JP2009200223A - 光源及び光源実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた領域内における発光素子の実装数を増加させ、光量の増大を図る。
【解決手段】照射対象に対して傾斜して配置された発光素子配置面１ａに発光素子２１を配置し、発光素子配置面１ａと対向する面に反射材３１を配置し、発光素子配置面１ａ及び反射材３１の側方に一対の反射材３２及び３３をそれぞれ配置し、発光素子２１の出射光を、直接又は反射材３１〜３３により反射させて照射対象に向けて出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光体を有する光源及び発光体を有する光源の実装方法に関する。

光源として、複数の発光素子を設けることにより、所望の光量を得るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５３１９３号公報

上述のように複数の発光素子を設ける方法においては、限られた領域内に、所望の光量を得ることができるだけの数の発光素子を配置する必要があるため、これら発光素子を平面上に整列配置することで無駄なく配置するようにしている。
しかしながら、より高い光量を得るため、限られた領域内により多くの発光素子を配置し十分な光量を得ることの可能な光源が望まれていた。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、限られた領域内における発光素子の実装数を増加させることの可能な光源及び光源実装方法を提供することを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明の光源は、発光体と、前記発光体の出射光を照射対象に向けて反射する反射材と、を備えた光源であって、前記発光体を、前記照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直に形成された第１の面に配置し、前記反射材を、前記第１の面と対向する位置に形成される面であって前記照射対象とは逆側の端部側が前記第１の面側に傾斜した第２の面に配置したことを特徴としている。

照射対象に対して、発光体の出射光の出射方向が垂直となるように発光体を配置する場合に比較して、照射対象に対して出射方向が傾きを持つように配置した方が、照射対象と平行な面における発光体の占有面積は小さくてすむ。したがって、照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直な面に発光体を配置し、発光体の出射光を反射材により照射対象に向けて反射させることで、照射対象と平行な面内の限られた領域内に、より多くの発光素子を配置することができる。

また、上記光源において、前記反射材の側方に、前記発光体の出射光又は前記反射材の反射光を前記照射対象に向けて反射する補助反射材を配置したことを特徴としている。
発光体の出射光を反射材により照射対象に向けて反射させ、さらに補助反射材により発光体の出射光又は反射材の反射光を照射対象に向けて反射させることにより、発光体の出射光を効率よく照射対象に照射させることができる。

また、上記光源は、照射機構を有し、且つ底面に出射口が形成された直方体形状のユニットで構成され、前記照射機構は、前記ユニットの一の側面の内側に形成され前記反射材が配置される第１の反射面と、前記第１の反射面と対向し且つ上部側が前記第１の反射面側に傾斜した面であって前記発光体が配置される傾斜面と、前記底面と前記第１の反射面に対応する側面とに隣接する一対の側面の内側に形成され、前記傾斜面と前記第１の反射面とに隣接し且つ前記補助反射材がそれぞれ配置される一対の第２の反射面と、で形成されることを特徴としている。

ユニット内部に照射機構を配置することにより、移動時に、発光体が障害物にぶつかる可能性を低減し、光源を取り扱いやすくすることができる。
また、上記光源において、前記ユニットが複数連結されてなることを特徴としている。
ユニットを複数連結して１つの光源を形成することにより、連結するユニット数を調整することによって、照射対象の大きさ等に応じて、照射対象に適した照射領域を有する光源を容易に実現することができる。

また、上記光源において、照射機構を有し、一の側面が開口され且つ底面に出射口が形成された直方体形状のユニットからなり、さらに第１のユニットの開口面と対向する側面と第２のユニットの開口面とが隣り合うように前記ユニットが複数連結されて構成される光源であって、前記ユニットは、前記開口面と対向し且つ上部側が前記開口面側に傾斜した面であって前記発光体が配置される傾斜面と、前記底面と前記開口面とに隣接する一対の側面の内側に形成され、前記傾斜面と前記開口面とに隣接し且つ前記補助反射材がそれぞれ配置される一対の第２の反射面と、前記開口面と対向する側面の外側に、隣接する他のユニットの前記開口面と対向するように前記反射材が配置された第１の反射面と、を有し、前記第２のユニットの前記照射機構は、前記第２のユニットの前記傾斜面及び前記第２の反射面と、前記第２のユニットと隣接する前記第１のユニットの前記第１の反射面と、で形成されることを特徴としている。

ユニット内部に照射機構を配置することにより、移動時に、発光体が障害物にぶつかる可能性を低減し、光源を取り扱いやすくすることができる。また、発光体が配置される傾斜面と対向する位置に開口面が形成されているため、ユニット内に配置された発光体の調整等を容易に行うことができる。
また、上記光源において、前記発光体を冷却するための冷却手段を備え、前記発光体及び前記反射材の少なくとも何れか一方は、前記冷却手段に配置されていることを特徴としている。

発光体及び反射材の少なくとも何れか一方を冷却手段に配置するようにしたから、発光体及び反射材を配置するための部材を新たに設ける必要はなくその分、装置の小型化を図ることができる。特に、熱源である発光体を冷却手段に配置することによって、発光体を効率よく冷却することができる。
また、上記光源において、前記発光体は、前記冷却手段に埋め込み配置されることを特徴としている。
発光体を、冷却手段に埋め込み配置することにより、発光体を効率よく冷却することができる。

また、上記光源において、前記発光体を、複数備えることを特徴としている。
発光体の配置数を調整することにより、所望の光量を発する光源を容易に実現することができる。
また、本発明の光源の実装方法は、発光体を有する光源の実装方法であって、前記発光体を、照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直に形成された第１の面に配置すると共に、前記第１の面と対向する位置に形成される面であって前記照射対象とは逆側の端部側が前記第１の面側に傾斜した第２の面に反射材を配置し、前記発光体の出射光を、前記反射材により前記照射対象に向けて反射させることを特徴としている。

照射対象に対して、発光体の出射光の出射方向が垂直となるように発光体を配置する場合に比較して、照射対象に対して出射方向が傾きを持つように配置した方が、照射対象と平行な面における発光体の占有面積は小さくてすむ。したがって、照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直な面に発光体を配置し、発光体の出射光を反射材により照射対象に向けて反射させることで、照射対象と平行な面内の限られた領域内に、より多くの発光素子を配置することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、構成を説明する。
図１（ａ）は、本発明を適用した光源１００の概略構成を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
光源１００は、同一構成の複数のユニット１（図１では３つのユニット）を有し、これら複数のユニット１がユニット固定部材２によって一体に固定されて、一つの光源を形成している。なお、図１（ａ）では、わかりやすくするために、図１（ａ）において手前側のユニット固定部材２を仮想線で記載している。

ユニット１は、ヒートシンク等の冷却機構１１と照射機構１２とから構成される。
冷却機構１１は、図１（ａ）に示すように縦長の直方体において、例えばその右下部を、右側面の中央よりもやや上部から、この右側面と対向する左側面と底面とが形成する角に向けて斜めに削ぎ落とした、図１（ｂ）のＡ−Ａ′断面図に示すように、下部が尖った山切歯形状を有する。
照射機構１２は、発光素子２１と、反射鏡等の反射材３１〜３３とを備える。

発光素子２１は、冷却機構１１の、斜めに削ぎ落とした切断面に形成される傾斜面を発光素子配置面１ａとしたとき、この発光素子配置面１ａに複数整列配置される。例えば、発光素子２１は、図１（ａ）に示すように縦横３つずつ整列配置される。
なお、図１（ａ）では、発光素子２１を縦横３つずつ整列配置しているが、これに限るものではない。任意数の発光素子２１を配置してもよく、また、縦横整列配置ではなく千鳥配置や、同心円上に配置してもよく、どのような配置方法であってもよい。
発光素子２１は、例えば表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。すなわち、発光素子２１は略直方体形状を有しその一の端面が、凸状の出射部２１ａを有する光出射面となり、発光素子２１は、光出射面の表面位置と発光素子配置面１ａの表面位置とが同等程度となるように冷却機構１１に埋め込まれた状態で配置される。

反射材３１は、冷却機構１１の、下部が切断された側面において残された面を切断側面１ｂ、この切断側面１ｂに対向する側面を対向面１ｃとしたとき、対向面１ｃに配置される。この反射材３１は、２つのユニット１を、一方のユニット１の切断側面１ｂ側と他方のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置したときに、２つのユニット１の間の、切断側面１ｂの下部に形成される空間１ｄと反射材３１とが対向するように、対向面１ｃの外側に配置される。
また、反射材３２、３３は、ユニット固定部材２に配置される。

このユニット固定部材２は、一面が開口された直方体の箱体形状を有し、冷却機構１１と同じ材質、或いはアルミ等といった熱伝導率の高い部材で構成される。またユニット固定部材２は、ユニット１の、切断側面１ｂと対向面１ｃとに隣接する側面をそれぞれ固定面１ｅ及び１ｆとしたとき、任意数のユニット１（図１の場合には３つ）を、一のユニット１の切断側面１ｂ側と他のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置した状態で、これらユニット１の固定面１ｅ側及び１ｆ側の端部を収納することで嵌合保持可能な形状を有する。そして、３つのユニット１の固定面１ｅ側及び１ｆ側を、それぞれユニット固定部材２に収納することにより、３つのユニット１が一対のユニット固定部材２によって嵌合保持されて一体に固定されるようになっている。

そして、一のユニット１の切断側面１ｂ側と他のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置した状態で３つのユニット１をユニット固定部材２により固定したときに、各ユニット固定部材２の、固定面１ｅ及び１ｆと対向しない部分、すなわち、図１（ｂ）のＡ−Ａ′断面図において、ユニット１の切断側面１ｂ下部の、切断された空間部分に対応する直角三角形の領域に、反射材３２及び３３が配置される。

次に上記実施形態の作用を説明する。
３つのユニット１を、一のユニット１の切断側面１ｂ側と他のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置した状態でこれらユニット１をユニット固定部材２で固定すると、一のユニット１の切断側面１ｂ側の下部と他のユニット１の対向面１ｃ側との間に、一のユニット１の発光素子配置面１ａと他のユニット１の対向面１ｃに配置された反射材３１と、一対のユニット固定部材２の内側に配置された反射材３２及び３３とにより囲まれ、下方が開口した空間１ｄが形成される。

そして、この空間１ｄの開口部が出射口となり、図２（ａ）に示すように、発光素子配置面１ａに配置された発光素子２１の出射光は、空間１ｄの開口部から外部に直接出射されると共に、反射材３１、３２及び３３に入射され、これら反射材３１、３２及び３３で反射された後、開口部から外部に出射されることになる。
したがって、発光素子配置面１ａの傾きや、発光素子２１の配置位置を調整することにより、開口部を通って発光素子２１から直接外部に出射される光量や照射面積、さらに、発光素子２１の出射光のうち、反射材３１〜３３により反射されて開口部を通って外部に出射される光量や照射面積等を調整することができる。

例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光素子配置面１ａの傾斜が異なると、発光素子２１と反射材３１〜３３との相対位置が異なるため、図２（ｂ）に示すように発光素子２１から反射材３１〜３３に入射される光量が異なると共に照射面積が異なる。このため、発光素子３１と反射材３１、３２及び３３との相対関係と、光照射量及び照射面積とを考慮して、発光素子配置面１ａの傾きや、発光素子２１の配置位置を設定することにより、所望の照射面積に対して所望の光照射量での照射を行うことができる。

ここで、図３（ｂ）に示すように、光源１００の底面に、出射部２１ａが照射対象と対向するように発光素子２１を配置して照射対象に対して直接照射を行うようにした場合、規定された平面内には、発光素子２１の平面視における面積に応じて決定される、平面内に配置できるだけの数の発光素子２１しか配置することができない。
しかしながら、図１に示すように、照射対象に対して傾斜した発光素子配置面１ａに発光素子２１を配置し、反射材３１〜３３で反射された光を反射対象に照射するようにした場合、図３（ａ）に示すように、平面内だけでなくユニット１の高さ方向にも発光素子２１を配置することが可能である。このため、光源１００の底面に発光素子２１を配置する場合（図３（ｂ））に比較してより多くの発光素子２１を配置することができる。

したがって、同一空間内に発光素子２１を配置する場合であっても、照射対象に対して発光素子２１を、出射部２１ａと照射対象とが向かい合うように配置する場合に比較して、照射対象に対して傾斜した発光素子配置面１ａに配置する場合の方が、より多くの発光素子２１を配置することができるため、単位面積当たりの発光量をより増大させることができる。このため、限られた空間内における発光素子２１の配置密度を向上させることができ、より大きな発光量を実現することができる。

また、上述のように、光源１００は、同一構成の複数のユニット１を一体に固定することで構成されている。このため、ユニット数を調整することによって、所望の照射領域に対して照射可能な光源１を容易に実現することができる。また、光源１００単位ではなく、ユニット１単位で取り扱うことができるため、発光素子２１の実装や取り外し等のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、図１に示すように、発熱源である発光素子２１を、冷却機構１１に埋め込んで配置しているため、発光素子２１の背面側からだけでなく発光素子２１の側面側からも冷却することができ、発光素子２１の冷却効率を向上させることができる。
また、発光素子２１を冷却機構１１に埋め込んで配置することにより、発光素子２１を確実に固定することができ、また、その分、省スペース化を図ることができ、すなわち小型化を図ることができる。また、発光素子２１が冷却機構１１に埋め込まれているため、光源１００を移動させる際等に、発光素子２１が外部物体と接触するリスクを軽減することができる。

また、図１に示すように、ユニット１単体では、切断側面１ｂ側の下方が開口した状態であるため、発光素子配置面１ａの上部位置に発光素子２１を配置する場合であっても容易に配置することができる。
また、ユニット固定部材２を、冷却機構１１と同じ材質或いは熱伝導率の高い部材で構成するようにしているため、発光素子２１だけでなく、反射材３２、３３についても冷却を図ることによって、反射材３１〜３３及び発光素子２１で囲まれる空間における温度上昇を抑制することができる。

さらに、このように、小型化を図ることができ且つ発光量の大きな光源１００を実現することができるため、例えば、紫外線硬化型のＵＶインクを使用したインクジェットプリンタの紫外線照射手段として好適である。また、紫外線照射手段のように光源１００を移動させて使用する場合に限らず、活性エネルギを利用した反応炉等、固定した炉として用いても好適である。

なお、図１に示すように、反射材３１を対向面１ｃに設けた場合、ユニット固定部材２で固定される複数のユニットのうちの一端のユニット（図１では最右端のユニット）は、隣接するユニットが存在しない。このため、端部に位置するユニット（図１では最右端のユニット）については、発光素子配置面１ａを照射対象に対向して配置し、発光素子２１により、照射対象を直接照射するようにしてもよい。或いは、切断側面１ａ下部の空間を覆うように、一対のユニット固定部材２の側方間に反射材３１を配置することで対応するようにしてもよい。

（応用例１）
上記実施の形態においては、ユニット１を、一のユニット１の切断側面１ｂ側と他のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置して複数のユニット１を固定する場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、一のユニット１の切断側面１ｂ側と他のユニット１の対向面１ｃ側とが隣り合うように配置してユニット固定部材２により固定したユニットを、さらにユニット固定部材２どうしが隣り合うように配置して固定してもよい。

また、上記実施の形態においては、複数のユニット１を、一対のユニット固定部材２で固定する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、直方体形状の冷却機構１１を、側面１ｅ及び１ｆ側を残したまま、その下部を切断側面１ｂ側から斜めにくり抜いた形状に形成し、ユニット固定部材２に設けられていた反射材３２及び３３を、ユニット１の側面１ｅ及び１ｆ側に形成された壁状部材（第２の反射面）に配置するようにしてもよい。このように、ユニット１側に反射材３２及び３３を配置する場合には、必ずしもユニット固定部材２で固定する必要はなく、単に、隣接するユニット１どうしを固定するようにしてもよい。

また、冷却機構１１を、図４（ｂ）に示すように、切断側面１ｂの下部を切断せずにユニット１の側面を４面ともそのまま残し、直方体形状の冷却機構１１を底面側からくり抜いて内部に発光素子配置面１ａを形成し、前述の対向面１ｃに配置される反射材３１を、切断側面１ｂの下部に形成された壁状部材（第１の反射面）に設け、側面１ｅ及び１ｆ側に形成された壁状部材（第２の反射面）に反射材３２及び３３を設け、ユニット１単体で、反射材３１〜３３を備えた光源１００を構成するようにしてもよい。

（応用例２）
上記実施の形態においては、図１（ｂ）の断面図に示すように、空間１ｄを形成する直角三角形の斜辺となる部分に発光素子配置面を配置し、直角三角形の高さとなる辺に反射材を配置した場合について説明したがこれに限るものではない。
例えば図５の断面図に示すように、空間１ｄの断面が略二等辺三角形となるように空間１ｄを形成し、向かい合う２辺の一方に発光素子２１を配置し、他方に反射材３１を配置するようにしてもよく、要は、反射材３１により発光素子２１の出射光を照射対象に向けて反射させることができればどのような形状であってもよい。

また、上記実施の形態においては、切断面からなる発光素子配置面１ａに発光素子２１を整列配置する場合について説明したが、発光素子配置面１ａは必ずしも、全面が平坦な面である必要はなく、図６に示すように、階段状に平面が形成されている場合であっても適用することができる。
また、発光素子２１の出射方向や配置等、また、発光素子２１として適用される部材の種類によって、光路が放射状になったり、特定方向への光路となったりすることから、ユニット固定部材２に配置した反射材３２及び３３は、発光素子２１の出射光の光路に応じて必要に応じて配置すればよい。

（応用例３）
上記実施の形態においては、発光素子２１として表面実装型のＬＥＤを用いた場合について説明したがこれに限るものではなく、例えば砲弾型のＬＥＤ等、どのような形式のＬＥＤであっても適用することができる。
また、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限るものではなく、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体素子といった発光部材であってもよく、また、ＵＶ（紫外線）、赤外線等の活性エネルギを照射する部材であってもよい。

（応用例４）
上記実施の形態においては、発光素子２１を直接冷却機構１１に埋め込んで配置する場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、発光素子２１と冷却機構１１との間に、熱伝導性の高いグリスやシート等の放熱材を挿入してもよく、このように放熱材を挿入することによって、冷却効率をより向上させることができる。
また、例えばファンなどの冷却機構を別途設けることにより、発光素子２１を冷却機構１１に埋め込まずに冷却機構１１の表面に配置するようにしてもよい。

また、上記実施の形態においては、冷却機構１１としてヒートシンクを適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、金属や樹脂等といった熱電導性の高い材質で形成された冷却機構であっても適用することができ、また、空冷式、水冷式の冷却機構であっても適用することができる。
また、発光素子２１を、冷却機構１１に配置する場合に限るものではなく、冷却機構１１以外の部材に配置して光源１００を構成する場合であっても適用することができる。この場合には、ファン等の冷却手段を別途設けるようにすればよい。

なお、上記実施の形態において、発光素子２１が発光体に対応し、反射材３１が反射材に対応し、反射材３２及び３３が補助反射材に対応している。
また、発光素子配置面１ａが第１の面及び傾斜面に対応し、ユニット固定部材２の、空間１ｄに対向する部分が第２の反射面に対応し、対向面１ｃが第２の面及び第１の反射面に対応し、冷却機構１１が冷却手段に対応している。

本発明における光源の一例を示す概略構成図である。 発光素子配置面の傾きと照射可能領域及び光量との関係を説明するための図である。 発光素子を傾斜面に配置する場合と平面に配置する場合との配置状況を説明するための説明図である。 光源のその他の例を示す概略構成図である。 発光体及び反射材の、その他の配置例である。 発光体及び反射材の、その他の配置例である。

符号の説明

１ ユニット、１ａ 発光素子配置面、２ ユニット固定部材、１１ 冷却機構、１２ 照射機構、２１ 発光素子、３１〜３３ 反射材、１００ 光源

Claims (9)

1. 発光体と、前記発光体の出射光を照射対象に向けて反射する反射材と、を備えた光源であって、
   前記発光体を、前記照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直に形成された第１の面に配置し、
   前記反射材を、前記第１の面と対向する位置に形成される面であって前記照射対象とは逆側の端部側が前記第１の面側に傾斜した第２の面に配置したことを特徴とする光源。
2. 前記反射材の側方に、
   前記発光体の出射光又は前記反射材の反射光を前記照射対象に向けて反射する補助反射材を配置したことを特徴とする請求項１記載の光源。
3. 照射機構を有し、且つ底面に出射口が形成された直方体形状のユニットで構成され、
   前記照射機構は、
   前記ユニットの一の側面の内側に形成され前記反射材が配置される第１の反射面と、
   前記第１の反射面と対向し且つ上部側が前記第１の反射面側に傾斜した面であって前記発光体が配置される傾斜面と、
   前記底面と前記第１の反射面に対応する側面とに隣接する一対の側面の内側に形成され、前記傾斜面と前記第１の反射面とに隣接し且つ前記補助反射材がそれぞれ配置される一対の第２の反射面と、で形成されることを特徴とする請求項２記載の光源。
4. 前記ユニットが複数連結されてなることを特徴とする請求項３記載の光源。
5. 照射機構を有し、一の側面が開口され且つ底面に出射口が形成された直方体形状のユニットからなり、さらに第１のユニットの開口面と対向する側面と第２のユニットの開口面とが隣り合うように前記ユニットが複数連結されて構成される光源であって、
   前記ユニットは、
   前記開口面と対向し且つ上部側が前記開口面側に傾斜した面であって前記発光体が配置される傾斜面と、
   前記底面と前記開口面とに隣接する一対の側面の内側に形成され、前記傾斜面と前記開口面とに隣接し且つ前記補助反射材がそれぞれ配置される一対の第２の反射面と、
   前記開口面と対向する側面の外側に、隣接する他のユニットの前記開口面と対向するように前記反射材が配置された第１の反射面と、を有し、
   前記第２のユニットの前記照射機構は、
   前記第２のユニットの前記傾斜面及び前記第２の反射面と、前記第２のユニットと隣接する前記第１のユニットの前記第１の反射面と、で形成されることを特徴とする請求項２記載の光源。
6. 前記発光体を冷却するための冷却手段を備え、
   前記発光体及び前記反射材の少なくとも何れか一方は、前記冷却手段に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光源。
7. 前記発光体は、前記冷却手段に埋め込み配置されることを特徴とする請求項６記載の光源。
8. 前記発光体を、複数備えることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の光源。
9. 発光体を有する光源の実装方法であって、
   前記発光体を、照射対象に対する所望の照射方向に対して非垂直に形成された第１の面に配置すると共に、前記第１の面と対向する位置に形成される面であって前記照射対象とは逆側の端部側が前記第１の面側に傾斜した第２の面に反射材を配置し、前記発光体の出射光を、前記反射材により前記照射対象に向けて反射させることを特徴とする光源実装方法。

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