JP2005339853A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明面で色むらが発生しにくい光源装置を提供する。
【解決手段】 青色ＬＥＤ２から放出された光は、蛍光物質３中を透過する際に、その一部が波長の長い光に変換され、全体が白色光として視認されるようなものとなる。白色ＬＥＤ１から放出される光は、ガラス等の透明物質からなる円柱状のロッドレンズ４の一端面Ｄに入り、ロッドレンズ４内で多重反射を繰り返した後、ロッドレンズ４の他端Ｅから放出される。この場合、ロッドレンズ４の他端Ｅが２次光源を構成する。この２次光源においておいては、多重反射の影響により、白色ＬＥＤ１のどの部分で発生する光も均一化されている。この２次光原からの光は、コリメータレンズ５によりコリメートされて照明面を照明する。このとき、２次光源で白色ＬＥＤ１のどの部分で発生する光も均一化されているので、照明面に発生する色むらが低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は青色ＬＥＤから放出される光を白色光に変えて放出する光源装置に関するものである。

近年、ＬＥＤの進歩に伴い、一般的な照明の分野でもＬＥＤが白熱電球にとって変って使用されるようになってきた。この理由の一つは青色のＬＥＤが発明されたことにより白色ＬＥＤを作ることができるようになったからである。

白色ＬＥＤにはいくつかの種類があるが、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを一組にして白色ＬＥＤを構成するものと、青色ＬＥＤと、その光を受けて青より長波長側の光を発光する蛍光物質とを組み合わせた白色ＬＥＤが代表的なものである。特に、後者は、ＬＥＤとして青色ＬＥＤのみを使用すればよいので、コスト的に優れており、特に近年、安価な照明用に多く用いられるようになってきている。

図４に、このような白色ＬＥＤを使用した光源の例を示す。白色ＬＥＤ２１には、その中心に青色ＬＥＤ２２が設けられており、その周りに蛍光物質２３が設けられている。青色ＬＥＤ２２から放出された光は、蛍光物質２３中を透過する際に、その一部が波長の長い光に変換され、白色ＬＥＤ２１から放出される光は、青色ＬＥＤ２２からの光と、蛍光物質２３が発する蛍光が混合されたものとなり、白色光として視認されるようなものとなる。白色ＬＥＤ２１から放出された光は、コリメータレンズ２４によりコリメートされて照明面２５を照明する。

このような白色ＬＥＤ２１においては、通常の白熱電球と異なり、波長によって発光部が異なる。図４において、青色光は青色ＬＥＤ２２の面から放出されるが、その他の蛍光は、例えば点Ａのような蛍光物質中のあらゆる位置から放出される。このような白色光を、コリメータレンズ２４を介して照明面２５に照射した場合、発光位置の違いに起因して照明面２５に色むらが現れるという問題点がある。

すなわち、図４において、青色発光ダイオード２２から放出された光は、照明面２５のＢの領域を照明するが、点Ａから放出された蛍光は、照明面２５のＣの位置を照明する。よって、一般に図４に示すような照明光学系においては、照明領域の中央部では青みがかった照明光となり、照明領域の周縁部では黄色がかった照明光となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、青色ＬＥＤと、その光を受けて青より長波長側の光を発光する蛍光物質とを組み合わせた白色ＬＥＤとコリメータレンズを使用した光源装置であって、照明面で色むらが発生しにくい光源装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、青色ＬＥＤと当該青色ＬＥＤから放出される光を受けて蛍光を発する蛍光物質とで構成された白色ＬＥＤと、一端から前記白色ＬＥＤからの放出光を入射し、入射した光を内部で多重反射させて他端から放出する柱状又は筒状の多重反射体とを有することを特徴とする光源装置（請求項１）である。

本手段においては、多重反射体により、一端から入射した白色ＬＥＤからの光を内部で多重反射させることにより均一化して、他端から放出するようにする。この場合多重反射体の他端が２次光源となるが、多重反射の効果により、白色ＬＥＤのどの場所で発生した光も均一化されるので、照明面での色むらの少ない照明光とすることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記多重反射体が、ロッドレンズであることを特徴とするもの（請求項２）である。

ロッドレンズは、透明な柱状の物質からなるもの（通常は円柱の物が多いがこれに限定されない）であり、その周面での光の全反射を利用して、一端から入射した光を多重反射させて他端から放出するものである。このようなロッドレンズは既製品として容易に入手できるというメリットを有する。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記ロッドレンズの端面を除く外周面に、前記ロッドレンズの内部の光を反射する反射体が設けられていることを特徴とするもの（請求項４）である。

通常のロッドレンズでは、臨界角より小さい入射角で入射した光は、全反射せずに外部に漏れるので、光量をロスする可能性がある。本手段においては、外部に漏れる光がなくなるので、光量のロスを低減することができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段であって、前記多重反射体が、筒状体の内面に光反射体を設けたものであることを特徴とするもの（請求項４）である。

本手段も、前記第３の手段と同様の作用効果を奏する。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記多重反射体から放出される光をコリメートするコリメートレンズを有することを特徴とするもの（請求項５）である。

本手段によれば、多重反射手段から放出される光をコリメートして使用することができ、かつ、照明面での色むらの発生を低減することができる。

本発明によれば、青色ＬＥＤと、その光を受けて青より長波長側の光を発光する蛍光物質とを組み合わせた白色ＬＥＤとコリメータレンズを使用した光源装置であって、照明面で色むらが発生しにくい光源装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である光源装置を示す図である。白色ＬＥＤ１には、その中心に青色ＬＥＤ２が設けられており、その周りに蛍光物質３が設けられている。青色ＬＥＤ２から放出された光は、蛍光物質３中を透過する際に、その一部が波長の長い光に変換され、白色ＬＥＤ１から放出される光は、青色ＬＥＤ２からの光と、蛍光物質３が発する蛍光が混合されたものとなり、白色光として視認されるようなものとなる。

白色ＬＥＤ１から放出される光は、ガラス等の透明物質からなる円柱状のロッドレンズ４の一端面Ｄに入り、ロッドレンズ４内で多重反射を繰り返した後、ロッドレンズ４の他端Ｅから放出される。この場合、ロッドレンズ４の他端Ｅが２次光源を構成する。この２次光源においておいては、多重反射の影響により、白色ＬＥＤ１のどの部分で発生する光も均一化されている。この２次光源からの光は、コリメータレンズ５によりコリメートされて照明面を照明する。このとき、２次光源で白色ＬＥＤ１のどの部分で発生する光も均一化されているので、照明面に発生する色むらが低減される。

ロッドレンズ４で２次光源のむらが改善される理由を図２を用いて説明する。図２において、Ｐは青色ＬＥＤの発光点、Ｑは蛍光物質のある部分での発光点であるとする。２次光源となるロッドレンズ４の出側端面での点Ｒに到達する光線を考えてみると、点Ｐから放出される光は、直接点Ｐから点Ｒに到達する光の他に、ロッドレンズ４の内面で１回反射、２回反射、…、ｍ回反射して点Ｒに到達する光がある。図においては、代表として３回反射して点Ｒに到達する光ａ、２回反射して点Ｒに到達する光ｂを示している。

同様、点Ｑから放出される光は、直接点Ｑから点Ｒに到達する光の他に、ロッドレンズ４の内面で１回反射、２回反射、…、ｎ回反射して点Ｒに到達する光がある。図においては、代表として４回反射して点Ｒに到達する光ｃ、３回反射して点Ｒに到達する光ｄを示している。

このように、点Ｒに入射する光は、点Ｐ、点Ｑから色々な方向に放出された光が重ね合わさったものとなるので、光源から放出される光の放出角度に伴うばらつきが緩和される。

２次光源となるロッドレンズ４の出側端面Ｅでの点Ｒ以外の点についても同様のことが言えるので、ロッドレンズ４の出側端面Ｅに形成される２次光源は照度むらや色むらの少ない光源となる。なお、前記ｍとｎの値はロッドレンズ４の長さと口径、及び各光源Ｐ、Ｑから放出される光の開口角で決定される。

光源から放出される光の、放出角度による照度分布むらが改善される理由を、さらに図３を用いて説明する。図３において、Ｘ、Ｙをロッドレンズの界面とし、Ｘ１〜Ｘ５、Ｙ１〜Ｙ５を、それぞれＸ、Ｙの鏡像とする。又、ｘ、ｙをそれぞれＸ、Ｙの出側端面の点とし、ｘ１〜ｘ５、ｙ１〜ｙ５をそれぞれＸ１〜Ｘ５、Ｙ１〜Ｙ５の出側端面の点とする。

このとき、光源Ｐから放出される光のうち、線分ＰｘとＰｙの間にあるものは無反射でロッドレンズの出側に達し、線分Ｐｘと線分Ｐｙ１、線分Ｐｙと線分Ｐｘ１の間にあるものは１回反射してロッドレンズの出側に達する。同様、線分Ｐｙ１と線分Ｐｘ１、線分Ｐｘ３と線分Ｐｙ４の間にあるものは２回反射してロッドレンズの出側に達し、線分Ｐｘ１と線分Ｐｙ２、線分Ｐｙ４と線分Ｐｘ４の間にあるものは３回反射してロッドレンズの出側に達し、線分Ｐｙ２と線分Ｐｘ２、線分Ｐｘ４と線分Ｐｙ５の間にあるものは４回反射してロッドレンズの出側に達し、線分Ｐｘ２と線分Ｐｙ３、線分Ｐｙ５と線分Ｐｘ５の間にあるものは５回反射してロッドレンズの出側に達する。よって、実際の光の出口であるｘとｙの間には、これらの光が重ね合わさったものが集光される。

図３の上部には、ｙ３からｘ６までの区間における光の強度分布を示す。このうち、奇数回反射されてロッドレンズの出側端面に到達する光は、図に破線で示すように左右が逆転して、ロッドレンズの出側端面に到達する。よって、これらの強度分布を持つ光を重ね合わせれば、均一な照度を有する２次光源が形成できる。なお、ロッドレンズにおいては、光の開口数ＮＡが保存されるので、配光特性が変わらない２次光源を形成することができる。

図１に示す例では、コリメータレンズ５を使用しているが、もちろんコリメータレンズ５を使用せず、単にロッドレンズ４の出側を２次光源として使用する光源装置としてもよい。又、ロッドレンズ４の両端面を除く外周側に反射膜を形成したり反射物質をメッキ等により成膜し、ロッドレンズ４の外周面から漏洩する光を少なくするようにしてもよい。さらに、ロッドレンズ４の代わりに、内面に反射膜や反射物質が成膜された筒状体を用いるようにしてもよい。

本発明の実施の形態の１例である光源装置を示す図である。 ロッドレンズ４で２次光源のむらが改善される理由を説明するための図である。 光源から放出される光の、放出角度による照度分布むらが、ロッドレンズにより改善される理由を説明する図である。 白色ＬＥＤを使用した光源の例を示す図である。

符号の説明

１…白色ＬＥＤ、２…青色ＬＥＤ、３…蛍光物質、４…ロッドレンズ、５…コリメータレンズ

Claims (5)

1. 青色ＬＥＤと当該青色ＬＥＤから放出される光を受けて蛍光を発する蛍光物質とで構成された白色ＬＥＤと、一端から前記白色ＬＥＤからの放出光を入射し、入射した光を内部で多重反射させて他端から放出する柱状又は筒状の多重反射体とを有することを特徴とする光源装置。
2. 前記多重反射体が、ロッドレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ロッドレンズの端面を除く外周面に、前記ロッドレンズの内部の光を反射する反射体が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記多重反射体が、筒状体の内面に光反射体を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記多重反射体から放出される光をコリメートするコリメートレンズを有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の光源装置。
   

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