JP6287129B2

JP6287129B2 - ライトパイプ及びこれを用いた電子機器

Info

Publication number: JP6287129B2
Application number: JP2013248327A
Authority: JP
Inventors: 吉住　高久; 高久吉住; 智勇石塚
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: US20150153019A1; US9989698B2; JP2015106068A

Description

本発明は、ライトパイプとこれを用いた電子機器に関し、特にライトパイプの光干渉防止構造に関する。

サーバやゲートウェイ装置等の電子機器は、動作状態を知らせるインジケータとして表示灯を有している。図１（Ａ）に示すように、一般に表示灯１１５は筐体１１１の前面１１１_frontに配置され、筐体１１１内部の基板（プリント回路板）１０２上の発光素子（ＬＥＤ）１０３からの光が、ライトパイプ１２０などの光学部品を用いて筐体１１１に形成された出射窓１１２へ導かれる。

筐体１１１の前面１１１_frontに多数の表示灯１１５が並べられる場合は、基板１０２上に複数のＬＥＤ１０３が配置され、複数の導光部１２１を連結部１２２で連結したライトパイプ１２０を用いて、ＬＥＤ１０３からの光を光出射部１２３へ導いている。

図１（Ｂ）のように、導光部１２１が連結部１２２で一体化されている場合、ＬＥＤ１０３の光は連結部１２２を経由して隣接する導光部１２１に漏れてしまい、意図しない表示灯１１５が点灯してしまうという問題がある。

卓上に配置される電子機器や壁面に設置される電子機器では、筐体１１１の前面１１１_frontのみならず上面１１１_topにも表示灯１１５が設けられることが考えられる。この場合はＬＥＤ１０３の発光強度が強くなり、隣り合う導光部１２１間での光干渉の問題はより顕著になる。

導光部１２１を連結部１２２で一体化せずに、ＬＥＤ１０３ごとに導光部１２１を配置すると、部品の数が増え、取り扱いや組み立てが煩雑になる。

一体化されたライトパイプで隣接する導光レンズへの光漏れを防止するために、遮光リブを配置する構成や（たとえば、特許文献１参照）、連結部をコの字型、Ｕ字型、Ｖ字型などを繰り返す形状にして複数の導光レンズを迂回させる構成（たとえば、特許文献２参照）が知られている。また、複数の導光レンズ間に遮光板を配置し、かつ遮光板を連続して乗り越える連結部を配置して、ＬＥＤの光漏れを低減する構成が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

実公平７−２９６５３号公報特開２００８−９６７４５号公報特許第５０６０６２８号

遮光リブや遮光板を用いると直進する光を遮蔽することはできるが、反射光や光の回折により迂回する光の光漏れは防止できない。導光レンズを迂回する連結部や遮光板を乗り越える連結部を配置する場合でも、反射光により隣接する導光レンズに漏光が到達してしまう。

そこで、取り扱いが容易で、連結部を介した光漏れを抑制することのできるライトパイプとこれを用いた電子機器を提供することを課題とする。

ひとつの態様では、ライトパイプは、
複数の導光部と、
前記複数の導光部を一体的に連結する連結部と、
を有し、
前記連結部は、隣り合う前記導光部の間に形成される光干渉防止穴を有し、
前記光干渉防止穴は、前記連結部から前記光干渉防止穴に入射する光に対して全反射条件を満たす界面を有することを特徴とする。

取り扱いが容易で、隣接する導光部への光漏れが抑制されたライトパイプとこれを用いた電子機器が実現される。

複数の導光部を連結したライトパイプに生じる問題を説明する図である。実施形態の電子機器で用いられるライトパイプの概略図である。図２のライトパイプの前面図と上面図である。実施形態のライトパイプの光干渉防止穴の構成例を示す図である。実施形態のライトパイプの光干渉防止穴の別の構成例を示す図である。実施形態のライトパイプの光干渉防止穴のさらに別の構成例を示す図である。実施形態のライトパイプの効果を示す図である。

図２は実施形態の電子機器１で用いられるライトパイプ２０の概略図である。電子機器１は、筐体１１の内部のプリント回路基板２上に配置される複数の発光素子（ＬＥＤ）３と、各発光素子（ＬＥＤ）１０３からの光を筐体１１の表面に配置された表示灯１５へ導くライトパイプ２０とを有する。ライトパイプ２０の光出射部２３は、筐体１１に形成された照射窓１２に位置して、表示灯１５として機能する。

ライトパイプ２０は、複数の導光部２１と、隣り合う導光部２１を連結する連結部２２を有し、各連結部２２に光干渉防止穴２５が形成されている。導光部２１は、プリント回路基板２上のＬＥＤ３と対向する面に受光面２４を有し、受光面２４と反対側の端部に光出射部２３を有する。ライトパイプ２０はまた、光出射部２３の近傍に、光出射部２３を迂回して配置される追加の連結部２６を有し、各連結部２６に光干渉防止穴２７が形成されている。

連結部２２、２６はライトパイプ２０の機械的強度と安定性を高め、取り扱いや組立を容易にする。図２の例では、隣接する導光部２１間を、受光面２４の近傍と光出射部２３側の近傍の２箇所で連結しているが、ライトパイプ２０の形状やサイズに応じて、隣り合う導光部２１の間に少なくとも一つの連結部２２又は２６があればよい。

図３（Ａ）はライトパイプ２０の前面図、図３（Ｂ）はライトパイプ２０の上面図である。この例では、ライトパイプ２０の下部（受光面２４に近い側）の連結部２２では、光干渉防止穴２５はＬＥＤ３が配置されるプリント回路基板２（図２参照）の主面と垂直な面内に形成されている。ライトパイプ２０の上部（光出射部２３に近い側）の連結部２６では、光干渉防止穴２７はプリント回路基板２の主面と平行な面内に形成されている。光干渉防止穴２５、２７が形成される連結部２２，２６の配置は図３の例に限定されず、連結部２２と２６の双方で、プリント回路基板２の主面と平行な面内に光干渉防止穴２５、２７を形成してもよいし、連結部２２と２６の双方で、プリント回路基板２の主面と垂直な面内に光干渉防止穴２５、２７を形成してもよい。

ライトパイプ２０は、たとえば、ポリカーボネート等の透明樹脂で一体成形され、成形時に光干渉防止穴２５、２７を形成することができる。光干渉防止穴２５、２７は、後述するように光の伝搬方向に対して全反射条件を満たす入射面を有することで、隣接する導光部２１間の光の干渉を低減する。

図４は、光干渉防止穴２５の構成例を示す。この例で、連結部２２に形成される光干渉防止穴２５は、面内形状が菱形の穴である。光干渉防止穴２５は、連結部２２と光干渉防止穴２５の界面に、入射光に対して全反射条件を満たすＡ面３５を有する。

図４で、紙面の左側の導光部２１ａから右隣の導光部２１ｂに向かって漏れ光Ｌが伝搬する。漏れ光Ｌは実際は連結部２２内を反射しながら伝搬するが、図中の矢印のように連結部２２の長さ方向の軸に沿って伝搬すると擬制する。

漏れ光Ｌが光干渉防止穴２５のＡ面３５で全反射する条件は、臨界入射角をθ1、空気の屈折率をｎ1、ライトパイプ２０の屈折率をｎ2とすると、スネルの法則より、
sinθ1＝ｎ1／ｎ2
θ1＝sin^-1(ｎ1／ｎ2)
となる。連結部２２から光干渉防止穴２５への漏れ光Ｌの入射角をθとすると、θ＞θ1の条件を満たすときに、図４（Ｂ）の漏れ光ＬはＡ面３５で全反射される。

光干渉防止穴２５のＡ面３５が連結部２２の長さ方向の軸、すなわち光伝搬軸に対して成す角度をαとすると、αとθは余角であることから（θ＝９０°−α）、θ＞θ1の条件は以下のように変形される。

９０°−α＞θ1
α＜９０°−θ1 （１）
式（１）は、連結部２２と光干渉防止穴２５の界面であるＡ面３５の全反射条件を規定する式である。光干渉防止穴２５に、連結部２２からの入射光に対して全反射条件を満たす界面（Ａ面）３５を持たせることで、隣接する導光部２１ｂへの干渉を防止することができる。

隣接する導光部２１ｂへの光の干渉をより確実に防止するためには、連結部２２の幅方向に沿った光干渉防止穴２５のサイズ「ｂ」を、連結部２２の幅「ａ」以上にするのが望ましい。

ａ≦ｂ（２）
式（２）は、光干渉防止穴２５のサイズ「ｂ」の範囲を規定することで、漏れ光ＬがＡ面３５を迂回して導光部２１ｂ側に回りこむのを防止する条件である。このため、連結部２２は幅広になった穴形成領域２９を有する。穴形成領域２９の幅ｃは連結部２２の幅ａよりも広い。

図４の例では、連結部２２の長さ方向に沿った光干渉防止穴２５のサイズ「ｄ」は、穴形成領域２９の長さ「ｅ」よりも小さく設定されているが、ａ≦ｂが満たされていればよく、必ずしもｄがｅ以下である必要はない。

図示はしないが、導光部２１ｂからの漏れ光は図４（Ｂ）の紙面の右側から伝搬して、導光部２１ｂ側の界面に位置するＡ面３５で全反射される。Ａ面３５の設計角度αは、全反射条件の式（１）を満たしていればよいので、光干渉防止穴２５は必ずしも光軸あるいは連結部２２の長さ方向の軸に対して左右対称である必要はない。また、光干渉防止穴２５は、連結部２２の面内で光と直交する軸に対して左右対称である必要もない。

図４では、ライトパイプ２０の下部の連結部２２と光干渉防止穴２５を用いて全反射条件を説明したが、同様の構成がライトパイプ２０の上部の連結部２６と光干渉防止穴２７にも当てはまる。図４の構成により、ライトパイプ２０に複雑な形状を与えなくても、取り扱いの容易性を確保しつつ隣接する導光部２１間の光干渉を効果的に抑制することができる。

図５は、光干渉防止穴２５の別の構成例を示す。図５（Ａ）では、連結部２２に六角形の光干渉防止穴２５が形成されている。

連結部２２と光干渉防止穴２５の界面であるＡ面３５が連結部２２の長さ方向の軸（光伝搬軸）に対して成す角度をαとすると、図４の場合と同様に、
α＜９０°−θ1 （１）
を満たす。漏れ光Ｌの入射面となるＡ面３５の設計角度αは、全反射条件（１）を満たしていればよいので、光干渉防止穴２５は必ずしも正六角形である必要はなく、また光伝搬軸に対して左右対称である必要はない。

また、連結部２２の幅を「ａ」、連結部２２の幅方向に沿った光干渉防止穴２５のサイズを「ｂ」とすると、光干渉防止穴２５は、
ａ≦ｂ（２）
を満たすように設計されている。

図５（Ｂ）では、連結部２２に三角形の光干渉防止穴２５が形成されている。三角形の斜辺を構成するＡ面３５が連結部２２の長さ方向の軸に対して成す角度をαとすると、図４の場合と同様に、連結部２２と光干渉防止穴２５は、
α＜９０°−θ1 （１）
を満たすように設計される。三角形の斜辺を構成するＡ面３５の設計角度αは全反射条件（１）を満たしていればよいので、光干渉防止穴２５は必ずしも二等辺三角形や正三角形である必要はない。

また、連結部２２の幅を「ａ」、幅方向に沿った光干渉防止穴２５のサイズ（この例では三角形の高さ）を「ｂ」とすると、
ａ≦ｂ（２）
である。

図５（Ｃ）では、連結部２２に凹多角形の光干渉防止穴２５が形成されている。導光部２１ａ側から光干渉防止穴２５に入射する漏れ光Ｌは、光干渉防止穴２５の１８０°（π）を超える内角を形成するＡ面３５₁と３５₂で、２度反射される。すなわち、連結部２２を伝搬する漏れ光Ｌは、全反射条件を満たす第１のＡ面３５₁で全反射され、その全反射された光が、さらに全反射条件を満たす第２のＡ面３５₂で全反射されて導光部２１ａ側に戻る。この構成は、光干渉防止穴２５で全反射された漏れ光を連結部２２の外へ逃がさないので、隣接する導光部２１間での光干渉をさらに抑制することができる。なお、幅方向の光干渉防止穴２５のサイズｂは連結部２２の幅ａ以上である（ａ≦ｂ）。

このように、光干渉防止穴２５の形状は、連結部２２を伝搬する入射光に対して全反射条件を満たす面を有するならば（式（１））、任意の多角形とすることができる。この条件において、漏れ光Ｌの光伝搬軸は連結部２２の長さ方向の軸と平行であると近似する。連結部２２の幅方向に沿った穴のサイズが連結部２２の幅以上であるならば（式（２））、光干渉抑制効果をさらに向上することができる。

図６は、光干渉防止穴２５のさらに別の構成例を示す。図５の例では、光干渉防止穴２５は連結部２２の穴形成領域２９に形成された閉じた多角形であったが、図６では開いた多角形の光干渉防止穴４５を設ける。

図６（Ａ）では、六角形の光干渉防止穴４５の一つの辺が開放されている。漏れ光Ｌの入射面となるＡ面３５は全反射条件を満たす。連結部２２の幅方向に沿った光干渉防止穴４５のサイズ「ｂ」は、連結部２２の幅「ａ」以上である。この構成でも、導光部２１ａ又は２１ｂからの漏れ光ＬはＡ面３５で全反射され、光干渉が抑制される。

図６（Ｂ）では、三角形の光干渉防止穴４５の底辺が開放されている。三角形の斜辺を構成するＡ面３５は全反射条件を満たす。三角形の高さサイズ「ｂ」は、連結部２２の幅「ａ」以上である。この構成でも、導光部２１ａ又は２１ｂからの漏れ光はＡ面３５で全反射され、光干渉が抑制される。

図６（Ｃ）では、凹多角形の光干渉防止穴４５の一辺が開放されている。連結部２２を伝搬する漏れ光Ｌは、光干渉防止穴４５の１８０°（π）を超える内角を形成する２つのＡ面でそれぞれ全反射されて、入射方向へ戻る。連結部２２の幅方向に沿った凹多角形のサイズ「ｂ」は連結部２２の幅「ａ」以上である。この構成により、隣接する導光部２１間の光干渉が抑制される。

図７は、実施形態のライトパイプ２０の効果を示す図である。ライトパイプ２０の連結部２２に光干渉防止穴２５若しくは図６の構成の開いた光干渉防止穴４５を設けることにより、隣接する導光部２１へ光が伝搬することを防止し、意図しない光出射部２３から光が出ることを防止できる。

本願のライトパイプの光干渉防止構造は、サービスゲートウェイ装置やサーバ装置に限らず、複数の点灯インジケータを有する電子機器に広く適応可能である。

実施形態では、筐体１１の前面１１_frontに配置された照射窓１２から光が出射される構成としたが、上面１１_topに照射窓１２を形成し、ライトパイプ２０の導光部２１の光出射部２３を上面１１_topの照射窓１２に対向させてもよい。この場合も、複数の導光部２１を連結する連結部２２（または２６）の各々に、式（１）を満たす光干渉防止穴２５または４５を形成することで、漏れ光に起因する光干渉を抑制し、意図しない表示灯１５の点灯を防止することができる。

図６の実施形態では、連結部２２を基板２（図２参照）の主面に対して垂直配置としたときに連結部２２の下側で光干渉防止穴４５の一辺をオープンとしたが、ライトパイプ２０の機械的強度に影響しない限り、連結部２２の上側で光干渉防止穴４５の一辺をオープンにしてもよい。また、基板２の主面に対して水平配置される連結部２６においても、図６のように一辺がオープンになった多角形の光干渉防止穴４５を設けることができる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
複数の導光部と、
前記複数の導光部を一体的に連結する連結部と、
を有し、
前記連結部は、隣り合う前記導光部の間に形成される光干渉防止穴を有し、
前記光干渉防止穴は、前記連結部から前記光干渉防止穴に入射する光に対して全反射条件を満たす界面を有することを特徴とするライトパイプ。
（付記２）
前記光干渉防止穴は多角形の穴であり、前記光の入射側に、前記全反射条件を満たす前記界面を１つ以上有することを特徴とする付記１に記載のライトパイプ。
（付記３）
前記光干渉防止穴は凹多角形の穴であり、前記光の入射側に、前記光を全反射する第１の全反射面と、前記第１の全反射面で全反射された光をさらに全反射する第２の全反射面とを有することを特徴とする付記１に記載のライトパイプ。
（付記４）
前記光干渉防止穴は、前記連結部に形成された閉じた多角形の穴であることを特徴とする付記１に記載のライトパイプ。
（付記５）
前記光干渉防止穴は、前記連結部に形成された一辺がオープンの多角形の穴であることと特徴とする付記１に記載のライトパイプ。
（付記６）
前記連結部の幅をａ、前記幅の方向に沿った前記光干渉防止穴のサイズをｂとすると、
ａ≦ｂ
を満たすことを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載のライトパイプ。
（付記７）
前記ライトパイプは、透明樹脂で一体成形されていることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載のライトパイプ。
（付記８）
筐体の内部に配置された複数の発光素子と、
前記発光素子に対応して前記筐体の表面に配置される複数の表示灯と、
前記発光素子からの光を前記表示灯へ導くライトパイプと、
を有し、前記ライトパイプは、
前記発光素子に対応する数の導光部と、
前記導光部を一体的に連結する連結部と、
を有し、
前記連結部は、隣り合う前記導光部の間に形成される光干渉防止穴を有し、
前記光干渉防止穴は、前記連結部から前記光干渉防止穴に入射する光に対して全反射条件を満たす界面を有することを特徴とする電子機器。
（付記９）
各前記導光部は、対応する前記発光素子に対向する受光面と、
前記受光面と反対側の端部に位置して前記表示灯の一部を構成する光出射部と、
を有し、
前記連結部は、前記受光面と前記光出射部の間の１箇所以上で隣り合う前記導光部を連結することを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１０）
前記発光素子は前記筐体の内部に配置された基板上に設けられ、
前記連結部の前記光干渉防止穴が形成される面は、前記基板の主面と垂直な面であることを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１１）
前記発光素子は前記筐体の内部に配置された基板上に設けられ、
前記連結部の前記光干渉防止穴が形成される面は、前記基板の主面と平行な面であることを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１２）
前記表示灯は前記筐体の前面と上面の少なくとも一方に配置されることを特徴とする付記８〜１１に記載の電子機器。

１電子機器
２プリント回路基板（基板）
３ＬＥＤ（発光素子）
１１筐体
１２照射窓
１５表示灯
２０ライトパイプ
２１導光部
２２，２６連結部
２３光出射部
２４受光面
２５、２７、４５光干渉防止穴
３５全反射条件を満たす面（Ａ面）
Ｌ漏れ光

Claims

複数の導光部と、
前記複数の導光部を一体的に連結する連結部と、
を有し、
前記連結部は、隣り合う前記導光部の間に形成される光干渉防止穴を有し、
前記光干渉防止穴は、前記連結部から前記光干渉防止穴に入射する光に対して全反射条件を満たす界面を有し、
前記複数の導光部のそれぞれは受光面と垂直な方向に延設され、前記受光面と垂直な面内で前記複数の導光部を連結する第１連結部と、前記受光面と平行な面内で前記複数の導光部を連結する第２連結部を有し、前記第１連結部は前記受光面と垂直な面内に形成される第１の光干渉防止穴を有し、前記第２連結部は前記受光面と平行な面内に形成される第２の光干渉防止穴を有することを特徴とするライトパイプ。
前記第１の光干渉防止穴と前記第２の光干渉防止穴の少なくとも一方は多角形の穴であり、前記光の入射側に、前記全反射条件を満たす前記界面を１つ以上有することを特徴とする請求項１に記載のライトパイプ。
前記第１の光干渉防止穴と前記第２の光干渉防止穴の少なくとも一方は凹多角形の穴であり、前記光の入射側に、前記光を全反射する第１の全反射面と、前記第１の全反射面で全反射された光をさらに全反射する第２の全反射面とを有することを特徴とする請求項１に記載のライトパイプ。
前記連結部の幅をａ、前記幅の方向に沿った前記光干渉防止穴のサイズをｂとすると、
ａ≦ｂ
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のライトパイプ。
筐体の内部に配置された複数の発光素子と、
前記発光素子に対応して前記筐体の表面に配置される複数の表示灯と、
前記発光素子からの光を前記表示灯へ導くライトパイプと、
を有し、前記ライトパイプは、
前記発光素子に対応する数の導光部と、
前記導光部を一体的に連結する連結部と、
を有し、
前記連結部は、隣り合う前記導光部の間に形成される光干渉防止穴を有し、
前記光干渉防止穴は、前記連結部から前記光干渉防止穴に入射する光に対して全反射条件を満たす界面を有し、
前記複数の導光部のそれぞれは受光面と垂直な方向に延設され、前記受光面と垂直な面内で前記複数の導光部を連結する第１連結部と、前記受光面と平行な面内で前記複数の導光部を連結する第２連結部を有し、前記第１連結部は前記受光面と垂直な面内に形成される第１の光干渉防止穴を有し、前記第２連結部は前記受光面と平行な面内に形成される第２の光干渉防止穴を有することを特徴とする電子機器。