JP2010114045A

JP2010114045A - 線状照明装置

Info

Publication number: JP2010114045A
Application number: JP2008288029A
Authority: JP
Inventors: Misaki Ueno; 岬上野; Yuji Azuma; 祐二我妻; Osamu Tsuzaki; 修津崎
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】均一照度の線状照明光を安価な構成で容易に形成することができる線状照明装置を提供する。
【解決手段】必要とされる光源の長さに応じて複数個の光源部５を直線状に配列して光源２を構成することにより、光源２を安価且つ容易に構成する。このような光源２に対し、複数の発光面部１１に跨って入射面２１が対向する導光部２０を配置し、当該導光部２０の入射面２１に、各発光面部１１の間隙に対応する凹部２３を凹設する。これにより、導光部２０の内部にハーフミラー部２３ａを突出形成する。さらに、各発光面部１１の間隙において凹部２３に対向する拡散反射部材を光源２上に配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続的な直線状の範囲に照明光を狭い幅で線状に集光させる線状照明装置に関する。

複写機やファクシミリ装置等には、画像読取用の照明光として、細長な線状の照明光を形成する線上照明装置が用いられる。この線状照明装置には、一般に、入射光に対して１軸方向のみ変化を与えて焦点で線上のビームを形成するためのシリンドリカルレンズ（集光レンズ）が用いられる。

近年、この種の照明装置では、放電管ランプやハロゲンランプ等のみならず、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の各種光源が採用される傾向にある。例えば、特許文献１には、先端部が線状に配列された光ファイバー束の基端部を面発光型のＬＥＤの発光面に対向させるとともに、当該光ファイバー束の先端部に導光板（シリンドリカルレンズ）を対向配置することにより、線状の照明光を形成する技術が開示されている。

さらに、近年では、点光源であるＬＥＤに代えて、面光源であるエレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）等を線状照明装置の光源として採用することも検討されている。この場合、細長な基板上にＥＬ等の発光面部を帯状に形成することにより、光ファイバー束等を必要としない簡単な構成で、シリンドリカルレンズの入射面全域に光を入射させることが期待できる。
特開２００８−２８３６号公報

しかしながら、一般に、複写機やファクシミリ装置等に必要とされる線状の照明光は数十センチ以上に渡る長大なものであり、このような長大な発光面部を備えた光源部を製造するためには、大型な設備を必要とし、コスト的にも現実的ではない。

これに対処し、例えば、所定長さの短冊状に形成した光源部を、必要とされる線状照明光の長さに応じて直線状に複数個配列することも考えられるが、一般に、この種の光源部は基板上の発光面部の周囲に非発光な領域が形成されるため、各光源部の接続部分において発光面部が不連続となり、照明光に局所的な暗部が発生する虞がある。

本発明は、均一照度の線状照明光を安価な構成で容易に形成することができる線状照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に発光面部が形成された光源部が直線状に複数配列された光源と、前記光源部の配列方向に延在され、複数の前記発光面部に跨って入射面が対向する導光部と、前記導光部を介して前記光源から導かれた光を直線状に集光する集光レンズと、隣接する前記発光面部の間隙に対応して前記導光部入射面に凹設された凹部と、隣接する前記発光面部の間隙に配置されて前記凹部に対向する拡散反射部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の線状照明装置によれば、均一照度の線状照明光を安価な構成で容易に形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は線状照明装置の分解斜視図、図２は線状照明装置の斜視図、図３は光学部材を底面側から見た斜視図、図４（ａ）は図２のＩ−Ｉ線に沿う要部断面図であり（ｂ）は図２のII−II線に沿う要部断面図、図５（ａ）は図４（ａ）の断面における照明光の挙動を示す説明図であり（ｂ）は図４（ｂ）の断面における照明光の挙動を示す説明図、図６（ａ）は線状照明装置の幅方向の平均照度を示す図表であり（ｂ）は線状照明装置の長さ方向の平均照度を示す図表である。

図１，２に示す照明装置１は、例えば、複写機用の線状照明光を形成するための線状照明装置であり、この照明装置１は、例えば、複数の光源部５が配列された光源２と、この光源２からの光を直線状の光束に変換する光学部材３とを有する。

各光源部５は、例えば、平面視形状が細長な矩形形状をなすガラス基板１０を有し、このガラス基板１０上に、エレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）からなる発光面部１１が形成されている。

具体的には、本実施形態の光源部５において、ガラス基板１０の裏面には、発光面部１１を形成するための正電極１５と負電極１６とが配設されている。

正電極１５は、例えば、所定幅の帯状をなす第１，第２の導電部１５ａ，１５ｂが、ＩＴＯ等の透明導電膜によってＬ字状に連続形成されて要部が構成されている。この正電極１５を構成する第１の導電部１５ａは、ガラス基板１０の長手方向一端部に配設され、当該ガラス基板１０の短手方向に沿って延在されている。一方、第２の導電部１５ｂは、ガラス基板１０の長手方向に沿って延在されている。

負電極１６は、例えば、所定幅の帯状をなす第１，第２の導電部１６ａ，１６ｂが、アルミニウム等の高反射性を有する金属導電膜によってＬ字状に連続形成されて要部が構成されている。この負電極１６を構成する第１の導電部１６ａは、ガラス基板１０の長手方向他端部に配設され、当該ガラス基板１０の短手方向に沿って延在されている。一方、第２の導電部１６ｂは、ガラス基板１０の長手方向に沿って延在され、正電極１５を構成する第２の導電部１５ｂの上層に重畳配置されている。

これら正電極１５と負電極１６との重畳領域には、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層（何れも図示せず）が介装されている。そして、正電極１５と負電極１６との間に電圧が印加された際に、正孔輸送層を通過した正孔と電子輸送層を通過した電子とが結合することにより、発光層が発光する。この発光層から発光された光は、負電極１６で反射するとともに正電極１５及びガラス基板１０を透過して、或いは、直接的に正電極１５及びガラス基板１０を透過して放射される。これにより、正電極１５と負電極１６とが重畳された領域には、ガラス基板１０の表面側を発光面として面状に発光する発光面部１１が形成される。ここで、ガラス基板１０上の縁辺部には製造上の理由等によるマージンが設定されており、このようなマージンが設定されることにより、光源部５は、発光面部１１の周部に非発光領域１２を有する。

このように構成された複数の光源部５は、直線状に一列に配列され、発光面部１１が間欠的に延在する長尺な光源２を構成する。

光学部材３は、入射面２１が光源２に対向して配置された導光部２０と、この導光部２０の出射側に連設された集光レンズ２５とを有する。

導光部２０は、光源２の長手方向に沿って延在する長尺な光透過性部材で構成され、その入射面２１は、光源２上で隣接する複数の発光面部１１に跨って対向されている。本実施形態において、導光部２０は、例えば、光源２の長手方向の全長と略同じ長さの長尺な光透過性部材で構成され、これにより、導光部２０の入射面２１は、光源２上に配列された全ての発光面部１１に跨って対向されている。

また、導光部２０は、入射面２１に連続して起立する４つの側壁２２は、発光面部１１側から集光レンズ２５側へと拡開するよう傾斜されている。この側壁２２の傾斜角θ（図４，５参照）は、実験やシミュレーション等に基づいて設定されている。この傾斜角θが適値に設定されることにより、導光部２０は、入射面２１からの入射光を内部反射させながら集光レンズ２５へと導く（図５参照）。その際、導光部２０は、特に短手方向において、発光面部１１から放射された光を反射によって平行光に近づけるよう調整しながら、集光レンズ２５へと導く。

また、導光部２０の入射面２１には、隣接する発光面部１１の各間隙（非発光領域１２）に対応する凹部２３が凹設されている。本実施形態において、各凹部２３は、例えば、側面視略逆Ｖ字状をなす凹部で構成されている（図４（ｂ）参照）。このように形成された凹部２３上の面は、入射角度に応じて光を反射或いは透過するハーフミラー部２３ａとして機能する。

ここで、光源２において、隣接する発光面部１１の間隙には、凹部２３に対向する拡散反射部材２４が設けられている。この拡散反射部材２４は、例えば、９０％以上の反射率を有する白色のシートで構成され、隣接する２枚のガラス基板１０の表面に貼着されることにより光源２に保持されている。

本実施形態において、凹部２３の形状等は、光源２における発光面部１１の間隙や導光部２０の形状等に基づく実験やシミュレーション等によって設定されるが、その際、拡散反射部材２４との関係についても考慮される。そして、凹部２３の形状等（すなわち、ハーフミラー部２３ａの面積や傾斜角度等）が適切に設定されることにより、図５（ｂ）に示すように、ハーフミラー部２３ａは、導光部２０内を長手方向に拡散する光の一部を反射し、その反射光の多くを、各発光面部１１間の非発光領域１２に対向する領域において集光レンズ２５に入射させる。さらに、ハーフミラー部２３ａは、導光部２０内を長手方向に拡散する光の一部を透過して拡散反射部材２４に導くとともに、当該拡散反射部材２４で拡散反射された光を導光部２０内に再度入射し、その入射光の多くを、各発光面部１１間の非発光領域１２に対向する領域において集光レンズ２５に入射させる。なお、図５（ｂ）において、拡散反射部材２４で拡散反射された後の光を、特に疎破線で示す。

集光レンズ２５は、例えば、導光部２０からの入射光に対し、光学部材３の短手方向のみ変化を与えることで直正常に集光させるシリンドリカルレンズで構成されている。ここで、集光レンズ２５は、導光部２０と別部材で構成することも可能であるが、本実施形態においては、構造の簡素化等を目的として、導光部２０と一体形成されている。

このように構成された光学部材３は、例えば、図２に示すように、導光部２０の入射面２１が透明接着剤等を介してガラス基板１０に接着されることにより、光源２に固定される。この場合、発光面部１１からの光が導光部２０の入射面２１で全反射することを防止するため、透明接着剤等の屈折率等は、ガラス基板１０や光学部材３の屈折率と近いことが望ましい。

このような実施形態によれば、必要とされる光源の長さに応じて複数個の光源部５を直線状に配列して光源２を構成することにより、光源２を安価且つ容易に構成することができる。このような光源２に対し、複数の発光面部１１に跨って入射面２１が対向する導光部２０を配置し、当該導光部２０の入射面２１に、各発光面部１１の間隙に対応する凹部２３を凹設することにより、導光部２０の内部にハーフミラー部２３ａを突出形成することができる。そして、各発光面部１１からの入射光のうち導光部２０の長手方向に拡散する光の一部を凹部２３上のハーフミラー部２３ａで反射し、この反射光を各発光面部１１の間隙に対向する領域（及びその近傍）で集光レンズ２５に入射させることにより、発光面部１１間の光量を補うことができる。また、各発光面部１１の間隙において凹部２３に対向する拡散反射部材２４を光源２上に配設し、導光部２０の長手方向に拡散する光の一部を凹部２３上のハーフミラー部２３ａで透過して拡散反射部材２４に導くとともに、拡散反射部材２４で拡散反射された光を導光部２０内に再度入射し、この再入射光を各発光面部１１の間隙に対向する領域（及びその近傍）で集光レンズ２５に入射させることにより、発光面部１１間の光量をさらに補うことができる。これによりＥＬ等の面光源を用いた場合にも、均一照度の線状照明光（図６参照）を安価な構成で容易に形成することができる。なお、図６（ｂ）中に、比較例として、導光部２０に凹部２３（ハーフミラー部２３ａ）を形成せず、光源２に拡散反射部材２４を設けていない場合の照度特性を示す。

ところで、本出願人は、均一照度の線状照明光を安価に実現するための線状照明装置として、既出の特願２００８−１６３５８７号において、本願と略同様の光学部材の入射面に凹部によって反射面（全反射面）を形成し、光学部材の導光部内を長手方向に拡散する光の一部を反射面で反射することにより発光面部間の光量を補う技術を提案している。このような構成においても、線状照明光の照度の均斉化を十分に図ることは可能であるが、発光面部の間隔や導光部の形状等によっては、凹部に形成した反射面の反射のみで均斉化を図るには限界が生じる場合がある。例えば、導光部内で凹部に到達した光を全反射させた場合、所定割合の反射光は各発光面部の間隙に対応する領域外に反射することが予想されるため、場合によっては反射面部の間隙に十分な光量を供給することが困難となる虞がある。これに対し、本実施形態の照明装置１は、ハーフミラー部２３ａの作用により、遠方に反射する虞のある所定入射角の光を導光部２０外に一旦透過させて拡散反射部材２４で拡散反射させ、当該拡散反射光を導光部２０内に再度入射させることにより、凹部２３に到達した光を、高い確率で、発光面部１１の間隙に導くことができる。さらに、上述のように、ハーフミラー部２３ａによる反射光とハーフミラー部２３ａを透過して拡散反射部材２４で拡散反射された後の再入射光との作用により、導光部２０内で凹部２３に到達した光の挙動を幅広くチューニングが可能であるため、光源２や光学部材３の仕様等に制約を受けることなく、照度の均斉化をより好適に実現することが可能となる。

なお、上述の実施形態において、凹部２３の形状は上述のものに限定されないことは勿論である。すなわち、凹部によってハーフミラー部が形成され、このハーフミラー部による反射光と拡散反射部材による拡散反射光によって発光面部間の光量を的確に補うことが可能であれば、任意の凹部形状を採用することが可能である。

線状照明装置の分解斜視図線状照明装置の斜視図光学部材を底面側から見た斜視図（ａ）は図２のＩ−Ｉ線に沿う要部断面図であり（ｂ）は図２のII−II線に沿う要部断面図（ａ）は図４（ａ）の断面における照明光の挙動を示す説明図であり（ｂ）は図４（ｂ）の断面における照明光の挙動を示す説明図（ａ）は線状照明装置の幅方向の平均照度を示す図表であり（ｂ）は線状照明装置の長さ方向の平均照度を示す図表

符号の説明

１…照明装置（線状照明装置）、２…光源、３…光学部材、５…光源部、１０…ガラス基板、１１…発光面部、１２…非発光領域、１５…正電極、１５ａ…第１の導電部、１５ｂ…第２の導電部、１６…負電極、１６ａ…第１の導電部、１６ｂ…第２の導電部、２０…導光部、２１…入射面、２２…側壁、２３…凹部、２３ａ…ハーフミラー部、２４…拡散反射部材、２５…集光レンズ

Claims

基板上に発光面部が形成された光源部が直線状に複数配列された光源と、
前記光源部の配列方向に延在され、複数の前記発光面部に跨って入射面が対向する導光部と、
前記導光部を介して前記光源から導かれた光を直線状に集光する集光レンズと、
隣接する前記発光面部の間隙に対応して前記導光部入射面に凹設された凹部と、
隣接する前記発光面部の間隙に配置されて前記凹部に対向する拡散反射部材と、を備えたことを特徴とする線状照明装置。