JP5507214B2 - Light source device and lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置および照明装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an illumination device.
近年、LED等の固体光源を用いた照明装置が用いられており、その特性を活かして、赤、緑、青の3種類のLEDを用い各色の発光強度をコントロールすることにより照明色を変化させることができる照明光源および照明装置が開発されている(特許文献1)。この場合、3種類のLEDを同じ場所に設置することは物理的に不可能であるため、それぞれ距離を置いて配置する。従って、例えばスポットライトのようにレンズを用いて配光をコントロールするような照明装置においては、光源の位置の違い、つまり光軸の違いにより、照射領域端部で色割れが発生してしまう。 In recent years, lighting devices using solid-state light sources such as LEDs have been used, and the illumination color is changed by controlling the light emission intensity of each color using three types of LEDs of red, green, and blue, taking advantage of its characteristics. An illumination light source and an illumination device that can be used have been developed (Patent Document 1). In this case, since it is physically impossible to install the three types of LEDs in the same place, they are arranged at a distance from each other. Therefore, in an illuminating device that controls light distribution using a lens such as a spotlight, for example, color breakage occurs at the end of the irradiation region due to the difference in the position of the light source, that is, the difference in the optical axis.
この問題を解決するため、例えば特許文献2に示すような蛍光体層を所定の領域に配置した円盤状回転体(以下、蛍光回転体と称す)を利用した光源装置が、主にプロジェクターの光源として開発されている。図1には、この種の蛍光回転体91が示されている。図1を参照すると、蛍光回転体91は、透明な基板(例えば石英ガラス基板)上に紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光するそれぞれの蛍光体層92a,92b,92cが3つの分割された領域として配置されており、蛍光回転体91の回転軸(回転中心)を通って半径方向に延びる直線93a,93b,93cにより3色の蛍光体層92a,92b,92cの面積がほぼ等しくなるように分割配置されている。
In order to solve this problem, for example, a light source device using a disk-like rotating body (hereinafter referred to as a fluorescent rotating body) in which a phosphor layer as shown in
図2は図1の蛍光回転体91を用いた光源装置を示す図である。図2を参照すると、この光源装置は、図1の蛍光回転体91をモーター94で回転させ、固体光源(例えばレーザーダイオード光源)95の前に配置することにより、光源95の光軸上で励起された各蛍光体層92a,92b,92cが各々の色で順次発光することになる。すなわち、赤緑青の光が順次発光することになるが、発光周期が早くなると、つまり蛍光回転体の回転数を上げると(例えば3600rpmにすると)、それぞれの発光色を認識できなくなり白色光として視認できるようになる。
FIG. 2 is a view showing a light source device using the
そして、この光源装置では、蛍光回転体91は回転するものの、発光点は一点であり、しかも、各色が同じ場所で発光するため、前記の照明領域端部での色割れが発生しない照明装置を得ることができる。
In this light source device, although the
しかしながら、図1に示すような蛍光回転体91を用いる場合には、色割れを防止することはできるものの、発光色が時間的に変化するために、いわゆるカラーブレイク現象が生じてしまう。
However, when the
カラーブレイク現象は、本来白色として観察されるはずの赤緑青の順次発光の個々の色が瞬間的に視認されてしまう現象をいう。例えば蛍光回転体の回転数を3600rpmとすれば、赤緑青の順次発光を一周期とした場合に60Hzでこの順次発光を繰り返すことになり、明るい室内で普通に観察する限りはカラーブレイク現象は生じることはないが、暗い部屋で観察する場合や光源もしくは照明場所から急に目をそむけた時などに生じてしまい、人間を不愉快にさせるものとして知られている。 The color break phenomenon is a phenomenon in which individual colors of red, green, and blue sequential light emission that should be originally observed as white are visually recognized. For example, if the rotational speed of the fluorescent rotator is set to 3600 rpm, this sequential light emission is repeated at 60 Hz when the red, green and blue sequential light emission is set as one cycle, and a color break phenomenon occurs as long as it is normally observed in a bright room. There is nothing, but it is known to make people unpleasant when it is observed in a dark room or when they suddenly look away from a light source or lighting place.
蛍光回転体の回転速度を早くして順次発光の繰返し周期を短くすれば、ある程度はカラーブレイク現象が起き難くなるが、回転数上昇によるモーター音の増大など別の要因で人を不愉快にさせてしまう。 If the rotational speed of the fluorescent rotator is increased and the repetition cycle of light emission is shortened, the color break phenomenon will not occur to some extent, but it may be unpleasant for other reasons, such as an increase in motor noise due to an increase in the rotational speed. End up.
さらに、図1に示すような蛍光回転体91を用いる場合には、照明色を変化させることができない。
Furthermore, when the
照明色を変化させる方法として、蛍光回転体の回転速度を色毎に制御することも考えられるが、モーターにより高速で回転している蛍光回転体の速度を制御することは困難であり、たとえできたとしても、高価なモーターと複雑な制御系が必要になる。 As a method of changing the illumination color, it is conceivable to control the rotation speed of the fluorescent rotator for each color, but it is difficult to control the speed of the fluorescent rotator rotating at a high speed by a motor. Even so, expensive motors and complex control systems are required.
本発明は、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせない光源装置および照明装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a light source device and an illumination device that can prevent color breakup using a fluorescent rotator and that do not cause a color break phenomenon even when the fluorescent rotator is used.
また、本発明は、上記目的に加えて、さらに、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることの可能な光源装置および照明装置を提供することを目的としている。 In addition to the above object, the present invention further provides a light source device and an illuminating device capable of easily changing the illumination color without using a complicated control system even when a fluorescent rotator is used. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、紫外光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの紫外光の入射により互いに異なった色の蛍光を発光する蛍光体層をそれぞれ備えた複数の蛍光体領域を有している光源装置において、前記蛍光回転体上に配置された前記各蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっていることを特徴としている。さらに、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、請求項2記載の発明は、可視光を出射する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの可視光により励起され該固体光源からの可視光の波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体層を備えた少なくとも1つの蛍光体領域、および、蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域の各領域を、互いに分割された領域として有しており、前記蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域および非蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっていることを特徴としている。さらに、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられていることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項3記載の発明は、前記固体光源は固定されており、この場合、前記可変手段は、前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる移動手段となっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光源装置である。
According to a third aspect of the present invention, the solid-state light source is fixed, and in this case, the variable means is a moving means for moving the fluorescent rotator in a direction perpendicular to the rotation axis of the fluorescent rotator. The light source device according to
また、請求項4記載の発明は、前記蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体領域は、蛍光体層と、該蛍光体層が配置される透明な基板と、該透明な基板の前記蛍光体層よりも前記固体光源側に配置され、前記固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)とを有していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光源装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, when the fluorescent rotator is a transmission type fluorescent rotator, the phosphor region of the fluorescent rotator includes a phosphor layer and a transparent layer on which the phosphor layer is disposed. An optical substrate (bandpass filter) that is disposed closer to the solid light source than the phosphor layer of the transparent substrate and transmits light emitted from the solid light source and reflects light emitted from the phosphor layer; The light source device according to any one of
また、請求項5記載の発明は、前記蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体層が配置される基板には、反射面が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光源装置である。
In the invention described in
また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。
The invention described in
請求項1、請求項3乃至請求項6記載の発明によれば、紫外光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの紫外光の入射により互いに異なった色の蛍光を発光する蛍光体層をそれぞれ備えた複数の蛍光体領域を有している光源装置において、前記蛍光回転体上に配置された前記各蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせない光源装置および照明装置を提供することができる。
According to invention of
また、請求項2乃至請求項6記載の発明によれば、可視光を出射する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの可視光により励起され該固体光源からの可視光の波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体層を備えた少なくとも1つの蛍光体領域、および、蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域の各領域を、互いに分割された領域として有しており、前記蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域および非蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせない光源装置および照明装置を提供することができる。
In addition, according to the invention described in
特に、請求項1乃至請求項3記載の発明によれば、前記固体光源と前記蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられているので、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないとともに、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。
In particular, according to the invention of
また、請求項4記載の発明では、前記蛍光回転体が透過型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体領域は、蛍光体層と、該蛍光体層が配置される透明な基板と、該透明な基板の前記蛍光体層よりも前記固体光源側に配置され、前記固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)とを有しているので、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, when the fluorescent rotator is a transmission type fluorescent rotator, the phosphor region of the fluorescent rotator includes a phosphor layer and a transparent layer on which the phosphor layer is disposed. An optical substrate (bandpass filter) that is disposed closer to the solid light source than the phosphor layer of the transparent substrate and transmits light emitted from the solid light source and reflects light emitted from the phosphor layer; Therefore, a highly efficient light source device and lighting device can be provided.
また、請求項5記載の発明では、前記蛍光回転体が反射型蛍光回転体である場合に、前記蛍光回転体の前記蛍光体層が配置される基板には、反射面が設けられているので、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。
In the invention according to
もっとも、本発明と同じ照明は、蛍光回転体を用いず、単に基板上に複数の蛍光体領域を配置したもの、または、基板上に蛍光体領域および非蛍光体領域を配置したものでも実現することができる。本発明が威力を発揮するのは、蛍光体が耐えられない位の強力な励起光(例えば10W程度)を用いる場合であり、蛍光回転体の持つ冷却効果により耐久性を心配せずに使用可能であるため、狭い光源面積で大光量の光を発することができることが最大の特徴である。この特徴はレンズ系を用いた照明装置において特に有用である。
However, the same illumination as that of the present invention can be realized without using a fluorescent rotator, simply by arranging a plurality of phosphor regions on a substrate, or by arranging phosphor regions and non-phosphor regions on a substrate. be able to. The present invention is effective when using strong excitation light (for example, about 10 W) that the phosphor cannot withstand and can be used without worrying about durability due to the cooling effect of the fluorescent rotating body. Therefore, the greatest feature is that a large amount of light can be emitted with a narrow light source area. This feature is particularly useful in a lighting device using a lens system.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1の実施形態は、紫外光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの紫外光の入射により互いに異なった色の蛍光を発光する蛍光体層をそれぞれ備えた複数の蛍光体領域を有している光源装置において、前記蛍光回転体上に配置された前記各蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸を中心とした同心円状の帯状の領域となっていることを特徴としている。 The first embodiment of the present invention includes a solid-state light source that emits ultraviolet light and a fluorescent rotator that can rotate around a rotation axis. The fluorescent rotator is formed by the incidence of ultraviolet light from the solid-state light source. In the light source device having a plurality of phosphor regions each having a phosphor layer that emits fluorescence of different colors, each of the phosphor regions arranged on the fluorescence rotator includes the phosphor rotator. It is characterized by being a concentric belt-like region centered on the rotation axis.
なお、上記蛍光体領域とは、蛍光体層を有する領域であって、後述のように、蛍光体層に対応させて、バンドパスフィルターや調整層などが設けられる場合には、蛍光体層とともに、これらをも含めたものを指すものとする。以下では、便宜上、蛍光体層とこれに対応する蛍光体領域には、同じ符号を付している。 The phosphor region is a region having a phosphor layer. When a bandpass filter, an adjustment layer, or the like is provided corresponding to the phosphor layer as described later, the phosphor region is combined with the phosphor layer. , Including these. In the following, for the sake of convenience, the same reference numerals are assigned to the phosphor layers and the corresponding phosphor regions.
また、同心円状の帯状とは、円周上全周に渡って繋がった一定の幅を持ったドーナツ状の形状をいい、全周に渡って繋がっておらず円周上の一部の円弧状で一定の幅を持った形状は含まれない。 The concentric belt-like shape refers to a donut shape having a certain width that is connected over the entire circumference of the circumference, and is not connected over the whole circumference but is constant in a partial arc shape on the circumference. The shape with the width of is not included.
図3は、本発明の第1の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。図3を参照すると、この光源装置10は、紫外光を出射する固体光源5と、回転軸Xの周りに回転可能な(モーター4によって回転する)蛍光回転体1とを備えている。図4は、図3の光源装置10に用いられる蛍光回転体1の一例を示す図である。図4の例では、蛍光回転体1は、透明な基板(例えば石英ガラス基板)上に,紫外光を照射すると赤色、緑色、青色の蛍光をそれぞれ発光する蛍光体層2a,2b,2cが、蛍光回転体1の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状蛍光体領域として配置されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the light source device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
なお、図3に示した光源装置10では、蛍光回転体1が透過型のものとして構成され、固体光源5からの励起光によって励起された各蛍光体層2a,2b,2cからの発光のうち固体光源5側とは反対側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す。ここで、各蛍光体層2a,2b,2cからの出射光を考えると、上記透過光(固体光源5側とは反対側に出射する光)とともに、蛍光体層2a,2b,2cで反射されて固体光源5側へ戻って行く発光、つまり反射光も存在している。蛍光体領域に蛍光体層を単に配置しただけの蛍光回転体では、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。
In the
蛍光回転体1として透過型蛍光回転体を用いる場合に、蛍光体層2a,2b,2cからの上記反射光を照明光として利用するため、図5に示すように(なお、図5は図4のB−B線における断面図である)、蛍光回転体1の蛍光体層2a,2b,2cより固体光源5側に、紫外光を透過し可視光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)12を設けることができる。より具体的には、蛍光回転体1の蛍光体層2a,2b,2cが固体光源5側とは反対側の基板11面上に配置されており、かつ、固体光源5側の基板11面上には、紫外光を透過し可視光(赤色光または緑色光または青色光)を反射する光学手段(バンドパスフィルター)12が設けられている。固体光源5側の基板11面上に、紫外光を透過し可視光(赤色光または緑色光または青色光)を反射する光学手段(バンドパスフィルター)12が設けられていることにより、蛍光体層2a,2b,2cで反射されて固体光源5側へ戻って行く発光、つまり反射光をも、照明光として利用することができる。
When a transmission type fluorescent rotator is used as the
なお、蛍光体領域の蛍光体層2a,2b,2cでの励起光から蛍光への変換効率は、蛍光体層2a,2b,2cを形成する蛍光体材料により異なるが、50%から99%程度である。従って、本発明では、この変換効率を考慮に入れた蛍光回転体1を設計する必要がある。具体的には、同心円状の帯状の各蛍光体層2a,2b,2cの幅を調整したり、変換効率が高い蛍光体層が配置された蛍光体領域の透過率もしくは反射率を調整する設計手法が考えられる。
The conversion efficiency from excitation light to fluorescence in the
蛍光体領域の透過率もしくは反射率を調整する方法としては、蛍光体層に重ねて所定の透過率を有する調整層をさらに設ける方法などが考えられる。 As a method of adjusting the transmittance or reflectance of the phosphor region, a method of further providing an adjustment layer having a predetermined transmittance on the phosphor layer can be considered.
図6は、本発明の第1の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図6において、図3と対応する箇所には同じ符号を付している。図6の光源装置30も、図3の光源装置10と同様に、紫外光を出射する固体光源5と、回転軸Xの周りに回転可能な(モーター4によって回転する)蛍光回転体21とを備えている。ここで、蛍光回転体21は、図4に示す蛍光体層(紫外光を照射すると赤色または緑色または青色の蛍光を発光する蛍光体層)2a,2b,2cが蛍光体領域として設けられているものを用いているが、図6の光源装置30では、蛍光回転体21が反射型のものとして構成され、固体光源5からの励起光によって励起された各蛍光体層2a,2b,2cからの発光のうち固体光源5側に出射する光を用いるようになっている。以下、この形式の蛍光回転体を、反射型蛍光回転体という。ここで、蛍光体層2a,2b,2cからの出射光を考えると、入射励起光に対して反射する光とともに、蛍光体層2a,2b,2cで多重反射され固体光源5とは反対側に透過する発光や、蛍光体層2a,2b,2cを励起せず励起光のまま固体光源5と反対側に透過する光も存在している。もし、蛍光回転体21の蛍光体層2a,2b,2cを配置する基板が透明であるとすると、これらの光は蛍光回転体21の裏側に抜ける透過光となり、照明光として利用できない光となってしまう。
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the light source device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, portions corresponding to those in FIG. 3 are denoted with the same reference numerals. Similarly to the
反射型蛍光回転体21を用いる場合に、蛍光体層2a,2b,2cからの上記透過光を照明光として利用するため、図7に示すように(図7は図5(透過型蛍光回転体)に対応する図である)、蛍光回転体21の基板31自体を金属製とすることができる。あるいは、蛍光回転体21の蛍光体層2a,2b,2cを配置する基板上に反射面を設けることができる。具体的には、透明な基板上に金属膜を配置することができる。
When the reflection
なお、反射型蛍光回転体31においても、透過型蛍光回転体1と同様に、蛍光体領域の蛍光体層2a,2b,2cでの励起光から蛍光への変換効率、および、各蛍光体層2a,2b,2cにおける紫外光照射面積を考慮に入れた蛍光回転体を設計する必要がある。
In the reflection type fluorescent rotator 31, as in the case of the transmission
以下、本発明の第1の実施形態の光源装置をより詳細に説明する。 Hereinafter, the light source device according to the first embodiment of the present invention will be described in more detail.
本発明の第1の実施形態の光源装置10、30において、固体光源5には、例えば、InGaN系の材料を用いた発光波長が約380nmの近紫外光を発光する発光ダイオードを用いることができる。なお、固体光源5としては、発光ダイオードに限らず、紫外光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。
In the
特に、本発明では、図8に示すように、固体光源5から発せられる紫外光の照射スポットSの中に、蛍光回転体1、21上の赤緑青の蛍光体領域2a,2b,2cが入るように、固体光源5および蛍光回転体1、21の位置を調整する必要がある。各蛍光体領域2a,2b,2c上の紫外光照射面積は等しくても良いし、等しくなくても良い。蛍光体濃度にも依存するが一般に、各面積が等しい時に白色の照明光が得られる。なお、各面積を等しくするためには、図9に示すように照射スポットSの形状が円形である場合には、中央の帯状蛍光体領域2bが紫外光照射面積が最も大きくなるので、中央の帯状蛍光体領域2bの幅Wbを両端の帯状蛍光体領域2a,2cの幅Wa,Wcよりも狭くする必要がある。各蛍光体領域2a,2b,2c上の紫外光照射面積が等しくない場合、例えば青色の蛍光体領域2c上の紫外線照射面積が大きい場合は、青味掛かった白色光が得られる。このように、固体光源5と蛍光回転体1、21の位置関係により、照明光の色味を微妙に調整することができる。なお、同心円状の帯状の各領域2a,2b,2cの幅Wa,Wb,Wcは、0.3〜7mmの範囲である。
In particular, in the present invention, as shown in FIG. 8, red, green, and
また、蛍光回転体1、21には、赤、緑、青の発光色に対応する蛍光体層2a,2b,2cが、図4に示すように、蛍光回転体1、21の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状領域として隣り合いながら塗り分けられたものを使用できる。塗り分けは、それぞれの蛍光体層パターンに対応する開口部(メタルメッシュ開口)を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。また、透過型蛍光回転体1の基板11としては、透明基板(石英ガラス基板など)が使用され、反射型蛍光回転体21の基板31としては、アルミなどの金属基板が使用可能である。
In addition,
また、蛍光体層2a,2b,2cには、波長が約380nmないし約400nmの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体層2aには、CaAlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、La2O2S:Eu3+、KSiF6:Mn4+、 KTiF6:Mn4+等を用いることができ、緑色蛍光体層2bには、(Si,Al)6(O,N):Eu2+、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+等を用いることができ、青色蛍光体層2cには、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu2+、LaAl(Si,Al)6(N,O)10:Ce3+等を用いることができる。
The phosphor layers 2a, 2b, and 2c are excited by ultraviolet light having a wavelength of about 380 nm to about 400 nm. For example, the
図5に示す透過型蛍光回転体1では、透明な石英ガラス基板11の固体光源5とは反対側の面に蛍光体層2a,2b,2cが設けられ、また、固体光源5側の面には光学手段(バンドパスフィルター)12が配置されている。ここで、バンドパスフィルター12には、紫外光を透過して可視光を反射させるように設計された誘電体多層膜(具体的には、高屈折率材料(TiO2,LaTiO,Ta2O5,Nb2O5等)と低屈折率材料(SiO2,MgF2等)とが交互に積層された膜)からなるバンドパスフィルターを使用することができる。
In the transmission
また、図7に示す反射型蛍光回転体21では、アルミ金属基板31上に蛍光体層2a,2b,2cが配置されている。なお、基板31に石英ガラス基板のような透明なものを使用する場合は、基板31上に反射面としてアルミなどの金属幕を蒸着などの方法で形成する必要がある。図7に示すようなアルミなどの金属基板31を使用する場合は反射面は不要である。
Further, in the reflection
図4に示す蛍光回転体1、21を用いた図3または図6に示す光源装置では、該蛍光回転体1、21は、固体光源5からの紫外光の入射により互いに異なった色の蛍光を発光する蛍光体層2a,2b,2cをそれぞれ備えた複数の蛍光体領域を有し、蛍光回転体1、21上に配置された各蛍光体領域2a,2b,2cが、前記蛍光回転体1、21の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状の領域となっているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることができる。
In the light source device shown in FIG. 3 or FIG. 6 using the
さらに、透過型蛍光回転体においては、蛍光回転体1の蛍光体層2a,2b,2cより固体光源5側に、固体光源5が発する光を透過し前記蛍光体層2a,2b,2cが発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)12を設けることにより、また、反射型蛍光回転体においては、蛍光回転体21の蛍光体層2a,2b,2cを配置する基板31上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置を提供することができる。
Further, in the transmission type fluorescent rotator, the light emitted from the solid
なお、上述の例では、蛍光回転体1、21には、赤緑青の3つの蛍光体領域2a,2b,2cが設けられている場合を示したが、例えば赤緑青の蛍光体領域がそれぞれ2つずつ赤緑青の順に繰り返し帯状に設けられている場合(蛍光回転体の回転軸Xを中心とした同心円状の6つの帯状蛍光体領域が設けられている場合)なども、本発明の範囲に含まれる。
In the above-described example, the case where the
また、図10は、図3の光源装置10において、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることに加えて、さらに、照明色を変化させることを意図した光源装置15を示す図である。
Further, FIG. 10 shows that in the
図10の光源装置15では、図3の光源装置10において、さらに、固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を可変にする可変手段6が設けられている。なお、この際、蛍光回転体1としては、図4に示したものに比べて、蛍光体領域2cの幅と蛍光体領域2aの幅が、より広く(大きく)とられているものを用いる必要がある。
In the
このように、図10の光源装置15では、蛍光回転体1を用いていることから、固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を可変手段6によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。
As described above, the
固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を可変にする(変化させる)可変手段6としては、固体光源5が固定されている場合、蛍光回転体1を蛍光回転体1の回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図11に示すように、モーター7の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構8を用いた一般的なものが使用可能である。
As variable means 6 for changing (changing) the distance between the solid
図10、図11の構成では、固体光源5から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体1上の各領域2a,2b,2cの面積割合が変化することになり、それぞれの領域2a,2b,2cから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。
10 and 11, the area ratio of each of the
より詳細に、赤緑青の3色の混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を可変手段6によって可変にすることにより(変化させることにより)、後述するような原理で、固体光源5から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体1上の緑色蛍光体領域2bの面積割合を固定し、青色蛍光体領域2cと赤色蛍光体領域2aの面積割合を変化させて、青味と赤味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、緑色蛍光体領域2bを挟んで両隣に赤色蛍光体領域2aおよび青色蛍光体領域2cを配置した蛍光回転体1を利用して、例えば青味を増す場合には紫外光の照射スポットに入る青色蛍光体領域2cの面積を大きくする一方で、赤色蛍光体領域2aの面積が小さくなるように、固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を変化させればよい。青色蛍光体領域2cの照射面積を大きくし、赤色蛍光体領域2aの照射面積を小さくすることは、固体光源5と蛍光回転体1の回転軸Xとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に赤味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。
More specifically, when obtaining white light by mixing three colors of red, green and blue, and further changing the color of the white light, the distance between the solid
また、図12は、図6の光源装置30において、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることに加えて、さらに、照明色を変化させることを意図した光源装置35を示す図である。
Further, FIG. 12 shows that in the
図12の光源装置35では、図6の光源装置30において、さらに、固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を可変にする可変手段6が設けられている。なお、この際、蛍光回転体21としては、図4に示したものに比べて、蛍光体領域2cの幅と蛍光体領域2aの幅が、より広く(大きく)とられているものを用いる必要がある。
In the
このように、図12の光源装置35では、蛍光回転体21を用いていることから、固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を可変手段6によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。
As described above, the
固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を可変にする(変化させる)可変手段6としては、固体光源5が固定されている場合、蛍光回転体21を蛍光回転体21の回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図13に示すように、モーター7の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構8を用いた一般的なものが使用可能である。
As the variable means 6 for changing (changing) the distance between the solid
図12、図13の構成では、固体光源5から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体21上の各領域2a,2b,2cの面積割合が変化することになり、それぞれの領域2a,2b,2cから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。
In the configurations of FIGS. 12 and 13, the area ratios of the
より詳細に、赤緑青の3色の混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を可変手段6によって可変にすることにより(変化させることにより)、後述するような原理で、固体光源5から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体21上の緑色蛍光体領域2bの面積割合を固定し、青色蛍光体領域2cと赤色蛍光体領域2aの面積割合を変化させて、青味と赤味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、緑色蛍光体領域2bを挟んで両隣に赤色蛍光体領域2aおよび青色蛍光体領域2cを配置した蛍光回転体21を利用して、例えば青味を増す場合には紫外光の照射スポットに入る青色蛍光体領域2cの面積を大きくする一方で、赤色蛍光体領域2aの面積が小さくなるように、固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を変化させればよい。青色蛍光体領域2cの照射面積を大きくし、赤色蛍光体領域2aの照射面積を小さくすることは、固体光源5と蛍光回転体21の回転軸Xとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に赤味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。
More specifically, when obtaining white light by mixing three colors of red, green and blue, and further changing the color of the white light, the distance between the solid
次に、蛍光回転体1、21を用いた図10、図11に示す光源装置15、図12、図13に示す光源装置35で、照明色を変化させられる原理を説明する。
Next, the principle that the illumination color can be changed with the
図14は、図10、図11の光源装置15、または、図12、図13の光源装置35における、同心円状の帯状の各領域2a,2b,2cと固体光源5からの照射スポットとの位置関係を示している。ここで、同心円状の帯状の各領域2a,2b,2cの幅Wa,Wb,Wcは、0.3〜7mmの範囲であるが、図4に示すものに比べて、赤色蛍光体領域2aの幅Wa、青色蛍光体領域2cの幅Wcは広くなっている。そして、図14において、固体光源5に対する蛍光回転体1、21およびモーター4の位置がP0のときには、紫外光照射スポットはS0に示す範囲にあり、このときには、基準となる白色の照明光が得られる。この基準となる白色に対して青味を持たせるためには、固体光源5に対し蛍光回転体1、21およびモーター4を、図11、図13上で左方向に位置移動させれば良い。これにより、固体光源5からの紫外光照射スポットは、S1に示す範囲となり、赤色蛍光体領域2aの照射面積が減少し、青色蛍光体領域2cの照射面積が増加し、この結果、青味を持たせた照明色に変化させることができる。逆に、基準となる白色に対して赤味を持たせるためには、図11、図13上で蛍光回転体1、21およびモーター4を右方向に移動させれば良い。この場合には、固体光源5からの紫外光照射スポットは、S2に示す範囲となり、青色蛍光体領域2cの照射面積が減少し、赤色蛍光体領域2aの照射面積が増加し、この結果、、赤味を持たせた照明色に変化させることができる。以上のように、蛍光回転体1、21およびモーター4をモーター7とラックアンドピニオン機構8により連続的に動かせば、照明色を青味を持った白色から、赤味を持った白色まで連続的に変化させることができる。
14 shows the positions of the concentric belt-
なお、上述した例では、図11、図13に示したように、蛍光回転体1、21を回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段として、モーター7とラックアンドピニオン機構8を用いたが、移動手段としては、モーター7とラックアンドピニオン機構8に限らず、蛍光回転体を回転軸Xと直交する方向に移動させるものであれば、任意の機構を用いることができる。例えば、図15に示すように、移動手段としては、モーター37と、モーター37に取り付けられた回転アーム38とを備え、回転アーム38上のモーター37とは反対側に、蛍光回転体1、21と蛍光回転体回転用のモーター4を搭載した構成にすることもできる。図15の構成では、回転アーム38の矢印Rの方向の動きに従って蛍光回転体1、21を回転軸Xと直交する方向に移動させている(なお、図11、図13の構成では、蛍光回転体1、21を直線移動させるのに対して、図15の構成では、蛍光回転体1、21が円弧上を動く点で、相違している)。
In the above-described example, as shown in FIGS. 11 and 13, the
本発明の第2の実施形態の光源装置は、可視光を出射する固体光源と、回転軸Xの周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの可視光により励起され該固体光源からの可視光の波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体層を備えた少なくとも1つの蛍光体領域、および、蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域の各領域を、互いに分割された領域として有しており、前記蛍光回転体上に配置された各蛍光体領域および非蛍光体領域が、前記蛍光回転体の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状の領域となっていることを特徴としている。 The light source device according to the second embodiment of the present invention includes a solid-state light source that emits visible light, and a fluorescent rotator that can rotate around a rotation axis X, and the fluorescent rotator is visible from the solid-state light source. At least one phosphor region that includes a phosphor layer that is excited by light and emits fluorescence having a wavelength longer than that of visible light from the solid-state light source, and a non-phosphor region that is not provided with the phosphor layer Each region has a region divided from each other, and each phosphor region and non-phosphor region arranged on the fluorescence rotator are concentric with the rotation axis X of the fluorescence rotator as a center. It is characterized by a band-like region.
なお、上記蛍光体領域とは、蛍光体層を有する領域であって、後述のように、蛍光体層に対応させて、バンドパスフィルターや調整層などが設けられる場合には、蛍光体層とともに、これらをも含めたものを指すものとする。以下では、便宜上、蛍光体層とこれに対応する蛍光体領域には、同じ符号を付している。また、非蛍光体領域とは、蛍光体層を有しない領域を指すものとする。 The phosphor region is a region having a phosphor layer. When a bandpass filter, an adjustment layer, or the like is provided corresponding to the phosphor layer as described later, the phosphor region is combined with the phosphor layer. , Including these. In the following, for the sake of convenience, the same reference numerals are assigned to the phosphor layers and the corresponding phosphor regions. The non-phosphor region refers to a region that does not have a phosphor layer.
また、同心円状の帯状とは、円周上全周に渡って繋がった一定の幅を持ったドーナツ状の形状をいい、全周に渡って繋がっておらず円周上の一部の円弧状で一定の幅を持った形状は含まれない。 The concentric belt-like shape refers to a donut shape having a certain width that is connected over the entire circumference of the circumference, and is not connected over the whole circumference but is constant in a partial arc shape on the circumference. The shape with the width of is not included.
図16は、本発明の第2の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図16において、図3と同様の箇所には同じ符号を付している。図16を参照すると、この光源装置50は、可視光(例えば、青色光)を出射する固体光源45と、回転軸Xの周りに回転可能な(モーター4によって回転する)蛍光回転体41とを備えている。図17は、図16の光源装置50に用いられる蛍光回転体41の一例を示す図である。図17の例では、蛍光回転体41は、透明な基板(例えば石英ガラス基板)上に、可視光(例えば、青色光)を照射すると赤色、緑色の蛍光をそれぞれ発光する蛍光体層42a,42bと蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域42cとが、蛍光回転体41の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状領域として配置されている。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the light source device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 16, the same parts as those in FIG. Referring to FIG. 16, the
なお、図16に示した光源装置50では、蛍光回転体41が透過型のものとして構成され、固体光源45からの励起光によって励起された2つの蛍光体領域(蛍光体層42a,42b)からの発光のうち固体光源45側とは反対側に出射する光、および、非蛍光体領域42cを透過する可視光固体光源(青色固体光源)45の光を用いている。以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す。ここで、各蛍光体層42a,42bからの出射光を考えると、上記透過光(固体光源45側とは反対側に出射する光)とともに、蛍光体層42a,42bで反射されて固体光源45側へ戻って行く発光、つまり反射光も存在している。蛍光体領域に蛍光体層を単に配置しただけの蛍光回転体では、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。
In the
蛍光回転体41として透過型蛍光回転体を用いる場合に、蛍光体層42a,42bからの上記反射光を照明光として利用するため、図18に示すように(なお、図18は図17のC−C線における断面図である)、蛍光回転体41の蛍光体層42a,42bより固体光源45側に、固体光源45が発する光を透過し蛍光体層42a,42bが発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)52を設けることができる。より具体的には、蛍光回転体41の蛍光体層42a,42bが固体光源45側とは反対側の基板51面上に配置されており、かつ、固体光源45側の基板51面上には、固体光源45が発する光(青色光)を透過し蛍光体層42a,42bが発する光(赤色光、緑色光)を反射する光学手段(バンドパスフィルター)52が設けられている。固体光源45が発する光(青色光)を透過し蛍光体層42a,42bが発する光(赤色光、緑色光)を反射する光学手段(バンドパスフィルター)52が設けられていることにより、蛍光体層42a,42bで反射されて固体光源45側へ戻って行く発光、つまり反射光をも、照明光として利用することができる。
When a transmissive fluorescent rotator is used as the
なお、蛍光体領域の蛍光体層42a,42bでの励起光から蛍光への変換効率は、蛍光体層42a,42bを形成する蛍光体材料により異なるが、50%から99%程度である。従って、本発明では、この変換効率を考慮に入れた蛍光回転体を設計する必要がある。具体的には、同心円状の帯状の蛍光体領域42a,42bおよび非蛍光体領域42cの幅を調整したり、非蛍光体領域や変換効率が高い蛍光体層が配置された蛍光体領域の透過率もしくは反射率を調整したり、あるいは、非蛍光体領域に散乱性を持たせて透過率もしくは反射率を調整する設計手法が考えられる。
The conversion efficiency from excitation light to fluorescence in the phosphor layers 42a and 42b in the phosphor region varies depending on the phosphor material forming the phosphor layers 42a and 42b, but is about 50% to 99%. Therefore, in the present invention, it is necessary to design a fluorescent rotator that takes this conversion efficiency into consideration. Specifically, the widths of the concentric belt-
透過率もしくは反射率を調整する方法としては、非蛍光体領域42cでは、非蛍光体領域42c上に所定の透過率を有する調整層を設け、また、蛍光体領域42a,42bでは、蛍光体層に重ねて所定の透過率を有する調整層をさらに設ける方法などが考えられる。また、非蛍光体領域42cに散乱性を持たせるためには、蛍光回転体の基板表面に微細な凹凸を付けたり、散乱材を混入した散乱層を蛍光回転体の基板上に配置する方法などが考えられる。
As a method for adjusting the transmittance or reflectance, an adjustment layer having a predetermined transmittance is provided on the
図19は、本発明の第2の実施形態の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図19において、図16と対応する箇所には同じ符号を付している。図19の光源装置70も、図16の光源装置50と同様に、可視光(例えば、青色光)を出射する固体光源45と、回転軸Xの周りに回転可能な(モーター4によって回転する)蛍光回転体61とを備えている。ここで、蛍光回転体61は、図17の、蛍光体層(可視光(例えば、青色光)を照射すると赤色または緑色の蛍光を発光する蛍光体層)42a,42bと蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域42cとが、蛍光回転体61の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状領域として配置されているものを用いているが、図19の光源装置70では、蛍光回転体61が反射型のものとして構成され、固体光源45からの励起光によって励起された各蛍光体領域(各蛍光体層)42a,42bからの発光のうち固体光源45側に出射する光(赤色光、緑色光)、および、非蛍光体領域42cで反射する可視光固体光源(青色固体光源)45の光(青色光)を用いている。以下、この形式の蛍光回転体を、反射型蛍光回転体と称す。ここで、蛍光体層42a,42bからの出射光を考えると、入射励起光に対して反射する光とともに蛍光体層42a,42bで多重反射され固体光源45とは反対側に透過する発光や、蛍光体層42a,42bを励起せず励起光のまま固体光源45と反対側に透過する光も存在している。もし、蛍光回転体61の蛍光体層42a,42bを配置する基板が透明であるとすると、これらの光は蛍光回転体の裏側に抜ける透過光となり、照明光として利用できない光となってしまう。
FIG. 19 is a diagram illustrating another configuration example of the light source device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 19, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 16. Similarly to the
反射型蛍光回転体61を用いる場合に、蛍光体層42a,42bからの上記透過光を照明光として利用するため、図20に示すように(図20は図18の透過型蛍光回転体に対応する図である)、蛍光回転体61の基板71自体を金属製とすることができる。あるいは、蛍光回転体61の蛍光体層42a,42bを配置する基板上に反射面を設けることができる。具体的には、透明な基板上に金属膜を配置することができる。
When the reflection
なお、反射型蛍光回転体61においても、透過型蛍光回転体41と同様に、蛍光体領域の蛍光体層42a,42bでの励起光から蛍光への変換効率を考慮に入れた蛍光回転体を設計する必要がある。
In the reflection-
以下、本発明の第2の実施態様の光源装置50、70をより詳細に説明する。
Hereinafter, the
蛍光回転体41、61には、図17に示すように、青色の励起光により赤色および緑色に発光する2つの蛍光体領域(蛍光体層42a,42b)と非蛍光体領域42cとが、蛍光回転体41、61の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状領域として隣り合いながら塗り分けられて配置されたものを使用できる。塗り分けは、それぞれの蛍光体領域のパターンに対応する開口部(メタルメッシュ開口)を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。なお、前記した蛍光体領域での励起光から蛍光への変換効率を考慮に入れた蛍光回転体の設計手法のうちの、同心円状の帯状の蛍光体領域42a,42bおよび非蛍光体領域42cの幅を調整する手法に従い、非蛍光体領域42cの幅を狭くするなど各領域42a,42b,42cの大きさが調整されている。また、透過型蛍光回転体41の基板51としては、透明な基板(石英ガラス基板など)が使用され、反射型蛍光回転体61の基板71としてはアルミなどの金属基板が使用可能である。
As shown in FIG. 17, the
また、図17の蛍光回転体41、61に対する固体光源45には、例えば、GaN系の材料を用いた発光波長が約460nmの青色光を発光する発光ダイオードを用いることができる。なお、固体光源45としては、発光ダイオードに限らず、青色光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。
As the solid
特に、本発明では、図21に示すように、固体光源45から発せられる青色光の照射スポットTの中に、蛍光回転体41、61上の赤緑の蛍光体領域42a,42b、および、非蛍光体領域2cが入るように、固体光源45および蛍光回転体41、61の位置を調整する必要がある。各領域42a,42b,42c上の青色光照射面積は、図22に示すように照射スポットTの形状が円形である場合には、中央の帯状蛍光体領域42bが青色光照射面積が最も大きくなること、および、非蛍光体領域42cは青色光を透過し変換効率が100%であることを考慮して決められる。非蛍光体領域42cは青色光を透過し変換効率が100%であるので、白色の照明光を得るためには、少なくとも非蛍光体領域42cの幅Wcは蛍光体領域42a,42bの幅Wa,Wbよりも狭くする必要がある。非蛍光体領域42cの幅Wcが狭くない場合には、青味掛かった白色光が得られる。このように、固体光源45と蛍光回転体41、61の位置関係により、照明光の色味を微妙に調整することができる。なお、同心円状の帯状の各領域42a,42b,42cの幅Wa,Wb,Wcは、0.3〜7mmの範囲である。
In particular, in the present invention, as shown in FIG. 21, red-
また、蛍光体層42a,42bとしては、波長が約440nmないし約470nmの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体層42aには、CaAlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、KSiF6:Mn4+、KTiF6:Mn4+等を用いることができ、緑色蛍光体層42bには、Y3(Ga,Al)5O12:Ce3+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、CaSc2O4:Eu2+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、Ba3Si6O12N2:Eu2+、(Si,Al)6(O,N):Eu2+等を用いることができる。
The phosphor layers 42a and 42b are excited by blue light having a wavelength of about 440 nm to about 470 nm. For example, the
図18に示す透過型蛍光回転体41では、透明な石英ガラス基板51の固体光源45とは反対側の面に蛍光体層42a,42bが設けられ、また、固体光源45側の面には光学手段(バンドパスフィルター)52が配置されている。ここで、バンドパスフィルター52には、青色光を透過して赤色および緑色光を反射させるように設計された誘電体多層膜(具体的には、高屈折率材料(TiO2,LaTiO,Ta2O5,Nb2O5等)と低屈折率材料(SiO2,MgF2等)とが交互に積層された膜)からなるバンドパスフィルターを使用することができる。非蛍光体領域42cに相当する領域にはバンドパスフィルターは配置されていない。
In the transmission
また、図20に示す反射型蛍光回転体では、アルミ金属基板71上に蛍光体層42a,42bが配置されている。なお、基板71に石英ガラス基板のような透明なものを使用する場合は、基板71上に反射面としてアルミなどの金属幕を蒸着などの方法で形成する必要がある。図20に示すようなアルミなどの金属基板を使用する場合は反射面は不要である。 In the reflection type fluorescent rotator shown in FIG. 20, phosphor layers 42 a and 42 b are arranged on an aluminum metal substrate 71. When a transparent material such as a quartz glass substrate is used as the substrate 71, it is necessary to form a metal curtain such as aluminum as a reflective surface on the substrate 71 by a method such as vapor deposition. When a metal substrate such as aluminum as shown in FIG. 20 is used, the reflecting surface is not necessary.
本発明の第2の実施態様の上述した例では、蛍光回転体として、図17に示すものを用いたが、第2の実施態様における蛍光回転体としては、図23に示すようなもの(1種類の蛍光体領域73と非蛍光体領域74との2つの同心円状の帯状領域で形成された蛍光回転体)を用いることもできる。すなわち、図23の蛍光回転体は、青色の励起光により黄色に発光する蛍光体層73を有する蛍光体領域と非蛍光体領域74とが、蛍光回転体の回転軸Xを中心とした同心円状の2つの帯状領域として隣り合いながら塗り分けられて配置されたものである。
In the above-described example of the second embodiment of the present invention, the fluorescent rotator shown in FIG. 17 is used. However, the fluorescent rotator in the second embodiment is as shown in FIG. 23 (1 It is also possible to use a fluorescent rotating body formed of two concentric belt-shaped regions of a kind of
ここで、蛍光体領域の作製は、蛍光体領域のパターンに対応する開口部(メタルメッシュ開口)を有するスクリーンを用いた印刷法などが利用できる。なお、前記した蛍光回転体の設計手法に従い、非蛍光体領域幅74を狭くするなど各領域73、74の大きさが調整されている。また、透過型蛍光回転体78の基板としては、透明基板(石英ガラス基板など)が使用され、反射型蛍光回転体80の基板としてはアルミなどの金属基板が使用可能である。
Here, the phosphor region can be produced by a printing method using a screen having an opening (metal mesh opening) corresponding to the pattern of the phosphor region. The sizes of the
図23の蛍光回転体に対する固体光源45には、例えば、GaN系の材料を用いた発光波長が約460nmの青色光を発光する発光ダイオードを用いることができる。なお、固体光源45としては、発光ダイオードに限らず、青色光を放出する光源であれば良く、半導体レーザー等を用いることもできる。
For example, a light emitting diode that emits blue light having an emission wavelength of about 460 nm using a GaN-based material can be used as the solid-
この場合、固体光源45から発せられる青色光の照射スポットの中に、蛍光回転体上の蛍光体領域73および非蛍光体領域74が入るように、固体光源45および蛍光回転体の位置が調整される。
In this case, the positions of the solid
また、黄色蛍光体層73としては、波長が約440nmないし約470nmの青色光により励起されるものとして、例えば、Y3Al5O12:Ce3+ (YAG)、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+等の黄色蛍光体を用いることができる。
The
図24に示す透過型蛍光回転体78では、透明な石英ガラス基板76の固体光源45とは反対側の面に蛍光体層73が配置され、また、固体光源45側の面には光学手段(バンドパスフィルター)77が配置されている。ここで、バンドパスフィルター77には、青色光を透過して黄色光を反射させるように設計された誘電体多層膜(具体的には、高屈折率材料(TiO2,LaTiO,Ta2O5,Nb2O5等)と低屈折率材料(SiO2,MgF2等)とが交互に積層された膜)からなるバンドパスフィルターを使用することができる。非蛍光体領域74に相当する領域にはバンドパスフィルターは配置されていない。
In the transmission
また、図25に示す反射型蛍光回転体80では、アルミ金属基板79上に蛍光体層73が配置されている。なお、基板79に石英ガラス基板のような透明なものを使用する場合は、基板79上に反射面としてアルミなどの金属幕を蒸着などの方法で形成する必要がある。図25に示すようなアルミなどの金属基板を使用する場合は反射面は不要である。
In the reflection
図17に示す蛍光回転体41、61を用いた図16、図19の光源装置50、70では、該蛍光回転体41、61は、固体光源45からの可視光により励起され該固体光源45からの可視光の波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体層42a,42bを備えた少なくとも1つの蛍光体領域、および、蛍光体層が設けられていない非蛍光体領域42cの各領域を、互いに分割された領域として有しており、前記蛍光回転体41、61上に配置された各蛍光体領域42a,42bおよび非蛍光体領域42cが、前記蛍光回転体41、61の回転軸Xを中心とした同心円状の帯状の領域となっているので、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせない光源装置を提供することができる。
In the
さらに、透過型蛍光回転体41においては、蛍光回転体41の蛍光体層42a,42bより固体光源45側に、固体光源45が発する光を透過し前記蛍光体層42a,42bが発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)52を設けることにより、また、反射型蛍光回転体61においては、蛍光回転体61の蛍光体層42a,42bを配置する基板71上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。
Furthermore, in the transmission
また、上述の例では、蛍光回転体41、61には、赤緑の2つの蛍光体領域42a,42bと1つの非蛍光体領域42cが設けられている場合を示したが、例えば赤緑の蛍光体領域、非蛍光体領域がそれぞれ2つずつ、赤、緑、非蛍光体の順に繰り返し設けられている場合(6つの領域が設けられている場合)なども、本発明の範囲に含まれる。同様に、図23の例においても、例えば黄色蛍光体領域、非蛍光体領域がそれぞれ2つずつ、黄、非蛍光体の順に繰り返し設けられている場合(4つの領域が設けられている場合)なども、本発明の範囲に含まれる。
In the above example, the case where the
また、図26は、図16の光源装置50において、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることに加えて、さらに、照明色を変化させることを意図した光源装置55を示す図である。
In FIG. 26, in the
図26の光源装置55では、図16の光源装置50において、さらに、固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を可変にする可変手段6が設けられている。なお、この際、蛍光回転体41としては、図17に示したものに比べて、非蛍光体領域42cの幅と蛍光体領域42aの幅が、より広く(大きく)とられているものを用いる必要がある。
In the
このように、図26の光源装置55では、蛍光回転体41を用いていることから、固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を可変手段6によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。
In this way, since the
固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を可変にする(変化させる)可変手段6としては、固体光源45が固定されている場合、蛍光回転体41を蛍光回転体41の回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図27に示すように、モーター7の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構8を用いた一般的なものが使用可能である。
As variable means 6 for changing (changing) the distance between the solid
図26、図27の構成では、固体光源45から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体41上の各領域42a,42b,42cの面積割合が変化することになり、それぞれの領域42a,42b,42cから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。
In the configurations of FIGS. 26 and 27, the area ratios of the
より詳細に、赤緑青の3色の混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を可変手段6によって可変にすることにより(変化させることにより)、後述するような原理で、固体光源45から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体41上の緑色蛍光体領域42bの面積割合を固定し、非蛍光体領域42cと赤色蛍光体領域42aの面積割合を変化させて、青味と赤味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、緑色蛍光体領域42bを挟んで両隣に赤色蛍光体領域42aおよび非蛍光体領域42cを配置した蛍光回転体41を利用して、例えば青味を増す場合には紫外光の照射スポットに入る非蛍光体領域42cの面積を大きくする一方で、赤色蛍光体領域42aの面積が小さくなるように、固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を変化させればよい。非蛍光体領域42cの照射面積を大きくし、赤色蛍光体領域42aの照射面積を小さくすることは、固体光源45と蛍光回転体41の回転軸Xとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に赤味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。
More specifically, when white light is obtained by mixing three colors of red, green, and blue, and the color of white light is to be changed, the distance between the solid
また、図28は、図19の光源装置70において、蛍光回転体を用いて色割れを防止することができ、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせないようにすることに加えて、さらに、照明色を変化させることを意図した光源装置75を示す図である。
In FIG. 28, in the
図28の光源装置75では、図19の光源装置70において、さらに、固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を可変にする可変手段6が設けられている。なお、この際、蛍光回転体61としては、図17に示したものに比べて、非蛍光体領域42cの幅と蛍光体領域42aの幅が、より広く(大きく)とられているものを用いる必要がある。
In the
このように、図28の光源装置75では、蛍光回転体61を用いていることから、固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を可変手段6によって変化させることにより、蛍光回転体を用いた場合でも、複雑な制御系などを必要とせずに、簡単に照明色を変化させることができる。
In this way, since the
固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を可変にする(変化させる)可変手段6としては、固体光源45が固定されている場合、蛍光回転体61を蛍光回転体61の回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図29に示すように、モーター7の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構8を用いた一般的なものが使用可能である。
As variable means 6 for changing (changing) the distance between the solid
図28、図29の構成では、固体光源45から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体61上の各領域42a,42b,42cの面積割合が変化することになり、それぞれの領域42a,42b,42cから発せられる各色光の混合割合が変化するため、照明色を変えることができる。
28 and 29, the area ratio of each of the
より詳細に、赤緑青の3色の混色により白色光を得て、さらに白色光の色を変化させたい場合、固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を可変手段6によって可変にすることにより(変化させることにより)、後述するような原理で、固体光源45から発せられる光の照射スポットの中に入る蛍光回転体61上の緑色蛍光体領域2bの面積割合を固定し、非蛍光体領域42cと赤色蛍光体領域42aの面積割合を変化させて、青味と赤味をコントロールすることができ、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることが可能となる。すなわち、緑色蛍光体領域42bを挟んで両隣に赤色蛍光体領域42aおよび非蛍光体領域42cを配置した蛍光回転体61を利用して、例えば青味を増す場合には紫外光の照射スポットに入る非蛍光体領域42cの面積を大きくする一方で、赤色蛍光体領域42aの面積が小さくなるように、固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を変化させればよい。非蛍光体領域42cの照射面積を大きくし、赤色蛍光体領域42aの照射面積を小さくすることは、固体光源45と蛍光回転体61の回転軸Xとの距離を変化させれば自動的に実現される。このように、基準となる白色に対して、青味を増すように照明色を変化させたり、赤味を増すように照明色を変化させることは、市販の蛍光灯を考えた場合、白色を中心に赤味を増した電球色や青味を増した昼光色を容易に得られることを意味している。
More specifically, when obtaining white light by mixing three colors of red, green and blue, and further changing the color of the white light, the distance between the solid
次に、図17に示す蛍光回転体41、61を用いた図26、図27に示す光源装置55、または、図28、図29に示す光源装置75で照明色を変化させられる原理を説明する。
Next, the principle of changing the illumination color with the
図30は、図26、図27の光源装置55、または、図28、図29の光源装置75における、同心円状の帯状の各領域42a,42b,42cと固体光源45からの照射スポットとの位置関係を示している。ここで、同心円状の帯状の各領域42a,42b,42cの幅Wa,Wb,Wcは、0.3〜7mmの範囲であるが、図17に示すものに比べて、非蛍光体領域42cの幅Wc、赤色蛍光体領域42aの幅Waは広くなっている。そして、図30において、固体光源45に対する蛍光回転体41、61およびモーター4の位置がP0のときには、紫外光照射スポットはT0に示す範囲にあり、このときには、基準となる白色の照明光が得られる。この基準となる白色に対して青味を持たせるためには、蛍光回転体41、61およびモーター4を、図27、図29上で左方向に位置移動させれば良い。これにより、固体光源45からの紫外光照射スポットは、T1に示す範囲となり、赤色蛍光体領域42aの照射面積が減少し、非蛍光体領域42cの照射面積が増加し、この結果、青味を持たせた照明色に変化させることができる。逆に、基準となる白色に対して赤味を持たせるためには、蛍光回転体41、61およびモーター4を、図27、図29上で右方向に移動させれば良い。この場合には、固体光源5からの紫外光照射スポットは、T2に示す範囲となり、非蛍光体領域42cの照射面積が減少し、赤色蛍光体領域42aの照射面積が増加し、この結果、、赤味を持たせた照明色に変化させることができる。以上のように、蛍光回転体41、61およびモーター4をモーター7とラックアンドピニオン機構8により連続的に動かせば、照明色を青味を持った白色から、赤味を持った白色まで連続的に変化させることができる。図23に示す蛍光回転体78、80をそれぞれ用いた光源装置で照明色を変化させられる原理も同じである。
FIG. 30 shows the positions of the concentric belt-
なお、上述した例では、図27、図29に示したように、蛍光回転体41、61を回転軸Xと直交する方向に移動させる移動手段として、モーター7とラックアンドピニオン機構8を用いたが、移動手段としては、モーター7とラックアンドピニオン機構8に限らず、蛍光回転体41、61を回転軸Xと直交する方向に移動させるものであれば、任意の機構を用いることができる。例えば、図31に示すように、移動手段としては、モーター37と、モーター37に取り付けられた回転アーム38とを備え、回転アーム38上のモーター37とは反対側に、蛍光回転体41、61と蛍光回転体回転用のモーター4を搭載した構成にすることもできる。図31の構成では、回転アーム38の矢印Rの方向の動きに従って蛍光回転体41、61を回転軸Xと直交する方向に移動させている(なお、図27、図29の構成では、蛍光回転体41、61を直線移動させるのに対して、図31の構成では、蛍光回転体41、61が円弧上を動く点で、相違している)。
In the above-described example, as shown in FIGS. 27 and 29, the
図32は第1、第2の実施態様で示した光源装置(10、30、50または70等)を用いた照明装置の一構成例を示す図、図33は第1、第2の実施態様で示した光源装置(15、35、55または75等)を用いた照明装置の一構成例を示す図である。図32、図33の照明装置は、照明装置外郭を形作るケース82と、ケース82内に格納された光源装置(10、30、50または70等)、(15、35、55または75等)と、光源装置(10、30、50または70等)、(15、35、55または75等)からの光を前方に所定の配光特性を持って照射するレンズ系83とにより構成されている。
FIG. 32 is a diagram showing one configuration example of an illumination device using the light source device (10, 30, 50, 70, etc.) shown in the first and second embodiments, and FIG. 33 is a diagram showing the first and second embodiments. It is a figure which shows one structural example of the illuminating device using the light source device (15, 35, 55 or 75 grade | etc.,) Shown by. 32 and 33 includes a
また、図34は第1、第2の実施態様で示した光源装置(10、30、50または70等)を用いた照明装置の他の構成例を示す図、図35は第1、第2の実施態様で示した光源装置(15、35、55または75等)を用いた照明装置の他の構成例を示す図である。図34、35の照明装置は、照明装置外郭を形作るケース84と、ケース84内に格納された光源装置(10、30、50または70等)、(15、35、55または75等)と、光源装置(10、30、50または70等)、(15、35、55または75等)からの光を前方に所定の配光特性を持って照射するズームレンズ系85とにより構成されている。図34、図35の照明装置では、ズームレンズ系85にすることによって配光を可変することができる。特に電動式のズームレンズ系を用いた時には遠隔操作によって配光を可変することができる。
FIG. 34 is a diagram showing another configuration example of a lighting device using the light source device (10, 30, 50, 70, etc.) shown in the first and second embodiments, and FIG. 35 is a diagram showing the first and second configurations. It is a figure which shows the other structural example of the illuminating device using the light source device (15,35,55 or 75 grade | etc.,) Shown in the embodiment. 34 and 35 includes a
図32、図33や図34、図35のようにレンズ系を用いた時でも、本発明の光源装置を用いれば、カラーブレイク現象を生じさせない照明装置を実現できる。 Even when a lens system is used as shown in FIGS. 32, 33, 34, and 35, an illumination device that does not cause a color break phenomenon can be realized by using the light source device of the present invention.
上述したように、本発明の光源装置を利用して(本発明の第1、第2の実施形態の光源装置を利用して)、照射領域端部で色割れが発生することなしに、かつ、蛍光回転体を用いた場合でも、カラーブレイク現象を生じさせず、さらには、照明色を変化させることの可能な照明装置を実現できる。 As described above, using the light source device of the present invention (using the light source devices of the first and second embodiments of the present invention), without causing color breakup at the end of the irradiation region, and Even when a fluorescent rotator is used, a lighting device capable of changing the illumination color without causing a color break phenomenon can be realized.
さらに、透過型蛍光回転体においては、蛍光回転体の蛍光体層より固体光源側に、固体光源が発する光を透過し前記蛍光体層が発する光を反射する光学手段(バンドパスフィルター)を設けることにより、また、反射型蛍光回転体においては、蛍光回転体の蛍光体層を配置する基板上に反射面を形成したりすることにより、効率の高い光源装置および照明装置を提供することができる。 Further, in the transmission type fluorescent rotator, optical means (bandpass filter) for transmitting light emitted from the solid light source and reflecting light emitted from the phosphor layer is provided closer to the solid light source side than the phosphor layer of the fluorescent rotator. In addition, in the reflection type fluorescent rotator, a highly efficient light source device and illumination device can be provided by forming a reflective surface on a substrate on which the phosphor layer of the fluorescent rotator is disposed. .
もっとも、本発明と同じ照明は、蛍光回転体を用いず、単に基板上に複数の蛍光体領域を配置したもの、または、基板上に蛍光体領域および非蛍光体領域を配置したものでも実現することができる。本発明が威力を発揮するのは、蛍光体が耐えられない位の強力な励起光(例えば10W程度)を用いる場合であり、蛍光回転体の持つ冷却効果により耐久性を心配せずに使用可能であるため、狭い光源面積で大光量の光を発することができることが最大の特徴である。この特徴はレンズ系を用いた照明装置において特に有用である。 However, the same illumination as that of the present invention can be realized without using a fluorescent rotator, simply by arranging a plurality of phosphor regions on a substrate, or by arranging phosphor regions and non-phosphor regions on a substrate. be able to. The present invention is effective when using strong excitation light (for example, about 10 W) that the phosphor cannot withstand and can be used without worrying about durability due to the cooling effect of the fluorescent rotating body. Therefore, the greatest feature is that a large amount of light can be emitted with a narrow light source area. This feature is particularly useful in a lighting device using a lens system.
本発明は、照明一般などに利用可能である。
The present invention can be used for lighting in general.
1、21、41、61、78、80 蛍光回転体
2a,2b,2c、42a,42b、73 蛍光体領域(蛍光体層)
42c、74 非蛍光体領域
4 モーター
5、45 固体光源
6 可変手段
11、31、51、71、76、79 基板
12、52、77 光学手段(バンドパスフィルター)
10、15、30、35、50、55、70、75 光源装置
82、84 ケース
83 レンズ系
85 ズームレンズ系
1, 2, 41, 61, 78, 80 Fluorescent
42c, 74
10, 15, 30, 35, 50, 55, 70, 75
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