(57)【要約】【課題】波長変換部材から射出される照明光の射出方向による色ムラを改善できる発光装置を提供する。【解決手段】励起光を射出する励起光源と、励起光源から射出される励起光を吸収し、波長変換して異なる波長域の波長変換光を放出する波長変換部材と、一端側に励起光源を備え、他端側に波長変換部材を備え、励起光源から射出される励起光を波長変換部材へ導光する導光手段と、を有する発光装置であって、波長変換部材中の励起光の光路長が導光手段からの射出方向に依らず、略等しい長さである。【選択図】図１
2010238896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する励起光源と、
前記励起光源から射出される励起光を吸収し、異なる波長域の波長変換光を放出する波長変換部材と、
一端に前記励起光源を備え、他端に前記波長変換部材を備え、前記励起光源から射出される励起光を前記波長変換部材へ導光する導光部材と、を有する発光装置において、
前記波長変換部材中を進行する前記励起光の光路長が、前記励起光の射出方向に依らず、略等しい長さであることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記波長変換部材は、前記励起光が入射する入射面と、前記波長変換光を射出する射出面とを有しており、前記射出面は、前記導光部材の前記励起光を射出する励起光射出端を中心とした球面の一部であり、前記導光部材の開口数をNAとしたときに、前記球面は、前記導光部材の前記励起光を導光する導光路の中心軸上に中心を有し、前記中心軸となす角φN＝ARCSIN(NA)で取り囲まれる領域と略等しいかそれより大きい領域を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記波長変換部材の前記入射面は、前記導光路の中心軸方向に射出される前記励起光の強度に対し、1/10より大きな強度を有する前記励起光の射出領域と略等しいかそれより大きい領域を有していることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記導光路の射出開口の直径をａとし、前記波長変換光の射出面である球面の直径をＬとしたときに、Ｌはａの１０倍かそれより大きいことを特徴とする請求項２乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記波長変換部材はドーム形状を有しており、前記励起光の入射面は、前記導光路の前記励起光射出端の中心を中心とした球面であることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記波長変換部材の前記入射面は、前記導光部材の前記励起光射出端と近接していることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の発光装置
【請求項７】
前記波長変換部材は、前記導光路の中心軸に略垂直な平面である入射面を有し、前記導光部材から射出した前記励起光は、前記入射面で屈折されて進行し、前記屈折された励起光が、前記波長変換部材を横切る前記励起光の光路長は、前記励起光の射出方向に依らず略等しく、前記導光部材の前記励起光の射出端から前記波長変換部材の前記入射面までの、前記導光路の中心軸上の距離をＬ、前記波長変換部材の前記中心軸上の厚さをｄとすると、前記波長変換部材の射出面は、前記入射面と平行で、前記入射面から前記導光路の射出端から離れる方向に距離ｄを有する平面と、前記導光路の射出端を中心とする半径Ｌ＋ｄの球面とで囲まれた領域に在り、凸面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記導光路の前記励起光射出端の中心を原点とし、前記励起光の中心軸をＸ軸、これと直交する軸をＹ軸とし、前記励起光の射出方向と前記Ｘ軸との成す角度をψ、前記波長変換部材の前記Ｘ軸上の厚さをｄ、前記導光部材の前記励起光射出端と前記波長変換部材の前記入射面との間の領域の屈折率をｎ１、前記波長変換部材の屈折率をｎ２とした場合、前記波長変換部材の射出面（Ｘ，Ｙ）は、
Ｘ＝Ｌ＋ｄ×｛１−（ｎ１／ｎ２）２×ｓｉｎ２ψ｝１／２ 
Ｙ＝Ｌ×ｔａｎψ＋ｄ×（ｎ１／ｎ２）×ｓｉｎψ                  
で表現される曲面であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記波長変換部材の前記射出面は、（Ｘ，Ｙ）＝（Ｌ，０）を中心とし、Ｙ軸方向に平行な長さ  ｎ２×Ｌ＋ｄの長軸と、Ｘ軸方向に平行な長さ  ｄの短軸を有する、短軸を回転中心とする回転楕円体のＸ＞Ｌ領域の凸面に近接し、前記回転楕円体の凸面と、平面Ｘ＝Ｌ＋ｄで囲まれた領域に在ることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記導光部材の射出端側と、前記波長変換部材とを保持する保持部材を有しており、前記保持部材は、貫通孔を有しており、前記導光部材の射出端側は前記貫通穴の一方の開口に、前記波長変換部材は、その前記波長変換光射出面が、前記貫通孔の他方の開口に配置されていることを特徴とする請求項１、２、３、及び７の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記保持部材の有する貫通孔の内面は、前記励起光および/または前記波長変換光を反射する反射面であることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記保持部材の有する貫通孔の内面は、前記励起光および/または前記波長変換光を散乱する散乱面であることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に、励起光源及び波長変換部材を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の発光装置の概略構成を示す図であり、図８は、従来の波長変換部材の構成を示す概観図である。従来の発光装置としては、特許文献１に記載された発光装置を挙げることができる。この発光装置は、図７に示すように、励起光９０１を射出する励起光源９１０と、励起光源９１０から射出される励起光９０１の一部を吸収し、波長変換して所定の波長域の波長変換光を放出する波長変換部材９３０と、ライトガイド９２０と、を有する。
【０００３】
ライトガイド９２０は、一端に励起光源９１０を備え、他端に波長変換部材９３０を備え、断面の中心部（コア）の屈折率を周辺部（クラッド）より高くして、励起光源９１０から射出される励起光９０１をコア内に導光伝播し、波長変換部材９３０に向けて射出する。
【０００４】
励起光源９１０は、発光素子９１１及びレンズ９１３を備え、発光素子９１１から射出され、レンズ９１３によって集光された励起光９０１を、射出部９１２からライトガイド９２０へ導光する。ライトガイド９２０の一端は射出部９１２と接続されており、他端は外部に光を導出する出力部９２１を備える。出力部９２１は、波長変換部材９３０と接続されている。
【０００５】
波長変換部材９３０は図８に示す様に、異なる蛍光物質９３１、９３２を使用している。波長変換部材９３０は、励起光源９１０から射出される励起光９０１の一部を吸収し波長変換して所定の波長域の波長変換光を放出し、一部の透過した励起光と混色され、照明光９０２を放出するものである。
【０００６】
この発光装置では、青色波長域の励起光を射出するレーザ素子等の発光素子９１１を用いるとともに、黄色光を発光する蛍光物質９３１と黄色光と異なる色で発光する蛍光物質９３２とが積層された波長変換部材９３０を用いている。
【０００７】
波長変換物質９３０から放出される夫々の波長変換光と透過された励起光とが混色され、照明光９０２となる。波長変換部材９３０は、蛍光物質９３１を含有する下層と、蛍光物質９３１とは異なる蛍光物質９３２を含有する上層を積層して、射出側に突出した碗状に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、ライトガイド９２０から射出された励起光を波長変換部材９３０に照射した場合について考える。ライトガイド９２０の射出端からライトガイド９２０の中心軸方向に沿って射出された励起光は、その一部が波長変換部材９３０により波長変換され、また、残りの一部が透過され、透過された励起光と波長変換された波長変換光とが混ざり照明光９０２Ａとなる。また、ライトガイドの中心軸と角度を有する方向に射出された励起光は同様に、その一部が波長変換部材９３０により波長変換され、また、残りの一部が透過され、透過された励起光と波長変換された波長変換光とが混ざり照明光９０２Ｂとなる。
【００１０】
この照明光９０２Ａと９０２Ｂとを比較する。照明光９０２Ａ方向の波長変換部材９３１の厚さと、照明光９０２Ｂ方向の厚さが異なる。すなわち、夫々の方向に進む励起光の波長変換部材９３１内の光路長が異なる。また、同様に、波長変換部材９３２の、照明光９０２Ａ方向の厚さと、照明光９０２Ｂ方向の厚さ、すなわち夫々の光路長も異なっている。
【００１１】
この結果、照明光９０２Ａ方向の透過した励起光と波長変換部材９３１、９３２それぞれで発生した波長変換光との比率と、照明光９０２Ｂ方向の、透過した励起光と波長変換部材９３１，９３２それぞれで発生した波長変換光との比率が異なるため、照明光９０２Ａと照明光９０２Ｂの色合いが異なる。すなわち、射出方向により色ムラが発生する。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照明光が射出方向によって色合いが異なるために生じる色ムラを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明によれば、励起光を射出する励起光源と、
前記励起光源から射出される励起光を吸収し、異なる波長域の波長変換光を放出する波長変換部材と、
一端に前記励起光源を備え、他端に前記波長変換部材を備え、前記励起光源から射出される励起光を前記波長変換部材へ導光する導光部材と、を有する発光装置において、
前記波長変換部材中を進行する前記励起光の光路長が、前記励起光の射出方向に依らず、略等しい長さであることを特徴とする発光装置を提供できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材は、前記励起光が入射する入射面と、前記波長変換光を射出する射出面とを有しており、前記射出面は、前記導光部材の前記励起光を射出する励起光射出端を中心とした球面の一部であり、前記導光部材の開口数をNAとしたときに、前記球面は、前記導光部材の前記励起光を導光する導光路の中心軸上に中心を有し、前記中心軸となす角φN＝ARCSIN(NA)で取り囲まれる領域と略等しいかそれより大きい領域を有していることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材の前記入射面は、前記導光路の中心軸方向に射出される前記励起光の強度に対し、1/10より大きな強度を有する前記励起光の射出領域と略等しいかそれより大きい領域を有していることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記導光路の射出開口の直径をａとし、前記波長変換光の射出面である球面の直径をＬとしたときに、Ｌはａの１０倍かそれより大きいことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材はドーム形状を有しており、前記励起光の入射面は、前記導光路の前記励起光射出端の中心を中心とした球面であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材の前記入射面は、前記導光部材の前記励起光射出端と近接していることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材は、前記導光路の中心軸に略垂直な平面である入射面を有し、前記導光部材から射出した前記励起光は、前記入射面で屈折されて進行し、前記屈折された励起光が、前記波長変換部材を横切る前記励起光の光路長は、前記励起光の射出方向に依らず略等しく、前記導光部材の前記励起光の射出端から前記波長変換部材の前記入射面までの、前記導光路の中心軸上の距離をＬ、前記波長変換部材の前記中心軸上の厚さをｄとすると、前記波長変換部材の射出面は、前記入射面と平行で、前記入射面から前記導光路の射出端から離れる方向に距離ｄを有する平面と、前記導光路の射出端を中心とする半径Ｌ＋ｄの球面とで囲まれた領域に在り、凸面形状を有することが望ましい。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記導光路の前記励起光射出端の中心を原点とし、前記励起光の中心軸をＸ軸、これと直交する軸をＹ軸とし、前記励起光の射出方向と前記Ｘ軸との成す角度をψ、前記波長変換部材の前記Ｘ軸上の厚さをｄ、前記導光部材の前記励起光射出端と前記波長変換部材の前記入射面との間の領域の屈折率をｎ１、前記波長変換部材の屈折率をｎ２とした場合、前記波長変換部材の射出面（Ｘ，Ｙ）は、
Ｘ＝Ｌ＋ｄ×｛１−（ｎ１／ｎ２）２×ｓｉｎ２ψ｝１／２ 
Ｙ＝Ｌ×ｔａｎψ＋ｄ×（ｎ１／ｎ２）×ｓｉｎψ                  
で表現される曲面であることが望ましい。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記波長変換部材の前記射出面は、（Ｘ，Ｙ）＝（Ｌ，０）を中心とし、Ｙ軸方向に平行な長さ  ｎ２×Ｌ＋ｄの長軸と、Ｘ軸方向に平行な長さｄの短軸を有する、短軸を回転中心とする回転楕円体のＸ＞Ｌ領域の凸面に近接し、前記回転楕円体の凸面と、平面Ｘ＝Ｌ＋ｄで囲まれた領域に在ることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記導光部材の射出端側と、前記波長変換部材とを保持する保持部材を有しており、前記保持部材は、貫通孔を有しており、前記導光部材の射出端側は前記貫通穴の一方の開口に、前記波長変換部材は、その前記波長変換光射出面が、前記貫通孔の他方の開口に配置されていることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記保持部材の有する貫通孔の内面は、前記励起光および/または前記波長変換光を反射する反射面であることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記保持部材の有する貫通孔の内面は、前記励起光および/または前記波長変換光を散乱する散乱面であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る発光装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
図1、図３、図６を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。第1の実施の形態に係る発光装置は、励起光源２０と、光ファイバ１５と、波長変換部材１６と、を備える。励起光源２０は、半導体光源１３と、半導体光源１３から射出された励起光１１を光ファイバ１５の入射端に集光するレンズ１４を有している。光ファイバ１５は、励起光源２０から射出された励起光１１を波長変換部材１６に導く導光手段である。光ファイバ１５の一方の端部側には、励起光源２０が配置され、他方の端部には、波長変換部材１６が配置されている。
波長変換部材１６は、光ファイバ１５から射出された励起光１１の光ファイバ１５の導光路の中心軸１１ｃの方向に対して、その入射面１６ａが直交するように配置されている。
【００２６】
波長変換部材１６は、半導体光源１３から射出された励起光１１を受光し、励起光の一部を吸収して、励起光の波長域と異なる波長域の波長変換光を射出する蛍光物質を含んでいる。
半導体光源１３は、波長変換部材１６が含有する蛍光物質を励起することができる波長域の光を発生することが可能なレーザダイオードである。
【００２７】
レーザダイオードの発光波長域は、波長変換物質との組み合わせにより決定されるが、一般には、紫外光から緑色光の波長域である。
光ファイバ１５は、導光可能な光の波長域が紫外光から可視光波長域であること、高出力の励起光１１を導光伝搬できるものである。光ファイバ１５は、励起光１１を導光するコア部分とその外側を取り巻くクラッド部分で構成されており、この２つの部分の屈折率差で光ファイバ１５の開口数ＮＡが決定される。本実施の形態では、導光部材は、光ファイバ１５であり、励起光４１１を導光する導光路の中心軸とは、光ファイバ１５のコア部分の中心軸に対応している。
【００２８】
波長変換部材１６は、光透過樹脂に蛍光物質を添加し、均一に混ぜ合わせ一定の重量比で構成されている。このため、波長変換部材１６内の励起光１１に対する屈折率は、ほぼ一定となる。その結果、励起光１１は、波長変換部材１６の入射面１６ａで入射角に応じて屈折された後、屈折された方向に波長変換部材１６内を伝搬する。
【００２９】
尚、ここで、波長変換部材１６の励起光１１の波長に対応する屈折率とは、光透過樹脂の励起光１１の波長に対する屈折率と、蛍光物質の励起光１１の波長に対する屈折率と、の波長変換部材１６中に占有する体積比率で決まる平均屈折率である。
そして、屈折された方向に波長変換部材１６中を透過した励起光１１の一部は、波長変換部材１６の射出面１６ｂで再び屈折し、波長変換部材１６中で発光した波長変換光と混色され、照明光１２となる。
【００３０】
ここで、射出面１６ｂの形状は、入射面１６ａから射出面１６ｂまでの波長変換部材１６を横切る励起光１１の光路長は、光ファイバ１５の射出端から射出される励起光１１の射出方向に依らずに、略等しい長さになるように、励起光１１の入射面１６ａへの入射角と波長変換部材１６の励起光に対する屈折率を考慮して決定される。本実施の形態では、波長変換部材１６の射出面１６ｂは、励起光１１が光ファイバ１５の射出端から広がる発散光であるため、射出方向に凸面となる。
【００３１】
発光装置の動作について以下に説明する。
半導体光源１３から射出された励起光１１は、レンズ１４で光ファイバ１５の入射端に集光される。集光された励起光１１は、光ファイバ１５の入射端部から入射し、光ファイバ１５のコア部分を導光し、出射端部から射出される。
【００３２】
光ファイバ１５から射出された励起光１１は、一端空気層を経由して、波長変換部材１６の入射面１６ａから波長変換部材１６に入射する。このとき、励起光１１は、互いに接する領域（この実施例では、空気と波長変換部材１６）の屈折率の比に応じて屈折されて波長変換部材１６内を進行する。このとき、波長変換部材１６を横切る励起光１１は、波長変換部材１６中の蛍光物質の発光中心である元素に出会うと、その励起光の一部が所定の確率で吸収され、励起光の波長と異なる波長変換光に変換される。
【００３３】
この波長変換は、励起光１１が波長変換部材１６を横切る際、蛍光物質と出会う度に、同様の過程が繰り返される。その結果、波長変換部材１６の射出面１６ｂでは、吸収されずに透過した励起光１１と上記過程により波長変換された波長変換光とが混色され、照明光１２となって射出される。
【００３４】
ここで射出される照明光１２は、波長変換部材１６中で励起光１１の光量と出会った蛍光物質の量、すなわち波長変換部材内の、励起光１１の光路長が、励起光の射出方向に依らず略等しければ、透過する励起光１１の光量と発光した波長変換光の光量の比率が、射出方向に依らずに略等しくなる。
【００３５】
すなわち、波長変換部材１６を励起光１１が入射面１６ａから射出面１６ｂまでの横切った励起光１１の光路長が、励起光の射出方向に依らず略等しくなるように、励起光１１の入射面１６ａへの入射角と、波長変換部材１６の励起光に対する屈折率を考慮して、射出面１６ｂの面を構成とすることにより、透過する励起光１１の光量と発光した波長変換光の光量の比率が射出方向に依らずに略等しくなる。この結果、射出方向による色ムラを抑えた照明光１２が実現できる。
【００３６】
このような、透過する励起光１１の光量と発光した波長変換光の光量の比率が射出方向に依らずに略等しくなる構成を図６に示す。
図６に示す様に、波長変換部材４１６の形状は、入射面４１６ａが平面であり、射出面４１６ｂは、入射面４１６ａに入射した励起光４１１が屈折して波長変換部材４１６内を進行し、横切る光路長が励起光４１１の射出方向に依らず略等しい長さとなるよう構成されている。光ファイバ４１５の射出端４１８から射出した励起光４１１は、入射面４１６ａから波長変換部材４１６内に屈折して入射する。
【００３７】
ここで、光ファイバ４１５の射出端４１８から、波長変換部材４１６の入射面４１６ａまでの、励起光４１１の中心軸４１１ｃ上の距離をＬ４とし、波長変換部材４１６の励起光４１１の中心軸４１１ｃ上の厚さをｄ４とする。波長変換部材４１６の射出面４１６ｂの面の形状について、以下に詳細に説明する。
【００３８】
波長変換部材４１６は、光ファイバ４１５から射出される励起光４１１の中心軸４１１ｃ方向に略垂直な入射面４１６ａを有する。一方、波長変換部材４１６の射出面４１６ｂは、光ファイバ４１５の射出端４１８を原点とし、励起光の中心軸４１１ｃ方向をｘ軸、これと直交する方向をｙ軸とすると、以下の式（１）、（２）で表現できる。
【００３９】
尚、式（１）、（２）において、光ファイバ４１５から射出される励起光が波長変換部材４１６の入射面４１６aに到達するまで領域の屈折率をｎ１とし、励起光４１１の波長に対する波長変換部材４１６の屈折率をｎ２、励起光４１１が波長変換部材４１６の入射面４１６ａの入射位置と、励起光４１１の中心軸４１１ｃとの成す角度をφ４とする。このとき、波長変換部材４１６の射出面４１６ｂ（ｘ、ｙ）は、以下の通りとなる。
【００４０】
ｘ＝Ｌ４＋ｄ４×｛１−（ｎ１／ｎ２）２×ｓｉｎ２φ４｝１／２          （１）
ｙ＝Ｌ４×ｔａｎφ４＋ｄ４×（ｎ１／ｎ２）×ｓｉｎφ４            （２）
【００４１】
尚、光ファイバ４１５の射出端４１８と波長変換部材４１６の入射面４１６aとの間の空間は本実施の形態では空気であるため、ｎ１＝１である。
波長変換部材４１６の射出面４１６ｂの形状（ｘ、ｙ）は、φ４が小さい領域では、回転楕円体面に近似できる。この回転楕円体は、光ファイバ４１５からの励起光４１１が射出する射出端４１８を原点とするＬ４＋ｄ４の球面の一部の曲面４１６ｃと、入射面４１６ａと平行で、距離ｄ４だけ励起光４１１の射出方向に離れた平面４１６ｄ方向との間に存在する。
【００４２】
すなわち、式（１）、（２）からφ４の項を消去して表現すると、次の式（３）、（４）のようになる。
Ｙ＝Ｌ４×｛１−Ｘ２｝１／２／｛Ｘ２＋（１／ｎ２２−１）｝１／２＋ｄ４｛１−Ｘ２｝１／２ 
・・・（３）    
≒Ｌ４×ｎ２×｛１−Ｘ２｝１／２＋ｄ４｛１−Ｘ２｝１／２     
＝｛Ｌ４×ｎ２＋ｄ４｝×｛１−Ｘ２｝１／２          ・・・（４） 
ここで、Ｙ＝ｙ、  Ｘ＝（ｘ−Ｌ４）／ｄ４とするＸ−Ｙ座標系に変換している。
【００４３】
式（４）を書き換えると、式（５）のように表現できる。
Ｙ２/｛Ｌ４×ｎ２＋ｄ４｝２＋Ｘ２  ＝１    Ｘ＞０    ・・・（５）
ここで、式（３）の第１項を、ｎ２×Ｌ４×｛１−Ｘ２｝１／２  と近似している。
【００４４】
つまり、式（５）で示すように、波長変換部材４１６の射出面４１６ｂの形状は、Ｘ−Ｙ軸系で表現すると、励起光４１１の中心軸４１１ｃと、波長変換部材４１６の入射面４１６ａとの交点を原点とする、Ｙ軸方向に長軸n２×Ｌ４+ｄ４、Ｘ軸方向に短軸１の短軸を回転中心とする回転楕円体面と相似な曲面となる。
【００４５】
これは、光ファイバ４１５の射出端４１８を原点とするｘ−ｙ軸系に変換すると、（Ｌ４、０）を中心とする、ｙ軸方向に長さｎ２×Ｌ４＋ｄ４の長軸と、ｘ軸方向に長さｄ４の短軸を有する、短軸を回転中心とする回転楕円体面のｘ＞Ｌ４の領域として表現される凸面と近似できる。
【００４６】
ここで、励起光４１１の中心軸４１１ｃ方向と、波長変換部材４１６の中心とを略一致させる位置あわせ等、実装配置方法を考えると、波長変換部材４１６の入射面４１６ａは平面であることは、実装配置上簡単となり、有利である。
【００４７】
一方、波長変換部材４１６の射出面４１６ｂの形状は上述の通り構成することで、波長変換部材４１６中を進行する励起光４１１の光路長が、励起光４１１の射出角度φ４にかかわらず、略等しい長さになるようになる。
【００４８】
したがって、波長変換部材４１６の射出面４１６ｂから射出される照明光４１２は、射出方向に透過された励起光と、射出方向の波長変換光の成分との比が、射出方向に依らず略一定であるから、色ムラが抑制される。
【００４９】
図３は、第１の実施の形態に係る発光装置における励起光１１の光ファイバ１５からの射出パワー（単位：ｍＷ）と、照明光１２中の波長変換光の光量又は励起光の透過光量（単位はいずれもａ．ｕ．（任意単位））と、の関係を示すグラフである。
【００５０】
波長変換光の光量を直線１１６Ａで、励起光の透過光量を直線１１１Ａで、それぞれ示している。図に示す通り、波長変換部材１６に入射する励起光１１のパワーが変化しても、波長変換部材１６の射出面１６ｂから射出される波長変換光の光量と励起光の透過光量との比は、ほぼ一定となる。
【００５１】
従って、波長変換部材１６を透過する励起光と、波長変換された波長変換光の比率は、励起光１１の出力によって変わらないため、照明光の出力による色ムラも発生しない。
上記のように構成することで、照明光の射出方向による色ムラのない発光装置を提供することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る発光装置について、図２を参照しつつ説明する。図２は、第２の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【００５３】
第２の実施の形態に係る励起光源（不図示）及び光ファイバ１１５は、第１の実施の形態に係る励起光源２０及び光ファイバ１５と同様であるため、その詳細な説明は省略し、以下、第１の実施の形態に係る波長変換部材１６とは異なる波長変換部材１１６及びその周辺の構成について説明する。
【００５４】
本実施の形態では、光ファイバ１１５の射出端側と、波長変換部材１１６とを保持する保持部材１１７とを有しており、保持部材１１７は、波長変換部材１１６を搭載し、光ファイバ１１５の射出端側が挿入固定される貫通孔を有している。
【００５５】
光ファイバ１１５の射出端は、貫通孔の一方の開口から挿入されており、ドーム状波長変換部材１１６の射出面１１６ｂの端部は保持部材１１７の貫通孔の他方の開口側に固定されている。ドーム状波長変換部材１１６は、光ファイバ１１５の射出端の、導光路であるコアの中心を中心とする半径Ｌ１の内径を有し、厚さｄ１の、蛍光物質が均一に拡散された透明樹脂からなる部材である。
【００５６】
ここで、Ｌ１とｄ１の関係は、導光路である光ファイバ１１５の射出開口の直径(以下コア径）をaとし、波長変換部材１１６の入射面１１６ａの半径をＬ１としたとき、Ｌ１はコア径aに比べ、5倍かそれよりも大きくすることにより、射出開口から射出される励起光１１１は、射出位置に依らず、点光源として扱える。すなわち、波長変換部材１１６の射出面１１６ｂである球の直径に対し、光ファイバ１１５のコア径ａが１０分の１以下であれば、光ファイバ１１５のコアの射出開口を点光源として扱うことが可能となる。
【００５７】
また、上述のように保持部材１１７の貫通孔の一方の開口から光ファイバ１１５の射出端を挿入し、保持部材１１７の貫通孔の他方の開口側に、ドーム状波長変換部材１１６の射出面１１６ｂの端部を固定することにより、ドーム状の波長変換部材１１６の取り付けが容易になる。
【００５８】
波長変換部材１１６の入射面１１６ａは、光ファイバ１１５の導光路であるコアの中心を中心とする球面であるため、励起光１１１の入射方向に対して直交する面となっている。したがって、励起光１１１は、屈折せずに波長変換部材１１６に入射する。また、波長変換部材１１６は、等しい厚さｄ１を有するドーム形状である。
【００５９】
従って、光ファイバ１１５から射出された励起光１１１の射出方向に依らず、波長変換部材１１６を横切る励起光１１１の光路長は、ｄ１で等しい。従って、波長変換部材１１６の射出面１１６ｂから射出される照明光１１２は、透過した励起光１１１と、波長変換された波長変換光との比率が、光ファイバ１１５から射出された励起光の射出方向に依らず一定となるため、色ムラのない発光装置を実現することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
つぎに、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置について、図４を参照しつつ説明する。図４は、第３の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【００６１】
第３の実施の形態に係る励起光源（不図示）及び光ファイバ２１５は、第１の実施の形態に係る励起光源２０及び光ファイバ１５と同様であるため、その詳細な説明は省略し、以下、第１の実施の形態に係る波長変換部材１６とは異なる波長変換部材２１６及びその周辺の構成について説明する。
【００６２】
本実施の形態における波長変換部材２１６の形状は、図４に示すように、光ファイバ２１５の励起光２１１の射出端の中心２１８を中心とする球の一部を切り取った形状であり、波長変換部材２１６の、光ファイバ２１５と接する部分は平坦面で、光ファイバ２１５の励起光射出端２１８の中心と近接して配置されている。
【００６３】
このため、光ファイバ２１５から射出された励起光２１１は、射出端２１８から射出されて、空気を介さずに、直接波長変換部材２１６に入射する。尚、実際には、波長変換部材２１６を接触固定するため、光ファイバ２１５と波長変換部材２１６との界面には、励起光２１１の波長に対する屈折率が、光ファイバの屈折率ないし波長変換部材の屈折率に近い屈折率を有する、接着材等を介して接触している。
【００６４】
次に、実装方法について説明する。
光ファイバ２１５の射出端側と、波長変換部材２１６とは、保持部材２１７で保持されている。保持部材２１７は、波長変換部材２１６を搭載し、光ファイバ２１５の射出端側が挿入固定される貫通孔を有しており、光ファイバ２１５の射出端２１８は、貫通孔の一方に、波長変換部材２１６の射出面２１６ｂは、貫通孔の他方の開口側に配置されている。貫通孔の波長変換部材２１６が搭載される内面は、励起光２１１および波長変換部材２１６内で発光する波長変換光に対して、反射する面２２０が備えられている。
【００６５】
波長変換部材２１６の射出面２１６ｂは、光ファイバ２１５の射出端２１８を中心とした球面であるため、励起光２１１の射出方向によらず、波長変換部材２１６を横切る励起光２１１の光路長は略等しい。ここで、励起光２１１の射出方向と、光ファイバ２１５の中心軸とのなす角をφ２とし、励起光の中心軸２１１ｃ方向の励起光の強度に対して、１/１０となる強度の角度をφｓ、光ファイバ２１５の開口数NAで計算される励起光の射出角度をφnとする。
【００６６】
波長変換部材２１６の射出面２１６ｂの端と光ファイバ１１５の中心軸とのなす角度φ０は、以下の条件を満足する。
【００６７】
φn=ARCSIN{(NA/n2)}    （６）
φn≦φ2  ＜  φs≦φ０          （７）
ここで、波長変換部材２１６の射出面２１６ｂの領域は、光ファイバ２１５の開口数NAで計算されるか角度φnと略等しいかまたは大きな領域で設定される。
【００６８】
波長変換部材の形状の理由について説明する。
光ファイバ２１５から射出される励起光２１１は、中心軸２１１ｃとなす角度φ２に応じたパワー分布（中心軸２１１ｃ方向が強く、離れるに従って減衰する）を有する。
そこで、光ファイバの開口数NAで決まる角度φnよりも狭い角度の領域に、励起光２１１が照射され、発生した波長変換光２１２が射出される領域は、励起光２１１が波長変換部材２１６内へ直進するため、波長変換部材の射出面２１６ｂの射出角度の広がりにほぼ一致する領域から主に射出される。
【００６９】
一方、波長変換部材２１６の側面へ直接射出された励起光は、保持部材の表面で反射され、波長変換部材に再入射してしまう。この、保持部材２１７の表面で反射された励起光２１１が、波長変換部材２１６の内部を横切る光路長は、反射されずに直接外部に射出される励起光が波長変換部材２１６を横切る光路長と異なってしまう。
【００７０】
この影響は、一般には大きくなく、用途によっては問題ない場合もあるが、より色ムラを軽減するためには、除去した方が望ましい。そこで、本実施の形態では、以下に示す構成により、光ファイバの開口数で決まる角度の励起光を受光できる領域と略等しいかまたは大きい領域を受光する構成とすることで、より色ムラが小さい光源装置を実現している。
【００７１】
光ファイバの開口数NAで決まる角度φnよりも、広い角度φ2で波長変換部材２１６に入射した励起光は、中心軸２１１ｃの方向の強度に比べれば、１/２以下の弱い励起光２１１である。この励起光２１１も有効に利用するために、波長変換部材の射出領域を広げることで、照明光２１２の光量を増加できる。
【００７２】
波長変換部材の有効な波長変換領域は、励起光の中心軸２１１ｃの強度に対して、１/１０の強度となる励起光の射出角度φｓよりも強度の大きな領域を受光する波長変換部材２１６の入射面領域を設けることが、照明光を有効に利用するのに効果的である。
【００７３】
次に、保持部材２１７の内表面に反射ミラーを設ける理由を説明する。
波長変換部材２１６を励起光２１１が横切るときに、発生する波長変換光は、指向性がないためあらゆる方向に発光する。波長変換部材２１６の側面から保持部材２１７へ進む波長変換光や散乱された励起光が存在する。
【００７４】
これらの波長変換光や散乱された励起光は、特定の指向性を持たないため、保持部材の内表面に反射面を設けて、波長変換部材へ再入射しても、波長変換部材の射出面で、射出方向による波長変換光量と透過励起光量の比を変動させるものではない。
【００７５】
したがって、保持部材２１７の内表面に進行した波長変換光および散乱された励起光を反射させ、波長変換部材へ戻すことにより、照明光２１２の光量を増加できる。
本実施例では、保持部材２１７の内表面を反射面とするが、吸収面でなければ散乱面でも同様の効果が期待できる。
【００７６】
光ファイバ２１５から射出された励起光２１１は、空気を介さず直接に波長変換部材２１６に入射するため、反射等のロスを抑えて効率よく、波長変換部材２１６内に入射される。また光ファイバ２１５から射出される励起光２１１の広がり角度φ２は、空気を介した場合に比べ、小さくなるため、発光装置を小型化することができる。
【００７７】
以上の通り、本実施形態では、波長変換部材２１６は、球体をその中心を含む所定の角度で一部切り取った形状であり、光ファイバ２１５の励起光射出端２１８と近接して配置されている。また、第２の実施形態と比べ、ドーム状ではなく、バルク状であるため、より設計、成形が容易である。すなわち、第１、第２実施形態の効果、作用に加え、波長変換部材２１６をより作り易いという発光装置を提供することが可能となる。
【００７８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る発光装置について、図５を参照して説明する。図５は、第４の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。これは、第２の実施形態のドーム状の波長変換部材１１６に対して、ドーム状の球殻の一部を切り取った変形の実施形態である。  
【００７９】
第４の実施の形態に係る励起光源（不図示）及び光ファイバ３１５は、第１の実施の形態に係る励起光源２０及び光ファイバ１５と同様であるため、その詳細な説明は省略し、以下、第１の実施の形態に係る波長変換部材１６とは異なる波長変換部材３１６及びその周辺の構成について説明する。
【００８０】
波長変換部材３１６の形状は、図５に示すように、光ファイバ３１５から励起光３１１が射出される射出端３１８を中心とする内面の半径がＬ３の球殻の一部であり、その厚さはｄ３で一定で、且つ入射面３１６ａと射出面３１６ｂとの中心が一致した同心形状である。
【００８１】
保持部材の形状、配置について説明する。
光ファイバ３１５の射出端３１８と、波長変換部材３１６とは、保持部材３１７で保持されている。保持部材３１７は、波長変換部材３１６を搭載し、光ファイバ３１５の射出端３１８が挿入固定される貫通孔を有しており、光ファイバ３１５の射出端３１８は、貫通穴の一方に、波長変換部材３１６の射出面３１６ｂは、貫通孔の他方の開口側に波長変換部材３１６の側面で固定されている。貫通孔の内面は、励起光３１１および波長変換部材３１６内で発光する波長変換光に対して、反射する面３２０が備えられている。
【００８２】
光ファイバ３１５から射出される励起光３１１のパワーの分布は、主に光ファイバの開口数NAと光ファイバ３１５の射出端３１８と波長変換部材３１６の入射面３１６aとの間の領域の屈折率n1で決まる角度φ3nより小さな角度に分布し、中心軸方向のパワーが最大で、射出角度φ３が大きくなるにつれて減衰する分布である。
【００８３】
光ファイバ３１５から射出される励起光３１１の射出端３１８から、波長変換部材３１６の入射面３１６aまでの距離をＬ３，波長変換部材３１６の励起光３１１の波長に対する屈折率をn２、光ファイバ３１５の出射開口の直径ａがＬ３に対して、５分の１以下であれば、点光源とみなせる。
【００８４】
励起光３１１が、波長変換部材３１６の入射面３１６aを照射する領域の、励起光３１１の中心軸３１１ｃと直交する面への投影S1の径をｒ３とし、波長変換部材３１６の外形は円形で、励起光の中心軸３１１ｃと直交する面への投影S0の径をR0とし、同様に励起光３１１の射出角度φ３より狭い角度で照射される面の投影S3の径をR3、光ファイバの開口数ＮＡで決まる、光ファイバ３１５から射出される励起光３１１の出射方向が、励起光３１１の中心軸３１１ｃとなす角をφ3nとしたとき、投影S1の径ｒ３は次式で表される。
【００８５】
ｒ３=Ｌ３×sinφ3n            （８）
NA=n1×sinφ3n、      （９）
R3=Ｌ３×sinφ３          （１０）
r３＝L３×(NA/n1)≦R3≦R0      （１１）
【００８６】
尚、本実施の形態では、波長変換部材３１６の波長変換領域に対応する、励起光の中心軸３１１ｃに直交する面への投影面S0の径R0は、励起光３１１の入射側３１６aの表面への照射領域に対応する投影面S1の径ｒ３と略等しいか、または大きく設定されている。
【００８７】
すなわち、光ファイバ３１５の開口数（ＮＡ）と、光ファイバ３１５の射出端３１８から波長変換部材３１６の入射面３１６aまでの距離Ｌ３で決まる励起光３１１の照射領域に略等しいか、または大きい領域のみに、球殻状の波長変換部材３１６の波長変換領域を設ける。
【００８８】
この実施の形態のように、励起光３１１が波長変換部材３１６を照射する領域と、波長変換部材３１６の蛍光物質が添加された有効な波長変換領域が、略等しい領域とする構成にすることで、波長変換部材３１６を小型にすることができ、且つ、小型化することによる照明光の出力は小さくならない発光装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る発光装置は、励起光源及び波長変換部材を備えた小型の発光装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第1の実施の形態に係る発光装置における励起光の光ファイバからの射出パワーと、波長変換光の発光光量又は励起光の発光光量と、の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の発光装置の概略構成を示す図である。
【図８】従来の波長変換部材の構成を示す概観図である。
【符号の説明】
【００９１】
１１    励起光
１１ｃ  中心軸
１２    照明光
１３    半導体光源
１５    光ファイバ（導光手段）
１６    波長変換部材
１６ａ  入射面
２０    励起光源
１１１    励起光
１１１ｃ  中心軸
１１２    照明光
１１５    光ファイバ
１１６    波長変換部材
１１６ａ  入射面
１１６ｂ  射出面
１１７    保持部材
２１１    励起光
２１１ｃ  中心軸
２１２    照明光
２１５    光ファイバ
２１６    波長変換部材
２１６ｂ  射出面
２１７    保持部材
２１８    射出端
３１１    励起光
３１１ｃ  中心軸
３１２    照明光
３１５    光ファイバ
３１６    波長変換部材
３１６ａ  入射面
３１６ｂ  射出面
３１７    保持部材
３１８    射出端
４１１    励起光
４１１ｃ  中心軸
４１２    照明光
４１５    光ファイバ
４１６    波長変換部材
４１６ａ  入射面
４１６ｂ  射出面
４１８    射出端
【図１】
2010238896.tif 000003
【図２】
2010238896.tif 000004
【図３】
2010238896.tif 000005
【図４】
2010238896.tif 000006
【図５】
2010238896.tif 000007
【図６】
2010238896.tif 000008
【図７】
2010238896.tif 000009
【図８】
2010238896.tif 000010