JP2016119141A - 固体照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放出される光が正常でないことを検出可能な固体照明装置を提供する。【解決手段】固体照明装置は、第１のレーザー光を放出する第１の照射部と；前記第１のレーザー光が入射する第１の端部と、前記第１の端部とは反対の側の第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた外縁と、を有する導光部と；前記導光部の前記外縁の第１領域を覆うように設けられ、前記第１のレーザー光を吸収し前記第１のレーザー光の波長よりも長い波長の第１の波長変換光を外側方向へ放出する波長変換部と；前記第１領域と前記第２の端部との間に設けられ、前記導光部の前記外縁の第２領域からの漏れ光が入射する受光部と；前記受光部から出力され、前漏れ光の強度に対応した電気信号により、前記漏れ光の前記強度が所定の範囲外であると、前記レーザー光の放出停止信号を前記照射部に向けて出力する制御部と；を具備している。【選択図】 図１

Description

後述する実施形態は、概ね、固体照明装置に関する。

ＬＥＤ(Light Emitting Diode)やＬＤ（Laser Diode）などの半導体発光素子や波長変換層などを用いて、白色光などの光を放出する固体照明(ＳＳＬ: Solid-State Lighting)装置を形成できる。

固体照明装置から放出される光が正常でない場合に備えて、固体照明装置は、異常を検出可能な自己診断機能を有することが望ましい。

特開２０１１−６６０６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、放出される光が正常でないことが検出可能な固体照明装置を提供することである。

実施形態にかかる固体照明装置は、第１のレーザー光を放出する第１の照射部と；前記第１のレーザー光が入射する第１の端部と、前記第１の端部とは反対の側の第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた外縁と、を有する導光部と；前記導光部の前記外縁の第１領域を覆うように設けられ、前記第１のレーザー光を吸収し前記第１のレーザー光の波長よりも長い波長の第１の波長変換光を外側方向へ放出する波長変換部と；前記第１領域と前記第２の端部との間に設けられ、前記導光部の前記外縁の第２領域からの漏れ光が入射する受光部と；前記受光部から出力され、前漏れ光の強度に対応した電気信号により、前記漏れ光の前記強度が所定の範囲外であると、前記レーザー光の放出停止信号を前記照射部に向けて出力する制御部と；を具備している。

本発明の実施形態によれば、放出される光が正常でないことが検出可能な固体照明装置を提供することができる。

図１（ａ）は第１の実施形態にかかる固体照明装置の構成図、図１（ｂ）は光ファイバーを表す模式斜視図、である。 図２（ａ）は導光部を径方向に切断した発光部の模式断面図、図２（ｂ）は導光部を軸方向に切断した発光部の模式断面図、である。 発光部の形状の一例を表す模式斜視図である。 第２の実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。 第３の実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。 第４の実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。

第１の発明は、第１のレーザー光を放出する第１の照射部と；前記第１のレーザー光が入射する第１の端部と、前記第１の端部とは反対の側の第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた外縁と、を有する導光部と；前記導光部の前記外縁の第１領域を覆うように設けられ、前記第１のレーザー光を吸収し前記第１のレーザー光の波長よりも長い波長の第１の波長変換光を外側方向へ放出する波長変換部と；前記第１領域と前記第２の端部との間に設けられ、前記導光部の前記外縁の第２領域からの漏れ光が入射する受光部と；前記受光部から出力され、前漏れ光の強度に対応した電気信号により、前記漏れ光の前記強度が所定の範囲外であると、前記レーザー光の放出停止信号を前記照射部に向けて出力する制御部と；を具備した固体照明装置である。

この固体照明装置によれば、制御部は、受光部から出力された電気信号に基づいて、漏れ光の強度が所定の範囲外であるか否かを演算する。もし、漏れ光の強度が所定の範囲外であると、制御部は、レーザー光の放出停止信号を出力する。この結果、半導体レーザーは、駆動を停止する。このようにして、レーザー光が、外部に漏れることが抑制され、安全な固体照明装置とすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記導光部の前記第２領域は、前記第１のレーザー光を散乱して前記受光部に向けて放出する散乱領域を含む固体照明装置である。

この固体照明装置によれば、第２領域で散乱されやすくなるので、高い感度で漏れ光を検出できる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記導光部の前記第２の端部から放出された前記第１のレーザー光を前記第１の端部に向かって反射する反射部をさらに具備した固体照明装置である。
この固体照明装置によれば、外部に無駄に放出される光量が低減される。この結果、エネルギー効率が高められ、安全性をさらに高めることができる。

第４の発明は、第１または第２の発明において、第２のレーザー光を放出する第２の照射部をさらに具備した固体照明装置である。
この固体照明装置によれば、第２のレーザー光は、導光部の第２の端部に入射し、第１の端部に向かって導光される。また、波長変換部は、第２のレーザー光を吸収し第２のレーザー光の波長よりも長い波長の第２の波長変換光を外側方向へ放出する。この結果、高い光出力が容易となる。

第５の発明は、前記第１の照射部と、前記受光部と、前記制御部と、を少なくとも収納する筐体部をさらに具備した固体照明装置である。
この固体照明装置によれば、小型化かつ安全な照明装置とすることができる。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる固体照明装置の構成図、図１（ｂ）は光ファイバーの領域を表す模式斜視図、である。

固体照明装置は、第１の照射部１０と、導光部２０と、波長変換部３０と、受光部４０と、制御部５０と、を有する。
第１の照射部１０は、半導体レーザー１２などの固体発光素子と、その駆動回路１４と、を有し、紫外〜青色（３８０〜４９０ｎｍ）の波長範囲の第１のレーザー光ＢＬ１を放出する。

導光部２０は、第１のレーザー光ＢＬ１が入射する第１の端部２０ａと、第１の端部２０ａとは反対の側の第２の端部２０ｂと、を有する。なお、図１において、導光部２０は、石英などからなる光ファーバー８０とするが、ガラスや透光性樹脂などからなる導光体であってもよい。

光ファイバー８０は、コア８０ａ、コア８０ａの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド８０ｂとを有する。レーザー光の波長が、たとえば、０．７〜１．５５μｍである場合、コア８０ａとクラッド８０ｂとの屈折率差により、第１のレーザー光ＢＬ１はコア８０ａに閉じ込められ全反射により光信号が伝搬される。

他方、第１のレーザー光ＢＬ１の波長が、４９０ｎｍ以下と短くなると、コア８０ａとクラッド８０ｂとの界面８０ｃでレーリー散乱が増加する。このため、第１のレーザー光ＢＬ１は、クラッド８０ｂに漏れ、さらにクラッド８０ｂの外方に漏れる。

たとえば、第１のレーザー光ＢＬ１が青色光であると、略５０ｍの長さの光ファイバー８０における伝送損失は、略１．５５ｄＢとなる。すなわち、光ファイバー８０の長さを５０ｍ以上とすると、第２の端部２０ｂから外部に放出する第１のレーザー光ＢＬ１の強度を低減することが可能である。

波長変換部３０は、導光部２０の第１領域ＰＨのクラッド８０ｂを覆うように設けられ、第１のレーザー光ＢＬ１を吸収し第１のレーザー光ＢＬ１の波長よりも長い波長の波長変換光ＹＬを外側方向へ放出する。たとえば、第１のレーザー光ＢＬ１を青色光とし、波長変換部３０が黄色蛍光体を含むとする。波長変換部３０は、波長変換光ＹＬを外方に放出するとともに、第１のレーザー光ＢＬ１を散乱して散乱光ＳＬとして外方に放出する。導光部２０の第１領域ＰＨと、第１領域ＰＨに設けられた波長変換部３０と、は、発光部３４を構成し、波長変換光ＹＬと、散乱光ＳＬと、が混合され白色である照明光ＧＴを放出する。なお、発光部３４の形状については、後に詳細に説明する。

波長変換部３０は、第１のレーザー光ＢＬ１を吸収しその波長よりも長い波長を含む発光スペクトルを有する波長変換光ＹＬを放出する。波長変換部３０は、たとえば、（Ｃａ、Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなどの窒化物系蛍光体や、Ｃａｘ（Ｓｉ、Ａｌ）_１２（Ｏ,Ｎ）_１６：Ｅｕ、（Ｓｉ、Ａｌ）_６（Ｏ、Ｎ）_８：Ｅｕ、ＢａＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、ＢａＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕなどの酸窒化物系蛍光体や、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｓｒ、Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕなどの酸化物系蛍光体や、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ等の硫化物系蛍光体などの中から、単体または少なくとも１種類以上混合させた蛍光体を用いることができる。

受光部４０は、導光部２０の第１領域ＰＨと、第２の端部２０ｂとの間に設けられ、導光部２０の第２領域ＤＥから放出される漏れ光ＬＬを検出する。この場合、導光部２０の第１領域ＰＨ（波長変換部３０で覆われた領域）から外側方向に放出された第１のレーザー光ＢＬ１またはその散乱光を含む漏れ光ＬＬを検出するために、導光部２０の第２領域ＤＥに散乱構造を設けることが好ましい。また、波長変換部３０から放出される波長変換光ＹＬのうち、導光部２０を導光した光を漏れ光ＬＬとして、用いても良い。

図１（ｂ）は、その一例を表す。第２領域ＤＥにおいて、受光部４０と対向する領域のクラッド８０ｂを除去し、界面８０ｃを露出させる。このようにすると、漏れ光ＬＬが放出されやすくなる。界面８０ｃに、フロスト加工などによる散乱部を形成するとさらに漏れ光ＬＬの取り出し効率を高めることができる。

または、界面８０ｃの近傍に、光散乱材などからなる散乱層を設けてもよい。このようにすると、受光部４０は、半導体レーザー１２や導光部２０の破損などで生じた異常を高い感度で検出することができる。

制御部５０は、演算回路５２と、保護回路５４と、を有する。演算回路５２は、受光部４０から出力された電気信号に基づいて、漏れ光の強度が所定の範囲外であるか否かを演算する。もし、漏れ光ＬＬの強度が所定の範囲外であると、演算回路５２は、第１のレーザー光ＢＬ１の放出停止信号ＳＴを第１の照射部１０の駆動回路１４に向けて出力する。この結果、駆動回路１４は、半導体レーザー１２の駆動を停止する。

たとえば、波長変換部３０に破損を生じると、波長変換部３０に吸収される第１のレーザー光ＢＬ１が減少するので、漏れ光ＬＬの強度は、所定の範囲よりも大きくなる。また、導光部２０に破損を生じると、導光部２０の第２領域ＤＥに到達する第１のレーザー光ＢＬ１の強度が低下し、漏れ光ＬＬの強度は所定の範囲よりも小さくなる。波長変換部３０や導光部２０の異常を検出することにより、第１のレーザー光ＢＬ１が、外部に漏れ照明対象物を直接照射することを抑制できる。このため、安全な固体照明装置とすることができる。

また、半導体レーザー１２が劣化すると、漏れ光ＬＬの強度が所定の範囲よりも小さくなる。このため、半導体レーザー１２を交換し、正常の動作に戻すことができる。

図２（ａ）は導光部を径方向に切断した発光部の模式断面図、図２（ｂ）は導光部を軸方向に切断した発光部の模式断面図、である。

導光部２０が石英などからなる光ファイバー８０の場合、発光部３４の一例を説明する。発光部３４は、光ファイバー８０と、透光性の被覆層８１と、散乱剤が分散して配置された光散乱層８６と、波長変換部３０と、透光性の保護チューブ９０と、を有する。

光ファイバー８０は、第１の端部２０ａのコア８０ａに導入された第１のレーザー光ＢＬ１をコア８０ａとクラッド８０ｂとの界面８０ｃにおいて反射させ第２の端部２０ｂに向けて導光する。被覆層８１は、クラッド８０ｂの周囲に設けられる。被覆層８１は、少なくとも第１のレーザー光ＢＬ１の波長帯を透過する材料で、たとえば、透過率は５０％以上が好ましい。また、光ファイバー８０は、界面８０ｃにおける散乱光Ｇ２をクラッド８０ｂおよび被覆層８１を通して外方に向かって放出する。

波長変換部３０は、被覆層８１の周囲に設けられる。また、透光性の保護チューブ９０には、光ファイバー８０と被覆層８１と波長変換部３０とが挿入される。保護チューブ９０は、少なくとも可視光を透過する材料で、たとえば、透過率は６０％以上が好ましい。また、保護チューブ９０は、光散乱機能を有していてもよい。

光ファイバー８０のコア８０ａの直径Ｄ１は１００μｍ、クラッド８０ｂの直径Ｄ２は１５０μｍ、などとすることができる。また、被覆層８１は、アクリル樹脂などからなるものとし、その外径を２５０μｍなどとすることができる。波長変換部３０の厚さは５０μｍなどとすることができる。保護チューブ９０はフッ素樹脂などからなるものとすることができる。

保護チューブ９０の内縁９０ａと、蛍光体層などの波長変換部３０の外縁３０ａと、は互いに離間する。発光部３４の長さが短い場合、離間距離Ｋが短くてよい。なお、保護チューブ９０の中心とコア８０ａの中心とは、一致しなくてもよい。発光部３４が、たとえば、１００ｍのように長い場合、離間距離Ｋを長くしたほうが組立が容易である。発光部３４の外径は、たとえば、１〜３ｍｍなどとすることができる。

光散乱層８６は、コア８０ａとクラッド８０ｂとの界面８０ｃ近傍で生じた散乱光Ｇ２をさらに散乱した散乱光Ｇ５を生じる。コヒーレンスを低減させるとともに均一発光とすることができる。コヒーレンスの低減により、安全性をより高めることができる。波長変換光Ｇ３と散乱光Ｇ５とは、混合されて、照明光ＧＴとなる。

図３は、発光部の形状の一例を表す模式斜視図である。
発光部３４は、たとえば、骨組み９２に巻回して所望の形状とすることができる。骨組み９２は、金属、絶縁体、樹脂などからなる線状体を組み合わせて構成することができる。この場合、線状の発光部３４の間は隙間となり、光を自由に通過させる。または、骨組み９２は、透明体などとしてもよい。光は、透明体内を自由に通過する。さらに、骨組み９２の外枠は、球体、楕円体、直方体、立方体、円柱、および錐体などと自由に選択することができる。

骨組み９２の内部は光が通過できるので、発光部３４から放出された照明光ＧＴを、骨組み９２の内部や反対に側などの広い角度範囲に広げることができる。

図４は、第２の実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。
導光部２０の第２の端部２０ｂから放出された第１のレーザー光ＢＬ１を第１の端部２０ａに向かって反射する反射部６０をさらに有することができる。反射部６０は、金属層などからなるものとすることができる。波長変換に寄与せず、また散乱光に転じることなく導光部２０の第２の端部２０ｂに到達した第１のレーザー光ＢＬ１は、反射部６０により再び導光部２０を伝搬する。このため、外部に無駄に放出される光量が低減され、エネルギー効率が高められる。また、第１のレーザー光ＢＬ１の外部への放出が抑制され、安全性を高めることができる。

図５は、第３の実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。
固体照明装置は、第２のレーザー光ＢＬ２を放出する第２の照射部１６をさらに有する。第２のレーザー光ＢＬ２は、導光部２０の第２の端部２０ｂに入射し、第１の端部２０ａに向かって導光される。波長変換部３０は、第２のレーザー光ＢＬ２を吸収し第２のレーザー光ＢＬ２の波長よりも長い波長の波長変換光を外方向へ向かってさらに放出する。

第１のレーザー光ＢＬ１の波長と、第２のレーザー光ＢＬ２の波長と、が、それぞれ波長変換部３０の発光スペクトルの極大値近傍となるようにすると、波長変換効率および光出力を高めることができる。また、２つの波長を少しずらすと、照明光ＧＴの演色性を変化させ、色度を調整することができる。

なお、第２領域ＤＥにおいて、第２のレーザー光ＢＬ２の強度は、波長変換部３０を照射した後の第１のレーザー光ＢＬ１の強度よりも通常大きい。この場合、駆動回路１４により、第１のレーザー光ＢＬ１を短い（目では感知できない程度）期間ＯＦＦとし、その短い期間内に第１のレーザー光ＢＬ１の光強度を検出するなどにより、異常検出が容易となる。

図６は、第４実施形態にかかる固体照明装置の構成図である。
固体照明装置は、筐体部９４をさらに有することができる。筐体部９４は、照射部１０、１６と、受光部４０と、制御部５０と、反射部６０と、を収納する。すなわち、固体照明装置は、筐体部９４と、発光部４と、を有し、小型かつ安全な固体照明装置とすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 第１の照射部、１６ 第２の照射部、２０ 導光部、２０ａ 第１の端部、２０ｂ 第２の端部、３０ 波長変換部、３４ 発光部、４０ 受光部、５０ 制御部、６０ 反射部、 ８０ 光ファイバー（導光部）、８０ａ コア、８０ｂ クラッド、８０ｃ 界面、８０ｄ 外縁、９４ 筐体、ＰＨ 第１領域、ＤＥ 第２領域、ＢＬ１ 第１のレーザー光、ＢＬ２ 第２のレーザー光、ＹＬ 波長変換光、ＳＬ 散乱光、ＬＬ 漏れ光、Ｇ３ 波長変換光、Ｇ５ 散乱光、ＧＴ 照明光

Claims (5)

1. 第１のレーザー光を放出する第１の照射部と；
   前記第１のレーザー光が入射する第１の端部と、前記第１の端部とは反対の側の第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に設けられた外縁と、を有する導光部と；
   前記導光部の前記外縁の第１領域を覆うように設けられ、前記第１のレーザー光を吸収し前記第１のレーザー光の波長よりも長い波長の第１の波長変換光を外側方向へ放出する波長変換部と；
   前記第１領域と前記第２の端部との間に設けられ、前記導光部の前記外縁の第２領域からの漏れ光が入射する受光部と；
   前記受光部から出力され、前漏れ光の強度に対応した電気信号により、前記漏れ光の前記強度が所定の範囲外であると、前記レーザー光の放出停止信号を前記照射部に向けて出力する制御部と；
   を具備した固体照明装置。
2. 前記導光部の前記第２領域は、前記第１のレーザー光を散乱して前記受光部に向けて放出する散乱部を含む請求項１記載の固体照明装置。
3. 前記導光部の前記第２の端部から放出された前記第１のレーザー光を前記第１の端部に向かって反射する反射部をさらに具備した請求項１または２に記載の固体照明装置。
4. 第２のレーザー光を放出する第２の照射部をさらに具備し、
   前記第２のレーザー光は、前記導光部の前記第２の端部に入射し、前記第１の端部に向かって導光され、
   前記波長変換部は、前記第２のレーザー光を吸収し前記第２のレーザー光の波長よりも長い波長の第２の波長変換光を外側方向へ放出する請求項１または２に記載の固体照明装置。
5. 前記第１の照射部と、前記受光部と、前記制御部と、を少なくとも収納する筐体部をさらに具備した請求項１〜４のいずれか１つに固体照明装置。

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