【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術の分野】本発明は、発光体からの出射光が光ファイバに入射するように構成された発光部構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、光ファイバの端面にＬＥＤ等の発光体を対向配置し、発光体からの出射光が光ファイバの端面から光ファイバに入射するように構成された発光部構造が知られている。 【０００３】例えば、電子鍵盤装置の鍵やハンマの動作検出用に採用される発光部構造では、発光体から発した光が光ファイバに入射し、反射レンズ等を介して対応するフォトトランジスタ等の受光センサに入光するように構成され、押離鍵動作によって光路が遮られることで受光センサへの入光量が変化することを利用して、対応する鍵の押離鍵動作が検出される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に、ＬＥＤ等の発光体からの光は、広角度で出射するので、光ファイバに入射するのは出射光の一部となる。 ここで、発光体と光ファイバの端面との間に凸球面レンズを設けて出射光を集光するようにすれば、光ファイバへの入射光量がある程度多くなり、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。 ところが、ＬＥＤ
等の発光体の光源は厳密な点光源でなく、ある程度体積を有した光源であり、また凸球面レンズにも収差があることから、出射光を確実に光ファイバに入射させることは容易でない。 【０００５】また、発光体の外周方向へ向かう出射光は、そのままでは拡散して光ファイバに入射せず、あるいは発光体をガイド部材等で囲繞したとしても、ガイド部材内で減衰する等により、光ファイバにはほとんど入射することがない。 そのため、発光体からの出射光の多くが無駄になる。 【０００６】さらに、発光体と光ファイバの端面との間にレンズを設けたとしても、発光体、レンズ、光ファイバに心ずれがあったり、光軸方向における相対的位置が適切でなかったりすると、所期の入射光量が得られない。 【０００７】従って、出射光の集光効率を高めて光ファイバへの入射光量比を大きくすること、すなわち、発光体と光ファイバの結合効率を向上させる上で、改善の余地があった。 【０００８】本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる発光部構造を提供することにある。 【０００９】 【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の請求項１の発光部構造は、発光体と、レンズと、光ファイバとを備え、前記発光体からの出射光が前記レンズを介して前記光ファイバの端面から該光ファイバに入射するように構成された発光部構造であって、前記レンズの前記光ファイバ側の面及び前記発光体側の面の少なくとも一方が、関数的に規定される曲線に沿う凸曲面に形成されたことを特徴とする。 【００１０】この構成によれば、レンズの少なくとも一方の側の面が関数的に規定される曲線（例えば双曲線）
に沿う凸曲面に形成されるので、通常の球面レンズに比し、収差を小さくすることができる。 従って、発光体、
レンズ、光ファイバの各位置を適切に設定すれば、発光体からの出射光をレンズで効率よく集光して光ファイバの端面に導くことができる。 よって、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。 【００１１】上記目的を達成するために本発明の請求項２の発光部構造は、光ファイバと、該光ファイバの端面に対向配置された発光体と、該発光体を囲繞する囲繞部とを備え、前記発光体からの出射光が前記光ファイバの端面から該光ファイバに入射するように構成された発光部構造であって、前記囲繞部の前記発光体に対向する面に、前記発光体からの出射光を前記光ファイバ側へ反射させる反射面が設けられたことを特徴とする。 【００１２】この構成によれば、前記発光体から外周方向へ散乱する出射光が囲繞部の反射面で反射し、光ファイバ側へ導かれ、光ファイバへの入射光量が増加する。
よって、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。 【００１３】また、上記請求項２記載の構成において、
前記反射面は、階段状に複数形成されるのが望ましい。
これにより、外周方向へ散乱する出射光をより効率よく入射光として活用することができる。 【００１４】なお、反射面は、フレネルミラーのように階段状に形成してもよい。 なお、囲繞部の発光体に対向する面を蒸着処理するか、囲繞部自体を反射しやすい材料で形成することにより、反射面での反射効率を高くするのが望ましい。 【００１５】上記目的を達成するために本発明の請求項４の発光部構造は、光ファイバを保持するファイバ保持体と、レンズを含んで構成されるレンズ構造体と、発光体を含んで構成される発光構造体とを組み付けてなる発光部構造であって、前記ファイバ保持体には、前記光ファイバが挿入嵌合されるファイバ挿入穴と、該ファイバ挿入穴の軸方向の基準となる第１基準面と、前記ファイバ挿入穴の半径方向の基準となる基準部とが設けられ、
前記レンズ構造体には、前記ファイバ保持体の前記第１
基準面と当接する第１当接面と、前記ファイバ保持体の前記基準部と当接係合する当接係合部と、前記発光構造体の前記発光体が挿入嵌合される発光体挿入穴と、前記第１基準面の反対側に形成され前記ファイバ保持体の前記ファイバ挿入穴の軸方向の基準となる第２基準面とが設けられ、前記発光構造体には、前記レンズ構造体の前記第２基準面と当接する第２当接面が設けられ、前記ファイバ保持体の前記第１基準面と前記レンズ構造体の第１当接面とを当接させると共に、前記ファイバ保持体の前記基準部と前記レンズ構造体の前記当接係合部とを当接係合させ、且つ、前記レンズ構造体の前記発光体挿入穴に前記発光構造体の前記発光体を挿入嵌合させると共に、前記レンズ構造体の第２基準面と前記発光構造体の前記第２当接面とを当接させたとき、前記ファイバ保持体と前記レンズ構造体と前記発光構造体との前記ファイバ挿入穴の軸方向における相対的位置が一義的に定まると共に、前記ファイバ保持体の前記ファイバ挿入穴の中心及び前記発光構造体の前記発光体の光源位置が、前記レンズ構造体の前記レンズのほぼ光軸上に位置するように構成されたことを特徴とする。 【００１６】この構成によれば、軸方向における適切な相対的位置と光軸の合致が確保されるので、ファイバ保持体に光ファイバを適当な軸方向位置で保持させれば、
発光体からの出射光を適切な入射角度で効率よく光ファイバの端面に入射させることができる。 よって、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 【００１８】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光部構造が適用される発光部ユニットの分解斜視図である。 本実施の形態では、発光部構造を、自動演奏ピアノや消音演奏ピアノ等の鍵盤楽器に用い、押離鍵動作を検出するように構成した場合を例示する。 なお、本発光部構造が適用されるものは、鍵盤楽器に限定されるものではない。 【００１９】同図に示すように、発光部ユニット１０
は、発光プラグ１１、ＬＥＤソケット１２、ＬＥＤレンズ１５及び発光部１３を組み付けて成る。 そして、発光部ユニット１０には、複数本（例えば５本）の光ファイバを束ねてなるファイバ束ＦＢが装着される。 なお、各光ファイバは、アクリル樹脂等の透明な合成樹脂で形成された直径０．５ｍｍ程度の断面円形の線材で構成される。 また、ファイバ束ＦＢを構成する光ファイバの本数は問わず、１本でもよい。 【００２０】図２は、発光部ユニット１０の分解図（同図（ａ））及び組み付け後の断面図（同図（ｂ））である。 図１、図２の説明において、図２における配置を基準として、右方乃至右部等の呼称を用いる。 【００２１】発光部１３、ＬＥＤレンズ１５及びファイバ束ＦＢは、それぞれ複数（例えば、１２個）設けられる。 各発光部１３は、図２に示すように、ＬＥＤ１４を有する。 ＬＥＤレンズ１５は、アクリル樹脂等の透明な合成樹脂で一体に形成される。 ＬＥＤレンズ１５には、
ＬＥＤ１４が挿入されるための穴１５ａが設けられる。
ＬＥＤレンズ１５の左部（発光部１３側）には、複数（例えば均等間隔で４つ）のスリット１５ｄが設けられ、それによる弾性力により、穴１５ａでＬＥＤ１４を掴みやすくなっている。 ＬＥＤレンズ１５の右部には、
突縁部１５ｅが形成され、内部にはレンズ部１５ｂが形成される。 突縁部１５ｅは、レンズ部１５ｂよりも右方に突出してレンズ部１５ｂを保護している。 なお、レンズ部１５ｂの光軸は、ＬＥＤレンズ１５の中心軸と略一致している。 【００２２】ＬＥＤソケット１２は、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）等で一体に形成される。 ＬＥＤソケット１２には、ＬＥＤレンズ１
５が挿入されるための穴１２ａがＬＥＤレンズ１５に対応して設けられるほか、右部に、発光プラグ１１の後述する被嵌合部１１ｄが嵌合するための凹溝１２ｃが長手方向全長に亘って設けられる。 また、図１に示すように、ＬＥＤレンズ１５の長手方向における略中央部には、一対の位置決め突起部１２ｄ１、１２ｄ２が設けられる。 【００２３】発光プラグ１１は、ポリカーボネート等の透明な合成樹脂で一体に形成される。 図２（ａ）に示すように、発光プラグ１１には、ファイバ束ＦＢが挿入されるための断面略円形の穴１１ａがファイバ束ＦＢに対応して設けられる。 発光プラグ１１にはまた、接着剤注入用の注入穴１１ｂが各穴１１ａに連通して設けられる。 発光プラグ１１の左部には、ＬＥＤソケット１２の凹溝１２ｃに嵌合的な形状の被嵌合部１１ｄが形成される。 また、図１に示すように、発光プラグ１１の長手方向における略中央部には、位置決め突起部１２ｄ１、１
２ｄ２に対応して、一対の位置決め凹部１１ｅ１、１１
ｅ２（１１ｅ１は図示せず）が設けられる。 【００２４】発光部ユニット１０の組み付けの際には、
次のようにして位置決めがなされる。 すなわち、発光部１３のＬＥＤ１４を、ＬＥＤレンズ１５の穴１５ａに挿入嵌合させる。 すると、発光部１３の突き当て部１６の基準面１６ａとＬＥＤレンズ１５の左端面１５ｇとが当接して、ＬＥＤ１４、穴１５ａ、穴１２ａ及び穴１１ａ
の各中心軸方向（以下、単に「軸方向」と称する）における両者の相対的位置が規定される。 さらに、ＬＥＤレンズ１５にスリット１５ｄが設けられていることで、穴１５ａが弾性的に開き、ＬＥＤ１４の外周部１４ａが穴１５ａにしっくりと密着嵌合する。 これによって、ＬＥ
Ｄ１４とＬＥＤレンズ１５との同心が確保される。 【００２５】また、ＬＥＤレンズ１５をＬＥＤソケット１２の穴１２ａに挿入嵌合させると、ＬＥＤレンズ１５
の右端面１５ｃとＬＥＤソケット１２の穴１２ａ内の突き当て基準面１２ｅとが当接して、軸方向における両者の相対的位置が規定される。 さらに、ＬＥＤレンズ１５
の外周面１５ｆがＬＥＤソケット１２の穴１２ａに密着嵌合し、ＬＥＤレンズ１５とＬＥＤソケット１２との同心が確保される。 【００２６】一方、発光プラグ１１の穴１１ａに、右方からファイバ束ＦＢを挿入し、ファイバ束ＦＢを発光プラグ１１の左端面１１ｃより左方に突出させる。 この時点では、各光ファイバの端面位置は揃っていなくてもよい。 そして、注入穴１１ｂから透明な接着剤（図示せず）を注入する。 この接着剤は、ファイバ束ＦＢの各光ファイバ同士を接合すると共に、ファイバ束ＦＢを発光プラグ１１の穴１１ａ内に固定する役割を果たす。 ファイバ束ＦＢの見かけ上の外径は、発光プラグ１１の穴１
１ａの内径とほぼ一致しており、従って、組み付け後には、穴１１ａとファイバ束ＦＢとが同心になっている。
次に、ファイバ束ＦＢの、発光プラグ１１の左端面１１
ｃより突出した部分を切除することで、ファイバ束ＦＢ
の端面ＦＢａと発光プラグ１１の左端面１１ｃとをほぼ面一にする。 【００２７】その後、ＬＥＤソケット１２の凹溝１２ｃ
に、ファイバ束ＦＢが挿入された発光プラグ１１の被嵌合部１１ｄを嵌合させる。 すると、ＬＥＤソケット１２
の位置決め突起部１２ｄ１、１２ｄ２と、発光プラグ１
１の位置決め凹部１１ｅ１、１１ｅ２とが当接係合して、発光プラグ１１とＬＥＤソケット１２との長手方向における相対的位置が規定されると共に、凹溝１２ｃの底面である基準面１２ｂと発光プラグ１１の左端面１１
ｃとが当接して、軸方向における両者の相対的位置が規定される。 なお、このとき、穴１２ａと穴１１ａとが同心になるようになっている。 【００２８】このようにして、発光部ユニット１０の組み付けにおいて、発光部１３、ＬＥＤレンズ１５、ＬＥ
Ｄソケット１２を順に嵌合させ、さらに、ファイバ束Ｆ
Ｂを挿入した発光プラグ１１をＬＥＤソケット１２に嵌合させることで、図２（ｂ）に示すように、全要素の軸方向における相対的位置が一義的に定まると共に、穴１
１ａの中心１１ａＸ及びＬＥＤ１４の光源Ｐ１が、ほぼレンズ部１５ｂの光軸ＡＸ上に位置することになり、自動調心が容易に図られる。 【００２９】図３は、本発光部構造の光学系の模式図である。 ＬＥＤレンズ１５のレンズ部１５ｂは、ファイバ束ＦＢ側及びＬＥＤ１４側共に凸曲面となっている。 しかも、いずれの凸曲面も、非球面で、特に双曲線に沿う凸曲面に形成されている。 これにより、通常の球面レンズに比し、収差が小さくなっている。 【００３０】ここで、レンズ部１５ｂの光軸ＡＸ方向において、ＬＥＤ１４の光源Ｐ１からレンズ部１５ｂの中心までの距離をｆ１としたとき、レンズ部１５ｂの中心から位置Ｐ２までが仮想焦点距離ｆ２である。 例えば、
ファイバ束ＦＢの端面ＦＢａに対する入射光が全反射するか否かを分ける臨界角が約３０度であるとすると、距離ｆ１、ｆ２は、同図に示す入射角θが臨界角である３
０度より小さい値となるように設定される。 これにより、ＬＥＤ１４の出射光が、レンズ部１５ｂを介してファイバ束ＦＢの端面ＦＢａに最も効率よく入射する。 【００３１】なお、押離鍵動作の検出機構の詳細については図示しないが、発光部ユニット１０の発光部１３から発した光は、ファイバ束ＦＢを通じて伝達され、不図示の発光側ヘッドを介して、それに隣接する受光側ヘッドへと導かれ、フォトトランジスタ等の不図示の受光部へ導かれる。 そして、押離鍵動作によって発光側ヘッドと受光側ヘッドとの間の光路が遮られることで受光部への入光量が変化するので、これを利用して、対応する鍵の押離鍵動作が検出される。 ところで、キースキャンの手法としては、特開平９−１５２８７１号公報等に開示されている公知の手法を用いることができ、例えば、発光部ユニット１０と受光部との間にマトリクススイッチを構成し、各発光部１３の発光タイミングと各受光部での出力電流値の変化とに基づいて押離鍵動作を検出することができる。 【００３２】本実施の形態によれば、レンズ部１５ｂの両凸曲面が双曲線曲面に形成されるので、通常の球面レンズに比し、収差を小さくすることができ、ＬＥＤ１
４、レンズ部１５ｂ、ファイバ束ＦＢの各位置を適切に設定すれば、ＬＥＤ１４からの出射光をレンズ部１５ｂ
で効率よく集光すると共に、ファイバ束ＦＢの端面ＦＢ
ａに適切な角度で導き入射させることができる。 【００３３】また、発光部ユニット１０の組み付けにおいて、発光部１３、ＬＥＤレンズ１５、ＬＥＤソケット１２を順に嵌合させ、さらに、ファイバ束ＦＢを挿入した発光プラグ１１をＬＥＤソケット１２に嵌合させることで、簡単な組み付け作業にて、軸方向における適切な相対的位置関係と光軸に対する合致とが確保され、しかも、ファイバ束ＦＢの突出した部分の切除により、ファイバ束ＦＢの端面ＦＢａと発光プラグ１１の左端面１１
ｃとを面一にしてファイバ束ＦＢの正確な軸方向位置が容易に確保される。 従って、ＬＥＤ１４からの出射光を適切な入射角度で効率よくファイバ束ＦＢの端面ＦＢａ
に入射させることができる。 【００３４】これらによって、本実施の形態では、発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができ、その結果、ＬＥＤ１４に流す電流を少なくすることができる。 【００３５】なお、レンズ部１５ｂは両凸面共に双曲線曲面としたが、いずれか一方の面のみを双曲線曲面とした平凸レンズとして構成してもよい。 【００３６】（第２の実施の形態）図４は、本発明の第２の実施の形態に係る発光部構造が適用される発光部ユニットの組み付け後の断面図である。 【００３７】発光プラグ１１１は、発光プラグ１１と同様に構成され、ファイバ束ＦＢが挿入されている。 ＬＥ
Ｄレンズ１１５はＬＥＤレンズ１５に相当し、レンズ部１１５ｂの構成はレンズ部１５ｂと同様である。 ＬＥＤ
ソケット１１２はＬＥＤソケット１２に相当し、発光部１１３は発光部１３に相当する。 ただし、本実施の形態では、発光部１１３はＬＥＤレンズ１１５ではなくＬＥ
Ｄソケット１１２に嵌合装着される。 【００３８】ＬＥＤソケット１１２はＡＢＳ等で形成される点では、ＬＥＤソケット１２と同様であるが、発光部１１３のＬＥＤ１１４が挿入される穴１１２ａがＬＥ
Ｄ１１４を囲繞するように設けられる。 ＬＥＤ１１４に対向する穴１１２ａの内周面１１２ａａには、光を反射しやすいように蒸着処理が施され、断面階段状に形成されて、反射面Ｓ１、Ｓ２が構成されている。 【００３９】ＬＥＤ１１４の光源は厳密な点光源でなく、実際にはある程度体積を有したあいまいな光源（Ｐ
Ａとする）である。 また、光源ＰＡからの出射光には、
レンズ部１５ｂに向かう成分だけでなく、ＬＥＤ１１４
の外周方向（穴１１２ａの内周面１１２ａａ方向）へ向かう成分も少なからずある。 反射面Ｓ１、Ｓ２は、光源ＰＡからの出射光をレンズ部１１５ｂ方向へ反射させるような傾斜面に形成されている。 例えば、反射面Ｓ１、
Ｓ２は、断面がそれぞれ２次放物線の一部を成すように形成される。 これにより、穴１１２ａを単に筒状に形成した場合に比し、穴１１２ａ内で減衰して無駄になる光量が減少し、ファイバ束ＦＢへの入射に活用される光量が増加する。 【００４０】本実施の形態によれば、ＬＥＤ１１４から外周方向へ散乱する出射光が反射面Ｓ１、Ｓ２で反射し、レンズ部１１５ｂを通過してファイバ束ＦＢ側へ導かれ、適切な入射角でファイバ束ＦＢに入射するので、
入射光量が増加する。 よって、発光体と光ファイバの結合効率を一層向上させることができる。 【００４１】なお、ＬＥＤソケット１１２は、穴１１２
ａの内周面１１２ａａに蒸着処理を施すことができれば、他の材料で構成してもよい。 あるいは、蒸着処理を施す代わりに、ＬＥＤソケット１１２の素材自体に反射材料を採用してもよい。 【００４２】なお、反射面Ｓ１、Ｓ２は、光源ＰＡからの出射光をレンズ部１１５ｂ方向へ反射させるような形状に形成されればよく、例示した放物線曲面に限らず、
他の曲面や平坦面でもよい。 あるいは単一斜面だけを設けるようにしてもよい。 また、階段状にする場合はフレネルミラーのように形成してもよく、反射面の数も３個以上としてもよい。 なお、傾斜角度は、各反射面毎に個々に設定するのが望ましい。 【００４３】なお、本実施の形態では、レンズ部１１５
ｂに双曲面を採用したが、双曲面は、必ずしも反射面Ｓ
１、Ｓ２と組み合わせて採用しなくてもよい。 【００４４】なお、第１、第２の実施の形態では、レンズ部１５ｂ、１１５ｂを、双曲線（双曲線関数で規定される曲線）に沿う凸曲面に形成したが、球面レンズに比し収差を小さくして集光効率を向上させることができれば、そのような曲面に限定されるものではない。 例えば、多項式関数、指数関数、逆双曲線関数、放物線関数、ベジェ関数等、数学的な関数によって定義される曲線に沿う曲面を採用してもよい。 【００４５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光体と光ファイバの結合効率を向上させることができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る発光部構造が適用される発光部ユニットの分解斜視図である。 【図２】 発光部ユニットの分解図（同図（ａ））及び組み付け後の断面図（同図（ｂ））である。 【図３】 本発光部構造の光学系の模式図である。 【図４】 本発明の第２の実施の形態に係る発光部構造が適用される発光部ユニットの組み付け後の断面図である。 【符号の説明】 １１ 発光プラグ（ファイバ保持体）、 １１ａ 穴（ファイバ挿入穴）、１１ｃ 左端面（第１基準面）、
１１ｄ 被嵌合部（基準部の一部）、 １１ｅ１、１
１ｅ２ 位置決め凹部（基準部の一部）、 １１ａＸ
中心、 １２ＬＥＤソケット（レンズ構造体の一部）、
１２ａ、１１２ａ 穴、 １２ｂ基準面（第１当接面）、 １２ｃ 凹溝（当接係合部の一部）、 １２ｄ
１、１２ｄ２ 位置決め突起部（当接係合部の一部）、
１３ 発光部（発光構造体）、 １４、１１４ ＬＥ
Ｄ（発光体）、 １５ ＬＥＤレンズ（レンズ構造体の一部）、 １５ａ 穴（発光体挿入穴）、 １５ｂ、１
１５ｂ レンズ部（レンズ）、 １５ｇ 左端面（第２
基準面）、 １６ａ 基準面（第２当接面）、ＦＢ ファイバ束（光ファイバ）、 ＦＢａ 端面、 Ｐ１、Ｐ
Ａ 光源、 ＡＸ 光軸、 １１２ ＬＥＤソケット（囲繞部）、 Ｓ１、Ｓ２ 反射面 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 力 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内Ｆターム(参考） 2H037 BA03 CA15 DA03 DA04 DA05 DA06 DA13 DA15 5F041 AA06 EE04 EE05 EE11 EE15 |
