JP2008160480A

JP2008160480A - 線状光源装置

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Publication number: JP2008160480A
Application number: JP2006346683A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Kaburagi; 清幸蕪木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】光源から導光部材に入射した光を、効率よく、均一に線状に照射する線状光源装置を提供すること。
【解決手段】長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面とを有し、前記光源からの光が照射される光入射部が設けられた線状光源装置において、前記側面を貫通する帯状孔が設けられ、前記帯状孔の少なくとも一方の長辺面に、曲面が複数設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等に使用する画像読取装置の照明用光源として用いられる線状光源装置に関する。

近年、パーソナルファクシミリ等の画像読取装置において、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）の出力向上と受光素子としてのＣＣＤ型センサの高感度化により、小型で低消費電力のＬＥＤが読み取り光源装置の光源として一般に使用されるようになってきている。このようなＬＥＤを光源として備えた従来の線状光源装置は、光源の個数を低減させ、且つ均一な照明強度を得ることを目的として、導光部材を用い、光源から放射される光を導光部材に入射させ所望の方向に光を導光させる構成のものが知られている。

図１１は、従来の線状光源装置として特開２０００−３０７８０７号公報に開示された線状光源装置の構成を示す図である。線状光源装置は透明樹脂等よりなる長尺状の導光部材１、ＬＥＤよりなる光源３を備えて構成される。導光部材１は、厚さ方向に対向する側面１１と、幅方向に対向する縁面１７と、長手方向に対向する端面１３より構成される。縁面１７は、光出射面１２、光変向面１５よりなり、光変向面１５の長手方向の中央部には光入射部１４が設けられる。光源３は光入射部１４に対応する位置に配置される。側面１１は、光屈折および光反射をする機能を有する略逆台形形状（又は略逆三角形形状）をした孔４０が光源３の幅方向に対向する位置に設けられる。

光源３からの光は、略逆台形形状をした孔４０により左右に分散され、導光部材１の長手方向に、光出射面１２と光変向面１５とで全反射を繰り返しながら伝送され、光出射面１２に対し臨界角θ_ｃよりも小さな角度で入射した光が外部に放射される。光出射面１２から出射する光の均一性を確保するために、光変向面１５には断面円弧形状の凹溝１５ｂが設けられている。凹溝１５ｂに入射する光のほとんどは放射状に分散反射されるが、光が反射する凹溝１５ｂの角度によっては光束が疎密するので、明るい部分と暗い部分が規則的に交互に現れ、光変向面１５から反射されて光出射面１２から外部に放射される光の強度を均一化することができない。
特開２０００−３０７８０７号公報

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、光源から導光部材に入射した光を、均一に線状に照射する線状光源装置を提供することにある。

本願第１の発明は、長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面とを有し、前記光源からの光が照射される光入射部が設けられた線状光源装置において、前記側面を貫通する帯状孔が設けられ、前記帯状孔の対向する長辺面に、曲面が複数設けられていることを特徴とする。

また、本願第２の発明は、第１の発明において、前記帯状孔は対に並んで設けられていることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記光入射部は、前記導光部材の前記側面のうちの一方に設けられ、前記光入射部に対向した他方の側面には断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記光入射部より入射した光を前記板状の導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする。

本発明に係る線状光源装置によれば、前記側面を貫通する帯状孔が設けられ、前記帯状孔の対向する長辺面に、曲面が連続して設けられることによって、光源から出射した光を拡散して、より均一な光を光出射面から照射する線状光源装置を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施例の線状光源装置の構成を示す斜視図である。
線状光源装置は、透明樹脂等よりなる板状の導光部材１と、ＬＥＤよりなる光源３により構成され、光を反射する凹面鏡２が所定の位置に設けられる。導光部材１は、長手方向に沿って側面１１を有し、原稿面５１に対して側面１１が略平行となるように配置される。表側面１１ａと裏側面１１ｂが対向し、その周囲は端面となり、その一端面に光出射面１２が設けられ、他の一端面に光入射部１４が設けられる。導光部材１の光出射面１２近傍は原稿面５１に近接するように、側面１１にテーパが設けられている。光源３は光入射部１４に対向して設けられ、光入射部１４から導光部材１に光が入射される。光入射部１４の終端から、光変向面１５が構成され、断面階段状の凹凸面１５ａとなっている。また、光変向面１５に、例えば表面に金属の蒸着等により反射膜を形成することもできる。

光源３は、例えば樹脂よりなるパッケージ内部に、１つ乃至複数の青色ＬＥＤ素子が配置され、モールド材により青色ＬＥＤを固定し外気から遮断して保護し、蛍光体層により青色ＬＥＤからの青色光を白色光に変換される。なお、一般に、ＬＥＤ素子は、光出力にバラツキがあるが、光源３に複数のＬＥＤ素子を配置した場合は、光源３の光出力が、個々のＬＥＤ素子の光出力に影響されず、一定の光出力を確保することができる。光源３は、例えば、シリコーンよりなる透光性の接合用樹脂で導光部材１の光入射部１４に接合して設けられる。導光部材１は、光透過部材より形成され、光源３から放射される光を光入射部１４から導光部材１の内部に入射させる。光源３から入射した光は、光変向面１５で反射され、光出射面１２から原稿面５１または凹面鏡２に向けて光が出射される。

凹面鏡２は、導光部材１の一端面である光出射面１２の長手方向の長さと同じ長さを有する樋状ミラーである。また、凹面鏡２は、例えば光輝アルミ板または反射面にアルミ膜が形成されたものよりなり、原稿読取面５２の中心に垂直な面に対して導光部材１の光出射面１２と略対称な位置に設けられる。また、ミラー形状は、断面楕円状または断面放物線状等よりなる。このような構造により、導光部材１の光出射面１２からの出射光の向きを変え、原稿読取面５２に導くことができる。

図２は、線状光源装置の片側を示し、その構成を説明するための図である。
導光部材１には、側面１１に、表側面１１ａから裏側面１１ｂまで貫通する複数の孔が設けられている。複数の孔は、光出射面１２から放射される光を均一化するために設けられ、具体的には、光遮断孔４１、曲線状孔４２、帯状孔４３が設けられる。光遮断孔４１は、表側面１１ａから裏側面１１ｂに貫く断面Ｖ字状の孔であり、光出射面１２に導光部材１の臨界角θ_ｃより小さい角度で入射する光Ａ１を反射するために設けられる。曲線状孔４２は、表側面１１ａから裏側面１１ｂに貫く断面２次曲線状の孔である。特に、光源３を焦点とする放物線の一部となるように形成すると、曲線状孔４２の光入射部１４側の面に入射して反射される光Ｂ２は、光出射面１２と平行に伝送される。また、曲線状孔４２の光遮断孔４１に面する側の面は、階段状の凹凸面４２ａが設けられる。光遮断孔４１に反射された光Ａ２は曲線状孔４２の凹凸面４２ａに入射するが、凹凸面４２ａに入射する光Ａ２の角度を考慮して、光Ａ２が照射される階段形状の角度を調整することで、凹凸面４２ａからの出射光Ａ３を光出射面１２に対して垂直方向に伝送することができる。

導光部材１の光変向面１５は、中央部から長手方向に向かうにつれ、光出射面１２との間の距離が次第に小さくなる傾斜面となっており、断面階段状の凹凸面１５ａが形成されている。凹凸面１５ａは、曲線状孔４２の光入射部１４側の面から反射された光Ｂ２を、光出射面１２に対して垂直方向に伝送する光Ｂ３となるように、階段形状の角度が調整されている。特に、曲線状孔４２が光源３を焦点とする放物線の一部となるように形成される場合は、反射光Ｂ２は光出射面１２と平行に伝送されるため、反射光Ｂ２が入射される面を光出射面１２に対し４５°程度傾けて凹凸面１５ａを形成することが好ましい。

帯状孔４３は、側面１１に、表側面１１ａから裏側面１１ｂまで貫通する帯状の孔が、光出射面１２に沿って設けられる。帯状孔４３は光出射面１２に平行する長辺面と、長辺面に垂直な短辺面を有し、対向する長辺面に、帯状孔４３の孔の内方向に曲面が突出し、その曲面が長辺面に複数連続して設けられる。光源３からの光は、曲線状孔４２の凹凸面４２ａまたは光変向面１５の凹凸面１５ａにより、光出射面１２に対し垂直方向に伝送されるため、帯状孔４３の長辺面に対して略垂直に平行光が入射される。

図３は、帯状孔４３を説明するための拡大図である。
光源３から出射した光は、帯状孔４３の曲面の頂点に対して、略垂直に入射する平行光Ａ１となるように伝送されることが好ましい。帯状孔４３は、光変向面１５側の長辺面に、曲率半径が等しく、帯状孔４３の内方向に突出した凸曲面ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４が複数個、円弧が交わるように長手方向に連続して設けられた第１の曲面４３ａが形成され、光出射面１２側の長辺面に、曲率半径が等しく、帯状孔４３の内方向に突出する凸曲面ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｂ_４が複数個、円弧が交わるように長手方向に連続して設けられた第２の曲面４３ｂが形成され、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂとの曲面の頂点同士が向き合うように構成されている。第１の曲面４３ａは凸レンズの役目をなし、第１の曲面４３ａに平行光Ａ１が入射されると、第２の曲面４３ｂの主面で集光する集光Ａ２となる。ここで、第２の曲面４３ｂの主面とは、第２の曲面４３ｂの個々の凸曲面を凸レンズと仮定した時に、主点を通り光軸に垂直な面、さらに詳しくは、入射する平行光束の延長と、光軸を横切る光の逆延長との交点で形成される面のことをいう。また、第２の曲面４３ｂから再び導光部材１内に入射された集光Ａ２は、出射光Ａ３として導光部材１の長手方向に拡散し、さらに光出射面１２から出射するとき、スネルの法則により広く拡散することになる。出射光Ａ３が光出射面１２に対して入射角が臨界角θ_ｃより小さくなる範囲で拡散するように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの曲率半径が決められる。なお、帯状孔４３の曲面の頂点に対して略垂直ではなく、角度を有する光Ｂ１が第１の曲面４３ａに入射された場合、第１の曲面４３ａを光Ｂ１が透過すると平行光Ｂ２となる。平行光Ｂ２が第２の曲面４３ｂから再び導光部材１内に入射されると、導光部材１と大気の屈折率の違いと、第２の曲面４３ｂの凸レンズ効果により、出射光Ｂ３は導光部材１の長手方向に拡散される。したがって、帯状孔４３の曲面の頂点に対して略垂直ではなく、角度を有する光でも任意の広がりを持って出射し、拡散する効果はあるので、第１の曲面４３ａに入射する光の入射角にバラツキがあってもよく、何れの角度の光線も概ね同じような広がり角度を有する。

ここでは、第１の曲面４３ａの各々の曲面と、第２の曲面４３ｂの各々の曲面の曲率半径は等しく、第１の曲面４３ａの頂部と第２の曲面４３ｂの頂部とが向かい合うように形成されている。このとき、曲率半径をＲ、導光部材１の屈折率をｎとすると、第１の曲面４３ａの主面からの焦点距離はＲ／（ｎ−１）となり、焦点が第２の曲面４３ｂの主面に概ね一致するように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの間隔ｆが設計されている。第２の曲面４３ｂから光出射面１２を経て原稿面５１までの間隔Ｆが、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの間隔ｆの３倍であれば、各曲面に入射する光Ａ１は、原稿面５１において第１の曲面４３ａの各曲面の長手方向の長さの３倍以上に導光部材１の長手方向に拡散される光Ａ３となる。このように、光源３から出射した光を一度集光した後、再度拡散させることによって、光をより均一に拡散し、均一な光を光出射面から照射する線状光源装置を実現することができる。また、光変向面１５と光出射面１２との間で反射を繰り返さずに、光を線状に拡散することができるので、光が減衰しない。

図４は、帯状孔４３を説明するための拡大図であり、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂを設け、その間隔を変えた場合を示す図である。図４（ａ）は、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの距離が、第１の曲面４３ａの焦点距離より短い場合を示した図、図４（ｂ）は、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの距離が、第１の曲面４３ａの焦点距離より長い場合を示した図である。
図４（ａ）に示すように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの離間距離が短く、第１の曲面４３ａの焦点が第２の曲面４３ａの主面より光出射面１２側に形成される。第２の曲面４３ｂの各曲面には、曲面の中心方向に向かう光が入射される。したがって、図３に示すような焦点が第２の曲面４３ｂの主面に概ね一致するように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂを配置した場合に比べて、出射光Ａ３の広がり角度は大きくなる。これは、第２の曲面４３ｂに光が入射するとき、第２の曲面４３ｂへの入射角度が大きくなることによるものである。このように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの離間距離を短くすると、同じ曲率半径Ｒであってもより大きな拡散効果が得られる。しかしながら、出射光Ａ３の広がり角度は、光出射面１２で反射されないように、最大角度が臨界角θ_ｃ以下となることが好ましい。また、第１の曲面４３ａから平行になる光Ｂ２に対しては、出射光Ａ３の広がり角度は、第２の曲面４３ｂの配置位置に関係なく、第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径で決まる。

図４（ｂ）に示すように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの離間距離が長く、第１の曲面４３ａの焦点が第２の曲面４３ａの主面より光変向面１５側に形成される。第２の曲面４３ｂの各曲面には、曲面の外側方向に向かう光が入射される。したがって、図３に示すような焦点が第２の曲面４３ｂの主面に概ね一致するように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂを配置した場合に比べて、出射光Ａ３の広がり角度は小さくなる。これは、第２の曲面４３ｂに光が入射する前に集光し、第２の曲面４３ｂで内側方向に光が屈折し、長手方向に拡がる光が内側方向に曲げられるからである。しかしながら、第１の曲面４３ａに入射する光線角度を考慮し適度な設計を行なうことで、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの離間距離を長くしても、光を拡散効果は有する。
しかし、上記のように第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの間隔を変えて、焦点が第２の曲面４３ｂの主面に概ね一致ない場合は、光が第１の曲面４３ａの頂部に対し垂直に入射しない場合において、出射光の広がり角度が異なり、光の均一性が乱れる恐れがある。したがって、第１の曲面４３ａの焦点が第２の曲面４３ｂの主面付近で形成されるように、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの間隔を定めると、光を最も均一に照射することができる。

図５は、帯状孔４３を説明するための拡大図であり、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの形状を変えた場合を示す図である。図５（ａ）は、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの曲率半径が異なる場合を示した図、図５（ｂ）は、第１の曲面４３ａ各曲面の曲率半径が異なる場合を示した図、図５（ｃ）は、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの曲面とが斜めに対向している場合を示した図である。
図５（ａ）に示すように、第１の曲面４３ａの曲率半径を、第２の曲面４３ｂの曲率半径より小さくすることもできる。第１の曲面４３ａの各曲面の間隔は、第２の曲面４３ｂの各曲面の間隔と等しく、第２の曲面４３ｂの曲面の主面付近で第１の曲面４３ａの焦点が配置されるように形成されている。曲率半径を小さくすると焦点距離が短くなるが、第２の曲面４３ｂの主面付近に第１の曲面４３ａの焦点を形成すれば、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径を同一にした場合と同様に、光を線状に拡散することができる。なお、第１の曲面４３ａの各曲面の曲率半径を、第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径より大きくして、第２の曲面４３ｂの曲面の主面付近で第１の曲面４３ａの焦点が配置されるように形成しても、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径を同一にした場合と同様に、光を線状に拡散することができる。

図５（ｂ）に示すように、第１の曲面４３ａの各曲面の曲率半径が異なるように形成することもできる。第１の曲面４３ａの各曲面の間隔は、第２の曲面４３ｂの各曲面の間隔と等しくなるように形成されている。曲率半径が異なると焦点距離も変わるが、曲率半径の小さい曲面は焦点距離が短いので帯状孔４３の内側に形成し、曲率半径の大きい曲面は焦点距離が長いので帯状孔４３の外側に形成し、曲面を形成する位置を変えている。このようにして、第２の曲面４３ｂの主面付近で第１の曲面４３ａの焦点が配置されるように形成している。第２の曲面４３ｂの曲面の主面付近で焦点が形成されれば、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径を同一にした場合と同様に、光を線状に拡散することができる。なお、第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径が異なるように形成することもできる。第２の曲面４３ｂのどの曲面を透過したかによって拡散率が異なるが、影響のない程度であれば可能である。また、第１の曲面４３ａと第２の曲面４３ｂの両方の各曲面の曲率半径が異なるように形成することもでき、一方の長辺面にのみ曲面を形成する場合にも適用できる。

図５（ｃ）に示すように、第１の曲面４３ａの曲面の頂部から斜め右に対向して第２の曲面４３ｂの曲面の頂部があるように形成することもできる。第１の曲面４３ａを透過した光が、斜め右に対向する第２の曲面４３ｂの曲面の主面に一次焦点が配置されるように、第１の曲面４３ａに光が斜めに入射するように、光変向面１５の凹凸面１５ａ等で導光させる。このように形成すると、帯状孔４３を透過した光が斜め右方向に拡散する指向性を有する。そのため、導光部材の端部付近に図５（ｃ）のような帯状孔４３を形成し、光出射面の長手方向端部から出射する光を内側方向に拡散させ、対象物に照射して有用に利用できない方向に光が散乱しないようにすることができる。なお、第１の曲面４３ａの曲面の頂部から斜め左に対向して第２の曲面４３ｂの曲面の頂部があるように形成し、帯状孔４３を透過した光が斜め左方向に拡散する指向性を有するようにすることもできる。また、このような効果は、帯状孔４３を光出射面１２に対して斜めに配置することによっても得られる。また、一方の長辺面にのみ曲面を形成する場合にも適用できる。

図６は、帯状孔４３を説明するための拡大図であり、第１の曲面４３ａまたは第２の曲面４３ｂのどちらか一方が、曲面ではなく直線に形成された場合を示す図である。図６（ａ）は、出射面側の長辺面４３０が直線の場合を示した図、図６（ｂ）は、光変向面側の長辺面４３０が直線の場合を示した図である。
出射面側の長辺面４３０を直線にした場合でも、光を拡散することができる。図６（ａ）に示すように、第１の曲面４３ａに、帯状孔４３の外方向に突出した凹曲面を複数連続して設けると、凹レンズの役目をなし、第１の曲面４３ａに平行光Ａ１が入射されると、第１の曲面４３ａの凹レンズで発散光Ａ２となる。発散光Ａ２が出射面側の長辺面４３０から再び導光部材１内に入射されると、出射光Ａ３の出射角は発散光Ａ２の入射角より小さくなるが、導光部材１の長手方向に拡散される。第１の曲面４３ａの凹レンズの曲率半径を適切に選ぶことで、出射光Ａ３を任意の角度で広げることができる。しかしながら、第１の曲面４３ａから平行になる角度を有する光Ｂ２に対しては、出射面側の長辺面４３０が直線状なので、出射光Ｂ３は拡散されない。したがって、出射面側の長辺面４３０を直線とする場合は、第１の曲面４３ａに入射する光は、長辺面４３０に対してできるだけ略垂直に入射する平行光となるように伝送させることが好ましい。なお、第１の曲面４３ａと長辺面４３０の間隔距離は長い方が、光の拡散効果は大きい。また、第１の曲面４３ａが帯状孔４３の内方向に突出した凸曲面としても、光の拡散効果が期待できる。
図６（ｂ）に示すように、第２の曲面４３ｂの各曲面の曲率半径を小さくし、曲面と曲面の間に隙間を設けた場合でも、光を拡散することができる。曲面と曲面の間に隙間がない方がより均一に光を拡散できるが、曲面と曲面の間に隙間を設けて拡散光と直射光が混ざった状態でも、光を拡散する機能を有する。ただし、第２の曲面４３ｂからの出射光Ａ３が光出射面１２で反射されて、戻って迷光となると、光を有効に利用できない。そのため、光出射面１２に対して入射角が臨界角θ_ｃより小さくなるように、帯状孔４３の曲面を形成しなければならない。

本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、線状光源装置の片側を示し、その構成を説明するための図である。
導光部材１は、長手方向に沿って側面１１を有し、原稿面５１に対して側面１１が平行となるように配置される。表側面１１ａと裏側面１１ｂが対向し、その周囲は端面となり、その一端面に光出射面１２が設けられ、対向する一端面に光変向面１５が構成される。光変向面１５は、中央が光出射面１２に近づく曲面１５ｂが形成され、曲面１５ｂに続いて断面階段状の凹凸面１５ａが形成される。第１の実施例の線状光源装置においては、光源３を光出射面１２に対向する面に設けていたが、第２の実施例の線状光源装置においては、光源３を表側面１１ａに光が入射するように設けている。導光部材１は、光透過部材より形成され、光入射部１４となる表側面１１ａは、光源３の光入射方向に対して十分な面積を有する。このように、導光部材１と光源３を配置することによって、光源３から放射される光を、導光部材１の内部に効率よく入射させることができる。

図８は、図７の光源３から入射した光の反射経路を示した拡大断面図である。
裏側面１１ｂには、中心部１６ａが対向する光入射部１４に近接して厚さ方向との離間距離が小さくなる断面２次曲線となる反射面１６が形成されている。反射面１６は、好ましくは光源３を焦点に配置した放物線を、反射面１６の中央部１６ａを通り厚さ方向に伸びる軸１６ｃに対して回転させた面である。反射面１６は、導光部材１の屈折率と大気との屈折率の違いにより光を反射する性質を利用し、反射面１６に対して、導光部材１の臨界角θ_Ｃより大きな角度で入射する光は全て反射させて、側面１１に略平行に伝送する。なお、反射面１６の表面に金属の蒸着等により反射膜を形成すれば、光の入射角によらず、光を反射することができる。反射面１６の表面に反射膜を形成することは、光の有効利用、および、迷光防止の面から望ましい形態である。

図７に示すように、導光部材１には、側面１１に、表側面１１ａから裏側面１１ｂまで貫通する複数の孔が設けられている。複数の孔は、光出射面１２から放射される光を均一化するために設けられ、具体的には、光遮断孔４１、曲線状孔４２、帯状孔４３、傾斜孔４４が設けられる。光遮断孔４１は、表側面１１ａから裏側面１１ｂに貫く断面Ｖ字状の孔である。光出射面１２１に導光部材１の臨界角θ_ｃより大きい角度で入射する光を反射し、中央部の照度を調整するために設けられる。曲線状孔４２は、表側面１１ａから裏側面１１ｂに貫く断面２次曲線状の孔である。特に、光源３を焦点とする放物線の一部となるように形成すると、曲線状孔４２の光入射部１４側の面に入射して反射される光は、光出射面１２と平行に伝送される。なお、光源３を焦点とする放物線の中心軸が、光出射面１２に対して傾くように設定すれば、光出射面１２と角度を有して伝送される。
また、曲線状孔４２の光遮断孔４１側の面は、階段状の凹凸面４２ａが設けられる。光遮断孔４１に反射された光は曲線状孔４２の凹凸面４２ａに入射するが、凹凸面４２ａに入射する光の角度を考慮して、階段形状の角度を調整すると、凹凸面４２ａからの出射光を光出射面１２に対して垂直方向に伝送することができる。傾斜孔４４は、光出射面１２に対し４５°〜６５°程度傾斜し、表側面１１ａから裏側面１１ｂに貫く線状の孔である。傾斜孔４４に入射する光Ａ１を全反射させ、出射光Ａ２を光出射面１２に対して垂直方向に伝送できるように、傾斜孔４４の傾き角度が決められる。

導光部材１の光変向面１５には、断面階段状の凹凸面１５ａが形成されている。凹凸面１５ａは、入射光を光出射面１２に対して垂直方向に伝送できるように、階段形状の角度が調整されている。光源３から図示しない反射面１６で反射した光は、側面１１に平行に全方向に伝送されるが、光変向面１５の曲面１５ｂが、光源３を焦点とする放物線の一部となるように形成される場合は、曲面１５ｂに入射した光Ｂ１の反射光Ｂ２は光出射面１２と平行に伝送される。なお、曲面１５ｂが形成する放物線の中心軸が、光出射面１２に対して傾くように設定すれば、反射光Ｂ２も光出射面１２と角度を有して伝送される。反射面１６から直接凹凸面１５ａに入射する光Ｃ１と、曲面１５ｂで反射された光Ｂ２を、光出射面１２に対して垂直方向に伝送できるように、凹凸面１５ａの形状を決めることが好ましい。

帯状孔４３は、表側面１１ａから裏側面１１ｂまで貫通する帯状の孔であり、光出射面１２に沿って設けられ、中央部には単一の帯状孔４３１が設けられ、その長手方向終端からは、一対の帯状孔４３２が設けられる。単一の帯状孔４３１は、光出射面１２に平行する長辺面と、長辺面に垂直な短辺面を有し、対向する長辺面に、孔の内方向に曲面が突出し、その曲面が長手方向に複数連続して設けられる。一対の帯状孔４３２は、平行して２本、対に並んで設けられ、それぞれの孔は、光出射面１２に平行する長辺面と、長辺面に垂直な短辺面を有し、一方の長辺面に、孔の内方向に曲面が突出し、その曲面が長辺面に複数連続して設けられる。この曲面が形成された長辺面が向き合うように対向して２本の孔が光出射面１２に沿って設けられる。光源３からの光は、曲線状孔４２の凹凸面４２ａまたは光変向面１５の凹凸面１５ａにより、光出射面１２に対し垂直方向に伝送されるため、帯状孔４３の長辺面に対して略垂直に光が入射される。

図９は、一対の帯状孔４３２を説明するための拡大図である。
光源３から出射した光は、一対の帯状孔４３２の曲面の頂点に対して、略垂直に入射する平行光Ａ１となるように伝送される。一対の帯状孔４３２は、平行して２本、対に並んで設けられ、光変向面側の孔４３２ｓには、光出射面１２側の長辺面に、曲率半径が等しく、帯状孔４３２ｓの内方向に突出した凸曲面ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４が複数個、円弧が交わるように長手方向に連続して設けられた第１の曲面４３２ｓａが形成され、一対の帯状孔４３２の光出射面側の孔４３２ｔには、光変向面１５側の長辺面に、曲率半径が等しく、帯状孔４３２ｓの内方向に突出した凸曲面ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｂ_４が複数個、円弧が交わるように長手方向に連続して設けられた第２の曲面４３２ｔｂが形成され、曲面の頂点同士が向き合うように構成されている。
第１の曲面４３２ｓａは凸レンズの役目をなし、第１の曲面４３２ｓａに平行光Ａ１が入射されると、第２の曲面４３２ｔｂの主面付近で焦点を形成する集光Ａ２となる。また、第２の曲面４３２ｔｂから再び導光部材１内に入射された集光Ａ２は、出射光Ａ３として導光部材１の長手方向に拡散し、さらに光出射面１２から出射するとき、スネルの法則により広く拡散することになる。

ここでは、第１の曲面４３２ｓａの各曲面と、第２の曲面４３２ｔｂの各曲面の曲率半径は等しく、第１の曲面４３２ｓａの頂部と第２の曲面４３２ｔｂの頂部とが向かい合うように形成されている。曲率半径をＲ、導光部材１の屈折率をｎとするとき、第１の曲面４３２ｓａの焦点距離はＲ／（ｎ−１）となり、焦点が第２の曲面４３２ｔｂの主面と概ね一致するように、第１の曲面４３２ｓａと第２の曲面４３２ｔｂの間隔が決められている。例えば、第２の曲面４３２ｔｂから光出射面１２を経て原稿面までの距離が、第１の曲面４３２ｓａと第２の曲面４３２ｔｂの距離の３倍であれば、各曲面に入射する光Ａ１は、原稿面において第１の曲面４３２sａの各曲面の長手方向の長さの３倍ほど導光部材１の長手方向に拡散される光Ａ３となる。このように、光源３から出射した光を一度集光した後、再度拡散することによって、光をより均一に拡散し、均一な光を光出射面から照射する線状光源装置を実現することができる。また、光変向面１５と光出射面１２との間で反射を繰り返さずに、光を線状に拡散することができるので、光が減衰しない。

図１０は、一対の帯状孔４３２の他の形態を説明するための拡大図である。図１０（ａ）は、一方の帯状孔４３２ｓは一方の面だけに第１の曲面４３２ｓａが形成され、他方の帯状孔４３２ｔは両方の面に第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂが形成されている。図１０（ｂ）は、両方の帯状孔４３２ｓ、４３２ｔの両方の面にそれぞれ第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂ、第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂが形成されている。
図１０（ａ）では、一対の帯状孔４３２の光変向面側の孔４３２ｓには、光変向面１５側の長辺面に、曲率半径が等しく、光変向面側の孔４３２ｓの内方向に突出した凸曲面が複数連続して設けられた第１の曲面４３２ｓａが形成され、一対の帯状孔４３２の光出射面側の孔４３２ｔには、両側の長辺面に、曲率半径が等しく、光出射面側の孔４３２ｔの内方向に突出した凸曲面の頂点同士が向き合うように複数連続して設けられた第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂが形成されている。第１の曲面４３２ｓａの曲率半径は、第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂの曲率半径より小さくなっているが、第１の曲面４３２ｓａと第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂは、曲面が等間隔で頂点同士が向き合うように構成されている。
第１の曲面４３２ｓａは凸レンズの役目をなし、第１の曲面４３２ｓａに平行光Ａ１が入射されると、第２の曲面４３２ｔaと曲面４３２ｔｂの複合主面付近で集光Ａ２となる。また、第２の曲面４３２ｔｂから再び導光部材１内に入射された集光Ａ２は、出射光Ａ３として導光部材１の長手方向に拡散し、さらに光出射面１２から出射するとき、スネルの法則により広く拡散することになる。出射光Ａ３が光出射面１２に対して入射角が臨界角θ_ｃより小さくなる範囲で拡散するように、第１の曲面４３２ｓａと第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂの曲率半径が決められる。そのため、第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂの曲率半径は第１の曲面４３２ｓａより大きくなっているのである。光源３から出射した光を一度集光した後、再度拡散することによって、光をより均一に拡散し、均一な光を光出射面から照射する線状光源装置を実現することができる。また、光変向面１５と光出射面１２との間で反射を繰り返さずに、光を線状に拡散することができるので、光が減衰しない。

図１０（ｂ）では、一対の帯状孔４３２の光変向面側の孔４３２ｓに、両側の長辺面に、曲率半径が等しく、光変向面側の孔４３２ｓの内方向に突出した凸曲面の頂点同士が向き合うように複数連続して設けられた第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂが形成され、一対の帯状孔４３２の光出射面側の孔４３２ｔにも、両側の長辺面に、曲率半径が等しく、光出射面側の孔４３２ｔの内方向に突出した凸曲面の頂点同士が向き合うように複数連続して設けられた第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂが形成されている。第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂと第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂは、曲率半径がほぼ同一で、曲面が等間隔で頂点同士が向き合うように構成されている。
第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂは凸レンズの役目をなし、第１の曲面４３２ｓａに平行光Ａ１が入射されると、第２の曲面４３２ｔa、４３２ｔｂの複合主面付近で集光Ａ２となる。また、第２の曲面４３２ｔa、４３２ｔｂから再び導光部材１内に入射された集光Ａ２は、出射光Ａ３として導光部材１の長手方向に拡散し、さらに光出射面１２から出射するとき、スネルの法則により広く拡散することになる。出射光Ａ３が光出射面１２に対して入射角が臨界角θ_ｃより小さくなる範囲で拡散するように、第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂと第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂの曲率半径が決められる。そのため、第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂと第２の曲面４３２ｔａ、４３２ｔｂの曲率半径は、図１０（ａ）の第１の曲面４３２ｓａより大きくなるようにし、図１０（ａ）に比べてレンズを１つ増やしても、略同程度の範囲に光を拡散することができる。光が透過するレンズの枚数を増やした方が、光の進む方向を調えられるため、より均一に広がる光を照射することができる。ただし、光が大気中から導光部材内部、または、導光部材内部から大気中に透過する度に、照度が４％低下するので、帯状孔４３２は１〜２本とし、その一方もしくは両方の長辺面に曲面を設けることが好ましい。

第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓｂと第２の曲面４３２ｔa、４３２ｔｂの間隔は、第１の曲面４３２ｓａ、４３２ｓbの複合焦点が第２の曲面４３２ｔa、４３２ｔｂの複合主面に配置されるように設計することが好ましいが、それよりも多少長短してもよい。また、第１の曲面４３２ｓａと第２の曲面４３２ｔｂの曲率半径が異なる場合や、各曲面の曲率半径が異なる場合や、一対の帯状孔４３２に光が斜めに入る場合であってもよい。
なお、単一の帯状孔４３１は、第１の実施例の帯状孔４３と同様の形態であり、説明が重複するため、ここでは省略する。単一の帯状孔４３１の曲面の曲率半径の方が小さいので、第１の曲面と第２の曲面との間隔が短く、より広範囲に光を拡散する。

本発明の線状光源装置の構成を示す説明図本発明の線状光源装置の構成を示す説明図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の構成を示す説明図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図本発明の線状光源装置の光の反射経路を示す図従来の線状光源装置の説明図

符号の説明

１導光部材
１１側面
１１ａ表側面
１１ｂ裏側面
１２光出射面
１５光変向面
１６反射面
２凹面鏡
３光源
４１光遮断孔
４２曲線状孔
４３帯状孔
４３１単一の帯状孔
４３２一対の帯状孔
４４傾斜孔

Claims

長尺状の導光部材と光源を備え、前記導光部材は、２つの対向する側面と、光出射面とを有し、前記光源からの光が照射される光入射部が設けられた線状光源装置において、
前記側面を貫通する帯状孔が設けられ、前記帯状孔の少なくとも一方の長辺面に、曲面が複数設けられていることを特徴とする線状光源装置。
前記帯状孔は対に並んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
前記光入射部は、前記導光部材の前記側面のうちの一方に設けられ、前記光入射部に対向した他方の側面には断面２次曲線からなる反射面が設けられ、前記光入射部より入射した光を前記板状の導光部材の側面に略平行に反射することを特徴とする請求項１または２に記載の線状光源装置。