(57)【要約】【課題】レーザー光を光源とする照明装置の放熱効率を高める。【解決手段】照明装置１００は、レーザー光Ｌを一端面２１で受け入れ、レーザー光Ｌを放出する開口部２５を他端面２２に有する筒状の筐体２０と、開口部２５を塞ぐように筐体２０の他端面２２に接触し、開口部２５を通過したレーザー光Ｌが照射されることによりレーザー光Ｌとは異なる波長の光を発する発光部３０と、筐体２０の内部空間２３に配置されて、レーザー光Ｌを発光部３０に集光する集光レンズ４０と、を備えている。開口部２５は、内部空間２３でのレーザー光Ｌの光軸方向から見ると、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット形状よりも大きく、集光レンズ４０の外形よりも小さい形状である。【選択図】図３
2017069110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を光源とする照明装置であって、
前記レーザー光を一端面で受け入れ、前記レーザー光を放出する開口部を他端面に有する筒状の筐体と、
前記開口部を塞ぐように前記筐体の前記他端面に接触し、前記開口部を通過した前記レーザー光が照射されることにより前記レーザー光とは異なる波長の光を発する発光部と、
前記筐体の内部空間に配置されて、前記レーザー光を前記発光部に集光する集光レンズと、を備え、
前記開口部は、前記内部空間での前記レーザー光の光軸方向から見ると、前記発光部における前記レーザー光のスポット形状よりも大きく、前記集光レンズの外形よりも小さい形状である
照明装置。
【請求項２】
前記開口部をなす前記筐体の第一内周面は、前記内部空間をなす前記筐体の第二内周面よりも内方に突出している
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記内部空間をなす内周面のうち、前記集光レンズから前記開口部までの少なくとも一部の領域が、前記発光部側が細くなるテーパー面に形成されている
請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
さらに、
前記筐体の他端面に接合された状態で、前記発光部の外周面に接触して当該発光部を保持する保持部を備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記発光部と、前記保持部との隙間には、熱伝導性を有する充填剤が充填されている
請求項４に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光を光源とする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバーにより伝送されるレーザー光を励起光として蛍光体を発光させ、所望の光色に変換して照明する照明装置がある。例えば、特許文献１には、このような照明装置に関連する技術が記載されている。特許文献１に示される照明装置では、蛍光体で発生した熱を放熱するヒートシンクが備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６５１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、蛍光体で発生する熱をより効率的に放熱することが望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、レーザー光を光源とする照明装置の放熱効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る照明装置は、レーザー光を光源とする照明装置であって、レーザー光を一端面で受け入れ、レーザー光を放出する開口部を他端面に有する筒状の筐体と、開口部を塞ぐように筐体の他端面に接触し、開口部を通過したレーザー光が照射されることによりレーザー光とは異なる波長の光を発する発光部と、筐体の内部空間に配置されて、レーザー光を発光部に集光する集光レンズと、を備え、開口部は、内部空間でのレーザー光の光軸方向から見ると、発光部におけるレーザー光のスポット形状よりも大きく、集光レンズの外形よりも小さい形状である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザー光を光源とする照明装置の放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る照明装置の使用態様を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】比較例に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】変形例１に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】変形例２に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る照明装置について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【００１１】
（実施の形態）
以下、実施の形態について説明する。
【００１２】
［照明装置の使用態様］
まず、実施の形態に係る照明装置の使用態様について説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係る照明装置の使用態様を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、照明装置１００は、建築物の一つであるショーウィンドウ３０１の天井、および、床の複数箇所に取り付けられており、マネキン３０３を照らすスポットライトとして機能している。また、ショーウィンドウ３０１の外には、光源装置１４９が備えられている。光源装置１４９から発せられたレーザー光は、ショーウィンドウ３０１の外部に配線された光ファイバー１５０によって各照明装置１００まで伝送されている。
【００１５】
光源装置１４９は、レーザー光を発生させ、光ファイバー１５０を用いて複数の照明装置１００に対しレーザー光を供給する装置である。具体的に例えば、光源装置１４９は、青紫〜青色（４３０〜４９０ｎｍ）の波長のレーザー光を放射する半導体レーザー素子を複数個備えている。このように、半導体レーザー素子を１箇所に配置することで、半導体レーザー素子を冷却する冷却装置を集中して配置することができ、冷却効率を高めることができるとともに、排熱などを水の加温などに利用することが可能となる。
【００１６】
照明装置１００は、光ファイバー１５０から伝送されたレーザー光を励起光源として白色光を放射する装置である。
【００１７】
［照明装置の構成］
以下、照明装置１００の構成について説明する。
【００１８】
図２は、実施の形態に係る照明装置１００の概略構成を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る照明装置１００の概略構成を示す断面図である。
【００１９】
図２および図３に示すように、照明装置１００は、筐体２０と、発光部３０と、集光レンズ４０とを備えている。
【００２０】
筐体２０は、レーザー光Ｌを一端面２１から受け入れ、内部空間２３を通過したレーザー光Ｌを他端面２２から放出する筒状の筐体である。なお、本実施の形態では、長尺な直方体の外形と、円柱状の内部空間２３とを有する筐体２０を例示するが、筐体は、内部が中空の筒体であればその形状は如何様でもよい。筐体２０の他の形態としては、例えば角筒または円筒などが挙げられる。そして、筐体２０は、例えばアルミニウム、銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成されている。
【００２１】
筐体２０の一端面２１には、外部と内部空間２３とを連通する連通口２４が形成されている。連通口２４には、光ファイバー１５０の先端部に取り付けられたフェルール１５１が装着される。フェルール１５１は、例えば、ステンレス、セラミックスまたは樹脂等から形成された筒状の部材であり、連通口２４に嵌合されることで、光ファイバー１５０を筐体２０に固定する。
【００２２】
内部空間２３は、円柱状の空間であり、レーザー光Ｌの光軸Ｌ１上に集光レンズ４０が配置されている。
【００２３】
筐体２０の他端面２２には、レーザー光Ｌを外部に放出する開口部２５が形成されている。開口部２５は、内部空間２３でのレーザー光Ｌの光軸Ｌ１方向から見ると円形状に形成されている。なお、以降の説明において、光軸Ｌ１方向から見ることを光軸方向視と称す。開口部２５をなす筐体２０の第一内周面２６は、内部空間２３をなす筐体２０の第二内周面２７よりも内方に突出している。具体的には、筐体２０の他端側の内部には、光軸Ｌ１に向けて突出した、光軸方向視で環状の鍔部２７１が形成されている。鍔部２７１の形状および大きさは、集光レンズ４０によって集光されたレーザー光Ｌを鍔部２７１が遮らない形状および大きさであればよい。鍔部２７１の内周面は、第二内周面２７に平行な面であり、第一内周面２６である。そして、第一内周面２６の内径Ｄ１は、第二内周面２７の内径Ｄ２よりも小さい。内径Ｄ１は５ｍｍ以下であることがよい。内径Ｄ２は内径Ｄ１よりも大きく１０ｍｍ以下であることがよい。
【００２４】
なお、第一内周面２６は、他端部側が細くなるテーパー面であってもよい。この場合、最も細い部分の内径が内径Ｄ１に相当する。
【００２５】
発光部３０は、開口部２５を通過したレーザー光Ｌが照射されることによりレーザー光とは異なる波長の光を発する光学素子である。発光部３０は、開口部２５を塞ぐように筐体２０の他端面２２に接触して配置されている。発光部３０を筐体２０の他端面２２に固定する方式としては、例えば接着剤によって筐体２０の他端面２２に発光部３０を接着固定する方式、図示しない周知の固定機構によって筐体２０の他端面２２に発光部３０を固定する方式等が挙げられる。
【００２６】
そして、発光部３０は、基板３１と、蛍光部３２とを備えている。
【００２７】
基板３１は、蛍光部３２を保持した状態で、筐体２０の他端面２２に取り付けられた板体である。基板３１は、例えばガラス、サファイアなどの透光性材料から形成されている。基板３１は、矩形板状に形成されている。基板３１の一例としては、光軸方向視で１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形をなす板体である。この基板３１の外側を向く主面に蛍光部３２が積層されている。
【００２８】
蛍光部３２は、例えば、レーザー光Ｌによって励起されて蛍光を発する蛍光体の粒子を分散状態で備えており、レーザー光Ｌの照射により蛍光体が蛍光を発する。このため、蛍光部３２の外方の主面が発光面となる。具体的に、蛍光部３２は、透明な樹脂やガラスからなる基材の内部に蛍光体の粒子が分散されているもの、または、蛍光体の粒子を固めたもの等を例示できる。つまり蛍光部３２は、レーザー光を蛍光に変換する波長変換部材であると言える。蛍光部３２は、光軸方向視で円形の板状に形成されて基板３１に積層されている。蛍光部３２の外径は、例えば７ｍｍ以下であることがよい。
【００２９】
本実施の形態の場合、蛍光部３２は白色光を放射するものであり、レーザー光Ｌの照射によって赤色を発光する第一蛍光体、青色を発光する第二蛍光体、緑色を発光する第三蛍光体の３種類の蛍光体が適切な割合で含まれている。
【００３０】
蛍光体の種類および特性は特に限定されるものではないが、比較的高い出力のレーザー光が励起光となるため、熱耐性が高いものが望ましい。また、蛍光体を分散状態で保持する基材の種類は特に限定されるものではないが、透明性が高ければ、白色光の放射効率も高くなるのでよい。また、比較的高い出力のレーザー光が入射するため、耐熱性の高いものがよい。
【００３１】
ここで、発光部３０は、レーザー光Ｌのビーム径を変更させる光学系を備えていてもよく、レーザー光を蛍光体に効率よく照射するための機能膜、光を散乱させる散乱粒子などを備えていてもかまわない。
【００３２】
集光レンズ４０は、筐体２０の内部空間２３に配置されて、レーザー光を発光部３０に集光するレンズである。具体的に、集光レンズ４０は、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット径Ｄ３を所定の範囲に収めることのできる位置に配置されている。ここで、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット形状は光軸方向視で円形であり、スポット径Ｄ３の所定の範囲は３ｍｍ以下である。
【００３３】
また、集光レンズ４０は、光軸方向視で円形であり、筐体２０の内部空間２３と同形状となっている。つまり、集光レンズ４０は、内部空間２３の内径Ｄ２と実質的に同じ外径となっている。そして、集光レンズ４０と、開口部２５をなす第一内周面２６と、内部空間２３をなす第二内周面２７と、レーザー光Ｌのスポット形状とは、光軸方向視で光軸Ｌ１を軸心とした同心円となっている。
【００３４】
ここで、筐体２０においては、内部空間２３の所定位置で集光レンズ４０を保持するための周知の保持機構（図示省略）を備えているが、保持機構の種類によっては、集光レンズ４０の外径と、内部空間２３の内径Ｄ２とが一致しない場合もある。また、本実施の形態では、１つの集光レンズ４０によってレーザー光Ｌを集光する場合を例示したが、複数のレンズによってレーザー光Ｌを集光してもよい。
【００３５】
次に、照明装置１００の作用について説明する。
【００３６】
光ファイバー１５０から筐体２０の内部空間２３に照射されたレーザー光Ｌは、集光レンズ４０によって発光部３０の基板３１に対して集光される。基板３１を介して蛍光部３２に入射したレーザー光Ｌは、当該蛍光部３２によって白色光に変換されて、放出される。レーザー光Ｌの照射中においては発光部３０は発熱するが、その熱量は、発光部３０と筐体２０との接触部分から筐体２０に伝わって放熱され、常に熱的に安定した状態が保たれる。
【００３７】
また、発光部３０においては、レーザー光Ｌのスポット部分が最も高温となる。鍔部２７１が内部空間２３をなす第二内周面２７よりもスポット部分に近づいた位置に配置されているので、発光部３０における比較的高温な部分から鍔部２７１に熱量を伝えることができる。したがって、発光部３０におけるスポット部分の温度上昇を抑制することができる。
【００３８】
［比較例］
次に、比較例としての照明装置２００について説明する。
【００３９】
図４は、比較例としての照明装置２００の概略構成を示す断面図であり、具体的には図３に対応した図である。なお、以下の説明において、上記実施の形態の照明装置１００と同一部分においては同一の符合を付しその説明を省略する場合がある。
【００４０】
図４に示すように照明装置２００の筐体２０ａにおいては、開口部２５ａと、筐体２０ａの内部空間２３ａとが同一の内径となっている。つまり、本実施の形態の照明装置１００と比べて、発光部３０と筐体２０ａとの接触面積が小さく、放熱効率が高くない。また、本実施の形態の照明装置１００と比べると、比較例である照明装置２００は、鍔部２７１がないために、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット部分から離れた位置で、発光部３０の熱量が筐体２０ａに伝導する。つまり、比較例の照明装置２００においては、本実施の形態の照明装置１００よりも、発光部３０におけるスポット部分が高温となってしまう。
【００４１】
［効果など］
以上のように、本実施の形態によれば、光軸方向視で、開口部２５が、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット形状よりも大きく、集光レンズ４０の外形よりも小さい円形状であるので、発光部３０と筐体２０との接触面積を大きくすることができ、放熱効率を高めることができる。
【００４２】
また、開口部２５をなす筐体２０の第一内周面２６が、内部空間２３をなす筐体２０の第二内周面２７よりも内方に突出している。このような構成であるため、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット部分に近づいた位置で筐体２０と発光部３０とを接触させることができる。したがって、発光部３０におけるスポット部分の温度上昇度を抑制することができる。
【００４３】
［変形例１］
次に、本実施の形態に係る変形例１について説明する。
【００４４】
図５は、変形例１に係る照明装置１００Ｂの概略構成を示す断面図であり、具体的には図３に対応した図である。なお、変形例１においては、実施の形態に係る照明装置１００と異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
図５に示すように、照明装置１００Ｂは、筐体２０ｂの内部空間２３ｂをなす内周面２７ｂのうち、集光レンズ４０から開口部２５までの少なくとも一部の領域が、発光部３０側が細くなるテーパー面２７２ｂに形成されている。ここで、光軸Ｌ１を含む平面において、集光レンズ４０によって集光されたレーザー光Ｌの周縁光線と、光軸Ｌ１とがなす角度θ１と、光軸Ｌ１とテーパー面２７２ｂとがなす角度θ２とは、θ２≧θ１の関係を満たしている。これにより、集光レンズ４０によって集光されたレーザー光Ｌをテーパー面２７２ｂが妨げない。
【００４６】
このように、内部空間２３ｂをなす内周面２７ｂのうち、少なくとも一部がテーパー面２７２ｂとなっているので、筐体２０ｂの内部形状をレーザー光Ｌに沿った形状とすることができる。つまり、筐体２０ｂの外形を大きくしなくとも筐体２０ｂの質量を増加させることができるので、筐体２０ｂ自体の熱容量を高めて、放熱効率を向上させることができる。
【００４７】
［変形例２］
次に、本実施の形態に係る変形例２について説明する。
【００４８】
図６は、変形例２に係る照明装置１００Ｃの概略構成を示す断面図であり、具体的には図３に対応した図である。なお、変形例２においては、実施の形態に係る照明装置１００と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図６に示すように、照明装置１００Ｃは、筐体２０の他端面２２に接合された状態で、発光部３０を保持する保持部５０を備えている。
【００５０】
保持部５０は、光軸方向視で、発光部３０の全周を囲っており、当該外周面に接触している。具体的には、保持部５０は、発光部３０の基板３１の外周面に接触する第一接触部５１と、蛍光部３２の外周面に接触する第二接触部５２とを一体的に備えている。第一接触部５１は、基端部が筐体２０の他端面２２に接合された環状部である。第一接触部５１の基端部側の内周面が基板３１の外周面に接触している。第二接触部５２は、第一接触部５１の先端部側の内部から光軸Ｌ１に向けて突出し、蛍光部３２の外周面に接触している。そして、保持部５０は、例えばアルミニウム、銅などの熱伝導性が比較的高い金属により形成されている。
【００５１】
このように、保持部５０が筐体２０の他端面２２に接合された状態で、発光部３０の外周面に接触しているので、発光部３０の熱量を保持部５０を介して、筐体２０および外部に放熱することができる。したがって、放熱効率をより高めることができる。
【００５２】
ここで、保持部５０と発光部３０との接触には、両者が直接的に接触している場合と、充填剤を介して間接的に接触している場合とを含む。直接的な接触と、間接的な接触とが混在していてもよい。充填剤としては、例えばグリースなどの熱伝導性を有する充填剤などが挙げられる。発光部３０と、保持部５０との間に充填剤を介在させることによって、発光部３０と保持部５０との隙間を埋めて、発光部３０の熱量を確実に保持部５０に伝導させることができる。
【００５３】
なお、保持部５０は、発光部３０から放出された照明光を遮らない範囲であれば、蛍光部３２の発光面に接触していてもよい。発光部３０と保持部５０との接触面積をより大きくすることができるので、放熱効率の観点から好ましい。
【００５４】
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る照明装置について、上記実施の形態および変形例１，２に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００５５】
上記実施の形態では、照明装置１００の外部に半導体レーザー素子を備えた光源装置１４９が設けられ、光ファイバー１５０によりレーザー光を伝送して照明装置１００内に導入していたが、この態様に限定されるものではない。例えば、照明装置１００は、筐体２０の一端部に、光軸Ｌ１のレーザー光Ｌを放射することのできる半導体レーザー素子を備えていてもかまわない。
【００５６】
また、発光部３０は、レーザー光Ｌのビーム径を広げる光学系など種々の光学系を備えるものでもかまわない。例えば、入射したレーザー光を効率よく蛍光体に照射するための反射膜などを光学系として備えていてもよく、また、発光部３０が放射した光を拡散して放出する透光性のカバーなどを光学系として備えてもかまわない。
【００５７】
また、上記実施の形態では、光軸方向視で開口部２５が円形状である場合を例示して説明した。しかし、開口部は、光軸方向視で、発光部３０におけるレーザー光Ｌのスポット形状よりも大きく、集光レンズ４０の外形よりも小さい形状であれば、いかなる形状であってもよい。その他の形状としては、例えば多角形状、楕円形状などが挙げられる。
【００５８】
その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
２０，２０ａ，２０ｂ  筐体
２１  一端面
２２  他端面
２３，２３ａ，２３ｂ  内部空間
２５，２５ａ  開口部
２６  第一内周面
２７  第二内周面
２７ｂ  内周面
３０  発光部
４０  集光レンズ
５０  保持部
１００，１００Ｂ，１００Ｃ，２００  照明装置
２７２ｂ  テーパー面
Ｌ  レーザー光
Ｌ１  光軸
【図１】
2017069110.tif 000003
【図２】
2017069110.tif 000004
【図３】
2017069110.tif 000005
【図４】
2017069110.tif 000006
【図５】
2017069110.tif 000007
【図６】
2017069110.tif 000008