JP2009032535A - 線状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源の放射光を導光部材で減衰させることなく、高い効率で、かつ、場所的な均一性を有する出射できる線状光源装置を提供すること。
【解決手段】導光部材１０は、ＬＥＤ光源からの入射光を導光部材１０の長手方向Ｘに導くとともに、この導かれた光を上面１４に向けて反射させる開口２０を複数個有し、これら複数の開口２０は、それぞれにおいて、反射光Ｌｏが上面１４において入射角４２°以下になるように、導光部材１０の長手方向Ｘに分割的に整列配置していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は線状光源装置に関する。特に、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ、バーコードリード等に使う画像読取装置の照明用線状光源装置に関する。

従来、ファクシミリ、複写機、イメージリーダ、バーコードリード等に使う画像読取装置の光源には、キセノンガスなどを封入した外部電極型蛍光ランプ（ＥＥＦＬ）が使われていた。この画像読取装置は、原稿が載置された画像読取面の下方に、蛍光ランプを含む走査ユニットを有し、走査ユニットが移動する方向と直交する方向が、長手方向となるように蛍光ランプが走査ユニット内に搭載されている。走査ユニットが移動する画像読取時において、蛍光ランプからの光を画像読取面に照射するとともに、画像読取面からの反射光を、光学システムを介してＣＣＤセンサなどの受光素子に読み取らせるものである。

しかし、外部電極型蛍光ランプは、円筒状ガラスを全体ボディとするものであり、小型化には限界があった。一方、近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」ともいう）が高出力化している。また、受光素子であるＣＣＤセンサも高感度化しつつあり、従来よりも低い光量であっても十分に画像が読み取れるレベルに達しつつある。つまり、ＬＥＤの高出力化と、ＣＣＤセンサの高感度化という技術進歩が相まって、従来なら不可能と考えられていた画像読取装置の光源に、蛍光ランプに代わって、ＬＥＤを使う技術が注目されつつある。

図１１は、従来の線状光源装置の概略構成を示す。
線状光源装置は、導光部材１００とＬＥＤより構成される。導光部材１００は、全体が長手方向Ｘに伸びる直尺形状であり、高さ方向Ｙの下側に光源としてのＬＥＤが密着している。導光部材１００は、厚さ方向Ｚに対向する側面１１０と側面１２０、高さ方向Ｙに対向する下面１３０（左下面１３０ａ、右下面１３０ｂ）、上面（出射面）１４０、長手方向Ｘに対向する端面１５０、端面１６０の７面体として構成される。導光部材１００の中央近傍には逆台形状の孔１７０（平行光生成手段）が形成される。

この構造において、ＬＥＤからの放射光は、導光部材１００の下面１３０より入射して高さ方向Ｙに進行するとともに、孔１７０で左右方向に分散するようにそれぞれ反射（屈折）して長手方向Ｘにそれぞれ進路を変える。進路を変えた光は、入射面側１３０ａおよび１３０ｂでそれぞれ再反射して、高さ方向Ｙに進行し、出射面１４０に対して臨界角よりも小さい角度で入射した光は外部に出力し、臨界角よりも大きい角度で入射した光は導光部材の内部で再再反射して下面に向かう。以後、導光部材の内部を伝送（進行）する光は、臨界角との関係で、下面１３０と出射面１４０との間で反射を繰り返しながら、一部が出射面１４０から出力していく。

ここで、下面１３０（１３０ａ、１３０ｂ）には、円弧形状の凹溝１８０が形成され、凹溝１８０の表面に対して入射（衝突）した光は、大部分が放射状に分散反射する。このため、凹溝１８０の寸法、間隔を適切に設定することにより、出射面１４０から外部に射出される光を場所的に均一化することができる。また、凹溝１８０の表面に入射した光は、入射角度が種々あるので、通常は、全反射膜１９０が設けられる。長手方向Ｘの寸法が大きい場合に全反射膜を設けなければ、下面１３０（１３０ａ、１３０ｂ）で反射した光が、臨界角との関係で、出射面１４０から出力されにくくなるからである。
このような線状光源装置は、例えば、特開平１０−２７６２９８号や特開２０００−３０７８０７号に開示される。

しかし、全反射膜を設けた場合、下面１３０と出射面１４０との間で反射を繰り返す過程において、導光部材の内部で光が減衰してしまうという問題を生じる。減衰率は、ＬＥＤからの放射光強度Ｉｅ、反射膜の反射率Ｒ、反射回数をＮ回とすれば、概ねＩｅ×Ｒ^Ｎ（＝光強度Ｉｅ×反射率ＲのＮ乗）となり、現在、実用化されている装置を例にすると、反射率Ｒ＝０．９２、反射回数Ｎ＝３回となって、Ｉｅに対して０．７８（０．９２^３）になってしまう。さらに、反射膜１９０には、例えば、アルミニウム膜が使われるが、凹溝１８０に塗布する作業は煩雑であり、コストアップにもなりかねない。
特開平１０−２７６２９８号 特開２０００−３０７８０７号

この発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ光源の放射光を導光部材で減衰させることなく、高い効率で、かつ、場所的な均一性を有する出射できる線状光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る線状光源装置は、上面より照明光を出射する長尺状の導光部材と、この導光部材に光を入射させるとともに何れかの側面に配置されたＬＥＤ光源より構成される。そして、導光部材は、前記ＬＥＤ光源からの入射光を当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射光が前記上面において入射角４２°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置していることを特徴とする。

また、導光部材は、前記ＬＥＤ光源からの入射光を、当該導光部材の下面で反射させた後に、前記複数の開口に入射させることを特徴とする。

また、ＬＥＤ光源は、前記導光部材の長手方向の中央位置であって、前記上面に対向する下面に配置しており、導光部材は、前記ＬＥＤ光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列していることを特徴とする。

この発明に係る線状光源装置は、反射膜を使う代わりに、複数の開口を設けるので、光の伝送時における減衰を回避できるとともに、反射膜を塗布する作業やコストアップの問題を解消できる。

図１は本発明に係る線状光源装置（以下、「光源装置」ともいう）の全体外観図であって、光学的な原理を説明するための模式図である。
光源装置は、導光部材１０とＬＥＤより構成される。導光部材１０は長手方向Ｘに伸びる長尺形状であり、長手方向Ｘの中央、高さ方向Ｙの下側に光源であるＬＥＤを配置している。また、導光部材１０は、厚さ方向Ｚにおいて対向する側面１１と側面１２を有し、高さ方向Ｙにおいて下面１３と、下面１３を対向する出射面（上面）１４を有し、さらに、長手方向Ｘにおいて対向する端面１５、端面１６を有し、全体が６面体の断面矩形の長尺形状を構成している。また、導光部材１０の中央には、側面１１から側面１２に抜ける略逆山型の平行光生成手段１７（孔１７１）が形成され、孔１７１の長手方向Ｘの中心は、ＬＥＤと対応している。導光部材１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂のような透明プラスチック部材からなりＬＥＤの放射光を伝達する機能を担う。

導光部材１０には、導光部材の長手方向Ｘであって、孔１７１から左右それぞれに複数の開口２０が整列配置する。この開口２０は、例えば、断面矩形状であって孔１７１と同様に、側面１１から側面１２に抜ける開口であり、孔１７１に比較して小さい。

図２は図１の光学装置の光学原理を説明するための模式図である。図１が斜視図であるのに対し図２は正面図を示している。ＬＥＤからの放射光は、孔１７１の界面である放物面１７ａ、放物面１７ｂでそれぞれ左右方向に反射する。図では、左方向に反射した光を光Ｌａ、右方向に反射した光を光Ｌｂと示す。なお、孔１７１の中央下側界面１７ｃを通過した光Ｌｃは、そのまま孔１７１を直進して、上方で再び導光部材１０の中に透過していく。このように導光部材１０の屈折率と空気の屈折率との関係により、孔１７１の入射面形状（角度）を工夫することで、ＬＥＤからの放射光を、孔１７１で反射させたり、あるいは透過させたりすることができる。以後、孔１７１によって、左側に反射した光Ｌａと、右側に反射した光Ｌｂは、基本的に光学的原理が同一であるため、本実施例では、右側に反射した光Ｌｂを使って説明する。

光Ｌｂは、導光部材１０の右側端面１６に向かって、出射面１４とほぼ平行に進行する。そして、いずれかの開口２０に衝突したときに、導光部材１０の屈折率と、空気の屈折率および、開口２０の形状により、光Ｌｂは出射面１４の方向に向かって反射（屈折）する。

図３は、開口２０における入射光の進行を光学的に説明するための図である。導光部材であるアクリル部分から開口２０に入射する光Ｌｉは、開口２０の入射面２０１で全反射して反射光Ｌｏとして進行する。開口２０は導光部材に設けた穴であるため、入射面や出射面は穴の内周面となる。ここで、「入射光Ｌｉ」や「出射光Ｌｏ」という表現は、導光部材であるアクリル部分から、開口である空気中に向かって光が進行する際に、屈折率の異なる物質間を通過するという意味から入射、出射という表現を用いている。

ここで、入射光Ｌｉと入射面２０１で形成される入射角Ａが臨界角よりも大きい場合は、入射光Ｌｉは入射面２０１で全反射する。また、入射角Ａが臨界角よりも小さい場合は、入射光Ｌｉの一部は入射面２０１で反射するが、入射光Ｌｉの一部は入射面２０１を通過して空気中を進行する。この際、空気中を進行した光は、開口２０の出射面２０４でほとんどが透過して光Ｌopとして進行する。従って、導光部材１０に設けた開口を利用することで、入射光を反射させるためには、開口の入射面における入射角が臨界角よりも大きくなるように設計しなければならない。

開口２０に対する入射光Ｌｉ（Ｌｉ１、Ｌｉ２）は、図２で説明したように、孔１７から平行に反射された光であるため、開口２０の入射面２０１で反射した光Ｌｏ（Ｌｏ１、Ｌｏ２）は、基本的にすべて同じ角度で反射することになる。つまり、図においては、説明の便宜上、光線を矢印として示しているが、実際は光束となって進行している。ここで、臨界角について、数値例を示すと、アクリルの屈折率は、およそ１．５であり、導光部材から空気中に出るときの臨界角は、およそ４２°になる。従って、図における角度Ａが４２°よりも大きければ、入射光Ｌｉは、ほぼ全てを反射光Ｌｏとして反射することができる。また、角度Ａを４５°に設定することで、出射面に対して垂直な光として反射できる。

図２に戻り、開口２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ）は、導光部材１０の中央近傍から端面１６に向けて整列しているので、各開口での反射光は、導光部材１０の出射面１４からほぼ均一に放射する。なお、説明の便宜上、開口２０は１２個示しているが、実際には、導光部材１０の長手方向Ｘのほぼ全域に配置している。具体的には、開口２０ａの最右端２０３と、開口２０ｂの最左端２０２が、長手方向Ｘにおいて、ほとんど同じ位置になる（高さ方向Ｙにはズレている）ように、隣合う開口同士の最左端と最右端が一致するかのごとく整列している。

図４は、開口２０の反射光Ｌｏが、導光部材１０の上面１４に対してどのように進行するかを光学的に説明するための図である。導光部材１０を進行する光Ｌｏが、導光部材１０の上面１４から外部空間に突き抜ける（光Ｌｏ’）ためには、上面１４における光Ｌｏの臨界角Ｂが４２°以下でなければならない。臨界角が４２°以下の場合は、光Ｌｏは上面１４において反射してしまうからである。このため、導光部材の中を光が伝送するに伴い、光強度が減衰するという問題を導いてしまう。従って、開口２０の傾斜角度、あるいは入射面２０１の形状は、反射光Ｌｏが、臨界角４２°以下で上面に衝突するように設計しなければならない。

このように本願発明の光源装置は、導光部材１０の下面１３を使って、ＬＥＤからの入射光を導光部材の出射面まで導くという従来の構造（図１１に示した構造）とは、光の進行という意味における光学的な方式が全く異なる。その結果、図１１に示した従来の構造では、下面１３の傾斜角度が、導光部材１０の長手方向Ｘの寸法、および、高さ方向Ｙの寸法の関係から制限されるため、出射面方向に光を反射させるために必要な臨界角を下面の傾斜角度だけで設計することが困難であり、このため、図１１に示す構造では、導光部材１０の下面に凹溝や反射膜を設ける必要があった。一方、本発明の光源装置は、導光部材１０の全体の寸法に制限されることなく、開口２０の入射面２０１の傾斜角度を設定できるので、開口２０の傾斜角度だけで反射方向を規制することが可能となり、開口２０には凹溝や反射膜に設ける必要はなく、このため、光の伝達に伴う減衰や反射膜塗布の煩雑化、コストアップという問題を解消できる。

本願発明は、上面として出射面１４を有し、それ以外の何れかの側面、すなわち、下面１３、端面１５、端面１６、側面１２、側面１３の何れかに近接させてＬＥＤを配置している。そして、導光部材１０の長手方向Ｘに沿って、分割的に開口２０を整列することを特徴とする。

図５は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。（ａ）はＬＥＤが設置される位置が長尺状導光部材１０の何れかの端部であること、（ｂ）はＬＥＤが設置される位置が長尺状導光部材１０の両端であることが特徴であり、この点が図１、図２で示した光源装置と異なる。（ａ）において、ＬＥＤは、導光部材１０の一端（図１における端面１５）側の下面１３に配置している。この実施例では、端面１５の代わりに、平行光生成手段１７としての変形した端面１７２が形成されている。端面１７２は、図１における孔１７1と同様の役割を果たすものであり、ＬＥＤからの放射光を導光部材１０の反対側の端面１６に向けて、出射面１４と平行に反射する。従って、端面１７1の形状は、ＬＥＤの放射光が臨界角との関係で全反射するとともに、反射光が出射面１４と平行になるように工夫されている。そして、端面１７1で反射した平行光は、順次、開口２０の界面で全反射して出射面１４から出力（放射）する。この点は図２で説明した光学原理と同じである。この構造が、図１で示した構造に比較して有利な点は、ＬＥＤが導光部材１０の端部に配置しているので、例えば、画像読取装置に組み込む場合において、他の部品との配置関係が容易に設計できること、あるいは、冷却部材の配置が容易で行えることである。

（ｂ）において、ＬＥＤは、導光部材１０の両端（図１における端面１５、端面１６）であり、それぞれ下面１３に配置している。この実施例では、端面１５および端面１６の代わりに、それぞれ変形した端面１７３、端面１７４を形成している。端面１７３、端面１７４は、図１における孔１７１と同様の役割を果たすものであり、ＬＥＤからの放射光を導光部材１０の中央に向けて、かつ、出射面１４と平行に反射するものである。具体的には、端面１７３で反射した光は端面１７３から導光部材１０の中央に向かって進行し、端面１７４で反射した光は端面１７４から導光部材１０の中央に向かって進行する。端面１７３、端面１７４の形状は、ＬＥＤの放射光が臨界角との関係で全反射するとともに、反射光が出射面１４と平行になるように工夫されている。そして、端面１７３、端面１７４で反射した平行光は、順次、開口２０の界面で全反射して出射面１４から出力（放射）する。この点は図２で説明した光学原理と同じである。この構造が、図１で示した構造に比較して有利な点は、上記（ａ）と同様に、ＬＥＤが導光部材１０の端部に配置するので、例えば、画像読取装置に組み込む場合などにおいて、他の部品との配置関係が容易に設計できることである。また、ＬＥＤの部品数が増えるものの、導光部材１０の長手方向において、出射面１４からの光出力をより均一にできる。

なお、ＬＥＤの個数は１個、あるいは２個に限るものではなく、３個以上のＬＥＤを配置することもできる。また、ＬＥＤの位置も長尺状導光部材１０の端部、あるいは中央部に限るものではなく、それ以外の場所に配置することもできる。

図６は本発明に係る光源装置の他の実施例を示す。図６は一の実施形態について、（ａ）（ｂ）（ｃ）で示すように３つの方向から見た構造を記述している。この実施形態が図１、図２、図５で説明した光源装置と異なる点は、図１、図２、図５の光源装置はＬＥＤが導光部材の下面に配置していたのに対し、ＬＥＤが導光部材の側面１１に配置している点である。（ａ）は導光部材１０の側面１１から眺めた図面（正面図）であり、図２あるいは図５と同方向を示す。（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面を矢印方向に眺めた断面図であり、ＬＥＤの近傍のみを示す。（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ断面を矢印方向に眺めた断面図である。

ＬＥＤは導光部材１０の側面１１であって、長手方向Ｘの中心、高さ方向Ｙの中心に配置している。従って、ＬＥＤの放射光は、導光部材１０の反対側の側面１２に向かって放射される。側面１２であって、ＬＥＤと対向する部分には、ＬＥＤの放射光を導光部材１０の長手方向に反射させる平行光生成手段１７が形成される。この実施例では、平行光生成手段１７は、略アリ地獄形状の凹部１７５である。凹部１７５の界面は、臨界角との関係で、ＬＥＤの放射光を全反射するとともに、導光部材１０の長手方向に向かって出射面１３と平行に進むように形成される。この点は、形状こそ異なるが、光学的な考え方は、図１に示す孔１７１や、図５に示す端面１７２、端面１７３、端面１７４と同じである。

この実施形態の有利な点は、ＬＥＤが導光部材１０に密着するので、ＬＥＤの放射光を、より高い確率で導光部材の中に導くことができる。補足すると、図１などに示す構造は、一般的に、導光部材１０の厚さ方向Ｚの寸法が、ＬＥＤの寸法よりも小さいため、ＬＥＤの放射光は、すべてが導光部材１０に導かれているわけではない。

なお、図６に示す実施形態、すなわち、導光部材１０の側面にＬＥＤを配置する形態と、図５に示す実施形態、すなわち、導光部材１０の長手方向Ｘの端部にＬＥＤを配置する形態を組み合わせて、すなわち、導光部材１０の側面１１であって、長手方向Ｘの端部にＬＥＤを配置することもできる。

ＬＥＤは、導光部材１０の下面１３あるいは側面１１、側面１２に限るものではなく、端面１５あるいは端面１６に設けることもできる。この場合、放射光を導光部材１０の長手方向に導くための手段は必要ないが、ＬＥＤの放射領域が、導光部材の端面の大きさに比べて小さい場合などは、ＬＥＤの放射光が導光部材の中で広がるため、平行光を生成するための手段は必要となる。このため、ＬＥＤは、導光部材１０の出射面１４以外の何れかの側面に設けることができる。ここで言う側面は、上記実施例で説明した狭義の側面１１、側面１２ではなく、端面１５、端面１６、下面１３を含む広義の側面である。なお、導光部材１０の長手方向Ｘが、出射領域を超えて長い場合は、出射面１４（上面）の端部にＬＥＤを配置することも可能ではあるが、出射面１４の上方には原稿台などが近接配置するので、事実上、出射面１４側にＬＥＤを配置することはできない。

図７は、本発明に係る光源装置であって、開口２０のバリュエーションを示す。図に示すように入射面をより細かい段階形状にすることで、出射面から放射される光をより均一にすることができる。

導光部材は、透明なプラスチック部材であり、上記実施例ではアクリルを示したが、導光部材に求められる性質は、画像読取装置に組み込んだ際に内部の電子部品の発熱に耐えられるという程度の耐熱性、長尺形状であり開口を精度よく加工できる程度の加工性、耐強度性、空気の屈折率との関係で臨界角をある程度の範囲から選択できるという観点から要求される。具体的には、アクリル以外に、ポリカーボネートなどが適用される。しかし、アクリルは、透明度が高く、屈折率や耐衝撃性も高く、また、熱可塑形成により複雑な形状を容易に作ることができる点で、他の材料に比べて最も優れている。

図８は、本発明に係る光源装置に使うＬＥＤは示す。ＬＥＤは、樹脂よりなるパッケージ３０の内部に、青色ＬＥＤ素子３１を有し、青色ＬＥＤ素子３１の放射方向前面には蛍光体層３２が配置する。青色ＬＥＤ素子３１と蛍光体層３２は、モールド剤３３により、パッケージ３０の内部に固定されるとともに、パッケージ３０の外部と遮断されている。蛍光体層３２の放射方向前面には、導光部材１０との接合剤３４が設けられる。このような構成において、青色ＬＥＤ素子３１から波長４００〜４１５ｎｍの光が放射されると、蛍光体層３２において波長４２０〜６４０ｎｍの可視光線に変換されて、この可視光線が導光部材１０の内部に伝達される。接合剤３４は透光性であり接着力を有する物質であり、例えば、シリコーンが使われる。青色ＬＥＤ素子３１はパッケージ３０の内部に、１個だけ配置してもよいが、複数個配置させてもよい。この場合、光量がアップするだけでなく、１個であれば発光量にバラツキを生じるため、余裕を持った設計が必要となるが、複数個用いることで各発光量（設計値）に基づいて製作できる。青色ＬＥＤ素子３１は、例えば、ＩｎＧａＮ系高出力紫外線発光ダイオードが使われる。上記実施例において「ＬＥＤ」とは、青色ＬＥＤ素子ではなく、パッケージ、蛍光体層、接合剤などを含むものであるが、必ずしも、図８に示す全ての構成を有することに限定されるものではない。

ここで、導光部材１０の寸法例を示すと、長さ方向Ｘの寸法が３００ｍｍ、高さ方向Ｙの寸法が２５ｍｍ、厚さ方向の寸法が３ｍｍである。これら数値は一例であり、通常は、長さ方向Ｘの寸法は３２５±２５ｍｍ（Ａ４サイズ）、高さ方向Ｙの寸法は３０±１０ｍｍ、厚さ方向の寸法は３±３ｍｍの幅を有する。ただし、この数値幅も一例であり、本発明では、当該数値幅の範囲外の設計を排除するものではない。また、開口２０の寸法例を示すと、図３に示す矩形の場合に、長手方向の寸法は３〜７ｍｍの範囲から選択されて例えば５ｍｍ、短手方向の寸法は０．５〜１．０ｍｍの範囲から選択されて例えば０．８ｍｍである。また、開口は導光部材１０の長手方向Ｘに４０〜６０個ほど配列する。特に、開口２０の長手方向の寸法は、後述するが、ポジションによって同一の導光部材の中でも変化している。また、ＬＥＤの寸法例を示すと、縦横１０ｍｍ、高さ２ｍｍであり、例えば、１６０ルーメンの白色光を出力する。

図９は本願発明に係る光源装置の他の実施形態の斜視図を示す。この実施形態が、図１などで説明した実施形態と相違する点は、図１の光源装置がＬＥＤからの放射光を導光部材の端面に向けて、かつ、出射面と平行に光を伝達させていたのに対し、本発明は、ＬＥＤからの放射光を導光部材１０の下面１３に向けて進行させ、下面１３の界面を利用して反射させるとともに、その後、開口２０の界面を使って出射面１４に向けて全反射させて、出射面から出力することを基本としている。なお、図９に示す光源装置は、図６に示す光源装置と同様に、導光部材の側面にＬＥＤを配置させるとともに、図示略ではあるが、導光部材の反対側側面であってＬＥＤと対向する位置には略アリ地獄形状の凹部が形成される。また、ＬＥＤの近傍には、矩形状の開口２０とは形状が相違する開口１８が形成される。この開口１８は導光部材の近傍に放射された光を良好に出射させるためのものであるが、開口１８の光学的作用については後述する。

図９において、光源装置は導光部材１０とＬＥＤより構成される。導光部材１０は長手方向Ｘに伸びる長尺形状であり、長手方向Ｘの中央であって、一方の側面１１にＬＥＤが配置される。導光部材１０は、厚さ方向Ｚには側面１１に対向する側面１２を有し、高さ方向Ｙには下面１３と、下面１３を対向する出射面１４を有する。さらに、長手方向Ｘには端面１５と対向する端面１６を有し、全体が断面矩形の長尺形状を構成している。

導光部材１０の中央には、側面１１から側面１２に抜ける複数の開口群１８が形成され、導光部材１０の下面１３の中央には緩やかな放物面を描く凹部１３１が形成される。さらに、端面１５、端面１６の下面13側には斜面１５１、斜面１６１がそれぞれ形成される。導光部材１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂である透明プラスチック部材からなり、ＬＥＤの放射光を界面を使って反射させながら伝達する機能を有する。ここでいう界面とは、下面１３（凹部１３１を含む）、端面１５、斜面１５１、端面１６、斜面１６１、開口２０、開口群１８、出射面１４である。

図１０は、図９に示す光源装置の光学的軌跡、すなわち、ＬＥＤから放射される光の進路を説明するための図面であり、図９に示す光源装置を側面１１から見た正面図を示す。図は、説明の便宜上、導光部材１０の右半分を説明しており、進路パターンとして、代表的な光Ｌ（Ｌ１〜Ｌ９）を示している。光学的軌跡が複雑に表現されると解読が困難になるからである。

導光部材１０の中央に形成された開口１８は、主に、ＬＥＤの放射光を導光部材の長手方向に光を進路変更させるための開口であり、本実施例では、ＬＥＤの真上に形成されたＶ字状の開口１８１、ＬＥＤの両側に形成された矩形状の開口１８２、ＬＥＤの斜め上方に配置された鹿の角状の開口１８３、および、開口１８３から分岐して形成される枝状の開口１８４から構成される。これら開口１８は、ＬＥＤの放射光を効率的に利用するためのものでもある。因みに、開口２０は、開口１８よりも端部領域に形成された開口であり、基本的に、入射光を全反射して出射面１４から放射する機能を有する。開口２０は、全て機能が同一であるため同一番号で表現している。

光Ｌ１は、導光部材の上側領域、すなわち、出射面１４に向けて放射された光である。ＬＥＤから放射される光Ｌ１は、Ｖ字状の開口１８１に衝突するが、開口１８１の入射面（界面）ではほとんど反射することなく開口１８１を直進する。導光部材１０のアクリル部分と開口１８１の空気の界面を通過するとき、開口１８１の入射面に対する光Ｌ１の入射角度が臨界角より小さいからである。また、光Ｌ１は、開口１８１の出射面からアクリル部分に入射するときも、ほとんど反射することなくアクリル部分を透過して、導光部材の上面（出射面１４）から出力される。つまり、光Ｌ１は、ＬＥＤからほぼ真上に直進して放射されると考えてよい。

なお、開口１８１における入射光の反射、透過の原理は、図３およびその説明部分が参照できる。また、開口１８１の入射面および出射面は、図１０では不図示であるが、この点も図３とその説明が参照できる。さらに、ＬＥＤの放射光は、本来、側面１１から反対側の側面に向けて（図９の厚さ方向Ｚ）放射されるが、反対側の側面であってＬＥＤと対向する領域には、前記したように略アリ地獄形状の凹部が形成されるため、この凹部により、放射光の進路が、図における上側方向に進路変更されている。以後、光Ｌ２から光Ｌ９においても、ＬＥＤから放射される光は、本来、導光部材１０の側面１１から側面１２に向って（図９の方向Ｚ）放射されるが、凹部の存在により、紙面の２次元方向（図９の方向Ｘと方向Ｙで形成される２次元）に進路変更している。

光Ｌ２も、導光部材の上側領域、すなわち、出射面１４に向けて放射された光であるが、光Ｌ１と異なる点は、ＬＥＤの真上ではなく、やや斜め上方に放射されることにある。具体的には、ＬＥＤの放射光は、開口１８１に衝突するが、開口１８１の入射面ではほとんど反射することなく、光Ｌ１と同様に直進して、最終的には出射面１４から放射される。ただし、開口１８１のＶ字形状により、光Ｌ２は、光Ｌ１に比較して、開口１８１の入射面に対して角度を持って（斜め方向から）に入射することになり、このため、開口１８１から出射された光も屈折した形で出力している。このように、ＬＥＤから、導光部材の上方に向かって放射された光は、Ｖ字形状による屈折により、出射面１４では広がった形で領域Ｓ１から放射される。

光Ｌ３は、導光部材の右側、すなわち、端面１６に向けて放射された光であり、開口１８２に衝突する。光Ｌ３は、導光部材１０のアクリル部分から開口１８２の入射面を通過するとき、ほとんど全てが反射して、導光部材１０の上側に向けて進路変更する。開口１８２の入射面に対する光Ｌ３の入射角が臨界角より大きいからである。進路変更した光は、開口１８３では、ほとんど反射することなく直進し、出射面１４から出力される。開口１８３では、光Ｌ３の入射面に対する入射角が臨界角より小さいからである。このように、光Ｌ３は、開口１８２で全反射する光を代表して記述するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ２から放射される。

光Ｌ４は、光Ｌ１や光Ｌ２と、同じように、導光部材の上方に向けて放射された光であり、ＬＥＤからの放射光はまず開口１８１に衝突する。ここで、光Ｌ４は、光Ｌ１や光Ｌ２とは異なり、開口１８１の入射面において全反射して、図における右側方向に進路変更する。光Ｌ４が、開口１８１を通過するときの入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。進路変更した光Ｌ４は、次に、開口１８４に衝突する。衝突した光Ｌ４は、開口１８４においても、開口１８４の入射面で全反射して上側方向に進路変更し、最終的に出射面１４から出力される。光Ｌ４の入射面での入射角が臨界角より大きいからである。このように、光Ｌ４は、開口１８１および開口１８４で全反射して、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ３から放射される。

光Ｌ５は、光Ｌ３と同じように、導光部材の右側領域、すなわち、端面１６に向けて放射された光である。しかし、光Ｌ３と異なる点は開口１８２に衝突するのではなく、開口２０に衝突する。衝突した光Ｌ５は、開口２０の入射面において全反射して、導光部材１０の上側に向けて進路を変更し、最終的に出射面１４から出力される。光Ｌ５が開口２０の入射面を通過するとき、入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光Ｌ５は、ＬＥＤからの放射光が、他の開口（開口１８や下面１３、斜面１６１）に衝突することなく、最初に開口２０に衝突して、当該開口２０での全反射により外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ４３から放射される。

光Ｌ６は、導光部材の下側領域、すなわち、下面１３に向けて放射された光である。ＬＥＤから放射された光Ｌ６は、下面１３の凹部１３１で全反射して進路を上方に変更する。進路変更した光Ｌ６は開口２０に衝突して、開口２０で全反射して導光部材１０の上側に向けて進路を変更して出射面１４から出力される。光Ｌ６が、凹部１３１においてアクリルの面に入射する角度が臨界角より大きいからであり、また、開口２０でも入射面における入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光Ｌ６は、ＬＥＤからの放射光が、下面１３の凹部１３１で全反射して進路変更し、次に、開口２０に衝突して全反射することで、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ５から放射される。

光Ｌ７は、導光部材の下側領域、すなわち、下面１３に向けて放射された光である。ＬＥＤから放射された光Ｌ７は、下面１３（凹部１３１ではない）で全反射して進路を上方に変更する。進路変更した光Ｌ７は開口２０に衝突して、開口２０で全反射することで導光部材１０の上側に向けて進路変更し、最終的に出射面１４から出力される。光Ｌ７が、下面１３に入射する角度が臨界角より大きいからであり、また、開口２０でも入射面における入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光Ｌ７は、ＬＥＤからの放射光が、下面１３で全反射して進路変更し、次に、開口２０に衝突して全反射することで、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ６から放射される。

光Ｌ８は、導光部材の上側領域、すなわち、上面１４に向けて放射された光である。ＬＥＤから放射された光Ｌ８は開口１８３に衝突する。衝突した光Ｌ８は、開口１８３の入射面において全反射して導光部材の下側に向けて進路変更する。進路変更した光は下面１３に衝突して下面１３で全反射して上側に向けて進路変更する。進路変更した光は開口２０に衝突して、開口２０の入射面でも全反射して、最終的に出射面１４から放射される。開口１８３の入射面に衝突したときも、下面１３に衝突したときも、開口２０の入射面に衝突したときも、入射面に対する入射角度が臨界角より大きいからである。このように、光Ｌ８は、ＬＥＤからの放射光が、開口１８３、下面１３で全反射して進路変更し、次に、開口２０に衝突して全反射することで、最終的に、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ７から放射される。

光Ｌ９は、導光部材の右側領域、すなわち、端面１６に向けて放射された光、および、導光部材の下側領域、すなわち、下面１３の凹部１３１に向けて放射された光であり、前者は端面１６の斜面１６１に直射し、後者は凹部１３１で全反射した後に端面１６の斜面１６１に衝突する。光Ｌ９は斜面１６１において全反射して、導光部材１０の上側に向けて進路を変更して出射面１４から出力される。このように、光Ｌ９は、ＬＥＤからの放射光が、斜面１６１で全反射して進路変更し、外部に放射される光を代表するものであり、導光部材１０の出射面１４の領域Ｓ８から均一な光として放射される。

このように、本実施形態の構造は、ＬＥＤ光源からの入射光を、導光部材１０の下面１３に導いて、この下面１３で反射された光を、複数の開口２０で反射させてから、上面である出射面１３に向けて進行させている。この構造の利点は、開口２０を導光部材１０の長手方向に沿って整列配置させる必要はなく、下面１３からの反射光を受光することができる位置に開口を設けることができることにある。

さらに、最良の形態として、ＬＥＤ光源は、導光部材１０の長手方向Ｘの中央位置であって、下面１３に配置しており、導光部材１０は、ＬＥＤ光源から入射された光を、導光部材の長手方向Ｘの両端部に分割して反射させる中央反射孔１８を有し、この中央反射孔１８で反射された光を、出射面１４に向けて反射させる複数の開口２０が、長手方向Ｘのほぼ全域にわたるように分割的に整列している。

複数の開口が、導光部材１０の長手方向のＸのほぼ全域に整列するとは、本願発明の作用効果との関係において、実質的に全域ということであり、厳密な意味においての全てということではない。

図９および図１０で示した開口１８（１８１、１８２、１８３、１８４）や開口２０の形状、寸法、配列状態などは、設計例の一つにすぎず、さまざまな変形例が可能となる。ここで、「全反射」とは入射した光のうち、大部分を反射する光を意味し、厳密な意味で１００％反射するということではない。

上記した全ての実施例において、図は、本発明および光学原理を説明するために表現したものであって、図面上における構成（寸法や配置）は、必ずしも実際の光学的軌跡の設設計図を示すものではない。例えば、図面上、寸法的に入射角が臨界角よりも小さくなっている部分が、仮に、あったとしても、当該図面においては、入射角が臨界角よりも大きいことを説明しているのであれば、そのように解釈すべきであり、図面上の厳密な寸法関係や配置関係を考慮すべきではない。

また、上記した全ての実施例において、ＬＥＤから放射される光は、ＬＥＤが点光源であることを前提に説明しているが、実際には、ＬＥＤの放射面は有限の大きさを有するため、ＬＥＤの放射光が点光源ではなく、有限の大きさから放射される面光源として解釈されるべきである。

以上、説明したように、本願発明に係る線状光源装置は、上面より照明光を出射する長尺状の導光部材と、この導光部材に光を入射させるとともに何れかの側面に配置されたＬＥＤ光源よりなり、前記導光部材は、前記ＬＥＤ光源からの入射光を当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射光が前記上面において入射角４２°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置しているので、光の伝送時における減衰を回避できる。

また、導光部材は、ＬＥＤ光源からの入射光を、当該導光部材の下面で反射させた後に、複数の開口に入射させることにより、開口２０を導光部材の長手方向に規則的に整列される必要はなくなる。

また、ＬＥＤ光源は、導光部材の長手方向の中央位置であって、上面に対向する下面に配置しており、導光部材は、ＬＥＤ光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列しているので、ＬＥＤ光源から導光部材への光の取り込み効率が高く、光量アップにつながる。

本発明に係る線状光源装置を示す。 本発明に係る線状光源装置の光学原理を説明するための図を示す。 本発明に係る線状光源装置の光学原理を説明するための図を示す。 本発明に係る線状光源装置の光学原理を説明するための図を示す。 本発明に係る線状光源装置の他の実施形態を示す。 本発明に係る線状光源装置の他の実施形態を示す。 本発明に係る線状光源装置の開口の実施例を示す。 本発明に係る線状光源装置のＬＥＤ光源を示す。 本発明に係る線状光源装置の他の実施形態を示す。 本発明に係る線状光源装置の光学原理を説明するための図を示す。 従来の線状光源装置を示す。

符号の説明

１０ 導光部材
１１ 側面
１２ 側面
１３ 下面
１４ 上面
１５ 端面
１６ 端面
１７ 平行光生成手段
２０ 開口
２０１ 開口の入射面
２０４ 開口の出射面

Claims (3)

1. 上面より照明光を出射する長尺状の導光部材と、この導光部材に光を入射するとともに導光部材の何れかの側面に配置されたＬＥＤ光源と、よりなる線状光源装置において、
   前記導光部材は、前記ＬＥＤ光源からの入射光を、当該導光部材の長手方向に導くとともに、この導かれた光を前記上面に向けて反射させる開口を複数個有し、
   これら複数の開口は、それぞれにおいて、反射された光が、前記上面において入射角４２°以下になるように、当該導光部材の長手方向に分割的に整列配置していることを特徴とする線状光源装置。
2. 前記導光部材は、前記ＬＥＤ光源からの入射光を、当該導光部材の下面で反射させた後に、前記複数の開口に入射させることを特徴とする請求項１の線状光源装置。
3. 前記ＬＥＤ光源は、前記導光部材の長手方向の中央位置であって、前記上面に対向する下面に配置しており、
   前記導光部材は、前記ＬＥＤ光源から入射された光を、当該導光部材の長手方向の両端部に分割して反射させる中央反射孔を有し、
   この中央反射孔で反射された光を、前記上面に向けて反射させる複数の開口が、当該長手方向のほぼ全域にわたるように分割的に整列していることを特徴とする請求項１の線状光源装置。

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