JP2019169251A - 照明装置、及びレーザダイオード - Google Patents
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Abstract
Description
また、このような照明装置には、複数の半導体レーザのレーザ光が照射されて蛍光を発する蛍光体と、この蛍光を配光制御して照明光として出射する反射鏡とを備えたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
本発明は、レーザ光の一部が外部へ直接漏れ出すことを抑制できる照明装置、及びレーザダイオードを提供することを目的とする。
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2)
投光装置1は、照射対象に照明光をあてて投光照明する照明装置であり、図1に示すように、装置本体2と、当該装置本体2を支持する取付アーム4と、を備えている。
装置本体2は、出射口6Aが正面(前面)に開口した略円筒状の筐体6と、筐体6の背面6Bに取り付けられた放熱部8を備えている。本実施形態では、筐体6は、熱伝導率が高い例えばアルミニウムを用いたダイキャスト成型によって形成されている。
放熱部8は、光源の熱を放熱する放熱機構であり、筐体6の背面6B(図2(B))の側に配置される複数の放熱フィン8Aと、背面6Bの熱を放熱フィン8Aの各々に伝熱する複数本(図2(B))のヒートパイプ8Bとを備えている。投光装置1はレーザダイオード28(図3)を光源に備え、この光源の発熱が筐体6の背面6Bに伝えられるが、これについては後述する。
取付アーム4は、コ字状に成形された板状部材であり、筐体6の正面視両側に設けられた円板状のアーム取付片5に結合される。すなわち、取付アーム4は、ボルトなどによって設置面に固定される板状の固定部4Aと、固定部4Aから延びてアーム取付片5に回動自在に連結される一対の支持部4Bとを備えている。これにより、装置本体2が取付アーム4によって設置面に回動自在に固定され、投光装置1の取付角度が変更自在になっている。
装置本体2には、図3に示すように、発光部12と、蛍光部材14と、反射鏡ユニット10と、支持バー24と、が設けられている。
発光部12は、投光装置1の光源である後述する複数のレーザダイオード28を備え、蛍光部材14に青色のレーザ光Rを照射する。
蛍光部材14は、発光部12の光を受けて蛍光を発するものである。具体的には、蛍光部材14は、励起光であるレーザ光Rの照射によって励起されて蛍光を発する蛍光体20と、この蛍光体20を保持する蛍光保持部22と、を備える。本実施形態の蛍光体20には、LAG系の蛍光体粒子をスカンジウム等からなる無機バインダーに混合したごく薄い膜状体(LAG−Sc)が用いられており、蛍光保持部22の表面に正面視円形に印刷されることによって形成されている。この蛍光体20は、青色のレーザ光Rによって励起され、黄色の蛍光を発する。
反射鏡ユニット10は、蛍光部材14の蛍光を反射して照明光として出射する反射型光学部材であり、凹状の反射面10Aを有し、反射面10Aの開口が上記出射口6Aに配置される。本実施形態では、反射面10Aは、蛍光体20の配置位置を焦点fとする放物面であり、蛍光体20の蛍光が反射面10Aの反射によって平行化され光軸K方向に出射される。
発光部12は、上述の通り、複数のレーザダイオード28を有し、さらに、これらのレーザダイオード28が載置される取付ベース16と、レーザダイオード28の各々に設けられた集光レンズ30、及びスリット部材32と、を備える。なお、図4では、矢印Xで示す1つを除いて他の集光レンズ30の図示を省略している。また図5では、矢印Yで示す1組を除いて集光レンズ30、及びスリット部材32を適宜に省略する。
集光レンズ30は、レーザダイオード28のレーザ光Rを制御する光制御部材であり、レーザ光Rを焦点fに集光する。
スリット部材32は、レーザダイオード28と集光レンズ30の間に設けられ、後述するレーザ光Rの乱反射成分rを遮蔽する部材である。
なお、これら集光レンズ30、及びスリット部材32については後に詳述する。
そこで、投光装置1では、入射角αを10度〜60度の範囲(本実施形態では、入射角α=30度)としている。
レーザダイオード28は、図7に示すように、青色のレーザ光Rを出力するレーザダイオードチップ34と、当該レーザダイオードチップ34を収めたケース36と、を有し、このケース36の内部には、例えばアルゴンガス等の希ガスが充填されている。
キャップ40は、これら放熱台44、及びレーザダイオードチップ34を覆う断面コ字状の部材である。キャップ40の天面40Aには、レーザ光Rの出射口となる開口部46が開口し、この開口部46は前面ガラス48によって閉塞されている。当該前面ガラス48には、前面ガラス48でのレーザ光Rの反射を抑制するためのARコート膜が設けられている。
集光レンズ30は、上述の通り、レーザダイオード28のレーザ光Rを反射面10Aの焦点fにレーザ光Rを集光する光制御部材であり、さらに本実施形態の集光レンズ30は、レーザ光Rの光束断面形状Tを制御する。
同図に示すように、集光レンズ30は、レーザダイオード28が出射するレーザ光Rの光束断面形状Tが焦点fにおいて真円や正方形形状に近付くように当該レーザ光Rの拡がり角を制御している。
同図に示すように、レーザダイオード28が出射するレーザ光Rは、その光束断面形状Tがレーザ光Rの進行方向Qに垂直な垂直断面(光束断面)C2において短手方向Pxdと、長手方向Pydとを有した形状(略矩形、或いは略楕円形)となっている。
具体的には、このスリット部材32には、そこを通るレーザ光Rの光束断面形状Tに合わせた形状のスリット60が形成されている。そして、スリット部材32は、このスリット60の長手方向である第2方向Pyと、レーザ光Rの光束断面形状Tの長手方向Pydと、が揃うようにレーザダイオード28のケース36の開口部46に密着配置されている。これにより、スリット部材32のスリット60からはレーザ光Rのみが出射されて集光レンズ30に入射されるようになっている。このように、スリット部材32が乱反射成分rを遮蔽することで、投光装置1の出射口6Aからのレーザ光Rの漏れが防止される。
スリット60は、第1方向Pxが開口幅Dxであり、第2方向Pyが開口幅Dyの正面視略矩形状に形成されており、これら開口幅Dx、及び開口幅Dyが、そこを通るレーザ光Rの第1方向Px、及び第2方向Pyの大きさに合わせて設定されている。
なお、同図に示す関係は、スリット60における開口幅Dyが約1.5mmであり、レーザ光Rの第1方向Pxの第1拡がり角θ1と、第2方向Pyの第2拡がり角θ2との比が約1:7であるときに得られた結果である。
一方、開口幅Dxが0.5mm以上になると、投光装置1の照射野には乱反射成分rが生じることを発明者らは目視によって確認した。
そこで、本実施形態では、スリット60の開口幅Dxと開口幅Dyの比率を、レーザ光Rの第1方向Pxの第1拡がり角θ1と、第2方向Pyの第2拡がり角θ2との比と概ね一致させることで、出射光量を最大としつつ、乱反射成分rを最小に抑えるようにしている。
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2) (1)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2) (2)
一方、上述のように、本実施形態のスリット60は、開口幅Dxが0.2mmであり、開口幅Dyが1.5mmであるので、上記(1)、及び(2)式を満足していることが分かる。
これにより、レーザダイオード28で生じたレーザ光Rの乱反射成分rがスリット部材32によって遮蔽され、集光レンズ30への入射が抑えられるので、レーザ光Rを集光レンズ30に通すことで得られる照明光とともに、乱反射成分rが出射されてしまうことを防止できる。
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2)
これにより、投光装置1の出射光量を略最大としつつ、乱反射成分rを十分に抑えることができる。
上述の通り、集光レンズ30への乱反射成分rの入射が抑えられるので、当該乱反射成分rが蛍光体20の側へレーザ光Rとともに集光レンズ30から出射され、さらに当該蛍光体20を逸れて、そのまま出射されてしまうこともない。
6A 出射口
10 反射鏡ユニット(反射鏡)
10A 反射面
12 発光部
14 蛍光部材
20 蛍光体
22A 平面反射面
24 支持バー
27 孔部
28 レーザダイオード
30 集光レンズ(光制御部材)
30A 出射面
32 スリット部材
34 レーザダイオードチップ
36 ケース
40 キャップ
46 開口部
48 前面ガラス
60 スリット
Dx、Dy 開口幅
L 距離
Px 第1方向
Py 第2方向
Pxd 短手方向
Pyd 長手方向
Q 進行方向
R レーザ光
T 光束断面形状
f 焦点
r 乱反射成分
θ1 第1拡がり角
θ2 第2拡がり角
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2)
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2)
Claims (6)
- レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記レーザ光を制御する光制御部材と、を備えた照明装置において、
前記レーザダイオードは、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、
前記レーザダイオードが出射する前記レーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、
スリットが形成されたスリット部材が前記光制御部材と前記開口部との間に設けられ、
前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と、前記スリットの長手方向と、が一致している
ことを特徴とする照明装置。 - 前記レーザダイオードが出射するレーザ光は、
光束断面形状における第1方向Pxに第1拡がり角θ1で拡がり、当該第1方向Pxと直交する第2方向Pyに第2拡がり角θ2で拡がり、かつ前記第1拡がり角θ1が第2拡がり角θ2より小さくなっており、
前記スリット部材のスリットは、
前記第1方向Pxの開口幅Dx、及び、前記第2方向Pyの開口幅Dyを有し、
Lを前記レーザダイオードチップから前記スリットまでの距離としたとき、それぞれ次の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
2×L×tan((θ1)/2)<Dx<6×L×tan((θ1)/2)
2×L×tan((θ2)/2)<Dy<6×L×tan((θ2)/2) - 前記光制御部材は、前記第1方向Pxと、前記第2方向Pyと、で異なる曲率半径を有するバイコーニックレンズである
ことを特徴とする請求項2に記載の照明装置。 - 前記光制御部材は、
前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と短手方向との比を「1」に近付けるレンズである
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の照明装置。 - 前記光制御部材によって制御されたレーザ光によって蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光体の配置位置に焦点を有し、前記蛍光体の蛍光を反射して照明光を出射する凹面状の反射鏡と、を備えた
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の照明装置。 - 照明装置の光源に用いられるレーザダイオードであって、
レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、
前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、
前記レーザダイオードが出射するレーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、
スリットが形成されたスリット部材が前記開口部に設けられ、
前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と前記スリットの長手方向と、が一致している
ことを特徴とするレーザダイオード。
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