JP2012221786A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い帯状の光を放射することができる照明装置の提供。
【解決手段】 照明装置は、光源と、当該光源からの光がその端面において軸方向に入射され、当該軸方向に伸びる帯状の光を放射する棒状の導光体とを有するものであって、光源からの光は、光制御手段を介して導光体に入射され、光制御手段は、入射光を導光体の軸方向に係る放射方向と交わる方向に光を拡散するプリズム素子を有してなることを特徴とする。光制御手段を構成するプリズム素子は、三角錐状プリズムであり、当該プリズム素子の一の稜線が導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されてなる構成とすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＬＥＤなどの光源および当該光源からの光をその端面から伝播させて帯状の光を放射する棒状の導光体からなる照明装置に関する。

液晶表示装置のバックライト用光源や複写機の原稿読み取り用光源として、ＬＥＤなどの光源と、当該光源からの光を端部から伝播させて帯状の光を放射する棒状の照明装置が用いられている（特許文献１参照。）。

ところで、このような帯状の光を放射する照明装置を複写機の原稿読み取り用光源として利用する場合、原稿情報を正確に読み取るために、長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い光が求められる。
しかしながら、従来の照明装置においては、光源の近傍において長手方向および幅方向に非常に急峻な照度変化を示す場所が存在しており、このような照明装置を利用した複写機においては、原稿の正確な複写ができず、形成される画像にムラが生じてしまう、という問題があった。

このような問題を解決するために、例えば特許文献２には、光源の位置をずらすことによって導光体の長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一化を図る技術が開示されているが、その照度の均一化は十分とは言えないのが実情である。

特開２００５−２８５７０２号公報 特許第３３９２１１７号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い帯状の光を放射することができる照明装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、光源と、当該光源からの光がその端面において軸方向に入射され、当該軸方向に伸びる帯状の光を放射する棒状の導光体とを有する照明装置であって、
前記光源からの光は、光制御手段を介して導光体に入射され、
前記光制御手段は、入射光を前記導光体の軸方向に係る放射方向と交わる方向に光を拡散するプリズム素子を有してなることを特徴とする。

本発明の照明装置においては、前記光制御手段を構成するプリズム素子が、三角錐状プリズムであり、当該プリズム素子の一の稜線が前記導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、前記導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されてなる構成とすることができる。

また、本発明の照明装置においては、前記光制御手段を構成するプリズム素子が、半円錐状プリズムであり、当該プリズム素子の稜線が前記導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、前記導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されてなる構成とすることができる。

さらに、本発明の照明装置においては、前記光制御手段が、プリズム素子の稜線が光源に対向した状態において、前記導光体の端面に連続した状態に形成されている構成とすることができる。

本発明の照明装置によれば、光源からの光が特定の光制御手段を介して導光体に入射されるために、導光体の入射端面における光がいろいろな角度成分の光路を持った光となって、入射端面の近傍における長手方向および幅方向の照度変化の急峻さが抑制されてブロードなものとなり、従って、長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い帯状の光を放射することができる。

本発明の照明装置の構成の一例を、光源を省略した状態で模式的に示す概略説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。 図１の照明装置の端部を拡大して示す概略説明図である。 図１の光制御手段の斜視図である。 導光体の軸方向および放射方向を説明するための説明図である。 本発明に係る光制御手段の寸法例を説明するための斜視図である。 図１に示す照明装置における導光体の光の発光強度分布を示す曲線図である。 従来の照明装置における導光体の光の発光強度分布を示す曲線図である。 本発明に係るプリズム素子の変形例である。 本発明に係る光制御手段の変形例である。 本発明の照明装置の構成の別の一例に係る端部を拡大して示す概略説明図である。

以下、本発明について具体的に説明する。
図１は、本発明の照明装置の構成の一例を、光源を省略した状態で模式的に示す概略説明図であり、図２は、図１の照明装置の端部を拡大して示す概略説明図であり、図３は、図１の光制御手段の斜視図である。
本発明の照明装置は、光源１１と、当該光源１１からの光が導光体１５の端面（入射端面）１５αにおいて軸方向（図４において紙面と垂直な方向）に入射され、当該軸方向に伸びる帯状の光を放射する棒状の導光体１５とを有するものであって、光源１１からの光は、特定の光制御手段１２を介して導光体に入射される。
この例の照明装置においては、光源１１が導光体１５の両端面側にそれぞれ配置され、導光体１５および光源１１の間のそれぞれに、光制御手段１２が設けられている。

導光体１５は、導光体本体１５Ａと、当該導光体本体１５Ａに形成された、その長手方向に沿って、当該長手方向に垂直な断面における外周輪郭が円弧状の光出射面１５Ｆと、当該導光体本体１５Ａの光出射面１５Ｆに対向する周面に、光源１１からの光を光出射面１５Ｆに向かって反射する、例えば微小のプリズム群が配置されてなる光反射面１５Ｄ，１５Ｅとを有するものである。図１において、１５Ｂ，１５Ｃは、導光体１５にその長手方向に沿って形成された保持用突条部である。

導光体１５を構成する材料としては、ポリメチルメタクリレート樹脂などのアクリル系樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーなどを用いることができ、このような材料を用いることにより、射出成形法によって導光体１５を作製することができる。
導光体１５の寸法の一例を挙げると、全長が３４０ｍｍ、光出射面１５Ｆを形成する円弧の半径が２．８ｍｍ、光反射面１５Ｄ，１５Ｅの幅がそれぞれ１．０ｍｍである。

光源１１としては、例えば白色ＬＥＤ、ＲＧＢ単色ＬＥＤなどを用いることができる。

〔光制御手段〕
本発明の照明装置における光制御手段１２は、入射光を導光体１５の軸方向に係る放射方向ｑと交わる方向ｓに光を拡散するプリズム素子１２ａを有してなるものである。
ここに、導光体１５の軸方向に係る放射方向ｑとは、図４に示されるように、導光体１５の軸Ｐと交わり、かつ、当該軸Ｐから外方に向かう方向をいう。

光制御手段１２は、具体的には、これを構成するプリズム素子１２ａが、三角錐状プリズムであり、当該プリズム素子１２ａの一の稜線ｆが導光体１５の軸方向に係る放射方向ｑに伸びると共に、導光体１５の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されている。

この例の光制御手段１２においては、２０個の三角錐状プリズムよりなるプリズム素子１２ａが、各々、その一面が導光体１５の軸方向に垂直な面に一致し、隣接するプリズム素子１２ａ間が接触し、さらに、導光体１５の軸中心に対応する位置を中心として回転対称となるよう配置されている。そして、このような光制御手段１２は、プリズム素子１２ａの各々の稜線が光源１１と対向する状態に、配設されている。
この例の光制御手段１２は、光源１１と対向する表面が当該導光体１５の入射端面１５αに対して平坦な部分のない構造とされている。

プリズム素子１２ａの数は、３個以上とされることが好ましく、より好ましくは２４〜１００個である。

この例の光制御手段１２の寸法の一例を挙げると、図５に示されるように、各プリズム素子１２ａのプリズム高さｔ１（光制御手段１２の裏面から垂直方向に伸びる方向のプリズム部分の高さ）が０．１６ｍｍ、各プリズム素子１２ａのプリズム側面の傾斜角度ｔ２（光制御手段１２の裏面と、プリズム素子１２ａの軸Ｐから伸びる稜線ｆを頂点とし、該光制御手段１２の外周縁を底辺とする三角形の面との角度）が２５°、各プリズム素子１２ａのプリズム角度ｔ３（光制御手段１２の裏面とプリズム素子１２ａの軸Ｐから伸びる稜線ｆを中心とした稜線ｆを挟むプリズム面の広がり角度）が３０°、隣接するプリズム素子１２ａ間の開き角ｔ４が１５°である。

このような照明装置においては、光源１１から放射される光が、当該光制御手段１２を構成する各プリズム素子１２ａにおいて、導光体１５の軸方向に係る放射方向ｑと交わる方向ｓに光が拡散された状態において導光体１５の入射端面１５αから入射される。
そして、導光体１５の入射端面１５αから入射された光は、この導光体１５によってその周面に反射されながら当該導光体１５の長手方向に導かれると共に、光反射面１５Ｄ，１５Ｅによって反射され、この反射光が導光体１５の光出射面１５Ｆから出射され、これにより導光体１５から帯状の光が放射される。

＜実験例１＞
光源として白色ＬＥＤを用い、下記の条件により、図１に示す照明装置（Ａ）を作製した。
導光体（１５）は、材質がアクリル系樹脂で、全長が３４０ｍｍ、光出射面（１５Ｆ）を形成する円弧の半径が２．８ｍｍ、光反射面（１５Ｄ，１５Ｅ）の幅がそれぞれ１．０ｍｍである。
この照明装置（Ａ）における、導光体（１５）の入射端面からそれぞれ１５ｍｍ、２５ｍｍ、３５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍの断面の、導光体（１５）の発光強度を測定した。結果を図６に示す。
図６において、縦軸は発光強度、横軸は軸方向に直交する断面中心から外径方向に伸びる軸の測定位置であって、ａは入射端面から軸方向に１５ｍｍでの断面、ｂは入射端面から２５ｍｍでの断面、ｃは入射端面から３５ｍｍでの断面、ｄは入射端面から４５ｍｍでの断面、ｅは入射端面から５５ｍｍでの断面についての発光強度曲線である。

図６から明らかなように、照明装置（Ａ）においては、急峻な発光強度の変化が観察される部位がなく、従って、長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い帯状の光を放射することができると考えられる。

＜比較実験例１＞
光制御手段（１２）を設けなかったことの他は実験例１と同様にして、照明装置（Ｂ）を作製し、この照明装置（Ｂ）における、導光体（１５）の入射端面からそれぞれ１５ｍｍ、２５ｍｍ、３５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍの断面の、導光体（１５）の発光強度を測定した。結果を図７に示す。
図７において、縦軸は発光強度、横軸は軸方向に直交する断面中心から外径方向に伸びる軸の測定位置であって、ａは入射端面から軸方向に１５ｍｍでの断面、ｂは入射端面から２５ｍｍでの断面、ｃは入射端面から３５ｍｍでの断面、ｄは入射端面から４５ｍｍでの断面、ｅは入射端面から５５ｍｍでの断面についての発光強度曲線である。

図７から明らかなように、照明装置（Ｂ）においては、入射端面の近傍において非常に急峻な発光強度の変化が観察される部位があり、従って、照度の均一性の高い帯状の光を放射することができないと考えられる。

以上のような照明装置によれば、光源１１からの光が特定の光制御手段１２を介して導光体１５に入射されるために、導光体１５の入射端面１５αにおける光がいろいろな角度成分の光路を持った光となって、入射端面１５αの近傍における長手方向および幅方向の照度変化の急峻さが抑制されてブロードなものとなり、従って、長手方向および幅方向の全体にわたって照度の均一性の高い帯状の光を放射することができる。

以上、本発明の照明装置の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

例えば、光制御手段１２は、これを構成する複数のプリズム素子１２ａが、互いに同じ形状のものであることに限定されず、プリズム高さ、プリズム角度、プリズム側面の傾斜角度などが互いに異なるものであってもよい。

また例えば、光制御手段は、これを構成するプリズム素子１２ａが、図８に示されるように、半円錐状プリズム１２ｂであって、その稜線ｆ’が導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されたものであってもよい。
このような光制御手段が複数の半円錐状プリズム１２ｂによって構成される場合は、半円錐状プリズム１２ｂは、互いに同じ形状のものであってもよく、互いに異なった曲率半径を有するものであってもよい。

また例えば、光制御手段は、図９に示されるように、光源と対向する表面および裏面が導光体の入射端面と平行な面とされ、その軸中心近傍に入射光が屈折せずに透過する平坦面１２ｃが形成されたものであってもよい。

また例えば、本発明の照明装置は、光源１１と導光体１５の入射端面１５αとの間に離間した状態に配設されることに限定されず、図１０に示されるように、光制御手段１２が、プリズム素子１２ａの稜線が光源１１に対向した状態において、導光体１５の端面に連続した状態に形成されていてもよい。

さらに例えば、導光体１５の一端面側にのみ光源１１が配置されていればよく、照明装置としては、他端面に、光源１１からの光を拡散反射する光拡散反射板が配置された構成とすることもできる。この場合、光拡散反射板としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂中に、酸化チタン、炭酸カルシウム、ガラスビーズなどが含有されてなるものを用いることができる。

本発明の照明装置は、複写機の原稿読み取り用光源として、特に有用である。

１１ 光源
１２ 光制御手段
１２ａ プリズム素子
１２ｂ 半円錐状プリズム
１２ｃ 平坦面
１５ 導光体
１５α 入射端面
１５Ａ 導光体本体
１５Ｂ，１５Ｃ 保持用突条部
１５Ｄ，１５Ｅ 光反射面
１５Ｆ 光出射面
ｆ，ｆ’ 稜線
ｐ 軸方向
ｑ 放射方向
ｓ 放射方向と交わる方向
ｔ１ プリズム高さ
ｔ２ プリズム側面の傾斜角度
ｔ３ プリズム角度
ｔ４ プリズム素子間の開き角

Claims (4)

1. 光源と、当該光源からの光がその端面において軸方向に入射され、当該軸方向に伸びる帯状の光を放射する棒状の導光体とを有する照明装置であって、
   前記光源からの光は、光制御手段を介して導光体に入射され、
   前記光制御手段は、入射光を前記導光体の軸方向に係る放射方向と交わる方向に光を拡散するプリズム素子を有してなることを特徴とする照明装置。
2. 前記光制御手段を構成するプリズム素子が、三角錐状プリズムであり、当該プリズム素子の一の稜線が前記導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、前記導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光制御手段を構成するプリズム素子が、半円錐状プリズムであり、当該プリズム素子の稜線が前記導光体の軸方向に係る放射方向に伸びると共に、前記導光体の軸中心から離間するに従ってその幅が大きくなるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光制御手段が、プリズム素子の稜線が光源に対向した状態において、前記導光体の端面に連続した状態に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の照明装置。