(57)【要約】【課題】  発光ダイオードからの熱的影響を緩和し、発光ダイオードから配光される広角域の光をライトガイドに効率よく導光させること。【解決手段】  発光ダイオード５と、内挿された発光ダイオード５の反対側に開口部２ｂを有し、かつ内面に反射面４を有する発光ダイオード光軸を共有する回転軸対称の反射筒１と、反射筒１の開口部２ｂに対向して配置されるライトガイド１０とを具備し、前記反射筒１の光軸を含む切断面形状が発光ダイオード５の内挿側から発光ダイオード５の反対側の開口部側２ｂに向けて拡大される直線状の傾斜に形成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと、内挿された発光ダイオードの反対側に開口部を有し、かつ内面に反射面を有する発光ダイオード光軸を共有する回転軸対称の反射筒と、反射筒の開口部に対向して配置されるライトガイドとを具備し、前記反射筒の光軸を含む切断面形状が発光ダイオードの内挿側から発光ダイオードの反対側の開口部側に向けて拡大される直線状の傾斜になっていることを特徴とする導光装置。
【請求項２】
反射面が筒状に形成され、かつ一方の開口部は他方の開口部の開口径より小さく設定された反射筒と、反射筒の一方の開口部又はその近傍に配置された発光ダイオードと、反射筒に固定されたライトガイド固定筒と、ライトガイド固定筒に、光入射端面が反射筒の他方の開口部に対向するように固定されたライトガイドとを具備し、前記反射筒の反射面は、回転軸対称で、かつ一方の開口部から他方の開口部に向けて直線的に傾斜するように形成されていることを特徴とする導光装置。
【請求項３】
前記反射筒における反射面が鏡面反射面であることを特徴とする請求項１〜２に記載の導光装置。
【請求項４】
前記反射筒は、発光ダイオードから配光される広角域の光を狭角化し、かつライトガイドの開口数ＮＡ以内の角度でライトガイド入射端面に導光するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記ライトガイド固定筒は、反射筒に係合される第１の筒状部と、第１の筒状部より延在し、かつライトガイドの光入射側が挿入可能な第２の筒状部とから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の導光装置。
【請求項６】
前記ライトガイド固定筒は、第１，第２の筒状部に、反射筒，ライトガイドとの固定手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の導光装置。
【請求項７】
前記ライトガイド固定筒における第２の筒状部の内径のみがライトガイドの外形に応じて設定されていることを特徴とする請求項２，４，６に記載の導光装置。
【請求項８】
前記ライトガイド固定筒は、第２の筒状部に挿入されたライトガイドの光入射端面は、対向する反射筒の他方の開口部との間隔が軸方向に移動・調整可能に構成されていることを特徴とする請求項２，４〜７に記載の導光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光ダイオードから配光する光を光ファイバーなどのライトガイドに導光し、射出端から被照射面を照明するライトガイド照明用の導光装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の導光装置は、例えば特開２００４−７７４６３号公報（特許文献１）に開示されているように、発光ダイオードと、ライトガイドと、発光ダイオードとライトガイド光入射端との間に介在されたコリメートレンズ，コレクトレンズなど複数のレンズ群とから構成されている。
この導光装置によれば、発光ダイオードから配光される広角域の光は、レンズ群の光学作用によってライトガイドに入射・導光されると共に、射出端から射出されて被照射面が照明される。
この導光装置は、各種用途に適用されているが、例えば製品の表面に印刷されている商品名などの文字検査を行う製造ラインに適用される場合がある。このような場合には、被検査製品にライトガイドの射出端から光を照射すると共に、被検査製品をＣＣＤカメラによって撮影し、その画像データを基準データと比較することによって被検査製品の文字状態が適正であるか否かが検査されている。
【０００３】
しかし乍ら、近時、検査精度の向上が求められていることから、発光ダイオードは光量を増大するために、発光ダイオードへの注入パワーがハイパワー化される傾向にある。一般的な発光ダイオードでは、入力電力は３Ｗ程度であるが、上述の要望に沿うものでは、１０Ｗ程度にまで高出力化された発光ダイオードが実用化されている。この発光ダイオードは、光量が大幅に増加して明るくなると同時に、発光ダイオードからの発熱量も大幅に増加するものである。
上述の導光装置に利用されているレンズ群は、形状が複雑であることから、成形型を利用した樹脂成形によって製造されている。しかし乍ら、この製造に当たっては、金型などの設備費用が高くなるために、装置コストが高くなるのみならず、発光ダイオードからの熱的影響を強く受け、例えばレンズの黄化現象などによって導光機能が阻害されるという問題がある。
このような問題を解決するために、例えば特開２００５−１５０２０２号公報（特許文献２），特開平１１−２１９６０８号公報（特許文献３）には、上述の樹脂製のレンズ群を使用しない導光装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−７７４６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０２０２号公報
【特許文献３】特開平１１−２１９６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献２には、図８に示すように、内面に反射面が付与され、一方の開口部ＲＡａから他方の開口部ＲＡｂに向けて曲面を以って徐々に開口径が小さくなるように形成された筒状の反射筒ＲＡと、反射筒ＲＡの一方の開口部ＲＡａに配置された発光ダイオードＬＥＤとからなる導光装置が開示されている。尚、反射筒ＲＡの他方の開口部ＲＡｂには、図示していない光ファイバーなどのライトガイドの光入射端が配置される。
この提案によれば、発光ダイオードＬＥＤから配光される広角域の光は、樹脂製のレンズ群を用いることなく、反射筒ＲＡによってライトガイドに導光されるために、仮に発光ダイオードＬＥＤを高出力化しても、導光機能への熱的影響を回避することができる。
【０００５】
一方、発光ダイオードＬＥＤから配光された広角域の光は、反射筒ＲＡの反射面で反射され、他方の開口部ＲＡｂからライトガイドの光入射端に導光されるのであるが、他方の開口部ＲＡｂの出口部分での照度は高照度になるものの、発光ダイオードＬＥＤの光を、ライトガイドを介して所望の部分へ導光する効率は著しく低下することになる。
これは、反射筒ＲＡの反射面が一方の開口部ＲＡａから他方の開口部ＲＡｂに向けて開口径が曲面を以って徐々に小さくなるように構成されているために、発光ダイオードＬＥＤから配光される広角域（θ１）の光が反射面で反射され、他方の開口部ＲＡｂから射出される際は一層広い広角域（θｎ）の光が射出されることになるためである。従って、このような広角域（θｎ）の光は、ライトガイドの開口数ＮＡ（有効立体角）以内に収まらないために、ライトガイドに適切に導光させることができないのみならず、仮に、ライトガイドに導光されても入射角が大きいためにライトガイドから漏光するものも生じ、ライトガイドの射出端にまで効率よく導光させることはできなくなるという問題がある。
【０００６】
又、特許文献３には、整列配置された複数の発光ダイオードと、ライトガイドと、発光ダイオード群とライトガイドとの間に配置された反射筒とからなり、反射筒は、それの一方の開口部（発光ダイオード側）から他方の開口部（ライトガイド側）に向けて開口径が小さくなるように構成された導光装置が開示されている。
この導光装置によれば、複数の発光ダイオードが使用されているために、ライトガイドの光射出端における光量を増加できる上に、発光ダイオードとして一般的なものが適用できるという効果が得られるものの、反射筒の開口径が発光ダイオード側よりライトガイド側に向けて縮径されるように構成されていることから、特許文献２と同様に、出口部分での照度は高くなるものの、出口部分より配光される光は一層広角域となって配光されるので、発光ダイオードから配光される光を効率よくライトガイドに導光することはできず、同様の問題を有している。
それ故に、本発明の目的は、発光ダイオードからの熱的影響を緩和できる上、発光ダイオードから配光される広角域の光を狭角化することによって導光効率を改善できる導光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は上述の目的を達成するために、発光ダイオードと、内挿された発光ダイオードの反対側に開口部を有し、かつ内面に反射面を有する発光ダイオード光軸を共有する回転軸対称の反射筒と、反射筒の開口部に対向して配置されるライトガイドとを具備し、前記反射筒の光軸を含む切断面形状が発光ダイオードの内挿側から発光ダイオードの反対側の開口部側に向けて拡大される直線状の傾斜になっていることを特徴とする。
又、本発明の第２の発明は、反射面が筒状に形成され、かつ一方の開口部は他方の開口部の開口径より小さく設定された反射筒と、反射筒の一方の開口部又はその近傍に配置された発光ダイオードと、反射筒に固定されたライトガイド固定筒と、ライトガイド固定筒に、光入射端面が反射筒の他方の開口部に対向するように固定されたライトガイドとを具備し、前記反射筒の反射面は、回転軸対称で、かつ一方の開口部から他方の開口部に向けて直線的に傾斜するように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
又、本発明の第３の発明は、反射筒における反射面が鏡面反射面であることを特徴とし、第４の発明は、反射筒が、発光ダイオードから配光される広角域の光を狭角化し、かつライトガイドの開口数ＮＡ以内の角度でライトガイド入射端面に導光するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
又、本発明の第５の発明は、ライトガイド固定筒が、反射筒に係合される第１の筒状部と、第１の筒状部より延在し、かつライトガイドの光入射側が挿入可能な第２の筒状部とから構成されていることを特徴とし、第６の発明は、ライトガイド固定筒における第１，第２の筒状部に、反射筒，ライトガイドとの固定手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の第７の発明は、ライトガイド固定筒における第２の筒状部の内径のみがライトガイドの外形に応じて設定されていることを特徴とし、第８の発明は、ライトガイド固定筒における第２の筒状部に挿入されたライトガイドの光入射端面が、対向する反射筒の他方の開口部との間隔が軸方向に移動・調整可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、反射筒の反射面は、発光ダイオード光軸を共有する回転軸対称で、かつ光軸を含む切断面形状が一方の開口部から他方の開口部に向けて直線的に拡大・傾斜するように形成されているために、反射筒の一方の開口部又はその近傍に配置された発光ダイオードから配光される広角域の光が反射筒の反射面で反射される度に狭角化される。特に、反射光は、反射面の傾斜角度を用途などに応じて適宜に設定することによって、他方の開口部から射出される際には所定の配光角度に狭角化される。従って、反射筒の他方の開口部から射出される光は、ライトガイドの開口数ＮＡ（有効立体角）以内の角度でライトガイド入射端面に効率よく導光させることができる。
又、反射筒の反射面は、一方の開口部から他方の開口部に向けて直線的に拡大・傾斜する単純形状に構成されているために、反射筒を低コストで製造することができるのみならず、装置コストの低減も可能になる。
【００１２】
又、本発明におけるライトガイド固定筒には、反射筒及びライトガイドを固定する第１，第２の筒状部が形成されているために、反射筒及びライトガイドの固定筒への取り付けを、単に第１，第２の筒状部に挿入することによって達成でき、組み立て性を改善することができる。特に、それぞれにネジなどの固定手段を設ければ、それぞれの結合状態を確実にできる。
特に、ライトガイド固定筒に配置されるライトガイドの光入射端と反射筒の他方の開口部との間隔を調整可能に構成すれば、他方の開口部から配光される光の配光角度やライトガイドのコア径などに応じて適正に組み合わせることが可能になり、効率のよい導光が期待できる。従って、例えば文字検査などに適用される場合には、被検査製品を高照度で照明でき、高精度で信頼性の高い検査が可能になる。
【００１３】
さらに、ライトガイド固定筒における第２の筒状部の内径のみがライトガイドの外径に応じて設定可能に構成すれば、反射筒の外形サイズを一定にできるために、反射筒の共通部品化が可能となり、一層のコスト低減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明装置の実施例について図１を参照して説明する。同図において、１は、例えばアルミニウム，銅などの金属部材にて構成された反射筒であって、その内部には筒状部２が形成されており、端部には開口径の異なる開口部２ａ，２ｂが形成されている。一方の開口部２ａに隣接する部分には、後述する発光ダイオードの収容部３が形成されている。上述の筒状部２の内面には、例えば鏡面反射面よりなる反射面４が形成されているが、鏡面反射面以外の反射面を形成することもできる。この反射面４は、光軸を含む切断面形状が一方の開口部２ａから他方の開口部２ｂに向けて直線的に拡大・傾斜するように形成されており、筒状部２の中心軸に対して回転軸対称に形成されている。
５は、反射筒１の収容部３又はその近傍に配置された発光ダイオードであって、例えば基板６にマウントされている。尚、この基板６は、適宜の手段によって反射筒１の端部に固定されている。
７は、例えば金属部材などにて構成されたライトガイド固定筒であって、第１の筒状部８には反射筒１が挿入・配置されており、第２の筒状部９には、例えば光ファイバーなどのライトガイド１０の端部が、その光入射端面１１が反射筒１の他方の開口部２ｂに対向するように挿入・配置されている。このライトガイド固定筒７における第１の筒状部８には、挿入された反射筒１を固定するためのネジなどの固定手段１２が設けられており、第２の筒状部９には、挿入されたライトガイド１０を固定するためのネジなどの固定手段１３が設けられている。尚、固定手段１２に代えて、反射筒１と第１の筒状部８との対向面に互いに螺合するネジを形成し、このネジを利用して螺合・固定することも可能である。又、ライトガイド１０は、例えばコア１０ａとクラッド１０ｂとから構成されている。
１４は、発光ダイオード５で発生する熱を放散させるためのヒートシンクであって、熱発生量に応じて適宜に配置される。
【００１５】
上述の導光装置の動作について図２を参照して説明する。発光ダイオード５は反射筒１に、光軸が筒状部２の中心軸とほぼ一致するように配置されており、動作状態において、発光ダイオード５からは狭角域から広角域（θ１）までの広い範囲の立体角の光が配光される。この光の内、広角域（θ１）の光は、まず、反射筒１における直線的に傾斜する反射面４の第１部分で第１回目の反射が行われる。この反射光は若干狭角化された角度θ２で反射され、反射面４の第２部分に入射される。この第２部分で第２回目の反射が行われ、反射光はさらに狭角化された角度θ３で反射され、反射筒１における第２の開口部２ｂから射出される。このように反射筒１に入射された光は、一方の開口部２ａから他方の開口部２ｂに向けて直線的に拡大・傾斜する反射面４で繰り返し反射する度に次第に狭角化されていく。そして、最終的に反射筒１から射出される光はライトガイド１０に、光入射端面１１に入射（導光）される。特に、反射面４の直線的な傾斜角度は、反射筒１から射出される光の配光角度θ３がライトガイド１０の開口数ＮＡ（有効立体角）以内になるように設定されている関係で、発光ダイオード５から配光される光が広角域（θ１）の光であっても効率よくライトガイド１０に導光される。ライトガイド１０で導光された光は、それの射出端から被照射部分に照射される。
【００１６】
一方、発光ダイオード５から配光される狭角域の光は、反射筒１の反射面４で広角域（θ１）の光より少ない反射回数で狭角化され、反射筒１における第２の開口部２ｂから射出される。又、反射筒１の反射面４で反射されずに、直接、反射筒１における第２の開口部２ｂから射出される光は、θ＝０°の光軸を含む元々狭角域の光であり、ライトガイド１０へはそれの開口数ＮＡ以内の光として導光される。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明にかかる導光装置の第２の実施例について図３，図４を参照して説明する。この実施例の基本的な構成は図１に示す実施例と同じであり、異なる点は、ライトガイド１０のコア径が異なることである。ライトガイド１０のコア径は、用途などによっては異なったコア径のものが使用されることがある。コア径の小さい場合には、反射筒１における他方の開口部２ｂとライトガイド１０の光入射端１１との間隔ｄ１は図３に示すように短く（望ましくはｄ１＝０）なるように設定される。これは、ライトガイド１０のすべてのコア部分に効率よく導光させるためである。
又、ライトガイドのコア径が大きい場合には、反射筒１における他方の開口部２ｂとライトガイド１０の光入射端１１との間隔ｄ２は図４に示すように長くなるように設定される。これは、上記と同様に、コア径が大きいライトガイド１０のすべてのコア部分に効率よく導光させるためである。しかし乍ら、同図において点線で示すように間隔ｄ２が不所望に短くなると、ハッチングで示すライトガイド１０の周辺部分には光が導光されなくなる。即ち、光の入射範囲が狭くなるために、ライトガイド１０の射出端から射出される光の射出範囲も狭くなったり、射出範囲がムラになったりする。それ故に、図示実線のように設定・調整することが推奨される。
このように反射筒１は、反射面４の傾斜角度が固定化されたものでも、コア径の異なったライトガイド１０と組み合わせて使用することができるので、各種用途の導光装置に対して少ない部品で対応することが可能になり、コストや在庫管理経費などの節減が可能になる。
【００１８】
次に、本発明にかかる導光装置の第３の実施例について図５，図６を参照して説明する。この実施例の基本的な構成は図１に示す実施例と同じであり、異なる点は、反射筒１における反射面４の傾斜角度が異なることと、ライトガイド１０のコア径が異なることである。尚、反射筒１とライトガイド固定筒７における第１の筒状部８とは、互いの対向面に形成されたネジによって螺合・固定されている。
図５に示す例では、反射筒１における反射面４は、一方の開口部２ａから他方の開口部２ｂに向けて直線的に拡大・傾斜する角度が小さく設定されている。図６に示す例では、その傾斜角度が大きく設定されている。これは、ライトガイド１０のコア径が異なることによる。尚、反射筒１における他方の開口部２ｂとライトガイド１０の光入射端面１１との間隔ｄ１，ｄ２の内、間隔ｄ２は一定の間隔を有するように作図されているが、いずれの場合もほぼ密着した状態でライトガイド１０に効率よく導光されるように諸条件（例えば反射面の傾斜角度など）を設定することが推奨される。
図５，図６に示すそれぞれの反射筒１は、反射面４の傾斜角度が異なるものの、それの外径Ｄは同一サイズに構成されている。一方、ライトガイド固定筒７に関しては、第１の筒状部８は同一サイズに構成されているものの、第２の筒状部９はライトガイド１０の外形に対応するように構成されている。
【００１９】
このように図５，図６に示す実施例では、反射筒１における外形サイズを共通化することによって、これに係合されるライトガイド固定筒７における第１の筒状部８のサイズも共通化できるために、仮に用途別の種類が増加しても、それぞれの反射筒１における外径サイズ及びこれに係合されるライトガイド固定筒７における第１の筒状部８のサイズは常に同一サイズに製作でき、作業の単純化を図ることができ、製作コストの低減が可能になる。
しかも、ライトガイド固定筒７は、ライトガイド１０の外形に対応するように、第２の筒状部９を形成すればよいために、上述同様に作業の単純化を図ることができ、製作コストの低減が可能になる。
これらの実施例では、ライトガイド１０は、それの光入射端面１１と反射筒１における他方の開口部２ｂとの接合を、開口部２ｂと光入射端面１１との間隔を調整することによって、或いは反射筒における反射面の傾斜角度を変えることによってライトガイドのコア径や開口数ＮＡに応じて適切な位置関係に移動・調整できる関係で、効率よく導光させることができ、光射出端における被照射面の高照度化を図ることができる。従って、例えば被検査製品の文字検査に適用した場合には、信頼性の高い高精度の検査が可能になる。
【００２０】
図７は、本発明装置の第４の実施例を示す図である。この実施例の基本的な構成は図１に示す実施例と同じであり、異なる点は、ライトガイド固定筒７の一部構成が異なることである。
ライトガイド固定筒７は、第１の筒状部８の端部側に底部７ａが一体的に形成されており、その底部７ａに、発光ダイオード５をマウントした基板６が配置されている。尚、発光ダイオード５に給電するためのリード（図示せず）は、例えば底部７ａに形成された小さな孔から外部に導出されている。
この実施例によれば、ライトガイド固定筒７を熱伝導性に優れた金属部材によって構成することにより、発光ダイオード５で発生する熱を効率よく放散させることができ、発光ダイオードの特性を安定的に持続させることができる。
【００２１】
尚、本発明は何ら上記実施例に制約されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜に変更することが可能である。例えば反射筒は、金属部材を切削加工することによって製作する他、反射面を有するシート状の部材を、所望の傾斜角度を有する筒状に構成したり、或いはこの筒状に構成したものをハウジング内部に固定・配置したりして構成することもできる。又、反射面は鏡面反射面が推奨されるが、例えば白色塗料などによって形成することもできる。又、反射筒とライトガイド固定筒とを一体化することもできる。又、ライトガイドは光ファイバーに限定されることなく、導光性を有する樹脂ロッドなども利用できる。さらに、発光ダイオードからの発生熱を効果的に放散させる必要がある場合には、放熱フィンをライトガイド固定筒の外周部分に設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例を示す側断面図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す側断面図である。
【図４】図３の別の使用態様を示す側断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す側断面図である。
【図６】図５の別の使用態様を示す側断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す側断面図である。
【図８】従来の導光装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    反射筒
２    筒状部
２ａ  一方の開口部
２ｂ  他方の開口部
４    反射面
５    発光ダイオード
６    基板
７    ライトガイド固定筒
８    第１の筒状部
９    第２の筒状部
１０  ライトガイド
１１  光入射端面
１２  固定手段
１３  固定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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