JPWO2016051530A1 - Optical element and illumination device - Google Patents

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Abstract

透明な光学素子(10)は、光を拡散させる拡散部(15)を有する導光部材(14)を有する。第2ロッド(12a、12b、12c)は、それぞれ、光源1の光を拡散部に向けて傾斜した方向から導光する。The transparent optical element (10) has a light guide member (14) having a diffusion part (15) for diffusing light. Each of the second rods (12a, 12b, 12c) guides light from the light source 1 from a direction inclined toward the diffusing unit.

Description

本発明の実施形態は、例えば、点状に見える光を広配光に射出できる光学素子、およびこの光学素子を備えた電球などの照明装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to, for example, an optical element that can emit light that appears to be spot-like in a wide light distribution, and an illumination device such as a light bulb including the optical element.

従来、光源から離れた位置に散乱体を配置し、導光部材を介して光源から発せられる光を散乱体へ導くタイプの光学素子が知られている。この光学素子は、光源から離れた位置で散乱体を光らせることができる。   Conventionally, there has been known an optical element of a type in which a scatterer is arranged at a position away from a light source and light emitted from the light source is guided to the scatterer via a light guide member. This optical element can illuminate the scatterer at a position away from the light source.

例えば、この種の光学素子を透明グローブ内に配置し、透明グローブの中央に散乱体が位置するように光学素子を配置すると、電球型の照明装置として機能させることができる。このとき、散乱体をできるだけ小さくし、疑似的な点光源とすることにより、白熱電球の光り方に近付けること(レトロフィット)が期待できる。この場合、一般的な電球のサイズを考えると、光源にはLEDを用いることが好ましい。   For example, when this type of optical element is arranged in a transparent globe and the optical element is arranged so that the scatterer is located in the center of the transparent globe, it can function as a light bulb-type lighting device. At this time, by making the scatterer as small as possible and using it as a pseudo point light source, it can be expected to be close to how the incandescent bulb shines (retrofit). In this case, considering the size of a general light bulb, it is preferable to use an LED as the light source.

US 6、350、041US 6,350,041

しかし、上述した光学素子の光源としてLEDを用いると、LEDからの射出光の指向性が強いため、電球の配光角が狭くなる。そのため、白熱電球のように広配光な疑似点光源を実現することが難しい。   However, when an LED is used as the light source of the optical element described above, the light distribution angle of the light bulb becomes narrow because the directivity of light emitted from the LED is strong. For this reason, it is difficult to realize a pseudo point light source having a wide light distribution like an incandescent bulb.

実施形態に係る光学素子は、可視光に対して透明な材料で形成され、光学素子内を透過する光を拡散させる第1拡散面と、この第1拡散面に接する第1の空気層と、を有する第1部分と、この第1部分と一体に設けられ、第1拡散面に対して傾斜した方向に延びる第2部分と、を有する。第1の空気層は、第1拡散面に対して交差する方向の側面を備える。   The optical element according to the embodiment is formed of a material transparent to visible light, and diffuses light transmitted through the optical element; a first air layer in contact with the first diffusion surface; And a second portion provided integrally with the first portion and extending in a direction inclined with respect to the first diffusion surface. The first air layer includes a side surface in a direction intersecting with the first diffusion surface.

本発明の実施形態によると、広配光な疑似点光源を実現することができる光学素子および照明装置を提供できる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an optical element and an illumination device that can realize a pseudo-point light source with a wide light distribution.

図1は、第1の実施形態に係る光学素子を備えた電球の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a light bulb including the optical element according to the first embodiment. 図2は、図1の電球のグローブ内に配置された第1の実施形態に係る光学素子を示す外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view showing the optical element according to the first embodiment arranged in the globe of the light bulb shown in FIG. 図3は、図2の光学素子を矢印F3方向から見た上面図である。FIG. 3 is a top view of the optical element of FIG. 2 viewed from the direction of arrow F3. 図4は、図2の光学素子を矢印F4方向から見た側面図である。FIG. 4 is a side view of the optical element of FIG. 2 viewed from the direction of arrow F4. 図5は、図2の光学素子を矢印F5方向から見た底面図である。FIG. 5 is a bottom view of the optical element of FIG. 2 viewed from the direction of the arrow F5. 図6は、図4のF6−F6に沿って見た光学素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the optical element taken along line F6-F6 in FIG. 図7は、第1の実施形態の光学素子の配光特性を説明するためのチャートである。FIG. 7 is a chart for explaining the light distribution characteristics of the optical element according to the first embodiment. 図8は、第2の実施形態に係る光学素子を示す外観斜視図である。FIG. 8 is an external perspective view showing an optical element according to the second embodiment. 図9は、図8の光学素子の分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view of the optical element of FIG.

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図1は第1の実施形態に係る光学素子10を備えた照明装置の一例である、電球100を示す概略図である。電球100は、金属製の放熱筐体102、図示しない天井のソケットなどに電気的に接続するための口金104、光学素子10を覆う球状あるいは球状にちかい形状の透明なグローブ106、ここでは図示しない光源1に給電して点灯させる点灯回路108、および光学素子10を備えている。この電球100は、例えば、図1の姿勢を天地逆転して口金104を上にした状態で天井のソケットに取り付けられる。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a light bulb 100 that is an example of a lighting device including an optical element 10 according to the first embodiment. The light bulb 100 includes a metal heat dissipating housing 102, a base 104 for electrical connection to a ceiling socket (not shown), a spherical globe or a spherical globe 106 that covers the optical element 10, and is not shown here. A lighting circuit 108 that supplies power to the light source 1 to light it and an optical element 10 are provided. For example, the light bulb 100 is attached to a ceiling socket in a state where the posture shown in FIG.

放熱筐体102は、口金104を接続した一端(図示下端)およびグローブ106を取り付けた他端(図示上端)を有する。放熱筐体102、口金104、およびグローブ106は、電球100の回転対称軸に沿った軸を有する。   The heat dissipating casing 102 has one end (the lower end in the figure) to which the base 104 is connected and the other end (the upper end in the figure) to which the globe 106 is attached. The heat radiating housing 102, the base 104, and the globe 106 have axes that are along the rotational symmetry axis of the light bulb 100.

ここで回転対称とは、対象物を回転対称軸に対して回転したときに、回転角が360°未満で元の(回転前の)対象物に一致することを意味する。たとえば、円柱、円錐、多角柱、多角推は回転対称である。   Here, the rotational symmetry means that when the object is rotated with respect to the rotational symmetry axis, the rotation angle is less than 360 ° and coincides with the original object (before rotation). For example, a cylinder, a cone, a polygonal column, and a polygonal guess are rotationally symmetric.

放熱筐体102は、一端から他端に向けて径が徐々に拡大する略円錐台状の外形を有する。この放熱筐体102は、ここでは図示しない後述する支持部材20を介して、ここでは図示しない後述する光源1に熱的に接続し、光源1の熱を放熱筐体102の外部に放熱する機能を有する。このため、放熱筐体102は、その外周面102a上に複数の放熱フィンを備えていても良い。   The heat dissipating casing 102 has a substantially frustoconical outer shape whose diameter gradually increases from one end to the other end. The heat dissipating case 102 is thermally connected to a light source 1 (not shown here) via a support member 20 (not shown here), and dissipates heat from the light source 1 to the outside of the heat dissipating case 102. Have For this reason, the heat radiating housing 102 may include a plurality of heat radiating fins on the outer peripheral surface 102a.

以下、第1の実施形態の光学素子10について、図2乃至図7を参照して説明する。なお、ここでは、図1の光学素子10の向きを基準にして上下左右の方向を説明する。   Hereinafter, the optical element 10 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7. Here, the vertical and horizontal directions will be described with reference to the orientation of the optical element 10 in FIG.

図2は、光学素子10の外観斜視図であり、図3は、光学素子10の上面図であり、図4は、光学素子10の側面図であり、図5は、光学素子10の底面図である。図3では、後述する散乱体16の図示を省略してある。また、図6は、光学素子10を図4のF6−F6に沿って見た断面図であり、図7は、光学素子10の配光特性を示すチャートである。なお、図6は、光学素子10を後述する第2ロッド12aの中心軸を通る面で切断した断面を示す。   2 is an external perspective view of the optical element 10, FIG. 3 is a top view of the optical element 10, FIG. 4 is a side view of the optical element 10, and FIG. 5 is a bottom view of the optical element 10. It is. In FIG. 3, the scatterer 16 described later is not shown. 6 is a cross-sectional view of the optical element 10 taken along F6-F6 in FIG. 4, and FIG. 7 is a chart showing the light distribution characteristics of the optical element 10. FIG. 6 shows a cross section of the optical element 10 cut along a plane passing through the central axis of the second rod 12a described later.

光学素子10は、円筒形の有底の収容凹部13を有するテトラポットのような形の導光部材14と、空洞17を有する略円柱状の散乱体16と、を有する。散乱体16は、導光部材14の収容凹部13内に収容配置され、その一部が収容凹部13の内面に接着固定される。そして、光学素子10は、後述する第1ロッド11の中心軸と散乱体16の中心軸が電球100の回転対称軸に重なる姿勢で、後述する支持部材20(図6)を介して取り付けられる。   The optical element 10 includes a light guide member 14 shaped like a tetrapot having a cylindrical bottomed receiving recess 13 and a substantially columnar scatterer 16 having a cavity 17. The scatterer 16 is housed and disposed in the housing recess 13 of the light guide member 14, and a part thereof is bonded and fixed to the inner surface of the housing recess 13. The optical element 10 is attached via a support member 20 (FIG. 6), which will be described later, in such a posture that the center axis of the first rod 11 described later and the center axis of the scatterer 16 overlap the rotational symmetry axis of the bulb 100.

本実施形態の光学素子10、すなわち導光部材14および散乱体16は、透明なアクリルにより形成されている。光学素子10の材質は、アクリルに限らず、可視光に対して透明で耐熱性を有する例えばポリカーボネートやガラスなどであっても良い。また、導光部材14と散乱体16を種類の異なる別の透明な材料により形成しても良い。   The optical element 10 of this embodiment, that is, the light guide member 14 and the scatterer 16 is formed of transparent acrylic. The material of the optical element 10 is not limited to acrylic, but may be, for example, polycarbonate or glass that is transparent to visible light and has heat resistance. In addition, the light guide member 14 and the scatterer 16 may be formed of different types of transparent materials.

導光部材14は、収容凹部13を同軸に有する略円柱状の第1ロッド11、および第1ロッド11の一端(図2で下端)に角度を付けて一体に連続した3本の第2ロッド12a、12b、12c(以下、総称して、第2ロッド12とする場合もある)を有する。第1ロッド11は、光学素子10の第1部分として機能する。また、第2ロッド12は、光学素子10の第2部分として機能し、散乱体16は、第3部分として機能する。ここで、第2部分は複数の第2ロッド12から構成される。各第2ロッド12は、第1ロッド11の中心軸に対し、回転対称となるように備えられている。   The light guide member 14 includes a substantially cylindrical first rod 11 having an accommodation recess 13 coaxially, and three second rods that are integrally continuous with an angle at one end (lower end in FIG. 2) of the first rod 11. 12a, 12b, 12c (hereinafter, collectively referred to as the second rod 12). The first rod 11 functions as a first portion of the optical element 10. Further, the second rod 12 functions as a second portion of the optical element 10, and the scatterer 16 functions as a third portion. Here, the second portion is composed of a plurality of second rods 12. Each second rod 12 is provided so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis of the first rod 11.

第1ロッド11は、一端から他端に向けて徐々に縮径するように湾曲した外周面11aを有する。3本の第2ロッド12a、12b、12cは、同じ構造を有し、第1ロッド11に対して同じ角度で接続される。つまり、3本の第2ロッド12a、12b、12cの中心軸は、第1ロッド11の中心軸上で交差する。第1ロッド11は、第2ロッド12より大きな直径を有する。   The first rod 11 has an outer peripheral surface 11a that is curved so that the diameter gradually decreases from one end to the other end. The three second rods 12 a, 12 b, 12 c have the same structure and are connected to the first rod 11 at the same angle. That is, the central axes of the three second rods 12 a, 12 b, and 12 c intersect on the central axis of the first rod 11. The first rod 11 has a larger diameter than the second rod 12.

収容凹部13は、第1ロッド11の他端側に円形の開口部13aを有し、この開口部13aから連続して一端側に向けて中心軸と平行に延びた周壁13bを有する。また、収容凹部13の開口部13aから離間した底部には、光を拡散させるための第1拡散面として機能する平らな拡散部15が設けられている。拡散部15は、第1ロッド11の中心軸と直交する面に沿って配置されている。なお、収容凹部13は、第1の空気層を含む。また、周壁13bの内面は、拡散部15を通る中心軸に対して回転対称形であり、拡散部15に対して交差する方向の面となる。これにより、第1の空気層の側面は拡散部15に対して交差する方向となる。   The housing recess 13 has a circular opening 13a on the other end side of the first rod 11, and has a peripheral wall 13b extending from the opening 13a toward the one end side in parallel with the central axis. In addition, a flat diffusion portion 15 that functions as a first diffusion surface for diffusing light is provided on the bottom portion of the accommodation recess 13 that is spaced from the opening 13a. The diffusion unit 15 is disposed along a plane orthogonal to the central axis of the first rod 11. The housing recess 13 includes a first air layer. Further, the inner surface of the peripheral wall 13 b is rotationally symmetric with respect to the central axis passing through the diffusing portion 15 and becomes a surface in a direction intersecting with the diffusing portion 15. Thereby, the side surface of the first air layer intersects with the diffusing portion 15.

本実施形態では、収容凹部13の底壁に一定の膜厚で白色の塗料を塗布することにより拡散部15を形成した。拡散部15は、この他に、収容凹部13の底壁の表面をサンドブラストにより粗面加工することで形成しても良い。また、収容凹部13の周壁13bにも、同様の加工が施されてもよく、その場合透過する光を拡散させるよう機能する。   In the present embodiment, the diffusion portion 15 is formed by applying a white paint with a constant film thickness to the bottom wall of the housing recess 13. In addition to this, the diffusing portion 15 may be formed by subjecting the surface of the bottom wall of the housing recess 13 to a rough surface by sandblasting. Moreover, the same process may be given also to the surrounding wall 13b of the accommodation recessed part 13, In that case, it functions to diffuse the light to permeate | transmit.

3本の第2ロッド12a、12b、12cは、第1ロッド11の一端から離れる方向に外側に傾斜して、第1ロッド11の周方向に沿って等間隔(120度毎)で設けられている(図3、図5参照)。各第2ロッド12a、12b、12cの第1ロッド11から離間した端部には、光源1(図6)から射出された光が入射する円形の入射面12d(入射用平面)がそれぞれ設けられている。各入射面12dに対向配置された光源1は、互いに異なる発光スペクトルを有する。   The three second rods 12a, 12b, 12c are inclined outward in a direction away from one end of the first rod 11, and are provided at equal intervals (every 120 degrees) along the circumferential direction of the first rod 11. (See FIGS. 3 and 5). A circular incident surface 12d (incident plane) on which light emitted from the light source 1 (FIG. 6) is incident is provided at the end of each of the second rods 12a, 12b, and 12c spaced from the first rod 11. ing. The light sources 1 disposed so as to face the respective incident surfaces 12d have different emission spectra.

図6に示すように、散乱体16は、導光部材14の収容凹部13の内径より小さい外径を有する。すなわち、収容凹部13内に散乱体16を同軸に収容配置した状態で、収容凹部13の周壁13bと散乱体16の外周面16aとの間に円筒状の隙間Sが形成される。この隙間Sは、第2の空気層として機能する。また、散乱体16の軸方向の長さは、収容凹部13内に散乱体16を収容配置した状態で、収容凹部13の開口部13aから散乱体16が突出しない長さに設計されている。ただし、この限りではなく突出してもよい。散乱体16には、拡散部15に対向するような底面が備えられている。   As shown in FIG. 6, the scatterer 16 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing recess 13 of the light guide member 14. That is, a cylindrical gap S is formed between the peripheral wall 13 b of the storage recess 13 and the outer peripheral surface 16 a of the scatterer 16 in a state where the scatterer 16 is coaxially stored in the storage recess 13. This gap S functions as a second air layer. The length of the scatterer 16 in the axial direction is designed such that the scatterer 16 does not protrude from the opening 13 a of the housing recess 13 in a state where the scatterer 16 is housed in the housing recess 13. However, it is not limited to this and may protrude. The scatterer 16 is provided with a bottom surface that faces the diffusion portion 15.

本実施形態において、空洞17は、収容凹部13の周壁13bと同軸に形成された有底の穴であり、散乱体16の他端側から収容凹部13の拡散部15に向けて延設されている。空洞17は、収容凹部13の周壁13bと平行な円筒状の周面17aと、この周面17aの一端(図示下端)から拡散部15に向けて徐々に縮径してなだらかに湾曲して閉じた底面17bと、を有する。言い換えると、収容凹部13の底面17bは、拡散部15に向けて凸となるように湾曲している。なお、周面17aの他端(図示上端)は開放しており、空洞17の他端は開放している。周面17aおよび底面17bは、第2拡散面として機能する。   In the present embodiment, the cavity 17 is a bottomed hole formed coaxially with the peripheral wall 13 b of the housing recess 13, and extends from the other end of the scatterer 16 toward the diffusion portion 15 of the housing recess 13. Yes. The cavity 17 has a cylindrical peripheral surface 17a parallel to the peripheral wall 13b of the housing recess 13, and a diameter gradually decreases from one end (lower end in the figure) of the peripheral surface 17a toward the diffusion portion 15, and then gently curves and closes. A bottom surface 17b. In other words, the bottom surface 17 b of the accommodation recess 13 is curved so as to be convex toward the diffusion portion 15. The other end (the upper end in the figure) of the peripheral surface 17a is open, and the other end of the cavity 17 is open. The peripheral surface 17a and the bottom surface 17b function as a second diffusion surface.

周面17aと底面17bには、透過する光を散乱させる加工(白色塗装やサンドブラスト加工)が施されており、散乱面として機能する。或いは、空洞17内に、光を散乱させることのできる散乱材を充填しても良い。   The peripheral surface 17a and the bottom surface 17b are subjected to processing (white coating or sandblasting) for scattering transmitted light, and function as a scattering surface. Alternatively, the cavity 17 may be filled with a scattering material that can scatter light.

上述した光学素子10は、図6に示すように、支持部材20を介して放熱筐体102に固定される。支持部材20は、熱伝導性の良い例えばアルミニウムなどの金属材料で形成されている。光学部材10は、例えば、3本の第2ロッド12a、12b、12cの間で第1ロッド11の一端に接着剤を塗布し、この接着剤を介して、支持部材20に接着固定される。このように、第1ロッド11の一端側で光学素子10を支持部材20に固定することで、光学素子10から射出される光を支持部材20が遮ることが殆どなくなる。なお、支持部材20は、光学素子10を介して射出される光の光路上に存在しないように、切欠き部21を有しても良い。   As shown in FIG. 6, the optical element 10 described above is fixed to the heat dissipation housing 102 via the support member 20. The support member 20 is made of a metal material such as aluminum having good thermal conductivity. The optical member 10 is, for example, applied to one end of the first rod 11 between the three second rods 12a, 12b, and 12c, and is bonded and fixed to the support member 20 through the adhesive. In this way, by fixing the optical element 10 to the support member 20 on one end side of the first rod 11, the support member 20 hardly blocks light emitted from the optical element 10. The support member 20 may have a notch 21 so that it does not exist on the optical path of the light emitted through the optical element 10.

また、支持部材20は、光学素子10の上述した3つの入射面12dにそれぞれ対向させて3つの光源1を支持する3つの支持面22を有する。光源1は、例えば、基板の表面に少なくとも1つのLEDを実装して樹脂により封止したものである。そして、各光源1は、支持部材20の支持面22に基板の裏面を接触させて取り付けられる。この場合、支持面22は、光源1が一定の隙間を介して入射面12dに対向する位置に設けられる。本実施形態では、光源1の発光平面と入射面12dは非接触状態で離間しているが、両者の間に白色顔料等を含有するシリコーン樹脂混合物などを充填しても良い。   In addition, the support member 20 includes three support surfaces 22 that support the three light sources 1 so as to face the above-described three incident surfaces 12 d of the optical element 10. The light source 1 is, for example, one in which at least one LED is mounted on the surface of a substrate and sealed with resin. Each light source 1 is attached with the back surface of the substrate in contact with the support surface 22 of the support member 20. In this case, the support surface 22 is provided at a position where the light source 1 faces the incident surface 12d through a certain gap. In the present embodiment, the light emission plane of the light source 1 and the incident surface 12d are separated from each other in a non-contact state, but a silicone resin mixture containing a white pigment or the like may be filled therebetween.

例えば、RGB3色の光を発光する3種類の光源1を用意して、光学素子10の3つの入射面12dそれぞれに対向させて配置すると、光学素子10の拡散部15で3色の光を混色させることができ、散乱体16の空洞17の周面17aおよび底面17bを白色に光らせることができる。本実施形態では、図1に示すように、光学素子10の空洞17をグローブ106の中心に配置したため、白熱電球に近い照明光を射出することができる。   For example, if three types of light sources 1 that emit light of three colors of RGB are prepared and arranged to face each of the three incident surfaces 12 d of the optical element 10, the light of the three colors is mixed by the diffusing portion 15 of the optical element 10. The peripheral surface 17a and the bottom surface 17b of the cavity 17 of the scatterer 16 can be illuminated in white. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the cavity 17 of the optical element 10 is arranged at the center of the globe 106, illumination light close to an incandescent bulb can be emitted.

次に、上記構造の光学素子10における光の伝わり方について、図6を参照して説明する。3つの光源1から射出される光は光学素子10内を同様に伝わるため、ここでは第2ロッド12aの入射面12dに対向した1つの光源1から射出した光に着目してその伝わり方を説明する。   Next, how light is transmitted in the optical element 10 having the above structure will be described with reference to FIG. Since the light emitted from the three light sources 1 travels in the optical element 10 in the same manner, here, how to propagate the light will be described by paying attention to the light emitted from one light source 1 facing the incident surface 12d of the second rod 12a. To do.

光源1の発光平面から射出された光は、入射面12dを介して光学素子10の第2ロッド12aへ入射する。第2ロッド12aへ入射した光の多くは、第2ロッド12aの外周面で全反射されて拡散部15へ導光される。拡散部15に照射された光は、その照射位置を通る拡散部15と垂直な法線の方向(すなわち、第1ロッド11の中心軸と平行な方向)を中心軸としてランバート散乱されて透過され、透過光が図示矢印で示すように拡散される。つまり、この場合、拡散部15は、光源1からの光を受けて発光する2次発光部として機能する。   The light emitted from the light emission plane of the light source 1 enters the second rod 12a of the optical element 10 through the incident surface 12d. Most of the light incident on the second rod 12 a is totally reflected by the outer peripheral surface of the second rod 12 a and guided to the diffusion unit 15. The light applied to the diffusing unit 15 is transmitted through the Lambert scattering with the normal direction (that is, the direction parallel to the central axis of the first rod 11) perpendicular to the diffusing unit 15 passing through the irradiation position as the central axis. The transmitted light is diffused as indicated by the arrows in the figure. That is, in this case, the diffusing unit 15 functions as a secondary light emitting unit that emits light upon receiving light from the light source 1.

拡散部15に入射される光は、拡散部15に対する入射角度によらず、拡散部15と垂直な法線の方向を中心軸としてランバート透過される。散乱体16は、その底面に発光面を対向して配置された場合、発光面からのランバート散乱光を空洞17の散乱面に導くように設計されている。以上より、拡散部15でランバート散乱されて散乱体16に入射される光は、空洞17の散乱面に導かれて拡散反射される。   The light incident on the diffusing unit 15 is Lambert-transmitted with the normal direction perpendicular to the diffusing unit 15 as the central axis regardless of the incident angle with respect to the diffusing unit 15. The scatterer 16 is designed to guide Lambert scattered light from the light emitting surface to the scattering surface of the cavity 17 when the light emitting surface is disposed opposite the bottom surface. As described above, the light that is Lambert scattered by the diffusing unit 15 and enters the scatterer 16 is guided to the scattering surface of the cavity 17 and diffusely reflected.

この際、拡散部15に光を効率良く導くためには、光源1から射出されたできるだけ多くの光を拡散部15に導くことが重要である。そのため、まず、光源1の輪郭形状は、円形の入射面12dより径の小さい円形であることが望ましい。つまり、光源1の大きさは、光源1から射出された殆ど全ての光が入射面12dに入射する大きさであることが望ましい。当然のことながら、拡散部15の面積は大きい方が有利である。   At this time, in order to efficiently guide light to the diffusing unit 15, it is important to guide as much light as possible emitted from the light source 1 to the diffusing unit 15. Therefore, first, it is desirable that the contour shape of the light source 1 is a circle having a smaller diameter than the circular incident surface 12d. That is, it is desirable that the size of the light source 1 is such that almost all the light emitted from the light source 1 enters the incident surface 12d. As a matter of course, it is advantageous that the area of the diffusion portion 15 is large.

また、できるだけ多くの光が拡散部15に導かれるように、第1ロッド11の中心軸方向に沿った拡散部15の位置を適正な位置にレイアウトすることが望ましい。例えば、拡散部15を図6で示す位置より第1ロッド11の他端側(図示上方)へ片寄った位置にレイアウトすると、第2ロッド12aを伝わる光の多くを拡散部15へ導くことができるように見える。しかし、拡散部15をあまり他端側(図示上方)にシフトすると、第2ロッド12aを伝わった光が隣接する他の2つの第2ロッド12b、12cへ伝わる割合も多くなり、結果的に拡散部15へ導かれる光が少なくなる。よって、拡散部15の軸方向の位置は、3つの光源1から射出された光が最も多く拡散部15へ導かれる位置に設計することが望ましい。   In addition, it is desirable to lay out the position of the diffusion portion 15 along the central axis direction of the first rod 11 at an appropriate position so that as much light as possible is guided to the diffusion portion 15. For example, if the diffusing unit 15 is laid out at a position offset from the position shown in FIG. 6 toward the other end side (the upper side in the drawing) of the first rod 11, much of the light transmitted through the second rod 12 a can be guided to the diffusing unit 15. looks like. However, if the diffusion portion 15 is shifted to the other end side (upward in the figure), the ratio of the light transmitted through the second rod 12a to the other two adjacent second rods 12b and 12c increases, resulting in diffusion. The light guided to the part 15 is reduced. Therefore, it is desirable to design the position of the diffusing unit 15 in the axial direction at a position where the most light emitted from the three light sources 1 is guided to the diffusing unit 15.

また、仮に、収容凹部13の底に拡散部15を設けない場合、収容凹部13の深さを適当な深さにして底の位置を適当な位置にレイアウトしても、光源1から射出された光が収容凹部13の底で全反射されてしまう。なぜならば、本実施形態の光学素子10が第1ロッド11に対して傾斜して設けた3つの第2ロッド12a、12b、12cを有するため、収容凹部13の底に拡散部15を設けない場合、光源1から射出された光の多くが収容凹部13の底で全反射されてしまうからである。つまり、本実施形態の光学素子10の構造上、収容凹部13の底に拡散部15を設ける必要がある。   Further, if the diffusing portion 15 is not provided at the bottom of the housing recess 13, the light is emitted from the light source 1 even if the depth of the housing recess 13 is set to an appropriate depth and the bottom position is laid out at an appropriate position. The light is totally reflected at the bottom of the housing recess 13. This is because the optical element 10 of the present embodiment has three second rods 12 a, 12 b, and 12 c provided to be inclined with respect to the first rod 11, and therefore the diffusion portion 15 is not provided at the bottom of the housing recess 13. This is because much of the light emitted from the light source 1 is totally reflected at the bottom of the housing recess 13. That is, due to the structure of the optical element 10 of the present embodiment, it is necessary to provide the diffusing portion 15 at the bottom of the accommodating recess 13.

上述したように、拡散部15から2次的に発光した拡散光は、散乱体16の底面16bを介して散乱体16へ入射される。散乱体16へ入射した拡散光は、散乱体16の外周面16aで全反射を繰り返して、散乱面として機能する空洞17の内面(すなわち周面17aおよび底面17b)に照射される。以下、周面17aおよび底面17bを散乱面17a、17bと称する場合もある。或いは、散乱体16へ入射した拡散光は、空洞17の散乱面17a、17bに直接照射され、空洞17の内面を光らせる。   As described above, the diffused light that is secondarily emitted from the diffusing unit 15 enters the scatterer 16 via the bottom surface 16 b of the scatterer 16. The diffused light incident on the scatterer 16 repeats total reflection at the outer peripheral surface 16a of the scatterer 16, and is irradiated on the inner surface (that is, the peripheral surface 17a and the bottom surface 17b) of the cavity 17 functioning as the scattering surface. Hereinafter, the peripheral surface 17a and the bottom surface 17b may be referred to as scattering surfaces 17a and 17b. Alternatively, the diffused light incident on the scatterer 16 is directly applied to the scattering surfaces 17 a and 17 b of the cavity 17 to shine the inner surface of the cavity 17.

散乱体16の外周面16aと収容凹部13の周壁13bの内面との間には、上述したように、隙間S(第2の空気層)が設けられている。このため、散乱体16を導光される光が外周面16aで全反射し易い。仮に、隙間Sが無い場合、つまり、散乱体16の外周面16aが収容凹部13の周壁13bに密着している場合、散乱体16に入射された光のうち、散乱面17a、17bで拡散(散乱)されずに外周面16aを透過して光学素子10の外部へ射出される光が多くなる。この場合、光学素子10から射出される光は広配光にはならない。   As described above, the gap S (second air layer) is provided between the outer peripheral surface 16 a of the scatterer 16 and the inner surface of the peripheral wall 13 b of the housing recess 13. For this reason, the light guided through the scatterer 16 is easily totally reflected by the outer peripheral surface 16a. If there is no gap S, that is, if the outer peripheral surface 16a of the scatterer 16 is in close contact with the peripheral wall 13b of the housing recess 13, the light incident on the scatterer 16 is diffused by the scattering surfaces 17a and 17b ( The amount of light that passes through the outer peripheral surface 16a without being scattered) and is emitted to the outside of the optical element 10 increases. In this case, the light emitted from the optical element 10 does not have a wide light distribution.

また、上述したように、散乱体16の空洞17の底面17bが拡散部15に向けて凸となるように湾曲しているため、底面17bで反射されて拡散部15の方向に戻る光を少なくできる。つまり、上述した隙間Sや底面17bの凸形状により、拡散部15から発光した2次的な光を空洞17の散乱面17a、17bに効果的に集めることができる。   Further, as described above, since the bottom surface 17b of the cavity 17 of the scatterer 16 is curved so as to be convex toward the diffusing portion 15, the light reflected by the bottom surface 17b and returning to the diffusing portion 15 is reduced. it can. That is, the secondary light emitted from the diffusing portion 15 can be effectively collected on the scattering surfaces 17 a and 17 b of the cavity 17 by the above-described gap S and the convex shape of the bottom surface 17 b.

そして、空洞17の散乱面17a、17bに集められた光は、散乱面17a、17bで拡散反射され、屈折透過によって光学素子10の外部へ射出される。この場合、光学部材10の外部から見える照明光は、空洞17の内面17a、17bの形状に影響される。つまり、空洞17の内面形状を変更することで、照明光の光学特性を制御することもできる。   The light collected on the scattering surfaces 17a and 17b of the cavity 17 is diffused and reflected by the scattering surfaces 17a and 17b and is emitted to the outside of the optical element 10 by refractive transmission. In this case, the illumination light visible from the outside of the optical member 10 is affected by the shapes of the inner surfaces 17 a and 17 b of the cavity 17. That is, by changing the shape of the inner surface of the cavity 17, the optical characteristics of the illumination light can be controlled.

また、散乱面17a、17bによる拡散反射は、理想的にはランバート散乱となる。周面17aによる拡散反射をランバート散乱とみなすと、周面17aで拡散反射された光は、周面17aに対して垂直な方向に拡散される傾向を示す。つまり、周面17aから射出された光は、光学素子10の中心軸と直交する方向の強度が強くなる。よって、本実施形態の光学素子10を用いた場合、光学素子10の中心軸と直交する方向の光を生出することができ、配光角の大きな(広配光な)白熱電球のような照明光を得ることができる。   The diffuse reflection by the scattering surfaces 17a and 17b is ideally Lambert scattering. When the diffuse reflection by the peripheral surface 17a is regarded as Lambert scattering, the light diffusely reflected by the peripheral surface 17a tends to be diffused in a direction perpendicular to the peripheral surface 17a. That is, the intensity of light emitted from the peripheral surface 17a increases in the direction orthogonal to the central axis of the optical element 10. Therefore, when the optical element 10 of the present embodiment is used, light in a direction orthogonal to the central axis of the optical element 10 can be generated, and illumination such as an incandescent bulb having a large light distribution angle (wide light distribution). Light can be obtained.

図7は、上述した第1の実施形態の光学素子10を用いた場合の配光分布を示すチャートである。ここでは、光線追跡シミュレーション(LightTools)(登録商標)を用いて計算した結果を示してある。なお、このシミュレーション結果は、2次発光部として機能する拡散部15を厚さ100μmの白色塗装により形成した場合のものである。これによると、1/2配光角が320°程度となり、広配光化を実現できているのが分かる。   FIG. 7 is a chart showing a light distribution when the optical element 10 of the first embodiment described above is used. Here, the result calculated using a ray tracing simulation (LightTools) (registered trademark) is shown. In addition, this simulation result is a thing at the time of forming the spreading | diffusion part 15 which functions as a secondary light emission part by white coating with a thickness of 100 micrometers. According to this, the 1/2 light distribution angle is about 320 °, and it can be seen that wide light distribution can be realized.

拡散部15の厚さを100μmより薄くしていくと、拡散部15で拡散されずに全反射される光が増える。例えば、拡散部15の厚さを50μmより薄くすると、拡散部15で拡散される光が少なくなり、光学素子10の配光角が狭くなり、点状の光源として利用できなくなる。特に、本実施形態では第2ロッド12を第1ロッド11に対して傾斜させたため、拡散部15を薄くすると全反射の問題が大きくなる。つまり、この場合、拡散部15が2次発光部として正常に機能しなくなる。   When the thickness of the diffusing portion 15 is made thinner than 100 μm, the light totally diffused without being diffused by the diffusing portion 15 increases. For example, if the thickness of the diffusing unit 15 is less than 50 μm, the light diffused by the diffusing unit 15 is reduced, the light distribution angle of the optical element 10 is narrowed, and cannot be used as a point light source. In particular, since the second rod 12 is inclined with respect to the first rod 11 in the present embodiment, the problem of total reflection becomes large when the diffusion portion 15 is thinned. That is, in this case, the diffusing unit 15 does not function normally as a secondary light emitting unit.

一方、拡散部15の厚さを300μm前後まで厚くすると、拡散部15をそのまま透過する光が殆ど無くなり、拡散部15で拡散される光が多くなる。この場合、光学素子10の配光角が大きくなり、電球100を白熱電球のように光らせることができる。つまり、拡散部15の膜厚は、50μm以上、300μm以下であることが望ましく、300μm前後(±50μm)にするとレトロフィットを実現できる。なお、拡散部15の膜厚が300μmを大きく超えると、拡散部15で光が遮られ、吸収される光が多くなるため、器具効率が低下する。   On the other hand, when the thickness of the diffusion portion 15 is increased to about 300 μm, almost no light is transmitted through the diffusion portion 15 as it is, and more light is diffused by the diffusion portion 15. In this case, the light distribution angle of the optical element 10 is increased, and the light bulb 100 can be illuminated like an incandescent light bulb. That is, the film thickness of the diffusion portion 15 is desirably 50 μm or more and 300 μm or less, and retrofit can be realized when the diffusion portion 15 is about 300 μm (± 50 μm). In addition, when the film thickness of the diffusion part 15 greatly exceeds 300 μm, the light is blocked by the diffusion part 15 and the absorbed light increases, so that the instrument efficiency is lowered.

以上のように、本実施形態によると、拡散部15から2次的に射出された拡散光を散乱面17a、17bに集めて散乱させることで、導光部材14の第1ロッド11の中心軸と直交する方向の光成分を生出することができ、照明光の配光角度を大きくできる。また、このため、本実施形態のように、電球100に光学素子10を組み込むと、白熱電球のような広配光な疑似点光源を実現する照明光を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the central axis of the first rod 11 of the light guide member 14 is obtained by collecting and scattering the diffused light secondarily emitted from the diffusing unit 15 on the scattering surfaces 17a and 17b. It is possible to generate light components in a direction orthogonal to the direction of light, and to increase the light distribution angle of illumination light. For this reason, when the optical element 10 is incorporated in the light bulb 100 as in this embodiment, illumination light that realizes a pseudo-point light source with a wide light distribution like an incandescent light bulb can be obtained.

また、本実施形態によると、第1ロッド11に対して3本の第2ロッド12a、12b、12cを傾斜して設けたため、3つの光源1を同一平面に配置する必要がなく、各光源1を互いに斜めに傾斜させて配置することができ、装置構成を小型化できる。このため、一般的な電球のサイズに適応でき、従来の白熱電球の代替品として利用できる。   Further, according to the present embodiment, since the three second rods 12a, 12b, and 12c are provided to be inclined with respect to the first rod 11, it is not necessary to arrange the three light sources 1 on the same plane. Can be arranged obliquely with respect to each other, and the apparatus configuration can be reduced in size. For this reason, it can adapt to the size of a general light bulb and can be used as a substitute for a conventional incandescent light bulb.

また、本実施形態によると、3つの光源1からの光を拡散部15に照射して光らせるため、例えば、RGB3色の光を拡散部15で混色することができる。そして、その後、拡散部15を2次発光部として射出した拡散光を、散乱面17a、17bに集めることで、均一で広配光な白色光を射出できる。見方を変えると、3つの光源1の組み合わせにより、所望する色の照明光を形成でき、利便性を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the light from the three light sources 1 is irradiated to the diffusing unit 15 so that the light is emitted, so that, for example, RGB three colors of light can be mixed by the diffusing unit 15. After that, the diffused light emitted from the diffusing unit 15 as the secondary light emitting unit is collected on the scattering surfaces 17a and 17b, whereby white light with uniform and wide light distribution can be emitted. If the way of viewing is changed, illumination light of a desired color can be formed by combining the three light sources 1, and convenience can be improved.

また、本実施形態によると、3つの光源1を支持部材20の3つの支持面22にそれぞれ取り付けるため、各光源1の熱を効率良く放熱することができる。つまり、光源1の熱は、光源1の基板の裏面から支持面22を介して支持部材20に伝えられ、支持部材20を介して放熱筐体102に伝えられる。そして、放熱筐体102へ伝えられた熱は、放熱筐体102の外周面102aを介して外部へ放出される。その上、本実施形態によると、3つの光源1を互いに離間させた状態で支持部材20に取り付けることができ、より放熱性を高めることができる。   Moreover, according to this embodiment, since the three light sources 1 are each attached to the three support surfaces 22 of the support member 20, the heat of each light source 1 can be thermally radiated efficiently. That is, the heat of the light source 1 is transmitted from the back surface of the substrate of the light source 1 to the support member 20 via the support surface 22 and is transmitted to the heat dissipation housing 102 via the support member 20. Then, the heat transmitted to the heat radiating housing 102 is released to the outside through the outer peripheral surface 102 a of the heat radiating housing 102. In addition, according to the present embodiment, the three light sources 1 can be attached to the support member 20 in a state of being separated from each other, and heat dissipation can be further improved.

次に、第2の実施形態に係る光学素子30について、図8および図9を参照して説明する。図8は、光学素子30の外観斜視図であり、図9は、光学素子30の導光部材14から散乱体32を分離した状態を示す分解斜視図である。この光学素子30は、散乱体32の形状が異なる以外、上述した第1の実施形態の光学素子10と同様の構造を有する。よって、ここでは、第1の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。   Next, an optical element 30 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an external perspective view of the optical element 30, and FIG. 9 is an exploded perspective view showing a state where the scatterer 32 is separated from the light guide member 14 of the optical element 30. This optical element 30 has the same structure as the optical element 10 of the first embodiment described above except that the shape of the scatterer 32 is different. Therefore, here, the same reference numerals are given to components that function in the same manner as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

図8に示すように、本実施形態の散乱体32は、その他端側の端部が導光部材14の収容凹部13の開口部13aから僅かに突出する程度の軸方向の長さを有する。つまり、散乱体32の軸方向の長さは、第1の実施形態の散乱体16より僅かに長い。また、図9に示すように、本実施形態の散乱体32は、導光部材14の収容凹部13の底にある拡散部15に対向する一端側から軸方向の他端側に向けて縮径する外周面32aを有する。   As shown in FIG. 8, the scatterer 32 of the present embodiment has an axial length such that the end on the other end side slightly protrudes from the opening 13 a of the housing recess 13 of the light guide member 14. That is, the length of the scatterer 32 in the axial direction is slightly longer than that of the scatterer 16 of the first embodiment. Moreover, as shown in FIG. 9, the scatterer 32 of this embodiment is reduced in diameter from the one end side facing the diffusion part 15 in the bottom of the accommodation recessed part 13 of the light guide member 14 toward the other end side in the axial direction. It has the outer peripheral surface 32a to do.

本実施形態によると、散乱体32の端部が収容凹部13の開口部13aから突出しているため、その分、空洞17の軸方向の長さを長くすることができる。これにより、空洞17の周面17aの面積を大きくでき、散乱面17a、17bの面積を大きくできる。空洞17の散乱面17a、17bは、面積が小さいと単位面積当たりの発光強度が強くなり、照明光を見たときにまぶしく感じる場合がある。このため、本実施形態のように散乱面17a、17bの面積を大きくすると、目に優しい光を射出できる。   According to this embodiment, since the edge part of the scatterer 32 protrudes from the opening part 13a of the accommodating recessed part 13, the axial direction length of the cavity 17 can be lengthened to that extent. Thereby, the area of the peripheral surface 17a of the cavity 17 can be increased, and the areas of the scattering surfaces 17a and 17b can be increased. If the area of the scattering surfaces 17a and 17b of the cavity 17 is small, the light emission intensity per unit area becomes strong, and it may be dazzling when viewing the illumination light. For this reason, when the area of the scattering surfaces 17a and 17b is increased as in this embodiment, light that is gentle to the eyes can be emitted.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、上述した実施形態では、3つの光源1に対応して3本の第2ロッド12を備えた光学素子10、30について説明したが、これに限らず、第2ロッド12の本数は任意に変更可能である。   For example, in the above-described embodiment, the optical elements 10 and 30 including the three second rods 12 corresponding to the three light sources 1 have been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of the second rods 12 is arbitrarily set. It can be changed.

1…光源、10、30…光学素子、11…第1ロッド、11a…外周面、12a、12b、12c…第2ロッド、12d…入射面、13…収容凹部、13a…開口部、13b…周壁、14…導光部材、15…拡散部、16、32…散乱体、16a、32a…外周面、16b…底面、17…空洞、17a…周面(散乱面)、17b…底面(散乱面)、20…支持部材、22…支持面、S…隙間。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 10, 30 ... Optical element 11 ... 1st rod, 11a ... Outer peripheral surface, 12a, 12b, 12c ... 2nd rod, 12d ... Incident surface, 13 ... Housing recessed part, 13a ... Opening part, 13b ... Peripheral wall , 14: Light guide member, 15: Diffusing portion, 16, 32: Scattering body, 16a, 32a ... Outer peripheral surface, 16b ... Bottom surface, 17 ... Cavity, 17a ... Peripheral surface (scattering surface), 17b ... Bottom surface (scattering surface) 20 ... support member, 22 ... support surface, S ... gap.

Claims (11)

可視光に対して透明な材料で形成した光学素子であって、
前記光学素子内を透過する光を拡散させる第1拡散面と、この第1拡散面に接する第1の空気層と、を有する第1部分と、
この第1部分と一体に設けられ、前記第1拡散面に対して傾斜した方向に延びる第2部分と、を有し、
前記第1の空気層は、前記第1拡散面に対して交差する方向の側面を備える、
光学素子。
An optical element formed of a material transparent to visible light,
A first portion having a first diffusion surface for diffusing light transmitted through the optical element, and a first air layer in contact with the first diffusion surface;
A second portion provided integrally with the first portion and extending in a direction inclined with respect to the first diffusion surface;
The first air layer includes a side surface in a direction intersecting the first diffusion surface.
Optical element.
前記第1の空気層の前記側面は、前記第1拡散面を通る中心軸に対して回転対称形である、
請求項1の光学素子。
The side surface of the first air layer is rotationally symmetric with respect to a central axis passing through the first diffusion surface;
The optical element according to claim 1.
前記第1部分は、収容凹部を備え、前記第1の空気層は前記収容凹部に含まれ、前記収容凹部の底部に前記第1拡散面を備え、前記収容凹部内に第3部分を収容配置し、前記第3部分は、第2拡散面を有する、
請求項1または請求項2の光学素子。
The first portion includes an accommodation recess, the first air layer is included in the accommodation recess, the first diffusion surface is provided at the bottom of the accommodation recess, and the third portion is accommodated in the accommodation recess. The third portion has a second diffusion surface;
The optical element according to claim 1 or 2.
前記第3部分の前記第2拡散面は、前記中心軸に対して回転対称であり、前記第1拡散面に向けて徐々に縮径して閉じた形状である、
請求項3の光学素子。
The second diffusion surface of the third portion is rotationally symmetric with respect to the central axis, and has a shape that is gradually reduced in diameter toward the first diffusion surface and closed.
The optical element according to claim 3.
前記第3部分の外周面と前記収容凹部の内面との間に第2の空気層を有する、
請求項3の光学素子。
Having a second air layer between the outer peripheral surface of the third portion and the inner surface of the housing recess,
The optical element according to claim 3.
請求項1乃至請求項5のうちいずれかの光学素子と、
前記光源と、
この光源を覆うグローブと、
前記光源に給電する口金と、
を有する照明装置。
An optical element according to any one of claims 1 to 5,
The light source;
A glove covering this light source,
A base for supplying power to the light source;
A lighting device.
前記光源は、互いに離間された複数の光源を含み、
前記光学素子は、前記各光源から射出されたそれぞれ異なる方向からの光を前記第1拡散面へ導光する、
請求項6の照明装置。
The light source includes a plurality of light sources spaced apart from each other,
The optical element guides light from different directions emitted from the light sources to the first diffusion surface;
The lighting device according to claim 6.
前記光源は、互いに離間された複数の光源を含み、
前記各光源は発光平面を有し、
前記各光源は異なる発光スペクトルを有し、
前記第2部分の端部は入射用平面を有し、
前記各光源から射出された異なる発光スペクトルを有する光を前記第1拡散面へ導光する、
請求項7の照明装置。
The light source includes a plurality of light sources spaced apart from each other,
Each light source has a light emission plane;
Each light source has a different emission spectrum;
The end of the second part has an incident plane;
Guiding light emitted from each light source and having a different emission spectrum to the first diffusion surface;
The lighting device according to claim 7.
前記第2部分は、前記第1拡散面に対して傾斜した方向に延びる複数の部分を有する、
請求項1の光学素子。
The second portion has a plurality of portions extending in a direction inclined with respect to the first diffusion surface.
The optical element according to claim 1.
前記第2部分は、前記第1拡散面を通る中心軸に対して回転対称である、
請求項9の光学素子。
The second portion is rotationally symmetric with respect to a central axis passing through the first diffusion surface.
The optical element according to claim 9.
前記第3部分の前記第2拡散面は、前記第1拡散面を通る中心軸に沿った面を有する、
請求項3の光学素子。
The second diffusion surface of the third portion has a surface along a central axis passing through the first diffusion surface;
The optical element according to claim 3.
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