JPH10163533A

JPH10163533A - 投光装置

Info

Publication number: JPH10163533A
Application number: JP8332953A
Authority: JP
Inventors: Shiyoukou Tei; 昌鎬鄭; Hayami Hosokawa; 速美細川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】出射される光の広がり具合を制御し、特にコ
リメート光の指向角を小さくする。【解決手段】有限な面積の発光面を有する発光素子２
の前面に導光素子１２を配置し、導光素子１２の前面に
コリメートレンズ３を配置する。導光素子１２は、例え
ば透明な光学樹脂によって円錐台状に形成されており、
発光素子２と対向する入射端面１２ａの直径Ｄは発光素
子の発光面の大きさＨとほぼ等しく、コリメートレンズ
３と対向する出射端面１２ｂの直径ｄはそれよりも小さ
くなっている。従って、入射端面１２ａから導光素子１
２内に入射した光ｒは導光素子内で収束され、小さな出
射端面１２ｂから出た光ｒはコリメートレンズ３を透過
してコリメート光となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投光装置に関する。
特に、有限な大きさの発光面を有する発光素子から出射
された光を、所定の広がり具合の光として出射させる投
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式装置において、コリメート光（平
行光）が必要な場合には、発光素子からの広がりを有す
る光ビームをレンズで集光してコリメート光として用い
る。このようなコリメート光学系１の構成を図１に示
す。発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード
（ＬＤ）等の発光素子２は、コリメートレンズ３の光軸
Ｃ上において、コリメートレンズ３の焦点位置に固定さ
れているので、図１に実線で示す光ビームのように、発
光素子２の一点から出射された光ｒは、コリメートレン
ズ３を透過することにより、コリメート光に変換されて
出射される。

【０００３】しかし、理想的な点光源というものは実際
には存在せず、発光ダイオードやレーザーダイオード等
の発光素子２の発光面２ａの面積は微小ではあっても有
限である。このため、図１に示すように、発光素子２の
発光面２ａの異なる位置から出射された光ｒは、コリメ
ートレンズ３通過後の出射方向が異なり、発光素子２か
ら出射されてコリメートレンズ３を通過した光ビーム
は、図１に破線で示すように、発光素子２の発光面２ａ
の面積に依存した広がり、つまり有限な指向角θtを有
している。

【０００４】光学式装置の光学系において、コリメート
光を必要とする場合や、光電スイッチなどの投光装置に
おいて、長距離に光を投光したい場合などには、そこで
要求される指向性ないしコリメート度が問題となってく
る。例えば、光電スイッチ等で、長距離に光を投光する
必要がある場合には、その検出範囲内で必要な受光強度
を得なければならない。しかし、指向角が大きいと、光
が広がって光パワーが分散されてしまうので、必要な受
光強度が得られない。また、光学系の構成を最適化して
も、最終的に指向角は発光面の大きさによって制限され
る。

【０００５】ここで、発光素子２の発光面２ａの大きさ
がＨであるとすると、図１から分かるように、コリメー
トレンズ３から出射される光の指向角θtは、次の式
で表わされる。 θt＝arctan〔Ｈ／（２ｆ）〕 …

【０００６】この光ｒの広がり（指向角θt）を小さく
したい場合には、上記式から分かるように、焦点距離
ｆを長くすればよい。しかし、焦点距離ｆを長くする
と、発光素子２とコリメートレンズ３との距離も長くな
るので、コリメートレンズ３からの出射光量を一定にす
るためには、コリメートレンズ３のレンズ径も大きくし
なければならず、光学系全体の大型化を避けられなくな
る。また、コリメートレンズ３が大きくなると、結果的
に、出射される光ビーム自体も大きくなり、必要な光パ
ワー密度が得られなくなる。従って、光電センサの場合
には、検出距離の長距離化が困難になり、小さな物体の
検出も困難になる。

【０００７】この結果、光学系の構成を最適化しても、
光の指向角θtは、最終的に発光面２ａの大きさＨによ
って制限されてしまい、上記式から明らかなように、
発光面２ａの大きさＨが大きければ大きいほど、光の指
向角θtが大きくなり、光の広がりが大きくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、出射される光の広がり具合を所望通りに制御す
ることができ、特に指向角を小さくしてより高度なコリ
メート光を出射することができる投光装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【発明の開示】請求項１に記載の投光装置は、有限な大
きさの発光面を有する発光素子と、前記発光素子から出
射された光を一端から入射させ、当該光を前記発光面の
面積よりも小さな面積の領域に収束させて他端から出射
させる光収束部と、前記光収束部の他端から出射された
光を所定の広がり具合に変換する光出射部と、からなる
ことを特徴としている。

【００１０】ここで、光収束部としては、例えば錐台形
状をした透明な光学素子や、錐台筒状をした内面鏡など
を用いて、その外周部分における光の反射（全反射、鏡
面反射）を利用して光を収束させるものがある。

【００１１】しかして、発光素子の発光面から出射され
た光は、光収束部の一端から光収束部内に入り、光収束
部を伝搬しながら前記発光面の面積よりも小さな面積の
領域に収束され、他端から出射される。光収束部の他端
から出射された光は、光出射部において所定の広がり具
合に変換される。

【００１２】このように光を所定の広がり具合に変換す
る光出射部には、光収束部で収束された光が入射させら
れるので、光出射部から出射される光を精度よく、所望
の広がり具合に揃えることができる。つまり、発光素子
の発光面の異なる位置から出射された光による、光出射
部通過後の光の出射方向のばらつきを小さくすることが
できる。特に、光出射部が光をコリメート化するように
構成されている場合には、指向角が小さくて、良質なコ
リメート光を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）本発明の一実施形態による投光装置
１１を図２及び図３に示す。この投光装置１１にあって
は、発光ダイオードやレーザーダイオード等の発光素子
２と、錐台形状（好ましくは、円錐台形状）をした導光
素子１２と、両凸レンズからなるコリメートレンズ３と
から構成されている。導光素子１２は、ポリカーボネイ
ト樹脂やメタクリル樹脂等の屈折率の大きな光学用透明
樹脂によって成形された樹脂成形品であって、図４に示
すように、長さがＬ、面積の大きな入射端面の直径が
Ｄ、面積が小さな出射端面の直径がｄの錐台形（錐状ロ
ッド形）となっており、入射端面の直径Ｄは発光素子２
の大きさＨとほぼ等しく（Ｄ≒Ｈ）、長さＬは大きな直
径Ｄの約２〜５倍程度（Ｌ≒２Ｄ〜５Ｄ）、出射端面の
直径ｄは大きな径Ｄの２〜５分の１程度（ｄ≒Ｄ／２〜
Ｄ／５）となっている。

【００１４】発光素子２はコリメートレンズ３の光軸Ｃ
上に配置されており、導光素子１２は発光素子２とコリ
メートレンズ３の間に配置されている。導光素子１２
は、その中心がコリメートレンズ３の光軸Ｃに一致して
おり、直径Ｄの入射端面が発光素子２に向き、直径ｄの
出射端面１２ｂがコリメートレンズ３に向いている。導
光素子１２の入射端面１２ａは発光素子２の発光面２ａ
に近接もしくは密着して対向していてもよく、透明な接
着剤によって入射端面１２ａに接着されていてもよい。
また、導光素子１２の出射端面１２ｂは、コリメートレ
ンズ３から距離ｆにある焦点位置付近に位置している。

【００１５】しかして、このような構成の投光装置１１
にあっては、発光素子２から出射された光ｒは、入射端
面１２ａから導光素子１２の内部に侵入し、導光素子１
２の外周面（空気との界面）で全反射しながら（一部の
光ｒは外部に漏れ出て損失となる）出射端面１２ｂへ向
けて伝搬する。こうして錐台状をした外周面で全反射し
ながら出射端面１２ｂへ向かうに従って、導光素子１２
内の光ｒは細く収束される。そして、直径ｄの小さな出
射端面１２ｂから光ｒが出射され、出射した光ｒはコリ
メートレンズ３を通過してコリメート光が出射される。

【００１６】この場合も、コリメートレンズ３から出射
される光の指向角θtは、式と同様に、 θt＝arctan〔ｄ／（２ｆ）〕 … で表わされる。

【００１７】出射端面１２ｂの直径ｄ<<発光面２ａの大
きさＨであるから、式で表わされる本投光装置１１の
指向角θtは、式で表わされる従来例の指向角θtより
も十分に小さくなる。すなわち、導光素子１２の入射端
面１２ａの直径Ｄは発光素子２の発光面２ａの大きさＨ
とほぼ同じで、出射端面１２ｂの直径ｄは入射端面１２
ａの直径Ｄに比べて十分に小さいから、導光素子１２の
出射端面１２ｂｄは発光素子２の発光面２ａの大きさＨ
に比べても十分に小さく、導光素子１２の出射端面１２
ｂは疑似的に点光源とみなされ、この出射端面１２ｂを
コリメートレンズ３の焦点位置に配置することにより、
精度の高いコリメート光を得ることができる。

【００１８】こうして投光装置１１の指向角を小さくす
ることにより、細い光ビームを出射することができるの
で、例えば光電センサの投光系に用いる場合には、小さ
な物体の検出が可能になる。また、光電センサなどに用
いる場合には、検出距離を長距離化することができる。
あるいは、一定距離での受光効率が向上する。また、焦
点距離が長く、大きなコリメートレンズ３を用いること
なく指向角を小さくできるので、光学系が大きくなるこ
とがなく、光学系の小型化に寄与する。

【００１９】（本発明による投光装置の作用効果）次
に、本発明のように錐台形状をした導光素子１２を用い
た場合の指向角の違いを、従来例と比較しながら詳細に
説明する。図５（ａ）は従来例のコリメート光学系１を
示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ位置における
光ビーム断面を示す図である。

【００２０】従来例の光学系において、発光素子２の発
光面２ａが円で、発光面２ａの直径がＨであるとし、コ
リメートレンズ３のレンズ径がＢ、焦点距離がｆである
としたとき、発光素子２から出射される全光量のうち、
コリメートレンズ３に結合される光の結合率η₁は、発
光素子２がコリメートレンズ３に張る立体角に比例する
から、つぎの式で近似される。本発明の投光装置１１
の場合も同じく式で表わされる。 η₁≒sin²θ_B … ただし、θ_B＝arctan〔Ｂ／（２ｆ）〕

【００２１】また、コリメートレンズ３からの距離をｘ
（>>Ｂ）、受光エリア（図５（ｂ）の斜線を施した領
域）の受光面積をＡとすると、受光エリアでの受光率η
₂は、 η₂＝（受光面積）／（距離ｘでの全投光面積）＝Ａ／〔π（ｘ・tanθt）²〕 … で表わされる。ここで、指向角θtは、従来例の場合に
は、前記式で表わされ、本発明の場合には、前記式
で表わされる。

【００２２】しかして、トータルの受光効率ηは、これ
らの積で表わされ、 η＝η₁×η₂ … となる。

【００２３】いま、従来例において、コリメートレンズ
３のレンズ径をＢ＝０.５ｍｍ、焦点距離をｆ＝０.９ｍ
ｍ、発光素子２の発光面２ａの直径をＨ＝１５０μｍ、
とすると、上記式より、η₁＝sin²θ_B＝７.２×１０
^-2が得られる。また、式より、指向角θt＝arctan
〔Ｈ／（２ｆ）〕＝４.７６゜となる。さらに、Ａ／ｘ2
＝１.９５×１０^-7の値を用いると、式より、η₂＝
９.０×１０^-6が得られる。従って、トータル受光効率
は、η＝η₁×η₂＝６.５×１０^-7となる。この結果を
表１にまとめて示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】また、従来例と比較するための本発明実施
例の投光装置１１を図６に示す。これはコリメートレン
ズ３として平凸レンズを用いたものである。この平凸レ
ンズの焦点位置はレンズ平面１３上にある。導光素子１
２はコリメートレンズ３の光軸Ｃ上にあり、その入射端
面１２ａは発光素子２の発光面２ａに接し、出射端面１
２ｂはコリメートレンズ３のレンズ平面１３に接触して
いる。

【００２６】この実施例による投光装置１１において
も、コリメートレンズ３の形状が異なる以外は従来例の
パラメータと同じとし、以下のような値を用いた。すな
わち、発光素子２の発光面２ａの直径Ｈと導光素子１２
の入射端面１２ａの直径Ｄをいずれも、Ｈ＝Ｄ＝１５０
μｍとし、導光素子１２の長さをＬ＝３５０ｍｍとし、
出射端面１２ｂの直径をｄ＝５０μｍとした。さらにコ
リメートレンズ３の直径をＢ＝０.５ｍｍ、厚みをＴ＝
０.６ｍｍ、その屈折率をｎ＝１.５とした。これらの値
を用いて、光線追跡によって、η₁、θt、η₂等を計算
した。ここで、導光素子１２を介してコリメートレンズ
３に結合した光ｒは、コリメートレンズ３から指向角θ
t＝arctan〔ｄ／（２Ｔ／ｎ）〕で投影されることとし
た。この計算結果を、上記表１に示す。但し、相対比と
は、従来例のトータル受光効率を１としたときの、トー
タル受光効率ηの比である。

【００２７】表１から明らかなように、本実施例の投光
装置１１においては、挿入損失（導光素子１２の外周面
からの光ｒの漏れ等による損失）により、従来例に比べ
て指向角θtが、実施例のθt／従来例のθt＝０.５と約１／２に小さくなっている。

【００２８】また、本実施例の投光装置１１において
は、従来例に比べてレンズとの結合効率η₁が低下し、実施例のη₁／従来例のη₁＝０.４となっているが、受光エリアでの受光率η₂は、実施例のη₂／従来例のη₂＝４と向上している。この結果、トータル受光効率η＝η₁
×η₂も、実施例のη／従来例のη＝０.４×４＝１.６と約１.６倍に向上しており、光パワー密度も１.６倍に
なる。

【００２９】このように、本発明の構成によれば、光ビ
ームの指向角θtを小さくして指向性を向上させること
ができ、それによってトータルの受光効率も向上させる
ことができる。

【００３０】（第２の実施形態）図７は本発明の第２の
実施形態による投光装置１４を示す概略図である。この
投光装置１４にあっては、錐台形状をした導光素子１２
の外周面にスパッタ、蒸着、樹脂成形等によって導光素
子１２よりも低屈折率の材料からなるクラッド層１５を
形成している。

【００３１】しかして、入射端面１２ａから導光素子１
２内に入った光ｒは、導光素子１２とクラッド層１５と
の界面で全反射し、さらに、導光素子１２とクラッド層
１５との界面で全反射せずにクラッド層１５内に漏れ出
た光ｒも、クラッド層１５と空気との界面で再び全反射
して導光素子１２内に戻り、導光素子１２の出射端面１
２ｂから出射される。

【００３２】従って、導光素子１２の外周面からの光ｒ
の漏れによる損失が低減するので、出射端面１２ｂから
出射された光ｒが高効率でコリメートレンズ３と結合さ
れる。

【００３３】（第３の実施形態）図８は本発明の第３の
実施形態による投光装置１６を示す概略図である。この
投光装置１６にあっては、導光素子１２の入射端面１２
ａを凸レンズ状に湾曲させている。これによって、発光
素子２から出射された光ｒが導光素子１２に入射する
際、湾曲した入射端面１２ａで光ｒを屈折させて光ｒと
光軸Ｃとのなす角度を小さくすることができるので、導
光素子１２の外周面から漏れ出る光ｒが低減し、発光素
子２とコリメートレンズ３との光結合効率が高くなり、
全体での結合効率も向上する。

【００３４】（第４の実施形態）図９は本発明の第４の
実施形態による投光装置１７を示す概略図である。この
投光装置１７にあっては、コリメートレンズ３として平
凸レンズを使用し、平凸レンズのレンズ平面１３におい
て、その中心（光軸Ｃ上）に導光素子１２の出射端面１
２ｂとほぼ同じ大きさの、浅い凹部１８を設けている。
このコリメートレンズ３のレンズ平面１３側の焦点位置
は、ほぼレンズ平面１３もしくは凹部１８底面に設計さ
れている。導光素子１２は、入射端面１２ａを発光素子
２に接するように配置され、出射端面１２ｂをコリメー
トレンズ３の凹部１８にはめ合わせるようにして発光素
子２及びコリメートレンズ３と一体化されている。

【００３５】従って、この投光装置の組み立てにあたっ
ては、導光素子１２の出射端面１２ｂを凹部１８に嵌合
するだけで、導光素子１２とコリメートレンズ３の光軸
Ｃ合せを行なえ、さらに出射端面１２ｂをほぼ焦点位置
に合せることができるので、投光装置１７の組み立て及
び調整作業を簡略にすることができる。また、導光素子
１２と発光素子２、コリメートレンズ３の間に空間がな
くなるので、投光装置１７を小型化できる。さらに、導
光素子１２を発光素子２及びコリメートレンズ３と透明
な接着剤で接着するようにすれば、各部品を個別に支持
する必要が無くなる。

【００３６】（第５の実施形態）図１０は本発明の第５
の実施形態による投光装置１９を示す概略図である。こ
の投光装置１９にあっては、平凸レンズからなるコリメ
ートレンズ３（もしくは、このようなコリメートレンズ
３を形成されたレンズ基板２２）のレンズ平面１３に、
導光素子１２の外形寸法によりわずかに大きな錐台形状
をした凹孔部２０を設け、コリメートレンズ３のレンズ
平面１３側の焦点位置が凹孔部２０の奥面に位置するよ
うにしている。この凹孔部２０内に導光素子１２のほぼ
全体を納め、導光素子１２の外周面と凹孔部２０との間
に小さなギャップ２１を形成している。導光素子１２と
コリメートレンズ３とは同じ屈折率の樹脂によって形成
されている。ギャップ２１はエアギャップ２１となって
いてもよく、導光素子１２及びコリメートレンズ３の屈
折率よりも低屈折率の接着剤などを充填してあってもよ
い。発光素子２は基板２３の表面に形成されている。

【００３７】導光素子１２は、入射端面１２ａを発光素
子２に接着されており、発光素子２を形成された基板２
３にコリメートレンズ３（レンズ基板２２）を重ねるよ
うにして導光素子１２は凹孔部２０内に納められ、出射
端面１２ｂを凹孔部２０の奥面に突き合わせられてい
る。

【００３８】このような構造の投光装置１９にあって
は、導光素子１２を凹孔部２０に納めることによって導
光素子１２とコリメートレンズ３との光軸合せが行なわ
れるので、光軸調整の作業が不要になる。また、導光素
子１２はコリメートレンズ３と発光素子２によって保持
されるので、導光素子１２の固定が容易になり、投光装
置１９の組立性が良好となる。さらに、導光素子１２を
コリメートレンズ３によって支持することができるの
で、部材点数を削減できる。また、導光素子１２がコリ
メートレンズ３に埋まっているので、投光装置１９が小
型化される。

【００３９】なお、このような構造の投光装置にあって
は、複数の平凸レンズを形成されたレンズ基板に、各平
凸レンズと対向させて複数の凹孔部を形成し、一方、基
板に複数の発光素子を実装し、基板にレンズ基板を重ね
ると共に各凹孔部に導光素子を納めるようにすることに
より、容易に投光素子をアレイ化することができる。

【００４０】（第６の実施形態）図１１（ａ）（ｂ）は
本発明の第６の実施形態による投光装置２４を示す斜視
図及び断面図である。この投光装置２４にあっては、回
路基板２５上に発光素子駆動回路等を構成するＩＣ２６
と発光素子２とを実装し、発光素子２に導光素子１２の
入射端面１２ａを接着してある。この回路基板２５を、
導光素子１２よりも低屈折率の透明なモールド樹脂２７
によってモールドし、導光素子１２の出射端面１２ｂに
対向させてモールド樹脂２７にコリメートレンズ３を形
成している。

【００４１】このような投光装置によれば、発光素子駆
動回路を含めて一体化することができ、投光装置２４を
小型化することができる。また、このような構造の投光
装置にあっても、回路基板上に複数の発光素子と導光素
子を実装することにより、容易にアレイ化することがで
きる。

【００４２】（第７の実施形態）図１２は本発明の第７
の実施形態による砲弾型の投光装置２８を示す断面図で
ある。この投光装置２８にあっては、発光素子２は、リ
ード端子２９上に実装され、リード端子２９，３０とと
もにベース樹脂３１によってモールドされており、ベー
ス樹脂３１から露出している発光素子２の発光面２ａに
導光素子１２の入射端面１２ａが接着されている。さら
に、ベース樹脂３１の上面には、導光素子１２よりも低
屈折率の透明なモールド樹脂３２によって略半球状に樹
脂モールドされ、導光素子１２はモールド樹脂３２中に
埋め込まれている。

【００４３】このような構造の投光装置２８にあって
は、モールド樹脂３２の屈折率が導光素子１２の屈折率
よりも小さいので、導光素子１２内の光ｒは導光素子１
２とモールド樹脂３２の界面で全反射しながら収束さ
れ、出射端面１２ｂから出射される。さらに、モールド
樹脂３２は略半球状に形成されて凸レンズの機能を有
し、コリメートレンズ３を兼ねているので、導光素子１
２の出射端面１２ｂから出射された光ｒはモールド樹脂
３２から出る際に収束され、細く絞られたコリメート光
として出射される。

【００４４】このような構造によれば、細いビームを得
ることができるので、高指向性の発光デバイスを実現で
きる。

【００４５】（第８の実施形態）図１３は本発明の第８
の実施形態による投光装置３３を示す概略図である。こ
の投光装置３３においては、中空筒状をした導光素子３
４を用いている。この導光素子３４は、錐台筒状（好ま
しくは、円錐台筒状）をした筒体３５の内周面に鏡面反
射層３６を形成したものである。例えば、金属製の筒体
３５の内周面を鏡面研磨したもの、あるいはプラスチッ
ク製の筒体３５の内周面にメッキや蒸着膜などによって
高反射コーティングを施して鏡面反射層３６を形成した
ものである。導光素子３４の両端は開口しており、入射
端面３４ａの開口径は発光素子２の発光面の大きさとほ
ぼ等しくなっており、出射端面３４ｂの開口径は入射端
面３４ａの開口径の数分の１の寸法となっている。導光
素子３４は、発光素子２とコリメートレンズ３間で光軸
Ｃ上に配置され、大きな開口のあいた入射端面３４ａが
発光素子２に対向し、小さな開口のあいた出射端面３４
ｂがコリメートレンズ３に対向して、コリメートレンズ
３の焦点位置に位置させられている。

【００４６】しかして、発光素子２から光ｒが出射され
ると、この光ｒは導光素子３４の入射端面３４ａから導
光素子３４内に入り、導光素子３４の内周面の鏡面反射
層３６で鏡面反射を繰り返し、小さな出射端面３４ｂか
ら出射され、コリメートレンズ３を通過することによっ
て細いコリメート光のビームとして出射される。

【００４７】従って、このような構造の投光装置３３に
あっても、出射ビームの指向角を小さくして細いビーム
を得ることができる。また、この導光素子３４は中空で
あるから、発光素子２側におけるボンディングワイヤ３
７等のでっぱりを許容できる。

【００４８】（第９の実施形態）図１４は本発明の第９
の実施形態による投光装置３８を示す概略図である。こ
の投光装置３８にあっては、平凸レンズを用いたコリメ
ートレンズ３のレンズ平面１３側に凹部１８を形成し、
このレンズ平面１３もしくは凹部１８の奥面に焦点位置
が位置するようにしたものである。このコリメートレン
ズ３の凹部１８内に、錐台筒状をした中空の導光素子３
４の出射端面３４ｂを挿入し、出射端面３４ｂを凹部１
８の奥に当接させることによって導光素子３４とコリメ
ートレンズ３を位置決め及び光軸合せできるようにして
いる。

【００４９】（第１０の実施形態）図１５は本発明の第
１０の実施形態による投光装置３９を示す一部破断した
断面図である。この投光装置３９にあっては、図１６に
示すように、プラスチック製の平板４０に導光素子４１
が形成されている。すなわち、平板４０に錐形（好まし
くは、円錐形）の開口４２をあけ、この開口４２の内周
面にスパッタ、蒸着等の方法で高反射コーティングを施
して鏡面反射層３６を形成し、導光素子４１を作製して
いる。コリメートレンズ３は、焦点位置がレンズ平面１
３の光軸Ｃ上に位置する平凸レンズによって形成されて
おり、コリメートレンズ３は開口４２の中心に光軸Ｃを
一致させるようにして平板４０の片面、すなわち開口４
２の径が小さな側（出射端面４１ｂ）に接着して一体化
されている。また、発光素子２は、凹状反射面４３を有
するベース部材４４に実装され、開口４２の径の大きな
側の端面（入射端面４１ａ）に配置されている。

【００５０】このような構造の投光装置３９にあって
も、発光素子２から出射された光は、入射端面４１ａか
ら導光素子４１内に入り、その内周面の鏡面反射層３６
で鏡面反射することによって収束され、小さな出射端面
４１ｂからコリメートレンズ３に向けて出射され、コリ
メートレンズ３を通過することによって細いコリメート
光のビームとして出射される。

【００５１】このような投光装置３９にあっても、投光
装置３９を小型化でき、また、アレイ化も容易に行なえ
る。

【００５２】（第１１の実施形態）図１７は本発明の第
１１の実施形態による砲弾型の投光装置４５を示す断面
図である。この投光装置４５は、発光素子２が実装され
ているリード端子２９をモールドしているベース樹脂３
１の上に、平板４０を重ね、平板４０の上に透明なモー
ルド樹脂３２を樹脂モールドしたものである。この平板
４０には、第１０の実施形態の場合と同様、錐状をした
開口４２内に鏡面反射層３６を形成することによって導
光素子４１が形成されており、この導光素子４１は、発
光素子２に対向している。また、モールド樹脂３２が凸
レンズ状のコリメートレンズ３を兼ねている。

【００５３】このような構造によれば、細いビームを出
射できる高指向性の発光デバイスを実現できる。

【００５４】なお、本発明による投光装置は、コリメー
ト光を出射する用途に限るものでなく、一定の広がりを
もった光を出射する用途にも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコリメート光学系を説明する概略図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施形態による投光装置を示す
分解斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施形態による投光装置を示す
概略図である。

【図４】同上の導光素子を示す側面図である。

【図５】従来のコリメート光学系における結合率や受光
率等を説明するための図である。

【図６】本発明の投光装置における結合率や受光率等を
説明するための図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による投光装置を示す
概略断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態による投光装置を示す
概略断面図である。

【図９】本発明の第４の実施形態による投光装置を示す
概略断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態による投光装置を示
す概略断面図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は本発明の第６の実施形態によ
る投光装置を示す概略斜視図及び断面図である。

【図１２】本発明の第７の実施形態による投光装置を示
す概略断面図である。

【図１３】本発明の第８の実施形態による投光装置を示
す概略断面図である。

【図１４】本発明の第９の実施形態による投光装置を示
す概略断面図である。

【図１５】本発明の第１０の実施形態による投光装置を
示す概略断面図である。

【図１６】同上の投光装置における、導光素子を形成さ
れた平板を示す斜視図である。

【図１７】本発明の第１１の実施形態による投光装置を
示す断面図である。

【符号の説明】

２発光素子２ａ発光面３コリメートレンズ（光出射部）１２、３４、４１導光素子（光収束部）１２ａ、３４ａ、４１ａ導光素子の入射端面１２ｂ、３４ｂ、４１ｂ導光素子の出射端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限な大きさの発光面を有する発光素子
と、前記発光素子から出射された光を一端から入射させ、当
該光を前記発光面の面積よりも小さな面積の領域に収束
させて他端から出射させる光収束部と、前記光収束部の他端から出射された光を所定の広がり具
合に変換する光出射部と、からなることを特徴とする投
光装置。