JP6686836B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
本開示は、照明装置に関する。
従来、光ファイバを照明装置に用いることが知られている。例えば、特許文献１には、半導体レーザ（Laser Diode）を光源として用いて、半導体レーザから出射された光を光拡散光ファイバ（Light Diffusing Fiber）に通すことにより、光拡散光ファイバの周囲に位置する被覆層内の蛍光体を励起させて、棒状に拡散する照明光を得る照明システムが記載されている。この照明システムは、光拡散光ファイバの端縁に、光を反射するミラーが設けられている。
また、特許文献２には、光ファイバの端面に反射膜を形成する発光装置が記載されている。この反射膜は、特許文献１におけるミラーと同様に端縁にて半導体レーザから出射された光を反射して半導体レーザ側に戻るように伝播させるものである。
また、特許文献２には、光ファイバの端面に反射膜を形成する発光装置が記載されている。この反射膜は、特許文献１におけるミラーと同様に端縁にて半導体レーザから出射された光を反射して半導体レーザ側に戻るように伝播させるものである。
特許文献１，２に記載されているように、光拡散光ファイバの先端にミラー等を設けて半導体レーザからの光を反射し、光ファイバの端面の光のエネルギを減衰させるものが従来から知られている。
しかしながら、数十ｍＷであった従来の半導体レーザの出力は、近年、例えば約３Ｗ程度にまで高出力化している。このような光源である半導体レーザの高出力化に伴い、光拡散光ファイバの先端面における光のエネルギ密度も約０．０１３ｋＷ／ｃｍ２から約１．５ｋＷ／ｃｍ２程度まで高くなってきている。
しかしながら、数十ｍＷであった従来の半導体レーザの出力は、近年、例えば約３Ｗ程度にまで高出力化している。このような光源である半導体レーザの高出力化に伴い、光拡散光ファイバの先端面における光のエネルギ密度も約０．０１３ｋＷ／ｃｍ２から約１．５ｋＷ／ｃｍ２程度まで高くなってきている。
このため、光ファイバの先端とミラーとの間の少しの隙間や空間に塵埃や汚れ等が付着すると、その付着物が光を吸収して高熱となり、熱がこもって光ファイバの周辺の部品や光ファイバ自身に劣化が生じるおそれがあった。
本開示に係る実施形態は、構成部品の劣化を少なくすることができる照明装置を提供することを課題とする。
本開示に係る実施形態は、構成部品の劣化を少なくすることができる照明装置を提供することを課題とする。
本開示に係る実施形態の照明装置は、光源から出射された光を、一方の端部から導入して、導光中に側面から外部に放出する光ファイバと、光ファイバの側面を、側面との間に隙間を介して覆う透光性を有するチューブと、チューブの光源と反対側の端部を、端部との間に空間を介して覆う遮光性を有するキャップと、を備え、光ファイバの他方の端部は、チューブの端部から突出し、キャップの内側に位置している構成とした。
本開示に係る照明装置によれば、構成部品の劣化を少なくすることができる。
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態に係る照明装置について、図１および図２を参照して説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するための照明装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。そして、図面に示す部材は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、形状を単純化していることがある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一または同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
本実施形態に係る照明装置について、図１および図２を参照して説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するための照明装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。そして、図面に示す部材は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、形状を単純化していることがある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一または同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
この実施形態に係る照明装置１は、光源１２を含む光発生装置１０からの光を導光ファイバ４０用いて照明を行う発光体３０と、発光体３０に取り付けられるキャップ９０とを主に備えている。
光源１２は、半導体レーザ（Laser diode）素子などの半導体発光素子であり、外部からの電力によって発光するものである。そして、光源１２は、光発生装置１０の一部として構成され、光発生装置１０において、駆動回路１４からの入力電力Ｐによって発光するものである。
光源１２には、導光ファイバ４０の一端４０ａが接続されている。導光ファイバ４０の他端４０ｂは、発光体３０のコネクタ２２に接続されている。
そして、光源１２の発光により、導光ファイバ４０及びコネクタ２２を介して発光体３０へ向けて出射光が導光されるように構成されている。
光源１２は、半導体レーザ（Laser diode）素子などの半導体発光素子であり、外部からの電力によって発光するものである。そして、光源１２は、光発生装置１０の一部として構成され、光発生装置１０において、駆動回路１４からの入力電力Ｐによって発光するものである。
光源１２には、導光ファイバ４０の一端４０ａが接続されている。導光ファイバ４０の他端４０ｂは、発光体３０のコネクタ２２に接続されている。
そして、光源１２の発光により、導光ファイバ４０及びコネクタ２２を介して発光体３０へ向けて出射光が導光されるように構成されている。
発光体３０は、コネクタ２２と、後述する透光性チューブ６０および蛍光体チューブ７０を含む二重構造のチューブ５０と、光ファイバ８０とを有している。
コネクタ２２は、導光ファイバ４０と発光体３０の光ファイバ８０とを接続し導光ファイバ４０からの光を光ファイバ８０に送るものである。このコネクタ２２は、導光ファイバ４０の他端４０ｂからの光を、光ファイバ８０の一方の端部８０ａに入射することができるものであれば、その構成は限定されるものではない。
コネクタ２２は、導光ファイバ４０と発光体３０の光ファイバ８０とを接続し導光ファイバ４０からの光を光ファイバ８０に送るものである。このコネクタ２２は、導光ファイバ４０の他端４０ｂからの光を、光ファイバ８０の一方の端部８０ａに入射することができるものであれば、その構成は限定されるものではない。
図２は、この実施形態に係る照明装置１で、発光体３０からキャップ９０を外した状態で、発光体３０とキャップ９０とを模式的に示す斜視図であって、キャップ９０のうち一部は断面を模式的に示す斜視図である。図１を参照しつつ、図２に示すように、この実施形態の光ファイバ８０は、導光中に側面から外部に放出する光拡散光ファイバであり、主にコア８２及びクラッド８４を有して構成されている。このうち、コア８２は、主に石英ガラスで構成されていて、延在方向に光を導光するように構成されている。また、クラッド８４は、コア８２と屈折率を相違させてコア８２の外周を覆う樹脂材料で構成されている拡散層であり、透光性を有することによりコア８２内を導光中の光を径方向外側に向けて拡散させて側面８０ｂから外部に放出することができる。
そして、光ファイバ８０は、光発生装置１０から出射された光を一方の端部８０ａから導入して、他方の端部８０ｃから放出するとともに、光ファイバ８０の内部を導光中に側面８０ｂからも外部に放出する。光ファイバ８０の側面８０ｂから放出された光は、隙間１０２を介して、光ファイバ８０を覆う内側の透光性チューブ６０を透過して、外側の蛍光体チューブ７０に含有された蛍光体を励起させる。これにより、発光体３０は、光ファイバ８０からの光と蛍光体からの光との双方の光によって、チューブ５０全体を発光させる。
また、光ファイバ８０の他方の端部８０ｃからは、光ファイバ８０内で導光された光が外部に向けて放出される。しかしながら、端部８０ｃの近傍では、光のエネルギ密度が高い。このため、チューブ５０の黒化等を防止するため、透光性チューブ６０及び蛍光体チューブ７０が端部８０ｃから放出された光によって直接照射されない位置に、透光性チューブ６０及び蛍光体チューブ７０を光ファイバ８０の端部８０ｃから離間して配置される。具体的には、光ファイバ８０の端部８０ｃは、透光性チューブ６０の端部６０ｂ及び蛍光体チューブ７０の端部７０ａの位置から所定の寸法Ｌ１、突出されている。そして、端部８０ｃから放出された光がキャップ９０の内側面を照らすように、他方の端部８０ｃの先端面が長手方向に対して垂直に形成されて、キャップ９０の内側に位置するように構成されている。
ここで、突出する寸法Ｌ１は、光ファイバ８０からの照射光が直接、透光性チューブ６０の端部６０ｂ及び蛍光体チューブ７０の端部７０ａ近傍に照射されないように設定されていればよい。なお、発光体３０の撓み等を考慮して、端部６０ｂ，７０ａから０．１〜数ミリｍ程度、端部８０ｃが突出するように設定されていることが好ましい。
チューブ５０は、内側のチューブとしての透光性チューブ６０と、外側のチューブとしての蛍光体チューブ７０とを含んでいる。透光性チューブ６０の一方の端部６０ａは、コネクタ２２に接して支持されている。そして、コネクタ２２は、導光ファイバ４０の他端４０ｂからの光を導光して、光ファイバ８０の一方の端部８０ａに入射するように設置されている。なお、透光性チューブ６０と蛍光体チューブ７０とは、いずれも光ファイバ８０が折れにくくなるような保護チューブとしても機能する。なお、透光性チューブ６０は、なくてもよいが、光ファイバ８０と蛍光体チューブ７０との間に設けることで、光ファイバ８０からの光と蛍光体からの光との双方の光を照射する照明装置において、さらに光ファイバ８０を折れにくくすることができる。
透光性チューブ６０と蛍光体チューブ７０とは、略同じ長手方向寸法を有して、透光性を有するポリ塩化ビニル樹脂等の透明材料で構成されている。そして、光ファイバ８０は、透光性チューブ６０及び蛍光体チューブ７０よりも少し長く、側面８０ｂがこの側面８０ｂとの間に形成される隙間１０２を介して、透光性チューブ６０及び蛍光体チューブ７０によって大部分が覆われている。
また、蛍光体チューブ７０は、光ファイバ８０の側面８０ｂから放出された光により励起される蛍光体を含有している。蛍光体チューブ７０は、柔軟性を有する樹脂材料であることや、リジットなガラス材料であってもよい。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＴＰＸ樹脂、ポリノルボルネン樹脂、又はこれらの変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂が挙げられる。また、ガラス材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス、フッ化カルシウムガラス、アルミノホウ珪酸ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラス等が挙げられる。
また、蛍光体チューブ７０に含有される蛍光体は、この分野で用いられる蛍光体を適宜選択することができる。青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ：Ｃｅ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２：Ｅｕ）、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）、β サイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ系蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）、ＳＣＡＳＮ系蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色を照射することができる。なお、蛍光体チューブ７０に含有される蛍光体の濃度は、例えば、５〜５０質量％程度である。
さらに、透光性チューブ６０は蛍光体を含有していないことにより、蛍光体チューブ７０よりも高い透光性を有している。この透光性チューブ６０は、蛍光体チューブ７０の内側で光ファイバ８０との間に挿入されている。光ファイバ８０の周囲には、この透光性チューブ６０との間に隙間１０２が形成されている。
一般的に、蛍光体チューブ７０の先端に起こる現象として、劣化の一つとしての黒化の他に、温度上昇によって蛍光体の変換効率が悪化することも知られている。このため、光ファイバ８０と蛍光体チューブ７０との間に隙間１０２を介在させると共に、キャップ９０の内側に光ファイバ８０の端部８０ａを突出させ、光ファイバ８０の端部８０ａからの高エネルギ密度光が透光性チューブ６０や蛍光体チューブ７０に直接照射される事によって蛍光体チューブ７０が高温になることがないように構成されている。
そして、チューブ５０のうち、光源１２とは反対側の端部５０ａには、キャップ９０が外側に嵌め込まれている。キャップ９０は、遮光性を有する中空円筒状で、軸方向に同径の円筒部９１と、円盤状の底面部９２とを有している。このうち、円盤状の底面部９２の内側面９２ａは、光ファイバ８０の端部８０ｃの位置から軸方向に所定の寸法Ｌ２、離れた位置になるように形成されている。また、キャップ９０の底面部９２とは反対側の端部には、開口している開口端９０ａが形成されている。キャップ９０の内径と、チューブ５０の外径とは、互いに接触して摩擦力で係合できる大きさに形成されている。
そして、キャップ９０は、チューブ５０の端部５０ａから、開口端９０ａが所定の寸法Ｌ３だけ挿入されて、光ファイバ８０の端部８０ｃがキャップ９０の内側に位置している。そして、キャップ９０は、光ファイバ８０の端部８０ｃを外側から覆うようにチューブ５０に嵌め込まれる。この所定の寸法Ｌ３は、光ファイバ８０の端部８０ｃが底面部９２の内側面９２ａに当接しないように設定されている。すなわち、光のエネルギ密度が充分に減衰する所定の寸法Ｌ２を確保するため、形成するキャップ９０の全長の寸法Ｌ４に対して、外嵌される寸法Ｌ３は、所定の寸法以下に設定されている。
キャップ９０は、遮光性材料であるアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。アルミニウム又はアルミニウム合金は、他の金属又は合金と比較して、青色光（波長が４５０ｎｍ近辺の光）の吸収率が低く、熱伝導性に優れているため、発熱分散及び放熱効果が期待できる。さらにアルミニウム又はアルミニウム合金は、加工性が良好で、照明装置１の外観品質を損ねることがない。
この実施形態の照明装置１では、キャップ９０の構成材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられているが、特にこれに限らず、例えば、銀、銅などの他の金属または、これらの合金、あるいは耐熱性に優れたセラミック等、他の材料をキャップ９０の構成材料として用いてもよい。
また、キャップ９０全体が同一の遮光性材料で構成されている必要はなく、キャップ９０の少なくともチューブ５０の重なり部分以外に遮光性材料を用いていればよい。
また、キャップ９０全体が同一の遮光性材料で構成されている必要はなく、キャップ９０の少なくともチューブ５０の重なり部分以外に遮光性材料を用いていればよい。
次にこの実施形態の照明装置１の作用効果について説明する。
本発明の実施形態に係る照明装置１では、光源１２を発光させ、光源１２からの光を、導光ファイバ４０内を通過させてコネクタ２２から発光体３０に導光する。
発光体３０では、導光された光が光ファイバ８０内を通過する際、クラッド８４によって側面８０ｂから矢印で示すように一部の光が外部に放出されて、透光性チューブ６０の外側に位置する蛍光体チューブ７０の蛍光体を励起させる。
本発明の実施形態に係る照明装置１では、光源１２を発光させ、光源１２からの光を、導光ファイバ４０内を通過させてコネクタ２２から発光体３０に導光する。
発光体３０では、導光された光が光ファイバ８０内を通過する際、クラッド８４によって側面８０ｂから矢印で示すように一部の光が外部に放出されて、透光性チューブ６０の外側に位置する蛍光体チューブ７０の蛍光体を励起させる。
一方、光ファイバ８０のコア８２内に導光された光の一部は、コア８２内を通過して他方の端部８０ｃからキャップ９０の空間１０３内に向けて放出される。つまり、キャップ９０の内側に位置する光ファイバ８０の他方の端部８０ｃから、その端部８０ｃを覆うキャップ９０のうち、円筒部９１の内側面９１ａ及び底面部９２の内側面９２ａに光が照射される。
光ファイバ８０の他方の端部８０ｃからキャップ９０の内側面９１ａ及び内側面９２ａまでの間には、空間１０３が介在していて、例えば軸方向では、所定の寸法Ｌ２離間している。このため、端部８０ｃにおける光のエネルギ密度が高くても、内側面９１ａ及び内側面９２ａに光が到達するまでの間に、空間１０３内で光のエネルギ密度は低下するので、仮に内側面９１ａ及び内側面９２ａで反射された光がチューブ５０の端部に照射されたとしてもチューブ５０の端部が黒化することを抑制できる。また、キャップ９０により光ファイバ８０の端部８０ｃからの光が遮光され安全性も確保される。
なお、比較的高いエネルギ密度の光を発光する半導体レーザを光源１２として用いても、キャップの内側に端部８０ｃが位置することから、チューブ５０側に熱の影響が少なく、周縁の部品や光ファイバの劣化を減少させることができる。また、従来のように端部８０ｃにミラー等を設けて半導体レーザからの光を反射させる必要がなくなり、ミラーからの戻り光の対策としての高価な光アイソレータを装着する必要がない。
そして、キャップ９０は、キャップ全体に熱を分散させて放熱性を高めることが可能で、放熱性が良好で光ファイバ８０の端部８０ｃやチューブ５０の端部５０ａなどの周縁の部品に劣化を生じさせることがない。しかも、アルミニウム又はアルミニウム合金は、加工性が良好で、キャップ９０に意匠性を与えることにより、照明装置１の外観品質を向上させることができる。
また、蛍光体チューブ７０は、光ファイバ８０の側面８０ｂから放出された光により励起される蛍光体を含有している。このため、発光体３０は、光ファイバ８０からの光に加えて、蛍光体からの光によって発光体３０の外側面が略全長に亘り、一様に発光する。したがって、照明装置１では、照明ムラが減少して外観品質を向上させることができる。
しかも、光ファイバ８０の側面８０ｂから放出された光は、隙間１０２から全長に亘り一定寸法離間している内側の透光性チューブ６０を透過して、外側の蛍光体チューブ７０に含有された蛍光体を励起させる。また、発光体３０の全長寸法が長く、光ファイバ８０の変位が大きくても、最もエネルギ密度が高い端部８０ｃは、チューブ５０の端部５０ａから突出し、キャップ９０の内側となる空間１０３内に位置している。このため、チューブ５０の端部５０ａを構成する端部６０ｂ及び端部７０ａが光ファイバ８０の端部８０ｃから放出されたエネルギ密度の高い光に晒されることがない。また、光ファイバ８０の蛍光体チューブ７０への接触やチューブ５０の黒化等が防止される。したがって、構成部品の劣化を減少させつつ、外観品質を向上させることができる。
また、照明装置１では、キャップ９０を摩擦力でチューブ５０に取り付けることとして説明したが、チューブ５０の端部５０ａから所定位置にネジ部分や突起等の係合部を設け、かつ、キャップ９０の内側に雌ネジ部や突起係合穴を形成することで互いに係合できるようにしても構わない。さらに、接着材や別部材により接合する構成としてもよい。また、照明装置は、チューブ５０は二重構造である必要はなく、一重のチューブまたは三重以上の多重構造のチューブを用いてもよい。
本開示の実施形態に係る照明装置は、発光ダイオード等の半導体発光素子をはじめとした各種発光素子を光源として搭載した照明装置として利用することができる。例えば、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明機器、大型ディスプレイ、広告や行き先案内などの各種表示装置、更には、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどにおける画像読取装置、プロジェクタ装置など、種々の光源に利用することができる。
１ 照明装置
１０ 光発生装置
１２ 光源（半導体発光素子）
３０ 発光体
５０ チューブ
５０ａ チューブの端部
６０ 透光性チューブ
７０ 蛍光体チューブ
８０ 光ファイバ
８０ａ 光ファイバの一方の端部
８０ｂ 光ファイバの側面
８０ｃ 光ファイバの他方の端部
９０ キャップ
９０ａ 開口端
９１ 円筒部
９１ａ，９２ａ 円筒部の内側面
９２ 円筒部の底面部
１０２ 隙間
１０３ 空間
１０ 光発生装置
１２ 光源（半導体発光素子）
３０ 発光体
５０ チューブ
５０ａ チューブの端部
６０ 透光性チューブ
７０ 蛍光体チューブ
８０ 光ファイバ
８０ａ 光ファイバの一方の端部
８０ｂ 光ファイバの側面
８０ｃ 光ファイバの他方の端部
９０ キャップ
９０ａ 開口端
９１ 円筒部
９１ａ，９２ａ 円筒部の内側面
９２ 円筒部の底面部
１０２ 隙間
１０３ 空間
Claims (4)
- 光源から出射された光を、一方の端部から導入して、導光中に側面から外部に放出する光ファイバと、
前記光ファイバの側面を、当該側面との間に隙間を介して覆う透光性を有するチューブと、
前記チューブの前記光源と反対側の端部を、当該端部との間に空間を介して覆う遮光性を有するキャップと、を備え、
前記光ファイバの他方の端部は、前記チューブの端部から突出し、前記キャップの内側に位置している照明装置。 - 前記キャップは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項１に記載の照明装置。
- 前記チューブは、前記光ファイバの側面から放出される光により励起される蛍光体を含有する蛍光体チューブを有する請求項１または請求項２に記載の照明装置。
- 前記チューブは、前記蛍光体チューブの内側に設けられた透光性チューブを有する請求項３に記載の照明装置。
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