CN1402884A - 光学装置和使用该光学装置的机器 - Google Patents

Abstract

在密封发光元件(12)的模制树脂(13)的前侧面形成下列区域：用于将发光元件(12)发出的光直接向外射出的直接射出区域(18)，和用于将从发光元件(12)发出的光全反射的全反射区域(19)。直接射出区域(18)具有凸透镜形状。在模制树脂(13)的后面提供具有凹面镜形状的光反射部分(20)。当一部分从发光元件(12)发出的光穿过直接射出区域(18)时，该光受到透镜的作用而射向前方。而另一部分从发光元件(12)发出并被全反射区域(19)全反射的光进一步被光反射部分(20)反射，以穿过全反射区域(18)向前射出。

Description

光学装置和使用该光学装置的机器

技术领域

本发明涉及光学装置和使用该光学装置的机器。更具体地，本发明涉及下列装置或机器：具有诸如发光二极管的固体发光元件的发光源；具有诸如光敏二极管、光敏晶体管、光电变换器(太阳能电池)的光检测器的光接收器；使用该发光源和该光检测器的光学器件；包含该发光源、该光接收器和该光学器件的光学装置。并且，本发明涉及光射出方法、光射入方法以及上述光学装置的制造方法。另外，本发明涉及使用光学装置的光电传感器、自发光装置、显示装置和用于车载光源和室外显示装置的光源。

背景技术

在将发光二极管密封于模制树脂(mold resin)内的常规发光源中，发光二极管射向其前方的光会从发光源发出，但从发光二极管斜向发出的光被模制树脂全反射，并在外罩的内壁发生散射而造成损失，从而导致光效率低下。

迄今为止，已在日本专利特开平1-143368公报中公开了发光源，在该发光源中，可以使斜向发出的光有效地射出。图1为该发光源的断面图，该发光源包含：发光二极管1、透明玻璃基板2、引线架3和4、连接线5、光反射元件6和由光学透明树脂制成的模制树脂8。在透明玻璃基板2的背面配置引线架3和4，并且在引线架3的背面安装发光二极管1，以该发光二极管通过接合线5与引线架4相连。光反射元件6的光反射面7通过多个平面表面形成多面体形状。

在这种常规发光源中，光从发光二极管1背侧面射出，以被反射面7反射并通过模制树脂8和透明玻璃基板2向前射出。具体地，从发光二极管1斜向射出的光被反射面7反射后，通过模压8和透明玻璃基板2向前射出，由此提高光利用效率。

但这种常规发光源具有如下缺点：被光反射元件反射的光在向前射出时被发光二极管和引线架遮住，从而产生这些元件的光影并降低光轴中心附近的光的效率，在该光轴中心处应提供最大量的光。并且，在从发光源射出的光的方向特性中，由于在光轴中心附近存在暗度，当其用作显示的光源时外观不佳，并且使其视觉效果不佳。

图2为另一种常规发光源结构的侧视断面图，其中，诸如LED片(LED chip)的发光二极管1模片键合于引线架3的前缘，以通过密封于透明模制树脂8中的接合线5与另一引线架4连接。在模制树脂8的前面(树脂界面)配置透镜部分9，并使其与发光二极管1的光轴一致。

在图2所示的这种常规发光源中，未将发光二极管1置于引线架3后面，并且从发光二极管1中发出的光在没有遮挡的情况下通过透镜部分9向前射出。

但在这种常规发光源中，仅有从发光二极管1发出并射向前方的光用于向外射出，由此降低了光的利用效率。并且，一个发光源变成所谓的点光源，所以不能将发光区域放大。

(光检测器)

例如，随着对受光量的要求的增加，用作传感器的光电二极管在灵敏度方面有所改善，并且随着对受光量的要求的增加，光电变换器增加了电能。因此，在这些光检测器中需要尽可能地增加受光量。在入射光的强度相同时，为了增加受光量，可以增加光检测器的受光区域。但是，这种增加光检测器的芯片区域的方法会降低芯片的数量，从而导致制造成本增加，该芯片可以从一个单晶片上取下。

并且，另一种方法是在光检测器的前面配置光学透镜，以将射到透镜上的光聚集到光检测器上。这种光检测器需要大的光学透镜，并且由于光检测器和透镜之间的间距而使其厚度增加，从而使得元件体积变大。

发明概述

因此，本发明的第一目的在于提供具有所需方向特性的光学装置，该光学装置诸如发光源或光接受器。

本发明的第二目的在于提高从固体发光元件发出的光的利用效率，该固体发光元件诸如发光二极管。

本发明的第三目的在于增加从固体发光元件发出的光的射出区域，该固体发光元件诸如发光二极管。

本发明的第四目的在于通过增加光接受区域的面积，增加光电二极管或光电变换器的光接受效率。

本发明的第五目的在于改善发光源和光接受器的组装精度，并使之易于制造。

本发明的第六目的在于解决从发光源发出以及使用该发光源的光学器件发出的光的视觉效果低下的问题。

根据本发明的光学装置包含：光学元件；树脂界面，该树脂界面用于将偏离光学元件的前方设定区域的光基本全反射；和光反射元件，其中，光学元件、树脂界面和光反射元件的位置关系为，在从光学元件到光学装置外部的光路上，使得光被上述树脂界面和光反射元件各反射至少一次。光学元件以下列元件为代表：诸如发光二极管的发光元件和诸如光电二极管或光电变换器的光检测元件。根据这种光学装置，在光学元件和光学装置前方之间的光路中，偏离设定区域的光被树脂界面和光反射元件反射，由此通过树脂界面和光反射器的形状可以实现所需的方向特性，并且可以实现光学装置的薄型化。

在根据本发明的第一发光源中，发光元件的位置特征在于，其被树脂覆盖，以使得在从发光元件射出的光中，偏离设定前方区域的光基本上被树脂界面反射，并且在树脂界面的后面配置光反射元件，以使之进一步反射从发光元件发出并基本被树脂界面全反射的光，使之向前射出。基本上对光进行全反射的树脂界面可以是树脂和空气之间的界面，或树脂和其它树脂或多层光反射膜之间的界面。

在该第一发光源中，基本上被覆盖于发光元件上的树脂界面全反射的光进一步被光反射元件反射，以向前射出，由此改善光的利用效率。由发光元件直接向前射出的光可以在向前射出时不会受到发光元件自身的任何阻碍，由此进一步改善光的利用效率，并在不使发光源的中心变暗的情况下改善方向特性。并且，通过改变树脂界面和光反射元件的形状，可以选择性改变从发光源发出的光的方向特性。

根据该第一发光源的第一方面，在与上述设定区域邻接的区域内，树脂界面的至少一部分与发光元件的光轴的垂直面存在偏斜。在第一方面的发光源中，从发光元件射向树脂界面和设定区域的边界的大部分光束与光轴之间的角度小于到达树脂界面的光的全反射的临界角度。通过使从发光元件到达树脂界面的光与发光元件的光轴之间存在的角度小于全反射的临界角度，从发光元件发出并以较小的角度偏离光轴的光就会被树脂界面全反射，并进一步被光反射元件向前反射，该较小的角度小于树脂界面中的临界反射角度。结果，就可以减小发光元件的设定区域中散射光的比例，并改善光的利用效率。从发光元件发出并到达树脂界面和设定区域的边界的光与光轴之间的角度不必全都小于树脂界面的光的全反射的临界角度。只要大部分光束与光轴之间的角度小于到达树脂界面的光的全反射的临界角度时，就可以实现这种效果。

根据本发明的第一发光源的第二方面，光反射元件的至少被树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，该凹面镜的焦点位于发光元件关于树脂界面的镜像位置。根据该第二方面的发光源，从光反射元件反射的光以基本平行的光向前射出。

根据该第一发光源的第三方面，在通过发光元件的光轴的一对相互垂直的剖面上，光反射元件的光反射表面的曲率分布范围存在差异。曲率分布范围的差异意味着曲率分布范围不一致，并包含以下情况：分布范围不相互交迭；分布范围部分重合但相互偏移；或一个分布范围比另一个分布范围宽。

根据第三方面的发光源，在通过发光元件的光轴一对相互垂直的剖面上，由于光反射元件的光反射表面的曲率分布范围存在差异，那么，即使从发光元件发出的光在光轴的圆周方向相同，被光反射表面反射的光的扩展会也随其方向而有不同。例如，可以根据应用，提供在光轴的圆周方向上具有不对称方向特性的发光源，诸如横向扩展的方向特性。

根据第三方面的发光源的第四方面，在发光元件前端的设定区域配置光学透镜，并且，在通过发光元件的光轴一对相互垂直的剖面上，光学透镜表面的曲率分布范围存在差异。在光反射元件中曲率的分布范围具有相同的差异。根据第四方面的发光源，光学透镜对向前发出的光进行聚集。由于透镜沿光轴具有不对称的结构，从发光元件穿过透镜向前发出的光沿光轴具有不对称的特性或不均匀的方向特性。因此，例如，根据应用情况，从发光元件的中心向前发出的光可以横向扩展。

在本发明的第二发光源中包含位于发光元件前方的发光面，该发光面与发光元件光轴的垂直面相互倾斜，这样，通过选择发光面的方向，可以避免被发光面反射的干扰光沿与发光源发光的相同方向被反射回去。从而防止如下的情况：被发光源反射的干扰光造成妨碍，或将关闭状态的发光源误认为已经打开。

在根据本发明，在发光元件前方具有发光面的第三发光源中，配置发光面，使其朝向上方，而不是朝向水平方向，并且从发光面发出的至少一部分光向较低位置射出。由于在该第三发光源中，配置发光面，使其朝向上方，而不是朝向水平方向，并且从发光面发出的至少一部分光向较低位置射出，那么，即使将使用这种发光源的机器，比如显示单元，安装在较高的位置，来自诸如下午阳光或早晨阳光的低空干扰光也不易被反射回较低位置。另一方面，由于从发光源发出的光向下射出，就可以避免显示装置不易被看到，或避免由于干扰光而错认开灯状态或闭灯状态。

根据第一发光源的第五方面，用树脂覆盖发光元件，使得在从发光元件发出的光中，偏离前面设定区域的光基本上被树脂界面全反射，并且光反射元件位于树脂表界面后面，以进一步反射从发光元件发出并基本上被树脂界面全反射的光，其中，被光反射元件反射的光在射出时与发光元件的光轴存在一定的倾斜。由于被光反射元件反射的光在射出时与发光元件的光轴存在一定的倾斜，发光方向就可以与发光源的安装方向不同。因此，通过向所需方向发光，例如向下，并沿向上方向安装发光源，就可以防止诸如下午阳光或早晨阳光阳的干扰光被发光源向下反射。在这种发光源中，与光轴存在大角度的方向的光被树脂界面全反射，并进一步被光反射元件向前反射，以从发光源向前发出，由此改善光的利用效率。

根据第一发光源的第六方面，光反射元件的至少被树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，并且发光元件的位置偏离凹面镜焦点关于树脂界面的镜像位置。光可以沿与发光源的前端存在倾斜的光轴发出，由此增加发光源的方向特性的自由度。

根据第一发光源的第七方面，提供第二光反射元件，该第二光反射元件将从发光元件侧面发出的光向前反射，其中，可以设置第二光反射元件的倾角，以使被第二光反射元件反射的大部分光可以到达树脂界面。从发光元件侧面发出的光被第二光反射元件反射，以从设定区域直接向外射出，而在与发光源的光轴大角度倾斜的方向上没有光发出。换句话说，从发光元件的侧面发出的光被第二光反射元件反射，然后到达树脂界面，使得被树脂界面全反射的光直接到达光反射元件，并且由光反射元件来控制其方向，以沿发光源的光轴方向发光。

根据第七方面的发光源的第八方面，在用来安装发光元件的引线架上配置第二光反射元件。当在引线架上配置发光元件时，可由引线架制成第二光反射元件，由此减少元件的数量。

根据第一发光源的第九方面，光反射元件的至少一部分与构成树脂界面的树脂的外周部分接触。当通过树脂成形制成发光源时，可以通过与金属铸模模腔内壁圆周部分相接触，对光反射元件进行定位，并且易于获得光反射元件的位置精度。

在根据本发明将光检测器模压入树脂内的光接受器中，在树脂的受光侧面的界面上配置光反射元件，使得它反射进入偏离光检测器前面设定区域的光，以使该进一步被树脂界面全反射，然后被光检测器接受。

在该光接受器中，进入光检测器外侧的光被光反射元件反射，并在被树脂界面全反射后进入光检测器，由此增加光接受器的受光面积，而不增加光检测器的面积，由此改善光接受器的光接受效率。并且，由光反射元件和树脂界面对光进行收集，该光反射元件位于树脂的受光侧面的界面后面，由此使得光接受器具有相对较薄的结构。

根据光接受器的第一方面，光接受器的光反射元件的至少一部分与构成树脂界面的树脂层的外围部分相接触。根据第一方面的光接受器，当通过树脂成形制造成光接受器时，可以通过与金属铸模模腔的内圆周部分相接触，对该光反射元件进行定位，并可以很容易地获得光反射元件的位置精度。

根据本发明的光学器件，该光学器件配置于发光源的前面，它包含：树脂界面，该树脂界面用于将从光源射出的光基本上全反射；和光反射元件，该光反射元件用于进一步反射由树脂界面基本上全反射的光，使之向前射出。根据该光学器件，通过使之与发光元件组合，可以得到与上述第一发光源相同的功能和效果。这种光学器件为独立于发光元件之外的单独元件，由于可以在以后的时间里将它安装到发光元件上，所以很容易进行取放操作。

除了用于发光元件，当该光学器件用于诸如电灯或荧光灯的发光源时，也可以提供相同的功能和效果。

根据本发明的第二光学器件，该光学器件位于光检测器的前面，它包含：光反射元件，用于反射从外面进入的光；树脂界面，用于进一步反射被光反射元件反射的光以使之射向光检测器上。根据第二光学器件，通过与光检测器组合，可以得到与上述光接受器相同的功能和效果。这种光学器件为独立于光检测器之外的单独元件，由于可以在以后的时间里将它安装到光检测器上，所以很容易进行取放操作。

根据各第一以及第二光学器件的第一方面，该光学器件包含位于述树脂界面的背对侧面的凹槽，以用于配置发光元件或光检测器至少其中之一。根据第一方面的光学器件，将发光元件或光检测器配置于凹座内，由此可以很容易对发光元件、光检测器或光学器件进行定位。

根据各第一以及第二光学器件的第二方面，至少一部分上述光反射元件与提供树脂界面的树脂层的外围部分相接触。根据上述各光学器件的第二方面，当通过树脂成形制造光学器件时，将光反射元件放入金属铸模的模腔的内圆周部分中，以固定其位置，由此可以很容易地获得光反射元件的位置精度。

通过如下工艺提供根据本发明的光学器件的第一制造方法：将光反射元件的至少一部分外围部分注入树脂，该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面相接触。其中，该光学器件包含：具有树脂界面的树脂层，该树脂界面用于将偏离发光元件前方设定区域的光基本上全反射；光反射元件，该光反射元件用于使基本上被树脂界面全反射的光向前射出。

根据本发明的光学器件的第一制造方法，可以制造第一光学器件，并且该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面上相接触，以固定其位置，由此可以很容易地获得光反射元件的位置精度。

通下如下工艺提供根据本发明的光学器件的第二制造方法：将光反射元件的至少一部分外围部分注入树脂，该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面相接触。该光学器件包含：光反射元件，该光反射元件用于反射进入偏离光检测器前方设定区域的光；具有树脂界面的树脂层，该树脂界面用于基本上全反射被光反射元件反射的光。

根据本发明的光学器件的第二制造方法，可以制造第二光学器件，并且该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面上相接触，以固定其位置，由此可以很容易地获得光反射元件的位置精度。

在根据本发明的发光方法中，在从发光源发出的光中，偏离设定前面区域的光基本上被树脂界面全反射，并且基本上被树脂界面全反射的光在被配置于树脂界面后面的光反射元件反射后向前射出。根据该发光方法，在发光源发光的光路上，偏离设定区域的光被树脂界面和光反射元件反射，因此，通过树脂界面和光反射元件的结构，可以实现所需的方向特性。

在根据本发明的光入射方法中，在从外面射入的光中，偏离光检测器前方设定区域的光基本上被光反射元件全反射，并且被光反射元件反射的光进一步被树脂界面全反射，以射入光检测器。根据该光入射方法，在射入光检测器的光路上，偏离设定区域的光被树脂界面和光反射元件反射，因此，通过树脂界面和光反射元件的结构，可以实现所需的方向特性。

可以将根据本发明的发光源和光接受器用于各种不同的装置。例如：根据本发明的光电传感器包含光接受器和投光元件，该光接受器使用根据本发明的光电变换器作为光检测器，其中，从投光元件发出的光或从投光元件发出并被物体反射的光被光接受器检测。根据本发明的自发光装置包含：光接受器；用于储存由光接受器产生的电能的充电器；和光接受器，该光接受器使用根据本发明的光电变换器作为光检测器。通过对多个根据本发明的发光源和多个根据本发明的光学器件进行排列而构成根据本发明的显示装置。通过对根据本发明的多个发光源或多个根据本发明的光学器件进行排列而构成根据本发明的车载光源。通过对根据本发明的多个发光源或根据本发明的多个光学器件进行排列而构成根据本发明的室外显示装置。

可以对上述结构的元件尽可能地任意组合。

附图说明

图1为常规发光源的断面图。

图2为另一种常规发光源的断面图。

图3为根据本发明的第一优选实施例的发光源的的断面图。

图4表示图3中的发光源和从该发光源射出的光的光量分布，以及常规发光源的光量分布。

图5为根据本发明的第二优选实施例的发光源的断面图。

图6为根据本发明的第三优选实施例的发光源的断面图。

图7为根据本发明的第四优选实施例的发光源的断面图。

图8为根据本发明的第五优选实施例的发光源的断面图。

图9为图8中发光源所用的模制树脂的透视图。

图10为图8中发光源的断面图。

图11为图8中A部分的放大图。

图12为根据本发明的第六优选实施例的发光源的断面图。

图13为根据本发明的第七优选实施例的发光源的断面图。

图14为根据本发明的第八优选实施例的发光源的断面图。

图15为根据本发明的第九优选实施例的发光源的断面图。

图16为根据本发明的第十优选实施例的发光源的断面图。

图17为根据本发明的第十一优选实施例的发光源的断面图。

图18为根据本发明的第十二优选实施例的发光源的断面图。

图19为根据本发明的第十三优选实施例的发光源的断面图。

图20为根据本发明的第十四优选实施例的发光源的断面图。

图21为根据本发明的第十五优选实施例的发光源的断面图。

图22表示在两薄片状常规发光源中光的分离。

图23为根据本发明的第十六优选实施例的发光源的断面图。

图24根据本发发明的第十七优选实施例的发光源的断面图。

图25(a)为图24中的发光源中所用的引线架的正视放大图，且(b)为该引线架的局部断面图。

图26为图24的局部放大断面图，以用来表示光的移动。

图27为与图24中的实施例相比较的实施例的断面图。

图28为在图27中的实施例中的光移动的示意图。

图29为根据本发明的第十八优选实施例的发光源的断面图。

图30为根据本发明的第十九优选实施例的光接受器的透视图。

图31为图30中的光接受器的断面图。

图32为根据本发明的第二十优选实施例的光接受器的断面图。

图33为根据本发明的第二十一优选实施例的光接受器的透视图。

图34为根据本发明的第二十二优选实施例的光接受器的透视图。

图35(a)为图34中的发光源的正视图，图35(b)为沿图35(a)中X1-X1线的断面图，图35(c)为沿图35(a)中Y1-Y1线的断面图。

图36为从图34的发光源射出的光束的侧面示意图。

图37表示从图34中的发光源射出的光的强度分布。

图38(a)具有双锥表面的光反射部分的透视图，图38(b)表示双锥表面和坐标之间的关系。

图39(a)为根据本发明的第二十三实施例的发光源的正视图，图39(b)为图39(a)中沿X2-X2线的断面图，图39(c)为图39(a)中沿Y2-Y2线的断面图。

图40为从图39中的发光源射出的光束的侧面示意图。

图41为根据本发明的第二十四实施例的发光源的正视图，图41(b)为图41(a)中沿X3-X3线的断面图，图41(c)为图41(a)中沿Y3-Y3线的断面图。

图42为从图41的发光源射出的光束的侧面示意图。

图43(a)为根据本发明的第二十五实施例的发光源的正视图，图43(b)为图43(a)中沿X4-X4线的断面图，图43(c)为图43(a)中沿Y4-Y4线的断面图。

图44(a)为第二十五实施例的变更例的发光源的正视图，图44(b)为图44(a)中沿X5-X5线的断面图，图44(c)为图44(a)中沿Y5-Y5线的断面图。

图45(a)表示在不具有斜面的发光源中，树脂界面的端部发出的光的移动，图45(b)表示在具有斜面的发光源中，树脂界面的端部发出的光的移动。

图46(a)和(b)分别为根据本发明的第二十六优选实施例的发光源的正视图和断面图。

图47为根据本发明的第二十七优选实施例的发光源的正视图。

图48为根据本发明的第二十八优选实施例的光接受器的正视图。

图49为图48中的光接受器的断面图。

图50(a)和(b)分别为光检测器的正视图和透视图，该光检测器可以用于图48的光接受器中。

图51为根据本发明的第二十九实施例的发光源的断面图。

图52为根据本发明的第三十实施例的发光源的断面图。

图53为根据本发明的第三十一实施例的发光源的断面图。

图54为图53的局部放大图。

图55为根据本发明的第三十二实施例的发光源的断面图。

图56为图55的局部放大图。

图57(a)和(b)分别为根据本发明的第三十三优选实施例的发光源的断面图和正视图。

图58(a)和(b)分别为光反射元件结构的断面图和正视图，该光反射元件用于图57的发光源中。

图59为图57中的发光源的作用说明图。

图60为图57中的发光源和光量分布特性。

图61为根据本发明的第三十四优选实施例的信号机的正视图。

图62为图61中的信号机的侧视图。

图63为信号灯的断面图，该信号灯用于制备图61中的信号机。

图64表示从图61中的信号机射出的光的方向。

图65为信号灯的比较例的断面图。

图66为根据本发明的第三十五优选实施例的发光显示装置的正视图。

图67为发光显示单元的正视图，该发光显示单元构成图66中的显示装置。

图68为图67的发光显示单元的侧视图。

图69为发光显示单元的比较例的侧视图。

图70为根据本发明的第三十六优选实施例的发光源的断面图。

图71为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第三十六实施例的变更例。

图72为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第三十六实施例的变更例。

图73为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第三十六实施例的另一变更例。

图74为根据本发明的第三十七优选实施例的发光源的断面图。

图75为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第三十七优选实施例的变更例。

图76为根据本发明的第三十八优选实施例的发光源的断面图。

图77表示发光源不同的正面形状。

图78进一步表示发光源不同的正面形状。

图79同样进一步表示发光源不同的正面形状。

图80同样进一步表示发光源不同的正面形状。

图81为根据本发明的第三十九优选实施例的发光源的断面图。

图82为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第三十九优选实施例的变更例。

图83为根据本发明的第四十优选实施例的发光源的断面图。

图84为根据本发明的第四十一优选实施例的发光源的断面图。

图85为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第四十一优选实施例的变更例。

图86为根据本发明的第四十二优选实施例的发光源的断面图。

图87为发光源的断面图，该发光源根据本发明的第四十二优选实施例的变更例。

图88为根据本发明的第四十三优选实施例的发光源的断面图。

图89为根据本发明的第四十四优选实施例的室外显示装置的正视图和侧视图。

图90为使用状态下的图89的室外显示装置的侧视图。

图91表示发光源的制造方法，该发光源用于根据本发明的第四十五优选实施例。

图92为根据本发明的第四十六优选实施例的发光显示装置的透视图。

图93(a)为在发光显示装置中使用的常规发光源的透视图，图93(b)为该发光源的排列。

图94为在图92的发光显示装置中使用的发光源的外部构造透视图。

图95表示全色发光显示装置的象素，在该全色发光显示装置中，红光发光源、绿光发光源和蓝光发光源以Δ的形式排列。

图96为根据本发明的第四十七优选实施例的光纤耦合器的示意图。

图97为根据本发明的第四十八优选实施例的信号灯的示意图。

图98为根据本发明的第四十九优选实施例的广告招牌的示意图。

图99为广告招牌的示意图，该广告招牌根据本发明的第四十九优选实施例的变更例。

图100为根据本发明的第五十优选实施例的高置条形灯(highmount straplamp)的透视图。

图101为图100中所用的一个发光源的透视图。

图102为根据本发明的第五十一优选实施例的高架条形灯的透视图。

图103为图102的高架条形灯的透视图，该高架条形灯被安装于汽车里。

图104(a)为图102的高架条形灯的局部放大断面图，图104(b)为其正视图。

图105(a)为常规高架条形灯的局部放大断面图，图105(b)为其正视图。

图106为根据本发明的第五十二优选实施例的显示装置的透视图。

图107为光的光束形状，该光从在图106的显示装置中使用的发光源中发出。

图108为通过图106的显示装置可以辨别的区域的透视图。

图109为根据本发明的第五十三优选实施例的光电传感器的断面图。

图110为根据本发明的第五十四优选实施例的道路地灯(roadtack)的断面图。

图111为根据本发明的第五十五优选实施例的光照型(illumination-type)开关的透视图。

图112为根据图111的光照型开关的分解透视图。

图113为根据图111的光照型开关的示意断面图。

图114为常规光照型开关的示意断面图。

实施发明的具体方式

下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

(第一优选实施例)

作为第一优选实施例，发光源11的断面图如图3所示。根据本实施例，发光二极管(LED片)的发光元件12被模制树脂13密封，该模制树脂13由光学透明的树脂材料制成。将密封于模制树脂13中的发光元件12安装在配置于引线架17前端的晶体管座(stem)15上，并通过接合线16与另一个引线架14相连，使得其发光的侧面面向发光源11的前方。

在模制树脂13的前面中心部分，配置有直接射出区域18，该直接射出区域为诸如球面镜形状、非球面镜形状或抛物面形状的凸透镜。形成平面状的全反射区域19以使其围绕直接射出区域18。所形成的直接射出区域18的特征在于，使得其中心轴可以与发光元件12的中心轴一致，并且形成全反射区域19的特征在于，使得其成为垂直于发光元件12的光轴的平面。发光元件12位于直接射出区域18的焦点或焦点附近位置。发光元件12的光轴方向、从发光元件12向直接射出区域18和全反射区域19之间的界面看去的方向，两方向之间的夹角α大于或等于模制树脂13和空气之间的临界全反射角θc。

因此，在从发光元件12发出的光中，从直接射出区域18发出的光基本上以平行方向从模制树脂13的前端向前射出。在从发光元件12发出的光中，射向全反射区域19的光被其树脂界面全反射，以射向模制树脂13的后侧面。

模制树脂13的后侧面被具有高反射率的金属膜覆盖，该金属膜诸如通过真空淀积制成的铝或银，或多层反射膜，以提供光反射部分20。在被全反射区域19反射的光到达的光反射部分20中，至少有一部分区域提供具有球面镜或旋转抛物面镜的凹面镜，该凹面镜的焦点位于发光元件12关于全反射区域19的镜像位置。

因此，从发光元件12发出并被全反射区域19全反射的光到达反射部分20，以在被其反射后以近似于平行光从全反射区域19向前射出。

因此，根据本实施例的发光源11，可以使从发光元件12向前发出的基本上所有的光(包含被全反射区域19全反射的光)都沿着发光源11向前的方向，从而使得光利用效率提高。并且，从发光元件12向前发出的光可以在没有任何阻碍的条件从直接射出区域18射出，由此，可以改善常规发光源中出现的沿光轴变暗现象及其方向特性。

并且，从发光元件12斜向射出的光被全反射区域19全反射，并进一步被光反射部分20反射，以向前射出，这样就会延长光路长度，从而降低像差并提供高精度的发光源11。

在使用发光二极管的常规发光源中，大部分被模制树脂全反射的光没有向前射出，从而提供如图4(b)所示的较窄分布的光量。如图4(a)所示，根据本实施例的发光源11，从发光元件12发出的光沿模制树脂13的整个前侧面分布并基本上平行，由此提供宽的且分布均匀的光量(光束剖面)。

在本实施例中，将发光源设计为发射平行光。如果需要，可以通过改变发光元件12的位置、焦点位置和提供凹面镜的直接发射区域18的表面形状，或改变提供凹面镜的发光部分20的焦点位置和表面形状，使得从发光源11中发出的光具有所需方向特性。

(第二优选实施例)

图5示出根据本发明的第二优选实施例的发光源21的断面图。在图5中略去晶体管座、引线架和连接线(同样地，在图6及后面的图中的发光源也都略去引线架等)。在本实施例中，位于模制树脂13界面上的直接射出区域18形成平面状。因此，不能根据直接射出区域18和全反射区域19的外形来区分它们，但可以根据从发光元件12中发出的光线的运动来区分。在从发光元件12发出的光中，以全反射的临界角θc到达模制树脂13界面的光的位置作为直接射出区域18和全反射界面19的界面。因此，到达该界面内侧的直接射出区域18的入射光直接从直接射出区域18中射出，并且射向界面外的全反射区域19的入射光被全反射区域19全反射，以在被光反射部分20反射之后再向前射出。

在本实施例中，通过模制树脂13的界面形成全反射，也可以改善光的利用效率。将直接射出区域18制成平面状，由此，从直接射出区域18射出的光被延展，并且从该区域发出的光的光束延展角可以大大加宽。当需要加宽光束延展角或对角度的限制较小时，可以将直接射出区域18制成平面状，使得可以如本实施例一样简化模制树脂13的前端形状。

(第三优选实施例)

图6为根据第三优选实施例的发光源22的断面图，其中直接射出区域18的前部18a高于根部18b，以提供透镜形状。当被树脂界面全反射并被光反射部分20进一步反射的光近似于平行时，在全反射区域19的内圆周部分上出现了没有任何光发出的区域，这样，由于不会对从全反射区域19发出的光产生阻碍，使得直接射出区域18的透镜形状可以具有较大的直径，而不会由于增加直接射出区域18的前部18a而使全反射区域19变窄。根据这种形状，可以有效地设计从透镜结构的直接射出区域18发出的光和从全反射区域19发出的光的比例，由此提供高性能的发光源22。

(第四优选实施例)

在如图3所示的发光源11中，到达直接射出区域18边缘(外围部分)的光受到阻碍，使得它不能向前射出，这部分从发光元件12中发出并受到阻碍的光就会被损失掉。当发光元件12和直接射出区域18之间的距离较短时，直接射出区域18的曲率变大，使得射向直接射出区域18的边缘的光会沿横向射出或被全反射。并且，直接射出区域18的边缘的位置必须位于从发光元件12的中心轴算起的某角度方向的外侧，该角度等于全反射的临界角，所以，由于直接射出区域的尺寸(从正面看的直径)的下限，直接射出区域18的圆周部分的区域变大，并且从发光元件12发出的光的损失变大。并且，由于在直接射出区域18的尺寸的下限，直接射出区域18的表面的曲率也具有上限，并且直接射出区域18的设计自由度也受到制约。

出于上述考虑，图7为根据第四实施例的发光源23的断面图，其中，直接射出区域18配置于模制树脂13表面的中心部位，并且全反射区域19配置于其外侧圆周部位。直接射出区域18基本上具有半球形状，并且其中心轴与发光元件12的中心轴C一致。在发光源23中，从发光元件12射向直接射出区域18的光被被折射，并从直接射出区域18基本上向前射出。

全反射区域19包含圆锥(台)状或角锥(台)状的锥形部分19b和平面部分19a，其中，锥形部分19b的中心轴与发光元件12的光轴C一致，并且平面部分19a具有与发光元件12的光轴C相垂直的平面。锥形部分19b通过中心轴的剖面是直线但也可以是曲线。例如，锥形部分19b的表面可以是曲线以该中心作为旋转轴旋转得到的旋转面。

形成方向角θb的两个方向分别为：从发光元件12观察平面部分19a和锥形部分19b之间的界面的方向，发光元件12的光轴方向，将该方向角θb设计为大于在模制树脂13(例如，对于空气)界面的全反射的临界角θc。因此，从发光元件12发出并到达平面部分19a的所有光都被平面部分19a反射，以再射向光反射部分20。

另外，形成θa的两个方向分别为：沿发光元件12观察直接射出区域18的边缘(直接射出区域18与锥形部分19b之间的边界)的方向，光元件12的光轴方向，将该方向角θa设计为小于在模制树脂13(例如，对于空气)界面的全反射的临界角θc。换句话说，当从前面观察时，直接射出区域18的尺寸较小，并且与图3中的发光源相比，直接射出区域18的外围部分在总体中所占的比例较小。因此，由于在直接射出区域18的边缘横向射出而损失的光，或由于在图3所示的发光源中损失的光，通过锥形部分19b全反射，并进一步被光反射部分20反射，以向前射出，这样就降低了光的损失。由于直接射出区域18较小，直接射出区域18的表面的曲率可以较大，由此减少设计的制约。

所有到达锥形部分19b的光被锥形部分19b全反射，例如，当将锥形部分19b的剖面设计为图7所示的直线时，并且假定θc为全反射的临界角，根据下面的表达式设计锥形部分19b的倾角β：

β≥θc-θa

因此，所有从发光元件12发出并到达锥形部分19b的光被锥形部分19b全反射，并射向光反射部分20。

设计光反射部分20的形状，使得被平面部分19a和锥形部分19b全反射的光在被光反射部分20反射后，从全反射区域19向前射出。

因此，根据本实施例，降低了光的损失，并且改善了直接射出区域18的设计自由度。

(第五优选实施例)

图8和10为根据本发明的第五优选实施例的发光源24的透视图和断面图。图9为透过模制树脂13观察时，发光源24的内部构件的透视图。图11为图10的局部放大图。发光源24使用具有抛物面形状的金属元件的光反射部分20，该金属元件通过压力加工形成，并且作为镜面加工，在反射部分表面镀有铝或银。如果需要，光反射部分20可以对具有铝或银的压力加工件进行化学处理，以在其表面形成光洁度。

在光反射部分20的中心部位包含容纳晶体管座15的开口20a。使安装发光元件12的该晶体管座15与开口20a不发生任何接触，并且光反射部分20与引线架14和17一起被密封于模制树脂13内。

在模制树脂13的正面，以图7所示的实施例的相同的形状，在树脂的中心形成直接射出区域18、沿该区域周围的锥形部分19b和沿部分19b周围的平面部分19a。

根据具有上述结构的发光源24，不必在如图3所示的模制树脂13的背面上配置任何蒸镀膜(光反射部分20)，并且光反射部分20作为单独单元与发光元件12和引线架14和17一起形成，仅需将其放入模压金属铸模，由此简化发光源24的制造工艺。

如图11所示，将模制树脂13的前面外围部分设计为锥形斜角部分，并且光反射部分20的外围面的端部位于斜角部分25的端部B。因此，当模制树脂13成形时，由于在光反射部分20的反射侧中的外围的端部与铸模的模腔的内表面相接触，从而可以固定光反射部分20的位置，使其精确地嵌入模制树脂13内，由此改善光反射部分20的安装精度。

(第六优选实施例)

图12为根据本发明的第六优选实施例的发光源26的断面图。该发光源26具有与第五实施例基本相同的结构，只是全反射区域19仅包含与发光元件12的光轴垂直的平面部分。

另外，与第一实施例所述相同，在被全反射区域19反射的光所到达的光反射部分20中，至少其一部分为诸如球面镜或旋转抛物面镜的凹面镜，该凹面镜的焦点位于发光元件12关于全反射区域19的镜像位置12a。因此，从发光元件12发出的光被全反射区域19全反射，并进一步被光反射部分20反射，然后穿过全反射区域19，以平行光向前射出。

(第七优选实施例)

图13为根据本发明的第七优选实施例的发光源27的断面图，其中，全反射区域19具有倒圆锥形状。由于全反射区域19形成倒圆锥形状，使得它的外围部分朝向前方，并且可以将从发光元件12发出并到达全反射区域19的光的入射角设计得较大，由此可以使全反射区域19的内圆周部分的口径较小。因此，被全反射区域19全反射后并被光反射部分20反射的光与从全反射区域19射出的光之间的比例较大，由此通过选择性设计光反射部分20的形状，可以很容易地实现发光源的任意方向性。

虽然没有示出，可以修改全反射区域19，使其具有圆锥形状，使得其外围部分朝向后面。当全反射区域19具有圆锥形状时，从全反射区域19射出的光可以聚集于内侧，由此可以减少直接射出区域18附近的全反射区域19的较暗部分。

(第八优选实施例)

图14为根据第八优选实施例的发光源28的断面图。在该发光源28中，模制树脂13的前侧面形成曲面，在该曲面上，平滑地形成直接射出区域18和全反射区域19，由此，从发光元件12向前发出的光被模制树脂13(全反射区域19)的前侧面全反射，并被光反射部分20反射，以向前发出。根据这种形状的发光源28，可以改善发光源28的设计自由度。

(第九优选实施例)

图15为根据第九优选实施例的发光源29的断面图。在该实施例中，全反射区域19具有连续变化的曲面，该曲面诸如透镜弯曲表面，并且可以进一步改善设计的自由度。

(第十优选实施例)

图16为根据第十优选实施例的发光源30的断面图。在该实施例的发光源30中，使透镜状直接射出区域18的透镜形状形成为菲涅耳透镜，以减少直接射出区域18或发光源30的厚度。

(第十一优选实施例)

图17为根据第十一优选实施例的发光源31的断面图。在该实施例的发光源31中，形成的模制树脂13的背侧面包含菲涅耳透镜，在该菲涅耳透镜的表面上形成光反射部分20。在该实施例中，可以减小发光源31的厚度。

(第十二优选实施例)

图18为根据第十二优选实施例的发光源32的断面图。在该实施例中，将镜子33配置于模制树脂13内的发光元件12的附近，以用于反射从发光元件12沿侧向射向全反射区域19的光。被镜子反射的光进一步被全反射区域19全反射，并再进一步被发光反射元件20反射，以使之从全反射区域19向前射出。如果需要，可以在晶体管座15的内壁(参照图24)上形成镜子33。

根据本实施例，从发光元件12发出的光中沿侧向射出的光直接被光反射部分20反射，以避免成为迷光，由此可以有效地利用沿侧向射出的光，并进一步提高从发光元件12射出的光的利用效率。

(第十三优选实施例)

图19为根据第十三优选实施例的发光源34的断面图。在该实施例中，将发光元件12配置于偏离模制树脂13的光轴D的位置。由于发光元件的位置离开直接射出区域18的光轴D和全反射区域19，所以从发光源34中沿偏斜方向射出偏光。换句话说，在与发光元件相倾斜的面内，方向特性可具有不对称性。

(第十四优选实施例)

图20为根据本发明第十四优选实施例的发光源35的断面图。本实施例的发光源35与图12所示的发光源26基本上具有相同的结构，只是发光元件12的位置偏离光反射部分20的中心和直接射出区域18的光轴D。

换句话说，发光元件12的位置沿与直接射出区域18的光轴垂直的方向偏离少许。至少将被全反射区域19反射的光所到达的一部分光反射部分20用作凹面镜，该凹面镜诸如球面镜或旋转抛物面镜，并且在配置光反射部分20时，使其中心与直接射出区域18的光轴一致。凹面镜和发光元件12具有如下关系：在穿过凹面镜的焦点并与凹面镜相垂直的面内，发光元件12关于全反射区域19的镜像12a的位置偏离凹面镜的焦点。换句话说，发光元件12的位置偏离该凹面镜的焦点关于全反射区域19的镜像位置。

因此，在该发光源35中，从发光元件12发出的光穿过直接射出区域18，以近似于平行光沿斜向射出。从发光元件12发出的光，在被全反射区域19全反射之后，进一步被光反射部分20反射，然后以近似于平行光沿同一方向斜向射出。

(第十五优选实施例)

图21为根据本发明第十五优选实施例的发光源36的断面图。在该实施例中，将各自具有不同发光颜色的多个发光元件12R和12G(例如，红光发光二极管，绿光发光二极管)密封于模制树脂13内。

在图22所示的炮弹状的发光源37(比较例)中，当将各具有薄片状的多个发光元件密封于模制树脂内时，颜色分离现象较严重，并且根据观察方向而发生变化。在该发明的发光源36中，如图21所示，对直接射出区域18和全反射区域19的形状进行适当设计，可以使由于其观察方向而出现的颜色分离的程度差异变小，并且可以使其可视性均匀化。

(第十六优选实施例)

图23为根据本发明第十六优选实施例的发光源38的断面图。在该实施例中，在模制树脂13的整个前侧面上形成光学多层膜39。通过在模制树脂13的前侧面上形成光学多层膜39，入射角大于特定角的光被界面反射，并且入射角小于特定角的光被允许通过。并且，可以通过设计光学多层膜39而任意选择该特定角，从而增加设计的自由度。如果需要，包含光学多层膜39的发光源可以为图3-20所示或者其它的所有发光源。

(第十七优选实施例)

图24为根据本发明第十七优选实施例的发光源41的断面图。在说明该实施例的发光源41之前，下面将对用于比较的实施例进行说明，以便于理解本实施例。

例如，在图10或12所示的发光源中，将抛物面形的杯状部分(光反射元件)配置于引线架17顶端的晶体管座15上，使得安装于晶体管座15内的发光元件12被杯状部分包围。这是由于从发光元件12的内侧面(LED裸片)发出的光被杯状部分的内表面反射，从而向前射出。在常规方法中使用这种晶体管座内的杯状部分，但常规杯状部分与发光元件的光轴存在约45度的倾斜角。

在图27中的实施例中，将常规杯状部分40用于图12所示的发光源中。根据连接发光点与直接射出区域18的主点的角度，确定直接射出区域18射出的光的光轴。可以将从杯状部分40射出的光看作杯状部分作为假想光源发出的光。即，发光元件12关于杯状部分40的镜像在杯状部分40的外围处以环状出现。但是，发光元件12和杯状部分40之间的距离非常短，因此发光元件12的镜像也非常靠近杯状部分40，或几乎与杯状部分40在一起。如图27所示，可以将被杯状部分40反射后的光看作从杯状部分40(假想光源)表面的各点上发出的光，因此，从发光元件12发出的光的光轴被杯状部分40反射之后，从直接射出区域18射出，并且该光沿斜的方向射出。

在使用了这种杯状部分40(例如，图22中所示的炮弹状)的常规发光源中，发光元件和透镜之间的距离较长，因此，这种情况下发出的光的光轴倾角较小，所以没有发生任何实质问题。在本发明的发光源中，发光元件12与直接射出区域18之间的距离较短，使得这种情况下的发出的光的光轴倾角较大，因此从发光元件12向前发出的光和从发光元件12的侧面发出并被杯状部分40反射的光不能沿近似于相同的方向发出。

结果，当本发明的发光源使用了具有约45度倾角的常规杯状部分时，从发光元件12发出的光与光L1以及光L2混在一起，该光L1近似于沿光轴方向发出，该光L2沿大角度偏离光轴的方向发出。更具体地，当远离发光源时，沿不同方向发出的光会分散，使得在光L1的周围出现环状的光L2。并且，不能同时根据发光元件12的前光和侧光来设计直接射出区域18，所以，根据前光设计光学透镜，并且不能通过设计直接射出区域18的透镜形状来控制斜光L2的光轴。

在本第十七实施例中，通过晶体管座15改善上述实施例。图24的发光源41使用与图12中所示相同的结构，并提供改善。图25(a)和(b)为引线架的正视图和局部断面图。在本实施例中，所配置的晶体管座15也用于安装发光元件12，并且用于光反射的杯状部分42配置于发光元件在晶体管座15上的安装位置的周围。将发光元件12安装于杯状部分42的内侧面上，该杯状部分位于晶体管座15的前侧面。如作为图24的局部放大图的图26所示，设计杯状部分42的形状，使得从发光元件12的侧面方向射出并被杯件状42反射的光射向全反射区域19，而不会射向直接射出区域18。具体如图25所示，将杯状部分42的倾角γ设计为22度，该倾角γ从位于杯状部分42的内侧面上的晶体管座底面算起。

在该发光源41中，由于杯状部分42的倾角γ较小，并且被杯状部分42反射的光射向全反射区域19，从发光元件12的侧面发出并被杯状部分42反射的光被全反射区域19全反射，以射向光反射部分20，并进一步被光反射部分20反射，然后穿过全反射区域19向前射出，如图24所示。另外，从发光元件12的前面射出的到达全反射区域19的光，也完全被全反射区域19反射，射向光反射部分20，被光反射部分20反射后透过全反射区域19向前射出。在从发光元件12发出的光中到达直接射出区域18的光受到直接射出区域18的透镜作用，并向前射出。

因此，被杯状部分42反射的光受到全反射区域19的全反射，再射向光反射部分20，从而可以通过光反射部分20自由地控制光路。因此，当被使用了引线架14和17的杯状部分42反射的光射向全反射区域19时，几乎所有从发光元件12发出的光可以沿所需方向(例如，与发光元件12平行的方向)射出。在本实施例中，避免了发光源41变大。

通过引导被杯状部分42反射并射向全反射区域19的光，可以自由控制光路，下面对其因进行解释。在从发光元件12的前面和侧面发出的光到达光反射部分20之前，光路在全反射区域19处由于反射而折向，使得从发光元件12到光反射部分20的光路长度变长，因此，光反射部分20以近似相同的方向接受到从发光元件12的前面发出的光和从发光元件12的侧面发出并被杯状部分42反射的光。因此，可以同时控制它们。当设计光反射部分20的曲率时，可以对两者同时设计。

(第十八优选实施例)

图29为根据第十八优选实施例的发光源43的断面图。该实施例为顶盖封装(can package)类型，其中，光反射部分20的前侧面填充透明模制树脂13，光反射部分20的后侧面填充绝缘材料46，从光反射部分20的外围延伸出的圆筒状外壳44覆盖于绝缘材料46的外围表面，并且在外壳44的后端部外围上配置轮缘45。

另外，在光反射部分20的中心处作为一个整体形成晶体管座15。并且，作为一个整体用金属材料形成光反射部分20、晶体管座15、引线架17、圆筒状外壳44和轮缘45。将引线架14的端部嵌入光反射部分20的开口20a内，但不与该开口发生接触。

因此，根据本实施例，减少了部件的数量，使组装变得容易，并且降低了制造成本。更具体地，可以通过同样的工艺将其制成一般的顶盖封装产品。并且，与晶体管座15作为一个整体的外壳44和轮缘45暴露于表面，由此改善了发光元件的散热特性，并且增加了容许正向电流量，由此可以实现高的亮度。

并且，在本实施例中，设计配置于晶体管座15上的杯状部分42，使得从发光元件12的侧面发出并被杯状部分42反射的光可以射向全反射区域19，由此可以使发光源43发出的光的各射出方向沿一个方向排列。

下面将对用于光接受器的几个实施例进行说明。

(第十九优选实施例)

图30为根据本发明第十九优选实施例的光接受器51的内部结构的透视图，图31为该接受器的断面图。根据该光接受器51，将诸如光电二极管或光电变换器等的片状光检测器52，和光反射部分53密封于由透明树脂材料制成的模制树脂54中。将密封于模制树脂54内的光检测器52安装于晶体管座56上，该晶体管座配置于引线架55上，并通过结合线57与另一个引线架58相连，并且使其受光面面向前方。

在模制树脂54的前面中央部分，提供具有凸透镜结构的直接入射区域59，该凸透镜结构诸如球面透镜形状、非球面透镜形状或抛物面形状。在直接入射区域59的周围形成具有平面的平面区域60(树脂界面)。在形成直接入射区域59时，使得其中心轴可以与光检测器52的光轴一致。平面区域60具有与光检测器52的光轴相垂直的平面。光检测器52位于直接入射区域59的焦点上或焦点附近，并且在垂直到达光接收器51的光中，到达直接入射区域59的光被聚集于光检测器52上，以被该光检测器的受光面收集。

光轴方向、从光检测器52观察直接入射区域59和平面区域60之间的界面的方向，两方向之间的方向角α等于或大于模制树脂54和空气之间的全反射的临界角θc。

光反射部分53为金属元件，该金属元件通过压力加工形成抛物面形状，并且作为镜面加工，在反射部分表面镀有铝或银。如果需要，光反射部分53可以对具有铝或银的压力加工件进行化学处理，以在其表面形成光洁度。在光反射部分53的中心提供开口61，以用于容纳晶体管座56，并且该光反射部分与引线架55和58一起被密封于模制树脂54内，其中，安装有光检测器52的晶体管座56容纳于开口61内。设计光反射部分53的剖面形状，使得垂直到达树脂54的平面区域60并被光反射部分53反射的光可以被平面区域60全反射，以进入光检测器52。

因此，在近似于垂直到达光接受器51的光中，当到达直接入射区域59的光穿过直接入射区域59时，就会发生折射以聚集于光检测器52上。到达平面区域60的光被光反射部分53反射，并被平面区域60全反射，以聚集于光检测器52上。因此，大部分近似于垂直到达光接受器51的光都可以聚集于光检测器52上，由此可以制造较高受光效率的光接受器51。并且，不需依赖光检测器52的面积，可以通过增加光反射部分53的受光面积，来增加受光量，由此增加受光量和低成本条件下的受光效率。并且，通过增加受光效率，在不使光接受器厚度增加的条件下，可以实现薄型的光接受器51。

根据具有这种结构的光接受器51，仅须将光反射部分53作为单独的元件和光检测器52和晶体管座56一起放入铸模内，由此简化光接受器51的制造工艺。

调整光反射部分53的圆周面的端部，使得与模制树脂54的端部一致。因此，当模制树脂54成形时，可以光反射部分53的反射侧面的外围端部与铸模的模腔内壁相接触，由此确定光反射部分53的位置，以使之被精确地嵌入模制树脂54内，由此改善光反射部分53的安装精度。

(第二十优选实施例)

图32为根据第二十优选实施例的光接受器62的断面图。在该实施例中，直接入射区域59位于模制树脂54的表面中心部位，在直接入射区域59的周围配置圆锥(台)形或角锥(台)形的锥形部分63，该锥形部分63中心侧内凹，并且在锥形部分63的外面配置平面区域60。锥形部分63的中心轴与光检测器52的光轴一致，并且平面区域60具有垂直光检测器52的面。

根据这种光接受器62，射向直接入射区域59的入射光被折射，以射向光检测器52。基本上垂直到达平面区域60的光被光反射部分53反射，并且被平面区域60全反射，以射向光检测器52。设计锥形部分63，使得通过平面区域60进入，然后被光反射部分53的外围部分反射的光射向光检测器52，而不会出现沿偏离光检测器52的全反射，但该光在直接入射区域59附近出现全反射。根据本实施例，改善了受光效率。对锥形部分63的使用降低了直接入射区域59向前突出的长度，并使得光接受器62变薄。

根据这种结构，方向角α可以小于模制树脂54和空气之间的全反射的临界角θc，形成该方向角α的两个方向为：光轴方向，从光检测器52观察直接入射区域59和锥形部分63之间的界面的方向。

(第二十一优选实施例)

图33为根据第二十一优选实施例的光接受器64的透视图，该光接受器被用作太阳能电池。在该光接受器64(太阳能电池)中，在长度方向具有均匀断面的抛物面状光反射部分53被密封于模制树脂54内。在光反射部分53的前面，配置有光检测器52(光电变换器，诸如非晶、多晶或单晶的硅系统光电变换器)。在模制树脂54前面的中央部位配置有直接入射区域59，该直接入射区域在在长度方向上为柱状透镜形状，并且该直接入射区域的两侧形成平面区域60。

在垂直到达光接受器64的光中，到达直接入射区域59的光直接聚集于光检测器52上。到达平面区域60的光被光反射部分53反射，并进一步被平面区域60全反射，以被光检测器52接受。由于光检测器52在一个方向较长，可以增加光接受区域，由此得到高的集光量，并提供较高发电能力的太阳能电池。

一般而言，常规太阳能电池的光转换效率仅为15％。因此，为了增加发电能力，须增加光电变换器本身的区域，而这样会增加制造成本。但是，根据本发明的光接受器64(太阳能电池)，通过增加光接受器64的整个区域，可以增加光接受区域，从而有效地将到达光接受区域的光聚焦于光检测器52，而不用增加光电变换器本身的区域，由此可以用经济的方法提高发电能力。更具体地，根据本发明的构造，聚光效率可以增加两倍以上，并且实际光转换效率也可以增加两倍以上。

并且，根据该光接受器64，可以在提高效率的同时保持薄的结构，由此可以将薄的结构用于置于屋顶、路灯和照明灯等的太阳能电池中。

在图30或31所示的光接受器64中，可以安装作为光检测器52的光电变换器。

(第二十二优选实施例)

图34为根据第二十二优选实施例的发光源65的透视图。图35(a)为其正视图，图35(b)为沿图35(a)中的X1-X1线的断面图，并且图35(c)为沿图35(a)中的Y1-Y1线的断面图。在该实施例中，将诸如发光二极管(LED片)的发光元件12密封于由透明树脂材料制成的模制树脂13中。密封于模制树脂13中的发光元件12被安装于晶体管座15上，并且通过结合线16与另一个引线架14相连，并且其发光侧朝向发光源的前方，该晶体管座配置于引线架17的前端。

光反射部分20包含金属元件，该金属元件被通过压力加工为抛物面状，并且在其上施加镀铝或镀银的镜面加工。如果需要，可以通过对由铝或银制成的成形后的部分实施化学处理而制成光反射部分20。在光反射部分20的中心包含开口20a，以用于容纳晶体管座15，并且该光反射部分与引线架14和17一起被密封于模制树脂13内，其中开口20a容纳安装有发光元件12的晶体管座15。

如图35(a)所示，当从光反射部分20的前面观察时，该光反射部分具有长轴方向和短轴方向，并且在本实施例中基本为椭圆状。形成的光反射部分20的外围端部与模制树脂13的前侧面平行，由此在光反射部分20的外周缘和模制树脂13的前侧面之间就不会存在大的间隙，从而可以防止光漏过间隙和损失掉。

图35(b)所示的长轴方向的剖面和图35(c)所示的短轴方向的剖面凹形弯曲，但是形状不同。换句话说，长轴方向的剖面的曲率分布场与短轴方向的剖面的曲率分布场不同。长轴方向的剖面的曲率分布场比短轴方向的剖面的曲率分布场更倾向于向小值变化。

例如，在长轴方向以及短轴方向的断面上，光反射部分20的剖面都为弧形，当长轴方向的剖面的半径为Rl和短轴方向的剖面的半径为Rs时，

(1/Rl)＜(1/Rs)

换句话说，长轴方向的半径Rl大于短轴方向的半径Rs。

当光反射部分20的剖面为非弧形，曲率随在长轴方向和短轴方向的剖面中的位置而变化，使得该曲率具有一定的范围(分布)。例如：可以用曲率分布的中心值表征这种情况。假定长轴方向断面中的曲率具有最小值(ρl)min和最大值(ρl)max，并且短轴方向断面中的曲率具有最小值(ρs)min和最大值(ρs)max，那么可以用下式表示其各自的中心值(ρl)c和最大值(ρl)c：

长轴方向：(ρl)c＝{(ρl)min+(ρl)max}/2

短轴方向：(ρs)c＝{(ρs)min+(ρs)max}/2

因此，在根据本发明的发光源65所用的发光元件20中，长轴方向的断面中的曲率的中心值(ρl)c仅须小于短轴方向的断面中的曲率的中心值(ρs)c，如下式如所述：

(ρl)c＜(ρs)c

如果需要，可以用最小值和最大值表征曲率分布的两端，并且符合下式：

(ρl)min≤(ρs)min

(ρl)max≤(ρs)max

但其中的等式符号不能同时成立。

在模制树脂13的前面中心部拉，形成凸透镜形状的直接射出区域18，以及位于直接射出区域18周围的平面形状的全反射区域19。使所形成的直接射出区域18的光轴与发光元件12的光轴一致，并且全反射区域19为垂直于发光元件12的平面。发光元件12位于直接射出区域18的焦点上或焦点附近。设计方向角，使其等于或大于模制树脂13和空气之间全反射的临界角θc，形成该方向角的两个方向为：光轴方向，从发光元件12观察直接射出区域18和全反射区域19之间的界面的方向。

如图35(a)所示，当从具有透镜形状的直接射出区域18的前面观察时，该直接射出区域18具有椭圆形状，该椭圆形状具有长轴方向和短轴方向，并且长轴方向和短轴方向都与光反射部分20的长轴方向和短轴方向一致。在直接射出区域18中，长轴方向断面中的曲率分布场与短轴方向断面中的曲率分布场不同，并且，更具体地，长轴方向断面中的曲率比短轴方向断面中的曲率更向小值的一侧移动。长轴方向断面中的曲率分布比短轴方向断面中的曲率分布更向小值的一侧移动，这一点与光反射部分20意义相同。

在从发光元件12发出的光中，射向直接射出区域18的光通过模制树脂13的前侧面以近似于平行的光直接向前射出。在从发光元件12发出的光中，射向全反射区域19的光被树脂界面全反射，并且基本上所有被树脂界面全反射的光被光反射部分20反射，以从全反射区域19向前射出。这样，基本上所有从发光元件12发出的光(即，包含被全反射区域19全反射的光)可以到达发光源65的前面，由此提高光利用效率。并且，从发光元件12向前发出的光从直接射出区域18射出，而没有任何阻碍，由此可以避免上述常规发光源光轴上出现的暗度，并改善其方向特性。

并且，从发光元件12斜向发出的光被全反射区域19全反射，并且进一步被光反射部分20反射，以向前射出，从而拉长光路长度，由此降低像差，并可以提供高精度的发光源65。

光反射部分20基本上具有椭圆形状，因此，被光反射部分20反射以向前射出的光变成射出剖面为椭圆形状的光束，如图36所示。直接射出区域18也基本上具有椭圆形状，该椭圆形状的长轴方向与光反射部分20的长轴方向一致，使得从直接射出区域18射出的光束的剖面基本上为椭圆形状。因此，如图37所示，从直接射出区域18射出的光对从全反射区域19射出的光加以补充，从直接射出区域18射出的光和从全反射区域19射出的光相组合，从而提供具有近似于均匀强度的椭圆剖面的射出光。

为了在一个方向射出基本上为椭圆形状的光，如果制备任意方向具有恒定曲率的半球状金属元件，并将金属元件的两侧切去，以提供长度方向加长的光反射部分，就会在切去部分和模制树脂的前面之间出现可以产生漏光的间隙，从而降低了光利用效率。通过随方向变化的曲率可以减少这种间隙，由此提高发光源65的亮度。当正视图为圆形的光反射部分20在其正交的两个方向上曲率不同时，反射光的扩展就会不同，由此提供在一个方向上基本上为椭圆剖面的射出光。当光反射部分20具有椭圆形状时，会使得光反射部分20易于设计。

通过使用诸如复曲面或双锥面的非球面，可以实现该光反射部分20，并且设计出更均匀的光束剖面。图38(a)表示用双锥面形成的光反射部分20。当光反射部分20长轴方向为x轴，短轴方向为Y轴，向前的方向为Z轴时，可以用下式(1)表示具有双锥面的光反射部分20的光反射表面： $Z=\frac{{\mathrm{cvxX}}^2+{\mathrm{cvY}}^2}{1+\sqrt{1-{\mathrm{cvx}}^2(\mathrm{ccx}+1)X^2-{\mathrm{cv}}^2(\mathrm{cc}+1)Y^2}}+{\mathrm{aX}}^4+{\mathrm{bY}}^4+c{X}^6+d{Y}^6+\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

当双锥面的XZ面上的剖面形状表示为“Z＝g1(x)”，曲线的曲率表示为“cv”，锥度系数表示为“cc”，并且双锥面的YZ面上的剖面形状表示为“Z＝g2(y)”，该曲线的曲率变成“cvx(≠cv)”，并且锥度系数变成“ccx”，其中“a，b，c，d”为高次项的系数。

(第二十三优选实施例)

图39为根据第二十三优选实施例的发光源66的正视图。图39(b)和图39(c)分别为沿图39(a)的X2-X2和Y2-Y2线的断面图。光反射部分20的正视图为矩形，并且在其长轴方向和短轴方向的断面中形成凹面形状。将光反射部分20密封于以矩形成形的模制树脂13内，并且发光源66的外部的正视图具有矩形形状。

如图40所示，与第十四实施例相同，具有这种形状的发光源66可以在基本上为椭圆状的剖面上发出均匀光束。

(第二十四优选实施例)

图41为根据第二十四优选实施例的发光源67的正视图。图41(b)和图41(c)分别为沿图41(a)的X3-X3线和Y3-Y3线的断面图。在该实施例中，使用前面形状基本上为矩形形状的光反射部分20，如图41中的点划线所示，通过将具有前面形状为椭圆形状的光反射部分68的四个边切去而制成该矩形。将其密封于以矩形形状成形的模制树脂13内，并且，当从发光源67的前面观察时，该发光源的外形为矩形。

如图42所示，这种结构的发光源67可以发出剖面为矩形形状的光。由于在车载高载条形灯(high mount strap lamp)中，需要射向特定矩形区域的均匀光束，该发光源67也优选用于车载高载条形灯。

虽然设计常规发光源(LED)中的光束剖面(方向特性)仅依赖如下的参数：光学透镜面的曲率，LED片和透镜面之间的间距，该间距使得发光源沿光轴方向变厚，但根据光反射部分的形状可以使得本发明的发光源易于设计，使得发光源67在光轴方向上变薄。换句话说，第二十二到二十四实施例(图34-42)的发光源可以提供薄的可向宽区域发光的发光源。特别地，在光学系统容许空间较小，以及要求照射面积较宽的应用中，尤其需要这种发光源67，该应用诸如高载条形灯。

(第二十五优选实施例)

图43为根据第二十五优选实施例的发光源69的正视图。图43(b)和图43(c)分别为沿图43(a)的X4-X4线和Y4-Y4线的断面图。图43的发光源69包含直接射出区域18周围的锥形部分19b和锥形部分19b周围的平面部分19a。锥形部分19b与发光元件光轴之间的夹角小于90度，并且平面部分19a与光轴垂直。通过设置从发光元件12到锥形部分19b与平面部分19a之间的界面的方向角，使得该方向角大于在模压13界面上的临界全反射角θc，可以使得所有射向平面部分19a的光被全反射。通过设置倾角，可使得所有射向锥形部分19b的光被全反射，这样，射向锥形部分19b和平面部分19a之间的界面的光都可以被锥形部分19b全反射。因此，锥形部分19b和平面部分19a提供全反射区域19，并且不能被直接射出区域18全反射的光可以在锥形部分19b上被全反射，并通过光反射部分20的反射而射向前方，从而提高发光源69的发光效率。

在设计正视图基本上为椭圆形状的光反射部分20时，特别是考虑到光射出剖面和在椭圆形状长轴方向上的效率时，从发光元件12射出的光在模制树脂13界面上被全反射的区域(光反射区域19)就会变窄，或在短轴方向上消失。

在这种情况下，锥形部分19b的形成是十分有效的。为了增加图43中所示的全反射区域，仅须形成锥形部分19b，使得锥形部分19b在短轴方向上所占的比例大于锥形部分19b在长轴方向上所占的比例，并且从发光源69前面观察时，锥形部分19b的外形与直接射出区域18的外形以及与光反射部分20的外形都不具有相似关系。存在这种情况：当从锥形部分19b前面观察时，在锥形部分19b外形中的长轴方向和短轴方向与直接射出区域18以及与光反射区域20相反。这种结构可以提高发光源69在其短轴方向的发光效率。

另外，当在设计时考虑光射出剖面或短轴方向的效率时，或发光源69的外形或光射出剖面受到限制时，就存在这种情况：如图44所示的发光源70那样，要求发光元件12接近树脂界面。在这种情况下，可能会现出这种情况：从发光元件12发出的光的射出角(从光轴算起的角)会变大，例如，如图45(a)所示，在短轴方向上的树脂界面的端部会大于70度。这种角度的光强度较低，LED的光强度变小，并且发光源69的亮度变得不均匀。

在这种情况下，如图45(b)所示，通过将短轴方向断面上的锥形部分19b的角度设置为等于或大于全反射角，使得被锥形部分19b全反射的光进入树脂界面的端部，可以改善树脂界面的端部的亮度，并且使得发光源69的亮度变得基本上均匀。在这种情况下，当从发光源69的前面观察时，锥形部分19b的外形并不总是与直接射出区域18的外形或光反射部分20的外形具有相似关系，并且也可以存在长轴和与短轴的比变大的情况。

可以将从前面观察具有长轴方向和短轴方向的形状应用于图34以下的图中所示的光接受器。

(第二十六优选实施例)

图46(a)和(b)为根据第二十六优选实施例的发光源71的正视图和断面图。发光源71包含片型发光元件12，诸如安装于电路板上的LED，和圆盘状光学模块(光学器件)72，该光学模块覆盖发光元件之上。

光学模块72为铸模，在该铸模中，光反射部分20在模制树脂13内嵌入成形，并且在模制树脂13的表面上形成凸透镜形状的直接射出区域18和全反射区域19。另外，在模制树脂13的背面与光反射部分20的开口对应的位置上形成元件安装部分74，以使之容纳于开口20a中。基本上以半球形形成该元件安装部分74，该半球形形状在各方向上都与光基本垂直，使得在射出的光到达光学模块时，从发光元件12发出的光的光轴不会变弯曲。构造发光源71，使得将光学模块72置于片型发光元件12上，该发光元件12为安装于电路板73上的表面安装型，使得发光元件12可容纳于元件安装部分74上。对发光元件12和光学模块72的位置调整十分容易，并且通过使元件安装部分74的外形尺寸与发光元件12的尺寸相匹配，可以将它们有效地组合。

使用光学模块72可以提供与上述埋置于模制树脂13内的发光源相同的功能和效果。如图46(b)所示，从发光元件12向前发出的光通过元件安装部分74进入模制树脂13，并在模制树脂13中前进，以向前从直接射出区域18中射出。从发光元件12中斜向发出的光通过元件安装部分74进入模制树脂13，并在模制树脂13中前进，到达全反射区域19，并在该全反射区域上受到全反射，并且进一步被光反射部分20反射，以穿过全反射区域19向前射出。因此，从发光元件12中发出的光变宽，以从光学模块射向相对于发光元件12的较大区域，由此提供大面积的光射出面。

由于覆盖光学模块72而出现的光损失包含：进入光学模块72时的入射损失、从模制树脂13的前面射出时的菲涅耳损失和由光反射部分20产生的镜面反射损失，由此从发光元件12中射出的大约90％的光有效地从光学模块72向前射出。

并且，可以自由设计使用了光学模块72的发光源71的射出方向，使得与使用光学透镜以获得相同效果相比，该发光源可以采用空间较小的结构。虽然大多数使用LED片的应用都有空间限制，但使用光学模块72在应用上仍然十分有效。

这样可以将光学模块72应用于已被安装于电路板73上的发光元件12，使得在后面的制造工艺中，可以实现发光区域面积大和高效率的发光元件12。

虽然本实施例使用了LED片，但当将光学模块72的尺寸加大，或将其应用于LED以外的诸如电灯或萤光灯的光源时，仍可提供同样的效果。

(第二十七优选实施例)

图47为根据第二十七优选实施例的发光源75的正视图。发光源75包含长轴方向和短轴方向，并以使用具有矩形形状的光学模块72为例。当使用了光学模块72时，沿长轴方向扩展的光与沿短轴方向扩展的光不同，使得可以实现剖面为矩形或椭圆形状的射出光，从而，通过使用光学模块72提供对应于第二十二实施例(图34)的发光源75。

除此之外，通过改变光学模块72的结构，上述各种类型的发光源都可以实现同样的功能。

(第二十八优选实施例)

图48为根据第二十八优选实施例的光接受器76的透视图。并且图49为其断面图。通过用光学模块77覆盖安装于电路板73的光检测器52，并在元件安装部分78内配置光检测器52而构成光接受器76。对这种光检测器52并不加特殊限定，但它可以为普通的光电功能管或光电晶体管，该光电功能管或光电晶体管诸如图50(a)和(b)中所示的具有导线50a的光接受器。

该光学模块77为铸模，在该铸模中，光反射部分53在模制树脂54内嵌入成形，并且在模制树脂54的表面上形成凸透镜形状的直接入射区域59和平面区域60。另外，在模制树脂54的背面与光反射部分53的开口62对应的位置上形成元件安装部分78，以使之容纳于开口61中。基本上以半球形形成该元件安装部分78，该半球形形状在各方向上都与光基本垂直，使得从光学模块77射向光检测器52的光的光轴不会变弯曲。构造发光源76，使得将光学模块77可以覆盖安装于电路板73上的光检测器52，并使得光检测器52可容纳于元件安装部分78上。对光检测器52和光学模块77的位置调整十分容易，并且通过使元件安装部分78的尺寸与光检测器52的外形尺寸相匹配，可以将它们有效地组合。

在该光接受器76中，到达光学模块77的直接入射区域59的入射光在模制树脂54内前进，然后离开元件安装部分78并到达光检测器52。到达光学模块77的平面部分的光在模制树脂54内前进，以被光反射部分53反射到平面区域60，并且该反射光被平面区域60进一步全反射，以离开元件安装部分78并射向光检测器52。因此，光学模块77作为大面积光学透镜，并且通过使用与光检测器52相比尺寸较大的模块77，使得光检测器52可以接受较大面积的光。

可以用透镜获得相同的功能和效果，但这在空间需要较大的区域，而通过使用该光学模块77可以实现薄的形状。

对于光接受器，通过改变光学模块77的形状，可以使上述各种光接受器实现相同的功能。

虽然这里对用于发光源的光学模块72和用于光接受器的光学模块77分别进行了说明，但如果需要，它们之间可以通用。

(第二十九优选实施例)

图51为根据第二十九优选实施例的发光源79的断面图。在该实施例中，未将光反射部分20嵌入覆盖发光元件12的光学模块72中。在模制树脂13的后侧面上形成反射型的菲涅耳透镜状图案80，并且在图案80的表面上形成包含金属蒸镀膜的反射涂敷层81。另外，为了与电路板73保存稳定，圆筒状的支撑部分82与模制树脂13的外围部分作为一个整体一起成形。

通过这种结构，可以提供与第二十七实施例(图46)相同的效果。另外，由于不必有在模制树脂13内嵌入成形的光反射部分20，所以可以减少元件的数量并可以降低制造成本。当光学模块72成形时，不必对光反射部分20进行定位，由此改善了用于光学模块72的成形工艺的效率。

(第三十优选实施例)

图52为根据第三十优选实施例的发光源83的断面图。在该实施例中，在模制树脂13的表面的中心部位形成些许直接射出区域18，而该模制树脂的大部分表面被用作全反射区域19。直接射出区域18包含浅的凹形部分。

在该实施例中，从发光元件12向前发出的光尽可能被全反射区域19全反射，并且可以通过光反射部分20控制其射出方向。本实施例通过提高射出光束的可控制性，可以满足下列情况的要求：由于空间限制不能形成任何具有凸透镜形状的直接射出区域18；从发光元件12射出的光具有光束扩展的不平衡角且不在朗伯(lambert)分布附近；在凸透镜形状的直接射出区域18中，光不能沿所需方向射出；需要较大的面积，并且要求光分布在光学模块72的端面方向。

(第三十一优选实施例)

图53为根据第三十一优选实施例的发光源84的断面图，其中，以平面的形式形成直接射出区域18和全反射区域19。如图54所示，光学模块72的元件安装部分74包含球面状部分74a、从该球面状部分的中心向前，进入模制树脂13内部较窄的凹陷部分74c。位于球面状分部74a和凹陷部分74c之间的边界部分74b将两者平滑连接。所形成的球面状分部74a和凹陷部分74c近似于与从发光元件12射出的光的方向垂直，并且边界部分74b与从发光元件12射出的光的方向存在倾斜。

从发光元件12向前射出的光穿过凹陷部分74c，以在不改变光轴方向的情况下射出。因此，当从发光源84的前面观察时，光从其中心射出。在边界部分74b上，从发光元件12向前射出的光受到折射，从而向全反射区域19弯曲，并且其射出方向由光反射部分20控制。从发光元件12沿斜向射出的光穿过球面状分部74a，并射向全反射区域19，其光轴基本上不发生变化，然后该光被控制其方向的光反射部分20反射。根据这种结构，从发光元件12向前射出的光尽可能被全反射区域19全反射，并且，可以通过与第三十实施例(图52)相同的方法，由光反射部分20控制光的射出方向。并且，凹陷部分74c可以防止从发光源84的前面观察时出现的发光源84的中心变暗。

(第三十二优选实施例)

图55为根据第三十二优选实施例的发光源85的断面图，其中，以平面的方式形成直接射出区域18和全反射区域19。以圆锥台的形状形成光学模块72的元件安装部分74。

使用具有这种形状的元件安装部分74的光学模块72，可以将发光元件12发出的光射向元件安装部分74的顶面，而不使其方向发生改变。如图56所示，在从发光元件12射向元件安装部分74的倾斜表面的光中，临近顶面的光L4向全反射区域19折射(如虚线所示，在球面状元件安装部分74的情况下，该光L4将沿直线向前)，并且其射出方向由光反射部分20控制。从发光元件12垂直到达元件安装部分74的倾斜表面的光L5沿直线向前，然后被全反射区域19全反射，并且其射出方向由光反射部分20控制。因此，本实施例可以提供与第三十一实施例相同的效果。

并且，如图中虚线所示，当元件安装部分74为球面状时，从发光元件12斜向射出(与光轴间的角度约等于或大于70度)的光L6直接到达光反射部分20，在被反射后向外扩展。当元件安装部分74为圆锥台状时，光L6被元件安装部分74的斜面折射，从而射向用于全反射的全反射区域19，并且经过全反射的光被光反射部分20反射，以向前射出。

(第三十三优选实施例)

图57为根据第三十三优选实施例的发光源91的结构断面图。在该发光源91中，晶体管座15配置于引线架17的前端，诸如LED片的发光元件模片键合于晶体管座15上，并且另一个引线架14通过结合线16与发光元件12连接。通过将金属板模压成非球面状而形成光反射部分20，通过金属镀敷或蚀刻(etching)的方法对金属板的内侧面实施镜面加工，并且开口20a基本上配置于中心位置。

安装有发光元件12的引线架17和引线架14的前端穿过光反射部分20的开口20a，与光反射部分20一起被密封于由高折射率的透明树脂制成的模制树脂13中。在模制树脂13上形成全反射区域19，并且大约在其中心位置形成凸透镜状的直接射出区域18。

当打开发光源19时，从发光元件12发出的光中直接到达直接射出区域18的光被直接射出区域18聚焦，以向前射出。在从发光元件12发出的光中，到达直接射出区域18周围的全反射区域19的光被全反射区域19向后全反射，并进一步被位于全反射区域19后面的光反射部分20反射，而被挤压，使得方向特性变小(优选近似于平行光)，并通过全反射区域19向前射出。可以使与发光元件12的光轴存在较大夹角的射出光向前射出，由此大幅度改善光的利用效率。另外，可在发光元件12的前面均匀地发光。

并且，在该发光源91中，模制树脂13的前侧面(全反射区域19)通过φ与垂直于发光元件12的光轴的平面E存在倾斜关系。直接射出区域18包含非球面镜，并且直接射出区域18的光轴(中心)F相对于全反射区域19的几何中心G沿全反射区域19的倾斜方向(图57中向上的方向)移动。发光元件12的光轴进一步相对于直接区域18的光轴F向全反射区域19的倾斜方向移动。

通过非球面表达式对光反射部分20的弯曲形状进行描述，并且光反射部分20具有不对称形状，由于部分偏离其中心面形成该不对称形状。参照图58对该光反射部分20的形状进行详细说明。在图58(a)和(b)中，以两点划线表示的曲面板92包含以非球面表达式表达的曲面，该曲面以H作为旋转对称轴。通过该曲线板92沿J方向的边倾斜φ角度面得到的面，将光反射部分20切开。以圆形形状形成光反射部分20的开口20a，并且该开口的中心K位于曲面板92的旋转对称轴H和光反射部分20的中心G的中间位置。另外，开口20a的中心K基本上与直接射出区域18的光轴一致。将光反射部分20的两侧边切掉，使得从发光源91的前面观察时，该发光源的形状变成切去两侧面的草包(straw bag)形状。这是因为，对光反射部分20设计成不旋转对称，具有方向性，使得其在成形时，它在金属铸模中不能旋转，并且不偏离其位置。

从发光源91的前面观察时，该发光源的形状并不限于图77所示的草包形状，也可以为图78中所示的部分切去的圆形、图79所示的矩形或图80中所示的椭圆形。

发光元件12的光轴偏离光反射部分20的中心G，并且偏向全反射区域19的倾斜方向。

在该发光源91中，如上所述，对全反射区域19和光反射部分20进行斜置。如图59所示，当将全反射区域19设置为向上倾斜方向，当诸如早晨阳光或下午阳光的外部干扰光从斜上方射入时，被全反射区域19和光反射部分20反射的光返回其初始斜上方，而不会到达地面上。因此，本实施例可以避免在关掉该发光源91时，由于反射光而使该发光源91看似仍在照明，及由此带来的不方便。

发光元件12从直接射出区域18的光轴F向上移动，从发光元件12发出并穿过直接射出区域18的光射向向下的区域，这与被全反射区域19和光反射部分20反射的光不同。光反射部分20具有不对称的形状，并且发光元件12从光反射部分20的中心向上移动，使得从发光元件12发出，被全反射区域19全反射，并进一步被光反射部分20反射，以通过全反射区域19射出的光射向向下的区域，这与全反射区域19和光反射部分20中的反射光不同。从而无须防止任何干扰光，就可以从地面上确信地观察发光源91射出的光，并且可以清楚地确定发光源91的开灯状态或关灯状态。

图60为通过发光源91发出的光的光分布特性的示例。该光分布特性具有如下特征：具有倾角ε，该倾角ε沿发光元件12的光轴或发光源91的中心轴向下到达较低位置；具有不对称光分布特性，该不对称光分布特性在于，光分布在全反射区域19的倾斜方向(向上)分布范围较窄，而在相反的一侧(向下)分布范围较宽。

根据这种光分布特性，当发光源91被用作信号灯时，当从远方进行观察时可以清楚地看到它，而当从近处进行观察时，却不能看到它，由此实现信号灯所需的理想照明特性。

在这种发光源91中，使直接射出区域18形成非球面透镜形状，并且用非球面式表达光反射部分20，使得发光源91的设计变得容易。

如图57所示，光反射部分20的外周缘位于斜角部分25内，该斜角部分25在模制树脂13的前面圆周部分上形成。当模制树脂13成形时，光反射部分20的外周缘靠近铸模，以对光反射部分20进行定位，并且树脂流过光反射部分20的开口20a，使得可以很容易地对光反射部分20进行嵌入成形。

直接射出区域18并不限于非球面透镜，如果需要也可以使用球面透镜。

(第三十四优选实施例)

图61和图62分别为根据第三十四优选实施例，使用上述发光源91的信号机101的正视图和侧视图。该信号机101由红、黄、绿信号灯102R、102Y和102G排列而成，并且其上方位置被遮光板103遮住。如图63所示，在各信号灯102R、102Y和102G中，在基板104上沿一个方向安装相应发光颜色的许多发光源91，以将其容纳于外壳105内，该外壳105的前面被乳白色或半透明状的外罩106覆盖。

图65为使用常规LED107的信号灯的结构断面图，以用作比较。在常规LED107中，光沿直线向前射出，为了使信号灯内安装了LED107的基板104向下发光，不得不在外壳105内将基板104倾斜放置。因此，用于在信号灯的外壳105内安装基板104的结构变得复杂。由于不得不倾斜安装基板104，使得信号灯的厚度也变厚。

通过根据本发明的信号灯101，发光源91本身可以沿向下倾斜的方向发光，如图64，并且可以平行于外壳105安装基板104，如图63，由此降低信号灯102R、102Y和102G的厚度。在各信号灯102R、102Y和102G内安装基板104的结构变得简单。射出光有效地分布于信号机的照明技术标准范围内，在该照明技术标准范围内，不必向上照明，由此实现使用了发光效率较高的发光源91和信号机101。另外，被发光源91反射回去的光不会向下反射，因此改善了信号灯102R、102Y和102G的可视性能。

为了说明用于信号机101的诸如红、绿、蓝等非白色灯，可以提出下列发光源：将诸如红光LED、绿光LED和蓝光LED的发光元件12密封于透明模制树脂13内的发光源，或将诸如白光LED的产生白光的发光元件12密封于包含红色透明树脂、绿色透明树脂和蓝色透明树脂的模制树脂13内的发光源。根据上述方法，当打开发光源时，即使诸如太阳光的干扰光被模制树脂13或光反射部分20的表面反射回地面，也不会观察到带有颜色的反射光。当关掉发光源时，反射光不会被误认为发光源已经打开。

(第三十五优选实施例)

图66为根据第三十五优选实施例的由支柱116支撑的发光显示装置111的正视图，例如，该发光显示装置111用于向驾驶员说明交通状况或天气条件，由发光源91构成其中文字和说明。图67和68为提供发光显示装置111的发光显示单元112的正视图和断面图。在发光显示单元112中，将第三十三实施例中所述的发光源91安装于基板113上，并且基板113位于底板114和外罩115之间，以通过外罩115的开口，暴露出各发光源91。发光源91以适当的图案排列于基板113上，以根据所要显示的标志或文字发出适当颜色的光。

在使用常规LED117的发光显示单元中，从各LED117中发出的光沿直线向前射出，如图69所示，使得在将发光显示单元安装于墙壁或支柱上时，为了可以从较低的位置清楚地观察，发光显示单元不得不向下倾斜安装。

如图68所示，在使用了根据本发明的发光源91的发光显示装置111中，发光源91本身可以沿下斜方向发光，而不用在安装时倾斜发光显示装置，并且，可以很容易地从地面上观察该发光显示装置。因此，可以很容易地安装发光显示装置111，并且通过使其变薄而使其变得细长。另外，由于诸如下午阳光或早晨阳光的干扰光的反射，不易观察发光显示装置。根据使用了本发明的发光源91的发光显示装置111，通过使用具有高照明效率的发光源91，提供可以清晰辨认发光显示装置111。

(第三十六优选实施例)

图70为根据第三十六优选实施的发光源121的结构断面图，其中，模制树脂13密封了引线架17和引线架14的顶端部，在该引线架17的顶端部与发光元件12模片键合，在该引线架14的顶端部与发光元件12引线连接，并且，其中，在与发光元件12的光轴垂直的面上形成全反射区域19，该全反射区域19位于模制树脂13的前侧平面上。安装该发光源121，使得将模制树脂13的全反射区域19设置为与干扰光方向相互倾斜。

在本发光源121中，即使诸如下午阳光或早晨阳光的干扰光到达发光源121，被发光源121的全反射区域19反射回去的光会被反射回初始方向(斜上方)，而不会到达地面，并且可以避免该发光源121关闭时会看似打开。

另一方面，如果将从发光源121发出的光的光束扩展角设计得较宽，那么可以从较低的位置(地面)清楚地观察向下发出的光，由此不会牺牲发光源121的视觉辨别性能。为了从较低位置轻松观察发光源121，模制树脂13中的发光元件12的光轴可以朝向较低位置，以通过全反射区域19将从发光元件12发出的光折射，使之向下射出。

如图71所示，如果需要，模制树脂13可以在全反射区域19的中心形成直接射出区域18，该直接射出区域18可以提供与图70的发光源121的直接射出区域相同的效果。

图72中所示的发光源122B为具有图70中所示结构的发光源121的变更例，其中，具有对称结构的全反射部分20配置于全反射区域19的后面，并且被全反射区域19全反射的光进一步被光反射部分20反射，以向前射出。图73中所示的发光源122C为图72中所示的发光源122B的变更例，其中，在全反射区域19的中心配置直接射出区域18(或者图71中所示的发光源122A的变更例，其中配置有具有对称结构的光反射部分20)。

(第三十七优选实施例)

图74为根据第三十七优选实施例的发光源123的结构断面图，其中，模制树脂13密封了引线架17和引线架14的顶端部，在该引线架17的顶端部与发光元件12模片键合，在该引线架14的顶端部与发光元件12引线连接，并且位于模制树脂13的前侧面上的全反射区域19与发光元件12的光轴存在倾斜。一般将该发光源123水平安装，使得模制树脂13的全反射区域19(斜面)被设置为向上倾斜。由于全反射区域19是倾斜的，所以从发光元件12发出的一部分光被向下折射。如果需要，为了向下斜位置射出更多的光，发光元件12的光轴可以向下倾斜。

在该发光源123中，即使诸如下午阳光或早晨阳光的从较低高度射来的干扰光到达发光源123，通过发光源121的全反射区域19反射回去的光会被反射回初始方向(斜上方)，而不会到达地面，并且可以避免该发光源121在关闭时会看似打开。

另外，如图75中所示的发光源124，可以在模制树脂13的全反射区域19的中心配置直接射出区域18。这样可以提供与图74的发光源123相同的效果。

(第三十八优选实施例)

图76为根据第三十八优选实施例的发光源125的结构断面图，其中，模制树脂13密封了引线架17和引线架14的顶端部和光反射部分20，在该引线架17的顶端部与发光元件12模片键合，在该引线架14的顶端部与发光元件12(注：英文稿中为12)引线连接，并且其中，位于模制树脂13的前端的全反射区域是倾斜的。光反射部分20的外周缘被斜向切开，并且光反射部分20的形状上下不对称。本实施例包含根据第三十三实施例的发光源91，其中去掉了直接射出区域18。

一般将发光源125水平安装，使得模制树脂13的全反射区域19(斜面)被设置为向上倾斜。从发光元件12发出并被全反射区域19反射的光进一步被光反射部分20反射，并被全反射区域19折射，以向下射出。从发光元件12向前射出的一部分光通过全反射区域19向下折射。如果需要，可以使发光元件12的光轴向下倾斜。

在该发光源125中，即使诸如下午阳光或早晨阳光的从较低高度射来的干扰光到达发光源125，通过发光源125的全反射区域19反射回去的光会被反射回初始方向(斜上方)，而不会到达地面，并且可以避免该发光源125在关闭时会看似打开。

在该发光源125中，从发光元件12射向边缘方向的光被全反射区域19全反射，并进一步被光反射部分20反射，以从全反射区域19向下射出，由此改善光的利用效率。

(第三十九优选实施例)

图81为根据第三十九优选实施例的发光源126的结构断面图。在本实施例中，位于模制树脂13前面的全反射区域19与发光元件12的光轴垂直，使得发光源126本身斜向设置成不对来下方的干扰光产生反射，该干扰光诸如下午阳光或早晨阳光。换句话说，模制树脂13内的光反射部分20具有由不对称表面表示的面，或者说上下半各具有不同的非球面表达式，由此被全反射区域19全反射并由光反射部分20反射的光从全反射区域19向下射出。

当这种结构的发光源126关闭，并受到诸如下午阳光或早晨阳光的干扰光时，可以避免通过全反射区域19和光反射部分20将干扰光向下反射，并可避免该发光源126看似已经打开。

在如图82所示的实施例的发光源127中，直接射出区域18具有上半部分和下半部分不对称的剖面，由此从直接射出区域18射出的光从直接射出区域18向下射出。

(第四十优选实施例)

图83为根据第四十优选实施例的发光源128的断面图，其中，直接射出区域18的中心位于全反射区域19的中心。如该发光源128，当直接射出区域18的中心位于全反射区域19的中心时，通过将发光元件12移动到适当的位置(相对于直接射出区域18的较高位置)，光可以从直接射出区域18斜向下方射出。

(第四十一优选实施例)

图84为根据第四十一优选实施例的发光源129的断面图，其中，在弯曲表面上形成整个全反射区域19。设计全反射区域19，使其全反射从发光元件12发出的大部分光，其中，从发光元件12发出的大部分光被全反射区域19向后全反射，并进一步被光反射部分20反射，以从全反射区域19中射出。设计光反射部分20的结构或发光元件12的位置，使得从全反射区域19射出的光可以向下射出。全反射区域19沿向上和对角方向倾斜，即，全反射区域19的切线130沿向上和对角方向倾斜。

因此，在该发光源129中，诸如下午阳光或早晨阳光的干扰光被反射回近似于初始方向，并难于到达下方。另一方面，从发光元件12发出的光被反射若干次，以从全反射区域19向下射出。因此，当使用该发光源129作为用于信号机的发光源时，可以避免关闭状态的该发光源129被误认为打开。当它用于发光显示装置时，无须任何倾斜安装，就可以观察到清晰的图像。

本实施例的全反射区域的前面区域尺寸较大，并且在从发光元件12发出的光中，在发光元件12光轴附近呈朗伯分布的强光被全反射区域19和光反射部分20反射，以从发光源129中射出，由此提供具有高照明效率的发光源。

在图85中，整个发光源131都沿斜向上方向倾斜配置，而不是仅全反射区域19(或切面130)沿斜向上方向倾斜。这样，发光源131可以防止干扰光被向下反射，并且从发光源131中射出的光可沿斜向下方向射出。

(第四十二优选实施例)

图86为根据第四十二优选实施例的发光源132的断面图，其中，基本上在模制树脂13前面的中心位置配置直接射出区域18，并且在直接射出区域18周围形成锥形的全反射区域19。与全反射区域19的端部相接触的切面130沿斜向上方向倾斜，并且从切面130到全反射区域19之间的角度在全反射区域19的上半部分为ζ1，而在其下半部分变为ζ2。

在根据如图86中所示的本实施例的发光源132中，全反射区域19沿斜向上方向倾斜，使得干扰光被反射回初始方向，而不会到达下方(地面)，该干扰光诸如从较低位置射来的下午阳光或早晨阳光。通过发光元件12和位置和光反射部分20的形状，光从发光源132向斜下方射出。因此，可以避免由于干扰光的反射而出现关闭状态的发光源132看似正在照明。

如图87所示，作为使全反射区域19(或切面130)沿斜向上方倾斜的替代，使整个发光源133沿斜向上方向倾斜，其中可以防止干扰光向下反射，并使从发光源133发出的光向斜下方射出。

(第四十三优选实施例)

图88为根据第四十三优选实施例的发光源134的结构断面图，其中，在与发光元件12光轴方向的垂直面相互倾斜的平面上配置全反射区域19，在区域19的近似中心位置配置直接射出区域18，并且在下面配置具有不对称形状的光反射部分20。该发光元件12的位置偏离光反射部分20和直接射出区域18的中心位置，从而使得射出光向斜向方射出。

(第四十四优选实施例)

图89(a)和(b)为根据第四十四优选实施例的室外型显示装置141的正视图和侧视图，其中，以矩阵的方式在基板143上排列根据本发明的发光源142，并且，从前面观察时，该发光源142具有四边形外形。根据该室外型显示装置141，可以被无间隙排列发光源142，使得该显示装置可以具有没有任何间隙的发光面，该发光面发光均匀，并且外观整洁。

如图90所示，由于各发光源142的前侧面与基板143平行，将该室外型显示装置141安装于较高的位置，以朝向轻微斜向上方向。即使沿斜向上方方向安装室外型显示装置141，但各发光源142仍会沿斜下方方向发光，并且可以从较低位置清楚地观察该显示装置。

(第四十五优选实施例)

图91(a)、(b)和(c)为根据第四十五优选实施例，说明发光源的制造工艺的一个例子。虽然在本实施例中对发光源进行说明，但也可将光接受器用于本实施例。在图91中，给出了用于制造发光源的金属铸模151，该金属铸模提供用于使模制树脂13成形的模腔152。在该模腔152的底端提供用于形成全反射区域19的图案面153和用于形成直接射出区域18的图案面154。

在发光源的制造中，首先，如图91所示，将光反射部分20嵌入模腔152内。由于光反射部分20的外径约等于152的内径，所以可以通过将光反射部分20放置于模腔152的底面上，对光反射部分20在模腔152内进行定位。

在图91(b)中，给出了包含发光元件12和引线架14的元件，该发光元件12模片键合于引线架17的晶体管座上，该引线架14通过连接线16与发光元件12相连接，这在事先的其它工艺中进行制造。如图91(b)所示，将该元件放置于模腔152内，使得发光元件12的位置向下，并支撑引线架14和17的上端，以在模腔152内的设定位置固定发光元件12。

如图91(c)所示，具备这些条件之后，向已嵌入发光元件12和光反射部分20的模腔152内注入模制树脂13，以使直接射出区域18和全反射区域19成形。当注入的模制树脂13冷却并硬化后，将其从模腔152内取出，以制成发光装置。

根据该制造工艺，可以很容易对光反射部分20进行定位，并且可以实现对发光源或光接受器的大批量制造。

下面，对根据本发明的发光源，例如图3-21中所示的发光源的几种应用进行说明。

(第四十六优选实施例)

图92为根据本发明第四十六优选实施例，由本发明的发光源162排列而构成的发光显示单元161。如图92(a)所示，当使用炮弹状的发光源163以提供这种显示装置161时，光束剖面在其中心为亮的，但在其周边附近是暗的(参照图4(b))，使得其视觉辨认性能不均匀。当对炮弹状的发光源163如图93(b)进行排列时，在发光源163之间会出现间隙，从而产生暗度，并降低其可视性能。

但是，如图94所示，根据本发明的发光源162可以具有矩形形状，由此对多个发光源162进行排列时就不会出现如图92所示的间隙，并且避免发光源126之间出现的暗度，并且改善其可视性能。另外，在根据本发明的发光源162中，通过将来自直接射出区域18的光和来自光反射部分20的光进行组合，可以提供如图4(a)所示的均匀光束剖面。当对作为发光源162的集合的图像和文字进行描绘时，可以很容易地使各发光点相连，并可以显示出光滑的图像和文字。

作为另一应用，可以提供全色发光显示装置，该全色发光显示装置由使用如图95所示的各个红(R)、绿(G)和蓝(B)发光源102排列而成。

当通过如图21中所示的发光源36排列而构成多色发光显示装置(附图中未示出)时，就可以制成色分离较少的显示装置。

(第四十七优选实施例)

图96为根据本发明第四十七优选实施例，由本发明的的发光源162构成的光纤耦合器164。在该光纤耦合器164中，将光学透镜65放入发光源162和光纤167的端面之间，其中，从发光源162发出的光被光学透镜165聚集到光纤167的端面上，以与光纤167发生耦合。该光学透镜165在对应于发光源162内的直接射出区域18和全反射区域19的各点处具有不同的光学透镜常数，并且其形状由两种凸透镜166a和166b组合形成。从发光源162的直接射出区域18射出的光在光学透镜65的中心部分与光纤167端部发生耦合，并且从全反射区域19射出的光通过光学透镜165的周边部分与光纤167的端部发生耦合。

这样，通过不同的透镜部分，在中心部分从直接射出区域18射出的光和在外接部分从全反射区域19射出的光可以有效地聚集于光纤167的端面上，由此提高纤维的耦合效率，这在使用发光二极管的系统中是十分重要的。

(第四十八优选实施例)

图97为根据本发明第四十八优选实施例，使用本发明的发光源162的信号灯168的侧视图，该信号灯168包含：发光色为红色的发光源162排列构成的红光信号灯，发光色为绿色的发光源162排列构成的绿光信号灯，发光色为黄色的发光源162排列构成的黄光信号灯。将该信号灯168沿斜向上方向安装，以使之不会将信号灯168对下午阳光的反射光反射向任何车辆。因此，不愿观看带有下午阳光的反射光的信号机的问题可以得到改善。

发光源162使用如图19或20所示斜向发光的发光源34或35，并向路边斜向下的方向发光。因此，可以防止通过下午阳光而带来的对可视性能的损害，并且从路上可以容易地观看该信号灯168。根据信号机的技术标准，向上发光是无用的，因此该发出的光向下集中，由此提高光的利用效率并实现高亮度的信号灯。

由于设计依赖于透镜形状，具有炮弹形状的常规用发光源仅限于在一定程度上提供不对称的光束剖面。因此，当为了防止下午阳光的光反射，将使用常规发光源的信号灯沿向上的方向安装时，就难于从地面进行观看。但是，根据本发明，将镜子的形状设计为非对称状，并且使发光元件的位置偏离其光轴，由此可以很容易地解决这个问题。

(第四十九优选实施例)

图98为根据本发明第四十九优选实施例，使用本发明的发光源的广告招牌170。对图98中所示的安装于建筑物169的墙壁上的广告招牌(发光标志牌)170进行设计，使其向下发光，并使得当从地面观看时，其可视性能较好。当设计广告招牌70时，使其在水平面内不向建筑物的墙壁发光，如图99所示，就可以通过增加有用光实现高亮度的广告招牌。

(第五十优选实施例)

图100为根据第五十优选实施例的高置条形灯171的透视图，该高置条形灯171使用发光源173，其中，多个发光装置173沿直线排列并被安装于横向较长的基板174上，各发光装置173具有如图101所示的椭圆形状。

用于高置条形灯的发光源173的结构与图8-10所示的发光源24相同，但是，由于发光源的整体形状具有基本上为长圆、椭圆(oval)或矩形的横向较长的正面形状，通过弯曲光反射部分20的两端，将圆盘状的光反射部分20嵌入模制树脂13中。将发光源173安装于基板174上，使得它们的长轴方向与基板的长度方向平行。

将高置条形灯171安装于车辆172的后窗175内部。当车辆172的驾驶员踩刹车踏板时，所有发光源173就会立即一起打开，以向后面的车辆报警。

当高置条形灯171使用这种横向较长的发光源173时，可以高效率地射出矩形光。另外，通过制造这种横向较长的发光源173，可以减少所需发光源173，由此降低高置条形灯171的制造成本。

下面对从前面观察时具有长轴方向和短轴方向的发光源的几种应用进行说明，该发光源诸如图22-33中所示的实施例中的发光源。

(第五十一优选实施例)

图102为根据第五十一优选实施例的高置条形灯184的透视图，其中，沿直线排列并安装根据将本发明的发光源，并且将该高置条形灯安装内车辆187的后窗188内部，使得在驾驶员踩车辆187的刹车踏板时，该高置条形灯会发光。由发光源构成的高置条形灯184可以使用诸如各上述实施例的发光源，但是优选图41中所示的发光源67。

如图105(a)所示，通过沿直线排列多个发光二极管190，并且穿过配置于灯的前侧面的散射光学透镜191而发光，使光常规高置条形灯189产生横向较长的光束。在常规高装带指示器189中，单个发光二极管190可以向图105(b)所示的正方形区域发光，从而需要大量的发光二极管190。

如图104(a)所示，本发明的高置条形灯184使用发光源185，该发光源发出的光束具有如下关系：(长轴方向)∶(短轴方向)＝2∶1，并且在发光源的前面配置对应于发光源185的光束剖面的扩展光学透镜86，使得单个发光源185发出的光的射出区域可以两倍于常规发光二极管190。因此，发光源185的排列间距可以为常规发光二极管190的排列间距的一半。

与常规发光二极管190相比，本发明的各发光源185可以实现两倍以上的光利用效率。当将排列间距设计为两倍于常规发光二极管190时，从各发光源185发出的光能变成两倍，并且从高置条形灯184发出的光能与常规灯相同。使用本发明的发光源185的高置条形灯184，可以将发光源的数量减少一半，通过减少元件数量，其组合变得容易，并且可以大幅度降低成本。

(第五十二优选实施例)

图106为根据第五十二优选实施例，使用发光源的显示单元201的透视图。在该显示单元201中，以矩阵或蜂窝状排列大量的发光源202，并且使各发光源202的长轴方向转向水平方向。虽然图106给出了竖立型，但可以以壁挂型排列该单元，或在房间的外墙上安装该单元。

在按人眼高度安装该显示单元时，该显示单元的指向角优选使得可以从沿水平方向的不同角度看到该显示单元。该显示单元201使用长轴沿水平方向配置的各发光源202，并且从各发光源202发出的光本身具有如图107所示沿横向切开的方向图案，使得该显示201可以具有如图108所示的横向较宽的方向特性。因此，可以制造出视觉效果良好的显示单元。

下面，对使用本发明的光接受器的几种应用进行说明。

(第五十三优选实施例)

图109为根据第五十三优选实施例的光电传感器211的结构示意图，该光电传感用于检测漫反射型的物体的存在。该光电传感器211包含：使用发光二极管的投光元件212；用于驱动发光二极管的驱动电路213；本发明的光接受器214(例如，如图30或31所示的光接受器)；用于放大来自光接受器214的输出的放大电路215；以及处理回路216，该处理回路216用于控制驱动电路213并接受来自放大电路215的光接受信号，以判别物体的存在与否。

如图109所示，当在光电传感器211前面出现散射并反射光的物体217，并且从光电传感器211的投光元件212发出的光到达该物体217表面时，在被物体217的表面反射的光中，由斜线表示的区域内的反射光被光接受器214接受，由此通过处理回路216决定物体的存在与否，并产生检测信号。

在该光电传感器211中，由区别来自物体217的反射光和传感器的内部干扰的所需最小受光量(S/N比)决定物体的检测距离。如果从投光元件212发出的光相同，来自物体217的反射光不变，但光接受效率提高，并且通过使用本发明的光接受器214增加受光量，由此提供检测时的裕量。通过使用该光电传感器211，可以检测更远距离的物体，并且受光量增加。例如，当受光量加倍时，检测距离基本上延长 倍。

为了产生这样的效果，在常规光电传感器中，在光接收器的前面配置大的光学透镜，并且必需聚集图109中斜线表示的区域中的反射光，以使之被小的光接受器接受。但是，本发明的光电传感器211可以在不使用透镜的情况下实现这种效果，使得光接受器214的厚度变薄，实现光电传感器211的小型化，并且减少元件的数量，由此减少光接受系统的变化因素，并降低光电传感器211的成本。

该光电传感器不限于这种反射型，在透射型光电传感器中也可以实现同样的效果。该检测也不限于对物体存在与否的检测，还可以应用于检测物体的距离(类似的量)。

(第五十四优选实施例)

图110为根据第五十四优选实施例的道路地灯(road tack)221的断面图。一般将道路地灯埋入道路的中央分离带或交叉点，但常规道路地灯具有仅反射汽车前灯的特性。

在如图110所示的道路地灯221的内部包含：本发明的发光源222，本发明的光接受器223，充电器224和驱动电路225，在该道路地灯的表面被透明盖子227覆盖。在白天，光接受器223接受太阳光，以对充电池224充电，并且在晚上，驱动电路225通过使用充电池224内的电能而使发光源222发光。

根据该道路地灯221，通过在白天使用本发明的光接受器223，充电池224可以有效地充电。光接受器223的厚度可以变薄，使得道路地灯221也变薄，并使得埋入道路226中时也变得容易。

本实施例对道路地灯进行了说明，但它可以广泛应用于自发光装置中，在该自发光装置中，在白天通过光接受器对充电池充电，在晚上通过充电池内所充的电能使光单元发光，该自发光装置除了道路地灯以外，还诸如照明灯或视线诱导灯。

(第五十五优选实施例)

下面对光照型开关进行说明，该光照型开关作为使用光学模块的发光源的应用。如图114所示，常规光照型开关41包含安装于凹槽244内的多个LED245，该凹槽244配置于发光单元243内，该发光单元位于透明或半透明盖状构件242的里侧，将该盖状构件用作按钮开关；以及位于凹槽244上面的散射板246。当按下盖状构件并打开开关时，LED245发光并通过散射板246照亮整个盖状构件242。为了照亮整个盖状构件242，光照型开关241必须具有多个LED245和散射板246，使得元件数量较多，并且使该开关造价昂贵，能耗与体积较大。

根据第五十五优选实施例，图111给出了光照型开关231的透视图，图112为其分解透视图，图113为该开关的示意断面图。在该光照型开关231中，在凹槽233内安装一个发光元件12，该该凹槽233配置于发光单元242的上侧面，并且放置如图47所示的光学模块72，使之覆盖发光元件12。在凹槽233上面，配置有透明或半透明的盖状构件234(在背面可以形成切开图案)，该盖状构件234受到弹簧(未示出)向上的弹性推力，并由盖状构件匣235保持其状态。在开关体236的上面安装该发光单元232。

在该光照型开关231中，当按下作为按钮开关的盖状构件234以使之打开时，从发光元件12发出的光射向整个光学模块72，并通过光学模块72射向盖状构件234，以照亮整个盖状构件234。

因此，根据这种光照型开关231，可以降低元件的数量和成本，并由此减少发光时的能耗，并使之小型化。

在诸如太阳能电池(图33)或道路地灯(图110)的自发光装置中，或在图6的发光源中，常规光检测器或光电变换器可以与图46-49以及图50-56所示的光学模块相组合。

工业上的可应用性

本发明用于发光的光源，有外部光线进入的光接受器，用于发光和受光(可以从发光装置或其它装置发光)的自发光装置等。并且本发明用于应用光的显示装置，诸如广告塔、道路地灯、太阳能电池等。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光学装置，其特征在于包含：光学元件；树脂界面，该树脂界面用于基本上全反射偏离所述光学元件的设定前面区域的光；和用抛物面形状的金属板形成的光反射元件，且所述光学元件、所述树脂界面和所述光反射元件的位置关系为，在从所述光学元件射向所述光学装置外部的光路中，可经过被上述树脂界面和所述光反射元件反射至少一次的光路。

2.一种发光源，其特征在于：发光元件的位置被树脂覆盖，在从所述发光元件发出的光中，偏离前面的设定区域的光基本上被树脂界面全反射；并且在所述树脂界面的后面配置用抛物面形状的金属板形成的光反射元件，以反射从发光元件发出并基本上被所述树脂界面全反射的光，使之向前射出。

3.根据权利要求2的发光源，其特征在于：在与所述设定区域相邻接的区域中，所述树脂界面的至少一部分相对于所述发光元件的垂直面是倾斜的。

4.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少被所述树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，该凹面镜焦点基本上位于所述发光元件的关于所述树脂界面的镜像位置。

5.根据权利要求2的发光源，其特征在于：在穿过所述发光元件的光轴的一对相互垂直的剖面上，所述光反射元件的光反射表面中的曲率分布范围不同。

6.根据权利要求5的发光源，其特征在于：将光学透镜配置于所述发光元件的前面的设定区域，并且在通过所述发光元件的光轴的相互垂直的一对剖面上，所述透镜表面上的曲率分布范围不同。

7.一种发光源，包含位于发光元件的前面的光射出面，其特征在于：所述光射出面从所述发光元件的光轴的垂直面倾斜。

8.一种发光源，包含位于发光元件的前面的光射出面，其特征在于：所述光射出面设置为转向上方而不是水平方向，并且从所述光射出面发出的至少一部分光向下射出。

9.根据权利要求2的发光源，其特征在于：被所述光反射元件反射的光沿与所述发光元件的光轴相倾斜的方向射出。

10.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少被所述树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，并且所述发光元件位于偏离所述凹面镜焦点关于所述树脂界面的镜像位置的位置上。

11.根据权利要求2的发光源，其特征在于：该发光源包含用于向前反射从所述发光元件的侧面射出的光的第二光反射元件，且所述第二光反射元件的倾角设置为使被所述第二光反射元件反射的大部分光被所述树脂界面全反射。

12.根据权利要求2的发光源，其特征在于：该发光源包含用于向前反射从所述发光元件的侧面射出的光的第二光反射部件，且所述第二光反射部件的倾角设置为使被所述第二光反射元件反射的大部分到达所述树脂界面，同时，在用来配置所述发光元件的引线架上设置所述第二光反射元件。

13.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与构成所述树脂界面的树脂的外围部分相接触。

14.一种在树脂内使光检测器成形的光接受器，其特征在于：在所述树脂的光接受面的界面的后面设置用抛物面形状的金属板形成的光反射元件，使进入所述光检测器前面的设定区域之外的区域的光被反射，且被树脂界面全反射，入射到所述光检测器。

15.根据权利要求14的光接受器，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与构成所述树脂界面的树脂层的外围部分相接触。

16.一种位于发光源前面的光学元件，包含：用于基本上全反射从所述发光源发出的光的树脂界面；和用于反射基本上被所述树脂界面全反射的光，使之向前射出的光反射元件。

17.一种配置于光检测前面的光学元件，包含：用于反射从外面进入的光的光反射元件；和用于全反射被所述光反射元件反射的光并入射到所述光检测器的树脂界面。

18.根据权利要求16或17的光学元件，其特征在于还包含：位于所述树脂界面相反侧面上的凹槽，用来在其中配置所述发光元件和光接受器中的至少一个。

19.根据权利要求16或17的光学元件，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与提供所述树脂界面的树脂层的外围部分相接触。

20.一种光学元件的制造方法，该光学元件包含：具有树脂界面的树脂层，用于基本上全反射偏离发光元件前面设定区域的光；和用抛物面形状的金属板形成的光反射元件，用于使基本上被所述树脂界面全反射的光向前射出，该方法包括下述步骤：对所述光反射元件的外围部分的至少一部分在该光反射元件与金属铸模的模腔内表面相接触的状态下进行树脂注入。

21.一种光学元件的制造方法，该光学元件包含：用抛物面形状的金属板形成的光反射元件，用于反射到达偏离发光元件前面的设定区域的光；和具有树脂界面的树脂层，用于基本上全反射被所述光反射元件全反射的光，该方法包括下述步骤：对所述光反射元件的外围部分的至少一部分在该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面相接触的状态下进行树脂注入。

22.一种发光方法，其特征在于：在从发光元件发出的光中，除前方的设定区域之外的光基本上被树脂界面全反射，并且借助于配置于所述树脂界面的后面的第一光反射元件，使基本上被所述树脂界面全反射的光向前射出，同时，从所述发光元件的侧面射出的光借助于第二光反射元件向前方反射，向前方反射的光基本上被所述树脂界面全反射，被所述树脂界面全反射的光借助于在所述树脂界面的后面设置的第一光反射元件向前射出。

23.一种光入射方法，其特征在于：在从外面进入的光中，除光检测器的前面的设定区域之外的光被光反射元件反射，并且被所述光反射元件反射的光在树脂界面被全反射，然后入射到所述光检测器。

24.一种光电传感器，其特征在于：包含使用光电变换器作为所述光检测器的根据权利要求14的光接受器、和投光元件，通过所述光接受器检测出从所述投光元件发出的光、或从所述投光元件发出并被对象物体反射的光。

25.一种自发光装置，包含：使用光电变换器作为所述光检测器的根据权利要求14的光接受器、用于存储由光接受器产生的电能的充电池、和发光源。

26.一种显示装置，其特征在于：是把多个根据权利要求2的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

27.一种用于车灯的光源，其特征在于：是把多个根据权利要求2的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

28.一种室外显示装置，其特征在于：是把多个根据权利要求1、4、8、9和10的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

29.一种发光源，其特征在于：发光元件的位置被树脂覆盖，在从所述发光元件发出的光中，偏离前面的设定区域的光基本上被树脂界面全反射；并且在所述树脂界面的后面配置光反射元件，以反射从发光元件发出并基本上被所述树脂界面全反射的光，使之向前射出；且上述光反射元件与上述树脂一体地成形。

Claims (28)

1.一种光学装置，其特征在于包含：光学元件；树脂界面，该树脂界面用于基本上全反射偏离所述光学元件的设定前面区域的光；和光反射元件，且所述光学元件、所述树脂界面和所述光反射元件的位置关系为，在从所述光学元件射向所述光学装置外部的光路中，可经过被上述树脂界面和所述光反射元件反射至少一次的光路。

2.一种发光源，其特征在于：发光元件的位置被树脂覆盖，在从所述发光元件发出的光中，偏离前面的设定区域的光基本上被树脂界面全反射；并且在所述树脂界面的后面配置光反射元件，以反射从发光元件发出并基本上被所述树脂界面全反射的光，使之向前射出。

3.根据权利要求2的发光源，其特征在于：在与所述设定区域相邻接的区域中，所述树脂界面的至少一部分相对于所述发光元件的垂直面是倾斜的。

4.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少被所述树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，该凹面镜焦点基本上位于所述发光元件的关于所述树脂界面的镜像位置。

5.根据权利要求2的发光源，其特征在于：在穿过所述发光元件的光轴的一对相互垂直的剖面上，所述光反射元件的光反射表面中的曲率分布范围不同。

6.根据权利要求5的发光源，其特征在于：将光学透镜配置于所述发光元件的前面的设定区域，并且在通过所述发光元件的光轴的相互垂直的一对剖面上，所述透镜表面上的曲率分布范围不同。

7.一种发光源，包含位于发光元件的前面的光射出面，其特征在于：所述光射出面从所述发光元件的光轴的垂直面倾斜。

8.一种发光源，包含位于发光元件的前面的光射出面，其特征在于：所述光射出面设置为转向上方而不是水平方向，并且从所述光射出面发出的至少一部分光向下射出。

9.根据权利要求2的发光源，其特征在于：被所述光反射元件反射的光沿与所述发光元件的光轴相倾斜的方向射出。

10.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少被所述树脂界面全反射的光所到达的区域构成凹面镜，并且所述发光元件位于偏离所述凹面镜焦点关于所述树脂界面的镜像位置的位置上。

11.根据权利要求2的发光源，其特征在于：该发光源包含用于向前反射从所述发光元件的侧面射出的光的第二光反射元件，且所述第二光反射元件的倾角设置为使被所述第二光反射元件反射的大部分光到达所述树脂界面。

12.根据权利要求11的发光源，其特征在于：在配置有所述发光元件的引线架上具有所述第二光反射元件。

13.根据权利要求2的发光源，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与构成所述树脂界面的树脂的外围部分相接触。

14.一种在树脂内使光检测器成形的光接受器，其特征在于：在所述树脂的光接受面的界面的后面设置光反射元件，使进入所述光检测器前面的设定区域之外的区域的光被反射，且被树脂界面全反射，入射到所述光检测器。

15.根据权利要求14的光接受器，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与构成所述树脂界面的树脂层的外围部分相接触。

16.一种位于发光源前面的光学元件，包含：用于基本上全反射从所述发光源发出的光的树脂界面；和用于反射基本上被所述树脂界面全反射的光，使之向前射出的光反射元件。

17.一种配置于光检测前面的光学元件，包含：用于反射从外面进入的光的光反射元件；和用于全反射被所述光反射元件反射的光并入射到所述光检测器的树脂界面。

18.根据权利要求16或17的光学元件，其特征在于还包含：位于所述树脂界面相反侧面上的凹槽，用来在其中配置所述发光元件和光接受器中的至少一个。

19.根据权利要求16或17的光学元件，其特征在于：所述光反射元件的至少一部分与提供所述树脂界面的树脂层的外围部分相接触。

20.一种光学元件的制造方法，该光学元件包含：具有树脂界面的树脂层，用于基本上全反射偏离发光元件前面设定区域的光；和光反射元件，用于使基本上被所述树脂界面全反射的光向前射出，该方法包括下述步骤：对所述光反射元件的外围部分的至少一部分在该光反射元件与金属铸模的模腔内表面相接触的状态下进行树脂注入。

21.一种光学元件的制造方法，该光学元件包含：光反射元件，用于反射到达偏离发光元件前面的设定区域的光；和具有树脂界面的树脂层，用于基本上全反射被所述光反射元件全反射的光，该方法包括下述步骤：对所述光反射元件的外围部分的至少一部分在该光反射元件与金属铸模的模腔的内表面相接触的状态下进行树脂注入。

22.一种发光方法，其特征在于：在从发光源发出的光中，除前方的设定区域之外的光基本上被树脂界面全反射，并且通过配置于所述树脂界面的后面的光反射元件，使基本上被所述树脂界面全反射的光向前射出。

23.一种光入射方法，其特征在于：在从外面进入的光中，除光检测器的前面的设定区域之外的光被光反射元件反射，并且被所述光反射元件反射的光在树脂界面被全反射，然后入射到所述光检测器。

24.一种光电传感器，其特征在于：包含使用光电变换器作为所述光检测器的根据权利要求14的光接受器、和投光元件，通过所述光接受器检测出从所述投光元件发出的光、或从所述投光元件发出并被对象物体反射的光。

25.一种自发光装置，包含：使用光电变换器作为所述光检测器的根据权利要求14的光接受器、用于存储由光接受器产生的电能的充电池、和发光源。

26.一种显示装置，其特征在于：是把多个根据权利要求2的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

27.一种用于车灯的光源，其特征在于：是把多个根据权利要求2的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

28.一种室外显示装置，其特征在于：是把多个根据权利要求1、4、8、9和10的发光源或多个根据权利要求16的光学元件排列而构成的。

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