JP2010198851A - 発光装置および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光の効率を上げ、かつ出射光に強弱の分布が生じるのを抑制しながら製造上の困難を軽減できる発光装置および光学素子を提供する。
【解決手段】発光装置２０は、棒状の導光部２と、導光部２に光を入射するＬＥＤ２１と、導光部２の長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部４とを備え、プリズム部４と対向するように配置された出射面６から方向転換された光を出射する発光装置２０において、導光部２の長尺方向端部には、ＬＥＤ２１から導光部２に向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体としての入射レンズ３を形成し、ＬＥＤ２１は、導光部２の中心軸からプリズム部４に近づく側またはプリズム部４から離れる側にシフトさせることにより、その平行光に近づいた光を導光部２の出射面６またはプリズム部４に向くように構成している。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光装置および光学素子に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源に用いた照明装置としては、以下のものが提案されている。所定間隔で基板に直列配置された複数個のＬＥＤと、この複数個のＬＥＤの直列方向とは直交する側面の下部を除く部位が平板状に形成された反射面で他方の側面をＬＥＤからの光の反射と混合が可能な混合反射面でそれぞれのＬＥＤを覆うように形成された、基板に取付けられた複数個の反射鏡とで構成される照明装置である（特許文献１参照）。

また、ＬＥＤを光源とする別の照明器として、以下のスキャニング用の照明器が提案されている。そのスキャニング用の照明器は、入射面および対向する後面と出射面を画成する光学要素を有する。そして、照明器は、出射面が入射面に略垂直であり、後面は、入射面から受け取った光を前面の方に向け直す複数のプリズムからなる反射要素を有する。そして、照明器は、入射する光を拡散させるため、反射要素と前面との間に粒子材料が配設される。そして、照明器は、入射面に隣接して配置される少なくとも一つのＬＥＤ光源を有している（特許文献２参照）。

特開２００８−１９８４５８号公報 特開２００８−２３６７４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている照明装置は、多くのＬＥＤを必要とする。また、個々のＬＥＤの光照射部分とそうでない部分の明るさが違い過ぎ、スキャニング用の照明として用いるためには、出射光を強く散乱させる部材を必要とする。そのため、多くのＬＥＤを用いる割に出射光は明るくなリ難い。また、特許文献２に記載されている照明器は、反射要素を突き抜ける光のため光の効率が悪くなりがちで、かつ出射光に強弱の分布が生じやすい。このような光の効率の悪化や出射光に強弱の分布が生じるのを抑制するには、反射要素としての複数のプリズムを非常に密に配置させることが有効である。しかし、複数のプリズムを非常に密に配置させることは、照明器の製造上困難を伴う。

そこで、本発明の目的は、光の効率を上げ、かつ出射光に強弱の分布が生じるのを抑制しながら製造上の困難を軽減できる発光装置および光学素子を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、棒状の導光部と、導光部に光を入射する光源と、導光部の長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部とを備え、プリズム部と対向するように配置された出射面から方向転換された光を出射する発光装置において、導光部の長尺方向端部には、光源から導光部に向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体を形成し、光源は、導光部の中心軸からプリズム部に近づく側またはプリズム部から離れる側にシフトさせることにより、その平行光に近づいた光を導光部の出射面またはプリズム部に向くように構成している。

ここで、光源は、導光部の中心軸に対して傾けて配置されていることが好ましい。

また、平行光形成体は、光源に向く側が膨らんでいる凸レンズとされていることが好ましい。

また、光源の周囲には、光源から導光部へと直接入射されない光を反射して導光部へと入射させる反射部材を備えることが好ましい。

また、導光部の光を出射する出射面側には、出射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有する光散乱導光部が設けられていることが好ましい。

また、プリズム部を出射面と平行になるように配置することが好ましい。

上記目的を達成するため、本発明の光学素子は、棒状の導光部と、導光部の長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部とを有し、プリズム部と対向するように配置された出射面から方向転換された光を出射する光学素子において、導光部の長尺方向端部には、光源から導光部に向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体を形成している。

ここで、出射面側には、出射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有する光散乱導光部が設けられていることが好ましい。

また、光散乱導光部は、棒状とされ、導光部と対向する面とは反対側の面は、その短尺方向の中央部が膨らむ凸曲面形状とされていることが好ましい。

また、導光部と光散乱導光部は、一体とされていることとしても良い。

また、導光部は、入射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有していることが好ましい。

また、光散乱粒子は、その粒径が２μｍから９μｍの透光性のシリコーン粒子であることが好ましい。

また、導光部に含有される光散乱粒子は、導光部の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、導光部の中心軸方向の長さをＬとしたとき、０＜Ｌ／（２×τ）＜３０の範囲内とされることが好ましい。

また、光散乱導光部に含有される光散乱粒子は、光散乱導光部の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、出射面と直交する方向の光散乱導光部の最大厚みをＴとしたとき、１＜Ｔ／τ＜１０の範囲内とされることが好ましい。

本発明では、光の効率を上げることができ、かつ出射光に強弱の分布が生じるのを抑制しながら製造上の困難を軽減できる発光装置および光学素子を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光学素子である導光体の構成を示す正面図である。 図１に示す導光体の正面図である。 図１に示す導光体を構成する光散乱導光部中のシリコーン粒子の散乱原理を示す図で、単一真球粒子による散乱光強度の角度分布（Α、Θ）を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る導光部のプリズム部の側面形状を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをプリズム部側にシフトさせ、かつチルトさせて配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が入射レンズに直接入射する光の光路を示す概要図ある。 本発明の実施の形態に係る発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをプリズム部側にシフトさせ、かつチルトさせて配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が鏡面部材で反射し入射レンズに入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。 図２に示した光散乱導光部を通過するの光路を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第１変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをプリズム部側にシフトさせ、かつチルトさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が入射レンズに直接入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第１変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをプリズム部側にシフトさせ、かつチルトさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が鏡面部材で反射し入射レンズに入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第１変形例の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第２変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤを出射面側にシフトさせ、かつチルトさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が入射レンズに直接入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第２変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤを出射面側にシフトさせ、かつチルトさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が鏡面部材で反射し入射レンズに入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第２変形例の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第３変形例の発光装置の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第３変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをシフトもチルトもさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が入射レンズに直接入射する光の光路を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る発光装置の第３変形例の発光装置のＬＥＤを点灯させたときの光の入出射の状況を示す図でＬＥＤをシフトもチルトもさせないで配置した場合のＬＥＤの両端から出射した光が鏡面部材で反射し入射レンズに入射する光の光路を示す概要図である。 発光装置の比較例の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。 入射レンズを無くした発光装置の発光状態を示す図で導光部の中央部からの距離を横軸にとり、導光部の明るさ（光量）の分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光学素子および発光装置の構成、ならびにそれらの作用について、図面を参照しながら説明する。

（光学素子の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る光学素子である導光体１の構成を示す正面図、図２は、その側面図である。

図１および図２に示すように、導光体１は、外形が長尺の四角柱に近い棒状である。導光体１は、導光部２と、導光部２の長尺方向両端に設けられる入射レンズ３と、図１および図２に示す導光部２の下面に形成され導光部２の一部となるプリズム部４と、導光部２の上面に配置される光散乱導光部５と、を有している。

導光部２は、透明のポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」と略記する。）からなる樹脂成形体であり、四角柱形状をなしている。入射レンズ３もＰＭＭＡからなり、断面が双曲線形状となる凸レンズである。なお、導光部２と入射レンズ３とは、一体成形されている。

平行光形成体となる入射レンズ３は、上述したように、導光部２から離れる側、すなわち外側が膨らんでいる凸レンズとなっている。図１および図２では、プリズム部４の詳細な形態の図示は省略し、プリズム部４の詳細な説明は後述する。

光散乱導光部５は、光散乱粒子として粒子径が２μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子（図示省略）が含有されているＰＭＭＡ樹脂成形体である。光散乱導光部５の長さ方向の寸法Ｌ２および短尺方向の寸法Ｗ２は、導光部２の長尺方向の寸法Ｌ１および短尺方向の寸法Ｗ１とそれぞれ同一の寸法であるが、厚み方向の寸法Ｈ２は導光部２の厚み方向の寸法Ｈ１よりも小さい。図２に示すように、光散乱導光部５の上面は、短尺方向の両端部から中央部に向かって膨らんでいる。この膨らみの形状は、円柱の側面の一部の形状である。すなわち、表面は球面の一部とされている。なお、導光部２と光散乱導光部５は２材成形によって一体化されている。

ここで、光散乱導光部５に含有される光散乱粒子は、光散乱導光部５の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτ（単位はｃｍ）とし、後述する出射面６と直交する方向の光散乱導光部５の最大厚み（Ｈ２）をＴ（単位はｃｍ）としたとき、１＜Ｔ／τ＜１０の範囲内とされている。

以下、光散乱導光部５のシリコーン粒子について説明する。このシリコーン粒子は、体積的に一様な散乱能が与えられた導光体であり、散乱微粒子としての球形粒子を多数含んでいる。光散乱導光部５の内部に光が入射すると、その光は散乱微粒子によって散乱することになる。

ここで、シリコーン粒子の理論的な基礎を与えるＭｉｅ散乱理論について説明する。Ｍｉｅ散乱理論は、一様な屈折率を有する媒体（マトリックス）中に該媒体と異なる屈折率を有する球形粒子（散乱微粒子）が存在するケースについてマックスウェルの電磁方程式の解を求めたものである。光散乱粒子に相当する散乱微粒子によって散乱した散乱光の角度に依存した強度分布Ｉ（Α、Θ）は下記（１）式で表される。Αは、散乱微粒子の光学的大きさを示すサイズパラメータであり、マトリックス中での光の波長λで規格化された球形粒子（散乱微粒子）の半径ｒに相当する量である。角度Θは散乱角で、入射光の進行方向と同一方向をΘ＝１８０°にとる。

また、（１）式中のｉ_１、ｉ_２は（４）式で表される。そして、（２）〜（４）式中の下添字ν付のａおよびｂは（５）式で表される。上添字１および下添字νを付したＰ（ｃｏｓΘ）は、Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式、下添字ν付のａ、ｂは１次、２次のＲｅｃａｔｔｉ−Ｂｅｓｓｅｌ関数Ψ_＊、ζ_＊（ただし、「＊」は下添字νを意味する。）とその導関数とからなる。ｍはマトリックスを基準にした散乱微粒子の相対屈折率で、ｍ＝ｎｓｃａｔｔｅｒ／ｎｍａｔｒｉｘである。

図３は、上記（１）〜（５）式に基づいて、単一真球粒子による強度分布Ｉ（Α、Θ）を示すグラフである。この図３では、原点Ｇの位置に散乱微粒子としての真球粒子があり、下方から入射光が入射した場合の散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）を示している。そして、原点Ｇから各曲線Ｓ１〜Ｓ３までの距離が、それぞれの散乱角方向の散乱光強度である。曲線Ｓ１はΑが１．７であるときの散乱光強度、曲線Ｓ２はΑが１１．５であるときの散乱光強度、曲線Ｓ３はΑが６９．２であるときの散乱光強度を示している。なお、図３においては、散乱光強度を対数目盛で示している。このため、図３では僅かな強度差として見える部分が、実際には非常に大きな差となる。

この図３に示すように、サイズパラメータΑが大きくなればなるほど（ある波長λで考えた場合は真球粒子の粒径が大きくなればなるほど）、上方（照射方向の前方）に対して指向性高く光が散乱されていることがわかる。また、実際のところ、散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）は、入射光波長λを固定すれば、散乱子の半径ｒと、媒体および散乱微粒子の相対屈折率ｍとをパラメータとして制御することができる。なお、光散乱導光部５は、前方散乱が大きいものである。

このような、単一真球粒子がＮ個含まれる光散乱導光体に光を入射させると、光は真球粒子により散乱される。散乱光は光散乱導光体中を進み、他の真球粒子により再度散乱される。ある程度以上の体積濃度で粒子を添加した場合には、このような散乱が逐次的に複数回行われた後、光が光散乱導光体から出射する。このような散乱光がさらに散乱されるような現象を多重散乱現象と呼ぶ。このような多重散乱においては、透明ポリマーでの光線追跡法による解析は容易ではない。しかし、モンテカルロ法により光の挙動を追跡し、その特性を解析することはできる。それによると、入射光が無偏光の場合、散乱角の累積分布関数Ｆ（Θ）は下記の（６）式で表される。

ここで（６）式中のＩ（Θ）は、（１）式で表されるサイズパラメータΑの真球粒子の散乱強度である。強度Ｉ_ｏの光が光散乱導光体に入射し、距離ｙを透過した後、光の強度が散乱によりＩに減衰したとすると、これらの関係は下記の（７）式で表される。

この（７）式中のτは濁度と呼ばれ、媒体の散乱係数に相当するものであり、下記の（８）式のように粒子数Ｎに比例する。なお、（８）式中、σ^ｓは散乱断面積である。

（７）式から長さＬの光散乱導光体を散乱せずに透過する確率Ｐ_ｔ（Ｌ）は下記の（９）式で表される。

反対に光路長Ｌまでに散乱される確率Ｐ_ｓ（Ｌ）は下記の（１０）式で表される。

これらの式からわかるように、濁度τを変えることにより、光散乱導光体内での多重散乱の度合いを制御することができる。

以上の関係式により、散乱微粒子のサイズパラメータΑと濁度τとの少なくとも１つをパラメータとして、光散乱導光体内での多重散乱を制御可能であり、出射面における出射光強度と散乱角も適正に設定可能である。

図４は、導光部２の長尺方向端部から約半分の長さに存在するプリズム部４の側面形状を示す概要図である。導光部２の上面となる出射面６と対向する面、すなわち導光部２の下面に、台形状の凸部１０，１１，１２が形成されている。また、隣接する凸部１０，１１，１２によって鋸歯状の凹部１３，１４が形成されている。この鋸歯の頂点は、凹部１３，１４の最も凹んだ部分である。凸部１０，１１，１２および凹部１３，１４によってプリズム部４が構成されている。長尺の導光部２の両端部の凹部１３の凹み角すなわちプリズム角θ１（３０°）は大きくされ、長尺の導光部２の中央部の凹部１４のプリズム角θ２（４０°）は、θ１よりも小さくされている。このプリズム部４の形状は導光部２の長尺方向でその中心に対して左右対称とされ、また短尺方向でもその中心に対して対称とされている。また、導光部２の中央部の凹部１４の頂点間ピッチＰ１は、導光部２の両端部の凹部１３の頂点間ピッチＰ２よりも大きくされている。なお、凸部１０，１１，１２および凹部１３，１４は、導光部２および入射レンズ３の金型による一体成形の際に同時に形成される。

（発光装置の構成）
図５は、導光体１を用いた発光装置２０の縦断面図である。導光体１の両端には、光源としてのＬＥＤ２１および反射部材となる鏡面部材２２が各１個固定配置されている。ＬＥＤ２１は、チップ型のものである。ＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１よりもプリズム部４に近い側(図５の下側）に配置されている。すなわち、ＬＥＤ２１は、光軸Ｍ１に対して下側にシフトされている。このシフトの結果ＬＥＤ２１の配置位置は、光軸Ｍ１とプリズム部４との中間位置とされている。ここで、入射レンズ３の光軸Ｍ１とは、プリズム部４と平行となり、出射面６とも平行となり、かつ入射レンズ３の中心を通る線である。また、ＬＥＤ２１は、図５の下側から斜め上側に向かって入射レンズ３に対して光を照射するように光軸Ｍ１に対して４５°傾けて配置されている。すなわち、光軸Ｍ１に対してＬＥＤ２１の面は垂直ではなく傾くこととなり、チルトすることとなる。この結果、ＬＥＤ２１は、光軸Ｍ１に対してプリズム部４側にシフトし、出射面６側に向くようにチルトしていることとなる。

各鏡面部材２２は、図５における縦断面が放物線状の曲線を描くカップ状の形状をしている。この放物線は、光軸Ｍ１を含むどの断面で切った場合も同一となる。また、放物線の焦点位置は、光軸Ｍ１上となるように設定されている。カップ状の鏡面部材２２の内側面にはＬＥＤ２１の光を反射できるように鏡面加工が施されている。また、カップ状の鏡面部材２２の開口端部は、導光体１の端部を覆い、ＬＥＤ２１の光が鏡面部材２２と導光体１の間から漏れないように目張りがされている。このため、導光体１の両端に置かれたＬＥＤ２１の光の殆どは、導光体１へ入射することとなる。

（ＬＥＤ２１を点灯させたときの発光装置２０の光の入出射の状況）
図６および図７は、 ＬＥＤ２１を点灯させたときの発光装置２０の光の入出射の状況を示す概要図である。図６には、ＬＥＤ２１から直接入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端（図では左端側のみ表示）から出射される光の光路を示している。また、図７には、ＬＥＤ２１からの光が鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端（図では左端側のみ表示）から出射される光の光路を示している。矢印付きの細かい点線で示す光路は、図６および図７におけるＬＥＤ２１の下端側から発せられる光の光路である。ここでＬＥＤ２１の中心から発せられる光は、両者の中間の光路となるが、図示を省略している。また、矢印付きの粗い点線で示す光路は、図６および図７におけるＬＥＤ２１の上端側から発せられる光の光路である。なお、後述する導光部２の上側面となる出射面６における光の反射の様子を明確に示すため、図６、図７では、導光部２と光散乱導光部５とを離隔して図示している（図９、図１０、図１１、図１２、図１３および図１４も同様）。

ＬＥＤ２１は、入射レンズ３の焦点位置でありかつ鏡面部材２２の放物線の焦点位置である両焦点位置Ｆからわずかに下方に、ＬＥＤ２１の中心がくるように配置される。ただし図６，図７では分かり易くするため両焦点位置Ｆからかなり離れた位置にＬＥＤ２１の中心がくるように示している。ＬＥＤ２１から発せられる光は、発散光であるが、入射レンズ３に入射した後は凸レンズの作用により平行光に近づいている。そして、ＬＥＤ２１から直接入射レンズ３に入射する光は、一旦図６における導光部２の出射面６（上側面となる）に照射される。そして、その出射面６で全反射して主に導光部２の中央部のプリズム部４にて方向転換される。そして、方向転換された光は、出射面６を略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を散乱しながら通過して出射される。図６に示す光は、主に導光部２の中央部から出射されることとなる。この結果、一般的には、導光体の中央からの出射光が弱くなり、出射光の強弱分布が大きくなりがちであるが、この実施形態の導光体１では、中央部分からの出射光が強くなり強弱分布がなだらかとなる。

ＬＥＤ２１からの光が鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと入射される光は、出射面６での全反射を経て図６に示す光路と同様の光路をとる光もある。しかし、図７に示すように一部の光は、出射面６での全反射を経ずに、鏡面部材２２から入射レンズ３を通過し直接プリズム部４に照射され、方向転換されて出射面６を略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を散乱しながら通過して出射される。図７に示す光は、主に導光部２の両端部から出射される。

図８は、導光部２の中央部からの距離を横軸にとり、導光部２の明るさ（光量）の分布をシミュレーション結果として示す図である。シミュレーションの条件は、ＬＥＤ２１の発光面を１ｍｍ角とし、その明るさが１５０ｌｕｍｅｎ／個で、広がり角１６０°とし、光散乱導光部５のうち出射面６と対向する面とは反対側の面の先端から１０ｍｍ離れた位置の明るさを表示する条件である（図１２、図１５、図１８、図１９、図２０に示すものについても同条件である）。図２に示す光散乱導光部５の上面は、光散乱導光部５の短尺方向の両端部から中央部に向かって膨らんでいるため、凸レンズの役割をする。そのため、光散乱導光部５から出射される光は、光散乱導光部５から所定距離離れた位置に集まりその位置に用紙（たとえばスキャナ用の紙）を置いた場合、その用紙には光軸Ｍ１と平行な線状の照明状態が映し出される。また、光散乱導光部５には光散乱粒子が含まれているため、出射光は若干散乱されている。このため、線状の照明状態は、線状の各部分で途切れることなく一直線となる。さらに、図８に示すように、出射光は、導光部２の両端部よりも中央部の方が出射する光の光量が少ない。これは、図６に示すように中央側への誘導をより大きくしているが、図７に示すような光路をとる光も存在し、かつこの光路は短くその強度が大きくなるためである。この実施の形態のものは、中央部の出射光量が両端部よりも小さくなっているが、その小さくなっている程度はＬＥＤ２１を光軸Ｍ１上に配置しかつチルトをさせない場合に比べ小ささの程度は少ない。すなわち、中央部の光の強さは両端部の光の強度により近づいている。

図９には、図２に示した光散乱導光部５内外の光路を示している。導光部２から導光された光の光路Ｋ１は、光散乱導光部５に進入していくと、徐々に散乱が進み、凸レンズ状の光散乱導光部５の上面から出射する際には光散乱導光部５の短尺方向の中央側に屈折する。そして散乱光となって徐々に照射面積が大きくなる光路Ｋ２となる。他の光路も同様の過程を経るため、光散乱導光部５の上面から所定距離離れた位置に所定の幅を有する線状の照明範囲が形成される。

（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
発光装置２０および導光体１は、入射する光を平行光に近づける入射レンズ３を有しており、かつその平行光に近づけた光を出射面６で全反射させまたは直接、中央部付近にあるプリズム部４にもたらし、反射または全反射させ出射させている。その際入射光を入射レンズ３の光軸Ｍ１の下側から斜め上側に向かって入射させることにより、出射面６で全反射され、中央部付近にあるプリズム部４から反射または全反射され出射される光量を増やすことができる。そのため、従来に比べ、導光体１の中央部１から出射する光量が増し、出射光に強弱の大きな分布が生じるのを抑制できる。また、完全な平行光ではなく、平行光に近づけた光であるため、同じ鋸歯で反射される光は、ある幅を持って出射面６側に向かう。このため、隣接する鋸歯で反射される光の間に、反射光量が少ない部分が生じ、出射光に強弱の縞状分布が生じてしまうのを防ぐことができる。仮にＬＥＤ２１から出射される発散光がそのまま導光部２に入射すると、導光体１の端部に出射量の多い部分が生じ、出射光に強弱の大きな分布が生じがちとなる。また、プリズム部４を通過する光が生じ、それが強弱の大きな分布の原因にもなる。プリズム部４を通過する光を防ぐためにはプリズム部４を非常に密に配置しかつプリズム部を出射面６に対し斜めに形成する必要がある。発光装置２０は、入射レンズ３の光軸Ｍ１の下側から斜め上側に向かって光を入射させる構成を採用している。そのため、プリズム部４を出射面６に対し平行とすることができ、従来構造の出射面６に対し斜めとする構造をとる必要がなくなるため、製造上の困難さ、水平配置が困難となるという組み込み上の困難さを回避することができる。

また、発光装置２０は、鏡面部材２２がＬＥＤ２１の光のうち直接入射レンズ３または導光部２に入射されない光を反射し、その反射光を入射レンズ３または導光部２に入射させるようにしている。そのため、ＬＥＤ２１から出射される光の殆どを導光体１に入射させることができる。

また、発光装置２０および導光体１は、光散乱導光部５が光を多重散乱させる光散乱粒子を含有している。この光散乱導光部５は、前方散乱の大きな光散乱をさせるものであるため、光の出射効率を落とし難い。また、導光部２または入射レンズ３は透明体からなるか、その濁度τを非常に大きくするための光散乱導光体５を含有している。そのため、出射面６からの出射の前段階では光はほとんど散乱せず、光散乱導光部５から光が出射されるときの散乱が殆どとなる。そのため、光の出射面６からの出射の際に、上述した光の強弱の縞状分布が若干生じていたとしても、光散乱導光部５による光の多重散乱で光の効率をそれほど落とすことなく光の強弱の縞状分布を抑制できる。

ここで、光散乱導光部５に含有される光散乱粒子は、光散乱導光部５の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτ（単位はｃｍ）とし、後述する出射面６と直交する方向の光散乱導光部５の最大厚み（Ｈ２）をＴ（単位はｃｍ）としたとき、１＜Ｔ／τ＜１０の範囲内とされている。Ｔ／τの値が１を上回ることで、上述の縞状分布をより抑制できる。また、Ｔ／τの値が１０未満となることで、光の過剰な多重散乱を抑制し、図９に示すように、所定の幅を有する線状の照明範囲を形成しやすくなる。

また、発光装置２０は、導光部２の両端部よりも中央部の方が出射する光の光量が少ない。そして、出射される光は、光散乱導光部５から所定距離離れた位置に集光し、線状の照明状態となる。そのため、発光装置２０は、その所定距離に画像読み取り対象物が設置され、その対象物から反射される光を導光部２の中央部から導光部２の長尺方向と直交する方向に所定距離離れた位置に配置される撮像素子によって結像させるスキャナ用光源として適している。その理由は、導光部２の両端部は中央部よりもその撮像素子から離れているため光路長が長いだけではなく、導光部２から画角の大きい斜め方向の照射方向となるため、コサイン４乗則により光が撮像素子に届き難く、撮像素子から見た場合、両端部の光量が多いと、導光部２の両端部も中央部も略均一の光量となるためである。

また、発光装置２０は、スキャナの撮像素子が導光部２の長尺方向にその長尺方向長さの範囲で動き、撮像素子が導光部２の中央部および両端部と対向しつつ上述の対象物から反射される光を撮影するスキャナ用光源としても適している。その理由は、導光部２の両端部は、コサイン４乗則により撮像素子が動く範囲を超える画角の大きい範囲の光、すなわち撮像素子によって結像されずに無駄に照射される光を含んでいるため光量不足となりがちであり、撮像素子から見た場合、導光部２の両端部も中央部も略均一の光量となるためである。また、撮像素子が導光部２に対して平行となる直線状のものである場合も、撮像素子の両端の入射光量が少なくなりがちであるが、この発光装置２０のように両端部の光量が多いとそのような弊害は無くなる。

ＬＥＤ２１を出射面６側にシフトさせると導光部２の両端部を強く光らせることができ、ＬＥＤ２１をプリズム部４側にシフトさせると、導光部２の中央部を強く光らせることができるが両端部の強さまでにはいかない。また、ＬＥＤ２１をチルトさせることで鏡面部材２２に当たる光を多くすると、導光部２の両端部付近を強く光らせることができる。これらの点を別の角度から以下に述べる。

導光部２の両端部と中央部が出射する光の光量を調整するには、図５に示すＬＥＤ２１の上下位置（シフトの程度）および／または傾き（チルトの程度）を調整する。ＬＥＤ２１から出射する光のうち導光部２に入射する際の下側から斜め上側に向かう光の量、または上側から斜め下側に向かう光の量を大きくすると、導光部２の両端部のプリズム部４に照射される光が多くなる。その結果、導光部２の両端部が中央部よりも出射する光の光量が非常に多くなり、端部の光が非常に強くなる。逆に、ＬＥＤ２１から出射する光のうち導光部２に入射する際の上側から斜め下側、または下側から斜め上側に向かう各光の量を小さくし、導光部２の中央へ向かう光の量を多くすると、導光部２の中央部のプリズム部４に照射される光が多くなる。その結果、導光部２の中央部が出射する光の光量が多くなる。ただし、この場合であっても光の光路長やＬＥＤ２１が面光源であることを考慮すると、両端部の光の強さの方が中央部よりも強くなる。すなわち長尺方向に関してより強度が一定するが、やはり中央部の方が弱い光となる。

また、発光装置２０および導光体１は、導光部２と光散乱導光部５が２材成形によって一体とされている。そのため、両者を一体として取り扱うことができ取り扱い性に優れるものとなる。

また、発光装置２０は、導光部２の両端部にＬＥＤ２１と入射レンズ３が各１つ配置されている。そのため、僅か２つの少量のＬＥＤ２１を光源としており、部材数低減および消費電力低減等のコスト面等の利点がある。そして、発光装置２０および導光体１は、導光部２の長尺方向の両端部から光が入射され、プリズム部４は、断面が複数の鋸歯状に形成され、導光部２の両端部の鋸歯の頂点間ピッチＰ２よりも中央部の鋸歯の頂点間ピッチＰ１の方が長く配置されている。これは、ＬＥＤ２１から離れている導光部２の中央部では、プリズム部４への光の入射角が小さく、Ｐ１の値を大きくしても、照射される光を略確実に方向転換できるためである。そのため、導光部２の中央部については、形状が複雑とならないため、金型成型等の際の寸法精度が高まる。

（第１変形例）
図１０および図１１は、発光装置２０の第１変形例の発光装置２０ＡのＬＥＤ２１を点灯させたときの光の入出射の状況を示す概要図である。なお、発光装置２０Ａは、ＬＥＤ２１を傾けずに導光部２の軸、すなわち光軸Ｍ１に対して垂直の図１０において下側方向を発光面としている以外は発光装置２０と構成は変わらないため、各構成要素に付した符号は、発光部材２０の各構成部材に付した符号と同一にして説明する。図１０には、ＬＥＤ２１から直接入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。また、図１１には、ＬＥＤ２１からの光が鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。矢印付きの細かい点線で示す光路は、図１０および図１１におけるＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光の光路である。また、矢印付きの粗い点線で示す光路は、図１０および図１１におけるＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光の光路である。

ＬＥＤ２１から発せられる光は、発散光であるが、入射レンズ３から出射する光は平行光に近づいている。しかも、ＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１よりも下側の位置にシフトされて配置されているため、図１０に示すように双曲線形状をなす入射レンズ３に光が入射する際に発光面に対して垂直方向に発せられる多くの光が上側へ屈折している。そして導光部２の出射面６で全反射し主に導光部２の中央部のプリズム部４にて方向転換され、出射面６に対して略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。図１０に示す光は、ＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光が主として導光部２の中央部側へ向き、プリズム部４で反射され導光部２の中央部側から出射され、ＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光が主として導光部２の中央部よりも若干両端寄りから出射される。

また、図１１に示す鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される光は、ＬＥＤ２１から非常に広角に出射された光のうち両端側の光である。ＬＥＤ２１は前方方向に光の指向性を有しているため、この両端の光の光量は少ない。このように、広角側の光のうち、上側に向いた光は、出射面６での全反射を経ずに、鏡面部材２２で反射しそのまま入射レンズ３を通過し直接プリズム部４に照射され、方向転換されて出射面６を略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。一方、下側に向いた光は、鏡面部材２２で反射し、入射レンズ３を通過し出射面６で反射しプリズム部４へ向かいプリズム部４で出射面６側に反射する。図１１に示す光は、主に導光部２の両端部から出射される。

図１２は、発光装置２０Ａの発光状態を示す図で、導光部２の中央部からの距離を横軸にとり、導光部２の明るさ（光量）の分布を示す図である。発光装置２０Ａの発光状態は、ＬＥＤ２１の面を光軸Ｍ１に対して垂直となるようにし、かつＬＥＤ２１の中心を両焦点位置Ｆに配置したものに比べプリズム部４で反射する光量が増加し、また両端部の光の強さが若干弱くなり、両端部と中央部の光の強さの差が小さくなる。すなわち、ＬＥＤ２１の中心を光軸Ｍ１と重なる位置に配置すると平行光は他の端部から抜け出てしまい、光効率が落ち、出射面６から出射される光量の合計は小さいものとなる。発光装置２０Ａの出射光は、発光装置２０と同様に導光部２の両端部よりも中央部の方が出射する光の光量が少ない。ただし、導光部２の両端部から出射される光の光量は、上述したように若干発光装置２０のそれよりも少ない。

（第２変形例）
図１３および図１４は、発光装置２０の第２変形例の発光装置２０ＢのＬＥＤ２１を点灯させたときの光の入出射の状況を示す概要図である。なお、発光装置２０Ｂは、ＬＥＤ２１を傾けずに導光部２の軸すなわち光軸Ｍ１に対して垂直の方向を発光面とし、かつＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１よりも上側の位置にシフト配置されている。このシフトの結果ＬＥＤ２１の配置位置は、光軸Ｍ１と出射面６との中間位置とされている。また、導光部２Ａのプリズム部４Ａでは、導光部２Ａの中央部の凹部１４Ａの頂点間ピッチＰ３は、導光部２Ａの両端部の凹部１３Ａの頂点間ピッチＰ４よりも大きくされている。頂点間ピッチＰ３の範囲のプリズム角は各々３０°であり、頂点間ピッチＰ４の範囲のプリズム角は各々４０°である。これらの点以外は発光装置２０と構成は変わらないため、各構成要素に付した符号は、発光部材２０の各構成部材に付した符号と同一にして説明する。

図１３には、ＬＥＤ２１から直接入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。また、図１４には、ＬＥＤ２１からの光が鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。矢印付きの細かい点線で示す光路は、図１３および図１４におけるＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光の光路である。また、矢印付きの粗い点線で示す光路は、図１３および図１４におけるＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光の光路である。

ＬＥＤ２１から発せられる光は、発散光であるが、入射レンズ３から出射する光は平行光に近づいている。また、ＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１よりも上側の位置にシフトされて配置されているため、図１３に示すように双曲線形状をなす入射レンズ３に光が入射する際に発光面に対して垂直方向に発せられる多くの光が下側へ屈折している。そして導光部２の中央部および両端部のプリズム部４にて方向転換され、出射面６を略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。図１３に示す光は、ＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光が主として導光部２の両端部から出射され、ＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光が主として導光部２の中央部側へ向き、プリズム部４で反射され導光部２の中央部側から出射される。

また、図１４に示す鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される光は、ＬＥＤ２１から非常に広角側に出射された光である。この光のうち下側に向いた光は、出射面６での全反射を経てプリズム部４Ａで反射され出射面６を通過していく。一方、上側に向いた光は出射面６での全反射を経ずに、鏡面部材２２で反射しそのまま入射レンズ３を通過し直接プリズム部４Ａに照射され、方向転換されて出射面６を略垂直方向に通過する。いずれの光も、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。図１４に示す光は、主に導光部２のＡ両端部から出射される。なお、ピッチＰ３をピッチＰ４よりも大きくすることによって、主として出射される導光部２Ａの両端部については、形状が複雑とならないため、金型成型等の際の寸法精度が高まる。

図１５は、発光装置２０Ｂの発光状態を示す図で、導光部２の中央部からの距離を横軸にとり、導光部２の明るさ（光量）の分布を示す図である。発光装置２０Ｂの発光状態は、両端部が明るく中央部が暗いという点では、発光装置２０，２０Ａの発光状態と略同じである。ただし、導光部２Ａの両端部から出射される光の光量は、発光装置２０，２０Ａのそれよりも多い。その両端部から多く出射される光は、発光装置２０，２０Ａに比べてＬＥＤ２１から若干離れた位置から出射されている。

（第３変形例）
図１６は、発光装置２０の第３変形例の発光装置２０Ｃ（図示省略）の発光状態を示す図で、導光部２の中央部からの距離を横軸にとり、導光部２の明るさ（光量）の分布を示す図である。なお、発光装置２０Ｃは、導光部２の軸すなわち光軸Ｍ１に対して垂直の方向を発光面とし、かつＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１よりも上側の位置にシフト配置されている。このシフトの結果ＬＥＤ２１の配置位置は、光軸Ｍ１と出射面６との中間位置とされている。そして、ＬＥＤ２１をプリズム部４Ａの方向（下方）に向けて４５°傾けている。さらに、発光装置２０Ｃは、発光装置２０Ｂと同様にプリズム部４Ａを有する導光部２Ａを用いている。発光装置２０Ｃは、これらの点以外は発光装置２０と構成は変わらない。発光装置２０Ｃの発光状態は、両端部が明るく中央部が暗いという点では、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂの発光状態と略同じである。そして、導光部２Ａの両端部から出射される光の光量は、発光装置２０Ｂと同等である。その両端部から多く出射される光は、発光装置２０Ｂと略同じ位置から出射されている。

（比較例）
図１７および図１８は、比較例の発光装置２０ＤのＬＥＤ２１を点灯させたときの光の入出射の状況を示す概要図である。なお、発光装置２０Ｄは、ＬＥＤ２１を傾けずに導光部２の軸すなわち光軸Ｍ１に対して垂直の方向を発光面とし、かつＬＥＤ２１の中心が両焦点位置Ｆに配置されている。これらの点以外は発光装置２０と構成は変わらないため、各構成要素に付した符号は、発光部材２０の各構成部材に付した符号と同一にして説明する。図１７には、ＬＥＤ２１から直接入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。また、図１８には、ＬＥＤ２１からの光が鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される場合であってＬＥＤ２１の両端から出射される光路を示している。矢印付きの細かい点線で示す光路は、図１７および図１８におけるＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光の光路である。また、矢印付きの粗い点線で示す光路は、図１７および図１８におけるＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光の光路である。

ＬＥＤ２１から発せられる光は、発散光であるが、入射レンズ３から出射する光は平行光に近づいている。また、ＬＥＤ２１の中心は、入射レンズ３の焦点位置、すなわち両焦点位置Ｆに配置されているため、図１７に示すように双曲線形状をなす入射レンズ３に光が入射する際にＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる多くの光が上側へ屈折している。そして導光部２の出射面６で全反射し主に導光部２の中央部のプリズム部４にて方向転換され、出射面６を略垂直方向に通過し、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。また、ＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる多くの光が下側へ屈折している。そして導光部２の両端部のプリズム部４にて若干鋭角に方向転換され、出射面６を通過し、さらに光散乱導光部５を通過して出射される。また、ＬＥＤ２１から比較的広角に発せられる光は、プリズム部４へは照射されず、導光部２を長尺方向に直進する。その直進する光は、その一部が逆側の鏡面部材２２で反射され、導光部２に再度入射し、最終的に光散乱導光部５を通過して出射される。図１７に示す光は、ＬＥＤ２１の上端側領域から発せられる光は主として導光部２の両端部から出射され、ＬＥＤ２１の下端側領域から発せられる光は主として導光部２の中央部から出射される。なお、ＬＥＤ２１の中心からの出射光が平行光となるため一方の端部から他方の端部へ向かう光が多くなることとなる。このため、発光装置２０Ｄは、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに比べ光の利用効率が落ちることとなる。

また、図１８に示す鏡面部材２２に反射して入射レンズ３へと光が入射される光は、ＬＥＤ２１から非常に広角側に出射される光である。この光は、鏡面部材２２での反射後、図１７に示す光路と略同様の光路をとる。図１８に示す光は、主に導光部２の両端部から出射される。

図１９は、発光装置２０Ｄの発光状態を示す図で、導光部２の中央部からの距離を横軸にとり、導光部２の明るさ（光量）の分布を示す図である。発光装置２０Ｄの発光状態は、導光部２の両端部よりも中央部の方が出射する光の光量が少ないという点では、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの発光状態と略同じである。ただし、導光部２の両端部から出射される光の光量、と導光部２の中央部から出射される光の光量との差は、発光装置２０，２０Ａに比べて大きく、発光装置２０Ｂ，２０Ｃのそれよりも少ない。また、発光装置２０Ｄは、中央部における発光量の変動が小刻みに多数生じている。

なお、図２０にＬＥＤ２１の配置を発光装置２０Ｄと同じとして、入射レンズ３を無くした発光装置の発光状態を示す。図２０に示すように入射レンズ３が無い場合、中央部が極端に暗くなる。また、両端部と中央部の差も非常に大きくなる。しかし、このような発光状態の要求がある場合には、入射レンズ３を無くしたものとしても良い。また、入射レンズを無くす代わりにシフトとチルトの一方または両者を採用するようにしても良い。

（他の形態）
以上、本発明の実施の形態における光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃについて説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更実施可能である。

本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、棒状の導光部２，２Ａと、導光部２，２Ａに光を入射するＬＥＤ２１と、導光部２，２Ａの長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部４，４Ａとを備え、プリズム部４，４Ａと対向するように配置された出射面６から方向転換された光を出射する発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、導光部２，２Ａの長尺方向端部には、ＬＥＤ２１から導光部２，２Ａに向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体としての入射レンズ３を形成し、ＬＥＤ２１は、導光部２，２Ａの中心軸からプリズム部４，４Ａに近づく側またはプリズム部４，４Ａから離れる側にシフトさせることにより、その平行光に近づいた光を導光部２，２Ａの出射面６またはプリズム部４，４Ａに向くように構成している。ここで、プリズム部４，４Ａは、出射面６と平行になるように配置しているが、その必要性は必ずしも無い。たとえば、プリズム部４，４Ａは、出射面６と平行でなく、ＬＥＤ２１から離れるに従い出射面６に近づくような傾きをもったものにしても良い。また、光を方向転換するためには、プリズム部４，４Ａではなく、ミラー、白色面等、光を反射する部材を用いても良い。

また、プリズム部４，４Ａおよび／または出射面６は、平面状ではなく、曲面状等とすることができる。たとえば、出射面６は、光散乱導光部５の上面と同様の円柱側面形状等とすることができる。さらに、導光部２，２Ａには、ＰＭＭＡ製のものを用いているが、その他のアクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体で、透明性の高い非晶質の合成樹脂であるアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート等の他の透光性樹脂やガラス等を材質としたものを用いることができる。また、平行光形成体としては、凸レンズとなる入射レンズ３を使用しているが、ＬＥＤ２１を導光体１とは逆方向に向けて配置した場合、鏡面部材２２が平行光形成体となる。このように凹面反射鏡を平行光形成体としても良い。

また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、ＬＥＤ２１の周囲にＬＥＤ２１から入射レンズ３へと直接入射されない光を反射して入射レンズ３へと入射させる鏡面部材２２を備えている。しかし、鏡面部材２２は、必須の構成要素ではないため省略することができる。ただし、ＬＥＤ２１から出射される光を有効活用する観点からは、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、鏡面部材２２を備えていることが好ましい。また、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが鏡面部材２２を備える場合であっても、鏡面部材２２は、図５における縦断面が放物線状の曲線を描くカップ状の形状をしている必要はなく、球面形状等の他の形状をしていても良い。さらに、反射部材は、鏡面部材２２のように鏡面ではなく、白色面等、光を反射する面を有するものであっても良い。

また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに用いられる平行光形成体としての入射レンズ３は、ＬＥＤ２１に向く側が膨らんでいる入射レンズ３とされている。そして、発光装置２０，２０Ａに用いられるＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１からプリズム部４，４Ａに近づく側にシフトされて配置されている。しかし、ＬＥＤ２１は、入射レンズ３の光軸Ｍ１を中心としてプリズム部４，４Ａから離れる側にシフトされて配置されていても良い。さらに、入射レンズ３は、必須の構成要素ではないため省略することができる。入射レンズ３に代わる平行光形成体は、たとえば上述したように凹面鏡等である。凹面鏡は、ＬＥＤ２１から発せられる発散光を反射し、その反射光を平行光に近づけることができる。さらに、平行光形成体として凸レンズを用いる場合であっても、その凸レンズは入射レンズ３のように断面が双曲線形状をしている必要は無い。

また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに用いられるＬＥＤ２１は、導光部２，２Ａの中心軸である光軸Ｍ１に対してその出射光の面が傾くように配置されている。しかし、このようなＬＥＤ２１の配置の仕方は必須の構成要素ではないため必ずしも採用する必要はない。また、採用する場合であっても、ＬＥＤ２１の位置、その傾きの角度等の諸条件は適宜設定できる。

また、本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが備える、光を出射する出射面となる導光部２，２Ａの出射面６側には、出射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有する光散乱導光部５が設けられている。しかし、光散乱導光部５は、必須の構成要素ではないため省略することができる。また、光散乱導光部５を採用する場合には、光散乱導光部５に含有される光散乱粒子の材質、形状、粒径等の諸条件は適宜設定できる。たとえば、光散乱粒子は、その粒子径が２μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子としている。しかし、光散乱粒子は、透光部材１内の光を多重散乱するものであれば、その材質、形状、粒子径等を問わず、種々のものを用いることができる。ただし、光散乱導光部５が入射光の前方散乱を適切な範囲で大きくするためには、粒子径が２μｍから９μｍ、より好ましくは５μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子を用いることが好ましい。

また、光散乱粒子は、必須の構成要素ではないため省略することができる。また、光散乱粒子は、光散乱導光部５ではなく導光部２，２Ａにも含ませることができるし、光散乱導光部５には含ませないで導光部２，２Ａのみに含ませることができる。

また、導光部２，２Ａに含有される光散乱粒子は、導光部２，２Ａの散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、導光部２，２Ａの中心軸方向の長さをＬとしたとき、０＜Ｌ／（２×τ）＜３０の範囲内とされることが好ましい。Ｌ／（２×τ）を０を超える値にすることにより、光散乱粒子を導光部２，２Ａに含ませることができ、導光部２，２Ａ内を透過する光を多重散乱させて、上述した光の強弱の縞状分布を適切に抑制できる。また、Ｌ／（２×τ）を３０未満の値にすることにより、光の後方散乱を抑えて線状の照明状態を維持することができる。

また、光散乱導光部５に含有される光散乱粒子は、光散乱導光部５の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、出射面６と直交する方向の光散乱導光部５の最大厚みをＴとしたとき、１＜Ｔ／τ＜１０の範囲内としている。しかし、このような限定は必須の事項ではないため、そのような限定をする必要はない。

また、入射光の前方散乱を適切なものとするためには、導光部２，２Ａまたは光散乱導光部５の内部へ入射した光の平均自由行程の調整も重要である。平均自由行程は、たとえば光散乱導光部５の中心の厚み（最大厚み）をｔとすると、１／４ｔから１／２ｔの範囲とすることが好ましい。平均自由行程を１／４ｔ以上とすることで、後方散乱を大きくし過ぎずに、入射光に対する出射光の効率の低下を抑えることができる。平均自由行程を１／２ｔ以下とすることで、前方散乱を大きくし過ぎずに、上述した光の強弱の縞状分布を適切に抑制できる。このことは、光散乱粒子として粒子径が２μｍから９μｍまたは５μｍから９μｍの球状かつ透光性のシリコーン粒子を用いた場合に特にあてはまる。

また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、導光部２，２Ａの両端部にＬＥＤ２１と入射レンズ３が各１つ配置され、導光部２，２Ａの両端部よりも中央部の方が出射する光の光量が少ない。しかし、単にＬＥＤ２１を配置したものに比べ中央部の出射光量は大きく増加している。このように中央部の光量を増してなだらかな凹部状にした光量分布は必須ではないため採用する必要は無い。ただし、このような光量分布はスキャナ用には好ましいものとなる。また、導光部２，２Ａの両端ではなく一端にＬＥＤ２１および／または入射レンズ３を配置することとしても良い。さらに、ＬＥＤ２１および／または入射レンズ３は、導光部２，２Ａの両端部または一端に２つ以上配置されていても良い。

本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）は、棒状の導光部２，２Ａと、導光部２，２Ａの長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部４，４Ａとを有し、プリズム部４，４Ａと対向するように配置された出射面６から方向転換された光を出射する光学素子において、導光部２，２Ａの長尺方向端部には、ＬＥＤ２１から導光部２，２Ａに向けて出射された光を平行光に近づける入射レンズ３を形成している。ここで、プリズム部４，４Ａは、出射面６と平行になるように配置しているが、その必要は無い。また、導光部２，２Ａは、棒状とされているが、棒状ではなく平板状かつ直方体状としたり、棒状の場合でも曲がった棒状としたりすることができる。また、平行光に近づいた光を出射面６またはプリズム部４，４Ａに向くように構成するには、光源の配置や向きを考慮する他、入射レンズ３の形状を工夫し、入射してくる光を出射面６側またはプリズム部４，４Ａ側に屈折するようにすることで、達成できる。

また、本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに用いられる光散乱導光部５は、棒状とされ、導光部２，２Ａと対向する面とは反対側の面は、その短尺方向の中央部が膨らむ凸曲面形状とされている。しかし、光散乱導光部５は、棒状でなく光の出射方向に長い板状等、他の形状であっても良い。また、光散乱導光部５は、導光部２，２Ａと対向する面とは反対側の面がその短尺方向の中央部が凹む凹曲面形状または平面形状等の他の形状とされていても良い。その凹面形状を採用した場合には、出射光が発散光となり、発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、広い角度を照らす照明装置等に適するものとなる。

また、本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに用いられる導光部２，２Ａと光散乱導光部５は、一体とされている。しかし、導光部２，２Ａと光散乱導光部５は、別部材としても良い。その場合は、照明装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの用途等に合わせて照明パターンを変更することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに用いられる導光部２，２Ａには、上述したように入射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有していることとしても良い。また、入射レンズ３にも光散乱粒子が含有されることとしても良い。このようにすることで、導光部２，２Ａと光散乱導光部５を２材成形ではなく同一部材の一体成形とし、導光体１の製造工程数を低減できる。また、このようにすることで、より出射光に強弱の縞状分布が生じ難くなる場合がある。この場合、光散乱導光部５のみに光散乱粒子を含有する場合の含有濃度よりも含有濃度を低く設定することが好ましい。その理由は、導光部２，２Ａに入射し平行光となっている状態を維持するためである。

また、本発明の実施の形態に係る光学素子（導光体１）および発光装置２０，２０Ａに用いられる導光部２の両端部にＬＥＤ２１（光源）と入射レンズ３が各１つ配置され、導光部２の長尺方向の両端部から光が入射され、プリズム部４，４Ａは、断面が複数の鋸歯状に形成され、導光部２の両端部よりも中央部の方が各々の鋸歯の頂点間ピッチ（Ｐ１，Ｐ２）が長く配置されている。しかし、導光部２の両端ではなく一端にＬＥＤ２１（光源）および／または入射レンズ３を配置することとしても良い。さらに、ＬＥＤ２１（光源）および／または入射レンズ３は、導光部２の両端部または一端に２つ以上配置されていても良い。また、鋸歯の頂点間ピッチは、目的、用途等によって適宜設定可能である。たとえば、全ての鋸歯の頂点間ピッチを等しくする、または導光部１Ａ，発光装置２０Ｂ，２０Ｃのように、導光部２Ａの両端部よりも中央部の方が各々の鋸歯の頂点間ピッチ（Ｐ３，Ｐ４）を長く設定する、さらには、導光部２，２Ａの一端方向に向かって鋸歯の頂点間ピッチを徐々に短く設定することができる。

また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０，２０Ａに用いられるＬＥＤ２１は、導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）とプリズム部４との中間位置にシフト配置されている。そして、発光装置２０に用いられるＬＥＤ２１は、図５の下側から斜め上側に向かって入射レンズ３に対して光を照射するように導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）に対して４５°（チルト量）傾けてチルト配置されている。また、本発明の実施の形態に係る発光装置２０Ｂ，２０Ｃに用いられるＬＥＤ２１は、導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）と出射面６との中間位置に配置されている。発光装置２０Ｂ，２０Ｃに用いられるＬＥＤ２１は、プリズム部４Ａの方向に向けて導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）に対して４５°（チルト量）傾けてチルト配置されている。これらのシフト位置およびチルト量は、適宜変更できる。たとえば、シフト位置は、導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）から伸びて出射面６と直交する線上、または導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）から伸びてプリズム部４，４Ａと直交する線上で適宜設定できる。また、チルト量は、たとえば発光装置２０Ａ、２０Ｂのように全くチルトしていない状態から、ＬＥＤ２１の発光面が導光部２，２Ａの中心軸（光軸Ｍ１）に向かうように５°〜８５°の範囲で適宜設定できる。

１ 導光体（光学素子）
２，２Ａ 導光部
３ 入射レンズ（平行光形成体）
４，４Ａ プリズム部
５ 光散乱導光部
６ 出射面（上側面）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 発光装置
２１ ＬＥＤ（光源）
２２ 鏡面部材（反射部材）
Ｐ１，Ｐ２ 鋸歯の頂点間ピッチ
τ 濁度
Ｌ 導光部の中心軸方向の長さ
Ｔ 出射面と直交する方向の光散乱導光部の最大厚み

Claims (14)

1. 棒状の導光部と、上記導光部に光を入射する光源と、上記導光部の長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部とを備え、上記プリズム部と対向するように配置された出射面から上記方向転換された光を出射する発光装置において、
   上記導光部の長尺方向端部には、上記光源から上記導光部に向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体を形成し、上記光源は、上記導光部の中心軸から上記プリズム部に近づく側または上記プリズム部から離れる側にシフトさせることにより、その平行光に近づいた光を上記導光部の上記出射面または上記プリズム部に向くように構成したことを特徴とする発光装置。
2. 請求項１記載の発光装置において、前記光源は、前記導光部の中心軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または２記載の発光装置において、前記平行光形成体は、前記光源に向く側が膨らんでいる凸レンズとされていることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置において、前記光源の周囲には、前記光源から前記導光部へと直接入射されない光を反射して前記導光部へと入射させる反射部材を備えることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置において、前記導光部の光を出射する前記出射面側には、前記出射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有する光散乱導光部が設けられていることを特徴とする発光装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置において、前記プリズム部を前記出射面と平行になるように配置することを特徴とする発光装置。
7. 棒状の導光部と、上記導光部の長尺方向端部から入射された光を方向転換させるプリズム部とを有し、上記プリズム部と対向するように配置された出射面から上記方向転換された光を出射する光学素子において、
   上記導光部の長尺方向端部には、光源から上記導光部に向けて出射された光を平行光に近づける平行光形成体を形成したことを特徴とする光学素子。
8. 請求項７記載の光学素子において、前記出射面側には、前記出射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有する光散乱導光部が設けられていることを特徴とする光学素子。
9. 請求項８記載の光学素子において、前記光散乱導光部は、棒状とされ、前記導光部と対向する面とは反対側の面は、その短尺方向の中央部が膨らむ凸曲面形状とされていることを特徴とする光学素子。
10. 請求項８または９記載の光学素子において、前記導光部と前記光散乱導光部は、一体とされていることを特徴とする光学素子。
11. 請求項７から１０のいずれか１項に記載の光学素子において、前記導光部は、前記入射した光を多重散乱させる光散乱粒子を含有していることを特徴とする光学素子。
12. 請求項８または１１記載の光学素子において、
    前記光散乱粒子は、その粒径が２μｍから９μｍの透光性のシリコーン粒子であることを特徴とする光学素子。
13. 請求項８，１１または１２記載の光学素子において、
    前記導光部に含有される前記光散乱粒子は、前記導光部の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、前記導光部の中心軸方向の長さをＬとしたとき、
    ０＜Ｌ／（２×τ）＜３０の範囲内とされることを特徴とする光学素子。
14. 請求項８，１１または１２記載の光学素子において、
    前記光散乱導光部に含有される前記光散乱粒子は、前記光散乱導光部の散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度をτとし、前記出射面と直交する方向の前記光散乱導光部の最大厚みをＴとしたとき、
    １＜Ｔ／τ＜１０の範囲内とされることを特徴とする光学素子。

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