JP2008077104A

JP2008077104A - バルク型レンズ、発光体、受光体、照明器具及びバルク型レンズの製造方法

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Publication number: JP2008077104A
Application number: JP2007293490A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tamaoki; 智玉置
Original assignee: LAB Sphere Corp
Current assignee: LAB Sphere Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】レンズ媒体の外周部に反射鏡を用いることなく、有効にＬＥＤ等の光源の迷光成分等を集光し、所望の照度を得ることが可能な非球面レンズを提供する。
【解決手段】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収納部６とから構成された砲弾型や卵型等のバルク型レンズ２０である。レンズ媒体４の内部に設けられた収納部６の凹部天井部２と凹部側壁部５とが第１のレンズ面（２，５）、レンズ媒体４の外側頂部３が第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若しくは光検出器が収納される。
【選択図】図１

Description

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、この新規な構造の光学レンズの製造方法に関する。

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。

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。

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。

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１００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。

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６２−９２５０４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。）。

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１ｍｍ^２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。

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。

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（Ｓｉ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記目的を鑑み、本発明の第１の特徴は、外側頂部、底部及びこの底部から外側頂部に向かう光軸に平行方向の側面を有するバルク型のレンズ媒体、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。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を有す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、第２のレンズ面の曲率半径が、光軸に垂直方向に測った第１のレンズ面と第２のレンズ面との間の距離よりも短い。更に、光軸に垂直方向に測ったレンズ媒体の外周部（側面）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。
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）
の関係を満足するようにしても良い。但し、（１）式のｋは、以下の（２）式で与えられる係数である。

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。

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。

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。ＬＥＤ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。

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。

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、ＬＥＤ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。

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。

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。

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。

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_ｅとして、
０．０２５＜ Δ／ｒ_ｅ＜０．０７５・・・・・（３）
の関係を満足することが好ましい。

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。

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。

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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第５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。
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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）２ｒ_ＬＥＤ＝２〜３ｍｍ^φ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_ｉ＝２.５〜４ｍｍ^φ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２ｒ_ＬＥＤと、収納部６の内径２ｒ_ｉとは、ほぼ同一で且つ僅かに、ＬＥＤ１の外径２ｒ_ＬＥＤ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ＬＥＤ１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_ｅは、１０〜３０ｍｍ^φである。バルク型レンズ２０の直径（外径）２ｒ_ｅ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、１０ｍｍ^φ以下でも、３０ｍｍ^φ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_ｉ＞ｒ_ｅ＞３ｒ_ｉ・・・・・（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_ｅが、収納部６の内径２ｒ_ｉ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。

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。

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１９０ｍｍ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。

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。

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^２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^２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１０１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１０１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。

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_ｅ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_ｅ≦Ｒとなる。）。

図６は、図５に示した各バルク型レンズ２０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_ｉ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。

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。

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_ｅ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１６ｍｍ、収納部６の内径２ｒ_ｉ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、８．２５ｍｍである。又、測定に用いた樹脂モールドされたＬＥＤ１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_ｅ＝１５ｍｍ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_ｅとを選定すれば良い。

図１２は、本発明のバルク型レンズ２０の外径２ｒ_ｅ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_ｅ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。

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。

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、１０以下が、バルク型レンズ２０として好ましいことが分かる。

図１５は、外径２ｒ_ｅ＝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ＬＥＤ１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ＬＥＤ１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ＬＥＤ１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。

本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ１は、第１の屈折率ｎ_１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_１とは異なる第２の屈折率ｎ_０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２０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_０とは異なる第３の屈折率ｎ_２を有するようにすれば良い。第１の屈折率ｎ_１、第２の屈折率ｎ_０、及び第３の屈折率ｎ_２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_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。
（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。

（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。

（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。

（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。
（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。

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。

（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。

光源１は、例えば、最大部の直径（外径）２〜３ｍｍ^φの沃素（Ｉ_２）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_ｉは、光源（白熱球）１の主発光部を収納出来るように、２ｒ_ｉ＝２.５〜４ｍｍ^φ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２０の円柱形状部の直径（外径）２ｒ_ｅ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、１０ｍｍ^φ以下でも、３０ｍｍ^φ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_０とは異なる屈折率ｎ_１有する。

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。

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。

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。

（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。

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。

バルク型レンズ２０の収納部６の凹部側壁部５の内径２ｒ_ｉは、光検出器５０を収納出来るように、２ｒ_ｉ＝２.５〜４ｍｍ^φ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_ｅは１０〜３０ｍｍ^φである。バルク型レンズ２０の直径（外径）２ｒ_ｅ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、１０ｍｍ^φ以下でも、３０ｍｍ^φ以上でも構わない。

（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。

［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。

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。

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３２ｔ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。

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ＬＥＤ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。

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２４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２４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。

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。

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。

突起４０の断面は，例えば、幅１〜２ｍｍ、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。

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。

図１８（ａ）において、バルク型レンズ２４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。

［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２ｒ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。

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４１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。

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。

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。

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。

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。

［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。

（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。

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１０〜３０ｍｍ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。

光源１は、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２０ｆ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。

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。

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。

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。

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。

（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６３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７２、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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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−Ｃｄ）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。

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。

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。

この際、１次元フォトダイオードアレイ７１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７１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。

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、５０〜１００ｍｍ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。

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。

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。

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レキシブル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。

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。

（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。

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）２ｒ_ＬＥＤ＝２〜３ｍｍ^φ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_ｉ＝２.５〜４ｍｍ^φ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ＬＥＤ１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_ｅは、１０〜３０ｍｍ^φである。バルク型レンズ２８の直径（外径）２ｒ_ｅは、発光体の使用目的に応じて選択出来る。

出射光を拡散させる場合においても、ＬＥＤ１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_ｅが、収納部６の内径２ｒ_ｉ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２８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。

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。

更に、本発明のバルク型レンズ２０，２２，２４，２５，２７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。

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２ｒ_LEDと収納部６の内径２ｒ_ｉとをほぼ同一にして、嵌め込むようにしても良い。

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。

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。

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。

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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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_ｅ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。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。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。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。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。本発明の第３の実施の形態に係る光検出器５０を示す模式的な断面図である。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。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。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。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。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。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。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。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。

符号の説明

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
１３ＬＥＤ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
４５ＬＥＤ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

Claims

外側頂部、該外側頂部に対向した底部及び前記外側頂部と前記底部とを接続し、前記底部から前記外側頂部に向かう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と、
前記光軸方向に沿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を有する側壁部、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、前記収納部に前記レンズ媒体とは異なる屈折率の流体を介して、光源の主発光部若しくは光検出器の主受光部を光学的に覆うように収納し、前記収納部の天井部と側壁部との双方が第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、前記光軸に垂直方向に測った前記外周部の外径が、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バルク型レンズ。
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に記載のバルク型レンズ。
前記外側頂部が複数の曲率を有して、フレネルレンズ又は魚眼レンズの形状をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルク型レンズ。
外側頂部、該外側頂部に対向した底部及び前記外側頂部と前記底部とを接続し、前記底部から前記外側頂部に向かう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と、
前記光軸方向に沿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を有する側壁部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、
前記収納部に前記レンズ媒体とは異なる屈折率の流体を介して、主発光部を光学的に覆うように収納された光源
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、前記光軸に垂直方向に測った前記外周部の外径が、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発光体。
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４記載の発光体。
外側頂部、該外側頂部に対向した底部及び前記外側頂部と前記底部とを接続し、前記底部から前記外側頂部に向かう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と、
前記光軸方向に沿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を有する側壁部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、
前記収納部に前記レンズ媒体とは異なる屈折率の流体を介して、主受光部を光学的に覆うよう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、前記光軸に垂直方向に測った前記外周部の外径が、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受光体。
外側頂部、該外側頂部に対向した底部及び前記外側頂部と前記底部とを接続し、前記底部から前記外側頂部に向かう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と、
前記光軸方向に沿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を有する側壁部、該側壁部に接続された天井部とを有する収納部と、
前記収納部に前記レンズ媒体とは異なる屈折率の流体を介して、主発光部を光学的に覆うよう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、前記光軸に垂直方向に測った前記外周部の外径が、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照明器具。
以下の各工程を少なくとも有する、外側頂部、該外側頂部に対向した底部、及び前記外側頂部と前記底部とを接続し、前記底部から前記外側頂部に向かう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と、前記光軸方向に沿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を有する側壁部、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、前記収納部に前記レンズ媒体とは異なる屈折率の流体を介して光源の主発光部若しくは光検出器の主受光部を光学的に覆うように収納し、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、前記光軸に垂直方向に測った前記外周部の外径が、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