半導体光源であるLED（発光ダイオード）は、数十年にわたって導入・開発されてきました。LEDは、インジケーターや、照明部品などの一般照明製品として多くの機器に使われています。「グリーン」な光源として、LEDは長寿命で高効率の光を多くの用途に提供できます。しかし、特殊な用途では、標準的なLEDが常に最適とは限りません。点光源エミッター（PSE）は、エンコーダー、マシンビジョン、医療用ファイバーなど、精密な光ビームが必要な用途に最適な代替手段です。
点光源エミッターは、構造は標準的なLEDに似た半導体ダイオードですが、光は直径25μm～150μmが一般的な、明確に定義された円形の領域から放射されます。生じる光は「スポット」のように見えます。出力光の指向角は非常に狭く、ほぼ平行です。この2つの特性は、レーザーダイオードに比べて低出力で、ほぼ平行な光源を必要とする用途に適しています。
図1は、標準LEDとPSEの側面から見た構造を示しています。この2つの構造の1つ目の違いは、光の放射方向です。標準LEDの出力光は側面に向かいます。光の向きを集め直すため、標準LEDでは通常、光を側面から上方に向ける反射カップが必要です。これにより、光出力の損失、電力の損失、最終的な出力ビームと指向角のばらつきが生じることがあります。一方、PSEは、構造の上部にあるアパーチャー（窓）を通して上面に光を放射します。2つ目の違いは、カソードコンタクトの位置です。標準LEDのカソードコンタクトパッドは通常、構造の中央にあるため、上部のワイヤーボンドによって光出力が遮られることがあります。点光源エミッターでは、カソードコンタクトのワイヤーボンドをアパーチャー窓の横に配置することでこの問題を容易に解決し、遮るものや暗部をなくしています（図2参照）。標準LED（図2の左）から放射される光には、ボンディングパッド、ワイヤーボンドによる遮へい、反射カップ（図3参照）による暗部がいくつもあります。点光源エミッター（図2の右）のビームははるかに狭く、明確で、精密であり、暗部がありません。
図1：標準LEDと点光源エミッターの側面から見た構造。（a）標準LEDの構造（b）オプトランスの点光源エミッターの構造
図2：標準LEDと点光源エミッターの発光の比較。左が標準LEDの光出力、右が点光源エミッター。
図3：標準LEDの構造図
PSEの重要なパラメーターであるアパーチャーサイズは、出力に影響します。一般に、アパーチャーが小さいほど出力は低くなりますが、分解能は高くなります。点光源エミッターは、個々の用途の要件を満たすため、さまざまな波長とアパーチャーサイズで提供されています。現在、PSEは赤色光（650nm）から赤外（IR）光（880nm）までの波長で入手できます。詳細を表1に示します。
| 発光色 | 波長 | アパーチャー窓のサイズ |
|---|---|---|
| 赤 | 650nm | 25μm |
| 赤 | 650nm | 80μm |
| 赤 | 650nm | 150μm |
| 赤外線（IR） | 850nm | 50μm |
| 赤外線（IR） | 850nm | 150μm |
| 赤外線（IR） | 880nm（開発中） | 50μm |
| 赤外線（IR） | 880nm（開発中） | 150μm |
標準的なLEDの発光は、レーザーのような単色光でも、タングステンランプのような広帯域光でもなく、その中間にあります。そのため、出力光の帯域幅も、用途によって重要な検討事項になります。一般に、LEDのスペクトル帯域幅は30nm～100nmですが、PSEははるかに狭い20nm～50nmの帯域幅を実現しています。ただし、特殊な用途では、さらに狭い帯域幅が必要になります。たとえば、一部の顕微鏡用途の画像システムでは、エミッターからの狭帯域の発光に加え、試料の画像の背景に生じる迷光が少ないことも求められます。
図4は、880nmの標準LEDと880nmのPSEのスペクトルを示しています。図中の青い線は帯域幅60nmの880nm標準LEDのスペクトル、赤い線は880nm PSEのスペクトルです。880nm PSEの代表的な帯域幅は40nmで、標準LEDより20nm狭くなっています。これは、PSEがLEDに比べてはるかに単色性の高いビームを発することを示しています。
図5は、850nmの標準PSEと狭帯域PSEのスペクトルを示しています。図中の緑の線は帯域幅40nmの850nm標準PSEのスペクトル、オレンジの線は850nm狭帯域PSEのスペクトルです。850nm狭帯域PSEの代表的な帯域幅は25nmに達し、お客様の要件に応じてさらに狭くすることもできます。
LEDの光度は、使用期間とともに徐々に低下するという特性があります。光度の低下の速さは、使用する材料と、LEDを駆動する順方向電流によって異なります。電流が大きいほど、光度の低下も大きくなります。したがって、LEDランプの順方向電流を設定する際は、上の例のように温度特性だけで決めるのではなく、寿命特性も考慮してください。寿命特性を改善する効果的な方法は、LEDランプの順方向電流を比較的低く設定することです。
LEDの指向角は、主にチップの種類、パッケージ、光学系によって決まります。標準LEDの指向角は15°～120°です。点光源エミッターでは、特殊な光学系を使うことで、4°という狭い指向角にも対応できます。指向角を最適化するには、外付けの光学ガラスレンズや内蔵ボールレンズを使うなど、いくつかの技術があります。これらのレンズは、
光の損失を抑え、光路を最適化するだけでなく、製品の信頼性も高めます。標準LEDは通常、エポキシ樹脂やプラスチック材料で封止されています。これらの封止材の中には、ダイと化学反応を起こし、光出力の早期劣化を招くものがあります。多くのPSEは、内部を空気または窒素で満たした気密封止ハウジングにパッケージされています。これにより、PSEの寿命と出力劣化を大幅に改善できます。図6は、外付けのガラス光学レンズを使った例を示しています。
気密封止のTO-18およびTO-46メタルキャン、同軸メタルキャン、セラミック表面実装パッケージなど、さまざまな高信頼性パッケージを選べます。これらのパッケージはいずれもパッケージの高さやレンズを選べるため、設計者は高度な設計において最大限の柔軟性を得られます。レンズには、フラットガラス窓、ドームレンズなどがあります。図7は、PSEの標準的なパッケージの例を示しています。カスタムパッケージにも対応しています。
LEDの光度は、使用期間とともに徐々に低下するという特性があります。光度の低下の速さは、使用する材料と、LEDを駆動する順方向電流によって異なります。電流が大きいほど、光度の低下も大きくなります。したがって、LEDランプの順方向電流を設定する際は、上の例のように温度特性だけで決めるのではなく、寿命特性も考慮してください。寿命特性を改善する効果的な方法は、LEDランプの順方向電流を比較的低く設定することです。