WO2001008228A1

WO2001008228A1 - Lentille en masse, corps luminescent, dispositif d'eclairage et systeme d'information optique

Info

Publication number: WO2001008228A1
Application number: PCT/JP2000/004994
Authority: WO
Inventors: Satoshi Tamaoki; Hirao Ohta; Akihisa Minato
Original assignee: LABOSPHERE INSTITUTE; Labosphere Inst
Current assignee: LABOSPHERE INSTITUTE; Labosphere Inst
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2002-01-26
Also published as: CA2380356A1; CN1376314A; KR20020019579A; US7554752B2; US6961190B1; US7283313B2; EP2131404A2; DE60043546D1; CA2380356C; US20050168987A1; CN100426050C; NO20020396L; EP2131404A3; KR100682563B1; EP1213773A4; EP1213773A1; NO20020396D0; EP1213773B1; US20080137333A1

Description

明細書

バルク型レンズ、発光体、照明器具及び光情報システム技術分野

本発明は、新規な構造の光学レンズの提案に関する。特に、発光ダイォード（L E D ) 等の半導体発光素子用の光学レンズとして好適なレンズに関する。更に、このレンズを用いた発光体、及びこの発光体を用いた照明器具に関する。更には、この発光体と受光体とから構成される光情報システムに関する。背景技術

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ある。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、個人差はあるが、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ある。

発光ダイオード（L E D ) 等の半導体発光素子は電気工ネルギを直接光ェ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、電気工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工ネルギは、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、 L E Dにおいては、変換効率が 2 0 %以上程度が可能で、白熱球や蛍光灯に比し約 1 0 0倍以上の変換効率が容易に達成出来る。更に、 L E D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一人にやさしい光—ということが言える。かかる優れた特徴を L E Dは有するものの、 L E D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おり、 L E D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 L E D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、 L E Dが照明用に使用されることはない。これは L EDの輝度は極めて高いにもかかわらず、 LED 1個の光の出射面積が 1 mm²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。

この様に、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、 L ED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 L ED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、ェピタキシャル成長ゃ不純物拡散等の高度の製造技術が要求されるため、 L EDの製造単価（コスト）の低減には一定の限界がある。更に、青色 L EDの材料である窒化ガリゥム（G aN) のェ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ある。

従って、所望の照度を得るために、比較的高価な L EDを多数配列する等の方法により照明装置（照明器具）を組み立てたのでは、あまりにも高価になりすぎるため、現実的ではない。又、シリコン（S i ) では、直径 30 0 mmのウェハが使用され始めているが、 L EDの材料である化合物半導体のェピタキシャル成長用基板としては、このような大口径ウェハは現状では入手出来ない。更に、ェピタキシャル成長の均一性等の製造技術上の問題もあり、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。発明の開示

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。従って、本発明の目的は、 L ED等の光源を用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、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、市販されている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、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、信頼性の高く高効率な光情報システム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、頂部、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体と、この底部から頂部に向かってレンズ本体の内部に設けられた井戸型の凹部とから構成されたバルク型レンズであることである。レンズ本体の内部に設けられた、凹部の天井部が第 1のレンズ面、レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面、凹部の内部が光源若しくは光検知器の収納部として機能する。即ち、凹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、凹部の内部に光検知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、蒲鋅型等を意味する。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。バルク型のレンズ本体の外周部は、円柱、角柱の円周部のような光軸に平行な面でも良く、光軸に対してテ一パを有していてもかまわない。

バルク型のレンズ本体は、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ある。「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、ホウケィ酸ガラス、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（Z n〇）、硫化亜鉛（Z n S ) 、炭化珪素（S i C ) 等の結晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性や伸縮性のある透明ゴムのような材料でもかまわない。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、ポリェ一テルエステルアミド樹脂、メ夕クリル樹脂、非晶性ポリオレフイン樹脂、パーフルォ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。 S i C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、 L E D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。 L E D等を用いれば、本発明の第 1の特徴に係るバルク型レンズの凹部（収納部）の内部に、「光源」を収納した場合において、その発熱作用によって、バルク型レンズに熱的影響を与えることがない。

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。

L E Dには内部量子効率と外部量子効率があるが、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、 L E Dを収納部（凹部）に収納することにより、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な L E D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、 L E D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、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ということに留意すべきである。又、発散角が 9 0 ° であっても、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、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の湾曲面からなる入射面（天井部）以外の収納部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得る。

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半導体発光素子であり、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よい。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いう。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よい。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 2の特徴は、所定の波長の光を発する光源と、この光源の主発光部をほぼ完全に覆うバルク型レンズとから少なくとも構成された発光体であることである。そして、このバルク型レンズは、第 1の特徴で述べたレンズであり、頂部、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体と、この底部から頂部に向かってレンズ本体の内部に設けられた井戸型の凹部とから構成されている。そして、レンズ本体の内部に設けられた、凹部の天井部が入射面、レンズ本体の頂部が出射面、凹部の内部が光源の収納部として機能する。

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 L E D等の半導体発光素子を用いれば、バルク型レンズの凹部（収納部）の内部に、光源を収納した場合においても、その発熱作用によって、バルク型レンズに熱的影響を与えることがなく、長期動作においても、信頼性と安定性を維持出来るので好ましい。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。この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の特徴に係る発光体において、光源は、所定の発散角で特定方向に光を発する光学形状を有することが好ましい。光の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の特徴において説朋したように、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。

本発明の第 2の特徴に係る発光体において、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半導体発光素子であり、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ことが好ましい。「流体」とは、第 1の特徴において定義したように、透明な気体若しくは液体の意であり、「流動体」とはゾル状、コロイド状若しくはゲル状の物質をいう。

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い。

本発明の第 3の特徴は、電源部と上記第 2の特徴で述べた発光体から構成される照明器具であることである。携帯用照明器具の電源部としては、電池が好ましい。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が好ましい。この半導体発光素子の主発光部を、ほぼ完全に覆うバルク型レンズとから少なくとも構成された照明器具であることである。バルク型レンズは、第 1の特徴で述べた構造である。

本発明の第 3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よいので、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。

本発明の第 4の特徴は、発光体と受光体とから構成される光情報システムに関する。発光体は、第 2の特徴で述べたと同様に、第 1の頂部、第 1の底部及び第 1の外周部を有するバルタ型の第 1のレンズ本体と、第 1の底部から第 1の頂部に向かって第 1のレンズ本体の内部に設けられた井戸型の第 1 の凹部と、この第 1の凹部に収納された所定の波長の光を発する光源とから構成される。一方、受光体は、第 2の頂部、第 2の底部及び第 2の外周部を有するバルク型の第 2のレンズ本体と、第 2の底部から第 2の頂部に向かつて第 2のレンズ本体の内部に設けられた井戸型の第 2の凹部とからなるバルク型レンズと、このバルク型レンズの第 2の凹部に収納された所定の波長の光を検出する光検知器とから構成される。第 1の凹部の天井部が第 1の入射面、第 1の頂部が第 1の出射面として機能し、第 2の頂部が第 2の入射面、第 2の凹部の天井部が第 2の出射面として機能する。

本発明の第 4の特徴に係る光情報システムにおいては、発光に際して発熱作用が少ない L E D等の半導体発光素子を用いれば、バルク型レンズの凹部 (収納部）の内部に、光源を収納した場合においても、その発熱作用によつて、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。また、既に、第 2の特徴で述べたように、高効率で、光信号を出すことが出来る。一方、受光体は、発光体と逆過程で光検知器に到達し、極めて高感度な光検出が可能となる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施例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の実施例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。

図 3は、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ、従来の薄型レンズ (両凸レンズ）、及び裸の L E D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 = l mにおいて測定した場合の結果を示す図である。

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一夕をまとめたものである。

図 5は、本発明の第 1の実施例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 6は、図 5に示した各バルク型レンズの幾何学的構造を示す表である。図 7は、本発明の第 1の実施例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△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 1 0A〜 1 0 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 1 1は、第 1のレンズ面のなす凸部の高さ△と、照度の平坦度との関係を示す図である。

図 1 2は、本発明の第 2の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。

図 1 3は、本発明の第 3の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。図 14Aは、本発明の第 4の実施例に係る発光体を示す鳥瞰図である。図 14 Bは、本発明の第 4の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。

図 1 5は、本発明の第 4の実施例に係る発光体の背面鏡及び LEDホルダを示す鳥瞰図である。

図 1 6 Aは、本発明の第 5の実施例に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図である。

図 1 6 Bは、本発明の第 5の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。図 1 7Aは、本発明の第 5の実施例に係る発光体において、複数のデイスク型 L EDを、フィルム基板の上に配置する場合の構成例を示すための模式的な断面図である。

図 1 7 Bは、図 1 7 Aに対応した上面図である。

図 1 8は、複数のディスク型 LEDを直列接続する場合の回路構成を示す図である。

図 1 9は、複数のディスク型 LEDを並列接続する場合の回路構成を示す図である。

図 20は、本発明の第 5の実施例の変形例に係る発光体の模式的な断面図である。

図 2 1は、本発明の第 6の実施例に係る発光体において、複数のベアチップを、フィルム基板の上に配置する場合の構成例を示す模式的な断面図である。

図 2 2は、本発明の第 6の実施例に係る発光体において、複数のベアチップを、フィルム基板の上に配置する場合の、他のマウント方法を示す模式的な断面図である。

図 2 3は、本発明の第 7の実施例に係る発光体において、複数のベアチップ（L E Dチップ）を、フィルム基板の上に積層配置する場合の構成例を示す模式的な断面図である。

図 2 4は、図 2 3の L E Dチップ部分を拡大して示す模式的な断面図である。

図 2 5は、本発明の第 8の実施例に係る照明器具の模式的な断面図である。図 2 6は、本発明の第 8の実施例に係る照明器具を支持基板に取り付けた状態を示す鳥瞰図である。

図 2 7は、本発明の第 9の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。図 2 8は、本発明の第 9の実施例の変形例に係る発光体の模式的な断面図である。

図 2 9は、本発明の第 9の実施例の他の変形例に係る発光体の模式的な断面図である。

図 3 0は、本発明の第 1 0の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。図 3 1は、本発明の第 1 1の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。図 3 2 Aは、本発明の第 1 2の実施例に係る照明器具（表示装置）の鳥瞰図である。

図 3 2 Bは、本発明の第 1 2の実施例の変形例に係る表示装置の鳥瞰図である。

図 3 3は、図 3 2 Bに示した表示装置に用いる発光体の模式的な断面図である。

図 3 4 Aは、本発明の第 1 3の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。

図 3 4 Bは、図 3 4 Aに示す本発明の第 1 3の実施例を組み合わせて光合成器を構成した場合の模式的な断面図である。

図 3 5は、本発明の第 1 4の実施例に係る発光体の模式的な断面図である。図 3 6 Aは、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体の一部破断鳥瞰図である。

図 3 6 Bは、図 3 6 Aを異なる方向から見た場合の鳥瞰図である。

図 3 7 Aは、本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体の鳥瞰図である。図 3 7 Bは、本発明の第 1 6の実施例の変形例に係る面状発光体の鳥瞰図である。

図 3 8は、本発明の第 1 6の実施例の他の変形例に係る面状発光体の鳥瞰図である。

図 3 9は、本発明の第 1 6の実施例の更に他の変形例に係る面状発光体の鳥瞰図である。

図 4 O Aは、本発明の第 1 7の実施例に係る面状発光体の一部破断鳥瞰図である。

図 4 0 Bは、図 4 0 Aの面状発光体に用いるのバルク型レンズを示す鳥瞰図である。

図 4 1は、本発明の第 1 8の実施例に係る面状発光体の一部破断鳥瞰図である。

図 4 2は、本発明の第 1 9の実施例に係る面状発光体の一部破断鳥瞰図である。

図 4 3は、本発明の第 1 9の実施例の変形例に係る面状発光体の一部破断鳥瞰図である。

図 4 4 Aは、本発明の第 2 0の実施例に係る手持ち器具（携帯用照明器具）の模式的な断面図である。

図 4 4 Bは、図 4 4 Aの手持ち器具を分解した状態を示す一部破断鳥瞰図である。

図 4 5は、図 4 4 Aの手持ち器具の L E Dチップの近傍を拡大して示す断面図である。

図 4 6 Aは、本発明の第 2 0の実施例の変形例に係る手持ち器具の模式的な断面図である。

図 4 6 Bは、本発明の第 2 0の実施例の他の変形例に係る手持ち器具の模式的な断面図である。

図 4 7は、本発明の第 2 1の実施例に係る施錠解錠システムを示す模式図である。

図 4 8 Aは、平行ビームで遠隔操作する施錠解錠システムの具体例で、施錠対象物である机に、信号受信部やロック機構等が組み込まれた状態を示す断面図である。

図 4 8 Bは、近接操作する場合の信号受信部やロック機構等を示す断面図である。

図 4 9は、本発明の第 2 2の実施例に係るセキュリティ機能を有する施錠解錠システムを示す模式図である。

図 5 0は、本発明の第 2 3の実施例に係る手持ち器具（照明部付き手工具）の模式的な断面図である。

図 5 1は、本発明の第 2 4の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。

図 5 2は、本発明の第 2 5の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。

図 5 3は、本発明の第 2 6の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。

図 5 4は、本発明の第 2 7の実施例に係る光検出器を示す模式的な断面図である。

図 5 5は、本発明の他の実施例に係る発光体を示す鳥瞰図である。発明を実施するための最良の形態

次に、図面を参照して、本発明の第 1乃至第 2 7の実施例を説明する。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。従って、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の実施例）

図 1は、本発明の第 1の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。図 1に示すように、本発明の第 1の実施例に係る発光体は、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 2 0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 2 0は、頂部 3 、底部及び外周部を有するバルク型（砲弾型）のレンズ本体 4と、この底部から頂部 3に向かってレンズ本体 4の内部に設けられた井戸型の凹部 6とから構成されている。レンズ本体 4の内部に設けられた、凹部 6の天井部が第 1 のレンズ面 2、レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面 3、凹部の内部が光源 1 の収納部 6として機能する。

第 1のレンズ面 2は、第 1の湾曲面からなる入射面 2である。収納部 6は、第 1の湾曲面からなる天井部 2と、凹部を構成すべくこの天井部 2に連続して形成された側壁部とから構成されている。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。レンズ本体 4の入射面 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ある。

図 1の光源 1は、第 1のピン 1 1に一体的に接続された基台の上に配置された LEDチップ 1 3と、この LEDチップ 1 3を被覆する樹脂モールド 1 4と、第 1のピン 1 1と対をなす第 2のピン 1 2とから少なくとも構成された樹脂モールドされた L EDである。この樹脂モールドされた L ED 1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。この様に樹脂モールド 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 1 3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 LED 1は、例えば、直径（外径） 2 r _LED= 2〜 3mm の円柱形状である。バルク型レンズ 2 0の収納部 6の側壁部は、樹脂モールドされた LED 1の主発光部を収納出来るように、直径（内径） 2 r= 2. 5〜4mm の円筒形状となっている。図示を省略しているが、 L ED 1とバルク型レンズ 20とを固定するために、 L ED 1とバルク型レンズ 20の収納部 6との間には、厚さ 0. 2 5〜0. 5 mm程度のスぺ一サが挿入されている。即ち、 L ED 1の外径 2 r _LEDと、収納部 6の内径 2 rとは、ほぼ同一で且つ僅かに、 L E D 1の外径 2 r_LED の方が小さく設定されている。スぺーサは、 L ED 1の主発光部を除く位置、即ち、図 1において、 L EDチップ 1 3の底面より左方に配置すればよい。バルク型レンズ 2 0は、凸形状の第 2の湾曲面からなる出射面を有する頂部を除けば、ほぼ L ED 1と同様な円柱形状である。このバルク型レンズ 2 0 の円柱形状部分の直径（外径） 2 R oは、 1 0〜 3 0 mm である。バルク型レンズ 2 0の直径（外径） 2 R oは、本発明の第 1の実施例に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 1 0mm 以下でも、 3 0mm 以上でもかまわない。しかしながら、より集光効率を高くするためには、

1 0 r > R o > 3 r ( 1) の関係を満足することが好ましい。バルク型レンズ 2 0の直径（外径） 2 R oが、収納部 6の内径 2 rの 1 0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、 L ED 1の樹脂モールド 1 4の凸形状の湾曲面以外の所から出る光は、いわゆる迷光成分となり、照明には寄与しない。しかし、式（ 1 ) を満足する幾何学的形状を有する本発明の第 1の実施例においては、樹脂モールドされた L ED 1がバルク型レンズ 2 0の収納部 6にほぼ完全に閉じこめられ、これらの迷光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、第 1の湾曲面からなる入射面（天井部） 2以外の収納部 6の内壁部 5も、有効な光の入射部として機能し得るのである。又、 L ED 1とバルク型レンズ 2 0の収納部 6との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄与出来るように取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成分も、本発明の第 1の実施例においては、収納部 6の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。式（ 1 ) を満足するように、幾何学的構造が設計されているので、収納部 6の内壁部 5から入力した光が、再びバルク型レンズ 2 0の外周部から出力するのが防止出来る。この結果、樹脂モールド 1 4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、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な L E Dチップ 1 3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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0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 2 0の出射面からの出力光の強度（照度）を、 L E D 1からの測定距離 x =—定とし、. 照度計 1 0 2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、従来の両凸レンズを用いて行うことを示す図である。図 2 A 及び 2 Bに示す測定においては、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ 2 0の外径は 3 0 ηιπι とし、比較に用いた両凸レンズ 1 0 1の外径は、この 2倍強の 6 3 mm φとした。以下の説明で分かるように、従来の薄型レンズ（両凸レンズ） 1 0 1の外径を 2倍強の直径にしても、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ 2 0と同程度の光学的特性を得ることが出来ない。両凸レンズ 1 0 1は、焦点距離 1 9 0 mmのものを用い、 L E D 1から X方向に 1 5 0 mm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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0、従来の薄型レンズ（両凸レンズ） 1 0 1、及びバルク型レンズを用いない裸の L E D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 = l m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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0が、従来の薄型レンズ（両凸レンズ） 1 0 1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 l Z 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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0の場合は、逆 2乗則、即ち 1 ²を示す線上にきれいに測定点がプロットされる。一方、従来の薄型レンズ（両凸レンズ） 1 0 1 の場合は、逆 2乗則からずれていることが示されている。即ち、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ 2 0の場合は、出力光のビームの平行性が良好であるが、従来の薄型レンズ（両凸レンズ） 1 0 1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、 L E Dと両凸レンズ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、現実的ないかなる両凸レンズを用いても、図 2 Aに示すようなコンパクトな配置で、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ 2 0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、従来の凸レンズでは、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、 L E Dに凸レンズを近づけることは不可能である。しかし、この様に凸レンズを L E Dに近づけると、集光効率が低下する。集光効率を良くするために、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、 L E Dと、凸レンズの中心との距離を短く出来なくなる。結局、本発明の第 1の実施例に係るバルク型レンズ 2 0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の実施例に係るバルク型レンズ 2 0と等価な機能を達成出来ない。

図 5は、本発明の第 1の実施例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。ここで「集光率」とは、「バルク型レンズからの ± 1 ° 以内の発散角における出力光の光量」を、「光源（L ED) からの ± 1 5 ° 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、バルク型レンズの全長を Lとすると、集光率を向上するためには、

0. 9 3 < k (R/L) < 1. 0 6 (2) k = 1 / (0. 3 5 - n 0. 1 6 8) (3) を満足することが好ましいことが分かる。ここで、 nは、バルク型レンズの屈折率である。なお、バルク型レンズ 2 0の円柱形状部分の半径 R o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。図 6は、図 5 に示した各バルク型レンズの幾何学的構造、即ち、それぞれの第 2の湾曲面の曲率半径 R、バルク型レンズの全長 L、第 1及び第 2のレンズ面間の距離 D、収納部 6の内径 r及び、第 1のレンズ面のなす凸部の高さ Δを示す表である。ここで、「第 1のレンズ面のなす凸部の高さ Δ」とは、図 7で定義される凸部（第 1の湾曲面）の突き出し量 Δである。なお、図 7は、本発明の第 1の実施例の変形例に係る発光体を示す模式的な断面図である。図 1に示すバルク型レンズ 20は、凹形状の第 1のレンズ面、及び凸形状の第 2のレンズ面を有していた。しかし、図 1は例示であり、第 1及び第 2のレンズ面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能で、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のレンズ面が凸形状の場合を Δの正方向に定義する。

図 8A〜8 C、図 9A〜9 C、及び図 1 0A〜 1 0 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 2 0の円柱形状部分の外径 2 R oは 1 5mm、バルク型レンズの全長 Lは、 2 5mm、第 1及び第 2のレンズ面間の距離 Dは 1 6 m m、収納部 6の内径 rは 5. 2 mm, バルク型レンズの屈折率 Ώは 1. 54 である。このバルク型レンズの第 2のレンズ面の曲率半径 Rは、 8. 2 5m mである。又、測定に用いた樹脂モールドされた LED 1の外形は 5mmである。そして、図 1 1は、図 8A〜8 C、図 9 A〜 9 C、及び図 1 0 A〜 1 0 Cの結果から求めた凸部の高さ Δと、測定距離 1 mにおける土 1 5 cm 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）一（最小値） ) / (平均値） …… (4) で定義される。バルク型レンズ 20の外径 2 R o = 1 5 mmの場合は、

0. 2 mm < Δ < 0. 6 mm ( 5 ) 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、

0 . 0 2 5 < Δ / R o < 0 . 0 7 5 ( 6 ) とすればよい。

本発明の第 1の実施例に係る L E D 1は、第 1の屈折率 η ,を有したェ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 2 0 は、第 1の屈折率 n！とは異なる第 2の屈折率 n。を有する空気を介して L E D 1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 L E D 1を収納部 6に収納しても良い。 L E D 1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 L E D 1とバルク型レンズ 2 0との間に、スぺ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 2 0は、第 2の屈折率 n。とは異なる第 3の屈折率 n ₂を有するようにすればよい。第 1の屈折率 n ,、第 2 の屈折率 _n。、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、 L E Dチップ 1 3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 2 0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の実施例に係る発光体によれば、樹脂モールドされた L E D 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。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 L E Dで実現出来たのである。この様に、本発明の第 1の実施例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の実施例に係る発光体に用いる樹脂モールドされた L ED 1としては、種々の色（波長）の L EDが使用可能である。但し、懐中電灯のような照明目的のためには、白色 L EDが人間の目には自然であるので好ましい。白色 L E D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（図 24参照）。この場合、樹脂モールド 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、樹脂モールド 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かまわない。又、一方の電極（接地電極）を共通とすれば、外部ピンは 4本でよい。又、赤（R) 色、緑（G) 色及び青

(B) 色の 3枚の L EDチップの駆動電圧を互いに独立に制御出来るようにしておけば、あらゆる色の混合が可能であるので、色合いの変化を楽しむことが可能である。

本発明の第 1の実施例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、ホウゲイ酸ガラス、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、 Z nO、 Z n S、 S i C等の結晶性材料を用いてもかまわない。又、可とう性、屈曲性や伸縮性のあるゾル、ゲル、ゾル ·ゲル混合物、或いは透明ゴムのような材料でもかまわない。また、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。 (第 2の実施例）

図 1 2に示すように、本発明の第 1の実施例に係る発光体は、所定の波長の光を発する光源の主発光部 802 3と、この光源の主発光部 8 023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、頂部 3、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体 4と、この底部から頂部 3に向かってレンズ本体 4の内部に設けられた井戸型の凹部 6とから構成されている。レンズ本体 4の内部に設けられた、凹部 6の天井部が第 1のレンズ面（入射面） 2、レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面（出射面） 3、凹部の内部が光源 1の収納部 6として機能する。ここで、「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束 8023の端部である。

図 1 2に示す光ファイバ束 802 3は、複数の光ファイバ 802 3 a, 8

0 2 3 b, 80 2 3 c, の集合から構成されている。複数の光フアイバ 8 023 a, 80 2 3 b, 80 2 3 c , からの光は、所定の発散角で図 1 2の右方向に出力する。光ファイバ束 802 3を構成する複数の光フアイバ 80 2 3 a, 802 3 b, 8 02 3 c , はストレート形状でも、撚りが加えられた形状でも良い。又、光ファイバ束 802 3ではなく、単一の光ファイバでも良いことは勿論である。

光ファイバ束 80 2 3は、例えば、直径（外径） 4〜5mm の円柱形状である。バルク型レンズ 2 0の収納部 6の側壁部は、光ファイバ束 802 3 の端部を収納出来るように、直径（内径） 4. 5〜6mm の円筒形状となつている。図示を省略しているが、 L ED 1とバルク型レンズ 20とを固定するために、光ファイバ束 8 02 3とバルク型レンズ 20の収納部 6との間には、厚さ 0. 2 5〜0. 5mm程度のスぺーサが揷入されている。バルク型レンズ 2 0は、凸形状の第 2の湾曲面からなる出射面 3となる頂部を除けば，円柱形状である。このバルク型レンズ 2 0の円柱形状部分の直径（外径）は， 1 0〜3 0 ιηπι ^φである。バルク型レンズ 2 0の直径（外径）は、本発明の第 2の実施例に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 1 0 m m 以下でも、 3 0 mm 以上でもかまわない。

本発明の第 2の実施例に係る光ファイバ束 8 0 2 3は、第 1の屈折率 _{η ι} を有するクラッド部を有する複数の光ファイバ 8 0 2 3 a， 8 0 2 3 b , 8

0 2 3 c , の集合から構成されている。そして、バルク型レンズ 2 0 は、第 1の屈折率 η ,とは異なる第 2の屈折率 n。を有する空気を介して光フアイバ束 8 0 2 3の端部を収納している。空気以外の流体若しくは流動体を介して光ファイバ束 8 0 2 3の端部を収納部 6に収納しても良い。又、バルク型レンズ 2 0は、第 2の屈折率 n。とは異なる第 3の屈折率 n ₆を有するようにすればよい。第 1の屈折率 n ,、第 2の屈折率 n。、及び第 3の屈折率 n ₆を、それぞれ最適な値に選定することにより、光ファイバ束 8 0 2 3の端部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 2 0の有する第 3の屈折率 n ₆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。

本発明の第 2の実施例において、光ファイバ束 8 0 2 3の端部とバルク型レンズ 2 0の収納部 6との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射し、迷光成分となる。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の実施例においては、収納部 6の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。この場合、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 2 0の幾何学的構造を選ぶのが好ましいことは勿論である。この様にして、本発明の第 2の実施例に係る発光体によれば、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積を自由に選択出来、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。

本発明の第 2の実施例に係る光ファイバ束 8 0 2 3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 2 0の収納部 6の内部に収納される光ファイバ束 8 0 2 3の端部は低温に維持出来るからである。従つて、半導体発光素子以外の光源を用いれば、本発明の第 1の実施例に係る発光体の場合のように、 L E Dの出力で規定される光束の制限を解除出来るので、極めて明るい照明系を実現出来る。

なお、光ファイバ束 8 0 2 3の端部の形状は、図示のものに限られないことは勿論である。

(第 3の実施例）

図 1 3は、本発明の第 3の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。図 1 3に示すように、本発明の第 3の実施例に係る発光体は、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 2 0 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 2 0は、頂部 3、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体 4と、この底部から頂部 3に向かってレンズ本体 4の内部に設けられた井戸型の凹部 6とから構成されている。レンズ本体 4の内部に設けられた、凹部 6の天井部が第 1のレンズ面（入射面） 2、レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面（出射面） 3、凹部の内部が光源 1の収納部 6として機能する。

光源 1は、例えば、最大部の直径（外径） 2〜 3 mm の沃素（ I ₂) タンダステンランプ（ハロゲンランプ）、即ち豆ランプ形状の白熱球である。ノルク型レンズ 2 0は、断面が図 1 3に示すような弾丸型の形状である。バルク型レンズ 2 0の凹部 6の凹部側壁 5は、光源（白熱球） 1の主発光部を収納出来るように、直径（内径） 2 . 5〜4 mm 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 2 0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 2 0の凹部 6との間には、厚さ 1〜 2 . 5 mm程度のスぺーサが挿入されている（「ソケット部」とは図 1 3において、光源 1の電極リード側（左側）の部位を意味する。）。弾丸型のバルク型レンズ 2 0の円柱形状部の直径（外径）は、本発明の第 3の実施例に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 1 0 mm 以下でも、 3 0 mm 以上でもかまわない。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 2 0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 3の実施例に係るバルク型レンズ 2 0は、空気の屈折率 n。とは異なる屈折率 n _t有する。

図 1 3において、入射面 2 (天井部）以外の凹部 6の凹部側壁 5も、有効な光の入射部として機能し得る。光源 1とバルク型レンズ 2 0の凹部 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 3の実施例においては、凹部 6の内部に閉じこめられているので、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 3の実施例においては、光源 1がバルク型レンズ 2 0の凹部 6にほぼ完全に閉じこめられているので、光源 1から発せられる迷光成分も含めて、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 3の実施例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 3の実施例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 3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 2 0 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 3の実施例に係る発光体に用いるバルク型レンズ 2 0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、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、メ夕クリル樹脂、非晶性ポリォレフィン樹脂、パーフルォ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。 S i C等の結晶性材料でも良い。なお、光源 1として、 L E D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 4の実施例）

ところで、青色 L E Dの材料として周知の G a Nのェピタキシャル成長基板として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。このため、通常は G a N青色 L E Dのァノード電極及びカソード電極はともに G a Nェピタキシャル成長層の表面側から取り出される。このサファイア基板は青色 L E D の波長に対して透明であるため、青色 L E Dのパッケージの構造によっては、青色 L E Dからの発光は基板の裏面方向（図 1 3において右方向）からも取り出すことが可能である。しかし、図 1 3に示した本発明の基礎技術に係る発光体においては、基板の裏面方向（右方向）からの発光を積極的に利用する構造の配慮がない。

図 1 4八及び1 4 Bに示すように、本発明の第 4の実施例に係る発光体は、半導体発光素子 1とバルク型レンズ 2 5とから構成されている。そして、このバルク型レンズ 2 5は、頂部 3、頂部に対向した底部、及び外周部を有するバルク型のレンズ本体 4と、この底部から頂部 3に向かってレンズ本体 4 の内部に設けられた井戸型の凹部 6とから構成されている。レンズ本体 4の内部に設けられた、凹部 6の天井部が第 1のレンズ面（入射面） 2、レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面（出射面） 3、凹部の内部が光源 1の収納部 6 とじて機能する。そして、レンズ本体 4の底部には、背面鏡 3 1が形成されている。背面鏡 3 1は、バルク型レンズ 2 5の側面の一部にまで延長されて形成されている。図 1 4 A及び 1 4 Bでは、背面鏡 3 1は、バルク型レンズ 2 5の側面の一部を被覆しているが、バルク型レンズ 2 5の側面のほぼ全面を被覆するように形成してもかまわない。背面鏡 3 1は、 A l、真鍮、ステンレス等の金属を図 1 4 A及び 1 4 Bに示す形状に旋盤 · 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よい。更に、これらの表面にニッケル（N i ) 鍍金や金（A u ) 鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、 A 1薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。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 1 4 A及び 1 4 Bに示す形状に加工し、この表面に A 1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かまわない。更に、バルク型レンズ 2 5の底部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、背面鏡 3 1を構成できる。この場合、 50 nm〜 20 //m程度の種々の厚さの薄膜を、背面鏡 3 1として使用できる。

図 14八及び1 4 Bの半導体発光素子 1は、第 1のピン 1 1に接続された支持リングの中空部に、はめ込まれ、その端部を固定されて配置された L E Dチップ 1 3と、この L EDチップ 1 3を被覆する樹脂モールド 14と、第 1のピン 1 1と対をなす第 2のピン 1 2とから少なくとも構成された封止 L ED 1である。背面鏡 3 1には、第 1のピン 1 1及び第 2のピン 1 2を貫通させる穴があいており、背面鏡 3 1に第 1のピン 1 1と第 2のピン 1 2とを電気的に短絡しないように考慮している。第 1のピン 1 1に接続された支持リングの中央部は中空であるため、 LEDチップ 1 3からの発光は LEDチップ 1 3の裏面方向（図 14八及び14 B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よい。要は LEDチップ 1 3の端面の一部を固定出来る構造であればよい。この封止 L ED 1の頂部は、図 14 A及び 14 Bに示すように、凸形状の湾曲面を有している。この様に樹脂モールド 14の頂部近傍が凸形状の湾曲面をなすことにより、 L EDチップ 1 3から左方向（表方向）に出力する光は、所定の発散角で指向性を有して出力される。一方、 LEDチップ 1 3から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡 3 1で反射され、 LEDチップ 1 3の表面から左方向に出力される。結局、 L EDチップ 1 3の右方向（裏方向）に出力する光も、頂部近傍が凸形状の湾曲面により所定の発散角が与えられる。

凸形状の湾曲面部を除けば、封止 LED 1は、例えば、直径（外径） 2〜 3 mm の円柱形状である。バルク型レンズ 2 5の凹部の側壁部は、封止 L ED 1を収納出来るように、直径（内径） 2. 5〜4mm の円筒形状となつている。図 14 B及び図 1 5に示すように、封止 L ED 1は頭部がカップ形状の L EDホルダ 1 6に固定され、 L EDホルダ 1 6を介して、封止 LED 1とバルク型レンズ 2 5とが互いに固定されている。 L EDホルダ 1 6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よい。 L EDホルダ 1 6の封止 L ED 1とバルク型レンズ 2 5の凹部との間に位置するカップ形状の部分の肉厚は、例えば、 0. 2 5〜0. 5mm程度である。そして、バルク型レンズ 2 5は、ほぼ封止 L ED 1と相似な円柱形状である。このバルク型レンズ 2 5の円柱形状部分の直径（外径）は、 1 0〜 3 0mm である。バルク型レンズ 2 5の直径（外径）は、本発明の第 4の実施例に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 l Omn^以下でも、 3 Omm 以上でもかまわない。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 2 0の幾何学的構造を選ぶのが好ましいことは勿論である。

LEDホルダ 1 6は、例えば図 1 5に示すように、背面鏡 3 1と一体で構成し、この背面鏡一体型 L EDホルダ 1 6に封止 LED 1を差し込むようにすれば、本発明の第 4の実施例に係る発光体の組み立て工程が簡略化可能である。図 1 5に示す背面鏡一体型 L EDホルダ 1 6において、中央部の LE Dホルダ 1 6に、第 1のピン 1 1及び第 2のピン 1 2を通す 2本の貫通孔が設けられている。貫通孔は、前述の背面鏡 3 1に設けられた貫通孔に連続している。そして、この 2本の貫通孔に、第 1のピン 1 1及び第 2のピン 1 2 を差し込むことにより、 L EDホルダ 1 6に封止 LED 1が固定される。 L E Dホルダ 1 6は、封止 L E D 1の屈折率 n と同じ屈折率を有するェポキシ樹脂等の透明材料、若しくはバルク型レンズ 2 5の屈折率 n ₂と同じ屈折率を有する透明材料等で構成すればよい。或いは、屈折率 n ,及び屈折率 n ₂ のいずれとも異なる屈折率を有する透明材料で構成してもよい。いずれにしても、封止 L E D 1から発せられる光の波長に対して透明な光学材料で、 L E Dホルダ 1 6を構成すればよい。バルク型レンズ 2 5としては、透明ブラスチック材料、ガラス材料、結晶性材料等が使用可能で、有色の樹脂や蛍光材料を含んだ樹脂等も使用可能である。この内、アクリル樹脂やポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂は、バルク型レンズ 2 5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、この金型により押出成形若しくは射出成形すればバルク型レンズ 2 5が簡単に大量生産出来る。

一般の封止 L E Dにおいては、樹脂モールド 1 4の凸形状の湾曲面以外の所から出る光は、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の実施例においては、封止 L E D 1がバルク型レンズ 2 5の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、バルク型レンズ 2 5の底部には、背面鏡 3 1 が配置されているので、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる頂部から出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、凹部に着目すれば、天井部以外の凹部の内壁部 5 も、有効な光の入射部として機能し、内壁部 5を透過した迷光成分は、背面鏡 3 1で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。又、封止 L E D 1とバルク型レンズ 2 5の凹部との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が、種々の方向に多重反射し、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 4の実施例においては、凹部の内部に閉じこめられ、背面鏡 3 1により内部で反射し、発光面となる頂部側に導かれる。この結果、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面から出力される。この結果、樹脂モールド 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、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な L EDチップ 1 3の光エネルギを有効に取り出すことが可能となる。

この様にして、本発明の第 4の実施例に係る発光体によれば、封止 L ED 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。このため、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つた 1個の L EDで実現出来る。この様に、本発明の第 4の実施例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 14A 及び 14 Bに示すような簡単な構造で、実現出来る。

なお、赤（R) 、緑（G) 及び青（B) の 3枚の L EDチップを積層した場合には、赤（R) 、緑（G) 及び青（B) のそれぞれの発光強度を調整し、混合することにより、可視光帯スペクトルのすべての色が発生出来る。この場合、実際には、製造工程上のばらつきにより、色むらが発生する場合があるが、背面鏡 3 1で、赤（R) 、緑（G) 及び青（B) の LEDチップからの光をそれぞれ反射し、混合することにより、各色のバランスを取り、色むらを解消出来る利点を有する。

(第 5の実施例）

図 1 6 Aは、本発明の第 5の実施例に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図 1 6 Bは、対応する断面図である。図 1 6 A及び 1 6 Bに示すように、本発明の第 5の実施例に係る発光体は、所定の波長の光を発する複数のダイォードチップ 8 1 , 8 2, 83, 84，と、この複数のダイオードチップ 8 1， 82, 8 3， 84， ……をほぼ完全に収納するバルク型レンズ 2 0とから少なくとも構成されている。具体的には、ダイオードチップ 8 1 ,

82， 83， 84，は、それぞれディスク型のパッケージにモールドされている（以下において、これらディスク型のパッケージにモールドされた L EDチップ 8 1 , 82， 83, 84, を「ディスク型 L ED 8 1 ,

82, 8 3， 84，」と言う。）。そして、このバルク型レンズ 20 は、入射面 2と、入射面 2から入射した光を出射する出射面 3と、入射面 2 と出射面 3とを接続し、複数のダイォードチップから発せられた光の波長に対して透明な材料からなるレンズ本体とを有する。図 1 6 A及び 1 6 Bに示すように、バルク型レンズ 20は、円筒型の側面と、半球状の頂部からなる弾丸型の形状である。更に、この弾丸型のバルク型レンズ 20はディスク型

L ED 8 1 , 8 2， 8 3， 84，を収納するための凹部を、天井部に有している。この凹部は、上記の入射面 2とこの入射面 2に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の天井部が上記の入射面 2として機能している。図 1 6 A及び 1 6 Bにおいては、凹部は円筒型の側面と、半球状の天井部からなる弾丸型の形状で構成されている。凹部の側面を構成する円筒の内径は 2mm〜 6. 5 mm程度とすることが出来る。一方、バルク型レンズ 20の側面を構成する円筒の外径は、 1 0mm〜 50mm程度に選ぶことが可能である。バルク型レンズ 2 0の側面を構成する円筒の外径 2 R oと、凹部の側面を構成する円筒の内径： "との差即ち肉厚は、凹部の側面を構成する円筒の内径 rと同程度、若しくはその 2〜3倍程度、若しくはこれ以上に選べばよい。より、好ましくは、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必要があることは勿論である。

図 1 6 A及び 1 6 Bの複数のディスク型 L ED 8 1， 82， 83， 84, ……は、弾丸型に成形されたフィルム基板 3 3の上に配置されている。図 1 6 A及び 1 6 Bにおいて、凹部の天井部となる入射面 2と複数のディスク型 L ED 8 1 , 82, 8 3， 84，との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型 L ED 8 1 , 82， 8 3， 84, ……は、入射面 2に密着するように配置するのがより明るい発光を得る上で好ましい。フィルム基板 3 3は、フレキシブルな有機材料を用いることが可能である。例えば、厚さが、 2 5 乃至 50 程度の薄いポリェチレン *テレフタレート（PET) 薄膜やポリイミド薄膜等をフィルム基板 33 の材料として用いることが可能である。フィルム基板 33の表面には、図 1 7 A及び 1 7 Bに示すような、厚さ 5 乃至 1 5 / m程度のアルミニウム

(A 1 ) 配線 2 2 1， 2 22, 2 2 3, 2 24, 2 2 5, がパ夕一二ングされている。 A 1配線 2 2 1 , 2 2 2, 2 2 3, は、 A 1薄膜を、フィルム基板 33全面に堆積後、エッチング法によりパターニングすれば良い。 A 1配線 2 2 1， 2 22, 2 2 3, は、スクリーン印刷法を用いてパターニングしても良い。この A 1配線 22 1 , 2 2 2, 22 3, のパターニングにより、フィルム基板 33の表面の所定の箇所に、周期的に、フィルム基板 33が露出した開口部が形成される。この開口部は、ディスク型 L ED 2 0 1， 2 02， 2 0 3, 搭載用の矩形の窓部である。ディスク型 L ED 2 0 1 , 202 , 2 0 3, は、図 1 7 Bに示すように、セラミックパッケージ 3 1 1 , 3 1 2, 3 1 3， 3 14, の内部にそれぞれ L E Dチップ 3 0 1， 3 0 2， 3 0 3, 304, が配置されている。ディスク型 L ED 2 0 1 , 2 0 2, 2 0 3, と、 A 1配線 2 2

1， 2 2 2, 22 3, とは、半田 2 1 1 a, 2 1 1 b, 2 1 2 a, 2

1 2 b, 2 1 3 a, 2 1 3 b, で互いに接続される。そして、 A 1配線 2 2 1， 2 22, 22 3, の両端はそれぞれ第 1のピン 1 1及び第

2のピン 1 2に接続されている。図 1 6 Bに示すように、複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2, 83， 84，は、バルク型レンズ 20の凹部の内部において、樹脂 14によりモールドされている。

本発明の第 5の実施例においては、複数のディスク型 L ED 8 1 , 82,

8 3, 84, がバルク型レンズ 2 0の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、迷光成分を含めて半導体チップから発光されるあらゆる出力光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、入射面 2 (天井部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得るのである。又、複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2， 8 3， 84，とバルク型レンズ 2 0 の凹部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 5の実施例においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。この結果、樹脂モールド（樹脂封止体） 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、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2， 8 3， 84, の光エネルギを有効に取り出すことが可能となる。

この様にして、本発明の第 5の実施例に係る発光体によれば、複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2， 8 3， 84，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。

なお、本発明の第 5の実施例に係る発光体に用いる複数のディスク型 L E

D 8 1 , 8 2 , 8 3， 84, としては、種々の色（波長）の L EDが使用可能である。但し、懐中電灯のような照明目的のためには、第 1の実施例で述べたような白色 L EDが人間の目には自然であるので好ましい。即ち、この白色 L EDを、図 1 6 A及び 1 6 Bに示す複数のディスク型 L E D 8 1，

82， 8 3, 84，として用い、この白色複数のディスク型 L E D 8

'1， 8 2, 8 3， 84，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、ペン夕イブの細身の懐中電灯（携帯用照明器具）が完成する。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色複数のディスク型 L ED 8 1， 82， 83, 84, ·· ···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。この懐中電灯 (携帯用照明器具）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。

本発明の第 5の実施例に係る発光体に用いるバルク型レンズ 20としては、第 1の実施例で述べたガラス材料、透明プラスチック材料、結晶性材料等が使用可能である。この内、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。

複数のディスク型 L ED 8 1 , 82， 8 3， 84，は、図 1 8に示すように直列接続しても良く、図 1 9に示すように並列接続しても良い。直列接続の場合は、電流制限回路 8 1 2を駆動回路 8 1 1と共に直列接続し、複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2, 8 3, 84, に過剰な電流が流れないようにすれば良い。並列接続の場合は、それぞれの L ED、即ち Di,

D , , D_n- D_nに直列に電流制限抵抗 R R₂，， Rn-i, R_n に接続し、駆動回路 8 1 1を経由して電源電圧を供給すれば良い。

窒化ガリウム（G aN) 系半導体材料のェピタキシャル成長基板として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。このため、通常は青色 L E D のアノード電極及びカソード電極はともに G a N系半導体材料のェピタキシャル成長層の表面側から取り出される。このサファイア基板は青色 L E Dの波長に対して透明であるため、青色 L E Dを搭載するディスク型パッケージの底部に透明材料を用いる等の所定の光学的設計をすれば、青色 L E Dからの発光は基板の裏面方向からも取り出すことが可能である。この様な場合、図 2 0に示すように、バルク型レンズ 2 5の底部に、背面鏡 3 1を配置するのが好ましい。図 2 0では、背面鏡 3 1は、バルク型レンズ 2 5の側面のほぼ全面を被覆しているが、バルク型レンズ 2 5の側面の一部のみ被覆するように形成してもかまわないし、側面部への形成は省略しても良い。背面鏡 3 1は、 A l、真鍮、ステンレス等の金属を図 2 0に示す形状に旋盤 ' 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 ( N i ) 鍍金や金（A u ) 鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、 A 1薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。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 2 0に示す形状に加工し、この表面に A 1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かまわない。更に、バルク型レンズ 2 5の底部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かまわない。

図 2 0の複数のディスク型 L E D 8 1 , 8 2 , 8 3 , 8 4，は、フイルム基板 3 3に搭載され、図 1 7 A及び 1 7 Bと同様に、 A 1配線により、第 1のピン 1 1及び第 2のピン 1 2に接続されている。図 2 0において、凹部の天井部となる入射面 2と複数のディスク型 L ED 8 1 , 82, 83， 8 4, ……との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型 L ED 8 1 , 82， 83， 84, は、入射面 2に密着するように配置するのが、より明るい発光を得る上で好ましい。背面鏡 3 1には、第 1のピン 1 1及び第 2のピン 1 2を貫通させる穴があいており、背面鏡 3 1に第 1のピン 1 1と第 2のピン 1 2とを電気的に短絡しないように考慮している。弹丸型に成形されたフィルム基板 33を透明材料で構成し、弹丸型フィルム基板 3 3の内部に充填される樹脂 14も透明材料を用いれば、複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2, 8 3， 84，からの発光は裏面方向

(図 20において右方向）にも進む。この複数のディスク型 L ED 8 1 , 8 2, 8 3， 84， ……から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡 3 1 で反射され、複数のディスク型 L E D 8 1 , 8 2， 8 3， 84, の表面から左方向に出力される。結局、複数のディスク型 L ED 8 1 , 82， 8

3， 84，の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図 20に. おいて左方向）にも進む光と合成され、出射面 3により所定の発散角が与えられる。この様に、本発明の第 5の実施例においては、複数のディスク型 L

ED 8 1 , 8 2， 8 3， 84, がバルク型レンズ 2 5の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、バルク型レンズ 2 5の底部には、背面鏡 3 1が配置されているので、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる頂部から出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、凹部に着目すれば、入射面 2以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡 3 1で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。又、複数のディスク型 LE

D 8 1 , 8 2, 8 3, 84, とバルク型レンズ 2 5の凹部との間にはそれぞれの界面で多重反射した成分も、凹部の内部に閉じこめられ、背面鏡 3 1により内部で反射し、発光面となる頂部側に導かれる。この結果、これらの多重反射成分がすべて最終的には発光面から出力される。

この様にして、本発明の第 5の実施例に係る発光体によれば、複数のディスク型 L E D 8 1 , 8 2 , 8 3 , 8 4，の数を、極度に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。

(第 6の実施例）

本発明の第 5の実施例に係る発光体では、複数のダイオードチップ 8 1，

8 2 , 8 3 , 8 4 , がそれぞれディスク型のパッケージにモールドされた場合を説明したが、ベアチップの状態で、弾丸型に成形されたフィルム基板 3 3の上に配置してもかまわない。ベアチップの方が、より密接した状態で配置出来るので好ましい。即ち、本発明の第 6の実施例に係る発光体の説明においては、図 2 1及び図 2 2に示すように、複数のベアチップの状態の L E D 8 1 , 8 2， 8 3， 8 4，を弾丸型に成形されたフィルム基板 3 3の上に配置する場合の具体的構造を示す。バルク型レンズ 2 5の構造は、本発明の第 5の実施例に係る発光体で示した構造と同一で良いので、その説明を省略する。

L E Dチップは、図 2 1に示すように、サファイア（A 1 ₂ 〇₃ ) 基板 4 0 1の上にバッファ層（図示省略）を介して積層された n型半導体層 4 0 2、活性層 4 0 3， p型半導体層 4 0 4から構成されている。サファイア（A 1 2 O , ) 基板 4 0 1は、接着剤 5 0 2により、フィルム基板 3 3に固定されている。アノード電極 4 0 5は、 p型半導体層 4 0 4の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極 4 0 5と p型半導体層 4 0 4とのォーミックコン夕クト特性の改善のためには、アノード電極 40 5と p型半導体層 404の間に GaN系 p型半導体からなるコンタクト層（図示省略）を形成することが好ましい。アノード電極 405は、活性層 40 3の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。具体的には、錫（S n) をド一プした酸化インジウム（ I TO) や酸化錫（S n〇₂) のような金属酸化物等が好ましい。或いは金属を十分薄く形成して透明電極層 40 5として用いても良い。もう一方の電極層であるカソード電極 406は特に透明である必要はない。アノード電極 40 5の一部にボンディングパッド部が設けられ、このボンデイングパッド部に銅（Cu) 箔からなるビームリード 5 1 2が接続されている。カソード電極 406も同様に、銅箔からなるビームリード 5 1 1が接続されている。ビームリード 5 1 1， 5 1 2はそれぞれ導電性の接着剤層 50 1により A 1配線 22 1， 2 22に接続されている。

LEDチップは、図 2 2に示すように、半田ボール 4 1 1 , 41 2を用いてフリップチップで実装してもかまわない。図 22において、アノード電極 405は、半田ボール 4 1 1を用いて A 1配線 22 1に接続され、カソード電極 406は半田ボール 4 1 2を用いて A 1配線 22 2に接続されている。フィルム基板 3 3を透明基板としておけば、上面と下面の 2方向に発光することが可能である。下面に発光した光は、図 20と同様に、背面鏡 3 1で反射し、上面方向に戻せば良い。

(第 7の実施例）

本発明の第 5及び第 6の実施例に係る発光体は、複数のダイォードチップ

8 1， 8 2， 8 3, 84，を弾丸型に成形されたフィルム基板 3 3の表面に、いわば準平面的（準 2次元的）に配列したものである。この場合、現実にはそれぞれのダイォードチップに対応した複数の出力光の光軸が存在するので、複数のダイオードチップ 8 1 , 82， 8 3, 84, を点光源と見なすのが困難になる場合がある。本発明の第 7の実施例に係る発光体は、図 23に示すように、複数のダイオードチップ 6 1， 62, 6 3, ···. -のそれぞれを、チップの主表面に垂直方向に積層し、それぞれの出力光の光軸を一致させている。上述したように、「主表面」とは平行平板の互いに対向する 2つの平面であり、ダイオードチップ 8 1， 82， 83， 84， ·· ···のそれぞれの p n接合面とも平行な面である。図 24は、複数のダイォードチップ 6 1， 6 2, 6 3, ……の積層状態を詳細に説明する図である。簡単化のため 3層の積層で示しているが、 4層以上の多層で良いことは勿論である。図 24において、第 1層のダイオードチップ（第 1層 L ED) 6 1 は、サファイア基板 6 1 1の上に積層された n型半導体層 6 1 2、活性層 6 1 3, p型半導体層 6 14から構成されている。サファイア基板 6 1 1は、接着剤 602により、支持台 64に固定されている。アノード電極 6 1 5は、 P型半導体層 6 14の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極 6 1 5の中央部は、活性層 6 1 3の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極 6 1 5の額縁状の周辺部は、ボンディング用に 0. 5 zm乃至 2 ΙΏ程度の比較的厚い金（Au) 薄膜等で構成されている。カソード電極 6 1 6は特に透明である必要はない。アノード電極 6 1 5の額縁状の周辺部に銅（Cu) 箔からなる TABリード（ビームリード） 6 1 7が接続されている。カソード電極 6 1 6も同様に、銅箔からなる TABリ一ド (ビームリード） 6 1 8が接続されている。第 2層のダイオードチップ（第 2層 LED) 62は、サファイア基板 62 1の上に積層された n型半導体層 622、活性層 62 3， p型半導体層 624から構成されている。サフアイァ基板 6 2 1は、透明接着剤 6 0 5により、第 1層のダイオードチップ 6 1 の上に固定されている。アノード電極 62 5は、 p型半導体層 624の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極 6 2 5の中央部は、活性層 6 2 3の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極 6 2 5の額縁状の周辺部は、ボンディング用に 0. 5 m乃至 2 m程度の比較的厚い金（Au) 薄膜等で構成されている。力ソード電極 6 2 6は特に透明である必要はない。アノード電極 6 2 5の額縁状の周辺部に銅（C u) 箔からなる TABリード（ビームリード） 6 2 7が接続されている。力ソード電極 6 2 6も同様に、銅箔からなる TABリード（ビームリード） 6 2 8が接続されている。同様に第 3層のダイオードチップ（第 3層 L ED) 6 3は、サファイア基板 6 3 1の上に積層された n型半導体層 6 3 2、活性層 6 3 3, p型半導体層 6 34から構成されている。サファイア基板 6 3 1は、透明接着剤 6 0 6により、第 2層のダイオードチップ 6 2の上に固定されている。アノード電極 6 3 5は、 p型半導体層 6 34の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極 6 3 5の中央部は、活性層 6 3 3の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極 6 3 5の額縁状の周辺部は、ボンディング用に 0. 5 m乃至 2 / m程度の比較的厚い金（Au) 薄膜等で構成されている。力ソード電極 6 3 6は特に透明である必要はない。ァノード電極 6 3 5の額縁状の周辺部に銅（C u) 箔からなる TABリード（ビームリード） 6 3 7が接続されている。力ソード電極 6 3 6も同様に、銅箔からなる TABリード（ビームリード） 6 3 8が接続されている。 TABリード（ビームリード） 6 1 7, 6 2 7， 6 3 7, 6 1 8， 6 2 8, 6 3 8とボンディングパッド 6 1 5 , 6 2 5, 6 3 5, 6 1 6， 6 2 6, 6 3 6との接続は、熱圧着ボンディング、超音波ボンディング、金（Au) バンプ、半田等の通常 TABボンディングで用いられている手法を用いれば良い。又、 TABリード（ビームリード） 6 1 7， 6 2 7， 6 3 7は、端子 6 0 3に導電性の接着剤や半田等により接続されている。 TABリード（ビームリード） 6 1 8， 628, 6 38は、端子 604に導電性の接着剤や半田等により接続されている。複数のダイオードチップ 6 1， 62， 6 3は樹脂封止体 608でモールドされている。

図 23に示すように、端子 603は、第 2のピン 1 2に、端子 604は、第 1のピン 1 1に接続されている。端子 603及び端子 604は、補強具 6 5を経由して、背面鏡 3 1に設けられた貫通穴から外部に引き出されている。バルク型レンズ 2 5の凹部に充填される樹脂 14も透明材料を用いれば、複数のダイオードチップ 6 1 , 62， 63からの発光は裏面方向（図 2 3において右方向）にも進む。この複数のダイオードチップ 6 1 , 62， 63から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡 3 1で反射され、複数のダイォードチップ 6 1， 62, 6 3の表面から左方向に出力される。結局、複数のダィオードチップ 6 1， 62, 63の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図 23において左方向）にも進む光と合成され、出射面 3により所定の発散角が与えられる。この様に、本発明の第 7の実施例においては、複数のダイオードチップ 6 1， 62， 63がバルク型レンズ 2 5の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、バルク型レンズ 2 5の底部には、背面鏡 3 1が配置されている。このため、迷光成分となり得る光を含めて、すべての光が、最終的には発光面となる頂部から、ほぼ同一の光軸に沿って出力可能である。従つて、ダイオードチップ 6 1， 62, 63の各種方向に発せられたすべての発光成分が、有効にコリメートされ、照明に寄与出来るようになる。

複数のダイオードチップ 6 1， 62， 6 3，は、必ずしも同一の L

EDチップである必要はない。即ち、複数のダイオードチップ 6 1， 62, 6 3, ……として、種々の種類及び構造のものが使用出来る。例えば、複数のダイオードチップ 6 1， 6 2， 6 3として、それぞれ赤（R) 、緑 (G) 及び青（B) の 3枚の L EDチップを縦に積層すれば、全体として白色の出力光を出力可能である。赤（R) 、緑（G) 及び青（B) の 3枚の L EDチップの場合は、赤（R) の L EDチップとして A l x G a .-x A s を、緑（G) の L EDチップとして A 1 x G a _y I n ,— _x- _y Pや G a Pを及び青（B) の L EDチップとして I n_x G a！ - _x Nや Z n S eを用いることが可能である。この場合、 A l x G a i-x A s、 A l x G a _y I n i-_x-_yP, G a P等はサファイア基板を用いる必要はない。

或いは、 3元系、 4元系、 5元系、 ····等の化合物半導体混晶を複数のダィオードチップ 6 1， 62， 6 3, として選び、それぞれの組成を変えても良い。例えば I n_x A 1 _y G a .-_x-_y Nからなる複数のダイォ一ドチップ 6 1 , 6 2， 63， ……を選び、それぞれの組成を変えて、緑（G) 乃至青（B) のスペクトル帯域の光を出力してもかまわない。

更に、光軸が分散する欠点はあるが、垂直方向に積層した複数のダイォ一ドチップ、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ、垂直方向に積層した複数のダイォ一ドチップを弾丸型の支持台の上に準平面的に配列してもかまわない。この場合は 3 X 3 = 9倍の明るさを得ることが可能である。 3層に積層したダイォードチップ ·スタックを 5個準平面的に配列すれば、 3 X 5= 1 5倍の明るさを得ることが可能である。

(第 8の実施例）

第 1乃至第 7の実施例に係る発光体を複数個配列して照明器具等を構成しても良い。この場合は、 1次元的、 2次元的、或いは 3次元的な配列が可能である。又、照明器具（照明装置）の「光源」としては、白熱球、小型放電管、無電極放電ランプ、半導体発光素子等が採用可能である。白熱球には、沃素（ I ₂) タングステンランプ等のハロゲンランプ、ピリゲン球とも称せられるキセノン（Xe) タングステンランプ（クセノンランプ）ゃクリブトン（K r) タングステンランプ（クリプトンランプ）、ニップル球若しくはスポット球とも称せされる真空若しくはアルゴンガス封入の豆球等が含まれる。更にハロゲンミニチュアランプ等のミニチュアランプも白熱球に含まれる。小型放電管としては、蛍光放電管の他、小型キセノンランプ、小型メタルハライドランプ、小型高圧ナトリウムランプ、小型水銀灯が使用可能である。無電極放電ランプとしては、石英ガラス等から構成された管球中にアルゴン（A r) 、ネオン（Ne) 、キセノン（X e) 、クリプトン（K r) 等の希ガス及びガリウム（G a) 、インジウム（ I n) 、タリウム（T 1 ) 等の金属ハロゲン化物、水銀（Hg) 、亜鉛（Z n) 、硫黄（S) 、セレン (S e) 、テルル（T e) 等の放電媒体を封入した構造を用いることが可能である。そして、例えば、 1 00MH z乃至 2. 45 GHz , 若しくは更に高周波のマイクロ波をこの管球に印加すれば、放電媒体が放電して発光する。小型化のためには、マイクロ波はトランジス夕発振回路で構成すれば良い。半導体発光素子としては、発光ダイオード（L ED) や半導体レーザが使用可能である。

L ED等の半導体発光素子は低消費電力で長寿命である特性を有するが、一般に、ハロゲンランプ等の白熱球に比して照度が低い。そこで、複数（n 個）の半導体発光素子 D!， D₂， ……， D_nを集合して一括照明すれば、所望の明るさを得られる。半導体発光素子 D₂， ……， D_nを同時に発光させるためには、商用の交流を整流する整流回路と、整流回路に接続された電流制限素子（固定抵抗）と、電流制限素子に接続された平滑回路と、平滑回路に接続された定電流素子（若しくは定電流回路）とにより制御回路を構成すれば良い。例えば、 n個の半導体発光素子 D D₂， ……， D_nの直列回路を示しているが、複数の半導体発光素子を並列接続しても良い。但し、 50個程度の半導体発光素子（LED) を直列接続すると、商用の交流を整流した 1 30 V程度の直流電圧をそのまま使えるので、回路が簡単化するので好ましい。 1 00個程度の LEDを、同時に発光させるためには、 50個の直列回路を 2つ並列接続すれば良い。直列接続する L EDの個数は、動作電圧により選定すれば良い。

具体的には、図 2 5に示すように、互いに隣接して配置された複数の砲弾型のバルク型レンズ 20 a， 20 b, , 2 O f , ，と、この複数のバルク型レンズ 20 a, 20 b, ， 2 O f , , のそれぞれに設けられた井戸型の凹部の内部に、それぞれの主発光部を収納した複数の光源

(L ED) 1 a, 1 , ……， I f , ……，と、複数のバルク型レンズ 2

0 a, 20 b, ， 20 f , , を固定するレンズ固定手段（レンズ固定板） 7 2と、このレンズ固定手段 7 2の近傍に配置され、複数の光源

(LED) l a, l b， ……， I f , ……，のそれぞれ電気的に接続された制御回路とから構成すれば良い。ここで、複数の砲弾型のバルク型レンズ

20 a, 20 b, ， 20 f , …… , のそれぞれは、図 1に示す構造である。図 2 5において、制御回路は回路基板 966を用いて構成され、制御回路筐体 96 5の内部に収納されている。この制御回路は、例えば、整流回路、電流制限素子、平滑回路、定電流素子等とから構成されている。

回路基板 966や制御回路筐体 96 5等は、円錐形の絶縁ケース 96 3の内部に収納されている。そして、レンズ固定手段 7 2は、この絶縁ケース 9

6 3に固定金具 7 3 a， 7 3 b, で固定されている。更に、回路基板

9 6 6は、レンズ固定手段 7 2に固定金具 7 1 a， 7 1 b, ……で固定されている。光源 l a， l b, , I f , ，としての各 LEDからは、それぞれ 2本ずつピンが出ている（図 1参照。）。この各 LEDからのピンは、それぞれ 2本ずつ回路基板 966に直接半田付けされ、制御回路から所定の電流が印加される。円錐形の絶縁ケース 963の絞られた頂部近傍には、図 2 5に示すように、 AC 1 00 V電極 96 1 bが接続されている。この AC 1 00 V電極 9 6 1 bと絶縁終端 962により絶縁され、 AC 1 00 V電極 96 1 aが配置されている。 AC 1 00 V電極 96 1 a、 96 1 b及び絶縁終端 962により、 AC 1 00 V口金 96 1が構成されている。 AC 1 00 V電極 96 1 aには、電源供給用線材 964 aが、 AC 1 00 V電極 96 1 bには、電源供給用線材 964 bが接続され、この電源供給用線材 964 a、 964 bにより、制御回路筐体 965の内部に収納された制御回路に AC 1 00 Vが供給される。本発明の第 8の実施例に係る照明器具（照明装置）に用いる光源 l a， 1 b, ， 1 f ，，としての L EDは、図 2 5に示すような弾丸型

(砲弾型） LEDでも、ディスク型（表面実装型） LEDでもかまわない。 LEDとしては、種々の色（波長）の L EDが使用可能である。但し室内照明目的のためには、白色 LEDが好ましい。又、複数の LEDチップを、図 1 6 A及び 1 6 Bに示すように弾丸型に成形されたフィルム基板 33の上に配置し、これを収納部 6に収納しても良い。各種装飾用や、インテリアライトなどとして用いる場合には、各種の色による L EDをそのまま用いることで、様々な色付きの照明が可能となる。従って、光源 l a, l b, ……，

1 f , ，の集合体を構成する各 L EDは、異なる発光色の L EDが含まれていても良い。

図 2 5に示す照明装置（バルク型レンズ集合体）は、ビームの平行性に優れているので、スポット照明器具（照明装置）として、単独で用いることが可能である。例えば、 RGB 3色のスポット照明器具を、それぞれ用意すれば、カラーテレビ放送の撮影スタジオのホリゾン夕ル照明等に用いることが可能である。この場合、光源 1 a， 1 b, ……， 1 f , ……，として LE Dを用いることにより、発熱量が少なくなるので、撮影スタジオ内の温度上昇が回避出来る。更に、電力使用量を 1 Z 1 0 0程度にする大幅な電力消費の低減が可能になる。又、光源 l a， 1 b , …… , 1 f , …… , として L E Dを用いることにより、時間応答が速いので迅速な光の色切り替えが可能となり、高品位テレビ放送に好適である。

又、本発明の第 8の実施例に係るバルク型レンズ集合体は、図 2 6に示すように、支持基板 9 3 1に取り付けても良い。即ち、図 2 5に示すバルク型レンズ集合体を、ソケット台座 8 8を用いて支持基板 9 3 1に取り付ければ、センサ 9 4 5からの情報で、点灯 Z消灯を制御出来る。図 2 5に示すバルク型レンズ集合体の円錐形の絶縁ケース 9 6 3には口金 9 6 1が付いているので、支持基板 9 3 1となる天井に配置されたソケット台座 8 8に設けられたランプソケットに差し込むだけで、バルク型レンズ集合体を支持基板 9 3 1 に固定出来る。

図 2 6に示すように、支持基板 9 3 1の裏面には、図 2 5に示すバルク型レンズ集合体の点灯状態を制御する回路部 9 0 3が配置されている。そして、この回路部 9 0 3にセンサ 9 4 5が接続されている。センサ 9 4 5は、ノルク型レンズ集合体の点灯状態を制御するために必要な情報を供給する。この支持基板 9 3 1にば、 A C 1 0 0 V制御用の回路部 9 0 3を搭載した回路基板 9 4 1が取り付けられている。

(第 9の実施例）

図 2 7に示すように、本発明の第 9の実施例に係る発光体は、発光面となる頂部と、頂部に対向した底部と、頂部と底部とを接続する第 1屈折率 n ₂ を有するレンズ本体と、底部の一部から頂部方向に沿ってレンズ本体の内部に形成された凹部と、頂部と凹部との間のレンズ本体の内部に形成された第 1屈折率 n ₂とは異なる第 2屈折率 n。を有する光路変更部 3 5とを少なくとも有するバルク型レンズ 2 7と、凹部に収納された半導体発光素子 1とから構成されている。

第 1屈折率 n ₂を有するレンズ本体を構成する光学材料としては、透明プラスチック材料（熱可塑性樹脂）、ガラス材料或いは、結晶性材料等が使用可能である。第 2屈折率 n。を有する光路変更部としては、図 2 7に示すような屈折率 n。の空気の封入された空洞部でも、他の固体材料からなる領域でもかまわない。いずれにせよ、第 1屈折率 n ₂とは異なる第 2屈折率 n。を有する領域であれば、第 1屈折率 n ₂の領域と第 2屈折率 n。の領域との界面において光の屈折が生じるので、光路の進行方向が変更可能である。

この様に、本発明の第 9の実施例に係る発光体においては、頂部と凹部との間のレンズ本体の内部に第 2屈折率 n。を有する光路変更部 3 5を有するので、凹部の天井部より入射した半導体発光素子 1からの光は、光路変更部 3 5によりその進行方向を変えられる。図 2 7に示すようにバルク型レンズ 2 7の中心軸方向に沿って縦長の光路変更部 3 5の幾何学的形状の場合は、第 1屈折率 n ₂が第 2屈折率 n。より大きければ、発光面の中央近傍の光束密度が低くなり、光軸の中心近傍が相対的に暗い照明が可能となる。同様な、光路変更部 3 5の幾何学的形状の場合で、第 1屈折率 n ₂が第 2屈折率 n。より小さければ、発光面の中央近傍の光束密度が高くなり、光軸の中心近傍が相対的に明るい照明が可能となる。

本発明の第 9の実施例に係る発光体は、基本的に第 1の実施例に係る発光体と同様であるので、重複する説明を省略する。

一方、図 2 8の本発明の第 9の実施例の変形例に示すように、バルク型レンズ 2 8の中心軸方向に沿って横長の幾何学的形状の光路変更部 3 6が頂部と凹部との間のレンズ本体の内部に配置された場合は逆の光路変更がなされる。即ち、第 1屈折率 n ₂が第 2屈折率 n。より大きければ、発光面の中央近傍の光束密度が高くなり、光軸の中心近傍が相対的に明るい照明が可能となる。同様な、光路変更部 3 6の幾何学的形状の場合で、第 1屈折率 n ₂が第 2屈折率 n。より小さければ、発光面の中央近傍の光束密度が低くなり、光軸の中心近傍が相対的に暗い照明が可能となる。

図 2 9は、本発明の第 9の実施例の他の変形例に係る発光体の構造を示す模式図で、バルク型レンズ 2 9の底部に背面鏡 3 1が配置されている。図 2 9においては、 L E Dチップ 1 3の裏面からの発光成分や迷光成分が背面鏡 3 1により反射され、発光面となる頂部側に導かれる。この結果、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面から出力される極めて高効率照明が可能であると共に、照射面における光強度分布の調整が可能である。

なお、本発明の第 9の実施例における光路変更部 3 5 , 3 6 , 3 7の断面形状は図 2 7 , 2 8， 2 9に示すような両凸形状以外に、平凸形状ゃメニスカス形状等他の形状でもかまわないことは勿論である。

(第 1 0の実施例）

図 3 0に示すように、本発明の第 1 0の実施例に係る発光体は、発光面となる頂部と、頂部に対向した底部と、頂部と底部とを接続するレンズ本体と、底部の一部から頂部方向に沿ってレンズ本体の内部に形成された凹部と、頂部と凹部の間においてレンズ本体の内部に形成された透過率変更手段 4 1とを少なくとも有するバルク型レンズ（ 1 9 a， 1 9 ) と、凹部に収納された半導体発光素子 1とから構成されている。

透過率変更手段 4 1としては機械的なシャッター、絞りでも良く、液晶等の電気的な透過率変更手段でもかまわない。図 3 0では、透過率変更手段 4 1を前頭部 1 9 aと中央部 1 9 bが挟むような構成を示しているが、目的によっては、バルク型レンズの一部に挿入された構成でもかまわない。本発明の第 1 0の実施例に係る発光体は、透過率変更手段 4 1を除けば、基本的に第 1の実施例に係る発光体と同様であるので、重複する説明を省略する。本発明の第 1 0の実施例に係る発光体によれば、透過率変更手段 4 1を機械的、若しくは電気的に駆動することにより、光強度やビーム径を自由に変更出来る発光体を提供することが出来る。透過率変更手段 4 1として、液晶を用いる場合は、薄膜トランジスタ（T F T ) 等からなるアクティブマトリクスを透過率変更手段 4 1の内部に構成し、シフトレジス夕等によりァクティブマトリクスエレメントを駆動するようにしてもよい。透過率変更手段 4 1として、機械的なシャッター、絞りを用いる場合は、バルク型レンズ（ 1 9 a , 1 9 b ) に隣接してマイクロ ·モー夕等の機械駆動系を配置しておけばよい。

又、図 3 0に示す本発明の第 1 0の実施例に係る発光体は、バルク型レンズ 2 7の底部に背面鏡 3 1が配置された構造であるが、図 1のような背面鏡がない構成において、透過率変更手段 4 1を設けてもかまわない。

(第 1 1の実施例）

図 3 1に示すように、本発明の第 1 1の実施例に係る発光体は、発光面となる頂部と、頂部に対向した底部と、頂部と底部とを接続するレンズ本体と、底部の一部から頂部方向に沿ってレンズ本体の内部に形成された凹部と、頂部と凹部との間のレンズ本体の内部に形成された複数個の散乱体 4 3とを少なくとも有するバルク型レンズ 3 0と、凹部に収納された半導体発光素子 1 とから構成されている。

散乱体 4 3としては A 1 、 A u、 W、 T i 、 Μ ο等の金属の粉末を透明プラスチック材料、ガラス材料等のバルク型レンズ 3 0に混在させればよい。例えばアクリル樹脂やポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形する際に、これらの金属粉末を混入しておけばよい。散乱体 4 3の大きさは、光の波長に比して大きければ良く、ミクロン ·オーダから数 mm程度のもの等種々の大きさが可能で、その形状も問わない。

本発明の第 1の実施例に係る発光体は、懐中電灯等の比較的指向性の強い光ビームが必要な照明器具に好適であつたが、第 1 1の実施例に係る発光体は指向性を弱くし、発光体のほぼ全体が光り、その美観を感受することが可能な照明器具に好適である。例えば、非常灯やベットサイドの照明器具等に用いたり、室内若しくは屋外における装飾的目的で用いたりしてもよい。発光体そのものの全体が微光を放つ特徴を生かすためには、バルク型レンズ 3 0の直径若しくは一辺の長さを 5 cm乃至 30 cm、或いは lm程度に大きくすることも可能である。かかる大きなバルク型レンズをたつた 1個の半導体発光素子 1で光らせ、その消費電力は極めて小さい。装飾的目的の場合は、図 3 1に示すような単純な形態ではなく、動物、樹木、建造物等に類似な独待な形態等を含めた複雑な構造にバルク型レンズ 30を構成することも可能である。

(第 1 2の実施例）

上述した第 1の実施例に係る発光体を複数個配列すれば非常に明るい照明器具や表示装置を構成出来る。具体的には、 1次元的、 2次元的、或いは 3 次元的な配列が可能である。例えば、図 32 Aに示すように、外囲ケース 1

05 1に複数個の発光体 1 1 2 1 , , 1 1 3 1, , 1 14 1， '-

···を 2次元的に配列すれば、交通信号灯として用いることが可能である。この場合、赤（R) 、緑（G) 及び青（B) の 3枚の両面発光型 LEDチップを透明基板上に縦に積層して構成した封止 L EDを収納した複数個の発光体 1 1 2 1，， 1 1 3 1 , ， 1 1 4 1，を用い、所定の夕ィムスケジュールに基づき、赤（R) 、緑（G) 及び青（B) の LEDチップのそれぞれの発光強度を調整すれば、同一のランプで、赤（R) 、黄 (Y) 及び緑（G) を表示可能である。

更に、図 32 Bに示すように、 2次元的に配列された複数個の発光体 1 1

2 1，， 1 1 3 1 , ， 1 14 1，の内の特定の発光体 1 3

5, 1 36, 144, 145, 146， 147の表面に溝部を設ければ、この部分で光路の変更や光強度の変更が発生するので、所定の表示パターン 1 052を表示可能である。例えば横断歩道の交通信号灯の人間の歩行動作の像を、 2次元配列パターン上に浮き出させることが可能である。

図 33は表面に溝部を設けた発光体の一例を示す断面図である。即ち、本発明の第 1 2の実施例に係る発光体は、発光面となる頂部と、頂部に対向した底部と、頂部と底部とを接続するレンズ本体と、底部の一部から頂部方向に沿ってレンズ本体の内部に形成された凹部と、頂部の一部から凹部方向に沿ってレンズ本体の内部に形成された溝部 5 5とを少なくとも有するバルク型レンズ 1 8と、凹部に収納された半導体発光素子 1とから構成されている。溝部 5 5は、図 3 3に示すような V字型である必要はなく、 U字型、 W字型等種々の断面形状が可能で、溝の形成方向や形成位置も表示する情報の内容に応じて変形すればよい。場合により、バルク型レンズ 1 8の前面（頂部）の全部を削除するような大きな溝も、ここでは含み得る。バルク型レンズ 1 8表面に溝部 5 5を設けた以外は、基本的に第 1の実施例に係る発光体と同様であるので、重複する説明を省略する。

図 33に示すように、バルク型レンズ 1 8の表面に溝部 5 5を設け、これらの複数個を図 32 Bに示すように 2次元配列すれば、溝部 5 5の配置や形状により、光路の変更や光強度の変更が発生するので、図 32 Bに示すような所定の表示パターン 1 0 52を簡単に表示可能である。 (第 1 3の実施例）

例えば、本発明のバルク型レンズの形状は、図 1に示した弾丸型類似の形状や図 1 4 Bに示した卵型（繭型）類似の形状等に限定されるものではなく、図 3 4 Aに示す先端部に向かい次第に細くなるように延長された形状でもよい。図 3 4 Aに示すようにバルク型レンズ 1 7を細長く延長することにより、光ファイバと同様に、光束がバルク型レンズ 1 7の先端部に導かれ、細く絞られ光強度の大きな光ビームをバルク型レンズ 1 7の先端部から得ることが可能となる。

更に、図 3 4 Bに示すように、複数のバルク型レンズ 1 7 a , 1 7 b , 1 7 c， ……をバルク型レンズ 1 7 zに集合すれば、光合成器として機能させることが可能である。即ち、それぞれの収納部 6 a， 6 b , 6 c , に収納された複数の発光体の光を、それぞれの入射面 2 a， 2 b , 2 c , · · …から入射し、バルク型レンズ 1 7 ζで合成された強力な光を、出射面 3から取り出すことが可能になる。

(第 1 4の実施例）

又、発光面となる頂部を図 3 5に示すように、第 1曲面 7 0 7 1と第 2曲面 7 0 7 2とで構成してもかまわない。図 3 5は、図 2 8の光路変更部 3 6 の一部が、バルク型レンズ 2 8の全面からはみ出し、頂部凹部 7 0 7 3を構成した構造であると解釈することも可能であり、図 2 8と同様に、発光面の中央近傍の光束密度が高くなり、光軸の中心近傍が相対的に明るい照明が可能となる。

(第 1 5の実施例）図 36 A及び 36 Bに示すように、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体は、所定の波長の光を発する複数の L ED 22 1 1， 2 2 1 2, 2 2 1

3, ， 22 1 6, 22 2 1 , ， 2 2 26, 22 3 1 , , 2

236と、 LEDの主発光部を収納し、 L EDの光を一定の指向性で出射する複数のバルク型レンズ 2 1 1 1， 2 1 1 2, 2 1 1 3, , 2 1 1 6,

2 1 2 1, ， 2 1 26, 2 1 3 1，， 2 1 36と、複数のバルク型レンズからの光を反射する平面鏡からなる主反射板 20 1 2と、主反射板と一定の角度をなして配置され、主反射板で反射した光を透過する半透明板 20 1 1とを少なくとも有する。そして、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体は、更に主反射板 2 0 1 2と半透明板 2 0 1 1との間に側面反射板

(第 1の側面反射板） 20 1 3が設けられている。図示を省略しているが、側面反射板 20 1 3に対向してもう一枚別の側面反射板（第 2の側面反射板）が設けられている。複数の LED 22 1 1 , 22 1 2, 22 1 3, ····

·， 2 2 1 6, 22 2 1 , ， 2 2 26, 22 3 1 , ， 2 2 36は、後板 20 1 5により互いに固定されている。主反射板 20 1 2、半透明板 2 0 1 1、側面反射板（第 1の側面反射板） 20 1 3、別の側面反射板（第 2 の側面反射板）及び後板 20 1 5により 3角柱状の空洞が形成されている。図示を省略しているが、複数の LED 22 1 1 , 22 1 2, 22 1 3, ····

·, 2 2 1 6, 22 2 1 , , 2 2 26, 2 23 1 , ·····, 2 2 36は、

L EDソケットに接続され、所定の電圧が印加される。図 3 6 A及び 36 B においては、 3 X 6 = 1 8個の L EDが配列されているので、これらをすベて直列接続すれば商用の 1 00 V電源で駆動することも可能である。

既に図 1に示したように、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体に用いるバルク型レンズ 2 1 1 6は、 L EDの主発光部をほぼ完全に覆うように構成されている。 L ED 2 2 1 6の主発光部を収納するためのバルク型レンズ 2 1 1 6に設けられた凹部は、第 1の湾曲面からなる天井部を有している。更に、バルク型レンズ 2 1 1 6は、第 1の湾曲面に対向して配置され、光を出射する第 2の湾曲面からなる頂部を有する。

主反射板 2 0 1 2、第 1及び第 2の側面反射板は、アルミニウム（A 1 ) 、真鍮、ステンレス等の金属の表面を研磨したものでも、更に、これらの表面にニッケル（N i ) 鍍金や金（A u ) 鍍金を施したものでも良い。或いは、樹脂基板の表面に A 1箔等の反射率の高い金属薄膜や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かまわない。半透明板 2 0 1 1としては、高屈折率の白色微粉体例えば T i〇₂ , C a C 0 ₃， B a S〇₄を樹脂等に分散させた樹脂板状体などの乳半板を用いればよい（より具体的にはメタクリル樹脂乳半板等を用いればよい。）。又半透明板 2 0 1 1は、乳半板或いは透明板の表面を粗面加工したもの、透明成形材料に他の光散乱粒子を混練し成形した樹脂板であってもよい。或いは、片面或いは両面に艷消しなどの粗面加工が施された樹脂フィルムを表面に貼りつけて半透明板 2 0 1 1を構成しても良い。更に、半透明板 2 0 1 1は L E Dの発光色に応じて、有色若しくは透明材料を採用可能である。

本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体に用いるバルク型レンズ 2 1 1 6としては、第 1の実施例で説明した種々のガラス材料、透明プラスチック材料、結晶性材料等が使用可能で、有色の樹脂や蛍光材料を含んだ樹脂でもかまわない。この内、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 2 1 1 6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 2 1 1 6が簡単に大量生産出来る。

本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体によれば、 L E Dの数を多数必要とすることなく、広い面積に渡り均一且つ所望の照度を得ることが可能である。又電力消費量が少ないことに加え、ちらつきのない照明であるので、

X線フィルムの中間色等の細かな階調の変化を簡単に観察することが出来る。又、ちらつきの存在のため目の疲労、或いは、目の疲労からくる人体への影響などの心配も不要である。

なお、図 36 A及び 36 Bにおいては、複数のバルク型レンズ 2 1 1 1，

2 1 1 2, 2 1 1 3，， 2 1 1 6, 2 1 2 1, ， 2 1 2 6, 2 1

3 1 , ， 2 1 36は、 3 X 6マトリクス状に配置されているが、この様にマトリクス状配置に限定する必要はない。例えば、 1層目の複数のバルク型レンズ 2 1 3 1，， 2 1 3 6と 2層目の複数のバルク型レンズ 2

1 2 1 , , 2 1 26とが互いに 1 2ピッチずれ、 2層目の複数のバルク型レンズ 2 1 2 1 , ， 2 1 2 6と 3層目の複数のバルク型レンズ

2 1 1 1， ……， 2 1 1 6とが同様に互いに 1 /2ピッチずれた最稠密配置でも良いことは勿論である。

(第 1 6の実施例）

図 37 Aに示すように、本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体は、複数の凹部とこの凹部に対向した複数の凸部を有する一体集合型レンズ 20 3 1と、複数の凹部に収納された所定の波長の光を発する複数の L ED 2 2 1

1 , 22 1 2, 22 1 3, , 2 2 1 6, 222 1 , , 2 226,

2 2 3 1 , ……， 2 2 3 6と、複数の凸部からの光を反射する平面鏡からなる主反射板 2 0 1 2 (但し図 37 Aの鳥瞰図においては裏面側になるので主反射板は明示されていない。）と、主反射板 20 1 2と一定の角度をなして配置され、主反射板 20 1 2で反射した光を透過する半透明板 20 1 1とを少なくとも有する。そして、本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体は、更に主反射板 20 1 2と半透明板 2 0 1 1との間に側面反射板（第 1の側面反射板） 20 1 3が設けられている。図 3 7 Aの鳥瞰図において裏面側になるので図示を省略しているが、側面反射板 20 1 3に対向してもう一枚別の側面反射板（第 2の側面反射板）が設けられている。一体集合型レンズ 20 3 1は、後板 20 1 5によりに固定されている。主反射板 2 0 1 2、半透明板 2 0 1 1、側面反射板（第 1の側面反射板） 2 0 1 3、別の側面反射板 (第 2の側面反射板）及び後板 20 1 5により 3角柱状の空洞が形成されているのは第 1 5の実施例と同様である。又、図示を省略しているが、複数の

L E D 22 1 1 , 22 1 2, 22 1 3, ， 22 1 6, 222 1, ，

22 26, 2 2 3 1，， 22 36は、 LEDソケットに接続され、所定の電圧が印加される。他は、第 1 5の実施例での記載と重複するので、その説明を省略する。

この様に、一体集合型レンズ 20 3 1を用意することにより、面状発光体の組立が容易になる。従って、第 1 5の実施例において、多数のバルク型レンズを個別に製造する場合に比し、生産性が向上する。そして、この一体集合型レンズ 20 3 1のそれぞれの凹部に 3 X 6= 1 8個の L EDを挿入し、この 1 8個の L EDを直列接続すれば商用の 1 00 Vの電源で駆動することも可能である。

本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体によれば、省電力で、広い面積に渡り均一且つ所望の照度を簡単に得ることが可能である。又、ちらつきのない照明であるので、 X線フィルムの中間色等の細かな階調の変化を簡単に観察することが出来る。又、ちらつきの存在のため目の疲労の心配も不要である。

図 3 7 Bは本発明の第 1 6の実施例の変形例に係る面状発光体を示す模式的な鳥瞰図である。図 3 7 Aに示す一体集合型レンズ 2 0 3 1の外周面は複数の円柱面からなる波形形状であるが、図 37 Bに示す一体集合型レンズ 2 032の外周面は平坦な面から構成されている点が異なる。他は、図 3 7 A に示すは本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体と同様であるから、重複した説明を省略する。

図 38は本発明の第 1 6の実施例の他の変形例に係る面状発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図 3 7 Bに示す一体集合型レンズ 2032をュニットとして、 2つのユニットを集合して大面積の面状発光体を構成した例である。即ち、図 38においては、第 1の一体集合型レンズ 2032 aと第 2の一体集合型レンズ 2032 bとが隣接して配置されている。そして、第 1の一体集合型レンズ 2032 aの複数の凹部には 1 8個の LED 22 1 1 a, 22 1

2 a, 22 1 3 a, ， 22 1 6 a, 22 2 1 a, ， 2226 a,

2 2 3 1 a, ， 2 2 36 aが、第 2の一体集合型レンズ 2 0 3 2 の複数の凹部には他の 1 8個の L ED 22 1 1 b, 22 1 2 b, 2 2 1 3 b, , 22 1 6 b, 222 1 b, , 2 22 6 b, 2 2 3 1 b, ,

2236 bがそれぞれ収納されている。そして、図 38に示す本発明の第 1 6の実施例の他の変形例に係る面状発光体は、更に平面鏡からなる主反射板

2008と、主反射板 2008と一定の角度をなして配置され、主反射板 2 008で反射した光を透過する半透明板 20 1 6とを少なくとも有する。主反射板 2008及び半透明板 20 1 6は、図 3 7 Bに示す主反射板 2 0 1 2 及び半透明板 20 1 1の 2倍の面積である。

図 39は本発明の第 1 6の実施例の更に他の変形例に係る面状発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図 3 7 Bに示す一体集合型レンズ 2032をュニッ卜として、 4つのユニットを集合し、図 38よりも更に大面積の面状発光体を構成した例である。即ち、図 3 9においては、第 1の一体集合型レンズ 2 0

32 aと第 2の一体集合型レンズ 2 0 32 bとの隣接構造の下に、第 3の一体集合型レンズ 2032 c及び第 4の一体集合型レンズ 2032 dとの隣接構造が配置された積層構造が形成されている。そして、図 39に示す面状発光体は、更に平面鏡からなる主反射板 2009と、主反射板 2009と一定の角度をなして配置され、主反射板 2009で反射した光を透過する半透明板 20 1 8とを少なくとも有する。主反射板 2009及び半透明板 20 1 8 は、図 37 Bに示す主反射板 20 1 2及び半透明板 20 1 1の 4倍の面積にすることも可能である。又、角度を選べば 4倍の面積にしなくても良い。

(第 1 7の実施例）

図 40に示すように、本発明の第 1 7の実施例に係る面状発光体は、所定の波長の光を発する複数の L ED 2 2 1 1， ……と、 L EDの主発光部を収納し、 L EDの光を一定の指向性で出射する複数のバルク型レンズ 23 1 1 , 23 1 2, 23 1 3, 232 1 , 2322, 233 1, 233 2, 23 33と、複数のバルク型レンズからの光を反射する平面鏡からなる主反射板 20 1 2と、主反射板と一定の角度をなして配置され、主反射板で反射した光を透過する半透明板 2 0 1 1とを少なくとも有する。複数のバルク型レンズ 23 1 1, 23 1 2, 23 1 3, 232 1 , 2322, 233 1 , 233 2, 2333は、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体のバルク型レンズとは異なり、横方向に拡がった扁平な構造である。複数のバルク型レンズ 23 1 1 , 23 1 2, 2 3 1 3と複数のバルク型レンズ 232 1， 2322 とは互いに 1 2ピッチずれて積層されている。更に、複数のバルク型レンズ 232 1， 2 32 2と複数のバルク型レンズ 23 3 1， 23 32, 233 3とは、同様に互いに 1ノ2ピッチずれて積層されている（但し、本発明の第 1 5の実施例と同様な 3 X 3マトリクス状に配置しても良いことは勿論である。）。そして、本発明の第 1 7の実施例に係る面状発光体は、更に主反射板 20 1 2と半透明板 20 1 1との間に側面反射板（第 1の側面反射板） 20 1 3が設けられている。図示を省略しているが、側面反射板 20 1 3に対向してもう一枚別の側面反射板（第 2の側面反射板）が設けられている。複数の L ED 22 1 1……は、後板 20 1 5により互いに固定されている _c 主反射板 20 1 2、半透明板 20 1 1、側面反射板（第 1の側面反射板） 2 0 1 3、別の側面反射板（第 2の側面反射板及び）後板 20 1 5により 3角柱状の空洞が形成されている。図示を省略しているが、複数の L ED 22 1 1， ……は、 L EDソケットに接続され、所定の電圧が印加される。

図 40 Bに示すように、本発明の第 1 7の実施例に係る扁平なバルク型レンズ 23 1 1は長軸 W及び短軸 Hを有している。そしてこの扁平なバルク型レンズ 23 1 1は、 L ED 22 1 1の主発光部をほぼ完全に覆うように構成されている。他の複数の扁平なバルク型レンズ 23 1 2 , 2 3 1 3, 232 1， 2 322, 2 32 3, 2 3 3 1 , 2332, 233 3についても同様である。扁平なバルク型レンズ 23 1 1の中心軸には、 L ED 22 1 1の主発光部を収納するための凹部が設けられ、この凹部は、第 1の湾曲面からなる天井部と第 1の湾曲面に対向して配置され、光を出射する第 2の湾曲面からなる頂部を有する。 L ED 22 1 1は、第 1のピン 1 1に一体的に接続された基台の上に配置された L EDチップと、この L EDチップを被覆する樹脂モールドと、第 1のピン 1 1と対をなす第 2のピン 1 2とから少なくとも構成された樹脂モールドされた L EDである。この樹脂モールドされた L ED 2 2 1 1が扁平なバルク型レンズ 2 3 1 1の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、これらの迷光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、第 1の湾曲面からなる入射面 2 (天井部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得るのである。又、 L ED 22 1 1と扁平なバルク型レンズ 23 1 1の凹部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。これらの迷光成分も、本発明の第 1 7の実施例においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。この様にして、本発明の第 1 7の実施例に係る扁平なバルク型レンズ 23 1 1によれば、樹脂モールドされた L ED 22 1 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、広い面積に渡り均一且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。又電力消費量が少ないことに加え、ちらつきのない照明であるので、 X線フィルムの中間色等の細かな階調の変化を簡単に観察することが出来る。又、ちらつきの存在のため目の疲労などの心配も不要である。他は、第 1 5の実施例での記載と重複するので、その説明を省略する。

(第 1 8実施例）

本発明の第 1 5乃至第 1 7の実施例においては、一方向に光が出射する片面型の面状発光体について説明した。互に反対方向となる二方向に光が出射する両面型の面状発光体は、単純には片面型の面状発光体を互いに背中合わせに貼り合わせせれば良い。

図 4 1は、本発明の第 1 8実施例として、他の両面型の面状発光体を示す図である。即ち、図 4 1においては、第 1の一体集合型レンズ 203 3 aと第 2の一体集合型レンズ 20 33 とが平面鏡からなる主反射板 2043を介して、互いに対向配置されている。主反射板 2043は両面ミラーであり、第 1の一体集合型レンズ 20 33 aと第 2の一体集合型レンズ 20 3 3 bとの間に斜めに配置されている。そして、第 1の一体集合型レンズ 203 3 a には 1 8個の凹部が設けられ、この 1 8個の凹部には図示を省略した 1 8個の L EDが挿入されている。同様に、第 2の一体集合型レンズ 20 3 3 bには 1 8個の凹部が設けられ、この 1 8個の凹部には他の 1 8個の L ED 22 l i b, 22 1 2 b, 22 1 3 b, , 2 2 1 6 b, 22 2 1 b, ， 2 2 2 6 b , 2 2 3 1 b , ， 2 2 3 6 bがそれぞれ収納されている。そして、図 4 1に示す本発明の第 1 8実施例に係る両面型の面状発光体は、更に主反射板 2 0 4 3と一定の角度をなして配置され、主反射板 2 0 4 3で反射した光を透過する第 1の半透明板 2 0 4 1と、この第 1の半透明板 2 0 4 1と平行方向で、且つ主反射板 2 0 4 3に関して反対方向に配置された第 2の半透明板 2 0 4 2を少なくとも有する。図 4 1において、主反射板 2 0 4 3の表面で反射された光は上方に、主反射板 2 0 4 3の裏面で反射された光は下方に出射する。他は、本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体と同様であるから、重複した説明を省略する。

本発明の第 1 8実施例によれば、 L E Dの数を多数必要とすることなく、均一且つ所望の照度の両面型の面状発光体を簡単に提供出来る。又、この両面型の面状発光体は、電力消費量が少なく、ちらつきもない両面照明が出来る。

(第 1 9の実施例）

図 4 2は、本発明の第 1 9の実施例として、他の片面型の面状発光体を示す図である。即ち、図 4 2においては、第 1の一体集合型レンズ 2 0 3 4 a と第 2の一体集合型レンズ 2 0 3 4 bとが、 Λ型の主反射板を介して、互いに対向配置されている。 Λ型の主反射板は、平面鏡からなる第 1の主反射板 2 0 5 1と第 2の主反射板 2 0 5 2とから構成されている。第 1の主反射板

2 0 5 1は、主に第 1の一体集合型レンズ 2 0 3 4 aからの光を反射する平面鏡であり、第 2の主反射板 2 0 5 2は、主に第 2の一体集合型レンズ 2 0

3 4 bからの光を反射する平面鏡である。そして、第 1の一体集合型レンズ 2 0 3 4 aには 1 8個の凹部が設けられ、この 1 8個の凹部には図示を省略した 1 8個の L E Dが挿入されている。同様に、第 2の一体集合型レンズ 2 0 3 4 bには 1 8個の凹部が設けられ、この 1 8個の凹部には他の 1 8個の

L E D 2 5 1 1 b , ， 2 5 1 6 , 2 5 2 1 b , , 2 5 2 6 b ,

2 5 3 1 b , , 2 5 3 6 bがそれぞれ収納されている。そして、図 4

2に示す本発明の第 1 9の実施例に係る面状発光体は、更に第 1の主反射板 2 0 5 1と第 2の主反射板 2 0 5 2と一定の角度をなして配置され、第 1の主反射板 2 0 5 1と第 2の主反射板 2 0 5 2で反射した光を透過する半透明板 2 0 5 3を有している。この半透明板 2 0 5 3と平行方向で、且つ第 1の主反射板 2 0 5 1と第 2の主反射板 2 0 5 2に関して反対方向には、底板 2 0 5 4が配置されている。図 4 2に示すように、第 1の主反射板 2 0 5 1と第 2の主反射板 2 0 5 2との接続部、即ち Λ型の頂部は、一定の距離 dをなして、半透明板 2 0 5 3から離間している。半透明板 2 0 5 3から一定の距離 d離間させることにより、 Λ型の頂部の陰が半透明板 2 0 5 3の表面から観察されないように出来る。他は、本発明の第 1 6の実施例に係る面状発光体と同様であるから、重複した説明を省略する。

本発明の第 1 9の実施例に係る面状発光体によれば、 L E Dの数を多数必要とすることなく、長手方向に長い寸法を有した広い面積を均一に照明出来る。又、その際の照度を十分高くすることが可能である。又電力消費量が少なく、ちらつきのない照明が可能である。

図 4 3は、本発明の第 1 9の実施例の変形例に係る面状発光体を示す模式的な鳥瞰図である。図 4 3においては、中央部に平面鏡からなる第 1の主反射板 2 0 6 1、第 2の主反射板 2 0 6 2、第 3の主反射板 2 0 6 3及び第 4 の主反射板 2 0 6 4とからなるピラミッド（四角錐）が配置され、この四角錐の 4つの底辺に沿って、それぞれ 1 2個のバルク型レンズが 3層積層された 3 X 1 2 = 3 6個のバルク型レンズの集合からなる壁が設けられている。即ち、第 1の主反射板 2 0 6 1を構成する 2等辺三角形の底辺に沿って、バルク型レンズ 2622 d， 262 1 d, 262 0 d , ， 2722 d, ·

···, 2 8 22 dが積層され、第 2の主反射板 2 0 6 2を構成する 2等辺三角形の底辺に沿って、バルク型レンズ 26 1 1 c， 26 1 2 c, 6 1 3 c, , 2622 c, 2 7 1 1 c, , 28 1 1 c, ····が積層されている。更に、第 3の主反射板 2063を構成する 2等辺三角形の底辺に沿って、バルク型レンズ 26 1 1 b, , 2622 b, 2 7 1 1 b, , 2 7

22 b, 28 1 1 b, '··'， 2822 bが積層され、第 4の主反射板 206 4を構成する 2等辺三角形の底辺に沿って、バルク型レンズ 26 1 1 a， ··

···, 2622 a, 2 7 1 1 a, , 27 2 2 a, 28 1 1 a, ····， 2

82 2 aが積層されている。バルク型レンズ 26 1 1 , ， 2 62 2 b, 2 7 1 1 b, 2 7 22 b, 28 1 1 b, ····， 2 8 22 b及びバルク型レンズ 26 1 1 a，， 2 622 a, 27 1 1 a, , 272

2 a , 28 1 1 a, ····， 2822 aの内部には、それぞれ LED 263 1 b，， 2642 b, 273 1 b, 2 742 b, 283 1 b, ····，

2842 b及び L ED 2 6 3 1 a， , 2642 a, 273 1 a, ，

2 742 a, 283 1 a, ····， 2 842 aが収納されている。図示を省略しているが、バルク型レンズ 26 2 2 d , 2 62 1 d , 2620 d , ，

2 7 22 d , ····, 28 22 d及びバルク型レンズ 2 6 1 1 c， 26 1 2 c ,

26 1 3 c, , 2622 c, 2 7 1 1 c , ， 28 1 1 c , …'についてもそれぞれ L EDが収納されていることは勿論である。この様にして、四角錐の周りを、 3 X 1 2 X 4= 144個のバルク型レンズの集合からなる壁が取り囲み、 3 X 1 2 X 4= 144個の L E Dが配置されている。そして、図 43に示すように、更に第 1の主反射板 2 06 1、第 2の主反射板 206 2、第 3の主反射板 2 0 63及び第 4の主反射板 2 064と一定の角度をなして配置され、第 1の主反射板 20 6 1、第 2の主反射板 2062、第 3の主反射板 2 0 6 3及び第 4の主反射板 2 0 6 4で反射した光を透過する半透明板 2 0 7 9を有している。この半透明板 2 0 7 9と平行方向で、且つ第 1 の主反射板 2 0 6 1、第 2の主反射板 2 0 6 2、第 3の主反射板 2 0 6 3及び第 4の主反射板 2 0 6 4に関して反対方向には、底板 2 0 6 5が配置されている。図示を省略しているが、図 4 2と同様に、四角錐の頂部は、一定の距離 dをなして、半透明板 2 0 7 9から離間している。半透明板 2 0 7 9から一定の距離 d離間させることにより、四角錐の頂部の陰が半透明板 2 0 7 9の表面から観察されないように出来る。他は、本発明の第 1 5の実施例に係る面状発光体と同様であるから、重複した説明を省略する。又、図 4 2と同様に一体集合型レンズを用いて、四角錐の周り取り囲むような構成も可能である。

図 4 3に示す本発明の第 1 9の実施例の変形例に係る面状発光体によれば、比較的薄型で大面積の面状発光体が提供出来る。このような大面積の面状発光体になればなるほど、 L E Dの個数の削減効果が顕著になる。即ち、本発明の第 1 9の実施例の変形例に係る面状発光体では、バルク型レンズを使わない場合に比して 1 Z 4乃至 1 / 1 0程度以下の個数の L E Dを用いるのみで良いので、数百個レベルの L E Dの個数の削減が可能になり、面積当たりの単価が安くなる。

(第 2 0の実施例）

図 1に示す樹脂モールドされた L E D 1に対して、所定電圧が印加出来るように電池ケースを用意し、この電池ケースの中に電池（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（携帯用照明器具）が完成する。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、 L E D 1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。この懐中電灯（携帯用照明器具）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。

図 44A及び図 44 Bに示すように、本発明の第 20の実施例に係る手持ち器具は、樹脂 14によりモールドされ、この樹脂 14の頂部より、所定の波長の光を出力する半導体発光素子としての可視光 LED 1と、この半導体発光素子（可視光 LED) 1を駆動する電源部 3241， 3 242と、樹脂 14を収納する凹部を内部に有し、半導体発光素子（可視光 LED) 1の光を外部に出射するための湾曲面からなる頂部を有するバルク型レンズ 2 0と、このバルク型レンズ 20を収納する空洞部 3 2 1 7を有する導波部 32 1 1 からなる手持ち軸部（ペン軸） 32 1 0とを備えたボールペンである。そして、この導波部 32 1 1は、円筒形の空洞部を有し、この空洞部には、中心軸部（インクカートリッジ） 32 1 5が収納されている。更に、本発明の第 20の実施例に係る手持ち器具は、半導体発光素子（可視光 LED) 1を駆動する電源部 3241， 3242と、電源部 3241， 3242の電源供給を制御するスィツチ部 3 2 2 6とを備えている。このボールペンのペン先 (作業用先端部） 32 14の最先端部分には自在に回転し紙面に適度にィンクを供給するための鋼鉄性ボールが配設されている。鋼鉄製ボールは、直径 0. 2mm 乃至 0. 8 mm*等の現在市販されている種々の大きさのものが使用可能である。

そして、図 44 Bに示すように、この手持ち器具（ボールペン）は、筆記具本体 3 30 1とライト部本体 3302とに分解して、ライト部本体 33 0 2を単独使用可能なように構成されている。即ち、この手持ち器具（ボールペン）は、筆記具本体 330 1をライト部本体 3 302に着脱自在に装着出来るようになつている。ィンクカートリッジ 3 2 1 5は、ペン軸 3 2 1 0の中心軸部分に配設された力一トリッジ取り付け穴 3 2 1 5 Aに、図 4 4 A中及び図 4 4 B中、右側のペン先方向から左側に向かって取り付けられ、又ィンクがなくなり交換する際には左側から右側に向かってカートリッジ取り付け穴 3 2 1 5 Aから取り外すようになつている。

導波部 3 2 1 1には、 L E D光の波長に対する透過率が高く、その製作が容易で、しかも比較的軽量な透明なァクリル樹脂等のプラスチック材料を使用することが出来る。好みによって筆記具本体 3 3 0 1に重量感を持たせ、筆記し易くすることが要求される場合には、導波部 3 2 1 1は第 1の実施例で述べた透明なガラス材料や結晶性材料を用いてもかまわない。ペン軸 3 2 1 0は、例えば直径約 1 2 mm、全長約 1 5 0 mmの寸法で形成されている。

コーティング層 3 2 1 2は、後述する光分散部 3 2 1 9の領域を除き、導波部 3 2 1 1の表面の大半に配設されているが、場合によりこのコーティング層 3 2 1 2を省略しても良い。ペン先部に光を集中したいときはこのコーティング層 3 2 1 2を用いれば良く、ペン軸 3 2 1 0からの光を局所照明に用いたければ、コーティング層 3 2 1 2を設ければ良い。後者の目的のコーティング層 3 2 1 2には、導波部 3 2 1 1の表面を保護し、且つ、 L E D光の波長に対する導波部 3 2 1 1の光の伝送効率を高めるために、反射率が高い金属性コーティング層を使用することが出来る。又、コーティング層 3 2 1 2には、ファッション性を高め、或いはデザイン性を高めるために、適度な透明性を有しかつ着色されたスケルトンタイプの（半透明な）樹脂コ一ティング層や、不透明の着色された樹脂コ一ティング層を使用することが出来る。又、コーティング層 3 2 1 2は、ある程度の光の透過率が得られれば、ラバ一コーティング層や、塗装コーティング層であってもよい。例えば、コ一ティング層 3 2 1 2からの透過光を有効に使うことにより、夜間歩行の安全用手持ち器具や、コンサ一ト会場に於ける遊技用手持ち器具としてのペンライトとして、使用可能である。

光分散部 3 2 1 9は、導波部 3 2 1 1の端部表面を加工して形成すればよい。例えば、複数の V字形状、 U字形状、或いは扁平な凹部を、導波部 3 2 1 1の端部設ける方法や、細かな凹凸を設ける方法、或いは比較的透明度の高い磨りガラス状に曇らせる方法等が可能である。更に、ガラス等の透明材料の微粒子を導波部 3 2 1 1の端部に塗布や付着しても良い。いずれにしても、光分散部 3 2 1 9は導波部 3 2 1 1により集光され伝達されてきた光を適度に分散させて暗闇筆記に必要な範囲の紙面を明るく局所照明することが出来るような光学設計をすればよい。

図 4 4 A及び図 4 4 Bに示すように、筆記具本体 3 3 0 1の左端には、本発明のバルク型レンズ 2 0を収納する空洞部としてのバルク型レンズ結合部 3 2 1 7が配設されている。このバルク型レンズ結合部 3 2 1 7は、いわば、バルク型レンズ 2 0を収納するソケット部（メス体）である。つまり、ノルク型レンズ結合部 3 2 1 7にはライト部本体 3 3 0 2のバルク型レンズ（プラグ部：ォス体） 2 0を挿入して結合するようになっている。この空洞部の天井部は、バルク型レンズ（プラグ部：ォス体） 2 0の頂部の曲率半径とほぼ等しい曲率半径の凹面をなしており、バルク型レンズ 2 0からの光が有効に、導波部 3 2 1 1に導くことが可能なように構成されている。又、この空洞部の内径は、バルク型レンズ（プラグ部：ォス体） 2 0の外径（頂部以外の部分）の外径より、極僅か、例えば、 0 . 0 5 mm乃至 0 . 2 mm程度大きく形成されている。そして、バルク型レンズ結合部（ソケット部） 3 2 1 7の端部（図 4 4 Bにおいて、左側）には、筆記具側結合部 3 2 1 8としての雌ネジが設けられている。一方、ライト部筐体 3 2 2 3の一端には、筆記具本体 3 3 0 1の筆記具側結合部 3 2 1 8と連結される雄ネジで形成されたライト側結合部 3 2 2 8が配設されている。なお、ここでは、筆記具本体 3 3 0 1とライト部本体 3 3 0 2とを、雄ネジ ·雌ネジを用いて着脱する方式を例示したが、はめ込み方式やクランプ形式等他の方式でもかまわない。更に、導波部 3 2 1 1の内部において、カートリッジ取り付け穴 3 2 1 5 Aの底面には反射ミラ一 3 2 1 1 Aが装着されている。この反射ミラ一 3 2 1 1 Aは可視光 L E D 1から発せられる光を反射させて照明効率を高めるようになっている。

更に、図示を省略しているが、インクカートリッジ 3 2 1 5を揷入する部分となる導波部 3 2 1 1の空洞部の内壁、若しくはカートリッジの外壁にも反射ミラーを設けてもよい。又、空洞部の内壁に、乱反射面となる細かな凹凸を設ければ、暗闇において、インクカートリッジ 3 2 1 5の挿入された部分が視認出来ると同時に、この乱反射面からの光により、筆記具本体 3 3 0 1の周りが、かすかに明るくなる効果も期待出来る。前述したペンライトとしての使用目的の時は、空洞部の内壁に乱反射面を設けることは有効である。一方、ライト部本体 3 3 0 2は、ライト部筐体 3 2 2 3と、ライト部筐体 3 2 2 3の図 4 4 A中及び図 4 4 B中右側に装着された半導体発光素子（可視光 L E D ) 1と、ライト部筐体 3 2 2 3の中央部分に配設された電源部 3

2 4 1， 3 2 4 2と、ライト部筐体 3 2 2 3の左端に配設されたスィッチ部

3 2 2 6とを備えている。樹脂 1 4の頂部は、市販の樹脂モールドされた L E D 1の頂部の形状であり、所定の曲率半径を有した凸面形状で形成されている。凸面形状の頂部を除けば、樹脂モールドされた L E D 1は、例えば、直径（外径） 2〜 3 mm *の円柱形状である。又、バルク型レンズ 2 0は、樹脂 1 4を収納出来るように、凹部を有している。凹部の側壁部は、樹脂モ一ルドされた L E D 1を収納出来るように、直径（内径） 2 . 5〜 4 mm の円筒形状となっている。図示を省略しているが、 L E D 1とバルク型レンズ 2 0とを固定するために、 L E D 1とバルク型レンズ 2 0の収納部 6との間には、厚さ 0 . 2 5〜0 . 5 mm程度のスぺーサ若しくは接着剤が挿入されている。このスぺーサ若しくは接着剤は、 L E D 1の主発光部を除く位置に配置すればよい。バルク型レンズ 2 0は、凸形状の出射面 3となる頂部近傍を除けば、ほぼ L E D 1と同様な円柱形状である。このバルク型レンズ 2 0 の円柱形状部分の直径（外径）は、ライト部筐体 3 2 2 3の外径より小さな所定の値に選べば良い。例えば、 6〜 1 1 mm 程度に選べば良い。バルク型レンズ 2 0の頂部は、所定の曲率半径を有した凸面形状で形成されており、このバルク型レンズ 2 0は可視光 L E D 1から発せられる光を効率良く集光して、外部に出射可能なようになつている。

一般の可視光 L E D (樹脂モールドされた L E D ) においては、樹脂 1 4 の頂部の凸形状湾曲面以外の所から出る光は、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 2 0の実施例においては、可視光 L E D 1がバルク型レンズ 2 0の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、これらの迷光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、凹部の入射面 2 (天井部）以外の内壁面も、有効な光の入射部として機能し得るのである。又、可視光 L E D 1と凹部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 0の実施例においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。この結果、樹脂 1 4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、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な L E Dチップの光エネルギを有効に取り出すことが可能となる。この様にして、本発明の第 2 0の実施例に係る光学的構造によれば、樹脂モールドされた L E D 1の数を多数必要とすることなく、局所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。つまり、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 L E Dで実現出来る。この様に、本発明の第 2 0の実施例に係る光学的構造によれば、従来の技術常識では全く予測出来ない照度を、図 4 4 A及び図 4 4 Bに示すような簡単な構造で、実現出来る。

ライト部筐体 3 2 2 3は、内部に電源部 3 2 4 1， 3 2 4 2を収納出来る筒状の中空円柱体、若しくはこれに類似な形状で形成されている。ライト部筐体 3 2 2 3には、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の材料や、アクリル樹脂やプラスチック材料等で形成することが出来る。ペン軸 3 2 1 0と同様に、ライト部筐体 3 2 2 3は、例えば透明なアクリル樹脂やプラスチック材料、又は適度に着色された半透明か不透明のアクリル樹脂やプラスチック材料で形成してもよい。ライ卜部筐体 3 2 2 3は、筆記具本体 3 3 0 1のペン軸 3 2 1 0と例えば同等の外径寸法で構成されている。

図 4 5に示すように、 L E Dチップ 1 3は、ベース基台（ステム） 1 5に設けられた支持台（ダイパッド） 2 0 2の上にマウントされている。そして、この L E Dチップ 1 3は、樹脂 1 4により樹脂モ一ルドされている。第 1のリード配線 1 1は、し£ 0チップ1 3の一方の電極（下部電極）に、支持台 2 0 2を介して、その一端が接続され、他端は、ベース基台 1 5を貫通して、その裏面まで導出されている。同様に、第 2のリード配線 1 2は、 L E Dチップ 1 3の他方の電極（上部電極）に、その一端が接続され、他端は、ベース基台 1 5を貫通して、その裏面まで導出されている。符号は付けないが、 L E Dチップ 1 3の他方の電極（上部電極）と第 2のリード配線 1 2との間はボンディングワイヤにより電気的に接続されている。この様にして、可視光 L ED 1は、ベース基台 1 5、支持台 202、 LEDチップ 1 3、第 1のリード配線 1 1、第 2のリード配線 1 2及び樹脂 14等から構成されている _c ベース基台 1 5は、外周部をステンレス、真鍮や銅等の金属で覆われたセラミックス等の絶縁体で構成してもよく、樹脂 14の一部として、樹脂 14と同一の材料で構成しても良い。又、図 45では、樹脂 14とべ一ス基台 2 0 との間に、段差がある構造を示しているが、樹脂 14とベース基台 20とを同一の外径で構成し、両者の間の段差を無くしても良い。

なお、本発明の第 20の実施例に係る手持ち器具に用いる可視光 LED 1 としては、種々の色（波長）の L EDが使用可能である。但し、暗闇筆記の際の局所照明のためには、第 1の実施例で述べたような白色 L EDが人間の目には自然であるので好ましい。

樹脂 14は、レンズ作用と同時に、 LEDチップ 1 3を保護する機能を有するモールド体である。この樹脂 14には、例えば透明な熱硬化性エポキシ樹脂やアクリル樹脂を使用することが出来る。樹脂 14の図 45中右側の部分は、所定の曲率半径を有した凸面形状で形成されており、この樹脂 14は L EDチップ 1 3から発せられる光（白色光）を効率良く集光してバルク型レンズ 20に出射するようになっている。

図 44 A及び図 45に示すように、電源部 324 1， 3242は、手持ち器具の携帯性を高め、且つ適度な照度を得るために、 2個の直列に接続された単 3形〜単 5形の乾電池 3 24 1及び 3242により構成することが可能である。或いはディスクタイプのリチウム電池やマンガン'リチウム電池等も使用可能である。なお、電漉部 324 1 , 3242は、必ずしも上記の乾電池に限定されるものではなく、充電可能な小型の他の種類のバッテリーで構成してもよい。

スィッチ部 3226は、その詳細な構成は省略するが、基本的には回転式やプッシュ式等の簡単な構造でよい（後述の第 2 2の実施例で説明するセキユリティ機能を付加する場合は、このスィッチ部には、論理回路やパルス発信器、電圧調整器等が組み込まれる）。又、色合いの変化を楽しむ機能を付加したい場合は、スィッチ部 3 2 2 6に、赤（R ) 色、緑（G ) 色及び青 ( B ) 色の 3枚の L E Dチップの駆動電圧を互いに独立に制御出来る電圧調整器を内蔵させておけばよい。スィッチ部 3 2 2 6の一方の端子は、ライト部筐体 3 3 0 2の内側に配設された図示しない配線を通して可視光 L E D 1 の第 2のリード配線 1 2に接続されている。スィツチ部 3 2 2 6の他方の端子は、図 4 4 Aに示すように、乾電池 2 4 1及び 2 4 2を保持しつつ配線としても兼用される導電性弾性体 3 2 2 5、乾電池 2 4 2、 2 4 1のそれぞれを通して、可視光 L E D 1の第 1のリード配線 1 1に接続されている。

スィッチ部 3 2 2 6は、その構成を示していないが、ネジ等によりライト部筐体 3 3 0 2の他端に着脱自在に取り付け取り外しが出来るようになっており、このスィツチ部 3 2 2 6をライト部筐体 3 3 0 2から取り外した状態において乾電池 2 4 1及び 2 4 2の交換が行われるようになつている。第 2 0の実施例において、導電性弾性体 3 2 2 5は、例えば鉄、銅等の金属のコィルスプリングで形成されている。なお、導電性弾性体 3 2 2 5は、金属板を折り返した板ばねのようなものであってもよい。

更に、ライト部筐体 3 2 2 3の他端側の外周には、手持ち器具を例えば背広のポケットに携帯しておくためのクリップ 3 2 3 0が取り付けられている。

この照明部付き手持ち器具は、筆箱に入れて或いは背広のポケットにクリップ 3 2 3 0を利用して携帯することが出来る。そして、例えば研究発表会や講演会のスライド上映中にメモを取りたい場合、夜の暗闇の中で手帳にメモを取りたい場合等には、手持ち器具のスィツチ部 3 2 2 6を操作することにより、図 4 5に示すように電源部 3 2 4 1 , 3 2 4 2から可視光 L E D 1 の L E Dチップ 1 3に直流電流が流れ、し£ 0チップ1 3から白色光等の可視光が発せられる。 L E Dチップ 1 3から発せられた可視光は、図 4 5中、矢印で示すように、樹脂 1 4でまず効率良く集光され、引き続きバルク型レンズ 2 0、導波部 3 2 1 1のそれぞれでも効率良く集光され、導波部 3 2 1 1を通してペン軸 3 2 1 0の内部をペン先 3 2 1 4の方向に向かって伝播される。 L E Dチップ 1 3から発せられた可視光の内、筆記具本体 3 3 0 1の軸心に沿ってペン先 3 2 1 4に向かう可視光はカートリッジ取り付け穴 3 2 1 5 Aの底面の反射ミラー 3 2 1 1 Aで反射され、この反射された可視光は、バルク型レンズ 2 0の表面や樹脂 1 4の表面で再度反射されて漏れなくペン先 3 2 1 4に向って伝播されるようになっている。

導波部 3 2 1 1を伝播してきた可視光は最終的には光分散部 3 2 1 9を通して分散され、暗闇筆記に必要な適度な紙面の照度を得ることが出来る。この状態で、ペン先 3 2 1 4の鋼鉄製ボールを紙面に対して回転させることにより、このボールの回転に応じてィンクカートリッジ 3 2 1 5から適度なィンクを紙面に供給することが出来る。

この様に構成される本発明の第 2 0の実施例に係る照明部付き手持ち器具によれば、 L E Dチップ 1 3からの光を効率良く集光する樹脂 1 4、バルク型レンズ 2 0及び導波部 3 2 1 1を備え、照明効率を向上させることが出来るので、白熱電球と同等の実用上十分な照度を得ることが出来る。更に、この手持ち器具は、可視光 L E D 1を使用しているので、電力消費が少なく、照明持続時間を長くすることが出来る。例えば、白熱電球を使用する場合に比べて、数十倍から数百倍も長い照明持続時間を得ることが出来る。更に、この手持ち器具は、可視光 L E D 1に光を集光させる樹脂 1 4、バルク型レンズ 2 0及び導波部 3 2 1 1を備えただけの簡易な構造で構成することが出来る。又、この手持ち器具は、簡易な構造なので、製作が容易で、製作コストも削減することが出来る。

更に、導波部 3 2 1 1を利用してペン軸 3 2 1 0を形成しているので、筆記具本体 3 3 0 1に使用される部品点数を削減することが出来る。部品点数の削減により、より一層簡易な構造の手持ち器具を実現することが出来る。この結果、更に、製作が容易で、且つ製作コストが削減出来る照明部付き手持ち器具を実現することが出来る。

なお、本発明の第 2 0の実施例に係る手持ち器具は、樹脂 1 4、バルク型レンズ 2 0、導波部 3 2 1 1、光分散部 3 2 1 9の少なくともいずれか一つに着色を施し、研究発表会や講演会などでメモを取る際に周囲の人に迷惑がかからない程度に、又デザイン性を高めるために、白色光ではなく、赤、黄、紫色等の色を帯びた光を照射出来るように構成してもよい。

図 4 6 Aに示す手持ち器具（筆記具）は、図 4 4 A乃至図 4 5に示す手持ち器具と基本的な構成は同一であるが、筆記具本体 3 3 0 1のペン先 3 2 1 4を保護し、ペン軸 3 2 1 0に着脱自在に取り付け取り外しが出来るァゥ夕一キャップ 3 2 3 1を備えている。そして、このアウターキャップ 3 2 3 1 にはクリップ 3 2 3 2が取り付けられている。又、アウターキャップ 3 2 3 1の少なくとも、ペン先 3 2 1 4近傍を透明材料で形成し、このペン先 3 2 1 4近傍の幾何学的形状を所定の形状に選んでおけば、アウターキャップ 3 2 3 1を付けたままでも懐中電灯として機能させることが可能である。

図 4 6 Bに示す手持ち器具は、図 4 6 Aに示す筆記具（手持ち器具）と基本的な構成は同一であるが、筆記具本体 3 3 0 1を万年筆として構成している。即ち、筆記具本体 3 3 0 1は、万年筆のペン先 3 1 4 0と、このペン先 3 1 4 0にインクを供給するインクカートリッジ 3 1 5 0とを備えて構成されている。この図 4 6 Bに示す筆記具（手持ち器具）においては、筆記具本体 3 3 0 1を万年筆として構成しているが、図 4 6 Aに示す筆記具で得られる効果と同様の効果を得ることが出来る。

(第 2 1の実施例）

本発明の第 2 1の実施例は、本発明の第 2 0の実施例に係る照明部付き手持ち器具の基本的な構造を利用して、この手持ち器具から光信号を送信し、玄関や門、各部屋のドア、自動車のドア、机の引き出し、家具の引き出しや扉、印鑑箱や小物箱の蓋等の施錠対象物に対して施錠や解錠を行う施錠解錠システムである。

図 4 7に示すように、本発明の第 2 1の実施例に係る施錠解錠システムは、手持ち器具からなる信号発信部 3 3 0 4とし、この信号発信部（手持ち器具） 3 3 0 4と、この信号発信部（手持ち器具） 3 3 0 4からの光信号を受信する信号受信部 3 3 0 5を有する施錠対象物とから構成される。即ち、本発明の第 2 1の実施例に係る施錠解錠システムを構成する手持ち器具は、樹脂 1 4によりモールドされ、この樹脂 1 4の頂部より、光信号を出力する半導体発光素子としての可視光 L E D 3 3 4 0と、可視光 L E D 3 3 4 0を収納する凹部を内部に有するバルク型レンズ 2 0と、ペン軸として機能し、且つバルク型レンズを着脱可能なようにして収納する空洞部を有する導波部 3 2 1 1とを具備する。一方、施錠対象物は、信号発信部（手持ち器具） 3 3 0 4から出射された光信号を受信する信号受信部 3 3 0 5と、受信された光信号が所定の信号であると判定された場合に解錠を行うロック機構 3 3 0 6 とを具備する。更に、施錠対象物には、信号受信部 3 3 0 5に電源を供給する駆動電源部 3 3 0 7が含まれている。

導波部 3 2 1 1からなる筆記具本体 3 3 0 1は、本発明の第 2 0の実施例に係る手持ち器具で説明した筆記具本体 3 3 0 1と同一のものであるので、詳細な説明は省略する。信号発信部 3 304は、本発明の第 20の実施例に係る手持ち器具で説明したライト部本体 3 302と基本的な構成は同一であり、照明器具としても使用することが出来るが、第 2 1の実施例においては、信号受信部 330 5 に光信号を送信出来るように構成されている。即ち、信号発信部 3304は、信号受信部 330 5に光信号を送信し、これによりロック機構 3 306を制御し、机の引き出し等の施錠又は解錠を行う「電子鍵」としての送信器を構築出来るようになつている。

即ち、信号発信部 3304は、半導体発光素子チップ（LEDチップ） 3 41 0と、 LEDチップ 341 0から発せられる光（光信号）を集光させる樹脂及びバルク型レンズ 20と、 L EDチップ 34 1 0を駆動する電圧を供給する電源部 3344と、電源部 3344の電源供給を制御するスィツチ部

3346とを備えて構成されている。 LEDチップ 34 1 0とこれをモールドするバルク型レンズ 20とで、半導体発光素子（LED) 3340が構成されている。なお、本発明の第 2 1の実施例に係る施錠解錠システムに用いる L ED 3 340としては、本発明の第 2 0の実施例と同様に、種々の色

(波長）の L EDが使用可能である。但し、暗闇筆記の際の局所照明に用いること、及び後述する（第 22の実施例参照）各色の発光強度の比による符号化を実施することを考えれば、第 1の実施例で述べた白色 L EDが好ましい。この場合、 RGBの 3枚の LEDチップを互いに独立に並列動作させる必要性を考慮すると、それぞれの色の電源回路を並列に設け、独立の制御回路を付加しておくことが好ましい。又、緑（G) 色及び青（B) 色の LED は、赤（R) 色の L EDに対して、一般に動作電圧が高いので、内部抵抗等を設けて、 RGBの 3色のバランスをとつても良い。色による符号化を実施しない場合は、内部抵抗等を設けて、電圧のバランスを取れば、電源部 33

44及びこの電源部 3 344の電源供給を制御するスィツチ部 3346を共通として、 R G Bの 3枚の L E Dチップを同時に並列動作させることが可能である。

但し、昼間は、白色光を出力することが出来る L E D (白色 L E D ) では、ビームとして施錠対象物を照射した場合に、その照射点が見にくいので、 R G Bの 3色光の内のいずれかを選択的に照射するようにしても良い。いずれにしても、手持ち器具として使用する時は、白色光を発し、セキュリティ機能を付加する等の所定の情報処理が必要な際には、特定の色の L E Dの発光強度やパルス幅、順序等を独立に制御出来るように、スィッチや論理回路で、 L E Dの動作モードを切り替えて使用出来るようにしておいても良い。この様な場合は、図 4 4 Aに示したスィッチ部 3 2 2 6は、第 2 0の実施例のような簡単な構造ではなく、 R A M等の半導体メモリ、論理回路やパルス発信器、電圧調整器等の変調部（第 2 2の実施例参照）を構成する所定の電子回路が組み込まれる。

本発明の第 2 0の実施例と同様な構造（図 4 4 B参照）により、信号発信部 3 3 0 4の一端（頂部）側はプラグ形状をなし、筆記具本体 3 3 0 1の端部のなすソケット形状部に挿入され、着脱自在に装着出来るようになつている。プラグ形状の一部に雄ネジ、ソケット形状の一部に雌ネジを設けておけばよい。筆記具本体 3 3 0 1のペン軸 3 2 1 0を構成する導波部 3 2 1 1は、プラグ形状をなすバルク型レンズ 2 0を介して伝播されてきた光信号を更に効率良く集光出来る幾何光学的形状をなしており、集光後これを先端部方向に伝播させ、この伝播されてきた光信号は光分散部 3 2 1 9を通して最終的に外部に出力される。

一方、施錠対象物を構成するロック機構 3 3 0 6は、比較器等を用い、光検出器 3 3 5 0の出力電流のレベル判定、若しくは抵抗を介して出力電圧のレベル判定をし、所定の光入力が入力されたか否かを判断する。所定の光入力が入力されたと判断されたときのみ、ロック機構 3 3 0 6は、所定の駆動メカニズムにより、解錠動作を行う。そして、ロック機構 3 3 0 6は、光検出器 3 3 5 0が所定の光入力を検出しなければ、施錠状態（ロック状態）を維持している。又、解錠動作後は、所定のタイマーにより自動的に施錠しても良く、再び所定の光入力を光検出器 3 3 5 0が検出したときロック機構 3 3 0 6が施錠動作をするようにしても良い。

信号受信部 3 3 0 5には、種々の光検出器 3 3 5 0が採用可能であるが、フォトダイオード等の半導体光検出器がコンパクト化に適し、又高感度である。フォトダイオード 3 3 5 0としては、半導体発光素子（L E D ) 3 3 4 0と全く同一の光学的固有エネルギ（禁制帯幅）を持つ半導体材料からなるダイオードを用いればよい。即ち、発光素子の光学的固有エネルギと受光素子の光学的固有エネルギを等しくすることで、波長選択性を有した最も高感度な光検出が可能となる。光検出器（フォトダイオード） 3 3 5 0においては、光学的固有エネルギより大きなエネルギの光が入力されない限り電流が流れないが、特に、光学的固有エネルギと同じエネルギを有した光が入力した場合には波長共鳴効果が加わるので、極めて高感度検出となる。この場合、フォトダイォード 3 3 5 0として、 L E Dと全く同一の L E Dを逆バイアスにして使用することも可能である。又、光検出器 3 3 5 0として、光学的固有エネルギが L E Dと全く同一の半導体材料からなる A P Dを用いても良い。更に、光検出器 3 3 5 0としては、 L E Dと全く同一の光学的固有エネルギ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も良い。例えば、ロック機構 3 3 0 6がロック機構 3 3 0 6に前もって登録された波長スぺクトルと全く同一の波長スぺクトルの白色光が入力したときのみ、ロック機構 3 3 0 6を解除させるような動作をさせることが出来る。本発明の第 2 1の実施例に係る施錠解錠システムに白色 L E Dを用いた場合には、周知のように、白色光は R G Bの 3色の光の混合であるので、この 3色光で信号の送受信を行うことになる。即ち、 3チャネルの信号伝送系を有するので、揺らぎやノイズに強く、信号受信部 3 3 0 5において極めて高い感度で光検出を行い、施錠解錠を行うことが出来る。

一般に信号受信部 3 3 0 5は、玄関や門、各部屋のドア等に設置する場合には、スペース的な余裕がある。従って、信号受信部 3 3 0 5において、信号発信部 3 3 0 4の L E D 3 3 4 0からの光を集光するためには、このスぺース的な余裕を考慮すれば、種々のレンズ等の周知の光学系が採用可能である。又、光路の可逆性を考えれば、筆記具 1に用いられているバルク型レンズと同一の光学系を採用して、光検出器 3 3 5 0に光信号を集光させることも可能である。

なお、スペース的な余裕があるのであれば、光電子増倍管等の半導体光検出器以外の光検出器の使用が可能である。この場合は、それぞれの色に対応した色フィルタを付加することが好ましい。又、半導体光検出器の場合は、先に述べたように、 L E D 3 3 4 0と全く同一の光学的固有エネルギを持つ半導体材料を用いることにより、光フィルタを内蔵したと等価な効果を発揮しているが、更に、それぞれの色フィル夕を付加すれば、長波長側の検出器が短波長の光の影響を受けなくなるので、好ましい。

この様にして、施錠動作又は解錠動作の安定性に優れた施錠解錠システムを構成出来る。

図 4 8 Aは、平行ビームで遠隔操作する場合で、図 4 8 Bは、図 4 7に対応した、近接操作する場合の具体例である。図 4 8 Aに示す施錠解錠システムは、施錠対象物である机 3 5 8 1に組み込まれており、引き出し 3 5 8 3 の前板 3 5 8 5内側近傍に信号受信部 3 3 0 5、ロック機構 3 3 0 6としての電磁ソレノィド 3 5 6 0、電磁ソレノィド 3 5 6 0に駆動電流を供給する駆動電源部 3 3 0 7とを備えている。机 3 5 8 1には施錠時に電磁ソド 3 5 6 0のシャフ卜が入り込む施錠穴 3 5 8 2が配設されている。又、引き出し 3 5 8 3の前板 3 5 8 5には外側に通じる光信号取り込み穴（光学鍵穴） 3 5 8 4が配設されている。信号発信部 3 3 0 4の L E D 3 3 4 0の光以外の太陽光等による迷光で誤動作を防止するためには、光信号取り込み穴 3 5 8 4は、前板 3 5 8 5の厚みに比して相対的に小さな直径の貫通孔として構成しておけばよい。即ち、平行ビームのみが有効に、光信号取り込み穴 3 5 8 4を介して信号受信部 3 3 0 5に到達するようにしておけばよい。この図 4 8 Aに示す施錠解錠システムにおいては、信号発信部 3 3 0 4の L E D 3 3 4 0から発せられた光信号を光信号取り込み穴 3 5 8 4を通して信号受信部 3 3 0 5で受信し、この信号受信部 3 3 0 5で受信された光信号に基づき駆動電源部 3 3 0 7から電磁ソレノィド 3 5 6 0に駆動電流が供給される。この電磁ソレノィド 3 5 6 0のシャフトを例えば駆動電流により降下させた場合には、施錠穴 3 5 8 2とシャフトとの結合が外れ、解錠動作を行うことが出来る。逆に、電磁ソレノイド 3 5 6 0のシャフトを駆動電流により上昇させた場合には、施錠穴 3 5 8 2にシャフトを結合させ、施錠動作を行うことが出来る。

一方、近接操作する場合は、光信号取り込み穴 3 5 8 4の構造が異なる。図 4 8 Bに示すように、光学鍵穴 3 5 8 4は、筆記具本体 3 3 0 1の先端部の光分散部 3 2 1 9を収納出来るように、光分散部 3 2 1 9の外径より、極僅か、例えば 0 . 1乃至 0 . 3 mm程度大きい内径となる相似形をなしている。そして、光学鍵穴 3 5 8 4の内部に丁度、光分散部 3 2 1 9が収納された状態で信号受信部 3 3 0 5の光検出器に光（分散光）が到達するようになつている。最近接位置に、光検出器を配置することにより、 .分散光であっても、有効な光強度を維持することが出来る。更に、図示を省略しているが、光学鍵穴 3 5 8 4の内径部の一部に、押しボタンを設けても良い。そして、光学鍵穴 3 5 8 4の内部に、筆記具本体 3 3 0 1の先端部が挿入されたとき、押しボタンが押し込まれ、この押しボタンにより、信号受信部側の電源がオン状態となるようにしておけば、省エネルギー化が可能である。又、机に直射日光が照射した時の誤動作等の防止も可能である。

更に、図 4 8 Bに示す信号受信部 3 3 0 5の光検出器として 1次元若しくは 2次元のイメージセンサを用い、光分散部 3 2 1 9の表面に暗号化（コード化）された所定の空間パターンを設けておけば、特定の人間の持つ特定の手持ち器具の所定のパ夕一ンを識別したときのみ、解錠できるように出来る _c 更に、導波部 3 2 1 1の一部若しくは、光分散部 3 2 1 9の一部にホロダラムカラ一フィルタを設けておき、信号受信部 3 3 0 5でホログラムパターンを認識するようにしても良い。

なお、信号受信部 3 3 0 5、ロック機構 3 3 0 6及び駆動電源部 3 3 0 7 を備えた施錠解錠システムは、図 4 8 A及び 4 8 Bに示した施錠対象物である机 3 5 8 1の引き出し 3 5 8 3の前板 3 5 8 5に組み込まれる場合に限定されるものではなく、例えば家具の引き出しや扉、印鑑箱や小物箱の蓋、金庫の扉や蓋等の種々の施錠対象物に組み込むことが出来る。更に、塀や門、玄関のドア、各部屋のドア、自動車のドア等を施錠対象物として使用することも出来る。

(第 2 2の実施例）

図 4 8 Bに関連して、空間的なパターンを認識する方法を述べたが、この例で理解出来るように、所定の個人識別情報を光信号として用いることにより、本発明の照明部付き手持ち器具は、セキュリティ機能を向上させた施錠解錠システムに適用可能である。

図 49に示すように、本発明の第 2 2の実施例に係るセキュリティ機能を有する施錠解錠システムは、手持ち器具を光信号を送信する信号発信部 3 3 04とし、この手持ち器具（信号発信部） 3 3 04と、この手持ち器具（信号発信部） 3 3 04からの光信号を受信する信号受信部 3 3 0 5を有する施錠対象物とから構成されている。即ち、本発明の第 2 2の実施例に係る手持ち器具は、樹脂 1 4によりモールドされ、樹脂 1 4の頂部より、光信号を出力する半導体発光素子としての L ED 3 340と、所定の個人識別情報を含ませるために、光を変調し光信号を生成する変調部 340 0と、 L ED 3 3 4 0を収納する凹部を内部に有するバルク型レンズ 2 0と、ペン軸として機能し、且つバルク型レンズ 2 0を着脱可能なようにして収納する空洞部を有する導波部 3 2 1 1とを具備する。一方、本発明の第 2 2の実施例に係る施錠対象物は、手持ち器具（信号発信部） 3 3 04から出射された光信号を受信する信号受信部 3 3 0 5と、受信された光信号に含まれた個人識別情報が、施錠対象物に登録された個人識別情報に一致するか否か確認し、一致が確認された場合に解錠を行うロック機構 3 3 0 6とを具備する。更に、施錠対象物には、信号受信部 3 3 0 5に電源を供給する駆動電源部 3 3 0 7が含まれている。

ここで、半導体発光素子としての L ED 3 340は、第 1の波長 (赤色）の光を発光する第 1の半導体発光素子チップ（L EDチップ） 34 1 0 (R) と、第 1の波長とは異なる第 2の波長 λ ₂ (緑色）光を発光する第 2の半導体発光素子チップ（L EDチップ） 34 1 0 (G) と、第 1及び第 2の波長 λ ,, λ ₂とは異なる第 3の波長 λ ₃ (青色）光を発光する第 2の半導体発光素子チップ（L EDチップ） 34 1 0 (B) とを有している。そして、変調部 340 0は、第 1の光の強度 I ,及び第 2の波長の光の強度 I ₂の比（= I ,Z I ₂) 、第 2の光の強度 I ₂及び第 3の波長の光の強度 I ₃の比 (= I ₂ノ I ₃) 、或いは第 3の光の強度 I ₃及び第 1の波長の光の強度 I ,の比（= 13, 1 !) 等を所定の値に設定することにより個人識別情報を含む光信号を生成する。又、信号受信部は、第 1、第 2及び第 3の半導体発光素子チップ 34 1 0 (R) , 34 1 0 (G) , 34 1 0 (B) と同一の光学的固有エネルギを有した半導体材料からなる第 1、第 2及び第 3の光検知器 3 0 5 1 (R) ， 30 52 (G) , 30 53 (B) とからなる。更に、ロック機構 3 3 06は、第 1、第 2及び第 3の光検知器 3 0 5 1 (R) , 3 0 5 2 (G) ， 30 53 (B) の出力から生成した信号と、登録された個人識別情報との一致を調べる比較器 363 1と、登録された個人識別情報との一致が確認された場合に、解錠を行うロック · ドライバ 3640とからなる。更に、ロック機構 3306は、 RAM 3632を具備し、個人識別情報は RAM 3 632に記憶させておくことが出来る。

既に、第 20の実施例において説明したように、赤色の LEDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の L EDチップ 34 1 0 (G) 及び青色の L EDチップ 3 4 1 0 (B) の 3枚の L EDチップを縦に積層して構成して、白色 L EDを構成出来る。図 49においては、変調部 3400は、これら赤色の L EDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の LEDチップ 34 1 0 (G) 及び青色の LED チップ 34 1 0 (B) の 3枚の L EDチップをそれぞれ、独立に制御する。この変調部 3400は、電源部 3344からの電圧を、赤色の LEDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の L EDチップ 34 1 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) の 3枚の L EDチップにそれぞれ独立に制御することにより、各色の相対的強度を制御し、その混合比により任意の色が出力出来るようになつている。例えば、変調部 340 0は、 3枚の L EDチップのそれぞれを 8ビットの多値階調データを DZA変換して、制御する。このため、変調部 3400は、電源部 3344からの電圧を、それぞれ 8ビットの信号で、 3回路分独立に制御出来る D/A変換器と電圧調整器を有している。又、変調部 340 0は、電源部 3344からの電圧の供給だけでなく、赤色の L E Dチップ 341 0 (R) 、緑色の L E Dチップ 34 1 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) の 3枚の L EDチップに印加する電源電圧のパルス幅及び繰り返し周波数の調整、更に、 2値のコード化された信号として所定の符号化を行ってもよい。この様な場合は、論理回路やパルス発信器等の電子回路が変調部 3400に組み込まれる。又、 8ビットの多値階調の各色のデータ、或いは、 2値のコード化された信号等を記憶する RAM等の半導体メモリも組み込まれている。これらの変調部 3400に必要な、 RAM等の半導体メモリ、論理回路やパルス発信器、電圧調整器等の電子回路等は、図 44 Aに示したスィツチ部 322 6に、 1チップの半導体集積回路として組み込まれている。この半導体集積回路にマイクロプロセッサを組み込んでも良い。これらの半導体集積回路により、セキュリティ機能を付加するために必要な特定の色の強度やパルス幅、順序等を独立に制御し、これらの情報を蓄えておくことが出来る。

更に、図 44 Aに示した構造のライト部本体 3 302のどこかに、テンキ一やその他の文字入力用のキーボード等を備え、このテンキーゃキ一ボ一ド等により、より複雑なコード信号や暗号を入力出来るようにしておくことも可能である。この場合には、筆記具本体 3 30 1をライト部本体 33 02から取り外し、筆記具本体 330 1のペン先を用いて、キーボード等を操作すればよい。このキーボード等は、例えば、図 44 Aに示すクリップ 32 3 0 に設けても良い。

一方、本発明の第 22の実施例に係る施錠解錠システムの信号受信部 3 3 0 5は、赤色帯域の半導体光検出器 30 5 1 (R) 、緑色帯域の半導体光検出器 30 52 (G) 、青色帯域の半導体光検出器 30 5 3 (B) の並列接続回路で構成されている。これらの半導体光検出器 30 5 1 (R) , 30 5 2

(G) , 305 3 (B) としては、赤色の L EDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の L EDチップ 341 0 (G) 及び青色の L EDチップ 341 0 (B) のそれぞれ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ォード 30 5 1 (R) , 305 2 (G) , 3053 (B) を用いればよい。即ち、発光素子の光学的固有エネルギと受光素子の光学的固有エネルギを等しくすることで、波長選択性を有した最も高感度な光検出が可能となる。なぜなら、光検出器（フォトダイオード） 30 5 1 (R) ， 3052 (G) ， 30 53 (B) においては、禁制帯幅以上のエネルギを有した光が入力されない限り電流が流れず、禁制帯幅と同一のエネルギの光が入力した場合には波長共鳴効果が加わるので、極めて高感度検出となるからである。この場合、フォトダイォ一ド 305 1 (R) , 30 5 2 (G) , 3053 (B) として、赤色の L EDチップ 341 0 (R) 、緑色の L E Dチップ 341 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) と全く同一の L E Dを逆バイアスにして使用することも可能である。又、光検出器 3 0 5 1 (R) ， 3 0 5 2

(G) , 305 3 (B) として、禁制帯幅が LEDと全く同一の半導体材料からなる APDを用いても良い。更に、光検出器 30 5 1 (R) , 3 0 52

(G) ， 305 3 (B) としては、赤色の L EDチップ 341 0 (R) 、緑色の L EDチップ 34 1 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) と全く同一の禁制帯幅を有する半導体材料を用いて構成したフォ卜トランジスタを用いても良い。更に、フォトトランジスタをダーリントン接続して構成すれば、より高感度な検出が可能である。

そして、ロック機構 3 306は、更に、レベル判定器 36 1 1, 36 1 2， 36 1 3、波形整形回路（若しくは AZD変換器） 362 1 , 3622, 3 6 2 3を有している。即ち、各色の光検出器 3 0 5 1 (R) , 3 0 5 2 (G) ， 30 5 3 (B) の出力側には、それぞれ、レベル判定器 36 1 1, 36 1 2, 36 1 3が接続され、レベル判定器 36 1 1 , 36 1 2, 3 6 1 3の出力側には波形整形回路（若しくは AZD変換器） 362 1, 3622, 36 23が接続されている。そして、それぞれの光検出器 30 5 1 (R) , 30 52 (G) ， 30 53 (B) の出力が所定のレベルに達した時のみ、 2 値若しくは多値の出力を波形整形回路 362 1 , 3622， 3623が出力する。波形整形回路 362 1， 3622, 362 3からは、それぞれ、例えば、 8ビットの多値階調信号を出力する。そして、 RAM 3632に格納された 8ビッ卜の各色の多値階調データと比較器 3 63 1で比較し、一致が確認された時のみ、ロック ' ドライバ 3640を駆動し、解錠動作を行う。若しくは、比較器 363 1で一致が確認されなけければ、ロック · ドライバ 3 640を施錠状態（ロック状態）を維持している。又、解錠動作後は、所定のタイマー等により一定の時間経過後に自動的に施錠しても良く、再び所定の光入力を光検出器 305 1 (R) , 3 0 52 (G) , 3053 (B) が検出し、再び比較器 363 1が RAM 36 32に格納された 8ビッ卜の多値階調データと一致が確認された時に、ロック ' ドライバ 3640が施錠動作をするようにしても良い。

さて、上記において、赤色の L EDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の L ED チップ 34 1 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) のそれぞれと全く同一の禁制帯幅を持つ半導体材料からなるフォトダイォ一ド 3 0 5 1

(R) ， 30 5 2 (G) , 3053 (B) を用いれば、波長選択性を有した最も高感度な光検出が可能と説明したが、赤色の L EDチップ 3 4 1 0

(R) 、緑色の L EDチップ 341 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) のそれぞれの発光のタイミングは注意が必要である。即ち、赤 (R) 色の光により、緑色の半導体光検出器 3 0 52 (G) 及び青色の半導体光検出器 3 0 5 3 (B) には光電流が流れないが、緑（G) 色の光は赤

(R) 色の光よりエネルギが高いので、緑（G) 色の光により、赤色の半導体光検出器 30 5 1 (R) に光電流が流れる。又、最もエネルギが高い青

(B) 色の光によれば、赤色の半導体光検出器 30 5 1 (R) 及び緑色の半導体光検出器 30 5 2 (G) に光電流が流れるので、信号処理が複雑になるからである。これを防ぐには、赤（R) 色、緑（G) 色のバンドパスフィル夕を用いるのが一つの手法であるが、装置が複雑化する。最も簡単且つ有効な手法は、赤色の L EDチップ 34 1 0 (R) 、緑色の L EDチップ 341 0 (G) 及び青色の L EDチップ 34 1 0 (B) が、それぞれ単独発光するように、 L EDの駆動パルスのタイミングとそのパルス幅を選び、互いにォーバ一ラップがないように、発光のタイミングを互いにずらすことである。この様に発光のタイミングの選定により、波長共鳴効果を用いた高感度検出が可能となる。

或いは、赤（R) 色、緑（G) 色、青（B) 色の順にタイミングをずらしてオーバーラップさせ、光検出器 30 5 1 (R) ， 30 52 (G) , 30 5

3 (B) の出力の微分変化を求める方法や、逆に、青（B) 色、緑（G) 色、赤（R) 色の順にタイミングをずらしてオーバーラップさせ、光検出器 30

5 1 (R) , 30 5 2 (G) ， 30 53 (B) の出力の微分変化を求める方法を採用しても良い。

この様にして、特定の個人がそれぞれ、自由に、 RGBの強度を選び、その強度比を、施錠解錠システムの必要情報（個人識別情報）とすれば、他人には絶対に解錠出来ないセキュリティ · システムを実現させることが可能である。 RGBの強度の組み合わせは、多値階調のビット数を選べば、ほとんど無限通りに近く可能であるので、極めて多くの人のが多くの機器に使用可能である。この施錠解錠システムの必要情報（個人識別情報）は、図 4 4 A に示したスィツチ部 3 2 2 6に内蔵した R A Mに記憶しておいても良く、その都度テンキー等を使って入力しても良い。或いは、リセット手段を設け、解錠情報を、随時変更出来るようにし、最新のコード信号のみを記憶出来るようにしてもかまわない。

さて、発光のタイミングの選定は様々考得ることが可能である。最も、単純なのは、 R， G， Bが、この順に、オーバーラップがないように、それぞれ単独発光するように選定する方法である。この場合、信号発信部 3 3 0 4 及びロック機構 3 3 0 6において、共通のクロック周波数を選んでおき、そのクロック周波数に応じて、順に発光させればよい。ロック機構 3 3 0 6側では、クロック周波数に応じて光検出のゲートを開く同期検出を行えば、ノィズ成分や迷光の影響を回避出来る。そして、好ましくは、 R， G , Bの順の発光を 1サイクルとし、この R， G , Bのサイクルを所定のサイクル数繰り返し、アキュムレータ等により積分値を求めれば良い。この様に R， G , B ； R , G , B ； ……という単純な繰り返しを、所定のサイクル数繰り返し、その積分値で、個人識別情報（施錠解錠システムの必要情報）の一致を確認する方法を採用すれば、太陽光による迷光成分が多い環境でも、より高精度で、信頼性の高い光検出が可能となる。この場合、所定のサイクル数の繰り返し後の積分値と、 R A M 3 6 3 2に格納された 8ビッ卜の多値階調デ一夕とを比較器 3 6 3 1で比較し、一致を確認することになる。ここで、

「所定のサイクル数」とは、 1サイクルでも良い。サイクル数は直射日光が当たるか否か等の使用環境や L E Dの出力、半導体光検出器の感度等に応じて、選べばよい。

一方、 L E Dの駆動パルスのタイミングの選び方で、個人識別情報（施錠解錠システムの必要情報）を生成することも可能である。例えば、 Aさんは RRBGBR, RRBGBR, RRBGBR, 、 Bさんは BRBRG

G, BRBRGG, BRBRGG, 、 Cさんは、 GGGGBR, G G

GGBR, GGGGBR, ……のように、それぞれ、自由にタイミングを選び、その発光の順番を個人識別情報（施錠解錠システムの必要情報）とすることも可能である。

この場合、対象となる特定の被施錠物以外の他の複数の個人識別情報のコードをシーケンシャルに並べて、シーケンシャルに発光させても良い。例えば、同一の人間が複数の玄関のドアの鍵、複数の部屋のドアの鍵、複数の自動車のドアの鍵、複数の机の引き出しの鍵、複数の家具の引き出しや扉の鍵、印鑑箱や小物箱の蓋の鍵、金庫の扉や蓋等の容器の鍵を開ける必要がある。この場合、これらの複数の玄関のドアの鍵、複数の部屋のドアの鍵等の多くの解錠のコードをすベて、手持ち器具に内蔵された RAM等の半導体メモリに記憶させておけばよい。そして、これらの個人識別情報のコードを乗せた各色の発光をシーケンシャルに連続して行い、ロック機構 3306がその口ック機構 3 306の内蔵する ROMに登録された個人識別情報との比較を行い、この内の一つに対し一致を確認すれば、その被施錠物を解錠するようにすれば、たくさんの鍵の内から特定の鍵を探し出す手間が不要となる。又、たくさんの鍵を持ち歩く必要もなくなる。

更に、各色のパルス幅を選定して、それを個人識別情報とすることも出来る。パルス幅を選定する場合、信号発信部 3304及びロック機構 3 306 において、共通のクロック周波数を選んでおき、そのクロック周波数を基準としてパルス幅を選んでも良い。即ち、クロック周波数に応じて光検出のゲートを開く同期検出を行えば、ノイズ成分や迷光の影響を回避出来る。しかし、ノイズ成分や迷光の影響の少ない使用環境のもとでは、クロック周波数に無関係に選んで良いことは勿論である。更に、通常の情報処理システムに用いられている種々の符号化技術が、各色（各チャネル）について、それぞれ適用可能で、それを更に全部の色で組み合わせて実施することも可能である。

なお、図 4 9に示す本発明の第 2 2の実施例に係る施錠解錠システムは、図 4 8 Bに対応した信号発信部 3 3 0 4と信号受信部 3 3 0 5とを近接させる場合の例を示しているが、この例に限られない。例えば、図 4 8 Aに示す場合のように、平行光線又は、所定の焦点距離に集光された光で遠方に位置する信号受信部 3 3 0 5に光を照射する方式にも適用可能であることは勿論である。この場合は、筆記具本体 3 3 0 1をライト部本体 3 3 0 2から取り外し、ライト部本体 3 3 0 2のバルク型レンズ 2 0露出させ、このバルク型レンズ 2 0の表面からの出力光を用いればよい。

平行光線や所定の焦点距離に集光された光で遠方を照射する場合は、半導体光検出器 3 0 5 1 ( R ) , 3 0 5 2 ( G ) ， 3 0 5 3 ( B ) に入力する光強度が距離に依存する可能性がある。しかし、本発明の第 2 2の実施例に係る施錠解錠システムにおいては、半導体光検出器 3 0 5 1 ( R ) ， 3 0 5 2 ( G ) ， 3 0 5 3 ( B ) に入力する光強度の絶対値を、必要な情報として検出しているのではなく、各色の相対的な強度比を検出しているので、距離が変化しても、必要な情報の信頼性が失われることはない。

(第 2 3の実施例）

更に、第 2 0の実施例で説明した筆記具は本発明の手持ち器具の例の一部に過ぎず、本発明を限定するものではない。図 4 4 Aに示した構造において、インクカートリッジ 3 2 1 5の位置に、押し出し運動若しくはねじれ運動をする固形状物（棒紅）を配置すれば、化粧器具（棒口紅）を構成することも可能である。本発明によれば、図 4 4 Aと同様に、導波部の先端部に光分散部を設けることにより、口だけでなく、顔全体の広い範囲を照明出来るので、非常に便利である。更に化粧筆を構成することも可能である。航空機の客室乗務員等の、特定の状況においては、暗闇で化粧を直したい場合もあり、かかる場合には本発明の照明部付き化粧器具は便利である。特に、本発明の照明部付き化粧器具は白色光が使用出来るので、昼間と同じ自然な感じの化粧が暗闇で可能である。

更に、本発明の手持ち器具は、図 5 0に示すドライバや図示を省略したスパナ、レンチ等種々の手工具にも適用可能である。図 5 0に示すドライバは、工具本体 3 3 1 1とライト部本体 3 3 0 2とに着脱自在になっている。導波部 3 2 1 1からなる手持ち軸部（柄） 3 2 1 0 Dは、円筒形の空洞部を有し、この空洞部には、金属棒からなるドライバ軸（中心軸部） 3 1 1 5が収納され、導波部 3 2 1 1とドライバ軸 3 1 1 5とは、軸ストッパ 3 1 1 6により互いに強固に固定されている。又、導波部 3 2 1 1の先端部は凸形状になり、光集光部 3 2 1 1 Bを構成し、作業時にドライバ軸 3 1 1 5の先端部（へッド）が効率良く局所照明出来るようになつている。例えば、工具本体 3 3 1 1をライト部本体 3 3 0 2から取り外し、手工具本体 3 3 1 1のみを工具箱に収納し、ライト部本体 3 3 0 2は胸のポケット等に別途携帯すれば、工具箱の施錠 ·開錠が別途携帯したライト部本体 3 3 0 2のバルク型レンズの表面からの出力光を用いて可能となる。図 5 0においては、力を加え易くするために、ライト部本体 3 3 0 2の頭が大きくなつているが、図 4 4 Aと同様に、ライ卜部筐体 3 2 2 3の他端側の外周にクリップを取り付けておけば、ライト部本体 3 3 0 2を例えば作業服のポケッ卜に常時携帯するのに便利である。

(第 2 4の実施例）図 1において、バルク型レンズ 2 0は、凹形状の第 1の湾曲面からなる収納部 6、及び凸形状の第 2の湾曲面からなる出射面 3を有していた。しかし、図 1は例示であり、第 1の湾曲面や第 2の湾曲面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能である。

図 5 1は、本発明の第 2 4の実施例として、凹形状の第 2の湾曲面からなる出射面 3を有すバルク型レンズ 2 1を示す。図 5 1に示すような凹形状の第 2の湾曲面を用いると、光は分散する傾向になるので、バックライト（間接照明系）には好適な均一性を得ることが出来る。

又、第 4の実施例で説明した図 1 4八及び1 4 Bに示すよう背面鏡 3 1付きの構造、或いは第 5の実施例で説明した図 2 0に示すよう背面鏡 3 1付きの構造等においても湾曲面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能であり、凹形状の第 2の湾曲面からなる発光面を有すバルク型レンズでもよい。凹形状の湾曲面を頂部（発光面）に用いると、光は分散する傾向になるので、種々のバックライト（間接照明系）に好適な均一性を得ることが出来る。

但し、第 2の湾曲面が凸形状の場合は、照度の均一性を確保するためには、 ( 5 ) 式及び（6 ) 式で示される第 1の湾曲面の飛び出し量 Δに留意すべきである。

(第 2 5の実施例）

日本における交通事故は、年々増加する傾向にある。そのうち自転車に関係する事故件数は約 3 %を占めている。自転車事故の中で特に目立つのが夜間での「無点灯走行」による事故で、自転車用ランプの装着率は、 1 0 0 % 近いのにかかわらず、その点灯率は 2 0 %と大変低い。これは自転車に装着されているランプはそのほとんどが発電機（ダイナモ式）であるため、 (ィ）ランプをつけるとペダルが重くなり、脚に負担がかかる。（口）発電機と車輪が接触する時に不快音が出る。（八）道路に水たまりやぬかるみがあると、発電機が水や泥を飛散し、衣服を汚す。（二）発電機は、自転車のスピ一ドが落ちるとライ卜が暗くなる等の理由で、無灯火のまま走行する人が多い。夜間無点灯の自転車と自動車（若しくは対歩行者）の事故の場合、自転車側に責任があるケースが多く見られ、自転車運転者の責任が問われる。この様に状況からは電池式の小型 ·軽量で且つ明るい照明器具が待望されている。又、自転車用ランプとしてはダイナモ式よりも電池方式の方が好ましいことが分かる。自転車用ランプとして要求されるのは、十分な明るさと、電池の寿命が長いことである。電池の寿命を長くするために、消費電力が少ない光源が好ましい。この点では L E Dを用いれば良い。しかし、 L E Dは一般に照度が足りない。本発明の第 2 5の実施例では、 L E Dを使って且つ十分な明るさが得られる発光体について説明する。

図 5 2は、本発明の第 2 5の実施例に係る発光体を示す模式的な断面図である。図 5 2に示すように、本発明の第 2 5の実施例に係る発光体は、所定の波長の光を発する複数の光源（第 1乃至第 4光源） l a〜 l dと、この第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dを、それぞれ独立に収納し、それぞれの主発光部をほぼ完全に覆うバルク型レンズ 2 6とから少なくとも構成されている。第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dを、それぞれ独立に収納するために、バルク型レンズ 2 6には複数の独立した井戸型の凹部（第 1乃至第 4凹部） 6 a〜 6 d が、並列配置されている。

井戸型の第 1乃至第 4凹部 6 a〜 6 dは、それぞれ独立した第 1乃至第 4 入射面 2 a〜 2 dと、この第 1乃至第 4入射面 2 a〜 2 dを天井部とし、天井部に連続して形成され、互いに独立した第 1乃至第 4凹部側壁 5 a〜 5 d とから構成されている。複数の入射面 2 a〜 2 dから入射した複数の光を出射する出射面 3は、単一の湾曲面から構成されている。レンズ本体 4は、第 1乃至第 4入射面 2 a〜 2 dと出射面 3とを接続する。このレンズ本体 4は、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。

第 1乃至第 4光源 1 a〜 l dは、例えば、最大部の直径（外径） 2〜3m Γη^φの弾丸型 L EDである。バルク型レンズ 2 6は、断面が図 5 2に示すような蒲鋅を一定の厚さにスライスした形状である。式（ 1) の条件を考慮すると、蒲鋅の上下の平坦面の間の厚みは、第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dの外径の 3倍以上が好ましい。バルク型レンズ 26中に設けられた第 1乃至第 4 凹部 6 a〜 6 dのそれぞれの第 1乃至第 4凹部側壁 5 a〜 5 dは、第 1乃至第 4光源（弾丸型 LED) 1 a〜 l dの主発光部を収納出来るように、直径

(内径） 2. 5〜4π πι^φの円筒形状（井戸型形状）となっている。図示を省略しているが、第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dとバルク型レンズ 26とを固定するために、第 1乃至第 4光源 1 a〜 l dと第 1乃至第 4凹部 6 a〜6 dとの間には、それぞれ厚さ 0. 2〜0. 5mm程度のスぺーサが揷入されている。蒲鋅型のバルク型レンズ 26の幅は、本発明の第 2 5の実施例に係る発光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 3 0mm 以下でも、 1 0 0 mm 以上でもかまわない。又、図 5 2では、 4つの光源 1 a〜 1 dが示されているが、光源の数は、 5つ以上であっても、 3つ以下でもかまわない。しかし、自転車用であれば 3乃至 5程度で十分である。又、図 52では同一平面レベルに、 4つの光源 1 a〜 1 dを 1次元方向に配置した構造であるが、 2層構造とし、上層に第 1及び第 2光源 1 a, l b、下層に第 3及び第 4光源 l c, 1 dを配置した 2次元的配置でもかまわない。更に、第 2の実施例と同様に、第 1乃至第 4光源 1 a〜 l dに対し、それぞれ第 1乃至第 4背面鏡を設けても良い。より少ない個数の光源 1 a, l b， l c，で、明るい照明をするためには、光源 1 a， l b， l c, の配置のピッチを光源 l a， l b， l c，の外径の 3倍程度にすることが好ましい。又、両端に位置する光源の外側のレンズ本体 4の厚さは、光源の外径程度以上あることが好ましい。この条件は、式（1 ) にほぼ対応する条件である。

自転車用ランプや懐中電灯のような照明目的のためには、第 1の実施例において説明したように、白色 L E Dが人間の目には自然であるので好ましい。白色 L E Dは、第 7の実施例において説明したような、 R G Bの 3枚の L E Dチップが一つのパッケージ内に、縦に積層、若しくは互いに近接配置した構造を採用すれば良い。即ち、弾丸型の樹脂封止体の内部に、それぞれ R G Bの 3枚の L E Dチップを実装した第 1乃至第 4の白色 L E Dを用意すれば良い。そして、第 1乃至第 4白色 L E Dに対して、それぞれ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、自転車用ランプが完成する。この自転車用ランプは、自転車のハンドル等に取り付けるためのアタッチメントを設けておけば良いことは勿論である。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、第 1乃至第 4光源 l a〜 l dとしての第 1乃至第 4白色 L E D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、製造単価の低い自転車用ランプや懐中電灯が提供出来る。この自転車用ランプや懐中電灯は、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、電池の寿命が極めて長い。第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dとバルク型レンズ 2 6の第 1乃至第 4凹部 6 a〜6 d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 5の実施例においては、第 1乃至第 4凹部 6 a〜6 dの内部に閉じこめられているので、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 5の実施例においては、第 1乃至第 4光源 1 a〜 l dがバルク型レンズ 2 6の第 1乃至第 4凹部 6 a〜6 dにほぼ完全に閉じこめられているので、第 1乃至第 4光源 1 a〜 1 dから発せられる迷光成分も含めて、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 5の実施例に係る発光体によれば、自転車用ランプとしての使用可能な所望の平行性を有した光束を確保し、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 5の実施例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 5 2に示すような簡単な構造で、実現出来る。

本発明の第 2 5の実施例に係る発光体に用いるバルク型レンズ 2 6としては、第 1の実施例で述べた透明プラスチック材料、ガラス材料、結晶性材料等が使用可能で、有色の樹脂や蛍光材料を含んだ樹脂等も使用可能である。この内、アクリル樹脂やポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂は、バルク型レンズ 2 6を大量生産するのに好適な材料である。第 1乃至第 4光源 1 a〜 I dとして、 L E Dの他に、ハロゲンランプ等の白熱球、或いは小型放電管、無極放電ランプ等の他の光源も使用可能である。ハロゲンランプ等の発熱を考慮すると、発熱を伴う光源の場合は、バルク型レンズ 2 6は、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、ポリカーボネイト樹脂等の耐熱性樹脂等の耐熱性光学材料が使用可能である。 Z n〇、 Z n S、 S i C等の結晶性材料でも良い。

無点灯走行による交通事故を防止するためには、明度センサを設け、暗くなったら自動的に点灯するようにすれば良い。 L E Dは消費電力が少ないので無人の状態で点灯していてもかまわない。しかし、より電池の寿命を長くするためには、サドル及び（又は）ペダルに加重センサを設け、運転時のみ点灯するようにすれば良い。即ち、明度センサの信号と加重センサの信号の論理積（A N D ) 回路を設け、暗く、且つ運転時のみの場合に自動点灯し、加重センサの信号が消えたら自動消灯するようにすれば良い。

(第 2 6の実施例）

既に説明したように、本発明の第 1の実施例に係る発光体においては、バルク型レンズ 2 0を用いることにより、光源（L E D等）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という有利な効果を奏することを示した。更に、図 5 3に示すように、第 1のバルク型レンズ 2 0の外側に第 2のバルク型レンズ 2 3を配置し、更に、第 2のバルク型レンズ 2 3の外側に第 3のバルク型レンズ 2 4 を配置すれば、樹脂モールドされた L E D 1の光のビーム径を更に広い照射面積となるように拡大することが可能である。第 2のバルク型レンズ 2 3は、第 1のバルク型レ。ンズ 2 0と同様に、光の波長に対して透明な材料からなり、第 1のバルク型レンズ 2 0を収納するための第 2の収納部を有している。第 2の収納部の天井面が入射面（第 3の湾曲面）をなし、第 3の湾曲面に対向した第 4の湾曲面が出射面となる。又、第 3のバルク型レンズ 2 4は、第 2 のバルク型レンズ 2 3を収納するための第 3の収納部を有している。第 3の収納部の天井部が入射面（第 5の湾曲面）となり、第 5の湾曲面に対向した第 6の湾曲面が出射面となる。

図 5 3に示すように、本発明の第 2 6の実施例においても、 L E D 1は、第 1の屈折率 η ,を有したエポキシ樹脂等の透明材料 1 4でモールドされている。そして、第 3の屈折率 n ₂を有する第 1のバルク型レンズ 2 0は、第 2の屈折率 n «を有する空気を介して L E D 1を収納している。更に、第 4 の屈折率 n ₃を有する第 2のバルク型レンズ 2 3は、第 2の屈折率 n。を有する空気を介して第 1のバルク型レンズ 2 0を収納している。そして、第 5の屈折率 n ₄を有する第 3のバルク型レンズ 2 4は、空気を介して第 2のバルク型レンズ 2 3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 L E D 1、第 1のバルク型レンズ 2 0及び第 2のバルク型レンズ 2 3を、それぞれの収納部 6に収納しても良い。又、第 3の屈折率 n ₂、第 4の屈折率 n ₃ 若しくは、第 5の屈折率 n ₄を次第に大きく、或いは、次第に小さくするようにして光路設計をしても良い。

本発明の第 2 6の実施例のようにビーム径をあまり広げすぎると照度が減少するので、懐中電灯のような目的には不適となるが、均一な照明を必要とするバックライト（間接照明系）には好適となる。即ち、通常の L E Dをバックライト（間接照明系）に用いると、 L E Dの発光点がスポット状に明るくなり、明るさのバラツキが目立つが、図 5 3に示すようにしてビーム径を、 5 0〜 1 0 0 mm 程度まで拡大すれば、均一なバックライト照明が可能となる。

なお、第 4の実施例で説明した背面鏡 3 1の付いたバルク型レンズ（第 1 のバルク型レンズ） 2 5の外側に第 2のバルク型レンズを配置し、更に、第 2のバルク型レンズの外側に第 3のバルク型レンズ， ……を配置してもよい。このようにすれば、封止 L E D 1の光のビーム径を更に広い照射面積となるように拡大することが可能である。第 2のバルク型レンズは、第 1のバルク型レンズ 2 5と同様に、光の波長に対して透明な材料からなり、第 1のバルク型レンズ 2 5を収納するための凹部と、湾曲面からなる発光面とを具備している。又、第 3のバルク型レンズは、第 2のバルク型レンズを収納するための凹部を有するようにしておけばよい。

(第 2 7の実施例）

図 5 4は、本発明の第 2 7の実施例に係る受光体を示す模式的な断面図である。図 5 4に示すように、本発明の第 2 7の実施例に係る受光体は、所定の波長の光を検出する p i nフォト ·ダイオードゃァヴァランシェ · フォト •ダイオード等のフォト ·ダイオード（光検出器）と、このフォト ·ダィォ一ドをほぼ完全に覆うバルク型レンズ 2 0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 2 0は、第 2の湾曲面からなる入射面 2 (第 2 レンズ面） 3を有する。レンズ本体 4の底部からは、頂部に向かって、光検出器（フォト ·ダイオード）の受光部を収納するための凹部 6が形成されている。この凹部の天井は、第 1の湾曲面で構成されている。入射面 2 (第 2 レンズ面） 3から入射した光は、凹部の天井を出射面 3 (第 1レンズ面） 2 として、出射する。そして、出射面 3 (第 1レンズ面） 2からの光が、光検出器の受光部に集光されて、入射する。

図 5 4の光検出器は、第 1のピン 1 1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 1 1と対をなす第 2のピン 1 2とから少なくとも構成されている。

バルク型レンズ 2 0の収納部 6の側壁部は、光検出器を収納出来るように、直径（内径） 2 . 5〜4 mm の円筒形状となっている。図示を省略しているが、光検出器とバルク型レンズ 2 0とを固定するために、光検出器とバルク型レンズ 2 0の収納部 6との間には、厚さ 0 . 2 5〜0 . 5 mm程度のスぺ —ザが挿入されている。このスぺーサは、光検出器の主受光部を除く位置、即ち、図 5 4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よい。バルク型レンズ 2 0は、凸形状の第 2の湾曲面からなる入射面 2 (第 2レンズ面） 3を有する頂部を除けば、円柱形状である。このバルク型レンズ 2 0の円柱形状部分の直径（外径）は、 1 0〜3 0 mm である。バルク型レンズ 2 0の直径（外径）は、本発明の第 2 7の実施例に係る受光体の使用目的に応じて選択出来る。従って、 1 0 ηΐΓη^φ以下でも、 3 0 mm * 以上でもかまわない。

更に、図 1で示した発光体と、本発明の第 2 7の実施例に係る受光体とで、光情報システムを構成できる。発光体は、第 1の実施例で述べたと同様に、第 1の頂部 3、第 1の底部及び第 1の外周部を有するバルク型の第 1のレンズ本体 4と、第 1の底部から第 1の頂部に向かって第 1のレンズ本体 4の内部に設けられた井戸型の第 1の凹部 6と、この第 1の凹部 6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（図 1参照）。一方、受光体は、図 5 4に示すように、第 2の頂部 3、第 2の底部及び第 2の外周部を有するバルク型の第 2のレンズ本体 4と、第 2の底部から第 2の頂部 3に向かつて第 2のレンズ本体 4の内部に設けられた井戸型の第 2の凹部 6とからなるバルク型レンズと、このバルク型レンズの第 2の凹部 6に収納された所定の波長の光を検出する光検知器 9とから構成される。第 1の凹部 6の天井部が第 1の入射面 2、第 1の頂部 3が第 1の出射面として機能し、第 2の頂部 3が第 2の入射面、第 2の凹部 6の天井部が第 2の出射面 2として機能する。本発明の第 2 7の実施例に係る光情報システムにおいては、発光に際して発熱作用が少ない L E D等の半導体発光素子を用いれば、バルク型レンズの凹部（収納部）の内部に、光源を収納した場合においても、その発熱作用によって、バルク型レンズに熱的影響を与えることがなく、長期動作においても、信頼性と安定性を維持出来るので好ましい。また、既に、本発明の第 1 の実施例で述べたように、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知器に到達し、極めて高感度な光検出が可能となる。図 4 9と同様に、第 1のレンズ本体 4の内部に収納された光源 1を、変調部を用いて変調して、所定のアナログ、若しくはデジタル信号を発するようにしても良いことは勿論である。

本発明の第 2 7の実施例に係る光情報システムは、光通信の他に、第 2 2 の実施例で説明したセキュリティシステムに用いることが可能である。

(その他の実施例）

上記のように、本発明は第 1乃至第 2 7の実施例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例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本発明のバルク型レンズの出射面 3は、図 5 5に示すような同心円状の湾曲面 3 f l， 3 f 2 . 3 f 3 , 3 f 4 , からなるフレネルレンズでもかまわない。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。魚眼レンズを構成する個々のレンズは、凹部の内部に搭載された複数のディスク型 L E Dのそれぞれと 1対 1に対応するように構成出来る。より具体的には、複数のディスク型 L E Dのそれぞれに対応した高屈折率領域を設け、対応するそれぞれの出射面 3に導き出しても良い。この様に構造はプラスチック製光ファイバを融合すれば製造出来る。

又、上記の第 1乃至第 4の実施例の説明においては、 L E Dとバルク型レンズの収納部 6との間にスぺーサを揷入して、 L E Dをバルク型レンズに固定する場合について説明したが、接着剤、ネジゃ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、 L E D 1の外径 2 r _{L E D} と収納部 6の内径 2 rとをほぼ同一にして、はめ込むようにしても良い。更に、バルク型レンズ 2 0〜2 9等の外側形状は、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かまわない。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。

この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施例等を含むことは勿論である。産業上の利用可能性

本発明のバルク型レンズは、照明器具は懐中電灯の他、携帯用のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、小型テレビ、車載テレビ等の液晶表示装置の照明器具（バックライト）に好適な発光体として利用できる。また、本発明のバルク型レンズ、発光体、照明器具は、間接照明を含めた種々の電気製品等に適用可能である。又、複数個の発光体を集合して、局所照明装置等を構成出来るので、照明装置の分野で利用できる。特に、従来利用されることのなかった半導体発光素子を、照明装置の分野で利用できる。また、本発明のバルク型レンズを用いた発光体と受光体で、光情報システムを構成することにより、光通信やセキュリティシステムの分野に用いることが可能である。

Claims

請求の範囲

1. 頂部、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体と、

前記底部から前記頂部に向かって前記レンズ本体の内部に設けられた井戸型の凹部

とから構成され、前記凹部の天井部が第 1のレンズ面、前記レンズ本体の頂部が第 2のレンズ面、前記凹部の内部が光源若しくは光検知器の収納部として機能することを特徴とするバルク型レンズ。

2. 前記レンズ本体の外周部の外径が、前記凹部の内径の 3倍以上、 1 0倍以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のバルク型レンズ。

3. 前記第 2のレンズ面の曲率半径を R、前記バルク型レンズの光軸方向に測った全長を L、バルク型レンズの屈折率を iiとして、

0. 9 3 < k (R/L) < 1. 0 6

k = 1 / (0. 3 5 · n - 0. 1 6 8)

の関係を満足することを特徴とする請求の範囲第 1項記載のバルク型レンズ。

4. 前記凹部の天井部における前記第 1のレンズ面の突き出し量を Δ、前記レンズ本体の外周部の外径を 2 R οとして、

0. 0 2 5 く Δ/R ο < 0. 0 7 5

5. 前記レンズ本体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のバルク型レンズ。

6. 前記レンズ本体の内部に、更に他の井戸型の凹部を並列配置したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のバルク型レンズ。

7. 前記レンズ本体が可とう性、若しくは屈曲性を有することを特徴とする請求の範囲第 1項記載のバルク型レンズ。

8. 所定の波長の光を発する光源と、

頂部、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体と、

とから構成され、前記凹部の天井部が入射面、前記レンズ本体の頂部が出射面として機能し、前記凹部の内部に前記光源を収納したことを特徴とする発光体。

9. 前記レンズ本体の外周部の外径が、前記凹部の内径の 3倍以上、 1 0倍以下であることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 0. 前記出射面の曲率半径を R、前記バルク型レンズの光軸方向に測った全長を L、バルク型レンズの屈折率を nとして、

0. 9 3 < k (R/L) < 1. 0 6

k = 1 / (0. 3 5 · n - 0. 1 6 8)

の関係を満足することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 1. 前記凹部の天井部における前記入射面の突き出し量を Δ、前記レンズ本体の外周部の外径を 2 R οとして、

0. 02 5 < A/R ο < 0. 0 7 5

1 2. 前記レンズ本体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 3. 前記レンズ本体の内部に並列配置された他の井戸型の凹部と、該他の井戸型の凹部に収納された他の光源

とを更に有することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 4. 前記光源は、樹脂モールドされた L EDから構成されていることを特徵とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 5. 前記光源は、複数の LEDチップから構成されていることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 6. 前記レンズ本体が可とう性、若しくは屈曲性を有することを特徴とする請求の範囲第 8項記載の発光体。

1 7. 電源部と、

該電源部に接続された光源と、

頂部、底部及び外周部を有するバルク型のレンズ本体と、

とから構成され、前記凹部の天井部が入射面、前記レンズ本体の頂部が出射面として機能し、前記凹部の内部に前記光源を収納したことを特徴とする照明器具。

1 8. 前記レンズ本体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

1 9. 前記レンズ本体の内部に並列配置された他の井戸型の凹部と、該他の井戸型の凹部に収納された他の光源

とを更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

20. 前記光源は、樹脂モールドされた L EDから構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

2 1. 前記光源は、複数の LEDチップから構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

22. 前記電源部に接続された他の光源と、

該他の光源を収納する収納部を有する他のバルク型のレンズ本体とを更に有することを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

23. 前記レンズ本体が可とう性、若しくは屈曲性を有することを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の照明器具。

2 4 . 第 1の頂部、第 1の底部及び第 1の外周部を有するバルク型の第 1 のレンズ本体と、前記第 1の底部から前記第 1の頂部に向かって前記第 1のレンズ本体の内部に設けられた井戸型の第 1の凹部と、該第 1の凹部に収納された所定の波長の光を発する光源とから構成される発光体と、

第 2の頂部、第 2の底部及び第 2の外周部を有するバルク型の第 2のレンズ本体と、前記第 2の底部から前記第 2の頂部に向かって前記第 2のレンズ本体の内部に設けられた井戸型の第 2の凹部と、該第 2の凹部に収納された前記所定の波長の光を検出する光検知器とから構成される受光体

とから構成され、前記第 1の凹部の天井部が第 1の入射面、第 1の頂部が第 1の出射面として機能し、前記第 2の頂部が第 2の入射面、前記第 2の凹部の天井部が第 2の出射面として機能することを特徴とする光情報システム。

2 5 . 前記第 1のレンズ本体の外周部の外径が、前記第 1の凹部の内径の 3 倍以上、 1 0倍以下であり、前記第 2のレンズ本体の外周部の外径が、前記第 2の凹部の内径の 3倍以上、 1 0倍以下であることを特徴とする請求の範囲第 2 4項記載の光情報システム。

2 6 . 前記第 1のレンズ本体の底部に、更に背面鏡を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2 4項記載の光情報システム。