JP2011014301A - Linear lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続的な直線状の範囲に照明光を集光させる線状照明装置に関する。 The present invention relates to a linear illumination device that collects illumination light in a continuous linear range.
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状照明装置が用いられる。この線状照明装置には、一般に、入射側に対して1軸方向のみ変化を与えて線状のビームを形成するための集光レンズとしてシリンドリカルレンズが用いられる。 In a copying machine, a facsimile machine, and the like, a linear illumination device that forms an elongated linear illumination light is used as illumination light for image reading. In this linear illumination device, a cylindrical lens is generally used as a condensing lens for forming a linear beam by changing only one axial direction with respect to the incident side.
このような線状照明装置として、例えば、特許文献1には、シリンドリカルレンズ部の入射側に直方体形状の導光部を一体的に設け、この導光部の長手方向の両端部にLEDチップ等からなる光源を取り付けると共に、光源から導光部に入射された光を拡散反射する拡散反射部をシリンドリカルレンズ部に対向する導光部上の面に設けた技術が開示されている。
As such a linear illumination device, for example, in
ところで、上述の特許文献1に開示された技術のように、導光部の長手方向の端部にLEDチップ等を配置して線状の照明光を形成する場合、高い照度の線状照明光を広範囲に亘って形成するには限界がある。
By the way, when the linear illumination light is formed by arranging the LED chip or the like at the end portion in the longitudinal direction of the light guide as in the technique disclosed in the above-mentioned
そこで、シリンドリカルレンズ部の反対側に延在する導光部上の面(すなわち、シリンドリカルレンズ部の直下に位置する導光部上の面)を入射面として設定し、当該入射面に沿ってLEDを直線状に対向配置することが考えられる。 Therefore, a surface on the light guide portion extending on the opposite side of the cylindrical lens portion (that is, a surface on the light guide portion located immediately below the cylindrical lens portion) is set as an incident surface, and an LED is formed along the incident surface. It is conceivable to arrange them in a straight line.
しかしながら、点光源であるLEDをシリンドリカルレンズ部の直下に配置した場合、照明光に輝度ムラが生じ易くなる。また、一般に、LED等の発光部で発光された光は広範囲に放射されるため、全ての光をシリンドリカルレンズ部によって線状に集光することが困難であり、光の利用効率を低下させる虞がある。 However, when an LED that is a point light source is arranged directly below the cylindrical lens portion, luminance unevenness easily occurs in the illumination light. In general, since light emitted from a light emitting unit such as an LED is emitted in a wide range, it is difficult to condense all the light into a linear shape by the cylindrical lens unit, which may reduce the light use efficiency. There is.
その一方で、LED等の点光源に代えて、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)等の面光源を入射面に沿って連続的に配置することにより、照明光の輝度ムラを改善することが考えられる。 On the other hand, instead of a point light source such as an LED, it may be possible to improve luminance unevenness of illumination light by continuously arranging a surface light source such as organic electroluminescence (organic EL) along the incident surface. .
しかしながら、LED等の点光源に代えて有機EL等の面光源を採用した場合、より多くの光がシリンドリカルレンズ部の光路外に拡散されてしまうため、光の利用効率の低下はより顕著となる。 However, when a surface light source such as an organic EL is employed instead of a point light source such as an LED, more light is diffused out of the optical path of the cylindrical lens portion, so that the reduction in light use efficiency becomes more noticeable. .
本発明は、光源から放射される光を効率良く利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を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。 An object of this invention is to provide the linear illuminating device which can form the linear light of high illuminance without the brightness nonuniformity using the light radiated | emitted from a light source efficiently.
本発明は、発光部が帯状に形成された面光源と、前記発光部に対向して入射面が延在する導光部と、前記入射面の反対側において前記導光部に一体形成され、前記導光部に入射された光を屈折によって線状に集光するシリンドリカルレンズ部と、前記導光部の短手方向両側に一体形成され、前記導光部に入射された光のうち前記シリンドリカルレンズ部への光路外に放射された光を側面で全反射して前記シリンドリカルレンズ部の焦点に向けて出射する反射光学部と、前記側面に連続して延在する反射面を前記反射光学部の出射側に形成する反射部材と、を備えたことを特徴とする。 The present invention is integrally formed in the light guide unit, the surface light source in which the light emitting unit is formed in a strip shape, the light guide unit in which the incident surface extends opposite to the light emitting unit, and the opposite side of the incident surface, A cylindrical lens unit that condenses light incident on the light guide unit into a linear shape by refraction, and a cylindrical lens unit that is integrally formed on both sides of the light guide unit in the short-side direction and that is incident on the light guide unit. A reflection optical unit that totally reflects light emitted outside the optical path to the lens unit on the side surface and emits the light toward the focal point of the cylindrical lens unit, and a reflection surface that extends continuously to the side surface. And a reflecting member formed on the light exit side.
本発明の線状照明装置によれば、光源から放射される光を効率良く利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる。 According to the linear illumination device of the present invention, it is possible to form linear light with high illuminance without uneven brightness by efficiently using light emitted from a light source.
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。
図1に示す線状照明装置1は、例えば、複写機用の線状照明光を形成するためのものであり、この線状照明装置1は、例えば、発光部が直線の帯状に形成された光源ユニット2と、この光源ユニット2からの光を直線状の光束に変換する光学部材3と、光源ユニット2上で光学部材3を収容する枠体4とを有する。なお、例えば、複写機の画像読取用の照明装置として線状照明装置1が用いられる場合において、線状照明装置1は、例えば、図3に示すように、紙面等の照射対象100に対し、所定の照射距離D(D=数mm程度)離間した状態で対向配置される。この照射距離は、適用される複写機の仕様等にもよるが、例えば、D=4mm程度に設定されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
A
光源ユニット2は、例えば、平面視形状が細長な略矩形形状をなす透明基板としてのガラス基板10を有し、このガラス基板10上に、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)からなる光源11が配設されている。
The
具体的には、本実施形態の光源11は、ガラス基板10の裏面側に積層された正電極15と負電極16との間に、発光部12が介装されて要部が構成されている(図1,2参照)。
Specifically, the
正電極15は、例えば、ITO等からなる帯状の透明電極膜で構成され、ガラス基板10の長手方向に沿って延在するよう直線状に配置されている。また、正電極15の中途には、ガラス基板10の短手方向の一側に延在する端子部15aが一体形成されている。
The
一方、負電極16は、例えば、アルミニウム等の高反射性を有する金属導電膜からなる帯状の電極膜で構成され、正電極15の上層でガラス基板10の長手方向に沿って延在するよう直線状に配置されている。また、負電極16の両端部には、ガラス基板10の短手方向の一側に延在する端子部16aが一体形成され、これら端子部16aは、正電極15の端子部15aに対して所定間隔離間されている。
On the other hand, the
また、これら正電極15と負電極16との重畳領域に介装される発光部12は、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層等(何れも図示せず)からなる多層構造をなし、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する。そして、この発光部12から発光した光は、負電極16で反射された後に正電極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、ガラス基板10の表面側では、発光部12に略対応した所定の幅を有する直線状(帯状)の発光領域Aから光が放射される。
Further, the
光学部材3は、例えば、透明樹脂材料等の光透過性材料からなる導光部20を中心として構成されている。この導光部20は、発光部12に沿って延在する長尺な部材で構成され、ガラス基板10との対向面側に、発光部12からの放射光を入射するための入射面21を有する。図1,2に示すように、入射面21は、その長手方向及び短手方向の長さが発光部12よりも長尺に形成されている。そして、この入射面21が、ガラス基板10上の発光領域Aを含む領域に対し、透明接着剤5を介して固設されることにより、導光部20内には発光部12からの光が入射される。この場合において、ガラス基板10側から光学部材3側に入射する光の損失を低減するため、透明接着剤5には、その屈折率が光学部材3及びガラス基板10の屈折率に近いものが用いられることが望ましい。
The
また、光学部材3において、入射面21に正対する導光部20の出射側には、当該導光部20と同一の光透過性材料によって、シリンドリカルレンズ部22が一体形成されている。図1,3に示すように、シリンドリカルレンズ部22は、例えば、光学部材3の短手方向(すなわち、導光部20の延在方向に直交する方向)に沿って略円弧状をなすレンズ曲面22aを有する。そして、図4(a)に示すように、シリンドリカルレンズ部22は、導光部20に入射された光のうち、主として、導光部20の短手方向の放射角が所定角度未満の狭角で放射する光を、屈折によって焦点Fに集光させ、線状の照明光を形成する。
Further, in the
ここで、図3に示すように、シリンドリカルレンズ部22の頂部は、光学部材3の最凸部となっており、本実施形態において、導光部20の入射面21からシリンドリカルレンズ部22の頂部までの高さTは、例えば、T=7mm程度となっている。また、シリンドリカルレンズ部22の頂部から焦点Fまでの距離は、線状照明装置1から照射対象100までの照射距離Dと略一致するよう設定されている。換言すれば、シリンドリカルレンズ部22のレンズ曲面22aの形状は、照射距離Dに基づいて設計されている。
Here, as shown in FIG. 3, the top portion of the
また、光学部材3において、導光部20の短手方向の両側には、当該導光部20と同一の光透過性材料によって、反射光学部23が一体形成されている。これら反射光学部23は、例えば、図3に示すように、光学部材3の基部側から前端部側にかけて拡開する側面24と、当該側面24の前端部とシリンドリカルレンズ部22のレンズ曲面22aの基部とに連続する前端面25と、を有する。本実施形態において、側面24は、例えば、高次の多項式近似曲線で規定される曲面で構成されるもので、導光部20側から反射光学部23内に導かれた光を全反射して前端面25側に導く反射面としての機能を有する。また、前端面25は、側面24で全反射された光を外部に出射する出射面としての機能を有する。ここで、側面24を反射面として有効に機能させるため、当該側面24の形状を規定する多項式近似曲線は、実験やシミュレーション等に基づいて最適化されている。そして、このように側面24の形状が最適化されることにより、例えば、図4(b)に示すように、反射光学部23は、入射面21を介して導光部20に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部22への光路外に放射された所定の光を、側面24で全反射して前端面25へと導き、当該前端面25から焦点Fに向けて出射する。
Further, in the
図1に示すように、枠体4は、光学部材3の長手方向に延在する一対の壁部30と、光学部材3の短手方向に延在する一対の壁部31とが一体に接合された略角筒状の部材で構成されている。この枠体4は、ガラス基板10上に配設され、光学部材3の周囲を各壁部30,31によって囲繞する。
As shown in FIG. 1, in the
ここで、図3に示すように、各壁部30,31の前端部は、反射光学部23の前端面25よりも前方に突出されている。より具体的には、本実施形態において、各壁部30,31の高さは、光学部材3の高さTと同等の高さに設定されており、これにより、各壁部30,31の前端部はシリンドリカルレンズ部22の頂部と同等の位置まで突出されている。また、枠体4を構成する各壁部30,31のうち、少なくとも長手方向に延在する各壁部30は、内面側が鏡面加工等された反射部材で構成されている。これにより、枠体4(壁部30)は、側面24に連続して延在する反射面32を反射光学部23の出射側に形成する。そして、反射面32は、例えば、図4(b)に示すように、入射面21を介して導光部20に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部22への光路外に放射された光であって、且つ、反射光学部23の側面24で反射されることなく前端面25から出射された光の一部を、反射によって焦点Fへと導く。
Here, as shown in FIG. 3, the front end portions of the
このような実施形態によれば、光源11の発光部12を直線状に延在する帯状に形成すると共に、この発光部12からの放射光を線状光に変換する光学部材3を、発光部12に対向して入射面21が延在する導光部20と、入射面21の反対側において導光部20に一体形成されたシリンドリカルレンズ部22と、導光部20の短手方向両側に一体形成された反射光学部23とを具備して構成し、さらに、この光学部材3を囲繞する枠体4により、側面24に連続して延在する反射面32を反射光学部23の出射側に形成することにより、光源11から放射される光を効率よく利用して輝度ムラのない高い照度の線状光を形成することができる。
According to such an embodiment, the
すなわち、光源11を有機EL等のような面光源を用いて構成することにより、光学部材3に対して連続的な光を供給することができ、輝度ムラを好適に低減することができる。この場合において、光源11の発光部12から放射されて導光部20に入射した光のうち主として短手方向の放射角が所定角度未満の狭角に放射する光をシリンドリカルレンズ部22によって線状に集光させると共に、主として短手方向の放射角が所定角度以上の広角に放射する光を反射光学部23の側面24での全反射によってシリンドリカルレンズ部22の焦点Fに集光させることにより、発光部12から放射される光を線状照明光として効率よく利用することができる。さらに、主として短手方向の放射角が所定角度以上の広角に放射する光であって反射光学部23の側面24で反射されることなく前端面25から放射された光の一部を反射面32で反射して焦点Fに導くことにより、発光部12から放射される光の更なる利用効率の向上を図ることができる。これらにより、発光部12から放射される光を線状照明光として無駄なく利用して高い照度の線状照明光を実現することができる(図5中の実線参照)。なお、図5中において、2点鎖線は、光学部材3及び枠体4(反射面32)を用いない場合の照明光の照度分布を示す。
That is, by configuring the
この場合において、枠体4の高さを光学部材3の高さTと略同等の高さに設定し、シリンドリカルレンズ部22の頂部を限度として反射面32の突出量を制限することにより、線状照明装置1を大型化させることなく、発光部12からの放射光の有効利用を図ることができる。また、反射面32の突出量を制限することにより、シリンドリカルレンズ部22を介して焦点Fに集光される光の割合が相対的に高まるため、シリンドリカルレンズ部22による配光制御およびそのための光学設計を容易にすることができる。
In this case, the height of the
次に、図6乃至図11を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上述の第1の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6に示すように、本実施形態の線状照明装置1において、枠体4の先端部は、光学部材3の最凸部であるシリンドリカルレンズ部22の頂部よりも前方まで延出され、これにより、反射光学部23の側面24に連続する反射面32の有効面積が前方に拡大されている。
As shown in FIG. 6, in the
また、枠体4の先端部がシリンドリカルレンズ部22の頂部よりも前方に延出されたことに伴い、複写機等に実装した際の線状照明装置1際の照射距離Dは、枠体4の先端部を基準として設定されている。
Further, as the front end of the
加えて、枠体4の延出によって相対的に後退したシリンドリカルレンズ部22の焦点Fを照射対象100の近傍に配置するため、本実施形態のシリンドリカルレンズ部22は、合焦距離が照射距離Dよりも長くなるよう、レンズ曲面22a等の最適化が行われている(図6、図7(a)参照)。さらに、反射光学部23の側面24による反射光を焦点Fに導くべく、当該側面24の形状を規定する多項式近似曲線が実験やシミュレーション等に基づいて最適化されている(図6、図7(b)参照)。
In addition, in order to arrange the focal point F of the
このような構成によれば、反射面32を延長したことにより、例えば、図7(b)に示すように、入射面21を介して導光部20に入射された光のうち、シリンドリカルレンズ部22への光路外に放射された光であって、且つ、反射光学部23の側面24で反射されることなく前端面25から出射された光を、反射によって焦点Fへと効率よく導くことができる。これにより、発光部12から放射される光を線状照明光として無駄なく利用して高い照度の線状照明光を実現することができる(図8中の実線参照)。なお、図8中において、1点鎖線は枠体4(反射面32)を用いない場合の照明光の照度分布を示し、2点鎖線は光学部材3及び枠体4(反射面32)を用いない場合の照明光の照度分布を示す。
According to such a configuration, by extending the reflecting
ここで、本実施形態のように枠体4を前方に突出させた場合、反射光学部23の前端面25よりも前方に十分な長さの反射面32を確保できるため、当該反射面32を所定の曲面で構成して反射光の焦点Fへの集光度の向上を図ることも可能である。
Here, when the
この場合、例えば、図9に示すように、反射光学部23の側面24を規定する多項式近似曲線に従って反射面32の形状を規定し、側面24と一体的な反射面32を形成することが可能である。
In this case, for example, as shown in FIG. 9, the shape of the reflecting
また、反射光学部23の前端面25における放射光の屈折も考慮し、焦点Fへの更なる集光度の向上を図るべく、例えば、図10に示すように、所定の楕円円弧に従って反射面32の形状を規定することも可能である。この場合、例えば、楕円を定義する2つの焦点f1,f2のうち、一方の焦点f1をシリンドリカルレンズ部22の焦点Fと一致させると共に、前端面25における屈折を考慮して、他方の焦点f2を発光部12よりも前方にオフセットした位置に設定することにより、反射面32による焦点Fへの集光度を向上させることができる(図11参照)。
Further, in consideration of the refraction of the radiated light at the front end face 25 of the reflection
1…線状照明装置、2…光源ユニット、3…光学部材、4…枠体、5…透明接着剤、10…ガラス基板、11…光源(面光源)、12…発光部、15…正電極、15a…端子部、16…負電極、16a…端子部、20…導光部、21…入射面、22…シリンドリカルレンズ部、22a…レンズ曲面、23…反射光学部、24…側面、25…前端面、30…壁部(反射部材)、31…壁部、32…反射面、100…照射対象
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発光部に対向して入射面が延在する導光部と、
前記入射面の反対側において前記導光部に一体形成され、前記導光部に入射された光を屈折によって線状に集光するシリンドリカルレンズ部と、
前記導光部の短手方向両側に一体形成され、前記導光部に入射された光のうち前記シリンドリカルレンズ部への光路外に放射された光を側面で全反射して前記シリンドリカルレンズ部の焦点に向けて出射する反射光学部と、
前記側面に連続して延在する反射面を前記反射光学部の出射側に形成する反射部材と、を備えたことを特徴とする線状照明装置。 A surface light source in which the light emitting part is formed in a strip shape;
A light guide portion having an incident surface extending opposite the light emitting portion;
A cylindrical lens unit that is integrally formed with the light guide unit on the opposite side of the incident surface, and that condenses light incident on the light guide unit into a linear shape by refraction;
The light guide unit is integrally formed on both sides in the short-side direction, and the light emitted from the light path to the cylindrical lens unit out of the light incident on the light guide unit is totally reflected on the side surface of the cylindrical lens unit. A reflective optical unit that emits toward the focal point;
A linear illumination device comprising: a reflection member that forms a reflection surface continuously extending on the side surface on an emission side of the reflection optical unit.
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