(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面から入射した照射光を内面で反射させながら出射面から出射せしめるようにした密着型イメージセンサに用いる導光体において、この導光体の一角部を面取りすることで主走査方向の全長に亘って形成される出射面と入射面とを除く裏面には入射した照射光を少なくとも散乱させるための凹凸面が形成され、この凹凸面は入射面となる一端側から他端側に向ってその凹凸面の長さを拡大させて形成され、また前記凹凸面はその凹凸面の稜線が前記導光体の主走査方向と非平行で副走査方向とは異なる方向で且つ凹凸面によって反射した反射光が直接出射面に向かうとともに出射面から出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にするように形成されていることを特徴とする導光体。
【請求項２】
一端面から入射した照射光を内面で反射させながら出射面から出射せしめるようにした密着型イメージセンサに用いる導光体において、この導光体の一角部を面取りすることで主走査方向の全長に亘って形成される出射面と入射面とを除く裏面には入射した照射光を少なくとも散乱させるための凹凸面が形成され、この凹凸面は、光入射面に近い側では断続的に形成されており、また前記凹凸面はその凹凸面の稜線が前記導光体の主走査方向と非平行で副走査方向とは異なる方向で且つ凹凸面によって反射した反射光が直接出射面に向かうとともに出射面から出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にするように形成されていることを特徴とする導光体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等に用いる導光体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等の機器には、原稿を読み取るための装置として、イメージセンサ等の画像読み取り装置が用いられている。そして、画像読み取り装置のタイプとして、光路長が短く、機器への組込みが容易な密着型イメージセンサが使用されている。この密着型イメージセンサにあっては、原稿の読み取るべき部分を照明装置によって読み取り可能な照度以上に照明した状態で読み取るが、照明する範囲は、主走査方向（長手方向）にはかなり長く、これと直交する副走査方向には幅狭の帯状になっている。
【０００３】
上記した細長い帯状の範囲を照明するために棒状或いは板状をなす導光体を用いた照明装置及びそれを用いた原稿読み取り装置が、特開平８−１６３３２０号公報或いは特開平１０−１２６５８１号公報に開示されている。
【０００４】
この原稿読み取り装置は図１３に示すように、フレーム１０１に各凹部１０２，１０３を形成し、凹部１０２内には棒状導光体１０４を収納したケース１０５を配置し、凹部１０２の開口部はガラス板１０６で閉じ、また凹部１０３には光電変換素子（センサ）１０７を設けた基板１０８を取り付け、更にフレーム１０１内にはロッドレンズアレイ１０９を保持している。
【０００５】
棒状導光体１０４はガラスや透明樹脂にて構成され、長さ方向と直交する方向の断面形状は基本形状が矩形で、一部にＣ面取りし、この面を出射面１１０とし、更に棒状導光体１０４の長さ方向（紙面垂直方向）の一端にＬＥＤ等の発光手段（図示せず）を設け、この発光手段からの光を棒状導光体１０４の一端から棒状導光体１０４内に導入し、棒状導光体１０４を伝搬する照明光を棒状導光体の側面に形成した光散乱パターン１１１にて散乱せしめ、この散乱した光を出射面１１０から原稿台のカバーガラス１１２を通して原稿１１３の読み込み画像面に入射せしめ、その反射光をロッドレンズアレイ１０９を介して光電変換素子１０７にて検出することで、原稿を読み取るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記光散乱パターン１１１はシルクスクリーン印刷によって白色塗料を導光体の表面に転写することで形成している。しかしながらシルクスクリーン印刷による場合は、スクリーンの目詰り具合、温度、湿度、溶剤の希釈状態、更には静電気による塗料の飛び散りなど多くのファクターによって転写ドットの大きさが変動してしまい、最適な光散乱パターンを多数の導光体の表面に再現することができず、生産歩留りが低下してしまう。また、シルクスクリーン印刷による場合は、満足できる均一性が得られるまで修正・製作を繰り返さなければならず、時間と費用がかかってしまう。
また、従来の導光体にあっては原稿面上で光強度がピークとなる位置を調整することができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に係る導光体は、一端面から入射した照射光を内面で反射させながら出射面から出射せしめるようにした密着型イメージセンサに用いる導光体において、この導光体の入射面と出射面とを除く裏面には入射した照射光を少なくとも散乱させるための凹凸面が形成され、この凹凸面は入射面となる一端側から他端側に向ってその凹凸面の長さを拡大させて形成され、また前記凹凸面はその凹凸面の稜線が前記導光体の主走査方向と非平行で副走査方向とは異なる方向で且つ凹凸面によって反射した反射光が直接出射面に向かうとともに出射面から出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にするように形成された構成とした。
また請求項２に係る発明は、一端面から入射した照射光を内面で反射させながら出射面から出射せしめるようにした密着型イメージセンサに用いる導光体において、この導光体の入射面と出射面とを除く裏面には入射した照射光を少なくとも散乱させるための凹凸面が形成され、この凹凸面は、光入射面に近い側では断続的に形成されており、また前記凹凸面はその凹凸面の稜線が前記導光体の主走査方向と非平行で副走査方向とは異なる方向で且つ凹凸面によって反射した反射光が直接出射面に向かうとともに出射面から出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にするように形成された構成とした。
【０００８】
凹凸面の稜線の方向を導光体の長手方向に直交する方向とは異ならしめることで、凹凸面の斜面で反射した光を直接出射面から取り出すことができる。これにより、出射光の強度の増加が図れる。従来は、導光体の外側をケースで覆うことで散乱光が無駄に放出されるのを防止していたが、凹凸面の形成方向を長手方向に直交する方向（副走査方向）とは異ならしめることでケース無しでも必要な照度を確保することができる。さらに、凹凸面の傾斜角度あるいは位置（凹凸面の稜線と副走査方向とのなす角度）を変えることで原稿面上で光強度がピークとなる位置を調整することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るライン照明装置の分解斜視図、図２は本発明に係る導光体の参考例を示す斜視図、図３は本発明に係る導光体の実施形態を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、このライン照明装置は導光体１を白色のケース２内に出射面１ａが露出するように装填し、また、白色のケース２の一端にはＬＥＤ等からなる発光手段を備えた発光源基板３を取り付けている。
【００１３】
導光体１はアクリルやポリカーボネートなどの光透過性の高い樹脂または光透過性の高い光学ガラスから構成され、その断面の基本形状は矩形をなし、一角部をＣ面取りし、この部分を出射面１ａとしている。さらに、この導光体１の裏面には、図２ならびに図３に示すように、少くとも光を散乱させるための凹凸面１ｂが形成されている。
【００１４】
図２ならびに図３において、（ａ）は凹凸面１ｂを形成した領域をハッチングで示し、（ｂ）は凹凸面パターンの構造を拡大して示している。
【００１５】
参考例は、図２に示すように、導光体１の裏面に複数の凹凸面１ｂをその稜線が副走査方向（主走査方向と直交する方向）に平行となるよう形成したものである。凹凸面形状の一例は次の通りである。凹凸面１ｂの高さは０．１５ｍｍ、ピッチは０．３ｍｍ、頂角は９０度である。図２（ａ）に示すように、光入射面に近い側では凹凸面１ｂの長さを短くし、光入射面から遠くなるに従って凹凸面１ｂの長さを長くしている。光入射面に近い側では発光源から入射された光の強度が大きく入射面から遠くなるに従って光の強度は小さくなる。したがって、図２（ａ）に示したように光入射面から遠くなるに従って凹凸面１ｂの長さを長く（凹凸面形成領域を広く）することで、出射面１ａから出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にできる。なお、光入射面に近い側では凹凸面を断続的に形成するようにしてもよい。特に、凹凸面の長さを短くすると凹凸面の形成が困難になる場合には、ある程度の凹凸面の長さを確保した上で凹凸面を形成する間隔を異ならしめたり、連続する凹凸面の数を異ならしめることによっても、出射面１ａから出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にできる。
【００１６】
本発明に係る導光体の実施形態は、図３に示すように、導光体１の裏面に凹凸面１ｂをその稜線が副走査方向（主走査方向と直交する方向）に対して所定の角度傾けて形成したものである。凹凸面形状の一例は次の通りである。凹凸面１ｂの高さは０．１５ｍｍ、ピッチは０．３ｍｍ、頂角は９０度、凹凸面の稜線と副走査方向とのなす角度は４８度である。図３（ａ）に示すように、光入射面に近い側では凹凸面１ｂの長さを短くし、光入射面から遠くなるに従って凹凸面１ｂの長さを長くしている。光入射面に近い側では発光源から入射された光の強度が大きく入射面から遠くなるに従って光の強度は小さくなる。したがって、図３（ａ）に示したように光入射面から遠くなるに従って凹凸面１ｂの長さを長く（凹凸面形成領域を広く）することで、出射面１ａから出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にできる。なお、光入射面に近い側では凹凸面を断続的に形成するようにしてもよい。特に、凹凸面の長さを短くすると凹凸面の形成が困難になる場合には、ある程度の凹凸面の長さを確保した上で凹凸面を形成する間隔を異ならしめたり、連続する凹凸面の数を異ならしめることによっても、出射面１ａから出射される光の強度を主走査方向の全長に亘って均一にできる。更に、凹凸面の傾斜角を変えることも有効な方法である。
【００１７】
次にライン照明装置の光照射原理について説明する。まず、従来の散乱パターンを備えた導光体を用いたライン照射装置について説明する。図４に示すように従来の導光体は、導光体の裏面に白色塗料をシルクスクリーン印刷によって転写することで散乱パターンを形成している。入射面より取り込まれた光は導光体内で全反射を起こしながら主走査方向（長手方向）へ伝搬していくが、導光体裏面に印刷形成された散乱パターン（光散乱体）に到達した光は拡散反射されその一部が近傍の面取り部分（出射面）から出射する。図４に示すように、白色塗料あるいは近傍のケース面に当たり拡散反射した散乱光の一部を出射面から取り出すことになる。
【００１８】
図５は参考例の導光体を用いたライン照明装置の光照射動作を示す説明図である。入射面から取り込まれた光は導光体内で全反射を起こしながら主走査方向（長手方向）へ伝搬していく。導光体裏面に三角状の凹凸面からなる散乱体を設けた場合、ここに到達した光は図５に示すように屈折、透過しケースに当たり前記と同様な散乱光が得られる。すなわち、導光体裏面に凹凸面を形成することによって白色塗料を印刷して散乱パターンを形成したものと同様な作用が得られる。凹凸面は導光体を射出成形する際に一体的に形成することができるので、従来の散乱パターンを形成するための印刷工程をなくすことができる。
【００１９】
図６は実施形態の導光体を用いたライン照明装置の光照射動作を示す説明図である。実施形態の導光体を用いたライン照明装置では、前述の光散乱効果以外に、三角凹凸面の斜面が鏡面の効果を持つことを活かしその反射光成分を有効利用することで出射効率の改善を図っている。すなわち、単に白色顔料あるいはケース等の散乱体による光拡散効果の他に、導光体裏面に三角凹凸面の斜面を作り込み入射光に対し全反射効果を併せ持たせたことが、実施形態の導光体ならびにそれを用いたライン照明装置の特徴である。図６を参照して光反射の効用を説明する。実施形態の導光体では三角凹凸面の稜線が副走査方向と平行でない形状になっており、図中（１）で示す光線は凹凸面の斜面で全反射し面取りした出射面へ向うことができる。他方光線（２）は凹凸面の斜面を透過しケースに当たり散乱光となる。
【００２０】
参考例の導光体は三角凹凸面の稜線を副走査方向と平行にしたもので散乱光の取り扱いのみであるのに対し、実施形態の導光体では前記全反射光成分を照明として利用すれば散乱過程を辿らないため、光線（１）成分は光量ロスなく照明に１００％有効活用し得る。その上、第２実施形態の導光体では全反射光が面取りした射出面に直接出射する方向を取るためにピーク位置を導光体の端部よりも離すことが可能となる。
【００２１】
図７は本発明に係るライン照明装置を用いて構成した画像読み取り装置の一具体例を示す構造図である。ここでは、ライン照明の有効長を５５ｍｍ程度としたＡ８版サイズの画像読み取り装置について説明する。導光体１は透明性汎用アクリルを図１に示したようにＣ面取り付きで、高さ１．５ｍｍ、幅（副走査方向の長さ）５ｍｍ、長さ（主走査方向の長さ）６４ｍｍに加工してなる。面取り部の寸法は図７（ｂ）に示すように、各０．５ｍｍであり、出射面１ａの角度は４５度である。ＬＥＤは日亜化学工業（株）製で緑色主波長が５２０ｎｍ、順電流２０ｍＡ時の出力１．５ｍＷのものを用いた。ケース２は不透明白色ポリカーボネートを用いて構成した。ロッドレンズアレイは日本板硝子（株）製で型番ＳＬＡ２０Ｅを使用した。このＡ８版サイズの画像読み取り装置の断面構造を実寸入で図７（ａ）に示す。
【００２２】
図７に示したＡ８版サイズの画像読み取り装置を用いて、従来構造の導光体、参考例に係る導光体、実施形態に係る導光体のそれぞれについてライン照明の明るさ分布特性の測定を行なった。従来構造の導光体は、白色顔料散乱体として帝国インキ（株）製の高反射白インキを用い、シルクスクリーン印刷法で光散乱パターンを形成した。従来構造の導光体の光散乱パターンの概略形状を図８に示す。
【００２３】
従来構造の導光体を用いたＡ８版サイズの画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を図９に、参考例に係る導光体を用いたＡ８版サイズの画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を図１０に、実施形態に係る導光体を用いたＡ８版サイズの画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を図１１に示す。図９〜図１１において横軸は副走査方向を、縦軸は明るさを示している。横軸の目盛０は図７（ａ）に示した副走査方向基準点（導光体の出射面側の端部）を示す。導光体の入射面から主走査方向へ１３ｍｍ、３３ｍｍ、５３ｍｍの３箇所の位置で副走査方向に対する明るさの分布を測定した結果を示している。
【００２４】
光強度のピーク位置は、従来構造の導光体を用いたもの並びに参考例に係る導光体を用いたものの両者ともに、副走査方向基準点（導光体の出射面側の端部）に近く、副走査方向基準点（導光体の出射面側の端部）から約０．６ｍｍ離れた位置で両者とも同程度の光強度を示す。したがって、この位置に光電変換素子（センサ）を設置すれば、読み取り原稿位置の明るさは両者とも同等となり、ライン照明装置としての基本性能に差はない。
【００２５】
実施形態に係る導光体を用いたものでは、光強度のピーク位置は副走査方向基準点（導光体の出射面側の端部）から約１．２ｍｍ離れた位置となり、この約１．２ｍｍ離れた位置での読み取り原稿位置の明るさは、第１実施形態に係る導光体を用いたものとの比較で約２倍が得られた。このように、密着型イメージセンサ方式の画像読み取り装置を設計する上で、光電変換素子（センサ）の位置に応じてその部分を明るく照射できるなど自由度が増した。即ち、部品組立配置の点から密着型イメージセンサ方式の画像読み取り装置における光電変換素子（センサ）の位置は様々に（概ね約１ｍｍ前後に）設計されるが、機種毎に各々光電変換素子（センサ）位置の真上の原稿面が明るくなるようにライン照明装置の性能を調整することが可能となる。本発明では、凹凸面の稜線を副走査方向から傾斜することにより明るさ調整がなされる。さらに、図１１に示したように、断面分布（副走査方向に対する明るさの分布）がブロードな波形を持つ結果、密着型イメージセンサ方式の画像読み取り装置の組立における位置精度ズレに影響されず（鈍感となり）、実施形態に係る導光体を用いたライン照明装置は位置精度のズレに対しても安定した明るさ均一性を提供することができる。
【００２６】
実施形態に係る導光体を用いたライン照明装置では、導光体を覆うケースを削除しても良好な特性を得ることができる。凹凸面は、従来の光散乱効果というより反射効果を利用するために導光体外周部を覆うケースがそれ程光量アップに寄与することはない。なぜなら、印刷タイプの導光体等ではケースの光学的役割は、散乱された光が外部に飛散（損失）するのを防止し、ケース表面の反射により導光体内部に光を戻して出射面光量を増加させ、その結果原稿面を明るくする働きがある。これに対し実施形態に係る導光体には光散乱成分が少ないので、ケースによる上記「光の閉じ込め効果」はそれ程期待しなくてよい。
【００２７】
実施形態に係る導光体を用いてケースを設けない構造としてライン照明装置の明るさ分布の測定結果を図１２に示す。副走査方向基準点（導光体の出射面側の端部）から約１．２ｍｍ離れた位置での明るさは、ケース有りのもの（図１１のグラフ）に対して約７６％の光量を保っており、従来の印刷タイプのもの（図９のグラフ）に対しても約９０％の光量を保っており、明るさ性能は同程度である。すなわち、印刷工程無し、ケース無しとして低価格で簡略型（部品数、工程数削減）のライン照明装置が実現できる。
【００２８】
参考例、実施形態では三角凹凸面の頂角を９０度としたものを例示したが、三角凹凸面の頂角は９０度でなくてもよい。各実施形態で示した凹凸面の寸法、凹凸面のピッチ等も一例であり、導光体に要求される仕様等に応じて適宜変更可能である。また、導光体の外形として面取りした直方体を例示したが、多角形、曲面への展開も可能である。また、導光体の外形形状としては、面取りした直方体、その他の形状、曲面体も可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、導光体の所定の面に光を散乱させたり反射されるための凹凸面を導光体と一体的に形成したので、印刷工程によって光散乱パターン等を形成する必要がなくなり、安価な導光体ならびにライン照明装置を提供できる。金型射出成形によって光反射散乱凹凸面を備えた導光体を一体形成することで精度の高い光反射散乱用の凹凸面を形成できるので、明るさ性能のバラツキが小さい導光体ならびにライン照明装置を提供できる。
【００３０】
また、凹凸面の調整により副走査方向における明るさのピーク位置を調整できるので、画像読み取り装置の機種毎に光電変換素子（センサ）の位置が異なる場合でも、光電変換素子（センサ）真上の原稿面の明るさを向上させることができる。また、凹凸面の調整により副走査方向での明るさ分布をブロードにすることができるので、ライン照明装置や光電変換素子（センサ）等の画像読み取り装置を構成する各部品の取り付け精度がズレた場合でも、安定した明るさ均一性を確保できる。さらに、導光体を覆うケースを無しにすることでライン照明装置をより安価にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るライン照明装置の分解斜視図
【図２】参考例に係る導光体の第１実施形態を示す斜視図であって、（ａ）は光反射散乱凹凸面の形成領域を示す斜視図、（ｂ）は光反射散乱凹凸面パターンの構造を拡大して示す斜視図
【図３】本発明に係る導光体の実施形態を示す斜視図であって、（ａ）は光反射散乱凹凸面の形成領域を示す斜視図、（ｂ）は光反射散乱凹凸面パターンの構造を拡大して示す斜視図
【図４】白色塗料をシルクスクリーン印刷によって転写して散乱パターンを形成した従来の導光体を用いたライン照明装置の光照射原理を示す説明図
【図５】参考例の導光体を用いたライン照明装置の光照射原理を示す説明図
【図６】実施形態の導光体を用いたライン照明装置の光照射原理を示す説明図
【図７】本発明に係るライン照明装置を用いて構成した画像読み取り装置の一具体例を示す構造図であり、（ａ）は断面構造を実寸入で示した説明図、（ｂ）は導光体の出射面の形状を示す説明図
【図８】従来構造の導光体の光散乱パターンの概略形状を示す説明図
【図９】従来の導光体を備えた従来のライン照明装置を用いたＡ８版サイズ画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を示すグラフ
【図１０】参考例の導光体を備えた本発明に係るライン照明装置を用いたＡ８版サイズ画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を示すグラフ
【図１１】実施形態の導光体を備えた本発明に係るライン照明装置を用いたＡ８版サイズ画像読み取り装置の明るさ分布特性の測定結果を示すグラフ
【図１２】実施形態に係る導光体を用いてケースを設けない構造としてライン照明装置の明るさ分布の測定結果を示すグラフ
【図１３】従来のライン照明装置を組込んだ原稿読み取り装置の断面図
【符号の説明】
１…導光体、１ａ…出射面、１ｂ…凹凸面（光反射散乱凹凸面）、２…ケース、３…発光源基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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