JPH0754399B2 - 透明ロッド光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原画を線順次に走査する複写機やフアクシミ
リ等の画像走査装置に適用する線状光源装置に関し、特
に、側縁の一部に、長さ方向に線状の乱反射層を形成し
た。透明な円柱ロッドの端面から光線を入射させて、円
柱ロッドの内部を他端部へ導光し、乱反射層により光線
を円柱ロッドの外部へ散乱させることにより、円柱ロツ
ドの全長にわたって、ほぼ均一な光量分布を有する扁平
な照射光を放射する透明ロッド光源装置に関する。

〔従来の技術〕

透明材料の円柱ロッドの側縁に線状の乱反射層を形成
し、該円柱ロッドの端面から光線を入射させるようにし
た光源装置は、たとえば本出願人による実願昭61−1378
00号（考案の名称「画像走査装置」）に開示されてい
る。

第５図は、該先願考案の要点を示す概略図で、石英等の
の透明材料を用いた円柱状のロッド（１）の側縁に、所
要幅の乱反射層（２）を直線状に形成し、ロッド（１）
の一方の端面に対向して、凹面反射鏡（４）を付設した
ランプ（３）を配置し、ランプ（３）が放射する光束を
反射鏡（４）によりロッド（１）の端面に向けて反射
し、ロッド（１）内に入射させる。

ロッド（１）の他方の端面には、平面鏡（５）を端面に
密着させて装着し、ロッド（１）の末端まで到達した光
束を、ロッド（１）の内部に反射させる。

ロッド（１）に入射し光束は、第５図示のように外周面
で全反射を繰り返して、末端まで導かれ、平面鏡（５）
により再びロッド（１）の内部に反射される。

この際、乱反射層（２）以外の部位に到達した光束は、
ロッド（１）の滑らかな内周面で全反射をするが、乱反
射層（２）が形成されている直線状領域に到達した光束
は、乱反射をする。

この乱反射をした光束の中、ロッド（１）の周面に対し
て臨界角以下の角度で入射する光束は、周面で屈折して
外方へ向かって放射されるため、ロッド（１）からは、
乱反射層（２）の逆側に向かって、指向性を持った光束
が放射される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の透明円柱ロッドを使用した光源は、複写機やフア
クシミリあるいは製版用スキャナ等の線順次走査装置に
適用した場合、発熱が少ないこと、照射光量の分布がロ
ッドの全長にわたってほぼ均一であること、ランプの交
換等の保守作業が容易であること等、優れた利点を備え
るものではあるが、放射される光束が分散するために、
照射効率が低い問題がある。

すなわち、第６図に断面として示すように、円柱ロッド
（１）に形成した乱反射層（２）で乱反射した光束は、
ロッド（１）の周面で屈折して指向性を持った光束とし
てロッド（１）の外部に放射するが、平行光束あるいは
集光光束とはならず、拡散しているため、線順次走査に
適用した場合、照明領域が比較的広幅となる。一方、フ
アクシミリ、製版用スキャナ等の線順次走査装置に必要
とされる照射幅は100μｍ程度であり、円柱ロッドによ
る線状光源装置は、この目的には集束度の面で不充分で
ある。

これを改善するために、第６図に示すように円柱ロッド
（１）の後段に集光用のシリンドリカルレンズ（６）を
配置して、拡散光束を集束することが考えられる。しか
し、円柱ロッドから放射される光束は、一点から発散し
た状態ではなく、点線で示すように光軸との交点の位置
が各光路ごとに異なっている。したがって、シリンドリ
カルレンズ（６）によっては、光束を一点に収斂させる
ことができず、集束度は依然として満足できない状態で
あり、充分な照射光量を得るためには、ランプ（３）に
供給する電力を増加させる手段しかなく、消費電力の増
加や、ランプの寿命低下を招いていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ロッド光源装置における乱反射層等の線状発
光部の位置が、周面の一部が円弧を形成したロッドの円
弧の中心線から、距離r/n（ただし、ｒはロッドの半
径、ｎは屈折率）の位置となるように設定するものであ
る。

〔作 用〕

乱反射層を、一部に形成した円弧の中心からr/nの位置
に設定した場合、ロッドの外周面で屈折して放射される
光束は、一点から発散する状態となり、これを円柱ロッ
ドの後段に配置したシリンドリカルレンズあるいはリニ
アフレネルレンズによって集光することにより、全光束
を一点に収斂させることができる。したがって、照射光
を所望の細幅の線状領域に効率よく集光させることがで
きる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の１実施例の透明ロッド（以下、「ロ
ッド」という）の断面図である。

ロッド（10）は、屈折率がｎである透明材料で形成し
た、半径ｒの円柱の一部を平面状に切除し、その平面の
中心線上に、軸線方向に細幅の乱反射層を設けたもの
で、乱反射層の位置（Ａ）を、中心（Ｏ）からr/nの距
離に設定してある。

このように構成した場合、ロッド（10）の端面から入射
し、（Ａ）点で乱反射してロッド（10）の周面で屈折し
て、外部へ放射される光線は、点線で示すように、直線
（Ｏ−Ａ）の延長上の一点（Ｂ）から拡散する状態とな
る。以下、この理由を説明する。

第3a図は、屈折率ｎ、半径ｒである円柱ロッド（12）の
断面図である。

ロッド（10）と中心（Ｏ）を原点とするＸ−Ｙ座標軸を
設定し、Ｘ軸上の点（Ａ）〔座標値（a,0）〕から出射
して、周面の点（Ｐ）で屈折して（Ｑ）方向に放射する
光路を想定し、点線で示す（Ｐ−Ｑ）の延長線とＸ軸と
の交点を（Ｂ）とし、∠APO＝α、∠BPO＝β、∠PAO＝
θとすると、ロッド（12）の屈折率がｎであるため、 n sin α＝sin β また、直線BPは、次の式で現わされる。

Ｙ＝tan（α＋θ−β）｛Ｘ−r cos（α＋β）｝ ＋r sin（α＋θ） ・・・（１） ここで、 である。

直線BPがＸ軸と交わる点（Ｂ）の座標値は、〔0,b〕で
あり、（ｂ）の値は、（１）式において、Ｙ＝０の場合
のＸ（＝ｂ）の値として求めることができる。

（２）式の両辺を（ｒ）で割り、整理すれば、 （３）式において、 とすると、 であるとき、直線（BP）がＸ軸と交わる点（Ｂ）の原点
（Ｏ）からの座標は「−nr」となり、これは光線とＸ軸
との角度（θ）を含まないので、点（Ｂ）の位置は常に
一定である。すなわち、点（Ａ）から射出され、ロッド
（12）の周面で屈折して放射される光線の光路は、すべ
て点（Ｂ）に収斂する。

したがって第１図示のように、ロッド（10）を、中心
（Ｏ）から「r/n」の距離にある点（Ａ）を含むＹ軸に
平行な面でカットし、点（Ａ）を通る軸線方向に細幅の
乱反射層を形成して、ロッド（10）の端面から光を入射
させると、乱反射層で散乱した光線は、すべて点（Ｂ）
から放射される光路をとる。そこで第２図示のように、
ロッド（10）の後段にシリンドリカルレンズ（11）（あ
るいはリニアフレネルレンズでもよい）を配置して集光
することにより、すべての光線が光軸上の点（Ｃ）に収
斂し、従来手段よりも細幅の領域に集光することができ
る。

ここで、透明ロッド光源の照度分布について説明する。
第3b図において、Ｘ軸上の点（Ｃ）を通り、Ｘ軸に垂直
な面（図では線状）における照度について考える。

上述説明により、 n sin α＝sin β ……（５） ｂ＝−nr ……（６） γ＋β＝α＋θ ……（８） ｈ＝（ｃ−ｂ）tan γ ……（９） が成立している。

（10）式に（７）式を代入して、解くと θ＝β ……（11） （８）式に（11）式を代入して、解くと γ＝α ……（12） （５）式に（11）式を代入すると、 （９）式に（12）式を代入して、 ｈ＝（ｃ−ｂ）tan α これに（13）式を代入すると、 一様な拡散光源が座標（a,0）にある場合、光源から放
射される光エネルギーは、角度（θ）に比例する。照度
を求める点〔座標値（c,h）〕で、Ｙ軸方向の微小区間
（Δｈ）を考え、区間（Δｈ）の範囲では照度が等しい
ものとみなす。

照度は、単位面積に入射する光エネルギーに比例するも
のとすれば、照度は（Δθ／Δｈ）に比例する。（ただ
し、ΔθはΔｈに対応する角度θの増分である。） であるので、座標（c,h）の点における照度は、ｄθ/dh
となる。

そこで（14）式は、 と変形できる。

照度分布の値は、上記の点とＸ軸上の点〔座標値（c,
0）〕との比になるので、照度の比（Ｉ）は、 となる。

次表に、（16）式により求めた照度分布を示す。

θ≦50゜の範囲で、96％以上の照度分布が得られてお
り、面光源として、きわめて優れた特性を備えている。

すなわち、円柱状ロッドを構成する透明材料の屈折率ｎ
が である場合には、θ＝０゜の光軸上で照度が最小とな
り、周辺ほど明るくなるような照度分布とすることがで
きる。

なお、上述実施例では、円柱状ロッドを中心線からr/n
の距離の平面でカットし、その中心に線状の乱反射層を
形成しているが、ロッドの断面形は、その他の形状でも
よい。

たとえば第４図（Ａ）に示すように、Ｙ軸より右半部を
半径ｒの半円とし、左半部はその半円部の両端と、中心
（Ｏ）からr/nの距離にある点（Ａ）とを直線で結んだ
二等辺三角形に形成し、（Ａ）点に乱反射層を設けたも
のでもよい。また、同図（Ｂ）に示すように、半円部の
両端と（Ａ）点とを、適宜のふくらみを持つ曲線で結ん
でもよい。

なお、第４図（Ａ）あるいは（Ｂ）に示すような断面形
のロッドを、一体の透明材料で形成することが、加工
上、困難である場合には、右半部の半円部と、左半部の
三角形部あるいはかまぼこ状部とを別個のものとして製
作し、カナダバルサム等を用いて貼り付けるようにして
もよい。

また、上述各実施例における線状発光部、は、いずれも
点（Ａ）の位置に、軸線方向に線状乱反射層を形成し、
ロッドの端面から入射する光線を拡散するようにしてい
るが、必ずしもこの手法に限るものではなく、たとえば
細幅の線状LEDを軸線に沿って配設してもよい。

〔発明の効果〕

（１）透明ロッド光源から放射される光線を、シリンド
リカルレンズないしリニアフレネルレンズにより、線状
に収斂させることができるため、細幅の領域に全光束を
集中して照射することができる。

（２）照射効率が向上するため、低出力の光源ランプに
よって充分な照度を得ることができ、コストダウン、省
エネルギーに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光源用透明ロッドの１実施例を示す断
面図、第２図は第１図示のロッドを適用した光学系の光
路を示す図、第３図は本発明の理論を説明する図、第４
図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ透明ロッドの１実施例を
示す断面図、第５図は従来の透明ロッド光源装置を示す
概要図、第６図は従来装置における光路を示す図であ
る。 （１）……透明ロッド、（２）……発光部（乱反射
層）、 （３）……ランプ、（４）……凹面鏡、 （５）……平面鏡、（６）……シリンドリカルレンズ、 （10）……透明ロッド、 （11）……シリンドリカルレンズ、 （12）……円柱状透明ロッド、 （Ｏ）……中心軸、 （Ａ）……発光部位置、 （Ｂ）……光束擬似発散位置、 （Ｃ）……光束収斂位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周面の断面形状の一部を円弧状に形成し、
   該円弧状部の反対側の周面に、軸線方向に伸びる所要幅
   の乱反射層を設け、前記円弧の中心と前記乱反射層との
   距離をr/n（ただし、ｒは前記円弧の半径、ｎは透明材
   料の屈折率）とした透明ロッドと、該透明ロッドの両端
   面の少なくとも一方から光を入射させる光源とから、構
   成した透明ロッド光源装置。