(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、少なくとも２つ以上の第１の発光素子と、１つ以上の第２の発光素子と、前記第１及び第２の発光素子からの出射光を光路制御するキャップレンズと、を備え、
前記第１及び前記第２の発光素子は、前記実装基板に実装され、
前記キャップレンズは、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子側に対して凸形状で形成された平凸レンズ部を有し、
前記平凸レンズ部は、部分回転双曲面と、前記部分回転双曲面を互いに隣接するように周方向に並べて円環状に連続配置されていることで形成された複合回転双曲面と、を含み、
前記各部分回転双曲面は、対応する前記第１の発光素子の位置に焦点が設定されているとともに、該第１の発光素子の光軸を回転軸とする回転双曲面を、前記回転軸に平行であり、且つ前記複合回転双曲面の中心軸で交差する少なくとも２つの平面によって切り取られ、前記回転軸上に位置する前記回転双曲面の頂点を含んで該第１の発光素子側に突出する凸状に形成されており、
前記複合回転双曲面は、同一形状寸法の複数の前記部分回転双曲面を、前記平面で切り取った側がそれぞれ向かい合う形で結合した形状で形成され、
前記複合回転双曲面の中心軸を挟んで対向する二つの部分回転双曲面において、各々の頂点から前記中心軸側に延びる各面は連続し、
前記第２の発光素子は、前記複合回転双曲面の中心軸上に配置されていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記第２の発光素子を複数備え、
前記第２の発光素子のうち前記中心軸上に配置された発光素子以外の第２の発光素子は、それぞれの前記部分回転双曲面の回転軸上の前記焦点の位置以外、および、前記複合回転双曲面の中心軸上以外に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記第１の発光素子と、前記第２の発光素子は、夫々個別に点灯制御ができることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記第１の発光素子と、前記第２の発光素子は、夫々個別に発光色及び／又は発光面の大きさが異なることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光源ユニット。
【請求項５】
前記実装基板はハウジングに固定されると共に、前記キャップレンズは該キャップレンズに形成された係止リブの係止フックを、前記ハウジングに設けられたフック係止孔係止することにより前記ハウジングに装着されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光源ユニットに関するものであり、詳しくは、複数の発光素子と、前記複数の発光素子の夫々の素子毎に出射光の光路制御を一体的に行うキャップレンズとを備えた光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光源ユニットとしては、特許文献１に「発光装置」として開示されたものがある。
【０００３】
開示された発光装置１００は図１４に示すように、複数の発光素子８０と光束制御部材９０を備えており、光束制御部材９０は、各発光素子８０毎に夫々からの出射光の光束制御を行う入射凹部９１、出射凹部９２及び全反射面９３を有している。
【０００４】
そこで、夫々の発光素子８０から出射して光束制御部材９０の各入射凹部９１の内側面９１ｂの下側から入射した光は、全反射面９３で反射されて天面及び出射凹部９２の内底面９２ａから外部に出射し、各入射凹部９１の内側面９１ｂの上側から入射した光は、隣接する出射凹部９２の内側面９２ｂから外部に出射される。これにより、各発光素子８０からの出射光の利用効率を高めて光束制御部材９０からの出射光量の増加を図っている。
【０００５】
また、光束制御部材９０の形状を、全体として厚肉部分をなくして薄肉部分で構成することにより、射出成形による光束制御部材９０の成形において良好な成形性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１３５１４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記構成からなる発光装置１００は、夫々の発光素子８０から放射状に出射される出射光を、その放射範囲内の全領域に亘って発光素子８０の中心軸ＬＡに対して均等に活用するように構成されている。そのため、発光素子８０間の間隔を縮めて配置密度（実装密度）を高めるには構成上の制約があり、発光素子８０の実装領域を狭めることは難しい。その結果、リフレクタやレンズ等の光路（配光）制御素子を有する光学系の設計において、実質的に点光源あるいはスポット光源として扱うには最良の発光装置とは言い難く、光学系の精度を十分には得ることができないおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、複数の発光素子の実装密度を高めることによって小型化を図ると共に光学系の設計において実質的に点光源あるいはスポット光源として扱うことができ、且つ各発光素子からの出射光の利用効率を高めた発光装置（光源ユニット）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、実装基板と、少なくとも２つ以上の第１の発光素子と、１つ以上の第２の発光素子と、前記第１及び第２の発光素子からの出射光を光路制御するキャップレンズと、を備え、前記第１及び前記第２の発光素子は、前記実装基板に実装され、前記キャップレンズは、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子側に対して凸形状で形成された平凸レンズ部を有し、前記平凸レンズ部は、部分回転双曲面と、前記部分回転双曲面を互いに隣接するように周方向に並べて円環状に連続配置されていることで形成された複合回転双曲面と、を含み、前記各部分回転双曲面は、対応する前記第１の発光素子の位置に焦点が設定されているとともに、該第１の発光素子の光軸を回転軸とする回転双曲面を、前記回転軸に平行であり、且つ前記複合回転双曲面の中心軸で交差する少なくとも２つの平面によって切り取られ、前記回転軸上に位置する前記回転双曲面の頂点を含んで該第１の発光素子側に突出する凸状に形成されており、前記複合回転双曲面は、同一形状寸法の複数の前記部分回転双曲面を、前記平面で切り取った側がそれぞれ向かい合う形で結合した形状で形成され、前記複合回転双曲面の中心軸を挟んで対向する二つの部分回転双曲面において、各々の頂点から前記中心軸側に延びる各面は連続し、前記第２の発光素子は、前記複合回転双曲面の中心軸上に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第２の発光素子を複数備え、前記第２の発光素子のうち前記中心軸上に配置された発光素子以外の第２の発光素子は、それぞれの前記部分回転双曲面の回転軸上の前記焦点の位置以外、および、前記複合回転双曲面の中心軸上以外に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記第１の発光素子と、前記第２の発光素子は、夫々個別に点灯制御ができることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記第１の発光素子と、前記第２の発光素子は、夫々個別に発光色及び／又は発光面の大きさが異なることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、前記実装基板はハウジングに固定されると共に、前記キャップレンズは該キャップレンズに形成された係止リブの係止フックを、前記ハウジングに設けられたフック係止孔に係止することにより前記ハウジングに装着されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、キャップレンズに形成された平凸レンズ部の凸レンズ面を複数の部分回転曲面で構成した複合回転曲面とし、夫々の部分回転曲面の前方の焦点位置及び焦点位置以外の位置に発光源のＬＥＤ素子を配置した。
【００１５】
その結果、複数のＬＥＤ素子の実装密度を高めることによって小型化を図ると共に光学系の設計において実質的に点光源あるいはスポット光源として扱うことができ、且つ各ＬＥＤ素子からの出射光の利用効率を高めた光源ユニットが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の光源ユニットの分解斜視図である。
【図２】実施形態の光源ユニットの部分断面図である。
【図３】キャップレンズを平凸レンズ部の凸側から見た図である。
【図４】キャップレンズの側面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図６】平凸レンズ部の凸レンズ面を説明する模式図である。
【図７】キャップレンズを平凸レンズ部の凸側から見た図である。
【図８】キャップレンズの側面図である。
【図９】光路説明図である。
【図１０】同じく、光路説明図である。
【図１１】平凸レンズ部の凸レンズ面の説明図である。
【図１２】キャップレンズを平凸レンズ部の凸側から見た説明図である。
【図１３】同じく、キャップレンズを平凸レンズ部の凸側から見た説明図である。
【図１４】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１８】
図１は本発明に係る実施形態の光源ユニットを前方斜め上方から見た分解斜視図、図２は図１の組立後に横方向の面で切断したときの部分断面図である。
【００１９】
光源ユニット１はハウジング１０、実装基板２０及びキャップレンズ３０を備えている。
【００２０】
ハウジング１０は、良好な熱伝導を有する樹脂材料で形成されており、複数の放熱フィン１１で構成された放熱部１２と、実装基板２０を収容固定する基板収容凹部１３及びキャップレンズ３０の係止リブ３１の先端の係止フック３２を係止してキャップレンズ３０を装着するフック係止孔１４を有する本体部１５と、を一体に備えている。
【００２１】
実装基板２０は、配線パターンが形成された配線基板２１上に、内側面を上方に向かって外側に開く傾斜反射面とする円環状の反射枠２２が配置され、反射枠２２内の配線基板２１上に複数の発光素子（本実施形態においてはＬＥＤ素子を用いるため、以下、ＬＥＤ素子と呼称する）２３が所定の間隔で実装されている。
【００２２】
キャップレンズ３０は、中央部に平凸レンズ部４０を有し、平凸レンズ部４０の外側にフランジ部５０を有している。
【００２３】
以下に、キャップレンズ３０の詳細について、図３（平凸レンズ部の凸側から見た平面図）、図４（側面図）、図５（図３のＡ−Ａ断面図）及び図６（凸レンズ面を説明する模式図）を参照して説明する。
【００２４】
キャップレンズ３０のフランジ部５０は、両面の夫々が平坦面４５からなる平板円環状を呈し、平凸レンズ部４０は一方の面が平坦面４６からなり他方の面が凸の湾曲面からなるドーム状を呈している。
【００２５】
平凸レンズ部４０の凸湾曲面は図６に示すように、双曲線をその焦点Ｆを通る主軸Ｘ（主軸Ｘは、後述するＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄの光軸とも一致する）を回転軸として回転して得られた回転双曲面４２の、頂点（換言すると、主軸Ｘとの交点）含む領域を、全周３６０°を４分割した角度（９０°）で交わると共に夫々が主軸Ｘに平行な２つの平面４２ａ、４２ｂによって切り取った同一形状寸法の４個の部分回転双曲面４３を、周方向に互いに隣接するように並べて円環状に連続配置することにより形成された４個の部分回転双曲面４３からなる複合回転双曲面４４で構成されている。換言すれば、平面４２ａ、４２ｂによって切り取った際に出来る仮想の断面が、夫々向かい合うように結合することで、この複合回転双曲面４４は形成されることとなる。
【００２６】
したがって、全周を４分割した領域に配置された、夫々が複合回転双曲面４４を構成する同一形状寸法の複数の部分回転双曲面４３の前方には、各部分回転双曲面４３の焦点Ｆ（焦点Ｆは、後述するＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄの位置に設定されている）が位置している。この複数の焦点Ｆは、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃを中心とする同一円上に９０°の間隔で位置している。
【００２７】
また、各部分回転双曲面４３は図５に示すように、主軸（回転軸）Ｘに対して外側に位置する面４３ａは、フランジ部５０まで延びているが、主軸Ｘに対して内側に位置する面４３ｂは、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃで切れている。
【００２８】
次に、複合回転双曲面４４と光源のＬＥＤ素子２３との位置関係について、図７（平凸レンズ部の凸側から見た説明図）及び図８（側面側から見た説明図）を参照して以下に説明する。
【００２９】
ＬＥＤ素子２３は本実施形態においては５個（ＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｅ）からなり、そのうち４個のＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄは各部分回転双曲面４３の焦点Ｆの位置に位置し、１個のＬＥＤ素子２３ｅは焦点Ｆ以外の、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃと各部分回転双曲面４３の焦点Ｆを含む平面との交点Ｑの位置に位置している。
【００３０】
そこで（図９（光路説明図）参照）、各部分回転双曲面４３の焦点Ｆの位置に位置するＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄから放射状に出射されて夫々の部分回転双曲面４３に照射された光は、夫々の部分回転双曲面４３で屈折集光されて平凸レンズ部４０内に入射し、略平行光として平凸レンズ部４０内を導光されてそのまま平坦面４６からキャップレンズ３０外に出射される。
【００３１】
一方（図１０（光路説明図）参照）、いずれの部分回転双曲面４３の焦点位置にも位置しないで複合回転双曲面４４の中心軸Ｃ上に位置するＬＥＤ素子２３ｅから放射状に出射されて各部分回転双曲面４３に照射された光は、夫々の部分回転双曲面４３から入射してほぼそのまま放射状に平凸レンズ部４０内を導光され、平坦面４６によって屈折拡散されて放射方向（放射範囲）が広がってキャップレンズ３０外に出射される。
【００３２】
この場合、各部分回転双曲面４３の焦点Ｆの位置に位置するＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄと、いずれの部分回転双曲面４３の焦点位置にも位置しないＬＥＤ素子２３ｅを、個別に点灯制御できるようにすると、例えば、車両用灯具に用いた場合、ＬＥＤ素子２３ａ〜ＬＥＤ素子２３ｄから発せられてキャップレンズ３０で光路制御されて略平行光として出射された光は、光束密度が高いために例えばストップランプやＤＲＬ等の比較的高光度の配光規格を有するランプ機能の光源として寄与し、ＬＥＤ素子２３ｅから発せられてキャップレンズ３０で拡散光として広範囲に出射された光は、略均一な輝度分布で光束密度が低いために例えばテールランプやポジショニングランプ等の比較的低光度の配光規格を有するランプ機能の光源として寄与することができる。
【００３３】
つまり、複数のＬＥＤ素子のうちいくつかを個別に点灯制御して夫々が異なる配光パターンを形成することにより、１つの光源ユニットによって複数のランプ機能を実現することができる。
【００３４】
なお、複合回転双曲面４４を構成する部分回転双曲面４３の数は、必ずしも本実施形態のように４面に限られるものではなく、２面以上であればいくつの面で構成されてもよい。
図１１（平凸レンズ部を凸側から見た平面図）は、複合回転双曲面４４を６面の部分回転双曲面４３で構成した場合を示している。
【００３５】
ＬＥＤ素子２３を配置する位置は、必ずしも本実施形態のように各部分回転双曲面４３の焦点Ｆ位置及び焦点Ｆ以外の、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃ上の位置Ｑに限られるものではなく、焦点Ｆ位置以外に配置するＬＥＤ素子２３ｅ〜ＬＥＤ素子２３ｉを、図１２（平凸レンズ部の凸側から見た平面図）に示すように、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃ上の位置Ｑとそれ以外の他の位置に配置してもよい。また、焦点Ｆの位置以外に配置するＬＥＤ素子２３ｆ〜ＬＥＤ素子２３ｉは、必ずしも複合回転双曲面４４の中心軸Ｃ上にある必要はなく、図１３（平凸レンズ部の凸側から見た平面図）に示すように、複合回転双曲面４４の中心軸Ｃ上以外の他の位置にのみ配置してもよい。
【００３６】
いずれにしても、ＬＥＤ素子２３の配置位置を、各部分回転双曲面４３の焦点Ｆ位置及び焦点Ｆ以外の位置の両方の位置とすることにより、複数の照明あるいは表示機能を実現することができる。特に、各部分回転双曲面４３の焦点Ｆ以外の位置にあるＬＥＤ素子２３からの出射光は、車両用灯具の場合は、灯具に求められる配光パターンの形成には寄与しないが、外観上の見映えやデザイン性の向上に寄与するものとなる。
【００３７】
なお、複合回転双曲面４４を構成する複数（本実施形態の場合は４面）の部分回転双曲面４３の夫々を、互いの焦点Ｆ位置の間隔が縮まる（換言すると、夫々の焦点Ｆ位置が複合回転双曲面４４の中心軸Ｃに近づく）形状にすることにより、各焦点Ｆ位置に配置されるＬＥＤ素子２３同士の間隔を狭めることができる。
【００３８】
これにより、狭い実装領域の中に高い実装密度でＬＥＤ素子２３を実装（本実施形態においては反射枠２２内に実装）することができ、且つ夫々のＬＥＤ素子２３からの出射光が、該ＬＥＤ素子２３の位置を焦点Ｆ位置とする各部分回転双曲面４３毎に個別に配光制御（本実施形態においては集光して略平行光化）されて、高光度なスポット光として照射される。
【００３９】
その結果、例えば、導光棒など比較的光入射面積の小さい光学部材に対しても効率のよい光の取り込みが可能となる。
【００４０】
また、ＬＥＤ素子２３を実装した実装基板２０と、各ＬＥＤ素子２３からの出射光の入射面となる部分回転双曲面４３で構成された複合回転双曲面４４が形成されたキャップレンズ３０は、いずれもハウジング１０に取付固定されている。そのため、各ＬＥＤ素子２３と各部分回転双曲面４３との位置関係が高い位置決め精度によって確保されており、その結果、キャップレンズ３０からの照射光は高精度の配光パターンを形成することができ、配光パターンの再現性も良好で生産時の光学的歩留まりが高まって生産性も向上する。
【００４１】
また、ハウジング１０に対するキャップレンズ３０の取付固定方法を、ネジを使用しないで、キャップレンズ３０の係止リブ３１に形成された係止フック３２をハウジング１０に設けられたフック係止孔１４に係止する方法を採用した。そのため、部品点数の削減により軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【００４２】
なお、キャップレンズ３０の出射面となる、複合回転双曲面４４の反対側の面は、基本的には平坦面４６で構成されるが、キャップレンズ３０からの出射光に求められる配光パターンに基づいて、例えば、プリズムカットやローレットカット等のレンズカットを施すことも可能である。これにより、形成する配光パターンの多様化が可能となって光源ユニットの用途が広がり、汎用性を高めることができる。
【００４３】
なお、上述の実施例では光源にＬＥＤを用いた構成を記載したが、これに代えて光源をレーザー光源としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…  光源ユニット
１０…  ハウジング
１１…  放熱フィン
１２…  放熱部
１３…  基板収容凹部
１４…  フック係止孔
１５…  本体部
２０…  実装基板
２１…  配線基板
２２…  反射枠
２３…  ＬＥＤ素子
２３ａ〜２３ｉ…  ＬＥＤ素子
３０…  キャップレンズ
３１…  係止リブ
３２…  係止フック
４０…  平凸レンズ部
４２…  回転双曲面
４２ａ…  平面
４２ｂ…  平面
４３…  部分回転双曲面
４３ａ…  外側に位置する面
４３ｂ…  内側に位置する面
４４…  複合回転双曲面
４５…  平坦面
４６…  平坦面
５０…  フランジ部
【図１】
0006606385.tif 000002
【図２】
0006606385.tif 000003
【図３】
0006606385.tif 000004
【図４】
0006606385.tif 000005
【図５】
0006606385.tif 000006
【図６】
0006606385.tif 000007
【図７】
0006606385.tif 000008
【図８】
0006606385.tif 000009
【図９】
0006606385.tif 000010
【図１０】
0006606385.tif 000011
【図１１】
0006606385.tif 000012
【図１２】
0006606385.tif 000013
【図１３】
0006606385.tif 000014
【図１４】
0006606385.tif 000015