JPWO2015001693A1 - 投光装置 - Google Patents

Abstract

本開示の投光装置は、励起光を放射する発光素子と、励起光を受け、励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、放射光を受ける光学フィルタと、を有する。光学フィルタは、放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射する。この構成により、光学フィルタが放射光よりも波長の長い長波長光を反射するので、波長変換部に長波長光を照射させないようにでき、波長変換部の劣化を防止することができる。

Description

本開示は、光源から出射した光を波長変換素子に照射することで発生する光を利用する車両用照明等の照明分野に用いられる投光装置に関する。

従来この種の投光構造体は、図１６に示すごとく、反射部材１０４１と、発光部材１０４２とを有する。反射部材１０４１は、頂点近傍に焦点が位置する深い凹面状に形成された反射面１０４１ａを有する。発光部材１０４２は、反射面１０４１ａの焦点及びその周辺に配置され、励起光により励起されることにより光を出射する。

発光部材１０４２は、レーザ１０４３からの励起光Ｌ１を吸収して蛍光を発生する蛍光材料の粉末を樹脂などに混ぜて固めたもの、あるいは蛍光材料の粒子をバインダーに混ぜて塗布したものであった。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１２−５３９９５号公報

このような従来の投光装置を車両用照明などの屋外照明に用いる場合、投光装置外部より太陽光が入射し、発光部材に赤外線が集光されるため、発光部材が劣化するという課題があった。

上記課題を解決するために本開示の投光装置は、励起光を放射する発光素子と、励起光を受け、励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、放射光を受ける光学フィルタと、を有する。光学フィルタは、放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射する。

この構成により、光学フィルタが放射光よりも波長の長い長波長光を反射するので、波長変換部に長波長光が照射されるのを抑制することができ、波長変換部の劣化を抑制することができる。

図１は本開示の実施の形態１における投光装置の模式図である。 図２は本開示の実施の形態１における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図３は本開示の実施の形態１における投光装置に用いられる波長変換光のスペクトルを表す図である。 図４は本開示の実施の形態１における投光装置に入射する太陽光のスペクトルを表す図である。 図５は本開示の実施の形態１における投光装置の動作を説明する模式図である。 図６は投光装置に用いられる光学フィルタ４０の具体例の透過スペクトルを示す図である。 図７は本開示の実施の形態１における投光装置の効果を説明する図である。 図８は本開示の実施の形態１における投光装置の効果を説明する図である。 図９は本開示の実施の形態１の変形例における投光装置の模式図である。 図１０は本開示の実施の形態１の変形例における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図１１は本開示の実施の形態１の投光装置の効果を説明する模式図である。 図１２Ａは本開示の実施の形態２における投光装置の模式図である。 図１２Ｂは本開示の実施の形態２における投光装置の波長変換部１６に関する模式図である。 図１３は本開示の実施の形態２における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図１４は本開示の投光装置の動作を説明する模式図である。 図１５は本開示の投光装置に用いられる光学フィルタの具体例の透過スペクトルを示す図である。 図１６は従来の投光装置の概略図である。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１における投光装置１を、図１から図８を用いて説明する。

本開示の実施の形態１における投光装置の模式図を図１に示す。図１に示すように、本実施の形態における投光装置１は、発光素子１１と、波長変換部１６と、光学フィルタ４０とを備える。発光素子１１は、励起光を放射する。波長変換部１６は、励起光を受け、励起光を異なる波長の光に変換し波長変換光７６として放射する。波長変換光７６は放射光である。光学フィルタ４０は、波長変換光７６を受ける。光学フィルタ４０は、放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射する。

この構成により、光学フィルタ４０が放射光よりも波長の長い長波長光を反射するので、波長変換部１６に長波長光が照射されるのを抑制することができ、波長変換部１６の劣化を防止することができる。

以下、任意の構成も含めたより具体的な構成について説明する。

発光素子１１は、例えば、発光中心波長は約４０５ｎｍで光出力が２ワットである窒化物半導体レーザである半導体発光素子により構成する。本実施の形態においては、発光素子１１がヒートシンク２５に３つ配置される。発光素子１１から出射した光は、コリメートレンズ１２で直進光である出射光７０に変換される。導光部材３５は、出射光７０を波長変換部１６に導く。リフレクタ３０は、波長変換部１６から出射された波長変換光７６を前方方向へ反射させ出射光８０ｂとする。リフレクタ３０は、例えばＡｌ、Ａｇなどの金属膜もしくは表面に保護膜を形成したＡｌ膜を有する。リフレクタ３０は凹面形状をしており、波長変換部１６がその凹面形状の内側に配置されている。光学フィルタ４０は、リフレクタ３０の開口部３０ａを覆うように設けられる。

導光部材３５は波長変換部１６の支持部１６ａと一体に成型される部品であり、例えば低融点ガラスなどの波長４００ｎｍ以上の光を吸収しない材料で構成される。導光部材３５は、支持部１６ａに向かって径が小さくなる円錐形状であり、先端部分を例えば高温炉で軟化させ球状に成型することで支持部１６ａを一体で構成できる。支持部１６ａには、蛍光体層１７が覆うように形成され、具体的には、例えばＥｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２蛍光体などの黄色光を発する蛍光体を含む第４の蛍光体層１７Ｙと、例えばＥｕ賦活Ｓｒ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８蛍光体、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７蛍光体などの青色光を発する蛍光体を含む第３の蛍光体層１７Ｂを順に支持部１６ａを覆うように形成される。第４の蛍光体層１７Ｙおよび第３の蛍光体層１７Ｂは上記の蛍光体を、例えばシリコーンなどの透明材料に混合させ金型等で支持部１６ａに固定される。

また、光学フィルタ４０は、好ましくは図２に示すような、例えば波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を反射する特性を有する。

続いて、投光装置１の動作について説明する。３個の発光素子１１から出射された例えば６ワットの出射光は、コリメートレンズ１２により直進光である出射光７０に変換され、導光部材３５の入射端部３２から導光部材３５内部へと入射する。導光部材３５に入射した光は、直接、または、導光部材３５の表面を全反射しながら支持部１６ａへと導かれる。支持部１６ａに入射した出射光７０は、その一部が第４の蛍光体層１７Ｙに吸収される。第４の蛍光体層１７Ｙを透過した光は第３の蛍光体層１７Ｂへと入射する。第４の蛍光体層１７Ｙ、第３の蛍光体層１７Ｂに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部１６から白色光である波長変換光７６として全方位へ放射される。波長変換部１６から放射された波長変換光７６は、直接に光学フィルタ４０に向かうか、リフレクタ３０の反射面にて反射された反射光８０ａとなり、図１において上方方向へ放射される。このとき、波長変換光７６および反射光８０ａのスペクトルは図３で示される波長４０５ｎｍ付近のレーザ光と、波長４６０ｎｍ付近と波長５７０ｎｍ付近にピークをもつ蛍光体で構成される白色光となり放射されている。一方、このような投光装置を屋外に設置する場合、太陽からの太陽光の影響を加味する必要がある。太陽光は図４で示されるスペクトルを有し、特に波長７００ｎｍ以上の赤外線は容易に物質に吸収されるため発熱要因となる。特にリフレクタ３０を用いた投光装置においては、投光装置から入射した太陽光は、リフレクタ３０により容易に波長変換部１６に集光される。

そこで、リフレクタ３０の開口部３０ａには図２に示すような透過率特性を有する光学フィルタ４０を設ける。まず、波長変換部１６から出射された放射光は、光学フィルタ４０を透過する際に、例えば波長４２０ｎｍ以下の光が除去されるため、発光素子１１からの出射光７０が直接出射されない。さらに外部から入射される太陽光のうち、赤外線は、図５に示すように、光学フィルタ４０により反射されるため、波長変換部１６に集光されることを抑制することができ、波長変換部１６が発熱することを抑制することができる。

光学フィルタ４０の具体的な例を以下に示す。図２は光学フィルタ４０の理想的な透過スペクトルを示す。光学フィルタ４０は、例えばＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、などの誘電体の多層膜より構成される。本実施の形態における光学フィルタ４０は、その透過スペクトル図である図６に示すように、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を反射し、波長４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を透過する。

この図６に示す透過スペクトル特性を有する光学フィルタ４０を用いた投光装置１から出射される出射光のスペクトルを、太陽光の下で測定すると、図７の実線により示すスペクトル特性が得られた。図７の実線により示すスペクトル特性は、図３の実線により示したスペクトル特性と同様であった。なお、図７の実線により示すスペクトル特性については、光学フィルタ４０における太陽光の反射の影響を除去している。一方、図７の点線は、光学フィルタ４０を設けない場合のスペクトル特性を示す。図７の点線により示すスペクトル特性は、図３の実線により示すスペクトル特性と同じである。図７の結果より、特に波長が６８０ｎｍ以上の光については光強度がほとんどゼロ（波長が６８０ｎｍ以上のところでの裾野が存在しない）であることがわかった。すなわち、太陽光のうち赤外線部分については太陽光が投光装置１の内部に入り込まず、投光装置１より外部に出ないことがわかった。また、光学フィルタ４０を設けなかった場合に見られた波長４０５ｎｍ付近のレーザ光の放射もほとんどゼロとなった。図８を用いて、上記の光学フィルタ４０を設けた場合の投光装置１から出射される出射光と、光学フィルタ４０を設けなかった場合の投光装置１から出射される出射光とを比較説明する。この図８に示すように色温度、平均演色指数については、光学フィルタ４０を設けた場合と設けなかった場合とでほとんど差が無く、また光束についても、通常の透明ガラスを配置した場合と同程度の光束を得ることができた。具体的には、光学フィルタ４０を設けなかった場合の光束が１００ｌｍであるのに対し、光学フィルタ４０を設けた場合の光束は９３ｌｍであった。これらの説明から明らかなように、本開示の投光装置１を用いれば、発光素子１１からの出射光をさほど変化させずに、太陽光からの赤外線を効果的に反射させることができる。

なお、上記実施の形態１に係る光学フィルタ４０としては、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を反射する特性を有するものとしたが、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を吸収し、波長４３０ｎｍ以上、且つ、波長６６０ｎｍ以下の光を透過するものであっても同様な効果が得られる。

（実施の形態１の変形例）
続いて本開示の実施形態１における投光装置１の変形例を、図９、図１０、図１１を用いて説明する。本変形例においては実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。

本開示の実施の形態１の変形例における投光装置の模式図を図９に示す。本変形例においては、実施の形態１のリフレクタ３０の代わりに、リフレクタ１３０を用いる。リフレクタ１３０は、例えばガラスなどの透明材料で構成される凹面状の凹面部材３１の内表面に光学フィルタ１４０が形成されている。光学フィルタ１４０は凹面形状を有し、波長変換部１６がこの凹面形状の内側に配置されている。光学フィルタ１４０は、好ましくは図１０に示すように、例えば波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を透過する特性を有する、例えば誘電体多層膜で構成される。そして好ましくは、リフレクタ１３０の開口部３０ａには、波長変換部１６や光学フィルタ４０を保護するための、例えばガラスなどの透明材料で構成された透明カバー４５が配置される。

一方、本変形例において、波長変換部１６は、導光部材３５の先端部分に形成された半球状の支持部１６ａ上に、蛍光体層１７および反射部材１６ｂが積層されて固定される。具体的には、蛍光体層１７の第４の蛍光体層１７Ｙは、例えばＥｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ_２Ｎ_２蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２蛍光体などの黄色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。第３の蛍光体層１７Ｂは、例えばＥｕ賦活（Ｂａ，Ｓｒ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８蛍光体、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７蛍光体などの青色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。反射部材１６ｂは例えばアルミニウム合金であり、最表面に配置される。

続いて、本変形例の投光装置１の動作について説明する。発光素子１１から出射された出射光７０は、導光部材３５および支持部１６ａを伝搬し、その一部が第４の蛍光体層１７Ｙに吸収される。第４の蛍光体層１７Ｙに吸収されなかった出射光７０は、第４の蛍光体層１７Ｙを透過し第３の蛍光体層１７Ｂへと入射する。第４の蛍光体層１７Ｙ、第３の蛍光体層１７Ｂに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部１６から白色光である波長変換光７６として、放射される。このとき波長変換光７６のスペクトルは、図３で示される波長４０５ｎｍ付近のレーザ光と、波長４６０ｎｍ付近と波長５７０ｎｍ付近にピークをもつ蛍光体で構成される白色光である。波長変換部１６から放射された波長変換光７６は、凹面部材３１上の光学フィルタ１４０に向かう。波長変換光７６の波長４２０ｎｍ以下の光、つまり波長４０５ｎｍ付近のレーザ光の成分８０ｃは、光学フィルタ１４０を透過し、波長変換部１６で変換された光、つまり波長４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光は、光学フィルタ１４０にて反射された反射光８０ａとなり、図９において上方方向へ放射される。

一方、このような投光装置１を屋外に設置し、外部から太陽光が入射した場合、赤外線は、図１１に示すように、光学フィルタ１４０において透過していくため、波長変換部１６に集光されることを抑制することができ、波長変換部１６を発熱させることを抑制することができる。また、蛍光体層１７上には、反射部材１６ｂが配置されるため、外部から赤外線が直接、蛍光体層１７に照射されるのも防止することができる。

上述の説明のとおり、本変形例においては、光学フィルタ１４０がリフレクタ１３０の一部となるため、投光装置１を容易に構成することができる。

なお、上記実施の形態１の変形例に係る光学フィルタ１４０としては、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を透過する特性を有する例を示したが、光学フィルタ１４０が波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を吸収し、波長４３０ｎｍ以上、且つ、波長６６０ｎｍ以下の光を反射する構成としてもよい。もしくは、光学フィルタ１４０は、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を透過する特性を有するが、凹面部材３１が波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を吸収するとしてもよい。上記構成により同様な効果が得られると共に、投光装置の凹面部材３１の背面から、赤外光やレーザ光が放射されるのを防止することができる。

（実施の形態２）
続いて、図１２Ａから図１５を用いて、本開示の第２の実施の形態における投光装置および投写機について説明する。

図１２Ａは、本開示の実施の形態２における投光装置の構成の概略図である。なお、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同じ番号を付すことにより説明を省略する。

図１２Ａ、図１２Ｂに示す投光装置１０１は、主な発光波長が５９０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の範囲のいわゆる赤色光のみの光と、主な発光波長が５００ｎｍ以上、且つ、５９０ｎｍ未満の範囲のいわゆる緑色光のみの光と、主な発光波長が４３０ｎｍ以上、且つ、５００ｎｍ未満の範囲のいわゆる青色光のみの光を放射する。これら３色の光が時間に連続してなる波長変換光７６として放射される。波長変換光７６は、例えば一周期が約８．３ｍｓ（１２０Ｈｚ）の光であり、例えば青色、緑色、赤色の順番で三原色が放射される。

投光装置１０１の構成は、例えば光出力が２ワットで発光波長の中心波長が３８０ｎｍ以上、且つ、４２０ｎｍ以下の範囲にある半導体レーザである発光素子１１がヒートシンク２５上に、例えば３個配置される。発光素子１１から出射した出射光７０はコリメートレンズ１２により凹レンズ１３に集められ直進光となる。直進光は光学フィルタ１４を透過し、集光レンズ１５により波長変換部１６の所定の位置に集光される。ここで光学フィルタ１４は、波長３８０ｎｍ以上、且つ、４２０ｎｍ以下の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を反射するように設定される。光学フィルタ１４から波長変換部１６への方向と、光学フィルタ１４から長波長吸収部９０への方向とのなす角度は９０度である。ここで、９０度とは、約９０度、すなわち製造上の誤差を含む。

波長変換部１６は図１２Ｂに示すように円盤状の形状の金属板の表面に第１の蛍光体層１７Ｒ、第２の蛍光体層１７Ｇ、第３の蛍光体層１７Ｂが同一面上に３分割して形成された構成である。第１の蛍光体層１７Ｒは、例えばＥｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮである蛍光体を含有する。第２の蛍光体層１７Ｇは、例えばＣｅ賦活Ｙ_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２である蛍光体を含有する。第３の蛍光体層１７Ｂは、例えばＥｕ賦活Ｓｒ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８である蛍光体を含有する。なお、図１２Ｂの波長変換部１６は、図１２Ａにおける波長変換部１６を発光素子１１側から見た概略図である。

波長変換部１６は、例えばアルミ合金である金属板（支持部１６ａ）上に、第１の蛍光体層１７Ｒ、第２の蛍光体層１７Ｇ、第３の蛍光体層１７Ｂが形成され構成されている。第１の蛍光体層１７Ｒ、第２の蛍光体層１７Ｇ、第３の蛍光体層１７Ｂは、上述した蛍光体が、例えばジメチルシリコーンなどのバインダー（図示せず）に混合されてなる。このような構成の波長変換部１６は、回転機構２０と回転軸１９により所定の回転数で回転される。波長変換部１６は回転することで、第１の蛍光体層１７Ｒ、第２の蛍光体層１７Ｇ、第３の蛍光体層１７Ｂの特定の位置に出射光７０が照射し続けることを抑制することができる。また、波長変換部１６で変換される波長変換光７６の発光スペクトルを時間で変化するように設定することができる。具体的には、波長変換部１６に集光された出射光７０が、第１の蛍光体層１７Ｒに含まれる蛍光体により、主な波長が５９０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の波長変換光７６へと変換される。波長変換部１６に集光された出射光７０が、第２の蛍光体層１７Ｇに含まれる蛍光体により、主な波長が５００ｎｍ以上、且つ、５９０ｎｍ未満の波長変換光７６へと変換される。波長変換部１６に集光された出射光７０が、第３の蛍光体層１７Ｂに含まれる蛍光体により、主な波長が４３０ｎｍ以上、且つ、５００ｎｍ未満の波長変換光７６へと変換される。なお、出射光７０の中心波長は３８０ｎｍ以上、且つ、４２０ｎｍ以下である。この波長変換光７６は、集光レンズ１５により再び直進光である波長変換光となり光学フィルタ１４で反射され、集光レンズ１３１、導光素子１３２、レンズ１３３を通って、投光装置１０１から出射光７９として出射される。なお、光学フィルタ１４からみて集光レンズ１３１の反対側には長波長吸収部９０が設けられている。

上記構成において、光学フィルタ１４の透過率特性は、好ましくは図１３に示すような、例えば波長４２０ｎｍ以下の光および波長７００ｎｍ以上の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上、且つ、波長６６０ｎｍ以下の光を反射する特性を有する。

この構成により外部から投光装置１０１内に太陽光等が進入した場合においても、赤外線８１の大部分は図１４に示すように光学フィルタ１４を通過して長波長吸収部９０にて吸収される。そのため、太陽光等が波長変換部１６に入射・集光するのを抑制することができ、波長変換部１６が劣化することを抑制することができる。

光学フィルタ１４の具体的な例を以下に示す。図１３は光学フィルタ１４の理想的なスペクトル特性を示す。光学フィルタ１４は、例えばＳｉＯ_２とＴｉＯ_２との多層膜より構成される。本実施の形態における光学フィルタ１４は、その反射スペクトル図である図１５が示すように、波長４２０ｎｍ以下の光および波長７３０ｎｍ以上の光を透過し、波長が４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を反射する。

図１５に示す透過スペクトル特性を有する光学フィルタ４０を用い、太陽光の下で投光装置１０１から放射される放射光のスペクトルを測定すると、実施の形態１の図７を用いて示したスペクトル比較と同様の結果が得られた。すなわち、光学フィルタ４０を用いた場合と用いなかった場合とで、色温度、平均演色指数についてはほとんど差がなかった。これらの説明から明らかなように、本開示の投光装置１０１を用いれば、発光素子１１からの出射光をさほど変化させずに、太陽光からの赤外線を効果的に反射させることができる。

なお、上記実施の形態１および２に示した投光装置に用いる青色光、緑色光、黄色光、赤色光用の蛍光体の種類として、Ｅｕ賦活Ｓｒ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８蛍光体、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮなどを示したがこの限りではない。例えば上記に示した蛍光体の他に、例えば、Ｅｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ、Ｃｅ賦活Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２蛍光体、Ｅｕ賦活β−ＳｉＡｌＯＮ、Ｅｕ賦活α−ＳｉＡｌＯＮ、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７などを最適化したものを用いてもよい。

本開示の投光装置は、車両用照明などの屋外で使用する照明装置において、その耐久性を改善させることができるという効果を有し有用である。

１，１０１ 投光装置
１１ 発光素子
１２ コリメートレンズ
１４，４０，１４０ 光学フィルタ
１６ 波長変換部
１６ａ 支持部
１７ 蛍光体層
１７Ｒ 第１の蛍光体層
１７Ｇ 第２の蛍光体層
１７Ｂ 第３の蛍光体層
１７Ｙ 第４の蛍光体層
２５ ヒートシンク
３０，１３０ リフレクタ
３０ａ 開口部
３１ 凹面部材
３２ 入射端部
３５ 導光部材
７０，７９，８０ｂ 出射光
７６ 波長変換光
８０ａ 反射光
８１ 赤外線
９０ 長波長吸収部

図１は本開示の実施の形態１における投光装置の模式図である。 図２は本開示の実施の形態１における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図３は本開示の実施の形態１における投光装置に用いられる波長変換光のスペクトルを表す図である。 図４は本開示の実施の形態１における投光装置に入射する太陽光のスペクトルを表す図である。 図５は本開示の実施の形態１における投光装置の動作を説明する模式図である。 図６は投光装置に用いられる光学フィルタ４０の具体例の透過スペクトルを示す図である。 図７は本開示の実施の形態１における投光装置の効果を説明する図である。 図８は本開示の実施の形態１における投光装置の効果を説明する図である。 図９は本開示の実施の形態１の変形例における投光装置の模式図である。 図１０は本開示の実施の形態１の変形例における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図１１は本開示の実施の形態１の変形例における投光装置の効果を説明する模式図である。 図１２Ａは本開示の実施の形態２における投光装置の模式図である。 図１２Ｂは本開示の実施の形態２における投光装置の波長変換部１６に関する模式図である。 図１３は本開示の実施の形態２における投光装置に用いられる光学フィルタの好ましい透過スペクトルを表す図である。 図１４は本開示の投光装置の動作を説明する模式図である。 図１５は本開示の投光装置に用いられる光学フィルタの具体例の透過スペクトルを示す図である。 図１６は従来の投光装置の概略図である。

続いて、投光装置１の動作について説明する。３個の発光素子１１から出射された例えば６ワットの出射光は、コリメートレンズ１２により直進光である出射光７０に変換され、導光部材３５の入射端部３２から導光部材３５内部へと入射する。導光部材３５に入射した光は、直接、または、導光部材３５の表面を全反射しながら支持部１６ａへと導かれる。支持部１６ａに入射した出射光７０は、その一部が第４の蛍光体層１７Ｙに吸収される。第４の蛍光体層１７Ｙを透過した光は第３の蛍光体層１７Ｂへと入射する。第４の蛍光体層１７Ｙ、第３の蛍光体層１７Ｂに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部１６から白色光である波長変換光７６として全方位へ放射される。波長変換部１６から放射された波長変換光７６は、直接に光学フィルタ４０に向かうか、リフレクタ３０の反射面にて反射された反射光８０ａとなり、図１において上方方向へ放射される。このとき、波長変換光７６および反射光８０ａのスペクトルは図３で示されるように、波長４０５ｎｍ付近のレーザ光と、波長４６０ｎｍ付近と波長５７０ｎｍ付近にピークをもつ蛍光とで構成され、白色光として放射されている。一方、このような投光装置を屋外に設置する場合、太陽からの太陽光の影響を加味する必要がある。太陽光は図４で示されるスペクトルを有し、特に波長７００ｎｍ以上の赤外線は容易に物質に吸収されるため発熱要因となる。特にリフレクタ３０を用いた投光装置においては、投光装置から入射した太陽光は、リフレクタ３０により容易に波長変換部１６に集光される。

一方、本変形例において、波長変換部１６は、導光部材３５の先端部分に形成された半球状の支持部１６ａ上に、蛍光体層１７および反射部材１６ｂが積層されて固定される。具体的には、蛍光体層１７の第４の蛍光体層１７Ｙは、例えばＥｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ _３ （Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２蛍光体などの黄色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。第３の蛍光体層１７Ｂは、例えばＥｕ賦活（Ｂａ，Ｓｒ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８蛍光体、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７蛍光体などの青色光を発する蛍光体を含む蛍光体層である。反射部材１６ｂは例えばアルミニウム合金であり、最表面に配置される。

続いて、本変形例の投光装置１の動作について説明する。発光素子１１から出射された出射光７０は、導光部材３５および支持部１６ａを伝搬し、その一部が第４の蛍光体層１７Ｙに吸収される。第４の蛍光体層１７Ｙに吸収されなかった出射光７０は、第４の蛍光体層１７Ｙを透過し第３の蛍光体層１７Ｂへと入射する。第４の蛍光体層１７Ｙ、第３の蛍光体層１７Ｂに入射した光は、黄色光、青色光へと変換され、波長変換部１６から白色光である波長変換光７６として、放射される。このとき波長変換光７６のスペクトルは、図３で示されるように、波長４０５ｎｍ付近のレーザ光と、波長４６０ｎｍ付近と波長５７０ｎｍ付近にピークをもつ蛍光とで構成される白色光である。波長変換部１６から放射された波長変換光７６は、凹面部材３１上の光学フィルタ１４０に向かう。波長変換光７６の波長４２０ｎｍ以下の光、つまり波長４０５ｎｍ付近のレーザ光の成分８０ｂは、光学フィルタ１４０を透過し、波長変換部１６で変換された光、つまり波長４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光は、光学フィルタ１４０にて反射された反射光８０ａとなり、図９において上方方向へ放射される。

Claims (14)

1. 励起光を放射する発光素子と、
   前記励起光を受け、前記励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、
   前記放射光を受ける光学フィルタと、を有し、
   前記光学フィルタは、前記放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を反射することを特徴とする投光装置。
2. 凹面形状のリフレクタをさらに有し、
   前記波長変換部が前記凹面形状の内側に配置され、
   前記光学フィルタが前記リフレクタの開口部に配置された請求項１に記載の投光装置。
3. 前記光学フィルタは、波長が４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を透過する請求項２に記載の投光装置。
4. 前記光学フィルタは前記励起光における少なくとも一部の波長範囲を反射する請求項１に記載の投光装置。
5. 前記放射光が可視光を含む請求項１に記載の投光装置。
6. 励起光を放射する発光素子と、
   前記励起光を受け、前記励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、
   前記放射光を受ける光学フィルタと、を有し、
   前記光学フィルタは、前記放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を吸収することを特徴とする投光装置。
7. 前記光学フィルタが凹面形状を有し、
   前記波長変換部が前記凹面形状の内側に配置された請求項６に記載の投光装置。
8. 前記光学フィルタは、波長が４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を反射する請求項７に記載の投光装置。
9. 励起光を放射する発光素子と、
   前記励起光を受け、前記励起光を異なる波長の光に変換し放射光として放射する波長変換部と、
   前記放射光を受ける光学フィルタと、を有し、
   前記光学フィルタは、前記放射光が有する波長よりも波長の長い長波長光を透過することを特徴とする投光装置。
10. 前記光学フィルタが凹面形状を有し、
    前記波長変換部が前記凹面形状の内側に配置された請求項９に記載の投光装置。
11. 前記光学フィルタは、波長４３０ｎｍ以上、且つ、６６０ｎｍ以下の光を反射する請求項１０に記載の投光装置。
12. 前記長波長光を受ける長波長吸収部をさらに有し、
    前記長波長光は、前記長波長吸収部において吸収されることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の投光装置。
13. 前記光学フィルタから前記波長変換部への方向と前記光学フィルタから前記長波長吸収部への方向とのなす角度が９０度である請求項１２に記載の投光装置。
14. 前記長波長光が赤外線の波長帯の光であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の投光装置。

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