JP2004253477A

JP2004253477A - 発光ダイオードアレイ光源

Info

Publication number: JP2004253477A
Application number: JP2003040129A
Authority: JP
Inventors: Nobumichi Aida; 信道會田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】本発明は、画像読取用として、照射面での照射光量が多く、かつ、照射光量の均一性に優れた発光ダイオードアレイ光源を提供する。
【解決手段】発光ダイオードチップＬ１を光源とし、光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた棒状の集光レンズＲ１が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されていて、光源から放射されて集光レンズＲ１の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ１に入射し、集光レンズＲ１内を導光されて出射面３４に向かい、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ１から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束される。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージリーダ、ファクシミリ、複写機、各種の光学的検査装置の画像読取り光源に関し、詳しくは、発光ダイオードを光源とする発光ダイオードアレイ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イメージリーダ、ファクシミリ、複写機、各種の光学的検査装置の画像情報読取りは、原稿や被検査物等の表面に光を照射し、反射光を密着型イメージセンサ、リニアイメージセンサ、ＣＣＤなどの光変換素子を用いて電気信号に変換して取込むものである。読取用光源としては従来、蛍光灯、冷陰極管、キセノン管などが用いられてきたが、近年では、信頼性、寿命、消費電力など様々な点で優れていることから発光ダイオードが採用されるようになって来ている。しかしながら、発光ダイオードの発光体（発光ダイオードチップ）の大きさは□０．５ｍｍ程度と小さいため発光光量が少なく、点光源に近いことから、局所的な照明とならざるを得ない。従って、このような特性の発光ダイオードを読取光源に使用するために、照射面における光量、光量の均一性等に関する要求仕様を満足させるための様々な工夫がなされている。
【０００３】
従来の発光ダイオードを使用した読取光源は、図１に示すように、基板１上に複数の発光ダイオードチップ２を列状に配置し、発光ダイオードチップ２の発光方向に支持体３で保持された棒状のレンズ４を設けた構成の発光ダイオードアレイ５とされている。これにより、発光ダイオードチップ２が配置された列方向は、発光ダイオードチップ２から放射されてレンズ４の入射面に至った光は入射面で屈折してレンズ４内を導光されて出射面に至り、さらに出射面で屈折して発光ダイオードチップ２の光軸６に対して広がる方向に向かう。従って、照射面７においては複数の発光ダイオードチップ２から放射された光が重畳された状態になり、照射面７における照射光量の均一性を確保している。一方、発光ダイオードチップ１が配置された列方向に直交する方向は、図２に示すように、発光ダイオードチップ２から放射された光は、直接レンズ４の入射面に至る直接光８と、レンズ４を保持する支持体３に設けられた反射面９に反射されてレンズの入射面に至る間接光１０に分岐される。直接光８はレンズ４の入射面で屈折してレンズ４内部を導光されて出射面に至り、さらに出射面で屈折してレンズ４の焦点の位置に設けられた照射面７に集光される。一方、間接光１０もレンズ４の出射面で屈折するが、焦点に集光されることなく様々な方向に向かう。そのため、照射面７の読取位置に集光されて読取りに寄与する照射光量は、発光ダイオードチップ２から放射された光のうちの一部でしかなく、光の利用効率が良くないものとなっている。
【０００４】
このような、従来行なわれていた構成の発光ダイオードアレイに対して、さらに光学性能の向上を狙った提案がなされている。たとえば、照射面における照射光量の均一性を向上させるために、棒状レンズの周面全体又は光出射側を粗面にしたり、レンズ材料中に拡散粒子を混入させることにより、発光ダイオードから放射され、レンズに入射した光をレンズ内を導光させて出射面から出射される際に拡散光にして照射面に照射するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、照射面における照射光量の増加を図るため、棒状レンズの光入射面の発光ダイオードに対応する位置に収束面を形成し、発光ダイオードから放射された光束をレンズの収束面で屈折して収束させ、レンズ内を導光させて出射面からの出射光を照射面で発光ダイオードの配列間隔と同じ幅に収束させることにより、隣接する発光ダイオードから放射された光束が互いに殆ど重畳されないようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−３８９１号公報（第１−３頁）
【特許文献２】
特公平７−２２３１３号公報（第１−２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下のような問題点が挙げられる。
ａ）特許文献１（特公平７−３８９１号公報）の発明である、レンズに拡散手段を設け、拡散光を照射面に照射する方法は、照射面における照射光量の均一性を得るためには効果的方法である。但し、照射面における集束効率が良くないため、発光ダイオードから放射された光束の多くが読取りに寄与しないものとなり、照射面における照射光量の不足が生じる懸念がある。
ｂ）特許文献２（特公平７−２２３１３号公報）の発明は、発光ダイオードから放射された光束を収束することにより、隣接する発光ダイオードの光束と重畳しないので光束の利用効率は良いが、発光ダイオードの放射分布がレンズを通してそのまま照射面に投影される。したがって、照射面においては、レンズを挟んで発光ダイオードの光軸に対応する位置が最も照射光量が多く、光軸から離れるに従って照射光量が少なくなり、隣接する発光ダイオードの光軸の中間点が最も照射光量が少なくなる。したがって、照射面の光量分布は、夫々の発光ダイオードの光軸上の位置が山のピークとなり、隣接する発光ダイオードの中間位置が谷のピークとなるような波状となり、照射面の照射光量の均一性としては不十分なものとならざるを得ない。特に、光学的検査装置の画像情報読取り光源としては実用性に乏しいものと言わざるを得ない。
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、照射面における照射光量が多く、照射光量の均一性に優れ、発光ダイオードから放射された光束の利用効率が良い発光ダイオードアレイ光源を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、複数の発光ダイオードが列状に配置された発光ダイオード基板と、該発光ダイオード基板の発光ダイオードの放射軸方向に前記発光ダイオード列に平行に設けられた棒状の集光レンズと、該集光レンズを保持する支持体とを有する発光ダイオードアレイ光源であって、前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記集光レンズに至った光束が、略平行光束となって集光レンズに入射されるような入射面を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記集光レンズは、該集光レンズの前記入射面が、発光ダイオード近傍または発光ダイオードから放射されて前記集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは該双曲面に近似した非球面であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記支持体に設けられた反射面で反射して前記集光レンズの入射面に至った光束が、略平行光束となって集光レンズに入射されるような入射面を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記反射面は、前記擬似光源近傍に焦点を有する放物面或いは放物面に近似した非球面であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１又は２の何れか１項において、前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記集光レンズに入射した光束が、反射されて略平行光束となるような全反射面を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１から５の何れか１項において、前記集光レンズは、前記入射面から入射された光束を放射する出射面を有し、前記出射面は、前記発光ダイオード列に直交する方向において、照射面で集光するように照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは該双曲面に近似した非球面であることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図３から図１５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１４】
本発明の発光ダイオードアレイ光源の実施例は、発光ダイオード光源、棒状の集光レンズ及び集光レンズを保持する支持体の３つの部材の組合わせで構成されている。図３の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は本発明の実施例で使用される３種類の発光ダイオード光源を示すものである。（ａ）の発光ダイオードチップＬ１は、基板１表面に設けられた回路パターン２１に取付けられて発光ダイオードチップ２の片側の電極と回路パターン２１とが接続され、発光ダイオードチップＬ１のもう一方の電極はワイヤー２２を介して回路パターン２１に接続されている。発光ダイオードチップＬ１の両側の電極に接続された回路パターン２１間に適当な電圧を印加することで発光ダイオードチップＬ１を発光させることができる。（ｂ）の発光ダイオードランプＬ２は、２本の金属リード２３のうちの１本の平坦な先端部２４に発光ダイオードチップＬ１が取付けられて発光ダイオードチップＬ１の片側の電極とリード２３が接続され、発光ダイオードチップＬ１のもう一方の電極はワイヤー２２を介してもう一方のリード２３に接続されており、発光ダイオードチップＬ１が取付けられたリード２３の先端部２４は透明樹脂レンズ２５で覆われている。そして、２本リード間に適当な電圧を印加することで発光ダイオードチップＬ１は発光し、発光ダイオードチップＬ１から放射された光束はレンズ内を導光されて直接透明樹脂レンズ２５に向かい、透明樹脂レンズ２５で屈折されて発光ダイオードランプＬ２から出射される。（ｃ）の発光ダイオードランプＬ３は、（ｂ）で示した発光ダイオードランプＬ２と同一な構成であるが、発光ダイオードチップＬ１を取付けるリード２３の先端部２４が内側面を反射面２６とする擂鉢状に形成されており、その擂鉢状の底面２７に発光ダイオードチップＬ１が取付けられている。そして、２本のリード間に適当な電圧を印加することで発光ダイオードチップＬ１は発光し、発光ダイオードチップＬ１から放射された光束は、レンズ内を導光されて直接透明樹脂レンズ２５に向かう直接光束と、反射面２６で反射されて透明樹脂レンズ２５に向かう反射光束とに分岐され、夫々の光路を辿った光束は透明樹脂レンズ２５で屈折されて発光ダイオードランプ３から出射される。
【００１５】
図４の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は棒状の集光レンズを示すものであり、集光レンズの長手方向（発光ダイオード列方向）に直交する方向の断面図である。（ａ）のレンズＲ１は、発光ダイオード光源近傍または発光ダオードから放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えている。（ｂ）のレンズＲ２は、発光ダイオード光源近傍または発光ダオードから放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、発光ダイオード光源から放射されて集光レンズに入射した光束が、反射されて平行光束となるような全反射面３２と、双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えている。（ｃ）のレンズＲ３は、発光ダイオード光源近傍または発光ダオードから放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、平坦面の入射面３３と、双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えている。
全反射面３２は、集光レンズの材料と空気の屈折率の差により生じる反射作用を用いたものであり、前記擬似光源近傍に焦点を有する放物面或いは放物面に近似した非球面としている。また、本発明で双曲面に近似した非球面とは、双曲面の少なくとも一部の曲面を変形させた曲面や、双曲面を複数に分割し平面により繋いだ分割平面をいうものである。
【００１６】
図５の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は棒状レンズを保持する支持体の長手方向（発光ダイオード列方向）に直交する方向の断面図である。（ａ）の保持体Ｓ１は、長手方向の両端に集光レンズＲ１、Ｒ２を保持する保持部４１が設けられ、さらに、発光ダイオードが配置される範囲に亘って、集光レンズＲ１、Ｒ２の配設及び発光ダイオードから放射された光が集光レンズＲ１、Ｒ２に至る光路を確保するための空間部４２が形成されている。（ｂ）の保持体Ｓ２は、長手方向の両端に集光レンズＲ３を保持する保持部４１が設けられ、さらに、発光ダイオードが配置される範囲に亘って、発光ダイオード光源近傍または発光ダオードから放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような放物面或いは放物面に近似した非球面からなる放物反射面４３と、集光レンズＲ３の配設及び発光ダイオードから放射された光が集光レンズＲ３に至る光路を確保するための空間部４２とが形成されている。（ｃ）の保持体Ｓ３は、長手方向の両端には集光レンズＲ１を保持する保持部４１が設けられ、さらに、発光ダイオードが配置される範囲に亘って、発光ダイオードから放射された光束を集光レンズＲ１の入射面に向かわせるような反射面４４と、集光レンズＲ１の配設及び発光ダイオードから放射された光が集光レンズＲ１に至る光路を確保するための空間部４２とが形成されている。なお、反射面４４は前記擬似光源近傍に焦点を有するような放物面に近似した非球面である平面により構成している。本発明では、集光レンズに形成される全反射面３２や支持体に構成される放物反射面４３または反射面４４の形状が放物面に近似した非球面とは、放物面の少なくとも一部の曲面を変形させた曲面や、放物面を複数に分割し平面により繋いだ分割平面や上記実施例のように放物面の反射方向と略同一な方向に、反射面内の少なくとも一部により光が反射される平面をいうものである。
【００１７】
上述した発光ダイオード光源Ｌ１〜Ｌ３、集光レンズＲ１〜Ｒ３及び支持体Ｓ１〜Ｓ３の部材を組合わせて構成した本発明の実施例を図６から図１５を使って説明する。なお、表１に本発明の発光ダイオードアレイ光源を構成する部材と実施例及び図面の関係を記す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
図６の（ａ）は本発明の第１実施例に係わる発光ダイオードアレイ光源の発光ダイオード列方向に直交する方向の断面図、（ｂ）は（ａ）で示された構成の発光ダイオードアレイ光源において、発光ダイオードから放射された光束が照射面に至るまでの光路を示したものである。尚、以降に説明する第２実施例〜第８実施例を示す図７〜１３において、（ａ）及び（ｂ）は上述した第１実施例と同一内容であるので説明は省略する。
第１実施例は、発光ダイオードチップＬ１を光源とし、光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた棒状の集光レンズＲ１が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射されて集光レンズＲ１の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ１に入射し、集光レンズＲ１内を導光されて出射面３４に向かい、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ１から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２０】
図７は本発明の第２実施例を示すものであり、リードの平坦な先端部に発光ダイオードチップが取付けられた発光ダイオードランプＬ２を光源とし、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ１が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射されて集光レンズＲ１の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ１に入射し、集光レンズＲ１内を導光されて出射面３４に向かい、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ１から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２１】
図８は本発明の第３実施例を示すものであり、発光ダイオードチップＬ１を光源とし、光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、光源から放射されて集光レンズに入射した光束が、反射されて平行光束となるような全反射面３２と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ２が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、集光レンズＲ２の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ２に入射し、集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、一方、集光レンズＲ２に入射して全反射面３２に向かった光束は、全反射されて平行光束となって集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ２から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２２】
図９は本発明の第４実施例を示すものであり、リードの平坦な先端部に発光ダイオードチップを取付けた発光ダイオードランプＬ２を光源とし、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、光源から放射されて集光レンズに入射した光束が、反射されて平行光束となるような全反射面３２と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ２が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、集光レンズＲ２の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ２に入射し、集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、一方、集光レンズＲ２に入射して全反射面３２に向かった光束は、全反射されて平行光束となって集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ２から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２３】
図１０は本発明の第５実施例を示すものであり、リードの先端部に設けられた内側面が反射面の擂鉢状の底面に発光ダイオードチップを取付けた発光ダイオードランプＬ３を光源とし、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、光源から放射されて集光レンズに入射した光束が、反射されて平行光束となるような全反射面３２と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ２が反射面を持たない支持体Ｓ１に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、直接発光ダイオードランプＬ３の透明樹脂レンズから出射した光束は、集光レンズＲ２の入射面３１に向い、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ２に入射し、集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、一方、リードの先端部に設けられた擂鉢状反射面で反射されて透明樹脂レンズから出射した光束は、集光レンズＲ２に入射して全反射面３２に向かい、全反射されて平行光束となって集光レンズＲ２内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ２から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２４】
図１１は本発明の第６実施例を示すものであり、発光ダイオードチップＬ１を光源とし、光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、平坦面の入射面３３と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ３が、光源近傍に焦点を有するような放物反射面４３を備えた支持体Ｓ２に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、光源から集光レンズＲ３の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ３に入射し、集光レンズＲ３内を導光されて出射面３４に向かい、一方、光源から放射され支持体Ｓ２に向かい、放物反射面４３で反射されて平行光束となって集光レンズＲ３に向かった光束は集光レンズＲ３の平坦面３３から集光レンズＲ３に入射し、平行光束を保って集光レンズＲ３内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ３から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２５】
図１２は本発明の第７実施例を示すものであり、リードの平坦な先端部に発光ダイオードチップが取付けられた発光ダイオードランプＬ２を光源とし、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、平坦面の入射面３３と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ３が、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような放物反射面４３を備えた支持体Ｓ２に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、光源から集光レンズＲ３の入射面３１に向かった光束は、入射面３１で屈折されて平行光束となって集光レンズＲ３に入射し、集光レンズＲ３内を導光されて出射面３４に向かい、一方、光源から放射され支持体Ｓ２に向かい、放物反射面４３で反射されて平行光束となって集光レンズＲ３に向かった光束は集光レンズＲ３の平坦面３３から集光レンズＲ３に入射し、平行光束を保って集光レンズＲ３内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ３から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。
【００２６】
図１３は本発明の第８実施例を示すものであり、リードの先端部に設けられた内側面が反射面の擂鉢状の底面に発光ダイオードチップを取付けた発光ダイオードランプＬ３を光源とし、光源から放射されて集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面３１と、照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは双曲面に近似した非球面の出射面３４とを備えた集光レンズＲ１が、光源から放射された光束をレンズＲ１の入射面の方向に向かわせるような反射面４４を備えた支持体Ｓ３に保持されているものである。この構成の発光ダイオードアレイ光源は、光源から放射された光束のうち、直接発光ダイオードランプＬ３の透明樹脂レンズから出射した光束は、集光レンズＲ１の入射面３１に向かい、入射面３１で屈折されて略平行光束となって集光レンズＲ１に入射し、集光レンズＲ１内を導光されて出射面３４に向かい、一方、リードの先端部に設けられた擂鉢状反射面で反射されて透明樹脂レンズから出射した光束は支持体Ｓ３に向かい、平面で構成された反射面４４で反射されて集光レンズＲ１の入射面３１に向かい、入射面３１で屈折されて略平行光束となって集光レンズＲ１に入射し、集光レンズＲ１内を導光されて出射面３４に向かい、夫々の光路を辿った光束は、出射面３４で屈折されて集光レンズＲ１から出射され、出射面３４の焦点にある照射面に集束されるものである。なお、本実施例では、光源に擂鉢状反射面を設けているので、ここで反射される光は略平行光などに制御されたものであるため、支持体に設ける反射面４４は平面でも前記実施例と同様な作用を奏するものである。また、この際集光レンズＲ１の入射面３１のうち直接発光ダイオードランプＬ３の透明樹脂レンズから出射した光束が入射する面以外は、前記反射面４４で反射された光束が集光レンズＲ１内で略平行光束となるように、略平面に形成されている。
【００２７】
図１４は本発明の第９実施例を示すものであり、上述した実施例１〜８は発光ダイオードアレイ光源の発光ダイオード列方向に直交する方向の光学系に関するものであったが、第９実施例は発光ダイオード列方向における光学系に関するもので、棒状レンズＲ４において、複数配置された発光ダイオードチップＬ１の夫々に対応する位置の入射面を円弧５０状に形成したものである。ここで、光源から照射面に至る光束の光路を、図１５に示した従来の発光ダイオード光源（ａ）と第９実施例の発光ダイオード光源（ｂ）とで比較してみると、（ａ）は光源から放射される光束が光源を通る光軸Ｘ１に対して成す放射角度αと、照射面に至る光束が照射面に直交する直交軸Ｘ２に対して成す照射角度βが同じである。これに対して、（ｂ）は放射角度αに対して照射角度βが大きくなっており、さらに、照射範囲も（ａ）よりも広くなっていることがわかる。これにより、第９実施例の発光ダイオードアレイ光源は照射面の発光ダイオード列方向において、列状に配置された個々の光源から放射した光束が、従来の発光ダイオードアレイ光源よりもより多く重畳されることになり、その結果、照射面における照射光量の均一性を向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードアレイ光源は、発光ダイオード光源の光軸方向に設けられた棒状の集光レンズが、双曲面或いは双曲面に近似した非球面の入射面や、全反射面を備えているので、光源から放射されて直接集光レンズに至る光路を辿る光束は、その殆どが集光レンズの入射面或いは全反射面で略平行光束となって集光レンズに入射する。一方、直接集光レンズに向かわない光束のうち、集光レンズを保持する支持体に設けられた放物面或いは放物面に近似した非球面による放物反射面で反射されてレンズに至る光路を辿る光束は、放物反射面で反射された光束の殆どが略平行光束となって入射面から集光レンズに入射する。従って、光源から放射された光束を効率よく集光レンズに取込むことができ、照射面での照射光量の増加が可能となる。
また、集光レンズの入射面または全反射面から出射面に至る間の光束は集光レンズ内を略平行光束として導光されるので、全反射損失などの導光損失を大幅に抑えられ、また、発光ダイオード列方向においては、集光レンズの導光距離Ｗを伸ばすことにより、個々の光源から放射される光束が広く拡散されて照射範囲が拡大されるため、より多くの光源から放射される光束を重畳できるようになり、照射光量を確保しながら照射光量の均一性を高めることができる。さらに、レンズの出射面を焦点が照射面近傍になるように焦点距離Ｌを設定した双曲面或いは双曲面に近似した非球面としたため、出射面に到達した略平行光束は効率よく照射面に集束される。
などの多くの効果により、照射面における照射光量が多く、照射光量の均一性に優れた発光ダイオードアレイ光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発光ダイオードアレイ光源の発光ダイオード列方向の部分断面図である。
【図２】従来の発光ダイオードアレイ光源の発光ダイオード列方向に直交する方向の断面図である。
【図３】本発明の発光ダイオードアレイ光源を構成する発光ダイオード光源の断面図である。
【図４】本発明の発光ダイオードアレイ光源を構成する集光レンズの発光ダイオード列に直交する方向の断面図である。
【図５】本発明の発光ダイオードアレイ光源を構成する支持体の発光ダイオード列に直交する方向の断面図である。
【図６】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第１実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図７】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第２実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図８】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第３実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図９】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第４実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図１０】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第５実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図１１】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第６実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図１２】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第７実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図１３】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第８実施例における発光ダイオードアレイ列に直交する方向の断面図および、その光路図である。
【図１４】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第９実施例における発光ダイオードアレイ列方向の部分断面図。
【図１５】本発明の発光ダイオードアレイ光源の第９実施例と従来の発光ダイオードアレイとの発光ダイオード列方向における部分光路図である。
【符号の説明】
Ｌ１発光ダイオードチップ
Ｌ２、Ｌ３発光ダイオードランプ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３集光レンズ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３支持体
Ｘ１光軸
Ｘ２直交軸
Ｌ出射面の焦点距離
Ｗ導光距離
α 放射角度
β 照射角度
２１回路パターン
２２ワイヤー
２３リード
２４先端部
２５透明樹脂レンズ
２６反射面
３１、３３入射面
３２全反射面
３４出射面
４１保持部
４２空間部
４３放物反射面
４４反射面
５０円弧

Claims

複数の発光ダイオードが列状に配置された発光ダイオード基板と、該発光ダイオード基板の発光ダイオードの放射軸方向に前記発光ダイオード列に平行に設けられた棒状の集光レンズと、該集光レンズを保持する支持体とを有する発光ダイオードアレイ光源であって、前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記集光レンズに至った光束が、略平行光束となって集光レンズに入射されるような入射面を有することを特徴とする発光ダイオードアレイ光源。
前記集光レンズは、該集光レンズの前記入射面が、発光ダイオード近傍または発光ダイオードから放射されて前記集光レンズの入射面に至る光束の光路を結んで擬似光源を想定し、この擬似光源近傍に焦点を有するような双曲面或いは該双曲面に近似した非球面であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードアレイ光源。
前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記支持体に設けられた反射面で反射して前記集光レンズの入射面に至った光束が、略平行光束となって集光レンズに入射されるような入射面を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の発光ダイオードアレイ光源。
前記反射面は、前記擬似光源近傍に焦点を有する放物面或いは放物面に近似した非球面であることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードアレイ光源。
前記集光レンズは、前記発光ダイオード列に直交する方向において、前記発光ダイオードから放射されて前記集光レンズに入射した光束が、反射されて略平行光束となるような全反射面を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の発光ダイオードアレイ光源。
前記集光レンズは、前記入射面から入射された光束を放射する出射面を有し、前記出射面は、前記発光ダイオード列に直交する方向において、照射面で集光するように照射面近傍に焦点を有するような双曲面或いは該双曲面に近似した非球面であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の発光ダイオードアレイ光源。