JP2010087393A

JP2010087393A - 光源装置

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Publication number: JP2010087393A
Application number: JP2008257058A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Takahashi; 秀典高橋; Noriyoshi Kumazawa; 教好熊澤
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US8182115B2; EP2172794A1; US20100085758A1

Abstract

【課題】ハロゲンランプに比べて低コストかつ低消費電力で、かつハロゲンランプと同等の分光特性を得ることができるようにした光源装置を提供する。
【解決手段】青色領域に発光ピークを有する白色光２３を発する白色ＬＥＤ１と、白色ＬＥＤ１から発せられた白色光２３の分光特性がハロゲンランプの分光特性に近づくよう、白色ＬＥＤ１から発せられた白色光２３のうち青色領域の光を部分的に低減する光学フィルタ２とを備える。光源として白色ＬＥＤ１を用いていることで、ハロゲンランプを用いる場合に比べて低コストかつ低消費電力を実現できる。また、青色領域の光を部分的に低減する光学フィルタ２を備えていることで、ハロゲンランプと同等の分光特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた光源装置に関する。

従来より、ハロゲンランプは、例えば光を用いて各種の測定を行う装置の光源として用いられている。例えばレンズの性能評価を行うための装置、例えばＭＴＦ（Modulation Transfer Function）測定装置における光源として用いられている。特許文献１には、試料の分析・計測を行う機器の光源として、ハロゲンランプを用いる例が記載されている。また、特許文献２には、ハロゲンランプを疑似太陽光照射装置の光源として用いる例が開示されている。

特開２００４−９３３２２号公報特開２０００−１３３００５号公報

一方、最近では白色ＬＥＤが開発されているが、白色ＬＥＤはハロゲンランプに比べて低コストで低消費電力ということもあり、その白色ＬＥＤをハロゲンランプに代わる光源として用いることが考えられる。白色ＬＥＤの種類としては、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤの３つを組み合わせて、それらのＬＥＤからの各色光を混色させることで白色光を得る方式がある。また、第２の方式として、青色光を発する青色ＬＥＤチップと、その青色ＬＥＤチップからの青色光によって励起されて黄色光を発する蛍光材料とを有し、青色ＬＥＤチップからの青色光と蛍光材料による黄色光とを混合させることにより、白色光を得る方式が知られている。しかしながら、白色ＬＥＤの分光特性（スペクトル分布）は、ハロゲンランプの分光特性とは異なっているため、特に、各種の測定機器の光源としては単純に置き換えることはできないという問題がある。例えば、レンズの性能評価を行うための装置の光源として用いる場合、光源の分光特性の違いがレンズの色収差となって現れてしまう。

図６は、一般的なハロゲンランプの分光特性を示している。図７は、一般的な白色ＬＥＤの分光特性を示している。なお、この図７は上記第２の方式による白色ＬＥＤの分光特性を示している。図８は、両者の比較のために、ハロゲンランプの分光特性と白色ＬＥＤの分光特性とを同時に示したものである。図８において実線はハロゲンランプの分光特性、破線は白色ＬＥＤの分光特性を示している。図６〜図８において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は光量を示す。なお、縦軸は任意単位（arbitrary unit）とする。

図６に示したように、ハロゲンランプは、可視光の中間波長領域（黄色領域）に発光ピークを有し、可視光の短波長領域（青色領域）および長波長領域（赤色領域）に行くに従い光量が徐々に低下するようなスペクトル分布を有する。これに対し、上記第２の方式による白色ＬＥＤの場合、青色ＬＥＤチップからの青色光と、その青色光を励起光とする黄色系の蛍光材料による発光光とを混合させる方式であるため、図７に示したように、黄色領域のほか、青色領域にも発光ピークを有している。その青色領域の発光ピーク部分が、図８に示したように、ハロゲンランプと白色ＬＥＤとにおけるスペクトル分布の主要な違いとなっている。このため、例えば、レンズの性能評価を行うための装置の光源を、単純にハロゲンランプから白色ＬＥＤに置き換えてしまうと、ハロゲンランプを光源として用いた場合に比べて青色の収差が目立って観測されてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ハロゲンランプに比べて低コストかつ低消費電力で、かつハロゲンランプと同等の分光特性を得ることができるようにした光源装置を提供することにある。

本発明による光源装置は、青色領域に発光ピークを有する白色光を発する白色ＬＥＤと、白色ＬＥＤから発せられた白色光のうち青色領域の光を部分的に低減する光学フィルタとを備えたものである。

本発明による光源装置では、白色ＬＥＤから、青色領域に発光ピークを有する白色光が発せられる。光学フィルタは、その白色光のうち青色領域の光を部分的に低減する。これにより、白色ＬＥＤから発せられた白色光の分光特性が、ハロゲンランプの分光特性に近づく。

本発明による光源装置において、光学フィルタは、例えば、光源としての使用波長範囲内において、４３５ｎｍ以上４６５ｎｍ以下の波長範囲では透過率が５％以上２０％以下、４０５ｎｍ以下および４９０ｎｍ以上の波長範囲では透過率が８０％以上となるような分光透過率特性を有するものである。

本発明による光源装置において、白色ＬＥＤとしては例えば、青色光を発する青色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップからの青色光によって励起されて黄色光を発する蛍光材料とを有し、青色ＬＥＤチップからの青色光と蛍光材料による黄色光とを混合させることにより、白色光を発するものを使用することができる。

本発明の光源装置によれば、光源として白色ＬＥＤを用いるようにしたので、ハロゲンランプを用いる場合に比べて低コストかつ低消費電力を実現できる。また、白色ＬＥＤから発せられた白色光の分光特性がハロゲンランプの分光特性に近づくよう、光学フィルタによって青色領域の光を部分的に低減するようにしたので、ハロゲンランプと同等の分光特性を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る光源装置の一構成例を示している。この光源装置は、白色ＬＥＤ１と、光学フィルタ２とを備えている。白色ＬＥＤ１は、図７に示したような、青色領域に発光ピークを有する白色光２３を発するものである。

白色ＬＥＤ１は、青色光２１を発する青色ＬＥＤチップ１１と、青色ＬＥＤチップ１１からの青色光２１によって励起されて黄色光２２を発する蛍光材料１３とを有している。白色ＬＥＤ１は、青色ＬＥＤチップ１１からの青色光２１と蛍光材料１３による黄色光２２とを混合させることにより、白色光２３を発するものである。青色ＬＥＤチップ１１は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体材料よりなる発光素子である。青色ＬＥＤチップ１１は、透明な樹脂モールド１２でモールドされている。樹脂モールド１２中に、蛍光材料１３として、青色光２１を励起光とする蛍光顔料や蛍光染料が分散されている。

光学フィルタ２は、白色ＬＥＤ１から発せられた白色光２３のうち青色領域の光を部分的に低減し、その青色領域の光が低減された白色光２４を出射するものである。光学フィルタ２は、例えば板状の透明基板に光学薄膜を形成したものである。

図２は、光学フィルタ２の分光透過率特性の一例を示している。図３は、図２に示した分光透過率特性を実現するための光学膜の設計例を示している。この設計例では、光学フィルタ２の基板の屈折率を、１．５２にしている。ただし、膜物質、層数および各層の膜厚等はこれらの設計例に限定されるものではない。

この光源装置では、白色ＬＥＤ１から、青色領域に発光ピークを有する白色光２３が発せられる。光学フィルタ２は、その白色光２３のうち青色領域の光を部分的に低減する。これにより、ハロゲンランプの分光特性に近い白色光２４が得られる。

ここで、図４を参照して、光学フィルタ２が満たすべき特性の条件を説明する。本実施の形態に係る光源装置は、白色ＬＥＤ１を用いながらも、最終的に出射される白色光２４の分光特性が、ハロゲンランプの分光特性に近いことを特徴としている。既に図６〜図８を用いて説明したように、白色ＬＥＤ１における青色領域の発光ピーク部分が、ハロゲンランプと白色ＬＥＤ１とにおけるスペクトル分布の主要な違いとなっている。このため、光学フィルタ２は、ハロゲンランプとの違いである青色領域の発光ピーク部分の光量を低減するような特性を有している必要がある。この際、図８に示したように、白色ＬＥＤ１とハロゲンランプとでは青色領域以外のスペクトル分布にはあまり差はないので、青色領域以外では光学フィルタ２は白色ＬＥＤ１からの光をほぼそのまま透過する特性を有していることが好ましい。また、青色領域内であっても、完全に透過率をゼロにするのではなく、ある程度の光を透過する特性を有していることが好ましい。

具体的には、図４に示したように、光学フィルタ２は、光源としての使用波長範囲内において、青色領域の特定の波長範囲λ１（例えば４３５ｎｍ以上４６５ｎｍ以下）では透過率が所定の範囲Ｔ１（例えば５％以上２０％以下）となるような分光透過率特性を有していることが好ましい。また、光源としての使用波長範囲内において、特定の波長範囲λ１よりも短い波長領域λ２（例えば４０５ｎｍ以下）と、長い波長領域λ３（例えば４９０ｎｍ以上）とでは、透過率が所定の値Ｔ２以上（例えば８０％以上）となるような分光透過率特性を有していることが好ましい。

図５は、ハロゲンランプの分光特性（実線で示す）と、本実施の形態に係る光源装置による最終的な出力光（白色光２４）の分光特性（破線で示す）とを示している。図５に破線で示した特性は、白色ＬＥＤ１の特性を図７に示した特性とし、光学フィルタ２の特性を図２に示した特性とした場合に得られるものである。なお、図５において縦軸は任意単位（arbitrary unit）での光量を示すが、図５ではハロゲンランプと本実施の形態に係る光源装置との２つの光源の相対光量を、それぞれの最大値を１に規格化して表している。図５に示したように、本実施の形態に係る光源装置では、最終的な出力光としてハロゲンランプとほぼ同じ特性の光が得られている。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源装置によれば、光源として白色ＬＥＤ１を用いるようにしたので、ハロゲンランプを用いる場合に比べて低コストかつ低消費電力を実現できる。本実施の形態に係る光源装置によれば、ハロゲンランプを用いた場合に比べて消費電力を格段に下げることができるので、ランニングコストを下げることができる。また、白色ＬＥＤ１から発せられた白色光２３の分光特性がハロゲンランプの分光特性に近づくよう、光学フィルタ２によって青色領域の光を部分的に低減するようにしたので、最終的な出力光（白色光２４）として、ハロゲンランプと同等の分光特性を得ることができる。これにより、例えば、従来ハロゲンランプが用いられてきた測定機器の光源として、光学的な性能変化を気にすることなく、本実施の形態に係る光源装置を用いることができる。

本発明の一実施の形態に係る光源装置の一例を示す構成図である。本発明の一実施の形態に係る光源装置で使用される光学フィルタの分光透過率特性の一例を示す特性図である。図２に示した分光透過率特性を実現するための光学薄膜の設計例を示す説明図である。本発明の一実施の形態に係る光源装置で使用される光学フィルタの分光透過率特性が満たす条件を示す説明図である。本発明の一実施の形態に係る光源装置の分光特性を示す特性図である。一般的なハロゲンランプの分光特性を示す特性図である。一般的な白色ＬＥＤの分光特性を示す特性図である。ハロゲンランプの分光特性と白色ＬＥＤの分光特性とを同時に示した特性図である。

符号の説明

１…白色ＬＥＤ、２…光学フィルタ、１１…青色ＬＥＤチップ、１２…樹脂モールド、１３…蛍光材料、２１…青色光、２２…黄色光、２３…青色領域に発光ピークを有する白色光、２４…青色領域の光が低減された白色光。

Claims

青色領域に発光ピークを有する白色光を発する白色ＬＥＤと、
前記白色ＬＥＤから発せられた白色光のうち前記青色領域の光を部分的に低減する光学フィルタと
を備えたことを特徴とする光源装置。
前記光学フィルタは、光源としての使用波長範囲内において、
４３５ｎｍ以上４６５ｎｍ以下の波長範囲では透過率が５％以上２０％以下、
４０５ｎｍ以下および４９０ｎｍ以上の波長範囲では透過率が８０％以上、
となるような分光透過率特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記白色ＬＥＤは、
青色光を発する青色ＬＥＤチップと、前記青色ＬＥＤチップからの青色光によって励起されて黄色光を発する蛍光材料とを有し、前記青色ＬＥＤチップからの青色光と前記蛍光材料による黄色光とを混合させることにより、前記白色光を発するものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。