JPWO2011030856A1 - 点光源を用いた面照明方法、線状光源装置およびこの線状光源装置を用いた面照明装置 - Google Patents

点光源を用いた面照明方法、線状光源装置およびこの線状光源装置を用いた面照明装置 Download PDF

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Abstract

指向性の強い点光源Iと、この点光源からの光を線状光に変換する線状光変換手段IIと、この線状光を拡散する線状光拡散手段IIIと、この拡散光が照射されて面状照明光を出光させる面状照明手段IVとを備え、点光源Iからの光を線状光変換手段IIで線状光に変換し、この変換した線状光を線状光拡散手段IIIで所定方向へ拡散して、この拡散光を面状照明手段IVに照射して面状光にして照明する。

Description

この発明は、点光源を用いた面照明方法、光源装置およびこの光源装置を用いた面照明装置に係り、さらに詳しくは点光源からの光を線状光に変換した後に面状光にして照明する面照明方法、点光源からの光を線状光にして照射する光源装置およびこの光源装置を用いた面照明装置に関するものである。

近年、液晶パネル用バックライトのような面照明装置の光源は、これまでの蛍光灯などに代えて、蛍光灯などよりも省電力、長寿命で且つ小型な発光ダイオード(以下、LEDという)やレーザーダイオード(以下、LDという)が使用され始めている。
例えば、下記特許文献1には、LEDを使用したエッジライト型の照明装置が記載されている。この照明装置は、LEDと、このLEDからの光導入部が平坦面に形成された官製ハガキ程度の大きさの導光板と、LEDからの光を反射する反射鏡とを備え、導光板の平坦面にLEDを装着するとともに、このLEDを反射鏡で覆った構成となっている。また、下記特許文献2には、LEDからの光をプリズムアレイからなる光源ロッドを介して導光板に導入するようにした照明装置が記載されている。さらに、下記特許文献3には、導光体の入光面に複数のLEDを等間隔に配置し、このLEDからの光を反射体で乱反射させ、その散乱光により導光体の出光面を面発光させて、導光体の出光面に対向配置された表示体を照光するレジ案内灯が記載されている。

上記の照明装置は、エッジライト型のものであるが、直下型の照明装置も知られている。例えば、下記特許文献4には、LEDに該LEDからの光を制御する光制御手段を取付けて面状光を得ることができるようにした面発光装置が記載されている。また、下記特許文献5には、面照明光源装置およびこの面照明光源装置を用いた面照明装置が記載されている。この面照明光源装置は、LEDと、このLEDを中央部に配設した底面部およびこの底面部の周囲から立設された側面部並びに底面部と対向する側に開口を設けた箱型ケーシングと、開口を覆いLEDからの光を略均一にする光学反射板とで構成されている。また、面照明装置は、上記面照明光源装置を複数個用いて、これら複数個の面照明光源装置を連接したものとなっている。

特開2005−149848号公報(段落〔0012〕、図1) 特開2001−236811号公報(段落〔0012〕〜〔0014〕、図1) 特開2005−99406号公報(段落〔0016〕、〔0017〕、図3) 特開2004−6317号公報(段落〔0020〕〜〔0026〕、図1) 特開2008−27886号公報(段落〔0045〕〜〔0048〕、図1)

上記特許文献1〜3のエッジライト型の照明装置は、いずれも矩形導光板の一辺または全辺に1個ないし複数個のLEDが配設されているので、導光面から均一な照明光を得ることができる。しかしながら、これらの照明装置は、所定の肉厚および大きさを有し比較的高価な導光板を必要とするので、大型化が難しくなっている。例えば、上記特許文献1の照明装置は、官製ハガキ程度のガラス或いはアクリルを使用したものとなっているので、それ以上の大型化が難しい。強いて大型化しようとすると、大型の導光板が必要になり、しかも上記特許文献3の照明装置のように、複数個の発光ダイオードが必要となって、これら複数個の発光ダイオードを導光板の全辺の受光面に配設しなければならなくなる。そのために、照明装置の重量が増大し、しかも部品点数も多くなって組立て作業が面倒になり、さらにコストが高騰することになる。また、このような大型の導光板を用いると、光源から発光面までの光経路が長くなり、そのために光の減衰が大きくなり、均一な照明光を得るのが難しく、しかも照度の高い照明光を得るのも難しくなる。したがって、これらのエッジライト型の照明装置は、導光板を用いこの導光板の周辺に光源を配設する構造となり、小型の照明装置としては好適であるが大型化に限界がある。これに対して、上記特許文献4、5の直下型の面照明装置は、導光板を使用しないので、軽量にできるが、大面積の照明光を得るには、複数個の光源装置をマトリクス状に配設しなければならず、コスト高が課題となっている。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、点光源光を面積の大きい面状光にして照明する面照明方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、光源に指向性の強い点光源を用いても、従来技術が必須としていた導光板を不要にして、広い面積で均一な面状照明光を得ることができる面照明装置を提供することにある。

前記目的は、以下の構成によって達成できる。
指向性の強い点光源と、この点光源からの光を線状光に変換する線状光変換手段と、この線状光を拡散する線状光拡散手段と、この拡散光が照射されて面状照明光を出光させる面状照明手段とを用いて、前記点光源からの光を前記線状光変換手段で線状光に変換し、この変換した線状光を前記線状光拡散手段で所定方向へ拡散して、この拡散光を面状照明手段に照射して面状光にして照明する点光源を用いた面照明方法。

また、本発明の面照明方法において、前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するため、本発明の線状光源装置は、指向性の強い点光源と、前記点光源を内部に収容したケーシングとを備えた線状光源装置において、前記ケーシングは、前記点光源を略中央部に設けた幅狭で長尺な底板と、前記底板の周囲から所定高さ立設した側板および前記底板と対向する側に開口を設けて内壁面が反射面で形成された箱状体からなり、前記開口が前記点光源からの光を線状光にして出光させる照射パターンが形成された光学反射板で覆われていることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置において、前記ケーシングは、所定の内径を有し内壁面が反射面で形成された長尺の筒状体からなり、該筒状体の略中央部に前記点光源が固定されて、該点光源の略真上天井部分に該真上天井点を通る長手方向に線状光を出光させるスリットが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置において、前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする。

また、本発明の線状光源装置において、前記ケーシングは超微細発泡光反射剤とアルミニウム金属との積層体からなる反射材、表面がポリテトラフルオロエチレンを含む反射層を備える反射材、及び、表面が硫酸バリウムを含む反射層を備える反射材の何れかからなることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するため、本発明の面照明装置は、指向性の強い点光源と、前記点光源からの光を線状光に変換する線状光変換装置と、前記線状光変換装置からの線状光を拡散する線状光拡散装置と、前記線状光拡散装置からの拡散光が照射されて面状光が出光される面状光出射部材とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の面照明装置において、前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする。

また、本発明の面照明装置において、前記線状光変換装置は、前記点光源を内部に収容したケーシングを備え、前記ケーシングは、前記点光源を略中央部に設けた幅狭で長尺な底板と、前記底板の周囲から所定高さ立設した側板および前記底板と対向する側に開口を設けて内壁面が反射面で形成された箱状体からなり、前記開口が前記点光源からの光を線状光にして出光させる照射パターンが形成された光学反射板で覆われており、前記線状光拡散装置は、内部に前記線状光変換装置を収容できる大きさの空間および外壁面に前記線状光変換装置からの線状光を所定方向へ拡散させる拡散部材を有し、前記面状光出照部材は、前記線状拡散装置からの拡散光が照射されて面状光を出光する拡散板で形成されていることを特徴とする。

また、本発明の面照明装置において、前記拡散部材は、線状光の中心光軸と該中心光軸との角度θが60度の角度で照射される照射光が当たる箇所を高光反射率かつ低光透過率に、60度の角度から離れるに従って、光反射率が低下するとともに光透過率が増大する線状光拡散パターンが形成されていることを特徴とする。

本発明の面照明方法によれば、指向性の強い点光源からの点状光を面積の大きな面状光にして照明することができる。

本発明の線状光源装置によれば、点光源からの点状光を線状光に変換した線状光源装置を得ることができる。

また、本発明の線状光源装置においては、水の殺菌灯や接着樹脂の硬化、発光型液晶ディスプレイのバックライトなどに用いることができる。

本発明の面照明装置によれば、点光源からの点状光を線状光に変換し、この変換した線状光を所定方向へ拡散して、面状光出照部材から面積の広い面状照明光を得ることができる。

また、本発明の面照明装置においては、前記線状光変換装置から出光する線状光線が所定の線状光拡散パターンを通じて均一な光量で前記拡散板に照射される。

また、本発明の面照明方法、線状光源装置及び面照明装置においては、LEDまたはLDのような指向性の強い点光源を用いても、中央部に明るいスポットを残すことなく、また反対にこの真上部分を暗くさせることもなく、均一な照明光を得ることができる。

図1は本発明の実施形態1に係る点光源を用いた面照明方法を説明する概略説明図である。 図2Aは図1の線状光変換装置の外観斜視図、図2Bは図2Aの線状光変換装置の分解斜視図である。 図3は図2の線状光変換装置を構成する光学反射板の変形例の平面図である。 図4A、図4Bは図1の線状光変換装置の変形例の斜視図である。 図5A、図5Bは図1の線状光変換装置の他の変形例の斜視図である。 図6は図1の線状光拡散装置の外観斜視図である。 図7は図6の線状光拡散装置の分解斜視図である。 図8は図6の線状光拡散装置を構成する線状光拡散部材の平面図である。 図9は図6の線状光拡散装置を組込んだ面照明装置の一部断面図である。 図10は図9の面照明装置における照度曲線である。 図11は図6の線状光拡散装置の変形例を示した外観斜視図である。 図12は本発明の他の実施形態に係る面照明装置の外観斜視図である。 図13は図12の面照明装置のXIII―XIII線の断面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための点光源を用いた面照明方法、線状光源装置およびこの線状光源装置を用いた面照明装置を例示するものであって、本発明をこれらのものに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。なお、この実施形態では、1個の線状変換装置(光源装置)を用いて、線状変換装置および線状光拡散装置および面照明装置を構成したが、複数個の線状変換装置を用い、これらの線状変換装置を長手方向にタンデムに連結して線状変換装置および線状光拡散装置および面照明装置を構成してもよい。

図1を参照して、本発明の実施形態1に係る点光源を用いた面照明方法を説明する。なお、図1は本発明の実施形態1に係る点光源を用いた面照明方法を説明する概略説明図である。

この面照明方法は、点光源からの光を線状光に変換し、この変換した線状光を面状光にして照明する方法である。具体的には、図1に示すように、指向性の強い点光源Iと、この点光源からの光を線状光に変換する線状光変換手段IIと、この線状光を拡散する線状光拡散手段IIIと、この拡散光が照射されて面状照明光を出光させる面状照明手段IVとを用いて、点光源Iからの光、すなわち点状光を線状光変換手段IIで線状光に変換し、この変換した線状光を線状光拡散手段IIIで所定方向へ拡散して、この拡散光を面状照明手段IVに照射して面状光にして照明する。以下、この面照明方法に用いる線状光変換手段、線状光拡散手段および面状照明手段の具体例を説明する。

点光源1は、1個のLEDまたは複数のLED素子を集合したLED(以下、これらを総称してLEDという)、またはLDを使用する。LEDは、光の三原色のR、G、Bだけでなく他の色のLEDなど、またLEDまたはLDにレンズを装着させたものでもよい。この実施形態は、LEDを用いた例を説明する。
このLED1は、図1に示すように、LED1の発光点または発光面から360度の方向に放射し離れた箇所で収束する略球状の配光特性を有している。すなわち、図1のI―1に示すように、LED1の発光中心点(面)の0と、この発光点(面)0を中心にして水平方向に離れた所定距離並びにこの中心点を通る零度(0°)の垂直線およびこの垂直線との間でなす角度0°〜90°の範囲において、符号Aのような配光曲線を有している。この配光曲線Aは、発光点(面)0を中心にして、放射方向、すなわち360度に広がったボール状の曲線を描くものとなっているが、指向角零度(0°)の光軸Axを通る光が最も強いものとなっている

LED1は、図1のI―1に示すような配光特性を有する点状光となっているので、そのまま照明光に利用すると、照明できる範囲が極めて狭くなり、面積の広い面状の照明光を得ることができない。そこで、広い面積の面状照明光を得る前に、LED1からの点状光を一度幅狭で長尺の線状光に変換する。この線状光への変換は、線状光変換手段II、具体的には図2に示すような線状光変換装置2を用いて行う。

図2を参照して、線状光変換装置を説明する。なお、図2Aは線状光変換装置の外観斜視図、図2Bは図2Aの線状光変換装置の分解斜視図である。

線状光変換装置2は、LED1と、このLED1が略中央部に固定される細長の底板3aと、この底板3aの周囲から所定高さ立設した側板3bとを有し、これら側板の頂部が開口3oした箱型のケーシング3と、この開口3oを覆う光学反射板4とを有し、底板3aの略中央部にLED1を固定し、開口3oを光学反射板4で覆った構成となっている。

ケーシング3の底板3aは対向する一対の長辺および短辺とを有し、長辺および短辺の長さL1、L2は、例えばL1が200mm、L2が10mmである。また、側板の高さHは、例えば10mmである。この箱型ケーシング3の内壁面は、高反射率を有する反射面で形成されている。底板3aは、その略中央部にLED1が装着される装着孔が形成されている。LED1は、所定大きさの基板に固定されて、この基板が底板の背面に配設されて、LEDの発光部が装着孔から露出される。ケーシング3は、高光反射率、低光透過率および低光吸収率の反射板材、例えば超微細発泡光反射板で形成されている。この超微細発泡光反射板には、反射率98%、光透過率1%、光吸収率1%のものがあるので、これを使用するのが好ましい。勿論、ケーシングはこの材料に限定されるものでなく、透明基板を用い、この基板に反射材を塗布または印刷したものでもよい。例えばチタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを塗布或いはスクリーン印刷により形成したものなどである。

光学反射板4は、図2に示すように、ケーシング3の開口3oを塞ぐ大きさの細長の板状体からなり、高光反射率、低光透過率および低光吸収率の反射板で形成されている。この材料はケーシングと同じものを使用するのが好ましい。この光学反射板は、一対の長辺4a、4bおよび短辺4c、4dとを有し、長辺および短辺の長さは、ケーシング3の底板3a各辺の長さと同じになっている。この光学反射板4は、その中心部に中央反射部5と、この中央反射部から両端の短辺4c、4dに向かって外方反射部6とが形成され、これらの中央反射部5および外方反射部6によって所定の照射パターンが形成されている。中央反射部5は、ケーシング3の開口3oに光学反射板4が取付けられたときにLED1の真上部分にあって、LED発光部の垂直直上部分と対向する小面積の中心反射エリア5aと、この中心反射エリア5aを中心にして該中心から所定距離離れて面積が若干拡大された中心周辺反射エリア5bとで構成されている。LED1は、その配光特性から、中心反射エリア5aに最も強い光が照射され、次いで中心周辺反射エリア5bにそれに次ぐ強い光が照射される。そこで、中心反射エリア5aは、光反射率が最も高く且つ光透過率が最も低く、中心周辺反射エリア5bは、この光反射率が若干低下し一方光透過率が若干高くなるように調節されている。中心反射エリア5aの光反射率を最も高くし且つ光透過率が最も低くしたので、このエリアを暗くさせずにしかも輝度の高い照明スポットの発生をなくすることができる。

この反射率および透過率は、反射板の加工によって調節される。中心反射エリア5aは、例えば、反射板の肉厚の調整、中心周辺反射エリア5bは反射板に複数本の細溝(縦溝、横溝、リング状のハーフカット溝)などを形成して調節される。

外方反射部6は、中心周辺反射エリア5bから両短辺4c、4dに向かって設けた中間外方反射部6aおよび最外方反射部6bで形成されている。これらの中間外方反射部6aおよび最外方反射部6bは、開口面積の異なる複数個のスリットおよび貫通孔で形成されている。すなわち、中間外方反射部6aは、中心周辺反射エリア5bから離れるに従って開口面積を大きくしたスリット6〜6、最外方反射部6bは中間外方反射部6aから離れるに従って開口面積を大きくした貫通孔6〜619で形成されている。外方反射部6は、中間外方反射部6aおよび最外方反射部6bに形成した複数個のスリットおよび貫通孔と開口面積が異なる。すなわち、中間外方反射部6aから最外方反射部6bへ向かうにしたがって大きくなっているので、LED1からの点状光を略線状光にして略均一にして出光させることができる。

この線状光変換装置2は、ケーシング3の底板3aにLED1を装着して、開口3oを光学反射板4で覆うと、LED1からの点状光がケーシング3の内壁面と光学反射板4の背面(出光面の裏面)との間で1回の反射または多重反射されて、光学反射板4の中央反射部5および外方反射部6から所定の幅長および長さの線状光が照射される(図1のII―1参照)。光学反射板4面から照射される線状光の幅長および長さは、例えば幅長0.1〜10mm、長さ200mmである。

この線状光変換装置2からの線状光の配光特性は、図1のII―2に示すように、LED1のボール状の配光特性曲線(図I―1参照)を縦方向から切断したものに似たものとなる。したがって、この線状光変換装置2により、LED1からの点状光を所定の幅長および長さを有する線状光に変換できる。

この線状光変換装置2は、LED1からの点状光を線状光に変換する線状光変換手段として用いたが、所定の幅および長さを有する線状光を照射できるので、光源装置としても利用できる。例えば、読取り装置などの光源装置などに使用できる。

この光学反射板の素材は、超微細発泡反射板材としたが、この材料に限定されるものでなく、透明基板を用い、この基板に上記開口部分以外に反射材を塗布または印刷したものでもよい。例えばチタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを塗布或いはスクリーン印刷により形成したものである。

上記の光学反射板4においては、中心反射エリア5aおよび中心周辺反射エリア5bを設けた中央反射部5と、外方反射部6とを設けたもので照射パターンを構成したが、これに限定されず変更してもよい。

図3、図4を参照して、異なる照射パターンを有する光学反射板の変形例を説明する。なお、図3A〜図3Cは光学反射板の変形例の平面図である。

光学反射板4Aは、その中心部に中央反射部5Aと、この中央反射部から両端の短辺4c、4dに向かって外方反射部6Aとが形成されている(図3A参照)。中央反射部5Aは、LED光を高い反射率で反射させる一方で、低光透過率になるように複数個の微細孔で形成され、外方反射部6Aは、側方中央反射部から遠ざかるにしたがって、反射率を次第に低減させる一方で光透過率を増大せる開口を有する貫通孔で形成されている。

光学反射部4Bは、中央反射部5Bおよび外方反射部6Bをスリットで形成したもので、これらのスリットは所定の開口率になるようにその面積が変更されている(図3B参照)。また、光学反射部4Cは、中央反射部5Cにスリットを設けず、一方外方反射部6Cは長手方向へ開口面積を拡大した比較的長いスリットを設けて構成したものである(図3C参照)。

図4、図5を参照して、他の線状光変換装置を説明する。なお、図4A、図4B及び図5A、図5Bは線状光変換装置の変形例の斜視図である。
線状光変換装置2のケーシング3は、直方体形状だけではなく、図4に示される形状のものであってもよい。つまり、線状光変換装置2Aは、ケーシング3Aの側板3Abが多角柱状となっているもの、線状光変換装置2Bは、ケーシング3Bの側板3Bbが円柱状となっているものである。また、ケーシングの形状はここに示された形状だけでなく、角柱状若しくは円柱状であればよい。
線状光変換装置2Cは、対向する側板3bの上端縁から所定の角度α傾け、頂部に所定の隙間をあけて対向する一対の光集束反射板a、bが立設されている。この隙間は、例えば0.1〜2mmである。光集束反射板は、光学反射板と同じ材料で形成するのが好ましい。
この線状光変換装置2Cによれば、光学反射板4から出射された線状光が5〜10mm程度の比較的太い線状光である場合でも、0.1〜2mm程度の細い線状光とすることができる。
線状光源変換装置2Dは、ケーシング底部7c上に、所定の内径を有し内壁面が反射面で形成された長尺の筒状体からなるケーシング7a,7bが立設されている。すなわち、このケーシングにおいては側面部および光学反射部が一体となっている。底部7cの略中央部には点光源1が固定されており、点光源1の略真上天井点を通る長手方向には線状光を出光させるスリット8が形成されている。このスリットの中央部8aはその幅が狭く、スリットの外方8bでは中央部8aから離れるに従ってスリットの幅が広くなっている。

図6、図7を参照して、線状光拡散装置を説明する。なお、図6は線状光拡散装置の外観斜視図、図7は図6の線状光拡散装置の分解斜視図である。線状光拡散手段IIIは、図1のIII―1および図6に示すように、線状光変換装置2を覆い、この線状変換装置からの線状光を所定の方向へ拡散する線状光拡散装置9で構成されている。

線状光拡散装置9は、線状光変換装置2から出射された光の配光分布をコントロールする作用を有し、エッジ型の面照明装置に組込んで面照明装置の両面または片面を均一に光らせることができる。以下、その構成を説明する。線状光拡散装置9は、線状光変換装置2が固定される細長矩形状の固定板10と、この固定板10の対向する一方側縁から他方の側縁へ半円形またはアーチ状に湾曲して内部に線状光変換装置2が収容される大きさの空間が形成された線状光拡散部材11とで構成されている。固定板10は、線状光変換装置2を載置して固定する大きさの板状体、すなわち線状光変換装置2の底板の長さと略同じ長さおよび幅長より若干幅広の幅長を有する板状体からなり、高光反射率、低光透過率および低光吸収率の反射板で形成されている。この材料は線状光変換装置のケーシングと同じものを使用するのが好ましい。

線状光拡散部材11は、所定の肉厚および固定板10の長さと略同じ長さおよび幅長より広い幅長を有する反射板で形成されている。すなわち、この線状光拡散部材11は、図7、図8に示すように、固定板10の長さと略同じ長さの対向する一対の長辺11a、11bと、この固定板の幅長より長い対向した一対の短辺11c、11dとを有する長方形状をなし、固定板10に湾曲させた状態で固定される。湾曲させるので可撓性を有する材料で形成するのが好ましい。この線状光拡散部材11は、固定板10に湾曲した状態で固定され、内部の空間11oに線状光変換装置2が収容されて、この線状光変換装置からの線状光を所定の方向へ拡散させる所定の開口面積を有する複数個の貫通孔が所定の規則性をもって配列し形成されている。

図8を参照して、線状光拡散部材11に設けられた貫通孔の配列を説明する。なお、図8は図6の線状光拡散装置を構成する線状光拡散部材を平坦に伸ばした平面図である。
複数個の貫通孔は、矩形状の開口をもった孔からなり、線状光拡散部材11の一方の短辺11cから他方の短辺11dに向かって略等間隔で垂直に引いた仮想垂直線X1、X2、X3・・〜Xm−2、Xm−1、Xmと一方の長辺11aから他方の長辺11bに向かって略等間隔で水平に引いた仮想水平線Y1、Y2、Y3・・〜Yk−2、Yk−1、Ykとが交差する箇所に形成されている。例えば、仮想垂直線X1と各仮想水平線の奇数線例えばY1、Y3・・とが交差する箇所に貫通孔1211、1212、・・〜121n−1、121nおよび次の仮想垂直線X2と各仮想水平線の偶数線例えばY2、Y4・・Yk−1とが交差する箇所に貫通孔1221、1222・・〜122n−1、122n−1、以下、同様にして、貫通孔12m1〜12mnが配列されている。この配列により、これらの貫通孔は、所定の規則性を有し、所定の線状光拡散パターンを形成する。また、これらの貫通孔は、矩形状の開口をもった孔で形成されているが、形状はこれに限定されず、任意の形状、例えば円形、楕円形などに形成してもよい。

これらの貫通孔は、仮想水平線Y1、Y2、Y3・・〜Yk−2、Yk−1、Yk上ではそれぞれの貫通孔の開口面積が同じであり、仮想垂直線X1、X2、X3・・〜Xm−2、Xm−1、Xm上ではそれぞれの貫通孔の開口面積は異なっている。これらの配列と開口面積は、線状光変換装置2から照射される線状光の配光特性を考慮し可能な限り均一に分散させて、拡散板に照射し、この拡散板面から均一な照明光を得る機能を果たすもので、大きさおよび配列の規則性が重要になる。これらの貫通孔の大きさおよび配列の規則性は、線状光変換装置2から所定距離離して立設した拡散板との関係で決定される。

図8〜図10を参照して、貫通孔の大きさおよび配列を説明する。なお、図9は図6の線状光拡散装置を組込んだ面照明装置の一部断面図、図10は図9の面照明装置において線状光拡散装置を取り外した場合における照度曲線である。面状照明手段IVは、線状光拡散装置からの拡散光が照射され、面状光にされて照明する一対の拡散板14A、14Bを有した面照明装置13で構成されている。

これらの拡散板14A、14Bは、線状光変換装置2の両側から所定距離離して略平行に立設される。各拡散板14A、14Bは、線状光変換装置2の長手方向の長辺と略同じ長さおよび所定の高さ(例えば200mm)の矩形状の板状体で形成されている。線状光変換装置2は、対向する一対の拡散板14A、14Bの略中間に位置している。そこで、線状光変換装置2の光学反射板4から一方の拡散板14Bの所定位置Pθを見込む角度をθp、光学反射板4の中心線Cxから拡散板14Bまでの距離をd、光学反射板4の中心線から所定位置Pθまでの距離をr、光学反射板4から所定位置Pθまでの高さをxとすると、これらの間に以下の関係が成り立つ、すなわち、
cosθp=d/r
cos(90°―θp)=x/r
r=√(x+d
となる。
点Pθでの照度Eθは、
θ=cosθp・cos(90°―θp)・K/r
となるので、上記式より、
θ=K・d・x/r
と表せる。ここで、Kは比例定数である。
θをxの函数としてxで微分すると、
dEθ/dx=K・d/r+K・d・x・(−4x)/r
=K・d(d−3x)/r
この式に基づいて描いた曲線を図10に示す。図10と、上記式からわかるように、照度Eθが最大となるのはθp=30°、すなわち線状光の中心光軸と該中心光軸との角度が60°のときである。
つまり、線状光拡散部材11に設ける貫通孔の大きさは、光学反射板4から所定位置Pθを見込む角度が30°になる位置で最小となるよう設定すればよい。その他の角度についても、上記式に基づいて線状光変換装置2に設ける貫通孔の大きさを設定することによって、拡散板14B上で均一な面照明を得ることができる。なお、拡散板14Aでも同じである。

この関係を図8に示した線状光拡散部材11との関係で説明すると、仮想水平線Y3、Yk−2上に配設する貫通孔の開口面積が最も小さく、これらの仮想水平線から離れるに従って仮想水平線上の貫通孔の開口面積が徐々に大きくなり、中心となる仮想水平線Yc上で貫通孔の開口面積が最も大きくなっている。

この面照明装置によれば、LED1からの点状光を線状光変換装置で線状光に変換し、この変換した線状光を線状光拡散装置で所定方向へ拡散して、この拡散光を拡散板に照射して面状光にして照明することができる。

線状光拡散装置9は、線状光拡散部材11の仮想水平線Yc付近にも貫通孔を形成したが、この付近の貫通孔を省いてもよい。図11の線状拡散線状11Aは、仮想水平線Yc付近の貫通孔を省いたもので、他の構成は線状光拡散部材11と同じである。仮想水平線Yc付近の貫通孔を省くことにより、線状光の中心光軸方向の出射光を効率よく反射し、より多くの光が貫通孔を通過して拡散板14A、14Bへと出射される。

図12、図13を参照して、本発明の他の実施形態に係る面照明装置を説明する。なお、図12は本発明の他の実施形態に係る面照明装置の外観斜視図、図13は図12の面照明装置のXIII―XIII線の断面図である。

面照明装置13は、図12、図13に示すように、枠部材15に、LED1、このLED1が装着された線状光変換装置2、この線状光変換装置2からの線状光を所定の方向へ拡散させて出光する線状光拡散装置9および一対の拡散板14A、14Bを収容した構成となっている。枠部材15は、線状光拡散装置9および一対の拡散板14A、14Bが収容される大きさの底枠15aと、この底枠の両端から立設されて一対の拡散板14A、14Bを収容できる高さの側枠15c、15dと、各側枠の頂部を連結する上枠15bと有し、内部に空間15oを設けた額縁状の枠体からなり、樹脂成型体などで形成されている。

この面照明装置13によれば、LED1からの点状光を線状光変換装置2で線状光に変換し、この変換した線状光を線状光拡散装置9で所定方向へ拡散して、この拡散光を一対の拡散板14A、14Bに照射して面状光にして照明することができる。この面照明装置13では、一対の拡散板14A、14Bを使用し、両面から照明光を出光できるようにしたが、一方の拡散板を残し他方を反射板で構成して片面から照明光を出光できるようにしてもよい。

また、線状光変換装置2のケーシングの部材として、超微細発泡光反射材とアルミニウム金属との積層体からなる反射材、表面がポリテトラフルオロエチレンを含む反射層を備える反射材、及び、表面が硫酸バリウムを含む反射層を備える反射材などの高光反射率の部材を用いることによって、可視光のみならず、近紫外線や赤外線も均一に反射させることができる。このケーシングを使用した線状光変換装置2と近紫外線発光LEDを用いることで、水の殺菌灯や、接着樹脂の硬化用照明などに利用することができる。また、この線状光変換装置2を面照明装置13へと組み込むことで、カラーフィルタ層に換えて蛍光材料層を使用した発光型液晶ディスプレイのバックライトとしても利用することができる。

I 点光源
II 線状光変換手段
III 線状光拡散手段
IV 面状照明手段
a、b 光集束反射板
1 点光源(LED)
2、2A、2B 線状光変換装置
3、3A〜3D ケーシング
3o 開口
4、4A〜4C 光学反射板
5 中央反射部
6 外方反射部
9 線状光拡散装置
10 固定板
11 線状光拡散部材
12 貫通孔
13 面照明装置
14A、14B 拡散板
15 枠部材

Claims (10)

  1. 指向性の強い点光源と、この点光源からの光を線状光に変換する線状光変換手段と、この線状光を拡散する線状光拡散手段と、この拡散光が照射されて面状照明光を出光させる面状照明手段とを用いて、前記点光源からの光を前記線状光変換手段で線状光に変換し、この変換した線状光を前記線状光拡散手段で所定方向へ拡散して、この拡散光を面状照明手段に照射して面状光にして照明する点光源を用いた面照明方法。
  2. 前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の面照明方法。
  3. 指向性の強い点光源と、
    前記点光源を内部に収容したケーシングとを備えた線状光源装置において、
    前記ケーシングは、前記点光源を略中央部に設けた幅狭で長尺な底板と、前記底板の周囲から所定高さ立設した側板および前記底板と対向する側に開口を設けて内壁面が反射面で形成された箱状体からなり、前記開口が前記点光源からの光を線状光にして出光させる照射パターンが形成された光学反射板で覆われていることを特徴とする線状光源装置。
  4. 前記ケーシングは、所定の内径を有し内壁面が反射面で形成された長尺の筒状体からなり、該筒状体の略中央部に前記点光源が固定されて、該点光源の略真上天井部分に該真上天井点を通る長手方向に線状光を出光させるスリットが形成されていることを特徴とする請求項3に記載の線状光源装置。

  5. 前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする請求項3に記載の線状光源装置。
  6. 前記ケーシングは超微細発泡光反射材とアルミニウム金属との積層体からなる反射材、表面がポリテトラフルオロエチレンを含む反射層を備える反射材、及び、表面が硫酸バリウムを含む反射層を備える反射材の何れかからなることを特徴とする請求項3に記載の線状光源装置。
  7. 指向性の強い点光源と、
    前記点光源からの光を線状光に変換する線状光変換装置と、
    前記線状光変換装置からの線状光を拡散する線状光拡散装置と
    前記線状光拡散装置からの拡散光が照射されて面状光が出光される面状光出射部材とを備えていることを特徴とする面照明装置。
  8. 前記点光源は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする請求項7に記載の面照明装置。
  9. 前記線状光変換装置は、前記点光源を内部に収容したケーシングを備え、
    前記ケーシングは、前記点光源を略中央部に設けた幅狭で長尺な底板と、前記底板の周囲から所定高さ立設した側板および前記底板と対向する側に開口を設けて内壁面が反射面で形成された箱状体からなり、前記開口が前記点光源からの光を線状光にして出光させる照射パターンが形成された光学反射板で覆われており、前記線状光拡散装置は、内部に前記線状光変換装置を収容できる大きさの空間および外壁面に前記線状光変換装置からの線状光を所定方向へ拡散させる拡散部材を有し、
    前記面状光出照部材は、前記線状拡散装置からの拡散光が照射されて面状光を出光する拡散板で形成されていることを特徴とする請求項7に記載の面照明装置。
  10. 前記拡散部材は、線状光の中心光軸と該中心光軸との角度θが60度の角度で照射される照射光が当たる箇所を高光反射率かつ低光透過率に、60度の角度から離れるに従って、光反射率が低下するとともに光透過率が増大する線状光拡散パターンが形成されていることを特徴とする請求項9に記載の面照明装置。
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