(57)【要約】【課題】レンズの口径の拡大を抑えつつ光源からの出射光の受入角を拡げて高効率化を可能とし、出射光の明るさムラの低減も可能とすること。【解決手段】レンズ部材１２０の出射側に複数の第２の屈折面１２２を複数の第１の屈折面と交互に配置し、入射側に設けた複数の反射面１２３からの反射光を複数の第２の屈折面１２２で所望の角度に屈折して出射することにより、レンズ部材１２０の口径を大きくすることなく放射強度を高め効率を向上することができるとともに、出射光の明るさムラも改善した優れた発光モジュール１００を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材からなる発光モジュールであって、
前記レンズ部材の出射側には、
複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、
前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記レンズ部材はさらに前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が透過しない位置に反射部を備え、
前記光源からの出射光の一部を、前記反射部で反射することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記反射部は、全反射面により構成した請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記光源は、前記レンズ部材内に配置した請求項１または請求項２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記レンズ部材は前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が透過しない位置に入射面を備え、前記入射面から入射した光を前記反射部で前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項１または請求項２に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項１から請求項４までのいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記光源の光軸側から見た前記反射部の設置範囲が、前記光源の光軸側から見た前記第１の屈折面の設置範囲以内とする事を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項７】
光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材と、前記光源からの光を反射する反射部材とからなる発光モジュールであって、
前記レンズ部材の出射側には、
複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、
前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が通過しない位置に前記反射部材を配置し、
前記光源からの出射光の一部を、前記反射部材で反射することにより前記第２の屈折面に到達させ、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。
【請求項８】
前記反射部材は、前記光源の側面から出射する光を反射する、請求項７記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記レンズ部材は反射部を有し、前記反射部材が反射した反射光を前記レンズ部材の反射部で反射したのち、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項７または請求項８記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項９に記載の発光モジュール。
【請求項１１】
前記レンズ部材は第３の屈折部を有し、前記反射部材の反射光を前記レンズ部材の第３の屈折部で屈折したのち、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項７または請求項８記載の発光モジュール。
【請求項１２】
前記第３の屈折部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の第３の屈折面から構成し、前記複数の第３の屈折面からの屈折光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する請求項１１に記載の発光モジュール。
【請求項１３】
光源とレンズ部材からなる発光モジュールであって、
前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記レンズ部材はさらに反射部または屈折部を備え、前記光源からの他の一部の出射光を前記反射部または前記屈折部によって反射または屈折することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。
【請求項１４】
光源とレンズ部材と、反射部材または屈折部材とからなる発光モジュールであって、
前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、
前記光源からの他の一部の出射光を前記反射部材または前記屈折部材、によって反射または屈折することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する事を特徴とする発光モジュール。
【請求項１５】
前記複数の第２の屈折面を、前記光源から前記第１の屈折面に到達する出射光の光線にほぼ沿った角度で形成した請求項１から請求項１４までのいずれかに記載の発光モジュール。
【請求項１６】
受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材からなる受光モジュールであって、
前記レンズ部材の入射側には、
複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、
前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記レンズ部材はさらに前記第１の屈折面で屈折されて集光される光が透過しない位置に反射部を備え、
前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部に導き、前記反射部で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。
【請求項１７】
前記反射部は、全反射面により構成した請求項１６記載の受光モジュール。
【請求項１８】
前記受光素子は、前記レンズ部材内に配置した請求項１６または請求項１７に記載の受光モジュール。
【請求項１９】
前記レンズ部材は前記第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光が透過しない位置に出射面を備え、前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折して前記反射部に導き、前記反射部で反射して前記出射面から出射させ、前記受光素子に向かう方向に光を集光する請求項１６または請求項１７に記載の受光モジュール。
【請求項２０】
前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する前記複数の反射面で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する請求項１６から請求項１９までのいずれかに記載の受光モジュール。
【請求項２１】
前記レンズ部材の光軸方向から見た前記反射部の設置範囲が、前記レンズ部材の光軸方向から見た前記第１の屈折面の設置範囲以内とする事を特徴とする請求項１６から請求項２０までのいずれかに記載の受光モジュール。
【請求項２２】
受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材と、反射部材とからなる受光モジュールであって、
前記レンズ部材の入射側には、
複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、
前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記第１の屈折面で屈折されて集光される光が通過しない位置に前記反射部材を配置し、
前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。
【請求項２３】
前記レンズ部材は反射部を有し、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折して前記レンズ部材の反射部に導き、前記反射部で反射した反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する請求項２２記載の受光モジュール。
【請求項２４】
前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する前記複数の反射面で反射したうえ、反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する請求項２３記載の受光モジュール。
【請求項２５】
前記レンズ部材は第３の屈折部を有し、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折して前記レンズ部材の第３の屈折部に導き、前記第３の屈折部で屈折した屈折光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する請求項２２記載の受光モジュール。
【請求項２６】
前記第３の屈折部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の第３の屈折面から構成し、前記複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する複数の第３の屈折面で屈折する請求項２５に記載の受光モジュール。
【請求項２７】
受光素子とレンズ部材からなる受光モジュールであって、
前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記レンズ部材はさらに反射部または屈折部を備え、前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部または前記屈折部に導き、前記反射部または前記屈折部によって反射または屈折することにより前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。
【請求項２８】
受光素子とレンズ部材と、反射部材または屈折部材とからなる受光モジュールであって、
前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、
前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部材または前記屈折部材に導き、前記反射部材または前記屈折部材によって反射または屈折することにより前記受光素子に向かう方向に光を集光する事を特徴とする受光モジュール。
【請求項２９】
前記複数の第２の屈折面を、前記入射光が前記第１の屈折面で屈折された屈折光の光線にほぼ沿った角度で形成した請求項１６から請求項２８までのいずれかに記載の受光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号、音声信号、デジタルデータ信号などの情報データを、光空間送信器と光空間受信器との間で、自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムにおける光空間送信器および光空間受信器等に用いる発光モジュールおよび受光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自由空間を介して光信号で伝送する光空間伝送システムは、光の広帯域性により、電波を用いた無線伝送と比較して高速な伝送が可能となることが大きな特徴である。この光空間伝送システムの光空間送信器および光空間受信器を携帯機器へ組込む場合には、それに用いる発光モジュールおよび受光モジュールにも薄型化・小型化が必要となる。
【０００３】
薄型化の必要性は、光空間送信器および光空間受信器に用いる発光モジュールおよび受光モジュールに限らず、携帯機器に組み込む照明装置などの発光モジュールにおいても必要となる。薄型化を可能とする従来の発光モジュールとしては、光源からの出射光の出射角を変更するためにフレネルレンズを用いているものがあった（例えば、特許文献１参照）。図２９は、前記特許文献１に記載された従来の照明装置の発光モジュールを示すものである。
【０００４】
図２９において、発光モジュールは光源１とレンズ２から構成されている。レンズ２の出射面側には複数の屈折面３を形成することによりフレネルレンズとして作用し、光源１から出射した光を屈折して光軸４にほぼ平行な出射光を得ることができる。フレネルレンズは、連続した曲面からなる球レンズや非球面レンズと比較すると、レンズ部を板状に薄くすることができるため、薄型化が容易であるという特徴がある。しかし、屈折面３の傾斜角などの加工上の限界のために、光源１からの出射光の受入角２βに限界があった。このために、光源１が広い出射角を有する場合には、発光モジュールから効率よく光を出射することができなかった。
【０００５】
また、前記特許文献１には、光源１からの出射光の受入角を拡げる構成についても提示されていた。図３０は、前記特許文献１に記載された、他の従来の照明装置の発光モジュールを示すものである。
【０００６】
図３０においては、レンズ１２に図２９と同様の屈折面１３を設けていると共に、さらに入射面側に複数の反射面１５を設けていた。光源１から出射した出射角２β以上の光の一部は、この反射面１５で反射して、レンズ２の出射面側の平面部１６から出射する構成としていた。これにより、光源１からの出射角２β以上の光の一部も出射する構成としていた。
【０００７】
また、入射光を電気信号に変換する従来の受光モジュールにおいても、入射光を受光素子に集光するための集光レンズとしてフレネルレンズを用いることにより薄型化を可能とするものがあった（例えば、特許文献２参照）。図３２は、前記特許文献２に記載された、従来の受光モジュールを示すものである。
【０００８】
図３２において、受光モジュール２０は、集光レンズ２１と受光素子２２で構成される。集光レンズ２１は、入射面に複数の屈折面２３を設けたフレネルレンズであり、集光レンズ２１によって入射光が受光素子に集光される。集光レンズ２１にフレネルレンズを用いることにより、球面等の凸レンズを用いるよりも薄型化を可能としていた。
【特許文献１】特開２００５−４９３６７号公報
【特許文献２】特開平３−６００８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３１は、図２９に示した従来の構成における発光モジュールのＡ部拡大図であるが、屈折面１３の先端には光源１からの出射光が通過しないレンズの無効部分がある。このためレンズ１２からの出射光には明るさのムラがあるという課題を有していた。
【００１０】
また、図３０に示した前記従来の構成における発光モジュールでは、反射面１５からの反射光を、出射面側の屈折面１３が形成されていない周囲の平面部１６から出射するので、屈折面１３の直径ｄ１より大きな直径ｄ２が必要となり、レンズ１２の口径が大きくなってしまうと言う課題を有していた。また、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）などの場合には、光軸１４に直角な方向への放射光も大きな放射電力を有していることが多いが、光軸１４に直角な方向への放射光を利用することができないという課題も有していた。
【００１１】
また、図３３は、図３２に示した従来の構成における受光モジュールのＢ部拡大図である。図３３に図示したとおり、集光レンズ２１にフレネルレンズを用いた場合、屈折面１３の先端には入射光を集光することが出来ないレンズの無効部分がある。このため入射光の非集光領域が存在し、集光の効率が低下するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、出射光の明るさムラを低減すると共に、レンズの口径の拡大を抑えつつ光源１からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とした発光モジュールを提供することを目的とする。また、光源の光軸と直角な方向への光源からの出射光を利用することにより高効率化を可能とし、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを提供することを目的とする。また、非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、集光効率の高い受光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明の発光モジュールは、光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材からなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記レンズ部材はさらに前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が透過しない位置に反射部を備え、前記光源からの出射光の一部を、前記反射部で反射することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００１４】
上記第１の発明の発光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、光源の広い出射角の光を利用して高効率化が可能であると共に、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを得ることができる。
【００１５】
また本発明の第２の発明の発光モジュールは、第１の発明に従属する発明であって、前記反射部は、全反射面により構成している。
【００１６】
上記第２の発明の発光モジュールによれば、簡単にレンズ部材に反射部を形成することができる。
【００１７】
また本発明の第３の発明の発光モジュールは、第１または第２の発明に従属する発明であって、前記光源は、前記レンズ部材内に配置している。
【００１８】
また本発明の第４の発明の発光モジュールは、第１または第２の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が透過しない位置に入射面を備え、前記入射面から入射した光を前記反射部で前記第２の屈折面に反射し、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００１９】
上記第３および第４の発明の発光モジュールによれば、簡単な構成で高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００２０】
また本発明の第５の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第４のいずれかの発明に従属する発明であって、前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００２１】
上記第５の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第２の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００２２】
また本発明の第６の発明の光空間信号伝送装置は、第１から第５のいずれかの発明に従属する発明であって、前記光源の光軸側から見た前記反射部の設置範囲が、前記光源の光軸側から見た前記第１の屈折面の設置範囲以内とする構成を有している。
【００２３】
上記第６の発明の発光モジュールによれば、レンズの口径を拡大することなく光源の広い出射角の光を利用することができ、高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００２４】
また本発明の第７の発明の発光モジュールは、光源と、前記光源からの光を所定の指向特性に変更するレンズ部材と、前記光源からの光を反射する反射部材とからなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記第１の屈折面で屈折される前記光源からの一部の出射光が通過しない位置に前記反射部材を配置し、前記光源からの出射光の一部を、前記反射部材で反射することにより前記第２の屈折面に到達させ、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００２５】
上記第７の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を利用することができ、高効率化が可能であると共に、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを得ることができる。
【００２６】
また本発明の第８の発明の光空間信号伝送装置は、第７の発明に従属する発明であって、前記反射部材は、前記光源の側面から出射する光を反射する構成を有している。
【００２７】
上記第８の発明の発光モジュールによれば、光源の側面から出射する光を有効に利用し、高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００２８】
また本発明の第９の発明の発光モジュールは、第７または第８の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は反射部を有し、前記反射部材の反射光を前記レンズ部材の反射部で反射したのち、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００２９】
上記第９の発明の発光モジュールによれば、反射部材を小型化することができる。
【００３０】
また本発明の第１０の発明の発光モジュールは、第９の発明に従属する発明であって、前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の反射面からの反射光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００３１】
上記第１０の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第２の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００３２】
また本発明の第１１の発明の発光モジュールは、第７または第８の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は第３の屈折部を有し、前記反射部材の反射光を前記レンズ部材の第３の屈折部で屈折したのち、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００３３】
上記第１１の発明の発光モジュールによれば、反射部材を小型化することができる。
【００３４】
また本発明の第１２の発明の発光モジュールは、第１１の発明に従属する発明であって、前記第３の屈折部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の第３の屈折面から構成し、前記複数の第３の屈折面からの屈折光を対応する複数の第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００３５】
上記第１２の発明の発光モジュールによれば、光源の広い出射角の光を効率よく複数の第２の屈折面に導き、高効率な発光モジュールを得ることができる。
【００３６】
また本発明の第１３の発明の発光モジュールは、光源とレンズ部材からなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記レンズ部材はさらに反射部または屈折部を備え、前記光源からの他の一部の出射光を前記反射部または前記屈折部によって反射または屈折することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００３７】
また本発明の第１４の発明の発光モジュールは、光源とレンズ部材と、反射部材または屈折部材とからなり、前記レンズ部材の出射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、前記光源からの一部の出射光を屈折することによって所定の角度で出射すると共に、前記光源からの他の一部の出射光を前記反射部材または前記屈折部材、によって反射または屈折することにより前記第２の屈折面に導き、前記第２の屈折面で屈折することによって所定の角度で出射する。
【００３８】
上記第１３または第１４の発明の発光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、光源の広い出射角の光を利用して高効率化が可能であると共に、出射光の明るさムラの低減も可能とした発光モジュールを得ることができる。
【００３９】
また本発明の第１５の発明の発光モジュールは、第１から第１４のいずれかの発明に従属する発明であって、前記複数の第２の屈折面を、前記光源から前記第１の屈折面に到達する出射光の光線にほぼ沿った角度で形成する。
【００４０】
上記第１５の発明の発光モジュールによれば、複数の第１の屈折面からの出射する光を妨げることなく複数の第２の屈折面を形成することができる。
【００４１】
また本発明の第１６の発明の受光モジュールは、受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材からなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記レンズ部材はさらに前記第１の屈折面で屈折されて集光される光が透過しない位置に反射部を備え、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部に導き、前記反射部で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００４２】
上記第１６の発明の受光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００４３】
また本発明の第１７の発明の受光モジュールは、第１６の発明に従属する発明であって、前記反射部は、全反射面により構成している。
【００４４】
上記第１７の発明の受光モジュールによれば、簡単なレンズの構成で、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００４５】
また本発明の第１８の発明の受光モジュールは、第１６または第１７の発明に従属する発明であって、前記受光素子を、前記レンズ部材内に配置した構成としている。
【００４６】
上記第１８の発明の受光モジュールによれば、レンズ部材と受光素子とを一体化した簡単な受光モジュールの構成で、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００４７】
また本発明の第１９の発明の受光モジュールは、第１６または第１７の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は前記第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光が透過しない位置に出射面を備え、前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折して前記反射部に導き、前記反射部で反射して前記出射面から出射させ、前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００４８】
上記第１９の発明の受光モジュールによれば、前記第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００４９】
また本発明の第２０の発明の受光モジュールは、第１６から第１９のいずれかの発明に従属する発明であって、前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する前記複数の反射面で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００５０】
上記第２０の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００５１】
また本発明の第２１の発明の受光モジュールは、第１６から第２０のいずれかの発明に従属する発明であって、前記レンズ部材の光軸方向から見た前記反射部の設置範囲が、前記レンズ部材の光軸方向から見た前記第１の屈折面の設置範囲以内とする構成を有している。
【００５２】
上記第２０の発明の受光モジュールによれば、前記反射部の設置によってレンズの口径を拡大することなく、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００５３】
また本発明の第２２の発明の受光モジュールは、受光素子と、前記受光素子へ光を集光するレンズ部材と、反射部材とからなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを、ほぼ同軸状に交互に配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記第１の屈折面で屈折されて集光される光が通過しない位置に前記反射部材を配置し、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部材に導き、前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００５４】
また本発明の第２３の発明の受光モジュールは、第２２の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は反射部を有し、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折して前記レンズ部材の反射部に導き、前記反射部で反射した反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００５５】
上記第２２および第２３の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００５６】
また本発明の第２４の発明の受光モジュールは、第２３の発明に従属する発明であって、前記反射部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の反射面から構成し、前記複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する前記複数の反射面で反射したうえ、反射光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう構成としている。
【００５７】
上記第２４の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００５８】
また本発明の第２５の発明の受光モジュールは、第２２の発明に従属する発明であって、前記レンズ部材は第３の屈折部を有し、前記入射光の他の一部を、前記第２の屈折面で屈折して前記レンズ部材の第３の屈折部に導き、前記第３の屈折部で屈折した屈折光を前記反射部材で反射することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００５９】
上記第２５の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００６０】
また本発明の第２６の発明の受光モジュールは、第２５の発明に従属する発明であって、前記第３の屈折部を、前記複数の第２の屈折面のそれぞれに対応した複数の第３の屈折面から構成し、前記複数の第２の屈折面からの屈折光を対応する複数の第３の屈折面で屈折する構成としている。
【００６１】
上記第２６の発明の受光モジュールによれば、レンズの厚さを抑え、かつレンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００６２】
また本発明の第２７の発明の受光モジュールは、受光素子とレンズ部材からなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記レンズ部材はさらに反射部または屈折部を備え、前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部または前記屈折部に導き、前記反射部または前記屈折部によって反射または屈折することにより前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００６３】
上記第２７の発明の受光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００６４】
また本発明の第２８の発明の受光モジュールは、受光素子とレンズ部材と、反射部材または屈折部材とからなり、前記レンズ部材の入射側には、複数の第１の屈折面と複数の第２の屈折面とを配置し、前記第１の屈折面は、入射光の一部を屈折することによって前記受光素子に向かう方向に光を集光すると共に、前記入射光の他の一部を前記第２の屈折面で屈折することによって前記反射部材または前記屈折部材に導き、前記反射部材または前記屈折部材によって反射または屈折することにより前記受光素子に向かう方向に光を集光する構成としている。
【００６５】
上記第２８の発明の受光モジュールによれば、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【００６６】
また本発明の第２９の発明の受光モジュールは、第１６から第２８のいずれかの発明に従属する発明であって、前記複数の第２の屈折面を、前記入射光が前記第１の屈折面で屈折された屈折光の光線にほぼ沿った角度で形成した構成としている。
【００６７】
上記第２９の発明の受光モジュールによれば、前記複数の第１の屈折面で屈折されて前記受光素子へ集光される光についての集光効率に影響することなく前記第２の屈折面を形成でき、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率を高めた受光モジュールを得ることができる。
【発明の効果】
【００６８】
本発明の発光モジュールによれば、薄型化が可能で出射光の明るさムラを低減し、また、レンズの口径の拡大を抑えつつ光源からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とした発光モジュールを実現することができる。また、本発明の受光モジュールによれば、非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、レンズの口径の拡大を抑えつつ、集光効率の高い受光モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７０】
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態１における発光モジュールの平面図、および側面断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における発光モジュールの要部側面断面図である。
【００７１】
図１から図３において、発光モジュール１００は、主要部品として光源１１０とレンズ部材１２０から構成されている。光源１１０は、例えばＬＥＤや半導体レーザ等を用いる。光源１１０は、場合によりパッケージ１１１に収納され、パッケージ１１１とレンズ部材１２０とは、筐体１３０により、相対位置が固定されている。光源１１０には、端子１１２から電気の変調信号が供給され、変調信号に対応して発光強度等が変化する光信号を光軸１１３方向に広がりを持って出射する。例えば光源１１０にＬＥＤを用いた場合、光源１１０からの出射光は、光源１１０の光軸１１３からの出射角をθとすると、放射強度がｃｏｓθに比例するランバーシャン分布に近い広がりを持つ出射光となる。レンズ部材１２０は、光源からの光の広がり角を適当な広がり角に変換するために用いている。出射した光信号は、対向して設置される光空間受信器（図示せず）で受信されることにより、情報データの光空間伝送が実現される。発光モジュール１００からの出射光の広がりが大きすぎると放射電力密度が小さくなり、光空間伝送システムの伝送距離が短くなってしまうので、レンズ部材１２０は主に、光源の出射光の広がり角を小さい広がり角に変換して出射するように設計する。このため、レンズ部材１２０の出射側には、複数の第１の屈折面１２１を設けており、光源１１０からの出射角が図３に示したθ０以内の光を屈折して、所望の角度の方向に出射している。図３では簡単な例として、光軸１１３に平行な光に変換する場合を示している。つまり、複数の第１の屈折面１２１は、一般的なフレネルレンズとして作用している。以上は、図２９および図３０で示した従来の発光モジュールと同様である。
【００７２】
次に、本発明の実施の形態１における発光モジュール１００が従来の発光モジュールと異なる点について説明する。フレネルレンズは一般に、複数の屈折面の間を、光軸にほぼ平行な面でつないで構成される。図３の破線は、この一般的なフレネルレンズの形状を示している。しかし、既に図３１を用いて説明したとおり、この一般的なフレネルレンズの形状には、光が透過しないレンズの無効部分が存在する。これが図３における斜線部分である。レンズ部材１２０では、この無効部分を取り除いた形としており、これにより複数の第２の屈折面１２２を形成している。複数の第２の屈折面１２２は、複数の第１の屈折面１２１と同軸上に交互に形成されることになる。なお、複数の第２の屈折面１２２は、光源１１０からの出射角がθ０以内の光がレンズ部材１２０内を進む光線１１４に沿って、レンズの無効部分のみを取り除いて形成することが望ましい。したがって、光源１１０から複数の第１の屈折面の最下端に到達する光の光線に沿った面で構成することが望ましい。これにより、複数の第２の屈折面１２２を形成することは、光源１１０からの出射角がθ０以内の光をレンズ部材１２０から出射する上で、光の損失を与えないことになる。そして、レンズ部材１２０の入射側には、全反射を用いた複数の反射面１２３が形成されている。複数の反射面１２３は、光源１１０からの出射角がθ０以内の光の通過範囲外に設けているので、やはり光源１１０からの出射角がθ０以内の光をレンズ部材１２０から出射する上で、光の損失を与えないことになる。複数の反射面１２３は、それぞれ複数の第２の屈折面１２２に対応しており、光源１１０からの出射角がθ０〜θ１の光を対応する複数の屈折面１２２に向けて反射し、複数の第２の屈折面１２２では、その反射光を屈折してレンズ部材１２０から出射する。この際、レンズ部材１２０からの出射光が所望の角度となるように（図３においては、光軸と平行になるように）複数の反射面１２３の角度を設定している。
【００７３】
以上のように構成することにより、光源１１０からの出射角がθ０〜θ１の光は、図３１で示した暗部に相当する部分から出射するので、出射光の明るさムラも改善することができる。また、複数の第１の屈折面１２１が形成された図３における直径ｄｏの範囲から、光源１１０からの出射角がθ０以内の光だけでなく、光源１１０からの出射角がθ０〜θ１の光も出射されることになり、直径ｄｏの範囲内の放射電力密度を高め、効率的な発光モジュール１００が得られる。しかも、複数の反射面１２３の最大範囲（直径ｄｉ）を、複数の第１の屈折面１２１の最大範囲（直径ｄｏ）以内としておけば、複数の第１の屈折面１２１のみの場合からレンズ部材１２０の口径を大きくすることなく、発光モジュール１００からの放射強度を高め効率を向上することができるのである。更に詳しく説明すると、図３０に示した従来の照明装置の発光モジュールの構成においては、反射面１５で反射した光を、屈折面１３の範囲ｄ１より外側から出射するため、必ずレンズ１２の口径を大きくしなければならなかった。これに対して、本実施の形態１においては、複数の反射面１２３からの反射光を、複数の第１の屈折面１２１の範囲内に形成された複数の第２の屈折面１２２から出射する構成であるため、複数の第１の屈折面１２１の口径より大きくすることなく効率を向上することができる。
【００７４】
以上の通り、本実施の形態の構成によれば、レンズ部材１２０の出射側に複数の第２の屈折面１２２を複数の第１の屈折面１２１と交互に配置し、入射側に設けた複数の反射面１２３からの反射光を複数の第２の屈折面１２２で所望の角度に屈折して出射することにより、出射光の明るさムラを改善できるとともに、レンズ部材１２０の口径を大きくすることなく放射強度を高め効率も向上した優れた発光モジュール１００を得ることができるのである。
【００７５】
なお、図１および図２に示した本実施の形態において、光源１１０をパッケージ１１１に納め、パッケージ１１１とレンズ部材１２０を筐体１３０で固定する構造としたが、本実施の形態の特徴はレンズ部材１２０にあり、光源１１０とレンズ部材１２０との固定構造は設計事項であって、他の構成でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７６】
また、本実施の形態において、複数の反射面１２３の最大範囲（直径ｄｉ）を、複数の第１の屈折面１２１の最大範囲（直径ｄｏ）以内としてレンズ部材１２０の口径を拡大しない構成としたが、図４のように複数の反射面２２３の最大範囲（直径ｄｉ２）を、複数の第１の屈折面１２１の最大範囲（直径ｄｏ）より大きくしても、レンズの口径の拡大を少なくしながら放射強度を高め効率を向上することができるとともに、出射光の明るさムラも改善するという効果が得られる。
【００７７】
また、本実施の形態において、レンズ部材１２０における光源１１０からの出射角がθ０以内の光の入射面１２４を平面としていた。しかし、図５におけるレンズ部材３２０の入射面３２４のように曲面の場合でも、複数の第１の屈折面３２１と交互に複数の第２の屈折面３２２を設け、複数の反射面３２３からの反射光を複数の第２の屈折面３２２で屈折して出射することにより同様の効果が得られる。あるいはレンズ部材１２０における光源１１０からの出射角がθ０以内の光の入射面にフレネルレンズ面を設けても構わない。
【００７８】
また、本実施の形態において、複数の反射面１２３を設けたが、図６に示したレンズ部材４２０のように、複数の反射面１２３の代わりに単一の反射面４２３を設けても構わない。この場合、複数の第２の屈折面１２２からの出射光の角度を全て最適な角度にすることは困難であるが、単一の反射面４２３の角度を適当に設計することにより、ほぼ所望の出射光の角度を得ることができ、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
【００７９】
また、図６に示したレンズ部材４２０の代わりに、図７に示したレンズ部材５２０のように、レンズ部材５２０で光源１１０を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第１の屈折面５２１と交互に複数の第２の屈折面５２２を設け、反射面５２３からの反射光を複数の第２の屈折面５２２で屈折して出射することにより、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
【００８０】
（実施の形態２）
図８および図９は、本発明の実施の形態２における発光モジュールの平面図、および側面断面図である。また図１０は、本発明の実施の形態２における発光モジュールの要部側面断面図であり、図１１は、図１０におけるＢ部の拡大図である。図８から図１１において、図１から図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００８１】
図８から図１１において、発光モジュール６００は、主要部品として光源１１０とレンズ部材６２０から構成されている。光源１１０は例えばＬＥＤ等であり、カソード電極６１２ａにボンディングされ、アノード電極６１２ｂとワイヤー６１２ｃで電気的に接続されている。レンズ部材６２０と、カソード電極６１２ａ、アノード電極６１２ｂとは、樹脂などを材料とする筐体６３０で固定されている。また、カソード電極６１２ａには、反射部材６４１が設置されている。反射部材６４１は例えば逆円錐の内面形状の光の反射面を有しており、カソード電極上６１２ａに固着しても良いし、カソード電極６１２ａの材料でカソード電極６１２ａと一体形成することも可能である。
【００８２】
レンズ部材６２０の出射側には、図３におけるレンズ部材１２０と同様、複数の第１の屈折面１２１を設けており、光源１１０からの出射角がθ０以内の光を屈折して、所望の角度の方向に出射する。また、一般的なフレネルレンズにおける無効部分を取り除いた形で、複数の第２の屈折面１２２を形成していることも図３におけるレンズ部材１２０と同様である。本実施の形態２が、図３に示した実施の形態１と異なる点は、光源１１０の側面から出射する光を反射部材６４１で反射し、つぎにレンズ部材６２０の入射側に設けた複数の反射面６２３で反射し、その光を複数の第２の屈折面１２２によりレンズ部材６２０から所望の角度で出射していることである。つまり、図３に示した実施の形態１では、図３における出射角がθ０〜θ１の光を利用する構成としていたが、それに対して本実施の形態２では、光源の側面からの出射光を利用する構成としているのである。特にＬＥＤを光源１１０に用いる場合には、ＬＥＤ側面からの出射光の電力も大きく、側面からの出射光の電力を利用することにより、発光モジュール６００の効率を高めることができる。なお、複数の反射面６２３は、複数の第２の屈折面１２２に対応して設けており、複数の屈折面１２２で屈折した光が所望の角度で出射するように、複数の反射面６２３の角度を設定している。これにより、複数の第１の屈折面１２１が形成された図１０における直径ｄｏの範囲から、光源１１０からの出射角がθ０以内の光だけでなく、光源１１０の側面からの光も出射されることになり、効率的な発光モジュール６００が得られる。また、光源１１０の側面からの光は、図３１で示した暗部に相当する部分から出射するので、当然の事ながら第１の実施の形態と同様に出射光の明るさムラも改善することができる。
【００８３】
以上の通り、本実施の形態２の構成によれば、レンズ部材６２０の出射側に複数の第２の屈折面１２２を複数の第１の屈折面１２１と交互に配置し、入射側に複数の反射面６２３を設け、光源１１０の周囲に反射部材６４１を設けることにより、光源１１０の側面からの光を複数の第２の屈折面１２２で所望の角度に屈折して出射するので、出射光の明るさムラも改善することができるとともに、レンズ部材６２０の口径をあまり大きくすることなく放射強度を高め効率も向上した優れた発光モジュール６００を得ることができるのである。
【００８４】
なお、本実施の形態２において、反射部材６４１からの反射光をレンズ部材６２０の入射側に設けた複数の反射面６２３により複数の第２の屈折面１２２に導いたが、反射部材６４１は、光源１１０から出射した光を複数の反射面６２３の方向に偏向するために用いているものであるから、反射部材６４１の代わりに例えばプリズムの様に、屈折作用を用いて偏向するなど、他の光学的な偏向素子を用いても良い。
【００８５】
また、本実施の形態２において、反射部材６４１からの反射光をレンズ部材６２０の入射側に設けた複数の反射面６２３により複数の第２の屈折面１２２に導いたが、図１２に示すように、反射部材７４１からの反射光をレンズ部材７２０の入射側に設けた複数の第３の屈折面７２５により複数の第２の屈折面１２２に導く構成としても、光源１１０の側面から光を有効に利用し、放射強度を高め効率を向上することができるとともに、出射光の明るさムラも改善できるという効果が得られる。
【００８６】
また、図１３に示すように、反射部材８４１からの反射光をレンズ部材８２０の入射側の入射面８２６から入射して複数の第２の屈折面８２２で屈折させてレンズ部材８２０から出射させても良い。この場合、複数の第２の屈折面１２２からの出射光の角度を全て最適な角度にすることは困難であるが、反射部材８４１の角度を適当に設計することにより、ほぼ所望の出射光の角度を得ることができ、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
【００８７】
また、図１３に示したレンズ部材８２０の代わりに、図１４に示したレンズ部材９２０のように、レンズ部材９２０で光源１１０や反射部材９４１を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第１の屈折面９２１と交互に複数の第２の屈折面９２２を設け、反射部材９４１からの反射光を複数の第２の屈折面９２２で屈折して出射することにより、光源１１０の側面から光を有効に利用し、出射光の明るさムラを改善できるとともに、放射強度を高め効率を向上することができるという同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施の形態２においては、光源１１０の側面からの光を反射部材６４１で反射して利用することにより発光モジュール６００の効率を高めていたが、図１５に示すように、光源１１０の上面からの出射角がθ０以上の光を反射部材１０４１で反射し、レンズ部材１０２０の入射面１０２６から入射して、複数の第２の屈折面１２２で屈折して利用することにより出射光の明るさムラを改善するとともに、効率を高める構成としてもよい。
【００８９】
（実施の形態３）
図１６および図１７は、本発明の実施の形態３における受光モジュールの平面図、および側面断面図である。また、図１８は、本発明の実施の形態３における受光モジュールの要部側面断面図である。
【００９０】
図１６から図１８において、受光モジュール２１００は、主要部品として受光素子２１１０とレンズ部材２１２０から構成されている。受光素子２１１０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等を用いる。受光素子２１１０は、場合によりパッケージ２１１１に収納され、パッケージ２１１１とレンズ部材２１２０とは、筐体２１３０により、相対位置が固定されている。受光モジュール２１００は、対向して設けられた光空間送信器（図示せず）の、例えば実施の形態１における発光モジュール１００から出射された光信号を、光軸２１１３の方向に近い方向から受光し、レンズ部材２１２０により受光素子２１１０に集光する。受光素子２１１０は、受光した光信号を電気信号に変換し、端子２１１２から電気信号を出力する。これにより、情報データの光空間伝送が実現される。受光モジュール２１００への入射光の集光効率が悪いと受光電力が小さくなり、光空間伝送システムの伝送距離が短くなってしまうので、レンズ部材２１２０は高い集光効率が得れるように設計する必要がある。このため、レンズ部材２１２０の入射側には、複数の第１の屈折面２１２１を設けており、入射光を複数の第１の屈折面２１２１で屈折することにより受光素子２１１０に集光している。図１８では簡単な例として、光軸２１１３に平行な入射光を集光する場合を示している。つまり、複数の第１の屈折面２１２１は、一般的なフレネルレンズとして作用している。以上は、図３２および図３３で示した従来の受光モジュールと同様である。
【００９１】
次に、本発明の実施の形態３における受光モジュール２１００が従来の受光モジュールと異なる点について説明する。フレネルレンズは一般に、複数の屈折面の間を、光軸にほぼ平行な面でつないで構成される。図１８の破線は、この一般的なフレネルレンズの形状を示している。しかし、既に図３３を用いて説明したとおり、この一般的なフレネルレンズの形状には、入射光を集光することができないレンズの無効部分（非集光領域）が存在する。これが図１８における斜線部分である。レンズ部材２１２０では、この無効部分を取り除いた形としており、これにより複数の第２の屈折面２１２２を形成している。複数の第２の屈折面２１２２は、複数の第１の屈折面２１２１と同軸上に交互に形成されることになる。なお、複数の第２の屈折面２１２２は、光軸２１１３と平行な入射光が第１の屈折面２１２１で屈折された屈折光の光線２１１４に沿って、レンズの無効部分のみを取り除いて形成することが望ましい。したがって、光軸２１１３と平行な入射光が第１の屈折面２１２１で屈折され、複数の第１の屈折面２１２１の最下端に到達する光の光線に沿った面で構成することが望ましい。これにより、複数の第２の屈折面２１２２を形成することは、光軸２１１３と平行な入射光を複数の第１の屈折面２１２１で受光素子２１１０に集光する上で、光の損失を与えないことになる。さらに、レンズ部材２１２０の出射側には、全反射を用いた複数の反射面２１２３が形成されている。複数の反射面２１２３は、複数の第１の屈折面２１２１で屈折されて受光素子２１１０に集光する光の通過範囲外に設けているので、やはり光軸２１１３と平行な入射光を複数の第１の屈折面２１２１で受光素子２１１０に集光する上で、光の損失を与えないことになる。複数の反射面２１２３は、それぞれ複数の第２の屈折面２１２２に対応しており、複数の第２の屈折面２１２２で屈折した入射光を受光素子２１１０に向かう方向に反射し、受光素子２１１０に集光させる。この際、レンズ部材２１２０からの出射光が受光素子２１１０に向かう方向となるように複数の反射面２１２３の角度を設定している。
【００９２】
以上のように構成することにより、図３３で示した非集光領域からの入射光も複数の第２の屈折面２１２２、複数の反射面２１２３によって受光素子２１１０に集光することができるので、集光効率の高い受光モジュール２１００が得られる。しかも、複数の反射面２１２３の最大範囲（直径ｄｉ）を、複数の第１の屈折面２１２１の最大範囲（直径ｄｏ）以内としておけば、複数の第１の屈折面２１２１のみの場合からレンズ部材２１２０の口径を大きくすることなく、受光モジュール２１００の集光効率を向上することができるのである。更に詳しく説明すると、図３０に示した従来の照明装置の発光モジュールの構成の光線を逆にたどる構成を考えると、直径ｄ１外の入射光を集光する構成も考えられるが、その構成おいては、屈折面１３の範囲ｄ１より入射する光を集光するため、必ずレンズ１２の口径を大きくしなければならなかった。これに対して、本実施の形態３においては、複数の第１の屈折面２１２１の範囲内に形成された複数の第２の屈折面２１２２から入射する屈折光を、複数の反射面２１２３で反射して集光する構成であるため、複数の第１の屈折面２１２１の口径（図１８におけるｄｏ）より大きくすることなく効率を向上することができる。
【００９３】
以上の通り、本実施の形態３の構成によれば、レンズ部材２１２０の入射側に複数の第２の屈折面２１２２を複数の第１の屈折面２１２１と交互に配置し、出射側に複数の反射面２１２３を設け、複数の第２の屈折面２１２２への入射光を複数の反射面２１２３に向けて屈折させ、複数の反射面２１２３で受光素子２１１０方向に反射して出射することにより、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子２１１０に集光でき、レンズ部材２１２０の口径を大きくすることなく集光効率の高い優れた受光モジュール２１００を得ることができるのである。
【００９４】
なお、図１６および図１７に示した本実施の形態３において、受光素子２１１０をパッケージ２１１１に納め、パッケージ２１１１とレンズ部材２１２０を筐体２１３０で固定する構造としたが、本実施の形態の特徴はレンズ部材２１２０にあり、受光素子２１１０とレンズ部材２１２０との固定構造は設計事項であって、他の構成でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９５】
また、本実施の形態３において、複数の反射面２１２３の最大範囲（直径ｄｉ）を、複数の第１の屈折面２１２１の最大範囲（直径ｄｏ）以内としてレンズ部材２１２０の口径を拡大しない構成としたが、図１９のように複数の反射面２２２３の最大範囲（直径ｄｉ２）を、複数の第１の屈折面２１２１の最大範囲（直径ｄｏ）より大きくしても、レンズの口径の拡大を少なくしながら集光効率を高めることができるという効果が得られる。
【００９６】
また、本実施の形態３において、レンズ部材２１２０の複数の反射面２１２３の領域以外の出射面を平面としていた。しかし、図２０におけるレンズ部材２３２０の出射面２３２４のように曲面の場合でも、複数の第１の屈折面２３２１と交互に複数の第２の屈折面２３２２を設け、複数の第２の屈折面２３２２で屈折した入射光を複数の反射面２３２３で反射して受光素子２１１０方向に出射することにより同様の効果が得られる。あるいは図２０のレンズ部材２３２０における出射面２３２４の曲面部にフレネルレンズ面を設けても構わない。
【００９７】
また、本実施の形態３において、複数の反射面２１２３を設けたが、図２１に示したレンズ部材２４２０のように、複数の反射面２１２３の代わりに単一の反射面２４２３を設けても構わない。
【００９８】
また、図２１に示したレンズ部材２４２０の代わりに、図２２に示したレンズ部材２５２０のように、レンズ部材２５２０で受光素子２１１０を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第２の屈折面２３２２で屈折した入射光を反射面２５２３で反射して受光素子２１１０方向に集光することにより集光効率を高めることができるという同様の効果が得られる。
【００９９】
（実施の形態４）
図２３および図２４は、本発明の実施の形態４における受光モジュール２６００の平面図、および側面断面図である。また図２５は、本発明の実施の形態４における受光モジュールの要部側面断面図である。図２３から図２５において、図１６から図１８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１００】
図２３から図２５において、受光モジュール２６００は、主要部品として受光素子２１１０とレンズ部材２６２０から構成されている。受光素子２１１０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等であり、アノード電極２６１２ａにボンディングされ、カソード電極２６１２ｂとワイヤー２６１２ｃで電気的に接続されている。レンズ部材２６２０と、アノード電極２６１２ａ、カソード電極２６１２ｂとは、樹脂などを材料とする筐体２６３０で固定されている。また、アノード電極２６１２ａには、反射部材２６４１が設置されている。反射部材２６４１は例えば逆円錐の内面形状の反射面を有しており、アノード電極２６１２ａ上に固着しても良いし、アノード電極２６１２ａの材料でアノード電極２６１２ａと一体形成することも可能である。
【０１０１】
レンズ部材２６２０の入射面側には、図１８におけるレンズ部材２１２０と同様、複数の第１の屈折面２１２１を設けており、入射光を複数の第１の屈折面２１２１で屈折することにより受光素子２１１０に集光している。また、レンズ部材２６２０の入射面は、一般的なフレネルレンズにおける無効部分を取り除いた形で、複数の第２の屈折面２１２２を形成していることも図１８におけるレンズ部材２１２０と同様である。本実施の形態４が、図１８に示した実施の形態３と異なる点は、複数の第２の屈折面２１２２で屈折し、複数の反射面２６２３で反射してレンズ部材２６２０から出射した光を、レンズ部材２６２０とは別に設けた反射部材２６４１で反射して受光素子２１１０に集光していることである。なお、複数の反射面２６２３は、複数の第２の屈折面２１２２に対応して設けており、複数の反射面２６２３で反射した光が所望の受光素子２１１０方向に向かう角度で出射するように、複数の反射面２６２３の角度を設定している。これにより、図３３で示した非集光領域からの入射光も複数の第２の屈折面２１２２、複数の反射面２６２３、反射部材２６４１によって受光素子２１１０に集光することができるので、集光効率の高い受光モジュール２６００が得られる。
【０１０２】
以上の通り、本実施の形態４の構成によれば、レンズ部材２６２０の入射側に複数の第２の屈折面２１２２を複数の第１の屈折面２１２１と交互に配置し、出射側に複数の反射面２６２３を設け、受光素子２１１０の周囲に反射部材２６４１を設けることにより、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子２１１０に集光でき、レンズ部材２６２０の口径をほとんど大きくすることなく集光効率の高い優れた受光モジュール２６００を得ることができるのである。
【０１０３】
なお、本実施の形態４において、レンズ部材２６２０の入射側に設けた複数の反射面２６２３からの反射光を反射部材２６４１により受光素子２１１０に集光させたが、反射部材２６４１は、複数の反射面２６２３からの反射光を受光素子２１１０の方向に偏向するために用いているものであるから、反射部材２６４１の代わりに例えばプリズムの様に、屈折作用を用いて偏向するなど、他の光学的な偏向素子を用いても良い。
【０１０４】
また、本実施の形態４において、複数の第２の屈折面２１２２からの屈折光をレンズ部材２６２０の出射側に設けた複数の反射面２６２３により反射部材２６４１に導いたが、図２６に示すように、複数の第２の屈折面２１２２からの屈折光をレンズ部材２７２０の出射側に設けた複数の第３の屈折面２７２５により反射部材２７４１に導く構成としても、フレネルレンズの非集光領域からの入射光も受光素子２１１０に集光でき、集光効率の高い優れた受光モジュールを得ることができる。
【０１０５】
また、図２７に示すように、複数の第２の屈折面２８２２からの屈折光をレンズ部材２８２０の出射側の出射面２８２６から出射して反射部材２８４１で反射させて受光素子２１１０に集光させても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、図２７に示したレンズ部材２８２０の代わりに、図２８に示したレンズ部材２９２０のように、レンズ部材２９２０で受光素子２１１０や反射部材２９４１を封止する構成としても良い。この場合も、複数の第１の屈折面２９２１と交互に複数の第２の屈折面２９２２を設け、複数の第２の屈折面２９２２からの屈折光を反射部材２９４１で反射させて受光素子２１１０に集光させることにより、集光効率の高い優れた受光モジュールを得ることができる。
【０１０７】
なお、全ての実施の形態において、光空間伝送システムへの用途として説明したが、実施の形態１および２の発光モジュールは、薄型で明るさのムラが低減でき、放射電力密度が高く効率が良いという特徴を有し、実施の形態３および４の受光モジュールは集光効率が高いという特徴を有するので、自由空間を伝搬する光を用いた光センサ用途や、あるいは照明用途など、他の用途に適用しても効果的である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明にかかる発光モジュールは、薄型化が可能でレンズの口径の拡大を抑えつつ光源からの出射光の受入角を拡げることにより高効率化を可能とし、出射光の明るさムラの低減も可能であるという効果を有し、自由空間を介して光信号で情報を伝送する光空間伝送システム等への用途として有用である。また、空間を伝搬する光を用いた光センサや、あるいは照明等の用途にも応用できる。
【０１０９】
また、本発明にかかる受光モジュールは、薄型化が可能でレンズの口径の拡大を抑えつつ、フレネルレンズの無効部分へ入射する非集光領域の入射光を有効に受光素子に導くことにより、集光効率高めることができるという効果を有し自由空間を介して光信号で情報を伝送する光空間伝送システム等への用途として有用である。また、空間を伝搬する光を用いた光センサや、あるいは照明等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１における発光モジュールの平面図
【図２】本発明の実施の形態１における発光モジュールの側面断面図
【図３】本発明の実施の形態１における発光モジュールの要部側面断面図
【図４】本発明の実施の形態１における発光モジュールの改変例１の要部側面断面図
【図５】本発明の実施の形態１における発光モジュールの改変例２の要部側面断面図
【図６】本発明の実施の形態１における発光モジュールの改変例３の要部側面断面図
【図７】本発明の実施の形態１における発光モジュールの改変例４の要部側面断面図
【図８】本発明の実施の形態２における発光モジュールの平面図
【図９】本発明の実施の形態２における発光モジュールの側面断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における発光モジュールの要部側面断面図
【図１１】本発明の実施の形態２における発光モジュールの要部側面拡大断面図
【図１２】本発明の実施の形態２における発光モジュールの改変例１の要部側面断面図
【図１３】本発明の実施の形態２における発光モジュールの改変例２の要部側面断面図
【図１４】本発明の実施の形態２における発光モジュールの改変例３の要部側面断面図
【図１５】本発明の実施の形態２における発光モジュールの改変例４の要部側面断面図
【図１６】本発明の実施の形態３における受光モジュールの平面図
【図１７】本発明の実施の形態３における受光モジュールの側面断面図
【図１８】本発明の実施の形態３における受光モジュールの要部側面断面図
【図１９】本発明の実施の形態３における受光モジュールの改変例１の要部側面断面図
【図２０】本発明の実施の形態３における受光モジュールの改変例２の要部側面断面図
【図２１】本発明の実施の形態３における受光モジュールの改変例３の要部側面断面図
【図２２】本発明の実施の形態３における受光モジュールの改変例４の要部側面断面図
【図２３】本発明の実施の形態４における受光モジュールの平面図
【図２４】本発明の実施の形態４における受光モジュールの側面断面図
【図２５】本発明の実施の形態４における受光モジュールの要部側面断面図
【図２６】本発明の実施の形態４における受光モジュールの改変例１の要部側面断面図
【図２７】本発明の実施の形態４における受光モジュールの改変例２の要部側面断面図
【図２８】本発明の実施の形態４における受光モジュールの改変例３の要部側面断面図
【図２９】従来の発光モジュールの側面断面図
【図３０】従来の他の発光モジュールの側面断面図
【図３１】従来の発光モジュールの側面断面拡大図
【図３２】従来の受光モジュールの側面断面図
【図３３】従来の受光モジュールの側面断面拡大図
【符号の説明】
【０１１１】
１００  発光モジュール
１１０  光源
１２０  レンズ部材
１２１  第１の屈折面
１２２  第２の屈折面
１２３  反射面
１２４  入射面
２２３  反射面
３２０  レンズ部材
３２１  第１の屈折面
３２２  第２の屈折面
３２３  反射面
３２４  入射面
４２３  反射面
５２１  第１の屈折面
５２２  第２の屈折面
５２３  反射面
６００  発光モジュール
６２０  レンズ部材
６２３  反射面
６４１  反射部材
７２０  レンズ部材
７４１  反射部材
７２５  第３の屈折面
８２０  レンズ部材
８４１  反射部材
８２６  入射面
９２０  レンズ部材
９２１  第１の屈折面
９２２  第２の屈折面
９４１  反射部材
１０２０  レンズ部材
１０４１  反射部材
２１００  受光モジュール
２１１０  受光素子
２１２０  レンズ部材
２１２１  第１の屈折面
２１２２  第２の屈折面
２１２３  反射面
２１２４  出射面
２２２３  反射面
２３２０  レンズ部材
２３２１  第１の屈折面
２３２２  第２の屈折面
２３２３  反射面
２３２４  出射面
２４２３  反射面
２５２１  第１の屈折面
２５２２  第２の屈折面
２５２３  反射面
２６００  受光モジュール
２６２０  レンズ部材
２６２３  反射面
２６４１  反射部材
２７２０  レンズ部材
２７４１  反射部材
２７２５  第３の屈折面
２８２０  レンズ部材
２８４１  反射部材
２８２６  出射面
２９２０  レンズ部材
２９２１  第１の屈折面
２９２２  第２の屈折面
２９４１  反射部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008141152.tif 000007
【図６】
2008141152.tif 000008
【図７】
2008141152.tif 000009
【図８】
2008141152.tif 000010
【図９】
2008141152.tif 000011
【図１０】
2008141152.tif 000012
【図１１】
2008141152.tif 000013
【図１２】
2008141152.tif 000014
【図１３】
2008141152.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008141152.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2008141152.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2008141152.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
2008141152.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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