JP2006332411A - 発光装置、受光装置およびこれらを備えた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部材の射出部から均一に光を射出できる小型の発光装置を提供する。
【解決手段】 発光装置は、発光素子１と光学部材９とを有する。光学部材は、発光素子から照射光軸ＡＸＬに対して所定角度より小さい角度で発せられた光を射出する第１の射出面６と、発光素子から照射光軸に対して所定角度より大きい角度で発せられた光を反射する反射面７と、第１の射出面の周囲に形成され、反射面で反射した光を射出する第２の射出面８とを有する。第２の射出面は、照射光軸から最も離れた部分が、該照射光軸に最も近い部分よりも照射光軸方向における発光素子とは反対方向に突出した形状を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などの発光素子から射出する光や、フォトダイオードや光電変換素子などの受光素子へ入射する光を、効率良く利用できるようにした発光装置および受光装置に関するものである。

ＬＥＤやＬＤなどの発光素子チップをモールド樹脂で封止した発光装置が従来用いられている。このような発光装置においては、発光素子から前方へ射出された光はそのまま樹脂部から射出されるが、発光素子から斜め方向へ射出された光が樹脂部の界面で全反射されたりケースの内面で散乱されたりすることによって光量ロスが発生し、光の利用効率が低くなる。

そこで、発光素子から斜め方向に射出された光を効率良く利用できるようにした発光装置として、特許文献１に開示されたものがある。この発光装置の断面を図９に示す。

図９に示す発光装置は、発光素子６１と、該発光素子６１を保持部６２に搭載してダイボンドされた第１のリードフレーム６３と、ボンディングワイヤ６４で発光素子６１と接続された第２のリードフレーム６５と、その周囲に設けられた反射部材６６と、発光素子６１および反射部材６６を封止したモールド樹脂により形成された光学部材６９とを有する。光学部材６９の光射出側において、中央部には凸レンズ形状を有する直接射出領域６７が、該直接射出領域６７の周囲には照射光軸ＡＸＬに対して直交する方向に延びる平面状の面６８が形成されている。面６８のうち直接射出領域６７に近い部分７０は全反射領域として用いられ、該全反射領域７０は発光素子６１からの光を反射部材６６に向けて全反射する。さらに全反射領域７０の周囲の部分は、反射部材６６で反射した光の射出領域として用いられる。

また、上記特許文献１には、フォトダイオードや光電変換素子などの受光素子をモールド樹脂により封止した受光装置も開示されている。この受光装置は、図１０に示すように、反射部材７６と、受光素子７１と、第１および第２のリードフレーム７２，７３と、反射部材７６および受光素子７１を封止するモールド樹脂で形成された光学部材７９とを有する。光学部材７９の入射側において、中央部には凸レンズ形状を有する直接入射領域７７が形成され、その周囲には、入射光軸ＡＸＬに対して直交する方向に延びる平面状の面７８が形成されている。面７８のうち直接入射領域７７に近い部分８０は、さらにその周囲の部分である入射領域から入射して反射部材７６で反射した光を受光素子７１に向けて全反射する全反射領域として用いられている。

ここで、図９に示した発光装置においては、発光素子６１から直接射出領域６７と面６８との境界に延びる方向Ｌの照射光軸ＡＸＬに対してなす角度が、光学部材６９と空気との界面での全反射臨界角に等しいか又はそれよりも大きく設定されている。このため、図９の発光装置においては、全反射領域７０からは光が射出せず、被照射面にはドーナツ状の光が照射されることになる。つまり、被照射面の中央に暗い部分が生じ、発光ムラがあるように見えてしまう。

また、図１０に示した受光装置においても、直接入射領域７７と面７８との境界に延びる方向Ｌの入射光軸ＡＸＬとのなす角度が、光学部材７９と空気との界面での全反射臨界角と等しいか又はそれよりも大きく設定されている。このため、図１０の受光装置においては、反射部材７６から全反射領域８０に入射した光が受光素子７１に入射せず、受光装置外に射出される。つまり、受光光量が低下してしまう。

さらに、図９に示した発光装置や図１０に示した受光装置において、発光効率又は受光効率を向上させるために、発光素子から斜め方向へ射出された光又は受光素子に斜め方向から入射する光の光軸ＡＸＬとなす角度を大きくすると、全反射領域を極端に大きくしなければならず、装置が大型化してしまう。

そこで、特許文献２には、全反射領域を形成する樹脂と空気との界面を、レンズ面の外周よりも光軸に近い位置（内側）まで延長した発光装置が開示されている。この発光装置では、全反射領域のうち光軸に最も近い位置で反射した光は、反射部材で反射されて前方に射出する際にレンズ面の外周近傍を通過する。これにより、前面視において光が射出しない領域（受光装置においては光が入射しない領域）をなくし、同時に装置の小型化も図ることができる。
特開２００２−９４１２９号公報（段落００５７〜００６３、０１１２〜０１１８、図３，３１等） 特開２００２−１３４７９４号公報（段落００２３〜００２７、図１等）

しかしながら、上記特許文献２にて開示された発光装置又は受光装置においては、発光素子から斜め方向へ射出された光又は受光素子に斜め方向から入射する光が反射部材によって反射されるため、光量損失が大きいという問題がある。

また、全反射領域をレンズ面の外周よりも内側まで延長することで、光学部材の形状が複雑化して製造が難しくなったり、部品点数が増加したりするという問題もある。

本発明は、光学部材の射出部から均一に光を射出したり発光ロスや受光ロスを極力少なくしたりすることができる小型の発光装置および受光装置を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての発光装置は、発光素子と光学部材とを有する。該光学部材は、発光素子から照射光軸に対して所定角度より小さい角度で発せられた光を射出する第１の射出面と、発光素子から照射光軸に対して所定角度より大きい角度で発せられた光を反射する反射面と、第１の射出面の周囲に形成され、反射面で反射した光を射出する第２の射出面とを有する。そして、第２の射出面は、照射光軸から最も離れた部分が、該照射光軸に最も近い部分よりも照射光軸方向における発光素子とは反対方向に突出した形状を有する。

また、本発明の一側面としての受光装置は、受光素子と光学部材とを有する。該光学部材は、入射光軸が通るように形成され、入射した光を受光素子に向かわせる第１の入射面と、該第１の入射面の周囲に形成された第２の入射面と、第２の入射面から入射した光を受光素子に向けて反射する反射面とを有する。そして、第２の入射面は、入射光軸から最も離れた部分が、該入射光軸に最も近い部分よりも入射光軸方向における受光素子とは反対方向に突出した形状を有する。

これらの発光装置および受光装置は、発光機能や受光機能を必要とする各種機器に搭載され、機器の小型化に寄与する。

本発明の発光装置によれば、発光素子から発せられた光のうち第１の射出面よりも周辺部に向かった光のほとんどを反射面で反射し、第１の射出面の周囲に設けられた第２の射出面に導くので、小型でありながらも、発光むらが少なく、発光素子からの光を効率良く射出することができる。

また、本発明の受光装置によれば、光学部材のうち第１の入射面の周囲に設けられた第２の入射面から入射した光のほとんどを反射面で反射して受光素子に導くので、小型でありながらも、入射光を効率良く受光することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である発光装置の外観を示している。また、図２には、該発光装置を射出光軸ＡＸＬを含む平面で切断したときの断面を示している。さらに、図２には、発光素子から発せられた光線のトレース図も併記している。

図１および図２において、１はＬＥＤやＬＤ等の発光素子、３は発光素子１を搭載した状態でダイボンドされる保持部２を有する第１のリードフレーム、４は発光素子１と第２のリードフレーム５を結ぶボンディングワイヤである。

９はその内部に発光素子１およびリードフレーム３，５の発光素子１側の部分を封止するように光学樹脂材料によりモールド成形された光学部材である。光学樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコン等、熱に強い材料が好ましい。

光学部材９において、６はその中心を照射光軸ＡＸＬが通るように形成された、発光素子１からの入射光に対して正の屈折力を有する第１の射出面としてのレンズ面である。レンズ面６は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状および放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。このレンズ面６には、発光素子１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対して所定角度よりも小さい角度θ１をなす光（以下、第１の光という）が直接入射し、集光されながら射出される。７は発光素子１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対して上記所定角度以上の角度θ２をなす光（以下、第２の光という）が入射し、これを全反射する反射面（内面反射面）である。

８は反射面７で全反射された光が入射し、これを屈折させて前方（照射光軸方向、つまりは図２の右側）に射出する第２の射出面である。ここで、図２に示すように、第２の射出面８は、発光素子１の略中心から照射光軸ＡＸＬに対して傾斜して延びる線Ｌを含む円錐台形状を有する面として形成されている。言い換えれば、第２の射出面８は、照射光軸ＡＸＬから最も離れた部分（外周部分）が、該照射光軸ＡＸＬに最も近い部分（内周部分）よりも照射光軸方向における発光素子１とは反対方向（照射方向）に突出した形状を有する。また、第２の射出面８の内周は、レンズ面６の外周に接している。

本実施例の発光装置において、発光素子１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が小さい第１の光は、発光素子１がレンズ面６の焦点又はその近傍に配置されているため、光学部材９と空気との界面を形成するレンズ面６で屈折して照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となってレンズ面６から射出される。また、発光素子１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が第１の光より大きい第２の光は、光学部材９と空気との界面を形成する反射面７でほとんどが全反射され、さらに第２の射出面８で屈折されて照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となり、第２の射出面８から射出する。

このとき、第２の射出面８におけるレンズ面６との境界に近接した内周端部には、反射面７で全反射された第２の光のうち、射出光軸ＡＸＬに対して最も大きい角度で発光素子１から発せられた光線が入射する。また、レンズ面６における第２の射出面８との境界に近接した外周端部には、第１の光のうち照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をなす光線が入射する。これにより、光学部材９の射出部（レンズ面６および第２の射出面８）の全体から光が射出する。すなわち、図９に符号７０で示したような光が射出しない領域がなくなる。

このため、図１に示した発光装置を射出光軸方向の前方から見たときに、射出部に発光むらがなく、均一な発光状態が得られる。また、発光素子１から射出した光をほぼ平行化して射出するため、狭い範囲に光を照射することができる。つまり、照射光に高い指向性を持たせることができる。

ここで、本実施例では、発光装置から略平行光を射出する場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されない。例えば、発光素子１の位置とレンズ面６の焦点位置との関係や、レンズ面６、反射面７および第２の射出面８の面形状などを適宜変更し、様々な配光特性や指向性を得るようにしてもよい。

また、本実施例では、レンズ面６を凸レンズ形状とした場合について説明したが、これ以外の形状、例えばフレネルレンズ形状に形成してもよい。

次に、本実施例の発光装置の設計例について説明する。ここでは、光学部材９の材質をエポキシ樹脂とする。その屈折率は約１．５５である。また、レンズ面６の直径を３ｍｍとし、発光素子１を該レンズ面６の焦点位置に配置する。

また、発光素子１から発せられ、レンズ面６で屈折して照射光軸ＡＸＬに対して略平行になる光線の射出光軸ＡＸＬに対してなす最大角度を４５°とする。したがって、第２の射出面８とレンズ面６との境界と発光素子１の略中心とを結ぶ線Ｌが射出光軸ＡＸＬに対してなす角は４５°となる。

このとき、反射面７で全反射した光が第２の射出面８で屈折して射出光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となるためには、反射面７で全反射した光が射出光軸ＡＸＬに対して約１７.８６°以下の角度で照射光軸ＡＸＬに近づくように第２の射出面８に向かわなければなければならない。光学部材９の材料の屈折率は約１．５５であるので、反射面７で全反射して射出光軸ＡＸＬに対して約１７.８６°以下の角度で進む光線は、発光素子１から射出光軸ＡＸＬに対して約８１°以下の角度（射出角度）で射出する光線である。

このことから、本設計例では、発光素子１から射出角度８０°で射出した光線が、反射面７で全反射されて射出光軸ＡＸＬに対して最も大きい角度をなす光線として射出面８に向かい、第２の射出面８の内周端部で屈折して射出光軸ＡＸＬとほぼ平行な光線として射出するように設計する。この場合、第２の射出面８の外径（つまりは発光装置の外径）は約５.７ｍｍとなる。

図３には、特許文献２に開示された発光装置であって、上記設計条件、つまり発光素子からの射出角度が８０°の光線が全反射領域で全反射した後、反射部材で反射されて照射光軸と略平行に射出されるように設計したものを示している。

図３において、１１は発光素子、１２は発光素子１１を搭載してダイボンドされる保持部、１３は第１のリードフレーム、１４は発光素子１１と第２のリードフレーム１５とを結ぶボンディングワイヤ、１６は反射部材、１９は発光素子１１やリードフレーム１３，１５の一部を封止するよう樹脂によりモールド成形された光学部材である。

１７は該光学部材１９のうち発光素子１１からの光が直接入射し射出される直接射出領域、１８は直接射出領域１７の周囲に形成された面であり、直接射出領域側から、全反射領域と該全反射領域で全反射した後、反射部材１６で反射された光が射出する射出領域とを含む。直接射出領域１７は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状、放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。また、直接射出領域１７は、図９に示した光の射出しない領域７０を覆う大きさに形成した。２０は直接出射領域１７のレンズ面外周よりも照射光軸ＡＸＬに近い位置まで形成した凹部である。

ここで、光学部材１９の材料の屈折率を１.５５とすると、反射部材１６の外径（つまりは発光装置の外径）は約６.１ｍｍとなる。したがって、同じ設計条件下では、本実施例の発光装置の直径が、特許文献２に開示された発光装置の直径よりも小さくなることが分かる。

上記特許文献２に開示された発光装置では、理論的には発光素子からの最大射出角度を９０°に近づけることができるが、この場合、凹部２０の深さが大きくなりすぎるために物理的に光学部材１９を製作できなくなる。また、発光素子は実際には点光源ではなく、ある発光面積を持った素子であるので、凹部２０が深くなると、発光素子の外周部から射出された光が凹部２０に入りやすくなり、光の利用効率が悪化する。上記例において、凹部２０の内径は約１.１ｍｍである。

図４には、本発明の実施例２である発光装置を射出光軸ＡＸＬを含む面で切断したときの断面を示している。実施例１において、発光素子からほぼ９０°の射出角度で射出した光線は反射面７に対して全反射臨界角よりも小さい入射角度で入射するため、全反射せず、反射面７から射出してしまう。本実施例では、このような光線も有効に利用するために、実施例１の反射面７では全反射できない光、すなわち反射面に対して全反射臨界角よりも小さい入射角度をなすような大きな射出角度で発光素子から発せられた光線を第２の射出面に向けて反射する反射部材を設けている。なお、図４には、光線トレース図も併記している。

図４において、２１はＬＥＤやＬＤ等の発光素子、２３は発光素子２１を搭載した状態でダイボンドされる保持部２２を有する第１のリードフレーム、２４は発光素子２１と第２のリードフレーム２５を結ぶボンディングワイヤである。

２９はその内部に発光素子２１およびリードフレーム２３，２５の発光素子２１側の部分を封止するように光学樹脂材料によりモールド成形された光学部材である。光学樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコン等、熱に強い材料が好ましい。

光学部材２９において、２６はその中心を照射光軸ＡＸＬが通るように形成された、発光素子２１からの入射光に対して正の屈折力を有する第１の射出面としてのレンズ面である。レンズ面２６は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状および放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。このレンズ面２６には、発光素子２１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対して第１の所定角度よりも小さい角度θ１をなす光（以下、第１の光という）が直接入射し、集光されながら射出される。２７は発光素子２１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対して第１の所定角度以上、第２の所定角度以下の角度θ２をなす光（以下、第２の光という）が入射し、これを全反射する反射面（内面反射面）である。

２８は反射面２７で全反射された光が入射し、これを屈折させて前方（照射光軸方向、つまりは図４の右側）に射出する第２の射出面である。ここで、図４に示すように、第２の射出面２８は、発光素子２１の略中心から照射光軸ＡＸＬに対して傾斜して延びる線Ｌを含む円錐台形状を有する面として形成されている。言い換えれば、第２の射出面２８は、照射光軸ＡＸＬから最も離れた部分（外周部分）が、該照射光軸ＡＸＬに最も近い部分（内周部分）よりも照射光軸方向における発光素子２１とは反対方向（照射方向）に突出した形状を有する。また、第２の射出面２８の内周は、レンズ面２６の外周に接している。

３０は反射面２７で全反射できない光、すなわち発光素子２１から照射光軸ＡＸＬに対して第２の所定角度より大きな角度θ３で射出された光（以下、第３の光という）を第２の射出面２８へ導く反射部材である。反射部材３０は、その内面が高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されている。

本実施例の発光装置において、発光素子２１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が小さい第１の光は、発光素子２１がレンズ面２６の焦点又はその近傍に配置されているため、光学部材２９と空気との界面を形成するレンズ面２６で屈折して照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となってレンズ面２６から射出される。また、発光素子２１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が第１の光より大きい第２の光は、光学部材２９と空気との界面を形成する反射面２７でほとんどが全反射され、さらに第２の射出面２８で屈折されて照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となり、第２の射出面２８から射出する。

さらに、発光素子２１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が第２の光より大きい第３の光は、反射部材３０で反射されて第２の射出面２８へと導かれ、該第２の射出面２８で屈折されて照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となって第２の射出面２８から射出する。

このとき、第２の射出面２８におけるレンズ面２６との境界に近接した内周端部には、反射部材３０で反射された第３の光のうち、射出光軸ＡＸＬに対して最も大きい角度で発光素子２１から発せられた光線が入射する。また、レンズ面２６における第２の射出面２８との境界に近接した外周端部には、第１の光のうち照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をなす光線が入射する。さらに、第３の光のうち射出光軸ＡＸＬに対して最も小さい角度で発光素子２１から発せられて反射部材３０で反射された光線と、第２の光のうち射出光軸ＡＸＬに対して最も大きい角度で発光素子２１から発せられて反射面２７で反射された光線の第２の射出面２８への入射位置は互いに近接している。

これにより、光学部材２９の射出部（レンズ面２６および第２の射出面２８）の全体から光が射出する。すなわち、図９に符号７０で示したような光が射出しない領域がなくなる。

このため、図４に示した発光装置を射出光軸方向の前方から見たときに、射出部に発光むらがなく、均一な発光状態が得られる。また、発光素子２１から射出した光をほぼ平行化して射出するため、狭い範囲に光を照射することができる。つまり、照射光に高い指向性を持たせることができる。

ここで、本実施例では、発光装置から略平行光を射出する場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されない。例えば、発光素子２１の位置とレンズ面２６の焦点位置との関係や、レンズ面２６、反射面２７、反射部材３０および第２の射出面２８の面形状などを適宜変更し、様々な配光特性や指向性を得るようにしてもよい。

また、本実施例では、レンズ面２６を凸レンズ形状とした場合について説明したが、これ以外の形状、例えばフレネルレンズ形状に形成してもよい。

図５には、本発明の実施例３である受光装置を入射光軸ＡＸＬを含む面で切断したときの断面を示している。また、図５には、光線トレース図も併記している。

図５において、３１はフォトダイオードや光電変換素子等の受光素子、３３は受光素子３１を搭載した状態でダイボンドされる保持部３２を有する第１のリードフレーム、３４は受光素子３１と第２のリードフレーム３５を結ぶボンディングワイヤである。

３９はその内部に受光素子３１およびリードフレーム３３，３５の受光素子３１側の部分を封止するように光学樹脂材料によりモールド成形された光学部材である。光学樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコン等が好ましい。

光学部材３９において、３６はその中心を入射光軸ＡＸＬが通るように形成された、外部からの入射光に対して正の屈折力を有する第１の入射面としてのレンズ面である。レンズ面３６は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状および放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。外部からこのレンズ面３６に入射した光（入射光軸ＡＸＬに略平行な光）は、正の屈折力により受光素子３１上に集光される。

３８はレンズ面３６の周囲に形成された第２の入射面である。ここで、図５に示すように、第２の入射面３８は、受光素子３１の略中心から入射光軸ＡＸＬに対して傾斜して延びる線Ｌを含む円錐台形状を有する面として形成されている。言い換えれば、第２の入射面３８は、入射光軸ＡＸＬから最も離れた部分（外周部分）が、該照射光軸ＡＸＬに最も近い部分（内周部分）よりも入射光軸方向における受光素子３１とは反対方向（光の発光元方向）に突出した形状を有する。また、第２の入射面３８の内周は、レンズ面３６の外周に接している。

３７は第２の入射面３８から光学部材３９内に入射した光を受光素子３１に向けて全反射するとともに集光する反射面（内面反射面）である。

本実施例の受光装置によれば、前方（図中の右側）からレンズ面３６に入射した光は、受光素子３１がレンズ面３６の焦点位置又はその近傍に配置されているため、受光素子３１上に効率良く集光される。そして、このレンズ面３６に入射した光とこれに接する第２の入射面３８に入射した光、つまりは光学部材３９の入射部のほぼ全体に入射した光を受光素子３１へ導くことができる。したがって、図１０に示した受光装置のように外部からの光が入射する面のうち全反射領域に入射した光を受光素子に導くことができないという不都合を生じることなく、光学部材３９の入射部に入射した光を無駄なく受光素子３１に受光させることができる。

ここで、フォトダイオードや光電変換素子などの受光素子は、例えばセンシング用であれば、受光量が大きくなることによって感度が向上する。また、光電変換素子では、受光量が大きくなることによって発生する電気エネルギが増加する。したがって、これらの受光素子では、できるだけ受光面積を大きくすることが望まれる。しかし、受光素子の受光面積を大きくすると、一枚の単結晶ウェハから得られる受光素子チップ数が少なくなるため、コストアップにつながる。また、受光素子の前方にレンズを配置し、該レンズに入射した光を受光素子上に集光する方法もあるが、この方法では、大きなレンズが必要になり、しかも受光素子とレンズの距離の分だけ入射光軸方向の厚みが増加するので、受光装置全体が大型化する。

これに対し、本実施例の受光装置を用いれば、入射光軸ＡＸＬ近傍に入射した光をレンズ面３６で受光素子３１上に集光し、入射光軸ＡＸＬから離れた位置に入射した光を第２の入射面３８の屈折作用と反射面３７の全反射作用とによって受光素子３１上に集光するので、受光素子３１の受光面積を大きくしたり、発光装置を大型化したりすることなく、入射部からの光を効率良く受光素子３１に導いて十分な受光量を得ることができる。

図６には、本発明の実施例４である受光装置を入射光軸ＡＸＬを含む面で切断したときの断面を示している。また、図６には、光線トレース図も併記している。

図６において、４１はフォトダイオードや光電変換素子等の受光素子、４３は受光素子４１を搭載した状態でダイボンドされる保持部４２を有する第１のリードフレーム、４４は受光素子４１と第２のリードフレーム４５を結ぶボンディングワイヤである。

４９はその内部に受光素子４１およびリードフレーム４３，４５の受光素子４１側の部分を封止するように光学樹脂材料によりモールド成形された光学部材である。光学樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコン等が好ましい。

光学部材４９において、４６はその中心を入射光軸ＡＸＬが通るように形成された、外部からの入射光に対して正の屈折力を有する第１の入射面としてのレンズ面である。レンズ面４６は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状および放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。外部からこのレンズ面４６に入射した光（入射光軸ＡＸＬに略平行な光）は、正の屈折力により受光素子４１上に集光される。

４８はレンズ面４６の周囲に形成された第２の入射面である。ここで、図６に示すように、第２の入射面４８は、受光素子４１の略中心から入射光軸ＡＸＬに対して傾斜して延びる線Ｌを含む円錐台形状を有する面として形成されている。言い換えれば、第２の入射面４８は、入射光軸ＡＸＬから最も離れた部分（外周部分）が、該照射光軸ＡＸＬに最も近い部分（内周部分）よりも入射光軸方向における受光素子４１とは反対方向（光の発光元方向）に突出した形状を有する。また、第２の入射面４８の内周は、レンズ面４６の外周に接している。

４７は第２の入射面４８から光学部材４９内に入射した光を受光素子４１に向けて全反射するとともに集光する反射面（内面反射面）である。

さらに、５０は第２の入射面４８から光学部材４９内に入射した光のうち、反射面４７に対して全反射臨界角より小さな角度で入射する光を受光素子４１に向けて反射するとともに集光する反射部材である。

本実施例の受光装置によれば、前方（図中の右側）からレンズ面４６に入射した光は、受光素子４１がレンズ面４６の焦点位置又はその近傍に配置されているため、受光素子４１上に効率良く集光される。そして、このレンズ面４６に入射した光とこれに接する第２の入射面４８に入射した光、つまりは光学部材４９の入射部のほぼ全体に入射した光を受光素子４１へ導くことができる。したがって、実施例３と同様に、光学部材４９の入射部に入射した光を無駄なく受光素子４１に受光させることができる。

さらに言えば、入射光軸ＡＸＬ近傍に入射した光をレンズ面４６で受光素子４１上に集光し、入射光軸ＡＸＬから離れた位置に入射した光を第２の入射面４８の屈折作用と反射面４７の全反射作用および反射部材５０の反射作用とによって受光素子４１上に集光するので、受光素子４１の受光面積を大きくしたり、発光装置を大型化したりすることなく、入射部からの光を効率良く受光素子４１に導いて十分な受光量を得ることができる。

上記各実施例では、発光素子又は受光素子をモールド樹脂である光学部材によって封止する場合について説明したが、本発明はこのように発光素子又は受光素子と光学部材とを一体型とする場合だけでなく、光学部材の外部に発光素子又は受光素子を配置する場合にも適用することができる。

図７には、本発明の実施例５である受光装置を入射光軸ＡＸＬを含む面で切断したときの断面を示している。また、図７には、光線トレース図も併記している。本実施例では、表面実装タイプの発光素子の前方に実施例１の光学部材と同様の光学作用を有する光学部材を配置した例について説明する。

図７において、５１は表面実装タイプのＬＥＤやＬＤ等の発光素子である。５９は光学樹脂材料により形成された光学部材である。光学樹脂材料としては、エポキシ樹脂やシリコン等、熱に強い材料が好ましい。

光学部材５９において、６０はその中心を照射光軸ＡＸＬが通るように形成され、発光素子５１から発せられた光が入射する入射面である。この入射面６０は、発光素子５１の略中心を中心とする球面形状を有する。

５６はその中心を照射光軸ＡＸＬが通るように形成された、発光素子５１からの入射光に対して正の屈折力を有する第１の射出面としてのレンズ面である。レンズ面５６は、球面レンズ形状、非球面レンズ形状および放物面形状などの凸レンズ形状に形成されている。このレンズ面５６には、発光素子５１から発せられ、入射面６０から光学部材５９内に入射した光のうち照射光軸ＡＸＬに対して所定角度よりも小さい角度θ１をなす光（以下、第１の光という）が直接入射し、集光されながら射出される。５７は発光素子５１から発せられ、入射面６０から光学部材５９内に入射した光のうち照射光軸ＡＸＬに対して所定角度以上の角度θ２をなす光（以下、第２の光という）が入射し、これを全反射する反射面（内面反射面）である。

５８は反射面５７で全反射された光が入射し、これを屈折させて前方（照射光軸方向、つまりは図７の右側）に射出する第２の射出面である。ここで、図７に示すように、第２の射出面５８は、発光素子５１の略中心から照射光軸ＡＸＬに対して傾斜して延びる線Ｌを含む円錐台形状を有する面として形成されている。言い換えれば、第２の射出面５８は、照射光軸ＡＸＬから最も離れた部分（外周部分）が、該照射光軸ＡＸＬに最も近い部分（内周部分）よりも照射光軸方向における発光素子５１とは反対方向（照射方向）に突出した形状を有する。また、第２の射出面５８の内周は、レンズ面５６の外周に接している。

本実施例の発光装置において、発光素子５１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が小さい第１の光は、発光素子５１がレンズ面５６の焦点又はその近傍に配置されているため、光学部材５９と空気との界面を形成するレンズ面５６で屈折して照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となってレンズ面５６から射出される。また、発光素子５１から発せられた光のうち照射光軸ＡＸＬに対する角度が第１の光より大きい第２の光は、光学部材５９と空気との界面を形成する反射面５７でほとんどが全反射され、さらに第２の射出面５８で屈折されて照射光軸ＡＸＬに対してほぼ平行な光となり、第２の射出面５８から射出する。

このとき、第２の射出面５８におけるレンズ面５６との境界に近接した内周端部には、反射面５７で全反射された第２の光のうち、射出光軸ＡＸＬに対して最も大きい角度で発光素子５１から発せられた光線が入射する。また、レンズ面５６における第２の射出面５８との境界に近接した外周端部には、第１の光のうち照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をなす光線が入射する。これにより、光学部材５９の射出部（レンズ面５６および第２の射出面５８）の全体から光が射出する。すなわち、図９に符号７０で示したような光が射出しない領域がなくなる。

このため、図７に示した発光装置を射出光軸方向の前方から見たときに、射出部に発光むらがなく、均一な発光状態が得られる。また、発光素子５１から射出した光をほぼ平行化して射出するため、狭い範囲に光を照射することができる。つまり、照射光に高い指向性を持たせることができる。

ここで、本実施例では、発光装置から略平行光を射出する場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されない。例えば、発光素子５１の位置とレンズ面５６の焦点位置との関係や、レンズ面５６、反射面５７および第２の射出面５８の面形状などを適宜変更し、様々な配光特性や指向性を得るようにしてもよい。

また、本実施例では、レンズ面５６を凸レンズ形状とした場合について説明したが、これ以外の形状、例えばフレネルレンズ形状に形成してもよい。さらに、入射面６０が凸レンズ形状やフレネルレンズ形状を有していてもよい。

なお、本実施例では、表面実装タイプの発光素子から発せられた光をレンズ面と反射面を有する光学部材のみで照射方向に導く場合について説明したが、実施例２のように、表面実装タイプの発光素子から発せられた光を、該発光素子とは別体として設けられた、レンズ面と反射面を有する光学部材と反射部材とで照射方向に導くようにしてもよい。

また、発光素子としても、砲弾タイプの発光デバイスやベアチップタイプの発光デバイス、放熱タイプの発光デバイス、フラットパッケージタイプの発光デバイスなど、種々のものを用いることができる。

さらに、以上説明した各実施例にて説明した構成部品の寸法、材質、形状、配置関係などは例にすぎず、本発明を限定するものではない。例えば、上記各実施例では、第２の射出面および第２の入射面を平面状に形成した場合について説明したが、これらを曲面状（球面形状や非球面形状等）に形成してもよい。

図８Ａおよび図８Ｂにはそれぞれ、上記各実施例で説明した発光装置や受光装置を備えた機器の具体例を示している。

図８Ａには、実施例１，２および５に示した発光装置１００を複数個マトリクス状に配置した機器２００を示している。この機器２００は、個々の発光装置１００が小型であり、照射光軸方向から見て均一に発光し、さらに高い指向性を有することにより、ディスプレイユニットや車両用ランプユニット等として好適である。

また、図８Ｂには、実施例３および４に示した受光装置３００を複数個配置した機器４００を示している。この機器４００は、個々の受光装置３００が小型でありながらも大きな受光光量が得られることから、光電センサユニットや太陽電池ユニット等として好適である。

本発明の実施例１である発光装置の外観斜視図。 実施例１の発光装置の断面図。 従来の発光装置の断面図。 本発明の実施例２である発光装置の断面図。 本発明の実施例３である受光装置の断面図。 本発明の実施例４である受光装置の断面図。 本発明の実施例５である発光装置の断面図。 各実施例の発光装置を備えた機器の外観図。 各実施例の受光装置を備えた機器の外観図。 従来の発光装置又は受光装置の断面図。 従来の発光装置又は受光装置の断面図。

符号の説明

１，２１，５１ 発光素子
６，２６，３６，４６，５６ レンズ面（第１の射出面又は第１の入射面）
７，２７，３７，４７，５７ 反射面
８，２８，５８ 第２の射出面
９，２９，３９，４９，５９ 光学部材
３０，５０ 反射部材
６０ 入射面
３１，４１ 受光素子

Claims (11)

1. 発光素子と、
   該発光素子から照射光軸に対して所定角度より小さい角度で発せられた光を射出する第１の射出面、前記発光素子から前記照射光軸に対して前記所定角度より大きい角度で発せられた光を反射する反射面、および前記第１の射出面の周囲に形成され、前記反射面で反射した光を射出する第２の射出面を有する光学部材とを有し、
   前記第２の射出面は、前記照射光軸から最も離れた部分が、該照射光軸に最も近い部分よりも照射光軸方向における前記発光素子とは反対方向に突出した形状を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記第２の射出面は、前記発光素子の略中心から前記照射光軸に対して傾斜して延びる線を含む面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第２の射出面は、前記第１の射出面に接することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記反射面で全反射する光よりも前記照射光軸に対して大きい角度で前記発光素子から射出された光を前記第２の射出面に向けて反射する反射部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発光装置。
5. 前記光学部材の内部に前記発光素子が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の発光装置。
6. 受光素子と、
   入射光軸が通るように形成され、入射した光を前記受光素子に向かわせる第１の入射面、該第１の入射面の周囲に形成された第２の入射面、および前記第２の入射面から入射した光を前記受光素子に向けて反射する反射面を有する光学部材とを有し、
   前記第２の入射面は、前記入射光軸から最も離れた部分が、該入射光軸に最も近い部分よりも入射光軸方向における前記受光素子とは反対方向に突出した形状を有することを特徴とする受光装置。
7. 前記第２の入射面は、前記受光素子の略中心から前記入射光軸に対して傾斜して延びる線を含む面形状を有することを特徴とする請求項６に記載の受光装置。
8. 前記第２の入射面は、前記第１の入射面に接することを特徴とする請求項６又は７に記載の受光装置。
9. 前記第２の入射面からの光のうち前記反射面で全反射しない光を前記受光素子に向けて反射する反射部材を有することを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載の受光装置。
10. 前記光学部材の内部に前記受光素子が配置されていることを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の受光装置。
11. 請求項１から５のいずれか１つに記載の発光装置および請求項６から１０のいずれか１つに記載の受光装置のうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする機器。