JP2009032535A - Linear light source device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は線状光源装置に関する。特に、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ、バーコードリード等に使う画像読取装置の照明用線状光源装置に関する。 The present invention relates to a linear light source device. In particular, the present invention relates to a linear light source device for illumination of an image reading device used for a facsimile, a copying machine, an image reader, a bar code lead or the like.
従来、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ、バーコードリード等に使う画像読取装置の光源には、キセノンガスなどを封入した外部電極型蛍光ランプ(EEFL)が使われていた。この画像読取装置は、原稿が載置された画像読取面の下方に、蛍光ランプを含む走査ユニットを有し、走査ユニットが移動する方向と直交する方向が、長手方向となるように蛍光ランプが走査ユニット内に搭載されている。走査ユニットが移動する画像読取時において、蛍光ランプからの光を画像読取面に照射するとともに、画像読取面からの反射光を、光学システムを介してCCDセンサなどの受光素子に読み取らせるものである。 Conventionally, an external electrode type fluorescent lamp (EEFL) enclosing xenon gas or the like has been used as a light source of an image reading apparatus used for a facsimile, a copying machine, an image reader, a barcode read and the like. This image reading apparatus has a scanning unit including a fluorescent lamp below an image reading surface on which an original is placed, and the fluorescent lamp is arranged such that the direction perpendicular to the direction in which the scanning unit moves is the longitudinal direction. It is mounted in the scanning unit. At the time of image reading when the scanning unit moves, the image reading surface is irradiated with light from a fluorescent lamp, and reflected light from the image reading surface is read by a light receiving element such as a CCD sensor via an optical system. .
しかし、外部電極型蛍光ランプは、円筒状ガラスを全体ボディとするものであり、小型化には限界があった。一方、近年、発光ダイオード(以下、「LED」ともいう)が高出力化している。また、受光素子であるCCDセンサも高感度化しつつあり、従来よりも低い光量であっても十分に画像が読み取れるレベルに達しつつある。つまり、LEDの高出力化と、CCDセンサの高感度化という技術進歩が相まって、従来なら不可能と考えられていた画像読取装置の光源に、蛍光ランプに代わって、LEDを使う技術が注目されつつある。 However, the external electrode fluorescent lamp has a cylindrical glass as a whole body, and there is a limit to downsizing. On the other hand, in recent years, light-emitting diodes (hereinafter also referred to as “LEDs”) have increased in output. In addition, the CCD sensor as a light receiving element is also becoming highly sensitive, and has reached a level at which an image can be read sufficiently even when the amount of light is lower than in the past. In other words, combined with the technological advances of higher output of LEDs and higher sensitivity of CCD sensors, attention has been paid to the technology that uses LEDs instead of fluorescent lamps as the light source of image reading devices, which was previously considered impossible. It's getting on.
図11は、従来の線状光源装置の概略構成を示す。
線状光源装置は、導光部材100とLEDより構成される。導光部材100は、全体が長手方向Xに伸びる直尺形状であり、高さ方向Yの下側に光源としてのLEDが密着している。導光部材100は、厚さ方向Zに対向する側面110と側面120、高さ方向Yに対向する下面130(左下面130a、右下面130b)、上面(出射面)140、長手方向Xに対向する端面150、端面160の7面体として構成される。導光部材100の中央近傍には逆台形状の孔170(平行光生成手段)が形成される。
FIG. 11 shows a schematic configuration of a conventional linear light source device.
The linear light source device includes a
この構造において、LEDからの放射光は、導光部材100の下面130より入射して高さ方向Yに進行するとともに、孔170で左右方向に分散するようにそれぞれ反射(屈折)して長手方向Xにそれぞれ進路を変える。進路を変えた光は、入射面側130aおよび130bでそれぞれ再反射して、高さ方向Yに進行し、出射面140に対して臨界角よりも小さい角度で入射した光は外部に出力し、臨界角よりも大きい角度で入射した光は導光部材の内部で再再反射して下面に向かう。以後、導光部材の内部を伝送(進行)する光は、臨界角との関係で、下面130と出射面140との間で反射を繰り返しながら、一部が出射面140から出力していく。
In this structure, the radiated light from the LED is incident from the lower surface 130 of the
ここで、下面130(130a、130b)には、円弧形状の凹溝180が形成され、凹溝180の表面に対して入射(衝突)した光は、大部分が放射状に分散反射する。このため、凹溝180の寸法、間隔を適切に設定することにより、出射面140から外部に射出される光を場所的に均一化することができる。また、凹溝180の表面に入射した光は、入射角度が種々あるので、通常は、全反射膜190が設けられる。長手方向Xの寸法が大きい場合に全反射膜を設けなければ、下面130(130a、130b)で反射した光が、臨界角との関係で、出射面140から出力されにくくなるからである。
このような線状光源装置は、例えば、特開平10−276298号や特開2000−307807号に開示される。
Here, an arc-shaped
Such a linear light source device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-276298 and 2000-307807.
しかし、全反射膜を設けた場合、下面130と出射面140との間で反射を繰り返す過程において、導光部材の内部で光が減衰してしまうという問題を生じる。減衰率は、LEDからの放射光強度Ie、反射膜の反射率R、反射回数をN回とすれば、概ねIe×RN(=光強度Ie×反射率RのN乗)となり、現在、実用化されている装置を例にすると、反射率R=0.92、反射回数N=3回となって、Ieに対して0.78(0.923)になってしまう。さらに、反射膜190には、例えば、アルミニウム膜が使われるが、凹溝180に塗布する作業は煩雑であり、コストアップにもなりかねない。
この発明が解決しようとする課題は、LED光源の放射光を導光部材で減衰させることなく、高い効率で、かつ、場所的な均一性を有する出射できる線状光源装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a linear light source device that can emit light with high efficiency and local uniformity without attenuating the emitted light of the LED light source with a light guide member. .
上記課題を解決するために、この発明に係る線状光源装置は、上面より照明光を出射する長尺状の導光部材と、この導光部材に光を入射させるとともに何れかの側面に配置されたLED光源より構成される。そして、導光部材は、前記LED光源からの入射光を当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射光が前記上面において入射角42°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a linear light source device according to the present invention includes a long light guide member that emits illumination light from an upper surface, and makes light incident on the light guide member and disposed on any side surface. LED light source. The light guide member guides incident light from the LED light source in the longitudinal direction of the light guide member and has a plurality of openings for reflecting the guided light toward the upper surface. Are characterized by being arranged in a divided manner in the longitudinal direction of the light guide member so that the reflected light has an incident angle of 42 ° or less on the upper surface.
また、導光部材は、前記LED光源からの入射光を、当該導光部材の下面で反射させた後に、前記複数の開口に入射させることを特徴とする。 Further, the light guide member is characterized in that incident light from the LED light source is reflected on the lower surface of the light guide member and then incident on the plurality of openings.
また、LED光源は、前記導光部材の長手方向の中央位置であって、前記上面に対向する下面に配置しており、導光部材は、前記LED光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列していることを特徴とする。 In addition, the LED light source is disposed at the center position in the longitudinal direction of the light guide member and on the lower surface facing the upper surface, and the light guide member guides light incident from the LED light source to the light guide. A central reflection hole that divides and reflects at both ends in the longitudinal direction of the member, and a plurality of openings that reflect the light reflected by the central reflection hole toward the upper surface extends over almost the entire area in the longitudinal direction. It is characterized by being divided and divided.
この発明に係る線状光源装置は、反射膜を使う代わりに、複数の開口を設けるので、光の伝送時における減衰を回避できるとともに、反射膜を塗布する作業やコストアップの問題を解消できる。 Since the linear light source device according to the present invention is provided with a plurality of openings instead of using a reflection film, attenuation during light transmission can be avoided and the problem of work of applying the reflection film and an increase in cost can be solved.
図1は本発明に係る線状光源装置(以下、「光源装置」ともいう)の全体外観図であって、光学的な原理を説明するための模式図である。
光源装置は、導光部材10とLEDより構成される。導光部材10は長手方向Xに伸びる長尺形状であり、長手方向Xの中央、高さ方向Yの下側に光源であるLEDを配置している。また、導光部材10は、厚さ方向Zにおいて対向する側面11と側面12を有し、高さ方向Yにおいて下面13と、下面13を対向する出射面(上面)14を有し、さらに、長手方向Xにおいて対向する端面15、端面16を有し、全体が6面体の断面矩形の長尺形状を構成している。また、導光部材10の中央には、側面11から側面12に抜ける略逆山型の平行光生成手段17(孔171)が形成され、孔171の長手方向Xの中心は、LEDと対応している。導光部材10は、例えば、PMMAなどのアクリル樹脂のような透明プラスチック部材からなりLEDの放射光を伝達する機能を担う。
FIG. 1 is an overall external view of a linear light source device (hereinafter also referred to as “light source device”) according to the present invention, and is a schematic diagram for explaining an optical principle.
The light source device includes a
導光部材10には、導光部材の長手方向Xであって、孔171から左右それぞれに複数の開口20が整列配置する。この開口20は、例えば、断面矩形状であって孔171と同様に、側面11から側面12に抜ける開口であり、孔171に比較して小さい。
In the
図2は図1の光学装置の光学原理を説明するための模式図である。図1が斜視図であるのに対し図2は正面図を示している。LEDからの放射光は、孔171の界面である放物面17a、放物面17bでそれぞれ左右方向に反射する。図では、左方向に反射した光を光La、右方向に反射した光を光Lbと示す。なお、孔171の中央下側界面17cを通過した光Lcは、そのまま孔171を直進して、上方で再び導光部材10の中に透過していく。このように導光部材10の屈折率と空気の屈折率との関係により、孔171の入射面形状(角度)を工夫することで、LEDからの放射光を、孔171で反射させたり、あるいは透過させたりすることができる。以後、孔171によって、左側に反射した光Laと、右側に反射した光Lbは、基本的に光学的原理が同一であるため、本実施例では、右側に反射した光Lbを使って説明する。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the optical principle of the optical apparatus of FIG. 1 is a perspective view, whereas FIG. 2 shows a front view. The emitted light from the LED is reflected in the left-right direction by the
光Lbは、導光部材10の右側端面16に向かって、出射面14とほぼ平行に進行する。そして、いずれかの開口20に衝突したときに、導光部材10の屈折率と、空気の屈折率および、開口20の形状により、光Lbは出射面14の方向に向かって反射(屈折)する。
The light Lb travels substantially parallel to the
図3は、開口20における入射光の進行を光学的に説明するための図である。導光部材であるアクリル部分から開口20に入射する光Liは、開口20の入射面201で全反射して反射光Loとして進行する。開口20は導光部材に設けた穴であるため、入射面や出射面は穴の内周面となる。ここで、「入射光Li」や「出射光Lo」という表現は、導光部材であるアクリル部分から、開口である空気中に向かって光が進行する際に、屈折率の異なる物質間を通過するという意味から入射、出射という表現を用いている。
FIG. 3 is a diagram for optically explaining the progress of incident light in the
ここで、入射光Liと入射面201で形成される入射角Aが臨界角よりも大きい場合は、入射光Liは入射面201で全反射する。また、入射角Aが臨界角よりも小さい場合は、入射光Liの一部は入射面201で反射するが、入射光Liの一部は入射面201を通過して空気中を進行する。この際、空気中を進行した光は、開口20の出射面204でほとんどが透過して光Lopとして進行する。従って、導光部材10に設けた開口を利用することで、入射光を反射させるためには、開口の入射面における入射角が臨界角よりも大きくなるように設計しなければならない。
Here, when the incident angle A formed by the incident light Li and the
開口20に対する入射光Li(Li1、Li2)は、図2で説明したように、孔17から平行に反射された光であるため、開口20の入射面201で反射した光Lo(Lo1、Lo2)は、基本的にすべて同じ角度で反射することになる。つまり、図においては、説明の便宜上、光線を矢印として示しているが、実際は光束となって進行している。ここで、臨界角について、数値例を示すと、アクリルの屈折率は、およそ1.5であり、導光部材から空気中に出るときの臨界角は、およそ42°になる。従って、図における角度Aが42°よりも大きければ、入射光Liは、ほぼ全てを反射光Loとして反射することができる。また、角度Aを45°に設定することで、出射面に対して垂直な光として反射できる。
Since the incident light Li (Li1, Li2) with respect to the
図2に戻り、開口20(20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g、20h、20i、20j、20k、20l)は、導光部材10の中央近傍から端面16に向けて整列しているので、各開口での反射光は、導光部材10の出射面14からほぼ均一に放射する。なお、説明の便宜上、開口20は12個示しているが、実際には、導光部材10の長手方向Xのほぼ全域に配置している。具体的には、開口20aの最右端203と、開口20bの最左端202が、長手方向Xにおいて、ほとんど同じ位置になる(高さ方向Yにはズレている)ように、隣合う開口同士の最左端と最右端が一致するかのごとく整列している。
Returning to FIG. 2, the openings 20 (20 a, 20 b, 20 c, 20 d, 20 e, 20 f, 20 g, 20 h, 20 i, 20 j, 20 k, 20 l) are aligned from the vicinity of the center of the
図4は、開口20の反射光Loが、導光部材10の上面14に対してどのように進行するかを光学的に説明するための図である。導光部材10を進行する光Loが、導光部材10の上面14から外部空間に突き抜ける(光Lo’)ためには、上面14における光Loの臨界角Bが42°以下でなければならない。臨界角が42°以下の場合は、光Loは上面14において反射してしまうからである。このため、導光部材の中を光が伝送するに伴い、光強度が減衰するという問題を導いてしまう。従って、開口20の傾斜角度、あるいは入射面201の形状は、反射光Loが、臨界角42°以下で上面に衝突するように設計しなければならない。
FIG. 4 is a diagram for optically explaining how the reflected light Lo from the
このように本願発明の光源装置は、導光部材10の下面13を使って、LEDからの入射光を導光部材の出射面まで導くという従来の構造(図11に示した構造)とは、光の進行という意味における光学的な方式が全く異なる。その結果、図11に示した従来の構造では、下面13の傾斜角度が、導光部材10の長手方向Xの寸法、および、高さ方向Yの寸法の関係から制限されるため、出射面方向に光を反射させるために必要な臨界角を下面の傾斜角度だけで設計することが困難であり、このため、図11に示す構造では、導光部材10の下面に凹溝や反射膜を設ける必要があった。一方、本発明の光源装置は、導光部材10の全体の寸法に制限されることなく、開口20の入射面201の傾斜角度を設定できるので、開口20の傾斜角度だけで反射方向を規制することが可能となり、開口20には凹溝や反射膜に設ける必要はなく、このため、光の伝達に伴う減衰や反射膜塗布の煩雑化、コストアップという問題を解消できる。
As described above, the light source device of the present invention uses the
本願発明は、上面として出射面14を有し、それ以外の何れかの側面、すなわち、下面13、端面15、端面16、側面12、側面13の何れかに近接させてLEDを配置している。そして、導光部材10の長手方向Xに沿って、分割的に開口20を整列することを特徴とする。
The present invention has an
図5は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。(a)はLEDが設置される位置が長尺状導光部材10の何れかの端部であること、(b)はLEDが設置される位置が長尺状導光部材10の両端であることが特徴であり、この点が図1、図2で示した光源装置と異なる。(a)において、LEDは、導光部材10の一端(図1における端面15)側の下面13に配置している。この実施例では、端面15の代わりに、平行光生成手段17としての変形した端面172が形成されている。端面172は、図1における孔171と同様の役割を果たすものであり、LEDからの放射光を導光部材10の反対側の端面16に向けて、出射面14と平行に反射する。従って、端面171の形状は、LEDの放射光が臨界角との関係で全反射するとともに、反射光が出射面14と平行になるように工夫されている。そして、端面171で反射した平行光は、順次、開口20の界面で全反射して出射面14から出力(放射)する。この点は図2で説明した光学原理と同じである。この構造が、図1で示した構造に比較して有利な点は、LEDが導光部材10の端部に配置しているので、例えば、画像読取装置に組み込む場合において、他の部品との配置関係が容易に設計できること、あるいは、冷却部材の配置が容易で行えることである。
FIG. 5 shows another embodiment of the light source device according to the present invention. (A) The position where the LED is installed is one of the ends of the long
(b)において、LEDは、導光部材10の両端(図1における端面15、端面16)であり、それぞれ下面13に配置している。この実施例では、端面15および端面16の代わりに、それぞれ変形した端面173、端面174を形成している。端面173、端面174は、図1における孔171と同様の役割を果たすものであり、LEDからの放射光を導光部材10の中央に向けて、かつ、出射面14と平行に反射するものである。具体的には、端面173で反射した光は端面173から導光部材10の中央に向かって進行し、端面174で反射した光は端面174から導光部材10の中央に向かって進行する。端面173、端面174の形状は、LEDの放射光が臨界角との関係で全反射するとともに、反射光が出射面14と平行になるように工夫されている。そして、端面173、端面174で反射した平行光は、順次、開口20の界面で全反射して出射面14から出力(放射)する。この点は図2で説明した光学原理と同じである。この構造が、図1で示した構造に比較して有利な点は、上記(a)と同様に、LEDが導光部材10の端部に配置するので、例えば、画像読取装置に組み込む場合などにおいて、他の部品との配置関係が容易に設計できることである。また、LEDの部品数が増えるものの、導光部材10の長手方向において、出射面14からの光出力をより均一にできる。
In (b), LEDs are both ends of the light guide member 10 (
なお、LEDの個数は1個、あるいは2個に限るものではなく、3個以上のLEDを配置することもできる。また、LEDの位置も長尺状導光部材10の端部、あるいは中央部に限るものではなく、それ以外の場所に配置することもできる。
Note that the number of LEDs is not limited to one or two, and three or more LEDs may be arranged. Further, the position of the LED is not limited to the end portion or the center portion of the long
図6は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。図6は一の実施形態について、(a)(b)(c)で示すように3つの方向から見た構造を記述している。この実施形態が図1、図2、図5で説明した光源装置と異なる点は、図1、図2、図5の光源装置はLEDが導光部材の下面に配置していたのに対し、LEDが導光部材の側面11に配置している点である。(a)は導光部材10の側面11から眺めた図面(正面図)であり、図2あるいは図5と同方向を示す。(b)は(a)のb−b断面を矢印方向に眺めた断面図であり、LEDの近傍のみを示す。(c)は(a)のc−c断面を矢印方向に眺めた断面図である。
FIG. 6 shows another embodiment of the light source device according to the present invention. FIG. 6 describes the structure of one embodiment viewed from three directions as shown in (a), (b) and (c). The difference between this embodiment and the light source device described in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 5 is that the light source device of FIG. 1, FIG. 2, and FIG. The LED is disposed on the
LEDは導光部材10の側面11であって、長手方向Xの中心、高さ方向Yの中心に配置している。従って、LEDの放射光は、導光部材10の反対側の側面12に向かって放射される。側面12であって、LEDと対向する部分には、LEDの放射光を導光部材10の長手方向に反射させる平行光生成手段17が形成される。この実施例では、平行光生成手段17は、略アリ地獄形状の凹部175である。凹部175の界面は、臨界角との関係で、LEDの放射光を全反射するとともに、導光部材10の長手方向に向かって出射面13と平行に進むように形成される。この点は、形状こそ異なるが、光学的な考え方は、図1に示す孔171や、図5に示す端面172、端面173、端面174と同じである。
The LED is disposed on the
この実施形態の有利な点は、LEDが導光部材10に密着するので、LEDの放射光を、より高い確率で導光部材の中に導くことができる。補足すると、図1などに示す構造は、一般的に、導光部材10の厚さ方向Zの寸法が、LEDの寸法よりも小さいため、LEDの放射光は、すべてが導光部材10に導かれているわけではない。
The advantage of this embodiment is that the LED is in close contact with the
なお、図6に示す実施形態、すなわち、導光部材10の側面にLEDを配置する形態と、図5に示す実施形態、すなわち、導光部材10の長手方向Xの端部にLEDを配置する形態を組み合わせて、すなわち、導光部材10の側面11であって、長手方向Xの端部にLEDを配置することもできる。
The embodiment shown in FIG. 6, that is, the embodiment in which LEDs are arranged on the side surface of the
LEDは、導光部材10の下面13あるいは側面11、側面12に限るものではなく、端面15あるいは端面16に設けることもできる。この場合、放射光を導光部材10の長手方向に導くための手段は必要ないが、LEDの放射領域が、導光部材の端面の大きさに比べて小さい場合などは、LEDの放射光が導光部材の中で広がるため、平行光を生成するための手段は必要となる。このため、LEDは、導光部材10の出射面14以外の何れかの側面に設けることができる。ここで言う側面は、上記実施例で説明した狭義の側面11、側面12ではなく、端面15、端面16、下面13を含む広義の側面である。なお、導光部材10の長手方向Xが、出射領域を超えて長い場合は、出射面14(上面)の端部にLEDを配置することも可能ではあるが、出射面14の上方には原稿台などが近接配置するので、事実上、出射面14側にLEDを配置することはできない。
The LED is not limited to the
図7は、本発明に係る光源装置であって、開口20のバリュエーションを示す。図に示すように入射面をより細かい段階形状にすることで、出射面から放射される光をより均一にすることができる。
FIG. 7 is a light source device according to the present invention, and shows a valuation of the
導光部材は、透明なプラスチック部材であり、上記実施例ではアクリルを示したが、導光部材に求められる性質は、画像読取装置に組み込んだ際に内部の電子部品の発熱に耐えられるという程度の耐熱性、長尺形状であり開口を精度よく加工できる程度の加工性、耐強度性、空気の屈折率との関係で臨界角をある程度の範囲から選択できるという観点から要求される。具体的には、アクリル以外に、ポリカーボネートなどが適用される。しかし、アクリルは、透明度が高く、屈折率や耐衝撃性も高く、また、熱可塑形成により複雑な形状を容易に作ることができる点で、他の材料に比べて最も優れている。 The light guide member is a transparent plastic member, and acrylic is shown in the above embodiment. However, the property required of the light guide member is that it can withstand the heat generation of the internal electronic components when incorporated in the image reading apparatus. It is required from the viewpoint that the critical angle can be selected from a certain range in relation to the heat resistance, the long shape, and the workability to the extent that the opening can be processed with high accuracy, the strength resistance, and the refractive index of air. Specifically, polycarbonate and the like are applied in addition to acrylic. However, acrylic is superior to other materials in that it has high transparency, high refractive index and high impact resistance, and can easily form a complicated shape by thermoplastic formation.
図8は、本発明に係る光源装置に使うLEDは示す。LEDは、樹脂よりなるパッケージ30の内部に、青色LED素子31を有し、青色LED素子31の放射方向前面には蛍光体層32が配置する。青色LED素子31と蛍光体層32は、モールド剤33により、パッケージ30の内部に固定されるとともに、パッケージ30の外部と遮断されている。蛍光体層32の放射方向前面には、導光部材10との接合剤34が設けられる。このような構成において、青色LED素子31から波長400〜415nmの光が放射されると、蛍光体層32において波長420〜640nmの可視光線に変換されて、この可視光線が導光部材10の内部に伝達される。接合剤34は透光性であり接着力を有する物質であり、例えば、シリコーンが使われる。青色LED素子31はパッケージ30の内部に、1個だけ配置してもよいが、複数個配置させてもよい。この場合、光量がアップするだけでなく、1個であれば発光量にバラツキを生じるため、余裕を持った設計が必要となるが、複数個用いることで各発光量(設計値)に基づいて製作できる。青色LED素子31は、例えば、InGaN系高出力紫外線発光ダイオードが使われる。上記実施例において「LED」とは、青色LED素子ではなく、パッケージ、蛍光体層、接合剤などを含むものであるが、必ずしも、図8に示す全ての構成を有することに限定されるものではない。
FIG. 8 shows LEDs used in the light source device according to the present invention. The LED has a
ここで、導光部材10の寸法例を示すと、長さ方向Xの寸法が300mm、高さ方向Yの寸法が25mm、厚さ方向の寸法が3mmである。これら数値は一例であり、通常は、長さ方向Xの寸法は325±25mm(A4サイズ)、高さ方向Yの寸法は30±10mm、厚さ方向の寸法は3±3mmの幅を有する。ただし、この数値幅も一例であり、本発明では、当該数値幅の範囲外の設計を排除するものではない。また、開口20の寸法例を示すと、図3に示す矩形の場合に、長手方向の寸法は3〜7mmの範囲から選択されて例えば5mm、短手方向の寸法は0.5〜1.0mmの範囲から選択されて例えば0.8mmである。また、開口は導光部材10の長手方向Xに40〜60個ほど配列する。特に、開口20の長手方向の寸法は、後述するが、ポジションによって同一の導光部材の中でも変化している。また、LEDの寸法例を示すと、縦横10mm、高さ2mmであり、例えば、160ルーメンの白色光を出力する。
Here, as an example of the dimensions of the
図9は本願発明に係る光源装置の他の実施形態の斜視図を示す。この実施形態が、図1などで説明した実施形態と相違する点は、図1の光源装置がLEDからの放射光を導光部材の端面に向けて、かつ、出射面と平行に光を伝達させていたのに対し、本発明は、LEDからの放射光を導光部材10の下面13に向けて進行させ、下面13の界面を利用して反射させるとともに、その後、開口20の界面を使って出射面14に向けて全反射させて、出射面から出力することを基本としている。なお、図9に示す光源装置は、図6に示す光源装置と同様に、導光部材の側面にLEDを配置させるとともに、図示略ではあるが、導光部材の反対側側面であってLEDと対向する位置には略アリ地獄形状の凹部が形成される。また、LEDの近傍には、矩形状の開口20とは形状が相違する開口18が形成される。この開口18は導光部材の近傍に放射された光を良好に出射させるためのものであるが、開口18の光学的作用については後述する。
FIG. 9 shows a perspective view of another embodiment of the light source device according to the present invention. This embodiment is different from the embodiment described with reference to FIG. 1 and the like in that the light source device of FIG. 1 transmits the light emitted from the LED toward the end face of the light guide member and in parallel with the emission surface. In contrast, in the present invention, the radiated light from the LED travels toward the
図9において、光源装置は導光部材10とLEDより構成される。導光部材10は長手方向Xに伸びる長尺形状であり、長手方向Xの中央であって、一方の側面11にLEDが配置される。導光部材10は、厚さ方向Zには側面11に対向する側面12を有し、高さ方向Yには下面13と、下面13を対向する出射面14を有する。さらに、長手方向Xには端面15と対向する端面16を有し、全体が断面矩形の長尺形状を構成している。
In FIG. 9, the light source device includes a
導光部材10の中央には、側面11から側面12に抜ける複数の開口群18が形成され、導光部材10の下面13の中央には緩やかな放物面を描く凹部131が形成される。さらに、端面15、端面16の下面13側には斜面151、斜面161がそれぞれ形成される。導光部材10は、例えば、PMMAなどのアクリル樹脂である透明プラスチック部材からなり、LEDの放射光を界面を使って反射させながら伝達する機能を有する。ここでいう界面とは、下面13(凹部131を含む)、端面15、斜面151、端面16、斜面161、開口20、開口群18、出射面14である。
In the center of the
図10は、図9に示す光源装置の光学的軌跡、すなわち、LEDから放射される光の進路を説明するための図面であり、図9に示す光源装置を側面11から見た正面図を示す。図は、説明の便宜上、導光部材10の右半分を説明しており、進路パターンとして、代表的な光L(L1〜L9)を示している。光学的軌跡が複雑に表現されると解読が困難になるからである。
FIG. 10 is a drawing for explaining the optical locus of the light source device shown in FIG. 9, that is, the path of light emitted from the LED, and shows a front view of the light source device shown in FIG. . The drawing illustrates the right half of the
導光部材10の中央に形成された開口18は、主に、LEDの放射光を導光部材の長手方向に光を進路変更させるための開口であり、本実施例では、LEDの真上に形成されたV字状の開口181、LEDの両側に形成された矩形状の開口182、LEDの斜め上方に配置された鹿の角状の開口183、および、開口183から分岐して形成される枝状の開口184から構成される。これら開口18は、LEDの放射光を効率的に利用するためのものでもある。因みに、開口20は、開口18よりも端部領域に形成された開口であり、基本的に、入射光を全反射して出射面14から放射する機能を有する。開口20は、全て機能が同一であるため同一番号で表現している。
The
光L1は、導光部材の上側領域、すなわち、出射面14に向けて放射された光である。LEDから放射される光L1は、V字状の開口181に衝突するが、開口181の入射面(界面)ではほとんど反射することなく開口181を直進する。導光部材10のアクリル部分と開口181の空気の界面を通過するとき、開口181の入射面に対する光L1の入射角度が臨界角より小さいからである。また、光L1は、開口181の出射面からアクリル部分に入射するときも、ほとんど反射することなくアクリル部分を透過して、導光部材の上面(出射面14)から出力される。つまり、光L1は、LEDからほぼ真上に直進して放射されると考えてよい。
The light L <b> 1 is light emitted toward the upper region of the light guide member, that is, the
なお、開口181における入射光の反射、透過の原理は、図3およびその説明部分が参照できる。また、開口181の入射面および出射面は、図10では不図示であるが、この点も図3とその説明が参照できる。さらに、LEDの放射光は、本来、側面11から反対側の側面に向けて(図9の厚さ方向Z)放射されるが、反対側の側面であってLEDと対向する領域には、前記したように略アリ地獄形状の凹部が形成されるため、この凹部により、放射光の進路が、図における上側方向に進路変更されている。以後、光L2から光L9においても、LEDから放射される光は、本来、導光部材10の側面11から側面12に向って(図9の方向Z)放射されるが、凹部の存在により、紙面の2次元方向(図9の方向Xと方向Yで形成される2次元)に進路変更している。
Note that the principle of reflection and transmission of incident light in the
光L2も、導光部材の上側領域、すなわち、出射面14に向けて放射された光であるが、光L1と異なる点は、LEDの真上ではなく、やや斜め上方に放射されることにある。具体的には、LEDの放射光は、開口181に衝突するが、開口181の入射面ではほとんど反射することなく、光L1と同様に直進して、最終的には出射面14から放射される。ただし、開口181のV字形状により、光L2は、光L1に比較して、開口181の入射面に対して角度を持って(斜め方向から)に入射することになり、このため、開口181から出射された光も屈折した形で出力している。このように、LEDから、導光部材の上方に向かって放射された光は、V字形状による屈折により、出射面14では広がった形で領域S1から放射される。
The light L2 is also light emitted toward the upper region of the light guide member, that is, the
光L3は、導光部材の右側、すなわち、端面16に向けて放射された光であり、開口182に衝突する。光L3は、導光部材10のアクリル部分から開口182の入射面を通過するとき、ほとんど全てが反射して、導光部材10の上側に向けて進路変更する。開口182の入射面に対する光L3の入射角が臨界角より大きいからである。進路変更した光は、開口183では、ほとんど反射することなく直進し、出射面14から出力される。開口183では、光L3の入射面に対する入射角が臨界角より小さいからである。このように、光L3は、開口182で全反射する光を代表して記述するものであり、導光部材10の出射面14の領域S2から放射される。
The light L3 is light emitted toward the right side of the light guide member, that is, toward the
光L4は、光L1や光L2と、同じように、導光部材の上方に向けて放射された光であり、LEDからの放射光はまず開口181に衝突する。ここで、光L4は、光L1や光L2とは異なり、開口181の入射面において全反射して、図における右側方向に進路変更する。光L4が、開口181を通過するときの入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。進路変更した光L4は、次に、開口184に衝突する。衝突した光L4は、開口184においても、開口184の入射面で全反射して上側方向に進路変更し、最終的に出射面14から出力される。光L4の入射面での入射角が臨界角より大きいからである。このように、光L4は、開口181および開口184で全反射して、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S3から放射される。
Similarly to the light L1 and the light L2, the light L4 is light emitted toward the upper side of the light guide member, and the emitted light from the LED first collides with the
光L5は、光L3と同じように、導光部材の右側領域、すなわち、端面16に向けて放射された光である。しかし、光L3と異なる点は開口182に衝突するのではなく、開口20に衝突する。衝突した光L5は、開口20の入射面において全反射して、導光部材10の上側に向けて進路を変更し、最終的に出射面14から出力される。光L5が開口20の入射面を通過するとき、入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光L5は、LEDからの放射光が、他の開口(開口18や下面13、斜面161)に衝突することなく、最初に開口20に衝突して、当該開口20での全反射により外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S43から放射される。
The light L5 is light radiated toward the right region of the light guide member, that is, the
光L6は、導光部材の下側領域、すなわち、下面13に向けて放射された光である。LEDから放射された光L6は、下面13の凹部131で全反射して進路を上方に変更する。進路変更した光L6は開口20に衝突して、開口20で全反射して導光部材10の上側に向けて進路を変更して出射面14から出力される。光L6が、凹部131においてアクリルの面に入射する角度が臨界角より大きいからであり、また、開口20でも入射面における入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光L6は、LEDからの放射光が、下面13の凹部131で全反射して進路変更し、次に、開口20に衝突して全反射することで、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S5から放射される。
The light L6 is light emitted toward the lower region of the light guide member, that is, the
光L7は、導光部材の下側領域、すなわち、下面13に向けて放射された光である。LEDから放射された光L7は、下面13(凹部131ではない)で全反射して進路を上方に変更する。進路変更した光L7は開口20に衝突して、開口20で全反射することで導光部材10の上側に向けて進路変更し、最終的に出射面14から出力される。光L7が、下面13に入射する角度が臨界角より大きいからであり、また、開口20でも入射面における入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光L7は、LEDからの放射光が、下面13で全反射して進路変更し、次に、開口20に衝突して全反射することで、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S6から放射される。
The light L <b> 7 is light emitted toward the lower region of the light guide member, that is, the
光L8は、導光部材の上側領域、すなわち、上面14に向けて放射された光である。LEDから放射された光L8は開口183に衝突する。衝突した光L8は、開口183の入射面において全反射して導光部材の下側に向けて進路変更する。進路変更した光は下面13に衝突して下面13で全反射して上側に向けて進路変更する。進路変更した光は開口20に衝突して、開口20の入射面でも全反射して、最終的に出射面14から放射される。開口183の入射面に衝突したときも、下面13に衝突したときも、開口20の入射面に衝突したときも、入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光L8は、LEDからの放射光が、開口183、下面13で全反射して進路変更し、次に、開口20に衝突して全反射することで、最終的に、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S7から放射される。
The light L8 is light emitted toward the upper region of the light guide member, that is, the
光L9は、導光部材の右側領域、すなわち、端面16に向けて放射された光、および、導光部材の下側領域、すなわち、下面13の凹部131に向けて放射された光であり、前者は端面16の斜面161に直射し、後者は凹部131で全反射した後に端面16の斜面161に衝突する。光L9は斜面161において全反射して、導光部材10の上側に向けて進路を変更して出射面14から出力される。このように、光L9は、LEDからの放射光が、斜面161で全反射して進路変更し、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材10の出射面14の領域S8から均一な光として放射される。
The light L9 is light emitted toward the right region of the light guide member, that is, toward the
このように、本実施形態の構造は、LED光源からの入射光を、導光部材10の下面13に導いて、この下面13で反射された光を、複数の開口20で反射させてから、上面である出射面13に向けて進行させている。この構造の利点は、開口20を導光部材10の長手方向に沿って整列配置させる必要はなく、下面13からの反射光を受光することができる位置に開口を設けることができることにある。
As described above, the structure of the present embodiment guides incident light from the LED light source to the
さらに、最良の形態として、LED光源は、導光部材10の長手方向Xの中央位置であって、下面13に配置しており、導光部材10は、LED光源から入射された光を、導光部材の長手方向Xの両端部に分割して反射させる中央反射孔18を有し、この中央反射孔18で反射された光を、出射面14に向けて反射させる複数の開口20が、長手方向Xのほぼ全域にわたるように分割的に整列している。
Furthermore, as the best mode, the LED light source is disposed at the
複数の開口が、導光部材10の長手方向のXのほぼ全域に整列するとは、本願発明の作用効果との関係において、実質的に全域ということであり、厳密な意味においての全てということではない。
The fact that the plurality of openings are aligned substantially in the entire region of X in the longitudinal direction of the
図9および図10で示した開口18(181、182、183、184)や開口20の形状、寸法、配列状態などは、設計例の一つにすぎず、さまざまな変形例が可能となる。ここで、「全反射」とは入射した光のうち、大部分を反射する光を意味し、厳密な意味で100%反射するということではない。
The shape, size, arrangement state, and the like of the opening 18 (181, 182, 183, 184) and the
上記した全ての実施例において、図は、本発明および光学原理を説明するために表現したものであって、図面上における構成(寸法や配置)は、必ずしも実際の光学的軌跡の設設計図を示すものではない。例えば、図面上、寸法的に入射角が臨界角よりも小さくなっている部分が、仮に、あったとしても、当該図面においては、入射角が臨界角よりも大きいことを説明しているのであれば、そのように解釈すべきであり、図面上の厳密な寸法関係や配置関係を考慮すべきではない。 In all the embodiments described above, the drawings are expressed to explain the present invention and the optical principle, and the configuration (dimensions and arrangement) on the drawings is not necessarily a design drawing of an actual optical locus. It is not shown. For example, in the drawing, if there is a part where the incident angle is smaller than the critical angle in dimension, the figure explains that the incident angle is larger than the critical angle, if any. For example, it should be interpreted as such, and strict dimensional relation and arrangement relation on the drawing should not be considered.
また、上記した全ての実施例において、LEDから放射される光は、LEDが点光源であることを前提に説明しているが、実際には、LEDの放射面は有限の大きさを有するため、LEDの放射光が点光源ではなく、有限の大きさから放射される面光源として解釈されるべきである。 In all the above-described embodiments, the light emitted from the LED is described on the assumption that the LED is a point light source. However, in practice, the emission surface of the LED has a finite size. , The emitted light of the LED should not be interpreted as a point light source, but as a surface light source emitted from a finite size.
以上、説明したように、本願発明に係る線状光源装置は、上面より照明光を出射する長尺状の導光部材と、この導光部材に光を入射させるとともに何れかの側面に配置されたLED光源よりなり、前記導光部材は、前記LED光源からの入射光を当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射光が前記上面において入射角42°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置しているので、光の伝送時における減衰を回避できる。 As described above, the linear light source device according to the present invention is a long light guide member that emits illumination light from the upper surface, and makes light incident on the light guide member and is disposed on any side surface. The light guide member has a plurality of openings for guiding incident light from the LED light source in the longitudinal direction of the light guide member and reflecting the guided light toward the upper surface. The plurality of openings are arranged in a divided manner in the longitudinal direction of the light guide member so that the reflected light has an incident angle of 42 ° or less on the upper surface. Can be avoided.
また、導光部材は、LED光源からの入射光を、当該導光部材の下面で反射させた後に、複数の開口に入射させることにより、開口20を導光部材の長手方向に規則的に整列される必要はなくなる。
In addition, the light guide member reflects the incident light from the LED light source on the lower surface of the light guide member, and then enters the plurality of openings, thereby regularly aligning the
また、LED光源は、導光部材の長手方向の中央位置であって、上面に対向する下面に配置しており、導光部材は、LED光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列しているので、LED光源から導光部材への光の取り込み効率が高く、光量アップにつながる。 In addition, the LED light source is arranged at the center position in the longitudinal direction of the light guide member, and is disposed on the lower surface facing the upper surface, and the light guide member transmits light incident from the LED light source in the longitudinal direction of the light guide member. A central reflection hole that divides and reflects at both ends of the direction, and a plurality of openings that reflect the light reflected by the central reflection hole toward the upper surface are divided so as to cover almost the entire area in the longitudinal direction. Therefore, the efficiency of taking in light from the LED light source to the light guide member is high, leading to an increase in the amount of light.
10 導光部材
11 側面
12 側面
13 下面
14 上面
15 端面
16 端面
17 平行光生成手段
20 開口
201 開口の入射面
204 開口の出射面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記導光部材は、前記LED光源からの入射光を、当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、
これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射された光が、前記上面において入射角42°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置していることを特徴とする線状光源装置。 In a linear light source device comprising a long light guide member that emits illumination light from the upper surface, an LED light source that is incident on the light guide member and disposed on any side surface of the light guide member, and
The light guide member has a plurality of openings for guiding incident light from the LED light source in the longitudinal direction of the light guide member and reflecting the guided light toward the upper surface,
Each of the plurality of openings is arranged in a line in a divided manner in the longitudinal direction of the light guide member so that the reflected light has an incident angle of 42 ° or less on the upper surface. Light source device.
前記導光部材は、前記LED光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、
この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列していることを特徴とする請求項1の線状光源装置。 The LED light source is located at the center position in the longitudinal direction of the light guide member, and is disposed on the lower surface facing the upper surface,
The light guide member has a central reflection hole that divides and reflects light incident from the LED light source at both ends in the longitudinal direction of the light guide member;
2. The linear shape according to claim 1, wherein a plurality of openings for reflecting the light reflected by the central reflection hole toward the upper surface are divided and aligned so as to cover substantially the entire region in the longitudinal direction. Light source device.
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