WO2023145695A1 - 発光装置及びセンシングシステム - Google Patents
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Abstract
出力光（Ｌ）を発する発光装置（２）は、１次光（Ｌ１）を発する発光素子（２０）と、１次光（Ｌ１）の少なくとも一部を２次光（Ｌ２）に変換する波長変換体と、を備える。出力光（Ｌ）は、２次光（Ｌ２）の少なくとも一部を含む。出力光（Ｌ）の光強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上である。７５０ｎｍにおける出力光（Ｌ）の光強度に対する９００ｎｍにおける出力光（Ｌ）の光強度の比は、０．２以上３．０未満である。出力光（Ｌ）のスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である。
Description
本発明は、発光装置及びセンシングシステムに関する。
特許文献１には、有機物の分析などに使用される分光計に設けられるビーム放射型のオプトエレクトロニクス素子が開示されている。当該オプトエレクトロニクス素子は、半導体チップから放射される一次ビームを、７００ｎｍから２０００ｎｍの間の波長の二次ビームに変換する変換材料を含んでいる。
本発明は、酸素飽和度などの高精度な測定を支援することができる発光装置及びセンシングシステムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る発光装置は、出力光を発する発光装置であって、１次光を発する発光素子と、前記１次光の少なくとも一部を２次光に変換する波長変換体と、を備える。前記出力光は、前記２次光の少なくとも一部を含む。前記出力光の光強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上である。７５０ｎｍにおける前記出力光の光強度に対する９００ｎｍにおける前記出力光の光強度の比は、０．２以上３．０未満である。前記出力光のスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である。
本発明の一態様に係るセンシングシステムは、上記一態様に係る発光装置と、前記出力光の反射光を検知する検知装置と、を備える。
本発明によれば、酸素飽和度などの高精度な測定を支援することができる。
以下では、本発明の実施の形態に係る発光装置及びセンシングシステムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書において、要素間の関係性を示す用語、及び、要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
（実施の形態１）
［構成］
まず、実施の形態１に係る発光装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
［構成］
まず、実施の形態１に係る発光装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係る発光装置を備える光照射装置１の外観の一例を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る発光装置２の断面図である。
図１に示される光照射装置１は、例えばスポットライトであり、図２に示される発光装置２を備える。光照射装置１は、発光装置２と、発光装置２を収容する筐体と、発光装置２から照射される光を透過するレンズなどの光学系と、を備える。光照射装置１は、天井に設けられたダクトレールなどに固定される。光照射装置１は、商用電源などの電源装置から供給される電力を受け、当該電力によって発光装置２が発する出力光Ｌ（図２を参照）を照射する。なお、光照射装置１は、ダウンライト、シーリングライト、ペンダントライト、ウォールライト又はフロアライトであってもよい。
発光装置２は、出力光Ｌを発する。出力光Ｌは、１次光Ｌ１及び２次光Ｌ２を含む。つまり、１次光Ｌ１と２次光Ｌ２との合成光が出力光Ｌである。１次光Ｌ１は、可視光であり、例えば、青色光である。２次光Ｌ２は、近赤外光である。出力光Ｌの具体的なスペクトルは、後で説明する。
図２に示されるように、発光装置２は、基板１０と、発光素子２０と、波長変換体を含む波長変換体層３０と、ダム材４０と、を備える。
基板１０は、発光素子２０を実装するための実装用基板である。基板１０には、複数の発光素子２０に電力を供給するための金属配線（図示せず）が設けられている。基板１０は、例えば、セラミックスからなるセラミックス基板、樹脂からなる樹脂基板、又は、ガラス基板などの絶縁基板である。あるいは、基板１０は、金属板に絶縁膜が被膜されたメタルベース基板（金属基板）でもよい。
発光素子２０は、１次光Ｌ１を発する。発光素子２０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップであり、基板１０上に実装されている。発光素子２０は、例えば、中心波長（発光スペクトルのピーク波長）が４３０ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲にある青色ＬＥＤチップである。例えば、発光素子２０は、１次光Ｌ１として、ピーク波長が約４４０ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤチップである。
発光素子２０の１個あたりの１次光Ｌ１の出力エネルギーは、例えば、５ｍＷ以上であるが、１０ｍＷ以上でもよく、３０ｍＷ以上でもよい。発光装置２が備える全ての発光素子２０からの１次光Ｌ１の合計での出力エネルギーは、例えば１００ｍＷ以上である。１次光Ｌ１の合計での出力エネルギーは、１Ｗ以上でもよく、１．２Ｗ以上でもよく、５Ｗ以上でもよく、１０Ｗ以上でもよい。１次光Ｌ１の出力エネルギーが大きくなるにつれて、２次光Ｌ２の出力エネルギーも大きくなる。
波長変換体層３０は、１次光Ｌ１の少なくとも一部を２次光Ｌ２に変換する波長変換体を含む。波長変換体層３０は、例えば、樹脂層を含み、当該樹脂層の内部に波長変換体が分散されている。樹脂層は、可視光及び近赤外光に対して透光性を有する。例えば、樹脂層は、シリコーン樹脂を用いて形成されるが、これに限定されない。
本実施の形態では、波長変換体は、１種類又は２種類以上の蛍光体を含む。１種類又は２種類以上の蛍光体の少なくとも１種類の蛍光体は、近赤外光を発する近赤外蛍光体である。つまり、２次光Ｌ２は、近赤外帯域の光を含んでいる。
近赤外蛍光体としては、例えば、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ未満、好ましくは８００ｎｍ以上２５００ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光強度のピークを有する蛍光体を使用することができる。これにより、出力光Ｌは、人の目に見えない赤外光成分を含むことができる。そして、この場合、近赤外蛍光体に吸収される１次光Ｌ１としては、３８０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の可視光の波長範囲内に強度最大値を示す光（例えば、青色光）を使用することができる。
なお、少なくとも７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ未満の波長範囲内に、蛍光強度を有する光を放つものであれば、近赤外蛍光体として、７８０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光強度のピークを有する蛍光体を使用することもできる。
近赤外蛍光体としては、希土類イオン及び遷移金属イオンの少なくとも一方で賦活され、近赤外の光成分を含む蛍光を放つ蛍光体を利用することができる。希土類イオンは、Ｎｄ３＋、Ｅｕ２＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋及びＹｂ３＋からなる群より選ばれる少なくとも１つである。遷移金属イオンはＴｉ３＋、Ｖ４＋、Ｃｒ４＋、Ｖ３＋、Ｃｒ３＋、Ｖ２＋、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ３＋、Ｃｏ２＋及びＮｉ２＋からなる群より選ばれる少なくとも１つである。そして、近赤外蛍光体としては、上述のイオンを発光中心として含有し、母体として、酸化物、硫化物、窒化物、ハロゲン化物、酸硫化物、酸窒化物及び酸ハロゲン化物の少なくとも１つを含有した蛍光体を使用することができる。
本実施の形態では、近赤外蛍光体として、例えばＣｒ３＋を含む蛍光体を利用することができる。これにより、可視光、特に青色光又は赤色光を吸収して近赤外の光成分に変換する性質を持つ近赤外蛍光体を容易に実現することができる。また、母体の種類によって、光吸収ピーク波長及び／又は蛍光ピーク波長を変えることも容易となるので、励起スペクトル形状及び／又は蛍光スペクトル形状を変えるうえで有利になる。
また、青色光又は赤色光を吸収して近赤外の蛍光成分に変換するＣｒ３＋賦活蛍光体は、数多く知られている。このため、発光素子２０の選択の幅が広がるだけでなく、２次光Ｌ２の蛍光ピーク波長を変えることが容易となるため、出力光Ｌの分光分布の制御に有利となる。
例えば、近赤外蛍光体としては、ガーネット型の結晶構造を有し、Ｃｒ３＋で賦活された複合酸化物蛍光体を利用することができる。このようなＣｒ３＋賦活ガーネット蛍光体は、例えば、希土類アルミニウムガーネット蛍光体及び希土類ガリウムガーネット蛍光体の少なくとも一方である。具体的には、Ｃｒ３＋賦活ガーネット蛍光体は、例えば、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｌａ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｌａ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ｓｃ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｌａ３Ｓｃ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ｓｃ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｌａ３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、（Ｇｄ，Ｌａ）３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ｓｃ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｌａ３Ｓｃ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ｓｃ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋、及び（Ｇｄ，Ｌａ）３（Ｇａ，Ｓｃ）２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋からなる群より選ばれる少なくとも１つである。また、Ｃｒ３＋賦活ガーネット蛍光体は、これらの蛍光体を端成分としてなる固溶体であってもよい。
また、近赤外蛍光体としては、ガーネット型以外の結晶構造を有するＣｒ３＋賦活蛍光体であってもよい。ガーネット型以外の結晶構造を有するＣｒ３＋賦活蛍光体は、８２０ｎｍ以上の波長範囲に蛍光強度のピークを有しやすいので、酸素飽和度などを高精度で測定できる光を放つ発光装置を提供できる。
このような近赤外蛍光体は、高出力に対する耐久性が高い。励起光（１次光Ｌ１）の出力エネルギーが高い程、近赤外蛍光体による波長変換の際に発生する熱も多くなり、温度が上昇する。上述した近赤外蛍光体は、高温での劣化がしにくく、高い出力エネルギーの１次光Ｌ１を効率良く２次光Ｌ２に変換することができる。
波長変換体層３０が発する２次光Ｌ２の出力エネルギーは、例えば１０ｍＷ以上である。２次光Ｌ２の出力エネルギーは、１００ｍＷ以上でもよく、１Ｗ以上でもよく、５Ｗ以上でもよく、１０Ｗ以上でもよい。２次光Ｌ２の出力エネルギーが大きくなる程、酸素飽和度などのバイタルの測定精度を高めることができる。
なお、本実施の形態では、波長変換体層３０が複数の発光素子２０を一括して封止するように配置されている例を示しているが、これに限定されない。波長変換体層３０は、１個又は複数の発光素子２０毎に分離して配置されていてもよい。発光素子２０毎に波長変換体層３０が設けられている場合には、１個あたりの波長変換体層３０が発する２次光Ｌ２の出力エネルギーは、例えば５ｍＷ以上である。あるいは、１個あたりの波長変換体層３０が発する２次光Ｌ２の出力エネルギーは、１０ｍＷ以上でもよく、３０ｍＷ以上でもよい。
ダム材４０は、基板１０上に設けられた、波長変換体層３０を堰き止めるための部材である。本実施の形態では、ダム材４０は、波長変換体層３０の周囲を囲むように環状に設けられている。なお、ダム材４０は、設けられていなくてもよい。
ダム材４０は、例えば、絶縁性を有する熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂などを用いて形成されている。具体的には、ダム材４０としては、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。
以上のように構成された発光装置２は、近赤外光を含む出力光Ｌを発する。近赤外光を含む出力光Ｌは、人の血液の酸素飽和度、及び、脈波などのバイタルの測定（非接触センシング）に利用可能である。例えば、酸素飽和度の測定は、血液中のヘモグロビンによる光の吸収を利用して行われる。具体的には、酸素と結びついたヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、酸素を離したヘモグロビン（Ｈｂ）とでは、波長毎の吸光度を表す吸光度曲線が相違する。例えば、７５０ｎｍの波長及びその近傍では、Ｈｂの吸光度がＨｂＯ２の吸光度よりも大きい。また、９００ｎｍの波長及びその近傍では、ＨｂＯ２の吸光度がＨｂの吸光度よりも大きい。
このため、この２つの波長を含む出力光Ｌを照射して、血管からの反射光を受光し、受光した光の強度の比率を算出することにより、ＨｂとＨｂＯ２との比率、すなわち、酸素飽和度を算出することができる。また、同様に、動脈血の時間的な変動を検出することにより、脈波の測定も可能である。十分な強度の光を照射することで、ノイズなどの影響を抑制し、酸素飽和度又は脈波などのバイタルの測定精度を高めることができる。
［出力光のスペクトル］
次に、出力光Ｌのスペクトルについて、図３及び図４を用いて説明する。
次に、出力光Ｌのスペクトルについて、図３及び図４を用いて説明する。
図３及び図４はそれぞれ、本実施の形態に係る発光装置２からの出力光Ｌのスペクトルの一例を示す図である。各図において、横軸は波長（単位：ｎｍ）を表し、縦軸は発光強度を表している。
図３及び図４はいずれも、発光素子２０として、同じ種類の青色ＬＥＤチップを備える発光装置２が発する出力光Ｌのスペクトルである。青色ＬＥＤチップは、約４５０ｎｍにピーク波長を有し、半値幅が約１５ｎｍの青色光を１次光Ｌ１として発する。本実施の形態では、出力光Ｌが１次光Ｌ１を含むので、図３及び図４に示されるように、青色の波長帯域に光強度のピークが存在している。
図３に示される出力光Ｌを発する発光装置２と、図４に示される出力光Ｌを発する発光装置２とでは、含まれる波長変換体の種類が異なっている。具体的には、図３に示される出力光Ｌを発する発光装置２は、波長変換体として、（Ｇａ，Ｓｃ）２Ｏ３：Ｃｒ３＋と、Ｇｄ３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋とを、４：６の体積割合で含んでいる。図４に示される出力光Ｌを発する発光装置２は、波長変換体として、（Ｇａ，Ｓｃ）２Ｏ３：Ｃｒ３＋のみを含んでいる。なお、波長変換体は、シリコーン樹脂内に分散されている。図３及び図４に示されるように、波長変換体が発する２次光Ｌ２に対応するピークが、近赤外の波長帯域に存在している。
本実施の形態では、出力光Ｌ（２次光Ｌ２）は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上の光強度を有する。つまり、出力光Ｌは、ブロードな近赤外成分を含んでいる。
所定値は、例えば、ピーク強度の０．０５倍以上である。所定値は、ピーク強度の０．１倍以上であってもよく、０．２倍以上であってもよく、０．３倍以上であってもよく、０．４倍以上であってもよく、０．５倍以上であってもよい。なお、ピーク強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲内に含まれる最大ピークの強度である。所定値が大きい程、出力光Ｌが含む近赤外光成分の強度が大きくなるので、酸素飽和度などの測定精度を高めることができる。
例えば、測定には受光器（光検出器）が用いられるが、この受光器の特性が変化しても、測定精度の低下を抑制することができる。つまり、受光器の特性に厳しい測定条件が要求されないので、汎用性が高いセンシングシステムに対する発光装置２の適用が可能である。
本実施の形態では、７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、０．２以上３．０未満である。７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、１．０であってもよい。これにより、各波長の強度差を考慮しなくてもよいので、信号処理を簡単にすることができる。あるいは、７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、０．２以上１．０未満であってもよく、１．０より大きく３．０未満であってもよい。測定対象に応じて、波長変換体の種類及び配合比を調整することで、所望のスペクトルを実現することができる。
例えば、図３に示される例では、２次光Ｌ２のピーク波長は、約８１０ｎｍである。当該ピーク波長の光強度（すなわち、ピーク強度）を１とした場合、７５０ｎｍの光強度は、約０．７４であり、９００ｎｍの光強度は、約０．５４である。つまり、９００ｎｍの光強度は、７５０ｎｍの光強度より小さい。具体的には、７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、約０．７３である。
また、図４に示される例では、２次光Ｌ２のピーク波長は、約８３０ｎｍである。当該ピーク波長の光強度を１とした場合、７５０ｎｍの光強度は、約０．２２であり、９００ｎｍの光強度は、約０．６６である。つまり、９００ｎｍの光強度は、７５０ｎｍの光強度より大きい。具体的には、７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、約３．０である。
本実施の形態では、出力光Ｌのスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である。スペクトル視感度は、波長λを変数とする値であり、Ｋ（λ）で表される。スペクトル視感度Ｋ（λ）は、以下の式（１）で表される。
（１） Ｋ（λ）＝ＫｍＶ（λ）
Ｖ（λ）は、比視感度であり、具体的には、明所視の視感度である。Ｋｍ＝６３８ｌｍ／Ｗである。
スペクトル視感度Ｋ（λ）は、物理的な光の強度から心理物理的な明るさへ変換するための係数に相当する。光強度のスペクトル密度をｅ（λ）とすると、人の眼が感じる明るさｆ（λ）は、スペクトル視感度Ｋ（λ）を用いて以下の式（２）で表される。
（２） ｆ（λ）＝Ｋ（λ）ｅ（λ）
スペクトル視感度Ｋ（λ）が大きすぎると、空間デザインへの影響が大きくなる。すなわち、発光装置２からの可視光成分の影響が大きくなって、既存の照明空間とは異なる印象を人に与えてしまうおそれがある。一方で、スペクトル視感度Ｋ（λ）が小さすぎると、発光装置２からの可視光成分が小さくなるので、目視では発光装置２が発光しているか否かを確認できなくなる。本実施の形態に係る発光装置２では、スペクトル視感度Ｋ（λ）が０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下であるので、目視による発光の確認を可能にしつつ、空間デザインへの影響を抑制することができる。
なお、空間の照明環境によっては、スペクトル視感度Ｋ（λ）が０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下であっても、目視では発光装置２が発光しているか否かを確認できない場合があるため、スペクトル視感度Ｋ（λ）は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、２０ｌｍ／Ｗ以下であってもよく、０．１ｌｍ／Ｗ以上、３０ｌｍ／Ｗ以下であってもよい。
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る発光装置２は、出力光Ｌを発する発光装置であって、１次光Ｌ１を発する発光素子２０と、１次光Ｌ１の少なくとも一部を２次光Ｌ２に変換する波長変換体と、を備える。出力光Ｌは、２次光Ｌ２の少なくとも一部を含む。出力光Ｌの光強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上である。７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、０．２以上３．０未満である。出力光Ｌのスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である。
以上のように、本実施の形態に係る発光装置２は、出力光Ｌを発する発光装置であって、１次光Ｌ１を発する発光素子２０と、１次光Ｌ１の少なくとも一部を２次光Ｌ２に変換する波長変換体と、を備える。出力光Ｌは、２次光Ｌ２の少なくとも一部を含む。出力光Ｌの光強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上である。７５０ｎｍにおける出力光Ｌの光強度に対する９００ｎｍにおける出力光Ｌの光強度の比は、０．２以上３．０未満である。出力光Ｌのスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である。
これにより、酸素飽和度などの高精度な測定を支援することができる。具体的には、出力光Ｌが７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体で高い光強度を有するので、受光器の特性が変化しても、測定精度の低下を抑制することができる。つまり、受光器の特性に厳しい測定条件が要求されないので、汎用性が高いセンシングシステムへの発光装置２の適用が可能である。また、スペクトル視感度Ｋ（λ）が０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下であるので、目視による発光の確認を可能にしつつ、空間デザインへの影響を抑制することができる。
また、例えば、波長変換体は、２種類以上の蛍光体を含んでもよい。
これにより、複数種類の蛍光体を利用することで、２次光Ｌ２のスペクトルの調整を容易に行うことができる。例えば、測定対象及び／又は測定環境に応じて最適な２次光Ｌ２のスペクトルを得ることができる。
また、例えば、２種類以上の蛍光体の少なくとも１種類の蛍光体は、Ｃｒ３＋を含む近赤外蛍光体である。
これにより、高温での劣化が少ない波長変換体を実現することができる。このため、励起光である１次光Ｌ１の出力エネルギーを利用することができ、高い効率で所望の出力光Ｌを発することができる。また、１つの発光素子２０からの１次光Ｌ１の出力エネルギーを高くすることができるので、発光素子２０の数を減らすことができる。これにより、発光装置２の小型化を実現することができる。
また、例えば、２次光Ｌ２の出力エネルギーは、１００ｍＷ以上であってもよい。
これにより、近赤外光の強度を高めることができるので、酸素飽和度などの測定精度を高めることができる。
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
続いて、実施の形態２について説明する。
実施の形態２に係る発光装置は、実施の形態１と比較して、フィルタを備える点が相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略又は簡略化する。
図５は、本実施の形態に係る発光装置３の断面図である。図５に示される発光装置３は、図２に示される発光装置２の構成に加えて、フィルタ５０を備える。
フィルタ５０は、１次光Ｌ１及び２次光Ｌ２の少なくとも一方の少なくとも一部を吸収又は反射する。本実施の形態では、フィルタ５０は、１次光Ｌ１のほぼ全てと、２次光Ｌ２のうちの可視光成分と、を吸収又は反射する可視光カットフィルタである。このため、フィルタ５０を介して出射される出力光Ｌは、１次光Ｌ１を含まず、２次光Ｌ２とほぼ同じスペクトルを有する。
フィルタ５０は、例えば、樹脂又はガラスなどの基材の内部に分散された吸収色素を含む。あるいは、フィルタ５０は、基材の表面に形成された、可視光成分を反射する反射膜を含む。反射膜は、例えば誘電体多層膜であってもよい。目的の波長成分の透過を抑制することができれば、フィルタ５０の構成は特に限定されない。
図５に示される例では、フィルタ５０は、波長変換体層３０から離れて配置されているが、波長変換体層３０とフィルタ５０とは接触していてもよい。
次に、発光装置３が発する出力光Ｌのスペクトルについて、図６及び図７を用いて説明する。
図６及び図７はそれぞれ、本実施の形態に係る発光装置３からの出力光Ｌのスペクトルの一例を示す図である。各図において、横軸は波長（単位：ｎｍ）を表し、縦軸は発光強度を表している。
図６に示される出力光Ｌのスペクトルは、図３に示される出力光Ｌがフィルタ５０を通過した後の光のスペクトルである。すなわち、図６に示される出力光Ｌを発する発光装置３は、図３の場合と同様に、波長変換体として、（Ｇａ，Ｓｃ）２Ｏ３：Ｃｒ３＋と、Ｇｄ３Ｇａ２（ＧａＯ４）３：Ｃｒ３＋とを、４：６の体積割合で含んでいる。
同様に、図７に示される出力光Ｌのスペクトルは、図４に示される出力光Ｌがフィルタ５０を通過した後の光のスペクトルである。すなわち、図７に示される出力光Ｌを発する発光装置３は、図４の場合と同様に、波長変換体として、（Ｇａ，Ｓｃ）２Ｏ３：Ｃｒ３＋のみを含んでいる。
図６及び図７に示されるように、フィルタ５０を通過した出力光Ｌは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光を実質的に含まない。出力光Ｌは、７００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲の可視光成分を僅かながら含んでいる。可視光成分（ここでは、赤色光）を僅かに含むことによって、目視による発光装置３の発光の確認が容易になる。
以上のように、本実施の形態に係る発光装置３は、１次光Ｌ１及び２次光Ｌ２の少なくとも一方の少なくとも一部を吸収又は反射するフィルタ５０を備える。
これにより、出力光Ｌに含まれる可視光成分を十分に小さくすることで、空間デザインへの影響を抑制することができる。実験室などの特殊な環境ではなく、生活空間などの一般的な環境に発光装置３を設置しても、既存の照明環境を変化させないようにすることができる。よって、人の酸素飽和度又は脈波などのバイタルの測定を生活空間で日常的に行うことが可能になる。近赤外光を利用したバイタルの測定は、非接触で行うことが可能であるので、生活の妨げにならず、人に測定を意識させずに負担なく行うことができる。
なお、フィルタ５０は、１次光Ｌ１のみを吸収又は反射してもよい。この場合、出力光Ｌは、２次光Ｌ２に含まれる可視光成分（例えば、７００ｎｍ程度の赤色光）を含む。すなわち、発光装置３が発光している場合には、近赤外光だけでなく、人が視認可能な赤色光も発せられる。これにより、目視による発光装置３の発光の確認が容易になる。
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。
続いて、実施の形態３について説明する。
実施の形態３に係るセンシングシステムは、実施の形態１又は２に係る発光装置を備える。以下では、実施の形態１又は２との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略又は簡略化する。
図８は、本実施の形態に係るセンシングシステム１００の構成を示す図である。
図８に示されるセンシングシステム１００は、対象物１０１の特性値を測定する。対象物１０１は、例えば、人などの生物である。センシングシステム１００は、人の酸素飽和度又は脈波などのバイタルを非接触で測定する。
図８に示されるように、センシングシステム１００は、発光装置２と、検知装置１０２と、を備える。なお、センシングシステム１００は、発光装置２の代わりに、実施の形態２に係る発光装置３を備えてもよい。
検知装置１０２は、発光装置２から発せられた出力光Ｌの反射光Ｌｒを検知する。反射光Ｌｒは、対象物１０１が出力光Ｌを反射させることで発生する光である。
酸素飽和度又は脈波を測定する場合、上述したように、近赤外帯域に含まれる複数の波長の光を利用する。このため、検知装置１０２は、例えば、複数の波長の光を受光可能な光検出器を含む。光検出器は、受光した反射光Ｌｒの強度に応じた電気信号を出力する。
光検出器は、例えば、光が半導体のＰＮ接合に入射したときに生じる電荷を検出する量子型の光検出器を用いることができる。具体的には、光検出器は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどである。また、光検出器としては、光を受光したときの発生熱による温度上昇によって生じる電気的性質の変化を検知する熱型の光検出器、又は光に感光する赤外線フィルムなども用いることができる。熱型の光検出器としては、熱電効果を利用するサーモパイル、焦電効果を利用する焦電素子などを利用することができる。
検知装置１０２は、光検出器から出力される電気信号を処理する信号処理回路（図示せず）を含む。信号処理回路は、例えば、光検出器で受光された２つの波長の反射光Ｌｒの強度の比率を算出することにより、ＨｂとＨｂＯ２との比率、すなわち、酸素飽和度を算出する。あるいは、信号処理回路は、脈波を算出してもよい。
以上のように、本実施の形態に係るセンシングシステム１００は、発光装置２と、出力光Ｌの反射光Ｌｒを検知する検知装置１０２と、を備える。
これにより、酸素飽和度又は脈波などを高精度に測定することができる。
また、センシングシステム１００では、空間デザインへ与える影響が少ないため、発光装置２を生活空間に配置することができる。このため、人が意識的に測定を行わなくても、日常的な生活を送る中で無意識で酸素飽和度などの測定を行うことができる。このように、ユーザにとっての利便性が高いセンシングシステム１００が実現できる。
（その他）
以上、本発明に係る発光装置及びセンシングシステムについて、上記の実施の形態などに基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
以上、本発明に係る発光装置及びセンシングシステムについて、上記の実施の形態などに基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、互いに異なる複数種類の蛍光体は、１つの波長変換体層３０内に分散して混合されて配置されていてもよく、蛍光体毎に層が分かれていてもよい。例えば、波長変換体層３０は、複数の樹脂層の積層構造を有し、樹脂層毎に異なる種類の蛍光体が分散して配置されていてもよい。発光素子２０側からの１次光Ｌ１が複数種類の蛍光体を順に通過して２次光Ｌ２に変換されることで、変換効率を高めることができる。例えば、第１種類の蛍光体からの２次光Ｌ２が第２種類の蛍光体に吸収される場合には、１次光Ｌ１の通過順で第１種類の蛍光体を第２種類の蛍光体よりも後に配置する。これにより、第１種類の蛍光体から発せられる２次光Ｌ２を、第２種類の蛍光体で吸収されずに外部に出射させることができる。
また、例えば、発光装置は、樹脂内に分散された波長変換体の代わりに、波長変換体の焼結体を備えてもよい。具体的には、発光装置は、蛍光体粒子の焼結体（セラミック蛍光体）を備えてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、ＬＥＤチップが基板に直接実装されたＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）型の発光装置について示したが、これに限らない。例えば、発光装置は、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型の発光素子を備えてもよい。
ＳＭＤ型の発光素子は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを収容する凹部を有するパッケージと、当該凹部を充填する樹脂層と、当該樹脂層に分散された波長変換体と、を備えてもよい。つまり、波長変換体は、ＳＭＤ型の発光素子の一部として設けられていてもよい。
また、発光素子は、青色ＬＥＤでなくてもよい。例えば、発光素子は、紫色ＬＥＤでもよく、紫外ＬＥＤでもよく、赤色ＬＥＤでもよい。つまり、１次光Ｌ１は、青色光でなくてもよく、紫色光又は紫外光又は赤色光であってもよい。
また、発光素子は、ＬＥＤでなくてもよい。例えば、発光素子は、レーザ素子又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子であってもよい。
また、例えば、発光装置は、酸素飽和度又は脈波などのバイタルの測定以外に利用されてもよい。例えば、赤外線を利用したガスセンサ若しくは距離センサ、又は、監視カメラなどに利用されてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
２、３ 発光装置
２０ 発光素子
３０ 波長変換体層
５０ フィルタ
１００ センシングシステム
１０２ 検知装置
Ｌ 出力光
Ｌ１ １次光
Ｌ２ ２次光
Ｌｒ 反射光
２０ 発光素子
３０ 波長変換体層
５０ フィルタ
１００ センシングシステム
１０２ 検知装置
Ｌ 出力光
Ｌ１ １次光
Ｌ２ ２次光
Ｌｒ 反射光
Claims (6)
- 出力光を発する発光装置であって、
１次光を発する発光素子と、
前記１次光の少なくとも一部を２次光に変換する波長変換体と、を備え、
前記出力光は、前記２次光の少なくとも一部を含み、
前記出力光の光強度は、７５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲全体に亘って所定値以上であり、
７５０ｎｍにおける前記出力光の光強度に対する９００ｎｍにおける前記出力光の光強度の比は、０．２以上３．０未満であり、
前記出力光のスペクトル視感度は、０．１ｌｍ／Ｗ以上、１０ｌｍ／Ｗ以下である、
発光装置。 - 前記１次光及び前記２次光の少なくとも一方の少なくとも一部を吸収又は反射するフィルタをさらに備える、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記波長変換体は、２種類以上の蛍光体を含む、
請求項１又は２に記載の発光装置。 - 前記２種類以上の蛍光体の少なくとも１種類の蛍光体は、Ｃｒ３＋を含む近赤外蛍光体である、
請求項３に記載の発光装置。 - 前記２次光の出力エネルギーは、１００ｍＷ以上である、
請求項１～４のいずれか１項に記載の発光装置。 - 請求項１～５のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記出力光の反射光を検知する検知装置と、を備える、
センシングシステム。
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Legal Events
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Ref document number: 23746906 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |