JP2021018945A - 光源ユニット、及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
投光装置1は、図1から図3に示すように、照明光を出射する略箱型の装置本体2と、当該装置本体2を支持する取付アーム4と、を備える。取付アーム4は、装置本体2の両側面を挟んで支持するアーム部5と、このアーム部5に設けられた固定片6とを備え、この固定片6が投光装置1の設置箇所に固定される。アーム部5は装置本体2を回動可能(傾動自在)に支持し、これにより装置本体2の取付角度が変更自在に成されている。
本実施形態の投光装置1は、蛍光体22を励起する青色のレーザー光と、当該レーザー光によって励起されて生じた黄色の蛍光との混合によって白色光を得る装置である。具体的には、装置本体2は、図4に示すように、光源ユニット20と、蛍光体22と、反射鏡24と、レーザー光遮光ユニット160と、を備え、これらが出射領域16ごとに設けられている。
反射鏡24は、焦点fからの光を光軸Kに平行な平行光に平行光化する放物反射面24Aを有する反射型の光学部材である。そして、この放物反射面24Aの焦点fに蛍光体22が放物反射面24Aと対向配置されている。具体的には、装置本体2は、図4に示すように、蛍光体22を保持する蛍光体保持部27を有した棒状の蛍光体保持バー28を備えている。蛍光体保持部27の蛍光体22(より正確には、後述する平面反射面27A)が焦点fに位置し、かつ光軸Kの直交方向に延びる姿勢で筐体8に蛍光体保持バー28が固定されている。
レーザー光源ユニット30は、配光制御されたレーザー光を放射するユニットである。
金属ベース32は、レーザー光源ユニット30が組み付けられる部材であり、平面視矩形板状を成し、図6に示すように、筐体8の底面8Aに固定された取付板としての光学プレート34に、セラミックプレート33を間に挟んで、その四隅が固定具37によって取り付け固定される。
セラミックプレート33は、光源ユニット20の金属ベース32の裏面の全面を覆う大きさの矩形の板材であり、当該裏面に接着剤などで貼設されている。このセラミックプレート33は、金属ベース32と筐体8とを電気的に絶縁する絶縁材として機能する。さらに、このセラミックプレート33は、投光装置1に設定された所望の放熱性能を実現するために必要な熱量を金属ベース32から筐体8へ伝達可能な高熱伝導性を有した材料(例えばアルミナなど)で形成されている。なお、電気的絶縁性、及び高熱伝導性を有した適宜の絶縁材をセラミックプレート33の代わりに用いてもよい。
レーザー光源ユニット30は、図11に示すように、レーザー光を出力するレーザー半導体であるレーザーダイオード36と、レーザー光を制御するレンズ38と、を備える。
レンズ38は、樹脂材、又はガラス材から形成され、凸レンズの一種であるバイコーニックレンズであり、図8に示すように、レーザー光を放物反射面24Aの焦点fに所定のスポット形状で集光する。さらに当該レンズ38は、レーザーダイオード36から出射されたレーザー光の光束断面形状を蛍光体22に照射される際に、真円や正方形形状などの形状(当該蛍光体22の平面視形状に応じた形状)に近づくように整形する機能を有する。
これらの図に示すように、レーザーダイオード36は、略円板状のベース部50と、当該ベース部50の上面に設けられた台座部52と、当該台座部52を覆って密封するケース部54と、レーザー光を放射する素子であるLDチップ56(図13)と、を備えている。LDチップ56は台座部52の側面に取り付けられており、当該台座部52がヒートシンクとして機能し、LDチップ56の発熱による熱量を吸収することでLDチップ56の温度上昇が抑えられる。
少なくともベース部50、及び台座部52は導電性を有する材料(本実施形態では金属)で成型され、また他方のリード部材59は、これらベース部50、及び台座部52と電気的に接続されることで、これらが等電位に維持されるようになっている。そしてリード部材58、59の間の電位差がLDチップ56に与えられることで、当該LDチップ56がケース部54の上面54Aに向けてレーザー光を放射する。
そして、レーザーダイオード36のケース部54の上面54Aに上記レンズ38が固定され、出射開口55から出射されたレーザー光がレンズ38に直接入射し、当該レンズ38によって配光制御される。
かかる構成により、複数のレーザー光源ユニット30のそれぞれが適切な位置に、適切な姿勢で保持され、また投光装置1の運搬時や使用時の振動による位置ズレも抑えられる。
それぞれの取付孔部40では、図11に示すように、レーザーダイオード36の各リード部材58、59が連通部40Bの中を金属ベース32に非接触の状態で延びてリード線収容凹部63まで入り込み、そこでリード線64、65に結線される。各レーザーダイオード36は、リード線64、65によって電気的に直列に接続されており、これらリード線64、65が、図8に示すように、直流電力源の直流電力を伝送する点灯用電力ライン70の高電位側ライン71、及び低電位側ライン72のそれぞれに結線されている。
そこで、絶縁耐圧試験に伴うレーザーダイオード36の破壊を防止する手法として、金属ベース32と筐体8の間を絶縁する構成が考えられる。
しかしながら、発明者は、この構成において絶縁耐圧試験を行うと、金属ベース32を筐体8に直接、固定した場合と同様にレーザーダイオード36の損傷が発生する、との知見を得た。
すなわち、絶縁材であるセラミックプレート33には金属ベース32から光学プレート34への熱伝導を高めるために薄い(板厚1mm)のプレートが用いられており、金属ベース32と光学プレート34の間にセラミックプレート33による浮遊容量が生じる。本実施形態では、金属ベース32の底面積が約9000mm2であるため、約0.7μFの浮遊容量が発生している。
そして、この状態で絶縁耐圧試験が行われると、浮遊容量により金属ベース32と筐体8の間での絶縁性能が低下し、LDチップ56と台座部52の間に電圧が印加されるため、レーザーダイオード36の損傷が発生する。
各光源ユニット20の金属ベース32を等電位に維持する構成としては次のような構成が挙げられる。すなわち、光源ユニット20ごとに点灯用電力ライン70を備える場合、全ての金属ベース32を高電位側ライン71、または低電位側ライン72に接続する構成、或いは、複数の光源ユニット20を並列に接続し高電位側ライン71、または低電位側ライン72に接続されたひとつの金属ベース32と他の金属ベースを32接続する構成などである。
これにより、複数のレーザー光源ユニット30のそれぞれが適切な位置に、適切な姿勢で保持され、また投光装置1の運搬時や使用時の振動による位置ズレも抑えられる。
これにより、筐体8と金属ベース32の間をセラミックプレート33によって絶縁しつつ、当該セラミックプレート33の浮遊容量によるレーザーダイオード36への電位の影響が抑えられる。したがって、各レーザーダイオード36にあっては、絶縁耐圧試験において点灯回路に加えられる電位の大きさにかかわらず、金属ベース32を通じてベース部50、及び台座部52の電位が点灯用電力ライン70の高電位側、又は低電位側の電位に維持されるので、台座部52とLDチップが等電位に保たれることからLDチップ56に過度な電圧が加えられることがなく、過度な電圧によって当該LDチップ56がダメージを受けることを確実に防止できる。
これにより、筐体8への光源ユニット20の取付時にリード線64、65が邪魔になることがない。
これにより、レーザーダイオード36のリード部材58、59が露出することなく、金属ベース32の中で保護できる。
2 装置本体
8 筐体
20 光源ユニット
22 蛍光体
24 反射鏡
30 レーザー光源ユニット
32 金属ベース
33 セラミックプレート(絶縁板)
34 光学プレート
36 レーザーダイオード(レーザー半導体)
38 レンズ
40 取付孔部
40A 嵌込部
40B 連通部
50 ベース部
52 台座部
53 ワイヤ
54 ケース部
56 LDチップ
57 カバー部材
58、59 リード部材
63 リード線収容凹部
64、65 リード線
69 リード線引出孔
70 点灯用電力ライン
71 高電位側ライン
72 低電位側ライン
80 結線端止部
81 結線具
K 光軸
f 焦点
Claims (9)
- レーザー光を放射する複数のレーザー半導体と、
前記レーザー半導体の各々が取り付けられる金属製の金属ベースと、を備え、
前記金属ベースは、
前記レーザー半導体の各々を位置決めし、前記レーザー光の照射方向に応じた姿勢で保持する取付孔部が形成されている、
ことを特徴とする光源ユニット。 - 前記レーザー半導体は、
金属製の板状のベース部を有し、
当該ベース部が前記取付孔部に接触状態で取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。 - 前記複数のレーザー半導体の各々にはレーザー光を制御するレンズが設けられ、
前記レンズの裏面が前記取付孔部を塞ぎ、前記取付孔部の周囲に面接触することを特徴とする請求項2に記載の光源ユニット。 - 組み込まれる装置の筐体と前記金属ベースとの間を電気的に絶縁する絶縁板を備え、
前記金属ベースは、前記レーザー半導体を点灯するための直流電力の高電圧側、又は低電圧側の電位に維持される、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光源ユニット。 - 前記金属ベースは、
前記装置に組み込まれる他の光源ユニットの金属ベースと等電位に維持される、
ことを特徴とする請求項4に記載の光源ユニット。 - 前記レーザー半導体を点灯するための直流電力の高電位側、又は低電位側のいずれかのラインが前記金属ベースに接続され、
当該ラインが前記金属ベースからレーザー半導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項4または5に記載の光源ユニット。 - 前記金属ベースの裏面内に、
複数の前記レーザー半導体を直列に接続するリード線が収められるリード線収容凹部が設けられており、
当該リード線収容凹部が前記絶縁板によって閉じられている、
ことを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の光源ユニット。 - 前記取付孔部は、
前記リード線収容凹部に連通する連通部を有し、
前記レーザー半導体から延びるリード部材が前記連通部の中を前記金属ベースに非接触状態で延び、前記リード線収容凹部に収められた前記リード線と結線される、
ことを特徴とする請求項7に記載の光源ユニット。 - 請求項1から8のいずれかに記載の光源ユニットと、
前記光源ユニットのレーザー光によって励起され、蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光を反射する反射面と、を備え、
前記反射面で反射した光によって照明する
ことを特徴とする照明装置。
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