JP4784527B2 - 導光器具および導光装置 - Google Patents

Description

本発明は導光器具、特に、光の指向性が強いＬＥＤの光を利用する導光器具、および、これを組み込んだ導光装置に関する。

従来、導光器具としては、例えば、リング状導光体の外周縁部から複数の導光路を外方に突設し、前記導光路の自由端面に発光部を配置したリング状発光体がある（特許文献１参照）。

しかし、前記リング状発光体は、複数の導光路を外周縁部に突設する必要があるので、小型化が困難であった。

そこで、導光器具の一部を切り欠いて形成した略山形の反射面で、発光素子の光を一度反射し、反射した光を前記反射面の両側に形成した対向する表面で受光する導光板が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００６−２３６９７４号公報 特開２００６−２２８６３５号公報

しかしながら、前述の反射面は略山形であるので、反射面の寸法精度や発光素子の位置決め精度が低いと、輝度にバラツキが生じやく、均一に光る導光器具が得にくい。特に、装置の小型化につれて、より一層高い寸法精度、位置決め精度を必要とし、生産性が低くなるとともに、均一に発光させることが困難になるという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、生産性が高く、均一に発光する小型の導光器具、導光装置を提供することを課題とする。

本発明にかかる導光器具は、は、前記課題を解決すべく、円環状の透光性材料からなり、かつ、内周面の少なくとも一部を切り欠いて側壁部を残すように形成した切り欠き段部に、発光素子を配置することにより、前記切り欠き段部の両側に位置する導光部から前記発光素子の光を導いて外部に放出する導光器具において、前記発光素子の発光部に対向する前記側壁部の表裏面うち、少なくとも内向面を、光を拡散する反射面とするとともに、前記側壁部の両側に位置する導光部の一対の対向面を、前記反射面で反射した光を受光する受光面とした構成としてある。

本発明によれば、発光素子の光を反射面で拡散させて反射させているので、発光素子の位置決め精度が低くとも、受光面で受光される光の輝度にバラツキが少ない。このため、前記導光器具から輝度が均一な光が放出される。特に、装置の小型化しても、受光面で受光される光の輝度にバラツキが生じにくいので、高い寸法精度、位置決め精度を必要としない。この結果、小型で生産性の高い導光器具が得られる。

本発明にかかる実施形態としては、発光素子の発光部が対向する前記切り欠き段部の側壁部の表裏面のうち、少なくとも外向面を、受光面に光を反射する反射面としてもよい。
本実施形態によれば、導光器具の外周面に反射面を形成すればよいので、製造が容易となり、生産性がより一層容易になる。

本発明にかかる他の実施形態としては、発光素子の発光部が対向する少なくとも外周面全体を、反射面としてもよい。
本実施形態によれば、前述の効果に加え、受光面で受光された光が外周面から漏れることがなくなり、効率の良い導光器具が得られる。

本発明にかかる別の実施形態としては、導光器具が円環状であってもよく、また、方形枠体であってもよい。
本実施形態によれば、設計の自由度が広がり、便利である。

本発明にかかる他の実施形態としては、対向する受光面が、平行に対向していてもよい。また、前記受光面は平滑面に限らす、テーパあるいは円弧面であってもよい。
本実施形態によれば、使用状況に応じて最適な受光面を選択することにより、製造しやすく、効率の良い導光器具が得られる。

本発明にかかる導光装置としては、前述の導光器具の切り欠き段部内に配置した発光素子のうち、前記切り欠き段部からはみ出した発光素子の一部を、被覆シートで被覆した構成としておいてもよい。

本発明によれば、発光素子の光が導光器具に直接、受光されることが少ないので、位置決め精度のバラツキによる輝度ムラが生じにくい。

また、本発明にかかる他の導光装置としては、前述の導光器具の導光部を被覆するように接合したハウジングに、発光素子の光を前記導光部から外部に直接放出できる孔を設けた構成としてもよい。

本発明によれば、導光器具それ自体から光が直接外部に放出されるだけでなく、ハウジングからも光を放出されるので、用途に応じて多様な表現が可能となり、使い勝手の良い導光装置が得られるという効果がある。

本発明にかかる実施形態を図１ないし図８の添付図面に従って説明する。
本実施形態は、図１に示すように、携帯音楽プレーヤに適用した場合であり、ベース１とカバー２とからなるハウジング３の取付孔４に、操作入力装置５およびリング状導光器具５０を一体に組み込んである。前記操作入力装置５は、モニター７内のスクロールバーをスクロールし、選択指示する場合に使用される。なお、前記取付孔４の開口縁部には操作指示用孔８を設けてある。

前記操作入力装置５は、図４および図５に示すように、金属ベース１０と、フレキシブルな樹脂フィルムからなり、かつ、絶縁シート２３ａで被覆されるプリント基板２０と、前記プリント基板に表面実装される発光素子である４個のＬＥＤ２４と、操作具３０と、遮蔽シート３５と、押ボタン４３を中央に嵌合した操作ダイヤル４０と、からなるものである。

前記金属ベース１０は、図４および図５に示すように、平面略方形で、かつ、前記ハウジング３内に固定可能である。そして、前記金属ベース１０は、その各辺の略中央部に弾性係合部１１をそれぞれ切り起こしてある。

プリント基板２０は、前記金属ベース１０と略同一平面形状のフレキシブルな樹脂フィルムからなり、その中央に中央スイッチ２１を配置してあるとともに、前記中央スイッチ２１の周囲に均等なピッチでスイッチ２２を配置してある。また、前記プリント基板２０は、所定の位置に、一対のホール素子２３，２３、および、４個のＬＥＤ２４をそれぞれ実装してある。そして、図２および図４に示すように、絶縁シート２３ａが、露出させるべき部分を除き、前記プリント基板２０の表面に貼着一体化されている。

操作具３０は、前記プリント基板２０を被覆できる平面形状を有し、その中央部に嵌合孔３１を有するとともに、外周縁部に前記金属ベース１０の弾性係合部１１に係合可能な係合爪部３２を突設してある。また、前記操作具３０には、後述する永久磁石４１の磁束を通過しやすくするため、前記嵌合孔３１を囲むように貫通孔３３が設けられている。さらに、前記操作具３０は、図５に示すように、その裏面に前記スイッチ２２を押し下げるための操作用突起３４を突設してある。

遮蔽シート３５は、前記ＬＥＤ２４の光が後述する導光器具５０に直接入光しないように遮蔽するためのものであり、前記プリント基板２０に実装した４個のＬＥＤ２４を被覆可能な平面形状を有している。

操作ダイヤル４０は、図４および図５に示すように、その裏面に、Ｎ極およびＳ極を交互に配置した環状の永久磁石４１を固定してあるとともに、その中心孔４２に押ボタン４３を押し下げ可能に嵌合してある。そして、前記押ボタン４３の底面中央部には操作用突起４４を突設してある。また、前記中心孔４２の裏面縁部には環状リブ４５を突設してある。さらに、前記操作ダイヤル４０の底面は前記操作具３０と略同一平面形状を有する摺動シート４６で被覆されている。しかし、図５に示すように、前記摺動シート４６に設けた貫通孔４７から前記永久磁石４１の一部を目視できる。なお、前記摺動シート４６で遮蔽シートを兼用し、部品点数，組立工数を軽減してもよい。

導光器具５０は、図６ないし図８に示すように、透光性材料からなり、前記操作ダイヤル４０の外周部に嵌合可能なリング形状である。前記導光器具５０は、表面側の内周縁部に突設した環状の発光部５１と、裏面側の外周縁部に突設した環状の導光部５５とを有している。そして、前記発光部５１の環状上端面５２から光が外部に放出される。なお、環状上端面５２に拡散材料を添加または拡散パターンを配置し、発光部５１をより均一に発光させることが可能である。一方、前記導光部５５の内周面には所定のピッチで切り欠き段部５６が形成されている。図７Ｃに示すように、前記切り欠き段部５６を形成する正面の側壁部５７は、その内向面５７ａに梨地加工あるいはディンプル加工を施して反射面となっている。また、前記切り欠き段部５６を形成する両側面は、前記反射面から反射した光を受ける受光面５８となっている。さらに、前記導光部５５は、その外周面に一対の位置決め突部５９をそれぞれ突設してある。

なお、前記側壁部５７は、その外向面に梨地加工あるいはディンプル加工を施して反射面としてもよい。また、別体の反射部材、反射シートを前記側壁部５７の外向面５７ｂおよび／または内向面５７ａにそれぞれ設けて光を反射させてもよい。さらに、前記発光部５１、導光部５５の外周面全面、および／または上，下端面に梨地加工あるいはディンプル加工を施しておいてもよく、別体の反射部材、反射シートを設けてもよい。
さらに、受光面５８は、平行に対向する平坦面に限らず、テーパ面、円弧面であってもよく、あるいは、これらの組み合わせであってもよい。

次に、前述の構成部品の組立工程について説明する。
まず、図示しない治具である一対の位置決めピンに前記金属ベース１０の治具孔をそれぞれ挿入して位置決めする。一方、プリント基板２０の所定の位置にホール素子２３を実装した後、前記プリント基板２０を前記金属ベース１０に貼着一体化する。そして、前記プリント基板２０の所定の位置にスイッチ２１，２２を配置するとともに、絶縁シート２３ａを前記プリント基板２０に貼着一体化する。

一方、操作ダイヤル４０の裏面に環状マグネット４１を同心円上に接着固定するとともに、摺動シート４６を組み付ける。そして、前記操作ダイヤル４０の裏面に設けた環状リブ４６を、摺動シート４６および遮蔽シート３５を介し、操作具３０の嵌合孔３１に組み付け、固定リング３９（図２）を前記環状リブ４５にカシメ固定して抜け止めする。このため、前記操作ダイヤル４０は、摺動シート４６および遮蔽シート３５を介し、操作具３０に回動可能に支持される。ついで、前記金属ベース１０の弾性係合部１１に操作具３０の係合爪部３２を係合することにより、前記操作ダイヤル４０が前記金属ベース１０に一体化される。この結果、押ボタン４３の操作用突起４４がプリント基板２０の中央スイッチ２１に操作可能に当接するとともに、操作具３０の操作用突起３４がプリント基板２０のスイッチ２２に操作可能に当接する。

さらに、前記携帯音楽プレーヤのベース１に前記操作入力装置５を固定するとともに、前記操作ダイヤル４０にリング状導光器具５０を位置決めした後、前記ベース１にカバー２を組み付ける。これにより、前記カバー２の嵌合孔４から操作ダイヤル５、押ボタン４３およびリング状導光器具５０の発光部５１が露出する。また、図２に示すように、ＬＥＤ２４がリング状導光器具５０の切り欠き段部５６内に位置決めされ、前記ＬＥＤ２４の発光部５１と切り欠き段部５６を形成する側壁部５７とが対向する。さらに、前記リング状導光器具５０の導光部５５が、前記カバー２の嵌合孔４の周囲に配置した操作指示用孔８の直下に位置する。なお、前記カバー２の操作指示用孔８は単なる貫通孔であってもよく、また、光を拡散させる拡散粒子を含有する樹脂材を充填しておいてもよい。

次に、前述の構成からなる操作入力装置５を組み込んだ携帯音楽プレーヤに対する操作方法の一例を説明する。
携帯音楽プレーに組み込んだ操作ダイヤル４０を回動することにより、これと一体に環状永久磁石４１が回動すると、一対のホール素子２３，２３が前記永久磁石４１の変化をそれぞれ検知し、これに基づいて回動方向および回動量を検出する。そして、その検出結果が携帯音楽プレーヤのモニター７の画面表示にスクロールバー（図示せず）の移動として反映される。ついで、所望の位置にスクロールバーが到達した場合に、押ボタン４３を押すと、中央スイッチ２１がオンとなり、選択指令を出力する。
また、操作ダイヤル４０の周辺部のうち、所定の位置を押し下げることにより、操作具３０の前記操作用突起３４の直下に位置するスイッチ２２がオンとなり、操作信号を出力する。

さらに、例えば、操作中にＬＥＤ２４が点灯すると、ＬＥＤ２４の発光部から放出された光が、リング状導光器具５０の側壁部５７の反射面５７ａで乱反射して拡散し、その反射光が受光面５８，５８で受光される。ついで、導光部５５から発光部５１に導かれた光は、前記発光部５１の環状上端面５２から外部に放出される。

また、反射面５７ａで反射されて拡散した光は、発光部５１の環状上端面５２からだけでなく、導光部５５から操作指示用孔８を介して外部に放出される。ただし、操作指示用貫通孔８に有色の光拡散剤を配置することにより、発光部５１の環状上端面５２から放射される光の色と異ならしめてもよい。このように発光させることにより、多様な表現が可能となるので、選択の範囲が広がり、設計の自由度が大きくなるという利点がある。

前述の実施形態で使用したＬＥＤ２４の光の指向特性を測定したところ、図９Ａに示すグラフ図が得られた。ＬＥＤ２４の光の指向特性は半円形のグラフの中に楕円形の実線で図示されている。そして、ＬＥＤ２４の光軸を中心から傾くにつれて輝度が低下することが判った。

また、発光素子の取付誤差の許容範囲を特定するために、輝度ムラを測定した。測定方法は、まず、断面が本実施形態と同一の断面形状を有し、かつ、直線状の試験片９の中央に、図９Ｂに示すように切り欠き段部５６を設けた。さらに、ＬＥＤ２４を、その光軸が側壁部５７に直交するように配置した。そして、前記切り欠き段部５６を形成する側壁部５７の内向面に梨地加工を施して反射面５７ａとした。ついで、前記試験片９の中央部を中心として両側に均等なピッチで測定位置（計５カ所）を設け、前記測定位置の下面（紙面の裏面）で輝度を測定するとともに、そのときの輝度ムラを目視で観察した。

そして、試験片９の切り欠き段部５６に配置したＬＥＤ２４を光軸から片側に２．５度ずつ傾けた場合の各測定位置における輝度を測定した。そして、５つの測定位置で得られた輝度から、以下の式に基づいて輝度ムラを算出した。測定結果を図９Ｃに示す。

輝度ムラ＝輝度の最小値／輝度の最大値×１００（％）

したがって、輝度ムラは大きい値であれば、あるほど好ましく、最も好ましい値は１００％である。

図９Ｃから明らかなように、ＬＥＤの取付角度が、光軸を中心としてプラス１０度からマイナス１０度まで傾いても、輝度ムラが少なく、実用上、問題がないことを確認できた。ついで、前述の図９Ａに無効入射角度（プラス１０度、マイナス１０度）を点線で書き入れることにより、ＬＥＤの輝度曲線との交点を求めた。この結果、最大輝度の０〜３５％の輝度の光がＬＥＤから試験片９に直接、入光しても、実用上、問題となる輝度ムラが生じないことを確認できた。
逆にいえば、ＬＥＤから放出される光の最大輝度の０〜３５％以外の光、すなわち、強い光が導光器具に直接、入光しないようにＬＥＤを取り付ければ、輝度ムラが生じないことが判った。
したがって、無効入射角度とは、輝度ムラを生じさせない発光素子の取付角度の許容範囲をいう。なお、ＬＥＤによって光の指向性が異なるので、使用するＬＥＤ毎に無効入射角度が変化することは勿論である。

本実施形態によれば、最大輝度の０〜３５％以外の光、すなわち、強い光が導光器具に直接、入光しないようにＬＥＤを取り付ければ、輝度ムラが生じない。このため、従来例のように高い寸法精度、位置決め精度を必要としないので、製造が容易となり、生産性が向上する。特に、装置の小型化に伴って構成部品が小さくなっても、均一に発光する小型の導光器具が得られることが判った。

本発明に係る導光器具は、前述の実施形態に限らず、必要に応じて変形させてもよく、例えば、棒状、あるいは、方形枠体であってもよい。

前述の実施形態では、携帯音楽プレーヤに適用する場合について説明したが、携帯電話、ノート型パソコン等の他の電子機器に適用してもよいことは勿論である。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明にかかる導光器具の一実施形態を携帯音楽プレーヤに組み込んだ場合を示す斜視図および正面図である。 図１Ｂで示すII−II線断面図である。 図２の部分拡大図である。 図１Ａで示した実施形態の分解斜視図である。 図４と異なる角度から見た分解斜視図である。 図６Ａ，図６Ｂおよび６Ｃは導光リングを異なる角度から見た斜視図である。 図７Ａ，図７Ｂおよび図７Ｃは導光リングの背面図、左側面図および図７ＡのＣ−Ｃ線断面図である。 図８Ａおよび図８Ｂは導光リングの背面図、図８Ａの円Ｂの部分拡大図である。 図９Ａ，図９Ｂおよび図９Ｃは発光素子であるＬＥＤの指向特性を示すグラフ図、実施例の測定位置を示す平面図、および、測定結果を示す図表である。

１：ベース
２：カバー
３：ハウジング
４：嵌合孔
５：操作入力装置
７：モニター
８：操作指示用孔
１０：金属ベース
２０：プリント基板
２１：中央スイッチ
２２：スイッチ
２３：ホール素子
２４：ＬＥＤ
３０：操作具
３１：嵌合孔
３２：係合爪部
３３：貫通孔
３４：操作用突起
３５：遮蔽シート
４０：操作ダイヤル
４１：永久磁石
４２：中心孔
４３：押ボタン
４４：操作用突起
４５：環状リブ
４６：摺動シート
５０：リング状導光器具
５１：発光部
５２：環状上端面
５５：導光部
５６：切り欠き段部
５７：側壁部
５７ａ：反射面（内向面）
５７ｂ：外向面（反射面）
５８：受光面

Claims (8)

1. 円環状の透光性材料からなり、かつ、内周面の少なくとも一部を切り欠いて側壁部を残すように形成した切り欠き段部に、発光素子を配置することにより、前記切り欠き段部の両側に位置する導光部から前記発光素子の光を導いて外部に放出する導光器具において、
   前記発光素子の発光部に対向する前記側壁部の表裏面うち、少なくとも内向面を、光を拡散する反射面とするとともに、前記側壁部の両側に位置する導光部の一対の対向面を、前記反射面で反射した光を受光する受光面としたことを特徴とする導光器具。
2. 発光素子の発光部が対向する前記切り欠き段部の側壁部の表裏面のうち、少なくとも外向面を、受光面に光を反射する反射面としたことを特徴とする請求項１に記載の導光器具。
3. 発光素子の発光部が対向する少なくとも外周面全体を、反射面としたことを特徴とする請求項１または２に記載の導光器具。
4. 円環状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光器具。
5. 方形枠体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導光器具。
6. 対向する受光面が、平行に対向していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の導光器具。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載された導光器具の切り欠き段部内に配置した発光素子のうち、前記切り欠き段部からはみ出した発光素子の一部を、被覆シートで被覆したことを特徴とする導光装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載された導光器具の導光部を被覆するように接合したハウジングに、発光素子の光を前記導光部から外部に直接放出できる孔を設けたことを特徴とする導光装置。