JPH0736450B2 - Ｌｅｄ光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、LEDチツプを光源部としたLED光源に関し、例
えば、複写機のイレーサ用ライン光源等に用いて好適な
LED光源に関する。

［従来技術およびその問題点］ 近時、複写機、プリンタ等のOA機器の小型化、インテリ
ジエント化に伴ない、発光源として小型高寿命のLEDを
利用したライン光源の応用が拡大してきている。

特に新聞等の必要部位のみを画像処理して複写し、他を
余白とする高級な複写機が出現してきており、この場
合、イレーサ光源は複写しない部分をイレーズするため
部分発光させる必要があり、発光部分と非発光部分とが
混在することになる。このため、従来の蛍光ランプに変
わり、LEDを用いることにより低消費電力、高照度でか
つ部分露光のできる小型のライン光源を構成したものが
出現してきている。

この種従来のライン光源としてのLEDアレイは、ステム
上にLEDチツプをボンデイングし、且つLEDチツプを覆う
ようにステム上に平凸レンズを固着してなる発光素子部
品を用いており、この発光素子部品を各仕切枠内に配置
・植設する構成となつていたため、小型化、換言するな
ら微細ピツチの選択発光には一定の限度があるものであ
つた。

そこで、本発明者等は、LEDチツプを例えばプリント基
板に直付けし、ライン光源の光源部ピツチの微細化を企
ることを本発明の創案前に案出した。このLEDアレイの
基本構造と光学的利用範囲を第５図に示す。

図中１はLEDチツプ２の実装されたプリント基板、２は
発光源であるLEDチツプ、３は隣接する他のLEDチツプ２
よりの光を遮光する反射枠（スリツト）で上方から見て
略正方形を呈している。４は平凸レンズである。実際の
ライン光源はこのユニツト光源をライン状に複数配設し
て構成されている。

反射枠３としては一般にノリル、ACSPBT等のプラスチツ
クが使用されており、これは表面が白色であるため、LE
Dチツプ２よりの光がこの反射枠３の内面で反射され
る。第５図における（Ｉ）部分は平凸レンズ４への直接
入射光、（II）部分は１次反射光、（III）部分は多重
反射光の領域を示している。

上記第５図図示の構成において、平凸レンズ４の凸部曲
面は、LEDチツプ２からの直接入射光を、略平行にター
ゲツト領域に対して照射するように設計されるが、反射
枠３によつて上述の反射光が平凸レンズ４の下面に入射
すると、この光は平凸レンズ４によつて屈折して目標と
するターゲツト領域外にも照射されるという問題が依然
として生じた。また、LEDチツプ２のもつ指向性の故
に、LEDチツプの上部（ターゲツト領域）の中央の光が
強く、ターゲツト領域の中央部と周辺部との光強度差が
大きいという問題もあつた。

このため、第５図図示のLED光源を用いて単一発光を行
なつた場合、第６図示のような発光特性を示し、周辺部
への散乱光の存在と、ターゲツト領域内での光強度の不
均一さが見られ、今後予想されるより信頼性の高いLED
アレイとしては未だ問題のあるものであつた。

［発明の目的］ 本発明は上述の従来技術の欠点を除去することを目的と
し、非発光部分と対応するターゲツト領域への不要な光
の拡散のない、また、発光部と対応するターゲツト領域
には不均衡の少ない略均一な強度の平行光が照射され
る、LED光源を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明によるLED光源は上記目的を達成するため、単一
のLEDチツプよりなる光源部を、該光源部から照射すべ
きターゲツト領域に略見合つた形状の仕切枠の略中央部
に配設し、該仕切枠の上部に下面全面を略平坦面とした
平凸レンズ形状にして上面の頂部を略平坦とした截頭型
の凸レンズを載置し、前記凸レンズは截頭型の凸形状部
分が前記光源部からの直接入射光が前記ターケツト領域
に対して略平行に照射するべく設定すると共に、前記上
面の頂部近傍の平坦とした截頭部は該截頭部から照射す
る光が前記ターゲツト領域内においてターゲツト領域の
中央部から若干外よりに投射されるように設定し、更
に、前記仕切枠は前記光源部からの直接入射光のみが前
記平凸レンズの下面に入射されるように少なくとも仕切
枠内面が吸光構造とされている単位光源を隣接して複数
個配設されている。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳説す
る。

第１図は本発明に係る一実施例のライン光源を構成する
１つのアレイ構造を示す断面図であり、図中11は基板、
12は基板11上に所定の間隔でライン状に実装された光源
部であるLEDチツプであり、本実施例ではLEDチツプ12と
して波長6100Aで発光するものを用いている。また、13
は内面が黒色に着色された相隣接するLEDチツプ12を遮
蔽し、且つ遮光板として機能する仕切枠で、第２図に示
すように正方形の収納部を連続して形成してなるプラス
チツク製の成形品からなる。そして、図示の実施例では
その表面を黒色着色したものとして示しているが、黒色
カーボネイト等で成形すると、材料自体が吸光性がある
ので、大量製造に際してはこの方が有利である。また、
単位収納部を形成する仕切枠ユニツト（第２図で２点鎖
線で示す）13′は、各LEDチツプ12（発光源）が照射す
べきターゲツト領域（各LEDチツプ12が各々受けもつ被
照射面、例えば感光ドラム面の一定領域）に略見合つた
同等の形状とされており、この仕切枠ユニツト13′の略
中央部にLEDチツプ12が位置している。

14は各仕切枠ユニツト13′の上部に載置・固着された截
頭型の平凸レンズで、その上面の突部頂部を平坦な截頭
部14aとしている。また、平凸レンズ14の下面全面は平
坦部とされ、この平凸レンズ14の下部において隣接平凸
レンズ14と一体となつた連結部14bが設けられていて、
該平凸レンズ14は各個が一列に連なつたものとしてプラ
スチツクによつて一体に成形されている。そして、この
平凸レンズ14は、截頭前の凸レンズ形状がLEDチツプ12
からの直接入射光を前記ターゲツト領域に対して略平行
に照射するように設定されていると共に、前記截頭部14
aから照射する光が前記ターゲツト領域内において、該
ターゲツト領域の中央部から若干外よりに照射されるよ
うに設定されている（第３図参照）。

そして、上述のように直接入射光をターゲツト領域に平
行照射するように設定しているため、前記した第５図の
如き反射光が平凸レンズ14の下面に入射するのを防止す
るため、仕切枠13を吸光構造として直接入射光のみが入
射されるようにしている。このため、反射光入光による
散乱光が目標ターゲツト領域外に照射される虞れがな
く、境界部のキレの改善が期待できる。また、仕切枠13
の高さを従前より低くしており、この結果、ターゲツト
への距離が短くなるため、低電流駆動で効率良く照射が
行なえるようにもなつている。（一般に複写機のイレー
ズ光源として用いた場合には光の照射される感光ドラム
面はイレーズ光源の平凸レンズ14の上方２〜4mm程度に
配設されることが多い。） ここで実施例の平凸レンズ14は、同一レンズを多数（例
えば100個）ライン状に連ねられるよう下部に約0.5mmの
厚みを持たせ、容易に連続したレンズが製作できるよう
加工性を向上させている。第３図において示される光路
は、仕切枠13の高さを約1.1mmとした場合であつて、平
凸レンズ14の上方約4mmにターゲツトをおき、レンズの
曲率半径Ｒを1.3mm、レンズ系全体の厚みＳを1.4mmとし
た場合の光の光路を示している。なお、LEDチツプ12間
のピツチは2.5mmとなつている。

この第３図の構成のライン光源のうち、単一のLEDチツ
プ12のみを発光させた場合の光強度特性が第４図（Ａ）
に示されており、隣接ターゲツト領域への漏れ光量が殆
どなく、また、目標ターゲツト内の中央で２つのピーク
をもつ緩やかな頂部をもつ略均一な光強度分布をもつこ
とが同図から確認できる。

また、第４図（Ｂ），（Ｃ）は隣接する３ドツト分のLE
Dチツプ12を連続発光させた場合の光強度分布を示して
おり、ターゲツトへの距離は上述と同条件である。そし
て、レンズ系の厚さが1.4mmの場合の特性を第４図
（Ｂ）に、厚さが1.3mmとした場合の特性が第４図
（Ｃ）に示されている。この特性図から明らかなように
第４図（Ｂ），（Ｃ）の光強度分布は（連続するターゲ
ツト領域における光強度分布は）、両者とも略均一で緩
やかであり、実用上両者とも全く問題はないが、第４図
（Ｂ）の如くレンズ系の厚さを1.4mmとした場合（截頭
部4aの面積を小さくした場合）の方が連続発光時にはよ
り均一な光強度分布を示す。しかし、単一発光時には截
頭部4aの面積を大きくした方が均一な光強度分布を示
す。そこで、本発明を実施するにあたつては、単一発光
時と連続発光時の特性とを対比し、僅かな変化で光学特
性に大きく影響を与えるレンズ系全体の厚み（截頭部4a
の面積）を、多種類のものを試作して、最も良好なもの
を光学特性の実測から決定している。勿論、ターゲツト
への距離も重要なフアクタで、これが変更される毎に適
正形状を選択することが肝要である。

なお参考までに述べると、第４図（Ｂ），（Ｃ）の連続
発光時において、目標位置における到達光量の（最強光
強度）／（最低光強度）で示される均一度Ｚはレンズ系
全体の厚さ1.3mmで1.64、同じく1.4mmで1.43と良好な値
を示している。

以上説明したように本実施例によれば、各平凸レンズ14
には直接光のみが入射され、これを平凸レンズ14上方の
対応するターゲツト領域のみに向つて照射することがで
きる。このため、ライン光源の一部のみ発光させた場合
にも、隣接する非発光部分と対応するターゲツト領域に
余分な光の拡散することのない、非常に境界部のキレの
よいライン光源とすることができる。

また、平凸レンズ14の中央部を平坦として截頭部4aを設
けたことにより、ターゲツト領域において、その中央部
の光のみが強くなることのない、均一な光強度を得るこ
とができる。

このため、本実施例のライン光源は複写機のイレーズ光
源としての用途のみならず、均一な光を必要とする各種
光情報処理装置用光源としても広く使用することができ
る。

また、各LEDチツプのピツチ幅を2.5mmとした例について
述べたが、仕切枠の高さ、及び、レンズ形状を適時選択
することにより、各種のピツチのライン光源とすること
ができることは勿論、単一光源としての利用、或いはマ
トリツクス配置の複合光源としても用いることが可能で
（例えばデイスプレイとして利用できる）、本発明の精
神を逸脱しない範囲での種々の変形は総べて本件請求の
範囲に含まれることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、発光部の光が不要
領域にまで拡散することのない、キレのよい、かつ光強
度にバラツキのない、不均衡の少ない、略均一な平行光
の照射の行えるLED光源が提供できる。

また、本願発明によれば、直線状またはマトリクス状に
配設された単位光源の任意の光源のみを発光させること
により、特定のターゲツト領域を十分照射する一方、所
望しない領域への光りの漏れを少なくすることを可能と
したLED光源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の係る一実施例のライン光源としてのLE
Dアレイ構造を示す図、 第２図は本実施例の仕切枠を示す図、 第３図は本実施例におけるLEDアレイの光の光路を示す
図、 第４図（Ａ）は本実施例によるLEDチツプ１個のみの発
光特性を示す図、 第４図（Ｂ），（Ｃ）は本実施例による隣接するLED3個
を同時に発光させた時の発光特性を示す図、 第５図は従来の本発明の前提となつたライン光源として
のLEDアレイの構造を示す図、 第６図は第５図における単一発光時の発光特性を示す図
である。 図中、10……プリント基板、12……LEDチツプ、13……
仕切枠、14……平凸レンズ、14a……截頭部、16……黒
色着色部である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一のLEDチツプよりなる光源部を、該光
   源部から照射すべきターゲツト領域に略見合つた形状の
   仕切枠の略中央部に配設し、該仕切枠の上部に下面全面
   を略平坦面とした平凸レンズ形状にして上面の頂部を略
   平坦とした截頭型の凸レンズを載置し、前記凸レンズは
   截頭型の凸形状部分が前記光源部からの直接入射光が前
   記ターゲツト領域に対して略平行に照射するべく設定す
   ると共に、前記上面の頂部近傍の平坦とした截頭部は該
   截頭部から照射する光が前記ターゲツト領域内において
   ターゲツト領域の中央部から若干外よりに投射されるよ
   うに設定し、更に、前記仕切枠は前記光源部からの直接
   入射光のみが前記平凸レンズの下面に入射されるように
   少なくとも仕切枠内面が吸光構造とされている単位光源
   を隣接して複数個配設したことを特徴とするLED光源。
2. 【請求項２】前記仕切枠は、光吸収性材料よりなるプラ
   スチツクで一体成形され、また、前記複数の単位光源に
   各々対応する截頭型の平凸レンズは、その下部側が一体
   に連なつたものとして一体成形されたプラスチツクであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のLED光
   源。
3. 【請求項３】前記単位光源は略直線状に配設されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のLED光源。
4. 【請求項４】前記単位光源は略マトリツクス状に配設さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載のLED光源。