JPH0782127B2 - 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、原画を線順次に操作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源を入射させて、円
柱ロッドの内部を他端側へ導光し、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、円柱ロッ
ドの全長にわたって、ほぼ均一な光量分布を有する照射
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８図は、該先願考案の要点を示す概略図で、石英等の
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）に入射した光束は、第８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、フア
クシミリ、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、透明ロッドの長さ方向につ
いての照射光量の分布が、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、照射効率が低い問題がある。

すなわち、第９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）の周面で屈折して外部に放射されるが、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、フアクシミリ等の線順次走査に必要とさ
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９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。

また、被照射領域が線状ではなく、ロッドの軸線に直交
する方向に幅を持ち、かつ、ロッドと被照射面との距離
が変化しても、一定の照度を維持したい場合には、ロッ
ドから放射される光束を平行光束とすればよいが、従来
の円柱ロッドによっては平行光束を得ることが困難であ
るため、この目的には不適当であつた。

また、被照射領域が幅を持つ場合、従来の円柱ロッドか
ら放射される光束の照度は、中心部が大きく、両端部へ
向けて漸減し、均一には分布しておらず、ある大きさの
領域を均一に照明したい場合にも、不適当であった。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）に記載した発明は、透明な材料で構成され
る円柱ロッドと、円柱ロッドの端面から円柱ロッド内に
光を入射させる光源と、円柱ロッドの周面に軸線方向に
線状に形成され入射光を乱反射させる乱反射層とを備
え、乱反射光で画像走査装置の被照射面を照射する透明
ロッド光源装置において、 円柱ロッドから出射する乱反射光が被照射面上で同一線
上に集束するように、乱反射層の反対側の円柱ロッドの
周面に、軸線方向に垂直な方向の断面が鋸刃状の溝を多
数刻設したことを特徴とする。

請求項（２）に記載した発明は、透明な材料で構成され
る円柱ロッドと、円柱ロッドの端面から円柱ロッド内に
光を入射させる光源と、円柱ロッドの周面に軸線方向に
線状に形成され入射光を乱反射させる乱反射層とを備
え、乱反射光で画像走査装置の被照射面を照射する透明
ロッド光源装置において、 円柱ロッドから出射する乱反射光が互いに平行になるよ
うに、乱反射層の反対側の円柱ロッドの周面に、軸線方
向に垂直な方向の断面が鋸刃状の溝を多数刻設したこと
を特徴とする。

請求項（３）に記載した発明は、透明な材料で構成され
る円柱ロッドと、円柱ロッドの端面から円柱ロッド内に
光を入射させる光源と、円柱ロッドの周面に軸線方向に
線状に形成され入射光を乱反射させる乱反射層とを備
え、乱反射光で画像走査装置の被照射面を照射する透明
ロッド光源装置において、 円柱ロッドから出射する乱反射光が被照射面上に一様な
照度分布で照射されるように、乱反射層の反対側の円柱
ロッドの周面に、軸線方向に垂直な方向の断面が鋸刃状
の溝を多数刻設したことを特徴とする。

〔作 用〕

乱反射層から放射される光束が、各鋸刃状溝の面で屈折
する場合、屈折後の方向は、ロッドを構成する透明材料
の屈折率と入射角によって定まり、かつ、各鋸刃状溝の
位置に応じてそれらの溝の面の角度を選定することによ
り、それぞれの面に対する光束の入射角を設定すること
ができ、それにより、屈折後の光束を所望方向に指向さ
せることができる。そこで、各鋸刃状溝の面の角度を、
それぞれの溝の位置に応じて所要に設定することによ
り、透明ロッドから出射される乱反射光を、請求項
（１）に記載のように、被照射面上で同一線上に集束さ
せたり、請求項（２）に記載のように、互いに平行に出
射させたり、あるいは、請求項（３）に記載のように、
被照射面上における照度分布が一様になるように出射さ
せたりすることができ、所望の状態で被照射面を照射す
ることができる。

〔実施例〕

第１図から第４図は、それぞれ本発明の各実施例である
透明ロッド光源装置の概略断面図を示す。第１図は放射
光束を同一位置に線状に集束させる場合を、第２図は平
行光束として射出する場合を、第３図及び第４図はそれ
ぞれ被照射面を均一な照度分布で照射する場合を示す。

まず、第１図の線状に集束させる場合について、第５図
により説明する。

第５図は、屈折率が（ｎ）である透明材料で形成した半
径（Ｒ）の円柱状ロッド（10）の断面図で、ロッド（1
0）の中心（Ｏ）を原点とするＸ−Ｙ座標軸を想定し、
Ｘ軸上の周面上の（Ｅ）点には乱反射層を形成して、ロ
ッドの端面から入射した光線を散乱させる。

（Ｅ）点に対向する側のロッド（10）の周面には、多数
の鋸刃状溝を並列させて長さ方向に刻設するが、第５図
では理解のために、１個の溝（11）のみを示してある。

ここで Ａ点:C点におけるCD面の法線とＸ軸との交点で、座標値
（a,0）とする Ｂ点：屈折した光束とＸ軸との交点で、座標値（b,0）
とする Ｃ点：光束の屈折点 CD:溝（11）の面 θ:E点から射出される光束とＸ軸との角度 α:CD面の光束入射角 β： 〃 光束出射角 γ：直線CAのＸ軸との角度 n:ロッドの屈折率 とすると、以下の関係が成立する。

n sinα＝sinβ ……（１） γ＝α＋θ∴α＝γ−θ ……（２） sinβ＝sin（β−γ＋γ） ＝sin（β−γ）cosγ＋cos（β−γ）sinγ……
（３） また、ΔOCBにおいて （４）式により、（Ｅ）点からの光束放射角度（θ）、
ロッド（10）の屈折率（ｎ）、ロツドの半径（Ｒ）、光
束を集束させる位置までの距離（ｂ）の各パラメータに
基づいて、各鋸刃状溝（11）の面の角度（γ）を定めて
透明ロッド（10）を形成すれば、第１図示のように、
（Ｅ）点から放射される光束がすべてＸ軸上の（Ｂ）点
に集束され、線状領域を照明するロッド光源装置とな
る。なお、第１図示の実施例は、透明ロッド（10）がｎ
＝1.5,b/R＝４で、（Ｅ）点からの光束放射角度（θ）
の増分が５゜である場合を示したものである。（θ）の
増分は、必要に応じていかようにも小さく設定すること
ができる。

次に第２図は、各鋸刃状溝の面で屈折した光束を、Ｘ軸
方向の平行光束として放射する場合で、前記 の式において、ｂ＝∞、したがってＫ＝０の場合に相当
する。

により各鋸刃状溝の面の角度を定めて、透明ロッド（1
0）を形成すれば、（Ｅ）点から放射される光束は、第
２図示のようにＸ軸方向の平行光束となる。なお、第２
図示実施例も、ｎ＝1.5の透明ロッドで、放射光束の角
度の増分が５゜である場合を示したものである。この場
合も、角度の増分は、いかようにも小さく設定すること
ができる。

次に、第３図及び第４図示実施例は、透明ロッドから所
定距離の位置に配置した被照射面を、均一な照度分布で
照明するものであり、第６図により説明する。

第６図は、前述の第５図と同様に屈折率が（ｎ）である
透明材料で形成した半径（Ｒ）の円柱状ロッド（12）の
断面図で、ロッド（12）の中心（Ｏ）を原点とするＸ−
Ｙ座標軸を想定し、Ｘ軸上の周面上の（Ｅ）点に形成し
た乱反射層により、ロッドの端面から入射した光線を散
乱させる。

（Ｅ）点に対向する側のロッド（12）の周面には、多数
の鋸刃状溝を並列させて長さ方向に刻設するが、第５図
と同様にその中の１個の溝（13）のみを示してあり、
（Ｅ）点から射出した光束は、（Ｃ）点で屈折して、被
照射面（14）上の（Ｇ）点に投射される。

ここで、 Ａ点:C点におけるCD面の法線とＸ軸との交点で、座標値
（a,0）とする Ｂ点：屈折した光束の延長線とＸ軸との交点で、座標値
（b,0）とする Ｃ点：光束の屈折点 CD:溝（13）の面 Ｅ点：光束射出点で、座標値（−R,0）とする Ｆ点:X軸と被照射面（14）との交点で、座標値（e,0）
とする Ｇ点：光束の被照射面（14）への投射点で、座標値（e,
h）とする α:C点における光束入射角 β： 〃 光束出射角 γ:CD面の法線CAとＸ軸との角度 ε：屈折後の光束CG（BC）とＸ軸との角度 θ:E点から射出する光束とＸ軸との角度 とすると、以下の関係が成立する。

n sinα＝sinβ γ＝θ−α＝ε−β 被照射面（14）における照度分布を考える。

第７図において、点（Ｏ）は紙面に垂直な方向に充分長
い線状光源、（AB）は点（Ｏ）から距離（ａ）の位置に
ある被照射面とし、線状光源は等方的ですべての方向に
一様に光を放射しているものと仮定すると、AB面におけ
る照度は、紙面に垂直な方向にはどの断面をとっても同
一に分布しているので、任意の一断面における線分（A
B）上の照度を考えればよい。

そこで、光源からの光束の中、紙面内のものだけを考え
ると、点（Ｂ）における照度は、光源からの距離に反比
例し、点（Ｂ）におけるAB面の法線と光束との角度の余
弦（cos）に正比例する。

第７図において ここで cosθ:AB面の法線と光束との角度の余弦 a/cosθ:OB間の距離 すなわち、点（Ｂ）における照度は、ｄθ/dhに正比例
する。

したがって、AB間の照度分布が均一となる条件は、 すなわちｈ＝ｋθである。

第６図に戻って、 （６）式により、Ｅ点から角度（θ）で射出される光束
が通過する位置の、鋸刃状溝（13）の面（CD）の法線
（AC）と、Ｘ軸との角度（γ）を定めて、各鋸刃状溝を
形成することにより、ロッド（12）の中心（Ｏ）から距
離（ｅ）の位置で、Ｘ軸に垂直な被照射面（14）を、均
一な照度分布をもって照射することができる。なお、
（６）式における照射距離（ｅ）のフアクターは、
（５）式に示す角度（ε）のデータに含まれている。

第３図及び第４図は、それぞれ上述理論に基づき、被照
射面を均一な照度分布で照射する透明ロッド光源の実施
例を示す断面図で、いずれもロッド（12）の屈折率ｎ＝
1.5、ロッドの中心（Ｏ）と被照射面（14）との距離ｅ
＝4Rで、Ｅ点から放射される光束の角度増分を５゜と
し、定数（ｋ）を、第３図はｋ＝１、第４図はｋ＝４と
して示したものである。

第３、第４図示各実施例とも、光束射出面に形成する鋸
刃状溝の面の角度を、前述した理論式に基づいて設定し
て、透明ロッド（12）を構成することにより、Ｅ点から
等角度増分で放射される光束が、被照射面（14）に一定
ピッチで投射され、Ｙ軸方向について均一な照度分布が
得られる。

上述第１図ないし第４図示の各実施例は、いずれもＥ点
から放射される光束の角度増分を、５゜ずつにして鋸刃
状溝を設けているが、この増分をさらに細かく設定すれ
ば、照度分布の均一性を一層向上させることができるこ
とは、いうまでもない。

透明ロッドの周面に、長さ方向の多数の鋸刃状溝を形成
する手段としては、ロッドがアクリル樹脂等の軟質材料
である場合には、ダイヤモンドバイトを用いて直接彫刻
することができる。また、ロッドが光学ガラスあるいは
石英等の脆性材料で、鋸刃状溝を彫刻することが困難な
場合には、ロッドの周面にアクリル樹脂の平板を接着し
て、これに所要の鋸刃状溝を彫刻すればよい。

〔発明の効果〕

（１） 請求項（１）に記載の発明によれば、透明ロッ
ド光源装置から出射される光を、被照射面上で同一線上
に集束させることができる。

（２） 請求項（２）に記載の発明によれば、透明ロッ
ド光源装置から出射される光を、互いに平行な光束とす
ることができる。

（３） 請求項（３）に記載の発明によれば、透明ロッ
ド光源装置から出射される光を、被照射面を一様な照度
分布で照射する光束とすることができる。

（４） 請求項（１）から（３）に記載した透明ロッド
光源装置によれば、透明ロッドのみにより、所望の光束
で被照射面を照射することができるので、従来の光源装
置におけるようなシリンドリカルレンズ等の補助光学系
が不要になり、複写機、ファクシミリ、製版用スキャナ
等に適用した場合、装置の構成が簡単になり、小型化が
図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は、それぞれ本発明の透明ロッド光源
装置の実施例を示す断面図で、第１図は線状集光光束を
射出するもの、第２図は平行光束を射出するもの、第
３、第４両図は照度分布を均一にするもの、第５図は第
１図示実施例の理論を説明する図、第６図は第３、第４
両図示実施例の理論を説明する図、第７図は照度分布を
説明する図、第８図及び第９図は従来の透明ロッド光源
装置の概略を示す図である。 （１）……透明ロッド、（２）……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）（12）……透明ロッド、（11）（13）……鋸刃状
溝、 （14）……被照射面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な材料で構成される円柱ロッドと、円
   柱ロッドの端面から円柱ロッド内に光を入射させる光源
   と、円柱ロッドの周面に軸線方向に線状に形成され入射
   光を乱反射させる乱反射層とを備え、乱反射光で画像走
   査装置の被照射面を照射する透明ロッド光源装置におい
   て、 円柱ロッドから出射する乱反射光が被照射面上で同一線
   上に集束するように、乱反射層の反対側の円柱ロッドの
   周面に、軸線方向に垂直な方向の断面が鋸刃状の溝を多
   数刻設したことを特徴とする透明ロッド光源装置。
2. 【請求項２】透明な材料で構成される円柱ロッドと、円
   柱ロッドの端面から円柱ロッド内に光を入射させる光源
   と、円柱ロッドの周面に軸線方向に線状に形成され入射
   光を乱反射させる乱反射層とを備え、乱反射光で画像走
   査装置の被照射面を照射する透明ロッド光源装置におい
   て、 円柱ロッドから出射する乱反射光が互いに平行になるよ
   うに、乱反射層の反対側の円柱ロッドの周面に、軸線方
   向に垂直な方向の断面が鋸刃状の溝を多数刻設したこと
   を特徴とする透明ロッド光源装置。
3. 【請求項３】透明な材料で構成される円柱ロッドと、円
   柱ロッドの端面から円柱ロッド内に光を入射させる光源
   と、円柱ロッドの周面に軸線方向に線状に形成され入射
   光を乱反射させる乱反射層とを備え、乱反射光で画像走
   査装置の被照射面を照射する透明ロッド光源装置におい
   て、 円柱ロッドから出射する乱反射光が被照射面上に一様な
   照度分布で照射されるように、乱反射層の反対側の円柱
   ロッドの周面に、軸線方向に垂直な方向の断面が鋸刃状
   の溝を多数刻設したことを特徴とする透明ロッド光源装
   置。