CN1291839A - 线光源及使用它的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

现有的线光源由于使用使均匀性优先、指向特性宽的LED芯片,损失了光的效率。本发明的线光源,是将表面安装型的LED芯片呈线状地配置在基板上,使上述每一个LED芯片都具有聚焦功能,由LED芯片的指向特性及下式决定LED芯片的配置间隔和从LED芯片至被照明面的距离的比率:L(θ)=L(0°)/(2*cos2θ),式中,L(θ):角度为θ时的亮度,θ:从LED芯片发出的光线与原稿面的垂线构成的角度。

Description

线光源及使用它的图像传感器
本发明涉及传真装置等的图像输入部中使用的图像传感器的线光源及安装了该线光源的接触型图像传感器。
图9、图10、图11是表示例如三菱接触型图像传感器样本(1993年2月制造)中示出的现有的图像传感器的图，图9是接触型图像传感器的剖面图，图10是表示接触型图像传感器的线光源的图，图11是表示接触型图像传感器的线光源中使用的LED芯片的指向特性的图，
在图9中，10是原稿，20是将LED芯片排列成线状的线光源，30是由多个棒形透镜(图中未示出)构成的正立等倍成像用棒形透镜阵列，40是传感器基板，50是排列成直线安装在传感器基板40上的传感器IC，60是位于原稿扫描面上的玻璃板，70是传感器框架，80是从线光源20发出的光到达传感器IC50上成像所经过的路径。
在图10中，90是LED裸芯片，100是安装LED裸芯片90的基板，110是封装LED裸芯片的树脂，光从LED裸芯片90发出的面呈平面，由LED裸芯片90、基板100、树脂110构成表面安装型的LED芯片120。130是呈线状安装多个LED芯片120的基板，由多个LED芯片120和基板130构成LED阵列的线光源20。140是用LED芯片120照明的被照明面(原稿面)，150是相邻的LED芯片120之间的距离，160是从LED芯片120发出并扩展成放射状的光路，170是LED裸芯片90和原稿面140之间的距离，180表示来自各LED芯片120的光照射在被照明面140上时的一个芯片的亮度，190表示将一个芯片的亮度合计后的亮度。
其次参照图9至图11说明工作情况。线光源20的光通过玻璃板60，均匀地照射在原稿10上。照射光在原稿10上对应于图像的浓淡信息沿着光路80反射，通过棒形透镜阵列30的棒形透镜后，在传感器IC50上成像。传感器IC50对应于反射光的强度而蓄积电荷，并通过传感器基板40输出。线光源20由LED裸芯片90、基板100、树脂110、基板130构成，通过将作为点光源的LED芯片120排列起来，实现线光源。这时，如图11所示，各个LED芯片120的指向特性变宽，在原稿10上如亮度180所示，虽然呈若干凸分布，但如果将其重合起来，则如亮度190所示而呈直线。
如上构成现有的线光源，如图11所示，LED芯片120的指向特性变宽。该指向特性虽然是图10中的横向特性，但垂直于纸面的方向的特性也大致呈同样的特性。在垂直于纸面的方向上指向特性变坏，虽然集中照射读取位置的方法效率好，但均匀照射原稿应优先，故在垂直于纸面的方向上损失了光的效率。
本发明就是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于获得一种具有均匀特性、同时光的效率也好的线光源。
3本发明的线光源是将LED芯片呈线状地配置在基板上，使上述每一个LED芯片都具有聚焦功能。
另外，将透镜设置在LED芯片上，使其具有聚焦功能。
另外，使LED芯片的配置间隔小于从LED芯片至原稿面的距离。
另外，由LED芯片的指向特性及下式决定LED芯片的配置间隔和从LED芯片至原稿面的距离的比率。
L(θ)=L(0°)／(2*cos2θ)
式中，L(θ)：角度为θ时的亮度
θ：从LED芯片发出的光线与原稿面的垂线构成的角度
另外，在安装LED芯片的基板上设有孔，将LED芯片安装在上述基板的背面，LED芯片的光通过上述基板上的孔而从上述基板的表面发光。
本发明的图像传感器备有：正立等倍成像透镜；平行地配置在该正立等倍成像透镜的两侧对称位置、安装了LED芯片的线光源；以及通过上述正立等倍成像透镜接受从该线光源照射的光中从原稿面上反射的光的传感器IC，在上述图像传感器中，上述线光源采用上述各段中的任意一段所述的线光源，而且将各线光源的LED芯片配置在与其相对的线光源的LED芯片的配置间隔的大致中心位置。
另外，在备有正立等倍成像透镜、安装了LED芯片的线光源、以及通过上述正立等倍成像透镜接受从该线光源照射的光中从原稿上反射的光的传感器IC的图像传感器中，上述线光源采用上述各段中的任意一段所述的线光源，而且将安装上述LED芯片后构成线光源的基板和安装上述LED芯片的基板作为公用基板。
图1是表示本发明的实施例1的线光源的图。
图2是表示本发明的实施例1的LED芯片的图。
图3是表示本发明的实施例1的LED芯片的指向特性图。
图4是表示本发明的实施例1的线光源的亮度的图。
图5是表示本发明的实施例2的LED芯片的图。
图6是表示本发明的实施例2的线光源的图。
图7是表示本发明的实施例3的接触型图像传感器的图。
图8是表示本发明的实施例4的接触型图像传感器的图。
图9是表示现有的接触型图像传感器的图。
图10是表示现有的线光源的图。
图11是表示现有的LED芯片的指向特性的图。
实施例1
就图说明本发明的实施例1。图1是表示本发明的线光源的主要部分的图，在图1中，10是原稿，121是带有相对于原稿10配置成一排的透镜的LED芯片，图中示出了其中的两个。90是设置在带透镜的LED芯片121内的LED裸芯片。
现在，假设在原稿10上对应于LED芯片121的正上方的点为点A1、点A2，点A1和点A2的中间的点为点B。由于原稿10上最亮的点为点A1，最暗的点为点B，所以假定如果该两点的亮度相同，则能获得均匀的亮度。由一个LED芯片121产生的亮度180呈图中所示的分布，如果考虑点A1最亮，点B的亮度为点A1的一半，则与相邻的LED芯片121的亮度180的和如亮度190所示，呈均匀的亮度。设LED芯片121产生的点A1的亮度为LA1、点B的亮度为LB时，LA1和LB的关系如下。
LA1=2*LB    …①
另外，如图所示，设LED裸芯片90和点A1的距离为a、LED裸芯片90和点B的距离为b、a和b构成的角为θ，相邻的LED芯片121之间的距离为p、在从LED裸芯片90至点B的直线上距离为a的点设为点C。这时假设点C的亮度为LC，由于呈放射状扩展的光的亮度与距离的平方成反比，所以有如下关系。
a2*LC=b2*LB    …②
式中，a=b*cosθ，根据这个关系，式②可以如下表示。
LB=LC*cos2θ    …③
因此，由式①、③得
LC=LA1／(2*cos2θ)    …④
图1所示的带透镜的LED芯片121采用图2、图3所示的结构(スタンし-电气株式会社制带透镜的LED芯片，LED综合样本1998年1月，型号PY1102W)，图2是外观图，图3是指向特性图。在图2(a是平面图，b是侧视图)中，100是基板，200是由树脂110形成的透镜，起聚焦作用。
在图3中，实现表示LED芯片121的指向特性，形状呈尖形表示透镜200的效果。虚线是式④表示的线。从图3可知，实线和虚线的交点是配置多个带透镜的LED芯片121时，带透镜的LED芯片121作成的角度θ，大约26°。如果采用该26°，则在图1中，例如a=6mm时，p=5．9mm，亮度分布呈所预料的190所示的直线。
图4是a=6mm、p=4mm、5mm、6mm，使用图2中的带透镜的LED芯片121进行实验的结果，以及a=6mm、p=6mm，使用图11所示的现有的LED芯片120进行实验的结果。(a，p)=(6，5．9)是假定亮度分布为190的计算结果，虽然呈直线，是理想的，但实际上由于各带透镜的LED芯片121的光量、指向特性的离散、照射点B的光具有角度，以及由于照射在玻璃板60上时光的反射、折射等的条件的不同，每个带透镜的LED芯片121的间隔(距离p)具有偏差。
可是，在使用来自接触型传感器的输出时，由于具有修正由线光源20、棒形透镜阵列30、传感器IC50产生的某范围内的离散的作用，所以不存在图4所示程度的偏差的问题。由图4可知，如果恰当地决定LED芯片的间隔(p)，则使用带透镜的LED芯片121时比使用LED芯片120时能获得亮的光源。
如上所述在本发明的实施例1中，通过使用带透镜的LED芯片121，根据带透镜的LED芯片121的指向特性和式④，设定带透镜的LED芯片121的安装间距(p)，使带透镜的LED芯片的安装方向具有均匀的特性，由于在与带透镜的LED芯片的安装方向垂直的方向上具有透镜效果，所以能获得光的效率好的线光源。
特别是在带透镜的LED芯片的情况下，使配置间隔小于从LED芯片到被照射面的距离即可。
如果用另外的形式表示以上的说明，则可以概述如下。
即，在该实施例中，当以规定的间隔将发射光沿垂直方向具有指向性的LED芯片配置成直线状时，以这样的间隔配置LED芯片，即对于一个LED芯片来说，沿垂直方向在原稿面(被照射面)上对应于由前一个LED芯片产生的光的照度，在相邻的LED芯片的正中位置由前一个LED芯片在原稿面上产生的光的照度恰好为一半的间隔配置LED芯片。如果这样处理，则来自多个LED芯片的照射光相重叠，在原稿面上能获得均匀的照度。
另外，在本发明的实施例1中，虽然采用了图2所示形状的带透镜的LED芯片，但也可以使用图5(a是平面图，b是侧视图)所示形状的带透镜的LED芯片122。它备有从包围LED裸芯片90的树脂110的上端突出的透镜201。另外，也可以使用不采用透镜的方法而具有聚焦功能的LED芯片。
实施例2
就图说明本发明的实施例2。在图6中，131是设有孔300的基板，以便能从背面安装带有透镜的LED芯片122，其他结构与上述实施例1相同。如图6所示，在基板131上设有孔300，通过从基板上距离原稿远的一侧(背面一侧)进行安装，能使带透镜的LED芯片122距离原稿更远，能使带透镜的LED芯片122的安装间隔大。
这样，在实施例2中，由于在基板131上设有孔300，从背面安装带透镜的LED芯片122，所以能减少带透镜的LED芯片122的个数，能获得效率好价格便宜的光源。
实施例3
另外，就图说明本发明的实施例3。图7(a)是接触型图像传感器的侧视图，(b)、(c)是其线光源的平面图。在图7中，20是将LED芯片排列成直线状的线光源，30是由多个棒形透镜(图中未示出)构成的正立等倍成像用棒形透镜阵列，40是传感器基板，50是排列成直线安装在传感器基板40上的传感器IC，60是位于原稿扫描面上的玻璃板，70是传感器框架，80是从线光源20发出的光到达传感器IC50上成像所经过的路径，121是带透镜的LED芯片，210是设置在线光源20的基板上的图形布线。
线光源20以棒形透镜阵列30为中心对称地配置，安装在它上面的带透镜的LED芯片121具有这样的配置关系，即带透镜的LED芯片121位于相对的线光源20上的带透镜的LED芯片121的大致中心的位置。210是设置在线光源20的基板上的图形布线，从带透镜的LED芯片121之间通过。
如上所述在本发明的实施例3中，由于将两个线光源20以棒形透镜阵列30为中心对称地配置，而且使安装在它上面的带透镜的LED芯片121位于相对的线光源20上的带透镜的LED芯片121的大致中心的位置，所以能等效地将带透镜的LED芯片121的间隔减小一半。这样配置在下述情况下特别有效，即在使用指向特性尖，不仅必须使安装间隔窄，而且必要的图形布线粗或为了获得更多条布线而不能使配置间隔窄的带透镜的LED芯片的情况下特别有效。就是说，对应于在本发明实施例1中说明的由图3及式④决定的相邻的LED芯片121的距离p，本发明的实施例3中相邻的LED芯片121的距离能设定为2*p，能获得设置必要的图形布线210的空间，能获得均匀而且光效率好的线光源。
实施例4
另外，就图说明本发明的实施例4。在图8中，30是由多个棒形透镜(图中未示出)构成的正立等倍成像用棒形透镜阵列，40是传感器基板，50是排列成直线安装在传感器基板40上的传感器IC，121是以发明的实施例1中说明过的配置间隔排列安装在传感器基板40上的LED芯片，60是位于原稿扫描面上的玻璃板，70是传感器框架，80是从LED芯片121发出的光到达传感器IC50上成像所经过的路径。
在实施例4中，由于将LED芯片121配置在传感器基板40上，所以省略了安装LED芯片121专用的基板，通过使安装传感器基板40和LED芯片121的基板公用化，能使接触型图像传感器小型化。
如上所述，如果采用本发明，则由于使用沿垂直方向具有明亮的指向性的LED芯片，根据带透镜的LED芯片121的指向特性和式④，设定沿垂直方向具有亮的指向特性的LED芯片的安装间距，LED芯片的安装方向具有均匀的特性，由于在与LED芯片的安装方向垂直的方向上具有聚光效果，所以能获得光的效率好的线光源。
如果使用带透镜的LED芯片，使配置间隔为从LED芯片至被照明面的距离以下，则LED芯片的安装方向具有均匀特性，能获得沿LED芯片的安装方向和垂直方向有聚焦效果的光的效率好的线光源。
另外，由于这样构成线光源：在LED基板上开孔，从背面安装沿垂直方向具有明亮的指向特性的LED芯片，所以能减少LED芯片的个数，能获得效率好价格便宜的光源。
另外，由于将接触型图像传感器的两个线光源以棒形透镜阵列为中心配置，而且使LED芯片位于沿相对的线光源上的垂直方向具有明亮的指向特性的LED芯片之间，所以能等效地将沿垂直方向具有明亮的指向特性的LED芯片的间隔减小一半，能获得必要的图形布线，能获得均匀而且光的效率好的线光源。
另外，通过使安装传感器基板和LED芯片的基板公用化，能使接触型图像传感器小型化。

Claims (7)

1．一种线光源，它是将LED芯片呈线状地配置在基板上，其特征在于：使上述每一个LED芯片都具有聚焦功能。
2．根据权利要求1所述的线光源，其特征在于：将透镜设置在LED芯片上，使其具有聚焦功能。
3．根据权利要求1所述的线光源，其特征在于：使LED芯片的配置间隔小于从LED芯片至原稿面的距离。
4．根据权利要求1所述的线光源，其特征在于：由LED芯片的指向特性及下式决定LED芯片的配置间隔和从LED芯片至原稿面的距离的比率，
L(θ)=L(0°)／(2*cos2θ)
式中，L(θ)：角度为θ时的亮度
θ：从LED芯片发出的光线与原稿面的垂线构成的角度。
5．根据权利要求1至4中的任意一项所述的线光源，其特征在于：在安装LED芯片的基板上设有孔，将LED芯片安装在上述基板的背面，LED芯片的光通过上述基板上的孔而从上述基板的表面发光。
6．一种图像传感器，它备有：正立等倍成像透镜；平行地配置在该正立等倍成像透镜的两侧对称位置、安装了LED芯片的线光源；以及通过上述正立等倍成像透镜接受从该线光源照射的光中从原稿面上反射的光的传感器IC，该图像传感器的特征在于：上述线光源采用权利要求1至4中的任意一项所述的线光源，而且将各线光源的LED芯片配置在相对的线光源的LED芯片的配置间隔的大致中心位置。
7．一种图像传感器，它备有正立等倍成像透镜、安装了LED芯片的线光源、以及通过上述正立等倍成像透镜接受从该线光源照射的光中从原稿上反射的光的传感器IC，该接触型图像传感器的特征在于：上述线光源采用权利要求1至4中的任意一项所述的线光源，而且将安装上述LED芯片构成线光源的基板和安装上述LED芯片的基板作为公用基板。
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