JPS62248271A

JPS62248271A - Ｌｅｄアレイ光源

Info

Publication number: JPS62248271A
Application number: JP61091888A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Sekine; 関根　光治; Takeshi Tsukada; 塚田　雄志; Chiharu Katagiri; 千春片桐; Fujio Nakada; 富士夫仲田
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1987-10-29
Also published as: JPH0545074B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）を微細ピッチで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
リジェント化に伴ない、発光源として小型、高寿命のＬ
ＥＤ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、窄ス
テム上にＬＥＤチップをボンディングし、且つＬＥＤチ
ップを覆うようにシ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・植設する構成となっていたため、小型化、換
言するなら微細ピッチの選択発光には一定の限度がある
ものであった。

そこで、本願出願人は、ＬＥＤチッ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ッチの微細化を企
ると共に、各ＬＥＤチッ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はセラミッ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チップで、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ィング
（ダイボンディングおよびワイヤボンディング）されて
いて、第９図示の該先願においては、ＬＥＤチップ５２
間のピッチは２．５　ｔｒｒ＊程度とされている。５３
は仕切枠で、各ＬＥＤチップ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）の寸法精度・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１ｍ程度とされている。

５５は、透明アクリル樹脂よりなるレンズ（平凸レンズ
）で、連結部５５ａによって隣接レンズと１列に連らな
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５４の内壁が吸光構造
とされているため、ＬＥＤチップ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４玉の距離に
ある単位ターゲット領域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っている。

因みに第９図において、レンズ５５の全体高さは１．４
詣で、前記連結部５５ａの高さく厚み）　Ｓｌは０．５
ｎとされている。

上記第９図の構成は、光源のピッチの微細化を成る程度
達成出来、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によって連らなっているため、
連結部５５ａの高さを第９図左側に２点鎖線で示した如
（大きくすると、ＬＥＤチップ５２からの入射光が隣接
したレンズ５５に透過して、ＬＥＤチップ光Ｒ，の選択
発光時の歯切れが劣下する上、各単位ターゲット領域５
６での照度のバラツキを生じるという致命的な欠陥を招
来する。このため、連結部５５ａの高さは可及的に小さ
くすることが望まれるが、こうするとレンズ系の機械的
強度が劣下して成型が難しくなる上、レンズ設計の自由
度が阻害されるものであった。

加えて、前記ＬＥＤチップ５２の配列ピンチが、例えば
１朋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の全体高さが１　ｍｒｎ未満とより薄肉
化し、レンズ５５群の一体成形が量産性から見た製造上
の理由で困難となり、且つ脆弱であるため仕切枠５３上
への密着組付けで破損を生じるという欠点が顕著となる
ものであった。

〔発明の目的〕

従っ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
ピッチがより微細化しても、これに対応するレンズを量
産性に適した形で一体成形可能とするレンズ構造を提供
するにある。

本発明の他の目的とするところは、レンズの機械的強度
が充分保証でき、組立時等に破損する虞れのないものを
提供するにある。

本発明の更に他の目的とするところは、ＬＥＤからの光
が対応レンズ以外の隣接レンズへ入光する虞れのないレ
ンズ系をもつＬＥＤアレイ光源を提供するにある。

本発明の更に他の目的とするところは、レンズと仕切枠
との位置合せが容易で、またレンズの入党面をＬＥＤに
近接配置可能なＬＥＤアレイ光線を提供するにある。

〔問題点を解決する技術的手段〕

本発明の上記目的は、多数個のＬＥＤを微細ピンチで１
列に配設し、該ＬＥＤ群の上に各ＬＥＤと対応する数の
レンズを配置するＬＥＤアレイ光源において、前記レン
ズを、くし歯状に一体成型された透光性合成樹脂よりな
るレンズ複合体の各くし歯によって形成することによっ
て概略達成される。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前記ＬＥＤ
は各々が仕切枠の小室内に１つづつ配置されると共に、
各小室の上部には前記レンズが配置され、前記ＬＥＤか
らの直接入射光のみが前記レンズの下面に入射されるよ
うに各小室の内壁は吸光構造とされる。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前記各レン
ズの隣接レンズとの隣接側面は、下面の入党面が上面の
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
所定量挿入される。

また、本発明の好ましい実施態様によれば、前記くし歯
状の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ＬＥ
Ｄ群の総べてにレンズが対応・配置される。

〔作用〕

上述の如（、くし歯状のレンズ複合体の各くし歯をレン
ズとすると、各レンズは、その基部において機械的強度
の保証できる厚みがとれるレンズ複合体の基体で一体連
結されることとなる。また、レンズ自体の厚みを大きく
しても、直接入射光のみを入射するようにすれば、各レ
ンズは隣接レンズとの隣接面が分離されているので、こ
の隣接面において入射光を容易に全反射させることが可
能となる。或いはまた、レンズが分離され且つ厚みが所
定量以上あると、レンズの上下面に所望の凸形状を一体
成形で製作可能で、レンズ下面の入党面も凸形状とする
ことによって、レンズ内で入射光を概略平行光等とする
ことができる。よって、各ＬＥＤからの光が隣接レンズ
へ入射するのを完全に防止できる上、レンズ系の全体厚
みを増して機械的強度も保証できる。また、レンズの全
体厚みを増すことができることと、各レンズが分離して
いることとが相俟って、各レンズの精度出しも容易とな
る。

更には、レンズの下部を仕切枠と保合・位置合せするよ
うにすれば、位置決め精度が向上する上、各個独立した
レンズは、この際各部材に多少の製造上避は難い寸法誤
差が生じていても、保合・位置合わせ時に微少量変位し
、所期位置に倣うこともできるし、レンズの下面（入光
面）をＬＥＤに接近させて、直接入射光の入射角度も大
きくすることも可能となる。

また、くし歯状のレンズ複合体を２個互いに噛合せて用
いれば、例えば１間ピッチの如きレンズ配列（ＬＥＤチ
ップの配列）も容易に達成可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示した実施例によって説明する。

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チッ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
セラミッ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チップ２が多数個等間隔で１列に配置される。

上記ＬＥＤチップ２は、公知のダイボンディングとワイ
ヤーボンディングによって、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
チップの配列ピッチを１＊ｍに設定してあり、０．３關
角程度のＬＥＤチップ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チップ２の数と対応する数の小
室７が形成されている。〔なお、図示の都合上、仕切枠
６および後述する（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った２つのレンズ複合体が組
合されたものが、複数個実際には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チップ群の全体配列長さと、成
型条件との兼合いによって設定される。〕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３．２　ｍｒｎ
　Ｘ　０．８　ｍｔｘとされ、各小室７の配列ピッチは
ＬＥＤチップ２の配列ピッチと等しい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（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１）と、
これと一体に連らなる平板状の基部１２とを備えており
、該実施例においては、レンズ１）の配列ピンチは前記
ＬＥＤチップ２の配列ピッチの２倍の２龍とされ、ＬＥ
Ｄチップ２群中の１つおきのＬＥＤチップ２と対応する
ようになっている。上記基部１２の高さく厚み）Ｈｌお
よびこれと略同−高さとされるレンズ１）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、Ｈ，が２．５龍、Ｈ２が２．６８ｍｍと
されている。この結果、各レンズ１）は充分な機械的強
度が保証できる上、各レンズ１）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１）の
断面形状（第２図）は、レンズ設計によって任意のもの
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１）ａよりも、入光面とな
る下面１）ｂの面積が小さくなるように、各レンズ１）
の（隣接レンズに対する）側面１）Ｃは傾斜面とされて
いる。

上述の如く、レンズ１）の側面１）Ｃにテーパを付ける
と、成形時の金型と製品との“抜は性”が向上する。ま
た、このテーパがあると後述する対となったレンズ複合
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１）の上面
１）ａの平面縦・横寸法は、２．８ｍｍＸ１．Ｏｍｍで
あり、前記下面１）ｂのそれは、２．８朋×０．８朋で
、前記側面１）Ｃ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１３ａと、これに連らなる広径部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
ようになっている。

即ち、組立てに際しては、まず一方何のレンズ複合体１
０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）の下面１）ｂ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１）
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１）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１）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
られろこととなる。）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
サブアッセンブリー製品とされる。然る後、このサブア
ッセンブリー製品は、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チップ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って一体
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１）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１）
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）同志が互いに線接触
していると、レンズ１）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１）の前記側面１
）Ｃにおいて入射光を全反射させる場合に、隣接レンズ
１）への光の透過を完全に排除可能となる。

斯くの如（組立てられたＬＥＤアレイ光源は、各レンズ
１）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１）の上面（光射出面）１）ａ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１５がレンズ１）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１）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
ップ２からの直接入射光のみがレンズ１）の下面１）ｂ
に入射し、この直接入射光はレンズ１）の凸状下面１）
ｂで屈折されてわずかに外波りの略平行光とされ、再び
レンズ１）の凸状の上面１）ａで屈折されてわずかに外
すぼまりの略平行光とされて、ターゲット領域１６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１）の上面１）ａの凸レンズの焦点は
、レンズ１）の頂部から約４ｍｍ離れたターゲット領域
１６よりも更に遠い位置におかれているが、ターゲット
１６までの距離とこれに基づ（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１）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を平担な入光面となし、レンズ１７
の上面１７ａにおいて光をターゲット領域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チップ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
なっている。また、レンズ１７の上面１７ａは凸レンズ
の頂部を平担にすり落した形状とされていて、この上面
１７ａの中央平担部１７ａ−１は、ターゲット領域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１８ｂを凸レ
ンズとし、上面１８ａを平担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ット領域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。

こうすることによって、ＬＥＤチップ２にレンズ１８の
下面１８ｂを近付けることができ、従ってＬＥＤチップ
２かもの入射光角度αを大きくできて照度アンプが計れ
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
よっ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ォックレンズ
のようにすることも場合によっては可能である。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１）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っても何
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に製造上達は難い寸法
誤差があっても、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の配列ピッチと、ＬＥＤチップ２との配列ピッチと
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チップの配列ピッ
チが微細化しても、これに対応した微細ピッチ配列の一
部レンズを量産性良く提供でき、且つ、外形精度並びに
機械的強度も充分保証できる。加えて、ＬＥＤチップか
らの光が対応レンズ以外のレンズに透過する虞れがなく
、ＬＥＤチップの選択発光時のキレの良いＬＥＤプレイ
光源を提供できる。

【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チッ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
な示す説明図、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ッチ化した場合の説明図である。１・・・・・・プリント基板２・・・・・・ＬＥＤチップ６．６’、６”・・・・・・仕切枠７・・・・・・小室１０．２０・・・・・・レンズ複合体１）．１７，１８，２１・・・・・・レンズ１６・・・
・・・ターゲット領域第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数個のＬＥＤを微細ピッチで１列に配設し、該
ＬＥＤ群の上に各ＬＥＤと対応する数のレンズを配置す
る構成において、前記レンズは、くし歯状に一体成型さ
れた透光性合成樹脂よりなるレンズ複合体の各くし歯に
よって形成されていることを特徴とするＬＥＤアレイ光
源。
（２）前記ＬＥＤは各々が仕切枠の小室内に１つづつ配
置されると共に、各小室の上部には前記レンズが配置さ
れ、前記ＬＥＤからの直接入射光のみが前記レンズの下
面に入射されるように各小室の内壁を吸光構造としたこ
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。
（３）前記各レンズの下面の入光面は、凸形状もしくは
平面形状とされていることを特徴とする特許請求の範囲
第（２）項記載のＬＥＤアレイ光源。
（４）前記各レンズの下面に入光される直接入射光の一
部は、各レンズの隣接レンズとの隣接側面において全反
射されることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記
載のＬＥＤアレイ光源。
（５）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。
（６）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（２）項および第（５）項記載のＬ
ＥＤアレイ光源。
（７）前記くし歯状の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。
（８）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（７）項記載
のＬＥＤアレイ光源。