(57)【要約】【課題】蛍光を効率よく取り出すことが可能な光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１は、蛍光体を含有し、表面３１ａから入射した励起光Ｌ１を受けて表面３１ａから蛍光Ｌ２を放射する板状の第１の蛍光部材３１と、第１の蛍光部材３１の周囲に配置され、励起光Ｌ１を出射する複数の励起光源２と、第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対向して配置され、蛍光Ｌ２を平行光に変換するコリメータレンズ６とを備え、励起光Ｌ１は、第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を含有し、表面から入射した励起光を受けて前記表面から蛍光を放射する板状の蛍光部材と、
前記蛍光部材の周囲に配置され、前記励起光を出射する複数の励起光源と、
前記蛍光部材の前記表面に対向して配置され、前記蛍光を平行光または収束光に変換するレンズとを備え、
前記励起光は、前記蛍光部材の前記表面に対して斜めに入射する
光源装置。
【請求項２】
前記蛍光部材と前記レンズとの間に配置され、前記蛍光の波長のみを選択的に透過させるフィルタをさらに備え、
前記励起光は、前記フィルタに向かって前記励起光源から出射され、前記フィルタを透過せずに前記フィルタの表面で反射された前記励起光が前記蛍光部材の表面に向かって斜めに入射し、前記フィルタを透過した前記蛍光が前記レンズに入射する、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記励起光は、前記励起光源から前記蛍光部材の表面に向かって斜めに出射されて前記蛍光部材に直接的に入射する、
請求項１に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数の励起光源及び前記蛍光部材は、放熱性を有する台座に取り付けられている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記励起光及び前記蛍光は、その一部が、前記台座の表面で反射される、
請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記台座は、前記レンズに対して開口する凹部を有し、
前記凹部の底面には、前記蛍光部材が設けられ、
前記凹部の側面には、側部蛍光部材が設けられている、
請求項４又は５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記励起光源は、複数のレーザ光源を一体に有するレーザ光源アレイである、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光により蛍光部材を励起させて蛍光を発する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置として半導体レーザ素子から発振されるレーザ光により蛍光部材を励起させて蛍光を発するレーザ光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザ光源装置は、レーザ光により蛍光を放出する円柱状の蛍光部材と、蛍光部材を支持する円盤状の支持基体と、支持基体の支持面上に配置された複数の半導体レーザ素子と、支持基体を覆う円筒状のキャップとを備えている。支持基体の中心部には、蛍光部材が支持基板と同心に配置されている。蛍光部材の周囲には、複数の半導体レーザ素子が放射状かつ等間隔に配置されている。また、半導体レーザ素子は、そのレーザ発振部が、蛍光部材の中心を向いて配置されている。蛍光部材は、各半導体レーザ素子のレーザ発振部から支持基体の支持面に対して実質的に平行な方向に発振されたレーザ光が直射されることにより、蛍光を放射する。放射された蛍光は、キャップの支持基体に対向する面の中央部に形成された円形状の透光窓からキャップの外部へ出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５４２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のレーザ光源装置において、透光窓から蛍光を出射させるためには、透光窓に面した円柱状の蛍光部材の中心軸方向の端面から蛍光を取り出す必要がある。一方、レーザ光は蛍光部材の側面から入射するので、透光窓側の端面から蛍光を効率よく取り出すためには、蛍光部材の内部に分散する蛍光体の密度を抑え、蛍光部材の中心部付近までレーザ光を入射させる必要がある。しかしながら、蛍光体の密度を低くし過ぎると、十分な蛍光を得ることができず、またレーザ光が蛍光体を励起することなく蛍光部材を透過してしまうため、蛍光体の密度を調整しても、蛍光の取り出し効率を十分に高めることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、蛍光を効率よく取り出すことが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、蛍光体を含有し、表面から入射した励起光を受けて前記表面から蛍光を放射する板状の蛍光部材と、前記蛍光部材の周囲に配置され、前記励起光を出射する複数の励起光源と、前記蛍光部材の前記表面に対向して配置され、前記蛍光を平行光または収束光に変換するレンズとを備え、前記励起光は、前記蛍光部材の前記表面に対して斜めに入射する光源装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光源装置によれば、蛍光を効率よく取り出すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の構成例を示す模式図である。
【図２】図１に示す光源装置の励起光源、蛍光部材、及び台座の法線方向から見た平面模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
本発明に係る光源装置は、例えばプロジェクター等の高出力点光源が必要とされる機器に用いられる。本発明の第１の実施の形態に係る光源装置について、図１及び図２を参照して、以下に説明する。
【００１１】
（光源装置１の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置１の構成例を示す模式図である。図２は、図１に示す光源装置１の励起光源２、蛍光部材３、及び台座４の法線方向から見た平面模式図である。
【００１２】
光源装置１は、励起光Ｌ１を出射する複数の励起光源２と、励起光Ｌ１を受けて蛍光Ｌ２を放射する蛍光部材３と、複数の励起光源２及び蛍光部材３が取り付けられた台座４と、蛍光Ｌ２の波長のみを選択的に透過させるフィルタ５と、蛍光Ｌ２をコリメート光Ｌ３に変換するコリメータレンズ６とを備えている。
【００１３】
励起光源２は、例えば発光ダイオード（LED;Light Emitting Diode）やレーザダイオード（LD;Laser Diode）等の半導体素子を有している。励起光源２の出射部２１から出射される励起光Ｌ１は、本実施の形態では、発光強度のピークが４５０ｎｍ付近である青色レーザ光である。なお、励起光源２は、後述する蛍光体を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する色光を出射する励起光源であってもよい。
【００１４】
複数の励起光源２は、それぞれ複数のレーザ光源を一体に有するレーザ光源アレイを用いてもよい。この場合、より多くの励起光Ｌ１を蛍光部材３に入射させることができ、より高い出力の蛍光Ｌ２を得られる。
【００１５】
蛍光部材３は、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性を有する透光性部材に粒子状の蛍光体を分散させてなる。蛍光部材３は、板状の第１の蛍光部材３１と、側部蛍光部材としての第２の蛍光部材３２とを一体に有している。図２に示すように、第２の蛍光部材３２は、第１の蛍光部材３１を囲むように設けられている。
【００１６】
第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２に分散した蛍光体は、第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２のそれぞれの厚み方向において、中心部及び台座４側の部分よりも表面３１ａ，３２ａ側に高密度に分布している。すなわち、蛍光体は、蛍光部材３の表面（第１の蛍光部材３１の表面３１ａ及び第２の蛍光部材３２の表面３２ａ）側に偏って分布している。
【００１７】
第１の蛍光部材３１は、励起光源２の出射部２１から出射された励起光Ｌ１を表面３１ａで受けて、表面３１ａの近傍における蛍光体の励起により、表面３１ａから蛍光Ｌ２が放射される。同様にして、第２の蛍光部材３２は、励起光源２の出射部２１から出射された励起光Ｌ１を表面３２ａで受けて、表面３２ａの近傍における蛍光体の励起により、表面３２ａから蛍光Ｌ２が放射される。
【００１８】
蛍光体は、本実施の形態では、励起光Ｌ１（青色レーザ光）を吸収して、発光強度のピークが５３０ｎｍ付近である緑色の蛍光Ｌ２に変換する。蛍光体は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体やＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）系の蛍光体等に代表される青色励起緑色蛍光体が用いられている。
【００１９】
コリメータレンズ６は、第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対向して配置され、このコリメータレンズ６と蛍光部材３との間には、フィルタ５が配置されている。フィルタ５は、第１の蛍光部材３１に対して平行に配置されている。
【００２０】
フィルタ５は、例えばガラスに金属酸化物を積層させてなる誘電体多層膜を有するダイクロイックフィルタが用いられる。本実施の形態では、フィルタ５は、励起光Ｌ１（青色レーザ光）を含む４５０ｎｍ以下の波長の光を反射し、蛍光Ｌ２の波長の範囲（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の光を選択的に透過させる。
【００２１】
フィルタ５を透過した蛍光Ｌ２は、コリメータレンズ６で平行化されコリメート光Ｌ３となる。コリメータレンズ６は、放射された蛍光Ｌ２をより多く収拾するために開口数ＮＡが大きいものを用いるとよい。なお、コリメータレンズ６は、凹レンズと凸レンズとを組み合わせてなるガリレオ式レンズを用いてもよいし、凸レンズ同士を組み合わせてなるケプラー式レンズを用いてもよい。
【００２２】
なお、本実施の形態では、蛍光Ｌ２をコリメート光Ｌ３に変換するコリメータレンズ６を用いたが、蛍光Ｌ２を収束光に変換する収束レンズを用いてもよい。フィルタ５及びコリメータレンズ６は、それぞれ図略の支持部材により支持されている。
【００２３】
台座４は、基部４１と、コリメータレンズ６に対して開口する凹部４２と、励起光源２が取り付けられる傾斜部４３とを有している。図２に示すように、基部４１は、その周縁が八角形状に形成されている。
【００２４】
凹部４２は、基部４１と同心に八角形状に形成され、基部４１の中央部に位置している。凹部４２の底面４２ａには第１の蛍光部材３１が設けられ、側面４２ｂには第２の蛍光部材３２が設けられている。本実施の形態では、凹部４２の側面４２ｂは、底面４２ａの面積に対して開口の面積が大きくなるように底面４２ａに対して傾斜している。すなわち、凹部４２は、開口に向かうに連れて広がるように形成されている。
【００２５】
傾斜部４３は、凹部４２を囲むように形成され、凹部４２の底面４２ａに対して傾斜している。傾斜部４３に取り付けられた励起光源２の出射部２１から出射される励起光Ｌ１の光軸は、フィルタ５を指向するように基部４１に対して傾斜している。基部４１と傾斜部４３とがなす角は、フィルタ５で反射された励起光Ｌ１が少なくとも第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射するように設定されている。
【００２６】
本実施の形態では、複数の励起光源２は、蛍光部材３の周囲に８つ配置されている。より具体的には、基部４１に対して垂直な方向（図１のＡ矢視方向）から見て、蛍光部材３を囲むように等間隔に配置されている。
【００２７】
台座４は、放熱性を有しており、例えば金属等の熱伝導率の高いものや、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やジルコニア（ＺｒＯ２）等のセラミックから形成されている。これにより、複数の励起光源２及び蛍光部材３から発生した熱が台座４に伝達されて外部に放熱される。
【００２８】
また、励起光Ｌ１及び蛍光Ｌ２の一部、より具体的には第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２に入射せずにその周辺に散乱した励起光Ｌ１、及びフィルタ５を透過せずにその周辺に散乱した蛍光Ｌ２が、台座４の表面で反射される。
【００２９】
（光源装置１の動作）
次に、光源装置１の動作について、図１を参照して説明する。
【００３０】
励起光源２の出射部２１からフィルタ５に向かって出射された励起光Ｌ１は、フィルタ５にて反射される。フィルタ５で反射された励起光Ｌ１は、その一部が第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射し、フィルタ５で反射された励起光Ｌ１の他の一部は第２の蛍光部材３２の表面３２ａに向かって入射する。
【００３１】
第１の蛍光部材３１の表面３１ａから入射した励起光Ｌ１によって表面３１ａの近傍における蛍光体が励起され、表面３１ａからフィルタ５側に向かって蛍光Ｌ２が放射する。同様にして、第２の蛍光部材３２の表面３２ａから入射した励起光Ｌ１によって表面３２ａの近傍における蛍光体が励起され、表面３２ａからフィルタ５側に向かって蛍光Ｌ２が放射する。
【００３２】
第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２から放射された蛍光Ｌ２は、フィルタ５を透過してコリメータレンズ６に入射する。コリメータレンズ６に入射した蛍光Ｌ２は、コリメート光Ｌ３に変換されて外部機器に伝搬する。
【００３３】
（第１の実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
【００３４】
（１）励起光Ｌ１が第１の蛍光部材３１の表面３１ａから入射し、蛍光Ｌ２が第１の蛍光部材３１の表面３１ａから放射することにより、表面３１ａの近傍における蛍光体が励起されて表面３１ａから蛍光Ｌ２が放射される。第１の蛍光部材３１の中心部における蛍光体の励起による蛍光が第１の蛍光部材３１内を進行して表面３１ａから放射された蛍光を光源とした場合に比べて、より効率よく蛍光Ｌ２を得ることが可能である。
【００３５】
（２）励起光Ｌ１が、第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射するため、励起光源２の出射部２１から出射された励起光Ｌ１によって表面３１ａから放射される蛍光Ｌ２の進行が遮られることを抑制することができる。
【００３６】
（３）複数の励起光源２及び蛍光部材３は、放熱性を有する台座４に取り付けられているため、複数の励起光源２及び蛍光部材３のそれぞれから発生した熱が台座４に伝達される。これにより、台座４から効率よく放熱することが可能である。
【００３７】
（４）台座４の表面は反射面としての機能を有するため、第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２に入射せずにその周辺に散乱した励起光Ｌ１を台座４の表面で反射させることにより、第１の蛍光部材３１又は第２の蛍光部材３２に入射させることが可能である。同様にして、フィルタ５を透過せずにその周辺に散乱した蛍光Ｌ２を台座４の表面で反射させることにより、フィルタ５に入射させることが可能である。
【００３８】
（５）台座４の凹部４２には、底面４２ａに第１の蛍光部材３１が設けられていると共に、側面４２ｂに第２の蛍光部材３２が設けられているため、第１の蛍光部材３１の周辺に散乱した励起光Ｌ１を第２の蛍光部材３２で収拾することができる。したがって、第１の蛍光部材３１から放射される蛍光Ｌ２だけでなく、第２の蛍光部材３２から放射される蛍光Ｌ２も光源として用いることが可能である。
【００３９】
（６）複数の励起光源２は、それぞれ複数のレーザ光源を一体に有するレーザ光源アレイを用いることにより、より多くのコリメート光Ｌ３を得ることができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図３を参照して説明する。本実施の形態に係る光源装置１０は、第１の実施の形態の光源装置１の構成とは異なり、励起光源２の出射部２１から出射された励起光Ｌ１が蛍光部材３に直接的に入射する。図３において、第１の実施の形態に係る光源装置１について説明したものと同一の機能を有する部位については共通する符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００４１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置１０の構成例を示す模式図である。
【００４２】
（光源装置１０の構成）
本実施の形態に係る光源装置１０は、複数の励起光源２と、第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２を有する蛍光部材３と、台座４０と、フィルタ５と、コリメータレンズ６とを備えている。
【００４３】
台座４０は、基部４０１と、基部４０１の中央部に形成され、コリメータレンズ６に対して開口する凹部４０２と、複数の励起光源２が取り付けられる傾斜部４０３とを有している。
【００４４】
第１の実施の形態と同様にして、凹部４０２の底面４０２ａには第１の蛍光部材３１が設けられ、側面４０２ｂには第２の蛍光部材３２が設けられている。本実施の形態では、底面４０２ａと側面４０２ｂとは直交している。
【００４５】
傾斜部４０３は、凹部４０２を囲むように形成され、傾斜部４０３に取り付けられた励起光源２の出射部２１が第１の蛍光部材３１を指向するように基部４０１に対して傾斜している。基部４０１（基部４０１の底面）と傾斜部４０３とがなす角は、出射部２１から出射された励起光Ｌ１が少なくとも第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射するように設定されている。また、傾斜部４０３と凹部４０２の側面４０２ｂとがなす角は、鈍角である。
【００４６】
台座４０は、第１の実施の形態における台座４と同様に、放熱性を有しており、複数の励起光源２及び蛍光部材３から発生した熱を放熱する。また、励起光Ｌ１及び蛍光Ｌ２の一部、より具体的には第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２に入射せずにその周辺に散乱した励起光Ｌ１、及びフィルタ５を透過せずにその周辺に散乱した蛍光Ｌ２が、台座４０の表面で反射される。
【００４７】
（光源装置１０の動作）
次に、光源装置１０の動作について説明する。
【００４８】
励起光源２の出射部２１から出射された励起光Ｌ１は、その一部が第１の蛍光部材３１の表面３１ａに対して斜めに入射し、他の一部が第２の蛍光部材３２の表面３２ａに向かって入射する。
【００４９】
第１の蛍光部材３１の表面３１ａから入射した励起光Ｌ１によって表面３１ａの近傍における蛍光体が励起され、表面３１ａからフィルタ５側に向かって蛍光Ｌ２が放射される。同様にして、第２の蛍光部材３２の表面３２ａから入射した励起光Ｌ１によって表面３２ａの近傍における蛍光体が励起され、表面３２ａからフィルタ５側に向かって蛍光Ｌ２が放射される。
【００５０】
第１の蛍光部材３１及び第２の蛍光部材３２から放射された蛍光Ｌ２は、フィルタ５を透過してコリメータレンズ６に入射する。なお、本実施の形態では、フィルタ５は、第１の実施の形態で用いたダイクロイックフィルタに限らず、蛍光Ｌ２を透過させるフィルタであればよい。コリメータレンズ６に入射した蛍光Ｌ２は、コリメート光Ｌ３に変換されて外部機器に伝搬する。
【００５１】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、コリメータレンズ６は、収束レンズを用いてもよい。また、複数の励起光源２は、それぞれ複数のレーザ光源を一体に有するレーザ光源アレイを用いてもよい。
【００５２】
（第２の実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、第１の実施の形態の（１）〜（６）の作用及び効果と同様の作用及び効果を得られる。
【００５３】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【００５４】
［１］蛍光体を含有し、表面（３１ａ）から入射した励起光（Ｌ１）を受けて表面（３１ａ）から蛍光（Ｌ２）を放射する板状の蛍光部材（第１の蛍光部材３１）と、蛍光部材（第１の蛍光部材３１）の周囲に配置され、励起光（Ｌ１）を出射する複数の励起光源（２）と、蛍光部材（第１の蛍光部材３１）の表面（３１ａ）に対向して配置され、蛍光（Ｌ２）を平行光または収束光に変換するレンズとを備え、励起光（Ｌ１）は、蛍光部材（第１の蛍光部材３１）の表面（３１ａ）に対して斜めに入射する光源装置（１，１０）。
【００５５】
［２］蛍光部材（第１の蛍光部材３１）とレンズとの間に配置され、蛍光（Ｌ２）の波長のみを選択的に透過させるフィルタ（５）をさらに備え、励起光（Ｌ１）は、フィルタ（５）に向かって励起光源（２）から出射され、フィルタ（５）を透過せずにフィルタ（５）の表面で反射された励起光（Ｌ１）が蛍光部材（第１の蛍光部材３１）の表面に向かって斜めに入射し、フィルタ（５）を透過した蛍光（Ｌ２）がレンズに入射する、［１］に記載の光源装置（１）。
【００５６】
［３］励起光（Ｌ１）は、励起光源（２）から蛍光部材（第１の蛍光部材３１）の表面（３１ａ）に向かって斜めに出射されて蛍光部材（第１の蛍光部材３１）に直接的に入射する、［１］に記載の光源装置（１０）。
【００５７】
［４］複数の励起光源（２）及び蛍光部材（第１の蛍光部材３１）は、放熱性を有する台座（４，４０）に取り付けられている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の光源装置（１，１０）。
【００５８】
［５］励起光（Ｌ１）及び蛍光（Ｌ２）は、その一部が、台座（４，４０）の表面で反射される、［４］に記載の光源装置（１，１０）。
【００５９】
［６］台座（４，４０）は、レンズに対して開口する凹部（４２，４０２）を有し、凹部（４２，４０２）の底面（４２ａ，４０２ａ）には、蛍光部材（第１の蛍光部材３１）が設けられ、凹部（４２，４０２）の側面（４２ｂ，４０２ｂ）には、側部蛍光部材（第２の蛍光部材３２）が設けられている、［４］又は［５］に記載の光源装置（１，１０）。
【００６０】
［７］励起光源（２）は、複数のレーザ光源を一体に有するレーザ光源アレイである、［１］乃至［６］の何れか１項に記載の光源装置（１，１０）。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００６２】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、励起光Ｌ１として青色レーザ光を用い、蛍光Ｌ２として緑色光を用いたが、これに限らず、用途に応じて変更可能である。
【００６３】
また、上記実施の形態では、台座４，４０は、基部４１，４０１の周縁が八角形状に形成されていたが、これに限らず、例えば矩形状や円形状でもよく、形状に関して特に制限はない。
【００６４】
また、凹部４２，４０２の形状について特に制限はない。例えば、凹部を形成せず平らな平面に蛍光部材３を取り付けてもよい。
【００６５】
また、励起光源２の数及び配置に関して、特に制限はない。
【符号の説明】
【００６６】
１，１０…光源装置、２…励起光源、３…蛍光部材、４，４０…台座、５…フィルタ、６…コリメータレンズ（レンズ）、２１…出射部、３１…第１の蛍光部材（蛍光部材）、３１ａ…表面、３２…第２の蛍光部材（側部蛍光部材）、３２ａ…表面、４１，４０１…基部、４２，４０２…凹部、４２ａ，４０２ａ…底面、４２ｂ，４０２ｂ…側面、４３，４０３…傾斜部、Ｌ１…励起光、Ｌ２…蛍光、Ｌ３…コリメート光
【図１】
2015022954.tif 000003
【図２】
2015022954.tif 000004
【図３】
2015022954.tif 000005