JP2011113779A

JP2011113779A - 光源装置および照明装置

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Publication number: JP2011113779A
Application number: JP2009268330A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugiyama; 貴杉山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP5399871B2

Abstract

【課題】蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、かつ、照明色を変化させることの可能な光源装置および照明装置を提供する。
【解決手段】蛍光回転体１は、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、固体光源により励起され固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する３つの蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを有しており、蛍光体層２ａ，２ｃの領域を区分する境界線３ｃが曲線状になっている。これにより、蛍光回転体１の回転軸Ｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃに対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源装置および照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ等の固体光源を用いた照明装置が用いられており、その特性を活かして、赤、緑、青の３種類のＬＥＤを用い各色の発光強度をコントロールすることにより照明色を変化させることができる照明光源および照明装置が開発されている（特許文献１）。この場合、３種類のＬＥＤを同じ場所に設置することは物理的に不可能であるため、それぞれ距離を置いて配置する。従って、例えばスポットライトのようにレンズを用いて配光をコントロールするような照明装置においては、光源の位置の違い、つまり光軸の違いにより、照射領域端部で色割れが発生してしまう。

この問題を解決するため、例えば特許文献２に示すような蛍光体層を所定の領域に配置した円盤状回転体（以下、蛍光回転体と称す）を利用した光源装置が、主にプロジェクターの光源として開発されている。図１には、この種の蛍光回転体９１が示されている。図１を参照すると、蛍光回転体９１は、透明な基板（例えば石英ガラス基板）上に紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層９２ａ，９２ｂ，９２ｃが３つの分割された領域として配置されており、蛍光回転体９１の回転軸（回転中心）を通って半径方向に延びる直線９３ａ，９３ｂ，９３ｃにより３色の蛍光体層９２ａ，９２ｂ，９２ｃの面積がほぼ等しくなるように分割配置されている。

図２は図１の蛍光回転体９１を用いた光源装置を示す図である。図２を参照すると、この光源装置は、図１の蛍光回転体９１をモーター９４で回転させ、固体光源（例えばレーザーダイオード光源）９５の前に配置することにより、光源９５の光軸上で励起された各蛍光体層９２ａ，９２ｂ，９２ｃが各々の色で順次発光することになる。すなわち、赤緑青の光が順次発光することになるが、発光周期が早くなると、つまり蛍光回転体の回転数を上げると（例えば３６００ｒｐｍにすると）、それぞれの発光色を認識できなくなり白色光として視認できるようになる。

そして、この光源装置では、蛍光回転体９１は回転するものの、発光点は一点であり、しかも、各色が同じ場所で発光するため、前記の照明領域端部での色割れが発生しない照明装置を得ることができる。

特開２００４−０５５３６０号公報特開２００４−３４１１０５号公報

しかしながら、図１に示すような蛍光回転体９１を用いる場合には、色割れを防止することはできるものの、発光色が時間的に変化するために、いわゆるカラーブレイク現象が生じてしまう。

カラーブレイク現象は、本来白色として観察されるはずの赤緑青の順次発光の個々の色が瞬間的に視認されてしまう現象をいう。例えば蛍光回転体の回転数を３６００ｒｐｍとすれば、赤緑青の順次発光を一周期とした場合に６０Ｈｚでこの順次発光を繰り返すことになり、明るい室内で普通に観察する限りはカラーブレイク現象は生じることはないが、暗い部屋で観察する場合や光源もしくは照明場所から急に目をそむけた時などに生じてしまい、人間を不愉快にさせるものとして知られている。

蛍光回転体の回転速度を早くして順次発光の繰返し周期を短くすれば、ある程度はカラーブレイク現象が起き難くなるが、回転数上昇によるモーター音の増大など別の要因で人を不愉快にさせてしまう。

さらに、図１に示すような蛍光回転体９１を用いる場合には、照明色を変化させることができない。

照明色を変化させる方法として、蛍光回転体の回転速度を色毎に制御することも考えられるが、モーターにより高速で回転している蛍光回転体の速度を制御することは困難であり、たとえできたとしても、高価なモーターと複雑な制御系が必要になる。

本発明は、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、また、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることの可能な光源装置および照明装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体の回転軸を中心としてある半径で円弧を描くとき、前記複数の蛍光体領域に対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように前記複数の蛍光体領域が配置されており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置である。

また、請求項２記載の発明は、前記複数の蛍光体領域を区分する境界線の少なくとも１本が曲線状になっていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記複数の蛍光体領域のうち、蛍光体光学濃度が最も高い蛍光体領域と最も低い蛍光体領域とを区分する境界線が曲線状になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置である。

また、請求項４記載の発明は、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域が前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置である。

また、請求項５記載の発明は、可視光を発光する固体光源と、該固体光源により励起され該固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光体の蛍光体光学濃度が連続的に変化するような蛍光体領域を有している蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された前記蛍光体領域の蛍光体光学濃度は、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円上では全円周にわたって等しく、かつ、前記同心円の半径方向に連続的に変化しており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置である。

また、請求項６記載の発明は、前記蛍光体領域から発する光が、前記固体光源からの光と、前記蛍光体領域に配置された蛍光体からの光との、両方を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置である。

また、請求項７記載の発明は、前記固体光源は固定されており、この場合、前記可変手段は、前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる移動手段となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光源装置である。

また、請求項８記載の発明は、前記蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体領域は、蛍光体層と、該蛍光体層が配置される透明な基板と、該透明な基板の前記蛍光体層よりも前記固体光源側に配置され、前記固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光源装置である。

また、請求項９記載の発明は、前記蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体層が配置される基板には、反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光源装置である。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。

請求項１乃至請求項３、請求項６乃至請求項１０記載の発明によれば、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体の回転軸を中心としてある半径で円弧を描くとき、前記複数の蛍光体領域に対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように前記複数の蛍光体領域が配置されており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、また、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

また、請求項４、請求項６乃至請求項１０記載の発明によれば、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域が前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、また、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

また、請求項５乃至請求項１０記載の発明によれば、可視光を発光する固体光源と、該固体光源により励起され該固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光体の蛍光体光学濃度が連続的に変化するような蛍光体領域を有している蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された前記蛍光体領域の蛍光体光学濃度は、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円上では全円周にわたって等しく、かつ、前記同心円の半径方向に連続的に変化しており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、また、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

特に、請求項８記載の発明では、前記蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体領域は、蛍光体層と、該蛍光体層が配置される透明な基板と、該透明な基板の前記蛍光体層よりも前記固体光源側に配置され、前記固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）とを有しているので、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。

また、請求項９記載の発明では、前記蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体層が配置される基板には、反射面が設けられているので、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。

もっとも、請求項４、請求項５の発明と同じ照明は、蛍光回転体を用いず、単に基板上に複数の蛍光体領域を配置したものでも実現することができる。請求項４、請求項５の発明が威力を発揮するのは、蛍光体が耐えられない位の強力な励起光（例えば１０Ｗ程度）を用いる場合であり、蛍光回転体の持つ冷却効果により耐久性を心配せずに使用可能であるため、狭い光源面積で大光量の光を発することができることが最大の特徴である。この特徴はレンズ系を用いた照明装置において特に有用である。

従来の蛍光回転体を示す図である。図１の蛍光回転体を用いた光源装置を示す図である。本発明の第１の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。図３の光源装置に用いられる蛍光回転体の一例を示す図である。移動手段の一例を示す図である。図４のＢ−Ｂ線における断面図である。本発明の第１の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。反射型蛍光回転体の断面図である。移動手段の一例を示す図である。図３の光源装置に用いられる蛍光回転体の他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。図１１の光源装置に用いられる蛍光回転体の一例を示す図である。移動手段の一例を示す図である。図１２のＣ−Ｃ線における断面図である。本発明の第２の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。反射型蛍光回転体の断面図である。移動手段の一例を示す図である。図１１、図１３の光源装置、または、図１５、図１７の光源装置における、同心円状の帯状の各領域と固体光源からの照射スポットとの関係を示す図である。蛍光回転体の他の構成例を示す図である。図１９の蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合の断面図である。図１９の蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合の断面図である。移動手段の他の例を示す図である。第１、第２の実施態様で示した光源装置を用いた照明装置の一構成例を示す図である。第１、第２の実施態様で示した光源装置を用いた照明装置の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態は、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体の回転軸を中心としてある半径で円弧を描くとき、前記複数の蛍光体領域に対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように前記複数の蛍光体領域が配置されており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴としている。

より具体的には、前記蛍光回転体の回転軸を中心としてある半径で円弧を描くとき、前記複数の蛍光体領域に対応する前記円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように、前記蛍光回転体は、前記複数の蛍光体領域を区分する境界線の少なくとも１本が曲線状になっている。

なお、上記蛍光体領域とは、蛍光体層を有する領域であって、後述のように、蛍光体層に対応させて、バンドパスフィルターなどが設けられる場合には、蛍光体層とともに、これらをも含めたものを指すものとする。以下では、便宜上、蛍光体層とこれに対応する蛍光体領域には、同じ符号を付している。

また、本発明では、可視光を発光する固体光源の色と、固体光源により励起され固体光源の発光波長より長波長の蛍光色との両方の色光の混色によって、各蛍光体領域それぞれにおいて白色等の照明光を得ており、各蛍光体領域における蛍光体光学濃度の違いにより、それぞれの蛍光体領域で得られる光の色を変えている。ここで、蛍光体光学濃度とは、蛍光体層の蛍光体濃度と蛍光体層の膜厚とにより決められるものであり、両者の積に比例するものである。すなわち、蛍光体光学濃度を高くするには、蛍光体濃度を高くするか、蛍光体膜厚を厚くするか、あるいは、その両方を変化（蛍光体濃度を高くし膜厚を厚くする）させればよい。

図３は、本発明の第１の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。図３を参照すると、この光源装置１０は、可視光を出射する固体光源５と、回転軸Ｘの周りに回転可能な（モーター４によって回転する）蛍光回転体１とを備えている。図４は、図３の光源装置１０に用いられる蛍光回転体１の一例を示す図である。図４の例では、蛍光回転体１は、透明な基板（例えば石英ガラス基板）上に、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、固体光源５により励起され固体光源５の発光波長より長波長の蛍光を発光する３つの蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを有しており（蛍光体層２ａが蛍光体光学濃度が最も高く、蛍光体層２ｃが蛍光体光学濃度が最も低く、蛍光体層２ｂが蛍光体層２ａと蛍光体層２ｃとの中間の蛍光体光学濃度を有しており）、蛍光体層２ａ，２ｂの領域を区分する境界線３ａ、蛍光体層２ｂ，２ｃの領域を区分する境界線３ｂは、蛍光回転体１の回転軸Ｘ（回転中心）を通って半径方向に延びる直線となっているが、蛍光体層２ａ，２ｃの領域を区分する境界線３ｃは、曲線状になっている。すなわち、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃのうち、蛍光体光学濃度が最も高い蛍光体領域２ａと蛍光体光学濃度が最も低い蛍光体領域２ｃとを区分する境界線３ｃが曲線状になっている。これにより、蛍光回転体１の回転軸Ｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃに対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように構成されている。

本発明では、各蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃから発する光が、固体光源５からの光と、各蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃに配置された蛍光体層からの光との、両方を含むことを特徴としている。

より具体的に、固体光源５としては、例えば青色の可視光を出射するものが用いられ、また、図４の蛍光回転体１の各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃとして、いずれも、例えば黄色蛍光体層が用いられる場合、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの光は、光源５からの青色光と各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの黄色光との混色により、白色になる。この際、蛍光体層の蛍光体光学濃度を高くすれば、この蛍光体層の蛍光体領域は黄色っぽい白色光を出射する蛍光体領域となり、逆に、蛍光体層の蛍光体光学濃度を低くすれば、この蛍光体層の蛍光体領域は青っぽい白色光を出射する蛍光体領域となる。

また、図３の光源装置１０では、図４の蛍光回転体１を用いていることから、固体光源５と蛍光回転体１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、照明色を変化させることができる。

固体光源５と蛍光回転体１の回転軸Ｘとの距離を可変にする（変化させる）可変手段６としては、固体光源５が固定されている場合、蛍光回転体１を蛍光回転体１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図５に示すように、モーター７の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構８を用いた一般的なものが使用可能である。

図３乃至図５の構成では、モーター４によって蛍光回転体１を回転させることで、可視光（例えば青色光）と蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの光（例えば黄色光）との混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、蛍光回転体１の蛍光体層２ａの領域と蛍光体層２ｃの領域とを区分する境界線３ｃが曲線状となっていることから、固体光源５と蛍光回転体１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって可変にすることにより（変化させることにより）、後述するような原理で、蛍光体層２ｂの励起時間を固定し、蛍光体層２ｃと蛍光体層２ａの励起時間を変化させて、青味と黄味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、黄味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、これらの蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃからの出射光の時間的な加法混色としての照明白色光の照明色を変化させることができる。このことは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に黄味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。

なお、図３に示した光源装置１０では、蛍光回転体１が透過型のものとして構成され、固体光源５からの光、および、固体光源５からの励起光によって励起された各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの発光のうち、固体光源５側とは反対側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す。ここで、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの固体光源５からの光も含む出射光を考えると、上記透過光（固体光源５側とは反対側に出射する光）とともに、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃで反射されて固体光源５側へ戻って行く発光、つまり反射光も存在している。蛍光体領域に蛍光体層を単に配置しただけの蛍光回転体では、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。

蛍光回転体１として透過型蛍光回転体を用いる場合に、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの上記反射光を照明光として利用するため、図６に示すように（なお、図６は図４のＢ−Ｂ線における断面図であり、図６の例では、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃは、膜厚の違いにより蛍光体光学濃度を互いに異にしている）、蛍光回転体１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃより固体光源５側に、固体光源５が発する光を透過し蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）１２を設けることができる。より具体的には、蛍光回転体１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが固体光源５側とは反対側の基板１１面上に配置されており、かつ、固体光源５側の基板１１面上には、固体光源５が発する光を透過し蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）１２が設けられている。固体光源５側の基板１１面上に、固体光源５が発する光を透過し蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）１２が設けられていることにより、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃで反射されて固体光源５側へ戻って行く発光、つまり反射光をも、照明光として利用することができる。

図７は、本発明の第１の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図７において、図３と対応する箇所には同じ符号を付している。図７の光源装置３０も、図３の光源装置と同様に、可視光を出射する固体光源５と、回転軸Ｘの周りに回転可能な（モーター４によって回転する）蛍光回転体２１とを備えている。ここで、蛍光回転体２１は、図４に示す蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが蛍光体領域として設けられているものを用いているが、図７の光源装置３０では、蛍光回転体２１が反射型のものとして構成され、固体光源５からの光、および、固体光源５からの励起光によって励起された各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの発光のうち、固体光源５側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、反射型蛍光回転体という。ここで、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの固体光源５からの光も含む出射光を考えると、入射励起光に対して反射する光とともに、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃで多重反射され固体光源５とは反対側に透過する発光や、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを励起せず励起光のまま固体光源５と反対側に透過する光も存在している。もし、蛍光回転体２１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを配置する基板が透明であるとすると、これらの光は蛍光回転体２１の裏側に抜ける透過光となり、照明光として利用できない光となってしまう。

反射型蛍光回転体２１を用いる場合に、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの上記透過光を照明光として利用するため、図８に示すように（図８は図６（透過型蛍光回転体）に対応する図であり、図８の例でも、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃは、膜厚の違いにより蛍光体光学濃度を互いに異にしている）、蛍光回転体２１の基板３１自体を金属製とすることができる。あるいは、蛍光回転体２１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを配置する基板上に反射面を設けることができる。具体的には、透明な基板上に金属膜を配置することができる。

図７の光源装置３０では、図４の蛍光回転体２１を用いていることから、固体光源５と蛍光回転体２１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、照明色を変化させることができる。

固体光源５と蛍光回転体２１の回転軸Ｘとの距離を可変にする（変化させる）可変手段６としては、固体光源５が固定されている場合、蛍光回転体２１を蛍光回転体２１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図９に示すように、モーター７の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構８を用いた一般的なものが使用可能である。

図７乃至図９の構成では、モーター４によって蛍光回転体２１を回転させることで、可視光（例えば青色光）と蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの光（例えば黄色光）との混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、蛍光回転体２１の蛍光体層２ａの領域と蛍光体層２ｃの領域とを区分する境界線３ｃが曲線状となっていることから、固体光源５と蛍光回転体２１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって可変にすることにより（変化させることにより）、後述するような原理で、蛍光体層２ｂの励起時間を固定し、蛍光体層２ｃと蛍光体層２ａの励起時間を変化させて、黄味と青味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、黄味を増すように照明色を変化させたり、青味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、これらの蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃからの出射光の時間的な加法混色としての照明白色光の照明色を変化させることができる。このことは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に黄味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。

以下、本発明の第１の実施形態の光源装置１０、３０をより詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態の光源装置１０、３０において、固体光源５には、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光する発光ダイオードを用いることができる。なお、固体光源５としては、発光ダイオードに限らず、青色光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。

また、蛍光回転体１、２１には、青色の励起光により黄色に発光する蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃをその膜厚を互いに変えて、膜厚の違いにより蛍光体光学濃度を互いに異にする３つの蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが設けられたものが用いられ、図４に示すように、蛍光体光学濃度が最も高い蛍光体領域２ａと最も低い蛍光体領域２ｃとを区分する境界線３ｃが曲線状になっているものを使用できる（すなわち、蛍光体層２ａと蛍光体層２ｃとの間の領域を区分する境界線３ｃが曲線状になるように配置したものを使用できる）。蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃの形成は、それぞれの蛍光体層パターンに対応する開口部（メタルメッシュ開口）を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。印刷法の場合は、使用するスクリーンの版厚を変えることにより、形成する蛍光体領域（蛍光体層）の膜厚を変えることができる。本発明では、固体光源５の青色光と、固体光源５により励起される黄色蛍光体層の蛍光色との両方の色光の混色により、各蛍光体領域それぞれにおいて白色等の照明光を得ているため、この実施形態における蛍光体領域も、この考え方に従って設計されている。つまり、膜厚が薄過ぎて青色が強過ぎる条件や、逆に、膜厚が厚過ぎて黄色が強過ぎる条件での設計はしない。

また、透過型蛍光回転体１の基板１１としては、透明基板（石英ガラス基板など）が使用され、反射型蛍光回転体２１の基板３１としては、アルミなどの金属基板が使用可能である。

また、蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃには、波長が約４４０ｎｍないし約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等の黄色蛍光体を用いることができる。

図６に示す透過型蛍光回転体１では、透明な石英ガラス基板１１の固体光源５とは反対側の面に蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが設けられ、また、固体光源５側の面には光学手段（バンドパスフィルター）１２が配置されている。ここで、バンドパスフィルター１２には、青色光を透過して黄色光を反射させるように設計された誘電体多層膜（具体的には、高屈折率材料（ＴｉＯ_２，ＬａＴｉＯ，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５等）と低屈折率材料（ＳｉＯ_２，ＭｇＦ_２等）とが交互に積層された膜）からなるバンドパスフィルターを使用することができる。

また、図８に示す反射型蛍光回転体２１では、アルミ金属基板３１上に蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが配置されている。なお、基板３１に石英ガラス基板のような透明なものを使用する場合は、基板３１上に反射面としてアルミなどの金属膜を蒸着などの方法で形成する必要がある。図８に示すようなアルミなどの金属基板を使用する場合は反射面は不要である。

次に、図４に示す蛍光回転体１、２１を用いた図３、図５に示す光源装置１０、または、図７、図９に示す光源装置３０で照明色を変化させられる原理を説明する。固体光源５の光軸上を図４に示すＡ点が横切るように蛍光回転体１、２１を配置した場合、蛍光回転体１、２１をモーター４で回転させると、蛍光回転体１、２１の回転軸Ｘを中心として持つＡ点を通る円弧上の部分の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが固体光源５によりそれぞれの発光色（黄色）で発光し、固体光源５からの青色光との混色によって、ほぼ白色の照明光となる。Ａ点を通る円弧上での蛍光体光学濃度の異なる各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃに対する円弧の長さはほぼ等しくなり、この時に照明光が基準となる白色になるように、例えば、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃの蛍光体光学濃度（例えば、各蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃの膜厚など）を調整しておく。この基準となる白色に対して青味を持たせるためには、蛍光体光学濃度が低い蛍光体層２ｃへの青色光の励起時間を延ばし、蛍光体光学濃度が高い蛍光体層２ａへの青色光の励起時間を短くすれば良いが、図４に示す蛍光回転体１、２１では、Ａ点より外側に位置する蛍光回転体の回転軸Ｘを中心とする円弧上を固体光源５により励起すれば良いことになる。この状態を実現するために、例えば図５、図９に示すように蛍光回転体１、２１およびモーター４を、図５、図９上で右方向に位置移動させれば良い。これにより、青味を持たせた照明色に変化させることができる。逆に、基準となる白色に対して黄味を持たせるためには、図５、図９上で蛍光回転体１、２１およびモーター４を左方向に移動させれば良い。この場合には、Ａ点より内側に位置する蛍光回転体１、２１の回転軸Ｘを中心とする円弧上を固体光源５により励起することになり、蛍光体光学濃度が高い蛍光体層２ａの励起時間を延ばし、蛍光体光学濃度が低い蛍光体層２ｃの励起時間を短くすることができ、黄味を持たせた照明色に変化させることができる。以上のように、蛍光回転体１、２１およびモーター４をモーター７とラックアンドピニオン機構８により連続的に動かせば、照明色を、青味を持った白色から、黄味を持った白色まで、連続的に変化させることができる。

この第１の実施形態では、蛍光回転体の回転につれて、つまり時間的に照明色が変化することになるが、照明色の変化が少なく、図１に示す赤緑青の蛍光回転体を用いた時のように照明色の変化が大きなものでないため、カラーブレイクを生じず、かつ、照明色を変化させられる光源装置を提供できる。

さらに、透過型蛍光回転体においては、蛍光回転体１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃより固体光源５側に、固体光源５が発する光を透過し前記蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）１２を設けることにより、また、反射型蛍光回転体においては、蛍光回転体２１の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃを配置する基板３１上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置を提供することができる。

なお、図４の例では、蛍光体層２ａ，２ｃの領域を区分する境界線３ｃだけが曲線状になっているが、本発明の第１の実施形態では、蛍光回転体１、２１の回転軸Ｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃに対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように、蛍光回転体１、２１は、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃを区分する境界線３ａ，３ｂ，３ｃの少なくとも１本が曲線状になっていればよく、図４の例のように蛍光体層２ａ，２ｃの領域を区分する境界線３ｃだけが曲線状になっている場合に限らず、蛍光回転体１、２１の回転軸Ｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、複数の蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃに対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するという条件を満たす限り、蛍光体層２ａ，２ｂの領域を区分する境界線３ａや、蛍光体層２ｂ，２ｃの領域を区分する境界線３ｂをも曲線状にすることも可能である。また、図４の例では、蛍光回転体１、２１には、３つの蛍光体領域２ａ，２ｂ，２ｃが設けられている場合を示したが、例えば蛍光体光学濃度が高中低の蛍光体領域がそれぞれ２つずつ高中低の順に繰り返し設けられている場合（６つの蛍光体領域が設けられている場合）なども、本発明の範囲に含まれる。あるいは、蛍光体光学濃度が高中低の３段階以上に区分けされた３つ以上の蛍光体領域が設けられている場合なども、本発明の範囲に含まれる。

また、蛍光回転体１、２１としては、図１０に示すように、２つの蛍光体領域２５、２６で形成された蛍光回転体を用いることもできる。すなわち、図１０の蛍光回転体は、青色の励起光により黄色に発光する蛍光体層を有する２つの黄色蛍光体領域２５、２６（黄色蛍光体領域２５は蛍光体光学濃度が高く、黄色蛍光体領域２６は蛍光体光学濃度が低くなっている）が配置され、２つの黄色蛍光体領域２５、２６を区分する境界線２７ａ，２７ｂが曲線状で塗り分けられたものである。図１０では、２つの境界線２７ａ，２７ｂが曲線状になっているが、２つの境界線２７ａ，２７ｂのうちの片方の境界線のみが曲線状になっているものでもよい。

ここで、図１０の蛍光回転体においても、図６、図８に示したと同様の透過型蛍光回転体２８、または、反射型蛍光回転体２９として構成することができる。そして、図１０の蛍光回転体２８、２９においても、蛍光回転体２８、２９の回転軸Ｘを中心としてある半径で円弧を描くとき、２つの蛍光体領域２５、２６に対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように２つの蛍光体領域２５、２６が配置されており、この場合も、図４の蛍光回転体１、２１と同様の原理で、Ａ点に対して蛍光回転体２８、２９を右方向、左方向に位置移動させることで、基準となる白色に対して青味、黄味を持たせることができる。

本発明の第２の実施形態は、可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域が前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴としている。

また、同心円状の帯状とは、円周上全周に渡って繋がった一定の幅を持ったドーナツ状の形状をいい、全周に渡って繋がっておらず円周上の一部の円弧状で一定の幅を持った形状は含まれない。

また、本発明では、可視光を発光する固体光源の色と、固体光源により励起され固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光色との両方の色光の混色によって、各蛍光体領域それぞれにおいて白色等の照明光を得ており、各蛍光体領域における蛍光体光学濃度の違いにより、それぞれの蛍光体領域で得られる光の色を変えている。ここで、蛍光体光学濃度とは、蛍光体層の蛍光体濃度と蛍光体層の膜厚とにより決められるものであり、両者の積に比例するものである。すなわち、蛍光体光学濃度を高くするには、蛍光体濃度を高くするか、蛍光体膜厚を厚くするか、あるいは、その両方を変化（蛍光体濃度を高くし膜厚を厚くする）させればよい。

図１１は、本発明の第２の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図１１において、図３と同様の箇所には同じ符号を付している。図１１を参照すると、この光源装置４０は、可視光を出射する固体光源４５と、回転軸Ｘの周りに回転可能な（モーター４によって回転する）蛍光回転体４１とを備えている。図１２は、図１１の光源装置４０に用いられる蛍光回転体４１の一例を示す図である。図１２の例では、蛍光回転体４１は、透明な基板（例えば石英ガラス基板）上に，蛍光体光学濃度が互いに異なっており、固体光源４５により励起され固体光源４５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する３つの蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、蛍光回転体１の回転軸Ｘを中心とした同心円状の帯状蛍光体領域として配置されている。ここで、蛍光体層４２ａは蛍光体光学濃度が最も高く（蛍光体層の厚さが最も厚く）、蛍光体層４２ｃは蛍光体光学濃度が最も低く（蛍光体層の厚さが最も薄く）、蛍光体層４２ｂは蛍光体層４２ａと蛍光体層４２ｃとの中間の蛍光体光学濃度を有している。

本発明では、各蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃから発する光が、固体光源４５からの光と、各蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃに配置された蛍光体層からの光との、両方を含むことを特徴としている。

より具体的に、固体光源４５としては、例えば青色の可視光を出射するものが用いられ、また、図１２の蛍光回転体４１の各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃとして、いずれも、例えば黄色蛍光体層が用いられる場合、各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの光は、光源４５からの青色光と各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの黄色光との混色により、白色になる。この際、蛍光体層の蛍光体光学濃度を高くすれば、この蛍光体層の蛍光体領域は黄色っぽい白色光を出射する蛍光体領域となり、逆に、蛍光体層の蛍光体光学濃度を低くすれば、この蛍光体層の蛍光体領域は青っぽい白色光を出射する蛍光体領域となる。

また、図１１の光源装置４０では、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を可変にする可変手段６が設けられている。

図１１の光源装置４０では、図１２の蛍光回転体４１を用いていることから、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を可変にする（変化させる）可変手段６としては、固体光源４５が固定されている場合、蛍光回転体４１を蛍光回転体１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図１３に示すように、モーター７の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構８を用いた一般的なものが使用可能である。

図１１、図１３の構成では、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、固体光源４５から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体４１上の各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃの面積割合が変化することになり、それぞれの領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。

より詳細に、可視光（例えば青色光）と蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの光（例えば黄色光）との混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって可変にすることにより（変化させることにより）、後述するような原理で、固体光源４５から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体４１上の蛍光体領域４２ｂの面積割合を固定し、蛍光体領域４２ｃと蛍光体領域４２ａの面積割合を変化させて、青味と黄味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、黄味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、蛍光体領域４２ｂを挟んで両隣に蛍光体領域４２ａおよび蛍光体領域４２ｃを配置した蛍光回転体４１を利用して、例えば青味を増す場合には青色光の照射スポットに入る蛍光体領域４２ｃの面積を大きくする一方で、蛍光体領域４２ａの面積が小さくなるように、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を変化させればよい。蛍光体領域４２ｃの照射面積を大きくし、蛍光体領域４２ａの照射面積を小さくすることは、図１２に示す蛍光回転体４１を用い、固体光源４５と蛍光回転体４１の回転軸Ｘとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、黄味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に黄味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。

なお、図１１に示した光源装置４０では、蛍光回転体４１が透過型のものとして構成され、固体光源４５からの光、および、固体光源４５からの励起光によって励起された各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの発光のうち固体光源４５側とは反対側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す。ここで、各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの固体光源４５からの光も含む出射光を考えると、上記透過光（固体光源４５側とは反対側に出射する光）とともに、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃで反射されて固体光源４５側へ戻って行く発光、つまり反射光も存在している。蛍光体領域に蛍光体層を単に配置しただけの蛍光回転体では、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。

蛍光回転体４１として透過型蛍光回転体を用いる場合に、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの上記反射光を照明光として利用するため、図１４に示すように（なお、図１４は図１２のＣ−Ｃ線における断面図であり、図１４の例では、各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、膜厚の違いにより蛍光体光学濃度を互いに異にしている）、蛍光回転体４１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃより固体光源４５側に、固体光源４５が発する光を透過し蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）５２を設けることができる。より具体的には、蛍光回転体４１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが固体光源４５側とは反対側の基板５１面上に配置されており、かつ、固体光源４５側の基板５１面上には、固体光源４５が発する光を透過し蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）５２が設けられている。固体光源４５側の基板５１面上に、固体光源４５が発する光を透過し蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）５２が設けられていることにより、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃで反射されて固体光源４５側へ戻って行く発光、つまり反射光をも、照明光として利用することができる。

図１５は、本発明の第２の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図１５において、図１１と対応する箇所には同じ符号を付している。図１５の光源装置６０も、図１１の光源装置４０と同様に、可視光を出射する固体光源４５と、回転軸Ｘの周りに回転可能な（モーター４によって回転する）蛍光回転体６１とを備えている。ここで、蛍光回転体６１は、図１２に示す蛍光体層（蛍光体光学濃度が互いに異なっており、固体光源４５により励起され固体光源４５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する３つの蛍光体層）４２ａ，４２ｂ，４２ｃが蛍光体領域として設けられているものを用いているが、図１５の光源装置６０では、蛍光回転体６１が反射型のものとして構成され、固体光源４５からの光、および、固体光源４５からの励起光によって励起された各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの発光のうち固体光源４５側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、反射型蛍光回転体という。ここで、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの固体光源４５からの光も含む出射光を考えると、入射励起光に対して反射する光とともに、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃで多重反射され固体光源４５とは反対側に透過する発光や、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃを励起せず励起光のまま固体光源４５と反対側に透過する光も存在している。もし、蛍光回転体６１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃを配置する基板が透明であるとすると、これらの光は蛍光回転体６１の裏側に抜ける透過光となり、照明光として利用できない光となってしまう。

反射型蛍光回転体６１を用いる場合に、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの上記透過光を照明光として利用するため、図１６に示すように（図１６は図１４（透過型蛍光回転体）に対応する図であり、図１６の例でも、各蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、膜厚の違いにより蛍光体光学濃度を互いに異にしている）、蛍光回転体６１の基板７１自体を金属製とすることができる。あるいは、蛍光回転体６１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃを配置する基板上に反射面を設けることができる。具体的には、透明な基板上に金属膜を配置することができる。

図１５の光源装置６０では、蛍光回転体６１を用いていることから、固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を可変にする（変化させる）可変手段６としては、固体光源４５が固定されている場合、蛍光回転体６１を蛍光回転体６１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図１７に示すように、モーター７の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構８を用いた一般的なものが使用可能である。

図１５、図１７の構成では、固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、固体光源４５から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体６１上の各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃの面積割合が変化することになり、それぞれの領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。

より詳細に、可視光（例えば青色光）と蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃからの光（例えば黄色光）との混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって可変にすることにより（変化させることにより）、後述するような原理で、固体光源４５から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体６１上の蛍光体領域４２ｂの面積割合を固定し、蛍光体領域４２ｃと蛍光体領域４２ａの面積割合を変化させて、青味と黄味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、黄味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、蛍光体領域４２ｂを挟んで両隣に蛍光体領域４２ａおよび蛍光体領域４２ｃを配置した蛍光回転体６１を利用して、例えば青味を増す場合には青色光の照射スポットに入る蛍光体領域４２ｃの面積を大きくする一方で、蛍光体領域４２ａの面積が小さくなるように、固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を変化させればよい。蛍光体領域４２ｃの照射面積を大きくし、蛍光体領域４２ａの照射面積を小さくすることは、固体光源４５と蛍光回転体６１の回転軸Ｘとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、黄味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に赤味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。

以下、本発明の第２の実施形態の光源装置４０、６０をより詳細に説明する。

本発明の第２の実施形態の光源装置４０、６０において、固体光源４５には、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光する発光ダイオードを用いることができる。なお、固体光源４５としては、発光ダイオードに限らず、青色光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。

また、蛍光回転体４１、６１には、青色の励起光により黄色に発光する３つの蛍光体光学濃度が異なる蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃを蛍光回転体４１、６１の回転軸Ｘを中心とした同心円状の帯状に配置したものが用いられる。蛍光体領域（蛍光体層）４２ａ，４２ｂ，４２ｃの形成は、それぞれの蛍光体層パターンに対応する開口部（メタルメッシュ開口）を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。印刷法の場合は、使用するスクリーンの版厚を変えることにより、形成する蛍光体領域の膜厚を変えることができる。本発明では、固体光源の青色光と、固体光源により励起され黄色蛍光体の蛍光色との両方の色光の混色により、各蛍光体領域それぞれにおいて白色等の照明光を得ているため、この実施形態における蛍光体領域も、この考え方に従って設計されている。つまり、膜厚が薄過ぎて青色が強過ぎる条件や、逆に膜厚が厚過ぎて黄色が強過ぎる条件での設計はしない。

また、透過型蛍光回転体４１の基板５１としては、透明基板（石英ガラス基板など）が使用され、反射型蛍光回転体６１の基板７１としては、アルミなどの金属基板が使用可能である。

また、蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃには、波長が約４４０ｎｍないし約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等の黄色蛍光体を用いることができる。

図１４に示す透過型蛍光回転体４１では、透明な石英ガラス基板５１の固体光源４５とは反対側の面に蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが設けられ、また、固体光源４５側の面には光学手段（バンドパスフィルター）５２が配置されている。ここで、バンドパスフィルター５２には、紫外光を透過して可視光を反射させるように設計された誘電体多層膜（具体的には、高屈折率材料（ＴｉＯ_２，ＬａＴｉＯ，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５等）と低屈折率材料（ＳｉＯ_２，ＭｇＦ_２等）とが交互に積層された膜）からなるバンドパスフィルターを使用することができる。

また、図１６に示す反射型蛍光回転体６１では、アルミ金属基板７１上に蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが配置されている。なお、基板７１に石英ガラス基板のような透明なものを使用する場合は、基板７１上に反射面としてアルミなどの金属幕を蒸着などの方法で形成する必要がある。図１６に示すようなアルミなどの金属基板７１を使用する場合は反射面は不要である。

次に、図１２に示す蛍光回転体４１、６１を用いた図１１、図１３に示す光源装置４０、または、図１５、図１７に示す光源装置６０で、照明色を変化させられる原理を説明する。

固体光源４５から発せられる青色光の照射スポットの中に、蛍光回転体４１、６１上の各蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃがほぼ同じ面積で入るように、固体光源４５および蛍光回転体４１、６１の位置を調整する。この時に、基準となる白色の照明光が得られるように各蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃの蛍光体光学濃度や帯の幅を調整する。

図１８は、図１１、図１３の光源装置４０、または、図１５、図１７の光源装置６０における、同心円状の帯状の各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃと固体光源４５からの照射スポットとの位置関係を示している。ここで、同心円状の帯状の各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃの幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは、０．３〜７ｍｍの範囲であるが、蛍光体領域２ａの幅Ｗａ、蛍光体領域２ｃの幅Ｗｃは、蛍光体領域２ｂの幅Ｗｂに比べて広くなっている。そして、図１８において、固体光源４５に対する蛍光回転体４１、６１およびモーター４の位置がＰ０のときには、可視光（青色光）の照射スポットはＳ０に示す範囲にあり、このときには、基準となる白色の照明光が得られる。この基準となる白色に対して青味を持たせるためには、固体光源４５に対し蛍光回転体４１、６１およびモーター４を、図１３、図１７上で左方向に位置移動させれば良い。これにより、固体光源４５からの可視光（青色光）の照射スポットは、Ｓ１に示す範囲となり、蛍光体領域４２ａの照射面積が減少し、蛍光体領域４２ｃの照射面積が増加し、この結果、青味を持たせた照明色に変化させることができる。逆に、基準となる白色に対して黄味を持たせるためには、図１３、図１７上で蛍光回転体４１、６１およびモーター４を右方向に移動させれば良い。この場合には、固体光源５からの可視光（青色光）の照射スポットは、Ｓ２に示す範囲となり、蛍光体領域４２ｃの照射面積が減少し、蛍光体領域４２ａの照射面積が増加し、この結果、、黄味を持たせた照明色に変化させることができる。以上のように、蛍光回転体４１、６１およびモーター４をモーター７とラックアンドピニオン機構８により連続的に動かせば、照明色を、青味を持った白色から、黄味を持った白色まで連続的に変化させることができる。

この第２の実施形態では、同心円状に蛍光体層を配置する蛍光回転体であり、その形状から原理的に、蛍光回転体の回転につれて、つまり時間的に照明色が変化しないため、カラーブレイクを生じず、かつ、照明色を変化させられる光源装置を提供できる。

さらに、透過型蛍光回転体においては、蛍光回転体４１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃより固体光源４５側に、固体光源４５が発する光を透過し前記蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃが発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）５２を設けることにより、また、反射型蛍光回転体においては、蛍光回転体６１の蛍光体層４２ａ，４２ｂ，４２ｃを配置する基板７１上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置を提供することができる。

なお、上述の例では、蛍光回転体４１、６１には、３つの蛍光体領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃが設けられている場合を示したが、例えば蛍光体光学濃度が高中低の蛍光体領域がそれぞれ２つずつ高中低の順に繰り返し帯状に設けられている場合（蛍光回転体の回転軸Ｘを中心とした同心円状の６つの帯状蛍光体領域が設けられている場合）なども、本発明の範囲に含まれる。あるいは、蛍光体光学濃度が高中低の３段階以上に区分けされた３つ以上の蛍光体領域が設けられている場合なども、本発明の範囲に含まれる。

また、蛍光回転体４１、６１としては、例えば、蛍光体光学濃度の高い蛍光体領域と蛍光体光学濃度の低い蛍光体領域との２つの蛍光体領域が、蛍光回転体の回転軸Ｘを中心とした同心円状の帯状蛍光体領域として設けられている場合なども、本発明の範囲に含まれる。また、例えば、蛍光体光学濃度が高低の蛍光体領域がそれぞれ２つずつ高低の順に繰り返し帯状に設けられている場合（蛍光回転体の回転軸Ｘを中心とした同心円状の４つの帯状蛍光体領域が設けられている場合）なども、本発明の範囲に含まれる。

さらに、第２の実施形態の蛍光回転体として、図１９に示すように、固体光源により励起され固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体の蛍光体光学濃度が連続的に変化するような蛍光体領域７３を有している蛍光回転体７４、７５を用いることもできる。より詳細に、図１９の蛍光回転体７４、７５は、蛍光回転体７４、７５上に配置された蛍光体領域７３の蛍光体光学濃度が、蛍光回転体７４、７５の回転軸Ｘを中心とした同心円上では全円周にわたって等しく、かつ、同心円の半径方向に連続的に（外側ほど高く、内側ほど低く）変化している。

図２０は図１９の蛍光回転体が透過型蛍光回転体７４である場合の図１９のＤ−Ｄ線における断面図、図２１は図１９の蛍光回転体が反射型蛍光回転体７５である場合の図１９のＤ−Ｄ線における断面図である。なお、図２０、図２１において、図１４、図１６と同様の箇所には同じ符号を付している。図２０、図２１が図１４、図１６と相違しているところは、図２０、図２１の蛍光回転体７４、７５では、蛍光体層７３は、半径方向に膜厚が連続的に変化しており、これにより、半径方向に蛍光体光学濃度が連続的に変化している点である。

このように、図２０、図２１の蛍光回転体７４、７５は、青色の励起光により黄色に発光する蛍光体を蛍光回転体上に配置された蛍光体領域７３の蛍光体光学濃度が蛍光回転体の回転軸Ｘを中心とした同心円上では全円周に渡って等しく、かつ同心円の半径の変化に従って連続的に変化するように配置したものである。ここで、蛍光体領域７３の形成は蛍光体領域のパターンに対応する開口部（メタルメッシュ開口）を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。また、蛍光体光学濃度を連続的に変えるには、印刷法に使用するスクリーンの版厚、もしくはメタルメッシュ開口比率を連続的に変えたものを用いればよい。本発明では、固体光源の青色光と、固体光源により励起され黄色蛍光体の蛍光色の両方の色光の混色により蛍光体領域の各場所において白色等の照明光を得ているため、この実施形態における蛍光体領域も、この考え方に従って設計されている。つまり、膜厚が薄過ぎて青色が強過ぎる条件や、逆に膜厚が厚過ぎて黄色が強過ぎる条件での設計はしない。

図１１または図１５の第２の実施形態の光源装置４０または６０に、図１９に示す蛍光回転体７４または７５を用いる場合に、照明色を変化させられる原理は次のとおりである。すなわち、図１１または図１５に示す蛍光回転体７４または７５をモーター４ごと、図１１または図１５上の左右方向に可変手段６によって位置移動すれば、図１９に示す蛍光回転体７４または７５上の固体光源４５から発せられる青色光の照射スポットの位置が変化することになり、各位置ごとに異なる蛍光体光学濃度に対応した蛍光色と固体光源４５の青色光との両方の色光の混色により得られる照明色を変化させることができる。

このように、固体光源４５と蛍光回転体７４または７５の回転軸Ｘとの距離を可変手段６によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。

以上のように、第２の実施形態の光源装置４０または６０に図１９に示す蛍光回転体７４または７５を用いる場合にも、蛍光回転体７４または７５を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体７４または７５を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることに加えて、さらに、照明色を変化させることができる。

なお、上述した各例では、図５、図９、図１３、図１７に示したように、蛍光回転体１、２１、４１、６１等を回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段として、モーター７とラックアンドピニオン機構８を用いたが、移動手段としては、モーター７とラックアンドピニオン機構８に限らず、蛍光回転体１、２１、４１、６１等を回転軸Ｘと直交する方向に移動させるものであれば、任意の機構を用いることができる。例えば、図２２に示すように、移動手段としては、モーター３７と、モーター３７に取り付けられた回転アーム３８とを備え、回転アーム３８上のモーター３７とは反対側に、蛍光回転体１、２１、４１、６１等と蛍光回転体回転用のモーター４を搭載した構成にすることもできる。図２２の構成では、回転アーム３８の矢印Ｒの方向の動きに従って蛍光回転体１、２１、４１、６１等を回転軸Ｘと直交する方向に移動させている（なお、図５、図９、図１３、図１７の構成では、蛍光回転体１、２１、４１、６１等を直線移動させるのに対して、図２２の構成では、蛍光回転体１、２１、４１、６１等が円弧上を動く点で、相違している）。

図２３は第１、第２の実施態様で示した光源装置（１０、３０、４０、６０等）を用いた照明装置の一構成例を示す図である。図２３の照明装置は、照明装置外郭を形作るケース８２と、ケース８２内に格納された光源装置（１０、３０、４０、６０等）と、光源装置（１０、３０、４０、６０等）からの光を前方に所定の配光特性を持って照射するレンズ系８３とにより構成されている。

また、図２４は第１、第２の実施態様で示した光源装置（１０、３０、４０、６０等）を用いた照明装置の他の構成例を示す図である。図２４の照明装置は、照明装置外郭を形作るケース８４と、ケース８４内に格納された光源装置（１０、３０、４０、６０等）と、光源装置（１０、３０、４０、６０等）からの光を前方に所定の配光特性を持って照射するズームレンズ系８５とにより構成されている。図２４の照明装置では、ズームレンズ系８５にすることによって配光を可変することができる。特に電動式のズームレンズ系を用いた時には遠隔操作によって配光を可変することができる。

図２３や図２４のようにレンズ系を用いた時でも、本発明の光源装置を用いれば、カラーブレイク現象を生じさせない照明装置を実現できる。

上述したように、本発明の光源装置を利用して（本発明の第１、第２の実施形態の光源装置を利用して）、照射領域端部で色割れが発生することなしに、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、さらには、照明色を変化させることの可能な照明装置を実現できる。

さらに、透過型蛍光回転体においては、蛍光回転体の蛍光体層より固体光源側に、固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段（バンドパスフィルター）を設けることにより、また、反射型蛍光回転体においては、蛍光回転体の蛍光体層を配置する基板上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。

もっとも、第２の実施形態の発明と同じ照明は、蛍光回転体を用いず、単に基板上に複数の蛍光体領域を配置したものでも実現することができる。本発明が威力を発揮するのは、蛍光体が耐えられない位の強力な励起光（例えば１０Ｗ程度）を用いる場合であり、蛍光回転体の持つ冷却効果により耐久性を心配せずに使用可能であるため、狭い光源面積で大光量の光を発することができることが最大の特徴である。この特徴はレンズ系を用いた照明装置において特に有用である。

なお、上述の各例では、固体光源５、４５に可視光として青色光を出射するものを用い、各蛍光体層には黄色蛍光体層を用いているが（この場合は、照明色は、青味を持った白色から黄味を持った白色に変化可能な白色となる）、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、固体光源５、４５に可視光として青色光を出射するものを用い、各蛍光体層には緑色蛍光体層を用いることもできる（この場合は、照明色は、青緑色から緑青色に変化可能な水色となる）。あるいは、例えば、固体光源５、４５に可視光として緑色光を出射するものを用い、各蛍光体層には赤色蛍光体層を用いることもできる（この場合は、照明色は、黄緑色からオレンジ色に変化可能な黄色となる）。

本発明は、照明一般などに利用可能である。

１、２１、２８、２９、４１、６１、７４、７５蛍光回転体
２ａ，２ｂ，２ｃ、２５、２６、４２ａ，４２ｂ、４２ｃ、７３蛍光体領域（蛍光体層）
４モーター
５、４５固体光源
６可変手段
１１、３１、５１、７１基板
１２、５２光学手段（バンドパスフィルター）
１０、３０、４０、６０光源装置
８２、８４ケース
８３レンズ系
８５ズームレンズ系

Claims

可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体の回転軸を中心としてある半径で円弧を描くとき、前記複数の蛍光体領域に対応する円弧上の長さの比率が前記半径に依存して変化するように前記複数の蛍光体領域が配置されており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
前記複数の蛍光体領域を区分する境界線の少なくとも１本が曲線状になっていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記複数の蛍光体領域のうち、蛍光体光学濃度が最も高い蛍光体領域と最も低い蛍光体領域とを区分する境界線が曲線状になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
可視光を発光する固体光源と、蛍光体光学濃度が互いに異なっており、前記固体光源により励起され前記固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する複数の蛍光体領域を有する蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域が前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
可視光を発光する固体光源と、該固体光源により励起され該固体光源の発光波長より長波長の蛍光を発光する蛍光体の蛍光体光学濃度が連続的に変化するような蛍光体領域を有している蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体上に配置された前記蛍光体領域の蛍光体光学濃度は、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円上では全円周にわたって等しく、かつ、前記同心円の半径方向に連続的に変化しており、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
前記蛍光体領域から発する光が、前記固体光源からの光と、前記蛍光体領域に配置された蛍光体からの光との、両方を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置。
前記固体光源は固定されており、この場合、前記可変手段は、前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる移動手段となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光源装置。
前記蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体領域は、蛍光体層と、該蛍光体層が配置される透明な基板と、該透明な基板の前記蛍光体層よりも前記固体光源側に配置され、前記固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
前記蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体層が配置される基板には、反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光源装置。
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置。