CN101770040B - 多光轴光电传感器 - Google Patents
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Abstract
提供一种多光轴光电传感器。即使用于显示动作状态的发光元件较小,也能够确保良好的可见性。投光器与受光器中的至少一个构件在框体的前面的用于投射光的部分或用于取入光的部分的宽度方向的侧方位置,具有用于显示多光轴光电传感器的动作状态的显示部分。显示部分具有在框体内与框体的前面相向地配置在长度方向上的多个发光元件,和将各发光元件发出的光向框体的前面进行引导的多个导光体。各导光体配置为使入射端面朝向发光元件,使出射端面面对框体的前面。在各导光体上至少设置有2个反射面,上述反射面在将从入射端面入射的光束向出射端面进行引导的导光路径中,使光的前进路径依次变更,以使光束的一部分或全部在框体的宽度方向上扩散。
Description
技术领域
本发明涉及一种多光轴光电传感器,将多个投光元件排列配置在框体内而成的投光器和接受来自各投光元件的光的多个受光元件排列配置在框体内而成的受光器设置成成对的投光元件与受光元件一对一地相向,尤其涉及一种在框体的前面具有用于显示多光轴光电传感器的动作状态的显示部分的多光轴光电传感器。
背景技术
如图10所示,典型的多光轴光电传感器具有:投光器100,多个投光元件102在长条形状的框体101的内部沿着长度方向配置为一列;受光器200,与投光元件102个数相同的受光元件202在相同的长条形状的框体201的内部沿着长度方向配置为一列。隔开适当的距离设置投光器100与受光器200,使成对的投光元件102与受光元件202一对一地相向。连接各投光元件102和各受光元件202的光轴L相互平行,形成用于检测有无物体的二维物体检测区域。在投光器100以及受光器200中,依次使投光器100的各投光元件102发光,并且,使与各投光元件102相对应的受光器200的各受光元件202进行受光动作。基于在各受光元件202中的光的受光量依次检测各光轴L的遮光状态,从而判断在物体检测区域中是否存在物体。
在上述投光器100与受光器200的至少一方(在图示的例子中为双方)上,安装有用于显示多光轴光电传感器的动作状态的多个发光元件103(例如,参照专利文献1)。通常,在投光器100及受光器200的框体101、201的侧面以及后面安装有加强用的罩体(未图示)、用于防止后述的前面罩体110(如图11所示)破损的保护罩体(未图示)等,因此这些发光元件103的显示区域设置在框体101、201的前面(相互相向的面),通过发光元件103的点亮状态以及关闭状态显示有无电源供给和有无物体检测,还显示多光轴光电传感器的动作异常、投光器100与受光器200的对位状态(受光等级)等。
专利文献1:JP特开2008-180649号公报。
图11表示投光器100的内部结构。此外,就受光器200的内部结构而言,其基本结构与投光器100相同,因此在此省略其图示以及说明。
在投光器100的框体101内容纳配置有:电路板104,多个投光元件102排为一列,安装在电路板104的表面上;多个合成树脂制的支架106,保持用于对各投光元件102所发出的光进行汇聚的投光透镜105。
各支架106的两端被支撑在框体101内的相向的侧壁部上,在各支架106的中央贯通设置有保持孔109,上述保持孔109用于将投光透镜105与投光元件102保持为相互相向的状态。框体101具有前面开口的壳主体111和用于堵住壳主体111前面开口部的透明的前面罩体110。
在电路板104上的投光元件102列的侧方位置上,发光面与前面罩体110相向地安装有多个发光元件103,并且在各支架106上,分别保持有用于向前面罩体110引导各发光元件103所发出的光的柱状的导光体108。在各导光体108中,使光入射至内部的入射端面108a与发光元件103的发光面相向,使入射的光向外部出射的出射端面108b与前面罩体110相向。从发光元件103发出的光束从入射端面108a入射至导光体108内,然后在导光体108内前进并从出射端面108b出射。
从各投光元件102发出的光从前面罩体110的宽度方向上的中央部分向受光器200投射,另一方面,相对于宽度方向上的中央部分的光的投射部分,从各发光元件103发出的光被引导至宽度方向上的侧方位置。
近年,人们对多光轴光电传感器期望实现薄型化、小型化。为了满足这样的要求,在投光器100、受光器200中,用于配置发光元件103的空间被减少,其结果,发光元件103的大小被限制,从而发光面的面积(发光面积)变小。但是,在使用发光面小的发光元件103时,其可见性差,从而存在不能容易判断发光元件103是否点亮的问题。
发明内容
本发明是致力于解决上述问题而作出的,其目的在于提供一种即使用于显示动作状态的发光元件的发光面积小,也能够确保良好的可见性的多光轴光电传感器。
本发明的多光轴光电传感器,具有:投光器,其是多个投光元件沿着框体内的长度方向排列设置而成的,上述投光元件用于从框体的前面向外部投射光;受光器,其是多个受光元件沿着框体内的长度方向排列设置而成的,上述受光元件用于接收从框体的前面导入的来自投光器的各投光元件的光;将投光器和受光器设置成使成对的投光元件和受光元件一对一地相向。投光器和受光器中的至少一方在框体的前面的用于投射光的部分或用于导入光的部分的宽度方向上的侧方位置,具有用于显示多光轴光电传感器的动作状态的显示部分;该显示部分具有:发光元件,其与框体的前面相向配置在框体内;导光体,其用于将发光元件发出的光向框体的前面引导。导光体具有:入射端面,其用于使发光元件的光入射至导光体的内部;与入射端面平行的出射端面,其用于使光从导光体的内部出射;导光路径,其用于将从入射端面入射的光束向出射端面引导;将导光体配置成,使入射端面朝向发光元件,使出射端面面对框体的前面。导光体的出射端面的形状为向规定的方向比入射端面长的形状;在上述导光体的导光路径中设置有:第一反射面,其用于使从入射端面入射的光束的一部分向出射端面比上述入射端面长的方向发生反射,第二反射面,其用于使被第一反射面反射的光束向出射端面的方向发生反射;从入射端面入射的光束的未被第一反射面反射的剩余部分直线前进从出射端面射出,第二反射面相对于第一反射面倾斜,使被第一反射面反射的光束以在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散的方式发生反射。
根据上述结构的多光轴光电传感器,从发光元件发出的光从入射端面入射至导光体的内部并在导光路径中前进。在设置于导光路径中的各反射面上,入射至导光体中的光束的一部分或全部依次被反射,在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散。在向出射端面的上述方向扩展的状态下的光束从导光体的出射端面出射,因此,即使发光元件的发光面的面积小,也能够确保显示部分的良好的可见性。
在本发明的上述结构中,反射面只要是2个以上即可,不限定其个数,但在优选的实施方式中,上述反射面具有:第一反射面,其用于使从入射端面入射的光束的一部分或全部向出射端面比上述入射端面长的方向发生反射;第二反射面,其用于使被第一反射面反射的光束向出射端面的方向发生反射。
虽然考虑了第一、第二各反射面的各种形式,但在优选的一个实施方式中,第一、第二各反射面为平面且相对于入射端面向同一方向倾斜,并且第二反射面相对于第一反射面倾斜,以使被第一反射面反射的光束在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散的状态下发生反射。
在该实施方式中,被第二反射面反射的光束在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散,因此,在向出射端面的上述方向扩展的状态下的光束被引导至导光体的出射端面而出射。根据该实施方式,以结构比较简单的导光体就能够使光在出射端面的上述方向上扩散,使从导光体出射的光束的出射面积大于入射至导光体的光束的入射面积。
此外,对于第一、第二各反射面,为了使向出射端面的光束的朝向一致,可以使第一反射面为平面,第二反射面为曲面,或者使第一、第二各反射面都为曲面。在各个实施方式中,第二反射面相对于第一反射面倾斜,以使被第一反射面反射的光束在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散的状态下发生反射。
在本发明的优选的实施方式中,上述出射端面的形状为在框体的宽度方向上比入射端面更长的形状。此外,出射端面的形状可以是在框体的长度方向上比入射端面长的形状,或者是在框体的斜方向上比入射端面长的形状。
在本发明的另一优选实施方式中,上述发光元件在框体内沿着框体的长度方向排列配置有多个,对各发光元件分别配置有用于将发光元件发出的光向框体的前面引导的上述导光体。根据该实施方式,通过多个发光元件,能够显示多光轴光电传感器的各种动作状态。
根据本发明,使从入射端面入射至导光体的光束的一部分或全部在导光路径中在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散,然后从导光体的出射端面出射,因此,即使使用发光面小的发光元件,也不使可见性降低,从而能够满足薄型化的要求。而且,仅通过改变导光体的结构,即能够使光束在框体的宽度方向上扩散,因此不需要在投光器以及受光器的各框体内设置多余的部件。
附图说明
图1是放大表示本发明的一个实施例的多光轴光电传感器的投光器以及受光器的概略结构的一部分的主视图。
图2是表示投光器的内部结构的剖视图。
图3是表示受光器的内部结构的剖视图。
图4是表示导光体的外观的立体图。
图5是表示导光单元的结构的立体图。
图6是导光单元的后视图。
图7是表示导光体内的光束的前进路径的说明图。
图8是表示其他实施例的导光体的结构和导光体内的光束的前进路径的说明图。
图9是表示其他实施例的导光体的结构和导光体内的光束的前进路径的说明图。
图10是表示现有的多光轴光电传感器的外观的立体图。
图11是表示现有的多光轴光电传感器的投光器的内部结构的剖视图。
具体实施方式
图1的(1)、(2)放大示出了本发明的一个实施例的多光轴光电传感器的投光器1与受光器2的结构的一部分。
在均具有固定宽度d的长条形状的框体10、20的内部,在长度方向排为一列地分别配置多个投光单元6和多个受光单元7,由此形成图示的例子的投光器1以及受光器2。
如图2所示,各投光单元6是如此形成的,即,在合成树脂制的支架17上一体地安装有投光透镜19等,上述投光透镜19用于汇聚来自投光元件16的光并使其向受光器2投射。另外,如图3所示,各受光单元7是如此形成的,即,在合成树脂制的支架17上一体地安装有受光透镜22等,所述受光透镜22用于导入来自投光器1的投光元件16的光以使使受光元件21接收。
将投光器1与受光器2设置成成对的投光元件16与受光元件21一对一地相向,形成用于检测有无物体的二维的物体检测区域。
在投光器1以及受光器2中,投光透镜19及受光透镜22所配置的各框体10、20前面的宽度方向上的中央部分就是用于投射光的部分和用于导入光的部分,在导光体32所配置的宽度方向上的一侧方设定有显示部分,上述显示部分用于显示多光轴光电传感器的动作状态和多光轴光电传感器所具有的各种功能的设定状态。
此外,投光器1和受光器2的结构基本相同,因此,以下基于图2来主要说明投光器1的结构,对于受光器2仅说明与投光器1不同的结构,对于相同的结构标注同样的附图标记,并省略其说明。
投光器1的框体10具有:壳主体11,整个前面开口;前面罩体12,用于堵住壳主体11前面的开口部。前面罩体12是例如丙烯板那样的透明或者半透明的合成树脂板,通过在壳主体11内的整个相向的侧壁部上一体形成的支撑壁部14a、14b来支撑前面罩体12的两侧边缘。
在壳主体11的内部容纳配置有多个投光单元6和电路板15。电路板15由例如环氧玻璃基板等坚硬不弯曲的平板状的基材构成,在电路板15的表面安装有多个投光元件16。此外,电路板15还能够由柔性基板构成。各投光元件16例如由发光二极管(LED)构成。在电路板15上除了各投光元件16之外还安装有电路部件,这些电路部件构成用于分别独立地驱动这些投光元件16的驱动电路、光轴依次选择电路、控制电路、通信电路、电源电路等,但这样的结构为公知技术,在此省略其详细的说明。
构成各投光单元6的合成树脂制的支架17的两端部被支撑槽61、62支撑,从而使该支架17固定保持在壳主体11内,上述支撑槽61、62形成在框体10内的相向的整个侧壁部上。在各支架17的宽度方向的中央位置,贯通设置有用于保持投光元件16的元件保持孔18a和与该元件保持孔18a连通的透镜保持孔18b。透镜保持孔18b用于保持投光透镜19。将各支架17相对投光元件16进行对位,以使投光元件16的发光面位于投光透镜19的焦点位置。来自各投光元件16的光通过投光透镜19后变为实质上平行的光线束,并朝向受光器2出射。
图3所示的受光器2例如使用光电二极管(PD)作为受光元件21。在支架17的透镜保持孔18b中保持有用于汇聚来自投光元件16的光的受光透镜22,在与透镜保持孔18b连通的元件保持孔18a中保持有用于接受被受光透镜22汇聚的光的受光元件21。在受光器2的电路板15上,除了各受光元件21之外还安装有电路部件,这些电路部件构成各个受光元件21的放大器及模拟开关、光轴依次选择电路、控制电路、向控制电路输入用放大器、通信电路、电源电路等。
返回图2,在电路板15上的投光元件16列的侧方位置,多个发光元件 30安装为其发光面朝向前面罩体12且排为一列的状态。各发光元件30例如由发出红色或绿色等多种颜色光的发光二极管(LED)构成。为了将发光元件30所发出的光高效地向前面罩体12一侧引导,在各发光元件30的发光面的上方分别配置有导光体32。
如图4以及图5所示,各导光体32以规定的间隔相互平行地连成一排,使得各个入射端面36与各发光元件30的发光面相向配置。各导光体32配置为后述的第二倾斜面40(如图2以及图6所示)位于投光透镜19或受光透镜22侧。各导光体32通过上下的连接轴81、82来成为一体,在其两端一体形成有左右的支柱80A、80B。在电路板15的两处形成有螺孔91,从各螺孔91、91分别插入螺钉90、90并向形成在各支柱80A、80B的背面的螺钉插入孔(未图示)拧入,由此将各支柱80A、80B固定在电路板15的表面上,从而将各导光体32安放在电路板15的各发光元件30的上方。以下,称由各导光体32、上下的连接轴81、82和左右的支柱80A、80B构成的构件为导光单元8。
如图2以及图3所示,在各支架17上形成有开口部92,该开口部92能够使导光体32面对透镜保持孔18b的侧方位置。在导光单元8固定在电路板15上的状态下,将各支架17从导光体32的上方盖住而在电路板15上的规定位置上进行定位时,导光体32的第二部分40(如图2以及图6所示)从开口部92突出。在该状态下,通过将各支架17固定在壳主体11上,使电路板15以及各导光体32经由支架17被保持在壳主体11内。
图6表示导光体32的外观。导光体32例如由丙烯树脂等透明的透光性材料一体形成四角柱状的第一部分33和与第一部分连接的第二部分34。
第一部分33具有前面部44、后面部45、两侧面部35、35以及端面部36,相邻的各面相互成为直角。后面部45的长度设定为略长于前面部44的长度。第二部分34具有与第一部分33的前面部44成角度α的第一倾斜面39、与第一倾斜面39成角度γ(其中,γ=180度-α)的前端部46、与第一部分33的后面部45成角度β(其中β>α)的第二倾斜面40、与第一部分33共享的两侧面部35、35以及端面部37。在本实施例中,将上述的角度α、β、γ分别设定为30度、45度、150度,第二部分34的端面部37沿着框体2宽度方向的宽度D2大于第一部分33的端面部36的宽度D1。
第一部分33的端面部36构成入射端面,上述入射端面用于使来自发光元件30的光入射至导光体32的内部,第二部分34的端面部37构成出射端面,上述出射端面用于使光从导光体32的内部出射。入射端面36和出射端面37相互平行,导光体32的内部构成为用于将从入射端面36入射的光向出射端面37进行引导的导光路径38(图5所示)。使导光体32的入射端面36与发光元件30的发光面相向,使出射端面37与前面罩体12相向。
图7表示导光体32内部的导光路径38。在导光路径38中,对应于上述第一倾斜面39的面构成第一反射面39′,上述第一反射面39′用于使从入射端面36入射的光束41中的一部分光束42向框体10的宽度方向发生全反射,对应于上述第二倾斜面40的面构成第二反射面40′,上述第二反射面40′用于使被第一反射面39′反射的光束42a向出射端面37的方向发生全反射。
第一、第二各反射面39′、40′都是平坦的面(平面),第二反射面40′相对于第一反射面39′倾斜,从而在被第一反射面39′反射的光束42a在第二反射面40′上发生反射时,使其在框体10的宽度方向上扩散的状态下发生反射。
现在,假设第一、第二各反射面39′、40′相对于入射端面36的倾斜角度为θ1、θ2,则θ1>θ2。此外,第一反射面39′的倾斜角度θ1与上述第一倾斜面39的角度α满足θ1+α=90度的关系,在本实施例中的角度α为30度,因此倾斜角度θ1为60度。另外,第二反射面40′的倾斜角度θ2与上述第二倾斜面40的角度β满足θ2+β=90度的关系,本实施例中的角度β为45度,所以倾斜角度θ2为45度,因此第二反射面40′相对于第一反射面39′倾斜15度(θ1-θ2=60度-45度)。
相对于入射端面36的宽度D1(如图6所示),将第一反射面39′的倾斜角度θ1与长度L1设定为,在发光元件30发出且从入射端面36入射的光束41中,仅使靠近前面部44的一部分光束42向第二反射面40′反射,而使靠近后面部45的其余的光束43未被反射的状态下直线前进。另外,将第二反射面40′的位置以及长度L2设定为,使被第一反射面39′反射的全部光束42a向出射端面37反射。
在上述结构的导光体32中,从发光元件30发出的光束41从导光体32 的入射端面36入射至导光体32的内部,并在导光体32的内部的导光路径38中向前面罩体12的方向前进。入射至导光体32内的光束41中的一部分光束42被第一反射面39′反射,所以向第二反射面40′的方向前进。入射至第二反射面40′的光束42a被第二反射面40向出射端面37反射,但此时,由于第二反射面40′相对于第一反射面39′向外侧倾斜,所以光束42a在导光路径38的宽度方向上即在框体10、20的宽度方向上扩散,所以在光的区域扩大的状态下从出射端面37向导光体32的外部射出。此外,入射至导光体32内的光束41中的其余的光束43不被第一反射面39′反射就直线前进,从出射端面37向导光体32的外部射出。
这样,使第二反射面40′相对于第一反射面39′向外侧倾斜,并使第二反射面40′的倾斜角度θ2小于第一反射面39′的倾斜角度θ1且使出射端面37的宽度D2大于入射端面36的宽度D1,由此使入射至导光体32的光束41中的一部分光束42依次被各反射面39′、40′反射,从而能够使光束在导光路径38的宽度方向上扩散,因此即使使用发光面小的发光元件30也不会使可见性降低。
在本实施例中,将第一反射面39′的倾斜角度θ1设定为60度,将第二反射面40′的倾斜角度θ2设定为45度,但只要将第二反射面40′的倾斜角度θ2设定为小于第一反射面39′的倾斜角度θ1的值,则这些倾斜角度θ1、θ2不限于本实施例的值。
另外,使入射至导光体32的光束41中的一部分光束42被第一、第二各反射面39′、40′反射,然后从出射端面37出射,但也可以使全部的光束被各反射面39′、40′反射。
进而,在上述实施例中,被第二反射面40′反射的光束42a不与出射端面37垂直,而稍微偏外侧地从出射端面37出射,其朝向不与直线前进并出射的光束43一致,但也可以如图8所示的实施例那样,第一反射面39′采用平面,第二反射面40′采用具有规定曲率的曲面,以此使被第二反射面40′反射的光束42a的朝向随着从内测到外侧逐渐变成与出射端面37垂直,由此能够使其与直线前进而出射的光束43朝向一致。此外,在图8中,其他结构与图7所示的第一实施例相同,在此,在相应的结构上标注相同的附图标记,并省略了其说明。
在图8所示的实施例中,也使第二反射面40′相对于第一反射面39′倾斜,以使被第一反射面39′反射的光束42a在框体10的宽度方向上扩散的状态下发生反射。假设第一反射面39′相对于入射端面36的倾斜角度为θ1,另一方面,将被第一反射面39′反射的光束42a的两端部入射至第二反射面40′的位置P、Q连接而成的假想平面47相对于入射端面36的倾斜角度为θ2′,并将该倾斜角度θ2′视为第二反射面40′相对于入射端面36的倾斜角度θ2,那么θ1>θ2′。在本实施例中,将倾斜角度θ1设定为60度,将上述Q点的相切面48相对于入射端面36的倾斜角度δ设定为与第一实施例的倾斜角度θ2相同的角度(45度),由此逐渐使被第二反射面40′反射的光束42a的朝向与出射端面37成直角。
在图9所示的实施例中,为了使被第二反射面40′反射的光束42a的朝向与出射端面37垂直,第一反射面39′采用具有规定曲率的曲面,第二反射面40′采用曲率大于第一反射面39′的曲率的曲面。此外,在图9中,其他结构与图7所示的第一实施例相同,在此,对于相应的结构标注相同的附图标记,并省略其说明。
在图9所示的实施例中,使第二反射面40′相对于第一反射面39′倾斜,以使被第一反射面39′反射的光束42a在框体10的宽度方向上扩散的状态下发生反射。假设将朝向第一反射面39′的光束42的两端部入射至第一反射面39′的位置S、T连接而成的假想平面49相对于入射端面36的倾斜角度为θ1′,将该倾斜角度θ1′视为第一反射面39′相对于入射端面36的倾斜角度θ1,另一方面,将被第一反射面39′反射的光束42a的两端部入射至第二反射面40′的位置P、Q连接而成的假想平面47相对于入射端面36的倾斜角度为θ2′,将该倾斜角度θ2′视为第二反射面40′相对于入射端面36的倾斜角度θ2,那么θ1′>θ2′。
对于上述第二、第三各实施例,使导光体32的第二反射面40′相对于第一反射面39′向外侧倾斜,并使出射端面37的宽度D2大于入射端面36的宽度D1,由此,当从第一反射面39′入射至第二反射面40′的光束42a被第二反射面40′反射时在导光路径38的宽度方向上扩散,从而在光的区域扩大的状态下被引导至出射端面37,并向导光体32的外部出射,因此在上述第二、第三各实施例中,从导光体32出射的光束的出射面积大于入射 至导光体32的光束的入射面积,从而即使使用发光面积小的发光元件30,也不会使可见性降低。
Claims (6)
1.一种多光轴光电传感器,具有:
投光器,其是多个投光元件沿着框体内的长度方向排列设置而成的,上述投光元件用于从框体的前面向外部投射光,
受光器,其是多个受光元件沿着框体内的长度方向排列设置而成的,上述受光元件用于接收从框体的前面导入的来自投光器的各投光元件的光;
将投光器和受光器设置成使成对的投光元件和受光元件一对一地相向;
其特征在于,
投光器和受光器中的至少一方在框体的前面的用于投射光的部分或用于导入光的部分的宽度方向上的侧方位置,具有用于显示多光轴光电传感器的动作状态的显示部分,
该显示部分具有:
发光元件,其与框体的前面相向配置在框体内,
导光体,其用于将发光元件发出的光向框体的前面引导;
导光体具有:
入射端面,其用于使发光元件的光入射至导光体的内部,
与入射端面平行的出射端面,其用于使光从导光体的内部出射,
导光路径,其用于将从入射端面入射的光束向出射端面引导;
将导光体配置成,使入射端面朝向发光元件,使出射端面面对框体的前面;
导光体的出射端面的形状为向规定的方向比入射端面长的形状;
在上述导光体的导光路径中设置有:
第一反射面,其用于使从入射端面入射的光束的一部分向出射端面比上述入射端面长的方向发生反射,
第二反射面,其用于使被第一反射面反射的光束向出射端面的方向发生反射;
从入射端面入射的光束的未被第一反射面反射的剩余部分直线前进从出射端面射出,
第二反射面相对于第一反射面倾斜,使被第一反射面反射的光束以在出射端面比上述入射端面长的方向上扩散的方式发生反射。
2.根据权利要求1所述的多光轴光电传感器,其特征在于,第一、第二各反射面为平面且相对于入射端面向同一方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的多光轴光电传感器,其特征在于,第一反射面为平面,第二反射面为曲面。
4.根据权利要求1所述的多光轴光电传感器,其特征在于,第一、第二各反射面为曲面。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的多光轴光电传感器,其特征在于,上述出射端面的形状为在框体的宽度方向上比入射端面更长的形状。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的多光轴光电传感器,其特征在于,上述发光元件在框体内沿着框体的长度方向排列配置有多个,对各发光元件分别配置有用于将发光元件发出的光向框体的前面引导的上述导光体。
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