JP6150020B2 - 導光体、光源装置および画像読取装置 - Google Patents

Description

この発明は、画像読取装置、特にファクシミリ、コピー機、金融端末等に使用される導光体、光源装置および画像読取装置に関する。

画像読取装置は、ファクシミリ、コピー機、金融端末等に使用され、原稿の複写、紙葉の真偽の判別、および流通劣化度合いの判別を行う。画像読取装置は、被読取対象物に光を照射するために、光源素子から出射された光を伝搬する導光体を備える。

特許文献１に記載の画像読取装置は、線状光源装置を備える。線状光源装置は、柱状の樹脂製の導光体と、該導光体に光を出射する光源素子を含む。導光体の周面の一部には、複数の凹部または凸部が幅方向に直線状に形成された帯状領域が形成されている。導光体の端部から入射した光は、帯状領域と対向する領域から出射する。

特許文献２に記載の照明装置は導光体を備える。導光体の周面の一部には、塗料を印刷したりフィルムを貼り付けたりすることにより光散乱体が形成されている。導光体端部から入射した光は、光散乱部と対向する領域から出射される。

特許文献３，４に記載の導光体は、複数の光反射体が形成された反射面を備える。光反射体は、導光体の出射面に向かって突出する半楕円体形状で形成されている。光反射体は、主走査方向における配置位置によって形状が異なる。

国際公開第２００８／１０８２１０号 特開平１０−１２６５８１号公報 特開２０１４−２３５８８１号公報 特開２０１４−２３５８８２号公報

特許文献１に記載の導光体は、凹部または凸部が幅方向に直線上に形成されているため、出射される光は幅方向へ広がりづらいという課題がある。また、画像読取装置への組み付け時に精度よく組み付ける必要があり、組み付けに手間がかかる。さらに、長手方向への照射角度にも偏りが生じるため、凹凸のある原稿を読み取る際に影が生じてしまう。

特許文献２に記載の導光体は、散乱体を精度よく形成することが難しく、均一な特性を得づらいという課題がある。また、射出成型等で成型した後から散乱体の加工が必要となり、工数が増加する。また、広帯域で使用するには多色混合の塗料もしくはフィルムによって散乱体を形成せねばならないため、コストアップにつながる。

特許文献３、４に記載の導光体は、直接光及び間接光の副走査方向の照明分布を、主走査方向の各位置で均一にできるものの、主走査方向の照明分布は均一にできないという課題がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、被読取対象物を均等に照明することができる導光体、光源装置および画像読取装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明に係る導光体の一態様は、少なくとも一方の端部から光が入射する柱状の本体部と、本体部の周面の一部に長手方向に延在して形成された帯状領域部と、帯状領域部に配列された微細体で形成された光反射体と、を備え、微細体は、帯状領域部に垂直な直線である基準軸と帯状領域部との交点である基準点から帯状領域部に少なくとも３方向に放射状に延びる突起部を有し、基準軸を通る平面による断面のうち、隣り合う二つの突起部の間である深部を通る断面における微細体の外形の傾斜が、突起部において放射状に伸びた頂部を通る断面における微細体の外形の傾斜よりも急であると共に、これら２つの断面において、微細体の外形と、帯状領域部において微細体が設けられていない平面との距離が、基準点に近いほど、大きいことを特徴とする。

この発明によれば、被読取対象物を均等に照明することができる。

実施の形態１に係る画像読取装置の斜視図である。 実施の形態１に係る画像読取装置の断面図である。 実施の形態１に係る画像読取装置の断面図である。 実施の形態１に係る画像読取装置の断面図である。 実施の形態１に係る導光体２の斜視図である。 実施の形態１に係る導光体２の上面図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５の斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５の平面図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５の断面図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５の断面図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ａの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｂの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｃの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｄの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｅの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｆの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｇの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５ｈの斜視図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５による散乱光線図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５による散乱光線図である。 実施の形態１に係る放射状微細体５による散乱光線図である。 比較例の導光体２の斜視図である。 比較例の導光体２の斜視図である。 比較例の導光体２の斜視図である。 実施の形態１に係る導光体２における照射光の放射角度と照射強度との関係を示した図である。 比較例の導光体２からの照射光の放射角度に対する照射強度を示す図である。 実施の形態１に係る導光体２からの照射光の放射角度に対する照射強度を示す図である。 実施の形態１に係る画像読取装置の機能ブロック図である。 実施の形態１に係る画像読取装置のアナログ出力のグラフである。 実施の形態１に係る画像読取装置のデジタル出力のグラフである。 実施の形態２に係る導光体２の斜視図である。 実施の形態２に係る導光体２の上面図である。 実施の形態２に係る他の導光体２の斜視図である。 実施の形態２に係る他の導光体２の上面図である。 実施の形態３に係る画像読取装置の断面図である。 実施の形態３に係る微細体５ｉの斜視図である。 実施の形態３に係る微細体５ｊの斜視図である。 実施の形態３に係る導光体２の斜視図である。 実施の形態３に係る導光体２の上面図である。 実施の形態４に係る導光体２の斜視図である。 実施の形態４に係る導光体２の上面図である。 実施の形態４に係る導光体２の斜視図である。 実施の形態４に係る導光体２の上面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に関して、図１から図２４を用いて説明する。実施の形態に係る画像読取装置を「画像読取装置１１」として以下の説明を行う。図１は、実施の形態１に係る画像読取装置の斜視図である。画像読取装置１１は、密着イメージセンサ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳ）である。図１に示すＸ軸方向は、画像読取装置１１の主走査方向を意味している。Ｙ軸方向は、画像読取装置１１の主走査方向と直交する副走査方向を意味している。副走査方向は、被読取対象物ＭＭが搬送される搬送方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸とＹ軸で規定されるＸＹ平面と直交する軸の方向である。Ｚ軸方向は、画像読取装置１１の結像光学系９ａおよび９ｂの光軸方向であり、結像光学系９ａおよび９ｂの焦点深度に関わる方向であり、読取深度方向とも呼ぶ。

図２Ａは、図１に示すＺ軸とＸ軸とで規定されるＺＸ平面と平行な平面である仮想平面Ｓでの画像読取装置１１の断面図である。詳しくは、仮想平面Ｓは、光源素子基板１０上に複数並べられた光源素子１の一つと交差する部分の断面である。画像読取装置１１は、導光体２ａから出射される光が被読取対象物ＭＭを透過した光を読み取る画像読取装置１１ｂと、導光体２ｂから出射される光が被読取対象物ＭＭで反射した光を読み取る画像読取装置１１ａとを備える。光源素子１は、光源素子基板１０上の、Ｙ軸とＺ軸とで規定されるＹＺ平面と平行な平面上に、導光体２ｂの端面３と対面するように並べられている。被読取対象物ＭＭは、例えば、原稿、本、誌面、文書（一般文書）、絵画、写真、スライドフィルム、フィルム、紙幣、証券、基板、電子部品、指紋を含む被読取対象物であり、被照射体である。

図２Ｂは、図２Ａに示した破線領域Ｉ内を拡大した図であり、被読取対象物ＭＭに凹凸がある場合を示している。矢印は導光体２から出射される光線の向きを表している。図示するように出射角度に偏りがある場合、被読取対象物ＭＭ上に太線で示した領域ＪＪのように光が当たらない部分が発生し、読取画像に影が生じてしまうことがある。

図３は、図１に示すＺ軸とＹ軸とで規定されるＺＹ平面と平行な平面である仮想平面Ｔでの画像読取装置１１の断面図である。導光体２ａから出射される光は、カバー部材６ａを透過して被読取対象物ＭＭを透過する。さらにカバー部材６ｂを透過して結像光学系９ｂを通りラインセンサ８ｂ上に結像される。導光体２ｂから出射される光は、カバー部材６ａを透過して被読取対象物ＭＭで反射され、再びカバー部材６ａを透過して結像光学系９ａを通りラインセンサ８ａ上に結像される。以降、導光体２ａおよび２ｂを合わせて導光体２ともいう。ａおよびｂの記号を付して説明する他の要素についても同様である。

結像光学系９ａおよび９ｂは、主走査方向に沿って配列された複数のレンズから構成され、ラインセンサ部８ａおよび８ｂへ反射光をそれぞれ集束するレンズアレイである。結像光学系９はレンズアレイ部９と称してもよい。以下の説明では、結像光学系９は、アレイ状に配列した複数のロッドレンズ、即ちロッドレンズアレイが板材で挟み込まれたロッドレンズアレイ部で構成されている場合を例示的に用いて説明を行うが、ロッドレンズアレイと同じく正立等倍光学系であるマイクロレンズアレイなどの別のレンズアレイを用いてもよい。マイクロレンズアレイを使用する場合、結像光学系９は、複数のマイクロレンズ、即ちマイクロレンズアレイが板材で挟み込まれたマイクロレンズアレイ部となる。

結像光学系９は、光軸が被読取対象物ＭＭの読取面である原稿面に対して垂直になるように配置されており、被読取対象物ＭＭからの透過光または反射光を受光部であるセンサＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）８に結像させる機能を有する。センサＩＣ８は、基板７の一方の面に主走査方向に沿って複数の受光素子が形成されたラインセンサ部８から構成される。ラインセンサ部８は、センサアレイ部８と称してもよい。センサＩＣ８は、結像光学系９で集束された光を受光し、光電変換して電気信号を出力する。センサＩＣ８には、半導体チップ等で構成された受光部、その他の駆動回路などが搭載されている。これは、基板７の一方の面および他方の面並びに内部に配置されている。

基板７ａおよび７ｂには光学素子基板１０を含む電子部品が設置される。設置される電子部品と、その動作についての詳細は後述する。

図４Ａおよび図４Ｂは、導光体２の斜視図である。導光体２は、図１、図２の座標系におけるＸ軸方向に延びる導光体本体２１を含む。導光体本体２１の周面部の一部には、長手方向に延在する帯状領域４が形成されている。図４Ａは、帯状領域４が真上にくるような角度から導光体２を見た場合の斜視図である。図４Ｂは、帯状領域４が真上にくるような角度から導光体２を見た場合の上面図である。帯状領域４の面が、Ｕ軸とＶ軸とで規定されるＵＶ平面と平行となるように座標系を定義する。Ｗ軸をＵＶ平面と直交する方向の軸として、Ｕ軸を導光体２の長手方向に平行な軸として、Ｖ軸を導光体２の短手方向に平行な軸として、それぞれ定義する。なお、図３および図４から明らかなように、Ｕ軸とＸ軸は一致している。

帯状領域４の全域に亘り、凹型または凸型の放射状微細体５がＵ軸方向およびＶ軸方向の２次元の格子状に配列されている。すなわち、放射状微細体５は、導光体本体２１の周面上の一部に長手方向であるＵ軸方向に形成された帯状領域４に、導光体本体２１の周面方向および長手方向に２次元配列されている。なお、図４では一部のパターン以外の描写を省略している。各放射状微細体５は、帯状領域４に垂直なＷ軸に平行なある直線を基準軸とし、この基準軸と帯状領域４との交点である基準点から帯状領域４に平行なＵＶ平面に沿って少なくとも３方向に放射状に延びる突起部で形成されている。

導光体２は、光を透過する材質、例えば、樹脂やガラスで構成され、Ｕ軸方向に延在している導光体である。導光体２は、射出成型等の成型方法によって、導光体本体２１、帯状領域４および放射状微細体５を一体成型して制作される。

端面３近傍に端面３に対向して設置されている光源素子１から出射された光は、端面３を通って導光体２に入射する。導光体２に入射した光は、Ｕ軸方向へ伸びる帯状領域４の上に形成された凹型または凸型の放射状微細体５によって反射または屈折され、導光体２の帯状領域４と対向する周面部領域から出射する。導光体２は、このように光を伝搬することで、光源装置として機能する。

図４では、導光体本体２１の周面と帯状領域４との間に段差がある場合を示しているが、導光体本体２１の周面との間に段差がなくてもよい。また、帯状領域４の表面は必ずしも平面である必要はなく、曲面でもよい。また、放射状微細体５を、光源素子１の近傍では粗、光源素子１から遠方となるほど密に配置することで照明の主走査方向均一性を確保することが出来る。さらに副走査方向の粗密を調整することで副走査方向の均一性も確保することが出来る。副走査方向の粗密は導光体２を構成する導光体本体２１の形状によるが、本実施の形態の例では放射状微細体５を副走査方向の中心では密、両端部では粗に配置することで均一性を確保できる。

図５は、導光体本体２１上の帯状領域４に形成された凹型または凸型の放射状微細体５の斜視図である。図６は、図５の放射状微細体５を真上から見た平面図である。放射状微細体５は、帯状領域４に垂直なある直線を基準軸とし、この基準軸と帯状領域４との交点である基準点から全周囲に亘って放射状に６本の突起部が伸びた六芒星錐形状構造となっている。図５、図６の六芒星錐形状構造の放射状微細体５は、凸型の場合は高さが２０μｍ程度、凹型の場合は深さが２０μｍ程度、放射形状の突起部の頂部５１を結んだ仮想円の直径は１２０μｍ程度、放射形状の突起部の深部５２を結んだ仮想円の直径は６０μｍ程度の大きさである。

図７Ａは、図６に示す直線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を通り紙面に垂直な平面で放射状微細体５をそれぞれ切断した断面Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を示す図である。図６に示すように、直線Ｌ１は向かい合う頂部５１を通る直線である。直線Ｌ２は向かい合う深部５２を通る直線である。直線Ｌ３は放射状微細体５の中心を通る直線に垂直な直線である。

断面Ｃ１は向かい合う頂部５１を通る断面であって、放射状微細体５の中心を通り最もなだらかな斜面を含む断面である。図７Ａに示すように、断面Ｃ１は膨らんだ斜面を有する山状である。即ち、放射状微細体５は、放射状微細体５の中心を通り最もなだらかな斜面を含む断面が、膨らんだ斜面を有する山状に形成されている。

断面Ｃ２は向かい合う深部５２を通る断面であって、放射状微細体５の中心を通り最も急な斜面を含む断面である。図７Ａに示すように、断面Ｃ２は膨らんだ斜面を有する山状である。即ち、放射状微細体５は、放射状微細体５の中心を通り最も急な斜面を含む断面が、膨らんだ斜面を有する山状に形成されている。

断面Ｃ３は、放射状微細体５の突起部の、放射状微細体５の中心を通る直線に垂直な平面で切断した断面である。図７Ａに示すように、断面Ｃ３は膨らんだ斜面を有する山状である。即ち、放射状微細体５は、放射状微細体５の突起部の、放射状微細体５の中心を通る直線に垂直な平面で切断した断面が、膨らんだ斜面を有する山状に形成されている。

この放射状微細体の形状は図５、図６の形状と必ずしも一致する必要はなく、図８から図１５の斜視図に示すような、中心から放射状に突起部が伸びる形状であれば、図５および図６の放射状微細体５と近い性能を得ることができる。中心から伸びる突起部の本数は何本でもよいが、本数が少ないほど樹脂やガラスによる成型がしやすくなり、本数が多いほど、期待される多方向への散乱がより均一に実現される。図８から図１５の放射状微細体５ａから５ｈは、放射状微細体５と近い光学特性が得られる形状の他の例である。放射状微細体５の形状はこれらに限定されるものではない。

実施の形態１において、図８は、６枚葉片形状の放射状微細体５ａを示す。図９は、六芒星パラシュート型錐形状の放射状微細体５ｂを示す。図１０は、八芒星錐形状の放射状微細体５ｃを示す。図１１は、３枚葉片形状の放射状微細体５ｄを示す。図１２は、パラシュート型ヒトデ形状の放射状微細体５ｅを示す。図１３は、三頂点星型錐形状の放射状微細体５ｆを示す。図１４は、山型六芒星形状の放射状微細体５ｇを示す。図１５は、７枚葉片形状の放射状微細体５ｈを示す。

また、放射状微細体の形状は図７Ａの形状と必ずしも一致する必要はない。放射状微細体の中心を通り最もなだらかな斜面を含む断面が、へこんだ斜面を有する山状、直線の斜面を有する山状、または複数の山を有する形状に形成されていてもよい。さらに、放射状微細体は、図７Ａの、帯状領域４の表面から突出した形状に限られず、図７Ｂに示す帯状領域４の表面から陥没した形状であってもよい。

図１６から図１８は、図４における、放射状微細体５による光の散乱の様子を模式的に示している。図１６はＵＶ平面をＷ軸方向から見たときの光の散乱の様子を示す。図１７はＶ軸とＷ軸とで規定されるＶＷ平面をＵ軸方向から見たときの光の散乱の様子を示す。図１８はＷ軸とＵ軸とで規定されるＷＵ平面をＶ軸方向から見たときの光の散乱の様子を示す。光源素子１から出射され、導光体２の端面３から入射した光は、帯状領域４上に形成された放射状微細体５の表面の凹凸によって、ＵＶ平面内、ＶＷ平面内およびＷＵ面内を複雑に全反射を含む反射および屈折を繰り返しながら散乱される。図１６から図１８に示した光線は、散乱される光の経路のごく一部を例示的に示したものであり、導光体２に入射した光は、様々な光路を通って多方向に散乱され、導光体２を構成する導光体本体２１の帯状領域４に対向する周面部領域から照射される。

図１６から図１８は、図５、図６に示す六芒星錐形状構造の放射状微細体５の場合の光の散乱の様子を示している。図１６は、ＵＶ平面をＷ軸方向から見たときのＵＶ平面内方向の光の散乱の様子を示す散乱光線図である。放射状微細体５は、ＵＶ平面において、放射状の突起部の頂部５１は凸形状の曲線を有し、放射状突起部の深部５２は凹形状の曲線を有し、放射状の突起部の頂部と深部との間の側部５３は直線を有している。そのため、放射状の突起部の頂部５１、深部５２および側部５３のそれぞれで、光の反射角度が異なり、導光体２に入射した光はＵＶ平面内を複雑に全反射を含む反射および屈折を繰り返しながら散乱される。

図１７は、ＶＷ平面をＵ軸方向から見たときのＶＷ平面内方向の光の散乱の様子を示す散乱光線図である。放射状微細体５は、ＶＷ平面において凹状の曲線を有している。そのため、凹部のそれぞれで、光の反射角度が異なり、導光体２に入射した光はＶＷ平面内を複雑に全反射を含む反射および屈折を繰り返しながら散乱される。なお、放射状微細体５が、ＶＷ平面において凸状の曲線を有している場合も同様である。

図１８は、ＷＵ平面をＶ軸方向から見たときのＷＵ平面内方向の光の散乱の様子を示す散乱光線図である。放射状微細体５は、ＷＵ平面において凹状の曲線を含む。そのため、凹部のそれぞれで、光が反射および屈折されて進む角度が異なり、導光体２に入射した光はＷＵ平面内を複雑に全反射を含む反射および屈折を繰り返しながら散乱される。なお、放射状微細体５が、ＷＵ平面において凸状の曲線を有している場合も同様である。

六芒星錐形状構造の放射状微細体５の場合の光の散乱の様子について説明したが、図８から図１５に示す放射状微細体５ａから５ｈも同様の作用効果を奏する。図８から図１５に示したように、基準軸と帯状領域４との交点に対して点対称またはＶ軸に平行な直線に対して線対称の形状であることが望ましい。

また、実施の形態１において、図１７では、放射状微細体５が導光体本体２１の周面部に対して凹型に形成されている場合を示しているが、導光体本体２１の周面部に対して凸型に形成しても同様の性能を得ることができる。つまり、放射状微細体５は、帯状領域４に凹型に形成してもよいし、凸型に形成してもよいし、その両方を混在させて形成してもよい。また、図８から図１５に示すような、形状または突起部の数が異なる放射状微細体を混在させて形成してもよい。

上記のように多方向へ光が散乱されることで、被読取対象物ＭＭへ照射される光が均一化される。図１９は、比較例の導光体２の斜視図である。図１９に示したような、帯状領域４の幅方向であるＶ軸方向に直線状に形成されている微細体１０５では、長手方向であるＵ軸方向への照射角度に偏りが生じる。そのため、凹凸のある原稿を読み取る際に影が生じてしまう。実施の形態１に係る画像読取装置１１は、入射角度が均一に分散することでこの問題を解決できる。また、図１９の微細体１０５により出射される光はＶ軸方向へも広がりづらく、画像読取装置への組み付け時に精度よく組み付ける必要があり、組み付けに手間がかかってしまう。実施の形態１に係る画像読取装置１１は、放射状微細体５が、図１６、図１７に示したようにＶ軸方向へも光をよく散乱させることができるため、この問題を解決することができる。

また、図２０は、別の比較例の導光体２の斜視図である。図２０に示すように、半球型のような単純な形状を格子状、またはその他ＵＶ平面に平行な帯状領域４上の面に２次元的に配列した場合でも、図１９に示す微細体１０５よりもＶ軸方向へ光を散乱させることは可能である。しかし、半球型のような単純な形状では出射光線が特定の方向に集中してしまい、主走査方向であるＵ軸方向への光の分散は不十分であり、Ｕ軸方向照射角度の偏りは解決されない。従って、凹凸のある原稿を読み取る際に依然として不自然な影が生じてしまう。図５から図１５に示したような形状の凹型または凸型のプリズムを帯状領域４上に２次元的に配列した場合に、原稿への均一な照明が実現される。

図２１は、さらに別の比較例の導光体２の斜視図である。この例では、光を反射する塗料の塗布またはフィルムの貼付によって帯状領域４上に光散乱体２０５を形成している。図２１に示したような光散乱体２０５を形成すると、使用できる波長は用いる塗料やフィルムの反射特性に依存してしまう。しかし、この実施の形態における導光体２の反射特性は導光体本体２１の屈折率により決まり、材質を透過する波長であれば屈折率の変化は微小である。そのため、光波長にほとんど依存がなく、導光体本体２１を透過する波長であれば様々な波長を同時に使ってもよい。しかし、ＵＶなどの非常に短い波長を使用する場合、導光体本体２１の材質にはＵＶ劣化しないような材質を選ぶ必要がある。

上記導光体２の端面３の近傍に設置されている光源素子１は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの点光源の素子が好適であるが、これに限るものではない。

図２２は、図４Ａに記載の、帯状領域４に放射状微細体５が形成された導光体２が照射する光をシミュレートし、長手方向であるＵ軸方向への放射角度強度分布をプロットした図である。また、図２２には、帯状領域４に幅方向であるＶ軸方向に直線状に微細対が形成された、図１９および図２１に記載の比較例の導光体２が照射する光についても示されている。すなわち、図２２は、導光体２において、ＷＵ面に照射光を投影し、Ｗ軸方向を０度、Ｕ軸方向を±９０度として、照射光の放射角度と照射強度との関係を示した図である。図２２において、実線は、実施の形態１に係る放射状微細体５のシミュレーションの結果である。破線は、図１９及び図２１に示す比較例の直線微細体のシミュレーションの結果である。参考に、白色塗料散乱体のシミュレーションの結果が点線で併記されている。

図２２で示すシミュレーションの結果について、図２３を用いて詳しく説明する。図２３は、シミュレートされた導光体２からの照射光の放射角度に対する照射強度を示す図である。図２３においては、図２２の軸に対応し、Ｗ軸方向を０度、Ｕ軸方向を±９０度とする。図２３において、照射光を示す矢印の長さが照射光の照射強度に相当する。

図２３Ａは、図２２の破線で示される比較例の直線微細体における照射光の放射角度に対する照射強度を示している。図２３Ａに示すように、放射角度が＋２０度付近で照射光の照射強度を示す矢印の長さが突出し、その他の放射角度では照射光の照射強度を示す矢印の長さがほぼ０に近い値となっている。すなわち、比較例の直線微細体で反射した光は、特定の方向に集中して照射されている。

図２３Ｂは、図２２の実線で示される実施の形態１に係る放射状微細体５における照射光の放射角度に対する照射強度を示している。図２３Ｂに示すように、放射角度−９０度から＋９０度に亘る照射光の照射強度は、比較例の直線微細体における照射光のピーク時の照射強度よりも小さい。しかしながら、放射角度−９０度から＋９０度に亘って照射光の照射強度の変化が小さくなっている。すなわち、放射状微細体５で反射した光は、特定の方向に偏ることなく様々な方向に散乱して均一に照射されている。

比較例の直線微細体では照射角度に対する照射強度に大きな偏りが生じている。一方、実施の形態１に係る放射状微細体５は、白色塗料散乱体と同様に、照射角度に対する照射強度の変化が小さく、長手方向における照射角度に対する照射強度を均等にすることができる。したがって、凹凸のある原稿であっても、凹凸をあらゆる方向から光を照射することで凹凸を均等に照明することができるため、影を生じることなく像を読み取ることができる。また、波長依存性が小さいため、任意の波長の光源を使用しても均一な照明特性を得ることができる。なお、図２２および図２３は、Ｗ軸方向を０度、Ｕ軸方向を±９０度とした場合について説明した。同様に、実施の形態１に係る放射状微細体５のＷ軸方向を０度、Ｖ軸方向を±９０度とした場合についても、照射光の放射角度に対する照射強度の変化は小さく、放射状微細体５で反射した光は、特定の方向に偏ることなく様々な方向に散乱して均一に照射される。したがって、実施の形態１に係る放射状微細体５は、短手方向においても照射角度に対する照射強度を均等にすることができる。

次に、実施の形態１に係る画像読取装置１１の動作を説明する。ここで説明する画像読取装置１１は光源素子１を内部に有し、この光源素子１が発光した光を導光体２内で導光させ、被読取対象物ＭＭへ光を照射する。

図２４は、実施の形態１に係る画像読取装置１１の機能ブロック図およびアナログ出力を示すグラフである。図２４Ａは、実施の形態１に係る画像読取装置１１の機能ブロック図である。機能ブロック図で表される各要素は、基板７ａおよび７ｂ上に配置されている。

ＣＩＳである画像読取装置１１は、光源素子１、センサＩＣ８、結像光学系９、信号処理ＩＣ１４、光源駆動回路１５、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１６、外部コネクタ（図示せず）を含む。信号処理ＩＣ１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）１４ａやＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１４ｂと連動して、センサＩＣ８により受光した光電変換出力を信号処理する。信号処理ＩＣ１４に含まれるＣＰＵ１４ａ、ＲＡＭ１４ｂおよび信号処理回路１４ｃをまとめて信号処理部１４と呼ぶ。外部コネクタは、センサＩＣ８の光電変換出力、その信号処理出力を含む入出力信号インターフェース用として機能する。

実施の形態１に係る画像読取装置１１の動作を説明する。最初に、信号処理ＩＣ１４に含まれるＣＰＵ１４ａが、光源駆動回路１５に光源点灯信号を送信する。光源駆動回路１５は、受信した光源点灯信号を基に、複数の光源素子１にそれぞれ所定時間電源を供給する。光源素子１が発生する照明光は、端面３から導光体２内へ入射し、放射状微細対５で透過または反射を繰り返しながら被読取対象物ＭＭへ照射される。画像読取装置１１の外部に光源素子１が存在する場合でも、画像読取装置１１によって、光源素子１の駆動制御を行ってもよい。

被読取対象物ＭＭで反射または透過した光は結像光学系９によってセンサＩＣ８に集束される。センサＩＣ８は集束された光を受光し、光電変換して電気信号を出力する半導体チップなどで構成された受光部として機能する受光素子である。センサＩＣ８は、その他の駆動回路なども搭載している。ＡＳＩＣ１６は、タイミングジェネレータからのシステムクロック（ＳＣＬＫ）に同期して、クロック信号（ＣＬＫ）と、ＣＬＫと同期したスタート信号（ＳＩ）とを生成する。受光部は、ＳＩのタイミングで光電変換されたアナログ出力（ＳＯ）を得る。ＳＯは、図２４Ｂに一例をグラフで示している。このグラフは、縦軸が出力値で、横軸が時間（ｔ：Ｔｉｍｅ）である。

図２４Ａでは、前述の通り、信号処理ＩＣ１４内のＣＰＵ１４ａ、ＲＡＭ１４ｂおよび信号処理回路１４ｃをまとめて信号処理部１４としている。ＳＯは、Ａ／Ｄ変換回路１７でアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換され、信号処理回路１４ｃでは、サンプル・ホールドを含むシェーディング補正や全ビット補正などが行われる。信号データの補正は、信号データを記憶したＲＡＭ領域と基準データを記憶したＲＡＭ領域からデータを採取し、演算加工することで行われる。その後、信号処理部１４は、デジタル出力（ＳＩＧ）として被読取対象物ＭＭの画像データを出力する。この画像データは、画像読取装置１１の外部の装置に送出してもよいし、画像読取装置１１の内部でさらに画像処理を施した後に、外部の装置に送出してもよい。ＳＩＧは、図２４Ｃに一例をグラフで示している。このグラフは、縦軸が８ｂｉｔの出力値で、横軸が１ライン区間の時間である。横軸が１ライン区間の時間となっているのは、画像読取装置１１がラインセンサであるためである。つまり、画像読取装置１１は主走査方向の１ラインごとに被読取対象物ＭＭを読み取り、被読取対象物ＭＭが副走査方向に搬送されることにより、次のラインを読み取るものである。

このように、実施の形態１に係る画像読取装置１１は、導光体２ａおよび２ｂと、基板７ａおよび７ｂと、ラインセンサ部８ａおよび８ｂと、レンズアレイ部９ａおよび９ｂと、を備える。導光体２は、端面３から入射した光を、帯状領域４上の放射状微細体５で反射および屈折し、導光体本体２１の帯状領域４と対向する部分から出射し、透明の樹脂またはガラス製のカバー部材６を透過させて被読取対象物ＭＭに照射する。基板７ａおよび７ｂの一方の面には、主走査方向に沿って複数の受光素子が形成されたラインセンサ部８ａおよび８ｂと、主走査方向に沿って複数のレンズが配列され、ラインセンサ部８ａおよび８ｂへ反射光および透過光を集束するレンズアレイ部９ａおよび９ｂとが配置される。

実施の形態１に係る画像読取装置１１は、導光体２の帯状領域４に突起を放射状に３本以上設けた放射状微細体５を形成する。このような形状とすることで、放射状微細体５に入射した光が複雑な光路で反射・透過を繰り返し導光体２から放出されるため放射光が均一になり、折り目のある原稿で影が発生することを抑制できる。また、放射状微細対５は特許文献１に記載の微細体と異なり帯状領域４の短手方向にも光を散乱することが出来るため、導光体２の画像読取装置１１への組み付けを容易にし、組み付け尤度を確保することができる効果がある。

また、特許文献２に記載の光散乱体は、均一な放射光を得るためには導光体の成型とは別に光散乱体形成の工程が必要であるが、実施の形態１に係る画像読取装置１１ではそれらの工数を削減できる。また、放射状微細対５が格子状に配置されているため、製造が容易である。さらに、特許文献２に記載の光散乱体のように使用波長を選ばないため、広帯域な光の波長で使用でき、任意の波長の光源を使用できるという効果がある。

また、特許文献３，４に記載の導光体は副走査方向での照明光を主走査方向の各位置で均一にできるものの主走査方向での照明光を均一にできなかったが、実施の形態１に係る画像読取装置では副走査方向である短手方向だけでなく主走査方向である長手方向における照明光をも均一にすることができる。このため、凹凸のある原稿に対しても均等に照明することができ、不自然な影を生じさせることなく画像を読み取ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２の係る画像読取装置１１について、図２５、図２６を用いて説明する。図２５は、実施の形態２に係る導光体２の斜視図および上面図であり、図２６は、実施の形態２に係る他の導光体２の斜視図および上面図である。実施の形態１では製造の容易さを考慮し放射状微細体５を格子状に配列しているが、配列条件はこれに限るものではない。実施の形態２に係る画像読取装置１１では、図２５に示すようなＵ軸方向に延伸し、Ｖ軸方向に隣接する放射状微細体５が千鳥配置とした千鳥格子配置で配列されている。別の例では、図２６に示すようなランダム配置で配列されている。実施の形態１と同様に光源素子１付近の放射状微細体５の密度を粗、光源素子１から遠方になるほど密に配置することで照明の均一性を確保することが出来る。

実施の形態２に係る画像読取装置１１では放射状微細体５の配列方法を千鳥配列、ランダム配列とすることで、さらに多方向への散乱が実現され、より均一な放射光を得ることができる。また、放射状微細体５へ光源素子１からの光が入射する確率が増加するため導光体２から出射される光量が増加する効果がある。

実施の形態３．
実施の形態３に係る画像読取装置１１について、図２７から図３０を用いて説明する。図２７は、実施の形態３に係る画像読取装置１１の断面図である。図２８は、実施の形態３に係る微細体５ｉの斜視図である。図２９は、実施の形態３に係る微細体５ｊの斜視図である。図３０は、実施の形態３に係る導光体２の斜視図および上面図である。実施の形態１に係る画像読取装置１１は、導光体２の長手方向の両端部３付近に置かれた光源素子１からの光が両端部３から導光体２の内部へ入射している。一方、実施の形態３に係る画像読取装置１１は、図２７のように、導光体２の一方の端部３付近にのみ光源素子１を設置し、光源素子１の設置された側の端部３のみから導光体２へ光を入射させるような片側光源装置構造としている。片側光源画像読取装置１８ａおよび１８ｂは、それぞれ反射側片側光源画像読取装置１８ａおよび透過側片側光源画像読取装置１８ｂである。

実施の形態３に係る放射状微細体について説明する。実施の形態１では、放射状微細体は、図５から図１５に示すように、帯状領域４に垂直なある直線を基準軸とし、基準軸を起点として中心から全周囲に亘って突起部が放射状に伸びる形状としている。一方、実施の形態３では、放射状微細体は、図２８、図２９に示すように、中心から半周囲内に、放射状に３本の突起部が伸びた形状としている。なお、突起部の数は、３本以上であれば良い。

導光体２を構成する導光体本体２１への光の入射方向が、図１および図２における導光体２の長手方向（Ｘ軸方向）中心を通り、ＹＺ平面に平行な面について対称になっている場合は、放射状微細体は図５から図１５に示されたような基準軸と帯状領域４との交点に対して点対称またはＶ軸に平行な直線に対して線対称の形状が望ましい。しかし、図２７のように、導光体２の長手方向の片方の端部３に光源素子１を配置した構造の片側光源画像読取装置１８においては、放射状微細体は、必ずしも対称性を持つ必要はない。図３０に示すように、光源素子１が設置された端部３の方向にのみ突起部を有する、図２８、図２９に示すような放射状微細体５ｉ，５ｊを配置しても、対称性を持つ微細体と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３において、光源素子１から導光体２を構成する導光体本体２１に入射した光の大部分は、図３０に示すように放射状微細体５ｉの突起部がある方向から放射状微細体へ入射する。そのため、非対称な形状であっても、実施の形態１における放射状微細体５と同様の作用効果を得ることができる。実施の形態３では放射状微細体の形状を一部単純化することができ、導光体２の成型が容易になるという効果がある。

実施の形態４．
図３１は、実施の形態４に係る導光体２の斜視図および上面図である。実施の形態１から３において、帯状領域４に２次元配列された放射状微細体５の向きは、全て、導光体２の長手方向に対して線対称になるように、向きを揃えて配置されている。一方、実施の形態４では、図３１のように、放射状微細体５の底面の中心を通る、高さ方向の軸を回転軸として、配置角度を回転させながら帯状領域４上に２次元的に配列されている。

上記のように、凹型または凸型の放射状微細体５を形成することで、異なる面に入射光が当たり、より均一な放射光が得られる。また、ある放射状微細体５の突起部と隣接する放射状微細体５の突起部間を向い合わせて配置することで、より密に放射状微細体５を配置することが出来るため、導光体２から出射する光量を増やすことが出来る効果がある。

実施の形態５．
図３２は、実施の形態５に係る導光体２の斜視図および上面図である。実施の形態１から４において、放射状微細体５は等しい大きさで帯状領域４に２次元配列されている。一方、実施の形態５では、図３２のように、大きさの異なる複数の光放射体５が配列されている。

上記のように、大きさの異なる複数の光放射体５を形成することで、散乱される光の角度や強さがより複雑になり、より均一な放射光が得られる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

例えば、実施の形態２から５では、実施の形態１と比較して放射状微細体５の配列、形状または大きさを変化させたが、これらを組み合わせて実施してもよい。実施の形態２および５の例を組み合わせ、大きさの異なる複数の光放射体５を千鳥格子配置としてもよい。これに限られず、実施の形態の例を任意に組み合わせた放射状微細体５の形成が可能である。

また、実施の形態３において、導光体２の端部３のどちらかの付近にのみ光源素子１を設置するとしたが、これに限られるものではない。実施の形態３の中心から半周囲内に突起部が伸びた形状の放射状微細体５を形成した導光体２に対して、導光体２の両端部３付近に光源素子１を設置してもよい。

また、図４に示すように、帯状領域４には同一形状の放射状微細体５が形成されているものとして説明したが、これに限られるものではない。図５から図１５、図２８および図２９に示すような、複数の異なる形状の放射状微細体５を組み合わせて配置してもよい。この際、同一の形状の放射状微細体５同士を並べて配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１５年２月２０日に出願された、日本国特許出願特願２０１５−０３１３３５号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１５−０３１３３５号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、例えば、ファクシミリ、コピー機、金融端末等に使用される導光体、光源装置および画像読取装置に利用することができる。

１ 光源素子、２ 導光体、２１ 導光体本体（本体部）、２ａ 導光体（透過光源用導光体）、２ｂ 導光体（反射光源用導光体）、３ 端面（端部）、４ 帯状領域、５ 放射状微細体（光反射体）、５１ 凸部（放射状微細体５の凸部）、５２ 凹部（放射状微細体５の凹部）、５３ 側部（放射状微細体５の側部）、５ａ 放射状微細体（光反射体）、５ｂ 放射状微細体（光反射体）、５ｃ 放射状微細体（光反射体）、５ｄ 放射状微細体（光反射体）、５ｅ 放射状微細体（光反射体）、５ｆ 放射状微細体（光反射体）、５ｇ 放射状微細体（光反射体）、５ｈ 放射状微細体（光反射体）、５ｉ 放射状微細体（光反射体）、５ｊ 放射状微細体（光反射体）、６ カバー部材、６ａ カバー部材（反射光読取側カバー部材）、６ｂ カバー部材（透過光読取側カバー部材）、７ 基板、７ａ 基板（反射光読取側基板）、７ｂ 基板（透過光読取側基板）、８ ラインセンサ部（センサＩＣ）、８ａ ラインセンサ部（反射光読取側センサＩＣ）、８ｂ ラインセンサ部（透過光読取側センサＩＣ）、９ 結像光学系（レンズアレイ部）、９ａ 結像光学系（反射光読取側レンズアレイ部）、９ｂ 結像光学系（透過光読取側レンズアレイ部）、１０ 光源素子基板、１１ 画像読取装置、１１ａ 画像読取装置（反射側画像読取装置）、１１ｂ 画像読取装置（透過側画像読取装置）、１４ 信号処理部（信号処理ＩＣ）、１４ａ ＣＰＵ、１４ｂ ＲＡＭ、１４ｃ 信号処理回路、１５ 光源駆動回路、１６ ＡＳＩＣ、１７ Ａ/Ｄ変換回路、１８ 片側光源画像読取装置、１８ａ 片側光源画像読取装置（反射側片側光源画像読取装置）、１８ｂ 片側光源画像読取装置（透過側片側光源画像読取装置）、１０５ 微細体、２０５ 光散乱体、ＭＭ 被読取対象物。

Claims (14)

1. 少なくとも一方の端部から光が入射する柱状の本体部と、前記本体部の周面の一部に長手方向に延在して形成された帯状領域部と、前記帯状領域部に配列された微細体で形成された光反射体と、を備え、
   前記微細体は、前記帯状領域部に垂直な直線である基準軸と前記帯状領域部との交点である基準点から前記帯状領域部に少なくとも３方向に放射状に延びる突起部を有し、前記基準軸を通る平面による断面のうち、隣り合う二つの前記突起部の間である深部を通る断面における前記微細体の外形の傾斜が、前記突起部において放射状に伸びた頂部を通る断面における前記微細体の外形の傾斜よりも急であると共に、これら２つの断面において、前記微細体の外形と、前記帯状領域部において前記微細体が設けられていない平面との距離が、前記基準点に近いほど、大きいことを特徴とする導光体。
2. 少なくとも一方の端部から光が入射する柱状の本体部と、
   前記本体部の周面の一部に長手方向に延在して形成された帯状領域部と、
   前記帯状領域部に配列され、基準点から前記帯状領域部に少なくとも３方向に放射状に延びる突起部を有する微細体で形成された光反射体と、を備え、
   前記光反射体は、前記突起部の数が異なる複数の光反射体を含む導光体。
3. 前記帯状領域部の表面は平面または曲面である、請求項１または２に記載の導光体。
4. 複数の前記光反射体が前記本体部の前記長手方向及び周面方向に２次元配列された請求項１から３のいずれか１項に記載の導光体。
5. 前記光反射体は、前記基準点に対して点対称形状または前記基準点を通り前記帯状領域部に垂直な直線と前記長手方向とに垂直な前記基準点を通る直線に対して線対称形状である請求項１から４のいずれか１項に記載の導光体。
6. 前記光反射体は、六芒星錐形状である請求項１に記載の導光体。
7. 少なくとも一方の端部から光が入射する柱状の本体部と、
   前記本体部の周面の一部に長手方向に延在して形成された帯状領域部と、
   前記帯状領域部に配列され、基準点から前記帯状領域部に放射状に延びる突起部を有する微細体で形成された光反射体と、を備え、
   前記光反射体は、六芒星錐形状である導光体。
8. 前記帯状領域部の表面は平面または曲面である、請求項６または７に記載の導光体。
9. 複数の前記光反射体が前記本体部の前記長手方向及び周面方向に２次元配列された請求項６から８のいずれか１項に記載の導光体。
10. 前記光反射体は、大きさの異なる複数の光反射体を含む請求項１から９のいずれか１項に記載の導光体。
11. 前記光反射体は、前記本体部の前記周面から突出した凸部で形成された光反射体または前記本体部の前記周面から窪んだ凹部で形成された光反射体を含む請求項１から１０のいずれか１項に記載の導光体。
12. 前記帯状領域部に、前記本体部の前記周面から突出した凸部で形成された前記光反射体と前記本体部の前記周面から窪んだ凹部で形成された前記光反射体とを混在して配列した請求項１から１０のいずれか１項に記載の導光体。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の導光体と、
    前記導光体の前記端部に対向して配置された光源素子と、を備え、
    前記導光体の前記周面の前記帯状領域部に対向する部分から光を出射する光源装置。
14. 請求項１３に記載の光源装置と、
    前記光源装置から出射した光が被読取対象物で反射した反射光または前記被読取対象物を透過した透過光を受光素子に結像する結像光学系と、を備える画像読取装置。

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