(57)【要約】【課題】光利用効率の低下を抑制すると共に、読取画像に光源像が写りこむことを抑制することができる導光ユニット、照明装置、および画像読取装置を提供する。【解決手段】導光体で、第１の方向に離散した複数の光源からの光束が入射する入射面と、前記第１の方向に長い出射面と、前記入射面と前記出射面の間で光路を鋭角に折り返す位置に設けられる前記第１の方向に長い拡散反射部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に長い入射面と、
該入射面から入射した光束が出射する出射面と、
前記入射面からの光束を鋭角に反射させつつ、前記第１の方向において拡散させて、前記出射面に導光する拡散反射部と、
を有することを特徴とする導光ユニット。
【請求項２】
導光体から成ることを特徴とする請求項１に記載の導光ユニット。
【請求項３】
導光体及び反射部材から成り、前記拡散反射部が前記反射部材を有することを特徴とする請求項１に記載の導光ユニット。
【請求項４】
前記導光体は透過面を有し、前記反射部材は前記透過面を透過した光束を拡散反射することを特徴とする請求項３に記載の導光ユニット。
【請求項５】
前記導光体は拡散透過面を有し、前記反射部材は前記拡散透過面を透過した光束を反射することを特徴とする請求項３に記載の導光ユニット。
【請求項６】
前記第１の方向に直交する断面における前記入射面の中央位置と前記拡散反射部の中央位置との間隔を第１の間隔とするとき、前記第１の間隔で前記拡散反射部において前記第１の方向に連続した光源が形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導光ユニット。
【請求項７】
前記第１の方向に直交する断面における前記拡散反射部の中央位置と前記出射面の中央位置との間隔を第２の間隔とするとき、
前記第１の方向に直交する断面における前記入射面の中央位置と前記出射面の中央位置との間隔は、前記第１の間隔あるいは前記第２の間隔より小さいことを特徴とする請求項６に記載の導光ユニット。
【請求項８】
前記拡散反射部は、前記入射面と前記出射面の間の光路について光路長を３等分割するとき、３等分割された領域における真中の分割領域に設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の導光ユニット。
【請求項９】
前記第１の方向に直交する断面内で、前記拡散反射部は前記入射面に対向することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の導光ユニット。
【請求項１０】
前記拡散反射部で正反射方向に反射した光線が前記出射面に向かうよう、前記拡散反射部を前記入射面に対し傾斜させることを特徴とする請求項９に記載の導光ユニット。
【請求項１１】
前記拡散反射部は、前記入射面及び前記出射面と一体化された拡散反射面であることを特徴とする請求項２に記載の導光ユニット。
【請求項１２】
前記拡散反射部は、前記入射面及び前記出射面と一体化された前記透過面と、該透過面を透過した光束を拡散反射させる前記反射部材と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の導光ユニット。
【請求項１３】
前記拡散反射部は、前記入射面及び前記出射面と一体化された前記拡散透過面と、該拡散透過面を透過した光束を反射させる前記反射部材と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の導光ユニット。
【請求項１４】
前記拡散反射部は、白色部材から成ることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の導光ユニット。
【請求項１５】
前記第１の方向に配置される複数の光源と、該複数の光源からの光束を被照射面に導光する導光ユニットと、を備え、該導光ユニットは請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の導光ユニットであることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
前記第１の方向に直交する断面内で、前記光源と前記拡散反射部との距離をＬ、
前記導光ユニットを構成する材質のｄ線における屈折率をＮ、
前記第１の方向に設けられる光源の間隔のうち、最も大きな値をＰとするとき、
Ｌ＞Ｐ／２（ｔａｎ（Ｓｉｎ−１（１／Ｎ）））
を満足することを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記拡散反射部は、前記光源の光源光と同じ色の部材から成ることを特徴とする請求項１５または１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記第１の方向に直交する断面内で、前記第１の方向に直交する方向において、前記光源は被照射面と前記拡散反射部との間に設けられることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置による被照射面からの光束を受光する受光部と、前記被照射面からの光束を前記受光部に導く結像部と、を有することを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光ユニット、照明装置、および画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、線順次に画像を読み取る画像読取装置は、照明装置によってライン状に照明された原稿面の読取領域を結像光学系により所定の倍率でラインセンサなどの読取手段に結像させ、画像を読み取るものである。
【０００３】
また、画像読取装置における照明装置の光源としては、近年は発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤ）を使うものが知られている。ＬＥＤを使った照明装置では、読取ライン方向（以下、主走査方向）に細長い被照明領域を形成するために、光源として主走査方向にＬＥＤを多数配列したＬＥＤアレイを用い、導光体で原稿面の被照明領域に導光する構成が知られている。
【０００４】
ＬＥＤアレイを用いた照明装置では、原稿面の被照明領域において、各ＬＥＤが形成する照度分布が適切に重畳し、照度むらが小さくなるようにする必要がある。これは、原稿面の被照明領域での照度むらが大きい場合、読取対象の材質、形状、姿勢によっては読取画像に明暗の縞が発生したり、原稿の姿勢によっては読取対象での反射に起因する離散した光源像（各ＬＥＤの鏡像）の写りこみが発生してしまうからである。
【０００５】
特許文献１では、導光体を介して、それぞれのＬＥＤによる照度分布を読取対象面で重畳させることで、照度むらを低減する技術が開示されている。また、導光体から出射する光線の結像光学系の光軸とのなす角を大きくすることで、光沢のある読取対象の姿勢変化による光源の写りこみを低減する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２７５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、例えばヘアライン加工が施された金属光沢を持つ原稿や、ＣＤ−ＲＯＭといった細かいピッチで溝状の凹凸が施された読取対象では、原稿の姿勢に関係なく、離散した光源像（各ＬＥＤの鏡像）が明暗の縞として写りこむことがある。
【０００８】
本発明の目的は、光利用効率の低下を抑制すると共に、読取画像に光源像が写りこむことを抑制することができる導光ユニット、照明装置、および画像読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る導光ユニットは、第１の方向に長い入射面と、該入射面から入射した光束が出射する出射面と、前記入射面からの光束を鋭角に反射させつつ、前記第１の方向において拡散させて、前記出射面に導光する拡散反射部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る照明装置、画像読取装置は、上記導光ユニットを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光利用効率の低下を抑制すると共に、読取画像に光源像が写りこむことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る照明装置、導光体を搭載した画像読取装置を説明する図である
【図２】第１の実施形態に係る照明装置の要部概略図である
【図３】離散した光源像（各ＬＥＤの鏡像）が明暗の縞として写りこむ現象を説明する図である
【図４】第１の実施形態に係る照明装置要部の斜視図である
【図５】光源から発した光線の経路を説明する図である。
【図６】第１の実施形態に係る照明装置の光束重なりを説明する図である。
【図７】第１の実施形態に係る照明装置の要部概略図である。
【図８】第２の実施形態に係る照明装置を搭載した画像読取装置を説明する図である。
【図９】第２の実施形態に係る照明装置の要部概略図である。
【図１０】第２の実施形態に係る照明装置の光束重なりを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
《第１の実施形態》
（画像読取装置）
以下、図１を参照して、本発明の実施形態に係る照明装置、導光体を搭載した画像読取装置について説明する。この画像読取装置は、画像を読み取るための各種光学部品を格納したキャリッジ１００、読取対象の原稿１０７を載置する原稿台ガラス１０６を含んで構成される。そして、紙面垂直方向（第１の方向、主走査方向）に長い読取領域を、図中の移動方向に移動しながら読み取ることで、原稿１０７の２次元画像の読み取りを行っている。
【００１５】
ここで、本実施形態の画像読取について、光学的な構成を図１を用いて以下に説明する。１０１は光源としての白色発光ダイオード（以下ＬＥＤ）であり、紙面垂直方向にあたる主走査方向に、所定の間隔で複数配列されている。ＬＥＤ１０１から出射した光は、紙面垂直方向である主走査方向に長尺な導光体１０２の入射面に入射する。そして、入射した光線は光（光線）を拡散する拡散部としての拡散反射部１０４で拡散反射され、導光体１０２の出射面から出射する。そして、原稿台ガラス１０６を透過して原稿１０７に向かい、原稿１０７を照明する。
【００１６】
また、照明された原稿は、結像部としての結像レンズ１０９、被照射面である原稿面からの光束を受光する受光部としてのラインセンサ１１０によって紙面垂直方向に長い読取領域を線順次に読み取られていく。そして、途中の光路は、折り返しミラー１０８ａ〜１０８ｅで折り返され、これらはキャリッジ１００に格納されている。そして、読み取られた原稿の画像情報は、不図示のインターフェースを通じてパーソナルコンピュータやプリンタなどに送られ、データとして処理されたりモニタや紙に出力される。
【００１７】
（照明装置および導光ユニット）
続いて、図２を用いて本実施形態の照明装置および導光ユニットについて説明する。本実施形態では、導光ユニットは導光体から成る。図２は、本実施形態の照明装置について、光源であるＬＥＤ１０１を含み主走査方向と直交する断面（以後、副走査断面）における断面内を示す。
【００１８】
主走査方向に離散した複数の光源であるＬＥＤ１０１に対向する導光体１０２の入射面１０２ａに入射した光線は、導光体１０２の一部を伝播しつつ、その大部分が拡散反射部１０４へ向かう。拡散反射部１０４は、導光体１０２の当該部分が白色部材として白色の塗料で塗られたものであり、入射した光線を正反射方向に最大強度をもちつつ拡散反射するように反射させる機能を持つ。
【００１９】
これにより、ＬＥＤ１０１からの光線によって照射された拡散反射部１０４は、それ自身が主走査方向に連続した光源（２次光源）として機能し、拡散反射部１０４からの光線の多くが、導光体の出射面１０２ｂを透過し読取領域へと向かう。また、出射面１０２ｂは、図示の副走査断面において所定の曲率を持っており、これにより拡散反射部１０４からの光線は出射面１０２ｂで屈折、透過することによって所望の領域に集光され、効率的に読み取り領域を照明することができる。
【００２０】
本実施形態では、拡散反射部１０４は、図７における入射面１０２ａと出射面１０２ｂの間の照明光路内で光路長を３等分割するとき、３等分割された領域における真中の分割領域内に設けられている。また、拡散反射部１０４は、入射面１０２ａと出射面１０２ｂの間の照明光路を鋭角に反射させる（折り返す）位置に設けられている。
【００２１】
ここで、拡散反射部１０４を２次光源とする理由と効果について、図３を用いて説明する。一般的な画像読取装置における照明装置では、光源としてＬＥＤを主走査に配列すると、長尺な読取領域と比較して、各々のＬＥＤは点光源に近いものとみなせる。そのため、例えば光沢のある原稿の場合、その姿勢によっては図３のように画像読取光軸が導光体１０２に向かうため、特に明るい部位であるＬＥＤ１０１が明るい点列（鏡像）として読み取った画像に写りこむ問題があった。
【００２２】
特に、光沢紙を用いた雑誌を図３のように見開きで読み取る際、その綴じ部近傍では読取対象に角度が付き、位置によってはＬＥＤ１０１が明るい点列（鏡像）として画像に写りこむことが知られている。
【００２３】
また、ＣＤ−ＲＯＭやヘアライン加工された金属部材のように、読取対象が指向性のある反射特性を持つ場合、原稿台に通常通り設置された状態でもＬＥＤ１０１が明るい点列（鏡像）として画像に写り込むことがある。
【００２４】
（比較例）
そのため、隣り合うＬＥＤとの間隔を十分に縮めるために多数のＬＥＤを用いたり、導光体の出射面に拡散機能を持つ部材を挿入したりして、上述した現象による画像品質劣化を低減する技術が知られている。
【００２５】
しかしながら、間隔を狭めるためにＬＥＤを多数用いると、コストアップにつながり、より安価な画像読取装置をユーザに提供する障壁となる。また、導光体の出射面は、照明装置のうち最も原稿に近い部分であることが多く、照明対象である読取部に近い位置に拡散機能を持たせるため、出射する光線を最適な分布に形成するのが困難である。その結果、読取領域外に向かう光線が増えてしまい、光利用効率を低下させる問題がある。
【００２６】
（実施例）
ここで、比較例における問題を解消できる本実施形態における照明装置の実施例について、以下に説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態（本実施例）における照明装置要部の斜視図である。図４（ａ）で、ＬＥＤ１０１から出射した光は、導光体１０２の入射面１０２ａに入射する際、導光体を構成するアクリル樹脂の屈折率の影響で、その広がり角が狭まるよう屈折する。そして、屈折された光線群は、導光体中を所定の距離伝播し、主走査方向へはその伝播距離と広がり角によって決まる幅に広がり、拡散反射部１０４へ到達する。
【００２７】
これを図４（ｂ）のように複数の光源による光線について考えると、隣り合うＬＥＤとの間隔、また入射面から拡散反射部への伝播距離を適切に設定すれば、各ＬＥＤ１０１による光線が拡散反射部１０４で重畳する。その結果、拡散反射部１０４があたかも線状に照明された状態となる。そして、拡散反射部１０４に到達した光線は拡散反射されるため、拡散反射部１０４自体が主走査方向に連続した長い２次光源として機能する。
【００２８】
こうすることで、原稿の光沢、姿勢によってＬＥＤ１０１が明るい点列（鏡像）として読取った画像に写り込む幾何的な条件となっても、連続した長い２次光源が存在することで、ＬＥＤ１０１が明るい点列（鏡像）として写り込むことを防ぐことができる。これにより、読み取り原稿における明暗のむらを大幅に低減することができる。
【００２９】
ここで、導光体を伝播する光線の広がり方について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、ＬＥＤから出射する光線の角度強度分布を表す図である。一般的な画像読取装置に使われる、白色光を発するＬＥＤ（以後、白色ＬＥＤ）は、出射面の面法線５０１方向に最も強く、角度θがつくにつれてその強度が低下する分布を有しており、周辺部は強度が低下するものの、θ＜９０°の範囲で幅広く光を放っている。
【００３０】
これに対し、白色ＬＥＤの出射面に近接かつ正対して、屈折率Ｎの透明材質である導光体（導光ユニット）が配置される場合、ＬＥＤからの光線は導光体の入射面で屈折され、伝播する方向θは以下の（式１）のように制限される。
θ≦Ｓｉｎ−１（１／Ｎ）［ｒａｄ］               （式１）
そのため、導光体中には光線がほとんど伝播しない領域となる影部５０２が生じ、この領域に拡散反射部を設置しても、ＬＥＤによって照明されないため連続した２次光源とはならない。
【００３１】
また、光源であるＬＥＤからの光が導光体中を伝播し広がる幅Ｗ（図６）は、以下の（式２）のように表わすことができる。
Ｗ＝ｔａｎ（Ｓｉｎ−１（１／Ｎ））               （式２）
本実施形態では図６のように、間隔Ｐで隣り合う白色ＬＥＤからの光線で影部とならない（拡散反射部１０４で連続した２次光源を形成する）よう、入射面１０２から伝播距離Ｌだけ離れた位置に拡散反射部１０４を設置している。ここで、伝播距離Ｌは、副走査断面における入射面１０２の中央位置と拡散反射部１０４の中央位置との間隔に相当する。
【００３２】
このように、拡散反射部１０４で連続した２次光源を形成する条件は、図６から、２Ｗ＞Ｐであり、以下の（式３）を満足する。
Ｌ＞Ｐ／２（ｔａｎ（Ｓｉｎ−１（１／Ｎ）））                   （式３）
例えばＬＥＤのピッチＰを１０ｍｍ、導光体の材質をアクリル樹脂とし、代表的なｄ線（５８７．５６ｎｍ、黄色）に対する屈折率が１．５２であるとすると、伝播距離Ｌは約４．４ｍｍより長ければよい。伝播距離Ｌがこの条件を満たせば、拡散反射部において少なくとも光線がまったく伝播しない領域が生じることは無く、Ｌを十分に大きく取れば、拡散反射部における明るさのむらは無視できる量となっていく。
【００３３】
ここで、本実施形態では、副走査断面における入射面１０２の中央位置と出射面１０２ｂの中央位置との間隔は、入射面１０２の中央位置と拡散反射部１０４の中央位置との間隔（第１の間隔）より小さい。あるいは，副走査断面における入射面１０２の中央位置と出射面１０２ｂの中央位置との間隔は、拡散反射部１０４の中央位置と出射面１０２ｂの中央位置との間隔（第２の間隔）より小さい。
【００３４】
次に、拡散反射部での光線の様子について説明する。一般的な拡散反射が起こる場合、入射光線が正反射する場合の角度近傍に最大の強度を持ち、そこからずれた角度方向に対しては、そのずれに応じた割合で強度が低下する。よって、任意の副走査断面において、拡散反射部で正反射方向に反射した光線が出射面に向かうよう、拡散反射部を傾斜させることにより、反射した光線の多くを出射部に導き、読取部の照射に用いることができる。
【００３５】
上記のように導光体を構成することで、照明装置からの正反射光が多く読取光学系に向かう条件となっても、アレイ状に配列されたＬＥＤは直接読取光学系から見えず、ライン状に照明された拡散反射部が写り込むことで、読取画像の明暗ムラが低減される。
【００３６】
《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、導光ユニットは、導光体及び反射部材から成り、拡散反射部が反射部材を有する。そして、後述するように
導光体は透過面を有し、反射部材は透過面を透過した光束を拡散反射する。
【００３７】
図８は、本実施形態の照明装置について、光源を含む任意の副走査断面を示したものである。８０１は白色ＬＥＤ（ＬＥＤ）であり、紙面垂直方向に当たる主走査方向（第１の方向）に複数配列されている。ＬＥＤ８０１から出射した光は紙面垂直方向（第１の方向）に長尺な導光体８０２に入射する。
【００３８】
ここで、入射した光線は透過面である第１出射部８０２ｂを透過し、導光体８０２とは別に設けられる拡散反射部材８０３の拡散反射面（第１出射部８０２ｂに対向）で拡散反射され、第１出射部８０２ｂを透過し導光体８０２へ再度入射する。そして、その大部分が第２出射部（出射面）８０２ｃから照明光として出射する。そして、照明光は原稿台ガラス８０５を透過して原稿８０６に向かい、原稿８０６を照明する。なお、その他、画像読取装置の構成としては第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を割愛する。
【００３９】
ここで、本実施形態の照明装置について、図９以後を用いてより詳細に説明する。図９は、本実施形態の照明装置について、光源を含む任意の副走査断面を示したものである。光源である白色ＬＥＤ８０１は主走査方向に長尺な基板８０４に実装され、導光体８０２の入射面８０２ａに向け光を出射する。入射面８０２ａから入射した光線は、導光体内部を伝播し、その多くが第１出射部８０２ｂを透過し、第１出射部８０２ｂから導光体外部に配置された拡散反射部材８０３へ達する。
【００４０】
そして、第１出射面８０２ａは粗面となっており、透過する光線を拡散させる作用を持つ。拡散反射部材８０３で反射された光線は、再び第一出射部８０２ｂを透過して導光体内を伝播し、出射面８０２ｃを透過して読取対象に向かう。
【００４１】
ここで、第１の実施形態の照明装置と同様に、拡散反射部材８０３において略均一な照明光量となるよう導光体８０２における入射面８０２ａと第１出射部８０２ｂの間隔をあけ、ＬＥＤから入射した光線が主走査方向に十分に広がるようにする必要がある。
【００４２】
導光体８０２における入射面８０２ａと第１出射部８０２ｂの間隔Ｌは、第１の実施形態と同じく、入射した光線が主走査方向に広がってできる片側照射範囲Ｗが、隣り合うＬＥＤ同士の間隔の半分より大きくなるように、長くする必要がある（図１０）。即ち、以下の（式４）を満足するようにする。
Ｌ＞Ｐ／２（ｔａｎ（Ｓｉｎ−１（１／Ｎ）））            （式４）
ただし、光量のムラを低減するために、隣り合うＬＥＤと片側照射範囲Ｗの３０％程度は重ねた方が良く、以下の（式５）を満足すると、より好ましい。
Ｌ＞Ｐ／１．７（ｔａｎ（Ｓｉｎ−１（１／Ｎ）））        （式５）
また、ＬＥＤが実装され、導光体上面に位置する基板８０４は、拡散反射部材８０３で拡散反射した光線のうち、入射面８０２ｂを通って導光体に戻らず、不要にも読取対象を照らしてしまう光線を遮蔽する働きを持たせることができる。
【００４３】
また、ＬＥＤ基板８０４は、拡散反射部材８０２ｂで拡散反射した光のうち、入射面８０２ａに到達し、複数のＬＥＤが並ぶ隙間から導光体を出射した光線を遮蔽する機能も持つ。更に、光沢のある読み取り対象によって読取光学系からＬＥＤが見えてしまわないよう遮蔽する機能も持つ。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、拡散反射部材８０３が主走査方向に連続した長尺な２次的な光源として機能し、読取対象に対し同様に主走査方向に長尺でむらの無い照明をすることができる。
【００４５】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４６】
（変形例１）
上述した第１の実施形態では、拡散反射部は導光体の一部に設けられた、即ち入射面及び出射面と一体化されたものであった。また、第２の実施形態では、導光体は入射面に対向する位置に透過面を有し、導光体の透過面は入射面及び出射面と一体化された。そして導光体とは別に透過面に対向する拡散反射面を備えた反射部材を有し、拡散反射部は透過面および拡散反射面として設けられた。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、第２の実施形態の変形例として、導光体は入射面に対向する位置に拡散透過面を有し、導光体の拡散透過面は入射面及び出射面と一体化されても良い。そして、導光体とは別に拡散透過面に対向する反射面を備えた反射部材を有し、拡散反射部は拡散透過面および反射面として設けられても良い。
【００４８】
（変形例２）
上述した実施形態では、拡散反射部は導光体の入射面に対向するように設けたが、拡散反射部が導光体の入射面に対向しない（例えば拡散反射部と導光体の入射面の間に反射部を設ける）構成とすることもできる。
【００４９】
（変形例３）
上述した第２の実施形態では、拡散反射する機能を導光体とは別部材としたが、第１の実施形態のように第１出射面８０２ｂに白色または照明に応じた塗装（光源光と同じ色に塗装）を施しても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１０１・・白色発光ダイオード、１０２・・導光体、１０２ａ・・入射面、１０２ｂ・・出射面、１０４・・拡散反射部
【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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