JPH073553B2

JPH073553B2 - 光源ユニツト

Info

Publication number: JPH073553B2
Application number: JP61255046A
Authority: JP
Inventors: 尋須藤; 純二中村; 工福西
Original assignee: 近藤フィリップスライティング株式会社; 日本石英硝子株式会社
Priority date: 1986-10-27
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1995-01-18
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPS63108332A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光源ユニットに関し、特に、イメージスキャナ
ー、オプティカルプリンター、モノクロ複写機、カラー
複写機、ファクシミリ装置等の事務機器用の光源として
用いて好適な光源ユニットに関する。

〔従来の技術〕

イメージスキャナー、オプティカルプリンター、モノク
ロ複写機、カラー複写機、ファクシミリ装置等の事務機
器用の光源としては、解像度及び読み取り速度を向上さ
せるために、光量レベルが大きく、光量ムラ及び偏りの
ない均一な線状光であるとともに、配光ビーム角が小さ
い平行光線に近い照射光（以下、高輝線状光という）を
得ることができるものであることが望ましい。

このような要求に応じる高輝線状光用の光源として、本
出願人は先に特願昭60−284115号として、スリット付円
筒鏡に被覆された光伝送用ロッドをもちいた光源ユニッ
トを提案している。この光源ユニットは、被取付体に取
付けられる基台と、この基台に支持されるとともに、一
端面に軸方向内方に反射面を有する反射鏡を設け、かつ
外周面に高屈折率の微粉体を軸方向に直線細縞状に付着
して形成した拡散縞を設けた光伝送用ロッドと、この光
伝送用ロッドを被覆するとともに、光伝送用ロッドに形
成された拡散縞と対向する位置にスリットを有したスリ
ット付円筒鏡と、光伝送用ロッドの他端面に設けられる
とともに、この他端面に光を入射するランプとより構成
されている。

以上の構成において、ランプを点灯すると、ランプから
放射された光が、光伝送用ロッドの端面に集光されつつ
入射される。入射された光は、拡散縞によって、スリッ
トから一次ビーム光のみが照射される。これにより、平
行光線に近い光量ムラのない均一な線状光、すなわち高
輝線状光を得ることができる。また、二次ビーム光は、
スリット付円筒鏡により、光伝送用ロッド内の拡散縞へ
反射されて、再度一次ビーム光として利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記した特願昭60−284115号公報に示された光
源ユニットによれば、スリット付円筒鏡が単に同心円上
に光伝送用ロッドを被覆しているため、二次ビーム光を
効率よく拡散縞へ反射するために反射面の曲率を最適曲
率に選定すると、スリット付円筒鏡が大型化し、ひいて
は光源ユニット全体が大型化するという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、二次ビー
ム光を効率よく拡散縞へ反射させて、一次ビーム光とし
て有効に利用するとともに、光源ユニット全体を小型化
するため、二次ビーム光の反斜面のみ最適曲率に形成し
たスリット付反射鏡を有した光源ユニットを提供するも
のである。

すなわち、この光源ユニットは、外周面に高屈折率の微
粉体を軸方向に直線細縞状に付着して形成した拡散縞を
設けた光伝送用ロッドと、前記光伝送用ロッドに形成さ
れた前記拡散縞と対向する位置にスリットを有し、かつ
前記拡散縞に対向するスリット部分が前記光伝送用ロッ
ドに最も隣接した位置にあり、スリットから外方へ離れ
るに従って前記光伝送用ロッドからも離間するような曲
率たる最適曲率に形成された反射面を有するとともに、
前記反射面以外は前記光伝送用ロッド近傍に添設するよ
うに形成されたスリット付反射鏡と、少なくとも前記光
伝送用ロッドの一端面に光を入射する光源とを配設する
ようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明による光源ユニットを詳細
に説明する。

第１図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、本発明による光源
ユニットの一実施例を示し、スキャナー等の被取付体に
ビス、ボルト等の任意の固着手段によって取り付けられ
るとともに、後述するサポート12L,12Rの脚部14L,14R及
びスリット付反射鏡16の脚部18を嵌入固着するための孔
20及び溝22（なお、脚部14Rは、溝22と嵌入固着され
る。）を有した基台10と、円柱状の光伝送用ロッド26を
貫孔28に密着挿通して支持するとともに、基台10及びス
リット付反射鏡16と係合固着される脚部14L,14R及び突
部30L,30Rを有した左右一対のサポート12L,12Rと、基台
10の孔20と係合する脚部18及びサポート12L,12Rの突部3
0L,30Rと係合する切欠32を有するとともに、頂部にスリ
ット34を有した内面が鏡面状の略逆Ｕ字形のスリット付
反射鏡16とを有している。一端から入射された光を他端
方向へ伝送する円柱状の光伝送用ロッド26の外周面に
は、軸方向に直線細縞状に高屈折率の微粉体を塗布して
拡散縞36が形成されるとともに、一端面には光伝送用ロ
ッド26の内面に反斜面を有する反射鏡が設けられてい
る。なお、前記拡散縞36は、組み立てた状態で、スリッ
ト34とは反対面に位置するようになり、孔20と貫通係合
した脚部18は、基台10の底面で折曲されて固定される。
光伝送用ロッド26の反射鏡を有する端面とは反対側の端
面には、光伝送用ロッド26への有効入射光以外の散乱光
を再びランプ40のランプ反射鏡42へ戻すための反射面を
有した反射器44が取り付けられている。ランプ40は、ハ
ロゲン電球、キセノンランプ、フラッシュランプ等のラ
ンプを使用でき、本実施例においては、ランプ40及び反
射鏡42として、反射鏡付ハロゲン電球を使用した。

ランプ40よりの光が集光されつつ、光伝送用ロッド26の
反射鏡を有しない端面よりその内部に入射された光は、
光伝送用ロッド26内で全反射を繰り返しながら軸方向へ
伝送され、反射鏡まで至った伝送光は、この反射鏡によ
り反射される。光伝送用ロッド26の外周面には、軸方向
に沿って高屈折率の微粉体からなる拡散縞36が形成され
ているため、光伝送用ロッド26を伝送された伝送光及び
反射鏡により反射された反射光は、拡散縞36により光伝
送用ロッド26内に拡散反射され、更に光伝送用ロッド26
のレンズ作用により拡散縞36と反対方向に指向性をもっ
て放出される。第２図は光伝送用ロッド26のレンズ作用
を示す原理説明図であり、拡散縞36は、光伝送用ロッド
26外周面に密着した円弧状の拡散性反射鏡として作用す
ることになる。

従って、拡散縞36の反射鏡作用により拡散反射された拡
散光の中で、拡散縞36の円弧形状に伴う指向特性によ
り、光伝送用ロッド26の中心軸46に一度集束してから出
射される成分と、中心軸46に集束しないその他拡散光の
うちで、光伝送用ロッド26のレンズ作用により角度を減
じて拡散縞36と反対方向に集束して放射されたもののう
ち、前記中心軸46に一度集束してから出射される成分と
重なる範囲の成分とが合成合体して、光量レベルの大き
い一次ビーム光Ａを構成することになる。そして、前記
一次ビーム光Ａを構成する成分以外の拡散光成分により
光量レベルの小さい二次ビーム光Ｂが構成されることに
なる。また、光伝送用ロッド26から放出されない入射光
は光伝送用ロッド26内で全反射を繰り返し、再度拡散縞
36により拡散反射されて光伝送用ロッド26外に放射され
る。このように、光伝送用ロッド26内の伝送光及び反射
光は、その伝送途中及び反射途中において順次拡散縞36
により、これにそって、かつこの拡散縞36の塗布された
側とは反対方向に指向性をもって放射されるので、光量
ムラのない線状光を得ることができるものである。ま
た、光伝送用ロッド26のレンズ作用は光の波長によって
異なるため、可視光成分は指向性が強く、近赤外線から
赤外線までの成分は指向性が弱く拡散されるため、有害
な熱線放射を避けることができる。

高輝線状光源として有用であるのは、光量レベルが強
く、光量分布も均一である一次ビーム光Ａである。二次
ビーム光Ｂは、臨界角に近づくにつれて光伝送用ロッド
26から周囲媒質へ出射する際、光伝送用ロッド26内部へ
の界面反射成分が増大し光量レベルが低下するととも
に、出射角も臨界角近傍を除き広がる傾向となる。従っ
て、この２次ビーム光Ｂを再び拡散縞36へ戻し、１次ビ
ーム光Ａに変換せしめることにより、一次ビーム光Ａの
光量の増大を図ることができるものである。スリット付
反射鏡16は、そのため、光伝送用ロッド26からの出射光
が再度同一光路を返って拡散縞36まで戻るような曲率を
有するように決定されるものである。但し、その際に、
第３図に示されるように、出射光が光伝送用ロッド中心
軸46より外側へ離れるにつれて、反射光がロッドへ再入
射する角度αが大（α_２＞α_１）となり、光伝送用ロッ
ド26表面での反射ロスが増える。そのため、αが大の領
域での効果は相対的に減少する。このことより、１次ビ
ーム光Ａ近傍におけるスリット付反射鏡16の曲率が重要
となり、以下のように決定されるものである。すなわ
ち、光伝送用ロッド26の出射光特性は光伝送用ロッド断
面図において座標系を第４図の様に定め、第１象限につ
いて考えると、拡散縞（36）Ｑ点より発し任意Ｐ点より
ロッド26の周囲媒質n₂中に出射する光束について関係式
を求めると、Ｙ＝tan（α−i₂）Ｘ＋｛Y_P−tan（α−i₂）・X_P｝……
（１）但し、X_P＝Rcosα、Y_P＝Rsinα となる。なお、第４象限ついては、上記第１象限と、ｘ
軸に関して対称になる。

出射光軸の延長線がＸ軸と交わる見掛けの焦点を第４図
の様にＦ（X_F,O）とすれば（１）式より、 Shnellの法則より、 n₁・sini₁＝n₂・sini₂であるから、i₂＝90゜より臨界角
iicは、 i₂＜90゜においてi₂は、またR_M＝|X_F|＋Ｒ＋δ ……（５） α＝2i₁ ……（６）出射光はi₁＜iic又はα＜2iicの範囲に限定される。

（２）、（４）、（５）及び（６）式よりR_Mをαに関し
て整理すると、となり、所望の円筒鏡曲率半径R_Mが算出される。

例えば、 n₁＝1.46（石英ロッドの屈折率） n₂＝1.0（ロッドが接する媒質［空気］の屈折率）従って、α＜±86.46゜の範囲が出射光として寄与す
る。

δ＝１（mm）について１）Ｒ＝３（mm）２）Ｒ＝５（mm）３）Ｒ＝7.5（mm）夫々の場合について計算した結果は別表１の通りであ
る。計算結果よりα≦50゜の範囲において反射鏡の曲率
数値は余り変化せず平均値で代表させることが実用的で
あることがわかる。

また、 n₁＝1.49（アクリル樹脂ロッドの屈折率）として場合
は、α＜±84.3゜の範囲で出射光として寄与する。

δ＝１（mm）について４）Ｒ＝３（mm）５）Ｒ＝５（mm）６）Ｒ＝7.5（mm）夫々の場合について計算した結果は、別表２の通りであ
る。これらのことより、０≦α≦20゜程度の範囲の出射
光は、１次ビーム光とほぼ重複し、そのまま反射鏡16の
スリット34を通過して外部へ出光させることになる故、
曲率R_Mの値は±20゜＜α＜±50゜程度の範囲を主体的に
考慮すれば良い。

従って反射鏡16のスリット34を通過しない光束を有効に
拡散縞36へ戻して再反射させるのに適した反射鏡16の形
状はエアギャップδを1mmとした場合、近似的に下記曲
率半径で代表させることができる。

１）石英ロッドの場合 R_M＝12.5（mm）（Ｒ＝3mm） R_M＝20 （mm）（Ｒ＝5mm） R_M＝30 （mm）（Ｒ＝7.5mm）２）アクリル樹脂ロッドの場合 R_M＝13 （mm）（Ｒ＝3mm） R_M＝21 （mm）（Ｒ＝5mm） R_M＝32 （mm）（Ｒ＝7.5mm）また、第４図のロッド断面図において、中心軸に対する
出射光の出射角は臨界角で定まる一定範囲内に限られるのでスリット付反射鏡16
は出射光に面した部分のみ最適曲率で構成されていれば
よく、第４図に示すように、スリット付反射鏡16の反射
面は、拡散縞36に対向するスリット34の部分がロッド26
に最も接近した位置にあり、スリット34から離れるに従
ってロッド26からも離間するような曲率たる最適曲率を
有した反射面に形成されている。そして、反射面以外
は、いかなる曲率でも良いため、ロッド26近傍に添設す
るようにして、スリット付反射鏡16を小型化している。

また、出願人による実験によると、光伝送用ロッド16の
材質として、溶融石英を使用し、ロッド径10mm、拡散縞
36の縞幅を3mmとした場合に、スリット34の幅と縞幅と
の間には以下のような関係があり、別表３の結果を得
た。

但し、実験方法として、第５図に示す方法により、光量
レベルの計測にはマルチモード光通信用石英ファイバー
（コア径50μ、クラッド径125μ、受光角２θ＝20゜の
もの）を使用し、光軸中心に対して垂直方向にスキャン
した。測定距離は、円筒鏡外面より5mmとした。

実験結果より、スリット34からの出射光量の分布特性図
を示すと、第６図のようになり、従って、スリット34の
幅と縞幅との関係は、実使用に際しては、（３）とする
のが特性上及び安定性の点で好ましく、鋭い指向特性と
最大の光量レベルを得るには（２）の如くスリット幅を
多少狭くした方が良い。

なお、90％出射光量分布幅と云うのは第７図中のｘのこ
とで、光量レベル90％以上の出射幅を示す。

以上の構成において、ランプ40を点灯すると、ランプ40
により放射された光が直接またはランプ反射鏡42及び反
射器44を介して、光伝送用ロッド26の端面に集光されつ
つ入射される。入射された光は、拡散縞36によって、ス
リット34から一次ビーム光Ａのみ出射され、平行光線に
近い光量ムラのない均一な線状光を得ることができる。

二次ビーム光Ｂは、スリット付反射鏡16により、光伝送
用ロッド26内の拡散縞36へ反射されて、再度一次ビーム
光として利用される。

第８図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）には、スリット付反射
鏡の他の実施例が示されており、符号216,316,416で示
されている。要は、出射光が反射する部分（反射面）の
み、最適曲率を有した形状、すなわち、スリット34近傍
が光伝送用ロッド26に最も隣接しており、スリット34か
ら離れるに従って、光伝送用ロッド26から離間していく
形状であればよく、反射面以外は適宜選択することがで
きる。

また、第９図は、スリット付反射鏡116と基台100とを一
体成形としたものであって、このものにあっては、効率
よく生産可能となる。

さらにまた、第10図に示すように、光伝送用ロッド４の
一端面に設けられた反射鏡に代えて、一端面に光を入射
するランプを設けても良い（すなわち、光伝送用ロッド
４の両端にランプを配設する）こと勿論であり、このも
のにあっては、軸方向に対して、より効果的な光量分布
を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明による光源ユニットによれば、
外周面に高屈折率の微粉体を軸方向に直線細縞状に付着
して形成した拡散縞を設けた光伝送用ロッドと、前記光
伝送用ロッドに形成された、前記拡散縞と対向する位置
にスリットを有するとともに、前記拡散縞に対向するス
リット部分が前記光伝送用ロッドに最も隣接した位置に
あり、スリットから外方へ離れるに従って前記光伝送用
ロッドからも離間するような曲率たる最適曲率に形成さ
れた反斜面を有したスリット付反射面と、少なくとも前
記光伝送用ロッドの一端面に光を入射する光源とを有す
るようにしたため、二次ビーム光を効率よく拡散縞へ反
射させて、一次ビーム光として有効に利用することがで
きるとともに、光源ユニット全体を小型にすることがで
きるので、装置への取付性を極めて向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示し、（ａ）は要部分解斜
視図、（ｂ）はユニット化した状態の正面図、（ｃ）は
Ｃ−Ｃ線断面図、第２図は光伝送用ロッドのレンズ作用
を示す原理説明図、第３図は出射光と反射鏡の曲率との
関係を示す説明図、第４図は所望の円筒鏡曲率半径につ
いての関係式を求めるための説明図、第５図は拡散縞の
縞幅とスリットの幅との関係を示す実験においての光量
レベル計測方法を示す説明図、第６図はスリットからの
出射光量の分布特性を示す説明図、第７図は90％出射光
量分布幅を示す説明図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）
はスリット付反射鏡の他の実施例を示す断面図、第９図
はスリット付反射鏡と基台とを一体成形にしたものを示
す断面図、第10図は、光伝送用ロッドの両端にランプを
配設した実施例を示すユニット化した状態の正面図。符号の説明 10……基台、12L,12R……サポート 14L,14R……脚部、16……スリット付反射鏡 18……脚部、20……孔 22……溝、26……光伝送用ロッド 28……貫孔、30L,30R……突部 32……切欠、34……スリット 40……ランプ、42……ランプ反射鏡、44……反射器 116,216,316,416……スリット付反射鏡 n₁……伝送ロッドの屈折率 n₂……ロッド周囲媒質の屈折率 δ……ロッド、円筒鏡間のエアギャップＲ……伝送ロッドの半径 R_M……所望の円筒鏡曲率半径Ｑ……拡散縞位置、Ｆ……出射光の見掛け焦点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に高屈折率の微粉体を軸方向に直線
細縞状に付着して形成した拡散縞を設けた、円柱状の光
伝送用ロッドと、前記光伝送用ロッドの外周面に形成された前記拡散縞と
対向する位置にスリットを有し、かつ前記拡散縞に対向
する前記スリットが、前記光伝送用ロッドに最も隣接し
た位置にあり、前記光伝送用ロッドと対向する面が、前
記光伝送用ロッドの外周面に沿うような曲率であるとと
もに、前記スリットから外方に離れるに従って、前記光
伝送用ロッドから離隔するような曲率で、かつ前記拡散
縞により拡散反射された拡散出射光のなかで、前記光伝
送用ロッドの中心軸に一度集束してから出射される一次
ビーム光成分以外の成分である二次ビーム光が、再度同
一光路を返って前記拡散縞まで戻るような曲率に形成さ
れ、該曲率に形成された前記光伝送用ロッドに対向する
面が、鏡面状の反射面とされたスリット付反射鏡と、少なくとも前記光伝送用ロッドの一端面に光を入射する
光源とを有することを特徴とする光源ユニット。