JPH0545074B2

JPH0545074B2 -

Info

Publication number: JPH0545074B2
Application number: JP61091888A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Sekine; Takeshi Tsukada; Chiharu Katagiri; Fujio Nakada
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1993-07-08
Also published as: JPS62248271A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、LED（発光ダイオード）を微細ピツ
チで１列に配設したLEDアレイ光源に係り、特
に例えば、複写機のイレーサ用ライン光源等に用
いて好適なLEDアレイ光源に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

近時、複写機、プリンタ等のOA機器の小型
化、インテリジエント化に伴ない、発光源として
小型、高寿命のLEDを利用したライン光源の応
用が拡大してきている。

特に新聞等の必要部位のみを画像処理して複写
し、他を余白とする高級な複写機が出現してきて
おり、この場合、イレーサ光源は複写しない部分
をイレーズするため部分発光させる必要があり、
発光部分と非発光部分とが混在することになる。
このため、従来の螢光ランプに変わり、LEDを
用いることにより低消費電力、高照度でかつ部分
露光のできる小型のライン光源を構成したものが
出現してきている。

この種従来のライン光源としてのLEDアレイ
は、ステム上にLEDチツプをボンデイングし、
且つLEDチツプを覆うようにステム上にレンズ
を固着してなる発光素子部品を用いており、この
発光素子部品を各仕切枠内に配置・植設する構成
となつていたため、小型化、換言するなら微細ピ
ツチの選択発光には一定の限度があるものであつ
た。

そこで、本願出願人は、LEDチツプを例えば
プリント基板に直付けしてライン光源の光源ピツ
チの微細化は企ると共に、各LEDチツプと対応
する各レンズをその下部で連結するように合成樹
脂で一体成形することを、特願昭60−194749（特
開昭62−55973）号として提案した。この先願の
構成を第９図に示し以下説明する。

第９図において、５１はセラミツクス等よりな
るプリント基板、５２は、プリント基板５１上に
１列に配置されたLEDチツプで、プリント基板
５１上の図示せぬ導電パターンにそのカソードお
よびアノードをボンデイング（ダイボンデイング
およびワイヤボンデイング）されていて、第９図
示の該先願においては、LEDチツプ５２間のピ
ツチは2.5mm程度とされている。５３は仕切枠で、
各LEDチツプ５２を収納する４角形の小室５４
を有している。この仕切枠５３は、黒色等の吸光
性合成樹脂から一体成形されており、成型上（量
産性を見た製造上）の寸法制度・強度が許容する
範囲内において、出来るだけその高さを抑えるよ
うにされており、その高さは約１mm程度とされて
いる。

５５は、透明アクリルなるレンズ（平凸レン
ズ）で、連結部５５ａによつて隣接レンズと１列
に連なるように一体成形されており、各レンズは
前記小室５４に載置される。そして、前記小室５
４の内壁が吸光構造とされているため、LEDチ
ツプ５２からの直接入射光のみが、レンズ５５の
下面に導かれ、このレンズ５５への入射光は、例
えばレンズ５５の頂部から４mmの距離にある単位
ターゲツト領域５６に、略均等の光量で照射され
るようにレンズ５５で屈折されるようになつてい
る。因みに第９図において、レンズ５５の全体高
さは1.4mmで、前記連結部５５ａの高さ（厚み）
S₁は0.5mmとされている。

上述した第９図の構成は、LEDの配列ピツチ
の微細化をある程度達成でき、且つレンズ５５が
一体成形されているので、量産性に富み、組立て
も容易である。しかしながら、レンズ５５が連結
部５５ａによつて連らなつているため、配列ピツ
チをより一層微細化した場合には、各レンズ幅も
小さくなることとなり、従つて、相対的に連結部
５５ａの高さが増すことになる。このことを、第
９図にて共用して説明する。第９図左側に２点鎖
線で示すように各レンズ幅が小さくなつた場合、
相対的に連結部５５ａの高さが増すことを示して
いる。このような状況になると、図のように
LEDチツプ５２からの入射光が隣接したレンズ
５５の領域にまで透過・漏光して、隣接のLED
チツプも発光したかのように作用して、LEDチ
ツプ光源の選択発光時の歯切れを悪くする。さら
に、このように隣接するレンズへ漏光した場合に
は、隣接するLEDチツプそのものの輝度が変化
したように影響して各単位ターゲツト領域５６で
の照度にバラツキを生じさせるという致命的な欠
陥を招来する。このため、連結部５５ａの高さを
少なくとも隣接するレンズへ漏光しない程度に小
さくすることが望まれる。しかし、そのために
は、レンズ形状を変えなければならず、これは、
レンズ設計の自由度が阻害されるものである。ま
た、連結部５５ａを小さくすれば、局部的にきわ
めて薄くなつて、この連結部５５ａにおいて割れ
やすくなつてレンズ系の機械的強度が劣化して成
形を難しくするものであつた。

このような連結部５５ａでの上記問題を避ける
ために仕切枠５３の高さを増すと、LEDチツプ
５２から見た仰角が減少して漏光はなくなるが、
仰角が減少した分レンズ５５の下面に到達する
LEDチツプ５２からの光の総量が減少して輝度
の低下となり好ましくない。

また、前記LEDチツプ５２の配列ピツチが、
例えば、１mmピツチとより一層微細化すると、第
１０図に示すようにレンズ５５の全体高さを１mm
未満と薄肉化しなければならず、このような薄さ
になると、レンズ５５群の一体成形においてレン
ズ形状の精度出し等が難しいため、量産性から見
て製造上困難となり、且つ脆弱であるため仕切枠
５３上への密着組付け破損を生じるという欠点が
顕著となるものであつた。

〔発明の目的〕

従つて本発明の解決すべき技術的課題は、上記
従来欠点の解消にあり、その目的とするところ
は、LEDの配列ピツチがより微細化しても、各
LEDの発する光が対応するレンズ以外の隣接レ
ンズへ漏光することがなく、且つ、レンズの機械
的強度が充分であつて組立時に破損する虞れのな
いものとし、しかも、量産に適した一体成形可能
なレンズ構造として、レンズと仕切枠との位置合
せが容易であるとともに、レンズの入光面を
LEDに近接配置可能な構造としたLEDアレイ光
源を提供することにある。

〔問題点を解決する手段〕

本発明の上記目的は、基板上に配設された複数
のLEDと、下面の入光面が凸形状もしくは平面
形状のレンズが複数個互いに離隔して配列し隣接
する面とは異なる側面にて基部と一体に透光性合
成樹脂により形成されたレンズ複合体と、両端が
開口の貫通した小室が複数配列して形成された仕
切枠とを備えていて、前記複数のLEDは、前記
基板が前記仕切枠に前記小室の一端の開口側から
配設されることにより前記各小室内にそれぞれ配
置され、前記レンズ複合体は、前記基部が前記仕
切枠の前記基板が配設された側とは異なる側に載
置されて前記複数のレンズがそれぞれ前記各小室
の前記複数のLEDが配置された側とは異なる開
口側に配置され、前記仕切枠の前記各小室の内壁
は、前記各LEDからの直接入射光のみを前記各
レンズに入射させ該LEDからの他の光を吸収す
る吸光構造であるようにしたことを特徴とする
LEDアレイ光源とすることによつて達成される。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前
記各レンズの隣接レンズとの隣接側面は、下面の
入光面が上面の射出面より小さくなるように傾斜
面とされる。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前
記各レンズにおける隣接レンズとの隣接側面の一
部が、前記仕切枠の小室の開口の上縁部と当接す
るよう、レンズが小室内に所定量挿入される。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前
記レンズ複合体における各レンズは、前記１列に
配置されたLED群中の１つおきのLEDと対応し、
２つのレンズ複合体を噛合わせることにより、一
定長さのLED群の総べてにレンズが対応・配置
される。

〔作用〕

レンズ複合体は、各レンズが離隔して配列して
いて隣接レンズとの隣接面が分離されているの
で、各LEDから発せられる光が隣接レンズへ侵
入することがない。また、レンズ複合体は、各レ
ンズがそのレンズ幅に相当する側面にて基部と一
体に連結されているので、レンズ幅に相当する厚
みが確保されて機械的強度を充分なものとするこ
とができ、位置精度はこの基部により確保され
る。

２つのレンズ複合体を噛合わせることにより、
漏光することなく機械的強度がより向上されると
ともに位置精度もより向上され、しかも、その機
械的強度および位置精度が可及的に保証されて、
さらに、ピツチ幅を小さくできる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示した実施例によつて説明す
る。

第１図〜第４図は本発明の１実施例に係り、第
１図Ａはレンズ複合体と仕切枠とを示す分解斜視
図、第１図Ｂはプリント基板上のLEDチツプを
示す要部斜視図、第２図は要部断正面図、第３図
は要部平面図、第４図は光路を示す説明図であ
る。

図において、１はプリント基板で、該実施例に
おいてはセラミツク基板が用いられているが、ガ
ラスエポキシ系基板、ポリイミド系基板、或いは
絶縁コートを施こした金属基板、フレキシブル基
板等の適宜の材質のものを必要に応じて選択可能
で、該プリント基板１上に発光源たるLEDチツ
プ２が多数個等間隔で１列に配置される。上記
LEDチツプ２は、公知のダイボンデイングとワ
イヤーボンデイングによつて、プリント基板１上
の導電パターン３，４に接続され、該実施例にお
いては各LEDチツプの配列ピツチを１mmに設定
してあり、0.3mm角程度のLEDチツプ２のアノー
ドから導出されるワイヤー５の引出し方向は
LED２群の列と直交している。

６は、絶縁性と成形寸法安定性に優れ、且つ吸
光性のある合成樹脂よりなる略長方形薄板の仕切
枠で、該実施例においては黒色のポリブチレンテ
レフタレートより形成されており、前記LEDチ
ツプ２の数と対応する数の小室７がそれぞれ両端
が開口の貫通した形状にて形成されている。〔な
お、図示の都合上、仕切枠６および後述するくし
歯状のレンズ複合体は実際よりも短く図示されて
いて、仕切枠６は実際には300個もしくはそれ以
上の小室が一体形成された長さとされる。また、
くし歯レンズ複合体の各くし歯（レンズ）の数も
実際には50個、或いはそれ以上の数が形成された
長さとされ、後述する如く対となつた２つのレン
ズ複合体が組合されたものが、複数個実際に用い
られることとなる。なおまた、仕切枠６も複数個
を組合せて用いることも可能で、これ等はLED
チツプ群の全体配列長さと、成型条件との兼合い
によつて設定される。〕該実施例においては、仕切枠６の板厚は１mmと
され、長方形状の各小室７は、図示上面側の縦・
横の寸法が3.2mm×0.8mmとされ、各小室７の配列
ピツチはLEDチツプ２の配列ピツチと等しい１
mmに設定されている。また、各小室７の縦方向の
内壁は第２図示の如く傾斜面とされている。な
お、８は、仕切枠６と一体形成された小軸で、後
記レンズ複合体の位置決め穴に挿入される。ま
た、９は仕切枠６に穿設された取付穴である。

１０は、透明アクリル樹脂等から一体形成され
たくし歯状のレンズ複合体で、各くし歯よりなる
レンズ１１と、これと一体に連なる平板状の基部
１２とを備えており、該実施例においては、レン
ズ１１の配列ピツチは前記LEDチツプ２の配列
ピツチの２倍の２mmとされ、LEDチツプ２群中
の１つおきのLEDチツプ２と対応するようにな
つている。上記基部１２の高さ（厚み）H₁およ
びこれと略同一高さとされるレンズ１１の高さ
H₂は機械的強度を保証するため所定以上の値と
され、該実施例においては、H₁が2.5mm、H₂が
2.68mmとされている。この結果、各レンズ１１は
充分な機械的強度が保証できる上、各レンズ１１
がそれぞれ隣接レンズとその隣接側面において分
離しているので、成形工程時の各レンズ外形の精
度出しが容易となる。レンズ１１の断面形状（第
２図）は、レンズ設計によつて任意のものが選択
可能であり、該実施例においては、上下面を凸形
状とした縦長両凸レンズとしてあり、また、第２
図に示すように、射出面となる上面１１ａより
も、入光面となる下面１１ｂの面積が小さくなる
ように、各レンズ１１の（隣接レンズに対する）
側面１１ｃは傾斜面とされている。

上述の如く、レンズ１１の側面１１ｃにテーパ
を付けると、成形時の金型と製品との“抜け性”
が向上する。また、このテーパがあると後述する
対となつたレンズ複合体１０同志の噛合せ工程お
よびレンズ複合体１０と仕切枠６との組立て工程
時において、位置合せが容易となる。因みに、該
実施例においては、前記レンズ１１の上面１１ａ
の平面縦・横寸法は、2.8mm×1.0mmであり、前記
下面１１ｂのそれは、2.8mm×0.8mmで、前記側面
１１ｃは緩やかなテーパとされている。

噛合わされる対となる２つのレンズ複合体１０
は、第１図Ａに示したように同一形状のものが用
いられ（第１図Ａにおいて平面的に180゜回転させ
ると明らか）、前記仕切枠６の小軸８が嵌合する
位置決め穴１３と、取付穴９に対向することにな
る取付穴１４とが設けられている。上記位置決め
穴１３は、前記小軸８が一致・嵌合する小径部１
３ａと、これらに連らなる広径部１３ｂとが設け
られており、前記小軸８は位置決め穴１３に挿通
された後、その頂部を上記広径部１３ｂ内で熱カ
シメされるようになつている。

即ち、組立てに際しては、まず一方側のレンズ
複合体１０が仕切枠６上に載置され、レンズ複合
体１０の位置決め穴１３に仕切枠６の小軸８が嵌
合されると共に、レンズ複合体１０の各レンズ１
１の下面１１ｂが仕切枠６の前記小室７群中の１
つおきの小室７の上部に嵌合される。この状態
で、他方のレンズ複合体１０の各レンズ１１が、
最初に仕切枠６上に載置したレンズ複合体１０の
各レンズ１１と噛合うようにして仕切枠６上に載
置され、同様に、その位置決め穴１３に小軸８を
嵌合させると共に、後から載置したレンズ複合体
１０の各レンズ１１の下面が残りの１つおきの小
室７の上部に嵌合されることとなる。（なお、２
つのレンズ複合体１０を噛合せた状態で仕切枠６
に組付けても良く、また、レンズ複合体１０の数
が多い場合は、これらが順次仕切枠６に組付けら
れることとなる。）そして、上述の如くレンズ複合体１０と仕切枠
６とを位置決めして組合せた後、前述した如く小
軸８が熱カシメされて、レンズ複合体１０と仕切
枠６とは一体化されたサブアツセンブリー製品と
される。然る後、このサブアツセンブリー製品
は、前記プリント基板１と位置合せされて、各小
室７内に前記LEDチツプ２をそれぞれ位置付け
た状態で、プリント基板１、仕切枠６、レンズ複
合体１０は、前記取付穴９，１４（プリント基板
の取付穴は図示省略）を挿通した図示せぬ取付ネ
ジによつて一体化される。（なお、プリント基板
１の下面に取付板を設けてこれと一体化しても良
い。）この組立て状態の要部断面を示したのが、第２
図で、第２図において明らかなように組合わされ
た２つのレンズ複合体１０，１０（図面上、一方
を右下りの、他方を左下りのハツチングでそれぞ
れ示している）の各レンズ１１は、それぞれ隣接
するレンズとその上面エツジ部で線接触し、各レ
ンズ１１の下面エツジが前記小室７の内壁上部と
嵌合している。そして、このように隣接レンズ１
１同志が互いに線接触していると、レンズ１１の
接触変形に基づく、この部分での光学的悪影響を
排除できる。また、隣接レンズ間の接触部が可及
的に小さいと、各レンズ１１の前記側面１１ｃに
おいて入射光を前反射させる場合に、隣接レンズ
１１への光の透過を完全に排除可能となる。

斯くの如く組立てられたLEDアレイ光源は、
各レンズ１１が上面より見て細長い長方形を呈し
ているため、各レンズ１１の上面（光射出面）１
１ａを略正方形に近い形の光射出面とするため
に、第３図示のように、例えば黒色接着テープ１
５がレンズ１１群の縦長両端部分を覆うように貼
着される。

第４図は上述してきた当該実施例におけるレン
ズ１１の光路を示している。前述したように仕切
枠６は吸光構造とされているので、モデル化して
とらえると、LEDチツプ２からの直接入射光の
みがレンズ１１の下面１１ｂに入射し、この直接
入射光はレンズ１１の凸状下面１１ｂで屈折され
てわずかに外拡りの略平行光とされ、再びレンズ
１１の凸状の上面１１ａで屈折されてわずかに外
すぼまりの略平行光とされて、ターゲツト領域１
６を略均等な光量で照射するようにされている。
この場合、レンズ１１の上面１１ａの凸レンズの
焦点は、レンズ１１の頂部から約４mm離れたター
ゲツト領域１６よりも更に遠い位置におかれてい
るが、ターゲツト１６までの距離とこれに基づく
光の拡散等を考慮して、その焦点位置の設定は任
意である。

また、レンズ１１の光学的設計は上述の実施例
以外にも種々の変形が可能で、例えば、第５図示
のように、レンズ１７の下面１７ｂを平坦な入光
面となし、レンズ１７の上面１７ａにおいて光を
ターゲツト領域１６に略均等に照射するように屈
折させても良い。なお、この第５図の実施例にお
いては、LEDチツプ２からの直接入射光の一部
をレンズ１７の側面１７ｃで全反射させるように
なつている。また、レンズ１７の上面１７ａは凸
レンズの頂部を平坦にすり落した形状とされてい
て、この上面１７ａの中央平坦部１７ａ−１は、
ターゲツト領域１６における照射光量を平均化す
るように機能付けられている。

また、第６図示のようにレンズ１８の下面１８
ｂを凸レンズとし、上面１８ａを平坦な光射出面
としても良く、この場合、レンズ１８への入射光
はレンズ１８内部で平行光とされ、この平行光の
ままターゲツト領域１６に照射されることとな
る。なお、第６図の例では、レンズ１８が仕切枠
６′内に所定量挿入され、レンズ１８の側面が仕
切枠６′の内壁エツジと線接触するようになされ
る。こうすることによつて、LEDチツプ２にレ
ンズ１８の下面１８ｂを近付けることができ、従
つてLEDチツプ２からの入射光角度αを大きく
できて照度アツプが計れることとなる。

この他にも、レンズの光学的設計は、その材
質、要求によつて自由に変更可能で、その材質に
もよるが上下面（入光・射出面）を略平面とした
擬似セルフオツクレンズのようにすることも場合
によつては可能である。また、２つのレンズ複合
体１０，１０を噛合わせる場合、前述した如く隣
接レンズ１１同志を線接触させているが、噛合わ
せた隣接レンズ間に微少隙間をもたせるようにし
ても良く、この場合、レンズの側面は垂直面であ
つても何等問題なく、且つ、各隣接レンズ間に若
干の空間的余裕があるのでレンズまたは仕切枠６
に製造上避け難い寸法誤差があつても、前述の実
施例以上にレンズの微少変位による位置決め誤差
補正が容易となる。

また、以上述べた実施例においては、くし歯状
のレンズ複合体１０を噛合わせて用いるようにし
ているが、第７，８図示のように、単一のレンズ
複合体２０の各レンズ２１の配列ピツチと、
LEDチツプ２との配列ピツチとを等しくし、こ
のレンズ複合体２０を仕切枠６″上に取付けるよ
うにしても良く、この場合は組立て作業性が向上
する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、LEDの配列ピ
ツチを微細化した場合における従来の漏光問題を
根本的に解消するとともに、機械的強度をも充分
なものとすることができる。

しかも、上述の構成としたことにより各レンズ
間に何ら他の部材を介在させる必要がなく、２つ
のレンズ複合体を噛合せることにより、各レンズ
を直接に密に配列することでより微細な配列ピツ
チとすることができる。

また、成形工程時の各レンズ外形の精度出しを
容易とさせ、レンズ設計における自由度を妨げな
いので、側面を傾斜面とすることが容易となり、
この傾斜面により漏光防止をより完全なものとす
ることができる。

しかも、この傾斜面は、成形時におけるの金型
と製品との“抜け性”を向上させることにもな
る。

また、上述の構成であるレンズ複合体を２つ噛
合せる場合においては、位置合せを容易にすると
ともに位置精度の向上にも寄与する。このとき隣
接するレンズは線接触となり、漏光問題をも発生
させない。

レンズ複合体において互いに離隔して配列した
複数のレンズの隣接する面とは異なる側面にて基
部と一体に透光性合成樹脂により形成したことに
より、各レンズの側面の幅に相当する厚みが確保
されて、機械的強度を充分なものとすることがで
きる。

さらに、上述の構成であるレンズ複合体を２つ
噛合わせることにより、漏光することなく機械的
強度がより向上されるとともに位置精度もより向
上され、しかも、その機械的強度および位置精度
が可及的に保証されて、さらなる配列ピツチ幅微
細化を可能にする。

このように本発明にもとづいて２つのレンズ複
合体を用いても、位置合せの容易さから、組立工
程を何ら煩雑なものとすることがなく、量産性に
おいても問題がない。

以上のように、本発明により、LEDの配列ピ
ツチを微細化するにあたり、漏光の問題を発生す
ることなく、量産性の高いLEDアレイ光源を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の１実施例に係り、第
１図Ａはレンズ複合体と仕切枠とを示す分解斜視
図、第１図Ｂはプリント基板上のLEDチツプを
示す要部斜視図、第２図は要部断正面図、第３図
は要部平面図、第４図は光路を示す説明図、第５
図および第６図はそれぞれ本発明の他の実施例に
係るレンズによる光路を示す説明図、第７図およ
び第８図は本発明の更に他の実施例に係るレンズ
複合体を示す要部平面図および要部断正面図、第
９図は従来例を示す要部断正面図、第１０図は第
９図の従来例に係るレンズを微細ピツチ化した場
合の説明図である。１……プリント基板、２……LEDチツプ、６，
６′，６″……仕切枠、７……小室、１０，２０…
…レンズ複合体、１１，１７，１８，２１……レ
ンズ、１６……ターゲツト領域。

Claims

【特許請求の範囲】１基板上に配設された複数のLEDと、下面の入光面が凸形状もしくは平面形状のレン
ズが複数個互いに離隔して配列し隣接する面とは
異なる側面にて基部と一体に透光性合成樹脂によ
り形成されたレンズ複合体と、両端が開口の貫通した小室が複数配列して形成
された仕切枠とを備えていて、前記複数のLEDは、前記基板が前記仕切枠に
前記小室の一端の開口側から配設されることによ
り前記各小室内にそれぞれ配置され、前記レンズ複合体は、前記基部が前記仕切枠の
前記基板が配設された側とは異なる側に載置され
て前記複数のレンズがそれぞれ前記各小室の前記
複数のLEDが配置された側とは異なる開口側に
配置され、前記仕切枠の前記各小室の内壁は、前記各
LEDからの直接入射光のみを前記各レンズに入
射させ該LEDからの他の光を吸収する吸光構造
であるようにしたことを特徴とするLEDアレイ
光源。２前記各レンズの隣接レンズとの隣接側面は、
下面の入光面が上面の射出面より小さくなるよう
に傾斜面とされていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のLEDアレイ光源。３前記各レンズにおける隣接レンズとの隣接側
面の一部が、前記仕切枠の小室の上縁部と当接す
るように、レンズが小室内に所定量挿入されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項および
第２項記載のLEDアレイ光源。４前記レンズ複合体における各レンズは、前記
複数のLEDの一つおきのLEDと対応し、２つの
レンズ複合体を噛合わせることにより、前記複数
のLEDの総てにレンズを対応・配置するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のLEDアレイ光源。５前記２つのレンズ複合体を噛合わせた状態に
おいて、隣接レンズ同志が線接触するように各レ
ンズにおける隣接レンズとの隣接面には少くとも
傾斜面が形成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第４項記載のLEDアレイ光源。