JP2007504602A - 光導体及び光学レンズ系を備える照明ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】再現可能として正確に作製しうる照明ユニットを設計する。
【解決手段】本発明は、少なくとも１個の光源（１０）と、光源に接続した少なくとも１個の光導体（２０）とを備える照明ユニットに関し、特に、光導体が光源に背向した少なくとも１個の出射側（２２）を有する照明ユニットに関するものである。出射側（２２）は少なくとも１個の光学レンズ（２７）を備え、該光学レンズはフィレット（４１）によって局限されると共に、少なくとも１個の環状面によって包囲される。本発明において、再現可能として正確に作製しうる照明ユニットを開発する。
【選択図】図１

Description

本発明は，少なくとも１個の光源と、該光源に接続した少なくとも１個の光導体とを備える照明ユニットに関し，特に，光導体は光源に背向した少なくとも１個の出射側を有する照明ユニットに関するものである。

本発明による素子はＵＳ４６９８７３０に記載されている。この照明ユニットの光導体は樹脂の鋳込みによって個々に作製される。光導体は半球状の集光レンズを有し、該集光レンズは包囲された中空シリンダと共に、鋭角な切欠きを包囲する。型抜きに際して材料破壊の危険性があり、ワークの表面が損傷するおそれがある。

本発明の課題は、再現可能として正確に作製しうる照明ユニットを設計することにある。

この課題を解決するため、本発明の照明ユニットは、出射側が少なくとも１個の光学レンズを備え、該光学レンズはフィレットによって局限されると共に、少なくとも１個の環状面によって包囲されることを特徴とする。照明ユニットは、少なくとも１個の光源と、光源に接続した少なくとも１個の光導体とを有する。光導体は、光源に背向した少なくとも１個の出射側を有し、この出射側に備えた少なくとも１個の光学レンズは中空スロートによって局限されると共に、少なくとも１個の環状面によって包囲される。

光導体の出射側は少なくとも３つの面を有する。光学レンズは、少なくとも１個の環状面によって包囲された中空スロートによって局限される。この光学レンズは、残りの作用面に影響することなく、高い精度で作製可能となる。例えば、射出成形を応用する場合、軸線方向に可動とする分離したスタンプが光学レンズの形状を実現可能とする。スタンプが後退する際に、環状面は損傷されない。照明ユニットの作製は十分に自動化されるため、照明ユニットは再現可能として正確に作製することができる。

照明ユニットは、例えば、完成部品であり、該完成部品は光学的な光伝導装置及び分光装置を内蔵した発光ダイオード又はルミネセンスダイオードを有する。この種の照明ユニットは、例えば、自動車等に使用することができる。照明ユニットは個別の光源を有することができる。しかしながら、複数個の発光ダイオードを、テールランプユニット等のユニットに統合することも可能である。このような車両の形成素子とする照明ユニットにおいては、発光ダイオードを、例えば、共通の光導体に統合することができる。

以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。

図１は、１個の光源（１０）と１個の光導体（２０）とを備える照明ユニットを破断して示す縦断面図である。光源（１０）から発した光は、接続した光導体によって導かれ、光導体（２０）から周囲（１）へ放射される。

光導体（２０）は光学レンズ（２７）を有する。照明ユニットの光学軸は、光学レンズ（２７）に対して垂直に延在する。

光源（１０）は、例えば、照明ユニットの光学軸（５）に配置した発光ダイオード（１０）とする。この発光ダイオード（１０）は、発光チップ（１３）及びチップ（１３）と結合した少なくとも２個の電気接続部材（１２）等とする電子部品から構成される。

発光ダイオード（１０）は光導体（２０）によって包囲される。光導体（２０）は、PMMA又は他の光学的にクリアな 熱可塑性プラスチック等のプラスチック射出成形部品である。光導体はベース部（２５）とパラボロイド切頭体（２４）とを有し、両者の間に遷移エッジ（２３）が位置する。

ベース部（２５）は当接フランジ（３６）を有し、円筒形状部分（３７）が前記当接フランジに接続する。斜行した切欠き基部（３９）を有する外周方向に指向した切欠きを円筒形状部分（３７）に配置する。発光ダイオード（１０）は、例えば、ベース部（２５）内に配置されるため、遷移エッジ（２３）と発光ダイオード（１９）とを通る直線は、照明ユニットの光学軸（５）に対して巣直に発光ダイオード（１０）を通る平面とともに、約１０°の角度を成す。

パラボロイド切頭体（２４）は、外周面と出射側（２２）とを有する。切頭体の直径は、ベース部（２５）における遷移エッジ（２３）から出射側（２２）に向けて漸増する。出射側（２２）における光導体（２０）の直径は、図１に示した照明ユニットの場合、照明ユニットの長さに概ね一致する。

光導体（２０）の外周面（２８）は、例えば、閉鎖した面とする。発光ダイオード（１０）及び外周面（２８）の任意の点（２９）を通過する直線は、前記点（２９）で外周面（２８）に対する法線に直交するが、その角度は光導体（２０）の材料と外気（１）との境界面（３１）における全反射の限度角より大とする。限度角は、例えば、PMMAでは約４２°とする。

出射側（２２）は、例えば、照明ユニットの光学軸（５）に対して垂直に配置したフラットな環状面（４３）を有する。この環状面（４３）の面積は、例えば、出射側（２２）の断面積の約３／４に相当する。環状面（４３）に同心的に、環状面（４３）によって包囲された集光レンズ（２７）の形状とする光学レンズ（２７）を中空シリンダ（４７）内に沈降して配置する。集光レンズ（２７）は球体部分の形状を有する。非球体部分等の基面（２６）の直径は、球体部分の高さの約４倍に相当する。基面（２６）から光源（１０）までの離間距離は、光導体（２０）の長さの約半分に相当し、基面（２６）と焦点（３３）との離間距離より大とする。基面（２６）と集光レンズ（２７）の表面とは、互いに境界エッジ（３４）で交差する。境界エッジ（３４）の周囲に中空スロート（４１）を配置する。中空スロート（４１）は、例えば、その全長に亙って一定の断面を有する。中空スロートは、例えば、光学軸（５）に対して垂直に配置された水平な切欠き基部（４２）を有する。外方へ向けた半径方向では、中空スロート（４１）が中空シリンダ（４７）によって局限される。切欠き基部（４２）は、遷移スロート（５１，５２）で隣接する面に移行する。

図１に示した照明ユニットの実施形態において、集光レンズ（２７）の境界エッジ（３４）およびベース部（２５）とパラボロイド切頭体（２４）との間の遷移エッジ（２３）は、想定したシリンダの外周面上の外周線であり、前記シリンダの軸線は照明ユニットの光学軸（５）と一致する。

この照明ユニットは、例えば、１工程としてダイカスト型で作製される。このダイカスト型は、例えば、装入した発光ダイオードの近傍に突部等を有する。インジェクションの間に突部はフローブレーキとして作用し、電子部品に流れる射出成形材料の速度を低減する。突部はフローノッチ（３８）として材料にシールされる。

ダイカスト型の端面には、例えば、軸線方向に移動可能なスタンプを配置する。スタンプは、例えば、集光レンズ（２７）の形状をプレス成形する。その際、材料は光導体で圧縮される。良質な表面性状を有する集光レンズが作製可能となる。スタンプが後退すると、中空スロート（４１）は構造部材の周囲面の損傷を防止する。

作製された照明ユニットは、スタンプが後退すると、型から良好に取り出し可能となる。このワークは冷却に際しても僅かしか収縮しない。特に集光レンズ（２７）における作用面及び環状面（４３）は、優れた表面性状を有する。

自動化された作製では、照明ユニットを光学特性に係る許容誤差の狭い範囲内で再現可能として正確に作製することができる。

作製された照明ユニットの集光レンズ（２７）は、光導体（２０）の外周輪郭内に位置する。したがって、集光レンズは損傷等から良好に保護される。

照明ユニットが作動すると、光は発光ダイオード（１０）から出射側（２２）の方向へ発せられる。例えば、円錐内で光学軸（５）に対して３８°の角度で発した光線（６１）は、均質な光導体（２０）を通過すると共に、法泉に対して、例えば、０〜１５°の角度で集光レンズ（２７）に衝突する。集光レンズ（２７）から出射する際に、光線（６１）は、例えば、光学軸（５）の方向へ屈折する。したがって、光線（６１）は集光レンズ（２７）から出射すると互いに平行になる。

円錐の外部で発せられる光線（６２）は、内方から１点（２９）で光導体（２０）の外周面（２８）に衝突する。これらの光線は環状面（４３）の方向へ反射し、垂直方向で環状面に衝突する。光線は、屈折することなく、環状面（４３）を通過する。光導体（２０）から出射した光線は互いに平行になる。

例えば、光学軸（５）に対して約７５°の角度で光源（１０）から発せられる光線（６３）は、遷移エッジ（２３）の近傍で外周面（２８）に衝突する。ここで光線は反射し、切欠き基部（４２）を通じて周囲（１）へ進行する。

照明ユニットは、発光ダイオード（１０）に対して大きく離間した集光レンズ（２７）を備えることも可能である。円錐は先鋭となり、円錐内では光導体（１０）から発した光線（６１）が集光レンズ（２７）に衝突する。このシステムにおいて、光学軸（５）に対して、例えば、３８°の角度で発光ダイオード（１０）から発せられる光線（６２）は、延長された外周面（２８）に衝突し、この外周面で反射する。この構造形態で投入される光導体（２０）は、図１に示した光導体（２０）よりも長さが大とする。

焦点レンズ（２７）と発光ダイオード（１０）との離間距離が狭くなるのに対応して、照明ユニットの光導体（２０）を短くすることができる。

図１に示した実施形態において、集光レンズ（２７）の直径を比較的小さくするならば、光導体（２０）は図１に示したよりも長くすることができる。逆に、集光レンズ（２７）の直径が大きい場合、光導体は短くすることができる。

照明ユニットは、図１に示した光導体（２０）よりも外径が小さい光導体（２０）を備えることができる。この光導体は、図１に示した光導体（２０）よりも短くすることができる。この照明ユニットの照射領域は、例えば、縁部領域では図１に示した照明ユニットの照射よりも明るくなる。

上記の措置を組み合わせることも可能である。例えば、照明ユニットでは、円錐内における発光ダイオード（１０）から光学軸（５）に対して約３５°の角度で発せられる光線（６１）が集光レンズ（２７）に衝突可能となる。光導体（２０）の最大直径は、例えば、光導体（２０）の長さの１．３〜１．５倍に相当する。最大肉厚は、出射側（２２）の直径の約１／３とすることができる。光導体（２０）の出射側（２２）に背向する端部を円蓋形状として形成することができる。

図２は、照明ユニットの縦断面図である。照明ユニットの光導体（２０）は複数個の出射面（４３〜４６）を有する。この照明ユニットも発光ダイオード（１０）とする光源（１０）を有する。この光源は光導体（２０）に内蔵されるため、電気接続部材（１２）を備えるベース部（１５）だけが光導体（２０）から突出する。発光ダイオード（１０）を包囲する電子プロテクタ（１４）は光導体（２０）の一部であると共に、光導体と均質なユニットを形成する。

光導体（２０）は回転対称とするパラボロイド切頭体（２４）の形状を有し、切頭体は互いに平行に配置した２個の端面（２１，２２）を備える。パラボロイド切頭体（２４）の焦点には発光ダイオード（１０）を配置する。光導体（２０）の断面は、例えば、端面（２１）から出射側（２２）に向けて漸増する。発光ダイオード（１０）のベース部（１５）は端面（２１）から突出する。出射側（２２）の直径は、例えば、対置する端面（２１）の直径の約２．７倍に相当する。出射側（２２）の直径は、光導体（２０）の長さより約７０％だけ大とする。

出射側（２２）は、例えば、互いにかつ光学軸（５）に対して同心的に段付きとして配置した４個の環状面（４３，４４，４５，４６）を有する。面（４３）は光学軸（５）から最も遠く離れた面であり、面（４６）は光学軸（５）に至近とする面である。外部面（４３，４４，４５）の内径は、例えば、内方へ延在する至近の面（４４，４５，４６）の外径に一致する。工程間の遷移部は其々に中空シリンダ（４７，４８，４９）であり、それらの軸線は照明ユニットの光学軸（５）と一致する。環状面（４３〜４６）のうちの最も外側の面（４３）は、パラボロイド切頭体（２４）の外周面（２８）に接続する。この面（４３）の大きさは、出射側（２２）の断面の約２９％に相当する。第２出射面（４４）の面積は、出射側（２２）の断面の約２４％に相当する。この第２出射面（４４）は、第１出射面（４３）に対して光導体（２０）の長さの６％だけ光源（１０）の方向にオフセットする。第３出射面（４５）の面積は、出射側（２２）断面の約１６％に相当する。この面（４５）は、第２出射面（４４）に対して光導体（２０）の長さの約２２％だけ光源の方向にオフセットする。第４出射面（４６）は、光導体（２０）の長さの更に１３％だけ光源（１０）の方向にオフセットして配置される。その面積は、例えば、出射側（２２）の断面積の１４％に相当する。この環状とする第４出射面（４６）は別の中空シリンダ（５３）を局限し、この中空シリンダの長さは光導体（２０）の長さの約１４％に相当する。中空スロート（４１）と、これに包囲された光学レンズ（２７）とによって前記中空シリンダ（５３）の底部が形成される。中空スロート（４１）は、長方形断面を有する。照明ユニットの光学軸（５）に対して垂直に配置された基面（４２）は、出射側（２２）の断面積の約３％に相当する。光学レンズ（２７）は、例えば、フレネルレンズの形態とする集光レンズ（２７）である。これはフラットなレンズ（２７）であり、例えば、集光レンズ（２７）の多数の同心的部分を有する。照明ユニットの光学軸（５）に対して垂直に一平面に投影した面は、出射側（２２）の面積の約１４％に相当する。集光レンズ（２７）の基面（２６）から光源（１０）までの離間距離は、光導体（２０）の長さの約３８％に相当する。集光レンズ（２７）の焦点（３３）は、光源（１０）と集光レンズ（２７）との間に位置する。

本実施形態において、ワークの最大肉厚は光導体の長さの約４０％に相当する。

この照明ユニットは、１工程又は２工程で作製可能である。２工程の作製では、例えば、第１製造ステップで電子プロテクタ（１４）を製造する。第２製造ステップでは、光導体（２０）を作製するために、電子プロテクタが射出される。この照明ユニットの場合でも、出射面を狭い許容誤差の範囲内で正確に作製することができる。

この照明ユニットが作動すると、発光ダイオード（１０）から発せられる光線（６１，６２）はフレネルレンズ（２７）の方向又は外周面（２８）の方向に導かれる。フレネルレンズ（２７）を通過する際に、光線（６１）は、例えば、屈折することにより、周囲（１）では平行に延在する。光線（６２）は、外周面（２８）で反射すると供に、屈折せずに平行な光線（６２）として周囲（１）に進行する。

図３に示した照明ユニットは、２個の光源（１０）と、パラボロイド切頭体（２４）の形状とする１個の光導体（２０）とを備える。光源（１０）は、ここでも発光ダイオード等とすることができる。光源は、例えば、光導体（２０）の焦点外で小さい端面（２１）に配置される。光導体（２０）の構造は、図２に示した光導体（２０）の構造に類似している。光導体（２０）の外周面（２８）は、例えば、反射コートとする。

光源（１０）から発せられた光線（６１，６２）の一部はフレネルレンズ（２７）を通過し、他の部分は光導体（２０）の外周面（２８）で反射する。フレネルレンズ（２７）又は出射面（４３〜４６）を通過する際に、光線（６１，６２）は屈折する。

図４に示した照明ユニットは、２個の光導体（２０）と１個の光源（１０）とを備える。両方の光導体（２０）は、中間縦方向面で破断された回転パラボロイドの形状を有する（図２参照）。この想定された断面はフラット面（３５）である。両方の光導体（２０）は互いに鏡像対称として配置される。両方の光導体（２０）の比較的小さい端面（２１）は互いに隣接する。光源（１０）はスリットに配置される。両方の光導体（２０）は、其々に光源（１０）を半分まで包囲する。

照明ユニットが作動すると、光源（１０）から発せられた光線は、集光レンズ（２７）と、フラット面（３５）と、両方の光導体（２０）の外周面（２８）とに衝突する。衝突角度に応じて、光線は反射するか、あるいは界面を通過する。

この種の照明ユニットは、例えば、自動車のランニングライトとして使用可能である。照明ユニットは、例えば、フラット面（３５）で車体に載置される。光は、例えば、前方のみならず、後方へも放射される。

すべての実施形態において、光導体（２０）は、例えば、楕円形状のパラボロイド又は他の形状とすることができる。外周面（２８）は非連続領域を有することができる。

出射面（４３〜４６）は、照明ユニットの光学軸（５）に対し傾斜して配置することも可能である。各出射面（４３〜４６）は、例えば、互いに隣接した多くの個別の面素子から構成可能である。個々の面素子は、例えば、湾曲した立体の表面領域とする。面素子は、楕円体、円筒体、シリンダ、円錐、トロイド又はその他の任意に湾曲した立体の表面領域とすることができる。更に、各種の立体を組み合わせたものの表面領域とするか、連続領域及び非連続領域を有することもできる。これらの個々の面素子は、例えば、規則的に直角に出射面（４３〜４６）上に配置される。

光学レンズ（２７）は、散乱レンズ、平面レンズ等とすることができる。このレンズは、様々に異なる湾曲領域を有することが可能である。例えば、光学レンズ（２７）は、湾曲した立体の表面領域等とする規則的又は不規則的に配置され、互いに隣接した面素子を備えることができる。光学レンズ（２７）の焦点（３３）は、レンズ（２７）と光源（１０）との間に位置することができるが、前記領域外にも配置可能である。

発光ダイオード（１０）の代わりに、照明ユニットはレーザダイオード、ハロゲンランプ、白熱電球等の１個又は複数個の別の光源を有することもできる。

自明のことながら、実施形態に示したコンポーネントを更に別の組合せとすることができる。

光源と光導体とを備える照明ユニットを破断して示す縦断面図である。 複数個の出射面を備える照明ユニットを破断して示す縦断面図である。 ２個の光源を備える図２に示した照明ユニットを破断して示す縦断面図である。 ２個の光導体を備える照明ユニットを示す斜視図である。

符号の説明

１ 周囲、空気
５ 光学軸
１０ 光源、発光ダイオード
１２ 電気接続部材
１３ 発光チップ
１４ 電子プロテクタ
１５ ベース部
２０ 光導体
２１ （２０）の小さい端面
２２ （２０）の大きい端面、出射側
２３ （２４）と（２５）との遷移エッジ
２４ パラボロイド切頭体
２５ ベース部
２６ （２７）の基面
２７ 光学レンズ、集光レンズ、フレネルレンズ
２８ （２０）の外面、外周面
２９ （２８）の点
３１ （２０）と（１）との界面
３３ （２７）の焦点
３４ 境界エッジ
３５ フラット面
３６ 係止フランジ
３７ 円筒形状部分
３８ フローノッチ
３９ 切欠き基部
４１ 中空スロート
４２ スロート基部、（４１）の基面
４３ 環状面
４４ 環状面
４５ 環状面
４６ 環状面
４７ 中空シリンダ
４８ 中空シリンダ
４９ 中空シリンダ
５１ 遷移スロート
５２ 遷移スロート
５３ 中空シリンダ
６１ （２７）を通る光線
６２ 光線
６３ 光線

Claims (11)

1. 少なくとも１個の光源（１０）と、該光源（１０）に接続した少なくとも１個の光導体（２０）とを備える照明ユニットであって、該光導体（２０）は前記光源（１０）に背向した少なくとも１個の出射側（２２）を有し、該出射側（２２）は少なくとも１個の光学レンズ（２７）を備え、該光学レンズはフィレット（４１）によって局限されると共に、少なくとも１個の環状面（４３〜４６）によって包囲されることを特徴とする照明ユニット。
2. 光学レンズ（２７）と光源（１０）との離間距離は、光導体（２０）の長さの約半分に相当することを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記光学レンズは集光レンズ（２７）であることを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
4. 前記光源は発光ダイオード（１０）を有することを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
5. 前記光導体（２０）は前記光源（１０）の少なくとも一部分の領域を包囲することを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
6. 前記光導体（２０）の外周面（２８）の少なくとも一部分の領域はパラボロイド切頭体の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
7. 前記光導体（２０）はフローノッチ（１８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
8. 前記出射側（２２）の少なくとも１個の環状面（４３~４６）は、前記光学レンズ（２７）を同心的に包囲するフラット面とすることを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
9. 前記出射側（２２）は少なくとも２個の段付でフラットな環状面（４３〜４６）を有することを特徴とする、請求項８に記載の照明ユニット。
10. 前記光源（１０）に２個の前記光導体（２０）を接続し、その出射側（２２）は様々に異なる方向を示すことを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。
11. 前記光学レンズ（２７）及び／又は少なくとも１個の出射面（４３〜４６）は面素子を備え、該面素子は湾曲した立体の表面領域であることを特徴とする、請求項１に記載の照明ユニット。

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