JP2016092523A - Linear light source device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は線状光源装置に関するものであり、特に、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナー、バーコードリーダ等に使用される画像読取装置の照明用光源として利用される線状光源装置に係わるものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear light source device, and more particularly to a linear light source device used as an illumination light source of an image reading device used for a facsimile, a copying machine, an image scanner, a barcode reader, and the like. .
近年、上述の画像読取装置において、LED素子(発光ダイオード)の出力向上と受光素子としてのCCD型センサの高感度化により、小型で低消費電力のLED素子を利用した線状光源装置が読取装置の光源として使用されるようになってきていて、例えば、特開2008−216409号公報(特許文献1)にその技術が開示されている。 In recent years, in the above-described image reading apparatus, a linear light source device using a small and low power consumption LED element is improved due to an improvement in output of an LED element (light emitting diode) and an increase in sensitivity of a CCD sensor as a light receiving element. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-216409 (Patent Document 1) discloses the technique.
その構造が図6に示されていて、図6(A)において、線状光源装置1は、アクリル樹脂等からなる透光性の棒状の導光体2と、基板4に取り付けられたLED(光源)3と備えており、該LED3は前記導光体の入射端面2aに対向配置されている。この導光体2には、長手方向に沿ってプリズム等の反射部5が設けられていて、導光体2の入射端面2aから入射した光は、導光体内部を、全反射を繰り返しながら伝播し、その間に反射部5に到達した光が、導光体外に取り出されて、原稿読取面Wに向かうものである。また、前記基板4には前記LED3を取り囲むように反射鏡6が設けられ、これら導光体2および基板4などが、支持台7に支持されている。このとき、導光体2と支持台7の間には拡散反射体8が設けられていて、導光体2から漏れ出た光を導光体2内に戻す役割を担っている。
そして、図6(B)に示すように、前記導光体2には反射部5が2箇所形成されていて、第1反射部5aからの反射光は直接原稿読取面Wに向かい、第2反射部5bからの反射光は、導光体2に対向するように並列配置されたリフレクタ部材20に向かい、ここで反射されて原稿読取面Wに向かうものである。
The structure is shown in FIG. 6. In FIG. 6A, the linear light source device 1 includes a translucent rod-
As shown in FIG. 6B, the
しかして、このような線状光源装置では、導光体2の光源3から近い一端部側からの出力光と、光源3から離れた他端部側からの出力光とで、光の色度が変わってしまうという不具合があった。
導光体2は伝播する光を一定程度吸収するが、特に短波長側の光成分をより吸収する性質を有しており、導光体2内を伝播していく距離が長いほど短波長側の光成分の吸収が大きくなる。このため、光源の近くで導光体外に出射される光と、光源から離れた位置で導光体外に出射される光を比べると、後者のほうが短波長側の光成分が導光体でより吸収されるため、光源からの距離が離れるに従って、より長波長側の成分が多い、黄色みがかった色になる。このことにより、導光体の長手方向で均一な色分布をもつ線状光が得られないという問題が生じる。
Thus, in such a linear light source device, the light chromaticity is determined by the output light from the one end side near the
The
このような問題に対して、特開2011−249190号公報(特許文献2)では、フィルタによって色分布を均一化する技術が開示されている。
図7にその構造が示されており、導光体2と拡散反射体8の間に、前記導光体2の長手方向で透過率が変化する複数のフィルタ20a,20b,20cを設けることで、長手方向での色分布を均一にしようとするものである。
しかしながら、この先行技術では、複数のフィルタを導光体の長手方向に取り付けるものであるために、使用する部材が大きくなり、透過率を変化させるために使用する部材が複雑化するという問題がある。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-249190 (Patent Document 2) discloses a technique for making a color distribution uniform using a filter.
FIG. 7 shows the structure, and by providing a plurality of
However, in this prior art, since a plurality of filters are attached in the longitudinal direction of the light guide, there is a problem that a member to be used becomes large and a member to be used for changing the transmittance becomes complicated. .
また、特開2011−210530号公報(特許文献3)では、光源(LED)の周囲に設けられる反射鏡にフィルタを設ける技術が開示されている。
図8にその構造が示されていて、光源(LED)3を取り囲む反射鏡6の反射面に、該LED3からの光のうち長波長域(黄色)の光の透過率が低いフィルタ21を設けたものである。
しかしながら、LED3の配光特性は、発光面の垂直方向が最も光強度が大きく、発光面に水平な方向になるに従って光強度が小さくなる。このため、この特許文献2のように発光面の水平方向にフィルタを設けたとしても、光強度の大きな光の波長変換できないため、長手方向に亘って十分に色度を調節することが困難であるという問題がある。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-210530 (Patent Document 3) discloses a technique in which a filter is provided on a reflecting mirror provided around a light source (LED).
The structure is shown in FIG. 8, and a
However, the light distribution characteristic of the
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、導光体と、該導光体の端部の入射端面に対向配置されるLEDとを備えた線状光源装置において、簡単な構造で導光体の長手方向における色分布の均一化を図ることのできる線状光源装置を提供せんとするものである。 In view of the above problems of the prior art, the present invention is a linear light source device including a light guide and an LED disposed opposite to an incident end face of the end of the light guide with a simple structure. It is an object of the present invention to provide a linear light source device that can achieve uniform color distribution in the longitudinal direction of a light body.
上記課題を解決するために、この発明に係る線状光源装置は、前記導光体の入射端面に、前記LEDからの光のうち、前記入射端面に対して入射角度の小さな光に対する長波長カットフィルタ、及び/又は、前記入射端面に対して入射角度の大きな光に対する短波長カットフィルタ、が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the linear light source device according to the present invention has a long-wavelength cut for light having a small incident angle with respect to the incident end surface, out of light from the LED, on the incident end surface of the light guide. A filter and / or a short wavelength cut filter for light having a large incident angle with respect to the incident end face are provided.
この発明の線状光源装置によれば、導光体の入射端面に、入射角度に応じてカットする波長が異なるフィルタを設けたので、LEDからの入射角度が小さくて導光体の長手方向の遠くの領域まで到達する光の長波長成分(黄色成分)を予めカットして、短波長成分(青色成分)の多い光としてあるので、導光体内を伝播していく際に短波長成分(青色成分)が吸収されたとしても、導光体外部に出射する光の色度は、LEDに近い領域から出射される光の色度とバランスが取れたものとなる。
また、同様の趣旨で、LEDからの入射角度が大きく導光体の長手方向の近い領域から導光体外部に出射する光を、その短波長成分(青色成分)を予めカットして、長波長成分(黄色成分)の多い光とすることで、導光体のLEDから遠く離れた領域にまで伝播する光が、長波長成分(黄色成分)が多くなったとしても、導光体の長手方向では色度が均一化しているものである。
According to the linear light source device of the present invention, since the filters having different wavelengths to be cut according to the incident angle are provided on the incident end face of the light guide, the incident angle from the LED is small, and the longitudinal direction of the light guide Since the long wavelength component (yellow component) of light reaching a distant area is cut in advance to obtain light with a lot of short wavelength components (blue component), the short wavelength component (blue component) is propagated through the light guide. Even if the component) is absorbed, the chromaticity of the light emitted to the outside of the light guide is balanced with the chromaticity of the light emitted from the region close to the LED.
In addition, for the same purpose, light that is emitted from the region having a large incident angle from the LED and close to the longitudinal direction of the light guide to the outside of the light guide is cut in advance in the short wavelength component (blue component) and long wavelength. By making the light with a large amount of component (yellow component), the light propagating to the region far from the LED of the light guide, even if the long wavelength component (yellow component) increases, the longitudinal direction of the light guide Then, the chromaticity is uniform.
本発明の実施形態を説明する前に、まず、本発明の原理を図4に基づいて説明する。
図4(A)に示すように、LED3からの光線を、導光体の入射端面2aに対する入射角度αによって区分して考える。即ち、入射端面2aに入射する光を、小さな入射角度α1を有する光線群X(以下、小角度光線群Xという)と、大きな入射角度α2を有する光線群Y(以下、大角度光線群Yという)とに区分する。
このうち、図4(B)に示すように、小角度光線群Xは導光体2の外表面となす角度が小さいために、導光体2の入射端面2aに近い側では該導光体2外に出射する成分が少なく、多くの成分が長手方向の遠い領域まで伝播していき、ここで出射する。その照度分布が図4(B)に模式的に表されている。
一方、図4(C)に示すように、大角度光線群Yは、導光体2の外表面との角度が大きいため、入射端面2aに近い領域で多くの成分が導光体外部に出射される。その照度分布が図4(C)に表されている。
Before describing the embodiment of the present invention, first, the principle of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, the light rays from the
Among these, as shown in FIG. 4B, since the angle formed by the small-angle light beam group X with the outer surface of the
On the other hand, as shown in FIG. 4C, since the large-angle light ray group Y has a large angle with the outer surface of the
このように、入射角度α1の小さな光線群Xは、導光体2内を長い距離に亘って伝播することになるが、導光体2は、光のうち、より短波長側の光、即ち、青色成分を吸収する性質があり、導光体2の入射端面2aから遠い端部で出射するときには、長波長成分の多い黄色みがかった色度となっている。
このとき、入射端面2a近くで出射される大角度光線群Yは、導光体2による吸収の影響が少なく、その色度は、ほぼLED3からの出射光のままである。このため、導光体2からの出射光は、その長手方向において色度が異なってしなうことになる。
In this way, the light beam group X having a small incident angle α1 propagates over a long distance in the
At this time, the large-angle light ray group Y emitted near the
以上のような識見に基づいて本願発明の実施例を説明する。
図1に示すように、導光体2の入射端面2aには、LED3からの白色光における長波長側の光をカットする長波長カットフィルタ(以下、青色フィルタともいう)10が設けられている。この青色フィルタ10は、前記LED3からの光のうち、導光体2の入射端面2aに対して入射角度α1の小さな光(小角度光線群X)に対する領域に設けられている。
LED3からの白色光は、LED素子からの発光(450nm近傍にピーク波長を有する)と、その周囲に設けられた黄色蛍光体からの発光(550nm近傍にピーク波長を有する)で構成されているため、前記青色フィルタ10は、例えば、カラー撮影用補正フィルタのような、500nm〜600nmを吸収するフィルタであっても十分に目的を果たすことができる。
これにより、導光体2における入射端面2aから遠い距離まで伝播する小角度光線群Xの光を、予め長波長成分(黄色成分)をカットしておくので、導光体2内を進行する際に短波長成分(青色成分)が吸収されることがあっても、導光体から出射される光は、黄色成分と青色成分のバランスが取れた白色光となり、導光体2の入射端面2aの近傍からの出射光と色度が大きく異なることがない。
An embodiment of the present invention will be described based on the above knowledge.
As shown in FIG. 1, a long wavelength cut filter (hereinafter also referred to as a blue filter) 10 that cuts light on the long wavelength side of white light from the
The white light from the
Thereby, since the long wavelength component (yellow component) is cut in advance for the light of the small-angle light ray group X propagating to a distance far from the
図2に他の第2の実施例が示されていて、この実施例では導光体2の入射端面2aには、LED3からの白色光における短波長側の光をカットする短波長カットフィルタ(以下、黄色フィルタともいう)11が設けられている。この黄色フィルタ11は、前記LED3からの光のうち、導光体2の入射端面2aに対して入射角度α2の大きな光(大角度光線群Y)に対する円環状の領域に設けられている。
この実施例では、前記第1の実施例とは逆に、入射角度の大きな光の青色成分をカットして、導光体2の入射端面2aの近傍からの出射光を黄色成分の多い光として、導光体2内部を伝播して入射端面2aから遠い領域から出射する光が青色成分を吸収されて黄色がかった光となっても、両者の間に大きな色度変化が生じないようにしたものである。
FIG. 2 shows another second embodiment. In this embodiment, a short wavelength cut filter (which cuts light on the short wavelength side of white light from the LED 3) is formed on the
In this embodiment, contrary to the first embodiment, the blue component of the light having a large incident angle is cut, and the light emitted from the vicinity of the
また、図3に更に他の第3の実施例が示されていて、この実施例は、前記第1および第2の実施例を組み合わせたものである。即ち、導光体2の入射端面2aには、LED3からの白色光における長波長側の光をカットする長波長カットフィルタ(青色フィルタ)10と、短波長側の光をカットする短波長カットフィルタ(黄色フィルタ)11とが設けられている。
青色フィルタ10は、導光体2に入射する光のうち、小角度光線群Xに対応する領域に、そして、黄色フィルタ11は、大角度光線群Yに対応する円環状領域に、それぞれ設けられているものである。
その作用については、前記第1の実施例と第2の実施例の両方の作用を併せもつことで、導光体2の長手方向での出射光の色度変化を抑制するものである。
FIG. 3 shows still another third embodiment, which is a combination of the first and second embodiments. That is, the
The
With respect to the function, the chromaticity change of the emitted light in the longitudinal direction of the
本発明の第1の実施例の具体的な一数値例を以下に記載する。
<導光体>
材質:アクリル系樹脂、全長340mm、直径φ5mm
反射部:長手方向に並ぶ複数の凹部で構成
<光源>
導光体の入射端面に対向配置したLED
LED素子:1mm角
LED素子は青色に発光し、その光軸上の黄色蛍光体を励起
LED素子の青色と蛍光体の黄色を混色して白色光を得る
LED素子と黄色蛍光体は、R1.3mmの半球状の透光性シリコーン樹脂製レンズで封止
樹脂レンズと導光体の入射端面との距離:1.15mm
<反射鏡>
入射端面側に向かって拡開する円錐状(円錐角30°)でアルミニウム製
<青色フィルタ>
直径φ3mmの円板形状。導光体の入射端面に同心状に配置
LEDからの白色光における長波長成分(500〜600nm)を吸収
A specific numerical example of the first embodiment of the present invention will be described below.
<Light guide>
Material: Acrylic resin, total length 340mm, diameter φ5mm
Reflection part: Consists of a plurality of recesses arranged in the longitudinal direction <Light source>
LED arranged opposite the incident end face of the light guide
LED element: 1 mm square LED element emits blue light and excites yellow phosphor on its optical axis to obtain white light by mixing blue of LED element and yellow of phosphor. LED element and yellow phosphor are R1. Sealed with a 3 mm hemispherical translucent silicone resin lens Distance between the resin lens and the incident end face of the light guide: 1.15 mm
<Reflector>
Conical shape (conical angle of 30 °) made of aluminum that expands toward the incident end face side <Blue filter>
Disc shape with a diameter of 3 mm. Concentrically arranged on the incident end face of the light guide Absorbs the long wavelength component (500-600 nm) in the white light from the LED
以上の本発明の線状光源装置を、図6(B)に示すような読取装置に組み込み、図6(A)に示す従来の線状光源装置を組み込んだものとの比較を行った。
<光学配置>
その際の光学配置は以下のようである。
水平方向における導光体2の中心軸から原稿読み取り軸までの距離が6.2mm
リフレクタ部材20は、長尺な矩形の板状の平面ミラー。縦横の寸法が10mm×320mmで、水平面(原稿載置面)に対する傾斜角度が60°
導光体の中心軸から原稿載置面までの垂直方向の距離12mm
以上の光学配置において、原稿載置面上に設置された分光器の受光部を、導光体2の長手方向に沿って移動させ、各位置の分光分布(色度)を測定した。
The above-described linear light source device of the present invention was incorporated in a reading device as shown in FIG. 6B, and compared with a device incorporating the conventional linear light source device shown in FIG.
<Optical arrangement>
The optical arrangement at that time is as follows.
The distance from the central axis of the
The
Vertical distance from the central axis of the light guide to the document placement surface 12mm
In the optical arrangement described above, the light receiving portion of the spectroscope installed on the document placement surface was moved along the longitudinal direction of the
図5にその結果が示されていて、図5(A)は図6に示す従来の線状光源装置を組み込んだもの、図5(B)は図1に示す本発明の線状光源装置を混み込んだものである。
図5(A)で分かるように、従来技術では、導光体の入射端面から離れるに従がって、色度差Δx、Δyがともに大きくなっている。
これに対して、図5(B)で分かるように、本発明では、色度変化Δx、Δyの振れ幅が共に小さく抑えられている。
The results are shown in FIG. 5, in which FIG. 5 (A) incorporates the conventional linear light source device shown in FIG. 6, and FIG. 5 (B) shows the linear light source device of the present invention shown in FIG. It is crowded.
As can be seen from FIG. 5A, in the prior art, the chromaticity differences Δx and Δy both increase with distance from the incident end face of the light guide.
On the other hand, as can be seen in FIG. 5B, in the present invention, the fluctuation widths of the chromaticity changes Δx and Δy are both kept small.
なお、上記の実施例においては、LEDは導光体の一端面に設けられたものを説明したが、導光体の両端面に設けるものであってもよい。その場合には、長波長カットフィルタ、及び/又は、短波長カットフィルタもLEDが対向配置される導光体の両端面に設けられるものである。 In the above-described embodiment, the LED is described as being provided on one end face of the light guide. However, the LED may be provided on both end faces of the light guide. In that case, the long-wavelength cut filter and / or the short-wavelength cut filter are also provided on both end faces of the light guide body on which the LEDs are arranged to face each other.
以上のように、本発明においては、導光体と、該導光体の端部の入射端面に対向配置されるLEDとを備えた線状光源装置において、前記導光体の入射端面には、前記LEDからの光のうち、入射角度の小さな光に対する長波長カットフィルタ、及び/又は、入射角度の大きな光に対する短波長カットフィルタ、が設けられていることにより、導光体の入射端面に近い領域から外部に出射される光と、導光体内を進行して入射端面から遠い領域から外部に出射される光との間に大きな色度差が生じることが抑制され、導光体の長手方向における色度分布の均一化を図ることができるものである。 As described above, in the present invention, in the linear light source device including the light guide and the LED disposed opposite to the incident end face of the end portion of the light guide, the incident end face of the light guide has By providing a long wavelength cut filter for light having a small incident angle and / or a short wavelength cut filter for light having a large incident angle among the light from the LED, the incident end face of the light guide is provided. It is possible to suppress a large chromaticity difference between light emitted to the outside from a near region and light emitted to the outside from a region far from the incident end surface through the light guide body, and the length of the light guide The chromaticity distribution in the direction can be made uniform.
1 線状光源装置
2 導光体
2a 入射端面
3 LED
4 基板
5 反射部
5a 第1反射部
5b 第2反射部
6 反射鏡
7 支持台
10 長波長カットフィルタ(青色フィルタ)
11 短波長カットフィルタ(黄色フィルタ)
20 リフレクタ部材
α1 小入射角度
α2 大入射角度
X 小角度光線群
Y 大角度光線群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear
4
11 Short wavelength cut filter (yellow filter)
20 Reflector member α1 Small incident angle α2 Large incident angle X Small angle ray group Y Large angle ray group
Claims (1)
前記導光体の入射端面には、前記LEDからの光のうち、前記入射端面に対して入射角度の小さな光に対する長波長カットフィルタ、及び/又は、前記入射端面に対して入射角度の大きな光に対する短波長カットフィルタ、が設けられていることを特徴とする線状光源装置。
In a linear light source device including a light guide body made of a translucent member and an LED disposed to face an incident end face of an end portion of the light guide body,
On the incident end surface of the light guide, a long wavelength cut filter for light having a small incident angle with respect to the incident end surface, and / or light having a large incident angle with respect to the incident end surface, out of the light from the LED. A linear light source device, characterized in that a short wavelength cut filter is provided.
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