JPH0714414A - 棒状照明体 - Google Patents
棒状照明体Info
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- JPH0714414A JPH0714414A JP5142427A JP14242793A JPH0714414A JP H0714414 A JPH0714414 A JP H0714414A JP 5142427 A JP5142427 A JP 5142427A JP 14242793 A JP14242793 A JP 14242793A JP H0714414 A JPH0714414 A JP H0714414A
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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=FL/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、FL/2:透明
体中心(p=L/2)におけるFの値、k:k=2・
(FL/2−F0)/L (ニ)FL/2/F0の値の範囲は、 2≦FL/2/F0≦8 である。
体中心(p=L/2)におけるFの値、k:k=2・
(FL/2−F0)/L (ニ)FL/2/F0の値の範囲は、 2≦FL/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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=FL/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FL/2とし、定数k=2・(FL/2
−F0)/Lである。
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=FL/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FL/2とし、定数k=2・(FL/2
−F0)/Lである。
【0046】FL/2/F0の値は(8−a,b)式の場
合、 FL/2/F0=3.98/1.68=2.37 となる。これが、理想的な場合のFL/2/F0の値であ
る。
合、 FL/2/F0=3.98/1.68=2.37 となる。これが、理想的な場合のFL/2/F0の値であ
る。
【0047】FL/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)。
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、FL/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。
合には、FL/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、FL/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。
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≦FL/2/F0≦8 である。
布を得るために望ましい範囲は、 2≦FL/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。
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。
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。
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'=L L'=1.1L L'=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。
方向の変化を L'=L L'=1.1L L'=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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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=1.143mm r=1.2r0=1.371mm r=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。
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=1.143mm r=1.2r0=1.371mm r=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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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=FL/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。
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。
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 nd=1.
5491、アッベ数 νd=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。
長さL=230mmの光学ガラス製(屈折率 nd=1.
5491、アッベ数 νd=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。
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。
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, FL/2=0.57 (FL/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。
は、 F0=0.24, FL/2=0.57 (FL/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。
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。
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。
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。
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FL/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。
化せず、かつFL/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nD =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。
5mm×8mm、長さL=230mmのアクリル製(屈
折率nD =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, FL/2=0.60 (FL/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。
は、 F0=0.08, FL/2=0.60 (FL/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。
(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nD =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。
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nD =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。
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、FL/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。
により一体化したので、FL/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 nd=1.5491、ア
ッベ数 νd=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。
0mmの光学ガラス製(屈折率 nd=1.5491、ア
ッベ数 νd=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。
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, FL/2=0.15 (FL/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。
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。
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。
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。
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 nd=
1.5491、アッベ数 νd=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。
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 nd=
1.5491、アッベ数 νd=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。
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 nd=1.5491、アッベ数 νd=50.
1)の四角柱を用いた。
5mm×8mm、長さL=230mmの光学ガラス製
(屈折率 nd=1.5491、アッベ数 νd=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。
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。
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'=240mm F0=0.10 0.87L<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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
く貢献するものである。また、小型化にも有利である。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【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。
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。
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。
【図16】表1,2,3,4におけるDとWを説明する
図。
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。
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。
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。
を表わす図。
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 (4)
- 【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=FL/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、FL/2:透明
体中心(p=L/2)におけるFの値、k:k=2・
(FL/2−F0)/L (ニ)FL/2/F0の値の範囲は、 2≦FL/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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5142427A JPH0714414A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 棒状照明体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5142427A JPH0714414A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 棒状照明体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0714414A true JPH0714414A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15315076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5142427A Pending JPH0714414A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 棒状照明体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0714414A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0760577A2 (en) † | 1995-08-24 | 1997-03-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Linear illumination device |
JPH0961633A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 線状照明装置 |
US6017130A (en) * | 1996-08-30 | 2000-01-25 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Line illumination device |
JP2001283622A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 照明装置及び反射型液晶表示装置 |
US6357903B1 (en) | 1999-04-16 | 2002-03-19 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Line type illuminator |
US7316353B2 (en) | 2004-01-08 | 2008-01-08 | Nippon Sheet Glass, Co., Ltd. | Line-illuminating device and image-scanning device |
JP2009176588A (ja) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Colcoat Kk | ライン照明装置 |
JP2011109517A (ja) * | 2009-11-19 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | イメージセンサ |
JP2015111541A (ja) * | 2013-11-08 | 2015-06-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 照明装置 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5142427A patent/JPH0714414A/ja active Pending
Cited By (10)
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JP2015111541A (ja) * | 2013-11-08 | 2015-06-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 照明装置 |
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