JP5557883B2 - Light emitting device, lighting device, vehicle headlamp - Google Patents
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Description
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device that functions as a high brightness light source.
近年、励起光源として発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)や半導体レーザ(LD;Laser Diode)等の半導体発光素子を用いた発光装置の研究が盛んになってきている。 In recent years, research on light-emitting devices using semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) as excitation light sources has become active.
このような発光装置に関する技術の一例として特許文献1及び2に開示された灯具がある。特許文献1及び2に記載された灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用い、この励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによってインコヒーレントな蛍光に変換して、それを照明光として利用している。
As an example of a technique related to such a light emitting device, there are lamps disclosed in
一般的に、照明光として用いられる白色光は、等色の原理を満たす3つの色の混色、または補色の関係を満たす2つの色の混色などで実現できる。この等色または補色の原理に基づき、例えば、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色との混色で白色光を実現できる。 In general, white light used as illumination light can be realized by mixing three colors satisfying the principle of equal colors, or mixing two colors satisfying a complementary color relationship. Based on the principle of the same color or complementary color, for example, white light can be realized by mixing the color of the laser light oscillated from the semiconductor laser and the color of the light emitted from the phosphor.
また、半導体レーザを励起光源として用いることにより、ハイパワーな励起光を発振する励起光源を実現できる。 Further, by using a semiconductor laser as an excitation light source, an excitation light source that oscillates high-power excitation light can be realized.
白色LEDを用いて車両用ヘッドランプを実現する技術の例としては、非特許文献1に開示された車両用ヘッドランプがあるが、単一の白色LEDでは、輝度・光束が小さいという問題点がある。 As an example of a technique for realizing a vehicle headlamp using a white LED, there is a vehicle headlamp disclosed in Non-Patent Document 1. However, a single white LED has a problem that luminance and luminous flux are small. is there.
前記従来の特許文献1及び2に開示された灯具では、蛍光体の同一点に複数の励起光を導光し、蛍光体を含む微小な発光部に照射される励起光のパワーが高くなっている。
In the conventional lamps disclosed in
しかしながら、集光されたレーザ光のような高いパワー、かつ高いパワー密度で発光部を励起すると、発光部が激しく劣化するという問題点が生ずることを発明者は見出した。 However, the inventor has found that when the light emitting part is excited with high power and high power density such as focused laser light, the light emitting part deteriorates severely.
本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
本発明の発光装置は、上記の課題を解決するために、
複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第1光学系と、
前記第1光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第2光学系とを備えており、
前記第2光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凸レンズを含み、
前記第1光学系は、一端から入射した各レーザ光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、他端の断面積は、前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各レーザ光を、前記囲繞構造により前記他端に導光する集光部材を含み、
前記第1光学系及び前記第2光学系は一体化された導光部材となっており、
前記導光部材における第1光学系側の一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光は、前記導光部材における第2光学系側の他端に導光され、
前記第2光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the light emitting device of the present invention
A group of laser light sources for generating a plurality of laser beams;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group;
A first optical system for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system that irradiates and distributes each laser beam guided by the first optical system to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit,
The second optical system includes a convex lens having a concave surface on at least the light irradiation region side,
The first optical system has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each laser beam incident from one end, and a cross-sectional area at the other end is smaller than a cross-sectional area at the one end. A condensing member that guides each laser beam incident from the one end to the other end by the surrounding structure,
The first optical system and the second optical system are integrated light guide members,
Each laser beam generated from the laser light source group incident from one end of the light guide member on the first optical system side is guided to the other end of the light guide member on the second optical system side,
The other end on the second optical system side is characterized in that a light dispersion portion for irradiating each of the guided laser beams by dispersing them in the light irradiation region is formed.
本発明の発光装置は、以上のように、
複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第1光学系と、
前記第1光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第2光学系とを備えており、
前記第2光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凸レンズを含み、
前記第1光学系は、一端から入射した各レーザ光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、他端の断面積は、前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各レーザ光を、前記囲繞構造により前記他端に導光する集光部材を含み、
前記第1光学系及び前記第2光学系は一体化された導光部材となっており、
前記導光部材における第1光学系側の一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光は、前記導光部材における第2光学系側の他端に導光され、
前記第2光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている構成である。
The light emitting device of the present invention is as described above.
A group of laser light sources for generating a plurality of laser beams;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group;
A first optical system for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system that irradiates and distributes each laser beam guided by the first optical system to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit,
The second optical system includes a convex lens having a concave surface on at least the light irradiation region side,
The first optical system has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each laser beam incident from one end, and a cross-sectional area at the other end is smaller than a cross-sectional area at the one end. A condensing member that guides each laser beam incident from the one end to the other end by the surrounding structure,
The first optical system and the second optical system are integrated light guide members,
Each laser beam generated from the laser light source group incident from one end of the light guide member on the first optical system side is guided to the other end of the light guide member on the second optical system side,
At the other end on the second optical system side, there is formed a light dispersion portion that irradiates and distributes each of the guided laser beams to the light irradiation region.
それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long lifetime.
本発明の一実施形態について図1〜図16(c)に基づいて説明すれば、以下の通りである。以下の特定の項目で説明すること以外の構成は、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明する構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Configurations other than those described in the following specific items may be omitted as necessary, but are the same as the configurations described in other items. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in each item are given the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted as appropriate.
なお、以下で説明する発光装置(照明装置,車両用前照灯)110、発光装置(照明装置,車両用前照灯)120A、発光装置(照明装置,車両用前照灯)120B及び照明装置(発光装置,車両用前照灯)140などの各形態は、いずれも車両等用のヘッドランプの使用に適する照明装置又は車両用前照灯の発光装置部として説明するが、本発明を具現化した形態はこれらの形態に限られず、照明装置又は車両用前照灯以外の灯具及び照明器具などにも適用することができる。 Note that a light emitting device (lighting device, vehicle headlamp) 110, a light emitting device (lighting device, vehicle headlight) 120A, a light emitting device (lighting device, vehicle headlight) 120B, and a lighting device described below. Each form such as (light emitting device, vehicle headlamp) 140 will be described as a lighting device suitable for use in a headlamp for a vehicle or the like, or a light emitting device portion of a vehicle headlamp. Forms made into are not limited to these forms, and can be applied to lighting devices and lighting fixtures other than lighting devices or vehicle headlamps.
〔1.発光装置の概要構成について〕
まず、図1に基づき、本発明の一実施形態である発光装置110の概要構成について説明する。
[1. (Outline configuration of light emitting device)
First, a schematic configuration of a
図1は、本発明の一実施形態である発光装置110の概要構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図1に示すように、発光装置110は、インコヒーレント光(光)L3を発生するものであり、レーザダイオード群(励起光源群)10、第1導光部(第1光学系)20、凸シリンドリカルレンズ(第2光学系)30及び直方体状発光体(発光部)40を備える。
As shown in FIG. 1, the
レーザダイオード群10は、複数の励起光源が集まった励起光源群の一例であり、本実施形態では、合計5つの単一の光出射端を持つLDチップ(励起光源)11を備える。それぞれのLDチップ11からは、レーザ光(励起光)L0が発生する。
The
なお、図1に示すLDチップ11は、径5.6mmのパッケージに封入されている様子を示している。
1 shows a state in which the
また、LDチップ11は、1チップ1ストライプの半導体レーザであり、発振波長は、405nmである。LDチップ11の光出力は、1.0W、動作電圧は、5V、電流は0.6Aである。
The
なお、LDチップ11の発振波長は、青紫色領域又は青色領域(380nm以上490nm以下)の発振波長を有するものであれば良い。
The oscillation wavelength of the
また、現在の技術では波長380nm以下の良質な短波長レーザを作るのは困難であるが、将来的には380nm以下で発振するように設計されたLDチップ11も光源として採用しても良い。
Moreover, although it is difficult to produce a high-quality short-wavelength laser with a wavelength of 380 nm or less with the current technology, an
これにより、単純計算で合計5つのLDチップ11の合計の光束が、光源全体の光束となるので、単一のLDチップ11のみを用いる場合と比較して光源全体の光束を約5倍程度大きくすることができる。但し、LDチップ11の性能は均等であるものとする。
As a result, the total luminous flux of a total of five
なお、本実施形態では、レーザダイオード群10を構成するLDチップ11の数は5つとしているが、LDチップ11の数はこれに限られず、2〜4つ又は6つ以上のいずれであっても良い。
In the present embodiment, the number of
なお、励起光源群の例としては、レーザダイオード群10のように単一の光出射端を有する、複数のLDチップ11(1チップ1ストライプ)が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、後述するLDチップ101(1チップ複数ストライプ)のように、複数の励起光源[発光点(励起光源)102]を一体化して単一(1チップ)の半導体レーザとし、このLDチップ101から複数のレーザ光L0が発生する構成としても良い。
As an example of the excitation light source group, a plurality of LD chips 11 (one chip and one stripe) having a single light emitting end are spatially separated as in the
また、励起光源群を構成する各励起光源は、本実施形態のLDチップ11のようにコヒーレントなレーザ光L0を発生するものであっても良いし、LEDのようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。
Further, each excitation light source constituting the excitation light source group may generate a coherent laser beam L0 as in the
また、励起光源群は、LD又はLEDのみで構成しても良いし、LD及びLEDを混在させたものであっても良い。 In addition, the excitation light source group may be composed of only LD or LED, or may be a mixture of LD and LED.
次に、第1導光部20は、光入射部(第1光学系の一端)201から入射したそれぞれのレーザ光L0を、光出射部(第1光学系の他端)202に導光し、導光した各レーザ光L0由来の出射光(励起光)L1を光出射部202から出射する。
Next, the first
これにより、第1導光部20の光入射部201から光出射部202までの距離を調整することで、レーザダイオード群10と、直方体状発光体40とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザダイオード群10で発生する熱の影響により、直方体状発光体40が劣化してしまうことを防止することができる。
Thereby, by adjusting the distance from the
また、LDチップ11から発振されるレーザ光L0は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、発光装置110は、レーザ光L0を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。
Further, since the laser light L0 oscillated from the
そのため、非常に小さな直方体状発光体40を形成することができ、その結果、小型で超高輝度の発光装置110を実現できる。
Therefore, a very small rectangular
よって、このようなLDチップ11を励起光源として用いた発光装置110を車両用ヘッドランプに適用することにより、車両用等のヘッドランプを小型化できるなど、種々のメリットが生まれる。
Therefore, by applying the
なお、図1に示す第1導光部20は、レーザ光L0をどの様に光入射部201から光出射部202に導光するかについては、具体的に記載していない。
Note that the
しかしながら、第1導光部20の具体例としては、大きく分けて、3つの形態が例示できる。
However, specific examples of the
第1の形態は、光入射部201の断面積よりも光出射部202の断面積が小さくなるように第1導光部20を公知の集光素子(第1光学系)などで構成する場合である。
In the first embodiment, the first
例えば、以下で説明する角錐台状集光部(第1光学系)21Aや、フレネルレンズ(第1光学系)、透過型回折格子(第1光学系)などが例示できる。 For example, a truncated pyramid-shaped condensing part (first optical system) 21A, a Fresnel lens (first optical system), a transmission diffraction grating (first optical system), and the like described below can be exemplified.
第2の形態は、光入射部201の断面積と光出射部202の断面積とがほぼ同一で、各レーザ光L0を導光する複数の導光部材の束で第1導光部20を構成する場合である。
In the second embodiment, the cross-sectional area of the
例えば、以下で説明する光ファイバー束(第1光学系,複数の光ファイバー)22や、導波管の束(第1光学系)などが例示できる。 For example, an optical fiber bundle (first optical system, a plurality of optical fibers) 22 described below and a bundle of waveguides (first optical system) can be exemplified.
第3の形態は、第1導光部20を上述した複数の導光部材と集光素子などとの組合せで構成する場合である。
A 3rd form is a case where the 1st
例えば、例えば、光ファイバー束22及び集光素子の組合せ(第1光学系)が例示できる。
For example, for example, a combination of the
第1導光部20のより具体的な形態については後ほど説明する。
A more specific form of the
なお、後ほど説明する具体的な形態の他、第1導光部20(集光素子)を公知のフレネルレンズ(第1光学系)などで構成してレーザ光L0を光入射部201から光出射部202に集光(導光)しても良いし、第1導光部20を公知の透過型回折格子(第1光学系)などで構成してレーザ光L0を光入射部201から光出射部202に集光しても良い。
In addition to the specific form described later, the first light guide unit 20 (light condensing element) is configured by a known Fresnel lens (first optical system) and the like, and the laser light L0 is emitted from the
フレネルレンズの凹凸パターン及び透過型回折格子の格子パターンは、レーザ光L0を光入射部201から光出射部202に集光できるような適切なパターンとすれば良い。
The concave-convex pattern of the Fresnel lens and the grating pattern of the transmission diffraction grating may be appropriate patterns that can focus the laser light L0 from the
光入射部201をフレネルレンズ又は透過型回折格子とした場合、例えば、以下で説明する1チップに複数の発光点102を有するLDチップ(励起光源群)101と組合せることで、これらの光学系のサイズを小さくできると共に、その量産性を高め、製造コストを低減させることができる。
When the
すなわち、第1導光部20をはじめとする「第1光学系」としては、例えば、一端から入射した各レーザ光L0を他端に導光する単体の光学部品で構成しても良く、また、一端から入射した各レーザ光L0を他端に導光し、導光された各レーザ光L0をその他端から出射光L1として出射する第1光学部品と、一端から入射した第1光学部品の他端から出射した出射光L1を他端に導光する第2光学部品との組合せのように、複数の光学部品で構成しても良い。また、「第1光学系」は、後述する光ファイバー束22の例のように複数の光学部品を束ねて構成しても良い。
That is, the “first optical system” including the first
また、本実施形態では、「第2光学系」の例として単体の光学部品である凸シリンドリカルレンズ30を用いた場合について説明するが、「第2光学系」は、第1導光部20によって導光された各レーザ光L0由来の出射光L1を、照射光L2として直方体状発光体40の光照射領域に分散して照射できるものであれば良く、この他、例えば、第1導光部20によって導光された出射光L1を2つのレンズを用いて光照射領域に分散して照射する場合のように複数の光学部品で構成しても良い。
In the present embodiment, a case where the convex
また、上述した例のように「第1光学系」及び「第2光学系」は、独立した2以上の光学部品で構成しても良いし、後述する角錐台状光学部材(導光部材,第1光学系,第2光学系)21Bのように一体化された1つの光学部品で構成しても良い。 Further, as in the above-described example, the “first optical system” and the “second optical system” may be configured by two or more independent optical components, or a truncated pyramid-shaped optical member (light guide member, (1st optical system, 2nd optical system) You may comprise by one optical component integrated like 21B.
凸シリンドリカルレンズ(第2光学系,鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)30は、鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズであり、光出射部202から出射した出射光L1を水平方向に分散し、照射光(励起光)L2として直方体状発光体40(図示しない光照射領域)に照射する。
A convex cylindrical lens (second optical system, convex lens having a convex surface having a vertical axis) 30 is a plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction, and the outgoing light L1 emitted from the
なお、本実施形態では、「第2光学系」の例として鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズを採用したが、これに限られず、例えば、鉛直方向に軸を持つ両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いても良い。 In the present embodiment, a plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction is employed as an example of the “second optical system”. However, the present invention is not limited thereto, and examples thereof include a biconvex lens having an axis in the vertical direction, a plano-convex lens, A convex meniscus lens or the like may be used.
凸シリンドリカルレンズ30によれば、出射光L1の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも大きくなる場合であっても、直方体状発光体40の光照射領域の水平方向に長い形状に合せて光照射領域に照射光L2が分散して照射されるようにすることができる。
According to the convex
なお、出射光L1を水平方向に分散させるのは、光照射領域の特定の1点に集中させることなく、水平方向に長い直方体状発光体40の全体に亘って照射光L2を照射するためである。
The reason why the emitted light L1 is dispersed in the horizontal direction is to irradiate the irradiation light L2 over the entire rectangular parallelepiped
言い換えれば、出射光L1を水平方向に分散させるのは、直方体状発光体40の一部をピンポイントで励起しないように照射光L2を、直方体状発光体40が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射するためである。なお、直方体状発光体40が劣化しない程度の強度であれば、照射光L2が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。
In other words, the emitted light L1 is dispersed in the horizontal direction by irradiating the irradiation light L2 so as not to excite a part of the cuboid-
また、本実施形態では、光出射部202のサイズよりも光照射領域のサイズが大きい場合を想定しているため、照射面積が拡がりつつ光照射領域に照射光L2が照射されているが、逆に、光出射部202のサイズよりも光照射領域のサイズが小さい場合には、集光作用をもつレンズ等を用いて照射面積を縮小しつつ光照射領域に照射光L2を照射しても良い。
In this embodiment, since it is assumed that the size of the light irradiation region is larger than the size of the
ただし、集光作用をもつレンズ等を用いて照射面積を縮小しつつ光照射領域に照射光L2を照射する場合には、照射光L2を光照射領域の特定の1点に集中させないように注意する。より具体的には、集光作用をもつレンズ等の開口数や焦点距離、配置位置などを調整して光照射領域上の一点にフォーカスさせないようにすれば良い。 However, when irradiating the light irradiation region with the irradiation light L2 while reducing the irradiation area using a lens having a condensing function, be careful not to concentrate the irradiation light L2 on a specific point in the light irradiation region. To do. More specifically, it is only necessary to adjust the numerical aperture, focal length, arrangement position, etc. of a lens or the like having a condensing function so as not to focus on one point on the light irradiation region.
また、コリメートレンズなどを用いて、照射面積をほぼ一定にして光照射領域に照射光L2を照射しても良い。 Further, using a collimator lens or the like, the irradiation area L may be irradiated with the irradiation light L2 with a substantially constant irradiation area.
次に、直方体状発光体40は、照射光L2が照射されると、インコヒーレント光L3を発生する。すなわち、直方体状発光体40は、少なくとも照射光L2が照射されることによりインコヒーレント光L3を発生する蛍光体を含んでいる。
Next, the rectangular
直方体状発光体40の大きさは、例えば、車両用ヘッドランプに用いる場合は、横×縦×高さ=3mm×1mm×1mm程度の大きさである。
The size of the rectangular parallelepiped light-emitting
また、直方体状発光体40は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。
Moreover, although the rectangular parallelepiped light-emitting
また、直方体状発光体40は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。分散媒は固体が好ましいが、光透過性のある直方体状の容器に蛍光体を封じ込めるような場合には、分散媒を液体としても良い。
The rectangular
分散媒としては、透光性の樹脂材料が好ましく、シリコーン樹脂が例示できる。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、重量比で10:1程度とする。なお、分散媒は、シリコーン樹脂に限定されず、無機ガラス材料をはじめとするガラス材料であってもよいし、有機・無機ハイブリッド材料であっても良い。 As the dispersion medium, a translucent resin material is preferable, and a silicone resin can be exemplified. The ratio between the silicone resin and the phosphor is about 10: 1 by weight. The dispersion medium is not limited to a silicone resin, and may be a glass material including an inorganic glass material, or an organic / inorganic hybrid material.
以上より、発光装置110は、直方体状発光体40の光照射領域に、各レーザ光L0由来の出射光L1が水平方向に分散して照射光L2として照射されるため、直方体状発光体40に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
As described above, since the
よって、直方体状発光体40からムラなくインコヒーレント光L3が発生するので、単一のLDチップ11を用いる場合と比較して発光装置110の高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光L0由来の出射光L1を直方体状発光体40の光照射領域上の一点に集中して照射させず、第1導光部20及び凸シリンドリカルレンズ30を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光L0が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体40が劣化してしまうことを防止することができる。
In addition, the emitted light L1 derived from each laser beam L0 is not irradiated in a concentrated manner on one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置110を提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
なお、「蛍光体」とは、照射光L2を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレント光L3を発生する物質のことである。 Note that the “phosphor” is an incoherent light that is generated when an electron in a low energy state is excited to a high energy state by irradiating the irradiation light L2, and the electron transitions from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates L3.
また、蛍光体としては、サイアロン蛍光体(酸窒化物系蛍光体)若しくはIII−V族化合物半導体ナノ粒子蛍光体が好ましいが、セリウム(Ce)で賦活したイットリウム(Y)−アルミニウム(Al)−ガーネット(YAG:Ce)蛍光体などを用いても良い。 The phosphor is preferably a sialon phosphor (oxynitride phosphor) or a III-V compound semiconductor nanoparticle phosphor, but yttrium (Y) -aluminum (Al)-activated with cerium (Ce). A garnet (YAG: Ce) phosphor or the like may be used.
サイアロンは、窒化ケイ素と同様に、結晶構造によりα型とβ型とがある。特に、α−サイアロンは,一般式Si12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n(m+n<12,0<m ,n<11;m ,nは整数)であらわされる28原子からなる単位構造の中に2箇所の空隙があり,ここに各種金属を侵入型固溶させることが可能である.希土類元素を固溶させることで,蛍光体になる。カルシウム(Ca)とユーロピウム(Eu)とを固溶させると、YAG:Ceよりも長波長の黄色から橙色の範囲で発光する特性の良い蛍光体が得られる。 Similar to silicon nitride, sialon has α-type and β-type depending on the crystal structure. In particular, alpha-sialon has the general formula Si 12- (m + n) Al (m + n) O n N 16-n (m + n <12,0 <m, n <11; m, n is an integer) from 28 atom represented by There are two voids in the unit structure, and it is possible to enter various types of metal into this. It becomes a phosphor by dissolving rare earth elements. When calcium (Ca) and europium (Eu) are dissolved, a phosphor having excellent characteristics of emitting light in a yellow to orange range with a longer wavelength than YAG: Ce can be obtained.
また、サイアロン蛍光体は、青紫領域若しくは青色領域(380nm以上490nm以下)の光で励起可能であり、白色LED用の蛍光体などに適している。 The sialon phosphor can be excited by light in a blue-violet region or a blue region (380 nm or more and 490 nm or less), and is suitable for a phosphor for a white LED.
次に、サイアロン蛍光体の合成手順を示す。組成は、一般式CapSi12−(m+n)Al(m+n)OnN16−n:Euq(p ,qは、それぞれCa,Euの固溶量、m+n<12,0<m ,n<11;m,nは整数)で表される。あらかじめ実験によりCaの固溶量pとEuの固溶量qの最適値を求め,mおよびnは電荷の中性を保つ条件などから決定する。 Next, a procedure for synthesizing a sialon phosphor will be described. The composition of the general formula Ca p Si 12- (m + n ) Al (m + n) O n N 16-n: Eu q (p, q are each Ca, solid solution amount of Eu, m + n <12,0 < m, n <11; m and n are integers). The optimum values of the solid solution amount p of Ca and the solid solution amount q of Eu are obtained in advance by experiments, and m and n are determined based on conditions for maintaining the neutrality of the charge.
また、出発原料として窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化ユーロピウム(Eu2O3)の各粉末を用い、秤量・混合した後に焼結温度1700℃で窒素ガス加圧焼結を行う。その後、これを粉末に崩せば、サイアロン蛍光体を得ることができる。 Further, powders of silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), calcium carbonate (CaCO 3 ), and europium oxide (Eu 2 O 3 ) are used as starting materials, and after weighing and mixing, sintering temperature 1700 Perform nitrogen gas pressure sintering at ℃. Then, if this is broken into powder, a sialon phosphor can be obtained.
サイアロン蛍光体は、レーザ光L0に対する劣化耐性が強い蛍光体である。よって、理論的には、直方体状発光体40をサイアロン蛍光体のみで構成すれば、劣化をより効果的に防止することができる。
The sialon phosphor is a phosphor having a strong deterioration resistance against the laser beam L0. Therefore, theoretically, if the rectangular parallelepiped light-emitting
また、蛍光体の別の好適な例としては、III−V族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。 Moreover, as another suitable example of fluorescent substance, the semiconductor nanoparticle fluorescent substance using the nanometer-sized particle | grains of a III-V group compound semiconductor can be illustrated.
半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体(例えばインジュウムリン:InP)を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、InPでは、粒子サイズが3〜4nm程度のときに赤色に発光する(ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡(TEM)にて評価した)。 One of the features of semiconductor nanoparticle phosphors is that even if the same compound semiconductor (for example, indium phosphorus: InP) is used, the emission color is changed by the quantum size effect by changing the particle diameter to nanometer size. It is a point that can be. For example, InP emits red light when the particle size is about 3 to 4 nm (here, the particle size was evaluated with a transmission electron microscope (TEM)).
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が10ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて5桁も小さいためである。 In addition, since this semiconductor nanoparticle phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime and can emit the excitation light power as fluorescence quickly, so that it is highly resistant to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude smaller than that of a normal phosphor material having a rare earth as the emission center.
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。 Furthermore, as described above, since the emission lifetime is short, the absorption of the laser beam and the emission of the phosphor can be quickly repeated. As a result, high efficiency can be maintained with respect to strong laser light, and heat generation from the phosphor can be reduced.
よって、直方体状発光体40が熱により劣化(変色や変形)するのをより抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、本実施形態の発光装置110や、後述する発光装置120A、発光装置120B及び照明装置140などの寿命が短くなるのをより抑制することができる。
Therefore, it can suppress more that the rectangular parallelepiped light-emitting
なお、上述した直方体状発光体40の劣化は、直方体状発光体40に含まれる蛍光体の分散媒(例えば、シリコーン樹脂)の劣化が原因であると考えられる。すなわち、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると60〜80%の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって分散媒が劣化すると考えられる。
In addition, it is thought that deterioration of the rectangular
従って、分散媒としては、熱耐性の高い分散媒が好ましい。熱耐性の高い分散媒としては、例えば、ガラスなどが例示できる。 Therefore, a dispersion medium having high heat resistance is preferable as the dispersion medium. Examples of the dispersion medium having high heat resistance include glass.
ところで、白色光は、前述したように等色の原理を満たす3つの色の混色、または補色の関係を満たす2つの色の混色で構成できることが知られているが、この等色または補色の原理に基づきLDチップ11から発振されたレーザ光L0の色と蛍光体が発するインコヒーレント光L3の色とを適切に選択することにより白色光を発生させることができる。
By the way, it is known that white light can be composed of a mixed color of three colors satisfying the principle of equal color as described above, or a mixed color of two colors satisfying the relationship of complementary colors. Accordingly, white light can be generated by appropriately selecting the color of the laser light L0 oscillated from the
例えば、発光装置110のインコヒーレント光L3を白色とするには、1つの方法は、励起光として青紫色領域の発振波長(380nm以上420nm未満)のレーザ光を用い、蛍光体として青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の組合せを採用すれば良い。
For example, in order to make the incoherent light L3 of the
また、もう1つの方法は、励起光として青色領域の発振波長(440nm以上490nm以下)のレーザ光、黄色蛍光体又は緑色蛍光体+赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。 Another method may employ a combination of laser light having an oscillation wavelength (440 nm or more and 490 nm or less) in the blue region, yellow phosphor, or green phosphor + red phosphor as excitation light.
さらに、励起光源として青色領域の発振波長(440nm以上490nm以下)のLED光、蛍光体として黄色蛍光体又は緑色蛍光体+赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。 Further, LED light having an oscillation wavelength (440 nm or more and 490 nm or less) in the blue region may be used as the excitation light source, and any combination of yellow phosphor or green phosphor + red phosphor may be employed as the phosphor.
なお、黄色の蛍光体とは、560nm以上590nm以下の波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、510nm以上560nm以下の波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、600nm以上680nm以下の波長を有する光を発する蛍光体である。 The yellow phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 560 nm to 590 nm. The green phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 510 nm or more and 560 nm or less. The red phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 600 nm or more and 680 nm or less.
〔2.励起光源の概要構成について〕
次に、図2(a)〜(d)に基づき、励起光源群を構成する励起光源の具体例について説明する。
[2. Overview of the excitation light source configuration)
Next, a specific example of the excitation light source constituting the excitation light source group will be described with reference to FIGS.
図2(a)は、励起光源群を構成する励起光源の一例であるLEDランプ(励起光源)13の回路図であり、図2(b)は、LEDランプ13の概観を示す正面図であり、図2(c)は、励起光源の他の例であるLDチップ11の回路図であり、図2(b)は、LDチップ11の概観を示す模式図である。
FIG. 2A is a circuit diagram of an LED lamp (excitation light source) 13 which is an example of an excitation light source constituting an excitation light source group, and FIG. 2B is a front view showing an overview of the
図2(b)に示すように、LEDランプ13は、アノード14とカソード15に接続されたLEDチップ(励起光源)130が、エポキシ樹脂キャップ16によって封じこめられた構成である。
As shown in FIG. 2B, the
図2(a)に示すように、LEDチップ130は、p型半導体131とn型半導体132とをpn接合し、p型電極133にカソード15が接続され、n型電極134にアノード14が接続される。なお、LDチップ101は、抵抗Rを介して電源Eと接続されている。
As shown in FIG. 2A, the
また、アノード14とカソード15とを電源Eに接続することにより、回路が構成され、電源EからLEDチップ130に電力が供給されることによってpn接合附近からインコヒーレントな励起光を発生する。
Further, by connecting the
LEDチップ130の材料としては、発光色が赤色となるGaP、AlGaAs、GaAsPなど、発光色が橙色となるGaAsP、発色光が黄色となるGaAsP、GaP、発光色が緑となるGaP、発光色が青色となるSiC、GaNなどの化合物半導体が例示できる。
The material of the
なお、LEDチップ130は、約2V〜4V程度の低電圧で動作し、小型軽量で、応答速度が速い、長寿命で、低コストといった特徴がある。
The
次に、図2(c)及び(d)に示すように、LDチップ11は、カソード電極19、基板18、クラッド層113、活性層111、クラッド層112、アノード電極17がこの順に積層された構成である。
Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, the
基板18は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはGaN、サファイア、SiCを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板としては、その他には、Si、GeおよびSiC等のIV属半導体、GaAs、GaP、InP、AlAs、GaN、InN、InSb、GaSbおよびAlNに代表されるIII−V属化合物半導体、ZnTe、ZeSe、ZnSおよびZnO等のII−VI属化合物半導体、ZnO、Al2O3、SiO2、TiO2、CrO2およびCeO2等の酸化物絶縁体、並びに、SiNなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
The
アノード電極17は、クラッド層112を介して活性層111に電流を注入するためのものである。
The
カソード電極19は、基板18の下部から、クラッド層113を介して活性層111に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極17・カソード電極19に順方向バイアスをかけて行う。
The
活性層111は、クラッド層113及びクラッド層112で挟まれた構造になっている。
The
また、活性層111およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはAlInGaNから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Al、Ga、In、As、P、N、Sbを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Zn、Mg、S、Se、TeおよびZnO等のII−VI属化合物半導体によって構成されていてもよい。
As the material for the
また、活性層111は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層112及びクラッド層113との屈折率差により、発光した光が活性層111内に閉じ込められる。
The
さらに、活性層111には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面114・裏側へき開面115が形成されており、この表側へき開面114・裏側へき開面115が鏡の役割を果す。
Further, the
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層111の表側へき開面114・裏側へき開面115(本実施の形態では、便宜上表側へき開面114とする)から出射され、レーザ光L0となる。なお、活性層111は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
However, unlike a mirror that completely reflects light, a part of the light amplified by stimulated emission is obtained by cleaving the front side cleaved
なお、表側へき開面114と対向する裏側へき開面115には、レーザ発振のための反射膜(図示せず)が形成されており、表側へき開面114と裏側へき開面115との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面114よりレーザ光L0の大部分を発光点103から照射されるようにすることが出来る。
Note that a reflective film (not shown) for laser oscillation is formed on the back side cleaved
クラッド層113・クラッド層112および活性層111などの各半導体層との膜形成については、MOCVD(有機金属化学気相成長)法やMBE(分子線エピタキシー)法、CVD(化学気相成長)法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
As for film formation with each semiconductor layer such as the
〔3.第2光学系の選定方法〕
次に、図4(a)〜(f)及び図6(a)に基づき、第1光学系からの出射光の照射範囲と第2光学系の選定方法との関係について説明する。
[3. Method for selecting second optical system]
Next, based on FIGS. 4A to 4F and FIG. 6A, the relationship between the irradiation range of the emitted light from the first optical system and the selection method of the second optical system will be described.
まず、図4(a)に示すようにLDチップ11(図4(a)に示すパッケージの先端部の大きな直方体の上にある小さな直方体)を水平に設置した時、LDチップ11から放射されるレーザ光L0は、縦(鉛直方向)に長く、横(水平方向)に短い楕円錐状となる光出射傾向を示す。
First, as shown in FIG. 4A, when the LD chip 11 (a small rectangular parallelepiped on the large rectangular parallelepiped at the tip of the package shown in FIG. 4A) is installed horizontally, it is emitted from the
すなわち、LDチップ11から放射されるレーザ光L0は、縦横比(アスペクト比)が非常に大きい(例えば、水平方向で5度、垂直方向で30度)。
That is, the laser light L0 emitted from the
一方、図4(b)に示すように直方体状発光体40は、鉛直方向に短く、水平方向に長い直方体形状である。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the rectangular
そうすると、直方体状発光体40の発光効率を高くするためには、縦に長い楕円錐状に広がるレーザ光L0を、鉛直方向に短く水平方向に長い照射光L2に変換する光学部品(第2光学系)が必要となる。
Then, in order to increase the light emission efficiency of the rectangular
次に、第1光学系として後述する角錐台状集光部(第1光学系)21Aを採用したときの光出射傾向につい説明する。 Next, the light emission tendency when a truncated pyramid shaped condensing part (first optical system) 21A described later is adopted as the first optical system will be described.
まず、図4(c)に示す状態は、第2光学系が存在しない場合の角錐台状集光部21Aの出射光の光出射傾向のパターンとして、光出射面212Aの水平方向の幅が比較的大きく出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1(不図示、図6(a)参照)の水平方向の幅より大きい場合を示している。このような場合としては、光照射領域R1の水平方向の幅よりも光出射面212Aの水平方向の幅が大きい場合などが好例である。
First, in the state shown in FIG. 4C, the horizontal width of the
また、光出射面212Aの水平方向の幅が光照射領域R1の水平方向の幅よりも小さい場合でも、角錐台状集光部21Aの形状によっては、出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅より大きくなる場合が生じうる。
Even when the horizontal width of the
例えば、光出射面212Aが平坦な面で構成されている場合、光出射面212Aから出射される出射光L1は、通常平行光であることはあり得ず、若干なりとも拡がって出射される。また、後述する第1光学系として光ファイバー束22を用いる場合でも、光ファイバー223は全反射を利用していることから、やはり若干なりとも拡がって出射される。
For example, when the
よって、光出射面212Aの水平方向の幅と直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅の大小関係のみならず、光出射面212Aから直方体状発光体40までの距離が離れていれば(離して直方体状発光体40を設置すれば)、出射光L1の水平方向の拡がりが、光照射領域R1の水平方向の幅より大きくなり得る。
Therefore, not only the magnitude relationship between the horizontal width of the
次に、図4(e)に示す状態は、第2光学系が存在しない場合の角錐台状集光部21Aの出射光の光出射傾向のパターンとして、光出射面212Aの水平方向の幅が比較的小さく出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1(不図示、図6(a)参照)の幅より小さい場合を示している。
Next, in the state shown in FIG. 4E, the horizontal width of the
このような場合としては、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅よりも光出射面212Aの水平方向の幅が極端に小さい場合などが好例である。
As such a case, a case where the horizontal width of the
また、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅よりも光出射面212Aの水平方向の幅が極端に小さくなくても、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅が光出射面212Aの水平方向の幅と同程度の大きさである場合に角錐台状集光部21Aの光学設計を工夫することによって光出射面212Aから出射される出射光L1がほぼ平行光となった場合などにも、出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅より小さくなり得る。
Further, even if the horizontal width of the
ここで、図4(d)に示す凸シリンドリカルレンズ30は、鉛直方向(紙面の表裏方向)に軸を持ち、凸部を光照射領域R1側に向けた平凸シリンドリカルレンズであり、出射光L1の直方体状発光体40に対する水平方向の拡がりを小さくする機能を有する光学部品である。
Here, the convex
よって、図4(c)に示すように出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅より大きい場合は、角錐台状集光部21Aと、直方体状発光体40の間に、凸シリンドリカルレンズ30を設ければ良い。
Therefore, as shown in FIG. 4C, when the horizontal spread of the emitted light L1 is larger than the horizontal width of the light irradiation region R1 of the rectangular
一方、図4(f)に示す凹シリンドリカルレンズ(第2光学系)31は、鉛直方向に軸を持ち、凹部を光照射領域R1側に向けた平凹シリンドリカルレンズであり、出射光L1の直方体状発光体40に対する水平方向の拡がりを大きくする機能を有する光学部品である。
On the other hand, the concave cylindrical lens (second optical system) 31 shown in FIG. 4 (f) is a plano-concave cylindrical lens having an axis in the vertical direction and a concave portion facing the light irradiation region R1, and a rectangular parallelepiped of the emitted light L1. This is an optical component having a function of increasing the horizontal spread with respect to the
よって、図4(e)に示すように出射光L1の水平方向の拡がりが、直方体状発光体40の光照射領域R1の水平方向の幅より小さい場合は、角錐台状集光部21Aと、直方体状発光体40の間に、凹シリンドリカルレンズ31を設ければ良い。
Therefore, as shown in FIG. 4E, when the horizontal spread of the emitted light L1 is smaller than the horizontal width of the light irradiation region R1 of the rectangular
なお、凹シリンドリカルレンズ31の例としては、鉛直方向に軸を持つ両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ等が例示できる。
Examples of the concave
なお、上述した例の他、発光部の光照射領域の形状に応じて、任意の軸を持つ凹面及び凸面を有する独立したレンズの組合せ、任意の軸を持つ凸面及び凸面を有する独立したレンズの組合せ、任意の軸を持つ凹面及び凹面を有する独立したレンズの組合せなどを採用しても良い。 In addition to the above-described example, a combination of an independent lens having a concave surface and a convex surface having an arbitrary axis, an independent lens having a convex surface and a convex surface having an arbitrary axis, depending on the shape of the light irradiation region of the light emitting unit. A combination, a concave surface having an arbitrary axis, and an independent lens having a concave surface may be adopted.
これにより、発光部の光照射領域の形状に応じて適切なレンズの組合せを採用することで、発光部の発光効率を高めることができる。 Thereby, the luminous efficiency of a light emission part can be improved by employ | adopting the combination of a suitable lens according to the shape of the light irradiation area | region of a light emission part.
また、発光部の照射領域の形状に応じて、任意の軸を持つ凹面及び凸面を有するレンズを一体化した複合レンズ、任意の軸を持つ凸面及び凸面を有する複合レンズを一体化したレンズ、任意の軸を持つ凹面及び凹面を有するレンズを一体化した複合レンズなどを採用しても良い。 In addition, depending on the shape of the irradiation area of the light emitting part, a compound lens in which a lens having a concave surface and a convex surface having an arbitrary axis is integrated, a lens in which a compound lens having a convex surface and a convex surface having an arbitrary axis is integrated, any A compound lens or the like in which a concave surface having an axis and a lens having a concave surface are integrated may be employed.
これにより、光学系全体の部品点数を少なくし、光学系全体のサイズを小さくしつつ、発光部の光照射領域の形状に応じて適切な複合レンズを採用することで、発光部の発光効率を高めることができる。 This reduces the number of parts in the entire optical system and reduces the overall size of the optical system, while adopting an appropriate compound lens according to the shape of the light irradiation area of the light emitting unit, thereby improving the light emission efficiency of the light emitting unit. Can be increased.
その他のレンズとしては、GRINレンズ(Gradient Index lens:屈折率勾配変化型レンズ)なども例示できる。 Examples of other lenses include a GRIN lens (Gradient Index lens).
なお、GRINレンズは、レンズが凸又は凹の形状をしていなくても、レンズ内部の屈折率勾配によってレンズ作用が生じるレンズである。 The GRIN lens is a lens that produces a lens action due to a refractive index gradient inside the lens even if the lens is not convex or concave.
よって、GRINレンズを用いれば、例えば、GRINレンズの端面を平面としたままでレンズ作用を生じさせることができるので、GRINレンズの端面に直方体状発光体40を隙間無く接合させることができる。
Therefore, when the GRIN lens is used, for example, a lens action can be generated while the end surface of the GRIN lens is kept flat, so that the rectangular parallelepiped
これにより、光照射領域に照射されないレーザ光L0を低減できるので、直方体状発光体40の発光効率をより向上させることができる。
Thereby, since the laser beam L0 not irradiated to the light irradiation region can be reduced, the light emission efficiency of the rectangular
〔4.発光装置の具体例について(その1)〕
次に、図3(a)及び(b)に基づき、本発明の他の実施形態である発光装置120A・発光装置120B(発光装置110の第1導光部20より具体化したもの)の各構成について説明する。
[4. Specific Example of Light Emitting Device (Part 1)]
Next, based on FIGS. 3A and 3B, each of the light emitting device 120 </ b> A and the light emitting device 120 </ b> B (which is embodied from the first
図3(a)は、発光装置110の第1導光部20を集光素子とした一例として、角錐台状集光部(第1光学系)21Aを採用した発光装置120Aの構成を示している。
FIG. 3A shows a configuration of a
なお、本実施形態では、角錐台状集光部21Aを例にとって説明するが、集光部の形状はこれに限られず、円錐台状、楕円錐台など様々な形状を採用することができる。
In the present embodiment, the truncated pyramid-shaped
レーザダイオード群10及びLDチップ11については、上述したとおりである。
The
角錐台状集光部21Aは、光入射面(第1光学系の一端)211Aから入射した各レーザ光L0を反射する角錐台側面(光反射側面,囲繞構造)213Aで囲まれた囲繞構造を有していると共に、光出射面(第1光学系の他端)212Aの断面積は、光入射面211Aの断面積よりも小さくなっており、光入射面211Aから入射した各レーザ光L0を、角錐台側面213Aにより光出射面212Aに導光する。
The truncated pyramid-shaped
これにより、角錐台側面213Aにより、光入射面211Aから入射した各レーザ光L0を、光入射面211Aの断面積よりも小さい断面積を有する光出射面212Aに導光する、すなわち、各レーザ光L0を、光出射面212Aに集光することができる。
Thereby, each laser beam L0 incident from the
なお、角錐台状集光部21Aは、BK(ボロシリケート・クラウン)7、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。
The truncated pyramid-shaped condensing
以上の構成によれば、光出射面212Aの面積及び直方体状発光体40(光照射領域)のサイズを共に小さくすることにより、レーザダイオード群10を構成するLDチップ11の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する直方体状発光体40の小型化が可能となる。
According to the above configuration, by reducing both the area of the
ここで、角錐台側面213Aは、レーザダイオード群10から発生する各レーザ光L0のすべての光路の周囲を取り囲むように構成する。
Here, the truncated pyramid side surface 213 </ b> A is configured to surround all the optical paths of the laser beams L <b> 0 generated from the
また、各レーザ光L0は、角錐台側面213Aに1回だけ反射して光出射面212Aに導光される場合、角錐台側面213Aに複数回反射して光出射面212Aに導光される場合、角錐台側面213Aに1回も反射することなく光出射面212Aに導光される場合のいずれかの光路で導光される。
Each laser beam L0 is reflected once on the truncated
凸シリンドリカルレンズ30及び直方体状発光体40については、上述したとおりである。
The convex
発光装置120Aは、直方体状発光体40の光照射領域に、各レーザ光L0由来の出射光L1が水平方向に分散して照射光L2として照射されるため、直方体状発光体40に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
In the light emitting device 120 </ b> A, the emitted light L <b> 1 derived from each laser beam L <b> 0 is dispersed in the horizontal direction and irradiated as irradiation light L <b> 2 to the light irradiation region of the rectangular parallelepiped
よって、直方体状発光体40からムラなくインコヒーレント光L3が発生するので、単一のLDチップ11を用いる場合と比較して発光装置120Aの高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光L0由来の照射光L2を直方体状発光体40の光照射領域上の一点に集中して照射させず、角錐台状集光部21A及び凸シリンドリカルレンズ30を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光L0が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体40が劣化してしまうことを防止することができる。
In addition, the irradiation light L2 derived from each laser beam L0 is not irradiated in a concentrated manner on one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置120Aを提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
なお、以下で説明する照明装置140におけるフェルール70[出射端(第1光学系の他端,光ファイバーの他端が配列された部分)222]と、凸シリンドリカルレンズ30との間に角錐台状集光部21Aを設けても良い(図5の(a)部分参照)。
Note that a truncated pyramid is formed between the ferrule 70 [the emitting end (the portion where the other end of the first optical system, the other end of the optical fiber is arranged) 222] and the convex
これにより、励起光源の数を大きくしつつ照明装置140においてさらに直方体状発光体40のサイズを小さくすることが可能となる。
This makes it possible to further reduce the size of the rectangular
次に、図3(b)は、発光装置120Aの角錐台状集光部(第1光学系)21と凸シリンドリカルレンズ(第2光学系)30とを(光出射面212Aで)一体化し(但し、凸シリンドリカルレンズ30の大きさは適宜調整される)、1つの光学部材(導光部材)とした一例として、角錐台状光学部材(導光部材,第1光学系,第2光学系)21Bを採用した発光装置120Bの構成を示している。
Next, FIG. 3B shows a truncated pyramid-shaped condensing unit (first optical system) 21 and a convex cylindrical lens (second optical system) 30 of the
なお、本実施形態では、角錐台状光学部材21Bを例にとって説明するが、光学部材の形状はこれに限られず、円錐台状、楕円錐台など様々な形状を採用することができる。
In this embodiment, the truncated pyramid shaped
レーザダイオード群10及びLDチップ11については、上述したとおりである。
The
角錐台状光学部材21Bは、その一端の光入射面(第1光学系側の一端)211Bから入射した各レーザ光L0を反射する角錐台側面(光反射側面,囲繞構造)213Bで囲まれた囲繞構造を有しており、この囲繞構造により、光入射面211Bから入射した各レーザ光L0を、角錐台状光学部材21Bの他端に導光するようになっている。
The truncated pyramidal
また、角錐台状光学部材21Bの他端には、導光した各レーザ光L0を直方体状発光体40における所定の光照射領域に分散して照射する光分散面(光分散部,第2光学系側の他端)212Bが形成されている。
Further, the other end of the truncated pyramid-shaped
さらに、光分散面212Bの断面積は、光入射面211Bの断面積よりも小さくなっており、光入射面211Bから入射した各レーザ光L0を、角錐台側面213Bにより光分散面212Bに集光できるようになっている。
Furthermore, the cross-sectional area of the
なお、角錐台状光学部材21Bは、BK7、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。
The truncated pyramidal
光分散面212Bは、図3(a)に示す角錐台状集光部21Aの光出射面212Aに対して鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズ(シリンドリカルレンズ30)を一体化した構造となっている。
The
以上の構成によれば、光分散面212Bの面積及び直方体状発光体40(光照射領域)のサイズを共に小さくすることにより、レーザダイオード群10を構成するLDチップ11の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する直方体状発光体40の小型化が可能となる。
According to the above configuration, by reducing both the area of the
ここで、角錐台状光学部材21Bは、レーザダイオード群10から発生する各レーザ光L0のすべての光路の周囲を取り囲むように構成する。
Here, the truncated pyramidal optical member 21 </ b> B is configured to surround all the optical paths of the laser beams L <b> 0 generated from the
また、各レーザ光L0は、角錐台側面213Bに1回だけ反射して光分散面212Bに導光される場合、角錐台側面213Bに複数回反射して光分散面212Bに導光される場合、角錐台側面213Bに1回も反射することなく光分散面212Bに導光される場合のいずれかの光路で導光される。直方体状発光体40については、上述したとおりである。
Each laser beam L0 is reflected only once on the truncated
発光装置120Bは、光分散面212Bから直方体状発光体40の光照射領域に、各レーザ光L0由来の照射光L2が水平方向に分散して照射されるため、直方体状発光体40に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
The
よって、直方体状発光体40からムラなくインコヒーレント光L3が発生するので、単一のLDチップ11を用いる場合と比較して発光装置120Bの高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光L0由来の照射光L2を直方体状発光体40の光照射領域上の一点に集中して照射させず、角錐台状光学部材21Bを介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光L0が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体40が劣化してしまうことを防止することができる。
Further, the irradiation light L2 derived from each laser light L0 is not irradiated in a concentrated manner on one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置120Bを提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
〔5.発光装置の具体例について(その2)〕
次に、図5の(a)部分及び(b)部分に基づき、本発明のさらに他の実施形態である照明装置(発光装置)140の概要構成について説明する。
[5. Specific Example of Light Emitting Device (Part 2)]
Next, based on the (a) part and (b) part of FIG. 5, a schematic configuration of a lighting device (light emitting device) 140 which is still another embodiment of the present invention will be described.
図5は、発光装置110の第1導光部20を複数の導光部材で構成した一例として、光ファイバー束(第1導光部材)22を採用した照明装置140の構成を示す模式図であり、図5の(a)部分は、その概要構成を示し、図5の(b)部分は、複数の光ファイバーを固定するフェルール70の一例を示す。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
図5の(a)部分に示すように、照明装置140は、LDチップ(励起光源群)101、ロッド状レンズ(第1光学系)50、固定持具60、光ファイバー束(第1光学系,複数の光ファイバー)22、フェルール70、凸シリンドリカルレンズ(第2光学系)30、直方体状発光体40、反射板80、反射鏡90及びハウジング100を備える構成である。
As shown in part (a) of FIG. 5, the
LDチップ101は、1チップ5ストライプ、すなわち、発光点(励起光源)102を5つ持った単一(1チップ)の半導体レーザである。
The
また、それぞれの発光点102の光出力は1W、LDチップ101の1チップから放射される光出力の総和は5Wである。ストライプ間隔は0.4mmである。
The light output of each
このように、励起光源群をLDチップ101で構成すれば、それぞれの発光点102が、コヒーレントなレーザ光L0を発生する。よって、コヒーレントなレーザ光L0は、インコヒーレントな励起光と比較して、指向性が強いので、光束の損失を最小限に抑えつつ入射端(第1光学系の一端)221に入射させることができる。
As described above, when the excitation light source group is configured by the
また、1チップ5ストライプのLDチップ101によれば、単一のLDチップ101が、5つの発光点102を持つように構成するので、LDチップ101のサイズを小さくすることができる。
In addition, according to the
また、5つの発光点102を持つ単一のLDチップ101を量産すれば、単一のレーザ光出射端を持つ1チップ1ストライプのLDチップ11を5つ生産するよりも、生産コストを低減させることができる。
Further, mass production of a
なお、本実施形態では、励起光源群として発光点102を5つ持った1チップ5ストライプの半導体レーザを用いているが、発光点102の数は、これに限られず、必要に応じて2〜4つとしても良く、また、6以上設けても良い。
In this embodiment, a one-chip five-stripe semiconductor laser having five light emitting
また、励起光源群の例としては、LDチップ101のように、複数の励起光源(発光点102)を一体化したものであっても良いし、上述したレーザダイオード群10のように複数の1チップ1ストライプのLDチップ11が空間的に分離して存在しているものであっても良い。
In addition, as an example of the excitation light source group, a plurality of excitation light sources (light emitting points 102) may be integrated as in the
すなわち、励起光源群は、複数のLDチップ11で構成されており、各レーザ光L0は、対応するLDチップ11から発生するレーザ光L0であっても良い。
That is, the excitation light source group includes a plurality of
なお、励起光源群を複数のLDチップ11で構成した場合には、LDチップ11毎に非球面レンズ(第1光学系:例えば、アルプス電気製FLKN1 405:不図示)を設けてレーザ光L0をコリメートし、対応する光ファイバー223の一端から入射させれば良い。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズの形状および材質は特に限定されないが、405nm近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
When the excitation light source group is composed of a plurality of
また、励起光源群を構成する各励起光源は、LDのようにコヒーレントなレーザ光L0を発生するものであっても良いし、LEDのようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。 Further, each excitation light source constituting the excitation light source group may generate a coherent laser beam L0 like an LD, or may generate an incoherent excitation beam like an LED. good.
また、励起光源群は、LD又はLEDのみで構成しても良いし、LD及びLEDを混在させたものであっても良い。 In addition, the excitation light source group may be composed of only LD or LED, or may be a mixture of LD and LED.
LDチップ101の5つの発光点102から発生した各レーザ光L0は、ロッド状レンズ50によってコリメートされ、入射端221(光ファイバー223の一端)に入射する。
Each laser beam L0 generated from the five
ロッド状レンズ50の紙面に対して手前側には、0.4mmピッチで光ファイバー223が5本並べられた光ファイバー束22が設置されている。
An
光ファイバー223は、コア径200μm、クラッド径240μm、開口数NA=0.22の石英製の光ファイバーである。
The
固定持具60は、0.4mmピッチの溝が切られており、光ファイバー束22の入射端221を固定し、光ファイバー223のピッチ間隔が保持されている。
The fixing
なお、本実施形態では、断面が円形の光ファイバー223を第1光学系として用いているが、断面が円形に限らず、正三角形、平行四辺形(正方形・長方形を含む)、及び正六角形のうちのいずれかであることが好ましい。
In this embodiment, the
以上の構成によれば、理論上、出射端222の断面を、同一形状の光ファイバー223の他端の断面で隙間無く敷詰めることができる。すなわち、面積あたりの光ファイバー223の他端の断面の数を各断面形状において最大の数とすることができる。
According to the above configuration, theoretically, the cross section of the
ところで、上述したように、前記特許文献1及び2に開示された灯具では、励起光源毎に設けられた集光レンズを用いて励起光を導光し、さらに励起光毎に反射鏡に穴を開け、その穴に励起光を通過させて蛍光体に照射しているので、励起光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうと共に、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点があった。
By the way, as described above, in the lamps disclosed in
そこで、このような副次的な問題点を解決するために、照明装置140において、第1光学系は、複数の光ファイバー223の束である光ファイバー束22という構成を採用している。
Therefore, in order to solve such a secondary problem, in the
この光ファイバー束22の一端は、光ファイバー223の一端の集まりである入射端221となっている。
One end of the
また、光ファイバー束22の他端は、光ファイバー223のそれぞれが、フェルール70に形成された5つの貫通孔に嵌挿された光ファイバー223の他端の集まりである出射端(第1光学系の他端,光ファイバーの他端が配列された部分)222を形成している。なお、フェルール70の材質は特に限定されず、例えばステンレス・スティールである。
Further, the other end of the
また、LDチップ101の5つの発光点102から発生した各レーザ光L0は、対応する光ファイバー223の一端から入射し、その光ファイバー223の他端(出射端222)から各レーザ光L0に由来する出射光L1を出射するようにしている。
Further, each laser beam L0 generated from the five
これにより、第1導光部20を光ファイバー束22で構成するという簡易な構成で、各レーザ光L0は、対応する光ファイバー223の一端から入射し、出射端222に導光される。
Thus, each laser beam L0 is incident from one end of the corresponding
また、光ファイバー223の太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバー223を束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。
Moreover, although it depends on the thickness and number of the
よって、出射端222及び直方体状発光体40(光照射領域)のサイズを小さく保ったまま、小さな直方体状発光体40の光照射領域に5つの発光点102から発生したレーザ光L0由来の照射光L2を照射することができる。
Therefore, the irradiation light derived from the laser light L0 generated from the five
また、例えば、照明装置140では、反射鏡90の中央に穴を開け、その穴に光ファイバー束22を通過させて出射端222から直方体状発光体40に照射光L2を照射させれば良いので、特許文献1及び2に開示された灯具のように励起光源(発光点102)の数が多くなっても、反射鏡90による光の反射効率が悪化することはない。
Further, for example, in the
次に、出射端222から出射した出射光L1は、凸シリンドリカルレンズ30を透過し、照射光L2として直方体状発光体40の図示しない光照射領域に分散して照射される。直方体状発光体40については、上述したとおりである。
Next, the outgoing light L1 emitted from the
次に、反射板80は、投影レンズの裏面に接合された透明な樹脂板であり、直方体状発光部40は、反射板80に接合されて固定されている。この反射板80を、LDチップ11からのレーザ光L0を遮断するとともに、直方体状発光部40においてレーザ光L0を変換することにより生成された白色光(インコヒーレント光L3)を透過する材質で形成することが好ましい。
Next, the reflecting
直方体状発光部40によってコヒーレントなレーザ光L0は、そのほとんどがインコヒーレント光L3に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光L0の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、反射板80によってレーザ光L0を遮断することにより、レーザ光L0が外部に漏れることを防止できる。なお、このような効果を期待せず、かつ反射板80以外の部材によって直方体状発光部40を固定する場合には、反射板80を省略することが可能である。
Most of the coherent laser light L0 is converted into incoherent light L3 by the rectangular parallelepiped
また、反射板80は、レーザ光L0が外部に漏れることを防止できる大きさであれば良く、本実施形態では、直方体状発光部40よりも少し大きくした程度の大きさとなっているが、レーザ光L0反射鏡90の開口面と同程度の大きさとしても良い。
Further, the reflecting
直方体状発光体40から発生したインコヒーレント光L3は、反射板80によって照射光L2の進行方向と逆向きに進む。
The incoherent light L3 generated from the rectangular
次に、反射鏡90は、直方体状発光体40から発生したインコヒーレント光L3を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。反射鏡90は、直方体状発光体40と対向する面が半球状であり、直方体状発光体40が設けられている位置に直方体状発光体40の位置に焦点を有する。
Next, the reflecting
反射板80によって反射されたインコヒーレント光L3は、反射鏡90によって再度反射され、照明装置140の前方に進む。これにより、反射鏡90は、直方体状発光体40から発生したインコヒーレント光L3を、所定の立体角内を進む光線束を形成して、前方へ照射する。
The incoherent light L3 reflected by the reflecting
ハウジング100は、フェルール70、凸シリンドリカルレンズ30、直方体状発光体40等を収容する筐体である。
The
また、照明装置140は、直方体状発光体40の光照射領域に、各レーザ光L0由来の出射光L1が分散して照射光L2として照射されるため、直方体状発光体40に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
In addition, since the
よって、直方体状発光体40からムラなくインコヒーレント光L3が発生するので、単一の発光点102を有する励起光源を用いる場合と比較して照明装置140の高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光L0由来の出射光L1を直方体状発光体40の光照射領域上の一点に集中して照射させず、光ファイバー束22及び凸シリンドリカルレンズ30を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光L0が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体40が劣化してしまうことを防止することができる。
In addition, the emitted light L1 derived from each laser beam L0 is not concentrated and irradiated on one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる照明装置140を提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
〔6.発光部の形状及び光照射領域について〕
次に、図6(a)〜図8(c)に基づき、発光部及び光照射領域の具体例について説明する。
[6. (About the shape of the light emitting part and the light irradiation area)
Next, specific examples of the light emitting unit and the light irradiation region will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 8 (c).
まず、図6(a)は、上述した直方体状発光体40の模式図であり、図6(b)は、直方体状発光体40の光照射領域の一例を示す模式図であり、図6(c)は、光照射領域の他の例を示す模式図である。
First, FIG. 6A is a schematic diagram of the above-described rectangular parallelepiped
非特許文献1にも記載されているが、図6(a)に示すように、車両用ヘッドランプ(ハイビーム)の配光パターンは、鉛直方向に狭く、左右に広く、発光部の形状は、水平方向に対して横長であることが望ましいので、直方体状発光体40は、略直方体形状となっている。
Although described in Non-Patent Document 1, as shown in FIG. 6A, the light distribution pattern of the vehicle headlamp (high beam) is narrow in the vertical direction, wide in the left and right, and the shape of the light emitting unit is Since it is desirable to be horizontally long with respect to the horizontal direction, the rectangular
直方体状発光体40の大きさは、上述したように、横×縦×高さ=3mm×1mm×1mm程度である。
As described above, the size of the rectangular parallelepiped light-emitting
なお、手前側の斜線で示した矩形の領域が光照射領域R1であり、直方体状発光体40における光照射領域の面積が最大の領域の例である。
In addition, the rectangular area shown by the oblique line on the near side is the light irradiation area R1, and is an example of the area where the area of the light irradiation area in the rectangular
このような光照射領域R1を得るには、例えば、出射光L1が鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズ(第2光学系)と、水平方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズ(第2光学系)とを通過するようにして、光照射領域R1に合せて鉛直方向及び垂直方向にコリメートされた照射光L2を直方体状発光体40に入射させれば良い。
In order to obtain such a light irradiation region R1, for example, a plano-convex cylindrical lens (second optical system) whose outgoing light L1 has an axis in the vertical direction and a plano-convex cylindrical lens (second optical system) having an axis in the horizontal direction are used. The irradiation light L2 collimated in the vertical direction and the vertical direction according to the light irradiation region R1 may be incident on the rectangular parallelepiped light-emitting
その他の方法としては、出射端222の大きさが光照射領域と同程度の大きさとなるように光ファイバー223の数を増やして、光ファイバー223の他端をマトリクス状に密に敷詰めても良い。
As another method, the number of the
次に、図6(b)は、4本の光ファイバー223(但し径は少し大きめ)の他端を横一列に並べて出射端222を形成した場合の直方体状発光体40における光照射領域の例である。
Next, FIG. 6B shows an example of a light irradiation region in the rectangular parallelepiped
この例では、4本の光ファイバー223を反映して4つの円形領域による光照射領域(所定の光照射領域)R2が形成されている。
In this example, four light-irradiated regions (predetermined light-irradiated regions) R2 are formed by reflecting four
図6(c)は、合計8本の光ファイバー223(但し径は少し小さめ)の他端を横一列に並べて出射端222を形成した場合の直方体状発光体40における光照射領域の例である。
FIG. 6C shows an example of a light irradiation region in the rectangular
この光照射領域R3では、横一列に並んだ円形領域において、中央部分のみ上下2つにして円形領域の数を増やしている。 In the light irradiation region R3, in the circular regions arranged in a horizontal row, the number of circular regions is increased by making the central portion two vertically.
これにより、直方体状発光体40の真正面(中央)の出射光L1の明るさを明るくすることができる。
Thereby, the brightness of the emitted light L1 directly in front (center) of the rectangular
なお、以上の例の他、直方体状発光体40の出射光L1の明るさを明るくさせたい部分に応じて円形領域の数を調整しても良い。これにより、所望の位置での出射光L1の明るさを調整することができる。
In addition to the above example, the number of circular regions may be adjusted according to the portion where the brightness of the emitted light L1 of the rectangular
次に、図7(a)は、自動車用ヘッドランプ(ロービーム/ハイビーム)に要求される配光パターンを示す模式図であり、図7(b)は、自動車用ヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。 Next, FIG. 7A is a schematic diagram showing a light distribution pattern required for an automobile headlamp (low beam / high beam), and FIG. 7B is required for an automobile headlamp low beam. It is a figure which shows a light distribution characteristic.
図7(a)に示すように、ヘッドランプに要求される配光パターンには、ロービームに要求される配光パターンとハイビームに要求される配光パターンとの2種類がある。 As shown in FIG. 7A, there are two types of light distribution patterns required for the headlamp: a light distribution pattern required for the low beam and a light distribution pattern required for the high beam.
図7(a)に示すスクリーン配光は、ヘッドランプに正対させた鉛直なスクリーンに照射される光の照度分布である。正面方向の最も明るい部分をホットゾーンと呼び、この部分の光度が遠方への到達距離を決定する。 The screen light distribution shown in FIG. 7A is an illuminance distribution of light irradiated on a vertical screen facing the headlamp. The brightest part in the front direction is called a hot zone, and the luminous intensity of this part determines the distance to reach far away.
また、ロービームでは、対向車へのグレア(まぶしさ)を抑制するために、水平線の上下で大きな明暗差が要求される。 In addition, the low beam requires a large contrast between the upper and lower sides of the horizon in order to suppress glare on the oncoming vehicle.
図7(b)は、自動車用ヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。 FIG. 7B is a diagram showing the light distribution characteristics required for the low beam of the automobile headlamp.
次に、図7(b)及び図8(a)に基づき、ロービーム用発光体(発光部)41の一例について説明する。 Next, an example of the low-beam light emitter (light emitting unit) 41 will be described with reference to FIGS. 7B and 8A.
図7(b)に示すように斜線領域Iと領域IVとの境界、斜線領域IIIと領域IVとの境界にロービーム特有の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインが形成されている。このロービームに要求される配光特性では、水平線の上下で大きな明暗差が要求されている。 As shown in FIG. 7B, cut lines are formed at the boundary between the hatched region I and the region IV, and at the boundary between the hatched region III and the region IV. In the light distribution characteristics required for this low beam, a large difference in brightness is required above and below the horizon.
そこで、図7(b)に示す配光パターンを180度回転させ、その配光パターンのカットラインの形状をそのまま採用したものが、ロービーム用発光体41の光照射領域R4の形状である。
Therefore, the light distribution pattern shown in FIG. 7B is rotated by 180 degrees, and the shape of the cut line of the light distribution pattern is directly adopted as the shape of the light irradiation region R4 of the low-
なお、図7(b)に示す配光パターンを180度回転させたのは、図5の(a)部分に示すように、照明装置140では、直方体状発光体40から発生した光が反射板80で反射し、その後、反射鏡90でさらに再反射した光が照明装置140の前方に進むためである。
The light distribution pattern shown in FIG. 7B is rotated 180 degrees because, as shown in FIG. 5A, the light generated from the rectangular
以上のロービーム用発光体41のように、発光部の形状が、発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状に応じて形成されていても良い。
Like the low-
これにより、発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状に応じて発光部の形状を形成することで、様々なカットラインの形状を有する配光パターンの光を発生させることができる。 Thereby, the light of the light distribution pattern having various cut line shapes can be generated by forming the shape of the light emitting portion according to the shape of the cut line that defines the light / dark boundary of the light distribution pattern of the generated light. it can.
次に、図8(b)は、ロービーム用発光体41の光照射領域R5を示す模式図であり、図8(c)は、ロービーム用発光体41の光照射領域R4に対する照射光L2の照射方法の一例を示す模式図である。
Next, FIG. 8B is a schematic diagram showing the light irradiation region R5 of the low-
図8(b)に示すように、光照射領域R4が形成されるように照明装置140の出射端222における光ファイバー223の配列パターン及びフェルール70の貫通孔の配列パターンを決定しても良い(図5(a)及び(b)参照)。
As shown in FIG. 8B, the arrangement pattern of the
これにより、第1導光部20として光ファイバー束22を使用する場合であっても、ロービーム用発光体41の形状に応じた光照射領域R4を形成することが可能となる。
Thereby, even when the
次に、図8(c)に示すように、光照射領域R4が形成されるように複合シリンドリカルレンズ(第2光学系)32の形状を設定しても良い。 Next, as shown in FIG. 8C, the shape of the compound cylindrical lens (second optical system) 32 may be set so that the light irradiation region R4 is formed.
例えば、光照射領域R4の形状のように、水平方向に長く、かつ鉛直方向の径が水平方向に対して線形的に変化する形状である場合、複合シリンドリカルレンズ32を、図8(c)に示す鉛直方向に軸を持つ鉛直軸シリンドリカルレンズ(鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)321及び水平方向に軸を持つ水平軸シリンドリカルレンズ(水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)322の組合せて一体化した構成としても良い。
For example, in the case of a shape that is long in the horizontal direction and whose diameter in the vertical direction changes linearly with respect to the horizontal direction, such as the shape of the light irradiation region R4, the compound
このように、複合シリンドリカルレンズ32の形状を鉛直方向に軸を持つ鉛直軸シリンドリカルレンズ321及び水平軸シリンドリカルレンズ322の組合せで構成することにより、光照射領域R4の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域R4に照射光L2が分散して照射されるようにすることができる。
As described above, the shape of the compound
〔7.レーザダウンライトについて〕
本発明のさらに他の実施形態であるレーザダウンライト(発光装置,照明装置)400について図9〜図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[7. (About laser downlight)
A laser downlight (light emitting device, illumination device) 400 according to still another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト400について説明する。レーザダウンライト400は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、LDチップ11から出射したレーザ光L0を、光ファイバー223などを介して、直方体状発光部40に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。
Here, the
なお、非球面レンズ4は、LDチップ11から発振されたレーザ光L0を、光ファイバー223の入射端に入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ4として、アルプス電気製のFLKN1 405を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ4の形状および材質は特に限定されないが、405nm近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
The
なお、LDチップ11及び光ファイバー223に替えて、LDチップ101及び光ファイバー束22を用いる場合には、非球面レンズ4に替えて、図5の(a)部分に示す、ロッド状レンズ50、固定治具60等を用いれば良い。
When the
また、レーザダウンライト400と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
Further, an illuminating device having the same configuration as the
図9は、発光ユニット410および従来のLEDダウンライト500の外観を示す概略図である。図10は、レーザダウンライト400が設置された天井の断面図である。図11は、レーザダウンライト400の断面図である。図9〜図11に示すように、レーザダウンライト400は、天板401に埋設され、照明光を出射する発光ユニット410と、光ファイバー223を介して発光ユニット410へレーザ光を供給するLD光源ユニット420とを含んでいる。LD光源ユニット420は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置(例えば、家屋の側壁)に設置されている。このようにLD光源ユニット420の位置を自由に決定できるのは、LD光源ユニット420と発光ユニット410とが光ファイバー223によって接続されているからである。この光ファイバー223は、天板401と断熱材402との間の隙間に配置されている。
FIG. 9 is a schematic view showing the appearance of the
(発光ユニット410の構成)
発光ユニット410は、図11に示すように、筐体411、光ファイバー223、直方体状発光部40、凸シリンドリカルレンズ30、フェルール70及び透光板413を備えている。なお、図5の(b)部分に示すフェルール70は、光ファイバー223の数に併せて5つの貫通孔が存在しているが、本実施形態では、フェルール70の貫通孔は1つであるものとする(不図示)。
(Configuration of light emitting unit 410)
As shown in FIG. 11, the
筐体411には、凹部412が形成されており、この凹部412の底面に直方体状発光部40が配置されている。凹部412の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部412は反射鏡として機能する。
A
また、筐体411には、光ファイバー223を通すための通路414が形成されており、この通路414を通って光ファイバー223が直方体状発光部40まで延びている。光ファイバー223の他端と直方体状発光部40との位置関係は上述したものと同様である。
Further, a
透光板413は、凹部412の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板413は、LDチップ11からのレーザ光L0を遮断するとともに、直方体状発光部40においてレーザ光L0を変換することにより生成されたインコヒーレント光L3を透過する材質で形成することが好ましい。
The
直方体状発光部40によってコヒーレントなレーザ光L0は、そのほとんどがインコヒーレントL3に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光L0の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透光板413によってレーザ光L0を遮断することにより、レーザ光L0が外部に漏れることを防止できる。
Most of the coherent laser light L0 is converted into incoherent L3 by the rectangular parallelepiped
なお、直方体状発光部40の蛍光は、透光板413を透して照明光として出射される。透光板413は、筐体411に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
In addition, the fluorescence of the rectangular parallelepiped
図9では、発光ユニット410は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット410の形状(より厳密には、筐体411の形状)は特に限定されない。
In FIG. 9, the
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が1つというレベルで十分である。それゆえ、直方体状発光部40の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
In the downlight, unlike a headlamp, an ideal point light source is not required, and a level of one light emitting point is sufficient. Therefore, there are fewer restrictions on the shape, size, and arrangement of the rectangular parallelepiped
(LD光源ユニット420の構成)
LD光源ユニット420は、LDチップ11、非球面レンズ4および光ファイバー223を備えている。
(Configuration of LD light source unit 420)
The LD
光ファイバー223の出射端は、LD光源ユニット420に接続されており、LDチップ11から発振されたレーザ光L0は、非球面レンズ4を介して光ファイバー223の入射端に入射される。
The emission end of the
図11に示すLD光源ユニット420の内部には、LDチップ11および非球面レンズ4が一対のみ示されているが、発光ユニット410が複数存在する場合には、発光ユニット410からそれぞれ延びる光ファイバー223の束を1つのLD光源ユニット420に導いてもよい。この場合、1つのLD光源ユニット420に複数のLDチップ11と非球面レンズ4との対(または、LDチップ101と1つのロッド状レンズ50との対)が収納されることになり、LD光源ユニット420は集中電源ボックスとして機能する。
Only one pair of the
(レーザダウンライト400の設置方法の変更例)
図12は、レーザダウンライト400の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト400の設置方法の変形例として、天板401には光ファイバー223を通す小さな穴403だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体(発光ユニット410)を天板401に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト400の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
(Example of changing the installation method of the laser downlight 400)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modified example of the installation method of the
(レーザダウンライト400と従来のLEDダウンライト500との比較)
従来のLEDダウンライト500は、図9に示すように、複数の透光板501を備えており、各透光板501からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、LEDダウンライト500において発光点は複数存在している。LEDダウンライト500において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
(Comparison between
As shown in FIG. 9, the
これに対して、レーザダウンライト400は、高光束の照明装置であるため、発光点は1つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、直方体状発光部40の蛍光体を高演色蛍光体(例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組合せ)にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
On the other hand, since the
図13は、LEDダウンライト500が設置された天井の断面図である。同図に示すように、LEDダウンライト500では、LEDチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体502が天板401に埋設されている。筐体502は比較的大きなものであり、筐体502が配置されている部分の断熱材402には、筐体502の形状に沿った凹部が形成される。筐体502から電源ライン523が延びており、この電源ライン523はコンセント(不図示)につながっている。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the ceiling where the
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板401と断熱材402との間に発熱源である光源(LEDチップ)および電源が存在しているため、LEDダウンライト500を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
Such a configuration causes the following problems. First, since there is a light source (LED chip) and a power source that are heat sources between the
また、LEDダウンライト500では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
Further, the
また、筐体502は比較的大きなものであるため、天板401と断熱材402との間の隙間にLEDダウンライト500を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
Further, since the
これに対して、レーザダウンライト400では、発光ユニット410には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
On the other hand, in the
また、発光ユニット410ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト400を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト400を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
Further, since it is not necessary to provide a power source and a cooling unit for each
また、レーザダウンライト400は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット410を天板401の表面に設置することができ、LEDダウンライト500よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
Further, since the
図14は、レーザダウンライト400およびLEDダウンライト500のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト400は、その一例では、LEDダウンライト500に比べて体積は94%減少し、質量は86%減少する。
FIG. 14 is a diagram for comparing the specifications of the
また、LD光源ユニット420をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、LDチップ11が故障した場合でも、手軽にLDチップ11を交換できる。また、複数の発光ユニット410から延びる光ファイバー223を1つのLD光源ユニット420に導くことにより、複数のLDチップ11を一括管理できる。そのため、複数のLDチップ11を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
In addition, since the LD
なお、LEDダウンライト500において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力10Wで約500lmの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト500で実現するためには、3.3Wの光出力が必要である。この光出力は、LD効率が35%であれば、消費電力10Wに相当し、LEDダウンライト500の消費電力も10Wであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト400では、LEDダウンライト500と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
In the case of a type using a high color rendering phosphor in the
以上のように、レーザダウンライト400は、レーザ光L0を出射するLDチップ11を少なくとも1つ備える光源ユニット420と、直方体状発光部40および反射鏡としての凹部412を備える少なくとも1つの発光ユニット410と、発光ユニット410のそれぞれへレーザ光L0を導く光ファイバー223と、光ファイバー223の出射端から出射した出射光L1を照射光L2として直方体状発光体40の光照射領域に分散して照射する凸シリンドリカルレンズ30とを備える。
As described above, the
それゆえ、レーザダウンライト400において、レーザ光L0が直方体状発光部40の一箇所に集中的に照射されることによって直方体状発光部40が著しく劣化する可能性を低減できる。その結果、長寿命のレーザダウンライト400を実現できる。
Therefore, in the
〔8.発光装置の配光特性について〕
次に、1チップ1ストライプの半導体レーザ(発振波長は、405nm)であるLDチップ11を10個用いて発光装置(以下、試作例という)を試作し、実験を行った。それぞれのLDチップ11の光出力は、1.0W、動作電圧は、5V、電流は0.6Aである。
[8. (Light distribution characteristics of light-emitting device)
Next, a light-emitting device (hereinafter referred to as a prototype) was prototyped using ten
また、第1光学系として10個の光ファイバー223で構成された光ファイバー束を用い、第2光学系として凸シリンドリカルレンズ30を用い、発光部として直方体状発光体40(横×縦×高さ=3mm×1mm×1mm)を採用した。
Further, an optical fiber bundle composed of ten
光ファイバー223は、コア径200μm、クラッド径240μm、開口数NA=0.22の石英製の光ファイバーである。
The
なお、LDチップ11毎に非球面レンズ(第1光学系:例えば、アルプス電気製FLKN1 405:不図示)を設けてレーザ光L0をコリメートし、対応する光ファイバーの一端から入射させた。なお、これらの各構成の配置は、適宜調整したが煩雑なので、説明は省略する。
An aspheric lens (first optical system: for example, FLKN1 405 manufactured by Alps Electric, not shown) is provided for each
この試作例にて、配光特性について調べたところ、直方体状発光体40からは1500lm(ルーメン)程度の光束が放射された。
When the light distribution characteristics were examined in this prototype, a luminous flux of about 1500 lm (lumen) was emitted from the rectangular
また、このときの直方体状発光体40の輝度は、80Mcd/m2(メガカンデラ毎平方メートル)程度であった。
Moreover, the brightness | luminance of the rectangular parallelepiped light-emitting
この実験結果より、単純計算で、LDチップ11の1個当たりの光束は、約150lmであるから、例えば、14個以上のLDチップ11を用いれば、直方体状発光体40は、約2000lmを超えることが可能であると分かる。
From this experimental result, the light flux per one
また、17個のLDチップ11を用いれば、現実には光の放射は等方的ではないため正確な値の算出は困難であるが、発光点から等方的に光が放射されるとして、単純計算で、光度(単位立体角当たりの光束)=150×17(lm)/4π≒2550(lm)/4/3.14≒203(cd)であり、実効口径面積を3mm2程度、光学系の透過率を0.7とすると、輝度≒203(cd)/0.7/3(mm2)=96.6(cd/mm2)≒96.6(Mcd/m2)≒100(Mcd/m2)程度となることが分かる。
Further, if 17
なお、LDチップ11の数を調整して同様な実験を行ったところ、実際に、直方体状発光体40は、2000lmを超える高光束、100Mcd/m2を超える高輝度の実現が可能であることが分かった(このような高輝度・高光束の発光装置のことを以下、単に「レーザ照明」という)。
In addition, when the same experiment was performed by adjusting the number of
〔9.発光装置と従来のランプとの配光特性の比較〕
次に、図15〜図16(c)に基づき、上述したレーザ照明と従来のランプとの配光特性の比較結果について説明する。
[9. Comparison of light distribution characteristics between light emitting device and conventional lamp)
Next, a comparison result of the light distribution characteristics between the above-described laser illumination and the conventional lamp will be described with reference to FIGS.
図15は、自動車用のヘッドランプに必要なレンズ直径をランプの種類で比較した様子を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a state in which lens diameters necessary for automobile headlamps are compared by lamp type.
図15に示すように市販のハロゲンランプの輝度は、25Mcd/m2(メガカンデラ毎平方メートル)程度であり、HID(High Intensity discharge)ランプの輝度は、80Mcd/m2程度である。 As shown in FIG. 15, the brightness of a commercially available halogen lamp is about 25 Mcd / m 2 (mega candela per square meter), and the brightness of a high intensity discharge (HID) lamp is about 80 Mcd / m 2 .
一方、上述したレーザ照明では、100Mcd/m2程度の高輝度の実現が可能なので、図15に示すように、ハロゲンランプの4倍程度、HIDランプを超える高輝度を実現することができることが分かる。 On the other hand, since the above-described laser illumination can achieve a high luminance of about 100 Mcd / m 2 , as shown in FIG. 15, it can be seen that a high luminance exceeding the HID lamp can be realized about four times as much as the halogen lamp. .
すなわち、直方体状発光体40が発生するインコヒーレント光L3の輝度は、80Mcd/m2以上であることが好ましい。
That is, the luminance of the incoherent light L3 generated by the rectangular
また、ハロゲンランプは、通常自動車のハイビーム用のヘッドランプに用いられているが、レーザ照明では、例えば、上述した直方体状発光体40を用いることによって、ハロゲンランプよりも口径サイズの小さい直方体状発光体40でもハロゲンランプの4倍程度の高輝度を実現できるので、ハイビーム用のヘッドランプの前方に設置するレンズの面積を1/4に縮小することが可能である。
In addition, halogen lamps are usually used for high beam headlamps of automobiles. However, in laser illumination, for example, by using the above-mentioned rectangular
なお、ハロゲンランプの発光フィラメントのサイズは、横×縦×高さ=5mm×1.5mm×1.5mm程度である。 In addition, the size of the light emitting filament of the halogen lamp is about horizontal × vertical × height = 5 mm × 1.5 mm × 1.5 mm.
次に、図16(a)は、ランプの種類でその性能を比較した図であり、図16(b)は、従来の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図であり、図16(c)は、レーザ照明を用いた場合の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図である。 Next, FIG. 16 (a) is a diagram comparing the performance of each type of lamp, and FIG. 16 (b) is a diagram showing an example of the external configuration of a conventional automotive headlamp. (c) is a figure which shows an example of the external appearance structure of the headlamp for motor vehicles at the time of using a laser illumination.
まず、図16(a)に示すように、市販の高出力白色LED(以下、煩雑なので「高出力」との記載は省略する場合がある)の光束は、1モジュールあたり400〜500lm(ルーメン)程度が上限であり、車載用のハロゲンランプの光束は、700〜1500lm程度(普通乗用車用のハロゲンランプで通常1000lm程度)であり、HIDランプの光束は、3200lm程度である。ただし、HIDランプはその構造・形状から3200lm全ての光束を全て前照灯の照射光に利用することが困難である。実効的には2000lm以下の光束しか利用できていないとされる。また、光学系の設計が困難であるという問題点がある。 First, as shown in FIG. 16A, the luminous flux of a commercially available high-power white LED (hereinafter, the description of “high power” may be omitted because it is complicated) is 400 to 500 lm (lumen) per module. The upper limit of the luminous flux is about 700 to 1500 lm (usually about 1000 lm for a halogen lamp for a passenger car), and the luminous flux of the HID lamp is about 3200 lm. However, it is difficult for the HID lamp to use all the light flux of 3200 lm for the irradiation light of the headlamp because of its structure and shape. Effectively, only a luminous flux of 2000 lm or less can be used. In addition, there is a problem that it is difficult to design an optical system.
一方、実施例のレーザ照明では、2000lmを超える高光束の実現が可能なので、白色LEDの4〜5倍程度、ハロゲンランプを超えHIDランプに近い高光束(実効的にはHIDランプを超える高光束)を実現することができる。 On the other hand, since the laser illumination of the embodiment can realize a high luminous flux exceeding 2000 lm, the luminous flux is about 4 to 5 times that of the white LED and is close to the HID lamp beyond the halogen lamp (effectively high luminous flux exceeding the HID lamp). ) Can be realized.
すなわち、直方体状発光体40が発生するインコヒーレント光L3の光束が700lm以上、3200lm以下であることが好ましい。
That is, it is preferable that the light flux of the incoherent light L3 generated by the rectangular
また、白色LEDは、通常自動車のロービーム用のヘッドランプに用いられているが、実施例のレーザ照明によれば、例えば、1灯で白色LEDの4〜5灯分の高光束を実現することができる。 Moreover, although white LED is normally used for the headlamp for low beams of a motor vehicle, according to the laser illumination of an Example, a high luminous flux for 4-5 lights of white LED is implement | achieved by one lamp, for example. Can do.
以上の検討結果から図16(a)が、従来のヘッドランプの大きさを示しているものとすると、実施例のレーザ照明によれば、例えば、図16(b)に示すように、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプのそれぞれは、1灯ずつで済み、また、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプの前方に設置されるレンズの面積もかなり小さくすることが可能である。 Assuming that FIG. 16A shows the size of a conventional headlamp from the above examination results, according to the laser illumination of the embodiment, for example, as shown in FIG. Each of the headlamps for the low beam and the low beam only requires one lamp, and the area of the lens installed in front of the headlamps for the high beam and the low beam can be considerably reduced.
また、図16(a)に示すように、レーザ照明では、継続使用による寿命が10000時間程度であり、白色LEDと同程度の長寿命となっている。 Moreover, as shown to Fig.16 (a), in laser illumination, the lifetime by continuous use is about 10000 hours, and has a long lifetime comparable as white LED.
よって、高輝度・高光束かつ長寿命を実現できる発光装置110、発光装置120A、発光装置120B及び照明装置140(レーザ照明)などを提供することができる。
Therefore, the light-emitting
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。 The present invention can also be expressed as follows.
本発明の発光装置(高輝度光源)は、高出力のレーザ発振が可能な半導体レーザからなる励起光源と、水平方向に長い略矩形形状を有し、前記励起光源からの励起光により発光する発光部を有しており、略矩形形状の発光部を効率よく、ムラ無く(一部に偏らず)励起するための導光部材を有していても良い。 The light-emitting device (high-intensity light source) of the present invention has an excitation light source composed of a semiconductor laser capable of high-power laser oscillation and a light emission having a substantially rectangular shape that is long in the horizontal direction and emitted by excitation light from the excitation light source. And a light guide member for exciting the substantially rectangular light-emitting part efficiently and without unevenness (not partially biased).
また、前記導光部材は、一つまたは複数の励起光源に光学的に結合され、他端が一つの光出射端を有する第一の導光部材と、第一の導光部材から放射される励起光を発光部にムラ無く照射するための略円筒形レンズからなる第二の導光部材とから構成されていても良い。 The light guide member is optically coupled to one or a plurality of excitation light sources, and the other end has one light emitting end, and is emitted from the first light guide member. You may comprise from the 2nd light guide member which consists of a substantially cylindrical lens for irradiating a light-emitting part with excitation light uniformly.
なお、第二の導光部材は、略円筒形レンズを複数組合せた形状であっても良い。 The second light guide member may have a shape in which a plurality of substantially cylindrical lenses are combined.
また、励起光源としては、半導体レーザだけでなく、高出力発光ダイオードでも良い。 The excitation light source may be not only a semiconductor laser but also a high output light emitting diode.
また、一つの励起光源(1チップ)に一つのレーザ光出射端を持つような半導体レーザだけでなく、一つの励起光源(1チップ)に複数のレーザ光出射端を持つ半導体レーザであっても良い。 Further, not only a semiconductor laser having one laser beam emitting end in one excitation light source (one chip), but also a semiconductor laser having a plurality of laser beam emitting ends in one excitation light source (one chip). good.
以上より、自動車等の車両用前照灯に適した発光装置を提供することができる。 As described above, a light-emitting device suitable for a vehicle headlamp such as an automobile can be provided.
また、本発明は、以下のようにも表現できる。 The present invention can also be expressed as follows.
すなわち、本発明の発光装置は、複数の励起光を発生する励起光源群と、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生する発光部と、一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光を、他端に設けられた所定の光出射部に導光し、導光した各励起光を前記光出射部から出射する第1導光部材と、前記第1導光部材の前記光出射部から出射した各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第2導光部材とを備えていても良い。 That is, the light emitting device of the present invention includes an excitation light source group that generates a plurality of excitation light, a light emitting unit that generates light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group, and the light incident from one end. A first light guide member configured to guide each excitation light generated from the excitation light source group to a predetermined light emitting unit provided at the other end, and to output each guided excitation light from the light emitting unit; You may provide the 2nd light guide member which distributes and irradiates each excitation light radiate | emitted from the said light emission part of 1 light guide member to the predetermined light irradiation area | region in the said light emission part.
前記構成によれば、励起光源群は、複数の励起光を発生するようになっている。これにより、励起光源群の光束を、単一の励起光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the excitation light source group generates a plurality of excitation lights. Thereby, the light flux of the excitation light source group can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、発光部は、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各励起光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each excitation light.
また、第1導光部材は、一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光を、他端に設けられた所定の光出射部に導光し、導光した各励起光を前記光出射部から出射するようになっている。 The first light guide member guides each excitation light generated from the excitation light source group incident from one end to a predetermined light emitting portion provided at the other end, and guides each excitation light guided to the light. The light is emitted from the emission part.
これにより、第1導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、励起光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、励起光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size from one end of the first light guide member to the other end, the excitation light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated due to the influence of heat.
また、前記構成によれば、第2導光部材は、前記第1導光部材の前記光出射部から出射した各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するようになっている。 Further, according to the above configuration, the second light guide member radiates each excitation light emitted from the light emitting portion of the first light guide member in a predetermined light irradiation region in the light emitting portion. It has become.
これにより、発光部の光照射領域に各励起光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 Thereby, since each excitation light is disperse | distributed and irradiated to the light irradiation area | region of a light emission part, the electron of a low energy state excites efficiently to a high energy state over the whole fluorescent substance contained in a light emission part.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一の励起光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the luminance of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、前記構成によれば、各励起光を発光部の一点に集中して照射せず、第1導光部材及び第2導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各励起光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 In addition, according to the above configuration, each excitation light is not radiated in a concentrated manner at one point of the light emitting unit, but is distributed and irradiated to the light irradiation region via the first light guide member and the second light guide member. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by irradiating the excitation light concentrated on the same point.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
ここで、「励起光源群」は、複数の励起光源が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、複数の励起光源を一体化したものであっても良い。 Here, the “excitation light source group” may be one in which a plurality of excitation light sources are spatially separated, or may be one in which a plurality of excitation light sources are integrated.
また、励起光源群を構成する各励起光源は、LDのようにコヒーレントなレーザ光を発生するものであっても良いし、LEDのようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。 Moreover, each excitation light source which comprises an excitation light source group may generate | occur | produce a coherent laser beam like LD, and may generate | occur | produce incoherent excitation light like LED. .
また、励起光源群は、LD又はLEDのみで構成しても良いし、LD及びLEDを混在させたものであっても良い。 In addition, the excitation light source group may be composed of only LD or LED, or may be a mixture of LD and LED.
また、「発光部」は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。また、発光部は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。 Further, as described above, the “light emitting unit” includes at least a phosphor, but may be composed of only a single type of phosphor, or may be composed of a plurality of types of phosphor. Further, the light emitting unit may be configured by dispersing a single type or a plurality of types of phosphors in an appropriate dispersion medium.
また、「蛍光体」とは、各励起光を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレントな光を発生する物質のことである。 In addition, the “phosphor” is an incoherent state in which an electron in a low energy state is excited to a high energy state by irradiating each excitation light, and this electron transitions from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates light.
また、「分散して照射」とは、光照射領域の特定の1点に集中させることなく、光照射領域の全体に亘って励起光を照射することである。 Further, “dispersed and irradiated” means that the excitation light is irradiated over the entire light irradiation region without being concentrated at one specific point in the light irradiation region.
また、言い換えれば、「分散して照射」とは、発光部の一部をピンポイントで励起しないように励起光を、発光部が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射することである。なお、発光部が劣化しない程度の強度であれば、励起光が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。 In other words, “dispersed and irradiated” means that the excitation light is irradiated over the entire light irradiation region with an intensity that does not deteriorate the light emitting part so that a part of the light emitting part is not pinpointed. That is. Note that the intensity of the light intensity distribution when the excitation light is applied may be somewhat strong as long as the light emitting portion does not deteriorate.
なお、「光の分散」は、1つの光からプリズムなどで複数の色相を持つ複数の光に分離することを意味する場合があるが、本願明細書では、このような意味で「分散」という用語を用いないこととする。 “Dispersion of light” may mean that a single light is separated into a plurality of lights having a plurality of hues by a prism or the like. In this specification, the term “dispersion” is used. Terminology will not be used.
また、「分散して照射」とは、光出射部のサイズよりも光照射領域のサイズが大きい場合のように照射面積を拡げつつ光照射領域に励起光を照射しても良く、光出射部のサイズよりも光照射領域のサイズが小さい場合のように照射面積を縮小しつつ光照射領域に励起光を照射しても良い。 Further, “dispersed irradiation” means that the light irradiation region may be irradiated with excitation light while expanding the irradiation area as in the case where the size of the light irradiation region is larger than the size of the light output portion. The light irradiation region may be irradiated with the excitation light while reducing the irradiation area as in the case where the size of the light irradiation region is smaller than the size.
また、本発明の発光装置は、前記第1導光部材は、前記一端から入射した各励起光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、前記光出射部の断面積は、前記第1導光部材の前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各励起光を、前記囲繞構造により前記光出射部に導光しても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, the first light guide member has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each excitation light incident from the one end, and the light emitting portion is cut off. The area may be smaller than the cross-sectional area of the one end of the first light guide member, and the excitation light incident from the one end may be guided to the light emitting portion by the surrounding structure.
前記構成によれば、光反射側面で囲まれた囲繞構造により、一端から入射した各励起光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する前記光出射部に導光する、すなわち、各励起光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する光出射部に集光することができる。 According to the above configuration, the surrounding light surrounded by the light reflecting side surface guides each excitation light incident from one end to the light emitting unit having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end. Excitation light can be condensed on a light emitting portion having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end.
よって、光出射部の断面積及び発光部(光照射領域)のサイズを共に小さくすることにより、励起光源群を構成する励起光源の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光部の小型化が可能となる。 Therefore, by reducing both the cross-sectional area of the light emitting part and the size of the light emitting part (light irradiation region), the light emitting part that generates light of high brightness and high luminous flux according to the number of excitation light sources constituting the excitation light source group Can be reduced in size.
ここで、「囲繞」とは、励起光群から発生する各励起光のすべての光路の周囲を取り囲むことである。 Here, “go” refers to surrounding the entire optical path of each excitation light generated from the excitation light group.
また、「囲繞構造により光出射部に導光する」場合には、光反射側面に1回だけ反射して光出射部に導光する場合、光反射側面に複数回反射して光出射部に導光する場合、光反射側面に1回も反射することなく光出射部に導光する場合のいずれの場合も含まれる。 In addition, in the case of “guided to the light emitting part by the go structure”, when the light is reflected only once on the light reflecting side surface and guided to the light emitting part, it is reflected plural times on the light reflecting side surface to the light emitting part. In the case of guiding the light, any case where the light is guided to the light emitting part without being reflected on the light reflecting side surface is included.
ところで、前記特許文献1及び2に開示された灯具では、複数の励起光源から生じた励起光を蛍光体に照射して高輝度を実現するという観点は考慮されているものの、励起光源毎に設けられた集光レンズを用いて励起光を導光しているので、励起光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうという副次的な問題点がある。
By the way, in the lamps disclosed in
また、この灯具では、励起光毎に反射鏡に穴を開け、その穴に励起光を通過させて蛍光体に照射しているので、励起光源の数が多くなる程、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点もある。 In addition, in this lamp, a hole is formed in the reflecting mirror for each excitation light, and the excitation light is passed through the hole to irradiate the phosphor. Therefore, as the number of excitation light sources increases, the reflection of light by the reflecting mirror increases. There is also a secondary problem that efficiency deteriorates.
本発明の発光装置は、このような副次的な問題点を解決するために、前記構成に加えて、前記第1導光部材は、複数の光ファイバーからなり、前記各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端から出射し、前記光出射部は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成されていても良い。 In the light emitting device of the present invention, in order to solve such a secondary problem, in addition to the above configuration, the first light guide member includes a plurality of optical fibers, and the respective excitation lights correspond to each other. The light may enter from one end of the optical fiber and exit from the other end of the optical fiber, and the light emitting unit may be configured by a portion in which the other ends of the plurality of optical fibers are arranged.
前記構成によれば、第1導光部材を複数の光ファイバーで構成するという簡易な構成で、各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射し、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分(光出射部)に導光される。 According to the above configuration, each excitation light is incident from one end of the corresponding optical fiber and the other end of the plurality of optical fibers is arranged with a simple configuration in which the first light guide member is configured by a plurality of optical fibers. It is guided to (light emitting part).
また、光ファイバーの太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバーを束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。 Further, although depending on the thickness and number of optical fibers, the thickness of the optical fibers is usually not so large even if a plurality of optical fibers are bundled.
よって、光出射部及び光照射領域(又は発光部)のサイズを小さく保ったまま、小さな発光部の光照射領域に多数の励起光源由来の励起光を照射することができる。 Therefore, it is possible to irradiate the light irradiation region of the small light emitting unit with excitation light derived from a large number of excitation light sources while keeping the size of the light emitting unit and the light irradiation region (or light emitting unit) small.
また、例えば、本発明の発光装置をヘッドランプに用いる場合、反射鏡の中央に穴を開け、その穴に複数の光ファイバーの束を通過させて複数の光ファイバーの他端が配列された部分から発光部に各励起光を照射させれば良いので、励起光源群を構成する励起光源の数が多くなっても、特許文献1及び2に開示された灯具のように反射鏡による光の反射効率が悪化することはない。
For example, when the light-emitting device of the present invention is used for a headlamp, a hole is formed in the center of the reflecting mirror, a bundle of a plurality of optical fibers is passed through the hole, and light is emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged. Therefore, even if the number of excitation light sources constituting the excitation light source group increases, the reflection efficiency of light by the reflecting mirror as in the lamps disclosed in
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、水平方向に長い形状であり、前記第2導光部材は、鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズであっても良い。 In the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the shape of the light irradiation region is a shape that is long in the horizontal direction, and the second light guide member is a plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction. There may be.
前記第2導光部材を、鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズで構成すれば、励起光を水平方向に拡散させることができる。 If the second light guide member is composed of a plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction, the excitation light can be diffused in the horizontal direction.
よって、光照射領域の水平方向に長い形状に合せて光照射領域に各励起光が分散して照射されるようにすることができる。 Therefore, each excitation light can be distributed and irradiated to the light irradiation region according to the shape of the light irradiation region that is long in the horizontal direction.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、水平方向に長く、かつ鉛直方向の径が水平方向に対して線形的に変化する形状であり、前記第2導光部材は、鉛直方向に軸を持つ第1平凸シリンドリカルレンズ、及び水平方向に軸を持つ第2平凸シリンドリカルレンズの組合せであっても良い。 In addition to the above configuration, the light emitting device of the present invention has a shape in which the shape of the light irradiation region is long in the horizontal direction and the diameter in the vertical direction changes linearly with respect to the horizontal direction. The two light guide members may be a combination of a first plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction and a second plano-convex cylindrical lens having an axis in the horizontal direction.
前記第2導光部材を、鉛直方向に軸を持つ第1平凸シリンドリカルレンズ、及び水平方向に軸を持つ第2平凸シリンドリカルレンズの組合せで構成することにより、光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各励起光が分散して照射されるようにすることができる。 By configuring the second light guide member by a combination of a first plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction and a second plano-convex cylindrical lens having an axis in the horizontal direction, the size of the light irradiation region in the horizontal direction In addition, the excitation light can be distributed and irradiated on the light irradiation region according to the size in the vertical direction.
また、本発明の発光装置は、複数の励起光を発生する励起光源群と、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生する発光部と、一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光を、他端に導光する導光部材を備えており、前記導光部材の他端には、導光した各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていても良い。 The light-emitting device of the present invention includes an excitation light source group that generates a plurality of excitation lights, a light-emitting unit that generates light when irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group, and the light incident from one end. A light guide member that guides each excitation light generated from the excitation light source group to the other end is provided, and the other light guide member is irradiated with predetermined light emitted from the light emitting unit at the other end of the light guide member. A light dispersion portion that irradiates and irradiates the region may be formed.
前記構成によれば、励起光源群は、複数の励起光を発生するようになっている。これにより、励起光源群の光束を、単一の励起光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the excitation light source group generates a plurality of excitation lights. Thereby, the light flux of the excitation light source group can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、発光部は、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各励起光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each excitation light.
また、導光部材は、一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光を、他端に導光するようになっている。 The light guide member guides the excitation light generated from the excitation light source group incident from one end to the other end.
さらに、前記導光部材の他端には、導光した各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている。 Furthermore, the other end of the light guide member is formed with a light dispersion portion that radiates and distributes each guided excitation light to a predetermined light irradiation region in the light emitting portion.
これにより、導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、励起光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、励起光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size of the light guide member from one end to the other end, the excitation light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval, so the heat generated in the excitation light source group It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by the influence of the above.
また、光分散部から発光部の光照射領域に各励起光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 In addition, since each excitation light is dispersed and irradiated from the light dispersion part to the light irradiation region of the light emitting part, electrons in a low energy state are efficiently excited to a high energy state over the entire phosphor contained in the light emitting part. To do.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一の励起光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the luminance of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、前記構成によれば、各励起光を発光部の一点に集中して照射せず、導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各励起光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 In addition, according to the above configuration, each excitation light is not concentrated on one point of the light emitting unit and irradiated on the light irradiation region via the light guide member, so that each excitation light is concentrated on the same point. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by being irradiated.
本発明の発光装置は、前記励起光源群は、複数の半導体レーザで構成されており、前記各励起光は、対応する半導体レーザから発生するレーザ光であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the excitation light source group may be composed of a plurality of semiconductor lasers, and each of the excitation lights may be a laser beam generated from a corresponding semiconductor laser.
また、本発明の発光装置は、前記励起光源群は、複数のレーザ光出射端を持つ単一の半導体レーザで構成されており、前記各励起光は、対応するレーザ光出射端から出射するレーザ光であっても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, the excitation light source group is composed of a single semiconductor laser having a plurality of laser light emission ends, and each excitation light is emitted from a corresponding laser light emission end. It may be light.
また、本発明の発光装置は、前記発光部は、酸窒化物系蛍光体を含んでいても良い。 In the light-emitting device of the present invention, the light-emitting portion may include an oxynitride phosphor.
また、本発明の発光装置は、前記発光部が発生する光の輝度が80Mcd/m2以上であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the luminance of the light generated by the light emitting unit may be 80 Mcd / m 2 or more.
また、本発明の発光装置は、前記発光部が発生する光の光束が700lm以上、3200lm以下であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the light flux generated by the light emitting unit may be 700 lm or more and 3200 lm or less.
また、本発明の発光装置は、前記発光部の形状が、前記発光部が発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状に応じて形成されていても良い。 In the light emitting device of the present invention, the shape of the light emitting part may be formed according to the shape of a cut line that defines a light / dark boundary of a light distribution pattern of light generated by the light emitting part.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
また、本発明の照明装置は、前記発光装置のいずれかを備えていても良い。 Moreover, the illuminating device of this invention may be provided with either of the said light-emitting devices.
これにより、高輝度及び長寿命の照明装置を提供することができる。 Thereby, a high-luminance and long-life lighting device can be provided.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置・照明装置を提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device / illumination device that can achieve high brightness and a long life.
また、本発明は、以下のように方法としても表現できる。 The present invention can also be expressed as a method as follows.
本発明の光発生方法は、所定の励起光源群から発生した複数の励起光を、所定の光出射部に導光し、導光した各励起光を前記光出射部から出射させて、所定の発光部に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記励起光源群から複数の励起光を発生させる励起光発生ステップと、前記励起光発生ステップで発生させた各励起光を、前記光出射部に導光する励起光導光ステップと、前記励起光導光ステップで導光した各励起光を前記光出射部から出射させる励起光出射ステップと、前記励起光出射ステップで前記光出射部から出射させた各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する励起光分散照射ステップとを含んでいても良い。 In the light generation method of the present invention, a plurality of excitation lights generated from a predetermined excitation light source group are guided to a predetermined light emitting unit, and each guided excitation light is emitted from the light emitting unit, A light generation method for generating light by irradiating a light emitting unit, wherein an excitation light generation step for generating a plurality of excitation lights from the excitation light source group, and each excitation light generated in the excitation light generation step, An excitation light guiding step for guiding light to the light emitting unit, an excitation light emitting step for emitting each excitation light guided in the excitation light guiding step from the light emitting unit, and the light emitting unit in the excitation light emitting step An excitation light dispersion irradiation step of dispersing and irradiating each excitation light emitted from the light emission portion in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit.
また、本発明の光発生方法は、所定の励起光源群から発生した複数の励起光を、所定の光分散部に導光し、導光した各励起光を前記光分散部から所定の発光部に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記励起光源群から複数の励起光を発生させる励起光発生ステップと、前記励起光発生ステップで発生させた各励起光を、前記光分散部に導光する励起光導光ステップと、前記励起光導光ステップで導光した各励起光を前記光分散部から前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する励起光分散照射ステップとを含んでいても良い。 Further, the light generation method of the present invention guides a plurality of excitation lights generated from a predetermined excitation light source group to a predetermined light dispersion part, and each of the guided excitation lights from the light dispersion part to a predetermined light emission part. A light generation method for generating light by irradiating the light source with a pumping light generation step for generating a plurality of pumping light from the pumping light source group, and each pumping light generated in the pumping light generation step with the light Excitation light guiding step for guiding light to the dispersion part, and excitation light dispersion irradiation step for dispersing and irradiating each excitation light guided in the excitation light light guide step from the light dispersion part to a predetermined light irradiation region in the light emitting part May be included.
また、本発明の光発生方法は、所定の励起光源群から発生した複数の励起光を、所定の発光部の近傍に導光し、導光された各励起光を前記発光部の所定の光照射領域に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記励起光源群から複数の励起光を発生させる励起光発生ステップと、前記励起光発生ステップで発生させた各励起光を、前記発光部の近傍に導光する励起光導光ステップと、前記励起光導光ステップで導光した各励起光を前記光照射領域に分散して照射する励起光分散照射ステップとを含んでいても良い。 The light generation method of the present invention guides a plurality of excitation lights generated from a predetermined excitation light source group in the vicinity of a predetermined light emitting unit, and guides each of the guided excitation lights to the predetermined light of the light emitting unit. A light generation method for generating light by irradiating an irradiation region, wherein an excitation light generation step for generating a plurality of excitation lights from the excitation light source group, and each excitation light generated in the excitation light generation step, An excitation light guiding step for guiding light in the vicinity of the light emitting unit, and an excitation light dispersion irradiating step for dispersing and irradiating each excitation light guided in the excitation light guiding step in the light irradiation region may be included. .
本発明の発光装置は、複数の励起光を発生する励起光源群と、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生する発光部と、前記励起光源群から発生した各励起光を前記発光部の近傍に導光する第1光学系と、前記第1光学系によって導光された各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第2光学系とを備えている構成であってよい。 The light emitting device of the present invention is generated from an excitation light source group that generates a plurality of excitation light, a light emitting unit that generates light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group, and the excitation light source group A first optical system that guides each excitation light to the vicinity of the light emitting unit, and a second optical system that irradiates each excitation light guided by the first optical system in a distributed manner in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit. And an optical system.
前記構成によれば、励起光源群は、複数の励起光を発生するようになっている。これにより、励起光源群の光束を、単一の励起光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the excitation light source group generates a plurality of excitation lights. Thereby, the light flux of the excitation light source group can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、発光部は、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各励起光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each excitation light.
また、第1光学系は、前記励起光源群から発生した各励起光を前記発光部の近傍に導光するようになっている。 The first optical system guides each excitation light generated from the excitation light source group to the vicinity of the light emitting unit.
これにより、第1光学系の前記各励起光が入射する側から前記各励起光が導光される側までの距離を調整することで、励起光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、励起光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Accordingly, by adjusting the distance from the side on which the respective excitation lights are incident on the first optical system to the side on which the respective excitation lights are guided, the excitation light source group and the light emitting unit are spaced at an arbitrary interval. Therefore, it is possible to prevent the light emitting portion from deteriorating due to the influence of heat generated in the excitation light source group.
また、前記構成によれば、第2光学系は、前記第1光学系によって導光された各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するようになっている。 According to the above configuration, the second optical system irradiates each excitation light guided by the first optical system in a distributed manner in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit.
これにより、発光部の光照射領域に各励起光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 Thereby, since each excitation light is disperse | distributed and irradiated to the light irradiation area | region of a light emission part, the electron of a low energy state excites efficiently to a high energy state over the whole fluorescent substance contained in a light emission part.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一の励起光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the luminance of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、前記構成によれば、各励起光を発光部の一点に集中して照射せず、第1光学系及び第2光学系を介して光照射領域に分散して照射するので、各励起光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 In addition, according to the above configuration, each excitation light is not irradiated in a concentrated manner on one point of the light emitting unit, but is distributed and irradiated on the light irradiation region via the first optical system and the second optical system. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by irradiating the light at the same point.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
ここで、「第1光学系」は、例えば、一端から入射した各励起光を他端に導光する単体の光学部品で構成しても良く、また、一端から入射した各励起光を他端に導光し、導光された各励起光をその他端から出射する第1光学部品と、一端から入射した第1光学部品の他端から出射した各励起光を他端に導光する第2光学部品との組合せのように、複数の光学部品で構成しても良い。 Here, the “first optical system” may be constituted by, for example, a single optical component that guides each excitation light incident from one end to the other end, and each excitation light incident from one end is the other end. The first optical component that guides the pumped excitation light from the other end and the second optical component that guides the excitation light emitted from the other end of the first optical component incident from one end to the other end. You may comprise with several optical components like the combination with an optical component.
また、「第2光学系」は、例えば、第1光学系によって導光された各励起光を光照射領域に分散して照射できるものであれば良く、第1光学系によって導光された各励起光を光照射領域に分散して照射する単体の光学部品であっても良いし、第1光学系によって導光された各励起光を2つのレンズを用いて光照射領域に分散して照射する場合のように複数の光学部品で構成しても良い。 In addition, the “second optical system” only needs to be capable of dispersing and irradiating each excitation light guided by the first optical system in the light irradiation region. It may be a single optical component that irradiates and irradiates the excitation light to the light irradiation region, or each excitation light guided by the first optical system is distributed and irradiated to the light irradiation region using two lenses. As in the case of, a plurality of optical components may be used.
また、上述した例のように第1光学系及び第2光学系は、独立した2以上の光学部品で構成しても良いし、後述する「導光部材」のように一体化された1つの光学部品で構成しても良い。 Further, as in the above-described example, the first optical system and the second optical system may be configured by two or more independent optical components, or one integrated as a “light guide member” described later. You may comprise with an optical component.
また、「励起光源群」は、複数の励起光源が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、複数の励起光源を一体化したものであっても良い。 In addition, the “excitation light source group” may include a plurality of excitation light sources that are spatially separated, or may be a combination of a plurality of excitation light sources.
また、励起光源群を構成する各励起光源は、LDのようにコヒーレントなレーザ光を発生するものであっても良いし、LEDのようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。 Moreover, each excitation light source which comprises an excitation light source group may generate | occur | produce a coherent laser beam like LD, and may generate | occur | produce incoherent excitation light like LED. .
また、励起光源群は、LD又はLEDのみで構成しても良いし、LD及びLEDを混在させたものであっても良い。 In addition, the excitation light source group may be composed of only LD or LED, or may be a mixture of LD and LED.
また、「発光部」は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。また、発光部は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。 Further, as described above, the “light emitting unit” includes at least a phosphor, but may be composed of only a single type of phosphor, or may be composed of a plurality of types of phosphor. Further, the light emitting unit may be configured by dispersing a single type or a plurality of types of phosphors in an appropriate dispersion medium.
また、「蛍光体」とは、各励起光を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレントな光を発生する物質のことである。 In addition, the “phosphor” is an incoherent state in which an electron in a low energy state is excited to a high energy state by irradiating each excitation light, and this electron transitions from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates light.
また、「分散して照射」とは、光照射領域の特定の1点に集中させることなく、光照射領域の全体に亘って励起光を照射することである。 Further, “dispersed and irradiated” means that the excitation light is irradiated over the entire light irradiation region without being concentrated at one specific point in the light irradiation region.
言い換えれば、「分散して照射」とは、発光部の一部をピンポイントで励起しないように励起光を、発光部が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射することである。なお、発光部が劣化しない程度の強度であれば、励起光が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。 In other words, “dispersed and irradiated” refers to irradiating excitation light over the entire light irradiation region with an intensity that does not cause deterioration of the light emitting part so as not to excite a part of the light emitting part pinpoint. is there. Note that the intensity of the light intensity distribution when the excitation light is applied may be somewhat strong as long as the light emitting portion does not deteriorate.
なお、「光の分散」は、1つの光からプリズムなどで複数の色相を持つ複数の光に分離することを意味する場合があるが、本願明細書では、このような意味で「分散」という用語を用いないこととする。 “Dispersion of light” may mean that a single light is separated into a plurality of lights having a plurality of hues by a prism or the like. In this specification, the term “dispersion” is used. Terminology will not be used.
また、「分散して照射」には、照射面積をほぼ一定にして光照射領域に励起光を照射させる場合、照射面積を拡げつつ光照射領域に励起光を照射させる場合、照射面積を縮小しつつ光照射領域に励起光を照射させる場合のいずれの場合も含まれる。 In addition, in “dispersed irradiation”, when the irradiation area is irradiated with excitation light with the irradiation area being substantially constant, the irradiation area is reduced when the irradiation area is irradiated with excitation light while expanding the irradiation area. Any case of irradiating the light irradiation region with excitation light is included.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、第1光学系は、一端から入射した各励起光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、他端の断面積は、前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各励起光を、前記囲繞構造により前記他端に導光しても良い。 In the light-emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the first optical system has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each excitation light incident from one end, and the other end The cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the one end, and each excitation light incident from the one end may be guided to the other end by the surrounding structure.
前記構成によれば、光反射側面で囲まれた囲繞構造により、第1光学系の一端から入射した各励起光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する第1光学系の他端に導光する、すなわち、各励起光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する第1光学系の他端に集光することができる。 According to the above-described configuration, the other end of the first optical system having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end is allowed to cause each excitation light incident from one end of the first optical system to be surrounded by the light reflecting side surface. In other words, each excitation light can be condensed on the other end of the first optical system having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end.
よって、第1光学系の他端の断面積及び発光部(光照射領域)のサイズを共に小さくすることにより、励起光源群を構成する励起光源の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光部の小型化が可能となる。 Therefore, by reducing both the cross-sectional area of the other end of the first optical system and the size of the light emitting part (light irradiation region), light of high brightness and high luminous flux corresponding to the number of excitation light sources constituting the excitation light source group can be obtained. The generated light emitting unit can be downsized.
ここで、「囲繞」とは、励起光群から発生する各励起光のすべての光路の周囲を取り囲むことである。 Here, “go” refers to surrounding the entire optical path of each excitation light generated from the excitation light group.
また、「囲繞構造により第1光学系の他端に導光する」場合には、光反射側面に1回だけ反射して第1光学系の他端に導光する場合、光反射側面に複数回反射して第1光学系の他端に導光する場合、光反射側面に1回も反射することなく第1光学系の他端に導光する場合のいずれの場合も含まれる。 In addition, in the case of “guided to the other end of the first optical system by the go structure”, when the light is reflected only once on the light reflection side surface and guided to the other end of the first optical system, a plurality of light is reflected on the light reflection side surface. When the light is reflected once and guided to the other end of the first optical system, both cases where the light is guided to the other end of the first optical system without being reflected once by the light reflection side surface are included.
ところで、前記特許文献1及び2に開示された灯具では、複数の励起光源から生じた励起光を蛍光体に照射して高輝度を実現するという観点は考慮されているものの、励起光源毎に設けられた集光レンズを用いて励起光を導光しているので、励起光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうという副次的な問題点がある。
By the way, in the lamps disclosed in
また、この灯具では、励起光毎に反射鏡に穴を開け、その穴に励起光を通過させて蛍光体に照射しているので、励起光源の数が多くなる程、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点もある。 In addition, in this lamp, a hole is formed in the reflecting mirror for each excitation light, and the excitation light is passed through the hole to irradiate the phosphor. Therefore, as the number of excitation light sources increases, the reflection of light by the reflecting mirror increases. There is also a secondary problem that efficiency deteriorates.
本発明の発光装置は、このような副次的な問題点を解決するために、前記構成に加えて、前記第1光学系は、複数の光ファイバーからなり、前記各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端に導光され、前記第1光学系の前記各励起光が導光される部分は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成されていることが好ましい。 In order to solve such a secondary problem, the light emitting device of the present invention includes the first optical system including a plurality of optical fibers in addition to the above-described configuration, and each of the excitation lights includes a corresponding optical fiber. The portion of the first optical system is guided to the other end of the optical fiber, and the excitation light of the first optical system is guided by the portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged. It is preferable.
前記構成によれば、第1光学系を複数の光ファイバーで構成するという簡易な構成で、各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射し、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分(第1光学系の各励起光が導光される部分)に導光される。 According to the above configuration, each excitation light is incident from one end of a corresponding optical fiber and the other end of the plurality of optical fibers is arranged in a simple configuration in which the first optical system is configured by a plurality of optical fibers ( The first optical system is guided to a portion where each excitation light is guided.
また、光ファイバーの太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバーを束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。 Further, although depending on the thickness and number of optical fibers, the thickness of the optical fibers is usually not so large even if a plurality of optical fibers are bundled.
よって、複数の光ファイバーの他端が配列された部分(第1光学系の各励起光が導光される部分)及び光照射領域(又は発光部)のサイズを小さく保ったまま、小さな発光部の光照射領域に多数の励起光源由来の励起光を照射させることができる。 Therefore, while keeping the size of the portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged (the portion where each excitation light of the first optical system is guided) and the light irradiation region (or the light emitting portion) are kept small, The light irradiation region can be irradiated with excitation light derived from a large number of excitation light sources.
また、例えば、本発明の発光装置をヘッドランプに用いる場合、反射鏡の中央に穴を開け、その穴に複数の光ファイバーの束を通過させて複数の光ファイバーの他端が配列された部分から発光部に各励起光を照射させれば良いので、励起光源群を構成する励起光源の数が多くなっても、特許文献1及び2に開示された灯具のように反射鏡による光の反射効率が悪化することはない。
For example, when the light-emitting device of the present invention is used for a headlamp, a hole is formed in the center of the reflecting mirror, a bundle of a plurality of optical fibers is passed through the hole, and light is emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged. Therefore, even if the number of excitation light sources constituting the excitation light source group increases, the reflection efficiency of light by the reflecting mirror as in the lamps disclosed in
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、水平方向に長い形状であり、前記第2光学系は、少なくとも鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを備えていても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the shape of the light irradiation region is a shape that is long in the horizontal direction, and the second optical system includes a convex lens having a convex surface having an axis at least in the vertical direction. You may have.
前記第2光学系を、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズで構成すれば、各励起光の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも大きくなる場合であっても、光照射領域の水平方向の幅に合せて、各励起光を水平方向に分散させて光照射領域に照射させることができる。 If the second optical system is constituted by a convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction, even if the horizontal spread of each excitation light is larger than the horizontal width of the light irradiation region, the light In accordance with the horizontal width of the irradiation region, each excitation light can be dispersed in the horizontal direction and irradiated onto the light irradiation region.
よって、光照射領域の水平方向に長い形状に合せて光照射領域に各励起光が分散して照射されるようにすることができる。 Therefore, each excitation light can be distributed and irradiated to the light irradiation region according to the shape of the light irradiation region that is long in the horizontal direction.
「鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ」の例としては、鉛直方向に軸を持つ両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ等が例示できる。 Examples of the “convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction” include a biconvex lens, a plano-convex lens, and a convex meniscus lens having an axis in the vertical direction.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、鉛直方向の径が水平方向に対して線形的に変化する形状であり、前記第2光学系は、前記鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズの組合せであっても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the shape of the light irradiation region is a shape in which a vertical diameter changes linearly with respect to a horizontal direction, and the second optical system includes A combination of a convex lens having a convex surface with an axis in the vertical direction and a convex lens having a convex surface with an axis in the horizontal direction may be used.
前記第2光学系を、前記鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズの組合せで構成することにより、光照射領域の形状が、鉛直方向の径が水平方向に対して線形的に変化する形状であっても、その形状に合せて光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各励起光が分散して照射されるようにすることができる。 By configuring the second optical system by a combination of a convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction and a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction, the shape of the light irradiation area has a horizontal diameter in the horizontal direction. Even if the shape changes linearly with respect to the direction, each excitation light is distributed and irradiated to the light irradiation region according to the horizontal size and vertical size of the light irradiation region according to the shape. Can be.
「水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ」の例としては、水平方向に軸を持つ両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ等が例示できる。 Examples of the “convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction” include a biconvex lens, a plano-convex lens, and a convex meniscus lens having an axis in the horizontal direction.
「凸レンズの組合せ」としては、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズが別々の凸レンズである場合は、これらの凸レンズの光軸を揃えたものとすれば良い。また、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを分離できない形で一体化して構成しても良い。 As the “combination of convex lenses”, when the convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction and the convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction are separate convex lenses, the optical axes of these convex lenses should be aligned. It ’s fine. Further, a convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction and a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction may be integrated so as not to be separated.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記第1光学系及び前記第2光学系は一体化された導光部材となっており、前記導光部材における第1光学系側の一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光は、前記導光部材における第2光学系側の他端に導光され、前記第2光学系側の他端には、導光された各励起光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていても良い。 In addition to the above configuration, the light emitting device of the present invention is a light guide member in which the first optical system and the second optical system are integrated, and the first light system side of the light guide member is on the first optical system side. Each excitation light generated from the excitation light source group incident from one end is guided to the other end on the second optical system side of the light guide member, and is guided to the other end on the second optical system side. A light dispersion portion that irradiates and distributes each excitation light to the light irradiation region may be formed.
前記構成によれば、導光部材は、第1光学系及び前記第2光学系が一体化されたものである。よって、光学系の部品点数を少なくし、光学系全体のサイズを小さくすることができる。 According to the above configuration, the light guide member is formed by integrating the first optical system and the second optical system. Therefore, the number of parts of the optical system can be reduced, and the size of the entire optical system can be reduced.
また、導光部材における第1光学系側の一端から入射した前記励起光源群から発生した各励起光は、前記導光部材における第2光学系側の他端に導光されるようになっている。 Each excitation light generated from the excitation light source group incident from one end of the light guide member on the first optical system side is guided to the other end of the light guide member on the second optical system side. Yes.
さらに、第2光学系側の他端には、導光された各励起光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている。 Furthermore, a light dispersion part is formed at the other end on the second optical system side to disperse and irradiate each guided excitation light to the light irradiation region.
これにより、導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、励起光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、励起光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size of the light guide member from one end to the other end, the excitation light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval, so the heat generated in the excitation light source group It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by the influence of the above.
また、光分散部から発光部の光照射領域に各励起光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 In addition, since each excitation light is dispersed and irradiated from the light dispersion part to the light irradiation region of the light emitting part, electrons in a low energy state are efficiently excited to a high energy state over the entire phosphor contained in the light emitting part. To do.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一の励起光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the luminance of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single excitation light source is used.
また、前記構成によれば、各励起光を発光部の一点に集中して照射せず、導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各励起光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 In addition, according to the above configuration, each excitation light is not concentrated on one point of the light emitting unit and irradiated on the light irradiation region via the light guide member, so that each excitation light is concentrated on the same point. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by being irradiated.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記発光装置のいずれかを備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the illuminating device of this invention is provided with either of the said light-emitting devices in addition to the said structure.
これにより、高輝度及び長寿命の照明装置を提供することができる。 Thereby, a high-luminance and long-life lighting device can be provided.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置・照明装置を提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device / illumination device that can achieve high brightness and a long life.
また、本発明の車両用前照灯は、前記構成に加えて、前記発光装置と、前記発光部から発生した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備えていても良い。 In addition to the above-described configuration, the vehicle headlamp of the present invention reflects the light generated from the light emitting device and the light emitting unit, thereby forming a light beam that travels within a predetermined solid angle. And may be provided.
前記構成によれば、発光部から発生した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束が形成される。それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる車両用前照灯を提供することができる。 According to the said structure, the light emitted from the light emission part is reflected by a reflective mirror, and the light beam which advances within the predetermined solid angle is formed. Therefore, it is possible to provide a vehicular headlamp that can achieve high brightness and a long life.
本発明の発光装置は、以上のように、複数の励起光を発生する励起光源群と、前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生する発光部と、前記励起光源群から発生した各励起光を前記発光部の近傍に導光する第1光学系と、前記第1光学系によって導光された各励起光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第2光学系とを備えているものである。 As described above, the light-emitting device of the present invention includes a plurality of excitation light sources that generate a plurality of excitation lights, a light-emitting unit that generates light when irradiated with each excitation light generated from the excitation light sources, and the excitation A first optical system that guides each excitation light generated from the light source group to the vicinity of the light emitting unit, and each excitation light guided by the first optical system is dispersed in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit. And a second optical system for irradiation.
それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long lifetime.
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、照明装置、灯具及び照明器具、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。 The present invention can be applied to a light-emitting device, a lighting device, a lamp, and a lighting fixture that have a high luminance and a long lifetime, particularly a headlamp for a vehicle.
10 レーザダイオード群(励起光源群)
11 LDチップ(励起光源)
13 LEDパイロットランプ(励起光源)
20 第1導光部(第1光学系)
21A 角錐台状集光部(第1光学系)
21B 角錐台状光学部材(導光部材,第1光学系,第2光学系)
22 光ファイバー束(第1光学系,複数の光ファイバー)
30 凸シリンドリカルレンズ(第2光学系,鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)
31 凹シリンドリカルレンズ(第2光学系)
32 複合シリンドリカルレンズ(第2光学系)
40 直方体状発光体(発光部)
41 ロービーム用発光体(発光部)
50 ロッド状レンズ(第1光学系)
90 反射鏡
101 LDチップ(励起光源群)
102 発光点(励起光源)
110,120A,120B 発光装置(照明装置,車両用前照灯)
130 LEDチップ(励起光源)
140 照明装置(発光装置,車両用前照灯)
201 光入射部(第1光学系の一端)
202 光出射部(第1光学系の他端)
211A 光入射面(第1光学系の一端)
211B 光入射面(第1光学系の一端,第1光学系側の一端)
212A 光出射面(第1光学系の他端)
212B 光分散面(光分散部,第2光学系側の他端)
213A,213B 角錐台側面(光反射側面,囲繞構造)
221 入射端(第1光学系の一端)
222 出射端(第1光学系の他端,光ファイバーの他端が配列された部分)
223 光ファイバー
321 鉛直軸シリンドリカルレンズ(鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)
322 水平軸シリンドリカルレンズ(水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ)
400 レーザダウンライト(発光装置,照明装置)
L0 レーザ光(励起光)
L1 出射光(励起光)
L2 照射光(励起光)
L3 インコヒーレント光(光)
R1〜R5 光照射領域
10 Laser diode group (excitation light source group)
11 LD chip (excitation light source)
13 LED pilot lamp (excitation light source)
20 1st light guide part (1st optical system)
21A pyramid shaped condensing part (first optical system)
21B Pyramidal optical member (light guide member, first optical system, second optical system)
22 Optical fiber bundle (first optical system, multiple optical fibers)
30 convex cylindrical lens (second optical system, convex lens having a convex surface with an axis in the vertical direction)
31 Concave cylindrical lens (second optical system)
32 Compound cylindrical lens (second optical system)
40 Cuboid light emitter (light emitting part)
41 Light emitter for low beam (light emitting part)
50 Rod lens (first optical system)
90 reflecting
102 Emission point (excitation light source)
110, 120A, 120B Light emitting device (lighting device, vehicle headlamp)
130 LED chip (excitation light source)
140 Illumination device (light emitting device, vehicle headlamp)
201 Light incident part (one end of the first optical system)
202 Light emitting part (the other end of the first optical system)
211A Light incident surface (one end of the first optical system)
211B Light incident surface (one end of the first optical system, one end on the first optical system side)
212A Light exit surface (the other end of the first optical system)
212B Light dispersion surface (light dispersion part, other end on the second optical system side)
213A, 213B Side surface of truncated pyramid (light reflection side surface, go structure)
221 Incident end (one end of the first optical system)
222 Output end (the portion where the other end of the first optical system and the other end of the optical fiber are arranged)
223
322 Horizontal-axis cylindrical lens (convex lens having a convex surface with an axis in the horizontal direction)
400 Laser downlight (light emitting device, lighting device)
L0 laser light (excitation light)
L1 outgoing light (excitation light)
L2 irradiation light (excitation light)
L3 Incoherent light (light)
R1-R5 Light irradiation area
Claims (5)
前記励起光源群から発生した各励起光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記励起光源群から発生した各励起光を混ぜ合わせて前記発光部の近傍に導光する第1光学系と、
前記第1光学系によって混ぜ合わされた励起光を前記発光部へ照射する第2光学系と、を備え、
前記発光部に照射される励起光の照射領域の面積は、前記第1光学系における励起光の出射端部の断面積よりも大きく、
前記第2光学系は、励起光が照射される側の前記発光部の表面の形状に合わせて、前記発光部へ励起光を照射し、
前記第2光学系は、凸レンズであることを特徴とする発光装置。 A group of excitation light sources for generating a plurality of excitation lights;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each excitation light generated from the excitation light source group;
A first optical system that mixes each excitation light generated from the excitation light source group and guides it to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system for irradiating the light emitting unit with the excitation light mixed by the first optical system,
The area of the irradiation region of the excitation light irradiated on the light emitting unit is larger than the cross-sectional area of the exit end of the excitation light in the first optical system,
The second optical system irradiates the light emitting part with excitation light in accordance with the shape of the surface of the light emitting part on the side irradiated with excitation light ,
The light emitting device , wherein the second optical system is a convex lens .
前記発光部から発生した光を、所定の立体角内を進む光線束として投光する光学系とを備えることを特徴とする照明装置。 The light-emitting device according to any one of claims 1 to 3,
An illumination system comprising: an optical system that projects light generated from the light emitting unit as a light bundle that travels within a predetermined solid angle.
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