JPH0983734A - 線状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣り合う２つの反射枠のＬＥＤ側の分離幅を
ＬＥＤの幅以上には狭くできないという構成上の制約が
あるため、利用できる棒状レンズのサイズに最小値があ
り、設計の自由度が小さく、小型化が困難である。 【解決手段】 プリント基板１１上に線状に複数個のＬ
ＥＤ１６が設けられている。反射手段１２は反射面であ
る内側曲面により離間して覆うようにプリント基板１１
上に設けられている。屈折手段１３は反射手段１２の一
部に形成された開口に固定支持され、ＬＥＤ１６からの
光が直接入射されてある程度集光され、また、上記光の
他の一部は、反射手段１２で反射された後、プリント基
板１１上のパッドで再び反射されて光路が変えられて屈
折手段１３に入射される。従って、反射手段１２とパッ
ドとの間での多重反射の結果、屈折手段１３に入射され
る光量が増加され、光利用率を犠牲にすることなく線状
光源の小型化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は線状光源に係り、特
にファクシミリやハンディスキャナ等の画像入力装置に
搭載される発光ダイオードによる線状光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリやハンディスキャナ等の画
像入力装置に搭載される線状光源には、線状の領域を均
一に効率良く照射することが要求され、そのために従来
よりチップ型発光ダイオードを線状に配列した構成の線
状光源が知られている（特公平３−４０５５１号公
報）。

【０００３】図６はこの従来の線状光源の一例の外観
図、図７（Ａ）、（Ｂ）は図６のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’
線に沿う断面図をそれぞれ示す。図６及び図７におい
て、線状光源は、プリント基板１と、プリント基板１の
上に設けられた反射枠２と、反射枠２に取り付けられた
棒状レンズ３と、プリント基板１の上に線状に配列され
たチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）６とから構成さ
れている。ＬＥＤ６はリード線７に接続されている。

【０００４】ここで、反射枠２は図７（Ｂ）に示すよう
に断面が半円の曲面を有する形状以外に、図８（Ａ）に
示すような断面が斜めの傾斜を持つ平面形状や、図８
（Ｂ）に示すような断面が楕円形の曲面を有する形状、
図８（Ｃ）に示すような断面が放物線の曲面を有する形
状などが従来より知られている（特開昭５９−１４３１
４５号公報）。

【０００５】次に、図６乃至図８の従来の線状光源の動
作について説明する。ＬＥＤ６から四方に放射された光
の一部は、棒状レンズ３に直接入射してその進路を変え
られ、棒状レンズ３から一定の距離の場所にある図６に
示す原稿５の上に、幅の狭い線状の領域（光照射面４）
を照射する。また、ＬＥＤ６から四方に放射された光の
一部は、図８に示すように、反射枠２で反射された後
に、同様に棒状レンズ３に入射して光照射面４に達す
る。この場合、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示
すように、反射枠２を曲面状の反射面を有するように構
成する方が、ＬＥＤ６から放射される光を効率良く集光
することができる。

【０００６】ここで、通常、ファクシミリやハンディス
キャナ等の画像入力装置に搭載する線状光源は、４ｍｍ
〜５ｍｍ程度離れた位置に、幅１ｍｍ程度の光照射面４
を形成するように設計されている。ＬＥＤ６は一辺が
０．３ｍｍ程度の立方体状のチップ型が使用され、直径
４ｍｍ〜５ｍｍ程度の棒状レンズ３と組み合わされて使
用される。従って、線状光源全体の厚さは、６ｍｍ〜８
ｍｍ程度、線状光源から光照射領域までの全長は１０ｍ
ｍ〜１３ｍｍ程度になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ファクシミリやハンデ
ィスキャナ等の画像入力装置の更なる小型化のために
は、これに搭載される線状光源自体の大きさを小さくす
ると共に、線状光源からより近い場所をより狭い幅で照
射する必要がある。しかるに、図６及び図７に示した従
来の線状光源では、棒状レンズ３の直径と、隣り合う２
つの反射枠２の間の距離をそれぞれ小さくすることで、
直接棒状レンズ３に入射する光を狭い領域に集光させる
ことはできるが、反射枠２で反射された光は別の場所に
集められるので、光の利用効率が悪くなる。

【０００８】仮に、棒状レンズ３と反射枠２を相似的に
小さくすると、光の利用効率を犠牲にすることなく線状
光源の小型化をある程度実現することはできる。しか
し、隣り合う２つの反射枠２のＬＥＤ６側の分離幅をＬ
ＥＤ６の幅以上には狭くできないという構成上の制約が
あるため、利用できる棒状レンズ３のサイズに最小値が
あり、最小値以下にはできない。

【０００９】このように、従来の線状光源では、設計の
自由度が小さいという課題がある。例えば、線状光源か
ら１ｍｍ〜２ｍｍ程度離れた場所に１ｍｍ以下の幅で照
射する線状光源を、厚さ５ｍｍ以下で実現することは困
難である。以上説明したように、従来の線状光源は、使
用する棒状レンズ３のサイズに制約があるため、十分な
小型化が困難である。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
反射枠と発光ダイオードの配置に係る構成上の制約を解
消し、より小型な形状の線状光源を提供することを目的
とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、光の利用効率
の高い線状光源を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は基板上に直線状に複数配列された発光素子
と、基板上に設けられた反射層と、発光素子を反射面で
ある内側曲面により離間して覆うように基板上に設けら
れた、内側曲面の断面形状が凹面状の反射手段と、反射
手段の一部に形成された開口に固定支持され、発光素子
から発光された光が直接に入射されると共に、反射手段
及び反射層で反射された光が入射され、これらの光を一
定距離離れた位置の線状の照射領域に集光照射する屈折
手段とを具備する構成としたものである。

【００１３】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、透明基板上に複数配列された発光素子と、発光素子
を反射面である内側曲面により離間して覆うように透明
基板上に設けられた、内側曲面の断面形状が凹面状の反
射手段と、透明基板上の前記反射手段と反対側の面に設
けられ、発光素子から発光されて透明基板を透過した光
が入射され、この光を一定距離離れた位置の線状の照射
領域に集光照射する屈折手段とを具備する構成としたも
のである。

【００１４】更に、本発明は、上記の透明基板上の反射
手段及び屈折手段に代えて、発光素子を反射面である内
側曲面により離間して覆うと共に、内側曲面の断面形状
が楕円形でその焦点の一方に前記発光素子が配置される
ように、透明基板上に設けられた集光手段を設け、集光
手段の内側曲面の楕円形の断面の焦点の他方の位置に線
状の照射領域を形成するようにしたものである。

【００１５】本発明では、内側曲面の断面形状が凹面状
の反射手段により発光素子を覆うようにしたため、反射
枠に発光素子を搭載していた従来光源のような、反射枠
（反射手段）と発光素子の配置に関する構成上の制限を
解消できる。

【００１６】また、本発明では、発光素子から直接に屈
折手段に入射する光の他に、発光素子を覆うように内側
曲面の断面形状が凹面状の反射手段と反射層により多重
反射された光も屈折手段に入射するため、屈折手段に入
射する光量を増加することができる。

【００１７】また、本発明では、透明基板上の複数の発
光素子を、断面形状が凹面状の内側曲面により離間して
覆う反射手段を透明基板上に設けるか、断面形状が楕円
形状の内側曲面により離間して覆う集光手段を透明基板
上に設けるようにしたため、反射枠に発光素子を搭載し
ていた従来光源のような、反射枠（反射手段）と発光素
子の配置に関する構成上の制限を解消できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１において、線状光源は、プ
リント基板１１と、プリント基板１１上に線状に設けら
れた立方体状の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１６
と、プリント基板１１上にＬＥＤ１６をある距離離れて
覆うように設けられた反射手段１２と、反射手段１２の
中央部に取り付けられた丸棒状の屈折手段１３とから構
成されている。ＬＥＤ１６はリード線１７を介してプリ
ント基板１１に接続されている。

【００１９】図２（Ａ）はプリント基板１１の平面図を
示す。同図に示すように、プリント基板１１の上には複
数の第１のパッド１４と複数の第２のパッド１５とが互
いに離間して規則的に配列されている。それぞれの第１
のパッド１４上に、かつ、プリント基板１１の長手方向
の線状にＬＥＤ１６が搭載されており、これらのＬＥＤ
１６が第２のパッド１５上に接続されている。ここで、
第１のパッド１４と第２のパッド１５は、銀メッキ、半
田メッキ等により、光の反射率が高く設定されているも
のとする。

【００２０】図２（Ｂ）は反射手段１２と屈折手段１３
とＬＥＤ１６等の位置関係を示す図１の断面図である。
同図に示すように、中空半円筒状の反射手段１２はプリ
ント基板１１上に搭載され、ＬＥＤ１６に面する内側曲
面の光の反射率が高く設定されている。反射手段１２は
中空半楕円状、半放物線状曲面あるいは平面状反射面を
有する構成でもよい。なお、本明細書ではこれらの曲面
を総称して凹面状というものとする。

【００２１】また、この反射手段１２は部分的に開口を
有し、例えば棒状レンズのような屈折手段１３を固定・
支持する。屈折手段１３の断面形状はこの実施の形態で
は円形であるが、円形に限定されるものではない。ま
た、反射手段１２と屈折手段１３とを別々に作成して組
み合わせたが、反射手段１２と屈折手段１３とを、光学
プラスチック材料の射出成型等の工法で一体化して製造
してもよい。

【００２２】次に、この第１の実施の形態の動作につい
て説明する。ＬＥＤ１６のボンディング面から四方に放
射された光の一部は、屈折手段１３に直接入射されてあ
る程度集光され、屈折手段１３から一定の距離の場所に
ある原稿（図示せず）を照射する。また、ＬＥＤ１６の
ボンディング面から四方に放射された光の他の一部は、
反射手段１２で反射された後、プリント基板１１上のパ
ッド１４、１５で再び反射されて光路が変えられて屈折
手段１３に入射され、これより前記原稿上に照射され
る。従って、反射手段１２とパッド１４及び１５との間
での多重反射の結果、屈折手段１３に入射される光量が
増加され、光利用率を犠牲にすることなく線状光源の小
型化を実現できる。

【００２３】次に、この第１の実施の形態の線状光源の
照度について、図６に示した従来の線状光源の照度とを
対比して図３と共に説明する。ここで、図６に示した従
来の線状光源は、プリント基板１上に一辺約３００μｍ
の立方体状のＬＥＤ（発光ピーク波長５６５ｎｍ）を
２．８ｍｍピッチで配列したものに、直径Ｄが４．４ｍ
ｍの棒状レンズ３を組み合わせて構成されている。

【００２４】一方、図１の第１の実施の形態の線状光源
では、上記従来の線状光源の棒状レンズ３と反射枠２と
を取り除き、今回試作した光学系を装着して製作した。
今回試作した光学系とは、半円筒状の反射枠に開口を設
け、直径Ｄが２．０ｍｍの円柱ガラスを組み合わせたも
のである。この反射枠は、ガス配管用の汎用チューブ
（内径４．０ｍｍ、外径６．４ｍｍ）を縦に半分に切断
し、円柱ガラスを固定する場所に開口を設けて試作し
た。

【００２５】これらの２種類の線状光源からある距離Ｈ
離れた場所に電荷転送素子（ＣＣＤ）を用いた撮像素子
を設置し、この撮像素子により撮像される光量分布を観
察し、そのピーク光量のレンズ−ＣＣＤ（撮像素子）間
の距離依存性を調べた結果を示したのが図３である。

【００２６】同図において、本実施の形態の線状光源の
光量分布は黒丸で示し、図６の構造の線状光源の光量分
布は白丸で示しており、距離Ｈが１．０ｍｍにおいて本
実施の形態の線状光源の方が、図６の従来の線状光源に
比べて約２．４倍の光量が得られることがわかる。

【００２７】レンズ（屈折手段１３）に近い場所での照
度増加は、レンズ直径Ｄが小さいことによる集光能力の
向上と、反射構造による光線損失の低減による。また、
照射幅は半値幅で３．２ｍｍから０．６ｍｍに狭くなっ
た。更に、線状光源の厚さは従来の６．５ｍｍから４．
０ｍｍに減少でき、厚さ方向の小型化が実現できた。

【００２８】次に、本発明の第２の実施の形態について
図４及び図５と共に説明する。図４は本発明になる線状
光源の第２の実施の形態の斜視図、図５（Ａ）は図４の
断面図を示す。図４に示す線状光源は、透明基板２１
と、透明基板２１上に線状に設けられた複数の発光ダイ
オード（ＬＥＤ）２６と、透明基板２１上にＬＥＤ２６
を離間して覆うように設けられた内側曲面の断面形状が
凹面状の反射手段２２と、透明基板２１上で反射手段２
２とは反対側の面に取り付けられた屈折手段２３とから
構成されている。

【００２９】図５（Ａ）は図４の線状光源を透明基板２
１の長手方向に直交する方向に切断したときの断面図
で、これらに示されるように、透明基板２１上の第１の
パッド２４にＬＥＤ２６が接続され、更にリード線２７
により透明基板２１上の第２のパッド２５に接続されて
いる。パッド２４及び２５は金属材料で小さく形成して
もよいが、透明導電膜で形成してもよい。

【００３０】次に、この実施の形態の動作について説明
する。ＬＥＤ２６から四方に放射された光は、図５
（Ａ）に示すように、内側曲面が反射面に形成されてい
る反射手段２２の内側曲面（この断面形状は放物線状で
ある）により反射され、透明基板２１を透過して屈折手
段２３に入射され、ここで屈折されて屈折手段２３から
一定の距離にある原稿（図示せず）の幅狭い領域に集光
照射される。

【００３１】ここで、反射手段２２はＬＥＤ２６を覆う
ように配置されているので、ＬＥＤ２６が放射する光の
殆どすべてを屈折手段２３に導くことができる。また、
反射手段２２の内側曲面の断面の形状は放物線であるの
で、ＬＥＤ２６の一点から四方へ放射された光は、反射
手段２２により反射されることにより平行光となる。こ
れが透明基板２１を透過した後に必要に応じて屈折手段
２３により集光される。これにより、この実施の形態も
従来に比べて厚さ方向の小型化を実現できる。

【００３２】なお、本発明の線状光源の第２の実施の形
態において、反射手段２２の代わりに図５（Ｂ）に示す
ように、ＬＥＤ２６を覆う曲面の断面形状が楕円形で、
その楕円形の焦点の一つにＬＥＤ２６を配置した集光手
段２８を設けるようにしてもよい。この場合は、ＬＥＤ
２６から四方へ放射された光は集光手段２８により集光
手段２８の楕円形断面のもう一方の焦点に集められる。
従って、この場合は、上記の楕円形の形状を制御して照
射領域を最適化できるので、屈折手段２３を不要にでき
る。従って、図５（Ｂ）に示す変形例も従来に比べて厚
さ方向の小型化を実現できる。

【００３３】なお、本発明は以上の実施の形態や変形例
に限定されるものではなく、例えばＬＥＤ１６、２６に
代えてランプ等の他の点状光源を構成する発光素子も原
理的に使用可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内側曲面の断面形状が凹面状の反射手段により発光素子
を覆うことで、反射枠に発光素子を搭載していた従来光
源のような、反射枠（反射手段）と発光素子の配置に関
する構成上の制限を解消するようにしたため、従来光源
に比べて厚さ方向の小型化を実現できる。

【００３５】また、本発明によれば、発光素子から直接
に屈折手段に入射する光の他に、発光素子を覆うように
内側曲面の断面形状が凹面状の反射手段と反射層により
多重反射された光も屈折手段に入射するようにした場合
は、屈折手段に入射する光量を増加することができるた
め、光の利用率を従来光源に比し向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の斜視図である。

【図２】図１の各部の平面図と断面図である。

【図３】図１の線状光源の性能を従来の光源と対比して
示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の斜視図である。

【図５】図４の断面図変形例の断面図である。

【図６】従来の線状光源の一例の外観図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線に沿う断面図で
ある。

【図８】従来の線状光源の反射枠の反射面形状の各例を
示す図である。

【符号の説明】

１１ プリント基板 １２、２２ 反射手段 １３、２３ 屈折手段 １４、２４ 第１のパッド １５、２５ 第２のパッド １６、２６ 発光ダイオード（ＬＥＤ） １７、２７ リード線 ２８ 集光手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に直線状に複数配列された発光素
   子と、 前記基板上に設けられた反射層と、 前記発光素子を反射面である内側曲面により離間して覆
   うように前記基板上に設けられた、該内側曲面の断面形
   状が凹面状の反射手段と、 前記反射手段の一部に形成された開口に固定支持され、
   前記発光素子から発光された光が直接に入射されると共
   に、前記反射手段及び反射層で反射された光が入射さ
   れ、これらの光を一定距離離れた位置の線状の照射領域
   に集光照射する屈折手段とを有することを特徴とする線
   状光源。
2. 【請求項２】 前記基板はプリント基板であり、前記反
   射層は前記複数の発光素子のそれぞれが搭載された第１
   のパッドと、前記発光素子にリード線を介して接続され
   る第２のパッドからなることを特徴とする請求項１記載
   の線状光源。
3. 【請求項３】 透明基板上に複数配列された発光素子
   と、 前記発光素子を反射面である内側曲面により離間して覆
   うように前記透明基板上に設けられた、該内側曲面の断
   面形状が凹面状の反射手段と、 前記透明基板上の前記反射手段と反対側の面に設けら
   れ、前記発光素子から発光されて前記透明基板を透過し
   た光が入射され、この光を一定距離離れた位置の線状の
   照射領域に集光照射する屈折手段とを有することを特徴
   とする線状光源。
4. 【請求項４】 透明基板上に複数配列された発光素子
   と、 前記発光素子を反射面である内側曲面により離間して覆
   うと共に、該内側曲面の断面形状が楕円形でその焦点の
   一方に前記発光素子が配置されるように、前記透明基板
   上に設けられた集光手段とを有し、前記発光素子から発
   光され前記集光手段を介して前記透明基板を透過した光
   により、前記集光手段の前記内側曲面の楕円形の断面の
   焦点の他方の位置に線状の照射領域を形成することを特
   徴とする線状光源。
5. 【請求項５】 前記発光素子は、発光ダイオードである
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記
   載の線状光源。