(57)【要約】【課題】波長変換部材の、励起光照射側に射出された波長変換光の利用効率を向上することで明るい照明光を射出し、さらに、波長変換光の色を切り替え可能とした光源装置を提案する。【解決手段】複数の波長変換部材を移動するための移動手段を有し、複数の波長変換部材はそれぞれ、移動手段により励起光の光路を横切るように移動可能に構成されており、波長変換部材が励起光の光路上に位置しているときに、反射部材の第２開口上の、波長変換部材と重ならない領域を反射部材上開口領域としたときに、反射部で少なくとも一回反射した波長変換光を第２領域から射出させるための、反射部材の第１開口から反射部材上開口領域まで連続した波長変換光伝播領域が設けられている。【選択図】図１
2011142031.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、前記励起光を異なる波長の波長変換光に変換する波長変換ユニットと、を有する光源装置において、
前記波長変換ユニットは、前記波長変換光の波長がそれぞれ異なる複数の波長変換部材と、反射部材とを有しており、
前記複数の波長変換部材はそれぞれ、前記励起光が照射される第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有しており、
前記反射部材は、貫通孔を有する部材の貫通孔内面に、反射面が形成されて構成されており、
前記貫通孔の一方の開口は、前記励起光が入射する第１開口であり、前記貫通孔の他方の開口は、前記励起光が前記波長変換部材に向けて射出すると共に、前記波長変換部材の第１面から射出した波長変換光が前記反射面に向けて入射し、前記反射面で反射された波長変換光が射出する第２開口であり、
さらに、前記励起光源から射出した励起光を、前記反射部材の前記第１開口まで導光する導光部材を備え、
前記反射部材は、前記導光部材の励起光射出端に直接または間接的に取り付けられており、前記反射部材の第２開口と、前記波長変換部材の第１面は、前記導光部材の中心軸方向に離間しており、前記波長変換部材は、前記反射部材に対し、移動可能に構成されており、
さらに、前記複数の波長変換部材を移動するための移動手段を有し、
前記複数の波長変換部材はそれぞれ、前記移動手段により前記励起光の光路を横切るように移動可能に構成されており、
前記波長変換部材が前記励起光の光路上に位置しているときに、前記反射部材の第２開口上の、前記波長変換部材と重ならない領域を反射部材上開口領域としたときに、前記反射部で少なくとも一回反射した波長変換光を前記反射部材上開口領域から射出させるための、前記反射部材の第１開口から前記反射部材上開口領域まで連続した波長変換光伝播領域が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記波長変換部材は、透明部材を介して前記移動手段に接続され、
前記反射部材上開口領域は、前記透明部材のうちの前記波長変換部材が配置されている領域とは異なる領域であ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】
前記波長変換部材は、前記反射部材に対して移動可能な可動保持部材に取り付けられて、可動部を構成しており、
前記可動部は、前記導光部材の中心軸と略垂直に交わる面内を移動し、前記可動部の移動に伴い、前記可動部と、前記導光部材の中心軸との交点が前記可動部上に描くトレースに対し、前記波長変換部材は、前記トレース上の全域に形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４】
前記波長変換部材の、前記トレースと直交する方向の幅は、前記導光部材から射出した励起光のビームスポットの、前記トレースと直交する方向の幅と略等しいか、それより大きいことを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数の波長変換部材は、互いに独立に移動可能に構成されてい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】
前記複数の波長変換部材のうち、ある波長変換部材が前記励起光の光路と交わる位置である波長変換位置に位置しているとき、それ以外の波長変換部材はすべて、前記励起光の光路外である待機位置に位置し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７】
前記複数の波長変換部材は、前記励起光の光路と交わる位置である波長変換位置と、前記励起光の光路外である待機位置とを移動可能であり、
前記複数の波長変換部材の待機位置は、前記導光部材の中心軸方向に、互いに重な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】
前記複数の波長変換部材は、円形の外形を有する波長変換円板を、円周方向に分割した複数の領域に、それぞれ配置されており、
前記波長変換円板の中心を回転軸として回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項９】
異なる波長の波長変換光を射出する前記複数の波長変換部材は、前記波長変換円板の回転時に、前記励起光が交差する前記波長変換円板上の輪帯形状の領域を、前記複数の波長変換部材の数に分割し、分割されたそれぞれの領域と同形状に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記波長変換円板上の前記トレース上において、互いに隣り合う複数の前記波長変換部材の間の領域には、前記励起光を遮光する遮光領域が設けられていることを特徴とする請求項８または請求項９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、光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、小型固体光源と光ファイバとを組み合わせた、細い構造物の先端から光を照射する光源装置が提案されている。
【０００３】
このような光源装置として、たとえば、特許文献１には、図１６から図１７に示すような、光源装置（発光装置）が提案されている。図１６は、従来の光源装置の波長変換部材周辺の概略構成を示す図である。図１７は、図１６の光源装置に用いるスペーサの構成を示す斜視図である。
【０００４】
特許文献１の光源装置では、小型固体光源に導光部材（光ファイバ）９２０が接続され、その導光部材９２０の先端に波長変換部材（蛍光体）９４０が設置されている。導光部材９２０は保持部材９３０に取り付けられており、導光部材９２０と波長変換部材９４０との間に、スペーサ９５０が設置されている。このスペーサ９５０は貫通孔９５０ｃを有し、表面には金属薄膜９５０ａが形成されている。このファイバ光源装置では、波長変換部材９４０から導光部材９２０側に射出された後方射出光を、スペーサ９５０の貫通孔９５０ｃの内面に設けた金属薄膜９５０ａからなる反射部により反射させる事で、導光部材９２０側への射出光を波長変換部材９４０側へもどすようにして、より明るい照明光を射出するための工夫がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の光源装置では、波長変換部材９４０の励起光が照射された面から、スペーサ９５０の貫通孔９５０ｃ方向に射出された波長変換光は、金属薄膜９５０ａからなる反射部で反射されても、必ず波長変換部材９４０を経由しなければ、外部に射出できない。波長変換部材９４０は一般に、自己吸収性を有するため、波長変換部材９４０を通過する過程で、自らが波長変換した波長変換光の一部を吸収してしまう。このため、従来の光源装置の構成では、波長変換部材９４０の、励起光照射側に射出された波長変換光を十分利用することができず、外部に射出される波長変換光の光量は、期待されるほど向上されない。
【０００７】
また、このような波長変換部材９４０を用いた光源装置では、射出される波長変換光の色を切り換えたいというニーズがある。しかしながら、従来の光源装置では、波長変換部材９４０は導光部材９２０に対して固定されているため、波長変換光の色を切り替えることは出来ない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、波長変換部材の、励起光照射側に射出された波長変換光の利用効率を向上することで明るい照明光を射出し、さらに、波長変換光の色を切り替え可能とした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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、励起光を射出する励起光源と、励起光を異なる波長の波長変換光に変換する波長変換ユニットと、を有する光源装置であって、波長変換ユニットは、波長変換光の波長がそれぞれ異なる複数の波長変換部材と、反射部材とを有しており、複数の波長変換部材はそれぞれ、励起光が照射される第１面と、第１面と対向する第２面とを有しており、反射部材は、貫通孔を有する部材の貫通孔内面に、反射面が形成されて構成されており、貫通孔の一方の開口は、励起光が入射する第１開口であり、貫通孔の他方の開口は、励起光が波長変換部材に向けて射出すると共に、波長変換部材の第１面から射出した波長変換光が反射面に向けて入射し、反射面で反射された波長変換光が射出する第２開口であり、さらに、励起光源から射出した励起光を、反射部材の第１開口まで導光する導光部材を備え、反射部材は、導光部材の励起光射出端に直接または間接的に取り付けられており、反射部材の第２開口と、波長変換部材の第１面は、導光部材の中心軸方向に離間しており、波長変換部材は、反射部材に対し、移動可能に構成されており、さらに、複数の波長変換部材を移動するための移動手段を有し、複数の波長変換部材はそれぞれ、移動手段により励起光の光路を横切るように移動可能に構成されており、波長変換部材が励起光の光路上に位置しているときに、反射部材の第２開口上の、波長変換部材と重ならない領域を反射部材上開口領域としたときに、反射部で少なくとも一回反射した波長変換光を、この反射部材上開口領域から射出させるための、反射部材の第１開口から反射部材上開口領域まで連続した波長変換光伝播領域が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の光源装置において、波長変換部材は、透明部材を介して移動手段に接続され、反射部材上開口領域は、透明部材のうちの波長変換部材が配置されている領域とは異なる領域であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光源装置において、波長変換部材は、反射部材に対して移動可能な可動保持部材に取り付けられて、可動部を構成しており、可動部は、導光部材の中心軸と略垂直に交わる面内を移動し、可動部の移動に伴い、可動部と、導光部材の中心軸との交点が可動部上に描くトレースに対し、波長変換部材は、トレース上の全域に形成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の光源装置において、波長変換部材の、トレースと直交する方向の幅は、導光部材から射出した励起光のビームスポットの、トレースと直交する方向の幅と略等しいか、それより大きいことが好ましい。
【００１３】
本発明の光源装置において、複数の波長変換部材は、互いに独立に移動可能に構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の光源装置において、複数の波長変換部材のうち、ある波長変換部材が励起光の光路と交わる位置である波長変換位置に位置しているとき、それ以外の波長変換部材はすべて、励起光の光路外である待機位置に位置していることが好ましい。
【００１５】
本発明の光源装置において、複数の波長変換部材は、励起光の光路と交わる位置である波長変換位置と、励起光の光路外である待機位置とを移動可能であり、複数の波長変換部材の待機位置は、導光部材の中心軸方向に、互いに重なることが好ましい。
【００１６】
本発明の光源装置において、複数の波長変換部材は、円形の外形を有する波長変換円板を、円周方向に分割した複数の領域に、それぞれ配置されており、波長変換円板の中心を回転軸として回転可能に取り付けられていることが好ましい。
【００１７】
本発明の光源装置において、異なる波長の波長変換光を射出する複数の波長変換部材は、波長変換円板の回転時に励起光が交差する波長変換円板上の輪帯形状の領域を、複数の波長変換部材の数に分割し、分割されたそれぞれの領域と同形状に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明の光源装置において、波長変換円板上のトレース上において、互いに隣り合う複数の波長変換部材の間の領域には、励起光を遮光する遮光領域が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光源装置は、波長変換部材の、励起光照射側に射出された波長変換光の利用効率を向上することで明るい照明光を射出し、さらに、波長変換光の色を切り替え可能とする、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の光源装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態の波長変換ユニットの構成を示す正面図であって、全ての蛍光体が待機位置にある状態を示す図である。
【図３】第１実施形態の波長変換ユニットの構成を示す正面図であって、蛍光体の１つが波長変換位置にある状態を示す図である。
【図４】第１実施形態の蛍光体の１つが波長変換位置にあるときの光ファイバと波長変換ユニットの配置を示す断面図である。
【図５】第１実施形態の蛍光体が搭載された可動部の構成を示す平面図である。
【図６】第１実施形態の蛍光体が波長変換位置にあるときの光ファイバと波長変換ユニットの配置を拡大して示す断面図である。
【図７】第２実施形態の波長変換ユニットの構成を示す正面図であって、全ての蛍光体が待機位置にある状態を示す図である。
【図８】第２実施形態の波長変換ユニットの構成を示す正面図であって、蛍光体の１つが波長変換位置にある状態を示す図である。
【図９】第２実施形態の全ての蛍光体が波長変換位置にあるときの光ファイバと波長変換ユニットの配置を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の波長変換ユニットの構成を示す正面図であって、全ての蛍光体が待機位置にある状態を示す図である。
【図１１】第３実施形態の蛍光体が搭載された可動部の構成を示す平面図である。
【図１２】第４実施形態の蛍光体のうちの１つの蛍光体が波長変換位置にあるときの光ファイバと波長変換ユニットの配置を示す断面図である。
【図１３】第４実施形態の波長変換ユニットに搭載される蛍光体円板の構成を示す正面図である。
【図１４】第４実施形態の変形例に係る蛍光体ユニットに搭載される蛍光体円板の構成を示す平面図である。
【図１５】変形例に係る波長変換ユニットの構成を示す断面図である。
【図１６】従来の光源装置の波長変換部材周辺の概略構成を示す図である。
【図１７】図１６の光源装置に用いるスペーサの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係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、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る光源装置について、図１から図６を用いて説明する。
［構成］
初めに、第１実施形態の光源装置の基本的な構成について説明する。第１実施形態の光源装置では、図１に示すように、励起光源１１０から射出した励起光Ｌ１を、光ファイバ１２０で波長変換ユニット１３０まで導光し、波長変換ユニット１３０内に設けられた蛍光体１３１、１３２、１３３（波長変換部材）に照射するように構成されている。波長変換ユニット１３０では、励起光Ｌ１を異なる波長の波長変換光Ｌ２に変換し、波長変換光Ｌ２は外部の照明対象物Ｓへ向けて射出される。また、蛍光体１３１、１３２、１３３は、同一形状を備え、波長変換光Ｌ２の波長は互いに異なる。
ここで、図１は、第１実施形態の光源装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００２３】
図２は、波長変換ユニット１３０の構成を示す正面図であって、全ての蛍光体１３１、１３２、１３３が待機位置にある状態を示す図である。図２は、波長変換ユニット１３０を、照明対象物Ｓ側から見た図である。図３は、波長変換ユニット１３０の構成を示す正面図であって、蛍光体１３１が波長変換位置にある状態を示す図である。また、図３では、蛍光体１３２、１３３は待機位置にある状態を示している。図４は、蛍光体１３１が波長変換位置にあるときの光ファイバ１２０と波長変換ユニット１３０の配置を示す断面図である。なお、簡単のため、図４では蛍光体１３２、１３３の図示を省略している。
【００２４】
図２、図３に示すように、波長変換ユニット１３０は、円形の外形を有しており、中心に光ファイバ１２０の射出端が配置されている。蛍光体１３１、１３２、１３３は、光ファイバ１２０の中心軸１００（図４）と略平行な方向に軸方向を合わせて配置した回転軸１４１、１４２、１４３をそれぞれの軸として、同一平面内を移動可能である。さらに、蛍光体１３１、１３２、１３３は、光ファイバ１２０から射出された励起光の光路と交わる位置である波長変換位置と、励起光の光路とは交わらない位置である待機位置と、へそれぞれ移動可能である。すなわち、蛍光体１３１、１３２、１３３は、光ファイバ１２０の中心軸１００と略直交する平面内を、励起光Ｌ１の光路を横切るように移動可能となっている。
【００２５】
図５は、蛍光体１３１が搭載された可動部１６１の構成を示す平面図である。図６は、蛍光体１３１が波長変換位置にあるときの光ファイバ１２０と波長変換ユニット１３０の配置を拡大して示す断面図である。図６では、説明の便宜上、一部の部材の図示を省略している。
【００２６】
以下の説明では、蛍光体１３２、１３３の可動部への搭載形態が蛍光体１３１の場合と同様であるため、蛍光体１３１を例にとって説明する。
図５に示す様に、蛍光体１３１は、回転軸１４１から延びたアーム１６１ｂの先に設けられた可動保持部材１６１ａに取り付けられている。可動保持部材１６１ａはリング状のフレームであり、フレームの内側に少なくとも励起光と波長変換光に対して透明な透明部材１５１がはめ込まれ、透明部材１５１の表面に、この透明部材１５１より小さな、円板状の蛍光体１３１が配置されている。透明部材１５１は、蛍光体１３１から射出した蛍光（波長変換光）を透過する特性を有している。
【００２７】
図６に示すように、光ファイバ１２０は、コア１２１の周囲を、それより屈折率の小さいクラッド１２２が取り巻いて構成されている。光ファイバ１２０は、円柱のロッドを細長く延ばしたもので、ある程度の曲げを許容する。光ファイバ１２０の射出端近傍の円柱の中心軸を、光ファイバ１２０の中心軸１００とする。蛍光体１３１は、光ファイバ１２０の中心軸１００を中心とする円板形状を有しており、図６では破線で示されている透明部材１５１上に取り付けられている。
【００２８】
蛍光体１３１の半径Ｒｐ（図６）は、光ファイバ１２０から射出される励起光Ｌ１の照射領域と略等しい大きさに設定されている。蛍光体１３１上における、励起光の照射領域は、以下のように求めることができる。光ファイバ１２０の開口数をＦｎａ、光ファイバ１２０のコア１２１の径をｄとし、光ファイバ１２０の射出端と蛍光体１３１の励起光が照射される面である第１面１３１ａとの間隔をＬ、光ファイバ１２０の射出端と蛍光体１３１の間の、励起光Ｌ１が透過する領域の屈折率をｎとしたときに、蛍光体１３１の励起光が照射される面である第１面１３１ａおける、励起光Ｌ１の照射領域は略円形となり、その半径Ｒｅｘは、以下の式（１）により求められる。
Ｒｅｘ＝ｄ／２＋Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（Ｆｎａ／ｎ））  ・・・（１）
【００２９】
第１実施形態の光源装置においては、蛍光体１３１の半径Ｒｐは、励起光の照射領域と略等しい大きさに設定されているため、結局、蛍光体１３１の半径Ｒｐと励起光の照射領域の半径Ｒｅｘが略等しい。
【００３０】
なお、光ファイバ１２０の射出端と波長変換部材としての蛍光体１３１との間の領域全域を空気とした場合はｎ＝１であり、光ファイバ１２０の射出端と蛍光体１３１との間に透明部材１５１等が挟みこまれた場合はその都度その厚さと屈折率を考慮して式（１）を元に、励起光の照射領域を基準とした場合の蛍光体１３１の最小の半径を求めることができる。
【００３１】
図４、図６に示す様に、光ファイバ１２０は、円柱形状の保持部材１２５の中心に設けられた貫通孔部１２５ａに挿入されて接着等により固定されている。保持部材１２５の蛍光体１３１側には、テーパー状の反射ミラーであるテーパーミラー１２６（反射部材）が設けられている。すなわち、保持部材１２５は、反射部材も兼ねている。
【００３２】
また、保持部材１２５には、モータ１４５が設けられており、モータ１４５の回転軸１４１には、アーム１６１ｂ、可動保持部材１６１ａ、透明部材１５１、及び蛍光体１３１を備えた可動部１６１が取り付けられている。
【００３３】
テーパーミラー１２６は、励起光源１１０から射出された励起光Ｌ１が入射する入射側開口（第１開口１２６ａ）と、励起光Ｌ１が蛍光体１３１に向けて射出する射出側開口（第２開口１２６ｂ）と、を有している。１２６ｂは、蛍光体１３１の励起光照射面側から射出した蛍光がテーパーミラー１２６に向けて入射し、このテーパーミラー１２６で反射された蛍光も射出する。
【００３４】
テーパーミラー１２６の蛍光体１３１と対向する射出側開口（第２開口１２６ｂ）は、蛍光体１３１より直径が大きく構成されている。したがって、テーパーミラー１２６の射出側開口（第２開口１２６ｂ）上には、蛍光体１３１との重なりがなく、かつ、透明部材１５１のみが配置されている領域が存在する。この領域を反射部材上開口領域１７２と呼ぶこととする。テーパーミラー１２６の入射側開口（第１開口１２６ａ）から反射部材上開口領域１７２まで、波長変換光の伝播経路上に、吸収、散乱、反射等の波長変換光の強度を減少させたり、変換光の波面を乱す作用を生じる領域の無い、連続した波長変換光伝播領域１７０が設けられている。
【００３５】
［動作］
次に、第１実施形態の光源装置の動作について説明する。
光ファイバ１２０の射出端から射出した励起光Ｌ１は、蛍光体１３１に照射される。蛍光体１３１は励起光Ｌ１を吸収し、波長変換光Ｌ２である蛍光を射出する。このとき、蛍光（波長変換光Ｌ２）は励起光Ｌ１の入射方向に依らず様々な方向に射出される。このうち、蛍光体１３１の励起光照射面（第１面１３１ａ）側に射出した蛍光は、テーパーミラー１２６で反射されてその進行方向を変え、一部の蛍光はテーパーミラー１２６の射出側開口（第２開口１２６ｂ）から蛍光体１３１側に向かって進行する。さらにこの蛍光の一部は、蛍光体１３１の励起光照射面（第１面１３１ａ）から再び蛍光体１３１内に入射し、蛍光体１３１の自己吸収によりその光量を減少させながら、蛍光体１３１の照明対象物Ｓと対向する面（第２面１３１ｂ）（図６）から照明対象物Ｓに向かって照射される。また、蛍光体の別の一部は、波長変換光伝播領域１７０を経由して、蛍光体１３１が配置されていない反射部材上開口領域１７２から、照明対象物Ｓに向けて射出される。この蛍光は、蛍光体１３１を経由せずに射出されるため、蛍光体１３１の自己吸収による光量ロスがない。
【００３６】
次に、第１実施形態の光源装置による、照明対象物Ｓへの照明光の色切替の動作について説明する。
初めに、蛍光による照明前の状態（光源装置の停止状態）は、図２に示すように、蛍光体１３１、１３２、１３３の全てが、励起光の光路と交わらない待機位置に配置されている。
【００３７】
次に、可動部１６１が接続されたモータ１４５を駆動し、可動部１６１に配置された蛍光体１３１を移動させて、図３に示す様に、蛍光体１３１を波長変換位置に配置し、他の蛍光体１３２、１３３が待機位置に配置されている状態とする。この状態で、励起光源１１０を発光させると、光ファイバ１２０の射出端からは励起光Ｌ１が蛍光体１３１に向かって射出する。蛍光体１３１は、励起光Ｌ１を吸収して波長変換し、波長変換された蛍光Ｌ２を照明対象物Ｓに向けて射出する。このとき、前述の通り、蛍光体１３１の励起光照射面（第１面１３１ａ）から射出した蛍光の一部は、再び蛍光体１３１に入射することなく反射部材上開口領域１７２から照明対象物Ｓに向けて射出される。
【００３８】
照明光を別の色に切り替える場合は、まず、蛍光体１３１が配置された可動部１６１をモータ１４５を駆動することで、蛍光体１３１を待機位置に移動させる。次に、別の蛍光体、たとえば蛍光体１３２が配置された可動部１６１をモータ１４５を駆動させて移動させ、蛍光体１３２を波長変換位置に移動させる。この状態で、励起光源１１０を発光させることで、蛍光体１３１の場合と同様に、蛍光体１３２からの発光色を照明対象物Ｓに向けて照射できる。
【００３９】
これらの動作を繰り返すことで、照明対象物Ｓに向けて射出する照明光の色を切り替えることができる。なお、この色切替は、蛍光体１３１、１３２、１３３、１３１、１３２、・・・のように、順次繰り返し行っても良いし、ランダムに切り替えることも可能である。切替の順序、時間などは目的に応じて適宜設定できる。
【００４０】
［作用・効果］
上述の通り、第１実施形態の光源装置の構成によると、波長変換部材である蛍光体１３１の、励起光照射面（第１面１３１ａ）から射出した蛍光の一部を、再び蛍光体１３１に入射させることなく照明対象物Ｓに照射することが可能となるため、蛍光体１３１の自己吸収による光量ロスを軽減できる。これは、蛍光体１３２、１３３についても同様である。したがって、より明るい光源を実現することが可能と成る。また、蛍光体１３１、１３２、１３３を可動としているため、異なる波長の照明光で、照明対象物を照射することが可能となる。
【００４１】
さらに、第１実施形態の光源装置では、一本の光ファイバから射出された励起光を用いているため、照明光の色を切り換えた場合でも、照明光の、照明対象物Ｓに対する射出位置は変わらない。この結果、照明対象物Ｓが、照明光射出端に極めて近接した場合でも、色による影の出来方の違い等、色ムラが無い光源を実現出来る。
以上より、第１実施形態の光源装置の構成によると、より明るく、色切替可能な光源装置を実現することが可能となる。
【００４２】
別言すると、波長変換部材から射出した波長変換光のうち、励起光照射側に射出した波長変換光である後方射出光が、再び波長変換部材に入射することなく外部に射出させる領域である、波長変換光伝播領域を設けている。これにより、波長変換部材から射出した後方射出光の一部は、波長変換部材を経由せず、この波長変換光伝播領域を通って外部に射出するため、自己吸収による光量損失を低減できる。また、波長変換部材を励起光に対して移動可能に構成することで、異なる色の波長変換光を射出可能としている。これらにより、より明るく、色切替可能な光源装置を実現することが可能となる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の光源装置について、図７から図９を参照しながら説明する。図７は、第２実施形態の波長変換ユニット２３０の構成を示す正面図であって、全ての蛍光体２３１、２３２、２３３が待機位置にある状態を示す図である。図８は、波長変換ユニット２３０の構成を示す正面図であって、蛍光体２３３が波長変換位置にあり、蛍光体２３１、２３２が待機位置にある状態を示している。図９は、全ての蛍光体２３１、２３２、２３３が波長変換位置にあるときの光ファイバ１２０と波長変換ユニット２３０の配置を示す断面図である。
なお、以下の説明において、第１実施形態の光源装置と共通の構成については共通の番号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４４】
［構成］
第２実施形態の光源装置においては、複数の波長変換部材である蛍光体２３１、２３２、２３３の待機位置が、光ファイバ１２０の中心軸１００と交わらない位置において、互いに重なっている点が第１実施形態の光源装置とは異なっている。蛍光体２３１、２３２、２３３の待機位置は、図７に示す様に、モータ２４５の回転軸２４１方向に沿って互いに重なって配置されている。図７では、同一形状の蛍光体２３１、２３２、２３３が互いに重なって配置されているため、一番上側（照明対象物Ｓ側）に配置された蛍光体２３３のみが見えているが、その下側に、蛍光体２３２、２３１が順に配置されている。
【００４５】
透明部材２５１、２５２、２５３の表面上にそれぞれ配置された蛍光体２３１、２３２、２３３は共通のモータ２４５によって駆動され、モータ２４５は、その回転軸２４１が、光ファイバ１２０の中心軸１００と略平行になるように保持部材１２５に取り付けられている。さらに、各蛍光体２３１、２３２、２３３の待機位置は、光ファイバ１２０の中心軸１００の方向に、互いに重なっている。モータ２４５は、同軸上に取り付けられた蛍光体２３１、２３２、２３３を、独立に移動可能である。つまり、図８に示すように、ひとつの蛍光体２３３が波長変換位置にあるとき、他の蛍光体２３１、２３２には励起光が照射されない待機位置に位置するようにすることが可能である。
なお、第２実施形態の波長変換ユニット２３０の可動部は、第１実施形態の可動部１６１と同様に構成されている。
【００４６】
［動作］
次に第２実施形態の光源装置の動作について説明する。
基本的な動作については、第１実施形態の光源装置と同様に動作する。
第１実施形態の光源装置では、蛍光体２３１、２３２、２３３は同一平面内に配置されていたが、第２実施形態の光源装置では、蛍光体２３１、２３２、２３３は、互いに平行で、異なる平面内を可動するように構成されている点が第１実施形態の光源装置とは異なっている。これらの平面は、モータ２４５の回転軸２４１にそれぞれ略直交する面である。この構成により、図９に示す様に、全ての蛍光体２３１、２３２、２３３を同時に、波長変換位置に配置させることも可能である。すなわち、全ての蛍光の混合色を照明対象物Ｓに向けて照射することも可能となる。
なお、蛍光体２３１、２３２、２３３をひとつずつ波長変換位置に配置することももちろん可能であり、また、任意の２つの蛍光体を波長変換位置に配置し、これらの混合色を照明対象物Ｓに向けて照射することも可能である。
【００４７】
［作用、効果］
第２実施形態の光源装置の構成によると、第１実施形態の光源装置の効果に加え、波長変換ユニット２３０の、光ファイバ１２０の中心軸１００と直交する方向の断面の面積を小さくすることが可能となり、例えば、細い管腔内等を照明したい場合の管腔内への挿入性が向上する。また、複数の蛍光体を同時に波長変換位置に配置することが可能と成るため、複数の蛍光体から射出される蛍光の、混合色を照明対象物に照射することができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の光源装置について、図１０、図１１を参照しながら説明する。図１０は、第３実施形態の波長変換ユニット３３０の構成を示す正面図であって、全ての蛍光体２３１、２３２、２３３が待機位置にある状態を示す図である。図１１は、蛍光体３３１が搭載された可動部１６１の構成を示す平面図である。
なお、第３実施形態の光源装置において、第１実施形態の光源装置と共通の構成については共通の番号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４９】
［構成］
第３実施形態の光源装置においては、蛍光体３３１、３３２、３３３の形状と、これに伴う、透明部材３５１、３５２、３５３の露出している領域（蛍光体が配置されていない領域）が第１実施形態の光源装置とは異なっている。具体的には、可動部１６１が待機位置から波長変換位置まで移動する際に、蛍光体３３１、３３２、３３３の中心が、光ファイバ１２０の中心軸１００と重なるまで描く曲線３８１（図１０）上の、光ファイバの中心軸１００と重なる部分をトレース３８０（図１１）とするとき、移動過程も含めて、このトレースの全域に渡って、透明部材３５１、３５２、３５３が露出せず、蛍光体３３１が配置されている。
【００５０】
蛍光体３３１、３３２、３３３は、可動保持部材１６１ａと、それに搭載された透明部材３５１、３５２、３５３とにより、可動部１６１をそれぞれ構成している。可動部１６１は、回転軸１４１、１４２、１４３の回転に伴い、波長変換位置と待機位置との間を移動可能に構成されている。波長変換位置は、蛍光体３３１、３３２、３３３の中心が、光ファイバ１２０の中心軸１００と重なる位置であり、光ファイバ１２０から射出される励起光の光路の中心と蛍光体の中心とが交わる位置であり、待機位置は、図１０に示されている位置であって、光ファイバ１２０から射出される励起光の光路と交わらない位置である。
【００５１】
図１０に示すように、可動保持部材１６１ａ（蛍光体３３１、３３２、３３３）の中心位置は、その移動過程において曲線３８１上を移動し、波長変換位置では、光ファイバ１２０の中心軸１００と重なる位置まで移動するように構成されている。このとき、曲線３８１上で、可動部１６１の移動過程において、光ファイバ１２０の中心軸１００が重なる部分は曲線状のトレース３８０を描く（図１１）。
【００５２】
第３実施形態の光源装置では、蛍光体３３１、３３２、３３３は、円板形状ではなく、このトレース３８０を中心とした所定の幅を有した異形の形状であって、透明部材３５１、３５２、３５３にそれぞれ搭載されており、その周辺には透明部材３５１、３５２、３５３がそれぞれ露出している。
【００５３】
蛍光体３３１の、トレース３８０と直交する方向の幅Ｒｗ（図１１）は、光ファイバ１２０から射出される励起光の拡がり角に応じて決められている。すなわち、蛍光体３３１のトレース３８０と直交する方向の幅Ｒｗは、光ファイバ１２０から射出される励起光の照射領域の半径Ｒｅｘと略等しい幅か、それより大きい幅に設定することで、励起光を効率的に蛍光体３３１に照射することができる。これは、蛍光体３３２、３３３についても同様である。
【００５４】
幅Ｒｗは励起光の照射領域の半径Ｒｅｘと略等しく設定することが好ましい。この場合、第１実施形態の説明で用いた式（１）を用いると、光ファイバ１２０の開口数ＮＡをＦｎａ、光ファイバ１２０のコア１２１の径をｄとし、光ファイバの射出端と蛍光体３３１との間隔をＬ、その領域の屈折率をｎとしたときに、トレース３８０と直交する方向における蛍光体３３１の望ましい幅Ｒｗは次のように求められる。
Ｒｗ≒Ｒｅｘ＝ｄ／２＋Ｌ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（Ｆｎａ／ｎ））
【００５５】
ここで、光ファイバ１２０の射出端と蛍光体３３１との間の領域全域を空気とした場合、ｎ＝１であり、間に透明部材等が挟みこまれた場合はその都度その厚さと屈折率を考慮して式（１）を元に、蛍光体３３１の望ましい幅Ｒｗを求めることができる。第３実施形態の光源装置では、蛍光体３３１、３３２、３３３は、透明部材３５１、３５２、３５３上に取り付けられており、励起光の光路上には、透明部材３５１、３５２、３５３が存在する。したがって、透明部材３５１、３５２、３５３の屈折率をｎｔ、厚さをＬｔとし、光ファイバ射出端と透明部材３５１、３５２、３５３との間の空間を空気とすると、求める蛍光体３３１の、トレース３８０と直交する方向の望ましい幅Ｒｗは、以下の式（２）のようになる。
Ｒｗ≒ｄ／２＋（Ｌ−Ｌｔ）×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（Ｆｎａ））＋Ｌｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ−１（Ｆｎａ／ｎｔ））  ・・・（２）
従って、蛍光体上の励起光照射領域の直径が、波長変換位置での蛍光体の直径とほぼ等しいか、少し小さい場合には、可動部１６１の移動中であっても、励起光ビームの全体と交差するようになった時点で、波長変換位置にある場合と同等な波長変換光を得ることができる。
【００５６】
［動作］
次に第３実施形態の光源装置の動作について説明する。
第１実施形態の光源装置では蛍光体の直径と励起光の照射領域の直径が同じ場合には、蛍光体３３１、３３２、３３３の中心が、光ファイバ１２０の中心軸１００と重なったときのみが波長変換位置であり、それ以外の領域では、励起光の照射領域と、蛍光体３３１、３３２、３３３が配置された領域とがずれている。このため、アーム１６１ｂが移動している期間には、励起光を照射しても十分に励起光を利用することが出来ず、効率的に励起光を利用できなかった。つまり、移動している期間は、蛍光体上の励起光の照射領域の大きさが変化していくため、波長変換光の光量が変化する。このため、移動期間を利用することができず、利用できる時間が限られていた。これに対して、第３実施形態の光源装置では、蛍光体３３１、３３２、３３３の移動経路方向であってトレース３８０上の全域にわたり、蛍光体３３１、３３２、３３３が配置されている。したがって、第１実施形態の光源装置と比較して、移動期間中であっても、蛍光体上の励起光の照射領域の大きさが変化しない期間が増加する。つまり、蛍光体３３１、３３２、３３３から出射する蛍光の光量が変動しない期間が増加する。この結果、蛍光体の移動時間中も第１実施形態に比して励起光を十分に利用することが可能と成っている。
【００５７】
［作用・効果］
以上のように構成することで、可動部１６１が移動している期間にも励起光を蛍光体３３１、３３２、３３３に十分照射することができるため、より長時間蛍光体３３１、３３２、３３３を発光させることが可能となる。つまり、第１実施形態の光源装置の作用・効果に加え、色切替のタイミングにおいて、切り替え時間がより短い光源装置を実現することが可能となる。従って、本実施形態の構成は、高速に色切替が必要な用途に、特に適している。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の光源装置について、図１２、図１３を参照しながら説明する。図１２は、蛍光体４３１、４３２、４３３のうちの蛍光体４３１が波長変換位置にあるときの光ファイバ１２０と波長変換ユニット４３０の配置を示す断面図である。図１２は、回転モータ４４５の回転軸４４１と、光ファイバ１２０の中心軸１００と、を通る平面における断面図である。図１３は、波長変換ユニット４３０に搭載される蛍光体円板４６１の構成を示す正面図であり、照明対象物Ｓ側から見た図である。
なお、第４実施形態の光源装置において、第１実施形態の光源装置と共通の構成については共通の番号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５９】
［構成］
第４実施形態の光源装置においては、第１実施形態における可動部１６１に代えて、円板形状の蛍光体円板４６１を用いており、この蛍光体円板４６１が回転軸４４１を中心にして連続回転可能に構成されている点が第１実施形態から第３実施形態の光源装置とは異なっている。
【００６０】
図１２に示す様に、光ファイバ１２０の射出端近傍において、連続回転可能な回転モータ４４５が保持部材１２５に固定されている。回転モータ４４５の回転軸４４１には、蛍光体円板４６１が固定されている。蛍光体円板４６１は、図１３に示すように、蛍光に対して透明な透明部材４５１で形成された透明な円板上に、蛍光体４３１、４３２、４３３を搭載した構成である。蛍光体４３１、４３２、４３３は、それぞれ中心角が１２０度の扇型状の平面形状を備え、それらを組み合わせて、全体として輪帯形状を形成している。
なお、第４実施形態の光源装置では、一つ一つの蛍光体はそれぞれ１２０度の中心角を有する扇形状であるため、輪帯形状を３等分した形状を有しているが、用途に応じてこの比率は任意に調整することが可能である。すなわち、蛍光体４３１、４３２、４３３の中心角の合計が３６０度となるように、異なる中心角の扇形を組み合わせて輪帯形状を構成することが可能である。
【００６１】
光ファイバ１２０の中心軸１００と蛍光体円板４６１の交点が、蛍光体円板４６１上に描く曲線であるトレース４８０は、図１３に示す様に、回転モータ４４５の回転軸４４１を中心とした円形となる。第４実施形態の蛍光体円板４６１、及び、蛍光体４３１、４３２、４３３は、このトレース４８０を中心とし、トレース４８０と直交する方向、すなわちトレース４８０の半径方向に、この方向の励起光の照射領域の幅と略等しい幅を有するように構成されている。この、トレース４８０と直交する方向の幅は、前述した式（１）を用いて求めることができる。
【００６２】
［動作］
次に、第４実施形態の光源装置の動作について説明する。
回転モータ４４５が回転軸４４１を回転させると、蛍光体円板４６１は回転する。回転モータ４４５の回転軸４４１は光ファイバ１２０の中心軸１００と略平行となるように保持部材１２５に取り付けられているため、蛍光体円板４６１は、光ファイバ１２０の中心軸１００と略垂直な平面内で回転する。光ファイバ１２０から射出された励起光は、蛍光体円板４６１上に形成された蛍光体４３１、４３２、４３３の組み合わせによる輪帯形状の領域に向けて照射される。このとき本実施形態では、該輪帯形状の領域の、その半径方向の幅は、励起光の照射領域と略等しい幅に設定されているため、励起光は効率的に蛍光体４３１、４３２、４３３の組み合わせによる輪帯形状の領域に向けて照射される。蛍光体４３１、４３２、４３３のうち、励起光が照射された蛍光体は蛍光を射出する。蛍光の一部は直接照明対象物Ｓに向けて照射され、別の一部は波長変換光伝播領域１７０に射出し、テーパーミラー１２６で反射され、蛍光体４３１、４３２、４３３または透明部材４５１を経由して照明対象物Ｓに向けて射出される。
【００６３】
蛍光体円板４６１の回転に伴い、励起光の光路を蛍光体４３１、４３２、４３３が順次連続的に横切るため、射出される照明光は連続的に色切替される。蛍光体４３１、４３２、４３３から射出し、波長変換光伝播領域１７０、テーパーミラー１２６を経由した蛍光の一部は、反射部材上開口領域１７２を経由して照明対象物Ｓに向けて照射される。ここで、反射部材上開口領域１７２は、テーパーミラー１２６の出射側開口（第２開口）上で、蛍光体４３１、４３２、４３３の組み合わせによる輪帯形状の領域との重なりがない領域を言う。波長変換光伝播領域１７０は、テーパーミラー１２６の入射側開口（第１開口）から反射部材上開口領域１７２まで、途中に吸収、散乱、反射等の波長変換光の強度を減少させたり、波長変換光の波面を乱す作用を生じる領域の無いのない連続した領域を言う。反射部材上開口領域１７２は、蛍光体円板４６１が回転しても変化しないため、ここを透過して前方に射出される蛍光量も一定となり、光源装置から射出される照明光としての蛍光量は安定となる。
【００６４】
［作用・効果］
以上のように構成することで、第１実施形態の光源装置の効果に加え、ひとつの回転モータ４４５のみで、３色を色切替できる光源装置を実現することが可能となる。また、光を途切れることなく連続に照射することが可能となり、総光量として、明るい光源装置を実現することが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第４実施形態の変形例）
次に第４実施形態の変形例について、図１４を参照しながら以下に述べる。図１４は、蛍光体ユニットに搭載される蛍光体円板５６１の構成を示す平面図であり、光ファイバ１２０と対向する面側から見た図である。
【００６６】
［構成］
本変形例の蛍光体円板５６１に於いては、図１３に示す第４実施形態の蛍光体円板４６１と比較して、３つの蛍光体５３１、５３２、５３３の間の領域であって、光ファイバ１２０と対向する面に、励起光を遮光する遮光部５９１、５９２、５９３がそれぞれ設けられている点が異なっている。
【００６７】
遮光部５９１、５９２、５９３は、励起光を遮光する特性を有しており、トレース５８０と直交する方向の幅、すなわち蛍光体円板５６１の半径方向の幅は、第４実施形態における蛍光体４３１と同じ幅に設定されている。また、トレース５８０と平行な方向の長さはトレース５８０上において、蛍光体円版の半径方向の幅と略等しいか、それより大きく設定されている。このように設定することで、励起光源からの励起光が二つの蛍光体に同時に照射されることがなくなる。
【００６８】
［動作］
励起光源１１０を点灯させて、回転モータ４４５により蛍光体円板５６１を回転させると、蛍光体円板５６１の回転に伴い、射出される照明光の色は連続的に切り替わる。本変形例では、蛍光体５３１、５３２、５３３の間に励起光照射領域と同じ幅の遮光領域（遮光部５９１、５９２、５９３）が設けられているため、励起光が隣り合う二つの蛍光体に同時に照射される領域がない。このため、励起光源を点灯させたまま、回転モータ４４５を連続的に回転させても、隣り合う蛍光体からの発光が混ざり合うことなく、各蛍光体からの蛍光を、照明対象物Ｓに向けて独立に射出することが可能と成る。
【００６９】
［作用・効果］
以上のように構成することで、第４実施形態の光源装置の効果に加え、各蛍光体から射出される蛍光を混ざることなく独立に射出することが可能となり、色分離性の高い色切替を実現することが可能となる。
【００７０】
以下、さらなる変形例について説明する。
例えば、全ての実施形態の光源装置において、蛍光体は３種類を切り替える例を示したがこれにとらわれるものではなく、２種類を切り替えるものでも良く、また４種類以上を切り替えるものも可能である。
【００７１】
反射部材も、励起光の入射側開口である第１開口が細く、蛍光体と対向する開口である第２開口が広いテーパーミラーの例を示したが、これにとらわれるものではなく、蛍光体から反射部材方向に射出した蛍光を照明対象物側に反射可能な形状であれば、どのようなものでも良く、凹面鏡や楕円鏡、円柱内面を反射面とした形状など、様々な形状の反射部材を用いることが可能である。
【００７２】
また、蛍光体の取り付けは、透明部材の表面に板状の蛍光体を載せる例を示したが、これにとらわれるものではなく、図１５に示す様に、透明部材６５１の中に蛍光体６３１、６３２が埋め込まれた構成も可能であり、また、透明部材の一部に蛍光体を添加することも可能である。ここで、図１５は、変形例に係る波長変換ユニットの構成を示す断面図である。図１５では、第４実施形態に示した、回転モータ４４５の回転軸４４１に接続された蛍光体円板の例を示している。
【００７３】
さらにまた、励起光源も、蛍光体（波長変換部材）により、波長変換可能なものであればどのようなものでも良い。光ファイバを経由して励起光を蛍光体に照射する構成の場合、半導体レーザ、ＬＥＤ等、光ファイバに励起光を入射、導光し易い励起光源であれば、より望ましい。
【００７４】
さらに、全ての実施形態の光源装置において、励起光源から射出される励起光を光ファイバにより波長変換ユニットまで導光する例を示したが、これにとらわれるものではなく、励起光源からの励起光を直接蛍光体に照射することも可能であるし、また、レンズ等の光学系を用いて導光することも可能である。
【００７５】
なお、以上に述べてきた実施形態及び変形例は全て、一例に過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る光源装置は、小型固体光源と光ファイバを組み合わせた光源装置に有用であり、特に、波長変換光の利用効率が高く、波長変換光の色の切り替えが求められる光源装置に適している。
【符号の説明】
【００７７】
１００    中心軸
１１０    励起光源
１２０    光ファイバ
１２１    コア
１２２    クラッド
１２５    保持部材
１２５ａ  貫通孔部
１２６    テーパーミラー
１２６ａ  第１開口
１２６ｂ  第２開口
１３０    波長変換ユニット
１３１、１３２、１３３  蛍光体
１３１ａ  第１面
１４１、１４２、１４３  回転軸
１４５    回転モータ
１５１    透明部材
１６１    可動部
１６１ａ  可動保持部材
１６１ｂ  アーム
１７０    波長変換光伝搬領域
１７２    反射部材上開口領域
２３０    波長変換ユニット
２３１、２３２、２３３  蛍光体
２４１    回転軸
２４５    回転モータ
３３０    波長変換ユニット
３３１、３３２、３３３  蛍光体
３５１、３５２、３５３  透明部材
３８０    トレース
４３０    波長変換ユニット
４３１、４３２、４３３  蛍光体
４４１    回転軸
４４５    回転モータ
４５１    透明部材
４６１    蛍光体円板
４８０    トレース
５３１、５３２、５３３  蛍光体
５６１    蛍光体円板
５８０    トレース
５９１、５９２、５９３  遮光部
６３１、６３２  蛍光体
６５１    透明部材
Ｌ１  励起光
Ｌ２  波長変換光
Ｓ    照明対象物
【図１】
2011142031.tif 000003
【図２】
2011142031.tif 000004
【図３】
2011142031.tif 000005
【図４】
2011142031.tif 000006
【図５】
2011142031.tif 000007
【図６】
2011142031.tif 000008
【図７】
2011142031.tif 000009
【図８】
2011142031.tif 000010
【図９】
2011142031.tif 000011
【図１０】
2011142031.tif 000012
【図１１】
2011142031.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011142031.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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