JP7473777B2

JP7473777B2 - 照明装置

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Inventors: 和憲渡邉
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Description

実施形態は、照明装置に関する。

近年、レーザ素子から出射したレーザ光によって蛍光体を励起し、蛍光体が放射する光を照明光として利用する照明装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、板状の金属ベースと、発光部と、パラボラミラーと、レーザ素子と、を備える装置が開示されている。

特開２０１３－１６１８８９号公報

実施形態は、光度の高い照明光を出射できる照明装置を提供することを目的とする。

実施形態に係る照明装置は、凹面鏡と、前記凹面鏡に設けられた１以上の貫通孔と、少なくとも一部が前記凹面鏡の内部に配置され、周方向に沿って配列された複数の平坦領域を側面に有する中空の筒状体と、前記凹面鏡の内部であって前記平坦領域上に配置された第１波長変換層と、前記凹面鏡の内部であって前記第１波長変換層が配置された前記平坦領域と異なる前記平坦領域上に配置された第２波長変換層と、前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第１波長変換層に第１レーザ光を照射する第１レーザ素子と、前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第２波長変換層に第２レーザ光を照射する第２レーザ素子と、を備える。

実施形態によれば、光度の高い照明光を出射できる照明装置を実現できる。

第１の実施形態に係る照明装置を示す軸方向を含む端面図である。第１の実施形態に係る照明装置を示す軸直交方向を含む端面図である。第１の実施形態に係る照明装置の凹面鏡の一部を示す端面図である。第１の実施形態に係る照明装置の筒状体を示す軸直交方向を含む端面図である。第１の実施形態に係る照明装置の第１波長変換層を示す端面図である。第１の実施形態に係る照明装置の第２波長変換層を示す端面図である。第１の実施形態に係る照明装置の拡散層を示す端面図である。第１の実施形態の第１の変形例に係る照明装置の筒状体を示す端面図である。第１の実施形態の第２の変形例に係る照明装置を示す軸方向を含む端面図である。第２の実施形態に係る照明装置を示す軸直交方向を含む端面図である。第２の実施形態に係る照明装置の筒状体を示す軸直交方向を含む端面図である。

実施形態に係る照明装置は、凹面鏡と、前記凹面鏡に設けられた１以上の貫通孔と、少なくとも一部が前記凹面鏡の内部に配置され、周方向に沿って配列された複数の平坦領域を側面に有する中空の筒状体と、前記凹面鏡の内部であって前記平坦領域上に配置された第１波長変換層と、前記凹面鏡の内部であって前記第１波長変換層が配置された前記平坦領域と異なる前記平坦領域上に配置された第２波長変換層と、前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第１波長変換層に第１レーザ光を照射する第１レーザ素子と、前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第２波長変換層に第２レーザ光を照射する第２レーザ素子と、を備える。
以下、各実施形態に係る照明装置の具体的な構成について説明する。

＜第１の実施形態＞
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る照明装置を示す軸方向を含む端面図である。
図２は、本実施形態に係る照明装置を示す軸直交方向を含む端面図である。
先ず、本実施形態に係る照明装置１の構成を概略的に説明する。図１及び図２に示すように、照明装置１は、凹面鏡１０と、貫通孔２１と、筒状体３０と、第１波長変換層４１と、第２波長変換層４２と、第１レーザ素子５１と、第２レーザ素子５２と、を備える。

貫通孔２１は、凹面鏡１０に１以上設けられている。筒状体３０は、少なくとも一部が凹面鏡１０の内部１０ａに配置され、周方向に沿って配列された複数の平坦領域３１ａを側面３１に有する。第１波長変換層４１は、凹面鏡１０の内部１０ａであって平坦領域３１ａ上に配置されている。第２波長変換層４２は、凹面鏡１０の内部１０ａであって第１波長変換層４１が配置された平坦領域３１ａと異なる平坦領域３１ａ上に配置されている。第１レーザ素子５１は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して第１波長変換層４１に第１レーザ光Ｌ１を照射する。第２レーザ素子５２は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して第２波長変換層４２に第２レーザ光Ｌ２を照射する。

照明装置１は、例えば、拡散層４３と、第３レーザ素子５３と、をさらに備える。
第３レーザ素子５３は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して凹面鏡１０の内部１０ａに第３レーザ光Ｌ３を照射する。拡散層４３は、凹面鏡１０の内部１０ａであって第１波長変換層４１が配置される平坦領域３１ａ及び第２波長変換層４２が配置される平坦領域３１ａと異なる平坦領域３１ａに配置され、第３レーザ光Ｌ３を拡散して反射する。なお、第１レーザ素子５１、第２レーザ素子５２および第３レーザ素子５３は、凹面鏡１０を囲うように設けられたケースやフレーム、ヒートシンクなどに固定されていてもよい。

照明装置１は、例えば、送風部６０と、カバー部材７０と、をさらに備える。
送風部６０は、凹面鏡１０の外部に配置され、凹面鏡１０が反射した光Ｌｏが出射する側の反対側から筒状体３０の内部３０ｃに送風する。カバー部材７０は、透光性を有し、筒状体３０の内部３０ｃを照明装置１の外部に繋げつつ、凹面鏡１０において光Ｌｏが出射する出射口１０ｂを覆う。

以下、詳細に説明する。以下では、第１波長変換層４１、第２波長変換層４２、及び拡散層４３を「層４１、４２、４３」ともいう。

凹面鏡１０は、第１波長変換層４１が放射する光Ｌｒ、第２波長変換層４２が放射する光Ｌｇ、及び拡散層４３が拡散して反射した光Ｌｂを反射して取り出す。

凹面鏡１０は、例えば、金属材料からなる。凹面鏡１０に用いられる金属材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム等の光の反射率が高い金属が挙げられる。ただし、凹面鏡１０は、例えば、樹脂材料からなる凹面板の内面に、金属材料からなる反射層を設けることによって形成されていてもよい。

凹面鏡１０の形状は、概ね、中心軸Ｃを回転軸とする回転体である。以下、凹面鏡１０の中心軸Ｃが延びる方向において、光Ｌｏが出射する側を「出射側Ｘ１」といい、光出射側の反対側を「非出射側Ｘ２」という。凹面鏡１０の表面は、内面１１と、出射側Ｘ１の端面１２と、外面１３と、を含む。

図３は、本実施形態に係る照明装置の凹面鏡の一部を示す端面図である。
内面１１は、非出射側Ｘ２に向けて凹となるように湾曲している。例えば、凹面鏡の内面が中心軸Ｃを中心軸とする放物面である場合、凹面鏡は中心軸Ｃ上に焦点Ｆを有する。以下、中心軸Ｃを回転軸として回転させた場合に中心軸Ｃ上に焦点Ｆを有する放物面を形成する放物線を、「放物線Ｄ」という。内面１１は、例えば、焦点Ｆが第１波長変換層４１（又は第２波長変換層４２）内に位置するように放物線Ｄを中心軸Ｃから距離ΔＬだけ中心軸Ｃと直交する方向にずらし、ずらした放物線Ｄを中心軸Ｃを回転軸として回転させることで得られる凹面である。ただし、内面１１の形状は、上記に限定されない。例えば、内面１１は、中心軸Ｃを中心軸とする放物面であってもよい。

端面１２は、内面１１の周囲に配置され、内面１１と接している。端面１２は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向と直交する円環状の平面である。外面１３は、端面１２の周囲に配置され、端面１２と接している。外面１３は、例えば、出射側Ｘ１に向かうにつれて中心軸Ｃから離れる曲面である。外面１３における各点と内面１１との最短距離、すなわち、凹面鏡１０の厚さは、略一定であってもよく、一定でなくてもよい。

図２に示すように、凹面鏡１０には、例えば、複数の貫通孔２１が設けられている。凹面鏡１０に設けられた貫通孔２１の数は、例えば、後述する平坦領域３１ａの数と同じであり、例えば６個である。６個の貫通孔２１は、例えば、周方向において略等間隔に設けられている。各貫通孔２１は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向と直交する方向において、各層４１、４２、４３と対向している。

ただし、照明装置１が備える貫通孔２１の数及び位置は、上記に限定されない。例えば、貫通孔２１を周方向に沿って延びた長孔とし、複数のレーザ素子が、１つの貫通孔２１を介して、凹面鏡１０の内部にレーザ光を照射してもよい。また、各貫通孔２１は、透光部材によって覆われていてもよい。

図１に示すように、凹面鏡１０には、送風部６０が筒状体３０の内部３０ｃに送風することを許容する開口部２２が設けられている。開口部２２は、凹面鏡１０の非出射側Ｘ２に設けられている。開口部２２の形状は、筒状体３０の外形に対応している。開口部２２は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向から見て、中心軸Ｃを中心とする正六角形である。

図４は、本実施形態に係る照明装置の筒状体を示す軸直交方向を含む端面図である。
筒状体３０は、例えば、銅等の熱伝導率の高い金属材料やカーボン等からなる。

筒状体３０の形状は、例えば、多角柱を中空とした形状である。筒状体３０の中心軸は、凹面鏡１０の中心軸Ｃに対して平行であることが好ましく、凹面鏡１０の中心軸Ｃと一致することが好ましい。

筒状体３０の表面は、側面３１（外面）と、内面３２と、を含む。側面３１の形状は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向から見て中心軸Ｃを中心とする正六角形である。そのため、側面３１は、例えば、周方向に沿って配列された６個の平坦領域３１ａを有する。

各平坦領域３１ａの形状は、例えば、長方形である。各平坦領域３１ａは、例えば、中心軸Ｃと平行である。内面３２は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向から見て中心軸Ｃを中心とする正六角形である。

ただし、筒状体３０の形状は、上記に限定されない。例えば、筒状体３０の側面３１が有する平坦領域３１ａの数は、６個に限定されない。また、周方向において隣り合う平坦領域３１ａの間は、丸みを帯びていてもよい。また、内面３２の形状は、中心軸Ｃが延びる方向から見て中心軸Ｃを中心とする円形であってもよく、特に限定されない。

図２に示すように、各平坦領域３１ａは、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において各貫通孔２１と対向している。ただし、貫通孔２１と各平坦領域３１ａの相対的な位置関係は、貫通孔２１を介して各レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を各層４１、４２、４３に照射できる限り、特に限定されない。

図１に示すように、筒状体３０は、中心軸Ｃが延びる方向において、非出射側Ｘ２の第１端部３０ａ及び出射側Ｘ１の第２端部３０ｂを有している。第１端部３０ａ及び第２端部３０ｂは開口している。第１端部３０ａ及び第２端部３０ｂは、筒状体３０の内部３０ｃと凹面鏡１０の外部とを繋いでいる。具体的には、第１端部３０ａは、例えば、凹面鏡１０の開口部２２から凹面鏡１０の外部に突出している。第２端部３０ｂは、例えば、カバー部材７０の貫通孔７１から外部に突出している。

ただし、筒状体３０の非出射側Ｘ２の端面は、凹面鏡１０の外面１３と面一としてもよい。また、筒状体３０の出射側Ｘ１の端面は、カバー部材７０の外面と面一としてもよい。

図４に示すように、照明装置１は、例えば、２個の第１波長変換層４１と、２個の第２波長変換層４２と、２個の拡散層４３と、を備える。各層４１、４２、４３は、相互に異なる平坦領域３１ａに配置されている。ただし、照明装置１が備える第１波長変換層４１の数、第２波長変換層４２の数、及び拡散層４３の数は、上記に限定されない。

図４に示す例では、第１波長変換層４１は、周方向において第２波長変換層４２及び拡散層４３と隣り合っている。第２波長変換層４２は、周方向において第１波長変換層４１及び拡散層４３と隣り合っている。拡散層４３は、周方向において第１波長変換層４１及び第２波長変換層４２と隣り合っている。このように、同じ種類の層は、分散するように配置されている。ただし、各層４１、４２、４３の位置は上記に限定されない。

図５Ａは、本実施形態に係る照明装置の第１波長変換層を示す端面図である。
第１波長変換層４１は、例えば、第１レーザ素子５１から出射した第１レーザ光Ｌ１の一部を吸収して、赤色の光Ｌｒを放射する。第１波長変換層４１は、例えば、反射型の波長変換層である。第１波長変換層４１は、透光層４１ａと、波長変換物質４１ｂと、反射層４１ｃと、を有する。

透光層４１ａは、例えば、透光性を有する樹脂等の有機材料や、ガラス等の無機材料からなる。透光層４１ａ内には、光拡散材料が設けられていてもよい。透光層４１ａは、レーザ光Ｌ１の一部を透過する。この際、レーザ光Ｌ１は、透光層４１ａ内の波長変換物質４１ｂや光拡散材料等によって透光層４１ａ内において拡散されてもよい。

波長変換物質４１ｂは、例えば、第１レーザ光Ｌ１の一部を吸収して赤色の光Ｌｒを放射する蛍光体である。波長変換物質４１ｂは、透光層４１ａ内において分散している。

反射層４１ｃは、筒状体３０の平坦領域３１ａ上に配置されている。反射層４１ｃは、例えば、白色のセラミックスやアルミニウム等の金属材料等からなる。反射層４１ｃは、波長変換物質４１ｂが放射する光Ｌｒを反射する。また、反射層４１ｃは、透光層４１ａを介して到達したレーザ光Ｌ１を反射してもよい。

図５Ｂは、本実施形態に係る照明装置の第２波長変換層を示す端面図である。
第２波長変換層４２は、例えば、第２レーザ素子５２から出射した第２レーザ光Ｌ２の一部を吸収して、緑色の光Ｌｇを放射する。そのため、第１波長変換層４１が放射する光Ｌｒのピーク波長は、第２波長変換層４２が放射する光Ｌｇのピーク波長と異なる。

第２波長変換層４２は、例えば、反射型の波長変換層である。第２波長変換層４２は、透光層４２ａと、波長変換物質４２ｂと、反射層４２ｃと、を有する。

透光層４２ａは、例えば、透光性を有する樹脂等の有機材料や、ガラス等の無機材料からなる。透光層４２ａ内には、光拡散材料が設けられていてもよい。透光層４２ａは、レーザ光Ｌ２の一部を透過する。この際、レーザ光Ｌ２は、透光層４２ａ内の波長変換物質４２ｂや光拡散材料等によって透光層４２ａ内において拡散されてもよい。

波長変換物質４２ｂは、例えば、第２レーザ光Ｌ２の一部を吸収して、緑色の光Ｌｇを放射する蛍光体である。波長変換物質４２ｂは、透光層４２ａ内において分散している。

反射層４２ｃは、筒状体３０の平坦領域３１ａ上に配置されている。反射層４２ｃは、例えば、白色のセラミックスやアルミニウム等の金属材料等からなる。反射層４２ｃは、波長変換物質４２ｂが放射する光Ｌｇを反射する。また、反射層４２ｃは、透光層４２ａ内において拡散したレーザ光Ｌ２の一部を反射してもよい。

各波長変換層４１、４２は、例えば、スプレー、印刷、電着、蒸着等の所望の方法で平坦領域３１ａ上に形成できる。各波長変換層４１、４２は平坦領域３１ａ上に形成されるため、各波長変換層４１、４２の厚みを均一に形成し易い。

図５Ｃは、本実施形態に係る照明装置の拡散層を示す端面図である。
拡散層４３は、例えば、第３レーザ素子５３から出射した第３レーザ光Ｌ３を透過するとともに拡散する透光層４３ａと、透光層４３ａが拡散した光を反射する反射層４３ｂと、を有する。

透光層４３ａは、主に、透光性を有する樹脂等の有機材料や、ガラス等の無機材料からなる。透光層４３ａの一方又は両方の表面に微細な凹凸を設けたり、透光層４３ａ中に屈折率の異なる光拡散材料（図示省略）を分散させたりすることによって、透光層４３ａは第３レーザ光Ｌ３を拡散させる。
反射層４３ｂは、例えば、白色のセラミックスやアルミニウム等の金属材料等からなる。

なお、筒状体３０の平坦領域３１ａが反射性を有している場合、各層４１、４２、４３には反射層４１ｃ、４２ｃ、４３ｂが設けられていなくてもよい。

図２に示すように、照明装置１は、例えば、２個の第１波長変換層４１に対応して２個の第１レーザ素子５１を備える。また、照明装置１は、例えば、２個の第２波長変換層４２に対応して２個の第２レーザ素子５２を備える。また、照明装置１は、例えば、２個の拡散層４３に対応して２個の第３レーザ素子５３を備える。このように、第１レーザ素子５１の数と第１波長変換層４１の数は、同一であることが好ましい。また、第２レーザ素子５２の数と第２波長変換層４２の数は、同一であることが好ましい。また、第３レーザ素子５３の数と拡散層４３の数は、同一であることが好ましい。

各レーザ素子５１、５２、５３は、例えば、レーザダイオード（LD:Laser Diode）である。各レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、例えば、青色である。ただし、各レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の色は、青色に限定されない。

各レーザ素子５１、５２、５３は、凹面鏡１０の外部に配置されている。各レーザ素子５１、５２、５３は、例えば、各貫通孔２１を介して、各層４１、４２、４３にレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を照射する。すなわち、第１レーザ光Ｌ１が通過する貫通孔２１、第２レーザ光Ｌ２が通過する貫通孔２１及び第３レーザ光Ｌ３が通過する貫通孔２１は、相互に異なる。

第１レーザ素子５１は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、第１波長変換層４１と対向している。第２レーザ素子５２は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、第２波長変換層４２と対向している。第３レーザ素子５３は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、拡散層４３と対向している。ただし、各レーザ素子５１、５２、５３の位置は、各貫通孔２１を介して各層４１、４２、４３にレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を照射できる限り、特に限定されない。

各レーザ素子５１、５２、５３の光出射側には、例えば、コリメートレンズ５４が配置されている。コリメートレンズ５４によってコリメートされたレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が、各層４１、４２、４３に照射される。

なお、第１レーザ素子５１の数、第２レーザ素子５２の数、及び第３レーザ素子５３の数は、上記に限定されない。例えば、１個の第１波長変換層４１に対して、複数の第１レーザ素子５１が、第１レーザ光Ｌ１を照射してもよい。また、例えば、１個の第２波長変換層４２に対して、複数の第２レーザ素子５２が、第２レーザ光Ｌ２を照射してもよい。また、例えば、１個の拡散層４３に対して、複数の第３レーザ素子５３が、第３レーザ光Ｌ３を照射してもよい。

図１に示すように、送風部６０は、例えば、ファンである。送風部６０は、筒状体３０の第１端部３０ａから第２端部３０ｂに向かって空気を流通させる。上述したように、凹面鏡１０に設けられた開口部２２を介して筒状体３０の内部３０ｃは凹面鏡１０の外部に繋がっている。これにより、送風部６０は筒状体３０の内部３０ｃに送風できる。

カバー部材７０は、凹面鏡１０の出射口１０ｂを覆い、凹面鏡１０の内部１０ａに粉塵等が侵入することを抑制する。カバー部材７０は、例えば、透光性を有する樹脂等の有機材料や、ガラス等の無機材料からなる。カバー部材７０の形状は、例えば、中心軸Ｃと直交し、中心軸Ｃを中心とする円板である。

カバー部材７０は、凹面鏡１０の出射側Ｘ１の端部に接続されている。カバー部材７０の中心には、筒状体３０の内部３０ｃと外部を繋ぐ貫通孔７１が設けられている。例えば、貫通孔７１の外形は筒状体３０の外形に対応しており、筒状体３０の第２端部３０ｂは貫通孔７１から突出している。なお、照明装置１は、カバー部材７０を備えなくてもよい。

次に、本実施形態に係る照明装置１の動作について説明する。
図２に示すように、第１レーザ素子５１は、第１波長変換層４１に青色の第１レーザ光Ｌ１を照射する。第１波長変換層４１は、第１レーザ光Ｌ１の一部を吸収し、赤色の光Ｌｒを放射する。この際、第１レーザ光Ｌ１の一部も、第１波長変換層４１内で拡散されるとともに、凹面鏡１０の内面１１に向かって反射されてもよい。

第２レーザ素子５２は、第２波長変換層４２に青色の第２レーザ光Ｌ２を照射する。これにより、第２波長変換層４２は、緑色の光Ｌｇを放射する。この際、第２レーザ光Ｌ２の一部も、第２波長変換層４２内で拡散されるとともに、凹面鏡１０の内面１１に向かって反射されてもよい。

第３レーザ素子５３は、拡散層４３に青色の第３レーザ光Ｌ３を照射する。拡散層４３は、青色の第３レーザ光Ｌ３を拡散して反射する。

凹面鏡１０の内面１１は、第１波長変換層が放射する赤色の光Ｌｒ、第２波長変換層４２が放射する緑色の光Ｌｇ、及び拡散層４３が拡散して反射した青色の光Ｌｂを反射する。また、凹面鏡１０の内面１１は、第１波長変換層４１で拡散して反射された第１レーザ光Ｌ１及び第２波長変換層４２で拡散して反射された第２レーザ光Ｌ２を反射してもよい。これによって、凹面鏡１０の出射口１０ｂから、中心軸Ｃに概ね平行な光Ｌｏが出射する。光Ｌｏは、例えば、光Ｌｒの赤色と、光Ｌｇの緑色と、光Ｌｂの青色との混色により、白色である。

この際、各層４１、４２、４３は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が照射されることによって熱を生成する。各層４１、４２、４３において発生した熱は、筒状体３０に伝わる。筒状体３０に伝わった熱は、内部３０ｃの空気に伝わる。送風部６０が筒状体３０の第１端部３０ａから第２端部３０ｂに向かって空気を流通させているため、加熱された空気は第２端部３０ｂを介して外部に排出され、内部３０ｃには未加熱の空気が供給され続ける。このようにして、筒状体３０は内部３０ｃに効率的に熱を放出できる。したがって、各層４１、４２、４３は、筒状体３０及び空気を介して、照明装置１の外部に効率的に熱を放出できる。そのため、各層４１、４２、４３の温度が上昇することを抑制できる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る照明装置１は、凹面鏡１０と、貫通孔２１と、筒状体３０と、第１波長変換層４１と、第２波長変換層４２と、第１レーザ素子５１と、第２レーザ素子５２と、を備える。貫通孔２１は、凹面鏡１０に１以上設けられている。筒状体３０は、少なくとも一部が凹面鏡１０の内部に配置され、周方向に沿って配列された複数の平坦領域３１ａを側面３１に有し、中空である。第１波長変換層４１は、凹面鏡１０の内部１０ａであって平坦領域３１ａ上に配置されている。第２波長変換層４２は、凹面鏡１０の内部１０ａであって第１波長変換層４１が配置された平坦領域３１ａと異なる平坦領域３１ａ上に配置されている。第１レーザ素子５１は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して第１波長変換層４１に第１レーザ光Ｌ１を照射する。第２レーザ素子５２は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して第２波長変換層４２に第２レーザ光Ｌ２を照射する。

このように、各レーザ素子５１、５２は、各波長変換層４１、４２にレーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射する。そのため、凹面鏡１０の内部１０ａに設けられた波長変換層が１個である照明装置と比較して、照明装置１は、光度の高い光Ｌｏを出射できる。

また、第１波長変換層４１及び第２波長変換層４２は、筒状体３０の側面３１に配置されている。そのため、各波長変換層４１、４２は、中実の部材の側面に設けられている場合と比較して、筒状体３０の内部３０ｃを介して効率的に放熱できる。その結果、各レーザ素子５１、５２の出力を高くしたとしても、各波長変換層４１、４２の温度が上昇することを抑制できる。そのため、各レーザ素子５１、５２の出力を高くすることで、波長変換層４１、４２から放射する光Ｌｒ、Ｌｇを高輝度にできる。この結果、凹面鏡１０から光度の高い光Ｌｏを出射できる。

また、各波長変換層４１、４２は、各平坦領域３１ａに配置されている。そのため、波長変換層４１、４２を均一に形成し易い。そのため、凹面鏡１０から取り出される光Ｌｏにおいて、明るさのムラや色ムラが発生することを抑制できる。

また、本実施形態においては、貫通孔２１は凹面鏡１０に複数設けられており、第１レーザ光Ｌ１が通過する貫通孔２１と、第２レーザ光Ｌ２が通過する貫通孔２１は異なる。そのため、各貫通孔２１の大きさを各レーザ光Ｌ１、Ｌ２のスポットの大きさに対応させることができる。これにより、例えば凹面鏡１０において第１レーザ光Ｌ１が通過する部分と第２レーザ光Ｌ２が通過する部分とが離隔している場合に、一つの貫通孔を長孔にし、２つのレーザ光Ｌ２が同一の貫通孔を通過する形態と比較して、凹面鏡１０において貫通孔２１が設けられる領域を低減できる。その結果、凹面鏡１０において第１レーザ光Ｌ１が通過する部分と第２レーザ光Ｌ２が通過する部分とが離隔していたとしても、凹面鏡１０は、より多くの光Ｌｏを取り出すことができる。

また、レーザ素子５１、５２は凹面鏡１０の外部に配置されているため、凹面鏡１０の内部に配置された波長変換層４１、４２から離隔している。そのため、波長変換層４１、４２は、レーザ素子５１、５２と接している波長変換層と比較して、放熱性に優れる。これによっても、波長変換層４１、４２を集中して配置することができ、照明装置１の光度を高めることができる。

また、本実施形態に係る照明装置１は、送風部６０と、開口部２２と、を備える。送風部６０は、凹面鏡１０の外部に配置され、凹面鏡１０が反射した光Ｌｏが出射する側の反対側から筒状体３０の内部３０ｃに送風する。開口部２２は、凹面鏡１０に設けられ、送風部６０が筒状体３０の内部３０ｃに送風することを許容する。これにより、各波長変換層４１、４２は、筒状体３０の内部３０ｃを介して、より一層効率的に放熱できる。その結果、各レーザ素子５１、５２の出力を高出力にできる。

また、本実施形態において、筒状体３０は、金属材料からなる。そのため、筒状体３０は、樹脂材料等からなる筒状体と比較して、放熱性に優れる。また、本実施形態においては、波長変換層４１、４２を冷却する冷媒として空気を用いているため、加熱された空気を筒状体３０の第２端部３０ｂから照明装置１の外部に排出することができる。このため、冷媒を回収する機構を設ける必要がない。したがって、専用の冷媒を循環させる場合と比較して、照明装置１の構成を簡略化できる。

また、本実施形態に係る照明装置１は、第３レーザ素子５３と、拡散層４３と、を備える。第３レーザ素子５３は、凹面鏡１０の外部に配置され、貫通孔２１を介して凹面鏡１０の内部１０ａに第３レーザ光Ｌ３を照射する。拡散層４３は、凹面鏡１０の内部１０ａであって第１波長変換層４１が配置される平坦領域３１ａ及び第２波長変換層４２が配置される平坦領域３１ａと異なる平坦領域３１ａに配置され、第３レーザ光Ｌ３を拡散して反射する。このように、第３レーザ光Ｌ３を拡散させることで、スペックルノイズを低減できる。

また、本実施形態において、第１波長変換層４１が放射する光Ｌｒのピーク波長は、第２波長変換層４２が放射する光Ｌｇのピーク波長と異なる。そのため、光Ｌｒの色と光Ｌｇの色との混色により、所望の色の光Ｌｏを得ることができる。また、点灯させるレーザ素子５１、５２を切り替えることで、光Ｌｏの色調を可変にできる。また、蛍光体を励起させて発光するため、光が拡散し、スペックルノイズを低減できる。

＜第１の実施形態の第１の変形例＞
次に、第１の実施形態の第１の変形例について説明する。
図６は、本変形例に係る照明装置の筒状体を示す端面図である。
本変形例に係る照明装置１００は、筒状体１３０の内面１３２に、複数の凸部１３３が設けられている点で、第１の実施形態に係る照明装置１と相違する。なお、以下の説明においては、原則として、第１の実施形態との相違点のみを説明する。以下に説明する事項以外は、第１の実施形態と同様である。

複数の凸部１３３は、周方向に沿って配列されている。各凸部１３３は、中心軸Ｃが延びる方向に延びている。各凸部１３３は、中心軸Ｃが延びる方向に対して交差する方向に螺旋状に延びていてもよい。なお、図６に示す例では、筒状体１３０の内面１３２には、１２個の凸部１３３が設けられている。ただし、凸部１３３の数は、特に限定されない。このように、筒状体１３０として、内面溝付管を用いてもよい。

以上説明したように、本変形例において、筒状体１３０の内面１３２には、複数の凸部１３３が設けられている。このため、第１の実施形態における筒状体３０と比較して、筒状体１３０の内面１３２の面積を増加できる。また、筒状体１３０の内部において空気の流れを乱流にできる。その結果、筒状体１３０の放熱性をより一層向上できる。

＜第１の実施形態の第２の変形例＞
次に、第１の実施形態の第２の変形例について説明する。
図７は、本変形例に係る照明装置を示す軸方向を含む端面図である。
本変形例に係る照明装置２００は、筒状体３０の第１端部３０ａが開口部２２２から突出していない点、及び送風部２６０がポンプである点等で、第１の実施形態に係る照明装置１と相違する。

筒状体３０の第１端部３０ａは、凹面鏡１０の内部１０ａに位置する。凹面鏡１０には、送風部２６０が筒状体３０の内部３０ｃに送風することを許容する開口部２２２が設けられている。開口部２２２の形状は、後述する連結管２６４の外形に対応している。

送風部２６０は、例えば、ポンプ本体２６１と、ポンプ本体２６１に設けられ空気を吸入する吸入口２６２と、吸入した空気を排出する排出口２６３と、を有する。排出口２６３には、連結管２６４が連結されている。

連結管２６４は、凹面鏡１０に設けられた開口部２２２から、凹面鏡の外部に突出している。連結管２６４において凹面鏡１０の外部に位置する端部は、排出口２６３に連結している。連結管２６４において凹面鏡１０の内部１０ａに位置する端部は、筒状体３０の第１端部３０ａに連結している。

次に、本変形例に係る照明装置２００の動作について説明する。
ポンプ本体２６１は、吸入口２６２から空気を吸入し、排出口２６３から吸入した空気を排出する。排出した空気は、連結管２６４を介して、筒状体３０の内部３０ｃに供給される。筒状体３０の内部３０ｃに供給された空気は、第１端部３０ａから第２端部３０ｂに向かって流通する。このように、開口部２２２から筒状体３０の第１端部３０ａが突出していなくても、送風部２６０は、筒状体３０の第１端部３０ａから第２端部３０ｂに向かって空気を効率的に流通できる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る照明装置を示す軸直交方向を含む端面図である。
本実施形態に係る照明装置３００は、第１波長変換層４１の数、第２波長変換層４２の数、及び拡散層４３の数等において、第１実施形態に係る照明装置１と相違する。

凹面鏡１０には、１１個の貫通孔３２１が設けられている。各貫通孔３２１は、例えば、周方向に略等間隔に配置されている。

図９は、本実施形態に係る照明装置の筒状体を示す軸直交方向を含む端面図である。
筒状体３３０の表面は、側面３３１（外面）と、内面３３２と、を含む。側面３３１の形状は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向から見て中心軸Ｃを中心とする１１角形である。そのため、側面３３１は、周方向に沿って配列された１１個の平坦領域３３１ａを有する。内面３３２の形状は、例えば、中心軸Ｃが延びる方向から見て中心軸Ｃを中心とする１１角形である。

筒状体３３０は、中心軸Ｃが延びる方向において、非出射側Ｘ２の第１端部及び出射側Ｘ１の第２端部（図示省略）を有している。第１端部は、第１実施形態における第１端部３０ａと同様に、凹面鏡１０の開口部２２から凹面鏡１０の外部に突出している。送風部６０は、筒状体３３０の内部３３０ｃに向かって送風する。これによって、第１端部から第２端部に向かって空気が流通する。

照明装置３００は、例えば、３個の第１波長変換層４１と、７個の第２波長変換層４２と、１個の拡散層４３と、を備える。すなわち、第１波長変換層４１の数と、第２波長変換層４２の数と、拡散層４３の数との比は、３：７：１である。各層４１、４２、４３は、相互に異なる平坦領域３３１ａに配置されている。３個の第１波長変換層４１は、なるべく分散するように配置されている。７個の第２波長変換層４２は、なるべく分散するように配置されている。

図８に示すように、照明装置３００は、３個の第１波長変換層４１に対応して、３個の第１レーザ素子５１を備える。照明装置３００は、７個の第２波長変換層４２に対応して、７個の第２レーザ素子５２を備える。照明装置３００は、１個の拡散層４３に対応して、１個の第３レーザ素子５３を備える。

各レーザ素子５１、５２、５３は、例えば、各貫通孔３２１を介して、各層４１、４２、４３にレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を照射する。すなわち、第１レーザ光Ｌ１が通過する貫通孔３２１、第２レーザ光Ｌ２が通過する貫通孔３２１及び第３レーザ光Ｌ３が通過する貫通孔３２１は、相互に異なる。

各レーザ素子５１、５２、５３は、凹面鏡１０の外部に配置されている。第１レーザ素子５１は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、第１波長変換層４１と対向している。第２レーザ素子５２は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、第２波長変換層４２と対向している。第３レーザ素子５３は、例えば、中心軸Ｃと直交する方向において、拡散層４３と対向している。ただし、各レーザ素子５１、５２、５３の位置は、各貫通孔２１を介して各層４１、４２、４３にレーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を照射できる限り、特に限定されない。

次に、本実施形態に係る照明装置３００の効果について説明する。
本実施形態において、第１波長変換層４１の数と、第２波長変換層４２の数と、拡散層４３の数との比は、３：７：１である。そのため、第１の実施形態における筒状体３０によって得られる効果に加え、凹面鏡１０からホワイトバランスのよい光Ｌｏを取り出すことができる。

以上、本発明の複数の実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

例えば、第１波長変換層が放射する光のピーク波長は、第２波長変換層が放射する光のピーク波長と同じであってもよい。また、第１レーザ光の色、第２レーザ光の色、及び第３レーザ光の色は、相互に異なっていてもよい。

例えば、他の実施形態に係る照明装置は、青色の第１レーザ光を出射する第１レーザ素子と、青色の第２レーザ光を出射する第２レーザ素子と、緑色の第３レーザ光を出射する第３レーザ素子と、青色の第４レーザ光を出射する第４レーザ素子と、第１レーザ光が照射されることによって赤色の光を放射する第１波長変換層と、第２レーザ光が照射されることによって赤色の光を放射する第２波長変換層と、緑色の第３レーザ光を拡散して反射する第１拡散層と、青色の第４レーザ光を拡散して反射する第２拡散層と、を備えていてもよい。このような構成によっても、白色の光を得ることができる。

例えば、各波長変換層は、複数の種類の蛍光体を有し、ピーク波長の異なる２種類の蛍光を放射してもよい。例えば、他の実施形態に係る照明装置は、第３レーザ素子及び拡散層を備えていなくてもよい。

本発明は、例えば、サーチライト等の照明装置に利用することができる。

１、１００、２００、３００：照明装置
１０：凹面鏡
１０ａ：内部
１０ｂ：出射口
１１：内面
１２：端面
１３：外面
２１：貫通孔
２２、２２２：開口部
３０、１３０、３３０：筒状体
３０ａ：第１端部
３０ｂ：第２端部
３０ｃ、３３０ｃ：内部
３１、３３１：側面
３１ａ、３３１ａ：平坦領域
３２、１３２、３３２：内面
４１：第１波長変換層
４１ａ：透光層
４１ｂ：波長変換物質
４１ｃ：反射層
４２：第２波長変換層
４２ａ：透光層
４２ｂ：波長変換物質
４２ｃ：反射層
４３：拡散層
４３ａ：透光層
４３ｂ：反射層
５１：第１レーザ素子
５２：第２レーザ素子
５３：第３レーザ素子
５４：コリメートレンズ
６０、２６０：送風部
７０：カバー部材
７１：貫通孔
１３３：凸部
２６１：ポンプ本体
２６２：吸入口
２６３：排出口
２６４：連結管
Ｃ：中心軸
Ｄ：放物線
Ｆ：焦点
ΔＬ：距離
Ｌ１：第１レーザ光
Ｌ２：第２レーザ光
Ｌ３：第３レーザ光
Ｌｒ：第１波長変換層が放射する光
Ｌｇ：第２波長変換層が放射する光
Ｌｂ：拡散層が拡散して反射した光
Ｌｏ：照明光
Ｘ１：出射側
Ｘ２：非出射側

Claims

凹面鏡と、
前記凹面鏡に設けられた１以上の貫通孔と、
少なくとも一部が前記凹面鏡の内部に配置され、周方向に沿って配列された３面以上の平坦領域を側面に有する中空の筒状体と、
前記凹面鏡の内部であって前記平坦領域上に配置された第１波長変換層と、
前記凹面鏡の内部であって前記第１波長変換層が配置された前記平坦領域と異なる前記平坦領域上に配置された第２波長変換層と、
前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第１波長変換層に第１レーザ光を照射する第１レーザ素子と、
前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記第２波長変換層に第２レーザ光を照射する第２レーザ素子と、
を備えた照明装置。
前記貫通孔は前記凹面鏡に複数設けられており、
前記第１レーザ光が通過する前記貫通孔と、前記第２レーザ光が通過する前記貫通孔は異なる請求項１に記載の照明装置。
前記凹面鏡の外部に配置され、前記凹面鏡が反射した光が出射する側の反対側から前記筒状体の内部に送風する送風部と、
前記凹面鏡に設けられ、前記送風部が前記筒状体の内部に送風することを許容する開口部と、
をさらに備えた請求項１または２に記載の照明装置。
前記筒状体は第１端部および前記第１端部とは反対側の第２端部を有しており、
前記第１端部は、前記開口部から前記凹面鏡の外部に突出しており、
前記送風部は、前記第１端部から前記第２端部に向かって空気を流通させる請求項３に記載の照明装置。
前記筒状体の内面には、複数の凸部が設けられている請求項１～４のいずれか１つに記載の照明装置。
前記筒状体は、金属材料からなる請求項１～５のいずれか１つに記載の照明装置。
前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記凹面鏡の内部に第３レーザ光を照射する第３レーザ素子と、
前記凹面鏡の内部であって前記第１波長変換層が配置される前記平坦領域及び前記第２波長変換層が配置される前記平坦領域と異なる前記平坦領域に配置され、前記第３レーザ光を拡散して反射する拡散層と、
をさらに備えた請求項１～６のいずれか１つに記載の照明装置。
前記第１波長変換層が放射する光のピーク波長は、前記第２波長変換層が放射する光のピーク波長と異なる請求項１～７のいずれか１つに記載の照明装置。
前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光は、青色であり、
前記第１波長変換層の放射する前記光は、赤色であり、
前記第２波長変換層の放射する前記光は、緑色である請求項８に記載の照明装置。
前記凹面鏡の外部に配置され、前記貫通孔を介して前記凹面鏡の内部に第３レーザ光を照射する第３レーザ素子と、
前記凹面鏡の内部であって前記第１波長変換層が配置される前記平坦領域及び前記第２波長変換層が配置される前記平坦領域と異なる前記平坦領域に配置され、前記第３レーザ光を拡散して反射する拡散層と、
をさらに備え、
前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光は、青色であり、
前記第１波長変換層が放射する光は、赤色であり、
前記第２波長変換層が放射する光は、緑色であり、
前記筒状体の側面の形状は、前記筒状体の中心軸が延びる方向から見て１１角形であり、
前記第１波長変換層の数と、前記第２波長変換層の数と、前記拡散層の数との比は、３：７：１である請求項１に記載の照明装置。