JP2019186139A - Illuminating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光源を有する照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device having a laser light source.
従来、レーザ光を利用する照明装置において、レーザ光を励起光として発光する蛍光部材で構成される蛍光体を備えた照明装置が知られている。レーザ光は光密度分布に鋭いピークを持つ性質の光であり、光密度が高い部分はエネルギー密度が高い。そのため、蛍光体を備えた照明装置では、レーザ光が蛍光体に照射し続けると、蛍光体に含まれる蛍光体粒子などが劣化する。蛍光体粒子が劣化した照明装置では、明るさが十分に得られなくなり、照明装置の寿命が短くなるという問題があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, illumination apparatuses that use laser light include an illumination apparatus that includes a phosphor composed of a fluorescent member that emits laser light as excitation light. Laser light is light having a sharp peak in the light density distribution, and the portion with high light density has high energy density. For this reason, in a lighting device equipped with a phosphor, if the phosphor is continuously irradiated with the laser light, phosphor particles contained in the phosphor deteriorate. In the lighting device in which the phosphor particles are deteriorated, there is a problem that sufficient brightness cannot be obtained and the lifetime of the lighting device is shortened.
この問題を解決するために、蛍光体を回転させ、レーザ光が蛍光体の特定の領域のみを照射し続けることを防ぐ照明装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve this problem, there has been proposed an illumination device that rotates a phosphor and prevents laser light from continuing to irradiate only a specific region of the phosphor (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示された照明装置は、蛍光体を回転させる回転機構を設ける必要があるため、照明装置が複雑化および大型化してしまう。
Since the illumination device disclosed in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、装置全体が小型で、かつ明るさの劣化を抑制した照明装置を得るものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides an illuminating device in which the entire device is small and brightness deterioration is suppressed.
本発明に係る照明装置は、光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される光を集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光した光を多重反射して出射するロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータから入射する光の一部を励起光として利用して発光する蛍光体と、前記蛍光体から出射される光の配光を制御する照明レンズと、を有するものである。 The illumination device according to the present invention includes a laser light source that emits light, a condensing lens that condenses the light emitted from the laser light source, and a rod that multiple-reflects and emits the light collected by the condensing lens. An integrator; a phosphor that emits light using part of light incident from the rod integrator as excitation light; and an illumination lens that controls light distribution of the light emitted from the phosphor.
本発明によれば、ロッドインテグレータにおいて光が多重反射することで光量が最適に調整され、蛍光体の入射面の集光点における光密度分布が、蛍光体を劣化させる値よりも低くなり、均一な分布になる。そのため、装置全体が小型で、蛍光体劣化による明るさ劣化を抑制することができる。 According to the present invention, the amount of light is optimally adjusted by multiple reflection of light in the rod integrator, and the light density distribution at the condensing point on the incident surface of the phosphor is lower than the value that deteriorates the phosphor, and is uniform. Distribution. Therefore, the entire apparatus is small, and brightness deterioration due to phosphor deterioration can be suppressed.
実施の形態1.
(照明装置の構成)
本実施の形態1の照明装置の構成を、図面を参照して説明する。参照する図面には、説明の便宜上、方向を特定するためにX軸、Y軸およびZ軸の3軸を矢印で示している。図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置の一構成例を示す側面図である。
(Configuration of lighting device)
A configuration of the lighting apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings to be referred, for convenience of explanation, three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis are indicated by arrows in order to specify the direction. FIG. 1 is a side view showing a configuration example of a lighting apparatus according to
照明装置10は、レーザ光源1と、蛍光体2と、集光レンズ3と、照明レンズ4と、ロッドインテグレータ5とを有する。光軸OAXに沿って、レーザ光源1、集光レンズ3、ロッドインテグレータ5、蛍光体2および照明レンズ4が配置されている。ロッドインテグレータ5は、集光レンズ3と蛍光体2との間に設置されている。
The
レーザ光源1は半導体レーザ光源である。レーザ光源1は、例えば、青色レーザ光を出射する青色半導体レーザ光源である。集光レンズ3は、レーザ光源1から出射される光をロッドインテグレータ5の入射面に集光する。集光レンズ3は、焦点がロッドインテグレータ5の入射面に位置するように配置されている。
The
ロッドインテグレータ5は、集光レンズ3から入射する光の光密度分布を均一化して蛍光体2に出射する。蛍光体2は、レーザ光源1から入射する光のうち、一部の光を透過させ、透過しない光を励起光として吸収して発光する。例えば、蛍光体2は、レーザ光源1から入射する光で励起し、黄色蛍光を生成する。蛍光体2は、光の入射面がロッドインテグレータ5の光の出射面に位置するように、ロッドインテグレータ5の光の出射面の直近に配置されている。例えば、蛍光体2の入射面がロッドインテグレータ5の出射面に接触していてもよい。照明レンズ4は、蛍光体2で励起された黄色蛍光と、蛍光体2に吸収されずに蛍光体2を透過した光とを併せて配光を制御する。
The
図2および図3は、図1に示したロッドインテグレータの一構成例を示す図である。図2は、図1に示したロッドインテグレータの入射面側を示す外観斜視図である。図3は、図1に示したロッドインテグレータの出射面側を示す外観斜視図である。 2 and 3 are diagrams showing a configuration example of the rod integrator shown in FIG. FIG. 2 is an external perspective view showing an incident surface side of the rod integrator shown in FIG. FIG. 3 is an external perspective view showing the exit surface side of the rod integrator shown in FIG.
図2および図3に示すように、ロッドインテグレータ5は、図1に示した光軸OAXに対して垂直な面の断面が正方形の筐体51で構成されるパイプ状の素子である。ロッドインテグレータ5の入射面56の面積が集光レンズ3による集光スポットの面積と同等になるように、筐体51の断面形状の正方形の各辺の長さが設定されている。そのため、レーザ光源1から出射したレーザ光が100%に近い割合でロッドインテグレータ5に入射する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2に示すように、筐体51の内壁には、光を反射する4つの反射板55が設けられている。具体的には、図2に示す筐体51は直方体なので、筐体51の内壁に、互いに平行に向かい合う2つの反射板55の組み合わせが2組設けられている。反射板55は、例えば、ミラーである。図3に示すように、ロッドインテグレータ5の光の出射面52に遮光板54が設けられている。遮光板54は、断面形状の正方形に内接する円形の開口部53を有する。図3に示す入射面56から入射した光は、筐体51内の反射板55で多重反射した後、図2に示した出射面52の開口部53から出射する。
As shown in FIG. 2, four
なお、本実施の形態1では、図2および図3を参照して、ロッドインテグレータ5の筐体51の断面形状が正方形の場合を説明したが、断面形状は正方形に限らない。筐体51の断面形状は、正方形および長方形を含む矩形であってもよい。また、筐体51の断面形状は矩形に限らず、ロッドインテグレータ5は反射面で光が多重反射できる構成であればよい。
In the first embodiment, the case where the cross-sectional shape of the
(照明装置の作用)
次に、本実施の形態1の照明装置10の作用を、図1を参照して説明する。レーザ光がレーザ光源1から集光レンズ3に入射すると、集光レンズ3は、入射したレーザ光をロッドインテグレータ5の入射面56上に集光する。ロッドインテグレータ5に入射した光は、ロッドインテグレータ5の内壁に設けられた反射板55で多重反射しながら伝播する。
(Operation of lighting device)
Next, the operation of the
ここで、ロッドインテグレータ5の作用を、図4〜図6を参照して説明する。図4は、図1に示したロッドインテグレータの作用を説明するための側面透視図である。図5は、図3に示したロッドインテグレータの入射面における光密度分布を示す図である。図6は、図2に示したロッドインテグレータの出射面における光密度分布を示す図である。
Here, the operation of the
図2および図3を参照して説明したように、ロッドインテグレータ5は、断面形状が正方形の筐体51を有し、反射板55で構成される反射面が内壁に形成されたパイプ状の素子である。そのため、ロッドインテグレータ5に入射した光は、図4に示すように、ロッドインテグレータ5の内壁面で反射を繰り返しながら、ロッドインテグレータ5内を伝播する。ロッドインテグレータ5内を伝播する光は、多重反射による重ね合わせ効果により出射面52近くで、均一な光密度分布を有する光束となる。均一な光密度分布を有する光束は、出射面52に設けられた遮光板54の開口部53を透過すると、断面形状が円形の光束となって、出射面52の直近に位置する蛍光体2に入射する。
As described with reference to FIGS. 2 and 3, the
図5および図6に示す蛍光体劣化閾値Dthは、光密度について、蛍光体2を劣化させるか否かの判定基準となる閾値である。入射面56における光密度分布は、図5に示すように、鋭いピークを持つ放物線で表される。図5に示す光密度分布では、ピーク値が蛍光体劣化閾値Dthより大きい値である。一方、出射面52における光密度分布は、図6に示すように、上部が平坦で円筒状のトップハット状で均一になっている。出射面52における光密度分布は、最大値が蛍光体劣化閾値Dthよりも低い値になっている。
The phosphor deterioration threshold value Dth shown in FIG. 5 and FIG. 6 is a threshold value that is a criterion for determining whether or not the phosphor 2 is deteriorated with respect to the light density. The light density distribution on the
ロッドインテグレータ5は、光密度分布の不均一な光を光密度分布がトップハット状の均一な光束に変換する効果をもたらす。また、遮光板54の円形の開口部53は、ロッドインテグレータ5から出射される光束の断面形状を矩形から円形に変換する。出射される光束の断面形状が円形である場合の効果を説明する。光束の断面形状が矩形のまま蛍光体2に光が照射された場合、蛍光体2において、発光の軸対称性が崩れてしまう。この場合、照明レンズ4を出射した後の光束も軸対称性が損なわれ、照明に異方性が生じることになる。これに対して、遮光板54の円形の開口部53が光束の断面形状を矩形から円形に変換することで、照明に異方性が生じることを防ぐ。「照明に異方性が生じる」とは、照明で照らされる同一物の光沢が見る方向によって異なることを意味する。
The
上述した作用により、ロッドインテグレータ5に入射した光は、ロッドインテグレータ5内を伝播することで光密度分布が均一な光束になり、遮光板54の開口部53を透過することで断面形状が円形の光束に変換され、蛍光体2に照射される。
Due to the above-described action, the light incident on the
図1において、ロッドインテグレータ5から蛍光体2に入射した光のうち、一部の光は励起光として蛍光体2に吸収され、蛍光体2に黄色発光を生じさせる。一方、蛍光体2に入射した光のうち、蛍光体2に吸収されなかった光は、蛍光体2を透過する。蛍光体2を透過する光と蛍光体2で生成された黄色発光とが混合され、蛍光体2から外に出射する。蛍光体2から出射される光は、レーザ光と黄色蛍光とが混合され、白色光となる。蛍光体2を出射した白色光は、照明レンズ4によって配光が制御され、照明光として照明装置10の外に出射する。
In FIG. 1, a part of the light incident on the phosphor 2 from the
次に、本実施の形態1の照明装置10を比較例の照明装置と対比して説明する。図7は、比較例の照明装置の一構成例を示す図である。比較例の照明装置100については、図1に示した構成と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Next, the illuminating
図7に示すように、比較例の照明装置100は、図1に示した構成のうち、ロッドインテグレータ5を有していない。照明装置100の場合、集光レンズ3が、レーザ光源1から出射されるレーザ光を蛍光体2の入射面上に直接、集光する。
As illustrated in FIG. 7, the
図8は、図7に示した蛍光体の入射面における光密度分布を示す図である。図9は、図1に示した蛍光体の入射面における光密度分布を示す図である。比較のために、図8および図9の各図に有効照射エリアVarおよび蛍光体劣化閾値Dthを示す。有効照射エリアVarは、光が蛍光体2に照射される領域のうち、蛍光体2内に入射される領域である。 FIG. 8 is a diagram showing a light density distribution on the incident surface of the phosphor shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing a light density distribution on the incident surface of the phosphor shown in FIG. For comparison, FIGS. 8 and 9 show the effective irradiation area Var and the phosphor deterioration threshold value Dth. The effective irradiation area Var is a region that is incident on the phosphor 2 among regions where the phosphor 2 is irradiated with light.
比較例の照明装置100の場合、蛍光体2の入射面上の集光点は、図8に示すように、有効照射エリアVarに鋭いピークを有する光密度分布を示すものとなる。蛍光体2において、有効照射エリアVar以外の領域では蛍光体2の劣化は発生しないが、鋭いピークの部分は、光密度が蛍光体劣化閾値Dthよりも大きいため、蛍光体2の劣化が発生する。その結果、照明レンズ4から出射される光に明るさの劣化が生じてしまうことになる。
In the case of the
これに対して、本実施の形態1の照明装置10は、図9に示すように、蛍光体2の入射面の集光点の光密度分布は、有効照射エリアVar内で均一になり、トップハット状の分布を有するものになる。図9には、参考のために、比較例の場合の蛍光体2の入射面における光密度分布を点線で示す。
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the
ここで、「有効照射エリアVar内で均一なトップハット状の光密度分布」とは、図9に示すように、光密度分布の中心が蛍光体劣化閾値Dthよりも低く、有効照射エリアVarにおいて、中心から周囲まで中心の光密度に近い分布になっていることを意味する。また、蛍光体2の入射面の焦光点における理想的な光密度分布は、図9を参照して説明すると、有効照射エリアVarおよび蛍光体劣化閾値Dthで囲まれる円筒に近似した形状で、円筒の高さが蛍光体劣化閾値Dthよりも低い光密度分布である。 Here, “a uniform top-hat light density distribution within the effective irradiation area Var” means that the center of the light density distribution is lower than the phosphor deterioration threshold Dth as shown in FIG. This means that the distribution is close to the light density at the center from the center to the periphery. In addition, an ideal light density distribution at the focal point of the incident surface of the phosphor 2 will be described with reference to FIG. 9 in a shape approximate to a cylinder surrounded by the effective irradiation area Var and the phosphor deterioration threshold Dth. The light density distribution is such that the height of the cylinder is lower than the phosphor deterioration threshold value Dth.
図9に示すように、照明装置10の蛍光体2に照射される光の光密度分布は、図8に示すような鋭いピークを持つ光強度分布とは異なり、蛍光体劣化閾値Dthより高い部分がない。そのため、本実施の形態1では、蛍光体2の劣化を抑制できる。その結果、照明レンズ4から出射される光に明るさの劣化が生じることを抑制できる。また、本実施の形態1の照明装置10では、蛍光体2に照射される光の密度分布はトップハット状の均一な分布になっている。そのため、本実施の形態1では、蛍光体2の有効照射エリアVarに効率よく光を照射できる。
As shown in FIG. 9, the light density distribution of the light irradiated onto the phosphor 2 of the
上述したように、本実施の形態1の照明装置10は、レーザ光源1から出射される光を集光する集光レンズ3と、蛍光体2との間に、集光レンズ3が集光した光を多重反射して出射するロッドインテグレータ5を有するものである。
As described above, in the
本実施の形態1では、集光レンズ3と蛍光体2との間に設けられたロッドインテグレータ5において光が多重反射することで光量が最適に調整され、蛍光体2の入射面の集光点における光密度分布が、蛍光体劣化閾値Dthよりも低く、かつ均一な分布になる。そのため、蛍光体2の劣化を抑制できるだけでなく、光を蛍光体2に効率よく照射することができる。また、本実施の形態1の照明装置10は、蛍光体2の回転機構が設けられる場合に比べて装置全体を小型化でき、単純な構成で、蛍光体劣化による明るさ劣化を抑制できる。
In the first embodiment, the amount of light is optimally adjusted by multiple reflection of light in the
なお、本実施の形態1では、ロッドインテグレータ5が、筐体51の内壁にミラーが設けられた中空素子の場合で説明したが、四角柱のガラスロッドなど、全反射で光が内部を伝播する透明中実部材が筐体51の内部に設けられた素子でもよい。この場合、ガラス内部で光が全反射して伝播するため、反射面での光吸収ロスが生じず、光効率をより高めることができる。
In the first embodiment, the
1 レーザ光源、2 蛍光体、3 集光レンズ、4 照明レンズ、5 ロッドインテグレータ、10 照明装置、51 筐体、52 出射面、53 開口部、54 遮光板、55 反射板、56 入射面、100 照明装置。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記レーザ光源から出射される光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズが集光した光を多重反射して出射するロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータから入射する光の一部を励起光として利用して発光する蛍光体と、
前記蛍光体から出射される光の配光を制御する照明レンズと、
を有する照明装置。 A laser light source that emits light;
A condensing lens for condensing light emitted from the laser light source;
A rod integrator that multiple-reflects and emits the light collected by the condenser lens; and
A phosphor that emits light by using a part of light incident from the rod integrator as excitation light;
An illumination lens for controlling the light distribution of the light emitted from the phosphor;
A lighting device.
光軸に対して垂直な面が矩形状の筐体と、
前記筐体の内壁に設けられた反射板と、
前記筐体の前記光の出射面に設けられ、円形の開口部を有する遮光板と、
を有する、請求項1に記載の照明装置。 The rod integrator is
A casing whose surface perpendicular to the optical axis is rectangular;
A reflector provided on the inner wall of the housing;
A light shielding plate provided on the light exit surface of the housing and having a circular opening;
The lighting device according to claim 1, comprising:
光軸に対して垂直な面が矩形状の筐体と、
前記筐体内に設けられ、入射する光が全反射で伝播する中実部材と、
前記筐体の前記光の出射面に設けられ、円形の開口部を有する遮光板と、
を有する、請求項1に記載の照明装置。 The rod integrator is
A casing whose surface perpendicular to the optical axis is rectangular;
A solid member provided in the housing, in which incident light propagates by total reflection;
A light shielding plate provided on the light exit surface of the housing and having a circular opening;
The lighting device according to claim 1, comprising:
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JP2018078158A JP2019186139A (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Illuminating device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11988375B2 (en) | 2019-11-14 | 2024-05-21 | Nichia Corporation | Light source unit, light source module, and lighting device |
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2018
- 2018-04-16 JP JP2018078158A patent/JP2019186139A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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