JP2020009905A - 光源パッケージ、照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
センサーの光源は、用途に応じた波長分布、明るさ、広がり等をもったものが使用される。光の波長は、可視光から赤外線までの範囲がよく用いられる。特に、赤外線は、外光の影響を受けにくく、不可視である等の特徴があるため、広く用いられている。また、光源の種類としては、LED光源、レーザー光源等が多く用いられる。
レーザー光は、人間等の生体の眼球や皮膚への影響が問題視されている。特に、赤外領域のレーザー光の場合は、人間に視認されないため、照射を受けた人間の皮膚や眼球を損傷する危険性が高い。したがって、レーザー光は、照明用途とは別の国際規格によって、その影響度(危険度)に応じて、使用制限が設けられている。
そういった問題を改善するため、外部に光源パッケージが発した光量を検知するセンサーを設け、その光量や光の範囲を検知することで、発光を停止する照明装置等が開発されているが、装置の大型や使用環境の制限等が生じ、好ましくない。
また、光源パッケージ内に光量を検知するセンサーを設けた光源パッケージも開発されているが、光源の発光量を一定に調整するためのセンサーであり、安全性への対策はなされていなかった。
第1の発明は、光を発する光源部(110)と、前記光源部から発せられた光を回折する回折光学素子(151a)を備えるカバー部材(150)と、前記光源部から発せられた光の少なくとも一部を反射する反射層(153,243)と、前記光源部から発せられ、前記反射層で反射された光の少なくとも一部を受光する受光部(120)と、を備える光源パッケージであって、前記反射層は、該光源パッケージの正面方向から見て、前記回折光学素子とは重複しない領域に設けられていること、を特徴とする光源パッケージ(10,20)である。
第2の発明は、第1の発明の光源パッケージにおいて、該光源パッケージは、前記カバー部材(150,250)を支持する枠状のホルダ(140)を有し、前記反射層(153,243)は、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部又は前記カバー部材のいずれか一方、もしく、は双方に設けられ、前記受光部(120)は、前記光源部から発せられ、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部に設けられた前記反射層(243)又は前記カバー部材に設けられた前記反射層(153)のいずれか一方、もしくは、双方で反射された光の少なくとも一部を受光し、検知すること、特徴とする光源パッケージ(10,20)である。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明の光源パッケージにおいて、前記反射層(153)は、少なくとも一部が前記カバー部材(150)に設けられていること、を特徴とする光源パッケージ(10)である。
第4の発明は、第1の発明又は第2の発明の光源パッケージにおいて、前記反射層(243)は、少なくとも一部が該光源パッケージ内に設けられていること、を特徴とする光源パッケージ(20)である。
第5の発明は、第4の発明の光源パッケージにおいて、前記カバー部材(250)を支持する枠状のホルダ(140)を有し、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部に設けられていること、を特徴とする光源パッケージ(20)である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかの光源パッケージ(10,20)と、前記受光部(120)の検知した信号に基づいて、前記光源部(110)の発光を制御する発光制御部(11)と、を備える照明装置(1)である。
本発明において透明とは、少なくとも利用する波長の光を透過するものをいう。例えば、仮に可視光を透過しないものであっても、赤外線を透過するものであれば、赤外線用途に用いる場合においては、透明として取り扱うものとする。
本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行、ほぼ直交等とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書等において、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
図1は、第1実施形態の光源パッケージ10を示す断面図である。
図2は、第1実施形態の照明装置1を説明する図である。
光源パッケージ10は、光源部110と、基板130と、ホルダ140と、カバー部材150と、カバー部材150での反射光の一部を受光する受光部120とを備えている。光源部110及び受光部120は、基板130とホルダ140とカバー部材150とによって包装(パッケージング)されている。
この光源パッケージ10及び照明装置1は、例えば、センサーの検出光を照射するために用いられる。
光源部110は、所定の波長の光L1を発する。また、光源部110は、発光制御部11からの所定の信号(例えば、所定のパルス信号)に基づいて、発光と消灯とを切り替え、パルス信号に応じた点滅式のパルス光を発するものとしてもよいし、点滅せず発光し続けるものとしてもよい。
なお、本実施形態のホルダ140の頂部140aは、平面で構成されているが、この平面にさらに溝を設けてもよい。
カバー部材150は、図1に示すように、光源部110及び受光部120を覆うように設けられた部材であり、光学素子層151と、基材152と、反射層153とを備える。本実施形態では、カバー部材150は、その平面視が正方形形状である例を示しているが、これに限定されず、長方形形状や他の四角形形状、多角形形状等としてもよい。
パターン部151aは、光源部110からの光が到達する領域に形成されており、非パターン部151bは、このパターン部151a以外の領域に形成されている。本実施形態では、パターン部151aは、光学素子層151を平面視した場合の中央部に正方形形状に形成されている例を示したが、これに限らず、例えば、中央部以外の領域に形成されていてもよいし、その形状も適宜選択してよい。
パターン部151aは、光の回折を利用して、光学素子層151に入射した光を所定の方向へ向けて偏向して出射するように構成されている。個々の凹凸形状では、それぞれ特定の方向にしか光を向けることができないが、多数種類の回折格子を多数配置することにより、パターン部151a全体として、光を整形して出射することができる。なお、光を整形するとは、例えば、円形で入射した光を四角形状や十文字形状等の所望の投影像となるように形を整えて出射することを指している。
このパターン部151aを備えることにより、光源部110が発するレーザー光は拡散され、光源パッケージ10から出射した光が生体の眼球や皮膚へ及ぼす影響が抑制され、十分な安全性が確保されている。
このような紫外線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、エポキシアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリチオール系、ブタジエンアクリレート等を用いることができる。
なお、これに限らず、基材152は、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン(MBS)樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン(MS)樹脂、アクリル・スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂等の透明樹脂により形成された板状の部材を用いることができる。
反射層153は、図3(b)に示すように、このカバー部材150を平面視した際に、パターン部151aと重複しない領域に、すなわち、反射層153は、非パターン部151bに対応する領域に形成されている。本実施形態では、反射層153は、パターン部151aに対応する領域を開口部153aとして有する枠状に形成され、非パターン部151bに対応する領域の全面に形成されている。
また、反射層153として、ハーフミラー等も使用可能ある。
本実施形態では、反射層153は、アルミニウムの板状の部材を用いている。
図4(a)に示すように、光源パッケージ10のカバー部材150に破損や脱落等が生じていない場合、光源部110は、カバー部材150のパターン部151aへ向けて光L1を出射し、そのほとんどがカバー部材150に入射し、基材152を透過して光学素子層151のパターン部151aへ入射し、回折現象によって整形されて出射する。このとき、一部の光は、反射層153で反射し、受光部120がこの反射光L2を受光し、検知する。この反射光L2の強度は、光源パッケージ10のカバー部材150に破損や脱落等が生じていない場合、所定の強度範囲内である。
受光部120は、この反射光強度の変化を信号として、発光制御部11へ伝え、発光制御部11は、この信号に基づいて、光源パッケージ10に異常が発生したと判断し、光源部110へ発光を停止するように指示する信号を出す。光源部110は、その信号に基づいて発光を停止する。
受光部120は、検知した反射光L2の強度の変化を信号として、発光制御部11へ伝え、発光制御部11は、この信号に基づいて、光源パッケージ10に異常が発生したと判断し、光源部110へ発光を停止するように指示する信号を出す。光源部110は、この信号に基づいて発光を停止する。
なお、上記の例に限らず、例えば、受光部120は、規定量範囲内の反射光強度を検知している場合には発光制御部11には信号を送らず、反射光強度の変化を検知した場合にのみ、発光制御部11へ信号を送る形態としてもよい。
さらに、反射層153は、パターン部151a以外の領の全面に形成されているので、光源部110から出射し、パターン部151a以外の領域(非パターン部151b)へ入射する光を反射することができる。これにより、回折現象を受けないで出射する光(0次光)を抑制して、さらに安全性を高めることができ、光源部110が発する光の利用効率の低下等も抑制できる。
また、本実施形態によれば、受光部120を光源パッケージ10内に備えるので、小型でかつ安全性の高い光源パッケージ10及び照明装置1とすることができる。
また、本実施形態によれば、回折現象を受けないで出射する光(0次光)を抑制して安全性を高めることができ、光の利用効率の低下等も抑制できる。
また、本実施形態によれば、反射層153は、パターン部151a以外の領の全面に形成されているので、受光部120との位置合わせ等が不要であり、安全な光源パッケージ10及び照明装置1を容易に作成することができる。
図5は、第1実施形態のカバー部材150の他の形態を説明する図である。図5では、第1実施形態のカバー部材150の他の形態の断面図を示している。
図5(a)に示すように、カバー部材150の厚み方向において、反射層153は、光学素子層151と基材152との間に配置してもよい。なお、図5(a)では、カバー部材150の厚み方向における反射層153が設けられる領域において、パターン部151aに相当する部分は、空気層154となっている。
また、図5(b)に示すように、光学素子層151がパターン部151aのみを備え、その周囲に反射層153が形成される形態としてもよい。
また、図5(c)に示すように、反射層153は、光学素子層151よりも出射側に形成される形態としてもよい。
さらに、図5(d)に示すように、光学素子層151を光源部110側に向け、基材152の光源部110側に配置してもよい。このとき、反射層153の位置は、図4(a)〜(c)のいずれを採用してもよい。
図6は、第2実施形態の光源パッケージ20を示す断面図である。
第2実施形態の光源パッケージ20は、反射層243が設けられた位置が第1実施形態に示す光源パッケージ10とは異なる点以外は、第1実施形態の光源パッケージ10と同様の形態である。したがって、以下の説明において、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
この光源パッケージ20は、前述の第1実施形態に示した光源パッケージ10と同様に、照明装置1に用いることが可能である。
光源部110から出射した光L1は、第1実施形態と同様に、一部がカバー部材250へ入射時に反射する。この反射光L2の一部(光L21)が、受光部120に検知される。また、反射光L2の一部(光L22)は、ホルダ140の側面に形成された反射層243で反射して受光部120へ向かい、受光部120に検知される。
本実施形態の光源パッケージ20では、カバー部材250に反射層を備えていないため、カバー部材250入射時の反射光L2の光量が第1実施形態よりも小さいが、上記構成とすることにより、受光部120は受光する反射光量の増大を図ることができる。
また、前述の第1実施形態と同様に、小型で安全性の高い光源パッケージ20及び照明装置1とすることができる。
上述の第2実施形態において、反射層243は、ホルダ140の光源パッケージ内側の一部の側面に形成される例を示しているが、これに限らず、ホルダ140を、光反射性を有する材料、例えば、白色系の樹脂により形成して光反射機能を付与してもよい。また、ホルダ140及び基板130を、光反射性を有する材料(例えば、白色系の樹脂)により形成してもよい。これらのような形態としても、第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、上述の第2実施形態において、反射層243は、ホルダ140の光源パッケージ内側の一部の側面に形成される例を示しているが、これに限らず、ホルダ140のパッケージ内側の側面全面(すなわち、枠状のホルダ140の内周面全面)に設けてもよい。
ここで、反射層153,243、基材152、光学素子層151のパターン部151aについて、反射光強度がどの程度であるかを測定し、評価した。
図7は、反射光量を測定する装置を説明する図である。
この測定には、前述の各実施形態で用いたものと同様の光源部110及び受光部120を用いており、反射光量を測定する試料S1〜S3として、反射層153,243、基材152、光学素子層151(パターン部151a)をそれぞれ別体で用意した。なお、試料3については、光学素子層151単体での厚みが薄く、測定のために保持することが困難であるために、反射光量を測定するための光が入射する側とは反対側(背面側)に基材152を備えている状態のものを用いている。
このとき、光源部110と受光部120との間の距離(光源部110の発光部の中心と受光部120の受光部分の中心との距離)をd1、光源部110と試料Sとの距離をd2とした。
なお、光源部110及び受光部120が配置された面と試料S1〜S3の入射面とは平行である。
光源部110の出力光量:If=200mA,Vf=1.75mW相当のピーク光出力
パルス条件:パルス幅2ms、Duty10%
試料S1(反射層153,243に相当):アルミニウム製の板状の部材(全反射ミラー)
試料S2(基材152に相当):フロートガラス製のガラス板
試料S3(光学素子層151に相当):紫外線硬化型樹脂製の光学素子層
光源部110と受光部120との距離d1:7mm
光源部110と試料Sとの距離d2:試料S1,S2については、d2=7mm、試料S3については、d2=2mm
光源部110:VCSEL
受光部120:フォトダイオード
駆動電源(CW):KEITHLEY製ソースメータ 2420−C
駆動電源(パルス):KEYSIGHT製h波形発生器 3350B
測定器:Tektronix製オシロスコープTDS3052B
したがって、カバー部材150に設けられた反射層153で反射した反射光L2を受光部120で検知する第1実施形態では、受光部120での検知に十分な反射光強度を得ることができる。また、基材152で反射して直接、受光部120へ向かって受光された光L21に加え、基材152で反射後にさらにホルダ140の側面に設けられた反射層243で反射した光L22も受光部120により受光して検知する第2実施形態においても、受光部120での検知に十分な反射光強度を得ることができる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)光源パッケージは、第1実施形態及び第2実施形態を組み合わせた形態としてもよい。すなわち、カバー部材150に反射層153を設け、かつ、ホルダ140の光源パッケージ内側の少なくとも一部の側面に反射層243を設けてもよい。
10,20 光源パッケージ
11 発光制御部
110 光源部
120 受光部
130 基板
140 ホルダ
150 カバー部材
151 光学素子層
151a パターン部(DOE)
151b 非パターン部
152 基材
153,243 反射層
Claims (6)
- 光を発する光源部と、
前記光源部から発せられた光を回折する回折光学素子を備えるカバー部材と、
前記光源部から発せられた光の少なくとも一部を反射する反射層と、
前記光源部から発せられ、前記反射層で反射された光の少なくとも一部を受光する受光部と、
を備える光源パッケージであって、
前記反射層は、該光源パッケージの正面方向から見て、前記回折光学素子とは重複しない領域に設けられていること、
を特徴とする光源パッケージ。 - 請求項1に記載の光源パッケージにおいて、
該光源パッケージは、前記カバー部材を支持する枠状のホルダを有し、
前記反射層は、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部又は前記カバー部材のいずれか一方、もしく、は双方に設けられ、
前記受光部は、前記光源部から発せられ、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部に設けられた前記反射層又は前記カバー部材に設けられた前記反射層のいずれか一方、もしくは、双方で反射された光の少なくとも一部を受光し、検知すること、
を特徴とする光源パッケージ。 - 請求項1又は請求項2に記載の光源パッケージにおいて、
前記反射層は、前記カバー部材に設けられていること、
を特徴とする光源パッケージ。 - 請求項1又は請求項2に記載の光源パッケージにおいて、
前記反射層は、該光源パッケージ内に設けられていること、
を特徴とする光源パッケージ。 - 請求項4に記載の光源パッケージにおいて、
前記カバー部材を支持する枠状のホルダを有し、
前記反射層は、前記ホルダの内側の側面の少なくとも一部に設けられていること、
を特徴とする光源パッケージ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光源パッケージと、
前記受光部の検知した信号に基づいて、前記光源部の発光を制御する発光制御部と、
を備える照明装置。
Priority Applications (1)
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