JP7117492B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
[照明装置]
以下、実施の形態1に係る照明装置について説明する。
励起光源3は、1以上のレーザ素子を備え、レーザ光を出射する装置である。本実施の形態では、励起光源3は、2以上のレーザ素子を備える。励起光源3は、例えば図2に示すように、収容体81と、複数のレーザ素子83と、複数のプリズム85と、複数のレンズ87と、ヒートシンク89と、駆動回路91とを有する。
収容体81は、図1に示す励起光源3の筐体部分である。収容体81は、図2に示すように、複数のレーザ素子83と、複数のプリズム85と、複数のレンズ87と、複数のフェルール88と、ヒートシンク89と、駆動回路91とを収容している。
複数のレーザ素子83それぞれは、レーザ光を出射する。複数のレーザ素子83は、基板に実装されており、基板を介してヒートシンク89に熱的に接続されている。図2に示す例では、複数のレーザ素子83のうち一部のレーザ素子83を一組としている。一組のレーザ素子83は、プリズム85にレーザ光を入射することで、光ファイバ11の一端面である入射面にレーザ光を入射させる。
プリズム85は、透光性の板状の部材である。プリズム85は、一組のレーザ素子83から出射されたレーザ光をレンズ87に入射させる。
レンズ87は、プリズム85と一対一で対向するように配置されている。レンズ87は、プリズム85から出射されたレーザ光を集光して、光ファイバ11の一端面に入射させる。なお、図2に示す例では、複数のレンズ87それぞれは、凸レンズであるが、凹レンズであってもよい。
複数のフェルール88それぞれは、収容体81に固定され、対応する光ファイバ11の一端を保持している。つまり、フェルール88は、レンズ87から出射されたレーザ光を光ファイバ11に入射させるように、光ファイバ11の一端を保持している。
ヒートシンク89は、複数のレーザ素子83に生じた熱を放熱するための放熱部材であり、複数のフィンを有する。また、ヒートシンク89は、レーザ素子83を実装した基板を固定している。
駆動回路91は、電力線等によって電力系統と電気的に接続され、電力を各々のレーザ素子83に供給する。また、駆動回路91は、各々のレーザ素子83が所定のレーザ光を発するように、各々のレーザ素子83の出力を駆動制御する。
光ファイバ11は、例えば高屈折率のコアをコアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造で構成される伝送体であり、例えば、石英ガラス、プラスチック等の材料で構成されている。光ファイバ11は、レーザ素子83が出射するレーザ光を伝送させる。本実施の形態では、光ファイバ11は、2以上あり、2以上のレーザ素子83のうち対応するレーザ素子が出射するレーザ光を伝送させる。図2に示す例では、光ファイバ11は、4つからなる。光ファイバ11の一端には、励起光源3の発するレーザ光が入射され、光ファイバ11の他端から出射される。
光コネクタ20は、1以上の光ファイバ11を伝送したレーザ光を1つに纏めて出射する。図2に示す例では、2つの光コネクタ20それぞれは、2つの光ファイバ11により伝送された2組のレーザ素子83のレーザ光を1つに纏めて出射するが、3組以上のレーザ素子83のレーザ光を1つに纏めて出射してもよい。このように、光コネクタ20は、複数の光ファイバ11により伝送された各々のレーザ光をミキシングし、ミキシングしたレーザ光を出射する。
筐体120は、光学部品130を収容する筒状体である。筐体120は、例えば、アルミニウム、鉄等の金属製の材料で構成されている。筐体120は、レーザ光が通過する空間123を有する。より詳細には、筐体120には、図3に示すように、一端の開口125aと、他端の開口125bと、係合部127と、支持片129aと、支持片129bと、一端面131aと、他端面131bとが形成されている。
光学部品130は、光ファイバ11を伝送してきたレーザ光が入射され、内部でレーザ光をミキシングし、ミキシングしたレーザ光を出射する。
灯具5は、光ファイバ11を介して伝送された励起光源3からのレーザ光の波長を変換し、照明光として出射するために用いられる。灯具5は、例えば、ステンレス製のファイバカップリング、ステンレス製のフェルール、ガラス製のレンズ、アルミ製のホルダー、およびアルミ製の外郭で構成される。
蛍光体層40は、一方の面に入射された光を波長変換して一方の面から出射する。より具体的には、蛍光体層40は、光ファイバ11を伝送したレーザ光を反射させた光が一方の面に入射される。本実施の形態では、蛍光体層40の一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎になっている。ここで、蛍光体層40の一方の面に入射される光強度分布は、例えば略環状(略リング状)であってもよい。なお、中心部で疎(弱い強度もしくはゼロ強度)になる強度分布は、中心部より周辺部に強度が高い部分と言い換えることもできる。また、当該光強度分布は、さらに、蛍光体層40の中心に向かうほど疎になっていてもよい。
ヒートシンク151は、光コネクタ20及び蛍光体層40に生じた熱を放熱するための放熱部材である。ヒートシンク151は、光学部品130の他端面131bとずれた位置に、蛍光体層40を保持している。また、ヒートシンク151は、後述する保持部150aの他端に対応する位置でレンズ70を保持している。
レンズ70は、図2及び図3に示すように、光コネクタ20から蛍光体層40までの光路上に配置されている。本実施の形態では、レンズ70は、保持部150aの他端に対応する位置に、光学部品130の他端面131bと対向するように、灯具5内に配置されている。
外装部153は、ヒートシンク151と接続され、光路の下流側に配置されている。外装部153は、光路の前後で開く開口を有する筒体である。
反射部材157は、蛍光体層40から出射された波長変換光をレンズ155に向けて反射する。反射部材157は、蛍光体層40からレンズ155に向けて大径化したお椀状の部材である。反射部材157は、蛍光体層40の周囲を囲むように、レンズ155と対向した状態で、ヒートシンク151の他端面に固定されている。
複数の光学部品60はそれぞれ、図2及び図3に示すように、外装部153に固定されている。光学部品60は、光ファイバ11を伝送したレーザ光を反射させた光を、蛍光体層40の一方の面に入射させる。図2及び図3に示す例では、光学部品60は、光コネクタ20から出射され、レンズ70で集光されたレーザ光を蛍光体層40の一方の面に向けて反射する姿勢で、外装部153に固定されている。
レンズ155は、例えばフレネルレンズである。レンズ155は、外装部153の開口を塞ぐように外装部153に固定されている。具体的には、レンズ155は、蛍光体層40と対向する姿勢で外装部153に固定され、蛍光体層40から出射された波長変換光が入射される。そして、レンズ155は、所定の照明を行うように波長変換光を配光制御して出射する。
以上のように、本実施の形態の照明装置1は、レーザ光を出射するレーザ素子83と、レーザ素子83が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバ11と、一方の面に入射された光を波長変換して当該一方の面から出射する蛍光体層40と、光ファイバ11を伝送したレーザ光を反射させた光を蛍光体層40の当該一方の面に入射する光学部品60とを備える。本実施の形態の照明装置1では、蛍光体層40の一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎になっている。また、当該強度分布は、さらに蛍光体層40の中心に向かうほど疎になっていてもよい。ここで、光学部品60は、2以上のミラーであり、レーザ素子83は、2以上あり、光ファイバ11は、2以上ある。そして、2以上の光ファイバ11は、2以上のレーザ素子83のうち対応するレーザ素子83が出射するレーザ光を伝送させ、2以上のミラーは、2以上の光ファイバ11それぞれを伝送したレーザ光を反射させ、反射させたそれぞれの光を、蛍光体層40の当該一方の面の中心で重ならないようにして、一方の面に入射する。
実施の形態1では、レンズ70は、例えば図3に示すように、光コネクタ20から蛍光体層40までの光路上において、光学部品130と光コネクタ20との間に配置されていると説明したが、これに限らない。ミラーである光学部品60と蛍光体層40との間に配置されていてもよい。
実施の形態1及びその変形例1では、灯具5にレンズ70を備えるとして説明したが、これに限らない。灯具5が備える光学部品を、ミラーである光学部品60ではなくフレネルレンズ等の反射型回折格子である光学部品60Aとすれば、灯具5はレンズ70を備えなくてもよいからである。以下、レンズ70を備えない灯具5Aについて図を用いて説明する。
図8Aは、実施の形態1の変形例2に係る照明装置1を例示する部分拡大断面図である。図8Bは、実施の形態1の変形例2に係る光学部品60Aを例示した断面図である。なお、図3及び図4と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
以上のように、本変形例の照明装置1は、レーザ光を出射するレーザ素子83と、レーザ素子83が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバ11と、一方の面に入射された光を波長変換して当該一方の面から出射する蛍光体層40と、光ファイバ11を伝送したレーザ光を反射させた光を蛍光体層40の当該一方の面に入射する光学部品60Aとを備える。蛍光体層40の一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎になっている。当該光強度分布は、例えば略環状である。また、当該光強度分布は、さらに蛍光体層40の中心に向かうほど疎になっていてもよい。ここで、光学部品60Aは、反射型回折格子であり、光ファイバ11で伝送されたレーザ光を反射させ、反射させた光を、蛍光体層40の当該一方の面の中心で重ならないようにして、一方の面に入射する。
実施の形態1では、レーザ光を反射させて蛍光体層40に入射させる光学部品60、60Aにより、蛍光体層40に入射させるレーザ光の強度分布を、略環状など蛍光体層40の中心部で疎にさせることについて説明したが、これに限らない。励起光源3及び光ファイバ11の構成により、蛍光体層40に入射させるレーザ光の強度分布を、中心部で疎にさせてもよい。以下では、説明を簡略化するため、励起光源3を構成する一組のレーザ素子83と、1つのレンズ87と、1つの光ファイバ11との構成を模式的に示した図を用いて説明する。
図10は、実施の形態2に係る光源283とレンズ87aと光ファイバ11との配置を例示した模式図である。図11Aは、実施の形態2に係る光源283が発するレーザ光の光強度分布を例示した模式図である。図11Bは、実施の形態2に係る光ファイバ11に入射されたレーザ光の角度分布を例示した模式図である。図11Cは、実施の形態2に係る光ファイバ11から出射されたレーザ光の光強度分布を例示した模式図である。図12は、実施の形態2に係る光ファイバ11において入射時の光の角度分布が保存されることを例示した模式図である。
光源283は、2以上のレーザ素子83からなる一組のレーザ素子83で構成されている。光源283は、2以上のレーザ光を、出射する。本実施の形態では、一組のレーザ素子83は、11mmピッチで行列状に並べられた4つのレーザ素子83からなるとして説明する。この場合、4つのレーザ素子83は、例えば図11Aに示すような、11mmピッチで行列状に並べられたレーザ光283a、283b、283c、283dを出射する。ここで、4つのレーザ素子83は、ビーム発散角が0~1deg程度となっている。
レンズ87aは、光ファイバ11と2以上のレーザ素子83との間に位置する。レンズ87aには、レンズ87aの中心を外す位置でかつレンズ87aと垂直に、光源283から出射された2以上のレーザ光それぞれが入射される。レンズ87aは、入射された2以上のレーザ光を光ファイバ11の開口数の角度範囲で、光ファイバ11に斜め入射させる。
光ファイバ11は、光源283が出射する複数のレーザ光を伝送させる。本実施の形態では、光ファイバ11は、図10に示すように、レンズ87aの軸上に配置される。光ファイバ11には、レンズ87aが集光した4つのレーザ光が光ファイバ11の開口数の角度範囲で、斜め入射される。なお、図10に示す例では、光ファイバ11の開口数(NA:Numerical Aperture)は0.22であり、レンズ径φは0.6mmである。
以上のように、本実施の形態の照明装置1は、レーザ光を出射するレーザ素子83と、レーザ素子83が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバ11と、一方の面に入射された光を波長変換して当該一方の面から出射する蛍光体層40と、光ファイバ11を伝送したレーザ光を反射させた光を蛍光体層40の当該一方の面に入射する光学部品60とを備える。蛍光体層40の一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎になっている。当該光強度分布は、略環状(略リング状)であってもよいし、さらに蛍光体層40の中心に向かうほど疎になっていてもよい。ここで、レーザ素子83は、2以上あり、本実施の形態の照明装置1は、さらに、光ファイバ11と2以上のレーザ素子83との間に位置するレンズ87aを備える。2以上のレーザ素子83それぞれが出射するレーザ光は、レンズ87aの中心を外す位置でかつレンズ87aと垂直にレンズ87aに入射される。レンズ87aは、入射された2以上のレーザ光を光ファイバ11の開口数の角度範囲で光ファイバ11に斜め入射させる。
実施の形態2では、光源283は、行列状に並べられた4つのレーザ素子83からなるとして説明したが、4つのレーザ素子83の配列はこれに限らない。
実施の形態2及びその変形例1では、光源283は、4つのレーザ素子83からなるとして説明したが、これに限らず、2つのレーザ素子83からなるとしてもよい。
実施の形態1ではレーザ光を反射させて蛍光体層40に入射させる光学部品60、60Aの構成等により蛍光体層40に入射させるレーザ光の強度分布を、略環状など中心部で疎にさせること、また、さらには蛍光体層40の中心に向かうほど疎にさせることについて説明した。また、実施の形態2では、励起光源3(すなわち2以上のレーザ素子83)及び光ファイバ11の配置等により、蛍光体層40に入射させるレーザ光の強度分布を、略環状などの中心部で疎にさせること、また、さらには蛍光体層40の中心に向かうほど疎にさせることについて説明した。しかし、蛍光体層40に入射させるレーザ光の強度分布を、略環状など中心部で疎にさせること、また、さらには蛍光体層40の中心に向かうほど疎にさせる構成についてはこれらに限らない。
<光ファイバ11Cの構成>
光ファイバ11Cは、レーザ素子が位置する一方側と反対側の端面の中央が、端面から凹む凹構造となるように加工されている。光ファイバ11Cは、レーザ光が一方側の端面に直接入射される。ここで、凹構造は、中央に近づくほど端面から深く凹むように反対側の端面が加工されている。
次に、光ファイバ11Cのプロファイル、すなわち、光ファイバ11Cが、入射されたレーザ光を、自身で伝送して、出射したレーザ光が示す光の強度分布について説明する。
以上のように、本実施の形態の照明装置1は、レーザ光を出射するレーザ素子83aと、レーザ素子83aが出射するレーザ光を伝送させる光ファイバ11Cと、一方の面に入射された光を波長変換して当該一方の面から出射する蛍光体層40と、光ファイバ11Cを伝送したレーザ光を反射させた光を蛍光体層40の当該一方の面に入射する光学部品60とを備える。本実施の形態の照明装置1では、蛍光体層40の一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎になっている。当該強度分布は、さらに蛍光体層40の中心に向かうほど疎になっていてもよい。ここで、光ファイバ11Cは、レーザ素子83aが位置する一方側と反対側の端面の中央が端面から凹む凹構造となるように加工されており、光ファイバ11Cは、レーザ光が一方側の端面に直接入射される。より具体的には、凹構造は、中央に近づくほど端面から深く凹むように反対側の端面が加工されている。
以上、本開示について、実施の形態1~3に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態1~3に限定されるものではない。
11、11C 光ファイバ
20 光コネクタ
40 蛍光体層
70、87、87a、155 レンズ
83、83a レーザ素子
60、60A 光学部品
Claims (11)
- レーザ光を用いた反射型の照明装置であって、
レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ素子が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバと、
一方の面に入射された光を波長変換して前記一方の面から出射する蛍光体層と、
前記光ファイバを伝送したレーザ光を反射させた光を前記蛍光体層の前記一方の面に入射する光学部品とを備え、
前記蛍光体層の前記一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎となっており、
前記レーザ素子は、2以上あり、
前記照明装置は、さらに、前記光ファイバと前記2以上のレーザ素子との間に位置するレンズを備え、
前記2以上の前記レーザ素子それぞれが出射するレーザ光は、前記レンズの中心を外す位置でかつ前記レンズと垂直に前記レンズに入射され、
前記レンズは、入射された2以上の前記レーザ光を前記光ファイバの開口数の角度範囲で前記光ファイバに斜め入射させる
照明装置。 - 前記強度分布は、前記蛍光体層の中心に向かうほど疎になっている、
請求項1に記載の照明装置。 - 前記強度分布は、略環状である、
請求項1または2に記載の照明装置。 - 前記2以上の前記レーザ素子それぞれが出射するレーザ光は、前記レンズに対して、前記レンズの中心を外すように、かつ、線対称に入射される、
請求項1に記載の照明装置。 - レーザ光を用いた反射型の照明装置であって、
レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ素子が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバと、
一方の面に入射された光を波長変換して前記一方の面から出射する蛍光体層と、
前記光ファイバを伝送したレーザ光を反射させた光を前記蛍光体層の前記一方の面に入射する光学部品とを備え、
前記蛍光体層の前記一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎となっており、 前記光ファイバは、前記レーザ素子が位置する一方側と反対側の端面の中央が端面から凹む凹構造となるように加工されており、
前記光ファイバは、前記レーザ光が前記一方側の端面に直接入射される、
照明装置。 - 前記凹構造は、中央に近づくほど端面から深く凹むように前記反対側の端面が加工されている、
請求項5に記載の照明装置。 - レーザ光を用いた反射型の照明装置であって、
レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ素子が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバと、
一方の面に入射された光を波長変換して前記一方の面から出射する蛍光体層と、
前記光ファイバを伝送したレーザ光を反射させた光を前記蛍光体層の前記一方の面に入射する光学部品とを備え、
前記蛍光体層の前記一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎となっており、
前記光学部品は、2以上であり、
前記レーザ素子は、2以上あり、
前記光ファイバは、2以上あり、前記2以上のレーザ素子のうち対応する前記レーザ素子が出射するレーザ光を伝送させ、
前記2以上の前記光学部品は、前記2以上の光ファイバそれぞれで伝送されたレーザ光を反射させ、反射させたそれぞれの光を、前記蛍光体層の前記一方の面の中心で重ならないようにして、前記一方の面に入射する、
照明装置。 - 前記光学部品は、ミラーである、
請求項7に記載の照明装置。 - 前記光学部品は、反射型回折格子である、
請求項7に記載の照明装置。 - 前記光学部品は、反射させたそれぞれの前記光を、前記蛍光体層の前記一方の面で全く重ならないように、かつ、略環状に配して、前記一方の面に入射する、
請求項8に記載の照明装置。 - レーザ光を用いた反射型の照明装置であって、
レーザ光を出射するレーザ素子と、
前記レーザ素子が出射するレーザ光を伝送させる光ファイバと、
一方の面に入射された光を波長変換して前記一方の面から出射する蛍光体層と、
前記光ファイバを伝送したレーザ光を反射させた光を前記蛍光体層の前記一方の面に入射する光学部品とを備え、
前記蛍光体層の前記一方の面に入射される光の強度分布は、中心部で疎となっており、 前記光学部品は、反射型回折格子であり、
前記反射型回折格子は、前記光ファイバで伝送されたレーザ光を反射させ、反射させた光を、前記蛍光体層の前記一方の面の中心で重ならないようにして、前記一方の面に入射する、
照明装置。
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