JP6157330B2 - 照明装置およびイメージセンサ - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、スキャナなどに搭載され、原稿等の被照射体に光を照射するための照明装置およびこれを用いたイメージセンサに関する。

従来の原稿照明装置としては、蛍光管などの放電管、またはＬＥＤなどの点光源をアレイ状に多数配置したＬＥＤアレイ照明が用いられている。また、棒状の導光体の端部にＬＥＤ光源を配置し、光を端面から入射させ、導光体の長軸方向に光を反射させる領域を設けた構成を有する照明装置も用いられている。

後者の照明装置では、ＬＥＤ光源の近傍、即ち、導光体の端部における照度特性と導光体の中央部における照度特性が異なるため、長軸方向の照度分布の均一性が課題となる。照度分布の均一性が悪化する要因として、導光体内の反射角度の偏差が挙げられる。導光体内を全反射しながら長軸方向に進行する光（導波光）が、任意の角度と広がりを持って導光体側面に設けられた反射パターンに到達したとき、反射によって導波光は方向を変え、導光体外に出射し、照明光となる。この照明光の出射角度は、導光体反射部分での反射角度に依存するため、導光体反射部分における反射角度偏差を抑制することが照度分布の均一性向上につながる。

照度分布の均一性を向上させる手法として、例えば、特許文献１に示される方法が挙げられる。特許文献１は、図１６に示すように、導光体３の長軸方向に沿って、導光体３の表面部に反射パターン４を等間隔に設けた構成を提案している。この反射パターン４は、導光体３の表面部から深さ方向に遠ざかるにつれ、長軸方向の幅が漸減する切り欠き部を有し、切り欠き部の長軸方向の断面形状は、長軸方向の所定の位置から導光体の深遠部までの曲率半径が一定の円又は楕円の円弧パターンと、導光体の表面部から伸びた直線状の傾斜パターンとが連続して形成されている。そして、反射パターン４で正反射された導波光が、反射パターン４に対向する部分から出射し、原稿面を照射する。こうした構成では、切り欠き部の円弧形状で直接反射した光を利用するため、光利用効率が高く、しかも反射角度がばらつくため照度分布が均一な照明を得ることができる。

特開２０１２−７４８５７号公報

例えば、ブック原稿など、凹凸のある読取り対象物を読み取る場合、原稿の読取り位置によって、原稿面距離が変化する。複写機等では、カバーガラスに原稿が密着した位置（基準位置）でイメージセンサの各画素の白レベルが等しくなるように入射する光量の補正値を決定する。そのため、基準位置での導光体の長軸方向の照度分布に対して、原稿面距離が変化した際の照度比（＝原稿面距離変化後の照度／基準位置での照度）が長軸方向に対して一定であることが望まれる。もし、導光体の長軸方向の照度比の分布が一定でなかった場合、原稿面距離が変化した場合のイメージセンサの各画素の白レベルを等しくすることができず、取得画像の品質が劣化してしまう。

特許文献１で提案されている構成では、図１７に示すように、原稿面の距離が変化した場合、導光体端部の照度比が導光体中央部に対して変化するという課題がある。照明装置には、長軸方向の長さをできるだけ短くしたいという小型化の要求がある。そのため、導光体全体を照明領域として使用する必要があるので、導光体端部の照度比が中央部に対して変化しない照明装置が望まれる。導光体中央部を伝播する導波光は導光体内をランダムな方向に全反射した光であるため、反射パターンへの入射角度もランダムであり、反射光の角度も原稿面に対してランダムとなる。そのため、均一な照度分布が得られ、原稿面距離が変化しても導光体長軸方向の照度比は変化しない。一方、導光体端部では、光源から出射し、導光体に入射した光が導光体内を伝播することなく、直接反射パターンに入射する。光源から直接反射パターンに入射する光は、光源との位置関係により、偏った角度で反射パターンに入射するため、偏った方向に反射され、原稿面上のある点を照射する。そのため、原稿面距離が変化した際に長軸方向及び短軸方向の照射位置が変化し、照度分布の形状が変化する。したがって、原稿面距離が変化した場合に導光体の中央部の照度比に対して端部の照度比は変化してしまう。

本発明は、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、原稿面距離が変化した場合でも導光体の端部の照度比が導光体の中央部に対してあまり変化せず、品質の良い画像を取得できる照明装置およびこれを用いたイメージセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、光源と、
該光源から内部に入射した光が長軸方向に反射しながら伝播する棒状の導光体と、
該導光体の表面において、前記導光体の一端部と他端部との間に長軸方向に沿って周期的に設けられた反射パターンとを具備し、
光が前記導光体を伝播する過程において、前記導光体の内部から前記反射パターンに光が照射され、前記反射パターンによって反射した光が前記導光体を通して前記反射パターンに対向する側にライン状の出射領域を形成する照明装置であって、
前記反射パターンは、前記導光体の表面から遠くなるほど、長軸方向の幅が漸減する突起部を有し、
該突起部の長軸方向の断面形状は、複数の湾曲部が連続するように形成され、突起部の頂部を通る中心線に関して非対称であることを特徴とする。

本発明によれば、突起部の長軸方向の断面形状が突起部の頂部を通る中心線に関して非対称であることによって、原稿面距離が変化した場合でも、導光体の端部の照度比が導光体の中央部に対してあまり変化しなくなる。その結果、品質の良い画像を取得することが可能になる。

本発明の実施の形態１によるイメージセンサの構成展開図である。 本発明の実施の形態１による照明装置の部分拡大断面図である。 反射パターンに形成される曲率形状を示す説明図である。 本発明の実施の形態１による照明装置の反射パターン４の形状を説明する導光体３の短軸方向断面図である。 反射パターンの配列の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１による反射パターンの形状を説明する部分拡大図である。 反射パターンの各種形状についての反射率を説明するための部分拡大図である。 原稿面距離が変化した場合の照度分布についての説明図である。 導光体の入射面付近での反射パターンの機能を説明する部分拡大図である。 本発明の実施の形態２の基本構成を説明する部分拡大断面図である。 反射パターンの配列密度について説明する部分拡大図である。 本発明の実施の形態３の基本構成を説明する部分拡大断面図である。 反射パターンの配列について説明する部分拡大図である。 本発明の実施の形態４の反射パターンの配列分布についての説明図である。 反射パターンの形状変化についての説明図である。 特許文献１で提案された照明装置の構成を説明する断面図である。 特許文献１で提案された照明装置の動作の説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるイメージセンサの構成展開図である。図１において、光源１は、白色光またはＲＧＢ発光のＬＥＤ、例えば、ＬＥＤチップを樹脂モールドしたパッケージＬＥＤまたはベアチップなどで構成されたＬＥＤ、あるいは有機ＥＬ等の高輝度光源などで構成され、単数又は複数の発光素子を含んでもよい。光源１は、基板２上に設置され、フレキシブルケーブル等のリード線２ａを経由して電力が供給される。

導光体３は、アクリル樹脂、ガラスなどの透明材料で構成され、長軸方向（Ｘ方向）に沿った棒状の形状を有し、長軸方向に垂直な短軸方向（Ｙ方向）の断面形状は一部又は全てに曲率が設けられ、例えば、円形、楕円形、多角形またはこれらの組合せで構成される。導光体３の一方の端面は、光源１からの光を導光体３の内部に導入するための入射面３ａとして構成される。入射面３ａの近傍に光源１が設置される。導光体３の他方の端面は、導光体３の内部を伝播してきた光を再び内部に向けて反射するための反射面３ｂとして構成される。反射面３ｂには、反射部材５、例えば、ミラーテープなどの鏡面部材、白色樹脂などの光散乱材、光学反射膜などが設置される。導光体３の表面には、突起形状の反射パターン４が導光体３の一端部と他端部との間に長軸方向（Ｘ方向）に沿って周期的に設けられる。こうした構成を有する導光体３は、読み取り光学系の光軸の近傍、好ましくは光軸の両側にそれぞれ設置される。

ホルダ６は、図２に示すように、導光体３の端部と連結可能な中空部を有する直方体形状の部材であり、導光体３と光源１との相対位置を固定する機能を有する。ホルダ６の一方の面で入射面３ａを含む導光体３の端部を保持するとともに、ホルダ６の他方の面には、光源１が中空部に挿入されて入射面３ａに面するように基板２が装着される。

透過体７は、カバーガラスとして板状の透明部材で構成され、光の通過を許容するとともに、原稿、紙幣等の被照射体１２を支持する機能を有する。ロッドレンズ８は、被照射体１２からの反射光を集束して被照射体１２の光学像を形成する読み取り光学系として機能する。センサＩＣ９は、センサ基板１０の上に搭載され、ロッドレンズ８によって結像された像を電気信号に変換する受光素子として機能する。筐体１１は、導光体３、ロッドレンズ８、センサ基板１０などを収納、保持する機能を有する。

次に、イメージセンサの動作を説明する。光源１から放射された光は入射面３ａに入射し、導光体３の内部を通って反射面３ｂに向けて伝播し、続いて反射部材５によって反射されて入射面３ａに向けて伝播する。その際、反射パターン４に入射した光の一部が反射して、反射パターン４に対向する側にライン状の出射領域を形成し、透過体７を通過して被照射体１２を照射する。被照射体１２からの反射光は、ロッドレンズ８によって結像され、センサＩＣ９によって画像信号に変換される。

図２は、本発明の実施の形態１による照明装置の部分拡大断面図である。光源１は、導光体３の入射面３ａに対して対向配置され、ホルダ６によって光源１と入射面３ａとの距離が適切に維持される。光源１から導光体３の入射面３ａに入射した光は、導光体内を全反射しながらＸ方向に伝播し、導光される光の一部が導光体３の反射パターン４に入射する。反射パターン４は導光体３と光学的に一体化しており、反射パターン４で反射又は透過した光の一部が導光体３の内部を横断して、反射パターン４と対向する位置にある導光体３の光出射部３ｃから出射して被照射体１２を照射する。また、導光体３の内部を全反射し、入射面３ａと対向する反射面３ｂに到達した光は反射部材５によって反射又は散乱し、−Ｘ方向に伝播する。

図３は、反射パターン４に形成される曲率形状を示す説明図であり、図３（ａ）は一般的な三角形状の非対称な反射パターンを示し、図３（ｂ）は複数の湾曲部が連続した非対称な反射パターンを示す。三角形状の反射パターンでは、＋Ｘ方向から伝播してきた光が等しい入射角で入射した場合、異なる反射位置で反射した光線の反射角度はそれぞれ等しくなる（θ_１＝θ_２＝θ_３）。一方、図３（ｂ）に示すように、複数の湾曲部が連続した曲率形状を用いた反射パターン４では、曲率形状での正反射光を用いるため、反射パターンへの入射角度が同じでも、反射する位置によって反射角が異なる（θ_１＜θ_２＜θ_３）。そのため、被照射体１２に入射する光線の角度がばらつくようになり、照度分布の均一性を向上させることができる。

図４は、本発明の実施の形態１による照明装置の反射パターン４の形状を説明する導光体３の短軸方向断面図である。反射パターン４の短軸方向の幅ｗは、導光体３の長軸方向に渡って均等であり、例えばｗ＝１ｍｍである。反射パターン４の深さｈは、導光体３の表面から反射パターンの頂部までの距離であり、例えばｈ＝６０μｍである。反射パターン４で反射した光は導光体３を横断して出射部３ｃから出射し、透過体７および被照射体１２に対して斜め方向から照明を行う。

図５（ａ）は、反射パターン４の配列の一例を示す断面図である。イメージセンサに用いられる照明装置では長軸方向の照度分布の均一性が望まれる。光源１から出た光が導光体３の入射部３ａから入射し、長軸方向に沿って全反射しながら反射パターン４によって順次導光体３の出射部３ｃを通って被照射体１２を照射する。その際、隣接する反射パターン間の距離ｄが等間隔の場合、光源１に近い側の照度が大きく、＋Ｘ方向に向かうにつれて照度が低下してしまう（図５（ｂ）の破線を参照）。そこで、隣接する反射パターン４の間隔ｄを導光体３の長軸方向の位置に対して変化させることで、導光体３の出射部３ｃから出射する照明光の長軸方向の照度分布を均一化することができる（図５（ｂ）の実線を参照）。ここで、隣接する反射パターン間の距離ｄ、例えば光源１付近ではｄ＝２００μｍ、導光体３の反射面３ｂ付近ではｄ＝１００μｍとし、導光体内部では、例えば、図５（ｃ）に示すように、Ｘ方向の位置の関数として照度分布が均一になるように距離ｄを変化させる。

図６は、本発明の実施の形態１による反射パターンの形状を説明する部分拡大図である。反射パターン４は、導光体３の表面において深さ方向に隆起した突起部を長軸方向に沿って周期的に設けることによって構成される。反射パターン４の単位形状である突起部は、導光体３の表面から遠くなるほど長軸方向の幅が漸減する形状を有しており、導光体３の表面を含む面４ａと、導光体３の外部（−Ｚ方向）に向かって付き出した突起部の頂部を含む面４ｂと、面４ａおよび面４ｂを連結する傾斜面４ｃとを含む。

さらに、面４ａの＋Ｘ方向の丸みを帯びている曲率形状４ｄ（光源から出射する光線の進行方向に凸の湾曲部）の曲率半径をＲ１とし、例えばＲ１＝３０μｍとする。また、面４ａの−Ｘ方向の曲率形状４ｅ（光源から出射する光線の進行方向と対向する方向に凸の湾曲部）の曲率半径をＲ２とし、Ｒ２＜Ｒ１であり、例えばＲ２＝０（鋭角）とする。また、突起部の頂部から−Ｘ方向の曲率形状４ｆおよび＋Ｘ方向の曲率形状４ｇの曲率半径をＲ３とし、例えばＲ３＝１０μｍとする。ここで、曲率形状４ｆ，４ｇの曲率半径を同じＲ３として説明するが、互いに異なってもよい。このように曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２が曲率形状４ｄの曲率半径Ｒ１より小さい左右非対称の反射パターン４を反射パターン４１とする。ここで「非対称」とは、突起部の頂部をＺ方向に通る中心線に関して非対称であることを意味する。

次に、導光体３の内部における光の挙動について説明する。図６に示すように、導光体３の内部での光の挙動は大きく５つに分類できる。１）まず、光線Ａは導光体３の表面で全反射しながら導光体３の内部を伝播する光線である。光源１から入射面３ａを通って導光体３の内部に入射する光線の角度は、導光体３の表面で全反射条件を満たすように設計されている。２）次に、光線Ｂは、導光体３の内部を伝播した後、反射面３ｂで反射して−Ｘ方向に伝播し、反射パターン４１の曲率形状４ｄに入射し、全反射されて導光体３の内部を横断し、反射パターン４１に対向する出射部３ｃから出射して被照射体１２に照射される光線である。３）光線Ｃは、導光体３内を伝播している光線が反射パターン４１の傾斜部４ｃに入射し、全反射条件を満たさなくなり屈折して再度隣接する反射パターン４１に入射し、曲率形状４ｇで全反射され、導光体３の内部を横断し、反射パターン４１に対向する出射部３ｃから出射して被照射体１２に照射される光線である。４）また、光線Ｄは、導光体３内を伝播している光線が反射パターン４１の傾斜部４ｃに入射し、全反射条件を満たさなくなり屈折して複数回隣接する反射パターン４１内を透過し、導光体３内を横断して出射部３ｃから出射、あるいは導光体表面で全反射して再度導光体３内を伝播する光線である。５）最後に、光線Ｅは反射パターン４１に入射し、全反射条件を満たさず屈折して、隣接する反射パターン４１に再入射しない光線（損失光）である。

図７は、反射パターン４の各種形状についての反射率Ｒを説明するための部分拡大図である。図７（ａ）は、曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２を鋭角（Ｒ２＜Ｒ１）とした左右非対称の反射パターン４１を示す。図７（ｂ）は、曲率形状４ｄの曲率半径Ｒ１を鋭角（Ｒ１＜Ｒ２）とした左右非対称の反射パターン４３を示す。図７（ｃ）は、曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２と曲率形状４ｄの曲率半径Ｒ１とが等しい左右対称の反射パターン４２を示す。ここで、−Ｘ方向から伝播する光（光量Ｉ_Left）のみを考え、反射パターン４で反射し、被照射体１２に照射される光量をＩ_{Left_Out}とする。そして、１つの反射パターン４１により反射され導光体外に出射する光の効率（反射率）をＲａ、反射パターン４３の反射率をＲｂ、反射パターン４２の反射率をＲｃとする。

図７（ａ）のように、反射パターン４１では、曲率形状４ｅを鋭角としているので、−Ｘ方向から伝播してきた光は、反射パターン４１に入射後、透過及び屈折して隣接した反射パターンに入射する。つまり、反射パターン４１の反射率Ｒａは小さい。

次に、図７（ｂ）に示すように、反射パターン４３は、曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２が、例えば３０μｍであるので、−Ｘ方向から伝播してきた光が入射すると、曲率形状４ｅで反射し、導光体の出射部３ｃから出射する。つまり、曲率形状４ｅが鋭角である反射パターン４１の反射率Ｒａに対して、反射パターン４３の反射率Ｒｂの方が大きく、Ｒａ＜Ｒｂとなる。

また、図７（ｃ）に示す反射パターン４２の反射率Ｒｃは、今、−Ｘ方向から伝播してくる光のみを考えているため、反射パターン４３と同等であり、３つの反射パターンの反射率の関係は、Ｒａ＜Ｒｂ≒Ｒｃとなり、例えば、シミュレーションでの計算によりＲｂ≒Ｒｃ＝２×Ｒａである。

図８は、原稿面距離が変化した場合の照度分布についての説明図である。導光体３の−Ｘ方向から＋Ｘ方向に伝播している光の光量をＩ_Left、そのうち被照射体１２に照射される光量をＩ_{Left_Out}とし、＋Ｘ方向から伝播している光の光量をＩ_Right、そのうち被照射体１２に照射される光量をＩ_{Right_Out}とする。つまり、１つの反射パターンから被照射体１２に照射される光量ＩはＩ＝Ｉ_{Left_Out}＋Ｉ_{Right_Out}である。

導光体３の中央部では、導光体３の−Ｘ方向から伝播してくる光も＋Ｘ方向から伝播してくる光も導光体３の内部を複数回全反射しているため、反射パターン４の入射角度に偏りがなく、反射角度もランダムである。そのため、図８（ｂ）に示すように、原稿面が基準位置（透過体７と密着した位置ｚ＝０）にある場合の照度分布と、原稿面距離が変化した場合、例えばｚ＝＋４ｍｍの照度分布が変化しない。

しかし、導光体３の入射面３ａ付近では、導光体３の−Ｘ方向から＋Ｘ方向に伝播している光は、光源１から出射した光が入射面３ａから入射し、導光体３の表面で全反射することなく反射パターン４に直接入射するため、反射パターンへの入射角度は光源１との位置関係によって偏りが生じ、反射して原稿面に照射される角度にも偏りが生じる。そのため、原稿面が基準位置にある場合の照度分布と、距離が離れた場合の照度分布が変化してし、図８（ｃ）のように、導光体３の端部の照度比が中央部に対して変化してしまう。しかし、＋Ｘ方向から伝播してくる光は、導光体３の表面で複数回全反射した光線が反射パターン４に入射するため、反射パターン４への入射角度に偏りが無く、反射角度もランダムであり、原稿面が基準位置にある場合の照度分布と、原稿面距離が変化した場合の照度分布が変化しない。つまり、被照射体１２に照射される全光量Ｉのうち、導光体の−Ｘ方向から＋Ｘ方向に伝播している光の光量Ｉ_{Left_Out}の割合を低減し、Ｉ_{Right_Out}の割合を増加できれば、導光体３の入射面３ａ付近の照度比（被照射体１２が基準位置にある場合の照度に対する被照射体の高さが変化した場合の照度の比）が、導光体３の中央部の照度比に対して変化しない照明装置を得ることができる。

図９は、導光体３の入射面３ａ付近での反射パターン４の機能を説明する部分拡大図である。図９（ａ）は、導光体３の入射面３ａ付近に左右対称の反射パターン４２を形成した場合を示す。−Ｘ方向から伝播する光のうち、導光体３の外部に出射する光の光量Ｉ_{Left_Out}は、Ｉ_{Left_Out}＝Ｉ_Left×Ｒｃとなる。一方、＋Ｘ方向から伝播する光のうち、導光体３の外部に出射する光の光量Ｉ_{Right_Out}は、Ｉ_{Right_Out}＝Ｉ_Right×Ｒｃとなる。つまり、Ｉ_{Right_Out}に対するＩ_{Right_Out}の割合Ｐａは、下記の式（１）で表される。

次に、図９（ｂ）は、導光体３の入射面３ａ付近に左右非対称の反射パターン４１を形成した場合を示す。−Ｘ方向から伝播する光のうち、導光体３の外部に出射する光の光量Ｉ_{Left_Out}は、Ｉ_{Left_Out}＝Ｉ_Left×Ｒａとなる。一方、＋Ｘ方向から伝播する光のうち、導光体３の外部に出射する光の光量Ｉ_{Right_Out}は、Ｉ_{Right_Out}＝Ｉ_Right×Ｒｂとなる。つまり、Ｉ_{Right_Out}に対するＩ_{Right_Out}の割合Ｐｂは、下記の式（２）で表される。

ここで、Ｒａ／Ｒｂ＝０．５とすると、割合Ｐｂは下記の式（３）で表される。

つまり、Ｐｂ＝Ｐａ／２であり、非対称の反射パターン４１を形成することにより、反射パターンへの入射角度が偏っていない光に対する偏った光の割合を低減することができ、原稿面距離が変化した場合の照度分布の変化を抑制することができる。つまり、導光体３の中央部に対して導光体３の入射面３ａ付近の照度比が変化しない照明装置を得ることができる。

このように導光体３に形成される反射パターン４の曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２を曲率形状Ｒ１より小さくした非対称の反射パターン４１を設けることにより、光源１に近い領域の照度比が導光体３の中央部に対して変化しない照明装置を得ることができる。

ここで、反射パターン４１の曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２について、本実施の形態では鋭角として説明したが、厳密に鋭角である必要は無く、作成可能な曲率半径であり、曲率形状４ｄの曲率半径Ｒ１よりも小さければ良く、例えばＲ２＝１０μｍである。

実施の形態２．
実施の形態１では、左右非対称の反射パターン４１を導光体３の長軸方向に渡って形成した例を説明したが、実施の形態２では、導光体３の入射面３ａ付近のみ左右非対称の反射パターン４１を形成し、光源１から離れた領域には左右対称の反射パターン４２を形成し、これにより被照射体１２に照射される照度を増加させる手法について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態２の基本構成を説明する部分拡大断面図である。導光体３の光源１に近い入射面３ａ付近には、上述のような左右非対称の反射パターン４１を形成する。そして、光源１から導光体３に入射して導光体内を全反射せずに直接反射パターンに入射する光線の影響が出なくなる距離Ｌ以上だけ入射面３ａから離れた領域には、左右対称の反射パターン４２を形成する。

図１１は、反射パターン４１，４２の配列密度について説明する部分拡大図である。実施の形態１で説明した左右非対称の反射パターン４１を導光体の長軸方向に沿って形成する構成では、図５（ａ）に示したように、導光体３の反射面３ｂ付近において反射パターンを最も密に配置して隣接間距離ｄを小さくし、入射面３ａ付近を最も粗に配置することによって、長軸方向に沿った照度分布を反射面３ｂ付近の照度に合わせていたため、光の利用効率が低くなる傾向がある（図１１（ｂ）の破線を参照）。

これに対して本実施の形態２に示す構成では、出射部３ｃから出射する光の強度が低くなる入射面３ａから離れた領域に左右対称の反射パターン４２を設けている。反射パターン４２は、曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２＝Ｒ１、例えば３０μｍとすることで、導波光の進行方向に対して対向する向きの曲率半径を大きくし、導波光の取り出し効率を大きくすることができる。そのため、光の取り出し効率が増加し、入射面３ａ付近の左右非対称の反射パターンにより取り出される強度よりも増加するので、入射面３ａ付近に形成されている左右非対称の反射パターン４１の隣接する反射パターン間距離ｄを小さくし、密に配置することができる。そして、入射面３ａから離れた領域の左右対称の反射パターン４２は、入射面３ａ付近の光量と等しくなるよう導光体３の反射面３ｂに向かうにつれて密に配置する。その結果、出射部３ｃから取り出される長軸方向の照度分布の光強度は、入射面３ａ付近に配置された左右非対称の反射パターン４１により取り出された光強度に合わせることができるため、光の利用効率が向上する（図１１（ｂ）の実線を参照）。なお、導光体内部では、例えば、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ方向の位置の関数として照度分布が均一になるように距離ｄ変化させる。

このように本実施の形態２では、導光体３の入射面３ａ付近に左右非対称の反射パターン４１を密に配置し、入射面３ａから離れた領域には左右対称の反射パターン４２を設けることにより、原稿面距離が変化した時にも導光体３の中央部に対して入射面３ａ付近の照度比が変化せず、光の利用効率の高い照明装置を得ることができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３の基本構成を説明する部分拡大断面図である。実施の形態１及び２では、導光体３の一端部に光源１を設けた例を説明したが、実施の形態３では、導光体３の両端部に光源１をそれぞれ設けた例について説明する。その他の構成は実施の形態１及び２と同様であり、同一符号は同一又は相当部分を示すとともに、重複説明は省略する。

光源１を導光体３の両端部にそれぞれ設ける場合、両端部は入射面３ａとして構成する。この場合、光源１からの光が導光体３に入射し、全反射せずに直接反射パターン４に入射するケースの影響を低減するため、導光体３の中央部から＋Ｘ方向の端部にわたって左右非対称の反射パターン４３を設ける。反射パターン４３の基本構成は反射パターン４１と同様であるが、図１２（ｂ）に示すように、＋Ｘ方向側にある曲率形状４ｅの曲率半径がＲ１であり、−Ｘ方向側にある曲率形状４ｄの曲率半径をＲ２（＜Ｒ１）とする。これは、光源１に対向する向きの曲率半径を小さくすることで、直接反射光の影響を低減するためである。

次に、反射パターン４１，４３の配列について説明する。長軸方向の−Ｘ方向側にある光源１から出た光について説明するが、＋Ｘ方向側にある光源１から出た光についても左右対称で同様な挙動を示す。反射パターン４１，４３の配列が等間隔の場合、光源１から放射された光は、導光体３の入射面３ａから入射し、導光体３の内部を全反射して伝播する。入射面３ａに近い領域では、反射パターン４１の＋Ｘ方向側にある曲率形状４ｅが鋭角であるため、導光体３の外部に出射する光線は少ない。しかし、導光体３の中央部より＋Ｘ方向側の領域には反射パターン４３が形成されているため、＋Ｘ方向側にある曲率形状４ｅで反射された光線が導光体３の出射部３ｃより取り出される。その結果、図１３（ｂ）の破線に示すように、−Ｘ方向側の光源１から出射した光による長軸方向の照度分布は導光体３の−Ｘ方向の端部から徐々に低下し、導光体３の中央部付近で増加し、＋Ｘ方向の端部に向かうにつれて再び減少する。従って、２つの光源１から出た光の合計による照度分布は、図１３（ｂ）の実線に示すように、中央部が盛り上がった形状となる。

この対策として、導光体３の両端部付近において隣接する反射パターン間距離ｄを小さくすることによって反射パターン４１，４３を密に配置し、一方、中央部付近において隣接する反射パターン間距離ｄを大きくすることによって反射パターン４１，４３を粗に配置することが好ましく、これにより照度分布を均一化することができる。

このように光源１を導光体３の両端部にそれぞれ設けることで照射光量が大きくすることができ、導光体３の中央部から−Ｘ方向側の領域には反射パターン４１を、＋Ｘ方向側の領域には反射パターン４３を設けることで、原稿面距離が変化した場合でも、導光体３の中央部に対して入射面３ａ付近の照度比が変化しない照明装置を得ることができる。

また本実施の形態では、導光体３の中央部から−Ｘ方向側の領域には左右非対称の反射パターン４１を、＋Ｘ方向側の領域には反射パターン４３を設ける構造としたが、導光体３の−Ｘ方向側にある光源１に近い領域に反射パターン４１を、＋Ｘ方向側にある光源１に近い領域に反射パターン４３を、残りの導光体中央付近に左右対称の反射パターン４２を設けてもよい。

実施の形態４．
実施の形態４の基本構成は、実施の形態２，３と同様であるが、反射パターン４の配列方法または曲率形状の曲率半径が実施の形態２，３のものと相違している。例えば、実施の形態２では、導光体３の入射面３ａ付近に形成される左右非対称の反射パターン４１とそれ以外の領域に形成される左右対称の反射パターン４２では曲率形状が異なるため、導波光の反射特性が異なり、導光体３から出射する出射光の照度も異なる、そのため、反射パターン４の形状が、反射パターン４１から反射パターン４２に変化する長軸方向の位置では急激な照度変化が生じ、隣接する反射パターン４の間隔ｄを最適に設計していても、反射パターンの成形時の誤差に対して照度変化が起きやすい傾向がある。そこで、実施の形態４では、反射パターン４の成形誤差等が生じた場合でも、急激な照度変化を生じないようにした反射パターン４の配列または形状について説明する。なお、ここでは導光体３の一端部に光源１を設けた場合を例示するが、導光体３の両端部に光源１をそれぞれ設けた場合も同様な効果が得られる。

図１４は、本発明の実施の形態４の反射パターン４の配列分布についての説明図である。反射パターン４１と反射パターン４２が切り替わる領域では、２つの反射パターンを混在させ、その比率を徐々に変化させる。例えば、長軸方向の単位長さＴ内にある反射パターン４１の比率をｍ、反射パターン４２の比率をｎとすると（ｍ＋ｎ＝１）、図１４（ｃ）に示すように、導光体３の−Ｘ方向側の端部ではｍ＝１、ｎ＝０とし、中央部から＋Ｘ方向側の端部までの領域ではｍ＝０、ｎ＝１とし、途中はその比率を徐々に変化させている。その結果、導光体３の長軸方向に対する照度は徐々に変化し、急激な照度変化が生じることを防止できる。さらに、隣接する反射パターン間距離ｄを適切に設定することによって、反射パターンの成形誤差に対して長軸方向の照度分布が変化しない均一な照度分布が得られる。

図１５は、反射パターンの形状変化についての説明図である。例えば、導光体３の入射面３ａ付近での反射パターン４１の＋Ｘ方向側にある曲率形状４ｅの曲率半径をＲ２＝０（鋭角）とし、光源１からの直接反射光の影響がない領域に形成される左右対称な反射パターン４２の＋Ｘ方向側にある曲率形状４ｅの曲率半径をＲ２＝Ｒ１とする。そして、導光体３の入射面３ａ付近から長軸方向に沿って＋Ｘ方向に進むつれて、反射パターン４の曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ２を徐々に大きくしていく。つまり、入射面３ａ付近から左右対称の反射パターン４２が形成される領域までの間に形成される反射パターン４４の曲率形状４ｅの曲率半径Ｒ３は、図１５（ｃ）に示すように、Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ１を満たしており、＋Ｘ方向に進むにつれて大きくなる。その結果、導光体３の長軸方向に対する照度は徐々に変化し、急激な照度変化が生じない。さらに、隣接する反射パターン間の距離ｄを適切に設定することによって、反射パターンの成形誤差に対して長軸方向の照度分布が変化しない均一な照度分布が得られる。

このように複数の異なる形状を有する反射パターンを導光体３に形成した場合、実施の形態４では、反射パターンの成形誤差が生じても導光体３の長軸方向の照度分布が均一で、かつ、原稿面距離が変化しても導光体３の中央部に対して端部の照度比が変化しない照明装置を得ることができる。

また、実施の形態１〜４では、反射パターンは導光体３の表面に対して外側に飛び出した突起形状としたが、内側に向かって切り欠き形状に形成してもよい。

また、実施の形態１〜４では、２つの導光体３をロッドレンズ８の光軸の両側にそれぞれ設置した例を説明したが、１つの導光体３を光軸の片側だけに設置することも可能である。

１ 光源、 ２ 基板、 ２ａ リード線、 ３ 導光体、 ３ａ 入射面、
３ｂ 反射面、 ３ｃ 出射部、 ４，４１，４２，４３，４４ 反射パターン、
４ａ〜４ｃ 面、 ４ｄ〜４ｇ 曲率形状、 ５ 反射部材、 ６ ホルダ、
７ 透過体、 ８ ロッドレンズ、 ９ センサＩＣ、 １０ センサ基板、
１１ 筐体、 １２ 被照射体。

Claims (7)

1. 光源と、
   該光源から内部に入射した光が長軸方向に反射しながら伝播する棒状の導光体と、
   該導光体の表面において、前記導光体の一端部と他端部との間に長軸方向に沿って周期的に設けられた反射パターンとを具備し、
   光が前記導光体を伝播する過程において、前記導光体の内部から前記反射パターンに光が照射され、前記反射パターンによって反射した光が前記導光体を通して前記反射パターンに対向する側にライン状の出射領域を形成する照明装置であって、
   前記反射パターンは、前記導光体の表面から遠くなるほど、長軸方向の幅が漸減する突起部を有し、
   該突起部の長軸方向の断面形状は、複数の湾曲部が連続するように形成され、突起部の頂部を通る中心線に関して非対称であり、
   前記突起部の長軸方向の断面形状において、前記導光体の端部から遠くに位置する湾曲部の曲率半径が、前記導光体の端部から近くに位置する湾曲部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする照明装置。
2. 光源と、
   該光源から内部に入射した光が長軸方向に反射しながら伝播する棒状の導光体と、
   該導光体の表面において、前記導光体の一端部と他端部との間に長軸方向に沿って周期的に設けられた反射パターンとを具備し、
   光が前記導光体を伝播する過程において、前記導光体の内部から前記反射パターンに光が照射され、前記反射パターンによって反射した光が前記導光体を通して前記反射パターンに対向する側にライン状の出射領域を形成する照明装置であって、
   前記反射パターンは、前記導光体の表面から遠くなるほど、長軸方向の幅が漸減する突起部を有し、
   該突起部の長軸方向の断面形状は、複数の湾曲部が連続するように形成され、突起部の頂部を通る中心線に関して非対称であり、
   前記突起部の長軸方向の断面形状において、頂部を通る中心線に関して対称である対称突起部が、前記導光体の端部から前記突起部の位置より遠くに設置されることを特徴とする照明装置。
3. 光源と、
   該光源から内部に入射した光が長軸方向に反射しながら伝播する棒状の導光体と、
   該導光体の表面において、前記導光体の一端部と他端部との間に長軸方向に沿って周期的に設けられた反射パターンとを具備し、
   光が前記導光体を伝播する過程において、前記導光体の内部から前記反射パターンに光が照射され、前記反射パターンによって反射した光が前記導光体を通して前記反射パターンに対向する側にライン状の出射領域を形成する照明装置であって、
   前記反射パターンは、前記導光体の表面から遠くなるほど、長軸方向の幅が漸減する突起部を有し、
   該突起部の長軸方向の断面形状は、複数の湾曲部が連続するように形成され、突起部の頂部を通る中心線に関して非対称であり、
   前記突起部の長軸方向の断面形状において、前記導光体の端部から遠くに位置する湾曲部の曲率半径は、前記導光体の端部から中央部に向かうにつれて徐々に大きくなるように変化していることを特徴とする照明装置。
4. 前記導光体の一端部には、前記光源が配置され、
   前記導光体の他端部には、反射部材または追加の光源が配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
5. 非対称突起部と対称突起部との比率が、前記導光体の端部から中央部に向かうにつれて徐々に変化していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
6. 隣接する前記反射パターン間の距離は、前記導光体の端部からの位置に応じて変化していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
7. 被照射体に光を照射する請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置と、
   被照射体からの反射光を集束するレンズと、
   該レンズによって結像された像を電気信号に変換する受光素子とを備えたことを特徴とするイメージセンサ。

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