JPS59143145A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリ装置や複写機等における画像読
取光学系の照明装置に係り、発光ダイオード（以下、Ｌ
ＥＤと略記する）、エレクトロルミネッセンス（以下Ｅ
Ｌと略記する）等の固体発光源を用いた照明装置に関す
る。

従来例の構成とその問題点 固体発光源（電気エネルギで励起することによシ固体を
発光させる形式の光源）は、螢光管や水銀灯等のように
、ガスを閉じこめたパルプ内での放電現象に基づいて発
光する形式の発光源や、白熱灯のように、導体の発熱現
象に基づいて発光する形式の発光源に比べ、発光の安定
性、寿命、小型化、経済性等の多くの点で優れた性質を
備えている。

固体発光源のこのような優れた性質に着目し、従来より
、ＬＥＤを用いて読取光学系の照明装置を構成する試み
が種々なされている。

第１図はＬＥＤを用いた従来の照明装置の一例の断面図
、第２図は同照明装置におけるＬＥＤを１個のみ取シ出
して示す平面図である。これらの図において、１は基板
、２は反射体、３，４は反射体２に設けられた平面状の
反射面、５，６は基板１と反射体２との間に挾まれた電
極である。７は反射面３，４に囲まれる領域において電
極５上に設けられたＬＥＤチップであり、そのｎ層を電
極５に接触されている。８はリード線であり、一端部を
ＬＥＤテップ７のｐ層に、他端部を電極６にそれぞれボ
ンディングされている。９は電極６゜６に接続された直
流電源である。

なお、図面では１個のみしか示されていないが、実際に
は、上述のような基板１、反射体２およびチップ７等を
一体としたＬＥＤ素子が多数、−直線上に数聴間隔で、
例えばＡ４判原稿幅２１０ｍｍ以上をカバーする長さに
配列されている。

１０は原稿面、１１は原稿面１０上の読取線（第１図で
は点となって現れている）である。１２は図示しない結
像レンズの光軸であり、原稿面１０に対しほぼ垂直とさ
れている（なお、密着型イメージセンサと組み合わせて
用いる場合には、前記結像レンズとして収束性光ロツド
レンズが用いられる）。１３はＬＥＤチッグ７の列の直
上において、同ＬＥＤチップ了の列に沿って設けられた
円柱レンズであり、各ＬＥＤチップ７から発散された光
を読取線１１付近に集光するようになっている。

なお、第１図では省略されているが、光軸１２に関し対
称な位置に、上述のような照明装置がもう１個設けられ
ており、金側２列の照明装置により原稿面１０を照明す
るようになっている。

このような従来装置においては、次の（イ）、（ロ）の
ことによシ、ＬＥＤチップ７から発散する全光量のごく
一部しか有効に利用できないという欠点があった。

（イ）　ＬＥＤチップ７は、その正面方向（ｐ−ｎ接合
面の法線方向）のみならず、側方にも光を発散する（原
稿読取用に適する緑色発光のＧａＰ系のＬＥＤの場合、
正面方向に発せられる光と側方に発せられる光の量の比
は、１ニア程度であシ、側方に発せられる光の量の方が
多い。しかるに、反射面３，４が平面状とされているた
め、ＬＥＤチップ７から側方に発散し、これらの反射面
３，４で反射された光は、様々な方向に発散する。した
がって、円柱レンズ１３に入射する光線の方向も様々と
なり、円柱レンズ１３によって効率よく原稿面１０上に
線状に絞り込むことができない。その結果、ＬＥＤチッ
プ７から側方に発散する光の大部分は有効に利用するこ
とができない（第１図の１４は、読取線１１の照明に有
効に利用される光束を示す）。

（ロ）」二連のように円柱レンズ１３に入射する光線の
方向が様々であることから、円柱レンズ１３の外径を太
きくしなければならず、これがため、ＬＥＤチップ７と
原稿面１０との距離を短くすることができない（これは
、第１図で明らかなように、円柱レンズ１３の外径が大
きくなると、円柱レンズ１３およびＬＥＤチップγを原
稿面１０から遠ざけないと、円柱レンズ１３が結像レン
ズの光軸１２と交差してし寸うからである）。

したがって、これによっても、光量の損失が犬きくなる
。

そして、上述の欠点により、読取線１１上の照明はたか
だか２，０００１　ｕｘ程度としかならず、今日高速読
取用として普及しているＣＯＤイメージセンセン結像レ
ンズとを糾み合わせた読取光学系に必要とされる照度の
１０，０００　ｌｕｘ　−４０，０００１ｕｘには遠く
及ばなかった。

したがって、この種の従来の照明装置は、原稿面照度が
比較的低くてよい密着型イメージセンサと組み合わせて
用いるものが、かろうじて実用域に達しつつあるにすぎ
ず、しかもその場合でも、密着型イメージセンサの１走
査線当りの読取時間を１０ｍ５ｅｃ以下とすることは困
難であった。

発明の目的 本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、固体発光源の単位素子に供給する電流を従来と同じ
としても、実際に必要な照明領域に集光する光量を従来
よシ飛躍的に高めることができる照明装置を提供するこ
とを目的とする。

発明の構成 本発明による照明装置は、直線的に配列された複数の固
体発光源と、前記固体発光源の周囲に設けられた曲面状
の反射面とを有してなり、前記固体発光源から発散され
た光を前記反射面によって集光することにより、前記固
体発光源の発光量を最大限有効に利用するものである。

実施例の説明 第３図は本発明の一実施例による照明装置の断面図、第
４図は同照明装置の平面図（ただし、平凸円柱レンズは
除去しである）である。これらの図において、１６は基
板、１６は反射体、１７゜１８は基板１５と反射体１６
との間に挾まれた電極である。前記反射体１６は合成樹
脂等からなり、放物線を導線とする柱面の一部を構成す
る反射面１９を設けられている。なお、前記反射面１９
は、必要に応じ、アルミ薄膜を被覆する等によってその
反射率を高めることができる。

２ｏは電極１７上に設けられた緑色発光のＧａＰ系のＬ
ＥＤチップであり、反射面１９が構成する前記柱面の焦
点にそれぞれ位置されており、かつそのｎ層を電極１７
に接続されている。なお、本実施例では、すべてのＬＥ
Ｄチップ２０が１枚の基板１５上に集積されており、同
基板１６上において一直線上に配列されている。また、
前記各ＬＥＤチップ２０は０．３論平方程度の発光面を
有している。

２１はリード線であり、一端部をＬＥＤチップ２０のｐ
層に、他端部を電極１８にそれぞれボンディングされて
いる。また、前記型［１７，１８は直流電源２２に接続
されている。前記反射体１ｅの上方には、平凸円柱レン
ズ２３が設けられている。２４け原稿面、２６は読取線
、２６は結像レンズの光軸である。

いま、ＬＥＤテップ２ｏのｐ　−ｎ接合面に対する接線
方向と平行で、かつＬＥＤチップ２０の配列方向と直角
な方向をＸ方向、前記ｐ　−ｎ接合面に対する法線方向
と平行な方向をｙ方向、ＬＥＤチップ２０の配列方向と
平行な方向を２方向（２方向は紙面に垂直な方向であり
、ｘ、　　ｙ、　　ｚ方向は互いに垂直をなす）とする
と、ＬＥＤチップ２０から側方に発散され、反射面１９
に反射された光束は、ＬＥＤチップ２０が前記焦点に位
置されていることにより、はぼｙ方向に向かう平行光束
となって、平凸円柱レンズ２３に入射し、同レンズ２３
により読取線２６上に有効に集光される。

また、上述のように、ＬＥＤチップ２０から側方に発散
された光束が、反射面１９によって平行光束に集光され
てから円柱レンズ２３に入射されるので、同レンズ２３
の径を小さくすることができ、ひいてはＬＥＤチップ２
０と原稿面２５との距離を短くすることができる。

なお、ＬＥＤチップ２ｏから直接平凸円柱レンズ２３に
入射した光束は、はぼ平行光束に近い曲率の波面で同レ
ンズ２３から射出されるので、同レンズ２３から６脇程
度の距離Ｌ　’ｆ伝搬しても、はとんど発散することな
く、反射面１９からの反射光と合流して読取線２６を照
明する。

このように本装置では、ＬＥＤチップ２ｏから発散され
る光を反射面１９で集光することにより、読取線２６上
に有効に集光される光量を従来より約１ｏ倍以上高める
ことができる。

なお、前記第１図および２図の従来装置では、基板１お
よび反射体２からなる１個のセル毎に１個のＬＥＤチッ
プ７が設けられており、かつ前記セルを多数配列するこ
とによりＬＥＤチップ７を配列しているので、 （ａ）ＬＥＤチップ７間の間隔をある程度広くとらなけ
ればならぬので、ＬＥＤチップ７の配列密度を高くする
ことができず、したがって読取線１１上の照度を十分高
くすることができない。

（ｂ）　　各ＬＥＤチップ７の発光面を精度よく配列す
ることが困難である。

等の欠点があった。

しかるに、本実施例においては、１枚の基板１６上にす
べてのＬＥＤチップ２０か集積されているため、ＬＥＤ
チップ２ｏの配列密度を高くし、読取線２６上の照度を
十分高くすることができるとともに、各ＬＥＤチップ２
０の発光面を精度よく配列することができる。

第６図は、前記第３図および４図に示した照明装置３０
を２組用いて構成したファクシミリ装置の読取光学系の
断面図である（なお、同図において、第３図および４図
の場合と同一部品または相当部品は同一符号をもって示
しである）。

同図において、２４ａは原稿、２７は原稿２４ａを案内
する原稿走行ガイ）、２８．２９は原稿を走行させる送
りローラ、３１は結像レンズ、３２はイメージセンサで
ある。２組の照明装置３０ば、結像レンズ３１の光軸２
６の両側にそれぞれ間隔Ｄ　／　２を置かれて配置され
ており、共に読取線２６を照射するようになっている。

このように２組の照明装置３０を設ければ、読取線２５
上の照度をより一層高くすることができる。

第６図は、本発明の他の実施例による照明装置を示す平
面図、第７図は第６図の■−■線における断面図（なお
、この図では、リード線２１は省略している）であり、
これらの図において、前記各実施例の場合と同一部品丑
だは相当部品は同一符号をもって示しである。

本実施例においては、電極１７．１８にはそれぞれ多数
の矩形状の凸部３３．３４が設けられており、各凸部３
４は各凸部３３の間に形成された四部に侵入している。

前記各凸部３３上には、それぞれＬＥＤチップ２０が設
けられている。これらのＬＥＤチップ２０のｐ層にはリ
ード線２１の一端部がボンディングされており、同リー
ド線２１の仙端部は隣りの凸部３４にボンディングされ
ている（＠り合う２個のＬＥＤチップ２０にそれぞれボ
ンディングされた２本のリード線２１が、前記２個のＬ
ＥＤチップ２０に挾捷れる１つの凸部３４に共通にボン
ディングされている）。これにより、各リード線２１の
ボンディング方向はＺ方向とされている。他の構成は前
言弓各実施例と同様である。

前記各実施例においては、リード線２１のボンディング
方向がＸ方向とされていたため、２つの反射面１９（本
実施例では、７＝Ｘ／４ａで表される放物線を導線とす
る柱面の一部を構成する）の基板１６側の端部間の間隔
Ｗを大きく取らねばならなかったが、本実施例において
は、リード線２１のボンディング方向が前記のように２
方向とされているため、前記間隔Ｗを狭くすることがて
きる。

第８図は、本発明の他の実施例による照明装置の平面図
、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線における断面図である
（これらの図において、前記各実施例の場合と同一部品
捷だけ相当部品は同一符号をもって示しである）。

本実施例においては、反射面１９は回転放物面を構成し
ており、各ＬＥＤチップ２０は前記回転放物面の焦点に
ほぼ位置されている。他の構成は前記第６図お」：び第
７図の実施例と同様である。

前記各実施例においては、反射面１９は柱面とされてい
るため、２方向に関しては集光機能が無かったので、Ｌ
ＥＤチップ２０の列の両端部付近において光量分布が低
下するという不都合が生じる虞がある。

しかるに、本実施例では、反射面１９は回転放物面であ
るだめ、２方向に関しても集光機能があるので、上述の
不都合を防止することができる。

また、本実施例では、上述のように、反射面１９はＺ方
向に関しても集光機能があるので、各ＬＥＤチップ２０
毎（各回転放物面毎）に光量分布にむらが生じる虞があ
るが、第１０図のようにＬＥＤ２０および反射面１９を
２列かつ千鳥状に配列ずれは、光量分布を平坦化するこ
とができる。

第１１図は本発明の他の実施例に訃ける反射面の形状を
示す。

この場合においては、反射面１９は、（Ｘ／ａ）２→−
（ｙ／ｂ）＝１　で表される楕円を導線とする柱面まだ
は前記楕円を回転して得らねる回転楕円［ｎｌの一部を
構成している。そしてＬＥＤチップ２０は、前記柱面ま
たは回転楕円面の焦点に位ｉ賀される。

本実施例では、ＬＥＤチップ２０から発散する光が反射
面１９によって、前記柱面丑だは回転楕円面の他方の焦
点に集光されるので、レンズを不要とすることができる
。

第１２図は本発明の他の実施例による照明装置の断面図
を示し、前記各実施例の場合と同一部品または相当部品
は同一符号をもって示しである。

本実施例においては、１枚の基板１６上にＬＥＤチップ
２０および反射面１９が２列設けられている。

反射体１６には、基板１５の表裏を貫通する窓部３６が
設けられておシ、結像レンズの光軸２６はこの窓部３６
の中心を貫通している。ここで、前記各反射面１っけ楕
円を導線とする柱面の一部を構成しており、かつ光軸２
６に関して対称的に配置されている。そして、各列のＬ
ＥＤチップ２０は各反射面１９が構成する前面柱面の焦
点に位置されており、各列のＬＥＤチップ２ｏから発散
された光が各反射面１９によって、反射体１６の上方に
設けられたカバーガラス３６を介して読取線２６付近に
集光されるようになっている（読取線２５は前記楕円の
他方の焦点に相当する位置に配置される）。

本実施例では、１枚の基板１５に２列のＬＥＤチップ２
０および反射面１９が一体的に設けられているので、前
記２列のＬＥＤチップ２ｏおよび反射面１９の相互位置
関係を容易に高精度とすることができ、しかも、窓部３
５が設けられていることにより、画像読取に支障を生じ
ることもない。

第１３図は、本発明のさらに他の実施例による照明装置
の平面図（たたし、反射面は図示を省略している）を示
し、この図においても、前記各実施例の場合と同一部品
または相当部品は同一符号をもって示している。

本実施例においては、ＬＥＤチップ２ｏの発光面の形状
を細長い矩形状としているので、前記各実施例のように
ＬＥＤチップ２００発光面を大略正方形とした場合に比
べ、同一電力を用いたとき単位面積当りの発光エネルギ
が低くても、読取線上での照度は変らず、発熱等による
ＬＥＤチップ２ｏの損傷、劣化を防止することができる
。

なお、以上の各実施例においては、ＬＥＤを用いた場合
のみについて説明したが、本発明においては、ＬＥＤの
みならずＥＬ等の、他の種の固体発光源を用いることも
可能である。

捷だ、本発明においては、固体発光源の列を３列ないし
４列、捷たけそれ以上としてもよいことも言うまでもな
い。なお、カラー読取を行う場合において、ＬＥＤの列
を３列以」二とするときは、読取線との間の距離が長く
なる外側の列に、高輝度の赤色のＬ　Ｅ　Ｄ　（Ｇａ　
ＡＩ　Ａｓ等）を配することが望ましい。

さらに、前記各実施例においては、反射面を放物面また
は楕円面としているが、製造上の都合等によっては、そ
れらに類似する双曲面等としても、はぼ同様の効果を得
ることができることは言う丑でもない。

発明の効果 以上のように本発明による照明装置は、固体発光源の周
囲に、同発光源から発散される光を集光する曲面状の反
射面を設けたことにより、固体発光源の単位素子に供給
する電流を従来と同じとしても、実際に必要な照明領域
に集光する光量を従来より飛躍的に高めることができる
という優れた効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ｄ、従来の照明装置の断面図、第２図は同装置に
おける１個のＬＥＤの平面図、第３図は本発明の一実施
例による照明装置の断面図、第４図は同装置の平面図、
第６図は本発明の他の実施例による照明装置の断面図、
第６図は本発明の他の実施例による照明装置の平面図、
第７図は第６図の■−■線における断面図、第８ニスは
本発明の他の実施例による照明装置の平面図、第９図は
第８図のＩＸ−ＩＸ線における断面図、第１０図は第８
図および第９図の照明装置を２列に配置した状態の平面
図、第１１図は本発明の他の実施例による照明装置の断
面図、第１２図は本発明の他の実施例による照明装置の
断面図、第１３図は本発明のさらに他の実施例による照
明装置の平面図である。 １６・・・・・・基板、１９・・・・・反射面、２０・
・・・・ＬＥＤチップ、３０・・・・・照明装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 どど １４　　図 第５図 第６図 ！８ 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線的に配列された複数の固体発光源と、前記固
   体発光源の周囲に設けられ、前記固体発光源から発散さ
   れた光を集光する曲面状の反射面とを有してなる照明装
   置。
2. （２）反射面は放物線を導線とする柱面の一部を構成し
   、固体発光源は前記柱面の焦点に位置されている特許請
   求の範囲第１項記載の照明装置。
3. （３）反射面は楕円を導線とする柱面の一部を構成し、
   固体発光源は前記柱面の焦点に位置されている特許請求
   の範囲第１項記載の照明装置。
4. （４）反射面は回転放物面の一部を構成し、固体発光源
   は前記回転放物面の焦点に位置されている特許請求の範
   囲第１項記載の照明装置。
5. （５）反射面は回転楕円面の一部を構成し、固体発光源
   は前記回転楕円面の焦点に位置されている特許請求の範
   囲第１項記載の照明装置。
6. （６）固体発光源は１枚の基板上に集積されている特許
   請求の範囲第１項 ±た雌葺五邊記載の照明装置。
7. （７）固体発光源を千鳥状に配列した特許請求の範、３
   纂り畜に記載の照明装置。