(57)【要約】【課題】レーザ光が外部に放射されることを防止することができて高い安全性を確保することのできる蛍光光源装置を提供すること。【解決手段】半導体レーザからなる励起光光源と、励起光光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を放射する蛍光体と、蛍光体から放射された蛍光を反射する凹面反射鏡と、凹面反射鏡で反射された蛍光を透過する窓部材とを備えた蛍光光源装置において、窓部材と凹面反射鏡との間に、レーザ光の波長領域の光に対して遮光性を有する安全フィルタが設けられる。安全フィルタは、弾性を有する可撓性フィルムにより構成されていることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザからなる励起光光源と、
当該励起光光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を放射する蛍光体と、
当該蛍光体から放射された蛍光を反射する凹面反射鏡と、
当該凹面反射鏡で反射された蛍光を透過する窓部材と
を備えた蛍光光源装置において、
前記窓部材と前記凹面反射鏡との間には、前記レーザ光の波長領域の光に対して遮光性を有する安全フィルタ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】
前記安全フィルタは、弾性を有する可撓性フィルムにより構成されている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】
前記窓部材は、紫外線遮断特性を有することを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
【請求項４】
筒状部分と、当該筒状部分の内周面から当該筒状部分の中心軸に向かって延びるよう形成された板状部分とを有する熱伝導性材料よりなる保持構造体を備えており、
前記蛍光体は、当該保持構造体の軸方向における板状部分の一端面において、前記筒状部分の中心軸上に位置されるよう保持されており、
前記凹面反射鏡は、反射面が蛍光体の励起光入射面に対向するよう、当該保持構造体における筒状部分に保持固定されており、
前記窓部材は、当該保持構造体における筒状部分の他端側開口を塞ぐよう設けられており、
前記安全フィルタは、前記保持構造体の軸方向における板状部分の一端面または他端面に固定されて設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蛍光光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体をレーザ光で励起して当該蛍光体から放出される蛍光を利用した蛍光光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば半導体レーザからのレーザ光によって蛍光体を励起させて当該蛍光体から発せられる蛍光を利用するレーザ励起型の蛍光光源装置が開発されており、例えばプロジェクタ用の光源や、車両用照明装置の光源などとして利用されている。
例えば、特許文献１には、励起光を出射する励起光光源と、当該励起光光源から出射された励起光によって励起されて蛍光を発光する発光体と、当該発光体から放射された蛍光を反射する反射鏡と、当該反射鏡の開口側に形成された透明板とを備えた蛍光光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１２／１２１３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
而して、レーザ光を利用した蛍光光源装置においては、安全上の観点から、励起光としての高出力のレーザ光が外部に放射されることを防止することが必要とされる。
しかしながら、レーザ光についてカットフィルタとしても機能する透明板が割れてしまうと、レーザ光がそのまま外部に放射されることとなり、安全性が担保できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、レーザ光が外部に放射されることを防止することができて高い安全性を確保することのできる蛍光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】
【０００６】
本発明の蛍光光源装置は、半導体レーザからなる励起光光源と、
当該励起光光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を放射する蛍光体と、
当該蛍光体から放射された蛍光を反射する凹面反射鏡と、
当該凹面反射鏡で反射された蛍光を透過する窓部材と
を備えた蛍光光源装置において、
前記窓部材と前記凹面反射鏡との間には、前記レーザ光の波長領域の光に対して遮光性を有する安全フィルタが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の蛍光光源装置においては、前記安全フィルタは、弾性を有する可撓性フィルムにより構成されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の蛍光光源装置においては、前記窓部材は、紫外線遮断性を有することが好ましい。
【０００９】
さらにまた、本発明の蛍光光源装置においては、筒状部分と、当該筒状部分の内周面から当該筒状部分の中心軸に向かって延びるよう形成された板状部分とを有する熱伝導性材料よりなる保持構造体を備えており、
前記蛍光体は、当該保持構造体の軸方向における板状部分の一端面において、前記筒状部分の中心軸上に位置されるよう保持されており、
前記凹面反射鏡は、反射面が蛍光体の励起光入射面に対向するよう、当該保持構造体における筒状部分に保持固定されており、
前記窓部材は、当該保持構造体における筒状部分の他端側開口を塞ぐよう設けられており、
前記安全フィルタは、前記保持構造体の軸方向における板状部分の一端面または他端面に固定されて設けられた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蛍光光源装置によれば、窓部材が破損した場合であっても、窓部材と凹面反射鏡との間に設けられた安全フィルタによって、レーザ光が外部にそのまま放射されることを防止することができる。従って、例えば人体に対するレーザ光線による障害防止対策が十分になされた安全性の高い蛍光光源装置を提供することができる。
【００１１】
また、安全フィルタが弾性を有する可撓性フィルムにより構成されていることにより、窓部材の破損に伴って装置の外装体が大きく変形しても、装置の外装体に追随して安全フィルタも変形して、励起光の光路を塞いだ状態を維持することができる。このため、レーザ光が外部に放射されることを一層確実に防止することができる。
【００１２】
さらにまた、窓部材が紫外線遮断性を有することにより、例えば太陽光による安全フィルタの劣化が抑制され、蛍光光源装置を耐光性を有するものとして構成することができる。従って、安全フィルタの所期の機能を長期間の間にわたって維持することができる。
【００１３】
さらにまた、安全フィルタと窓部材とが保持構造体によって別個に保持された構成とされていることによって、窓部材が破損した場合であっても、安全フィルタによって励起光の光路が塞がれた状態を維持することができる。従って、レーザ光が外部にそのまま放射されることを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の蛍光光源装置の一例における構成を概略的に示す正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す蛍光光源装置における安全フィルタの保持構造の一例を示す図である。
【図４】透明基材がトリアセテートであるプラスチックフィルムよりなる安全フィルタの分光透過特性の一例を示す図である。
【図５】本発明の蛍光光源装置の他の例における安全フィルタの保持構造の一例を示す図である。
【図６】本発明の蛍光光源装置のさらに他の例における安全フィルタの保持構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
この蛍光光源装置は、励起光光源１０からの励起光としてのレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体１５を備えている。蛍光体１５は、例えば、セリウム付活のＹＡＧ蛍光体（ピークの発光波長：５５０ｎｍ付近）よりなる蛍光板により構成されており、レーザ光が入射される一面から蛍光が発せられる。蛍光体１５は、略筒状の保持構造体２０によって保持されている。蛍光体１５の保持構造については後述する。
【００１６】
保持構造体２０は、筒状部分と、筒状部分の内周面から筒状部分の中心軸に向かって延びるよう形成された板状部分とを有する。この例における保持構造体２０は、円筒状の蛍光体保持部材２１と、この蛍光体保持部材２１の一端に設けられた円筒状の反射鏡保持部材２５とにより構成されている。なお、保持構造体２０は、蛍光体保持部材２１と反射鏡保持部材２５とが一体に形成されたものであってもよい。
【００１７】
蛍光体保持部材２１は、保持構造体２０の筒状部分の一部を構成する円筒状の基体部分（リム）２２と、この基体部分２２の内周面から保持構造体２０の中心軸Ｃに向かって延びる、保持構造体２０の板状部分を構成する導熱部分（スポーク）２３とを有する。蛍光体保持部材２１を構成する材料としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性材料を用いることができる。
【００１８】
導熱部分２３は、蛍光体１５の排熱用伝熱路を構成するものであって、例えば、保持構造体２０の中心軸（基体部分２２の中心軸）Ｃに沿って延びる平板状の導熱板２４により構成されている。導熱板２４は、径方向における外端部の各々が基体部分２２の内周面に一体に接合されて熱的に接続されている。なお、蛍光体保持部材２１は、基体部分２２を形成する材料と、導熱部分２３を形成する導熱板２４を接合して一体化されたものとされているが、例えば鋳造等により一体成型したものであってもよい。
【００１９】
導熱板２４の厚みおよび軸方向の長さ寸法は、導熱板２４それ自体による光損失の程度を小さく抑制しながら、一定以上の排熱量（伝熱量）が得られるよう設定することができる。例えば、導熱板２４の厚みは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下の大きさとされていることが好ましく、また、導熱板２４の軸方向の長さ寸法は、７〜２０ｍｍの範囲内の大きさとされていることが好ましい。これにより、蛍光体１５の温度上昇に伴う温度消光によって蛍光体１５から発せられる蛍光の光量が低下することを回避することができる。
【００２０】
保持構造体２０の軸方向における導熱板２４の一端面（図２において左端面）には、保持構造体２０の中心軸Ｃ上の位置に、凹部による蛍光体保持部２４ａが形成されている。蛍光体保持部２４ａには、例えば銅（Ｃｕ）とモリブデン（Ｍｏ）との焼結体により構成された蛍光体支持基板１７が設けられており、この蛍光体支持基板１７の一面上に蛍光体１５が設けられている。蛍光体保持部２４ａにおける導熱板２４の一端面と蛍光体支持基板１７の他面、並びに、一面が励起光入射面（蛍光放射面）１６とされた蛍光体１５の他面と蛍光体支持基板１７の一面は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などのハンダ（不図示）によって互いに接合されて熱的に接続されている。
【００２１】
反射鏡保持部材２５は、保持構造体２０の筒状部分の他の一部を構成する円筒状部２６と、この円筒状部２６の他端に形成された内方フランジ部２７とを有する。円筒状部２６は、その中心軸が蛍光体保持部材２１の基体部分２２の中心軸と同軸上に配置されている。
反射鏡保持部材２５は、内方フランジ部２７の外面が蛍光体保持部材２１の一端面に対接された状態で、蛍光体保持部材２１と一体に設けられている。
【００２２】
反射鏡保持部材２５には、蛍光体１５から放射された蛍光を反射する凹面反射鏡３０が保持されている。
凹面反射鏡３０は、その反射面３１が蛍光体１５の励起光入射面１６と対向した状態で、開口端面が内方フランジ部２７の平坦な内面に対接されて、配置されている。凹面反射鏡３０としては、例えば放物面鏡あるいは楕円面鏡を用いることができる。凹面反射鏡３０の光軸ＯM は、保持構造体２０の中心軸Ｃ上に位置されており、凹面反射鏡３０の焦点（楕円面鏡である場合は、第一焦点）は、蛍光体１５の励起光入射面１６上に位置されている。ここに、内方フランジ部２７の内面は、反射鏡位置規定面ＮS として設定されている。蛍光体１５の励起光入射面１６と、反射鏡位置規定面ＮS との軸方向の離間距離は、例えば５〜５０ｍｍの範囲内の大きさとされている。
【００２３】
凹面反射鏡３０の中央部には、光導入用開口部３２が形成されており、この光導入用開口部３２には、集光レンズ３３が設けられている。集光レンズ３３は、光軸が保持構造体２０の中心軸Ｃに一致し、焦点が蛍光体１５の励起光入射面１６上に位置された状態で配置されている。
【００２４】
凹面反射鏡３０は、その反射面(内面)３１が、蛍光体１５からの蛍光Ｆの波長領域の光を高い効率で反射できるように、例えば、銀やアルミニウムなどの金属膜、または、誘電体多層膜を基材の表面に蒸着したものにより構成されている。基材を構成する材料としては、例えば、アルミニウムやニッケルなどの金属、硝子、プラスチックなどを例示することができる。
なお、誘電体多層膜を用いた場合には、励起光光源１０からの励起光としてのレーザ光を透過するような膜にすることも可能であるが、凹面反射鏡３０の裏面から出射するレーザ光を遮断する機能を設ける必要がある。また、レーザ光の波長よりも長い波長域の光をできるだけ有効に利用するために反射率を急峻に立ち上げる必要がある。しかし、凹面反射鏡３０は曲面であり、かつ、各部位で入射する光線の角度が異なる。このため、各部位で膜厚を適切に調整する必要がある。
【００２５】
凹面反射鏡３０の背面側には、放熱部材３５が設けられている。放熱部材３５は、保持構造体２０の中心軸Ｃに沿って延びる筒状部３６と、この筒状部３６の外周面に放射状に設けられた複数の板状の放熱フィン３７とを有する。各放熱フィン３７の内側面は、後述する遮光筒３８の外周面に沿って配置されている。放熱部材３５は、各放熱フィン３７の先端面が凹面反射鏡３０の背面に当接した状態で、先端部が反射鏡保持部材２５によって保持固定されている。
【００２６】
放熱部材３５における筒状部３６の他端側開口部には、コリメータレンズ１２がその光軸が保持構造体２０の中心軸Ｃに一致する状態で設けられている。
また、放熱部材３５における筒状部３６の一端側開口部には、レーザ光を励起光として放射する励起光光源１０が設けられている。励起光光源１０は、例えば発振波長が４４０〜４５５ｎｍのレーザ光を放射する半導体レーザ素子（ＬＤ素子）１１を備えたレーザ光源により構成されている。半導体レーザ素子１１は、例えば光軸が保持構造体２０の中心軸Ｃに一致する状態で、放熱部材３５の筒状部３６に保持固定されている。
【００２７】
また、励起光光源１０からコリメータレンズ１２を介して集光レンズ３３に至るレーザ光の光路の周囲を覆う円筒状の遮光筒３８が、コリメータレンズ１２の光軸に沿って延びるよう設けられている。遮光筒３８が設けられていることにより、レーザ光が放熱フィン３７の間から外部に放射されることを防止することができる。
【００２８】
蛍光体保持部材２１の他端側開口端面には、円板状の窓部材４０が収容されて配置される凹所による窓部材保持部２２ａが形成されている。窓部材４０は、その内面が蛍光体保持部材２１における導熱板２４の他端面に対接された状態で、窓部材保持部２２ａにおいて保持されている。具体的には、窓部材４０の外周面と窓部材保持部２２ａの内周面との間に形成された間隙に注入された接着剤（図示せず）によって、窓部材４０の外周面が全周にわたって蛍光体保持部材２１に対して接合されている。接着剤としては、例えば耐熱性を有するセラミック接着剤を用いることができる。更に、接着剤が硬化されてなる接着剤層の表面が例えばシリコーン樹脂でシーリングされた構成とされていてもよい。
【００２９】
窓部材４０は、蛍光体１５が配置される空間に対する防塵だけでなく、後述する安全フィルタ４５を劣化させる要因となる外部からの紫外線（例えば太陽光）を遮断する機能を有していることが好ましい。窓部材４０が紫外線遮断特性を有することにより、例えば太陽光による安全フィルタ４５の劣化が抑制され、蛍光光源装置を耐光性を有するものとして構成することができる。
窓部材４０としては、例えば、ホウケイ酸ガラスからなる基材の表面に、紫外線吸収膜が形成されたものを用いることができる。紫外線吸収膜としては、例えばＴｉＯ2 膜や、例えばＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 からなる誘電体多層膜により構成することができるが、遮断波長領域を広げて反射機能を付加させることができることから、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 からなる誘電体多層膜により構成することが好ましい。
【００３０】
上記の蛍光光源装置においては、凹面反射鏡３０と窓部材４０との間に、薄板状またはフィルム状の安全フィルタ（励起光遮断フィルタ）が設けられている。安全フィルタは、蛍光体１５から発せられる蛍光の波長領域の光を透過し、励起光であるレーザ光の波長領域の光を吸収または反射して遮光する特性を有する。この例においては、図３にも示すように、薄板状の安全フィルタ４５が、蛍光体保持部材２１における導熱板２４の一端面にフィルタ固定ネジ４６によって固定されて設けられている。安全フィルタ４５における蛍光体１５と対向する位置には、レーザ光透過孔４５ａが形成されている。
安全フィルタ４５の厚みは、例えば０.１〜０.４ｍｍ程度であり、凹面反射鏡３０の有効径と同等の大きさの外径を有する。この例における安全フィルタ４５は、反射鏡保持部材２５における内方フランジ部２７の開口を塞ぐ大きさの外径を有する円形状のものである。
【００３１】
安全フィルタは、高弾性を有する可撓性フィルムにより構成されていることがより好ましい。可撓性フィルムとしては、例えば、トリアセテートなどの透明基材を着色して所望の分光透過特性を持たせたプラスチックフィルムなどを用いることができる。
透明基材がトリアセテートであるプラスチックフィルムよりなる安全フィルタの分光透過特性の一例を図４に示す。図４より明らかなように、この安全フィルタは、４６０ｎｍ以下の波長領域の光を吸収する急峻な吸収特性を有しており、レーザ光の波長範囲の光を遮断することができることが示されている。
【００３２】
上記の蛍光光源装置においては、励起光光源１０からのレーザ光（図２において実線で示す光線追跡線）は、コリメータレンズ１２によって平行化されて集光レンズ３３に入射される。集光レンズ３３に入射されたレーザ光は当該集光レンズ３３によって集光されて、安全フィルタ４５におけるレーザ光透過孔４５ａを介して蛍光体１５の励起光入射面１６に照射される。
レーザ光が蛍光体１５に照射されることにより蛍光体１５における蛍光物質が励起されて励起光入射面１６から蛍光Ｆが発せられる。蛍光体１５からの蛍光Ｆ（図２において二点鎖線で示す光線追跡線）は、凹面反射鏡３０によって反射される。そして、凹面反射鏡３０によって反射された蛍光Ｆは、安全フィルタ４５を透過し、窓部材４０を介して外部に放射される。
また、励起光光源１０からのレーザ光は、蛍光体１５の励起に寄与しなかった一部が蛍光体１５によって反射されることになる。当該レーザ光（図２において破線で示す光線追跡線）Ｌは、凹面反射鏡３０によって、窓部材４０に向かって反射される。然るに、安全フィルタ４５がレーザ光を吸収または反射する光遮光性を有するものであることから、蛍光体１５で反射されたレーザ光Ｌが直接的に外部に放射されることが回避される。
【００３３】
一方、励起光としてのレーザ光が照射されることにより蛍光体１５に生じた熱は、蛍光体保持部材２１における導熱板２４を介して基体部分２２に伝熱され、蛍光体保持部材２１の外周面が放熱面として機能して外部に放熱される。また、蛍光体保持部材２１の基体部分２２に伝熱された熱は、反射鏡保持部材２５を介して放熱部材３５に伝熱され、放熱部材３５によっても外部に放熱される。
【００３４】
而して、上記の蛍光光源装置によれば、例えば衝撃が加えられるなどして窓部材４０が破損した場合であっても、窓部材４０と凹面反射鏡３０との間において、窓部材４０とは別個に保持構造体２０に設けられた安全フィルタ４５によって、レーザ光が外部に放射されることを確実に防止することができる。従って、例えば人体に対するレーザ光線による障害防止対策が十分になされた安全性の高い蛍光光源装置を提供することができる。
【００３５】
また、安全フィルタ４５が弾性を有する可撓性フィルムにより構成されていることにより、窓部材４０の破損に伴って装置の外装体としての保持構造体２０が大きく変形しても、保持構造体２０の変形に追随して安全フィルタ４５も変形して、励起光の光路を塞いだ状態を維持することができる。このため、レーザ光が外部に放射されることを一層確実に防止することができる。
【００３６】
さらにまた、窓部材４０が紫外線遮断性を有することにより、例えば太陽光による安全フィルタ４５の劣化が抑制され、蛍光光源装置を耐光性を有するものとして構成することができる。従って、安全フィルタ４５の所期の機能を長期間の間にわたって維持することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、安全フィルタは、例えば紫外線反射特性を有するフィルムにより構成されていてもよい。また、図５および図６に示すように、安全フィルタ４５が複数のフィルタ要素４５ｂによって構成されていてもよい。さらにまた、安全フィルタは、窓部材と凹面反射鏡との間に設けられていればよく、例えば、保持構造体を構成する蛍光体保持部材における導熱板の他端面に設けられていてもよい。このような構成のものにおいては、安全フィルタは例えば接着剤などによって固定することもできる。さらにまた、安全フィルタは導熱板の他端面側からフィルタ固定ネジによって固定されていてもよい。
【００３８】
さらにまた、凹面反射鏡は、励起光光源からのレーザ光の波長領域の光を遮断する光遮断特性を有する光学膜を基材の内面または外面に有する構成とされていてもよい。このような構成とされていることにより、励起光光源を構成するレーザ光源からのレーザ光が外部に放射されることを一層確実に回避することができる。光学膜としては、例えば、レーザ光の波長領域の光を吸収する膜、レーザ光の波長領域の光を透過し、蛍光を反射するように設計された多層膜などを例示することができる。
さらにまた、保持構造体を構成する蛍光体保持部材における導熱部分が複数の導熱板により構成される場合において、導熱板の数および配置パターンは、保持構造体の構造が軸対称となるようされていれば、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０    励起光光源
１１    半導体レーザ素子
１２    コリメータレンズ
１５    蛍光体
１６    励起光入射面（蛍光放射面）
１７    蛍光体支持基板
２０    保持構造体
２１    蛍光体保持部材
２２    基体部分（リム）
２２ａ  窓部材保持部
２３    導熱部分（スポーク）
２４    導熱板
２４ａ  蛍光体保持部
２５    反射鏡保持部材
２６    円筒状部
２７    内方フランジ部
３０    凹面反射鏡
３１    反射面
３２    光導入用開口部
３３    集光レンズ
３５    放熱部材
３６    筒状部
３７    放熱フィン
３８    遮光筒
４０    窓部材
４５    安全フィルタ
４５ａ  レーザ光透過孔
４５ｂ  フィルタ要素
４６    フィルタ固定ネジ
Ｃ      保持構造体の中心軸
Ｆ    蛍光
Ｌ    蛍光体で反射されたレーザ光
ＮS     反射鏡位置規定面
ＯM     凹面反射鏡の光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016207334.tif 000005
【図４】
2016207334.tif 000006
【図５】
2016207334.tif 000007
【図６】
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