JP4122291B2 - 電子デバイス用照明システム - Google Patents

Description

本発明は一般に、ハンド・ヘルド電子デバイス上のキー、押しボタン、またはディスプレイ領域を照明するための照明システムに関し、より詳細には、光源から受けた光を分配してこれらのキーおよびディスプレイ領域に到達させるための、全内面反射を用いた光ガイドに関する。

携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス、およびコミュニケータデバイスなどのハンド・ヘルド電子デバイスでは、自然光が不十分であっても、ユーザは、ユーザ・インターフェースを見て使うことができるように、ユーザ・インターフェースが照明されている。最も一般的な方法の１つは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、ユーザ・インターフェースの種々の領域を別々に照明することである。照明用に複数のＬＥＤを用いると、電子デバイスに利用可能な電源が著しく消耗される。特に、ランバーティアン発光ＬＥＤを用いてユーザ・インターフェースの領域を照明する場合には、その領域に到達する光出力に実際に移るのは、ＬＥＤに電気的に供給されるパワーのうちのわずかな部分だけである。また、この光出力を被照明領域に効率的にガイドするのは非常に難しい。一般に、ＬＥＤ照明は、キーパッド付近の大きな面積の領域に光を当てる角度範囲を通して行なわれる。その結果、ＬＥＤに供給される電力のうちかなりの部分が無駄となっている。このユーザ・インターフェース照明の問題について、ノウシアイネン（Nousiainen）（WO01/23805Al）が解決方法を与えている。ノウシアイネンが開示するように、全内面反射に基づく光ガイドを用いて、単一の光源から受けた光を光ガイド全体に分配するとともに、複数の段差状面を用いて、光出力の一部を被照明領域に、段差状面での全内面反射によって伝える。

ノウシアイネンに開示されるように、光ガイドによって、ユーザ・インターフェースを照明するための効率的な方法が得られる一方で、段差を形成して段差状面を設けるたびに光ガイドの厚みが小さくなるため、被照明領域の位置が光源から遠くなるにつれて、光ガイドは概して薄くなる。別個の被照明領域が多数存在する電子デバイスでは、光ガイドの厚みは非常に不均一になり、光ガイドのある部分は厚すぎる一方で他の部分は薄すぎる場合がある。このような光ガイドを小型のハンド・ヘルド・デバイス内に配置するのは、難しいことであると考えられる。したがって、厚みが大きくは変化しない光ガイドを提供することが、有益であり好ましい。

本発明の第１の態様によれば、デバイスと複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンとを有するデバイスで使用する照明システムが提供される。照明システムは、
光を供給するための光源と、
供給光の少なくとも一部を受けるようになっている光導管とを備え、
光導管は、
受けた光をキー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、ほぼ平坦な２つの境界を有し、受けた光が境界間を反射によって伝搬できるようにする光ガイド部と、
光ガイド部内に配置されてキー位置付近の領域に位置する複数の光エスケープ素子（light escape element）であって、受けた光の一部がキー・ボタンを照明するために光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子と、を有することを特徴とする。

好ましくは、光導管がさらに、ディスプレイ付近に位置する光エスケープ部（light escapement section）であって、光導管の光ガイド部から延びるかまたは光ガイド部に光学的に結合し、受けた光のさらなる部分がディスプレイを照明するために光エスケープ部から脱出できるようにする光エスケープ部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光源は、光源からの供給光の一部が光ガイド部を通して受け取られるように光ガイド部付近に配置される。あるいは、光源は、光源からの供給光の一部が光エスケープ部を通して受け取られるように光エスケープ部の付近に配置される。

好ましくは、２つの境界は、光ガイド部がほぼ同じ厚みを有するようにほぼ互いに平行である。２つの境界は、光ガイド部がわずかに湾曲するようにわずかに曲がっていることも可能である。

好ましくは、２つの境界は高密度−低密度境界（dense-rare boundary）であり、境界間の反射は全内面反射である。境界の一方または両方が、反射を高めるための材料を用いてコーティングまたは処理されている。

本発明によれば、光源は、少なくとも１つの発光デバイス、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ・ダイオード、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、共振器型ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）、または他の固体発光体であることを特徴とする。さらに、光源は、１つもしくは複数の白熱灯、蛍光灯、燐光灯、またはこれに光ファイバを取り付けたものとすることができる。

本発明によれば、光エスケープ素子は、２つの平坦な境界とは異なる少なくとも１つの反射面であることを特徴とする。

好ましくは、光エスケープ部は、受けた光のさらなる部分をディスプレイへ向けて反射するための複数の全内面反射面を有する段差状構造であることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、ディスプレイと複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンとを有するデバイスにおいて光源と共に用いる光導管であって、光源から供給された光の少なくとも一部を受けるようになっている光導管が提供される。光導管は、
受けた光をキー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、ほぼ平坦な２つの境界を有し、受けた光が境界間を反射によって伝搬できるようにする光ガイド部と、
光ガイド部内に配置されてキー位置付近の領域に位置する複数の光エスケープ素子であって、キー・ボタンを照明するために受けた光の一部が光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、光導管はさらに、ディスプレイ付近に配置された光エスケープ部であって、光ガイド部から延びるかまたは光ガイド部に光学的に結合して、受けた光のさらなる部分が、ディスプレイを照明するために光エスケープ部から脱出できるようにする光エスケープ部を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様によれば、ディスプレイと、複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンとを有する携帯デバイスが提供される。携帯デバイスは、
光を供給するための光源と、
光源から供給された光の少なくとも一部を受けるようになっている光導管とを備え、
光導管は、
受けた光をキー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、受けた光が境界間を反射によって伝搬できるようにするためにほぼ平坦な２つの境界を有する光ガイド部と、
光ガイド部内に配置されてキー位置付近の領域に位置する複数の光エスケープ素子であって、受けた光の一部がキー・ボタンを照明するために光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、光導管はさらに、ディスプレイ付近に配置された光エスケープ部であって、光ガイド部から延び、受けた光のさらなる部分がディスプレイを照明するために光エスケープ部から脱出できるようにする光エスケープ部を備えることを特徴とする。

本発明は、説明を図１〜１４と共に読むことで、明瞭になる。

図１に示すような携帯端末１などのハンド・ヘルド電子デバイスは、複数の入力キーまたはキー・ボタン１０とディスプレイ１２とが付いたカバー５を有する。特にディスプレイ１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。キー・ボタン１０とディスプレイ１２とを、自然光が不十分であっても、ユーザがキー・ボタン１０とディスプレイ１２とを見て使うことができるように内部光源によって照明することが好ましい。キー・ボタン１０とデバイス１２とを照明するために、本発明では、図３に示すように、光源４０と光導管５０とを有する照明システム３０を用いる。光導管５０との関係で、キー・ボタン１０は複数のキー位置２０内に配置され、ディスプレイ１２はカバー５上のディスプレイ位置２２に配置される。図２に示すように、キー位置２０とディスプレイ位置２２とを、光導管５０上に重ねた破線で示す。図３に示すように、光導管５０は、光源４０から供給される光を受けるための入力５２と、受けた光をガイドするために入力５２から延びる光ガイド部６０とを有する。また光導管５０は、キー位置２０付近の光ガイド部６０内に配置された複数の光エスケープ素子８０を有しており、受けた光の一部をキー・ボタン１０を照明するために光ガイド部６０から脱出させられるようになっている。好ましくは光導管５０は、光インターフェース７２において光ガイド部６０に光学的に結合する光エスケープ部７０も有している。光エスケープ部７０は、ディスプレイ１２を照明するようにディスプレイ位置２２に配置されている。光インターフェース７２が異なる、図４及び７ａ〜１０に示すように光エスケープ部７０は、ディスプレイ１２の上方に配置することも、下方に配置することもできる。

図３および４に、本発明の好ましい実施例による光導管５０の平面図および側面図を示す。図４に示すように、光ガイド部６０は基本的に、光透明性平面板であり、第１の高密度−低密度境界６２と第２の高密度−低密度境界６４とによって挟まれている。どの平面的な光ガイドの場合と同様に、光源４０から受けた光線１０２は、高密度−低密度境界６２、６４での全内面反射によって、平面板内をガイドされる。図４に示すように、高密度−低密度境界６２、６４は、ほぼ平坦であるとともに、ほぼ互いに平行である。しかし高密度−低密度境界６２、６４は、互いに平行であるとは限らない。光ガイド部６０がわずかに先細になっていて、これらの境界間に小さい角度が存在することも可能である。さらに光ガイド部６０がわずかに湾曲していて、高密度−低密度境界６２、６４がわずかに曲がっていることも可能である（図示せず）。図４に示すように、ディスプレイ１２をその背面から照明するように光エスケープ部７０がディスプレイ１２の下方に配置されている（図７ａおよび７ｂを参照）。光エスケープ部７０が光導管５０の一体部分であり、事実上、光エスケープ部７０と光ガイド部６０との間に光インターフェース７２が全くないことも可能である。図３および４に示すように、光エスケープ素子８０は、第２の高密度−低密度境界６４上に設けられた多くの小平面のへこみもしくは間隙または１つもしくは複数のマイクロ・レンズである。光エスケープ素子８０の深さは、光ガイド部６０の厚みよりも小さい。好ましくは、光ガイド部６０は複数の開口部９０を有していて、受けた光１０２を入力５２からさらに遠くへガイドするための複数の反射面９２を与える。受けた光１０２を、光ガイド部６０の側面エッジ部９４によって反射することもできる。

図５に示すように、光エスケープ素子８０は、光エスケープ素子８０の一部の表面８２を用いて、受けた光１０２の一部をキー位置２０の方へ、全内面反射によって反射するように向きが定められている。図６に示すように、光エスケープ素子８０の他の面８４を用いて、受けた光１０２を光ガイド部６０内へ戻すようにガイドすることもできる。

図７ａに、ディスプレイ１２を照明するための光エスケープ部７０の詳細な断面図を示す。図示するように、光エスケープ部７０は、段差状構造をなしていて、光を全内面反射によってディスプレイ１２の方へ反射するための複数の表面７６を有する。必要に応じて、ディスプレイ１２と光エスケープ部７０との間に拡散器１４を配置して、照明光を一様にすることができる。拡散器１４によって、光エスケープ部７０からの光ビーム１０２は、ディスプレイ１２を照明するための拡散光１０３になる。図７ｂに示すように、光エスケープ部を異なる向きに配置できることに注意されたい。図７ｂに示すように、拡散面１４’を光エスケープ部７０’の下方に配置して、光エスケープ部７０からの光ビーム１０２を、表面７６から下方に拡散面１４’へ向けて反射する。拡散面１４’において拡散光１０３’がディスプレイ１２を照明するために形成される。

図８に示すように、フロント・ライトＬＣＤ１２’を用いて、光エスケープ部７０がディスプレイ１２’の上方に配置されている。この場合、光エスケープ部７０を、光ガイド部６０と一体化することができる。あるいは、特別な光インターフェース７２を用いて、光エスケープ部７０を光ガイド部６０に光学的に結合する。

また光ガイド部６０を、光ガイドが内蔵されたモジュラＬＣＤと共に用いることもできる。本発明によれば、図９に示すように、バック・ライト・モジュラＬＣＤ１３には光ガイド７４が内蔵されており、光ガイド７４を光ガイド部６０に光学的に結合するようにモジュラＬＣＤ１３の一方の側を切り開くことができる。図１０に示すように、フロント・ライト・モジュラＬＣＤ１３’には光ガイド７４’が内蔵されており、光ガイド７４’を本発明の光ガイド部６０に、光インターフェース７２を介して光学的に結合するようにモジュラＬＣＤ１３’の一方の側を切り開くことができる。

図１１ａ、１１ｂ、および１２に、本発明の異なる２つの実施例を例示する。図１１ａに示す照明システム３０’は、光源４０が光エスケープ部７０’の入力端７８の付近に配置されることを除いて、図３に示す照明システム３０に類似している。さらに、図１１ｂに示す光エスケープ部７０’の段差状構造は、図４、７ａ、および７ｂに示す光エスケープ部７０の段差状構造とは異なる方向に向けられている。図７ａおよび７ｂでは、全内面反射用の表面７６は、光ガイド部６０に面している。図１１ｂでは、全内面反射用の表面７６’は、光ガイド部６０から離れた入力端７８に面している。

図１２に示す照明システム３０''は、すべての開口部９０が光ガイド部６０にないこと、および間隙９６が設けられていることを除いて、図１１ａおよび１１ｂに示す照明システム３０’に類似している。

前述した光エスケープ素子８０は、高密度−低密度境界６４上の多くの小平面のへこみまたは間隙である。これらの多くの小平面のへこみまたは間隙を、高密度−低密度境界６２上に配置することもできる。また図５および６に示した光エスケープ素子８０の表面８２および８４を用いて、受けた光１０２を光ガイド部６０内にガイドすることもできる。光エスケープ素子を、高密度−低密度境界上に、異なる形態で設けられることに注意されたい。たとえば光エスケープ素子を、全内面反射を部分的に壊す不規則な表面を有する小さい表面領域にし、受けた光の一部が近くの１つまたは複数のキー・ボタンを照明するためにこの小さい表面領域を通って脱出できるようにすることができる。同様に、光エスケープ素子を、その上に１つまたは複数のマイクロ・レンズ、プリントされたドット、または回折素子が設けられた小さい表面領域にして、受けた光の一部がこの表面領域を通って脱出できるようにすることができる。

さらに、図４と共に説明した境界６２、６４は、全内面反射によって光をガイドするための高密度−低密度境界である。しかしこれらの境界に、境界で正反射が起こるように反射性材料を用いてコーティングまたは処理することができる。同様に、光ガイド部６０の光エスケープ素子８０と光エスケープ部７０の表面７６とに、受けた光のうち脱出する部分を増加させるための材料を用いてコーティングまたは処理することができる。また光ガイド部６０内の開口部９０の反射面９２に、この面からの反射を増加させる反射性材料を用いてコーティングすることもできる。

内部で光導管５０または照明システム３０を用いたハンド・ヘルド・デバイス１を、携帯端末として説明してきた。光導管５０および照明システム３０は、他のデバイス、たとえば携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス、またはコミュニケータ・デバイスにおいても使用できることに注意されたい。デバイス１は携帯とすることも、他のものとすることもできる。デバイス１は、電子デバイスとすることも、有用な電子機能が全くない「電子ダミー」デバイスとすることもできる。

図１３に示すように、光源４０を用いて、電話カバー５上の１つまたは複数の装飾部分１０’の照明もできることに注意されたい。さらに図１４に示すように、携帯端末１が、光導管５０を経由した赤外線信号１１０を用いて送信点８６から外部デバイス（図示せず）にデータを送信できるようにデータ・ストリーム発生器４４に動作可能に接続された赤外ＬＥＤ４２を、光導管５０に隣接して配置することもできる。光導管５０を用いる利点は、送信点８６を赤外線ＬＥＤ４２の近くに配置する必要がないことである。

以上、本発明を、好ましい実施例に関して説明してきたが、当業者であれば、形態およびその細部において前述のもの及び種々の他の変形、省略、逸脱を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行なっても良いことが理解されるであろう。

図１は本発明による照明システムによって照明されるべき複数のキーとディスプレイとを有する携帯電話を示す平面図である。 図２は本発明による光導管の好ましい実施例を示す平面図である。 図３は本発明による照明システムの好ましい実施例を示す平面図である。 図４は本発明による照明システムの好ましい実施例を示す側面図である。 図５は光エスケープ素子からキー位置に向かう光の反射を示す、光ガイド部の詳細な断面図である。 図６は光ガイド部内に光をガイドするための、光エスケープ素子からの光の反射を示す、光ガイド部の詳細な断面図である。 図７ａはＬＣＤをその背面から照明するための光エスケープ部を示す側面図である。 図７ｂはＬＣＤをその背面から照明するための他の光エスケープ部を示す側面図である。 図８はＬＣＤをその正面から照明するための光エスケープ部を示す側面図である。 図９はバック・ライト・モジュラＬＣＤの内部光ガイドに光学的に結合した光ガイド部を示す側面図である。 図１０はフロント・ライト・モジュラＬＣＤの内部光ガイドに光学的に結合した光ガイド部を示す側面図である。 図１１ａは本発明による照明システムの他の実施例を示す平面図である。 図１１ｂは図１１ａの実施例を示す側面図である。 図１２は本発明による照明システムのさらに他の実施例を示す平面図である。 図１３は電話カバー上の複数のキーとディスプレイと装飾部分とを有する携帯電話を示す平面図である。 図１４はデータ信号を送信するためにも使用される光導管を示す平面図である。

Claims (15)

1. 複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンを有するデバイスにおいて使用する照明システムにおいて、
   光を供給するための光源と、
   供給光の少なくとも一部を受けるようになっている光導管とを備え、
   前記光導管が、
   前記の受けた光を前記キー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、ほぼ平坦な２つの境界と、該光ガイド部内の該２つの境界を結合する複数の側面とを有して、該受けた光が該境界と該側面との間を反射によって伝搬できるようにするための前記光ガイド部と、
   前記光ガイド部内に配置されかつ前記キー位置付近の領域に位置して、前記キー・ボタンを照明するために前記受けた光の一部が該光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子であって、前記境界にほぼ垂直な複数の小さな側平面を有し、それらの少なくとも一部は、該光ガイド部内の１つ以上の前記側面と共に、前記受けた光の他の一部を反射して、それが該光ガイド部の前記境界の間を伝搬できるようにする前記光エスケープ素子と、
   を備えることを特徴とする照明システム。
2. 前記光源が発光ダイオードを備える請求項１に記載の照明システム。
3. 前記光源がレーザ・ダイオードを備える請求項１に記載の照明システム。
4. 前記光源が光ファイバ照明デバイスを備える請求項１に記載の照明システム。
5. 前記光源が白熱灯を備える請求項１に記載の照明システム。
6. 前記光源が蛍光灯を備える請求項１に記載の照明システム。
7. 前記２つの境界が、ほぼ互いに平行であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明システム。
8. 前記２つの境界の少なくとも一方が、高密度−低密度境界であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明システム。
9. ディスプレイと、複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンと、光を供給するための光源とを有するデバイスにおいて使用する光導管であって、該光源によって供給される光の少なくとも一部を受けるようになっている前記光導管において、
   前記の受けた光を前記キー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、ほぼ平坦な２つの境界と、該光ガイド部内の該２つの境界を結合する複数の側面とを有して、該受けた光が該境界と該側面との間を反射によって伝搬できるようにするための前記光ガイド部と、
   前記光ガイド部内に配置されかつ前記キー位置付近の領域に位置して、前記キー・ボタンを照明するために前記受けた光の一部が該光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子であって、前記境界にほぼ垂直な複数の小さな側平面を有し、それらの少なくとも一部は、該光ガイド部内の１つ以上の前記側面と共に、前記受けた光の他の一部を反射して、それが該光ガイド部の前記境界の間を伝搬できるようにする前記光エスケープ素子と、
   を備えることを特徴とする光導管。
10. 前記２つの境界が、ほぼ互いに平行であることを特徴とする請求項９に記載の光導管。
11. 前記２つの境界の少なくとも一方が、高密度−低密度境界であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光導管。
12. ディスプレイと、
    複数のキー位置に配置された複数のキー・ボタンと、
    光を供給するための光源と、
    前記光源から供給された光の少なくとも一部を受けるようになっている光導管と、を備え、
    前記光導管が、
    前記の受けた光を前記キー位置付近の領域へ伝えるための光ガイド部であって、ほぼ平坦な２つの境界と、該光ガイド部内の該２つの境界を結合する複数の側面とを有して、該受けた光が該境界と該側面との間を反射によって伝搬できるようにするための前記光ガイド部と、
    前記光ガイド部内に配置されかつ前記キー位置付近の領域に位置して、前記キー・ボタンを照明するために前記受けた光の一部が該光ガイド部から脱出できるようにする複数の光エスケープ素子であって、前記境界にほぼ垂直な複数の小さな側平面を有し、それらの少なくとも一部は、該光ガイド部内の１つ以上の前記側面と共に、前記受けた光の他の一部を反射して、それが該光ガイド部の前記境界の間を伝搬できるようにする前記光エスケープ素子と、
    を備えることを特徴とする携帯デバイス。
13. 電子デバイスを備える請求項１２に記載の携帯デバイス。
14. 通信デバイスを備える請求項１２に記載の携帯デバイス。
15. 携帯端末を備える請求項１２に記載の携帯デバイス。

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