JP2005088512A

JP2005088512A - 照明装置

Info

Publication number: JP2005088512A
Application number: JP2003328243A
Authority: JP
Inventors: Wataru Tejima; 渉手島; Yuichi Fujii; 雄一藤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】簡単な構成からなり、光源部の取り付けや交換の容易な、かつ、３色を超える光源を配置することのできる照明装置を得る。
【解決手段】複数のＬＥＤからなる発光素子群１，２，３を単一の基板１０に実装し、該基板１０と、平面ミラー２１と、ダイクロイックミラー２２，２３とを保持部材３０の中空部３１に取り付けた画像形成用の照明装置。発光素子群１から放射された光は平面ミラー２１にてＺ方向に反射され、ダイクロイックミラー２２，２３を透過する。発光素子群２から放射された光はダイクロイックミラー２２でＺ方向に反射され、ダイクロイックミラー２３を透過する。発光素子群３から放射された光はダイクロイックミラー２３でＺ方向に反射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、特に、感光体フィルムや電子写真用感光体に画像を形成するためのプリントヘッドに組み込まれる照明装置に関する。

従来、プリントヘッドに光源ユニットとして組み込まれる照明装置としては、特許文献１，２，３に開示されているように、ＲＧＢの三原色を一つの光軸上に合成するようにしたものが種々提供されている。この種の照明装置においては、各光源から放射された光の光軸を一致させるための色合成手段として、ダイクロイックプリズムあるいはダイクロイックミラーが使用されている。

しかしながら、従来の如く色合成手段としてダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーを用いた照明装置にあっては、ＲＧＢの各光源をプリズムやミラーの三面を取り囲むように配置しているため、色合成手段、各光源、被照射物への導光部材を複雑な構成で取り付ける必要があり、光源の冷却手段の設置も複雑になっていた。

また、光源の配置は３色が限度であり、それ以外の波長ないし特性を有する光源を設けることは不可能であった。
特開２０００−１１２０３１号公報特開２０００−３１０７４２号公報特開２００３−５２８６号公報

そこで、本発明の目的は、簡単な構成からなり、光源の取り付けや交換の容易な、かつ、３色を超える光源を配置することのできる照明装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、第１の発明に係る照明装置は、発光波長の異なる複数の発光素子群と、該発光素子群の制御・駆動手段と、各発光素子群から放射された光の光軸を略一致させるための光学素子からなる色合成手段と、を備え、前記発光素子群は単一の基板に取り付けられており、前記基板と前記色合成手段とが導光機能を有する中空部材にて保持されていること、を特徴とする。

また、第２の発明に係る照明装置は、少なくとも一つの発光素子と、該発光素子とは発光波長の異なる少なくとも一つの発光素子群と、前記発光素子及び前記発光素子群の制御・駆動手段と、前記発光素子及び発光素子群から放射された光の光軸を略一致させるための光学素子からなる色合成手段と、を備え、前記発光素子及び前記発光素子群は単一の基板に取り付けられており、前記基板と前記色合成手段とが導光機能を有する中空部材にて保持されていること、を特徴とする。特定の波長を放射する発光素子の出力が大きい場合、このような発光素子は群として設けることなく単独で設けてもよい。

本発明に係る照明装置においては、発光素子又は発光素子群を単一の基板に取り付け、この基板と色合成手段とを導光機能を有する中空部材に保持するようにしたため、非常に簡単な構成からなり、基板の取り付けや交換などの取扱いが容易になる。また、光源の冷却手段を簡単な構成で設けることも可能となる。さらに、発光素子又は発光素子群が平面的に配置されることにより、光源の発光波長は３種類に限定されることはなく、３色を超える光源を配置することができる。

本発明に係る照明装置において、発光素子及び発光素子群はそれらの光軸を略同じ方向に向けて単一の基板上に取り付けてもよい。さらに、発光素子又は発光素子群を被照射物の分光感度に合わせて配置することで、効率的な照明を行うことができる。

また、少なくとも一つの発光素子群には複数の発光素子が三次元的に配置されていてもよい。複数の発光素子を三次元的に配置すると群全体の照度が高くなり、照度の高い照明装置を得ることができる。あるいは、個々の発光強度の小さい発光素子であっても三次元的に配置することで、他の発光素子又は発光素子群との発光強度のバランスをとることができる。

さらに、本発明に係る照明装置において、前記色合成手段を反射ミラーとダイクロイックミラーとで構成すれば、コンパクトな構成で色合成を行うことができる。

また、前記中空部材は光拡散機能を有することが好ましい。照射平面において照明光の均一化を図ることができる。このような光拡散機能は中空部材の内面に光反射率の高い反射シート又は反射膜を設けることにより安価に達成できる。

さらに、発光素子又は発光素子群の出射開口部に、他の発光素子又は発光素子群から放射された光を反射する光学フィルタを設けてもよい。光の利用効率を高めることができる。

さらに、色合成手段の後段にインテグレータを備えていてもよく、照度むらのない良好な導光機能を達成することができる。このインテグレータを前記中空部材に保持させれば構成的に簡略化される。

また、本発明に係る照明装置においては、基板の近傍に冷却手段、例えば、冷却用の通風路、ファンを設けてもよく、あるいは、基板の近傍に温度検出手段と冷却手段とからなる温度調整手段を設けてもよい。

さらに、色合成手段に光強度検出手段を設け、該検出手段による検出結果を制御・駆動手段にフィードバックして発光素子又は発光素子群の出力を制御するようにしてもよい。出力の安定した照明装置とすることができる。

以下、本発明に係る照明装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

（実施例１、図１〜図３参照）
図１に実施例１としての照明装置の概略構成を示し、図２に保持部材３０、図３にＬＥＤを実装した基板１０を示す。この照明装置はフルカラーの印画紙上に画像を形成するためのものであり、複数のＬＥＤからなる発光素子群１，２，３を基板１０に実装し、色合成を行うための平面ミラー２１、ダイクロイックミラー２２，２３と基板１０とが中空部３１を有する保持部材３０にて一体的に保持されている。ダイクロイックミラー２２，２３は特定波長の光を透過し、他の波長の光を反射する周知の光学素子である。

発光素子群１，２，３は、それぞれの群ごとに、特定の波長の光を放射するＬＥＤからなる。各ＬＥＤは基板１０上に図３に示すように二次元的に配置され、制御・駆動回路５にてその発光状態が制御される。そして、基板１０は中空部３１の天井部開口に板ばね３９にて着脱可能に取り付けられており、取付けや取外しが容易である。また、ミラー２１，２２，２３は保持部材３０の中空部３１に接着剤で固定されている。

保持部材３０はアルミの押出し成形品からなり、中空部３１の内面には、光反射率の高い反射シートを貼り付けたり、光反射率の高い反射膜を蒸着、塗装、メッキ処理などで成膜し、導光／拡散機能を付与している。アルミ面を研磨処理して導光／拡散機能を付与してもよい。

発光素子群１，２，３はそれらの光軸をＹ方向に向けて基板１０に取り付けられており、放射された光束は平面ミラー２１及びダイクロイックミラー２２，２３にて光軸を一致させて出口部３２から出射し、図示しない印画紙を照明する。

即ち、発光素子群１から放射された光は平面ミラー２１にてＺ方向に反射され、ダイクロイックミラー２２，２３を透過し、出口部３２から出射される。発光素子群２から放射された光はダイクロイックミラー２２でＺ方向に反射され、ダイクロイックミラー２３を透過し、出口部３２から出射される。発光素子群３から放射された光はダイクロイックミラー２３でＺ方向に反射され、出口部３２から出射される。

なお、平面ミラー２１に代えて、全反射を利用した透光性のガラス製や樹脂製のプリズムを使用することができる。

各発光素子群１，２，３は制御・駆動回路５にて所定の周期で画像信号に基づいて階調や色調を制御して変調され、Ｙ方向に移動する図示しない印画紙上にＲＧＢの１画素ごとに画像を描画する。このような画像形成処理は周知であり、その説明は省略する。なお、各発光素子群１，２，３を同時に発光させ、合成された光を照明光として利用することも可能である。

本実施例１では、発光素子群１，２，３を１枚の平面基板１０に設け、この基板１０とミラー２１，２２，２３を保持部材３０に取り付けるという非常に簡単な構成が採用されており、基板１０の取り付けや交換が容易である。さらに、各ＬＥＤは光軸を同じ方向に向けて基板１０に設けられているため、各ＬＥＤを精度のよい位置関係で実装することができる。

また、発光素子群１，２，３に加えて他の特性を有する発光素子群をＺ方向に配置すれば、３種を超える光源を設けることが可能である。さらに、中空部３１が導光／拡散機能を備えていることから、出射平面において均一な光束での照明が可能である。

ところで、本実施例１では、発光素子として砲弾型レンズが一体成形されたＬＥＤを用いている。従って、各発光素子群１，２，３とミラー２１，２２，２３との間にシリンドリカルレンズアレイなどの光学素子を挿入すると、光束を所望の広がり角に制御することが可能である。但し、レンズなどの光学素子を備えていない発光素子を用いてもよいことは勿論である。

発光素子としては、ＬＥＤ以外に、レーザ、ＥＬ素子、蛍光管などを用いてもよく、それらを組み合わせて発光素子群を構成することも可能である。また、各発光素子群１，２，３の正面、即ち、出射開口部に拡散効果を有する部材を挿入することにより、照明の均一性を図ることも可能である。

ここで、発光素子群１，２，３の発光波長の選定について説明する。

一般的に、印画紙はＲＧＢと称される赤色、緑色及び青色の光に感度を有する三つの感光層を備えている。従って、印画紙露光用の照明装置では少なくともＲＧＢの３種類の発光波長が必要となる。本実施例１では、発光素子群１のＬＥＤは４７０ｎｍの中心波長、発光素子群２のＬＥＤは５３０ｎｍの中心波長、発光素子群３のＬＥＤは６９０ｎｍの中心波長で発光するものが採用されている。発光素子群２にあっては、５３０〜５５０ｎｍの中心波長で発光するＬＥＤを使用することで、５００〜５２０ｎｍの光による青色感光層の黄色発色の不具合を回避することができる。

また、印画紙の分光感度は一般的にＢ，Ｇ，Ｒの順に低くなる。そこで、本実施例１では、色合成手段（ミラー２１，２２，２３）での損失を考慮して、発光素子群３から放射された光が色合成手段を反射／透過する回数が最も少なくなるように配置した。被照射物の感度特性に合わせて各発光素子群を構成するＬＥＤの出力、中心波長、個数、実装密度、さらには、色合成手段の光学特性の組合せや配置を調整することによって、照明装置としての最適化が可能である。

例えば、中心波長がＲであるＬＥＤが中心波長ＧであるＬＥＤよりも出力が大きい場合、Ｇの出力が不足し、Ｒの出力に余裕があることになる。このような場合、発光素子群２と発光素子群３の位置を入れ替えると共に、ダイクロイックミラー２２を青色透過／赤色反射、ダイクロイックミラー２３を緑色反射／赤色と青色透過の特性のものに入れ替えることで、Ｒの出力を減少させ、Ｇの出力を大きくすることが可能である。

また、発光素子群１，２，３ごとに照度むらの程度が異なる場合、照度むらの大きい発光素子群から順番に出口部３２から遠い位置に配置することで、照度むらを減少させることができる。

（実施例２、図４及び図５参照）
図４に実施例２としての照明装置の概略構成を示し、図５に保持部材３０を示す。この照明装置は前記実施例１と同様にフルカラーの印画紙上に画像を形成するためのものである。図４において基板１０に実装されている発光素子群は図示されていないが、図１に示した発光素子群１，２，３と同様である。また、保持部材３０の中空部３１に設けたミラー２１、ダイクロイックミラー２２，２３も実施例１で示したものと同様であり、その説明は省略する。

基板１０は保持部材３０の凹所３８に位置決めされてねじ止めされており、この位置決めは切欠き部１１によって行われる（切欠き部１１の詳細は図９（Ｂ）参照）。切欠き部１１による位置決めは、基板１０を取り付ける際の位置決め基準の一例であり、このような位置決め部を設けることで、組付け時の位置精度が向上すると共に作業時間の短縮を図ることができる。

保持部材３０には中空部３１から比較的長い拡散部３３が延在され、その出口部３４には光ファイバアレイ４０の入射口金部４１が接続されている。拡散部３３の内面は中空部３１と切れ目のない反射面とされている。このように、中空部３１から拡散部３３にわたって切れ目のない反射面とすることで、光量損失を防止すると共に組立て時の調整工程を省くことができる。

光ファイバアレイ４０は入射口金部４１から入射した光束を出射口金部４２からライン状に出射し、図示しない印画紙を照明する。入射口金部４１は位置決めピン４３を保持部材３０の端面に設けた穴３５に嵌合させて位置決めし、かつ、ねじ穴３６にビス４４をねじ込むことで固定されている。

本実施例２においては、前記実施例１と同様の作用効果を奏し、かつ、保持部材３０に長い拡散部３３が設置されていることによって、光束の拡散性が高まり、より均一な照明光を得ることができる。

また、保持部材３０には、その出射端面から基板１０に至る部分に空気流路３７が形成されている。この空気流路３７に図示しない送風機などで空気を送り込むことで、発光素子群を効率よく冷却することができる。

（実施例３、図６〜図８参照）
図６に実施例３としての照明装置の概略構成を示し、図７に保持部材３０を示す。この照明装置は基本的には前記実施例２と同様の構成からなり、異なるのは、前記拡散部３３とした中空部にインテグレータ５０を配置した点である。

インテグレータ５０はガラスや樹脂などの透光性部材からなる柱状体であり、入射面５１から入射した光束を内面で全反射させて出射面５２へ導く。このようなインテグレータ５０を設けることで、前記拡散部３３と同様に光束を効率よく拡散し、均一な照明光を得ることができる。なお、インテグレータ５０の入射面５１及び出射面５２に光学薄膜を形成して反射防止処理を施せば、反射損失を減少させることができる。

ところで、本発明に係る照明装置では、ミラー２１，２２，２３で光束を折り返すため、インテグレータ５０の入射面５１での照度分布は、図８（Ｂ）に示すように、Ｙ方向にむら（照度の減少）が生じる。ちなみに、Ｘ方向には図８（Ａ）に示すように照度むらを生じることはない。

Ｙ方向の−Ａ付近での照度の落込みは、ＬＥＤから放射された光束のうちミラー２１，２２，２３で反射されない光束が存在するためである。Ｙ方向Ａ付近での照度の落込みは、ミラー２１，２２，２３で反射した光束のうちＬＥＤへ向かう光束が生じて、ＬＥＤで吸収や拡散されて光量損失が発生するためである。

このような不具合を解消するためには、インテグレータ５０をＸ方向には寸法２Ａとするも、Ｙ方向には最大で寸法２Ｂ（２Ｂ＜２Ａ）とし、光軸Ｏを中心として配置すれば、むらのない部分の光束のみがインテグレータ５０に入射する。この場合、インテグレータ５０に入射する光束の絶対量は減少するが、出射面５２での光束密度は増加することになり、出射面５２での照度を向上させることができる。

（実施例４、図９参照）
図９に実施例４としての照明装置の発光素子群１，２，３及び基板１０を示す。他の構成は前記実施例１，２，３のいずれかと同様である。本実施例４においては、発光素子群３に関して複数のＬＥＤを基板１０上に三次元的に配置している。これにて、ＬＥＤを二次元的に配置した場合と比較して発光出力を高めることができる。勿論、発光素子群１及び／又は発光素子群２においてもＬＥＤを三次元的に配置してもよい。

（実施例５、図１０参照）
図１０に実施例５としての照明装置の発光素子群及び基板１０を示す。他の構成は前記実施例１，２，３のいずれかと同様である。本実施例５においては、発光素子群３に関して一つのＬＥＤを配置している。一つのＬＥＤのみであっても必要な発光出力が得られるのであれば、単独のＬＥＤで簡単な構成とすることができる。勿論、発光素子群１及び／又は発光素子群２においても一つのＬＥＤで構成してもよい。

（実施例６、図１１及び図１２参照）
図１１に実施例６としての照明装置を示す。この照明装置は基本的には前記実施例１と同様の構成を有し、図１１において図１と同じ部材、部分には共通の符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施例６は前記実施例１に対して、さらに、基板１０の温度調整機構６０及び発光素子群３以外からの光束を反射する光学フィルタ５５及び光検出素子６５を設けたものである。

温度調整機構６０は、ペルチェ冷却ユニット６１、冷却ユニット制御回路６２、熱伝導性シリコンゴム６３及びサーミスタ６４から構成されている。ペルチェ冷却ユニット６１は熱伝導性シリコンゴム６３を介して基板１０に熱的に接触している。サーミスタ６４にて基板１０の温度を検出し、検出温度が所定の温度以上に上昇した場合、制御回路６２にてペルチェ冷却ユニット６１を動作させ、基板１０を冷却する。

このように、基板１０（発光素子群１，２，３）の温度をほぼ一定に保つことにより、各ＬＥＤの出力変動や発光波長のシフトを抑えることができ、照明装置としての信頼性が向上する。また、サーミスタ６４にて基板１０の温度異常を検出した場合、制御回路６２は発光素子群１，２，３の出力を停止させるように構成されている。

各発光素子群１，２，３を保持する基板１０を単一の基板で構成することにより、簡単な構成の温度調整機構６０によってＬＥＤを冷却することができる。なお、冷却ユニットとしては、電子冷却素子（ペルチェ冷却ユニット６１）以外に、ファンを用いた空冷などの冷却手段を採用することも可能である。

ところで、図１に示した実施例１において、ダイクロイックミラー２３を透過した光束のうち発光素子群３に向かう光束は発光素子群３のＬＥＤで吸収あるいは拡散されて光量損失となる。このような光量損失を改善するために、本実施例６では発光素子群３の出射開口部に光学フィルタ５５を設けた。

光学フィルタ５５の光学特性は、図１２に示すように、発光素子群３から放射された光（Ｒ）を透過させ、発光素子群１，２から放射された光（Ｂ，Ｇ）を反射するようになっている。このような光学フィルタ５５を設けることで、発光素子群１，２から放射された光束を無駄なく被照明物に利用することができる。

この種の光学フィルタとしては、ダイクロイックフィルタ又は直交方向に入射した光を透過する一方でそれ以外の入射光を反射する光学膜を施したガラス板などを使用することができる。図１１に示した光学フィルタ５５はダイクロイックフィルタを用いた例を示し、この場合、フィルタ５５の大きさは発光素子群３の出射開口部と同じ大きさであることが好ましく、それよりも小さくてもよい。前記光学膜を施したガラス板を用いる場合は、発光素子群１，２，３の全ての出射開口部を覆う、あるいは個別に覆うガラス板を用いることができる。

光検出素子６５は、保持部材３０に底面部であって発光素子群３に対向する位置に形成した穴部に設けられており、その検出出力は制御・駆動回路５にフィードバックするように構成されている。光検出素子６５としては、ＳＰＣ，ＣＣＤなどを用いることができる。

光検出素子６５ではダイクロイックミラー２３で反射される発光素子群１，２からの光及び該ミラー２３を透過した発光素子群３からの光を検出する。従って、発光素子群１，２，３を順次駆動し、該駆動に同期して光検出素子６５の出力をモニタすることで、各色の出力を補正することで、出力光の安定化や色ごとの光量調整が可能である。

また、光検出素子６５はダイクロイックミラー２３との間に干渉フィルタなどの波長帯域制限手段を設けることにより、特定波長の光のみの出力を検出することも可能である。

（他の実施例）
なお、本発明に係る照明装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、各発光素子群でのＬＥＤの配置や基板の詳細な構造、あるいは、保持部材の細部の構成は任意である。また、光源部に関しては、３色を超える光源を基板１０にＺ方向に設けることが可能である。

本発明の実施例１である照明装置の概略構成を示す断面図である。前記実施例１における保持部材を示す側面図である。前記実施例１における基板及び発光素子群を示す底面図である。本発明の実施例２である照明装置の概略構成を示す断面図である。前記実施例２における保持部材を示す側面図である。本発明の実施例３である照明装置の概略構成を示す断面図である。前記実施例３における保持部材を示す側面図である。前記実施例３におけるインテグレータの入射面での照度分布を示すグラフである。本発明の実施例４である照明装置における基板及び発光素子群を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図である。本発明の実施例５である照明装置における基板及び発光素子群を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図である。本発明の実施例６である照明装置の概略構成を示す断面図である。前記実施例６における光学フィルタの特性を示すグラフである。

符号の説明

１，２，３…発光素子群
５…制御・駆動回路
１０…基板
２１…平面ミラー
２２，２３…ダイクロイックミラー
３０…保持部材
３１…中空部
３３…拡散部
５０…インテグレータ
５５…光学フィルタ
６０…温度調整機構
６１…ペルチェ冷却ユニット
６４…サーミスタ
６５…光検出素子

Claims

発光波長の異なる複数の発光素子群と、該発光素子群の制御・駆動手段と、各発光素子群から放射された光の光軸を略一致させるための光学素子からなる色合成手段と、を備え、
前記発光素子群は単一の基板に取り付けられており、
前記基板と前記色合成手段とが導光機能を有する中空部材にて保持されていること、
を特徴とする照明装置。
少なくとも一つの発光素子と、該発光素子とは発光波長の異なる少なくとも一つの発光素子群と、前記発光素子及び前記発光素子群の制御・駆動手段と、前記発光素子及び発光素子群から放射された光の光軸を略一致させるための光学素子からなる色合成手段と、を備え、
前記発光素子及び前記発光素子群は単一の基板に取り付けられており、
前記基板と前記色合成手段とが導光機能を有する中空部材にて保持されていること、
を特徴とする照明装置。
前記発光素子及び前記発光素子群はそれらの光軸を略同じ方向に向けて前記基板上に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
少なくとも一つの前記発光素子群には複数の発光素子が三次元的に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記色合成手段を構成する光学素子は、反射ミラーとダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記中空部材は光拡散機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記中空部材の内面には光反射率の高い反射シート又は反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項６に記載の照明装置。
前記発光素子又は前記発光素子群の出射開口部に、他の発光素子又は発光素子群から放射された光を反射する光学フィルタを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記色合成手段の後段にインテグレータを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記インテグレータは前記中空部材に保持されていることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
前記基板の近傍に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記基板の近傍に温度検出手段と冷却手段とからなる温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記色合成手段に光強度検出手段を設け、該検出手段による検出結果を前記制御・駆動手段にフィードバックして前記発光素子又は前記発光素子群の出力を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。