(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型の蛍光プレートと、当該蛍光プレートの光軸方向前方に配置された集光性レンズと、当該集光性レンズの外径よりも大径の光放射開口を有し、当該光放射開口が当該蛍光プレートの光軸方向前方に位置するよう配置され、当該蛍光プレートからの出射光のうちの当該集光性レンズに向かう方向以外の方向に向かう光を反射して集光する環状の集光ミラーとを備え、
励起光光源からの励起光が、前記集光ミラーと前記集光性レンズとの間の空隙部を介して前記蛍光プレートに照射されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記励起光光源からの励起光が前記蛍光プレートに至るまでの光路上に、前記励起光を透過し、前記蛍光プレートから出射される蛍光を、当該蛍光プレートに向かう方向に反射する蛍光反射用光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記蛍光反射用光学部材は、前記光路における、前記蛍光プレートと前記集光性レンズとの間の領域に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記蛍光反射用光学部材は、前記集光性レンズの外周縁に沿って伸びる環状形状を有しており、
前記蛍光反射用光学部材は、当該蛍光反射用光学部材の外周縁が、前記蛍光プレートの励起光受光面における光軸点と前記集光ミラーにおける光放射開口の開口縁を含み、当該蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の内側に位置し、当該蛍光反射用光学部材の内周縁が、前記光軸点と前記集光性レンズの外周縁とを含み、当該蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の外側に位置するように配設されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記集光ミラーの光軸方向前方に、当該集光ミラーにおける光放射開口の開口縁に沿って伸びる環状の反射ミラーが設けられており、
前記蛍光反射用光学部材は、前記光路における、前記集光ミラーの光放射開口と前記反射ミラーとの間の領域に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記蛍光反射用光学部材は、前記光放射開口の開口縁に沿って伸びる環状形状を有しており、
前記蛍光反射用光学部材は、当該蛍光反射用光学部材の内周縁が、前記集光ミラーおよび前記集光性レンズの集光点と前記光放射開口の開口縁を含み、前記蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の外側に位置するように配設されていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記蛍光プレートと前記集光性レンズとの間における、前記蛍光反射用光学部材の光軸方向前方に、蛍光拡散能を有する光拡散部材が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、更に詳しくは、励起光によって蛍光を放射する蛍光プレートを備え、探照灯などに用いられる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置としては、レーザ光を励起光として蛍光プレートに照射し、当該蛍光プレートから蛍光を出射させ、その蛍光プレートからの蛍光を反射鏡などの光学系を介して外部に放射する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
具体的に、特許文献１においては、図６に示すように、複数の半導体レーザ素子７１からの励起光の各々を光ファイバ７３によって導光して反射型の蛍光プレート７２に照射し、当該蛍光プレート７２において蛍光に変換された光を放射する照明装置が開示されている。この照明装置においては、複数の光ファイバ７３の光出射側部分が束ねられてバンドル部７４が形成されており、そのバンドル部７４には、当該複数の光ファイバ７３のファイバ端よりなる光出射端が形成されている。また、照明装置には、蛍光プレート７２の励起光受光面を取り囲むように凹面反射鏡７５が配置されている。そして、凹面反射鏡７５には貫通穴７６が形成されており、この貫通穴７６を介して、バンドル部７４における光出射端から出射された励起光が蛍光プレート７２に照射される。
図６において、７７および７８はレンズであり、７９は反射ミラーであり、２２は蛍光プレート７２が配設された基板である。
【０００３】
このような構成の照明装置においては、蛍光プレート７２からの出射光を外部に導光するための光学系、すなわち凹面反射鏡７５に、励起光を通過させるための励起光通過路、具体的には貫通穴７６が形成されているため、当該光学系のロスが大きい。そのため、十分な蛍光利用効率が得られない、という問題がある。しかも、複数の光ファイバ７３が束ねられて形成されたバンドル部７４を有するものであることから、当該バンドル部７４の焼損の問題から高出力化には限界があり、近年における照明装置の高出力化の要請に応じることができない、という問題もある。
また、この照明装置においては、複数の半導体レーザ素子７１からの励起光を、複数の光ファイバ７３を用いて導光していることから、極めて多数の部材が必要とされるため、小型化を図ることができない、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８４２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高出力化および小型化を図ることのできる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の照明装置は、反射型の蛍光プレートと、当該蛍光プレートの光軸方向前方に配置された集光性レンズと、当該集光性レンズの外径よりも大径の光放射開口を有し、当該光放射開口が当該蛍光プレートの光軸方向前方に位置するよう配置され、当該蛍光プレートからの出射光のうちの当該集光性レンズに向かう方向以外の方向に向かう光を反射して集光する環状の集光ミラーとを備え、
励起光光源からの励起光が、前記集光ミラーと前記集光性レンズとの間の空隙部を介して前記蛍光プレートに照射されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の照明装置においては、前記励起光光源からの励起光が前記蛍光プレートに至るまでの光路上に、前記励起光を透過し、前記蛍光プレートから出射される蛍光を、当該蛍光プレートに向かう方向に反射する蛍光反射用光学部材が配置されていることが好ましい。
【０００８】
本発明の照明装置においては、前記蛍光反射用光学部材は、前記光路における、前記蛍光プレートと前記集光性レンズとの間の領域に配置されていることが好ましい。
このような構成の本発明の照明装置においては、前記蛍光反射用光学部材は、前記集光性レンズの外周縁に沿って伸びる環状形状を有しており、
前記蛍光反射用光学部材は、当該蛍光反射用光学部材の外周縁が、前記蛍光プレートの励起光受光面における光軸点と前記集光ミラーにおける光放射開口の開口縁を含み、当該蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の内側に位置し、当該蛍光反射用光学部材の内周縁が、当該光軸点と前記集光性レンズの外周縁とを含み、当該蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の外側に位置するように配設されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の照明装置においては、前記集光ミラーの光軸方向前方に、当該集光ミラーにおける光放射開口の開口縁に沿って伸びる環状の反射ミラーが設けられており、
前記蛍光反射用光学部材は、前記光路における、前記集光ミラーの光放射開口と前記反射ミラーとの間の領域に配置されていることが好ましい。
このような構成の本発明の照明装置においては、前記蛍光反射用光学部材は、前記光放射開口の開口縁に沿って伸びる環状形状を有しており、
前記蛍光反射用光学部材は、当該蛍光反射用光学部材の内周縁が、前記集光ミラーおよび前記集光性レンズの集光点と前記光放射開口の開口縁を含み、前記蛍光プレートの光軸に沿って伸びる仮想錐面の外側に位置するように配設されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の照明装置においては、前記蛍光プレートと前記集光性レンズとの間における、前記蛍光反射用光学部材の光軸方向前方に、蛍光拡散能を有する光拡散部材が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明装置においては、反射型の蛍光プレートからの出射光を集光するための集光部材として、集光性レンズと集光ミラーとが設けられており、これらの２つの集光部材の間の空隙部を介して、当該蛍光プレートに対して励起光が照射される。そのため、蛍光プレートに励起光を照射するための光学系および当該蛍光プレートからの出射光を集光して外部に導光するための光学系に大きな設計の自由度が得られることから、各光学系の小型化を容易に図ることができる。また、蛍光プレートからの出射光を高い効率で捕捉して集光し、外部に導光することができ、しかも２つの集光部材のいずれにも励起光を通過させるための励起光通過路を形成する必要がなく、よって励起光通過路が形成されていることに起因する光損失（蛍光損失）が生じることがない。更に、励起光が空間伝搬されることから、高い励起光利用効率が得られる共に、励起光の励起光パワーを大きくすることができる。
従って、本発明の照明装置によれば、光学系を小さくすることによって小型化を図ることができ、また高い励起光利用効率が得られる共に励起光の励起光パワーを大きくすることができ、更に蛍光プレートからの出射光を高い効率で利用することができるため、高出力化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の照明装置においては、蛍光反射用光学部材を配設することにより、蛍光プレートから空隙部に向かう蛍光を、当該蛍光プレートに向かって反射することができる。そのため、集光部材によって集光されずに利用不可能となる蛍光の発生を抑制できることから、高い蛍光利用効率が得られる。その結果、より一層の高出力化を図ることができる。
このような構成の本発明の照明装置においては、更に光拡散部材を配設することにより、蛍光反射用光学部材から蛍光プレートに向かって反射された蛍光の進行方向を変更することができる。そのため、蛍光反射用光学部材によって反射された蛍光を、高い効率で集光性レンズまたは集光ミラーに捕捉させることができ、よってより高い蛍光利用効率が得られる。その結果、更なるより一層の高出力化を図ることができ、また照明装置からの放射光において、所望の色味の光を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の照明装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の照明装置を反射型の蛍光プレートの光軸方向後方から見た状態において、複数の励起光ユニットと反射ミラーとの位置関係を示す説明図である。
【図３】本発明の照明装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】図３の照明装置を反射型の蛍光プレートの光軸方向後方から見た状態において、複数の励起光ユニットと反射ミラーとの位置関係を示す説明図である。
【図５】本発明の照明装置の更に他の実施形態における要部を示す説明図である。
【図６】従来の照明装置の一実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の照明装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の照明装置の一実施形態を示す説明図であり、図２は、図１の照明装置を反射型の蛍光プレートの光軸方向後方から見た状態において、複数の励起光ユニットと反射ミラーとの位置関係を示す説明図である。
この照明装置１０は、図１に示すように、反射型の蛍光プレート２１を有する蛍光発光部材２０と、蛍光プレート２１に対して励起光を照射する励起光照射機構とを備えている。そして、照明装置１０は、蛍光プレート２１からの出射光を、環状の集光ミラー３５と集光性レンズ３１とよりなる集光光学系を介して外部に放射するものである。
ここに、本発明において、「反射型の蛍光プレート」とは、励起光受光面と蛍光出射面とが同一面上に形成された蛍光プレートである。また、「反射型の蛍光プレートからの出射光」は、蛍光と共に励起光を含むものである。
【００１５】
蛍光発光部材２０は、平板状の基板２２の表面（図１における右面）に、略平板状の蛍光プレート２１が設けられたものである。
この図の例において、蛍光プレート２１においては、その表面（図１における右面）が励起光受光面とされていると共に蛍光出射面とされている。
【００１６】
蛍光プレート２１は、略平板状の蛍光部材よりなるものであり、この蛍光部材の表面、すなわち蛍光プレート２１の表面には、複数の凸部が周期的に配列されてなる周期構造（図示省略）が形成されている。この周期構造は、例えば略錐形状（具体的には、錐状または錐台状）の凸部が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。
また、蛍光プレート２１の裏面（図１における左面）には、銀などよりなる光反射膜が設けられている。更に、光反射膜と基板２２との間には、接合部材（図示省略）が介在されており、当該接合部材によって蛍光プレート２１が基板２２上に接合されている。接合部材としては、排熱性の観点から、半田、銀焼結材などが用いられる。また、基板２２の裏面には、例えば銅などの金属よりなる放熱部材（図示省略）が配置されている。
ここに、蛍光プレート２１は、集光性レンズ３１、集光ミラー３５および後述する蛍光反射用光学部材４５による蛍光の捕捉の効率を考慮すると、当該蛍光プレート２１の表面、すなわち励起光受光面および蛍光出射面とされる面の形状が正方形状であるよりも円形状であることが好ましい。
【００１７】
蛍光プレート２１を構成する蛍光部材は、蛍光体が含有されてなるものであり、好ましくは多結晶の蛍光体よりなるものである。具体的には、この蛍光部材は、蛍光体よりなるもの、または蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体よりなるものである。すなわち、蛍光部材は、蛍光体によって構成されたものである。
ここに、蛍光部材として用いられる蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体においては、セラミックバインダーとしてナノサイズのアルミナ粒子が用いられる。そして、この焼結体は、蛍光体１００質量％に対して数質量％〜数十質量％のセラミックバインダーを混合し、その混合物をプレスした後、焼成することによって得られるものである。
【００１８】
蛍光部材を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を例えばスリップキャスト法によって成形して焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。
【００１９】
蛍光部材を構成する蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ、ＬｕＡＧ：Ｃｅなどが挙げられる。このような蛍光体において、賦活材のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。
【００２０】
また、蛍光部材の厚みは、蛍光変換効率および排熱性の観点から、０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。
【００２１】
基板２２は、排熱性を有するものであり、銅、モリブデンと銅の合金（Ｍｏ−Ｃｕ）およびタングステンと銅の合金（Ｗ−Ｃｕ）などの材料よりなるものが用いられる。
また、基板２２は、排熱性の観点から、蛍光プレート２１が配設される表面が、当該蛍光プレート２１の裏面よりも縦横寸法が大きくて、大きな面積を有するものであることが好ましい。
また、基板２２の厚みは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。
【００２２】
集光光学系は、集光性レンズ３１と集光ミラー３５との２つの集光部材を有し、蛍光プレート２１からの出射光を集光して外部に導光するものである。
集光光学系が２つの集光部材によって構成されていることにより、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光ミラー３５に向かう光（具体的には、集光ミラーの反射面に向かう光）が当該集光ミラー３５によって捕捉されて集光される。また、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光性レンズ３１に向かう光が当該集光性レンズ３１によって捕捉されて集光される。そのため、蛍光プレート２１からの出射光に含まれる蛍光が散乱光であっても、当該出射光を高い効率で捕捉して確実に集光することができる。その結果、照明装置１０においては、蛍光プレート２１からの出射光を高い効率で利用することができる。
また、集光光学系が２つの集光部材によって構成されていることによれば、照明装置１０から放射される光のサイズを、他の集光部材を用いることなく極めて小さくすることができる。そのため、照明装置１０からの放射光のサイズを容易に制御することができることから、当該照明装置１０を種々の用途に用いることができる。
図１においては、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光ミラー３５の反射面によって反射された光の光路が破線Ｌ３によって示されている。
【００２３】
集光性レンズ３１は、蛍光プレート２１からの出射光を集光するための凸レンズであり、蛍光プレート２１の光軸方向前方（図１における右方）位置において、当該蛍光プレート２１と離間した状態で対向配置されている。
図の例において、集光性レンズ３１は、円盤状の凸レンズであって、蛍光プレート２１の寸法よりも大きな外径を有するものであり、その光軸が蛍光プレート２１の光軸Ｃと一致するように配置されている。
【００２４】
集光性レンズ３１において、寸法（外径）および蛍光プレート２１との離間距離は、照明装置１０自体の大きさなどに基づいて、蛍光プレート２１の寸法や集光ミラー３５の種類および寸法などとの関係を考慮して適宜に定められる。
【００２５】
集光ミラー３５は、前端（図１における右端）に光放射開口３７が形成された環状凹面鏡よりなるものであり、当該集光ミラー３５の内表面には、蛍光プレート２１からの出射光を反射する反射面が形成されている。この集光ミラー３５は、蛍光プレート２１からの出射光のうちの光放射開口３７に向かう方向以外の方向に向かう光を、当該蛍光プレート２１の光軸に沿って反射して集光するよう、蛍光プレート２１を取り囲むように配置されている。すなわち、集光ミラー３５の光放射開口３７が蛍光プレート２１の光軸方向前方に位置しており、蛍光プレート２１は、集光ミラー３５の集光空間内における、後端側(図１における左端側)の位置に配置されている。
集光ミラー３５を構成する環状凹面鏡の具体例としては、回転楕円面鏡および回転放物面鏡が挙げられる。なお、回転楕円面鏡とは、その光軸を中心とする回転楕円面状の反射面を有するものであり、一方、回転放物面鏡とは、その光軸を中心とする回転放物面状の反射面を有するものである。
図の例において、集光ミラー３５は、光放射開口３７が円形状の回転楕円面鏡であり、その光軸が蛍光プレート２１の光軸Ｃおよび集光性レンズ３１の光軸と一致するように配置されている。また集光ミラー３５の集光点、すなわち第２焦点は、集光性レンズ３１の集光点と一致しており、この集光点によって集光光学系の集光点が構成されている。また、集光ミラー３５の後端（図１における左端）には、円形状の貫通孔３８が形成されており、この貫通孔３８の中央位置に、蛍光プレート２１が配置されている。そして、この蛍光プレート２１は、集光ミラー３５の第１焦点上に位置している。更に、集光ミラー３５の集光空間内には、光放射開口３７に近接した位置に、集光性レンズ３１が配置されている。
【００２６】
そして、集光光学系においては、集光ミラー３５における光放射開口３７の開口径が、集光性レンズ３１の外径よりも大径とされている。すなわち、集光性レンズ３１の外径は、光放射開口３７の開口径よりも小径とされている。
光放射開口３７の開口径が集光性レンズ３１の外径よりも大径であることにより、蛍光プレート２１からの出射光を、集光ミラー３５および集光性レンズ３１の各々によって捕捉して効率的に集光することができる。具体的には、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光ミラー３５を介することなく直接的に光放射開口３７に向かう光のみを集光性レンズ３１によって捕捉させることができる。すなわち、集光ミラー３５の反射面からの反射光が集光性レンズ３１に入射されることのないようにすることができる。また、光放射開口３７の開口径が集光性レンズ３１の外径よりも大径であることによれば、図１に示されているように、集光性レンズ３１を、集光ミラー３５の集光空間内に配置することができる。そのため、照明装置１０において、蛍光プレート２１の光軸方向（図１における左右方向）の寸法を小さくすることができることから、照明装置１０を小型のものとすることができる。その上、蛍光プレート２１に対して励起光光源から空隙部１５を介して励起光を照射するための励起光入射機構の構成を簡単なものとすることができることから、照明装置１０の設計の自由度が大きくなると共に、照明装置１０の更なる小型化を図ることができる。
この図の例において、集光性レンズ３１は、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光ミラー３５の反射面に向かう方向以外の方向に向かう光のみを集光している。
【００２７】
また、集光性レンズ３１と集光ミラー３５とは少なくとも一部において離間した状態とされており、その集光性レンズ３１の外周縁と集光ミラー３５の内表面（反射面）との間に形成される空間よって空隙部１５が構成されている。この空隙部１５は、励起光照射機構からの励起光が蛍光プレート２１に至るまでの光路上に位置される。すなわち、蛍光プレート２１の励起光受光面には、空隙部１５を介して励起光照射機構からの励起光が照射される。
この空隙部１５は、集光ミラー３５における光放射開口３７の開口縁３７Ａおよび集光性レンズ３１の外周縁に沿って伸びる環状形状を有することが好ましい。この環状形状は、連続的な環状形状であってもよく、また断続的な環状形状であってもよい。
空隙部１５が環状形状であることにより、蛍光プレート２１に対して、開口縁３７Ａおよび集光性レンズ３１の外周縁に沿って連続的または断続的に励起光を入射させることができるため、蛍光プレート２１の励起光受光面において照度の均一性が得られる。そのため、励起光受光面の一部に励起光が局所的に照射されることがないことから、励起光の励起光パワーを大きくすることができる。
この図の例において、集光ミラー３５と集光性レンズ３１とは、集光性レンズ３１の外周縁および集光ミラー３５の内表面（反射面）の全周にわたって離間している。そして、集光性レンズ３１の外周縁と集光ミラー３５の内表面との間には、集光性レンズ３１を包囲するよう、集光性レンズ３１の外周縁に沿って伸びる円環状の空隙部１５が形成されている。
【００２８】
励起光照射機構は、励起光光源を備えており、この励起光光源は、複数（図１および図２においては４つ）の励起光ユニット１１によって構成されている。
そして、励起光照射機構には、図１に示されているように、環状の反射ミラー４１が設けられていることが好ましい。
反射ミラー４１が設けられていることにより、当該反射ミラー４１によって励起光の励起密度を低くすることができる。そのため、蛍光プレート２１における輝度飽和の発生を抑制することができることから、当該蛍光プレート２１において高い蛍光変換効率を得ることができる。また、反射ミラー４１が設けられていることによれば、励起光光源（複数の励起光ユニット１１）の配置位置の自由度が大きくなり、よって照明装置１０の設計の自由度が大きくなる。故に、図１に示されているように、励起光光源を、集光ミラー３５の近傍位置に並列配置することができる。そのため、照明装置１０において、蛍光プレート２１の光軸方向の寸法を小さくすることができることから、当該照明装置１０を小型のものとすることができる。また、励起光光源と蛍光プレート２１とを共有の冷却機構によって冷却することができるため、照明装置１０の更なる小型化を図ることができる。
【００２９】
複数の励起光ユニット１１は、集光ミラー３５の後端部分の近傍位置に、当該集光ミラー３５を介して蛍光プレート２１を取り囲むように配置されている。
また、複数の励起光ユニット１１は、各々、その励起光出射面１１Ａが、蛍光プレート２１の励起光受光面と略同一平面上あるいは平行に位置すると共に、反射ミラー４１に至るまでの励起光の進行が集光ミラー３５によって阻害されることのないように配置される。
この図の例において、複数の励起光ユニット１１は、集光ミラー３５の外表面の周方向に沿って等間隔で配置されている。また、複数の励起光ユニット１１の各々は、その光軸が、蛍光プレート２１の光軸Ｃと平行となるように配置されている。
また、図１においては、励起光ユニット１１から出射され、反射ミラー４１によって反射された光の光路が実線Ｌ１によって示されている。
【００３０】
励起光光源としては、蛍光プレート２１の励起光を放射することのできるものであればよく、よって蛍光プレート２１を構成する蛍光体の種類などに応じて適宜の波長の光を放射するものが用いられる。具体的には、例えば波長４０５〜４６５ｎｍの光を放射するものが用いられる。
また、励起光ユニット１１としては、例えば半導体レーザ等のレーザ光源などが用いられるが、その形態は、１つのレーザ光源を備えたものであってもよく、あるいは複数のレーザ光源を備え、これらの複数のレーザ光源の光軸方向前方に集光性レンズが配置されてなるものであってもよい（図３参照）。
ここに、励起光は、レーザ光源からの光に限定されるものではなく、ＬＥＤの光、および水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。なお、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合、励起光の波長はランプ等から放射される主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。
図の例において、複数の励起光ユニット１１は、各々、レーザダイオードバンク（ＬＤバンク）よりなるものである。また、複数の励起光ユニット１１の裏面（図１における左面）には、各々、放熱フィン１２が設けられている。
【００３１】
反射ミラー４１は、複数の励起光ユニット１１および集光ミラー３５の光軸方向前方位置（図１における右方位置）において、励起光光源（複数の励起光ユニット１１）および蛍光プレート２１と対向するよう配設されている。この反射ミラー４１における励起光光源および蛍光プレート２１と対向する表面には、励起光を反射する反射面が形成されている。そして、反射ミラー４１は、集光ミラー３５における光放射開口３７の開口縁３７Ａに沿って伸びる環状形状を有している。
この反射ミラー４１の環状形状は、連続的な環状形状であってもよく、また断続的な環状形状であってよい。具体的には、反射ミラー４１は、図１に示されているように単一のものであってもよく、あるいは複数の反射ミラー要素が、隙間なくまたは間隔をあけて環状に配列されたものであってもよい。
この図の例において、反射ミラー４１は、前端（図１における左端）に、円形状の光放射開口４２が形成され、後端（図１における右端）に、円形状の貫通孔４３が形成された回転放物面鏡よりなるものである。この貫通孔４３は、集光性レンズ３１の外径よりも大径の内径を有している。また、反射ミラー４１は、その光軸が蛍光プレート２１の光軸Ｃと一致するように配置されている。
【００３２】
また、照明装置１０においては、図１に示されているように、励起光を透過して、蛍光プレート２１から出射される蛍光を、蛍光プレート２１に向かう方向に反射する蛍光反射用光学部材４５が設けられていることが好ましい。この蛍光反射用光学部材４５は、励起光光源からの励起光が蛍光プレート２１に至るまでの光路（以下、「励起光光路」ともいう。）上に配置される。
蛍光反射用光学部材４５が設けられていることにより、蛍光プレート２１からの出射光のうちの空隙部１５に向かう蛍光、すなわち集光光学系に向かう方向以外の方向に向かう蛍光を、当該蛍光プレート２１に向かって反射することができる。そのため、集光光学系によって集光されずに利用不可能となる蛍光の発生を抑制することができる。
ここに、蛍光反射用光学部材４５によって反射され、蛍光プレート２１の表面に到達した蛍光は、その表面で反射される、あるいは蛍光プレート２１に入射して裏面の光反射膜によって反射されることなどにより、再び蛍光プレート２１の表面から出射される。
【００３３】
蛍光反射用光学部材４５は、蛍光プレート２１の表面に対向配置されることが好ましい。
蛍光反射用光学部材４５の配置位置の好ましい具体例としては、下記の(１)および（２）の領域が挙げられる。
【００３４】
（１）図１に示されているように、励起光光路における、蛍光プレート２１と集光性レンズ３１との間の領域（以下、「集光空間内領域」ともいう。）
（２）後述する図３に示されているように、励起光光路における、集光ミラー３５の光放射開口３７と反射ミラー４１との間の領域（以下、「集光空間外領域」ともいう。）
【００３５】
また、蛍光反射用光学部材４５は、蛍光集光性の観点から、図１に示されているように、集光性レンズ３１の外周縁および集光ミラー３５における光放射開口３７の開口縁３７Ａに沿って伸びる環状形状を有するものであることが好ましい。この環状形状は、連続的な環状形状であってもよく、また断続的な環状形状であってもよい。具体的には、蛍光反射用光学部材４５は、図１に示されているように単一のものであってもよく、あるいは複数の要素が、隙間なくまたは間隔をあけて環状に配列されたものであってもよい。
【００３６】
そして、蛍光反射用蛍光部材４５の環状形状は、蛍光プレート２１から集光光学系に向かう蛍光（具体的には、集光性レンズ３１に向かう蛍光および集光ミラー３５の反射面に向かう蛍光）、および集光光学系から出射される蛍光（具体的には、集光性レンズ３１から出射される蛍光および集光ミラー３５から出射される蛍光）を反射することのないような形状寸法を有することが好ましい。
【００３７】
具体的には、蛍光反射用光学部材４５が集光空間内領域に配置されている場合には、図１に示されているように、当該蛍光反射用光学部材４５の外周縁４５Ａが、励起光受光面における光軸点と開口縁３７Ａを含み、蛍光プレート２１の光軸Ｃに沿って伸びる仮想錐面Ｓ２の内側に位置していることが好ましい。また、内周縁４５Ｂは、図１に示されているように、当該光軸点と集光性レンズ３１の外周縁とを含み、蛍光プレート２１の光軸Ｃに沿って伸びる仮想錐面Ｓ１の外側に位置していることが好ましい。
一方、蛍光反射用光学部材４５が集光空間外領域に配置されている場合には、後述する図３に示されているように、当該蛍光反射用光学部材４５の内周縁４５Ｂが、集光光学系の集光点と開口縁３７Ａを含み、蛍光プレート２１の光軸Ｃに沿って伸びる仮想錐面の外側に位置していることが好ましい。
ここに、励起光受光面における光軸点とは、蛍光プレートの励起光受光面、すなわち蛍光プレートの表面と、当該蛍光プレートの光軸との交点である。
【００３８】
蛍光反射用光学部材４５としては、波長選択性ミラーなどを用いることができる。
この図の例において、蛍光反射用光学部材４５としては、前端（図１における左端）に円形状の光放射開口４６が形成され、後端（図１における右端）に円形状の貫通孔４７が形成された波長選択性凹面鏡よりなるものである。この波長選択性凹面鏡においては、その内表面に、励起光を透過し、蛍光を反射する反射面が形成されている。そして、波長選択性凹面鏡は、その光軸が蛍光プレート２１の光軸Ｃと一致するように配置されている。
【００３９】
また、照明装置１０においては、蛍光反射用光学部材４５が配設されている場合には、図１に示されているように、蛍光散乱能を有する光拡散部材４８が設けられていることが好ましい。
この光拡散部材４８は、蛍光プレート２１と集光性レンズ３１との間において、蛍光反射用光学部材４５からの反射光が入射されるよう、当該蛍光反射用光学部材４５の光軸方向前方（図１における左方）に、蛍光プレート２１と対向配置される。具体的には、図１に示されているように、蛍光反射用光学部材４５が蛍光プレート２１と集光性レンズ３１との間に位置されている場合には、光拡散部材４８は、蛍光反射用光学部材４５と蛍光プレート２１との間に配置される。
この図の例において、光拡散部材４８は、蛍光反射用光学部材４５と蛍光プレート２１との間における当該蛍光プレート２１の近傍位置に配置されている。
【００４０】
光拡散部材４８が配置されていることにより、蛍光プレート２１が、その構成上、表面から入射される蛍光に対して十分な蛍光散乱能を有さないものであっても、蛍光反射用光学部材４５によって反射された蛍光を十分に散乱させ、その進行方向を変更することができる。そのため、蛍光反射用光学部材４５によって反射された光を、高い効率で集光光学系に捕捉させることができる。その結果、更なるより一層の高出力化を図ることができる。
【００４１】
光拡散部材４８は、蛍光利用効率の観点から、蛍光反射用光学部材４５からの反射光の全てを入射させることのできるような形状および寸法（縦横寸法）を有するものであることが好ましい。
具体的には、光拡散部材４８の形状については、集光性レンズ３１、集光ミラー３５および蛍光反射用光学部材４５による蛍光の捕捉の効率を考慮すると、光の入出射に係る面の形状が正方形状であるよりも円形状であることが好ましい。
【００４２】
光拡散部材４８としては、光散乱板などを用いることができる。また、光拡散部材４８は、平板状の形状を有するものに限定されず、例えばロッドレンズ、ミー散乱の特性を有するロッドレンズ、光散乱面を有するライトパイプなどのロッド状の形状を有するものであってもよい。
この図の例において、光拡散部材４８としては、光散乱板が用いられており、この散乱板は、蛍光プレート２１よりも大きな縦横寸法を有するものである。
【００４３】
以上の構成の照明装置１０において、複数の励起光ユニット１１から出射された励起光は、反射ミラー４１によって反射され、空隙部１５を介して集光ミラー３５の集光空間に入射する。この集光空間に入射した励起光は、蛍光反射用光学部材４５および光拡散部材４８を透過して蛍光発光部材２０における蛍光プレート２１の励起光受光面、すなわち蛍光プレート２１の表面に入射する。そして、蛍光プレート２１においては、蛍光部材を構成する蛍光体が励起されて蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光プレート２１に入射したものの蛍光に変換されなかった励起光と共に、蛍光プレート２１の蛍光出射面、すなわち蛍光プレート２１の表面から出射され、光拡散部材４８を介して集光光学系によって集光されて、反射ミラー４１の貫通孔４３を通過した後、照明装置１０の外部に出射される。
【００４４】
而して、照明装置１０は、励起光照射機構からの励起光が、集光光学系における空隙部１５を介して、蛍光プレート２１に照射されるものである。そのため、励起光照射機構および集光光学系に大きな設計の自由度が得られることから、当該励起光照射機構および集光光学系を少ない部材によって構成し、これらの励起光照射機構および集光光学系において、特に蛍光プレート２１の光軸方向の寸法を容易に小さくすることができる。その結果、照明装置１０の小型化を図ることができる。また、蛍光プレート２１から出射され、光拡散部材４８によって蛍光が拡散された光を、集光光学系によって高い効率で捕捉して集光し、外部に導光することができる。しかも、集光光学系を構成する集光性レンズ３１および集光ミラー３５のいずれにも励起光を通過させるための励起光通過路を形成する必要がなく、よって励起光通過路が形成されていることに起因する光損失（蛍光損失）が生じることがない。更に、励起光が空間伝搬することから、高い励起光利用率が得られる共に、励起光の励起光パワーを大きくすることができる。
従って、照明装置１０によれば、小型化を図ることができ、また、高い励起光利用効率が得られる共に励起光の励起光パワーを大きくすることができ、更に蛍光プレート２１からの出射光を高い効率で利用することができるため、高出力化を図ることができる。
具体的には、照射装置１０は、蛍光プレート２１の光軸方向の寸法Ｍ１が２１１ｍｍであって、蛍光プレート２１の光軸に垂直な方向の寸法Ｍ２が１６０ｍｍである小型のものとすることができる。そして、その小型の照射装置１０においては、励起光出力を１００Ｗとすることができる。
【００４５】
また、照明装置１０においては、蛍光反射用光学部材４５が設けられており、その蛍光反射用光学部材４５は、外周縁４５Ａが仮想錐面Ｓ２の内側に位置し、内周縁４７Ｂが仮想錐面Ｓ１の外側に位置する環状形状を有するものである。そのため、蛍光プレート２１から空隙部１５に向かう蛍光を、当該蛍光プレート２１に向かって反射することができることから、集光光学系によって集光されずに利用不可能となる蛍光の発生を抑制でき、よって高い蛍光利用効率が得られる。また、蛍光反射用光学部材４５が、蛍光プレート２１から集光光学系に向かう蛍光、および集光光学系から出射される蛍光を反射することがない。その結果、より一層の高出力化を図ることができる。
【００４６】
また、照明装置１０においては、光拡散部材４８が設けられていることから、蛍光反射用光学部材４５から蛍光プレート２１に向かって反射された蛍光の進行方向を変更することができる。そのため、蛍光反射用光学部材４５によって反射された光を、高い効率で集光光学系に捕捉させることができ、よってより高い蛍光利用効率が得られる。その結果、更なるより一層の高出力化を図ることができ、また照明装置１０からの放射光において、所望の色味の光を容易に得ることができる。
【００４７】
図３は、本発明の照明装置の他の実施形態を示す説明図であり、図４は、図３の照明装置を反射型の蛍光プレートの光軸方向後方から見た状態において、複数の励起光ユニットと反射ミラーとの位置関係を示す説明図である。
この照明装置５０は、蛍光反射用光学部材４５が、励起光光路における、集光ミラー３５の光放射開口３７と反射ミラー４１との間の領域（集光空間外領域）に配置されており、また、光均一化部材１９が配置されていること以外は、図１の照明装置１０と基本的に同様の構成を有するものである。
この照明装置５０において、蛍光発光部材２０、集光光学系（集光性レンズ３１および集光ミラー３５）、励起光照射機構（励起光光源および反射ミラー４１）、蛍光反射用光学部材４５および光拡散部材４８は、図１の照明装置１０のものと基本的に同様の構成を有するものである。また、集光性レンズ３１、集光ミラー３５、反射ミラー４１および蛍光反射用光学部材４５は、図１の照明装置１０と同様に、各々、その光軸が蛍光プレート２１の光軸と一致するように配置されている。また、集光ミラー３５の集光点（第２焦点）と集光性レンズ３１の集光点とが一致しており、これらの集光点によって集光光学系の集光点が構成されている。
図３においては、励起光ユニット１１から出射され、反射ミラー４１によって反射された光の光路が実線Ｌ１によって示されている。また、蛍光プレート２１からの出射光のうちの集光性レンズ３１によって集光され、当該集光性レンズ３１から出射された光の光路が破線Ｌ２によって示されており、また集光ミラー３５の反射面において反射された光の光路が破線Ｌ３によって示されている。
この図の例において、集光性レンズ３１は、集光性ミラー３５の光放射開口３７上に配置されている。そして、集光性レンズ３１の外周縁と開口縁３７Ａとの間には、集光性レンズ３１を包囲するように円環状の空隙部１５が形成されている。
また、励起光光源は、８つの励起光ユニット１１によって構成されており、これらの８つの励起光ユニット１１は、各々、複数（図３の例においては３つ）のレーザ光源５２を備え、これらの複数のレーザ光源５２の光軸方向前方（図３における右方）に集光性レンズ５３が配置されてなるものである。複数の励起光ユニット１１は、図１の照明装置１０と同様に、集光ミラー３５の外表面の周方向に沿って等間隔で配置されており、また複数の励起光ユニット１１の各々は、その光軸が、蛍光プレート２１の光軸と平行となるように配置されている。
また、励起光光源（複数の励起光ユニット１１）および蛍光プレート２１は、矩形平板状の冷却プレート（図示省略）上に配設されている。すなわち、照明装置５０には、矩形平板状の冷却プレートを備えた冷却機構（図示省略）が設けられており、この冷却機構は励起光光源（複数の励起光ユニット１１）と蛍光プレート２１とに共有のものである。
【００４８】
光均一化部材１９は、集光光学系によって集光され、蛍光反射用光学部材４５の貫通孔４７および反射ミラー４１の貫通孔４３を通過した光を均一化するためのものであり、反射ミラー４１の光軸方向後方（図３における右方）に配置されている。
光均一化部材１９としては、集光ミラー３５が回転楕円面鏡である場合には、インテグレータロッドが用いられ、一方、集光ミラー３５が回転放物面鏡である場合には、レンズアレイが用いられる。
この図の例において、光均一化部材１９としては、インテグレータロッドが用いられている。そして、この光均一化部材１９は、その光軸が蛍光プレート２１の光軸、集光性レンズ３１の光軸、集光ミラー３５の光軸、反射ミラー４１の光軸および蛍光反射用光学部材４５の光軸と一致すると共に、光入射面１９Ａが集光光学系の集光点上に位置するように配置されている。
【００４９】
以上の構成の照明装置５０において、複数の励起光ユニット１１から出射された励起光は、反射ミラー４１によって反射され、蛍光反射用光学部材４５を透過した後、空隙部１５を介して集光ミラー３５の集光空間に入射する。この集光空間に入射した励起光は、光拡散部材４８を透過して蛍光発光部材２０における蛍光プレート２１の励起光受光面、すなわち蛍光プレート２１の表面に入射する。そして、蛍光プレート２１においては、蛍光部材を構成する蛍光体が励起されて蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光プレート２１の蛍光出射面、すなわち蛍光プレート２１の表面から出射され、光拡散部材４８を介して集光光学系によって集光されて、蛍光反射用光学部材４５の貫通孔４７および反射ミラー４１の貫通孔４３を通過し、光均一化部材１９によって均一化された後、照明装置１０の外部に出射される。
【００５０】
而して、照明装置５０は、図１の照明装置１０と同様に、励起光照射機構からの励起光が、集光光学系における空隙部１５を介して、蛍光プレート２１に照射されるものである。従って、照明装置５０によれば、図１の照明装置１０と同様に、小型化を図ることができ、また、高い蛍光利用効率が得られる共に励起光の励起光パワーを大きくすることができ、更に蛍光プレート２１からの出射光を高い効率で利用することができるため、高出力化を図ることができる。
【００５１】
また、照明装置５０においては、蛍光反射用光学部材４５が設けられており、その蛍光反射用光学部材４５は、内周縁４５Ｂが集光光学系の集光点と開口縁３７Ａを含み、蛍光プレート２１の光軸に沿って伸びる仮想錐面の外側に位置する環状形状を有するものである。そのため、蛍光プレート２１から空隙部１５に向かう蛍光を、当該蛍光プレート２１に向かって反射することができることから、集光光学系によって集光されずに利用不可能となる蛍光の発生を抑制でき、よって高い蛍光利用効率が得られる。また、蛍光反射用光学部材４５が、光放射開口３７から出射される蛍光を反射することがない。その結果、より一層の高出力化を図ることができる。
【００５２】
また、照明装置５０においては、光拡散部材４８が設けられていることから、蛍光反射用光学部材４５から蛍光プレート２１に向かって反射された蛍光の進行方向を変更することができる。そのため、蛍光反射用光学部材４５によって反射された光を、高い効率で集光光学系に捕捉させることができ、よってより高い蛍光利用効率が得られる。その結果、更なるより一層の高出力化を図ることができ、また照明装置５０からの放射光において、所望の色味の光を容易に得ることができる。
【００５３】
本発明の照明装置においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、照明装置は、図５に示すように、蛍光プレート２１の光軸方向前方に、励起光および蛍光プレート２１から出射される蛍光を透過するロッドレンズ６１が配設されており、蛍光プレート２１からの出射光がロッドレンズ６１を介して集光ミラー３５の集光空間に入射される構成のものであってもよい。
このような構成の照明装置によれば、励起光光源からの励起光がロッドレンズ６１を介して蛍光プレート２１の励起光受光面に入射されることから、当該励起光受光面において、入射される励起光の均一化を図ることができる。そのため、励起光受光面の一部に励起光が局所的に照射されることがないことから、励起光の励起光パワーを大きくすることによって、照明装置の高出力化を図ることができる。
図５の照明装置は、ロッドレンズ６１が設けられていること以外は、図１の照明装置１０と同様の構成を有するものである。
【００５４】
また、蛍光プレートは、平板状の蛍光部材の表面上に、励起光および当該蛍光部材を構成する蛍光体から放射される蛍光を透過し、表面に周期構造が形成された周期構造体層が形成されたものであってもよい。また、蛍光プレートは、励起光受光面が平坦なものであってもよい。更に、蛍光プレートを構成する蛍光部材には、励起光および当該蛍光部材を構成する蛍光体から放射される蛍光を散乱する微小散乱体が含有されていてもよい。
【００５５】
以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００５６】
〔実験例１〕
図１の構成に従って照明装置（以下、「照明装置（１）」ともいう。）を作製した。
作製した照明装置（１）においては、励起光光源として、コリメートされた励起光のサイズが１．２ｍｍ×４ｍｍとされる励起光ユニット（１１）を用い、蛍光プレート（２１）として、ＹＡＧとＡｌ2 Ｏ3 との混合物の焼結体よりなり、裏面に光反射膜が設けられることによって当該裏面が反射機能を有する蛍光部材を備えたものを用いた。また、集光ミラー（３５）としては、第１焦点距離が１６．７ｍｍであって第２焦点距離が１９０ｍｍである回転楕円面鏡を用いた。また、反射ミラー（４１）としては、焦点距離が１６０ｍｍであって、外径寸法が１６０ｍｍである回転放物面鏡を用いた。蛍光反射用光学部材（４５）としては、波長選択性凹面鏡を用い、光拡散部材（４８）としては、光散乱板を用いた。
この照明装置（１）は、照明装置（１）と同様に、蛍光プレート（２１）の光軸方向の寸法（Ｍ１）が２１１ｍｍであって、蛍光プレート（２１）の光軸に垂直な方向の寸法（Ｍ２）が１６０ｍｍであった。
【００５７】
また、照明装置（１）において、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けなかったこと以外は、当該照明装置（１）と同様の構成の照明装置（以下、「照明装置（２）」ともいう。）を作製した。
この照明装置（２）は、照明装置（１）と同様に、蛍光プレート（２１）の光軸方向の寸法（Ｍ１）が２１１ｍｍであって、蛍光プレート（２１）の光軸に垂直な方向の寸法（Ｍ２）が１６０ｍｍであった。
【００５８】
照明装置（１）および照明装置（２）において、各々、励起光光源を点灯し、蛍光利用効率を確認したところ、照明装置（１）の蛍光利用効率は６３．６％であり、照明装置（２）の蛍光利用効率は５２．４％であった。
【００５９】
以上の実験例１の結果から、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けることにより、より一層の高出力化が図られることが明らかとなった。また、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けることによっては、照明装置が大型化されないことが明らかとなった。
【００６０】
〔実験例２〕
実験例１の照明装置（１）において、蛍光反射用光学部材（４５）を、励起光光源と反射ミラー（４１）との間における励起光光源に近接した位置に配設したこと以外は、当該照明装置（１）と同様の構成の照明装置（以下、「照明装置（３）」ともいう。）を作製した。この照明装置（３）においては、蛍光反射用光学部材（４５）は、反射ミラー（４１）に向かって蛍光を反射するように配置されている。
この照明装置（３）は、照明装置（１）と同様に、蛍光プレート（２１）の光軸方向の寸法（Ｍ１）が２１１ｍｍであって、蛍光プレート（２１）の光軸に垂直な方向の寸法（Ｍ２）が１６０ｍｍであった。
【００６１】
また、照明装置（３）において、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けなかったこと以外は、当該照明装置（３）と同様の構成の照明装置（以下、「照明装置（４）」ともいう。）を作製した。
この照明装置（４）は、照明装置（３）と同様に、蛍光プレート（２１）の光軸方向の寸法（Ｍ１）が２１１ｍｍであって、蛍光プレート（２１）の光軸に垂直な方向の寸法（Ｍ２）が１６０ｍｍであった。
【００６２】
照明装置（３）および照明装置（４）において、各々、励起光光源を点灯し、蛍光利用効率を確認したところ、照明装置（３）の蛍光利用効率は５４．７％であり、照明装置（４）の蛍光利用効率は５２．４％であった。
【００６３】
以上の実験例２の結果から、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けることにより、より一層の高出力化が図られることが明らかとなった。また、蛍光反射用光学部材（４５）および光拡散部材（４８）を設けることによっては、照明装置が大型化されないことが明らかとなった。
【００６４】
そして、実験例１の結果および実験例２の結果から、蛍光反射用光学部材（４５）を、蛍光プレート（２１）の表面に対向配置することにより、より一層の高出力化が図られることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００６５】
１０    照明装置
１１    励起光ユニット
１１Ａ    励起光出射面
１２    放熱フィン
１５    空隙部
１９    光均一化部材
１９Ａ    光入射面
２０    蛍光発光部材
２１    蛍光プレート
２２    基板
３１    集光性レンズ
３５    集光ミラー
３７    光放射開口
３７Ａ    開口縁
３８    貫通孔
４１    反射ミラー
４２    光放射開口
４３    貫通孔
４５    蛍光反射用光学部材
４５Ａ    外周縁
４５Ｂ    内周縁
４６    光放射開口
４７    貫通孔
４８    光拡散部材
５０    照明装置
５２    レーザ光源
５３    集光性レンズ
６１    ロッドレンズ
７１    半導体レーザ素子
７２    蛍光プレート
７３    光ファイバ
７４    バンドル部
７５    凹面反射鏡
７６    貫通穴
７７,７８    レンズ
７９    反射ミラー
【図１】
0005983794.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005983794.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005983794.tif 000007