JP2013172084A - Luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子を用いた照明装置に関し、特に、蛍光体を用いて光源の光の一部を波長変換する照明装置の色むら防止技術に関する。 The present invention relates to an illuminating device using a semiconductor light emitting element, and more particularly to a technology for preventing color unevenness of an illuminating device that converts a part of light of a light source using a phosphor.
近年、LEDやLD等の半導体発光素子の高輝度化に伴って、従来の表示用から照明用途へと急速に応用展開が進んでいる。半導体発光素子は、単色光源であるため、蛍光体等の波長変換素子と組み合わせ、半導体発光素子の出射光の一部の波長を変換し、出射光と混色して白色光を得る構成が用いられている。例えば、青色LEDの出射光の一部を蛍光体により黄色光に変換し、青色光と黄色光とを混合して白色光を得る。しかしながら、青色光と黄色光とが混合された白色光をレンズによって集光しようとすると、レンズの屈折率の波長依存性により青色光と黄色光で色収差が生じる。また、青色光はLEDの指向性により所定の広がり角で放射されるのに対し、蛍光体から発せられる黄色光は、蛍光体内のあらゆる位置から放出されるため広がり角が大きい。これらに起因して、照射像に色分散(色むら)が生じるという問題がある。 In recent years, with the increase in luminance of semiconductor light emitting devices such as LEDs and LDs, application development is rapidly progressing from conventional display use to illumination use. Since the semiconductor light emitting device is a monochromatic light source, it is used in combination with a wavelength conversion device such as a phosphor to convert a part of the wavelength of the emitted light from the semiconductor light emitting device and mix the emitted light to obtain white light. ing. For example, a part of light emitted from a blue LED is converted into yellow light by a phosphor, and blue light and yellow light are mixed to obtain white light. However, when trying to collect white light, which is a mixture of blue light and yellow light, with the lens, chromatic aberration occurs between the blue light and the yellow light due to the wavelength dependence of the refractive index of the lens. In addition, blue light is emitted at a predetermined spread angle due to the directivity of the LED, whereas yellow light emitted from the phosphor has a large spread angle because it is emitted from every position in the phosphor. Due to these problems, there is a problem that color dispersion (color unevenness) occurs in the irradiated image.
この問題を解決するために、特許文献1では、凸レンズの周囲につば状部設け、周囲に広がった黄色光をつば状部で中心方向へ反射し、中心部の青色光および白色光と混合することで色むらを低減する照明装置を開示している。また、特許文献2では、青色光と黄色光をロッドレンズの端面から入射させ、内部で多重反射することにより均一化して出射する照明装置を開示している。
In order to solve this problem, in
上述の特許文献1に開示されている照明装置では、つば状部のある複雑な形状のレンズを設計し、製造する必要があり、構造が複雑になる。また、半導体発光素子の発光波長や蛍光波長を変更した場合には、その都度レンズを設計しなおす必要があり、コストがかかる。
In the illumination device disclosed in
特許文献2に開示されている照明装置では、ロッドレンズで青色光と黄色光を完全に混色するためには、半導体発光素子の厚さの数倍以上の長さのロッドレンズが必要となり、照明装置のサイズが大型化する。また、ロッドレンズの出射光は、コリメート光であるため、集光する場合には、さらに集光光学系が必要になる。
In the illumination device disclosed in
また、レンズにおける色収差を解消するために、すべての光学系をミラーで構成することも考えられるが、所望の照射像を得るためには複雑なミラー光学系が必要となる。 In order to eliminate chromatic aberration in the lens, it is conceivable to construct all optical systems with mirrors. However, in order to obtain a desired irradiation image, a complicated mirror optical system is required.
本発明の目的は、半導体発光素子と蛍光体を用いた照明装置において、簡単な光学系で色分散を防止する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for preventing chromatic dispersion with a simple optical system in an illumination device using a semiconductor light emitting element and a phosphor.
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体発光素子と、半導体発光素子の出射する光により励起され、蛍光を発する蛍光体と、半導体発光素子の出射光と蛍光とを集光する光学系とを有する照明装置であって、光学系は、半導体発光素子側から順に配置された、拡散レンズと結像レンズとを含む。拡散レンズは、半導体発光素子の出射光を拡散し、結像レンズは、蛍光と拡散レンズで拡散された半導体発光素子の出射光とを結像する。拡散レンズは、蛍光体を内部に含んでいる。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor light emitting device, a phosphor that is excited by light emitted from the semiconductor light emitting device and emits fluorescence, and the light emitted from the semiconductor light emitting device and the fluorescence are collected. The illumination system includes an optical system, and the optical system includes a diffusion lens and an imaging lens that are sequentially arranged from the semiconductor light emitting element side. The diffusion lens diffuses the light emitted from the semiconductor light emitting element, and the imaging lens forms an image of the fluorescent light and the light emitted from the semiconductor light emitting element diffused by the diffusion lens. The diffusion lens contains a phosphor inside.
本発明では、半導体発光素子と蛍光体とを用いた照明装置において、簡単な光学系で色分散を防止することができる。 In the present invention, chromatic dispersion can be prevented with a simple optical system in a lighting device using a semiconductor light emitting element and a phosphor.
本発明では、半導体発光素子からの出射光と蛍光体から発せられた蛍光を同一焦点に集光することにより、照射面における色分散(色むら)を生じない構成とする。一般に、半導体発光素子の出射光の方が蛍光よりも短波長であるため、光学系における屈折角が大きい。このため、結像レンズを通過すると、半導体発光素子の出射光の方が蛍光体よりも短焦点となり、色分散を生じる。 In the present invention, the light emitted from the semiconductor light emitting element and the fluorescence emitted from the phosphor are condensed at the same focal point, thereby preventing color dispersion (color unevenness) on the irradiated surface. In general, since the emitted light of the semiconductor light emitting element has a shorter wavelength than the fluorescence, the refraction angle in the optical system is large. For this reason, when passing through the imaging lens, the light emitted from the semiconductor light emitting element has a shorter focal point than the phosphor, resulting in chromatic dispersion.
そこで、本発明では、拡散レンズを用いて、半導体発光素子の出射光のみを長焦点化する。蛍光体は、拡散レンズよりも結合レンズ側に配置するか、もしくは、拡散レンズ自体が蛍光体を含むように構成する。 Therefore, in the present invention, only the emitted light of the semiconductor light emitting element is made long-focused using a diffusion lens. The phosphor is arranged closer to the coupling lens than the diffusing lens, or the diffusing lens itself is configured to include the phosphor.
これにより、半導体発光素子の出射光は、拡散レンズと結像レンズとを通過するのに対し、蛍光は、結像レンズのみを通過するため、波長の異なる蛍光と半導体発光素子の出射光とを同一焦点に結像させることができる。 As a result, the emitted light of the semiconductor light emitting element passes through the diffusion lens and the imaging lens, whereas the fluorescence passes only through the imaging lens. It is possible to form an image at the same focal point.
なお、結像レンズが凸レンズの場合には、拡散レンズは凹レンズとなる。凹面鏡を併用した光学系で、結像レンズが凹レンズの場合には、拡散レンズは凸レンズになる。また、結像レンズおよび拡散レンズは、それぞれ複数のレンズから構成されていてもよい。 When the imaging lens is a convex lens, the diffusion lens is a concave lens. In an optical system using a concave mirror, when the imaging lens is a concave lens, the diffusing lens is a convex lens. The imaging lens and the diffusing lens may each be composed of a plurality of lenses.
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
(第1の実施形態)
第1の実施形態の照明装置を図1および図2(a)、(b)を用いて説明する。図1は、第1の実施形態の照明装置の構成と光路を模式的に示すブロック図であり、図2(a)は、光学系の斜視図、図2(b)は、光学系の断面図である。なお、図1および図2において、半導体発光素子1の形状、ならびに、光学系の厚さや曲率等のレンズ形状は、模式的に示したものであり、実際のレンズ形状を正確に表したものではない。
(First embodiment)
A lighting apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2A and 2B. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration and an optical path of the illumination device according to the first embodiment. FIG. 2A is a perspective view of the optical system, and FIG. 2B is a cross section of the optical system. FIG. 1 and 2, the shape of the semiconductor
この照明装置は、半導体発光素子1と、光学系とを備えている。光学系は、半導体発光素子1側から順に配置された、拡散レンズ2と結像レンズ3とを含む。拡散レンズ2は、凹レンズを用い、結像レンズ3は、凸レンズを用いる。凹レンズおよび凸レンズは、それぞれ複数のレンズにより構成されていてもよい。
The illumination device includes a semiconductor
拡散レンズ2は、蛍光体を含有する材料によって構成されている。なお、ここでいう蛍光体を含有する材料には、蛍光体単結晶も含まれる。拡散レンズ2が複数のレンズから成る場合、少なくとも一つのレンズが蛍光体を含有する材料によって構成されていればよい。
The
照明装置の各部の作用について説明する。半導体発光素子1から出射された光11は、拡散レンズ2により光軸13の外側方向に屈折され拡散される。また、拡散レンズ2の内部では、蛍光体が半導体発光素子1の出射光11の一部を吸収し、励起されて蛍光12を発する。
The operation of each part of the lighting device will be described. The
結像レンズ3は、拡散レンズ2の内部で生じた蛍光12と、拡散レンズ2で外側に拡散された半導体発光素子1の出射光11とを照射面4に結像する。
The
蛍光12よりも短波長の半導体発光素子1の出射光11は、結像レンズ3において蛍光12よりも大きく屈折される。このため、結像レンズ3を単独で用いた場合には、出射光11が蛍光12よりも手前(半導体発光素子1側)に結像するが、本実施形態では、拡散レンズ2で出射光11のみを外側に向けて一旦拡散しているため、蛍光12と同一の照射面4に出射光11を結像させることができる。
The emitted
具体的には、拡散レンズ2と結像レンズ3を合わせた光学系の、出射光11に対する焦点位置が、結像レンズ3の蛍光12に対する焦点位置に一致するように、出射光11および蛍光12の波長、ならびに、拡散レンズ2と結像レンズ3の屈折率を考慮し、レンズ面の曲率、結像レンズ3と結像レンズ3との距離を設計すればよい。
Specifically, the emitted
例えば、半導体発光素子1としては、青色光を出射するLEDを用いることができる。蛍光体としては、例えば、YAG蛍光体、ガーネット蛍光体、オルトシリケート蛍光体、SiAlON蛍光体、CaSiN2蛍光体、酸窒化物蛍光体のように青色光を励起光として黄色光を出射するものを用いる。これにより、白色光を照射する照明装置を得ることができる。
For example, as the semiconductor
拡散レンズ2は、蛍光を発し、かつ、半導体発光素子11の出射光11を内部で散乱しないことが望ましい。よって、拡散レンズ2としては、蛍光体の単結晶、蛍光体を成分として含有する蛍光ガラス、蛍光体を成分として含有する蛍光体セラミックス、および、蛍光体が分散された透明体のいずれかで形成されたものを用いることができる。
The diffusing
蛍光体の単結晶で拡散レンズ2を形成する場合には、粒界のない単一の単結晶で拡散レンズ2を構成することが最も好ましいが、粒界によっていくつかの単結晶に分かれていても許容できる。例えば、YAG単結晶により拡散レンズ2を構成することができる。
When the diffusing
蛍光体を成分として含有する蛍光ガラスとは、蛍光体を構成する元素を含む材料を溶融して製造したガラスであり、蛍光活性元素がガラスの成分の一部として含有されているものである。例えば、蛍光ガラスとして、(株)住田光学ガラス製のルミラスG9(緑色)、ルミラスR7(赤色)等、蛍光活性元素としてテルビウム、ユウロピウム、セリウム、サマリウム等を含有するガラスを用いることができる。 A fluorescent glass containing a phosphor as a component is a glass produced by melting a material containing an element constituting the phosphor, and contains a fluorescent active element as a part of the glass component. For example, as the fluorescent glass, a glass containing terbium, europium, cerium, samarium, or the like as a fluorescent active element, such as Lumilas G9 (green) or Lumilas R7 (red) manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd. can be used.
蛍光体を成分として含有する蛍光セラミックスとは、蛍光体を構成する元素を含む材料粉末を混合し、焼結して製造したものである。粒界のない結晶構造であることが好ましい。例えば、蛍光セラミックスとして、サファイアを母材としてものを用いることができる。 A fluorescent ceramic containing a phosphor as a component is manufactured by mixing and sintering a material powder containing an element constituting the phosphor. A crystal structure without grain boundaries is preferred. For example, as a fluorescent ceramic, sapphire as a base material can be used.
蛍光体が分散された透明体とは、蛍光体微粒子を、出射光11に対して透明な基材に分散させたものである。蛍光体微粒子による出射光11の散乱(Mie散乱)を防ぐため、蛍光体微粒子の粒径は、出射光11の波長よりも小さいことが好ましい。基材は、ガラス等の無機物であっても、樹脂等の有機物であっても構わない。蛍光体分散ガラスは、例えば、所定の粒子径のガラス粉末と蛍光体粉末とを混合して加熱する方法や、ガラス原料と蛍光体粒子を混合したガラスゾルを乾燥させてゲル化した後加熱するゾルゲル法によって製造することができる。蛍光体分散樹脂は、樹脂または樹脂の前駆体の粉末、溶融体もしくは溶液に、蛍光体粒子を混合し、加熱することにより製造できる。
The transparent body in which the phosphor is dispersed is obtained by dispersing phosphor fine particles on a base material transparent to the emitted
上記蛍光体の単結晶、蛍光ガラス、蛍光体セラミックスおよび蛍光体分散透明体に、研磨加工や、型を用いた成形を施すことにより、所定の曲率を有する拡散レンズ2の形状に加工することができる。
The phosphor single crystal, the phosphor glass, the phosphor ceramic, and the phosphor-dispersed transparent body may be processed into a shape of the diffusing
このように、本実施形態では、拡散レンズ2と結像レンズ3を組み合わせた簡単な光学系によって、半導体発光素子1からの出射光11と拡散レンズ2内の蛍光体からの蛍光12とを同一照射面4に結像させることができる。よって、照射像において出射光11と蛍光12が分散して色むらを生じるのを防止できるという効果が得られる。拡散レンズと結像レンズ3は、凹レンズと凸レンズであるためこれらの設計により、照射面における照射像の自由度を保つことができる。
As described above, in the present embodiment, the
ここで、拡散レンズ2と結像レンズ3の曲率半径の設計方法について簡単に説明する。一例として、図3のように、拡散レンズ2および結像レンズ3がいずれも片面レンズで、かつ、拡散レンズ2と結像レンズ3との距離がゼロ(密着している)場合について説明する。
Here, a method for designing the radius of curvature of the diffusing
一般に、レンズの焦点距離fと屈折率nと曲率半径rとの関係は、下記式(1)
が成り立つ。
1/f=(n−1)/r ・・・(1)
In general, the relationship between the focal length f, the refractive index n, and the curvature radius r of a lens is expressed by the following equation (1).
Holds.
1 / f = (n−1) / r (1)
本実施形態では、半導体発光素子1の出射光11に対する、拡散レンズ2と結像レンズ3を合わせた光学系の焦点距離fと、蛍光12に対する結像レンズ3の焦点距離fとが一致するように設計すればよいため、下記式(2)が成り立つように曲率半径を定めればよい。
(n2b−1)/r2+(n3b−1)/r3=1/f=(n3y−1)/r3 ・・・(2)
In the present embodiment, the focal length f of the optical system including the diffusing
(n 2b −1) / r 2 + (n 3b −1) / r 3 = 1 / f = (n 3y −1) / r 3 (2)
なお、式(2)において、n2bは、拡散レンズ2の半導体発光素子1の出射光(例えば青色)11に対する屈折率、r2は、拡散レンズ2の曲率半径、n3bは、結像レンズ3の半導体発光素子1の出射光(例えば青色)11に対する屈折率、r3は、結像レンズ3の曲率半径、n3yは、結像レンズ3の蛍光(例えば黄色)12に対する屈折率である。
In Equation (2), n 2b is the refractive index of the
上述の図1〜図3では、拡散レンズ2と結像レンズ3のレンズ径が同じ例を図示しているが、本発明はこれに限られるものではない。拡散レンズ2よりも結像レンズ3を大きくすることにより、拡散レンズ2内の蛍光体からランバーシアンに放出される蛍光12ならびに、拡散レンズ2で外側に拡散される半導体発光装置1の出射光11を、効率よく結像レンズ3に入射させて結像させることができるため好ましい。
Although FIG. 1 to FIG. 3 show examples in which the lens diameters of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態の照明装置を図4および図5(a)、(b)を用いて説明する。図4は、第2の実施形態の照明装置の構成と光路を模式的に示すブロック図であり、図5(a)は、光学系の斜視図、図5(b)は、光学系の断面図である。図5のレンズ形状は模式的であり、実際のレンズ形状を正確に表したものではない。
(Second Embodiment)
A lighting device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5A and 5B. FIG. 4 is a block diagram schematically showing a configuration and an optical path of the illumination device of the second embodiment. FIG. 5A is a perspective view of the optical system, and FIG. 5B is a cross section of the optical system. FIG. The lens shape in FIG. 5 is schematic and does not accurately represent the actual lens shape.
この照明装置は、第1の実施形態と同様の構成であるが、第1の実施形態では蛍光体を内部に含む拡散レンズ2を用いていたのに対し、第2の実施形態では、蛍光体を含まない拡散レンズ21の表面に蛍光体層22を配置している。蛍光体層22は、拡散レンズ21の結像レンズ3側の面に配置している。図4の例では、蛍光体層22は、拡散レンズ21の結像レンズ3側の面の全面を覆っているが、蛍光体層22が面の一部のみに配置されている構成でもよい。他の構成は、第1の実施形態と同様である。
This illumination device has the same configuration as that of the first embodiment, but in the first embodiment, the diffusing
蛍光体層22は、蛍光を発し、かつ、半導体発光素子11の出射光11を内部で散乱しないことが望ましい。よって、蛍光体層22は、蛍光体の単結晶、または、蛍光体を成分として含有する蛍光ガラス、蛍光体を成分として含有する蛍光体セラミックス、および、蛍光体が分散された透明体のいずれかの単層もしくは、これらのうちの複数の層を積層した構造とする。
It is desirable that the
蛍光体の単結晶、または、蛍光体を成分として含有する蛍光ガラス、蛍光体を成分として含有する蛍光体セラミックス、および、蛍光体が分散された透明体については、第1の実施形態で説明したものと同様のものを用いることができる。 The phosphor single crystal or the fluorescent glass containing the phosphor as a component, the phosphor ceramic containing the phosphor as a component, and the transparent body in which the phosphor is dispersed are described in the first embodiment. The thing similar to a thing can be used.
第2の実施形態では、半導体発光素子1の出射光11は、拡散レンズ2において光軸の外側方向に屈折して拡散され、蛍光体層22を通過して、結像レンズ3に入射する。蛍光体22を通過する際、半導体発光素子1の出射光11の一部は蛍光体に吸収され、蛍光体は励起されて蛍光12を発する。蛍光12は、結像レンズ3に入射する。
In the second embodiment, the emitted
結像レンズ3は、蛍光12と、拡散レンズ2で拡散された半導体発光素子1の出射光11とを照射面4に結像する。蛍光12よりも短波長の半導体発光素子1の出射光11は、結像レンズ3において蛍光12よりも大きく屈折されるが、拡散レンズ2で予め拡散されているため、蛍光12と同一の照射面4に出射光11を結像させることができる。
The
他の構成および効果は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
なお、本実施形態では、蛍光体層22を拡散レンズ21の表面に配置しているが、本発明はこの構成に限られるものはなく、拡散レンズ21と結像レンズ3の間に蛍光体層22が配置されていればよい。よって、蛍光体層22を、拡散レンズ21と結像レンズ3の間の空間に独立させて配置することも可能であるし、結像レンズ3の拡散レンズ21側の面の少なくとも一部を覆うように配置することも可能である。
In the present embodiment, the
(第3の実施形態)
第3の実施形態の照明装置を図6を用いて説明する。図6は、第3の実施形態の照明装置の構成と光路を模式的に示すブロック図である。
(Third embodiment)
A lighting apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a configuration and an optical path of the illumination device according to the third embodiment.
この照明装置は、半導体発光素子1と、光学系とを備えている。光学系は、半導体発光素子1側から順に配置された、拡散レンズとして作用する凸レンズ61と、結像レンズとして作用する凹レンズ62と、凹面鏡63とを含む。凸レンズ61と凹レンズ62は、それぞれ複数のレンズから構成されていてもよい。
The illumination device includes a semiconductor
凸レンズ(拡散レンズ)61は、第1の実施形態の拡散レンズ2と同様に、蛍光体の単結晶、または、蛍光体を含有する材料によって構成されている。凸レンズ61が複数のレンズから成る場合、少なくとも一つのレンズが蛍光体を含有する材料によって構成されていればよい。
Similar to the diffusing
半導体発光装置1の出射光11は、凸レンズ61により、光軸13に向けて屈折される。また、凸レンズ61の内部では、蛍光体が半導体発光素子1の出射光11の一部を吸収し、励起されて蛍光12を発する。
The emitted
凹レンズ62は、凸レンズ61の内部で生じた蛍光12と、凸レンズ61で内側に屈折した半導体発光素子1の出射光11とを光軸13の外側に向けて屈折し拡散する。このとき、蛍光12よりも短波長の半導体発光素子1の出射光11は、凹レンズ62において蛍光12よりも大きく屈折されるが、予め出射光11のみが凸レンズ61により光軸13方向に屈折しているため、出射光11と蛍光12とを凹面鏡63により同一の照射面4に結像させることができる。
The
すなわち、凸レンズ61と凹レンズ62と凹面鏡63とを合わせた光学系の、出射光11に対する焦点位置が、凹レンズ62と凹面鏡63の蛍光12に対する焦点位置に一致するように、出射光11および蛍光12の波長を考慮して、凸レンズ61と凹レンズ62の曲率および屈折率、凹面鏡63の形状、ならびにこれらの距離を設計しておけばよい。
That is, in the optical system including the
このように、本実施形態では、凸レンズ61と凹レンズ62と凹面鏡63を組み合わせた簡単な光学系によって、半導体発光素子1からの光と凸レンズ61内の蛍光体からの蛍光12とを同一照射面4に結像させることができるという効果が得られる。
As described above, in the present embodiment, the light irradiated from the semiconductor
なお、図6では、凸レンズ61と凹レンズ62のレンズ径が同じ例を図示しているが、本発明はこれに限られるものではない。凹レンズ62を凸レンズ61より大きくすることにより、蛍光をより効率よく結像できる。
FIG. 6 shows an example in which the lens diameters of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態の照明装置を図7を用いて説明する。図7は、第4の実施形態の照明装置の構成と光路を模式的に示すブロック図である。
(Fourth embodiment)
A lighting device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a configuration and an optical path of the illumination device according to the fourth embodiment.
この照明装置は、第3の実施形態と同様の構成であるが、第3の実施形態では蛍光体を内部に含む凸レンズ61を用いていたのに対し、第4の実施形態では、蛍光体を含まない凸レンズ61の表面に蛍光体層22を配置している。蛍光体層22は、凸レンズ61の凹レンズ62側の面に配置している。図7の例では、蛍光体層22は、凸レンズ71の凹レンズ62側の面の全面を覆っているが、蛍光体層22が面の一部のみに配置されている構成でもよい。他の構成は、第3の実施形態と同様である。
This lighting device has the same configuration as that of the third embodiment, but in the third embodiment, a
蛍光体層22は、蛍光を発し、かつ、半導体発光素子11の出射光11を内部で散乱しないことが望ましい。蛍光体層22は、第2の実施形態と同様に、蛍光体の単結晶、または、蛍光体を成分として含有する蛍光ガラス、蛍光体を成分として含有する蛍光体セラミックス、および、蛍光体が分散された透明体のいずれかの単層もしくは、これらのうちの複数の層を積層した構造とする。
It is desirable that the
第4の実施形態では、半導体発光装置1の出射光11は、凸レンズ61により、光軸13に向けて屈折される。また、蛍光体層22は、凸レンズ61を通過した出射光11の一部を吸収し、蛍光12を発する。
In the fourth embodiment, the emitted
凹レンズ62は、蛍光体層22で生じた蛍光12と、凸レンズ61で内側に屈折した半導体発光素子1の出射光11とを光軸13の外側に向けて屈折する。このとき、蛍光12よりも短波長の半導体発光素子1の出射光11は、凹レンズ62において蛍光12よりも大きく屈折されるが、予め出射光11のみが凸レンズ61により光軸13方向に屈折しているため、凹面鏡63により同一の照射面4に出射光11と蛍光12とを結像させることができる。
The
他の構成および効果は、第3の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Other configurations and effects are the same as those of the third embodiment, and thus description thereof is omitted.
なお、本実施形態では、蛍光体層22を凸レンズ71の表面に配置しているが、本発明はこの構成に限られるものはなく、凸レンズ71と凹レンズ62の間に配置されていればよい。よって、蛍光体層22を、凸レンズ71と凹レンズ62の間の空間に独立させて配置することも可能であるし、凹レンズ62の凸レンズ71側の面の少なくとも一部を覆うように配置することも可能である。
In the present embodiment, the
また、本発明は上述の実施形態に限られるものではない。例えば、第1〜第4の実施形態のいずれかの拡散レンズと結像レンズの組み合わせを同一光軸上に複数組配置し、それぞれの組の蛍光体が異なる色を発するようにしてもよい。このような構成にすることにより、例えば、青色励起光源を用い、この青色光の一部を緑色蛍光体および赤色蛍光体でそれぞれ蛍光に変換することで、3色の波長域の光を組み合わせた、いわゆる3波長タイプの白色光源を得ることもできる。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, a plurality of combinations of the diffusing lens and the imaging lens according to any one of the first to fourth embodiments may be arranged on the same optical axis, and each set of phosphors may emit different colors. By adopting such a configuration, for example, a blue excitation light source is used, and a part of this blue light is converted into fluorescence by a green phosphor and a red phosphor, respectively, thereby combining light in three wavelength ranges. A so-called three-wavelength type white light source can also be obtained.
本発明の照明装置は、ヘッドランプ等の車両用照明装置、一般用の照明装置、投影用プロジェクターの光源等として用いることができる。 The illumination device of the present invention can be used as a vehicle illumination device such as a headlamp, a general illumination device, and a light source for a projection projector.
1…半導体発光素子、2…拡散レンズ、3…結像レンズ、4…照射面、11…半導体発光素子の出射光、12…蛍光、13…光軸、21…拡散レンズ、22…蛍光体層、61…凸レンズ、62…凹レンズ、63…凹面鏡、71…凸レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光学系は、前記半導体発光素子側から順に配置された、拡散レンズと結像レンズとを含み、
前記拡散レンズは、前記半導体発光素子の出射光を拡散し、前記結像レンズは、前記蛍光と前記拡散レンズで拡散された前記半導体発光素子の出射光とを結像し、
前記蛍光体は、前記拡散レンズの内部に含まれていることを特徴とする照明装置。 A semiconductor light-emitting element, a phosphor that is excited by light emitted from the semiconductor light-emitting element and emits fluorescence, and an optical system that collects the light emitted from the semiconductor light-emitting element and the fluorescence,
The optical system includes a diffusing lens and an imaging lens arranged in order from the semiconductor light emitting element side,
The diffusion lens diffuses the emitted light of the semiconductor light emitting element, and the imaging lens images the fluorescence and the emitted light of the semiconductor light emitting element diffused by the diffusion lens,
The illuminating device, wherein the phosphor is included in the diffuser lens.
前記光学系は、前記半導体発光素子側から順に配置された、拡散レンズと結像レンズとを含み、
前記拡散レンズは、前記半導体発光素子の出射光を拡散し、前記結像レンズは、前記蛍光と前記拡散レンズで拡散された前記半導体発光素子の出射光とを結像し、
前記蛍光体は、前記拡散レンズと前記結像レンズの間に配置されていることを特徴とする照明装置。 A semiconductor light-emitting element, a phosphor that is excited by light emitted from the semiconductor light-emitting element and emits fluorescence, and an optical system that collects the light emitted from the semiconductor light-emitting element and the fluorescence,
The optical system includes a diffusing lens and an imaging lens arranged in order from the semiconductor light emitting element side,
The diffusion lens diffuses the emitted light of the semiconductor light emitting element, and the imaging lens images the fluorescence and the emitted light of the semiconductor light emitting element diffused by the diffusion lens,
The illuminating device, wherein the phosphor is disposed between the diffusing lens and the imaging lens.
前記光学系は、前記半導体発光素子側から順に配置された、凸レンズと、凹レンズと、凹面鏡とを含み、
前記凹面鏡は、前記凹レンズを通過した前記蛍光と前記半導体発光素子の出射光とを結像し、
前記蛍光体は、前記凸レンズの内部に含まれていることを特徴とする照明装置。 A semiconductor light-emitting element, a phosphor that is excited by light emitted from the semiconductor light-emitting element and emits fluorescence, and an optical system that collects the light emitted from the semiconductor light-emitting element and the fluorescence,
The optical system includes a convex lens, a concave lens, and a concave mirror arranged in order from the semiconductor light emitting element side,
The concave mirror images the fluorescence that has passed through the concave lens and the light emitted from the semiconductor light emitting element,
The illuminating device, wherein the phosphor is contained in the convex lens.
前記光学系は、前記半導体発光素子側から順に配置された、凸レンズと、凹レンズと、凹面鏡とを含み、
前記凹面鏡は、前記凹レンズを通過した前記蛍光と前記半導体発光素子の出射光とを結像し、
前記蛍光体は、前記凸レンズと前記凹レンズの間に配置されていることを特徴とする照明装置。 A semiconductor light-emitting element, a phosphor that is excited by light emitted from the semiconductor light-emitting element and emits fluorescence, and an optical system that collects the light emitted from the semiconductor light-emitting element and the fluorescence,
The optical system includes a convex lens, a concave lens, and a concave mirror arranged in order from the semiconductor light emitting element side,
The concave mirror images the fluorescence that has passed through the concave lens and the light emitted from the semiconductor light emitting element,
The illuminating device, wherein the phosphor is disposed between the convex lens and the concave lens.
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JP2012036382A JP2013172084A (en) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Luminaire |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020025063A (en) * | 2018-08-06 | 2020-02-13 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP2021056308A (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-08 | 日亜化学工業株式会社 | Optical member, manufacturing method therefor, and light-emitting device |
US11137123B2 (en) | 2018-08-06 | 2021-10-05 | Nichia Corporation | Method of manufacturing light emitting device |
-
2012
- 2012-02-22 JP JP2012036382A patent/JP2013172084A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020025063A (en) * | 2018-08-06 | 2020-02-13 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
US11137123B2 (en) | 2018-08-06 | 2021-10-05 | Nichia Corporation | Method of manufacturing light emitting device |
JP6989782B2 (en) | 2018-08-06 | 2022-02-03 | 日亜化学工業株式会社 | Light emitting device and its manufacturing method |
JP2021056308A (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-08 | 日亜化学工業株式会社 | Optical member, manufacturing method therefor, and light-emitting device |
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