光源装置
【課題】アレイ状に並べられたLEDからの光を、蛍光体で変換して白色光(擬似白色光)を得る線状の光源装置において、垂直断面方向に生じる色ムラを解消することができる光源装置を提供する。
【解決手段】白色光を放射する光源装置10であり、紫外域ないし青色の光を放射する複数のLED11が細長いLED基板12上に並んで配置されてなり、前記LED11の光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材15と、前記透光性基材15に保持されてなり、前記LED11からの発光によって励起され、当該LED11の発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層13とを具備してなる。透光性基材15は、光源装置10の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LED11の光出射面上に中心を有する円弧状であるのがよい。
【解決手段】白色光を放射する光源装置10であり、紫外域ないし青色の光を放射する複数のLED11が細長いLED基板12上に並んで配置されてなり、前記LED11の光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材15と、前記透光性基材15に保持されてなり、前記LED11からの発光によって励起され、当該LED11の発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層13とを具備してなる。透光性基材15は、光源装置10の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LED11の光出射面上に中心を有する円弧状であるのがよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のLEDを備えたライン状の光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、パーソナルファクシミリ等の原稿読み取り用の光源装置において、発光ダイオード(以下、LEDと言う)の出力向上と受光素子としてのCCD型センサの高感度化により、小型で低消費電力のLEDが光源として使用されている。このようなLEDを光源として備えた光源装置にはさまざまなものがある。LEDの構成として大きくは、R、G、Bの各色光を放射するLED素子を使用して白色光を得るものと、LEDから放射された光をYAG蛍光体に照射、励起して、R,G,Bの色光を放射させることで擬似白色光を得るいわゆるパッケージタイプのものの2つがある。
このうち、前者のR、G、Bの各色LEDを使用する光源では、各LED素子の特性によって、光出力や色味により、またLED素子の配置状態によって、色ムラが発生しやすいという問題がある。
一方、後者の蛍光体を備えたパッケージタイプのLED光源では、読み取り用光源とする場合、白色を放射する素子を並べる構成になるため、R,G,Bの色光の混合に伴う色ムラは前者のものに比べて生じ難く、この点において優位である。
【0003】
図6は、このようなLED光源の断面図である。同図(a)はレンズタイプ、同図(b)はフラットタイプである。LED光源40は何れも、基板41上に例えばGaN系の素材により形成された青色LED42を備え、YAG蛍光体等を分散して溶融させた蛍光樹脂43で覆って構成されている。図6(a)に示すレンズタイプのものは所定の配光を構成するようレンズ44が配置されている。
青色LED42から放射された光は、その一部の光が蛍光体43を透過して放射すると共に、蛍光体43から放射された色光と混合されることにより、白色光を構成する。
なお、このLED光源においては、青色光を放射するLEDの代わりに紫外域の光を放射するLEDを備えるものがあり、この場合、蛍光樹脂43はR,G,Bの各色光を放射する蛍光体を備えることでこれらの色光が混合されて白色光を放射する。
【0004】
図7は、このようなLED光源を備えた光源装置である。
同図に示すように、細長い基板上に複数のLED光源が並んで配置されている。LED42は、例えば青色の光(B)を放射するものであり、その周囲にはLED42からの放射光により励起されることで、黄色(Y)の色光を放射する蛍光体43を備えた光色変換部が、基板が伸びる方向と同じ長さ方向に伸びて形成される。このように、アレイ状にLED光源40を配置して線状の光源装置が構成され、上述した原稿読み取り用の機器に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−121555号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、LED素子上に蛍光体を備えたLED光源を原稿の読み取りに使用しようとすると、従来この技術分野で使用されている光源、具体的には蛍光ランプのような光源と比較してむらがあり、このため原稿面の読み取り精度にむらが生じやすい。
【0007】
この理由について前図、図6を参照して説明する。
LED42の各々は数ミリ角の板状であって、表面から光を放射する。蛍光体43はこのLED42を埋設するよう、通常、LED42の光放射側に取り付けられている。
ここで、図6(a)(b)の構成では、LED42の表面に対して垂直に放射された青色の光Lb1と、LED42の表面に対して垂直よりも傾いて放射された青色の光Lb2とを比較すると、両者は蛍光体43を通過する距離が異なる。つまり、LED出射面に対して垂直に出射したLb1の光は、蛍光体43を通過する距離が短いので、青色が透過して出射されて黄色の蛍光は弱いものとなる。一方、LED出射面に対して斜め方向に出射したLb2の光は、蛍光体43を通過する距離が長いので、青色の光は蛍光体で黄色に変換されて弱まり、黄色の蛍光が強くなる。つまり、光源から光を取り出す方向によって色味が異なって放射されるため、LED42を中心に円を描くように断面色度分布を観察すると、色分布が不均一になる。
このようなLED40をアレイ状に並べて線状の光源装置を構成した場合、その長手方向に沿う光は、隣接するLED40からの光を混合することで補完することができるので、色ムラを低減することができる。しかしながら、その長手方向に対して直交する方向に切断した面においては、他のLEDの光を混成させることが困難であるため、色ムラを抑えることができない。
【0008】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、アレイ状に並べられたLEDからの光を、蛍光体で変換して白色光(擬似白色光)を得る線状の光源装置において、垂直断面方向に生じる色ムラを解消することができる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本願発明は下記構成を備える。
(1)白色光を放射する光源装置であり、
紫外域ないし青色の光を放射する複数のLEDが細長い基板上に並んで配置されてなり、
前記LEDの光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材と、
前記透光性基材に保持されてなり、前記LEDからの発光によって励起され、当該LEDの発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなる
ことを特徴とする。
(2)前記透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状であることを特徴とする。
(3)前記透光性基材は円筒管によって構成されてなり、前記LED基板が前記円筒管の内部に配置されていることを特徴とする。
(4)前記円筒管の全周に亘って前記蛍光体層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
(1)
本願発明に係る光源装置によれば、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状の透光性基材と、透光性基材に保持されたLED素子からの発光によって励起されて前記LED素子の発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなるので、当該LEDから放射された光が通過する蛍光体層の厚みをほぼ等しく構成することができ、光源装置の長さ方向に対して垂直切断した断面において、LEDから従って蛍光体を通過する距離(光路長)が等しくなるため、放射光の色味を周方向において均等にすることができるようになる。
(2)
また、透光性基材が円筒管より構成されてなることで、当該透光性基材の表面上に蛍光体層をほぼ均一な膜厚で構成することができ、製造が容易に行えるようになる。
(3)
また、透光性基材を構成する円筒管の全周に亘って蛍光体を塗布する方法を採用し、蛍光体層を形成することができるので簡単にむら無く蛍光体を塗布することができる。
(4)
また、円筒管内部にヒートシンクを挿入し、該ヒートシンク上にLED基板を配置するので、LEDの放熱が促進され過熱に伴う部品劣化を抑え、LED発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る光源装置の斜視図であり、原稿照明用のユニットに搭載した状態を示す図である。
【図2】本発明に係る光源装置を長さ方向に対して垂直に切断した状態を示す説明用断面図である。
【図3】本発明に係る光源装置の光の放射方向を説明する図である。
【図4】本発明に係る光源装置を原稿読み取り用の照明装置として採用した状態を説明する断面説明図である。
【図5】本発明に係る光源装置及び従来技術にかかるLED光源の断面色度分布を示す図である。
【図6】従来技術にかかるLED光源を示す説明用断面図である。
【図7】従来技術にかかる原稿読み取り用の光源を構成した光源装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図1〜4を参照して説明する。図1は本発明に係る光源装置の斜視図であり、原稿照明用のユニットに搭載した状態を示す図である。図2は光源装置を長さ方向に対して垂直に切断した状態を示す説明用断面図、図3は光源装置の光の放射方向を説明する図、図4は本発明に係る光源装置を原稿読み取り用の照明装置として採用した状態を説明する断面説明図である。
図1において、透光性基材15の内部にアレイ状に配置された複数のLED素子11(以下単に「LED」とも称す。)が配置されている。
透光性基材15は、両端が開放された可視光に対して透過性を有する円筒管よりなり、その内部に肉厚板状のヒートシンク14が配置されている。ヒートシンク14上に、LED基板12が配置され、複数のLED11が配置されている。
LED基板12の材質としては、ガラスエポキシ(FR−4)、金属(Cu、Al)、セラミックス(AlN,Al2O3)などである。
【0013】
ヒートシンク14は、熱の伝導特性が良好な材質より構成され、アルミ等の金属や、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)などのセラミックスからなる。このように、ヒートシンク14の上面部14aに基板12が密着して取り付くことで、LED11より放出された熱を、LED基板12、ヒートシンク14へ伝達し、効率よく放熱することができる。
【0014】
透光性基材15は、材質としてはガラスや透光性の樹脂からなる。ガラスとして好ましくは、ソーダ石灰ガラス、アルミノ珪酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムガラスなどである。樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系透明樹脂、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)などを使用することができる。また、透光性セラミックスを用いることもできる。
【0015】
なお、図3に示すように、LED11の光出射面が透光性基材15の筒内部の中心位置に配置されることにより、LED11からの放射光が蛍光体層13を通過する際、この蛍光体層13の厚みがほぼ均一であるので、透光性基材15の長手方向に対して直交する断面において、色むらの発生を抑えることができるようになる。
【0016】
このような透光性基材15は、本実施形態では円筒管の例で示したが、LED11の光放射側面を覆う断面C字状の樋型のものであっても構わない。要は、透光性基材はLEDの光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成されたものであれば足りる。
【0017】
透光性基材15の光放射側の反対側の外周面上には、図1、2で示すように遮光部材16が具備されている。遮光部材16は、透光性基材15が伸びる方向に所定の幅で開口が形成された断面C字状のスリーブからなり、材質としては樹脂を好適に用いることができる。
具体的には、ポリエチレン・テレフタレート(PET)、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)等からなる高分子系フィルム部材を用いることができる。なお、このような遮光部材16は可視光反射率が0〜30%の範囲であることが好ましく、このように、光源装置10の反光放射側の外周を覆うことで、迷光の発生を防止し、原稿の読み取り用の光源として使用された場合に原稿面に不所望な光が入射することを防止することができる。
【0018】
なお、図1における符号17は、光源装置10を原稿読み取り用装置に配置する際、これを保持する保持部材である。
【0019】
この光源装置10は、図2,3において図示するように、透光性基材15の内周面上に蛍光体層13が形成されている。蛍光体層13を構成する蛍光体は、LED素子より放射された光によって励起されて特定の波長領域の光を放射する特性を備えたものであり、最終的に光源装置10よりの放射光が全体として白色光を放射するよう調製して構成されたものである。かかる蛍光体は、LED11からの放射光の波長域に従って種類が決定されるものであり、具体的には下記の組合せを採用することができる。
【0020】
LED11が波長450nm近傍領域の青色の光を放射するものである場合、この波長領域の光によって光を放射する蛍光体であり、波長570nm近傍の光を放射する黄色蛍光体と、波長550nm近傍の光を放射する緑色蛍光体と、波長620nm近傍の光を放射する赤色蛍光体とを備える。
黄色蛍光体(すなわち、波長570nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、(Y,Gd)3Al5O12:Ce,Tb3Al5O12:Ce,(Sr,Ba)Si2(O,Cl)2N2:Eu,SrSi2(O,Cl)2N2:Euである。
緑色蛍光体(すなわち、波長550nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、Ca3Sc2Si3O12:Ce,Sr−SiON:Eu,Y3(Al,Ga)5O12:Ceである。
・赤色蛍光体(すなわち、波長620nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、CaAlSiN3:Eu,(Ca,Sr)2Si5N8:Eu,CaSiN2:Eu,Sr3SiO2:Eu,Ybである。
【0021】
このように、LED素子の放射光の波長が、例えば450nm近傍である場合には、LEDからの放射光はその一部が蛍光体層及び透光性基材を通過して放射されると共に、LEDからのそのほかの放射光が蛍光体を照射して黄色(Y)、緑色(G)及び赤色(R)の各色光が透光性基材を通過して外部に放射されることになり、Y,R,G,Bの色光が混合された白光が放射される。そしてこの結果、これらの各色光が混合して形成された白色光が、ライン状に放射される光源を構成する。
【0022】
また、LED11が波長420nm以下の領域の近紫外の光を放射するものである場合、この波長領域の光によって励起されて、蛍光を放射する蛍光体であり、波長450nm近傍の光を放射する青色蛍光体と、波長550nm近傍の光を放射する緑色蛍光体と、波長620nm近傍の光を放射する赤色蛍光体とを備える。
青色蛍光体(すなわち、波長450nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,(Ba,Sr)MgAl10O17:Eu,(Sr,Ba)3MgSi2O8:Euである。
緑色蛍光体(すなわち、波長550nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、ZnS:Cu,Al,BaMgAl10O17:Eu,Mn,SrAl2O4:Euである。
赤色蛍光体(すなわち、波長620nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、Ba3MgSi2O8:Eu,Mn,(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mnである。
【0023】
このように、LED素子が約420nm以下の近紫外を含む紫外域の光を放射する場合には、かかる紫外光はガラスを通過することなく、放射光が蛍光体を照射して蛍光体層において変換され、変換された青色(B)、緑色(G)及び赤色(R)の各色光が、透光性基材を通過して外部に放射されることになり、R,G,Bの色光が混合された白光が放射され、ライン状の光源を構成する。
【0024】
上述した種々の蛍光体は、例えば励起光からの変換効率に由来して決定される放射強度と、変換後の光の波長帯などの個々の蛍光体の特性に応じて、白色光を形成するのに適した組合せ及び混合割合が決定されることになる。
【0025】
蛍光体層を形成する際は、複数の蛍光体を混合して混合粉末とし、適当なバインダと混合してスラリー液を調製し、引き上げ法、流し込み法、ディッピング法などの方法を用いて透光性基材の内面に塗布して蛍光体層を形成する。
本発明のように透光性基材として円筒管を用いることで、当該管の断面方向において蛍光体層の厚さにむらが生じにくくなる。更に円筒管全体に蛍光体を塗布するよう引き上げ法を採用して塗布する手段によれば、更に均一性が上がるので効果的である。蛍光体層は上述の方法を採用し、透光性基材を構成する円筒管(内周面)の全周に亘って形成することで、特にこのような効果が得られる。蛍光体層の厚さが均一であると、LEDからの放射光が通過する蛍光体層の厚みが均一になり、最終的に得られる白色光に色むらを生じにくくなる。
【0026】
図3は、図1,2の光源装置を、長手方向に対して垂直に切断した断面を拡大して示す図である。なお同図では便宜上遮光部材(16)の構成を除いて図示している。
この実施形態において、LED11の光出射面の中心Oは透光性基材15を構成する円筒管の中心に一致するよう配置されている。言い換えると、透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状となっている。
【0027】
LED11の中心O部分より放射した光11a、11bのいずれもが、透光性部材に保持された蛍光体層13を通過して、LED光と蛍光体により変換された光が混合して構成された白色光、又は、蛍光体により変換された光で構成された白色光となって、光源装置から放射される。このとき、LED11の表面に対して垂直方向に放射した光である11a及びLED11の表面に対して斜め方向に放射した光である11bのいずれもが、蛍光体層13を通過した場合にも、光路長はほぼ等しいものとなり、放射光の色味が等しくなる。従って、光源装置から放射される光の色味が、透光性基材15の管軸に垂直な断面上で均一化され、原稿読み取り用に用いた場合に、色ムラの発生を効果的に解消することができる。
【0028】
ここで、図4を参照して上記光源装置を原稿の読取装置に適用した場合の実施形態を説明する。同図は本発明にかかる光源装置を、原稿の読取装置採用したときの、透光性基材15の管軸に垂直な説明用断面図である。
図4において、光源装置は原稿を配置するガラス面20の下部に配置されており、LED11の中心Oから直進して放射される白色光11aはガラス面30に対して斜め方向から読み取り部Pに入射するよう構成される。また光源装置10に対向する位置に反射ミラー21が配置されており、LED11において、ガラス面20から遠い位置にある遮光部材16の開口縁部近傍より出射した白色光11cは、ガラス面20に対して略平行方向に出射されるが、対向位置に配置された平面反射ミラー21により反射されて、ガラス面20における読み取り部Pに向かって入射する。
この結果、光源装置10より出射した白色光のうち一部(11a)は、直接光としてガラス面20に対して斜め方向に入射し、他の白色光の一部(11c)は、読み取り部Pを通過する軸(M)を対称軸として、直接光とは反対側の斜め方向から、反射光として入射するようになる。
【0029】
このようにして、ガラス面における読み取り部を多方向からの光で照射することで、原稿に凹凸があった場合にも文字や図形の識別が確実に行われ、原稿の読み取り精度を高くすることができるようになる。
【0030】
[実施例]
以下、本発明にかかる光源装置の効果を、光源装置の断面色度分布を測定することによって検証を行った。
まず、本発明にかかる光源装置を下記要領で製作した。LEDは青色の光を放射するものであり、透光性基材の内面に黄色蛍光体を塗布して蛍光体層を形成した。LEDは、波長456−467nm近傍に主ピークを有し、スペクトルの裾野が短波長側で約420nm、長波長側で約510nmの光を放射するもであった。蛍光体は、根本特殊化学社製ASK−23 N254、(Sr,Ba)Si2(O,Cl)2N2:Eu(ユウロピウム付活クロロ酸窒化ケイ素バリウムストロンチウム)であった。
LEDを、透光性基材内部に治具で固定して、概略図3に示す構成の光源装置を構成した。なおこのときLEDと蛍光体層(透光性基材)との距離は約10mmであった。
色温度分布の測定においては、受光部をLEDに向け、断面図においてLEDを中心とした円周方向に移動させ、10°毎にデータを取得した。なお、LEDの中心と受光部の距離(測定距離)は30mmであった。
【0031】
更に従来技術と対比するため、図6(a)で示したレンズタイプのLED光源について、上記と同じ方法で断面色度分布を測定した。
すなわち、色温度分布測定のための受光部を、LEDの中心と受光部の距離(測定距離)は30mm(一定)としてLEDに向け、断面図においてLEDを中心とした円周方向に移動させた。上記と同様10°毎にデータを取得して色度分布測定を行った。
【0032】
図5にこの結果を示す。同図において、配光角度0°は、LEDの直上から測定したデータであり、90°及び−90°のデータは、LED表面の真横からの光を捉えたデータである。色度は0°のデータを基本として色度の差分を表している。
図5において、従来技術にかかる色度分布については細線を用い、本願発明にかかる光源装置の色度分布については太線を用いて示している。
従来技術においては、同図に示すように、0°から±90°に近付くに従い色度変化が徐々に大きくなっている。
これに対し、本発明によれば、色度の差異は0.010以下であり、色むらが極めて少ないことがわかる。
この結果から明らかなように、本願発明による光源装置によれば、色度変化が小さな、すなわち、色ムラが小さな光源装置を提供することができるようになる。
【符号の説明】
【0033】
10 光源装置
11 LED(LED素子)
12 LED基板
13 蛍光体層
14 ヒートシンク
14a 上面部
15 透光性基材
16 遮光部材
17 保持部材
20 ガラス面
21 平面反射ミラー
P 読み取り部
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のLEDを備えたライン状の光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、パーソナルファクシミリ等の原稿読み取り用の光源装置において、発光ダイオード(以下、LEDと言う)の出力向上と受光素子としてのCCD型センサの高感度化により、小型で低消費電力のLEDが光源として使用されている。このようなLEDを光源として備えた光源装置にはさまざまなものがある。LEDの構成として大きくは、R、G、Bの各色光を放射するLED素子を使用して白色光を得るものと、LEDから放射された光をYAG蛍光体に照射、励起して、R,G,Bの色光を放射させることで擬似白色光を得るいわゆるパッケージタイプのものの2つがある。
このうち、前者のR、G、Bの各色LEDを使用する光源では、各LED素子の特性によって、光出力や色味により、またLED素子の配置状態によって、色ムラが発生しやすいという問題がある。
一方、後者の蛍光体を備えたパッケージタイプのLED光源では、読み取り用光源とする場合、白色を放射する素子を並べる構成になるため、R,G,Bの色光の混合に伴う色ムラは前者のものに比べて生じ難く、この点において優位である。
【0003】
図6は、このようなLED光源の断面図である。同図(a)はレンズタイプ、同図(b)はフラットタイプである。LED光源40は何れも、基板41上に例えばGaN系の素材により形成された青色LED42を備え、YAG蛍光体等を分散して溶融させた蛍光樹脂43で覆って構成されている。図6(a)に示すレンズタイプのものは所定の配光を構成するようレンズ44が配置されている。
青色LED42から放射された光は、その一部の光が蛍光体43を透過して放射すると共に、蛍光体43から放射された色光と混合されることにより、白色光を構成する。
なお、このLED光源においては、青色光を放射するLEDの代わりに紫外域の光を放射するLEDを備えるものがあり、この場合、蛍光樹脂43はR,G,Bの各色光を放射する蛍光体を備えることでこれらの色光が混合されて白色光を放射する。
【0004】
図7は、このようなLED光源を備えた光源装置である。
同図に示すように、細長い基板上に複数のLED光源が並んで配置されている。LED42は、例えば青色の光(B)を放射するものであり、その周囲にはLED42からの放射光により励起されることで、黄色(Y)の色光を放射する蛍光体43を備えた光色変換部が、基板が伸びる方向と同じ長さ方向に伸びて形成される。このように、アレイ状にLED光源40を配置して線状の光源装置が構成され、上述した原稿読み取り用の機器に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−121555号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、LED素子上に蛍光体を備えたLED光源を原稿の読み取りに使用しようとすると、従来この技術分野で使用されている光源、具体的には蛍光ランプのような光源と比較してむらがあり、このため原稿面の読み取り精度にむらが生じやすい。
【0007】
この理由について前図、図6を参照して説明する。
LED42の各々は数ミリ角の板状であって、表面から光を放射する。蛍光体43はこのLED42を埋設するよう、通常、LED42の光放射側に取り付けられている。
ここで、図6(a)(b)の構成では、LED42の表面に対して垂直に放射された青色の光Lb1と、LED42の表面に対して垂直よりも傾いて放射された青色の光Lb2とを比較すると、両者は蛍光体43を通過する距離が異なる。つまり、LED出射面に対して垂直に出射したLb1の光は、蛍光体43を通過する距離が短いので、青色が透過して出射されて黄色の蛍光は弱いものとなる。一方、LED出射面に対して斜め方向に出射したLb2の光は、蛍光体43を通過する距離が長いので、青色の光は蛍光体で黄色に変換されて弱まり、黄色の蛍光が強くなる。つまり、光源から光を取り出す方向によって色味が異なって放射されるため、LED42を中心に円を描くように断面色度分布を観察すると、色分布が不均一になる。
このようなLED40をアレイ状に並べて線状の光源装置を構成した場合、その長手方向に沿う光は、隣接するLED40からの光を混合することで補完することができるので、色ムラを低減することができる。しかしながら、その長手方向に対して直交する方向に切断した面においては、他のLEDの光を混成させることが困難であるため、色ムラを抑えることができない。
【0008】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、アレイ状に並べられたLEDからの光を、蛍光体で変換して白色光(擬似白色光)を得る線状の光源装置において、垂直断面方向に生じる色ムラを解消することができる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本願発明は下記構成を備える。
(1)白色光を放射する光源装置であり、
紫外域ないし青色の光を放射する複数のLEDが細長い基板上に並んで配置されてなり、
前記LEDの光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材と、
前記透光性基材に保持されてなり、前記LEDからの発光によって励起され、当該LEDの発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなる
ことを特徴とする。
(2)前記透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状であることを特徴とする。
(3)前記透光性基材は円筒管によって構成されてなり、前記LED基板が前記円筒管の内部に配置されていることを特徴とする。
(4)前記円筒管の全周に亘って前記蛍光体層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
(1)
本願発明に係る光源装置によれば、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状の透光性基材と、透光性基材に保持されたLED素子からの発光によって励起されて前記LED素子の発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなるので、当該LEDから放射された光が通過する蛍光体層の厚みをほぼ等しく構成することができ、光源装置の長さ方向に対して垂直切断した断面において、LEDから従って蛍光体を通過する距離(光路長)が等しくなるため、放射光の色味を周方向において均等にすることができるようになる。
(2)
また、透光性基材が円筒管より構成されてなることで、当該透光性基材の表面上に蛍光体層をほぼ均一な膜厚で構成することができ、製造が容易に行えるようになる。
(3)
また、透光性基材を構成する円筒管の全周に亘って蛍光体を塗布する方法を採用し、蛍光体層を形成することができるので簡単にむら無く蛍光体を塗布することができる。
(4)
また、円筒管内部にヒートシンクを挿入し、該ヒートシンク上にLED基板を配置するので、LEDの放熱が促進され過熱に伴う部品劣化を抑え、LED発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る光源装置の斜視図であり、原稿照明用のユニットに搭載した状態を示す図である。
【図2】本発明に係る光源装置を長さ方向に対して垂直に切断した状態を示す説明用断面図である。
【図3】本発明に係る光源装置の光の放射方向を説明する図である。
【図4】本発明に係る光源装置を原稿読み取り用の照明装置として採用した状態を説明する断面説明図である。
【図5】本発明に係る光源装置及び従来技術にかかるLED光源の断面色度分布を示す図である。
【図6】従来技術にかかるLED光源を示す説明用断面図である。
【図7】従来技術にかかる原稿読み取り用の光源を構成した光源装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図1〜4を参照して説明する。図1は本発明に係る光源装置の斜視図であり、原稿照明用のユニットに搭載した状態を示す図である。図2は光源装置を長さ方向に対して垂直に切断した状態を示す説明用断面図、図3は光源装置の光の放射方向を説明する図、図4は本発明に係る光源装置を原稿読み取り用の照明装置として採用した状態を説明する断面説明図である。
図1において、透光性基材15の内部にアレイ状に配置された複数のLED素子11(以下単に「LED」とも称す。)が配置されている。
透光性基材15は、両端が開放された可視光に対して透過性を有する円筒管よりなり、その内部に肉厚板状のヒートシンク14が配置されている。ヒートシンク14上に、LED基板12が配置され、複数のLED11が配置されている。
LED基板12の材質としては、ガラスエポキシ(FR−4)、金属(Cu、Al)、セラミックス(AlN,Al2O3)などである。
【0013】
ヒートシンク14は、熱の伝導特性が良好な材質より構成され、アルミ等の金属や、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)などのセラミックスからなる。このように、ヒートシンク14の上面部14aに基板12が密着して取り付くことで、LED11より放出された熱を、LED基板12、ヒートシンク14へ伝達し、効率よく放熱することができる。
【0014】
透光性基材15は、材質としてはガラスや透光性の樹脂からなる。ガラスとして好ましくは、ソーダ石灰ガラス、アルミノ珪酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムガラスなどである。樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系透明樹脂、環状オレフィンコポリマー(COC)、環状オレフィンポリマー(COP)などを使用することができる。また、透光性セラミックスを用いることもできる。
【0015】
なお、図3に示すように、LED11の光出射面が透光性基材15の筒内部の中心位置に配置されることにより、LED11からの放射光が蛍光体層13を通過する際、この蛍光体層13の厚みがほぼ均一であるので、透光性基材15の長手方向に対して直交する断面において、色むらの発生を抑えることができるようになる。
【0016】
このような透光性基材15は、本実施形態では円筒管の例で示したが、LED11の光放射側面を覆う断面C字状の樋型のものであっても構わない。要は、透光性基材はLEDの光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成されたものであれば足りる。
【0017】
透光性基材15の光放射側の反対側の外周面上には、図1、2で示すように遮光部材16が具備されている。遮光部材16は、透光性基材15が伸びる方向に所定の幅で開口が形成された断面C字状のスリーブからなり、材質としては樹脂を好適に用いることができる。
具体的には、ポリエチレン・テレフタレート(PET)、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)等からなる高分子系フィルム部材を用いることができる。なお、このような遮光部材16は可視光反射率が0〜30%の範囲であることが好ましく、このように、光源装置10の反光放射側の外周を覆うことで、迷光の発生を防止し、原稿の読み取り用の光源として使用された場合に原稿面に不所望な光が入射することを防止することができる。
【0018】
なお、図1における符号17は、光源装置10を原稿読み取り用装置に配置する際、これを保持する保持部材である。
【0019】
この光源装置10は、図2,3において図示するように、透光性基材15の内周面上に蛍光体層13が形成されている。蛍光体層13を構成する蛍光体は、LED素子より放射された光によって励起されて特定の波長領域の光を放射する特性を備えたものであり、最終的に光源装置10よりの放射光が全体として白色光を放射するよう調製して構成されたものである。かかる蛍光体は、LED11からの放射光の波長域に従って種類が決定されるものであり、具体的には下記の組合せを採用することができる。
【0020】
LED11が波長450nm近傍領域の青色の光を放射するものである場合、この波長領域の光によって光を放射する蛍光体であり、波長570nm近傍の光を放射する黄色蛍光体と、波長550nm近傍の光を放射する緑色蛍光体と、波長620nm近傍の光を放射する赤色蛍光体とを備える。
黄色蛍光体(すなわち、波長570nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、(Y,Gd)3Al5O12:Ce,Tb3Al5O12:Ce,(Sr,Ba)Si2(O,Cl)2N2:Eu,SrSi2(O,Cl)2N2:Euである。
緑色蛍光体(すなわち、波長550nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、Ca3Sc2Si3O12:Ce,Sr−SiON:Eu,Y3(Al,Ga)5O12:Ceである。
・赤色蛍光体(すなわち、波長620nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、CaAlSiN3:Eu,(Ca,Sr)2Si5N8:Eu,CaSiN2:Eu,Sr3SiO2:Eu,Ybである。
【0021】
このように、LED素子の放射光の波長が、例えば450nm近傍である場合には、LEDからの放射光はその一部が蛍光体層及び透光性基材を通過して放射されると共に、LEDからのそのほかの放射光が蛍光体を照射して黄色(Y)、緑色(G)及び赤色(R)の各色光が透光性基材を通過して外部に放射されることになり、Y,R,G,Bの色光が混合された白光が放射される。そしてこの結果、これらの各色光が混合して形成された白色光が、ライン状に放射される光源を構成する。
【0022】
また、LED11が波長420nm以下の領域の近紫外の光を放射するものである場合、この波長領域の光によって励起されて、蛍光を放射する蛍光体であり、波長450nm近傍の光を放射する青色蛍光体と、波長550nm近傍の光を放射する緑色蛍光体と、波長620nm近傍の光を放射する赤色蛍光体とを備える。
青色蛍光体(すなわち、波長450nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,(Ba,Sr)MgAl10O17:Eu,(Sr,Ba)3MgSi2O8:Euである。
緑色蛍光体(すなわち、波長550nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、ZnS:Cu,Al,BaMgAl10O17:Eu,Mn,SrAl2O4:Euである。
赤色蛍光体(すなわち、波長620nm近傍の光を放射する蛍光体)の具体的な例は、Ba3MgSi2O8:Eu,Mn,(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mnである。
【0023】
このように、LED素子が約420nm以下の近紫外を含む紫外域の光を放射する場合には、かかる紫外光はガラスを通過することなく、放射光が蛍光体を照射して蛍光体層において変換され、変換された青色(B)、緑色(G)及び赤色(R)の各色光が、透光性基材を通過して外部に放射されることになり、R,G,Bの色光が混合された白光が放射され、ライン状の光源を構成する。
【0024】
上述した種々の蛍光体は、例えば励起光からの変換効率に由来して決定される放射強度と、変換後の光の波長帯などの個々の蛍光体の特性に応じて、白色光を形成するのに適した組合せ及び混合割合が決定されることになる。
【0025】
蛍光体層を形成する際は、複数の蛍光体を混合して混合粉末とし、適当なバインダと混合してスラリー液を調製し、引き上げ法、流し込み法、ディッピング法などの方法を用いて透光性基材の内面に塗布して蛍光体層を形成する。
本発明のように透光性基材として円筒管を用いることで、当該管の断面方向において蛍光体層の厚さにむらが生じにくくなる。更に円筒管全体に蛍光体を塗布するよう引き上げ法を採用して塗布する手段によれば、更に均一性が上がるので効果的である。蛍光体層は上述の方法を採用し、透光性基材を構成する円筒管(内周面)の全周に亘って形成することで、特にこのような効果が得られる。蛍光体層の厚さが均一であると、LEDからの放射光が通過する蛍光体層の厚みが均一になり、最終的に得られる白色光に色むらを生じにくくなる。
【0026】
図3は、図1,2の光源装置を、長手方向に対して垂直に切断した断面を拡大して示す図である。なお同図では便宜上遮光部材(16)の構成を除いて図示している。
この実施形態において、LED11の光出射面の中心Oは透光性基材15を構成する円筒管の中心に一致するよう配置されている。言い換えると、透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状となっている。
【0027】
LED11の中心O部分より放射した光11a、11bのいずれもが、透光性部材に保持された蛍光体層13を通過して、LED光と蛍光体により変換された光が混合して構成された白色光、又は、蛍光体により変換された光で構成された白色光となって、光源装置から放射される。このとき、LED11の表面に対して垂直方向に放射した光である11a及びLED11の表面に対して斜め方向に放射した光である11bのいずれもが、蛍光体層13を通過した場合にも、光路長はほぼ等しいものとなり、放射光の色味が等しくなる。従って、光源装置から放射される光の色味が、透光性基材15の管軸に垂直な断面上で均一化され、原稿読み取り用に用いた場合に、色ムラの発生を効果的に解消することができる。
【0028】
ここで、図4を参照して上記光源装置を原稿の読取装置に適用した場合の実施形態を説明する。同図は本発明にかかる光源装置を、原稿の読取装置採用したときの、透光性基材15の管軸に垂直な説明用断面図である。
図4において、光源装置は原稿を配置するガラス面20の下部に配置されており、LED11の中心Oから直進して放射される白色光11aはガラス面30に対して斜め方向から読み取り部Pに入射するよう構成される。また光源装置10に対向する位置に反射ミラー21が配置されており、LED11において、ガラス面20から遠い位置にある遮光部材16の開口縁部近傍より出射した白色光11cは、ガラス面20に対して略平行方向に出射されるが、対向位置に配置された平面反射ミラー21により反射されて、ガラス面20における読み取り部Pに向かって入射する。
この結果、光源装置10より出射した白色光のうち一部(11a)は、直接光としてガラス面20に対して斜め方向に入射し、他の白色光の一部(11c)は、読み取り部Pを通過する軸(M)を対称軸として、直接光とは反対側の斜め方向から、反射光として入射するようになる。
【0029】
このようにして、ガラス面における読み取り部を多方向からの光で照射することで、原稿に凹凸があった場合にも文字や図形の識別が確実に行われ、原稿の読み取り精度を高くすることができるようになる。
【0030】
[実施例]
以下、本発明にかかる光源装置の効果を、光源装置の断面色度分布を測定することによって検証を行った。
まず、本発明にかかる光源装置を下記要領で製作した。LEDは青色の光を放射するものであり、透光性基材の内面に黄色蛍光体を塗布して蛍光体層を形成した。LEDは、波長456−467nm近傍に主ピークを有し、スペクトルの裾野が短波長側で約420nm、長波長側で約510nmの光を放射するもであった。蛍光体は、根本特殊化学社製ASK−23 N254、(Sr,Ba)Si2(O,Cl)2N2:Eu(ユウロピウム付活クロロ酸窒化ケイ素バリウムストロンチウム)であった。
LEDを、透光性基材内部に治具で固定して、概略図3に示す構成の光源装置を構成した。なおこのときLEDと蛍光体層(透光性基材)との距離は約10mmであった。
色温度分布の測定においては、受光部をLEDに向け、断面図においてLEDを中心とした円周方向に移動させ、10°毎にデータを取得した。なお、LEDの中心と受光部の距離(測定距離)は30mmであった。
【0031】
更に従来技術と対比するため、図6(a)で示したレンズタイプのLED光源について、上記と同じ方法で断面色度分布を測定した。
すなわち、色温度分布測定のための受光部を、LEDの中心と受光部の距離(測定距離)は30mm(一定)としてLEDに向け、断面図においてLEDを中心とした円周方向に移動させた。上記と同様10°毎にデータを取得して色度分布測定を行った。
【0032】
図5にこの結果を示す。同図において、配光角度0°は、LEDの直上から測定したデータであり、90°及び−90°のデータは、LED表面の真横からの光を捉えたデータである。色度は0°のデータを基本として色度の差分を表している。
図5において、従来技術にかかる色度分布については細線を用い、本願発明にかかる光源装置の色度分布については太線を用いて示している。
従来技術においては、同図に示すように、0°から±90°に近付くに従い色度変化が徐々に大きくなっている。
これに対し、本発明によれば、色度の差異は0.010以下であり、色むらが極めて少ないことがわかる。
この結果から明らかなように、本願発明による光源装置によれば、色度変化が小さな、すなわち、色ムラが小さな光源装置を提供することができるようになる。
【符号の説明】
【0033】
10 光源装置
11 LED(LED素子)
12 LED基板
13 蛍光体層
14 ヒートシンク
14a 上面部
15 透光性基材
16 遮光部材
17 保持部材
20 ガラス面
21 平面反射ミラー
P 読み取り部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
白色光を放射する光源装置であり、
紫外域ないし青色の光を放射する複数のLEDが細長い基板上に並んで配置されてなり、
前記LEDの光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材と、
前記透光性基材に保持されてなり、前記LEDからの発光によって励起され、当該LEDの発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状である
ことを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記透光性基材は円筒管によって構成されてなり、
前記LED基板が前記円筒管の内部に配置されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記円筒管の全周に亘って前記蛍光体層が形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光源装置。
【請求項5】
前記LED基板と透光性基材の間にヒートシンクが具備され、
前記ヒートシンクの底部が前記円筒管内面に沿った形状に形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光源装置。
【請求項1】
白色光を放射する光源装置であり、
紫外域ないし青色の光を放射する複数のLEDが細長い基板上に並んで配置されてなり、
前記LEDの光放射面側に位置され、光出射方向に突出してなる曲面を備えて形成された樋状又は円筒状の透光性基材と、
前記透光性基材に保持されてなり、前記LEDからの発光によって励起され、当該LEDの発光波長より長波長の光を放射する蛍光体層とを具備してなる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記透光性基材は、前記光源装置の長手方向に対して垂直に切断した断面形状が、LEDの光出射面上に中心を有する円弧状である
ことを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記透光性基材は円筒管によって構成されてなり、
前記LED基板が前記円筒管の内部に配置されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記円筒管の全周に亘って前記蛍光体層が形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光源装置。
【請求項5】
前記LED基板と透光性基材の間にヒートシンクが具備され、
前記ヒートシンクの底部が前記円筒管内面に沿った形状に形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の光源装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【公開番号】特開2012−243979(P2012−243979A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−113246(P2011−113246)
【出願日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【出願人】(000102212)ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【出願人】(000102212)ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Fターム(参考)】
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