JP4330716B2 - 投光装置 - Google Patents
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Description
【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。
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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。
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