JPH0714414A

JPH0714414A - 棒状照明体

Info

Publication number: JPH0714414A
Application number: JP5142427A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kikko; 重雄橘高; Kiyosumi Fujii; 清澄藤井
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】走査装置用の透明体の散乱光を利用する照明
する装置において、散乱光の強度のレベルを高く保ちつ
つ、その強度の均一性を向上させ、さらに透明体の散乱
面で散乱した光をより多く原稿面に送り込むことを目的
とする。【構成】その一側面を光散乱面とする棒状の透明体
を用いた照明体装置において、この光散乱面の散乱係数
を透明体の長さ方向の位置に応じて変化させることと
し、さらに片端光源および両端光源に対して、その散乱
係数を定量化する。このことによって、その散乱光の強
度が大きく、しかもその強度の均一性のよい棒状照明体
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ，コピー
機等に使用される走査装置の照明体に関して、特に線状
の部分を照明する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ，コピー機等では、原稿を
読み取るために走査装置が用いられている。走査装置に
は、縮小型，密着型，完全密着型といった種類がある。
このうち、密着型走査装置の場合は、照明系，等倍結像
光学系，センサーの各部分より構成されている。

【０００３】走査装置の照明体は、原稿面の照度をセン
サーによる読み取りが、可能な明るさ以上にしなければ
ならない。照明すべき範囲は、走査方向には極めて狭
く、走査方向と直角をなす方向（以下、長さ方向と呼
ぶ）には広い線状である。長さ方向に原稿面照度のむら
があると、読み取りエラーの原因となるため、照度は一
様であることが望ましい。

【０００４】現在、この照明体としては、ＬＥＤ（発光
ダイオード）チップを長さ方向に並べたＬＥＤアレイが
用いられている。このＬＥＤアレイのチップの間隔が長
くなると、周期的な照度のむらが大きくなってしまう。
このため、ＬＥＤチップの数は、幅２１６ｍｍ（Ａ４用
紙の短辺幅）に対して３０個程度必要となっている。

【０００５】上記ＬＥＤアレイでは、充分な光量を確保
することができるが、ＬＥＤチップを多数配置するの
で、コストの増大と電力消費が大きくなるという問題点
がある。また、照度のむらを避けるためには、ＬＥＤチ
ップと原稿面の間隔をある程度大きく取る必要があるの
で、走査装置全体を小型化するための障害にもなってい
る。

【０００６】上記ＬＥＤアレイに代わる照明体として
は、滑らかな表面を有した角柱あるいは円柱といった棒
状の透明体を利用するものがある。

【０００７】図３は、この透明体として四角柱を用いた
一例である。透明体の両端にはＬＥＤ２等の光源が配置
され、光源から出射した光４は、透明体の表面で全反射
を繰り返しつつ照明体中を伝播する。

【０００８】ここで、照明体の一側面を、砂擦り面ある
いは白色印刷面といった光散乱面１ａにしておけば、透
明体中を伝播しつつある光を、少量ずつ照明体の長さ方
向と直角をなす方向に取り出し、原稿面３を照らすこと
ができる。

【０００９】この棒状の透明体を利用した照明体（以
下、棒状照明体という）は、ＬＥＤアレイと比較する
と、ＬＥＤチップの数を少なくすることができる、とい
う利点がある。

【００１０】また、この棒状照明体は、その長さ方向に
連続的に発光するため、原稿面と棒状照明体の間隔を近
づけても、原稿面の照度のむらが生じにくい、といった
長所もある。さらに、この原稿面と棒状照明体の間隔を
近づけられることは、原稿面の照度を大きくすることに
もつながる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の棒状照
明体は、光源を片端もしくは両端にしか置くことができ
ないため、光量が不足しやすいという欠点を有する。ま
た一般に、照明体の散乱面の輝度は、光源から離れるほ
ど小さくなる。このため、例えば両端に光源を設置する
と、棒状照明体中央部の散乱面の輝度が落ち込み、原稿
面の照度が長さ方向に不均一となる、といった第１の問
題点があった。

【００１２】（第１の問題点）まず、第１の問題点につ
いて、詳しく検討する（以下、検討例１という）。

【００１３】長さＬの四角柱状透明体の一側面を、均一
な散乱面に、これに対向する面を光出射面に、他の側面
を光反射面として、片側端面に光源を設置した場合の光
の伝播および散乱について検討する。その模式図を図４
に示す。

【００１４】光源２を設置した端面１ｄから透明体の長
さ方向の位置をｐ、透明体の内部を伝播する光の強度を
Ｉ（ｐ）とおく。光源２からの光が距離ｐからｐ＋Δｐ
を伝播する間にＩ（ｐ）・Δｐ・ｔ（ｔは定数）の光が散乱されるものとすると、Ｉ（ｐ）はｐの関数Ｉ（ｐ）＝Ｉ₀・ｅｘｐ（−ｔ・ｐ）（ただし、Ｉ₀は端面（ｐ＝０）における光強度）により表わすことができる。また、散乱光の強度分布はｔ・Ｉ（ｐ）＝ｔ・Ｉ₀・ｅｘｐ（−ｔ・ｐ）（４）により表わすことができる。（以下、ｔを減衰定数と呼
ぶ。なおこの場合のｔは、透明体の位置によらず一定で
あるとする）。

【００１５】（４）式は、ｐに対して単調減少する関数
であり、減衰定数ｔの値を小さくすればするほど、減少
はゆるやかになるため、散乱光の強度分布の均一性を良
くすることができる。しかし、ｔの値を小さくすると散
乱光の強度レベルも小さくなってしまう、という大きな
問題点がある。したがって、散乱光の強度レベルを高く
保ちつつ強度分布を均一化するためには、光源を透明体
の片側のみに設置するよりも両側に設置する方が有利で
ある。

【００１６】透明体の両端に同じ明るさの光源を置く場
合、散乱光の強度分布は、ｔ・Ｉ（ｐ）＋ｔ・Ｉ（Ｌ−ｐ）＝ｔ・Ｉ₀・｛ｅｘｐ（−ｔ・ｐ）＋ｅｘｐ（−ｔ・（Ｌ−ｐ））｝（５）となる。

【００１７】長さＬの透明体の散乱光強度分布を考える
場合には、減衰定数ｔ（単位はｍ^-1）よりも、無次元数
ｔ・Ｌを用いる方がより一般的であるので、以下ではｔ
の代わりにｔ・Ｌを使うことにする（以下、ｔ・Ｌを散
乱係数と呼ぶ）。

【００１８】ここで、散乱係数ｔ・Ｌの値を変えた場合
の、散乱光の強度分布をシミュレーションにて求めた。
その結果を図５に示す。

【００１９】図５からわかるように、散乱係数の値が大
きい場合（例えばｔ・Ｌ＝４）には、両端部の散乱光の
強度が大きくなるものの、中央部におけるそれの落ち込
みは著しいことがわかる。これに対して、散乱係数が小
さくなる（ｔ・Ｌ＝２ないしｔ・Ｌ＝１）にしたがっ
て、両端部と中央部分の散乱光の強度の差は小さくな
り、ｔ・Ｌ＝１では非常に散乱光の強度の均一性はよく
なることがわかる。しかし、この均一性と引き換えに、
全体の散乱光の強度レベルが低下してしまうこともわか
る。

【００２０】なお（５）式の場合、散乱光の強度は、透
明体の長さ方向の中央（ｐ＝Ｌ／２）で最小となり、そ
の強度は２ｔ・Ｉ₀・ｅｘｐ（−ｔ・Ｌ／２）（６）により表わされる。

【００２１】さてここで、中央部の散乱光の強度を、最
大にするための条件を検討する。そのためには、（６）
式をｔで微分して、これを０と置くことにより、上記強
度を最大にするためのｔの値を求めることができる。そ
の結果、ｔ・Ｌ＝２とすればよいことがわかった。

【００２２】しかし、この場合でも図５に示すシミュレ
ーションの結果より、中央部分での散乱光の強度の落ち
込みはなお大きく、棒状照明体として用いるためには不
適当であることがわかった。

【００２３】（第２の問題点）また、透明体の散乱面を
挟む面の断面形状が、例えば長方形のままであると、散
乱面で散乱した光の全部を原稿面の照明に利用できな
い、という第２の問題点がある。この問題点について、
詳しく検討する（以下検討例２という）。

【００２４】棒状照明体の断面を長方形とし、その短辺
をなす側面を散乱面とした場合の断面図を図６に示す。
散乱面１ａで散乱した光が散乱面を挟む面１ｂに入射す
る角度をθとして、透明体の屈折率がｎの場合、透明体
と空気との臨界角θcは、ｓｉｎθc＝１／ｎの式で求めることができる。

【００２５】図６に示すように、θ≧θc であれば散乱
光は全反射されて光出射面１ｃへと向かい、原稿面３へ
と出射される。しかし、θ＜θc であれば散乱光の一部
は屈折光となって透明体外への漏光となるため、ロスと
なってしまう。

【００２６】また、同様に長方形断面の短辺をなす側面
を散乱面とした場合について、散乱面から散乱される光
線の広がりの様子を図７に示す。通常の走査装置の場
合、原稿面上で照明が必要な幅は１ｍｍ以下とごく狭い
ものである。しかしながら、図７では散乱光は透明体が
原稿面上の必要な幅の外側まで広がり、光の利用効率が
低下している。

【００２７】以上述べた問題点に対して、本発明は以下
の点を解決することを目的とする。第１の問題点に対し
ては、散乱光の強度のレベルを高く保ちつつ、その強度
の均一性を向上させること。第２の問題点に対しては、
透明体の散乱面で散乱した光をより多く原稿面に送り込
むこと。

【００２８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、棒状
の透明体において、その表面のうち一側面を光散乱面
（１ａ）とし、その光散乱面（１ａ）に対向する面を光
出射面（１ｃ）とし、残りの側面を光反射面として、か
つ透明体の両方の端面（１ｄ）にそれぞれ光源（２）を
配置することにより上記光散乱面を発光面となす照明体
において、以下の条件をすべて満たす棒状照明体を作製
した。（イ）光散乱面（１ａ）は散乱部分（１ｅ）と光を散乱
しない部分（１ｆ）が混在しており、上記光散乱面の散
乱部分の割合は、透明体の長さ方向の位置に対して変化
する。（ロ）上記散乱部分の割合は、透明体の長さ方向の中心
に対して対称である。（ハ）上記光散乱面における散乱部分の割合をＦとおい
て、その変化は、透明体の長さをＬ、片側端面を原点と
する長さ方向の位置をｐとして、以下の式で表わされ
る。

【００２９】（１）Ｆ＝Ｆ₀＋ｋ・ｐ（０≦ｐ＜Ｌ／２の範囲）（２）Ｆ＝Ｆ_L/2−ｋ・（ｐ−Ｌ／２）（Ｌ／２≦ｐ≦Ｌの範囲）ただし、Ｆ₀：透明体両端におけるＦの値、Ｆ_L/2：透明
体中心（ｐ＝Ｌ／２）におけるＦの値、ｋ：ｋ＝２・
（Ｆ_L/2−Ｆ₀）／Ｌ（ニ）Ｆ_L/2／Ｆ₀の値の範囲は、２≦Ｆ_L/2／Ｆ₀≦８である。

【００３０】以下にさらに詳しく説明する。まず、第１
の問題点の解決手段について述べる。先の検討例１で
は、散乱係数ｔ・Ｌが一定であった。このため、散乱係
数の値を変えた場合でも、散乱光の強度の均一性と、全
体の散乱光の強度レベルが両立しないことを明らかにし
た。

【００３１】そこで、本発明では、散乱係数の値を透明
体の長さ方向に変化させることによって、上記の第１の
問題点を解決する。

【００３２】つまり、透明体の両側に光源を設置する場
合には、透明体の中央部での散乱係数を大きくして散乱
光の強度を大きくし、かつ透明体の両端でのそれを小さ
くすることによって、全体の散乱光の強度の均一性を向
上させることができる。

【００３３】また、透明体の片側のみに光源を設置する
場合には、透明体の光源近傍での散乱係数を小さくして
散乱光の強度を小さくし、かつ透明体の光源から離れた
端でのそれを大きくすることによって、全体の散乱光の
強度の均一性を向上させることができることを見いだし
た。

【００３４】以下に、それぞれの場合について述べる。

【００３５】（両側光源のパターンの場合）まず、透明
体の両側に同じ明るさの光源を設置する場合について詳
しく説明する。

【００３６】本発明者らは、散乱係数ｔ・Ｌの値を透明
体の長さ方向の位置ｐによって変化させた場合の散乱光
強度を計算するシミュレーションを行なって、０＜ｐ＜Ｌ／２のとき、ｔ・Ｌ＝１．６８＋４．６ｐ／Ｌ・・・（７−ａ）Ｌ／２≦ｐ＜Ｌのとき、ｔ・Ｌ＝３．９８−４．６（ｐ−Ｌ／２）／Ｌ・・・（７−ｂ）とすると、散乱光強度レベルと均一性が共に良好となる
ことを見いだした。（７−ａ，ｂ）式の場合の、散乱光
強度分布のシミュレーションの結果を、上述の図５に併
せて示す。

【００３７】この（７−ａ，ｂ）式は、ｐに関する単純
な１次式であるので、ｔの分布を実際の光散乱面につく
りこむことも容易に行なうことができる。つまり、ｔ・
Ｌの量に対応して、光散乱面の散乱状態を、透明体の長
さ方向の位置に対して変化させればよい。

【００３８】（７−ａ，ｂ）式の代わりに、ｐの２次以
上の高次式とすることにより、散乱光の強度分布の均一
性をさらに良くすることも可能である。しかしながら、
実用上は（７−ａ，ｂ）式のような単純な１次式で充分
である。照度の最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎとし
て、照度のばらつきを｛（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）｝×１００
（％）と定義すると、（７−ａ，ｂ）式によるばらつきをシミ
ュレーションにて求めると、３．６％となる。照度のば
らつきがこのくらい小さければ、走査装置の照明として
充分に使用することができる。

【００３９】つぎに具体的に、光散乱面を形成する方法
について述べる。まず、光散乱面を散乱部分と光を散乱
しない部分の混在状態とすると、光を散乱しない部分で
は光が全反射するので光の散乱には関係せず、散乱部分
のみが光の散乱に関係する。したがって、光散乱面の散
乱部分の割合を、透明体の長さ方向に変化させてやれ
ば、その割合の変化に比例した散乱係数の分布をつくる
ことができる。

【００４０】例えば、図１（ａ）に示すように散乱部分
１ｅを形成して、その外側を光を散乱しない部分１ｆと
すれば、（７−ａ，ｂ）式に示される散乱係数の分布を
簡単に実現することができる。また、散乱部分の割合は
図１（ａ）に示すように、長さ方向に連続的に変化させ
ることが望ましい。この場合、散乱部分の割合は、長さ
方向の直角方向のある幅を持つ長方形の面積に対して、
定義される。

【００４１】しかし実用上は、図１（ｂ）に示すような
縦縞状のもので充分である。なお、この場合の散乱部分
の割合は、作製した各散乱部分のピッチ毎の面積に対し
て、定義されることになる。

【００４２】また、各散乱部分の中心間のピッチは、透
明体の光出射面１ｃと原稿面３との距離以下であれば、
照度の周期的なむら（変化）は無視できるほど小さくす
ることができる。もちろん、そのピッチは短ければ短い
ほどよいことはいうまでもないが、実用上は上述した通
りである。

【００４３】図１に示すような散乱部分のパターンは、
例えば白色の塗料あるいはインクを透明体の平滑面に印
刷することにより簡単につくることができる。同様の効
果は、例えば白色ドット模様の密度を変化させる、とい
った方法によっても得ることができる。

【００４４】しかし、実際に散乱係数ｔ・Ｌの値を測定
するのは困難である。そこで、光散乱面における散乱部
分の割合Ｆを、散乱係数の代用として用いるのが便利で
ある。

【００４５】上記光散乱面１ａにおける散乱部分１ｅの
割合をＦとおいて、その変化は、透明体の長さをＬ，片
側端面を原点とする長さ方向の位置をｐとすると、上記
の（７−ａ，ｂ）式は、Ｆ＝Ｆ₀＋ｋ・ｐ（０≦ｐ＜Ｌ／２）（８−ａ）Ｆ＝Ｆ_L/2−ｋ・（ｐ−Ｌ／２）（Ｌ／２≦ｐ≦Ｌ）（８−ｂ）で表わされる。ただし、散乱部分の割合Ｆの値は両端部
ではＦ₀、中心部ではＦ_L/2とし、定数ｋ＝２・（Ｆ_L/2
−Ｆ₀）／Ｌである。

【００４６】Ｆ_L/2／Ｆ₀の値は（８−ａ，ｂ）式の場
合、Ｆ_L/2／Ｆ₀＝３．９８／１．６８＝２．３７となる。これが、理想的な場合のＦ_L/2／Ｆ₀の値であ
る。

【００４７】Ｆ_L/2／Ｆ₀の値を理想的な値２．３７にほ
ぼ等しくすると、例えば後述の実施例１に示されるよう
にほぼ均一な照度分布を得ることができる。ところが、
実施例１は、透明体と光源の間に空気層が存在する場合
であり、請求項４に記載したように、光源と透明体を一
体化すると、透明体の両端における照度が著しく大きく
なってしまう。（その理由については後に詳しく説明す
る）。

【００４８】したがって、光源と透明体を一体化する場
合には、Ｆ_L/2／Ｆ₀の値を理想的な値の２．３７よりも
大きくして、透明体の両端における照度の上昇を補正し
てやることによって、より均一な照度分布とすることが
できる。

【００４９】本発明者らの実験によれば、Ｆ_L/2／Ｆ₀の
値を最大８程度まで大きくすることにより、光源と透明
体を一体化する場合にも、均一な照度分布を得ることが
できる。

【００５０】したがって、実際の照明体で均一な照度分
布を得るために望ましい範囲は、２≦Ｆ_L/2／Ｆ₀≦８である。

【００５１】つぎに、透明体の片側のみに光源を設置す
る場合について詳しく説明する。

【００５２】（片側光源のパターンの場合）光源を透明
体の片側のみに設置する方法は、両側設置と比較すると
光量の点では不利であるが、光源にかかるコストが低く
なるという利点がある。

【００５３】透明体の片側から強度Ｉ₀で入射してきた
光を、透明体の長さＬにわたって均一に散乱させるため
には、透明体における長さ方向の位置を表わす変数ｐの
原点を光源側の端面として、散乱定数ｔ・Ｌをｔ・Ｌ＝Ｌ／（Ｌ'−ｐ）（Ｌ'は定数）（９）と変化させるとよい。ただし、（９）式の定数Ｌ'はＬ≦Ｌ' の条件を満たす必要があり、またＬ'の値はＬに近いほ
ど散乱光強度のレベルは大きくなることから、Ｌ≦Ｌ'≦１．２Ｌであることが望ましい。

【００５４】ところで、（９）式による散乱係数の長さ
方向の変化をＬ'＝ＬＬ'＝１．１ＬＬ'＝１．２Ｌの場合について示したものが図９である。図９より、散
乱係数はｐがＬに近づくと急速に増大することがわか
る。散乱係数を大きくするためには、それに比例して散
乱面の面積を大きくしなければならず、実際の照明体で
はその実施が困難である。

【００５５】しかし本発明者らは、（９）式のとおりに
散乱係数をむやみに大きくする必要のないことを見いだ
した。例えば、０≦ｐ≦０．８５Ｌの範囲：散乱係数は（９）式による０．８５＜ｐ≦Ｌの範囲：散乱係数は一定値とすることによって、実用上充分に均一な散乱光強度分
布を得ることができる。

【００５６】本発明者らの実験によると、光源側の端面
（ｐ＝０）から、少なくともｐ＝０．８Ｌまでの範囲で
は、（９）式にしたがう散乱係数の分布にするのがよ
い。しかし、それ以降の範囲では、光源と反対側の端面
の反射による戻り光の影響があるため、（９）式にした
がうよりも、散乱係数を一定値としたり、あるいは減少
させると、散乱光強度をより均一化させることができ
る。

【００５７】上述した同様に、光散乱面における散乱部
分の割合Ｆを、散乱係数の代用として用いる。散乱係数
の満たすべき条件をＦの条件に置き換えると、Ｆの値が
光源側端面ではＦ₀であるとして、ｐ＝０から、少なく
ともｐ＝０．８Ｌまでの範囲において、Ｆ＝Ｆ₀・Ｌ'／（Ｌ'−ｐ）（ただし、Ｌ'はＬ≦Ｌ'≦１．２Ｌである）となる。

【００５８】光散乱面を形成する方法については、透明
体を両端に置く場合と全く同じである。光散乱面におけ
る散乱部分と光を散乱しない部分の混在状態の例を、図
２（ａ），（ｂ）に示す。

【００５９】（第２の問題点の解決手段）つぎに、第２
の問題点である棒状透明体の断面形状の影響の解決手段
について述べる。まず、散乱面の両端面の影響について
述べる。

【００６０】図６に示されるような、透明体外への漏光
を防ぐためには、常にθ≧θc の条件が満たされれば良
い。そのためには、散乱面の両側を斜めの平滑面とすれ
ば良い。例えば、透明体の屈折率を１．５と仮定する
と、臨界角θc ＝４２度となるので、図１０に示すよう
な透明体の断面形状とすれば、漏光を完全に防ぐことが
できる。

【００６１】ところが、図１０の場合は透明体の幅をＷ
ｄとすると、散乱面の幅を０．１Ｗｄしかとることがで
きないため、散乱面の面積が小さくなりすぎて、光源か
らの光を有効に利用することができないという問題点が
生じる。透明体の屈折率を大きくすれば、散乱面の幅を
広げることができるが、屈折率の大きい透明材料は高価
なのでコスト的に不利となる。

【００６２】そこで、漏光を防ぎつつ散乱面の幅を大き
くすることのできる表面形状について以下に説明する。

【００６３】図１１において、点（０，０）から点
（０，１）までが、散乱面の中心から端部までに対応す
るとし、点（０，１）を起点とする曲線がｙ＝ｆ（ｘ）で表わされるものとする。

【００６４】曲線上の点（ｘ，ｙ）における接線の方向
は、ベクトルａ＝（１，ｙ’）であらわされる。ただ
し、ｙ’＝ｄｆ（ｘ）／ｄｘである。原点（０，０）か
ら（ｘ，ｙ）に向かう光線の方向は、ベクトルｂ＝
（ｘ，ｙ）で表わされる。もし、ベクトルａとベクトル
ｂのなす角が（９０度−θc）であれば、光線ベクトル
ｂはこの曲線ｙ＝ｆ（ｘ）上に設けた反射面で全反射さ
れる。

【００６５】上記の全反射条件が満たされるためには、
ベクトルａとベクトルｂの内積をとって、ベクトルａ・ベクトルｂ＝｜ベクトルａ｜・｜ベクトルｂ｜・ｃｏｓ（９０°−θc）（１０）が成り立てばよい。

【００６６】（１０）式にベクトルａ・ベクトルｂ＝ｘ＋ｙｙ’ ｜ベクトルａ｜＝（１ + ｙ'²）^1/2 ｜ベクトルｂ｜＝（ｘ²+ ｙ²）^1/2 ｃｏｓ（９０°−θc）＝ｓ（ｓ＝定数）を代入して整理すると、ｙ'＝｛ｘｙ−ｓ（ｘ²＋ｙ²）（１−ｓ²）^1/2｝／｛ｓ²（ｘ²＋ｙ²）−ｙ²｝（１１）となる。

【００６７】臨界角θc ＝４２度として、（１１）式を
数値計算し、曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を求めたものが図１２で
ある。

【００６８】この場合、透明体の幅をＷｄとすると、散
乱面の幅は０．５３Ｗｄとなり、照明に十分な散乱面の
面積を確保することが可能となった。

【００６９】つぎに、出射面のレンズ化について述べ
る。図７に示すように、透明体から出射した散乱光は、
透明体の出射面の幅より、広がって原稿面を照明する。
この広がりを小さくして、散乱光を原稿面上のより狭い
範囲に集中させるためには、図１３に示すように、透明
体１の光出射面１ｃに凸レンズ状の曲面を形成すること
が可能である。

【００７０】図１３において、透明体の屈折率ｎ，光散
乱面１ａと光出射面１ｃの間隔をＴ₁，光出射面から原
稿面までの距離をＴ，光出射面１ｃは半径ｒなる円弧の
一部とするならば、ｒ＝ｒ₀＝（ｎ−１）／｛（ｎ／Ｔ₁）＋（１／Ｔ₂）｝（１２）の場合に光散乱面の像（近軸光の焦点）を原稿面上につ
くることができる。ｒ＝ｒ₀の場合における、散乱光の
集中を光線追跡して求めたものの一例を図１４に示す。

【００７１】ｒ＝ｒ₀とすると、図１４に示すように、
球面収差の影響で光の集中がやや悪くなるため、実用的
にはｒを大きめにとり、ｒ₀≦ｒ≦１．３ｒ₀ の範囲にすれば、充分な集光効果を発揮することができ
る。

【００７２】透明体の屈折率をｎ＝１．５，光散乱面１
ａと光出射面１ｃの間隔をＴ₁＝８ｍｍ，光出射面から
原稿面までの距離Ｔ₂を４ｍｍとして、ｒ＝ｒ₀＝１．１４３ｍｍｒ＝１．２ｒ₀＝１．３７１ｍｍｒ＝１．３ｒ₀＝１．４８６ｍｍとした場合について、散乱光の光線追跡の様子を図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。

【００７３】以上述べた第１および第２の問題点の解決
方法に加えて、図８における発光部カバー２ｂの表面と
空気層７の界面および空気層７と透明体端面１ｄのそれ
ぞれの界面での反射光をなくすようにすると、さらに光
源の光を効率よく透明体に入射することができる。

【００７４】具体的には、透明体端面部１ｄと光源２と
を一体化することにより、両者の境界に空気層５をつく
らないことで実現することができる。この一体化の方法
としては、透明体端部１ｄと光源２とを接着あるいは融
着したり、また透明体１を合成樹脂で作成する場合に
は、例えば所望の棒状透明体の成形型の片端部もしくは
両端部に光源を配置して、この中に流動性を持つ透明材
料を充填固化して、透明体と光源とを一体化した棒状照
明体を作製すればよい。

【００７５】図１５は、光源２にＬＥＤを用いた例で、
ＬＥＤと透明体端面１ｄを接着した場合を表わす模式図
である。ここで、ＬＥＤの発光部カバー２ｂ、接着材層
６および透明体１の屈折率が同一であれば、全反射をお
こすこともなく、界面での反射ロスも発生しない。した
がって、光源２から出射された光４は、効率良く透明体
内部に入射することができる。

【００７６】ここで、ＬＥＤの発光部カバー２ｂ、接着
剤層６および透明体１の屈折率は、完全に一致すること
が理想的であるが、これを実現することはかなり困難で
ある。しかしながら、この３つの材料の屈折率差が、そ
れぞれ±０．１程度の範囲内にあれば、臨界角の制限と
界面による反射ロスは、図８に示すような空気層５を挟
む場合と比較して、はるかに小さくなり、充分な効果が
得られる。例えば、光線が界面に対して垂直に入射する
場合の反射率を計算した結果を以下に示す。

【００７７】界面の両側の屈折率をｎ₁，ｎ₂として、（ａ）ｎ₁＝１．５，ｎ₂＝１．０（空気）の場合の反射
率は、４．０％（ｂ）ｎ₁＝１．５，ｎ₂＝１．４の場合の反射率は、
０．１２％（ｃ）ｎ₁＝１．５，ｎ₂＝１．６の場合の反射率は、
０．１０％である。

【００７８】ところで、光源を透明体と一体化させる
と、図１５に示すように、透明体の側面で全反射せず
に、直接透明体外に飛び出してしまう光が発生しやすく
なる（以下、直接光と呼ぶ）。この直接光は、光源に近
いところでは原稿面の照度を大きくするため、照度分布
の均一性を悪化させるもとになる。したがって、光源と
透明体を一体化する場合には、光源近くの散乱係数を小
さくして、透明体の両端における直接光の影響を補正し
てやることが望ましい。

【００７９】この一体化を行った場合、請求項１および
２の散乱部分の割合の定義式（１），（２）および
（３）の適用範囲は、それぞれ以下のようにすればよ
い。ただし、いずれの場合においても、Ｆ₀はｐ＝０に
おけるＦの仮想の値である。

【００８０】（１）Ｆ＝Ｆ₀＋ｋ・ｐ（０．１Ｌ≦ｐ＜Ｌ／２）（２）Ｆ＝Ｆ_L/2−ｋ・（ｐ−Ｌ／２）（Ｌ／２≦ｐ≦０．９Ｌ）（３）Ｆ＝Ｆ₀・Ｌ'／（Ｌ'−ｐ）（ただし、ｐ＝０．１Ｌから、少なくともｐ＝０．８Ｌまでの範囲）

【作用】本発明では、その一側面を光散乱面とする棒状
の透明体を用いた照明体装置において、この光散乱面の
散乱係数を透明体の長さ方向の位置に応じて変化させる
こととし、さらに片端光源および両端光源に対して、そ
の散乱係数を定量化した。このことによって、その散乱
光の強度が大きく、しかもその強度の均一性のよい棒状
照明体を得ることができる。

【００８１】また、この光散乱面を挟む部分を全反射を
おこさないような形状とすることにより、散乱した光を
効率的に出射させることができる。さらに、透明体端面
部と光源とを一体化することによって、光源から出射し
た光を効率良く透明体内部に入射することができる。そ
の結果として、原稿面の照度を大きくすることができ
る。

【００８２】

【実施例】

（実施例１）透明体として、断面形状２ｍｍ×６ｍｍ、
長さＬ＝２３０ｍｍの光学ガラス製（屈折率ｎ_d＝１．
５４９１、アッベ数 ν_d＝５０．１）の四角柱を用い
た。透明体の一側面（幅２ｍｍの面）には、光散乱面を
作製した。

【００８３】この光散乱面は、透明体の長さ方向の直角
方向に、例えば白色ラッカー塗料を塗布して散乱部分と
する。この場合、各散乱部分の中心の間隔は、一定であ
るけれども、塗料等を塗布する幅を変化させている。こ
のことによって、散乱面における散乱部分の割合Ｆを変
化させている。なお、塗料の塗布されていない部分は、
光を全反射させる。

【００８４】図１（ｂ）に模式的に示した縦縞パターン
を、白色ラッカー塗料にて作製して散乱面とした。この
図では、塗料を塗布する部分を黒く表示してある。パタ
ーン作製のための具体的数値を表１に記す。

【００８５】

【表１】

【００８６】この散乱面における散乱部分の割合Ｆの値
は、Ｆ₀＝０．２４，Ｆ_L/2＝０．５７（Ｆ_L/2／Ｆ₀＝
２．３８）である。なお、この場合のＦを定義する単位面積は、各
散乱部分によってピッチが異なっているので一定でな
い。

【００８７】この散乱面を持つ透明体の両側端面に接し
て、ＬＥＤチップを各１個ずつ光源として置き（接着は
しない）、棒状照明体から４ｍｍ離れた位置での照度Ｉ
ｌを図１７に示す配置で測定した。

【００８８】ＬＥＤは、スタンレー電気（株）製，型番
ＰＹ１１０１Ｗを用いた。ただし、ＬＥＤの光源カバー
は、平坦に削ってからポリッシュ面とした。発光部と光
源カバー部表面との間隔は、約０．５ｍｍとした。ま
た、ＬＥＤ発光時の電流は、１個につき２０ｍＡとし
た。

【００８９】照度Ｉｌを測定するためのセンサーとして
は、受光部１ｍｍ径の光強度計を使用した。また、散乱
面とその両側の側面については、アルミ箔で覆った。こ
れは、散乱面から外へ出て行こうとする光、および側面
から出射する屈折光を反射させて、透明体内部に戻し
て、照度をより大きくするためである。

【００９０】実施例１による棒状照明体の照度Ｉｌの分
布を図１８に示す。照明体の両端部を除いた照度Ｉｌの
最大値をｍａｘ，最小値をｍｉｎとして、照度Ｉｌのば
らつきを｛（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）｝×１００
（％）と定義すると、ばらつきは１１．８％である。照度Ｉｌ
のばらつきがこのくらい小さければ、走査装置の照明と
して充分に使用することができる。

【００９１】この実施例１は、透明体端面と光源を一体
化せず、かつＦ_L/2／Ｆ₀の値を理想値（２．３７）とほ
ぼ一致させたため、ほぼ均一な照度分布を得ることがで
きた例である。

【００９２】（実施例２）透明体として、断面形状１．
５ｍｍ×８ｍｍ、長さＬ＝２３０ｍｍのアクリル製（屈
折率ｎ_D＝１．４８９９）の四角柱を用いた。透明体の
一側面（幅１．５ｍｍの面）には、表２に記す縦縞パタ
ーンを白色アクリル塗料にて作成して散乱面とした。

【００９３】

【表２】

【００９４】この散乱面における散乱部分の割合Ｆの値
は、Ｆ₀＝０．０８，Ｆ_L/2＝０．６０（Ｆ_L/2／Ｆ₀＝
７．５０）である。なお、この場合のＦを定義する単位面積は、６
ｍｍ²である。

【００９５】透明体の両端には、ＬＥＤ（シチズン電子
（株）製，型番ＣＬ−１９０ＹＧ）を各４個、計８個並
べ、それぞれに２０ｍＡの電流を流して発光させて光源
とした。ＬＥＤのピーク波長は５７０ｎｍである。

【００９６】ＬＥＤと透明体端面は、透明なエポキシ樹
脂系接着材（例えば、昭和高分子（株）性，アラルダイ
ト（登録商標）ラピッド）（屈折率ｎ_D＝１．５７）を
用いて接着した。また、散乱面とその両側の側面につい
ては、同様にアルミ箔で覆った。

【００９７】棒状照明体から４ｍｍ離れた位置での照度
Ｉｌを、図１７に示す配置で測定したときの照度Ｉｌの
分布を図１９に示す。図１９には、ＬＥＤと透明体端面
を接着しない場合の照度Ｉｌの分布も併記してある。図
１９より、ＬＥＤと透明体端面を接着することにより、
照度レベルが約１０（ｌｘ）以上も大きくなることがわ
かった。

【００９８】実施例２では、透明体端面と光源とを接着
により一体化したので、Ｆ_L/2／Ｆ₀の値を７．５０と理
想値（２．３７）より大きくすることにより、直接光に
よる棒状照明体両端部の照度の上がりすぎを減らしてあ
る。

【００９９】（実施例３）透明体として、長さＬ＝２３
０ｍｍの光学ガラス製（屈折率ｎ_d＝１．５４９１、ア
ッベ数 ν_d＝５０．１）の棒を用いた。透明体の断面
は、図２３に示すように１．５ｍｍ×８ｍｍの長方形の
一部分を曲線となした形状とした。曲線部の形状は図１
２に示すものと相似である。

【０１００】この散乱面には、表３に具体的数値を記す
縦縞パターンを白色アクリル塗料にて作成して散乱面と
した。

【０１０１】

【表３】

【０１０２】散乱面における散乱部分の割合Ｆの値は、Ｆ₀＝１．００，Ｆ_L/2＝０．１５（Ｆ_L/2／Ｆ₀＝
６．６７）である。なお、この場合のＦを定義する単位面積は、６
ｍｍ²である。

【０１０３】透明体の両端には、ＬＥＤ（スタンレー電
気（株）製，型番ＰＹ１１０１Ｗ）を各１個用い、発光
時の電流は１個につき２０ｍＡとした。ただし、ＬＥＤ
の光源カバーは平坦に削ってからポリッシュ面とした。
発光部と光源カバー部表面との間隔は約０．５ｍｍとし
た。ＬＥＤのピーク波長は５７０ｎｍであり、ＬＥＤ発
光時の電流は１個につき２０ｍＡとした。

【０１０４】ＬＥＤと透明体端面は、透明なエポキシ樹
脂系接着材（例えば、昭和高分子（株）性，アラルダイ
ト（登録商標）ラピッド）を用いて接着した。また、散
乱面とその両側の側面については、同様にアルミ箔で覆
った。

【０１０５】棒状照明体から４ｍｍ離れた位置での照度
Ｉｌを、図１７に示す配置で測定したときの照度Ｉｌの
分布を図２１に示す。

【０１０６】この実施例３の比較例として、断面形状
１．５ｍｍ×８ｍｍ、長さＬ＝２３０ｍｍで、散乱面を
挟む面に曲面を持たない光学ガラス製（屈折率ｎ_d＝
１．５４９１、アッベ数 ν_d＝５０．１）の四角柱を用
いた場合の、照度Ｉｌの分布を図２１に併記する。比較
例の散乱面パターンは、表３に記したものと同じであ
る。そのほかの測定条件は、すべて実施例３と同じとし
た。

【０１０７】実施例３の照度レベルは、上記比較例より
も１０〜２０％大きく、漏光防止の効果が認められた。

【０１０８】（実施例４）透明体として、断面形状１．
５ｍｍ×８ｍｍ、長さＬ＝２３０ｍｍの光学ガラス製
（屈折率ｎ_d＝１．５４９１、アッベ数 ν_d＝５０．
１）の四角柱を用いた。

【０１０９】透明体の一側面（幅１．５ｍｍの面）に
は、図２（ｂ）に模式的に示される縦縞パターンを白色
アクリル塗料にて作成して散乱面とした。パターンの具
体的数値を表４に記す。

【０１１０】

【表４】

【０１１１】表４のパターンは、光源側端面を原点とす
る長さ方向の位置をｐ、散乱面における散乱部分の割合
をＦとして、以下の数式に基づくものである。

【０１１２】０≦ｐ≦０．８７Ｌの範囲でＦ＝Ｆ₀・Ｌ'／（Ｌ'−ｐ）Ｌ'＝２４０ｍｍＦ₀＝０．１００．８７Ｌ＜ｐ≦Ｌの範囲でＦ＝０．６０また、上記のＬ'の値は、１．０４３Ｌに相当する。な
お、この場合のＦを定義する単位面積は、６ｍｍ²であ
る。

【０１１３】透明体の片端には、ＬＥＤ（シチズン電子
（株）製，型番ＣＬ−１９０ＹＧ）を４個並べ、それぞ
れに２０ｍＡの電流を流して発光させて光源とした。Ｌ
ＥＤのピーク波長は５７０ｎｍである。

【０１１４】ＬＥＤと透明体端面は、透明なエポキシ樹
脂系接着材（例えば、昭和高分子（株）性，アラルダイ
ト（登録商標）ラピッド）を用いて接着した。また、散
乱面とその両側の側面については、同様にアルミ箔で覆
った。

【０１１５】棒状照明体から４ｍｍ離れた位置での照度
Ｉｌを、図１７に示す配置で測定したときの照度Ｉｌの
分布を図２２に示す。実用上、充分に均一な散乱光強度
分布を得ることができる。

【０１１６】

【発明の効果】本発明の棒状照明体を用いれば、従来の
ＬＥＤアレイに比べて小数の光源によって線状の範囲を
均一に明るく照明することができる。また、光源から出
射された光を有効に照明に利用することができる。

【０１１７】その結果として、少ない消費電力で比較的
明るい棒状照明体を得ることができる。さらに、棒状照
明体が光源と一体物として製作されているので、走査装
置の組立時の工数低減にも役立つ。

【０１１８】また、特に透明体端部を平滑化する必要が
ないので、その端部は切断面のままでもよく、これも低
コストにつながる。

【０１１９】したがって、走査装置の低コスト化に大き
く貢献するものである。また、小型化にも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の透明体散乱面のパターンを表わす模
式図。

【図２】請求項２の透明体散乱面のパターンを表わす模
式図。

【図３】棒状照明体の原理を表わす説明図。

【図４】棒状照明体における散乱光強度を説明する図。

【図５】棒状照明体の散乱光強度分布の計算結果を表わ
す図。

【図６】透明体の散乱面で散乱された光が漏光となるこ
とを説明する図。

【図７】透明体の散乱面で散乱された光の広がりを表わ
す図。

【図８】光源と透明体端面の間に空気層が存在する場合
を模式的に示した説明図。

【図９】散乱係数の長さ方向における変化を表わす図。

【図１０】散乱面の両側を斜めの平滑面とした透明体の
断面図。

【図１１】散乱光を全反射させるための条件を説明する
図。

【図１２】散乱面の両側を曲面した透明体の断面図。

【図１３】透明体の光出射面を凸レンズ状とした場合を
表わす図。

【図１４】透明体の光出射面を凸レンズ状とした場合の
光線集中を表わす図。

【図１５】透明体端面と光源とを一体化した状態の説明
図。

【図１６】表１，２，３，４におけるＤとＷを説明する
図。

【図１７】本発明の実施例における照度Ｉｌの分布の測
定方法を説明する図。

【図１８から２１】本発明の実施例１から５における、
それぞれの照度Ｉｌの分布の測定値を表わす図。

【図２２】本発明の実施例３における透明体の断面形状
を表わす図。

【符号の説明】

１棒状透明体１ａ棒状透明体の光散乱面１ｂ棒状透明体の光散乱面を挟む面１ｃ棒状照明体の光出射面１ｄ棒状照明体の端面１ｅ棒状照明体の光散乱面の散乱部分１ｆ棒状照明体の光散乱面の光を散乱しない部分２光源２ａ光源の発光部２ｂ光源発光部カバー３原稿面４光線５空気層６接着剤層７光強度計のセンサー８アルミ箔Ｉ散乱光強度Ｉｌ照度Ｄ各散乱部分の中心までの距離Ｗ各散乱部分の幅Ｗｄ透明体の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｈ０４Ｎ 1/04 １０１ 7251−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状の透明体において、その表面のうち
一側面を光散乱面（１ａ）とし、その光散乱面（１ａ）
に対向する面を光出射面（１ｃ）とし、残りの側面を光
反射面として、かつ透明体の両方の端面（１ｄ）にそれ
ぞれ光源（２）を配置することにより上記光散乱面を発
光面となす照明体において、以下の条件をすべて満たす
ことを特徴とする棒状照明体。（イ）光散乱面（１ａ）は散乱部分（１ｅ）と光を散乱
しない部分（１ｆ）が混在しており、上記光散乱面の散
乱部分の割合は、透明体の長さ方向の位置に対して変化
する。（ロ）上記散乱部分の割合は、透明体の長さ方向の中心
に対して対称である。（ハ）上記光散乱面における散乱部分の割合をＦとおい
て、その変化は、透明体の長さをＬ、片側端面を原点と
する長さ方向の位置をｐとして、以下の式で表わされ
る。（１）Ｆ＝Ｆ₀＋ｋ・ｐ（０≦ｐ＜Ｌ／２の範囲）（２）Ｆ＝Ｆ_L/2−ｋ・（ｐ−Ｌ／２）（Ｌ／２≦ｐ≦Ｌの範囲）ただし、Ｆ₀：透明体両端におけるＦの値、Ｆ_L/2：透明
体中心（ｐ＝Ｌ／２）におけるＦの値、ｋ：ｋ＝２・
（Ｆ_L/2−Ｆ₀）／Ｌ（ニ）Ｆ_L/2／Ｆ₀の値の範囲は、２≦Ｆ_L/2／Ｆ₀≦８である。
【請求項２】棒状の透明体において、その表面のうち
一側面を光散乱面（１ａ）とし、その光散乱面（１ａ）
に対向する面を光出射面（１ｃ）とし、残りの側面を光
反射面として、かつ透明体の両方の端面（１ｄ）にそれ
ぞれ光源（２）を配置することにより上記光散乱面を発
光面となす照明体において、以下の条件をすべて満たす
ことを特徴とする棒状照明体。（イ）光散乱面（１ａ）は散乱部分（１ｅ）と光を散乱
しない部分（１ｆ）が混在しており、上記光散乱面の散
乱部分の割合は、透明体の長さ方向の位置に対して変化
する。（ロ）上記散乱面における散乱部分の割合をＦとおい
て、その変化は、透明体の長さをＬ、透明体の光源側端
面を原点とする長さ方向の位置をｐとして、以下の式で
表わされる。ｐ＝０から、少なくともｐ＝０．８Ｌまで
の範囲において、（３）Ｆ＝Ｆ₀・Ｌ'／（Ｌ'−ｐ）ただし、Ｌ'はＬ≦Ｌ'≦１．２Ｌであり、ｐ＝０の位置
における散乱部分の割合Ｆの値をＦ₀とする。
【請求項３】以下の条件のうち、少なくとも１つの条
件を満たすことを特徴とする棒状照明体。（イ）透明体（１）側面のうち透明体散乱面（１ａ）を
挟む部分（１ｇ）が曲面形状をなし、散乱面で散乱され
る光が全反射されるようにしたこと。（ロ）透明体（１）の光出射面（１ｃ）が凸レンズ形状
をなし、その半径ｒは、ｒ₀≦ｒ≦１．３ｒ₀ の範囲であり、かつ前記出射面（１ｃ）からの光を、照
明される面（３）上に集光されるようにしたこと。ただ
し、透明体の屈折率ｎ，光散乱面（１ａ）と光出射面
（１ｃ）の間隔をＴ₁，光出射面から原稿面までの距離
をＴ₂としたとき、ｒ₀＝（ｎ−１）／｛（ｎ／Ｔ₁）＋（１／Ｔ₂）｝である。
【請求項４】請求項１および請求項２において、透明
体端面部（１ｄ）と光源（２）とを一体化することによ
り両者の境界に空気層をつくらないことを特徴とする棒
状照明体。