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JPH073891B2 - 発光素子アレイ - Google Patents

発光素子アレイ

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JPH073891B2
JPH073891B2 JP62143687A JP14368787A JPH073891B2 JP H073891 B2 JPH073891 B2 JP H073891B2 JP 62143687 A JP62143687 A JP 62143687A JP 14368787 A JP14368787 A JP 14368787A JP H073891 B2 JPH073891 B2 JP H073891B2
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light
light emitting
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lens
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直樹 佐藤
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Sharp Corp
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Toshiba Corp
Sharp Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は発光素子アレイおよびその製造方法に関するも
ので、特にイメージセンサの光源として使用されるもの
に関する。
（従来の技術） イメージスキャナ、複写機、各種検査装置等において画
像情報を読取るには光源からの光を原稿や被検査物の表
面に導き、その反射光をリニアイメージセンサを用いて
光電変換することが行われる。この光源としては信頼性
や寿命の点で優れた発光ダイオード素子（以下、LEDと
いう）が用いられることが多くなっている。LEDは単体
で発光量が少なく、光の到達範囲も限られているため、
LEDを直線状に並べたLEDアレイを形成することが多い。
第７図は従来用いられているLEDアレイの構造の一例を
示す斜視図であって、基板２上に複数のLED3が列をなす
ように直線状に離隔して配設されており、このLED列と
隣接して平行に基板上に設けられたレンズ保持部材４の
上にはLEDアレイからの光を所定範囲に線状に集束させ
る円柱状の集光レンズ１が固着されている。
このようなLEDアレイを用いた原稿読取部の断面構造の
一例を第８図に示す。集光レンズ１およびLED3をその上
に備えた基板２は支持体５のうち原稿面８に対して通常
40ないし45度の角度をなす斜面部分5aに固定されてい
る。原稿面８の読取位置９の上方には結像レンズ６およ
びリニアイメージセンサ７が設けられ、結像レンズ６は
支持体５の垂直面5bに固定されている。この結像レンズ
６は中心から外周部に屈折率が減少する屈折率分布型の
ロッドレンズ6aをその光軸が上下に揃うように多数並べ
たロッドレンズアレイよりなっており、結像レンズ６の
長さ方向の中点に対して焦点位置の対称位置に等倍正立
像を結像するものである。リニアイメージセンサ７は被
撮像体と撮像素子との大きさが1:1に対応するいわゆる
密着型リニアイメージセンサとなっている。
このような原稿読取部においてはリニアイメージセンサ
が必要とする原稿面照度を確保するためにはLEDアレイ
の光集束位置とリニアイメージセンサの原稿読取位置は
一致するようになっていなければならず、そのように位
置関係が調整される。
しかしながら、リニアイメージセンサの読取りライン上
の全域において第８図に示すような位置関係を保持する
ことは現実にはかなり困難である。
第９図ないし第13図はLEDアレイの光集束位置とリニア
イメージセンサの原稿読取位置が一致しなくなる場合を
示すものである。
第９図はLEDアレイの基板２を支持体５に固定する際に
位置ずれが生じ２′のようになった様子を示しており、
LEDアレイの光集束位置がずれて読取り位置９とは一致
しなくなっている。
第10図はLED列３の基板２内における実装位置ずれが生
じて３′のようになった例を、第11図は集光レンズ１の
位置が反り等によりずれて１′となった例を、第12図は
LEDアレイの基板２が浮きや反り等でずれを生じて２′
のようになった例をそれぞれ示している。これらの場合
はいずれも光集束位置と読取り位置９とは一致しなくな
り、読取位置９に照度のむらを生じることになる。
第13図はイメージスキャナにおける動作の一例を示すも
ので、原稿面ガラス32上の読取り位置９に集光レンズ１
により光が集束されていた場合において、原稿面ガラス
32の下面をプラテンローラ30が押圧しながら通過する
際、プラテンローラ31の圧力によって原稿面ガラス32が
たわみ、光集束位置と読取り位置９とは一致しなくなる
様子を示している。このようにプラテンローラの圧力が
読取り位置の照度に影響を及ぼすことになる。
また、発光素子が離隔的に配設されていることにより配
設方向においても照度のむらが生じるという問題もあ
る。
（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の発光素子アレイにおいては、各種の
要因で光集束位置と読取り位置とが一致しなくなり、読
取り線の一部における照度のむらあるいは全体の照度が
低下することにより、たとえ一様な反射率を有する原稿
を読取ったとしても出力レベルの不均一を招くという問
題がある。そしてこのような不均一な出力レベルを持つ
出力信号の処理を行うには複雑な信号処理回路を必要と
し、またこのような処理回路を用いたとしても良好なS/
N比は得られないという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためなされたもの
で、製造上あるいは使用上位置ずれが生じても光集束位
置での照度の変化を少なくすることのできる発光素子ア
レイを提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
（問題点を解決するための手段） 本発明にかかる発光素子アレイによれば、基板上に複数
の発光素子が直線状に離隔的に配設された発光素子列
と、 この発光素子列の上方にこれと平行に設けられ、透過光
を全方位的に拡散させつつ集束させる棒状の集光レンズ
とを備えた発光素子アレイとを備えたことを特徴とす
る。
（作用） 本発明にかかる発光素子アレイでは棒状の集光レンズが
透過光を拡散させつつ所定範囲に光を集束させる。第２
図および第３図は本発明の集光レンズの作用を説明する
説明図である。いま、第２図（ａ）に示すように基板２
上のLEDアレイ３から発せられた光が断面円柱状の棒状
レンズ１により受光面位置Ａに収束されるものとする。
これより下にある受光面ＢおよびＣを考え、これらにお
ける着目点a,b,cを考えると、それらの照度は受光面A,
B,CがLEDからの光で照らされる面積にほぼ反比例するの
で、各着目点での照度のばらつきは数十倍以上となる。
これに対し、第２図（ｂ）に示すように光拡散面として
出射側表面に粗面を形成した本発明にかかる棒状レンズ
10を用いた場合、受光面上の任意の着目点ａ′,b′,c′
における照度はそれぞれの点から棒状レンズ10の光拡散
面を見込む立体角α，β，γと光拡散面の輝度に依存す
る。したがってこの場合、光拡散面の輝度分布が全ての
方向に対して一様であるよすれば照度のばらつきはせい
ぜい数倍程度となり、従来と比較して大幅な改善がなさ
れることになる。
第３図は同じ基準面Ａ上での着目点a,d,eでの照度のば
らつきを説明するもので、第３図（ａ）に示す従来構成
の場合には点ｄおよびｅではLEDからの光を全て受けな
いのに対し、本発明にかかる第３図（ｂ）においては点
ｄ′およびｅ′は点ａ′とほぼ同じ立体角で光拡散面を
臨むことになるため、これ等の照度はほぼ同じである。
したがって、LEDと棒状レンズの位置関係精度やLEDアレ
イそのものの取付け精度が多少劣っていたとしても読取
りライン上の照度のばらつきは少なくなる。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例のいくつかを詳細
に説明する。
第１図は本発明にかかる発光素子アレイの一実施例を示
す斜視図である。同図によれば、従来の発光素子アレイ
と同様に、基板２上にLEDでなる発光素子３が直線状に
配設され、その上方に円柱状の光学ガラスでなる棒状レ
ンズ10がレンズ保持部材４で支持されて固定されてい
る。しかし、棒状レンズの上面は従来と異なり、無方向
性の粗面となっており、出射光がここで全方位的に拡散
されるようになっている。この粗面としてはすりガラス
程度の粗面であれば十分である。
第４図および第５図はこのような粗面の形成方法の例を
示すものである。
第４図は薬品処理により粗面を得る様子を示す正面図で
あり、薬品槽51内に例えばフッ酸10％、硫酸10％を含む
処理液52が満たされており、薬品槽51の両側部に設けら
れた油圧シリンダ等の上下駆動機構55によってアーム54
を下降させ、このアームに取付けられた保持部材53によ
り保持された棒状レンズ10を処理液52中に浸漬すること
により棒状レンズ10の表面を粗面化している。このとき
の処理条件としては例えば処理液温度20℃で５分であ
る。
第５図は機械的に表面を荒らす方法の一つとしてのサン
ドブラスト処理を示す図である。同図によれば、ホッパ
61上の砂62が落下する途中で圧縮空気によりノズル63よ
り棒状レンズ10に向けて吹付け、その表面を荒らすよう
にしている。なお、ブラスト処理に用いる吹付け材料は
砂以外の適当な粒子でもよく、例えば鉄、鋼等の金属粒
子（ショット）を使用することができる。
なお、表面を荒らす代わりに表面に屈折率の異なる微粒
子、例えばガラス粉を付着させるようにしてもよい。
以上のような表面の粗面化は円筒面全体に行ってもよい
が、適当なマスキングを行うことにより棒状レンズの一
部、特に出射面のみに施すようにしてもよい。
また、棒状レンズの表面で光を拡散させるのではなく、
棒状レンズ全体として光を拡散させるようにすることも
できる。第６図はこのような例を示すもので、棒状レン
ズ20の横断面図である。この実施例によれば、光学用プ
ラスチック樹脂20の中にプラスチックとは屈折率の異な
るガラスビーズ22がほぼ一様に分布しており、透過する
光は棒状レンズの内部で散乱し、全体として光拡散が起
こる。
このような構成の棒状レンズを製造するには上述した材
料を混在させたものを公知の射出成型法等によって成型
すればよい。
以上の各実施例においては棒状レンズは断面が円形をな
すものであったが、これに限るものではなく、半円状、
楕円状等各種の形のものを使用することができる。
また発光素子としてはLEDであったが、これに限ること
なく、微小な発光源を列状に並べたものであればいずれ
も本発明を適用することができ、例えば離れて設けられ
た光源から引出した光ファイバの先端部を直線状に並べ
て発光部を形成したもの等に本発明を適用することがで
きる。
〔発明の効果〕
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明
にかかる発光素子アレイによれば、直線状に離隔的に配
設された発光素子列の上方に透過光を全方位的に拡散さ
せつつ集光する集光レンズを設けているので、全方位的
に照度が平均化され、離隔した発光素子による照度のば
らつきが減少させるとともに、基板に平行な平面内で発
光素子列に直交する方向およびその平面に直交する方向
にも照度上昇範囲が広がり、発光素子の精度、その取付
精度、ならびに実際の使用に伴って集光位置と読み取り
位置との不一致が生じた場合にも照度の低下を減少させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にかかる発光素子アレイの構成を示す斜
視図、第２図および第３図は本発明の作用を示す説明
図、第４図は棒状レンズの表面を薬品処理により粗面化
する方法を示す正面図、第５図は棒状レンズの表面をサ
ンドブラスト処理により粗面化する方法を示す断面図、
第６図は屈折率の異なる材料を混入させた棒状レンズを
示す断面図、第７図は従来の発光素子アレイの構成を示
す斜視図、第８図は従来の発光素子アレイを密着型イメ
ージセンサに使用した例を示す正面図、第９図ないし第
12図は集光位置と読取り位置が不一致となった場合の問
題点を示す正面図、第13図は使用上原稿面がたわんだ場
合の問題点を示す正面図である。 1,10,20……棒状レンズ、２……基板、３……発光素
子、４……レンズ保持部材、５……支持体、６……結像
レンズ、７……リニアイメージセンサ、８……原稿面、
９……読取り位置、11……粗面、30……プラテンロー
ラ、52……処理液、62……砂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 正明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−21934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−38878（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−82276（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−65855（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に複数の発光素子が直線状に離隔的
    に配設された発光素子列と、 この発光素子列の上方にこれと平行に設けられ、透過光
    を全方位的に拡散させつつ集束させる棒状の集光レンズ
    とを備えた発光素子アレイ。
  2. 【請求項２】集光レンズはその表面が無方向性の粗面化
    がされたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の発光素子アレイ。
  3. 【請求項３】粗面が棒状レンズの周面全体に形成された
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の発光素子
    アレイ。
  4. 【請求項４】粗面が棒状レンズの光出射側のみに形成さ
    れたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の発光
    素子アレイ。
  5. 【請求項５】粗面が薬品処理により得られたものである
    特許請求の範囲第２項記載の発光素子アレイ。
  6. 【請求項６】粗面がブラスト処理により得られたもので
    ある特許請求の範囲第２項記載の発光素子アレイ。
  7. 【請求項７】集光レンズがレンズ材料中に拡散粒子を含
    むものである特許請求の範囲第１項記載の発光素子アレ
    イ。
  8. 【請求項８】レンズ材料がプラスチックであり、拡散粒
    子がガラス粒子である特許請求の範囲第７項記載の発光
    素子アレイ。
  9. 【請求項９】発光素子が発光ダイオードである特許請求
    の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の発光素子
    アレイ。
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