JP2023002847A - Light-emitting device and light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光装置および光源装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device and a light source device.
従来、光源からの光を変調して画像を表示するプロジェクタなどの画像表示装置が広く用いられている。当該画像表示装置の光源には、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)などの固体光源と、当該固体光源が発する励起光を受光して蛍光を発する蛍光膜とを有する装置が用いられる。なお、当該装置については、センサ部による光のサンプリング間隔を制御することにより、当該装置が照射する各出射光を測定可能な技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, image display devices such as projectors that display images by modulating light from a light source have been widely used. As the light source of the image display device, a device having a solid-state light source such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode) and a fluorescent film that receives the excitation light emitted by the solid-state light source and emits fluorescence is used. . As for the device, a technique is known that can measure each emitted light emitted by the device by controlling the light sampling interval of the sensor unit (see, for example, Patent Document 1).
上記のような、励起光を蛍光膜が受光して蛍光を発する装置では、一般に、励起光のパワーに応じて蛍光膜に発熱が生じる。また、蛍光膜の発光特性は、通常、温度依存性を有している。このため、蛍光膜の発光特性は、蛍光膜の温度によって変動する。よって、常に最大の発光効率となる条件で上記の光源を使用することが困難である。 In a device such as the one described above in which the fluorescent film receives excitation light and emits fluorescence, heat is generally generated in the fluorescent film according to the power of the excitation light. In addition, the luminous properties of the fluorescent film usually have temperature dependence. Therefore, the emission characteristics of the phosphor film vary depending on the temperature of the phosphor film. Therefore, it is difficult to use the above light source under the condition that the luminous efficiency is always maximized.
蛍光膜を最大の発光効率で使用する方法として、蛍光膜の温度を測定して励起光のパワーの制御にフィードバックする方法が考えられるが、この方法では、以下のような問題が考えられる。たとえば、蛍光膜の正確な温度特性、膜厚に合わせて、蛍光膜の温度に対する固体光源の駆動条件のテーブルを用意するなどの事前の処理が必要である。しかしながら、蛍光膜の温度は、一般に、蛍光膜における励起光の単位面積当たりの強度の増加に対して非線形で増加し、また、蛍光膜の温度による蛍光の強度への影響が生じる。さらに、蛍光膜の発光特性は、蛍光膜の個体差も含む。このため、蛍光膜の温度から蛍光のピーク発光強度を解析することが難しい。 As a method of using the fluorescent film with the maximum luminous efficiency, a method of measuring the temperature of the fluorescent film and feeding it back to control the power of the excitation light can be considered, but this method has the following problems. For example, it is necessary to prepare a table of driving conditions of the solid-state light source with respect to the temperature of the fluorescent film in accordance with the accurate temperature characteristics and film thickness of the fluorescent film. However, the temperature of the fluorescent film generally increases nonlinearly with the increase in the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent film, and the temperature of the fluorescent film affects the intensity of fluorescence. Furthermore, the emission characteristics of the fluorescent film include individual differences in the fluorescent film. Therefore, it is difficult to analyze the peak emission intensity of fluorescence from the temperature of the fluorescent film.
本発明の一態様は、励起光源からの励起光を蛍光源で受けて蛍光を発する発光装置において、事前の処理に依らずに所望の発光強度で発光を発生させることを目的とする。 An object of one embodiment of the present invention is to emit light with a desired emission intensity without prior treatment in a light-emitting device in which a fluorescence source emits fluorescence by receiving excitation light from an excitation light source.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、励起光を照射するための励起光源と、前記励起光源からの前記励起光を受けて蛍光を発する蛍光源と、前記蛍光源が発する前記蛍光の一部を受光する受光素子と、前記受光素子が受光した前記蛍光の強度の位相を検出し、検出した前記蛍光の強度の位相に応じて、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を調整する調整装置とを有し、前記調整装置は、前記蛍光の強度の位相が前記励起光の強度の位相と同じである場合には、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を高くし、前記蛍光の強度の位相が前記励起光の強度の位相と逆である場合には、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を低くする。 In order to solve the above problems, a light-emitting device according to an aspect of the present invention includes an excitation light source for irradiating excitation light, a fluorescence source for emitting fluorescence upon receiving the excitation light from the excitation light source, and a light-receiving element for receiving part of the fluorescence emitted by a fluorescence source; detecting a phase of intensity of the fluorescence received by the light-receiving element; and an adjustment device for adjusting the intensity per unit area of light, the adjustment device adjusting the excitation in the fluorescence source when the phase of the intensity of the fluorescence is the same as the phase of the intensity of the excitation light. The intensity per unit area of light is increased, and if the phase of the intensity of the fluorescence is opposite to the phase of the intensity of the excitation light, the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source is decreased.
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光源装置は、上記の発光装置と、前記励起光および前記蛍光の一方または両方の光路を制御するための光学系と、を有する。 In order to solve the above problems, a light source device according to an aspect of the present invention includes the above light emitting device, and an optical system for controlling optical paths of one or both of the excitation light and the fluorescence. have.
本発明の一態様によれば、励起光源から励起光を蛍光源で受けて蛍光を発する発光装置において、事前の処理に依らずに所望の強度で蛍光を発生させることができる。 According to one embodiment of the present invention, in a light-emitting device in which a fluorescence source emits fluorescence by receiving excitation light from an excitation light source, fluorescence can be generated at a desired intensity without prior treatment.
〔実施形態1〕
(発光装置の構成)
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る発光装置の構成を模式的に示す図である。図1に示されるように、発光装置10は、励起光源11、蛍光発生装置12、受光素子13および調整装置14を有する。
[Embodiment 1]
(Structure of Light Emitting Device)
An embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a light-emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the
(励起光源)
励起光源11は、励起光を照射するための光源である。励起光は、後述する蛍光層に照射されたときに蛍光層中の蛍光体を励起して蛍光層から蛍光を発生させる光である。励起光は、このような光であれば限定されない。励起光源11は、例えば、青色レーザまたは青色LEDである。
(excitation light source)
The
(蛍光発生装置)
蛍光発生装置12は、励起光源11からの励起光を受けて蛍光を発する装置である。蛍光発生装置12は、反射基板121および蛍光層122を有する。
(Fluorescence generator)
The
反射基板121は、その表面に蛍光層122を支持するとともに光を反射する性質を有する。反射基板121は、光に対する高い反射率を有することが好ましい。また、励起光の照射によって発熱する蛍光層122から除熱して蛍光層122の温度上昇を抑制する観点から、反射基板121は、高い熱伝導率を有することが好ましい。反射基板121の例には、アルミ基板および高反射性を有するアルミナ基板、および、高反射コーティングをした金属基板、が含まれる。
The
蛍光層122は、励起光を受けて蛍光を発する蛍光源の一態様である。蛍光源は、蛍光を発生可能に、蛍光体を含有する物であればよい。蛍光源は、蛍光を発する蛍光体そのもので構成されていてもよいし、バインダなどの他の成分を含有していてもよい。また、蛍光源の形状は限定されず、例えば、所定の物体そのものの形状を有していてもよい。また、蛍光源の形態は、物体の表面に配置される膜または層であってもよい。
The
蛍光層122は、蛍光体と当該蛍光体を結着するバインダとによって構成されている。蛍光層122の厚みは、発光装置10の用途や所期の能力などに応じて適宜に決めることができる。
The
蛍光体が発する蛍光の色は、励起光の種類および発光装置の用途に応じて適宜に決めることができ、蛍光の色は、例えば、青色、緑色、赤色などの白色光以外の色であってもよい。 The color of fluorescence emitted by the phosphor can be appropriately determined according to the type of excitation light and the application of the light-emitting device. good too.
蛍光体は、一種でもそれ以上でもよい。たとえば、蛍光源は、異なる色を発する二種以上の蛍光体を含んでいてもよい。たとえば、蛍光源は、近紫外光の励起光を黄色光および青色光に変換する二種類の蛍光体を含んでいてもよい。このような蛍光源は、黄色光および青色光の蛍光が混色した擬似白色光の蛍光を発生することができる。 One or more phosphors may be used. For example, a fluorescent source may include two or more phosphors that emit different colors. For example, a fluorescent source may include two types of phosphors that convert near-ultraviolet excitation light into yellow and blue light. Such a fluorescence source can generate pseudo-white fluorescence that is a mixture of yellow and blue fluorescence.
蛍光体は、蛍光を発生する成分であれば、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。レーザ光を励起光とする場合では、一般にレーザ光のレーザパワー密度は十分に高いことから、蛍光源の温度が上昇しやすい。この場合、蛍光体は、高い耐熱性を有する観点から、無機蛍光体であることが好ましい。無機蛍光体の例には、酸窒化物系の蛍光体および窒化物系の蛍光体が含まれる。 The phosphor may be an organic compound or an inorganic compound as long as it is a component that emits fluorescence. When laser light is used as the excitation light, the laser power density of the laser light is generally sufficiently high, so the temperature of the fluorescence source tends to rise. In this case, the phosphor is preferably an inorganic phosphor from the viewpoint of having high heat resistance. Examples of inorganic phosphors include oxynitride-based phosphors and nitride-based phosphors.
蛍光体は、励起光の種類および発する蛍光の所期の色に応じて適宜に選ぶことができる。たとえば、励起光が近紫外光である場合では、当該励起光を赤色光に変換する蛍光物質の例には、CaAlSiN3:Eu2+が含まれる。上記励起光を黄色光に変換する蛍光物質の例には、Ca-α-SiAlON:Eu2+およびY3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce)が含まれる。上記励起光を緑色光に変換する蛍光物質の例には、β-SiAlON:Eu2+およびLu3Al5O12:Ce3+(LuAG:Ce)が含まれる。上記励起光を青色光に変換する蛍光物質の例には、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6C12:Eu、BaMgAl10O17:Eu2+、および、(Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu2+、が含まれる。 The phosphor can be appropriately selected according to the type of excitation light and the desired color of emitted fluorescence. For example, when the excitation light is near-ultraviolet light, examples of fluorescent substances that convert the excitation light into red light include CaAlSiN 3 :Eu 2+ . Examples of phosphors that convert the excitation light to yellow light include Ca-α-SiAlON:Eu 2+ and Y 3 Al 5 O 12 :Ce 3+ (YAG:Ce). Examples of phosphors that convert the excitation light to green light include β-SiAlON:Eu 2+ and Lu 3 Al 5 O 12 :Ce 3+ (LuAG:Ce). Examples of phosphors that convert the excitation light to blue light include (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 C 12 :Eu, BaMgAl 10 O 17 :Eu 2+ , and (Sr, Ba ) 3 MgSi 2 O 8 :Eu 2+ .
蛍光源における蛍光体の形態は限定されない。蛍光源において、蛍光体は、粒子状に成形されていてもよいし、バインダ中に分散されている微細粒子であってもよいし、液体であってもよい。 The form of the phosphor in the fluorescent source is not limited. In the fluorescent source, the phosphor may be formed into particles, may be fine particles dispersed in a binder, or may be liquid.
バインダは、蛍光物質を結着して蛍光体を構成する材料である。蛍光体のみで蛍光源を構成することができる場合には、バインダは不要である。バインダは、蛍光体に対する結着性に応じて適宜に決めることができ、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。 A binder is a material that binds a fluorescent substance to form a fluorescent substance. No binder is required if the fluorescent source can be composed of the phosphor alone. The binder can be appropriately determined depending on the binding property to the phosphor, and may be an organic compound or an inorganic compound.
バインダは、蛍光層122の放熱性を高める観点から、高い熱伝導率を有することが好ましい。また、バインダは、蛍光層122の熱安定性を高める観点から、十分に高い耐熱性を有することが好ましい。このような観点から、バインダは、無機のバインダであることが好ましい。無機のバインダの例には、アルミニウム化合物が含まれ、当該アルミニウム化合物の例には、アルミナおよびベーマイトが含まれる。
The binder preferably has high thermal conductivity from the viewpoint of enhancing the heat dissipation of the
バインダも、蛍光体と同様に、その蛍光源中における形態は限定されない。バインダは、蛍光源において、連続相であってもよいし、蛍光体の粒子に結着する粒子の状態であってもよい。さらに、バインダは、上記のような高い熱伝導率などの所期の効果が得られる範囲において、アルミニウム化合物以外の他の成分を副成分としてさらに含有していてもよい。 The binder, like the phosphor, is not limited in its form in the fluorescence source. The binder may be in the continuous phase or in the form of particles bound to the phosphor particles in the fluorescent source. Furthermore, the binder may further contain other components other than the aluminum compound as subcomponents within the range in which the desired effects such as high thermal conductivity as described above can be obtained.
また、蛍光源は、所期の効果が得られる範囲において、バインダ以外の他の成分をさらに含有していてもよい。たとえば、蛍光源は、発生する蛍光の色を調整するために微量添加されるドーパントをさらに含有していてもよい。 Moreover, the fluorescence source may further contain other components other than the binder as long as the desired effect can be obtained. For example, the fluorescent source may further contain dopants that are added in minor amounts to adjust the color of the emitted fluorescence.
本実施形態においては、蛍光層122は、無機蛍光体の粒子と当該無機蛍光体の粒子を結着する無機バインダの粒子とによって構成されている。蛍光層122の好ましい一例には、YAG:Ce(イットリウム・アルミニウム・ガーネットにドーパントとしてセリウムをドープした蛍光体の粒子、例えば、Y3Al5O12:Ce3+)と、バインダ粒子としてのアルミナ粒子とによって構成される層が含まれる。上記のYAG:Ceの体積基準のメジアン径(D50)は例えば25μmである。また、YAG:Ceおよびバインダ粒子の混合比は、体積比で6:4である。このように、蛍光層122は、無機のバインダと当該バインダに結着されている無機の蛍光体とによって構成されていてよい。
In this embodiment, the
また、蛍光層122における無機蛍光体は、D50が25μmのYAG:CeとD50が5μmのYAG:Ceとの混合物であってもよい。このような無機蛍光体で構成される蛍光層122において、D50が25μmのYAG:Ce、D50が5μmのYAG:Ce、およびバインダ粒子の混合比は、この順で、また体積比で5:3:2である。
Alternatively, the inorganic phosphor in the
蛍光層122は、公知の方法で作製することが可能であり、例えば、反射基板121の表面に蛍光体とバインダとの組成物を印刷法によって塗布し、当該組成物の塗膜を乾燥させ、さらに必要に応じて焼成することによって作製することが可能である。
The
(受光素子)
受光素子13は、蛍光層122が発する蛍光の一部を受光する素子である。受光素子13は、少なくとも、受光した光の位相を検出できるように光を受光する。受光素子13の例には、干渉計などの光位相検出器が含まれる。
(Light receiving element)
The
(調整装置)
調整装置14は、プロセッサを含み、位相検出部141および制御部142を機能的な構成として備える。
(Regulator)
The
位相検出部141は、受光素子13が受光した蛍光の強度の位相を検出する。蛍光の強度の位相とは、蛍光の周期的に変動する強度の位相である。蛍光の強度の周期的な変動が描く波形は、限定されず、例えば正弦曲線であってよく、他の形状の繰り返しによる形状であってもよい。さらには、当該波形は、所定の形状の規則的な繰り返しによる形状であってもよいし、不規則な形状であってもよい。
The
蛍光の強度は、蛍光の強さを表す。蛍光の強度は、任意の単位によって表すことができ、蛍光の強度の単位の例には、単位面積当たりの光のエネルギー、輝度、および、これらの相対値で表される任意の単位、が含まれる。以下、蛍光の「強度」を「発光強度」とも言う。 Fluorescence intensity represents the intensity of fluorescence. Fluorescence intensity can be expressed in arbitrary units, and examples of fluorescence intensity units include light energy per unit area, luminance, and any units expressed in relative values thereof. be Hereinafter, the “intensity” of fluorescence is also referred to as “luminescence intensity”.
制御部142は、検出した蛍光の強度の位相に応じて、蛍光層122における励起光の単位面積当たりの強度を調整する。より具体的には、制御部142は、蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相と同じである場合には、蛍光層122における励起光の単位面積当たりの強度を高くする。また、蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相と逆である場合には、蛍光層122における励起光の単位面積当たりの強度を低くする。
The
ここで、励起光の強度の位相とは、励起光の強度の周期的な変動における位相である。励起光の強度の周期的な変化は、例えば、励起光源11の出力が周期的かつ微細に変動することによる。たとえば、励起光源11における出力の周期的な変動における周期は60Hz~60kHzである。当該周期は、例えば発光装置10を有する光源装置の用途に応じて、上記の範囲から適宜に決めることができる。また、励起光源11における出力の周期的な変動における振幅は平均値の±5~10%である。当該振幅が小さすぎると蛍光の変化も小さすぎ、励起光の強度の位相が十分に表れないことがある。当該振幅が大きすぎることは、蛍光層122における蛍光の発光強度に対して過剰の強度の励起光を蛍光層122に照射していることになる。このため、当該振幅が大きすぎると、蛍光層122の劣化が促進される恐れがあり、発光装置10の信頼性が低下する恐れがある。励起光の強度は、励起光の強度を表す範囲において限定されず、その例には、単位面積当たりの励起光のエネルギー、および、輝度が含まれる。以下の実施形態では、励起光の「強度」を「レーザパワー」とも言う。
Here, the phase of the intensity of the excitation light is the phase in the periodic variation of the intensity of the excitation light. A periodic change in the intensity of the excitation light is due to, for example, periodic and fine fluctuations in the output of the
蛍光層122における励起光の単位面積当たりの強度を調整する方法には、様々な方法がある。本実施形態では、調整装置14は、蛍光の強度の位相と励起光の強度の位相との関係に応じて、励起光源11の出力の代表値を増減する。なお、出力の代表値とは、励起光源11から照射される励起光が所期の強度を有するように設定される励起光源11の出力値である。当該代表値は、前述した励起光源11の出力における周期的かつ微細な変動における中央値であってもよいし、励起光源11の出力値の平均値であってもよい。
There are various methods for adjusting the intensity per unit area of the excitation light in the
(その他の構成)
発光装置10は、本実施形態の効果が得られる範囲において、前述した構成以外の他の構成をさらに有していてよい。たとえば、発光装置10は、蛍光発生装置12に接触するように配置されている不図示の冷却部(ヒートシンク)をさらに有していてよい。当該ヒートシンクは、反射基板121に接触しており、反射基板121および蛍光層122を必要に応じて冷却する。当該冷却部を発光装置10がさらに有することは、蛍光層122の熱劣化を抑制する観点から好ましい。
(Other configurations)
The light-emitting
また、発光装置10は、不図示の温度センサをさらに有していてよい。当該温度センサは、蛍光層122において励起光が照射される部分の温度を検出する。温度センサは、非接触で温度を検出する装置であり、例えば赤外線温度センサである。
Moreover, the light-emitting
(励起光の強度と蛍光の発光強度との関係)
次に、励起光の強度と蛍光の発光強度との関係について説明する。図2は、発光装置10におけるレーザ光のレーザパワー密度と蛍光の発光強度との関係の一例を示す図である。図3は、発光装置10におけるレーザ光のレーザパワー密度と蛍光層122の温度との関係の一例を示す図である。レーザパワー密度は、例えば、蛍光層122の表面における励起光の単位面積当たりの強度の一態様である。また、本実施形態において、蛍光の発光強度の単位を「a.u.」(任意単位)としている。蛍光の発光強度は、励起光非照射時における蛍光の発光強度(例えば輝度)を「0」とし、励起光照射時であって蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相の二倍となるときの蛍光の発光強度(例えば輝度)を「1」としたときの相対値で表されている。
(Relationship Between Intensity of Excitation Light and Emission Intensity of Fluorescence)
Next, the relationship between the intensity of excitation light and the emission intensity of fluorescence will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the laser power density of laser light and the emission intensity of fluorescence in the
励起光源11から青色レーザなどの励起光を出射する。励起光が蛍光層122に入射すると、図2に示されるように、励起光のレーザパワー密度が大きくなるにつれて、蛍光層122における蛍光の発光強度が増加する。励起光の照射当初では、レーザパワー密度の増加に対して、発光強度はほぼ直線的に増加する。蛍光の発光強度がこのような挙動を示す領域(図2、図3中の「A」で表される領域)を「発光強度増加領域」とも言う。発光強度増加領域では、図3に示されるように、蛍光層122の温度も、レーザパワー密度の増加に伴って増加する。
The
発光強度増加領域からさらにレーザパワー密度を増加させると、図2に示されるように、蛍光の発光強度は最大値まで増加し、当該最大値を過ぎると減少し始める。このように、蛍光の発光強度は、レーザパワー密度の増加に対して、ある点で極大値を示し、その後減少する。蛍光の発光強度が極大値を挟んでこのように挙動する領域(例えば、蛍光の発光強度が上記最大値(輝度飽和点)の90%以上となる範囲など。図2、図3中の「B」で表される領域)を「ピーク強度領域」とも言う。ピーク強度領域でも、図3に示されるように、蛍光層122の温度は、レーザパワー密度の増加に伴って増加する。
As the laser power density is further increased from the emission intensity increasing region, as shown in FIG. 2, the emission intensity of fluorescence increases to a maximum value, after which it begins to decrease. Thus, the emission intensity of fluorescence shows a maximum value at a certain point and then decreases with increasing laser power density. A region where the fluorescence emission intensity behaves in this way across the maximum value (for example, a range where the fluorescence emission intensity is 90% or more of the maximum value (brightness saturation point), etc. "B" in FIGS. ) is also referred to as a “peak intensity region”. Even in the peak intensity region, the temperature of the
ピーク強度領域からさらにレーザパワー密度を増加させると、図2に示されるように、蛍光の発光強度は減少する。このように輝度飽和後では、蛍光の発光強度は減少する。蛍光の発光強度がこのように挙動する領域(図2、図3中の「C」で表される領域)を「発光強度減少領域」とも言う。発光強度減少領域においても、図3に示されるように、蛍光層122の温度は、レーザパワー密度の増加に伴ってさらに増加する。
Increasing the laser power density further from the peak intensity region decreases the emission intensity of fluorescence, as shown in FIG. Thus, after luminance saturation, the emission intensity of fluorescence decreases. A region where the emission intensity of fluorescence behaves in this way (region represented by “C” in FIGS. 2 and 3) is also referred to as a “luminescence intensity decreasing region”. Also in the emission intensity decreasing region, as shown in FIG. 3, the temperature of the
(励起光の強度の制御例)
次に、励起光の強度の制御について説明する。励起光がレーザの場合では、励起光の強度は、周期的に変動する。ここで、励起光のちらつきを抑制する観点から、励起光の周波数は高いことが好ましい。このような観点から、励起光の周波数は、例えば60Hz以上であってよい。
(Example of controlling intensity of excitation light)
Next, control of the intensity of excitation light will be described. When the excitation light is a laser, the intensity of the excitation light fluctuates periodically. Here, from the viewpoint of suppressing flickering of the excitation light, it is preferable that the frequency of the excitation light is high. From such a point of view, the frequency of the excitation light may be, for example, 60 Hz or higher.
(励起光の強度の周期的な変動が正弦曲線の場合)
<発光強度増加領域>
図4は、発光装置10における発光強度増加領域(図2、3中のA)での励起光のレーザパワーと蛍光の発光強度の挙動の一例を示す図である。励起光の出力条件および当該出力条件による蛍光の状態は、例えば以下の通りである。なお、下記の「θ」は、「2π」と「f」(周波数[Hz])と「t」(時間[秒])との積で表される。
励起光のレーザパワー:平均3.5W
励起光のレーザパワーの周期的変動の形状:正弦曲線(sinθ)
励起光のレーザパワーの周期的変動における振幅:0.5W
蛍光の発光強度:平均0.927(a.u)
蛍光の発光強度の周期的変動の形状:正弦曲線(sinθ)
(If the periodic variation of the intensity of the excitation light is sinusoidal)
<Luminous Intensity Increase Area>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the behavior of the laser power of excitation light and the emission intensity of fluorescence in the emission intensity increasing region (A in FIGS. 2 and 3) in the
Laser power of excitation light: average 3.5 W
Shape of periodic fluctuation of excitation light laser power: sinusoidal curve (sin θ)
Amplitude in periodic fluctuation of excitation light laser power: 0.5 W
Emission intensity of fluorescence: average 0.927 (au)
Shape of periodic variation in fluorescence emission intensity: sinusoidal curve (sin θ)
発光強度増加領域では、励起光の強度および蛍光の強度における周期的変動の形状は、いずれもsinθで表される。制御部142は、位相検出部141が検出した蛍光の強度の位相と、励起光源11から出力される励起光の強度の位相とを比較する。蛍光の強度と励起光の強度とが同位相である場合には、蛍光層122から発する蛍光は、輝度飽和に至っていないと判断することができる。制御部142は、上記の場合、励起光源11の出力をより大きくする。
In the emission intensity increasing region, the shape of the periodic variation in the excitation light intensity and fluorescence intensity is both represented by sin θ. The
<ピーク強度領域>
図5は、発光装置10におけるピーク強度領域(図2、3中のB)での励起光のパワーと蛍光の発光強度の挙動の一例を示す図である。励起光の出力条件および当該出力条件による蛍光の状態は、例えば以下の通りである。
励起光のレーザパワー:平均4.1W
励起光の強度の周期的変動の形状:正弦曲線(sinθ)
蛍光の発光強度:平均0.984(a.u)
蛍光の発光強度の周期的変動の形状:正弦曲線(cos2θ)
<Peak intensity area>
FIG. 5 is a diagram showing an example of the behavior of the excitation light power and fluorescence emission intensity in the peak intensity region (B in FIGS. 2 and 3) in the
Laser power of excitation light: average 4.1 W
Shape of periodic variation in intensity of excitation light: sinusoidal curve (sin θ)
Emission intensity of fluorescence: average 0.984 (au)
Shape of periodic variation in fluorescence emission intensity: sinusoidal curve (cos2θ)
ピーク強度領域における発光強度の極大値(最大値)では、蛍光の強度の周期的変動における周波数は、励起光の強度の周期的変動における周波数の二倍になる。よって、励起光の強度の周期的変動をsinθで表す場合では、ピーク強度領域における蛍光の強度の周期的変動は、cos2θで表される。このとき、蛍光層122から発する蛍光は、実質的に輝度飽和に到達した、と判断することができる。制御部142は、上記の場合、励起光源11の出力を変動させない。
At the local maximum (maximum) of the emission intensity in the peak intensity region, the frequency of the periodic fluctuations in the intensity of the fluorescence is twice the frequency of the periodic fluctuations in the intensity of the excitation light. Therefore, when the periodic variation in intensity of excitation light is represented by sin θ, the periodic variation in intensity of fluorescence in the peak intensity region is represented by cos 2θ. At this time, it can be determined that the fluorescence emitted from the
<発光強度減少領域>
図6は、発光装置10における発光強度減少領域(図2、3中のC)での励起光のパワーと蛍光の発光強度の挙動の一例を示す図である。励起光の出力条件および当該出力条件による蛍光の状態は、例えば以下の通りである。
励起光のレーザパワー:平均4.6W
励起光の強度の周期的変動の形状:正弦曲線(sinθ)
蛍光の発光強度:平均0.911(a.u)
蛍光の発光強度の周期的変動の形状:正弦曲線(sin(θ+π))
<Luminous Intensity Decrease Area>
FIG. 6 is a diagram showing an example of the behavior of excitation light power and fluorescence emission intensity in the emission intensity decreasing region (C in FIGS. 2 and 3) in the
Laser power of excitation light: Average 4.6 W
Shape of periodic variation in intensity of excitation light: sinusoidal curve (sin θ)
Emission intensity of fluorescence: average 0.911 (au)
Shape of periodic variation in fluorescence emission intensity: sinusoidal curve (sin (θ + π))
発光強度減少領域では、励起光および蛍光がいずれも同じ周期であるが、蛍光の強度の周期的変動の増減は、励起子の強度の周期的変動の増減の逆となっている。このように、発光強度減少領域では、蛍光の強度の周期的変動における位相は、励起光の強度の周期的変動の位相の逆となっている。よって、励起光の強度の周期的変動をsinθで表す場合では、発光強度減少領域における蛍光の強度の周期的変動は、sin(θ+π)で表される。この場合、蛍光層122から発する蛍光は、過度の輝度飽和になっている、と判断することができる。制御部142は、上記の場合、励起光源11の出力をより小さくする。
In the emission intensity decreasing region, both the excitation light and the fluorescence have the same period, but the increase and decrease of the periodic fluctuation of the intensity of the fluorescence are opposite to those of the exciton intensity. Thus, in the emission intensity decreasing region, the phase of the periodic fluctuation in fluorescence intensity is opposite to the phase of the periodic fluctuation in excitation light intensity. Therefore, when the periodic variation in the intensity of the excitation light is represented by sin θ, the periodic variation in the fluorescence intensity in the emission intensity decreasing region is represented by sin(θ+π). In this case, it can be determined that the fluorescence emitted from the
なお、蛍光の発光強度の周期的変動の増加側における振幅は、周期的変動の減少側における振幅よりも小さい部分を含む。これは、蛍光の発光強度が輝度飽和のために所定の値で頭打ちになっているためである。 In addition, the amplitude on the increasing side of the periodic fluctuation of fluorescence emission intensity includes a portion smaller than the amplitude on the decreasing side of the periodic fluctuation. This is because the emission intensity of fluorescence peaks out at a predetermined value due to luminance saturation.
(励起光の強度の周期的な変動の波形が三角波の場合)
次に、励起光の強度の周期的な変動における波形が三角波である場合を例に、励起光の強度と蛍光の強度の挙動について説明する。
(When the waveform of the periodic fluctuation of the intensity of the excitation light is a triangular wave)
Next, the behavior of the intensity of the excitation light and the intensity of the fluorescence will be described, taking as an example a case where the waveform in the periodic variation of the intensity of the excitation light is a triangular wave.
図7は、発光装置10における発光強度増加領域での励起光のレーザパワーと蛍光の発光強度の挙動の他の例を示す図である。発光強度増加領域での励起光の出力条件は、例えば以下の通りである。
励起光のレーザパワーの周期的変動における振幅:0.5W
励起光のレーザパワー:平均3.5W
FIG. 7 is a diagram showing another example of the behavior of the laser power of excitation light and the emission intensity of fluorescence in the emission intensity increasing region in the
Amplitude in periodic fluctuation of excitation light laser power: 0.5 W
Laser power of excitation light: average 3.5 W
励起光のレーザパワーの周期的変動における波形が三角波の場合でも、当該波形が正弦曲線である場合と同様に、発光強度増加領域では、蛍光の発光強度は、励起光と同じ位相で周期的に変動している。よって、この場合も、制御部142は、上記の場合、励起光源11の出力をより大きくする。
Even if the waveform in the periodic fluctuation of the laser power of the excitation light is a triangular wave, in the emission intensity increasing region, the emission intensity of the fluorescence periodically changes in the same phase as that of the excitation light, as in the case where the waveform is a sine curve. fluctuating. Therefore, also in this case, the
図8は、発光装置10におけるピーク強度領域での励起光のレーザパワーと蛍光の発光強度の挙動の他の例を示す図である。ピーク強度領域での励起光のレーザパワーは、平均4.1Wである。励起光のレーザパワーの周期的変動における波形が三角波の場合でも、当該波形が正弦曲線である場合と同様に、ピーク強度領域では、蛍光の強度の周期的変動における周波数は、励起光の強度の周期的変動における周波数の二倍となっている。よって、この場合も、制御部142は、励起光源11の出力を変動させない。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the behavior of the laser power of the excitation light and the emission intensity of the fluorescence in the peak intensity region in the
図9は、発光装置10における発光強度減少領域での励起光のレーザパワーと蛍光の発光強度の挙動の他の例を示す図である。発光強度減少領域での励起光のレーザパワーは、平均4.6Wである。励起光のレーザパワーの周期的変動における波形が三角波の場合でも、当該波形が正弦曲線である場合と同様に、発光強度減少領域では、蛍光の強度の周期的変動における位相は、励起光の強度の周期的変動における位相の逆となっている。この場合も、制御部142は、励起光源11の出力をより小さくする。
FIG. 9 is a diagram showing another example of the behavior of the excitation light laser power and fluorescence emission intensity in the emission intensity decreasing region in the
励起光のレーザパワーの周期的変動における波形が三角波である場合では、励起光の当該波形が正弦曲線である場合に比べて、蛍光の強度の周期的変動の波形がより複雑な形状となる。しかしながら、この場合でも、蛍光の状態は、励起光の周期的変動の波形が正弦曲線である場合と実質的に同じになる。蛍光の発光強度の周期的変動における最適な波形をより容易に解析する観点から、励起光の強度の周期的変動における波形は、三角波に比べて正弦曲線であることが好ましい。 When the waveform of the periodic fluctuation of the laser power of the excitation light is a triangular wave, the waveform of the periodic fluctuation of the fluorescence intensity has a more complicated shape than when the waveform of the excitation light is a sinusoidal curve. However, even in this case, the state of fluorescence is substantially the same as when the waveform of the periodic variation of the excitation light is sinusoidal. From the viewpoint of easier analysis of the optimum waveform in the periodic fluctuation of the emission intensity of fluorescence, the waveform in the periodic fluctuation of the intensity of the excitation light is preferably a sine curve rather than a triangular wave.
(本実施形態における具体的な動作例)
制御部142は、所定の出力で励起光を励起光源11から出力させる。出力する励起光は、その強度が周期的に変動している。励起光は、蛍光層122に到達し、蛍光体を励起し、蛍光を発生させる。蛍光体に照射される励起光は、その強度が周期的に変動することから、当該励起光によって励起される蛍光体もまた、発光強度が周期的に変動する蛍光を発生する。発生した蛍光は、全方位に向けて発生するが、反射基板121に向かう蛍光は反射基板121で反射する。このため、蛍光は、反射基板121の表面から上方(図中の励起光源11側)に出射する。
(Specific operation example in this embodiment)
The
受光素子13は、蛍光層122から上方に出射する蛍光のうち、斜め上方に出射した蛍光を受光する。
The
位相検出部141は、受光素子13が検出した蛍光の発光強度の周期的な変動における位相を検出する。なお、位相検出部141による位相の検出は、連続して行われてもよいし、例えば所定の間隔をおいて断続的に行われてもよい。
The
制御部142は、位相検出部141が検出した蛍光の発光強度の周期的変動における位相を参照し、励起光源11から出力されている励起光のレーザパワーの周期的変動における位相と比較する。
The
発光強度またはレーザパワーにおける周期的な変動について、蛍光の位相が励起光の位相と同じである場合には、蛍光の発光強度は、発光強度増加領域に位置すると判断できることから、制御部142は、励起光源11の出力をより増加させる。これにより、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度がより高くなり、蛍光層122で発生する蛍光の発光強度がより増加する。
Regarding periodic fluctuations in emission intensity or laser power, when the phase of fluorescence is the same as the phase of excitation light, it can be determined that the emission intensity of fluorescence is located in the emission intensity increasing region. The output of the
発光強度またはレーザパワーにおける周期的な変動について、蛍光の位相が励起光の位相の逆となっている場合には、蛍光の発光強度は、発光強度減少領域に位置すると判断できることから、制御部142は、励起光源11の出力をより減少させる。これにより、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度がより小さくなる。蛍光層122における蛍光体は無機蛍光体であることから、耐熱性に優れ、よって、蛍光の発光強度は、可逆的に変化する。すなわち、発光強度減少領域では、励起光源11の出力を小さくすると、蛍光層122で発生する蛍光の発光強度は、発光強度の最大値に向けて増加し、その後は減少する。よって、蛍光の発光強度は、発光強度減少量領域から脱する。
Regarding periodic fluctuations in emission intensity or laser power, when the phase of fluorescence is opposite to the phase of excitation light, it can be determined that the emission intensity of fluorescence is located in the emission intensity decreasing region. reduces the output of the
発光強度またはレーザパワーにおける周期的な変動について、蛍光の周波数が励起光の周波数の二倍となっている場合には、蛍光の発光強度はピーク強度領域に位置すると判断できることから、制御部142は、励起光源11の出力を維持する。これにより、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度も維持され、蛍光層122からは、実質的に最大値の発光強度で蛍光が発生する。
Regarding periodic fluctuations in emission intensity or laser power, when the frequency of fluorescence is twice the frequency of excitation light, it can be determined that the emission intensity of fluorescence is located in the peak intensity region. , to maintain the output of the
(作用効果)
周期的に変動する励起光の強度(レーザパワー)と蛍光の強度(発光強度)の位相を比較することで、蛍光が輝度飽和前か否かが決定される。すなわち、励起光と蛍光の位相が同じであれば、蛍光が輝度飽和に至っていないので、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度を高めることにより、蛍光の発光強度をその最大値に向けてさらに高めることが可能である。
(Effect)
By comparing the phases of the periodically fluctuating excitation light intensity (laser power) and fluorescence intensity (luminescence intensity), it is determined whether or not the fluorescence is before luminance saturation. That is, if the phases of the excitation light and the fluorescence are the same, the fluorescence does not reach brightness saturation. It is possible to increase
一方、励起光のレーザパワーと蛍光の発光強度の位相が逆であれば、蛍光が過度の輝度飽和の状態にあるので、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度を下げる。それにより、蛍光における過度の輝度飽和の状態を解消させることが可能であり、また蛍光の発光強度をその最大値に向けて高めることが可能である。
On the other hand, if the phases of the laser power of the excitation light and the emission intensity of the fluorescence are opposite to each other, the fluorescence is in a state of excessive luminance saturation, so the laser power density of the excitation light in the
さらに、蛍光の位相が励起光の位相の二倍であれば、蛍光は輝度飽和直前であり、実質的に最大値となる発光強度を有するので、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度を維持することにより、実質的に最大の発光強度で蛍光を発生させ続けられる。
Furthermore, if the phase of the fluorescence is twice the phase of the excitation light, the fluorescence is just before luminance saturation and has substantially the maximum emission intensity, so the laser power density of the excitation light in the
したがって、本実施形態では、蛍光層122の構成およびその環境情報を事前に取得することなく、最適な発光強度(例えば発光強度における最大値)での蛍光の発生を実現することができる。この効果は、蛍光層122の構造あるいは厚さなどの蛍光層122に起因する固体差の有無に関わらず奏される。
Therefore, in the present embodiment, it is possible to generate fluorescence at an optimum emission intensity (for example, maximum emission intensity) without obtaining in advance the configuration of the
また、本実施形態では、夏場や冬場など、季節に応じて蛍光層122の環境の温度が変化する場合においても、当該環境に応じた最適な発光強度を実現する上記の効果を得ることができる。
Further, in this embodiment, even when the temperature of the environment of the
また、本実施形態では、発光強度の最大値での蛍光が発生するように、蛍光層122における励起光の単位面積当たりの強度を調整することから、蛍光層122における励起光が照射される部分の温度が高くなりやすい。一方で、本実施形態では、蛍光発生装置12を無機材料(無機の反射基材、無機バインダおよび無機蛍光物質)で構成している。よって、本実施形態では、蛍光層122における励起光が照射される部分が焼損する可能性が十分に低く、耐熱性および信頼性を十分に高めることが可能である。
In addition, in the present embodiment, the intensity per unit area of the excitation light in the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 2]
Other embodiments of the invention are described below. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(発光装置の構成)
図10は、本発明の実施形態2に係る発光装置の構成を模式的に示す図である。図10に示されるように、発光装置20は、励起光源11、蛍光発生装置12、受光素子13、調整装置24および焦点可変レンズ25を有している。励起光源11、蛍光発生装置12および受光素子13は、発光装置10におけるこれらの構成と同様である。焦点可変レンズ25は、蛍光層122に照射される励起光の焦点距離を変化させるための焦点可変装置の一態様である。
(Structure of Light Emitting Device)
FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of a light emitting device according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 10, the
調整装置24は、位相検出部141と制御部242とを備えている。位相検出部141は、発光装置10における位相検出部141と同様に構成されている。制御部242は、制御部142と同様に、位相検出部141が検出した蛍光の発光強度の位相と、励起光源11が出力している励起光のレーザパワーの位相とをそれぞれ参照して比較する機能を有する。また、制御部242は、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との関係に応じて焦点可変レンズ25を制御する機能をさらに有する。
The
焦点可変レンズ25は、通過する光の焦点距離を変化させるレンズである。焦点可変レンズ25は、励起光源11と蛍光発生装置12との間の励起光の光路中に、その光学系を励起光が通過するように配置されている。励起光源11から出力された励起光は、焦点可変レンズ25を通って蛍光層122へ到達する。なお、発光装置20は、制御部242からの信号が焦点可変レンズ25に入力されるように構成されている。
The
(本実施形態における具体的な動作例)
本実施形態において、調整装置24は、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との関係に応じて、焦点可変レンズ25による励起光の焦点距離を変更する。
(Specific operation example in this embodiment)
In the present embodiment, the adjusting
励起光の焦点距離を変更すると、蛍光層122における励起光で照射されている部分(レーザスポット)について、その中心の位置は移動せず、レーザスポットのサイズが変化する。焦点距離が、励起光の光路における焦点可変レンズ25から蛍光層122までの距離に等しい場合には、レーザスポットのサイズは最小となる。焦点距離と励起光の光路における焦点可変レンズ25から蛍光層122までの距離との差が大きくなるほど、レーザスポットのサイズも大きくなる。
When the focal length of the excitation light is changed, the center position of the portion (laser spot) irradiated with the excitation light in the
励起光源11の出力が一定である場合では、レーザスポットのサイズ(例えば[mm2])が小さくなるほど、蛍光層122におけるレーザパワー密度(例えば[W/mm2])は大きくなる。レーザスポットのサイズが大きくなるほど、蛍光層122におけるレーザパワー密度は小さくなる。
When the output of the
したがって、本実施形態では、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが同じである場合には、制御部242は、レーザスポットのサイズがより小さくなるように、焦点距離を焦点可変レンズ25に変更させる。蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが逆の場合には、制御部242は、レーザスポットのサイズがより大きくなるように、焦点距離を焦点可変レンズ25に変更させる。蛍光の発光強度の周波数が励起光のレーザパワーの周波数の二倍である場合には、制御部242は、レーザスポットのサイズを維持するように、焦点可変レンズ25にその焦点距離を保たせる。
Therefore, in this embodiment, when the phase of the emission intensity of fluorescence and the phase of the laser power of the excitation light are the same, the
(作用効果)
発光装置20では、励起光源11の出力を固定して、蛍光層122における励起光のレーザパワー密度を調整することが可能である。よって、励起光自体の振幅を変えることなく当該レーザパワー密度を調整することができる。
(Effect)
In the
また、蛍光層122の環境に応じて励起光のレーザパワー密度を調整することが可能である。たとえば、より高温の環境となる夏には、蛍光層122が熱くなりやすい。よって、レーザスポットをより広げ、例えば蛍光の発光強度が最大となるレーザスポットとなるように励起光を蛍光層122に照射することができる。一方で、より低温の環境となる冬では、蛍光層122が冷たくなりやすい。レーザスポットをより狭めて励起光を蛍光層122に照射することができる。
Also, it is possible to adjust the laser power density of the excitation light according to the environment of the
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 3]
Other embodiments of the invention are described below. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(発光装置の構成)
図11は、本発明の実施形態3に係る発光装置の構成を模式的に示す図である。図12は、本発明の実施形態3に係る発光装置における要部の構成を模式的に示す斜視図である。図11に示されるように、発光装置30は、励起光源11、蛍光発生装置12、受光素子13、調整装置34および回動装置35を有する。励起光源11、蛍光発生装置12および受光素子13は、発光装置10におけるこれらの構成と同様である。回動装置35は、励起光の蛍光層122への入射角度を変更するための入射角変更装置の一態様である。
(Structure of Light Emitting Device)
FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a light emitting device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 12 is a perspective view schematically showing the configuration of a main part of a light emitting device according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 11, the
調整装置34は、位相検出部141と制御部342とを備えている。位相検出部141は、発光装置10における位相検出部141と同様に構成されている。制御部342は、制御部142と同様に、位相検出部141が検出した蛍光の発光強度の位相と、励起光源11が出力している励起光のレーザパワーの位相とをそれぞれ参照して比較する機能を有する。また、制御部342は、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との関係に応じて回動装置35を制御する機能をさらに有する。
The
図11、図12に示されるように、回動装置35は、底部およびその周縁から起立する壁部を有する容器351、当該壁部から突出する軸352およびモータ353を有する。容器351の底部は、平面視したときに矩形である。壁部は、底部の各辺から起立している。軸352は、対向する一対の壁部のそれぞれの外表面から、当該外表面に直交する向きに延在している。モータ353は、軸352を回動する駆動源となるように、不図示のプーリおよびベルトなどによって適宜に軸352に接続されている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the rotating
容器351には、蛍光発生装置12が収容されている。回動装置35は、励起光源11および受光素子13に対して、励起光源11の光軸と受光素子13の光軸との両方を含む平面に対して軸352が直交するように配置されている。蛍光発生装置12は、軸352に沿って見たときに、励起光源11の光軸と蛍光層122との交点が軸352の中心と重なる位置に、容器351に収容されている。また、発光装置30は、制御部342からの信号がモータ353に入力されるように構成されている。
The
なお、図11では、励起光源11の光軸と受光素子13の光軸との両方を含む平面における蛍光層122の法線を一点鎖線で示している。当該法線と励起光源11の光軸とがなす角が、蛍光層122に対する励起光の入射角であり、図11では、その角度をθで表している。
In addition, in FIG. 11, the normal line of the
(本実施形態における具体的な動作例)
本実施形態において、調整装置34は、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との関係に応じて励起光の蛍光層122への入射角度を増減する。より具体的には、調整装置34は、上記の関係に応じて、回動装置35によって蛍光層122を回動させることにより、励起光の蛍光層122への入射角度を増減する。
(Specific operation example in this embodiment)
In this embodiment, the adjusting
前述したように、励起光源11の出力が一定である場合では、蛍光層に122におけるレーザパワー密度は、蛍光層122における励起光のレーザスポットのサイズが小さい程大きく、当該サイズが大きい程小さくなる。蛍光層122における励起光のレーザスポットのサイズは、入射角度θが0のときに最も小さくなり、入射角度θの絶対値が大きくなるほど大きくなる。
As described above, when the output of the
したがって、本実施形態では、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが同じである場合には、制御部342は、レーザスポットのサイズをより小さくするために、入射角度θがより小さくなるように回動装置35を作動させる。蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが逆の場合には、制御部342は、レーザスポットのサイズをより大きくするために、入射角度θがより大きくなるように回動装置35を作動させる。蛍光の位相が励起光の位相の二倍である場合には、制御部342は、レーザスポットのサイズを維持するように、回動装置35に、この場合における入射角度θを保たせる。
Therefore, in this embodiment, when the phase of the emission intensity of fluorescence and the phase of the laser power of the excitation light are the same, the
(作用効果)
発光装置30は、発光装置20と同様の効果を奏する。加えて、発光装置30は、安価かつ簡易な構成で励起光の入射角度を変更することができる。
(Effect)
The light-emitting
〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 4]
Other embodiments of the invention are described below. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(発光装置の構成)
図13は、本発明の実施形態4に係る発光装置の構成を模式的に示す図である。図13に示されるように、発光装置40は、励起光源11、蛍光発生装置12、受光素子13、調整装置44およびペルチェ素子45を有している。励起光源11、蛍光発生装置12および受光素子13は、発光装置10におけるこれらの構成と同様である。ペルチェ素子45は、蛍光層122を取り巻く環境を変更可能な環境変更装置の一態様である。
(Structure of Light Emitting Device)
FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of a light emitting device according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 13, the
調整装置44は、位相検出部141と制御部442とを備えている。位相検出部141は、発光装置10における位相検出部141と同様に構成されている。制御部442は、制御部142と同様に、位相検出部141が検出した蛍光の位相と、励起光源11が出力している励起光の位相とをそれぞれ参照して比較する機能を有する。また、制御部442は、蛍光層122の温度環境を変更させる機能をさらに有する。
The
ペルチェ素子45は、蛍光発生装置12を支持している。より具体的には、反射基板121がペルチェ素子45に接して、ペルチェ素子45上に配置されており、その反射基板121上に蛍光層122が配置されている。ペルチェ素子45は、反射基板121に接触する部分において温度を調整可能な素子である。ペルチェ素子45の温度調整可能範囲は、例えば-20~120℃である。また、発光装置40は、制御部442からの信号がペルチェ素子45に入力されるように構成されている。
The
(本実施形態における具体的な動作例)
前述したように、蛍光の位相が励起光の位相の二倍となる場合に、蛍光の発光強度は最大となる。したがって、蛍光の位相が励起光の位相の二倍となるときの励起光源の出力を求めることにより、蛍光の最大の発光強度時における励起光源のレーザパワーを求めることが可能である。
(Specific operation example in this embodiment)
As described above, the emission intensity of fluorescence is maximized when the phase of fluorescence is twice the phase of excitation light. Therefore, by obtaining the output of the excitation light source when the phase of the fluorescence is twice the phase of the excitation light, it is possible to obtain the laser power of the excitation light source at the time of maximum emission intensity of the fluorescence.
本実施形態において、調整装置44は、ペルチェ素子45の作動によって、所望の蛍光層122の温度環境を設定する。設定した温度で蛍光の位相と励起光の位相とを参照し、励起光源の出力を変動させる。そして、蛍光の位相が励起光の位相の二倍になるときの励起光源の出力を求める。ペルチェ素子45によって別の温度に蛍光層122の温度環境を変更し、上記のようにして蛍光の位相が励起光の位相の二倍になるときの励起光源の出力を求める。それにより、発光装置40において、蛍光層122の温度環境を変化させたときの温度ごとに、最大値となる発光強度の蛍光に対応する励起光源のレーザパワーが求められる。
In this embodiment, the
(作用効果)
発光装置40では、環境温度ごとの発光装置の特性を簡易に評価することができる。
(Effect)
With the light-emitting
〔実施形態5〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 5]
Other embodiments of the invention are described below. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(光源装置の構成)
図14は、本発明の実施形態5に係る光源装置の構成を紹介するための図である。当該光源装置は、反射型レーザヘッドライトである。当該ヘッドライトは、例えば車両用前照灯である。図14は、光源装置を、その光軸方向に沿う分割面で分割した状態を模式的に示している。図14に示されるように、光源装置100は、発光装置とリフレクタ120とを有する。当該発光装置は、実施形態1で前述した構成と同様の構成を有する。なお、図14中の符号110は、当該分割面を表す線である。
(Configuration of light source device)
FIG. 14 is a diagram for introducing the configuration of a light source device according to
リフレクタ120は、例えば、開放端を有するカバーである。リフレクタ120の形状は、その断面形状が開放端に向けて放物線状に漸次拡大する形状である。リフレクタ120の内表面はミラーとなっている。リフレクタ120の開放端とは反対側の中央部には、リフレクタ120の壁部を貫通する孔が形成されている。
励起光源11は、リフレクタ120の外側に配置されている。図14では、励起光源11は、リフレクタ120の中心軸に対して斜めに励起光B1を照射するように描かれているが、励起光源11は、その光軸がリフレクタ120の中心軸と同一線上となる位置に配置されている。励起光源11は、励起光として青色レーザなどの青色の励起光を出力する。
The
蛍光発生装置52は、リフレクタ120の軸線上に、リフレクタ120の開放端に蛍光層122を向けて配置されている。蛍光発生装置52は、発光装置10における蛍光発生装置12と同様の構成を有している。蛍光層122は、励起光の照射により黄色の蛍光を発する。
The
受光素子13は、リフレクタ120の開放端よりも外側であって、リフレクタ120から出射される蛍光の一部および励起光の一部を受光する位置に配置されている。
The
調整装置54は、位相検出部541と制御部542とを備える。位相検出部541は、受光素子13が受光した光から蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との両方を検出するように構成されている。制御部542は、位相検出部541が検出した蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相との両方を参照して励起光源11の出力を制御するように構成されている。調整装置54は、受光素子13に配置されていてもよいし、励起光源11に配置されていてもよいし、これらから独立して配置されていてもよい。
The
上記の説明から明らかなように、本実施形態において、リフレクタ120は、励起光および蛍光の光路を制御する光学系を構成している。
As is clear from the above description, in this embodiment, the
(本実施形態における具体的な動作例)
励起光源11は、励起光B1を出力する。励起光B1は、リフレクタ120の孔を通じて蛍光発生装置52に到達する。蛍光発生装置52からは、励起光B2と蛍光B3が出射される。励起光B2は、例えば、蛍光層122で表面反射した励起光、および、蛍光膜内部で拡散してリフレクタ120で反射した励起光、である。蛍光B3は、例えば、蛍光層122に到達した励起光によって蛍光物質が励起されて発した蛍光である。
(Specific operation example in this embodiment)
The
蛍光発生装置52から出射された励起光B2および蛍光B3は、リフレクタ120で反射して主に所望の方向、例えばリフレクタ120の軸線方向を光軸とする白色光となってリフレクタ120から出射される。
The excitation light B2 and fluorescence B3 emitted from the
受光素子13は、リフレクタ120からの出射光を受光する。当該出射光は、例えば受光素子13において適当な光学フィルタを通すことにより、励起光成分と蛍光成分とに分けられる。
The
位相検出部541は、受光素子13が受光した光から励起光のレーザパワーの位相を検出し、また蛍光の発光強度の位相を検出する。制御部542は、位相検出部541が検出した位相の情報を参照して、励起光源11の出力を制御する。
The
たとえば、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが同じである場合には、制御部542は、励起光源11の出力を増加させる。これにより、蛍光層122における励起光B1のレーザパワー密度が高まり、蛍光の発光強度が増加する。
For example, when the phase of fluorescence emission intensity and the phase of excitation light laser power are the same,
蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが逆の場合には、制御部542は、励起光源11の出力を減少させる。これにより、蛍光層122における励起光B1のレーザパワー密度が下がり、蛍光の発光強度は、発光強度の最大値に向けて増加し、その後は減少する。
When the phase of fluorescence emission intensity and the phase of excitation light laser power are opposite to each other,
蛍光の発光強度の周波数が励起光のレーザパワーの周波数の二倍である場合には、制御部542は、励起光源11の出力を変えずに維持する。これにより、蛍光層122における励起光B1のレーザパワー密度も維持され、実質的に発光強度の最大値となる強度の蛍光を発生し続ける。
When the frequency of the emission intensity of fluorescence is twice the frequency of the laser power of the excitation light, the
(作用効果)
本実施形態の光源装置100は、出射光の強度の位相に基づいて、発光強度の最大値となる強度の蛍光を含む出射光を常に発生させることが可能である。よって、事前の処理に依らずに所望の発光強度での発光を簡易に実現することができる。
(Effect)
The
〔実施形態6〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
[Embodiment 6]
Other embodiments of the invention are described below. For convenience of description, members having the same functions as those of the members described in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(光源装置の構成)
図15は、本発明の実施形態6に係る光源装置の構成を模式的に示す図である。当該光源装置は、蛍光ホイールを有し、例えばプロジェクタ用の光源装置である。図15に示されるように、光源装置200は、発光装置、ホイール210、蛍光層215、モータ220、ダイクロイックミラー230、および、レンズ240、250、260を有する。当該発光装置は、実施形態1で前述した発光装置と同様の構成を有する。
(Configuration of light source device)
FIG. 15 is a diagram schematically showing the configuration of a light source device according to Embodiment 6 of the present invention. The light source device has a fluorescent wheel and is, for example, a light source device for a projector. As shown in FIG. 15, the
ホイール210は、例えば円板である。ホイール210の少なくとも周縁部は、反射基板となる金属層が形成されている。蛍光層215は、ホイールの周縁部における前述の金属層の上に形成されている。蛍光層215の構成は、前述の実施形態のものと同様である。モータ220は、平面視したときのホイール210の中心を軸支しており、ホイール210を回転駆動させるための駆動装置である。
ダイクロイックミラー230は、45°の入射角度で入射する励起光を反射し、その他入射角度で入射する励起光および他の波長の光を透過する部材である。
The
励起光源11は、ダイクロイックミラー230に対して45°の入射角度で励起光を出射する位置に配置されている。ホイール210は、ダイクロイックミラー230で反射した励起光が、金属層の表面に対して垂直な方向から蛍光層215に照射される位置に配置されている。
The
レンズ240は、励起光源11とダイクロイックミラー230との間における励起光の光路中に配置されている。レンズ250、260は、いずれも、ダイクロイックミラー230とホイール210との間における励起光の光路中に配置されている。
The
受光素子13は、蛍光層215側におけるホイール210から離れた位置であって、ホイール210への励起光の光路から外れた位置に、当該光路に対して斜めの向きで配置されている。また、調整装置14は、前述した実施形態の発光装置10における調整装置14と同様に構成されている。
The light-receiving
本実施形態において、ダイクロイックミラー230およびレンズ240、250、260は、励起光および蛍光の光路を制御する光学系を構成している。
In this embodiment,
(本実施形態における具体的な動作例)
ホイール210は、モータ220によって高速で回転している。蛍光層215も、ホイール210とともに、円形の軌道上を高速で移動している。
(Specific operation example in this embodiment)
励起光源11から励起光B1が出力される。励起光B1は、レンズ240を通ってダイクロイックミラー230に到達し、ホイール210に向けて反射する。反射した励起光B1は、レンズ250、260を通って蛍光層215に到達する。蛍光層215中の蛍光物質は励起光B1によって励起され、蛍光を発する。蛍光の一部は、蛍光層215の背面側の金属層の表面で反射する。蛍光は、主に、金属層の表面に対して垂直な方向へ出射する。
An excitation light B<b>1 is output from the
蛍光層215から出射した蛍光B3は、主に、レンズ260、250を通過し、ダイクロイックミラー230に到達する。ダイクロイックミラー230は、45°で入射する励起光のみを反射する部材であるため、蛍光B3は、ダイクロイックミラー230を透過し、光源装置200が発生する光の一部として利用される。
Fluorescence B3 emitted from the
蛍光層215から出射した蛍光は、前述の主な出射方向に対して斜めの方向にも出射する。受光素子13は、このような斜め方向に出射した蛍光を受光する。位相検出部141は、受光素子13が受光した蛍光の発光強度の位相を検出し、制御部142は、位相検出部141が検出した蛍光の発光強度の位相と、励起光源11から出力される励起光B1のレーザパワーの位相とを参照して、励起光源11の出力を制御する。
Fluorescence emitted from the
たとえば、蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが同じである場合には、制御部142は、励起光源11の出力を増加させる。これにより、蛍光層215における励起光B1のレーザパワー密度が高まり、蛍光の発光強度が増加する。
For example, when the phase of fluorescence emission intensity and the phase of excitation light laser power are the same,
蛍光の発光強度の位相と励起光のレーザパワーの位相とが逆の場合には、制御部142は、励起光源11の出力を減少させる。これにより、蛍光層215における励起光B1のレーザパワー密度が下がり、蛍光の発光強度は、発光強度の最大値に向けて増加し、その後は減少する。
When the phase of fluorescence emission intensity and the phase of excitation light laser power are opposite to each other,
蛍光の発光強度の周波数が励起光のレーザパワーの周波数の二倍である場合には、制御部142は、励起光源11の出力を変えずに維持する。これにより、蛍光層215における励起光B1のレーザパワー密度も維持され、実質的に発光強度の最大値となる強度の蛍光を発生し続ける。
When the frequency of the emission intensity of fluorescence is twice the frequency of the laser power of the excitation light, the
(作用効果)
本実施形態の光源装置200においても、前述の光源装置100と同様に、出射光の強度の位相に基づいて、発光強度の最大値となる強度の蛍光を含む出射光を常に発生させることが可能である。よって、事前の処理に依らずに所望の発光強度での発光を簡易に実現することができる。
(Effect)
Also in the
〔変形例〕
(第一変形例)
前述のいずれもの実施形態において、蛍光発生装置は、蛍光の発光強度を高める観点から、反射基板と蛍光層との間に高反射膜をさらに有していてもよい。当該高反射膜の材料の例には、銀および酸化チタンが含まれる。また、高反射膜の例には、増反射多層膜および誘電体ミラーが含まれる。あるいは、蛍光発生装置は、反射基板と蛍光層との間に、入射光を散乱させる散乱層をさらに有していてもよい。
[Modification]
(first modification)
In any of the above-described embodiments, the fluorescence generating device may further have a highly reflective film between the reflective substrate and the fluorescent layer from the viewpoint of increasing the fluorescence emission intensity. Examples of materials for the highly reflective film include silver and titanium oxide. Also, examples of the high-reflection film include a high-reflection multilayer film and a dielectric mirror. Alternatively, the fluorescence generating device may further comprise a scattering layer for scattering incident light between the reflecting substrate and the fluorescence layer.
(第二変形例)
前述のいずれもの実施形態において、上記の実施形態における効果が得られる範囲において、蛍光層は他の構造を有していてもよい。たとえば、蛍光層は、無機材料で構成される蛍光膜を有機バインダ、グリスあるいは高耐熱の無機接着剤によって反射基板に貼り付けることによって構成されてもよい。
(Second modification)
In any of the above embodiments, the fluorescent layer may have other structures as long as the effects of the above embodiments are obtained. For example, the fluorescent layer may be configured by attaching a fluorescent film made of an inorganic material to a reflective substrate using an organic binder, grease, or a highly heat-resistant inorganic adhesive.
(第三変形例)
前述のいずれもの実施形態において、調整装置は、蛍光体における励起光の単位面積当たりの強度が、蛍光の発光強度を最大にする励起光の当該強度に対して所定の割合の値となるように、蛍光体における励起光の単位面積当たりの強度を調整してもよい。この場合、蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相と同じであることが、満たすべき条件としてさらに追加されてもよい。このような励起光の単位面積当たりの強度の調整は、適切に設定された閾値の採用により実施可能である。
(Third modification)
In any of the foregoing embodiments, the adjustment device is arranged such that the intensity per unit area of the excitation light in the phosphor is a predetermined percentage of the intensity of the excitation light that maximizes the emission intensity of the fluorescence. , the intensity per unit area of the excitation light in the phosphor may be adjusted. In this case, it may be added as a condition to be satisfied that the phase of the intensity of the fluorescence is the same as the phase of the intensity of the excitation light. Such adjustment of the intensity per unit area of the excitation light can be implemented by adopting an appropriately set threshold value.
たとえば、調整装置は、蛍光の所望の発光強度に対応する閾値に基づいて、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の制御をさらに実行してもよい。閾値は、蛍光の発光強度そのものの値であってもよいし、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の値であってもよいし、当該発光強度に対応する励起光源の出力値であってもよい。 For example, the adjustment device may further perform control of intensity per unit area of excitation light in the fluorescent layer based on a threshold value corresponding to a desired emission intensity of fluorescence. The threshold value may be the value of the fluorescence emission intensity itself, the value of the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer, or the output value of the excitation light source corresponding to the emission intensity. may
閾値が蛍光の発光強度そのものである場合では、調整装置は、受光素子が受光した蛍光の発光強度を検出する発光強度検出部をさらに備えてもよい。この場合、調整装置は、励起光源の出力の制御において発光強度検出部が検出した発光強度をさらに参照する。それにより、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の制御を、上記閾値に基づいて実行することができる。 When the threshold value is the fluorescence emission intensity itself, the adjustment device may further include an emission intensity detection unit that detects the emission intensity of the fluorescence received by the light receiving element. In this case, the adjustment device further refers to the luminescence intensity detected by the luminescence intensity detector in controlling the output of the excitation light source. Thereby, the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer can be controlled based on the threshold.
閾値が蛍光の発光強度に対応する他の値、例えば励起光源の出力値、である場合には、調整装置は、調整装置が取得する検出結果を参照して当該励起光源の出力値を推定してもよい。この場合、調整装置は、得られた推定値を励起光源の出力の制御においてさらに参照することにより、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の制御を、上記閾値に基づいて実行することができる。 If the threshold value is another value corresponding to the emission intensity of fluorescence, for example, the output value of the excitation light source, the adjustment device refers to the detection result obtained by the adjustment device to estimate the output value of the excitation light source. may In this case, the adjustment device further refers to the obtained estimated value in controlling the output of the excitation light source, thereby performing control of the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer based on the threshold. can.
当該閾値は、適宜に設定することが可能である。たとえば、閾値は、蛍光の発光強度の最大値未満の発光強度、例えば当該最大値の80%の発光強度に対応する値であってもよい。この場合、例えば、蛍光の発光強度がその最大値の80%以下であることの条件に加えて、励起光と蛍光とが同位相であることの条件をさらに設定すると、発光強度減少領域における蛍光の発生を防止することが可能となる。このため、蛍光体の熱による劣化を防止することができ、その結果、長期間安定した発光強度の蛍光を発生させることができる。蛍光体の熱による劣化とは、例えば、蛍光体の構造変化、割れ、蛍光体の酸化による蛍光の出力低下、もしくは不純物の揮発による蛍光の出力上昇である。あるいは、上記のような条件の設定は、比較的耐熱性が低い、有機材料による蛍光源を長期間安定して利用する観点から有利である。 The threshold can be set as appropriate. For example, the threshold value may be a value corresponding to an emission intensity that is less than the maximum emission intensity of fluorescence, eg, 80% of the maximum emission intensity. In this case, for example, in addition to the condition that the emission intensity of the fluorescence is 80% or less of its maximum value, if the condition that the excitation light and the fluorescence are in phase is further set, the fluorescence in the emission intensity decrease region It is possible to prevent the occurrence of For this reason, it is possible to prevent deterioration of the phosphor due to heat, and as a result, it is possible to generate fluorescence with a stable emission intensity for a long period of time. Thermal deterioration of the phosphor is, for example, a decrease in fluorescence output due to structural change, cracking, or oxidation of the phosphor, or an increase in fluorescence output due to volatilization of impurities. Alternatively, setting the conditions as described above is advantageous from the standpoint of stably using a fluorescence source made of an organic material, which has relatively low heat resistance, for a long period of time.
前述の閾値は、蛍光の発光強度の最大値または当該最大値に対応する値を取得し、その取得値に基づいて設定することが可能である。当該取得値は、実際に測定して得た測定値であってもよい、測定結果に基づいて推定した推定値であってもよい。 The above-mentioned threshold value can be set based on the acquired value obtained by obtaining the maximum value of fluorescence emission intensity or a value corresponding to the maximum value. The acquired value may be a measured value obtained by actual measurement, or an estimated value estimated based on the measurement result.
たとえば、閾値は、蛍光の発光強度の最大値を実際に測定し、得られた測定値に基づいて設定(例えば当該測定値の80%に)することができる。 For example, the threshold can be set (eg, to 80% of the measured value) based on the measured value obtained by actually measuring the maximum fluorescence intensity.
あるいは、閾値は、蛍光の強度の周波数が励起光の強度の周波数の二倍であるときの、蛍光層における励起光の単位時間当たりの強度の値、あるいは、励起光源の出力値、であってもよい。この場合、閾値は、例えば、蛍光の強度の周波数が励起光の強度の周波数の二倍であるときの実測値を記録することにより設定することができる。 Alternatively, the threshold is the value of the intensity of the excitation light per unit time in the fluorescent layer or the output value of the excitation light source when the frequency of the intensity of the fluorescence is twice the frequency of the intensity of the excitation light. good too. In this case, the threshold can be set, for example, by recording the measured value when the frequency of the intensity of the fluorescence is twice the frequency of the intensity of the excitation light.
あるいは、閾値は、蛍光の発光強度を、発光強度増加領域からピーク強度領域における最大値の直前まで複数点で測定することによって設定することも可能である。たとえば、上記の複数点での測定を行い、測定点間における発光強度の増分を算出し、当該増分の算出値が正であるが十分に小さくなることを条件として、発光強度の最大値を推定する。上記閾値は、このような推定値に基づいて設定することができる。 Alternatively, the threshold can be set by measuring the fluorescence emission intensity at a plurality of points from the emission intensity increasing region to just before the maximum value in the peak intensity region. For example, perform measurements at multiple points as described above, calculate the increment of luminescence intensity between the measurement points, and estimate the maximum value of luminescence intensity under the condition that the calculated value of the increment is positive but sufficiently small. do. The threshold can be set based on such estimates.
さらに、上記の測定点において発光強度に対応する他の値(励起光源の出力値など)を取得しておけば、発光強度の最大値の推定値に対応する他の値を推定することが可能である。このような他の値も閾値として設定することができる。上記の方法によれば、蛍光の発光強度の最大値を実際に測定しなくても閾値を設定することができ、閾値を設定することによって蛍光体が熱によって劣化することを防止する観点から好ましい。 Furthermore, if other values corresponding to the luminescence intensity (such as the output value of the excitation light source) are obtained at the above measurement points, it is possible to estimate other values corresponding to the estimated maximum value of the luminescence intensity. is. Such other values can also be set as thresholds. According to the above method, the threshold can be set without actually measuring the maximum fluorescence emission intensity, and setting the threshold is preferable from the viewpoint of preventing the phosphor from deteriorating due to heat. .
また、蛍光の発光強度の最大値の推定値を用いる上記の方法は、蛍光源を、熱に比較的弱い有機化合物を用いて構成する場合に、蛍光源の熱による劣化およびそれによる発光装置の信頼性の低減を抑制する観点から好ましい。 In addition, the above-described method using the estimated value of the maximum emission intensity of the fluorescence does not cause deterioration of the fluorescence source due to heat and the deterioration of the light-emitting device due to heat deterioration when the fluorescence source is composed of an organic compound that is relatively heat-sensitive. This is preferable from the viewpoint of suppressing reduction in reliability.
さらには、調整装置に、閾値を設定する機能的構成と、当該閾値を設定した後では、励起光源の出力の制御において、閾値に基づく制御を優先させる機能的構成とをさらに付加してもよい。このように調整装置を構成することにより、上述の閾値に基づく蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度を好適に制御することが可能である。 Furthermore, the adjustment device may further include a functional configuration for setting a threshold, and a functional configuration for prioritizing control based on the threshold in controlling the output of the excitation light source after setting the threshold. . By configuring the adjustment device in this way, it is possible to suitably control the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer based on the above threshold.
なお、蛍光の発光強度が、その最大値に対する所定割合以上であること(例えば当該最大値の80%以上であること等)を条件として設定すると、ピーク強度領域の蛍光を常時発生させることが可能となる。このような閾値に基づく制御は、より高い発光効率で蛍光を発生させる観点でより一層効果的となる。 If the condition is set such that the fluorescence emission intensity is at least a predetermined percentage of the maximum value (e.g., at least 80% of the maximum value), it is possible to constantly generate fluorescence in the peak intensity range. becomes. Such threshold-based control is even more effective in terms of generating fluorescence with higher luminous efficiency.
(第四変形例)
前述のいずれもの実施形態において、調整装置は、受光素子が受光した蛍光の発光強度を検出する発光強度検出部をさらに備えていてもよい。この構成によれば、前述の閾値の設定において、あるいは、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の制御部による制御において、蛍光の発光強度の検出値をさらに参照することが可能である。その結果、蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度をより精密に調整することが可能となる。
(Fourth modification)
In any of the above-described embodiments, the adjustment device may further include an emission intensity detection section that detects the emission intensity of the fluorescence received by the light receiving element. According to this configuration, it is possible to further refer to the detection value of fluorescence emission intensity in setting the aforementioned threshold value or in controlling the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer by the controller. As a result, it becomes possible to more precisely adjust the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer.
(第五変形例)
前述のいずれもの実施形態において、当該実施形態の効果が得られる範囲において、一の実施形態での蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の調整と、他の実施形態での蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の別方法での調整との両方を実行してもよい。たとえば、実施形態2~4のそれぞれにおいて、実施形態1、5、6における励起光源の出力の制御をさらに実施してもよい。この場合、複数実行する制御は、同時に実行してもよいし、交互に実行してもよいし、不規則に実行してもよい。実施形態2~4における蛍光層における励起光の単位面積当たりの強度の調整と、実施形態1、5、6における当該調整との両方の制御を実行することは、蛍光層が発する蛍光の発光強度を精密に制御する観点からより一層効果的である。
(Fifth Modification)
In any of the above-described embodiments, adjustment of the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent layer in one embodiment and excitation in the fluorescent layer in another embodiment Alternatively adjusting the intensity per unit area of light may both be performed. For example, in each of Embodiments 2 to 4, the control of the output of the excitation light source in
(第六変形例)
実施形態3において、蛍光層122に対して励起光の入射角度を変更する構成は、回動装置35に限定されない。たとえば、回動装置35に代えて、励起光源11の光軸と蛍光層122との交点を回動の中心点として、励起光源11を回動させる装置を採用することによって入射角度θを変更してもよい。
(Sixth modification)
In Embodiment 3, the configuration for changing the incident angle of the excitation light with respect to the
(第七変形例)
実施形態4において、調整装置は、蛍光層の温度を調整し、その温度環境に応じた蛍光を発生させてもよい。この構成によれば、例えば夏場の暑い環境で発光装置を使用する場合でも、冬場の環境に相当する低温度の環境で蛍光を発生させることが可能である。
(Seventh modification)
In Embodiment 4, the adjustment device may adjust the temperature of the fluorescent layer to generate fluorescence according to the temperature environment. According to this configuration, even when the light-emitting device is used in a hot summer environment, for example, it is possible to generate fluorescence in a low-temperature environment corresponding to a winter environment.
(第八変形例)
実施形態6において、実施形態5と同様に、光源装置からの出射光に、励起光と蛍光とから合成される光を採用してもよい。このような合成される光を出射光とする場合には、調整装置は、例えば出射光の色を調整する観点から、励起光源の出力をさらに制御してもよい。このようなさらなる制御は、例えば、制御部が励起光源の出力を制御する際に、合成される光に求められる、蛍光の発光強度に対する励起光の発光強度の割合の情報を格納したテーブルを参照して励起光源の出力を決定することにより実行することが可能である。
(Eighth modification)
In Embodiment 6, as in
〔ソフトウェアによる実現例〕
調整装置14、24、34、44、54の制御ブロック(特に位相検出部141、541および制御部142、242、342、442、542)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Example of realization by software]
The control blocks of the
後者の場合、調整装置14、24、34、44、54は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも1つのプロセッサ(制御装置)を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも1つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。
In the latter case, the
上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。 As the processor, for example, a CPU (Central Processing Unit) can be used. As the recording medium, a "non-temporary tangible medium" such as a ROM (Read Only Memory), a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used. In addition, a RAM (Random Access Memory) for developing the above program may be further provided.
また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。 Also, the program may be supplied to the computer via any transmission medium (communication network, broadcast wave, etc.) capable of transmitting the program. Note that one aspect of the present invention can also be implemented in the form of a data signal embedded in a carrier wave in which the program is embodied by electronic transmission.
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る発光装置10は、励起光を照射するための励起光源11と、励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光源(蛍光層122)と、蛍光源が発する蛍光の一部を受光する受光素子13と、受光素子が受光した蛍光の強度の位相を検出し、検出した蛍光の強度の位相に応じて、蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を調整する調整装置14とを有する。そして、調整装置は、蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相と同じである場合には蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を高くし、蛍光の強度の位相が励起光の強度の位相と逆である場合には、蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を低くする。
〔summary〕
A light-emitting
上記の構成によれば、励起光源からの励起光を蛍光源で受けて蛍光を発する発光装置において、事前の処理に依らずに所望の強度で蛍光を発光させることができる。 According to the above configuration, in a light-emitting device that emits fluorescence by receiving excitation light from an excitation light source with a fluorescence source, fluorescence can be emitted at a desired intensity without depending on prior processing.
本発明の態様2に係る発光装置は、上記態様1において、調整装置が蛍光の強度の位相と励起光の強度の位相との関係に応じて励起光源の出力の代表値を増減してもよい。 In the light emitting device according to aspect 2 of the present invention, in the aspect 1 above, the adjustment device may increase or decrease the representative value of the output of the excitation light source according to the relationship between the phase of the intensity of the fluorescence and the phase of the intensity of the excitation light. .
上記の構成によれば、励起光源の実質的な出力の増減によって蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度も増減し、蛍光の発光強度を簡易に調整する観点からより一層効果的である。 According to the above configuration, the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source increases or decreases as the substantial output of the excitation light source increases or decreases, which is more effective from the viewpoint of easily adjusting the emission intensity of fluorescence.
本発明の態様3に係る発光装置は、上記態様1または2において、蛍光源に照射される励起光の焦点距離を変化可能な焦点可変装置(焦点可変レンズ25)をさらに有していてよく、調整装置は、蛍光の強度の位相と励起光の強度の位相との関係に応じて焦点可変装置による励起光の焦点距離を変更してもよい。 The light emitting device according to aspect 3 of the present invention, in aspect 1 or 2 above, may further include a variable focus device (variable focus lens 25) capable of changing the focal length of the excitation light irradiated to the fluorescence source, The adjustment device may change the focal length of the excitation light by the variable focus device according to the relationship between the phase of the intensity of the fluorescence and the phase of the intensity of the excitation light.
上記の構成によれば、励起光源から励起光の出力を変更することなく蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を調整することが可能であるので、励起光の強度の振幅を変えることなく、蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を調整することが可能となる。 According to the above configuration, since it is possible to adjust the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source without changing the output of the excitation light from the excitation light source, without changing the amplitude of the intensity of the excitation light , it is possible to adjust the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescent source.
本発明の態様4に係る発光装置は、上記態様1から3において、励起光の蛍光源への入射角度を変更可能な入射角変更装置をさらに有していてよく、調整装置は、蛍光の強度の位相と励起光の強度の位相との関係に応じて、入射角変更装置による励起光の蛍光源への入射角度を増減してもよい。 The light emitting device according to aspect 4 of the present invention may further include an incident angle changing device capable of changing the incident angle of the excitation light to the fluorescence source in the above aspects 1 to 3, wherein the adjusting device is the intensity of fluorescence The incident angle of the excitation light to the fluorescence source by the incident angle changing device may be increased or decreased according to the relationship between the phase of the excitation light and the phase of the intensity of the excitation light.
上記の構成によれば、態様3と同様に、励起光の強度の振幅を変えることなく蛍光源における励起光の単位面積当たりの強度を調整することが可能である。 According to the above configuration, similarly to the third aspect, it is possible to adjust the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source without changing the amplitude of the intensity of the excitation light.
本発明の態様5に係る発光装置は、上記態様4において、入射角変更装置が励起光の光軸に交差する方向に平行な回転軸を中心として蛍光源を回動させる回動装置であってよく、調整装置は、蛍光の強度の位相と励起光の強度の位相との関係に応じて、回動装置によって蛍光源を回動させることにより、励起光の蛍光源への入射角度を増減してもよい。
A light-emitting device according to
上記の構成によれば、入射角度の変更を安価で簡易な構成で実施する観点からより一層効果的である。 According to the above configuration, it is more effective from the viewpoint of changing the incident angle with an inexpensive and simple configuration.
本発明の態様6に係る発光装置は、上記態様1から5において、蛍光源が無機のバインダと当該バインダに結着されている無機の蛍光体とによって構成されていてもよい。 In the light-emitting device according to mode 6 of the present invention, in any one of modes 1 to 5, the fluorescence source may be composed of an inorganic binder and an inorganic phosphor bound to the binder.
上記の構成によれば、蛍光源の耐熱性が向上し、発光装置の安定性および信頼性を高める観点からより一層効果的である。 The above configuration is more effective from the viewpoint of improving the heat resistance of the fluorescent source and enhancing the stability and reliability of the light emitting device.
本発明の態様7に係る発光装置は、上記態様1から6において、蛍光源を取り巻く環境を変更可能な環境変更装置をさらに有していてもよい。 A light-emitting device according to aspect 7 of the present invention in aspects 1 to 6 above may further include an environment changing device capable of changing the environment surrounding the fluorescence source.
上記の構成によれば、環境の変化による発光装置の特性を簡易に評価することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to easily evaluate the characteristics of the light-emitting device due to changes in the environment.
本発明の態様8に係る光源装置100、200は、上記態様1から7のいずれかの発光装置と、励起光および蛍光の一方または両方の光路を制御するための光学系(リフレクタ120、または、ダイクロイックミラー230およびレンズ240、250、260)と、を有する。
上記の構成によれば、励起光源からの励起光を蛍光源で受けて蛍光を発する発光装置を有する光源装置において、事前の処理に依らずに所望の発光強度で蛍光を発光させることができる。 According to the above configuration, in a light source device having a light emitting device that emits fluorescence by receiving excitation light from an excitation light source with a fluorescence source, fluorescence can be emitted with a desired emission intensity without depending on prior processing.
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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, new technical features can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
10、20、30、40 発光装置
11 励起光源
12、52 蛍光発生装置
13 受光素子
14、24、34、44、54 調整装置
25 焦点可変レンズ(焦点可変装置)
35 回動装置
45 ペルチェ素子(環境変更装置)
100、200 光源装置
110 分割面
120 リフレクタ(光学系)
121 反射基板
122、215 蛍光層(蛍光源)
141、541 位相検出部
142、242、342、442、542 制御部
210 ホイール
220、353 モータ
230 ダイクロイックミラー
240、250、260 レンズ
351 容器
352 軸
B1、B2 励起光
B3 蛍光
35
121
141, 541
Claims (8)
前記励起光源からの前記励起光を受けて蛍光を発する蛍光源と、
前記蛍光源が発する前記蛍光の一部を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した前記蛍光の強度の位相を検出し、検出した前記蛍光の強度の位相に応じて、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を調整する調整装置と、を有し、
前記調整装置は、前記蛍光の強度の位相が前記励起光の強度の位相と同じである場合には、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を高くし、前記蛍光の強度の位相が前記励起光の強度の位相と逆である場合には、前記蛍光源における前記励起光の単位面積当たりの強度を低くする、
発光装置。 an excitation light source for irradiating excitation light;
a fluorescence source that emits fluorescence upon receiving the excitation light from the excitation light source;
a light receiving element that receives part of the fluorescence emitted by the fluorescence source;
an adjustment device that detects the phase of the intensity of the fluorescence received by the light receiving element and adjusts the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source according to the detected phase of the intensity of the fluorescence. death,
When the phase of the intensity of the fluorescence is the same as the phase of the intensity of the excitation light, the adjustment device increases the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source and adjusts the phase of the intensity of the fluorescence. lowering the intensity per unit area of the excitation light in the fluorescence source when is in phase with the intensity of the excitation light;
Luminescent device.
前記調整装置は、前記蛍光の強度の位相と前記励起光の強度の位相との関係に応じて、前記焦点可変装置による前記励起光の焦点距離を変更する、
請求項1または2に記載の発光装置。 further comprising a variable focus device capable of changing the focal length of the excitation light irradiated to the fluorescence source;
The adjustment device changes the focal length of the excitation light by the variable focus device according to the relationship between the phase of the intensity of the fluorescence and the phase of the intensity of the excitation light.
The light-emitting device according to claim 1 or 2.
前記調整装置は、前記蛍光の強度の位相と前記励起光の強度の位相との関係に応じて、前記入射角変更装置による前記励起光の前記蛍光源への入射角度を増減する、請求項1~3のいずれか一項に記載の発光装置。 further comprising an incident angle changing device capable of changing the incident angle of the excitation light to the fluorescence source;
2. The adjusting device increases or decreases the incident angle of the excitation light to the fluorescence source by the incident angle changing device according to the relationship between the phase of the intensity of the fluorescence and the phase of the intensity of the excitation light. 4. The light emitting device according to any one of 1 to 3.
前記調整装置は、前記蛍光の強度の位相と前記励起光の強度の位相との関係に応じて、前記回動装置によって前記蛍光源を回動させることにより、前記励起光の前記蛍光源への入射角度を増減する、請求項4に記載の発光装置。 The incident angle changing device is a rotating device that rotates the fluorescence source about a rotation axis parallel to a direction intersecting the optical axis of the excitation light,
The adjustment device rotates the fluorescence source by the rotation device according to the relationship between the phase of the intensity of the fluorescence and the phase of the intensity of the excitation light, thereby causing the excitation light to flow into the fluorescence source. 5. The light emitting device of claim 4, wherein the angle of incidence is increased or decreased.
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