(57)【要約】【課題】励起光の光強度を増大させずに、光強度が高く小型の光源を蛍光体光源を実現する。【解決手段】蛍光体発光源は、回転放物面鏡の焦点近傍に配置され、回転放物面鏡の回転軸方向から励起光を照射されて蛍光を発する蛍光体光源であって、基体７０と蛍光体部８０を有し、蛍光体部８０の励起光照射面が微小な凹凸を有する非平面形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を照射されて蛍光を発する蛍光体光源であって、基体と蛍光体部を有し、上記蛍光体部の励起光照射面が微小な凹凸を有する非平面形状であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項２】
請求項１記載の蛍光体光源において、
励起光照射面の形状が１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項３】
請求項２記載の蛍光体光源において、
励起光照射面の断面形状が円弧形状の繰り返しによる周期構造であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項４】
請求項２記載の蛍光体光源において、
励起光照射面の断面形状が三角波形状による周期構造であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項５】
請求項３または４記載の蛍光体光源において、
励起光照射面の形状が１次元の周期構造であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項６】
請求項３または４記載の蛍光体光源において、
励起光照射面の形状が２次元の周期構造であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載の蛍光体光源において、
基体における蛍光体部を有する側と逆側を反射面としたことを特徴とする蛍光体光源。
【請求項８】
請求項７記載の蛍光体光源において、
反射面がダハミラー配列もしくは錐体面配列であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項９】
請求項７または８記載の蛍光体光源において、
反射面が成膜形成されたことを特徴とする蛍光体光源。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載の蛍光体光源において、
蛍光体部を支持する基体表面が平面状であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項１１】
請求項１〜９の任意の１に記載の蛍光体光源において、
蛍光体部を支持する基体表面形状と、上記蛍光体部の励起光照射面とが同一の形状を有し、平行光束取り出し効率が低下しない範囲で励起光照射方向における上記蛍光体部の厚さが一定であることを特徴とする蛍光体光源。
【請求項１２】
請求項１０記載の蛍光体光源の製造方法であって、
平面状に形成した基体表面に蛍光体部をなす蛍光材料を塗布し、その表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造を持つ励起光照射面として形成することを特徴とする蛍光体光源の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の蛍光体光源の製造方法であって、
予め表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造に形成した基体に、蛍光体部をなす蛍光材料を塗布し、その表面形状を上記基体の表面形状と同一形状を持つ励起光照射面として形成することを特徴とする蛍光体光源の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の蛍光体光源の製造方法において、
蛍光体部をなす蛍光材料を、塗布量を制御する圧電塗布により塗布することを特徴とする蛍光体光源の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の蛍光体光源の製造方法であって、
予め表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造に形成した基体に、蛍光体部をなす蛍光材料を蒸着により成膜することを特徴とする蛍光体光源の製造方法。
【請求項１６】
励起光を放射する光源と、
励起光を照射されて蛍光を発する蛍光体光源と、
蛍光体光源が発する蛍光を反射して略平行光束とする反射手段とを有する光源装置において、
上記蛍光体光源として請求項１〜１１の任意の１に記載の蛍光体光源を使用したことを特徴とする光源装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の光源装置を用いる照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍光体光源およびその製造方法および光源装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源として発光ダイオードやレーザダイオードを用いる光源装置が広く知られている。  レーザダイオードを光源とする場合、射出するレーザ光は短波長のコヒーレント光であるため、人の眼に対しての安全性に問題がある。そこで、レーザ光を蛍光体に照射して吸収させ、インコヒーレント光を自然放出させて、人の眼に対して安全な光を提供する方法が提案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
蛍光体から発生した蛍光を所定方向に取り出す方法としては、放出された蛍光を回転放物面鏡等により反射させ、回転放物面鏡の光軸に平行な光束として取り出す方法が知られている。
【０００４】
取り出す平行光束の光強度を高くするには、蛍光体に照射するレーザ光の光強度を増大させればよいが、消費電力、レーザの放熱、蛍光体の耐熱温度等を考慮すると、レーザ光の光強度をあまり大きくするのは好ましくない。
【０００５】
レーザ光の光強度を大きくせずに「光強度の高い平行光束」を得るには、蛍光体光源を回転放物面鏡の焦点位置近傍に置き、蛍光体光源に吸収させる光量を増大させることが考えられる。吸収させる光量を増大させるために蛍光体光源を大きくすると、それに応じて、回転放物面鏡も大型化し光源装置が大きくなる。単純に蛍光体光源の光軸方向の厚みを大きくすると、蛍光体光源と回転放物面鏡焦点との不一致部部分が多くなり、得られる光束の平行性が劣化する。光強度の高い平行光束を得られるような形態で蛍光体光源の厚みを適正化することが提案されている（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９５３１９
【特許文献２】特開２００５−１２９９１１
【特許文献３】特開２００５−２７６８８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
励起光を蛍光体光源に照射して発光させた蛍光を反射させて略平行光束とする光源において、励起光の光強度を増大させずに光強度が高い小型の光源を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の蛍光体光源は、励起光を照射されて蛍光を発する蛍光体光源であって、基体と蛍光体部を有し、蛍光体部の励起光照射面が微小な凹凸を有する非平面形状であることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
蛍光体光源の発光強度は、蛍光体部における蛍光の発光効率と励起光の強度を一定とすると励起光照射面の面積に比例する。すなわち、励起光照射面の面積を大きくすると、蛍光体から放出される蛍光（以下「放出蛍光」とよぶ）の光強度は増大する。蛍光体部の励起光照射面を非平面形状にすることで、励起光照射面の表面積が大きくなり、蛍光体の発光強度は増大する。
【００１０】
請求項１記載の蛍光体光源において、励起光照射面が有する微小な凹凸を有する非平面形状は、１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造とすることができる（請求項２）。この周期構造は、断面形状が円弧形状の繰り返しによる周期構造であってもよい（請求項３）し、三角波形状による周期構造であってもよい（請求項４）。
【００１１】
請求項３または４記載の蛍光体光源において、励起光照射面の形状は１次元の周期構造であってもよい（請求項５）し、２次元の周期構造であってもよい（請求項６）。
【００１２】
請求項７記載の蛍光体光源は、請求項１〜６の任意の１に記載の蛍光体光源において、基体における蛍光体部を有する側と逆側を反射面としたことを特徴とする。この反射面はダハミラー配列や錐体面配列とすることができる（請求項８）。また、反射面を成膜により形成してもよい（請求項９）。ダハミラー配列は、平面を直交するように組合わせたダハミラーを１方向に配列した形状であり、錐体面配列は３角錐や四角錐等を２次元的に配列した形状である。
【００１３】
励起光照射面に照射された励起光は、一部が蛍光体部で吸収され、一部は蛍光体部を透過し、反射面で反射して再び蛍光体部に戻る。照射励起光は蛍光体部に吸収されて蛍光を発するため、蛍光体部に吸収される光量が大きいほど「蛍光体部が発する放出蛍光量」が大きくなる。
【００１４】
請求項１〜９の任意の１に記載の蛍光体光源において、蛍光体部を支持する基体表面は平面状であってもよい（請求項１０）が、上記基体表面の形状を蛍光体部の励起光照射面の有する非平面形状と同一の形状とし、平行光束の取り出し効率を低下させない範囲で「励起光照射方向における蛍光体部の厚さ（以下「蛍光体厚」という。）」を一定としてもよい（請求項１１）。
【００１５】
平行光束の取り出し効率とは、一定強度の励起光を蛍光体光源に照射して放出された蛍光が反射手段により反射して、平行光束化したときの光束の平行性の良否と、光束の光強度の良否をいい、上記「平行光束の取り出し効率を低下させない」とは、反射されて取り出された光束の平行性・光強度が低下しないことを意味する。
【００１６】
一定強度の励起光を蛍光体部に照射する場合、蛍光体部の蛍光体厚と、蛍光体より放出される放出蛍光の強度には依存関係があり、蛍光体光源の発光効率を向上させるためには、蛍光体厚を適正な厚さにすることが好ましい。
【００１７】
例えば、蛍光体部からの放出蛍光を、回転放物面鏡により反射させて平行光束化する場合を考えると、理想的には、蛍光体部が点状に小さく、これが回転方物面の焦点位置に位置するのがよい。しかし、実際には蛍光体部には大きさがあり、蛍光体部の大きさが大きくなると、放射蛍光の光強度は増大するけれども、蛍光体部の大きさが大きくなった分だけ、蛍光体部のうちで「焦点からずれる部分」が大きくなり、取り出される平行光束の平行性は低下してしまう。
【００１８】
従って、平行光束の取り出し効率を良好にするためには、放射蛍光の光強度を大きくすることと、蛍光体部と焦点とのずれが大きくならないこととが両立する必要がある。
【００１９】
回転放物面鏡が反射する平行光束の平行性を高める方法のひとつとして、回転放物面鏡を大きくして焦点距離を長くすることが考えられる。しかし、焦点距離を長くすると回転方物面鏡自体も大きくなって光源装置や照明装置が大型化する。
【００２０】
請求項１０記載の蛍光体光源は、平面状に形成した基体表面に蛍光体部をなす蛍光材料を塗布し、その表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造を持つ励起光照射面として形成することで製造できる（請求項１２）。
【００２１】
請求項１１記載の蛍光体光源は、予め表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造に形成した基体に、蛍光体部をなす蛍光材料を塗布し、その表面形状を基体の表面形状と同一形状を持つ励起光照射面として形成することで製造できる（請求項１３）。
【００２２】
請求項１４記載の蛍光体光源の製造方法は、請求項１２または１３記載の蛍光体光源の製造方法において、蛍光体部をなす蛍光材料を、塗布量を制御する圧電塗布により塗布することを特徴とする。
【００２３】
請求項１５記載の蛍光体光源の製造方法は、請求項１１記載の蛍光体光源の製造方法であって、予め表面形状を１次元もしくは２次元の微細な凹凸の周期構造に形成した基体に、蛍光体部をなす蛍光材料を蒸着により成膜することを特徴とする。
【００２４】
請求項１６記載の光源装置は、励起光を放射する光源と、励起光を照射されて蛍光を発する蛍光体光源と、蛍光を略平行光束にする反射手段を有する光源装置において、蛍光体光源として請求項１〜１１の任意の１に記載の蛍光光源を使用したことを特徴とする光源装置である。
【００２５】
反射手段としては、回転放物面鏡や回転楕円鏡、球面鏡などを用いることができる。回転楕円鏡や球面鏡の場合における「焦点」は、蛍光体部を点状と考えて、回転楕円鏡や球面鏡の鏡面に対して配置したとき、蛍光体部から放射された蛍光がこれらの鏡面により反射されて「最も平行光束に近くなる」ような「位置」を言うものとする。
【００２６】
請求項１７記載の照明装置は、上記請求項１６の光源装置を光源として用いる照明装置である。
【００２７】
本発明の蛍光体光源は、蛍光体部の大きさに対して表面積が大きく、平行光束取り出し効率がよく、光源装置や照明装置の小型化が可能である。あるいは、励起光の出力を落として省エネルギー化も可能である。たとえば、蛍光体光源からの光を照明光として用いる照明装置などの場合は、同じ大きさで蛍光強度を大幅に向上させたり、同じ明るさでよりコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上に説明したように、この発明によれば、励起光の光強度を増大させずに光強度が高い小型の光源を実現することができる。また、励起光を蛍光体光源に照射して発光させた蛍光を反射手段により反射させて平行光束とする光源において、平行光束の取り出し効率のよい小型の光源装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
この発明の実施の形態について説明する。  
図１に、蛍光体光源から放出される蛍光を回転放物面鏡で平行化する状態を示す。  
光源１０から射出した励起光２０は、反射手段としての回転放物面鏡３０の光軸（回転軸）位置に穿たれた孔３１を通って、回転放物面鏡３０の焦点位置近傍に置かれた蛍光体光源４０に照射され、波長変換された蛍光５０を放出させる。放出蛍光５０は回転放物面鏡３０で反射されて略平行な光束６０となる。
【００３０】
以下の説明において、光源１０が放射する励起光の強度は一定とし、光強度の値は計算上の値とする。
【００３１】
回転放物面鏡の回転軸方向に対して「（入射側の回転軸から計って）１７５度〜１８５度までの角度範囲の反射光」を、回転放物面鏡により平行光束化された平行光束とする。以下において、平行光束の強度は１度毎の「各角度での光強度の値」を上記角度範囲にわたって加算して求めたものである。
【００３２】
図２を参照して説明すると、蛍光体光源４０は蛍光体部４１と基体部４２を有し、発光効率が一定で全周発光するものとする。ｘｙ平面に直交するｚ方向から蛍光体部４１の励起光照射面２２に励起光２１を入射させる。
【００３３】
図２に示すごとき蛍光体光源４０で、蛍光体部の大きさが異なる２種の蛍光体光源として蛍光体光源Ａ（ｘ：１ｍｍ、ｙ：１ｍｍ、ｚ：１ｍｍ）、蛍光体光源Ｂ（ｘ：１ｍｍ、ｙ：１．５ｍｍ、ｚ：１ｍｍ）を用い、これらに励起光を照射した場合に蛍光体光源から放出する放出蛍光の強度を計算し比較する。
【００３４】
図３は、焦点距離：１０ｍｍの回転放物面鏡を使用した場合の、蛍光体部の「光軸方向（図２におけるｚ軸方向）における回転放物面鏡の焦点からの位置ずれ（横軸）」と、蛍光体光源Ａ、Ｂから放出された蛍光を回転放物面鏡により反射させて取り出した平行光束の強度（以下、「平行光束強度」という。）を示している。焦点位置が「光源方向にずれている場合」と「光源とは反対方向にずれている場合」とは平行光束強度の「位置ずれに対する変化」は同一であるため、光源方向にずれている場合は省略した。
【００３５】
図３からわかるように、蛍光体光源が回転放物面鏡の焦点位置に近いほど平行光束強度は大きくなる。また、蛍光体光源Ａのほうが蛍光体光源Ｂよりも平行光束強度が大きい。すなわち、蛍光体光源の励起光照射面の面積が小さい方が「取り出される平行光束強度」が大きくなる。蛍光体光源Ｂは蛍光体光源Ａと比較して「ｙ軸方向長さ」が大きく、回転放物面鏡の光軸との距離のずれがｙ軸方向において大きくなるため平行光束強度が小さくなる。
【００３６】
図４は、回転放物面鏡で反射された光束の「角度による光強度の差異」を示している。図４（ａ）は回転放物面鏡の焦点距離が１０ｍｍの場合であり、図４（ｂ）は回転放物鏡の焦点距離が３ｍｍの場合である。
【００３７】
焦点距離：１０ｍｍの回転放物面鏡を使った場合、各角度での光強度を加算して「回転放物面鏡により得られる平行光束の強度」を求めると、蛍光体光源Ａでは「蛍光体光源Ｂの１．１７倍の平行光束強度」になる。焦点距離：３ｍｍの回転放物面鏡を使用した場合には、蛍光体光源Ａの場合が蛍光体光源Ｂの１．２８倍になる。
【００３８】
このことから、回転放物面鏡の焦点距離が短く、蛍光体部が小さいほうが「平行光束取り出し効率が高くなる」ことがわかる。また、蛍光体光源の励起光照射面の面積を大きくした場合に、平行光束強度を向上させるためには、回転放物面鏡の焦点距離を長くするのがよい。
【００３９】
光源装置を小型化するためには、回転放物面鏡の焦点距離が短い方がよい。焦点距離を短くして「光強度の高い平行光束」を取り出すためには、励起光照射面の蛍光の発光効率をあげるか、蛍光体光源の励起光照射面の大きさ（図２におけるｘ軸方向長さとｙ軸方向長さ）を変えずに励起光照射面の表面積を大きくする方法をとるのがよい。
【００４０】
蛍光体部の厚さの違いによる回転放物面鏡が反射する平行光束強度の差異を計算する。  蛍光体光源の励起光透過強度：ａ、蛍光体への入射光強度：ａ０、吸収係数：α、蛍光体厚：Ｌとすると、蛍光体が光を吸収する吸収強度は次のような式で表わせる。  
吸収強度＝ａ０−ａ＝ａ０（１−ｅｘｐ［−αＬ］）（特開２００３−２９５３１９）
上記式は、蛍光体部の厚さの増大と共に蛍光体部の吸収強度が大きくなることを示す。
【００４１】
蛍光体の発光強度は吸収強度に比例するので、蛍光体部の厚さが大きいほうが発光強度は高くなる。吸収係数：αを２／ｍｍとすると、蛍光体光源Ａの励起光照射面積（１ｍｍ×１ｍｍ）で蛍光体部の厚さ：７００μｍの場合の吸収強度は、蛍光体部の厚さ：３５０μｍの場合の１．５倍となる。
【００４２】
回転放物面鏡の光軸方向から励起光が入射し、蛍光体光源の蛍光体部の励起光照射面が回転放物面鏡の焦点位置になるように蛍光体光源を設置すると、蛍光体の吸収係数を考慮しない場合、回転放物面鏡の焦点距離：３ｍｍ、蛍光体部の厚さ：３５０μｍと７００μｍの場合における平行光束強度の比率は１：０．８７となる。
【００４３】
回転放物面鏡の焦点距離：１０ｍｍ、蛍光体部の厚さ：３５０μｍと７００μｍの場合における平行光束強度の比率は１：０．９となる。  
このことから、回転放物面鏡の焦点距離にかかわらず、蛍光体の厚さ：３５０μｍより７００μｍのほうが「取り出せる平行光束の強度」が小さい。また、回転放物面鏡の焦点距離が短いほうが、平行光束強度が小さくなる。
【００４４】
上記の場合において、蛍光体の吸収強度を考慮するために、上記平行光束強度の比率における厚さ：７００μｍの値：０．８７、０．９に上記吸収強度の比率：１．５をかけると、平行光束強度は蛍光体部の厚さ：３５０μｍに対して同厚さ：７００μｍの場合、放物面鏡の焦点距離：３ｍｍで１．３１倍、焦点距離：１０ｍｍで１．３６倍となる。
【００４５】
蛍光体厚を大きくすることで放出蛍光の強度を大きくしても、蛍光体厚が増したことで、平行光束強度は蛍光体部の吸収強度から求めた値より悪化する。ちなみに、上記の場合は上記平行光束強度比：１．５倍に対し９〜１３％程度割り引いたものになり、１．３〜１．３６倍程度になる。
【００４６】
蛍光体の異なる厚さに対する「蛍光体光源の回転放物面鏡の焦点位置からのずれ」と、得られる平行光束強度について説明する。
【００４７】
蛍光体部の励起光照射面が平面で、照射面積を一定として、蛍光体部の厚さが１０００μｍの場合と５０μｍの場合を考える。蛍光体部の厚さ：１０００μｍでは、回転放物面鏡の焦点位置から０．３〜０．４ｍｍ程度ずれると平行光束強度が５％低下する。蛍光体部の厚さ：５０μｍで平行光束強度が５％低下するのは「回転放物面鏡の焦点位置から１００μｍ程度ずれた位置」となる。
【００４８】
「蛍光体部の厚さ」と「回転放物面鏡の焦点位置からずれた距離」の割合は、蛍光体部の厚さ：５０μｍと１００μｍの場合で各々０．３〜０．４２となる。「回転放物面鏡の焦点位置に蛍光体部の励起光照射面を配設」した場合、蛍光体部の厚さが薄いほうが平行光束強度は大きい。
【００４９】
励起光照射面が平面形状でない蛍光体光源の励起光照射面を回転放物面鏡の焦点位置に配設する場合、図６に示すように、蛍光体光源の蛍光体部４１は、光軸に直交するｙ方向に微小な厚さ：Δｙをもつ薄板状の微小蛍光体板４３がｙ方向に平行に並んだ集合体として考えることができる。微小蛍光体板４３のおのおのについて、焦点位置からのずれ：Δｚを考慮することにより平行光束強度を求めることができる。
【００５０】
図６（ｂ）は、蛍光体光部４１の励起光照射面が「円弧の周期構造」である場合につき、周期構造の１単位の光軸を含む平面による断面状態を示している。励起光照射面が平面状でないため、励起光照射面の頂部からｙ軸方向に離れるに従い、励起光照射面と回転放物面鏡の焦点位置（上記頂部に一致している。）のずれが大きくなる。微小蛍光体板４３における「焦点位置ずれの平均距離」は、近似的に回転放物面鏡の焦点距離から「周期構造円弧の半径の１／４」程度である。
【００５１】
励起光照射面の周期構造の円弧が半径：５０μｍの場合、焦点距離：３ｍｍでは、図６（ｂ）の励起光照射面が平面である場合の平行光束強度とのずれは０．０１％、焦点距離：１０ｍｍでは０．０８％となり、励起光照射面の増加率に比べて平行光束強度にほとんど影響しない。この場合の焦点位置からのずれの平均は１２．５μｍとなる。
【００５２】
図６（ｂ）における平行光束強度の減少量を計算する。  
図１０（ａ）に焦点距離：１０ｍｍの場合の「回転放物面鏡焦点位置からずれた距離」と「とりだせる平行光束強度」の関係を示す。
【００５３】
蛍光体部の大きさを１ｍｍ×１ｍｍ×５０μｍ、回転放物面鏡の焦点距離を１０ｍｍとして、図１０（ａ）の平行光束強度計算値を近似とすると、近似式は図の縦軸をｙ、横軸をｘとして
ｙ＝−０．００４６ｘ２−０．０２１９ｘ＋１１６５．７          （式１）
となる。近似曲線の下側の面積（平行光束強度である平行光束の強度の和）を求めると、
∫（−０．００４６ｘ２−０．０２１９ｘ＋１１６５．７）ｄｘ
＝［−０．００４６／３×ｘ３−０．０２１９／２×ｘ２＋１１６５．７ｘ］
であり、横軸の積分範囲をｘにつき０〜５０μｍとして５８０６５．９を得る。
【００５４】
「励起光照射面の焦点ずれによる減少分」が無い場合は、ずれ量：０のときの値：１１６５．７と積分範囲：５０μｍとの積：１１６５．７×５０＝５８２８５である。  
よって、焦点ずれによる減少分は０．１％となり、殆ど影響がないことがわかる。回転放物面鏡の焦点距離を３ｍｍとした場合は０．６％悪化する。
【００５５】
図６（ｄ）のように蛍光体部の励起光照射面と反対側が平面である場合、回転放物面鏡の焦点位置からのずれ：Δｚは図６（ｂ）と同様であるが、蛍光体部の厚さ：ｚが増大しているため、放出蛍光の強度が上昇する。
【００５６】
図１０（ｂ）に蛍光体部の厚さと平行光束強度の関係を示す。この関係を表す近似式は上記と同様にして次のようになる。
【００５７】
ｙ＝（２Ｅ−０７）ｘ３−０．０００５ｘ２＋０．１５２３ｘ＋１１６１．５  
（式２）
「２Ｅ−０７」は「２×１０−７」を意味する。
【００５８】
この近似式を用いて、上記と同様にして「焦点ずれによる平行光束強度の減少分」を求めることができる。
【００５９】
図５に蛍光体部の形状の例を示す。励起光は全て図の上方から照射される。  
各図中、符号７０は基体、符号８０は蛍光体部を示す。  
励起光照射面の形状における周期構造は図５（ａ）（ｂ）では１次元の円弧、同（ｃ）（ｄ）は１次元の三角波形状、（ｅ）（ｆ）は２次元の円弧、（ｇ）（ｈ）は２次元の三角波形状である。図５（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）では、蛍光体部８０を支持する基体７０の表面が平面状であり、図５（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）では、蛍光体部を支持する基体表面形状と励起光照射面とが同一の形状を有し、励起光照射方向における蛍光体厚が一定である。
【００６０】
図２のように「励起光照射面が平面形状」である場合と、励起光照射面が図５（ｂ）に示すような「１次元の円弧の周期構造」である場合について、回転放物面鏡が反射する平行光束強度について比較する。
【００６１】
図５（ｂ）では光軸方向に「蛍光体部の厚さが一定」である。蛍光体部から放出する放出蛍光強度は励起光照射面の面積に比例するので、蛍光体部の断面形状における励起光照射面の長さ（円弧形状のときは円弧長、平面形状のときは直線長）の比が放出蛍光強度の比を示す。
【００６２】
図５（ｂ）の断面において、周期構造の円弧が５０μｍの円の円弧で、蛍光体部の厚さが「円弧の半径と同じ」であり、周期構造の円弧部分として、円弧両端の直線距離：８６．６３μｍの間の円弧長を求めると、周期構造ひとつの円弧長は１０４．７２μｍ、円弧両端の直線距離は上記８６．６３μｍであるから、円弧の長さ：１０４．７２は直線距離：８６．６３の１．２１倍となる。
【００６３】
円弧の長さが直線である形状は、同一の大きさ（図２において、ｘ軸とｙ軸の直線距離が同一である。）の表面が平面である場合を示す。すなわち、励起光照射面の表面形状が円弧である場合は、表面形状が平面である場合の１．２１倍の平行光束強度となる。
【００６４】
図５（ａ）の円弧を交互に逆向き（凹凸状）に形成することにより、円弧の接点がだれるのを防ぐこともできる。ただし、蛍光体厚が大きくなるため、平行光束取り出し効率は低下する。（図１２）
図５（ｄ）の光軸方向への断面において、半径：５０μｍの円弧の中点を三角波の頂点として、円弧の両端と三角波の頂点を結んだ三角波形状である場合の蛍光体部の吸収強度を、励起光照射面が平面の場合と比較すると１．１５倍となる。励起光照射面が三角波形状である場合、蛍光体部の吸収強度は円弧形状の場合よりわずかに小さいが、表面形状の形成は三角波形状の方が円弧より容易である。
【００６５】
図５（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）は、蛍光体部を支持する基体表面が平面状である実施の形態である。蛍光体部の基体と接する面を平面とすることで、基盤の加工を容易に行うことが可能であり、いろいろな方法で蛍光体部を形成することができる。
【００６６】
図５（ａ）と（ｂ）において、回転放物面鏡から反射される平行光束強度を比較する。
【００６７】
図５（ａ）における周期円弧の半径を５０μｍとして、蛍光体部の最大厚さ：６２．５μｍで、「焦点位置ずれの平均距離」は「周期構造円弧の半径の１／４」程度であるから回転放物面鏡の焦点位置から１２．２５μｍずれた位置に配設されているとすると、蛍光体部の厚さが５０μｍから６２．５μｍに増加したことにより吸収強度は約２３％増加するが、焦点位置から１２．２５μｍずれるために、厚み：５０μｍの場合と、６２．５μｍの場合の焦点位置からのずれが、平行光束取出し効率への影響度合いを同じと考えると、図５（ａ）の蛍光体部の場合にも、焦点位置からずれによる影響はほとんどなくなる。
【００６８】
図３の傾向から平行光束強度の減少は数パーセントと考えられるため、平行光束取り出し効率は１０％〜２０％程度の増加が見込まれる。
【００６９】
図５（ｄ）のように三角波形状の場合も、基体と接する面を平面状にすると、若干、平行光束強度が高くなる。
【００７０】
励起光照射面の周期構造を２次元にした場合に回転放物面鏡が反射する平行光束強度について比較する。（図５（ｅ）〜（ｈ））
蛍光体部の励起光照射面が、半径：５０μｍの円の「半球状形状」による周期構造であり、蛍光体部の厚さを５０μｍで一定とし、放物面鏡の焦点位置からのずれによる影響を励起光照射面が平面であった場合と比較して考える。最初に表面積を比較し、その後、蛍光体部における回転放物面鏡の焦点位置からのずれを考える。
【００７１】
回転放物面鏡の焦点位置からのずれによる平行光束取り出し効率の低下は０．１％程度であるため、励起光照射面が２次元の微細な周期構造である場合の平行光束取り出し効率と励起光照射面が平面状である場合の平行光束取り出し効率の比率は、励起光照射面の表面積の比較で代替できる。
【００７２】
図１１に、励起光照射面の「半球状形状の凸部の厚み」を増大させた場合の、励起光照射面の表面積と半球状形状を包含する平面（正方形）との面積比を示す。半球状形状の端部が構成する円の半径：ｒが大きくなると平面との面積比が１を越えるためには、半球状形状の凸部はある程度以上の厚みを必要とする。半径：ｒが小さいほど面積比が１を越える厚みは小さい。面積比が１となる半径と厚みの関係を以下に示す。
【００７３】
半径    ：  厚み
５０μｍ：  ０．４４μｍ
２５μｍ：  ０．４８μｍ
１００μｍ：  ０．４４μｍ
上記蛍光体光源において、蛍光体厚を増大させると、平面状の励起光照射面と２次元の微細な半球の周期構造を形成された励起光照射面の面積比は増大し、蛍光体厚と周期構造における半球の半径の比が、約０．４４程度となると面積比が１になり、その後、面積比は増大し、傾向体部の厚さが半球の半径に等しくなると最大倍率になる。この最大倍率は、半球の面積：２π×５０２＝１５７０８となり、平面の面積：１００μｍ×１００μｍ＝１００００の１．５７倍となり、上記半球の半径に依存しない。  
励起光照射面の周期構造の円弧が半径：５０μｍ、焦点距離：３ｍｍの場合、蛍光体部における焦点位置からの平均的なずれは１２．５μｍであるので、得られる平行光束は０．１％程度減少することになる。これを考慮すると、励起光照射面が半球による周期構造である場合は、平面である場合の１．５６倍の平行光束を得られることになる。
【００７４】
上記半球を連接させて、図５（ｆ）のような形状の蛍光体部とする。  
円弧どうしの隙間が平面で蛍光体が塗布されず、円弧どうしの隙間に照射した光は透過するとして、平面状の場合と平行光束取出し効率を比較する。円の半径をｒとすると三角形の面積：Ｓｔと円弧の面積：Ｓｓより円弧どうしの隙間の面積を求める。
【００７５】
Ｓｔ＝（２ｒ×√３ｒ／２）／２＝（√３／２）ｒ２
Ｓｓ＝３×πｒ２×６０／３６０＝πｒ２／２
Ｓｓ−Ｓｔ＝ｒ２／２（π−√３）≒０．６８ｒ２
励起光照射面の蛍光体部の表面積が最大になる蛍光体厚は、球面の半径と同一であるので、この隙間と半球の面積比は以下のようになる。
【００７６】
０．６８ｒ２／２πｒ２＝０．１０８
焦点位置からのずれによる減少分を考慮すると、励起光照射面が半径：５０μｍの円弧であり蛍光体部の厚さが５０μｍの蛍光体光源と、励起光照射面が１００μｍ×１００μｍの平面との面積比は、
（２π−０．６８）５０２／１００２＝１．４０倍となる。
【００７７】
円弧どうしの隙間における平行光束の減少分は、基体部支持面から擬似三角錐形状を形成することで補うことが可能である。
【００７８】
図９は回転放物面鏡の焦点距離と蛍光体部の焦点位置ずれの関係を示している。図９（ａ）は焦点距離：１０ｍｍ、図９（ｂ）は焦点距離：３ｍｍで得られる平行光束強度を示している。いずれも蛍光体部の厚さは５０μｍである。
【００７９】
それぞれの近似式は、以下のようになる。
【００８０】
焦点距離：１０ｍｍ：
ｙ＝１Ｅ−０５ｘ３−０．００７４ｘ２＋０．１２４１ｘ＋１１６４．４
焦点距離：３ｍｍ：
ｙ＝３Ｅ−０６ｘ３−０．００２２ｘ２＋０．０２３７ｘ＋３４５．８７
回転放物面鏡の焦点位置からのずれによる平行光束強度の変化率は、焦点距離：１０ｍｍで２５．７％、焦点距離：３ｍｍｄｅ３４．０％となり、焦点距離が長いほうが回転放物面鏡の焦点位置ずれによる影響が少ない。
【００８１】
図５（ｈ）に示すような四角錐の周期構造で構成された励起光照射面を有し、蛍光体厚が一定である蛍光体光源における、平行光束強度を比較する。
【００８２】
周期構造の四角錐が、高さ：５０μｍ、底辺３辺がそれぞれ５０μｍの正四角形で構成されるとすると、三角形の斜辺は２５√３であるから、三角波形状の表面積は、
４×５０×２５√３／２＝２５００√３  
となる。
【００８３】
周期構造が半球である場合と同様に、励起光照射面が２次元の微細な周期構造である場合に取り出せる平行光束強度と励起光照射面が平面状である場合に取り出せる平行光束強度の比率は、励起光照射面の表面積の比率と略同一になる。従って、蛍光体部の厚さを５０μｍとすると、四角錐の周期構造により構成された励起光照射面を有する蛍光体光源から取り出せる平行光束強度は、平面形状の励起光照射面を有する蛍光体光源から取り出せる平行光束強度の
２５００√３÷（５０×５０）＝√３倍
となる。
【００８４】
上記のような半球や多角錘形状で微小な凹凸が形成されると、さらに取り出せる平行光束強度は向上する。
【００８５】
本発明では、蛍光体光源の励起光照射面は、励起光の照射方向に直交する面が点で形成されるため、回転放物面鏡に穿たれた孔から励起光を照射すると、蛍光体から発生する蛍光のうち従来利用できなかった励起光方向に発生する蛍光を利用することが可能である。
【００８６】
基体における蛍光体部を有する側と逆側を反射面とすると、発生した蛍光と透過した励起光を反射して、さらに蛍光を発生させ光軸の反対方向に放出することが可能となり、取り出せる平行光束強度が高くなる。  
励起光を反射させる方法としては、基体部４２の蛍光体部４１を支持する面と反対側の面の形状を三角プリズムなどを形成する方法（図７）や反射膜を形成する方法がある。  
蛍光体部の内面に、本発明の蛍光体光源を塗布すると、同一の大きさで発光強度を大幅に向上させることができる。  
図８（ａ）は、導光棒に本発明の蛍光体光源を形成した例である。レーザ光１０１を集光レンズ１１０により導光棒１２０に集光し、導光棒１２０を先端部１４０に導光し、導光棒先端部に設けたミラー１３０で反射する。
【００８７】
図８（ｂ）は、導光棒１２０の「光軸と直交する断面」による断面図である。導光棒１２０の先端部１４０の外周部に、導光棒よりも屈折率の低い物質をクラッド層１５０として形成し、その外周に表面が微小な凹凸を持つ蛍光体部１６０を形成して蛍光体光源とする。導光棒１２０の先端部１４０から滲み出した光が、蛍光体光源１６０を励起して蛍光を発し、従来の同構成のものよりも同一の大きさで発光強度の高い光源を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】回転放物面鏡と蛍光体光源を使った光源を説明する図である。
【図２】蛍光体光源を説明する図である。
【図３】焦点位置からのずれと蛍光体光源の大きさによる平行光束強度を説明する図である。
【図４】回転放物面鏡で反射された光束の角度と平行光束強度を説明する図である。
【図５】蛍光体光源の励起光照射面形状を説明する図である。
【図６】蛍光体光源における回転放物面鏡の焦点位置のずれを説明する図である。
【図７】蛍光体光源の別形態を示す図である。
【図８】光源装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図９】蛍光体光源における回転放物面鏡の焦点位置ずれと平行光束強度を説明する図である。
【図１０】蛍光体光源が得られる平行光束強度を説明する図である。
【図１１】半球状形状の周期構造を有する励起光照射面の厚みと表面積を示す図である。
【図１２】蛍光体光源の励起光照射面の別形状を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  光源
２０  励起光
３０  回転放物面鏡
４０  蛍光体光源
４１  蛍光体部
４２  基体部
５０  放射蛍光
６０  平行光束
【図１】
2007200782.tif 000003
【図２】
2007200782.tif 000004
【図３】
2007200782.tif 000005
【図４】
2007200782.tif 000006
【図５】
2007200782.tif 000007
【図６】
2007200782.tif 000008
【図７】
2007200782.tif 000009
【図８】
2007200782.tif 000010
【図９】
2007200782.tif 000011
【図１０】
2007200782.tif 000012
【図１１】
2007200782.tif 000013
【図１２】
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