JP3126200U - 光線出射角度任意変更可能の線状光源 - Google Patents

Abstract

【課題】本考案は、光線出射角度任意変更可能の線状光源を提供する。
【解決手段】導光棒と光源部品、集光レンズ及び光反射チューブが含有され、導光棒は、多辺柱状で、一面がジグザグ表面である出射面で、残りの面が反射面であり、当該導光棒の外側に光反射チューブが覆われ、導光棒の一端が光源部品に嵌合され、当該光源部品の発光ダイオードにより線状光源が提供され、光反射チューブ上の透過開口から光線が出射され、また、導光棒の出射面の外側に設置された集光レンズにより、任意に光線の出射角度を変更でき、そのため、本考案は、機構の外形空間により制限されず、光線の出射角度を任意に変更でき、また、集光レンズの集光効果により、元の無効領域の光線を集束して光の強度を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本考案は、線状光源に関し、特に、光線出射角度を任意に変更できる線状光源に関する。

スキャナーやファクシミリ、複写機及び多機能事務機等は、日常生活において良く使用され、当該設備は、主として、光学原理を利用し、線状光源を目標物に照射して、その反射した光線について、明暗をセンサして画像を出力する。出力された画像の品質は、スキャン光源に大きく係わり、出射光線の輝度や均一度が悪い場合、目標物に対する感度や精確度が低減されて、出力された画像の効果が良くない。また、目標物の位置が、光源が到達できる焦点距離範囲（被写界深度）を超えたら、出力された画像が、曖昧になり、そのため、光源の設計において、光出力の輝度や均一度及び焦点距離感度を向上して解像能を増強することが重要である。また、異なる使用目的について、例えば、イメージのスキャンやコピー等の異なる機能について、出力効果を向上することも、業者において、至急の課題である。

従来の線状光源は、主として、円柱状や矩形柱状であり、その射出成型工程が容易であるが、光線の回折と屈折の算出や輝度と均一度の制御及びその効果が、制限される。また、従来の技術において、導光棒について、光線均一度を向上するために、表面処理を行い、また、導光棒の構造を改良することにより、集光効果が向上され、光線の輝度が増大されるが、光線が前進する時のエネルギー減衰や出射光線の輝度と均一度を更に向上すること及び光線がフォーカシングする時の被写界深度の拡大等が、また、開発の空間があり、そのため、業界において、線状光源について、ジグザグ状の出射面と反射ミラにより、光線の出射方向を変更するものが提案される。しかしながら、それは、光線の出射角度が固定されたものである。

本考案は、上記の問題点を解消するために、光線出射角度任意変更可能の線状光源を提案する。

本考案の主な目的は、導光棒の出射面の外側に、光線の出射角度を変更するための集光レンズが設置される光線出射角度任意変更可能の線状光源を提供する。

本考案の他の目的は、更に、出射面と集光レンズとの間に、光均一度を向上するための光拡散シートが増設される光線出射角度任意変更可能の線状光源を提供する。

本考案の更に他の目的は、集光レンズの集光効果により、元の無効領域の光線を集束して光の強度を増強する光線出射角度任意変更可能の線状光源を提供する。

本考案は、上記の目的を達成するために、一面が出射面で、残りの面が複数の反射面であり、多辺形柱体である導光棒と、当該導光棒に嵌合され、線状光源を生成するための少なくとも一つの発光ダイオードが設けられる光源部品と、出射面の外側に設置され、任意に光線の出射角度を変更できる集光レンズと、導光棒の外側に覆われ、出射面に対応する位置に、光線が透過できる透過開口が設けられる光反射チューブと、が含有される光線出射角度任意変更可能の線状光源である。そのため、本考案は、機構の外形空間によって制限されず、光線の出射角度が、任意に変更でき、更に、レンズの集光効果により、元の無効領域の光線を集束するため、光線の輝度が向上される。

以下、図面を参照しながら、より良い実施例を挙げて、本考案の構造の特長や効果を詳しく説明する。

本考案は、光線出射角度任意変更可能の線状光源を提供し、集光レンズの集光効果により、無効領域にある光線を集束することにより、光の強度を増強するだけでなく、光線出射角度を変更でき、また、光拡散シートにより、光均一度が向上される。

図１と図２は、それぞれ、本考案の立体構造及び構造分解概念図であり、主として、光源部品１０と導光棒２０、当該導光棒２０の外を覆う光反射チューブ３０及び集光レンズ４０が含有され、導光棒２０の光線は、光反射チューブ３０の透過開口３２から集光レンズ４０へ投射する。当該光源は、可視スペクトル範囲内の任意色の発光ダイオードや可視スペクトルに近接する例えば赤外線や紫外線光源から選ばれ、例えば、発光ダイオードは、グリーンやイエロー、ブルー、レッド或いはホワイト等であり、線形光源の組合わせは、より大きい範囲と光量投射の効果が得られる。

光源部品１０は、導光棒２０に嵌設され、その上に、導光棒２０を固定するための導光棒形状に対応する実装孔座１２が設けられる。また、基座（図に未表示）に挿設するための複数のピン１６があり、また、光源部品１０の実装孔座１２内に、本考案の最も根本の光源として、少なくとも一つの発光ダイオード１４が設けられる。導光棒２０は、対称する多辺形柱体であり、本実施例において、正８辺形柱体を例とし、導光棒２０の主な用途は、発光ダイオード１４が生成した点状光源を、線状光源に変換し、当該導光棒２０は、一面が出射面２２であり、その半径が０.７３±０.１ミリメートル（ｍｍ）の円弧形状面で、集光の機能を発揮し、光の強度を増大するだけでなく、光が線形に出射することができ、残りの面が反射面２４であり、光線の輝度を反射する。また、導光棒２０と光源部品１０との接触面が入射面２６であり、発光ダイオード１４が出射した光線は、当該入射面２６から導光棒２０に入射し、導光棒２０の構造により、光線が線形に出射され、入射面２６のもう一端は、エンド面であり、当該面に到達した光線が、導光棒２０内へ反射される。

光反射チューブ３０は、導光棒２０を覆うように、光線の反射効果を強化するための上チューブ３４と下チューブ３６とからなる。これにより、光出射の輝度が増大される。
また、当該導光棒２０の出射面２２において、光反射チューブ３０に対応するように、線形光線が出射するための透過開口３２が設けられ、残りの反射面２４に対応する位置に、光反射チューブ３０が覆われ、導光棒２０に入射した光線が、反射面２４と光反射チューブ３０で反射することにより、光の輝度が増大され、そして、出射面２２を介して透過開口３２から集光レンズ４０へ出射し、これにより、光出射の角度が変更される。
また、光反射チューブ３０の作用は、主として、光線を反射するため、ホワイトや銀色或いは銀白色等の反光効果の良い色を選択する。

また、光線の反射効果を増大し、光線がより集中できるため、図のように、下チューブ３６上において、透過開口３２の一側に、更に、反射板３８を設置しても良く、反射板３８と当該透過開口３２の垂直軸とが、約３０度乃至６０度になるように、当該反射板３８を設置し、当該反射板３８の角度や長さ及び幅は、必要に応じて変更することができる。導光棒２０の内部で反射されてから出射面２２から出射された光線は、その出射角度の範囲が比較的に大きく、完全に希望の目標物に照射することが難しいため、反射板３８を設置することにより、一部の光線について、更に反射させることにより、光線がより集束されて、出射光のエネルギーと光線の輝度が増大される。

導光棒２０上の反射面２４は、漸増式ジグザグ状であり、図３は、図２の導光棒２０上の領域ａの拡大図であり、当該ジグザグ状の仰角範囲は、０.０３〜０.１５度の間であり、ジグザグ状の反射面の長さについて、分段処理しても良く、仰角角度の範囲も、０.０３〜０.１５度の範囲になるように分段し、例えば、反射面の長さを２段にする時、１段目のジグザグ角度を、仰角が０.０３〜０.０９度に、２段目のジグザグ角度を、仰角が０.０９〜０.１５度になるように、ジグザグ状の反射面の長さを多段処理する時、各分段の仰角の角度範囲も同じようにすれば良い。

本考案において、ジグザグの設計が、光均一程度に大きい影響を与え、本考案のジグザグは、仰角角度θの範囲が、０.０３度乃至０.１５度であり、漸増方式であっても良いし、分段漸増方式であっても良い。２段漸増を例とし、図３を参照しながら、そのＩ段目の仰角角度範囲が０.０３度乃至０.０９度である固定値（例えば０.０７）であり、ＩＩ段目の仰角角度範囲が０.０９度乃至０.１５度である固定値（例えば０.１１）であり、３段漸増を例とし、そのＩ段目の仰角角度範囲が０.０３度乃至０.０５度である固定値（例えば０.０４）であり、ＩＩ段目の仰角角度範囲が０.０５度乃至０.１０度である固定値（例えば０.０８）であり、ＩＩＩ段目の仰角角度範囲が０.１０度乃至０.１５度である固定値（例えば０.１２）であり、何段でも上記のようにすれば良い。

仮に、ジグザグの底角がφ（３０度〜４０度）、算出するジグザグから発光ダイオード上の集光焦点の底面長さ（１〜１１１mm）がＮ、Ｉ段目のジグザグ角度の仰角θ₁が０.０３〜０.０９度である場合、出射面２２上に形成されるジグザグ高さと斜面長さの算出式は、次のようである。
Ｉ段目のジグザグ高さ：Ｘ１＝（Ｌ１−Ｎ１）ｔａｎθ₁ （１）
Ｉ段目の反射斜面長さ：Ｙ１＝Ｘ１/ｓｉｎφ （２）

その中、Ｌ１が、発光ダイオードがフォーカシングした焦点から左へ延伸して水平軸と交差した点からＩ段目の末端までの距離（１１４〜１３５mm）であり、式（１）でＩ段目のジグザグ高さを算出してから、Ｉ段目のジグザグ高さから、式（２）で、Ｉ段目のジグザグの反射斜面長さを算出する。そして、ＩＩ段目のジグザグ角度の仰角θ₂が０.０９〜０.１５度である場合、算出式は、次のようである。
ＩＩ段目のジグザグ高さ：Ｘ２＝（Ｌ２−Ｎ２）ｔａｎθ₂ （３）
ＩＩ段目の反射斜面長さ：Ｙ２＝Ｘ２/ｓｉｎφ （４）

その中、Ｌ２が、発光ダイオードがフォーカシングした焦点から左へ延伸して水平軸と交差した点からＩＩ段目の末端の距離（１２７〜１７０mm）であり、式（３）でＩＩ段目のジグザグ高さを算出してから、ＩＩ段目のジグザグ高さから、式（４）で、ＩＩ段目のジグザグ反射斜面長さを算出する。

式（１）〜（４）で、ジグザグ高さを算出してから、ジグザグ斜面長さを求めることができるため、Ｎとφを変化してジグザグ斜面長さを変更でき、光線の屈折率や反射率を制御する目的を実現する。

図４は、本考案の発光ダイオードの位置のより良い実施例であり、光源部品１０に、三つの発光ダイオード１４が設置され、それぞれ、レッドとグリーン及びブルーの発光ダイオードであり、その設置位置により、有効に無効領域（光不均一領域）を短縮でき、３色の発光ダイオードの波長が異なり、その発光角度を、接近するように制御するため、少なくとも一つのレッド発光ダイオードを、少なくとも一つのグリーン発光ダイオードとブルー発光ダイオードとの中間に設ける。また、各発光ダイオードを中心として、円を画き、当該円の直径範囲が１.１２±０.１ｍｍであり、これにより、導光棒２０が緊密に接合される時、有効に光線の反射無効領域を低減できる。また、光線が、導光棒２０で反射した後、均一的に出射でき、そのため、スキャンの品質が向上される。また、光線は、導光棒２０の出射面２２から出射した後、光線出射角度任意変更可能の集光レンズ４０を介して、機構の外形空間によって制限されず、更に、レンズの集光効果により、元の無効領域の光線を集束するため、光線の輝度が向上される。

また、図５のように、導光棒２０の出射面２２と集光レンズ４０との間に、更に、光拡散シート４２を増設して、光の均一度を向上しても良い。

図６Ａ〜図６Ｃは、本考案の他の実施例であり、本実施例において、導光棒６０が８辺形柱体であり、出射面６２（即ち、出射ウィンドウ面位置）と、１８０度方位異なる反射面６４（光線を投射や反射する）との二つの投射面がある。導光棒６０の設置が対称式であるため、１８０度を変更すれば、投射面が、出射ウィンドウ面に設置しなくても良い。また、投射面を出射ウィンドウ面に対応するように設置しても良く、これにより、導光組合わせがより自由になり、例えば、当該投射面が、出射ウィンドウ面に設置される場合（即ち、出射面６２を同一面に設置すること）、省エネルギーと発光ダイオードの数の減少ができる。また、比較的に少ない光線が必要である場合、当該導光棒を回転することにより、当該投射面が、出射ウィンドウ面（即ち、当該出射面６２の位置）とが、１８０度の違いになり、これにより、製造者により光量を調整制御でき、また、当該導光棒を組み立てる時、組立て方向の過ちが、容易に発生しない。

図７Ａと図７Ｂ図は、本考案の他の実施例であり、導光棒７０が５角形柱体であり、当該導光棒７０は、投射面機能を発揮する出射面７２があり、また、当該出射面７２に対向する反射面７４があり、適当な実施例において、反射面７４は、平滑面や荒し面で、また、出射面７２と同じように、投射面の機能を発揮する。また、生産量やコストの角度から言えば、図７Ａの装置の代わりに、図７Ｃの装置を利用しても良く、反射面７４の角度を少し変更して、外層にある光反射チューブにより、光線を反射することにより、図７Ａの装置と同じ効果が得られる。

図８は、導光棒８０が他の多角形である時の実施例であり、当該導光棒８０は、６辺形柱体であり、投射面機能を発揮する出射面８２と反射面８４とが含有される。

以上は、本考案のより良い実施例であり、本考案は、それによって制限されない。本考案に係わる実用新案登録請求の範囲や精神に従って行う等価の変更や修正は、全てが、本考案に係わる実用新案登録請求の範囲内に含まれる。

本考案の立体図 本考案に係わる光線出射角度任意変更可能の線状光源の構造分解図 図２の領域ａの拡大図 本考案の正面断面図 本考案に更に光拡散シートを増設する時の正面断面図 本考案に係わる８辺形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる８辺形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる８辺形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる５角形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる５角形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる５角形柱体である導光棒の概念図 本考案に係わる６辺形柱体である導光棒の概念図

符号の説明

１０ 光源部品
１２ 実装孔座
１４ 発光ダイオード
１６ ピン
２０ 導光棒
２２ 出射面
２４ 反射面
２６ 入射面
３０ 光反射チューブ
３２ 透過開口
３４ 上チューブ
３６ 下チューブ
３８ 反射板
４０ 集光レンズ
４２ 光拡散シート
６０ 導光棒（８辺形柱体）
６２ 出射面
６４ 反射面
７０ 導光棒（５角形柱体）
７２ 出射面
７４ 反射面
８０ 導光棒（６辺形柱体）
８２ 出射面
８４ 反射面

Claims (20)

1. 多辺形柱体で、出射面と入射面とがあり、残りの面が複数の反射面である導光棒と、
   当該導光棒に嵌合され、線状光源を生成する少なくとも一つの発光ダイオードが設けられる光源部品と、
   当該出射面の外側に設置され、任意に光線の出射角度を変更できる集光レンズと、
   当該導光棒の外側を覆い、当該出射面に対応する位置に光線が透過できる透過開口が設けられる光反射チューブと、
   が含有されることを特徴とする光線出射角度任意変更可能の線状光源。
2. 当該導光棒は、多辺形の柱体であることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
3. 当該出射面の外表面は、ジグザグ状であることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
4. 当該光源部品は、当該導光棒に対応する形状を有し、当該導光棒を固定するための実装孔座が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
5. 当該発光ダイオードは、当該実装孔座の中心点から直径１.１２±０.１ミリメートルの円範囲内に位置することを特徴とする請求項４に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
6. 当該光反射チューブは、更に、互いに一体に組み立てられる上チューブと下チューブとが含有されることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
7. 当該反射面のジグザグ角度は、光線が、当該ジグザグ状である発光面積で反射された後、均一に当該出射面に反射されることを特徴とする請求項３に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
8. 当該ジグザグ状表面の角度は、漸増式で、その仰角の角度範囲が、０.０３度〜０.１５度であることを特徴とする請求項３に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
9. 当該ジグザグ状反射面のジグザグの仰角角度が、２段であり、１段目が０.０３〜０.０９度で、２段目が０.０９〜０.１５度であることを特徴とする請求項３に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
10. 当該１段目のジグザグ高さと反射の斜面長さの算出式は、
    Ｘ１＝（Ｌ１−Ｎ１）ｔａｎθ₂ （１）
    Ｙ１＝Ｘ１/ｓｉｎφ₁ （２）であり、
    その中、
    Ｌ１が、ＬＥＤがフォーカシングした焦点から左へ延伸して水平軸と交差した点から１段目の末端までの距離（１１４〜１３５mm）で、
    θ₂が、０.０３〜０.０９度で、
    Ｎ１が、１段目の反射面の長さ（１〜１１１mm）で、
    Ｘ１が、１段目のジグザグ高さで、
    Ｙ１が、１段目の反射斜面長さで、
    φ₁が、反射発光面角（３０度〜４０度）である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
11. 当該２段目のジグザグ高さと反射の斜面長さの算出式は、
    Ｘ２＝（Ｌ２−Ｎ２）ｔａｎθ₂ （３）
    Ｙ２＝Ｘ２/ｓｉｎφ₂ （４）であり、
    その中、
    Ｌ２が、ＬＥＤがフォーカシングした焦点から左へ延伸して水平軸と交差した点から２段目の末端までの距離（１２７〜１７０mm）で、
    θ₂が、０.０９〜０.１５度で、
    Ｎ２が、２段目の反射面の長さ（１〜１１１mm）で、
    Ｘ２が、２段目のジグザグ高さで、
    Ｙ２が、２段目の反射斜面長さで、
    φ₂が、反射発光面角（３０度〜４０度）である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
12. 当該ジグザグ状である出射面の仰角角度が、多段で漸増することを特徴とする請求項３に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
13. 更に、当該出射面と当該集光レンズとの間に、光均一度を向上するための光拡散シートが増設されることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
14. 当該光反射チューブは、光反射の強度を向上するために、白色や銀白色或いは銀色に蒸着されることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
15. 当該導光棒の出射面は、円弧形状で、その半径が、０.７３±０.１ミリメートル（ｍｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
16. 当該発光ダイオードは、少なくとも、可視スペクトルであるか可視スペクトルに近接する任意の色の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
17. 当該透過開口は、一側に、更に、当該出射面からの光線を投射するための反射板が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
18. 当該反射板と当該透過開口の垂直軸とが、３０度乃至６０度になることを特徴とする請求項１７に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
19. 当該光源部品は、少なくとも一つのグリーンと少なくとも一つのレッド及び少なくとも一つのブルーの発光ダイオードが含有されることを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。
20. 当該入射面は、もう一端がエンド面であり、当該エンド面は、当該面に到達した光線を当該導光棒内に反射することを特徴とする請求項１に記載の光線出射角度任意変更可能の線状光源。

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