JP3065063U - 導光棒及び該導光棒を使用した線状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光エネルギー利用率と光均一性が高い導光棒
及び該導光棒を使用した線状光源の提供。 【解決手段】 本考案の導光棒は、円柱面或いは回転正
円錐面を伝送面に採用し並びに該伝送面に二次柱面或い
は回転錐面の偏転面を連接すると共に、表面の溝と反射
層を設け且つベース面を平面或いは二次柱面とした出射
面を連接してなり、体積が小さく、光エネルギー利用率
が高く光均一性が良好であり並びに切り取って短い導光
棒とすることができ、本考案の線状光源は、該導光棒と
光源装置を組み合わせてなり、該導光棒の優れた点以外
にも必要な異なる波長の単色光を分時発生でき並びに長
い形態の線状光源となすことができまた製造コストが低
いものとされている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は一種の導光棒及び該導光棒を使用した線状光源に係り、特に、スキャ ナ、ファクシミリ、複写機等の画像読み取り装置と液晶モジュールに用いられる 、導光棒を使用した線状光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】

スキャナ、ファクシミリ、複写機等の画像読み取り装置は、線状光源装置を用 いて目標に対する照明を行うことを必要とする。液晶モジュールにあって、液晶 背景に対して照明を行うのに用いられる一つの方法は、線状光源を利用し、さら にこの線状光源を面状光源に変換する導光板に結合して、液晶板にバックライト を提供するものである。

【０００３】 画像読み取り装置と液晶モジュールに使用される線状光源に用いられている周 知の技術としては、図１に示されるように、線状光源１に冷陰極管を使用する技 術、図２に示されるように、線状光源２にＬＥＤアレイを採用する技術、図３に 示されるように線状光源３にＬＥＤアレイと柱面レンズの組み合わせを採用する 技術、図４に示されるように、線状光源４に柱面導光棒を採用する技術、図５に 示されるように、線状光源５に柱面導光棒とケースの組合せを採用する技術、図 ６、７、８、９に示されるように、線状光源６に柱面と斜面が交差するように構 成された導光棒を採用する技術がある。

【０００４】 図１に示される周知の技術において、線状光源１は冷陰極管１１と変換回路１ ２で組成されている。冷陰極管１１の発光原理と普通の蛍光管（熱陰極管）とは 基本的に同じであるが、ただし電極部分にフィラメント構造がなく、構造が簡単 で電極が小型化されており、ゆえに管径を細くするのに適合する。しかしこの技 術は変換回路１２の設置が必要であるため体積が大きくなった。また、冷陰極管 １１は円柱体が発光する形態のため、光エネルギーの利用率は低い。さらに時間 を分けて異なる波長の光を発生することができず、破砕しやすく、寿命が短かっ た。

【０００５】 図２に示される周知の技術において、基板２１上に多くの、例えば４０個のＬ ＥＤ２２が取付けられている。ＬＥＤ２２の輻射立体角は半空間まで大きくなり 得るため、光エネルギーの利用率は低い。ＬＥＤ２２の間に存在する距離と発光 強度が不一致であるために、光の均一性の点で劣っており、また多くのＬＥＤ２ ２を使用するためコストが高くついた。

【０００６】 図３に示される周知の技術において、基板２１上に多くの、例えば４０個のＬ ＥＤ２２が取付けられると共に、柱面レンズ３１が設置されている。図２の技術 と比較すると、図３の技術は光エネルギー利用率と光の均一性についていくらか 改善されているが、しかしなおその光エネルギー利用率は高くなく、光均一性も 良くなく、また、コストが高くついた。

【０００７】 図４に示される周知の技術は、アメリカ合衆国パテントＮｏ．５，４００，２ ２４である。柱面で構成された導光棒７１の断面は、円形、矩形、三角形、楕円 形或いは不規則形状とされうる。入射光４１の入射後、導光棒７１内に、入射角 が臨界角より大きい光線が、光通過量の損失なく全反射方式で伝播され、最終的 に別の端面より射出され、出射光４２を形成する。光線が表面の溝７７１に至る と、入射角が臨界角より小さい光線が表面で屈折し、射出されて、表面の溝より 屈折し射出される光線４３を形成する。また、該表面に対応する光滑な表面も入 射角が臨界角より小さい光線を屈折させ射出し、光滑表面より射出される光線４ ４を形成する。この技術によると、光線は３面より射出されゆえに光エネルギー 利用率は低い。また導光棒７１が簡単な柱面とされ、表面の溝７７１が簡単な帯 状とされているために、光の均一性が低かった。

【０００８】 図５に示される周知の技術は、特開平８−１６３３２０号である。線状光源５ は導光棒７１、光源装置７２、ケース５１で組成されている。柱面の構成する導 光棒７１の断面は、矩形の一つの角を切断してなる五角形とされるか、或いは矩 形の二つの角或いはそれ以上の角を切断してなる多角形とされる。一つの角を切 断して形成した平面は出射面７８とされる。導光棒７１において出射面７８に隣 接する二側面以外の、他の少なくとも一つの側面に反射層７７２が設けられ、出 射面７８と光源装置７２が設置された端面以外の少なくとも一つの面に、薄い空 気層を隔ててケース５１が設置される。この技術によると、ケース５１の設置が 必要で、そのために体積と製造コストが増加した。また導光棒７１の断面が矩形 より若干の角を切断して形成された多角形とされると、比較的入射角が臨界角よ り小さい光線を発生しやすく、導光棒７１の表面より射出された光線の一部のみ がケース５１内壁に反射されて新たに導光棒７１内に進入する。ゆえに光エネル ギーの利用率は高くなく、わずかに反射層７７２により出力する光通量の分布を 調節するため、光均一性は良くなかった。

【０００９】 図６及び図７に示される周知の技術は、台湾パテント公告第３２６９３１号で ある。図６に示される線状光源６は導光棒７１と光源装置７２で組成されている 。図６中、柱面と傾斜面が交差して構成した導光棒７１の柱面断面は矩形とされ 、斜面は斜平面６１とされる。斜平面６１の反対側にある面は出射面７８とされ る。斜平面６１上に、溝７７１と反射層７７２が設けられている。図７に示され る線状光源６は導光棒７１と該導光棒７１の二端に位置する光源装置７２で組成 される。図７中の、柱面と斜面が交差して構成した導光棒７１は、柱面断面が矩 形とされ、斜面が二つの傾斜方向が反対の斜平面６１で組成されている。斜平面 ６１と反対側の面が出射面７８とされている。その他の構造は図６と同じである 。この技術の導光棒７１の断面は矩形とされ、比較的容易に入射角が臨界角より 小さい光線を発生するため光通量の損失を形成しやすく、ゆえに光エネルギーの 利用率は高くなかった。また線形変化を呈する斜平面６１及び反射層７７２によ り出射する光通量分布を調節するため、光均一性が良くなかった。

【００１０】 図８に示される線状光源６は、導光棒７１とその二端に位置する光源装置７２ で組成されている。柱面と傾斜面が交差して構成した導光棒７１の柱面断面は不 規則形状とされ、斜面は導光棒７１の両側に位置し、それぞれ二つの相互に反対 方向に傾斜する平斜面６１で組成されている。出射面７８は円柱面でないの他の 柱面とされ、出射面７８と反対に位置する反射層７７２と溝７７１が設けられて いる。この技術において、導光棒７１の不規則な断面形状により比較的容易に入 射角が臨界角より小さい光線を発生するため光通量の損失を形成しやすく、ゆえ に光エネルギーの利用率は高くなかった。また反射層７７２が簡単な帯状とされ 、僅かに線形変化を呈する斜平面６１により射出光通量分布を調節するために、 光均一性が良くなかった。

【００１１】 図９に示される線状光源６は、導光棒７１、光源装置７２で組成されている。 柱面と斜面が交差して構成した導光棒７１は、その柱面断面が不規則形状とされ 、斜面が斜曲面６２とされ、出射面７８は不規則柱面とされ、出射面７８と反対 側に反射層７７２と溝７７１が設けられている。このほか、さらに二つの斜面で 構成された溝６３が設けられ、この技術は導光棒７２の不規則な断面形状により 比較的容易に入射角が臨界角より小さい光線を発生するため光通量の損失を形成 しやすく、ゆえに光エネルギーの利用率は理想的でなかった。また反射層７７２ が簡単な帯状とされ、僅かに斜曲面６２、溝６３により射出光通量分布を調節す るために、光均一性も理想的でなかった。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、体積が小さく、光エネルギー利用率が高く、光均一性が良好である 導光棒を提供することを課題としている。

【００１３】 本考案はまた、短く切断してより短い導光棒となすことができる導光棒を提供 することを課題としている。

【００１４】 本考案はさらに、本考案の導光棒を使用する線状光源を提供することを課題と しており、この線状光源は点状光源或いは変換後に得られる点状光源の発光を本 考案の導光棒に提供し、本考案の導光棒により線状出射光を発生するものとする 。

【００１５】 本考案はさらにまた、本考案の導光棒に使用する線状光源を提供することを課 題としており、この線状光源は異なる波長の単色光を発生可能で、併合して長く でき、それによりより長い線状光源となりうるものとする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

請求項１の考案は、伝送面及び該伝送面に連接する反射面と出射面とを具え、 該反射面に表面の溝と反射層があり且つベース面が平面或いは二次柱面とされ、 該出射面が二次柱面とされた導光棒において、該伝送面が円柱面或いは回転正円 錐面とされ、該導光棒がさらに偏転面を具え、該偏転面が二次柱面或いは回転錐 面とされ並びに該伝送面と連接され該偏転面に至った光線を集中して上記反射面 に反射することを特徴とする、導光棒としている。 請求項２の考案は、前記導光棒がさらに少なくとも一つの入射面、少なくとも 一つの集光面、後端面及び連接面を具え、並びに光学材料を成形してなる実心光 棒とされ、該入射面が前記伝送面の光軸に垂直な第１平面とされて外界の光源装 置の出光面と緊密に連接され、該集光面が回転曲面或いは回転錐面とされ、その 回転軸と該伝送面の光軸が同じとされ、並びに上述の入射面と上述の伝送面の間 に連接されて一定の入射角より大きい光を有効に外界の光源装置に背離する方向 に伝播し、該伝送面が光に対して無光通量損失の全反射伝送を進行し、該偏転面 が、母線が該伝送面の光軸と平行な二次柱面或いは回転軸が該伝送面の光軸に平 行な回転錐面とされて有効に光線を偏転させて反射面に至らせ、該第１平面に垂 直で並びに前記伝送面の光軸を包括する平面が第２平面とされ、前記反射面のベ ース面が、法線が該第２平面に平行であるか或いは母線が該第２平面に平行とさ れて有効に光線を集めて射出し、上述の後端面に反射層が塗布され且つ該後端面 が該伝送面の光軸に垂直な平面とされて該後端面に至った光線を導光棒中に反射 し、該連接面が平面或いは曲面とされ、該偏転面と該反射面と該出射面が該伝送 面の上で連接され、並びにその全反射能力により光通量の損失を減少することを 特徴とする、請求項１に記載の導光棒としている。 請求項３の考案は、前記導光棒に二つの前記入射面と二つの前記集光面が設け られ、それぞれ導光棒の二端に位置し、該後端面が取り消されたことを特徴とす る、請求項２に記載の導光棒としている。 請求項４の考案は、前記導光棒の前記伝送面の光軸に垂直な各断面中、前記偏 転面の円弧線の上下端より前述の伝送面の光軸に向けて延ばした線に挟まれた角 の角度が伝送面の光軸に沿って変化し、前記反射面が比較的多くの光線を偏転さ せて比較的少ない光線を該伝送面に向けて伝播する所ではこの角度が比較的大き く設けられ、前記反射面が比較的少ない光線を偏転させて比較的多くの光線を該 伝送面に向けて伝播する所ではこの角度が比較的小さく設けられ、伝送面の光軸 の位置によりこの角度を改変することで有効に各部分の出力光通量を調節可能で あることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光棒として いる。 請求項５の考案は、前記反射面の前記表面の溝が前述の伝送面の光軸に垂直で 、不等距離且つ斜歯形とされ、該反射面が不規則形状を呈して該斜歯形が外界の 光源装置に背離する方向に傾斜し、反射光を光源装置に背離する方向に反射する のに有利であり、反射面の拡散性能不要の部分に比較的小さい密度の表面の溝と 比較的小さい面積の反射層が設けられ、反射面の拡散性能を必要とする部分に比 較的大きい密度の表面の溝と比較的大きい面積の反射層が設けられ、伝送面の光 軸の位置により表面の溝の密度と反射層面積を改変することで有効に各部分の出 力光通量を調節可能であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか に記載の導光棒としている。 請求項６の考案は、前記導光棒の一部分を切り取り、改めて切り取った導光棒 の反射面と反射層の面積を確定することにより短い形態の導光棒となしうること を特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光棒としている。 請求項７の考案は、導光棒と少なくとも該導光棒の一端に位置する光源装置で 組成された線状光源において、該導光棒が、伝送面及び該伝送面に連接する反射 面と出射面とを具え、該反射面に表面の溝と反射層があり且つベース面が平面或 いは二次柱面とされ、該出射面が二次柱面とされた導光棒において、該伝送面が 円柱面或いは回転正円錐面とされ、該導光棒がさらに偏転面を具え、該偏転面が 二次柱面或いは回転錐面とされ並びに該伝送面と連接され該偏転面に至った光線 を集中して上記反射面に反射することを特徴とし、並びに該光源装置の出光面が 形成する発光強度がその法線の点状光源に集中し、該出光面と該導光棒の入射面 が空気或いは透明樹脂を介して対向するよう緊密に連接されたことを特徴とする 、線状光源としている。 請求項８の考案は、前記光源装置に一つ或いは複数の半導体発光手段が必要な 波長の単色光を発生するための光源として利用されることを特徴とする、請求項 ７に記載の線状光源としている。 請求項９の考案は、前記光源装置に光源として白光光源が使用され並びに該光 源装置がさらに白光より単色光を発生する分光装置と、該単色光を前記導光棒の 前記入射面に伝導する光ファイバを具備することを特徴とする、請求項７に記載 の線状光源としている。 請求項１０の考案は、前記光源装置が光源として非点状光源を使用し並びに該 光源装置がさらに該非点状光源を点状光源に変換する集光装置と、該点状光源の 光を前記導光棒の入射面に伝導する光ファイバを具備することを特徴とする、請 求項７に記載の線状光源としている。

【００１７】

【考案の実施の形態】

本考案の導光棒に使用される線状光源は、特にスキャナ、ファクシミリ、複写 機等の画像読み取り装置における目標物に対する照明と液晶モジュールの必要と するバックライトに適用される。

【００１８】 本考案は一種の導光棒を提供し、それは伝送面と該伝送面に連接する反射面と 出射面を具え、反射面に表面の溝と反射層が設けられ、底面が平面或いは二次柱 面とされ、出射面が二次柱面とされ、該伝送面が円柱面或いは回転正円錐面とさ れ、導光棒がさらに偏転面を具え、該偏転面が二次柱面或いは回転円錐面とされ て伝送面と連接し、偏転面上に落ちた光線を反射面に向けて集中的に反射するこ とを特徴とする。

【００１９】 上述の本考案の導光棒はさらに少なくとも一つの入射面、少なくとも一つの集 光面、後端面及び連接面を具え、光学材料を成形してなる実心光棒とされ、その うち該入射面は伝送面の光軸に垂直な第１平面とされ、外界の光源装置の出光面 と緊密に連接され、集光面は回転曲面或いは回転円錐面とされ、その回転軸と伝 送面の光軸は同じとされ、並びに入射面と伝送面の間に連接されて一定の入射角 よりも大きい光を有効に外界光源装置より離れた方向に伝播する。伝送面は光の 進行に対して光通量の損失を発生しない全反射伝送を行う。偏転面は伝送面の光 軸に平行な母線の二次柱面とされるか或いは回転軸が伝送面の光軸に平行な回転 円錐面とされ、光を有効に偏転させて反射面に送る。第１平面に垂直で並びに伝 送面の光軸を含む平面は第２平面と称し、反射面のベース面は法線が第２平面に 平行な平面とされるか或いは母線が第２平面に平行な二次柱面とされて光を反射 して有効に出射面に至らせる。出射面の母線は第２平面に平行で、光を有効に集 めて射出する。後端面には反射層があり且つ伝送面の光軸に垂直な平面とされて この面に到達した光線はさらに導光棒中に反射される。連接面は平面或いは曲面 とされ、偏転面、反射面及び出射面を伝送面の上にて連接させ並びにその全反射 能力により光通量の損失を減少する。

【００２０】 上述の本考案の導光棒は二つの入射面及び二つの集光面がそれぞれ導光棒の二 端に位置し、後端面が取り消された形態も可能である。

【００２１】 上述の本考案の導光棒の伝送面の光軸に垂直な各断面中、該断面の座標原点と 偏転面の円弧線の上辺とを結ぶ線と該円弧線と該伝送面の光軸を含む水平面との 間に形成される夾角の角度は伝送面の光軸に沿って変化し、反射面方向に比較的 多くの光線を偏転させて伝送面に向けて比較的少ない光線を伝播する必要がある 部分には比較的大きな夾角が設けられ、反射面方向に比較的少ない光線を偏転さ せて伝送面に向けて比較的多くの光線を伝播する必要がある部分には比較的小さ な夾角が設けられ、伝送面の光軸の位置により夾角を改変することにより有効に 各部分の出力光通量を調整する。

【００２２】 本考案の導光棒において、反射面の表面の溝は伝送面光軸に垂直、不等距離且 つ斜歯形とされ、その反射層は不規則形状を呈し、斜歯形は外界光源装置の方向 に向けて傾斜し、こうして反射光を光源装置の背離方向へと伝播し、反射面の良 好な拡散性能が不要である部分に、比較的小さい密度の表面の溝と小面積反射層 を設け、反射面の良好な拡散性能が必要である部分に、比較的大きい密度の表面 の溝と大きい面積の反射層を設け、このように伝送面光軸の位置により表面の溝 の密度と反射層面積を改変することで、有効に各部分の出力光通量を調節できる 。

【００２３】 本考案の導光棒中、導光棒の一部分を切り取り、改めて切り取った導光棒中の 反射面の反射層の面積を確定することで、より短い導光棒を獲得できる。

【００２４】 本考案はまた一種の線状光源を提供し、それは上述の本考案の導光棒と少なく とも該導光棒の一端に設けられた光源装置を具え、該光源装置の出光面が形成す る発光強度がその法線の点状光源に集中し、出光面と導光棒の入射面が空気或い は透明樹脂で隔てられた状態で緊密に連接されている。

【００２５】 上述の本考案の線状光源中、光源装置は一つ或いは複数の半導体発光手段を必 要な波長の単色光を発生する光源として使用している。

【００２６】 上述の本考案の線状光源中、光源装置は白色光源をその光源として使用可能で 並びに光源装置はさらに白色光を発生する単色光分光装置と、単色光を導光棒に 伝播する入射面の光ファイバを包括しうる。

【００２７】 上述の本考案の線状光源中、光源装置は非点状光源をその光源として使用可能 で、並びに光源装置はさらに非点状光源を変換して点状光源となす集光装置、及 び点状光源の導光棒に伝播する入射面の光ファイバを包括しうる。

【００２８】

【実施例】 本考案の線状光源７は、本考案の導光棒７１と光源装置７２で組成される。

【００２９】 導光棒７１は実心光棒であり、それを成形するのに用いられる光学材料は、光 源装置７２の発射する光の波長に対し、透明率が高いほどよく、霧度が小さいほ どよく、屈折率が大きいほどよく、且つ該光棒の表面の粗さが少ないほどよい。

【００３０】 図１０に示される導光棒７１のｚ＝０〜ｚ₁ 部分は入射面７３と集光面７４で 構成されている。ｚ＝ｚ₁ 〜ｚ₄ 部分は、伝送面７５、偏転面７６、反射面７７ 、出射面７８、後端面７９及び連接面７１０で構成されている。ｚ＝０部分は入 射面７３、ｚ＝ｚ₂ 〜ｚ₃ 部分は出射面７８の均一な出光区域とされ、ｚ＝ｚ₄ 部分は後端面７９とされる。

【００３１】 図１０に示される入射面７３はｚ軸に垂直な平面で構成されている。入射面７ ３を平面に設置した目的は、光源装置７２の出光面と導光棒７１の入射面７３を 緊密に連接させることにある。

【００３２】 図１０に示される集光面７４は、ｚ軸を回転軸とする回転曲面（回転球面、回 転楕球面、回転双曲面、回転放物面）或いは回転錐面（回転正円錐面、回転楕円 錐面）で構成されている。光源装置７２の発光強度分布に基づき、異なる回転曲 面或いは回転錐面が選択される。設計と加工に便利であるように、一般には簡単 な回転正円錐面が選択される。集光面７４を回転曲面或いは回転錐面となす目的 は、光源装置７２の発生する一定の入射角より大きい光を有効に後端面７９方向 に集めて光エネルギー利用率と光均一性を向上することにある。図１１では集光 面７４は回転正円錐面とされ、一定の入射角の入射光に対して、集光面７４は光 通量の損失なく全反射を行ってｚ軸に平行な光となして後端面７９方向に伝播す る。図１０に示される伝送面７５は、ｚ軸を中心線とする円柱面或いはｚ軸を回 転軸とする回転正円錐面で構成され、この円柱面の中心線と回転正円錐面の回転 軸は伝送面の光軸と称する。ｚ₄ が比較的小さい時には設計と加工に便利である ように、一般に簡単な円柱面を採用する。ｚ₄ が比較的大きい時は、後端面７９ 方向の光通量収集に有利であるように、一般に回転正円錐面を採用する。伝送面 ７５に円柱面或いは回転錐面を採用する目的は、光源装置７２の発射する光を有 効に、光通量損失なく全反射し伝送し、それにより光エネルギー利用率と光均一 性を向上することにある。図１２では伝送面７５は円柱面とされ、導光棒７１に 用いる光学材料の屈折率が一定値より大きい時、入射角は０〜９０°である全て の入射光がいずれも光通量損失なく全反射方式で伝送される。

【００３３】 図１０に示される偏転面７６は、母線がｚ軸に平行な二次柱面（円柱面、楕円 柱面、双曲柱面、放物柱面）或いは回転軸がｚ軸に平行な回転錐面（回転正円錐 面、回転楕円錐面）で構成され、それは連接面７１０を通過して伝送面７５に連 接する。ｚ₄ が比較的小さい時、設計と加工に便利であるように、一般には簡単 な円柱面が採用される。ｚ₄ が比較的大きい時には、設計と加工に便利であるよ うに、並びに後端面７９方向の光通量収集のために、一般に回転正円錐面を採用 する。偏転面７６に二次柱面或いは回転錐面を採用する目的は、光源装置７２の 発射する光を有効に、偏転させ反射面７７に至らしめ、それにより光エネルギー 利用率と光均一性を向上することにある。図１３に示されるように、偏転面７６ はｙ≧０区間に設置される。導光棒７１のｚ軸に垂直な各断面内にあって、偏転 面７６の下辺はｙ＝０に沿ってあり、上辺はそれと各断面の座標原点との連線と ｘ軸間に形成される鋭角αが座標ｚに従い非線形変化を呈するように設けられ、 αが大きい時、この部分の光線偏転能力は大きく、光線伝送能力は小さく、αが 小さい時、この部分の光線偏転能力は小さく、光線伝送能力は大きく、ゆえに異 なる座標ｚ位置のαを改変することで、有効に出力光通量の分布を調整でき、こ れにより最良の光エネルギー利用率と光均一性を獲得できる。ｘ＞０区間とｘ＜ ０区間の二つに分立する偏転面７６は、ｙ軸に対応して対称形式とされ得るほか 、非対称形式とされうる。ただし、設計と加工に便利であるよう、一般には簡単 な対称形式が採用される。図１４には回転正円錐面の偏転面７６の例が示され、 偏転面７６の一種の簡素化された設計方法が示されている。図１４中、ｘ＞０区 間とｘ＜０区間内の二つの偏転面７６は対称形式とされ、ゆえに偏転面７６の回 転正円錐面のｚ軸に平行な回転軸とｙ軸は点Ｉで交差する。まず、図１４に示さ れる導光棒７１は、ｚ軸に垂直で且つ各αが最大である断面から設計開始される 。ここで要求されるのは、この断面の座標原点Ａが発生する光線、例えば光線Ａ Ｂ、光線ＡＣ、光線ＡＤがいずれも円弧ＢＤで全反射されて円弧ＥＧに至るか、 或いはまず斜線ＧＨ上に至り、さらに斜線ＧＨで全反射されて円弧ＥＧに至るよ うにすることである。最良の設計は、直接円弧ＥＧに至るようにし、並びに点Ｆ 付近に集中させる設計である。この設計開始のステップの目的は、円弧ＢＤの半 径及びその円の中心Ｉの座標を求めることにある。点Ｃは円弧ＢＤの中心点とさ れ、斜線ＧＨの設計は円弧ＢＤの設計と合わせて進行される必要があり、それに より有効な偏転効果を獲得できる。一旦、αが最大の時の円弧ＢＤの初期設計変 数を決定したら、伝送面７５に必要な回転正円錐面と同じ円錐度を用いて偏転面 ７６の回転正円錐面の最終設計変数を定める。最後に、光源装置７２の発光強度 分布に基づき、導光棒７１に使用される光学材料の透明率、霧度、屈折率、導光 棒７１の寸法と構造に基づき、光線追跡計算機ソフトにより異なる座標ｚの角α を確定し、もし偏転面７６に非対称形式或いはその他の二次柱面と回転錐面を採 用するなら、その設計方法は前述したことを参照しうる。

【００３４】 図１０に示される反射面７７は、法線がｙｏｚ平面に平行である平面或いは母 線がｙｏｚ平面に平行である二次柱面（円柱面、楕円柱面、双曲柱面、放物柱面 ）で構成され、並びにこの平面或いは二次柱面はベース面とされ、ｘ軸に平行で 、不等距離且つ斜歯形の表面の溝７７１と不規則形状を呈する反射層７７２を具 え、該平面あるいは二次柱面は連接面７１０を通過して伝送面７５に連接されて いる。設計と加工に便利であるように、並びに出射面７８に光線を収集するのに 有利であるように、一般には反射面７７に母線がｚ軸に平行な円柱面が採用され る。反射面７７に表面の溝７７１と反射層７７２を設け並びにそのベース面を平 面或いは二次柱面となす目的は、光源装置７２の発射する光を有効に反射して出 射面７８に至らしめて光エネルギー利用率と光均一性を向上することにある。図 １５中、Ａにおいて、ｚ＝ｚ₁ 端の表面の溝の密度と反射層の面積は最小であり 、並びにｚ＝ｚ₄ の方向へと徐々に増大される。表面の溝の密度と反射層面積が 小さい時、その部分の光線反射能力は小さく、反対であれば大きく、ゆえに異な る座標ｚの表面の溝の密度と反射層面積を改変することで、有効に出力光通量分 布を調節でき、それにより最良の光エネルギー利用率と光均一性を獲得できる。 異なる座標ｚの表面の溝と反射層の面積の確定には、前述の異なる座標ｚ部分の 角αを確定する方法を参照して進行する。図１５のＢに示される表面の溝７７１ の斜歯形は、反射光を後端面７９の方向に伝播するのに有利である。導光棒７１ の一部分を切取り、改めて切り取った導光棒７１の反射層７７２の面積を確定す れば、より短い導光棒を獲得できる。

【００３５】 図１０に示される出射面７８は、母線がｙｏｚ平面に平行である二次柱面（円 柱面、楕円柱面、双曲柱面、放物柱面）で構成され、それは連接面７１０を通過 して伝送面７５に連接されている。設計と加工に便利であるように、一般には簡 単な円柱面が採用される。出射面７８を二次柱面となす目的は、光源装置７２が 発生した光を有効に収集して射出し、光エネルギー利用率と光均一性を向上する ことにある。図１６中、出射面７８は円柱面とされ、その中心線はｚ軸に平行で 点Ｌでｙ軸と交差している。円弧ＮＰを設計する時、物点を点Ｋとし、像点Ｒを 照明区域の点Ｑにあるようにし、光均一性を保証する。斜線ＭＮの設計は円弧Ｎ Ｐの設計と合わせて進行する必要があり、それにより斜線ＭＮの全反射を十分に 利用し、より多く出射光を収集することができる。

【００３６】 図１０の後端面７９は、反射層を有し並びにｚ軸に垂直な平面で構成されてい る。後端面７９の設計を反射層を有し並びにｚ軸に垂直な平面とする目的は、後 端面７９に到達した光線を導光棒７１中に反射して光エネルギー利用率と光均一 性を向上することにある。また二本の分立する線状光源７が後端面７９部分を連 接可能で、それにより、より長い線状光源を獲得できる。

【００３７】 図１０に示される光源装置７２には発光波長と発光強度が応用の要求を満足さ せられる任意の点状光源を使用可能である。ｘｏｙ平面に平行な出光面の中心が 座標原点ｏに近いほどよく、出光面の最大寸法が導光棒７１のｚ＝ｚ₁ 部分のｚ 軸に垂直な断面部分の最大寸法に比べて小さいほどよい。発光強度分布はｚ軸に 集中するほどよい。光源装置７２の出光面と導光棒７１の入射面７３の連接方式 は以下のようである。空気で両者を非常に接近した状態で隔て、透明樹脂で両者 を非常に接近した状態で隔て、該透明樹脂は光源装置７２の発射する光の波長に 対して、透明率が高いほどよく、霧度が小さいほどよく、屈折率が導光棒７１に 用いられる光学材料の屈折率に近いほどよく、それにより界面の反射光通量の損 失を減少する。発光波長の異なる半導体発光手段（例えばＬＥＤ、ＬＤ）を組み 合わせて１本の点状光源となす時、半導体発光手段のオンオフを電気制御するこ とで、時間ごとに異なる波長の単色光を発生させる。白色光源を採用する時、白 色光源出光部分に分光装置を設け、この分光装置の出光部分に光ファイバを連接 して光を入射面７３へと伝導し、分光装置を制御することで時間ごとに異なる波 長の単色光を発生させる。このとき、白色光源、分光装置、光ファイバが共同で 光源装置７２を組成する。各種の集光装置を光源の発射した光に対する集光を行 うために採用し、並びに光ファイバを用いて光を入射面７３に伝導する時、用い る光源、集光装置と光ファイバが共同で光源装置７２を組成する。

【００３８】 以下に、本考案の上述の第１実施例についてより詳しく説明する。

【００３９】 導光棒７１に用いる光学材料は、光源装置７２の発射する光の波長に対して、 厚さが１０ｍｍの時の透明率が８５％より大きく、厚さが１０ｍｍ、偏角が２． ５°より大きい時の霧度が３％じょり小さく、屈折率が１．４１４より大きいも のとする。それは光学ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＣＲ−３ ９樹脂、ポリメチルアクリル酸メチル、ポリスチレン等の光学材料とする。導光 棒７１の表面の粗さＲａは０．０１２ミクロンより小さい。

【００４０】 Ａ４規格の画像読み取り装置に使用する時、導光棒７１の総長ｚ₄ は２２４ｍ ｍ、ｚ₂ は４ｍｍ、ｚ₄ −ｚ₃ は４ｍｍ、出射面７８の均一な出光長度ｚ₃ −ｚ ₂ は２１６ｍｍとされる。

【００４１】 設計と加工に都合がよいように、集光面７４には、簡単な、ｚ軸を回転軸とし た回転正円錐面を採用するｚ＝０部分のｚ軸に垂直な断面直径は２．５ｍｍ、ｚ ＝ｚ₁ 部分のｚ軸に垂直な断面直径は５ｍｍとされる。

【００４２】 後端面７９方向の光通量収集に都合がよいように、伝送面７５にｚ軸を回転軸 とした回転正円錐面を採用し、ｚ＝ｚ₁ 部分のｚ軸に垂直な断面直径は５ｍｍ、 ｚ＝ｚ₄ 部分のｚ軸に垂直な断面直径は３ｍｍとされる。

【００４３】 設計と加工に都合がよく、並びに後端面７９方向の光通量収集に有利であるよ うに、偏転面７６には回転軸がｚ軸と平行な回転正円錐面を採用し、且つ対称形 式とする。ｚ＝ｚ₁ 端で角αは最小で、並びにｚ＝ｚ₄ の方向に向けて徐々に増 大し、角αは座標ｚに従い非線形変化を呈し、以下の式により説明される。α＝ ａｂ^z −ｃ、そのうち、αの単位は°、ｚの単位はｍｍ、ｚの取る値の範囲はｚ ₁ 〜ｚ₄ 、ａ、ｂ、ｃは０より大きい係数とする。

【００４４】 設計と加工に都合がよいように、並びに出射面７８に光線を収集するのに有利 であるように、反射面７７には母線がｚ軸に平行な円柱面を採用し、並びにこの 円柱面をベース面とし、ｘ軸に平行で、不等距離且つ斜歯形の表面の溝７７１と 不規則形状の反射層７７２を設置する。図１５のＡ、Ｂに示されるように、ｚ＝ ｚ₁ 端にあって、表面の溝７７１の斜歯のピッチｄは最大であり、並びにｚ＝ｚ ₄ の方向に向けて徐々に減少し、斜歯のピッチｄは座標ｚに従い非線形変化を行 い、以下の式により記載される。即ち、ｄ＝−ｅｎ＋ｆ、そのうちｄの単位はｍ ｍ、ｎは１，２，３，・・・、ｚ＝ｚ₁ 端のｎは１、ｚ＝ｚ₄ 端のｎは最大、ｅ ，ｆは０より大きい係数とされる。表面の溝７７１は導光棒７１成形時に形成さ れる。ｚ＝ｚ₁ 端にあって反射層７７２の面積は最小で、並びにｚ＝ｚ₄ の方向 に徐々に増大し、その形状は間隙の大きい細く短い線で示される部分から間隙が 小さい太く長い線で示される部分へと変わり、さらに幅がますます広い１本の実 線で示される部分に変わる。反射層７７２はスクリーン印刷方法により塗料を表 面の溝７７１に塗装して形成され、この塗料は光源装置７２の発生する光の波長 に対して高い反射率と良好な拡散性能を有し、例えばアクリル系樹脂に二酸化チ タン或いは粉状硫酸バリウム、或いは白色紫外インクを加えたものとされる。

【００４５】 設計と加工に便利であるように、出射面７８には中心線がｚ軸に平行な簡単な 円柱面が採用される。

【００４６】 後端面７９はｚ軸に垂直な平面とされ、その表面に、光源装置７２の発生する 光の波長に対して高い反射率と良好な拡散性能を有する塗料が塗装されている。

【００４７】 波長が４７０ｎｍ、５２５ｎｍ、６４０ｎｍの三つのＬＥＤ管芯を文形に応じ て直径が２．５ｍｍより小さい光源装置７２の円形出光面内に配列させ、該出光 面と入射面７３は透明樹脂で相互に接近するように連接され、両者の間隙は０． ２ｍｍとされる。この出光面の中心点法線とｚ軸は重合し、それとｚ軸に挟まれ る平面孔径角が４５°の立体角範囲内で発生する光通量は、２π立体角半球空間 内で発生するすべての光通量の５０％以上を占める。

【００４８】 図１７は本考案の第２実施例の導光棒と該導光棒を使用した線状光源の斜視図 である。

【００４９】 Ａ８規格の画像読み取り装置に使用する時、導光棒７１の総長ｚ₄ は６５ｍｍ 、ｚ₂ は４ｍｍ、ｚ₄ −ｚ₃ は５ｍｍ、出射面７８の均一な出光長度ｚ₃ −ｚ₂ は５６ｍｍとされる。

【００５０】 集光面７４はｚ＝０部分にあって、ｚ軸に垂直な断面の直径が２ｍｍ、ｚ＝ｚ ₁ 部分のｚ軸に垂直な断面の直径が３ｍｍとされる。

【００５１】 設計と加工に都合がよいように、伝送面７５には、簡単な、ｚ軸を中心線とす る円柱面が採用され、ｚ＝ｚ₁ 、ｚ₄ 部分のｚ軸に垂直な断面の直径はいずれも ３ｍｍとされる。

【００５２】 設計と加工に都合がよいように、偏転面７６には母線がｚ軸に平行な簡単な円 柱面が採用される。

【００５３】 主波長が５２５ｎｍの一つのＬＥＤ管芯を採用し、それを直径２ｍｍの光源装 置７２の円形出光面内に置き入れ、該出光面と入射面７３は空気を隔てて接近し た状態で連接され両者の間隙は０．１ｍｍとされる。

【００５４】 図１８は本考案の第３実施例の導光棒と該導光棒を使用した線状光源の構造表 示図である。図１０に示される第１実施例及び図１７に示される第２実施例とこ の実施例の異なる所について以下に説明する。

【００５５】 非半導体発光手段である電光源７２１、例えば輝度が高く、寿命が長い金属ハ ロゲン化合物ランプを利用し、球面或いは非球面（回転楕球面、回転双曲面、回 転放物面、フレネルレンズ）の集光鏡７７２を利用し、回転曲面（回転球面、回 転楕球面、回転双曲面、回転放物面）を呈する反光鏡７２３で集光を進行し、光 エネルギー利用率を高め、さらに光ファイバ７２４を用いて光線を入射面７３に 伝導し、光ファイバ７２４の出光面と入射面７３を透明樹脂７２５で隔ててて非 常に接近した状態で連接し、両者の間隙を０．２ｍｍとする。このとき、電光源 ７２１、集光鏡７２２、反光鏡７２３、光ファイバ７２４、透明樹脂７２５が共 同で光源装置７２を組成する。

【００５６】 図１９は本考案の第４実施例の導光棒と該導光棒を使用した線状光源の構造表 示図である。図１０に示される第１実施例及び図１７に示される第２実施例とこ の実施例の異なる所について以下に説明する。この実施例において、線状光源７ は導光棒７１の二端それぞれに一つずつ設置され、それは、２本の、図１０、図 １７及び図１８に示される線状光源或いはその組合せをｚ軸に沿って、反射層を 塗布していない後端面を対向させるよう連接してなる。

【００５７】 以上の本考案の実施例は、説明のために提示したものであり、本発明の属する 技術の分野における通常の知識を有する者が本考案の範囲を離脱せずになす各種 の修飾或いは改変は、いずれも本考案の請求項に記載の本考案の請求範囲に属す るものとする。

【００５８】

【考案の効果】

本考案の導光棒は、伝送面が円柱面或いは回転正円錐面とされ、偏転面、反射 面及び出射面が連接面を通過して伝送面に連接し、ゆえに体積が小さく、ゆえに 該導光棒を使用する画像読み取り装置と液晶モジュールを小型化するために使用 されうる。回転曲面或いは回転錐面を集光面に採用し、円柱面或いは回転正円錐 面を伝送面に採用し、二次柱面或いは回転錐面を偏転面に採用し、表面の溝と反 射層を有する平面或いは二次柱面を反射面に採用し、二次柱面を出射面に採用し 、反射層を塗装してある平面を後端面に採用したことにより、本考案の導光棒は 光エネルギー利用率と光均一性が良好な特性を有し、消耗電力、熱消耗及びコス トを下げることができ、画像読み取り装置と液晶モジュールに採用されて画像読 み取り品質と液晶資格品質を高め、反射面の反射層の面積を改めて確定すること ができ、ゆえに短い導光棒を獲得できる特性を有し、応用性が高く、導光棒を新 しく製造するための金型製作費用を不要とする。

【００５９】 本考案の線状光源は、本考案の導光棒に採用され、ゆえに発光波長と発光強度 が応用要求を満足させられる任意の点状光源或いは変換後に得られる点状光源を 光源として使用可能である。並びに、本考案の線状光源は必要な異なる波長の単 色光を分時発生可能で、画像読み取り装置及び液晶モジュールに使用される時に 、画像目標読み取りにおいて、異なる波長の特性と液晶の目視効果変換に関して 有利であり、後端面が反射層を有する平面とされ、ゆえに２本の個別の線状光源 を後端面部分で連接することでより長い線状光源を獲得でき、これにより応用範 囲を広げ、新たに導光棒を製作するための金型費用を不要とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】周知の冷陰極管を使用した線状光源正面図であ
る。

【図２】周知のＬＥＤアレイを使用した線状光源正面図
である。

【図３】周知のＬＥＤアレイと柱面レンズの組合せを利
用した線状光源断面である。

【図４】周知の柱面導光棒を使用した線状光源の斜視図
である。

【図５】周知の柱面導光棒にケースを組み合わせた線状
光源の斜視図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。

【図６】周知の柱面と斜面が交差して構成された導光棒
の線状光源の斜視図である。

【図７】周知の柱面と斜面が交差して構成された導光棒
の線状光源の正面図である。

【図８】周知の柱面と斜面が交差して構成された導光棒
の線状光源の正面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。

【図９】周知の柱面と斜面が交差して構成された導光棒
のもう一種の線状光源の正面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）
である。

【図１０】本考案の第１実施例の導光棒及び該導光棒を
使用した線状光源の斜視図である。

【図１１】本考案の線状光源中の集光面に回転正円錐面
を採用した場合の光線伝播表示図である。

【図１２】本考案の線状光源中の伝送面に円柱面を採用
した場合の光線伝播表示図である。

【図１３】本考案の線状光源中の偏転面に回転正円錐面
を採用した場合の断面図である。

【図１４】図１３に示される偏転面の設計表示図であ
る。

【図１５】本考案の線状光源中の反射面に円柱面を採用
した平面図（Ａ）及び該反射面の光線伝播表示図（Ｂ）
である。

【図１６】本考案の線状光源中、出射面に円柱面を採用
した設計表示図である。

【図１７】本考案の第２実施例の導光棒及び該導光棒を
使用した線状光源の斜視図である。

【図１８】本考案の第３実施例の導光棒及び該導光棒を
使用した線状光源の斜視図である。

【図１９】本考案の第４実施例の導光棒及び該導光棒を
使用した線状光源の斜視図である。

【符号の説明】

７ 線状光源 ７１ 導光棒 ７２ 光源装置 ７３ 入射面 ７４ 集光面 ７５ 伝送面 ７６ 偏転面 ７７ 反射面 ７８ 出射面 ７９ 後端面 ７１０ 連接面 ７７１ 表面の溝 ７７２ 反射層 ７２１ 電光源 ７７２ 集光鏡 ７７３ 反光鏡 ７２４ 光ファイバ ７２５ 透明樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 曾 信夫 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94024 ロスアルトス ユアルサアベニュ ー 1178 (72)考案者 呉 榮曜 台湾台北縣新店市民權路42巷59弄３號５樓

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送面及び該伝送面に連接する反射面と
   出射面とを具え、該反射面に表面の溝と反射層があり且
   つベース面が平面或いは二次柱面とされ、該出射面が二
   次柱面とされた導光棒において、該伝送面が円柱面或い
   は回転正円錐面とされ、該導光棒がさらに偏転面を具
   え、該偏転面が二次柱面或いは回転錐面とされ並びに該
   伝送面と連接され該偏転面に至った光線を集中して上記
   反射面に反射することを特徴とする、導光棒。
2. 【請求項２】 前記導光棒がさらに少なくとも一つの入
   射面、少なくとも一つの集光面、後端面及び連接面を具
   え、並びに光学材料を成形してなる実心光棒とされ、該
   入射面は前記伝送面の光軸に垂直な第１平面とされて外
   界の光源装置の出光面と緊密に連接され、該集光面は回
   転曲面或いは回転錐面とされ、その回転軸と該伝送面の
   光軸が同じとされ、並びに上述の入射面と上述の伝送面
   の間に連接されて一定の入射角より大きい光を有効に外
   界の光源装置に背離する方向に伝播し、該伝送面は光に
   対して無光通量損失の全反射伝送を進行し、該偏転面
   は、母線が該伝送面の光軸と平行な二次柱面或いは回転
   軸が該伝送面の光軸に平行な回転錐面とされて有効に光
   線を偏転させて反射面に至らせ、該第１平面に垂直で並
   びに前記伝送面の光軸を包括する平面が第２平面とさ
   れ、前記反射面のベース面が、法線が該第２平面に平行
   であるか或いは母線が該第２平面に平行とされて有効に
   光線を集めて射出し、上述の後端面に反射層が塗布され
   且つ該後端面が該伝送面の光軸に垂直な平面とされて該
   後端面に至った光線を導光棒中に反射し、該連接面が平
   面或いは曲面とされ、該偏転面と該反射面と該出射面が
   該伝送面の上で連接され、並びにその全反射能力により
   光通量の損失を減少することを特徴とする、請求項１に
   記載の導光棒。
3. 【請求項３】 前記導光棒に二つの前記入射面と二つの
   前記集光面が設けられ、それぞれ導光棒の二端に位置
   し、該後端面が取り消されたことを特徴とする、請求項
   ２に記載の導光棒。
4. 【請求項４】 前記導光棒の前記伝送面の光軸に垂直な
   各断面中、前記偏転面の円弧線の上下端より前述の伝送
   面の光軸に向けて延ばした線に挟まれた角の角度が伝送
   面の光軸に沿って変化し、前記反射面が比較的多くの光
   線を偏転させて比較的少ない光線を該伝送面に向けて伝
   播する所ではこの角度が比較的大きく設けられ、前記反
   射面が比較的少ない光線を偏転させて比較的多くの光線
   を該伝送面に向けて伝播する所ではこの角度が比較的小
   さく設けられ、伝送面の光軸の位置によりこの角度を改
   変することで有効に各部分の出力光通量を調節可能であ
   ることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか
   に記載の導光棒。
5. 【請求項５】 前記反射面の前記表面の溝が前述の伝送
   面の光軸に垂直で、不等距離且つ斜歯形とされ、該反射
   面が不規則形状を呈して該斜歯形が外界の光源装置に背
   離する方向に傾斜し、反射光を光源装置に背離する方向
   に反射するのに有利であり、反射面の拡散性能不要の部
   分に比較的小さい密度の表面の溝と比較的小さい面積の
   反射層が設けられ、反射面の拡散性能を必要とする部分
   に比較的大きい密度の表面の溝と比較的大きい面積の反
   射層が設けられ、伝送面の光軸の位置により表面の溝の
   密度と反射層面積を改変することで有効に各部分の出力
   光通量を調節可能であることを特徴とする、請求項１か
   ら請求項３のいずれかに記載の導光棒。
6. 【請求項６】 前記導光棒の一部分を切り取り、改めて
   切り取った導光棒の反射面と反射層の面積を確定するこ
   とにより短い形態の導光棒となしうることを特徴とす
   る、請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光棒。
7. 【請求項７】 導光棒と少なくとも該導光棒の一端に位
   置する光源装置で組成された線状光源において、該導光
   棒が、伝送面及び該伝送面に連接する反射面と出射面と
   を具え、該反射面に表面の溝と反射層があり且つベース
   面が平面或いは二次柱面とされ、該出射面が二次柱面と
   された導光棒において、該伝送面が円柱面或いは回転正
   円錐面とされ、該導光棒がさらに偏転面を具え、該偏転
   面が二次柱面或いは回転錐面とされ並びに該伝送面と連
   接され該偏転面に至った光線を集中して上記反射面に反
   射することを特徴とし、並びに該光源装置の出光面が形
   成する発光強度がその法線の点状光源に集中し、該出光
   面と該導光棒の入射面が空気或いは透明樹脂を介して対
   向するよう緊密に連接されたことを特徴とする、線状光
   源。
8. 【請求項８】 前記光源装置に一つ或いは複数の半導体
   発光手段が必要な波長の単色光を発生するための光源と
   して利用されることを特徴とする、請求項７に記載の線
   状光源。
9. 【請求項９】 前記光源装置に光源として白光光源が使
   用され並びに該光源装置がさらに白光より単色光を発生
   する分光装置と、該単色光を前記導光棒の前記入射面に
   伝導する光ファイバを具備することを特徴とする、請求
   項７に記載の線状光源。
10. 【請求項１０】 前記光源装置が光源として非点状光源
    を使用し並びに該光源装置がさらに該非点状光源を点状
    光源に変換する集光装置と、該点状光源の光を前記導光
    棒の入射面に伝導する光ファイバを具備することを特徴
    とする、請求項７に記載の線状光源。