JP2009021158A - 線状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光部材の端部付近において入射したＬＥＤ発光素子からの光が無駄に外部に漏れ出るのを防止し、より効率良く照明光を発することができる線状光源装置を提供する。
【解決手段】透明樹脂により長手軸線Ｌをもつ棒状に形成され、第１の端部１２１と第２の端部とを有する導光部材１２０と、この導光部材１２０の第１の端部１２１と第２の端部の少なくとも一方の端部において、上記長手軸線方向の外方を向く光入射面１５０に対向配置されたＬＥＤ発光素子２００とを備え、上記光入射面１５０から入射した上記ＬＥＤ発光素子２００からの光を上記導光部材１２０の長手軸線Ｌ方向の略全域にわたって周面から出射させる線状光源装置であって、上記導光部材１２０における上記光入射面１５０が設けられた端部には、上記光入射面１５０から上記長手軸線方向内方に向かうにつれて拡径する入射光制御部１５５が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、線状光源装置に関する。この線状光源装置は、原稿に対して副走査方向に相対移動しつつ、ＣＣＤラインイセンサ上に主走査方向の画像を１ラインずつ投影することにより２次元画像を読み取るように構成された画像読取装置の照明光源、あるいは、原稿に密着して副走査方向に相対移動しつつ、主走査方向に延びる読み取りライン上の画像を正立等倍に受光素子列に投影して２次元画像を読み取るように構成された密着型イメージセンサの照明光源として好適に用いるためのものである。

この種の線状光源装置は、ライン状に延びる照明対象をそのラインに沿った各所で均等な光量で効率よく照明できるようにすることが望まれる。従来から、この種の線状光源装置としては、いわゆる冷陰極管が多用されてきたが、このような冷陰極管は、衝撃に弱い、所定の駆動電圧を得るための電源回路が高価である、有害な水銀蒸気が封じこめられているため、破損時に環境に悪影響を及ぼす、といった難点がある。

そのため、最近では、たとえば、特許文献１に示されているように、透明な棒状の導光部材の端部にＬＥＤ発光素子を配置し、導光部材の端部から導入されたＬＥＤ発光素子からの光を導光部材の外面に長手方向に延びるように設定された線状の出射部から出射させるようにした線状光源装置が提案されている。このような線状光源装置によれば、簡易な電源により、線状の照明対象を効率良く照明することができるとともに、衝撃にも強いといった利点が得られる。

特開２００３−３４６５０９号公報

ところで、上記特許文献１に示された線状光源装置における棒状導光部材は、長手方向に一様な断面をもっている。ＬＥＤ発光素子からの光は、放射拡散状の広がりをもって導光部材の端部に入射するため、その多くが全反射臨界角よりも小さな角度で導光部材の端部付近の周面に到達し、外部へ無駄に出射されてしまう可能性がある。そのため、上記特許文献１に示された線状光源装置の導光部材は、出射部以外の外周面を白色の反射膜で覆う構成を採用している。

しかしながら、導光部材の外周面を反射膜で覆う構成は、工数増加を招き、線状光源装置のコストアップにつながる。

本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。本願発明は、反射膜を必須の構成要素とすることなくとも、導光部材の端部付近において入射したＬＥＤ発光素子からの光が無駄に外部に漏れ出るのを防止し、より効率良く照明光を発することができる線状光源装置を提供することをその課題とする。

上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用している。

すなわち、本願発明によって提供される線状光源装置は、透明樹脂により長手軸線をもつ棒状に形成され、第１の端部と第２の端部とを有する導光部材と、この導光部材の第１の端部と第２の端部の少なくとも一方の端部において、上記長手軸線方向の外方を向く光入射面に対向配置されたＬＥＤ発光素子とを備え、上記光入射部から入射した上記ＬＥＤ発光素子からの光を上記導光部材の長手軸線方向の略全域にわたって周面から出射させる線状光源装置であって、上記導光部材における上記光入射面が設けられた端部には、上記光入射面から上記長手軸線方向内方に向かうにつれて拡径する光入射制御部が設けられていることを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記光入射面は、上記導光部材の第１の端部と第２の端部の双方に設けられ、各光入射面に対向して上記ＬＥＤ発光素子が配置されている。

他の好ましい実施の形態では、上記光入射面は、上記導光部材の第１の端部と第２の端部の一方の端部に設けられ、この一方の端部の光入射面に対向して上記ＬＥＤ発光素子が配置され、他方の端部には、光反射面が設けられている。

上記他の好ましい実施形態ではさらに、上記導光部材の上記他方の端部には、上記長手軸線方向外方に向かうにつれ縮径する光反射制御部が設けられている。

好ましい実施の形態では、さらに、上記光入射面は、上記長手軸線に対して直交する平坦面とされている。

他の好ましい実施の形態では、上記光入射面は、上記光入射制御部の外面と連続し、かつ上記長手軸線方向外方に膨出する曲面とされている。

好ましい実施の形態では、上記光反射面は、上記長手軸線に対して直交する平坦面とされている。

他の好ましい実施の形態ではまた、上記光反射面は、上記光反射制御部の外面と連続し、かつ上記長手軸線方向外方に膨出する曲面とされている。

好ましい実施の形態ではまた、上記導光部材の周面には、その周方向の所定の範囲において、上記長手軸線方向に延びる帯状領域が形成されているとともに、この帯状領域に光散乱反射手段が形成されており、上記光入射面から上記導光部材に入射した光は、上記光散乱反射手段で反射させられ、上記導光部材の周面における上記光散乱反射手段が設けられた領域と対向する領域から出射する傾向が与えられている。

好ましい実施の形態では、上記光散乱反射手段は、上記導光部材の外面に設けられた複数の凹部または凸部によって形成されている。

上記構成を備える本願発明の線状光源装置によれば、導光部材の端部の光入射面にＬＥ発光素子から放射拡散状に入射させられる光を、上記光入射制御部の外面に全反射臨界角より大の角度で到達させ、この光入射制御部によって全反射させることができる。したがって、導光部材の端部付近の外周面に反射膜を形成することなしに、ＬＥＤ発光素子からいったん入射した光が導光部材の端部外周から無駄に漏れ出ることを効果的に抑制することができる。その結果、ＬＥＤ発光素子が発する光を照明光としてより効率的に利用することができるようになる。

本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１ないし図３は、本願発明に係る線状光源装置１００の第１の実施形態を示している。この線状光源装置１００は、導光部材１２０と、この導光部材１２０の両端部に配置されたＬＥＤ発光素子２００とを備えている。

図１に示すように、導光部材１２０は、全長にわたって一様な円形断面を有する略円柱状をした本体部１３０と、この本体部１３０の両端に形成された第１の端部１２１と第２の端部１２２とを有し、たとえば、ＰＭＭＡやポリカーボネートなどの透明樹脂により一体成形されたものであり、直線状の長手軸線Ｌを有している。略円柱状の本体部１３０の直径は、たとえば４ｍｍ程度である。また、導光部材１２０の外面は、なめらかな鏡面状とされている。

図１ないし図３からよく理解されるように、上記本体部１３０の周面には、所定幅で本体部１３０の長手方向に延びる帯状領域１３４が設定されているとともに、この帯状領域１３４には、長手方向に並び、かつ帯状領域１３４の幅方向に延びる凹部１３１と凸部１３２とが交互に連続して複数形成されて、光散乱反射手段１７０を形成している。

図１および図２によく表れているように、上記第１の端部１２１および第２の端部１２２は、それぞれ、長手軸線Ｌと直交する平面状の端面１２１ａ，１２２ａと、この端面１２１ａ，１２２ａから上記長手軸線Ｌ方向の内方に向かうにつれて次第に拡径するテーパ部１２１ｂ，１２２ｂとを備えている。各端面１２１ａ，１２２ａと対向するようにして、ＬＥＤ発光素子２００が配置され、したがって、各端面１２１ａ，１２２ａは、上記ＬＥＤ発光素子２００からの光を導光部材１２０に入射させる光入射面１５０として機能する。また、上記テーパ部１２１ｂ，１２２ｂは、後述する光入射制御部１５５として機能する。なお、この実施形態では、上記各テーパ部１２１ｂ，１２２ｂは、その母線が凸に膨らむ形態となっているが、母線が直線状に延びる、円錐の側面形態であってもよい。

上記ＬＥＤ発光素子２００は、基板２１０上に搭載した恰好で上記端面１２１ａ，１２２ａに対向するようにして配置される。このようなＬＥＤ発光素子２００としては、複数のＬＥＤチップ２００ａを内蔵したパッケージ型のものが採用され、本実施形態では、このパッケージ型ＬＥＤ発光素子２００の前面に、導光部材１２０の各端部１２１，１２２における各テーパ部１２１ｂ，１２２ｂの先端を受容する反射部材１６０が一体形成されている。これにより、基板２１０に搭載されたＬＥＤ発光素子２００が、上記端面１２１ａ，１２２ａに対向させられた状態で、導光部材１２０に対して好適に接続される。パッケージ型のＬＥＤ発光素子２００としては、白色発光のものが好適に用いられるが、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤチップを内蔵するものを用いてもよい。

基板２１０は、たとえば長矩形状をしており、その長手方向一端部にＬＥＤ発光素子２００が搭載されており、その余の領域は、放熱および配線パターンの配置領域として利用される。この基板２１０の材質としては、熱伝導性にきわめて優れた窒化アルミニウムを採用することが望ましい。また、この実施形態では、基板２１０の放熱性能をさらに高めるために、基板２１０の裏面側に、所定厚みのアルミニウム製、またはアルミニウム合金製の放熱板２２０が積層状に接着されている。

次に、上記構成の線状光源装置１００の作用について説明する。

導光部材１２０の第１の端部１２１および第２の端部１２２において、それぞれ、ＬＥＤ発光素子２００が点灯させられると、このＬＥＤ発光素子２００から発せられた光は、導光部材１２０の上記各端部１２１，１２２における端面１２１ａ，１２２ａ（光入射面１５０）から入射させられる（図２参照）。図２に模式的に示すように、ＬＥＤ発光素子２００からは、光が放射拡散状に出射され、上記端面１２１ａ，１２２ａ（光入射面１５０）から導光部材１２０に入射させられた光もまた、導光部材１２０の径方向に広がりながら進行する。上記構成の導光部材１２０においては、その各端部１２１，１２２において、テーパ部１２１ｂ，１２２ｂからなる光入射制御部１５５が設けられているので、光は、上記のように径方向に広がりながら進行したとしても、このテーパ部１２１ｂ，１２２ｂの内面に対して全反射臨界角よりも大の角度で到達し、外部に無駄に漏れ出ることなく、全反射して導光部材１２０の本体部１３０に導かれる。

図２に模式的に示すように、このようにして本体部１３０に入射した光は、その滑らかな表面で全反射しつつ長手方向に進行する。このような光の一部は、上記の凹部１３１において反射させられて本体部１３０を横断しようとする方向に進行方向を転換させられる。そうして、上記のように進行方向を転換させられた光は、図３に模式的に示すように、概して、本体部１３０における上記凹部１３１と凸部１３２が設けられた帯状領域１３４と対向する領域に向けて進行し、この領域において、全反射臨界角より小さい角度で本体部１３０の周面に到達したものが照明光として外部に出射させられる。また、上記本体部１３０が略円柱状をしていることによる凸レンズ効果により、出射する照明光が本体部１３０の周方向に広がることが抑制され、出射光を、目標とする領域Ａに集中させることができる（図３）。

さらに、上記構成の線状光源装置１００にあっては、ＬＥＤ発光素子２００を搭載する基板２１０の材質として、窒化アルミニウムを採用しているとともに、基板２１０にＬＥＤ発光素子２００の搭載領域と放熱領域を設定し、さらには、この基板２１０の裏面側にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の放熱板２２０を積層接着しているので、ＬＥＤ発光素子２００の点灯時に発生する熱をきわめて効率よく外部に逃がすことができる。その結果、ＬＥＤ発光素子２００の高出力による長時間連続点灯が可能となり、線状の照明光源として、きわめて効率の高いものとなる。

図４および図５は、本願発明に係る線状光源装置の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態に係る線状光源装置１００Ａは、導光部材１２０の一端部（第１の端部）１２１にＬＥＤ発光素子２００を配置し、他端部（第２の端部）１２２には、反射手段２５０を設けた点が図１ないし図３に示した第１の実施形態に係る線状光源装置１００と異なる。図４および図５において、図１ないし図３に示した線状光源装置１００と同一または同等の部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態における導光部材１２０の他端部（第２の端部１２２）は、長手軸線Ｌの外方に向かうほど縮径するテーパ部１２２ｂ’が形成されているとともに、このテーパ部１２２ｂ’の先端は、長手軸線Ｌと直交する平坦な光反射面２５０ａとされている。また、この光反射面２５０ａには、白色の樹脂でできた反射部材２５０ｂが被せられている。上記テーパ部１２２ｂ’は、後述するように光反射制御部１８０として機能する。図に示す実施形態では、上記テーパ部１２２ｂ’は、その母線が凸に膨らむ形態となっているが、母線が直線状に延びる、円錐の側面形態であってもよい。なお、反射手段２５０の構成には、反射面２５０ａに反射部材２５０ｂを被せる代わりに、上記光反射面２５０ａに、白色塗膜あるいは金属被膜からなる反射膜を形成してもよい。

図５に模式的に示すように、導光部材１２０の第１の端部１２１から入射した光のうち、本体部１３０の周面から照明光として出射されなかった光は第２の端部１２２に到達し、反射手段２５０によって乱反射させられる。しかしながら、第２の端部１２２には、反射面２５０ａに向かうにつれて縮径するテーパ部１２２ｂ’が光反射制御部１８０として形成されているので、上記の乱反射光の多くは全反射臨界角より大きな角度でこのテーパ部１２２ｂ’の外面に到達し、無駄に外部に漏れ出ることなく全反射させられる。この光は、再び本体部１３０を逆方向に進行して照明光として有効利用される。

図６は、導光部材１２０における、ＬＥＤ発光素子２００が設けられる端部の構成の変形例を示している。図６に示す構成では、ＬＥＤ発光素子２００と対向する光入射面１５０が、テーパ部１２１ｂ（光入射制御部１５５）と連続する凸面とされ、テーパ部１２１ｂと光入射面１５０とが全体として球面ないしはドーム状を呈している点が図１ないし図３に示した実施形態とは異なる。その余の構成は、図１ないし図３に示した構成と同じである。

このような構成によれば、凸面状の光入射面１５０が凸レンズとして機能し、ＬＥＤ発光素子２００から放射散乱状に出射される光を導光部材１２０の長手軸線に近づくように絞りこんで入射させることができる。したがって、光入射面１５０から入射した光が全反射臨界角よりも小さな角度でテーパ部１２１ｂ（光入射制御部１５５）に到達する可能性をさらに低めることができ、光が無駄に外部に漏れ出ることをより確実に防止することができる。

図７は、導光部材１２０における、反射手段２５０が設けられる端部の構成の変形例を示している。図７に示す構成では、反射部材２５０ｂが被せられる光反射面２５０ａが、テーパ部１２２ｂ’（光反射制御部１８０）と連続する凸面とされ、テーパ部１２２ｂ’と光反射面２５０ａとが全体として球面ないしドーム状を呈している点が図４および図５に示した実施形態とは異なる。

このような構成によれば、反射手段２５０によって乱反射させられる光が全反射臨界角よりも小さな角度でテーパ部１２２ｂ’（光反射制御部１８０）に到達する可能性をさらに低めることができ、光が無駄に外部に漏れ出ることをより確実に防止することができる。

もちろん、この発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、導光部材は略円柱状をしており、かつ長手軸線が直線状に延びているが、導光部材は多角形、あるいは楕円断面等の断面形状をもっていてもよいし、また、全体として、Ｕ字状に湾曲した形態をもっていてもよい。

さらに、実施形態では、導光部材の周面に長手軸線方向に延びる帯状領域を設定し、この帯状領域に凹部または凸部を設けることにより、この凹部または凸部を光散乱反射手段として、この部で反射した光をこの帯状領域と反対側から出射する傾向を与えたが、このような凹部または凸部に代えて、上記帯状領域に白色系の塗膜を形成しても、もちろんよい。

本願発明に係る線状光源装置の第１の実施形態の全体構成を示す正面図である。 図１のII-II線に沿う拡大断面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 本願発明に係る線状光源装置の第２の実施形態の全体構成を示す正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う拡大断面図である。 上記第1の実施形態の変形例を示す拡大断面図である。 上記第2の実施形態の変形例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１００，１００Ａ 線状光源装置
１２０ 導光部材
１２１ 第１の端部
１２１ａ 端面
１２１ｂ テーパ部
１２２ 第２の端部
１２２ａ 端面
１２２ｂ テーパ部
１３０ 本体部
１３１ 凹部
１３２ 凸部
１３４ 帯状領域
１５０ 光入射面
１５５ 光入射制御部
１６０ 反射部材
１７０ 光散乱反射手段
１８０ 光反射制御部
２００ ＬＥＤ発光素子
２１０ 基板
２２０ 放熱板
２５０ 反射手段
２５０ａ 光反射面
２５０ｂ 反射部材
Ａ 目標領域
Ｌ 長手軸線

Claims (10)

1. 透明樹脂により長手軸線をもつ棒状に形成され、第１の端部と第２の端部とを有する導光部材と、この導光部材の第１の端部と第２の端部の少なくとも一方の端部において、上記長手軸線方向の外方を向く光入射面に対向配置されたＬＥＤ発光素子とを備え、上記光入射面から入射した上記ＬＥＤ発光素子からの光を上記導光部材の長手軸線方向の略全域にわたって周面から出射させる線状光源装置であって、
   上記導光部材における上記光入射面が設けられた端部には、上記光入射面から上記長手軸線方向内方に向かうにつれて拡径する光入射制御部が設けられていることを特徴とする、線状光源装置。
2. 上記光入射面は、上記導光部材の第１の端部と第２の端部の双方に設けられ、各光入射面に対向して上記ＬＥＤ発光素子が配置されている、請求項１に記載の線状光源装置。
3. 上記光入射面は、上記導光部材の第１の端部と第２の端部の一方の端部に設けられ、この一方の端部の光入射面に対向して上記ＬＥＤ発光素子が配置され、他方の端部には、光反射面が設けられている、請求項１に記載の線状光源装置。
4. 上記導光部材の上記他方の端部には、上記長手軸線方向外方に向かうにつれ縮径する光反射制御部が設けられている、請求項３に記載の線状光源装置。
5. 上記光入射面は、上記長手軸線に対して直交する平坦面とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載の線状光源装置。
6. 上記光入射面は、上記光入射制御部の外面と連続し、かつ上記長手軸線方向外方に膨出する曲面とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載の線状光源装置。
7. 上記光反射面は、上記長手軸線に対して直交する平坦面とされている、請求項４に記載の線状光源装置。
8. 上記光反射面は、上記光反射制御部の外面と連続し、かつ上記長手軸線方向外方に膨出する曲面とされている、請求項４に記載の線状光源装置。
9. 上記導光部材の周面には、その周方向の所定の範囲において、上記長手軸線方向に延びる帯状領域が形成されているとともに、この帯状領域に光散乱反射手段が形成されており、上記光入射面から上記導光部材に入射した光は、上記光散乱反射手段で反射させられ、上記導光部材の周面における上記光散乱反射手段が設けられた領域と対向する領域から出射する傾向が与えられている、請求項１ないし８のいずれかに記載の線状光源装置。
10. 上記光散乱反射手段は、上記導光部材の外面に設けられた複数の凹部または凸部によって形成されている、請求項９に記載の線状光源装置。

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