JP2014007033A - 線状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、棒状の導光体と、ＬＥＤを備える光源と、光源を取り囲む反射部材で構成された線状光源装置において、導光体の端部で著しい光量低下が起こることを防止した線状光源装置を提供することを課題としている。
【解決手段】 本発明は、長手方向に沿って伸びる出射面を備えると共に、前記出射面に対向する背面に凹凸溝からなる反射溝部を備えた棒状の導光体と、前記導光体の一端面に対向配置された光源とを有し、
前記光源を取り囲んで前記導光体の一端に取り付けられ、前記導光体の長手方向に沿った断面において、前記光源から前記導光体に向かって拡径する凹部形状の反射部材を備えた線状光源装置であって、前記反射部材の内面には反射面が設けられており、前記反射部材の開口側の反射面は、その一部が拡散反射面であることを特徴としている。。
【選択図】 図１

Description

この発明は線状光源装置に関するものであり、特に、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等に使用される画像読取装置の照明用光源として利用される線状光源装置に係わるものである。

近年、パーソナルファクシミリ等の画像読取装置において、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）の出力向上と受光素子であるＣＣＤ型センサの高度化により、小型で低消費電力のＬＥＤが読み取り光源装置の光源として使用されるようになってきている。例えば、特許文献１には、透光性の樹脂からなる線状の導光体の端部にＬＥＤを配置し、ＬＥＤの発光を導光体に入射させて内部で反射させ、所望の方向から外部に出射させることで線状の光源とする画像読取用の線状光源装置が知られている。

図６は、先行文献である特許文献２に記載された線状光源装置の長手方向断面図である。線状光源装置は、棒状の導光体９２と、ＬＥＤを備えた光源９１と、光源を取り囲む反射部材９３で構成されている。導光体９２には長手方向に沿って伸びる出射面９２５を備えると共に、その出射面９２５に対向する背面に凹凸溝からなる反射溝部９２４が形成されている。
導光体９２の長手方向の端部には突出部９２１が設けられている。光源９１は導光体９２の突出部９２１の一端面である入射面９２２と対向する位置に配置されており、光源９１から放出した光は、突出部９２１の入射面９２２を介して導光体９２の内部に導光される。導光された光は導光体９２の内部で反射を繰り返しながら軸方向に進行し、その一部は反射溝部９２４に設けられた複数の凹凸溝によって反射される。反射溝部９２４からの反射光は、導光体９２の長手方向に対して垂直方向に出射し、好適に、原稿ガラス６の原稿読取面Ｘに照射される。

特許２６９３０９８号公報 特開２０１１−２１０５３０号公報

図７は、先行技術である線状光源装置の課題を示す図であり、図７（ａ）は従来の線状光源装置の導光体の端部から中央部にかけての長手方向の照度分布を示し、図７（ｂ）は光源から放出された光の導光体内部での光路、図７（ｃ）は光源から反射部材を介して反射した光の導光体内部での光路、をそれぞれ示す概念図である。
光源９１から放たれた光は、入射面９２２から端部近傍ｄを通過して導光体９２の内部へ導光されるため、本来導光体の端部は内部よりも光量が大きくなるはずである。ところが図７（a）に示すように、従来の線状光源装置は導光体の端部近傍ｄで光量の著しい低下がみられる。この原因は下記によるものと推察している。

先ず、光源９１と導光体９２の間には空隙が存在するため、光路上の媒質は一定ではなく、LED光源９１から放出した光は導光体９２の入射面９２２で屈折する。図７（b）に示すように、光路Ｌ１’に対して内部に導光された光は光路L１のように屈折するため、導光体９２の端部近傍ｄよりも導光体９２の中央側の反射溝部９２４に反射される。
次に、導光体９２の端部には突出部９２１が形成されており、入射面９２２で導光された光は突出部９２１の側面で全反射するため、導光体９２の端部近傍ｄの反射溝部９２４に向かう光路Ｌ２’は突出部９２１の側面で全反射し、光路Ｌ２をたどる。また図７（c）に示すように、LED光源９１から反射部材９３を介して導光される光も導光体９２の入射面９２２で屈折し、光路L３’ではなく光路Ｌ３をたどる。よって、導光体９２の端部近傍ｄの凹凸溝に対して光が導光されにくく、端部近傍ｄからの出射光量は低下してしまう。
そして、反射部材９３の開口近傍で反射する光路L４も、導光体９２の端部近傍ｄの反射溝部９２４に導光されがたく、端部の出射光量に寄与できない。

上記の理由により、従来の線状光源装置はその構成上、導光体の端部で光量が低下してしまう。そのため、導光体の端部近傍では必要とされる光量を確保することは困難であり、導光体の有効発光長は短くなってしまう。そこで、有効発光長を確保するためには導光体を余分に長尺に設計する必要があった。

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑みて、棒状の導光体と、ＬＥＤを備える光源と、光源を取り囲む反射部材で構成された線状光源装置において、導光体の端部で著しい光量低下が起こることを防止した線状光源装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用した。
すなわち本発明は、導光体の端部で光量が低下しないよう、反射部材の一部に拡散反射面を設けたことをその要旨とする。

本発明は、長手方向に沿って伸びる出射面を備えると共に、前記出射面に対向する背面に凹凸溝からなる反射溝部を備えた棒状の導光体と、前記導光体の一端面に対向配置された光源とを有し、前記光源を取り囲んで前記導光体の一端に取り付けられ、前記導光体の長手方向に沿った断面において、前記光源から前記導光体に向かって拡径する凹部形状の反射部材を備えた線状光源装置であって、前記反射部材の内面には反射面が設けられており、前記反射部材の開口側の反射面は、その一部が拡散反射面であることを特徴としている。
また前記反射面は、前記光源から前記導光体に向かうに従って拡径する円錐台形状の第一反射面と、その第一反射面に連続して形成された円筒形状の第二反射面とを備えており、
前記第二反射面の少なくとも一部は拡散反射面であることを特徴としている。
また前記第二反射面は拡散反射面であって、
前記第一反射面の一部は、前記第二反射面と連続して成る拡散反射面であることを特徴としている。
また前記拡散反射面は、前記光源から前記導光体に近づくにつれて徐々に表面粗さが粗く形成されていることを特徴としている。

本発明では、導光体の端部に設けられる凹部形状の反射部材がその内面に反射面を有しており、更に、反射部材の開口側の反射面の一部を拡散反射面とすることにより、光源からの光が導光されにくい導光体端部側の反射溝部に対して、拡散反射面からの反射光を好適に導光させることができ、導光体の端部の光量低下を抑止することができる。
また、拡散反射面の面積や表面粗さを適宜変更することにより、導光体の長手方向の照度をより均一に調整することができる。

本発明にかかる第一の実施形態を示す線状光源装置の要部断面図。 本発明にかかる第二の実施形態を示す線状光源装置の要部断面図。 本発明にかかる第三の実施形態を示す線状光源装置の要部断面図。 本発明にかかる実施例を説明する概要図。 本発明にかかる線状光源装置の照度分布を示すグラフ。 従来の線状光源装置を示す長手方向断面図。 従来の線状光源装置の課題を説明するための概要図。

図１は、本発明の第一の実施形態を示す線状光源装置の長手方向に切断した要部断面図である。尚、便宜のため、導光体の断面を示す斜線は記載していない。
線状光源装置は、棒状部材の導光体２と、導光体の長手方向の一端面に対向配置される光源１と、光源１を取り囲んで導光体２の一端部に取り付けられる凹部形状の反射部材３を備えている。反射部材３の内面には反射面３０が設けられており、光源１から放射される光を反射して、反射光を導光体２の内部へ導光させる働きを担っている。

前記光源１は、光を放射するLED１１と、その周囲を封止する半球状の封止体１２を備えている。封止体１２には透光性の材料が用いられており、例えばシリコーン樹脂のような透光性樹脂が用いられる。また適宜用途に応じて、封止体１２に蛍光体を塗布又は内部に添加することにより光源色を調整することが可能である。例えば、ＬＥＤ１１として青色発光ダイオードを用いた場合は、封止体１２の内部に黄色蛍光体を封入する。これにより、LED光源１からの出射光は青色発光ダイオードの青色光と黄色蛍光体が励起されて放出する黄色光とが混色され、白色光を得ることができる。またＬＥＤ１１として紫外発光ダイオードを用いた場合は、封止体１２の内部に白色蛍光体を封入することで高輝度の白色光を得ることができる。

前記導光体２は、長手方向の一端部に突出部２１が形成されている。この突出部２１の端面には光源からの光を取込む入射面２１１が設けられており、光源からの直接光が好適に取込まれるよう入射面２１１は光源１と対向配置されている。突出部２１は反射部材３の開口側から挿入され、導光体２の入射面２１１と光源１が対向配置に保持されている。突出部２１と反射部材３の間には空隙が形成されているため、入射面２１１から取込んだ光は突出部２１の側面２１２で全反射されやすい。そのため、入射面２１１から取込まれた光は、突出部２１の側面２１２で全反射しながら導光体２の内部に導光されてゆく。
突出部を除く導光体２の側面には、長手方向に沿って伸びる出射面２５を備えると共に、出射面２５と対向する面に複数の凹凸溝２３からなる反射溝部２４が形成されており、導光体２の長手方向に凹凸の溝が形成されている。凹凸溝２３は略台形の形状を有しており、入射面２１１から導光された光を好適に出射面２５側に反射させることができる。
導光体２の材料には、白色光を透過する材料が用いられる。例えば、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリカーボネート樹脂などの材料が挙げられる。

反射部材３は、有底の凹部形状を有する部材であって、内部にLED光源１を備え、導光体２の一端部に取り付けられている。反射部材３の内面には反射面３０が形成されており、光源１から放出された光を、好適に、導光体２の入射面２１１に向け反射させることができる。この反射面３０の形状は、光源１から導光体２に向かうに従って拡径されており、小径側には光源１が設けられ、大径側には導光体２の突出部２１が配置される。尚、図１に示す反射部材３の反射面３０は、一例として、前記ＬＥＤ光源１から前記導光体２に向かうに従って拡径する円錐台形状の第一反射面３１と、その第一反射面３１に連続して形成された円筒形状の第二反射面３２とを備えており、この第二反射面３２の少なくとも一部は粗面加工を施した拡散反射面５ａである。

反射面３０には、表面が鏡面加工され、第一反射面の主たる部分となる鏡面反射面と、表面を粗面加工してなる拡散反射面５ａの両方が形成されている。拡散反射面５ａは反射部材３の大径側（図１における導光体側）の反射面３０に設けられており、鏡面反射面は反射部材３の小径側（図１におけるLED光源側）の反射面３０に設けられている。上記構成に示すように、拡散反射面５ａは反射部材３の開口側に設けられており、導光体２の端部での光量を増大させることができる。また鏡面反射面は反射部材３の小径側に設けられており、LED光源１からの光を、好適に、導光体２の内部へ導光させることができる。導光体２の端部で著しい光量低下がみられる場合は、拡散反射面５ａの面積を広げることにより、より好適に、端部での光量低下を防ぐことができる。

本発明にかかる反射部材３は、反射部材３の開口側の反射面３０に拡散反射面５ａを形成している。拡散反射面５ａで反射する光は周囲に均一に散乱され、光源からの光が届きにくい導光体端部にも好適に光が導光される。そのため、導光体端部での放射光量が増大し、導光体２の端部近傍での著しい光量低下を抑えることができる。尚、拡散反射面５ａは、反射部材３の開口側近傍にのみ形成される。例えば、反射部材３の小径側（図１におけるLED光源側）の近傍にまで拡散反射面５ａを形成した場合、導光体２の内部へ好適に光を導光させることができなくなり、導光体２の中央部の光量低下を招いてしまう。また反射面３０における拡散反射面５ａの割合が大きいと、多重散乱による光量の減衰を招くことがあるため、注意する必要がある。

反射面３０に形成する拡散反射面５ａは、必ずしも同一の粗面加工を施す必要はない。例えば、拡散反射面５ａは、LED光源から導光体に向かうに従ってその表面粗さを徐々に粗く形成することが可能である。

反射部材３の材料には、例えばアルミニウムなどの金属材料や、ステンレスなどの合金材料が用いられる。これら金属材料や合金材料は、鏡面加工することで反射面を形成することができ、また粗面加工することで光を多方向に拡散反射する拡散反射面を形成することができる。拡散反射面は、少なくとも表面粗さがRa０．８以上（Ra：JIS B 0601-1994）であることが望ましい。表面粗さがＲａ０．８より低いと、拡散面としての機能が乏しくなり、本発明の効果が得られない。また反射部材３の材料として、例えば樹脂やセラミックス等の反射特性が乏しい材料を用いる場合は、反射部材３の内面に反射材を塗布または蒸着することにより、反射面を形成することができる。

図２は、本発明の第二の実施形態を示す線状光源装置の要部断面図である。尚、本発明の第二の実施形態は、基本構造は図１に示した線状光源装置とほぼ同等であり、同一部材には図１で示した符号と同じ符号を付している。
図２に示す反射部材３は、光源１から導光体２に向かうに従って拡径する円錐台形状の第一反射面３１と、その第一反射面３１に連続して形成された円筒形状の第二反射面３２とを備えており、第二反射面３２は粗面加工を施した拡散反射面５ｂであって、第一反射面３１の一部は第二反射面３２と連続して拡散反射面５ｂが形成されている。
上記構成により、第二反射面３２だけでなく第一反射面３１側の一部にも拡散反射面５ｂが形成し、導光体２の端部の光量低下を、より好適に、防止することができる。

図３は、本発明の第三の実施形態を示す線状光源装置の要部断面図である。尚、図３に示す符号は、同一部材には図１と同じ符号を付している。図３に示す反射部材３は、有底の凹部形状を有する部材であって内部にLED光源１を備えており、導光体２の一端部に取り付けられている。反射部材３の内面には反射面３０が形成されており、その形状は反射部材３の開口から徐々に縮径した凹曲面状に成形されている。上記構成により、LED光源１から放たれた光は、好適に、導光体２の入射面２１１に向け反射される。

この反射面３０の形状は、光源１から導光体２に向かうに従って拡径されており、小径側には光源１が設けられ、大径側には導光体２の突出部２１が配置される。また反射面３０には、表面を鏡面加工してなる鏡面反射面と、表面を粗面加工してなる拡散反射面５ｃの両方が形成されている。拡散反射面５ｃは反射部材の大径側（図３における導光体側）の反射面に設けられており、鏡面反射面は反射部材の小径側（図３におけるLED光源側）の反射面に設けられている。上記構成に示すように、拡散反射面５ｃは反射部材３の開口側に設けられており、導光体２の端部での光量を増大させることができる。また鏡面反射面は反射部材３の小径側に設けられており、LED光源１からの光を、好適に、導光体２の内部へ導光させることができる。導光体２の端部で著しい光量低下がみられる場合は、拡散反射面５ｃの面積を広げることにより、端部での光量低下を抑制することができる。

反射面３０に形成する拡散反射面５ｃは、必ずしも同一の粗面加工を施す必要はない。例えば、拡散反射面５ｃは、LED光源１から導光体２に向かうに従ってその表面粗さが徐々に粗く形成することが可能である。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。

〈実施例１〉
図４に示す構成に従い、下記の条件により、本発明にかかる線状光源装置を作製した。
導光体（２）：全長（Ｌ_２）３３６ｍｍ、径（Ｄ_２）φ５．６ｍｍ、
突出部（２１）：距離（Ｌ_２１）２ｍｍ、径（Ｄ_２１）φ４．８ｍｍ、
第一反射面（３１）：距離（Ｌ_３１）２．２５ｍｍ、径（Ｄ_３１）φ５．４ｍｍ〜３．５２ｍｍ、
第二反射面（３２）：距離（Ｌ_３２）２ｍｍ、径（Ｄ_３２）φ５．４ｍｍ、
粗面加工位置（５）：距離（Ｌ_５）２．５７ｍｍ
表面粗さ（５ｓ）：Ra０．８

〈従来例１〉
第一反射面および第二反射面に拡散反射面が形成されていること以外は、実施例１と同様の構成を有する線状光源装置を作製した。

図５は、上記の実施例１及び従来例１の線状光源装置についての、導光体の端部から中央部にかけての長手方向の照度分布の測定結果を示す図である。尚、図５に示す距離Ｌは、図４で示すところのＬ_２と対応し、Ｌ_２の端部から中央部にかけての距離を示している。また導光体の照度分布は、導光体の出光面から8mm離れた位置に照度計を設置し、長手方向に照度計を走査させることで測定した。照度計には、照度計T-10M（コニカミノルタ社製）を用いた。
図５に示すとおり、従来例１は、導光体の端部で照度が低くなり、導光体端部が中央部よりも低い照度を示すことが確認できた。これに対して実施例１は、導光体の端部において著しい照度の低下は観測されず、導光体の中央部よりも高い照度を維持することが確認できた。これは反射部材の開口に設けられた反射面を拡散反射面とすることにより、
導光体の端部近傍の反射溝部に、好適に、反射光が導光され、端部での出射光量が増大したためである。

本発明にかかる線状光源装置は、その反射部材の反射面に鏡面反射面だけでなく拡散反射面を一部に形成することにより、局所的な光量の落ち込みを防ぎ、より広域な有効発光長を確保することができる。

１ 光源
１１ ＬＥＤ
１２ 封止体
２ 導光体
２１ 突出部
２１１ 入射面
２１２ 側面
２３ 凹凸溝
２４ 反射溝部
２５ 出射面
３ 反射部材
３０ 反射面
３１ 第一反射面
３２ 第二反射面
５ 拡散反射面
６ 原稿ガラス
９１ 光源
９２ 導光体
９２１ 突出部
９２２ 入射面
９２４ 反射溝部
９２５ 出射面
ｄ 端部近傍
９３ 反射部材

Claims (4)

1. 長手方向に沿って伸びる出射面を備えると共に、前記出射面に対向する面に凹凸溝からなる反射溝部を備えた棒状の導光体と、前記導光体の一端面に対向配置された光源とを有し、
   前記光源を取り囲んで前記導光体の一端に取り付けられ、前記導光体の長手方向に沿った断面において、前記光源から前記導光体に向かって拡径する凹部形状の反射部材を備えた線状光源装置であって、
   前記反射部材の内面には反射面が設けられており、
   前記反射部材の開口側の反射面は、その一部が拡散反射面であることを特徴とする線状光源装置。
   
2. 前記反射面は、前記光源から前記導光体に向かうに従って拡径する円錐台形状の第一反射面と、その第一反射面に連続して形成された円筒形状の第二反射面とを備えており、
   前記第二反射面の少なくとも一部は拡散反射面であることを特徴とする請求項１に記載の線状光源装置。
   
3. 前記第二反射面は拡散反射面であって、
   前記第一反射面の一部は、前記第二反射面と連続して成る拡散反射面であることを特徴とする請求項２に記載の線状光源装置。
   
4. 前記拡散反射面は、前記光源から前記導光体に近づくにつれて徐々に表面粗さが粗く形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の線状光源装置。

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