(57)【要約】【課題】光源から放射される光を効率良く利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる線状照明装置を提供する。【解決手段】光源１１の発光部１２を直線状に延在する帯状に形成する。発光部１２からの放射光を線状光に変換する光学部材３を、発光部１２に対向して入射面２１が延在する導光部２０と、入射面２１の反対側において導光部２０に一体形成されたシリンドリカルレンズ部２２と、導光部２０の短手方向両側に一体形成された反射光学部２３とを具備して構成する。さらに、光学部材３を囲繞する枠体４により、側面２４に連続して延在する反射面３２を反射光学部２３の出射側に形成する。これらにより、光源１１から放射される光を効率よく利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部が帯状に形成された面光源と、
前記発光部に対向して入射面が延在する導光部と、
前記入射面の反対側において前記導光部に一体形成され、前記導光部に入射された光を屈折によって線状に集光するシリンドリカルレンズ部と、
前記導光部の短手方向両側に一体形成され、前記導光部に入射された光のうち前記シリンドリカルレンズ部への光路外に放射された光を側面で全反射して前記シリンドリカルレンズ部の焦点に向けて出射する反射光学部と、
前記側面に連続して延在する反射面を前記反射光学部の出射側に形成する反射部材と、を備えたことを特徴とする線状照明装置。
【請求項２】
前記反射面の突出量を、前記シリンドリカルレンズ部の頂部を限度として設定したことを特徴とする請求項１記載の線状照明装置。
【請求項３】
前記反射面を、前記シリンドリカルレンズ部よりも前方に突出する曲面で構成したことを特徴とする請求項１記載の線状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的な直線状の範囲に照明光を集光させる線状照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ装置等には、画像読取用の照明光として、細長な線状の照明光を形成する線状照明装置が用いられる。この線状照明装置には、一般に、入射側に対して１軸方向のみ変化を与えて線状のビームを形成するための集光レンズとしてシリンドリカルレンズが用いられる。
【０００３】
このような線状照明装置として、例えば、特許文献１には、シリンドリカルレンズ部の入射側に直方体形状の導光部を一体的に設け、この導光部の長手方向の両端部にＬＥＤチップ等からなる光源を取り付けると共に、光源から導光部に入射された光を拡散反射する拡散反射部をシリンドリカルレンズ部に対向する導光部上の面に設けた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の特許文献１に開示された技術のように、導光部の長手方向の端部にＬＥＤチップ等を配置して線状の照明光を形成する場合、高い照度の線状照明光を広範囲に亘って形成するには限界がある。
【０００６】
そこで、シリンドリカルレンズ部の反対側に延在する導光部上の面（すなわち、シリンドリカルレンズ部の直下に位置する導光部上の面）を入射面として設定し、当該入射面に沿ってＬＥＤを直線状に対向配置することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、点光源であるＬＥＤをシリンドリカルレンズ部の直下に配置した場合、照明光に輝度ムラが生じ易くなる。また、一般に、ＬＥＤ等の発光部で発光された光は広範囲に放射されるため、全ての光をシリンドリカルレンズ部によって線状に集光することが困難であり、光の利用効率を低下させる虞がある。
【０００８】
その一方で、ＬＥＤ等の点光源に代えて、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）等の面光源を入射面に沿って連続的に配置することにより、照明光の輝度ムラを改善することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、ＬＥＤ等の点光源に代えて有機ＥＬ等の面光源を採用した場合、より多くの光がシリンドリカルレンズ部の光路外に拡散されてしまうため、光の利用効率の低下はより顕著となる。
【００１０】
本発明は、光源から放射される光を効率良く利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる線状照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、発光部が帯状に形成された面光源と、前記発光部に対向して入射面が延在する導光部と、前記入射面の反対側において前記導光部に一体形成され、前記導光部に入射された光を屈折によって線状に集光するシリンドリカルレンズ部と、前記導光部の短手方向両側に一体形成され、前記導光部に入射された光のうち前記シリンドリカルレンズ部への光路外に放射された光を側面で全反射して前記シリンドリカルレンズ部の焦点に向けて出射する反射光学部と、前記側面に連続して延在する反射面を前記反射光学部の出射側に形成する反射部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の線状照明装置によれば、光源から放射される光を効率良く利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、線状照明装置の概略構成を示す分解斜視図
【図２】同上、有機ＥＬを底面側から見た平面図
【図３】同上、線状照明装置の短手方向に沿う要部断面図
【図４】同上、照明光の挙動を線状照明装置の短手方向に沿って示す説明図
【図５】同上、照明光の照度分布を線状照明装置の短手方向に沿って示す説明図
【図６】本発明の第２の実施形態に係わり、線状照明装置の短手方向に沿う要部断面図
【図７】同上、照明光の挙動を線状照明装置の短手方向に沿って示す説明図
【図８】同上、照明光の照度分布を線状照明装置の短手方向に沿って示す説明図
【図９】同上、線状照明装置の変形例を短手方向に沿って示す要部断面図
【図１０】同上、線状照明装置の変形例を短手方向に沿って示す要部断面図
【図１１】同上、線状照明装置の変形例を短手方向に沿って示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。  
図１に示す線状照明装置１は、例えば、複写機用の線状照明光を形成するためのものであり、この線状照明装置１は、例えば、発光部が直線の帯状に形成された光源ユニット２と、この光源ユニット２からの光を直線状の光束に変換する光学部材３と、光源ユニット２上で光学部材３を収容する枠体４とを有する。なお、例えば、複写機の画像読取用の照明装置として線状照明装置１が用いられる場合において、線状照明装置１は、例えば、図３に示すように、紙面等の照射対象１００に対し、所定の照射距離Ｄ（Ｄ＝数ｍｍ程度）離間した状態で対向配置される。この照射距離は、適用される複写機の仕様等にもよるが、例えば、Ｄ＝４ｍｍ程度に設定されている。
【００１５】
光源ユニット２は、例えば、平面視形状が細長な略矩形形状をなす透明基板としてのガラス基板１０を有し、このガラス基板１０上に、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）からなる光源１１が配設されている。
【００１６】
具体的には、本実施形態の光源１１は、ガラス基板１０の裏面側に積層された正電極１５と負電極１６との間に、発光部１２が介装されて要部が構成されている（図１，２参照）。
【００１７】
正電極１５は、例えば、ＩＴＯ等からなる帯状の透明電極膜で構成され、ガラス基板１０の長手方向に沿って延在するよう直線状に配置されている。また、正電極１５の中途には、ガラス基板１０の短手方向の一側に延在する端子部１５ａが一体形成されている。
【００１８】
一方、負電極１６は、例えば、アルミニウム等の高反射性を有する金属導電膜からなる帯状の電極膜で構成され、正電極１５の上層でガラス基板１０の長手方向に沿って延在するよう直線状に配置されている。また、負電極１６の両端部には、ガラス基板１０の短手方向の一側に延在する端子部１６ａが一体形成され、これら端子部１６ａは、正電極１５の端子部１５ａに対して所定間隔離間されている。
【００１９】
また、これら正電極１５と負電極１６との重畳領域に介装される発光部１２は、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層等（何れも図示せず）からなる多層構造をなし、正電極１５と負電極１６との間に電圧が印加された際に、正孔輸送層を通過した正孔と電子輸送層を通過した電子とが結合することにより発光する。そして、この発光部１２から発光した光は、負電極１６で反射された後に正電極１５及びガラス基板１０を透過して、或いは、直接的に正電極１５及びガラス基板１０を透過して、放射される。これにより、ガラス基板１０の表面側では、発光部１２に略対応した所定の幅を有する直線状（帯状）の発光領域Ａから光が放射される。
【００２０】
光学部材３は、例えば、透明樹脂材料等の光透過性材料からなる導光部２０を中心として構成されている。この導光部２０は、発光部１２に沿って延在する長尺な部材で構成され、ガラス基板１０との対向面側に、発光部１２からの放射光を入射するための入射面２１を有する。図１，２に示すように、入射面２１は、その長手方向及び短手方向の長さが発光部１２よりも長尺に形成されている。そして、この入射面２１が、ガラス基板１０上の発光領域Ａを含む領域に対し、透明接着剤５を介して固設されることにより、導光部２０内には発光部１２からの光が入射される。この場合において、ガラス基板１０側から光学部材３側に入射する光の損失を低減するため、透明接着剤５には、その屈折率が光学部材３及びガラス基板１０の屈折率に近いものが用いられることが望ましい。
【００２１】
また、光学部材３において、入射面２１に正対する導光部２０の出射側には、当該導光部２０と同一の光透過性材料によって、シリンドリカルレンズ部２２が一体形成されている。図１，３に示すように、シリンドリカルレンズ部２２は、例えば、光学部材３の短手方向（すなわち、導光部２０の延在方向に直交する方向）に沿って略円弧状をなすレンズ曲面２２ａを有する。そして、図４（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ部２２は、導光部２０に入射された光のうち、主として、導光部２０の短手方向の放射角が所定角度未満の狭角で放射する光を、屈折によって焦点Ｆに集光させ、線状の照明光を形成する。
【００２２】
ここで、図３に示すように、シリンドリカルレンズ部２２の頂部は、光学部材３の最凸部となっており、本実施形態において、導光部２０の入射面２１からシリンドリカルレンズ部２２の頂部までの高さＴは、例えば、Ｔ＝７ｍｍ程度となっている。また、シリンドリカルレンズ部２２の頂部から焦点Ｆまでの距離は、線状照明装置１から照射対象１００までの照射距離Ｄと略一致するよう設定されている。換言すれば、シリンドリカルレンズ部２２のレンズ曲面２２ａの形状は、照射距離Ｄに基づいて設計されている。
【００２３】
また、光学部材３において、導光部２０の短手方向の両側には、当該導光部２０と同一の光透過性材料によって、反射光学部２３が一体形成されている。これら反射光学部２３は、例えば、図３に示すように、光学部材３の基部側から前端部側にかけて拡開する側面２４と、当該側面２４の前端部とシリンドリカルレンズ部２２のレンズ曲面２２ａの基部とに連続する前端面２５と、を有する。本実施形態において、側面２４は、例えば、高次の多項式近似曲線で規定される曲面で構成されるもので、導光部２０側から反射光学部２３内に導かれた光を全反射して前端面２５側に導く反射面としての機能を有する。また、前端面２５は、側面２４で全反射された光を外部に出射する出射面としての機能を有する。ここで、側面２４を反射面として有効に機能させるため、当該側面２４の形状を規定する多項式近似曲線は、実験やシミュレーション等に基づいて最適化されている。そして、このように側面２４の形状が最適化されることにより、例えば、図４（ｂ）に示すように、反射光学部２３は、入射面２１を介して導光部２０に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部２２への光路外に放射された所定の光を、側面２４で全反射して前端面２５へと導き、当該前端面２５から焦点Ｆに向けて出射する。
【００２４】
図１に示すように、枠体４は、光学部材３の長手方向に延在する一対の壁部３０と、光学部材３の短手方向に延在する一対の壁部３１とが一体に接合された略角筒状の部材で構成されている。この枠体４は、ガラス基板１０上に配設され、光学部材３の周囲を各壁部３０，３１によって囲繞する。
【００２５】
ここで、図３に示すように、各壁部３０，３１の前端部は、反射光学部２３の前端面２５よりも前方に突出されている。より具体的には、本実施形態において、各壁部３０，３１の高さは、光学部材３の高さＴと同等の高さに設定されており、これにより、各壁部３０，３１の前端部はシリンドリカルレンズ部２２の頂部と同等の位置まで突出されている。また、枠体４を構成する各壁部３０，３１のうち、少なくとも長手方向に延在する各壁部３０は、内面側が鏡面加工等された反射部材で構成されている。これにより、枠体４（壁部３０）は、側面２４に連続して延在する反射面３２を反射光学部２３の出射側に形成する。そして、反射面３２は、例えば、図４（ｂ）に示すように、入射面２１を介して導光部２０に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部２２への光路外に放射された光であって、且つ、反射光学部２３の側面２４で反射されることなく前端面２５から出射された光の一部を、反射によって焦点Ｆへと導く。
【００２６】
このような実施形態によれば、光源１１の発光部１２を直線状に延在する帯状に形成すると共に、この発光部１２からの放射光を線状光に変換する光学部材３を、発光部１２に対向して入射面２１が延在する導光部２０と、入射面２１の反対側において導光部２０に一体形成されたシリンドリカルレンズ部２２と、導光部２０の短手方向両側に一体形成された反射光学部２３とを具備して構成し、さらに、この光学部材３を囲繞する枠体４により、側面２４に連続して延在する反射面３２を反射光学部２３の出射側に形成することにより、光源１１から放射される光を効率よく利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる。
【００２７】
すなわち、光源１１を有機ＥＬ等のような面光源を用いて構成することにより、光学部材３に対して連続的な光を供給することができ、輝度ムラを好適に低減することができる。この場合において、光源１１の発光部１２から放射されて導光部２０に入射した光のうち主として短手方向の放射角が所定角度未満の狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部２２によって線状に集光させると共に、主として短手方向の放射角が所定角度以上の広角に放射する光を反射光学部２３の側面２４での全反射によってシリンドリカルレンズ部２２の焦点Ｆに集光させることにより、発光部１２から放射される光を線状照明光として効率よく利用することができる。さらに、主として短手方向の放射角が所定角度以上の広角に放射する光であって反射光学部２３の側面２４で反射されることなく前端面２５から放射された光の一部を反射面３２で反射して焦点Ｆに導くことにより、発光部１２から放射される光の更なる利用効率の向上を図ることができる。これらにより、発光部１２から放射される光を線状照明光として無駄なく利用して高い照度の線状照明光を実現することができる（図５中の実線参照）。なお、図５中において、２点鎖線は、光学部材３及び枠体４（反射面３２）を用いない場合の照明光の照度分布を示す。
【００２８】
この場合において、枠体４の高さを光学部材３の高さＴと略同等の高さに設定し、シリンドリカルレンズ部２２の頂部を限度として反射面３２の突出量を制限することにより、線状照明装置１を大型化させることなく、発光部１２からの放射光の有効利用を図ることができる。また、反射面３２の突出量を制限することにより、シリンドリカルレンズ部２２を介して焦点Ｆに集光される光の割合が相対的に高まるため、シリンドリカルレンズ部２２による配光制御およびそのための光学設計を容易にすることができる。
【００２９】
次に、図６乃至図１１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図６に示すように、本実施形態の線状照明装置１において、枠体４の先端部は、光学部材３の最凸部であるシリンドリカルレンズ部２２の頂部よりも前方まで延出され、これにより、反射光学部２３の側面２４に連続する反射面３２の有効面積が前方に拡大されている。
【００３１】
また、枠体４の先端部がシリンドリカルレンズ部２２の頂部よりも前方に延出されたことに伴い、複写機等に実装した際の線状照明装置１際の照射距離Ｄは、枠体４の先端部を基準として設定されている。
【００３２】
加えて、枠体４の延出によって相対的に後退したシリンドリカルレンズ部２２の焦点Ｆを照射対象１００の近傍に配置するため、本実施形態のシリンドリカルレンズ部２２は、合焦距離が照射距離Ｄよりも長くなるよう、レンズ曲面２２ａ等の最適化が行われている（図６、図７（ａ）参照）。さらに、反射光学部２３の側面２４による反射光を焦点Ｆに導くべく、当該側面２４の形状を規定する多項式近似曲線が実験やシミュレーション等に基づいて最適化されている（図６、図７（ｂ）参照）。
【００３３】
このような構成によれば、反射面３２を延長したことにより、例えば、図７（ｂ）に示すように、入射面２１を介して導光部２０に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部２２への光路外に放射された光であって、且つ、反射光学部２３の側面２４で反射されることなく前端面２５から出射された光を、反射によって焦点Ｆへと効率よく導くことができる。これにより、発光部１２から放射される光を線状照明光として無駄なく利用して高い照度の線状照明光を実現することができる（図８中の実線参照）。なお、図８中において、１点鎖線は枠体４（反射面３２）を用いない場合の照明光の照度分布を示し、２点鎖線は光学部材３及び枠体４（反射面３２）を用いない場合の照明光の照度分布を示す。
【００３４】
ここで、本実施形態のように枠体４を前方に突出させた場合、反射光学部２３の前端面２５よりも前方に十分な長さの反射面３２を確保できるため、当該反射面３２を所定の曲面で構成して反射光の焦点Ｆへの集光度の向上を図ることも可能である。
【００３５】
この場合、例えば、図９に示すように、反射光学部２３の側面２４を規定する多項式近似曲線に従って反射面３２の形状を規定し、側面２４と一体的な反射面３２を形成することが可能である。
【００３６】
また、反射光学部２３の前端面２５における放射光の屈折も考慮し、焦点Ｆへの更なる集光度の向上を図るべく、例えば、図１０に示すように、所定の楕円円弧に従って反射面３２の形状を規定することも可能である。この場合、例えば、楕円を定義する２つの焦点ｆ１，ｆ２のうち、一方の焦点ｆ１をシリンドリカルレンズ部２２の焦点Ｆと一致させると共に、前端面２５における屈折を考慮して、他方の焦点ｆ２を発光部１２よりも前方にオフセットした位置に設定することにより、反射面３２による焦点Ｆへの集光度を向上させることができる（図１１参照）。
【符号の説明】
【００３７】
１…線状照明装置、２…光源ユニット、３…光学部材、４…枠体、５…透明接着剤、１０…ガラス基板、１１…光源（面光源）、１２…発光部、１５…正電極、１５ａ…端子部、１６…負電極、１６ａ…端子部、２０…導光部、２１…入射面、２２…シリンドリカルレンズ部、２２ａ…レンズ曲面、２３…反射光学部、２４…側面、２５…前端面、３０…壁部（反射部材）、３１…壁部、３２…反射面、１００…照射対象
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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