JP5078419B2 - Light emitting module and light receiving module - Google Patents
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Description
本発明は、映像信号、音声信号、デジタルデータ信号などの情報データを、光空間送信器と光空間受信器との間で、自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムにおける光空間送信器および光空間受信器等に用いる発光モジュールおよび受光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical space in an optical space transmission system in which information data such as a video signal, an audio signal, and a digital data signal is transmitted as an optical signal through a free space between an optical space transmitter and an optical space receiver. The present invention relates to a light emitting module and a light receiving module used for a transmitter, an optical space receiver, and the like.
自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムは、光の広帯域性により、電波を用いた無線伝送と比較して高速な伝送が可能となることが大きな特徴である。この光空間伝送システムの光空間送信器および光空間受信器を携帯機器へ組込む場合には、それに用いる発光モジュールおよび受光モジュールにも薄型化・小型化が必要となる。 An optical space transmission system that transmits an optical signal through free space is characterized by being capable of high-speed transmission compared to wireless transmission using radio waves due to the broadband nature of light. When an optical space transmitter and an optical space receiver of this optical space transmission system are incorporated into a portable device, the light emitting module and the light receiving module used for it are also required to be thin and small.
薄型化の必要性は、光空間送信器および光空間受信器に用いる発光モジュールおよび受光モジュールに限らず、携帯機器に組み込む照明装置などの発光モジュールにおいても必要となる。薄型化を可能とする従来の発光モジュールとしては、光源からの出射光の出射角を変更するためにフレネルレンズを用いているものがあった(例えば、特許文献1参照)。図29は、前記特許文献1に記載された従来の照明装置の発光モジュールを示すものである。
The need for thinning is not limited to light emitting modules and light receiving modules used in optical space transmitters and optical space receivers, but also in light emitting modules such as lighting devices incorporated in portable devices. As a conventional light-emitting module that can be made thin, there is a module that uses a Fresnel lens in order to change an emission angle of light emitted from a light source (see, for example, Patent Document 1). FIG. 29 shows a light-emitting module of a conventional lighting device described in
図29において、発光モジュールは光源1とレンズ2から構成されている。レンズ2の出射面側には複数の屈折面3を形成することによりフレネルレンズとして作用し、光源1から出射した光を屈折して光軸4にほぼ平行な出射光を得ることができる。フレネルレンズは、連続した曲面からなる球レンズや非球面レンズと比較すると、レンズ部を板状に薄くすることができるため、薄型化が容易であるという特徴がある。しかし、屈折面3の傾斜角などの加工上の限界のために、光源1からの出射光の受入角2βに限界があった。このために、光源1が広い出射角を有する場合には、発光モジュールから効率よく光を出射することができなかった。
In FIG. 29, the light emitting module is composed of a
また、前記特許文献1には、光源1からの出射光の受入角を拡げる構成についても提示されていた。図30は、前記特許文献1に記載された、他の従来の照明装置の発光モジュールを示すものである。
Moreover, the said
図30においては、レンズ12に図29と同様の屈折面13を設けていると共に、さらに入射面側に複数の反射面15を設けていた。光源1から出射した出射角2β以上の光の一部は、この反射面15で反射して、レンズ2の出射面側の平面部16から出射する構成としていた。これにより、光源1からの出射角2β以上の光の一部も出射する構成としていた。
In FIG. 30, the
また、入射光を電気信号に変換する従来の受光モジュールにおいても、入射光を受光素子に集光するための集光レンズとしてフレネルレンズを用いることにより薄型化を可能とするものがあった(例えば、特許文献2参照)。図32は、前記特許文献2に記載された、従来の受光モジュールを示すものである。
Further, even in a conventional light receiving module that converts incident light into an electrical signal, there is a module that can be thinned by using a Fresnel lens as a condensing lens for condensing incident light on a light receiving element (for example, , See Patent Document 2). FIG. 32 shows a conventional light receiving module described in
図32において、受光モジュール20は、集光レンズ21と受光素子22で構成される。集光レンズ21は、入射面に複数の屈折面23を設けたフレネルレンズであり、集光レンズ21によって入射光が受光素子に集光される。集光レンズ21にフレネルレンズを用いることにより、球面等の凸レンズを用いるよりも薄型化を可能としていた。
図31は、図29に示した従来の構成における発光モジュールのA部拡大図であるが、屈折面13の先端には光源1からの出射光が通過しないレンズの無効部分がある。このためレンズ12からの出射光には明るさのムラがあるという課題を有していた。
FIG. 31 is an enlarged view of a portion A of the light emitting module in the conventional configuration shown in FIG. 29, and there is an ineffective portion of the lens through which light emitted from the
また、図30に示した前記従来の構成における発光モジュールでは、反射面15からの反射光を、出射面側の屈折面13が形成されていない周囲の平面部16から出射するので、屈折面13の直径d1より大きな直径d2が必要となり、レンズ12の口径が大きくなってしまうと言う課題を有していた。また、光源が発光ダイオード(LED)などの場合には、光軸14に直角な方向への放射光も大きな放射電力を有していることが多いが、光軸14に直角な方向への放射光を利用することができないという課題も有していた。
In the light emitting module in the conventional configuration shown in FIG. 30, the reflected light from the reflecting
また、図33は、図32に示した従来の構成における受光モジュールのB部拡大図である。図33に図示したとおり、集光レンズ21にフレネルレンズを用いた場合、屈折面13の先端には入射光を集光することが出来ないレンズの無効部分がある。このため入射光の非集光領域が存在し、集光の効率が低下するという課題を有していた。
FIG. 33 is an enlarged view of part B of the light receiving module in the conventional configuration shown in FIG. As shown in FIG. 33, when a Fresnel lens is used as the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、出射光の明るさムラを低減すると共に、レンズの口径の拡大を抑えつつ光源1からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とした発光モジュールを提供することを目的とする。また、光源の光軸と直角な方向への光源からの出射光を利用することにより高効率化を可能とし、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを提供することを目的とする。また、非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、集光効率の高い受光モジュールを提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and improves the efficiency by reducing the unevenness of the brightness of the emitted light and expanding the acceptance angle of the emitted light from the
前記従来の課題を解決するために、本発明の第1の発明の発光モジュールは、光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材からなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記レンズ部材はさらに前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する反射部を備え、前記第2の出射光を、前記反射部で反射することにより前記第2の屈折面に導き、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を、対応する前記複数の第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。 In order to solve the above-described conventional problems, a light emitting module according to a first aspect of the present invention includes a light source and a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity characteristic. has a plurality first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface, with respect to the optical axis of the light emitted from the light source thereby emitted at a predetermined angle by refracting the first light beam emitted to 0 degrees theta 0 degrees or less range, the lens member with respect to the optical axis of the Shako out from the previous SL source to further a reflecting part for reflecting the second outgoing light emitted in a range of outside than the theta 0 ° Te, the second outgoing light, led to the second refractive surface by reflected by the reflecting section emits at a predetermined angle by being refracted by the second refracting surface, the reflective portion, It comprises a plurality of reflecting surfaces corresponding to each of the plurality of second refracting surfaces, and the reflected light from the plurality of reflecting surfaces is refracted by the corresponding plurality of second refracting surfaces to a predetermined angle. Exit at
上記第1の発明の発光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、光源の広い出射角の光を利用して高効率化が可能であると共に、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを得ることができる。 According to the light emitting module of the first aspect of the invention, it is possible to improve the efficiency by using the light having a wide emission angle of the light source while suppressing the enlargement of the aperture of the lens, and to reduce the unevenness of the brightness of the emitted light. It is possible to obtain a light emitting module that can be realized.
また上記第1の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第2の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。Further, according to the light emitting module of the first invention, light with a wide emission angle of the light source can be efficiently guided to the plurality of second refracting surfaces to obtain a highly efficient light emitting module.
また本発明の第2の発明の発光モジュールは、第1の発明に従属する発明であって、前記反射部は、全反射面により構成している。 A light emitting module according to a second aspect of the present invention is an invention dependent on the first aspect, wherein the reflecting portion is constituted by a total reflection surface.
上記第2の発明の発光モジュールによれば、簡単にレンズ部材に反射部を形成することができる。 According to the light emitting module of the second invention, it is possible to easily form the reflecting portion on the lens member.
また本発明の第3の発明の発光モジュールは、第1または第2の発明に従属する発明であって、前記光源は、前記レンズ部材内に配置している。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a light emitting module according to the first or second aspect, wherein the light source is disposed in the lens member.
また本発明の第4の発明の発光モジュールは、第1または第2の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は、前記第1の出射光が通過する範囲の外側に配置された入射面を備え、前記入射面から入射した光を前記反射部で前記第2の屈折面に導き、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the light emitting module according to the first or second aspect, wherein the lens member is incident outside the range through which the first outgoing light passes. And a light incident from the incident surface is guided to the second refracting surface by the reflecting portion and refracted by the second refracting surface to be emitted at a predetermined angle.
上記第3および第4の発明の発光モジュールによれば、簡単な構成で高効率な発光モジュールを得ることができる。 According to the light emitting modules of the third and fourth inventions, a highly efficient light emitting module can be obtained with a simple configuration.
また本発明の第5の発明の光空間信号伝送装置は、第1から第4のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光源の光軸側から見た前記反射部の設置範囲が、前記光源の光軸側から見た前記第1の屈折面の設置範囲以内とする構成を有している。 An optical space signal transmission device according to a fifth invention of the present invention is an invention dependent on any one of the first to fourth inventions, wherein an installation range of the reflecting portion viewed from the optical axis side of the light source is The configuration is such that it is within the installation range of the first refractive surface as viewed from the optical axis side of the light source.
上記第5の発明の発光モジュールによれば、レンズの口径を拡大することなく光源の広い出射角の光を利用することができ、高効率な発光モジュールを得ることができる。 According to the light emitting module of the fifth aspect of the invention, it is possible to use light having a wide emission angle of the light source without increasing the diameter of the lens, and it is possible to obtain a highly efficient light emitting module.
また本発明の第6の発明の発光モジュールは、光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材と、前記光源からの光を反射する反射部材とからなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する前記反射部材を配置し、前記第2の出射光を、前記反射部材で反射することにより前記第2の屈折面に到達させ、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、前記反射部材は、前記光源の側面から出射する光を反射し、前記レンズ部材は反射部を有し、前記反射部材が反射した反射光を前記レンズ部材の反射部で反射したのち、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を、対応する複数の第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。 A light emitting module according to a sixth aspect of the present invention includes a light source, a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity, and a reflective member that reflects light from the light source. on the emission side, and a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface, of light Shako out from the light source thereby emitted at a predetermined angle by refracting the first outgoing light emitted in the range of 0 degrees theta 0 degrees with respect to the axis, wherein the optical axis of the exit Shako from the previous SL source The reflection member that reflects the second emission light emitted in a range outside θ 0 degrees is disposed, and the second emission light is reflected by the reflection member to reach the second refractive surface. is allowed, and emitted at a predetermined angle by being refracted by the second refracting surface, the reflective portion Reflects the light emitted from the side surface of the light source, the lens member has a reflecting portion, and the reflected light reflected by the reflecting member is reflected by the reflecting portion of the lens member, and then the second refractive surface. The reflecting portion is configured by a plurality of reflecting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, and the reflected light from the plurality of reflecting surfaces is supported. The light is emitted at a predetermined angle by being refracted by the plurality of second refracting surfaces .
上記第6の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を利用することができ、高効率化が可能であると共に、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを得ることができる。 According to the light emitting module of the sixth aspect of the invention, a light emitting module that can utilize light with a wide emission angle of a light source, can be highly efficient, and can reduce unevenness in brightness of the emitted light. Can be obtained.
また上記第6の発明の発光モジュールによれば、光源の側面から出射する光を有効に利用し、高効率な発光モジュールを得ることができる。 Further , according to the light emitting module of the sixth aspect of the invention, it is possible to obtain a highly efficient light emitting module by effectively using the light emitted from the side surface of the light source.
また上記第6の発明の発光モジュールによれば、反射部材を小型化することができる。 Moreover , according to the light emitting module of the said 6th invention, a reflecting member can be reduced in size.
また上記第6の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第2の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。 Further , according to the light emitting module of the sixth invention, light with a wide emission angle of the light source can be efficiently guided to the plurality of second refracting surfaces, and a highly efficient light emitting module can be obtained.
また本発明の第7の発明の発光モジュールは、光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材と、前記光源からの光を反射する反射部材とからなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する前記反射部材を配置し、前記第2の出射光を、前記反射部材で反射することにより前記第2の屈折面に到達させ、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、前記レンズ部材はさらに、前記第1の出射光が通過する範囲の外側に配置された第3の屈折部を有し、前記反射部材の反射光を前記レンズ部材の第3の屈折部で屈折したのち、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a light emitting module comprising a light source, a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity, and a reflecting member that reflects light from the light source. on the emission side, and a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface, of light Shako out from the light source thereby emitted at a predetermined angle by refracting the first outgoing light emitted in the range of 0 degrees theta 0 degrees with respect to the axis, wherein the optical axis of the exit Shako from the previous SL source The reflection member that reflects the second emission light emitted in a range outside θ 0 degrees is disposed , and the second emission light is reflected by the reflection member to reach the second refractive surface. is allowed, and emitted at a predetermined angle by being refracted by the second refracting surface, the lens The material further includes a third refracting portion disposed outside the range through which the first outgoing light passes, and after the reflected light of the reflecting member is refracted by the third refracting portion of the lens member, The light is emitted at a predetermined angle by being refracted by the second refracting surface.
上記第7の発明の発光モジュールによれば、反射部材を小型化することができる。 According to the light emitting module of the seventh invention, the reflecting member can be reduced in size.
また本発明の第8の発明の発光モジュールは、第7の発明に従属する発明であって、前記第3の屈折部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の第3の屈折面から構成し、前記複数の第3の屈折面からの屈折光を、対応する複数の第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。 A light emitting module according to an eighth aspect of the present invention is an invention according to the seventh aspect , wherein the third refracting portion is a plurality of third refracting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, respectively. The refracted light from the plurality of third refracting surfaces is emitted at a predetermined angle by being refracted by the corresponding plurality of second refracting surfaces.
上記第8の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第2の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。 According to the light emitting module of the eighth invention, light with a wide emission angle of the light source can be efficiently guided to the plurality of second refracting surfaces to obtain a highly efficient light emitting module.
また本発明の第9の発明の発光モジュールは、第1から第8のいずれかの発明に従属する発明であって、前記複数の第2の屈折面を、前記光源から前記第1の屈折面に到達する出射光の光線に沿った角度で形成する。 A light emitting module according to a ninth aspect of the present invention is an invention according to any one of the first to eighth aspects, wherein the plurality of second refracting surfaces are moved from the light source to the first refracting surface. formed at angles Tsu along the ray of emitted light reaching the.
上記第9の発明の発光モジュールによれば、複数の第1の屈折面からの出射する光を妨げることなく複数の第2の屈折面を形成することができる。 According to the light emitting module of the ninth aspect, a plurality of second refracting surfaces can be formed without hindering light emitted from the plurality of first refracting surfaces.
また本発明の第10の発明の受光モジュールは、受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材からなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記レンズ部材はさらに前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に配置された反射部を備え、前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部に導き、前記反射部で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、複数の第2の屈折面からの屈折光を、対応する前記複数の反射面で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。 A light-receiving module according to a tenth aspect of the present invention includes a light-receiving element and a lens member that focuses light onto the light-receiving element, and a plurality of first refracting surfaces and a plurality of and a second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface is a direction toward the light receiving element by refracting the first light incident on the refracting surfaces of the first The lens member further includes a reflecting portion disposed outside a range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes , and the second refracting surface is provided with the second refracting surface. The incident second incident light is refracted by the second refracting surface to be guided to the reflecting portion, and reflected by the reflecting portion to collect light in a direction toward the light receiving element, and the reflecting portion Or a plurality of reflecting surfaces corresponding to each of the plurality of second refracting surfaces. Configured, the refracted light from a plurality of second refractive surface, light in a direction toward the light receiving element by reflected by the plurality of reflecting surfaces corresponding has a configuration for condensing.
上記第10の発明の受光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。また、上記第10の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the tenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing an increase in lens aperture. Further, according to the light receiving module of the tenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing the lens thickness and suppressing the enlargement of the lens diameter.
また本発明の第11の発明の受光モジュールは、第10の発明に従属する発明であって、前記反射部は、全反射面により構成している。 The light receiving module according to an eleventh aspect of the present invention is an invention according to the tenth aspect, wherein the reflecting portion is constituted by a total reflection surface.
上記第11の発明の受光モジュールによれば、簡単なレンズの構成で、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the eleventh aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module that has a simple lens configuration and has improved light collection efficiency while suppressing an increase in the diameter of the lens.
また本発明の第12の発明の受光モジュールは、第10または第11の発明に従属する発明であって、前記受光素子を、前記レンズ部材内に配置した構成としている。 A light receiving module according to a twelfth aspect of the present invention is an invention dependent on the tenth or eleventh aspect , wherein the light receiving element is disposed in the lens member.
上記第12の発明の受光モジュールによれば、レンズ部材と受光素子とを一体化した簡単な受光モジュールの構成で、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the twelfth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing an increase in the diameter of the lens with a simple light receiving module configuration in which a lens member and a light receiving element are integrated. Can do.
また本発明の第13の発明の受光モジュールは、第10または第11の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は前記第1の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光が通過する範囲の外側に配置された出射面を備え、前記第2の入射光を前記第2の屈折面で屈折して前記反射部に導き、前記反射部で反射して前記出射面から出射させ、前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。 A light receiving module according to a thirteenth aspect of the present invention is an invention according to the tenth or eleventh aspect, wherein the lens member is refracted by the first refracting surface and condensed onto the light receiving element. A light exit surface disposed outside the range through which the light passes ; the second incident light is refracted by the second refracting surface and guided to the reflecting portion; and reflected by the reflecting portion; The light is emitted and condensed in a direction toward the light receiving element.
上記第13の発明の受光モジュールによれば、前記第1の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to suppress an increase in the diameter of the lens without affecting the light collection efficiency of the light that is refracted by the first refracting surface and collected on the light receiving element. A light receiving module with improved light collection efficiency can be obtained.
また本発明の第14の発明の受光モジュールは、第10から第13のいずれかの発明に従属する発明であって、前記レンズ部材の光軸方向から見た前記反射部の設置範囲が、前記レンズ部材の光軸方向から見た前記第1の屈折面の設置範囲以内とする構成を有している。 A light receiving module according to a fourteenth aspect of the present invention is an invention dependent on any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein the installation range of the reflecting portion viewed from the optical axis direction of the lens member is The lens member is configured to be within an installation range of the first refracting surface as viewed from the optical axis direction of the lens member.
上記第14の発明の受光モジュールによれば、前記反射部の設置によってレンズの口径を拡大することなく、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency without enlarging the diameter of the lens by installing the reflecting portion.
また本発明の第15の発明の受光モジュールは、受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材と、反射部材とからなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に前記反射部材を配置し、前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、前記レンズ部材は反射部を有し、前記第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折して前記レンズ部材の反射部に導き、前記反射部で反射した反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の第2の屈折面からの屈折光を、対応する前記複数の反射面で反射したうえ、反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。 A light-receiving module according to a fifteenth aspect of the present invention includes a light-receiving element, a lens member that condenses light on the light-receiving element, and a reflecting member. a refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface, said by refracting the first light incident on the refracting surfaces of the first The light is condensed in the direction toward the light receiving element, and the reflecting member is disposed outside the range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes, and is incident on the second refracting surface. The second incident light is refracted by the second refracting surface to be guided to the reflecting member, and is reflected by the reflecting member to collect light in a direction toward the light receiving element. A reflecting portion that refracts the second incident light on the second refracting surface; The light is guided to the reflecting portion of the lens member, and the reflected light reflected by the reflecting portion is reflected by the reflecting member, thereby condensing light in a direction toward the light receiving element, and the reflecting portion is made to be the plurality of second A plurality of reflecting surfaces corresponding to each of the refracting surfaces are formed, and the refracted light from the plurality of second refracting surfaces is reflected by the corresponding reflecting surfaces, and the reflected light is reflected by the reflecting member. Thus, the light is condensed in the direction toward the light receiving element .
上記第15の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第1の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the fifteenth aspect of the present invention, the diameter of the lens can be increased without affecting the light collection efficiency of the light that is refracted by the plurality of first refracting surfaces and collected on the light receiving element. It is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing it.
また上記第15の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 Further , according to the light receiving module of the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module that increases the light collection efficiency while suppressing the lens thickness and suppressing the enlargement of the lens diameter.
また本発明の第16の発明の受光モジュールは、受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材と、反射部材とからなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に前記反射部材を配置し、前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、前記レンズ部材は、前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に配置された第3の屈折部を有し、前記第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折して前記レンズ部材の第3の屈折部に導き、前記第3の屈折部で屈折した屈折光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。 A light receiving module according to a sixteenth aspect of the present invention includes a light receiving element, a lens member that collects light to the light receiving element, and a reflecting member. a refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial, the first refractive surface, said by refracting the first light incident on the refracting surfaces of the first The light is condensed in the direction toward the light receiving element, and the reflecting member is disposed outside the range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes, and is incident on the second refracting surface. The second incident light is refracted by the second refracting surface to be guided to the reflecting member, and is reflected by the reflecting member to collect light in a direction toward the light receiving element. , Outside the range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes. The second refracting portion is refracted by the second refracting surface and guided to the third refracting portion of the lens member, and the third refracting portion The refracted refracted light is reflected by the reflecting member to collect the light in the direction toward the light receiving element .
上記第16の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第1の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the sixteenth aspect of the present invention, the diameter of the lens can be increased without affecting the light collection efficiency of the light refracted by the plurality of first refracting surfaces and collected on the light receiving element. It is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing it.
また本発明の第17の発明の受光モジュールは、第16の発明に従属する発明であって、前記第3の屈折部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の第3の屈折面から構成し、前記複数の第2の屈折面からの屈折光を、対応する複数の第3の屈折面で屈折する構成としている。 A light receiving module according to a seventeenth aspect of the present invention is an invention dependent on the sixteenth aspect , wherein the third refracting portion is a plurality of third refracting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, respectively. The refracted light from the plurality of second refracting surfaces is refracted by the corresponding plurality of third refracting surfaces.
上記第17の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the seventeenth aspect of the present invention, it is possible to obtain a light receiving module with improved light collection efficiency while suppressing the thickness of the lens and suppressing the enlargement of the diameter of the lens.
また本発明の第18の発明の受光モジュールは、第10から第17のいずれかの発明に従属する発明であって、前記複数の第2の屈折面を、前記入射光が前記第1の屈折面で屈折された屈折光の光線に沿った角度で形成した構成としている。 A light receiving module according to an eighteenth aspect of the present invention is an invention dependent on any one of the tenth to seventeenth aspects, wherein the plurality of second refractive surfaces are incident on the incident light with the first refracted light. It has a configuration which is formed at an angle with Tsu along the ray of refracted refracted light plane.
上記第18の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第1の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく前記第2の屈折面を形成でき、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。 According to the light receiving module of the eighteenth aspect of the invention, the second refracting surface is formed without affecting the light condensing efficiency of the light refracted by the plurality of first refracting surfaces and condensed on the light receiving element. It is possible to obtain a light receiving module that can be formed and has improved light collection efficiency while suppressing an increase in the diameter of the lens.
本発明の発光モジュールによれば、薄型化が可能で出射光の明るさムラを低減し、また、レンズの口径の拡大を抑えつつ光源からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とした発光モジュールを実現することができる。また、本発明の受光モジュールによれば、非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率の高い受光モジュールを実現することができる。 According to the light emitting module of the present invention, it is possible to reduce the thickness unevenness of the emitted light, and to improve the efficiency by expanding the acceptance angle of the emitted light from the light source while suppressing the increase in the aperture of the lens. The light emitting module made possible can be realized. In addition, according to the light receiving module of the present invention, it is possible to realize a light receiving module with high light collection efficiency while suppressing an increase in the aperture of the lens by effectively guiding incident light in the non-light collecting region to the light receiving element. .
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1および図2は、本発明の実施の形態1における発光モジュールの平面図、および側面断面図である。また、図3は、本発明の実施の形態1における発光モジュールの要部側面断面図である。
(Embodiment 1)
1 and 2 are a plan view and a side sectional view of the light emitting module according to
図1から図3において、発光モジュール100は、主要部品として光源110とレンズ部材120から構成されている。光源110は、例えばLEDや半導体レーザ等を用いる。光源110は、場合によりパッケージ111に収納され、パッケージ111とレンズ部材120とは、筐体130により、相対位置が固定されている。光源110には、端子112から電気の変調信号が供給され、変調信号に対応して発光強度等が変化する光信号を光軸113方向に広がりを持って出射する。例えば光源110にLEDを用いた場合、光源110からの出射光は、光源110の光軸113からの出射角をθとすると、放射強度がcosθに比例するランバーシャン分布に近い広がりを持つ出射光となる。レンズ部材120は、光源からの光の広がり角を適当な広がり角に変換するために用いている。出射した光信号は、対向して設置される光空間受信器(図示せず)で受信されることにより、情報データの光空間伝送が実現される。発光モジュール100からの出射光の広がりが大きすぎると放射電力密度が小さくなり、光空間伝送システムの伝送距離が短くなってしまうので、レンズ部材120は主に、光源の出射光の広がり角を小さい広がり角に変換して出射するように設計する。このため、レンズ部材120の出射側には、複数の第1の屈折面121を設けており、光源110からの出射角が図3に示したθ0以内の光を屈折して、所望の角度の方向に出射している。図3では簡単な例として、光軸113に平行な光に変換する場合を示している。つまり、複数の第1の屈折面121は、一般的なフレネルレンズとして作用している。以上は、図29および図30で示した従来の発光モジュールと同様である。
1 to 3, the
次に、本発明の実施の形態1における発光モジュール100が従来の発光モジュールと異なる点について説明する。フレネルレンズは一般に、複数の屈折面の間を、光軸にほぼ平行な面でつないで構成される。図3の破線は、この一般的なフレネルレンズの形状を示している。しかし、既に図31を用いて説明したとおり、この一般的なフレネルレンズの形状には、光が透過しないレンズの無効部分が存在する。これが図3における斜線部分である。レンズ部材120では、この無効部分を取り除いた形としており、これにより複数の第2の屈折面122を形成している。複数の第2の屈折面122は、複数の第1の屈折面121と同軸上に交互に形成されることになる。なお、複数の第2の屈折面122は、光源110からの出射角がθ0以内の光がレンズ部材120内を進む光線114に沿って、レンズの無効部分のみを取り除いて形成することが望ましい。したがって、光源110から複数の第1の屈折面の最下端に到達する光の光線に沿った面で構成することが望ましい。これにより、複数の第2の屈折面122を形成することは、光源110からの出射角がθ0以内の光をレンズ部材120から出射する上で、光の損失を与えないことになる。そして、レンズ部材120の入射側には、全反射を用いた複数の反射面123が形成されている。複数の反射面123は、光源110からの出射角がθ0以内の光の通過範囲外に設けているので、やはり光源110からの出射角がθ0以内の光をレンズ部材120から出射する上で、光の損失を与えないことになる。複数の反射面123は、それぞれ複数の第2の屈折面122に対応しており、光源110からの出射角がθ0〜θ1の光を対応する複数の第2の屈折面122に向けて反射し、複数の第2の屈折面122では、その反射光を屈折してレンズ部材120から出射する。この際、レンズ部材120からの出射光が所望の角度となるように(図3においては、光軸と平行になるように)複数の反射面123の角度を設定している。
Next, differences between the light emitting
以上のように構成することにより、光源110からの出射角がθ0〜θ1の光は、図31で示した暗部に相当する部分から出射するので、出射光の明るさムラも改善することができる。また、複数の第1の屈折面121が形成された図3における直径doの範囲から、光源110からの出射角がθ0以内の光だけでなく、光源110からの出射角がθ0〜θ1の光も出射されることになり、直径doの範囲内の放射電力密度を高め、効率的な発光モジュール100が得られる。しかも、複数の反射面123の最大範囲(直径di)を、複数の第1の屈折面121の最大範囲(直径do)以内としておけば、複数の第1の屈折面121のみの場合からレンズ部材120の口径を大きくすることなく、発光モジュール100からの放射強度を高め効率を向上することができるのである。更に詳しく説明すると、図30に示した従来の照明装置の発光モジュールの構成においては、反射面15で反射した光を、屈折面13の範囲d1より外側から出射するため、必ずレンズ12の口径を大きくしなければならなかった。これに対して、本実施の形態1においては、複数の反射面123からの反射光を、複数の第1の屈折面121の範囲内に形成された複数の第2の屈折面122から出射する構成であるため、複数の第1の屈折面121の口径より大きくすることなく効率を向上することができる。
With the configuration described above, light with an emission angle of θ0 to θ1 from the
以上の通り、本実施の形態の構成によれば、レンズ部材120の出射側に複数の第2の屈折面122を複数の第1の屈折面121と交互に配置し、入射側に設けた複数の反射面123からの反射光を複数の第2の屈折面122で所望の角度に屈折して出射することにより、出射光の明るさムラを改善できるとともに、レンズ部材120の口径を大きくすることなく放射強度を高め効率も向上した優れた発光モジュール100を得ることができるのである。
As described above, according to the configuration of the present embodiment, a plurality of second refracting
なお、図1および図2に示した本実施の形態において、光源110をパッケージ111に納め、パッケージ111とレンズ部材120を筐体130で固定する構造としたが、本実施の形態の特徴はレンズ部材120にあり、光源110とレンズ部材120との固定構造は設計事項であって、他の構成でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
1 and 2, the
また、本実施の形態において、複数の反射面123の最大範囲(直径di)を、複数の第1の屈折面121の最大範囲(直径do)以内としてレンズ部材120の口径を拡大しない構成としたが、図4のように複数の反射面223の最大範囲(直径di2)を、複数の第1の屈折面121の最大範囲(直径do)より大きくしても、レンズの口径の拡大を少なくしながら放射強度を高め効率を向上することができるとともに、出射光の明るさムラも改善するという効果が得られる。
In the present embodiment, the maximum range (diameter di) of the plurality of reflecting
また、本実施の形態において、レンズ部材120における光源110からの出射角がθ0以内の光の入射面124を平面としていた。しかし、図5におけるレンズ部材320の入射面324のように曲面の場合でも、複数の第1の屈折面321と交互に複数の第2の屈折面322を設け、複数の反射面323からの反射光を複数の第2の屈折面322で屈折して出射することにより同様の効果が得られる。あるいはレンズ部材120における光源110からの出射角がθ0以内の光の入射面にフレネルレンズ面を設けても構わない。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態において、複数の反射面123を設けたが、参考形態として、図6に示したレンズ部材420のように、複数の反射面123の代わりに単一の反射面423を設けても構わない。この場合、複数の第2の屈折面122からの出射光の角度を全て最適な角度にすることは困難であるが、単一の反射面423の角度を適当に設計することにより、ほぼ所望の出射光の角度を得ることができ、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
In this embodiment, a plurality of reflecting
また、図6に示したレンズ部材420の代わりに、別の参考形態として、図7に示したレンズ部材520のように、レンズ部材520で光源110を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第1の屈折面521と交互に複数の第2の屈折面522を設け、反射面523からの反射光を複数の第2の屈折面522で屈折して出射することにより、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
Further, instead of the
(実施の形態2)
図8および図9は、本発明の実施の形態2における発光モジュールの平面図、および側面断面図である。また図10は、本発明の実施の形態2における発光モジュールの要部側面断面図であり、図11は、図10におけるB部の拡大図である。図8から図11において、図1から図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
8 and 9 are a plan view and a side sectional view of the light emitting module according to
図8から図11において、発光モジュール600は、主要部品として光源110とレンズ部材620から構成されている。光源110は例えばLED等であり、カソード電極612aにボンディングされ、アノード電極612bとワイヤー612cで電気的に接続されている。レンズ部材620と、カソード電極612a、アノード電極612bとは、樹脂などを材料とする筐体630で固定されている。また、カソード電極612aには、反射部材641が設置されている。反射部材641は例えば逆円錐の内面形状の光の反射面を有しており、カソード電極612a上に固着しても良いし、カソード電極612aの材料でカソード電極612aと一体形成することも可能である。
8 to 11, the
レンズ部材620の出射側には、図3におけるレンズ部材120と同様、複数の第1の屈折面121を設けており、光源110からの出射角がθ0以内の光を屈折して、所望の角度の方向に出射する。また、一般的なフレネルレンズにおける無効部分を取り除いた形で、複数の第2の屈折面122を形成していることも図3におけるレンズ部材120と同様である。本実施の形態2が、図3に示した実施の形態1と異なる点は、光源110の側面から出射する光を反射部材641で反射し、つぎにレンズ部材620の入射側に設けた複数の反射面623で反射し、その光を複数の第2の屈折面122によりレンズ部材620から所望の角度で出射していることである。つまり、図3に示した実施の形態1では、図3における出射角がθ0〜θ1の光を利用する構成としていたが、それに対して本実施の形態2では、光源の側面からの出射光を利用する構成としているのである。特にLEDを光源110に用いる場合には、LED側面からの出射光の電力も大きく、側面からの出射光の電力を利用することにより、発光モジュール600の効率を高めることができる。なお、複数の反射面623は、複数の第2の屈折面122に対応して設けており、複数の第2の屈折面122で屈折した光が所望の角度で出射するように、複数の反射面623の角度を設定している。これにより、複数の第1の屈折面121が形成された図10における直径doの範囲から、光源110からの出射角がθ0以内の光だけでなく、光源110の側面からの光も出射されることになり、効率的な発光モジュール600が得られる。また、光源110の側面からの光は、図31で示した暗部に相当する部分から出射するので、当然の事ながら第1の実施の形態と同様に出射光の明るさムラも改善することができる。
Similar to the
以上の通り、本実施の形態2の構成によれば、レンズ部材620の出射側に複数の第2の屈折面122を複数の第1の屈折面121と交互に配置し、入射側に複数の反射面623を設け、光源110の周囲に反射部材641を設けることにより、光源110の側面からの光を複数の第2の屈折面122で所望の角度に屈折して出射するので、出射光の明るさムラも改善することができるとともに、レンズ部材620の口径をあまり大きくすることなく放射強度を高め効率も向上した優れた発光モジュール600を得ることができるのである。
As described above, according to the configuration of the second embodiment, the plurality of second refracting
なお、本実施の形態2において、反射部材641からの反射光をレンズ部材620の入射側に設けた複数の反射面623により複数の第2の屈折面122に導いたが、反射部材641は、光源110から出射した光を複数の反射面623の方向に偏向するために用いているものであるから、反射部材641の代わりに例えばプリズムの様に、屈折作用を用いて偏向するなど、他の光学的な偏向素子を用いても良い。
In the second embodiment, the reflected light from the reflecting
また、本実施の形態2において、反射部材641からの反射光をレンズ部材620の入射側に設けた複数の反射面623により複数の第2の屈折面122に導いたが、図12に示すように、反射部材741からの反射光をレンズ部材720の入射側に設けた複数の第3の屈折面725により複数の第2の屈折面122に導く構成としても、光源110の側面から光を有効に利用し、放射強度を高め効率を向上することができるとともに、出射光の明るさムラも改善できるという効果が得られる。
In the second embodiment, the reflected light from the reflecting
また、図13に示すように、反射部材841からの反射光をレンズ部材820の入射側の入射面826から入射して複数の第2の屈折面122で屈折させてレンズ部材820から出射させても良い。この場合、複数の第2の屈折面122からの出射光の角度を全て最適な角度にすることは困難であるが、反射部材841の角度を適当に設計することにより、ほぼ所望の出射光の角度を得ることができ、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 13, the reflected light from the reflecting
また、図13に示したレンズ部材820の代わりに、図14に示したレンズ部材920のように、レンズ部材920で光源110や反射部材941を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第1の屈折面921と交互に複数の第2の屈折面922を設け、反射部材941からの反射光を複数の第2の屈折面922で屈折して出射することにより、光源110の側面から光を有効に利用し、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
Further, instead of the
また、本実施の形態2においては、光源110の側面からの光を反射部材641で反射して利用することにより発光モジュール600の効率を高めていたが、図15に示すように、光源110の上面からの出射角がθ0以上の光を反射部材1041で反射し、レンズ部材1020の入射面1026から入射して、複数の第2の屈折面122で屈折して利用することにより出射光の明るさムラを改善するとともに、効率を高める構成としてもよい。
In the second embodiment, the efficiency of the
(実施の形態3)
図16および図17は、本発明の実施の形態3における受光モジュールの平面図、および側面断面図である。また、図18は、本発明の実施の形態3における受光モジュールの要部側面断面図である。
(Embodiment 3)
16 and 17 are a plan view and a side sectional view of the light receiving module according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 18 is a side sectional view of an essential part of the light receiving module according to Embodiment 3 of the present invention.
図16から図18において、受光モジュール2100は、主要部品として受光素子2110とレンズ部材2120から構成されている。受光素子2110は、例えばフォトダイオード(PD)等を用いる。受光素子2110は、場合によりパッケージ2111に収納され、パッケージ2111とレンズ部材2120とは、筐体2130により、相対位置が固定されている。受光モジュール2100は、対向して設けられた光空間送信器(図示せず)の、例えば実施の形態1における発光モジュール100から出射された光信号を、光軸2113の方向に近い方向から受光し、レンズ部材2120により受光素子2110に集光する。受光素子2110は、受光した光信号を電気信号に変換し、端子2112から電気信号を出力する。これにより、情報データの光空間伝送が実現される。受光モジュール2100への入射光の集光効率が悪いと受光電力が小さくなり、光空間伝送システムの伝送距離が短くなってしまうので、レンズ部材2120は高い集光効率が得れるように設計する必要がある。このため、レンズ部材2120の入射側には、複数の第1の屈折面2121を設けており、入射光を複数の第1の屈折面2121で屈折することにより受光素子2110に集光している。図18では簡単な例として、光軸2113に平行な入射光を集光する場合を示している。つまり、複数の第1の屈折面2121は、一般的なフレネルレンズとして作用している。以上は、図32および図33で示した従来の受光モジュールと同様である。
16 to 18, the
次に、本発明の実施の形態3における受光モジュール2100が従来の受光モジュールと異なる点について説明する。フレネルレンズは一般に、複数の屈折面の間を、光軸にほぼ平行な面でつないで構成される。図18の破線は、この一般的なフレネルレンズの形状を示している。しかし、既に図33を用いて説明したとおり、この一般的なフレネルレンズの形状には、入射光を集光することができないレンズの無効部分(非集光領域)が存在する。これが図18における斜線部分である。レンズ部材2120では、この無効部分を取り除いた形としており、これにより複数の第2の屈折面2122を形成している。複数の第2の屈折面2122は、複数の第1の屈折面2121と同軸上に交互に形成されることになる。なお、複数の第2の屈折面2122は、光軸2113と平行な入射光が第1の屈折面2121で屈折された屈折光の光線2114に沿って、レンズの無効部分のみを取り除いて形成することが望ましい。したがって、光軸2113と平行な入射光が第1の屈折面2121で屈折され、複数の第1の屈折面2121の最下端に到達する光の光線に沿った面で構成することが望ましい。これにより、複数の第2の屈折面2122を形成することは、光軸2113と平行な入射光を複数の第1の屈折面2121で受光素子2110に集光する上で、光の損失を与えないことになる。さらに、レンズ部材2120の出射側には、全反射を用いた複数の反射面2123が形成されている。複数の反射面2123は、複数の第1の屈折面2121で屈折されて受光素子2110に集光する光の通過範囲外に設けているので、やはり光軸2113と平行な入射光を複数の第1の屈折面2121で受光素子2110に集光する上で、光の損失を与えないことになる。複数の反射面2123は、それぞれ複数の第2の屈折面2122に対応しており、複数の第2の屈折面2122で屈折した入射光を受光素子2110に向かう方向に反射し、受光素子2110に集光させる。この際、レンズ部材2120からの出射光が受光素子2110に向かう方向となるように複数の反射面2123の角度を設定している。
Next, differences between the
以上のように構成することにより、図33で示した非集光領域からの入射光も複数の第2の屈折面2122、複数の反射面2123によって受光素子2110に集光することができるので、集光効率の高い受光モジュール2100が得られる。しかも、複数の反射面2123の最大範囲(直径di)を、複数の第1の屈折面2121の最大範囲(直径do)以内としておけば、複数の第1の屈折面2121のみの場合からレンズ部材2120の口径を大きくすることなく、受光モジュール2100の集光効率を向上することができるのである。更に詳しく説明すると、図30に示した従来の照明装置の発光モジュールの構成の光線を逆にたどる構成を考えると、直径d1外の入射光を集光する構成も考えられるが、その構成おいては、屈折面13の範囲d1より入射する光を集光するため、必ずレンズ12の口径を大きくしなければならなかった。これに対して、本実施の形態3においては、複数の第1の屈折面2121の範囲内に形成された複数の第2の屈折面2122から入射する屈折光を、複数の反射面2123で反射して集光する構成であるため、複数の第1の屈折面2121の口径(図18におけるdo)より大きくすることなく効率を向上することができる。
By configuring as described above, incident light from the non-condensing region shown in FIG. 33 can be condensed on the
以上の通り、本実施の形態3の構成によれば、レンズ部材2120の入射側に複数の第2の屈折面2122を複数の第1の屈折面2121と交互に配置し、出射側に複数の反射面2123を設け、複数の第2の屈折面2122への入射光を複数の反射面2123に向けて屈折させ、複数の反射面2123で受光素子2110方向に反射して出射することにより、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子2110に集光でき、レンズ部材2120の口径を大きくすることなく集光効率の高い優れた受光モジュール2100を得ることができるのである。
As described above, according to the configuration of the third embodiment, the plurality of second refracting
なお、図16および図17に示した本実施の形態3において、受光素子2110をパッケージ2111に納め、パッケージ2111とレンズ部材2120を筐体2130で固定する構造としたが、本実施の形態の特徴はレンズ部材2120にあり、受光素子2110とレンズ部材2120との固定構造は設計事項であって、他の構成でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the third embodiment shown in FIGS. 16 and 17, the
また、本実施の形態3において、複数の反射面2123の最大範囲(直径di)を、複数の第1の屈折面2121の最大範囲(直径do)以内としてレンズ部材2120の口径を拡大しない構成としたが、図19のように複数の反射面2223の最大範囲(直径di2)を、複数の第1の屈折面2121の最大範囲(直径do)より大きくしても、レンズの口径の拡大を少なくしながら集光効率を高めることができるという効果が得られる。
In the third embodiment, the maximum range (diameter di) of the plurality of reflecting
また、本実施の形態3において、レンズ部材2120の複数の反射面2123の領域以外の出射面を平面としていた。しかし、図20におけるレンズ部材2320の出射面2324のように曲面の場合でも、複数の第1の屈折面2321と交互に複数の第2の屈折面2322を設け、複数の第2の屈折面2322で屈折した入射光を複数の反射面2323で反射して受光素子2110方向に出射することにより同様の効果が得られる。あるいは図20のレンズ部材2320における出射面2324の曲面部にフレネルレンズ面を設けても構わない。
In the third embodiment, the emission surface other than the region of the plurality of
また、本実施の形態3において、複数の反射面2123を設けたが、参考形態として、図21に示したレンズ部材2420のように、複数の反射面2123の代わりに単一の反射面2423を設けても構わない。
In the third embodiment, a plurality of reflecting
また、図21に示したレンズ部材2420の代わりに、別の参考形態として、図22に示したレンズ部材2520のように、レンズ部材2520で受光素子2110を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第2の屈折面2322で屈折した入射光を反射面2523で反射して受光素子2110方向に集光することにより集光効率を高めることができるという同様の効果が得られる。
Further, instead of the
(実施の形態4)
図23および図24は、本発明の実施の形態4における受光モジュール2600の平面図、および側面断面図である。また図25は、本発明の実施の形態4における受光モジュールの要部側面断面図である。図23から図25において、図16から図18と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 4)
23 and 24 are a plan view and a side cross-sectional view of
図23から図25において、受光モジュール2600は、主要部品として受光素子2110とレンズ部材2620から構成されている。受光素子2110は、例えばフォトダイオード(PD)等であり、アノード電極2612aにボンディングされ、カソード電極2612bとワイヤー2612cで電気的に接続されている。レンズ部材2620と、アノード電極2612a、カソード電極2612bとは、樹脂などを材料とする筐体2630で固定されている。また、アノード電極2612aには、反射部材2641が設置されている。反射部材2641は例えば逆円錐の内面形状の反射面を有しており、アノード電極2612a上に固着しても良いし、アノード電極2612aの材料でアノード電極2612aと一体形成することも可能である。
23 to 25, the
レンズ部材2620の入射面側には、図18におけるレンズ部材2120と同様、複数の第1の屈折面2121を設けており、入射光を複数の第1の屈折面2121で屈折することにより受光素子2110に集光している。また、レンズ部材2620の入射面は、一般的なフレネルレンズにおける無効部分を取り除いた形で、複数の第2の屈折面2122を形成していることも図18におけるレンズ部材2120と同様である。本実施の形態4が、図18に示した実施の形態3と異なる点は、複数の第2の屈折面2122で屈折し、複数の反射面2623で反射してレンズ部材2620から出射した光を、レンズ部材2620とは別に設けた反射部材2641で反射して受光素子2110に集光していることである。なお、複数の反射面2623は、複数の第2の屈折面2122に対応して設けており、複数の反射面2623で反射した光が所望の受光素子2110方向に向かう角度で出射するように、複数の反射面2623の角度を設定している。これにより、図33で示した非集光領域からの入射光も複数の第2の屈折面2122、複数の反射面2623、反射部材2641によって受光素子2110に集光することができるので、集光効率の高い受光モジュール2600が得られる。
Like the
以上の通り、本実施の形態4の構成によれば、レンズ部材2620の入射側に複数の第2の屈折面2122を複数の第1の屈折面2121と交互に配置し、出射側に複数の反射面2623を設け、受光素子2110の周囲に反射部材2641を設けることにより、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子2110に集光でき、レンズ部材2620の口径をほとんど大きくすることなく集光効率の高い優れた受光モジュール2600を得ることができるのである。
As described above, according to the configuration of the fourth embodiment, the plurality of second refracting
なお、本実施の形態4において、レンズ部材2620の入射側に設けた複数の反射面2623からの反射光を反射部材2641により受光素子2110に集光させたが、反射部材2641は、複数の反射面2623からの反射光を受光素子2110の方向に偏向するために用いているものであるから、反射部材2641の代わりに例えばプリズムの様に、屈折作用を用いて偏向するなど、他の光学的な偏向素子を用いても良い。
In the fourth embodiment, the reflected light from the plurality of reflecting
また、本実施の形態4において、複数の第2の屈折面2122からの屈折光をレンズ部材2620の出射側に設けた複数の反射面2623により反射部材2641に導いたが、図26に示すように、複数の第2の屈折面2122からの屈折光をレンズ部材2720の出射側に設けた複数の第3の屈折面2725により反射部材2741に導く構成としても、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子2110に集光でき、集光効率の高い優れた受光モジュールを得ることができる。
Further, in the fourth embodiment, the refracted light from the plurality of second refracting
また、図27に示すように、複数の第2の屈折面2822からの屈折光をレンズ部材2820の出射側の出射面2826から出射して反射部材2841で反射させて受光素子2110に集光させても同様の効果が得られる。
In addition, as shown in FIG. 27, the refracted light from the plurality of second refracting
また、図27に示したレンズ部材2820の代わりに、図28に示したレンズ部材2920のように、レンズ部材2920で受光素子2110や反射部材2941を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第1の屈折面2921と交互に複数の第2の屈折面2922を設け、複数の第2の屈折面2922からの屈折光を反射部材2941で反射させて受光素子2110に集光させることにより、集光効率の高い優れた受光モジュールを得ることができる。
In addition, instead of the
なお、全ての実施の形態において、光空間伝送システムへの用途として説明したが、実施の形態1および2の発光モジュールは、薄型で明るさのムラが低減でき、放射電力密度が高く効率が良いという特徴を有し、実施の形態3および4の受光モジュールは集光効率が高いという特徴を有するので、自由空間を伝搬する光を用いた光センサ用途や、あるいは照明用途など、他の用途に適用しても効果的である。
In all of the embodiments, the application to the optical space transmission system has been described. However, the light emitting modules of
本発明にかかる発光モジュールは、薄型化が可能でレンズの口径の拡大を抑えつつ光源からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とし、出射光の明るさムラの低減も可能であるという効果を有し、自由空間を介して光信号で情報を伝送する光空間伝送システム等への用途として有用である。また、空間を伝搬する光を用いた光センサや、あるいは照明等の用途にも応用できる。 The light-emitting module according to the present invention can be thinned and can increase efficiency by widening the acceptance angle of the outgoing light from the light source while suppressing the increase in the aperture of the lens, and can also reduce the unevenness of the brightness of the outgoing light It is useful as an application to an optical space transmission system or the like that transmits information using an optical signal through free space. Further, it can be applied to an optical sensor using light propagating in space, or illumination.
また、本発明にかかる受光モジュールは、薄型化が可能でレンズの口径の拡大を抑えつつ、フレネルレンズの無効部分へ入射する非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、集光効率高めることができるという効果を有し自由空間を介して光信号で情報を伝送する光空間伝送システム等への用途として有用である。また、空間を伝搬する光を用いた光センサや、あるいは照明等の用途にも応用できる。 In addition, the light receiving module according to the present invention can be thinned and suppresses the enlargement of the aperture of the lens, and effectively guides the incident light of the non-condensing region incident on the invalid portion of the Fresnel lens to the light receiving element. It has the effect of increasing the light efficiency, and is useful as an application to an optical space transmission system or the like that transmits information using an optical signal through free space. Further, it can be applied to an optical sensor using light propagating in space, or illumination.
100 発光モジュール
110 光源
120 レンズ部材
121 第1の屈折面
122 第2の屈折面
123 反射面
124 入射面
223 反射面
320 レンズ部材
321 第1の屈折面
322 第2の屈折面
323 反射面
324 入射面
423 反射面
521 第1の屈折面
522 第2の屈折面
523 反射面
600 発光モジュール
620 レンズ部材
623 反射面
641 反射部材
720 レンズ部材
741 反射部材
725 第3の屈折面
820 レンズ部材
841 反射部材
826 入射面
920 レンズ部材
921 第1の屈折面
922 第2の屈折面
941 反射部材
1020 レンズ部材
1041 反射部材
2100 受光モジュール
2110 受光素子
2120 レンズ部材
2121 第1の屈折面
2122 第2の屈折面
2123 反射面
2124 出射面
2223 反射面
2320 レンズ部材
2321 第1の屈折面
2322 第2の屈折面
2323 反射面
2324 出射面
2423 反射面
2521 第1の屈折面
2522 第2の屈折面
2523 反射面
2600 受光モジュール
2620 レンズ部材
2623 反射面
2641 反射部材
2720 レンズ部材
2741 反射部材
2725 第3の屈折面
2820 レンズ部材
2841 反射部材
2826 出射面
2920 レンズ部材
2921 第1の屈折面
2922 第2の屈折面
2941 反射部材
100 light emitting
Claims (18)
前記レンズ部材の出射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記レンズ部材はさらに前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する反射部を備え、
前記第2の出射光を、前記反射部で反射することにより前記第2の屈折面に導き、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、
前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を、対応する前記複数の第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。 A light emitting module comprising a light source and a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity characteristic,
On the exit side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
The first refracting surface emits at a predetermined angle by refracting the first outgoing light emitted from the light source in a range of 0 degrees or more and θ 0 degrees or less with respect to the optical axis. With
It said lens member comprises a reflecting portion for reflecting the second outgoing light emitted in a range of outside than the theta 0 degrees to the optical axis of the Shako out from the previous SL light source further,
The second outgoing light is reflected by the reflecting portion to be guided to the second refracting surface, and refracted by the second refracting surface to be emitted at a predetermined angle ,
The reflection portion is configured by a plurality of reflection surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, and the reflected light from the plurality of reflection surfaces is refracted by the corresponding second refracting surfaces. A light emitting module that emits light at a predetermined angle .
前記レンズ部材の出射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する前記反射部材を配置し、
前記第2の出射光を、前記反射部材で反射することにより前記第2の屈折面に到達させ、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、
前記反射部材は、前記光源の側面から出射する光を反射し、
前記レンズ部材は反射部を有し、前記反射部材が反射した反射光を前記レンズ部材の反射部で反射したのち、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、
前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を、対応する複数の第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。 A light emitting module comprising: a light source; a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity; and a reflective member that reflects light from the light source,
On the exit side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
It said first refractive surface is emitted at a predetermined angle by refracting the first outgoing light emitted within the following range 0 degrees theta 0 degrees to the optical axis of the exit Shako from the light source With
Placing the reflecting member which reflects the second outgoing light emitted in a range of outside than the theta 0 degrees to the optical axis of the Shako out from the previous SL source,
The second outgoing light is reflected by the reflecting member to reach the second refracting surface, and refracted by the second refracting surface to be emitted at a predetermined angle ,
The reflecting member reflects light emitted from a side surface of the light source,
The lens member has a reflection portion, and the reflected light reflected by the reflection member is reflected by the reflection portion of the lens member, and then refracted by the second refracting surface to be emitted at a predetermined angle.
The reflecting portion is configured by a plurality of reflecting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, and the reflected light from the plurality of reflecting surfaces is refracted by the corresponding plurality of second refracting surfaces. A light emitting module that emits light at a predetermined angle .
前記レンズ部材の出射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、前記光源からの出射光のうち光軸に対して0度以上θ 0 度以下の範囲に出射される第1の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記光源からの出射光のうち光軸に対して前記θ 0 度より外側の範囲に出射される第2の出射光を反射する前記反射部材を配置し、
前記第2の出射光を、前記反射部材で反射することにより前記第2の屈折面に到達させ、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射し、
前記レンズ部材はさらに、前記第1の出射光が通過する範囲の外側に配置された第3の屈折部を有し、前記反射部材の反射光を前記レンズ部材の第3の屈折部で屈折したのち、前記第2の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。 A light emitting module comprising: a light source; a lens member that changes light from the light source to a predetermined directivity; and a reflective member that reflects light from the light source,
On the exit side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
It said first refractive surface is emitted at a predetermined angle by refracting the first outgoing light emitted within the following range 0 degrees theta 0 degrees to the optical axis of the exit Shako from the light source With
Placing the reflecting member which reflects the second outgoing light emitted in a range of outside than the theta 0 degrees to the optical axis of the Shako out from the previous SL source,
The second outgoing light is reflected by the reflecting member to reach the second refracting surface, and refracted by the second refracting surface to be emitted at a predetermined angle ,
The lens member further includes a third refracting portion disposed outside a range through which the first outgoing light passes, and the reflected light of the reflecting member is refracted by the third refracting portion of the lens member. Thereafter, the light emitting module emits light at a predetermined angle by being refracted by the second refracting surface .
前記レンズ部材の入射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記レンズ部材はさらに前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に配置された反射部を備え、
前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部に導き、前記反射部で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、
前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、複数の第2の屈折面からの屈折光を、対応する前記複数の反射面で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。 A light receiving module comprising a light receiving element and a lens member that collects light to the light receiving element;
On the incident side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
The first refractive surface condenses light in a direction toward the light receiving element by refracting the first incident light incident on the first refractive surface ,
The lens member further includes a reflective portion disposed outside a range through which light that is refracted and collected by the first refractive surface passes ,
Second incident light incident on the second refracting surface is refracted by the second refracting surface to be guided to the reflecting portion, and reflected by the reflecting portion to direct light toward the light receiving element. Condensing ,
The reflecting portion is configured by a plurality of reflecting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, and refracted light from the plurality of second refracting surfaces is reflected by the corresponding plurality of reflecting surfaces. A light receiving module characterized in that the light is condensed in a direction toward the light receiving element .
前記レンズ部材の入射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に前記反射部材を配置し、
前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、
前記レンズ部材は反射部を有し、前記第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折して前記レンズ部材の反射部に導き、前記反射部で反射した反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、
前記反射部を、前記複数の第2の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の第2の屈折面からの屈折光を、対応する前記複数の反射面で反射したうえ、反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。 A light receiving module comprising a light receiving element, a lens member for condensing light to the light receiving element, and a reflecting member;
On the incident side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
The first refractive surface condenses light in a direction toward the light receiving element by refracting the first incident light incident on the first refractive surface ,
Arranging the reflecting member outside the range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes;
Second incident light incident on the second refracting surface is guided to the reflecting member by being refracted by the second refracting surface, and light is reflected in the direction toward the light receiving element by being reflected by the reflecting member. Condensing ,
The lens member has a reflecting portion, and the second incident light is refracted by the second refracting surface and guided to the reflecting portion of the lens member, and the reflected light reflected by the reflecting portion is reflected by the reflecting member. The light is collected in the direction toward the light receiving element by reflection,
The reflecting portion is configured by a plurality of reflecting surfaces corresponding to the plurality of second refracting surfaces, and refracted light from the plurality of second refracting surfaces is reflected by the corresponding plurality of reflecting surfaces. In addition, the light receiving module is characterized in that the reflected light is reflected by the reflecting member to collect the light in a direction toward the light receiving element .
前記レンズ部材の入射側には、
複数の第1の屈折面と複数の第2の屈折面とを、同軸状に交互に配置し、
前記第1の屈折面は、該第1の屈折面に入射する第1の入射光を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に前記反射部材を配置し、
前記第2の屈折面に入射する第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光し、
前記レンズ部材は、前記第1の屈折面で屈折されて集光される光が通過する範囲の外側に配置された第3の屈折部を有し、前記第2の入射光を、前記第2の屈折面で屈折して前記レンズ部材の第3の屈折部に導き、前記第3の屈折部で屈折した屈折光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。 A light receiving module comprising a light receiving element, a lens member for condensing light to the light receiving element, and a reflecting member;
On the incident side of the lens member,
And a plurality of first refractive surface and a plurality of second refractive surface, arranged alternately in the axial,
The first refractive surface condenses light in a direction toward the light receiving element by refracting the first incident light incident on the first refractive surface ,
Arranging the reflecting member outside the range through which the light refracted and collected by the first refracting surface passes;
Second incident light incident on the second refracting surface is guided to the reflecting member by being refracted by the second refracting surface, and light is reflected in the direction toward the light receiving element by being reflected by the reflecting member. Condensing ,
The lens member includes a third refracting portion disposed outside a range through which light refracted and collected by the first refracting surface passes, and the second incident light is converted into the second incident light. The light is refracted by the refracting surface and guided to the third refracting portion of the lens member, and the refracted light refracted by the third refracting portion is reflected by the reflecting member, thereby condensing the light in the direction toward the light receiving element. A light receiving module characterized by
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