TW201725341A

TW201725341A - 光學構件及微透鏡陣列

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Publication number: TW201725341A
Application number: TW105132303A
Authority: TW
Inventors: 山名正人; 林真太郎
Original assignee: 松下知識產權經營股份有限公司
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-07-16
Also published as: US20180283651A1; CN108139517B; EP3361293B1; CN108139517A; EP3361293A1; US10174909B2; JP6621038B2; WO2017061119A1; JPWO2017061119A1; EP3361293A4

Abstract

本發明之光學構件（10）具備：螢光體層（11），其包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源（16）所發出之光的一部分予以波長轉換；以及微透鏡陣列（12），使以螢光體層（11）進行過波長轉換之該光的一部分、與透射過螢光體層（11）之該光的其他部分，從出射面出射；於微透鏡陣列（12）之出射面，設有繞射型透鏡陣列（14），用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；繞射型透鏡陣列（14）的間距，係隨各指定區域而不同。

Description

光學構件及微透鏡陣列

本發明係有關於光學構件及微透鏡陣列。

有一種照明係使用LED（Light Emitting Diode）或雷射。於此種照明，係以LED或雷射所發出之藍光照射螢光體，藉此而創造出白光。具體而言，螢光體係藉由使照射而來之藍光、及藍光所激發出之黃光等光散射，而創造出白光。由螢光體所出射之白光，係藉由準直透鏡與聚光透鏡之組合來控制。

另一方面，於此種照明，從螢光體所出射之白光中，高角度的白光並不會入射至準直透鏡，而成為損耗光。更進一步地，在準直透鏡及聚光透鏡之配置位置產生位置偏移時，損耗光會增加。

因此，已有可抑制此種損耗光的技術揭露出來（例如專利文獻1）。於專利文獻1係在螢光體上配置一種光學構件，其具備使用微透鏡或者微稜鏡之透鏡陣列，藉而得以使螢光體所出射之高角度的白光入射至聚光透鏡（投影透鏡）。 [習知技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2008－305802號公報

[發明所欲解決的問題] 然而，上述習知技術對於螢光體所出射之白光，無法充分地進行聚光。因此，必需配置聚光透鏡。更進一步地，即使配置聚光透鏡，在聚光透鏡之配置位置產生位置偏移時，就會產生損耗光。

本發明係有鑑於上述課題所為，其目的在於提供一種光學構件及微透鏡陣列，可以更為提高對於螢光體所出射之光的聚光效率。 [解決問題之技術手段]

為達成上述目的之本發明的一態樣之光學構件，具備：螢光體層，其包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源所發出之光的一部分予以波長轉換；以及微透鏡陣列，其係繞射型之微透鏡陣列，使以該螢光體層進行過波長轉換之該光的一部分、與透射過該螢光體層之該光的其他部分，從出射面出射；於該微透鏡陣列之出射面，設有複數之繞射透鏡，用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；該複數之繞射透鏡的間距，係隨各指定區域而不同。

再者，為達成上述目的之本發明的一態樣之微透鏡陣列，係繞射型之微透鏡陣列，使以螢光體層進行過波長轉換之光的一部分、與透射過該螢光體層之該光的其他部分，從出射面出射，該螢光體層包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源所發出之該光的一部分予以波長轉換；於該出射面，設有複數之繞射型透鏡陣列，用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；該複數之繞射型透鏡陣列的間距，係隨各指定區域而不同。 [發明之效果]

藉由本發明之一態樣的光學構件，可以提高對於螢光體所出射之光的聚光效率。

再者，藉由本發明之一態樣的微透鏡陣列，可以提高對於螢光體所出射之光的聚光效率。

以下針對實施形態，參照圖面進行說明。在此所示之實施形態，皆為繪示本發明一具體例者。是故，於以下實施形態所示數値、形狀、材料、構成元件、構成元件之配置及連接形態、以及步驟（程序）及步驟之順序等，皆係一例，並非用以限定本發明。對於下文中本發明實施形態的構成元件之中，並未記載於申請專利範圍之獨立項的構成元件，乃可任意附加之構成元件。又，各圖式皆為示意圖，未必係嚴密圖示者。

（實施形態） [照明裝置] 首先，針對使用本發明實施形態之光學構件的照明裝置之一例，進行說明。

圖1係繪示使用本發明實施形態之光學構件10的照明裝置4一例之圖。圖2係繪示本發明實施形態之光源部1一例之圖。圖3係本發明實施形態之光學構件10的剖面圖之一例。圖4係圖3所示光學構件10的俯視圖一例。

圖1所示之照明裝置4，係例如內視鏡、光纖管道鏡（fiberscope）等，並具備光源部1、光纖2、以及燈具3。

光纖2係對隔著距離之處所傳送光的傳送通路。光纖2係例如直徑125μm左右的線材，係將直徑100μm之高折射率芯材，以直徑110μm這般折射率低於芯材的包覆層包覆而成之雙重結構所構成。芯材及包覆層皆係對光具有非常高透射率之石英玻璃或塑膠所構成。

燈具3係用於將透過光纖2所傳送而來之光源部1發出的光，照射在觀察對象物。燈具3係以例如不鏽鋼製之光纖耦合器、不鏽鋼製之套圈、玻璃製之透鏡、鋁製之支架、及鋁製的外框所構成。

光源部1係使用LED或雷射的照明，並對光纖2入射光。光源部1如圖2所示，係由光學構件10與光源16所構成。

光源16係LED或雷射，於本實施形態係發出直徑1mm左右的藍光。

光學構件10之詳情將留待後述，但如圖2所示，其具備螢光體層11與微透鏡陣列12，並從光源16所發出之藍光創造出白光，並將創造出的白光入射至光纖2。微透鏡陣列12係繞射型的微透鏡陣列，使以螢光體層11進行過波長轉換之光的一部分、與透射過螢光體層11之該光的其他部分，從出射面出射。於本實施形態，微透鏡陣列12係例如圖3所示，具備基材13與繞射型透鏡陣列14。

[光學構件] 接下來，針對本發明實施形態之光學構件的詳情，使用圖3～圖7進行說明。

（螢光體層11）螢光體層11包含螢光體，該螢光體將入射到入射面111之光源16所發出之光的一部分予以波長轉換。在此例如係光源16發出藍光，而螢光體層11將部分藍光之波長轉換成顯示為黃色的波長頻帶。

更具體而言，螢光體層11具備一功能，係將入射自圖3所示入射面111之光的一部分，進行波長轉換。於本實施形態，螢光體層11，係例如有藍光從光源16入射，而將入射之部分的藍光所激發出的黃光加以出射。再者，螢光體層11使入射之其他部分的藍光加以出射（透射）。由於在螢光體層11，會將這些藍光及黃光加以混色再出射，因此螢光體層11會射出白光。

螢光體層11係形成為例如直徑1mm左右的圓板狀。螢光體層11係由螢光體與樹脂所構成，例如以矽、環氧等的樹脂包覆螢光體而形成。

又，由於波長轉換所伴隨的損失會變成熱能，而一旦螢光體層11的溫度變高，波長轉換效率就會降低，因此螢光體層11之散熱非常重要。在此雖未特別圖示，但螢光體層11較佳係以具有例如Al等熱傳導率高的材料所形成之散熱板支撐。再者，亦可在形成螢光體層11之樹脂，混合熱傳導率高的材料，例如ZnO等無機氧化物，藉以提高散熱性。再者，亦可於螢光體層11之入射面111設置微細結構，以易於對螢光體層11入射光，或易於由入射面111散熱。

（基材13）基材13係微透鏡陣列12之基材。於本實施形態，例如圖3所示，基材13係在螢光體層11上，形成為例如直徑1mm左右之圓板狀。然後，於基材13上，形成有繞射型透鏡陣列14。

作為形成基材13之材料，可以使用例如玻璃、塑膠等任意之物。在此，就玻璃而言，可以使用例如鈉玻璃、無鹼玻璃等。再者，就塑膠而言，可以使用例如聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等。

又，基材13之材料，如同在螢光體層11的部分所述，選擇上必需考量耐熱性。更進一步地，基材13較佳係以與螢光體層11同等程度之折射率的材料形成，以易於使來自螢光體層11的光入射。在此，所謂同等程度之折射率，意指兩者之折射率差距在±0.2以下。再者，螢光體層11與基材13之間，雖未特別圖示，但較佳係以具備與該兩者同等程度之折射率的黏著層黏著。就黏著層之材料而言，可舉丙烯酸樹脂或環氧樹脂等。再者，基材13及黏著層較佳係以不會吸收光而透明、消光係數幾乎為0的材料形成。

（繞射型透鏡陣列14）繞射型透鏡陣列14係設於例如圖3所示之微透鏡陣列12之出射面的複數繞射透鏡之一例。繞射型透鏡陣列14從出射面出射：以螢光體層11進行過波長轉換之光的一部分、與透射過螢光體層11之光的其他部分。繞射型透鏡陣列14的間距，隨各指定區域（地帶）而不同。再者，繞射型透鏡陣列14的間距，係由繞射型透鏡陣列14之中心，朝向周邊變小。又，於圖3所示之例，繞射型透鏡陣列14之中心，係以X軸與Y軸之交點代表。再者，由繞射型透鏡陣列14之中心朝向周邊之方向，係以從X軸沿著Y軸而遠離X軸之方向代表。

於本實施形態，繞射型透鏡陣列14係例如圖4所示，係以在出射面設置成同心圓狀、且例如圖3所示，與出射面垂直之面上的繞射透鏡之剖面為鋸齒狀的情形，進行說明。

圖5係繪示入射至本發明實施形態之微透鏡陣列12之光的繞射情形的圖。於圖5中，作為指定區域之一例，繪示除了未設置繞射透鏡之中心區域以外的同心圓之5個區域（區域1、區域2、區域3、區域4及區域5）。

繞射型透鏡陣列14（複數之繞射透鏡）係例如圖5所示，設置成使光源16之藍光、及以螢光體層11將藍光施以波長轉換而得之黃光繞射，並在預定之領域，亦即聚光領域15聚光。

更具體而言，繞射型透鏡陣列14的間距，係在各指定區域內各自設置成固定，以使受到波長轉換之該光的一部分、或該光的其他部分繞射而在預定之領域（聚光領域15）聚光。於圖5所示之例，繞射型透鏡陣列14的間距，在區域1～區域5分別係固定。再者，繞射型透鏡陣列14的間距，係越從繞射型透鏡陣列14之中心朝向周邊之區域（地帶）而越小，即區域2小於區域1，區域3小於區域2這般。

在此，繞射型透鏡陣列14的間距，即使係設置成例如使該光的一部分、亦即藍光聚光之場合下，繞射型透鏡陣列14仍可使以螢光體層11進行過波長轉換之黃光中之大部分繞射，並在聚光領域15聚光。因此，就結果而言，繞射型透鏡陣列14可使透射過螢光體層11之藍光、與以螢光體層11進行過波長轉換之黃光，也就是白光，繞射並在聚光領域15聚光。同樣地，即使在複數之繞射透鏡的間距設置成使例如將該光的其他部分之局部，亦即以螢光體層11進行過波長轉換之黃光聚光的情況下，繞射型透鏡陣列14仍可使透射過螢光體層11之藍光的大部分繞射，而在聚光領域15聚光。因此，就結果而言，繞射型透鏡陣列14可使透射過螢光體層11之藍光、與以螢光體層11進行過波長轉換之黃光，也就是白光，繞射並在聚光領域15聚光。

又，亦可係複數之繞射透鏡之中，將指定區域之部分區域之複數繞射透鏡的間距，在各該部分區域內分別設置成固定，以使顯示為光源16之波長頻帶之該光的其他部分繞射，而在預定之領域（聚光領域15）聚光；而在複數之繞射透鏡之中，將該指定區域之剩餘部分區域之複數繞射透鏡的間距，在各該剩餘部分區域內分別設置成固定，以使進行過波長轉換之該光的一部分繞射，而在預定之領域（聚光領域15）聚光。於圖5所示之例，區域1～區域5之中之部分區域，係設置成使該光的其他部分之局部，亦即螢光體層11進行過波長轉換之黃光聚光；而例如區域1～區域5之中之剩餘部位的區域，係設置成使該光的一部分，亦即藍光聚光。在各區域1、區域2、區域3、區域4及區域5，繞射型透鏡陣列14的間距分別係固定，而繞射型透鏡陣列14的間距從繞射型透鏡陣列14之中心越朝周邊的區域（地帶）越小，此點係與上述相同。

藉由如此構成，繞射型透鏡陣列14可以使透射過螢光體層11之藍光及由螢光體層11將藍光施以波長轉換之黃光——亦即白光——繞射，而在聚光領域15聚光。

接下來，針對上述繞射型透鏡陣列14的間距的計算方法，進行說明。

構成繞射型透鏡陣列14之複數繞射透鏡各自之出射角θ₂ ，可以使用入射角θ₁ 、波長λ、間距d、微透鏡陣列之折射率n₁ 等參數，以下述式1這一公知之繞射公式計算。

n₁ sinθ₁ ＋（mλ）／d＝n₂ sinθ₂ （式1）

在此，在式1中，m係繞射次數，且為正負整數。再者，n₂ 係由複數之繞射透鏡出射之領域的折射率，在此由於係空氣，因此為1。

例如，欲使入射至圖5所示之微透鏡陣列12的光在聚光領域15聚光的情況下，可以從分別入射至複數之繞射透鏡的光之角度，亦即入射角θ₁ 與聚光領域15之幾何學的位置關係，決定出射角θ₂ 。藉此，可以使用上述式1而算出間距d。

於本實施形態，可以藉由分別在區域1～區域5，從入射角θ₁ 與聚光領域15之幾何學的位置關係決定出射角θ₂ ，而算出在繞射型透鏡陣列14之區域1～區域5各自的間距d。

具體之算出結果例容待後述，不過可算出作為間距d能藉由繞射而在聚光領域15聚光之範圍，係例如0.2μm～20μm。

又，繞射型透鏡陣列14的材料，係依照繞射型透鏡陣列14之形成方法或耐熱性、折射率選擇。就繞射型透鏡陣列14之形成方法而言，可舉奈米壓印、印刷、光微影、電子束微影、晶粒取向等等。

繞射型透鏡陣列14之材料，若係以例如奈米壓印或印刷而形成將繞射型透鏡陣列14的情形，則選擇環氧樹脂或丙烯酸樹脂等作為UV硬化樹脂、選擇聚甲基丙烯酸酯（PMMA）等作為熱可塑性樹脂即可。再者，繞射型透鏡陣列14之材料，亦可考量到耐熱性，而選擇玻璃或石英，並以光微影或電子束微影形成繞射型透鏡陣列14。

再者，繞射型透鏡陣列14較佳係以與基材13同等程度之折射率的材料形成，以使來自基材13的光易於入射。更進一步地，繞射型透鏡陣列14較佳係與基材13相同，以不會吸收光而透明、消光係數幾乎為0的材料形成。

[光學構件之光學模擬] 為確認如上構成之光學構件10的效果，而使繞射型透鏡陣列14的間距，隨各指定區域（地帶）而不同，來進行光學模擬。並作為實施例，說明如下。又，決定繞射型透鏡陣列14（微透鏡陣列12）之聚光效率（繞射效率）的參數，係繞射型透鏡陣列14（微透鏡陣列12）之高度、剖面形狀等。此聚光效率可不透過實際製作微透鏡陣列12，而藉由光學模擬得知。

（實施例1）圖6係用以說明實施例1之模擬模型的圖。圖7係繪示實施例1之模擬結果的圖。圖8係概觀性繪示比較例1之模擬結果的圖。

於圖6繪示以圖5所示之光學構件10建立模型的模擬模型。於圖6所示之模擬模型，係在螢光體層11上配置微透鏡陣列12，並在距離微透鏡陣列12指定距離之處所設置聚光領域15。入射光101～入射光110分別係以對繞射型透鏡陣列14之區域（圖中所示地帶）採0deg之入射角入射的入射光，而建立模型者。入射光101及入射光106，係對繞射型透鏡陣列14之地帶1入射之入射光的模型，入射光102及入射光107，係對繞射型透鏡陣列14之地帶2入射之入射光的模型；入射光103及入射光108，係對繞射型透鏡陣列14之地帶3入射之入射光的模型。同樣地，入射光104及入射光109，係對繞射型透鏡陣列14之地帶4入射之入射光的模型；入射光105及入射光110，係對繞射型透鏡陣列14之地帶5入射之入射光的模型。

然後，使用前述計算方法，從入射光101～入射光110各自之座標（入射位置）與聚光領域15之座標，算出出射角，亦即從各入射光101～入射光110算出對聚光領域15出射的角度，再模擬出設計成具有所算出之出射角的間距的繞射型透鏡陣列14之繞射效率。

又，於圖6所示之模擬模型，y座標上之繞射型透鏡陣列14與聚光領域15重疊的處所（於圖中係xy座標之交點附近之處所），由於入射角0deg的光會直接進入聚光領域15，因此未形成繞射透鏡。

使用上述模擬模型，在下述模擬條件下進行了光學模擬。其模擬結果繪示於圖7。

模擬手法採用RCWA法、模擬軟體採用繞射光學元件設計‧分析軟體DiffractMOD（Synopsis公司），以下述參數進行了光學模擬。

入射光101～入射光110之入射角設為0deg，入射波長設為450nm，繞射型透鏡陣列14之折射率設為1.5，消光係數設為0，聚光領域15之直徑設為100μm，繞射型透鏡陣列14與聚光領域15間的距離設為5.54mm。

入射光101及入射光106設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.1mm之處，入射光101及入射光106之出射角設為1.0deg，地帶1之繞射型透鏡陣列14的間距d₁ 基於式1而設為24.8μm。

再者，入射光102及入射光107設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.2mm之處，入射光102及入射光107之出射角設為2.1deg，地帶2之繞射型透鏡陣列14的間距d₂ 基於式1而設為12.4μm。

再者，入射光103及入射光108設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.3mm之處，入射光103及入射光108之出射角設為3.1deg，地帶3之繞射型透鏡陣列14的間距d₃ 基於式1而設為8.3μm。

再者，入射光104及入射光109設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.4mm之處，入射光104及入射光109之出射角設為4.2deg，地帶4之繞射型透鏡陣列14的間距d₄ 基於式1而設為6.2μm。

再者，入射光105及入射光110設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.5mm之處，入射光105及入射光110之出射角設為5.2deg，地帶5之繞射型透鏡陣列14的間距d₅ 基於式1而設為5μm。

又，比較例1的微透鏡陣列92的間距，無關乎入射光101～入射光110之位置，皆設為5μm。再者，以0.2μm～10μm使本實施例之微透鏡陣列12及比較例之微透鏡陣列的高度變化，而選擇最高繞射效率者。

於圖7所示之實施例1的微透鏡陣列12之聚光效率4.54，係以比較例1之微透鏡陣列的聚光效率為1時的相對値。藉由圖7所示之模擬結果可知，實施例1的微透鏡陣列12之聚光效率，高於比較例1之微透鏡陣列的聚光效率。

因此，由入射至圖8所示之比較例1之微透鏡陣列92的光繞射情形可知，在比較例1之微透鏡陣列92，由於繞射型透鏡陣列94的間距係固定，因此無法使螢光體層11所出射之光在聚光領域15充分聚光。另一方面，由於在實施例1的微透鏡陣列12，係使繞射型透鏡陣列14的間距隨各指定區域（地帶1～地帶5）而不同，因此從螢光體層11出射之光可以在聚光領域15充分聚光。

（實施例2）於實施例1，係針對設計為入射波長係450nm，亦即使透射過螢光體層11之光源16的藍光，在聚光領域15聚光之情形的模擬結果進行例示；但並不限定於此。於實施例2，係針對設計為使用圖6所示之模擬模型，使入射波長係550nm，亦即螢光體層11進行過波長轉換之黃光，在聚光領域15聚光之情形的模擬結果，進行說明。

圖9係繪示實施例2之模擬結果的圖。

亦即，使用在實施例1所說明過的模擬模型、模擬手法及模擬軟體，以下述參數進行了光學模擬。其模擬結果繪示於圖9。

入射光101～入射光110之入射角設為0deg，入射波長設為550nm，繞射型透鏡陣列14之折射率設為1.5，消光係數設為0，聚光領域15之直徑設為100μm，繞射型透鏡陣列14與聚光領域15間的距離設為5.54mm。

入射光101及入射光106設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.1mm之處，入射光101及入射光106之出射角設為1.0deg，地帶1之繞射型透鏡陣列14的間距d₁ 基於式1而設為30.5μm。

再者，入射光102及入射光107設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.2mm之處，入射光102及入射光107之出射角設為2.1deg，地帶2之繞射型透鏡陣列14的間距d₂ 基於式1而設為15.2μm。

再者，入射光103及入射光108設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.3mm之處，入射光103及入射光108之出射角設為3.1deg，地帶3之繞射型透鏡陣列14的間距d₃ 基於式1而設為10.2μm。

再者，入射光104及入射光109設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.4mm之處，入射光104及入射光109之出射角設為4.2deg，地帶4之繞射型透鏡陣列14的間距d₄ 基於式1而設為7.6μm。

再者，入射光105及入射光110設在距離微透鏡陣列12之中心部（圖中之y＝0）0.5mm之處，入射光105及入射光110之出射角設為5.2deg，地帶5之繞射型透鏡陣列14的間距d₅ 基於式1而設為6.1μm。

又，比較例2的微透鏡陣列的間距，無關乎入射光101～入射光110之位置，皆設為6.1μm。再者，以0.5μm～1.5μm使本實施例之微透鏡陣列12及比較例2之微透鏡陣列的高度變化，而選擇最高繞射效率者。

於圖9所示之實施例2的微透鏡陣列12之聚光效率4.54，係以比較例2之微透鏡陣列的聚光效率為1時的相對値。藉由圖9所示之模擬結果可知，實施例2的微透鏡陣列12之聚光效率，高於比較例2之微透鏡陣列的聚光效率。

（實施例3）於實施例1及2，係針對設計為入射波長450nm、或入射波長550nm，亦即透射過螢光體層11之光源16的藍光、或以螢光體層11進行過波長轉換之黃光，在聚光領域15聚光之情形的模擬結果進行例示，但本發明並不限定於此。於實施例3，係針對設計為使入射波長450nm、或入射波長550nm依各地帶（指定區域）而在聚光領域15聚光之情形的模擬結果，進行說明。

圖10係用以說明實施例3之模擬模型的圖。圖11係繪示實施例3之模擬結果的圖。

於圖10，係在圖6所示之模擬模型以外，追加了入射光201～入射光208。具體而言，於圖10所示之模擬模型，係在螢光體層11上配置微透鏡陣列12a，並在距離微透鏡陣列12a指定距離之處所設置聚光領域15。入射光101～入射光110、入射光201～入射光208分別係以對繞射型透鏡陣列14a之區域（圖中所示地帶）採0deg之入射角入射的入射光，而建立模型者。入射光101及入射光106，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶1入射之入射光的模型，入射光102及入射光107，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶3入射之入射光的模型；入射光103及入射光108，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶5入射之入射光的模型。同樣地，入射光104及入射光109，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶7入射之入射光的模型；入射光105及入射光110，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶9入射之入射光的模型。

再者，入射光201及入射光205，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶2入射之入射光的模型；入射光202及入射光206，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶4入射之入射光的模型；入射光203及入射光207，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶6入射之入射光的模型。同樣地，入射光204及入射光208，係對繞射型透鏡陣列14a之地帶8入射之入射光的模型。

然後，使用在實施例1所說明過的模擬手法及模擬軟體，以下述參數進行了光學模擬。其模擬結果繪示於圖11。

入射光101～入射光110之入射角設為0deg，入射波長設為550nm，繞射型透鏡陣列14a之折射率設為1.5，消光係數設為0，聚光領域15之直徑設為100μm，繞射型透鏡陣列14a與聚光領域15間的距離設為5.54mm。

入射光101～入射光110之入射角設為0deg，入射波長設為550nm，入射光201～入射光208之入射角設為0deg，入射波長設為450nm。再者，繞射型透鏡陣列14a之折射率設為1.5，消光係數設為0，聚光領域15之直徑設為100μm，繞射型透鏡陣列14a與聚光領域15間的距離設為5.54mm。

入射光101及入射光106設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.1mm之處，入射光101及入射光106之出射角設為1.0deg，地帶1之繞射型透鏡陣列14a的間距d₁₁ 基於式1而設為24.8μm。

再者，入射光102及入射光107設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.2mm之處，入射光102及入射光107之出射角設為2.1deg，地帶3之繞射型透鏡陣列14的間距d₁₂ 基於式1而設為12.4μm。

再者，入射光103及入射光108設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.3mm之處，入射光103及入射光108之出射角設為3.1deg，地帶5之繞射型透鏡陣列14的間距d₁₃ 基於式1而設為8.3μm。

再者，入射光104及入射光109設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.4mm之處，入射光104及入射光109之出射角設為4.2deg，地帶7之繞射型透鏡陣列14的間距d₁₄ 基於式1而設為6.2μm。

再者，入射光105及入射光110設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.5mm之處，入射光105及入射光110之出射角設為5.2deg，地帶9之繞射型透鏡陣列14的間距d₁₅ 基於式1而設為5μm。

又，對應入射光101～入射光110之位置的微透鏡陣列12a之高度，設為0.9μm。

另一方面，入射光201及入射光205設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.15mm之處，入射光201及入射光205之出射角設為1.6deg，地帶2之繞射型透鏡陣列14的間距d₂₁ 基於式1而設為20.3μm。

再者，入射光202及入射光206設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.25mm之處，入射光202及入射光206之出射角設為2.6deg，地帶4之繞射型透鏡陣列14的間距d₂₂ 基於式1而設為12.2μm。

再者，入射光203及入射光207設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.35mm之處，入射光203及入射光207之出射角設為3.6deg，地帶6之繞射型透鏡陣列14的間距d₂₃ 基於式1而設為8.7μm。

再者，入射光204及入射光208設在距離微透鏡陣列12a之中心部（圖中之y＝0）0.45mm之處，入射光204及入射光208之出射角設為4.6deg，地帶8之繞射型透鏡陣列14的間距d₂₄ 基於式1而設為6.8μm。

又，對應入射光201～入射光208之位置的微透鏡陣列12a之高度，設為1.2μm。

再者，比較例3的微透鏡陣列的間距，無關乎入射光101～入射光110、入射光201～入射光208之位置，皆設為6.1μm。再者，以0.5μm～1.5μm使比較例3之微透鏡陣列的高度變化，而選擇最高繞射效率者。

於圖11所示之實施例3的微透鏡陣列12a之聚光效率8.61，係以比較例3之微透鏡陣列的聚光效率為1時的相對値。藉由圖11所示之模擬結果可知，實施例3的微透鏡陣列12a之聚光效率，高於比較例3之微透鏡陣列的聚光效率。如此這般由於實施例3的微透鏡陣列12a，係使繞射型透鏡陣列14a的間距隨各指定區域（地帶1～地帶9）而不同，因此使得從螢光體層11出射之光，可以在聚光領域15充分地聚光。

[效果等] 如上所述，藉由本實施形態之光學構件10及微透鏡陣列12等，由於係在螢光體層11上配置聚光效率高的微透鏡陣列12等，因此螢光體層11所出射之光的聚光效率可以更為提高。再者，在本實施形態之光學構件10及微透鏡陣列12等，並不需要為了使光在所要的領域（聚光領域15）聚光，而建構更多投影透鏡。因此，也不會發生因為投影透鏡之位置偏移而造成的損耗。

更詳而言之，專利文獻1所揭露之微透鏡陣列92，係例如圖8所示之周期性排列固定剖面形狀的結構。因此，以某種入射角入射之入射光從微透鏡陣列92的配光係一致，而無法充分聚光、無法構成控制配光之投影透鏡，如此一來就無法使光在所要的領域（聚光領域15）聚光。因此，有可能因為投影透鏡之位置偏移所導致之損耗光，而使聚光效率更進一步地降低。

相對於此，在本實施形態之光學構件10及微透鏡陣列12等，係依據對於以某一入射角入射之入射光，所欲使其出射之角度，而使間距在螢光體層11上之各指定區域分別不同。藉此，由於可以使光在所要的區域（聚光領域15）聚光，因此不需要建構更多投影透鏡。也就是說，不會產生投影透鏡之位置偏移所導致的損失。

更具體而言，本發明之一態樣的光學構件具備：螢光體層11，其包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源16所發出之光的一部分予以波長轉換；以及微透鏡陣列12，其係繞射型之微透鏡陣列，使以螢光體層11進行過波長轉換之光的一部分、與透射過螢光體層11之光的其他部分，從出射面出射；於微透鏡陣列12之出射面，設有複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14），用以使進行過波長轉換之光的一部分、與透射之光的其他部分，繞射並出射；複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14）的間距，係隨各指定區域而不同。

藉此，可以實現能使螢光體層11所出射之光線的聚光效率更高的光學構件。

在此，例如複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14）之中，在指定區域之部分區域的複數之繞射透鏡的間距，係在各該部分區域內分別設置成固定，以使顯示為光源16之波長頻帶之光的其他部分繞射，並在預定之領域聚光；複數之繞射透鏡之中，在指定區域之剩餘部位的區域的複數之繞射透鏡的間距，係在各該剩餘部分區域內分別設置成固定，以使進行過波長轉換之光的一部分繞射，而在預定之領域聚光。

藉此，複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14），使透射過螢光體層的藍光、與以螢光體層11進行過波長轉換之黃光，也就是白光，繞射並在聚光領域15聚光。

再者，例如複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14）的間距，係在各該既定區域內各自設置成固定，以使進行過波長轉換之該光的一部分、或該光的其他部分繞射，而在預定之領域聚光。

藉此，複數之繞射透鏡（繞射型透鏡陣列14），可以使透射過螢光體層11之藍光、與以螢光體層11進行過波長轉換之黃光，也就是白光，繞射並在聚光領域15聚光。

在此，例如複數之繞射透鏡的間距（繞射型透鏡陣列14），係由微透鏡陣列12之中心，朝向周邊變小。

再者，例如複數之繞射透鏡，係在出射面設置成同心圓狀。

再者，例如與該出射面垂直之面上的複數之繞射透鏡的剖面，係鋸齒狀。

再者，例如光源16，係發出藍光作為其光線；螢光體層11則將該光的一部分予以波長轉換成顯示為黃色的波長頻帶。

（變形例）於上述實施形態，係以繞射型透鏡陣列14設為同心圓狀進行說明，但並不限定於此。亦可設為矩形，或亦可使複數之領域分別設為同心圓狀或者矩形。

於上述實施形態，係以與出射面垂直之面上的繞射型透鏡陣列14之剖面係鋸齒狀進行說明，但不限定於此。

圖12～圖14係變形例之光學構件之剖面圖一例。對於與圖3等圖係相同之構件，標註相同符號，並省略詳細說明。

亦即，如圖12所示之微透鏡陣列12b般，與出射面垂直之面上的繞射型透鏡陣列14b之剖面，亦可係三角形。再者，如圖13所示之微透鏡陣列12c般，與出射面垂直之面上的繞射型透鏡陣列14c之剖面，亦可係矩形。再者，圖14所示之微透鏡陣列12d般，與出射面垂直之面上的繞射型透鏡陣列14d之剖面，亦可係半圓形。在此情形，圖14所示之微透鏡陣列12d會由半球狀的繞射鏡構成。

又，本發明實施形態之鋸齒狀，可以對於限定之入射角、波長，提高繞射效率。另一方面，對於廣範圍之入射角、波長，則係以半圓形、三角形或矩形為佳。

（其他實施形態等）上述實施形態僅係一例，可進行各種變更、附加、省略等，自是無庸贅言。

再者，任意組合上述實施形態所示構成元件及功能而實現之形態，亦包含在本發明之範圍。所屬技術領域中具有通常知識者對於上述實施形態所思及得實施之其他各種變形的形態、或是在不脫離本發明之旨趣的範圍內任意組合本發明各實施形態之構成元件及功能而實現之形態，亦包含在本發明。

例如，為了使光線易於由螢光體層11入射至繞射型透鏡陣列14等，亦可直接在螢光體層11形成直接微透鏡陣列12。換言之，螢光體層11係與微透鏡陣列12一體構成。由複數之繞射透鏡所構成之繞射型透鏡陣列14等，係設在螢光體層11之與入射面係相反側的表面，此表面係出射面。在此情況下，亦可藉由構成螢光體層11之樹脂來形成微透鏡陣列，亦可藉由具有與螢光體層11同等程度之折射率的材料形成。

再者，本發明不僅包含例如上述本發明實施形態之光學構件10，亦包含微透鏡陣列12單體。亦即本發明亦包含：一種微透鏡陣列，係繞射型之微透鏡陣列，使以螢光體層11進行過波長轉換之光的一部分，與透射過螢光體層11之該光的其他部分，從出射面出射，該螢光體層11包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源16所發出之該光的一部分予以波長轉換；於該出射面，設有繞射型透鏡陣列14，用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；繞射型透鏡陣列14的間距，係隨各指定區域而不同。

所屬技術領域中具有通常知識者對於上述實施形態所思及得實施之其他各種變形的形態、或是在不脫離本發明之旨趣的範圍內任意組合本發明各實施形態之構成元件及功能而實現之形態，亦包含在本發明。

1‧‧‧光源部
2‧‧‧光纖
3‧‧‧燈具
4‧‧‧照明裝置
10‧‧‧光學構件
11‧‧‧螢光體層
12、12a、12b、12c、12d‧‧‧微透鏡陣列
13‧‧‧基材
14、14a、14b、14c、14d‧‧‧繞射型透鏡陣列
15‧‧‧聚光領域
16‧‧‧光源
101～110、201～208‧‧‧入射光
111‧‧‧入射面
92‧‧‧微透鏡陣列
94‧‧‧繞射型透鏡陣列

【圖1】圖1係繪示使用本發明實施形態之光學構件的裝置一例之圖。【圖2】圖2係繪示本發明實施形態之光源部一例之圖。【圖3】圖3係本發明實施形態之光學構件的剖面圖之一例。【圖4】圖4係圖3所示光學構件的俯視圖。【圖5】圖5係本發明實施形態之光學構件的剖面圖。【圖6】圖6係用以說明實施例1之模擬模型的圖。【圖7】圖7係繪示實施例1之模擬結果的圖。【圖8】圖8係概觀性繪示比較例1之模擬結果的圖。【圖9】圖9係繪示實施例2之模擬結果的圖。【圖10】圖10係用以說明實施例3之模擬模型的圖。【圖11】圖11係繪示實施例3之模擬結果的圖。【圖12】圖12係變形例之光學構件的剖面圖一例。【圖13】圖13係變形例之光學構件的剖面圖一例。【圖14】圖14係變形例之光學構件的剖面圖一例。

10‧‧‧光學構件

11‧‧‧螢光體層

12‧‧‧微透鏡陣列

13‧‧‧基材

14‧‧‧繞射型透鏡陣列

15‧‧‧聚光領域

Claims

一種光學構件，包括：螢光體層，其包含螢光體，該螢光體將入射到入射面之光源所發出之光的一部分予以波長轉換；以及微透鏡陣列，其係繞射型之微透鏡陣列，使以該螢光體層進行過波長轉換之該光的一部分、與透射過該螢光體層之該光的其他部分，從出射面出射；於該微透鏡陣列之出射面，設有複數之繞射透鏡，用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；該複數之繞射透鏡的間距，係隨各指定區域而不同。
如申請專利範圍第1項之光學構件，其中，該複數之繞射透鏡之中，在該指定區域之部分區域的複數之繞射透鏡的間距，係在各該部分區域內分別設置成固定，以使顯示為該光源之波長頻帶之該光的其他部分繞射，並在預定之領域聚光；該複數之繞射透鏡之中，在該指定區域之剩餘部位的區域的複數之繞射透鏡的間距，係在各該剩餘部分區域內分別設置成固定，以使進行過波長轉換之該光的一部分繞射，並在該預定之領域聚光。
如申請專利範圍第1項之光學構件，其中，該複數之繞射透鏡的間距，係在各該指定區域內各自設置成固定，以使進行過波長轉換之該光的一部分、或該光的其他部分繞射，並在預定之領域聚光。
如申請專利範圍第2項之光學構件，其中，該複數之繞射透鏡的間距，係由該微透鏡陣列之中心，朝向周邊變小。
如申請專利範圍第2項之光學構件，其中，該複數之繞射透鏡，係在該出射面中設成同心圓狀。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，與該出射面垂直之面上的該複數之繞射透鏡的剖面，係為鋸齒狀。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，與該出射面垂直之面上的該複數之繞射透鏡的剖面，係為矩形。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，與該出射面垂直之面上的該複數之繞射透鏡的剖面，係為三角形。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，與該出射面垂直之面上的該複數之繞射透鏡的剖面，係為半圓形。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，該光源係發出藍光作為該光；該螢光體層將該光的一部分予以波長轉換成顯示為黃色的波長頻帶。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之光學構件，其中，該螢光體層係與該微透鏡陣列一體構成；該複數之繞射透鏡，係設在該螢光體層之與該入射面相反側的表面；該表面係該出射面。
一種微透鏡陣列，係繞射型之微透鏡陣列，使以螢光體層進行過波長轉換之光的一部分、與透射過該螢光體層之該光的其他部分，從出射面出射，該螢光體層包含「將入射到入射面之光源所發出之該光的一部分予以波長轉換的螢光體」；於該出射面，設有複數之繞射型透鏡陣列，用以使進行過波長轉換之該光的一部分、與透射之該光的其他部分，繞射並出射；該複數之繞射型透鏡陣列的間距，係隨各指定區域而不同。