JP5071937B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置に関し、特に、半導体レーザを光源として用いた照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device, and more particularly to an illumination device using a semiconductor laser as a light source.
照明装置は、光源の形状により点状、線状および面状に分類される。一般照明に用いられる光源としては、白熱電球や蛍光灯がある。白熱電球は、アルゴンガスなどを充填した真空ガラス球内のフィラメントに電流を流し、白熱したフィラメントからの熱放射により可視光を得る光源である。蛍光灯は、低圧のガラス管内に水銀蒸気を充填し、電極フィラメントからの熱電子が水銀原子に衝突して得られた紫外線を蛍光管内面に塗布した蛍光体に当てて可視光に変換する光源である。 The illumination device is classified into a dot shape, a line shape, and a surface shape according to the shape of the light source. Examples of light sources used for general illumination include incandescent bulbs and fluorescent lamps. An incandescent lamp is a light source that obtains visible light by flowing current through a filament in a vacuum glass bulb filled with argon gas or the like and emitting heat from the incandescent filament. A fluorescent lamp is a light source that fills mercury vapor in a low-pressure glass tube, and converts the ultraviolet rays obtained by thermionic electrons from the electrode filament to mercury atoms to the phosphor applied on the inner surface of the fluorescent tube to convert it into visible light. It is.
近年、省エネ、環境への関心が高まってきており、照明装置に用いられる光源も、白熱電球から蛍光灯などの消費電力の低い光源への移行が進んでいる。また近年、発光ダイオード(以下、LED:Light Emitting Diode)も、発光効率が上がり消費電力が小さいことで、照明装置用光源として注目されている。照明用光源として用いられる白色LEDは、青色で発光するLEDと青色光を吸収して黄色の蛍光を放射するYAG(Yttrium Aluminium Garnet)などの蛍光体との組み合わせ、または、紫外光を発光するLEDと、紫外光を吸収して可視の蛍光(たとえば、赤、緑、青)を放射する蛍光体との組み合わせによって得られる。 In recent years, interest in energy saving and the environment has increased, and the light source used in the lighting device is also shifting from an incandescent bulb to a light source with low power consumption such as a fluorescent lamp. In recent years, light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs: Light Emitting Diodes) are also attracting attention as light sources for lighting devices due to their increased luminous efficiency and low power consumption. A white LED used as a light source for illumination is a combination of an LED that emits blue light and a phosphor such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet) that absorbs blue light and emits yellow fluorescence, or an LED that emits ultraviolet light. And a phosphor that absorbs ultraviolet light and emits visible fluorescence (for example, red, green, and blue).
LEDを用いて線状または面状の照明装置を実現するには、複数の白色LEDを線状または面状に並べる方法、もしくは導光体を用いる方法などがある。導光体を用いる方法では、ファイバ状または板状の導光体にLED光を結合させ、導光体にLED光を白色光に変換する蛍光体を含有させることにより、線状または面状の照明装置を実現できる。 In order to realize a linear or planar illumination device using LEDs, there are a method of arranging a plurality of white LEDs in a linear or planar manner, a method of using a light guide, and the like. In the method using a light guide, LED light is coupled to a fiber-shaped or plate-shaped light guide, and the light guide is made to contain a phosphor that converts LED light into white light. A lighting device can be realized.
また、GaN系などの半導体レーザ(以下、LD:Laser Diode)を光源とした白色照明装置も開示されている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1では、半導体レーザからのレーザ光で蛍光体を励起して照明光を得る照明用光源装置が提案されている。 Further, a white illumination device using a GaN-based semiconductor laser (hereinafter, LD: Laser Diode) as a light source is also disclosed (for example, see Patent Document 1). Patent Document 1 proposes an illumination light source device that obtains illumination light by exciting a phosphor with laser light from a semiconductor laser.
また半導体レーザは、出力される光が細く絞られて強い指向性を有するという特徴を有する。この特徴を利用して、半導体レーザを光ファイバに結合し、光ファイバのクラッドの周りに蛍光物質を設けることにより、線光源が得られる。たとえば特許文献2では、線状またはファイバ状の導光体構造を用いた発光装置の一例が提案されている。 In addition, the semiconductor laser has a feature that the output light is narrowed down and has strong directivity. By utilizing this feature, a semiconductor laser is coupled to an optical fiber, and a fluorescent material is provided around the cladding of the optical fiber to obtain a line light source. For example, Patent Document 2 proposes an example of a light emitting device using a linear or fiber light guide structure.
特許文献2に開示されている線状導光体構造においては、中心のコア部を同心円状に含むようにクラッド層が形成され、さらにその周りが同心円状の被覆部で覆われている。そして蛍光物質がこの被覆部中に分散されている。このような光ファイバの一端面に接続されている半導体レーザ素子に通電すれば、そのファイバ内に導入されたレーザ光によって被覆部内の蛍光物質が励起されて、その蛍光物質から蛍光が空間に放出される。
白熱電球は、電気エネルギーのほとんどが熱として失われてその一部が光として放射されるので、発光効率が悪く消費電力が大きい。また、線状および面状の照明装置用の光源には均一な発光が必要とされるが、白熱電球は点状光源であり、線状、面状の照明装置には適していない。一方蛍光灯は、有害な水銀を使用している、紫外線が出る、小型化が難しいなどの課題がある。 Incandescent bulbs lose most of their electrical energy as heat and part of it is emitted as light, resulting in poor luminous efficiency and high power consumption. In addition, the light sources for linear and planar illumination devices require uniform light emission, but incandescent bulbs are point light sources and are not suitable for linear and planar illumination devices. On the other hand, fluorescent lamps have problems such as using harmful mercury, emitting ultraviolet rays, and being difficult to downsize.
LEDを用いた線状および面状照明装置はLEDを並べることで実現可能である。しかし、LED1個あたりの光の強度が弱いため、非常に多数のLEDを並べる必要がある。そのため、各LED素子ごとに特性が異なると、制御回路が煩雑になったり、線または面全体を均一に発光させるのが難しくなったりする。また、LEDと導光体とを用いた面状、線状の照明装置では、LEDの光出力が小さく、均一に強い照明光を取り出すことが難しい。 Linear and planar illumination devices using LEDs can be realized by arranging LEDs. However, since the intensity of light per LED is weak, it is necessary to arrange a very large number of LEDs. Therefore, if the characteristics are different for each LED element, the control circuit becomes complicated, and it becomes difficult to uniformly emit light on the entire line or surface. Further, in a planar or linear illumination device using an LED and a light guide, the light output of the LED is small, and it is difficult to extract uniformly strong illumination light.
また、特許文献2に記載のLDと光ファイバとを結合させた照明装置では、LDにすることによりLEDよりも大きい光出力をファイバに入れることが出来るが、光ファイバから漏れた光により蛍光体を励起するため、光の取り出し効率が悪く、強い照明光を取り出すことができない。また、光ファイバからの漏れ光を大きく設計し、強い照明光を取り出そうとしても、ファイバ内でレーザ光が減衰するため、均一な強い線状照明光を取り出すことが難しい。 Further, in the illumination device in which the LD and the optical fiber described in Patent Document 2 are combined, a light output larger than that of the LED can be put into the fiber by using the LD, but the phosphor is caused by the light leaking from the optical fiber. Therefore, the light extraction efficiency is poor and strong illumination light cannot be extracted. Further, even if the leakage light from the optical fiber is designed to be large and the strong illumination light is taken out, it is difficult to take out the uniform strong linear illumination light because the laser light is attenuated in the fiber.
また特許文献1に記載の従来の照明用光源装置では、光の取り出し効率が低く、線状または面状の光源も得ることが出来ない。 Moreover, in the conventional illumination light source device described in Patent Document 1, the light extraction efficiency is low, and a linear or planar light source cannot be obtained.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、低消費電力で、光の取り出し効率が高く、放射が均一な線状または面状の照明装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a linear or planar illumination device with low power consumption, high light extraction efficiency, and uniform radiation. .
本発明に係る照明装置は、半導体レーザ素子と、平行光生成部と、反射部と、蛍光部と、光学系とを備える。平行光生成部は、半導体レーザ素子より発生したレーザ光を略平行光とする。反射部は可動機構を有しており、平行光生成部を透過したレーザ光を反射させる。蛍光部は蛍光体を含む。反射部により反射されたレーザ光は、蛍光体に照射されて励起され蛍光へ変換される。光学系は、蛍光を一方向に投光する。可動機構により反射部を移動させることによって、反射部で反射されたレーザ光を走査させる。蛍光体は、蛍光部を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている。 An illumination device according to the present invention includes a semiconductor laser element, a parallel light generation unit, a reflection unit, a fluorescence unit, and an optical system . The parallel light generator converts laser light generated from the semiconductor laser element into substantially parallel light. The reflection unit has a movable mechanism, and reflects the laser light transmitted through the parallel light generation unit. The fluorescent part includes a phosphor. The laser beam reflected by the reflecting portion, Ru is converted into fluorescence excited by irradiation to the phosphor. The optical system projects fluorescence in one direction. By moving the reflecting portion by the movable mechanism, the laser beam reflected by the reflecting portion is scanned. The phosphor is arranged on the locus of laser light that scans the fluorescent part.
ここで、半導体レーザ素子より発振され平行光生成部を透過したレーザ光は、すべての光が平行で同じ方向を向いており拡散することがなければ最も好ましい。しかし、蛍光部を走査するレーザ光の幅が十分に小さくなっており、線状の照明装置の光強度に影響を与えない程度であれば、平行光生成部を透過したレーザ光が完全に平行でなくてもよい。つまり、略平行光とは、平行光生成部を透過したレーザ光がすべて平行である場合を含み、また、平行光生成部を透過したレーザ光が完全には平行でないが平行に近くなっている場合を含むものとする。 Here, the laser light oscillated from the semiconductor laser element and transmitted through the parallel light generation unit is most preferable if all the light is parallel and directed in the same direction and does not diffuse. However, if the width of the laser beam that scans the fluorescent part is sufficiently small and does not affect the light intensity of the linear illumination device, the laser beam that has passed through the parallel light generating part is completely parallel. Not necessarily. That is, the substantially parallel light includes the case where all of the laser light transmitted through the parallel light generation unit is parallel, and the laser light transmitted through the parallel light generation unit is not completely parallel but close to parallel. Including cases.
上記照明装置において好ましくは、蛍光部は、蛍光体が線状に封入された蛍光板を含む。反射部は、回転可能に設けられた回転鏡を含む。回転鏡は、回転によりレーザ光を走査させて、線状に封入された蛍光体にレーザ光を照射するように設置されている。 Preferably, in the above-described illumination device, the fluorescent part includes a fluorescent plate in which a fluorescent material is encapsulated in a linear shape. The reflection unit includes a rotary mirror that is rotatably provided. The rotating mirror is installed so as to scan the laser beam by rotation and irradiate the phosphor encapsulated in a linear shape with the laser beam.
好ましくは、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板を含む。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面から放射される。 Preferably, the fluorescent part includes a fluorescent plate in which a fluorescent material is enclosed. The fluorescence obtained by converting the laser light by the phosphor is emitted from the irradiated surface on the side on which the fluorescent light is irradiated with the laser light.
好ましくは、蛍光板に対して被照射面と反対側に、反射板が設けられている。
好ましくは、照明装置は、蛍光板に対して被照射面側に設けられ、レーザ光が被照射面で反射して照明装置外部へ放出されるのを抑制する、レーザ光カット部をさらに備える。レーザ光カット部は、被照射面に形成され被照射面におけるレーザ光の波長の光の反射を防止する反射防止膜を含んでもよい。またレーザ光カット部は、被照射面から離れて設けられレーザ光の波長の光を遮断するフィルタを含んでもよい。
Preferably, a reflecting plate is provided on the side opposite to the irradiated surface with respect to the fluorescent plate.
Preferably, the illuminating device further includes a laser light cutting unit that is provided on the irradiated surface side with respect to the fluorescent plate and suppresses the laser light reflected from the irradiated surface and emitted to the outside of the illuminating device. The laser light cut portion may include an antireflection film that is formed on the irradiated surface and prevents reflection of light having the wavelength of the laser light on the irradiated surface. Further, the laser light cut section may include a filter that is provided apart from the irradiated surface and blocks light having a wavelength of the laser light.
好ましくは、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板を含む。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面と、被照射面と反対側の裏面との両方から放射される。 Preferably, the fluorescent part includes a fluorescent plate in which a fluorescent material is enclosed. The fluorescence obtained by converting the laser light by the phosphor is emitted from both the irradiated surface on the side where the fluorescent plate is irradiated with the laser light and the back surface opposite to the irradiated surface.
好ましくは、反射部から蛍光部に直接照射されたレーザ光の一部が蛍光部で反射される。蛍光部で反射されたレーザ光は、蛍光部に再度照射されて蛍光に変換される。 Preferably, a part of the laser light directly irradiated on the fluorescent part from the reflecting part is reflected by the fluorescent part. The laser light reflected by the fluorescent part is irradiated again on the fluorescent part and converted into fluorescent light.
好ましくは、半導体レーザ素子の発振するレーザ光の波長は400nm以上450nm以下である。 Preferably, the wavelength of the laser light oscillated by the semiconductor laser element is not less than 400 nm and not more than 450 nm.
この照明装置によると、低消費電力で均一な放射が可能な、線状または面状の照明装置を提供することができる。つまり、半導体レーザ素子より発生したレーザ光は光の波長が揃っており、平行光生成部を透過させることにより略平行光にすることが可能である。略平行光にすることにより、半導体レーザ素子から離れた地点まで損失なく同じ強度で光が伝わる。略平行光にしたレーザ光を走査させることにより、レーザ光が照射される蛍光部のレーザ光の軌跡上のいかなる点においても強い光強度が得られる。 According to this lighting device, a linear or planar lighting device capable of uniform radiation with low power consumption can be provided. That is, the laser light generated from the semiconductor laser element has the same wavelength, and can be made substantially parallel light by transmitting through the parallel light generation unit. By making the light substantially parallel, light is transmitted with the same intensity without loss up to a point away from the semiconductor laser element. By scanning the substantially parallel laser beam, a strong light intensity can be obtained at any point on the locus of the laser beam of the fluorescent part irradiated with the laser beam.
蛍光部におけるレーザ光の軌跡上に蛍光体を配置することで、均一な放射が可能な、発光の均一性を向上させた線状または面状の照明装置を容易に実現することができる。多数の光源を並べる必要がなく、少ない光源で照明装置を実現できるので、発光効率が高く、照明装置の低消費電力化、回路の簡略化、低コスト化が図れる。蛍光部を変形させることにより、さまざまな形状の照明装置を容易に実現可能である。 By arranging the phosphor on the locus of the laser light in the fluorescent part, it is possible to easily realize a linear or planar illumination device capable of uniform emission and improved light emission uniformity. Since it is not necessary to arrange a large number of light sources and an illuminating device can be realized with a small number of light sources, the luminous efficiency is high, the power consumption of the illuminating device can be reduced, the circuit can be simplified and the cost can be reduced. By deforming the fluorescent part, lighting devices having various shapes can be easily realized.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。 In the embodiments described below, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In the following embodiments, when referring to the number, amount, etc., unless otherwise specified, the above number is an example, and the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, etc.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1の照明装置の構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す実施の形態1の照明装置の三面図であって、図2(a)は照明装置の平面図、図2(b)は照明装置の正面図、図2(c)は照明装置の左側面図を示す。なお、図1および図2ではわかりやすいように筐体内部を透視して図示している。実施の形態1の照明装置は、蛍光板を透過させて白色光を放射する直線状の照明装置である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of the lighting apparatus according to the first embodiment. 2 is a three-view diagram of the lighting device according to the first embodiment shown in FIG. 1. FIG. 2 (a) is a plan view of the lighting device, FIG. 2 (b) is a front view of the lighting device, and FIG. ) Shows a left side view of the lighting device. In FIG. 1 and FIG. 2, the inside of the housing is seen through for easy understanding. The illumination device of Embodiment 1 is a linear illumination device that transmits white light through a fluorescent plate.
図1および図2に示すように、本実施の形態の照明装置は、半導体レーザ素子としてのLD100を備える。LD100は窒化物半導体レーザ素子であり、電流を注入することでレーザ発振が起こり、レーザ光が放出される。LD100の活性層はInGaN/GaN多重量子井戸より構成され、発振波長は405nmである。照明装置はまた、LD100より発振されたレーザ光を平行光にする、平行光生成部としてのレンズ101を備える。レンズ101はコリメートレンズである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the illumination device according to the present embodiment includes an
照明装置はまた、レーザ光を反射させる反射部を備える。反射部は、六角柱型の回転ミラー111を含む。回転可能に設けられた回転鏡としての回転ミラー111は六角柱の回転体で、側面の六面がミラーになっている。照明装置はまた、蛍光体を含有した蛍光部を備える。蛍光部は蛍光板103を含む。蛍光体は、蛍光板103に線状に封入されている。上記の照明装置の構成は、いずれも筐体104の内部に配置されている。
The illumination device also includes a reflection unit that reflects the laser light. The reflecting portion includes a hexagonal column-shaped
LD100より発振されたレーザ光の軌跡105について説明する。上述の通り、レーザ光はLD100に電流を注入することにより発生し、レンズ101によって平行光とされる。レンズ101を通過したレーザ光は、軌跡105aに示すように、回転ミラー111へと至り、回転ミラー111の一側面である反射面111aで反射される。反射したレーザ光は、軌跡105bに示すように、蛍光体を含有した蛍光板103に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光を蛍光へ変換する。この蛍光が照明光106として前方(照明装置の正面側)へ放射される。
The
ここで回転ミラー111は、モータなどの図示しない可動機構を有しており、可動機構の作用によって回転している。そのため、回転ミラー111により反射された光は、直線状に振動する。可動機構により回転ミラー111を回転移動させることによって、回転ミラー111で反射されたレーザ光を走査させる。レーザ光は、多角柱形の回転ミラー111の側面で反射されることにより、直線状に走査される。回転ミラー111は、回転によりレーザ光を走査させるように設置されている。
Here, the
レーザ光の振動する直線状の軌跡上に蛍光体が配置されるように、蛍光板103を設置する。蛍光体は、蛍光板103を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている。図1および図2に示すレーザ照射領域107は、線状に走査されたレーザ光が蛍光板103に照射される領域を示す。回転ミラー111により反射されたレーザ光が蛍光板103に線状に封入された蛍光体に照射されることにより、蛍光体が励起され、レーザ光は蛍光体により蛍光に変換される。このようにして、線状光源が得られる。このとき、レーザ光はレンズ101により平行光となっているため、レーザ光は減衰することなく進み、蛍光板103のどの位置においても同じレーザ光強度で励起される。そのため、蛍光板上に均一な線状の照明光が得られる。
The
レーザ光により励起される蛍光体には、赤色の光を発光する蛍光体と緑色の光を発光する蛍光体と青色の光を発光する蛍光体とが混合され分散された、アクリル樹脂板を使用した。赤色の光を発光する蛍光体としてたとえばY2O2S:Eu3+などを、緑色の光を発光する蛍光体としてたとえばZnS:Cu,Alなど、青色の光を発光する蛍光体としてたとえば((Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6:Eu2+)などを用いた。 The phosphor excited by laser light uses an acrylic resin plate in which a phosphor emitting red light, a phosphor emitting green light, and a phosphor emitting blue light are mixed and dispersed. did. For example, Y 2 O 2 S: Eu 3+ is used as a phosphor that emits red light, and a phosphor that emits blue light, such as ZnS: Cu, Al, is used as a phosphor that emits green light. Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 : Eu 2+ ) or the like was used.
蛍光体材料はこれに限るものではなく、レーザ光の発振波長の光で励起され、赤色、青色、緑色の光を発光する蛍光体であればよい。酸窒化物蛍光体やナノ粒子蛍光体なども使用することが出来る。また、蛍光体の組み合わせも、赤色、青色、緑色の組み合わせに限るものではなく、青緑色と赤色の組み合わせや、青色と黄色の組み合わせなど、さまざまな組み合わせにより白色照明光を得ることが出来る。 The phosphor material is not limited to this, and may be any phosphor that is excited by light having the oscillation wavelength of laser light and emits red, blue, and green light. Oxynitride phosphors and nanoparticle phosphors can also be used. Further, the combination of the phosphors is not limited to the combination of red, blue and green, and white illumination light can be obtained by various combinations such as a combination of blue green and red and a combination of blue and yellow.
レーザ光が照射した蛍光体は、レーザ光の波長よりも大きいエネルギーの光は発光しないため、白色照明光を得るには、レーザ光の波長は、青色(450nm)以下が望ましい。また、レーザ光が紫外線の場合、照明装置の外へレーザ光の一部が漏れると人体に紫外線が照射されることになるため、レーザ光の波長は400nm以上が望ましい。つまり、LD100の発振するレーザ光の波長は、400nm以上450nm以下が望ましい。
Since the phosphor irradiated with the laser light does not emit light having an energy larger than the wavelength of the laser light, the wavelength of the laser light is desirably blue (450 nm) or less in order to obtain white illumination light. In addition, when the laser light is ultraviolet light, if a part of the laser light leaks out of the lighting device, the human body is irradiated with the ultraviolet light, and thus the wavelength of the laser light is preferably 400 nm or more. That is, the wavelength of the laser light oscillated by the
図3は、実施の形態1の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図3は図2(a)と同様に、照明装置を上面視した図であり、図3(a),(b),(c)はそれぞれ、矢印R方向に回転中の回転ミラー111を所定の位置で止めたときの図である。具体的には、図3(a)は、六角柱状の回転ミラー111のある一面である反射面111aの一端にレーザ光がさしかかったときの図である。図3(b)は、回転ミラー111が図3(a)の位置から少し回転して、反射面111aの途中にレーザ光がさしかかったときの図である。図3(c)は、回転ミラー111の反射面111aの上記一端と反対側の他端にレーザ光にさしかかったときの図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the lighting apparatus of the first embodiment. FIG. 3 is a top view of the illumination device as in FIG. 2A, and FIGS. 3A, 3B, and 3C each show a
図3(a)では、反射面111aで反射されたレーザ光は、軌跡105bに示すように蛍光板103の図中右端部に照射され、この位置の蛍光体が励起され照明光106が放射される。図3(b)では、反射面111aで反射されたレーザ光は、軌跡105bに示すように図3(a)に比べて蛍光板103の図中左側の位置に照射され、この位置の蛍光体から照明光106が放射される。図3(c)では、反射面111aで反射されたレーザ光は、軌跡105bに示すように蛍光板103の図中左端部に照射され、この位置の蛍光体が励起され照明光106が放射される。
In FIG. 3A, the laser light reflected by the reflecting
そしてさらに回転ミラー111が矢印R方向に回転すると、レーザ光が照射される位置は、反射面111aの隣の六角柱の側面のミラーに移り、図3(a)に示す位置になる。このように六角柱状の回転ミラー111を高速で回転させることにより、レーザ光が蛍光板103を線状にスキャン(走査)し、蛍光板103から直線状の照明光106を得ることができる。
When the
以上説明したように、実施の形態1の照明装置では、LD100より発生した強度の強いレーザ光は光の波長が揃っており、レンズ101を透過させることにより平行光に絞ることが可能である。平行光にすることにより、LDから離れた地点まで損失なく同じ強度で光が伝わる。平行光にしたレーザ光を走査させることにより、蛍光板103のレーザ照射領域107のいかなる点においても強い光強度が得られる。レーザ照射領域107上に蛍光体を配置し直接蛍光体を励起することで、均一な放射が可能な、発光の均一性を向上させた線状の照明装置を容易に実現することができる。多数の光源を並べる必要がなく少ない光源で照明装置を実現でき、発光効率が高く、照明装置の低消費電力化、回路の簡略化、低コスト化が図れる。また蛍光体を線状のレーザ照射領域107に封入すればレーザ光を蛍光に変換できるので、蛍光体の必要量を低減することができ、より低コストな照明装置を実現できる。従来のようにレーザ光の漏れ光を利用せず、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光106を取り出すことが可能となった。
As described above, in the illumination device according to the first embodiment, the laser light having a high intensity generated from the
また、照明装置は回転可能に設けられた回転ミラー111を含んでいる。回転ミラー111の回転によりレーザ光を走査させて蛍光体にレーザ光を照射しているので、簡単な構造によってレーザ光を走査させて、均一な線状の照明装置を得ることができる。
The lighting device includes a
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2の照明装置の構成を示す斜視図である。図5は、図4に示す実施の形態2の照明装置の三面図であって、図5(a)は照明装置の平面図、図5(b)は照明装置の正面図、図5(c)は照明装置の左側面図を示す。実施の形態1では蛍光板103に照射されて蛍光板103を透過したレーザ光を照明光106として利用しているのに対し、実施の形態2ではレーザ光が蛍光板103に照射された側から蛍光板103で反射した光を取り出して照明光106として利用している点で、実施の形態1と異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of the lighting apparatus according to the second embodiment. FIG. 5 is a three-view diagram of the lighting device according to the second embodiment shown in FIG. 4. FIG. 5 (a) is a plan view of the lighting device, FIG. 5 (b) is a front view of the lighting device, and FIG. ) Shows a left side view of the lighting device. In the first embodiment, the laser beam irradiated to the
つまり、実施の形態2の照明装置は、レーザ光が蛍光板103に反射した側から白色光を放出する、直線状照明装置である。具体的には、図4および図5に示すように、実施の形態2の照明装置は、八角柱型の回転ミラー102を備える。回転ミラー102は八角柱の回転体で、側面の八面がミラーになっている。蛍光板103は、実施の形態1では筐体104の正面に設けられていたのに対し、実施の形態2では筐体104の背面に設けられている。また図5(b),(c)に示すように、LD100およびレンズ101は蛍光板103より下方に設置されている。
That is, the illumination device according to the second embodiment is a linear illumination device that emits white light from the side where the laser light is reflected by the
LD100より発振されレンズ101を通過したレーザ光は、軌跡105aに示すように、回転ミラー102へと至り、回転ミラー102の一側面で反射される。反射したレーザ光は、軌跡105bに示すように、蛍光体を含有した蛍光板103に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光を蛍光へ変換して前方(蛍光板103にレーザ光が照射される被照射面103a側)へ放射する。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板103の被照射面103aから放射され、蛍光板103が設置された照明装置の背面104b側(後方側)と反対側の正面104a側(前方側)に設けられた照明光取り出し窓115を通って、照明光106として照明装置の外部に放出される。
The laser light oscillated from the
回転ミラー102は、実施の形態1の回転ミラー111と同様に、レーザ光を直線状に振動させる。レーザ光は、多角柱形の回転ミラー102の側面で反射されることにより、直線状に走査される。回転ミラー102は八角柱状に形成されているために、実施の形態1と比較して、回転ミラー102が一回転する間のレーザ光の振動数が増加し、蛍光板103により均一に線状のレーザ光を照射できる。つまり、多角柱形状に形成された回転ミラーでは、底面および天井面を形成する多角形の頂点の数が多いほど、回転ミラーが一回転する間のレーザ光の振動数を増加させることができるので、蛍光板に照射するレーザ光強度の均一性を向上させることができる。
The
LD100およびレンズ101は蛍光板103より下方に設置されており、レーザ光は上下方向に斜めに照射されている。そのため、LD100などが照明光106の陰になり照明装置からの光取出しを阻害し取り出し効率を低下させることを回避できる構成とされている。
The
図6は、実施の形態2の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図3を参照して説明した実施の形態1の照明装置と同様に、八角柱状の回転ミラー102を高速で回転させることにより、反射面102aで反射されたレーザ光が蛍光板103を線状にスキャン(走査)し、蛍光板103から直線状の照明光106を得ることができる。なお、図5(b)に示すレーザ照射領域107は、蛍光板103のレーザ光が照射された領域を示している。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the lighting apparatus according to the second embodiment. Similar to the illumination apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. 3, the laser beam reflected by the reflecting
実施の形態1と同様に、強度の強いレーザ光を平行光に絞り直接蛍光体を励起するため、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光106を取り出すことが可能となる。実施の形態1では蛍光板103のレーザ光照射側と反対側から照明光106を取り出していたのに対し、実施の形態2では蛍光板103のレーザ光照射側(被照射面103a側)から照明光106を取り出している。両者を比較したところ、蛍光体のレーザ光照射側から照明光106を取り出したほうが照明光106の取り出し効率が上がり、強い照明光106が得られることが分かった。また、レーザ光が走査した線で特に強い照明光106が放出し、強くて細い線状光源が得られた。したがって、実施の形態2の照明装置によれば、より光強度の強い線状の照明装置を得ることができる。
As in the first embodiment, since the intense laser beam is focused into parallel light and the phosphor is directly excited, the illumination device has good light emission efficiency, and the strong
(実施の形態3)
図7は、実施の形態3の照明装置の平面図である。実施の形態3の照明装置は、蛍光板103の前方側(レーザ光が照射される蛍光板103の被照射面103a側)に反射防止膜108が形成されている点で、実施の形態2と異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a plan view of the lighting apparatus according to the third embodiment. The illumination device of the third embodiment is different from the second embodiment in that an
半導体レーザを照明装置の光源として使用する際、レーザ光としてそのまま照明装置の外へ放射された場合に、たとえば目にレーザ光が入ると、眼球に損傷を与える可能性がある。そのため、レーザ光は照明装置の外へ放射されないようにすることが望ましい。本実施の形態ではその対策として、蛍光板103のレーザ光が照射される被照射面103aに反射防止膜108を形成する。反射防止膜108は、被照射面103aにおけるレーザ光の波長の光の反射を防止する。反射防止膜108は、蛍光板103の被照射面103a側に設けられており、レーザ光が蛍光板103の被照射面103aで反射して照明装置外部へ放出するのを抑制する。
When a semiconductor laser is used as a light source of an illuminating device, if the laser beam is emitted as it is to the outside of the illuminating device as it is, for example, if the laser beam enters the eye, the eyeball may be damaged. Therefore, it is desirable to prevent the laser light from being emitted outside the lighting device. In this embodiment, as a countermeasure, an
反射防止膜108は、単層または屈折率の異なる2層以上の薄膜材料を、たとえば真空蒸着により形成することにより実現する。2層以上の薄膜材料で形成する場合は、高屈折率材料と低屈折率材料との組合せで実現できる。低屈折率薄膜材料としてたとえば、MgF2,SiO2などを用いることができる。また、高屈折率薄膜材料として、ZrO2,TiO2,Ta2O5,Nb2O5,HfO2などを用いることができる。
The
たとえば、反射防止膜108を単層で形成する例として、蛍光板にMgF2を膜厚70nm蒸着して形成する。2層で形成する例として、TiO2を膜厚100nmおよびSiO2を膜厚90nmの順に蛍光板に蒸着して形成する。3層で形成する例として、Al2O3を膜厚75nm、ZrO2を膜厚125nmおよびMgF2を膜厚90nmの順に蛍光板に蒸着して形成する。薄膜材料、層数、層厚はこれに限られるものではなく、半導体レーザの波長に対して反射率が低くなるように設計することで適宜最適化して用いられる。
For example, as an example in which the
図24は、反射防止膜が形成された蛍光板の反射率を示すグラフである。図24の横軸は反射防止膜108に入射する光の波長(単位:nm)を示す。図24の縦軸は反射防止膜108が形成された蛍光板103に入射した光の各波長に対する反射率(単位:%)を示す。図24において、横軸が405nmのときの対応する反射率のグラフの縦軸の値はほぼ0%となっている。つまり、半導体レーザの波長405nmに対して、蛍光板103におけるレーザ光の反射率が低減できていることがわかる。
FIG. 24 is a graph showing the reflectance of the fluorescent plate on which the antireflection film is formed. The horizontal axis in FIG. 24 indicates the wavelength (unit: nm) of light incident on the
反射防止膜108を使用することで、半導体レーザの反射光が照明装置の外へ放出されるのを防ぎ、目に対する安全性を確保する効果が得られる。つまり、反射防止膜108がレーザ光カット部として機能することにより、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。加えて、反射が低下する分、蛍光板103へ入射するレーザ光が増加するため、レーザ光をより有効に蛍光に変換することができるようになる。
By using the
(実施の形態4)
図8は、実施の形態4の照明装置の平面図である。実施の形態4の照明装置は、蛍光板103の後方側(蛍光板103のレーザ光が照射される被照射面103aと反対側の裏面103b側)に反射板109が設けられている点で、実施の形態2と異なっている。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a plan view of the illumination device of the fourth embodiment. The illuminating device of Embodiment 4 is implemented in that a reflecting
本実施の形態では、蛍光板103に対して裏面103b側に反射板109が設けられており、蛍光板103を透過したレーザ光が反射板109で反射し、さらに蛍光板103に封入された蛍光体を励起する。そのため、実施の形態2と比べて一層強い光を取り出すことが出来た。
In the present embodiment, a reflecting
(実施の形態5)
図9は、実施の形態5の照明装置の平面図である。実施の形態5の照明装置は、蛍光板103が設けられている筐体104の背面104b側と反対側の正面104a側に設けられた、蛍光体により励起された蛍光が照明光106として外部へ放射される照明光取り出し窓115に、フィルタ110が設けられている点で、実施の形態2と異なっている。
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a plan view of the lighting apparatus according to the fifth embodiment. In the illumination device of Embodiment 5, the fluorescence excited by the fluorescent material provided on the
本実施の形態では、照明装置の照明光取り出し窓115に、レーザ光の波長の光が透過しないフィルタ110を設けている。フィルタ110は、蛍光板103の被照射面103aから離れて設けられており、レーザ光の波長の光を遮断する。半導体レーザは波長の線幅が極めて細いため、フィルタ110によりその光を遮断させやすい。また、半導体レーザは400nm以上450nm以下の光を使用しているため、半導体レーザの光を遮断しても、照明光106としての色味や強度は変わらない。
In this embodiment, a
フィルタ110は、屈折率の異なる2層以上の薄膜材料をたとえば真空蒸着により形成することにより実現する。薄膜材料として、高屈折率材料と低屈折率材料とを組合せて積層する。低屈折率薄膜材料としてたとえば、MgF2,SiO2などを用いることができる。また、高屈折率薄膜材料として、ZrO2,TiO2,Ta2O5,Nb2O5,HfO2などを用いることができる。
The
たとえば、SiO2を膜厚30nm、(TiO2を膜厚35nmおよびSiO2を膜厚60nm)を10回繰り返し、さらにTiO2を膜厚35nm、SiO2を膜厚30nmの順に蒸着して形成する。薄膜材料、層数、層厚はこれに限られるものではなく、半導体レーザの波長に対して透過率が低く、かつ、450nm〜700nmの可視光に対して透過率が高くなるように設計することで適宜最適化して用いられる。 For example, SiO 2 is formed to a thickness of 30 nm, (TiO 2 is formed to a thickness of 35 nm, and SiO 2 is formed to a thickness of 60 nm) 10 times, and TiO 2 is formed to a thickness of 35 nm and SiO 2 is formed to a thickness of 30 nm in this order. . The thin film material, the number of layers, and the layer thickness are not limited to these, and the transmittance should be designed to be low with respect to the wavelength of the semiconductor laser and high with respect to visible light of 450 nm to 700 nm. And are used by optimizing as appropriate.
図25は、フィルタへの入射光の波長と入射光がフィルタを透過する透過率との関係を示すグラフである。図25の横軸はフィルタへ入射する光の波長(単位:nm)を示す。図25の縦軸は、フィルタへ入射する各波長の光に対する、光がフィルタを透過する率である透過率(単位:%)を示す。図25において、横軸が405nmの時の対応する透過率のグラフの縦軸の値はほぼ0%となっている。つまり、半導体レーザの波長405nmに対しては光がフィルタを透過せず、レーザ光をフィルタによってカットできることがわかる。また、図25において、横軸が440nm以上の波長に対して対応する透過率のグラフの縦軸の値はほぼ100%となっている。つまり、照明光として利用する440nm以上の波長に対しては、ほぼ100%の光がフィルタを透過することがわかる。 FIG. 25 is a graph showing the relationship between the wavelength of incident light to the filter and the transmittance with which the incident light passes through the filter. The horizontal axis of FIG. 25 indicates the wavelength (unit: nm) of light incident on the filter. The vertical axis in FIG. 25 indicates the transmittance (unit:%), which is the rate at which light passes through the filter with respect to the light of each wavelength incident on the filter. In FIG. 25, the value of the vertical axis of the corresponding transmittance graph when the horizontal axis is 405 nm is almost 0%. That is, it can be seen that the light does not pass through the filter for the wavelength of 405 nm of the semiconductor laser, and the laser light can be cut by the filter. In FIG. 25, the value on the vertical axis of the transmittance graph corresponding to a wavelength of 440 nm or more on the horizontal axis is almost 100%. That is, it can be seen that almost 100% of light passes through the filter for wavelengths of 440 nm or more used as illumination light.
このフィルタ110により、実施の形態3と同様、レーザ光が蛍光板103で反射して照明装置の外へ放出するのを防いでいる。フィルタ110は、レーザ光が蛍光板103の被照射面103aで反射して照明装置外部へ放出するのを抑制する。このフィルタ110がレーザ光カット部として機能することにより、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。
This
(実施の形態6)
図10は、実施の形態6の照明装置の構成を示す斜視図である。図11は、図10に示す実施の形態6の照明装置の三面図である。実施の形態1では蛍光板103に照射されて蛍光板103を透過したレーザ光を照明光106として利用しており、実施の形態2ではレーザ光が蛍光板103に照射された側から蛍光板103で反射した光を取り出して照明光106として利用している。これに対し、実施の形態6では、蛍光板103の両側から光を取り出して照明光106として利用している点で、実施の形態1および2と異なっている。
(Embodiment 6)
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of the lighting apparatus of the sixth embodiment. FIG. 11 is a three-view diagram of the illumination device of the sixth embodiment shown in FIG. In the first embodiment, the laser light irradiated to the
つまり、実施の形態6の照明装置は、レーザ光が蛍光板103に反射した両側(すなわち、蛍光板103にレーザ光が照射される被照射面103a側および被照射面103aと反対側の裏面103b側の両側)から白色光を放出する、直線状照明装置である。図10および図11に示すように、実施の形態6の照明装置は、円柱型の回転ミラー113を備える。回転ミラー113は直円柱の回転体で、側面の円柱面がミラーになっており、回転軸114は円柱の軸からやや傾いて偏心して回転している。実施の形態2と同様に、蛍光板103は筐体104の背面に設けられており、LD100およびレンズ101は蛍光板103より下方に設置されている。
In other words, the illumination device of the sixth embodiment is configured such that the laser beam is reflected on the
LD100より発振されレンズ101を通過したレーザ光は、軌跡105aに示すように、回転ミラー113へと至り、回転ミラー113の一側面で反射される。反射したレーザ光は、軌跡105bに示すように、蛍光体を含有した蛍光板103に照射される。蛍光体はレーザ光により励起される。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、前方(蛍光板103にレーザ光が照射される被照射面103a側)および後方(被照射面103a側と反対の裏面103b側)の両方から放出され、照明光106として照明装置の外部へ取り出される。
The laser light oscillated from the
円柱状の回転ミラー113は、偏心傾斜軸である回転軸114を中心として回転しているために、レーザ光を直線状に振動させることができる構成とされている。レーザ光は、回転軸114を偏心かつ傾斜させた円柱形の回転ミラー113の側面で反射されることにより、直線状に走査される。
Since the cylindrical
図12は、実施の形態6の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図3を参照して説明した実施の形態1の照明装置と同様に、円柱状の回転ミラー113を偏心傾斜軸を中心として高速で回転させることにより、反射面で反射されたレーザ光が蛍光板103を線状にスキャン(走査)し、蛍光板103から直線状の照明光106を得ることができる。なお、図11(b)に示すレーザ照射領域107は、蛍光板103のレーザ光が照射された領域を示している。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the lighting apparatus according to the sixth embodiment. Similar to the illumination device of the first embodiment described with reference to FIG. 3, the laser beam reflected by the reflecting surface is reflected by the
実施の形態1と同様に、強度の強いレーザ光を平行光に絞り直接蛍光体を励起するため、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光106を取り出すことが可能となる。また、本実施形態では、蛍光体の両側から照明光106を取り出しているため、照明光106の取り出し効率が向上した。
As in the first embodiment, since the intense laser beam is focused into parallel light and the phosphor is directly excited, the illumination device has good light emission efficiency, and the strong
(実施の形態7)
図13は、実施の形態7の照明装置の構成を示す斜視図である。図14は、図13に示す実施の形態7の照明装置の三面図である。実施の形態6では蛍光板103の両側から光を取り出している。これに対し、本実施の形態では、実施の形態6で照明光取り出し窓115が形成されていた位置に反射板116を設置し、蛍光板103の両側から取り出した照明光106の両方を、筐体104の蛍光板103が設けられた側から取り出している点で、実施の形態6と異なっている。なお、図13および図14では、図10および図11に対して筐体104の正面側および背面側が反転して図示されており、回転ミラー113は図10では図右側に配置されているのに対し図13では図左側に配置されている。
(Embodiment 7)
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of the lighting apparatus of the seventh embodiment. FIG. 14 is a three-view diagram of the illumination device of the seventh embodiment shown in FIG. In the sixth embodiment, light is extracted from both sides of the
蛍光板103にレーザ光が照射される被照射面側で反射した照明光106は、照明装置の蛍光板103と反対側に設けられた反射板116によって再度反射され、蛍光板103の上下に設けた照明光取り出し窓115を通って、照明装置の外へ放出される。このように蛍光板103を透過した照明光106も、被照射面で反射した照明光106も同じ方向に取り出すことができ、蛍光板103によって発生した照明光106を無駄なく同じ方向から取り出すことが出来るようになり、より発光効率が向上した。
The
(実施の形態8)
図15は、実施の形態8の照明装置の構成を示す斜視図である。図16は、図15に示す実施の形態8の照明装置の三面図である。実施の形態7では蛍光板103の両側から放射された照明光106を反射板116を用いて筐体104の同じ側から取り出している。本実施の形態では、実施の形態7の反射板116を曲面状に設計し、蛍光板103の両側から放射される照明光106を、より効率的に筐体104の一方向から照明光106として取り出している。
(Embodiment 8)
FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of the lighting apparatus of the eighth embodiment. FIG. 16 is a three-view diagram of the illumination apparatus according to the eighth embodiment shown in FIG. In the seventh embodiment, the
本実施の形態の照明装置は、実施の形態3と同様に、蛍光板103の被照射面側に反射防止膜108が形成されている。反射防止膜108はレーザ光が蛍光板103により反射して照明装置の外へレーザ光として放出するのを防いでおり、目に対する安全性を確保している。
In the illumination device of the present embodiment, an
実施の形態7と同様に、蛍光板103を透過した照明光106も、被照射面で反射した照明光106も同じ方向に取り出すことができる。加えて実施の形態8では、反射板117を曲面で設計しているため、蛍光板103によって発生した照明光106をより無駄なく同じ方向から取り出すことが出来るようになり、より発光効率が向上した。また、図16(c)に示す側面視したときの形状を放物線形状とするように反射板117を形成し、かつ蛍光板103を当該放物線形状の焦点に配置することができ、その場合反射板117で反射され照明装置の外部へ放射される照明光106を平行光とすることができるので、より好ましい。
As in the seventh embodiment, the
(実施の形態9)
図17は、実施の形態9の照明装置の構成を示す斜視図である。図18は、図17に示す実施の形態9の照明装置の三面図である。本実施の形態では、蛍光板120の両側から光を放射状に取り出している。
(Embodiment 9)
FIG. 17 is a perspective view showing a configuration of the lighting apparatus of the ninth embodiment. FIG. 18 is a three-view diagram of the illumination device of the ninth embodiment shown in FIG. In the present embodiment, light is extracted radially from both sides of the
実施の形態9の照明装置は、三角柱型の回転ミラー112を備える。回転ミラー112は三角柱の回転体で、側面の三面がミラーになっている。回転ミラー112の一側面に当たり反射したレーザ光は、蛍光体を含有した蛍光板120に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光が蛍光板120に反射した両側(すなわち、蛍光板120にレーザ光が照射される被照射面側および被照射面と反対側の裏面側の両側)へ、照明光106として放出される。
The illumination device according to the ninth embodiment includes a triangular prism-
蛍光板120の被照射面側より放出された照明光106は、蛍光板120の周りに設置されたフィルタ123を通って、照明装置の外へ放出する。フィルタ123はレーザ光の波長の光を遮断する。半導体レーザは400nm以上450nm以下の光を使用しているため、半導体レーザの光を遮断しても、照明光106の色味や強度は変わらない。
The
回転ミラー112は、可動機構の作用によって回転しているため、回転ミラー112により反射された光は線状に走査される。レーザ光の走査される線状の軌跡上に蛍光体が配置されるように蛍光板120を設置することにより、線状に配置された蛍光体が励起され、線状光源が得られる。本実施の形態では、蛍光板120を曲面形状に形成している。たとえば蛍光板120を楕円柱面形状に形成することができる。照明光106は、曲面形状の蛍光板120に線状に配置された蛍光体から、照明装置外部へ放射状に放射される。
Since the
図19は、実施の形態9の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。三角柱状の回転ミラー112を高速で回転させることにより、反射面112aで反射されたレーザ光が蛍光板120を線状にスキャン(走査)し、蛍光板120から線状の照明光106を得ることができる。なお、図18(b)に示すレーザ照射領域107は、蛍光板103のレーザ光が照射された領域を示している。
FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the lighting apparatus of the ninth embodiment. By rotating the triangular prism-shaped
回転ミラー112は三角柱状に形成されているために、回転ミラー112の所定の一面で反射されるレーザ光の、放射される角度の範囲を大きくすることができ、反射面112aで反射されたレーザ光がスキャンする範囲をより拡大することができる。つまり、多角柱形状に形成された回転ミラーでは、底面および天井面を形成する多角形の頂点の数が少ないほど、回転ミラーが一回転する間のレーザ光の走査領域を拡大することができる。レーザ光の走査領域に合わせて曲面形状に形成された蛍光板120を用いることにより、放射される光強度の均一性を向上させた面状光源を得ることができる。
Since the
本実施の形態では、蛍光板120にレーザ光が照射され、レーザ光の一部が蛍光板120で反射されている。蛍光板120で一旦反射したレーザ光が、軌跡105cに示すように蛍光板の120の他の領域に照射され、照射された領域でさらにレーザ光が蛍光に変換されている。一次反射光(回転ミラー112から蛍光板120に直接照射され、蛍光板120で一回反射されたレーザ光)は、レーザ光としての強度は低下するものの、蛍光体を励起するのに十分な強度が残っている。
In the present embodiment, the
このような一次反射光を蛍光に変換して照明光106として取り出すことで、レーザ光の照明光106への変換効率が向上するのと同時に、装置外へ放出されるレーザ光強度を適度に低下させて目に対する安全性が向上する。本実施の形態ではさらに、レーザ光の波長が透過しないフィルタ123を用い、蛍光体に反射したレーザ光を照明装置の外へ放出するのを防いでおり、更に目に対する安全性を確保している。
By converting such primary reflected light into fluorescence and taking it out as
レーザ光を平行光に絞り、強度の強いレーザ光により直接蛍光体を励起するため、発光効率が良く、強い線上の照明光を取り出すことが可能となる。また、本実施の形態では、蛍光体の両側から照明光を取り出しているため、照明光106の取り出し効率が向上した上、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。蛍光板120が変形されて曲面形状に形成されていることにより、曲面形状の照明装置を容易に実現可能である。
Since the laser light is focused into parallel light and the phosphor is directly excited by the strong laser light, the luminous efficiency is high and the illumination light on a strong line can be extracted. In the present embodiment, since the illumination light is extracted from both sides of the phosphor, the extraction efficiency of the
(実施の形態10)
図20は、実施の形態10の照明装置の構成を示す斜視図である。図21は、図20に示す実施の形態10の照明装置の平面図である。図22は、実施の形態10の各構成部材の分解平面図である。
(Embodiment 10)
FIG. 20 is a perspective view showing a configuration of the lighting apparatus according to the tenth embodiment. FIG. 21 is a plan view of the lighting apparatus according to the tenth embodiment shown in FIG. FIG. 22 is an exploded plan view of each constituent member of the tenth embodiment.
実施の形態10の照明装置は、円柱型の回転ミラー119を備える。回転ミラー119は直円柱の回転体で、円形の頂面119aがミラーになっている。回転ミラー119は、円柱の中心軸と回転軸114とがずれている。回転軸114は円柱の軸からやや傾いて偏心して回転している。
The illumination device according to the tenth embodiment includes a cylindrical
回転ミラー119の頂面119aに当たり反射したレーザ光は、蛍光体を含有した蛍光板121に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光が蛍光板121に反射した両側(すなわち、蛍光板121にレーザ光が照射される被照射面側および被照射面と反対側の裏面側の両側)へ、照明光106として放出される。蛍光板121の被照射面側より放出された照明光は、反射板118に反射して図20に示す上方へ放出する。また、蛍光板121により反射したレーザ光は、反射板118の一部に形成された蛍光板122に封入された蛍光体を励起し、蛍光に変換されて照明光106として照明装置の外部へ放出される。
The laser beam reflected by the
円柱状の回転ミラー119は、偏心傾斜軸である回転軸114を中心として回転しているために、レーザ光は円状に走査される。レーザ光は、回転軸114を偏心かつ傾斜させた円柱形の回転ミラー119の頂面119aで反射されることにより、円周状に走査される。レーザ光の走査される円状の軌跡上に蛍光体が配置されるように蛍光板121を設置することにより、円状に配置された蛍光体がレーザ光の照射により励起され、線(円)状光源が得られる。このとき、レーザ光は平行光となっているため、蛍光板121のどの位置においても同じレーザ光強度で励起される。そのため、均一な細い線状の円形照明光が得られる。
Since the cylindrical
図23は、実施の形態10の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図23(a),(c),(e)はそれぞれ、回転軸114回りに回転中の回転ミラー119を所定の位置で止めたときの図である。説明のため反射板118は図示を省略されている。図23(b),(d),(f)はそれぞれ、図23(a),(c),(e)に対応するときの、照明装置を上方から見た図である。図23(b),(d),(f)では、蛍光板121の下方にある回転ミラー119を破線で図示している。
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the lighting apparatus according to the tenth embodiment. FIGS. 23A, 23C, and 23E are views when the
図23(a),(b)に示す回転ミラー119の位置においてレーザ光が回転ミラー119の頂面119aで反射したとき、反射したレーザ光は蛍光板121の図中右端部に照射され、この位置の蛍光体が励起されて照明光106が照射される。図23(c),(d)では回転ミラー119が少し回転しており、回転ミラー119の頂面119aで反射したレーザ光は蛍光板121の図中手前部分に照射されている。図23(e),(f)では回転ミラー119がさらに回転し、回転ミラー119の頂面119aで反射したレーザ光は蛍光板121の図中左端部に照射されている。
When the laser beam is reflected by the
その後さらに回転ミラー119が回転すると、図23(a),(b)に示す位置に戻る。このように円柱状の回転ミラー119を高速で回転させることにより、レーザ光が蛍光板121を円形状にスキャン(走査)し、蛍光板121から円形状の照明光106を得ることができる。なお、図21(b)に示すレーザ照射領域107は、蛍光板121のレーザ光が照射された領域を示している。
Thereafter, when the
本実施の形態では、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板121を含む。また蛍光部は、蛍光板121で反射したレーザ光が照射される他の蛍光板としての、蛍光体が封入された蛍光板122を含む。蛍光板121に照射されたレーザ光の一部は、蛍光板121で反射されている。蛍光板121で一旦反射したレーザ光が蛍光板122に再度照射され、蛍光板122でさらにレーザ光が蛍光に変換されている。
In the present embodiment, the fluorescent part includes a
一次反射光(回転ミラー119から蛍光板121に直接照射され、蛍光板121で一回反射されたレーザ光)は、レーザ光としての強度は低下するものの、蛍光体を励起するのに十分な強度が残っている。このような一次反射光を蛍光に変換して照明光106として取り出すことで、レーザ光の照明光106への変換効率が向上するのと同時に、装置外へ放出されるレーザ光強度を適度に低下させて目に対する安全性が向上する。
The primary reflected light (laser light directly irradiated on the
レーザ光を平行光に絞り、強度の強いレーザ光により直接蛍光体を励起するため、発光効率が良く、強い円形状の照明光を取り出すことが可能となる。また、本実施の形態では、蛍光板121の両側から照明光を取り出し、さらに反射板118を用いて一方向に照明光を取り出しているため、照明光の取り出し効率が向上した。蛍光板121が変形されて曲面形状に形成されていることにより、曲面形状の照明装置を容易に実現可能である。
Since the laser light is focused into parallel light and the phosphor is directly excited by the strong laser light, the luminous efficiency is high and it is possible to extract strong circular illumination light. Moreover, in this Embodiment, since the illumination light was taken out from both sides of the
なお、これまでの説明においては、レーザ光を反射させる反射部が回転ミラーを含んでいる照明装置の例について述べたが、この構成に限られるものではなく、たとえばプリズムなどの他の光学部材を含む反射部を備えてもよく、往復運動してレーザ光を走査させる反射部を備えてもよい。 In the description so far, the example of the illumination device in which the reflection unit that reflects the laser light includes the rotating mirror has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and other optical members such as a prism are used. The reflection part may be provided, and the reflection part which scans a laser beam by reciprocating may be provided.
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configurations of the embodiments may be appropriately combined. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
101 レンズ、102,111,112,113,119 回転ミラー、102a,111a,112a 反射面、103,120,121,122 蛍光板、103a 被照射面、103b 裏面、104 筐体、104a 正面、104b 背面、105,105a,105b,105c レーザ光の軌跡、106 照明光、107 レーザ照射領域、108 反射防止膜、109,116,117,118 反射板、110,123 フィルタ、114 回転軸、115 照明光取り出し窓、119a 頂面。
101 lens, 102, 111, 112, 113, 119 rotating mirror, 102a, 111a, 112a reflecting surface, 103, 120, 121, 122 fluorescent plate, 103a irradiated surface, 103b back surface, 104 housing, 104a front surface, 104b back surface, 105, 105a, 105b, 105c Laser beam trajectory, 106 illumination light, 107 laser irradiation area, 108 antireflection film, 109, 116, 117, 118 reflector, 110, 123 filter, 114 rotation axis, 115 illumination
Claims (12)
前記半導体レーザ素子より発生したレーザ光を略平行光とする平行光生成部と、
可動機構を有し、前記平行光生成部を透過したレーザ光を反射させる反射部と、
前記反射部により反射されたレーザ光が照射されて励起されレーザ光を蛍光へ変換する蛍光体を含む蛍光部と、
前記蛍光を一方向に投光する光学系とを備え、
前記可動機構により前記反射部を移動させることによって、前記反射部で反射されたレーザ光を走査させ、
前記蛍光体は、前記蛍光部を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている、照明装置。 A semiconductor laser element;
A parallel light generating unit that makes laser light generated from the semiconductor laser element substantially parallel light;
A reflection unit having a movable mechanism and reflecting the laser light transmitted through the parallel light generation unit;
A fluorescent portion laser beam reflected comprises a phosphor that converts the laser light being excited by irradiation to fluorescence by the reflective portion,
An optical system that projects the fluorescence in one direction ,
The laser beam reflected by the reflection unit is scanned by moving the reflection unit by the movable mechanism,
The said fluorescent substance is an illuminating device arrange | positioned on the locus | trajectory of the laser beam which scans the said fluorescence part.
前記蛍光部は、放物面形状の焦点に配置される、請求項2に記載の照明装置。The illuminating device according to claim 2, wherein the fluorescent portion is disposed at a parabolic focal point.
前記反射部は、回転可能に設けられた回転鏡を含み、
前記回転鏡は、回転によりレーザ光を走査させて、線状に封入された前記蛍光体にレーザ光を照射するように設置されている、請求項1に記載の照明装置。 The fluorescent part includes a fluorescent plate in which the phosphor is linearly enclosed,
The reflection part includes a rotary mirror provided rotatably,
The illuminating device according to claim 1, wherein the rotating mirror is installed so as to scan a laser beam by rotation and irradiate the phosphor encapsulated in a linear shape with the laser beam.
レーザ光が前記蛍光体により変換された蛍光は、前記蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面から放射される、請求項1に記載の照明装置。 The fluorescent part includes a fluorescent plate in which the phosphor is enclosed,
The illuminating device according to claim 1, wherein fluorescence obtained by converting laser light by the phosphor is emitted from a surface to be irradiated on the side on which the fluorescent plate is irradiated with laser light.
レーザ光が前記蛍光体により変換された蛍光は、前記蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面と、前記被照射面と反対側の裏面との両方から放射される、請求項1に記載の照明装置。 The fluorescent part includes a fluorescent plate in which the phosphor is enclosed,
The fluorescence in which laser light is converted by the phosphor is emitted from both an irradiated surface on the side where the phosphor plate is irradiated with laser light and a back surface opposite to the irradiated surface. The lighting device described.
前記蛍光部で反射されたレーザ光は、前記蛍光部に再度照射されて蛍光に変換される、請求項1に記載の照明装置。 A part of the laser light directly irradiated on the fluorescent part from the reflective part is reflected by the fluorescent part,
The illumination device according to claim 1, wherein the laser light reflected by the fluorescent part is irradiated again on the fluorescent part and converted into fluorescent light.
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