(57)【要約】【課題】励起光を導光するライトガイド射出端部Ｐｏと凹レンズなどの光発散手段と波長変換部材との距離や、光発散手段と波長変換部材の有効領域の範囲を最適化することで、励起光の利用効率が高く、かつ、照明光射出部を小型化できるような内視鏡にも使用可能な光源装置を提案すること。【解決手段】励起光を射出する光源と、光源１と光学的に接続され、励起光を導光する光ファイバーと、光ファイバー射出端部Ｐｏと光学的に接続され、射出端部Ｐｏから射出された励起光を受光し、それとは異なる波長領域の光を射出する波長変換部材とを有する光源装置において、光ファイバー射出端部Ｐｏと波長変換部材との間の、励起光の光路上に配置された発散手段と、光ファイバー射出端部Ｐｏと発散手段と波長変換部材４とを保持するための保持部材と、を有することを特徴とする。【選択図】図３
2010081957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する光源と、
前記光源と光学的に接続され、前記励起光を導光する光ファイバーと、
前記光ファイバー射出端部と光学的に接続され、前記射出端部から射出された前記励起光を受光し、前記励起光とは異なる波長領域の光を射出する波長変換部材とを有する光源装置において、
前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材との間の、前記励起光の光路上に配置された発散手段と、
前記光ファイバー射出端部と前記発散手段と前記波長変換部材とを保持するための保持部材と、を有することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発散手段は、前記波長変換部材の有効な波長変換領域の大きさに対し、前記光ファイバーから射出された前記励起光が前記波長変換部材上に形成するビームスポットが、略等しいか小さくなるように、前記ビームスポットを広げる機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記発散手段は負の屈折力を有して導光する光学部材を少なくとも含んでいることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記発散手段は板状部材上に複数形成された光発散光学素子であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記板状部材上に形成された前記光発散光学素子は、前記板状部材表面に形成された凹凸面であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記凹凸面の高さの差は１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記凹凸面はガラスまたは樹脂であり、前記板状部材上にインプリント法によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項８】
前記凹凸面は、凸部と凹部との高さの差や、ある凸部と隣接する凸部との距離を調整する必要があり、前記凸部と隣接する凸部との距離が１００ミクロン以下の範囲でランダムに形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光発散光学素子は、前記板状部材の表面に複数形成された凹レンズであることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記発散手段の有効領域は、前記励起光が前記発散手段上に形成するビームスポットに比べ、それより大きいか、略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記保持部材の内面の、前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材との間の領域は、前記励起光の主軸に対して、前記光ファイバー射出端部側より前記波長変換部材側が広がったテーパー角θを有する円錐構造を有しており、前記テーパー角θは、前記保持部材の前記励起光の主軸を含む平面による断面における、前記励起光の主軸と前記保持部材の内面のなす角θにより定義されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記保持部材の内面の円錐構造は、
前記光ファイバー射出端部Ｐｏと前記発散手段との間の第一のテーパー角θと、
前記発散手段と前記波長変換部材との間の第二のテーパー角ψと、は互いに異なっていることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第一のテーパー角θに対し、前記第二のテーパー角ψが大きいことを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記第一のテーパー角をθとすると、前記第一のテーパー角θは前記光ファイバー射出端部から射出される前記励起光の射出角φに対し、略等しいか大きくなるように構成されており、
前記光ファイバー射出端部から射出される前記励起光の射出角φは、前記光ファイバーの開口数ＮＡを用いてｓｉｎ−１ＮＡとして定義され、
θ≧ｓｉｎ−１ＮＡの関係を有することを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記光ファイバー射出端部Ｐｏと前記波長変換部材との間の前記保持部材の内面は、反射面であることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記発散手段で発散された前記励起光を、平行光に変更して前記波長変換部材に照射する光学手段を、前記波長変換部材と前記発散手段との間に有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記光学手段は少なくともひとつの凸レンズを含むことを特徴とする請求項1６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記保持部材は、前記発散手段と前記波長変換部材の少なくとも一つを固定するための固定部を有していることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記波長変換部材の有効な波長変換領域の大きさは、前記発散手段から発散された励起光が前記波長変換部材上に形成するビームスポットに対して、略等しいか、それより大きく構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ等の固体発光素子を用いた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内視鏡用光源装置として、キセノンランプ、ハロゲンランプあるいはメタルハライド等の光源装置が用いられている。しかし、このようなキセノンランプ等の光源装置は大型かつ高価であり、内視鏡先端での照明光射出部までの導光効率が低い。
【０００３】
このような問題に対して、例えば特許文献１に従来の内視鏡用光源装置が提案されている。図１４は、従来の内視鏡用光源装置５００の要部の断面構成を示す図である。従来の内視鏡用光源装置５００は、被検体に挿入される内視鏡挿入部５０２（保持部材）と、内視鏡挿入部に設けられた蛍光体５０９と、蛍光体５０９ａ、５０９ｂ、５０９ｃにレーザー光を照射するためのレーザー光源とを有し、レーザー光源から射出されたレーザー光を励起光として蛍光体５０９が発する別波長の光を被検対象に照射することにより、被検対象の観察領域に十分な光量の照明を効率よく当てることができる小型で、低価格な内視鏡用光源装置である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９６４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、励起光を導光するライトガイド５２４の射出端部Ｐｏと凹レンズ５３４などの発散手段と波長変換部材との位置関係や、凹レンズ５３４などの光発散手段や波長変換部材の有効領域の範囲が最適化されていない。そのため、波長変換部材の変換効率や、励起光の利用効率が高められておらず、十分な高効率を実現できていない。
【０００６】
また、保持部材５０２がテーパー面を有していないため、これに伴い、レンズや蛍光体や光受け取り基板を配置した筺体内部のキャビティが大きくなり、照明光の射出部が大型化してしまう。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は励起光を導光するライトガイド射出端部Ｐｏと凹レンズ５３４などの光発散手段と波長変換部材との距離や、光発散手段と波長変換部材の有効領域の範囲を最適化することで、励起光の利用効率が高く、かつ、照明光射出部を小型化できるような内視鏡にも使用可能な光源装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、励起光を射出する光源と、光源と光学的に接続され、励起光を導光する光ファイバーと、光ファイバー射出端部と光学的に接続され、射出端部から射出された励起光を受光し、励起光とは異なる波長領域の光を射出する波長変換部材とを有する光源装置において、光ファイバー射出端部と波長変換部材との間の、励起光の光路上に配置された発散手段と、光ファイバー射出端部と発散手段と波長変換部材とを保持するための保持部材と、を有することを特徴とする光源装置を特徴とする光源装置を提供できる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、発散手段は、波長変換部材の有効な波長変換領域の大きさに対し、光ファイバーから射出された励起光が波長変換部材上に形成するビームスポットが、略等しいか小さくなるように、ビームスポットを広げる機能を有することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、発散手段は負の屈折力を有して導光する光学部材を少なくとも含んでいることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、発散手段は板状部材上に複数形成された光発散光学素子であることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、板状部材上に形成された光発散光学素子は、板状部材表面に形成された凹凸面であることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、凹凸面の高さの差は１００ミクロン以下であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、凹凸面はガラスまたは樹脂であり、板状部材上にインプリント法によって形成され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、凹凸面は、凸部と凹部との高さの差や、ある凸部と隣接する凸部との距離を調整する必要があり、凸部と隣接する凸部との距離が１００ミクロン以下の範囲でランダムに形成され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、光発散光学素子、板状部材の表面に複数形成された凹レンズであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、発散手段の有効領域は、励起光が発散手段上に形成するビームスポットに比べ、それより大きいか、略等しくなるように構成されていることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、保持部材の内面の、光ファイバー射出端部と波長変換部材との間の領域は、励起光の主軸に対して、光ファイバー射出端部側より波長変換部材側が広がったテーパー角θを有する円錐構造を有しており、テーパー角θは、保持部材の励起光の主軸を含む平面による断面における、励起光の主軸と保持部材の内面のなす角θにより定義されることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様によれば、保持部材の内面の円錐構造は、光ファイバー射出端部Ｐｏと発散手段との間の第一のテーパー角θと、発散手段と波長変換部材との間の第２のテーパー角ψと、は互いに異なっていることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一のテーパー角θに対し、第二のテーパー角ψが大きいことが望ましい。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、第一のテーパー角をθとすると、第一のテーパー角θは光ファイバー射出端部から射出される励起光の射出角φに対し、略等しいか大きくなるように構成されており、光ファイバー射出端部から射出される励起光の射出角φは、光ファイバーの開口数ＮＡを用いてｓｉｎ−１ＮＡとして定義され、θ≧ｓｉｎ−１ＮＡの関係を有することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、光ファイバー射出端部Ｐｏと波長変換部材との間の保持部材の内面は、反射面であることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様によれば、発散手段で発散された励起光を、平行光に変更して波長変換部材に照射する光学手段を、波長変換部材と発散手段との間に有することが望ましい。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様によれば、光学手段は少なくともひとつの凸レンズを含むことが望ましい。
【００２５】
また、本発明の好ましい態様によれば、保持部材は、発散手段と波長変換部材の少なくとも一つを固定するための固定部を有していることが望ましい。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様によれば、波長変換部材の有効な波長変換領域の大きさは、発散手段から発散された励起光が波長変換部材上に形成するビームスポットに対して、略等しいか、それより大きく構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかる半導体光源装置は、励起光を導光するライトガイド射出端部Ｐｏと凹レンズなどの光発散手段と波長変換部材との距離や、光発散手段と波長変換部材の有効領域の範囲とを最適化しているので、励起光の利用効率を高くできるとともに、装置全体を小型化できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明にかかる光源装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係る内視鏡に用いることが可能な半導体光源装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は内視鏡に用いることが可能な半導体光源装置の全体構成を示す図であり、図２は、半導体光源装置の要部構成を示す図である。
【００３０】
図１に示すように本実施形態の半導体光源装置は、光ファイバー２と、光ファイバー２の一端部に連結された先端ユニット部７と、光ファイバー２の他端部に連結された操作部５と、操作部５及び光ファイバー２内に配設されたライトガイドへ励起光を供給する光源１と、先端ユニット部７を介して得られた情報を信号処理するプロセッサ装置２１と、プロセッサ装置２１で生成された映像信号に基づき内視鏡画像を表示するモニタ３６と、を備える。
【００３１】
また、図２に示すように本実施形態の半導体光源装置は、光源１と、光源１から射出される励起光を導く光ファイバー２と、先端ユニット部７と、により構成され、先端ユニット部７は、波長変換部材４と、励起光を波長変換部材４上に広げる凹レンズ３と、光ファイバー２と凹レンズ３と波長変換部材４とを保持する保持部材５と、を有する。
【００３２】
光源１は波長変換部材４を励起するための半導体レーザーである。本実施形態では、半導体レーザーの励起波長は４５０ｎｍであり、最大５００ｍＷの出力を有する青色半導体レーザーを用いている。
【００３３】
光ファイバー２はレンズ６を介して光源１と光学的に接続されている。光ファイバー２は、光ファイバー２の開口数ＮＡが０．４、コア径は５０μｍで、クラッド径は１２５ｍｍのマルチモードファイバーを用いることが可能である。
【００３４】
波長変換部材４は蛍光体を樹脂に混合して固めたものである。ここでの蛍光体とはエネルギー準位において外的要因により電子が基底準位から励起準位へ励起され、再び基底準位に戻る時に光と熱を発する材料である。本実施形態ではその中でも分散型の粉末蛍光体を用いている。粉末蛍光体には、一例として、ＹＡＧ：Ｃｅのような、４５０ｎｍの励起波長で効率よく５４０ｎｍの主ピークで発光する一般的な蛍光体を利用できる。
【００３５】
樹脂は、屈折率が１．４のメチルタイプの短波長の光にも耐えうるシリコーン樹脂を用いることが可能である。
【００３６】
次に、図３乃至図５を用いて先端ユニット部７について説明する。図３は、図２の先端ユニット部７の断面構成を示す図であり、図４は、射出端部Ｐｏ、凹レンズ３、及び波長変換部材４の位置関係を示す図であり、図５は、各凹レンズ３、波長変換部材４での励起光のビームスポットを示した図である。
【００３７】
図３に示されるように、保持部材８の内部であるキャビティ３０に、光ファイバー２と凹レンズ３と波長変換部材４と凹レンズ固定部１１と波長変換部材固定部１２とが所定の位置に配置されている。キャビティ３０は、第一のキャビティ９及び第二のキャビティ１０を有する。
【００３８】
保持部材８の光ファイバー２と凹レンズ３の間の内部空間である第一のキャビティ９は、光ファイバー２の配置される側から凹レンズ３の配置される側に向かって拡がるような第一のテーパー面９ａを有している。
【００３９】
第一のテーパー面９ａには、励起光源１からの励起光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００４０】
また、凹レンズ３と波長変換部材４の間の内部空間である第二のキャビティ１０は、凹レンズ３の配置される側から波長変換部材４の配置される側に向かって拡がるような第二のテーパー面１０ａを有している。保持部材８内の第一のキャビティ９と第二のキャビティ１０の側面（第一のテーパー面９ａ、第二のテーパー面１０ａ）は、同様のテーパー角θを有している。
【００４１】
第一のテーパー面９ａには、凹レンズ３を通過した励起光や波長変換部材４により波長変換された波長変換光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００４２】
光ファイバー２から射出した励起光の射出角φは、光ファイバー２の開口数（ＮＡ）に基づいて計算することができる。すなわち、式（１）により求めることができる。
φ≒ｓｉｎ−１（ＮＡ）  ・・・（１）
【００４３】
第一のキャビティ９の側面の第一のテーパー面９ａは、式（１）で計算された励起光の射出角φと略等しいか、それより大きいテーパー角を有しており、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出した励起光が直接第一のテーパー面９ａに照射されないように構成されている。
【００４４】
凹レンズ３はその外径が略円形に形成されており、保持部材８の内部の第一のキャビティ９と第二のキャビティ１０の間に配置されている。凹レンズ３は設置された状態で、取り付け保持される部分を除く領域を凹レンズ３の有効領域１３としている。凹レンズ３の有効領域１３は凹レンズ３の外径より小さな円形と想定して構成されている。よってキャビティ３０内の凹レンズ３の有効領域１３の半径をＲL1、光ファイバー２と凹レンズ３との間の距離をａとすると、式（２）に示すような関係とすることで、凹レンズ３の有効領域１３に効率的に励起光を照射することが可能となる。
ＲＬ１≧ａ×ｔａｎφ  ・・・（２）
【００４５】
すなわち、図５に示すように凹レンズ３の有効領域１３は、発散手段上に形成する励起光のビームスポット２８と比べて、略等しいか、大きくなるように構成されている。
【００４６】
例えば、ファイバーの開口数ＮＡ＝０．４のとき、式（１）より光ファイバー２から射出した励起光の射出角φは２３．６（°）であり、光ファイバー２と凹レンズ３の間の距離ａを１（ｍｍ）としたとき、式（２）より凹レンズ３の有効領域の半径ＲＬ１は０．４４（ｍｍ）以上となる。ここでは、半径ＲＬ１は０．４４（ｍｍ）が良いが、励起光のビームスポット径より凹レンズ３の有効領域１３が大きければ、励起光を効率よく利用できる。
【００４７】
波長変換部材４は、その外径が略円形に形成されており、保持部材８内に配置されている。波長変換部材４の波長変換特性は、その製造上の課題等から、外周部の波長変換特性が中央部近傍のそれと比較して低くなってしまうことがある。このため、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４を、その外形よりやや小さな半径Ｒｐｈ−Ｌ１の円形と想定して構成されている。なお、一般には外周部の特性劣化はそれほど大きくないため、本実施形態では、波長変換部材４の保持部材８への取り付け部分を除く領域を有効な波長変換領域１４としている。
【００４８】
波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の半径をＲｐｈ−Ｌ１、凹レンズ３の焦点距離をｆ、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと凹レンズ３の間の距離をａ、凹レンズ３と波長変換部材４の間の距離をｄ、光ファイバー２から射出された励起光の射出角をφとする。このとき、以下の式（３）を満足する関係となるように構成する。これにより、凹レンズ３により広げられた励起光を効率的に波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に照射することが可能となる。
Ｒｐｈ− Ｌ１≧ｔａｎφ｛ｆａ＋ｄ（ｆ＋ａ）｝／ｆ  ・・・（３）
【００４９】
すなわち、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４は、発散手段（波長変換部材４）上に形成される励起光のビームスポット２９と比べて、略等しいか、大きくなるように構成されている。
【００５０】
例えば、凹レンズ３の焦点距離ｆを０．５（ｍｍ）、光ファイバー射出端部Ｐｏと凹レンズ３の間の距離ａを１（ｍｍ）、凹レンズ３と波長変換部材４の間の距離ｄを１（ｍｍ）、光ファイバー２から射出された励起光の射出角φを２３．６（°）としたとき、式（３）より波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の半径Ｒｐｈ−Ｌ１は、１．７５（ｍｍ）以上である。
【００５１】
なお、凹レンズ３を保持部材８へ固定するための凹レンズ固定部１１と波長変換部材４を保持部材８へ固定するための波長変換部材固定部１２は、波長変換部材４の先端部の方向から見たとき、円錐状の保持部材８の内面にフィットするような円形状の溝または、小さい板状部材が等間隔に取り付けられた固定部である。
【００５２】
凹レンズ３の有効領域１３は、式（２）で凹レンズ３上の励起光のビームスポット２８に対して、等しいほうが良いが、励起光のロスが無い点でそれより大きくても良い。波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の半径ＲＬ１−ｐｈも同様に式（３）で波長変換領域１４上の励起光のビームスポット２９に対して、等しいほうが良いが、励起光のロスが無い点でそれより大きくても良い。
【００５３】
本実施形態に係る半導体光源装置の動作について図１から図５を参照しながら説明する。
光源１から射出された励起光は、レンズ６を介して光ファイバー２に光学的に結合され、光ファイバー２のコア内を光ファイバーの開口数であるＮＡに従って導光する。光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、開口数であるＮＡに従った角度で射出され、凹レンズ３へ進行する。その後、励起光は凹レンズ３により発散され、凹レンズ３を通過した励起光は波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に向かって照射される。
【００５４】
図３に示すように、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、光ファイバー２のＮＡに従って拡げられて進行する。保持部材（筺体）８のテーパー角θは、光ファイバー２のＮＡから計算された射出角φより大きなテーパー角となっているため、励起光は基本的には第一のテーパー面９ａに照射されること無く凹レンズ３に向かって進行する。しかしながら、光ファイバー２の湾曲状態や、取り付け状態等により光ファイバー２の射出端部Ｐｏからは光ファイバー２のＮＡにより算出される射出角より大きな角度で射出される場合がある。このような光は保持部材８のキャビティ側面（第一のテーパー面９ａ）に照射されるが、キャビティ側面は反射面となっているため、ここで反射され、波長変換部材４に照射される。結果として、光ファイバー２の湾曲状態や取り付け状態による励起光のロスを最小限とすることが可能となっている。
【００５５】
図５に示すように、凹レンズ３により発散された励起光が波長変換部材４上に形成するビームスポット２９が、有効な波長変換領域１４と略等しいエリアに照射される。つまり、波長変換部材４の有効領域の半径をＲｐｈ、波長変換部材４上のビームスポット２９の半径をＲｐｈ−Ｂとすると、Ｒｐｈ≧Ｒｐｈ−Ｂであると良い。
【００５６】
励起光の一部は波長変換部材４に吸収、波長変換されて、波長変換光となる。波長変換光の一部は波長変換部材４の励起光が照射された面の反対側から照明光として射出され、また別の一部は励起光が照射された面から保持部材８の第二のキャビティ１０内に射出される。第二のキャビティ１０内に射出されて波長変換した波長変換光は、保持部材８の第二のキャビティ１０内の側面の反射面で反射されることで、一部は波長変換部材４を通過して射出端部Ｐｏより射出される。
【００５７】
また、波長変換部材４に照射された励起光の別の一部は、波長変換部材４により反射、散乱されて保持部材８の第二のキャビティ１０内に照射される。第二のキャビティ１０内に射出された励起光は、キャビティ側面（第二のテーパー面１０ａ）の反射面で反射され、一部は波長変換部材４に再び照射される。従って、波長変換部材４により反射、散乱された励起光を再利用することが可能となる。
【００５８】
図３において、Ｐｏを光ファイバー２の射出端部の点、Ｐ１を凹レンズ３の中心点、Ｐ２を波長変換領域１４のキャビティ側（射出端部Ｐｏ側）の中心点、Ｐ４を波長変換部材４の射出側の中心点としている。図３の構成図のＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４の点は励起光の主軸Ｌ上に位置しており、図４の各点と対応している。図４に示すようにＰ０点に位置する光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、第一のキャビティ９内で光ファイバー２の開口数であるＮＡに従った角度φの範囲を有して射出され、凹レンズ３の有効領域１３へ進行する。その後、励起光は凹レンズ３内で屈折され、凹レンズ３のＰ１点を通過した励起光は第二のキャビティ１０内を進行し、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に向かって発散する。一部の励起光は主軸Ｌ上を直進し、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の中心であるＰ２に照射される。
【００５９】
上記のように光ファイバー２と波長変換部材４の間に凹レンズ３を介して構成することで、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと蛍光体のユニット４の距離を短くすることが出来、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４へ励起光を発散して照射することが可能である。
【００６０】
ここで、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと波長変換部材４との間に発散手段を介さずに、近接させて配置すると、波長変換部材４に照射される単位面積当たりの励起光の強度が大きくなるため、局所的に温度が上昇する。この結果、蛍光体の所与の波長変換特性や耐久性が低減すること、樹脂材料が劣化することも考えられる。
【００６１】
特に、樹脂は温度が上昇することで光透過率が低下することがある。
【００６２】
これに対して、本実施形態では、励起光の発散手段として、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと波長変換部材４の間に、励起光のスポット径を波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に拡げるための凹レンズ３を設けているため、このような課題を回避することができる。
【００６３】
さらに、樹脂の耐熱特性や蛍光体の温度特性などから、凹レンズ３と波長変換部材４の大きさと、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと凹レンズ３と波長変換部材４との位置関係すなわち間隔を本実施形態の指針に沿って設定することで、様々な樹脂、蛍光体を効率的に使用することが可能となる。また、凹レンズ３と波長変換部材４の大きさを上記の通り設定することで、励起光を有効に利用できない領域を省き、効率的な半導体光源装置を実現することが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態では、光ファイバー２から射出した励起光が波長変換部材４上に形成するビームスポット２９の径と波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の径とが略等しくなるように構成したが、必ずしも略等しくする必要は無い。波長変換部材４上のビームスポット２９の径が有効な波長変換領域１４の径と略等しいか、それより小さければ、励起光を効率的に利用していると言える。
【００６５】
一方、上述した波長変換部材４の温度上昇を考慮すると、波長変換部材４上の励起光のビームスポット２９の径を非常に小さくすることは困難である。このため、ビームスポット２９の径に比べ波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の径を十分大きくすると、先端ユニット部７が大きくなってしまう。本実施形態の構成では、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の面積Sｐｈと、波長変換部材４上に形成される励起光ビームスポットの面積Ｓｓの比Ｓｓ／Ｓｐｈが、０．２５から１の間であれば、励起光の利用効率を十分高く、かつ先端ユニット部７を小型に構成することが可能となる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、保持部材８のキャビティ内面を反射面としているため、反射面に直接的、間接的に照射される励起光や波長変換光の一部を再利用することが可能となり、結果として明るい照明光を射出することが可能となる。
【００６７】
上記のように構成した筺体内部８のテーパー角θより励起光の射出角φが急角度であると、励起光は第１のテーパー面９ａ及び第２のテーパー面１０ａに照射されてしまうが、それを防ぐことで励起光のロスを低減することが出来る。
【００６８】
光ファイバー２の射出端部Ｐｏ、凹レンズ３、波長変換部材４の位置やサイズのパラメータを凹レンズ３の焦点距離の関係式（２）と（３）より、一つのパラメータを決定することで簡便に構成することが可能である。
【００６９】
（第一の実施形態の変形例）
本発明の第一の実施形態の変形例の半導体光源装置について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、先端ユニット部７の断面構成を示す図であり、図７は、各凹レンズ３、凸レンズ１５、波長変換部材４での励起光のビームスポットを示した図である。まず本変形例の構成について説明を行う。
【００７０】
図６において、第一の実施形態の構造図である図３に示された部材と同一の参照符号で示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。保持部材８の内部すなわちキャビティ３０内に、光ファイバー２と、凹レンズ３と、凸レンズ１５と、波長変換部材４と、凹レンズの固定部１１と、凸レンズの固定部２６と、波長変換部材固定部１２と、が所定の位置に配置されている。図３で示した第一の実施形態の構造と異なるのは、保持部材８の内部に、凸レンズ１５を凹レンズ３と組み合わせたことである。凸レンズ１５は凹レンズ３と波長変換部材４の間の領域に配置されている。キャビティ３０は、第一のキャビティ９、第二のキャビティ２５、及び第三のキャビティ１７を有する。
【００７１】
第一のキャビティ９の側面の第一のテーパー面９ａは、励起光の射出角φと略等しいか、それより大きなテーパー角θを有しており、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出した励起光が直接第一のテーパー面９ａに照射されないように構成されている。第一のテーパー面９ａには、励起光源１からの励起光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００７２】
また、凹レンズ３と凸レンズ１５の間の内部空間である第二のキャビティ２５は、凹レンズ３の配置される側から凸レンズ１５の配置される側に向かって拡がるような第二のテーパー面２５ａを有している。第２のテーパー面２５ａには、凹レンズ３を通過して発散した励起光及び凹レンズ３面で全反射した励起光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００７３】
凸レンズ１５と波長変換部材４との間の内部空間である第三のキャビティ１７は、凸レンズ１５の配置される側から波長変換部材４の配置される側に向かって拡がるような第三のテーパー面１７ａを有している。
第三のテーパー面１７ａには、凸レンズ１５を通過した励起光や波長変換部材４により波長変換された波長変換光を効率よく反射する反射面が形成されている。保持部材８内の第一のキャビティ９と第二のキャビティ２５の側面（第二のテーパー面２５ａ）と第三のキャビティ１７の側面（第三のテーパー面１７ａ）は同様のテーパー角θを有している。
【００７４】
凸レンズ１５はその外径が略円形に形成されており、保持部材８の内部の第３のキャビティ２５と第二のキャビティ１７の間に配置されている。凸レンズ１５は設置された状態で、取り付け保持される部分を除く領域を凸レンズ３の有効領域１６としている。凸レンズ１５の有効領域１６は凸レンズ１５の外径より小さな円形と想定して構成されている。よって図７に示すようにキャビティ１０内の凸レンズ１５の有効領域１６の半径をＲL2とすると、凸レンズ１５の大きさは、凸レンズ１５上のビームスポット３０の径と略等しくなるか大きくなるように構成されている。つまり、凸レンズ１５の有効領域の半径をＲＬ２、凸レンズ１５上のビームスポット３０の半径をＲＢ−Ｌ２とすると、ＲL2≧ＲB-L2であると良い。
【００７５】
波長変換部材４の有効な波長変換領域１４は、凹レンズ３で発散した光を平行光にする凸レンズ１５の有効領域１６と略等しいか、それより大きくなるように構成されている。
【００７６】
凸レンズ固定部２６は、波長変換部材４の先端部の方向から見たとき、円錐状の保持部材８の内面にフィットするような円形状の溝または、小さい板状部材が等間隔に取り付けられた固定部である。
【００７７】
凸レンズ１５の有効領域１６の半径ＲＬ２は凹レンズ３の径の大きさと等しいほうが良いが、励起光のロスが無い点でそれより大きくても良い。
【００７８】
本実施形態の動作について図６及び図７を参照しながら説明する。
光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、光ファイバー２のＮＡに従って拡がりながら進行する。保持部材（筺体）８のテーパー角θは、光ファイバー２のＮＡから計算された射出角φより大きくなっているため、励起光は基本的には第一のテーパー面９ａに照射されること無く凹レンズ３に向かって進行する。凹レンズ３により発散された励起光の一部は凸レンズ１５に入射し、励起光は凸レンズ１５内で屈折して、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に励起光が平行に照射される。図７に示すように波長変換部材４上に形成する励起光のビームスポット２９が、有効な波長変換領域１４と略等しいかそれより小さいエリアに照射される。
【００７９】
励起光の一部は波長変換部材４に吸収、波長変換されて、波長変換光となる。波長変換光の一部は波長変換部材４の励起光が照射された面の反対側から照明光として射出され、また別の一部は励起光が照射された面から保持部材８の第三のキャビティ１７内に射出される。第三のキャビティ１７内に射出されて波長変換した波長変換光は、保持部材８の第三のキャビティ１７内の側面（第三のテーパー面１７ａ）の反射面で反射されることで、一部は波長変換部材４を通過して射出端部Ｐｏより射出される。
【００８０】
また、波長変換部材４に照射された励起光の一部は、波長変換部材４により反射、散乱されて保持部材８の第三のキャビティ１７内に照射される。第三のキャビティ１７内に射出された励起光は、キャビティ側面（第二のテーパー面１７ａ）の反射面で反射され、一部は波長変換部材４に再び照射される。従って、波長変換部材４により反射、散乱された励起光を再利用することが可能となる。
【００８１】
上記のように構成することで、凸レンズ１５を通過した平行光は、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に第一の実施形態よりも均一のパワー密度で照射することが可能であるので、射出光の色むらを低減することが出来る。
【００８２】
さらに、本変形例では、保持部材８内の第三のキャビティ１７内で平行光に変換することで、励起光の第三のテーパー面１７ａでの反射を低減することができる。反射を防ぐことで励起光のロスを低減し、効率よく波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に照射することができる。
加えて、保持部材内の面をテーパー面とすることで、照明光射出部を小型化した内視鏡にも使用可能な光源を得ることができる。
【００８３】
（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る半導体光源装置について図８を参照しながら説明する。図８は、第二の実施形態に係る半導体光源装置の先端ユニット部７の断面構成を示す図である。本実施形態は、光ファイバー２の射出端部Ｐｏ側に設けられた先端ユニット部７の保持部材１９が図８のように構成されている点で、第一の実施形態とは異なっている。
【００８４】
なお、図８において、第一の実施形態の図３で示した部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００８５】
保持部材１９の内部すなわちキャビティ３０に、光ファイバー２と、凹レンズ３と、波長変換部材４と、凹レンズ３の固定部１１と、波長変換部材４の固定部１２と、が所定の位置に配置されている。図８に示す保持部材は第一のテーパー角θと、それより大きい第二のテーパー角ψと、を有する、二つの異なるテーパー角を有するテーパー型保持部材１９で構成されている。キャビティ３０は、第一のキャビティ９及び第２のキャビティ１８を有する。
【００８６】
保持部材１９の光ファイバー２と凹レンズ３の間の内部空間である第一のキャビティ９は、光ファイバー２の配置される側から凹レンズ３の配置される側に向かって拡がるような、第一のテーパー角θを有している。第一のテーパー面９ａには、励起光源１からの励起光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００８７】
また、凹レンズ３と波長変換部材４の間の内部空間である第二のキャビティ１８は、凹レンズ３の配置される側から波長変換部材４の配置される側に向かって拡がるような第二のテーパー角ψを有している。第二のテーパー面１８ａは凹レンズ３を通過した励起光や波長変換部材４により波長変換された波長変換光を効率よく反射する反射面が形成されている。
【００８８】
光ファイバー２から射出した励起光の射出角φは、光ファイバー２の開口数であるＮＡから計算することができる。すなわち、上述した式（１）により求めることができる。
φ≒ｓｉｎ−１（ＮＡ）  ・・・（１）
【００８９】
第一のキャビティ９の側面（第一のテーパ面９ａ）の第一のテーパー角θは、励起光の射出角φと略等しいか、それより大きなテーパー角を有しており、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出した励起光が直接第一のテーパー面９ａに照射されないように構成されている。
【００９０】
凹レンズ３はその外径が略円形に形成されており、保持部材１９の内部の第一のキャビティ９と第二のキャビティ１８の間に配置されている。凹レンズ３は設置された状態で、取り付け保持される部分を除く領域を凹レンズ３の有効領域１３としている。凹レンズ３の有効領域１３の径は、凹レンズの外径より小さな円形と想定して構成されている。したがって、キャビティ３０内の凹レンズ３の有効領域の半径をＲＬ１、光ファイバー２と凹レンズ３との間の距離をａとすると、上述した式（２）を満足する関係となるように構成することで、凹レンズ３により拡げられた励起光を効率的に凹レンズ３の有効領域１３に照射することが可能となる。
ＲＬ１≧ａ×ｔａｎφ  ・・・（２）
【００９１】
第二のキャビティ１８の側面（テーパー面１８ａ）の第二のテーパー角ψは、凹レンズ３を通過した励起光の発散角と略等しいか、それより大きなテーパー角を有しており、発散した励起光が直接第二のテーパー面１８ａに照射されないように構成されている。
【００９２】
波長変換部材４は、その外径が略円形に形成されており、保持部材１９内のキャビティ３０に配置されている。波長変換部材４の波長変換特性は、その製造上の課題等から、外周部の波長変換特性が中央部近傍のそれと比較して低くなってしまうことがある。このため、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４を、その外形よりやや小さな半径Ｒｐｈ−Ｌ１の円形と想定して構成されている。なお、一般には外周部の特性劣化はそれほど大きくないため、本実施形態では、波長変換部材４の保持部材１９への取り付け部を除く領域を有効な波長変換領域１４としている。
【００９３】
波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の径は、凹レンズ３を通過して発散した蛍光ユニット４上の励起光のビームスポット２９の径と比べて、略等しいか、大きくなるように構成されている。つまり、波長変換部材４の有効領域の半径をＲｐｈ、波長変換部材４上のビームスポット２９の半径をＲph-Bとすると、Ｒｐｈ≧Ｒｐｈ−Ｂであると良い。
【００９４】
本実施形態の動作について図４、図８を参照しながら説明する。
光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、光ファイバー２のＮＡに従って拡がりながら進行する。光ファイバー２の射出端部Ｐｏと凹レンズ３の間の保持部材１９の第一のキャビティ９の側面の第一のテーパー角θは、光ファイバー２のＮＡから計算された射出角φより大きなテーパー角となっているため、励起光は基本的には第一のテーパー面９ａに照射されること無く凹レンズ３に向かって進行する。
【００９５】
ここで、光ファイバー２の湾曲状態や、取り付け状態等により光ファイバー２の射出端部Ｐｏからは光ファイバー２のＮＡにより算出される射出角φより大きな角度で射出される場合がある。本実施形態では、このような光は第一のキャビティ９の側面（第一のテーパー面９ａ）に照射される。第一のキャビティ９の側面は反射面となっている。このため、ここで反射され、凹レンズ３の方向に照射される。結果として、このような光ファイバー２の湾曲状態や取り付け状態による励起光のロスを最小限とすることが可能となっている。
【００９６】
凹レンズ３により発散された励起光は、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４と略等しいか、それより小さいエリアに照射される。励起光の一部は波長変換部材４に吸収、波長変換されて、波長変換光となる。波長変換光の一部は波長変換部材４の励起光が照射された面の反対側から照明光として射出され、また別の一部は励起光が照射された面から保持部材１９の第二のキャビティ１８内に射出される。第二のキャビティ１８内に射出されて波長変換した波長変換光は、第二のキャビティ１８の側面（第二のテーパー面１８ａ）の反射面で反射されることで、一部は波長変換部材４を通過して射出端部Ｐ４より射出される。
【００９７】
また、波長変換部材４に照射された励起光の一部は、波長変換部材４により反射、散乱されて保持部材１９の第二のキャビティ１８内に照射される。第一の実施形態に比べて第二のキャビティ１８内の第二のテーパー角ψが、励起光を直接反射しないように、大きく構成されている。このため、第二のキャビティ１８内に射出された励起光は、第二のキャビティ１８の側面の反射面で反射され、一部は波長変換部材４に第二のキャビティ１８内に第一の実施形態に比べて平行光に近い光の進行で再び照射される。
【００９８】
図８において、Ｐｏを光ファイバー２の射出端部の点、Ｐ１を凹レンズ３の中心点、P２を波長変換部材４の円形の波長変換領域１４の中心点としている。図８の構成図のＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４の点は励起光の主軸Ｌ上に位置しており、図４の各点と対応している。図４に示すように、Ｐ０点に位置する光ファイバー射出端部Ｐｏから射出された励起光は、第一のキャビティ９内で光ファイバー２の開口数であるＮＡに従った射出角度φの範囲を有して射出され、凹レンズ３の有効領域１３へ進行する。その後、励起光は凹レンズ３内で屈折され、凹レンズ３のＰ１点を通過した励起光は第二のキャビティ１８内を進行し、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に向かって発散する。一部の励起光は主軸Ｌ上を直進し、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の中心であるＰ２に照射される。
【００９９】
上記のように構成することで第一の実施形態の波長変換部材４上の波長変換領域１４のビームスポット２９（図５参照）よりも多くの光を取り出すことができる。このため、さらに広い面積で波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に励起光を照射することが可能となる。また、第一の実施形態よりも凹レンズ３と波長変換部材４の間の第二のキャビティ１８の第二のテーパー角ψが大きいため反射面で反射された励起光の損失を防ぐことが可能である。さらに、第二のテーパー角ψが大きいと波長変換部材４の波長変換領域１４で波長変換された光が、第二のテーパー面（反射面）１８ａで反射され、その分の光を再利用することが可能となる。
【０１００】
（第三の実施形態）
第三の実施形態の半導体光源装置について図９乃至図１２を参照しながら説明する。図９は第三の実施形態の先端ユニット部７の断面構成を示す図、図１０は板状部材２０の凹凸面２２の構造を示す斜視図であり、図１０は、板状部材２０の凹凸面２２の構成を示す拡大斜視図であり、図１１は、板状部材２０の断面構成を示す図であり、図１２は、板状部材２０及び波長変換部材４での励起光のビームスポットを示す図である。
【０１０１】
本実施形態は、光ファイバー射出端部Ｐｏ側に設けられた先端ユニット部７が、図９のように構成されている点で、第一、第二の実施形態とは異なっている。なお、図９において、図３で示した第一の実施形態の部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【０１０２】
図９の板状部材２０は、図１０及び図１１に示すようなレンズの効果をもち、極小の凹凸が表面に形成されたような構造のパターンがランダムに配置されている。凹凸面２２の凹凸の大きさが極小であるため、板状部材２０の表面の極小の凹レンズ２２の焦点距離Ｐ３は、同様に極小である。従って、波長変換部材４に照射されるレーザー範囲は、広くすることが可能で、照射強度を均一にすることが可能である。
【０１０３】
例えば、図１１に示すように、凹凸面２２は、凹部２２ａ及び凸部２２ｂの組から形成される。凸部２２ｂと凹部２２ａとの高さの差を１０μｍ〜１００μｍとするとき、焦点距離Ｐ３もミクロンレベルになる。このため、凸部２２ｂでもマイクロ凹レンズアレイのような屈折作用で発散効果をもつ。ここで、下方から進んできた励起光の入射角度は平行光とした例を示しているが、実際のレーザーの励起光の射出角は平行光以外の角度を持った光も含まれるので、平行光以外の角度を持った光の発散角度については後に記載する。
【０１０４】
また、本実施形態では、樹脂状の材料から形成された、０．３ｍｍ程度の薄いフィルム状の板状部材２０を使用する。さらに、板状部材２０は、短波長の光に耐えうる、樹脂またはガラス等の透過率の高い材料が用いられる。透過率は、８５％から９０％であり、拡散板と違ってレーザー光の光強度のエネルギーロスが小さい。板状部材２０は、その外径が略円形に形成されており、保持部材１９内に配置されている。板状部材２０の有効領域２１は、板状部材２０の外径よりやや小さな半径ＲＤの円形と想定して構成されている。なお、本実施形態では、保持部材１９へ取り付け保持される部分を除く領域を板状部材２０の有効領域２１としている。
【０１０５】
板状部材２０において励起光を発散させる領域が板状部材２０の有効領域２１であるとすると、板状部材２０の有効領域は、光ファイバー２の射出端部Ｐｏと板状部材２０の間の距離と光ファイバー２の開口数を用いた関係式により導くことが可能であり、以下の式（４）に示す。
【０１０６】
板状部材２０は、励起光を効率よく照射部に照射させるために板状部材２０の有効領域２１の円形領域と等しいか、それより大きい領域となるように構成されている。
【０１０７】
これを計算式で示すと、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから板状部材２０までの距離をａ、光ファイバーの開口数をＮＡ、光源から射出された励起光の射出角φ＝ｓｉｎ−１ＮＡとし、板状部材２０上のビームスポット３１の半径をＲＤとしたときに、以下の式（４）を満足する関係となるように構成する。これにより、励起光を効率的に板状部材２０の有効領域２１に照射することが可能となる。
ＲＤ≧ａ／ｔａｎφ  ・・・（４）
【０１０８】
例えば、光ファイバー２のＮＡ＝０．４とし、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから板状部材２０までの距離を１ｍｍ とした場合、板状部材２０の有効領域の半径ＲＤは、約２．３ｍｍ以上となる。ここでは、ＲＤは２．３ｍｍが良いが、板状部材２０上の励起光のビームスポット３１より板状部材２０の有効領域２１が大きければ、励起光を効率よく利用しているといえる。
【０１０９】
板状部材２０を通過して発散された励起光を効率よく波長変換部材４上に照射される領域が、波長変換部材４の有効領域１４であるとすると、板状部材２０を通過した波長変換部材４の有効な波長変換領域１４は、板状部材２０と波長変換部材４との間の距離と、板状部材２０の有効領域２１と、励起光の発散光の板状部材２０の発散角αとを用いた関係を有する。
【０１１０】
有効な波長変換領域１４は波長変換部材４上の励起光のビームスポット３２と等しいか、それより大きい領域となるように構成されている。つまり、波長変換部材４の有効領域の半径をＲｐｈ、波長変換部材４上のビームスポット３２の半径をＲｐｈ−Ｂとすると、Ｒｐｈ≧Ｒｐｈ−Ｂであると良い。
【０１１１】
板状部材２０と波長変換部材４との間の距離をｄ、板状部材２０の半径ＲＤを、光源から射出された励起光の射出角をφ＝ｓｉｎ−１ＮＡ、板状部材２０の発散角をα、励起光の射出角を広げるための板状部材２０を通過した励起光の発散光が波長変換部材４に照射される分に対応する、発散した発散角をβ＝（φ２+α２）1/2、波長変換部材４の有効領域１４の半径をＲｐｈ−Ｄとする。ここで、板状部材２０の発散角αは、励起光が平行光で入射した場合の、励起光の主軸上の発散光の最大の明るさに対して半値となる発散方向と、励起光の主軸とが成す角度である。また、発散角βは、板状部材２０に励起光が射出角φで入射した場合の、励起光の主軸上の発散光の最大の明るさに対して半値となる発散方向と、励起光の主軸とが成す角度である。
【０１１２】
光ファイバー２のＮＡの範囲内の角度で射出された励起光のビームスポットが板状部材２０に入射したとき、板状部材２０の発散角αを有し、最終的に発散した距離に位置する波長変換部材４上の照射部のビームスポットと有効な波長変換領域１４の大きさの関係式を式（５）に示す。以下の関係となるように構成することで、板状部材２０により拡げられた励起光を、効率的に波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に照射することが可能となる。
Ｒｐｈ−Ｄ≧ＲＤ＋ｄ×ｔａｎβ  ・・・（５）
【０１１３】
図１２を参照すると、例えば、光ファイバー２のＮＡ＝０．４、光ファイバー２の射出端部Ｐｏから板状部材２０までの距離ｄを１ｍｍ 、板状部材の有効領域ＲＤを２．３ｍｍ、板状部材２０の発散角αを２０°とした場合、板状部材２０の有効領域の半径Ｒｐｈ−Ｄは約２．９ｍｍ以上となる。ここでは、２．９ｍｍが良いが、波長変換部材４上の励起光のビームスポット３２の半径Ｒｐｈ−Ｂより波長変換部材４の有効領域１４の半径Ｒｐｈ−Ｄが大きければ、励起光を効率よく利用しているといえる。
【０１１４】
板状部材２０の有効領域２１の半径ＲDは、式（４）において励起光のビームスポットの半径ＲＢ−Ｄ１と等しいほうが良いが、励起光のロスが無い点でそれより大きくても良い。
【０１１５】
波長変換部材４の有効な波長変換領域１４の半径Ｒｐｈ−Ｄは、式（５）において波長変換領域１４上の励起光のビームスポット３２と等しいほうが良いが、励起光のロスが無い点でそれより大きくても良い。
【０１１６】
凹凸面２２は、例えばガラス、樹脂等透明な基板上に樹脂等を塗布し、あらかじめ形成された型を押し当て、ＵＶ光により硬化し、パターン転写を行うナノインプリンティングなどの方法によって形成することが可能である。また、ゾルゲルを用いてパターンを成型する方法もある。このとき、所望の発散角αを実現するために、凹凸面２２の凹部２２ａと凸部２２ｂの高さの差や、ある凸部２２ｂと隣接する凸部２２ｂとの距離を所定の範囲に調節する。具体的には、本実施形態の場合、発散角αは２０°程度に設定したため、高さの差、隣接する凸部２２ｂ間の距離はおおよそ５０μｍ以下の範囲でランダムに設定することで実現できる。ここで、あまり高さの差が大きくなったり、隣接する凸部２２ｂ間の距離が大きくなると、安定した発散角αが得られなくなるため、いずれも１００μｍ以下程度とするのが望ましい。
【０１１７】
本実施形態の板状部材は、発散効果をもつ光学素子であればこれに限ったものではなく、図１３に示すように、凹レンズ３３が板状部材２０の表面に複数形成されていてもよい。図１３は、板状部材２０の変形例を示す図である。
【０１１８】
本実施形態の動作について図９乃至図１２を参照しながら説明する。
光ファイバー２の射出端部Ｐｏから射出された励起光は、光ファイバー２のＮＡに従って拡がりながら進行する。光ファイバー２の射出端部Ｐｏと凹レンズ３の間の保持部材１９の第一のキャビティ９の側面（第一のテーパー面９ａ）の第一のテーパー角θは、光ファイバー２のＮＡから計算された射出角φより大きな第一のテーパー角θとなっているため、励起光は基本的には第一のテーパー面９ａに照射されること無く板状部材２０に向かって進行する。
【０１１９】
ここで、光ファイバー２の湾曲状態や、取り付け状態等により光ファイバー２の射出端部Ｐｏからは光ファイバー２のＮＡにより算出される射出角φより大きな角度で射出される場合がある。このような光はキャビティ９の側面（第一のテーパー面９ａ）に照射される。第一のキャビティ９の側面は反射面となっているため、ここで反射され、板状部材２０の方向に照射される。結果として、このような光ファイバー２の湾曲状態や取り付け状態による励起光のロスを最小限とすることが可能となっている。
【０１２０】
板状部材２０により発散された励起光は、波長変換部材４の有効な波長変換領域１４と略等しいエリアに照射される。
【０１２１】
図１１に示すように、板状部材２０の表面の凹凸面２２は極小の焦点距離を有するゆえ、第一、第二の実施形態よりも幅広く励起光を波長変換部材４上に発散させることが可能である。凹凸面２２は製造時に凸部２２ｂ（凹部２２ａ）の山の高さ（谷の深さ）のレンジを調整することができ、波長変換部材４上の有効な波長領域１４にちょうど良く励起光を照射するように設定することができる。よって例えば、円形拡散は０．２５°から４０°まで自由に設計することができ、その拡散角度に対応する山の高さを低くすることで平凹レンズのように広がり角を持って励起光を発散させることができる。
【０１２２】
図１１に示すように、下から照射された励起光が板状部材２０の凹凸面２２に入射して屈折し、凹部２２ａでは発散方向に励起光が進行し、凸部２２ｂでは焦点距離Ｐ３を越えたところで発散方向に進行する。
【０１２３】
励起光の一部は波長変換部材４に吸収、波長変換されて、波長変換光となる。波長変換光の一部は波長変換部材４の励起光が照射された面の反対側から照明光として射出され、また別の一部は励起光が照射された面から保持部材１９の第二のキャビティ１８内に射出される。第二のキャビティ１８内に射出されて波長変換した波長変換光は、キャビティ１８の側面（第二のテーパー面１８ａ）の反射面で反射されることで、一部は板状部材２０を通過して射出端部Ｐｏより射出される。
【０１２４】
また、波長変換部材４に照射された励起光の一部は、波長変換部材４により反射、散乱されて保持部材１９の第二のキャビティ１８内に照射される。第一の実施形態に比べて第二のキャビティ１８内の第二のテーパー角ψが、励起光を直接反射しないように、大きく構成されているため、第二のキャビティ１８内に射出された励起光は、キャビティ側面（第二のテーパー面１８ａ）の反射面で反射され、一部は波長変換部材４にキャビティ１８内に第一の実施形態に比べて平行光に近い光の進行で再び照射される。
【０１２５】
上記のように構成することで照射部分を広げることができ、励起光の吸収を低減させて熱の影響が集中するのを防ぐことが可能である。
【０１２６】
第一の実施形態、第二の実施形態と大きく異なるのは、以下に述べる板状部材２０の光学的特性である。
【０１２７】
極小の凹凸面２２の凸部２２ｂ（凹部２２ａ）の山の高さ（谷の深さ）のレンジを励起光の発散角を数（°）から４５（°）近くまで可変可能である。このため、極小の凹凸面２２がパターン化されているため発散効果を調整することができる。
【０１２８】
また、凹レンズ３のみの構造に比べて、板状部材２０の表面の面積を広げることが可能であるので励起光の発散効果を上げることが可能である。また、凹凸面２２の各レンズ効果のある場所ごとに励起光が配光される。このため、均一に励起光を波長変換部材４の有効な波長変換領域１４に発散させることができる。ガウシアンビームのような強度分布の違いを低減でき、均一な光を取り出すことが出来るので色むらの低減が可能となる。
【０１２９】
さらに、板状部材２０は非常に高い透過率をもつので、光強度のロスの少ない明るい発光を得ることが可能となる。また、板状部材２０を樹脂状の材料にすると、フィルム状程の薄いものに形成できる。さらに図１１に示すように凹凸面２２の高さの差が１０ミクロンから１００ミクロンサイズのために、焦点距離Ｐ３が１０ミクロンから１００ミクロンサイズであるため、板状部材２０と波長変換部材４の距離が短くとも、第一、第二の実施形態のような凹レンズの発散効果よりも大きくなる。これにより、保持部材１９内の構造を小型かつ、より簡便にすることが可能である。
【０１３０】
また、第一、第二の実施形態のようにレンズを配置するよりも、板状部材２０を固定するだけで、主軸をあわせることが可能であるので、軸合わせの工程を省くことができる。
なお、本実施形態では、励起光の全てを蛍光に波長変換する例を示したが、これに限定するものではない。すなわち、励起光の一部を波長変換し、残りの励起光の一部については波長変換部材４を透過させることで、励起光と蛍光の混合光を照明光として用いることも可能である。この構成によると、例えば、黄色い蛍光と青色の励起光を組み合わせて擬似白色を作り出すことができる。またこのとき、射出端から射出される蛍光の広がり角は、保持部材８のテーパー面によって制限される。よって、この蛍光の射出角と励起光の射出角を略等しくするように板状部材２０の発散角を選択することで、射出端から射出される蛍光と励起光の混合光は略等しい領域に照射される。その結果、励起光と蛍光の色むらを低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】内視鏡に用いることが可能な半導体光源装置の全体構成を示す図である。
【図２】半導体光源装置の要部構成を示す図である。
【図３】図２の先端ユニット部の断面構成を示す図である。
【図４】射出端部、凹レンズ、及び波長変換部材の位置関係を示す図である。
【図５】各凹レンズ及び波長変換部材での励起光のビームスポットを示す図である。
【図６】先端ユニット部の断面構成を示す図である。
【図７】各凹レンズ、凸レンズ、波長変換部材での励起光のビームスポットを示す図である。
【図８】第二の実施形態に係る半導体光源装置の先端ユニット部７の断面構成を示す図である。
【図９】第三の実施形態の先端ユニット部７の断面構成を示す図である。
【図１０】板状部材の凹凸面の構成を示す拡大斜視図である。
【図１１】板状部材の凹凸面の断面構成を示す図である。
【図１２】板状部材及び波長変換部材での励起光のビームスポットを示す図である。
【図１３】板状部材の変形例を示す図である。
【図１４】従来の内視鏡用光源装置の要部の断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  光源
２  光ファイバー
３、３３  凹レンズ（発散手段）
４  波長変換部材
８、１９  保持部材
７  先端ユニット部
２０  板状部材
２２  凹凸面（発散手段）
２９、３２  ビームスポット 
３０  キャビティ
Ｐｏ  射出端部
θ  第一のテーパー角
ψ  第二のテーパー角
φ  射出角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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