JP2007080826A

JP2007080826A - 光線を投射するためのモジュール

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Publication number: JP2007080826A
Application number: JP2006248213A
Authority: JP
Inventors: Piermario Repetto; ピエルマリオ・レペット; Denis Bollea; デニス・ボッレア; Stefano Bernard; ステファノ・ベルナルド; Davide Capello; ダヴィデ・カペッロ
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: EP1764841A1; CN1971131A; CN1971131B; US7712930B2; US20070058138A1; ATE405951T1; DE602005009187D1; EP1764841B1; JP4699966B2

Abstract

【課題】光学システムの厚さを小さくすること、個々のデバイスの効率を最大にすることを改善する光学デバイスを提供する。
【解決手段】光線投射用光学モジュールは、光源10と、主軸zを持った透明材料の主物体1と、環状形状をしていて主物体1を中心にして配置された反射面6と、を含み、中央面4は、主軸zを中心にして発光強度の所定の分布に光束の中央部分を形成するように設計されており、環状面5は、環状形状の光源10の虚像10'を生成し、かつ、環状面5の屈折の後の光線の周辺部分によって画定された角度θ₁'が、環状面5の屈折の前の光線の周辺部分によって画定された角度θ₁以下であるように、光線の周辺部分を伝搬するように設計されていて、反射面6は、環状面5によって伝搬された光束の周辺部分を反射し、且つ、主軸zを中心にして発光強度の所定の分布にそれを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般に、光線を投射するためのモジュールに関する。

このタイプのモジュールは、例えば、特許文献１から既に知られている。当該特許文献１には、光線を平行にし、支持体に据え付けられたLED及びLEDが収容されるくぼみを持った全反射レンズを含むモジュールが記載されている。レンズ及びLEDの両方は、円筒状ハウジングに収容される。

特許文献１のデバイスの主な長所は、それらが高発光効率を持っているということである。すなわち、正確に全反射が用いられるので、デバイスによって再放射される光束と、光源によって放射される光束との間の比率は、一般に85%以上である。別の重要な利点は、外側面に入射光線が反射されることを可能にする金属被覆でデバイスを覆うことが必要ではないということである。

一般に、このタイプのいくつかのモジュールは、イルミネーションデバイスを生成するために複数の光源が配置される共有された支持面上に配置される。平行の方向は、支持面に垂直である。また、強度分布は、平行方向に関して径方向に（radially）対称である。

あるいは、オリジナルな平行方向から異なった方向に平行にされた光線をそらすために、コリメータの出力表面上になされたプリズム形状(特許文献２)によって、プリズム要素を導入することができる。

最も実際的な場合において、光学デバイスは、光源から現れる光線を平行にするだけでなく、発光（luminous）強度の所望の分布に従って光線を形作ることができなければならない。実施例によれば、自動車の明かりの様々な表示（indicating）機能に対して、システムによる光線出力は、対象に有効である（in force）規準によってセットされるある発散（divergence）の必要条件に適合しなければならない。

例えば、20度より大きな発散の半分の角度が必要であるが、垂直方向における発散の半分が著しく小さい(10度)ので、ストップ機能に対しては、水平面(道路と平行)における光線の発散は重要な意味を持つ（critical）。径方向に（radially）対称なモジュール(特許文献１及び特許文献２に記載されるように)の使用で、水平及び垂直の方向に実質的に等しい発散（divergence）を備えた分布は、一般に得られる。従って、水平方向における測光の規準へのコンプライアンスは、光束の必然的な消耗、及び消費及び／又は光源の数、従ってコストの増加を持った、必要とされる大きな垂直方向の発散の提供（provision）を含んでいる。

特許文献２は、これらのコリメータの組合わせによって所定の光分布を生成することができるようにシステムを構築する様々なコリメータに対して異なるプリズム要素を導入することにより、この問題への解決策を提案する。この解決策の制限は、主として、観察のある方向については、観察のその方向に光を平行にするコリメータを含むデバイスの部分だけが、照らされるように見えるであろうということである。

一般に、所定の光分布を生成するために、コリメータは、プリズムの形作り（shaping）と、又は、コリメータから現れる光線を広げて恐らくその方向を修正することができるマイクロレンズと結合することができる。

二つの主方向に異なった発散を持っているデバイスの製造に有利な解決策は、特許文献３及び４の本出願人によって提案されている。特許文献３及び４は、カスグレン式のマイクロ反射望遠鏡タイプのデバイスに関する。知られているように、カセグレン式望遠鏡は、外部から来る光を導き（direct）、第二の反射器の方にその光を集める第一の反射器によって形成される。第二の反射器はさらに光線の焦点を合わせて、画像が所望の面において最終的に作成される。カセグレン式望遠鏡は、その特別な幾何学によって、光を捉えることのできない、第二の反射器に対応する暗い領域を持っている。これらの二つの米国特許は、逆の原理を利用する、すなわち、光線は、例えば、望遠鏡の画像面に配置されるLEDタイプのほとんど点状の光源によって生みだされる。光が第二の反射器によって反射した後、光は第一の反射器から引き出される。デバイスは、プラスチック又は透明樹脂から一般に作られている。

望遠鏡システムの主な長所は、光学デバイスの厚さがそれによって非常に制限されるであろうということである。もう一つの利点は、デバイスの広範囲な領域が限られた数のモジュールの使用で覆われることを意味する、高い幅−高さ比率を個別のモジュールが持ちうることがあるということである。

主な欠点は、効率を低減して生産費の大幅な増加に導く、反射金属層でヘッドライトのいくつかの部分を覆うことが、選択的に必要であるということである。

もう一つ、単に審美的な欠点は、光はデバイスの全体の出力表面から引き出されないが、第一の反射器の領域にある外部の円環だけから引き出されるので、より暗い中央部が明白であるということである。

前述のデバイスの問題を改善することができる解決策は、特許文献５において出願人によって提案されている。当該特許文献５は、要素が透明体の主軸に関して回転非対称である光線の投射用の光学エレメントに関する。

この光学エレメントで、ほとんど点状の光源(例えばSMDタイプの、又はチップ形式におけるLED)によって放射された光を制御するために作動するモジュールを生成することは可能である。イルミネーションデバイス、特に自動車照明を構築することは可能である。個々の表示機能は、複数の前記モジュールによって構成され、並置されそして/又は相互に連結される。モジュールの表面は、特許文献１及び２で提供されるのと同様に、屈折によって及び全反射によって作動する。

特許文献５のモジュールによって生成された強度分布は、回転非対称にでき、特定の表示機能を達成するのに必要な光源/モジュールの数を最小限にすることを可能にする。

このデバイスの主な利点は、デバイスの表面の輝度の均一性における改良、光ユニット当たりのデバイス及びコストの低減、寸法を小さくすること、金属被覆が必要ではないので制限のある製造原価の低減を可能にする最大限の全体的効率である。

特開昭61-147585号公報国際出願WO 00/24062号公報米国特許5841596号公報米国特許5884995号公報ヨーロッパ特許出願番号04425775.6号公報

本発明の目的は、上に記述された解決策の利点を利用して、さらにそれらのいくつかの観点、特に光学システムの厚さを薄くすること、個々のデバイスの効率を最大にすることを改善する光学デバイスを提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１に規定された特徴を持った、光線投射用光学モジュールによって達成される。

この光学モジュールで、チップ形の半導体光源によって放射された光を制御することができる。主透明体が、その内部に沈み込んだ（sunk into）光源、好ましくは半導体光源を含んでいる。ボディは、両方とも屈折によって作動する二つの異なった表面を持っている。本発明の一つの実施形態において、これらの表面の第一の面は回転非対称の強度分布を生成することができる。第二の面は、少なくとも一つの反射面を含む第二の光学ユニットに面し、所望の発散を持った光線を形成することができる。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定されている。

本発明のいくつかの好ましいが制限しない実施形態は、添付図面を参照して説明される。

図１及び図２a、図２b及び図２cを参照する。光線を投射するためのモジュールMは、支持面P、例えばプリント回路上に配置されるのに適している光源10と、支持面Pに実質的に垂直である方向に光源10によって放射された光を伝えるのに適している光学システムと、を含む。光学システムは、透明材料で作られた主物体（main solid body）1と反射面6とを含む。もし必要ならば、問題のモジュールは、全体として、互いに及び支持面に対して垂直である二つの方向に異なった発散を持っていて、どんな場合も全体としてのモジュールの寸法を最小限にする配光に光線を成形することができる。

ボディ1は主要な延在軸zを持っている。主要な延在軸zは、図２a及び図２bに示された取付状態で、支持面Pに対して実質的に垂直である。

図２a及び図２bを参照する。光源10（ソリッドステート・タイプのものが好適である）は、ボディ1の支持面Pに支えられていて（rest on）、支持面Pに支えられている主物体1のベース面2に沈み込んでいる（sunk into）。技術的に、ソリッド状態の光源は、チップ内蔵(chip on board)技術によってモジュールMと統合される。この技術は、プラスチック・ハウジング内のディスクリート部品の代わりにプリント回路上で直接に、半導体の使用においてSMD(表面実装デバイス)技術と異なる。すなわち、LEDは、少量の導電性ペーストによって支持基板Pに接着された、半導体要素(ダイ（die）)からだけで構成されている。COB技術の主な利点は、LEDに典型的なパッケージング全体が除去されるので、非常に薄い光学デバイスを正確に生成することができるということである。

知られているように、LED光源は、「チップ」又は「さいころ（die）」(エネルギーが供給されたときに光放射を行う多重層の半導体要素)の形をしているプリント回路に直接に一体化することができる。いくつかの可能な適用は、発光する表示デバイス、自動車ヘッドライト又は、明かり、公衆情報デバイスなどである。

これらのデバイスの製造技術は、COB(chip on board)技術の名前で知られていて、適当な基板上に直接にチップLEDのマトリックスに取り付けることに存する。この技術は、用語「ダイボンディング」(さいころの基板への熱の接続又は電気熱の接続)によって知られたプロセスを第一に含む。オプションの「ワイヤーボンディング」操作(回路へのチップの電気的接続)が用語「ダイボンディング」に関係している。「ダイボンディング」技術において、「フリップチップ」方法は、電気的接続のためにワイヤーの使用をしないでそのパッドの回路への電気熱の接続及びチップの逆位のために設けられている。それにより、さらに「ワイヤーボンディング」プロセスを除外する。「フリップチップ」プロセスにおいて、パッドの接続は、金属「バンプ（bump）」(球体)によって典型的に形成される。最終工程として、COBプロセスは、適切な樹脂で光源の「カプセル化」又は外部応力からの保護のために設けられる。

図３を参照する。光学システムは、放射された光束の二つの部分上で別々に、すなわち中央部分上で伝わることによって、及び周辺部分上で伝わって後の反射によって作動する。この反射は、反射金属層によって、又は全反射(TIR)によって達成されてもよい。光学システムの機能の明瞭な分離は、光源10によって放射された光束を二つの部分I及びIIに分割する必要性を含んでいる。

LED光源10によって放射された光束を、二つの別個の周辺光線I及び中央光線IIに分離することは、それぞれ、透明体1の内部で起こる。ボディ1は、光源10から来る光束の中央部分IIを集める中央面4と、光源10から来る光束の周辺部分Iを集める環状面5とを含む。二つの光線I及びIIを別個にしておくことは、デバイスのいかなる領域も両方の光線のために作動しなければならないことを防止し、従って近似的にモジュールの全体的な効率の著しい縮小を防止する。光束が正確に分離されることを保証するために、中央面4と環状面5との間の合流点（meeting point）を計算することは重要である。実際、図３に示されるように、スネルの法則によれば、二つの界面の合流点は、二つの光線I及びIIが越えることができない極値の（extremal）光線R1及びR2を決定する。光線IとIIがこのように互いに独立して反射され（rendered）、伝える部分のデザインが分離され、反射によって作動する部分のそれに関して一義的に扱われる。

光源10によって放射されて中央面4によって集められる光束IIは、中央面4によって主軸zを中心にした発光強度の所定の分布II''が作られる。

中央面4は、一般に、回転非対称であり、例えば、実質的に均一で長方形の光度IIの分布を形成するように設計されてもよい。図２a、図２b及び図２cにおいて、ボディ1が主軸zを中心に90度回転するならば、中央面4が異なった断面を持っていることが理解されるだろう。

図４に示したデバイスMの変形例において、ボディ1の中央部分の厚みを薄くするために、中央面4はいくつかの部分4a，4bに細分化されてもよい。

光線の部分IIが回転対称でないならば、透明体1は環状面5に中央面4を接続する接続面3を持っていてもよい。実質的に円錐形の接続面3は、一般に中央面4から大きな角度で出現する光を邪魔しないように設計されており、光がそれに達する範囲がほとんどゼロであるので、従って、モジュールの全体的効率を縮小しない。

好ましくは、環状面5は、支持面Pに垂直な軸zと一致して、光源10の中心を通って延在する軸と回転することによって生成される。環状面5の各部分は、非球面レンズ形状を実質的に持っており、光源10によって生成され、環状面5のその部分に遭遇する（fall on）光線が、図５に示されたデバイスのフラットなセクション上に単一の仮想の点状光源10'を生成するように構築される。環状面5は、全体として、実質的に環状形状をした光源10の虚像を生成する。

図５を参照する。光学システムの支持面Pと、光源10から来て、総称的な（generic）ポイントSで環状面5に遭遇する（fall on）総称的な光線Rとの間で画定される角度は、θで規定される。さらに、ベース面2(すなわち支持面P)と、環状面5のポイントSでもたらされた屈折の結果として仮想光源10'から来る光線R'との間で画定される角度は、θ'で規定される。光源10から来るいずれかの光線Rによってなす各角度θが、環状面5のポイントSでもたらされた屈折の結果として生成される対応する光線R'によって画定されたその対応角度θ'以上であるように、環状面5が設計されている。言いかえれば、環状面5の上での屈折の前後に、極度の（extremal）光線R1，R2によって画定される角度θ₁及びθ₂が、環状面5上の屈折前後で光線の周辺部分によって画定された角度として規定されるならば、環状面5上の屈折後の光線の周辺部分I'によって画定された角度θ₁'は、環状面5上の屈折前の光線の周辺部分Iによって画定された角度θ₁以下である。この状態によって、同じ全体的な発光効率を維持しながらモジュールの垂直方向高さを小さくすることができる。

反射面6は、面内で（in-plane）見て、実質的に環状の形状をしており、透明体1のまわりに延在する。反射面6は、例えば、主軸zを中心にした、放物面、楕円面又は回転双曲面の全体的な形状をしていてもよい。他の場合において、反射面6は、回転対称でなくてもよい。制御される周辺の光線のために配置され、かつ、所望の方向に光を導くことにおいて成功するために、楕円面の二つの焦点、又は放物面の焦点のうちの一つは、仮想光源10'と実質的に一致するために作られる。

反射面6は、例えば、反射材料層でコーティングすることによって、透明体1とは異なるボディ(不図示)の中に形成されてもよい。回転対称によって生成されない同じモジュールの二つの断面を示す図６a及び図６bに示される好ましい実施形態において、それは、実質的に環状の形状をした補助の固体透明体20の一部を形成する。特定の実施形態において、補助のボディ20は、環状基部表面12による反射面6に接続され、環状の上面8によってトップで制限された、径方向の（radially）内側環状面7を持っている。環状の上面8は、実質的に筒状体である径方向の（radially）外側面11によって反射面6に接続され、また実質的に筒状体である径方向の（radially）内側面9によって内側環状面7に接続される。それが光学デバイスDを生成するために複数のモジュールMをひとまとめにすると決定されるならば、径方向の（radially）外側面11は、図２０に示されるように、互いに隣接モジュールを接続する機能を持っている。

光源10'から来て、環状面7のその部分（section）に遭遇する（fall on）光線が、図７に示されるように、単一の仮想点状光源10''を生じさせるように、補助のボディ20の径方向の（radially）内側環状面7の部分のそれぞれが構築される。従って、径方向の内側環状面7は、全体として、実質的に環状の形状をした光源10'の虚像を生成する。図７を参照する。本体1のベース面2(すなわち支持面P)と、仮想光源10''から現れて総括的な（generic）ポイントS'で補助のボディ20の径方向の内側環状面7に遭遇する総括的な（generic）光線R''との間で画定された角度は、θとして規定される。仮想光源10'から来るあらゆる光線R'によって画定された各角度θ'が、環状面7によってもたらされた屈折の結果として対応する光線R''によって画定されたその対応角θ''以上であるように、径方向の（radially）内側環状面7が設計されている。言いかえれば、径方向の（radially）内側環状面7上の屈折の前後に極度の光線R1'、R1''によって画定された角度θ₁'及びθ₁''は、それぞれ、径方向の周辺環状面7上の屈折の前後に光線の周辺部分によって画定された角度として規定されるならば、径方向の（radially）内側環状面7上の屈折後の光線の周辺部分I'''によって画定されたθ₁''は、径方向の（radially）内側環状面7上の屈折の前の光線の周辺部分I'によって画定されたθ₁'以下である。この条件によって、モジュールMの垂直方向の高さを、図１乃至５に示された解決策よりも大幅に小さくすることができる。図１乃至５において、反射面6は、本体1の環状面5によって屈折した光線を直接に、すなわち中間の屈折面無しで、受け取る。

補助の透明体20が用いられ、反射面6が楕円面又は双曲面として、又は、適当な状態で、放物面として構築されるならば、全反射によって光線の反射を得ることは可能である。従って、入射光線I'''の反射を達成するために金属層で反射面6を覆うことは不必要である。これは、構造上の単純化及びコストの相当な低減に帰着する。また、とりわけ、かかるコーティングが導入する効率のロスは発生しない。

図８を参照する。反射面6は、径方向の（radially）内側環状面7から来る光束（flux）I'''を集め、主軸zを中心にして発光強度I'''の所定の分布に光束（flux）I'''を形作る。最後に、環状の上面8は、反射面6から来る光束（flux）I''''を集め、I''で示されるように補助の透明体20からそれを引き出す。このようにさらなる屈折をもたらす。

反射面6は連続的であってもよく、セグメント6a、6b、6cに分割されてもよい。これは、図９及び図１０に示される。図９及び図１０では、補助の透明体20の無い実施形態において及び補助の透明体20と全反射とを用いる実施形態において形成された分割された表面6が示されている。

反射面6は、光源10の中心を通って延在する主軸zに関して回転非対称であってもよい。また、その幾何学は、達成される発光強度の分布に応じてゾーンからゾーンへ変化してもよい。

図１１、図１２及び図１３は、本発明によってモジュールMで得られた様々な可能な発光強度の分布（配向）を示す。光束（flux）IとIIは互いに及び支持面に対して垂直な二つの方向に異なった発散を持つように一般に形づくられるので、異なった発光強度の分布（配向）を構築することが可能である。図１１及び図１３は、光束I及びIIの貢献を重ね合わせること、及びそれらの光束の発散が互いの相にあるように配置することで達成される。図１２は、光束I及びIIの光束の発散が１８０度の角度で互いの相の外にあるように配置することで得られる。図面は、カンデラ(cd)で表現された発光強度の分布（配向）を示す。

図１４は、発光強度の分布（配向）が主軸zに関して実質的に平行である解決策を示す。この場合、光学システムのすべての表面は、主軸zを中心にした回転対称によって生成されている。補助の主物体20が存在するならば、反射面6は、仮想光源10'、10''に集中したその焦点を備えた放物線の断面を持っている。また、中央面4は、光源10と一致して、中央面4以遠のその焦点を備えた実質的に楕円の断面を持っている。図１４のデバイスで得られた発光強度の分布（配向）は、図１５に示される。

主物体1は、様々なモールド技術によって、及び異なったプラスチック樹脂で生成されている。実施例として、熱硬化性樹脂、あるいは光重合樹脂が用いられる。これらの樹脂は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂又はアクリル樹脂である。主物体は、成形によって、例えば、射出成形又は一体成形（casting）によって、生成される。

図１６及び図１７を参照する。主物体1は、それぞれ異なった材料から作られた第一の部分1'及び第二の部分1''を含むように二つの連続した工程で生成される。光源10は、主物体1の第一の部分1'に組み入れられる。それは熱硬化性樹脂又はエポキシ樹脂で作られている。主物体1の第二の部分1''は、第一の部分の上に成型することによって加えられ、主物体1の形状を外部的に採用（adopt）して、主物体1の第一の部分1'を組込む。図１９は、プラスチック樹脂の注入用の中心穴Fと、主物体1の第一の部分1'が配置される反対型（counter-mould）CSとを持った型Sを使用して主物体1の第一の部分の上に主物体1の第二の部分1''を共成型する（co-mould）ための可能な技術を示す。

図１８を参照する。反射面6は、表面Pに接続され、次に金属被覆で覆われる、補助の主物体120上に形成されている。この配置において、補助のボディ120及び本体1''は、例えば射出成形によって同時に成型される。この場合、補助のボディ120は、透明であり、反射金属被覆で覆われる。

図２０乃至２２を参照する。光学デバイスDは、本発明の複数の光学モジュールMの使用で生成することができる。この場合、各モジュールMの補助の透明体20又は120は、互いに接続されて、複数の空洞Cが形成される単一の結合された透明体220を形成する。各モジュールMの本体1は、各空洞Cに配置される。特に、図２１は、全反射を用いるデバイスDを示す。対応する径方向の内側環状面7は各空洞Cの側面に形成される(反射面6は図２０に不図示である）。図２２は、反射面6を形成するために空洞Cの側面上に金属を被覆することを必要とするデバイスを示す。

結合された透明体220は、様々なモールド技術によって、及び異なったプラスチック樹脂で生成される。実施例として、熱硬化性樹脂、あるいは光重合樹脂が用いられる。樹脂はエポキシ樹脂、シリコン樹脂又はアクリル樹脂である。結合された主物体220は、成形によって、例えば、射出成形又は一体成形（casting）によって、生成される。特に、図２１のデバイスの結合された主物体220は、複数の主物体1と同時に成型される。

本発明に係る光線投射用光学モジュールについての模式的な三次元図である。図２cの線IIA-IIAで切断された、図１の光学モジュールの模式的な縦断面である。図２cの線IIB-IIBで切断された、図１の光学モジュールの模式的な縦断面である。図１の光学モジュールの平面図である。図１のモジュール内部での光線の分布を示す。図２aのそれに類似している見方で、細分化された（segmented）中央面を持った図１のモジュールの変形例を示す。図１の光学モジュールの表面を通過するときの光線の片寄り及び仮想光源の必然の生成を示す。図２aのそれに類似している見方で、全反射によって作用する表面を備えた図１のモジュールの変形例を示す。図２bのそれに類似している見方で、全反射によって作用する表面を備えた図１のモジュールの変形例を示す。図６a、図６bの光学モジュールの表面を通過するときの光線の片寄り及び仮想光源の必然の生成を示す。図６a、図６bのモジュール内部での光線の分布を示す。図２aのそれに類似している見方で、細分化された（segmented）反射面を持った図１のモジュールのさらなる変形例を示す。細分化された（segmented）反射面を持った図６a、図６bのモジュールのさらなる変形例を示す。図１、図２、図４、図６、図９、図１０、図１６、図１７又は、図１８の実施形態における光学モジュールによって生成することができる典型的な配光（distribution of luminous intensity）を示す。図１、図２、図４、図６、図９、図１０、図１６、図１７又は図１８の実施形態における光学モジュールによって生成された可能な配光を示す。図１、図２、図４、図６、図９、図１０、図１６、図１７又は図１８の実施形態における光学モジュールによって生成されたさらに可能な配光を示す。図２aのそれに類似している見方で、回転対称によって得られた図６a、図６bのモジュールのさらなる変形例を示す。図１４の解決策における光学モジュールによって生成された典型的な配光を示す。図２aのそれに類似している見方で、二つの別個の部分に分割された中央の物体（solid body）の体積を持った、図１のモジュールのさらなる変形例を示す。、図２aのそれに類似している見方で、全反射によって作動する表面を持った図１６のモジュールの変形例を示す。図２aのそれに類似している見方で、基部に接続されて反射コーティングで覆われた物体（solid body）として側面の反射ボディが形成される図１のモジュールのさらなる変形例を示す。図１９は、本発明に係るモジュールの中央の物体（solid body）の射出共成型（injection co-moulding）する方法を示す。本発明の複数のモジュールによって形成されたデバイスを示す。モジュールが全反射によって作動する図２０のデバイスの一部分を示す。モジュールが金属被覆によって作動する図２０のデバイスの一部分を示す。

符号の説明

１透明体
２ベース面
４中央面
５環状面
６反射面
７内側環状面
１０ LED光源
２０補助のボディ
M モジュール
Ｐ支持面

Claims

光線を投射するための光学モジュールであって、
光源(10)と、
主軸(z)を持った透明な主物体(1)であって、フラットであり且つ主軸に垂直であり、その中に光源(10)が含まれているベース面(2)と、主軸(z)の対向面において、中央面(4)及び該中央面を中心にして延在する環状面(5)とを持っていて、中央面(4)及び環状面(5)が、光源(10)によって放射された光束の中央部分(II)及び周辺部分(I)のそれぞれを受け入れるのに適している主物体(1)と、
環状の形状をしていて、主物体(1)を中心にして配置された反射面(6)と、を含み、
中央面(4)は、主軸(z)を中心にして発光強度の所定の分布(II'')に光束の中央部分(II)を形成するように設計されており、
環状面(5)は、実質的に環状の形状をした光源(10)の虚像(10')を生成し、かつ、環状面(5)の屈折の後の光線の周辺部分(I')によって画定された角度θ₁'が、
環状面(5)の屈折の前の光線の周辺部分(I')によって画定された角度θ₁以下であるように、光線の周辺部分を伝搬する(I')ように設計されていて、
反射面(6)は、環状面(5)によって伝搬された光束の周辺部分(I')を反射し、且つ、主軸(z)を中心にして発光強度の所定の分布(II''、II''')にそれを形成するように設計されていることを特徴とする光学モジュール。
前記環状面(5)が、実質的に非球面の形状をしていることを特徴とする、請求項１記載の光学モジュール。
前記中央面(4)、環状面(5)及び反射面(6)が、主軸(z)に関する回転対称によって得られることを特徴とする、請求項１記載の光学モジュール。
前記中央面(4)が、主軸(z)と一致する光軸を持っており、主軸(z)に関して回転非対称であることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の光学モジュール。
前記中央面(4)が、実質的に円錐形の接続面(3)によって環状面(5)に接続されることを特徴とする、請求項４記載の光学モジュール。
前記中央面(4)が、主軸(z)に対して垂直である面において、矩形形状の発光強度の実質的に一様な分布を生成することができることを特徴とする、請求項４又は５のいずれかに記載の光学モジュール。
前記中央面(4)が、細分化されている(4a、4b)ことを特徴とする、請求項４乃至６のいずれかの一つに記載の光学モジュール。
前記反射面が、主軸(z)に関して回転非対称であることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれか一つに記載の光学モジュール。
環状面(5)と協力して、主軸(z)に対して垂直である面において、反射面(6)が、矩形形状の発光強度の実質的に一様な分布を生成することができることを特徴とする、請求項８記載の光学モジュール。
反射面(6)が、主軸(z)と一致する主軸を持っている補助の透明体(20，120)上に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記補助の透明体が、主な透明体の環状面に面して、主軸(z)に対して垂直である実質的にフラットな環状ベース面(12)によって反射面(6)に接続される径方向の内側環状面(7)を持っていることを特徴とする、請求項１０記載の光学モジュール。
実質的に環状形状をした光源(10)の第二の虚像(10'')を生成し、径方向の内側環状面(7)の屈折の後の光線の周辺部分(I''')によって画定された角度θ₁''が、径方向の内側環状面(7)上の屈折の前の光線の周辺部分(I')によって画定された角度θ₁'以下であるように光の周辺部分(I''')を伝搬するように、径方向の内側環状面(7)が設計されていることを特徴とする、請求項１１記載の光学モジュール。
径方向の内側環状面(7)が、第二の仮想光源(10")において固定された光束の出所で実質的に非球面であることを特徴とする、請求項１２記載の光学モジュール。
補助の透明体(20)が、主軸(z)に対して垂直である実質的にフラットな環状の上面(8)と、径方向の内側環状面(7)に環状の上面(8)を接続する実質的に円筒状の径方向の内部の接続面(9)と、を有して、環状の上面(8)、径方向の内側接続面(9)及び環状のベース面(12)は、主軸(z)に関して回転対称によって得られることを特徴とする、請求項３及び１１乃至１３に記載の光学モジュール。
補助の透明体(20)は、軸(z)に対して垂直である実質的にフラットな環状の上面(8)を有して、反射面(6)と協力する環状の上面(8)が、主軸(z)に対して垂直である面において矩形形状の実質的に一様な発光強度の分布光度(I'')を生成することができることを特徴とする、請求項１０乃至１４のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記反射面(6)が、複数の反射部分(6a、6b、6c)に細分化されることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記反射部分(6a、6b、6c)が、実質的に楕円面又は放物面表面として形成されることを特徴とする、請求項１６記載の光学モジュール。
主軸(z)から実質的にゼロの発散である強度の全体分布を持った光線を投射するように設計されていることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記反射面(6)が、反射コーティングを有することを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記反射面(6)が、全反射によって光を反射することができることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記光源が、固体状態の光源であることを特徴とする、請求項１乃至２０のいずれか一つに記載の光学モジュール。
前記光源は、長方形又は正方形形状のエミッターと、ベース面(2)に対して垂直に指向した放射軸とを有するLEDであることを特徴とする、請求項２１記載の光学モジュール。
前記光源が、チップ・オン・ボード技術によってベース面(2)に一体化されていることを特徴とする、請求項２１又は２２に記載の光学モジュール。
前記主物体(1)が、熱硬化性樹脂又は光重合性樹脂で作られていることを特徴とする、請求項２３記載の光学モジュール。
前記主物体(1)が、エポキシ樹脂、シリコン樹脂又はアクリル樹脂で作られていることを特徴とする、請求項２４記載の光学モジュール。
前記主物体(1)が、一体成形により生成されることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の光学モジュール。
前記主物体(1)は、
光源(10)に接していて、熱硬化性樹脂又は光重合樹脂で作られている第一の部分(1')と、
第一の部分の上に同時に成型されて、熱可塑性材料で作られている第二の部分(1'')と、を含む二つの別個の部分の中に形成されることを特徴とする、請求項２３記載の光学モジュール。
前記第二の部分(1'')が、射出成形によって生成されることを特徴とする、請求項２７記載の光学モジュール。
前記補助の物体(120)が、主物体(1)の第二の部分(1'')と同時に熱可塑性材料の射出成形によって生成されることを特徴とする、請求項１０及び２７に記載の光学モジュール。
前記補助の物体(120)の反射面(6)が、反射コーティングを有することを特徴とする、請求項２９記載の光学モジュール。
前記補助の物体(20，120)が、熱可塑性物質の射出成形によって生成されて、主物体(1)に接続されることを特徴とする、請求項１０記載の光学モジュール。
請求項１０乃至１４のいずれか一つに記載の複数のモジュール(M)を備える、発光表示機能を有する光学デバイスであって、
モジュールが、共有された支持面(P)の上に配置されており、支持面上で形成された伝導性の軌跡によって電気的に接続されていることを特徴とする光学デバイス。
複数のモジュール(M)を構築するそれぞれの補助の物体(20，120)は、単一の結合された透明体(220)を形成するために、互いに接続されることを特徴とする、請求項１０及び３２に記載の光学デバイス。
前記結合された透明体(220)は、熱可塑性物質の射出成形によって生成されて、複数のモジュール(M)に属する主物体(1)と結合されることを特徴とする、請求項３３記載の光学デバイス。
前記結合された透明体(220)の一部分が、反射層で覆われることを特徴とする、請求項３３又は３４に記載の光学デバイス。