JP4721803B2 - 面照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、透明導光体の内部で光を散乱させ、発光面となる正面側からその散乱光を均一に出射させる面照明装置に関する。
工業製品の検査・品質管理などに画像検査が幅広く用いられており、工場内で製品を明瞭に撮像するために、安定した照明光を長時間照射し続けることができ、消費電力も少ない照明装置が要請されている。
このため、正面を発光面とする透明導光体の側面にＬＥＤ…が配され、各ＬＥＤ…からの照射光を導光体内部で散乱させ、発光面から出射させる面照明装置が提案されている。
特許第３１８７２８０号公報
これによれば、光源としてＬＥＤを用いているので、電流制御により安定した照明光を長時間照射することができ、消費電力も少ないので、メンテナンスコスト・ランニングコストを低減することができる。
しかも、最近では高輝度ＬＥＤが開発されているので、ＬＥＤとしてこれらを配列することにより照明光源として十分な明るさも確保できる。
ところで、この種の照明装置を使用する場合に、検査対象によっては、特定の波長の光を透過／反射しにくいことがあるため、汎用ラインでは照明光の波長（色）を任意に選択できるようにすることが望ましい。
このため、側面にＲＧＢの各色ＬＥＤを順に配列したり、個々の素子内にＲＧＢチップが配されたカラーＬＥＤを配列して、各色ごとに光量制御を行うことにより、任意の色で発光可能にした照明装置も提案されている。
しかしながら、ＲＧＢの各色ＬＥＤを隙間なく並べたとしても、素子の直径分のピッチで配列せざるを得ないので、各色の光が十分に混色されず、色ムラを生じるという問題があった。また、単色の照明光を照射するときには、同色のＬＥＤとの間に３ピッチ分の間隔が形成されてしまうので輝度ムラを起こし、各色の素子数は１／３になるため単純計算で輝度が１／３に低下するという問題があった。
これに対し、個々の素子内にＲＧＢチップを配したカラーＬＥＤを用いれば、そのような配列ピッチに起因する色ムラを生じることはないが、各チップごとに発光特性（色合い・明るさ）が異なるために色ムラを生じやすく、カラーＬＥＤを分解してチップを交換することも不可能であるからそのような色ムラをなくすことは困難である。 しかも、光を均一に混色するために光拡散処理剤などを用いているので、輝度がさらに低下するという問題もあった。
さらに、単色照明を行う場合に、高輝度の光を照射させるには高輝度ＬＥＤを使用せざるを得ず、輝度は使用するＬＥＤの各素子の光学特性に依存するため、それ以上の明るさで発光させることができない。
そこで本発明は、単色でも輝度ムラを起こすことなく高輝度の照明光が得られ、混色した場合にも色ムラのない均一照明光を出射することを技術的課題としている。
この課題を達成するために、本発明は、正面を発光面とし、少なくとも一側面をＬＥＤ装着面とする透明導光体に、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤが装着され、各ＬＥＤからの照射光を導光体内部で散乱させて前記発光面から出射する面照明装置において、前記透明導光体は、透明導光板がその発光面を正面に向けて複数層積層されて成り、前記ＬＥＤは前記導光体のＬＥＤ装着面となる各導光板の側面に所定ピッチで装着されると共に、発光方向に沿って配列されたＬＥＤの発光波長の組み合わせが、各列とも等しく選定されていることを特徴としている。
この課題を達成するために、本発明は、正面を発光面とし、少なくとも一側面をＬＥＤ装着面とする透明導光体に、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤが装着され、各ＬＥＤからの照射光を導光体内部で散乱させて前記発光面から出射する面照明装置において、前記透明導光体は、ＲＧＢ各色のＬＥＤを装着した三層の透明導光板がその発光面を正面に向けて積層されて成り、前記各透明導光板には、ＬＥＤ装着面となる各導光板の側面に前記ＬＥＤが所定ピッチで装着されると共に、発光方向に沿って配列されたＬＥＤの発光波長の組み合わせが、各列とも等しく選定されていることを特徴としている。




さらに、混色照明を行う場合は、任意の２色以上のＬＥＤを点灯すれば、その光が透明導光体内部で散乱され発光面から出射される。各色のＬＥＤを配列した導光板は発光方向に対して前後に配設されているので、色ムラを起こすことがなく、発光面から均一な混色光を出射させることができる。
本例では、単色でも輝度ムラを起こすことなく高輝度の照明光が得られ、混色した場合にも色ムラのない均一照明光を出射するという目的を達成するために、透明導光板をその発光面を正面に向けて複数層積層して透明導光体を形成し、各導光板の側面にＬＥＤを装着すると共に、発光方向に沿って配列されたＬＥＤの発光波長の組み合わせを各列とも等しくした。
図１は本発明に係る面照明装置の一例を示す断面図、図２はその要部を示す斜視図、図３は散乱凹部を拡大して示す説明図、図４は他の実施形態を示す説明図である。
図１〜図３に示す面照明装置１は、正面を発光面２とし、少なくとも一側面をＬＥＤ装着面３とする透明導光体Ｂに、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤとしてＲＧＢ三原色のＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが装着され、各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂからの照射光を導光体Ｂ内部で散乱させ、発光面２からその散乱光を均一に出射させるものである。
透明導光体Ｂは、本例では、平面部を発光面５とする透明導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂがその発光面５を正面に向けて三層に積層されて成り、ＬＥＤ装着面３となる各透明導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの側面にＬＥＤ装着孔７…が６個ずつ等ピッチで形成されており、赤色ＬＥＤ４Ｒ、緑色ＬＥＤ４Ｇ及び青色ＬＥＤ４Ｂが各導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂごとに配列されている。
これにより、発光方向に沿って配列されたＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長の組み合わせが、各列とも等しく選定されることとなる。
各透明導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの底面８には、各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂから入射された光を散乱させる散乱凹部９…が形成されている。
この散乱凹部９…は、ＬＥＤ装着面３と平行な線状に形成され、且つ、ＬＥＤ装着面３から離れるにしたがってピッチが狭くなるように形成されている。
このように、線状の散乱凹部９…のピッチを変化させることにより、ＬＥＤ装着面３に近い側は散乱光の量を少なくし、ＬＥＤ装着面３から遠くなるにつれて散乱光の量を多くすることにより、発光面５から均一な散乱光が照射させることができる。
散乱凹部９の形状は任意であるが、Ｖ字溝や、図３に示すように、レーザ加工により底面の直径×深さが０.１ｍｍ×０.１ｍｍの円錐形状のドット状のピットを０.１ｍｍピッチで連続形成することにより線状に形成されている。
円錐形状のピットを連続形成した場合は、Ｖ字溝に比して、ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂから入射された光をよりランダムに散乱させることができ、これにより発光面２から照射される光の均一性が向上する。
さらに、透明導光体Ｂは、発光面２及びＬＥＤ装着面３を開放し、それ以外の面を光散乱板で囲むケーシング１０に収納されている。
これにより、発光面２及びＬＥＤ装着面３以外の面に光散乱板が密着されて、これら各面から外部に出射される散乱光を導光体Ｂ内部に反射させ、その一部を照明光として有効利用することができる。
なお、各色ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、各色ごとにＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを点灯／消灯し、調光する駆動回路１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂが接続され、発光波長ごとに光量をコントロールすることができるようになっている。
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
面照明装置１は、透明導光体Ｂが３層に積層された導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂでなり、夫々の底面８に各ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂから入射された光を散乱させる散乱凹部９…が形成されているので、各色のＬＥＤから照射された光は散乱凹部９…で散乱され、その一部が導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの発光面５を通り、導光体Ｂの発光面２に向かう。
また、導光体Ｂの発光面２以外の面に達した光は、ケーシング１０により導光体Ｂ内部に反射され、その一部が照明光として有効利用される。
そして、単色照明を行う場合は、駆動回路１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにより、ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂのいずれか一色のみを点灯させれば、その光がまず対応する透明導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの散乱凹部９…や周囲の散乱板で散乱され、その散乱光が導光体Ｂの発光面３に向かう。
このとき、各色ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは近接させて配列することができるので、ＲＧＢのＬＥＤを一列に並べるときのように同色のＬＥＤとの間に３ピッチ分もの間隔が形成されることがなく、輝度ムラを生じないので、均一な単色照明が得られる。
また、一色あたりの素子数を減らすこともないので、輝度が低下することもない。
次いで、混色照明を行う場合は、駆動回路１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにより、ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの任意の２色以上のＬＥＤを点灯すれば、その光がまず対応する透明導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの散乱凹部９…や周囲の散乱板で散乱され、その散乱光が導光体Ｂの発光面３に向かう。
各色のＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを配列した導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂは発光方向に対して前後に配設されているので、色ムラを起こすことがなく、発光面３から均一な混色光を出射させることができる。
このとき、必要に応じて各色ＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの光量をコントロールすれば、任意の色の照明光を照射することができる。
上述の説明では、各色のＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを各導光板６Ｒ、６Ｇ、６Ｂごとに個別に装着した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、発光方向に沿って配列されたＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの発光波長の組み合わせが各列とも等しければその順序が相違する場合であっても良く、例えば、図４に示すように、三層の導光板６Ｕ、６Ｍ、６Ｄのそれぞれに、ＲＧＢのＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが発光方向に重ならないように配列してもよい。
また、ＬＥＤは二色以上であれば三色に限られるものではなく、さらに、可視光に限らず発光波長が異なるものであれば赤外光や紫外光を発光するものであってもよい。
さらに、駆動回路１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、点灯／消灯のみを行い、光量のコントロールを行わないものであっても良い
さらにまた、高輝度単色照明として使用する場合は、図４において三層（複数層）の導光板６Ｕ、６Ｍ、６Ｄのそれぞれに、ＲＧＢのＬＥＤ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに替えて、任意の発光色のＬＥＤ、例えば高輝度白色ＬＥＤを配列すれば、単純計算で三倍の輝度の単色照明として使用することができる。
本発明は、透明導光体の内部で光を散乱させ、発光面となる正面側からその散乱光を均一に出射させる面照明装置の用途に適している。
本発明に係る面照明装置の一例を示す断面図。 その要部を示す斜視図。 散乱凹部を拡大して示す説明図。 他の実施形態を示す説明図。
符号の説明
１ 面照明装置
２ 発光面
３ ＬＥＤ装着面
Ｂ 透明導光体
４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ ＬＥＤ
５ 発光面
６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ 透明導光板
７ ＬＥＤ装着孔
８ 底面
９ 散乱凹部
１０ ケーシング
１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ 駆動回路



Claims (6)

  1. 正面を発光面とし、少なくとも一側面をＬＥＤ装着面とする透明導光体に、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤが装着され、各ＬＥＤからの照射光を導光体内部で散乱させて前記発光面から出射する面照明装置において、
    前記透明導光体は、ＲＧＢ各色のＬＥＤを装着した三層の透明導光板がその発光面を正面に向けて積層されて成り、
    前記各透明導光板には、ＬＥＤ装着面となる各導光板の側面に前記ＬＥＤが所定ピッチで装着されると共に、発光方向に沿って配列されたＬＥＤの発光波長の組み合わせが、各列とも等しく選定されていることを特徴とする面照明装置。
  2. 前記ＬＥＤを発光波長ごとに点灯／消灯し、または、調光する駆動回路を備えた請求項１記載の面照明装置。
  3. 前記各導光板の底面部に、前記ＬＥＤから入射された光を散乱させる散乱凹部が形成された請求項１記載の面照明装置。
  4. 前記散乱凹部が、ＬＥＤ装着面と平行な線状に形成され、且つ、ＬＥＤ装着面から離れるにしたがってピッチが狭くなるように形成された請求項１記載の面照明装置。
  5. 前記線状の散乱凹部が、その長手方向にドット状のピットを連続形成して成る請求項４記載の面照明装置。
  6. 前記透明導光体の発光面及びＬＥＤ装着面以外の面が光散乱板で囲まれて成る請求項１記載の面照明装置。
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