(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射用開口を有するパッケージ本体と、前記光出射用開口内に配置された複数の発光素子と、前記光出射用開口を塞ぐように前記パッケージ本体に取付けられた発光素子用レンズとを備える投光装置において、
前記複数の発光素子は前記パッケージ本体の長手方向に沿って配列され、
前記発光素子用レンズの外側表面は曲率中心が前記長手方向に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成し、
前記発光素子用レンズの内側表面はシリンドリカルレンズ群を構成し、
前記シリンドリカルレンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、前記複数の発光素子のそれぞれの光出射方向延長線上に位置すると共に前記長手方向及び前記光出射方向の双方に直交する線分となり、
前記シリンドリカルレンズの曲率半径は、前記シリンドリカルレンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことを特徴とする投光装置。
【請求項２】
光出射用開口を有するパッケージ本体と、前記光出射用開口内に配置された複数の発光素子と、前記光出射用開口を塞ぐように前記パッケージ本体に取付けられた発光素子用レンズとを備える投光装置において、
前記複数の発光素子は前記パッケージ本体の長手方向に沿って配列され、
前記発光素子用レンズの外側表面は曲率中心が前記長手方向に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成し、
前記発光素子用レンズの内側表面は凸レンズ群を構成し、前記凸レンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、前記複数の発光素子のそれぞれの光出射方向延長線上に位置し、
前記シリンドリカルレンズの曲率半径は、前記凸レンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことを特徴とする投光装置。
【請求項３】
前記パッケージ本体は、リードフレームの一方面側に前記光出射用開口を有するように樹脂成形されてなり、前記発光素子は発光ダイオードであって、前記リードフレーム上に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投光装置に関し、特に、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）に用いられる車載用光ビーコン情報投光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車載用光ビーコン情報投受光装置は、特開平１０―３８９９１号公報に記載されている。この投受光装置は複数のＬＥＤ（発光ダイオード）とＰＤ（フォトダイオード）とを同一回路基板上に設けて成る。このような車載用光ビーコン情報投受光装置に用いられる投光装置として、特開平８−２７２３１９号公報に記載のものが考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の投光装置はＶＩＣＳ用光源としては優れているものの光出射効率の向上が望まれてきた。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光出射効率を向上可能な投光装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る投光装置は、光出射用開口を有するパッケージ本体と、光出射用開口内に配置された複数の発光素子と、光出射用開口を塞ぐようにパッケージ本体に取付けられた発光素子用レンズとを備える投光装置において、複数の発光素子はパッケージ本体の長手方向に沿って配列され、発光素子用レンズの外側表面は曲率中心が前記長手方向に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成し、発光素子用レンズの内側表面はシリンドリカルレンズ群を構成し、シリンドリカルレンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、複数の発光素子のそれぞれの光出射方向延長線上に位置すると共に長手方向及び光出射方向の双方に直交する線分となり、シリンドリカルレンズの曲率半径は、前記シリンドリカルレンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る投光装置は、光出射用開口を有するパッケージ本体と、光出射用開口内に配置された複数の発光素子と、光出射用開口を塞ぐようにパッケージ本体に取付けられた発光素子用レンズとを備える投光装置において、複数の発光素子はパッケージ本体の長手方向に沿って配列され、発光素子用レンズの外側表面は曲率中心が長手方向に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成し、発光素子用レンズの内側表面は凸レンズ群を構成し、凸レンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、複数の発光素子のそれぞれの光出射方向延長線上に位置し、シリンドリカルレンズの曲率半径は、凸レンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
また、パッケージ本体は、リードフレームの一方面側に光出射用開口を有するように樹脂成形されてなり、前記発光素子は発光ダイオードであって、前記リードフレーム上に取り付けられていることを特徴とする。
【０００６】
これらの投光装置においては、発光素子用レンズの内側表面及び外側表面によって発光素子からの光が効率的に集光される。
【０００７】
シリンドリカルレンズの曲率半径は、シリンドリカルレンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことが好ましい。また、シリンドリカルレンズの曲率半径は、凸レンズ群におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きいことが好ましい。外側表面は内側表面よりも発光素子から遠いため、このシリンドリカルレンズの曲率半径を大きくしても所望の指向性を得ることができる。これにより、発光素子用レンズの厚みを減少させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態に係る投光装置について説明する。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【０００９】
図１は投光装置主要部の平面図、図２は投光装置主要部の正面図、図３は投光装置主要部の右側面図である。
【００１０】
本実施形態に係る投光装置は、剛性を有する板状導電体であるリードフレームの一方面側（上面側）に光出射用開口１ｏｐを有するように樹脂成形されてなるパッケージ本体Ｈと、第１開口１ｏｐ内の当該リードフレーム上に取付けられた複数の赤外線発光素子ＬＥＤ１，ＬＥＤ２、ＬＥＤ３，ＬＥＤ４，ＬＥＤ５，ＬＥＤ６（発光ダイオード）と、第１開口１ｏｐを塞ぐようにパッケージ本体Ｈに取付けられた発光素子用レンズＬとを備えている。
【００１１】
パッケージ本体Ｈは開口１ｏｐを有するように樹脂成形されてなる。パッケージ本体Ｈを構成する樹脂材料としては、耐熱性樹脂であるＰＰＳ、液晶ポリマー、エポキシ樹脂などを用いる。
【００１２】
各発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６は、リードフレームのダイパッド部（１Ｄ〜６Ｄ）に符号を付す）にダイボンディングされる。発光素子用レンズＬは、開口１ｏｐを塞ぐようにパッケージ本体Ｈに取付けられ、各ダイパッド部はパッケージ本体Ｈ外部に露出したアウターリード部１Ｆ〜６Ｆ，１Ｂ〜６Ｂに接続されている。
【００１３】
発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３は直列に接続され、発光素子ＬＥＤ４、ＬＥＤ５、ＬＥＤ６は直列に接続され、それぞれの発光素子群はダイパッド部３Ｄ，４Ｄを共通電極として並列に接続されている。
【００１４】
これらのアウターリード部とダイパッド部との間のリードフレームの領域はインナーリード部である。また、製造初期においてはアウターリード部の端部を接続する板状導電体からなる枠体を含めてリードフレームを構成しているが、これは各素子取り付け後に除去される。
【００１５】
赤外線に対して透明な樹脂材料が開口１ｏｐ内の底面上に被覆されており、例えば、これはシリコーン樹脂等の耐熱性、可撓性、耐薬品性樹脂からなる。発光素子ＬＥＤからの出射光はレンズＬを介して所定の指向性を有するように集光され略平行光となるが、レンズＬと開口１ｏｐ内との屈折率差は、比較的大きな方が好ましいため、開口１ｏｐ内部においては、この樹脂材料とレンズＬとの間に屈折率の小さい空気が介在するように、樹脂材料ＲＳＮ２を設ける。これは被覆であれば良く、充填に至る必要はない。
【００１６】
発光素子の設けられるダイパッド部について詳説する。各発光素子ＬＥＤ１，ＬＥＤ２、ＬＥＤ３，ＬＥＤ４，ＬＥＤ５，ＬＥＤ６のダイパッド部の機能的構造は同一であるので、ここでは発光素子ＬＥＤ１についてのみ説明する。
【００１７】
図１９は、発光ダイオードＬＥＤ１近傍部の縦断面図である。発光ダイオードＬＥＤ１はダイパッド部１Ｄに設けられた凹部内中央に取付けられている。この凹部は、凹部周辺領域を構成する平坦部ＦＬＴに平行な面を有する円形底面ＲＦ１と、底面ＲＦ１の外周と平坦部ＦＬＴとの間を接続する円錐面から構成される内側面ＲＦ２を有し、すり鉢形状を構成している。内側面ＲＦ２は、底面ＲＦ１に垂直な断面においても外側に湾曲していてもよく、この場合、凹部はカップ形状を構成する。例えば、当該カップ形状は、外形１．３ｍｍ、内径０．６１ｍｍ、深さ０．３ｍｍに設定し、各凹部間の距離は２．９ｍｍに設定する。
これらの底面ＲＦ１及び内側面ＲＦ２は反射鏡を構成し、側面側に漏れる発光素子からの光を表面方向に反射する。すなわち、リードフレームは銅を含む材料から構成されるが、この表面には反射率の高い材料であるＡｕ、Ｐｄ、ＡｌやＡｇ等の金属メッキが施されている。
【００１８】
次に、レンズＬについて説明する。
【００１９】
図４はレンズＬの平面図、図５はレンズＬの正面図、図６はレンズＬの右側面図である。レンズＬは、パッケージ本体Ｈの外側に位置する外側表面Ｌｏ及び内側に位置する内側表面Ｌｉを有している。外側表面Ｌｏは、曲率中心がパッケージ本体Ｈの長手方向（幅方向）に一致する線分を構成する半円筒形のレンズ（シリンドリカルレンズ）を構成している。パッケージ本体Ｈの長手方向は、発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６の配列方向に一致する。内側表面Ｌｉは、前記長手方向及び開口１ｏｐの深さ方向（発光素子の光出射方向）の双方に垂直な方向（前後方向）に一致し、この長手方向に配列した複数の線分を、それぞれの曲率中心とする複数のシリンドリカルレンズＬｉ１〜Ｌｉ６からなるシリンドリカルレンズ群を構成している。
【００２０】
発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６からのそれぞれの出射光は、シリンドリカルレンズＬｉ及びＬｏによって、それぞれ幅方向及び前後方向に集光される。投光ユニット１から出射される光の幅方向の指向性は±２０°、前後方向の指向性は±１０°に設定される。なお、本ユニット１が車両に搭載される場合には、光出射方向が水平面から角度α（４５°）だけ傾くようにされるため、前後方向の指向性は水平面からの角度αを基準光線とする仰角として設定される。
【００２１】
なお、外面側シリンドリカルレンズＬｏの表面とリードフレームの平坦部ＦＬＴとの間の最大離隔距離は、例えば４．５ｍｍ、シリンドリカルレンズＬｏの曲率半径は３．１ｍｍに設定する。内面側シリンドリカルレンズＬｉの表面とリードフレームの平坦部ＦＬＴとの間の最短距離は、例えば１．３ｍｍ、シリンドリカルレンズＬｉの曲率半径は３ｍｍに設定する。
【００２２】
なお、上記シリンドリカルレンズ群は、後述するように非球面又は球面レンズ等の凸レンズ群であってもよい。
【００２３】
レンズＬの両端部には、厚み方向に沿って突出した係合部ＬＦＬ，ＬＦＲが一体成形されており、これがパッケージ本体Ｈにおける長手方向両端の側面に当接し、レンズＬのパッケージ本体Ｈに対する長手方向位置決め及び長手方向相対移動の規制を行う。この係合部ＬＦＬ，ＬＦＲには長手方向に沿って延びる貫通孔ＬＴＨが設けられており、パッケージ本体Ｈの前記側面から長手方向に突出した突出部ＨＦＬ，ＨＦＲ（図２参照）が、当該貫通孔ＬＴＨ内に嵌まり込み、レンズＬのパッケージ本体Ｈに対する前後方向位置決め及び前後方向相対移動の規制を行う。係合部ＬＦＬ，ＬＦＲは、貫通孔ＬＴＨに代えて、深さ方向に沿って延びるスリット、又は内側から外側に向けて延びる凹部を有することとしてもよい。
【００２４】
以上、説明したように、本投光装置は、光出射用開口１ｏｐを有するパッケージ本体Ｈと、光出射用開口１ｏｐ内に配置された複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６と、光出射用開口１ｏｐを塞ぐようにパッケージ本体Ｈに取付けられた発光素子用レンズＬとを備える投光装置において、複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６はパッケージ本体の長手方向に沿って配列され、発光素子用レンズＬの外側表面Ｌｏは曲率中心が前記長手方向に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成し、発光素子用レンズＬの内側表面Ｌｉはシリンドリカルレンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６を構成し、シリンドリカルレンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６のそれぞれの光出射方向延長線上に位置すると共に前記長手方向及び光出射方向の双方に直交する線分となる。
【００２５】
この投光装置１Ｕにおいては、発光素子用レンズＬの内側表面Ｌｉ及び外側表面Ｌｏによって発光素子ＬＥＤからの光が効率的に集光され、これを容易にＶＩＣＳ用の投光装置として機能させることができる。
【００２６】
シリンドリカルレンズＬｏの曲率半径は、シリンドリカルレンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きい。外側表面Ｌｏは内側表面Ｌｉよりも発光素子から遠いため、このシリンドリカルレンズの曲率半径を大きくしても所望の指向性を得ることができる。これにより、発光素子用レンズの厚みを減少させることができる。
【００２７】
なお、本投光装置１Ｕは、受光装置と共に一体化してもよい。
【００２８】
図７はこのような投受光装置主要部の平面図、図８は投受光装置主要部の正面図、図９は投受光装置主要部の右側面図である。
【００２９】
本投受光装置は、前述の本投光装置１Ｕに隣接して配置される受光素子（Ｓｉホトダイオード）ＰＤを備えている点が上記と異なる。受光素子ＰＤは、パッケージ本体の上記開口１ｏｐに隣接して形成された開口２ｏｐ内に配置されたダイパッド部Ｄ１１上に固定されており、この出力は受光素子ＰＤに逆バイアスを与えるアウターリード部１０Ｂ，１１Ｂを介して取出される。開口２ｏｐ内にはシリコーン樹脂等の透明樹脂材料が充填される。なお、この変形に伴って、レンズ部の発光素子側係合部の形状を変更する。また、開口１ｏｐ，２ｏｐ間には隔壁ＩＷが設けられる。
【００３０】
図１０は本実施形態のレンズＬの平面図、図１１はレンズＬの正面図、図１２はレンズＬの右側面図である。
【００３１】
レンズＬの受光素子ＰＤ側の端部には、長手方向に沿って突出した係合部ＬＦＲが前述実施形態の右側係合部ＬＦＲの代わりに一体成形で設けられており、これがパッケージ本体Ｈの隔壁ＩＷ上に設けられた縦断面コの字型の係合部ＨＦＲ内に嵌まり込み（図８参照）、レンズＬのパッケージ本体Ｈに対する長手方向位置決め及び長手方向相対移動（受光素子ＰＤ側移動）の規制を行う。
【００３２】
なお、レンズ形状は変形することができる。
【００３３】
図１３は、このような投光装置主要部の平面図、図１４は投光装置主要部の正面図、図１５は投光装置主要部の右側面図、図１６は本実施形態のレンズＬの平面図、図１７はレンズＬの正面図、図１８はレンズＬの右側面図である。本形態に係る投光装置は、レンズＬの内側表面Ｌｉの形状のみが異なり、他は図１から図６に示したものと同一である。
【００３４】
本装置においては、発光素子用レンズＬの内側表面Ｌｉが凸レンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６を構成し、凸レンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６におけるそれぞれのレンズの曲率中心は、複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６のそれぞれの光出射方向延長線上に位置する。投光装置においても、発光素子用レンズＬの内側表面Ｌｉ及び外側表面Ｌｏによって発光素子ＬＥＤからの光が効率的に集光され、これを容易にＶＩＣＳ用の投光装置として機能させることができる。
【００３５】
なお、凸レンズＬｉ１〜Ｌｉ６は、球面レンズであるが、非球面レンズであってもよい。また、シリンドリカルレンズＬｏの曲率半径は、凸レンズ群Ｌｉ１〜Ｌｉ６におけるそれぞれのレンズの曲率半径よりも大きく、上記と同様に発光素子用レンズＬの厚みを減少させることができる。
【００３６】
図７に示した投受光装置の変形例として、受光素子ＰＤ上にもレンズを配置することとしてもよい。
【００３７】
図２０は、このような投受光装置主要部の斜視図、図２１は投光装置主要部の平面図、図２２は投光装置主要部の正面図、図２３は投光装置主要部の右側面図である。
【００３８】
発光素子用レンズＬには、受光素子用レンズＬ’が一体的に成形して設けられており、受光素子用レンズＬ’は開口２ｏｐを塞いでいる。レンズＬ’の右端側には、図２に示したレンズＬの右端側と同一構造の係合部ＬＦＲ’，ＨＦＲ’及び貫通孔ＬＴＨ’が設けられており、レンズの固定及び位置決めを行っている。
【００３９】
レンズＬ’の外側表面Ｌｏ’は、曲率中心が前記長手方向（発光素子配列方向）に平行な線分となるシリンドリカルレンズを構成する。レンズＬ’の内側表面Ｌｏ’は、受光素子ＰＤの受光面に平行であって平坦である。
【００４０】
受光素子側シリンドリカルレンズＬｏ’の曲率半径は、発光素子側シリンドリカルレンズＬｏの曲率半径よりも大きい。受光素子ＰＤの受光面の面積は、受光素子用開口２ｏｐの深さ方向に垂直な断面積よりも小さい。受光素子ＰＤへの入射光は、レンズＬ’によって長手方向及び深さ方向の双方に垂直な方向（前後方向）に集光されるので、受光素子ＰＤ内へ入射する光の光量を増加させることができる。なお、レンズＬ’の設置に伴って、開口２ｏｐ内に充填されていた透明樹脂材料の厚みは薄くされる。
【００４１】
発光素子用レンズＬと受光素子用レンズＬ’とは一体的に成形されているが、これらの境界部は隔壁ＩＷ上に位置し、境界部におけるレンズの内面は厚み方向に立設する隔壁ＩＷの上端部に嵌まるように凹溝を形成している。
【００４２】
発光素子ＬＥＤから出射された光は、図１９に示した凹面反射鏡ＲＦ２による反射及び隔壁ＩＷによる遮蔽によって、その横方向進行が抑制されている。すなわち、発光素子ＬＥＤからの出射光は、横方向延長線上に配置された受光素子ＰＤには入射しにくい。本例では、一体成形されたレンズＬ，Ｌ’間に上記境界部を備えるので、レンズを介在した横方向への光伝達効率が低下し、発光素子ＬＥＤ及び受光素子ＰＤ間の光リンクを更に抑制することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本装置においては、発光素子からの光が効率的に集光される。
【図面の簡単な説明】
【図１】投光装置主要部の平面図。
【図２】投光装置主要部の正面図。
【図３】投光装置主要部の右側面図。
【図４】レンズＬの平面図。
【図５】レンズＬの正面図。
【図６】レンズＬの右側面図。
【図７】投受光装置主要部の平面図。
【図８】投受光装置主要部の正面図。
【図９】投受光装置主要部の右側面図。
【図１０】別のレンズＬの平面図。
【図１１】別のレンズＬの正面図。
【図１２】別のレンズＬの右側面図で。
【図１３】別の形態に係る投光装置主要部の平面図。
【図１４】別の形態に係る投光装置主要部の正面図．
【図１５】別の形態に係る投光装置主要部の右側面図。
【図１６】図１３の装置におけるレンズＬの平面図。
【図１７】図１３の装置におけるレンズＬの正面図。
【図１８】図１３の装置におけるレンズＬの右側面図。
【図１９】発光ダイオードＬＥＤ１近傍部の縦断面図。
【図２０】投受光装置主要部の斜視図。
【図２１】投光装置主要部の平面図。
【図２２】投光装置主要部の正面図。
【図２３】投光装置主要部の右側面図。
【符号の説明】
ＬＥＤ…発光素子、ＰＤ…受光素子、Ｌ…レンズ、Ｌｉ…内側表面、Ｌｏ…外側表面、Ｈ…パッケージ本体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004330716.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004330716.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004330716.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004330716.tif 000010
【図１０】
0004330716.tif 000011
【図１１】
0004330716.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004330716.tif 000016
【図１６】
0004330716.tif 000017
【図１７】
0004330716.tif 000018
【図１８】
0004330716.tif 000019
【図１９】
0004330716.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
0004330716.tif 000022
【図２２】
0004330716.tif 000023
【図２３】
0004330716.tif 000024