体积型透镜、发光体、照明器具及光信息系统
2019-11-22

体积型透镜、发光体、照明器具及光信息系统

弹丸型或卵型的体积型透镜由具有顶部、底部及外周部的体积型透镜主体,设置在由该底部向顶部的透镜主体内部的井式凹部构成。设置在透镜主体内部的凹部的凹顶部作为第1透镜面,透镜主体的顶部作为第2透镜面,凹部的内部作为光源或者光检测器的容纳部发挥作用。

带有该照明部的手持器具可以放在笔盒中或者可以利用笔夹夹在西服衣袋上携带。而且,在例如研究报告发表会或讲演会的放映幻灯片过程中要作记录时,或者在夜晚的黑暗中要在笔记本上作记录时,可以通过操作手持器具的开关部3226,如图45所示可将直流电流由电源部3241,3242供给可见光LED1的LED芯片13,从而由LED芯片13发出白色光等可见光。由LED芯片13发出的可见光在图45中如箭头所示首先由树脂14高效率地聚光,随后,分别由体积型透镜20、导引部3211髙效率地聚光,通过导引部3211在笔轴3210的内部向笔端3214的方向传播。由LED芯片13发出的可见光中,沿着书写笔主体3301的轴心笔端3214传播的可见光由储墨管安装孔3215A的底面的反射镜3211A进行反射,该反射的可见光由体积型透镜20的表面以及树脂14的表面再次予以反射,没有泄漏的向笔端3214传播。

通常信号接收部在设置在正门的门,各房间的门等的情况下,都存在较大的距离。因此,在信号接收部3305中,为了聚集由信号发送部3304中LED3340发出的光,若考虑该较大的距离,可采用各种透镜等公知的光学系统。另外,若考虑光路的可逆性,可采用同用于书写笔1中的体积型透镜相同的光学系统,也可使光信号聚集于光检测器3350中。

终输出到外部。

或者,可以采用按照红色(R),绿色(G),兰色(B)的顺序错开定时而使其重叠,求光检测器3051(R),3052(G),3053(B)的输出的微分变化的方法,或者相反,按兰色(B),绿色(G),红色(R)的顺序错开定时而使其重叠,求光检测器3051(R),3052(G),3053(B)的输出的微分变化的方法。

2722a,2811a,......,2822a的内部,分别容纳有LED2631b,……,2642b,

图54是表示有关本发明的第二十七实施例的受光体的模式的剖面图。如图54所示,有关本发明的第二十七实施例的受光体至少由以下几部分构成,即:检测规定波长的光的Pin光电二极管几乎完全覆盖的体积型透镜20。而且,该体积型透镜20具有由第2弯曲面构成的入射面(第2透镜面)3。由透镜主体的底部向顶部形成为容纳光检测器(光电二极管)的受光部的凹部6。该凹部的凹顶构成第l弯曲面。由入射面(第2透镜面)3入射的光由将凹部的凹顶作为出射面(第l透镜面)2出射。而且,由出射面(第1透镜面)2射出的光入射并聚集在光检测器的受光部。图54的光检测器至少由以下几部分构成:配置在与第一管脚ll连接成一体的底板上的光电二极管芯片9,和与第一管脚11成对的第二管脚12。

如图47所示,有关本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统由作为由手持器具构成的信号发送部3304的该信号发送部(手持器具)3304和具有接收由该信号发送部(手持器具)发出的光信号的信号接收部3305的加锁对象物构成。即,构成有关本发明的第二十一实施例的加锁开锁系统的手持器具具有以下各部分,SP:用树脂14模压成形的,由该树脂14的顶部发出光信号的作为半导体发光元件的可见光LED3340,在内部具有容纳可见光LED3340的凹部的体积型透镜20,具有作为笔轴的功能而且作成可与体积型透镜装上拆下的、具有容纳空心部的导引部3211。另一方面,加锁对象物具有以下几部分,即:接收由信号发送部(手持器具)3304发出的光信号的信号接收部3305,和当判定所接收的光信号是规定的信号时进行开锁的锁紧机构3306。再有,在加锁对象物中,还包括供给信号接收部3305以电源的驱动电源部3307。

图4是使测定距离X改变,将测定沿同图3相同的Y方向的强度(照度)的分布的数据汇总图。图4的横轴表示测定距离X的倒数的平方、即1/X,纵轴表示测定距离X的最大强度(光束强度)。如图4所示,在有关本发明的第一实施例的体积型透镜20的情况下,在表示平方反比率,即1/X2的线上清楚地标上测定点。另一方面,在现有薄型透镜(双凸透镜)IOI的情况下,表示对平方反比率的偏离。即,在有关本发明的第一实施例20的情况下,输出光光束的平行性是良好的,但在现有的薄型透镜(双凸透镜)101的情况下,由于光束不是平行的,可以看到与平方反比率有所偏离。使用其它焦点的双凸透镜,即使改变LED和透镜之间的距离,也是同样的。若使用直径无限大的双凸透镜也许是可能的,但即使使用现有的任何双凸透镜,以如图2B所示的紧密的配置,不可能达到同本发明的第一实施例的体积型透镜20相同的结果。从单纯的几何光学来看,就现有的凸透镜而言,如果不使用用于显微镜那样的焦点距离极小的凸透镜,不可到能将凸透镜贴近LED。但是若将凸透镜与LED这样贴近,则聚光效率降低。为了优化聚光效率,若准备大的短焦矩透镜,由于透镜变得厚而且大,实际上不可能将LED和凸透镜的中心之间的距离縮短。结果,可以得出结论,为了得到同有关本发明的第一实施例的体积型透镜20同样的结果,需要极其巨大而且复杂的光学系统。总之,现有的"双凸透镜","平凸透镜","凸凹凸透镜","双凹透镜","平凹透镜","凸凹凹透镜"等的薄型透镜中,若不使用直径无限大的体积型透镜,不可能达到同有关本发明的第一实施例的体积型透镜20等效的作用。图5是表示有关本发明的第一实施例的体积型透镜的几何学构造和聚光率之间的关系图。这里所谓"聚光率"定义为用"由光源(LED)在±15°之内的发散角的光量"去除"由体积型透镜在±1°以内的发散角的输出光的光量"所得到的值。由图5可知,当将第2透镜面(第2弯曲面)3的曲率半径设为R,体积型透镜的全长设为L时,为了提高聚光率最好满足以下关系式:0.93〈K(R/C)〈1.06(2)K=1/(0.35Xn-0.168)(3)此处,n体积型透镜的折射率。另外,体积型透镜20的圆柱形部分的半径R。没有必要作得同第2弯曲面的曲率关径R相等。图6是表示示于图5的各体积型透镜的几何学构造,即各自的第2弯曲面的曲率半径R,体积型透镜的全长L,第1及第2透镜面间的距离D,容纳部6的内径r及作为第1透镜面的凸部的高度厶的表。此处,所谓"作为第1透镜面的凸部的高度A"是由图7定义的凸部(第1弯曲面)"的突出量A。再有,图7是表示有关本发明的第1实施例的变形例的发光体的模式的剖面图。图1所示的体积型透镜20具有凹形状的第1透镜面及凸形状的第2透镜面。但是,图1仅是例子,第1及第2透镜面根据目的的不同可以采用各种形状,构成第1透镜面的凸部的髙度厶既可以取正值也可以取负值。另外,也可以厶=0。此处,如图7所示,将第1透镜面为凸形状的情况定义为A的正方向。图8A-图8C,图9A-图9C,及图10A-图10C是表示同图7所示的凸部的高度A和光束强度分布的关系图。用于测定的体积型透镜20的圆柱形状部分的外径2R。为15mm,体积型透镜的全长L为25mm,第1及第2透镜面间的距离为16rnm,容纳部6的内径r为5.2mra,体积型透镜的折射率n为1.54。该体积型透镜的第2透镜面的曲率半径R为8.25mm,另外,用于测定的树脂模压成形的LEDl的外径是5mm。而且,图11是表示由图8A-图8C,图9A-图9C,图10A-图10C的结果求得的凸部高度厶和在测定距离为lm土15cm的范围内照面积的照度的平滑度的关系图。其中,照度的平滑度定义为:(最大值-最小值)/平均值(4)在体积型透镜20的外径2R。=15mm的情况下,可以看到,为了使照度的平滑度良好,最好满足如下关系式:0.2ram〈△<0.6ram(5)更通常的是可以作成0.025<△/%<0.075(6)有关本发明的第一实施例的LED1用具有第1折射率ih的环氧树脂等透明材料模压成形而成。而且体积型透镜20经具有同第1折射率n,不同的第2折射率n。的空气容纳LED1。也可以经除空气以外的流体和流动物将LED1容纳在容纳部6。若对由LED发出的光的波长是透明的气体或液体,则可使用各种"流体"。在容纳部6的LED1和体积型透镜20之间也可以使用隔离油等。另外,可以使用作为"流动物"的各种溶胶状、胶体状或凝胶状的透明物质。另外,体积型透镜20可以作成使其具有同第2折射率n。不同的第3折射率ri2。通过将第1折射率nb第2折射率n。及第3折射率ri2分别选定为最佳值,可将所聚集的由LED芯片13发出的光进一步分散。另外,可以采用光路设计使得体积型透镜20的光传输部所具有的第3折射率n2逐渐增大或逐渐减小。这样一来,若使用有关本发明的第一实施例,没有必要将树脂模压成形的LED1的数量用得很多,就可以确保作为对照明作出贡献的光束为所希望的照射面积的光束,而且可以方便地得到所要求的照度。该照度是用现有公知的透镜等光学系统不可能达到的照度。令人惊奇的是,仅用一个LED就可以实现同使用现在市售的卤素灯的细长的手电筒相同的照度。这样,若使用有关本发明的第一实施例的发光体,就可以用如图1所示的简单的结构实现按现有的技术常识所完全不能予测的照度。再有,作为用于有关本发明的第一实施例的发光体的树脂模压成形的LED1,可以使用各种颜色(波长)的LED。但是,用于手电筒之类的照明目的时,最好是人的眼睛感到自然的白色LED。白色LED可以使用各种构造的产品。例如,可以将红色(R),绿色(G)及蓝色(B)三片LED芯片纵向叠层构成(参照图24)。这时,可以与各个颜色的LED芯片相对应,由树脂模压成形件14引出总共6条管脚,作为树脂模压成形件14的内部布线,可以将6条管脚汇集为2条,作为外部管脚只设2支。另一方面,若将一方的电极(接地电极)作为通用,外部管脚可作成4支。另外,若予先作成可相互独立地控制红色(R),绿色(G)及蓝色(B)三片LED芯片的驱动电压,由于可将所有的颜色混合,可以有利于色调的变化。作为用于有关本发明的第1实施例的发光体的体积型透镜20,可以使用丙烯酸树脂等透明塑料材料,石英玻璃,碳酸纳玻璃,硼酸玻璃,铅玻璃等各种玻璃材料等。或者,也可以使用ZnO,ZnS,SiC,等结晶性材料。另外,也可以使用具有可挠性,弯曲性或者伸縮性的溶胶,凝胶,溶胶凝胶混合物,或者透明橡胶之类的材料。另外,也可以将溶胶,凝胶,溶胶凝胶混合物等装在透明橡胶或者挠性的透明塑料材料等中使用。其中,丙烯酸树脂等透明塑料材料等是适用于大量生产体积型透镜20的最佳材料。即,制作一次金属模具,即可用该金属模具通过成形加工简单地大量生产体积型透镜20。第二实施例如图12所示,有关本发明的第一实施例的发光体至少由发出规定波长的光的光源的主发光部8023和几乎完全覆盖该光源的主发光部8023的体积型透镜20构成。而且,该体积型透镜20则由顶部3,具有底部及周边部的大型的透镜主体4和由该底部向顶部3设置在透镜主体4内部的井式凹部6构成。设置在透镜主体4内部的凹部6的凹顶部作为第一透镜面(入射面)2,透镜主体的顶部作为第二透镜面(出射面)3,凹部的内部作为光源1的容纳部6发挥作用。此处,所谓"光源的主发光部"是指具有由有第一折射率的透明材料组成的传输部的光纤束8023的端部。图12所示的光纤束8023由多条光纤8023a,8023b,8023c……汇集构成。由多条光纤8023a,8023b,8023c……发出的光以一定的发散角在图12的右方输出。构成光纤束8023的多条光纤8023a,8023b,8023c……既可以是直线形,也可以是绞合形。另外,当然,也可以不是光纤束8023,而是单股的光纤。光纤束8023是例如,直径(外径)为4)4-5mm的圆柱状。体积型透镜20的容纳部6的侧壁作成直径(内径)为小4.5-6ram的圆筒状,使其可以容纳光纤束8023的端部。虽然图示省略,但为了固定LED1和体积型透镜20,在光纤束8023和体积型透镜20的容纳部6之间,抻入了厚度为0.25-0.5mm左右的衬垫。体积型透镜20若除去由凸形的第二弯曲面构成的作为出射面3的顶部,它是圆柱形。该体积型透镜20的圆柱形部分的直径(外径)为(HO-30mm。体积型透镜20的直径(外径)可根据有关本发明的第二实施例的发光体的使用目的选择。因而,既可以在4>10咖以下,也可以在4)30咖以上。有关本发明的第二实施例的光纤束8023由具有其第一折射率为nl的金属包覆层的多条光纤8023a,8023b,8023c……汇集而成。而且体积型透镜20通过具有同第一折射率nl不同的第二折射no的空气容纳光纤束8023的端部。也可以通过除空气以外的流体或流动物将光纤束8023的端部容纳在容纳部6中。另外,体积型透镜20可以使其具有同第二折射率no不同的第三折射率n6。通过将第一折射率nl,第二折射率no和第三折射率n6分别选定最佳值,可使由光纤束8023的端部发出的光或聚集,或分散。另外,可以进行光路设计,使体积型透镜20具有的第三折射率n6逐渐增大或逐渐变小。