(57)【要約】【課題】狭い線幅方向に均一な照度分布を有する線状照明ユニットおよびこれを用いた画像読取用照明装置を提供する。【解決手段】線状照明ユニットは、放出光を放出可能な半導体レーザー素子と、導光体と、蛍光体層と、を有する。前記導光体は、前記放出光の入射面および前記放出光の導光方向に延在する出射面を有する。前記蛍光体層は、前記導光体に接しかつ前記導光方向に延在する。また、前記蛍光体層は、前記放出光を吸収し前記放出光の波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能である。前記導光方向と直交する断面において、前記蛍光体層の幅は、前記導光体と接する前記蛍光体層の面と前記導光体の前記出射面との距離の０．２５倍以下である。前記放出光と前記波長変換光との混合光は前記出射面から放出されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放出光を放出可能な半導体レーザー素子と、  
前記放出光の入射面および前記放出光の導光方向に延在する出射面を有する導光体と、
前記導光体に接しかつ前記導光方向に延在する蛍光体層であって、前記放出光を吸収し前記放出光の波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層と、  
を備え、
前記導光方向と直交する断面において、前記蛍光体層の幅は、前記導光体と接する前記蛍光体層の面と前記導光体の前記出射面との距離の０．２５倍以下であり、
前記放出光と前記波長変換光との混合光は前記出射面から放出されることを特徴とする線状照明ユニット。
【請求項２】
前記蛍光体層は、前記導光方向に平行でありかつ互いに離間した第１の領域および第２の領域を有し、
前記導光方向と直交する前記断面において、前記第１の領域からの波長変換光と、前記第２の領域からの波長変換光と、は、互いに異なる配向方向を有することを特徴とする請求項１記載の線状照明ユニット。
【請求項３】
前記第１の領域からの前記波長変換光と、前記放出光と、の混合光を、反射可能なリフレクタをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の線状照明ユニット。
【請求項４】
請求項１または２に記載の線状照明ユニットと、  
前記出射面と対向した第１の面と、前記第１の面の反対側となる第２の面と、を有する透明板と、
前記第２の面と平行な面上を前記導光方向と直交する方向に前記線状照明ユニットを移動可能な駆動部と、
を備え、
前記混合光により照射された所定線状領域は、前記第２の面の上を移動することを特徴とする画像読取用照明装置。
【請求項５】
請求項３記載の線状照明ユニットと、
前記出射面と対向した第１の面と、前記第１の面の反対側となる第２の面と、を有する透明板と、  
前記第２の面と平行な面上を前記導光方向と直交する方向に前記線状照明ユニットを移動可能な駆動部と、
を備え、
前記第２の領域からの波長変換光と前記放出光との混合光と、前記リフレクタにより反射された前記混合光と、により照射された所定線状領域は、前記第２の面の上を移動することを特徴とする画像読取用照明装置。
【請求項６】
前記所定線状領域内の照度変動は、前記所定線状領域の中心線からプラス２ｍｍ、マイナス２ｍｍの幅の範囲において、照度最大値の１０％以内とされることを特徴とする請求項４または５に記載の画像読取用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線状照明ユニットおよび画像読取用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャナー、複写機、ファクシミリなどの電子機器は、線状照明ユニットからの照明光により原稿の表面を走査し、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device)センサなどを用いて画像や文字を読み取る。
【０００３】
この場合、照射する線状領域は短手方向で均一な照度分布であることを要求される。このような線状領域に光を照射するため、線状照明ユニットが用いられる。
【０００４】
線状照明ユニットの出射面は、例えば細長い導光体の側面とすることができる。しかしながら、半導体面発光素子を用いると、細長い導光体内に効率よく光を入射することが困難であるので、面発光素子を導光体の長手方向に複数配列することが必要になる。この場合、長手方向の照度分布が不均一となりやすく、また消費電力が増大するなどの問題を生じる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２９６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
狭い線幅方向に均一な照度分布を有する線状照明ユニットおよびこれを用いた画像読取用照明装置を提供する。      
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の線状照明ユニットは、放出光を放出可能な半導体レーザー素子と、導光体と、蛍光体層と、を有する。前記導光体は、前記放出光の入射面および前記放出光の導光方向に延在する出射面を有する。前記蛍光体層は、前記導光体に接しかつ前記導光方向に延在する。また、前記蛍光体層は、前記放出光を吸収し前記放出光の波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能である。前記導光方向と直交する断面において、前記蛍光体層の幅は、前記導光体と接する前記蛍光体層の面と前記導光体の前記出射面との距離の０．２５倍以下である。前記放出光と前記波長変換光との混合光は前記出射面から放出されることを特徴とする。
【０００８】
実施形態の画像読取用照明装置は、上記線状照明ユニットと、透明板と、駆動部と、を有する。前記透明板は、前記出射面と対向した第１の面と、前記第１の面の反対側となる第２の面と、を有する。駆動部は、前記第２の面と平行な面上を前記導光方向と直交する方向に前記線状照明ユニットを移動可能である。前記混合光により照射された所定線状領域は、前記第２の面の上を移動することを特徴とする。
【０００９】
また、他の実施形態の画像読取用照明装置は、線状照明ユニットと、透明板と、駆動部と、を有する。前記線状照明ユニットは、放出光を放出可能な半導体レーザー素子と、導光体と、蛍光体層と、リフレクタと、を有する。前記導光体は、前記放出光の入射面および前記放出光の導光方向に延在する出射面を有する。前記蛍光体層は、前記導光方向に平行であり互いに離間した第１および第２の領域を有し、前記導光体に接しかつ前記導光方向に延在する。また、前記蛍光体層は、前記放出光を吸収し前記放出光の波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能である。前記導光方向と直交する断面において、前記蛍光体層の幅は、前記導光体と接する前記蛍光体層の面と前記導光体の前記出射面との距離の０．２５倍以下である。前記放出光と前記波長変換光との混合光は前記出射面から放出される。また、前記導光方向と直交する断面において、前記第１の領域からの波長変換光と、前記第２の領域からの波長変換光と、は、互いに異なる配向方向を有する。前記透明板は、前記出射面と対向した第１の面と、前記第１の面の反対側となる第２の面と、を有する。前記駆動部は、前記第２の面と平行な面上を前記導光方向と直交する方向に前記線状照明ユニットを移動可能である。前記第２の領域からの波長変換光と前記放出光との混合光と、前記リフレクタにより反射された前記混合光と、により照射された所定線状領域は、前記第２の面の上を移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
狭い線幅方向に均一な照度分布を有する線状照明装置およびこれを用いた画像読取用照明装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状照明ユニットの導光方向に垂直な模式断面図、図１（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は線状照明ユニットを用いた画像読取照明装置の照度分布（Ａ＝４ｍｍ）、図２（ｂ）は照度分布（Ａ＝６ｍｍ）、図２（ｃ）は照度分布（Ａ＝８ｍｍ）、のグラフ図である。
【図３】距離Ａに対する許容蛍光体層幅依存性のグラフ図である。
【図４】線状照明ユニットの指向特性を表すグラフ図である。
【図５】第２の実施形態にかかる線状照明ユニットの模式断面図である。
【図６】図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状照明ユニットの模式斜視図、図６（ｂ）はこれを用いたスキャナーの模式断面図、である。
【図７】第１の実施形態にかかる線状照明ユニットを２つの異なる方向から照射した画像読取用照明装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状照明ユニットの導光方向に垂直な模式断面図、図１（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
線状照明ユニット５は、半導体レーザ素子１０、線状の導光体３０、および蛍光体層４０、を有する。
【００１３】
半導体レーザ素子１０は、例えば、紫外光〜可視光波長範囲の放出光１０ａを放出可能な窒化物系半導体材料からなる。光源として半導体レーザ素子１０を用いると、発光点のサイズは１０μｍ以下、放出光１０ａの垂直方向半値全角は３０度、水平方向半値全角は１０度などと狭くでき、鋭い光ビームとすることが容易である。
【００１４】
なお、本図において、半導体レーザ素子１０のチップをＣＡＮ型パッケージに実装した例を示しているが、パッケージはこれに限定されない。また、半導体レーザ素子１０からの放出光１０ａを光ファイバーなどを介して、線状の導光体３０の入射面３０ａへ入射してもよい。
【００１５】
導光体３０は、半導体レーザ素子１０からの放出光１０ａが入射される入射面３０ａ、入射面３０ａとは反対の側の面３０ｂ、および出射面３０ｃを含む側面、を有している。導光体３０の長手方向は導光方向３６となる。導光体３０は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のような透明樹脂やガラスからなり、放出光１０ａを透過可能である。
【００１６】
蛍光体層４０は、第１の面４０ａ、および第１の面４０ａの反対の側の第２の面４０ｂ、を有し導光方向３６に沿って設けられる。この場合、図１（ａ）のように、蛍光体層４０の第１の面４０ａは、導光体３０に設けられた溝部を充填するように、かつ図１（ｂ）のように、出射面３０ｃの略反対の側となる側面の幅Ｂの領域に設けられる。この場合、液状の蛍光体層４０は、例えばディスペンサなどを用いて溝部内に充填され、硬化される。なお、蛍光体層４０を導光体３０の外縁に沿って設けることもできるが、溝部内に設けた方が均一に塗布することが容易となる。
【００１７】
蛍光体層４０は、放出光１０ａの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能なものとする。放出光１０ａの波長が、紫外光〜青色波長範囲にある場合、蛍光体層４０は、ＹＡＧ(Yttrium-Aluminum−Garnet)などのアルミン酸系の黄色蛍光体粒子を含むものとすることができる。なお、蛍光体層４０は、黄色蛍光体粒子に限定されず、例えば緑色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子と赤色蛍光体粒子との混合物のいずれかなどであってもよい。すなわち、蛍光体層４０は、放出光１０ａの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能である。また、蛍光体層４０は、蛍光体粒子を透明樹脂やガラスなどに分散して反射体４０の内面に塗布し、硬化することにより形成することができる。
【００１８】
蛍光体層４０の第２の面４０ｂに、反射層４２を設けてもよい。また、入射面３０ａの反対の側となる導光体３０の面には反射層４６が設けられる。反射層４２、４６は、例えば、金属や誘電体多層膜などとすることができる。
【００１９】
図１（ａ）において、導光体３０の作用を説明する。放出光のうち、光ｇ１、ｇ２は、入射面３０ａから導光体３０へ導入される。光ｇ１のうちの一部が蛍光体層４０に吸収されると、蛍光体粒子から波長変換光が出射面３０ｃから外部に放出される。また、光ｇ１のうち蛍光体粒子に吸収されない部分は、反射または散乱されて出射面３０ｃに向かう。
【００２０】
入射された光ｇ３は、導光体３０の側面で反射されたのち、蛍光体層４０へ向かう。こののち、波長変換光および蛍光体粒子に吸収されず反射または散乱された光が出射面３０ｃから外部に放出される。また、入射された光ｇ４は、導光体３０の側面で反射され、さらに反射層４６により反射され、蛍光体層４０へ向かう。こののち、波長変換光および蛍光体粒子に吸収されず反射または散乱された光が出射面３０ｃから外部に放出される。
【００２１】
なお、反射層４２は、蛍光体層４０を通り抜けた光を上方に向かって反射する。また、蛍光体層４０から放出され下方へ向かった光は、上方に向かって反射され、出射面３０ｃの外部に放出される。
【００２２】
この場合、例えば放出光１０ａは波長４５０ｎｍの青色光、黄色蛍光体からの波長変換光は波長５６０ｎｍ近傍の黄色光、とすることができる。この結果、線状照明ユニット５は、出射面３０ｃから、青色光と黄色光との混合光Ｇとして、例えば、擬似白色光を放出可能である。
【００２３】
導光体３０の断面は、略円形とすることが好ましい。略円形とすると、蛍光体層４０からの放出光を導光体３０内を伝搬させ効率よく出射面３０ｃまで導くことが容易となり、かつ導光体３０の出射面３０ｃから照射面の所望の位置に集光させることが容易となる。なお、本明細書において、「略円形」とは、完全な円形のみならず、その一部が欠けている円形をも含めるものとする。なお、図１（ｂ）において、距離Ａは、導光体３０と接する蛍光体の面と、導光体３０の出射面３０ｃと、の距離とする。
【００２４】
図２（ａ）は本実施形態の線状照明ユニットを用いた画像読取用照明装置の透明板上の照度分布（Ａ＝４ｍｍ）、図２（ｂ）は照度分布（Ａ＝６ｍｍ）、図２（ｃ）は照度分布（Ａ＝８ｍｍ）、のグラフ図である。
縦軸は相対照度（％）、横軸は図１（ａ）に示すＹ方向位置（ｍｍ）、である。なお、図１に示すように、画像読取用照明装置７は、第１の実施形態にかかる線状照明ユニット５と、透明板５０と、線状照明ユニット５を導光方向３６と直交する移動方向Ｓに沿って移動可能な駆動部７４と、を有する。透明板５０は、出射面３０ｃと対向する第１の面５０ａと、文字や画像が記載された原稿が載置される第２の面５０ｂと、を有する。線状照明ユニット５の出射面３０ｃと、透明板５０の第２の面５０ｂと、は距離Ｌだけ離間しているものとする。
【００２５】
所定線状領域ＰＲ（第２の面５０ｂ上）における照度分布は、シミュレーションを用いて求めることができる。出射面３０ｃと透明板５０の第２の面５０ｂとの距離Ｌが、８ｍｍであるものとする。また、距離Ａが、４、６、８ｍｍであるものとする。蛍光体層４０の幅Ｂを狭くして行くと、照射光は次第に絞られる。図２（ａ）では、距離Ａを４ｍｍとし、蛍光体層幅Ｂを１．５、１．０、０．８ｍｍの順に狭くしている。所定領域ＰＲ（中心線から±２ｍｍ）の相対照度が９０％以上となるのは、蛍光体層幅Ｂが１．０ｍｍ以下の場合である。図２（ｂ）では、距離Ａを６ｍｍとし、蛍光体層幅Ｂを。０、１．５、１．０ｍｍの順に狭くしている。所定領域ＰＲの相対照度が９０％以上となるのは、蛍光体層幅Ｂが１．５ｍｍ以下の場合である。さらに、図２（ｃ）では、距離Ａを８ｍｍとし、蛍光体層幅Ｂを、２．５、２．０、１．５ｍｍの順に狭くしている。所定領域ＰＲの相対照度が９０％以上となるのは、蛍光体層幅Ｂが２．０ｍｍ以下の場合である。
【００２６】
すなわち、所定線状領域ＰＲ内の照度分布を均一にすることにより、所定線状領域ＰＲ以外への照射光を低減し、照射効率を高めることができる。なお、導光体３０の溝部に蛍光体層４０が充填されている場合、蛍光体層４０の幅Ｂは、図１（ａ）のように溝部の断面の幅とする。また、蛍光体層４０が導光体３０の外縁に沿って設けられている場合、蛍光体層４０の幅Ｂは、その断面において、２つの外縁の間の直線距離で表すものとする。
【００２７】
混合光により照射される所定線状領域ＰＲは、線状照明装置５が駆動部７４により移動するのに応じて移動する。すなわち、照射光は、第２の面５０ｂの上を走査される。
【００２８】
なお、導光体３０と第２の面５０ｂとの距離Ｌは、８ｍｍと限定されるものではないが、線状照明ユニット５を第２の面５０ｂに沿って移動するためには、８ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２９】
図３は、距離Ａに対する許容蛍光体層幅依存性のグラフ図である。
縦軸は許容蛍光体層幅Ｂ（ｍｍ）、横軸は距離Ａ、を示す。第２の面５０ｂ上の所定線状領域ＰＲの中心線３１からプラス２ｍｍ、マイナス２ｍｍの範囲において、比率Ｂ／Ａを０．２５以下とすると、相対照度の変動は、その最大値から１０％以内に保たれている。他方、比率Ｂ／Ａが０．２５よりも大きくなると、相対照度は大きく低下し始める。なお、蛍光体層４０を構成する蛍光体粒径は、１０μｍの近傍を中心としておおよそ最大４０μｍまでの範囲に分布している。このため、蛍光体層幅Ｂは、１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上、とすることがよい。
【００３０】
図４は、線状照明ユニットの指向特性を表すグラフ図である。
径方向は相対光強度（％）、円周方向は中心線３１からの角度、を示す。本図において、導光体３０の断面は、図１（ａ）のように略円形であるものとする。
【００３１】
光強度が、中心線３１上の光強度の５０％となる角度（度）を半値半角（Half  Width at Half Maximum：ＨＷＨＭ) と呼ぶことにする。比率Ｂ／Ａの値を大きくして行くのに従い半値半角は広がっている。例えば、比率Ｂ／Ａが０．６２５では４０．５度となり、光の広がりが大きくなる。
【００３２】
他方、比率Ｂ／Ａの値が０．２５以下では、半値半角は１５．０度以下であり、比率Ｂ／Ａ  の値に対する依存性が小さくなる。（表１）は、比率Ｂ／Ａに対する半値半角の依存性を示す。
【００３３】
【表１】
2013062176.tif 000003
【００３４】
すなわち、比率Ｂ／Ａが０．２５となる点は、半値半角および相対照度が臨界的に変化する近傍である。このようにして、出射面３０ｃから放出される混合光は、導光方向３６に対して直交する断面において、集光されるので、図４のように相対照度の変動を低減できる。なお、半導体レーザ素子１０は、水平方向半値全角の方が垂直方向半値全角よりも狭い。このため、半導体レーザ素子の垂直方向を中心線３１の方向となるようにすると、効率よく蛍光体層４０を励起できる。
【００３５】
図５は、第２の実施形態にかかる線状照明ユニットの模式断面図である。
蛍光体層４０は、導光方向３６に平行であり互いに離間する第１の領域４０ａおよび第２の領域４０ｂを有する。導光方向３６と直交する断面において、第１の領域４０ａからの波長変換光と、第２の領域４０ｂからの波長変換光と、は、異なる配向方向を有する。
【００３６】
図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状照明ユニットの模式斜視図、図６（ｂ）はこれを用いた画像読取用照明装置が組み込まれたスキャナーの模式断面図、である。
第３の線状照明ユニットは、第２の線状照明ユニットにリフレクタ７０がさらに加えられている。
【００３７】
図６（ｂ）のように、リフレクタ７０は、第１の領域４０ａからの波長変換光と、放出光と、の混合光ｇ１０を反射可能である。また、第２の領域４０ｂからの波長変換光と放出光との混合光ｇ１２（直接光）と、リフレクタ７０により反射された混合光ｇ１０と、は、第２の面５０ｂの上の所定線状領域ＰＲを照射可能である。すなわち、配向方向が異なる２つの混合光ｇ１０、ｇ１２を所定線状領域ＰＲに向かって照射することにより、狭い線幅方向の照度分布を平均化することが容易となる。
【００３８】
所定線状領域ＰＲからの反射光ｇ１４をラインセンサー７８の方向に向かって折り曲げるミラー７６と、線状照明ユニット５と、は、キャリッジ７２を構成する。キャリッジ７８は、駆動部７４により移動方向Ｓに沿って、移動可能である。
【００３９】
この場合、画像読取用照明装置７は、キャリッジ７２、透明板５０、および駆動装置７４、を有している。スキャナー７９の筐体内にＣＣＤセンサーやＣＭＯＳ（Complementary  Metal Oxide  Semiconductor)センサーなどの光学変換素子を含むラインセンサー７８が配設される。
【００４０】
キャリッジ７２が移動して、照射光が原稿６０上を走査され、その反射光ｇ１４がミラー７６により折り曲げられラインセンサー７８により文字を含む画像を読み取ることができる。なお、例えば、リフレクタ７０に対向する出射面の曲率や、リフレクタ７０の曲率を変化すると、所定線状領域ＰＲにおける照度分布を調整することができる。
【００４１】
図７は、第１の実施形態にかかる線状照明装置５を、透明板５０に対して、２つの異なる方向から照射した画像読取用照明装置７の模式断面図である。
例えば、透明板５０の第２の面５０ｂに対して、中心線をそれぞれ傾けて照射すると、所定線状領域ＰＲにおいて照度を平均化することが容易となる。
【００４２】
第１〜第３の線状照明ユニット５は、狭い線幅方向に均一な照度分布を有する。またこれらの線状照明ユニット５を用いた画像読取用照明装置７によれば、狭い線幅方向に均一な照度分布を有する照射光が原稿６０上を走査される。さらに、これらの画像読取用照明装置７は、スキャナー、複写機、ファクシミリなどに広く用いることができる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
５  線状照明ユニット、７  画像読取用照明装置、１０  半導体レーザ素子、１０ａ  放出光、３０  導光体、３０ａ  入射面、３０ｃ  出射面、３１  中心線、３２  外接円、３６  導光方向、４０  蛍光体層、４０ａ  第１の領域、４０ｂ  第２の領域、５０  透明板、５０ａ  第１の面、５０ｂ  第２の面、６０  原稿、７０  リフレクタ、７４  駆動部、７９  スキャナー、Ｓ  移動方向、ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４  導光体を伝搬する光、ｇ１０  混合光（反射光）、ｇ１２  混合光（直接光）、ｇ１４  （原稿からの）反射光、Ｇ  混合光、Ｂ  蛍光体層の幅、Ａ  蛍光体層の表面と導光体の出射面との距離、ＰＲ  所定線状領域
【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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