JP2008084560A - Lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話及びPDA等の電子機器に使用される照明装置に関し、特に光が走るように見える表示が可能な照明装置に関する。 The present invention relates to an illuminating device used in an electronic device such as a mobile phone and a PDA, and more particularly to an illuminating device capable of displaying light as if traveling.
近年、携帯電話及びPDA(Personal Digital Assistant)等の電子機器では、光をインターフェースの一つとして捉え、様々なパターンで発光する照明装置が使用されるようになった。 In recent years, electronic devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) have come to use lighting devices that capture light as one of the interfaces and emit light in various patterns.
図1(a)は、従来の照明装置の一例を示す模式図である。この照明装置では、導光体(LGP:Light Guide Plate)11の一方の端部にLED(Light-Emitting Diode)12aが配置されており、他方の端部にLED12bが配置されている。これらのLED12a,12bはいずれも赤色(R)発光体、緑色(G)発光体及び青色(B)発光体を一体化して構成されており、制御回路13により赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体の発光が個別に制御される。また、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を同時に発光させると白色光が得られる。なお、導光体11は、光を拡散させる拡散剤を混合した樹脂により形成されている。
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an example of a conventional lighting device. In this illumination device, an LED (Light-Emitting Diode) 12a is disposed at one end of a light guide (LGP) 11 and an
この図1(a)に示す照明装置において、例えば左側に配置されたLED12aを赤色に発光させ、右側に配置されたLED12bを青色に発光させると、導光体11の表面に左側から右側に赤色から青色に連続的に変化するグラデーションが観察される。
In the illuminating device shown in FIG. 1A, for example, when the
図1(b)は、従来の照明装置の他の例を示す模式図である。この照明装置では、導光体21の下に複数のLED22a〜22eが一方向に並んで配置されている。これらのLED22a〜22eはいずれも赤色(R)発光体、緑色(G)発光体及び青色(B)発光体を一体化して構成されており、制御回路23により赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体が個別に制御される。この照明装置においても、導光体21は光を拡散させる拡散剤を混合した樹脂により形成されている。
FIG.1 (b) is a schematic diagram which shows the other example of the conventional illuminating device. In this illuminating device, a plurality of
図1(b)に示す照明装置では、例えば、LED22a〜22eを左側から順に赤色、黄色、緑色、水色及び青色に発光させると、導光体21の表面に左側から右側に虹のように色が変化するグラデーションが観察される。なお、黄色は赤色発光体及び緑色発光体を同時に発光させることにより得られ、水色は緑色発光体及び青色発光体を同時に発光させることにより得られる。
In the illuminating device shown in FIG. 1B, for example, when the
特許文献1には、光源と光ファイバとの間にカラーフィルタを配置し、光ファイバと接続された導光板から出射される光の色を変化させることが記載されている。また、特許文献2には、ホログラムを用いて導光体から出射される光を虹色(レインボーカラー)とする光源ユニットが記載されている。
光を情報表示のインターフェースとする場合、照明装置には種々の発光パターンが要求される。その中の一つに、光が走るように表示させるものがある。図1(a)に示す照明装置では、光が走るように見える表示を実現することはできない。また、図1(a)の照明装置では、両端部が明るく、中央部が暗くなるという欠点もある。導光体11の中央部の拡散剤の分布密度を両側部よりも高くすることにより明るさを均一化することが可能ではあるが、その場合は導光体11の製造が困難になるという問題が発生する。
When the light is used as an information display interface, various illumination patterns are required for the illumination device. One of them is a display that allows light to run. In the illuminating device shown in FIG. 1A, it is not possible to realize a display in which light appears to run. In addition, the lighting device of FIG. 1A has a drawback that both ends are bright and the center is dark. Although it is possible to make the brightness uniform by making the distribution density of the diffusing agent in the central part of the
図1(b)の照明装置では、LED22a〜22eを順番に発光させることにより、光が走るように見える表示を実現できる。しかしながら、図1(b)の照明装置では多くのLEDが必要であるので、製品コストが高くなるだけでなく、照明装置自体が大型化して携帯電話等の小型且つ省電力が要求される電子機器に使用することが困難になるという問題が発生する。 In the illuminating device of FIG.1 (b), the display which looks like light can be implement | achieved by light-emitting LED22a-22e in order. However, since the lighting device of FIG. 1B requires many LEDs, not only does the product cost increase, but the lighting device itself is increased in size, such as an electronic device that is required to be small and save power, such as a mobile phone. The problem that it becomes difficult to use it occurs.
以上から、本発明の目的は、光が走るように見える表示を実現できるとともに、光源の数が少なくて小型化が容易な照明装置を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an illumination device that can realize a display in which light appears to run, and can be easily miniaturized with a small number of light sources.
本発明の一観点によれば、光が入射する入射面及び光が出射する出射面を有する導光体と、相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成され、前記導光体の前記入射面の近傍に配置される光源と、前記導光体の面上に配置された一次元の空間周波数を有する回折光学素子とを有する照明装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, the light guide includes a light guide having an incident surface on which light is incident and an output surface from which the light is emitted, and a plurality of light emitters that generate light having different wavelengths. There is provided an illumination device having a light source disposed in the vicinity of the incident surface and a diffractive optical element having a one-dimensional spatial frequency disposed on the surface of the light guide.
本発明の照明装置は、複数の発光体により構成された光源と、導光体と、一次元の空間周波数を有する回折光学素子とにより構成されている。一次元の空間周波数を有する回折光学素子では、入射角が一定であるとすると、光は波長により異なる方向に回折される。本発明においては、この特性を利用して光が走るように見える表示を実現する。 The illuminating device of the present invention includes a light source including a plurality of light emitters, a light guide, and a diffractive optical element having a one-dimensional spatial frequency. In a diffractive optical element having a one-dimensional spatial frequency, if the incident angle is constant, light is diffracted in different directions depending on the wavelength. In the present invention, this characteristic is used to realize a display in which light appears to run.
例えば、光源として赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体が一体化したLEDを使用し、それらの発光体を同時に発光させると、光は回折光学素子により波長に応じた方向に回折される。このため、観察者には、赤色、緑色及び青色の光が分離して観察される。赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を一定の順番で点滅させると、光の色が変化するとともに、光の位置も変化する。すなわち、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体の発光を適切なタイミングで制御することにより、光が色を変えながら走るように見える表示が実現される。なお、光源は、相互に異なる波長を発生する複数の発光体により構成されていればよい。 For example, when an LED in which a red light emitter, a green light emitter and a blue light emitter are integrated as a light source and these light emitters emit light simultaneously, the light is diffracted in a direction corresponding to the wavelength by a diffractive optical element. For this reason, the observer observes red, green, and blue light separately. When the red light emitter, the green light emitter, and the blue light emitter are blinked in a certain order, the light color changes and the light position also changes. That is, by controlling the light emission of the red light emitter, the green light emitter, and the blue light emitter at an appropriate timing, a display in which light appears to run while changing color is realized. In addition, the light source should just be comprised by the several light-emitting body which generate | occur | produces a mutually different wavelength.
回折光学素子を導光体の光出射面側に配置する場合、光出射面に対向する面側には、回折光学素子に入射する光の入射角を所定の角度に調整するプリズムを配置することが好ましい。また、入射面から導光体内に入射した光が直接回折光学素子に入射すると、ノイズ光となって所望の表示とならないことがある。このため、入射面から導光体内に進入した光が直接回折光学素子に進入することを阻止する部材を導光体内に設けてもよい。 When the diffractive optical element is disposed on the light exit surface side of the light guide, a prism that adjusts the incident angle of light incident on the diffractive optical element to a predetermined angle is disposed on the side facing the light exit surface. Is preferred. In addition, if light incident on the light guide from the incident surface directly enters the diffractive optical element, it may become noise light and a desired display may not be obtained. For this reason, a member that prevents light entering the light guide from the incident surface from directly entering the diffractive optical element may be provided in the light guide.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る照明装置を示す模式図である。
(First embodiment)
Fig.2 (a) is a schematic diagram which shows the illuminating device which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
本実施形態に係る照明装置は、光源31と、導光体32と、導光体32の裏面(光が出射する面に対向する面)側に配置された反射型の回折光学素子(Diffractive Optical Elements:以下、「DOE」という)33と、光源31の発光を制御する制御回路(制御部)34とにより構成されている。
The illuminating device according to the present embodiment includes a
光源31は、相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成されている。本実施形態においては、光源31として、赤色(R)発光体、緑色(G)発光体及び青色(B)発光体が一体化したRGB一体型LEDを使用するものとする。制御回路34は、光源31を構成する赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体の発光を個別に制御するものである。なお、光源31としては、RGB一体型LEDに限定されず、相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成されたものであればよい。それらの発光体がRGB一体型LEDのように1つのパッケージ内に収納されていることが好ましいが、個別にパッケージされているものを組み合わせて使用してもよい。他の実施形態においても同様である。
The
導光体32はPMMA(ポリメチルメタクリレート)等の透明樹脂又はガラス等により棒状(直方体形状)に形成されている。光源31は、この導光体32の一方の端面(入斜面)近傍に配置される。光源31で発生した光は、導光体32の端面を通って導光体32内に進入する。
The
DOE33は上述したように導光体32の裏面側に配置されており、一次元の空間周波数を有している。本実施形態では、DOE33が、導光体32の裏面側に所定のピッチで配列した矩形状の凹凸により構成されているものとする。
The DOE 33 is disposed on the back side of the
一次元の空間周波数を有するDOE33では、入射角が一定の場合、光は波長により異なる方向に回折し、赤色光は青色光よりも大きな角度で回折される。この特性を利用して、導光体32の位置に応じて観察者から見える光の波長(色)が連続的に変化するように、DOE33の空間周波数と光源31の位置とが決定されている。ここで、DOE33に対する光の入射角をθi、出射角をθo、DOE33の空間周波数(単位長さ当りのラインペア(凹凸)の本数)をf、光の波長をλ、回折光次数をNとすると、それらの間には下記(1)式に示す関係がある。
In the
sinθi+sinθo=Nfλ …(1)
図2(a)のように構成された本実施形態の照明装置において、光源31の赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を同時に点灯した場合は、光源31に近い側の端部近傍が青色、遠い側の端部近傍が赤色の虹色グラデーションが観察される。また、光源31の赤色、緑色及び青色の各発光体の発光強度を所定のタイミングで変化させることにより、光が導光体32の表面を色を変えながら走るように見える表示が実現される。
sin θi + sin θo = Nfλ (1)
In the illumination device of the present embodiment configured as shown in FIG. 2A, when the red light emitter, the green light emitter, and the blue light emitter of the
図2(b)は、光源31を赤色、緑色、青色の順に発光させたときの導光体32の発光部(光って見える部分:以下同じ)の位置変化を模式的に示している。このように、本実施形態の照明装置においては、光源31の赤色、緑色及び青色の発光体を順番に点灯及び消灯することにより、観察者には光が導光体32の表面を左側から右側に色を変えながら走るように見える。
FIG. 2B schematically shows a change in the position of the light-emitting portion (light-visible portion: the same applies hereinafter) of the
本実施形態の照明装置は光源31の数が1つでよく、小型化且つ省電力化が容易である。これにより、携帯電話のように小型且つ省電力が要求される電子機器に使用することができる。本実施形態の照明装置は、例えば携帯電話において着信を知らせるときのイルミネーションに使用することができる。また、本実施形態の照明装置は、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を制御することにより導光体32の発光部の位置を変化させることができるので、例えばバッテリーの残量や電波状態等を示すインジケータとして使用することもできる。
The illumination device according to the present embodiment needs only one
なお、本実施形態ではDOE33が一定のピッチで配列された凹凸により構成されているものとしたが、DOE33は、ピッチが連続的又は断続的に変化する凹凸により構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る照明装置を示す模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing an illumination device according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態の照明装置は、光源41と、導光体42と、導光体42の表面(光が出射する面)側に配置された透過型のDOE43と、光源41の発光を制御する制御回路44とにより構成されている。
The illumination device according to the present embodiment includes a
光源41は、相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成されている。本実施形態においても、光源41として、赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体を一体化したRGB一体型LEDを使用するものとする。制御回路44は、光源41を構成する赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体の発光を個別に制御するものである。
The
導光体42はPMMA等の透明樹脂により棒状(直方体形状)に形成されている。光源41は、この導光体42の一方の端面近傍に配置されている。光源41で発生した光は、導光体42の端面を通って導光体42内に進入する。また、導光体42の裏面側には、図中に円で囲んだ部分に拡大図を示すように、光を表面側に反射する多数のプリズム45が設けられている。これらのプリズム45は、導光体42の裏面側に設けられた三角形状の凹凸により形成されている。
The
導光体42の表面側に設けられたDOE43は、一次元の空間周波数を有している。本実施形態においては、DOE43が導光体42の表面に一定のピッチで設けられた矩形状の凹凸により構成されているものとする。
The
前述の(1)式からわかるように、一次元の空間周波数を有するDOEでは、空間周波数(f)が一定であるとすると、光の回折方向(θo)は入射角(θi)と波長(λ)とにより決定される。本実施形態では、DOE43により所定の波長の光が観察者の目の方向に回折されるように、光源41からの光をプリズム45により反射してDOE43への光の入射角(θi)を調整している。これにより、導光体42やDOE43の設計時の自由度が大きくなり、照明装置の設計が容易になる。
As can be seen from the above equation (1), in a DOE having a one-dimensional spatial frequency, if the spatial frequency (f) is constant, the light diffraction direction (θo) is determined by the incident angle (θi) and the wavelength (λ ). In the present embodiment, the light from the
図4(a)はDOE43を示す平面図、図4(b)は図4(a)のI−I線による断面図である。図4(a)において、黒く見える部分が凹部を示し、白く見える部分が凸部を示している。
4A is a plan view showing the
この図4(a),(b)に示すように、DOE43は一定のピッチで配列された矩形状の凹凸により構成されている。このDOE43の空間周波数は単位長さ当りのライン数で表現される。例えば1mm当りに凹凸が250組あるとすると、空間周波数は250ラインピッチ(lp)/mmとなる。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the
図5(a)〜(e)は、DOE43の製造に使用する成形金型の製造方法の一例を示す模式図である。
5A to 5E are schematic views showing an example of a method for producing a molding die used for producing the
まず、予め設定された空間周波数のパターンを描画したレチクル(露光マスク)を用意する。そして、図5(a)に示すように、シリコン基板51の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜52を形成する。次に、予め用意しておいたレチクルを使用してステッパ露光(縮小露光)を行い、その後現像処理して、図5(b)に示すようにレチクルのパターンをレジスト膜52に転写する。
First, a reticle (exposure mask) on which a preset spatial frequency pattern is drawn is prepared. Then, as shown in FIG. 5A, a photoresist is applied on the
次に、図5(c)に示すように、シリコン基板51の上側全面にNi(ニッケル)をスパッタリングして、下地膜53を形成する。その後、図5(d)に示すように、下地膜73の上にNiを十分な厚さになるまで電解めっきして、金属ブロック54を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, Ni (nickel) is sputtered on the entire upper surface of the
次いで、図5(e)に示すように、金属ブロック54をシリコン基板51から取り外し、所定の形状に外形加工した後、補強板55と接合して成形金型とする。但し、金属ブロック54が十分な強度を有しているときは、補強板55を接合することなく金属ブロック54を成形金型としてもよい。
Next, as shown in FIG. 5 (e), the
このようにして凹凸パターンが形成された成形金型を他の成形金型と組み合わせた後、それらの成形金型により形成される空間内にPMMA等の透明樹脂を注入して、DOE43を有する導光体42を成形する。
After the molding die with the uneven pattern formed in this way is combined with other molding dies, a transparent resin such as PMMA is injected into the space formed by those molding dies, and the conductive mold having the
本実施形態の照明装置においても、第1の実施形態と同様に、光源41の赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体の発光を制御することにより、光が色を変えながら走るように見える表示を実現することができる。
In the illumination device of the present embodiment as well, as in the first embodiment, the light appears to run while changing the color by controlling the light emission of the red light emitter, the green light emitter, and the blue light emitter of the
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係る照明装置を示す模式図である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic view showing an illumination apparatus according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態の照明装置は、光源61と、導光体62と、導光体62の表面(光が出射する面)側に配置された透過型のDOE63と、光源61の発光を制御する制御回路(図示せず)とにより構成されている。
The illuminating device of the present embodiment includes a
導光体62はPMMA等の透明樹脂により棒状に形成されている。この導光体62の一方の端面近傍にはRGB一体型LEDからなる光源61が配置されている。また、導光体62の裏面側にはプリズム面62a,62b,62cが設けられている。プリズム面62aは光源61に近い側に配置され、プリズム面62cは光源61から遠い側に配置され、プリズム面62bはそれらの中間に配置されている。プリズム面62a,62cは導光体62の中心側に向けて傾斜した面であり、プリズム面62bは導光体62の上面と平行な面である。これらのプリズム面62a〜62cには、それぞれプリズム面62a〜62cで反射された光がDOE63に所望の角度で入射するように微細なプリズム(図3のプリズム45と同様のもの)が設けられている。
The
本実施形態では導光体62の裏面側に傾斜角が相互に異なる3つのプリズム面62a〜62cを形成しているが、導光体62の裏面側により多くのプリズム面を設けてもよい。また、必要に応じて、プリズム面62a〜62cの上にアルミニウム等の金属膜を蒸着し、プリズム面62a〜62cでより確実に光を反射するようにしてもよい。本実施形態においても、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
In the present embodiment, the three
ところで、このように構成された照明装置において、光源61から導光体62内に進入した光の一部は、プリズム面62a〜62cで反射されることなく直接DOE63に到達する。このような光により、所望の波長以外の光(ノイズ光)が観察者の目に届いて、所望のイルミネーション表示とならないことがある。そのため、DOE63には、所望の入射角条件に対して回折効率が高く、光源61から直接(すなわち、プリズム面で反射されることなく)DOE63に届く光(以下、「不要光」という)に対して回折効率が低いものを使用する。
By the way, in the illuminating device thus configured, part of the light that has entered the
本実施形態では、N次回折光(但し、Nは0以外の任意の整数)が導光体62の表面(出射面)に垂直な方向に出射するように、DOE63の空間周波数や光源61の位置等を決定している。DOE63で回折しない光(0次回折光)はそのままDOE63を通過するため、N次回折光と0次回折光との角度差を大きくする必要がある。DOE63の空間周波数が低いときは、Nが±1〜±3となるようにDOE63の空間周波数を決定することが好ましい(前述の(1)式参照)。
In the present embodiment, the spatial frequency of the
このようにDOE63の空間周波数を決定することにより、不要光は例えば図7中に破線で示すように垂直方向以外の方向に回折されて観察者に届かず、N次回折光(図7中に実線で示す)が観察者に観察されて所望のイルミネーション表示が得られる。
By determining the spatial frequency of the
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態に係る照明装置を示す模式図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing an illumination apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態の照明装置は、RGB一体型LEDからなる光源71と、導光体72と、導光体72の表面(光が出射する面)側に配置された透過型のDOE73と、光源71の発光を制御する制御回路(図示せず)とにより構成されている。
The illuminating device of this embodiment includes a
導光体72はPMMA等の透明樹脂により棒状に形成されている。光源71は、この導光体72の一方の端面近傍には配置されている。導光体72内には、不要光のDOE73への進入を阻止する複数のプリズム74が設けられている。この導光体72は、図9に示す方法により形成される。
The
すなわち、上面が平坦な棒状(直方体形状)の第1の導光体72aと、上面側にDOE73が形成され、下面側に三角形状の凹凸からなるプリズム74とが設けられた第2の導光体72bとを個別に形成する。その後、第1の導光体72aと第2の導光体72bとを光学接着剤により接合して一体化し、導光体72を形成する。
In other words, the second light guide is provided with a
本実施形態の照明装置においては、図10に示すように、光源71から出力された光は、プリズム74の傾斜面で反射され、DOE73に所定の角度で入射する。この場合、プリズム74の位置に応じてプリズム74の傾斜面に対する入射角θinが異なるので、DOE73の位置に応じてDOE73に対する光の入射角も異なる。DOE73の位置に応じて所望の角度で光が入射するように、各プリズム74の傾斜面の角度θが決定される。また、本実施形態においては、プリズム74により、導光体72の端面から導光体内72内に入射した光がDOE73に直接進入することが阻止されるので、それら光によるノイズ光の発生が回避される。
In the illumination device of this embodiment, as shown in FIG. 10, the light output from the
なお、導光体72の裏面側には、裏面で反射された光がDOE73に入射してノイズ光が発生することを防止するために、光を吸収する黒塗装を施してもよい。
In addition, on the back surface side of the
(第5の実施形態)
図11(a)は本発明の第5の実施形態に係る照明装置を示す上面図、図11(b)は同じくその照明装置を図11(a)に矢印で示す方向から見たときの側面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 11A is a top view showing an illumination device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a side view of the illumination device as seen from the direction indicated by the arrow in FIG. 11A. FIG.
本実施形態に係る照明装置は、RGB一体型LEDからなる光源81と、導光体82と、導光体82の上面のうち光が出射する部分に設けられたDOE83と、光源81を制御する制御部(図示せず)とにより構成されている。
The illuminating device according to the present embodiment controls the
本実施形態においては、図11(a),(b)に示すように、導光体82の一方の側部には、光源81から出射された光を水平方向に反射するプリズム面(第1の反射部)82a,82b,82cが設けられている。これらのプリズム面82a,82b,82cには、第3の実施形態と同様に、DOE83に対する光の入射角が所定の角度となるように光を反射するプリズムが設けられている。プリズム面82a,82b,82cで反射された光は、更にDOE83の下方に設けられた45度反射面(第2の反射部)82dにより垂直方向に反射され、DOE83に入射される。
In this embodiment, as shown in FIGS. 11A and 11B, a prism surface (first surface) that reflects light emitted from the
携帯電話では、できる限り薄くすることが要求されており、照明装置の厚さが制限されることがある。本実施形態の照明装置では、光源81から出射された光がプリズム面81a,82b,82cで水平面内に反射され、その後45度反射面82dにより垂直方向に反射されてDOE83に入射されるので、照明装置を薄くすることができる。
The mobile phone is required to be as thin as possible, and the thickness of the lighting device may be limited. In the illumination device of this embodiment, the light emitted from the
(DOEの特性)
図12(a)は透過回折における0次回折光、±1次回折光、±2次回折光、…の入射角と回折効率との関係を示す図、図12(b)は反射回折における0次回折光、±1次回折光、±2次回折光、…の入射角と回折効率との関係を示す図である。また、図13(a)は透過回折における0次回折光、±1次回折光、±2次回折光、…の入射角と回折効率との関係を示す図、図13(b)は反射回折における0次回折光、±1次回折光、±2次回折光、…の入射角と回折効率との関係を示す図である。但し、図12(a),(b)ではDOEの空間周波数を約250ラインペア/mmとし、図13(a),(b)ではDOEの空間周波数を約700ラインペア/mmとしている。また、DOEの断面形状はいずれも矩形状であり、位相変調をλ/2としている。なお、これらの図において、Tは透過光を示し、Rは反射光を示している。また、T0は0次回折光を示し、R0は鏡面反射光を示している。
(DOE characteristics)
FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the incident angle and diffraction efficiency of 0th-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light, ± 2nd-order diffracted light,... In transmission diffraction, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the incident angle of ± 1st order diffracted light, ± 2nd order diffracted light,. 13A shows the relationship between the incident angle and diffraction efficiency of 0th-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light, ± 2nd-order diffracted light,... In transmission diffraction, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the incident angle of folding light, +/- 1st-order diffracted light, +/- 2nd-order diffracted light, ..., and diffraction efficiency. However, in FIGS. 12A and 12B, the DOE spatial frequency is about 250 line pairs / mm, and in FIGS. 13A and 13B, the DOE spatial frequency is about 700 line pairs / mm. Further, the cross-sectional shapes of the DOE are all rectangular, and the phase modulation is λ / 2. In these drawings, T indicates transmitted light, and R indicates reflected light. T0 indicates 0th-order diffracted light, and R0 indicates specularly reflected light.
図12(a),図13(a)に示すように、透過回折の場合は、導光体からDOEに入射する光の入射角が約30度以下の範囲において、±1次及び±2次回折光で高い効率が安定して得られている。また、光源からの光がDOEに直接入射する(直接入射条件となる)入射角75度以上の場合は、0次回折光を含め、±1次及び±2次等のN次回折光は殆ど0であり、導光体の外に光が出射し、ノイズ光となることはない。 As shown in FIGS. 12 (a) and 13 (a), in the case of transmission diffraction, within the range where the incident angle of light incident on the DOE from the light guide is about 30 degrees or less, ± 1st order and ± 2nd order High efficiency is stably obtained by folding light. In addition, when the light from the light source is directly incident on the DOE (which is a direct incident condition) with an incident angle of 75 degrees or more, N-order diffracted light such as ± 1st order and ± 2nd order is almost 0 including 0th order diffracted light. Yes, light is emitted outside the light guide and does not become noise light.
一方、図12(b),図13(b)に示すように、反射回折の場合は、直接入射条件となる入射角75度以上の場合に、0次回折光(R0)の回折効率が大きく、±1次及び±2次等のN次回折光の発生が抑えられ、導光体内で新たな角度のノイズ光が発生することはない。すなわち、導光板内では0次回折光のみが全反射し伝搬するので、イルミネーション表示に影響を与えない。 On the other hand, as shown in FIGS. 12B and 13B, in the case of reflection diffraction, the diffraction efficiency of the 0th-order diffracted light (R0) is large when the incident angle is 75 degrees or more, which is the direct incident condition, Generation of N-order diffracted light such as ± 1st order and ± 2nd order is suppressed, and noise light at a new angle is not generated in the light guide. That is, since only the 0th-order diffracted light is totally reflected and propagated in the light guide plate, the illumination display is not affected.
これらの図12(a),(b)、図13(a),(b)から、DOEの空間周波数を250ラインペア/mm又は約700ラインペア/mmとし、入射角(導光体からDOEに対する入射角)を30度以下の条件で用いることで、不要光の影響を排除することができて、回折光による所望のイルミネーション表示が可能であることがわかる。 12 (a), 12 (b), 13 (a), and 13 (b), the spatial frequency of the DOE is 250 line pairs / mm or about 700 line pairs / mm, and the incident angle (from the light guide to the DOE). It can be understood that the influence of unnecessary light can be eliminated and desired illumination display by diffracted light can be achieved by using the incident angle with respect to the angle of 30 degrees or less.
(イルミネーション表示の例)
図14(a),(b)は、いずれも上述した第1〜第5の実施形態の照明装置において、光が走るように見える表示を行うときの光源の点灯パターンを示している。図14(a)に示すように赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体に印加する電圧を瞬間的に切換えることにより、各発光体の発光強度(赤色(R)強度、緑色(G)強度、青色(B)強度)が瞬間的に変化し、光が導光体の表面を走りながら、赤色、黄色、緑色、水色、青色、黒色の順に変化するイルミネーションが表示される。
(Example of illumination display)
FIGS. 14A and 14B show the lighting pattern of the light source when performing a display in which the light appears to run in the illumination devices of the first to fifth embodiments described above. As shown in FIG. 14 (a), the voltages applied to the red, green, and blue light emitters are instantaneously switched, whereby the light emission intensity (red (R) intensity, green (G) intensity of each light emitter. , Blue (B) intensity) changes instantaneously, and illumination changes in the order of red, yellow, green, light blue, blue, and black while light runs on the surface of the light guide.
また、図14(b)に示すように赤色発光体、緑色発光体及び青色発光体に印加する電圧を徐々に上昇又は下降させることにより、各発光体の発光強度(赤色(R)強度、緑色(G)強度、青色(B)強度)が徐々に変化し、光が徐々に色を変化させながら導光体の表面を走るイルミネーションが表示される。 Further, as shown in FIG. 14B, by gradually increasing or decreasing the voltage applied to the red light emitter, the green light emitter and the blue light emitter, the light emission intensity (red (R) intensity, green color) of each light emitter. (G) Intensity, Blue (B) Intensity) gradually change, and illumination running on the surface of the light guide is displayed while the light gradually changes color.
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)光が入射する入射面及び光が出射する出射面を有する導光体と、
相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成され、前記導光体の前記入射面の近傍に配置される光源と、
前記導光体の面上に配置された一次元の空間周波数を有する回折光学素子と
を有することを特徴とする照明装置。
(Appendix 1) A light guide having an incident surface on which light is incident and an output surface from which light is emitted;
Composed of a plurality of light emitters that generate light of different wavelengths, and a light source disposed in the vicinity of the incident surface of the light guide;
An illuminating device comprising: a diffractive optical element having a one-dimensional spatial frequency disposed on a surface of the light guide.
(付記2)更に、前記光源を構成する複数の発光体の発光を個別に制御する制御部を有することを特徴とする付記1に記載の照明装置。
(Additional remark 2) Furthermore, it has a control part which controls separately light emission of the several light-emitting body which comprises the said light source, The illuminating device of
(付記3)前記光源として、赤色発光素子、緑色発光素子及び青色発光素子が一体化されたLEDが使用されていることを特徴とする付記2に記載の照明装置。 (Additional remark 3) LED which integrated red light emitting element, green light emitting element, and blue light emitting element is used as said light source, The illuminating device of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.
(付記4)前記回折光学素子が、前記導光体の前記出射面に対向する面側に設けられていることを特徴とする付記2に記載の照明装置。 (Additional remark 4) The said diffraction optical element is provided in the surface side facing the said output surface of the said light guide, The illuminating device of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.
(付記5)前記回折光学素子が、前記導光体の前記出射面側に設けられていることを特徴とする付記2に記載の照明装置。 (Additional remark 5) The said diffraction optical element is provided in the said output surface side of the said light guide, The illuminating device of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.
(付記6)前記導光体の前記出射面に対向する面側に、前記回折光学素子に入射する光の入射角を制御するプリズムが配置されていることを特徴とする付記5に記載の照明装置。 (Additional remark 6) The prism which controls the incident angle of the light which injects into the said diffractive optical element is arrange | positioned in the surface side facing the said output surface of the said light guide, The illumination of Additional remark 5 characterized by the above-mentioned. apparatus.
(付記7)前記導光体内に、前記入射面から入射した光が前記回折光学素子に直接進入することを阻止する部材が設けられていることを特徴とする付記5に記載の照明装置。 (Supplementary note 7) The illumination device according to supplementary note 5, wherein a member for preventing light incident from the incident surface from directly entering the diffractive optical element is provided in the light guide body.
(付記8)前記部材がプリズムであり、前記プリズムの面で反射した光が前記回折光学素子に入射することを特徴とする付記7に記載の照明装置。 (Supplementary note 8) The illumination device according to supplementary note 7, wherein the member is a prism, and light reflected by a surface of the prism is incident on the diffractive optical element.
(付記9)前記導光体が、前記入射面から入射した光を面内方向に反射する第1の反射部と、前記第1の反射部で反射された光を前記面内方向に直交する方向に反射する第2の反射部とを有し、前記回折光学素子には前記第2の反射部で反射された光が入射することを特徴とする付記5に記載の照明装置。 (Additional remark 9) The said light guide is orthogonal to the said in-plane direction the 1st reflection part which reflects the light which injected from the said incident surface in the in-plane direction, and the light reflected by the said 1st reflection part. The illumination apparatus according to claim 5, further comprising: a second reflection portion that reflects in a direction, and the light reflected by the second reflection portion is incident on the diffractive optical element.
(付記10)前記回折光学素子として、前記導光体から入射角75度以上で入射する光の回折効率が入射角30度以下で入射する光の回折効率よりも低いものが使用されていることを特徴とする付記1に記載の照明装置。
(Additional remark 10) As the said diffractive optical element, the thing whose diffraction efficiency of the light which injects from the said light guide at an incident angle of 75 degree | times or more is lower than the diffraction efficiency of the light which injects at an incident angle of 30 degrees or less is used The illumination device according to
11,21,32,42,62,72,82…導光体、
12a,12b,22a〜22e…LED、
13,23,34…制御回路、
31,41,44,61,71,81…光源、
33,43,63,73,83…DOE(回折光学素子)、
44,74…プリズム、
55…シリコン基板、
52…フォトレジスト膜、
53…下地膜、
54…金属ブロック、
55…補強板。
11, 21, 32, 42, 62, 72, 82 ... light guide,
12a, 12b, 22a-22e ... LED,
13, 23, 34 ... control circuit,
31, 41, 44, 61, 71, 81 ... light source,
33, 43, 63, 73, 83 ... DOE (diffractive optical element),
44, 74 ... Prism,
55. Silicon substrate,
52 ... Photoresist film,
53 ... Under film,
54 ... Metal block,
55. Reinforcing plate.
Claims (5)
相互に異なる波長の光を発生する複数の発光体により構成され、前記導光体の前記入射面の近傍に配置される光源と、
前記導光体の面上に配置された一次元の空間周波数を有する回折光学素子と
を有することを特徴とする照明装置。 A light guide having an incident surface on which light is incident and an output surface from which light is emitted; and
Composed of a plurality of light emitters that generate light of different wavelengths, and a light source disposed in the vicinity of the incident surface of the light guide;
An illuminating device comprising: a diffractive optical element having a one-dimensional spatial frequency disposed on a surface of the light guide.
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WO2011152496A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Illumination apparatus |
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