CN1376314A - 体积型透镜、发光体、照明器具及光信息系统 - Google Patents

Abstract

弹丸型或卵型的体积型透镜由具有顶部、底部及外周部的体积型透镜主体,设置在由该底部向顶部的透镜主体内部的井式凹部构成。设置在透镜主体内部的凹部的凹顶部作为第1透镜面,透镜主体的顶部作为第2透镜面,凹部的内部作为光源或者光检测器的容纳部发挥作用。

Description

体积型透镜、发光体、照明器具及光信息系统

技术领域

本发明涉及新型结构的广光学透镜的技术方案。尤其涉及作为发光二极管(LED)等半导体发光元件的光学透镜的最佳透镜。进一步涉及使用该透镜的发光体及该发光体的照明器具。进而涉及由该发光体和受光体构成的光信息系统。

背景技术

最近，使用卤素灯的细长的袖珍电灯已达到市售程度，然而这种袖珍电灯的电池壽命在连续工作的情况下仅有3小时左右，另外，也存在卤素灯本身壽命短之类的缺点。

另一方面，在个人用电脑、文字处理机、便携式电视、车载电视等设备中，多用液晶显示装置。这样，液晶显示基板的照明(背照光)使用荧光放电管(荧光灯)。这种背照光照明用荧光灯在便携式电视及个人用电脑落下时，存在或者损坏、或者其特性易于恶化之类的问题。另外，在冬季寒冷地带等低温环境下使用时，由于管内的水银蒸气压很低而使发光效率降低，从而不能得到足够的辉度。再有，在长时间工作的情况下，其稳定性和可靠性都不足。另外，最重要的问题是电力消耗大。若以便携式个人用电脑为例，液晶显示装置消耗的电力远大于微处理器及存储器中所消耗的电力。因此，将荧光灯荧作为背照光使用的情况下，镜历长时间后在用电池使便携式电视及便携式个人用电脑工作是困难的。另外，由于荧光灯是同电源频率相对应的脉动式的发光，由于存在个人差异，因其闪烁感会产生眼睛疲劳的问题。即，在使用近乎于背照光这样的直接照明的情况下，由于长时间的直视由荧光灯发出的光，存在眼睛疲劳或者由眼睛疲劳带来的对人体的影响等问题。

由于发光二极管(LED)等半导体发光元件是将电能直接转换为光能，同卤素灯等白炽灯及荧光灯相比，其特征是效率高而且在发光时不伴随发热。在白炽灯中，是将电能先转换成热能，在利用伴随该发生热的辐射，其转换效率从原理上就很低，转换为光的效率不超过1％。在荧光灯中是将电能转换为放电能，其转换效率也同样很低。另一方面，在LED中，转换效率可达到20％以上的范围，同白炽灯及荧光灯相比，可以很容易地将转换效率提高到约100倍以上。再有，由于LED等半导体发光元件可以认为是半永久性的长壽命元件，而且不存在像荧光灯的光那样闪烁的问题，对人眼和人体不产生坏的影响，可以称为“宜人之光”。

LED具有如此优异的特性，但LED的应用还局限于各种机器的控制面板的显示灯以及光电广告牌等显示装置等极有限的范围，LED应用于照明器具(照明装置)的例子很少。最近，键盘孔灯的的照明用应用制品的一部分已为大家所知，但仅可用于小面积的照明。除了这样的特殊例子之外，通常，LED不用于照明。

其原因是由于不仅LED的辉度极高，而且一个LED的光的照射面积是1mm左右的小面积，作为照明器具不能得到足够的光量。

这样，就使用已有的光学系统而言，由于用一个LED发光，作为照明对象的面上的照度达不到所要求的照度。总之，利用这种光照射的面的每单位面积上的光量是不足的。

若单纯地将LED排列成多个矩阵那样来构成照明器具可以得到一定的照度。但是，当今的LED主要材料使用的是高价的化合物半导体，而且，由于要求外延成长及杂质扩散等高制造技术，LED的制造单价(成本)的降低有一定的限度。另外，在作为蓝色的LED材料的氮化镓(GaN)的外延成长的基板中，还有要求使用高价的蓝宝石基板等各种半导体材料的特殊要求。

因此，为了得到所要求的照度，利用将比较高价的LED材料多个排列等方法来组成照明装置(照明器具)，由于价格过高是不现实的。另外，就硅(Si)而言，开始使用直径达300mm的晶片，作为LED材料的化合物半导体的外延成长用基板，这样大直径的基板现在还不能得到。再有，也存在外延成长的均匀性等制造技术方面的问题，基本上制造具有大面积发光区域的LED是困难的。

发明内容

本发明的任务就在于解决上述问题。因此，本发明的目的在于提供一种体积型透镜，它可以使用LED等的光源，而且其数量不必很多，就可得到所要求的照度。

本发明的另一目的在于提供一种体积型透镜，它可高效率地释放出市售光源的潜在光能，而且其本身不用增加任何工作量就可容易地实现光的发散、收缩等光路的变更及焦点的变更。

本发明的再一目的在于提供一种发光体，它是廉价的而且具有足够的照度和经长时间的稳定性和可靠性。

本发明的再一目的在于提供一种发光体，它耗电少而且不闪烁。

本发明的再一目的在于提供一种照明器具，它的电池寿命长而且便于携带。

本发明的再一目的在于提供一种光信息系统，它具有高效率而且可靠性高。

鉴于上述目的本发明的第一技术方案是体积型透镜由具有顶部，底部及外周部的体积型透镜的主体，和设置于由该底部向顶部的透镜主体内部的井式的凹部构成，设置于透镜主体内部的凹部的凹顶部作为第1透镜面，透镜主体的顶部作为第2透镜面，凹部的内部作为光源或者光检测器的容纳部发挥作用。即，在凹部的内部容纳光源的情况下，第1透镜面作为入射面，第2透镜面作为出射面发挥作用。另一方面，在凹部的内部容纳光检测器的情况下，第1透镜面作为出射面，第2透镜面作为入射面发挥作用。所谓“体积型”是指炮弹型、卵型、蚕茧型、半圆锥型等。垂直于光轴方向的断面形状可以是正园、椭园、三角形、四角形、多角形等。体积型透镜主体的外周部可以是如园柱、角柱的园周部与光轴平行的面，也可以对光轴具有锥度。

体积型透镜的主体由于作为连接入射面和出射面的光传输部发挥作用，必须使用对光的波长是透明的材料。作为“透明的材料”，可以使用丙烯酸树脂(透明塑料材料)、石英玻璃、碳酸钠玻璃、硼酸玻璃、铅玻璃等各种玻璃材料。或者，还可以使用氧化锌、硫化锌、碳化硅等的结晶性材料。另外，也可以使用具有可挠性、弯曲性及伸缩性的透明橡胶之类的材料。再有，作为光源，在使用卤素灯等白炽灯时，考虑到因此发热应使用耐热性光学材料。作为耐热性光学材料，最好是石英玻璃、兰刚玉玻璃等耐热玻璃。或者，聚碸树脂、聚醚碸树脂、聚碳酸脂树脂、聚醚脂胺树脂、甲基丙烯酸树脂、非晶性聚烯烴树脂、具有全氟烃基的高分子材料等的耐热性树脂等耐热性光学材料。碳化硅等结晶性材料也具有优良的耐热性。

但是，作为光源，最好是LED和半导体激光等发光时，没有件随显蓍发热作用的光源，若使用LED等，在有关本发明的第1特征的体积型透镜的凹部(容纳部)的内部，在容纳光源的情况下，不会因其发热作用而对体积透镜产生热的影响。

若使用本发明的第1特征的体积型透镜，设有必要将光源的数目有的很多，就可以方便的得到可希望的照度，即可以简单而又以小型的结构实现按现有的技术常识所不能的预测的照度，详细的如后述，用现有的“双凸透镜”、“平凸透镜”、“半月凸透镜”，“双凹透镜“，“平凹透镜”，“半月凹透镜”等薄型透镜，必须使用直径无限大的透镜才能达到同本发明的体积透镜等致的功能。

在LED中虽具有内部量子的效率和外部量子效率，通常外部的效率比内部量子效率低。使用有关本发明的第1特征的体积型透镜，通过将LED容纳于容纳部(凹部)，可以以几乎同内部量子效率相等的效率，有效地利用LED的潜在光能。

另外，有关使用本发明第1特征的体积型透镜，不用对LED等光源本身施加任何人力，就可以容易的实现光的发散，聚集等光路的变更或焦点的变更。

有关本发明的第1特征的“光源”，可以是以规定的发散角在特定的方向上发光的光源，若在特定方向发光的发散角是已知的，则容易进行聚光或分散等光学设计。可以方便的实现第1及第2弯曲面的曲率半径等的选定。再有，第1及第2曲率半径的任何一方应该注意可以包括曲率半径无限大或近于无限大的平坦表面，因为，第1及第2曲率半径的任何一方具有非无限大的一定的(有限的)曲率半径，光的聚集，发散是可以控制的，另外，“一定的发散角”应注意可以包括0度，即平行光线。另外，即使发散角为90度，由于容纳部几乎完全光学地覆盖光源的主发光部，可以有效地将这些光聚集。这是用现有的透镜等光学系统不可能作到的，即，由第1弯曲面构成的入射面(凹顶部)以外的容纳部的内壁也可以作为有效光的入射部发挥作用。

具体的有关本发明的第1特征的“光源”，是用具有第1折射率的透明材料模压成形的半导体发光元件，容纳部可以使其经具有同第1折射率不同的第2折射率的流体或流动物容纳光源。此处，所谓“流体”是指对由光源发出的光的波长是透明的气体或液体最简单的可以使用空气。所谓“流动物”是指溶胶状，胶体状或凝胶状的对光的波长是透明的物质。或者，有关本发明的第1特征的“光源的主发光部”是具有由具有第1折射率的透明材料构成的传输部的光纤的端部，容纳部可使其经具有同第1折射率不同的第2折射率的流体或流动物容纳光纤的端部。这时，为了由光纤的另端输入规定的光不必限于半导体发光元件。这是因为即使是白炽灯的光，也可以使容纳于体积型透镜的凹部(容纳部)的内部的光纤的端部可以保持低温。

本发明的第二特征是至少由发出的规定波长光的光源和几乎完全覆盖该光源的发光部的大型透镜构成的发光体，而且该大型透镜是由第1特征所述的，具有顶部，以及外周部的大型透镜主体，由该底部向顶部设置在透镜主体的内部的设计凹部构成。而且，设置在该透镜主体内部的，凹部凹顶部作为反射面，透镜主体的顶部作为反射面，凹部的内部作为光源容纳部发挥作用。

在本发明的第二特征中，最好使用发光时发热作用少的LED等半导体发光元件，使在大透镜的凹部(容纳部)的内部容纳光源的情况下，大型透镜也不会由于发热作用而使大型透镜受热的影响，即使长时间的工作，也可维持其可靠性和稳定性。

如果使用有关本发明第二特征的发光体，可以以少的光源方便地得到可希望的照度，该照度是现有公知的发光系统所不能达到的照度。也是按现有的技术常识，不能预测的放宽的照度。该发光体的电力消耗小，没有闪烁。

在有关本发明的第二特征的发光体，光源最好具有一定的发散角，在特定方向发出光的光学形状。因为光的发散角是已知的，聚光或分散等光学设计容易，第1及第2弯曲面的曲率半径等构造是可以很简单。再有，如第1特征中的说明，第1及第2弯曲部的任何一方，可以包括曲率半径无限大或者近于无限大的平坦的面。

有关本发明的第2特征的发光体种，光源最好是用具有第1折射率的透明材料模压成形的半导体发光元件，容纳部分是具有同第1折射不同的第2折射率的流体或流动物容纳光源。可谓“流动”如第1特征中可定义的，是指透明的气体或液体，所谓“流动物”是指溶解状或透明状的物质。

或者，在有关本发明的第2特征的发光体中，光源的主发光部具有同规定的光源光学地连接的，由具有第1折射率的透明材料构成的传输部的光纤的端部，容纳部可以其使只有同第1折射率不同的第2折射率的流体或流动物容纳光纤的端。

本发明的第3特征是由电源部和上述第2特征可述的发光体构成的照明器具，作为携带用照明器具的电源部，最好是电池，作为光源最好是将具有同该电池的阳极及阴极分别连接的电极的半导体芯片用透明材料横压成形，发出规定波长的半导体发光元件。是至少将该半导体发光元件的主发光部几乎完全覆盖的体积型透镜构成的照明器具，体积型透镜是由第1特征可述的构造。

有关本发明的第3特征的照明器具中，由于可以使用单个半导体发光元件，其结构简单，而且制造成本可降低，另外，使用体积型透镜，可以高效率地发挥该半导体发光元件的潜在的光能，可以得到对照明所必须的足够的照度。另外，该照明器具时间的使用的稳定性和可靠性没有闪烁。由于其耗电量少，电池寿命长。

本发明的第4特征有关于发光和受光体构成的光源很长的，发光体是由在第2特征种可述的相同的，具有第1顶部，第1底部及第1外围部的第1体积型透镜主体，由第1底部的第1顶部设置在第1透镜主体的内部的第1凹部，容纳于该第1凹部中发出规定的波长的光的光源构成的另一方面，受主体是由第2顶部，第2底部及第2外围部的体积型的第2透镜主体由第2底部的第2顶部设置在第2透镜主体的内部的#式的第2凹部构成的体积型透镜，容纳于该体积型透镜的第2凹部的检测规定波长的光的光检测器构成。第1凹部的凹顶作为第1入射面，第1顶部作为第1出射面，第2顶部作为第2入射面，第2部的凹顶部作为第2面的发挥作用。

在本发明的第4特征的光源下中，最好使用发光时发热作用的LED等半导体发光元件，在体积型透镜的凹部容纳部的内部，即使在容纳光源的情况下，不会因其发生热作用而对体积型透镜产生发热影响，即使长期也可以维持其可靠性的稳定性。另外，已如在第2特征种可述的，可以以高效率发出的传导，与一方面，发光体可以以同发光体的过程中达到光检测器，可以灵敏度作光检测。

附图说明

图1表示本发明的第一实施例的发光体的模式的剖面图。

图2A表示在使用本发明的第一实施例的体积型透镜的情况下，相对于光轴方向用于测定垂直方向的光强度(照度)分布的测定系统的模式图。

图2B是为了同图2A比较，表示在使用现有的两个凸透镜进行测定时的测定系统的模式图。

图3表示沿着本发明的第一实施例的体积型透镜、现有的薄型透镜(两个凸透镜)及LED自身各自的输出光的Y方向于测定距离x＝1m测定光强度(照度)分布情况的结果图。

图4是汇集沿着同图3相同的Y方向使测定距离X变化测定的强度(照度)分布图。

图5是表示本发明的第一实施例的体积型透镜的几何学构造和聚光率的关系图。

图6是表示示于图5的各体积型透镜的几何学构造表。

图7是表示本发明的第一实施例的变形例的发光体的模式的剖面图。

图8A～图8C是表示形成第一透镜面凸部的高度△和光束强度轮廓的关系图。

图9A～图9C是表示形成第一透镜面凸部的高度△和光束强度轮廓的关系图。

图10A～图10C是表示形成第一透镜面凸部的高度△和光束强度轮廓的关系图。

图11是表示形成第一透镜面凸部的高度△和照度的平坦度的关系图。

图12是表示本发明的第二实施例的发光体的模式的剖面图。

图13是表示本发明的第三实施例的发光体的模式的剖面图。

图14A是表示本发明的第四实施例的发光体的俯视立体图。

图14B是表示本发明的第四实施例的发光体的模式的剖面。

图15是表示本发明的第四实施例的发光体的背面镜及LED的俯视立体图。

图16A是表示本发明的第五实施例的发光体的模式的俯视立体图。

图16是表示本发明的第五实施例的发光体的模式的剖面图。

图17A是用于表示在本发明的第五实施例的发光体中，将多个盘形的LED配置在薄的基板上时的结构例子的模式的剖面图。

图17B是与图17A相对应的俯视图。

图18是表示将多个板式LED串连时的电路结构图。

图19是表示将多个板式LED并连时的电路结构图。

图20是有关本发明的第五实施例的变型例的发光体的模式的剖面图。

图21是表示在有关本发明的第六实施例的发光体中，将多个裸片配置在薄膜基板上时的结构例子的模式的剖面图。

图22是表示在有关本发明的第六实施例的发光体中，将多个裸片配置在薄膜基板上时的，另外的固定方法的模式的剖面图。

图23是表示在有关本发明的第七实施例的发光体中，将多个裸片(LED片)叠层配置在薄膜基板上时的结构例子的模式的剖面图。

图24是将图23的LED片部分放大表示的模式的剖面图。

图25是有关本发明的第八实施例的照明器具的模式的剖面图。

图26是表示将有关本发明的第八实施例的照明器具安装在支持基板上的状态的立体图。

图27是有关本发明的第九实施例的发光体的模式的剖面图。

图28是有关本发明的第九实施例的变型例的发光体的模式的剖面图。

图29是有关本发明的第九实施例的另一变型例的发光体的模式的剖面图。

图30是有关本发明的第十实施例的发光体的模式的剖面图。

图31是有关本发明的第十一实施例的发光体的模式的剖面图。

图32A是有关本发明的第十二实施例的照明器具(显示装置)的立体图。

图32B是有关本发明的第十二实施例的变型例的显示装置的立体图。

图33是用于在图32B中显示的显示装置的发光体的模式的剖面图。

图34A是有关本发明的第十三实施例的发光体的模式的剖面图。

图34B是将示于图34A的本发明的第十三实施例予以组合而构成光合成器时的模式的剖面图。

图35是有关本发明的第十四实施例的发光体的模式的剖面图。

图36A是有关本发明的第十五实施例的面状发光体的局部剖的立体图。

图36B是由与图36A相反方向所见到的状况的立体图。

图37A是有关本发明的第十六实施例的面状发光体的立体图。

图37B是有关本发明的第十六实施例的变型例的面状发光体的立体图。

图38是有关本发明的第十六实施例的另一变型例的面状发光体的立体图。

图39是有关本发明的第十六实施例的再一个变型例的面状发光体的立体图。

图40A是有关本发明的第十七实施例的面状发光体的局部剖的立体图。

图40B是表示用于图40A的面状发光体的体积型透镜的立体图。

图41是有关本发明的第十八实施例的面状发光体的局部剖的立体图。

图42是有关本发明的第十九实施例的面状发光体的局部剖的立体图。

图42是有关本发明的第十九实施例的变型例的面状发光体的局部剖的立体图。

图44A是有关本发明的第二十实施例的手持器具(便携式照明器具)的模式的剖面图。

图44B是表示分解图44A的手持器具后的状态的局部剖的立体图。

图45将是图44A的手持器具的LED片的附近放大表示的剖面图。

图46A是有关本发明的第二十实施例的变型例的手持器具的模式的剖面图。

图46B是有关本发明的第二十实施例的另一变型例的手持器具的模式的剖面图。

图47是表示有关本发明的第二十一实施例的加锁解锁系统的模式图。

图48A是用平行光束遥控操作的加锁解锁系统的具体例子，是表示信号接收装置及锁定机构组装到作为加锁对象的机构上的剖面图。

图48B是表示近程操作时的信号接收装置及锁定机构等的剖面图。

图49是表示有关本发明的第二十二实施例的具有安全功能的加锁解锁系统的模式图。

图50是有关本发明的第二十三实施例的手持器具(带有照明装置的手持工具)的模式的剖面图。

图51是表示有关本发明的第二十四实施例的发光体的模式的剖面图。

图52是表示有关本发明的第二十五实施例的发光体的模式的剖面图。

图53是表示有关本发明的第二十六实施例的发光体的模式的剖面图。

图54是表示有关本发明的第二十七实施例的检测器的模式的剖面图。

图55是表示有关本发明的其它实施例的发光体的立体图

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的第一实施例至第二十七实施例予以说明。在以下

附图中，对于相同或相似的部分使用相同或相似的标号。但是，对于典型的附图，则应多加注意厚度和平面尺寸的关系、各层厚度之间的比率等同现有之间的不同之处。因此，具体的厚度和尺寸应参考以下的说明进行判断。另外，当然也包括在附图相互之间尺寸相互的关系及比率的不同部分。

第一实施例

图1是表示有关本发明的第一实施例的发光体的模式的剖面图。

如图1所示，有关本发明的第一实施例的发光体至少由发出一定波长的光的光源1和几乎完全覆盖该光源1的体积型透镜20构成。而且，该体积型透镜20由顶部3、具有底部及外周部的大型(炮弹型)的透镜本体4、和由该底部向顶部3设置在该透镜主体4的内部的水井式的凹部6构成。设置在透镜主体4内部的、凹部6的顶部、透镜主体的顶部、及凹部的内部分别作为第一透镜面2、第二透镜面3、及光源1的容纳部6发挥作用。

第一透镜面2是由第一弯曲面构成的入射面。容纳部6由第一弯曲面构成的顶部2和与构成凹部的该顶部2连接形成的侧壁部构成。由入射面2入射的光由第二透镜面3，即，第二弯曲面构成的出射面3射出。将透镜主体4的入射面2和出射面3连接起来的部分作为光的传输部发挥作用，因而相对于由光源发出的光的波长其必须由透明的材料构成。

图1的光源1是由树脂模压成型的LED，其结构至少由配置在同第一管脚11连成一体的基底上的LED片，和被覆该LED片13的树脂模压成型件14，以及同第一管脚11相对的第二管脚12构成。该树脂模压成型的LED1的主发光部的顶部，如图1所示，具有凸形的弯曲面。这样，在树脂模压成型件14顶部的附近，由于形成凸形的弯曲面，由LED片发出的光就以一定的发散角向图1的右方向发射。

假如除去该凸形的弯曲面部，树脂模压成型的LED1为例如，直径(外径)为2r_LED＝2～3mm^Ф园柱状。体积型透镜20的容纳部6的側壁作成直径(内径)为2r＝2.5~4mm^Ф的园筒状，使其可以容纳树脂模压成型的LED1的主发光部。为了固定LED1和体积型透镜20，在LED1和体积型透镜20的容纳部6之间，插入厚度为0.25～0.5mm左右的衬垫，对此，图示予以省略。即，LED1的外径2r_LED和容纳部6的内径2r几乎是相同的，而仅仅是将LED1的外径2r_LED设计得略小。衬垫除去LED1的主发光部的位置，可配置在图1中LED片13的左方。体积型透镜20如除去具有由凸形的第二弯曲面构成的出射面的顶部，几百11乎同LED1是同样的园柱状。该体积型透镜20的园柱状部分的直径(外径)2R₀为10～30mm^Ф。体积型透镜20的直径(外径)2R₀根据有关本发明的第一实施例的发光体的使用目的选择。因此，它既可在10mm^Ф以下，也可在30mm^Ф以上。然而，为了使聚光效率更高，最好满足如下关系式：

                    10r＞R₀＞3r    ——(1)体积型透镜20的直径(外径)2R₀如在容纳部6的内径2r的10倍以上，本发明的体积型透镜的功能超过了所需，在以小型化为目的时是不利的。

通常，由LED1的树脂模压成型件14的凸形弯曲面以外的的地方发出的光成为所谓的杂散光成分，对照明不起作用。但是，在具有满足式(1)的几何学形状的本发明的第一实施例中，树脂模压成型的LED1几乎完全封闭在体积型透镜20的容纳部6，使得这些杂散光成分可对照明有效地发挥作用。即，除由第一弯曲面构成的入射面(顶部)2以外的容纳部6的内壁5可以作为有效的光的入射部发挥作用。另外，在LED1和体积型透镜20的容纳部6之间，由于在各自的界面反射光成分发生多次反射而成为杂散光成分。在现有的公知的透镜等光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来使其对照明发挥作用。但是，在本发明的第一实施例中，这些杂散光成分由于封闭在容纳部6的内部，最终可变成能对照明发挥作用的成分。当满足式(1)时，由于所设计的几何学构造，由容纳部6的内壁5入射的光可再次防止由体积型透镜20的外周部射出。其结果，树脂模压成型件14的形状等的光的输出效率以及光学系统的相互反射的成分等没有关系，大体上，同内部量子效率具有几乎相等的效率，可有效地发挥LED片13潜在的光能。

图2A是表示为了测定使用有关本发明的第一实施例的体积型透镜20时的、在与光轴方向垂直的方向上光的强度(照度)分布的测定1系统的模式图。将距LED1的测定距离设定为X＝常数，在Y轴方向移动照度计102测定由体积型透镜20的出射面输出的光的强度(照度)。测定距离(X)在光轴方向上测定。另一方面，图2B表示的是用现有的两个凸透镜进行同样的测定的图。在图2A和图2B所示的测定中，有关本发明的第一实施例的体积型透镜20的外径取为30mm，而比较用的两个凸透镜101的外径取为稍大于2倍的63mm。通过以下的说明可以看到，即使将现有的薄型透镜(两个凸透镜)101的外径作成稍大于2倍的直径，仍不能得到同有关本发明的第一实施例的体积型透镜20相类似的光学特性。两个凸透镜101使用焦点距离为190mm的透镜，配置的位置在X方向距LED1 150mm。另外，在示于图2B的现有的光学系统中，除了图示的装置以外，还必须有透镜夹持器等以及驱动装置等附加装置，调整复杂，而图2A所示的有关本发明的第一实施例的体积型透镜20却是结构简单，还能实现光路的扩大、收缩等。

图3表示的是在测定距离X＝1m时测定的有关本发明的第一实施例的体积型透镜20、现有的薄型透镜(两个凸透镜)101、以及不使用体积型透镜的LED裸片各自的输出光沿Y方向的强度(照度)的分布时的结果图。可以看到，有关本发明的第一实施例的体积型透镜20可以得到两倍于现有的薄型透镜(两个凸透镜)101照度。

图4是使测定距离X改变，将测定沿同图3相同的Y方向的强度(照度)的分布的数据汇总图。图4的横轴表示测定距离X的倒数的平方、即1/X，纵轴表示测定距离X的最大强度(光束强度)。如图4所示，在有关本发明的第一实施例的体积型透镜20的情况下，在表示平方反比率，即1/X²的线上清楚地标上测定点。另一方面，在现有薄型透镜(双凸透镜)101的情况下，表示对平方反比率的偏离。即，在有关本发明的第一实施例20的情况下，输出光光束的平行性是良好的，但在现有的薄型透镜(双凸透镜)101的情况下，由于光束不是平行的，可以看到与平方反比率有所偏离。使用其它焦点的双凸透镜，即使改变LED和透镜之间的距离，也是同样的。若使用直径无限大的双凸透镜也许是可能的，但即使使用现有的任何双凸透镜，以如图2B所示的紧密的配置，不可能达到同本发明的第一实施例的体积型透镜20相同的结果。从单纯的几何光学来看，就现有的凸透镜而言，如果不使用用于显微镜那样的焦点距离极小的凸透镜，不可到能将凸透镜贴近LED。但是若将凸透镜与LED这样贴近，则聚光效率降低。为了优化聚光效率，若准备大的短焦矩透镜，由于透镜变得厚而且大，实际上不可能将LED和凸透镜的中心之间的距离缩短。结果，可以得出结论，为了得到同有关本发明的第一实施例的体积型透镜20同样的结果，需要极其巨大而且复杂的光学系统。总之，现有的“双凸透镜”，“平凸透镜”，“凸凹凸透镜”，“双凹透镜”，“平凹透镜”，“凸凹凹透镜”等的薄型透镜中，若不使用直径无限大的体积型透镜，不可能达到同有关本发明的第一实施例的体积型透镜20等效的作用。

图5是表示有关本发明的第一实施例的体积型透镜的几何学构造和聚光率之间的关系图。这里所谓“聚光率”定义为用“由光源(LED)在±15°之内的发散角的光量”去除“由体积型透镜在±1°以内的发散角的输出光的光量”所得到的值。由图5可知，当将第2透镜面(第2弯曲面)3的曲率半径设为R，体积型透镜的全长设为L时，为了提高聚光率最好满足以下关系式：

0.93＜K(R/C)＜1.06         (2)

K＝1/(0.35×n-0.168)       (3)

此处，n体积型透镜的折射率。另外，体积型透镜20的圆柱形部分的半径R。没有必要作得同第2弯曲面的曲率关径R相等。图6是表示示于图5的各体积型透镜的几何学构造，即各自的第2弯曲面的曲率半径R，体积型透镜的全长L，第1及第2透镜面间的距离D，容纳部6的内径r及作为第1透镜面的凸部的高度△的表。此处，所谓“作为第1透镜面的凸部的高度△”是由图7定义的凸部(第1弯曲面)”的突出量△。再有，图7是表示有关本发明的第1实施例的变形例的发光体的模式的剖面图。图1所示的体积型透镜20具有凹形状的第1透镜面及凸形状的第2透镜面。但是，图1仅是例子，第1及第2透镜面根据目的的不同可以采用各种形状，构成第1透镜面的凸部的高度△既可以取正值也可以取负值。另外，也可以△＝0。此处，如图7所示，将第1透镜面为凸形状的情况定义为△的正方向。

图8A-图8C，图9A-图9C，及图10A-图10C是表示同图7所示的凸部的高度△和光束强度分布的关系图。用于测定的体积型透镜20的圆柱形状部分的外径2R。为15mm，体积型透镜的全长L为25mm，第1及第2透镜面间的距离为16mm，容纳部6的内径r为5.2mm，体积型透镜的折射率n为1.54。该体积型透镜的第2透镜面的曲率半径R为8.25mm，另外，用于测定的树脂模压成形的LED1的外径是5mm。而且，图11是表示由图8A-图8C，图9A-图9C，图10A-图10C的结果求得的凸部高度△和在测定距离为1m±15cm的范围内照面积的照度的平滑度的关系图。其中，照度的平滑度定义为：

(最大值-最小值)/平均值      (4)

在体积型透镜20的外径2R₀＝15mm的情况下，可以看到，为了使照度的平滑度良好，最好满足如下关系式：

0.2mm＜△＜0.6mm            (5)

更通常的是可以作成

0.025＜△/R₀＜0.075         (6)

有关本发明的第一实施例的LED1用具有第1折射率n₁的环氧树脂等透明材料模压成形而成。而且体积型透镜20经具有同第1折射率n₁不同的第2折射率n。的空气容纳LED1。也可以经除空气以外的流体和流动物将LED1容纳在容纳部6。若对由LED发出的光的波长是透明的气体或液体，则可使用各种“流体”。在容纳部6的LED1和体积型透镜20之间也可以使用隔离油等。另外，可以使用作为“流动物”的各种溶胶状、胶体状或凝胶状的透明物质。另外，体积型透镜20可以作成使其具有同第2折射率n₀不同的第3折射率n₂。通过将第1折射率n₁，第2折射率n。及第3折射率n₂分别选定为最佳值，可将所聚集的由LED芯片13发出的光进一步分散。另外，可以采用光路设计使得体积型透镜20的光传输部所具有的第3折射率n₂逐渐增大或逐渐减小。

这样一来，若使用有关本发明的第一实施例，没有必要将树脂模压成形的LED1的数量用得很多，就可以确保作为对照明作出贡献的光束为所希望的照射面积的光束，而且可以方便地得到所要求的照度。该照度是用现有公知的透镜等光学系统不可能达到的照度。令人惊奇的是，仅用一个LED就可以实现同使用现在市售的卤素灯的细长的手电筒相同的照度。这样，若使用有关本发明的第一实施例的发光体，就可以用如图1所示的简单的结构实现按现有的技术常识所完全不能予测的照度。

再有，作为用于有关本发明的第一实施例的发光体的树脂模压成形的LED1，可以使用各种颜色(波长)的LED。但是，用于手电筒之类的照明目的时，最好是人的眼睛感到自然的白色LED。白色LED可以使用各种构造的产品。例如，可以将红色(R)，绿色(G)及蓝色(B)三片LED芯片纵向叠层构成(参照图24)。这时，可以与各个颜色的LED芯片相对应，由树脂模压成形件14引出总共6条管脚，作为树脂模压成形件14的内部布线，可以将6条管脚汇集为2条，作为外部管脚只设2支。另一方面，若将一方的电极(接地电极)作为通用，外部管脚可作成4支。另外，若予先作成可相互独立地控制红色(R)，绿色(G)及蓝色(B)三片LED芯片的驱动电压，由于可将所有的颜色混合，可以有利于色调的变化。

作为用于有关本发明的第1实施例的发光体的体积型透镜20，可以使用丙烯酸树脂等透明塑料材料，石英玻璃，碳酸纳玻璃，硼酸玻璃，铅玻璃等各种玻璃材料等。或者，也可以使用ZnO，ZnS，SiC，等结晶性材料。另外，也可以使用具有可挠性，弯曲性或者伸缩性的溶胶，凝胶，溶胶凝胶混合物，或者透明橡胶之类的材料。另外，也可以将溶胶，凝胶，溶胶凝胶混合物等装在透明橡胶或者挠性的透明塑料材料等中使用。其中，丙烯酸树脂等透明塑料材料等是适用于大量生产体积型透镜20的最佳材料。即，制作一次金属模具，即可用该金属模具通过成形加工简单地大量生产体积型透镜20。第二实施例

如图12所示，有关本发明的第一实施例的发光体至少由发出规定波长的光的光源的主发光部8023和几乎完全覆盖该光源的主发光部8023的体积型透镜20构成。而且，该体积型透镜20则由顶部3，具有底部及周边部的大型的透镜主体4和由该底部向顶部3设置在透镜主体4内部的井式凹部6构成。设置在透镜主体4内部的凹部6的凹顶部作为第一透镜面(入射面)2，透镜主体的顶部作为第二透镜面(出射面)3，凹部的内部作为光源1的容纳部6发挥作用。此处，所谓“光源的主发光部”是指具有由有第一折射率的透明材料组成的传输部的光纤束8023的端部。

图12所示的光纤束8023由多条光纤8023a，8023b，8023c……汇集构成。由多条光纤8023a，8023b，8023c……发出的光以一定的发散角在图12的右方输出。构成光纤束8023的多条光纤8023a，8023b，8023c……既可以是直线形，也可以是绞合形。另外，当然，也可以不是光纤束8023，而是单股的光纤。

光纤束8023是例如，直径(外径)为φ4-5mm的圆柱状。体积型透镜20的容纳部6的侧壁作成直径(内径)为φ4.5-6mm的圆筒状，使其可以容纳光纤束8023的端部。虽然图示省略，但为了固定LED1和体积型透镜20，在光纤束8023和体积型透镜20的容纳部6之间，抻入了厚度为0.25-0.5mm左右的衬垫。体积型透镜20若除去由凸形的第二弯曲面构成的作为出射面3的顶部，它是圆柱形。该体积型透镜20的圆柱形部分的直径(外径)为φ10-30mm。体积型透镜20的直径(外径)可根据有关本发明的第二实施例的发光体的使用目的选择。因而，既可以在φ10mm以下，也可以在φ30mm以上。

有关本发明的第二实施例的光纤束8023由具有其第一折射率为n1的金属包覆层的多条光纤8023a，8023b，8023c……汇集而成。而且体积型透镜20通过具有同第一折射率n1不同的第二折射no的空气容纳光纤束8023的端部。也可以通过除空气以外的流体或流动物将光纤束8023的端部容纳在容纳部6中。另外，体积型透镜20可以使其具有同第二折射率no不同的第三折射率n6。通过将第一折射率n1，第二折射率no和第三折射率n6分别选定最佳值，可使由光纤束8023的端部发出的光或聚集，或分散。另外，可以进行光路设计，使体积型透镜20具有的第三折射率n6逐渐增大或逐渐变小。

在本发明的第二实施例中，在光纤束8023的端部和体积型透镜20的容纳部6之间，有各个界面反射光成分发生多次发射而成为杂散光成分。在现有公知的透镜等的光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来使其能有利于照明。但是，在本发明的第二实施例中，由于这些杂散光成分被封闭在容纳部6的内部，最终可成为能对照明作出贡献的成分。这时，当然，最好选择体积型透镜20的几何学构造，使其满足如上所述的(1)式至(3)式或者(6)式等的条件。

这样一来，若使用有关本发明的第二实施例的发光体，作为对照明作出贡献的光束，可以任意地选择所希望的照射面积，并可方便地得到所要求的照度。

为了由有关本发明的第二实施例的光纤束8023的另一端输入规定的光的光源不必限定于半导体发光元件。这是因为，即使是由白炽灯发出的光，容纳在体积型透镜20的容纳部6的内部的光纤束8023的端部都维持在低温状态的缘故。因此，若使用除半导体发光元件以外的光源，如有关本发明的第一实施例的发光体的情况那样，由于可以避免由LED输出所规定的光束的限制，可以实现极明亮的照明系统。

再有，当然，光纤束8023端部的形状绝不限于图示的形状。第三实施例

图13表示有关本发明的第三实施例的发光体的模式剖面图。如图13所示，有关本发明的第三实施例的发光体至少由发出规定波长的光的光源1和几乎完全覆盖该光源1的体积型透镜20构成。而且，该体积型透镜20由顶部3，具有底部及外周边部的体积型透镜主体4，和由该底部向顶部设置在透镜主体4的内部的井式凹部6构成。设置在透镜主体4内部的、凹部6的凹顶部作为第一透镜面(入射面)2，透镜主体的顶部作为第二透镜面(出射面)3，凹部的内部作为光源1的容纳部发挥作用。

光源1例如，是最大处的直径(外径)为φ2-3mm的碘钨灯(卤灯)，即为小型灯泡式的白炽灯。体积型透镜20是断面如图13所示的弹丸式形状。体积型透镜20的凹部6的凹部侧壁5作成直径(内径)为φ2.5-4mm的圆筒形，使其可以容纳光源(白炽灯)1的主发光部。图示虽然省略，但为了固定光源1和体积型透镜20，在光源1的抻头部和体积型透镜20的凹部6之间，抻入厚度为1-2.5mm左右的衬垫。(所谓“抻头部”，在图13中是指光源1的电极引线一边(左侧)的部位。)弹丸式的体积型透镜20的圆柱形的直径(外径)可以根据有关本发明的第三实施例的发光体的使用目的选择。因此，既可以在φ10mm以下，也可以在φ30mm以上。但是，无庸置疑的是最好选择体积型透镜20的几何学构造使得满足如上所述的式(1)至式(3)或式(6)等的条件。另外，有关本发明的第三实施例的体积型透镜20具有同空气的折射率no不同的折射率n1。

在图13中，除入射面(顶部)以外的凹部6的凹部侧壁5可以作为有效光的入射部发挥作用。在光源1和体积型透镜20的凹部6之间，在各个界面的反射光成分发生多次反射而成为杂散光成分。在现有公知的透镜等光学系统中，这些杂散光成分不能被集中起来使其有利于照明。但是，在本发明的第三实施例中，这些杂散光成分由于被封闭在凹部6的内部，最终可成为能对照明作出贡献的成分。这样，在本发明的第三实施例中，光源1和体积型透镜20的凹部6几乎完全封闭，因而使得由光源1发出的光，也包括杂散光成分，所有输出的光都成为对照明作出有效贡献的光。

这样一来，若使用有关本发明的第三实施例的发光体，不必将光源1的个数取为数个，作为对照明作出贡献的光束可确保所希望的照射面积的光束，而且可方便地得到所要求的照度。该照度是在现有公知的透镜等的光学系统中不可能达到的照度。这样，若使用有关本发明的第三实施例的发光体，可以按如图13所示的简单的结构实现根据现有的技术常识完全不能预测的照度。如由图2A及图2B的比较所表明的那样，为了得到同本发明相同程度的聚光特性，在使用现有的凸透镜时，其直径即使为本发明的体积型透镜20的圆柱部直径的2倍也是不够的，即使3倍左右也不能得到平行光束。即，本发明可达到超过1/3的小型化。

作为在有关本发明的第三实施例的发光体中所使用的体积型透镜20，当考虑光源(白炽灯)1的发热时，最好使用具有耐热性的光学材料。作为耐热性光学材料，最好是石英玻璃，兰石英玻璃等耐热玻璃。或者，可以使用耐热性树脂等的耐热性光学材料，例如，ポリサルホン树脂，ポリエ一テルサルホン树脂，聚碳酸酯树脂，ポサエ一テルエステルㄕミナ树脂，甲基丙烯酸树脂，非晶型聚烯烃树脂，具有全氟烃基的高分子材料等。也可以使用碳化硅等结晶性材料。再有，作为光源1，在使用LED等半导体发光元件的情况下，由于没有伴随发热作用，也可以使用丙烯酸树脂等耐热性较差的树脂。第四实施例

可是，作为兰色LED材料可以使用绝缘性高的兰刚玉衬板作为众所周知的氮化鎵(GaN)外延生长衬板。为此，通常GaN兰色LED的阳极电极和阴极电极一起由GaN外延生长层的表面引出。由于该兰刚玉衬板对兰色LED的波长是透明的，根据兰色LED的封装结构，由兰色LED发出的光也可由衬板的背面方向(图13的右方向)发出。但是，在图13所示的有关本发明的基础技术的发光体中，没有考虑积极利用从衬板的背面方向(右方向)发出的光的构造。

如图14A和图14B所示，有关本发明的第四实施例的发光体由半导体发光元件1和体积型透镜25构成。而且，该体积型透镜25由具有顶部3，与顶部相对的底部及外周边部的体积型透镜主体4，以及从该底部向顶部3设置在透镜主体4的内部的井式的凹部6构成。设置在透镜主体4的内部的，凹部6的凹顶部作为第一透镜面(入射面)2，透镜主体4的顶部作为第二透镜面(出射面)3，凹部的内部作为光源1的容纳部6发挥作用。而且，在透镜主体4的底部，形成背面镜31。背面镜31通过将其延长到体积型透镜25的侧面的一部分来形成。图14A及图14B中，背面镜31包覆着体积型透镜25的侧面的一部分，然而也可以形成使其大致包覆体积型透镜25的侧面的全部。背面镜31可以使用车床、铣床等加工再经磨削加工将铝、黄铜、不锈钢等金属加工成图14A及图14B所示的形状，或者通过压力加工机械等进行成形加工，其后，再将其表面研磨而成。进一步，为了提高其反射率，最好在其表面予以镀镍或镀金。作为一种廉价而简便的方法，可以采用粘结铝薄膜等反射率高的金属薄膜的结构。或者，可以采用通过将热塑性树脂挤压成形或注射成形加工成图14A及图14B所示的形状，然后再在其表面以真空蒸镀或者溅射的方法沉积一层铝箔等反射率高的金属薄膜或者介电质多层薄膜的结构，或者还可以采用粘结高反射性的聚酯白色薄膜等的结构。再有，也可以采用体积型透镜25的底部以真空蒸镀或溅射的方法直接沉积反射率高的金属薄膜或介电质多层膜的结构，或者用镀金的方法形成反射率高的金属薄膜结构以及这些的复合膜结构来构成背面镜31。在这种情况下，可以使用50nm--20μm范围的各种厚度的薄膜作为背面镜31。

图14A及图14B的半导体发光元件1是封装的LED1，它至少由埋设于并将其端部固定配置于与第一管脚11相连接的支持环的中空部的LED芯片13和包覆该LED芯片13的树脂模压件14以及同第一管脚11成对的第二管脚12构成。在背面镜31上，开有使第一管脚11及第二管脚12贯通的孔，其设计要使第一管脚11和第二管脚12不得在背面镜31上发生电短路。由于连接于第一管脚的支持环的中心部分是中空的，将从LED芯片13发出的光作成可由LED芯片13的背面方向(图14A及图14B的右方向)发出的双面发光构造。支持环不必是完全封闭的环，也可以是C字型，コ字型等非封闭的环。重要的是可以将LED芯片13的端面的一部分固定的构造。在这种封装LED1的顶部，如图14A及图14B所示，具有凸形的弯曲面。这样，由于在树脂模压件14的顶部附近形成凸形的弯曲面，由LED芯片13向左方向(外方向)发出的光的输出就具有以一定的发散角的指向性。另一方面，由LED芯片13向右方向(内方向)发出的光由背面镜31反射后，从LED芯片13的表面向左方向输出。结果，向LED芯片13的右方向(内方向)发出的光也由顶部附近的凸形的弯曲面形成一定的发散角。

除凸形的弯曲面部外，封装LED1为例如直径(外径)φ2-3mm的圆柱状。体积型透镜25的凹部的侧壁部作成直径(内径)为φ2.5-4mm的圆筒状，使其可容纳封装LED1。如图14B及图15所示，封装LED1的头部固定在杯形的LED夹持部16，通过LED夹持部16，封装LED1和体积型透镜25相互固定。LED夹持部16的电绝缘性高，可以用光学透明材料构成。位于LED夹持部16的封装LED1和体积型透镜25的凹部之间的杯形部分的壁厚在例如0.25-0.5范围内。而且，体积型透镜25大致为同封装LED1相类似的圆柱状。该体积型透镜25的圆柱形部分的直径(外径)为φ10-30mm。体积型透镜25的直径(外径)可根据有关本发明的第四实施例的发光本的使用目的选择。因此，也可以在φ10mm以下或φ30mm以上。但是，无庸置疑，最好选择体积型透镜25的几何学构造使其满足如上所述式(1)至式(3)或式(6)等的条件。

LED夹持部16例如如图15所示，其结构可作成同背面镜为一体，若作成将封装LED1抻入该背面镜为一体式的LED夹持部16，则有关本发明的第四实施例的发光体的组装工序可简化。在如图15所示的背面镜一体式的LED夹持部16中，在LED夹持部16的中央位置，设置了第一管脚11和第二管脚12可穿过的二个通孔。该通孔同设置在上述背面镜31的通孔相连。而且，通过将第一管脚11及第二管脚12抻入该二个通孔，从而将封装LED1固定在LED夹持部16上。LED夹持部16可以使用具有同封装LED1的折射率n1相同折射率的环氧树脂等透明材料，或者具有同体积型透镜25的折射率n2相同折射率的透明材料等构成。或者，也可以使用具有同折射率n1及折射率n2无论哪一种都不同的折射率的透明材料构成。总之，可以使用对由封装LED1发出的光的波长属透明的光学材料来构成LED夹持部16。作为体积型透镜25，可使用透明塑料材料，玻璃材料，结晶性材料等，含有有色树脂以及萤光材料的树脂等也可使用。其中，丙烯酸树脂以及聚氯乙烯树脂等热塑性树脂是供大量生产体积型透镜25的适宜材料。即，制作一次金属模具，若用该金属模具进行挤压成形或注射成形，则可简单地大量生产体积型透镜25。

在一般的封装LED中，从树脂模压成形件14的凸形弯曲面以外的地方发出的光成为所谓杂散光成分而对照明不起作用。但是，在本发明的第四实施例中，由于封装LED1几乎完全封闭在体积型透镜25的凹部之中，体积型透镜25的底部配置了背面镜31，最终这些杂散光成分都可从作为发光面的顶部输出。因此，所有的杂散光成分都能对照明作出有效贡献。也就是说，若就凹部来看，除凹部的凹顶部以外的凹部内壁部5都能发挥作为有效光的入射部的功能，通过内壁部5的杂散光成分由背面镜31反射，最终而可由发光面方向输出。另外，在封装LED和体积型透镜25的凹部之间，在各个界面上的反射光成分在各个方向进行多次反射而成为杂散光成分。在现有公知的透镜等的光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来使其对照明作出贡献。但是，这些杂散光成分在本发明的第四实施例中都被封闭在凹部内，通过背面镜由内部反射而引导到作为发光面的顶部方向。其结果，这些杂散光成分最终都由发光面输出。

结果，大体上，可以以同内部量子效率几乎相等的效率有效地利用LED芯片13潜在的光能，而不依赖于树脂模压成形件14的形状等的光利用效率以及光学系统相互间的反射成分等。

这样一来，若使用有关本发明的第四实施例，没有必要使用多个封装LED1，作为有利于照明的光束可确保其达到所希望的照射面积并方便地得到所要求的照度。该照度是使用现有公知的透镜等光学系统所达不到的照度。因此，仅用一个LED就可以实现同现在所使用的市售卤灯的细长的手电筒相同程度的照度。这样，若使用有关本发明的第四实施例的发光体，就可以使用如图14A和图14B所示的简单的构造实现按现有技术常识完全不能预测的照度。

再有，在将红色(R)、绿色(G)及兰色(B)三片LED芯片叠层的情况下，通过调整、混合红色(R)、绿色(G)及兰色(B)各自的发光强度，可以产生可见光域频谱的所有颜色。这时，实际上，由于制造工艺上的误差，虽然有时产生颜色的不均匀，但通过用背面镜31分别将由红色(R)、绿色(G)和兰色(B)的LED芯片发出的光进行反射、混合，则有利于达到各色的平衡并可消除颜色的不均匀。第五实施例

图16A是表示有关本发明的第五实施例的发光体的模式的立体图，图16B是其相应的剖面图。如图16A及图16B所示，有关本发明的第五实施例的发光体至少由发出规定波长的光的多个二极管芯片81，82，83，84，……和大体上将该多个二极管芯片81，82，83，84，……完全容纳的体积型透镜20构成。具体的，二极管芯片81，82，83，84，……分别被模压成型为圆片式封装(以下，将模压成型的这些圆片式封装的芯片81，82，83，84，……称为“圆片式LED81，82，83，84……”)。而且，该体积型透镜20具有入射面2，将由入射面入射的光发出的出射面3和连接入射面2和出射面3，由对多个二极管芯片发出的光的波长为透明材料组成的透镜主体4。如图16A和图16B所示，体积型透镜20是由圆筒形的侧面和半球形的顶部构成的弹丸型的形状。另外，该弹丸型的体积型透镜20在内顶部具有为容纳圆片式LED81，82，83，84，……的凹部。该凹部由上述的入射面2和同该入射面2连续形成的侧壁部构成。即，凹部的内顶部发挥作为上述入射面2的功能。图16A及图16B中，凹部由圆筒形的侧面和半球形的内顶部构成的弹丸型的形状构成。构成凹部侧面的圆筒的内径可以选取在2mm-6.5mm范围内。另一方面，构成体积型透镜20的侧面的圆筒外径可选取在10mm-50mm范围内。构成体积型透镜20的侧面的圆筒的外径2R。和构成凹部侧面的圆筒的内径r的差，即壁厚可以选择为同构成凹部侧面的圆筒的内径r相同，或者为其2-3倍左右，或者比其更大。最好的是，当然，有必要选择体积型透镜20的几何学构造使其满足上述式(1)—式(3)，或者式(6)等的条件。

图16A和图16B的多个圆片式LED81，82，83，84，……被安排在成形为弹丸形的薄膜衬板33上。图16A和图16B中，在作为凹部的内顶部的入射面2和多个圆片式LED81，82，83，84，……之间，显示存在一定间隙，但最好使多个圆片式LED81，82，83，84，……与入射面2贴紧，可以得到更明亮的光。薄膜衬板33可使用弹性的有机材料。例如，可使用厚度为25μm至50μm左右的薄的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚酰亚胺薄膜等作为薄膜衬板33的材料。在薄膜衬板33的表面，如图17A及图17B所示，布置有厚度为5μm至15μm左右的铝布线221，222，223，224，225……。铝布线221，222，223，224，225……在将铝薄膜沉积在薄膜衬板33的整个表面上后，可用蚀刻法完成布线。铝布线221，222，223，……可用丝网印刷法布线。通过这些铝布线221，222，223的布线，在薄膜衬板33的表面的规定地方，周期性形成在薄膜衬板33上露出的开口部。该开口部是安装圆片式LED201，202，203，……的炬形窗口。圆片式LED201，202，203，204，……如图17B所示，是在陶瓷封装311，312，313，314，……内部分别配置了LED芯片301，302，303，304，……。圆片式LED201，202，203，……和铝布线221，222，223，……用软钎料211a，211b，212a，212b，213a，213b，……相互连接。而且铝布线221，222，223，……的两端分别连接在第一管脚11和第二管脚12上。如图16B所示，多个圆片式LED81，82，83，84，……在体积型透镜20的凹部的内部用树脂14模压成形。

本发明的第五实施例中，由于多个圆片式LED81，82，83，84，……几乎完全封闭在体积型透镜20的凹部，使由含有杂散光成分的半导体芯片发出的所谓输出光成分可对照明作出有效地贡献。即，除入射面2(凹顶部)以外的凹部的内壁部也可以作为有效光的入射部发挥作用。另外，多个圆片式LED81，82，83，84，……和体积型透镜20的凹部之间在各个界面的反射光成分经多次反射而成为杂散光成分。在现有公知的透镜等的光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来对照明发挥作用。但是，在本发明的第五实施例中，这些杂散光成分由于封闭在凹部的内部，最终可成为对照明发挥作用的成分。其结果，大体上，可以以同内部量子效率几乎相等的效率有效地利用多个圆片式LED81，82，83，84，……的潜在光能，而不依赖于树脂模压(树脂封装)件14的形状等的光的利用率以及光学系统相互的反射成分等，。

这样一来，若使用有关本发明的第五实施例的发光体，没有必要将多个圆片式LED81，82，83，84，……的数量用得极多，就可确保作为对照明发挥作用的光束所希望的照射面积的光束，而且可以容易地得到所要求的照度。该照度是现有公知的透镜等的光学系统所不能达到的照度。

再有，作为有关本发明的第五实施例的发光体所用的多个圆片式LED81，82，83，84，……，可使用各种颜色(波长)的LED。但是，当用于像手电筒那样的照明目的时，最好是如第一实施例所述的对人们的眼睛感到自然的白色LED。即，将该白色LED用作图16A及图16B所示的多个圆片式LED81，82，83，84，……，若装上电池盒并在电池盒中装上电池(例如普通3号电池)，使其可对该白色多个圆片式LED81，82，83，84，……施加上规定的电压，则得到了笔式细长的手电筒(便携式照明器具)。该电池的阳极和阴极可分别将白色多个圆片式LED81，82，83，84，……的电极连接而构成。其结果，可提供结构简单，制造成本低廉的手电筒(便携式照明器具)。该手电筒(便携式照明器具)的优点在于具有长期的稳定性和可靠性，尤其是由于电力消耗小，电池寿命很长。

作为有关本发明的第五实施例的发光体所用的体积型透镜20，可以使用第一实施例中所述的玻璃材料，透明塑料材料，结晶材料等。其中，丙烯酸树脂等透明塑料材料等是适合于大量生产体积型透镜20的材料。即，制作一次金属模具，就可使用该金属模具成形加工而方便地大量生产体积型透镜20。

多个圆式LED81，82，83，84，……既可以如图18所示串连连接，也可以如图19所示并连连接。在串连连接的时候，可以将限流电路812同驱动电路811一起串连连接，从而使过载电流不流经多个圆片式LED81，82，83，84，……。在并连连接的时候，将各个LED，即D1，D2，……，Dn-1，Dn同限流电阻R1，R2，……，Rn-1，Rn串连连接，而将电源电压经由驱动电路811施加在其两端。

作为氮化镓(GaN)类半导体材料的外延生长衬底使用绝缘性高的兰刚玉衬底。因此，通常，兰色LED的阳极电极及阴极电极一起均由GaN等半导体材料的外延生长层的表面一边引出。由于该兰刚玉衬板相对于兰色LED的波长是透明的，在装有兰色LED的圆片式封装的底部若有使用透明材料等一定的光学设计，则也可以将兰色LED发出的光由衬板的背面方向发出。在这种情况下，如图20所示，在体积型透镜20的底部，最好设置背面镜31。在图20中，背面镜31几乎包覆了体积型透镜25侧面的全部，但其也可以只包覆体积型透镜25的侧面的一部分，也可以完全不包覆侧面部。背面镜31可以通过将铝、黄铜、不锈钢等金属使用车床，铣床等进行机械加工，或者通过压力加工机械等进行成形加工而成形为图20所示的形状，其后，再将其表面研磨而成。再有，为了提高其表面反射率，最好在这些表面上进行镀镍(Ni)或镀金(Au)。作为经济而又方便的方法，也可以采用将铝薄膜等反射率高的金属薄膜粘结在其上的构造。或者，采用通过挤压成形或注射成形将热塑性树脂加工成图20所示的形状，再在其表面上用真空蒸镀或溅射的方法沉积铝箔等反射率高的金属薄膜或介电质多层膜的构造，或者采用粘结高反射性聚酯白色薄膜等的构造。再有，也可采用在体积型透镜25的底部，用真空蒸镀或溅射的方法直接沉积反射率高的金属薄膜或电价质多层膜的构造，以及通过电镀形成反射率高的金属薄膜的构造或使用这些膜的复合膜。

图20的多个圆片式LED81，82，83，84，……装在薄膜衬板33上，同图17A及图17B同样地，用铝布线将第一管脚11和第二管脚12连接。在图20中，在凹部的凹顶的入射面2和多个圆片式LED81，82，83，84，……之间显示出存在一定的间隙，但为了得到更强的光，最好使多个圆片式LED81，82，83，84，，……的布置与入射面2紧贴。在背面镜31上，开有供第一管脚11和第二管脚12穿过的孔，其设计不得使第一管脚11和第二管脚12在背面镜31上有电短路。用透明材料构成成形为弹丸型的薄膜衬底33，若充填于弹丸型薄膜衬底33内部的树脂14也用透明材料，则由多个圆片式LED81，82，83，84，……发出的光也射向背面方向(图20的右方向)。由该多个圆片式LED81，82，83，84，，……向右方向(背面方向)发出的光，由背面镜31反射，由多个圆片式LED81，82，83，84，……的表面向左方向输出。结果，由多个圆片式LED81，82，83，84，……的右方向(背面方向)射出的光也同射向表面方向(图20的左方向)的光合成，由出射面形成一定的发散角射出。这样，在本发明的第五实施例中，多个圆片式LED81，82，83，84，……几乎被完全封闭在体积型透镜25的凹部，由于在体积型透镜25的底部设置了背面镜31，使这些杂散光成分最终可完全从作为发光面的顶部射出。因此，所有的杂散光成分都可对照明作出有效地贡献。即，若就凹部来看，除入射面2以外，凹部的内壁部也作为有效光的入射部发挥作用，通过了内壁部的杂散光成分由背面镜31反射，最终可由发光面这一方射出。另外，在多个圆片式LED81，82，83，84，……和体积型透镜25的凹部之间由各个界面多次反射的成分也被封闭在凹部的内部，通过背面镜31在内部的反射而引导到作为发光面的顶部这一边，其结果，这些多次反射成分最终都由发光面输出。

这样一来，若使用有关本发明的第五实施例的发光体，不必将多个圆片式LED81，82，83，84，……的数量用得极多，作为对照明发挥作用的光束可以确保所希望的照射面积的光束而且可以方便地达到所要求的照度。该照度是现有公知的透镜等的光学系统中所不能达到的照度。第六实施例

在有关本发明的第五实施例中，说明的是将多个二极管芯片81，82，83，84，……分别模压成形为圆片式封装的情况，但也可以以裸片的状态设置在成形为弹丸型的薄膜衬底33上。在裸片的情况下，最好能以更紧密接触的状态布置。即，在有关本发明的第六实施例的发光体的说明中，如图21及图22所示，表示出将多个裸片状态的LED81，82，83，84，……布置在成形为弹丸型的薄膜衬底33上的情况的具体结构。体积型透镜25的构造由于同有关本发明的第五实施例的发光体所示的构造是相同的，从而其说明予以省略。

LED芯片，如图21所示由在兰刚玉(AL203)衬板401上经缓冲层(图示省略)叠层的N型半导体层402、活性层403、P型半导体层404构成。兰刚玉(AL203)衬板401用粘结剂502固定在薄膜衬底33上。阳极电极405几乎可以全面地形成于P型半导体层404的上面，为了改善阳极电极405和P型半导体层404的欧姆接触特性，在阳极电极405和P型半导体层404之间最好形成由GaN类P型半导体组成的接触层(图示省略)。阳极电极405可以由对活性层403所发的光为透明的电极层构成。具体的，最好是涂了锡(Sn)的氧化铟(InO)或氧化锡(SnO2)之类的金属氧化物等。或者，也可以使用将金属作得十分薄的透明电极层405。作为另一方的电极层的阴极电极406尤其没有必要是透明的。在阳极电极的一部分上设置了焊接点，该焊接点部连接到由铜箔构成的梁式引线512。阴极电极也是同样地连接到由铜箔构成的梁式引线511。梁式引线511，512，分别用导电的粘结剂层501同铝布线211，222连接。

LED芯片如图22所示也可以使用软钎料球411，412以倒装片安装。在图22中，阳极电极405用软钎料球411同铝布线221连接，阴极电极406用软钎料球412同铝布线222连接。若预先将薄膜衬底33作为透明衬底，则可在上面和下面两个方向发光。在下面发出的光同图20相同地由背面镜31反射，可以返回到上面方向。第七实施例

有关本发明的第五及第六实施例的发光体可以说是将多个二极管芯片81，82，83，84，……准平面(准二维空间)地排列在成形为弹丸型的薄膜衬底33的表面上。这时，由于客观上存在与各个二极管芯片相对应的多个输出光光轴，有时难于将多个二极管芯片81，81，82，84，……视为点光源。有关本发明的第七实施例的发光体，如图23所示，是将多个二极管芯片61，62，63，……的每一个在垂直于芯片的主表面的方向上叠层，从而使各个输出光的光轴一致。如上所述，所谓“主表面”是指平行平板相互面向的两个平面，是同二极管芯片81，82，83，84，……的各个pn结合面相平行的面。图24是详细说明多个二极管芯片61，62，63，……的叠层状态图。为了简化，以三层的叠层表示，当然也可以是四层以上的多层。图24中，第一层的二极管芯片(第一层LED)61由叠层到兰刚玉衬板611上的n型半导体层612，活性层613和p型半导体层614构成。兰刚玉衬板611用粘结剂602固定在支持台64上。阳极电极615可以形成在p型半导体614的上面的几乎全部。阳极电极的中央部可以由对活性层613的发光为透明的电极层构成。阳极电极615的框状的周边部用供焊接用的0.5μm至2μm左右的比较厚的金(Au)薄膜等构成。阴极电极616尤其没有必要是透明的。阳极电极615的框状的周边部连接到由铜(Cu)箔构成的梁式引线(TABリ-ド)617。阴极电极616也同样地连接到由铜箔构成的梁式引线(TABリ-ド)618。第二层的二极管芯片(第二层LED)62由叠层在兰刚玉衬板621的n型半导体层622，活性层623，p型半导体层624构成。兰刚玉衬板621用透明粘结剂605固定在第一层的二极管芯片61上。阳极电极625可以形成在p型半导体层624的上面的几乎全部。阳极电极625的中央部可以由相对于活性层623的发光为透明的电极层构成。阳极电极625的框状的周边部用供焊接用的0.5μm至2μm左右的比较厚的金(Au)薄膜等构成。阴极电极626尤其没有必要是透明的。阳极电极625的框状的周边部同由铜(Cu)箔构成的梁式引线(TAB引线)连接。阴极电极626也同样地同由铜箔构成的梁式引线628连接。同样地(第三层LED)63由叠层在兰刚玉衬板631上的n型半导体层632，活性层633，p型半导体层634构成。兰刚玉衬板631用透明粘结剂固定在第二层的二极管芯片62上。阳极电极635可以形成在P型半导体层634的上面的几乎全部。阳极电极635的中央部可以由相对于活性层633的发光为透明的电极层构成。阳极电极635的框状的周边部用供焊接用的0.5μm至2μm左右的比较厚的金(Au)薄膜等构成。阴极电极636尤其没有必要是透明的。阳极电极635的框状周边部同由铜箔构成的梁式引线连接。阴极电极636同样地同由铜箔构成的梁式引线连接。梁式引线617，627，637，618，628，638和焊接区615，625，635，616，626，636的连接可以使用通常的平面焊接所使用的方法，如：热压焊，超声波焊，金(Au)钎焊，软钎焊等。另外，梁式引线617，627，637用导电性的粘结剂或软钎焊等同端子603连接。梁式引线618，628，638用导电性的粘结剂或软钎焊等同端子604连接。多个二极管芯片61，62，63用树脂封装物608模塑成型。

如图23所示，端子603同第二管脚12，端子604同第一管脚11连接。端子603及604经增强件65由设置在背面镜31的通孔引出到外部。若充填在体积型透镜25的凹部中的树脂14也使用透明材料，则由多个二极管芯片61，62，63发出的光射向背面方向(图23的右方向)。由该多个二极管芯片61，62，63向右方向(背面方向)射出的光由背面镜31反射，由多个二极管芯片61，62，63的表面向左方向输出。结果，多个二极管芯片61，62，63向右方向(背向方面)发出的光也同向表面方向(图23的左方向)射出的光合成，由出射面3形成一定的发散角输出。这样，在本发明的第七实施例中，多个二极管芯片61，62，63几乎完全封闭在体积型透镜25的凹部中，在体积型透镜25的底部设置了背面镜31。因此，包括作为杂散光成分得到的所有的光最终都可由作为发光面的顶部沿着几乎同一条光轴输出。因此，在二极管芯片61，62，63的各个方向所发出的所有的发光成分都被有效地校正使其对照明作出贡献。

多个二极管芯片61，62，63，……无须是相同的LED芯片。即，作为多个二极管芯片61，62，63，……可以使用各种类型及构造的芯片。例如，作为多个二极管芯片61，62，63，……，若在纵向将红色(R)，绿色(G)及兰色(B)三个LED芯片叠层，则作为整体可输出白色的输出光。在红色(R)，绿色(G)和兰色(B)三个LED芯片的情况下，作为红色(R)的LED芯片可用Alx Ga 1-xAs，作为绿色(G)LED芯片可用Alx Gay In 1-x-y P或者GaP以及作为兰色(B)LED芯片可用In x Ga1-x N或ZnSe。这时，Alx Ga 1-xAs，Alx Gay In 1-x-y P，GaP等没有必要使用兰刚玉衬板。

或者，可以选择三种元素系列，四种元素系列，五种元素系列……等化合物的半导体混合晶体作为多个二极管61，62，63，……，也可以改变各自的组成。例如，选择由In x AlyGa 1-x-y N组成的多个二极管芯片61，62，63，……，改变各自的组成，则可输出由绿色(G)至兰色(B)频带的光。

再有，虽然有光轴分散的缺点，也可以将在垂直方向叠层的多个二极管芯片，在垂直方向叠层的多个二极管芯片，在垂直方向叠层的多个二极管芯片准平面地排列在弹丸型的支持台上。这时，可以得到3×3＝9倍的亮度。若将五个叠层三层的二极管芯片叠层准平面地排列，则可得到3×5＝15倍的亮度。第八实施例

可以将有关第一至第七实施例的发光体多个排列而构成照明器具等。这时，排列可以是一维的，二维的或者三维的。另外，作为照明器具(照明装置)的“光源”可以采用白炽灯，小型放电管，无电极放电灯，半导体发光元件等。在白炽灯中，包括称作碘钨灯等的卤素灯，被称作ピリケン球的氙(Xe)钨灯(氙灯)或氪(Kr)钨灯(氪灯)，被称作螺纹灯或集光灯的真空或封入氩气的小灯泡。再有，卤素小型灯等的小型灯也包含在白炽灯中。作为小型放电管，除了荧光放电管外，可使用小型氙灯，小型金属卤化物灯，小型高压钠灯，小型水银灯。作为无电极放电灯，可使用其构造为在由石英玻璃构成的灯管中封入以下放电介质的灯，即：氩(Ar)，氖(Ne)，氙(Xe)，氪(Kr)等烯有气体及镓(Ga)，铟(In)，铊(Tl)等金属卤化物，水银(Hg)，锌(Zn)，硫(S)，硒(Se)，碲(Te)等。而且，例如，若将100MHz至2.45GHz或者更高频率的微波施加在该灯管上，放电介质就放电发光。为实现小型化，微波可由晶体管振荡电路产生。作为半导体发光元件，可使用发光二极管(LED)或半导体激光。

LED等半导体发光元件虽具有电能消耗低而寿命长的特性，但通常与卤素灯等白炽灯相比其照度低。因此，若将多个(n个)半导体发光元件D1，D2，……，DN汇集在一起用来照明，则能得到所希望的亮度。为了使半导体发光元件D1，D2，……，DN同时发光，可以使用以下电路构成控制电路，即：将公用电网的交流进行整流的整流电路，同整流电路连接的限流元件(固定电阻)，同限流元件连接的平滑滤波电路，同平滑滤波电路连接的恒电流元件(或者恒电流电路)。例如，虽然表示的是将n个半导体发光元件D1，D2，……，DN串连的电路，但也可以将多个半导体发光元件并连。但是，当串连50个左右的半导体发光元件(LED)时，由于是将公用电网的交流整流的130V左右的直流电压直接使用，最好使电路简化。为了使100个左右的LED同时发光，可将串连的50个元件再两组并连。串连的LED的个数可根据工作电压选定。

具体的，如图25所示，可以由以下几部分构成，即：相互邻接配置的多个炮弹型体积型透镜20a，20b，……，20f，……，在设置在上述多个体积型透镜20a，20b，……，20f，……，的各个中的井式凹部的内部，容纳了各个主发光部的多个光源(LED)1a，1b，……，1f，……，固定多个体积型透镜20a，20b，……，20f，……，的透镜固定装置(透镜固定板)72，设置于该透镜固定装置72的旁边，同多个光源(LED)1a，1b，……，1f，……，的每一个具有电连接的控制电路。此处，多个炮弹型的体积型透镜20a，20b，……，20f，……，的每一个都具有图1所示的结构。图25中，控制电路使用电路板966构成并装在控制电路框体965的内部。该控制电路，例如，由整流电路，限流元件，平滑滤波电路，恒电流元件等构成。

电路板966及控制电路框体965等安盛装在圆锥形的绝缘外壳963的内部。而且，透镜固定装置72用固定金属件73a，73b，……，固定在该绝缘外壳963上。另外，电路板966用固定金属件71a，71b，……，固定在透镜固定装置72上。由作为光源1a，1b，……，1f，……，的各LED的每一个都伸出两支管脚(参照图1)。由各LED伸出的该管脚每一个两支都被直接焊接在电路板966上并从控制电路施加一定的电流。

在圆锥形的绝缘外壳963缩小的顶部附近，如图25所示，连接着AC100V的电极961b。设置了AC100V的电极961a，它用绝缘端板962同该AC100V的电极961b绝缘。由AC100V的电极961a，961b及绝缘端板962构成AC100V的灯头961。在AC100V的电极961a上，连接着供电用线材964a，在AC100V的电极961b上连接着供电用线材964b，通过这些供电用线材964a，964b，将AC100V的电能供给安装在控制电路框体965内部的控制电路。

作为用于有关本发明的第八实施例的照明器具(照明装置)的光源1a，1b，……，1f，……，的LED，既是可以是如图25所示的弹丸型(炮弹型)，也可以是圆片式(表面安装型)。但是，对用于室内照明的目的，最好是白色LED。另外，可以将多个LED芯片布置于如图16A及图16B所示的成形为弹丸型的薄膜衬底33上，并将其容纳于容纳部6中。在各种装饰用或者作为室内光使用的情况下，可通过原封不动地使用具有各种颜色的LED来得到具有各种色彩的照明。因此，构成光源1a，1b，……，1f，……，组合体的各LED，可以包括具有不同发光颜色的LED。

如图25所示的照明装置(体积型透镜的组合体)，由于光束的平行性优良，作为聚光照明器具(照明装置)，可以单独使用。例如，若分别准备RGB三色的聚光照明器具，则可用于彩色电视播放的摄影室的水平照明等。这时，使用LED作为光源1a，1b，……，1f，……，由于其发热量小，可以避免摄影室内的温度上升。再有，可以大幅度地降低电能消耗到原电能用量的1/100左右。另外，由于使用LED作为光源1a，1b，……1f，……，因其时间响应迅速，可高速切换光的颜色，适于高质量电视的播放。

另外有关本发明的第八实施例的体积型透镜组合体，如图26所示，可以装在支持底板931上。即，若将图25所示的体积型透镜组合体安装于使用插座的底座88的支持底板931上，则可用由传感器945发出的信息控制灯的开/关。在体积型透镜组合体的圆锥形的绝缘外壳963上带有灯头961，因而只要将其插入设置在位于作为支持底板931的顶面的插座的底座88中，从而将体积型透镜组合体固定在支持底板931上。

如图26所示，在支持底板931的背面上，设置有控制图25所示的体积型透镜组合体的开关状态的电路部903。而且，传感器945同该电路部903连接。传感器945为了控制体积型透镜组合体的开关状态供给其必要的信息。在该支持底板931上，安装有其上载有AC100V控制用电路部903的电路基片941。第九实施例

如图27所示，有关本发明的第九实施例的发光体由体积型透镜27和容纳于凹部中的半导体发光元件1组成。该体积型透镜27至少具有以下各部分：作为发光面的顶部，与底部相对的底部，连接顶部和底部，具有第一折射率n2的透镜主体，由底部的一部分沿顶部方向在透镜主体内部形成的凹部，具有同在顶部和凹部之间的透镜主体的内部形成的与第一折射率n2不同的第二折射率no的光路变更部35。

作为构成具有第一折射率n2的透镜主体的光学材料，可使用透明塑料材料(热塑性树脂)，玻璃材料或结晶性材料等。作为具有第二折射率no的光路变更部35就可以是如图27所示的折射率为no的封入了空气的空洞部，也可以是由其它固体材料构成的区域。无论哪一种情况，只要是具有同第一折射率n2不同的第二折射率no的区域，由于在第一折射率n2的区域和第二折射率no的区域的界面产生光的折射，光路的前进方向就可产生变更。

这样，在有关本发明的第九实施例中，由于在顶部和凹部之间的透镜主体的内部具有第二折射率no的光路变更部35，由凹部的凹顶部入射的由半导体发光元件1发出的光就由光路变更部35改变了其前进的方向。如图27所示，当沿体积型透镜27的中心轴方向有纵向较长的光路变更部35的几何学形状时，第一折射率n2比第二折射率no愈大，则发光面的中心附近的光束密度愈低，于是可在光轴的中心附近得到相对较暗的照明。在同样的光路变更部35的几何学形状的情况下，若第一折射率n2比第二折射率no愈小，则发光面中心附近的光束密度愈高，于是可在光轴的中心附近得到相对明亮的照明。

有关本发明的第九实施例的发光体由于基本上同有关第一实施例的发光体是相同的，将重复的说明予以省略。

另一方面，如图28所示的本发明的第九实施例的变形例，在沿着体积型透镜28的中心轴方向有横向较长的几何学形状的光路变更部36设置在顶部和凹部之间的透镜主体的内部的情况下，就形成同图27相反的光路变更。即，第一折射率n2比第二折射率no愈大，则发光面中心附近的光束密度愈高，于是光轴的中心附近得到相对明亮的照明。在同样的光路变更部36的几何学形状的情况下，第一折射率n2比第二折射率no愈小，则发光面中心附近的光束密度愈低，于是光轴的中心附近得到相对较暗的照明。

图29是表示有关本发明的第九实施例的其它变形例的发光体的结构的模式图，其在体积型透镜的底部设置了背面镜31。图29中，由LED芯片13的背面的发光成分以及杂散光成分被背面镜31反射，导向到作为发光面的顶部一边。其结果，这些杂散光成分最终都由发光面输出，可得到极高效率的照明，同时还可调整照射面的光强度分布。

再有，本发明的第九实施例的光路变更部35，36，37的剖面形状除了如图27，28，29所示的两个凸面形状以外，不用说也可以采用一平一凸的形状以及弯月形形状等其它形状。第十实施例

如图30所示，有关本发明的第十实施例的发光体由体积型透镜(19a，19b)和容纳于凹部的半导体发光元件1构成。该体积型透镜至少具有以下几部分：作为发光面的顶部，与顶部相对的底部，连接顶部和底部的透镜主体，从底部的一部分沿顶部方向在透镜主体内部形成的凹部，在顶部和凹部之间在透镜主体内部形成的透射率变更装置41。

作为透射率变更装置41既可以是机械式的快门，光圈，也可以是液晶等电气的透射率变更装置。图30中，表示的是将透射率变更装置41夹在前头部19a和中央部19b这样的构造，但根据不同目的，也可以作成将其插入体积型透镜的一部分的构造。有关本发明的第十实施例的发光体，除透射率变更装置41外，由于基本上同有关本发明的第一实施例的发光体相同，重复的说明予以省略。

若使用有关本发明的第十实施例的发光体，通过机械式的或者电气的驱动透射率变更装置41，可以提供使光强度或者光束直径可自由变化的发光体。作为透射率变更装置41，当使用液晶时，可以在透射率变更装置41的内部构成由薄膜晶体管(TFT)等组成的有源矩阵(フクテハブマトリクス)，可以通过移位寄存器等驱动有源矩阵元件。作为透射率变更装置41，当使用机械式的快门，光圈时，可邻接体积型透镜(19a，19b)予先配置微电机等机械驱动系统。

另外，有关图30所示的本发明的第十实施例的发光体，其结构是在体积型透镜(19a，19b)的底部设置了背面镜31，而在图1那样的没有背面镜的结构中，也可以设置透射率变更装置41。第十一实施例

如图31所示，有关本发明的第十一实施例的发光体由体积型透镜30和容纳在凹部的半导体发光元件1构成。该体积型透镜30至少具有以下几部分：作为发光面的顶部，同顶部相对的底部，连接顶部和底部的透镜主体，由底部的一部分沿顶部方向在透镜主体内部形成的凹部，在顶部和凹部之间的透镜主体的内部形成的多个散射体43。

作为散射体43可以将铝、金、钨、钛、铜等金属粉末混合在透明塑料材料、玻璃材料等的体积型透镜30中。例如，在将丙烯酸树脂或聚氯乙烯树脂等热塑性树脂挤压成形或者注射成形时，可以予先混入这些金属粉末。散射体43的大小可以比光的波长大，可以从微米数量级到数毫米左右等各种不同的大小，而且可为任意形状。

有关本发明的第一实施例的发光体适合于手电筒等需要指向性比较强的光束的照明器具，而有关本发明的第十一实施例的发光体则适合于指向性较弱，大体上整个发光体都发光，而可感受到其美观的照明器具。例如，既可以用于应急灯或床头的照明器具，也可以用于室内或室外的装饰目的。为了产生使整个发光体发出微光的特征，可将体积型透镜30的直径或者一边的长度作成5cm至30cm或者1m左右大。用一个半导体发光元件使如比之大的体积型透镜发光，其电能消耗极小。在用作装饰的情况下，不是图31所示的那样简单的状态，也可以构成包含具有类似动物、树林、建筑物等独特的复杂构造的体积型透镜30。第十二实施例

若将有关上述第一实施例的发光体多个排列，可构成非常明亮的照明器具或显示装置。具体的，可为一维的、二维的或三维的排列。例如，如图32A所示，若将外圈罩体1051中的多个发光体1121，……，1131，……，1141，……，二维排列，可作为交通信号灯使用。这时，使用装有将红色(R)，绿色(G)，及兰色(B)三个两面发光型LED芯片纵向叠层在透明的衬底上构成的封装LED的多个发光体1121，……，1131，……，1141，……，根据规定的时间表调整红色(R)，绿色(G)以及兰色(B)LED芯片各自的发光强度，则可用同一个灯显示红(R)，黄(Y)及绿(G)三色。进而，如图32B所示，若在二维排列的多个发光体1121，……，1131，……，1141，……，内特定的发光体135，136，144，145，146，147的表面上设置沟槽，则由于在该部分发生光路的变更或光强度的变更，可显示规定的显示图案1052。例如，可将人行横道的交通信号灯的人的步行动作的图像浮现在二维排列的图案上。

图33是表示在表面上设置有沟槽的发光体的一个例子的剖面图。即，有关本发明的第十二实施例的发光体由体积型透镜18和容纳在凹部的半导体发光元件1构成。该体积型透镜18至少具有以下几部分：作为发光面的顶部，与顶部相对的底部，连接顶部和底部的透镜主体，由底部的一部分沿顶部方向在透镜主体内部形成的凹部，由顶部的一部分沿凹部方向在透镜主体内部形成的沟槽55。沟槽55没有必要如图33所示的V字型，也可以是U字型，W字型等各种断面形状；沟槽的形成方向以及形成位置也可以根据要显示信息的内容予以改变。根据情况，将体积型透镜18的前面(顶部)全部削除那样大的沟槽也可以包括在其中。除了在体积型透镜18的表面设置沟槽55以外，其它由于基本上同有关第一实施例的发光体相同，重复的说明予以省略。

如图33所示，在体积型透镜18的表面设置沟槽55，若将多个这些沟槽如图32B那样二维方向排列，根据沟槽55的排列或形状的不同，发生电路的变更或光强度的变更，则可简便地显示如图32B所示的规定的显示图案1052。第十三实施例

例如，体积型透镜的形状并不局限于图1所示的类似弹丸式的形状或者图14B所示的类似卵型(茧型)的形状等，也可以是图34A所示的向前端部逐渐变细那样延伸的形状。如图34A所示，通过将体积型透镜17细长地延伸，同光纤一样，可将光束引导到体积型透镜17的前端部，拧细，而从体积型透镜17的前端部得到光强度大的光束。

再有，如图34B所示，若将多个体积型透镜17a，17b，17c，……汇集成体积型透镜17z，则可使其作为光合成器发挥作用。即，将容纳于各容纳部6a，6b，6c，……中的多个发光体发出的光由各个入射面2a，2b，2c，……入射，则可将用体积型透镜17z合成得到的强力光由出射面3集中输出。第十四实施例

另外，作为发光面的顶部如图35所示也可以由第一曲面7071和第二曲面7072构成。图35的结构可解释为图28的光路变更部36的一部分由体积型透镜28的整个表面露出并形成顶部的凹部7073；同图28一样，发光面的中心附近的光束密度变高，从而使光轴中心附近可有相对明亮的照明。第十五实施例

如图36A及图36B所示，有关本发明的第十五实施例的面状发光体至少具有以下几部分：发出规定波长的多个LED2211，2212，2213，……，2216，2221，……，2226，2231，……，2236；容纳LED的主发光部，并以一定的指向性出射LED的光的多个体积型透镜2111，2112，2113，……，2116，2121，……2126，2131，……，2136；由将多个体积型透镜发出的光予以反射的平面镜组成的主反射板2012；以及同主反射板成一定角度配置的、透过由主反射板反射的光的半透明板2011。而且，有关本发明的第十五实施例的面状发光体还在主反射板2012和半透明板2011之间设置有侧面反射板(第一侧面反射板)2013。虽然图中予以省略，但在与侧面反射板2013相对的另一侧还设置有一块另外的侧面反射板(第二侧面反射板)。多个LED2211，2212，2213，……，2216，2221，……，2226，2231，……，2236通过后板2015相互固定。三角柱状的空间由主反射板2012，半透明板2011，侧面反射板(第一侧面反射板)2013，另外的侧面反射板(第二侧面反射板)及后板2015形成。虽然图中予以省略，但多个LED2211，2212，2213，……，2216，2221，……，2226，2231，……，2236，连接到LED插座，施加规定的电压。图37A及图36B中，由于布置了3×6＝18个LED，若将这些都予以串连，则可用公用电网的100V电源驱动。

已如图1所示，用于有关本发明的第十五实施例的面状发光体的体积型透镜2116的结构使其大体上完全覆盖LED的主发光部。为了容纳LED2216的主发光部的体积型透镜2116上所设置的凹部具有由第一弯曲面构成的凹顶部。体积型透镜2116还具有由同第一弯曲面相对配置的输出光的第二弯曲面构成的顶部。

主反射板2012，第一及第二侧面反射板既可以是由铝、黄铜、不锈钢等金属的表面经研磨而成，也可以是是由这些表面经镀镍或镀金而成。或者，也可采用在树脂底板的表面上粘结铝箔等反射率高的金属薄膜或者高反射性的聚脂白色薄膜等的结构。作为半透明板2011可以使用将高折射率的白色细粉末例如TiO2，CaCO3，BaSO4分散在树脂等中的树脂板状物等的乳色半透明板(更具体的可使用异丁烯树脂的乳色半透明板)。另外，半透明板2011也可以将乳色半透明板或透明板的表面经表面粗化加工而成，也可使用将其它的光散射粒子同透明成形材料经混炼成形而成的树脂板。或者，也可以将单面或双面进行磨砂处理等进行了粗化加工的树脂薄膜粘贴在表面上而构成半透明板2011。另外，半透明板2011根据LED的发光颜色还可采用有色或透明材料。

作为有关本发明的第十五实施例的面状发光体所用的体积型透镜2116，可以使用在第一实施例中已说明的各种玻璃材料，透明塑料材料，结晶性材料等，也可以使用含有有色的树脂或荧光材料的树脂。其中，丙烯酸树脂等透明的塑料材料等是适合于大量生产体积型透镜2116的材料。即，制作一次金属模具，就可以用该金属模具进行成形加工而方便地大量生产体积型透镜2116。

如果使用有关本发明的第十五实施例的面状发光体，没有必要将LED的数量用得很多就可以照射较大的面积，并且得到均匀而且是所要求的照度。另外，除了耗电量少以外，由于是没有闪烁的照明，可以简便地观察X光片的中间色等细微的层次变化。另外，也不用耽心由于闪烁的存在所带来的眼睛的疲劳，或者因眼睛的疲劳带来对人体的影响等。

再有，在图36A及36B中，多个体积型透镜2111，2112，2113，……，2116，2121，……，2126，2131，……，2136虽然排列成3×6的矩阵状，但不必局限于这种矩阵状排列。例如，第一层的多个体积型透镜2131，……，2136和第二层的多个体积型透镜2121，……，2126相互间错开1/2直径，第二层的多个体积型透镜2121，……，2126和第三层的多个体积型透镜2111，……，2116同样地相互间错开1/2直径，不用说，这样的排列是最紧密的。第十六实施例

如图37A所示，有关本发明的第十六实施例的面状发光体至少具有以下几部分：具有多个凹部和与该凹部相对的多个凸部的组合成整体的一体组合型透镜2031；容纳于多个凹部中发出规定波长的光的LED2211，2212，2213，……，2216，2221，……，2226，2231，……，2236；由将从多个凸部发出的光予以反射的平面镜组成的主反射板2012(但是，在图37A立体图中位于背面方向的主反射板未予明确显示)；同主反射板2012成一定角度配置，透过由主反射板2012反射的光的半透明板2011。而且，有关本发明的第十六实施例的面状发光体，在主反射板2012和半透明板2011之间还设置了侧面反射板(第一侧面反射板)2013。在图37A的立体图中，虽然位于背面方向者的图示予以省略，但与侧面反射板2013相对的另一面，还设置了另一个侧面反射板(第二侧面反射板)。一体组合型透镜2013用后板2015固定。由主反射板2012，半透明板2011，侧面反射板(第一侧面反射板)2013，另一侧面反射板(第二侧面反射板)及后板2015形成的三角柱状空间同第十五实施例是相同的。另外，虽然图示予以省略，但多个LED2211，2212，2213，……，2216，2221，……2226，2231，……，2236同LED插座连接，施加规定的电压。由于其它同第十五实施例中的记载重复，其说明予以省略。

这样，通过准备一体组合型的透镜2031，面状发光体的组装变得容易。因此，同在第十五实施例中单个制造体积型透镜的情况相比，提高了其生产性。而且，在该一体组合型透镜2031的各个凹部中插入3×6＝18个LED，若将这18个LED串连，则可用公用电网的100V电源驱动。

如果使用有关本发明的第十六实施例的面状发光体，既省电，又可简便地得到在大面积内均匀而且是所要求的照度。另外，由于是无闪烁的照明，可以方便地观察X光片的中间色等细微的层次的变化等。另外，也不用耽心由于闪烁的存在所带来的眼睛的疲劳。

图37B是表示有关本发明的第十六实施例的变形例的面状发光体的模式立体图。图37A所示的一体组合型透镜2031的外周面是由多个圆柱面构成的波浪形形状，而图37B所示的一体组合型透镜2032的外周面的不同之点在于其由平坦的面构成。因为其它同图37A所示的有关本发明的第十六实施例的面状发光体相同，重复的说明予以省略。

图38是表示有关本发明的第十六实施例的另一变形例的面状发光体的模式的立体图，是将图37B所示的一体组合型透镜2032作为一个单元，将两个单元组合在一起而构成大面积的面状发光体的例子。即，图38中，将第一个一体组合型透镜2032a和第二个一体组合型透镜2032b相互邻接配置。而且，在第一个一体组合型透镜2032a的多个凹部中分别容纳18个LED2211a，2212a，2213a，……，2216a，2221a，……，2226a，2231a，……，2236a；在第二个一体组合型透镜2032b的多个凹部中分别容纳另一组18个LED2211b，2212b，2213b，……，2216b，2221b，……，2226b，2231b，……，2236b。而且，图38所示的有关本发明的第十六实施例的另一变形例的面状发光体至少具有以下几部分：由平面镜构成的主反射板2008，与主反射板2008成一定角度配置的、透过由主反射板反射的光的半透明板2016。主反射板2008及半透明板2016为图37b所示的主反射板2012及半透明板2011的面积的二倍。

图39是表示有关本发明的第十六实施例的再一变形例的面状发光体的模式的立体图，是将图37b所示的一体组合型透镜2032作为一个单元，将四个单元组合在一起而构成比图38具有更大面积的面状发光体。即，图39中，在第一个一体组合型透镜2032a和第二个一体组合型透镜2032b的邻接构造的下方，设置了第三个一体组合型透镜2032c和第四个一体组合型透镜2032d的邻接构造，从而形成叠层构造。而且，图39所示的面状发光体至少具有由平面镜构成的主反射板2009，和与主反射板2009成一定角度的配置的，透过由主反射板2009反射的光的半透明板2018。主反射板2009和半透明板2018可达到图37b所示的主反射板2012及半透明板2011的面积的四倍。另外，若选择角度可不足四倍的面积。第十七实施例

如图40所示，有关本发明的第十七实施例的面状发光体至少具有以下几部分：发出规定波长的光的多个LED2211，……；容纳LED的主发光部，并按一定的指向性将LED的光射出的多个体积型透镜2311，2312，2313，2321，2322，2331，2332，2333；由将多个体积型透镜发出的光予以反射的平面镜构成的主反射板2012；与主反射板成一定角度配置、透过由主反射板反射的光的半透明板2011。多个体积型透镜2311，2312，2313，2321，2322，2331，2332，2333同有关本发明的第十五实施例的面状发光体的体积型透镜不同，是在横方向扩展的扁平构造。多个体积型透镜2311，2312，2313和多个体积型透镜2321，2322相互之间错开1/2边长予以叠层。再有，多个体积型透镜2321，2322和多个体积型透镜2331，2332，2333同样地相互错开1/2边长予以叠层(但是，当然，也可以同本发明的第十五实施例同样地配置成3×3的矩阵)。而且，有关本发明的第十七实施例的面状发光体，在主反射板2012和半透明板2011之间还设置了侧面反射板(第一侧面反射板)2013。虽然图示予以省略，但在侧面反射板2013的对面还设置了另一个侧面反射板(第二侧面反射板)。多个LED2211，……用后板2015相互固定。由主反射板2012，半透明板2011，侧面反射板(第一侧面反射板)2013，另一个侧面反射板(第二侧面反射板)及后板2015形成三角形空间。虽然图示予以省略，但多个LED2211，……同LED插座连接，施加规定的电压。

如图40B所示，有关本发明的第十七实施例的扁平的体积型透镜2311具有长轴W及短轴H。而且，该扁平的体积型透镜2311其结构使得大体上完全覆盖LED2211的主发光部。关于其它的多个扁平的体积型透镜2312，2313，2321，2322，2331，2332，2333也都是同样的。在扁平的体积型透镜2311的中心轴上具有由第一弯曲面构成的凹顶部和由第二弯曲面构成的顶部。该凹顶部位于为容纳LED2211的主发光部而设置的凹部的凹顶部，而该顶部则与第一弯曲面相对设置并用于输出光。LED2211是至少由以下几部分构成的树脂模压成型的LED，即：配置在同第一管脚11连接成一体的基板上的LED芯片，包覆该LED芯片的树脂模压成型件，与第一管脚11成对的第二管脚12。由于该树脂模压成型的LED2211几乎完全被封闭在体积型透镜2311的凹部之中，从而使这些杂散光成分可对照明作出有效贡献。即，除了由第一弯曲面构成的入射面2(凹顶部)以外的凹部的内壁部也可以作为有效的光的入射部发挥作用。另外，在LED2211和扁平的体积型透镜2311的凹部之间，在各个界面反射的光的成分经多次反射而成为杂散光成分。在本发明的第十七实施例中，这些杂散光成分也由于被封闭在凹部的内部，最终可成为可对照明发挥作用的成分。这样一来若使用有关本发明的第十七实施例的扁平的体积型透镜2311，没有必要将树脂模压成型的LED2211的数量用得太多就可以确保作为对照明发挥作用的光束所希望的照射面积的光束，而且可方便地得到在大的面积范围内均匀而且是所要求的照度。另外，除了耗电量少以外，由于是无闪烁的照明，可方便地观察X光片的中间色等的细微的层次变化。另外，不必耽心由于闪烁的存在而带来的眼睛的疲劳等。

由于其它之点与第十五实施例的记载重复，其说明予以省略。第十八实施例

在本发明的第十五至第十七实施例中，对在一个方向发射的光的单面型的面状发光体进行了说明，在相互相反的两个方向发射的光的两面型的面状发光体可以简单地将单面型的面状发光体相互背靠背地贴合而成。

图41是作为本发明的第十八实施例表示其它的两面型的面状发光体图。即，图41中，第一个一体组合型透镜2033a和第二个一体组合型透镜2033b通过由平面镜组成的主反射板2043相互相对配置。主反射板2043是两面镜，将其倾斜配置于第一个一体组合型透镜2033a和第二个一体组合型透镜2033b之间。而且，在第一个一体组合型透镜2033a上设置了18个凹部，在该18个凹部中插入图示省略了的18个LED。同样地，在第二个一体组合型透镜2033b中设置了18个凹部，在该18个凹部中分别容纳了18个LED2211b，2212b，2213b，……，2216b，2221b，……，2226b，2231b，……，2236b。而且，图41所示的有关本发明的第十八实施例的两面型的面状发光体至少还具有同主反射板2043成一定角度配置的，透过由主反射板2043反射的光的第一半透明板2041，以及在同该第一半透明板2041的平行方向上，而在与主反射板2043相对的方向上配置的第二半透明板2042。图41中，由主反射板2043的表面反射的光射向上方，而由主反射板2043的背面反射的光射向下方。其它之点由于同有关本发明的第十六实施例的面状发光体相同，重复的说明予以省略。

若使用本发明的第十八实施例，LED的数量不必用得很多，就可方便地提供均匀而且所要求的照度的两面型的面状发光体。另外，这两面型的面状发光体，耗量量少，也可以用作无闪烁的两面照明。第十九实施例

图42作为本发明的第十九实施例，是表示另一种单面型的面状发光体图。即，图42中，第一个一体组合型透镜2043a和第二个一体组合型透镜2043b通过由A型主反射板相互相对配置。A型的主反射板由平面镜构成的第一主反射板2051和第二主反射板2052构成。第一主反射板2051主要是反射由第一个一体组合型透镜2034a发出的光的平面镜，第二主反射板2052主要是反射由第二个一体组合型透镜2034b发出的光的平面镜。而且，在第一个一体组合型透镜2034a上设置了18个凹部，在该18个凹部中插入图示省略了的18个LED。同样地，在第二个一体组合型透镜2034b中设置了18个凹部，在该18个凹部中，分别容纳了18个LED2511b，……，2516b，2521b，……，2526b，2531b，……，2536b。而且，图42所示的有关本发明的第十九实施例的面状发光体还具有同第一主反射板2051和第二主反射板2052成一定角度配置的、透过由第一主反射板2051和第二主反射板2052反射的光的半透明板2053。在同该半透明板2053平行的方向上，而且在与第一主反射板2051和第二主反射板2052的相对的方向上配置着底板2054。如图42所示，在第一主反射板2051和第二主反射板2052的连接部，即A型的顶部距半透明板2053形成一定的距离d。由于距半透明板2053形成一定的距离d，可以使A型的顶部的背光处由半透明板2053的表面不能看到。其它之点由于同有关本发明的第十六实施例的面状发光体相同，重复的说明予以省略。

若使用本发明的第十九实施例，LED的数量不必用得很多。可以使在长度方向上具有长的尺寸的大面积范围内实现均匀的照明。另外，可将这时的照度作得足够高。而且，耗量量少，可实现无闪烁的照明。

图43是表示有关本发明的第十九实施例的变形例的面状发光体的模式的立体图。图43中，在中央部设置成由平面镜组成的第一主反射板2061，第二主反射板2062，第三主反射板2063，第四主反射板2064组成的金字塔(四角锥)形，沿着该四角锥的四条底边，设置了分别由12个体积型透镜叠层三层的3×12＝36个体积型透镜的组合构造的壁。即，沿着构成第一主反射板2061的二等边三角形的底边，体积型透镜2622d，2621d，2620d，……，2722d，……，2822d，予以叠层；沿着构成第二主反射板2062的二等边三角形的底边，体积型透镜2611c，2612c，2613c，……，2622c，2711c，……，2811c，……，予以叠层。

再有，沿着构成第三主反射板2063的二等边三角形的底边，体积型透镜2611b，……，2622b，2711b，……，2722b，2811b，……，2822b予以叠层；沿着构成第四主反射板2064的二等边三角形的底边，体积型透镜2611a，……，2622a，2711a，……，2722a，2811a，……，2822a予以叠层。在体积型透镜2611b，……，2622b，2711b，……，2722b，2811b，……，2822b及体积型透镜2611a，……，2622a，2711a，……，2722a，2811a，……，2822a的内部，分别容纳有LED2631b，……，2642b，2731b，……，2742b，2831b，……，2842b及LED2631a，……，2642a，2731a，……，2742a，2831a，……，2842a。虽然图示予以省略，但不用说，在体积型透镜2622d，2621d，2620d，……，2722d，……，2822d及体积型透镜2611c，2612c，2613c，……，2622c，2711c，……，2811c，……中也分别容纳了LED。这样一来，由3×12×4＝144个体积型透镜的组合构成的壁将四角锥的四周包围，配置了3×12×4＝144个LED。而且，如图43所示，还具有同第一主反射板2061，第二主反射板2062，第三主反射板2063及第四主反射板2064成一定角度配置的、透过由第一主反射板2061，第二主反射板2062，第三主反射板2063及第四主反射板2064反射的光的半透明板2079。在同该半透明板2079平行的方向上，而且在与第一主反射板2061，第二主反射板2062，第三主反射板2063及第四主反射板2064相对的方向上设置了底板2065。虽然图示予以省略，但同图42相同，四角锥的顶部距半透明板2079形成一定的距离d。由于距半透明板2079形成一定的距离d，可使四角锥的顶部的背光处由半透明板2079的表面不能看到。其它之点由于同有关本发明的第十实施例的面状发光体相同，重复的说明予以省略。另外，使用同图42相同的一体组合型透镜，也可得到包围四角锥四周那样的结构。

如果使用图43所示的有关本发明的第十九实施例的变形例的面状发光体，可以提供体积较薄的大面积的面状发光体。越是作成这样大面积的面状发光体，减少LED个数的效果越显著。即，就有关本发明的第十九实施例的变形例的面状发光体而言，与不使用体积型透镜的情况相比，由于使用LED的个数可以只有原来的1/4至1/10左右以下，可减少LED的个数达到数百个这一数量级，单位面积的单价大大降低。第二十实施例

对于图1所示的树脂模压成型的LED1，若准备电池盒并在该电池盒中装上电池(例如普通3号电池)从而使其可施加规定的电压，则完成了钢笔式细长手电筒(便携式照明器具)。其构造可以作成将LED1的电极分别连接到该电池的阳极及阴极。其结果，可以提供结构简单，制造成本低廉的手电筒(便携式照明器具)。该手电筒(便携式照明器具)在经历长时间中具有优良的稳定性和可靠性，尤其是，由于其耗电量少，因而具有电池寿命之长过去都不能予测这样优良的特性。

如图44A及图44B所示，有关本发明的第二十实施例的手持器具是具有以下各部的圆珠笔，即：用树脂14模压成型的、作为由该树脂14的顶部发出规定波长的光的半导体发光元件的可见光LED1；驱动该半导体发光元件(可见光LED)1的电源部3241，3242；在内部具有容纳树脂14的凹部、在外部具有由用于发射半导体发光元件(可见光LED)1的光的弯曲面构成的顶部的体积型透镜20；由具有容纳该体积型透镜20的空心部3217的导引部3211构成的手持轴部(笔轴)3210。而且，该引部3211具有圆筒形的空心部，在该空心部中，容纳着中心轴部(贮墨管)3215。再有，有关本发明的第二十实施例的手持器具具有驱动半导体发光元件(可见光LED)1的电源部3241、3242和控制电源部3241，3242的电源供给的开关部3226。在该圆珠笔的笔端(书写用的前端部)3214的最前端部分设置了可自由旋转用于适度地供给墨水于纸面的钢铁制的圆珠。钢铁制的圆球可使用现在市售的直径为0.2mm至0.8mm等各种大小。

另外，如图44B所示，该手持器具(圆珠笔)的结构使其能分拆为书写笔主体3301和电筒主体3302两部分，电筒主体3302可单独使用。即，该手持器具(圆珠笔)作成可将书写笔主体3301可自由装拆地安装在电筒主体3302上。

储墨管3215作成使其可以如图44A及图44B中所示，由右侧的笔端方向向左侧安装到设置在笔轴3210的中心轴部分的储墨管安装孔3215A中；另外，当没有墨水需要更换时，可由左侧向右侧将储墨管由储墨管安装孔3215A中取出。

导引部3211中可以使用对LED光的波长透过率高，其制作容易、而且重量比较轻的透明的丙烯酸树脂等塑料材料。根据爱好，当要求书写笔主体3301具有重量感而且易于书写时，导引部3211可以使用在第一实施例中所述的透明的玻璃材料或结晶性材料。笔轴3210的尺寸可作成例如直径约为12mm全长约为150mm。

涂层3212除去下述的光分散部3219的区域外，涂覆于导引部3211的大部分表面，但根据情况也可省略该涂覆层3212。当要将光集中于笔端部时可以使用该涂覆层3212，若要将由笔轴3210发出的光用于局部照明，则可设置涂覆层3212。在用于后一目的的涂覆层中，为了保护导引部3211的表面，而且，提高相对于LED光的波长的导引部3211的光的传输效率，可以使用反射率高的金属性的涂覆层。另外，在涂覆层3212中，为了提高流行性，或设计性，可以使用具有适度透明性的而且被染色的骨架型的(半透明的)树脂涂层，或者使用不透明的被染色的树脂涂层。另外，涂层3212若能得到某种程度的光的透过率，则可以是橡胶涂层或涂料涂层。例如，通过有效地利用由涂层3212发出的透过光，可以将笔式电筒作为夜间步行安全用手持器具或者音乐会会场中使用的手持器具使用。

光分散部3219可以将导引部3211的端部表面经加工形成。例如，可以使用在导引部3211的端部设置多个V字形状，U字型状或扁平状的凹部的方法，或者设置细小的凹凸的方法，或者使透明度比较高的毛玻璃变得模糊不清的方法等。再有，也可以将玻璃等的透明材料的微粒子涂覆或附着于导引部3211的端部。无论哪一种方法，都可以实现光学设计，使得光分散部3219将由导引部3211聚集传输来的光适当的分散，从而可在暗处书写时在必要的范围内对纸面实现局部明亮的照明。

如图44A及图44B所示，在书写笔主体3301的左端，设置了作为容纳本发明的体积型透镜20的空心部的体积型透镜结合部3217。该体积型透镜结合部3217可以说是容纳体积型透镜20的套管部(阴螺纹体)。总之，作成使电筒部主体3302的体积型透镜(塞子部：阳螺纹体)20插入体积型透镜的结合部3217而结合。该空心部的凹顶部作成同体积型透镜(赛子部：阳螺纹体)20的顶部的曲率半径大致相等的曲率半径的凹面，其结构使得由体积型透镜20发出的光可以有效地导入导引部3211中。另外，该空心部的内径作成仅比体积型透镜(塞子部：阳螺纹体)20的外径(除顶部以外部分的外径)大例如0.05mm至0.2mm左右。而且，在体积型透镜结合部(套管部)3217的端部(图44B中，左侧)设置了作为书写笔一方的结合部3218的阴螺纹。另一方面，在电筒部腔体3223的一端，设置了由同书写笔主体3301的书写笔一方的结合部3218连接的阳螺纹形成的电筒一方的结合部3228。另外，在这里，虽然以实例表示的是用阳螺纹、阴螺纹来装拆书写笔主体3301和电筒部主体3302的方式，但也可以采用镶嵌方式或者夹紧形式等其它方式。

再有，在导引部3211的内部，在储墨管安装孔3215A的底面上装有反射镜3211A。该反射镜3211A作成可将由可见光LED1发出的光反射以提高照明效率。

再有，虽然图示予以省略，但也可以在作为插入储墨管3215的部分的导引部3211的空心部的内壁，或者在储墨管的外壁上设置反射镜。另外，如果在空心部的内壁上设置作为乱反射面的细小的凹凸面，则在暗处，在可以辨认出插入的储墨管3215的部分的同时，由于从该乱反射面发出的光，在书写笔主体3301的周围稍微变得明亮的效果是可以予见到的。当将上述笔式手电筒作为使用目的时，在空心部的内壁上设置乱反射面是有效的。

另一方面，电筒部主体3302具有以下几部分：电筒部腔体3223，在电筒部腔体3223的图44A及图44B中的右侧装着的半导体发光元件(可见光LED)1，设置在电筒部腔体3223的中央部分的电源部3241，3242，设置在电筒部腔体3223的左端的开关部3226。树脂14的顶部是市售的树脂模压成型的LED1的顶部的形状，以具有一定的曲率半径凸面形状形成。除了凸面形状的顶部之外，树脂模压成型后的LED1是例如直径(外径)为2-3mm的圆柱形状。另外，体积型透镜20具有凹部，它可以用来容纳树脂14。凹部的侧壁部作成直径(内径)为2.5-4mm的圆筒形状，使其可空容纳树脂模压成型的LED1。虽然图示省略，但为了固定LED1和体积型透镜20，在LED1和体积型透镜20的容纳部6之间，插入厚度0.25--0.5mm左右的衬垫或粘结剂。该衬垫或粘结剂可以施放于除LED1的主发光部外的位置。体积型透镜20除了作为凸形状的出射面3的顶部附近外，是同LED1大致相同的圆柱形。该体积型透镜20的圆柱形状部分的直径(外径)可以选择比电筒部腔体3223的外径小的一定值。例如，可以选择6-11mm左右。体积型透镜20的顶部形成为具有一定的曲率半径的凸面形状，该体积型透镜20作成可将由可见光LED1发出的光高效率地聚光并发射到外部。

在一般的可见光LED(树脂模压成型LED)中，由树脂14的顶部的凸形弯曲面以外的地方发出的光成为所谓杂散光成分而对照明不起作用。但是，在本发明的第二十实施例中，由于可见光LED1几乎完全封闭在体积型透镜20的凹部，则这些杂散光成分可对照明作出有效贡献。即，除凹部的入射面2(凹顶部)以外的内壁面也可以作为有效光的入射部发挥作用。另外，在可见光LED1和凹部之间，在各个界面反射的光的成分经多次反射而变成杂散光成分。在现有公知的透镜等光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来使其对照明作出贡献。但是，在本发明的第二十实施例中，这些杂散光成分由于封闭在凹部的内部，最终可变成对照明有用的成分。其结果，可以以同内部量子效率大致相等的效率有效地利用LED芯片潜在的光能，而大体上与树脂14的形状等决定的光利用效率以及光学系统中相互的反射成分等没有关系。这样一来，若使用有关本发明的第二十实施例的光学结构，不必将树脂模压成形的LED1的数量用得太多，就能确保作为用于局部照明的光束为所希望的照射面积的光束，而且，能方便地得到所要求的照度。该照度是用现有公知的透镜等光学系统所不能达到的照度。总之，要达到同使用现在市售的卤素灯的细长的手电筒相同程度的照度有一个LED即可实现。这样，若使用有关本发明的第二十实施便的光学结构，用图44A及图44B所示的简单的结构就能实现按现有的技术常识完全不能预测的照度。

电筒部腔体3223作成在内部可容纳电源部3241，3242的筒形中空圆柱体或者与之类似的形状。电筒部腔体3223，可以使用不锈钢，铝合金等材料或者丙烯酸树脂以及塑料材料等作成。同笔轴3210同样地，电筒部腔体3223可以使用例如透明的丙烯酸树脂以及塑料材料，或者适当染色的半透明或不透明的丙烯酸树脂以及塑料材料制成。电筒部腔体3223可用同书写笔主体3301的笔轴3210例如相同的外径尺寸构成。

如图45所示，LED芯片13装在设置在底座15上的支持板(垫板)202上。而且，该LED芯片13用树脂模压成形。第一引线布线11，其一端经支持板202连接到LED芯片13的一边的电极(下部电极)，其另一端穿过底座15引出到底座15的背面。同样地，第二引线布线12，其一端连接到LED芯片13的另一边的电极(上部电极)，其另一端穿过底座15引出到底座15的背面。虽然未给出标号，但在LED芯片13的另一边的电极(上部电极)和第二引线布线12之间用焊丝进行电连接。这样一来，可见光LED1就由底座15，支持板202，LED芯片13，第一引线布线11，第二引线布线12及树脂14等构成。底座15可以用陶瓷等绝缘体再在其外周部用不锈钢、黄铜或者铜等金属覆盖构成，也可以作为树脂14的一部分用同树脂14相同的材料构成。另外，在图45中，在树脂14和底座15之间显示出有台阶构造，但树脂14和底座15也可以由相同的外径构成，使两者之间没有台阶。再有，作为有关本发明的第二十实施例的手持器具所使用的可见光LED1可使用各种颜色(波长)的LED。但是，为了在暗处书写时的局部照明，最好使用在第一实施例中所述的对人们的眼睛感到自然的白色LED。

树脂14在用作透镜的同时是具有保护LED芯片13功能的模压成形体。在该树脂14中，可以使用例如透明的热固性环氧树脂或者丙烯酸树脂。树脂14的图45中的右侧部分成形为具有一定曲率半径的凸面形状，该树脂作成使其能将由LED芯片发出的光(白色光)高效率地聚光并发出到体积型透镜20。

如图44A及图44B所示，为了提高手持器具的便携性而且得到适当的照度，电源部3241，3242可以由两个串连的普通3号普通5号的干电池3241及3242构成。或者也可以使用圆片式的锂电池或者锰锂电池等。再有，电源部3241，3242也不必受上述干电池的限制，也可以由可充电的小型的其它种类的蓄电池构成。

开关部3226的详细结构虽予省略，但基本上可以使用旋转式或按压式等简单的结构(在下述的第二十二实施例的说明中，在附加安全功能的情况下，在该开关部中还增加了逻辑电路以及脉冲发生器、电压调整器等)。另外，在要附加所希望的色调变化的功能的情况下，在开关部3226中，可予先内置可相互独立地控制红色(R)，绿色(G)及兰色(B)三个LED芯片的驱动电压的电压调整器。开关部3226的一端通过设置在电筒部腔体3302的内侧中而未图示的配线同可见光LED1的第二引线布线12相连接。开关部3226的另一端如图44A所示，用于保持干电池3241及3242的同时还分别通过兼作配线用的导电性弹性体3225、干电池3242，3241同可见光LED1的第一引线布线11相连接。

开关部3226虽然没有显示其结构，但作成使其可以用螺纹由电筒部腔体3302的另一端自由地装上拆下，当将该开关部3226由电筒部腔体3302拆下的状态时，可以进行干电池3241及3242的更换。在第二十实施例中，导电性弹性体3225用例如铁、铜等金属的卷簧作成。再有，导电性弹性体3225也可以采用将金属板折叠的板簧。

再有，在电筒部腔体3223的另一端的外周，安装有用于携带手持器具例如夹在西服衣袋上的笔夹3230。

带有该照明部的手持器具可以放在笔盒中或者可以利用笔夹夹在西服衣袋上携带。而且，在例如研究报告发表会或讲演会的放映幻灯片过程中要作记录时，或者在夜晚的黑暗中要在笔记本上作记录时，可以通过操作手持器具的开关部3226，如图45所示可将直流电流由电源部3241，3242供给可见光LED1的LED芯片13，从而由LED芯片13发出白色光等可见光。由LED芯片13发出的可见光在图45中如箭头所示首先由树脂14高效率地聚光，随后，分别由体积型透镜20、导引部3211高效率地聚光，通过导引部3211在笔轴3210的内部向笔端3214的方向传播。由LED芯片13发出的可见光中，沿着书写笔主体3301的轴心笔端3214传播的可见光由储墨管安装孔3215A的底面的反射镜3211A进行反射，该反射的可见光由体积型透镜20的表面以及树脂14的表面再次予以反射，没有泄漏的向笔端3214传播。

通过导引部3211传播过来的可见光最终可以通过光分散部3219分散，而在暗处需要笔记时可以纸面上得到适当的照度。在这种状态下，通过使笔端3214的钢铁制的圆球相对纸面回转，随着该圆球的回转，可将适当的墨水由储墨管3215供给纸面。

若使用这样构成的有关本发明的第二十实施例的带照明部的手持器具，由于其具有高效率地聚集由LED芯片13发出的光的树脂14，体积型透镜20及导引部3211，可以大大提高照明效率，可以得到同白炽灯等同的在实用上足够的照度。再有，该手持器具由于使用可见光LED1，其耗电量少，可以延长照明持续时间。例如，与使用白炽灯的情况相比，可以得到由数十倍甚至数百倍长的照明持续时间。再有，该手持器具可以以简易的结构构成，即只有聚集由可见光LED1发出的光的树脂14，体积型透镜20及导引部3211。另外，该手持器具由于其结构简单，制作容易，制作成本也可降低。

再有，由于利用导引部3211形成笔轴3210，可减少用于书写笔主体3301的零件件数。由于减少了零件件数，可使手持器具的结构更进一步简化。其结果，可使带照明部的手持器具的制作更加容易，而且制作成本更进一步降低。

再有，有关本发明的第二十实施例的手持器具，可以采用如下结构，即：对树脂14、体积型透镜20，导引部3211，光分散部3219中的至少一种进行染色，以在研究报告发表会或者讲演会等作笔记时不对周围的人带来干扰为限。另外为了提高设计性能，可以照射带有红、黄、紫色等颜色的光而不是白色光。

图46A所示的手持器具(书写笔)同图44A至图45所示的手持器具的基本结构是相同的，但具有保护书写笔主体3301的笔端3214，可以从笔轴3210自由地装上拆下的外帽3231。而且，在该外帽3231上装有笔夹3232。另外，外帽3231至少在笔端3214附近是用透明材料制成，若予先将该笔端3214附近的几何学形状选定为适当的形状，则可以以带有外帽3231的状态作为手电筒发挥作用。

图46B所示的手持器具同图46A所示的书写笔(手持器具)的基本结构是相同的，但其书写笔主体3301是作为钢笔构成的。即，书写笔主体3301的结构具有钢笔的笔端3140和供给墨水给该笔端3140的储墨管3150。在该图46B所示的书写笔(手持器具)中，虽然其书写笔主体3301是作为钢笔构成的，但可以得到与图46A所示的书写笔得到的效果相同的效果。第二十一实施例

本发明的第二十一实施例利用有关本发明的第二十实施例的带照明部的手持器具的基本结构，将由该手持器具发出的光信号进行发送，是耐以下加锁对象物进行加锁或开锁的加锁开锁系统，即：正门的门，各房间的门，汽车门，桌子的抽屉，家具的抽屉或门，印鉴箱或小件箱的盖子等。

如图47所示，有关本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统由作为由手持器具构成的信号发送部3304的该信号发送部(手持器具)3304和具有接收由该信号发送部(手持器具)发出的光信号的信号接收部3305的加锁对象物构成。即，构成有关本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统的手持器具具有以下各部分，即：用树脂14模压成形的，由该树脂14的顶部发出光信号的作为半导体发光元件的可见光LED3340，在内部具有容纳可见光LED3340的凹部的体积型透镜20，具有作为笔轴的功能而且作成可与体积型透镜装上拆下的、具有容纳空心部的导引部3211。另一方面，加锁对象物具有以下几部分，即：接收由信号发送部(手持器具)3304发出的光信号的信号接收部3305，和当判定所接收的光信号是规定的信号时进行开锁的锁紧机构3306。再有，在加锁对象物中，还包括供给信号接收部3305以电源的驱动电源部3307。

由导引部3211构成的书写笔主体3301同在有关本发明的第二十实施例的手持器具中说明的书写笔主体3301是相同的，因而其详细说明予以省略。

信号发送部3304同在有关本发明的第二十实施例的手持器具中说明的电筒部主体3302的基本结构是相同的，虽然也可以作为照明器具使用，但在第二十一实施例中其结构使其可对信号接收部3305发送光信号。即，信号发送部3304对信号接收部发送光信号，借此可以控制锁紧机构3306，从而可以构筑作为电子钥匙对桌子的抽屉等进行加锁或开锁的发送器。

即，信号发送部3304的结构具有以下几部分：半导体发光元件芯片(LED芯片)3410，聚集由LED芯片3410发出的光(光信号)的树脂和体积型透镜20，供给驱动LED芯片3410的电压的电源部3344，控制电源部3344的电源供给的开关部3346。用LED芯片3410和将其模压成形体积型透镜20构成半导体发光元件(LED)3340。再有，作为用于本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统的LED3340同本发明的第二十实施例相同可使用各种颜色(波长)的LED。但是，若考虑到用于在暗处作笔记时的局部照明以及按照下述(参照第二十二实施例)的各色发光强度之比进行编码，最好用第一实施例中所述的白色LED。这时，当考虑到使RGB三个LED芯片相互独立地并行工作的必要性时，最好并列设置各种颜色的电源电路并事先附加独立的控制电路。另外，绿色(G)及兰色(B)的LED对红色(R)的LED通常由于工作电压高，可以设置内部阻抗等以使RGB三种颜色达到平衡。在不按照颜色进行编码的情况下，若设置内部阻抗使电压达到平衡，可将电源部3344及控制电源部3344的电源供给的开关部3346作在一起，则可同时使RGB三个LED芯片并行工作。

但是，在白天，就可以输出白色光的LED(白色LED)而言，作为光束照射加锁对象物时，由于其照射点难于见到，可以有选择地照射RGB三色光中的任何一种。无论哪一种，当作为手持器具使用时，在发出白色光而附加保密功能等的规定信息处理成为必要时，可以事先采取措施使其可以独立地控制特定颜色的LED的发光强度或脉冲宽度，顺序等，也可以使用开关或逻辑电路来代替LED的工作模式。在这种情况下，图44A所示的开关部3226并不是第二十实施例那样简单的构造，需增加构成RAM等半导体存储器、逻辑电路及脉冲发生器，电压调整器等的调制部(参照第二十二实施例)的适当的电子电路。

使用同本发明的第二十实施例相同的结构(参照图44B)，信号发送部3304的一端(顶部)成为塞子形状，可以将其插入成为书写笔主体3301端部的套筒形状部，其安装可以自由装拆。在塞子形状的一部分上可予先作成阳螺纹，而在套筒形状的一部分上予先作成阴螺纹。构成书写笔主体3301的笔轴3210的导引部3211作成几何光学的形状使其可经过作成塞子形状的体积型透镜20将传播过来的光信号进一步高效率地聚光，聚光后将其传播到前端部方向，该传播过来的光信号通过分散部3219最终输出到外部。

另一方面，构成加锁对象物的锁紧机构3306使用比较器等作为光检测器3350输出电流的电平判定，或者通过阻抗作出输出电压的电平判定，从而判断规定的光输入是否已被输入。只有在判断规定的光输入已被输入时，锁紧机构3306通过规定的驱动机构实现开锁动作。而且，锁紧机构3306在光检测器3350未检测出规定的光输入时维持加锁状态(锁紧状态)。另外，开锁动作后，经过规定的时间可以自动地加锁，当光检测器3350再次检测出规定的光输入时，可使锁紧机构3306再实现开锁动作。

在信号接收部3305中，可采用各种光检测器3350，但光电二极管等半导体光检测器适合于小型化且灵敏度高。作为光电二极管3350，可以使用具有同半导体发光元件(LED)3340完全相同的光学的本征能量(禁用带宽)的半导体材料构成的二极管。即，通过将发光元件的光学本征能量和受光元件的光学本征能量作得相等，可以作到具有波长选择性的最高灵敏度的光检测。在光检测器(光电二极管)3350中，只要不输入比光学本征能量大的能量的光就没有电流流过，但尤其是在具有同光学本征能量相同的能量的光输入时由于存在波长共振效应其检测灵敏度极高。这时，作为光电二极管3350，也可以将同LED完全相同的LED加上反偏压使用。另外，作为光检测器3350，也可以使用由光学本征能量同LED完全相同的半导体材料构成的APD。再有，作为光检测器3350，也可以使用由具有同LED完全相同的光学本征能量的半导体材料构成的光电晶体管。

例如，只有当锁紧机构3306输入同事先被登记在锁紧机构3306中的波长频谱完全相同的波长频谱的白色光时，才可以作出使锁紧机构3306打开那样的动作。在有关本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统中使用白色LED的情况下，众所周知，由于白色光是RGB三色光的混合，则变成用这种3色光进行信号的发送和接收。即，由于具有三信道的信号传输系统，即使摆动或者噪音强，信号接收部都可以以极高的灵敏度进行光检测，实现加锁开锁。

通常信号接收部在设置在正门的门，各房间的门等的情况下，都存在较大的距离。因此，在信号接收部3305中，为了聚集由信号发送部3304中LED3340发出的光，若考虑该较大的距离，可采用各种透镜等公知的光学系统。另外，若考虑光路的可逆性，可采用同用于书写笔1中的体积型透镜相同的光学系统，也可使光信号聚集于光检测器3350中。

再有，若存在大的距离，除半导体光检测器以外可使用光电子倍增管等光检测器。这时，最好附加与各自的颜色相对应的滤色器。另外，在半导体光检测器的情况下，如前所述，通过使用同LED3340具有完全相同的光学本征能量的半导体材料，虽然发挥出与内装的滤光片相同的效果，但最好还是附加各种滤色器，这样，长波长方面的检测器则不受短波长光的影响。

这样一来，可以构成加锁动作或开锁动作的稳定性都优良的加锁开锁系统。

图48A是用平行光束遥控操作的情况，图48B是对应于图47近距离操作时的具体例子。图48A所示的加锁开锁系统具有以下几部分：装入作为加锁对象物的桌子3581中，位于抽屉3583的前板3585内侧附近的信号接收部3305，作为锁紧机构3306的电磁线圈3560，将驱动电流供给电磁线圈3560的驱动电源部3307。在桌子3581上设置了加锁孔3582，当加锁时电磁线圈3560的销轴插入其中。另外，在抽屉3583的前板3585上设置了通向外侧的光信号接收孔(光学钥匙孔)3584。为了防止由于除了信号发送部3304的LED3340的光以外，由太阳光产生的杂散光引起误动作，光信号接收孔3584可以事先作成其直径比前板3585的厚度要小的贯通孔。即，只有平行光束可以有效地通过光信号接收孔3584使其到达信号接收部3305。

在该图48A所示的加锁开锁系统中，由信号发送部3304的LED3340发出的光信号通过光信号接收孔3584由信号接收部3305接收，根据由该信号接收部3305接收的光信号由驱动电源部3307供给驱动电流给电磁线圈3560。在例如，由驱动电流使该电磁线图3560的销轴下降时，使销轴同加锁孔3582之间的连接脱开，从而可实现开锁动作。相反，当用驱动电流使电磁线圈3560的销轴上升时，就使销轴和加锁孔3582连接，从而可实现加锁动作。

另一方面，在近距离操作的情况下，光信号接收孔3584的构造不同。如图48B所示，光学钥匙孔3584作成使其可以容纳书写笔主体3301的前端部的光分散部3219，其形状为光分散部3219的相似形，其内径尺寸仅比光分散部3219的外径略大例如，0.1至0.3mm左右。而且，光分散部3219正好以容纳于光学钥匙孔的内部的形状使光(分散光)到达信号接收部3305的光检测器。在最接近的位置，通过设置光检测器，即使是分散光，也可以维持有效的光强度。

再有，图示虽然省略，但可在光学钥匙孔3584的内径的一部分上设置按钮。而且，在光学钥匙孔3584的内部，当书写笔主体3301的前端部插入时，按下按钮，通过该按钮，可以事先将信号接收部方面的电源变成接通状态，从而能节省能源。另外，也可以防止当直射的阳光照射到桌子上时产生误动作等。

再有，作为图48B所示的信号接收部3305的光检测器可以使用一维或二维的图象传感器，若预先在光分散部3219的表面设置译成密码的(编码的)规定的空间图案，则只有在识别出特定的人所持有的特定的手持器具的规定的空间图案时才能开锁。再有，在导引部3211的一部分或者光分散部3219的一部分预先设置全息照相颜色滤色器，可以用信号接收部3305识别全息照相图案。

再有，具有信号接收部3305，锁紧机构3306及驱动电源部3307的加锁开锁系统并不限于装在图48A及图48B所示的作为加锁对象物的桌子3581的抽屉3583的前板3585中的情况，也可以装在例如家具的抽屉或者门，印鉴箱或小件箱的盖子，保险柜的门或盖子等各种加锁对象物。再有，也可以将墙及门、大门，各房间的门，汽车门等作为加锁对象物使用。第二十二实施例

以上说明了有关图48B的，识别空间图案的方法，但由这个例子可以理解，通过将规定的个人识别信息作为光信号使用，带有本发明的照明部的手持器具可适用于使安全性提高的加锁开锁系统。

如图49所示，有关本发明的第二十二实施例的具有安全功能的加锁开锁系统由以下几部分构成，即：将手持器具作为发送光信号的信号发送部3304，该手持器具(信号发送部)3304，具有接收由该手持器具(信号发送部)3304发送的光信号的信号接收部3305的加锁对象物。即，有关本发明的第二十二实施例的手持器具具有以下各部分：作为用树脂14模压成形，由树脂14的顶部输出光信号的半导体发光元件的LED3340，为了含有规定的个人识别信息，对光进行调制而生成光信号的调制部3400，在内部具有容纳LED3340的凹部的体积型透镜20，具有笔轴功能而且具有容纳空心部并使其能同体积型透镜装拆的导引部3211。另一方面，有关本发明的第二十二实施例的加锁对象物具有以下几部分：接收由手持器具(信号发送部)3304发出的光信号的信号接收部3305，确认包含在所接收的光信号中的个人识别信息同记载在加锁对象物中的个人识别信息是否一致，当确认一致时进行开锁的锁紧机构3306。在加锁对象中还包括对信号接收部3305供给电源的驱动电源部3307。

其中，作为半导体发光元件的LED3340具有发出第一波长λ1(红色)的光的第一半导体发光元件芯片(LED芯片)3410(R)，发出同第一波长λ1不同的第二波长λ2(绿色)的光的第二半导体发光元件芯片(LED芯片)3410(G)，发出同第一及第二波长λ1，λ2不同的第三波长λ3(兰色)光的第三半导体发光元件芯片(LED芯片)3410(B)。而且，调制部3400通过下述方法生成包含个人识别信息的光信号，即：将第一波长的光强度I1及第二波长的光强度I2之比(＝I1/I2)，第二波长的光强度I2及第三波长的光强度I3之比(＝I2/I3)，或第三波长的光强度及第一波长的光强度I1之比(＝I3/I1)设定为一定值。另外，信号接收部由同第一、第二及第三半导体发光元件芯片3410(R)，3410(G)，3410(B)具有相同光学本征能量的半导体材料构成的第一，第二及第三光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)输出的生成信号同所记载的个人识别信息是否一致；锁紧驱动器3640用于当确认同已记载的个人识别信息一致时，进行开锁。再有，锁紧机构3306还具有RAM3632，个人识别信息可预先存储在RAM3632中。

如第二十实施例中已经说明的那样，将红色的LED芯片3410(R)，绿色的LED芯片3410(G)及兰色的LED芯片3410(B)的三片LED芯片在纵向叠层的结构可构成白色LED。图49中，调制部3400分别独立地控制这些红色的LED芯片3410(R)，绿色的LED芯片3410(G)和兰色的LED芯片3410(B)三种LED芯片。该调制部3400通过分别独立地控制由电源部3344加在红色的LED芯片3410(R)，绿色的LED芯片3410(G)和兰色的LED芯片3410(B)三种LED芯片上的电压，从而控制各种颜色的相对强度，可以通过改变其混合比输出任意的颜色。例如，调制部3400对8比特的多值灰度数据进行D/A转换以控制各个LED芯片。因此，调制部3400具有分别用8比特信号以三个支路控制各个LED可独立地控制由电源部3344加在其上的电压的D/A转换器和电压调整器。另外，调制部3400不仅由电源部3344供给电源，还可以进行施加到红色LED芯片3410(R)，绿色LED芯片3410(G)和兰色LED芯片3410(B)的三种LED芯片上的电源电压的脉冲宽度及重复频率的调整，并进一步作为二值的编码的信号进行规定的编码。在这种情况下，在调制部3400中还包括有逻辑电路及脉冲发生器等电子电路。另外，还包括有储存8比特多值灰度的各色数据，或者二值编码的信号等的RAM等半导体存储器。在这些调制部3400中，将RAM等半导体存储器，逻辑电路及脉冲发生器，电压调整器等必要的电子电路等作为一个半导体集成电路芯片装入图44A所示的开关部3226中。在该半导体集成电路中可以包括微处理器。使用这些半导体集成电路，可以独立地控制为附加安全功能所必须的特定颜色光的强度或脉冲宽度、顺序等并将这些信息预先储存。

再有，在图44A所示的结构的电筒部3302的任何地方，可预先设置0-9的数字键或其它的文字输入用的键盘等，使用该0-9数字键或键盘可以输入更复杂的编码信号或密码。在这种情况下，可以将书写笔主体3301从电筒主体3302上卸下，用书写笔主体3301的笔端来操作键盘。该键盘等可设计成例如，图44A所示的笔夹3230。

另一方面，有关本发明的第二十二实施例的加锁开锁系统的信号接收部3305由红色波段的半导体光检测器3051(R)，绿色波段的半导体光检测器3052(G)，兰色波段的半导体光检测器3053(B)的并连电路构成。作为这些半导体光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)可以使用具有同红色的LED芯片3410(R)，绿色LED芯片3410(G)和兰色LED芯片3410(B)的各个完全相同的光学本征能量的半导体材料构成的光电二极管3051(R)，3051(G)，3053(B)。即，通过将发光元件的光学本征能量和接收元件的光学本征能量作得相等，可得到具有波长选择性的最高灵敏度的光检测。

因为在光检测器(光电二极管)3051(R)，3052(G)，3053(B)中，只要不输入具有禁带宽度以上的能量的光就没有电流流过，在输入同禁带宽度相同能量的光的情况下，由于增加波长共振效应，使其检测灵敏度极高。这时，作为光电二极管3051(R)，3052(G)，3053(B)，也可以将同红色LED芯片3410(R)，绿色LED芯片3410(G)及兰色LED芯片3410(B)完全相同的LED加上反偏压使用。另外，作为光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)也可以使用由禁带宽度同LED完全相同的半导体材料构成的APD。再有，作为光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)也可以使用由具有同红色LED芯片3410(R)，绿色LDE芯片3410(G)及兰色LED芯片3410(B)完全相同的禁带宽度的半导体材料构成的光电晶体管。再有，若将光电晶体管以达林顿连接构成，则可实现更高灵敏度的检测。

而且，锁紧机构3306还具有电平判定器3611，3612，3613，波形整形电路(或者A/D转换器)3621，3622，3623。即，各色光的光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)的输出端分别同电平判定器3611，3612，3613连接，电平判定器3611，3612，3613的输出端同波形整形电路(或者A/D转换器)3621，3622，3623连接。而且，只有在各个光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)的输出达到规定的电平时，波形整形电路3621，3622，3623输出双值或多值的输出。由波形整形电路3621，3622，3623分别输出例如，8比特的多值灰度数据。而且，用比较器3631同储存在RAM3632中的8比特的各色的多值灰度数据进行比较，只要确认一致时就驱动锁紧驱动装置3640实现开锁动作。或者，若用比较器3631确认不一致时，锁紧驱动装置3640仍维持加锁状态(锁紧状态)。另外，开锁动作后使用适当的定时器等在经过一定的时间后可自动地加锁，光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)再次检测规定的光输入，当比较器3631再次确认同储存在RAM3632中的8比特多值灰度数据一致时，可使锁紧驱动装置3640实施开锁动作。

在上述中，若使用具有同红色LED芯片3410(R)，绿色LED芯片3410(G)及兰色LED芯片3410(B)的各个都完全相同的禁带宽度的半导体材料构成的光电二极管3051(R)，3052(G)，3053(B)，说明其可进行具有波长选择性的最高灵敏度的光检测。但须注意红色LED芯片3410(R)，绿色LED芯片3410(G)及兰色LED芯片3410(B)的各个的发光的定时。即，用红色(R)的光，在绿色的半导体光检测器3052(G)及兰色的半导体光检测器3053(B)中没有电流流过，但由于绿色(G)的光比红色(R)的光能量高，用绿色(G)的光，则红色的半导体光检测器3051(R)中有光电流流过。另外，若使用能量最高的兰色(B)的光，由于红色的半导体光检测器3051(R)及绿色的半导体光检测器3052(G)中都有光电流流过，从而使信号处理变得复杂。为了防止这种情况，方法之一是使用红色(R)，绿色(G)的带通滤波器，但装置又复杂化。最简单而有效的方法是使红色的LED芯片3410(R)，绿色的LED芯片3410(G)，及兰色的LED芯片3410(B)分别单独发光，选择LED的驱动脉冲的定时及其脉冲宽度，使其相互没有重叠，从而可使发光定时相互错开。这样，通过发光定时的选定，可实现具有波长共振效应的高灵敏度的检测。

或者，可以采用按照红色(R)，绿色(G)，兰色(B)的顺序错开定时而使其重叠，求光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)的输出的微分变化的方法，或者相反，按兰色(B)，绿色(G)，红色(R)的顺序错开定时而使其重叠，求光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)的输出的微分变化的方法。

这样一来，特定的个人各自自由地选择RGB的强度并将其强度比作为加锁开锁系统的必要信息(个人识别信息)，就可以建立其它人绝对不能开锁的安全系统。RGB强度的组合若选择多值灰度的比特数，由于其数量可达到近乎无限，可供极多的人用于许多机器。该加锁开锁系统的必要信息(个人识别信息)可以预先储存在内置于图44A所示的开关部3226的RAM中，可以每次使用0-9的数字键等输入。或者，设置复位装置，可以随时变更开锁信息，使其只将最新的编码信号予以储存。

发光定时的选定可采用种种方案。最简单的选定方法是按照R，G，B的顺序使其各自单独发光而互不重叠。这时，信号发送部3304及锁紧机构3306中，预先选定共同的时钟脉冲频率，根据其时钟脉冲频率，可以按顺序发光。就锁紧机构3306方面而言，根据时钟脉冲频率打开光检测起动脉冲进行同步检测，可以避免杂波成分或杂散光的影响。而且，最好，将按R，G，B的顺序发光作为一个循环，重复该R，G，B的循环规定的循环数，可以用累加器等求得其积分值。这样，将R，G，B；R，G，B；……这样单纯的重复，重复规定的循环数，采用以其积分值确认同个人识别信息(加锁开锁系统的必要信息)是否一致的方法，即使在因太阳光而使杂散光成分很多的环境中，也可以以更高的精度和高的可靠性进行光检测。这时，用比较器3631将经规定的重复循环数后的积分值同储存在RAM3632中的8比特多值灰度数据进行比较，以便确认其是否一致。此处，所谡“规定的循环数”可以是一次循环，循环数可根据直射日光是否存在等使用环境，LED的输出，半导体光检测器的灵敏度等的不同予以选择。

另一方面，使用选择LED的驱动脉冲定时的方法，也可以生成个人识别信息(加锁开锁系统的必要信息)。例如，分别自由地选择定时使其为：A先生为RRBGBR，RRBGBR，RRBGBR，……，B先生为BRBRGG，BRBRGG，BRBRGG，……，C先生为GGGGBR，GGGGBR，GGGGBR，……，也可以将该发光顺序作为个人识别信息(加锁开锁系统的必要信息)。

这时，将作为对象的特定的被加锁物以外的其它多个个人识别信息的编码排成序列，也可使其按序列发光。例如，同一个人要打开正门的门锁，多个房间的门锁，多辆汽车的门锁，多张桌子的抽屉锁，多台家具的抽屉或门锁，印鉴箱或小件箱的盖锁，保险柜的门或盖等容器的锁。这时，可以将这些多个正门的门锁，多个房间的门锁等许多开锁的编码预先储存在内置于手持器具中的RAM半导体存储器中。而且，将记录了这些个人识别信息的编码的各色的发光连续地进行排序，锁紧机构3306同内置于该锁紧机构3306的ROM中所记录的个个识别信息进行比较，只要对其中的一个确认一致，就可使该被加锁物开锁，而不必花工夫由许多钥匙之中找出该特定的钥匙。另外，也不必到处带着许多钥匙。

再有，也可以选定各种颜色的脉冲宽度将其作为个人识别信息。在选定脉冲宽度时，在信号发送部3304及锁紧机构3306中，预先选定共同的时钟脉冲频率，可以将该时钟脉冲频率作为基准，选择脉冲宽度。即，若根据时钟脉冲频率打开光检测的起动脉冲进行同步检测，可避免杂波成分及杂散光的影响。但是，很显然，在杂波成分或杂散光的影响极小的使用环境下，可同时钟频率的选择没有关系。再有，用于普通信息处理系统中的各种编码技术对于各种颜色(各个信道)分别都能适用，也可进一步用全部颜色将它们组合实施。

再有，图49所示的有关本发明的第二十二实施例的加锁开锁系统虽然表示的是接近于与图48B相对应的信号发送部3304和信号接收部3305时的例子，但不受这个例子的限定。例如，很显然，如图48A所示的情况，用平行光或者聚集一定焦点距离的光照射位于远处的信号接收部3305的方式也都能适用。这时，可以将书写笔主体3301由电筒部主体3302卸下，使电筒部主体3302的体积型透镜20露出，使用由该体积型透镜20的表面发出的光。

当用平行光或聚集一定焦点距离的光照射远处时，输入半导体光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)的光强度可随距离而变。但是，有关本发明的第二十二实施例的加锁开锁系统中，不是将输入半导体光检测器3051(R)，3052(G)，3053(B)中的光强度的绝对值作为必要的信息进行检测，由于是检测各种颜色的相对强度比，即使距离变化，必要信息的可靠性不会丧失。第二十三实施例

再者，在第二十实施例中说明的书写笔不过是本发明的手持器具的例子的一部分，而并不限定本发明。图44A所示的结构中，在储墨管3215的位置，若设置进行挤出运动或者扭转运动的固体物(红色柱)，也可构成化妆品(柱形口红)。使用本发明，同44A相同，通过在导引部的端部设置光分散部，由于不只是在咀的局部而是可以在整个面部的大范围内照明，是非常方便的。还可以构成化妆笔。飞机的客仓乘务员等在特定的情况下，有时需在暗处矫正自己的化妆，在这种情况下，带本发明的照明部的化妆器具是方便的。尤其是，由于带本发明的照明部的化妆器具可以使用白色光，可在暗处进行同白天相同的具有自然感觉的化妆。再有，本发明的手持器具还可适用于图50所示的解锥以及未予图示的扳手等各种手工工具。图50所示的解锥，其工具主体3311和电筒部主体3302可以自由装拆。由导引部3211构成的手持轴部(柄)3210D具有圆筒形的空心部，在该空心部装有由金属棒构成的解锥轴(中心轴部)3115，导引部3211和解锥轴3115相互之间用轴锁档3116牢固地固定。另外，导引部3211的前端部作成凸形状，构成聚光部3211B，在作业时解锥轴3115的前端部(头部)可以实现效率良好的局部照明。例如，将工具主体3311由电筒主体3302卸下，仅将手工工具主体3311收装于工具箱中，而将电筒主体3302用另外的方法携带于上衣胸部衣袋中，工具箱的加锁、开锁可使用以另外的方法携带的由电筒主体3302的体积型透镜的表面发出的光。图50中，为了使其易于用力，将电筒主体3302的头部增大，但同图44A同样的，若在电筒部腔体3223的另一端的外周安装携带夹，则对于平时将电筒部主体3302携带于例如工作服的衣袋中是很方便的。第二十四实施例

图1中，体积型透镜20具有由凹状的第一弯曲面构成的容纳部6，及由凸状的第二弯曲面构成的出射面3。但是，图1仅是例子，根据目的的不同，第一弯曲面及第二弯曲面可以采用各种形状。

图51作为本发明的第二十四实施例，表示具有由凹状的第二弯曲面构成的出射面3的体积型透镜21。若使用如图51所示的凹状的第二弯曲面，由于光变得倾向于分散，在背照光(间接照明系统)中可以得到良好的均匀性。

另外，即使在如第四实施例中说明的图14A及图14B所示的带背面镜的构造，或者如第五实施例中说明的图20所示的带背面镜的构造等中，根据目的的不同，其弯曲面也可以采用各种形状，也可以是由具有凹状的第二弯曲面构成的发光面的体积型透镜。当在顶部(发光面)使用凹状的弯曲面时，由于光变得倾向于分散，可以得到最适用于背照光(间接照明系统)的均匀性。

但是，在第二弯曲面为凸状的情况下，为了确保照度的均匀性，应当重视用(5)式及(6)式表示的第一弯曲面的凸出量Δ。第二十五实施例

日本的交通事故有逐年增加的倾向。其中，有关自行车的事故件数约占3％。在自行车事故中，尤其显著的是在晚上由于“不开灯骑行”的事故。虽然自行车用灯的安装率接近100％，但其开灯率却远低于20％。其原因是安装在自行车上的灯的大部分都是发电机(动力式)：1)灯一打开，脚踏就变重，脚上的负担就增加。2)发电机和车轮接触时发出令人不快的声音。3)在道路上一有水坑或泥泞，发电机使水及泥飞溅，弄脏衣服。4)使用发电机，由于自行车的速度一降低灯就变暗等原因，没有灯火情况下照样行走的人多。夜晚不开灯的自行车和汽车(或者对步行者)发生事故的情况下，可以看到自行车方面具有责任的情况居多，可以追究自行车骑车人的责任。根据这种情况，人们盼望电池式的小型、轻便而且明亮的照明器具。另外，作为自行车用灯所要求的是既要有足够的亮度电池的寿命又要长。为了延长电池的寿命，最好使用耗电量小的光源。就这点而言可以使用LED。但是，LED通常照度不足。在本发明的第二十五实施例中，对使用LED而且可得到足够亮度的发光体予以说明。

图52是表示有关本发明的第二十五实施例的发光体的模式的剖面图。如图52所示，有关本发明的第二十五实施例的发光体至少由以下几部分构成：发出规定波长的光的多个光源(第1至第4光源)1a-1d，分别独立容纳该第1至第4光源1a-1d，大体上完全覆盖各个主发光部的体积型透镜26。为了分别独立地容纳第1至第4光源1a-1d，在体积型透镜26上并列设置了多个独立的井式凹部(第1至第4凹部)6a-6d。

井式的第1至第4凹部6a-6d由以下几部分构成：分别独立的第1至第4入射面2a-2d，将该第1至第4入射面2a-2d作为凹顶部，同凹顶部连接形成的，相互独立的第1至第4凹部的侧壁5a-5d。将由多个入射面2a-2d入射的多束光射出的出射面3由单一的弯曲面构成。透镜主体4将第1至第4入射面2a-2d和出射面3连接。该透镜主体4相对于由光源发出的光的波长由透明材料构成。

第1至第4光源1a-1d是例如，最大处的直径(外径)为Ф2-3mm的弹丸型LED。体积型透镜26是断面如图52所示的将半圆锥体切去一定厚度的形状。当考虑式(1)的条件时，半圆锥体的上下平坦面之间的厚度最好是第1至第4光源1a-1d的外径的3倍以上。设置在体积型透镜26中的第1至第4凹部6a-6d的各自的第1至第4凹部侧壁5a-5d作成直径(内径)为Ф2.5-4mm的圆筒形(井式形状)，使其可以容纳第1至第4光源(弹丸型LED)1a-1d的主发光部。虽然图示予以省略，但为了固定第1至第4光源1a-1d和体积型透镜26，在第1至和第4光源1a-1d和第1至第4凹部6a-6d之间分别插入厚度为0.2-0.5mm左右的衬垫。半圆锥体型体积型透镜26的宽度可以根据有关本发明的第二十五实施例的发光体的使用目的进行选择。因此，既可以在φ30mm以下，也可以在φ100mm以上。另外，在图52中，虽然表示的是4个光源1a-1d，但光源的数目既可以在5个以上，也可以在3个以下。但是，若是自行车用，3至5个左右已经足够。另外，在图52中，虽然是在同一个水平面上，是将4个光源1a-1d布置在一维方向上的构造，但也可作成双层结构，即在上层布置第1及第2光源1a，1b，在下层布置第3及第4光源1c，1d的二维布置构造。再有，可以同第二实施同样地对第1至第4光源1a-1d分别设置第1至第4背面镜。为了用更少个数的光源1a，1b，1c，……得到明亮的照明，最好将光源1a，1b，1c，……布置的间距取为光源1a，1b，1c，……的外径的3倍左右。另外，位于两端的光源的外侧的透镜主体4的厚度最好大于光源的外径。该条件大体上是与式(1)相对应的条件。

用于自行车用灯或手电筒之类的照明目的，如第一实施例中所说明的，最好使用为人的眼睛感到自然的白色LED。白色LED如第七实施例中所说明的那样，可以采用将RGB三片LED芯片纵向叠层在一个封装内或者相互接近布置的构造。即，在弹丸型的树脂封装物的内部可以准备分别安装了RGB三片LED芯片的第1至第4白色LED。而且，为了可以对第1至第4白色LED分别施加规定的电压，可装入电池盒和该电池盒中的电池(例如普通3号电池)从而制成自行车用灯。该自行车用灯不用说可以预先设置用于安装在自行车的车把等上的附件。该自行车用灯可作成将作为第1至第4光源1a-1d的第1至第4白色LED的电极分别连接到该电池的阳极及阴极上的构造。其结果，可提供结构简单、制造成本低的自行车用灯及手电筒。该自行车用灯及手电筒经长时间的稳定性和可靠性优良，尤其是由于其耗电量小，电池的寿命极长。

在第1至第4光源1a-1d和体积型透镜26的第1至第4凹部6a-6d之间在各个界面反射的光的成分经多次反射而成为杂散光成分。现有公知的透镜等的光学系统中，这些杂散光成分不能集中起来以便对照明发挥作用。但是，在本发明的第二十五实施例中，这些杂散光成分由于被封闭在第1至第4凹部6a-6d的内部，最终，可成为能对照明发挥作用的成分。这样，在本发明的第二十五实施例中，由于第1至第4光源几乎完全被封闭在体积型透镜26的第1至第4凹部6a-6d，包括由第1至第4光源1a-1d发出的杂散光成分的所有输出光都能对照明作出有效贡献。

这样一来，若使用有关本发明的第二十五实施例的发光体，可以确保作为自行车用灯可以使用的具有所要求的平行性的光束，而且可以方便地得到所要求的照度。该照度是使用现有公知的透镜等光学系统所不可能达到的照度。这样，若使用有关本发明的第二十五实施例的发光体，以如图52所示的简单结构就能实现按现有的技术常识完全不可予测的照度。

作为有关本发明的第二十五实施例的发光体所使用的体积型透镜26，可以使用第一实施例中所述的透明塑料材料，玻璃材料，结晶性材料等，也可以使用含有有色树脂或荧光材料的树脂等。其中，丙烯酸树脂及聚氯乙烯树脂等热塑性树脂是适于大量生产体积型透镜26的材料。作为第1至第4光源1a-1d，除了LED外，也可以使用卤素灯等白炽灯，或小型放电管，无极放电灯等其它光源。当考虑卤素灯等的发热时，在光源伴随发热的情况下，体积型透镜26最好使用耐热性光学材料。作为耐热性光学材料，最好为石英玻璃，兰刚玉玻璃等耐热玻璃。或者，也可以使用聚碳酸酯树脂等耐热性树脂等的耐热性光学材料。还可以使用ZnO，ZnS，SiC等结晶性材料。

为了防止因不开灯骑行引起的交通事故，可设置亮度传感器，只要一变暗就可自动地开灯。但是，为了使电池的寿命更长，可在鞍座及(或)脚踏处设置加力传感器，可以使其仅在骑行时开灯。即，设置亮度传感器的信号和加力传感器的信号逻辑积(AND)电路，可以使其仅在暗而且骑行时自动开灯，加力传感器的信号一消失就自动灭灯。第二十六实施例

如已经说明的那样，在有关本发明的第一实施例中，通过使用体积型透镜20显示出，对于光源(LED等)本身不用施加一点人工操作，就可很容易地实现光的发散，光的聚集等光路的变更以及焦点的变更等，具有明显有利的效果。再有，如图53所示，若在第1体积型透镜20的外侧配置第2体积型透镜23，进而在第2体积型透镜23的外侧配置第3体积型透镜24，就可以将树脂膜压成形的LED1的光的光束直径扩大而使其达到更广的照射面积。第2体积型透镜23同第1体积型透镜20同样由对光的波长为透明材料构成，并具有为容纳第1体积型透镜20的第2容纳部。第2容纳部的凹顶面成为入射面(第3弯曲面)，与第3弯曲面相对的第4弯曲面作为出射面。另外，第3体积型透镜24具有为容纳第2体积型透镜23的第3容纳部。第3容纳部的凹顶部成为入射面(第5弯曲面)，与第5弯曲面相对的第6弯曲面成为出射面。

如图53所示，在本发明的第二十六实施例中，LED1用具有第1折射率n1的环氧树脂等透明材料14横压成形。而且，具有第3折射率n2的第1体积型透镜20经具有第2折射率n。的空气容纳LED1。再有，具有第4折射率n3的第2体积型透镜23经具有第2折射率n。的空气容纳第1体积型透镜20。而且，具有第5折射率n4的第3体积型透镜24经空气容纳第2体积型透镜23。也可以经除空气以外的其它流体或流动物将LED1，第1体积型透镜20及第2体积型透镜23容纳于各自的容纳部6中。另外，光路设计可作成使第3折射率n2，第4折射率n3或第5折射率n4顺序增大或者顺序减小。

如本发明的第二十六实施例那样，若将光束直径作得过宽，由于照度降低，对用作手电筒来说是不安适宜的，但却适用于需要均匀照明的背照光(间接照明系统)。即，若将通常的LED用作背照光(间接照明系统)，LED的发光点以点状变得明亮、亮度的波动也显著，因而，如图53所示，若将光束直径扩大到50-100mm，可以得到均匀的背照光照明。

再者，也可以在第四实施例中说明的带背面镜31的体积型透镜(第1体积型透镜)25的外侧配置第2体积型透镜，进而，在第2体积型透镜的外侧配置第3体积型透镜，……。若这样，可以将封装LED1的光的光束直径扩大到更宽的照射面积。第2体积型透镜同第1体积型透镜25同样由对光的波长为透明的材料构成，而且具有为容纳第1体积型透镜25的凹部和由弯曲面构成的发光面。另外，第3体积型透镜有以预先作成具有为容纳第2体积型透镜的凹部。第二十七实例

图54是表示有关本发明的第二十七实施例的受光体的模式的剖面图。如图54所示，有关本发明的第二十七实施例的受光体至少由以下几部分构成，即：检测规定波长的光的Pin光电二极管几乎完全覆盖的体积型透镜20。而且，该体积型透镜20具有由第2弯曲面构成的入射面(第2透镜面)3。由透镜主体的底部向顶部形成为容纳光检测器(光电二极管)的受光部的凹部6。该凹部的凹顶构成第1弯曲面。由入射面(第2透镜面)3入射的光由将凹部的凹顶作为出射面(第1透镜面)2出射。而且，由出射面(第1透镜面)2射出的光入射并聚集在光检测器的受光部。图54的光检测器至少由以下几部分构成：配置在与第一管脚11连接成一体的底板上的光电二极管芯片9，和与第一管脚11成对的第二管脚12。

体积型透镜20的容纳部6的侧壁部作成直径(内径)为φ2.5-4mm的圆筒形使其可容纳光检测器，虽然图示予以省略，但为了固定光检测器和体积型透镜20，在光检测器和体积型透镜20的容纳部6之间，插入厚度为0.25-0.5mm左右的衬垫。该衬垫可以设置于除了光检测器的主受光部之外的位置，即图54中光电二极管芯片9的底面的左方。体积型透镜20除了具有由凸状的第2弯曲面构成的入射面(第2透镜面)3的顶部外为圆柱形。该体积型透镜20的直径(外径)是φ10-30mm。体积型透镜20的直径(外径)可以根据有关本发明的第二十七实施例的受光体的使用目的的选择。因此，既可以在φ10mm以下，也可以在φ30mm以上。

再有，用图1所示的发光体和有关本发明的第二十七实施例的受光体可以构成光信息系统。发光体同第一实施例中所述的同样，由以下几部分构成：具有第1顶部3，第1底部及第1外周部的大型的第1透镜主体4，设置在由第1底部向第1顶部的第1透镜主体4内部的井式的第1凹部6，容纳在该第1凹部6中发出规定波长的光的光源1(参照图1)。另一方面，受光体如图54所示，由以下几部分构成，具有第2顶部3，第2底部及第2外周部的大型的第2透镜主体4，由设置在由第2底部向第2顶部3的第2透镜主体4的内部的井式的第2凹部6构成的体积型透镜，容纳在该体积型透镜的第2的凹部6中检测规定波长的光的光检测器9。第1凹部6的凹顶部作为第1入射面，第1顶部3作为第1出射面发挥作用，第2顶部3作为第2入射面，第2凹部6的凹顶部作为第2出射面2发挥作用。

在有关本发明的第二十七实施例的光信息系统中，最好使用发光时发热作用少的LED等半导体发光元件，在体积型透镜的凹部(容纳部)的内部，即使在容纳有光源的情况下，不会因其发热作用而对体积型透镜产生热的影响，即使长期工作也可维持其可靠性和稳定性。另外，如已在本发明的第1实施例中所述，可以以高效率发出光信号。另一方面，受光体同发光体以相反的过程到达光检测器，可使光检测达到极高灵敏度。同图49相同，使用调制部调制容纳于第1透镜主体4内部的光源1，很显然可使其发出规定的模拟或者数字信号。

有关本发明的第二十七实施例的光信息系统，除光通信外，可使用第二十二实施例中说明的安全系统。其它实施例

如上所述，虽然用第1至第27实施例对本发明作了进一步说明，但作为该公开的一部分的说明及附图不应理解为是对本发明的限定。通过这些公开的内容本行业的技术人员将更加清楚各种代替实施例及运用技术。

例如，本发明的体积型透镜的出射面3可以由如图55所示的同心圆状的弯曲面3f₁，3f₂，3f₃，3f₄，……构成的菲涅尔透镜。或者，也可以是具有多个曲率的面或者鱼眼透镜的构造。构成鱼眼透镜的各个透镜可以这样构成，即：使装于凹部内部的多个圆片型LED的每一个1对1地相对应。更具体的，可以设置与多个圆片型LED的各个相对应的高折射率区域，而导出对应的各个出射面3。这样的构造可以通过将塑料制光纤熔融来制造。

另外，在上述的第1至第4实施例的说明中，对在LED和体积型透镜的容纳部6之间插入衬垫将LED同体积型透镜固定的情况进行了说明，但不用说，也可以用粘结剂，弹簧或夹紧机构等其它方法固定。再有，也可以将LED1的外径2r_LED和容纳部6的内径2r作得大致相同将其镶入。再有，体积型透镜20-29等的外侧形状不必在光学上是平坦的。也可以如晶体玻璃那样设置细的凹凸。若设置细的凹凸，由于输出光向四面八方发散，适合于背照光照明或者间接照明的情况。

这样，不用说，本发明包含了在此处没有记载的各种实施例等。

本发明的体积型透镜可以适用的照明器具除了手电筒以外，还可适于用作以下照明器具的发光体，即：手提式个人电脑，字辞处理器，小型电视，车载电视等液晶显示装置的照明器具(背照光)。另外，本发明的体积型透镜，发光体，照明器具也可适用于包含间接照明的各种电气制品等。另外，由于可以将多个发光体组合起来构成局部照明装置等，可以利用在照明装置的领域。尤其是可以将从来未予利用的半导体发光元件用在照明装置的领域。另外，以使用了本发明的体积型透镜的发光体和受光体中，通过构成光信息系统，可将其用于光通信或安全系统等领域。

Claims (26)

1、一种体积型透镜，其特征在于：它由具有顶部，底部及外周部的体积型透镜的主体，和设置于由上述底部向上述顶部的上述透镜主体内部的井式的凹部构成，上述凹部的凹顶部作为第1透镜面，上述透镜主体的顶部作为第2透镜面，上述凹部的内部作为光源或者光检测器的容纳部发挥作用。

2、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：上述透镜主体的外周部的外径为上述凹部的内径的3倍以上，10倍以下。

3、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：当将上述第2透镜面的曲率半径设为R，上述体积型透镜的光轴方向上测定的全长设为L，上述体积型透镜的折射率设为n时，应满足以下关系式：0.93＜K(R/L)＜1.06K＝1/(0.35 n-0.168)

4、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：当将上述凹部的凹顶部的上述第1透镜面的突出量设为△，上述透镜主体的外周部的外径设为2Ro时，应满足以下关系式：0.025＜△/Ro＜0.075

5、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：在上述透镜主体的底部还设置有背面镜。

6、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：在上述透镜主体的内部，还并列设置其它的井式的凹部。

7、根据权利要求1所述的体积型透镜，其特征在于：上述透镜主体具有可挠性或弯曲性。

8、一种发光体，其特征在于：它由发出规定波长的光的光源，具有顶部，底部及外周部的体积型透镜主体和由设置在上述底部向上述顶部的上述透镜主体内部的井式的凹部构成；上述凹部的凹顶部作为入射面，上述透镜主体的顶部作为出射面发挥作用，在上述凹部的内部容纳上述光源。

9、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：上述透镜主体的外周部的外径是上述凹部的内径的3倍以上，10倍以下。

10、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：当将上述出射面的曲率半径设为R，在上述体积型透镜的光轴方向测定的全长设为L，上述体积型透镜的折射率设为n时，应满足以下关系式：0.93＜K(R/L)＜1.06K＝1/(0.35n-0.168)

11、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：当将上述凹部的凹顶部的上述入射面的突出量设为△，上述透镜主体的外周部的外径设为2Ro时，应满足以下关系式。0.025＜△/Ro＜0.075

12、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：在上述透镜主体的底部还设置有背面镜。

13、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：还具有并列设置于上述透镜主体的内部的其他的井式凹部和容纳于这些其它的井式凹部中的其它的光源。

14、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：上述光源由树脂模压成形的LED构成。

15、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：上述光源由多个LED芯片构成。

16、根据权利要求8所述的发光体，其特征在于：上述透镜主体具有可挠性或弯曲性。

17、一种照明器具，其特征在于：它由电源部，同该电源部连接的光源，具有顶部，底部及外周部的体积型透镜的透镜主体，设置在由上述底部向上述顶部的上述透镜主体内部的井式凹部构成；上述凹部的凹顶部作为入射面，上述透镜主体的顶部作为出射面发挥作用，在上述凹部内部容纳有上述光源。

18、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：在上述透镜主体的底部，还设置有背面镜。

19、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：还具有并列设置于上述透镜主体内部的其它的井式凹部和容纳于其它的这些井式凹部中的其它的光源。

20、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：上述光源由树脂模压成形的LED构成。

21、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：上述光源由多个LED芯片构成。

22、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：还具有同上述电源部连接的其它的光源和具有容纳其它的这些光源的其它的体积型透镜主体。

23、根据权利要求17所述的照明器具，其特征在于：上述透镜主体具有可挠性或弯曲性。

24、一种光信息系统，其特征在于：该光信息系统由发光体和受光体构成；该发光体由以下几部分构成：具有第1顶部，第1底部及第1外周部的大型的第1透镜主体，设置在由上述第1底部向上述第1顶部的上述第1透镜主体内部的井式的第1凹部，和容纳于该第1凹部中的发出规定波长的光的光源；该受光体由以下几部分构成：具有第2顶部，第2底部及第2外周部的大型的第2透镜主体，设置在由上述第2底部向上述第2顶部的上述第2透镜主体内部的井式的第2凹部，容纳于该第2凹部中的检测上述规定波长的光的光检测器；上述第1凹部的凹顶部作为第1入射面，第1顶部作为第1出射面发挥作用，上述第2顶部作为第2入射面，上述第2凹部的凹顶部作为第2出射面发挥作用。

25、根据权利要求24所述的光信息系统，其特征在于：上述第1透镜主体的外周部的外径是上述第1凹部的内径的3倍以上，10倍以下；上述第2透镜主体的外周部的外径是上述第2凹部的内径的3倍以上，10倍以下。

26、根据权利要求24所述的光信息系统，其特征在于：在上述第1透镜主体的底部还设置有背面镜。

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