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６１〜６７、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６８〜６１９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＝√（ｘ２＋ｄ２）
となる。
点Ｐθでの照度Ｅθは、
Ｅθ＝ｃｏｓθｐ・ｃｏｓ（９０°―θｐ）・Ｋ／ｒ２
となるので、上記式より、
Ｅθ＝Ｋ・ｄ・ｘ／ｒ４
と表せる。ここで、Ｋは比例定数である。
Ｅθをｘの函数としてｘで微分すると、
ｄＥθ／ｄｘ＝Ｋ・ｄ／ｒ４＋Ｋ・ｄ・ｘ・（−４ｘ）／ｒ６
＝Ｋ・ｄ（ｄ２−３ｘ２）／ｒ６
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. ｎ
    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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