JPH07199375A

JPH07199375A - 光源装置

Info

Publication number: JPH07199375A
Application number: JP35215593A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ida; 浩三井田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】点光源や線光源からの光を利用して必要な場
所に適量の照度を得る立体的構造の光源装置を提供す
る。【構成】導光体により形成された中空略円錐体１２又
は部分中空円錐体１８を用いるか、又は導光体により形
成された平板３２、３４他を複数用い、これらの導光体
の端部に点光源１０（円錐体のときは環状光源２０ａ，
２０ｂも可）又は線光源３６他を配し、導光体の一方の
面から光を出射するようにしている。かかる構成におい
て、円錐体の場合は、その頭頂角φを選定し、平板の場
合は、複数の平板の配置の角度を選定して出射光の光路
を選定できるようにしている。又、必要に応じて反射手
段２４、４９他を組み合わせ、その配置によっても出射
光の光路を選定できるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源装置に関するもので
あり、特に点光源又は線光源からの光を導光体を介して
出射する光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から点光源又は線光源からの光を平
板状導光体の一端から入射させ、この導光体の一方又は
双方の平面から出射させて面光源を得るような光源装置
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の光源装置
は平面的な導光体を用いているので、単に面光源として
のみ利用されるにすぎない。しかし、各種の装置におい
て、平面的な光源ではなく、立体的な光源が求められる
ことがあり、導光体から出射される光線も、所定の指向
性を求められることがある。又、光源の輝度よりも、対
象への照度が求められることもある。従来の光源装置で
はかかる要求に応えることができなかった。又、点光源
の場合は、レンズやプリズム等を用いて集光したり、平
行光を得たり、発散光を得たりすることができ、又拡散
板等を用いて散乱光にすることができ、制御がしやすい
が、蛍光管のように拡散光の光源の場合は制御が困難で
あった。

【０００４】従って本発明は、点光源や線光源からの光
をコントロールして必要な場所へ必要な光を集めて適量
の照度を得ることのできる立体的構造の光源装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、導光体により形成された中空略円錐体又
は部分中空略円錐体を用いるか、又は導光体により形成
された平板を複数用い、これらの導光体の端部に点光源
又は線光源を配し、導光体の一方の面から光を出射する
ようにしている。かかる構成において、円錐体の場合
は、その頭頂角を選定し、平板の場合は、複数の平板の
配置の角度を選定して出射光の光路を選定できるように
している。又、必要に応じて反射手段を組み合わせ、そ
の配置によっても出射光の光路を選定できるようにして
いる。

【０００６】すなわち本発明によれば、光学的に均一な
導光体により形成された中空略円錐体と、前記中空略円
錐体の頂部及び底部円周端面の一方又は双方に設けられ
た光源と、前記中空略円錐体の内面及び外面の一方又は
双方を光の出射面とする手段を有する光源装置が提供さ
れる。

【０００７】又、本発明によれば、光学的に均一な少な
くとも２枚の平板状導光体と、前記導光体の端面の一方
又は双方に設けられた線状光源と、前記導光体の一方又
は双方の面から光を出射させる手段と、少なくとも２枚
の前記導光体が所定の角度で向き合うよう支持する支持
手段とを有する光源装置が提供される。

【０００８】

【実施例】以下図面と共に本発明の光源装置の好ましい
実施例について説明する。図１は本発明の光源装置の第
１実施例を示す断面図であり、同斜視図は図２に示され
ている。図１及び図２において、中空略円錐体１２は光
学的に均一な導光体により形成されており、その頂部付
近は導光体の一方の端面１２Ａが円形となっており、こ
の端面１２Ａの近傍に点光源１０が配されている。他の
端面１２Ｂも円形であり、端面１２Ｂに囲まれる部分は
中空略円錐体１２の底面に相当する。中空略円錐体１２
（正確には中空部分円錐体だが後述する中空部分円錐体
と区別するため中空略円錐体という）の内面１６は光が
出射できるよう粗面加工がなされている。この粗面加工
された一方の表面が、中空略円錐体１２の内面を光の出
射面とする手段として作用する。この粗面加工は、導光
体の一方又は双方の表面に微小な凹凸を設けるか、又は
導光体の材料自体の屈折率と異なる屈折率を有する微粒
子をバインダーと混合して印刷あるいは塗布により付着
させ、導光体表面の空気に対する全反射臨界角が、表面
が平坦であるときより大きくなるようにするものであ
る。このバインダーとしては、導光体の屈折率と同等又
はこれ以下の屈折率のものを用いる。又、導光体の内部
に導光体の材料自体の屈折率と異なる屈折率を有する微
粒子を分散することにより光の出射が容易となる。かか
る微粒子を光学的に均一な導光体内に分散・混入させる
と、結果として得られる導光体は光学的には均一ではな
くなるが、かかる導光体を用いることも本発明の範囲内
である。

【０００９】図３は導光体の一端から入射された光が粗
面加工された一方の表面から出射する場合の指向性を示
す説明図である。図示の様に導光体の任意の点の法線Ｈ
に対して所定の出射角θ＝５０°乃至７０゜の角度の指
向性をもって出射されることが知られている。図３に示
した例ではθ＝５７゜であり、この出射角θは導光体の
表面の加工方法により適宜選定することができる。すな
わち、一定の加工方法により希望の日を得ることができ
るという再現性がある。本発明は導光体のかかる性質を
利用したものである。この光の出射角は一定であるの
で、図１、図２に示す第１実施例の中空略円錐体１２の
頭頂角φを任意に選定することにより、内面１６から出
射する光の方向を制御することができる。図３におい
て、導光体である中空略円錐体１２の内面の任意の場所
における法線Ｈに対する光の出射角をθとするために
は、図１における中空略円錐体１２の頭頂角φを（１８
０°−２φ）±３０°に設定する。

【００１０】すなわち頭頂角φを狭めると中空略円錐体
１２から出射される光線は一点に収束するし、逆にφを
広げると、所定角度で平行光線が得られ、さらに広げる
と拡散光線が得られるのである。従って、用途に応じて
任意の頭頂角φを用いて設計することができる。なお上
記φを（１８０−２θ）±３０°に設定することは、後
述する中空部分円錐体を用いた実施例の場合にも適用で
きる。

【００１１】図１及び図２に示した第１実施例では導光
体が中空略円錐体１２であったが、図４に示すように中
空部分円錐体１８であってもよい。すなわち導光体の端
部は小口径の円周端面１８Ａと大口径の円周端面１８Ｂ
となっている。図５は、中空略円錐体１２を用いた場合
（図中ａ，ｂ，ｃ，）と中空部分円錐体１８を用いた場
合（図中ｄ，ｅ，ｆ）を示す模式図である。図中１０は
白熱ランプ又はハロゲンランプ等の点光源を示し、２０
ａ、２０ｂは環状蛍光管等の環状光源を示している。図
５中、ａ，ｂ，ｄ，ｅの例では光源は１つのみ用いてい
るが、ｃとｆの例では導光体の端部の双方に光源を配し
ている。なお環状光源の代りに、点光源や線状光源を複
数用いて、これを環状に配列してもよい。

【００１２】従って図５中ａは図１、図２の第１実施例
に相当し、以下ｂが第２実施例、ｃが第３実施例、ｄが
第４実施例、ｅが第５実施例、ｆが第６実施例を示して
いる。上記各実施例において、導光体１８は透明な物体
を用いることができ、例えば無機硝子、アクリル樹脂、
ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂のいずれかで
作ることができる。

【００１３】上記各実施例において図５のａ〜ｆに示す
ように、中空略円錐体１２又は中空部分円錐体１８の底
面に光を拡散させる光拡散フィルム２２又は光拡散シー
トを配することは、本発明の好ましい態様であり、出射
光が拡散されて均一な光線が得られる。

【００１４】次に図６乃至図８を参照して第７乃至第９
実施例について説明する。これらの実施例は、図５中の
ｃに示した第３実施例の変化態様として示されている
が、図５中の他の実施例の変化態様としても成り立つ。
この第７乃至第９実施例は中空略円錐体１２の外面１７
の周囲に空気層を介して反射手段としての反射体２４、
２６、２８を設けたものである。この反射体２４、２
６、２８はいずれも全体として又は少なくとも一部が中
空略円錐体であり、その中心軸は中空略円錐体１２の中
心軸と共通である。これらの反射体２４、２６、２８及
び後述する実施例の各反射体にはアルミニウム、銀など
の金属又はこれらの金属を蒸着した合成樹脂フィルム、
シート又は空気、無機微粒子等を光拡散剤とした合成樹
脂フィルム等を用いることができる。

【００１５】図６の第７実施例では、反射体２４が中空
略円錐体１２の外面の全体に沿う形で設けられている。
すなわち両者の頭頂角φ、δはほぼ均しい。図７の第８
実施例では、反射体２６は頭頂角δが中空略円錐体１２
の頭頂角φより大きい第１中空略円錐体２６Ａと、頭頂
角が中空略円錐体１２の頭頂角φとほぼ同じである第２
中空略円錐体２６Ｂと、両者を接続する環状接続部２６
Ｃを有している。この反射体２６の第１中空略円錐体の
頭頂角δは、導光体により形成された中空略円錐体１２
の頭頂角をφとするとき、（９０＋φ／２）°とするこ
とができる。なお反射体２６中、接続部２６Ｃは反射作
用を有す必要はないので、反射材料でないもので構成し
てもよい。

【００１６】図８の第９実施例は図６の第７実施例の変
化態様で、反射体２８の断面形状が一部波状又は鋸歯状
になっている。すなわち反射体２８は全体としては中空
円錐体であるが、頂部付近には波状部２８Ａを有し、底
面付近では平坦部分２８Ｂを有している。上記第７乃至
第９実施例では、中空略円錐体１２の外面から出射した
光線を各反射体２４、２６、２８にて反射し、その反射
光を導光体である中空略円錐体１２を通して、その底面
から出射させるようにしている。図６乃至図８において
光路は点線にて示されている。このように第７乃至第９
実施例では中空略円錐体１２の外面１７から光を出射さ
せるようにするため、第１実施例で説明した光を出射さ
せる手段と同様の手段を外面側に設けておく必要があ
る。なお、反射体を用いる上記第７乃至第９実施例にお
いても、第１乃至第３実施例同様中空略円錐体１２の内
面１６からも光を出射させるようにしておくことができ
る。

【００１７】次に図９を参照して、本発明の第１０実施
例について説明する。第１０実施例は図５のｆに示した
第６実施例の変形例であり、中空部分円錐体１８の外面
１７に沿った第１反射体２９と、中空部分円錐体１８の
内部空間に設けられた第２反射体３１を有している。第
１反射体２９は中空部分円錐体であり、第２反射体３１
は中空円錐体である。なお第２反射体３１は中空でな
く、中空円錐体でもよいし、部分円錐体でも使用可能で
あるが、頂部を有する完全な円錐体に近い程反射面積を
大きくとることができ、有利である。

【００１８】上記第１０実施例において、第１反射体２
９の頭頂角δ₁は固定しておき、第２反射体３１の頭頂
かくδ₂を変えるべく、異なる頭頂角を有する第２反射
体３１を複数用意しておいて、必要に応じて部品交換す
れば、最終的に得られる光束の態様を所望のものとする
ことができる。なお、図６乃至図９では環状光源２０
ａ、２０ｂは特に反射体に覆われていないように示され
ているが、実際的にはこれらの光源からの光が効率よく
直近の導光体の端部に入射するような反射体を設けてお
くことが好ましい。

【００１９】次に本発明の他の実施例について説明す
る。図１０乃至図１３は第１１乃至第１４実施例を示し
ている。この４つの実施例は第１乃至第１０実施例と異
なり、平板状の導光体を用いて光源装置が作られてい
る。図１０に示した第１１実施例は光学的に均一な２つ
の平板状の２枚の導光体３２、３４を両者の一方の面が
向き合いつつ広がる組体３０を構成するよう所定の角度
をもって配し、導光体３２、３４の一端であり、かつ組
体３０の頂部に線状の光源３６を配している。

【００２０】図１１の第１２実施例は第１１実施例の変
化態様で、光学的に均一な２枚の導光体４０、４４の端
部に線状光源４６、４８を配して導光体４０、４４が所
定の角度をもって向き合いつつ広がるよう配置すべく、
第３の導光体４２を配している。この第３の導光体も光
学的に均一であり、断面が「く」の字状の形状となって
おり、その両端は線状光源４６、４８の近傍に配されて
いる。

【００２１】図１２に示した第１３実施例は図１０の第
１１実施例の組体を２つ用いると共に、各導光体の他の
端部にも線状光線６０、６４、６８を配したものであ
る。図１１中、符号にＡ又はＢを付した参照番号の部材
は、図９の同一番号の部材に対応している。上記第１１
乃至第１３実施例では、導光体の少なくとも一方の面に
先の実施例同様の光を出射させる手段を設けている。こ
れらの実施例でも先の実施例同様に反射体を設けること
もできる。この場合は図中左側の面から出射させて反射
すべく、図中左側の面に光を出射させる手段を設ける必
要があり、又、かかる手段を両面に設けることもでき
る。

【００２２】第１１乃至第１３実施例について、各導光
体３２、３４、４０、３２Ａ、３４Ａ、３２Ｂ、３４Ｂ
の配置の角度は得ようとする光線の種類、すなわち、拡
散光か集中光かあるいは平行光かによって任意に選定す
ることができる。又、図示しない回動自在な支持機構を
用いてこれらの角度を可変にすることもできる。

【００２３】図１３はかかる可変角度型で反射体付きの
例である第１４実施例を示す断面図である。この例では
光学的に均一な２枚の平板状導光体３２、３４が所定の
角度δで配されるよう回動自在な支持機構が設けられて
いる。すなわち、光学的に均一な２枚の補助導光体４
６、４８が互いに回動自在に配され、その両端に導光体
３２、３４が回動自在に配されている。７０、７２は反
射体であり、図中左側から出射された光を反射して図中
右方へ光を放出するよう構成されている。上記各実施例
において、導光体や反射体の材料は先に説明したものを
適宜選んで使用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光源装置
は均一な導光体の一端又は両端に光源を配し、導光体の
一方又は双方の面を出射面とし、光の出射角を選定でき
るようにしたので、点光源や線光源又は環状光源あるい
はこれらの組み合わせからの光をコントロールして、必
要な場所へ必要な光を集めたり発散させたりして適量の
照度を得ることができる。導光体として中空略円錐体又
は中空部分円錐体を用いた場合は円形又はドーナツ状の
光束を得ることができ、平板状の導光体の組体を用いた
場合は方形の光束を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光源装置の第１実施例を示す断面図で
ある。

【図２】第１実施例を示す斜視図である。

【図３】導光体への光の入射と出射の関係を示す模式図
である。

【図４】本発明の他の実施例に用いられる中空部分円錐
体の導光体を示す斜視図である。

【図５】本発明の第１乃至第６実施例を模式的に示す図
である。

【図６】本発明の第７実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の第８実施例を示す断面図である。

【図８】本発明の第９実施例を示す断面図である。

【図９】本発明の第１０実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の第１１実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の第１２実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の第１３実施例を示す断面図である。

【図１３】本発明の第１４実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０点光源１２中空略円錐体１２Ａ，１２Ｂ端面１６内面１７外面１８中空部分円錐体２０ａ，２０ｂ環状光源２２拡散フィルム２４，２６，２８，２９，３１，４９，７０，７２，７
４反射体３０，３８，５０，７６平板状導光体の組体３２，３２Ａ，３２Ｂ，３４，３４Ａ，３４Ｂ，４０，
４２，４４平板状導光体３６，３６Ａ，３６Ｂ，４６，４８，６０，６４，６８
線状光源 θ 出射角 φ 導光体の頭頂角 δ，δ₁，δ₂ 反射体の頭頂角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に均一な導光体により形成された
中空略円錐体と、前記中空略円錐体の頂部及び底部円周
端面の一方又は双方に設けられた光源と、前記中空略円
錐体の内面及び外面の一方又は双方を光の出射面とする
手段を有する光源装置。
【請求項２】光学的に均一な導光体により形成された
中空部分円錐体と、前記中空部分円錐体の２つの円周端
面の一方又は双方に設けられた光源と、前記中空部分円
錐体の内面を光の出射面とする手段を有する光源装置。
【請求項３】前記内面の任意の場所における法線に対
する光の出射角をθ度とするとき、前記中空略円錐体又
は前記中空部分円錐体の頭頂角を（１８０°−２θ）±
３０°とした請求項１又は請求項２記載の光源装置。
【請求項４】前記出射面とする手段が前記中空略円錐
体又は前記中空部分円錐体の内面及び外面の一方又は双
方に空気に対する全反射臨界角が前記内面又は前記外面
が平坦であるときより大きくなるよう設けられた微小な
凹凸であるか、又は前記内面又は前記外面に印刷あるい
は塗布により付着させた前記導光体の材料自体の屈折率
と異なる屈折率を有する微粒子であって、前記導光体の
屈折率と同等又はこれ以下の屈折率のバインダーと混合
したものである請求項１乃至３記載の光源装置。
【請求項５】前記中空略円錐体又は前記中空部分円錐
体を構成する前記導光体の内部に前記導光体の材料自体
の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散されてい
る請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項６】前記中空略円錐体又は前記中空部分円錐
体の外面の周囲に空気層を介して設けられた反射手段を
有する請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光源装
置。
【請求項７】前記反射手段が前記中空略円錐体又は前
記中空部分円錐体の中心軸と共通の中心軸を有する中空
略円錐体又は中空部分円錐体の部分を有し、前記導光体
により形成された前記中空略円錐体又は前記導光体によ
り形成された前記中空部分円錐体の頭頂角をφ度とした
とき、前記反射体の頭頂角が（９０＋φ／２）°である
請求項６記載の光源装置。
【請求項８】前記導光体により形成された前記中空部
分円錐体の内部空間内にも他の反射手段を有する請求項
６又は７記載の光源装置。
【請求項９】前記頂部に設けられた光源が点光源であ
る請求項１記載の光源装置。
【請求項１０】前記底部円周端面に設けられた光源が
環状光源又は、環状に配された複数の光源である請求項
１記載の光源装置。
【請求項１１】前記２つの円周端面の一方又は双方に
設けられた光源が環状光源又は、環状に配された複数の
光源である請求項２記載の光源装置。
【請求項１２】前記中空略円錐体又は前記中空部分円
錐体の底面に光拡散フィルム又はシートを設置した請求
項１乃至１１のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項１３】前記導光体の材料が無機硝子、アクリ
ル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂のい
ずれかである請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の
光源装置。
【請求項１４】前記反射手段及び前記他の反射手段の
一方又は双方の材料がアルミニウム、銀などの金属又は
これらの金属を蒸着した合成樹脂フィルム、シート又は
空気、無機微粒子等を光拡散剤とした合成樹脂フィルム
のいずれかである請求項１乃至１３のいずれか１つに記
載の光源装置。
【請求項１５】光学的に均一な少なくとも２枚の平板
状導光体と、前記導光体の端面の一方又は双方に設けら
れた線状光源と、前記導光体の一方又は双方の面から光
を出射させる手段と、少なくとも２枚の前記導光体が所
定の角度で向き合うよう支持する支持手段とを有する光
源装置。
【請求項１６】前記所定の角度を任意に設定すべく前
記支持手段が可動部を有している請求項１記載の光源装
置。
【請求項１７】前記導光体の一方又は双方の面に空気
に対する全反射臨界角が前記面が平坦であるときより大
きくなるよう微小な凹凸を設けるか、又は前記面に前記
導光体の材料自体の屈折率と異なる屈折率を有する微粒
子を印刷あるいは塗布により付着させた請求項１５又は
１６のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項１８】前記導光体の内部に前記導光体の材料
自体の屈折率と異なる屈折率を有する微粒子が分散され
ている請求項１５乃至１７のいずれか１つに記載の光源
装置。
【請求項１９】前記導光体の一方の面の周囲に空気層
を介して設けられた反射体を有する請求項１５乃至１８
のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項２０】前記導光体により構成される組体の出
射口近傍に光拡散フィルム又はシートを設置した請求項
１６乃至１９のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項２１】前記導光体の材料が無機硝子、アクリ
ル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂のい
ずれかである請求項１５乃至２１のいずれか１つに記載
の光源装置。
【請求項２２】前記反射体の材料がアルミニウム、銀
等の金属又はこれらの金属を蒸着したプラスチックフィ
ルム、シート又は空気、無機微粒子などを光拡散剤とし
たプラスチックフィルムでのいずれかである請求項１５
乃至２１のいずれか１つに記載の光源装置。