画像読取装置１は、筐体１２と、原稿カバー１４と、プラテンガラス１６と、第一スライダユニット１８と、第二スライダユニット１１０と、結像レンズ１１２と、撮像素子１１４と、照明装置１１６と、第一ミラー１１８，第二ミラー１２０および第三ミラー１２２と、を備えている。
図１において、画像読取装置１は、筐体１２と、原稿カバー１４と、プラテンガラス１６と、第一スライダユニット１８と、第二スライダユニット１１０と、結像レンズ１１２と、撮像素子１１４と、照明装置１１６と、第一ミラー１１８，第二ミラー１２０および第三ミラー１２２と、を備えている。
筐体１２の内部には、両スライダユニット１８，１１０と、結像レンズ１１２と、撮像素子１１４と、照明装置１１６と、ミラー１１８，１２０，１２２と、が収容されている。
筐体１２の上面には略矩形状の開口が形成されている。この開口には、板状のプラテンガラス１６が取り付けられている。プラテンガラス１６の上面には、原稿Ｄが読取り面側を下に向けて載置される。
原稿カバー１４は、筐体１２の上面に開閉自在に設けられ、ユーザの操作により閉じられて原稿Ｄに覆い被さる。
照明装置１１６は、典型的には、図１に示すように、プラテンガラス１６の下方向に設けられている。この照明装置１１６は、図２〜図４に示すように、点光源２２および導光体２４を備えており、点光源２２の出射光から、導光体２４の内部で二つの線状光を生成する。照明装置１１６は、生成した線状光を、導光体２４の二カ所から出射して、プラテンガラス１６上の原稿Ｄにおける読取領域Ａを照射する。ここで、読取領域Ａとは、原稿Ｄにおける主走査方向一ライン分である。なお、照明装置１１６の詳細については後述するので、ここでは照明装置１１６の概要の説明にとどめる。
ミラー１１８，１２０，１２２は、原稿Ｄでの反射光（一点鎖線で示す）を結像レンズ１１２へと導く。
ここで、照明装置１１６およびミラー１１８は、第一スライダユニット１８に搭載されている。第一スライダユニット１８は、原稿Ｄの読取動作中、プラテンガラス１６の下面に沿って、照明装置１１６およびミラー１１８を副走査方向に速度Ｖで送る。
また、ミラー１２０，１２２は、第二スライダユニット１１０に搭載されている。第二スライダユニット１１０は、読取動作中、プラテンガラス１６の下面から若干下方に離れた位置で、ミラー１２０，１２２を副走査方向に速度Ｖ／２で送る。上記のように速度制御された送り動作により、読取動作中、原稿Ｄでの反射光の撮像素子１１４までの光路長を一定にしている。また、この送り動作により、照明装置１１６は、副走査方向に移動しつつ、原稿Ｄの全ての読取領域Ａに対し二つの線状光を照射する。
結像レンズ１１２は、ミラー１２２での反射光を通過させて撮像素子１１４に結像させる。撮像素子１１４は、受光面に結像された光を、原稿Ｄの主走査方向一ライン毎に、光の三原色で表す電気信号に変換する。
《照明装置について》
次に、照明装置１１６について詳説する。上記の通り、照明装置１１６は、図２等に示すように、点光源２２と、導光体２４と、を備えている。
次に、照明装置１１６について詳説する。上記の通り、照明装置１１６は、図２等に示すように、点光源２２と、導光体２４と、を備えている。
点光源２２は、一般的には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であって、白色光を放射する。また、点光源２２は、例えば約１２０度の半減角を有する。ここで、半減角とは、点光源２２の光軸Ｏの方向への放射光の輝度を１００％とした時、輝度が５０％となる光線間の角度である。
導光体２４は、例えば、Ｘ軸方向に３００ｍｍ程度の長さで、高い光透過率を有する透明の材料で一体成型により作製される。この種の材料としては、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ Ｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のような樹脂材料がある。他にも、導光体２４はガラス材料で作製されることもある。また、導光体２４は縦中心面Ｃに対し互いに対称な形状を有することが好ましい。導光体２４は、上記の通り一体成型により作製されるが、機能的に分けると、図３および図４に示すように、光分岐部２４２と、第一導光部２４４と、第二導光部２４６と、第一反射部２４８と、第二反射部２５０と、を備えている。以下各部について詳説する。
《光分岐部の詳細な構成》
光分岐部２４２は、図５に特に明確に示すように、入射部２４２２と、第一斜面２４２４と、第二斜面２４２６と、接続部２４２８と、光拡散部２４３０と、を含む。
光分岐部２４２は、図５に特に明確に示すように、入射部２４２２と、第一斜面２４２４と、第二斜面２４２６と、接続部２４２８と、光拡散部２４３０と、を含む。
入射部２４２２は、ＹＺ平面に平行な二つの主面Ｓ１,Ｓ２を有する。主面Ｓ１，Ｓ２は、縦中心面Ｃに対し互いに対称な形状を有し、かつＹ軸方向に距離Δ１だけ離れている。この入射部２４２２に対し点光源２２が配置される。
このような入射部２４２２に対し、点光源２２は下記条件（１）〜（５）を満たすように配置される。（１）主面Ｓ１,Ｓ２に点光源２２が対向する。（２）入射部２４２２を基準としてＸ軸の負方向側に点光源２２が配置される。（３）点光源２２の光軸Ｏが主面Ｓ１，Ｓ２と直交する。（４）光軸Ｏが縦中心面Ｃに含まれる。（５）好ましくは、点光源２２の最大照射角度の光が入射部２４２２に入射されるよう、点光源２２は入射部２４２２に近接する。
斜面２４２４は、Ｚ軸正方向側（つまり、視方向）からの平面視で、縦中心面Ｃと角度θをなし、光軸Ｏ上の第一点Ｐ１を含むように設計された矩形状の面である。第一点Ｐ１から角度θで、斜面２４２４は、Ｘ軸の正方向側でかつＹ軸上で負方向側に向かって延在するように設計される。角度θは次式（１）を満たす。
上式（１）において、ｎは導光体２４の材料の屈折率である。ｎ＝１．５の場合、角度θは約２４．１度以下となる。また、θは、θ＝０の時に、斜面２４２４が入射部２４２２に対し垂直となる。また、角度θは、縦中心面Ｃに対し時計回りに数える。
斜面２４２６は、縦中心面Ｃを基準として斜面２４２４と略対称な形状を有する。
上記のような第一斜面２４２４、第二斜面２４２６および接続部２４２８で構成される光分岐面は、入射部２４２２とＸ軸方向に相対向しており、入射部２４２２に向かって突出している。
ここで、両斜面２４２４，２４２６は、視方向からの平面視で、第一点Ｐ１において２×θの角度で交差するのではない。実際には、成形や切削により、両斜面２４２４，２４２６の尖端部分は曲面（アール）になっている。このような曲面が斜面２４２４，２４２６の接続部２４２８となる。
また、図６に示すように、主面Ｓ１，Ｓ２から接続部２４２８までのＸ軸方向距離をＬとすると、この距離Ｌは、次式（２）を満たすように設計される。
上式（２）において、Ｄは、視方向からの平面視で、縦中心面Ｃから導光体２４のＹ軸の正方向側および負方向側の各端部までの距離である。また、ｄは、視方向からの平面視で、後述の導光部２４４，２４６のＹ軸方向に沿う幅である。γは、点光源２２の最大照射角度である。θ，ｎについては上記の通りである。例えばＤ＝１０ｍｍ、ｄ＝７ｍｍ、θ＝２４度、ｎ＝１．５とし、点光源２２の最大照射角度を５０度に制限すると、距離Ｌは約５ｍｍ以下となる。
また、入射部２４２２および斜面２４２４におけるＹ軸正方向側の端同士は面２４３２で、また、それらの負方向側の端同士は面２４３４で接続される。また、入射部２４２２および斜面２４２４，２４２６のＺ軸正方向側の端同士、また、それらの負方向側の端同士は、図示しない面でそれぞれ接続されている。
光拡散部２４３０は、本実施形態では、入射部２４２２に設けられており、主面Ｓ１,Ｓ２の間にＺ軸方向に延在するよう形成された溝である。この溝は、視方向からの平面視で、Ｖ字形状を有しており、接続部２４２８の方向に突出している。このような光拡散部２４３０は、より具体的には、図６に示すように、第三斜面２４３０２と、第四斜面２４３０４と、を備えている。
斜面２４３０２は、視方向からの平面視で、縦中心面Ｃに角度θv（図６参照）で交差し、光軸Ｏ上の第二点Ｐ２を通過する矩形状の面である。ここで、点Ｐ２は、点Ｐ１を基準としてＸ軸の負方向側で、主面Ｓ１，Ｓ２を基準としてＸ軸の正方向側の点である。点Ｐ２から角度θvで、斜面２４３０２は、Ｘ軸の負方向側かつＹ軸の正方向側に延在する。角度θvは次式（３）を満たす。
上式（３）において、ｎは導光体２４の材料の屈折率である。ｎ＝１．５の場合、角度θvが約４１．８度以上となる。また、θvは、θv＝０の時に、斜面２４３０２が主面Ｓ１，Ｓ２に対し垂直となる。また、斜面２４３０２の角度θvは、縦中心面Ｃに対し反時計回りに数える。
斜面２４３０４は、縦中心面Ｃを基準として斜面２４３０２と略対称な形状を有する。
また、斜面２４３０２，２４３０４におけるＸ軸負方向側の端部同士のＹ軸方向距離は、前述のΔ１（図５参照）であり、このΔ１は１ｍｍ程度に設計されることが好ましい。
《導光部の詳細な構成》
導光部２４４，２４６はそれぞれ、図２〜図６に示すように、Ｘ軸に平行に延在するロッド状の部材である。導光部２４４，２４６のＸ軸負方向側の端部は、仮想的な面２４３２，２４３４にて、光分岐部２４２を挟み込んで、光分岐部２４２と繋がっている。ここで、仮想的な面２４３２，２４３４は、理解を容易にするためおよび参考のために図示されているものである。実際の導光体２４は、一体成型により作製されるため、導光部２４４，２４６と光分岐部２４２とは、境界や切れ目無く一続きになっている。かかる仮想面２４３２，２４３４から、導光部２４４，２４６は、視方向からの平面視で、Ｙ軸方向に所定距離Δ２だけ離れた状態でＸ軸正方向に向かって延在する。そして、導光部２４４，２４６のＸ軸正方向側の端同士が繋がっている。この構成により、光分岐部２４２と導光部２４４,２４６との内側には、Ｘ軸方向に延在しＹ軸方向幅がΔ２のスリット２５２が形成される。
導光部２４４，２４６はそれぞれ、図２〜図６に示すように、Ｘ軸に平行に延在するロッド状の部材である。導光部２４４，２４６のＸ軸負方向側の端部は、仮想的な面２４３２，２４３４にて、光分岐部２４２を挟み込んで、光分岐部２４２と繋がっている。ここで、仮想的な面２４３２，２４３４は、理解を容易にするためおよび参考のために図示されているものである。実際の導光体２４は、一体成型により作製されるため、導光部２４４，２４６と光分岐部２４２とは、境界や切れ目無く一続きになっている。かかる仮想面２４３２，２４３４から、導光部２４４，２４６は、視方向からの平面視で、Ｙ軸方向に所定距離Δ２だけ離れた状態でＸ軸正方向に向かって延在する。そして、導光部２４４，２４６のＸ軸正方向側の端同士が繋がっている。この構成により、光分岐部２４２と導光部２４４,２４６との内側には、Ｘ軸方向に延在しＹ軸方向幅がΔ２のスリット２５２が形成される。
また、導光部２４４，２４６は、好ましくは、縦中心面Ｃを基準として互いに対称な形状を有する。より具体的には、視方向からの平面視で、導光部２４４は、読取領域Ａに対してＹ軸の正方向側に設けられ、導光部２４６は、その負方向側に設けられる。
導光部２４４内においてＺ軸負方向側の端部には第一反射部２４８が形成される。反射部２４８は、読取領域ＡのＸ軸方向長さをカバー可能な長さを有しており、例えば図７に示すようにＸ軸方向に配列された複数のプリズムから構成されている。第二反射部２５０は、導光部２４６内のＺ軸負方向側端部に、縦中心面Ｃを基準として反射部２４８と対称な形状となるように形成されている。
《照明装置における光の伝搬》
点光源２２は、図８において光ａ（矢印ａで示す）を出射する。この出射光ａの殆どは、主面Ｓ１の透過光ｂ（矢印ｂで示す）として、また、その残りは、光拡散部２４３０の透過光ｃ（矢印ｃで示す）として光分岐部２４２の内部を伝搬する。
点光源２２は、図８において光ａ（矢印ａで示す）を出射する。この出射光ａの殆どは、主面Ｓ１の透過光ｂ（矢印ｂで示す）として、また、その残りは、光拡散部２４３０の透過光ｃ（矢印ｃで示す）として光分岐部２４２の内部を伝搬する。
透過光ｂは入射角α１で斜面２４２４に入射されるとする。ここで、点光源２２の出射光ａの有効利用の観点から、透過光ｂは斜面２４２４で全反射することが好ましい。また、斜面２４２４での反射光ｄ（矢印ｄで示す）は、光分岐部２４２および導光部２４４の内部を伝搬して、導光部２４４と外部（典型的には空気）との境界面Ｓ３に入射角β１で入射されるとする。境界面Ｓ３では入射光ｄが全反射することが好ましい。斜面２４２４や境界面Ｓ３で全反射するために、斜面２４２４は、縦中心面Ｃに対し前述の式（１）で規定される角度θ（図５参照）を有する。
光拡散部２４３０が無いと仮定した場合、出射光ａのうち光軸Ｏ近傍の光は、接続部２４２８に入射されてしまう。接続部２４２８は斜面２４２４のような全反射条件を考慮したものではないため、接続部２４２８への入射光は乱反射や透過により導光体２４の外部に漏れてしまう。このような光の漏れは、出射光ａの有効利用を阻害する。それに対し、本実施形態では、縦中心面Ｃと角度θv（図６参照）をなす光拡散部２４３０は、図８に示すように、自身への入射光を透過する際、斜面２４２４または導光部２４４に向かうように偏向する。ここで、透過光ｃのうち導光部２４４に向かう光ｅ（矢印ｅで示す）の境界面Ｓ３への入射角をα２とする。角度θvが小さすぎると、光ｅが境界面Ｓ３から外部に漏れてしまう。入射角α２が臨界角を超えないように、光拡散部２４３０は、縦中心面Ｃに対し前述の式（３）で規定される角度θvを有する。以上のような光拡散部２４３０により、接続部２４２８に向かう光が大幅に少なくなり、接続部２４２８からの光の漏れが低減される。
また、実際には点光源２２の取り付け精度により、斜面２４３０２，２４３０４が交差する線分は、光軸Ｏに対しＹ軸方向に多少位置ずれする場合がある。このような位置ずれが生じても、光拡散部２４３０は、自身への入射光（つまり、光軸Ｏ近傍の強い光）を斜面２４３０２，２４３０４に向けて分岐できるように、取り付け誤差程度にＹ軸方向幅を確保しておく必要がある。また、接続部２４２８のアールに起因する光漏れを防ぐためにも、光拡散部２４３０は、自身への入射光を分岐しておく必要がある。この観点から、本実施形態では、取り付け誤差が０．５ｍｍで、アールが０．５ｍｍと想定し、Δ１として１ｍｍのＹ軸方向幅を確保している。
また、点光源２２の出射光ａのうち、照射角度の大きな光ｆ（矢印ｆで示す）が境界面Ｓ３で全反射して斜面２４２４に入射されると、斜面２４２４から外部に漏れる光が生じる。このような光の漏れを最小限に抑えるため、距離Ｌは、前式（２）で規定する範囲に設定される。
以上、導光体２４において、縦中心面Ｃを基準としてＹ軸の正方向側の部分での光の伝搬についてのみ説明したが、その負方向側でも同様に光は伝搬する。
以上のように、本光分岐部２４２には、点光源２２の出射光ａを有効利用するための様々な工夫がなされており、これによって、光分岐部２４２は、この出射光ａを効率的に第一光Ｌ１および第二光Ｌ２に分岐して、第一導光部２４４および第二導光部２４６に導く。
導光部２４４において、第一光Ｌ１は基本的に、外部との境界面Ｓ３で全反射を繰り返して、Ｘ軸方向へと伝搬されていく。その過程で、反射部２４８（図４を参照）に当たった光Ｌ１は伝搬方向を変えて、導光部２４４のＺ軸正方向端部から第一線状光Ｌ３として出射される。なお、反射部２４８に当たらずに導光部２４４のＸ軸方向端部まで導かれた光Ｌ１は、導光部２４６に入射される。
導光部２４６において、第二光Ｌ２は、第一光Ｌ１と同様に、導光部２４６の内部で全反射を繰り返して、Ｘ軸方向へと伝搬されていく。その過程で、反射部２５０に当たった光Ｌ２は伝搬方向を変えて、導光部２４６のＺ軸正方向端部から第二線状光Ｌ４として出射される。なお、反射部２５０に当たらずに導光部２４６のＸ軸方向端部に到達した光Ｌ２は、導光部２４４に入射される。
図４に示すように、導光部２４４，２４６は、視方向からの平面視で、読取領域Ａを挟んで両側から線状光Ｌ３，Ｌ４を照射する。これによって、プラテンガラス１６上の原稿Ｄに折り目や浮き等があっても、影の発生を低減することが可能となる。また、さらに詳細には、導光体２４は、縦中心面Ｃを基準として対称な向きを有しかつ概ね同じ強度の線状光Ｌ３，Ｌ４を読取領域Ａに出射することが可能となる。これにより、プラテンガラス１６上の原稿Ｄに折り目や浮き等があっても、影の発生を最小限に抑えることが可能となる。読取領域Ａでの反射光は、スリット２５２を通過して、最終的に撮像素子１１４に入射される。
《第一導光部および第二導光部の他の構成例》
上記実施形態では、導光部２４４，２４６のＸ軸の負方向側の端部は、図３等に示すように視方向からの平面視で矩形形状になっていた。しかし、これに限らず、第一導光部２４４は、図９に示すように、Ｘ軸の負方向側の端部に、主面Ｓ１のＹ軸正方向側端部に接続された第一曲面Ｓ４を有していても構わない。ここで、曲面Ｓ４は、点光源２２の発光点Ｐ３と、第四点Ｐ４とを二つの焦点をする楕円面であることが好ましい。ここで、第四点Ｐ４のＸ軸上の位置は、斜面２４２４のＸ軸正方向側の端部の位置であって、そのＹ軸上の位置は、導光部２４４のＹ軸方向中心点である。この場合、第二導光部２４６は、Ｘ軸の負方向側の端部に、縦中心面Ｃを基準として、第一曲面Ｓ４に対して対称な第二曲面Ｓ５を有する。
上記実施形態では、導光部２４４，２４６のＸ軸の負方向側の端部は、図３等に示すように視方向からの平面視で矩形形状になっていた。しかし、これに限らず、第一導光部２４４は、図９に示すように、Ｘ軸の負方向側の端部に、主面Ｓ１のＹ軸正方向側端部に接続された第一曲面Ｓ４を有していても構わない。ここで、曲面Ｓ４は、点光源２２の発光点Ｐ３と、第四点Ｐ４とを二つの焦点をする楕円面であることが好ましい。ここで、第四点Ｐ４のＸ軸上の位置は、斜面２４２４のＸ軸正方向側の端部の位置であって、そのＹ軸上の位置は、導光部２４４のＹ軸方向中心点である。この場合、第二導光部２４６は、Ｘ軸の負方向側の端部に、縦中心面Ｃを基準として、第一曲面Ｓ４に対して対称な第二曲面Ｓ５を有する。
なお、上記例において、第四点Ｐ４は、導光部２４４の内部であれば、他の点であっても構わない。
《第一反射部の他の構成例》
また、上記実施形態では、光拡散部２４３０はＶ字形状の溝として説明した。しかし、これに限らず、光拡散部２４３０は、図１０に示すように、主面Ｓ１，Ｓ２間に設けられた多数の微小な凸部であっても構わない。この凸部に関しては、点光源２２の方向に突出していても良いし、斜面２４２４，２４２６の方向に突出していても構わない。
また、上記実施形態では、光拡散部２４３０はＶ字形状の溝として説明した。しかし、これに限らず、光拡散部２４３０は、図１０に示すように、主面Ｓ１，Ｓ２間に設けられた多数の微小な凸部であっても構わない。この凸部に関しては、点光源２２の方向に突出していても良いし、斜面２４２４，２４２６の方向に突出していても構わない。
《付記》
上記実施形態では、反射部２４８，２５０は複数のプリズムからなるとして説明した。しかし、これに限らず、反射部２４８，２５０は、他にも、導光部２４４，２４６内においてＺ軸負方向側の端部に、塗装や印刷等の方法で形成された白色のドットパターンであっても構わない。
上記実施形態では、反射部２４８，２５０は複数のプリズムからなるとして説明した。しかし、これに限らず、反射部２４８，２５０は、他にも、導光部２４４，２４６内においてＺ軸負方向側の端部に、塗装や印刷等の方法で形成された白色のドットパターンであっても構わない。
《導光体の効果》
以上説明したように、本実施形態によれば、点光源２２からの出射光は、光拡散部２４３０によって、第一導光部２４４または第二導光部２４６に向かうよう偏向される。この光拡散部２４３０により接続部２４２８への入光が抑制される。その結果、導光体２４の外部に漏れる光を大幅に低減することが可能となる。ゆえに、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光を効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
以上説明したように、本実施形態によれば、点光源２２からの出射光は、光拡散部２４３０によって、第一導光部２４４または第二導光部２４６に向かうよう偏向される。この光拡散部２４３０により接続部２４２８への入光が抑制される。その結果、導光体２４の外部に漏れる光を大幅に低減することが可能となる。ゆえに、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光を効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、θは前式（１）に示す角度で設計されることが好ましい。これにより、主面Ｓ１，Ｓ２の透過光は斜面２４２４，２４２６のいずれかで全反射し、斜面２４２４，２４２６での反射光は、導光部２４４，２４６の境界面で全反射する。換言すると、斜面２４２４，２４２６や導光部２４４，２４６の境界面からの光の漏れを最小限に抑えている。これにより、導光部２４は、単一の点光源２２の出射光をさらに効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、スリット２５２が導光部２４４，２４６の間に設けられているため、読取領域Ａでの反射光が不必要に導光体に再入射されることを無くしている。換言すると、導光体への再入射に起因する反射や吸収等により損失を低減することができる。
また、光拡散部２４３０は、光分岐部２４２に向かって突出するＶ字形状の溝である。かかる簡易な形状により、光拡散部２４３０は、点光源２２の光軸Ｏ近傍の強い光を拡散させて、接続部２４２８への入射を最小限に抑えて、斜面２４２４，２４２６や導光部２４４，２４６に向けて偏向する。これにより、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光をさらに効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、縦中心面Ｃに対する斜面２４３０２，２４３０４の角度θvは、前式（３）に示す角度で設計されることが好ましい。これにより、光拡散部２４３０の透過光が導光部２４４，２４６の境界面から外部に漏れてしまうことを低減できる。これにより、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光をさらに効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、導光体２４を縦中心面Ｃに対し互いに対称な形状とすることで、導光体２４は、縦中心面Ｃを基準として対称な向きを有しかつ概ね同じ強度の線状光Ｌ３，Ｌ４を生成できる。これにより、原稿Ｄの折り目等により影の影響が少ない電気信号を撮像素子１１４で生成できるようになる。
また、距離Ｌを前式（２）に示す数値範囲にすることで、点光源２２の出射光のうち、照射角度の大きな光が境界面Ｓ３で全反射して斜面２４２４に入射された時に、斜面２４２４から外部に漏れることを低減することができる。これにより、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光をさらに効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、導光部２４４，２４６において、それぞれの境界面と入射部２４２２とを曲面（特に、楕円面）で接続することでも、照射角度の大きな光を効率的に導光部２４４，２４６に導くことが可能となる。これにより、導光体２４は、単一の点光源２２の出射光をさらに効率的に利用して、第一線状光Ｌ３および第二線状光Ｌ４を生成できるようになる。
また、上記のような導光体２４を照明装置１１６に採用することにより、上記のような効果を奏する。これに加え、単一の点光源２２および単一の導光体２４により、読取領域Ａに二方向から線状光Ｌ３，Ｌ４を照射可能となるため、照明装置１１６の構成を簡易化でき、部品点数を削減することができる。
また、上記のような照明装置１１６を画像読取装置１に採用することにより、上記のような効果を奏する。これに加え、単一の点光源２２から複数の線状光Ｌ３，Ｌ４を生成するため、複数の線状光Ｌ３，Ｌ４に色度差が発生しない。これによって、画像読取装置１は、原稿Ｄを高品質に表現した電気信号を生成することが可能となる。
本発明に係る導光体は、点光源の出射光を効率的に利用可能であり、照明装置や画像読取装置に好適である。
１ 画像読取装置
１１６ 照明装置
２２ 点光源
２４ 導光体
２４２ 光分岐部
２４４，２４６ 第一導光部，第二導光部
Ｓ３ 境界面
Ｓ４，Ｓ５ 第一曲面，第二曲面
２４８，２５０ 第一反射部，第二反射部
２５２ スリット
２４２２ 入射部
Ｓ１，Ｓ２ 第一主面，第二主面
２４２４，２４２６ 第一斜面，第二斜面
２４２８ 接続部
２４３０ 光拡散部
２４３０２，２４３０４ 第三斜面，第四斜面
１１６ 照明装置
２２ 点光源
２４ 導光体
２４２ 光分岐部
２４４，２４６ 第一導光部，第二導光部
Ｓ３ 境界面
Ｓ４，Ｓ５ 第一曲面，第二曲面
２４８，２５０ 第一反射部，第二反射部
２５２ スリット
２４２２ 入射部
Ｓ１，Ｓ２ 第一主面，第二主面
２４２４，２４２６ 第一斜面，第二斜面
２４２８ 接続部
２４３０ 光拡散部
２４３０２，２４３０４ 第三斜面，第四斜面
Claims (11)
- 点光源の出射光が入射される入射部と、
前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、
前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、
前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備え、
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射し、
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含み、
前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられており、
前記第一導光部および前記第二導光部は、外部との境界面をそれぞれ含んでおり、
前記光軸を含む面に対する前記第一斜面および前記第二斜面の角度θは、前記入射部の透過光を前記第一斜面および前記第二斜面で全反射し、かつ前記第一斜面および前記第二斜面での全反射により分岐された第一光および第二光を、対応する境界面で全反射する値を有しており、導光体の屈折率をｎとし、かつθ＝０で前記第一斜面および前記第二斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
- 前記第一線状光および前記第二線状光は、照射対象に向けて出射され、
前記第一導光部および前記第二導光部の間には、前記所定方向に延在するスリットであって、前記照射対象での反射光が通過するスリットが形成されている、請求項１に記載の導光体。 - 前記光拡散部は、前記光分岐部に向かって突出する溝であって、前記視方向からの平面視で、前記光軸を基準として互いに対称な第三斜面および第四斜面を含み、
前記第三斜面および前記第四斜面は、前記光軸上で前記第一点よりも前記入射部側にある第二点で接続される、請求項１または２に記載の導光体。 - 点光源の出射光が入射される入射部と、
前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、
前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、
前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備え、
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射し、
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含み、
前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられており、
前記光拡散部は、前記光分岐部に向かって突出する溝であって、前記視方向からの平面視で、前記光軸を基準として互いに対称な第三斜面および第四斜面を含み、
前記第三斜面および前記第四斜面は、前記光軸上で前記第一点よりも前記入射部側にある第二点で接続されており、
前記第三斜面および前記第四斜面が、それぞれ前記光軸を含む面に対してなす角度θvは、導光体の屈折率をｎとし、かつθv＝０で前記第三斜面および前記第四斜面が前記入射部が形成された面に対し垂直であるとする時、
- 前記導光体は、前記光軸方向および前記視方向に平行な中心面に対し対称な形状を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の導光体。
- 前記入射部から前記光分岐部までの前記光軸方向における距離Ｌは、
前記Ｄは、前記視方向からの平面視で、前記光軸方向に垂直な方向における前記導光体の長さの二分の一の値であり、
前記ｄは、前記第一導光部および前記第二導光部の前記光軸方向に垂直な方向における長さであり、
前記γは、前記点光源の最大照射角である、請求項１に記載の導光体。 - 前記第一導光部および前記第二導光部は、前記入射部に接続された第一曲面および第二曲面を、さらに含んでおり、
前記第一曲面または前記第二曲面は、それぞれへの入射光を、前記第一斜面および前記第二斜面に向けて反射しない、請求項１〜６のいずれかに記載の導光体。 - 点光源の出射光が入射される入射部と、
前記入射部の透過光を第一光および第二光に分岐させる光分岐部と、
前記光分岐部で分岐した第一光および第二光を全反射させつつ所定方向に伝搬させる第一導光部および第二導光部と、
前記第一導光部および前記第二導光部に設けられ、前記第一導光部および前記第二導光部の内部を伝搬した第一光および第二光を反射する第一反射部および第二反射部と、を備え、
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記第一反射部および前記第二反射部での反射により全反射条件から外れた第一光および第二光を第一線状光および第二線状光として外部に出射し、
前記光分岐部は、前記入射部に向かって突出しており、前記点光源の光軸に垂直な視方向からの平面視で、前記光軸上の第一点に向かいかつ互いに対称な第一斜面および第二斜面と、前記第一斜面および前記第二斜面を前記第一点で接続する接続部と、を含み、
前記接続部と前記光軸方向に対向しており、前記点光源の出射光を前記第一導光部または前記第二導光部に向けて拡散する光拡散部が、前記入射部に設けられており、
前記第一導光部および前記第二導光部は、前記入射部に接続された第一曲面および第二曲面を、さらに含んでおり、
前記第一曲面または前記第二曲面は、それぞれへの入射光を、前記第一斜面および前記第二斜面に向けて反射せず、
前記第一曲面および前記第二曲面は、前記視方向からの平面視で、前記点光源の発光点と、前記第一導光部および前記第二導光部の内部の点と、を二つの焦点とする第一楕円弧および第二楕円弧である、導光体。 - 前記光拡散部は、前記入射部に設けられた複数の凸部である、請求項１，２および５〜８のいずれかに記載の導光体。
- 点光源と、請求項１〜９のいずれかに記載の導光体と、を備えた照明装置。
- 請求項１０に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された前記第一線状光および前記第二線状光の原稿面からの反射光を受光する撮像素子と、を備えた画像読取装置。
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