JP2013157945A - 照明装置、レンズ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光のロスが小さく、照度が高い２方向照射方式の照明装置等の技術を提供すること。
【解決手段】本技術に係る照明装置は、光源と、レンズとを含む。前記レンズは、第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを有する。前記第１のレンズ部は、前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる。前記第２のレンズ部は、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる。
【選択図】図１

Description

本技術は、光源からの光を異なる方向に分割して、原稿などの照射対象物に対して異なる方向から光を照射させる照明装置などの技術に関する。

従来から、コピー機や、スキャナ、ファクシミリなどにおいて、原稿などの照射対象物に対して光を照射するための照射装置が広く用いられている。

例えば、原稿にしわがあったり、原稿が絹目の素材であったり、貼り込み原稿であったりした場合、一方向から原稿に対して光を照射する方式では、原稿に影ができてしまう。この影の影響により、原稿を正確に読み取って、きれいに再現することができないといった問題が生じる。そこで、異なる２方向から原稿に光を照射する方式（以下、この方式を２方向照射と呼ぶ）が用いられる場合がある（下記特許文献１参照）。

下記特許文献１に記載の照明装置は、単一の光源と、光を導く導光部材と、反射部材とを備えている。導光部材に入射した光のうち、一部の光は、導光部材の内部で反射せず、導光部材を通過して原稿に照射される。導光部材を通過した光のうち、一部の光は、導光部材の内部で反射を繰り返した後、反射部材によって反射されて導光部材の外部に出て、原稿に照射される。これにより、異なる２方向から原稿に光を照射することができる。

特開２０００−１０１７８８号公報

特許文献１に記載の技術では、２方向照射を導光部材によって実現している。しかしながら、導光部材は、光源からの光のロスが大きいといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、光のロスが小さく、照度が高い２方向照射方式の照明装置等の技術を提供することにある。

本技術に係る照明装置は、光源と、レンズとを含む。
前記レンズは、第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを有する。
前記第１のレンズ部は、前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる。
前記第２のレンズ部は、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる。

本技術では、レンズによって２方向照射の方式を実現しているので、導光部材が用いられる場合に比べて、光源から出射された光のロスが少ない。従って、高い照度を得ることができる。

上記照明装置において、前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、単一の平面又は角度の異なる平面の組み合わせで形成された、前記光源からの出射光が入射される入射面を有していてもよい。

本技術では、入射面が単一の平面又は角度の異なる平面の組み合わせで形成されており、レンズの製造が簡単である。また、レンズの製造コストも削減することができる。

上記照明装置において、前記第１のレンズ部の入射面及び第２のレンズ部の入射面のうち、少なくとも一方の入射面は、凸形状に形成されていてもよい。

これにより、第１のレンズ部及び第２のレンズ部のうち少なくとも一方の集光作用を向上させることができる。

上記照明装置において、前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、球面状に形成された光の出射面を有していてもよい。

このように、光の出射面を（非球面状でなく）球面状に形成することで、レンズを簡単に製造することができ、また、コストも削減することができる。

上記照明装置において、前記光源が搭載される基板をさらに具備していてもよい。この場合、前記レンズは、前記光源を覆うようにして、前記基板上に搭載されていてもよい。

上記照明装置において、前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、対称に形成されていてもよい。

上記照明装置において、前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、非対称に形成されていてもよい。

本技術に係るレンズは、第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを具備する。
前記第１のレンズ部は、光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる。
上記第２のレンズ部は、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる。

本技術に係る電子機器は、照明装置と、光電変換部とを具備する。
前記照明装置は、光源と、レンズとを有し、前記レンズは、第１のレンズ部と、第２のレンズ部とを含む。
前記第１のレンズは、前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる。
前記第２のレンズは、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる。
前記光電変換部は、前記照射対象物により反射された光を受光して電気信号に変換する。

以上のように、本技術によれば、光のロスが小さく、照度が高い２方向照射方式の照明装置等の技術を提供することができる。

本技術の一実施形態に係る照明装置を示す模式的な側面図である。 照明装置が有する照明モジュールを示す模式的な拡大斜視図である。 照明モジュールを示す模式的な拡大側面図である。 θ１の値や、θ２の値などの各種の値について具体的な一例を説明するための図である。 第１のレンズ部の入射面と、第２のレンズ部の入射面とが非球面によって形成された場合の一例を示す図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本技術の一実施形態に係る照明装置１００を示す模式的な側面図である。
この照明装置１００は、例えば、コピー機や、スキャナ、ファクシミリなどの電子機器に用いられる。照明装置１００は、照明モジュール１０と、反射部２０とを含み、照射対象物３０に対向して配置される。照明モジュール１０は、配線基板１１と、配線基板１１上に搭載された光源１２と、配線基板１１上に搭載されたレンズ１３とを含む。

照明装置１００を挟んで照射対象物３０の反対側の位置には、光電変換部としての光電変換素子４０が配置されている。光電変換素子４０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）デバイスが用いられる。

照明装置１００（照明モジュール１０及び反射部２０）と、光電変換素子４０とは、図示しない移動機構により、副走査方向（Ｘ軸方向）に一体的に移動可能とされている。

照射対象物３０は、典型的には、原稿、書物、写真などである。なお、図示は、省略しているが、照射対象物３０は、ガラス等の光透過型の材料でなる支持部材により下方から支持される。

図２は、照明モジュール１０を示す模式的な拡大斜視図であり、図３は、照明モジュール１０を示す模式的な拡大側面図である。

配線基板１１と、レンズ１３とは、一方向に長い形状とされており、主走査方向（Ｙ’軸方向）に延在するように設けられている。光源１２は、配線基板１１上に主走査方向に沿って所定の間隔で複数個配置される。この光源１２は、配線基板１１に設けられた配線から電力が供給され、制御部（図示せず）の制御に応じて、必要なタイミングで発光する。

光源１２としては、典型的には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。レンズ１３は、典型的には、アクリル樹脂で形成されるが、ガラス又はその他の透明樹脂により形成されてもよい。

レンズ１３は、光源１２と間隔を開けて、光源１２を覆うようにして配線基板１１上に搭載されている。レンズ１３は、第１のレンズ部１と、第２のレンズ部２と、接続部３とを含む。接続部３は、その底面側において、配線基板１１の上面と接着剤などにより接着される。

第１のレンズ部１は、光源１２からの出射光の一部を第１の方向Ｄ１に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物３０に照射させる。第２のレンズ部２は、光源１２からの出射光の他の一部を第１の方向とは異なる第２の方向Ｄ２に集光し、集光された第２の集光光を、反射部２０を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物３０に照射させる。

第１のレンズ部１と、第２のレンズ部２とは、光源１２による出射光の出射方向（Ｚ’軸方向）を境界として、対称的に形成されている。第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２は、それぞれ、光源１２からの出射光が入射される入射面５と、集光光が出射される出射面８とを有している。

第１のレンズ部の出射面８ａと、第２のレンズ部２の出射面８ｂとは、それぞれ、非球面ではなく、球面状に形成されている。すなわち、レンズ１３の外周面は、球面状に形成されている。このように、出射面８を球面によって形成することで、レンズ１３の製造が容易となり、また、製造コストも削減することができる。

第１のレンズ部１の入射面５ａと、第２のレンズ部２の入射面５ｂとは、それぞれ、非球面や、球面などではなく、平面によって構成されている。このように、入射面５を平面によって構成することで、レンズ１３の製造が容易となり、また、製造コストも削減することができる。

また、第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２の入射面５は、それぞれ、平面状の第１の入射面６と、第１の入射面６に対して所定の角度をなす平面状の第２の入射面７とを有している。第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２の光源に対向する側の面は、この２つの平面状の入射面６、７の組み合わせにより、凸形状とされている。このように、入射面５が凸形状とされることで、第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２の集光作用を向上させることができる。

ここで、光源１２としてのＬＥＤは、点光源であるため、主走査方向（Ｙ’軸方向）で照度のムラが発生する。そこで、レンズ１３の入射面５及び出射面８のうち少なくとも一方に、主走査方向で光を拡散するためのプリズム加工、マイクロレンズ加工、シリンドリカルレンズ加工などが施されていてもよい。これにより、主走査方向で照度のムラを軽減させることができる。

光の動きについて説明する。まず、所定の指向性を持った光が光源１２から上方（Ｚ’軸方向）に向けて発されられる。光源１２からの出射光のうち、約半分の光は、第１のレンズ部１の第１の入射面６ａ及び第２の入射面７ａに入射され、第１のレンズ部１によって、第１の方向Ｄ１に集光される。光源１２からの出射光のうち、残りの半分の光は、第２のレンズ部２の第１の入射面６ｂ及び第２の入射面７ｂに入射して、第２のレンズ部２によって、第２の方向Ｄ２に集光される。すなわち、光源１２からの出射光は、第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２によって、副走査方向（Ｘ’軸方向）で、２方向（Ｄ１及びＤ２）に分割及び集光される。

第１のレンズ部１よって第１の方向Ｄ１に集光された第１の集光光は、第１のレンズ部１の出射面８ａから出射され、直接的に照射対象物３０へ照射される。一方、第２のレンズ部２よって第２の方向Ｄ２に集光された第２の集光光は、第２のレンズ部２の出射面８ｂから出射され、反射部２０によって反射された後、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物３０に照射される。

照明装置１００は、副走査方向（Ｘ軸方向（図１））に移動されながら、照射対象物３０に対して副走査方向で異なる２方向から集光光を照射する。これにより、照射対象物３０の全体に対して光が照射される。光電変換素子４０は、照明装置１００と一体的に副走査方向（Ｘ軸方向）に移動されながら、照射対象物３０によって反射された光を受光して、電気信号に変換する。これにより、光電変換素子４０は、照射対象物３０の全体の画像情報に対応する電気信号を生成することができる。

本技術に係る照明装置１００は、２方向照射の方式であるので、原稿や、書物、写真などの照射対象物３０にしわがあったり、これらの材料が絹目であったりする場合にも、影の影響を排除することができる。すなわち、電子機器は、光電変換素子４０により、原稿などの照射対象物３０を正確に読み込んで、きれいに再現することができる。

また、本実施形態に係る照明装置１００は、レンズ１３によって２方向照射の方式を実現しているので、導光部材が用いられる場合に比べて、光源１２から出射された光のロスが少ない。従って、高い照度を得ることができる。

さらに、導光部材が用いられる場合、光源１２のムラをなくすために光路を長くする必要がある等の理由で、導光部材が比較的に大型となり易く、照明装置１００（照明モジュール１０）の小型化が難しいといった問題がある。一方、本実施形態に係る照明装置１００は、レンズ１３によって２方向照射の方式を実現しているので、導光部材が用いられる場合に比べて、小型化が容易である。

ここで、図３を参照して、集光光の集光範囲Ａ１、発光角度θ３は、光源１２から延ばした垂線及び第１の入射面６の角度θ１や、第１の入射面６及び第２の入射面７の角度θ２、出射面８の曲率Ｒを変更することで、適宜変更可能である。例えば、光源１２から延ばした垂線及び第１の入射面６の角度θ１を狭くする（鋭角に）すると、発光角度θ３が広くなり、逆にθ１を広く（鈍角に）すると、発光角度θ３が狭くなる。また、例えば、第１の入射面６及び第２の入射面７の角度θ２を狭く（鋭角に）すると、集光範囲Ａが広くなり、逆にθ２を広く（鈍角に）すると、集光範囲Ａが狭くなる。

上記した各種の値を変更することで、電子機器内部の位置的な制約や、光学仕様条件に適宜対応することができる。また、上記した各種の値を第１のレンズ部１と、第２のレンズ部２とで異ならせることで、第１の集光光が照射対象物３０を照らす照度と、第２の集光光が照射対象物３０を照らす照度との割合を変更することができる。つまり、第１のレンズ部１と第２のレンズ部２とを光源１２の出射光の出射方向（Ｚ’軸方向）を境界として非対称とすることで、第１の集光光が照射対象物３０を照らす照度と、第２の集光光が照射対象物３０を照らす照度との割合を変更することができる。

例えば、第２の集光光は、第１の集光光に比べて光路長が長いので、第２の集光光が照射対象物３０を照らす照度は、第１の集光光が照射対象物３０を照らす照度に比べて、低くなり易い。そこで、第１のレンズ部１の上記各種値と、第２のレンズ部２の上記各種値とを異ならせ（つまり、第１のレンズ部１と第２のレンズ部２とを非対称とする）、第１の集光光による照度と、第２の集光光による照度との割合が同じとなるようにしてもよい。なお、この場合、θ１の値や、θ２の値を、第１のレンズ部１と第２のレンズ部２とで異ならせると、レンズ１３の製造が簡単である。

［具体的な一例］
次に、照明装置１００をコピー機に適用した場合における、θ１や、θ２等の各種の値の具体的な一例について説明する。

図４は、θ１の値や、θ２の値などの各種の値について具体的な一例を説明するための図である。

例えば、光源１２（ＬＥＤ）としては、サイズが１．６×３．２（mm）、指向性が１２０度（５０％光量）である光源１２が用いられる。また、レンズ１３としては、材質がポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Polymethyl Methacrylate）、透過率が８７％（波長：３８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）、屈折率が１．４９１８（波長：５８７．６ｎｍ）、臨界角が４２度であるレンズ１３が用いられる。

この場合において、光源１２から延ばした垂線及び第１の入射面６との角度θ１は、３０°とされ、第１の入射面６及び第２の入射面７の角度θ２は、１６０．８°とされる。また、光源１２から照射対象物３０までの距離ｄ１は、１５．１６ｍｍとされ、光源１２から反射部２０までのＸ軸方向での距離は、１６．９４ｍｍとされる。

ここで示す例は、一例に過ぎず、本技術は、これに限定されない。

［各種変形例］
上記した例では、第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２の入射面５が、それぞれ、平面状の第１の入射面６と、第１の入射面６に対して所定の角度をなす平面状の第２の入射面７とにより形成される場合について説明した。一方、第１のレンズ部１の入射面５ａ及び第２のレンズ部２の入射面５ｂのうち、少なくとも一方が単一の平面によって形成されていてもよい（この場合、入射面５は、光源１２側に向けて凸形状とはならない）。

また、上記した例では、第１のレンズ部１及び第２のレンズ部２の出射面８が球面状に形成されている。一方、第１のレンズ部１の出射面８ａ及び第２のレンズ部２の出射面８ａのうち、少なくとも一方が非球面により形成されていてもよい。同様に、第１のレンズ部１の入射面５ａ及び第２のレンズ部２の入射面５ｂのうち、少なくとも一方が非球面により形成されていてもよい。

図５には、第１のレンズ部１の入射面５と、第２のレンズ部２の入射面５とが非球面によって形成された場合の一例が示されている。図５に示すように、第１のレンズ部１は、非球面状の入射面９ａを有しており、第２のレンズ部２は、非球面状の入射面９ｂを有している。その他の点については、上記した例と同様である。

本技術は、以下の構成をとることもできる。
（１） 光源と、
前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部とを有するレンズと
を具備する照明装置。
（２） 上記（１）に記載の照明装置であって、
前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、単一の平面又は角度の異なる平面の組み合わせで形成された、前記光源からの出射光が入射される入射面を有する
照明装置。
（３） 上記（２）に記載の照明装置であって、
前記第１のレンズ部の入射面及び第２のレンズ部の入射面のうち、少なくとも一方の入射面は、凸形状に形成されている
（４） 上記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載の照明装置であって、
前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、球面状に形成された光の出射面を有する
照明装置。
（５）上記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の照明装置であって、
前記光源が搭載される基板をさらに具備し、
前記レンズは、前記光源を覆うようにして、前記基板上に搭載されている
照明装置。
（６）上記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載の照明装置であって、
前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、対称に形成されている
照明装置。
（７）上記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載の照明装置であって、
前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、非対称に形成されている
照明装置。
（８）光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、
前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部と
を具備するレンズ
（９） 光源と、前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部とを含むレンズとを有照明装置と、
前記照射対象物により反射された光を受光して電気信号に変換する光電変換部と
を具備する電子機器。

Ｄ１…第１の方向
Ｄ２…第２の方向
１…第１のレンズ部
２…第２のレンズ部
５、９…入射面
６…第１の入射面
７…第２の入射面
８…出射面
１０…照明モジュール
１１…配線基板
１２…光源
１３…レンズ
２０…反射部
３０…照射対象物
４０…光電変換素子
１００…照明装置

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部とを有するレンズと
   を具備する照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、単一の平面又は角度の異なる平面の組み合わせで形成された、前記光源からの出射光が入射される入射面を有する
   照明装置。
3. 請求項２に記載の照明装置であって、
   前記第１のレンズ部の入射面及び第２のレンズ部の入射面のうち、少なくとも一方の入射面は、凸形状に形成されている
   照明装置。
4. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部は、それぞれ、球面状に形成された光の出射面を有する
   照明装置。
5. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記光源が搭載される基板をさらに具備し、
   前記レンズは、前記光源を覆うようにして、前記基板上に搭載されている
   照明装置。
6. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、対称に形成されている
   照明装置。
7. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記第１のレンズ部及び前記第２のレンズ部は、前記光源の出射光の出射方向を境界として、非対称に形成されている
   照明装置。
8. 光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、
   前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部と
   を具備するレンズ
9. 光源と、前記光源からの出射光の一部を第１の方向に集光し、集光された第１の集光光を照射対象物に照射させる第１のレンズ部と、前記光源からの出射光の他の一部を第１の方向と異なる第２の方向に集光し、集光された第２の集光光を、反射部を介して、第１の集光光とは異なる方向から照射対象物に照射させる第２のレンズ部とを含むレンズとを有する照明装置と、
   前記照射対象物により反射された光を受光して電気信号に変換する光電変換部と
   を具備する電子機器。

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