(57)【要約】  本発明は、ヒートシンク１２と、基板１４であって、前記基板上に配設される少なくとも１つの発光素子２４を備える基板１４と、光学素子１６とを有する光出力装置１０であって、前記光学素子が、バヨネット型構造を用いて、前記ヒートシンクに取り付けられ、前記基板が、前記ヒートシンクと前記光学素子との間に固定される光出力装置に関する。本発明は、このような光出力装置を組み立てる方法にも関する。
2011527813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクと、
基板であって、前記基板上に配設される少なくとも１つの発光素子を備える基板と、
光学素子とを有する光出力装置であって、
前記光学素子が、バヨネット型構造を用いて、前記ヒートシンクに取り付けられ、前記基板が、前記ヒートシンクと前記光学素子との間に固定される光出力装置。
【請求項２】
前記バヨネット型構造が、前記光学素子から突出する２つの反対側横方向部材と、前記突出する部材を受けるよう適合される前記ヒートシンクの２つの対向溝とを有する請求項１に記載の光出力装置。
【請求項３】
前記基板が、プリント回路基板である請求項１又は２に記載の光出力装置。
【請求項４】
前記光学素子が、コリメータレンズである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの発光素子が、少なくとも１つの発光ダイオードである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項６】
光出力装置を組み立てる方法であって、
ヒートシンクを設けるステップと、
基板であって、前記基板上に配設される少なくとも１つの発光素子を備える基板を、前記ヒートシンク上に配置するステップと、
光学素子を、前記基板が前記ヒートシンクと前記光学素子との間に固定されるように、バヨネット型構造を用いて前記ヒートシンクに取り付けるステップとを有する方法。
【請求項７】
前記バヨネット型構造が、前記光学素子から突出する２つの反対側横方向部材と、前記ヒートシンクの２つの対向溝とを有し、前記光学素子を前記ヒートシンクに取り付けるステップが、前記突出する部材が、前記溝において受けられるように、前記光学素子を前記ヒートシンクに対して回転させるステップを有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記光学素子が、前記光学素子を約３０度乃至１５０度回転させることで、前記ヒートシンクに取り付けられる請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力装置、とりわけ、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光出力装置、及びこのような光出力装置を組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＥＤを備えるプリント回路基板は、熱的接触を確実にし、ＬＥＤから十分な熱を遠ざけることを確実にするため、多くの場合、ヒートシンクに、接着される、ねじで留められる、又は締着される。また、多くの場合、所望の放射パターンを供給するために、又はＬＥＤを保護するために、ＬＥＤの上に光学部品が配置される。
【０００３】
米国特許第7,348,604号 (Matheson)は、熱放散素子と、１つ以上の発光素子に結合される基板と、ハウジング素子であって、ハウジング素子を熱放散素子に結合するための固定手段を含むハウジング素子とを有する発光モジュールであって、申し立てによると、基板が、熱放散素子とハウジング素子との間に密閉される発光モジュールを開示している。ハウジング素子は、光学素子を具備し、それは、熱放散素子にわたって摺動させられ、それがその歪んでいない形状に戻り、熱放散素子をつかむよう可撓性である。
【０００４】
Mathesonが呈示している解決策の不利な点は、ハウジング素子の可撓特性が、ハウジング素子に、材料及び形状選択に関する設計制約を課すことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、この不利な点を少なくとも部分的に解決し、改善された光出力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の記載から分かるであろう、この及び他の目的は、添付の独立請求項に記載の、光出力装置、及びこのような光出力装置を組み立てる方法によって達成される。
【０００７】
本発明の或る態様によれば、ヒートシンクと、基板であって、前記基板上に配設される少なくとも１つの発光素子を備える基板と、光学素子とを有する光出力装置であって、前記光学素子が、バヨネット型構造を用いて、前記ヒートシンクに取り付けられ、前記基板が、前記ヒートシンクと前記光学素子との間に固定される光出力装置が提供される。
【０００８】
バヨネット型構造は、一般に、回転対称特性のある２つの接続部を、短い回転運動で、互いに固定するための構成と定義され得る。バヨネット型構造を用いることにより、単に、前記光学素子をひねることで、前記光学素子が正しい位置に固定され、前記基板も前記ヒートシンクに固定され得る。前記基板の前記ヒートシンクへの固定は、前記基板と前記ヒートシンクとの間の熱的接触を確実にする。このようにして、可撓性素子、又はねじ、接着剤若しくは他の付加的な構成要素を用いる必要なく、前記基板の前記ヒートシンクへの固定が有利に実施される。また、前記基板は、それが必要とされる場所、即ち、前記少なくとも１つのＬＥＤのまわりで、前記ヒートシンクに押し付けられ得る。
【０００９】
或る実施例においては、前記バヨネット型構造は、前記光学素子から突出する２つの反対側横方向部材と、前記光学素子が適切に回転されるときに前記突出する部材を受けるよう適合される前記ヒートシンクの２つの対向溝とを有する。前記光学素子は、例えば、２つの斜め反対側の丸い角を備える矩形の形状を持つベースプレートを含んでもよく、前記ヒートシンクは、２つの長手方向内側溝を備えるプロファイルチャネルとして形成されてもよい。このようにして、前記基板を前記ヒートシンクに固定させる機能は、主に、前記光学素子に組み込まれる。
【００１０】
好ましくは、前記基板はプリント回路基板であり、前記光学素子はコリメータレンズであり、前記少なくとも１つの発光素子は少なくとも１つの発光ダイオード（チップ又はパッケージ）である。ＬＥＤの利点は、高い効率、長い有用寿命などを含む。他の基板は、配線回路基板を含むが、これに限定されない。他の光学素子は、透明な又は透光性の保護カバー、拡散カバー、レンズ、反射器などを含むが、これらに限定されない。他の発光素子は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザーダイオードなどを含むが、これらに限定されない。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、光出力装置を組み立てる方法であって、ヒートシンクを設けるステップと、基板であって、前記基板上に配設される少なくとも１つの発光素子を備える基板を、前記ヒートシンク上に配置するステップと、光学素子を、前記基板が前記ヒートシンクと前記光学素子との間に固定されるように、バヨネット型構造を用いて前記ヒートシンクに取り付けるステップとを有する方法が提供される。或る実施例においては、前記バヨネット型構造が、前記光学素子から突出する２つの反対側横方向部材と、前記ヒートシンクの２つの対向溝とを有し、前記光学素子を前記ヒートシンクに取り付けるステップが、前記突出する部材が、前記溝において受けられるように、前記光学素子を前記ヒートシンクに対して回転させるステップを有する。詳細には、前記光学部材は、好ましくは、前記光学素子を約３０度乃至１５０度回転させることで、即ち、例えば同様の機能のために長い回転運動を必要とするねじ込み継ぎ手と比べて、短い回転運動で、前記ヒートシンクに取り付けられる。更に、この態様は、上記の態様と同様の利点を呈し、同様の特徴を呈し得る。
【００１２】
以下、本発明の現在好ましい実施例を示している添付の図面を参照して、本発明のこれら及び他の態様をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する斜視図である。
【図１ｂ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する側面図である。
【図２ａ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する斜視図である。
【図２ｂ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する側面図である。
【図３ａ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する斜視図である。
【図３ｂ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する側面図である。
【図４ａ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する斜視図である。
【図４ｂ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する側面図である。
【図５ａ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する斜視図である。
【図５ｂ】本発明の実施例による光出力装置を組み立てるステップを図示する側面図である。
【図６ａ】本光出力装置の光学素子の斜視図である。
【図６ｂ】本光出力装置の光学素子の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例による光出力装置１０を、添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
光出力装置１０は、ヒートシンク１２と、ＰＣＢ１４と、光学素子１６とを有する。
【００１６】
ヒートシンク１２は、好ましくは、金属、とりわけ、アルミニウムのような高い熱伝導性を備える材料で作成される。本ヒートシンク１２は、基底部１８と、２つの側壁部２０ａ、２０ｂとを持つプロファイルチャネルである。例えば図１ａ乃至１ｂに図示されているように、壁部２０ａ、２０ｂの内側に沿って、基底部１８の近くに、２つの対向溝２２ａ、２２ｂが走っている。ヒートシンク１２は、随意に、熱放散の向上のための複数のフィンを含み得る。
【００１７】
ＰＣＢ１４は、それに熱的に接続される少なくとも１つのＬＥＤ２４を有する。ＬＥＤ２４は、ＰＣＢ１４上に直接取り付けられるＬＥＤのパッケージ又はチップ若しくはダイであり得る。ＰＣＢ１４は、ＬＥＤ２４の起動のために、ＬＥＤ２４を電源（図示せず）に電気的に接続するための導電性トレース２６などを更に有する。ＰＣＢ１４は、好ましくは、ヒートシンク１２の２つの壁部２０ａ、２０ｂの間の基底部上に直接載っている。また、ＰＣＢ１４の両側縁端部２８ａ、２８ｂは、例えば図２ｂに図示されているように、壁部２０ａ、２０ｂに当接し、それによって、ＰＣＢ１４の、壁部２０ａ、２０ｂに対して横方向の動きを防止し得る。
【００１８】
光学素子１６は、円柱形外面３０と、傾斜内面３２とを備える、例えば、ポリカーボネート又はＰＭＭＡで作成されるボディ部を有し（図６ａ乃至６ｂ参照）、傾斜内面３２は、全反射（ＴＩＲ）に基づくコリメート反射器の役割を果たす。光学素子１６は、少なくとも１つのＬＥＤ１４が配置される中央開口部３４を更に有する。また、光学素子１６は、ヒートシンク１２の基底部１８に面するベースプレート３６を有する。ベースプレート３６は、実質的に剛体であり、ベースプレート３６を含む光学素子１６は、一体的に１つに形成され得る。ベースプレート３６は、図示されているように、２つの丸い角３８ａ、３８ｂを備える矩形の全体形状を持つ。矩形のベースプレート３６のより短い側部４０ａ、４０ｂの間の（垂直）距離ｄ１は、底部の溝２２ａ、２２ｂの間の距離ｄ２とほぼ等しいが、矩形のベースプレート３４の他の側部の間の対応する距離はより短い。更に、ベースプレート３６の厚さは、好ましくは、ベースプレート３６が、溝２２ａ、２２ｂに押し込まれ得るように、選択される。他の例においては、この目的のために、より短い側部４０ａ、４０ｂに楔４２ａ、４２ｂが設けられ得る。
【００１９】
図５ａ及び５ｂに図示されている状態においては、光学素子１６は、ＰＣＢ１４の上に配置され、矩形のベースプレート３６のより短い側部４０ａ、４０ｂの少なくとも一部が、溝２２ａ、２２ｂに受けられるように回転される。これは、光学素子１６の、ヒートシンクの基底部１８に対して横方向の動きを防止する。更に、光学素子１６の、壁部２０ａ、２０ｂに対して横方向の動きが、防止される。光学素子１６ａとヒートシンク１２との間の接続は、付加的に、ＰＣＢ１４に圧力又は力を加え、前記ＰＣＢ１４は、ＰＣＢ１４がヒートシンク１２に押し付けられるように、光学素子１６とヒートシンク１２との間にはめ込まれ、又は機械的に挟まれ、それによって、ＰＣＢ１４をヒートシンク１２に固定させ、ＰＣＢ１４とヒートシンク１２との間の所望のレベルの熱的接触を確立する。これは、ヒートシンク１２の基底部１８と溝２２ａ、２２ｂとの間の距離に関連してＰＣＢ１４の厚さを適切に選択することによって達成され得る。ＰＣＢ１４をヒートシンク１２に固定させるのに、光学素子１６以外の追加的な構成要素は必要ない。また、上記のように設計される光学素子１６は、ＬＥＤ２４を外部から遮断し得る。これは、有益には、ＬＥＤ２４を水又は湿気から保護するための充填／ポッティング材料（図示せず）を、中央開口部又は光キャビティ３４に下側から充填／ポッティング材料が入ることなく、光学素子１６の外側の装置又はモジュール１０に充填することを可能にする。
【００２０】
ＰＣＢ１４及び光学素子１６の、壁部２０ａ、２０ｂに沿った長手方向の動きは、ベースプレート３４の一部が溝２２ａ、２２ｂに押し込まれるので、防止される。随意に、エンドキャップが用いられ得る。
【００２１】
光出力装置１０が動作すると、ＰＣＢ１４の導電性トレース２６を介してＬＥＤ２４に電流が印加され、それによって、少なくとも１つのＬＥＤ２４が光を放射する。放射される光の放射パターンは、光学素子１６によって形づくられ得る。ここでは、放射される光はコリメートされる。更に、ＬＥＤ２４によって生成される熱は、ＬＥＤ２４の冷却のため、直接的な熱的接触により、ＰＣＢ１４からヒートシンク１２へ効果的に伝達される。
【００２２】
以下、本発明の実施例による光出力装置１０を組み立てる方法を説明する。
【００２３】
まず、ステップＳ１（図１ａ乃至１ｂ）において、ヒートシンク１２が設けられる。
【００２４】
次いで、ステップＳ２（図２ａ乃至２ｂ）において、ヒートシンク１２の側壁部２０ａ、２０ｂの間の基底部１８上にＰＣＢ１４が配置される。少なくとも１つのＬＥＤ２４は、好ましくは、ＰＣＢ１４をヒートシンク１２上に配置する前に、ＰＣＢ１４に取り付けられるが、他の例においては、ＰＣＢ１４をヒートシンク１２上に配置した後に、ＰＣＢ１４に取り付けられてもよい。
【００２５】
次いで、ステップＳ３（図３ａ乃至３ｂ）において、光学素子１６が、例えば上から、壁部２０ａ、２０ｂの間の空間内に挿入され、開口部３４が少なくとも１つのＬＥＤ２４と位置合わせされた状態で、ＰＣＢ１４上に配置される。ここでは、図示されているように、光学素子１６は、ベースプレート３６の側部が、ヒートシンク１２の側壁部２０ａ、２０ｂに対して約４５度の向きになっているような向きになっている。
【００２６】
光学素子１６は、その後、光学素子１６の中心軸４４のまわりに回転される（ステップＳ４）。前記軸４４は、ヒートシンク１２の基底部１８の面に対して垂直である。光学素子１６は、手動で又は機械によって自動的に、回転され得る。
【００２７】
図４ａ乃至４ｂにおいては、光学素子１６は、その最初の位置から約２２．５度時計回りに回転されており、図５ａ乃至５ｂにおいては、光学素子１６は、その最初の位置から約４５度時計回りに回転されたその最終的な位置にある。この最終的な位置又は状態においては、上記のように、矩形のベースプレート３６のより短い側部４０ａ、４０ｂの少なくとも一部が、溝２２ａ、２２ｂに受けられ、それによって、光学素子１６が、ヒートシンク１２に固定され、ＰＣＢ１４が、ヒートシンク１２と光学素子１６との間に固定される。
【００２８】
理解されるであろうように、ベースプレート３６は、まず、光学素子１６を壁部２０ａ、２０ｂの間の空間内に挿入することを可能にし、次いで、ベースプレート３６が溝２２ａ、２２ｂと同じ高さにある際に光学素子１６を全４５度回転させることを可能にするような大きさに作られるべきである。更に、ＰＣＢ１４上で光学素子１６を案内し、ＰＣＢ１４上の光学素子１６の適切な位置合わせを確実にし、ＰＣＢ１４上の光学素子１６の回転運動も制御するため、光学素子１６は、ＰＣＢ１４の少なくとも１つのスリットと嵌合する突出部を具備してもよく、又はその逆であってもよい。突出部は、例えば、光学素子１６の底面から延在する２つの下向きピン４６ａ、４６ｂであってもよく（図６ａ参照）、少なくとも１つのスリットは、ＰＣＢ１４において、ＬＥＤ２４のまわりに設けられる２つの湾曲スリット４８ａ、４８ｂであってもよい（図２ａ参照）。この解決策は、ＰＣＢがピンを持ち、光学素子が凹部を持つ解決策と比べて、製造がより容易である。湾曲スリット４８ａ、４８ｂの長さは、好ましくは、光学素子１６の最初の状態と最終的な状態との間で必要とされる回転角度に対応するべきである。上記のような約４５度に等しい回転角度においては、２つの湾曲スリット４８ａ、４８ｂは、ＰＣＢ１４上にトレース２６のための幾らかの場所をとり、ＰＣＢ１４の適切な機械的剛性を維持するのに十分に短くし得る。
【００２９】
上記の装置及び方法は、光学素子と組み合わされるＰＣＢ上のＬＥＤを用いる全ての用途において有益に用いられ得る。
【００３０】
当業者には、本発明が、決して、上記の好ましい実施例に限定されないことは分かるであろう。逆に、添付の請求項の範囲内で多くの修正及び変更が可能である。例えば、単一のヒートシンク上に幾つかのＰＣＢ及び光学素子が配設されてもよい。
【図１ａ】
2011527813.tif 000003
【図１ｂ】
2011527813.tif 000004
【図２ａ】
2011527813.tif 000005
【図２ｂ】
2011527813.tif 000006
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
2011527813.tif 000009
【図４ｂ】
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【図５ａ】
2011527813.tif 000011
【図５ｂ】
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【図６ａ】
2011527813.tif 000013
【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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