特開 2024-78061 照明用光ファイバ光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078061

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】照明用光ファイバ光源

(51)【国際特許分類】

   F21V 8/00 20060101AFI20240603BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240603BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20240603BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240603BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240603BHJP

【ＦＩ】

F21V8/00 210

F21V8/00 241

F21V8/00 282

G02B6/42

G02B6/32

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190391

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】300081763

【氏名又は名称】セーレンＫＳＴ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003524

【氏名又は名称】弁理士法人愛宕綜合特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】姫野 明

(72)【発明者】

【氏名】矢部 勇多

(72)【発明者】

【氏名】川崎 修

(72)【発明者】

【氏名】岩端 一樹

(72)【発明者】

【氏名】吉田 哲文

(72)【発明者】

【氏名】堀井 浩一

(72)【発明者】

【氏名】亀井 洋次郎

【テーマコード（参考）】

2H137

【Ｆターム（参考）】

2H137AA10

2H137AB06

2H137BA02

2H137BB02

2H137BB17

2H137BB25

2H137BC02

2H137DA02

2H137FA06

(57)【要約】

【課題】任意の色を発光することが容易であると共に、発光した光を高い効率で照明用光ファイバに導入することが可能で、発光源の小型化、低消費電力化及びコスト低減が可能な照明用光ファイバ光源を提供する。
【解決手段】波長の異なる複数の光を光ファイバに導入して発光する照明用光ファイバ光源であって、前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバの入力端面に向かって収束するように傾斜する照明用光ファイバ光源。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる複数の光を光ファイバに導入して発光する照明用光ファイバ光源であって、前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバの入力端面に向かって収束するように傾斜することを特徴とする照明用光ファイバ光源。

【請求項2】

前記光ファイバのコア直径が１００μｍ以上である請求項１に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項3】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源における発光点から前記光ファイバの入力端面までの距離が１００～１０００μｍである請求項１または２に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項4】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源が一体となって気密封止され、１つのモジュールとなっている請求項１または２に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項5】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源及び前記光ファイバの入力端面を含む部分が一体となって気密封止され、１つのモジュールとなっている請求項１または２に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項6】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源と光ファイバの入力端面の中間領域であって、前記モジュールの外部にレンズが設置されている請求項４に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項7】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源と光ファイバの入力端面の中間領域であって、前記モジュールの内部にレンズが設置されている請求項４に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項8】

前記波長の異なる複数の光が、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を含む請求項１または２に記載された照明用光ファイバ光源。

【請求項9】

前記波長の異なる複数の光が、それぞれレーザダイオードを発光源とする請求項１または２に記載された照明用光ファイバ光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長の異なる複数の光を光ファイバに導入して発光する照明用光ファイバ光源であって、前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバの入力端面に向かって収束するように傾斜することを特徴とする照明用光ファイバ光源に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、各種の電光掲示板等において、格子状にＬＥＤを並べて発光させて、文字や模様を表示するドットマトリクスＬＥＤが一般的に用いられている。しかし、前記ドットマトリクスＬＥＤは点発光であることから、広告や宣伝等を目的とする装飾等において、なめらかな曲線を発光表示することが困難である。

【0003】

前記なめらかな曲線を発光表示するために、従来はガラス管にネオンガス等を封入したネオン管が用いられてきたが、消費電力が高く、寿命も短いことから、複数のＬＥＤからの発光を細長の円柱状の透明ガラスまたはアクリル樹脂を素材とする発光体の端面に導入し、フルカラー発光させることが可能なＬＥＤ発光装置が知られている（特許文献１参照）。

【0004】

また、赤色、緑色及び青色のそれぞれの蛍光体が均一に分散したクラッドを有する光ファイバのコアにレーザダイオードからの紫外光を伝送し、クラッド内に漏れた紫外光が前記蛍光体を励起することで前記蛍光体から光（蛍光）が発光し、その光がクラッドの側面から漏れて視認される光ファイバ発光体も知られている（特許文献２参照）。

【0005】

しかし、前記ＬＥＤ発光装置は、発光源である複数のＬＥＤを並列に用いると共に複数のＬＥＤの発光方向が平行であること、及びＬＥＤが配光する角度（光軸中心を基準とし、光軸中心から最も遠い配光までの角度、以下「配光角度」とする。）が大きいことから、前記複数のＬＥＤから発光されたそれぞれの光を均等な割合で前記発光体に導入することが容易ではないため、前記発光装置の発光色を変更する際、任意の色を発光することが困難であると共に、発光源の小型化や光強度の大きな発光を得ることが困難であるという問題がある。また、前記光ファイバ発光体は蛍光体を用いて発光していることから、前記光ファイバ発光体の発光色を変更して任意の色を発光することが困難であると共に、市販の透明な光ファイバではなく、クラッドに蛍光体が分散した、特殊な光ファイバを用いることからコスト低減に限界があるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２－２３１００５号公報

【特許文献2】特開２００６－０８５９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、任意の色を発光することが容易であると共に、発光した光を高い効率で照明用光ファイバに導入することが可能で、発光源の小型化、低消費電力化及びコスト低減が可能な照明用光ファイバ光源を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、波長の異なる複数の光を光ファイバに導入して発光する照明用光ファイバ光源であって、前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバの入力端面に向かって収束するように傾斜することを特徴とする照明用光ファイバ光源を提供する。

【0009】

前記光ファイバのコア直径が１００μｍ以上であることが好ましい。

【0010】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源における発光点から前記光ファイバの入力端面までの距離が１００～１０００μｍであることが好ましい。

【0011】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源が一体となって気密封止され、１つのモジュールとなっていることが好ましい。

【0012】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源及び前記光ファイバの入力端面を含む部分が一体となって気密封止され、１つのモジュールとなっていることが好ましい。

【0013】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源と光ファイバの入力端面の中間領域であって、前記モジュールの外部にレンズが設置されていることが好ましい。

【0014】

前記波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源と光ファイバの入力端面の中間領域であって、前記モジュールの内部にレンズが設置されていることが好ましい。

【0015】

前記波長の異なる複数の光が、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を含むことが好ましい。

【0016】

前記波長の異なる複数の光が、それぞれレーザダイオードを発光源とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、各種の電光掲示板、及び広告や宣伝等を目的とする装飾等において、なめらかな曲線を発光表示することが可能な照明用光ファイバ光源を提供することができる。本発明の照明用光ファイバ光源は、波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバの入力端面に向かって収束するように傾斜していることから、前記波長の異なる複数の光のそれぞれの光を均等に光ファイバの入力端面から光ファイバに導入することができ、複数の光のそれぞれの発光源の光強度を制御することにより、加法混色の原理にしたがって、照明用光ファイバ光源として任意の色を発色することが容易であると共に、発光源の小型化及びコスト低減を可能とする。また、発光源としてレーザダイオードを用いているので、光強度の大きな照明用光ファイバ光源を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の照明用光ファイバ光源の概略図である。

【図2】本発明における実施例１の照明用光ファイバ光源における入力端面周辺の上面図である。

【図3】本発明における実施例２～４の照明用光ファイバ光源における入力端面周辺の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を実施するための実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

【0020】

図１は、本発明の照明用光ファイバ光源１００の概略図を示す。図示を省略したが、光ファイバ１０３の左側において、波長の異なる複数の光のそれぞれの発光源の発光方向が前記光ファイバ１０３左側の入力端面に向かって収束するように傾斜する発光源が存在しており、当該発光源から発光された入力光１０１を光ファイバ１０３左側の入力端面に導入する。光ファイバ１０３の内部に導入された入力光１０１は、光ファイバ１０３の内部を伝搬しながら、拡散光１０２を外部に放射することにより、本発明の照明用光ファイバ光源となる。光ファイバ１０３の長さは必要に応じて任意の長さを用いることができ、特に限定されない。照明用光ファイバ光源１００は、ドットマトリクスＬＥＤのＬＥＤに代替する光源として用いてもよいし、広告や宣伝等を目的とする装飾に用いる従来のネオン管に代替する光源として用いてもよく、用途は特に限定されない。

【0021】

本発明における「波長の異なる複数の光」としては、例えば、波長が４３０～４９５ｎｍの青色光、４９５～５７０ｎｍの緑色光及び６１０～７７０ｎｍの赤色光を挙げることができるが、これらに限定するものではなく、他に波長の異なる光として、５７０～５９５ｎｍの黄色光、５９５～６１０ｎｍの橙色光、４００～４３０ｎｍの紫色光等を挙げることができる。入力光１０１に波長の異なる複数の光を用いることにより、拡散光１０２として任意の色を発光することが容易となるため、少なくとも光の３原色である青色光、緑色光、及び赤色光を含むことが好ましい。

【0022】

前記波長の異なる複数の光の発光源としては、レーザダイオードや端面発光型のＬＥＤを用いることが好ましい。前記複数の光の発光源について、モニタ回路を用いてそれぞれの光の強度を制御することにより任意の色を発光することが可能である。また、それぞれの光の強度を制御するのではなく、特定の任意の色を発光し続けるように設定してもよい。発光源の小型化で低消費電力化が可能であり、光強度が大きいことから、レーザダイオードを発光源とすることが好ましい。

【0023】

光ファイバ１０３の材料は、石英ガラス等のガラスでもアクリル樹脂等の樹脂であってもよい。コスト低減の目的から市販の光ファイバを用いることが好ましい。光ファイバ１０３は中心部に高屈折率のコア、周辺部に低屈折率のクラッドという２層から構成されている。

【0024】

図２は、実施例１の照明用光ファイバ光源１における入力端面周辺の上面図を示す。共通基板２の上に赤色レーザダイオード３、緑色レーザダイオード４、及び青色レーザダイオード５が載置され、光ファイバ１０３左側の入力端面に向かって、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光を発光する。

【0025】

光ファイバ１０３の長さ方向に対し、赤色レーザダイオード３及び青色レーザダイオード５は傾斜角θ１及び傾斜角θ２で光ファイバ１０３の入力端面に向かって収束するように傾斜していると共に、緑色レーザダイオード４の発光中心軸は光ファイバの中心軸と一致している。ここで、前記傾斜角θ１、θ２は傾斜の向きが逆であるため、正負（±）の符合が異なるがどちらを正（＋）としてもよい。前記傾斜角θ１、θ２は±５～３０度の範囲であることが好ましく、±１０～２５度の範囲であることがさらに好ましい。±５度未満または±３０度を超える場合、各レーザダイオードからの発光を光ファイバ１０３の入力端面におけるコアに導入することが困難となる可能性がある。

【0026】

赤色レーザダイオード３、緑色レーザダイオード４、及び青色レーザダイオード５の発光における配光角度はそれぞれΘ１、Θ２及びΘ３である。前記３つの発光はすべてが前記入力端面の内に含まれていなくてもよいが、照明用光ファイバ光源の光強度を向上するためには、大部分が前記入力端面の内に含まれていることが好ましい。ここで、レーザダイオードにおいて、前記Θ１、Θ２及びΘ３は、水平方向と垂直方向で異なる、いわゆる楕円光であることが多いが、楕円光を含めて大部分の光が前記入力端面の内に含まれていることがより好ましい。

【0027】

また、緑色レーザダイオード４の発光中心軸が必ずしも光ファイバの中心軸と一致している必要はなく、光ファイバの中心軸とずれており、傾斜角を有していてもよい。赤色レーザダイオード３、緑色レーザダイオード４、及び青色レーザダイオード５の位置関係についても、並び順が異なっていてもよく、光ファイバ１０３の入力端面に対して前後方向にずれて載置されていてもよい。

【0028】

光ファイバ１０３は、コア直径１０５及びクラッド厚さ１０６から構成される直径１０４を有しており、「（直径１０４）＝（コア直径１０５）＋（クラッド厚さ１０６）×２」の関係式が成り立つ。前記光ファイバ１０３の入力端面におけるコアから導入された光はコア内を反射しながら伝搬し、反射時にクラッドに漏洩した透過光がクラッドを透過する。通常の光ファイバと異なり照明用光ファイバには、コアとクラッド境界、若しくはクラッド内部、若しくはクラッド表面に特殊な凹凸加工が施されており、光ファイバ１０３からの拡散光として視認される。そのため、前記赤色光、緑色光及び青色光の３つの発光がすべてコアに含まれていることが最も好ましい。
前記コア直径１０５は１００μｍ以上の範囲であることが好ましく、特に上限値は定める必要はない。１００μｍ未満であると各レーザダイオードからの発光を光ファイバ１０３の入力端面におけるコアに導入することが困難となる可能性がある。

【0029】

光ファイバ１０３の入力端面は、各レーザダイオード３、４、５の発光点との間に距離６を有している。前記距離６は、光ファイバ１０３の長さ方向の距離を示す。ここで、前記距離６は、各レーザダイオードで一致しているが、レーザダイオードが光ファイバ１０３の入力端面に対して前後方向にずれて載置された場合は、各レーザダイオードの前記距離６が異なったものとなる。
前記距離６は、１００～１０００μｍの範囲であることが好ましく、１５０～５００μｍの範囲であることがさらに好ましい。１００μｍ未満であると各レーザダイオードからの発光を光ファイバ１０３の入力端面におけるコアに導入することが困難となる可能性があり、１０００μｍを超えるとレーザダイオードからの発光の拡散が大きく、レーザダイオードからの発光を光ファイバ１０３の入力端面におけるコアに効率よく導入できない可能性がある。

【0030】

図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ実施例２～４の照明用光ファイバ光源における入力端面周辺の斜視図を示す。

【0031】

図３（ａ）は、実施例２の照明用光ファイバ光源１’における入力端面周辺の斜視図であり、実施例１における赤色レーザダイオード３、緑色レーザダイオード４、及び青色レーザダイオード５を湿気やほこり等の外部要因から保護すると共に取扱いを容易にするため、封止筐体７により一体となって気密封止して１つのモジュールとしたことを示す。封止筐体７の材料にはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透明性の高い公知の封止材料を用いることができる。各レーザダイオードから発光された複数の光が透過する領域を封止窓８として概念的に示した。

【0032】

図３（ｂ）は、実施例３の照明用光ファイバ光源１’’における入力端面周辺の斜視図であり、実施例２における封止筐体７を光ファイバ１０３の長さ方向に拡張することによって、光ファイバ１０３の入力端面を含む部分までを封止筐体７により一体となって気密封止して１つのモジュールとしたことを示す。光ファイバ１０３の入力端面を含む部分を封止窓８と一体化する際、気密性を容易に保持することを目的として、ハンダ等を用いた気密保持材９を光ファイバ１０３の周囲に用いてもよい。

【0033】

図３（ｃ）は、実施例４の照明用光ファイバ光源１’’’における入力端面周辺の斜視図であり、実施例２における各レーザダイオード３、４、５と光ファイバ１０３の入力端面の中間領域であって、封止筐体７で気密封止されたモジュールの外部にレンズ１０が設置されていることを示す。レンズ１０は各レーザダイオード３、４、５からの光を集光して、光ファイバ１０３の入力端面におけるコアに導入する効率を向上する目的であることから凸レンズであることが好ましいが、必要に応じて凹レンズであってもよい。

【0034】

図３（ｃ）の照明用光ファイバ光源１’’’において、レンズ１０は封止筐体７で気密封止されたモジュールの外部に設置されているが、封止筐体７で気密封止されたモジュールの内部に設置されていてもよい。各レーザダイオード３、４、５の近くにレンズ１０を設置した場合、発光が拡散する前に集光することができるため、レンズ１０のレンズ径を小さくすることが可能となる。

【0035】

前記レンズ１０は１枚のみを用いてもよいが、２枚以上を用いることが好ましい。１枚のみで、レーザダイオードからの発光が拡散した位置で用いた場合、径の大きなレンズを用いる必要があると共に、焦点距離が大きくなることから、発光源の小型化が困難となる場合がある。レンズを２枚以上用いるのであれば、それぞれ径の小さなレンズを用いると共に、焦点距離を小さくすることが可能となる。例えば、凸レンズを前記封止筐体７で気密封止されたモジュールの内部と外部に少なくとも１枚ずつ計２枚以上用いてもよく、前記モジュールの外部に２枚以上用いてもよく、前記モジュールの内部に２枚以上用いてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１、１’、１’’、１’’’ 照明用光ファイバ光源
２ 共通基板
３ 赤色レーザダイオード
４ 緑色レーザダイオード
５ 青色レーザダイオード
６ レーザダイオードの発光点から光ファイバ１の入力端面までの距離
７ 封止筐体
８ 封止窓
９ 気密保持材
１０ レンズ
１００ 照明用光ファイバ光源
１０１ 発光源から発光された入力光
１０２ 拡散光
１０３ 光ファイバ
１０４ 光ファイバの直径
１０５ コア直径
１０６ クラッド厚さ

【図1】

【図2】

【図3】