(57)【要約】【課題】、励起光を放射する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を放射する波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、前記励起光を反射または透過し、前記蛍光を透過または反射するダイクロイックミラーとを備え、前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置において、励起光の強度が変動した場合でも、出射される白色光の色温度を一定に保つことができる蛍光光源装置を提供することである。【解決手段】前記波長変換素子に対する前記励起光の入射領域の一部に対して相対的に進退自在に設けられ、前記励起光を前記集光光学系側に拡散反射する拡散部材が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
2019062081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を放射する発光素子と、
前記励起光によって励起されて蛍光を放射する波長変換素子と、
前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、
前記励起光を反射または透過し、前記蛍光を透過または反射するダイクロイックミラーと、を備え、
前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置であって、
前記波長変換素子における前記励起光の入射領域の一部に対して相対的に進退自在に設けられ、前記励起光を前記集光光学系側に拡散反射する拡散部材が設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項２】
前記波長変換素子の光入射面と反対側の面に設けられ、前記蛍光と前記一部励起光を反射する反射層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
【請求項３】
前記拡散部材は、前記集光光学系と前記波長変換素子との間に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光光源装置。
【請求項４】
前記拡散部材は、前記波長変換素子における前記励起光の入射面直上に配置されており、
前記拡散部材が、前記波長変換素子における前記励起光の入射領域に対して進退自在とされていることを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
【請求項５】
前記拡散部材は、前記波長変換素子の光入射面に設けられているとともに、
前記励起光の光路を移動して、前記波長変換素子における前記励起光の入射領域の位置を変えることにより、該入射領域が前記拡散部材に対して進退自在とされていることを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
【請求項６】
前記集光光学系に設けた集光光学系移動機構によって前記集光光学系を移動して前記励起光の光路を移動することを特徴とする請求項５に記載の蛍光光源装置。
【請求項７】
前記集光光学系の励起光入射側に設けた光路変更手段によって前記励起光の光路を移動することを特徴とする請求項５に記載の蛍光光源装置。
【請求項８】
前記拡散部材は、前記波長変換素子と隣接して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光光源装置。
【請求項９】
励起光を放射する発光素子と、
前記励起光によって励起されて蛍光を放射する波長変換素子と、
前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、
前記励起光を反射または透過し、前記蛍光を透過または反射するダイクロイックミラーと、を備え、
前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置であって、
前記発光素子の励起光と同一波長の光を放射する第２発光素子と、
前記波長変換素子における前記励起光の入射領域の近傍に配置され、前記第２発光素子からの放射光を前記集光光学系側に拡散反射する拡散部材と、が設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクター等に利用される光源装置に関し、特に、発光素子からの励起光を蛍光に変換する波長変換素子を用いた蛍光光源装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクター装置に搭載される光源装置としては、レーザダイオードなどの固体発光素子よりなる励起光源と、この励起光源からの励起光を受けて蛍光を出射する波長変換素子とを有する蛍光光源装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２０１６−１８９４４０号公報（特許文献１）には、励起光を放射する発光素子と、この発光素子からの励起光を蛍光に変換する波長変換素子とを備えた蛍光光源装置が開示されている。
このような蛍光光源装置では、励起光の一部が蛍光に変換されるとともに、蛍光に変換されなかった励起光の一部が波長変換素子から出射される。
励起光を青色、蛍光を黄色とした場合、波長変換素子から出射された励起光である青色と、蛍光である黄色とが混合されて、白色光として出射することができる。
【０００４】
その概略構造が図１２に示されていて、レーザダイオードなどからなる励起光を出射する発光素子１０１と、該発光素子１０１から出射される励起光Ａが照射されて、該励起光とは異なる波長の蛍光Ｂを出射させる波長変換素子１０２と、前記励起光を反射して波長変換素子１０２に折り返すダイクロイックミラー１０３と、前記波長変換素子１０２に励起光を集光する集光レンズ１０４と、を備えた蛍光光源装置１００が開示されている。ダイクロイックミラー１０３には、部分的に反射部１０５が形成されていて、発光素子１０１からの励起光Ａを反射して集光レンズ１０４に入射させる。
また、波長変換素子１０２の裏面には励起光Ａおよび蛍光Ｂを反射する反射層１０６が設けられている。
【０００５】
しかして、このような蛍光光源装置１００においては、発光素子１０１から青色の励起光Ａを出射し、波長変換素子１０２でこの励起光を黄色の蛍光Ｂに変換するとともに、蛍光変換に利用されなかった青色励起光の一部（Ａ１）を取り出して、蛍光Ｂと混色することで白色光を得ることができる。つまり、波長変換素子１０２では、励起光Ａの一部を蛍光Ｂに変換するとともに、残りの励起光の一部（Ａ１）をそのまま出射するものであって、ダイクロイックミラー１０３を、波長変換素子１０２からの蛍光Ｂと、変換に利用されなかった一部励起光Ａ１を透過する形態とすることで、これらを混色して白色光を得るものである。
なお、このような使用形態の蛍光光源装置１００では、波長変換素子１０２の裏面に反射層１０６を設けることで、波長変換素子１０２から裏面側に向かう蛍光および励起光を反射して前面から効率的に出射させることができる。
【０００６】
ところで、このような蛍光光源装置においては、最終的に出射される白色光の色温度は、出射される白色光を構成する青色光（励起光）と黄色光（蛍光）のバランスによって決まる。青色光が強すぎると青みが強い白色光となり、黄色光が強すぎると黄色がかった白色光となる。
そして、この蛍光光源装置においては、励起光の強度が変動した場合であっても出射される白色光の色味を一定に保つことが求められる。例えば、プロジェクター用の光源の場合などに、より強い要請となっている。
この励起光の強度が変動する例としては、定格点灯とエコモード点灯（省エネルギーのために出射光の強度を低下させるモード）する場合が典型的である。それ以外にも、発光素子自体の劣化によって励起光の強度が低下する場合などがある。
【０００７】
しかして、従来の蛍光光源装置においては、励起光の強度が変動した場合に、出射光の色味を一定に保つことができなかった。
その理由としては、波長変換素子が励起光を蛍光に変換する割合（変換効率）が、励起光の強度変動に対して一定とならないことが挙げられる。
波長変換素子の蛍光への変換効率はその温度に依存し、高温となると変換効率が低下する傾向にある。それ故、励起光強度が低下すると、波長変換素子の温度が下がり、変換効率が変化し、具体的には変換効率が高くなり、蛍光成分が多くなって、出射される白色光は黄色味がかった白色光となる。
つまり、エコモード点灯を例に挙げれば、定格点灯時に励起光と蛍光の割合を所定のものに設定して所望の白色光を得るように設計した場合、エコモードでの点灯で波長変換素子への入力を低下させると、波長変換素子の温度が低下してその変換効率が変化（上昇）し、蛍光成分（黄色光）が増えてしまって、黄色がかった白色光となってしまうという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１８９４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明が解決しようとする課題は、励起光を放射する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を放射する波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、前記励起光を透過または反射し、前記蛍光を反射または透過するダイクロイックミラーとを備え、前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置において、励起光の強度が変動した場合でも、出射される白色光の色温度を一定に保つことができる蛍光光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光光源装置は、前記波長変換素子における前記励起光の入射領域の一部に対して相対的に進退自在に設けられ、前記励起光を前記集光光学系側に拡散反射する拡散部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記波長変換素子の光入射面と反対側の面に設けられ、前記蛍光と前記一部励起光を反射する反射層を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記拡散部材は、前記集光光学系と前記波長変換素子との間に設けられていることを特徴とする。
また、前記拡散部材は、前記波長変換素子における前記励起光の入射面直上に配置されており、前記拡散部材が、前記波長変換素子における前記励起光の入射領域に対して進退自在とされていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記拡散部材は、前記波長変換素子の光入射面に設けられているとともに、前記励起光の光路を移動して、前記波長変換素子に対する前記励起光の入射領域の位置を変えることにより、該入射領域が前記拡散部材に対して進退自在とされていることを特徴とする。
また、前記集光光学系に設けた集光光学系移動機構によって前記励起光の光路を移動することを特徴とする。
また、前記集光光学系の励起光入射側に設けた光路変更手段によって前記励起光の光路を移動することを特徴とする。
また、前記拡散部材は、前記波長変換素子と隣接して設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記発光素子の励起光と同一波長の光を放射する第２発光素子と、前記波長変換素子における前記励起光の入射領域の近傍に配置され、前記第２発光素子からの放射光を前記集光光学系側に拡散反射する拡散部材と、が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の蛍光光源装置によれば、発光素子からの励起光の強度が変動（低下）して蛍光成分（黄色光）が相対的に増加した場合に、拡散部材からの励起光（青色光）と同波長の拡散反射光を、波長変換素子から出射される蛍光および一部励起光に混合させることで、蛍光光源装置からの出射光の蛍光成分と励起光成分を所定の割合に保つことができ、出射される白色光の色温度を常に一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の蛍光光源装置の第1の実施例を示す概略図。
【図２】第１の実施例の作動説明図。
【図３】第１の実施例の詳細作動説明図。
【図４】第２の実施例の概略図。
【図５】第２の実施例の作動説明図。
【図６】第３の実施例の概略図。
【図７】第３の実施例の作動説明図。
【図８】第４の実施例の概略図。
【図９】第４の実施例の作動説明図。
【図１０】第５の実施例の概略図。
【図１１】第５の実施例の作動説明図。
【図１２】従来技術の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示されるように、本発明の蛍光光源装置１は、青色の励起光Ａを出射する半導体レーザなどの発光素子２と、この発光素子２からの励起光Ａが照射されて、黄色の蛍光Ｂを出射させる波長変換素子３と、前記発光素子２と前記波長変換素子３の光路上における間に配置された集光光学系５とを備えている。
この波長変換素子３は、発光素子２からの励起光Ａの一部を黄色の蛍光Ｂに変換するとともに、蛍光変換に利用されなかった残りの励起光（以下、一部励起光Ａ１ともいう）をそのまま出射する。
そして、前記波長変換素子３の裏面側には反射層６が形成されていて、波長変換素子３からの蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１の集光光学系５側への出射を効率的にする。
【００１７】
ここで、発光素子２は半導体レーザやＬＥＤなどからなり、青色光（例えば、波長４３０〜４７０ｎｍの光）を発している。
また、波長変換素子３は蛍光体を有し、ＹＡＧ系の結晶材料である蛍光体を酸化アルミ等と混晶して形成されたプレート状の多結晶体であってもよいし、粉状の蛍光体をシリコーン等のバインダーに混入し、基材上に塗布して形成するものであってもよい。そして、この波長変換素子３は、発光素子２からの励起光を黄色の蛍光（例えば、波長が５２５〜５７５ｎｍにピークをもち、４５０〜８００ｎｍにかけた広い可視域のスペクトルを持った光）に変換する。
【００１８】
また、前記発光素子２と前記集光光学系５の間には、ダイクロイックミラー４が配置されている。
このダイクロイックミラー４は、発光素子２からの青色の励起光Ａを反射する励起光反射部４１が形成されているとともに、波長変換素子３からの黄色の蛍光Ｂおよび青色の一部励起光Ａ１を透過する蛍光・励起光透過部４２が形成されている。なお、励起光反射部４１を蛍光透過性としてもよい。
このダイクロイックミラー４は、ガラス材料などの透光性基材上に誘電体多層膜を部分的に設けることで励起光反射部４１を形成でき、この励起光反射部４１は、発光素子２からの励起光Ａが照射される箇所に形成される。
そして、誘電体多層膜による励起光反射部４１が形成されない残余の部分が蛍光・励起光透過部４２となる。
【００１９】
上記構成において、発光素子２からの励起光Ａは、ダイクロイックミラー４によって反射されて集光光学系５に向かう。励起光Ａはここで集光されて波長変換素子３に入射する。波長変換素子３によって変換された蛍光Ｂと、変換に利用されなかった一部励起光Ａ１は、波長変換素子３から集光光学系５に向かい、ここからダイクロイックミラー４に向かう。
この蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１は、前記ダイクロイックミラー４の蛍光・励起光透過部４２を透過して、蛍光光源装置１から白色光として出射される。
【００２０】
この発明では、上記構成に加えて、前記集光光学系５と前記波長変換素子３との間に、拡散部材８が設けられている。この拡散部材８は、青色光を拡散反射する材料によって構成されていて、この実施例ではセラミック板を用いている。
またこれ以外の拡散部材８としては、無機粒子がバインダー中に分散されているものを使用できる。その具体例としては、ガラスなどの無機材料やシリコーン樹脂などの有機材料からなるバインダー中に、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの無機粒子を主成分とする粒子を分散させたものである。
【００２１】
そして、この実施例においては、拡散部材８は、波長変換素子３の入射面の直上に配置され、アクチュエータなどの移動機構８１により、該波長変換素子３における励起光入射領域Ｘの一部に対して進退自在とされている。
励起光の強度が低下して波長変換素子３の温度が低下すると、波長変換素子３の蛍光への変換効率が変化して、出射される白色光における蛍光成分が相対的に増大し、励起光成分が相対的に減少して、全体として黄色がかった白色光となる。その場合、図２に示すように、拡散部材８を波長変換素子３の励起光入射領域Ｘの一部に進入させる。
これにより、集光光学系５から波長変換素子３に向かう励起光Ａの一部を遮断し、この拡散部材８で拡散反射して、この反射励起光Ａ２を集光光学系５に向かわせる。
【００２２】
図３にその詳細が示されている。
集光光学系５に入射した励起光Ａは、ここで集光されて波長変換素子３に向かい入射する。この波長変換素子３で変換された蛍光Ｂと、波長変換素子３で蛍光に変換されなかった一部励起光Ａ１とは、反射層６で反射されたものを含めて集光光学系５に向かう。
一方、励起光入射領域Ｘ内に進入してきた拡散部材８は、集光光学系５からの励起光Ａの一部を拡散反射して、そのまま集光光学系５に向かわせる。
これにより、集光光学系５からダイクロイックミラー４を経て蛍光光源装置１から出射される光は、波長変換素子３で変換された蛍光Ｂと、変換に利用されなかった一部励起光Ａ１と、拡散部材８によって拡散反射された反射励起光Ａ２とが混合されて出射される。
こうして、波長変換素子３の温度変化に伴う蛍光変換効率の変化により蛍光（黄色光）成分が相対的に増加して励起光（青色光）成分が相対的に減少した分を、拡散部材８の拡散反射による反射励起光Ａ２によって補い、青色成分と黄色成分が適正な割合となった所望の白色光を得ることができる。
【００２３】
図４、５には他の第２の実施例が示されている。上述の図１、２に示す第１の実施例では、拡散部材８を移動させ、波長変換素子３への励起光入射領域Ｘの一部に進入させて重ね合わせるものであるが、この実施例では、励起光Ａの光路を移動させて波長変換素子３への励起光入射領域Ｘを移動し、拡散部材８の一部と重ね合わせるものである。
図４に示すように、この実施例では、拡散部材８は、波長変換素子３の入射面上に設けられている。そして、集光光学系５には、これを左右に移動する集光光学系移動機構５１が設けられていて、光路変更手段５０として機能する。
そして図５に示すように、蛍光光源装置１からの出射光において蛍光成分が相対的に増加して黄色味がかったものとなったとき、集光光学系移動機構５１（光路変更手段５０）により集光光学系５を直線的に左右方向に移動することで励起光Ａの光路を移動し、波長変換素子３の入射面への励起光入射領域Ｘを移動して、拡散部材８と一部が重なるようにするものである。
この実施例では、集光光学系移動機構５１を移動した方向と同じ方向に入射領域Ｘが移動する。
これにより、上記第１の実施例と同様に、集光光学系５から波長変換素子３に入射する励起光Ａの一部が直接拡散部材８により拡散反射されて集光光学系５に向かうものである。
そして、蛍光光源装置１からの出射光にこの励起光成分が付加されて、所望の白色光となる。
なお、図５においては、煩雑を避ける意味で、波長変換素子３からの蛍光については記載が省略されている。
【００２４】
図６、７に示す第３の実施例では、光路変更手段５０に関する他の構造が示され、この実施例では光路変更手段５０はウエッジプリズム５２からなり、集光光学系５の励起光入射側、即ち、ダイクロイックミラー４と集光光学系５との間に配置されている。
このウエッジプリズム５２（光路変更手段５０）を図６、７の紙面に垂直な面内において回転させることにより、励起光Ａの光路を移動して、図７に示すように、励起光入射領域Ｘを回転移動させて、拡散部材８と重ね合わせるものである。
図７においても、波長変換素子３からの蛍光については記載が省略されている。
【００２５】
図８、９には、更に他の第４の実施例が示されていて、この実施例では、拡散部材８は、波長変換素子３に隣接配置されている。この場合、拡散部材８は、波長変換素子３と一体化されていてもよいし、別体として隣接配置されていてもよい。
そして、図８では、励起光Ａの光路変更手段５０としては集光光学系移動機構５１が示されている。勿論、この光路変更手段５０が図６、７に示すような、集光光学系５の励起光入射側に設けられたウエッジプリズム５２であってもよい。
この実施例での作動については、上記図４、５に示す第２の実施例と同様である。
【００２６】
図１０、１１には更に他の第５の実施例が示されている。図１〜９の実施例では、拡散部材８が発光素子２からの励起光Ａの一部を遮断して集光光学系５側に拡散反射するものであるが、この第５の実施例では、発光素子２とは別の第２発光素子１０を備えていて、該第２発光素子１０からは、前記発光素子２からの励起光Ａと同一波長の放射光Ａ３が出射される。
図１１にも示されるように、この第２発光素子１０は前記発光素子２の近傍に配置されるとともに、拡散部材８が波長変換素子３における前記励起光Ａの入射領域Ｘの近傍に配置されていて、前記第２発光素子１０からの放射光Ａ３がダイクロイックミラー４によって反射され、集光光学系５を経て拡散部材８に入射されるような経路とされている。
この第２発光素子１０は、図１０に示すように、通常時（定常点灯時）は消灯されているが、図１１に示すように、エコモード運転時など波長変換素子３への励起光の入射強度が低下して、蛍光光源装置１からの出射白色光が、黄色味がかったものとなった場合に点灯される。
この第２発光素子１０からの放射光Ａ３は、ダイクロイックミラー４により反射されて集光光学系５に至り、ここを経て拡散部材８に入射する。この拡散部材８により反射された反射放射光Ａ３は集光光学系５に向かい、ダイクロイックミラー４を透過して、波長変換素子３からの一部励起光Ａ１と共に、蛍光Ｂと混合されて蛍光光源装置１から出射される。
なお、図１１においても、波長変換素子３からの蛍光Ｂについては記載が省略されている。
【００２７】
この第５の実施例によれば、第１の実施例における拡散部材移動機構８１や、第２の実施例や第３の実施例における光路変更手段５０などの駆動機構が必要でなく、加えて蛍光に変換するための発光素子２からの励起光Ａを遮断することもないという利点を有する。
【００２８】
以上のいずれの実施例においても、ダイクロイックミラー４は、発光素子２からの励起光Ａを反射し、波長変換素子３からの蛍光Ｂと一部励起光Ａ１を透過するものとして説明したが、この機能に関しては、反射と透過の関係が反対になっているものであってもよい。
即ち、ダイクロイックミラー４は、発光素子２からの励起光Ａを透過し、波長変換素子３からの蛍光Ｂと一部励起光Ａ１を反射するものであってもよく、この場合、発光素子２は、例えば図１において、ダイクロイックミラー４の上方に配置され、また、蛍光光源装置１からの白色出射光は、ダイクロイックミラー４の右方に出射される。
つまり、上方に配置された発光素子２からの励起光Ａは、ダイクロイックミラー４を透過して波長変換素子３に入射し、ここで変換された蛍光Ｂと変換に利用されなかった一部励起光Ａ１とは、ダイクロイックミラー４によって反射されて白色光となって右方に出射されていくものである。
また、本明細書中において、「励起光を反射または透過し、蛍光および一部励起光を透過または反射する」とは、それぞれの構成が対応していて、一方を反射する場合は、他方を透過するということを意味している。
【００２９】
以上説明したように、本発明の蛍光光源装置では、発光素子からの波長変換素子に対する励起光の入射強度が変動し、波長変換素子の蛍光変換効率が変化することで、蛍光光源装置からの出射光の色温度が変化した場合、相対的に減少した励起光を補うように、蛍光に変換されなかった一部励起光、あるいは、他の発光素子からの同一波長の放射光を付加混合することで、所望の白色光が得られるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００３０】
１  ：蛍光光源装置
２  ：発光素子
３  ：波長変換素子
４  ：ダイクロイックミラー
４１：励起光反射部
４２：蛍光・励起光透過部
５  ：集光光学系
５０：光路変更手段
５１：集光光学系移動機構
５２：ウエッジプリズム
６  ：反射層
８  ：拡散部材
８１：拡散部材移動機構
１０：第２発光素子
Ａ  ：励起光
Ａ１：一部励起光
Ａ２：反射励起光
Ａ３：（第２発光素子からの）放射光
Ｂ  ：蛍光
Ｘ  ：（励起光）入射領域
【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】
2019062081.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019062081.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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