JP6273925B2 - 発光モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、光源部と被光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させながら光を照射する光照射装置用の光源として用いられる発光モジュールに関する。
近年、例えばＬＥＤ素子よりなる複数の発光素子が同一平面上に配列されてなる線状または面状の光源装置の開発が進んでおり、このような光源装置は、光処理装置、検査用装置、医療用装置などに利用されている。
このような光源装置においては、より高出力の光を得るために、単位面積あたりの発光素子の実装密度をより高くすることや、各々の発光素子からの光の取出し効率を向上させることなどが求められている。
一般に、発光素子からの光の取出し効率を向上させるための技術として、基板の一面上に配置された発光素子を例えばレンズ作用を有する透光性樹脂層によって封止する構造とすることが行われている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。
例えば、特許文献１には、図１０に示すように、給電用配線を有する基板４１の一面４２上に実装されたＬＥＤチップよりなる発光素子４５がレンズ作用を有する透光性樹脂よりなる封入材４８によって封止された構造とされた発光モジュール４０ａが記載されている。
また、特許文献２には、図１１に示すように、基板４１の一面４２上に複数の発光素子４５が実装された発光モジュール４０ｂにおいて、複数の発光素子４５が一次元的に並んで配置され、各々の発光素子４５に対応するレンズ部５１が一体的に形成された、透光性樹脂よりなるレンズアレイ５０が各々の発光素子４５を覆うよう設けられた構造とされることが記載されている。
例えば、特許文献１には、図１０に示すように、給電用配線を有する基板４１の一面４２上に実装されたＬＥＤチップよりなる発光素子４５がレンズ作用を有する透光性樹脂よりなる封入材４８によって封止された構造とされた発光モジュール４０ａが記載されている。
また、特許文献２には、図１１に示すように、基板４１の一面４２上に複数の発光素子４５が実装された発光モジュール４０ｂにおいて、複数の発光素子４５が一次元的に並んで配置され、各々の発光素子４５に対応するレンズ部５１が一体的に形成された、透光性樹脂よりなるレンズアレイ５０が各々の発光素子４５を覆うよう設けられた構造とされることが記載されている。
而して、上述したように、基板上に複数の発光素子を実装させた発光モジュールにおいては、高出力の光を得るために、発光素子の実装密度を高めることが求められている。
また、光処理装置や、検査用、医療用装置においては、発光モジュールを備えた光源部および被照射対象物の一方を他方に対して一方向に相対的に移動ないしは走査駆動させ、光源部と被照射対象物の位置関係を相対的に変化させながら光を照射する構成のものがあり、このような装置においては、光源部の高出力化だけでなく、被照射対象物における光照射面での光の積算照度（ＤＯＳＥ量）を高めることが求められている。
また、光処理装置や、検査用、医療用装置においては、発光モジュールを備えた光源部および被照射対象物の一方を他方に対して一方向に相対的に移動ないしは走査駆動させ、光源部と被照射対象物の位置関係を相対的に変化させながら光を照射する構成のものがあり、このような装置においては、光源部の高出力化だけでなく、被照射対象物における光照射面での光の積算照度（ＤＯＳＥ量）を高めることが求められている。
このような要請に対して、例えば発光素子を封止するレンズ作用を有する構成部材の形状の適正化を図ることが考えられるが、当該構成部材が単一の発光素子の光出力が高くなるよう設計された例えばレンズ形状であっても、必ずしも、発光モジュールによる光照射面における積算照度を十分に高くすることができないことが判明した。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光素子の実装密度を高くして単位面積当たりの光取り出し効率を向上させることができ、光照射領域において高い積算照度を得ることのできる発光モジュールを提供することにある。
本発明の発光モジュールは、光源を備えた光源部の被光照射対象物に対する位置関係を相対的に変化させながら光を照射する光照射装置の当該光源として用いられる発光モジュールであって、
基板と、当該基板上において一方向に並ぶよう設けられた複数の発光素子と、当該発光素子の各々を封止する共通の封止レンズとを備えており、
前記封止レンズは、各々凸状の曲面よりなる出射面を有し、前記発光素子の各々に対応する複数のレンズ部が、前記一方向に連設されて構成されており、
前記封止レンズにおける各レンズ部は、
前記一方向における発光素子のピッチ幅をＤｐとするとき、出射面の曲率半径（Ｒ）が、０．５Ｄｐ＜Ｒ≦０．７５Ｄｐを満足する範囲内において、
前記一方向に沿った前記基板に垂直な断面において、一の発光素子に対応するレンズ部の出射面と当該一の発光素子に隣接する他の発光素子に対応するレンズ部の出射面との接点（Ｔ）と、当該一の発光素子の発光面における当該発光素子の中心軸（Ｃ）上の点（Ｐ）とを結ぶ仮想直線（Ｘ）の、当該一の発光素子の中心軸に対してなす角度θ〔°〕が、０．７≦（２πＲ×θ／３６０）≦１．７の関係を満たす状態で、
形成されており、
前記複数の発光素子の並ぶ方向が、前記光照射装置における前記光源部の前記被光照射対象物に対する位置関係が変化される方向と一致する状態で用いられることを特徴とする。
基板と、当該基板上において一方向に並ぶよう設けられた複数の発光素子と、当該発光素子の各々を封止する共通の封止レンズとを備えており、
前記封止レンズは、各々凸状の曲面よりなる出射面を有し、前記発光素子の各々に対応する複数のレンズ部が、前記一方向に連設されて構成されており、
前記封止レンズにおける各レンズ部は、
前記一方向における発光素子のピッチ幅をＤｐとするとき、出射面の曲率半径（Ｒ）が、０．５Ｄｐ＜Ｒ≦０．７５Ｄｐを満足する範囲内において、
前記一方向に沿った前記基板に垂直な断面において、一の発光素子に対応するレンズ部の出射面と当該一の発光素子に隣接する他の発光素子に対応するレンズ部の出射面との接点（Ｔ）と、当該一の発光素子の発光面における当該発光素子の中心軸（Ｃ）上の点（Ｐ）とを結ぶ仮想直線（Ｘ）の、当該一の発光素子の中心軸に対してなす角度θ〔°〕が、０．７≦（２πＲ×θ／３６０）≦１．７の関係を満たす状態で、
形成されており、
前記複数の発光素子の並ぶ方向が、前記光照射装置における前記光源部の前記被光照射対象物に対する位置関係が変化される方向と一致する状態で用いられることを特徴とする。
本発明の発光モジュールによれば、封止レンズにおける各々のレンズ部が、出射面の曲率半径Ｒが発光素子のピッチ幅Ｄｐとの関係において設定された特定の範囲内の大きさとされたものにおいて、出射面の疑似的な周長を示す指標（２πＲ×θ／３６０）が特定の範囲内の大きさで形成されていることにより、レンズ部の機能を著しく悪化させることなく、発光素子のピッチ幅が可及的に小さいもの（単位面積あたりの発光素子の実装密度が高いもの）として構成することができる。従って、発光素子からの光の取り出し効率を向上させることができ、当該発光モジュールを発光素子の配列方向に移動ないしは走査駆動させたときに、光照射領域において高い積算照度を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の発光モジュールは、当該発光モジュールを備えた光源部および被照射対象物の一方を他方に対して一方向に相対的に移動ないしは走査駆動させ、光源部と被照射対象物の位置関係を相対的に変化させながら光を照射する光照射装置の光源として好適に用いられる。
本発明の発光モジュールは、当該発光モジュールを備えた光源部および被照射対象物の一方を他方に対して一方向に相対的に移動ないしは走査駆動させ、光源部と被照射対象物の位置関係を相対的に変化させながら光を照射する光照射装置の光源として好適に用いられる。
図１は、本発明の発光モジュールの一例における構成の概略を示す平面図である。図２は、図１に示す発光モジュールの一部を示す一方向に沿った断面図である。
この発光モジュール１０ａにおいては、絶縁性材料よりなる基板１１の一面１２上に、各々例えば平面形状が矩形のＬＥＤチップよりなる複数の発光素子１５が縦横に並んだ状態で実装されている。具体的には例えば、基板１１の一面１２上において仮想的に設定した平面格子（例えば長方格子）の各格子点上に発光素子１５が配置されている。そして、隣接する発光素子１５の中心間距離（ピッチ幅）が最小となる発光素子１５の配列方向に延びる格子軸上の各格子点に位置される複数の発光素子１５によって前記一方向に延びる発光素子列１７が構成されており、発光素子列１７を構成する発光素子１５の各々からの光が光照射面において積算されて照射される。以下、本発明においては、便宜上、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５からの光が積算されて照射される方向である前記一方向（図１における上下方向）を「Ｘ方向（ＤＯＳＥ方向）」、平面視においてＤＯＳＥ方向に垂直な方向（図１における左右方向）を「Ｙ方向」、基板１１に垂直な方向（図１における紙面に垂直な方向）を「Ｚ」方向というものとする。
この発光モジュール１０ａにおいては、絶縁性材料よりなる基板１１の一面１２上に、各々例えば平面形状が矩形のＬＥＤチップよりなる複数の発光素子１５が縦横に並んだ状態で実装されている。具体的には例えば、基板１１の一面１２上において仮想的に設定した平面格子（例えば長方格子）の各格子点上に発光素子１５が配置されている。そして、隣接する発光素子１５の中心間距離（ピッチ幅）が最小となる発光素子１５の配列方向に延びる格子軸上の各格子点に位置される複数の発光素子１５によって前記一方向に延びる発光素子列１７が構成されており、発光素子列１７を構成する発光素子１５の各々からの光が光照射面において積算されて照射される。以下、本発明においては、便宜上、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５からの光が積算されて照射される方向である前記一方向（図１における上下方向）を「Ｘ方向（ＤＯＳＥ方向）」、平面視においてＤＯＳＥ方向に垂直な方向（図１における左右方向）を「Ｙ方向」、基板１１に垂直な方向（図１における紙面に垂直な方向）を「Ｚ」方向というものとする。
基板１１の一面１２上には、発光素子列１７ごとに、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５の各々を封止する共通の封止レンズ２０が設けられている。
各々の封止レンズ２０は、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５が埋没する状態で発光素子１５の周辺領域を覆うよう設けられた基台部２１と、基台部２１の一面２２に底面２７が連続する各発光素子１５に対応する複数のレンズ部２５とを有している。各レンズ部２５は凸状の曲面よりなる出射面２６を有し、出射面２６を構成する球面に係る曲率中心Ｏが基台部２１の一面２２上に位置され、その光軸Ｌが対応する発光素子１５の中心軸Ｃと一致する状態で形成されている。ここに、発光素子１５の中心軸Ｃとは、発光素子１５の発光面１６の中央位置において法線方向に延びる軸をいう。
各レンズ部２５は、例えば半球ないしは球欠高さが曲率半径Ｒより小さい球欠体の一部により構成されており、Ｘ方向に隣接するものが連設されている。この例におけるレンズ部２５は、いずれも同一の形状（出射面２６の曲率半径Ｒおよび球欠高さが同一の大きさ）を有している。
各々の封止レンズ２０は、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５が埋没する状態で発光素子１５の周辺領域を覆うよう設けられた基台部２１と、基台部２１の一面２２に底面２７が連続する各発光素子１５に対応する複数のレンズ部２５とを有している。各レンズ部２５は凸状の曲面よりなる出射面２６を有し、出射面２６を構成する球面に係る曲率中心Ｏが基台部２１の一面２２上に位置され、その光軸Ｌが対応する発光素子１５の中心軸Ｃと一致する状態で形成されている。ここに、発光素子１５の中心軸Ｃとは、発光素子１５の発光面１６の中央位置において法線方向に延びる軸をいう。
各レンズ部２５は、例えば半球ないしは球欠高さが曲率半径Ｒより小さい球欠体の一部により構成されており、Ｘ方向に隣接するものが連設されている。この例におけるレンズ部２５は、いずれも同一の形状（出射面２６の曲率半径Ｒおよび球欠高さが同一の大きさ）を有している。
基板１１を構成する絶縁性材料としては、例えば、窒化アルミニウム、アルミナセラミックス、ガラス繊維補強型エポキシ樹脂、シリコン（ＳｉＯ２）などを例示することができる。
また、封止レンズ２０の構成材料としては、例えば、石英ガラスやホウ珪酸ガラスなどのガラス材、あるいは、シリコーン樹脂、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透光性樹脂材料などを例示することができる。
また、封止レンズ２０の構成材料としては、例えば、石英ガラスやホウ珪酸ガラスなどのガラス材、あるいは、シリコーン樹脂、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などの透光性樹脂材料などを例示することができる。
上記の発光モジュール１０ａの構成例を示すと、各々の発光素子１５は、発光面１６の縦横の寸法がそれぞれ０．３〜１．４ｍｍの範囲内のものであり、発光素子列１７を構成する発光素子１５のピッチ幅（Ｘ方向に隣接する発光素子１５の中心間距離）Ｄｐが例えば０．４〜５．０ｍｍであり、発光素子列１７間の離間距離（隣接する発光素子列１７におけるＹ方向に隣接する発光素子１５の中心間距離）Ｌｐが例えば０．３〜６．０ｍｍ、レンズ部２５の外径（レンズ部２５の底面におけるＹ方向の寸法）が０．９〜１１．０ｍｍである。
而して、上記の発光モジュール１０ａにおいては、各々の封止レンズ２０における各レンズ部２５は、出射面２６の曲率半径Ｒが０．５Ｄｐ＜Ｒ≦０．７５Ｄｐを満足する状態で形成されている。
また、各々の封止レンズ２０における各レンズ部２５は、図２に示すように、Ｘ方向に沿った基板１１に垂直な断面において、一の発光素子１５ｂに対応するレンズ部２５ｂの出射面２６と当該一の発光素子１５ｂに隣接する他の発光素子１５ｃに対応するレンズ部２５ｃの出射面２６との接点Ｔと、当該一の発光素子１５ｂの発光面１６における当該発光素子１５ｂの中心軸Ｃ上の点Ｐとを結ぶ仮想直線Ｘの、当該一の発光素子１５ｂの中心軸Ｃに対してなす角度θ〔°〕が、０．７≦（２πＲ×θ／３６０）≦１．７の関係を満たす状態で、形成されている。ここに、Ｒは、上記特定の範囲内で設定された曲率半径〔ｍｍ〕であり、（２πＲ×θ／３６０）は、レンズ部２５の出射面２６の疑似的な周長を示す指標である。
以下、特定のものを説明する場合を除いて、発光素子には符号「１５」、レンズ部には符号「２５」が付してある。
また、同一の発光素子列１７に属する他の隣接する発光素子、例えば発光素子１５ａ，１５ｂについても、当該発光素子１５ａ，１５ｂに対応するレンズ部２５ａ，２５ｂが、出射面２６の曲率半径Ｒが発光素子１５のピッチ幅Ｄｐとの関係において設定された特定の範囲内の大きさとされたものにおいて、出射面２６の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさとされた特定の形状で形成されている。
また、各々の封止レンズ２０における各レンズ部２５は、図２に示すように、Ｘ方向に沿った基板１１に垂直な断面において、一の発光素子１５ｂに対応するレンズ部２５ｂの出射面２６と当該一の発光素子１５ｂに隣接する他の発光素子１５ｃに対応するレンズ部２５ｃの出射面２６との接点Ｔと、当該一の発光素子１５ｂの発光面１６における当該発光素子１５ｂの中心軸Ｃ上の点Ｐとを結ぶ仮想直線Ｘの、当該一の発光素子１５ｂの中心軸Ｃに対してなす角度θ〔°〕が、０．７≦（２πＲ×θ／３６０）≦１．７の関係を満たす状態で、形成されている。ここに、Ｒは、上記特定の範囲内で設定された曲率半径〔ｍｍ〕であり、（２πＲ×θ／３６０）は、レンズ部２５の出射面２６の疑似的な周長を示す指標である。
以下、特定のものを説明する場合を除いて、発光素子には符号「１５」、レンズ部には符号「２５」が付してある。
また、同一の発光素子列１７に属する他の隣接する発光素子、例えば発光素子１５ａ，１５ｂについても、当該発光素子１５ａ，１５ｂに対応するレンズ部２５ａ，２５ｂが、出射面２６の曲率半径Ｒが発光素子１５のピッチ幅Ｄｐとの関係において設定された特定の範囲内の大きさとされたものにおいて、出射面２６の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさとされた特定の形状で形成されている。
この発光モジュール１０ａにおいては、図２に示すように、一の発光素子１５ｂから放射された光は、当該一の発光素子１５ｂに対応するレンズ部２５ｂの出射面２６、あるいは、隣接する他の発光素子１５ｃに対応するレンズ部２５ｃの出射面２６によって屈折されて出射される。
而して、上記構成の発光モジュール１０ａによれば、基本的には、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５から封止レンズ２０を介して照射される光が光照射領域において重畳されて互いに補償し合うことにより、Ｘ方向において均一性の高い照度分布が得られる。しかも、各々の封止レンズ２０における各レンズ部２５が、出射面２６の曲率半径Ｒが上記特定の範囲内において、出射面２６の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさで形成された構成とされていることにより、発光モジュール１０ａを、レンズ部２５の機能を著しく悪化させることなく、発光素子列１７における発光素子１５のピッチ幅Ｄｐが可及的に小さいもの（単位面積あたりの発光素子１５の実装密度が高いもの）として構成することができる。このため、発光素子１５からの光の取り出し効率を向上させることができ、後述する実験例の結果に示されるように、当該発光モジュール１０ａをＸ方向に移動ないしは走査駆動させたときに、光照射領域において高い積算照度（ＤＯＳＥ量）を得ることができる。
上述したように、本発明に係る発光モジュールは、当該発光モジュールを備えた光源部および被照射対象物の一方を他方に対して相対的に移動ないしは走査駆動させ、光源部と被照射対象物の位置関係を相対的に変化させながら光を照射する光照射装置の光源として好適に用いられる。以下、本発明の発光モジュールの具体的な適用例を示す。
図３は、本発明の発光モジュールを光源として備えた光照射装置に係る光処理装置の一例における構成の概略を示す図である。
この光処理装置は、機枠（図示せず）に固定されて設けられた光源部３０と、この光源部３０による光照射領域を通過するよう被照射対象物Ｗを一方向に搬送する搬送機構３１とを備えている。光源部３０においては、上記の発光モジュール１０ａが、発光素子列１７を構成する発光素子１５の配列方向（Ｘ方向）が被照射対象物Ｗの移動方向（塗りつぶされた矢印で示す。）と一致する状態で、設けられている。
この光処理装置は、機枠（図示せず）に固定されて設けられた光源部３０と、この光源部３０による光照射領域を通過するよう被照射対象物Ｗを一方向に搬送する搬送機構３１とを備えている。光源部３０においては、上記の発光モジュール１０ａが、発光素子列１７を構成する発光素子１５の配列方向（Ｘ方向）が被照射対象物Ｗの移動方向（塗りつぶされた矢印で示す。）と一致する状態で、設けられている。
図４は、本発明の発光モジュールを光源として備えた光照射装置に係るインクジェットプリンターの構成の概略を示す斜視図である。
このインクジェットプリンターは、適宜の搬送手段によって搬送される例えば紙などのプリントメディアＭにインクを噴出するインクジェットヘッド３５と、インクジェットヘッド３５の両側に配置された光源部３６とを備えている。インクジェットヘッド３５および光源部３６は、プリントメディアＭより所定間隔だけ上方の位置においてガイドレール３７に懸架されて設けられており、平面視にて、プリントメディアＭの搬送方向（副走査方向，Ｙ方向）に垂直な方向（主走査方向，Ｘ方向）に走査駆動される。各光源部３６においては、上記の発光モジュール１０ａが、発光素子列１７を構成する発光素子１５の配列方向（Ｘ方向）が主走査方向と一致する状態で、設けられている。なお、この例における発光モジュール１０ａは、例えば発光素子１５として紫外線域に発光波長を有するＬＥＤチップが用いられてなるものが用いられる。
このインクジェットプリンターは、適宜の搬送手段によって搬送される例えば紙などのプリントメディアＭにインクを噴出するインクジェットヘッド３５と、インクジェットヘッド３５の両側に配置された光源部３６とを備えている。インクジェットヘッド３５および光源部３６は、プリントメディアＭより所定間隔だけ上方の位置においてガイドレール３７に懸架されて設けられており、平面視にて、プリントメディアＭの搬送方向（副走査方向，Ｙ方向）に垂直な方向（主走査方向，Ｘ方向）に走査駆動される。各光源部３６においては、上記の発光モジュール１０ａが、発光素子列１７を構成する発光素子１５の配列方向（Ｘ方向）が主走査方向と一致する状態で、設けられている。なお、この例における発光モジュール１０ａは、例えば発光素子１５として紫外線域に発光波長を有するＬＥＤチップが用いられてなるものが用いられる。
このような装置においては、光源として用いられる発光モジュール１０ａが、被照射対象物に形成される光照射領域において高い積算照度が得られるものであるので、所期の光照射処理を効率よく行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、封止レンズにおける各々のレンズ部が、出射面の曲率半径が発光素子のピッチ幅との関係において設定された特定の範囲内の大きさとされたものにおいて、出射面の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさとされた特定の形状で形成されていれば、発光素子の配置パターンは、上記実施形態のものに限定されるものではない。
例えば、封止レンズにおける各々のレンズ部が、出射面の曲率半径が発光素子のピッチ幅との関係において設定された特定の範囲内の大きさとされたものにおいて、出射面の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさとされた特定の形状で形成されていれば、発光素子の配置パターンは、上記実施形態のものに限定されるものではない。
図５は、本発明の発光モジュールの他の例における構成の概略を示す平面図である。この例における発光モジュール１０ｂにおいては、複数の発光素子１５が千鳥状（斜方格子状）に配置されており、一の発光素子列１７ａ（以下、特定のものを説明する場合を除いて、符号「１７」が付してある。）が、隣接する他の発光素子列１７ｂに対して、発光素子列１７における発光素子１５の配列方向（Ｘ方向）に変位して位置されている。ここに、各発光素子列１７における発光素子１５のピッチ幅Ｄｐは同一の大きさであり、また、隣接する発光素子列１７ａ，１７ｂ間の離間距離（Ｙ方向に隣接する発光素子１５の中心間距離）Ｌｐは、同一の大きさである。
そして、基板１１の一面１２上に、発光素子列１７ごとに、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５を封止する共通の封止レンズ２０が設けられている。
また、図６に示すように、各発光素子列１７に係る封止レンズ２０がＹ方向においても互いに連設されて形成された構成とされていてもよい。
このような構成の発光モジュール１０ｃによれば、単位面積当たりの発光素子１５の実装密度を更に高くすることができるので、上記効果を一層確実に得ることができる。
そして、基板１１の一面１２上に、発光素子列１７ごとに、発光素子列１７を構成する複数の発光素子１５を封止する共通の封止レンズ２０が設けられている。
また、図６に示すように、各発光素子列１７に係る封止レンズ２０がＹ方向においても互いに連設されて形成された構成とされていてもよい。
このような構成の発光モジュール１０ｃによれば、単位面積当たりの発光素子１５の実装密度を更に高くすることができるので、上記効果を一層確実に得ることができる。
さらにまた、図１に示す発光モジュール１０においては、各発光素子列１７に係る封止レンズ２０における各レンズ部２５が、出射面２６の曲率半径Ｒが上記特定の範囲内において、出射面２６の疑似的な周長が特定の範囲内の大きさで形成されていれば、各レンズ部２５の形状が互いに異なる構成とされていてもよく、また、図７に示すように、各々の発光素子列１７に係る封止レンズ２０が互いに異なる形状（サイズ）で形成された構成とされていてもよい。
図７に示す発光モジュール１０ｄにおいては、基板１１のＹ方向（発光素子列１７の並ぶ方向）の中央側に位置される発光素子列１７に係る封止レンズ２０ほど各レンズ部２５の外径が大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成された構成とされている。
この例における発光モジュール１０ｄによれば、光照射領域における全体の照射光量を均一にすること（均一性を高くすること）ができる。この理由は、次に示す通りである。すなわち、図１に示す構成の発光モジュール（各レンズ部２５が同一の外径）１０ａにおいては、光照射領域においてＹ方向中央領域の照度（光量）が端部領域の照度（光量）より高くなる照度分布を有する。然るに、後述する実験例の結果に示されるように、レンズ部２５の曲率半径Ｒが大きくなるに従って積算照度（ＤＯＳＥ量）が低下する。従って、基板１１のＹ方向の端部に位置される発光素子列１７ａに係る封止レンズ２０ａのレンズ部２５ａの外径より、当該発光素子列１７ａに隣接する発光素子列１７ｂに係る封止レンズ２０ｂのレンズ部２５ｂの外径を大きくし、当該発光素子列１７ｂに隣接する発光素子列１７ｃに係る封止レンズ２０ｃのレンズ部２５ｃの外径をさらに大きくすることにより、基板１１のＹ方向中央部からの光量が端部からの光量と同程度となるよう小さく抑制されるためである。
図７に示す発光モジュール１０ｄにおいては、基板１１のＹ方向（発光素子列１７の並ぶ方向）の中央側に位置される発光素子列１７に係る封止レンズ２０ほど各レンズ部２５の外径が大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成された構成とされている。
この例における発光モジュール１０ｄによれば、光照射領域における全体の照射光量を均一にすること（均一性を高くすること）ができる。この理由は、次に示す通りである。すなわち、図１に示す構成の発光モジュール（各レンズ部２５が同一の外径）１０ａにおいては、光照射領域においてＹ方向中央領域の照度（光量）が端部領域の照度（光量）より高くなる照度分布を有する。然るに、後述する実験例の結果に示されるように、レンズ部２５の曲率半径Ｒが大きくなるに従って積算照度（ＤＯＳＥ量）が低下する。従って、基板１１のＹ方向の端部に位置される発光素子列１７ａに係る封止レンズ２０ａのレンズ部２５ａの外径より、当該発光素子列１７ａに隣接する発光素子列１７ｂに係る封止レンズ２０ｂのレンズ部２５ｂの外径を大きくし、当該発光素子列１７ｂに隣接する発光素子列１７ｃに係る封止レンズ２０ｃのレンズ部２５ｃの外径をさらに大きくすることにより、基板１１のＹ方向中央部からの光量が端部からの光量と同程度となるよう小さく抑制されるためである。
さらにまた、このような構成のものにおいては、図８に示すように、発光素子列１７を構成する発光素子１５の数が発光素子列１７毎に異なる構成とされていてもよい。この例における発光モジュール１０ｅにおいては、基板１１のＹ方向（発光素子列の並ぶ方向）の中央側に位置される発光素子列１７ほど、発光素子列１７を構成する発光素子１５の数が少なくなる（実装密度が小さくなる）状態で、発光素子１５が配置されている。すなわち、基板１１のＹ方向の端部に位置される発光素子列１７ａを構成する発光素子１５のピッチ幅Ｄｐａより、当該発光素子列１７ａに隣接する発光素子列１７ｂを構成する発光素子１５のピッチ幅Ｄｐｂが大きく、当該発光素子列１７ｂに隣接する発光素子列１７ｃを構成する発光素子１５のピッチ幅Ｄｐｃがさらに大きくなる状態で、発光素子１５が配置されている。ここに、隣接する発光素子列１７間の離間距離（Ｙ方向に隣接する発光素子１５の中心間距離）Ｌｐは、例えば同一の大きさである。
また、基板１１のＹ方向（発光素子列１７の並ぶ方向）の中央側に位置される発光素子列１７に係る封止レンズ２０ほど各レンズ部２５の外径が大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成されている。すなわち、基板１１のＹ方向の端部に位置される発光素子列１７ａに係る封止レンズ２０ａのレンズ部２５ａの外径より、当該発光素子列１７ａに隣接する発光素子列１７ｂに係る封止レンズ２０ｂのレンズ部２５ｂの外径が大きく、当該発光素子列１７ｂに隣接する発光素子列１７ｃに係る封止レンズ２０ｃのレンズ部２５ｃの外径がさらに大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成されている。
このような構成とされることにより、光照射領域における照射光量の均一性を一層高くすることができる。
また、基板１１のＹ方向（発光素子列１７の並ぶ方向）の中央側に位置される発光素子列１７に係る封止レンズ２０ほど各レンズ部２５の外径が大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成されている。すなわち、基板１１のＹ方向の端部に位置される発光素子列１７ａに係る封止レンズ２０ａのレンズ部２５ａの外径より、当該発光素子列１７ａに隣接する発光素子列１７ｂに係る封止レンズ２０ｂのレンズ部２５ｂの外径が大きく、当該発光素子列１７ｂに隣接する発光素子列１７ｃに係る封止レンズ２０ｃのレンズ部２５ｃの外径がさらに大きくなる状態で、封止レンズ２０が形成されている。
このような構成とされることにより、光照射領域における照射光量の均一性を一層高くすることができる。
さらにまた、本発明の発光モジュールにおいては、基板上に実装される発光素子や封止レンズの数については、特に限定されるものではない。
さらにまた、隣接する発光素子列に係る封止レンズの基台部が連設された構成（基台部が共通化された構成）とされていてもよい。
さらにまた、隣接する発光素子列に係る封止レンズの基台部が連設された構成（基台部が共通化された構成）とされていてもよい。
以下、本発明の実験例について説明する。
＜実験例１＞
図１および図２に示す構成に従って、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の本発明に係る発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ａ群）という。」）を作製した。この発光モジュール（Ａ群）の仕様は、次に示す通りである。
〔発光素子（１５）〕
寸法１ｍｍ（Ｘ方向）×１ｍｍ（Ｙ方向）×０．１ｍｍ（Ｚ方向）のＬＥＤチップ
個々のＬＥＤチップの出力：０．５Ｗ
ＬＥＤチップの発光波長（ピーク波長）：３９５ｎｍ
ＬＥＤ個数：４０個，ＤＯＳＥ方向（Ｘ方向）：８個，ＤＯＳＥ方向に垂直な方向（Ｙ方向）：５個
ＤＯＳＥ方向（Ｘ方向）のピッチ幅（Ｄｐ）；２ｍｍ
ＤＯＳＥ方向に垂直な方向（Ｙ方向）のピッチ幅（Ｌｐ）；４ｍｍ
〔封止レンズ（２０）〕
材質：シリコーン樹脂
基台部（２１）の厚み：０．４ｍｍ
各レンズ部（２５）の形状：球欠体，レンズ部の出射面の曲率半径Ｒ：１．１ｍｍ（Ｒ＝０．５５Ｄｐ）
各レンズ部の球欠体の球欠高さ：図２におけるθが２６．０４〜１０４．１７°の範囲内となる大きさ
＜実験例１＞
図１および図２に示す構成に従って、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の本発明に係る発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ａ群）という。」）を作製した。この発光モジュール（Ａ群）の仕様は、次に示す通りである。
〔発光素子（１５）〕
寸法１ｍｍ（Ｘ方向）×１ｍｍ（Ｙ方向）×０．１ｍｍ（Ｚ方向）のＬＥＤチップ
個々のＬＥＤチップの出力：０．５Ｗ
ＬＥＤチップの発光波長（ピーク波長）：３９５ｎｍ
ＬＥＤ個数：４０個，ＤＯＳＥ方向（Ｘ方向）：８個，ＤＯＳＥ方向に垂直な方向（Ｙ方向）：５個
ＤＯＳＥ方向（Ｘ方向）のピッチ幅（Ｄｐ）；２ｍｍ
ＤＯＳＥ方向に垂直な方向（Ｙ方向）のピッチ幅（Ｌｐ）；４ｍｍ
〔封止レンズ（２０）〕
材質：シリコーン樹脂
基台部（２１）の厚み：０．４ｍｍ
各レンズ部（２５）の形状：球欠体，レンズ部の出射面の曲率半径Ｒ：１．１ｍｍ（Ｒ＝０．５５Ｄｐ）
各レンズ部の球欠体の球欠高さ：図２におけるθが２６．０４〜１０４．１７°の範囲内となる大きさ
＜実験例２＞
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．２４５ｍｍ（Ｒ≒０．６２Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｂ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｂ群）は、図２におけるθが２３．０１〜８８．６８°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．２４５ｍｍ（Ｒ≒０．６２Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｂ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｂ群）は、図２におけるθが２３．０１〜８８．６８°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
＜実験例３＞
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．５ｍｍ（Ｒ＝０．７５Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｃ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｃ群）は、図２におけるθが１９．１０〜７６．３９°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．５ｍｍ（Ｒ＝０．７５Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｃ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｃ群）は、図２におけるθが１９．１０〜７６．３９°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
＜実験例４＞
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．６ｍｍ（Ｒ＝０．８Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｄ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｄ群）は、図２におけるθが４２．９７〜５３．７１°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
実験例１において作製した発光モジュール（Ａ群）において、レンズ部の出射面の曲率半径（球欠高さ）Ｒを１．６ｍｍ（Ｒ＝０．８Ｄｐ）としたことの他は、実験例１に係る発光モジュール（Ａ群）と同一の構成を有する、互いにレンズ部の形状が異なる複数種の発光モジュール（以下、「発光モジュール（Ｄ群）という。」）を作製した。
これらの発光モジュール（Ｄ群）は、図２におけるθが４２．９７〜５３．７１°の範囲内となるよう各レンズ部の球欠体の球欠高さを適宜変更したものである。
以上のようにして得られた発光モジュール（Ａ群）〜発光モジュール（Ｄ群）の各々について、次のようして、光照射面における積算照度（ＤＯＳＥ量）を測定した。結果を図９に示す。図９において、横軸は、発光モジュールに係るレンズ部の疑似的な周長（２πＲ×（θ／３６０）〔ｍｍ〕であり、縦軸は、封止レンズを有さない発光ジュールの積算照度（ＤＯＳＥ量）を１００％としたときの、各発光モジュールの積算照度の相対値（相対ＤＯＳＥ量）である。また、図９において、実線で示す曲線α（菱形印のプロット）は発光モジュール（Ａ群）の結果、破線で示す曲線β（四角印のプロット）は発光モジュール（Ｂ群）の結果、一点鎖線で示す曲線γ（三角印のプロット）は発光モジュール（Ｃ群）の結果、二点鎖線で示す曲線δ（丸印のプロット）は発光モジュール（Ｄ群）の結果を、それぞれ示す。
積算照度（ＤＯＳＥ量）は、発光モジュールから５ｍｍ離離した光照射面上において、照度計を５０ｍ/ｍｉｎの速度でＹ方向（発光素子列の配列方向）に移動させることにより測定される照度分布の積分値を取得する処理を、Ｘ方向（発光素子列を構成する発光素子の配列方向）における複数の測定位置について行い、これにより得られるすべての積分値の平均値を算出することにより得られるものである。
積算照度（ＤＯＳＥ量）は、発光モジュールから５ｍｍ離離した光照射面上において、照度計を５０ｍ/ｍｉｎの速度でＹ方向（発光素子列の配列方向）に移動させることにより測定される照度分布の積分値を取得する処理を、Ｘ方向（発光素子列を構成する発光素子の配列方向）における複数の測定位置について行い、これにより得られるすべての積分値の平均値を算出することにより得られるものである。
以上の結果より、レンズ部の出射面の曲率半径が大きくすると、光照射面における積算照度（相対ＤＯＳＥ量）が低くなることが確認された。また、レンズ部の出射面の曲率半径Ｒ〔ｍｍ〕が特定の範囲（０．５Ｄｐ＜Ｒ≦０．７５Ｄｐ）において、レンズ部の出射面の疑似的な周長（２πＲ×（θ／３６０）が０．７以上、１．７以下の範囲で、レンズ部が形成されることにより、高い積算照度が得られることが確認された。
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 発光モジュール
１１ 基板
１２ 一面
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 発光素子
１６ 発光面
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 発光素子列
Ｃ 発光素子の中心軸
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 封止レンズ
２１ 基台部
２２ 一面
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ レンズ部
２６ 出射面
２７ 底面
Ｌ レンズ部の光軸
３０ 光源部
３１ 搬送機構
Ｗ 被照射対象物
３５ インクジェットヘッド
３６ 光源部
３７ ガイドレール
Ｍ プリントメディア
４０ａ，４０ｂ 発光モジュール
４１ 基板
４２ 一面
４５ 発光素子
４８ 封止材
５０ レンズアレイ
５１ レンズ部
１１ 基板
１２ 一面
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 発光素子
１６ 発光面
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 発光素子列
Ｃ 発光素子の中心軸
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 封止レンズ
２１ 基台部
２２ 一面
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ レンズ部
２６ 出射面
２７ 底面
Ｌ レンズ部の光軸
３０ 光源部
３１ 搬送機構
Ｗ 被照射対象物
３５ インクジェットヘッド
３６ 光源部
３７ ガイドレール
Ｍ プリントメディア
４０ａ，４０ｂ 発光モジュール
４１ 基板
４２ 一面
４５ 発光素子
４８ 封止材
５０ レンズアレイ
５１ レンズ部
Claims (1)
- 光源を備えた光源部の被光照射対象物に対する位置関係を相対的に変化させながら光を照射する光照射装置の当該光源として用いられる発光モジュールであって、
基板と、当該基板上において一方向に並ぶよう設けられた複数の発光素子と、当該発光素子の各々を封止する共通の封止レンズとを備えており、
前記封止レンズは、各々凸状の曲面よりなる出射面を有し、前記発光素子の各々に対応する複数のレンズ部が、前記一方向に連設されて構成されており、
前記封止レンズにおける各レンズ部は、
前記一方向における発光素子のピッチ幅をＤｐとするとき、出射面の曲率半径（Ｒ）が、０．５Ｄｐ＜Ｒ≦０．７５Ｄｐを満足する範囲内において、
前記一方向に沿った前記基板に垂直な断面において、一の発光素子に対応するレンズ部の出射面と当該一の発光素子に隣接する他の発光素子に対応するレンズ部の出射面との接点（Ｔ）と、当該一の発光素子の発光面における当該発光素子の中心軸（Ｃ）上の点（Ｐ）とを結ぶ仮想直線（Ｘ）の、当該一の発光素子の中心軸に対してなす角度θ〔°〕が、０．７≦（２πＲ×θ／３６０）≦１．７の関係を満たす状態で、
形成されており、
前記複数の発光素子の並ぶ方向が、前記光照射装置における前記光源部の前記被光照射対象物に対する位置関係が変化される方向と一致する状態で用いられることを特徴とする発光モジュール。
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