JP2002221658A - Bulk type lens, light emitting body, light receiving body, illumination instrument, optical information communication system and method for manufacturing bulk type lens - Google Patents

Bulk type lens, light emitting body, light receiving body, illumination instrument, optical information communication system and method for manufacturing bulk type lens

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JP2002221658A
JP2002221658A JP2001018914A JP2001018914A JP2002221658A JP 2002221658 A JP2002221658 A JP 2002221658A JP 2001018914 A JP2001018914 A JP 2001018914A JP 2001018914 A JP2001018914 A JP 2001018914A JP 2002221658 A JP2002221658 A JP 2002221658A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aspherical lens in which desired illuminance is obtained by effectively condensing the stray light component of a light source such as an LED(light emitting diode) at the outer periphery part of a lens medium without using a reflection mirror. SOLUTION: This shell-shaped or egg-shaped bulk type lens 20 is constituted of the bulk type lens medium 4 having an outside top part 3, a base part and the outer periphery part consisting of side surfaces in a direction parallel with an optical axis, and a housing part 6 provided inside the medium 4 from the bottom part to the top part 3. The ceiling part of the recessed part 2 and the wall part of the recessed part 5 of the housing part 6 provided inside the medium 4 function as 1st lens surfaces (2 and 5) and the top part 3 of the medium 4 functions as a 2nd lens surface 3. A light source 1 or a photodetector is housed inside the housing part 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な構造の光学
レンズの提案に係り、特に、非球面を用いた比較的厚い
レンズに関する。更に、このレンズを用いた発光体、受
光体、及びこの発光体を用いた照明器具に関する。更に
は、この発光体と受光体とから構成される光情報通信シ
ステム及びこの新規な構造の光学レンズの製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a proposal for an optical lens having a novel structure, and more particularly, to a relatively thick lens using an aspherical surface. Further, the present invention relates to a light-emitting body and a light-receiving body using the lens, and a lighting fixture using the light-emitting body. Further, the present invention relates to an optical information communication system including the light emitter and the light receiver, and a method for manufacturing an optical lens having the novel structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から「両凸レンズ」、「平凸レン
ズ」、「メニスカス凸レンズ」、「両凹レンズ」、「平
凹レンズ」、「メニスカス凹レンズ」等の球面レンズが
知られている。これらのレンズの設計論は確立され、技
術的にも成熟期に有り、新らたな構造のレンズの提案は
ほとんど見られない。現在のレンズの設計論は、なるべ
く薄いレンズを実現する方向に向かっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, spherical lenses such as a "biconvex lens", a "plano-convex lens", a "meniscus convex lens", a "biconcave lens", a "plano-concave lens" and a "meniscus concave lens" have been known. The design theory of these lenses has been established and is in a technically mature stage, and there is almost no proposal for lenses having a new structure. Current lens design theory is moving toward achieving lenses that are as thin as possible.

【0003】最近ハロゲンランプを用いた細身の懐中電
灯が市販されるに至っているが、この種の懐中電灯の電
池の寿命は連続点灯では3時間程度であり、又、ハロゲ
ンランプ自身の寿命も短いという欠点を有している。
Recently, a thin flashlight using a halogen lamp has been marketed, but the battery life of this type of flashlight is about three hours in continuous operation, and the life of the halogen lamp itself is short. There is a disadvantage that.

【0004】一方、パーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ、小型携帯テレビ、車載テレビ等には、液晶表
示装置が多用されている。この様に液晶表示基板の照明
(バックライト)は蛍光放電管(蛍光灯)が用いられて
いる。このバックライト用蛍光灯は、携帯テレビや携帯
用パーソナルコンピュータを落下した際には破損した
り、特性が劣化し易いという問題が有る。又、冬季寒冷
地等の低温度環境下で使用する場合、管内の水銀蒸気圧
が低下して発光効率が低くなり、十分な輝度を得ること
が出来なくなる。更に、長時間動作に対する安定性や信
頼性が不十分である。又、最も重要な問題は消費電力が
大きいことである。携帯用パーソナルコンピュータを例
にすれば、マイクロプロッセッサやメモリで消費される
電力よりも液晶表示部の消費電力が圧倒的に大きい。こ
のため、蛍光灯をバックライトとして用いた場合は、長
時間に渡り電池で携帯テレビや携帯用パーソナルコンピ
ュータを動作させるのは困難である。又、蛍光灯は、電
源の周波数に対応したパルス的な発光であるので、個人
差は有るが、そのちらつき感から、目の疲労の問題が生
じる。即ち、バックライトのような直接照明に近い使用
方法の場合、長時間、蛍光灯からの光を直視することに
よる目の疲労、或いは、目の疲労からくる人体への影響
などの問題も有る。
On the other hand, liquid crystal display devices are frequently used in personal computers, word processors, small portable televisions, in-vehicle televisions, and the like. As described above, a fluorescent discharge tube (fluorescent lamp) is used for illumination (backlight) of the liquid crystal display substrate. The fluorescent lamp for backlight has a problem that the portable television or the portable personal computer is easily damaged or dropped when dropped. Further, when the device is used in a low temperature environment such as a cold region in winter, the mercury vapor pressure in the tube is reduced, the luminous efficiency is reduced, and sufficient luminance cannot be obtained. Furthermore, stability and reliability for long-time operation are insufficient. The most important problem is that the power consumption is large. Taking a portable personal computer as an example, the power consumption of the liquid crystal display unit is overwhelmingly greater than the power consumed by the microprocessor and the memory. Therefore, when a fluorescent lamp is used as a backlight, it is difficult to operate a portable television or a portable personal computer with a battery for a long time. In addition, since the fluorescent lamp emits light in a pulse manner corresponding to the frequency of the power supply, there is an individual difference, but the flickering causes a problem of eye fatigue. That is, in the case of a usage method close to direct illumination such as a backlight, there are problems such as eye fatigue due to direct viewing of light from a fluorescent lamp for a long time, or the effect of eye fatigue on the human body.

【0005】発光ダイオード(LED)等の半導体発光
素子は電気エネルギを直接光エネルギに変換するため、
ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率で、
しかも発光に際して発熱を伴わない特徴を有する。白熱
球においては、電気エネルギを一旦熱エネルギに変換
し、その発熱に伴う輻射を利用しているのであり、その
変換効率は原理的に低く、その光への変換効率が1%を
越えることはない。蛍光灯においては電気エネルギは、
放電エネルギに変換されており、こちらも同様に、その
変換効率は低い。一方、LEDにおいては、変換効率が
20%以上程度が可能で、白熱球や蛍光灯に比し約10
0倍以上の変換効率が容易に達成出来る。更に、LED
等の半導体発光素子は半永久的とも考え得る長寿命で、
且つ蛍光灯の光のようにちらつきの問題もないので、目
や人体に悪影響を及ぼさない。
A semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) directly converts electric energy into light energy.
Higher efficiency than incandescent bulbs such as halogen lamps and fluorescent lamps,
Moreover, it has a feature that it does not generate heat when emitting light. In an incandescent sphere, electric energy is once converted into heat energy, and the radiation accompanying the heat generation is used. The conversion efficiency is low in principle, and the conversion efficiency to light cannot exceed 1%. Absent. In fluorescent lamps, the electrical energy is
It has been converted to discharge energy, and its conversion efficiency is similarly low. On the other hand, LEDs can have a conversion efficiency of about 20% or more, which is about 10% higher than incandescent bulbs and fluorescent lamps.
Conversion efficiency of 0 times or more can be easily achieved. Furthermore, LED
Semiconductor light-emitting elements have a long life that can be considered semi-permanent,
In addition, since there is no problem of flickering like the light of a fluorescent lamp, there is no adverse effect on eyes and human body.

【0006】かかる優れた特徴をLEDは有するもの
の、LEDの応用は各種機器のコントロールパネルの表
示ランプや、電光掲示板等の表示装置等の極く限られた
範囲に限定されている。実開昭62−92504号公報
には、前面レンズの全体に亘り均等な明るさを得、視認
性を向上させるための複数の発光ダイオードを用いた交
通信号灯(発光表示装置)が開示されている。実開昭6
2−92504号公報に開示された前面レンズはその裏
面に突部が設けられ、この突部に囲まれた凹部に発光ダ
イオードを挿入した構造である。しかし、突部の周面は
テーパ形をなし、更にテーパ形の周面に反射膜が設けら
れている。反射膜を用いることにより均等な明るさを得
ようと試みた技術であるが、十分な照度は得られていな
い。現在までのところ、LEDが照明器具(照明装置)
に使用された例は少ない。最近、鍵穴の照明用のLED
応用製品も一部において知られているが、小さな面積し
か照明出来ないものである。この様に特殊な例を除け
ば、一般に、LEDが照明用に使用されることはなかっ
た。極く最近になり、やっと学会レベルで、LEDの照
明の応用の意図が明確になってきた。例えば、通産省の
研究開発プロジェクト「21世紀のあかり計画」におい
て、山口大学の田口教授はLEDによる照明の実用化に
めどを付けた旨の報告をしているが、700個のLED
を用いている(平成12年5月26日付け日刊工業新聞
参照。)。
Although the LED has such excellent features, the application of the LED is limited to a very limited range such as a display lamp of a control panel of various devices and a display device such as an electric bulletin board. Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 62-92504 discloses a traffic light (light-emitting display device) using a plurality of light-emitting diodes for obtaining uniform brightness over the entire front lens and improving visibility. . Showa 6
The front lens disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-92504 has a structure in which a projection is provided on the rear surface, and a light emitting diode is inserted into a recess surrounded by the projection. However, the peripheral surface of the projection has a tapered shape, and a reflective film is further provided on the tapered peripheral surface. Although this technique attempts to obtain uniform brightness by using a reflective film, sufficient illuminance has not been obtained. Up to now, LEDs are lighting equipment (lighting equipment)
Few examples have been used. Recently, LED for keyhole lighting
Application products are also known in some, but can only illuminate a small area. Except for such special cases, LEDs have not generally been used for lighting. Only recently has the intention of LED lighting applications been clarified at the academic level. For example, in the "Akari plan for the 21st century," the Ministry of International Trade and Industry research and development projects, Taguchi professor of Yamaguchi University has been a report to the effect that with a prospect to the practical use of illumination by LED, but 700 pieces of LED
(See Nikkan Kogyo Shimbun, May 26, 2000).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】照明に用いる際に、大
量のLEDが用いられているのは、LEDの輝度は極め
て高いにもかかわらず、LED1個の光の出射面積が1
mm程度の小さな面積であるため、照明器具としての
十分な光束が得られないことに起因している。従来の光
学系を用いたのでは、1個のLEDの発光では、照明の
対象となる面上の照度が、所望の照度に達しない。つま
り、光により照らされた面上の単位面積当たりの光束が
足りないのである。
The reason why a large number of LEDs are used for illumination is that the light emission area of one LED is one even though the brightness of the LED is extremely high.
Since the area is as small as about 2 mm2, a sufficient light flux as a lighting fixture cannot be obtained. With the use of the conventional optical system, the illuminance on the surface to be illuminated does not reach the desired illuminance with the light emission of one LED. That is, the light flux per unit area on the surface illuminated by the light is insufficient.

【0008】単純には、LEDを多数マトリクス状に配
列した照明器具を構成すれば、一定の照度は得られるで
あろう。しかし、現在のところLEDの主材料は、高価
な化合物半導体が用いられており、なおかつ、エピタキ
シャル成長や不純物拡散等の高度の製造技術が要求され
るため、LEDの製造単価(コスト)の低減には一定の
限界が有る。更に、青色LEDの材料である窒化ガリウ
ム(GaN)のエピタキシャル成長の基板には、高価な
サファイア基板が用いられている等各半導体材料特有の
事情も有る。
[0008] Simply, by constructing a lighting fixture in which a large number of LEDs are arranged in a matrix, a certain illuminance will be obtained. However, at present, expensive compound semiconductors are used as the main material of LEDs, and advanced manufacturing techniques such as epitaxial growth and impurity diffusion are required. There are certain limitations. Further, there are circumstances specific to each semiconductor material, such as an expensive sapphire substrate being used as a substrate for epitaxial growth of gallium nitride (GaN), which is a material for a blue LED.

【0009】したがって、所望の照度を得るために、比
較的高価なLEDを多数配列する等の方法により照明装
置(照明器具)を組み立てたのでは、あまりにも高価に
なりすぎるため、現実的ではない。又、シリコン(S
i)では、直径300mmのウェハが使用され始めてい
るが、LEDの材料である化合物半導体のエピタキシャ
ル成長用基板としては、この様な大口径ウェハは現状で
は入手出来ない。更に、エピタキシャル成長の均一性等
の製造技術上の問題も有り、基本的に大面積の発光領域
を有したLEDを製造するのは困難である。
Therefore, it is not realistic to assemble a lighting device (lighting fixture) by arranging a large number of relatively expensive LEDs in order to obtain a desired illuminance, because it is too expensive. . In addition, silicon (S
In i), a wafer having a diameter of 300 mm has begun to be used, but such a large-diameter wafer is not currently available as a substrate for epitaxial growth of a compound semiconductor, which is a material for LEDs. Furthermore, there are also problems in manufacturing technology such as uniformity of epitaxial growth, and it is basically difficult to manufacture an LED having a large-area light emitting region.

【0010】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。したがって、本発明の目的は、LED等
の光源を用いることが可能で、且つ反射鏡を用いること
なく有効に迷光成分等を利用し、所望の照度を得ること
が可能なバルク型レンズを提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, an object of the present invention is to provide a bulk type lens that can use a light source such as an LED and can effectively use a stray light component or the like without using a reflecting mirror to obtain a desired illuminance. That is.

【0011】本発明の他の目的は、光源の潜在的な光エ
ネルギを効率良く引き出し、且つ、それ自身には何ら手
を加えることなく、容易に、光の発散、収束等の光路の
変更や焦点の変更が可能なバルク型レンズを提供するこ
とである。
Another object of the present invention is to efficiently extract potential light energy of a light source and easily change the optical path such as divergence and convergence of light without modifying the light source itself. An object of the present invention is to provide a bulk type lens whose focus can be changed.

【0012】本発明の更に他の目的は、安価で十分な照
度と長期間に渡る安定性と信頼性を有した発光体を提供
することである。
Still another object of the present invention is to provide a luminous body which is inexpensive, has sufficient illuminance, and has long-term stability and reliability.

【0013】本発明の更に他の目的は、電力消費量が少
なく、ちらつきのない発光体を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a light emitting body which consumes less power and has no flicker.

【0014】本発明の更に他の目的は、簡単な構造で、
検出感度の高い受光体を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a simple structure,
An object of the present invention is to provide a photoreceptor having high detection sensitivity.

【0015】本発明の更に他の目的は、電池の寿命が長
く、携帯に適した照明器具を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a lighting device which has a long battery life and is suitable for carrying.

【0016】本発明の更に他の目的は、信頼性の高く高
効率な光情報通信システムを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a highly reliable and efficient optical information communication system.

【0017】本発明の更に他の目的は、高い製造歩留ま
りで、良好な幾何学的形状のバルク型レンズが製造出来
るバルク型レンズの製造方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a bulk lens capable of manufacturing a bulk lens having a good geometric shape with a high manufacturing yield.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を鑑み、本発明
の第1の特徴は、外側頂部、底部及び外周部を有するレ
ンズ媒体、及びこのレンズ媒体の内部に設けられた収納
部とから構成されるバルク型レンズに関する。レンズ媒
体の外周部は、光軸に平行方向の側面を有する。但し、
この光軸に平行方向の側面に突起部や溝等を設けても、
その基本面が光軸に平行方向であれば構わない。収納部
は、レンズ媒体の底部から外側頂部に向かってレンズ媒
体の内部に設けられ、光軸に平行方向の面からなる側壁
部とこの側壁部に接続された天井部とを有する井戸型の
凹部である。本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズ
は、収納部(井戸型の凹部)の天井部と側壁部とが第1
のレンズ面、レンズ媒体の外側頂部が第2のレンズ面と
して機能する。収納部の内部に、光源若しくは光検出器
が収納される。そして、本発明の第1の特徴に係るバル
ク型レンズは、第2のレンズ面の曲率半径をR、レンズ
媒体の光軸方向に測った全長をL、レンズ媒体の屈折率
をnとして、 0.93 < k(R/L) <1.06 ・・・・・(1) の関係を満足することを要旨とする。但し、(1)式の
kは、以下の(2)式で与えられる。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above objects, a first feature of the present invention comprises a lens medium having an outer top, a bottom and an outer periphery, and a storage portion provided inside the lens medium. Related to bulk type lenses. The outer peripheral portion of the lens medium has a side surface in a direction parallel to the optical axis. However,
Even if projections and grooves are provided on the side surface in the direction parallel to the optical axis,
It does not matter if the basic plane is parallel to the optical axis. The housing portion is provided inside the lens medium from the bottom to the outer top of the lens medium, and has a well-shaped concave portion having a side wall portion having a surface parallel to the optical axis and a ceiling portion connected to the side wall portion. It is. In the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, the ceiling portion and the side wall portion of the storage portion (well-shaped concave portion) are the first type.
And the outer top of the lens medium functions as a second lens surface. A light source or a photodetector is housed inside the housing. In the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, the radius of curvature of the second lens surface is R, the total length measured in the optical axis direction of the lens medium is L, and the refractive index of the lens medium is n. .93 <k (R / L) <1.06 (1) However, k in the expression (1) is given by the following expression (2).

【0019】 k = 1/(0.35・n −0.168) ・・・・・(2) 本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズの収納部(井
戸型の凹部)の内部には、光源若しくは光検出器が収納
される。即ち、収納部の内部に光源を収納した場合は、
第1のレンズ面が入射面、第2のレンズ面が出射面とし
て機能する。一方、収納部の内部に光検出器を収納した
場合は、第2のレンズ面が入射面、第1のレンズ面が出
射面として機能する。「バルク型」とは、砲弾型、卵
型、繭型、蒲鉾型等の塊形状を意味し、従来の薄型レン
ズと区別する意である。光軸方向に垂直な断面の形状
は、真円、楕円、三角形、四角形、多角形等が可能であ
る。したがって、バルク型のレンズ媒体の光軸に平行方
向の側面からなる外周部は、円柱でも角柱でも構わな
い。第1のレンズ面は、第1の湾曲面からなる主入射面
と、この第1の湾曲面とは曲率の異なる側壁入射面とか
ら構成されている。主入射面となる第1の湾曲面は、円
錐形でも良い。第2のレンズ面は第2の湾曲面から構成
されている。当然であるが、第2の湾曲面とこの第2の
湾曲面に接続されるレンズ媒体の外周部とは曲率が異な
る。
K = 1 / (0.35 · n−0.168) (2) Inside of the bulk lens receiving portion (well-shaped concave portion) according to the first feature of the present invention. Houses a light source or a photodetector. That is, when the light source is stored inside the storage unit,
The first lens surface functions as an incident surface, and the second lens surface functions as an outgoing surface. On the other hand, when the photodetector is stored inside the storage section, the second lens surface functions as an incident surface, and the first lens surface functions as an output surface. The term “bulk type” refers to a lump shape such as a shell type, an egg type, a cocoon type, a kamaboko type and the like, and is intended to be distinguished from a conventional thin lens. The shape of the cross section perpendicular to the optical axis direction can be a perfect circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, or the like. Therefore, the outer peripheral portion formed of the side surface in the direction parallel to the optical axis of the bulk type lens medium may be a cylinder or a prism. The first lens surface is composed of a main incident surface formed of a first curved surface, and a side wall incident surface having a curvature different from that of the first curved surface. The first curved surface serving as the main incident surface may have a conical shape. The second lens surface is constituted by a second curved surface. Naturally, the second curved surface has a different curvature from the outer peripheral portion of the lens medium connected to the second curved surface.

【0020】本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズ
のレンズ媒体は、入射面と出射面とを接続する光伝送部
として機能するので、光の波長に対して透明な材料であ
る必要が有る。「透明な材料」としては、アクリル樹脂
等の透明樹脂(透明プラスチック材料)、石英ガラス、
ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種
々のガラス材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛
(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、炭化珪素(SiC)
等の結晶性材料を用いても構わない。又、可とう性、屈
曲性や伸縮性の有る透明プラスチック、透明ゴムのよう
な材料でも構わない。なお、光源として、ハロゲンラン
プ等の白熱球を用いる場合は、これによる発熱を考慮
し、耐熱性光学材料を用いるべきである。耐熱性光学材
料としては、石英ガラス、サファイアガラス等の耐熱ガ
ラスが好ましい。或いは、ポリサルホン樹脂、ポリエー
テルサルホン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエーテ
ルエステルアミド樹脂、メタクリル樹脂、非晶性ポリオ
レフィン樹脂、パーフルオロアルキル基を有する高分子
材料等の耐熱性樹脂等の耐熱性光学材料が使用可能であ
る。SiC等の結晶性材料も耐熱性に優れている。
Since the lens medium of the bulk type lens according to the first feature of the present invention functions as an optical transmission unit connecting the incident surface and the exit surface, it is necessary that the material is transparent to the wavelength of light. Yes. "Transparent material" includes transparent resin (transparent plastic material) such as acrylic resin, quartz glass,
Various glass materials such as soda-lime glass, borosilicate glass, and lead glass can be used. Alternatively, zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), silicon carbide (SiC)
Or other crystalline materials. Further, a material such as a transparent plastic or a transparent rubber having flexibility, flexibility and elasticity may be used. When an incandescent bulb such as a halogen lamp is used as the light source, a heat-resistant optical material should be used in consideration of the heat generated thereby. As the heat-resistant optical material, heat-resistant glass such as quartz glass and sapphire glass is preferable. Alternatively, a heat-resistant optical material such as a heat-resistant resin such as a polysulfone resin, a polyether sulfone resin, a polycarbonate resin, a polyetheresteramide resin, a methacrylic resin, an amorphous polyolefin resin, or a polymer material having a perfluoroalkyl group is used. Can be used. Crystalline materials such as SiC also have excellent heat resistance.

【0021】しかし、「光源」としては、LEDや半導
体レーザ等の発光に際して、顕著な発熱作用を伴わない
光源が好ましい。但し、半導体レーザの出力光はコーヒ
ーレントな直進性を有した光であるので、本発明の第1
の特徴に係るバルク型レンズと従来の薄型レンズとは顕
著な効果の差違は認められない。したがって、出力光が
コーヒーレントでなく、分散(発散)を伴い、本来的に
ビームが広がる傾向があるLEDの方が本発明の第1の
特徴に係るバルク型レンズの光源として好ましい。LE
D等を用いれば、本発明の第1の特徴に係るバルク型レ
ンズの凹部(収納部)の内部に、「光源」を収納した場
合において、その発熱作用によって、バルク型レンズに
熱的影響を与えることがない。
However, as the "light source", a light source which does not have a remarkable heat generation effect when emitting light from an LED or a semiconductor laser is preferable. However, since the output light of the semiconductor laser is light having a coherent straightness, the first light of the present invention is used.
No remarkable difference in effect is observed between the bulk type lens according to the above feature and the conventional thin lens. Therefore, an LED in which the output light is not coherent, but is accompanied by dispersion (divergence) and the beam naturally tends to spread is preferable as the light source of the bulk lens according to the first aspect of the present invention. LE
When D or the like is used, when the “light source” is stored inside the concave portion (storage portion) of the bulk-type lens according to the first feature of the present invention, the bulk-type lens has a thermal effect due to its heat generation action. I will not give.

【0022】本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズ
によれば、光源の数を多数必要とすることなく、所望の
照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知の
レンズ等の光学系では達成不可能な照度である。即ち、
従来の技術常識では予測出来ない照度を、簡単且つ小型
な構成で実現出来るものである。詳細は後述するが、従
来の「両凸レンズ」、 「平凸レンズ」、「メニスカス
凸レンズ」、「両凹レンズ」、「平凹レンズ」、「メニ
スカス凹レンズ」等の薄型レンズでは、直径が無限大の
大型なレンズを用いなければ、本発明のバルク型レンズ
に等価な機能を達成出来ない。
According to the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, a desired illuminance can be easily obtained without requiring a large number of light sources. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. That is,
Illuminance that cannot be predicted with conventional common sense can be realized with a simple and small configuration. Although details will be described later, conventional thin lenses such as a “biconvex lens”, a “plano-convex lens”, a “meniscus convex lens”, a “biconcave lens”, a “plano-concave lens”, and a “meniscus concave lens” have a large diameter of infinity. Without a lens, a function equivalent to the bulk lens of the present invention cannot be achieved.

【0023】LEDには内部量子効率と外部量子効率が
有るが、通常外部量子効率は内部量子効率よりも低い。
本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズにより、LE
Dを収納部(凹部)に収納することにより、内部量子効
率とほぼ等しい効率で、潜在的なLEDの光エネルギを
有効に取り出すことが可能となる。
An LED has an internal quantum efficiency and an external quantum efficiency. Generally, the external quantum efficiency is lower than the internal quantum efficiency.
With the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, LE
By storing D in the storage section (recess), it is possible to effectively extract the potential LED light energy with an efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency.

【0024】又、本発明の第1の特徴に係るバルク型レ
ンズによれば、LED等の光源それ自身には何ら手を加
えることなく、容易に、光の発散、収束等の光路の変更
や焦点の変更が可能である。
According to the bulk-type lens according to the first aspect of the present invention, it is possible to easily change the optical path such as divergence and convergence of light without changing the light source itself such as an LED. The focus can be changed.

【0025】本発明の第1の特徴に係る「光源」は、コ
ーヒーレントである必要はないが、10°〜20°程度
の所定の発散角で特定方向に光を発する光源であること
が好ましい。特定方向に光を発する発散角が既知であれ
ば、集光や分散等の光学的設計が容易になり、第1及び
第2の湾曲面の曲率半径等の選定が簡単に出来るからで
ある。なお、第1及び第2の湾曲面のいずれか一方は、
曲率半径無限大、若しくは無限大に近い平坦な面を含み
得ることに留意すべきである。第1及び第2の湾曲面の
いずれか一方が、無限大ではない所定の(有限の)曲率
半径を有していれば、光の収束、発散が制御可能である
からである。又、「所定の発散角」は0°、即ち平行光
線をも含み得るが、平行光線の場合は、本発明の第1の
特徴に係るバルク型レンズと従来の薄型レンズとは顕著
な効果の差違は認められない。一方、発散角が90°の
場合でも、収納部が光源の主発光部をほぼ完全に光学的
に覆っているため、凹部側壁部(側壁入射面)を介し
て、有効にその光を集光することが可能である。これ
は、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。
即ち、第1の湾曲面からなる主入射面(天井部)以外の
収納部の側壁入射面(凹部側壁部)も、第1のレンズ面
を構成し、有効な光の入射面として機能し得る。
The "light source" according to the first aspect of the present invention does not need to be a coherent, but is preferably a light source that emits light in a specific direction at a predetermined divergence angle of about 10 to 20 degrees. . This is because if the divergence angle for emitting light in a specific direction is known, optical design such as condensing and dispersion becomes easy, and the radius of curvature of the first and second curved surfaces can be easily selected. Note that either one of the first and second curved surfaces is
It should be noted that the radius of curvature may include infinity, or may include a flat surface near infinity. This is because if one of the first and second curved surfaces has a predetermined (finite) radius of curvature that is not infinite, convergence and divergence of light can be controlled. Further, the “predetermined divergence angle” may include 0 °, that is, a parallel ray. In the case of a parallel ray, the bulk type lens according to the first feature of the present invention and the conventional thin lens have a remarkable effect. No difference is found. On the other hand, even when the divergence angle is 90 °, the light is effectively condensed via the concave side wall (side wall incident surface) because the housing almost completely covers the main light emitting portion of the light source. It is possible to This is an operation that is impossible with a conventional optical system such as a lens.
That is, the side wall incident surface (concave side wall portion) of the storage unit other than the main incident surface (ceiling portion) composed of the first curved surface also constitutes the first lens surface and can function as an effective light incident surface. .

【0026】具体的には、本発明の第1の特徴に係る
「光源」は、第1の屈折率を有した透明材料でモールド
されたLEDであり、収納部は、第1の屈折率とは異な
る第2の屈折率を有する流体若しくは流動体を介して光
源を収納するようにすれば良い。ここで、「流体」と
は、光源から発せられる光の波長に対して透明な気体若
しくは液体の意であり、最も簡便には空気が使用出来
る。「流動体」とはゾル状、コロイド状若しくはゲル状
の光の波長に対して透明の物質を言う。或いは、本発明
の第1の特徴における「光源の主発光部」は、第1の屈
折率を有した透明材料からなる伝送部を有する光ファイ
バの端部であり、収納部は、第1の屈折率とは異なる第
2の屈折率を有する流体若しくは流動体を介して光ファ
イバの端部を収納するようにしても良い。この場合、光
ファイバの他方の端部から所定の光を入力するための光
源は必ずしも、半導体発光素子に限られない。なぜな
ら、白熱球からの光であっても、バルク型レンズの凹部
(収納部)の内部に収納される光ファイバの端部は低温
に維持出来るからである。
More specifically, the “light source” according to the first aspect of the present invention is an LED molded with a transparent material having a first refractive index, and the housing section has a first refractive index and a first refractive index. The light source may be accommodated via a fluid or fluid having a different second refractive index. Here, “fluid” means a gas or liquid transparent to the wavelength of light emitted from the light source, and air can be used most simply. "Fluid" refers to a substance that is transparent to the wavelength of sol, colloid, or gel light. Alternatively, the “main light-emitting portion of the light source” according to the first aspect of the present invention is an end portion of an optical fiber having a transmission portion made of a transparent material having a first refractive index, and the storage portion is provided with the first light-emitting portion. The end of the optical fiber may be accommodated via a fluid or a fluid having a second refractive index different from the refractive index. In this case, the light source for inputting predetermined light from the other end of the optical fiber is not necessarily limited to the semiconductor light emitting device. This is because, even with light from an incandescent bulb, the end of the optical fiber accommodated in the concave portion (accommodating portion) of the bulk lens can be maintained at a low temperature.

【0027】本発明の第1の特徴において、レンズ媒体
の外周部の外径が、収納部(井戸型の凹部)の内径の3
倍以上、10倍以下であることが好ましい。外径と内径
との比を大きくすることは、レンズ媒体の収納部(井戸
型の凹部)の側壁部の肉厚を十分に厚くすることに等価
である。側壁部の肉厚を十分に厚くすることにより、実
開昭62−92504号公報に開示された前面レンズの
ようなテーパ形の周面に反射膜を設けた構造を使わずに
光源の迷光成分を有効に集光出来る。「迷光成分」と
は、光源の出力光の発散特性により、収納部の天井部
(主入射面)以外に入射する出力光の成分を意味する。
レンズ媒体の外周部に反射鏡を用いることは必須ではな
いので、この外周部に突起部や溝等を設けて、バルク型
レンズの保持やその位置の駆動・制御に利用することが
可能である。即ち、レンズ媒体の外周部に突起部や溝等
の他の形状や構造を付加しても、レンズとしての集光特
性に致命的な影響を与えることはない。
In the first feature of the present invention, the outer diameter of the outer peripheral portion of the lens medium is 3 times the inner diameter of the storage portion (well-shaped concave portion).
It is preferable that the ratio is not less than twice and not more than 10 times. Increasing the ratio between the outer diameter and the inner diameter is equivalent to increasing the thickness of the side wall of the storage section (well-shaped recess) of the lens medium sufficiently. By increasing the thickness of the side wall sufficiently, the stray light component of the light source can be eliminated without using a structure in which a reflective film is provided on a tapered peripheral surface such as a front lens disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 62-92504. Can be effectively collected. The “stray light component” means a component of the output light that is incident on a part other than the ceiling (main incident surface) of the storage unit due to the divergence characteristic of the output light of the light source.
Since it is not essential to use a reflecting mirror on the outer peripheral portion of the lens medium, it is possible to provide a projection or a groove on the outer peripheral portion and use it for holding a bulk type lens and driving / controlling its position. . That is, even if another shape or structure such as a protrusion or a groove is added to the outer peripheral portion of the lens medium, it does not have a fatal effect on the light collecting characteristics of the lens.

【0028】本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズ
において、収納部(井戸型の凹部)の天井部における第
1のレンズ面の突き出し量をΔ、レンズ媒体の光軸に平
行方向の側面からなる外周部の外径を2r として、 0.025 < Δ/r < 0.075 ・・・・・(3) の関係を満足することが好ましい。
In the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, the protrusion amount of the first lens surface at the ceiling of the storage portion (well-shaped concave portion) is Δ, and the side surface in the direction parallel to the optical axis of the lens medium. the outer diameter of the outer peripheral portion as 2r e made of, it is preferable to satisfy the relationship of 0.025 <Δ / r e <0.075 ····· (3).

【0029】本発明の第1の特徴に係るバルク型レンズ
において、レンズ媒体の内部に、更に側壁部に平行方向
の面からなる側壁部を有する他の井戸型の凹部からなる
収納部を並列配置しても良い。又、本発明の第1の特徴
に係るバルク型レンズにおいて、レンズ媒体が可とう
性、若しくは屈曲性を有するようにすれば、外側頂部の
曲率を任意に変更出来るので、使用状況に応じて焦点距
離の調整等が可能になる。
In the bulk-type lens according to the first aspect of the present invention, a housing portion formed of another well-shaped concave portion having a side wall portion having a surface parallel to the side wall portion is further arranged inside the lens medium. You may. In the bulk type lens according to the first aspect of the present invention, if the lens medium has flexibility or flexibility, the curvature of the outer top can be arbitrarily changed. Adjustment of distance becomes possible.

【0030】本発明の第2の特徴は、第1の特徴で規定
するバルク型レンズと、このバルク型レンズの収納部に
収納された光源とから構成される発光体としたことを要
旨とする。
A second feature of the present invention is that the light-emitting body is constituted by the bulk-type lens defined by the first feature and a light source housed in a housing portion of the bulk-type lens. .

【0031】本発明の第2の特徴に係る発光体において
は、発光に際して発熱作用が少ない半導体発光素子、特
にLEDを用いれば、バルク型レンズの凹部(収納部)
の内部に、光源を収納した場合においても、その発熱作
用によって、バルク型レンズに熱的影響を与えることが
なく、長期動作においても、信頼性と安定性を維持出来
るので好ましい。或いは、本発明の第2の特徴に係る発
光体において、光源の主発光部は、所定の1次光源に光
学的に接続され、第1の屈折率を有した透明材料からな
る伝送部を有する光ファイバの端部からなる2次光源と
して構成しても良い。収納部は、第1の屈折率とは異な
る第2の屈折率を有する流体若しくは流動体を介して2
次光源(光ファイバの端部)を収納する。
In the luminous body according to the second aspect of the present invention, if a semiconductor light emitting element which emits less heat when emitting light, particularly an LED, is used, the concave portion (housing portion) of the bulk lens can be used.
Even when a light source is housed inside the lens, the heat generation effect does not affect the bulk type lens, and reliability and stability can be maintained even during long-term operation, which is preferable. Alternatively, in the light emitter according to the second aspect of the present invention, the main light emitting portion of the light source has a transmission portion optically connected to a predetermined primary light source and made of a transparent material having a first refractive index. You may comprise as a secondary light source which consists of the end part of an optical fiber. The storage unit is provided with a fluid or a fluid having a second refractive index different from the first refractive index.
The next light source (the end of the optical fiber) is housed.

【0032】本発明の第2の特徴に係る発光体によれ
ば、少ない数の光源で、所望の照度を簡単に得ることが
出来る。又、構造的にレンズ媒体の外周部や底部に反射
鏡を用いなくても、収納部の天井部(主入射面)以外に
入射する光源からの出力光の成分を、ほぼ100%に近
い集光効率で集光出来るので、極めて明るい発光体が実
現出来る。この発光体が呈する照度は、従来公知の光学
系では達成不可能な照度で、従来の技術常識では予測出
来ない十分な明るさである。更に、この発光体は、電力
消費量が少なく、ちらつきもない。
According to the illuminant according to the second feature of the present invention, a desired illuminance can be easily obtained with a small number of light sources. In addition, even if a reflecting mirror is not used on the outer peripheral portion or the bottom portion of the lens medium structurally, the component of the output light from the light source incident on a portion other than the ceiling portion (main incident surface) of the storage portion is almost 100%. Since light can be collected with light efficiency, an extremely bright luminous body can be realized. The illuminance exhibited by the illuminant is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system, and is a sufficient brightness that cannot be predicted by conventional common sense in the art. Furthermore, this illuminant has low power consumption and no flicker.

【0033】本発明の第2の特徴において、光軸方向に
沿って、光源の位置をレンズ媒体に対して相対的に移動
し制御する光源位置制御・駆動手段を更に有することが
好ましい。実開昭62−92504号公報に開示された
テーパ形の反射膜は不要であるので、バルク型レンズの
外周部は任意の形状を持ち得る。このため、バルク型レ
ンズの外周部を利用して種々の構造の光源位置制御・駆
動手段を構成出来る。例えば、バルク型レンズの外周部
に螺旋状に突起部を設け、これを雄ねじのネジ山として
用い、光源位置制御・駆動手段を構成しても良い。
In the second aspect of the present invention, it is preferable that the apparatus further comprises a light source position controlling / driving means for moving and controlling the position of the light source relative to the lens medium along the optical axis direction. Since the tapered reflective film disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 62-92504 is unnecessary, the outer peripheral portion of the bulk lens can have any shape. Therefore, light source position control / drive means having various structures can be configured by utilizing the outer peripheral portion of the bulk type lens. For example, a helical projection may be provided on the outer periphery of the bulk-type lens, and this may be used as a thread of a male screw to constitute a light source position control / drive unit.

【0034】本発明の第3の特徴は、第1の特徴で規定
するバルク型レンズと、このバルク型レンズの収納部に
収納された光検出器とから構成される受光体としたこと
を要旨とする。
A third feature of the present invention is that a photoreceptor is constituted by the bulk type lens defined by the first feature and a photodetector housed in a housing portion of the bulk type lens. And

【0035】バルク型レンズの収納部に収納する光検出
器には、サーモパイル等の赤外線検出器を用い、温度検
出に応用しても良い。
An infrared detector such as a thermopile may be used as a photodetector to be stored in the storage section of the bulk type lens, and may be applied to temperature detection.

【0036】本発明の第4の特徴は、第2の特徴で規定
する発光体と、発光体の光源に接続された電源とから構
成される照明器具としたことを要旨とする。特にペンラ
イト等の細身の懐中電灯等の携帯用照明器具に好適であ
る。携帯用照明器具の電源部としては、電池が好まし
い。更には、検眼用等の医療用ライトとしても好適であ
る。照明器具の光源としては、この電池の陽極及び陰極
にそれぞれ接続された電極を有した半導体チップを透明
材料でモールドし、所定の波長の光を発する半導体発光
素子、特にLEDが好ましい。
A fourth feature of the present invention is that the lighting device includes the illuminant defined by the second feature and a power supply connected to a light source of the illuminant. In particular, it is suitable for a portable lighting device such as a slender flashlight such as a penlight. A battery is preferable as the power supply unit of the portable lighting device. Furthermore, it is also suitable as a medical light for optometry and the like. As a light source of the lighting fixture, a semiconductor light emitting element which emits light of a predetermined wavelength by molding a semiconductor chip having electrodes connected to an anode and a cathode of the battery with a transparent material, particularly an LED, is preferable.

【0037】本発明の第4の特徴に係る照明器具におい
ては、単一の半導体発光素子を用いれば良いので、構造
が簡単で、しかも製造コストを低く出来る。又、バルク
型レンズにより、この半導体発光素子の潜在的な光エネ
ルギを効率良く引き出し、照明に必要な十分な照度を得
ることが出来る。更に、この照明器具は、長期間に渡る
安定性と信頼性に優れ、ちらつきもない。更に、電力消
費量が少ないため、電池の寿命が長い。なお、照明器具
としての十分な明るさが得られるので、表示装置として
も応用可能である。
In the lighting equipment according to the fourth aspect of the present invention, since a single semiconductor light emitting element may be used, the structure is simple and the manufacturing cost can be reduced. Further, the potential light energy of the semiconductor light emitting device can be efficiently extracted by the bulk type lens, and sufficient illuminance required for illumination can be obtained. Further, the lighting fixture has excellent stability and reliability over a long period of time and does not flicker. Furthermore, the battery life is long due to low power consumption. In addition, since sufficient brightness as a lighting fixture can be obtained, it can be applied to a display device.

【0038】本発明の第5の特徴は、第1の特徴で規定
する第1のバルク型レンズと、この第1のバルク型レン
ズの収納部に収納された光源と、第1の特徴で規定する
第2バルク型レンズと、この第2のバルク型レンズの収
納部に収納された光検出器とから構成される受光体とか
ら構成される光情報通信システムとしたことを要旨とす
る。本発明の第5の特徴に係る光情報通信システムにお
いては、第1のバルク型レンズの第1の凹部の天井部及
び側壁部が第1の入射面、第1の外側頂部が第1の出射
面として機能する。そして、第2のバルク型レンズの第
2の外側頂部が第2の入射面、第2の凹部の天井部及び
側壁部が第2の出射面として機能する。
A fifth feature of the present invention is a first bulk type lens defined by the first feature, a light source housed in a storage portion of the first bulk type lens, and a first feature. The gist of the present invention is to provide an optical information communication system including a second bulk type lens to be used and a photoreceptor including a photodetector stored in a storage section of the second bulk type lens. In the optical information communication system according to the fifth aspect of the present invention, the ceiling portion and the side wall portion of the first concave portion of the first bulk lens have a first incidence surface, and the first outer top portion has a first emission surface. Functions as a surface. The second outer top of the second bulk lens functions as a second incident surface, and the ceiling and side walls of the second recess function as a second exit surface.

【0039】本発明の第5の特徴に係る光情報通信シス
テムにおいては、発光に際して発熱作用が少ないLED
等の半導体発光素子を用いれば、バルク型レンズの凹部
(収納部)の内部に、光源を収納した場合においても、
その発熱作用によって、バルク型レンズに熱的影響を与
えることがなく、長期動作においても、信頼性と安定性
を維持出来るので好ましい。又、既に、第2の特徴で述
べたように、高効率で、光信号を出すことが出来る。一
方、発光体と逆過程で光が光検出器に到達する受光体
は、第3の特徴で述べたように極めて高感度な光検出が
可能となる。
In the optical information communication system according to the fifth aspect of the present invention, an LED having a small heat generating action when emitting light is provided.
Using a semiconductor light emitting element such as described above, even when a light source is housed inside the concave portion (housing portion) of the bulk type lens,
The heat generation effect is preferable because the bulk type lens is not thermally affected, and the reliability and stability can be maintained even in long-term operation. In addition, as described in the second feature, an optical signal can be output with high efficiency. On the other hand, a photoreceptor in which light reaches a photodetector in a process reverse to that of a light emitter can perform extremely sensitive light detection as described in the third feature.

【0040】本発明の第5の特徴において、光源と光検
出器に同一構造の半導体発光素子を用いれば、禁制帯幅
の共鳴効果で極めて高感度検出が可能になる。
According to the fifth feature of the present invention, if semiconductor light emitting elements having the same structure are used for the light source and the photodetector, extremely high sensitivity detection can be achieved by the resonance effect of the forbidden band width.

【0041】本発明の第6の特徴は、第1の特徴で述べ
たバルク型レンズの製造方法に関する。即ち、本発明の
第5の特徴に係るバルク型レンズの製造方法は、(イ)
外側頂部及び外周部に対応した外周成形面を有する固定
金型に対して、収納部の形状に対応した収納部成形面を
有する可動金型を押し付け完全に密着する工程、(ロ)
溶融した透明樹脂を固定金型と可動金型で形成される空
間に射出する第1射出工程、(ハ)冷却工程、(ニ)こ
の冷却工程により樹脂が収縮して出来た隙間に、溶融し
た透明樹脂を射出する第2射出工程とを少なくとも有す
ることを要旨とする。
A sixth aspect of the present invention relates to the method of manufacturing a bulk lens described in the first aspect. That is, the method for manufacturing a bulk lens according to the fifth aspect of the present invention includes the steps of (a)
(B) a step of pressing a movable mold having a storage section molding surface corresponding to the shape of the storage section against a fixed mold having an outer peripheral molding surface corresponding to the outer top portion and the outer peripheral section to completely adhere the movable mold;
A first injection step of injecting the molten transparent resin into a space formed by the fixed mold and the movable mold, (c) a cooling step, and (d) a melt formed in a gap formed by shrinkage of the resin in the cooling step. The present invention has at least a second injection step of injecting a transparent resin.

【0042】冷却工程により樹脂が収縮して出来た隙間
に、第2射出工程により再び透明樹脂を射出するので、
井戸型の凹部の天井部の近傍が減圧状態になることが防
止される。この結果、井戸型の凹部の天井部の近傍に、
気泡の取り込み、巣や異常形状の発生するのが防止出来
る。
Since the transparent resin is again injected into the gap formed by the contraction of the resin in the cooling step in the second injection step,
The vicinity of the ceiling of the well-shaped concave portion is prevented from being decompressed. As a result, near the ceiling of the well-shaped recess,
It is possible to prevent the incorporation of bubbles and the occurrence of nests and abnormal shapes.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第1乃至第6の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚
みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のも
のとは異なることに留意すべきである。したがって、具
体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきも
のである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係
や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
Next, first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it is needless to say that dimensional relationships and ratios are different between drawings.

【0044】(第1の実施の形態)図1に示すように、
本発明の第1の実施の形態に係る発光体は、所定の波長
の光を発する光源1と、この光源1をほぼ完全に覆うバ
ルク型レンズ20とから少なくとも構成されている。そ
して、このバルク型レンズ20は、外側頂部(出射面)
3、底部及び光軸に平行方向の側面からなる外周部を有
するバルク型(砲弾型)のレンズ媒体4と、この底部か
ら外側頂部3に向かってレンズ媒体4の内部に設けられ
た光軸に平行方向の面からなる側壁部を有する井戸型の
凹部からなる収納部6とから構成されている。レンズ媒
体4の内部に設けられた収納部6を構成する凹部の天井
部(凹部天井部)が主入射面(第1のレンズ面の主入射
面)2、レンズ媒体4の頂部(外側頂部)が出射面(第
2のレンズ面)3として機能する。そして、収納部6の
内部に光源1が完全に収納される。
(First Embodiment) As shown in FIG.
The luminous body according to the first embodiment of the present invention includes at least a light source 1 that emits light of a predetermined wavelength, and a bulk lens 20 that covers the light source 1 almost completely. The bulk type lens 20 has an outer top portion (emission surface).
3. a bulk-type (bombshell-type) lens medium 4 having an outer peripheral portion consisting of a bottom and a side surface parallel to the optical axis, and an optical axis provided inside the lens medium 4 from the bottom toward the outer top 3 And a storage section 6 formed of a well-shaped recess having a side wall section formed in a plane in a parallel direction. The ceiling (recess ceiling) of the concave portion constituting the storage section 6 provided inside the lens medium 4 is the main incident surface (main incident surface of the first lens surface) 2, and the top (outside top) of the lens medium 4. Function as an exit surface (second lens surface) 3. Then, the light source 1 is completely housed in the housing 6.

【0045】第1のレンズ面(2,5)は、第1の湾曲
面からなる主入射面2と第1の湾曲面とは曲率の異なる
側壁入射面5とから構成されている。収納部6は、第1
の湾曲面からなる凹部天井部2と、凹部を構成すべくこ
の凹部天井部2に連続して形成された凹部側壁部(側壁
入射面)5とから構成されている。主入射面2から入射
した光は、第2のレンズ面3、即ち、第2の湾曲面から
なる出射面3から出力する。レンズ媒体4の主入射面2
と出射面3とを接続する部分は、光伝送部として機能す
るので、光源から発せられた光の波長に対して透明な材
料からなる必要が有る。
The first lens surface (2, 5) comprises a main entrance surface 2 comprising a first curved surface and a side wall entrance surface 5 having a curvature different from that of the first curved surface. The storage section 6 is the first
And a concave side wall (side wall incident surface) 5 formed continuously with the concave ceiling 2 to form a concave. Light incident from the main incidence surface 2 is output from the second lens surface 3, that is, the emission surface 3 formed of a second curved surface. Main entrance surface 2 of lens medium 4
Since the portion connecting the light source and the emission surface 3 functions as an optical transmission unit, it is necessary to be made of a material transparent to the wavelength of light emitted from the light source.

【0046】図1の光源1は、第1のピン11に一体的
に接続された基台の上に配置されたLEDチップ13
と、このLEDチップ13を被覆する封止樹脂14と、
第1のピン11と対をなす第2のピン12とから少なく
とも構成された樹脂モールドされたLEDである。この
樹脂モールドされたLED1の主発光部の頂部は、図1
に示すように、凸形状の湾曲面を有している。この様に
封止樹脂14の頂部近傍が凸形状の湾曲面をなすことに
より、LEDチップ13からの光は、所定の発散角で図
1の右方向に出力する。
The light source 1 shown in FIG. 1 includes an LED chip 13 arranged on a base integrally connected to the first pin 11.
And a sealing resin 14 covering the LED chip 13,
The LED is a resin-molded LED that includes at least a first pin 11 and a pair of a second pin 12. The top of the main light emitting portion of this resin molded LED 1 is shown in FIG.
As shown in (1), it has a convex curved surface. Since the vicinity of the top of the sealing resin 14 forms a convex curved surface, light from the LED chip 13 is output to the right in FIG. 1 at a predetermined divergence angle.

【0047】凸形状の湾曲面部を除けば、樹脂モールド
されたLED1は、例えば、直径(外径)2rLED
2〜3mmφの円柱形状である。バルク型レンズ20の
収納部6の側壁部は、樹脂モールドされたLED1の主
発光部を収納出来るように、直径(内径)2r=2.
5〜4mmφの円筒形状となっている。図示を省略して
いるが、LED1とバルク型レンズ20とを固定するた
めに、LED1とバルク型レンズ20の収納部6との間
には、厚さ0.25〜0.5mm程度のスペーサが挿入
されている。即ち、LED1の外径2rLEDと、収納
部6の内径2r とは、ほぼ同一で且つ僅かに、LED
1の外径2rLEDの方が小さく設定されている。スペ
ーサは、LED1の主発光部を除く位置、即ち、図1に
おいて、LEDチップ13の底面より左方に配置すれば
良い。バルク型レンズ20は、凸形状の第2の湾曲面か
らなる出射面を有する外側頂部3を除けば、ほぼLED
1と同様な円柱形状である。このバルク型レンズ20の
円柱形状部分の直径(外径)2rは、10〜30mm
φである。バルク型レンズ20の直径(外径)2r
は、本発明の第1の実施の形態に係る発光体の使用目
的に応じて選択出来る。したがって、10mmφ以下で
も、30mmφ以上でも構わない。しかしながら、より
集光効率を高くするためには、 10r > r > 3r ・・・・・(4) の関係を満足することが好ましい。バルク型レンズ20
の直径(外径)2rが、収納部6の内径2rの10
倍以上でも、本発明のバルク型レンズは、機能するが、
必要以上に大きくなり、小型化を目的とする場合は好ま
しくない。
Except for the convex curved surface, a resin mold
For example, the LED 1 having a diameter (outer diameter) 2rLED=
2-3mmφCylindrical shape. Of the bulk lens 20
The side wall of the housing 6 is the main part of the resin-molded LED 1.
2r diameter (inner diameter) so that the light emitting part can be storedi= 2.
5-4mmφCylindrical shape. Omit illustration
To fix the LED 1 and the bulk lens 20.
Between the LED 1 and the housing 6 of the bulk lens 20
, A spacer with a thickness of about 0.25 to 0.5 mm is inserted
Have been. That is, the outer diameter 2r of the LED 1LEDAnd storage
2r inner diameter of part 6 iAre almost identical and slightly
Outer diameter of 2rLEDIs set smaller. Spec
The sensor is located at a position other than the main light emitting portion of the LED 1, that is, in FIG.
Then, if it is arranged to the left from the bottom of the LED chip 13,
good. The bulk lens 20 has a convex second curved surface.
Except for the outer top 3 which has an exit surface consisting of
It is a columnar shape similar to 1. This bulk type lens 20
Diameter (outer diameter) 2r of cylindrical parteIs 10-30 mm
φIt is. The diameter (outer diameter) 2r of the bulk lens 20
eIs the usage of the illuminant according to the first embodiment of the present invention.
Can be selected according to the target. Therefore, 10 mmφBelow
Also, 30mmφThat's fine. However, more
To increase the light collection efficiency, 10ri > Re > 3ri It is preferable to satisfy the relationship of (4). Bulk lens 20
Diameter (outer diameter) 2reIs the inner diameter 2r of the storage section 6.iOf 10
Even at times or more, the bulk lens of the present invention functions,
Larger than necessary and desirable for miniaturization
Not good.

【0048】一般には、LED1の封止樹脂14の凸形
状の湾曲面以外のところから出る光は、いわゆる迷光成
分となり、照明には寄与しない。しかし、(4)式を満
足する幾何学的形状を有するバルク型レンズ20におい
ては、凸形状の湾曲面以外のところから出た光からなる
迷光成分が、100%に近い集光効率で、有効に照明に
寄与出来るようになる。即ち、第1の湾曲面からなる主
入射面(凹部天井部)2以外の収納部6の側壁部(凹部
側壁部)5も、有効な光の入射面(側壁入射面)として
機能し得るのである。又、LED1とバルク型レンズ2
0の収納部6との間にはそれぞれの界面で反射した光の
成分が多重反射し、迷光成分となっている。従来公知の
レンズ等の光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄
与出来るように取り出すことは出来ない。しかし、これ
らの迷光成分も、本発明の第1の実施の形態において
は、収納部6の内部に閉じこめられ、凹部側壁部(側壁
入射面)5を介して入射出来るので、最終的には、照明
に寄与出来る成分となり得る。(4)式を満足するよう
に、十分厚い側壁部を有して幾何学的構造が設計するこ
とにより、外周部に反射鏡を用いなくても、凹部側壁部
5から入力した光が、バルク型レンズ20の外周部から
そのまま出力(漏洩)するのが防止出来る。勿論、凹部
側壁部5に垂直に入射した光は外周部から漏洩するであ
ろう。しかし、凹部側壁部5に、ある入射角で入射した
光はスネルの法則で決まる屈折角で屈折する。収納部6
の側壁部に位置するレンズ媒体4の厚さが厚くなると、
レンズ媒体4の外周部から漏洩する成分は減少する。そ
して、(4)式を満足する幾何学的形状になると、レン
ズ媒体4の外周部から漏洩する成分はほとんど無視出来
るようになるためと考えられる。特に、樹脂封止された
LEDでは凸形状の湾曲面以外のところから出た光の
内、凹部側壁部5に垂直に入射する成分は少ないので、
(4)式を満足する幾何学的形状になると、レンズ媒体
4の外周部から漏洩する成分はほとんど無視出来るよう
になるためと考えられる。この結果、封止樹脂14の形
状等の光の取り出し効率や、光学系相互の反射成分等に
依存せず、ほぼ、内部量子効率に近い効率で、潜在的な
LEDチップ13の光エネルギを有効に取り出すことが
可能となる。
Generally, light emitted from portions other than the convex curved surface of the sealing resin 14 of the LED 1 becomes a so-called stray light component and does not contribute to illumination. However, in the bulk type lens 20 having a geometrical shape satisfying the expression (4), the stray light component composed of light emitted from a portion other than the convex curved surface is effective with a light collection efficiency close to 100%. To contribute to lighting. That is, the side wall portion (recess side wall portion) 5 of the storage section 6 other than the main incident surface (recess ceiling portion) 2 formed of the first curved surface can also function as an effective light incident surface (side wall incident surface). is there. LED1 and bulk lens 2
The component of light reflected at each interface between the storage unit 6 and the storage unit 6 is multiple-reflected and becomes a stray light component. In a conventionally known optical system such as a lens, these stray light components cannot be extracted so as to contribute to illumination. However, in the first embodiment of the present invention, these stray light components are also confined inside the storage section 6 and can enter through the concave side wall (side wall incident surface) 5. It can be a component that can contribute to illumination. By designing the geometrical structure with a sufficiently thick side wall so as to satisfy the expression (4), light input from the concave side wall 5 can be bulked without using a reflector on the outer periphery. It is possible to prevent output (leakage) from the outer peripheral portion of the mold lens 20 as it is. Of course, the light that is perpendicularly incident on the recess side wall 5 will leak from the outer periphery. However, light incident on the recess side wall 5 at a certain incident angle is refracted at a refraction angle determined by Snell's law. Storage section 6
When the thickness of the lens medium 4 located on the side wall of the lens increases,
Components leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 decrease. When the geometrical shape satisfies the expression (4), it is considered that components leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored. In particular, in the resin-sealed LED, among the light emitted from places other than the curved surface of the convex shape, a component that is vertically incident on the recess side wall portion 5 is small.
It is considered that when the geometrical shape satisfies the expression (4), components leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored. As a result, the potential light energy of the LED chip 13 can be effectively used at an efficiency close to the internal quantum efficiency without depending on the light extraction efficiency such as the shape of the sealing resin 14 and the reflection component between the optical systems. Can be taken out.

【0049】図2(a)は、本発明の第1の実施の形態
に係るバルク型レンズ20を用いた場合の、光軸方向に
対して垂直方向に光強度(照度)分布を測るための測定
系を示す模式図である。バルク型レンズ20の出射面か
らの出力光の強度(照度)を、LED1からの測定距離
x=一定とし、照度計102をy軸方向に移動して測定
する。測定距離(x)は、光軸方向に測る。一方、図2
(b)は、同様な測定を、従来の薄型レンズ(両凸レン
ズ)101を用いて行う場合の構成を示す図である。図
2(a)及び図2(b)に示す測定においては、本発明
の第1の実施の形態に係るバルク型レンズ20の外径は
30mmφとし、比較に用いた従来の薄型レンズ(両凸
レンズ)101の外径は、この2倍強の63mmφとし
た。以下の説明で分かるように、薄型レンズ101の外
径を2倍強の直径にしても、本発明の第1の実施の形態
に係るバルク型レンズ20と同程度の光学的特性を得る
ことが出来ない。薄型レンズ101は、焦点距離190
mmのものを用い、LED1からx方向に150mmの
位置に配置した。又、図2(b)に示した従来の光学系
では、図示した器具以外に、レンズホルダー等や駆動装
置等の付加的な器具が必要で、調整が煩雑であるが、図
2(a)に示す本発明の第1の実施の形態に係るバルク
型レンズ20では、簡単な構成で光路の拡大、収束等が
実現出来る。
FIG. 2A is a diagram for measuring a light intensity (illuminance) distribution in a direction perpendicular to the optical axis direction when the bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention is used. It is a schematic diagram which shows a measurement system. The intensity (illuminance) of the output light from the emission surface of the bulk type lens 20 is measured by moving the illuminometer 102 in the y-axis direction with the measurement distance x from the LED 1 being constant. The measurement distance (x) is measured in the optical axis direction. On the other hand, FIG.
FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration in a case where similar measurement is performed using a conventional thin lens (biconvex lens) 101. In the measurements shown in FIGS. 2A and 2B, the outer diameter of the bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention was 30 mmφ, and the conventional thin lens (biconvex lens) used for comparison was used. The outer diameter of 101) was 63 mmφ, which is slightly more than twice this. As will be understood from the following description, even if the outer diameter of the thin lens 101 is slightly more than twice the diameter, it is possible to obtain the same optical characteristics as those of the bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention. Can not. The thin lens 101 has a focal length of 190
mm, and arranged at a position of 150 mm in the x direction from LED1. In addition, the conventional optical system shown in FIG. 2B requires additional equipment such as a lens holder and a driving device in addition to the equipment shown in the figure, and the adjustment is complicated. In the bulk type lens 20 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the expansion and convergence of the optical path can be realized with a simple configuration.

【0050】図3は、本発明の第1の実施の形態に係る
バルク型レンズ20、薄型レンズ101、及びバルク型
レンズを用いない裸のLEDのそれぞれの出力光のy方
向に沿った強度(照度)分布を、測定距離x=1mにお
いて測定した場合の結果を示す図である。本発明の第1
の実施の形態に係るバルク型レンズ20が、薄型レンズ
101の2倍の照度が得られることが分かる。
FIG. 3 shows the intensity (in the y direction) of the output light of each of the bulk type lens 20, the thin lens 101, and the bare LED not using the bulk type lens according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the result when measuring (illuminance) distribution at the measurement distance x = 1m. First of the present invention
It can be seen that the bulk lens 20 according to the embodiment can obtain twice the illuminance as the thin lens 101.

【0051】図4は、図3と同様なy方向に沿った強度
(照度)分布を、測定距離xを変化させて測定したデー
タをまとめたものである。図4の横軸は、測定距離xの
逆数の2乗、即ち1/xを示し、縦軸は、測定距離x
における最大強度(ピーク強度)を示す。図4に示すよ
うに、本発明の第1の実施の形態に係るバルク型レンズ
20の場合は、逆2乗則、即ち1/xを示す線上にき
れいに測定点がプロットされる。一方、薄型レンズ10
1の場合は、逆2乗則からずれていることが示されてい
る。即ち、本発明の第1の実施の形態に係るバルク型レ
ンズ20の場合は、出力光のビームの平行性が良好であ
るが、薄型レンズ101の場合は、ビームが平行でない
ため、逆2乗則からずれていることが分かる。他の焦点
距離の両凸レンズを用い、LED1と薄型レンズ101
との間の距離を変えても、同様である。直径無限大の両
凸レンズを用いれば可能かも知れないが、現実的ないか
なる薄型レンズ101を用いても、図2(a)に示すよ
うなコンパクトな配置で、本発明の第1の実施の形態に
係るバルク型レンズ20と同様な結果を得ることは不可
能である。単純な幾何光学から、従来の薄型レンズ10
1では、顕微鏡に用いるような極めて焦点距離の小さな
凸レンズを用いないと、LED1に薄型レンズ101を
近づけることは不可能である。しかし、この様に薄型レ
ンズ101をLED1に近づけると、集光効率が低下す
る。集光効率を良するために、大きな短焦点レンズを用
意すると、レンズが厚く、且つ大きくなるため実質的
に、LED1と、薄型レンズ101の中心との距離を短
く出来なくなる。結局、本発明の第1の実施の形態に係
るバルク型レンズ20と同様な結果を得るためには、極
めて巨大且つ複雑な光学系が必要であると結論出来る。
つまり、従来の「両凸レンズ」、「平凸レンズ」、「メ
ニスカス凸レンズ」、「両凹レンズ」、「平凹レン
ズ」、「メニスカス凹レンズ」等の薄型レンズでは、直
径が無限大の大型レンズを用いなければ、本発明の第1
の実施の形態に係るバルク型レンズ20と等価な機能を
達成出来ない。
FIG. 4 summarizes data obtained by measuring the intensity (illuminance) distribution along the y direction as in FIG. 3 while changing the measurement distance x. The horizontal axis of FIG. 4, the square of the inverse of the measured distance x, i.e. shows a 1 / x 2, the vertical axis, the measured distance x
Indicates the maximum intensity (peak intensity). As shown in FIG. 4, for bulk lens 20 according to the first embodiment of the present invention, the inverse square law, i.e. clean measuring points on a line indicating the 1 / x 2 are plotted. On the other hand, the thin lens 10
In the case of 1, it is shown that the deviation is from the inverse square law. That is, in the case of the bulk type lens 20 according to the first embodiment of the present invention, the parallelism of the output light beam is good, but in the case of the thin lens 101, since the beams are not parallel, the inverse square It turns out that it is out of the rule. Using a biconvex lens of another focal length, the LED 1 and the thin lens 101
The same is true even if the distance between is changed. Although it may be possible to use a biconvex lens having an infinite diameter, the first embodiment of the present invention can be realized with a compact arrangement as shown in FIG. It is impossible to obtain the same result as the bulk type lens 20 according to the above. From simple geometrical optics to conventional thin lens 10
In No. 1, it is impossible to bring the thin lens 101 closer to the LED 1 unless a convex lens having an extremely small focal length used for a microscope is used. However, when the thin lens 101 is brought closer to the LED 1 in this manner, the light collection efficiency is reduced. If a large short focal length lens is prepared to improve the light collection efficiency, the lens becomes thick and large, so that the distance between the LED 1 and the center of the thin lens 101 cannot be shortened substantially. After all, it can be concluded that an extremely large and complicated optical system is necessary to obtain the same result as the bulk type lens 20 according to the first embodiment of the present invention.
In other words, conventional thin lenses such as “biconvex lens”, “plano-convex lens”, “meniscus convex lens”, “biconcave lens”, “plano-concave lens”, and “concave meniscus lens” must use a large lens with an infinite diameter. The first of the present invention
A function equivalent to the bulk lens 20 according to the embodiment cannot be achieved.

【0052】図5は、本発明の第1の実施の形態に係る
バルク型レンズ20の幾何学的構造と集光率の関係を示
す図である。ここで「集光率」とは、「バルク型レンズ
20からの±1°以内の発散角における出力光の光量」
を、「光源(LED)からの±15°以内の発散角にお
ける光量」で除した量で定義している。図5から、第2
のレンズ面(第2の湾曲面)3の曲率半径をR、バルク
型レンズ20の全長をLとすると、集光率を向上するた
めには、上述した(1)式及び(2)式を満足すること
が好ましいことが分かる。ここで、nは、バルク型レン
ズ20の屈折率である。なお、バルク型レンズ20の円
柱形状部分の半径rと、第2の湾曲面の曲率半径をR
とは、必ずしも等しい必要はない(一般にはr≦Rと
なる。)。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the geometric structure of the bulk type lens 20 and the light collection rate according to the first embodiment of the present invention. Here, the “light collection rate” is “the amount of output light at a divergence angle within ± 1 ° from the bulk lens 20”.
Is divided by “the amount of light at a divergence angle within ± 15 ° from the light source (LED)”. From FIG. 5, the second
Assuming that the radius of curvature of the lens surface (second curved surface) 3 is R and the total length of the bulk lens 20 is L, in order to improve the light collection rate, the above-described equations (1) and (2) are used. It turns out that it is preferable to satisfy. Here, n is the refractive index of the bulk lens 20. Note that the radius r e of the cylindrical portion of the bulk lens 20 and the radius of curvature of the second curved surface are R
Does not necessarily have to be equal (generally, r e ≦ R).

【0053】図6は、図5に示した各バルク型レンズ2
0の幾何学的構造、即ち、それぞれの第2の湾曲面の曲
率半径R、バルク型レンズ20の全長L、第1及び第2
のレンズ面間の距離D、収納部6の内径r及び、第1
のレンズ面のなす凸部の高さΔを示す表である。ここ
で、「第1のレンズ面のなす凸部の高さΔ」とは、図7
で定義される第1のレンズ面の一部(凹部天井部)2に
形成される凸部(第1の湾曲面)の突き出し量Δであ
る。
FIG. 6 shows each bulk type lens 2 shown in FIG.
0, that is, the radius of curvature R of each second curved surface, the overall length L of the bulk lens 20, the first and second
The distance D between the lens surfaces, inside diameter r i and the first housing section 6
4 is a table showing the height Δ of the convex portion formed by the lens surface of FIG. Here, “the height Δ of the convex portion formed by the first lens surface” refers to FIG.
Is the protrusion amount Δ of the convex portion (first curved surface) formed on a part (concave ceiling portion) 2 of the first lens surface defined by:

【0054】図1に示すバルク型レンズ20は、スムー
ズな凹形状の第1のレンズ面(2,5)、及び凸形状の
第2のレンズ面3を有していた。しかし、図1は例示で
あり、第1のレンズ面(2,5)及び第2のレンズ面3
は、目的に応じて、種々の形状が採用可能である。そし
て、第1のレンズ面のなす凸部の高さΔは正の値も負の
値も取り得るのである。又、Δ=0でも良い。ここで
は、図7に示すように、第1のレンズ面(2,5)の一
部(凹部天井部)2が凸形状の場合をΔの正方向に定義
する。
The bulk type lens 20 shown in FIG. 1 had a smooth concave first lens surface (2, 5) and a convex second lens surface 3. However, FIG. 1 is an example, and the first lens surface (2, 5) and the second lens surface 3
Various shapes can be adopted according to the purpose. Then, the height Δ of the convex portion formed by the first lens surface can take both a positive value and a negative value. Also, Δ = 0 may be used. Here, as shown in FIG. 7, a case where a part (concave ceiling) 2 of the first lens surface (2, 5) has a convex shape is defined in the positive direction of Δ.

【0055】図8(a)〜8(c)、図9(a)〜9
(c)、及び図10(a)〜10(c)は、図7に示し
た凸部の高さΔと、ビーム強度プロファイルとの関係を
示す図である。測定に用いたバルク型レンズ20の円柱
形状部分の外径2rは15mm、バルク型レンズ20
の全長Lは、25mm、第1のレンズ面の一部(凹部天
井部)2と第2のレンズ面3との間の距離Dは16m
m、収納部6の内径2rは5.2mm、バルク型レン
ズ20の屈折率nは1.54である。このバルク型レン
ズ20の第2のレンズ面3の曲率半径Rは、8.25m
mである。又、測定に用いた樹脂モールドされたLED
1の外形は5mmである。そして、図11は、図8
(a)〜8(c)、図9(a)〜9(c)、及び図10
(a)〜10(c)の結果から求めた凸部の高さΔと、
測定距離1mにおける±15cmの範囲内の照射面積に
おける照度の平坦度との関係を示す図である。ここで照
度の平坦度は、 ((最大値)−(最小値))/(平均値) ・・・・・(5) で定義される。バルク型レンズ20の外径2r=15
mmの場合は、 0.2mm < Δ <0.6mm ・・・・・(6) が、照度の平坦度を良好にするために好ましいことが分
かる。より一般的には、上述した(3)式を満足するよ
うに凸部の高さΔと外周部の外径2rとを選定すれば
良い。
8 (a) to 8 (c), FIGS. 9 (a) to 9
(C) and FIGS. 10 (a) to 10 (c) are diagrams showing the relationship between the height Δ of the protrusion shown in FIG. 7 and the beam intensity profile. Outer diameter 2r e cylindrical portion of the bulk-shaped lens 20 used for measurement 15 mm, a bulk-shaped lens 20
Has a total length L of 25 mm, and a distance D between a part of the first lens surface (recessed ceiling) 2 and the second lens surface 3 is 16 m.
m, inner diameter 2r i of the receiving portion 6 5.2 mm, the refractive index n of the bulk-shaped lens 20 is 1.54. The radius of curvature R of the second lens surface 3 of the bulk lens 20 is 8.25 m.
m. The resin-molded LED used for the measurement
The outer shape of 1 is 5 mm. FIG. 11 shows FIG.
(A) to 8 (c), FIGS. 9 (a) to 9 (c), and FIG.
(A) the height Δ of the convex portion obtained from the results of (c) to (c),
It is a figure which shows the relationship with the flatness of illuminance in the irradiation area within the range of +/- 15cm at 1 m of measurement distance. Here, the flatness of the illuminance is defined by ((maximum value) − (minimum value)) / (average value) (5). Outer diameter 2r e = 15 of bulk type lens 20
In the case of mm, it is understood that 0.2 mm <Δ <0.6 mm (6) is preferable for improving the flatness of the illuminance. More generally, it may be selected and an outer diameter 2r e height Δ and the outer peripheral portion of the convex portion so as to satisfy the above-described (3).

【0056】図12は、本発明のバルク型レンズ20の
外径2rを10mmφ、15mmφ、30mmφと変
えたときの測定距離x=0.5mにおける照度分布を示
す。バルク型レンズ20の外径2rが大きくなるに従
い、相対照度が大きくなることが示されている。
[0056] Figure 12 is an outer diameter 2r e bulk lens 20 of the present invention 10 mm [phi, having a diameter of 15 mm, the illuminance distribution in the measured distance x = 0.5 m when changing the 30mmφ shown. According outer diameter 2r e bulk lens 20 becomes large, and it is shown that the relative illuminance increases.

【0057】図13は、図12の測定を更に詳細に行
い、その結果を、バルク型レンズ20の内側壁部と外側
壁部の間の厚さを横軸に、相対照度(任意目盛り)を縦
軸に示したものである。内側壁部と外側壁部の間の厚さ
が厚くなるに従い、相対照度が明るくなることを示して
いる。
FIG. 13 shows the measurement of FIG. 12 in further detail. The results are shown in terms of the relative illuminance (arbitrary scale) with the thickness between the inner wall and the outer wall of the bulk lens 20 as the horizontal axis. This is shown on the vertical axis. This shows that the relative illuminance becomes brighter as the thickness between the inner wall portion and the outer wall portion increases.

【0058】図14は、バルク型レンズ20の外径/内
径比を横軸に、相対照度(任意目盛り)を縦軸に示した
ものである。外径/内径比が大きくなるに従い、相対照
度が明るくなることを示している。特に、外径/内径比
が2.5以上で、顕著にその増大効果が認められる。外
径/内径比が10以上になると、その増大効果が飽和の
傾向にあることが分かる。現実のLEDの外径を考慮す
れば、外径/内径比が10以上のバルク型レンズ20は
必然的に大口径化する。しかし、大口径化のバルク型レ
ンズ20は、レンズ媒体4に気泡が入りやすくなり、或
いはクラックが入りやすくなり、製造技術上困難性を伴
う。又、装置の小型化の点からも望ましくない。したが
って、図14を考慮すると、外径/内径比が3以上、1
0以下が、バルク型レンズ20として好ましいことが分
かる。
FIG. 14 shows the outer diameter / inner diameter ratio of the bulk type lens 20 on the horizontal axis and the relative illuminance (arbitrary scale) on the vertical axis. This shows that the relative illuminance increases as the outer diameter / inner diameter ratio increases. In particular, when the outer diameter / inner diameter ratio is 2.5 or more, a remarkable increase effect is recognized. It can be seen that when the outer diameter / inner diameter ratio is 10 or more, the increasing effect tends to be saturated. In consideration of the actual outer diameter of the LED, the bulk lens 20 having an outer diameter / inner diameter ratio of 10 or more inevitably has a large diameter. However, in the bulk-type lens 20 having a large diameter, bubbles easily enter the lens medium 4 or cracks easily enter the lens medium 4, which involves difficulty in manufacturing technology. It is also not desirable from the viewpoint of miniaturization of the device. Therefore, considering FIG. 14, the outer diameter / inner diameter ratio is 3 or more and 1
It is understood that a value of 0 or less is preferable for the bulk lens 20.

【0059】図15は、外径2r=15mmφのバル
ク型レンズ20の収納部6に、樹脂モールドされたLE
D1を収納した場合において、バルク型レンズ20の背
面部及び外側壁部に背面鏡を付した場合と、背面鏡がな
い場合のそれぞれの出力光のy方向に沿った強度(照
度)分布とを比較する図である。図15では、測定距離
x=1mにおいて測定している。樹脂モールドされたL
ED1を、バルク型レンズ20の収納部6に収納した場
合では、背面鏡の有り、無しで、照度がほとんど変わら
ないことが分かる。即ち、バルク型レンズ20では、内
側壁部と外側壁部の間のバルク型レンズ20の厚さを、
図13の関係に示すように十分厚く選定することによ
り、その構造上、レンズ媒体4の外周部及び底部に背面
鏡を用いなくても、迷光成分がレンズ媒体4の外周部を
透過して外部にリークすることはほとんどない。そし
て、これらの側壁入射面から入射した光は、最終的に有
効な照明成分としてバルク型レンズ20の出射面から出
射していることが分かる。つまり、バルク型レンズ20
はレンズ媒体4の外周部や底部に反射鏡を用いなくて
も、LED1の迷光成分をほぼ完全に(100%に近い
集光効率で)第2のレンズ面3から効率良く出力する構
造であることが分かる。つまり、図15は、本発明の第
1の実施の形態に係るバルク型レンズ20では、側壁部
を十分厚くすれば、レンズ媒体4の外周部や底部での背
面鏡は意味がないということである。「100%に近い
集光効率」というのは、凹部側壁部5に垂直に入射した
光は外周部から漏洩するであろうからである。しかし、
凹部側壁部5に、樹脂封止されたLED1の構造で決ま
るそれぞれの入射角で入射した光は、レンズ媒体4の内
部でスネルの法則で決まる屈折角で屈折する。収納部6
の側壁部に位置するレンズ媒体4の厚さが厚くなると、
図13及び図14に示すように、レンズ媒体4の外周部
から漏洩する成分は減少して、逆に、第2のレンズ面3
から効率良く出力する成分が増大してゆく。そして、
(4)式を満足する幾何学的形状になると、レンズ媒体
4の外周部から漏洩する成分はほとんど無視出来るよう
になる。特に、樹脂封止されたLED1では、その構造
上、凸形状の湾曲面以外のところから出た光の内、凹部
側壁部5に垂直に入射する成分は、他の迷光成分に比し
相対的に少ないので、(4)式を満足する幾何学的形状
になると、レンズ媒体4の外周部から漏洩する成分はほ
とんど無視出来、100%に近い集光効率で第2のレン
ズ面3から効率良く出力するようになると推定出来る。
このため、図15に示すように、樹脂モールドされたL
ED1の場合では、背面鏡の有り、無しで、照度がほと
んど変わらないという結果が得られたと考えられる。
FIG. 15 shows a resin-molded LE in the housing 6 of the bulk type lens 20 having an outer diameter of 2r e = 15 mmφ.
In the case where D1 is stored, the intensity (illuminance) distribution along the y direction of each output light in the case where a rear mirror is attached to the rear portion and the outer wall portion of the bulk type lens 20 and in the case where the rear mirror is not provided. It is a figure to compare. In FIG. 15, the measurement is performed at the measurement distance x = 1 m. L molded with resin
When the ED 1 is stored in the storage section 6 of the bulk lens 20, it can be seen that the illuminance hardly changes with or without the rear mirror. That is, in the bulk type lens 20, the thickness of the bulk type lens 20 between the inner wall portion and the outer wall portion is
By selecting a sufficiently large thickness as shown in the relationship of FIG. 13, due to its structure, the stray light component passes through the outer peripheral portion of the lens medium 4 and becomes There is almost no leak. It can be seen that the light incident from these side wall incident surfaces is finally emitted from the exit surface of the bulk lens 20 as an effective illumination component. That is, the bulk type lens 20
Is a structure in which the stray light component of the LED 1 is almost completely (with a light collection efficiency close to 100%) efficiently output from the second lens surface 3 without using a reflecting mirror on the outer peripheral portion or the bottom portion of the lens medium 4. You can see that. In other words, FIG. 15 shows that, in the bulk type lens 20 according to the first embodiment of the present invention, if the side wall portion is made sufficiently thick, the rear mirror at the outer peripheral portion and the bottom portion of the lens medium 4 is meaningless. is there. The “light collection efficiency close to 100%” is because light that is perpendicularly incident on the concave portion side wall portion 5 will leak from the outer peripheral portion. But,
Light incident on the concave side wall 5 at each incident angle determined by the structure of the resin-sealed LED 1 is refracted inside the lens medium 4 at a refraction angle determined by Snell's law. Storage section 6
When the thickness of the lens medium 4 located on the side wall of the lens increases,
As shown in FIGS. 13 and 14, the component leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 decreases, and conversely, the second lens surface 3
, And the components that are output efficiently increase. And
When the geometrical shape satisfies the expression (4), components leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored. In particular, in the resin-sealed LED 1, due to its structure, of the light emitted from a place other than the convex curved surface, the component that is perpendicularly incident on the recessed side wall portion 5 is relatively less than other stray light components. Therefore, if the geometrical shape satisfies the expression (4), the component leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored, and the light is efficiently emitted from the second lens surface 3 with a light collection efficiency close to 100%. It can be estimated that it will output.
For this reason, as shown in FIG.
In the case of ED1, it is considered that the result that the illuminance hardly changed with or without the rear mirror was obtained.

【0060】本発明の第1の実施の形態に係るLED1
は、第1の屈折率nを有したエポキシ樹脂等の透明材
料でモールドされている。そして、バルク型レンズ20
は、第1の屈折率nとは異なる第2の屈折率nを有
する空気を介してLED1を収納している。空気以外の
流体若しくは流動体を介してLED1を収納部6に収納
しても良い。LED1から発せられる光の波長に対して
透明な気体若しくは液体であれば、種々の「流体」が使
用可能である。収納部6のLED1とバルク型レンズ2
0との間に、スペーサオイル等の使用も可能である。
又、「流動体」としての種々のゾル状、コロイド状若し
くはゲル状の透明物質が使用出来る。又、バルク型レン
ズ20は、第2の屈折率nとは異なる第3の屈折率n
を有するようにすれば良い。第1の屈折率n、第2
の屈折率n、及び第3の屈折率n を、それぞれ最適
な値に選定することにより、LEDチップ13からの光
を収束させることも分散させることも可能である。又、
バルク型レンズ20の光伝送部の有する第3の屈折率n
を次第に大きく、若しくは、次第に小さくするように
して光路設計をしても良い。
The LED 1 according to the first embodiment of the present invention
Is the first refractive index n1Transparent material such as epoxy resin with
Mold. Then, the bulk type lens 20
Is the first refractive index n1A second refractive index n different from0With
LED1 is housed through the air. Other than air
LED 1 is stored in storage section 6 via fluid or fluid
You may. For the wavelength of light emitted from LED1
Various “fluids” can be used if they are transparent gases or liquids.
Is available. LED 1 and bulk lens 2 in storage section 6
Between 0 and 0, use of a spacer oil or the like is also possible.
In addition, various sols and colloids as "fluids"
Alternatively, a gel-like transparent substance can be used. Also, bulk type ren
20 is the second refractive index n0A third refractive index n different from
2May be provided. First refractive index n1, Second
Refractive index n0, And a third refractive index n 2The best for each
By selecting an appropriate value, the light from the LED chip 13
Can be converged or dispersed. or,
Third refractive index n of the light transmission unit of the bulk lens 20
2To gradually increase or decrease
Then, the optical path may be designed.

【0061】この様にして、本発明の第1の実施の形態
に係る発光体によれば、樹脂モールドされたLED1の
数を多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビーム
として所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度
を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレン
ズ等の光学系では達成不可能な照度である。驚くこと
に、現在市販されているハロゲンランプを用いた細身の
懐中電灯と同程度の照度がたった1個のLEDで実現出
来たのである。この様に、本発明の第1の実施の形態に
係る発光体によれば、従来の技術常識では全く予測出来
ない照度を、図1に示すような簡単な構造で、実現出来
る。
As described above, according to the illuminant according to the first embodiment of the present invention, a desired irradiation as a light beam contributing to illumination can be achieved without requiring a large number of resin-molded LEDs 1. The luminous flux of the area can be secured, and the desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. Surprisingly, the illuminance was as low as that of a thin flashlight using a halogen lamp currently on the market. As described above, according to the illuminant according to the first embodiment of the present invention, it is possible to realize illuminance that cannot be predicted at all with the conventional common sense with a simple structure as shown in FIG.

【0062】なお、本発明の第1の実施の形態に係る発
光体に用いる樹脂モールドされたLED1としては、種
々の色(波長)のLEDが使用可能である。但し、懐中
電灯のような携帯用照明器具として用いる目的のために
は、白色LEDが人間の目には自然であるので好まし
い。白色LEDは種々の構造のものが使用出来る。例え
ば、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3枚のLEDチ
ップを縦に積層して構成しても良い。赤(R)、緑
(G)及び青(B)の3枚のLEDチップを積層せず、
同一平面レベルにおいて、点光源と見なせる程度に近接
配置しても良い。この場合、封止樹脂14から、それぞ
れの色のLEDチップに対応し、合計6本のピンが導出
されても良く、封止樹脂14の内部配線として、6本の
ピンを2本にまとめ、外部ピンとしては2本設けられた
構造としても構わない。又、一方の電極(接地電極)を
共通とすれば、外部ピンは4本で良い。いずれにせよ、
赤(R)色、緑(G)色及び青(B)色の3枚のLED
チップの駆動電圧(駆動電流)を互いに独立に制御出来
るようにしておけば、あらゆる色の混合(色合成)が可
能であるので、白色光を得ることが出来る。更に、白色
光以外の任意の色を、RGB各色の発光強度を制御した
色合成により得ることも容易で、色合いの変化を楽しむ
ことが可能である。
As the resin-molded LED 1 used for the light-emitting body according to the first embodiment of the present invention, LEDs of various colors (wavelengths) can be used. However, for the purpose of use as a portable lighting device such as a flashlight, a white LED is preferable because it is natural for human eyes. White LEDs having various structures can be used. For example, three (red), green (G), and blue (B) LED chips may be stacked vertically. Without stacking three LED chips of red (R), green (G) and blue (B),
On the same plane level, they may be arranged close enough to be regarded as a point light source. In this case, a total of six pins may be led out from the sealing resin 14 corresponding to the LED chips of each color, and six pins are integrated into two as internal wiring of the sealing resin 14. Two external pins may be provided. If one electrode (ground electrode) is shared, four external pins are sufficient. In any case,
Red (R), green (G) and blue (B) LEDs
If the driving voltages (driving currents) of the chips can be controlled independently of each other, all colors can be mixed (synthesized), and white light can be obtained. Further, any color other than white light can be easily obtained by color synthesis in which the emission intensity of each of the RGB colors is controlled, and it is possible to enjoy a change in color tone.

【0063】白色LEDを、図1に示す樹脂モールドさ
れたLED1として用い、この白色LED1に対して所
定電圧が印加出来るように電池ケースとこの電池ケース
の中の電池(例えば単3電池)を収納すれば、ペンタイ
プの細身の懐中電灯(ペンライト)が完成する。この照
明器具の電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色LED1
の電極を接続する構造とすれば良いのである。この結
果、簡単な構造で、製造単価の低い懐中電灯(携帯用照
明器具)が提供出来る。或いは、RGB各色の発光強度
の制御による色合成により得られた特定の色を用いた医
療用のライト等の照明器具をも構成出来る。RGB各色
の発光強度を制御した色合成により、可視光のスペクト
ル帯の任意の色を得ることが可能である。これらの照明
器具は、長期間に渡る安定性と信頼性に優れ、特に、電
力消費量が少ないため、電池の寿命が長いという従来予
測出来なかった優れた特性を有する。
A white LED is used as the resin-molded LED 1 shown in FIG. Then, a pen-type slender flashlight (penlight) will be completed. A white LED 1 is connected to the anode and the cathode of the battery of this lighting fixture, respectively.
What is necessary is just to make the structure which connects these electrodes. As a result, a flashlight (portable lighting device) with a simple structure and low manufacturing cost can be provided. Alternatively, a lighting fixture such as a medical light using a specific color obtained by color synthesis by controlling the emission intensity of each of the RGB colors can be configured. Arbitrary colors in the visible light spectrum band can be obtained by color synthesis in which the emission intensity of each of the RGB colors is controlled. These lighting fixtures have excellent stability and reliability over a long period of time, and in particular, have an unpredictable excellent property that the battery life is long because of low power consumption.

【0064】本発明の第1の実施の形態に係る発光体に
用いるバルク型レンズ20としては、アクリル樹脂等の
透明プラスチック材料、石英ガラス、ソーダ石灰ガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料
等が使用可能である。或いは、ZnO、ZnS、SiC
等の結晶性材料を用いても構わない。又、可とう性、屈
曲性や伸縮性の有るゾル、ゲル、ゾル・ゲル混合物、或
いは透明ゴムのような材料でも構わない。又、ゾル、ゲ
ル、ゾル・ゲル混合物等を、透明ゴムやフレキシブルな
透明プラスチック材料等に格納して用いても良い。内、
アクリル樹脂等の透明プラスチック材料等は、バルク型
レンズ20を大量生産するのに好適な材料である。即
ち、一度金型を作り、この金型により成形加工すればバ
ルク型レンズ20が簡単に大量生産出来る。
As the bulk type lens 20 used for the luminous body according to the first embodiment of the present invention, various plastics such as acrylic resin, quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, lead glass, etc. Glass materials and the like can be used. Alternatively, ZnO, ZnS, SiC
Or other crystalline materials. Further, a material such as a sol, a gel, a sol-gel mixture, or a transparent rubber having flexibility, flexibility and elasticity may be used. Further, a sol, a gel, a sol-gel mixture, or the like may be used by being stored in a transparent rubber or a flexible transparent plastic material. Of which
A transparent plastic material such as an acrylic resin is a material suitable for mass-producing the bulk lens 20. That is, once a mold is formed and molded using the mold, the bulk lens 20 can be easily mass-produced.

【0065】但し、単純な射出成形によれば、図1に示
した井戸型の凹部6の天井部2の近傍に気泡の取り込
み、巣の発生、スパイクや氷柱形状等の異常形状が発生
することが分かった。本発明者の詳細な検討によれば、
この様な異常形状の発生は、射出成形において、溶融し
た透明樹脂が冷却する際に樹脂が収縮し、井戸型の凹部
6の天井部2の近傍が減圧状態になるためであることが
判明した。例えば、ポリカーボネイトでは、1℃当たり
約0.4%収縮するので、天井部2の近傍が減圧状態に
なる。したがって、良好な幾何学的形状のバルク型レン
ズ20を製造するためには、以下のようにすれば良い。
However, according to the simple injection molding, air bubbles are trapped, nests are formed near the ceiling 2 of the well-shaped concave portion 6 shown in FIG. 1, and abnormal shapes such as spikes and icicles are generated. I understood. According to the inventor's detailed study,
It has been found that the occurrence of such an abnormal shape is due to the fact that in injection molding, when the molten transparent resin is cooled, the resin shrinks and the vicinity of the ceiling 2 of the well-shaped concave portion 6 is in a reduced pressure state. . For example, polycarbonate shrinks by about 0.4% per 1 ° C., so that the pressure in the vicinity of the ceiling 2 is reduced. Therefore, in order to manufacture the bulk type lens 20 having a good geometric shape, the following method may be used.

【0066】(イ)まず、バルク型レンズ20を製造す
るための成形金型を用意する。成形金型は、大きく分け
て上半分の固定金型受け、下半分の可動金型受け、及び
離型機構部に分けられる。固定金型受けの内部には、固
定金型が嵌め込まれている。この固定金型は、バルク型
レンズの外側頂部3及び外周部を成形するために固定金
型成形面を有している。固定金型の中央部には、バルク
型レンズ20の形成素材である透明樹脂を熱溶融した樹
脂液が注入される湯口が設けられている。この湯口は樹
脂液の供給機構に接続されており、熱溶融した透明樹脂
が断続的に供給される。可動金型受けは、その内部に可
動金型が嵌め込まれている。この可動金型は、バルク型
レンズ20の収納部6を成形するため、収納部6の形状
に対応した頂部が湾曲面からなる円柱形状の収納部成形
面を有する雄型が設けられている。離型機構部は、内部
に上下動する突出板が褶動自在に設けられ、突出板の端
部には突出ピンが固着して、穴を貫通して可動金型内に
通じている。この突出板の下部は、上下動機構に連結し
ており、突出ピンを突出させる時に、上方向に突出板を
押し上げる。 そして、可動金型受けを固定金型受けに
押し付けられ、完全に密着する。そして、所定の金型温
度に加熱する。
(A) First, a molding die for manufacturing the bulk lens 20 is prepared. The molding die is roughly divided into an upper half fixed die receiver, a lower half movable die receiver, and a release mechanism. A fixed mold is fitted inside the fixed mold receiver. The fixed mold has a fixed mold forming surface for forming the outer top 3 and the outer peripheral portion of the bulk mold lens. A gate is provided at the center of the fixed mold, into which a resin liquid obtained by hot-melting a transparent resin as a material for forming the bulk lens 20 is injected. The gate is connected to a resin liquid supply mechanism, and the hot-melted transparent resin is intermittently supplied. The movable mold receiver has a movable mold fitted therein. This movable mold is provided with a male mold having a cylindrical housing portion forming surface having a curved top surface corresponding to the shape of the housing portion 6 in order to form the housing portion 6 of the bulk lens 20. The release mechanism has a vertically movable protruding plate slidably provided therein. A protruding pin is fixed to an end of the protruding plate, and penetrates the hole to communicate with the movable mold. The lower portion of the projecting plate is connected to a vertical movement mechanism, and pushes the projecting plate upward when the projecting pin is made to project. Then, the movable mold receiver is pressed against the fixed mold receiver, and comes into close contact with the movable mold receiver. Then, it is heated to a predetermined mold temperature.

【0067】(ロ)次に第1射出工程により、溶融した
透明樹脂が、湯口から固定金型と可動金型で形成される
空間に射出する。透明樹脂としては、ポリメチルメタク
リレート(PMMA)、ポリカーボネイト(PC)、ア
クリル、ABS,AB等の樹脂が使用可能である。例え
ば、ホッパーから投入したペレットを成形金型に隣接し
て配置したシリンダー内で、加熱及び剪断発熱により溶
融させ、油圧モータ等をにより高圧で透明樹脂を湯口へ
注入する。シリンダー内には、スクリューを設け、スク
リューの回転により、材料を溶かしても良い。この樹脂
射出時に、湯口が固定金型の中央部に設けられているた
め、バルク型レンズ20が成形される金型の空間の端部
まで、万遍なく溶融した透明樹脂が充填される。
(B) Next, in the first injection step, the molten transparent resin is injected from the gate into the space formed by the fixed mold and the movable mold. As the transparent resin, resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), acryl, ABS, and AB can be used. For example, the pellets fed from the hopper are melted by heating and shearing heat in a cylinder arranged adjacent to the molding die, and the transparent resin is injected into the gate by high pressure using a hydraulic motor or the like. A screw may be provided in the cylinder, and the material may be melted by rotation of the screw. Since the gate is provided at the center of the fixed mold at the time of the resin injection, the molten transparent resin is uniformly filled up to the end of the space of the mold in which the bulk lens 20 is molded.

【0068】(ハ)樹脂射出後、第1冷却工程を行い、
一定時間放置し、成形金型内で樹脂を冷却する。第1冷
却工程は、樹脂が室温まで完全に冷却しない中間的な温
度まで冷却する工程である。
(C) After the resin injection, a first cooling step is performed.
The resin is left to cool for a certain period of time in a molding die. The first cooling step is a step of cooling the resin to an intermediate temperature at which the resin is not completely cooled to room temperature.

【0069】(ニ)樹脂が冷却すると樹脂の膨張係数分
隙間が出来る。第1冷却工程より、樹脂が途中の温度ま
で冷却したことによる隙間に対して、第2射出工程によ
り再度溶融した透明樹脂を、再び湯口から射出する。
(D) When the resin cools, a gap is formed for the expansion coefficient of the resin. From the first cooling step, the transparent resin melted again in the second injection step is again injected from the gate to the gap caused by cooling the resin to an intermediate temperature.

【0070】(ホ)第2射出工程による樹脂射出後、第
2冷却工程を行い、一定時間放置し、成形金型内で樹脂
を室温まで冷却する。
(E) After the resin is injected in the second injection step, a second cooling step is performed, and the resin is left for a certain period of time to cool the resin to room temperature in the molding die.

【0071】(ヘ)樹脂が室温まで冷却されると、成形
金型内で固化したバルク型レンズ20を取り出す。例え
ば、固定金型受け側のコンプレッサーに連結された電磁
弁を作動させ固定金型の環状スリットから、圧搾空気を
バルク型レンズ20方向に噴出する(固定金型エアブロ
ー)。そして、可動金型受けが離型機構部と一体となっ
て下方向に下がる。この圧搾空気噴出により、バルク型
レンズ20の収納部6が形成された底部は、固定金型受
けの固定金型から容易に離型し、可動金型側に密着した
状態で可動金型受けとともに下方向に下がっていく。
(F) When the resin is cooled to room temperature, the bulk lens 20 solidified in the molding die is taken out. For example, the solenoid valve connected to the compressor on the fixed mold receiving side is operated to squeeze compressed air toward the bulk lens 20 from the annular slit of the fixed mold (fixed mold air blow). Then, the movable mold receiver is lowered integrally with the release mechanism. By this compressed air ejection, the bottom portion of the bulk lens 20 where the storage portion 6 is formed is easily released from the fixed mold of the fixed mold receiver, and is closely attached to the movable mold side together with the movable mold receiver. Going down.

【0072】(ト)固定金型受けから離された可動金型
受けは、可動金型受け側のコンプレッサーに連結された
電磁弁が作動し、可動金型の環状スリットから、圧搾空
気がバルク型レンズ20方向に噴出する(可動金型エア
ブロー)。これにより、バルク型レンズ20の収納部6
と、可動金型の収納部成形面との間に空気の層ができ、
バルク型レンズ20を破損することなく可動金型受けか
ら離型される。又、この可動金型エアブローと同時に、
突出板が上方に動き、突出ピンを可動金型の穴からバル
ク型レンズ20方向に突出させる。これにより、バルク
型レンズ20が容易に可動金型21から離型されるのを
補助し、且つ、可動金型の円柱形状の雄型からバルク型
レンズ20を浮き上がらせて、バルク型レンズ20を成
形金型から取り出し易くしている。
(G) In the movable mold receiver separated from the fixed mold receiver, the solenoid valve connected to the compressor on the movable mold receiver side operates, and compressed air is supplied from the annular slit of the movable mold receiver to the bulk mold. Injects in the direction of the lens 20 (movable mold air blow). Thereby, the storage section 6 of the bulk lens 20 is formed.
And an air layer is formed between the movable mold and the housing molding surface of the movable mold,
The bulk mold lens 20 is released from the movable mold receiver without being damaged. Also, at the same time as this movable mold air blow,
The protruding plate moves upward to protrude the protruding pin from the hole of the movable mold toward the bulk lens 20. This assists the bulk-type lens 20 to be easily released from the movable mold 21 and raises the bulk-type lens 20 from the cylindrical male mold of the movable mold. It is easy to remove from the molding die.

【0073】上記方法によれば、第1冷却工程により樹
脂が室温まで完全に冷却しない中間的な温度まで冷却
し、これにより樹脂が収縮して出来た隙間に、第2射出
工程により再び透明樹脂を射出するので、井戸型の凹部
6の天井部2の近傍が減圧状態になることが防止され
る。この結果、図1に示した井戸型の凹部6の天井部2
の近傍に気泡の取り込みや異常形状の発生するのが防止
出来、良好な幾何学的形状のバルク型レンズ20が形成
出来る。
According to the above method, the first cooling step cools the resin to an intermediate temperature at which the resin is not completely cooled to room temperature. Is injected, so that the vicinity of the ceiling portion 2 of the well-shaped concave portion 6 is prevented from being decompressed. As a result, the ceiling 2 of the well-shaped recess 6 shown in FIG.
Can be prevented from taking in bubbles or generating an abnormal shape in the vicinity of the lens, and a bulk type lens 20 having a good geometric shape can be formed.

【0074】(第2の実施の形態)図16に示すよう
に、本発明の第2の実施の形態に係る発光体は、所定の
波長の光を発する光源1と、この光源1をほぼ完全に覆
うバルク型レンズ20とから少なくとも構成されてい
る。そして、このバルク型レンズ20は、外側頂部3、
底部及び光軸に平行方向の側面からなる外周部を有する
バルク型のレンズ媒体4と、この底部から外側頂部3に
向かってレンズ媒体4の内部に設けられた光軸に平行方
向の面からなる側壁部を有する井戸型の凹部からなる収
納部6とから構成されている。レンズ媒体4の内部に設
けられた、収納部6の天井部2と側壁部5とが入射面と
しての第1のレンズ面(2,5)、レンズ媒体の外側頂
部3が出射面となる第2のレンズ面3として機能する。
収納部6の内部に光源1が完全に収納される。
(Second Embodiment) As shown in FIG. 16, a luminous body according to a second embodiment of the present invention comprises a light source 1 for emitting light of a predetermined wavelength, And at least a bulk type lens 20 covering the same. The bulk type lens 20 has an outer top portion 3,
A bulk type lens medium 4 having an outer peripheral portion having a bottom and a side surface parallel to the optical axis, and a surface parallel to the optical axis provided inside the lens medium 4 from the bottom toward the outer top 3. And a storage part 6 formed of a well-shaped concave part having a side wall part. The ceiling portion 2 and the side wall portion 5 of the storage unit 6 provided inside the lens medium 4 have a first lens surface (2, 5) as an incident surface, and the outer top 3 of the lens medium has an output surface. It functions as the second lens surface 3.
The light source 1 is completely housed in the housing 6.

【0075】光源1は、例えば、最大部の直径(外径)
2〜3mmφの沃素(I)タングステンランプ(ハロ
ゲンランプ)、即ち豆ランプ形状の白熱球である。バル
ク型レンズ20は、断面が図16に示すような弾丸型の
形状である。バルク型レンズ20の収納部6の凹部側壁
5の内径2rは、光源(白熱球)1の主発光部を収納
出来るように、2r=2.5〜4mmφの円筒形状と
なっている。図示を省略しているが、光源1とバルク型
レンズ20とを固定するために、光源1のソケット部と
バルク型レンズ20の収納部6との間には、厚さ1〜
2.5mm程度のスペーサが挿入されている(「ソケッ
ト部」とは図16において、光源1の電極リード側(左
側)の部位を意味する。)。弾丸型のバルク型レンズ2
0の円柱形状部の直径(外径)2rは、本発明の第2
の実施の形態に係る発光体の使用目的に応じて選択出来
る。したがって、10mmφ以下でも、30mmφ以上
でも構わない。但し、既に述べた(1)式乃至(3)
式、或いは(6)式等を満足するように、バルク型レン
ズ20の幾何学的構造を選ぶのが好ましいことは勿論で
ある。又、本発明の第2の実施の形態に係るバルク型レ
ンズ20は、空気の屈折率nとは異なる屈折率n
する。
The light source 1 has, for example, a maximum portion diameter (outer diameter).
2 to 3 mm phi of iodine (I 2) tungsten lamp (halogen lamp), i.e. incandescent beans lamp shape. The bulk type lens 20 has a bullet-shaped cross section as shown in FIG. Inside diameter 2r i recess side wall 5 of the housing part 6 of the bulk-shaped lens 20 has a light source to allow housing of the main light-emitting portion of the (incandescent bulb) 1, has a cylindrical shape of 2r i = 2.5~4mm φ . Although not shown, in order to fix the light source 1 and the bulk lens 20, a thickness of 1 to 1 is provided between the socket part of the light source 1 and the storage part 6 of the bulk lens 20.
A spacer of about 2.5 mm is inserted (the “socket portion” means a portion on the electrode lead side (left side) of the light source 1 in FIG. 16). Bullet-type bulk lens 2
The diameter (outer diameter) 2r e of the columnar portion of 0 is the second diameter of the invention.
Can be selected according to the purpose of use of the luminous body according to the embodiment. Therefore, even in less than 10mm φ, does not matter even more than 30mm φ. However, the expressions (1) to (3) already described
Of course, it is preferable to select the geometrical structure of the bulk lens 20 so as to satisfy the expression or the expression (6). Also, the bulk-shaped lens 20 according to a second embodiment of the present invention has different refractive index n 1 is the refractive index n 0 of air.

【0076】白熱球1からの光はほぼ等方的に発光す
る。図16において、主入射面2(天井部)以外の収納
部6の凹部側壁(側壁入射面)5も、有効な光の入射面
(第1のレンズ面)として機能し得る。白熱球1からの
光の場合はLEDの出力光に比して、主入射面2に対し
て側壁入射面5からレンズ媒体4に入射する成分が多
い。そして、光源1とバルク型レンズ20の収納部6と
の間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射
し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の光学
系では、これらの迷光成分は、照明に寄与出来るように
取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成分
も、本発明の第2の実施の形態においては、収納部6の
内部に閉じこめられ、側壁入射面5からレンズ媒体4に
入射するので、最終的には、照明に寄与出来る成分とな
り得る。この様に、本発明の第2の実施の形態において
は、側壁入射面5から入射する光を有効に集光すること
が出来るので、光源1から発せられる迷光成分も含め
て、等方的に発光するすべての出力光が有効に照明に寄
与出来るようになる。
The light from the incandescent bulb 1 emits light almost isotropically. In FIG. 16, the concave side wall (side wall incident surface) 5 of the storage section 6 other than the main incident surface 2 (ceiling portion) can also function as an effective light incident surface (first lens surface). In the case of the light from the incandescent sphere 1, more components are incident on the lens medium 4 from the side wall incident surface 5 with respect to the main incident surface 2 than the output light of the LED. Then, between the light source 1 and the storage section 6 of the bulk lens 20, the light components reflected at the respective interfaces are multiple-reflected and become stray light components. In a conventionally known optical system such as a lens, these stray light components cannot be extracted so as to contribute to illumination. However, in the second embodiment of the present invention, these stray light components are also confined inside the storage section 6 and enter the lens medium 4 from the side wall incident surface 5, so that they eventually contribute to illumination. It can be a possible component. As described above, in the second embodiment of the present invention, the light incident from the side wall incident surface 5 can be effectively condensed, and isotropically including the stray light component emitted from the light source 1. All of the emitted output light can effectively contribute to illumination.

【0077】この様にして、本発明の第2の実施の形態
に係る発光体によれば、光源1の数を多数必要とするこ
となく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積
の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出
来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成
不可能な照度である。この様に、本発明の第2の実施の
形態に係る発光体によれば、従来の技術常識では全く予
測出来ない照度を、図16に示すような簡単な構造で、
実現出来る。図2(a)及び図2(b)の比較から明ら
かなように、本発明と同程度の集光特性を得るために
は、従来の薄型レンズ(凸レンズ)を用いた場合は、そ
の直径が、本発明のバルク型レンズ20の円柱部直径の
2倍でも不十分であり3倍程度でもビームの平行性は得
られない。即ち、1/3を越える小型化が達成されたこ
とになる。
As described above, according to the illuminant according to the second embodiment of the present invention, a light beam having a desired irradiation area can be used as a light beam contributing to illumination without requiring a large number of light sources 1. And the desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. As described above, according to the luminous body according to the second embodiment of the present invention, the illuminance that cannot be predicted at all with the common general knowledge of the related art can be obtained with a simple structure as shown in FIG.
Can be realized. As is clear from the comparison between FIG. 2A and FIG. 2B, in order to obtain the same light condensing characteristics as in the present invention, when a conventional thin lens (convex lens) is used, the diameter thereof is Even if the diameter is twice as large as the diameter of the cylindrical portion of the bulk type lens 20 of the present invention, even if it is about three times, the parallelism of the beam cannot be obtained. That is, miniaturization exceeding one third has been achieved.

【0078】本発明の第2の実施の形態に係る発光体に
用いるバルク型レンズ20としては、光源(白熱球)1
の発熱を考慮すると、耐熱性光学材料が好ましい。耐熱
性光学材料としては、石英ガラス、サファイアガラス等
の耐熱ガラスが好ましい。或いは、ポリサルホン樹脂、
ポリエーテルサルホン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポ
リエーテルエステルアミド樹脂、メタクリル樹脂、非晶
性ポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルキル基を有す
る高分子材料等の耐熱性樹脂等の耐熱性光学材料が使用
可能である。SiC等の結晶性材料でも良い。なお、光
源1として、LED等の半導体発光素子を用いる場合
は、発熱作用を伴わないので、アクリル樹脂等の、耐熱
性が弱い樹脂を使用することが可能である。
A light source (incandescent bulb) 1 is used as a bulk type lens 20 used for the light emitting body according to the second embodiment of the present invention.
Considering the heat generation of the above, a heat-resistant optical material is preferable. As the heat-resistant optical material, heat-resistant glass such as quartz glass and sapphire glass is preferable. Or polysulfone resin,
A heat-resistant optical material such as a heat-resistant resin such as a polyether sulfone resin, a polycarbonate resin, a polyetheresteramide resin, a methacrylic resin, an amorphous polyolefin resin, and a polymer material having a perfluoroalkyl group can be used. A crystalline material such as SiC may be used. In the case where a semiconductor light emitting element such as an LED is used as the light source 1, a resin having low heat resistance, such as an acrylic resin, can be used because it does not generate heat.

【0079】(第3の実施の形態)図17に示すよう
に、本発明の第3の実施の形態に係る受光体は、所定の
波長の光を検出するpinフォト・ダイオードやアバラ
ンシェ・フォト・ダイオード等のフォト・ダイオード
(光検出器)50と、このフォト・ダイオードをほぼ完
全に覆うバルク型レンズ20とから少なくとも構成され
ている。そして、このバルク型レンズ20は、第2の湾
曲面からなる入射面(第2レンズ面)3を有する。レン
ズ媒体4の底部からは、外側頂部3に向かって、光検出
器(フォト・ダイオード)50の受光部を収納するため
の収納部6が形成されている。この凹部の天井(凹部天
井部)2は、第1の湾曲面で構成されている。入射面
(第2レンズ面)3から入射した光は、凹部天井部2を
主出射面として出射する。正確には、凹部天井部(主出
射面)2と凹部側壁部(側壁出射面)5とで出射面とな
る第1レンズ面が構成される。そして、第1レンズ面
(2,5)からの光が、光検出器50の受光部に集光さ
れて、フォト・ダイオードチップ9へ入射する。
(Third Embodiment) As shown in FIG. 17, a photoreceptor according to a third embodiment of the present invention includes a pin photodiode or an avalanche photo detector for detecting light of a predetermined wavelength. It comprises at least a photodiode (photodetector) 50 such as a diode and a bulk lens 20 that almost completely covers the photodiode. The bulk lens 20 has an entrance surface (second lens surface) 3 formed of a second curved surface. From the bottom of the lens medium 4 toward the outer top 3, a storage section 6 for storing the light receiving section of the photodetector (photodiode) 50 is formed. The ceiling (recessed ceiling) 2 of the recess is formed of a first curved surface. Light incident from the entrance surface (second lens surface) 3 exits with the concave ceiling 2 as the main exit surface. To be more precise, the first lens surface serving as an emission surface is constituted by the recess ceiling portion (main emission surface) 2 and the recess side wall portion (sidewall emission surface) 5. Then, the light from the first lens surface (2, 5) is condensed on the light receiving section of the photodetector 50 and enters the photodiode chip 9.

【0080】図17の光検出器50は、第1のピン51
に一体的に接続された基台の上に配置されたフォト・ダ
イオードチップ9と、第1のピン51と対をなす第2の
ピン52とから少なくとも構成されている。
The photodetector 50 shown in FIG.
And at least a photodiode chip 9 disposed on a base and integrally connected to the base, and a second pin 52 paired with the first pin 51.

【0081】バルク型レンズ20の収納部6の凹部側壁
部5の内径2rは、光検出器50を収納出来るよう
に、2r=2.5〜4mmφの円筒形状となってい
る。図示を省略しているが、光検出器50とバルク型レ
ンズ20とを固定するために、光検出器50とバルク型
レンズ20の収納部6との間には、厚さ0.25〜0.
5mm程度のスペーサが挿入されている。このスペーサ
は、光検出器50の主受光部を除く位置、即ち、図17
において、フォト・ダイオードチップ9の底面より左方
に配置すれば良い。バルク型レンズ20は、凸形状の第
2の湾曲面からなる主入射面(第2レンズ面)3を有す
る外側頂部3を除けば円柱形状である。このバルク型レ
ンズ20の円柱形状部分の直径(外径)2rは10〜
30mmφである。バルク型レンズ20の直径(外径)
2rは、本発明の第3の実施の形態に係る受光体の使
用目的に応じて選択出来る。したがって、10mmφ
下でも、30mmφ以上でも構わない。
[0081] internal diameter 2r i recess side wall 5 of the housing part 6 of the bulk-shaped lens 20, such that it houses the light detector 50, and has a cylindrical shape of 2r i = 2.5~4mm φ. Although not shown, in order to fix the photodetector 50 and the bulk lens 20, a thickness of 0.25 to 0 is provided between the photodetector 50 and the housing 6 of the bulk lens 20. .
A spacer of about 5 mm is inserted. This spacer is located at a position excluding the main light receiving portion of the photodetector 50, ie, in FIG.
In this case, the photo diode chip 9 may be disposed on the left side of the bottom surface. The bulk type lens 20 has a cylindrical shape except for an outer top portion 3 having a main incident surface (second lens surface) 3 formed of a convex second curved surface. The diameter (outer diameter) 2r e cylindrical portion of the bulk-type lens 20 is 10
30 mm φ . Diameter (outer diameter) of bulk type lens 20
2r e can selected according to the intended use of the photoreceptor according to a third embodiment of the present invention. Therefore, even in less than 10mm φ, does not matter even more than 30mm φ.

【0082】(第4の実施の形態)更に、図1で示した
発光体と、本発明の第3の実施の形態に係る受光体と
で、光情報通信システムを構成出来る。
(Fourth Embodiment) Further, an optical information communication system can be constituted by the light emitter shown in FIG. 1 and the light receiver according to the third embodiment of the present invention.

【0083】[発光体]本発明の第4の実施の形態に係
る発光体は、図18(a)に示すように、バルク型レン
ズ24と、バルク型レンズ24の第1の収納部6tに収
納された所定の波長の光を発する光源1とから構成され
る。バルク型レンズ24は、第1の外側頂部3t、第1
の底部及び第1の光軸に平行方向の側面からなる外周部
を有する第1のレンズ媒体4tと、この第1のレンズ媒
体4tの内部に設けられた第1の収納部6tとから構成
される。第1の収納部6tは、第1のレンズ媒体4tの
第1の底部から第1の外側頂部3に向かって形成された
井戸型の凹部からなる。この井戸型の凹部は、光軸に平
行方向の面からなる側壁部を有する。
[Light Emitting Element] As shown in FIG. 18A, a light emitting element according to the fourth embodiment of the present invention is provided in a bulk lens 24 and a first storage portion 6t of the bulk lens 24. And a light source 1 that emits light of a predetermined wavelength stored therein. The bulk lens 24 has a first outer top 3t,
A first lens medium 4t having an outer peripheral portion composed of a bottom portion of the first lens medium and a side surface in a direction parallel to the first optical axis, and a first storage portion 6t provided inside the first lens medium 4t. You. The first storage section 6t is formed of a well-shaped recess formed from the first bottom of the first lens medium 4t toward the first outer top 3. This well-shaped concave portion has a side wall portion formed of a surface parallel to the optical axis.

【0084】光源1は、光源位置制御・駆動手段によ
り、バルク型レンズ24の第1の収納部6tの内部にお
いて、外側頂部3方向又は後面方向へ相対的に移動可能
なように構成されている。光源位置制御・駆動手段の一
部として、バルク型レンズの後面に配置された背面支持
体30tが配置されている。背面支持体30tは、バル
ク型レンズ24の側面の一部にまで延長されて形成され
ている。又、光源1と背面支持体30tを含むバルク型
レンズ24とを相対的に移動させるため、突起40をバ
ルク型レンズ上に形成してある。突起40も光源位置制
御・駆動手段の一部として機能する。
The light source 1 is configured to be relatively movable in the outer top 3 direction or the rear surface direction inside the first housing portion 6t of the bulk lens 24 by the light source position control / drive means. . As a part of the light source position controlling / driving means, a back support 30t disposed on the rear surface of the bulk lens is disposed. The rear support 30t is formed to extend to a part of the side surface of the bulk lens 24. In order to relatively move the light source 1 and the bulk lens 24 including the back support 30t, a projection 40 is formed on the bulk lens. The projection 40 also functions as a part of the light source position control / drive unit.

【0085】図18(a)において、背面支持体30t
は、バルク型レンズ24の後面に直接配置された主支持
部31tと、LEDホルダー45の中途に配置された小
背面鏡32tとから形成されている。この小背面鏡32
tは、光源1の直後に配置しても構わない。又、小背面
鏡32tを、LEDホルダー45の中途と光源1の直後
に2重に配置しても構わないし、図15に示された結果
を考慮すれば、全く省いても良い。図18(a)におい
て、背面支持体30tは、バルク型レンズ24の側面の
一部を被覆しているが、バルク型レンズ24の側面のほ
ぼ全面を被覆するように形成しても構わない。この場
合、突起40は、背面鏡上に形成することになる。背面
支持体30tは、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の
金属を旋盤・フライス盤等を用いて研削加工、若しくは
プレス加工機等により成型加工し、その後、その表面を
研磨して構成すれば良い。更に、これらの表面にニッケ
ル(Ni)鍍金や金(Au)鍍金を施せば反射率が向上
するので、反射鏡として機能させることも可能である。
安価、且つ簡便な方法としては、Al薄膜等の反射率の
高い金属薄膜を接着した構造でも構わない。或いは、熱
可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形により図18
(a)に示す形状に加工し、この表面にAl箔等の反射
率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタ
リングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエステル
白色フィルム等を接着した構造でも構わない。更に、バ
ルク型レンズ14の後面に反射率の高い金属薄膜や誘電
体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで直接堆積した構
造や、反射率の高い金属薄膜を鍍金により形成した構造
やこれらの複合膜でも構わない。
In FIG. 18A, the back support 30t
Are formed of a main support portion 31t disposed directly on the rear surface of the bulk lens 24 and a small rear mirror 32t disposed in the middle of the LED holder 45. This small back mirror 32
t may be arranged immediately after the light source 1. In addition, the small rear mirror 32t may be arranged double in the middle of the LED holder 45 and immediately after the light source 1, or may be omitted altogether in view of the result shown in FIG. In FIG. 18A, the back support 30t covers a part of the side surface of the bulk lens 24, but may be formed so as to cover almost the entire side surface of the bulk lens 24. In this case, the projection 40 is formed on the rear mirror. The back support 30t may be formed by grinding a metal such as aluminum, brass, stainless steel or the like using a lathe or a milling machine, or by molding using a press machine, and then polishing the surface. Furthermore, if these surfaces are plated with nickel (Ni) or gold (Au), the reflectivity is improved, so that they can function as a reflector.
As a low-cost and simple method, a structure in which a metal thin film having a high reflectance such as an Al thin film is bonded may be used. Alternatively, the thermoplastic resin is formed by extrusion molding or injection molding as shown in FIG.
(A) A structure in which a metal thin film or a dielectric multilayer film having high reflectivity such as an Al foil is deposited on the surface by vacuum evaporation or sputtering, or a highly reflective polyester white film or the like is adhered to the surface. But it doesn't matter. Further, a structure in which a metal thin film or a dielectric multilayer film having a high reflectivity is directly deposited on the rear surface of the bulk lens 14 by vacuum evaporation or sputtering, a structure in which a metal thin film having a high reflectivity is formed by plating, or a composite film thereof is also used. I do not care.

【0086】図18(a)の光源1は、第1のピン11
に接続されたLEDホルダー45の中空部に嵌め込ま
れ、その端部を固定されたLEDチップ13と、このL
EDチップ13を被覆する封止樹脂14tと、第1のピ
ン11と対をなす第2のピン12とから少なくとも構成
された樹脂モールドされたLEDである。小背面鏡31
には、第1のピン11及び第2のピン12を貫通させる
穴があいており、小背面鏡31に第1のピン11と第2
のピン12とを電気的に短絡しないように考慮してい
る。LEDチップ13からの光はLEDチップ13の裏
面方向(図18(a)において右方向)からも取り出さ
れる両面発光構造をなしている。支持リングは完全に閉
じたリングである必要はなく、C字型、コの字型等の閉
じないリングでも良い。要は光源1の端面の一部を固定
出来る構造であれば良い。
The light source 1 shown in FIG.
The LED chip 13 fitted in the hollow portion of the LED holder 45 connected to the
The resin-molded LED includes at least a sealing resin 14t covering the ED chip 13 and a second pin 12 paired with the first pin 11. Small rear mirror 31
Has a hole through which the first pin 11 and the second pin 12 penetrate, and the first pin 11 and the second pin
Is considered so as not to be electrically short-circuited with the pin 12. The light from the LED chip 13 has a double-sided light emitting structure in which the light is also extracted from the back side of the LED chip 13 (rightward in FIG. 18A). The support ring does not need to be a completely closed ring, but may be a C-shaped, U-shaped, or other non-closed ring. In short, any structure that can fix a part of the end face of the light source 1 may be used.

【0087】バルク型レンズ24に設けられた突起40
は、バルク型レンズ24の側面の円周方向にリング状に
配置されており、図示はされないが、バルク型レンズ2
4の側面を覆うレンズホルダーの窪みに対応して形成さ
れている。又、このリング状の突起40は、光軸方向
(図18(a)において水平方向)に複数個配置されて
いても構わない。更にこの突起40は、連続したリング
状でなく、円周方向に放射状に配置された複数の小突起
から形成されていても良い。或いは、バルク型レンズ2
4や背面支持体30tの外面に複数の窪み等を形成して
も構わない。簡単な方法としては、バルク型レンズ24
の外面に螺旋状の突起からなるネジ山を形成し、雄ねじ
の形状にしても良い。若しくは螺旋状の溝部を形成し、
雄ねじのネジ山を形成しても良い。レンズ媒体4の外周
部を反射鏡にする必要がないので、レンズ媒体4の外周
部は所望の形状に自由に変形出来る。又、バルク型レン
ズ24の収納部6tに雌ねじのネジ山を形成し、LED
ホルダー45に雄ねじのネジ山を形成し、光源位置制御
・駆動手段を構成しても良い。極端な例として、しっか
りと保持されていて、且つ焦点調整が可能であれば、何
も形成しなくても構わない。
The protrusion 40 provided on the bulk type lens 24
Are arranged in a ring shape in the circumferential direction on the side surface of the bulk type lens 24, and although not shown, the bulk type lens 2
4 is formed corresponding to the depression of the lens holder covering the side surface. Also, a plurality of the ring-shaped protrusions 40 may be arranged in the optical axis direction (the horizontal direction in FIG. 18A). Further, the projection 40 may be formed of a plurality of small projections radially arranged in the circumferential direction instead of a continuous ring shape. Or bulk type lens 2
A plurality of depressions or the like may be formed on the outer surface of the rear support 4 or 4. A simple way is to use the bulk type lens 24
May be formed in the outer surface of the screw thread having a spiral projection to form a male screw. Or form a spiral groove,
An external thread may be formed. Since there is no need to make the outer periphery of the lens medium 4 a reflecting mirror, the outer periphery of the lens medium 4 can be freely deformed into a desired shape. Also, a female screw thread is formed in the storage portion 6t of the bulk lens 24, and the LED is formed.
An external thread may be formed in the holder 45 to constitute light source position control / drive means. As an extreme example, nothing may be formed as long as it is firmly held and focus adjustment is possible.

【0088】半球状の頭部を除けば、光源1は、例え
ば、直径(外径)3〜5mmの円柱形状である。バルク
型レンズ24の収納部6tの側壁部は、光源1を収納出
来るように、直径(内径)4〜6mmの円筒形状となっ
ている。図18(a)に示すように、光源1は頭部がカ
ップ形状のLEDホルダー45に固定され、LEDホル
ダー45を介して、光源1は保持されている。LEDホ
ルダー45は電気的に絶縁性が高く、光学的に透明な材
料で構成すれば良い。
Except for the hemispherical head, the light source 1 has, for example, a cylindrical shape with a diameter (outer diameter) of 3 to 5 mm. The side wall of the storage section 6t of the bulk lens 24 has a cylindrical shape with a diameter (inner diameter) of 4 to 6 mm so that the light source 1 can be stored. As shown in FIG. 18A, the light source 1 has a head fixed to a cup-shaped LED holder 45, and the light source 1 is held via the LED holder 45. The LED holder 45 may be made of an optically transparent material having high electrical insulation.

【0089】バルク型レンズ24は、ほぼ光源1と相似
な円柱形状である。このバルク型レンズ24の円柱形状
部分の直径(外径)は、10〜30mmである。バルク
型レンズ24の直径(外径)は、本発明の第4の実施の
形態に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。した
がって、10mm以下でも、30mm以上でも構わな
い。
The bulk type lens 24 has a cylindrical shape substantially similar to the light source 1. The diameter (outer diameter) of the cylindrical portion of the bulk lens 24 is 10 to 30 mm. The diameter (outer diameter) of the bulk lens 24 can be selected according to the purpose of use of the illuminant according to the fourth embodiment of the present invention. Therefore, it may be 10 mm or less, or 30 mm or more.

【0090】突起40の断面は,例えば、幅1〜2m
m、高さ1.5〜3mmの半楕円形である。円周方向の
長さはいくらでも構わないが、3mm以上が好ましい。
材質としては、バルク型レンズ24や背面支持体30t
と同材質を用い、同時に形成しても良い。又、全く違う
材料で形成したものを接着剤で貼り付けても良い。レン
ズホルダーから伝わる力をバルク型レンズ24に伝える
ことが出来れば、どのような形状、材質、配置、そして
形成方法を採用しても良い。
The cross section of the projection 40 is, for example, 1 to 2 m in width.
m, 1.5 to 3 mm in height. The length in the circumferential direction is not limited, but is preferably 3 mm or more.
As the material, the bulk type lens 24 and the back support 30t are used.
The same material as described above may be used and may be formed simultaneously. Further, a member made of a completely different material may be attached with an adhesive. Any shape, material, arrangement, and formation method may be adopted as long as the force transmitted from the lens holder can be transmitted to the bulk type lens 24.

【0091】一般の樹脂モールドされたLEDにおいて
は、封止樹脂14tの凸形状の湾曲面以外のところから
出る光は、いわゆる迷光成分となり、照明には寄与しな
い。しかし、本発明の第4の実施の形態においては、光
源1がバルク型レンズ24の収納部6tにほぼ完全に閉
じこめられ、収納部6tの側壁入射面から入射可能であ
るので、これらの迷光成分のほとんどが最終的には出射
面となる外側頂部3から出力可能である。この結果、封
止樹脂14tの形状等の光の取り出し効率や、光学系相
互の反射成分等に依存せず、潜在的なLEDチップ13
の光エネルギを有効に取り出すことが可能となる。更
に、突起40を用いた光源位置制御・駆動手段を介して
光源1を相対的に移動し、焦点調整が可能なため、指向
性の有る平行な光束や任意の発散角を持った光束を得る
ことが出来る。つまり、光源1から出る光を極限にまで
利用出来る。
In a general resin-molded LED, light emitted from portions other than the convex curved surface of the sealing resin 14t becomes a so-called stray light component and does not contribute to illumination. However, in the fourth embodiment of the present invention, since the light source 1 is almost completely confined in the storage portion 6t of the bulk lens 24 and can enter from the side wall incidence surface of the storage portion 6t, these stray light components Can be output from the outer top 3 which will eventually be the exit surface. As a result, the potential LED chip 13 does not depend on the light extraction efficiency such as the shape of the sealing resin 14t or the reflection component between the optical systems.
Light energy can be effectively extracted. Furthermore, since the light source 1 is relatively moved via the light source position control / drive unit using the projection 40 and the focus can be adjusted, a parallel light beam having directivity and a light beam having an arbitrary divergence angle are obtained. I can do it. That is, the light emitted from the light source 1 can be used to the utmost.

【0092】図18(a)において、バルク型レンズ2
4の外側頂部3は、半球状の湾曲面からなる出射面を有
している。しかし、図18(a)は例示であり、湾曲面
は、目的に応じて、種々の形状が採用可能であり、凹形
状の湾曲面からなる出射面を有すバルク型レンズでも良
い。
In FIG. 18A, the bulk type lens 2
The outer top 3 of 4 has an emission surface composed of a hemispherical curved surface. However, FIG. 18A is an example, and various shapes can be adopted for the curved surface depending on the purpose, and a bulk type lens having an emission surface formed of a concave curved surface may be used.

【0093】[受光体]一方、本発明の第4の実施の形
態に係る受光体は、図18(b)に示すように、バルク
型レンズ25と、このバルク型レンズ25の第2の収納
部6rに収納された所定の波長の光を検出する光検出器
50とから構成される。バルク型レンズ25は、第2の
外側頂部3r、第2の底部及び第2の光軸に平行方向の
側面からなる外周部を有する第2のレンズ媒体4rと、
第2の底部から第2の外側頂部3に向かって第2のレン
ズ媒体4rの内部に設けられた光軸に平行方向の面から
なる側壁部を有する井戸型の凹部からなる第2の収納部
6rとを有している。第2の収納部6rの凹部天井部2
rが主出射面2、第2の外側頂部3rが入射面として機
能する。
[Photoreceptor] On the other hand, as shown in FIG. 18B, the photoreceptor according to the fourth embodiment of the present invention comprises a bulk lens 25 and a second housing of the bulk lens 25. And a photodetector 50 for detecting light of a predetermined wavelength stored in the section 6r. The bulk lens 25 includes a second lens medium 4r having a second outer top 3r, a second bottom, and an outer periphery including a side surface in a direction parallel to the second optical axis,
A second housing portion formed of a well-shaped recess having a side wall portion formed in a direction parallel to the optical axis and provided inside the second lens medium 4r from the second bottom portion to the second outer top portion 3. 6r. Recessed ceiling part 2 of second storage part 6r
r functions as the main emission surface 2 and the second outer top portion 3r functions as the incidence surface.

【0094】本発明の第4の実施の形態に係る受光体は
更に、光検出器50を外側頂部3r方向又は後面方向へ
相対的に移動する光検出器位置制御・駆動手段を有して
いる。光検出器位置制御・駆動手段は、バルク型レンズ
25の後面に配置された背面支持体30rをその一部と
して用いている。背面支持体30rは、バルク型レンズ
25の側面のほぼ全面にまで延長されて形成されてい
る。光検出器位置制御・駆動手段は、光検出器50と背
面支持体30rを含むバルク型レンズ25とを相対的に
移動させるため、背面支持体30r上に形成した突起4
1をその一部として用いている。図18(b)におい
て、背面支持体30rは、バルク型レンズ25の後面に
直接配置された主支持部31rと、光検出器50の直後
に配置された小背面鏡32rとから形成されている。こ
の小背面鏡32rは、受光素子ホルダー55の中途に配
置しても構わない。又、小背面鏡32rを、受光素子ホ
ルダー55の中途と光検出器50の直後に2重に配置し
ても構わないし、全く省いても良い。図18(b)にお
いて、背面支持体30rは、バルク型レンズ25の側面
のほぼ全面を被覆しているが、バルク型レンズ25の側
面の一部のみを被覆するように形成しても構わない。こ
の場合、突起はバルク型レンズ25上に形成することに
なる。
The photoreceptor according to the fourth embodiment of the present invention further has a photodetector position control / drive means for relatively moving the photodetector 50 in the direction of the outer top 3r or the rear surface. . The photodetector position control / drive means uses, as a part thereof, a back support 30r disposed on the rear surface of the bulk lens 25. The back support 30r is formed to extend to almost the entire side surface of the bulk lens 25. The photodetector position controlling / driving means moves the photodetector 50 and the bulk lens 25 including the rear support 30r relatively to each other.
1 is used as a part thereof. In FIG. 18B, the rear support 30r is formed of a main support 31r directly disposed on the rear surface of the bulk lens 25 and a small rear mirror 32r disposed immediately after the photodetector 50. . This small rear mirror 32r may be arranged in the middle of the light receiving element holder 55. In addition, the small rear mirror 32r may be arranged double in the middle of the light receiving element holder 55 and immediately after the photodetector 50, or may be omitted at all. In FIG. 18B, the back support 30r covers almost the entire side surface of the bulk lens 25, but may be formed so as to cover only a part of the side surface of the bulk lens 25. . In this case, the projection is formed on the bulk lens 25.

【0095】図18(b)の光検出器50は、第1のピ
ン51に接続された受光素子ホルダー55の中空部に嵌
め込まれ、その端部を固定されて配置されたフォトダイ
オードチップ9と、このフォトダイオードチップ9を被
覆する封止樹脂14rと、第1のピン51と対をなす第
2のピン52とから少なくとも構成されている。この光
検出器50の、半球状の頭部と円柱形状の胴部の直径
(外径)は、例えば、3〜5mmである。
The photodetector 50 shown in FIG. 18B is fitted into the hollow portion of the light receiving element holder 55 connected to the first pin 51, and the photodiode chip 9 having its end fixed is disposed. And at least a sealing resin 14r for covering the photodiode chip 9 and a second pin 52 paired with the first pin 51. The diameter (outer diameter) of the hemispherical head and the cylindrical body of the photodetector 50 is, for example, 3 to 5 mm.

【0096】ここで、本発明の第4の実施の形態に係る
受光体に関しては、図18(a)の発光体の光源1を、
光検出器50に置き換えただけものであり、光源1と光
検出器50の形状もほぼ同一であるため、重複する説明
は省くことにする。
Here, regarding the photoreceptor according to the fourth embodiment of the present invention, the light source 1 of the luminous body shown in FIG.
Since the light source 1 and the light detector 50 are substantially the same in shape, they will not be described again.

【0097】結論として、本発明の第4の実施の形態に
おいては、光検出器50がバルク型レンズ25の収納部
6rにほぼ完全に閉じこめられ、バルク型レンズ25の
後面には、背面支持体30rが配置されていて、更に突
起41を利用した光検出器位置制御・駆動手段を介して
光検出器50の位置を調整することが可能なため、受光
面となる外側頂部3から入射した光を極限にまで利用出
来る。
In conclusion, in the fourth embodiment of the present invention, the photodetector 50 is almost completely enclosed in the storage portion 6r of the bulk lens 25, and the rear surface of the bulk lens 25 is 30r is provided, and the position of the photodetector 50 can be adjusted via the photodetector position control / drive means using the protrusion 41. Therefore, light incident from the outer top 3 serving as a light receiving surface can be adjusted. Can be used to the utmost.

【0098】本発明の第4の実施の形態に係る受光体に
よれば、従来の技術常識では全く予測出来ない感度を、
図18(b)に示すような簡単な構造で、実現出来る。
According to the photoreceptor according to the fourth embodiment of the present invention, the sensitivity which cannot be predicted at all by the conventional common sense is
This can be realized with a simple structure as shown in FIG.

【0099】[光情報通信システム]本発明の本発明の
第4の実施の形態に係る光情報通信システムにおいて
は、発光に際して発熱作用が少ないLED等の半導体発
光素子を用いれば、バルク型レンズ20の凹部(収納
部)6tの内部に、光源1を収納した場合においても、
その発熱作用によって、バルク型レンズ20に熱的影響
を与えることがなく、長期動作においても、信頼性と安
定性を維持出来るので好ましい。又、既に、本発明の第
1の実施の形態で述べたように、高効率で、光信号を出
すことが出来る。一方、受光体は、発光体と逆過程で光
検出器に到達し、極めて高感度な光検出が可能となる。
本発明の第4の実施の形態に係る光情報通信システム
は、単なる光通信の他に光情報を暗号等として用いて、
ドアの開閉、金庫の扉の開閉、或いは机の引き出しの開
閉等に採用し、セキュリティシステム等に用いても良
い。
[Optical Information Communication System] In the optical information communication system according to the fourth embodiment of the present invention, if a semiconductor light emitting element such as an LED having a small heat generation effect at the time of light emission is used, the bulk type lens 20 can be used. When the light source 1 is housed inside the concave portion (housing portion) 6t,
The heat generation effect is preferable because the bulk type lens 20 is not thermally affected, and the reliability and stability can be maintained even during long-term operation. Further, as described in the first embodiment of the present invention, an optical signal can be output with high efficiency. On the other hand, the photoreceptor reaches the photodetector in a process reverse to that of the luminous body, and enables extremely sensitive light detection.
The optical information communication system according to the fourth embodiment of the present invention uses optical information as encryption or the like in addition to simple optical communication,
It may be used for opening and closing a door, opening and closing a safe, or opening and closing a drawer of a desk, and used in a security system or the like.

【0100】(第5の実施の形態)図19(a)に示す
ように、本発明の第5の実施の形態に係る発光体は、可
とう性若しくは屈曲性を有するフレキシブルバルク型レ
ンズ20fと、フレキシブルバルク型レンズ20fの収
納部6fに収納された光源1とから構成されている。フ
レキシブルバルク型レンズ20fは、出射面となる外側
頂部3fと、外側頂部3fに対向した後面と、外側頂部
3fと後面とを接続する光伝送部と、後面の一部から外
側頂部3f方向に沿って光伝送部の内部に形成された収
納部6fを少なくとも有する。フレキシブルバルク型レ
ンズ20fの一部又は全体は、可とう性若しくは屈曲性
を有し、容易に変形出来る材料(フレキシブルレンズ媒
体)4fにより形成されている。
(Fifth Embodiment) As shown in FIG. 19A, a luminous body according to a fifth embodiment of the present invention includes a flexible or flexible flexible bulk lens 20f. And the light source 1 housed in the housing 6f of the flexible bulk lens 20f. The flexible bulk type lens 20f includes an outer top 3f serving as an emission surface, a rear surface facing the outer top 3f, an optical transmission unit connecting the outer top 3f and the rear surface, and a part of the rear surface extending along the outer top 3f direction. And at least a storage section 6f formed inside the optical transmission section. A part or the whole of the flexible bulk lens 20f is formed of a material (flexible lens medium) 4f which has flexibility or flexibility and can be easily deformed.

【0101】図19(a)の光源1は、第1のピン11
と、その端部を固定されて配置されたLEDチップ13
と、このLEDチップ13を被覆する封止樹脂14と、
第1のピン11と対をなす第2のピン12とから少なく
とも構成された樹脂モールドされたLEDである。この
光源1は、半球状の頭部と円柱形状の胴部を有し、胴部
の直径(外径)は、例えば3〜5mmである。図19
(a)のフレキシブルバルク型レンズ20fは、ほぼ光
源1と相似な形状である。このフレキシブルバルク型レ
ンズ20fの円柱形状部分の直径(外径)は、例えば1
0〜30mmであるが、10mm以下でも30mm以上
でも構わない。又、フレキシブルバルク型レンズ20f
の内部に形成された収納部6fの形状は、光源1を収納
出来るように、直径(内径)3.5〜5.5mmの円筒
形状となっている。
The light source 1 shown in FIG.
And an LED chip 13 having its end fixed and arranged
And a sealing resin 14 covering the LED chip 13,
The LED is a resin-molded LED that includes at least a first pin 11 and a pair of a second pin 12. This light source 1 has a hemispherical head and a cylindrical body, and the diameter (outer diameter) of the body is, for example, 3 to 5 mm. FIG.
The flexible bulk type lens 20f of (a) has a shape substantially similar to the light source 1. The diameter (outer diameter) of the cylindrical portion of the flexible bulk lens 20f is, for example, 1
It is 0 to 30 mm, but may be 10 mm or less or 30 mm or more. In addition, flexible bulk type lens 20f
Is formed into a cylindrical shape having a diameter (inner diameter) of 3.5 to 5.5 mm so that the light source 1 can be stored therein.

【0102】光源1は、フレキシブルバルク型レンズ2
0fの内部に形成された収納部6fに接着剤等により固
定されている。しかし、フレキシブルバルク型レンズ2
0fの内部に形成された収納部6fの直径(内径)を光
源1の直径(外径)より幾分小さく設定し、収納部6f
の弾性を利用して固定しても良い。又、接着剤等と収納
部6fの弾性の双方を利用して固定しても良い。
The light source 1 is a flexible bulk type lens 2
0f is fixed to a storage portion 6f formed inside 0f by an adhesive or the like. However, the flexible bulk type lens 2
The diameter (inner diameter) of the storage portion 6f formed inside of the light source 1f is set to be slightly smaller than the diameter (outer diameter) of the light source 1, and the storage portion 6f is formed.
It may be fixed by utilizing the elasticity. Further, the fixing may be performed by using both the adhesive and the elasticity of the storage portion 6f.

【0103】フレキシブルバルク型レンズ20fの材料
としては、シリコーンポリマー、フッ素ポリマー、透明
アクリルポリマー等の、光源1の発光波長に対して透明
性が高くかつ適度な弾性を示す物質が使用可能である。
最近、温度を上げると成形が可能な熱可塑性エラストマ
ー(TPE)に透明なものが製造されているので、これ
を使用しても良い。又、透明性は劣るが、天然ゴム等を
使用しても構わない。
As the material of the flexible bulk type lens 20f, a substance having high transparency and appropriate elasticity with respect to the emission wavelength of the light source 1, such as a silicone polymer, a fluoropolymer, and a transparent acrylic polymer, can be used.
Recently, a transparent thermoplastic elastomer (TPE) that can be molded at an increased temperature has been manufactured, and may be used. Further, natural rubber or the like may be used although transparency is inferior.

【0104】更に、図20に示すように、フレキシブル
バルク型レンズ20fを非弾性レンズ媒体4dとフレキ
シブルレンズ媒体4fとの組み合わせで構成しても良
い。非非弾性レンズ媒体4dとの組み合わせにて構成す
る場合、非弾性材料として、透明ガラス材料、透明プラ
スチック材料等の光源1の発光波長に対して透明の物質
が使用可能である。或いは、非弾性材料として、半導体
単結晶、多結晶、アモルファス等の結晶性材料を用いて
も構わない。又、複数の透明弾性材料からなるフレキシ
ブルレンズ媒体4fと非弾性レンズ媒体4dとを組み合
わせても良い。即ち、少なくとも一部に透明弾性材料か
らなるフレキシブルレンズ媒体4fを使用していれば、
目的に応じて、非弾性レンズ媒体4dを含む他の複数の
透明材料との組み合わせを採用出来る。図20に示すよ
うに、非弾性レンズ媒体4dとフレキシブルレンズ媒体
4fとの組み合わせで構成すれば、種々の形状を実現す
ることが出来る。これによりLED等の光源1又は設置
される機器、或いはその双方を保護することが出来る。
Further, as shown in FIG. 20, the flexible bulk type lens 20f may be constituted by a combination of an inelastic lens medium 4d and a flexible lens medium 4f. When configured in combination with the inelastic lens medium 4d, a material that is transparent to the emission wavelength of the light source 1, such as a transparent glass material or a transparent plastic material, can be used as the inelastic material. Alternatively, a crystalline material such as a semiconductor single crystal, polycrystal, or amorphous may be used as the inelastic material. Further, the flexible lens medium 4f and the inelastic lens medium 4d made of a plurality of transparent elastic materials may be combined. That is, if the flexible lens medium 4f at least partially made of a transparent elastic material is used,
Depending on the purpose, a combination with other plural transparent materials including the inelastic lens medium 4d can be adopted. As shown in FIG. 20, various shapes can be realized by a combination of the inelastic lens medium 4d and the flexible lens medium 4f. This can protect the light source 1 such as an LED, the installed device, or both.

【0105】本発明の第3の特徴に係る発光体は、少な
くとも、出射面となる外側頂部3fを含むバルク型レン
ズ25の一部(半球状のレンズ部)が「容易に変形出来
る材料」にて形成されているため、焦点距離の調節がか
なりの範囲で可能である。例えば、図19(b)に示す
ように、発光体をフラットなガラス面等の透明板81に
押し付けるように装着した場合、レンズ先端部の曲率半
径は大きくなり、装着前に比べると、光は発散する。
又、図19(c)に示すように、発光体を、遮光板82
に設けられたフレキシブルバルク型レンズ20fの外径
より狭い穴83等に押し付けるように装着した場合、フ
レキシブルバルク型レンズ20fの先端部の曲率半径は
小さくなり、装着前に比べると、光は収束する。この様
に、本発明の第3の特徴に係る発光体によれば、市販さ
れている光源1をそのまま用いることが可能で、又、焦
点調整が可能で、且つ用途や目的を選ばない汎用性の有
る発光体が提供出来る。
In the luminous body according to the third feature of the present invention, at least a part (hemispherical lens portion) of the bulk lens 25 including the outer top 3f serving as the emission surface is made of a “material that can be easily deformed”. As a result, the focal length can be adjusted within a considerable range. For example, as shown in FIG. 19 (b), when the luminous body is mounted so as to be pressed against a transparent plate 81 such as a flat glass surface, the radius of curvature at the lens tip becomes large, and the light becomes smaller than before the mounting. Diverge.
Further, as shown in FIG.
When the lens is mounted so as to be pressed against the hole 83 or the like smaller than the outer diameter of the flexible bulk lens 20f provided in the lens, the radius of curvature of the distal end portion of the flexible bulk lens 20f becomes smaller, and light converges compared to before the mounting. . Thus, according to the illuminant according to the third feature of the present invention, the commercially available light source 1 can be used as it is, the focus can be adjusted, and the versatility can be selected for any use or purpose. Can be provided.

【0106】又、図21に示すように、光ファイバの効
果を併せ持った形状も可能である。力F1及びF2を加
えることにより、所望の形状に曲げることが可能であ
る。フレキシブルレンズ媒体4fの自身の屈折率と、設
置状態に対応したフレキシブルレンズ媒体4fの曲率に
もよるが、バックライト照明や間接照明に、そして寝室
等のインテリアとしても利用出来る。グレーディッドイ
ンデックスファイバーのように、中心線に沿った屈折率
を最大とし、表面に近づくにつれ放物線型に屈折率が減
少するように屈折率に分布を持たせれば、曲げられた時
の光のリークを抑制することが可能である。
Further, as shown in FIG. 21, a shape having the effect of an optical fiber is also possible. By applying the forces F1 and F2, it is possible to bend into a desired shape. Depending on the refractive index of the flexible lens medium 4f itself and the curvature of the flexible lens medium 4f corresponding to the installation state, the flexible lens medium 4f can be used for backlight illumination and indirect illumination, and also as an interior such as a bedroom. If the refractive index along the center line is maximized like a graded index fiber and the refractive index is distributed so that the refractive index decreases in a parabolic manner as it approaches the surface, light leaks when bent. Can be suppressed.

【0107】(第6の実施の形態)図22のブロック図
に示すように、本発明の第6の実施の形態に係る距離測
定システムは、発光ユニットと受光ユニットとから構成
されている。この距離測定システムは、簡易な水面計、
雪面計等に好適である。発光ユニットは、発光体61、
発光体61の出力を変調し発光させる駆動部62、発光
体61と駆動部62に電源電圧を供給する第1電源部6
3とを少なくとも備えている。受光ユニットは、受光体
71、受光体71の信号を検出且つ増幅する検出部7
2、受光位置から距離を計算する演算部73、演算結果
を出力する出力部74、更には検出部72と演算部73
と出力部74とに電源電圧を供給する第2電源部75と
を少なくとも備えている。
(Sixth Embodiment) As shown in the block diagram of FIG. 22, the distance measuring system according to the sixth embodiment of the present invention comprises a light emitting unit and a light receiving unit. This distance measurement system is a simple water gauge,
It is suitable for a snow gauge. The light emitting unit includes a light emitting body 61,
A drive section 62 for modulating the output of the light emitter 61 to emit light, a first power supply section 6 for supplying a power supply voltage to the light emitter 61 and the drive section 62
3 at least. The light receiving unit includes a light receiving body 71 and a detection unit 7 that detects and amplifies a signal of the light receiving body 71.
2. An operation unit 73 that calculates the distance from the light receiving position, an output unit 74 that outputs the operation result, and a detection unit 72 and an operation unit 73
And a second power supply section 75 for supplying a power supply voltage to the output section 74.

【0108】図23に簡略化した本発明の第6の実施の
形態に係る距離測定方法を示す。
FIG. 23 shows a simplified distance measuring method according to the sixth embodiment of the present invention.

【0109】(イ)まず、発光点Aと受光点Bを通過す
る直線を基準線Xとし、その距離Lを正確に測る。発光
点Aには発光体61を、受光点Bには受光体71を設置
しておく。更に、発光点Aと受光点Bとが存在する同一
平面上に、距離を測定しようとする標点Pを配置する。
(A) First, a straight line passing through the light emitting point A and the light receiving point B is set as a reference line X, and the distance L between the straight line and the reference line X is accurately measured. A light emitting body 61 is installed at the light emitting point A, and a light receiving body 71 is installed at the light receiving point B. Further, a reference point P whose distance is to be measured is arranged on the same plane where the light emitting point A and the light receiving point B exist.

【0110】(ロ)次に、基準線X上の発光点Aに設置
された発光体61の出力方向を標点Pの方向に定める。
即ち、発光体61の出力方向を基準線Xから照射角度α
の方向に向ける。発光体61からの出力光は光源として
LEDを用いても、レーザ光に近い平行光線となる。そ
して、この平行光線は標点Pの物体の表面に照射され
る。標点Pの物体の表面に到達した平行光線は、標点P
の物体の表面で反射及び散乱する。
(B) Next, the output direction of the luminous body 61 installed at the luminous point A on the reference line X is set to the direction of the reference point P.
That is, the output direction of the luminous body 61 is changed from the reference line X to the irradiation angle α.
In the direction of. The output light from the light emitter 61 is a parallel light beam similar to a laser light even if an LED is used as a light source. Then, this parallel light beam is irradiated on the surface of the object at the reference point P. The parallel ray reaching the surface of the object at the reference point P is
Reflect and scatter on the surface of the object.

【0111】(ハ)受光点Bに設置された受光体71に
より、標点Pの物体の表面での反射光(若しくは散乱
光)を検出する。そして、受光体71が検出した標点P
の物体の表面での反射光(若しくは散乱光)の検出出力
が最大となる基準線Xからの検出角度βを測定する。
(C) The light receiving body 71 installed at the light receiving point B detects light reflected (or scattered) on the surface of the object at the reference point P. Then, the reference point P detected by the light receiving body 71
The detection angle β from the reference line X at which the detection output of reflected light (or scattered light) on the surface of the object is maximized is measured.

【0112】(ニ)これにより、三角形の一辺とその両
端の角度が決定したので、基準線Xから標点Pまでの距
離Hが求められる。
(D) Since the angles of one side of the triangle and both ends are determined, the distance H from the reference line X to the reference point P is obtained.

【0113】図22の発光体61は、図18(a)に示
すバルク型レンズ24を用いた発光体である。図18
(a)に示すバルク型レンズ24の外面に螺旋状の突起
からなるネジ山を形成し、雄ねじの形状にし、外側のレ
ンズホルダーに雌ねじを形成して光源位置制御・駆動手
段を構成しておく。この光源位置制御・駆動手段で、バ
ルク型レンズ24の外側のレンズホルダーを回転させる
ことにより、光源1とバルク型レンズ25とが相対的に
移動し、焦点距離を可変出来る。距離測定の場合は、一
般的に焦点距離を無限遠にセットする。例えば、その一
方法として、2〜3m離れた場所のほぼ垂直な面に向け
て発光体61を点灯し、その投光面が最小になるように
調整すれば良い。又、その位置がロック出来るような構
造が好ましい。光源1としては、太陽光等の影響を避け
るため太陽光のスペクトル強度の弱い波長帯域を選ぶ。
このため、一般の可視光線LEDよりも、青、紫等の短
波長LED、紫外線LED若しくは赤外線LEDを使用
するのが好ましい。紫外線LED若しくは赤外線LED
は目視による平行光線の標点Pの物体の表面への照射の
確認が出来ないので、青、紫等の可視光LEDの光を重
畳させると良い。又、標点の反射率が低い等の理由によ
り、出力を大きくしたい場合には、バルク型レンズ24
内の収納部6に複数のLEDを配置しても良い。又、基
準線Xから照射角度αを精密に測定出来る構造になって
いることは勿論である。
The luminous body 61 in FIG. 22 is a luminous body using the bulk type lens 24 shown in FIG. FIG.
A thread formed of a helical projection is formed on the outer surface of the bulk lens 24 shown in (a) to form a male screw, and a female screw is formed on the outer lens holder to constitute light source position control / drive means. . By rotating the lens holder outside the bulk type lens 24 by the light source position control / drive means, the light source 1 and the bulk type lens 25 move relatively, and the focal length can be changed. In the case of distance measurement, the focal length is generally set to infinity. For example, as one method, the light-emitting body 61 may be turned on toward a substantially vertical surface at a distance of 2 to 3 m, and the light-emitting surface may be adjusted so as to minimize the light projecting surface. Further, a structure that can lock the position is preferable. As the light source 1, a wavelength band in which the spectral intensity of sunlight is weak is selected to avoid the influence of sunlight or the like.
For this reason, it is preferable to use a short-wavelength LED such as blue or purple, an ultraviolet LED, or an infrared LED rather than a general visible light LED. UV LED or infrared LED
Since it is not possible to visually confirm the irradiation of the parallel beam on the surface of the object at the reference point P, it is preferable to superimpose the light of a visible light LED such as blue or purple. If it is desired to increase the output due to the low reflectance of the reference point, etc.
A plurality of LEDs may be arranged in the storage section 6 inside. In addition, it is needless to say that the irradiation angle α is accurately measured from the reference line X.

【0114】図22の駆動部62は、太陽光等の影響を
避けるため、LEDの出力光の発光時間(パルス幅)と
発光間隔(繰り返し周波数)を変調発光させる。このた
め、駆動部62は第1電源部63から供給される電源電
圧をパルス幅変調する変調器を備えている。駆動部62
はプログラマブル1チップマイコン又は同等品を装備
し、その出力を変調器への入力信号とする。必要に応じ
てパラレル入出力用LSIや増幅器等を付加してその機
能を補っても良い。簡便な方法としては、ノートパソコ
ン等を使用し、それに付属するプリンタ用パラレルイン
ターフェースを介して、駆動部62を直接コントロール
しても構わない。
The drive section 62 in FIG. 22 modulates and emits the light emission time (pulse width) and light emission interval (repetition frequency) of the LED output light in order to avoid the influence of sunlight or the like. To this end, the drive unit 62 includes a modulator that performs pulse width modulation on the power supply voltage supplied from the first power supply unit 63. Drive unit 62
Is equipped with a programmable one-chip microcomputer or equivalent, and its output is used as an input signal to the modulator. If necessary, a parallel input / output LSI or amplifier may be added to supplement the function. As a simple method, it is possible to use a notebook computer or the like and directly control the drive unit 62 via a parallel interface for a printer attached thereto.

【0115】図22の第1電源部63と第2電源部75
は、装置の小型軽量化とコストダウンのため、市販の乾
電池又は再充電可能なニッケル・カドミウム(Ni−C
d)電池等を使用出来る構造が好ましい。又、外部より
交流電源を供給し、これを変圧整流して使用する構造で
も良い。
First power supply unit 63 and second power supply unit 75 in FIG.
Uses commercially available batteries or rechargeable nickel-cadmium (Ni-C
d) A structure that can use a battery or the like is preferable. Further, a structure may be used in which an AC power is supplied from the outside, and this is transformed and rectified for use.

【0116】図22の受光体71は、図18(b)に示
すバルク型レンズ25を用いた受光体をピクセルとし、
このピクセルを複数使用したリニアセンサである。即
ち、図18(b)に示すバルク型レンズ25からなる受
光体(ピクセル)が一直線上に一定の間隔で配置された
1次元フォトダイオードアレイを形成している。各々の
ピクセルは、光検出器位置制御・駆動手段により、光検
出器50とバルク型レンズ25とが相対的に移動可能
で、焦点距離可変の構造となっている。距離測定の場合
は、一般的に焦点距離を無限遠にセットするが、この場
合は各々を事前に調整してその位置をロックしておくと
良い。当然のことであるが、各ピクセルは、光源1の発
光波長に対応したピーク波長を持つ光検出器50を選定
する。光検出器50は、光源1のLEDチップ13と全
く同一の光学的固有エネルギを持つ半導体材料からなる
フォトダイオードチップ9を用いれば良い。ここで、
「光学的固有エネルギ」とは、そのLEDチップ13の
主なる発光波長を決定する半導体材料としての、それぞ
れの半導体材料に固有のエネルギの意である。周知のよ
うに、LEDチップ13の主なる発光波長を決定する要
因としては、半導体材料の禁制帯幅(エネルギギャッ
プ)が最も代表的であろう。したがって、禁制帯幅によ
りそのLEDチップ13の発光波長が決定されている場
合は、光検出器50は、LEDチップ13と全く同一禁
制帯幅を持つ半導体材料からなるフォトダイオードチッ
プ9を用いれば良い。即ち、LEDチップ13の光学的
固有エネルギ(禁制帯幅)とフォトダイオードチップ9
の光学的固有エネルギ(禁制帯幅)を等しくすること
で、共鳴効果が利用出来、最も高感度な光検出が可能と
なる。不純物準位がその発光波長に関与しているので有
れば、半導体材料に添加(ドープ)する不純物にも考慮
が必要となる。この場合、光検出器50として、LED
チップ13と全く同一のLEDチップを逆バイアスし
て、使用することも可能であるし、光学的固有エネルギ
(禁制帯幅)が同一の半導体材料からなるアバランシェ
・フォトダイオード(APD)を用いても良い。更に、
LEDチップ13と全く同一の光学的固有エネルギ(禁
制帯幅)を有する半導体材料を用いて構成したフォトト
ランジスタを用いて、光出力を増幅しながら検出しても
良い。本発明の第6の実施の形態に係る距離測定システ
ムにおいては、各ピクセルに用いる光検出器50とし
て、LEDチップ13と全く同一のLEDチップを逆バ
イアスして、使用する。したがって、順バイアスすると
LEDとして機能し、各ピクセルは発光体になる。
The photoreceptor 71 shown in FIG. 22 is a pixel using the photoreceptor using the bulk lens 25 shown in FIG.
This is a linear sensor using a plurality of these pixels. That is, a one-dimensional photodiode array in which photoreceptors (pixels) including the bulk type lens 25 shown in FIG. 18B are arranged on a straight line at regular intervals. Each pixel has a variable focal length structure in which the photodetector 50 and the bulk lens 25 are relatively movable by the photodetector position control / drive means. In the case of distance measurement, the focal length is generally set to infinity. In this case, it is preferable to adjust the focal length in advance and lock the position. As a matter of course, each pixel selects a photodetector 50 having a peak wavelength corresponding to the emission wavelength of the light source 1. The photodetector 50 may use the photodiode chip 9 made of a semiconductor material having exactly the same optical intrinsic energy as the LED chip 13 of the light source 1. here,
The “optical intrinsic energy” means energy inherent to each semiconductor material as a semiconductor material that determines a main emission wavelength of the LED chip 13. As is well known, a band gap (energy gap) of a semiconductor material will be the most representative factor for determining a main emission wavelength of the LED chip 13. Therefore, when the emission wavelength of the LED chip 13 is determined by the forbidden bandwidth, the photodetector 50 may use the photodiode chip 9 made of a semiconductor material having the same forbidden bandwidth as the LED chip 13. . That is, the optical intrinsic energy (forbidden band width) of the LED chip 13 and the photodiode chip 9
By making the optical intrinsic energy (forbidden band width) equal, the resonance effect can be used, and light detection with the highest sensitivity is possible. If the impurity level is involved in the emission wavelength, it is necessary to consider the impurity added (doped) to the semiconductor material. In this case, the light detector 50 is an LED
It is possible to use the same LED chip as the chip 13 by reverse biasing it, or to use an avalanche photodiode (APD) made of a semiconductor material having the same optical intrinsic energy (forbidden band width). good. Furthermore,
The light output may be detected while amplifying the light output by using a phototransistor made of a semiconductor material having exactly the same optical intrinsic energy (forbidden band width) as the LED chip 13. In the distance measuring system according to the sixth embodiment of the present invention, the same LED chip 13 as the LED chip 13 is used as the photodetector 50 used for each pixel with a reverse bias. Thus, when forward biased, it functions as an LED and each pixel becomes a light emitter.

【0117】標点Pに配置される一般の物体からの反射
光が必ず受光点Bに届くように、その物体の表面を設定
するのは非常に困難で、現実的ではない。標点Pに配置
された一般の物体から受光点Bに届くのは、非常に弱い
散乱光が届く。散乱光は太陽光より弱いので、昼間にそ
の散乱光を有意な信号として検出するのは不可能であ
る。昼間にその散乱光を有意な信号として検出するため
には、標点Pに配置される一般の物体の表面には一定の
角度の反射鏡を配置し、反射光が必ず受光点Bに届くよ
うに予め設定しておく。水面、雪面等の一定の角度(水
平面)で良好な反射率を持つ物体の場合は、反射鏡は省
略可能であるが、この場合も反射率90%〜95%の反
射鏡を水面等の上に設定するのが好ましい。そこで、1
次元フォトダイオードアレイ(リニアセンサ)71の各
ピクセルを、標点Pの方向を向くように検出角度βを調
整する。水面計等では照射角度αと検出角度βを等しく
しておけば、反射鏡は水平面に平行で良いので設定が容
易である。
It is very difficult and impractical to set the surface of a general object placed at the reference point P so that the reflected light from the general object always reaches the light receiving point B. Very weak scattered light reaches the light receiving point B from a general object disposed at the reference point P. Since scattered light is weaker than sunlight, it is impossible to detect the scattered light as a significant signal during the day. In order to detect the scattered light as a significant signal in the daytime, a reflector having a fixed angle is arranged on the surface of a general object placed at the reference point P so that the reflected light always reaches the light receiving point B Is set in advance. In the case of an object having a good reflectance at a certain angle (horizontal plane) such as a water surface or a snow surface, the reflection mirror can be omitted. It is preferable to set above. So 1
The detection angle β is adjusted so that each pixel of the two-dimensional photodiode array (linear sensor) 71 faces the direction of the reference point P. In a water level meter or the like, if the irradiation angle α and the detection angle β are equal, the setting of the reflecting mirror is easy because the reflecting mirror may be parallel to the horizontal plane.

【0118】この際、1次元フォトダイオードアレイ7
1の中心のピクセルのLEDチップ13を順バイアスし
て、LEDとして機能させ、可視光を標点Pの物体の表
面の反射鏡に照射して、目視により検出角度βを調整す
る。上述したように、各ピクセルに用いる光検出器50
として、LEDチップ13と全く同一のLEDチップを
用いているので、光検出器50としてもLEDとしても
機能するからである。1次元フォトダイオードアレイ7
1を構成する他のピクセルは、この中心のピクセルと同
一の角度となるように設定すれば良い。勿論、1次元フ
ォトダイオードアレイ71を基準線Xの方向にステップ
モータ等を用いて逐次移動しながら、すべてのピクセル
をLEDとして機能させ検出角度βを調整しても良い。
この様に、1次元フォトダイオードアレイ71の各ピク
セルを標点Pの方向を向くように検出角度βを調整して
おけば、対象物が距離ΔH移動すれば、その距離に比例
するΔLだけ基準線Xに沿って受光点Bが移動するの
で、この移動距離ΔLを1次元フォトダイオードアレイ
71で測定する。図23から容易に分かるように、 ΔL=ΔH(cotα+cotβ) ・・・・・(7) で与えられる。このままでは、測定出来る距離は1次元
フォトダイオードアレイ71のアレイの長さで決まって
しまうので、1次元フォトダイオードアレイ71のアレ
イの長さの範囲に反射光が届くように、発光体61の照
射角度αをステップモータ等を利用してフィードバック
制御する。同時に、照射角度αの制御に合わせて、検出
角度βもステップモータ等を利用してフィードバック制
御する。
At this time, the one-dimensional photodiode array 7
The LED chip 13 of the pixel at the center of 1 is forward-biased to function as an LED, irradiates visible light to a reflecting mirror on the surface of the object at the reference point P, and visually adjusts the detection angle β. As described above, the photodetector 50 used for each pixel
This is because the same LED chip as the LED chip 13 is used, so that it functions as both the photodetector 50 and the LED. One-dimensional photodiode array 7
The other pixels constituting 1 may be set to have the same angle as the center pixel. Of course, while the one-dimensional photodiode array 71 is sequentially moved in the direction of the reference line X using a stepping motor or the like, all the pixels may function as LEDs to adjust the detection angle β.
As described above, if the detection angle β is adjusted so that each pixel of the one-dimensional photodiode array 71 faces the direction of the reference point P, if the object moves by the distance ΔH, the reference angle is ΔL proportional to the distance. Since the light receiving point B moves along the line X, the moving distance ΔL is measured by the one-dimensional photodiode array 71. As is easily understood from FIG. 23, ΔL = ΔH (cotα + cotβ) (7) In this state, the measurable distance is determined by the length of the one-dimensional photodiode array 71. Therefore, the irradiation of the light emitter 61 is performed so that the reflected light reaches the range of the length of the one-dimensional photodiode array 71. The angle α is feedback-controlled using a step motor or the like. At the same time, in accordance with the control of the irradiation angle α, the detection angle β is also subjected to feedback control using a step motor or the like.

【0119】具体的には、1次元フォトダイオードアレ
イ71には、16〜32個のピクセルが、50〜100
mmピッチで、ピクセルホールダー上に一直線上に配置
されている。各ピクセルは連動して回転し、検出角度β
を調整出来るように構成されている。又、1次元フォト
ダイオードアレイ71に配置されるピクセルの個数やピ
ッチは、物理的に可能な範囲であれば、どのように設定
しても構わない。
More specifically, the one-dimensional photodiode array 71 has 16 to 32 pixels,
They are arranged in a straight line on the pixel holder at a pitch of mm. Each pixel rotates in conjunction with the detection angle β
Is configured to be adjusted. Further, the number and pitch of the pixels arranged in the one-dimensional photodiode array 71 may be set in any manner as long as it is physically possible.

【0120】図22の検出部72は、変調発光している
LEDの発光間隔(繰り返し周波数)に同期してゲート
を制御して、一次元フォトダイオードアレイ71上のす
べてのピクセルからの出力に対して同期検出を行う。更
に、この同期検出された出力を一定の時間間隔で積分し
ても良い。同時に、検出部72は、照射角度α及び検出
角度βを時々刻々検出する。検出された一次元フォトダ
イオードアレイ71のピクセルの出力及び照射角度α及
び検出角度βは、演算部73に逐次伝達される。必要に
応じて、パラレル入出力用LSI、増幅器、A/Dコン
バータ、加算器、そしてタイマーモジュール等を検出部
72に付加してその機能を補うことが出来る。
The detection unit 72 in FIG. 22 controls the gate in synchronization with the light emission interval (repetition frequency) of the LED that emits the modulated light, and controls the output from all the pixels on the one-dimensional photodiode array 71. To detect synchronization. Further, the output detected in synchronization may be integrated at a fixed time interval. At the same time, the detection unit 72 detects the irradiation angle α and the detection angle β every moment. The detected output of the pixel of the one-dimensional photodiode array 71, the irradiation angle α, and the detection angle β are sequentially transmitted to the arithmetic unit 73. If necessary, a parallel input / output LSI, an amplifier, an A / D converter, an adder, a timer module, and the like can be added to the detection unit 72 to supplement its function.

【0121】図22の演算部73としては、ノートパソ
コン等の演算能力の有る機器を使用出来る。必要に応じ
てI/Oパラレルインターフェースカード等の周辺機器
を介して使用すれば良い。数の限られたデータから精度
の高い演算結果を得るためには、例えば、ピクセル間を
10mm間隔で補間し、その近似値を求める必要が有
る。ラグランジェの補間公式を始め、種々の補間公式や
近似式が知られているが、重要なことは、その基となる
母関数の選定に有る。発光体61から出た光は、標点に
反射されピクセルに届く間に、空気中に浮遊する塵や埃
等によりある程度分散されるので、受光される光の強度
は正規分布に従うと期待される。したがって、使用する
発光体61の平均値μと分散σを事前に調べておくこと
により、ピクセル間の任意の位置を、極めて正確に補間
して、その近似値を得ることが出来る。簡便な補間方法
としては、スプライン関数やベジェ曲線等による3点補
間方法を採用しても構わない。更なる精度の距離を求め
る場合には、1次元フォトダイオードアレイ71上のピ
クセルの個数を増やすか、補間間隔をもっと小さくすれ
ば良いし、或いはその双方を採用しても良い。又、測定
精度を保つために、これら両ユニットの定期的なキャリ
ブレーションを行うことが望ましい。
As the calculation section 73 in FIG. 22, a device having a calculation capability such as a notebook personal computer can be used. It may be used via a peripheral device such as an I / O parallel interface card as needed. In order to obtain a highly accurate calculation result from a limited number of data, for example, it is necessary to interpolate between pixels at 10 mm intervals and obtain an approximate value. Various interpolation formulas and approximations, such as Lagrange's interpolation formula, are known, but what is important is the selection of a generating function on which the interpolation formula is based. The light emitted from the light emitting body 61 is dispersed to some extent by dust and dust floating in the air while being reflected by the reference point and reaching the pixel, so that the intensity of the received light is expected to follow a normal distribution. . Therefore, by checking the average value μ and the variance σ of the luminous body 61 to be used in advance, it is possible to very accurately interpolate any position between pixels and obtain an approximate value thereof. As a simple interpolation method, a three-point interpolation method using a spline function, a Bezier curve, or the like may be adopted. In order to obtain a further accurate distance, the number of pixels on the one-dimensional photodiode array 71 may be increased, or the interpolation interval may be reduced, or both may be employed. In order to maintain the measurement accuracy, it is desirable to periodically perform calibration of these two units.

【0122】図22の出力部74としては、ノートパソ
コン等の液晶画面やフロッピー(登録商標)ディスク等
が消費電力が少なくて好ましいが、必要に応じてプリン
タやCRTディスプレイをも選択出来る。又、リアルタ
イムのデータを遠隔地に送る場合などには、モデム等を
介した通信回線に出力しても良い。
As the output unit 74 in FIG. 22, a liquid crystal screen of a notebook personal computer or the like or a floppy (registered trademark) disk is preferable because of low power consumption, but a printer or a CRT display can be selected as necessary. When real-time data is sent to a remote location, the data may be output to a communication line via a modem or the like.

【0123】この様に、本発明の第6の実施の形態に係
る距離測定システムによれば、コンパクトで信頼性が高
く、且つ高精度で低消費電力の距離測定システムを提供
することが出来る。
As described above, according to the distance measuring system according to the sixth embodiment of the present invention, it is possible to provide a distance measuring system which is compact, has high reliability, and has high accuracy and low power consumption.

【0124】(その他の実施の形態)上記のように、本
発明は第1乃至第6の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。
(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described with reference to the first to sixth embodiments.
The discussion and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0125】例えば、図24に示すように、本発明のバ
ルク型レンズ28の出射面となる外側頂部3cは、出射
方向に対して凹面となる形状でも良い。図24に示す外
側頂部3cの構造を採用することにより、外側頂部3c
より出力する光は広い発散角で拡散するようになる。図
24に示す本発明の他の実施の形態に係る発光体は、光
源1としての樹脂モールドされたLEDと、この光源1
をほぼ完全に覆うバルク型レンズ28とから少なくとも
構成されている。そして、このバルク型レンズ28は、
出射方向に対して凹となる外側頂部(出射面)3c、底
部及び光軸に平行方向の側面からなる外周部を有するバ
ルク型(砲弾型)のレンズ媒体4と、この底部から外側
頂部3cに向かってレンズ媒体4の内部に設けられた光
軸に平行方向の面からなる側壁部を有する井戸型の凹部
からなる収納部6とから構成されている。レンズ媒体4
の内部に設けられた収納部6を構成する凹部の天井部
(凹部天井部)が主入射面(第1のレンズ面の主入射
面)2、レンズ媒体4の頂部(外側頂部)が出射面(第
2のレンズ面)3cとして機能することは第1の実施の
形態と同様である。第1のレンズ面(2,5)は、第1
の湾曲面からなる主入射面2と第1の湾曲面とは曲率の
異なる側壁入射面5とから構成されている。主入射面2
から入射した光は、第2のレンズ面3c、即ち、出射方
向に対して凹となる第2の湾曲面3cから出力する。凸
形状の湾曲面部を除けば、LED1は、例えば、直径
(外径)2rLED=2〜3mmφの円柱形状である。
バルク型レンズ28の収納部6の側壁部は、樹脂モール
ドされたLED1の主発光部を収納出来るように、直径
(内径)2r=2.5〜4mmφの円筒形状となって
いる。バルク型レンズ28は、凹形状の第2の湾曲面か
らなる出射面を有する外側頂部3cを除けば、ほぼLE
D1と同様な円柱形状である。このバルク型レンズ28
の円柱形状部分の直径(外径)2rは、10〜30m
φである。バルク型レンズ28の直径(外径)2r
は、発光体の使用目的に応じて選択出来る。
For example, as shown in FIG. 24, the outer top 3c serving as the exit surface of the bulk lens 28 of the present invention may have a shape that is concave with respect to the exit direction. By employing the structure of the outer top 3c shown in FIG.
The more output light will diffuse at a wide divergence angle. A luminous body according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 24 includes a resin-molded LED as the light source 1 and the light source 1.
And a bulk-type lens 28 that covers almost completely. And this bulk type lens 28
A bulk-type (bombshell-type) lens medium 4 having an outer top portion (outgoing surface) 3c that is concave with respect to the emission direction, a bottom portion, and an outer peripheral portion having a side surface parallel to the optical axis, and a bottom-to-outside top portion 3c. And a housing portion 6 formed of a well-shaped concave portion having a side wall portion formed in a direction parallel to the optical axis and provided inside the lens medium 4. Lens medium 4
The ceiling (recessed ceiling) of the concave portion constituting the storage section 6 provided inside the main body is a main incident surface (main incident surface of the first lens surface) 2, and the top (outer top) of the lens medium 4 is an exit surface. The function as the (second lens surface) 3c is the same as in the first embodiment. The first lens surface (2, 5) is
The main incident surface 2 having the curved surface and the first curved surface are constituted by side wall incident surfaces 5 having different curvatures. Main entrance surface 2
Is output from the second lens surface 3c, that is, the second curved surface 3c that is concave with respect to the emission direction. Except for the convex curved surface portion, the LED 1 has, for example, a cylindrical shape with a diameter (outer diameter) of 2r LED = 2 to 3 mm φ .
Side wall portion of the housing part 6 of the bulk-shaped lens 28, as can be accommodated a primary emission portion of the LED1 that is resin molded, and has a cylindrical shape with a diameter (inner diameter) 2r i = 2.5~4mm φ. The bulk type lens 28 is substantially LE except for the outer top portion 3c having the exit surface formed of the concave second curved surface.
It has the same cylindrical shape as D1. This bulk lens 28
The diameter (outer diameter) 2r e cylindrical part of, 10 to 30 m
m φ . The diameter (outer diameter) 2r e of the bulk lens 28
Can be selected according to the purpose of use of the luminous body.

【0126】出射光を拡散させる場合においても、LE
D1の光をより集光効率を高くするためには、第1の実
施の形態で説明した(4)式の関係を満足することが好
ましい。バルク型レンズ28の直径(外径)2rが、
収納部6の内径2rの10倍以上でも、本発明のバル
ク型レンズは、機能するが、必要以上に大きくなり、小
型化を目的とする場合は好ましくない。(4)式を満足
する幾何学的形状を有するバルク型レンズ28において
は、LED1の凸形状の湾曲面以外のところから出た迷
光成分が、100%に近い集光効率で、有効に照明に寄
与出来るようになる。即ち、図24の構造においても、
第1の湾曲面からなる主入射面(凹部天井部)2以外の
収納部6の側壁部(凹部側壁部)5も、有効な光の入射
面(側壁入射面)として機能し得るのである。(4)式
を満足するように、十分厚い側壁部を有して幾何学的構
造が設計することにより、外周部に反射鏡を用いなくて
も、凹部側壁部5から入力した光が、バルク型レンズ2
8の外周部からそのまま出力(漏洩)するのが防止出来
る。勿論、凹部側壁部5に垂直に入射した光は外周部か
ら漏洩する。しかし、凹部側壁部5に、ある入射角で入
射した光はスネルの法則で決まる屈折角で屈折する。収
納部6の側壁部に位置するレンズ媒体4の厚さが厚くな
ると、レンズ媒体4の外周部から漏洩する成分は減少す
る。そして、(4)式を満足する幾何学的形状になる
と、レンズ媒体4の外周部から漏洩する成分はほとんど
無視出来るようになるためと考えられる。特に、樹脂封
止されたLEDでは凸形状の湾曲面以外のところから出
た光の内、凹部側壁部5に垂直に入射する成分は少ない
ので、(4)式を満足する幾何学的形状になると、レン
ズ媒体4の外周部から漏洩する成分はほとんど無視出来
るようになる。
When diffusing outgoing light, LE
In order to further increase the light collection efficiency of the light of D1, it is preferable that the relationship of the expression (4) described in the first embodiment is satisfied. The diameter (outer diameter) 2r e of the bulk lens 28 is
Even more than 10 times the internal diameter 2r i of the receiving portion 6, the bulk lens of the present invention, will function, becomes larger than necessary, for the purpose of downsizing is not preferred. In the bulk lens 28 having a geometrical shape that satisfies the expression (4), stray light components emitted from portions other than the convex curved surface of the LED 1 can be effectively illuminated with a light collection efficiency close to 100%. You can contribute. That is, also in the structure of FIG.
The side wall (recess side wall) 5 of the storage unit 6 other than the main incident surface (recess ceiling) 2 composed of the first curved surface can also function as an effective light incident surface (side wall incident surface). By designing the geometrical structure with a sufficiently thick side wall so as to satisfy the expression (4), light input from the concave side wall 5 can be bulked without using a reflector on the outer periphery. Mold lens 2
8 can be prevented from being directly output (leaked) from the outer peripheral portion. Of course, the light vertically incident on the recess side wall 5 leaks from the outer periphery. However, light incident on the recess side wall 5 at a certain incident angle is refracted at a refraction angle determined by Snell's law. When the thickness of the lens medium 4 located on the side wall of the storage unit 6 increases, components leaking from the outer periphery of the lens medium 4 decrease. When the geometrical shape satisfies the expression (4), it is considered that components leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored. In particular, in a resin-sealed LED, among components emitted from portions other than the convex curved surface, a component that is perpendicularly incident on the concave portion side wall portion 5 is small, so that the LED has a geometrical shape satisfying the expression (4). Then, the component leaking from the outer peripheral portion of the lens medium 4 can be almost ignored.

【0127】本発明のバルク型レンズの光軸方向に垂直
な断面の形状は、真円、楕円、三角形、四角形、多角形
等が可能である。したがって、バルク型のレンズ媒体の
光軸に平行方向の側面からなる外周部は、円柱でも角柱
でも構わない。第1のレンズ面の主入射面となる第1の
湾曲面2cは、図25に示すように、円錐形でも良い。
円錐形の頂角は90°〜120°等種々の値が採用可能
である。図25に示すバルク型レンズ27の他の構造
は、第1の実施形態と同様であり、外側頂部(出射面)
3、底部及び光軸に平行方向の側面からなる外周部を有
するバルク型(砲弾型)のレンズ媒体4と、この底部か
ら外側頂部3に向かってレンズ媒体4の内部に設けられ
た光軸に平行方向の面からなる側壁部を有する井戸型の
凹部からなる収納部6とを有している。レンズ媒体4の
内部に設けられた収納部6を構成する凹部の天井部(凹
部天井部)が円錐形の主入射面(第1のレンズ面の主入
射面)2c、レンズ媒体4の頂部(外側頂部)が出射面
(第2のレンズ面)3として機能する。第1のレンズ面
2cは、第1の湾曲面としての円錐形の主入射面2cと
円錐形とは曲率の異なる側壁入射面5とから構成されて
いる。収納部6は、円錐形の凹部天井部2cと、凹部を
構成すべくこの円錐形の凹部天井部2cに連続して形成
された凹部側壁部(側壁入射面)5とから構成されてい
る。円錐形の主入射面2から入射した光は、第2のレン
ズ面3から出力する。図25の構造も、第1の実施形態
で説明した(4)式を満足することが、潜在的なLED
チップ13の光エネルギを有効に取り出すために重要で
あることは勿論である。
The shape of the cross section perpendicular to the optical axis direction of the bulk lens of the present invention can be a perfect circle, ellipse, triangle, quadrangle, polygon, or the like. Therefore, the outer peripheral portion formed of the side surface in the direction parallel to the optical axis of the bulk type lens medium may be a cylinder or a prism. The first curved surface 2c serving as the main incident surface of the first lens surface may be conical as shown in FIG.
Various values such as 90 ° to 120 ° can be adopted for the apex angle of the conical shape. The other structure of the bulk type lens 27 shown in FIG.
3. a bulk-type (bombshell-type) lens medium 4 having an outer peripheral portion consisting of a bottom and a side surface parallel to the optical axis, and an optical axis provided inside the lens medium 4 from the bottom toward the outer top 3 And a storage portion 6 formed of a well-shaped recess having a side wall portion formed of a surface in a parallel direction. The ceiling (recess ceiling) of the concave portion constituting the storage section 6 provided inside the lens medium 4 has a conical main incident surface (main incident surface of the first lens surface) 2c, and the top portion of the lens medium 4 ( The outer top portion) functions as an emission surface (second lens surface) 3. The first lens surface 2c includes a conical main incident surface 2c as a first curved surface and a side wall incident surface 5 having a different curvature from the conical shape. The accommodating portion 6 includes a conical recessed ceiling 2c and a recessed side wall (sidewall incident surface) 5 formed continuously with the conical recessed ceiling 2c to form a recessed portion. Light incident from the conical main incident surface 2 is output from the second lens surface 3. The structure of FIG. 25 also satisfies the expression (4) described in the first embodiment.
Of course, this is important for effectively extracting the light energy of the chip 13.

【0128】更に、本発明のバルク型レンズ20,2
2,24,25,27の出射面3は同心円状の湾曲面か
らなるフレネルレンズでも構わない。或いは、複数の曲
率を有した面や魚眼レンズ的な構造でも良い。
Furthermore, the bulk type lenses 20 and 2 of the present invention
The exit surfaces 3 of 2, 24, 25 and 27 may be Fresnel lenses having concentric curved surfaces. Alternatively, a surface having a plurality of curvatures or a structure like a fisheye lens may be used.

【0129】又、第1の実施の形態の説明においては、
光源1とバルク型レンズ20の収納部6との間にスペー
サを挿入して、光源1をバルク型レンズ20に固定する
場合について説明したが、接着剤、ネジやクランプ機構
等の他の手段を用いて固定しても良いことは勿論であ
る。更に、光源1の外径2rLEDと収納部6の内径2r
とをほぼ同一にして、嵌め込むようにしても良い。
In the description of the first embodiment,
A space is provided between the light source 1 and the storage section 6 of the bulk lens 20.
To fix the light source 1 to the bulk lens 20
The case was explained, but the glue, screw and clamp mechanism
Of course, it may be fixed using other means such as
You. Further, the outer diameter 2r of the light source 1ledAnd inner diameter 2r of the storage section 6
iMay be made substantially the same and fitted.

【0130】更に、バルク型レンズ20,22,24,
25,27,28の外側形状は、必ずしも光学的に平坦
である必要はなく、クリスタルグラスのように、細かい
凹凸を設けたものでも構わない。細かい凹凸を設けれ
ば、出力光は四方八方に発散するので、バックライト照
明や間接照明の場合には、好都合である。
Further, the bulk type lenses 20, 22, 24,
The outer shape of 25, 27, and 28 does not necessarily need to be optically flat, and may have fine irregularities such as crystal glass. If fine irregularities are provided, the output light diverges in all directions, which is advantageous in the case of backlight illumination or indirect illumination.

【0131】第1の実施形態において、照明器具につい
て説明した。照明器具としての十分な明るさが得られる
ので、表示装置としても応用可能である。特に地下鉄の
路線案内等の色わけにより、表示する表示装置には、各
色につき、十分な明度が得られるので好適であう。第1
の実施形態において説明したように、赤色LEDチッ
プ、黄色LEDチップ、青色LEDチップに印加する電
流を独立に制御するように構成すれば、任意の色が合成
出来、これを各種の表示装置に用いることが出来る。特
に、色合成により、色覚異常者が見やすい色への発光波
長の微調整が可能になる。色覚異常は、1色型色覚(全
色盲)、2色型色覚(色盲)、異常3色型色覚(色弱)
の3つに分類される。又2色型色覚は、第1色盲、第2
色盲及び第3色盲とに分別される。すべての色覚異常者
に満足出来る色の組み合わせは、現実には困難である。
しかし、この場合でも、現場での種々の環境を含めた実
験的を行い、可能な限り多くの色覚異常者に満足しても
らえる最良な色の選択をし、色覚異常者に優しい表示装
置が実現出来る。その他、種々の道路標識、交通標識、
行き先案内標識等に用いる表示装置として採用可能であ
る。
In the first embodiment, the lighting fixture has been described. Since sufficient brightness as a lighting fixture can be obtained, it can be applied as a display device. In particular, it is preferable for a display device that displays a color according to the route guidance of a subway, because sufficient brightness can be obtained for each color. First
As described in the embodiment, if the currents applied to the red LED chip, the yellow LED chip, and the blue LED chip are controlled independently, an arbitrary color can be synthesized and used for various display devices. I can do it. In particular, color synthesis enables fine adjustment of the emission wavelength to a color that is easily seen by a color-blind person. Abnormal color vision is one-color color vision (all color blindness), two-color color vision (color blindness), abnormal three-color color vision (color weakness)
Are classified into three types. The two-color type color vision is the first color blindness, the second color blindness
It is classified into color blindness and third color blindness. Combining colors that are satisfactory to all color blinders is difficult in practice.
However, even in this case, an experiment including various environments in the field was conducted, and the best colors that satisfied as many color-blind people as possible were selected. I can do it. In addition, various road signs, traffic signs,
The present invention can be adopted as a display device used for a destination guidance sign or the like.

【0132】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したが
って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許
請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる
ものである。
As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the claims that are appropriate from the above description.

【0133】[0133]

【発明の効果】本発明によれば、レンズ媒体の外周部の
一部に反射鏡を用いることなく、有効に迷光成分を集光
することが可能で、光源の潜在的な光エネルギを効率良
く引き出すことが可能なバルク型レンズを提供すること
が出来る。
According to the present invention, stray light components can be effectively condensed without using a reflector on a part of the outer peripheral portion of the lens medium, and the potential light energy of the light source can be efficiently used. It is possible to provide a bulk type lens that can be pulled out.

【0134】本発明によれば、光源自身には何ら手を加
えることなく、容易に、光の発散、収束等の光路の変更
や焦点の変更が可能なバルク型レンズを提供することが
出来る。
According to the present invention, it is possible to provide a bulk type lens that can easily change the optical path such as divergence and convergence of light and change the focus without changing the light source itself.

【0135】本発明によれば、レンズ媒体の外周部の一
部に反射鏡を用いることなく、有効に光源の迷光成分等
を利用し、焦点調整が可能で、且つ光源より平行な光束
を得ることが可能な発光体を提供出来る。
According to the present invention, it is possible to effectively use a stray light component or the like of a light source without using a reflecting mirror on a part of the outer peripheral portion of the lens medium, to adjust a focus, and to obtain a light beam parallel to the light source. Can be provided.

【0136】本発明によれば、製造コストが安く、十分
な照度と長期間に渡る安定性と信頼性を有した発光体を
提供することが出来る。
According to the present invention, it is possible to provide a luminous body which is inexpensive in manufacturing cost, has sufficient illuminance, and has long-term stability and reliability.

【0137】本発明によれば、簡単な構造で、検出感度
の高い受光体を提供することが出来る。
According to the present invention, a photoreceptor having a simple structure and high detection sensitivity can be provided.

【0138】本発明によれば、製造コストが安く、十分
な照度と、電池の寿命が長く信頼性の高い照明器具を提
供することが出来る。
According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable luminaire having a low manufacturing cost, sufficient illuminance, and a long battery life.

【0139】本発明によれば、信頼性の高く高効率な光
情報通信システムを提供することが出来る。
According to the present invention, a highly reliable and highly efficient optical information communication system can be provided.

【0140】本発明によれば、井戸型の凹部の天井部の
近傍に気泡の取り込みや異常形状の発生するのが防止さ
れた良好な幾何学的形状のバルク型レンズを簡単に製造
出来る。
According to the present invention, it is possible to easily manufacture a bulk type lens having a good geometrical shape in which air bubbles are not trapped or an abnormal shape is prevented from being generated near the ceiling of the well-shaped concave portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a luminous body according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2(a)は、本発明の第1の実施の形態に係
るバルク型レンズを用いた場合の、光軸方向に対して垂
直方向の光強度(照度)分布を測るための測定系を示す
模式図である。図2(b)は、図2(a)と比較するた
めに、従来の両凸レンズを用いて行う場合の測定系を示
す模式図である。
FIG. 2A is a diagram for measuring a light intensity (illuminance) distribution in a direction perpendicular to an optical axis direction when a bulk type lens according to a first embodiment of the present invention is used. It is a schematic diagram which shows a measurement system. FIG. 2B is a schematic diagram showing a measurement system in the case of using a conventional biconvex lens for comparison with FIG. 2A.

【図3】本発明の第1の実施の形態に係るバルク型レン
ズ、薄型レンズ(両凸レンズ)、及び裸の光源1のそれ
ぞれの出力光のy方向に沿った強度(照度)分布を、測
定距離x=1mにおいて測定した場合の結果を示す図で
ある。
FIG. 3 measures the intensity (illuminance) distribution along the y direction of each output light of the bulk lens, the thin lens (biconvex lens), and the naked light source 1 according to the first embodiment of the present invention. It is a figure showing a result at the time of measuring at distance x = 1m.

【図4】図3と同様なy方向に沿った強度(照度)分布
を、測定距離xを変化させて測定したデータをまとめた
ものである。
FIG. 4 is a table summarizing data obtained by measuring the intensity (illuminance) distribution along the y direction as in FIG. 3 while changing the measurement distance x.

【図5】本発明の第1の実施の形態に係るバルク型レン
ズの幾何学的構造と集光率の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the geometric structure of the bulk lens and the light collection rate according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した各バルク型レンズの、それぞれの
幾何学的構造(パラメータ)を示す一覧表である。
FIG. 6 is a list showing respective geometric structures (parameters) of each bulk type lens shown in FIG. 5;

【図7】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る発光
体を示す模式的な断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a light-emitting body according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図8】図8(a)〜8(c)は、第1のレンズ面のな
す凸部の高さΔと、ビーム強度プロファイルとの関係を
示す図である。
FIGS. 8A to 8C are diagrams showing a relationship between a height Δ of a convex portion formed by a first lens surface and a beam intensity profile.

【図9】図9(a)〜9(c)は、第1のレンズ面のな
す凸部の高さΔと、ビーム強度プロファイルとの関係を
示す図である。
FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a relationship between a height Δ of a convex portion formed by a first lens surface and a beam intensity profile.

【図10】図10(a)〜10(c)は、第1のレンズ
面のなす凸部の高さΔと、ビーム強度プロファイルとの
関係を示す図である。
FIGS. 10A to 10C are diagrams showing a relationship between a height Δ of a convex portion formed by a first lens surface and a beam intensity profile.

【図11】第1のレンズ面のなす凸部の高さΔと、照度
の平坦度との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a height Δ of a convex portion formed by a first lens surface and flatness of illuminance.

【図12】本発明の第1の実施の形態に係るバルク型レ
ンズの外径rを10mmφ、15mmφ、30mmφ
と変えたときの測定距離x=0.5mにおける照度分布
を示す図である。
[12] The outer diameter r e of the bulk-type lens according to the first embodiment of the present invention 10 mm [phi, having a diameter of 15 mm, 30 mm?
It is a figure which shows the illuminance distribution at the measurement distance x = 0.5m at the time of changing.

【図13】図12の測定を更に詳細に行い、その結果を
バルク型レンズの内側壁部と外側壁部の間の厚さを横軸
に、相対照度(任意目盛り)を縦軸に示した図である。
FIG. 13 shows the measurement of FIG. 12 in more detail, and the results are shown on the abscissa indicating the thickness between the inner wall and the outer wall of the bulk lens and the ordinate indicating the relative illuminance (arbitrary scale). FIG.

【図14】バルク型レンズの外径/内径比を横軸に、相
対照度(任意目盛り)を縦軸に示した図である。
FIG. 14 is a diagram showing the outer diameter / inner diameter ratio of the bulk type lens on the horizontal axis and the relative illuminance (arbitrary scale) on the vertical axis.

【図15】バルク型レンズの背面部及び外側壁部に背面
鏡を付した場合と背面鏡がない場合のそれぞれの出力光
のy方向に沿った強度(照度)分布とを比較する図であ
る。
FIG. 15 is a diagram comparing the intensity (illuminance) distribution along the y-direction of each output light when a rear mirror is attached to the rear and outer walls of the bulk lens and when no rear mirror is provided. .

【図16】本発明の第2の実施の形態に係る発光体を示
す模式的な断面図である。
FIG. 16 is a schematic sectional view showing a luminous body according to a second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第3の実施の形態に係る光検出器5
0を示す模式的な断面図である。
FIG. 17 shows a photodetector 5 according to a third embodiment of the present invention.
It is a typical sectional view showing 0.

【図18】図18(a)は本発明の第4の実施の形態に
係る発光体を、図18(b)は本発明の第4の実施の形
態に係る受光体を示す模式的断面図である。
FIG. 18 (a) is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting body according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 18 (b) is a schematic cross-sectional view showing a photoreceptor according to a fourth embodiment of the present invention. It is.

【図19】図19(a)は、本発明の第5の実施の形態
に係る発光体を示す模式的断面図で、図19(b)は、
その第1の設置例、図19(c)は、その第2の設置例
を示す模式的な断面図である。
FIG. 19A is a schematic cross-sectional view showing a luminous body according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 19C is a schematic cross-sectional view showing a second installation example.

【図20】本発明の第5の実施の形態の変形例(変形例
1)に係る発光体61を示す模式的な断面図である。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting body 61 according to a modification (Modification 1) of the fifth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第5の実施の形態の変形例(変形例
2)に係る発光体61を示す模式的な断面図である。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting body 61 according to a modification (modification 2) of the fifth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第6の実施の形態に係る距離測定シ
ステムを示す模式的なブロック図である。
FIG. 22 is a schematic block diagram illustrating a distance measurement system according to a sixth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第6の実施の形態に係る距離測定シ
ステムにおいて使用する三角測量法の模式的な説明図で
ある。
FIG. 23 is a schematic explanatory diagram of a triangulation method used in a distance measurement system according to a sixth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の他の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。
FIG. 24 is a schematic sectional view showing a luminous body according to another embodiment of the present invention.

【図25】本発明の更に他の実施の形態に係る発光体を
示す模式的な断面図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view showing a luminous body according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2,2c,2t,2r,2f 凹部天井部 3,3c,3t,3r,3f 外側頂部 4,4t,4r, レンズ媒体 4d 非弾性レンズ媒体 4f フレキシブルレンズ媒体 5 凹部側壁部 6,6t,6r,6f 収納部 9 フォト・ダイオードチップ 11,51 第1のピン 12,52 第2のピン 13 LEDチップ 14,14t,14r 封止樹脂 20,22,24,25,27,28 バルク型レンズ 20f フレキシブルバルク型レンズ 30t,30r 背面支持体 31t,31r 主支持部 32t,32r 小背面鏡 40,41 突起 45 LEDホルダー 50 光検出器 55 受光素子ホルダー 61 発光体 62 駆動部 63 第1電源部 71 受光体(リニアセンサ) 72 検出部 73 演算部 74 出力部 75 第2電源部 81 透明板 82 遮光板 83 狭い穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2, 2c, 2t, 2r, 2f Concave ceiling part 3, 3c, 3t, 3r, 3f Outer top part 4, 4t, 4r, Lens medium 4d Inelastic lens medium 4f Flexible lens medium 5 Concave side wall part 6, 6t, 6r, 6f Storage portion 9 Photodiode chip 11, 51 First pin 12, 52 Second pin 13 LED chip 14, 14t, 14r Sealing resin 20, 22, 24, 25, 27, 28 Bulk lens 20f Flexible bulk type lens 30t, 30r Back support 31t, 31r Main support 32t, 32r Small back mirror 40, 41 Projection 45 LED holder 50 Photodetector 55 Light receiving element holder 61 Light emitter 62 Drive unit 63 First power supply unit 71 Light reception Body (linear sensor) 72 Detecting unit 73 Computing unit 74 Output unit 75 Second power supply unit 81 Transparent plate 8 Shielding plate 83 narrow hole

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外側頂部、底部及び光軸に平行方向の側
面からなる外周部を有するレンズ媒体と、 前記底部から前記外側頂部に向かって前記レンズ媒体の
内部に設けられ、前記光軸に平行方向の面からなる側壁
部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部とか
ら構成され、前記収納部の天井部と側壁部とが第1のレ
ンズ面、前記レンズ媒体の外側頂部が第2のレンズ面と
して機能し、 前記第2のレンズ面の曲率半径をR、前記レンズ媒体の
光軸方向に測った全長をL、前記レンズ媒体の屈折率を
nとして、 0.93 < k(R/L) <1.06 k = 1/(0.35・n −0.168) の関係を満足することを特徴とするバルク型レンズ。
1. A lens medium having an outer top portion, a bottom portion, and an outer peripheral portion having a side surface in a direction parallel to an optical axis; and a lens medium provided from the bottom portion to the outer top portion inside the lens medium and parallel to the optical axis. And a storage part having a ceiling part connected to the side wall part, and the ceiling part and the side wall part of the storage part have a first lens surface, an outer top part of the lens medium. Functions as a second lens surface, where R is the radius of curvature of the second lens surface, L is the total length of the lens medium measured in the optical axis direction, and n is the refractive index of the lens medium. A bulk lens characterized by satisfying a relationship of k (R / L) <1.06 k = 1 / (0.35 · n−0.168).
【請求項2】 前記レンズ媒体の外周部の外径が、前記
収納部の内径の3倍以上、10倍以下であることを特徴
とする請求項1記載のバルク型レンズ。
2. The bulk type lens according to claim 1, wherein an outer diameter of an outer peripheral portion of the lens medium is not less than 3 times and not more than 10 times an inner diameter of the storage portion.
【請求項3】 前記収納部の天井部における前記第1の
レンズ面の突き出し量をΔ、前記外周部の外径を2r
として、 0.025 < Δ/r < 0.075 の関係を満足することを特徴とする請求項1又は2記載
のバルク型レンズ。
3. An amount of protrusion of the first lens surface at a ceiling portion of the storage portion is Δ, and an outer diameter of the outer peripheral portion is 2r e.
As, 0.025 <Δ / r e < 0.075 according to claim 1 or 2 wherein the bulk lens and satisfies the relation.
【請求項4】 前記レンズ媒体の内部に、更に前記側壁
部に平行方向の面からなる側壁部を有する他の収納部を
並列配置したことを特徴とする請求項1記載のバルク型
レンズ。
4. The bulk-type lens according to claim 1, wherein another storage portion having a side wall portion having a surface parallel to the side wall portion is further arranged inside the lens medium.
【請求項5】 前記レンズ媒体が可とう性、若しくは屈
曲性を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1項記載のバルク型レンズ。
5. The bulk type lens according to claim 1, wherein the lens medium has flexibility or flexibility.
【請求項6】 外側頂部、底部及び光軸に平行方向の側
面からなる外周部を有するレンズ媒体と、 前記底部から前記外側頂部に向かって前記レンズ媒体の
内部に設けられた前記光軸に平行方向の面からなる側壁
部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、 前記収納部に収納された光源とから構成され、前記収納
部の天井部が主入射面、前記収納部の側壁部が側壁入射
面、前記レンズ媒体の外側頂部が出射面として機能し、
前記出射面の曲率半径をR、前記レンズ媒体の光軸方向
に測った全長をL、前記レンズ媒体の屈折率をnとし
て、 0.93 < k(R/L) <1.06 k = 1/(0.35・n −0.168) の関係を満足することを特徴とする発光体。
6. A lens medium having an outer top portion, a bottom portion, and an outer peripheral portion formed of a side surface in a direction parallel to an optical axis, and a lens medium provided inside the lens medium from the bottom portion to the outer top portion. A storage part having a side wall part having a surface in a direction, a ceiling part connected to the side wall part, and a light source stored in the storage part. The side wall portion of the portion functions as a side wall incident surface, the outer top of the lens medium functions as an output surface,
Assuming that the radius of curvature of the exit surface is R, the total length measured in the optical axis direction of the lens medium is L, and the refractive index of the lens medium is n, 0.93 <k (R / L) <1.06 k = 1 /(0.35·n-0.168).
【請求項7】 前記光軸方向に沿って、前記光源の位置
を前記レンズ媒体に対して相対的に移動し制御する光源
位置制御・駆動手段を更に有する請求項6記載の発光
体。
7. The luminous body according to claim 6, further comprising a light source position controlling / driving means for moving and controlling a position of said light source relative to said lens medium along said optical axis direction.
【請求項8】 外側頂部、底部及び光軸に平行方向の側
面からなる外周部を有するレンズ媒体と、 前記底部から前記外側頂部に向かって前記レンズ媒体の
内部に設けられた前記光軸に平行方向の面からなる側壁
部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、 前記収納部に収納された光検出器とから構成され、前記
レンズ媒体の外側頂部が入射面、前記収納部の天井部が
主出射面、前記収納部の側壁部が側壁出射面として機能
し、前記入射面の曲率半径をR、前記レンズ媒体の光軸
方向に測った全長をL、前記レンズ媒体の屈折率をnと
して、 0.93 < k(R/L) <1.06 k = 1/(0.35・n −0.168) の関係を満足することを特徴とする受光体。
8. A lens medium having an outer top portion, a bottom portion, and an outer peripheral portion including a side surface in a direction parallel to the optical axis, and a lens medium provided inside the lens medium from the bottom portion to the outer top portion. A storage part having a side wall part composed of a surface in the direction, a ceiling part connected to the side wall part, and a photodetector stored in the storage part, and an outer top part of the lens medium has an incident surface, The ceiling part of the storage part functions as a main emission surface, the side wall part of the storage part functions as a side emission surface, the radius of curvature of the incident surface is R, the total length measured in the optical axis direction of the lens medium is L, the lens medium A photoreceptor that satisfies the relationship of 0.93 <k (R / L) <1.06k = 1 / (0.35 · n−0.168), where n is the refractive index of the photoreceptor.
【請求項9】 外側頂部、底部及び光軸に平行方向の側
面からなる外周部を有するレンズ媒体と、 前記底部から前記外側頂部に向かって前記レンズ媒体の
内部に設けられた前記光軸に平行方向の面からなる側壁
部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、 前記収納部に収納された光源と、 該光源に接続された電源とから構成され、前記収納部の
天井部が主入射面、前記収納部の側壁部が側壁入射面、
前記レンズ媒体の外側頂部が出射面として機能し、前記
出射面の曲率半径をR、前記レンズ媒体の光軸方向に測
った全長をL、前記レンズ媒体の屈折率をnとして、 0.93 < k(R/L) <1.06 k = 1/(0.35・n −0.168) の関係を満足することを特徴とする照明器具。
9. A lens medium having an outer top portion, a bottom portion, and an outer peripheral portion having a side surface in a direction parallel to the optical axis, and a lens medium provided inside the lens medium from the bottom portion to the outer top portion. A storage part having a side wall part composed of a surface in a direction, a ceiling part connected to the side wall part, a light source stored in the storage part, and a power source connected to the light source. The ceiling is the main entrance surface, the side wall of the storage unit is the side entrance surface,
The outer apex of the lens medium functions as an exit surface, where R is the radius of curvature of the exit surface, L is the total length of the lens medium measured in the optical axis direction, and n is the refractive index of the lens medium, 0.93 < A lighting fixture characterized by satisfying a relationship of k (R / L) <1.06 k = 1 / (0.35 · n−0.168).
【請求項10】 第1の外側頂部、第1の底部及び第1
の光軸に平行方向の側面からなる外周部を有するバルク
型の第1のレンズ媒体と、前記第1の底部から前記第1
の外側頂部に向かって前記第1のレンズ媒体の内部に設
けられた前記光軸に平行方向の面からなる側壁部、該側
壁部に接続された天井部とを有する第1の収納部と、該
第1の収納部に収納された光源とから構成される発光体
と、 第2の外側頂部、第2の底部及び第2の光軸に平行方向
の側面からなる外周部を有するバルク型の第2のレンズ
媒体と、前記第2の底部から前記第2の外側頂部に向か
って前記第2のレンズ媒体の内部に設けられた前記光軸
に平行方向の面からなる側壁部、該側壁部に接続された
天井部とを有する第2の収納部と、該第2の収納部に収
納された前記光源からの光を検出する光検出器とから構
成される受光体とから構成され、前記第1の収納部の天
井部及び側壁部が第1の入射面、第1の外側頂部が第1
の出射面として機能し、前記第2の外側頂部が第2の入
射面、前記第2の収納部の天井部及び側壁部が第2の出
射面として機能することを特徴とする光情報通信システ
ム。
10. A first outer top, a first bottom, and a first outer top.
A first lens medium of a bulk type having an outer peripheral portion having a side surface in a direction parallel to an optical axis of the first lens medium;
A first storage portion having a side wall portion provided in the first lens medium toward the outer top of the first lens medium and having a surface parallel to the optical axis, and a ceiling portion connected to the side wall portion; A bulk-type light-emitting body including a light source housed in the first housing portion, and an outer peripheral portion having a second outer top, a second bottom, and a side surface parallel to the second optical axis. A second lens medium, a side wall portion provided in the second lens medium from the second bottom portion to the second outer top portion, the side surface portion being parallel to the optical axis, and the side wall portion; A second storage portion having a ceiling portion connected to the first storage portion, and a photoreceptor configured by a photodetector that detects light from the light source stored in the second storage portion, The ceiling part and the side wall part of the first storage unit are the first entrance surface, and the first outer top part is the first entrance surface.
An optical information communication system characterized in that the second outer top portion functions as a second incidence surface, and the ceiling and side walls of the second storage section function as second emission surfaces. .
【請求項11】 前記光源と前記光検出器に禁制帯幅が
等しく且つ同一構造の半導体発光素子が用いられている
ことを特徴とする請求項10記載の光情報通信システ
ム。
11. The optical information communication system according to claim 10, wherein said light source and said photodetector use semiconductor light emitting elements having the same forbidden band width and the same structure.
【請求項12】 以下の各工程を少なくとも有する、底
部、外側頂部及び外周部とを有するレンズ媒体と、前記
底部から前記外側頂部に向かって前記レンズ媒体の内部
に設けられた収納部とを有するバルク型レンズの製造方
法。 (イ)前記外側頂部及び前記外周部に対応した外周成形
面を有する固定金型に対して、前記収納部の形状に対応
した収納部成形面を有する可動金型を押し付け完全に密
着する工程 (ロ)溶融した透明樹脂を前記固定金型と前記可動金型
で形成される空間に射出する第1射出工程 (ハ)冷却工程 (ニ)該冷却工程により樹脂が収縮して出来た隙間に、
溶融した前記透明樹脂を射出する第2射出工程
12. A lens medium having a bottom portion, an outer top portion, and an outer peripheral portion having at least the following steps, and a storage portion provided inside the lens medium from the bottom portion to the outer top portion. Manufacturing method of bulk type lens. (A) A step of pressing a movable mold having a storage section molding surface corresponding to the shape of the storage section against a fixed mold having an outer peripheral molding surface corresponding to the outer top section and the outer peripheral section to completely adhere the movable mold. B) a first injection step of injecting the molten transparent resin into a space formed by the fixed mold and the movable mold; (c) a cooling step; (d) a gap formed by shrinkage of the resin in the cooling step;
A second injection step of injecting the molten transparent resin
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