JP2019179632A - Luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体が用いられた照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device using a phosphor.
従来、蛍光体が用いられた照明装置として、レーザ光源を使用するものが知られている。レーザ光源が用いられた照明装置は、蛍光体面を通過するレーザ光の光出射領域のサイズと、蛍光体から放出される蛍光である蛍光体発光光の光出射領域のサイズとが異なる。このため、レーザ光と蛍光体発光光(蛍光)とが混合された照明光において色むらが発生する。色むらの発生を抑制することを目的として、特許文献1には、蛍光体面付近に光を拡散する光混合層を設けた照明装置が開示されている。特許文献1は、レーザ光と蛍光体発光光とが光混合層内で多重散乱され、レーザ光と蛍光体発光光とが等方的に出射されることにより、色の均一性を向上させようとするものである。
Conventionally, what uses a laser light source is known as an illuminating device using a fluorescent substance. In the illumination device using the laser light source, the size of the light emission region of the laser light passing through the phosphor surface is different from the size of the light emission region of the phosphor emission light that is fluorescence emitted from the phosphor. For this reason, color unevenness occurs in the illumination light in which the laser light and the phosphor emission light (fluorescence) are mixed. For the purpose of suppressing the occurrence of color unevenness,
しかしながら、特許文献1に開示された照明装置は、光混合層の拡散効果により、レーザ光及び蛍光体発光光のいずれも、蛍光体から放出される光出射領域が拡大する。このため、配光分布が拡大してしまう。
However, the illumination device disclosed in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、配光分布が拡大することなく、色むらを抑制する照明装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an illumination device that suppresses color unevenness without expanding the light distribution.
本発明に係る照明装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を透過すると共に、光で励起して蛍光を放出する蛍光体と、蛍光体を透過した光の配光角と、蛍光の配光角とを一致させる体積位相型光学素子と、を備える。 An illumination device according to the present invention includes a light source that emits light, a phosphor that transmits light emitted from the light source, and that emits fluorescence when excited by light, and a light distribution angle of the light that has passed through the phosphor. And a volume phase optical element that matches the light distribution angle of the fluorescence.
本発明によれば、体積位相型光学素子が、蛍光体を透過した光の配光角と、蛍光の配光角とを一致させる。このため、配光角は、蛍光よりも広がらず、色むらの発生を抑制することができる。従って、配光分布が拡大することなく、色むらを抑制することができる。 According to the present invention, the volume phase optical element makes the light distribution angle of the light transmitted through the phosphor coincide with the light distribution angle of the fluorescence. For this reason, the light distribution angle is not wider than the fluorescence, and the occurrence of color unevenness can be suppressed. Therefore, color unevenness can be suppressed without expanding the light distribution.
実施の形態1.
以下、本発明に係る照明装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置100を示す模式図である。図1に示すように、照明装置100は、光源1と、集光レンズ3と、蛍光体2と、照明レンズ4と、体積位相型光学素子5とを備えている。光源1は、例えば半導体レーザダイオードからなり、青色に発光する。集光レンズ3は、光源1から出射する光の出射方向に設けられ、光学部材からなり、光源1から出射された光を蛍光体2上に集光する。なお、図1において、実線矢印が蛍光を示し、破線矢印が透過した光を示す。
Hereinafter, embodiments of a lighting device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an
図2は、本発明の実施の形態1に係る蛍光体2に入射した光の光路を示す図である。蛍光体2は、集光レンズ3から出射する光の出射方向に設けられ、光源1から出射されて集光レンズ3によって集光された光を透過すると共に、光で励起して蛍光(蛍光体発光光)を放出する。蛍光体2は、例えばYAGからなり、青色の光によって励起されて黄色の蛍光を発生する。蛍光体2に吸収されずに透過した一部の青色の光と、黄色の蛍光とが混合して、照明レンズ4に入射する。青色の光と黄色の蛍光とが混合することによって、疑似白色の光となる。図2に示すように、蛍光体2に入射した光は、蛍光体2内部で拡散され、蛍光体2内部を伝播し、励起する。一方、蛍光体2に入射した光の一部は、拡散されずにそのまま透過する。
FIG. 2 is a diagram showing an optical path of light incident on the
図3は、本発明の実施の形態1に係る蛍光体2出射面上の光の発光領域を示す図である。蛍光体2内部を伝播して励起した蛍光は、蛍光体2内部で拡散されているため、蛍光体2から放出されるときの発光領域が広い。一方、蛍光体2を透過した光は、拡散されていないため、発光領域が蛍光よりも狭い。このため、図3に示すように、蛍光体2の出射面上の蛍光の発光領域は、透過した光の発光領域よりも広い範囲を有する。
FIG. 3 is a diagram showing a light emission region of light on the emission surface of
図4は、本発明の実施の形態1に係る照明レンズ4を出射した光の光路を示す図である。照明レンズ4は、蛍光体2から出射する光の出射方向に設けられ、蛍光体2に吸収されずに透過した一部の光と、蛍光とが混合した光の配光を制御する。図4に示すように、照明レンズ4は、蛍光体2の光出射面に焦点が位置するように配置されている。このため、蛍光体2の出射面上の任意の一点から出射した光は、平行光となって照明レンズ4から出射する。蛍光体2の出射面上の発光領域は、光源1から出射される光の照射スポットサイズに依存するため、点とはならず、広がりを有している。発光領域内の各点から出射する光は、照明レンズ4によって平行光となった光の合成光として、全体として発光領域の面積に依存した配光角(発散角)を有する出射光となって、照明レンズ4から出射する。
FIG. 4 is a diagram showing an optical path of light emitted from the
体積位相型光学素子5は、照明レンズ4から出射する光の出射方向に設けられ、蛍光体2を透過した光の配光角と、蛍光の配光角とを一致させる。体積位相型光学素子5は、光源1から出射される波長の光の配光を制御する。本実施の形態1では、体積位相型光学素子5は、青色の光に最適化されており、青色の光のみの配光角を制御し、蛍光の配光角と一致させる体積位相型回折レンズである。
The volume phase type
体積位相型回折レンズは、レーザ光等の可干渉性が高い2つの光束をホログラム感材に照射し、干渉状態をホログラム感材内の屈折率濃淡の干渉縞としてホログラム記録することによって作製される。ホログラム感材としては、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマー等が挙げられる。作製時に与えた一方の光束が体積位相型回折レンズに照射されると、他方の光束がホログラム再生される。体積位相型回折レンズは、多数の干渉縞面からの光波干渉であるブラッグ回折によって光が回折するため、回折効率が高い。体積位相型回折レンズは、作製時に用いた波長に近い波長の光のみを回折し、異なる波長の光には回折作用を及ぼさない。即ち、体積位相型回折レンズは、作製時に用いた波長の光に最適化されている。レーザ光は、概して波長範囲が狭いが、体積位相型回折レンズは、波長範囲が狭いレーザ光であっても、例えば青色のレーザ光のみの配光角を選択的に制御することができる。本実施の形態1では、体積位相型光学素子5は、照明レンズ4を透過したあとの青色の光に相当する青色光束と、照明レンズ4を透過したあとの黄色の蛍光と同じ配光角を有する青色光束とを干渉させてホログラム記録することによって作製されている。
The volume phase type diffractive lens is manufactured by irradiating a hologram light sensitive material with two light beams having high coherence such as laser light and recording the interference state as interference fringes of refractive index in the hologram light sensitive material. . Examples of the hologram sensitive material include silver salt emulsion, dichromated gelatin, and photopolymer. When one volume of light beam applied at the time of fabrication is applied to the volume phase diffraction lens, the other beam is reproduced as a hologram. The volume phase type diffractive lens has high diffraction efficiency because light is diffracted by Bragg diffraction, which is light wave interference from many interference fringe surfaces. The volume phase type diffractive lens diffracts only light having a wavelength close to the wavelength used at the time of manufacture, and does not exert a diffractive action on light having a different wavelength. That is, the volume phase type diffractive lens is optimized for the light having the wavelength used in the production. Laser light generally has a narrow wavelength range, but the volume phase type diffractive lens can selectively control the light distribution angle of only blue laser light, for example, even if the wavelength range is narrow. In the first embodiment, the volume phase
次に、図1を用いて、照明装置100の光の配光について説明する。光源1から出射した青色の光は、集光レンズ3によって蛍光体2上に集光及び照射される。蛍光体2に入射した青色の光は、一部が蛍光体2に蛍光として吸収され、蛍光体2から放出される蛍光である黄色の発光光が蛍光体2から放出される。蛍光体2に吸収されなかった残りの青色の光は、蛍光体2を透過して、蛍光体2から放出される黄色の蛍光と混合して疑似白色となる。
Next, the light distribution of the
前述の如く、蛍光体2の出射面上の蛍光の発光領域は、蛍光体2を透過した光の発光領域よりも広い範囲を有する。蛍光と蛍光体2を透過した光とは、照明レンズ4によって平行光となる。ここで、平行光のうち、蛍光の配光角は、蛍光体2を透過した光よりも発光領域が広いため、蛍光体2を透過した光の配光角よりも広い。
As described above, the fluorescence emission region on the emission surface of the
体積位相型光学素子5は、照明レンズ4を透過したあとの青色の光に相当する青色光束と、照明レンズ4を透過したあとの黄色の蛍光と同じ配光角を有する青色光束とを干渉させてホログラム記録することによって作製されている。これにより、記録時の光束の一方と同じ光束である照明レンズ4透過後の青色の光が入射すると、他方の光束である照明レンズ4透過後の黄色の蛍光と同じ配光角を有する青色光束が再生される。その後、照明レンズ4透過後の青色の光の配光角は、黄色の蛍光の配光角と同じになる。
The volume phase
一方、体積位相型光学素子5は、黄色の蛍光と記録された光との波長が異なるため、黄色の蛍光体2の配光角を変化させない。即ち、体積位相型光学素子5を通過したあとの青色の光と黄色の蛍光とは、同じ配光角を有する光束となる。このように、照明装置100は、体積位相型光学素子5によって青色の光を選択的に制御し、黄色の蛍光の配光角と一致させているため、照明装置100から照射された光の配光角は、黄色の蛍光の配光角以上に広がらない。また、青色の光の配光角を黄色の蛍光の配光角と一致させているため、照明装置100の照射面における色むらの発生を抑制することができる。
On the other hand, the volume phase
図5は、比較例に係る照明装置200を示す模式図である。比較例に係る照明装置200は、体積位相型光学素子5を有していない。蛍光の配光角は、蛍光体2を透過した光よりも発光領域が広いため、蛍光体2を透過した光の配光角よりも広い。このため、照明光が照射対象に照射されると、中央部が青色となり、周辺部が黄色となる色むらが発生する。これに対し、本実施の形態1は、体積位相型光学素子5を有しているため、青色の光の配光角が黄色の蛍光の配光角と一致する。よって、照明装置100の照射面における色むらの発生を抑制することができる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an
以上説明したように、本実施の形態1によれば、体積位相型光学素子5が、蛍光体2を透過した光の配光と、蛍光の配光とを一致させる。このため、配光角は、蛍光よりも広がらず、色むらの発生を抑制することができる。従って、配光分布が拡大することなく、色むらを抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment, the volume phase
なお、本実施の形態1では、体積位相型光学素子5が照明レンズ4と別体である場合について例示しているが、体積位相型光学素子5と照明レンズ4とが一体的であってもよい。この場合、体積位相型光学素子5は、照明レンズ4の入射面又は出射面上に形成される。このように、体積位相型光学素子5と照明レンズ4とを一体化することによって、光が透過する光学素子の数が減少するため、光の透過率の向上が見込まれる。よって、体積位相型光学素子5を有していない照明装置100と同等の光効率を得ることができる。また、照明装置100が組み立てられる際、照明レンズ4と体積位相型光学素子5との光軸合わせ及び距離合わせを調整する手間が省ける。
In the first embodiment, the case where the volume phase
1 光源、2 蛍光体、3 集光レンズ、4 照明レンズ、5 体積位相型光学素子、100 照明装置、200 照明装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光源から出射された光を透過すると共に、光で励起して蛍光を放出する蛍光体と、
前記蛍光体を透過した光の配光角と、前記蛍光の配光角とを一致させる体積位相型光学素子と、
を備える照明装置。 A light source that emits light;
A phosphor that transmits light emitted from the light source and emits fluorescence when excited by the light; and
A volume phase optical element that matches the light distribution angle of the light transmitted through the phosphor and the light distribution angle of the fluorescence;
A lighting device comprising:
前記光源から出射される波長の光の配光を制御する
請求項1記載の照明装置。 The volume phase optical element is
The illumination device according to claim 1, wherein the light distribution of light having a wavelength emitted from the light source is controlled.
請求項1又は2記載の照明装置。 The illumination device according to claim 1, further comprising an illumination lens that controls light distribution between the fluorescence emitted from the phosphor and the light transmitted through the phosphor.
前記照明レンズの入射面又は出射面上に形成されている
請求項3記載の照明装置。 The volume phase optical element is
The illumination device according to claim 3, wherein the illumination device is formed on an incident surface or an exit surface of the illumination lens.
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JP2018067225A JP2019179632A (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Luminaire |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102412299B1 (en) | 2021-03-09 | 2022-06-24 | (주)쓰리디머티리얼즈 | Inkjet type 3D printing process using urea interaction |
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2018
- 2018-03-30 JP JP2018067225A patent/JP2019179632A/en active Pending
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