JP6273513B2 - 面発光装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＣＣＤ等の撮像素子の検査等に使用される、ＬＥＤを用いた面発光装置に関し、特に均一な輝度又は照度が得られるものに関する。

ＬＥＤなどの点光源を複数敷設した面発光装置において、例えば、輝度むらの少ない均一性の高い発光面を形成するには、従来、特許文献１に示すように、光源敷設領域の周囲に筒状の内向き反射面を設けて射出する、所謂万華鏡照明構造が用いられる。

この万華鏡照明構造においては、前記反射面の高さ寸法（発光方向の寸法）が大きければ大きいほど、反射面での光の反射回数が増え、各ＬＥＤからの光が混合しあって、より均一な輝度の発光面を得ることができる。

特許第５０９７５４８号公報

ところで、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を面状に敷設したエリアセンサなどの検査に用いられる面発光装置においては、液晶テレビのバックライトに用いられるものと比べて、その発光面の輝度に格段に高い均一性が要求される。
その一方で、近時、この分野においてコンパクトな照明装置の要求が高まり、前記反射面の高さ寸法を十分にとることが難しい状況になりつつある。

また、従来、前記検査において発光色温度を変える必要がある場合、各色温度の光を発する面発光装置を検査ごとに取り替えることによって対応しているが、１つの面発光装置で色温度を切り換えることができるようにして、その取替えリードタイムを低減したいという要求もある。

しかしながら、コンパクト性と色温度の切換という各要求を推し進めると、光の均一性を低減させる恐れがある。なぜなら、コンパクト化の結果、反射面の高さ寸法が抑制されると光の均一性が悪化するし、また、色温度を切り替えるべく単に複数種類のＬＥＤを敷設しただけでは、どの種類のＬＥＤを点灯させても同じような光の均一性が得られるとは限らないからである。

本発明はかかる問題点を一挙に解決すべく、コンパクト性（特に光軸方向寸法の低減）及び色温度（分光分布）の切換機能の導入を図りつつ、輝度や照度の均一性を担保できる面発光装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち、本発明に係る面発光装置は、基板と、該基板の搭載面にそれぞれ所定の規則性をもって敷設された複数の第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤと、環状をなし、一方の開口が前記搭載面に対向して設けられるとともに、内周面に鏡面が形成されたリフレクタ部材とを具備し、
前記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤは、それぞれの敷設密度が互いに等しく設定されているとともに、互いに分光分布の異なる光を射出し排他的に点灯するものであり、
前記リフレクタ部材の鏡面での反射によって生じる第１ＬＥＤの虚像が、当該第１ＬＥＤの実像の周囲に前記規則性を維持しながら理論上無限に広がり、かつ、前記鏡面の反射によって生じる第２ＬＥＤの虚像が、当該第２ＬＥＤの実像の周囲に前記規則性を維持しながら理論上無限に広がるように構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、ＬＥＤの虚像が、前記規則性を維持しながら広がるので、理論上、各ＬＥＤがそれぞれ所定の規則性をもって無限に広がって敷設された面発光装置を得られることになる。このため、リフレクタ部材の高さ寸法を抑制することにより鏡面での光の反射回数が減ったとしても、均一な輝度の発光面を得ることができたり、均一な照度で被照射物を照射することができる。更に、どのＬＥＤを点灯させても、均一な輝度又は照度を得ることができる。

また、各ＬＥＤの敷設密度が異なる場合には、均一な輝度又は照度が得られるリフレクタ部材の高さ寸法が異なる（密度が低いほどＬＥＤの配置間隔が広くなって当該高さ寸法が大きくなる）ため、最も高さ寸法が大きくなるときに合わせてリフレクタ部材の高さ寸法を設定しなければならないが、本発明では、各ＬＥＤの敷設密度を互いに等しくしているので、各ＬＥＤの敷設密度が異なる場合に比べ、リフレクタ部材の高さ寸法を低くすることができる。更に、ＬＥＤの出力が同じであればＬＥＤを切り換えても輝度レベル又は照度レベルが変化しないという効果も得られる。よって、例えば、前記エリアセンサの検査用等の基準光源や照明用光源、その他光射出用光源として好適に用いることができる。

具体的なＬＥＤの敷設態様及びリフレクタ部材の配設態様としては、前記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤが、前記搭載面に仮想の方形格子を設けた場合の、その格子点上に配置されており、前記搭載面と垂直な方向から視た場合に、リフレクタ部材は、その内側周面に４つの前記鏡面が形成された方形状をなすものであり、少なくとも対向する２つの鏡面が最外周のＬＥＤの光軸上に配置されているものを挙げることができる。

発光面における輝度の均一性を向上させるには、前記リフレクタ部材の反基板側に配設された光拡散部材をさらに具備するものが好ましい。

このように本発明の面発光装置によれば、理論上、各ＬＥＤがそれぞれ所定の規則性をもって無限に広がって敷設された面発光装置を得られることになるため、コンパクト化を図っても（リフレクタ部材の高さ寸法を抑制しても）均一な輝度の発光面を得ることができたり、均一な照度で被照射物を照射することができるとともに、どのＬＥＤを点灯させても、均一な輝度又は照度を得ることができる。また、各ＬＥＤの敷設密度が互いに等しいため、敷設密度が異なる場合に比べてリフレクタ部材の高さ寸法を低くすることができる他、ＬＥＤの切り換えによる輝度レベル又は照度レベルの変化を防止することができる。従って、基準光源や照明用光源、その他光射出用光源として好適に用いることができる。

本発明の一実施形態における面発光装置の平面図。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図。 同実施形態における面発光装置の平面図。 同実施形態における面発光装置の第１ＬＥＤを点灯させたときの虚像も含めた発光態様を示す平面図。 同実施形態における面発光装置の第２ＬＥＤを点灯させたときの虚像も含めた発光態様を示す平面図。 本発明に係る面発光装置の他の実施形態を示す模式的平面図。 本発明に係る面発光装置のさらに他の実施形態を示す模式的平面図。 本発明に係る面発光装置のさらに他の実施形態を示す模式的平面図。 本発明に係る面発光装置のさらに他の実施形態を示す模式的平面図。 本発明に係る面発光装置のさらに他の実施形態を示す模式的平面図。

以下に本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る面発光装置１００は、正方形の発光面を有し、該発光面のいずれの箇所においてもその輝度が所定の規格内に収まるように調整された、均一な面発光を行うものであり、例えば、エリアセンサを有したデジタルカメラなどのホワイトバランス等に係る性能検査や品質調整をする際に用いられる。

具体的にこの面発光装置１００は、基板５と、該基板５の一方の面（搭載面）に敷設された複数の第１ＬＥＤ１及び複数の第２ＬＥＤ２と、前記基板５から間隔を隔てて配置され、内周面が鏡面４に形成された正方形枠状をなすリフレクタ部材３と、リフレクタ部材３の反基板側の開口に設けられた光拡散板６とを具備したものである。

各部について説明する。
基板５は、方形平板状をなすプリント配線基板である。
第１ＬＥＤ１は、図１、図２に示すように、所定の色温度の白色光を発するものであり、ここでは表面実装型のものを用いている。第２ＬＥＤ２は、前記第１ＬＥＤ１とは異なる色温度の白色光を発するものであり、第１ＬＥＤ１同様、表面実装型のものを用いている。これら各ＬＥＤ１、２の光軸は、図１、図２から明らかなように、前記基板搭載面と直交する。

なお、各ＬＥＤ１、２の方形ベースは基板５の辺と平行ではなく、斜め（４５度）に傾けてあるが、これは、抵抗器などの周辺部品の配置スペースを確保するためである。

しかして、これら各ＬＥＤ１、２は、敷設密度が互いに等しくなるよう搭載面の正方領域に、所定の規則性をもって敷設してある。図１を参照してより具体的に説明すると、ここでは、基板５の搭載面上に仮想の正方格子Ｐを引いた場合の、その仮想正方格子Ｐの格子点上に、第１ＬＥＤ１と第２ＬＥＤ２とが交互に配置されるようにしてある。この仮想正方格子Ｐは、最外周のＬＥＤ１、２で規定される前記正方領域の辺とは４５度傾けてある。なお、同図中、白抜きの円で示されるものが第１ＬＥＤ１であり、塗りつぶしの円で示されるものが第２ＬＥＤ２である。

この構成を、図３を参照して言い換えると、第１ＬＥＤ１は、仮想正方格子Ｑの格子点上に配置されており、第２ＬＥＤ２は、前記仮想正方格子Ｑとは横方向及び縦方向に半ピッチだけずれた別の仮想正方格子Ｒの格子点上に配置されているとも言うことができる。上述した仮想正方格子Ｑ、Ｒは、前記正方領域の辺と平行である。

さらに、前記第１ＬＥＤ１と第２ＬＥＤ２とは、電力供給配線が独立しており、図示しない制御装置によって、互いに排他的に点灯するように構成してある。なお、前記制御装置によって第１ＬＥＤ１と第２ＬＥＤ２とが同時に点灯するように構成することも可能である。

リフレクタ部材３は、図１、図２に示すように、長さの等しい４枚の横長平板の端部同士を直角に接続した正方形枠状をなし、その内周面に鏡面４を形成してなるものである。

このリフレクタ部材３は、その内周面（鏡面４）が基板搭載面と直角になるとともに、その一方の開口が前記搭載面から若干離間するように配置される。このことによって、該リフレクタ部材３の反基板側の開口が、前記発光面となるように構成してある。なお、前述したように、この開口には光拡散板６が配設される。

しかしてこの実施形態では、このリフレクタ部材３が、前記搭載面と直交する方向（以下、光軸方向とも言う。）から視たときに、最外周のＬＥＤ１、２の光軸上に鏡面４が位置するように配置してある。

このような構成で、第１ＬＥＤ１を点灯すると（あるいは第１ＬＥＤ１にだけ着目すると）、鏡面４の反射によって図４に示すように、第１ＬＥＤ１の実像の周囲に第１ＬＥＤ１の虚像１’が、実像から連続して前記規則性を維持しながら理論上無限に広がることとなる。すなわち、第１ＬＥＤ１の実像及び虚像１’が、無限に広がる仮想正方格子Ｑの格子点上に漏れなく配置されることになる。また第２ＬＥＤ２についても第１ＬＥＤ１同様、図５に示すように、その虚像２’が第２ＬＥＤ２の実像の周囲に前記規則性を維持しながら理論上無限に広がることとなる。すなわち、第２ＬＥＤ２の実像及び虚像２’が、無限に広がる仮想正方格子Ｒの格子点上に漏れなく配置されることになる。

すなわち、本面発光装置１００によれば、ＬＥＤ１、２の虚像１’、２’が、前記規則性を維持しながら広がるので、理論上、各ＬＥＤ１、２がそれぞれ所定の規則性をもって無限に広がって敷設された面発光装置１００を得られることになる。

従って、リフレクタ部材３の高さ寸法を抑制することにより鏡面４での光の反射回数が減ったとしても、均一な輝度の発光面を得ることができるし、ＬＥＤ１、２とリフレクタ部材３との位置関係が、ＬＥＤ１、２の虚像１’、２’が規則性をもって無限に広がるような位置関係となっているので、ＬＥＤ１、２のどちらを点灯させても、均一な輝度で発光させることができる。

また、各ＬＥＤ１、２の敷設密度が異なる場合には、均一な輝度が得られるリフレクタ部材３の高さ寸法が異なる（密度が低いほどＬＥＤの配置間隔が広くなって当該高さ寸法が大きくなる）ため、最も高さ寸法が大きくなるときに合わせてリフレクタ部材３の高さ寸法を設定しなければならないが、本例では、各ＬＥＤ１、２の敷設密度が互いに等しいので、各ＬＥＤ１、２の敷設密度が異なる場合に比べ、リフレクタ部材３の高さ寸法を低くすることができる。更に、ＬＥＤ１、２の出力が同じであればＬＥＤ１、２を切り換えても発光面の輝度レベルが変化しないという効果も得られる。よって、例えばエリアセンサの検査用等の基準光源として好適に用いることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、リフレクタ部材３を、正方形枠状ではなく、図６に示すように、例えばエリアセンサの形状に比例合致させるように、矩形枠状にしても構わない。

また、図７に示すように、鏡面４は、その４つ全てをＬＥＤ１、２の光軸上に位置させる必要はなく、少なくとも対向する２つの鏡面４をＬＥＤ１、２の光軸上に位置させ、残りはＬＥＤ１、２のピッチの半分の位置に配置しても良い。より具体的には、光軸方向から視て、光軸上に位置させる鏡面４は、その鏡面４と垂直な方向に第１ＬＥＤ１と第２ＬＥＤ２とが交互に並ぶものであり、光軸上に位置させない鏡面４は、その鏡面４と垂直な方向に同種のＬＥＤ１（２）が連続して並ぶものである。
図７のＬＥＤ配置において、鏡面４を全てＬＥＤ１、２の光軸上に配置しても良い（図８参照）。

本発明は、前記実施形態のように、少なくとも第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤの２種類のＬＥＤを有していれば良いのであって、図９に示すように３種類のＬＥＤ（Ａ〜Ｃ）を設けても良いし、図１０に示すように４種類のＬＥＤ（Ａ〜Ｄ）を設けても良い。これら図９、図１０において、各ＬＥＤは全て同じ敷設密度である。
正方格子ではない方形格子（縦横の長さが違う格子）の格子点上にＬＥＤを配置しても構わない。

更に、ＬＥＤ１、２には、上述のように、色温度（分光分布）の異なる白色光を射出するものに限らず、波長（分光分布）の異なる紫外光や可視光、赤外光を射出するものを用いることもできる。なお、可視光のＬＥＤを用いる場合、どの色の光を射出するＬＥＤを採用するかは、当該面発光装置の使用用途等に応じて適宜選択されるが、例えば、青色、緑色、赤色の光をそれぞれ射出する３種類のＬＥＤを使用することができる。

また、リフレクタ部材としては、例えば、透明中実の四角柱で構成してもよい。この構成によれば四角柱の側周面が空気との屈折率の違いから反射面つまり鏡面となる。また、上例では、リフレクタ部材３の開口部に光拡散板６を設けたが、輝度ではなく照度の均一性が要求される場合には、この光拡散板６を省略することができる。
その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・面発光装置
１・・・第１ＬＥＤ
２・・・第２ＬＥＤ
３・・・リフレクタ部材
４・・・鏡面
５・・・基板
６・・・光拡散板（光拡散部材）

Claims (3)

1. 基板と、該基板の搭載面にそれぞれ所定の規則性をもって敷設された複数の第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤと、環状をなし、一方の開口が前記搭載面に対向して設けられるとともに内周面に鏡面が形成されたリフレクタ部材とを具備し、
   前記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤは、それぞれの敷設密度が互いに等しく設定されているとともに、互いに分光分布の異なる光を射出し切換可能に点灯するものであり、
   前記リフレクタ部材の鏡面での反射によって生じる第１ＬＥＤの虚像が、当該第１ＬＥＤの実像の周囲に前記規則性を維持しながら理論上無限に広がり、かつ、前記鏡面の反射によって生じる第２ＬＥＤの虚像が、当該第２ＬＥＤの実像の周囲に前記規則性を維持しながら理論上無限に広がるように構成されているものであることを特徴とする面発光装置。
2. 前記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤが、前記搭載面に仮想の方形格子を設けた場合のその格子点上に配置されており、
   前記搭載面と垂直な方向から視た場合に、リフレクタ部材が、その内側周面に４つの前記鏡面が形成された方形状をなすものであり、対向する２つの鏡面が最外周のＬＥＤの光軸上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
3. 前記リフレクタ部材の反基板側に配設された光拡散部材をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の面発光装置。