JP2024075530A - Light source - Google Patents
Light source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024075530A JP2024075530A JP2022186975A JP2022186975A JP2024075530A JP 2024075530 A JP2024075530 A JP 2024075530A JP 2022186975 A JP2022186975 A JP 2022186975A JP 2022186975 A JP2022186975 A JP 2022186975A JP 2024075530 A JP2024075530 A JP 2024075530A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- led
- source device
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000511976 Hoya Species 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
【課題】LEDなどの固体発光素子からの励起光によって蛍光体を励起し、蛍光体からの蛍光を出射する光源装置において、出射光に含まれるスパイク状の励起光を抑えつつ、近紫外~赤外域までの広い帯域をカバーする光源装置を提供すること【解決手段】光源装置が、第1の波長帯の励起光を発する、少なくとも1つの第1の発光素子と、第1の発光素子の光路中に配置されて励起光によって励起され、第1の波長帯よりも波長の長い第2の波長帯の蛍光を発する蛍光体と、第1の発光素子を部分的に覆うように配置され蛍光体を透過する励起光の一部をカットする光学フィルタと、を備え、第1の発光素子に対する光学フィルタの相対的な位置が、蛍光の強度と励起光の強度に基づいて調整されていることを特徴とする。【選択図】図2[Problem] To provide a light source device that excites a phosphor with excitation light from a solid-state light-emitting element such as an LED and emits fluorescence from the phosphor, and covers a wide band from the near ultraviolet to infrared ranges while suppressing spike-like excitation light contained in the emitted light. [Solution] The light source device comprises at least one first light-emitting element that emits excitation light in a first wavelength band, a phosphor that is arranged in the optical path of the first light-emitting element and excited by the excitation light to emit fluorescence in a second wavelength band having a longer wavelength than the first wavelength band, and an optical filter that is arranged to partially cover the first light-emitting element and cuts out a portion of the excitation light that passes through the phosphor, and is characterized in that the relative position of the optical filter with respect to the first light-emitting element is adjusted based on the intensity of the fluorescence and the intensity of the excitation light. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、生化学分析装置等に用いられる光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device used in biochemical analyzers, etc.
従来、血液や尿などの体液成分を検体とし、糖やコレステロール、タンパク、酵素などの各種成分の測定を行う生化学分析装置において、各成分の定量のため分光光度計により340nmから800nmの波長域における吸光度が測定されており、この波長域の光を発光できる光源装置が使用されている。 Conventionally, in biochemical analyzers that use samples of body fluids such as blood or urine to measure various components such as sugar, cholesterol, protein, and enzymes, a spectrophotometer measures the absorbance in the wavelength range from 340 nm to 800 nm to quantify each component, and a light source device capable of emitting light in this wavelength range is used.
このような光源装置では、従来、光源としてハロゲンランプが用いられてきたが、波長300~400nmの近紫外域の出射強度は極めて微弱であるため、信頼性や測定スピードの観点からこの波長域の強度の増大が求められていた。そして、近年、近紫外光を発するLED(Light Emitting Diode)が開発され、近紫外光によって励起され、近赤外の波長域まで発光する蛍光体を用いた光源が、ハロゲンランプに代わる光源として提案されている。 Conventionally, such light source devices have used halogen lamps as the light source, but because the emission intensity in the near-ultraviolet region of 300 to 400 nm is extremely weak, there has been a demand for increased intensity in this wavelength region from the standpoint of reliability and measurement speed. In recent years, LEDs (Light Emitting Diodes) that emit near-ultraviolet light have been developed, and light sources using phosphors that are excited by near-ultraviolet light and emit light up to the near-infrared wavelength region have been proposed as alternatives to halogen lamps.
例えば、特許文献1には、波長365nmにピーク波長を有する紫外光を発光する固体光源(LED)と、固体光源を覆い少なくとも一種の蛍光体を含有する蛍光膜と、を備え、LEDからの紫外光によって蛍光膜を励起し、350nmから1200nmまでの波長域の光を出射する発光装置(光源装置)が記載されている。
For example,
また、特許文献2には、複数の蛍光体を透明樹脂に分散させた樹脂層を、LEDからの波長340nmの紫外光によって励起し、広い波長域の光を出射する光源装置が記載されている。 Patent document 2 also describes a light source device that excites a resin layer in which multiple phosphors are dispersed in a transparent resin with ultraviolet light of 340 nm wavelength from an LED, and emits light in a wide wavelength range.
特許文献1、2の光源装置によれば、広い波長域(例えば、350~1200nmの範囲)に連続的な発光スペクトルを有する出射光を得ることができる。
しかしながら、このような蛍光膜を励起光で励起して蛍光を出射する光源装置の構成では、蛍光膜に入射した励起光のうち、蛍光に変換されなかった励起光の一部と、蛍光膜内で発生した蛍光とが混合されて蛍光層の出射面より出射されるため、蛍光膜の中を透過する励起光の強度と、蛍光膜から放射する蛍光の強度は、蛍光膜内の蛍光体の充填量や、蛍光膜の膜厚の影響を受けることになる。このため、出射光の分光分布は、励起光の中心波長付近がスパイク状の分光分布となり、周辺の波長域と比較して著しく強度が増大する傾向にある。そして、このスパイク状の出射光は近紫外域の比較的エネルギーの大きな光であるため、生化学分析に使用される試薬に化学的な影響を与える可能性がある。
また、このようなスパイク状の励起光を抑える手段として、蛍光膜に含まれる蛍光体の充填量や膜厚を増やし、励起光を蛍光膜の中で吸収拡散させる方法も考えられるが、励起光を蛍光体の吸収拡散により抑制すると、蛍光膜内で発生した蛍光についても、励起光と同様に、蛍光が発生した位置から蛍光層の出射面までの間にある蛍光体によって、吸収拡散などの影響を受けてしまい、強度が却って抑えられてしまうといった現象が発生する。そして、蛍光の強度が抑えられてしまうと、所望の強度(分析に必要な強度)が得られない、といった問題も発生する。
According to the light source devices of
However, in the configuration of a light source device that excites such a fluorescent film with excitation light to emit fluorescence, a part of the excitation light that is incident on the fluorescent film and is not converted into fluorescence is mixed with the fluorescence generated in the fluorescent film and emitted from the emission surface of the fluorescent layer, so that the intensity of the excitation light that passes through the fluorescent film and the intensity of the fluorescence emitted from the fluorescent film are affected by the amount of phosphor filled in the fluorescent film and the thickness of the fluorescent film. Therefore, the spectral distribution of the emitted light tends to be spike-shaped near the central wavelength of the excitation light, and the intensity tends to be significantly increased compared to the surrounding wavelength ranges. And since this spike-shaped emitted light is light with relatively high energy in the near ultraviolet range, it may have a chemical effect on the reagents used in biochemical analysis.
As a means for suppressing such spike-like excitation light, it is conceivable to increase the loading amount or film thickness of the phosphor contained in the phosphor film and absorb and diffuse the excitation light within the phosphor film, but if the excitation light is suppressed by the absorption and diffusion of the phosphor, the fluorescence generated within the phosphor film will also be affected by the absorption and diffusion of the phosphor between the position where the fluorescence is generated and the emission surface of the phosphor layer, just like the excitation light, and the intensity will be suppressed. If the intensity of the fluorescence is suppressed, the problem of not being able to obtain the desired intensity (intensity required for analysis) will arise.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、LEDなどの固体発光素子からの励起光によって蛍光体を励起し、蛍光体からの蛍光を出射する光源装置において、出射光に含まれるスパイク状の励起光を抑えつつ、近紫外~赤外域までの広い帯域をカバーする光源装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a light source device that excites a phosphor with excitation light from a solid-state light-emitting element such as an LED and emits fluorescent light from the phosphor, and that covers a wide band from the near ultraviolet to infrared range while suppressing spike-like excitation light contained in the emitted light.
上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、第1の波長帯の励起光を発する、少なくとも1つの第1の発光素子と、第1の発光素子の光路中に配置されて、励起光によって励起され、第1の波長帯よりも波長の長い第2の波長帯の蛍光を発する蛍光体と、第1の発光素子を部分的に覆うように配置され、蛍光体を透過する励起光の一部をカットする光学フィルタと、を備え、第1の発光素子に対する光学フィルタの相対的な位置が、蛍光の強度と励起光の強度に基づいて調整されていることを特徴とする。 To achieve the above object, the light source device of the present invention comprises at least one first light-emitting element that emits excitation light in a first wavelength band, a phosphor that is arranged in the optical path of the first light-emitting element and is excited by the excitation light to emit fluorescence in a second wavelength band that has a longer wavelength than the first wavelength band, and an optical filter that is arranged to partially cover the first light-emitting element and cuts a portion of the excitation light that passes through the phosphor, and is characterized in that the relative position of the optical filter with respect to the first light-emitting element is adjusted based on the intensity of the fluorescence and the intensity of the excitation light.
このような構成によれば、不必要な励起光の強度が光学フィルタによって調整されるため、出射光に含まれるスパイク状の励起光が抑えられると共に、近紫外~赤外域までの広い帯域をカバーする出射光が得られる。 With this configuration, the intensity of unnecessary excitation light is adjusted by the optical filter, suppressing spikes of excitation light contained in the emitted light and providing emitted light that covers a wide band from the near ultraviolet to infrared range.
また、励起光が、ピーク波長の異なる複数の光から構成されていることが望ましい。また、この場合、複数の光が、ピーク波長370~390nmの光、およびピーク波長400~420nmの光を含むことが望ましい。 It is also preferable that the excitation light is composed of multiple lights with different peak wavelengths. In this case, it is also preferable that the multiple lights include light with a peak wavelength of 370 to 390 nm and light with a peak wavelength of 400 to 420 nm.
また、蛍光が、ピーク波長の異なる複数の光から構成されていることが望ましい。また、この場合、複数の光が、ピーク波長440~480nmの光、ピーク波長480~525nmの光、ピーク波長525~560nmの光、ピーク波長560~630nmの光、およびピーク波長630~750nmの光を含むことが望ましい。 It is also desirable that the fluorescence is composed of multiple lights with different peak wavelengths. In this case, it is also desirable that the multiple lights include light with a peak wavelength of 440 to 480 nm, light with a peak wavelength of 480 to 525 nm, light with a peak wavelength of 525 to 560 nm, light with a peak wavelength of 560 to 630 nm, and light with a peak wavelength of 630 to 750 nm.
また、第3の波長帯の出射光を発する、少なくとも1つの第2の発光素子をさらに備え、第2の発光素子は、第3の波長帯の出射光が光学フィルタと干渉しないように配置されていることが望ましい。また、この場合、第3の波長帯は、第1の波長帯よりも波長が短いことが望ましい。また、第3の波長帯の出射光が、ピーク波長330~350nmの光を含むことが望ましい。 It is also preferable that the device further includes at least one second light-emitting element that emits light in a third wavelength band, and that the second light-emitting element is arranged so that the emitted light in the third wavelength band does not interfere with the optical filter. In this case, it is also preferable that the third wavelength band has a shorter wavelength than the first wavelength band. It is also preferable that the emitted light in the third wavelength band includes light with a peak wavelength of 330 to 350 nm.
また、第1の発光素子に対する光学フィルタの相対的な位置が、蛍光のピーク強度に対する励起光のピーク強度の比率が20~100%となるように調整されていることが望ましい。 It is also desirable that the relative position of the optical filter with respect to the first light-emitting element is adjusted so that the ratio of the peak intensity of the excitation light to the peak intensity of the fluorescence is 20 to 100%.
また、光源装置からの光をミキシングして導光する光導光部をさらに備えることが望ましい。 It is also preferable to further include a light guide section that mixes and guides the light from the light source device.
また、光源装置から出射される光のスペクトルが、波長340~800nmの範囲で連続していることが望ましい。 It is also desirable that the spectrum of light emitted from the light source device be continuous in the wavelength range of 340 to 800 nm.
以上のように、本発明の光源装置によれば、出射光に含まれるスパイク状の励起光が抑えられ、近紫外~赤外域までの広い帯域で所望の分光特性を得ることが可能な光源装置が実現される。 As described above, the light source device of the present invention suppresses the spike-like excitation light contained in the emitted light, and realizes a light source device that can obtain the desired spectral characteristics over a wide band from the near ultraviolet to infrared region.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光源装置1の構成を示す図であり、図1(a)は、光源装置1の斜視図であり、図1(b)は、光源装置1をYZ平面で切断したときの断面図である。本実施形態の光源装置1は、生化学分析装置等に用いられる、広い波長域の光を出射する装置である。なお、本明細書においては、図1の座標に示すように、後述する発光素子(第1LED22、23、第2LED24、第3LED26)の出射方向をZ軸方向、基板21を規定する方向をX軸方向及びY軸方向と定義して説明する。
First Embodiment
1A and 1B are diagrams showing the configuration of a
図1に示すように、本実施形態の光源装置1は、ケース10と、光源ユニット20と、ヒートシンク30と、光導光部40と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ケース10は、内部に光源ユニット20、ヒートシンク30、冷却ファン(不図示)等を収容する、金属製の箱形の部材である。
ヒートシンク30は、光源ユニット20の基板21の裏面に密着するように配置され、光源ユニット20で発生した熱を放熱する、いわゆる空冷ヒートシンクである。ヒートシンク30は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な材料からなり、基板21が当接する面とは反対側の面に、複数の放熱フィン32を備えている。各放熱フィン32は、YZ平面に平行な薄板状の形状を呈し、X軸方向及びY軸方向に所定の間隔をおいて設けられている。なお、本実施形態においては、不図示の冷却ファンによって生成される冷却風によって、複数の放熱フィン32が一様に冷却されるようになっている。
ケース10の上面(Y軸方向+側の面)及び下面(Y軸方向-側の面)には、それぞれ、ケース10内の空気を排気する矩形状の排気口11、12が形成されており、放熱フィン32の間を流れた空気が排気口11、12から排出されるようになっている。
また、ケース10の前面(Z軸方向+側の面)には、光導光部40が取付けられている。本実施形態の光導光部40は、ミキシングロッド41と、光ファイババンドル42を有し、光源ユニット20からの光をミキシングロッド41でミキシングし、光ファイババンドル42で導光して出射する。なお、ミキシングロッド41としては、石英からなる多角形の柱状ロッド、または内面が反射面の多角形の筒状の部材を使用することができる。
The
The
A
光源ユニット20は、ケース10の前面に沿って配置され、光導光部40に向けて出射光を出射する部材である。図2は、本実施形態の光源ユニット20の構成を説明する平面図である。
図2に示すように、光源ユニット20は、基板21と、第1LED22、23(第1の発光素子)と、第2LED24(第1の発光素子)と、第3LED26(第2の発光素子)と、ダム材27と、蛍光体層28(蛍光体)と、光学フィルタ29(グレー部)と、を有している。
The
As shown in FIG. 2, the
基板21は、熱伝導率の高い材料(例えば、窒化アルミニウム)で形成された矩形状の配線基板であり、その表面には、第1LED22、23、第2LED24、第3LED26が、COB(Chip On Board)実装されている。
基板21上には、第1LED22、23、第2LED24、第3LED26のそれぞれに電力を供給するためのアノードパターン(不図示)及びカソードパターン(不図示)が形成されており、第1LED22、23、第2LED24、第3LED26のそれぞれは、アノードパターン及びカソードパターンにそれぞれハンダ付けされ、電気的に接続されている。また、基板21は、不図示の配線ケーブルによって不図示のドライバ回路と電気的に接続されており、第1LED22、23、第2LED24、第3LED26のそれぞれには、アノードパターン及びカソードパターンを介して、ドライバ回路から駆動電流が供給されるようになっている。
The substrate 21 is a rectangular wiring board made of a material with high thermal conductivity (e.g., aluminum nitride), and
An anode pattern (not shown) and a cathode pattern (not shown) for supplying power to the
第1LED22、23は、第1波長(例えば、405nm)にピーク波長を有する出射光を発する発光素子である。基板21のアノードパターン及びカソードパターンを介して、第1LED22、23に駆動電流が供給されると、駆動電流に応じた強度の出射光が出射される。なお、本実施形態の第1LED22、23の出射面上(つまり、光路上)には、後述の蛍光体層28(図1の斜線部)が形成されている。また、第1LED22の全体と第1LED23の一部が、後述の光学フィルタ29によって覆われている。
The
第2LED24は、第2波長(例えば、385nm)にピーク波長を有する出射光を発する発光素子である。基板21のアノードパターン及びカソードパターンを介して、第2LED24に駆動電流が供給されると、駆動電流に応じた強度の出射光が出射される。なお、本実施形態の第2LED24の出射面上(つまり、光路上)には、後述の蛍光体層28(図1の斜線部)が形成されている。また、第2LED24の一部が、後述の光学フィルタ29によって覆われている。
The
第3LED26は、第3波長(例えば、340nm)にピーク波長を有する出射光を発する発光素子である。基板21のアノードパターン及びカソードパターンを介して、第3LED26に駆動電流が供給されると、駆動電流に応じた強度の出射光が出射される。なお、第1LED22、23及び第2LED24とは異なり、本実施形態の第3LED26の出射面上(つまり、光路上)には、蛍光体層28は形成されておらず、また光学フィルタ29によって覆われてもいない。つまり、第3LED26は、出射光が光学フィルタ29と干渉しないように配置されている。
The
ダム材27は、基板21上において、第1LED22、23、第2LED24、第3LED26を囲むように形成された枠状の部材であり、第1LED22、23、第2LED24と光学フィルタ29との間にZ軸方向の空間を形成するために設けられている。本実施形態のダム材27は、例えば、耐紫外線性を有するシリコーン樹脂等で形成される。
The dam material 27 is a frame-shaped member formed on the substrate 21 to surround the
蛍光体層28は、第1LED22、23及び第2LED24の出射面上に形成され、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として蛍光を発する膜厚:略100μmの薄膜である。本実施形態の蛍光体層28は、5種類の蛍光体を所定の比率でミキシングした粉体をシリコーン樹脂(例えば、三菱化学社製S111)に分散させ、第1LED22、23及び第2LED24の出射面上に直接塗布し、加熱硬化させる方法で形成した。
図3は、本実施形態の蛍光体層28で使用した5種類の蛍光体の光強度分布(発光スペクトル)を示す図である。図3(a)~(e)は、本実施形態の蛍光体層28で使用した青色蛍光体(図3(a))、青緑蛍光体(図3(b))、βサイアロン蛍光体(図3(c))、αサイアロン蛍光体(図3(d))、赤色蛍光体(図3(e)の発光スペクトルを正規化して示している。
図3(a)に示すように、蛍光体層28の青色蛍光体は、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として、ピーク波長466.2nmの蛍光を発するものである。
図3(b)に示すように、蛍光体層28の青緑蛍光体は、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として、ピーク波長504.00nmの蛍光を発するものである。
図3(c)に示すように、蛍光体層28のβサイアロン蛍光体は、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として、ピーク波長541.52nmの蛍光を発するものである。
図3(d)に示すように、蛍光体層28のαサイアロン蛍光体は、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として、ピーク波長593.21nmの蛍光を発するものである。
図3(e)に示すように、蛍光体層28の赤色蛍光体は、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光を励起光として、ピーク波長674.20nmの蛍光を発するものである。
このように、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光(励起光)が蛍光体層28に入射すると、青色蛍光体、青緑蛍光体、βサイアロン蛍光体、αサイアロン蛍光体、赤色蛍光体の発光スペクトルに応じた蛍光が発せられる。なお、蛍光体層28から放射する蛍光の強度は、第1LED22、23及び第2LED24からの励起光の強度、蛍光体層28内の各蛍光体の充填量、蛍光体層28の膜厚の影響を受けるが、本実施形態においては各蛍光のスペクトルが隣接する蛍光のスペクトルとオーバーラップし、合算スペクトルが、ハロゲンランプの可視域の発光スペクトルと略等しくなるように第1LED22、23及び第2LED24からの出射光の強度(つまり、駆動電流)が調整されている。
なお、蛍光体層28に入射した励起光(つまり、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光)のうち、蛍光に変換されなかった励起光の一部は、蛍光体層28内で発生した蛍光と混合されて蛍光体層28の出射面より出射される。
The phosphor layer 28 is a thin film having a thickness of approximately 100 μm that is formed on the emission surfaces of the
3 is a diagram showing the light intensity distribution (emission spectrum) of five types of phosphors used in phosphor layer 28 of the present embodiment. Figures 3(a) to (e) show normalized emission spectra of a blue phosphor (Figure 3(a)), a blue-green phosphor (Figure 3(b)), a β-sialon phosphor (Figure 3(c)), an α-sialon phosphor (Figure 3(d)), and a red phosphor (Figure 3(e)) used in phosphor layer 28 of the present embodiment.
As shown in FIG. 3A, the blue phosphor of the phosphor layer 28 uses the emitted light from the
As shown in FIG. 3B, the blue-green phosphor of the phosphor layer 28 uses the emitted light from the
As shown in FIG. 3C, the β-sialon phosphor of the phosphor layer 28 uses the emitted light from the
As shown in FIG. 3D, the α-sialon phosphor of the phosphor layer 28 uses the emitted light from the
As shown in FIG. 3E, the red phosphor of the phosphor layer 28 uses the emitted light from the
In this way, when the emitted light (excitation light) from the
In addition, of the excitation light incident on the phosphor layer 28 (i.e., the light emitted from the
図2に戻り、光学フィルタ29は、蛍光体層28を有し蛍光を発する、第1LED22の全部、第1LED23の一部、第2LED24の一部を覆うように配置され(つまり、第1の発光素子を部分的に覆うように配置され)る、扇形状のガラス製の光吸収型フィルタである。図4は、光学フィルタ29の分光透過率を示す図である。
図4に示すように、本実施形態においては、光学フィルタ29として、波長440nm以上の光を透過し、波長440nm未満の光をカット(吸収)するシャープカットフィルタ(HOYA株式会社製シャープカットフィルタ:Y44)を、厚さ:0.5mmに加工して使用した。
なお、本実施形態の光学フィルタ29は、第1LED22の全部、第1LED23の一部、第2LED24の一部を覆うように配置した上で、最終的に接着剤によってダム材27上に固定されるが、固定する前に、第1LED22、23及び第2LED24に対する光学フィルタ29の相対的な位置を調整している。具体的には、光学フィルタ29を透過しない励起光(つまり、第1LED23及び第2LED24からの出射光のうち、蛍光体層28によって蛍光に変換されなかった光であって、光学フィルタ29を通らない光)の強度と、光学フィルタ29を透過する蛍光(蛍光体層28によって蛍光に変換された光)の強度をモニタしながら、光学フィルタ29を基板21に対して平行に(つまり、X軸方向及びY軸方向に)移動させ、第1LED23を覆う面積と、第2LED24を覆う面積の微調整を行うことにより、第1波長(例えば、405nm)の出射強度と第2波長(例えば、385nm)の出射強度を調整している。なお、本実施形態においては、蛍光のピーク強度に対する、第1波長(例えば、405nm)の光のピーク強度の比率が所定値(例えば、20~100%)となるように調整している。
このように、本実施形態においては、必要以上に強度の高い励起光が光源装置1から出射されないように光学フィルタ29を設け、第1LED22、23及び第2LED24に対する光学フィルタ29の相対的な位置を調整している。
なお、光学フィルタ29を透過した蛍光、光学フィルタ29を透過しない励起光、および第3LED26からの出射光は、ケース10の前面に取付けられた光導光部40のミキシングロッド41の入射端面に入射し、光ファイババンドル42によって導光され、光導光部40(光ファイババンドル42)の出射端面から出射される。
Returning to Fig. 2, the
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a sharp cut filter (sharp cut filter: Y44 manufactured by HOYA CORPORATION) that transmits light with a wavelength of 440 nm or more and cuts (absorbs) light with a wavelength of less than 440 nm was used as the
In addition, the
In this manner, in this embodiment, an
The fluorescence that has passed through the
図5は、光導光部40の出射端面から出射される出射光の強度分布(スペクトル)を示す図である。図5の実線は、光学フィルタ29を有する本実施形態の光源装置1の発光スペクトルであり(図5:「フィルタあり」)、図5の破線は、光学フィルタ29を有さない比較例の光源装置の発光スペクトルである(図5:「フィルタなし」)。
図5に示すように、比較例(図5:「フィルタなし」)においては、出射光に、非常に高い光量の第1波長(例えば、405nm)のスパイク状の光が含まれるが、本実施形態の光源装置1(図5:「フィルタあり」)においては、第1波長(例えば、405nm)のスパイク状の光が抑えられ、蛍光のピーク強度(約0.3)に対する、第1波長(例えば、405nm)の光のピーク強度(約0.2)の比率が約67%になっているのが分かる。
また。本実施形態の光源装置1の発光スペクトルは、波長340~800nmの範囲で連続している(つまり、近紫外~赤外域までの広い帯域をカバーしている)ことが分かる。
なお、図5の約340nm付近のスパイク状の光は、第3LED26からの出射光であるが、第3LED26からの出射光は、蛍光体層28及び光学フィルタ29を介さず、直接光導光部40に入射して出射されるものであるため、第3LED26に供給する駆動電流を変更することにより、その出射強度ピークを自由に変更することができる。
Fig. 5 is a diagram showing the intensity distribution (spectrum) of the outgoing light emitted from the exit end face of the
As shown in FIG. 5, in the comparative example ( FIG. 5 : "without filter"), the emitted light contains a spike-like light of a first wavelength (e.g., 405 nm) with a very high light intensity, whereas in the
It can also be seen that the emission spectrum of the
It should be noted that the spike-shaped light at approximately 340 nm in FIG. 5 is light emitted from the
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。 The above is a description of this embodiment, but the present invention is not limited to the above configuration, and various modifications are possible within the scope of the technical concept of the present invention.
例えば、本実施形態の光源装置1は、生化学分析装置に用いられる装置であるとしたが、必ずしもこのような用途に限定されるものではなく、広い波長域の光を必要とする他の用途に適用することもできる。
For example, the
また、本実施形態の光学フィルタ29は、波長440nm以上の光(つまり、蛍光体層28から発せられる蛍光)を透過し、波長440nm未満の光(つまり、蛍光体層28を透過する励起光)をカットする光吸収型フィルタであるとしたが、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、同等の分光特性を持った多層膜干渉フィルタを適用することもできる。
また、光学フィルタ29のカットオフ波長は、必ずしも440nmに限定されるものではなく、励起光と蛍光との関係から適宜選択される。
In addition, the
Furthermore, the cutoff wavelength of the
また、本実施形態において、第1LED22、23の出射光はピーク波長:405nm(第1波長)、第2LED24の出射光はピーク波長:385nm(第2波長)、第3LED26の出射光はピーク波長:340nm(第3波長)としたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、第1LED22、23の出射光はピーク波長:400~420nmの光、第2LED24の出射光は370~390nmの光、第3LED26の出射光はピーク波長:330~350nmの光とすることができる。
In addition, in this embodiment, the emitted light of the
また、本実施形態において、蛍光体層28から発せられる5種類の蛍光のピーク波長は、466.2nm、504.00nm、541.52nm、593.21nm、674.20nmとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、それぞれ、440~480nm、480~525nm、525~555nm、580~610nm、660~690nmの範囲で変更することができる。 In addition, in this embodiment, the peak wavelengths of the five types of fluorescence emitted from the phosphor layer 28 are 466.2 nm, 504.00 nm, 541.52 nm, 593.21 nm, and 674.20 nm, but are not necessarily limited to these and can be changed within the ranges of, for example, 440 to 480 nm, 480 to 525 nm, 525 to 555 nm, 580 to 610 nm, and 660 to 690 nm, respectively.
また、本実施形態の蛍光体層28においては、5種類の蛍光体を使用したが、所望の分光特性(発光スペクトル)が得られればよく、蛍光体を適宜選択、組み合わせることにより、4種類、または6種類以上の蛍光体で構成することもできる。 In addition, in the phosphor layer 28 of this embodiment, five types of phosphors are used, but as long as the desired spectral characteristics (emission spectrum) are obtained, it is also possible to configure it with four, six or more types of phosphors by appropriately selecting and combining the phosphors.
また、本実施形態においては、第1LED22、23及び第2LED24からの出射光(つまり、2種類の波長の光)を励起光として、蛍光体層28から蛍光を得る構成としたが、所望の分光特性(発光スペクトル)が得られればよく、励起光として、1種類、また3種類以上の波長の光を用いてもよい(つまり、1種類、または3種類以上の励起光を発する1個、または複数個のLEDを備えてもよい)。
In addition, in this embodiment, the emitted light from the
また、本実施形態においては、1枚の光学フィルタ29を使用し、光学フィルタ29が第1LED22の全部、第1LED23の一部、第2LED24の一部を覆うように配置されているとしたが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、複数枚の光学フィルタ29を使用し、各光学フィルタ29を第1LED22、第1LED23、および第2LED24のそれぞれに対応するように配置してもよい。なお、この場合、各光学フィルタ29が、それぞれ、第1LED22、第1LED23、および第2LED24の全部または一部を覆うように配置される。
In addition, in this embodiment, one
(光源ユニット20の変形例)
図6は、本実施形態の光源ユニット20の変形例に係る光源ユニット20Aを示す図である。図6に示すように、本変形例に係る光源ユニット20Aは、第1LED22、23と平行に並ぶ、2つの第2LED24、25を有する点、光学フィルタ29が矩形状であり、第1LED22の一部、第1LED23の全部、第2LED24の一部、第2LED25の全部を覆うように配置されている点で、本実施形態の光源ユニット20と異なる。
(Modifications of the Light Source Unit 20)
Fig. 6 is a diagram showing a light source unit 20A according to a modified example of the
本実施形態の光源ユニット20と同様、光源ユニット20Aの光学フィルタ29も、固定する前に、第1LED22、23及び第2LED24、25に対する光学フィルタ29の相対的な位置が調整される。具体的には、光学フィルタ29を透過しない励起光(つまり、第1LED22及び第2LED24からの出射光のうち、蛍光体層28によって蛍光に変換されなかった光であって、光学フィルタ29を通らない光)の強度と、光学フィルタ29を透過する蛍光(蛍光体層28によって蛍光に変換された光)の強度をモニタしながら、光学フィルタ29をY軸方向に移動させ、第1LED22を覆う面積と、第2LED24を覆う面積の微調整を行うことにより、第1波長(例えば、405nm)の出射強度と第2波長(例えば、385nm)の出射強度を調整している。
このように本変形例の光源ユニット20Aにおいては、光学フィルタ29をY軸方向のみに移動させることで、第1波長(例えば、405nm)の出射強度と第2波長(例えば、385nm)の出射強度を調整できるため、本実施形態の光源ユニット20と比較して調整が容易となる。
As with the
In this manner, in the light source unit 20A of this modified example, the output intensity of the first wavelength (e.g., 405 nm) and the output intensity of the second wavelength (e.g., 385 nm) can be adjusted by moving the
なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be noted that the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 :光源装置
10 :ケース
11 :排気口
12 :排気口
20 :光源ユニット
20A :光源ユニット
21 :基板
22 :第1LED
23 :第1LED
24 :第2LED
25 :第2LED
26 :第3LED
27 :ダム材
28 :蛍光体層
29 :光学フィルタ
30 :ヒートシンク
32 :放熱フィン
40 :光導光部
41 :ミキシングロッド
42 :光ファイババンドル
1: Light source device 10: Case 11: Exhaust port 12: Exhaust port 20: Light source unit 20A: Light source unit 21: Substrate 22: First LED
23: First LED
24: Second LED
25: Second LED
26: Third LED
27: Dam material 28: Phosphor layer 29: Optical filter 30: Heat sink 32: Heat dissipation fin 40: Light guide section 41: Mixing rod 42: Optical fiber bundle
Claims (11)
前記第1の発光素子の光路中に配置されて、前記励起光によって励起され、前記第1の波長帯よりも波長の長い、第2の波長帯の蛍光を発する蛍光体と、
前記第1の発光素子を部分的に覆うように配置され、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部をカットする光学フィルタと、
を備え、
前記第1の発光素子に対する前記光学フィルタの相対的な位置が、前記蛍光の強度と前記励起光の強度に基づいて調整されている
ことを特徴とする光源装置。 At least one first light-emitting element that emits excitation light in a first wavelength band;
a phosphor that is disposed in an optical path of the first light-emitting element, is excited by the excitation light, and emits fluorescence in a second wavelength band that is longer than the first wavelength band;
an optical filter disposed so as to partially cover the first light-emitting element and configured to cut a portion of the excitation light passing through the phosphor;
Equipped with
A light source device, characterized in that a relative position of said optical filter with respect to said first light emitting element is adjusted based on an intensity of said fluorescent light and an intensity of said excitation light.
前記第2の発光素子は、前記第3の波長帯の出射光が前記光学フィルタと干渉しないように配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 Further comprising at least one second light emitting element that emits light in a third wavelength band;
2 . The light source device according to claim 1 , wherein the second light emitting element is disposed so that emitted light in the third wavelength band does not interfere with the optical filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022186975A JP2024075530A (en) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | Light source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022186975A JP2024075530A (en) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | Light source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024075530A true JP2024075530A (en) | 2024-06-04 |
Family
ID=91329556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022186975A Pending JP2024075530A (en) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | Light source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024075530A (en) |
-
2022
- 2022-11-23 JP JP2022186975A patent/JP2024075530A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7072037B2 (en) | Light source device and lighting device | |
US8278841B2 (en) | Light emitting diode light engine | |
JP5443959B2 (en) | Lighting device | |
EP2746642B1 (en) | LED illumination device and LED light-emission module | |
US20130320369A1 (en) | Optoelectronic semiconductor device | |
JP2002299694A (en) | Led light-source device for illumination and illuminator | |
KR20140113850A (en) | Semiconductor light emitting device package | |
JP2011243963A (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same | |
JP6804448B2 (en) | Luminescent device | |
JP2004031843A (en) | Light-emitting diode | |
JP5974394B2 (en) | White light emitting device and lighting apparatus using the same | |
JP2018129492A (en) | Light-emitting device, and illuminating device | |
WO2014073237A1 (en) | Solid-state lighting device | |
JP4592320B2 (en) | Light emitting device | |
JP2024075530A (en) | Light source | |
WO2021162047A1 (en) | Light emission module | |
JP2001148509A (en) | Illuminating light source | |
JP2007150080A (en) | Linear light equipment | |
JP2013258119A (en) | Light-emitting device and display device | |
KR102555300B1 (en) | Lighting apparatus | |
CN110645541B (en) | Light source device and vehicle lamp | |
JP2015018677A (en) | Lighting device | |
JP2024061396A (en) | Light source | |
JP2016028370A (en) | Solid lighting system |