(57)【要約】【課題】励起光の利用効率の高い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、光源と光学的に接続され、励起光を導光する光ファイバー２と、光ファイバー２射出端部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４と、光ファイバー２射出端部と波長変換部材４との間に配置されたキャビティ８とを有する光源装置において、キャビティ８の入射端には、光ファイバー２射出端部が配置され、キャビティ８の射出端には波長変換部材４の励起光が照射される照射面が配置されており、キャビティ８内では、光ファイバー２射出端部から射出された励起光が、波長変換部材４の励起光が照射される照射面に向かって広がって進行し、キャビティ８の射出端の内径は、波長変換部材４上の有効領域１０に形成する励起光のビームスポットの外径と略等しいことを特徴とする。【選択図】図２
2011076763.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、
光ファイバー射出端部から射出された前記励起光を受光し、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、
前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材との間に配置されたキャビティとを有する光源装置であって、
前記キャビティの入射端には、前記光ファイバー射出端部が配置され、前記キャビティの射出端には前記波長変換部材の前記励起光が照射される照射面が配置されており、
前記キャビティ内では、前記光ファイバー射出端部から射出された前記励起光が、前記波長変換部材の前記励起光が照射される照射面に向かって広がって進行し、
前記キャビティの射出端の内径は、前記波長変換部材上の有効領域に形成する前記励起光のビームスポットの外径と略等しいことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材の前記励起光が照射される照射面の間の距離、すなわち前記キャビティの長さＤは、前記光ファイバー射出端部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の外径が、前記波長変換部材上の有効領域と略等しいか、または小さくなるように調整され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３】
前記光ファイバーの開口数をＮＡF、前記光ファイバーからの励起光の射出角をφ、前記波長変換部材上の有効領域の半径をＲとしたときに、前記キャビティの長さＤは、条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
Ｄ≦Ｒ／ｔａｎφ        ・・・（１）
ここで、  φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）である。
【請求項４】
前記キャビティの長さＤは、前記光ファイバー射出端部から射出された前記励起光が前記波長変換部材上の有効領域に形成するビームスポットの面積が、前記波長変換部材の有効領域の面積の０．２５倍から１倍であるような距離に調整されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光ファイバー射出端部から射出される前記励起光の強度をＰin、
前記波長変換部材の有効領域における前記励起光のパワー密度をＰph、
前記波長変換部材が劣化しないパワー密度限界をＰとしたとき、条件式（２）を満足するように調整されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
ここで、  
前記光ファイバーの開口数をＮＡF、
前記光ファイバーからの励起光の射出角をφとし、
Ｐph≦Ｐ  ・・・（２）
ここで、Ｐph＝Ｐin／（π・Ｄ2ｔａｎ2φ)
φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）である。
【請求項６】
前記光源装置は、前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材とを保持するための保持部材を有し、
前記保持部材は、前記波長変換部材を固定する波長変換部材固定部を備え、
前記波長変換部材固定部と波長変換部材の前記励起光の照射面との接点と、前記光ファイバー射出端部とを結んだ直線を前記励起光の主軸上へ投影した長さＬは、前記光ファイバー射出端部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の外径が、前記波長変換部材上の有効領域と略等しいか、または小さくなるように調整され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７】
前記光ファイバーの開口数をＮＡF、
前記光ファイバーからの励起光の射出角をφ、
前記波長変換部材上の有効領域の半径をＲ、としたときに、
前記波長変換部材固定部と波長変換部材の前記励起光の照射面との接点と、前記光ファイバー射出端部とを結んだ線を前記励起光の主軸上へ投影した長さＬは条件式（３）を満足することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
Ｌ≦Ｒ／ｔａｎφ        ・・・（３）
ここで、  φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）である。
【請求項８】
前記保持部材の、前記光ファイバー射出端部と前記波長変換部材固定部との間の保持部材内面は、反射面であることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記保持部材は円柱構造の凹部を有しており、前記波長変換部材は前記円柱構造の射出端側に配置され、前記光ファイバー射出端部は前記円柱構造の底面側に配置されており、前記凹部は、前記波長変換部材から前記光ファイバー射出端部側へ射出した励起光を前記凹部の前記反射面で反射して、前記励起光を前記波長変換部材の射出端側へ射出する構造であ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】
前記保持部材の内部は、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主軸に対し、前記光ファイバー射出端部側より前記波長変換部材側に広がった、テーパー角を有する円錐構造を有しており、前記円錐構造内面に形成された反射面は、前記波長変換部材から前記光ファイバー射出端部側へ射出した励起光を反射して、前記励起光を前記波長変換部材の射出端側へ射出する構造であることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記保持部材内面と、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主軸とのなす角であるテーパー角θは、前記光ファイバーからの励起光の射出角φに対して、条件式（４）の関係を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
θ≧φ        ・・・（４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、特に固体発光素子、例えばＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ等を用いた内視鏡用の光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば内視鏡用の光源として、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ランプ等の光源装置が用いられている。このようなランプ光源装置は大型であり、かつ、消費電力が大きかった。
また、これらのランプ型の光源装置を内視鏡に使用する場合、バンドルファイバ等により光源本体から内視鏡先端まで導光する必要があるが、光源装置からバンドルファイバへの入射効率が十分で無いため、内視鏡先端での明るさを高めるのが困難であった。
【０００３】
このような状況に鑑みて、例えば図１０（ａ）、（ｂ）に示す光源装置が、特開２００７−２２０３２６に提案されている。この発光装置は、励起光を射出する励起光源１０００と、励起光を伝播するライトガイド２０と、ライトガイド２０で伝播された励起光を波長変換する波長変換ユニット４２により構成されている。図１０（ｂ）は、波長変換ユニット４２の部分拡大図である。波長変換ユニット４２は、ライトガイド２０により伝播された励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材４０を有し、波長変換部材４０から放出される波長変換光及び波長変換部材４０を透過した励起光を射出するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２０３２６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、この先行技術においては、図１０（ｂ）に示されるように、ライトガイド２０と波長変換部材４０とが接触して配置されるため、ライトガイド２０から出射される励起光が波長変換部材４０の、ライトガイド２０と接している一点に集中して照射されるため、波長変換部材４０のライトガイド２０と接している点以外の領域を利用できていない。この結果、波長変換部材４０の利用効率が高められていない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、保持部材内の構造が簡略化されており、励起光の利用効率が高い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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、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、光ファイバー射出端部と波長変換部材との間に配置されたキャビティとを有する光源装置であって、キャビティの入射端には光ファイバー射出端部が配置され、キャビティの射出端には波長変換部材の励起光が照射される照射面が配置されており、キャビティ内では、光ファイバー射出端部から射出された励起光が、波長変換部材の励起光が照射される照射面に向かって広がって進行し、キャビティの射出端の内径は、波長変換部材上の有効領域に形成する励起光のビームスポットの外径と略等しいことを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい態様にあっては、光ファイバー射出端部と波長変換部材の励起光が照射される照射面の間の距離、すなわちキャビティの長さＤは、光ファイバー射出端部から射出された励起光が波長変換部材に形成するビームスポットの外径が、波長変換部材の有効領域とが略等しいか、または小さくなるように構成されていることが望ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様にあっては、光ファイバーの開口数をＮＡF、光ファイバーからの励起光の射出角をφ、波長変換部材上の有効領域の半径をＲとしたときに、キャビティの長さＤは、条件式（１）で表されるように構成されていることが望ましい。
Ｄ≦Ｒ／ｔａｎφ        ・・・（１）
ここで、  φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）である。
【００１０】
本発明の好ましい態様にあっては、キャビティの長さＤは、光ファイバー射出端部から射出された励起光が波長変換部材上の有効領域に形成するビームスポットの面積が、波長変換部材上の有効領域の面積の０．２５倍から１倍であるような距離であることが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様にあっては、
キャビティの長さをＤ、
光ファイバー射出端部から射出される励起光の強度をＰin、
波長変換部材の有効領域における励起光のパワー密度をＰph、
光ファイバーからの励起光の射出角をφとしたとき、
光ファイバー射出端部から光ファイバーの開口数ＮＡFに従った角度の範囲で励起光が波長変換部材の有効領域に射出され、そのときの励起光の円形の照射面積あたりのパワー密度Ｐが、波長変換部材が蛍光体を樹脂中に分散させて固めて構成されている場合には、波長変換部材が劣化しない範囲の強度限界Ｐに略等しいか、それ以下の強度で照射されるように、光ファイバー射出端部と波長変換部材の中心との距離が、条件式（２）を満足するように調整されていることが望ましい。
Ｐph≦Ｐ  ・・・（２）
ここで、Ｐph＝Ｐin／（π・Ｄ2ｔａｎ2φ)である。
【００１２】
本発明の好ましい態様にあっては、光ファイバー射出端部と波長変換部材とを保持するための保持部材を有し、保持部材は、波長変換部材を固定する波長変換部材固定部を備え、波長変換部材固定部と波長変換部材の励起光の照射面との接点と、光ファイバー射出端部とを結んだ線を励起光の主軸上へ投影した長さＬは、光ファイバー射出端部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の外径が、波長変換部材上の有効領域と略等しいか小さくなるように構成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明の好ましい態様にあっては、
光ファイバーの開口数をＮＡF、
光ファイバーからの励起光の射出角をφ、
波長変換部材上の有効領域の半径をＲ、としたときに、
波長変換部材固定部と、光ファイバー射出端部とを結んだ線を励起光の主軸上へ投影した長さＬは条件式（３）を満足することが望ましい。
Ｌ≦Ｒ／ｔａｎφ        ・・・（３）
ここで、  φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）である。
【００１４】
本発明の好ましい態様にあっては、保持部材の、光ファイバー射出端部と波長変換部材固定部との間の保持部材内面は、反射面であることが望ましい。
【００１５】
本発明の好ましい態様にあっては、保持部材は円柱構造の凹部を有しており、波長変換部材は円柱構造の射出端側に配置され、光ファイバー射出端部は円柱構造の底面側に配置されており、凹部は、波長変換部材から光ファイバー射出端部側へ射出した励起光を凹部の反射面で反射して、反射された励起光を波長変換部材の射出端側へ射出する構造であることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様にあっては、保持部材の内部は、光ファイバー射出端部から射出される励起光の主軸に対し、光ファイバー射出端部側より波長変換部材側に広がった、テーパー角θを有する円錐構造を有していることが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様にあっては、保持部材内面と、光ファイバー射出端部から射出される励起光とのなす角であるテーパー角θは、光ファイバーからの励起光の射出角φに対して、条件式（４）の関係を満足するように構成されていることが望ましい。
θ≧φ        ・・・（４）
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる光源装置は、励起光を導光する光ファイバーの射出端部と波長変換部材との位置関係や、波長変換部材の波長変換される有効領域の範囲が最適化され、励起光の利用効率が高いという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる光源装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明にかかる光源装置１００の本実施例の構成を示す図である。図１に示すように、本実施例の半導体の光源装置は、励起光を射出する光源１と、励起光を導く光ファイバー２と、光源１から射出された励起光を光ファイバー２に光学的に結合するレンズ３と、先端ユニット部６とにより構成されている。
【００２１】
先端ユニット部６は図２に示すように、波長変換部材４と、光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４との間に位置するキャビティ８とで構成される。キャビティ８の長さＤ、すなわち、光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４の励起光が照射される照射面の中心との間の距離は、光ファイバー２射出端部から射出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の外径が、波長変換部材４上の有効領域１０と略等しいか、または小さくなるように調整されている。また、キャビティ８の射出端の内径は、波長変換部材４上の有効領域１０に形成する励起光のビームスポットの外径と略等しくなるように構成されている。
ここでキャビティとは、光ファイバーの射出端から射出され、波長変換部材に向かって進行する励起光が通過する連続した空間であり、上面は、波長変換部材の底面であり、下面は光ファイバーの射出端部であり、側面は、側面を囲うようなしきりはない。なお、光ファイバーの射出端部から射出される励起光の広がり角φは、光ファイバーのＮＡによりφ＝ｓｉｎ-1ＮＡと計算される角度である。
また、波長変換部材上の有効領域とは、波長変換部材が所定の波長変換機能を有する領域であり、図２には図示されていないが、波長変換部材４を固定するための波長変換部材固定部等によって、励起光の照射が遮られる領域や、成形の都合等により、欠け等のある周辺領域を除いた領域を意味する。
【００２２】
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。本実施例では、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。
【００２３】
光ファイバー２は、レンズ３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、開口数ＮＡFが０．４、コア径が５０μｍ、クラッド径が１２５μｍのマルチモードファイバーを用いている。
【００２４】
本実施例では、波長変換部材４は、粉末蛍光体を樹脂に混合して固めた構成である。粉末蛍光体は一例として、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である。また、樹脂は、屈折率が１．４のジメチルタイプの短波長の光にも耐えうる耐光性シリコーン樹脂を用いている。
【００２５】
図２は、光ファイバー２の射出端部から波長変換部材４の間の断面構成を示す。図３は、光ファイバー２の射出端部から波長変換部材４の間の斜視構成を示す。図４は、先端部ユニット部６の射出端側から見た構成を示す。
【００２６】
図３に示すように、波長変換部材４は、その外径が略円形に形成されている。このため、波長変換部材４の有効領域１０は、その外形よりやや小さな半径Ｒphの円形となる。
【００２７】
ここで、波長変換部材４上の有効領域１０の半径をＲph、波長変換部材４の励起光のビームスポット１１の半径をＲph-Bとする。本実施例では、図３に示すように、Ｒph≧Ｒph-Bの関係、すなわち、波長変換部材４の有効領域１０の半径Ｒphは、波長変換部材４の励起光のビームスポット１１の半径Ｒph-Bと略等しいか、大きくなるように構成されている。
【００２８】
また、本実施例では、光ファイバー２の射出端と波長変換部材４の間の、光ファイバー２から射出される励起光の主軸３０上の距離、すなわち光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４の励起光が照射される照射面との間のキャビティ８の長さＤは、波長変換部材４上の有効領域１０の励起光のビームスポット１１の外径が波長変換部材４上の有効領域１０の外径と略等しくなるような長さに調整されている。つまり、励起光は、光ファイバー２の射出端部から射出されて、広がりながら波長変換部材４上の有効領域１０までの距離を進行するが、このとき、有効領域１０に形成する励起光のビームスポット１１の外径とキャビティ８の射出端の内径が略等しくなるように、キャビティ８の長さＤが構成されている。
つまり、光ファイバー２の開口数をＮＡFとしたとき、光ファイバー２からの励起光の射出角φは、φ＝ｓｉｎ-1ＮＡFで計算され、このとき波長変換部材４の有効領域１０の半径をＲphとすると、キャビティ８の長さＤは、条件式（１）を満足するように構成される。
Ｄ≦Ｒph ／ｔａｎφ  ・・・（１）
例えば、光ファイバー２の開口数ＮＡFを０．４、波長変換部材４の有効領域１０の半径Ｒphを１ｍｍとした場合、キャビティ８の長さＤは、約２．３ｍｍと計算される。本実施の形態では、波長変換部材４上の有効領域１０の外径と、キャビティ８の射出端の内径とが略等しくなるように構成されているため、キャビティ８の射出端の内径と波長変換部材４上の有効領域１０の外径は、互いにほぼ等しく、２ｍｍとなる。
【００２９】
励起光を効率よく利用するためには、有効領域１０の半径Ｒphと、波長変換部材４上の有効領域１０の励起光のビームスポット１１の半径Ｒph-Bは、必ずしも略等しい必要は無い。波長変換部材４上の有効領域１０のビームスポット１１が有効領域１０と略等しいか、それより小さければ励起光を効率よく利用できる。一方、励起光のビームスポット１１が小さすぎる場合には、波長変換部材４上の有効領域１０の波長変換可能な領域を有効に使っていないため、ビームスポット１１が小さすぎることは避けたほうが良い。
【００３０】
図４に示すように、光ファイバー２の射出端部から射出された励起光が波長変換部材４上の有効領域１０に形成するビームスポット１１の面積をＳb１６、有効領域１０の面積をＳph１５とする。キャビティ８の長さＤは、上述した、励起光のビームスポット１１が、波長変換部材４上の有効領域１０と等しいか、それより小さくなることに加えて、励起光のビームスポット１１の面積Ｓb１６が、波長変換部材４上の有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍から１倍であるような距離に調整されることが望ましい。１倍になる時は、波長変換部材４上の有効領域１０の全面に励起光のビームスポット１１が照射された状態を意味する。また、励起光のビームスポット１１の面積Ｓb１６を波長変換部材４上の有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍以上とすることで、励起光のビームスポット１１の照射部が小さくなりすぎることを回避する。このように、波長変換部材４上の有効領域１０のビームスポット１１の面積Ｓb１５を有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍から１倍の範囲とすることで、小さすぎるビームスポット１１を回避し、励起光の利用効率を高め、局所的な熱の上昇を防ぐ構造となる。
【００３１】
つまり、波長変換部材４上の有効領域１０の励起光のビームスポット１１の面積Ｓb１６が有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２４倍以下であると、７５％以上も有効領域１０の面積に励起光が照射されていないため、その分励起光が波長変換されないことになり励起光を十分利用していないといえる。さらに、励起光の照射密度が狭くなることで熱の上昇が生じやすい。また、光ファイバー射出端部が実装時にずれた場合に、波長変換部材４上の有効領域１０の励起光のビームスポット１１が中心からずれてしまう。そのズレ量が波長変換部材４上の有効領域１０の範囲におさまることが望ましい。そこで波長変換部材４上の有効領域１０の励起光のビームスポット１１の面積Ｓb１６が有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍以上とすると励起光のビームスポット１１の半径分、波長変換部材４の有効領域１０の中心からずれても波長変換部材４上の有効領域１０におさまることになる。
【００３２】
本実施例の動作について図１、２及び図３を参照しながら説明する。図１に示すように光源１から射出された励起光は、レンズ３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のコア内を導光する。光ファイバー２の射出端部から射出された励起光は、その開口数ＮＡFに従い、条件式（１）に示される出射角度φ（＝ｓｉｎ-1（ＮＡF））の範囲内で射出され、波長変換部材４上の有効領域１０に向かって照射される。
【００３３】
その際、図３に示すように、励起光のビームスポット１１が波長変換部材４の有効領域１０に十分広がるように、キャビティ８の長さが所定の距離Ｄを有している。この波長変換部材４の有効領域１０に照射された、励起光のビームスポット１１の大きさは、キャビティ８の射出端の内径と略等しい。このため、波長変換部材４の有効領域１０の大きさに対して、波長変換部材４上の有効領域１０に形成される励起光のビームスポット１１の大きさが、略等しいか、それより小さい範囲に、光ファイバー２の射出端部から射出される。光ファイバー２から射出された励起光が、光ファイバー２のＮＡに応じた射出角度φでキャビティ８内に広がって進行し、波長変換部材４上の有効領域１０に照射される。そして波長変換部材４で波長変換され、効率的に先端ユニット部６の射出端側の面から波長変換光が取り出される。
【００３４】
本実施例のように構成することで部品点数が少なく、簡便な構造で、光ファイバー２射出端から射出した励起光を波長変換部材４上の有効領域１０内に照射することが可能となる。すなわち、波長変換部材４を効率的に利用することが可能となるため、小型で明るい光源を実現することが可能となる。
【００３５】
また、あらかじめ波長変換部材４の励起光のビームスポット１１の大きさに影響するキャビティ８の長さＤか、波長変換部材４上の有効領域１０のどちらかの長さを定めると、もう一方の長さも設定可能である。よって波長変換部材４の大きさは、有効領域１０の大きさを考慮して、波長変換部固定部７の大きさが加わる分、大きくなるように設定している。このことで、励起光が波長変換されずに、有効に利用できない領域を省くことで、励起光の利用効率が高い光源装置を実現することが可能となる。
【００３６】
波長変換部材４の有効領域１０のビームスポット１１に比べ波長変換部材４上の有効領域１０を十分大きくすると、励起光が波長変換しない部分が増え、その分先端ユニット部６のサイズが大きくなってしまう。しかし、本実施例によれば、図４に示すように、波長変換部材４上の有効領域１０の面積Ｓph１５と、波長変換部材４の有効領域１０に形成される励起光ビームスポット１１の面積Ｓb１６との比Ｓb／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することが可能となる。
【００３７】
（実施例１の変形例）
次に、本実施例の変形例について、図２を参照して説明する。
本発明の実施例１の光源装置において、波長変換部材４の発熱の影響を考慮し、励起光が波長変換部材４上に形成される励起光のビームスポット１１における励起光のパワー密度を所定値以下とする構成としてもよい。以下、パワー密度を考慮する場合の変形例について、説明する。
【００３８】
波長変換部材が樹脂含有する場合、高強度の励起光照射により、樹脂が劣化するという問題がある。この樹脂の劣化により、波長変換部材の光透過率が低下するため、波長変換部材４内の樹脂による励起光の吸収が大きくなるため、結果として励起光の利用効率が低下してしまう。本変形例では、波長変換部材４が含有する樹脂が劣化しないように、波長変換部材４上に照射される励起光のパワー密度が所定値以下となるように、キャビティ８の長さＤを設定している。
【００３９】
図２に示すように、励起光は、光ファイバー２の射出端から波長変換部材４に向かって、広がりながら進む。従って、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１１は、光ファイバー２の射出端と波長変換部材４の励起光が照射される照射面との間隔、すなわちキャビティ８の長さＤが長くなるに従って大きくなる。この結果、波長変換部材４の励起光の照射面上でのパワー密度Ｐｐｈは、キャビティ８の長さＤが長くなるに従って小さくなる。
【００４０】
このパワー密度Ｐｐｈが、波長変換部材４が含有する樹脂が劣化する限界であるパワー密度限界Ｐ以下になるように、キャビティ８の長さＤを設定することで、波長変部材４が含有する樹脂が劣化しないようにすることが可能となる。
【００４１】
本変形例では、以下に示す条件式（２）の関係を満足するようにキャビティ８の長さを設定することで、この条件を満足するように構成している。
Ｐph≦Ｐ    ・・・（２）
【００４２】
ここで、
光ファイバー射出端部から射出される励起光の強度をＰin、
光ファイバー２の開口数をＮＡF、
光ファイバー２から射出される励起光の拡がり角をφ、とすると、
Ｐ＝Ｐin／（π・Ｄ2ｔａｎ2φ）
φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）の関係がある。
【００４３】
すなわち、波長変換部材４上に照射される励起光のパワー密度Ｐｐｈが、波長変換部材４が含有する樹脂が劣化しない範囲であるパワー密度限界Ｐと略等しいか、それ以下となるように、キャビティ８の長さＤが設定されている。
【００４４】
例えば、光ファイバー２の開口数ＮＡFを０．４、光ファイバー射出端部から射出される励起光の強度Ｐinを２００ｍＷ、波長変換部材４が許容する励起光のパワー密度限界Ｐを３３４ｍＷ／ｍｍ2とした場合、キャビティ８の長さＤは１ｍｍ以上とすればよい。
【００４５】
また、例えば、キャビティ８の長さＤを２ｍｍとすると、波長変換部材４上に形成されるビームスポットのパワー密度Ｐphは８４ｍＷ／ｍｍ2となるため、パワー密度限界Ｐが８４ｍＷ／ｍｍ2以上である波長変換部材４を使用することが可能である。このように、キャビティ８の長さＤを変えることで、波長変換部材４上の有効領域１０に形成される励起光のビームスポットのパワー密度Ｐphを制御できるため、使用する波長変換部材４のパワー密度限界Ｐに合わせて光源装置を設計することが可能となる。
【００４６】
この結果、本変形例によると、樹脂が劣化し難くなるため、樹脂による励起光の吸収が増加することが無いため、励起光の利用効率の低減を抑えることが可能となる。さらに、劣化した樹脂による波長変換光の吸収も同時に抑えることができるため、波長変換光の利用効率の低減も小さく抑えることが可能となる。これにより、励起光、波長変換光の利用効率の高い、明るい光源装置を実現することが可能となる。また、波長変換部材４の局所的な発熱等も抑制されるため、先端ユニット部６の発熱も小さく押さえる等の効果もある。
【００４７】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。図５、６は、本発明にかかる光源装置の本実施例の先端ユニット部６の構成を示す図である。
【００４８】
本実施例は、光ファイバー２の射出端側に設けられた先端ユニット部６内の光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４の励起光が照射される照射面の間のキャビティ８の外側に円柱状の凹面を有する保持部材５０が配置されている点で実施例１とは異なっている。なお、図５、６において、図２で示した実施例１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。
【００４９】
本実施例では、光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４を保持する保持部材５０を備える。波長変換部材固定部７は、図５に示すように、円柱状の保持部材５０内面に、波長変換部材４が係合するような段差形状として形成されている。波長変換部材固定部７の形状は、射出端方向から見たとき、円柱状の保持部材内面９にフィットするような円形状の溝、または、間隔を空けて取り付けられた小さい板状部材である。
【００５０】
図５、６において、保持部材５０内部には、円柱型の凹部が形成され、凹部である保持部材内面９は反射面になっている。図５において、光ファイバー２の射出端部から射出され、波長変換部材４の有効領域１０上に照射された励起光は、その一部が波長変換部材４に吸収され、また別の一部は波長変換部材４を透過して先端ユニット部６の射出端より外部に射出される。さらに励起光の別の一部は、波長変換部材４上の有効領域１０で反射・散乱されて、保持部材内面９方向に射出される。保持部材５０の保持部材内面９には、このような励起光を反射する反射面が形成されている。また、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５０内の保持部材内面９に形成された波長変換部材固定部７に固定されている。
【００５１】
本実施例では、光ファイバー２の射出端と、波長変換部材４との間の、光ファイバー２から射出される励起光の主軸３０上の距離、すなわち光ファイバー２の射出端部と、波長変換部材固定部７と波長変換部材４の励起光の照射面との接点とを結んだ直線を、励起光の主軸３０上へ投影した長さＬを調整することで、波長変換部材４上の励起光のビームスポット１１の外径を調整している。
励起光は、光ファイバー２の射出端部から射出されて、広がりながら波長変換部材４まで進行する。このとき、波長変換部材４の有効領域１０上に形成する励起光のビームスポット１１の外径が、波長変換部材４の有効領域１０の外径と略等しくなるか、またはそれより小さくなるように、長さＬが調整されている。
すなわち、光ファイバー２の開口数をＮＡF、光ファイバー２からの励起光の射出角φ、波長変換部材４の有効領域１０の半径をＲphとすると、波長変換部材固定部７と波長変換部材４との接点と、光ファイバー２射出端部とを結んだ直線を、励起光の主軸上へ投影した長さＬは、条件式（３）を満足するように構成されている。
Ｌ≦Ｒph ／ｔａｎφ  ・・・（３）
ここで、  φ＝ｓｉｎ-1（ＮＡF）の関係がある。
【００５２】
本実施例では、図４に示すように、光ファイバー２の射出端部から射出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１１の面積Ｓb１６が、波長変換部材４上の有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍から１倍であるようなエリアに照射されるように構成されている。
ここに示す長さＬは、実施例１のキャビティの長さＤと同様の箇所をさしており、保持部材の場合に別の表現で表している。
【００５３】
次に、本実施例の動作について図５、６を参照しながら説明する。そして、図５に示すように光ファイバー２の射出端部より射出された励起光は、保持部材５０内を波長変換部材４の方向へ進行し、波長変換部材４上に照射される。
【００５４】
図５に示すように、光ファイバー２から射出された励起光である光ｂ１は、その一部が波長変換部材４に吸収、波長変換されて、波長変換部材４の射出端側の面から波長変換光が出射される。また、別の一部は波長変換部材４上の有効領域１０で反射・散乱された光ｂ２となり、保持部材５０の内部に向けて進行する。この光ｂ２は保持部材内面９に形成された反射面で反射され、その一部は光ｂ３となり、波長変換部材４へ照射される。このように、波長変換部材４に照射された光ｂ３は、励起光であるため、波長変換部材４により波長変換されて波長変換光となり、先端ユニット部６の射出端から出射される。
【００５５】
また、波長変換部材４で波長変換された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の面から波長変換光として射出される。また波長変換光の別の一部は、励起光が照射された面で散乱され、ここから保持部材５０内部に射出される。保持部材５０内部に射出された波長変換光の一部である光ａ１は、保持部材５０の内部に向けて進行し、保持部材内面９に形成された反射面で反射され、その一部は光ａ２となり、波長変換部材４に照射され、波長変換部材４を通過して先端ユニット部６の射出端部より射出される。
【００５６】
本実施例のように構成することで、波長変換部材４の有効領域１０で反射・散乱した励起光を、保持部材５０内面の凹部の反射面で反射して、先端ユニット部６の射出端側に再び励起光が進行する。この励起光の一部は波長変換部材４に照射され、さらにその一部は波長変換光に変換されて照明光となる。この結果、実施例１の効果に加え、さらに励起光の利用効率を上げることが可能となり、効率の良い光源装置を提供することが可能となる。さらに、本実施例における、保持部材内面９に形成された反射面は、波長変換部材から射出された波長変換光も反射する機能を有しているため、保持部材内面９に向けて出射された波長変換光を、先端ユニット部の射出端側に導くことが可能となる。この結果、第１の実施例の効果に加え、波長変換光の利用効率も向上することが可能となる。
【００５７】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明にかかる光源装置の本実施例の先端ユニット部６の構成を示す図である。
【００５８】
本実施例は、光ファイバー２の射出端部側に設けられた先端ユニット部６が図７のようにテーパー型保持部材５００で構成されている点が実施例１，２とは異なっている。このテーパー型保持部材５００は、光ファイバー２の射出端部と波長変換部材４との間のキャビティ８の外側に配置されている。なお、図７において、実施例１，２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。
【００５９】
本実施例では、テーパー型保持部材５００のテーパー形状は、光ファイバー２の射出端側から波長変換部材４の配置される側に向かって広がるような、円錐状のテーパー面である。このテーパー型保持部材内面９０のテーパー面は反射面になっている。
【００６０】
図７において、励起光の主軸３０とテーパー型保持部材内面９０のテーパー面とのなす角をテーパー角θとする。テーパー角θは、励起光の射出角φと略等しいか、それより大きな角度となるように設定されている。すなわち以下に示す条件式（４）を満足するように設定されている。このため、光ファイバー２の射出端部から射出した励起光は直接テーパー面に照射されない。
θ≧φ  ・・・（４）
【００６１】
図８（ａ）は、波長変換部材４での励起光のビームスポット１１を示した斜視図である。図８（ｂ）は、波長変換部材４を、光ファイバー２の射出端側から見たときの、波長変換部材４の有効領域１０と、励起光のビームスポット１１の位置関係を示した図である。
本実施例では、励起光が波長変換部材４上に形成するビームスポット１１の面積Ｓb１６が、波長変換部材４上の有効領域１０の面積Ｓph１５の０．２５倍から１倍であるようなエリアに照射されるように構成されている。
【００６２】
図９は、本実施例における、先端ユニット部６の断面図である。以下、本実施例の動作について、図９を参照しながら説明する。
【００６３】
テーパー型保持部材５００のテーパー型保持部材内面９０のテーパー角θは、光ファイバー２の射出端部から射出される励起光の射出角φより大きなテーパー角となっているため、励起光ｂ１は、テーパー面に照射されること無く、波長変換部材４に向かって進行する。
【００６４】
図９に示すように、励起光ｂ１は、波長変換部材４上の有効領域１０で反射・散乱されて励起光ｂ４となり、テーパー型保持部材５００の内部に向けて進行する。この励起光ｂ４はテーパー型保持部材内面９０に形成された反射面で反射され、励起光ｂ５となる。このように、テーパー型保持部材内面９０方向に反射、散乱された励起光は、反射面であるテーパー面での反射を繰り返し（図９のｂ５、ｂ６）、その一部は波長変換部材４に照射される。このような励起光の一部は、波長変換部材４により波長変換されて波長変換光となり、先端ユニット部６の射出端から出射される。
【００６５】
波長変換部材４に照射された励起光（ｂ１、ｂ６）は、その一部が波長変換部材４に吸収、波長変換されて、その一部は波長変換部材４の射出端側の面から波長変換光が出射される。また、別の一部はテーパー型保持部材５００の内面方向に出射される。テーパー型保持部材５００のテーパー面は反射面とされているため、この波長変換光を反射し、反射された波長変換光の一部を波長変換部材４を経由して外部に射出する。
【００６６】
上記のように、テーパー型保持部材５００をテーパー型形状とし、その内面を反射面とすることで、波長変換部材４で反射、散乱された励起光がテーパー型保持部材内面９０へ照射された励起光を、テーパー型保持部材内面に形成された反射面で反射して、励起光の一部を再び波長変換部材４へ照射することが可能となる。波長変換部材４に直接、またはテーパー端保持部材内面を経由して照射された励起光は、波長変換部材４により波長変換されて、照明光として外部に射出される。このように、本実施例のように構成することで、実施例１の効果に加え、波長変換部材で反射、散乱された励起光を再利用することが可能となり、励起光の利用効率をより高めることが可能となる。また、実施例２と比べ、保持部材内面をテーパー形状とすることで、保持部材内面方向に反射、散乱された励起光を、より少ない反射回数で波長変換部材方向に導くことが可能となるため、反射による励起光のロスを小さく抑えることが可能となる。
【００６７】
なお、本発明の全ての実施例では、励起光源として半導体レーザーを例として挙げたが、これにとらわれることなく、光ファイバー２に結合可能な光源であれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やＳＬＤ等の固体発光素子、色素レーザー、気体レーザー等を利用することが可能である。
【００６８】
また、本実施例では波長変換部材として、樹脂に粉末蛍光体を混合して固めた例を挙げたが、光ファイバー２から射出された励起光をそれと異なる波長の光に波長変換する材料であれば、単結晶や有機発光材料、量子ドット等、どのような材料でも利用することが可能である。
なお、本実施例は、ほんの一例に過ぎず、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】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる光源装置は、励起光の利用効率が高くなるので、小型化された光源装置に有用であり、特に、内視鏡用の光源装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１の構成を説明する図である。
【図２】光ファイバーの射出端部から波長変換部材の間の断面図を示す。
【図３】光ファイバーの射出端部から波長変換部材の間の斜視図を示す。
【図４】先端ユニット部の射出端側から見た鳥瞰図を示す。
【図５】実施例２の先端ユニット部を説明する図である。
【図６】実施例２の変形例を説明する図である。
【図７】実施例３の先端ユニット部の構成を示す図である。
【図８】実施例３の斜視図および波長変換部材を、光ファイバーの射出端側から見た図である。
【図９】実施例３の断面図である。
【図１０】従来の発光装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１、１０００  励起光源
２  光ファイバー
４、４０  波長変換部材
６  先端ユニット部
７  波長変換部材固定部
８  キャビティ
１０  有効領域
１１  ビームスポット
１３  励起光
５０  保持部材
５００  テーパー型保持部材
９  保持部材内面
９０  テーパー型保持部材内面
２０  ライトガイド
【図１】
2011076763.tif 000003
【図２】
2011076763.tif 000004
【図３】
2011076763.tif 000005
【図４】
2011076763.tif 000006
【図５】
2011076763.tif 000007
【図６】
2011076763.tif 000008
【図７】
2011076763.tif 000009
【図８】
2011076763.tif 000010
【図９】
2011076763.tif 000011
【図１０】
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