JPH0918055A - 受光素子付線状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 棒状レンズに光拡散効果と集光効果とを持た
せることにより照射巾を広くさせ、また、堅牢で取扱い
易い受光素子付線状光源を提供すること。 【解決手段】 基板１０１の一平面上に整列して載置さ
れた複数の発光ダイオード１０２と、その発光ダイオー
ドの列と平行に基板の同一面上に設けられた受光素子ア
レイ１０５と、発光ダイオードの列に平行な稜線を有し
発光ダイオードの上方を覆い発光ダイオードの上方より
も受光素子アレイの上方寄に光を指向させる長尺レンズ
体１０４とを具備した受光素子付線状光源であって、レ
ンズ体１０４は、レンズ面１０８と、このレンズ面の曲
率中心の下方に設けられた前記レンズ面の半径より大き
い半径の曲面又は平面からなる下面１０９を具備するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は受光素子付線状光源
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、整列した発光ダイオード上に
棒状レンズを配置して原稿照明用等の線状光源とするこ
とがなされてきたが、実用になっているのは、特開昭５
８−２２５６７３号公報、特開昭６０−１２９７１４号
公報等の様な、棒状レンズとしてガラス等の円柱レンズ
を用いるものである。

【０００３】斯る円柱レンズは長尺になっても適当な強
度と一定の光学特性を保つことができるが、図５に斜線
を施こして示す様に円柱レンズ５４がいわゆる集光レン
ズの働きをするのは中央部のみであり、全体的に複雑な
光路をとると共に照射面以外に放出される光も比較的多
い。これは（１）原稿面等の照射面において所定の巾、
所定の照度の照明を行うのに円柱レンズの直径の大き
さ、中心の位置の設計が困難である事を意味し、かつ、
（２）発光ダイオード５２の位置が棒状レンズ５４の中
心軸に対し直交する方向へのずれ量をもつ（以後横ずれ
という）と、光束は大きく変位し、照射面での照射光の
直線性が失われる事を意味する。従って例えば直径５ｍ
ｍのガラス製棒状レンズを用いレンズ中心と発光ダイオ
ードとの距離を６ｍｍとし、レンズ面と照射面の距離を
６ｍｍとすると、照射巾は１．５ｍｍ得られるはずであ
るが、この時の発光ダイオードを列の中心からの横ずれ
許容量±５０μｍという厳しさで整列させても実際には
有効照射巾１．２ｍｍしか得られない。また一般に照射
巾は線状光源や読取素子の取付作業を容易にするため、
１．０〜３．０ｍｍと出来るだけ巾広い事が要求される
が、上述した円柱の棒状レンズでは照射巾を広くすると
照度が低下し、しかも発光ダイオードの横ずれも規定照
射面での部分的照度低下（照度ムラ）を招くので、好ま
しいものではない。

【０００４】一方、光束を複数本として照射巾を広げる
方法が検討されており、例えば特開昭６０−１４７１７
７号公報は反射枠を用いて光束を３本とし照射巾を広
げ、特開昭６０−２３０６２０号公報は発光ダイオード
を２列並列配置する方法を提案している。しかし乍ら前
者の方法は、反射面効果を大きくするためには反射面を
充分に低傾斜させなければならないので線状光源（製
品）の巾が広くなり、広くなると光路長が長くなるので
照度が低下する（照度は光路長の２乗に比例して低下す
る）という矛盾がある。実用化されている多くの線状光
源は反射枠を具備しているが、それは光閉込用の反射面
であって、光束指向用反射面ではない。また後者は発光
ダイオード数が倍必要なので、高価になるばかりか駆動
電源の大電力化、発熱量の増大などを伴い好ましくな
い。

【０００５】またこれらの線状光源は発光ダイオードの
真上への光を利用するため、受光素子アレイと組合せる
時、特開昭５９−１４３１４５号公報、特開昭６０−２
３０６１９号公報、実開昭６２−１３８４６８号公報の
如く発光ダイオード載置面を照射面に対し傾斜させて用
いている。このため仕様に定められた照射巾で所定照度
の照射光束（これらは概ね基板面に垂直な方向で定義さ
れる）が得られなくなったり、光軸あわせが煩雑になっ
たり、傾斜面や凹部を有した特殊な支持体を必要とする
など取扱い難いものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点を考
慮し、棒状レンズに光拡散効果と集光効果とを持たせる
ことにより照射巾を広くさせ、また、堅牢で取扱い易い
受光素子付線状光源を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、その
基板の一平面上に整列して載置された複数の発光ダイオ
ードと、その発光ダイオードの列と平行に前記基板の同
一面上に設けられた受光素子アレイと、前記発光ダイオ
ードの列に平行な稜線を有し発光ダイオードの上方を覆
い発光ダイオードの上方よりも受光素子アレイの上方寄
に光を指向させる長尺レンズ体とを具備した受光素子付
線状光源であって、前記レンズ体は、レンズ面と、該レ
ンズ面の曲率中心の下方に設けられた前記レンズ面の半
径より大きい半径の曲面又は平面からなる下面を具備す
ることを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、基板と、その基板の一平
面上に整列して載置された複数の発光ダイオードと、そ
の発光ダイオードの列と平行に前記基板の同一面上に設
けられた受光素子アレイと、前記発光ダイオードの列に
平行な稜線を有し発光ダイオードの上方を覆い発光ダイ
オードの上方よりも受光素子アレイの上方寄に光を指向
させる樹脂製の長尺レンズ体とを具備した受光素子付線
状光源であって、前記発光ダイオードの列は前記受光素
子アレイの列の両側に設けられ、前記長尺レンズ体は前
記受光素子アレイの上方に配置される光学手段を保持す
る保持手段に固定されている事を特徴とする。

【０００９】上記構成によって、発光ダイオード上方で
下面における屈折率、棒状レンズ厚みによる光拡散効果
が得られ、上方レンズ面での集光性を有効照射巾端縁に
指向させることで照射巾を広くさせ、棒状レンズ下面面
積が大きくなることで棒状レンズは堅牢となり、基準位
置が明確で照射巾が広いことにより取扱い容易となり、
かつ一平面上に受発光素子を配置できるのでさらに扱い
易くなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、図１〜２を参照して線状光
源部分の基本的な点について説明する。図１（ａ），
（ｂ）において、１は長尺な基板であり、例えば巾６ｍ
ｍ、長さ３５０ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板などから
なり、表面もしくは表裏面にプリントパターン（図示せ
ず）を有し、好ましくは配線領域を除いて表面最表層に
光反射性白色塗料が塗布してある。２，２・・はその基
板１の上に１列に整列して載置固着され、配線が施こさ
れた発光ダイオードで、例えば１辺０．２〜０．４ｍｍ
の略さいころ状をなしたＧａＰ、ＧａＡｓＰ等からな
り、３〜８ｍｍ間隔で配置されている。３は先端を溶着
されたピン３１，３１・・とかシート接着剤（図示せ
ず）などで基板１に固着された枠体で、発光ダイオード
２，２・・の列に沿う光反射性の側壁３２，３２と発光
ダイオード２，２・・を１乃至数個毎に仕切る高さの低
い仕切反射面３３，３３・・とで発光ダイオード２，２
・・を囲繞し、反射枠を形成しており、両端には棒状レ
ンズを固定するための固定用孔３４，３４を有し、側壁
３２，３２の内側には細長い孔又は窪からなる係止部３
５，３５が設けてある。

【００１１】４は発光ダイオード２の上方に位置する様
に枠体３に固定された棒状レンズで、略かまぼこ状をな
したアクリル樹脂等の樹脂成型品からなり、その稜線の
方向が発光ダイオード２，２・・の整列方向と平行にな
るように固定用孔３４，３４に先端突起４１，４１を挿
入嵌合してなる。またこの棒状レンズ４は上部に単一半
径の曲面からなり枠体３開口幅の全てを覆うレンズ面４
２を有し、下方にはレンズ面４２の半径より充分大きい
半径の曲面又は平面からなる略平坦で仕切反射面３３，
３３・・頂部に当接する下面２３を有し、両側壁には係
止部３５，３５に係合する筋状突起４４，４４を有して
いる。

【００１２】係る構成において、光は図２（ａ）に斜線
部で示すような光束となって進む。光反射性の側壁３
２，３２は従来と同様光を枠体３内に閉じこめる働きを
するもので、側壁３２，３２それ自体により照光面に光
を指向するような例えば傾斜角４５度未満といった大き
な傾きをもつものではなく、巾を充分狭くしたい時は基
板表面に垂直となっていてもよい。棒状レンズ４の下部
においては光拡散効果をもたらすように構成されるが、
それはいわゆる光溜め現象であって光散乱現象ではな
い。即ち下面において光が多方向から効率よく入射する
様に高さや面状態を工夫する事、棒状レンズの屈折率と
棒状レンズの厚みを考慮する事により棒状レンズ下層部
において光吸収少なく光の進路を拡大する様に工夫する
事により上方へ向う光が効率よくかつ広範囲にわたる様
にする。この光の状態は、例えば棒状レンズ中の所望位
置（例えば反射枠高さ：反射枠高さとは側壁３２，３２
の反射面の上部（図２（ａ）のＡ位置）以後基準値とい
い、発光ダイオード２に向う側を＋、照射面側を−とし
て高さ表示を行う）に樹脂界面（空気の薄い層）を配置
すると光束の強い箇所は輝いてみえるので目視で光溜め
状態を確認できるし、また光線の１本１本の進路を演算
し所定輝度の箇所をプロットさせるコンピュータシュミ
レーションによっても推測できる。

【００１３】そしてこのように拡大した光を上部のレン
ズ面で照射面に導く。この時光は照射面の所望部分の両
側（線状照射領域の長手辺近傍）に光強度の強い部分を
導くようにすると輪郭が高照度になって位置確認が行い
易いばかりでなく受光素子の読取誤も少ない。また、拡
大した光束を導くのであるから枠体３の開口幅の全てを
当該レンズ面で覆うようにするのが高効率化のために好
ましい。図２（ａ）の状態における輝度分布、即ち棒状
レンズの長手方向に直交する面での輝度分布を示したの
が同図（ｂ）であり、輝度分布は略Ｍ字状（Ｂ）をなし
ている。

【００１４】より具体的に例示する。以下の表は基準値
の高さ（発光ダイオード２からＡ点までの高さ）３．０
ｍｍ、照射距離はレンズ面頂部から６．０ｍｍ、棒状レ
ンズの屈折率１．４９０とした時のもので、下面（平
面）の高さ（ｌ）、上部レンズ面の曲率中心（Ｏ）の高
さはいずれも基準値からの高さである。

【００１５】

【表１】

【００１６】上述した図２（ａ），（ｂ）は上記表のロ
ット（イ）に対応し、ロット（ホ）は前記特開昭６０−
１４７１７７号公報にも記載されている図３（ａ），
（ｂ）に示す線状光源の場合である。

【００１７】この様に、照度を高くし、巾の広い照明を
行うための条件としては、１つにはレンズ体下方に効果
的光溜を行うもので、下面として略平面、即ち平面又は
上側レンズ面の半径より充分大きい。例えば５倍以上の
半径の曲面でこれを構成し、この下面を上側レンズ面の
下方に配置することである。

【００１８】また別の検討による条件は、照射面の有効
照射領域の長手辺近傍に光強度の強い光束を指向させる
こと、言いかえると棒状レンズの長手方向に直交する面
での輝度分布を略Ｍ字状とするもので、そのための１つ
の方法としては上部レンズ面の中心の下方に下面を配置
し、上部レンズ面の曲率中心を発光ダイオードから照射
面までの距離の略１／４地点近傍に配置することであ
る。この場合には屈折率が添加物によって１．４０〜
１．９０迄変化するガラスよりも、１．４９近傍の屈折
率で枠体と密着性のよい樹脂製棒状レンズを用いる方が
よい。これは発光ダイオードは点灯により発熱するので
温度変化によって光学的配置が変化しないこと、また振
動等によっても光学的配置が変化しないことが好まし
く、その為には屈折率を調整して光学的配置を定め、硬
質なガラスに対し枠体や基板を矯正するよりも、レンズ
の厚みや形状で光学的配置を定め枠体もしくは基板との
密着性を高める方が好ましいからである。そして特に上
述した例の如く棒状レンズの下方に略平坦な下面と一定
の厚み部分があると密着性は著しく向上する。

【００１９】また下面が略平坦である事により発光ダイ
オードの前述した横ずれに対する許容量が大きくなる。
例えば上述したロット（イ）の場合、発光ダイオードの
列の中心からの横ずれ許容量は±１００μｍと、前述の
円柱レンズの倍のゆとりがある。

【００２０】そして上側のレンズ面は複数の曲面もしく
は放物曲面でもよいが樹脂成型上は単一半径の円弧が好
ましい。

【００２１】斯る条件を満足させた場合、照射面を発光
ダイオードの真上より偏位させることができる。図４は
その場合の一実施例を示しており、基板１０１の一平面
上に２列の発光ダイオード１０２，１０２・・を配置す
ると共にその列の中央部に１次元アモルファスシリコン
アレイ等の受光素子アレイ１０５を３つの列が互いに平
行になる様に配置した受光素子付線状光源を示してい
る。棒状レンズ１０４，１０４は前述の場合同様、レン
ズ面１０８と下面１０９を有する長尺なアクリル樹脂等
からなるが、光溜め領域が一側（内側）から他側（外
側）に向って漸次変化させてあり、列の内側に向って上
側レンズ面は大きく露出開放されている。これによって
発光ダイオード１０２，１０２・・の列の光は原稿等１
０６の照射面において、１側の強照度領域が受光素子ア
レイ１０５の略真上となる様な受光素子アレイ寄りの照
射巾（Ｃ）（Ｄ）で照明される。

【００２２】また図４において、１０７は受光素子アレ
イ１０５の上方に配置された短焦点レンズアレイ等の光
学手段であるが、棒状レンズ１０４，１０４に挟持され
る様に棒状レンズ１０４，１０４同様、枠体１０３に固
定される事によって長手方向の光軸あわせが容易とな
り、かつ使用中の光軸ずれも生じ難い。

【００２３】そして、この様に一平面上に線状光源と受
光素子が配置されているので、光学読取装置、ファクシ
ミリ、複写機等の装置に取り付ける時、単に光軸あわせ
が容易というだけではなく、平面支持が可能なため従来
必要としていた傾斜面や凹部を有する特殊な支持体が不
要となり、また照射巾や照度が取付角度によって変動す
ることもない。

【００２４】尚、この例において発光ダイオード１０
２，１０２・・の列は２列としたが１列にしてもよい。
しかし２列であれば受光素子アレイ１０５の配置におい
て、平行線の略中央に直線配置する事になるので平行度
の確認が容易となること、光学手段１０７を長辺両側か
ら棒状レンズ等で支持するので軸ずれが生じ難いことな
どの長所があり、好ましい。

【００２５】また、これらの実施例において、棒状レン
ズ４，１０４，１０４の長手方向端縁（固定用の先端突
起の近傍）においては照度低下をまぬがれないので、棒
状レンズ等を有効照射長より長くするか若しくは照度向
上のための他の工夫がなされる。従って上述した棒状レ
ンズの光学条件は少なくとも長手方向略中央部において
適用される。

【００２６】

【発明の効果】上記のように本発明の受光素子付線状光
源は、照度が高く広い照射巾の線状光源を得ることがで
き、また、整列した複数の発光ダイオードと受光素子ア
レイの平面支持ができるため、装置への取付・光軸あわ
せが確実かつ容易に行え、しかも線状光源の製造にあた
っては発光ダイオード横ずれ許容量が大きいので製造し
易く、使用にあたっては構成部品の密着性がよいので堅
牢で耐久性がよい。さらにまた、受光素子アレイの配置
において、発光ダイオードアレイの２つの平行線の略中
央に直線配置する事になるので平行度の確認が容易とな
り、光学手段を長辺両側から棒状レンズ等で支持するの
で軸ずれが生じ難いなどの効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に用いる線状光源の基本的な
構成を説明するための断面図であり、（ａ）は長手方向
に沿った断面図、（ｂ）は長手方向に垂直な方向の断面
図である。

【図２】（ａ）は図１（ｂ）の状態における光源の光束
を模式的に示す説明図、（ｂ）はその輝度分布図であ
る。

【図３】（ａ）は従来例の模式図、（ｂ）はその輝度分
布図である。

【図４】本発明の一実施例に係る受光素子付線状光源の
断面図である。

【図５】従来の線状光源の光束を模式的に示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 １０１ 基板 ２ 発光ダイオード １０２ 発光ダイオード ３ 枠体 １０３ 枠体 ４ 棒状レンズ １０４ 棒状レンズ ４２ レンズ面 １０８ レンズ面 ４３ 下面 １０９ 下面 １０５ 受光素子アレイ １０７ 光学手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、その基板の一平面上に整列して
   載置された複数の発光ダイオードと、その発光ダイオー
   ドの列と平行に前記基板の同一面上に設けられた受光素
   子アレイと、前記発光ダイオードの列に平行な稜線を有
   し発光ダイオードの上方を覆い発光ダイオードの上方よ
   りも受光素子アレイの上方寄に光を指向させる長尺レン
   ズ体とを具備した受光素子付線状光源であって、前記レ
   ンズ体は、レンズ面と、該レンズ面の曲率中心の下方に
   設けられた前記レンズ面の半径より大きい半径の曲面又
   は平面からなる下面を具備することを特徴とする受光素
   子付線状光源。
2. 【請求項２】 基板と、その基板の一平面上に整列して
   載置された複数の発光ダイオードと、その発光ダイオー
   ドの列と平行に前記基板の同一面上に設けられた受光素
   子アレイと、前記発光ダイオードの列に平行な稜線を有
   し発光ダイオードの上方を覆い発光ダイオードの上方よ
   りも受光素子アレイの上方寄に光を指向させる樹脂製の
   長尺レンズ体とを具備した受光素子付線状光源であっ
   て、前記発光ダイオードの列は前記受光素子アレイの列
   の両側に設けられ、前記長尺レンズ体は前記受光素子ア
   レイの上方に配置される光学手段を保持する保持手段に
   固定されている事を特徴とする受光素子付線状光源。