JP4744093B2 - 照明ユニットおよびそれを用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は照明ユニットおよびそれを用いた照明装置（または投光装置）に関する。
特に、本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）を用いるＬＥＤ照明ユニット（またはＬＥＤ投光ユニット）とそれを用いた照明装置に関する。

種々の照明装置（または投光装置、あるいは発光装置）が知られている。
照明装置（または投光装置あるいは発光装置）として、スピード違反した車両の車両番号を撮像手段で撮像可能なように光を投射する投光装置について述べる。
そのような投光装置は、夜間でも、たとえば、２０メートル程度先の車両に撮像に必要が光を投光することが要望されている。つまり、そのような投光装置は、遠方まで必要な光を投光できるという条件が課せられている。
そのような条件を満たす投光装置としてはこれまで、たとえば、照度の高いハロゲンランプと集光レンズを組み合わせたものなどを用いたものが使用されてきた。

そのような投光装置は、たとえば、道路の上部の支持機構などに取り付けて使用される場合が多く、遠方まで必要な光を投光できるという条件の他に、支持機構に取り付けるという観点から、小型であること、大きな駆動電源を必要としないこと、低消費電力であること、長寿命であること、保守点検の軽減が要請されている。
そのような要請に応える手段として、投光装置として発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）を用いる方法が考えられる。ＬＥＤ素子の寿命は半永久的であるし、ＬＥＤ素子個々は小型であり、消費電力も少なく、最近はかなり放射強度（輝度）の高いものも開発されてきている。
もちろん、１個のＬＥＤ素子のみでは、夜間に車両の番号を撮像できる光を提供することは無理であるから、多数のＬＥＤ素子を用い、かつ、集光レンズを用いることになる。

実開平４−１１１７６９号公報（特許文献１）は、モジュールタイプのＬＥＤ素子と、集光レンズとを対向させた表示装置を開示している。
特許第３３１９３９３号（特許文献２）は、ＬＥＤランプをリードフレームに搭載し、配光特性を改善した発光装置を開示している。

実開平４−１１１７６９号公報 特許第３３１９３９３号

実開平４−１１１７６９号公報に開示されている表示装置は、車両のテールランプ、方向指示灯などに使用することを主目的としている。
実開平４−１１１７６９号公報に開示されている表示装置を、上述した夜間、車両の番号を撮像するための照明装置（投光装置）として適用することを仮定すると、発光手段としてＬＥＤ素子の輝度を高めるための改善、輝度の高い多数のＬＥＤ素子が必要になるので集積の問題と放熱対策の問題の解決、遠方まで所定の輝度（照度）の光を提供するための工夫を種々行わなければならない。
したがって、実開平４−１１１７６９号公報に開示されている表示装置をそのまま投光装置には適用できない。

特許第３３１９３９３号は１個のＬＥＤ素子の配光特性を改善する技術を開示しているが、上述した夜間、車両の番号を撮像するための照明装置（投光装置）には適用するのには不向きである。その理由は、上述した照明装置（投光装置）には多数のＬＥＤ素子が必要になるが、特許第３３１９３９３号に記載されている１個ごとパッケージされているＬＥＤ素子を用いると、照明装置の寸法が非常に大きくなる。さらに、特許第３３１９３９３号に記載されている１個ごとパッケージされているＬＥＤ素子には個別に給電線を設ける必要があり、事実上、配線することができない。また特許第３３１９３９３号に記載されているＬＥＤ素子を沢山使用した場合には効果的な放熱対策をとることができない。

照明装置（または投光装置）にＬＥＤ素子を使用するという着想は容易であるが、投光装置として輝度を確保し、狭い範囲に多数かつ高い放射強度（輝度）とＬＥＤ素子を配設するため放熱対策が必然となり、多数のＬＥＤ素子への効果的な給電方式を考慮し、さらに光学条件を最適化して夜間でも遠方まで所定の放射強度の光を安定に提供できる投光装置の開発には種々の問題に遭遇している。

上述した例示は、スピード違反した車両の番号を夜間でも撮像可能にする照明装置に適用する投光装置について例示したが、所定の放射強度を必要とし、小型、軽量、低消費電力、保守性などが要望されている照明装置およびそれに使用する投光装置については、上記同様の課題に遭遇している。

本発明は、放射強度の高いＬＥＤ素子を用い、そのようなＬＥＤ素子を用いた照明ユニットの小型化を図り、限られた範囲に多数のＬＥＤ素子を効果的に密集させて配設し、そのような場合に問題となる放熱を効果的に行い、多数のＬＥＤ素子への効果的な給電方式を見いだし、全体として、小型かつ軽量で、低消費電力で、寿命が長く、保守性に優れ、夜間でも遠方まで所定の放射強度の光を提供可能な発光ダイオード照明ユニットを提供することを目的とする。

本発明はまた、そのような発光ダイオード照明ユニットを使用して、夜間でも、効果的に、遠方まで所定の放射強度の光を提供可能な照明装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、第１基板と、前記第１基板に接して配設された第１絶縁性接着層と、前記第１基板および前記第１絶縁性接着層に形成された、複数の円筒形の開口と、前記複数の開口の頭部に下部の一部が挿入されて配設された、球形または準球形の複数のレンズと、前記第１絶縁性接着層に接して配設された、第２基板と、前記第２基板の前記第１基板側の面に、電気的に分離されて形成された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板上第１導電・放熱層および第２基板上第２導電・放熱層と、前記第２基板の前記第１基板側と対向する面に、電気的に分離されて形成された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板下第１導電・放熱層および第２基板下第２導電・放熱層と、前記第２基板の、前記第１絶縁性接着層の前記開口が形成されていない部分に形成された第１ビアホールの側壁に形成され、前記第２基板上第１導電・放熱層と第２基板下第１導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板側壁第１導電・放熱層と、前記第２基板の、前記第１絶縁性接着層の前記開口が形成されていない部分に形成された第２ビアホールの側壁に形成され、前記第２基板上第２導電・放熱層と第２基板下第２導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板側壁第２導電・放熱層と、前記第２基板の上にまたは前記第２基板上第１導電・放熱層の上に、前記第１基板および第１絶縁性接着層に形成された各開口の頭部に配設された前記各レンズの光軸に一致して配設され、アノードが前記第２基板上第１導電・放熱層に接続され、カソードが配線を介して前記第２基板上第２導電・放熱層に接続されている、複数の発光ダイオード素子と、前記第２基板に接して配設された第２絶縁性接着層と、前記第２絶縁性接着層に接して配設された、第３基板と、前記第３基板の前記第２基板側の面に形成され、電気的に分離されている、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板上第１導電・放熱層および第３基板上第２導電・放熱層と、前記第３基板の前記第１基板側と対向する面に形成され、電気的に分離されている、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板下第１導電・放熱層および第３基板下第２導電・放熱層と、前記第２絶縁性接着層および前記第３基板に形成された第３ビアホールの側壁に形成され、前記第３基板上第１導電・放熱層と第３基板下第１導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板側壁第１導電・放熱層と、前記第２絶縁性接着層および前記第３基板に形成された第４ビアホールの側壁に形成され、前記第３基板上第２導電・放熱層と第３基板下第２導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板側壁第２導電・放熱層とを有し、
前記開口の頭部に配設された前記レンズと開口の接触部分を樹脂で封止し、前記開口内を機密封止し、前記第３基板下第１導電・放熱層、前記第３基板側壁第１導電・放熱層、前記第３基板上第１導電・放熱層、前記第２基板下第１導電・放熱層、前記第２基板側壁第１導電・放熱層、前記第２基板上第１導電・放熱層を含む、前記発光ダイオード素子のカソードまたはアノードに給電する、第１給電経路が形成されており、
前記第３基板下第２導電・放熱層、前記第３基板側壁第２導電・放熱層、前記第３基板上第２導電・放熱層、前記第２基板下第２導電・放熱層、前記第２基板側壁第２導電・放熱層、前記第２基板上第２導電・放熱層を含む、前記発光ダイオード素子のアノードまたはカソードに給電する、第２給電経路が形成されており、
前記複数のレンズと対応する前記複数の発光ダイオード素子とは、直径が異なる同心円の複数のリングに、かつ、各リングの円周に沿って配設されており、前記複数のレンズと対応する前記複数の発光ダイオード素子は、前記直径が異なる各同心円に配設された前記複数のレンズから射出した光が前方の１点に収束するように、前記各リングの位置に応じて同心円の中心軸に対して光の角度を異ならせて、前記レンズと、これに対応する前記ＬＥＤ素子との位置関係は、前記同心円の中心から離れるに従い、対応する前記レンズの光軸の中心からより多く離れた位置に前記ＬＥＤ素子が配設されている、
照明ユニットが提供される。

また本発明によれば、上記照明ユニットと、該照明ユニットに駆動電力を提供し、制御する電源制御ユニットとを有する照明装置が提供される。
電源制御ユニットは、与えられる外部トリガ信号の立ち上がりまたは立ち下がりのどららかをスイッチにより選択する選択回路と、前記選択回路が選択した信号を所定時間遅延する遅延調整回路と、前記遅延調整回路で遅延した信号に基づいて、所定時間、前記複数の発光ダイオード素子を点灯させる信号を出力する、点灯パルス幅調整回路と、前記点灯パルス幅調整回路から出力された信号に基づいて前記複数の発光ダイオード素子を駆動する電流を出力する駆動回路とを有する。

本発明の照明ユニットは、小型かつ軽量であり、低消費電力で、放熱対策が十分であり、寿命が長く、保守性に優れ、遠方まで所定の放射強度の光を提供可能である。

本発明の照明装置は、瞬間的かつ長時間にわたる電力消費が少なく、必要な光量の光を安定して提供できる。

第１実施の形態
図１〜図７を参照して、本発明の照明装置およびその照明装置に用いる照明ユニットの第１実施の形態について述べる。
図１は本発明の第１実施の形態の照明装置の適用例を示す図である。
本発明の第１実施の形態の照明装置１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を用いた照明ユニット１０と、電源制御ユニット２０とを有する。
照明装置１の適用例として車両の番号を撮影する場合の照明手段として用いられる場合を想定すると、照明ユニット１０からその前方に位置する領域３に所定の放射強度の光を照射（投光）可能である。領域３には、たとえば、移動している車両が位置し、夜間でも照明ユニット１０からの光で撮像装置２がその車両の番号を撮像可能にしている。
ＬＥＤ照明ユニット１０から領域３までの距離Ｄは、たとえば、１５〜２５メートル程度である。

電源制御ユニット２０は図示しない装置からＤＣ電圧と撮像タイミングを示す外部トリガ信号ＴＳを受けて、照明ユニット１０に給電して照明ユニット１０から領域３に光を照射（投光）させる。
撮像装置２が、領域３を移動する車両の番号を撮像する時間は短時間であるから、電源制御ユニット２０は照明ユニット１０を撮像装置２の撮像トリガ信号ＴＳに合わせて短時間パルス状に駆動する。これによっても、照明ユニット１０の消費電力を大幅に低減することができる。
撮像装置２は、領域３に照明ユニット１０から光が投光されている期間に撮像を行い、たとえば、領域３を走行している車両の番号を撮像する。
電源制御ユニット２０の駆動方法の詳細は後述する。

照明ユニット
上述した光を提供する照明ユニット１０の詳細について述べる。
図２は図１に図解した照明装置１における第１実施の形態の照明ユニット１０を図解する図であり、図２（Ａ）は正面図であり、図２（Ｂ）は裏面図であり、図２（Ｃ）は外形断面図である。
図２に図解した照明ユニット１０は、上述した１５〜２５ｍの前方における走行する車両の番号を、夜間でも撮像装置２で撮像可能な光、たとえば、近赤外線光を提供できる能力を持つものとして製造した場合について例示している。
図２（Ａ）に図解したように、照明ユニット１０は、たとえば、横１０ｃｍ×縦１０ｃｍの寸法の基板１３に、横１５個×縦１５個、合計２２５個のＬＥＤ素子およびレンズＬＳを有する。隣接するＬＥＤ素子およびレンズＬＳの間隔は、たとえば、６ｍｍ程度である。
たとえば、特許第３３１９３９３号に開示されているＬＥＤ素子、あるいは、通常単体で使用するためのパッケージされたＬＥＤ素子は、このような短い間隔では集積できない。
換言すれば、本実施の形態のＬＥＤ素子は高い集積度で基板１３に平面的に密集して搭載されている。
また、図２（Ｃ）に図解した照明ユニット１０の高さ（厚さ）ｔについて例示すると、基板１３の厚さが約３．６ｍｍであり、レンズＬＳの突出高さが約４．３ｍｍであり、合計すると、８ｍｍ程度であり、照明ユニット１０の厚さも薄い。

図２（Ｂ）に図解したように、２２５個のＬＥＤ素子に対して、裏面に設けられた４個×５個の電極Ｊ１〜Ｊ２０で外部から給電を行う。
電極Ｊ１〜Ｊ２０から給電された電力が、２２５個のＬＥＤ素子にいかる給電されるかについての詳細は後述するが、留意すべきは、照明ユニット１０において、各ＬＥＤ素子への給電用配線は設けていないことである。

２２５個のＬＥＤ素子への給電方法について述べる。
図３（Ａ）、（Ｂ）は各ＬＥＤ素子への給電方法を例示した等価回路の概要を図解した図である。
図３（Ａ）は、２個の電極Ｊ１、Ｊ２と２個の電極Ｊ３、Ｊ４との間に、図２（Ａ）の第１列のＬＥＤ１〜ＬＥＤ１５を直列に接続した回路、第２列のＬＥＤ１６〜ＬＥＤ３０を直列に接続した回路、第３列のＬＥＤ３１〜ＬＥＤ４５を直列に接続し、かつ、第１列〜第３列の回路を並列に接続する回路を図解した図である。
図３（Ｂ）は、２個の電極Ｊ１、Ｊ２と２個の電極Ｊ３、Ｊ４との間に、第１列〜第３列のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４５の全てを並列に接続する回路を図解した図である。
図３（Ａ）に図解した回路構成の場合、電極Ｊ１、Ｊ２と電極Ｊ３、Ｊ４との間に流れる電流容量は少なくて済むが、１列の中に１個のＬＥＤ素子にでも断線などの故障が発生すると、その列のＬＥＤ素子全体が発光できなくなる可能性がある。
他方、図３（Ｂ）に図解した回路構成の場合、１列の中に１個のＬＥＤ素子の断線などの故障でその列の他のＬＥＤ素子の発光は影響されないが、電極Ｊ１、Ｊ２と電極Ｊ３、Ｊ４との間に流れる電流容量は多くなる。
本実施の形態においては、図３（Ａ）の回路構成または図３（Ｂ）の回路構成、あるいは、他の回路構成のいずれでもよい。
本実施の形態では、このように、２個の電極Ｊ１、Ｊ２と２個の電極Ｊ３、Ｊ４とで、３列、４５個のＬＥＤ素子への給電を行う例を例示している。
２個の電極Ｊ１、Ｊ２と、２個の電極Ｊ３、Ｊ４とを用いているのは、多数のＬＥＤ素子に流れる電流が多くなるため、十分な電流容量を確保するためである。

他の電極の組、電極Ｊ５、Ｊ６と電極Ｊ７、Ｊ８、電極Ｊ９、Ｊ１０と電極Ｊ１１、１２、電極Ｊ１３、Ｊ１４と電極Ｊ１５、Ｊ１６、電極Ｊ１７、Ｊ１８と電極Ｊ１９、２０についても同様である。

上述した回路構成を可能にし、多数のＬＥＤ素子の放熱対策を講じ、かつ、レンズＬＳとＬＥＤ素子との実装を効果的に行った照明ユニット１０の詳細を図４を参照して述べる。
図４（Ａ）〜（Ｃ）は照明ユニット１０の部分、たとえば、図２（Ａ）の第１列の一部の断面図である。
図４（Ａ）に図解したように、複数のＬＥＤ素子と複数のレンズＬＳが、図２（Ａ）〜（Ｃ）に図解した基板１３に搭載されている。
ＬＥＤ素子は、たとえば、近赤外線光を出射するＬＥＤ素子を用いている。
レンズＬＳは、たとえば、ガラスレンズを用いている。
基板１３は、第１基板１３１と、第２基板１３２と、第３基板１３３とを有する。これら基板１３１〜１３３は、絶縁性があり、耐熱性があり、強度に優れた材質、たとえば、ガラスエポキシ樹脂で形成されている。
第１基板１３１と第２基板１３２とが第１絶縁性接着層１５１で接着されており、第２基板１３２と第３基板１３３とが第２絶縁性接着層１５２で接着されている。

第１基板１３１には、レンズＬＳとＬＥＤ素子とを収容するための開口が、図２（Ａ）に例示した各列、レンズＬＳとＬＥＤ素子の数だけ、たとえば、各列１５個、かつ、図２（Ａ）に例示した各行、たとえば、各行１５個、設けられている。
第１基板１３１の開口を除く部分には、第１基板１３１の上面に第１基板上放熱層１４１Ｕ、第１基板１３１の下面に第１基板下放熱層１４１Ｌ、および、開口の内壁に第１基板壁放熱層１４１Ｗが形成されている。
これらの放熱層１４１Ｕ、１４１Ｌ、１４１Ｗは、熱伝導度の高い材質、たとえば、銅を用いた銅箔を７０μｍの厚さで形成されている。
これらの放熱層１４１Ｕ、１４１Ｌ、１４１Ｗは、本発明の実施の形態において必須ではないが、多数のＬＥＤ素子を開口内のキャビティＣＶ内に密閉状態で実装している本発明のＬＥＤ照明ユニット１０の放熱効果を促進するために設けている。

第１基板１３１の開口の頭部にレンズＬＳを嵌め込み、第１基板１３１の表面を密閉樹脂層１９で封止することにより、レンズＬＳを開口の頭部に固定し、さらに、開口内のキャビティＣＶを外部から封止している。
第１基板１３１の開口内のレンズＬＳの下部の第２基板１３２にはＬＥＤ素子が配設されている。
開口内のキャビティＣＶがレンズＬＳと密閉樹脂層１９とによって封止されていることにより、パッケージ無しのＬＥＤ素子が外部から封止される構造となっている。換言すれば、第２基板１３２に配設され、開口内のキャビティＣＶに実装されたＬＥＤ素子が、開口の内壁と、第２基板１３２と、レンズＬＳと、密閉樹脂層１９とで規定される密閉空間内に機密封止されるから、単体で使用するＬＥＤ素子のように、機密封止対策を講じたパッケージ処理をする必要がなく、ＬＥＤ素子単体を小型化できる。その結果、多数のＬＥＤ素子を基板１３に実装しても基板１３の面積は小さくてよい。

第１基板１３１の下部には第１絶縁性接着層１５１を挟んで第２基板１３２が配設されている。
第２基板１３２の上面、または、第２基板１３２の上面に形成された第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１の上に、ＬＥＤ素子が搭載されている。
レンズＬＳは図解したように、球形レンズまたは、破線で図解したように、下面が平坦な準球形レンズなどを用いることができる。レンズＬＳとして球形または準球形レンズを用いたのは、レンズＬＳとＬＥＤ素子との距離が小さいからである。したがって、レンズＬＳとＬＥＤ素子との距離に応じて、球形レンズまたは準球形レンズ以外のレンズを用いることもできる。
ＬＥＤ素子は、その上部に位置するレンズＬＳの焦点位置または焦点位置の近傍に配設されている。レンズＬＳとＬＥＤ素子との位置は、第１基板１３１および第１基板上導電・放熱層１４１Ｕ、第１基板下導電・放熱層１４１Ｌの厚さ、または、第１基板１３１に形成された開口の直径の大きさを調整することにより、調整することができる。たとえば、第１基板１３１に形成する開口の直径を大きくすると、レンズＬＳは開口内に沈み、ＬＥＤ素子との距離が接近する。第１基板１３１の厚さを薄くしても同様である。
ＬＥＤ素子の光軸とレンズＬＳの光軸とは一致またはほぼ一致する。それにより、ＬＥＤ素子から出射した光はレンズＬＳを通過後、狭指向性の集光光となる。

第２基板１３２には、その水平面に対して垂直方向に、第２基板第１ビアホールＶＨ２１および第２基板第２ビアホールＶＨ２２が形成されている。
第２基板１３２の上面（第１基板１３１側の面）には第２基板上導電・放熱層１４２Ｕが形成されている（被着されている）。第２基板１３２の下面（第３基板１３３側の面）には第２基板下導電・放熱層１４２Ｌが形成されている。第２基板第１ビアホールＶＨ２１の内壁から第２絶縁性接着層１５２にかけて第２基板第１壁導電・放熱層１４２Ｗ１が形成されている。第２基板第２ビアホールＶＨ２２の内壁から第２基板下導電・放熱層１４２Ｌにかけて第２基板第２壁導電・放熱層１４２Ｗ２が形成されている。

第２基板上導電・放熱層１４２Ｕは、図４（Ｂ）に図解したように、ギャップＧを隔てて分離されている第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２とに分離されている。
図４（Ｃ）に図解したように、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１にはＬＥＤ素子が搭載され、かつ、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１にはＬＥＤ素子のアノードＡが接続されており、第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２にはＬＥＤ素子のカソードＫが配線ＷＲを介して接続されている。
なお、ＬＥＤ素子は、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１に搭載されている必要はなく、第２基板１３２の上面に搭載されていてもよい。ただし、ＬＥＤ素子のアノードＡは第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１に接続されている。
また、ＬＥＤ素子のアノードＡとカソードＫとが接続される対象（第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と、配線ＷＲを介して第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２）は、上述した第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２と逆でもよい。ただし、その場合は、後述する電極Ｊ１、２と、電極Ｊ３、４からの給電の向きは逆になる。

図２（Ｃ）に図解した基板１３の裏面（図４（Ａ）に図解した第３基板１３３の下面）に設けられる電極Ｊ１〜Ｊ２０から、ＬＥＤ素子への給電回路を形成するため、第２基板第１ビアホールＶＨ２１の内壁の第２基板第１壁導電・放熱層１４２Ｗ１を介して、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１および後述する第３基板１３３の上面の第３基板上導電・放熱層１４３Ｕに接続されている。同様に、第２基板第２ビアホールＶＨ２２の内壁の第２基板第２壁導電・放熱層１４２Ｗ２を介して、第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２と第２基板１３２の下面の第２基板下導電・放熱層１４２Ｌに接続されている。

上述した、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２とからなる第２基板上導電・放熱層１４２Ｕ、第２基板下導電・放熱層１４２Ｌ、第２基板第１壁導電・放熱層１４２Ｗ１および第２基板第２壁導電・放熱層１４２Ｗ２はそれぞれ、ＬＥＤ素子の給電用の導電体であるから、基本的に、導電性材質で形成される。
好ましくは、これらの層は、ＬＥＤ素子の放熱対策も考慮して、導電性かつ熱伝導度の高い材質で形成されることが好ましい。
そのような材質の例示としては、第１基板上導電・放熱層１４１Ｕ、第１基板下導電・放熱層１４１Ｌなどと同様、たとえば、７０μｍの厚さの銅箔で形成する。

第２基板１３２の下部には第２絶縁性接着層１５２を挟んで第３基板１３３が配設されているが、第３基板１３３には、垂直方向に、第３基板第１ビアホールＶＨ３１および第３基板第２ビアホールＶＨ３２が形成されている。
第３基板１３３の上面（第２基板１３２側の面）には第３基板上導電・放熱層１４３Ｕが形成されている（被着されている）。第３基板１３３の下面には第３基板下導電・放熱層１４３Ｌが形成されている。第３基板第１ビアホールＶＨ３１の内壁には第３基板第１壁導電・放熱層１４３Ｗ１が形成されている。第３基板第２ビアホールＶＨ３２の内壁には第３基板第２壁導電・放熱層１４３Ｗ２が形成されている。
第３基板下導電・放熱層１４３Ｌは、たとえば、図３（Ａ）、（Ｂ）の回路例において、第１電極Ｊ１に接続されている第３基板下第１導電・放熱層１４３Ｌ１と、たとえば、第３電極Ｊ３に接続されている第３基板下第２導電・放熱層１４３Ｌ２とに分離されている。

ＬＥＤ素子への給電回路を形成するため、第３基板第１ビアホールＶＨ３１の内壁の第３基板第１壁導電・放熱層１４３Ｗ１を介して、第３基板１３３の上面の第３基板上導電・放熱層１４３Ｕと、第３基板１３３の下面の第３基板下第１導電・放熱層１４３Ｌ１とが接続されている。
同様に、第３基板第２ビアホールＶＨ３２の内壁の第３基板第２壁導電・放熱層１４３Ｗ２を介して、第２基板１３２の歌面の第２基板第２壁導電・放熱層１４２Ｗ２と、第３基板１３３の下面の第３基板下第２導電・放熱層１４３Ｌ２とが接続されている。

第３基板上導電・放熱層１４３Ｕと、第３基板下第１導電・放熱層１４３Ｌ１と第３基板下第２導電・放熱層１４３Ｌ２とからなる第３基板下導電・放熱層１４３Ｌと、第３基板第１壁導電・放熱層１４３Ｗ１と、第３基板第２壁導電・放熱層１４３Ｗ２はそれぞれ、ＬＥＤ素子の給電用の導電体であるから、基本的に、導電性材質で形成される。
好ましくは、これらの層は、ＬＥＤ素子の放熱対策も考慮して、導電性かつ熱伝導度の高い材質で形成されることが好ましい。
そのような材質の例示としては、第２基板上導電・放熱層１４２Ｕ、第２基板下導電・放熱層１４２Ｌなどと同様、たとえば、７０μｍの厚さの銅箔で形成する。

図４（Ａ）に例示した構成における回路構成について述べる。
ＬＥＤ素子のアノードＡに給電を行う電極Ｊ１は、第３基板１３３の下面の第３基板下第１導電・放熱層１４３Ｌ１、第３基板第１壁導電・放熱層１４３Ｗ１、第３基板１３３の上面の第３基板上導電・放熱層１４３Ｕ、第２基板第１壁導電・放熱層１４２Ｗ１、第２基板１３２の上面の第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１を介してＬＥＤ素子のアノードＡに電流を供給することができる。またこれらの導電層は放熱層をも構成しており、これらの層を介して、ＬＥＤ素子の熱を照明ユニット１０の外部に放出することもできる。
同様に、ＬＥＤ素子のカソードＫに給電を行う電極Ｊ３は、第３基板１３３の下面の第３基板下第２導電・放熱層１４３Ｌ２、第３基板第２壁導電・放熱層１４３Ｗ２、第２基板１３２の下面の第２基板下導電・放熱層１４２Ｌ、第２基板第２壁導電・放熱層１４２Ｗ２、第２基板１３２の上面の第２基板上導電・放熱層１４１Ｕ２を介して、ＬＥＤ素子のカソードＫに電流を供給することができる。またこれらの導電層は放熱層をも構成しており、これらの層を介して、ＬＥＤ素子の熱を照明ユニット１０の外部に放出することもできる。
以上の回路構成により、基本的に、電極Ｊ１とＪ３に電圧を印加するとＬＥＤ素子に電流が流れ、ＬＥＤ素子が発光することか理解されよう。
また、これらの導電・放熱特性を有する給電経路および第１基板１３１の周囲の第１基板上導電・放熱層１４１Ｕ〜第１基板下導電・放熱層１４１Ｌなどを介して、キャビティＣＶ内に実装されたＬＥＤ素子の熱を照明ユニット１０の外部に放出することができる。

図３（Ａ）または図３（Ｂ）に例示した回路構成にするには、第２基板１３２の下面の第２基板下導電・放熱層１４２Ｌ、および／または、第３基板１３３の上面の第３基板上導電・放熱層１４３Ｕを、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に例示した回路に対応した所定の回路パターンに加工する。
以上により、各ＬＥＤ素子に配線を用いて接続しないでも、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に例示した回路に対応した多数のＬＥＤ素子に効果的に給電を行うことができる。

図４（Ａ）に図解したように、第１基板１３１の開口に配設された球形または準球形のレンズＬＳの光軸に一致するようにＬＥＤ素子の光軸を一致させてＬＥＤ素子を第２基板１３２の上に形成された第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１に配設する。
図５はＬＥＤ照明ユニット１０の部分光線軌跡を示す図である。
図５に図解したように、ＬＥＤ素子から射出した光が、レンズＬＳを通して狭指向性の集光光にされて、たとえば、領域３に向けて出射する。
図５は一部のＬＥＤ素子とレンズＬＳの光線を示すが、本実施の形態においては、２２５個のＬＥＤ素子からの光が２２５個のレンズＬＳで狭指向性の集光光にされて、２２５本の光を集合した光の束が領域３に向けて出射される。

図６は電源制御ユニット２０の１例を示す図である。
電源制御ユニット２０は、遅延回路２１と、点灯パルス幅調整回路２２と、電流駆動回路２３とを有する。
図７に図解したように、遅延回路２１は、外部トリガ信号ＴＳの立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかをスイッチにて選択し、それから、所定時間ｄ、たとえば、７μｓ〜０．６ｍｓ遅延させて、点灯パルスを発生させて点灯パルス幅調整回路２２に印加する回路である。
点灯パルス幅調整回路２２は、所定時間ｐ、たとえば、０．１ｍｓ〜６ｍｓの間、ＬＥＤ素子が点灯するように点灯パルス幅を調整する回路であり、撮像タイミングに合わせてパルス幅の調整を行う。
電流駆動回路２３は、ＬＥＤ素子に一定の電流を印加し、光量の変動を抑制する回路である。また、高速に点灯をオン・オフ制御するためにトランジスタにてスイッチングを行い、ＬＥＤ素子における電力消費を低減させることができる。

以上、具体例を参照して、本発明の第１実施の形態の照明ユニット１０および電源制御ユニット２０の例示を述べたが、本発明の照明装置および照明ユニットは、たとえば、図１を参照して上述した例示に限定されない。

本発明の第１実施の形態の照明ユニットによれば、放射強度の近赤外線光線を出射するＬＥＤ素子を用い、チップまたはパッケージなどに収容せずにそのようなＬＥＤ素子の小型化を図り、限られた範囲に多数のＬＥＤ素子を効果的に密集させて配設し、そのような場合に問題となる放熱を効果的に行い、多数のＬＥＤ素子への効果的な給電方式により、全体として、小型かつ軽量で、低消費電力で、寿命が長く、保守性に優れ、夜間でも遠方まで所定の放射強度の光を提供可能な照明ユニットを実現できた。
また本発明の第１実施の形態の照明装置によれば、上記照明ユニットを電源制御ユニットで効果的に駆動して、さらに省電力を図ることができた。

第２実施の形態
図８〜図１２を参照して本発明の第２実施の形態の照明ユニットについて述べる。
図８（Ａ）、（Ｂ）は、図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する第２実施の形態の照明ユニット１０Ａの正面図と裏面図である。
図８（Ａ）は、基板１３Ａの正面側に複数のＬＥＤ素子が同心円状に配設されている状態を示している。図８（Ｂ）は基板１３Ａの裏面側の電極Ｊ１〜Ｊ２０の配置を示している。
第２実施の形態の照明ユニット１０Ａは、図９に断面図を示すように、焦点距離Ｆの収束光束を出力する照明ユニットである。

図８（Ａ）において、照明ユニット１０Ａは、図４を参照して述べた第１実施の形態の基板１３と同様の構成を有する基板１３Ａに、図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）に図解したように、第１基板１３１の開口の頭部にレンズＬＳが配設され、レンズＬＳの下部の第２基板１３２にＬＥＤ素子が配設されている。
図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）において、図解を簡単にするため、図４（Ａ）に図解した、第１基板１３１と第２基板１３２との間に配設された第１絶縁性接着層１５１、第１基板１３１の周囲に形成された第１基板上導電・放熱層１４１Ｕ、第１基板下導電・放熱層１４１Ｌ、第１基板壁導電・放熱層１４１Ｗは図解していない。また、図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）において、図解を簡単にするため、図４（Ａ）に図解した、第２基板１３２の上面の第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２は図解していないが、図４（Ｂ）と同様、図１０（Ａ）、図１１（Ａ）に、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１と第２基板上第２導電・放熱層１４１Ｕ２とを図示している。

図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）において、図４（Ａ）に図解した第２基板１３２より下部の構成は図解を省略している。
複数のＬＥＤ素子およびレンズＬＳの集積方法、給電方式、放熱対策などは第１実施の形態と同様である。

図９に図解した光束を出力させるため、照明ユニット１０Ａにおいては、ＬＥＤ素子とレンズＬＳとの関係をリングの位置に応じて異ならせる。
図８（Ａ）の第１リングＲ１に位置するＬＥＤ素子とレンズＬＳからは、図９の光軸中心に沿って光を出射させる。したがって、第１リングＲ１に位置するＬＥＤ素子とレンズＬＳとは、図１０（Ａ）、（Ｂ）に図解したように、レンズＬＳとＬＥＤ素子との光軸Ｏを一致させる。
第２リングＲ２〜第５リングＲ５に位置するＬＥＤ素子とレンズＬＳとは、たとえば、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に図解したように、リング位置に応じて、レンズＬＳとＬＥＤ素子との位置をずらす。
レンズＬＳとＬＥＤ素子との位置のずらしかたとしては、第１基板１３１の開口の頭部に装着されるレンズＬＳは固定とし、ＬＥＤ素子の位置を光軸Ｏの中心から角度αに相当する分だけずらして、第２基板１３２の上に搭載する。リング位置に応じたＬＥＤ素子の位置は、たとえば、図１２（Ａ）〜（Ｄ）に例示したように、第２基板上第１導電・放熱層１４２Ｕ１に４個の三角マークをつけておき、リング位置に応じたマーク部分にＬＥＤ素子を合わせればよい。

給電方式、照明ユニット１０Ａの複数のＬＥＤ素子の駆動方法は、第１実施の形態と同様に行うことができる。

第２実施の形態によれば、第１実施の形態のように平行光束ではなく断面が円形の収束光束を提供することができる。

第１実施の形態および第２実施の形態から自明のように、本発明によれば、任意の光束を提供できる。
また照明ユニットに使用するＬＥＤ素子は任意のものを用いることができる。
同様にレンズも、光学特性に則して任意のものを用いることができる。

図１は本発明の第１実施の形態の照明装置の概略構成図である。 図２は図１に図解した照明装置における第１実施の形態の照明ユニットを図解する図であり、図２（Ａ）は正面図であり、図２（Ｂ）は裏面図であり、図２（Ｃ）は外形断面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は図２に図解した照明ユニットにおける各ＬＥＤ素子への給電方法を例示した等価回路の概要を図解した図である。 図４（Ａ）〜（Ｃ）はＬＥＤ照明ユニットの部分断面図である。 図５は第１実施の形態のＬＥＤ照明ユニットの一部の光線軌跡を示す図である。 図６は図１に図解した電源制御ユニットの概略構成図である。 図７は図６に図解した電源制御ユニットの動作を図解した図である。 図８（Ａ）、（Ｂ）は、図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する第２実施の形態の照明ユニットの正面図と裏面図である。 図９は図８に図解した照明ユニットの光線軌跡を示す図である。 図１０（Ａ）、（Ｂ）は、図８に図解した照明ユニットにおけるＬＥＤ素子とレンズとの第１の位置関係を図解した図である。 図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図８に図解した照明ユニットにおけるＬＥＤ素子とレンズとの第２の位置関係を図解した図である。 図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施の形態におけるＬＥＤ素子の位置決めを容易にする導電・放熱層の平面図である。

１・・照明装置
１０、１０Ａ・・照明ユニット
１３、１３Ａ・・基板
１３１〜１３３・・第１〜３基板
ＶＨ２１・・第２基板第１ビアホール
ＶＨ２２・・第２基板第２ビアホール
ＶＨ３１・・第３基板第１ビアホール
ＶＨ３２・・第３基板第２ビアホール
１４１Ｕ・・第１基板上導電・放熱層
１４１Ｌ・・第１基板下導電・放熱層
１４１Ｗ・・第１基板壁導電・放熱層
１４２Ｕ・・第２基板上導電・放熱層
１４２Ｕ１・・第２基板上第１導電・放熱層
１４２Ｕ２・・第２基板上第２導電・放熱層
１４２Ｌ・・第２基板下導電・放熱層
１４２Ｗ１・・第２基板第１壁導電・放熱層
１４２Ｗ２・・第２基板第２壁導電・放熱層
１４３Ｕ・・第３基板上導電・放熱層
１４３Ｌ・・第３基板下導電・放熱層
１４３Ｌ１・・第３基板下第１導電・放熱層
１４３Ｌ２・・第３基板下第２導電・放熱層
１５１、１５２・・第１、２絶縁性接着層
Ｊ１〜Ｊ２０・・電極
１９・・密閉樹脂層
ＣＶ・・キャビティ
２０・・電源制御ユニット
２１・・電源分配部、２２・・タイミング制御回路
２・・撮像装置
３・・領域

Claims (1)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に接して配設された第１絶縁性接着層と、
   前記第１基板および前記第１絶縁性接着層に形成された、複数の円筒形の開口と、
   前記複数の開口の頭部に下部の一部が挿入されて配設された、球形または準球形の複数のレンズと、
   前記第１絶縁性接着層に接して配設された、第２基板と、
   前記第２基板の前記第１基板側の面に、電気的に分離されて形成された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板上第１導電・放熱層および第２基板上第２導電・放熱層と、
   前記第２基板の前記第１基板側と対向する面に、電気的に分離されて形成された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板下第１導電・放熱層および第２基板下第２導電・放熱層と、
   前記第２基板の、前記第１絶縁性接着層の前記開口が形成されていない部分に形成された第１ビアホールの側壁に形成され、前記第２基板上第１導電・放熱層と第２基板下第１導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板側壁第１導電・放熱層と、
   前記第２基板の、前記第１絶縁性接着層の前記開口が形成されていない部分に形成された第２ビアホールの側壁に形成され、前記第２基板上第２導電・放熱層と第２基板下第２導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第２基板側壁第２導電・放熱層と、
   前記第２基板の上にまたは前記第２基板上第１導電・放熱層の上に、前記第１基板および第１絶縁性接着層に形成された各開口の頭部に配設された前記各レンズの光軸に一致して配設され、アノードが前記第２基板上第１導電・放熱層に接続され、カソードが配線を介して前記第２基板上第２導電・放熱層に接続されている、複数の発光ダイオード素子と、
   前記第２基板に接して配設された第２絶縁性接着層と、
   前記第２絶縁性接着層に接して配設された、第３基板と、
   前記第３基板の前記第２基板側の面に形成され、電気的に分離されている、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板上第１導電・放熱層および第３基板上第２導電・放熱層と、
   前記第３基板の前記第１基板側と対向する面に形成され、電気的に分離されている、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板下第１導電・放熱層および第３基板下第２導電・放熱層と、
   前記第２絶縁性接着層および前記第３基板に形成された第３ビアホールの側壁に形成され、前記第３基板上第１導電・放熱層と第３基板下第１導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板側壁第１導電・放熱層と、前記第２絶縁性接着層および前記第３基板に形成された第４ビアホールの側壁に形成され、前記第３基板上第２導電・放熱層と第３基板下第２導電・放熱層とに接続された、導電機能と熱伝導機能を有する、第３基板側壁第２導電・放熱層と、
   を有し、
   前記開口の頭部に配設された前記レンズと開口の接触部分を樹脂で封止し、前記開口内を機密封止し、
   前記第３基板下第１導電・放熱層、前記第３基板側壁第１導電・放熱層、前記第３基板上第１導電・放熱層、前記第２基板下第１導電・放熱層、前記第２基板側壁第１導電・放熱層、前記第２基板上第１導電・放熱層を含む、前記発光ダイオード素子のカソードまたはアノードに給電する、第１給電経路が形成されており、
   前記第３基板下第２導電・放熱層、前記第３基板側壁第２導電・放熱層、前記第３基板上第２導電・放熱層、前記第２基板下第２導電・放熱層、前記第２基板側壁第２導電・放熱層、前記第２基板上第２導電・放熱層を含む、前記発光ダイオード素子のアノードまたはカソードに給電する、第２給電経路が形成されており、
   前記複数のレンズと対応する前記複数の発光ダイオード素子とは、直径が異なる同心円の複数のリングに、かつ、各リングの円周に沿って配設されており、
   前記複数のレンズと対応する前記複数の発光ダイオード素子は、前記直径が異なる各同心円に配設された前記複数のレンズから射出した光が前方の１点に収束するように、前記各リングの位置に応じて同心円の中心軸に対して光の角度を異ならせて、前記レンズと、これに対応する前記ＬＥＤ素子との位置関係は、前記同心円の中心から離れるに従い、対応する前記レンズの光軸の中心からより多く離れた位置に前記ＬＥＤ素子が配設され
   ている、
   照明ユニット。

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