KR101830045B1 - 조명 장치 - Google Patents

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KR101830045B1
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가즈노리 벳쇼
오사무 오사와
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 고출력화 및 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 조명 장치는, 반사형의 형광 플레이트와, 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 배치된 집광성 렌즈와, 당해 집광성 렌즈의 외경보다 대경의 광 방사 개구를 갖고, 당해 광 방사 개구가 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 위치하도록 배치되며, 당해 형광 플레이트로부터의 출사광 중 당해 집광성 렌즈를 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 광을 반사하고 집광하는 환상의 집광 미러를 구비하고, 여기 광원으로부터의 여기광이, 상기 집광 미러와 상기 집광성 렌즈 사이의 공극부를 통해 상기 형광 플레이트에 조사되는 것을 특징으로 한다.

Description

조명 장치
본 발명은, 조명 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 여기광에 의해 형광을 방사하는 형광 플레이트를 구비하며, 탐조등 등에 이용되는 조명 장치에 관한 것이다.
종래, 조명 장치로는, 레이저광을 여기광으로서 형광 플레이트에 조사하고, 당해 형광 플레이트로부터 형광을 출사시키며, 그 형광 플레이트로부터의 형광을 반사경 등의 광학계를 통해 외부로 방사하는 구성의 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
구체적으로, 특허 문헌 1에 있어서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 복수의 반도체 레이저 소자(71)로부터의 여기광의 각각을 광 섬유(73)에 의해 도광하고 반사형의 형광 플레이트(72)에 조사하며, 당해 형광 플레이트(72)에 있어서 형광으로 변환된 광을 방사하는 조명 장치가 개시되어 있다. 이 조명 장치에 있어서는, 복수의 광 섬유(73)의 광 출사측 부분이 묶여 번들부(74)가 형성되어 있고, 그 번들부(74)에는, 당해 복수의 광 섬유(73)의 섬유단(端)으로 이루어지는 광 출사단이 형성되어 있다. 또, 조명 장치에는, 형광 플레이트(72)의 여기광 수광면을 둘러싸도록 오목면 반사경(75)이 배치되어 있다. 그리고, 오목면 반사경(75)에는 관통 구멍(76)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(76)을 통해, 번들부(74)에 있어서의 광 출사단으로부터 출사된 여기광이 형광 플레이트(72)에 조사된다.
도 6에 있어서, 77 및 78은 렌즈이고, 79는 반사 미러이며, 22는 형광 플레이트(72)가 배치된 기판이다.
이러한 구성의 조명 장치에 있어서는, 형광 플레이트(72)로부터의 출사광을 외부로 도광하기 위한 광학계, 즉 오목면 반사경(75)에, 여기광을 통과시키기 위한 여기광 통과로, 구체적으로는 관통 구멍(76)이 형성되어 있기 때문에, 당해 광학계의 로스가 크다. 그로 인해, 충분한 형광 이용 효율이 얻어지지 않는다고 하는, 문제가 있다. 게다가, 복수의 광 섬유(73)가 묶여 형성된 번들부(74)를 갖는 것이기 때문에, 당해 번들부(74)의 소손의 문제로부터 고출력화에는 한계가 있으며, 최근에 있어서의 조명 장치의 고출력화의 요청에 따를 수 없다고 하는, 문제도 있다.
또, 이 조명 장치에 있어서는, 복수의 반도체 레이저 소자(71)로부터의 여기광을, 복수의 광 섬유(73)를 이용하여 도광하고 있기 때문에, 매우 다수의 부재가 필요하게 되므로, 소형화를 도모할 수 없다라고 하는, 문제가 있다.
일본국 특허 공개 2012-84276호 공보
본 발명은, 이상과 같은 사정에 의거하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 고출력화 및 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 조명 장치는, 반사형의 형광 플레이트와, 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 배치된 집광성 렌즈와, 당해 집광성 렌즈의 외경보다 대경인 광 방사 개구를 갖고, 당해 광 방사 개구가 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 위치하도록 배치되며, 당해 형광 플레이트로부터의 출사광 중 당해 집광성 렌즈를 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 광을 반사하여 집광하는 환상의 집광 미러를 구비하고,
여기 광원으로부터의 여기광이, 상기 집광 미러와 상기 집광성 렌즈 사이의 공극부를 통해 상기 형광 플레이트에 조사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 상기 형광 플레이트에 이르기까지의 광로 상에, 상기 여기광을 투과하고, 상기 형광 플레이트로부터 출사되는 형광을, 당해 형광 플레이트를 향하는 방향으로 반사하는 형광 반사용 광학 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광로에 있어서의, 상기 형광 플레이트와 상기 집광성 렌즈 사이의 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 집광성 렌즈의 외주연을 따라 신장되는 환상 형상을 갖고 있고,
상기 형광 반사용 광학 부재는, 당해 형광 반사용 광학 부재의 외주연이, 상기 형광 플레이트의 여기광 수광면에 있어서의 광축점과 상기 집광 미러에 있어서의 광 방사 개구의 개구 가장자리를 포함하며, 당해 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 내측에 위치하고, 당해 형광 반사용 광학 부재의 내주연이, 당해 광축점과 상기 집광성 렌즈의 외주연을 포함하며, 당해 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 집광 미러의 광축 방향 전방에, 당해 집광 미러에 있어서의 광 방사 개구의 개구 가장자리를 따라 신장되는 환상의 반사 미러가 설치되어 있고,
상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광로에 있어서의, 상기 집광 미러의 광 방사 개구와 상기 반사 미러 사이의 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광 방사 개구의 개구 가장자리를 따라 신장되는 환상 형상을 갖고 있고,
상기 형광 반사용 광학 부재는, 당해 형광 반사용 광학 부재의 내주연이, 상기 집광 미러 및 상기 집광성 렌즈의 집광점과 상기 광 방사 개구의 개구 가장자리를 포함하며, 상기 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기 형광 플레이트와 상기 집광성 렌즈 사이에 있어서의, 상기 형광 반사용 광학 부재의 광축 방향 전방에, 형광 확산능을 갖는 광 확산 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 조명 장치에 있어서는, 반사형의 형광 플레이트로부터의 출사광을 집광하기 위한 집광 부재로서, 집광성 렌즈와 집광 미러가 설치되어 있고, 이들 2개의 집광 부재 사이의 공극부를 통해, 당해 형광 플레이트에 대해 여기광이 조사된다. 그로 인해, 형광 플레이트에 여기광을 조사하기 위한 광학계 및 당해 형광 플레이트로부터의 출사광을 집광하고 외부로 도광하기 위한 광학계에 큰 설계의 자유도가 얻어지기 때문에, 각 광학계의 소형화를 용이하게 도모할 수 있다. 또, 형광 플레이트로부터의 출사광을 높은 효율로 포착하여 집광하고, 외부로 도광할 수 있다. 또한, 2개의 집광 부재 중 어느 것에도 여기광을 통과시키기 위한 여기광 통과로를 형성할 필요가 없으며, 따라서 여기광 통과로가 형성되어 있는 것에 기인하는 광 손실(형광 손실)이 발생할 일이 없다. 또 더욱, 여기광이 공간 전반되기 때문에, 높은 여기광 이용 효율이 얻어짐과 더불어, 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 조명 장치에 의하면, 광학계를 작게 함으로써 소형화를 도모할 수 있고, 또 높은 여기광 이용 효율이 얻어짐과 더불어 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있으며, 또한 형광 플레이트로부터의 출사광을 높은 효율로 이용할 수 있기 때문에, 고출력화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 조명 장치에 있어서는, 형광 반사용 광학 부재를 배치함으로써, 형광 플레이트로부터 공극부를 향하는 형광을, 당해 형광 플레이트를 향해 반사할 수 있다. 그로 인해, 집광 부재에 의해 집광되지 않고 이용 불가능이 되는 형광의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 그 결과, 한층 더 고출력화를 도모할 수 있다.
이러한 구성의 본 발명의 조명 장치에 있어서는, 더욱 광 확산 부재를 배치함으로써, 형광 반사용 광학 부재로부터 형광 플레이트를 향해 반사된 형광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 그로 인해, 형광 반사용 광학 부재에 의해 반사된 형광을, 높은 효율로 집광성 렌즈 또는 집광 미러에 포착시킬 수 있으며, 따라서 보다 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 그 결과, 보다 한층 더 고출력화를 도모할 수 있고, 또 조명 장치로부터의 방사광에 있어서, 원하는 색감의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 조명 장치의 일실시 형태를 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1의 조명 장치를 반사형의 형광 플레이트의 광축 방향 후방으로부터 본 상태에 있어서, 복수의 여기광 유닛과 반사 미러의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 조명 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 설명도이다.
도 4는 도 3의 조명 장치를 반사형의 형광 플레이트의 광축 방향 후방으로부터 본 상태에 있어서, 복수의 여기광 유닛과 반사 미러의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 조명 장치의 또 다른 실시 형태에 있어서의 주요부를 도시하는 설명도이다.
도 6은 종래의 조명 장치의 일실시 형태를 도시하는 설명도이다.
이하, 본 발명의 조명 장치의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 조명 장치의 일실시 형태를 도시하는 설명도이다. 또, 도 2는, 도 1의 조명 장치를 반사형의 형광 플레이트의 광축 방향 후방으로부터 본 상태에 있어서, 복수의 여기광 유닛과 반사 미러의 위치 관계를 도시하는 설명도이다. 이 도 2에 있어서는, 복수의 여기광 유닛(11)의 배치 위치가, 각 여기광 유닛(11)의 이면에 설치된 방열 핀(12)의 배치 위치에 따라 도시되어 있다.
이 조명 장치(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 반사형의 형광 플레이트(21)를 갖는 형광 발광 부재(20)와, 형광 플레이트(21)에 대해 여기광을 조사하는 여기광 조사 기구를 구비하고 있다. 그리고, 조명 장치(10)는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을, 환상의 집광 미러(35)와 집광성 렌즈(31)로 이루어지는 집광 광학계를 통해 외부로 방사하는 것이다.
여기에, 본 발명에 있어서, 「반사형의 형광 플레이트」란, 여기광 수광면과 형광 출사면이 동일면 상에 형성된 형광 플레이트이다. 또, 「반사형의 형광 플레이트로부터의 출사광」은, 형광과 더불어 여기광을 포함하는 것이다.
형광 발광 부재(20)는, 평판형상의 기판(22)의 표면에, 대략 평판형상의 형광 플레이트(21)가 설치된 것이다.
이 도면의 예에 있어서, 형광 플레이트(21)에 있어서는, 그 표면(도 1에 있어서의 우면)이 여기광 수광면으로 되어 있음과 더불어 형광 출사면으로 되어 있다.
형광 플레이트(21)는, 대략 평판형상의 형광 부재로 이루어지는 것이며, 이 형광 부재의 표면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면에는, 복수의 볼록부가 주기적으로 배열되어 이루어지는 주기 구조(도시 생략)가 형성되어 있다. 이 주기 구조는, 예를 들어 대략 뿔 형상(구체적으로는, 뿔형상 또는 뿔대형상)의 볼록부가 밀집한 상태로 이차원 주기적으로 배열되어 이루어지는 것이다.
또, 형광 플레이트(21)의 이면(도 1에 있어서의 좌면)에는, 은 등으로 이루어지는 광 반사막이 설치되어 있다. 또한, 광 반사막과 기판(22) 사이에는, 접합 부재(도시 생략)가 개재되어 있고, 당해 접합 부재에 의해 형광 플레이트(21)가 기판(22) 상에 접합되어 있다. 접합 부재로는, 배열성의 관점으로부터, 땜납 및 은 소결재 등이 이용된다. 또, 기판(22)의 이면에는, 예를 들어 구리 등의 금속으로 이루어지는 방열 부재(도시 생략)가 배치되어 있다.
여기에, 형광 플레이트(21)는, 집광성 렌즈(31), 집광 미러(35) 및 후술하는 형광 반사용 광학 부재(45)에 의한 형광의 포착의 효율을 고려하면, 여기광 수광면 및 형광 출사면이 되는 면(구체적으로는, 형광 플레이트(21)의 표면)의 형상이 정방 형상인 것 보다 원 형상인 것이 바람직하다.
형광 플레이트(21)를 구성하는 형광 부재는, 형광체가 함유되어 이루어지는 것이며, 바람직하게는 다결정의 형광체로 이루어지는 것이다. 구체적으로는, 이 형광 부재는, 형광체로 이루어지는 것, 또는 형광체와 세라믹 바인더의 혼합물의 소결체로 이루어지는 것이다. 즉, 형광 부재는, 형광체에 의해 구성된 것이다.
여기에, 형광 부재로서 이용되는, 형광체와 세라믹 바인더의 혼합물의 소결체에 있어서는, 세라믹 바인더로서 나노 사이즈의 알루미나 입자가 이용된다. 그리고, 이 소결체는, 형광체 100질량%에 대해 수 질량%~수십 질량%의 세라믹 바인더를 혼합하고, 그 혼합물을 프레스한 후, 소성함으로써 얻어지는 것이다.
형광 부재를 구성하는 다결정의 형광체는, 예를 들어 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 먼저, 모재, 활력재 및 소성조제 등의 원재료를 볼 밀 등에 의해 분쇄 처리함으로써, 서브 미크론 이하의 원재료 미립자를 얻는다. 이어서, 이 원재료 미립자를 예를 들어 슬립 캐스트법에 의해 성형하고, 소결한다. 그 후, 얻어진 소결체에 대해 열간 등방압 가압 가공을 실시함으로써, 기공률이 예를 들어 0.5% 이하의 다결정의 형광체가 얻어진다.
형광 부재를 구성하는 형광체의 구체예로는, YAG：Ce, YAG：Pr, YAG：Sm 및 LuAG：Ce 등을 들 수 있다. 이러한 형광체에 있어서, 활력재의 도프량은, 0.5mol% 정도이다.
또, 형광 부재의 두께는, 형광 변환 효율 및 배열성의 관점으로부터, 0.05~2.0mm인 것이 바람직하다.
기판(22)은, 배열성을 갖는 것이고, 구리, 몰리브덴과 구리의 합금(Mo－Cu) 및 텅스텐과 구리의 합금(W－Cu) 등의 재료로 이루어지는 것이 이용된다.
또, 기판(22)은, 배열성의 관점으로부터, 형광 플레이트(21)가 배치되는 표면이, 당해 형광 플레이트(21)의 이면보다 종횡 치수가 크고, 큰 면적을 갖는 것임이 바람직하다.
또, 기판(22)의 두께는, 예를 들어 0.5~1.0mm이다.
집광 광학계는, 집광성 렌즈(31)와 집광 미러(35)의 2개의 집광 부재를 갖고, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 집광하고 외부로 도광하는 것이다.
집광 광학계가 2개의 집광 부재에 의해 구성되어 있음으로써, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광 미러(35)를 향하는 광(구체적으로는, 집광 미러(35)의 반사면을 향하는 광)이 당해 집광 미러(35)에 의해 포착되어 집광된다. 또, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광성 렌즈(31)를 향하는 광이 당해 집광성 렌즈(31)에 의해 포착되어 집광된다. 그로 인해, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광에 포함되는 형광이 산란광이어도, 당해 출사광을 높은 효율로 포착하여 확실히 집광할 수 있다. 그 결과, 조명 장치(10)에 있어서는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 높은 효율로 이용할 수 있다.
또, 집광 광학계가 2개의 집광 부재에 의해 구성되어 있는 것에 의하면, 조명 장치(10)로부터 방사되는 광의 사이즈를, 다른 집광 부재를 이용하는 일 없이 매우 작게 할 수 있다. 그로 인해, 조명 장치(10)로부터의 방사광의 사이즈를 용이하게 제어할 수 있기 때문에, 당해 조명 장치(10)를 여러 가지 용도에 이용할 수 있다.
도 1에 있어서는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광 미러(35)의 반사면에 의해 반사된 광의 광로가 파선(L3)에 의해 도시되어 있다.
집광성 렌즈(31)는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 집광하기 위한 볼록 렌즈이며, 형광 플레이트(21)의 광축 방향 전방(도 1에 있어서의 우방) 위치에 있어서, 당해 형광 플레이트(21)와 이격한 상태로 대향 배치되어 있다.
도면의 예에 있어서, 집광성 렌즈(31)는, 원반형상의 볼록 렌즈로서, 형광 플레이트(21)의 치수보다 큰 외경을 갖는 것이고, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축(C)과 일치하도록 배치되어 있다.
집광성 렌즈(31)에 있어서, 치수(외경) 및 형광 플레이트(21)와의 이격 거리는, 조명 장치(10) 자체의 크기 등에 의거하여, 형광 플레이트(21)의 치수나 집광 미러(35)의 종류 및 치수 등의 관계를 고려하여 적당히 정해진다.
집광 미러(35)는, 전단에 광 방사 개구(37)가 형성된 환상 오목면경으로 이루어지는 것이고, 당해 집광 미러(35)의 내표면에는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 반사하는 반사면이 형성되어 있다. 이 집광 미러(35)는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 광 방사 개구(37)를 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 광을, 당해 형광 플레이트(21)의 광축(C)을 따라 반사하여 집광하도록, 형광 플레이트(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 즉, 광 방사 개구(37)가 형광 플레이트(21)의 광축 방향 전방에 위치하고 있고, 형광 플레이트(21)는, 집광 미러(35)의 집광 공간 내에 있어서의, 후단측(도 1에 있어서의 좌단측)의 위치에 배치되어 있다.
집광 미러(35)를 구성하는 환상 오목면경의 구체예로는, 회전 타원면경 및 회전 방물면경을 들 수 있다. 또한, 회전 타원면경이란, 그 광축을 중심으로 하는 회전 타원면형상의 반사면을 갖는 것이고, 한편, 회전 방물면경이란, 그 광축을 중심으로 하는 회전 방물면형상의 반사면을 갖는 것이다.
도면의 예에 있어서, 집광 미러(35)는, 광 방사 개구(37)가 원 형상의 회전 타원면경이며, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축(C) 및 집광성 렌즈(31)의 광축과 일치하도록 배치되어 있다. 또, 집광 미러(35)의 집광점, 즉 제2 초점은, 집광성 렌즈(31)의 집광점과 일치하고 있고, 이 집광점에 의해 집광 광학계의 집광점이 구성되어 있다. 또, 집광 미러(35)의 후단(도 1에 있어서의 좌단)에는, 원 형상의 관통 구멍(38)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(38)의 중앙 위치에, 형광 플레이트(21)가 배치되어 있다. 그리고, 형광 플레이트(21)는, 집광 미러(35)의 제1 초점 상에 위치하고 있다. 또한, 집광 미러(35)의 집광 공간 내에는, 광 방사 개구(37)에 근접한 위치에, 집광성 렌즈(31)가 배치되어 있다.
그리고, 집광 광학계에 있어서는, 광 방사 개구(37)의 개구 지름이, 집광성 렌즈(31)의 외경보다 대경으로 되어 있다. 즉, 집광성 렌즈(31)의 외경은, 광 방사 개구(37)의 개구 지름보다 소경으로 되어 있다.
광 방사 개구(37)의 개구 지름이 집광성 렌즈(31)의 외경보다 대경임으로써, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을, 집광 미러(35) 및 집광성 렌즈(31)의 각각에 의해 포착하여 효율적으로 집광할 수 있다. 구체적으로는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광 미러(35)를 통하는 일 없이 직접적으로 광 방사 개구(37)를 향하는 광만을 집광성 렌즈(31)에 의해 포착시킬 수 있다. 즉, 집광 미러(35)의 반사면으로부터의 반사광이 집광성 렌즈(31)에 입사되지 않게 할 수 있다. 또, 광 방사 개구(37)의 개구 지름이 집광성 렌즈(31)의 외경보다 대경인 것에 의하면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 집광성 렌즈(31)를, 집광 미러(35)의 집광 공간 내에 배치할 수 있다. 그로 인해, 조명 장치(10)에 있어서, 형광 플레이트(21)의 광축 방향(도 1에 있어서의 좌우 방향)의 치수를 작게 할 수 있기 때문에, 조명 장치(10)를 소형의 것으로 할 수 있다. 게다가, 여기광 입사 기구의 구성을 간단한 것으로 할 수 있기 때문에, 조명 장치(10)의 설계의 자유도가 커짐과 더불어, 조명 장치(10)의 소형화를 더욱 도모할 수 있다.
이 도면의 예에 있어서, 집광성 렌즈(31)는, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광 미러(35)의 반사면을 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 광만을 집광하고 있다.
또, 집광성 렌즈(31)와 집광 미러(35)는 적어도 일부에 있어서 이격한 상태로 되어 있고, 그 집광성 렌즈(31)의 외주연과 집광 미러(35)의 내표면(반사면) 사이에 형성되는 공간에 의해 공극부(15)가 구성되어 있다. 이 공극부(15)는, 여기광 조사 기구로부터의 여기광이 형광 플레이트(21)에 이르기까지의 광로 상에 위치된다. 즉, 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면에는, 공극부(15)를 통해 여기광 조사 기구로부터의 여기광이 조사된다.
이 공극부(15)는, 집광 미러(35)에 있어서의 광 방사 개구(37)의 개구 가장자리(37A) 및 집광성 렌즈(31)의 외주연을 따라 신장되는 환상 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 환상 형상은, 연속적인 환상 형상이어도 되고, 또 단속적인 환상 형상이어도 된다.
공극부(15)가 환상 형상임으로써, 형광 플레이트(21)에 대해, 개구 가장자리(37A) 및 집광성 렌즈(31)의 외주연을 따라 연속적 또는 단속적으로 여기광을 입사시킬 수 있기 때문에, 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면에 있어서 조도의 균일성이 얻어진다. 그로 인해, 여기광 수광면의 일부에 여기광이 국소적으로 조사될 일이 없기 때문에, 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있다.
이 도면의 예에 있어서, 집광 미러(35)와 집광성 렌즈(31)는, 집광성 렌즈(31)의 외주연 및 집광 미러(35)의 내표면의 전체 둘레에 걸쳐 이격하고 있다. 그리고, 집광성 렌즈(31)의 외주연과 집광 미러(35)의 내표면 사이에는, 집광성 렌즈(31)를 포위하도록, 집광성 렌즈(31)의 외주연을 따라 신장되는 원환형상의 공극부(15)가 형성되어 있다.
여기광 조사 기구는, 여기 광원을 구비하고 있고, 이 여기 광원은, 복수(도 1 및 도 2에 있어서는 4개)의 여기광 유닛(11)에 의해 구성되어 있다.
그리고, 여기광 조사 기구에는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 환상의 반사 미러(41)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
반사 미러(41)가 설치되어 있음으로써, 당해 반사 미러(41)에 의해 여기광의 여기 밀도를 낮출 수 있다. 그로 인해, 형광 플레이트(21)에 있어서의 휘도 포화의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 당해 형광 플레이트(21)에 있어서 높은 형광 변환 효율을 얻을 수 있다. 또, 반사 미러(41)가 설치되어 있는 것에 의하면, 여기 광원(복수의 여기광 유닛(11))의 배치 위치의 자유도가 커지고, 따라서 조명 장치(10)의 설계의 자유도가 커진다. 그러므로, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 여기 광원을, 집광 미러(35)의 근방 위치에 병렬 배치할 수 있다. 그로 인해, 조명 장치(10)에 있어서, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수를 작게 할 수 있기 때문에, 당해 조명 장치(10)를 소형의 것으로 할 수 있다. 또, 여기 광원과 형광 플레이트(21)를 공통의 냉각 기구에 의해 냉각할 수 있기 때문에, 조명 장치(10)의 소형화를 더욱 도모할 수 있다.
복수의 여기광 유닛(11)은, 집광 미러(35)의 후단 부분의 근방 위치에, 당해 집광 미러(35)를 통해 형광 플레이트(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다.
또, 복수의 여기광 유닛(11)은, 각각, 그 여기광 출사면(11A)이, 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면과 대략 동일 평면상 혹은 평행하게 위치함과 더불어, 반사 미러(41)에 이르기까지의 여기광의 진행이 집광 미러(35)에 의해 저해되는 일 없도록 배치된다.
이 도면의 예에 있어서, 복수의 여기광 유닛(11)은, 집광 미러(35)의 외표면의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 또, 복수의 여기광 유닛(11)의 각각은, 그 광축이, 형광 플레이트(21)의 광축(C)과 평행이 되도록 배치되어 있다.
또, 도 1에 있어서는, 여기광 유닛(11)으로부터 출사되고, 반사 미러(41)에 의해 반사된 광의 광로가 실선(L1)에 의해 도시되어 있다.
여기 광원으로는, 형광 플레이트(21)의 여기광을 방사할 수 있는 것이면 되고, 따라서 형광 플레이트(21)를 구성하는 형광체의 종류 등에 따라 적당한 파장의 광을 방사하는 것이 이용된다. 구체적으로는, 예를 들어 파장 405~465nm의 광을 방사하는 것이 이용된다.
또, 여기광 유닛(11)으로는, 예를 들어 반도체 레이저 등의 레이저 광원 등이 이용되는데, 그 형태는, 1개의 레이저 광원을 구비한 것이어도 되고, 혹은 복수의 레이저 광원을 구비하며, 이들 복수의 레이저 광원의 광축 방향 전방에 집광성 렌즈가 배치되어 이루어지는 것이어도 된다(도 3 참조).
여기에, 여기광은, 레이저 광원으로부터의 광에 한정되는 것이 아니며, LED의 광, 및 수은, 크세논 등이 봉입된 램프로부터의 광이어도 된다. 또한, 램프나 LED와 같이 방사 파장에 폭을 갖는 광원을 이용한 경우, 여기광의 파장은 램프 등으로부터 방사되는 주된 방사 파장의 영역이다. 단, 본 발명에 있어서는, 이것에 한정되는 것은 아니다.
도면의 예에 있어서, 복수의 여기광 유닛(11)은, 각각, 레이저 다이오드 뱅크(LD 뱅크)로 이루어지는 것이다. 또, 복수의 여기광 유닛(11)의 이면(도 1에 있어서의 좌면)에는, 각각, 방열 핀(12)이 설치되어 있다.
반사 미러(41)는, 여기 광원(복수의 여기광 유닛(11)) 및 집광 미러(35)의 광축 방향 전방 위치(도 1에 있어서의 우방 위치)에 있어서, 여기 광원 및 형광 플레이트(21)와 대향하도록 배치되어 있다. 이 반사 미러(41)에 있어서의 여기 광원 및 형광 플레이트(21)와 대향하는 표면에는, 여기광을 반사하는 반사면이 형성되어 있다. 그리고, 반사 미러(41)는, 집광 미러(35)에 있어서의 개구 가장자리(37A)를 따라 신장되는 환상 형상을 갖고 있다.
이 반사 미러(41)의 환상 형상은, 연속적인 환상 형상이어도 되고, 또 단속적인 환상 형상이면 좋다. 구체적으로는, 반사 미러(41)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 단일의 것이어도 되고, 혹은 복수의 반사 미러 요소가, 간극 없이 또는 간격을 두고 환상으로 배열된 것이어도 된다.
이 도면의 예에 있어서, 반사 미러(41)는, 전단(도 1에 있어서의 좌단)에, 원 형상의 광 방사 개구(42)가 형성되고, 후단(도 1에 있어서의 우단)에, 원 형상의 관통 구멍(43)이 형성된 회전 방물면경으로 이루어지는 것이다. 이 관통 구멍(43)은, 집광성 렌즈(31)의 외경보다 대경의 내경을 갖고 있다. 또, 반사 미러(41)는, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축(C)과 일치하도록 배치되어 있다.
또, 조명 장치(10)에 있어서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 여기광을 투과하고, 형광 플레이트(21)로부터 출사되는 형광을, 형광 플레이트(21)를 향하는 방향으로 반사하는 형광 반사용 광학 부재(45)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 형광 반사용 광학 부재(45)는, 여기 광원으로부터의 여기광이 형광 플레이트(21)에 이르기까지의 광로(이하, 「여기 광로」라고 한다) 위에 배치된다.
형광 반사용 광학 부재(45)가 설치되어 있음으로써, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 공극부(15)를 향하는 형광, 즉 집광 광학계를 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 형광을, 당해 형광 플레이트(21)를 향해 반사할 수 있다. 그로 인해, 집광 광학계에 의해 집광되지 않고 이용 불가능이 되는 형광의 발생을 억제할 수 있다.
여기에, 형광 반사용 광학 부재(45)에 의해 반사되고, 형광 플레이트(21)의 표면에 도달한 형광은, 그 표면에서 반사되거나, 혹은 형광 플레이트(21)에 입사하여 이면의 광 반사막에 의해 반사되는 것 등에 의해, 다시 형광 플레이트(21)의 표면으로부터 출사된다.
형광 반사용 광학 부재(45)는, 형광 플레이트(21)의 표면에 대향 배치되는 것이 바람직하다.
형광 반사용 광학 부재(45)의 배치 위치의 바람직한 구체예로는, 하기의 (1) 및 (2)의 영역을 들 수 있다.
(1) 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 여기 광로에 있어서의, 형광 플레이트(21)와 집광성 렌즈(31) 사이의 영역(이하, 「집광 공간 내 영역」이라고 한다)
(2) 후술하는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 여기 광로에 있어서의, 집광 미러(35)의 광 방사 개구(37)와 반사 미러(41) 사이의 영역(이하, 「집광 공간 외 영역」이라고 한다)
또, 형광 반사용 광학 부재(45)는, 형광 집광성의 관점으로부터, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 집광성 렌즈(31)의 외주연 및 집광 미러(35)에 있어서의 개구 가장자리(37A)를 따라 신장되는 환상 형상을 갖는 것임이 바람직하다. 이 환상 형상은, 연속적인 환상 형상이어도 되고, 또 단속적인 환상 형상이어도 된다. 구체적으로는, 형광 반사용 광학 부재(45)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 단일의 것이어도 되고, 혹은 복수의 요소가, 간극 없이 또는 간격을 두고 환상으로 배열된 것이어도 된다.
그리고, 형광 반사용 형광 부재(45)의 환상 형상은, 형광 플레이트(21)로부터 집광 광학계를 향하는 형광(구체적으로는, 집광성 렌즈(31)를 향하는 형광 및 집광 미러(35)의 반사면을 향하는 형광), 및 집광 광학계로부터 출사되는 형광(구체적으로는, 집광성 렌즈(31)로부터 출사되는 형광 및 집광 미러(35)로부터 출사되는 형광)을 반사할 일 없는 형상 치수를 갖는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 형광 반사용 광학 부재(45)가 집광 공간 내 영역에 배치되어 있는 경우에는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 당해 형광 반사용 광학 부재(45)의 외주연(45A)이, 여기광 수광면에 있어서의 광축점과 개구 가장자리(37A)를 포함하고, 형광 플레이트(21)의 광축(C)을 따라 신장되는 가상 뿔면(S2)의 내측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 또, 내주연(45B)은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 여기광 수광면에 있어서의 광축점과 집광성 렌즈(31)의 외주연을 포함하고, 형광 플레이트(21)의 광축(C)을 따라 신장되는 가상 뿔면(S1)의 외측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
한편, 형광 반사용 광학 부재(45)가 집광 공간 외 영역에 배치되어 있는 경우에는, 후술하는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 당해 형광 반사용 광학 부재(45)의 내주연(45B)이, 집광 광학계의 집광점과 개구 가장자리(37A)를 포함하고, 형광 플레이트(21)의 광축(C)을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
여기에, 여기광 수광면에 있어서의 광축점이란, 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면과, 당해 형광 플레이트(21)의 광축(C)의 교점이다.
형광 반사용 광학 부재(45)로는, 파장 선택성 미러 등을 이용할 수 있다.
이 도면의 예에 있어서, 형광 반사용 광학 부재(45)로는, 전단(도 1에 있어서의 좌단)에 원 형상의 광 방사 개구(46)가 형성되고, 후단(도 1에 있어서의 우단)에 원 형상의 관통 구멍(47)이 형성된 파장 선택성 오목면경으로 이루어지는 것이다. 이 파장 선택성 오목면경에 있어서는, 그 내표면에, 여기광을 투과하고, 형광을 반사하는 반사면이 형성되어 있다. 그리고, 파장 선택성 오목면경은, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축(C)과 일치하도록 배치되어 있다.
또, 조명 장치(10)에 있어서는, 형광 반사용 광학 부재(45)가 배치되어 있는 경우에는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 형광 산란능을 갖는 광 확산 부재(48)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이 광 확산 부재(48)는, 형광 플레이트(21)와 집광성 렌즈(31) 사이에 있어서, 형광 반사용 광학 부재(45)로부터의 반사광이 입사되도록, 당해 형광 반사용 광학 부재(45)의 광축 방향 전방(도 1에 있어서의 좌방)에, 형광 플레이트(21)와 대향 배치된다. 구체적으로는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 형광 반사용 광학 부재(45)가 형광 플레이트(21)와 집광성 렌즈(31) 사이에 위치되어 있는 경우에는, 광 확산 부재(48)는, 형광 반사용 광학 부재(45)와 형광 플레이트(21) 사이에 배치된다.
이 도면의 예에 있어서, 광 확산 부재(48)는, 형광 반사용 광학 부재(45)와 형광 플레이트(21) 사이에 있어서의 당해 형광 플레이트(21)의 근방 위치에 배치되어 있다.
광 확산 부재(48)가 배치되어 있음으로써, 형광 플레이트(21)가, 그 구성상, 표면으로부터 입사되는 형광에 대해 충분한 형광 산란능을 가지지 않는 것이어도, 형광 반사용 광학 부재(45)에 의해 반사된 형광을 충분히 산란시키고, 그 진행 방향을 변경할 수 있다. 그로 인해, 형광 반사용 광학 부재(45)에 의해 반사된 광을, 높은 효율로 집광 광학계에 포착시킬 수 있다. 그 결과, 보다 한층 더 고출력화를 도모할 수 있다.
광 확산 부재(48)는, 형광 이용 효율의 관점으로부터, 형광 반사용 광학 부재(45)로부터의 반사광 모두를 입사시킬 수 있는 형상 및 치수(종횡 치수)를 갖는 것임이 바람직하다.
구체적으로는, 광 확산 부재(48)의 형상에 대해서는, 집광성 렌즈(31), 집광 미러(35) 및 형광 반사용 광학 부재(45)에 의한 형광의 포착의 효율을 고려하면, 광의 입출사에 따르는 면의 형상이 정방 형상인 것보다 원 형상인 것이 바람직하다.
광 확산 부재(48)로는, 광 산란판 등을 이용할 수 있다. 또, 광 확산 부재(48)는, 평판형상의 형상을 갖는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 로드 렌즈, 미 산란의 특성을 갖는 로드 렌즈, 광 산란면을 갖는 라이트 파이프 등의 로드형상의 형상을 갖는 것이어도 된다.
이 도면의 예에 있어서, 광 확산 부재(48)로는, 광 산란판이 이용되고 있고, 이 산란판은, 형광 플레이트(21)보다 큰 종횡 치수를 갖는 것이다.
이상의 구성의 조명 장치(10)에 있어서, 복수의 여기광 유닛(11)으로부터 출사된 여기광은, 반사 미러(41)에 의해 반사되고, 공극부(15)를 통해 집광 미러(35)의 집광 공간에 입사한다. 이 집광 공간에 입사한 여기광은, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 투과하고 형광 발광 부재(20)에 있어서의 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면에 입사한다. 그리고, 형광 플레이트(21)에 있어서는, 형광 부재를 구성하는 형광체가 여기되어 형광이 방사된다. 이 형광은, 형광 플레이트(21)에 입사했지만 형광으로 변환되지 않은 여기광과 더불어, 형광 플레이트(21)의 형광 출사면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면으로부터 출사되고, 광 확산 부재(48)를 통해 집광 광학계에 의해 집광되며, 반사 미러(41)의 관통 구멍(43)을 통과한 후, 조명 장치(10)의 외부로 출사된다.
그리하여, 조명 장치(10)는, 여기광 조사 기구로부터의 여기광이, 공극부(15)를 통해, 형광 플레이트(21)에 조사되는 것이다. 그로 인해, 여기광 조사 기구 및 집광 광학계에 큰 설계의 자유도가 얻어지기 때문에, 당해 여기광 조사 기구 및 집광 광학계를 적은 부재에 의해 구성하고, 이들 여기광 조사 기구 및 집광 광학계에 있어서, 특히 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수를 용이하게 작게 할 수 있다. 그 결과, 조명 장치(10)의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 형광 플레이트(21)로부터 출사되고, 광 확산 부재(48)에 의해 형광이 확산된 광을, 집광 광학계에 의해 높은 효율로 포착하여 집광하고, 외부로 도광할 수 있다. 게다가, 집광 광학계를 구성하는 집광성 렌즈(31) 및 집광 미러(35) 중 어느 것에도 여기광을 통과시키기 위한 여기광 통과로를 형성할 필요가 없고, 따라서 여기광 통과로가 형성되어 있는 것에 기인하는 광 손실(형광 손실)이 생길 일이 없다. 또한, 여기광이 공간 전반하기 때문에, 높은 여기광 이용율이 얻어짐과 더불어, 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있다.
따라서, 조명 장치(10)에 의하면, 소형화를 도모할 수 있고, 또 높은 여기광 이용 효율이 얻어짐과 더불어 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있으며, 또한 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 높은 효율로 이용할 수 있기 때문에, 고출력화를 도모할 수 있다.
구체적으로는, 조사 장치(10)는, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수(M1)가 211mm이며, 형광 플레이트(21)의 광축(C)에 수직인 방향의 치수(M2)가 160mm인 소형의 것으로 할 수 있다. 그리고, 그 소형의 조사 장치(10)에 있어서는, 여기광 출력을 100W로 할 수 있다.
또, 조명 장치(10)에 있어서는, 형광 반사용 광학 부재(45)가 설치되어 있고, 그 형광 반사용 광학 부재(45)는, 외주연(45A)이 가상 뿔면(S2)의 내측에 위치하며, 내주연(45B)이 가상 뿔면(S1)의 외측에 위치하는 환상 형상을 갖는 것이다. 그로 인해, 형광 플레이트(21)로부터 공극부(15)를 향하는 형광을, 당해 형광 플레이트(21)를 향해 반사할 수 있기 때문에, 집광 광학계에 의해 집광되지 않고 이용 불가능이 되는 형광의 발생을 억제할 수 있으며, 따라서 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 또, 형광 반사용 광학 부재(45)가, 형광 플레이트(21)로부터 집광 광학계를 향하는 형광, 및 집광 광학계로부터 출사되는 형광을 반사할 일이 없다. 그 결과, 한층 더 고출력화를 도모할 수 있다.
또, 조명 장치(10)에 있어서는, 광 확산 부재(48)가 설치되어 있기 때문에, 형광 반사용 광학 부재(45)로부터 형광 플레이트(21)를 향해 반사된 형광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 그로 인해, 형광 반사용 광학 부재(45)에 의해 반사된 광을, 높은 효율로 집광 광학계에 포착시킬 수 있으며, 따라서 보다 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 그 결과, 보다 한층 더 고출력화를 도모할 수 있고, 또 조명 장치(10)로부터의 방사광에 있어서, 원하는 색감의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
도 3은, 본 발명의 조명 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 설명도이며, 도 4는, 도 3의 조명 장치를 반사형의 형광 플레이트의 광축 방향 후방으로부터 본 상태에 있어서, 복수의 여기광 유닛과 반사 미러의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
이 조명 장치(50)는, 형광 반사용 광학 부재(45)가, 여기 광로에 있어서의, 집광 미러(35)의 광 방사 개구(37)와 반사 미러(41) 사이의 영역(집광 공간 외 영역)에 배치되어 있고, 또 광 균일화 부재(19)가 배치되어 있는 것 이외는, 도 1의 조명 장치(10)와 기본적으로 같은 구성을 갖는 것이다.
이 조명 장치(50)에 있어서, 형광 발광 부재(20), 집광 광학계(집광성 렌즈(31) 및 집광 미러(35)), 여기광 조사 기구(여기 광원 및 반사 미러(41)), 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)는, 도 1의 조명 장치(10)의 것과 기본적으로 같은 구성을 갖는 것이다. 또, 집광성 렌즈(31), 집광 미러(35), 반사 미러(41) 및 형광 반사용 광학 부재(45)는, 도 1의 조명 장치(10)와 마찬가지로, 각각, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축과 일치하도록 배치되어 있다. 또, 집광 미러(35)의 집광점(제2 초점)과 집광성 렌즈(31)의 집광점이 일치하고 있으며, 이들 집광점에 의해 집광 광학계의 집광점이 구성되어 있다.
도 3에 있어서는, 여기광 유닛(11)으로부터 출사되고, 반사 미러(41)에 의해 반사된 광의 광로가 실선(L1)에 의해 도시되어 있다. 또, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광 중 집광성 렌즈(31)에 의해 집광되고, 당해 집광성 렌즈(31)로부터 출사된 광의 광로가 파선(L2)에 의해 도시되어 있으며, 또 집광 미러(35)의 반사면에 있어서 반사된 광의 광로가 파선(L3)에 의해 도시되어 있다.
이 도면의 예에 있어서, 집광성 렌즈(31)는, 집광 미러(35)의 광 방사 개구(37) 상에 배치되어 있다. 그리고, 집광성 렌즈(31)의 외주연과 집광 미러(35)에 있어서의 개구 가장자리(37A) 사이에는, 집광성 렌즈(31)를 포위하도록 원환형상의 공극부(15)가 형성되어 있다.
또, 여기 광원은, 8개의 여기광 유닛(11)에 의해 구성되어 있고, 이들 8개의 여기광 유닛(11)은, 각각, 복수(도 3의 예에 있어서는 3개)의 레이저 광원(52)을 구비하며, 이들 복수의 레이저 광원(52)의 광축 방향 전방(도 3에 있어서의 우방)에 집광성 렌즈(53)가 배치되어 이루어지는 것이다. 복수의 여기광 유닛(11)은, 도 1의 조명 장치(10)와 마찬가지로, 집광 미러(35)의 외표면의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있고, 또 복수의 여기광 유닛(11)의 각각은, 그 광축이, 형광 플레이트(21)의 광축과 평행이 되도록 배치되어 있다.
또, 여기 광원(복수의 여기광 유닛(11)) 및 형광 플레이트(21)는, 직사각형 평판형상의 냉각 플레이트(도시 생략) 상에 배치되어 있다. 즉, 조명 장치(50)에는, 직사각형 평판형상의 냉각 플레이트를 구비한 냉각 기구(도시 생략)가 설치되어 있고, 이 냉각 기구는 여기 광원(복수의 여기광 유닛(11))과 형광 플레이트(21)에 공통인 것이다.
광 균일화 부재(19)는, 집광 광학계에 의해 집광되고, 형광 반사용 광학 부재(45)의 관통 구멍(47) 및 반사 미러(41)의 관통 구멍(43)을 통과한 광을 균일화하기 위한 것이며, 반사 미러(41)의 광축 방향 후방(도 3에 있어서의 우방)에 배치되어 있다.
광 균일화 부재(19)로는, 집광 미러(35)가 회전 타원면경인 경우에는, 적분기 로드가 이용되고, 한편, 집광 미러(35)가 회전 방물면경인 경우에는, 렌즈 어레이가 이용된다.
이 도면의 예에 있어서, 광 균일화 부재(19)로는, 적분기 로드가 이용되고 있다. 그리고, 이 광 균일화 부재(19)는, 그 광축이 형광 플레이트(21)의 광축, 집광성 렌즈(31)의 광축, 집광 미러(35)의 광축, 반사 미러(41)의 광축 및 형광 반사용 광학 부재(45)의 광축과 일치함과 더불어, 광 입사면(19A)이 집광 광학계의 집광점 상에 위치하도록 배치되어 있다.
이상의 구성의 조명 장치(50)에 있어서, 복수의 여기광 유닛(11)으로부터 출사된 여기광은, 반사 미러(41)에 의해 반사되고, 형광 반사용 광학 부재(45)를 투과 한 후, 공극부(15)를 통해 집광 미러(35)의 집광 공간에 입사한다. 이 집광 공간에 입사한 여기광은, 광 확산 부재(48)를 투과하고 형광 발광 부재(20)에 있어서의 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면에 입사한다. 그리고, 형광 플레이트(21)에 있어서는, 형광 부재를 구성하는 형광체가 여기되어 형광이 방사된다. 이 형광은, 형광 플레이트(21)의 형광 출사면, 즉 형광 플레이트(21)의 표면으로부터 출사되고, 광 확산 부재(48)를 통해 집광 광학계에 의해 집광되며, 형광 반사용 광학 부재(45)의 관통 구멍(47) 및 반사 미러(41)의 관통 구멍(43)을 통과하고, 광 균일화 부재(19)에 의해 균일화된 후, 조명 장치(50)의 외부로 출사된다.
그리하여, 조명 장치(50)는, 도 1의 조명 장치(10)와 마찬가지로, 여기광 조사 기구로부터의 여기광이, 공극부(15)를 통해, 형광 플레이트(21)에 조사되는 것이다. 따라서, 조명 장치(50)에 의하면, 도 1의 조명 장치(10)와 마찬가지로, 소형화를 도모할 수 있고, 또, 높은 형광 이용 효율이 얻어짐과 더불어 여기광의 여기광 파워를 크게 할 수 있으며, 더욱 형광 플레이트(21)로부터의 출사광을 높은 효율로 이용할 수 있기 때문에, 고출력화를 도모할 수 있다.
또, 조명 장치(50)에 있어서는, 형광 반사용 광학 부재(45)가 설치되어 있고, 그 형광 반사용 광학 부재(45)는, 내주연(45B)이 집광 광학계의 집광점과 개구 가장자리(37A)를 포함하며, 형광 플레이트(21)의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하는 환상 형상을 갖는 것이다. 그로 인해, 형광 플레이트(21)로부터 공극부(15)를 향하는 형광을, 당해 형광 플레이트(21)를 향해 반사할 수 있기 때문에, 집광 광학계에 의해 집광되지 않고 이용 불가능이 되는 형광의 발생을 억제할 수 있으며, 따라서 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 또, 형광 반사용 광학 부재(45)가, 광 방사 개구(37)로부터 출사되는 형광을 반사할 일이 없다. 그 결과, 한층 더 고출력화를 도모할 수 있다.
또, 조명 장치(50)에 있어서는, 광 확산 부재(48)가 설치되어 있기 때문에, 형광 반사용 광학 부재(45)로부터 형광 플레이트(21)를 향해 반사된 형광의 진행 방향을 변경할 수 있다. 그로 인해, 형광 반사용 광학 부재(45)에 의해 반사된 광을, 높은 효율로 집광 광학계에 포착시킬 수 있고, 따라서 보다 높은 형광 이용 효율이 얻어진다. 그 결과, 보다 한층 더 고출력화를 도모할 수 있고, 또 조명 장치(50)로부터의 방사광에 있어서, 원하는 색감의 광을 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명의 조명 장치에 있어서는, 상기의 실시 형태에 한정되지 않으며, 여러 가지의 변경을 더하는 것이 가능하다.
예를 들어, 조명 장치는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 형광 플레이트(21)의 광축 방향 전방에, 여기광 및 형광 플레이트(21)로부터 출사되는 형광을 투과하는 로드 렌즈(61)가 배치되어 있고, 형광 플레이트(21)로부터의 출사광이 로드 렌즈(61)를 통해 집광 미러(35)의 집광 공간에 입사되는 구성의 것이어도 된다.
이러한 구성의 조명 장치에 의하면, 여기 광원으로부터의 여기광이 로드 렌즈(61)를 통해 형광 플레이트(21)의 여기광 수광면에 입사되기 때문에, 당해 여기광 수광면에 있어서, 입사되는 여기광의 균일화를 도모할 수 있다. 그로 인해, 여기광 수광면의 일부에 여기광이 국소적으로 조사될 일이 없기 때문에, 여기광의 여기광 파워를 크게 함으로써, 조명 장치의 고출력화를 도모할 수 있다.
도 5의 조명 장치는, 로드 렌즈(61)가 설치되어 있는 것 이외는, 도 1의 조명 장치(10)와 같은 구성을 갖는 것이다.
또, 형광 플레이트는, 평판형상의 형광 부재의 표면 상에, 여기광 및 당해 형광 부재를 구성하는 형광체로부터 방사되는 형광을 투과하고, 표면에 주기 구조가 형성된 주기 구조체층이 형성된 것이어도 된다. 또, 형광 플레이트는, 여기광 수광면이 평탄한 것이어도 된다. 또한, 형광 플레이트를 구성하는 형광 부재에는, 여기광 및 당해 형광 부재를 구성하는 형광체로부터 방사되는 형광을 산란하는 미소 산란체가 함유되어 있어도 된다.
이하, 본 발명의 작용 효과를 확인하기 위해 행한 실험예에 대해 설명한다.
〔실험예 1〕
도 1의 구성에 따라 조명 장치(이하, 「조명 장치(1)」라고 한다)를 제작했다.
제작한 조명 장치(1)에 있어서는, 여기 광원으로서, 콜리메이트된 여기광의 사이즈가 1.2mm×4mm가 되는 여기광 유닛(11)을 이용하고, 형광 플레이트(21)로서, YAG와 Al2O3의 혼합물의 소결체로 이루어지며, 이면에 광 반사막이 설치됨으로써 당해 이면이 반사 기능을 갖는 형광 부재를 구비한 것을 이용했다. 또, 집광 미러(35)로는, 제1 초점 거리가 16.7mm이며 제2 초점 거리가 190mm인 회전 타원면경을 이용했다. 또, 반사 미러(41)로는, 초점 거리가 160mm이며, 외경 치수가 160mm인 회전 방물면경을 이용했다. 형광 반사용 광학 부재(45)로는, 파장 선택성 오목면경을 이용하고, 광 확산 부재(48)로는, 광 산란판을 이용했다.
이 조명 장치(1)는, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수(M1)가 211mm이며, 형광 플레이트(21)의 광축에 수직인 방향의 치수(M2)가 160mm였다.
또, 조명 장치(1)에 있어서, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치하지 않은 것 이외는, 당해 조명 장치(1)와 같은 구성의 조명 장치(이하, 「조명 장치(2)」라고 한다)를 제작했다.
이 조명 장치(2)는, 조명 장치(1)와 마찬가지로, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수(M1)가 211mm이며, 형광 플레이트(21)의 광축에 수직인 방향의 치수(M2)가 160mm였다.
조명 장치(1) 및 조명 장치(2)에 있어서, 각각, 여기 광원을 점등하고, 형광 이용 효율을 확인한 결과, 조명 장치(1)의 형광 이용 효율은 63.6%이며, 조명 장치(2)의 형광 이용 효율은 52.4%였다.
이상의 실험예 1의 결과로부터, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치함으로써, 한층 더 고출력화가 도모되는 것이 명백해졌다. 또, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치하는 것에 의해서는, 조명 장치가 대형화되지 않는 것이 명백해졌다.
〔실험예 2〕
실험예 1의 조명 장치(1)에 있어서, 형광 반사용 광학 부재(45)를, 여기 광원과 반사 미러(41) 사이에 있어서의 여기 광원에 근접한 위치에 배치한 것 이외는, 당해 조명 장치(1)와 같은 구성의 조명 장치(이하, 「조명 장치(3)」라고 한다)를 제작했다. 이 조명 장치(3)에 있어서는, 형광 반사용 광학 부재(45)는, 반사 미러(41)를 향해 형광을 반사하도록 배치되어 있다.
이 조명 장치(3)는, 조명 장치(1)와 마찬가지로, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수(M1)가 211mm이며, 형광 플레이트(21)의 광축에 수직인 방향의 치수(M2)가 160mm였다.
또, 조명 장치(3)에 있어서, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치하지 않은 것 이외는, 당해 조명 장치(3)와 같은 구성의 조명 장치(이하, 「조명 장치(4)」라고 한다)를 제작했다.
이 조명 장치(4)는, 조명 장치(3)와 마찬가지로, 형광 플레이트(21)의 광축 방향의 치수(M1)가 211mm이며, 형광 플레이트(21)의 광축에 수직인 방향의 치수(M2)가 160mm였다.
조명 장치(3) 및 조명 장치(4)에 있어서, 각각, 여기 광원을 점등하고, 형광 이용 효율을 확인한 결과, 조명 장치(3)의 형광 이용 효율은 54.7%이며, 조명 장치(4)의 형광 이용 효율은 52.4%였다.
이상의 실험예 2의 결과로부터, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치함에 따라, 한층 더 고출력화가 도모되는 것이 명백해졌다. 또, 형광 반사용 광학 부재(45) 및 광 확산 부재(48)를 설치하는 것에 의해서는, 조명 장치가 대형화되지 않는 것이 명백해졌다.
그리고, 실험예 1의 결과 및 실험예 2의 결과로부터, 형광 반사용 광학 부재(45)를, 형광 플레이트(21)의 표면에 대향 배치함으로써, 한층 더 고출력화가 도모되는 것이 명백해졌다.
10: 조명 장치 11: 여기광 유닛
11A: 여기광 출사면 12: 방열 핀
15: 공극부 19: 광 균일화 부재
19A: 광 입사면 20: 형광 발광 부재
21: 형광 플레이트 22: 기판
31: 집광성 렌즈 35: 집광 미러
37: 광 방사 개구 37A: 개구 가장자리
38: 관통 구멍 41: 반사 미러
42: 광 방사 개구 43: 관통 구멍
45: 형광 반사용 광학 부재 45A: 외주연
45B: 내주연 46: 광 방사 개구
47: 관통 구멍 48: 광 확산 부재
50: 조명 장치 52: 레이저 광원
53: 집광성 렌즈 61: 로드 렌즈
71: 반도체 레이저 소자 72: 형광 플레이트
73: 광 섬유 74: 번들부
75: 오목면 반사경 76: 관통 구멍
77,78: 렌즈 79: 반사 미러

Claims (7)

  1. 반사형의 형광 플레이트와, 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 배치된 집광성 렌즈와, 당해 집광성 렌즈의 외경보다 대경인 광 방사 개구를 갖고, 당해 광 방사 개구가 당해 형광 플레이트의 광축 방향 전방에 위치하도록 배치되며, 당해 형광 플레이트로부터의 출사광 중 당해 집광성 렌즈를 향하는 방향 이외의 방향을 향하는 광을 반사하여 집광하는 환상의 집광 미러를 구비하고,
    여기 광원으로부터의 여기광이, 상기 집광 미러와 상기 집광성 렌즈 사이의 공극부를 통해 상기 형광 플레이트에 조사되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 여기 광원으로부터의 여기광이 상기 형광 플레이트에 이르기까지의 광로 상에, 상기 여기광을 투과하고, 상기 형광 플레이트로부터 출사되는 형광을, 당해 형광 플레이트를 향하는 방향으로 반사하는 형광 반사용 광학 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광로에 있어서의, 상기 형광 플레이트와 상기 집광성 렌즈 사이의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 집광성 렌즈의 외주연을 따라 신장되는 환상 형상을 갖고 있고,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 당해 형광 반사용 광학 부재의 외주연이, 상기 형광 플레이트의 여기광 수광면에 있어서의 광축점과 상기 집광 미러에 있어서의 광 방사 개구의 개구 가장자리를 포함하며, 당해 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 내측에 위치하고, 당해 형광 반사용 광학 부재의 내주연이, 상기 광축점과 상기 집광성 렌즈의 외주연을 포함하며, 당해 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 집광 미러의 광축 방향 전방에, 당해 집광 미러에 있어서의 광 방사 개구의 개구 가장자리를 따라 신장되는 환상의 반사 미러가 설치되어 있고,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광로에 있어서의, 상기 집광 미러의 광 방사 개구와 상기 반사 미러 사이의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 상기 광 방사 개구의 개구 가장자리를 따라 신장되는 환상 형상을 갖고 있고,
    상기 형광 반사용 광학 부재는, 당해 형광 반사용 광학 부재의 내주연이, 상기 집광 미러 및 상기 집광성 렌즈의 집광점과 상기 광 방사 개구의 개구 가장자리를 포함하며, 상기 형광 플레이트의 광축을 따라 신장되는 가상 뿔면의 외측에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 형광 플레이트와 상기 집광성 렌즈 사이에 있어서의, 상기 형광 반사용 광학 부재의 광축 방향 전방에, 형광 확산능을 갖는 광 확산 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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