JP2013161889A - Light-emitting device, vehicular headlamp, and color adjusting method of light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励起光を蛍光体に照射することで発生する蛍光を照明光として利用する発光装置、車両用前照灯および発光装置の色み調整方法に関する。 The present invention relates to a light emitting device that uses fluorescence generated by irradiating a fluorescent material with excitation light as illumination light, a vehicle headlamp, and a color adjustment method for the light emitting device.
近年、励起光源として発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)や半導体レーザ素子(LD;Laser Diode)などの半導体発光素子を備え、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる照明装置の研究が盛んになってきている。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor laser devices (LDs) are provided as excitation light sources, and excitation light generated from these excitation light sources is emitted to a light emitting unit including a phosphor. Research on an illuminating device using fluorescence generated by irradiation as illumination light has been actively performed.
このような照明装置に関する技術として、例えば、特許文献1には、図14(a)に示されるように、色温度の低い黄色LED10と色温度の高い青色LED11とを備え、これら複数のLEDから発せられた黄色の光と青色の光とを混合して照明光の色みを調整する照明機器12が開示されている。
As a technique related to such an illumination device, for example,
しかしながら、特許文献1に開示された照明機器12では、複数のLED(発光部)から出射された異なる色の光を混合して、照明光の色みを調整する構成であるため、得られる照明光に色ムラが生じる。そのため、特許文献1に開示された照明機器12では、この色ムラを防止するために、拡散板などが必要となる。
However, since the
また、特許文献1に開示された照明機器12では、図14(b)に示されるように、青色LED11の電流値を変化させるための回路が必要であり、装置構成が複雑になるという課題がある。
Further, in the
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みを調整することが可能な発光装置を実現することにある。また、本発明の他の目的は、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みを調整することが可能な発光装置の色み調整方法を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to make it possible to adjust the color of illumination light while suppressing the occurrence of color unevenness with a more simplified apparatus configuration. Is to realize a simple light emitting device. Another object of the present invention is to realize a color adjustment method for a light emitting device capable of adjusting the color of illumination light while suppressing the occurrence of color unevenness.
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された前記励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを、少なくとも含む発光部とを備え、前記励起光源は、前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a light emitting device according to the present invention includes an excitation light source that emits excitation light, a first phosphor that emits fluorescence by absorbing the excitation light emitted from the excitation light source, and A light emitting unit including at least a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor, and the excitation light source includes an absorption wavelength region of the first phosphor and the second phosphor. The wavelength of the excitation light is changed in a wavelength region where the absorption wavelength regions of the phosphors overlap each other.
上記の構成では、発光部は、第1の蛍光体と当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを少なくとも含み、励起光源は、第1の蛍光体の吸収波長領域と第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、励起光の波長を変化させる。 In the above configuration, the light emitting unit includes at least a first phosphor and a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor, and the excitation light source is the first phosphor. The wavelength of the excitation light is changed in a wavelength region where the absorption wavelength region and the absorption wavelength region of the second phosphor overlap each other.
ここで、蛍光体の発光効率は、照射される励起光の波長に応じて、蛍光体の種類ごとにそれぞれ変化する。そのため、第1の蛍光体および第2の蛍光体を少なくとも含む発光部に照射する励起光の波長を、第1の蛍光体の吸収波長領域と第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において変化させることで、第1の蛍光体から発せられる蛍光と第2の蛍光体から発せられる蛍光との比率が変化するため、発光部から出射される照明光の色みを調整することができる。 Here, the luminous efficiency of the phosphor changes for each type of phosphor according to the wavelength of the excitation light irradiated. For this reason, the absorption wavelength region of the first phosphor and the absorption wavelength region of the second phosphor overlap each other with respect to the wavelength of the excitation light applied to the light emitting unit including at least the first phosphor and the second phosphor. By changing in the wavelength region, the ratio of the fluorescence emitted from the first phosphor and the fluorescence emitted from the second phosphor changes, so that the color of the illumination light emitted from the light emitting unit is adjusted. Can do.
このように、上記の構成によれば、励起光の波長を制御することで、単一の発光部から出射される照明光の色みを調整することができるため、従来のように、複数の発光部から出射される光を混合して照明光の色みを調整する構成に比べて、装置構成を簡略化することができると共に、色ムラの発生を抑制することができる。 As described above, according to the above configuration, the color of the illumination light emitted from a single light emitting unit can be adjusted by controlling the wavelength of the excitation light. Compared with a configuration in which the light emitted from the light emitting unit is mixed to adjust the color of the illumination light, the device configuration can be simplified and the occurrence of color unevenness can be suppressed.
従って、上記の構成によれば、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みを調整することが可能な発光装置を実現することができる。 Therefore, according to said structure, the light-emitting device which can adjust the color of illumination light can be implement | achieved with the more simplified apparatus structure, suppressing generation | occurrence | production of a color nonuniformity.
また、本発明に係る発光装置では、前記励起光源は、前記互いに重なり合う波長領域のうち、前記第1の蛍光体の吸収端または前記第2の蛍光体の吸収端、および当該吸収端近傍の波長領域において、前記励起光の波長を変化させることが好ましい。 Moreover, in the light emitting device according to the present invention, the excitation light source includes the absorption edge of the first phosphor or the absorption edge of the second phosphor and the wavelength near the absorption edge in the overlapping wavelength region. In the region, it is preferable to change the wavelength of the excitation light.
一般的に、吸収端の波長領域で蛍光体を励起すると、蛍光体の発光効率は大きく変化する。 In general, when a phosphor is excited in the wavelength region of the absorption edge, the luminous efficiency of the phosphor changes greatly.
上記の構成によれば、励起光源は、互いに重なり合う波長領域のうち、第1の蛍光体の吸収端または第2の蛍光体の吸収端、および当該吸収端近傍の波長領域において、励起光の波長を変化させるので、第1の蛍光体および第2の蛍光体のいずれか一方の発光効率を大きく変化させて、発光部から出射される照明光の色みを効率的に変えることができる。 According to the above configuration, the excitation light source has the wavelength of the excitation light in the wavelength region of the first fluorescent material or the second fluorescent material, and in the wavelength region in the vicinity of the absorption edge, among the overlapping wavelength regions. Therefore, it is possible to change the color of the illumination light emitted from the light emitting section efficiently by largely changing the light emission efficiency of either the first phosphor or the second phosphor.
また、上記の構成によれば、励起光源は、互いに重なり合う波長領域のうち、狭い波長領域において励起光の波長を変化させることで、発光部から出射される照明光の色みを調整することが可能となるので、励起光の波長を変化させるための機構を簡略化することができる。 Further, according to the above configuration, the excitation light source can adjust the color of the illumination light emitted from the light emitting unit by changing the wavelength of the excitation light in a narrow wavelength region among the overlapping wavelength regions. As a result, a mechanism for changing the wavelength of the excitation light can be simplified.
また、本発明に係る発光装置では、前記第1の蛍光体は、前記第2の蛍光体よりもピーク波長の短い蛍光を発するものであり、前記励起光源は、前記互いに重なり合う波長領域のうち、前記第1の蛍光体の最も長波側にある吸収端および当該吸収端近傍の波長領域において、前記励起光の波長を変化させることが好ましい。 Further, in the light emitting device according to the present invention, the first phosphor emits fluorescence having a shorter peak wavelength than the second phosphor, and the excitation light source includes the overlapping wavelength region, It is preferable to change the wavelength of the excitation light in the absorption edge on the longest wave side of the first phosphor and the wavelength region near the absorption edge.
一般的に、吸収端の波長領域で蛍光体を励起すると、蛍光体の発光効率が大きく変化することが知られている。 In general, it is known that when the phosphor is excited in the wavelength region of the absorption edge, the luminous efficiency of the phosphor changes greatly.
上記の構成によれば、励起光源は、互いに重なり合う波長領域のうち、第1の蛍光体の吸収端および当該吸収端近傍の波長領域において、励起光の波長を変化させるので、第1の蛍光体の発光効率を大きく変化させて、発光部から出射される照明光の色みを効率的に変えることができる。 According to the above configuration, the excitation light source changes the wavelength of the excitation light in the absorption region of the first phosphor and the wavelength region in the vicinity of the absorption region in the overlapping wavelength region. The luminous efficiency of the illumination light emitted from the light emitting section can be changed efficiently.
また、上記の構成によれば、第2の蛍光体よりもピーク波長の短い蛍光を発する第1の蛍光体の最も長波側にある吸収端および当該吸収端近傍の波長領域において、励起光の波長を変化させるので、例えば、第1の蛍光体として青色蛍光体、第2の蛍光体として黄色蛍光体を用いた場合、励起光として近紫外光を用いて、青色蛍光体から発せられる蛍光を黄色蛍光体から発せられる蛍光に対して相対的に変化させて容易に照明光色みを変えることができるので、実施化の観点から好ましい。 Moreover, according to said structure, the wavelength of excitation light in the absorption edge in the longest wave side of the 1st fluorescent substance which emits fluorescence whose peak wavelength is shorter than a 2nd fluorescent substance, and the wavelength range of the said absorption edge vicinity For example, when a blue phosphor is used as the first phosphor and a yellow phosphor is used as the second phosphor, near ultraviolet light is used as the excitation light, and the fluorescence emitted from the blue phosphor is yellow. Since the illumination light color can be easily changed by changing relative to the fluorescence emitted from the phosphor, it is preferable from the viewpoint of implementation.
また、本発明に係る発光装置では、前記励起光源は、半導体発光素子であり、前記半導体発光素子の温度を調整する温度調整部をさらに備えることが好ましい。 In the light emitting device according to the present invention, it is preferable that the excitation light source is a semiconductor light emitting element, and further includes a temperature adjusting unit that adjusts a temperature of the semiconductor light emitting element.
上記の構成では、励起光源である半導体発光素子の温度を調整する温度調整部をさらに備えているので、温度調整部によって、半導体発光素子の温度を調整することで、励起光の波長を変化させることができる。 The above configuration further includes a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the semiconductor light emitting element, which is an excitation light source, so that the wavelength of the excitation light is changed by adjusting the temperature of the semiconductor light emitting element by the temperature adjustment unit. be able to.
例えば、温度調整部によって半導体発光素子の温度を低下させることで、励起光の波長を短くするなどといった制御が可能となる。 For example, it is possible to control the wavelength of the excitation light to be shortened by lowering the temperature of the semiconductor light emitting element by the temperature adjusting unit.
従って、上記の構成によれば、単一の励起光源から出射される励起光の波長を変化させることができる。 Therefore, according to said structure, the wavelength of the excitation light radiate | emitted from a single excitation light source can be changed.
また、本発明に係る発光装置では、前記励起光源として、異なる波長の励起光を出射する複数の光源を備え、前記複数の光源は、異なる波長の前記励起光を選択的に出射することが好ましい。 In the light-emitting device according to the present invention, it is preferable that the excitation light source includes a plurality of light sources that emit excitation light having different wavelengths, and the plurality of light sources selectively emit the excitation light having different wavelengths. .
上記の構成では、励起光源として、異なる波長の励起光を出射する複数の光源を備え、複数の光源は、異なる波長の励起光を選択的に出射する。 In the above configuration, the excitation light source includes a plurality of light sources that emit excitation light with different wavelengths, and the plurality of light sources selectively emit excitation light with different wavelengths.
従って、上記の構成によれば、複数の光源を選択的に駆動させて異なる波長の励起光を出射させることで、励起光源から出射される励起光の波長を変化させることができる。 Therefore, according to said structure, the wavelength of the excitation light radiate | emitted from an excitation light source can be changed by selectively driving a some light source and emitting the excitation light of a different wavelength.
また、上記の構成によれば、発光部に照射される励起光の波長を大きく変化させることができるので、照明光の色みを大幅に変えることができる。 Moreover, according to said structure, since the wavelength of the excitation light irradiated to a light emission part can be changed greatly, the color of illumination light can be changed significantly.
また、本発明に係る発光装置では、前記励起光は、レーザ光であることが好ましい。 In the light emitting device according to the present invention, the excitation light is preferably laser light.
上記の構成によれば、励起光源と蛍光体を含む発光部とを離間して設置することが容易になるので、励起光源で発生する熱の発光部への伝導が抑えられ、発光部の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる。一般的に、蛍光体は温度上昇と共に発光効率の低下が見られるが、励起光源と発光部とを離間して設置することにより、励起光源で発生する熱の影響を発光部に与えることなく、励起光源の温度を制御することができる。 According to the above configuration, it becomes easy to install the excitation light source and the light emitting unit including the phosphor apart from each other, so that conduction of heat generated in the excitation light source to the light emitting unit is suppressed, and the temperature of the light emitting unit is reduced. A decrease in luminous efficiency of the phosphor due to the rise can be suppressed. In general, phosphors show a decrease in luminous efficiency as the temperature rises, but by placing the excitation light source and the light emitting part apart, the influence of heat generated by the excitation light source is not given to the light emitting part, The temperature of the excitation light source can be controlled.
また、励起光としてレーザ光を用いることで、励起光を小さなスポットに絞って発光部に照射することができる。そのため、発光部としてLEDなどを備えた従来の装置に比べて、小さなサイズで高輝度な発光部(点光源)を実現することができると共に、この小さな発光部から出射される照明光の色みを調整することができる。 Further, by using laser light as the excitation light, the excitation light can be focused on a small spot and irradiated onto the light emitting portion. Therefore, it is possible to realize a light emitting part (point light source) with a small size and high brightness as compared with a conventional device including an LED as a light emitting part, and the color of illumination light emitted from this small light emitting part. Can be adjusted.
本発明に係る車両用前照灯は、上記の課題を解決するために、上記発光装置を備えることを特徴とする。 The vehicle headlamp according to the present invention includes the light-emitting device in order to solve the above problems.
上記の構成によれば、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みを調整することが可能な車両用前照灯を実現することができる。 According to said structure, the vehicle headlamp which can adjust the color of illumination light can be implement | achieved, suppressing generation | occurrence | production of a color nonuniformity with the more simplified apparatus structure.
これにより、例えば、雨天時や霧がかかっている場合には、相対的に長波長成分が多く含まれた色温度の低い照明光を照射することで照明光の乱反射を防止して視認性を向上させることができる。一方、晴天時には、相対的に短波長成分が多く含まれた色温度の高い照明光を照射することで視認性を向上させることができる。 Thus, for example, when it is raining or foggy, it is possible to prevent illumination light from being irregularly reflected by irradiating illumination light with a relatively low color temperature that contains a relatively long wavelength component. Can be improved. On the other hand, visibility can be improved by irradiating illumination light having a high color temperature and containing a relatively large amount of short wavelength components in fine weather.
本発明に係る発光装置の色み調整方法は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射された励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを、少なくとも含む発光部を備える発光装置の色み調整方法であって、前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させる波長制御ステップを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a color adjusting method for a light-emitting device according to the present invention absorbs excitation light emitted from an excitation light source and emits fluorescence, and the first phosphor. Is a color adjustment method for a light-emitting device including a light-emitting unit including at least a second phosphor that emits fluorescence having different peak wavelengths, wherein the absorption wavelength region of the first phosphor and the second fluorescence And a wavelength control step of changing the wavelength of the excitation light in a wavelength region where the absorption wavelength region of the body overlaps each other.
上記の方法によれば、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みの調整が可能な発光装置の色み調整方法を実現することができる。 According to said method, the color adjustment method of the light-emitting device which can adjust the color of illumination light can be implement | achieved, suppressing generation | occurrence | production of color unevenness.
以上のように、本発明に係る発光装置は、本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、前記励起光源から出射された前記励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを、少なくとも含む発光部とを備え、前記励起光源は、前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させる。 As described above, the light-emitting device according to the present invention includes an excitation light source that emits excitation light and the excitation light emitted from the excitation light source in order to solve the above-described problem. A light emitting section including at least a first phosphor that absorbs and emits fluorescence, and a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor; The wavelength of the excitation light is changed in a wavelength region where the absorption wavelength region of the first phosphor and the absorption wavelength region of the second phosphor overlap each other.
また、本発明に係る発光装置の色み調整方法は、励起光を出射する励起光出射ステップと、前記励起光出射ステップにて出射した前記励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体と、を少なくとも含む発光部を発光させる発光ステップと、前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させる波長制御ステップとを含む。 The color adjustment method for a light emitting device according to the present invention includes an excitation light emitting step for emitting excitation light, and a first phosphor that emits fluorescence by absorbing the excitation light emitted in the excitation light emitting step. A light emitting step that emits a light emitting unit including at least a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor, an absorption wavelength region of the first phosphor, and the second phosphor And a wavelength control step of changing the wavelength of the excitation light in a wavelength region where the absorption wavelength regions of the phosphors overlap each other.
それゆえ、本発明によれば、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みの調整が可能な発光装置および発光装置の色み調整方法を実現することができるという効果を奏する。 Therefore, according to the present invention, there is an effect that it is possible to realize a light emitting device and a color adjustment method for the light emitting device that can adjust the color of illumination light while suppressing the occurrence of color unevenness.
〔実施形態1〕
本発明に係る発光装置の実施の一形態について図1〜図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、本発明に係る発光装置を備える自動車のヘッドランプ(車両用前照灯)を例に挙げて説明する。
An embodiment of a light emitting device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, an automobile headlamp (vehicle headlamp) including the light emitting device according to the present invention will be described as an example.
ただし、本発明に係る発光装置は、自動車以外のヘッドランプ、或いは、その他の照明装置に適用することも可能である。 However, the light-emitting device according to the present invention can also be applied to a headlamp other than an automobile or other lighting devices.
<ヘッドランプ1aの構成>
まず、本実施形態に係るヘッドランプ1aの構成について、図1および図2を参照して説明する。ヘッドランプ1aは、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光を、蛍光体を含む発光部5に照射することによって発生する蛍光を、照明光として利用するものである。
<Configuration of
First, the configuration of the
図1は、本実施形態に係るヘッドランプ1aの概略構成を示す断面図であり、図2は、図1に示されるペルチェユニット3を示す拡大図である。図1に示されるように、ヘッドランプ1aは、半導体レーザ素子(励起光源)2と、ペルチェユニット(温度調整部)3と、レンズ4と、発光部5と、パラボラミラー6と、金属ベース8とを備えている。以下、ヘッドランプ1aが備える各部の構成について説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
(半導体レーザ素子2)
半導体レーザ素子2は、レーザ光(励起光)を出射する励起光源として機能する半導体発光素子である。半導体レーザ素子2は、1チップに1つの発光点を有するものであってもよく、1チップに複数の発光点を有するものであってもよい。半導体レーザ素子2が出射するレーザ光の波長は、例えば、380nm(青紫色)〜480nm(青色)であるが、これらに限定されず、発光部5に含まれる蛍光体の種類に応じて適宜選択される。
(Semiconductor laser element 2)
The
なお、半導体レーザ素子2に代えて、励起光源として発光ダイオード(LED)などを用いることも可能である。
Instead of the
(ペルチェユニット3)
ペルチェユニット3は、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を変化させるためのものである。具体的には、ペルチェユニット3は、半導体レーザ素子2の温度を制御することで、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を変化させる。
(Peltier unit 3)
The
図2に示されるように、ペルチェユニット3は、ヒートシンク31と、ペルチェ素子32と、放熱部33と、冷却ファン34とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
ヒートシンク31は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料から構成されており、ヒートシンク31に配置された半導体レーザ素子2との間で効率的に熱を交換する。
The
ペルチェ素子32は、一方の面で吸熱すると共に他方の面で発熱し、流れる電流の向きを変えることで吸熱面と発熱面とを入れ替えることができる素子である。ペルチェ素子32は、ヒートシンク31と放熱部33との間に配設されており、ペルチェ素子32の電流値を制御することで、半導体レーザ素子2と放熱部33との間で熱の交換を行うことができる。
The
放熱部33は、ペルチェ素子32の放熱面から受け取った熱を大気中へ放熱するものである。放熱部33は、熱伝導率の高い材料からなっており、ペルチェ素子32との間で効率的に熱交換を行うことができる。また、放熱部33には複数のフィンが形成されており、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。
The heat radiating section 33 radiates heat received from the heat radiating surface of the
冷却ファン34は、放熱部33を冷却するものである。具体的には、冷却ファン34は、放熱部33に風を当てることで放熱部33を冷却することで、放熱部33における放熱効率を向上させる。
The cooling
このような構成のペルチェユニット3を制御することで、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を変化させることができる。後述するように、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長は、半導体レーザ素子2の温度に応じて変化する。そのため、例えば、ペルチェユニット3によって半導体レーザ素子2の温度を低下させることで、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を短くするなどといった制御が可能となる。
By controlling the
なお、ペルチェユニット3を含むヘッドランプ1aの各部の動作は、制御部(図示省略)によって制御される。また、半導体レーザ素子2の温度を調整する温度調整部としてペルチェユニット3を用いているが、ペルチェユニット3に代えて、水冷方式、コンプレッサーなどを用いてもよい。
The operation of each part of the
(レンズ4)
レンズ4は、半導体レーザ素子2から出射されたレーザ光の照射範囲を調節するものである。具体的には、レンズ4は、半導体レーザ素子2から出射されたレーザ光が、発光部5に対して適切に照射されるように、レーザ光の照射範囲を発光部5のサイズに合わせて調節(例えば、縮小)する。
(Lens 4)
The
(発光部5)
発光部5は、半導体レーザ素子2から出射されたレーザ光を受けて蛍光(照明光)を出射するものである。発光部5は、半導体レーザ素子2によって照射されたレーザ光を吸収して蛍光を発する少なくとも2種類以上の蛍光体(第1の蛍光体.第2の蛍光体)を含んでいる。具体的には、発光部5は、レーザ光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを少なくとも含んでいる。
(Light emitting part 5)
The
この発光部5は、封止材の内部に蛍光体の粒子が分散されているもの、蛍光体の粒子を固めたもの、または、熱伝導率の高い材料からなる基板上に蛍光体の粒子を堆積させたものなどである。発光部5は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。
The light-emitting
発光部5は、金属ベース8上で、且つ、パラボラミラー6のほぼ焦点位置に配置されている。そのため、発光部5から出射した蛍光は、パラボラミラー6の反射曲面に反射することでその光路が制御され、照明光を遠くに効率よく集光することができる。なお、発光部5の上面に、レーザ光の反射を防止する反射防止構造が形成されていてもよい。
The
発光部5に含まれる蛍光体としては、酸窒化物系蛍光体(例えば、サイアロン蛍光体)またはIII−V族化合物半導体ナノ粒子蛍光体(例えば、インジュウムリン:InP)
またはYAG蛍光体を用いることができる。これらの蛍光体は、半導体レーザ素子2から発せられた高い出力(および/または光密度)のレーザ光に対しての熱耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。ただし、発光部5の蛍光体は、上述のものに限定されず、窒化物蛍光体など、その他の蛍光体であってもよい。
The phosphor contained in the
Alternatively, a YAG phosphor can be used. These phosphors have high heat resistance against high-power (and / or light density) laser light emitted from the
具体的には、発光部5に含まれる蛍光体としては、例えば、青色蛍光体(BaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、LaAl(SiAl)6N9O:Ce)、緑色の蛍光体(Ba3Si6O12N2:Eu)、β−サイアロン:Eu、Y3(Al,Ga)5O12:Ce)、黄色の蛍光体(Y3Al5O12:Ce、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu、)、赤色蛍光体(CaAlSiN3:Eu、(Sr0.8Ca0.2)AlSiN3:Eu)などが挙げられる。
Specifically, as the phosphor included in the
また、ヘッドランプ1aの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法律により規定されている。そのため、発光部5には、照明光が白色となるように選択された蛍光体が含まれている。
The law stipulates that the illumination light of the
例えば、青色蛍光体(第1の蛍光体)と黄色蛍光体(第2の蛍光体)とを発光部5に含め、近紫外のレーザ光を照射することで白色光の照明光を得ることができる。
For example, it is possible to obtain white illumination light by including a blue phosphor (first phosphor) and a yellow phosphor (second phosphor) in the
また、青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む発光部5に波長の長いレーザ光を照射することで、雨天時において視認性の優れた照明光を得ることができる。或いは、青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む発光部5に波長の短いレーザ光を照射することで、晴天時において視認性の優れた照明光を得ることができる。
Further, by irradiating the
なお、発光部5に含まれる蛍光体は2種類に限られず、3種類以上であってもよい。例えば、青色、緑色および赤色蛍光体を発光部5に含め、405nmのレーザ光を照射することで白色光の照明光を実現してもよい。
In addition, the fluorescent substance contained in the
(パラボラミラー6)
パラボラミラー6は、発光部5から出射された照明光を反射し、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。このパラボラミラー6は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。
(Parabolic mirror 6)
The
パラボラミラー6は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される曲面(放物曲面)を上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部を、その反射面に含んでいる。また、パラボラミラー6を正面から見た場合、その開口部6a(照明光の出口)は半円形である。
The
半導体レーザ素子2は、パラボラミラー6の外部に配置されており、パラボラミラー6には、レーザ光を透過または通過させる窓部7が設けられている。この窓部7は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、且つ、白色光(発光部5の蛍光)を反射するフィルターを設けた透明板を窓部7として設けてもよい。この構成によれば、発光部5の蛍光が窓部7から漏れることを防止することができる。
The
なお、パラボラミラー6の一部にパラボラではない部分を含めてもよい。また、半円形の開口部6aを有するパラボラミラー6に代えて、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラーまたはその一部を含むものを用いてもよい。或いは、楕円面ミラーや半球面ミラーを用いてもよい。
A part that is not a parabola may be included in a part of the
(金属ベース8)
金属ベース8は、発光部5を支持する板状の支持部材であり、金属(例えば、アルミニウムや銀)からなっている。そのため、金属ベース8は熱伝導率が高く、発光部5で発生した熱を効率的に放熱することができる。
(Metal base 8)
The metal base 8 is a plate-like support member that supports the
なお、発光部5を支持する支持部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い材料(ガラス、サファイアなど)を含む部材であってもよい。ただし、発光部5と当接する金属ベース8の表面は、反射面として機能することが好ましい。上記表面が反射面であることにより、蛍光を当該反射面で反射させてパラボラミラー6へ向かわせることができる。また、蛍光に変換されなかったレーザ光を上記反射面で反射させて、再度発光部5の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。
In addition, the support member which supports the
なお、金属ベース8は、パラボラミラー6によって覆われているため、パラボラミラー6の反射曲面(放物曲面)と対向する面を有していると言える。金属ベース8の発光部5が設けられている側の表面は、パラボラミラー6の回転放物面の回転軸と概ね平行であり、当該回転軸を概ね含んでいることが好ましい。
Since the metal base 8 is covered by the
<照明光の色み調整の原理>
次に、ヘッドランプ1aにおける、照明光の色み調整の原理について、図3〜図5を参照して説明する。
<Principle of color adjustment of illumination light>
Next, the principle of color adjustment of illumination light in the
図3は、蛍光体の励起スペクトル(点線)と発光スペクトル(実線)とを示すグラフであり、(a)は青色蛍光体(BaMgAl10O17:Eu)のスペクトルを示し、(b)は緑色蛍光体(Ba3Si6O12N2:Eu)のスペクトルを示し、(c)は黄色蛍光体(Y3Al5O12:Ce)のスペクトルを示し、(d)は赤色蛍光体(CaAlSiN3:Euおよび(Sr0.8Ca0.2)AlSiN3:Eu)のスペクトルを示す。なお、図3(a)および(b)は非特許文献1からの引用であり、図3(c)および(d)は非特許文献2からの引用である。
FIG. 3 is a graph showing an excitation spectrum (dotted line) and an emission spectrum (solid line) of the phosphor, wherein (a) shows the spectrum of the blue phosphor (BaMgAl 10 O 17 : Eu), and (b) shows the green color. The spectrum of the phosphor (Ba3Si 6 O 12 N 2 : Eu) is shown, (c) is the spectrum of the yellow phosphor (Y 3 Al 5 O 12 : Ce), and (d) is the red phosphor (CaAlSiN 3 : The spectra of Eu and (Sr 0.8 Ca 0.2 ) AlSiN 3 : Eu) are shown. 3A and 3B are cited from
図3(a)〜(d)に示されるように、蛍光体の励起スペクトルは、蛍光体の種類ごとにそれぞれ異なり、レーザ光(励起光)の波長に応じて変化する。そのため、レーザ光の波長を変化させることで、各蛍光体から出射される蛍光の発光強度を制御することができる。 As shown in FIGS. 3A to 3D, the excitation spectrum of the phosphor is different for each type of phosphor, and changes according to the wavelength of the laser beam (excitation light). Therefore, the emission intensity of the fluorescence emitted from each phosphor can be controlled by changing the wavelength of the laser beam.
従って、例えば、発光部5に青色蛍光体と黄色蛍光体とを含めた場合、青色蛍光体および黄色蛍光体の吸収波長領域が互いに重なり合う波長領域においてレーザ光の波長を変化させることで、青色蛍光体から発せられる蛍光と黄色蛍光体から発せられる蛍光との比率が変化するため、発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。
Therefore, for example, when the
また、蛍光体の励起スペクトルのうち、吸収端の波長領域に対応するレーザ光で蛍光体を励起することで、蛍光体の発光強度(発光効率)が大きく変化する。ここで、吸収端とは、励起波長を変化させたときに、蛍光体の発光強度が大きく変化する波長領域をいう。例えば、図3(a)に示される青色蛍光体の場合、250nm近傍および400nm近傍の波長領域における励起スペクトルでの発光強度の変化量が大きい。そのため、250nm近傍または400nm近傍においてレーザ光の波長を変化させることで、青色蛍光体の発光強度が大きく変化する。このように、蛍光体の吸収端および吸収端近傍の波長領域においてレーザ光の波長を変化させることで、蛍光体の発光強度を効率的に変化させることができる。 In addition, by exciting the phosphor with laser light corresponding to the wavelength region of the absorption edge in the excitation spectrum of the phosphor, the emission intensity (luminescence efficiency) of the phosphor greatly changes. Here, the absorption edge refers to a wavelength region in which the emission intensity of the phosphor greatly changes when the excitation wavelength is changed. For example, in the case of the blue phosphor shown in FIG. 3A, the amount of change in emission intensity in the excitation spectrum in the wavelength region near 250 nm and in the vicinity of 400 nm is large. Therefore, the emission intensity of the blue phosphor changes greatly by changing the wavelength of the laser light in the vicinity of 250 nm or 400 nm. Thus, by changing the wavelength of the laser light in the wavelength region near the absorption edge and near the absorption edge of the phosphor, the emission intensity of the phosphor can be changed efficiently.
従って、例えば、発光部5に青色蛍光体と黄色蛍光体とを含めた場合、青色蛍光体および黄色蛍光体の吸収波長領域が互いに重なり合う波長領域のうち、青色蛍光体の吸収端または黄色蛍光体の吸収端、および当該吸収端近傍の波長領域においてレーザ光の波長を変化させることで、青色蛍光体および黄色蛍光体のいずれか一方の発光強度を大きく変化させて、発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。
Therefore, for example, when the
具体的には、青色蛍光体の最も長波側にある吸収端および当該吸収端近傍の波長領域(400nm近傍)において近紫外のレーザ光の波長を変化させることで、青色蛍光体から発せられる蛍光の比率を主に変化させることができるため、発光部5から出射される照明光の色みを効率的に調整することができる。
Specifically, the fluorescence emitted from the blue phosphor is changed by changing the wavelength of the near-ultraviolet laser light in the absorption edge on the longest wave side of the blue phosphor and the wavelength region near the absorption edge (near 400 nm). Since the ratio can be mainly changed, the color of the illumination light emitted from the
図4および図5は、青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む発光部5に照射するレーザ光の波長を変化させたときの、照明光の色温度(色み)の変化をシミュレーションした結果を示す表である。図4では、青色蛍光体としてBaMgAl10O17:Eu、黄色蛍光体としてCax(Si,Al)12(O,N)16:Euを用いた場合のシミュレーション結果を示しており、図5では、青色蛍光体としてLaAl(SiAl)6N9O:Ce、黄色蛍光体としてCax(Si,Al)12(O,N)16:Euを用いた場合のシミュレーション結果を示している。
4 and 5 show the results of simulating changes in the color temperature (color) of the illumination light when the wavelength of the laser light applied to the
図4に示されるように、青色蛍光体としてBaMgAl10O17:Eu、黄色蛍光体としてCax(Si,Al)12(O,N)16:Euを用いた場合、レーザ光の波長を390nm〜415nmまで変化させることで、発光部5から出射される照明光の色みを、昼白色(色温度:4760K)〜温白色(色温度:3430K)まで変化させることができる。
As shown in FIG. 4, when BaMgAl 10 O 17 : Eu is used as the blue phosphor and Ca x (Si, Al) 12 (O, N) 16 : Eu is used as the yellow phosphor, the wavelength of the laser beam is 390 nm. By changing to ˜415 nm, the color of the illumination light emitted from the
また、図5に示されるように、青色蛍光体としてLaAl(SiAl)6N9O:Ce、黄色蛍光体としてCax(Si,Al)12(O,N)16:Euを用いた場合、レーザ光の波長を390nm〜415nmまで変化させることで、発光部5から出射される照明光の色みを、昼光色(色温度:5740K)〜白色(色温度:4270K)まで変化させることができる。
In addition, as shown in FIG. 5, when using LaAl (SiAl) 6 N 9 O: Ce as the blue phosphor and Ca x (Si, Al) 12 (O, N) 16 : Eu as the yellow phosphor, By changing the wavelength of the laser light from 390 nm to 415 nm, the color of the illumination light emitted from the
このように、レーザ光の波長を、青色蛍光体の吸収端および吸収端近傍の波長領域である390nm〜415nmまで変化させることで、単一の発光部5から出射される照明光の色みを変化させることができる。これは、レーザ光の波長を、青色蛍光体の吸収端および吸収端近傍の波長領域で変化させることで、青色蛍光体の発光強度が大きく変化したため、発光部5から出射される照明光に含まれる青色成分の割合が変化したためである。
In this way, the color of the illumination light emitted from the single
なお、図4および図5に示される色温度の変化は一例であり、変化させるレーザ光の波長帯、蛍光体の種類、蛍光体の配合比など変更することにより、発光部5から出射される照明光を所望の色みに調整することができる。
Note that the change in color temperature shown in FIGS. 4 and 5 is an example, and the light is emitted from the
例えば、青色蛍光体と黄色蛍光体との組み合わせ以外にも、青色蛍光体と緑色蛍光体と赤色蛍光体とを組み合わせてもよい。また、発光部5に青色蛍光体を含まない場合であっても、発光部5に含まれる複数の蛍光体のうち、いずれか1つの蛍光体の吸収端および吸収端近傍の波長領域においてレーザ光の波長を変化させることで、照明光の色みを調整することができる。
For example, in addition to a combination of a blue phosphor and a yellow phosphor, a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor may be combined. Further, even when the
<ヘッドランプ1aにおける処理>
次に、ヘッドランプ1aにおける処理(発光装置の色み調整方法)について、図6および図7を参照して説明する。図6は、ヘッドランプ1aにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。
<Processing in the
Next, processing in the
図6に示されるように、制御部(図示省略)は、ヘッドランプ1aを点灯させる指示を受け付けたとき、半導体レーザ素子2を駆動させてレーザ光を出射させる(S1)。具体的には、制御部は、半導体レーザ素子2に電力を供給させることで、半導体レーザ素子2からレーザ光を出射させる。このとき、ペルチェユニット3を制御して、半導体レーザ素子2の温度を一定に保ちながら、レーザ光を出射してもよい。
As shown in FIG. 6, when receiving an instruction to turn on the
次に、半導体レーザ素子2から出射したレーザ光が発光部5に照射することにより、発光部5を発光させる(S2)。これにより、発光部5から出射された照明光は、パラボラミラー6で反射して集光された後、開口部6aから照射される。
Next, the
次に、制御部は、照明光の色みを調整する指示を受け付けたとき、ペルチェユニット3を制御して、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を変化させる(S3:波長制御ステップ)。具体的には、制御部は、ペルチェユニット3を駆動させて、半導体レーザ素子2の温度を変化させる。これにより、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長を変化させることができる。
Next, when receiving an instruction to adjust the color of the illumination light, the control unit controls the
図7は、半導体レーザ素子2の温度を変化させたときの、レーザ光の波長および照明光の色温度(色み)の変化を示す表である。図7では、青色蛍光体(BaMgAl10O17:Eu)と、緑色蛍光体(Ba3Si6O12N2:Eu)と、黄色蛍光体(Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu)とを質量比16:1:8で配合した発光部5にレーザ光を照射した場合の値を示している。
FIG. 7 is a table showing changes in the wavelength of the laser light and the color temperature (color) of the illumination light when the temperature of the
図7に示されるように、制御部がペルチェユニット3を駆動させて、半導体レーザ素子2の温度を60℃から20℃まで変化させた場合、半導体レーザ素子2から出射されるレーザ光の波長は413nmから410nmに変化する。
As shown in FIG. 7, when the controller drives the
そのため、ペルチェユニット3を制御して、半導体レーザ素子2の温度を20℃から60℃の範囲で変化させることにより、発光部5から出射される照明光の色みを、白色(色温度:4030K)から温白色(色温度:3760K)の範囲で変化させることができる。
Therefore, by controlling the
このように、ヘッドランプ1aによれば、半導体レーザ素子2の温度を制御することで、単一の発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。
As described above, according to the
なお、図6に示されるフローチャートでは、照明光を照射した状態で、照明光の色みを調整する方法を示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ペルチェユニット制御ステップ(S3)を、出射ステップ(S1)と同時、または出射ステップ(S1)よりも前に行ってもよい。これにより、発光ステップ(S2)において、所望の色みに調整された照明光を照射することができる。 Note that the flowchart shown in FIG. 6 shows a method of adjusting the color of the illumination light in a state where the illumination light is irradiated, but the present invention is not limited to this. For example, the Peltier unit control step (S3) may be performed simultaneously with the emission step (S1) or before the emission step (S1). Thereby, in the light emission step (S2), illumination light adjusted to a desired color can be irradiated.
<実施形態1の総括>
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ1aは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子2と、半導体レーザ素子2から出射されたレーザ光を吸収して蛍光を発する青色蛍光体と青色蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する黄色蛍光体とを少なくとも含む発光部5と、半導体レーザ素子2の温度を調整するペルチェユニット3とを備え、半導体レーザ素子2は、青色蛍光体の吸収波長領域と黄色蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、レーザ光の波長を変化させる。
<Overview of
As described above, the
ヘッドランプ1aによれば、半導体レーザ素子2の温度を制御することで、単一の発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。そのため、従来のように、複数の発光部(LED)から出射される光を混合して照明光の色みを調整する構成に比べて、装置構成を簡略化することができると共に、色ムラの発生を抑制することができる。
According to the
従って、本実施形態によれば、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みの調整が可能なヘッドランプ1aを実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize the
これにより、例えば、雨天時や霧がかかっている場合には、相対的に波長が長い照明光を照射することで照明光の乱反射を防止して視認性を向上させることができる。一方、晴天時には、相対的に波長が短い照明光を照射することで視認性を向上させることができる。 Thereby, for example, when it is raining or foggy, illumination light having a relatively long wavelength can be irradiated to prevent irregular reflection of the illumination light and improve visibility. On the other hand, visibility can be improved by irradiating illumination light having a relatively short wavelength in fine weather.
また、本実施形態によれば、レーザ光を絞って発光部5に照射することができるので、従来のLEDを用いた構成に比べて発光部5のサイズを小さくすることができ、より高輝度なヘッドランプ1aを実現することができる。
In addition, according to the present embodiment, since the laser light can be focused and irradiated onto the
なお、上述した説明では、励起光源として半導体レーザ素子2を用いているが、LEDを用いてもよい。この場合、例えば、励起光源であるLEDのチップに設けられた蛍光体を含む発光部5をパラボラミラー6の焦点位置に配置し、LEDのチップの温度を制御することで、照明光の色みを調整することができる。
In the above description, the
<変形例>
次に、本実施形態に係るヘッドランプ1aの変形例について、図8〜図10を参照して説明する。下記の変形例1〜3では、パラボラミラー6に代えて、投影レンズ9を用いて蛍光(照明光)を投光する構成について説明する。
<Modification>
Next, modified examples of the
(変形例1)
図8は、図1に示されるヘッドランプ1aの第一の変形例を示す断面図である。図8に示されるヘッドランプ1Aは、パラボラミラー6に代えて、投影レンズ9を備えている点、および発光部5の底面5bにレーザ光が照射され、底面5bと対向する上面5aから蛍光を出射する透過型の発光原理を用いている点において、図1に示されるヘッドランプ1aと主に異なっている。
(Modification 1)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a first modification of the
図8に示されるように、ヘッドランプ1Aは、半導体レーザ素子2と、ペルチェユニット3と、レンズ4と、発光部5と、投影レンズ9と、透明板13とを備えている。
As shown in FIG. 8, the
投影レンズ9は、発光部5から出射された蛍光を透過し、蛍光を屈折させることで所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。パラボラミラー6に代えて、投影レンズ9を用いることで、ヘッドランプ1Aを小型化することが可能となる。
The
ヘッドランプ1Aでは、発光部5は、投影レンズ9の焦点位置に重なるように、ガラスなどの透明板13上に配置されており、透明板13を介して、発光部5の底面5bにレーザ光が照射される。
In the
ヘッドランプ1Aにおいて、発光部5は、透明板13と当接する底面5bから入射したレーザ光を受光し、底面5bと対向する上面5aから投影レンズ9に向けて蛍光を出射する。そして、投影レンズ9は、発光部5から出射された蛍光を透過し、蛍光を屈折させることで、所定の立体角内を進む照明光を照射する。
In the headlamp 1A, the
このように、変形例1によれば、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みの調整が可能なプロジェクション型のヘッドランプ1Aを実現することができる。 As described above, according to the first modification, the projection type headlamp 1A capable of adjusting the color of the illumination light while suppressing the occurrence of color unevenness can be realized with a more simplified device configuration. .
(変形例2)
図9は、図1に示されるヘッドランプ1aの第二の変形例を示す断面図である。なお、図9では、半導体レーザ素子2、ペルチェユニット3、およびレンズ4は省略して図示している。
(Modification 2)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second modification of the
図9に示されるヘッドランプ1Bは、発光部5の上面5aにレーザ光が照射され、レーザ光が照射された上面5aから蛍光を出射する反射型の発光原理を用いている点において、図8に示される透過型の発光原理を用いたヘッドランプ1Aと主に異なっている。
The
図9に示されるように、ヘッドランプ1Bは、発光部5と、投影レンズ9と、金属ベース14とを備えている。
As shown in FIG. 9, the
金属ベース14は、発光部5を支持するものであり、レーザ光が照射されることで発光部5に生じる熱を、発光部5と接触する接触面を介して放熱させる機能を有する。そのため、金属ベース14には、熱が伝導しやすいアルミニウムや銀などの金属材料を用いることが好ましいが、熱伝導性の高い材料であればその種類は特に限定されない。
The
また、発光部5と当接する金属ベース14の表面には、反射加工が施され、反射面として機能する。そのため、発光部5の上面5aから入射したレーザ光を、当該反射面で反射させることで再び発光部5の内部へ向かわせることができるので、レーザ光の利用効率を向上させることができる。
Further, the surface of the
ヘッドランプ1Bにおいて、発光部5は、上面5aから入射したレーザ光を受光して、当該上面5aから投影レンズ9に向けて蛍光を出射する。投影レンズ9は、発光部5から出射された蛍光を透過し、蛍光を屈折させることで、所定の立体角内を進む照明光を照射する。
In the
このように、変形例2によれば、反射型の発光原理を用いたプロジェクション型のヘッドランプ1Bを実現することができる。
As described above, according to the second modification, the
(変形例3)
図10は、図1に示されるヘッドランプ1aの第三の変形例を示す断面図である。なお、図10では、半導体レーザ素子2、ペルチェユニット3、およびレンズ4は省略して図示している。
(Modification 3)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a third modification of the
図10に示されるヘッドランプ1Cは、発光部5から出射された蛍光を精度よく投光するために、投影レンズ9に加えて、さらに楕円ミラー15を備える点において、図9に示されるヘッドランプ1Bと主に異なっている。
The headlamp 1C shown in FIG. 10 is further provided with an
図10に示されるように、ヘッドランプ1Cは、発光部5と、投影レンズ9と、金属ベース14と、楕円ミラー15とを備えている。
As shown in FIG. 10, the
楕円ミラー15は、第1の焦点f1および第2の焦点f2を有しており、第1の焦点f1に発光部5の中心が位置するように、発光部5が金属ベース14上に配置されている。
The
また、投影レンズ9は、投影レンズ9の焦点の位置と楕円ミラー15の第2の焦点f2の位置とが重なるように設けられている。
The
ヘッドランプ1Cにおいて、第1の焦点f1に配置された発光部5から出射した蛍光は、楕円ミラー15によって第2の焦点f2に向かって反射される。そして、投影レンズ9は、第2の焦点f2を通過した蛍光を透過し、蛍光を屈折させることで、所定の立体角内を進む照明光を照射する。このとき、楕円ミラー15の第2の焦点f2、つまり、投影レンズ9の焦点の位置に仮想光源が存在し、その仮想光源からの照明光が投光されたものとみなすことができる。
In the headlamp 1C, the fluorescence emitted from the
このように、変形例3によれば、発光部5と、投影レンズ9と、金属ベース14と、楕円ミラー15とを上記の位置関係に従って配置することにより、蛍光を効率よく集光することができ、且つ、集光した光を外部に効率的に照射できるプロジェクション型のヘッドランプ1Cを実現することができる。
As described above, according to the third modification, by arranging the
〔実施形態2〕
本発明に係る発光装置の他の実施の形態について図11〜図13に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1で説明した図面と同じ機能を有する部材については同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the light emitting device according to the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings explained in the first embodiment are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
本実施形態に係るヘッドランプ1bは、2つの半導体レーザ素子2a・2b(励起光源・半導体発光素子・光源)を用いて照射光の色みを調整する点で、実施形態1のヘッドランプ1bと主に異なっている。
The
<ヘッドランプ1bの構成>
まず、本実施形態に係るヘッドランプ1bの構成について、図11を参照して説明する。
<Configuration of
First, the configuration of the
図11は、本実施形態に係るヘッドランプ1bの概略構成を示す断面図である。図11に示されるように、ヘッドランプ1bは、半導体レーザ素子2a・2bと、レンズ4と、発光部5と、パラボラミラー6と、金属ベース8とを備えている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
(半導体レーザ素子2a・2b)
半導体レーザ素子2a・2bは、レーザ光(励起光)を出射する励起光源として機能する半導体発光素子である。半導体レーザ素子2a・2bは、波長の異なるレーザ光をそれぞれ出射する。例えば、半導体レーザ素子2aが出射するレーザ光の波長は410nmであり、半導体レーザ素子2bが出射するレーザ光の波長は401nmであるがこれらに限定されず、発光部5に含まれる蛍光体の種類に応じて適宜選択される。
(
The
なお、半導体レーザ素子2a・2bに光ファイバを接続し、光ファイバの出射端からレーザ光を出射させてもよい。これにより、半導体レーザ素子2a・2bの配置位置を変更することができるので、装置設計の自由度を向上させることができる。
Note that an optical fiber may be connected to the
(レンズ4)
レンズ4は、半導体レーザ素子2a・2bに対応してそれぞれ配置されており、半導体レーザ素子2a・2bから出射されたレーザ光の照射範囲を調節する。具体的には、レンズ4は、半導体レーザ素子2a・2bから出射されたレーザ光が、発光部5に対して適切に照射されるように、レーザ光の照射範囲を発光部5のサイズに合わせて調節(例えば、縮小)する。なお、半導体レーザ素子2a・2bから出射されるそれぞれのレーザ光の照射範囲を、1つのレンズ4によって調整することも可能である。
(Lens 4)
The
(パラボラミラー6)
パラボラミラー6は、半導体レーザ素子2aまたは半導体レーザ素子2bが発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束(照明光)を形成するものである。半導体レーザ素子2a・2bは、パラボラミラー6の外部に配置されており、パラボラミラー6には、レーザ光を透過または通過させる窓部7が設けられている。この窓部7は、2つの半導体レーザ素子2a・2bに対応した2つの窓部7がそれぞれ設けられていてもよく、或いは、2つの半導体レーザ素子2a・2bに共通の窓部7が1つ設けられていてもよい。
(Parabolic mirror 6)
The
<ヘッドランプ1bにおける処理>
次に、ヘッドランプ1bにおける処理(発光装置の色み調整方法)について、図12および図13を参照して説明する。図12は、ヘッドランプ1bにおける処理の流れの一例を示すフローチャートである。
<Processing in the
Next, processing in the
図12に示されるように、制御部(図示省略)は、ヘッドランプ1aを点灯させる指示を受け付けたとき、半導体レーザ素子2aを駆動させてレーザ光を出射させる(S1)。
As shown in FIG. 12, when receiving an instruction to turn on the
次に、半導体レーザ素子2aから出射したレーザ光が発光部5に照射することにより、発光部5を発光させる(S2)。これにより、発光部5から出射された照明光は、パラボラミラー6で反射して集光された後、開口部6aから照射される。
Next, the
次に、制御部は、照明光の色みを調整する指示を受け付けたとき、半導体レーザ素子2a・2bの駆動を切り替える(S13:波長制御ステップ)。具体的には、制御部は、半導体レーザ素子2aの駆動を停止させると同時に、半導体レーザ素子2bを駆動させてレーザ光を出射させる。
Next, when the control unit receives an instruction to adjust the color of the illumination light, the control unit switches driving of the
なお、図12に示されるフローチャートでは、照明光を照射した状態で、照明光の色みを調整する方法について示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、半導体レーザ切替ステップ(S13)を、出射ステップ(S1)と同時、または出射ステップ(S1)よりも前に行ってもよい。これにより、発光ステップ(S2)において、所望の色みに調整された照明光を照射することができる。 Note that although the flowchart shown in FIG. 12 shows a method for adjusting the color of the illumination light in a state where the illumination light is irradiated, the present invention is not limited to this. For example, the semiconductor laser switching step (S13) may be performed simultaneously with the emission step (S1) or before the emission step (S1). Thereby, in the light emission step (S2), illumination light adjusted to a desired color can be irradiated.
図13は、半導体レーザ素子2a・2bを切り替えたときの、レーザ光の波長および照明光の色温度(色み)の変化を示す表である。図13では、青色蛍光体(BaMgAl10O17:Eu)と、緑色蛍光体(Ba3Si6O12N2:Eu)と、黄色蛍光体(Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu)とを質量比16:1:8で配合した発光部5にレーザ光を照射した場合の値を示している。
FIG. 13 is a table showing changes in the wavelength of the laser light and the color temperature (color) of the illumination light when the
図13に示されるように、制御部が半導体レーザ素子2aから半導体レーザ素子2bに駆動を切り替えた場合、発光部5に照射されるレーザ光の波長は410nmから401nmに変化する。
As shown in FIG. 13, when the control unit switches the driving from the
そのため、半導体レーザ素子2aから半導体レーザ素子2bに駆動を切り替えることによって、発光部5から出射される照明光の色みを、白色(色温度:4030K)から昼白色(色温度:5760K)に変化させることができる。
Therefore, by changing the drive from the
このように、ヘッドランプ1bによれば、波長の異なるレーザ光をそれぞれ出射する半導体レーザ素子2a・2bの駆動を切り替えることで、単一の発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。
Thus, according to the
また、ヘッドランプ1bによれば、実施形態1に係るヘッドランプ1aのように半導体レーザ素子2の温度を制御する構成に比べて、発光部5に照射されるレーザ光の波長を大きく変化させることができるので、照明光の色みを大幅に変えることができる。
Further, according to the
<実施形態2の総括>
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ1bは、異なる波長のレーザ光を選択的に出射する半導体レーザ素子2a・2bと、半導体レーザ素子2aまたは半導体レーザ素子2bから出射されたレーザ光を吸収して蛍光を発する青色蛍光体と当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する黄色蛍光体とを少なくとも含む発光部5とを備え、半導体レーザ素子2a・2bは、青色蛍光体の吸収波長領域と黄色蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、異なる波長のレーザ光の波長を選択的に出射する。
<Overview of
As described above, the
ヘッドランプ1bによれば、半導体レーザ素子2a・2bの駆動を選択的に切り替えることで、単一の発光部5から出射される照明光の色みを調整することができる。そのため、従来のように、複数の発光部(LED)から出射される光を混合して照明光の色みを調整する構成に比べて、装置構成を簡略化することができると共に、色ムラの発生を抑制することができる。
According to the
従って、本実施形態によれば、より簡略化した装置構成で、色ムラの発生を抑制しつつ、照明光の色みの調整が可能なヘッドランプ1bを実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize the
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and the embodiments can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention.
例えば、複数の半導体レーザ素子を備え、各半導体レーザ素子の温度を制御することで照明光の色みを調整する構成であってもよい。 For example, a configuration in which a plurality of semiconductor laser elements are provided and the color of illumination light is adjusted by controlling the temperature of each semiconductor laser element may be employed.
〔補足〕
なお、本発明に係る発光装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る発光装置は、半導体発光素子で発光波長の異なる複数の蛍光体を励起する際に、含有する蛍光体の吸収端の中で、最も短波にある吸収端付近で励起波長を変化させることで、取り出される照明光の色みを調整することを特徴とする。
[Supplement]
The light emitting device according to the present invention can also be expressed as follows. That is, when the light emitting device according to the present invention excites a plurality of phosphors having different emission wavelengths with a semiconductor light emitting element, the excitation wavelength is near the absorption edge at the shortest wavelength among the absorption edges of the phosphors contained. It is characterized by adjusting the color of the extracted illumination light by changing.
また、本発明に係る発光装置は、上記の半導体発光素子の温度を変化させることで励起波長を変化させることを特徴とする。 The light-emitting device according to the present invention is characterized in that the excitation wavelength is changed by changing the temperature of the semiconductor light-emitting element.
また、本発明に係る発光装置は、励起波長の異なる複数の半導体素子を用い、励起波長を変化させることを特徴とする。 The light-emitting device according to the present invention is characterized in that a plurality of semiconductor elements having different excitation wavelengths are used and the excitation wavelength is changed.
また、本発明に係る発光装置は、上記の半導体発光素子がレーザであることを特徴とする。 In the light-emitting device according to the present invention, the semiconductor light-emitting element is a laser.
本発明に係る発光装置は、照明装置、特に車両用などのヘッドランプに好適に適用することができる。 The light emitting device according to the present invention can be suitably applied to a lighting device, particularly a headlamp for a vehicle or the like.
1a ヘッドランプ(発光装置・車両用前照灯)
1b ヘッドランプ(発光装置・車両用前照灯)
1A ヘッドランプ(発光装置・車両用前照灯)
1B ヘッドランプ(発光装置・車両用前照灯)
1C ヘッドランプ(発光装置・車両用前照灯)
2 半導体レーザ素子(励起光源・半導体発光素子)
2a 半導体レーザ素子(励起光源・半導体発光素子・光源)
2b 半導体レーザ素子(励起光源・半導体発光素子・光源)
3 ペルチェユニット(温度調整部)
5 発光部
6 パラボラミラー
9 投影レンズ
13 透明板
14 金属ベース
15 楕円ミラー
31 ヒートシンク
32 ペルチェ素子
33 放熱部
34 冷却ファン
S1 出射ステップ
S2 発光ステップ
S3 ペルチェユニット制御ステップ(波長制御ステップ)
S13 半導体レーザ素子切替ステップ(波長制御ステップ)
f1 第1の焦点
f2 第2の焦点
1a Headlamp (light emitting device / vehicle headlamp)
1b Headlamp (light emitting device / vehicle headlamp)
1A Headlamp (light emitting device / vehicle headlamp)
1B Headlamp (light emitting device / vehicle headlamp)
1C Headlamp (light emitting device / vehicle headlamp)
2 Semiconductor laser element (excitation light source / semiconductor light emitting element)
2a Semiconductor laser element (excitation light source, semiconductor light emitting element, light source)
2b Semiconductor laser element (excitation light source / semiconductor light emitting element / light source)
3 Peltier unit (temperature adjustment unit)
DESCRIPTION OF
S13 Semiconductor laser element switching step (wavelength control step)
f1 first focus f2 second focus
Claims (8)
前記励起光源から出射された前記励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、当該第1の蛍光体とはピーク波長の異なる蛍光を発する第2の蛍光体とを、少なくとも含む発光部とを備え、
前記励起光源は、前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させることを特徴とする発光装置。 An excitation light source that emits excitation light;
Light emission including at least a first phosphor that emits fluorescence by absorbing the excitation light emitted from the excitation light source, and a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor. With
The light-emitting device, wherein the excitation light source changes the wavelength of the excitation light in a wavelength region where an absorption wavelength region of the first phosphor and an absorption wavelength region of the second phosphor overlap each other.
前記励起光源は、前記互いに重なり合う波長領域のうち、前記第1の蛍光体の最も長波側にある吸収端および当該吸収端近傍の波長領域において、前記励起光の波長を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 The first phosphor emits fluorescence having a shorter peak wavelength than the second phosphor,
The excitation light source changes a wavelength of the excitation light in an absorption edge on the longest wave side of the first phosphor and a wavelength area in the vicinity of the absorption edge among the overlapping wavelength ranges. The light emitting device according to claim 1.
前記半導体発光素子の温度を調整する温度調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 The excitation light source is a semiconductor light emitting element,
The light-emitting device according to claim 1, further comprising a temperature adjustment unit that adjusts a temperature of the semiconductor light-emitting element.
前記複数の光源は、異なる波長の前記励起光を選択的に出射することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 As the excitation light source, comprising a plurality of light sources that emit excitation light of different wavelengths,
4. The light-emitting device according to claim 1, wherein the plurality of light sources selectively emit the excitation light having different wavelengths. 5.
前記第1の蛍光体の吸収波長領域と前記第2の蛍光体の吸収波長領域とが互いに重なり合う波長領域において、前記励起光の波長を変化させる波長制御ステップを含むことを特徴とする発光装置の色み調整方法。 A light emitting unit including at least a first phosphor that emits fluorescence by absorbing excitation light emitted from an excitation light source, and a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength different from that of the first phosphor; A color adjustment method for a light emitting device comprising
And a wavelength control step of changing a wavelength of the excitation light in a wavelength region where the absorption wavelength region of the first phosphor and the absorption wavelength region of the second phosphor overlap each other. Color adjustment method.
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