JP6265547B2 - 導光体及び照光装置 - Google Patents

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本発明は、均一に照光するための導光体及び照光装置に関し、特に、棒状の導光体及び棒状の導光体を用いて均一に照光する照光装置に関する。
表示装置などには均一で明るい照光装置が要求されている。図11は、従来の照光装置の一例として、特許文献1に記載の光源装置100を示す断面図である。
特許文献1には、棒状の導光体110と矩形の導光板120とを組み合わせた構成とすることが記載されている。光源装置100は、透明な材質によって成形された棒状の導光体110と、この導光体110の一端部に取り付けられた点光源130と、導光体110の他端面及び上面,両側面をカバーするリフレクタ140とを備えている。そして、導光体110のリフレクタ140によってカバーされていない下面が、矩形の導光板120に、その一辺に平行に対向された状態で取り付けられている。導光体110は、横断面が方形をしており、矩形の導光板120に対向する側の発光面110aに対して反対側の外壁面110bに、軸線が導光体110の長手方向と直角に交差する方向に延びる複数の溝部110Dが、互いに所要の間隔を開けて形成されている。
光L130は、その角度によって、溝部110Dの溝側面に当たって発光面110aの方向に反射され、また、導光体110の発光面110aと溝部110Dが形成されている側の外壁面110bとの間で反射を繰り返しながら導光体110の他端側に位置するリフレクタ140の反射面に到達し、このリフレクタ140の反射面によって反射されて導光体110内を反対方向に進むことにより、溝部110Dの溝側面に当たって発光面110aの方向に反射される。
特開2001−250413号公報
しかしながら、従来技術のような構成とすると、棒状の導光体110から光を出光させて矩形の導光板120に光を入光させたとき、矩形の導光板120の点光源130に近い側でかつ導光体110から遠い側では光量が小さく暗くなりがちであった。導光体110から出光を遠い位置でも略均一に届かせるために、溝の角度を調整して点光源130からの光を点光源130側に傾けて出光させようとすると、導光体110の界面での臨界角を越えることが多くなり、出光の光量を十分に確保し難かった。光量が少ないことから、点光源130に近い側は他の部分から比して遠方まで届かせることが難しいものとなっていた。また出光効率のよい溝の角度とした場合には、点光源130側から離れる方向に傾斜した光が出ることとなり、点光源130側の遠い位置で暗くなり、均一な照光が難しいものとなっていた。
本発明は、上述した課題を解決するもので、均一に照光することができる導光体及び照光装置を提供することを目的とする。

本発明の導光体は、棒状の長手方向の一端面を光源からの光が入光される入光面とするとともに、前記長手方向に沿った一側面に配置された出光面と、前記出光面に対向した反射面に設けられた溝部と、を有する導光体であって、前記溝部は、前記長手方向に交差する方向に延びる弧状溝を備え、前記弧状溝は、前記反射面に沿って前記光源から遠い側が凸となる向きの曲率を有し、前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、前記溝部に形成された前記弧状溝の曲率中心が、前記溝部の位置から前記反射面の前記第1方向の長さだけ前記光源側に移動した位置と、前記入光面と、の間に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、反射面に弧状溝が形成された溝部を設けることにより、光源からの光を出光面に向かって反射させるとともに、弧状溝の形状に対応して集光させることで所定の位置へ到達する光の輝度を向上させることができる。したがって、光源側の遠い位置での輝度を高くして、均一に照光することができる。また、この構成によれば、出光面からの出光が適度に拡散して遠方まで適度な光量を確保することができる。
また、本発明の導光体において、前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、前記入光面から前記溝部までの前記長手方向の距離は、前記反射面の前記第1方向の長さよりも大きいものとなっていることが好適である。
この構成によれば、長手方向に沿って入光面近傍の反射面には溝部を設けない鏡面反射部分を作ることで光源からの光が十分に正反射してから溝部により反射させて出光させることで、溝部による反射効率が良いものとなる。
また、本発明の導光体において、前記溝部は複数の前記弧状溝を備え、複数の前記弧状溝は、前記反射面に沿って前記光源に近い側が大きな曲率を有することを特徴とする。
この構成によれば、溝部の弧状溝を光源に近い側が大きな曲率を有するものとすることで、光源に近いところでは、集光の焦点位置が比較的近くなり、遠いところでは集光の焦点位置が比較的遠くなるため、出光される光がより均一になる。
また、本発明の導光体において、前記溝部は複数の前記弧状溝を備え、前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、複数の前記弧状溝は、前記反射面の前記第1方向の長さよりも大きな直径を有するとともに、前記反射面に沿って同心円状に等間隔で配置された複数の円弧状溝であることを特徴とする。
この構成によれば、溝部の円弧状溝を同心円状とすることで光源に近いところでは、集光の焦点位置が比較的近くなり、遠いところでは集光の焦点位置が比較的遠くなるため、出光される光がより均一になる。
また、本発明の導光体において、前記溝部に形成された前記円弧状溝が、前記反射面の前記第1方向での中間の位置を曲率中心とするように設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、円弧状溝が入光面に対して略平行方向に形成されるので出光される光を適度に拡散させることができる。
また、本発明の導光体において、前記円弧状溝の前記曲率中心が、前記反射面の前記第1方向の中央に沿って設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、円弧の形状が入光面に対して略対称形になり、出光される光の拡散が略均一に行われることとなり、遠方まで届く光量を略均一とすることができる。
本発明の照光装置は、上記いずれかに記載の導光体と、前記導光体の前記入光面に対応して設けられる前記光源と、前記導光体の前記出光面に対向して配置される矩形導光体と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、矩形導光体の全体が略均一な照光とすることができる。
本発明によれば、出光面に対向した反射面に弧状溝が形成された溝部を設けることにより、光源からの光を出光面に向かって反射させるとともに、弧状溝の形状に対応して集光させることで所定の位置へ到達する光の輝度を向上させることができる。したがって、光源側の遠い位置での輝度を高くして、均一に照光することができる導光体及び照光装置を提供することができる。
本発明の実施形態の照光装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態の照光装置を示す平面図である。 本発明の実施形態の照光装置を示す正面図である。 本発明の実施形態の導光体を示す説明図であり、図4(a)は正面図であり、図4(b)は図4(a)のIV−IV線で切断した断面図である。 図3の部分拡大図である。 光源からの光の経路を示す説明図である。 照光装置の輝度を測定した測定結果を示すグラフである。 円弧状溝の事例で、第1変形例を示す説明図である。 円弧状溝の事例で、第2変形例を示す説明図である。 弧状溝の事例で、第3変形例を示す説明図である。 従来の光源装置を示す断面図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすいように、図面は寸法を適宜変更している。
図1は、本発明の実施形態の照光装置1を示す斜視図である。図2は、照光装置1を示す平面図である。図3は、照光装置1を示す正面図である。図4は、本発明の実施形態の導光体10を示す説明図であり、図4(a)は正面図であり、図4(b)は図4(a)のIV−IV線で切断した断面図である。図5は、図3の部分拡大図である。図6は、光源30からの光の経路を示す説明図である。図7は、照光装置1の輝度を測定した測定結果を示すグラフである。
本実施形態の照光装置1は、図1〜図3に示すように、棒状の導光体10と、平板状の矩形導光体20と、光源30とを備えている。なお、以下の説明においては、Z1方向を上方とし、Z1側からZ2側を見ることを平面視と呼ぶ。これは説明を分かりやすくするためであり、照光装置1の取り付け方向を限定するものではない。
光源30は、発光ダイオードにより構成され、図示しない電気回路に接続されて発光が制御されている。
棒状の導光体10は、透光性の合成樹脂材料を射出成形したものであり、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な合成樹脂材料が用いられて、略四角柱形状に成形される。光源30に対して、導光体10は長手方向の一端面(X1側)を、光源30からの光が入光される入光面10aとするように配置されている。導光体10は、長手方向に沿った一側面(Y2側)に配置された出光面10bと、出光面10bに対向したY1側の反射面10cに設けられた溝部12と、を有する。図1〜図5に示すように、反射面10cの溝部12には、長手方向(X1−X2方向)に交差する方向に延びる複数の弧状溝15が形成されている。図1〜図5では、長手方向(X1−X2方向)に沿ったZ1側の面及びZ2側の面、並びに長手方向の他端面については、光を正反射可能な平面に形成されている。以下、導光体10の長手方向(X1−X2方向)に対して、直交する第1方向を反射面10cに平行な方向(Z1−Z2方向)とし、それらに直交する第2方向を反射面10cに垂直な方向(Y1−Y2方向)とする。なお、合成樹脂材料を射出成形したものに限定されるものではなく、合成樹脂またはガラスを切削加工して形成したものであってもよい。
矩形導光体20は、透光性の合成樹脂材料を射出成形したものであり、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な合成樹脂材料が用いられている。矩形導光体20は、導光体10の出光面10bに沿った入光面20aと、入光面20aに直交する面状の出光面20bとを有する。なお、合成樹脂材料を射出成形したものに限定されるものではなく、合成樹脂またはガラスを切削加工して形成したものであってもよい。
よく知られているように、矩形導光体20は、入光面20aから矩形導光体20の内部に伝搬された光を散乱させ、かつ反射させることによって、出光面20bから出射させる微細構造(図示しない)を備えている。これにより、本実施形態の照光装置1は、矩形導光体20の出光面20bから上方(Z1方向)へ光を出射し、面状の照光をおこなうことができる。なお、矩形導光体20は、導光体10の長手方向の長さより寸法が小さく設定されている。矩形導光体20の照光範囲を前提に言い換えると、導光体10は長手方向に矩形導光体20の照光範囲の長さよりも延長して形成されており、矩形導光体20より突出した位置に入光面10aを有し、さらに突出した位置に光源30が配置されている。
次に、本実施形態の導光体10及び照光装置1の特徴について詳述する。
導光体10の反射面10cは、図4(a)に示すように入光面10aの近傍が平坦部11になっており、図5に示すように溝部12が入光面10aから距離Sの位置に配置されている。溝部12には、図4(b)に示すように、V字状の断面を有する複数の弧状溝15が形成されている。また、V字状の断面の大きさ(溝幅及び溝深さ)は、すべての弧状溝15で一様である。図5に示すように、入光面10aから溝部12までの長手方向の距離Sは、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きいものとなっている。なお、出光面10bと反射面10cとの第2方向の間隔は、反射面10cの第1方向の長さD1と同じ寸法に設定されている。
導光体10の反射面10cの溝部12に形成されている複数の弧状溝15は、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きな直径を有するとともに、反射面10cに沿って同心円状に等間隔で配置された複数の円弧状溝16である。複数の円弧状溝16は、図5に示すように、光源30から遠い側が凸となる向きの曲率を有する。例えば、半径rの円弧の曲率は1/rであり、半径が小さい円弧は曲率が大きくなる。
本実施形態では、円弧状溝16の曲率中心16aが、反射面10cの第1方向(Z1−Z2方向)の中央に沿って設定されている。すなわち、第1方向の長さD1に対して、その中央の位置に曲率中心16aを有する。したがって、円弧状溝16は、中央の位置から見て上下対称となっている。
本実施形態では、円弧状溝16は、反射面10cに沿って同心円状に等間隔で配置されているので、図4(b)に示すように、溝部12に形成されたV字状の傾斜面は、長手方向に沿って、第1方向の中央の位置で等間隔に並んでいる。
また、同心円状の円弧状溝16の場合、曲率中心16aはどの曲率の円弧状溝16に対しても一致している(図5)。この曲率中心16aは入光面10aから溝部12までの間、すなわち平坦部11に位置している。
本実施形態の照光装置1では、図6に示すように、光源30からの光が導光体10の入光面10aに入射し、導光体10の長手方向に沿った側面と端面で反射を繰り返しながら出光面10bから出射されて矩形導光体20の入光面20aに入射する。このとき、反射面10cに弧状溝15が形成された溝部12を設けることにより、光源30からの光を出光面10bに向かって反射させるとともに、弧状溝15の形状に対応して集光させることで所定の位置へ到達する光の輝度を向上させることができる。また、長手方向に沿って入光面10a近傍の反射面10cには、溝部12を設けない鏡面反射部分(平坦部11)を作ることで、光源30からの光が十分に正反射してから溝部12により反射させて出光させる。これにより、溝部12による反射効率が良いものとなる。
さらに、溝部12に形成された複数の弧状溝15が同心円状の複数の円弧状溝16であり、円弧状溝16の曲率中心16aが、反射面10cの第1方向の中央に沿って設定されている。この構成によれば、円弧の形状が入光面10aに対して略対称形になり、出光される光の拡散が略均一に行われることとなり、遠方まで届く光量を略均一とすることができる。円弧状溝16が入光面10aに対して略平行方向に形成されるので出光される光を適度に拡散させることができる。円弧状溝16を同心円状とすることで光源30に近いところでは、集光の焦点位置が比較的近くなり、遠いところでは集光の焦点位置が比較的遠くなるため、出光される光がより均一になる。
図7は、本実施形態の照光装置1の輝度を測定した測定結果を示すグラフである。図7では、照光装置1の実施例と、導光体10の替わりに従来の直線状の溝が形成された導光体を備えた比較例とを比較して示す。輝度の測定は、図6に示す(A)、(B)、及び(C)の各位置でおこなっている。図7に示すように、従来の直線状の溝が形成された導光体を用いた場合には、光源30側に輝度の低下が見られる問題があった。本実施形態の照光装置1では光源30側の輝度が比較例に比べて高くなっている。円弧状溝16が形成された導光体10を備えた照光装置1は、光源30側の遠い位置(図6及び図7の(A))での輝度を高くして、均一に照光することができる。また、本実施形態の照光装置1では、円弧状溝16の断面形状を変えずに曲率だけを変更しているので、直線状の溝を形成する従来構造の製造工程と比べて、製造工程をあまり複雑化させることなく、照光の均一性を変化させることができる。
さらに、同心円状の円弧状溝16の曲率中心16aを光源30の出光位置とする場合、及び、同心円状の円弧状溝16の曲率中心16aを入光面10aの中央とした場合について、輝度の比較をおこなった。これらの場合に得られる光源30側の遠い位置(図6及び図7の(A))での輝度は、図7の実施例と比較例との中間の強度であった。
したがって、曲率中心16aが入光面10aから溝部12までの間に位置するように円弧状溝16の曲率を設計することが効果的である。図8は、円弧状溝16の事例で、上述したような曲率とした第1変形例を示す説明図である。この事例では、反射面10cの第1方向の長さD1と、円弧状溝16のもっとも曲率の大きい半径R1とが同じ大きさにしてあって、曲率中心16aは溝部12の位置から反射面10cの第1方向の長さD1だけ光源30側に移動した位置と、入光面10aとの間に設定されている。すなわち、入光面10aから溝部12までの長手方向の距離S1は、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きいものとなっている。このような設計であれば、光源30から出光した光はもっとも曲率の大きい円弧状溝16の両端部分にも充分に照射され、この部分も有効に反射に寄与する。図8の事例では、平坦部11の長さが比較的短いので、照光装置1の長手方向の寸法をあまり長くすることなく、全体を均一に照光することができる。
図9は、円弧状溝16の事例で、もっとも曲率の大きい半径R2を反射面10cの第1方向の長さD1に対して約1/2とした第2変形例を示す説明図である。この事例では、円弧状溝16の半径R2を第1方向の長さD1の1/2より僅かに大きく設定している。この事例では、光源30から出光した光がもっとも曲率の大きい円弧状溝16の両端部分にも照射されるように、曲率中心16aが入光面10aから溝部12側に、反射面10cの第1方向の長さD1だけ距離を取った位置にある。すなわち、入光面10aから溝部12までの長手方向の距離S2は、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きいものとなっている。
以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。
本実施形態の導光体10は、棒状の長手方向の一端面を光源30からの光が入光される入光面10aとするとともに、長手方向に沿った一側面に配置された出光面10bと、出光面10bに対向した反射面10cに設けられた溝部12と、を有する。溝部12は、長手方向に交差する方向に延びる円弧状溝16を備え、円弧状溝16は、反射面10cに沿って光源30から遠い側が凸となる向きの曲率を有する。
この構成によれば、反射面10cに円弧状溝16が形成された溝部12を設けることにより、光源30からの光を出光面10bに向かって反射させるとともに、円弧状溝16の形状に対応して集光させることで所定の位置へ到達する光の輝度を向上させることができる。
したがって、光源30側の遠い位置での輝度を高くして、均一に照光することができる。
また、本実施形態の導光体10において、第1方向を反射面10cに平行な方向としたとき、入光面10aから溝部12までの長手方向の距離Sは、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きいものとなっている。
この構成によれば、長手方向に沿って入光面10a近傍の反射面10cには溝部12を設けない鏡面反射部分を作ることで光源30からの光が十分に正反射してから溝部12により反射させて出光させることで、溝部12による反射効率が良いものとなる。
また、本実施形態の導光体10において、溝部12は複数の円弧状溝16を備え、複数の円弧状溝16は、反射面10cの第1方向の長さD1よりも大きな直径を有するとともに、反射面10cに沿って同心円状に等間隔で配置されている。
この構成によれば、溝部12の円弧状溝16を同心円状とすることで光源30に近いところでは、集光の焦点位置が比較的近くなり、遠いところでは集光の焦点位置が比較的遠くなるため、出光される光がより均一になる。
また、本実施形態の導光体10において、円弧状溝16の曲率中心16aが、反射面10cの第1方向の中央に沿って設定されている。
この構成によれば、円弧状溝16が入光面10aに対して略平行方向に形成されるので出光される光を適度に拡散させることができる。また、円弧の形状が入光面10aに対して略対称形になり、出光される光の拡散が略均一に行われることとなり、遠方まで届く光量を略均一とすることができる。
本実施形態の照光装置1は、導光体10と、導光体10の入光面10aに対応して設けられる光源30と、導光体10の出光面10bに対向して配置される矩形導光体20と、を備える。
この構成によれば、矩形導光体20の全体が略均一な照光とすることができる。
以上のように、本発明の実施形態の導光体10及び照光装置1を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。
(1)本実施形態において、溝部12に形成される溝は、同心円状の円弧状溝16だけに限定されず、光源30から遠ざかるにつれて曲率が小さくなる弧状溝15を組み合わせたものであればよい。例えば、図10は、弧状溝15の事例で、第3変形例を示す説明図である。図10に示す弧状溝15は、光源30から遠ざかるにつれて径の大きな楕円の曲率となっている。楕円以外にも、例えば、双曲線の曲率を有するものや、曲率中心が一致していないその他の弧状の溝であってもよい。なお、弧状溝15を円弧に近似することにより、円弧状溝16と同様に、曲率中心の位置や曲率の大きさが設計可能である。また、光源30に近い側を同心円状の円弧状溝16等の弧状溝15とするとともに、光源30から遠い側を直線状溝として、直線状溝を組み合わせたものであってもよい。
(2)本実施形態において、光源30の配置を導光体10の上下方向の中央に合わせるようにしているが、厳密には製造ばらつき等で一致していない。光源30が上下方向に僅かにずれていたり、円弧状溝16の曲率中心16aが導光体10の中央からずれていたりしても、反射面10cの第1方向での中間の位置を曲率中心とするように設定されていれば、本実施形態と同様に、従来よりも均一な照光とすることができる。
(3)本実施形態において、円弧状溝16はV字状の傾斜面を有するとしたが、厳密には丸みを有していてもよい。また、V字状でなく、U字状の傾斜面であってもよい。
(4)本実施形態において、導光体10は略四角柱形状で、反射面10c以外の各側面が平面であるとしたが、反射面10c以外の側面にも溝が形成されたものであってもよい。また、一部の側面を曲面とした略四角柱形状であってもよい。
(5)本実施形態において、円弧状溝16はV字状の断面の大きさ(溝幅及び溝深さ)が一様で、製造工程が複雑でないものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、V字状の断面の大きさ、ピッチ、形状、単位長さ当たりの溝数を長手方向に沿って徐々に変化させてもよい。
1 照光装置
10 導光体
10a 入光面
10b 出光面
10c 反射面
11 平坦部
12 溝部
15 弧状溝
16 円弧状溝
16a 曲率中心
20 矩形導光体
20a 入光面
20b 出光面
30 光源
D1 第1方向の長さ
R1、R2 半径
S、S1、S2 長手方向の距離

Claims (7)

  1. 棒状の長手方向の一端面を光源からの光が入光される入光面とするとともに、前記長手方向に沿った一側面に配置された出光面と、前記出光面に対向した反射面に設けられた溝部と、を有する導光体であって、 前記溝部は、前記長手方向に交差する方向に延びる弧状溝を備え、 前記弧状溝は、前記反射面に沿って前記光源から遠い側が凸となる向きの曲率を有し、 前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、 前記溝部に形成された前記弧状溝の曲率中心が、前記溝部の位置から前記反射面の前記第1方向の長さだけ前記光源側に移動した位置と、前記入光面と、の間に設定されていることを特徴とする導光体。
  2. 前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、 前記入光面から前記溝部までの前記長手方向の距離は、前記反射面の前記第1方向の長さよりも大きいものとなっていることを特徴とする請求項1に記載の導光体。
  3. 前記溝部は複数の前記弧状溝を備え、 複数の前記弧状溝は、前記反射面に沿って前記光源に近い側が大きな曲率を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導光体。
  4. 前記溝部は複数の前記弧状溝を備え、 前記長手方向に直交する第1方向及び第2方向のうち、前記第1方向を前記反射面に平行な方向、前記第2方向を前記反射面に垂直な方向としたとき、 複数の前記弧状溝は、前記反射面の前記第1方向の長さよりも大きな直径を有するとともに、前記反射面に沿って同心円状に等間隔で配置された複数の円弧状溝であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の導光体。
  5. 前記溝部に形成された前記円弧状溝が、前記反射面の前記第1方向での中間の位置を曲率中心とするように設定されていることを特徴とする請求項4に記載の導光体。
  6. 前記円弧状溝の前記曲率中心が、前記反射面の前記第1方向の中央に沿って設定されていることを特徴とする請求項5に記載の導光体。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の導光体と、前記導光体の前記入光面に対応して設けられる前記光源と、前記導光体の前記出光面に対向して配置される矩形導光体と、を備えることを特徴とする照光装置。
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