(57)【要約】      （修正有）【課題】励起光を放射する発光素子と、励起光より長い波長の蛍光を発する蛍光素子と、励起光を蛍光素子に集光すると共に蛍光を取出す第１光学系とを具備した蛍光光源装置において、レンズを用いずに励起光を蛍光素子に集光することにより、励起光の利用効率の低下を防止した構造を提供する。【解決手段】第１光学系３が、同一光軸上で前面開放端部が対向配置された第１放物面鏡４と第２放物面鏡５とからなり、第１放物面鏡４の頂部の第１開口部４１に、蛍光素子６が臨むように配置されている。第２放物面鏡５の頂部の第２開口部５１から蛍光素子６からの蛍光Ｂを取り出す。第１放物面鏡４は、励起光Ａを透過して蛍光Ｂを反射し、第２放物面鏡５は、励起光Ａと蛍光Ｂを反射する。発光素子２からの励起光Ａは、第１放物面鏡４の背面から光軸と平行に入射されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を放射する発光素子と、
励起光が照射されて励起光より長い波長の蛍光を発する蛍光素子と、
励起光を蛍光素子に集光すると共に蛍光を取出す第１光学系とを具備した蛍光光源装置において、
前記第１光学系は、同一光軸上で前面開放端部が対向配置された第１放物面鏡と第２放物面鏡とからなり、
前記第１放物面鏡の頂部には、第１開口部が設けられていて、前記蛍光素子が当該第１開口部に臨むように配置されており、
前記第２放物面鏡の頂部には、前記蛍光素子から放射された蛍光を取り出す第２開口部が設けられており、
前記第１放物面鏡は、前記励起光を透過して前記蛍光を反射し、前記第２放物面鏡は、前記励起光と前記蛍光を反射するものであって、
前記発光素子からの励起光は、前記第１放物面鏡の背面から光軸と平行に入射されるものであることを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項２】
前記第１放物面鏡の第１開口部は、前記第２放物面鏡の焦点上に位置し、前記第２放物面鏡の第２開口部は、前記第１放物面鏡の焦点上に位置し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】
前記第２放物面鏡の第２開口部に対向して、蛍光取出し用の第２光学系が配置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４】
前記発光素子は、前記第１放物面鏡の背面において、前記第１および第２放物面鏡の光軸と平行に配置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５】
前記発光素子は、前記第１放物面鏡の背面において、当該第１放物面鏡の光軸と角度をもって配置されていて、前記発光素子と前記第１放物面鏡との間には、前記発光素子からの励起光を前記第１放物面鏡の光軸と平行となるように反射する反射ミラーが設けら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６】
前記第１放物面鏡は、励起光透過部と蛍光反射部が設けられており、前記発光素子からの励起光は前記励起光透過部から入射し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。
【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蛍光体を用いた蛍光光源装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の画像投影機に用いられる光源として、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蛍光体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２０１４−１２３０１４号公報（特許文献１）には、励起光を出射する励起光源部と蛍光発光部とを有する蛍光光源装置において、図７に示すように、蛍光発光部８０が、励起光源部から出射される励起光が照射されて、前記励起光とは異なる波長の蛍光光を出射させる蛍光体プレート８１と、この蛍光体プレート８１を覆う集光レンズ８２、８３とからなる蛍光光源装置が開示されている。ここで、集光レンズ８２、８３は、励起光を蛍光体に集光させるものである。
【０００４】
ところで、従来の蛍光光源装置においては、励起光源から放射された励起光は、蛍光体プレートに入射するまでに、複数枚の集光レンズを通過する。そして、励起光の一部（数％）は、集光レンズの界面において反射されるため、励起光が集光レンズを通過する度に励起光強度が低下してしまう。つまり、励起光を蛍光体プレートに集光させるために多くのレンズを使用すると、励起光の利用効率が低下してしまうという不具合を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１２３０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、励起光が照射されて励起光より長い波長の蛍光を発する蛍光素子と、励起光を蛍光素子に集光すると共に蛍光を取出す第１光学系とを具備した蛍光光源装置において、極力レンズを用いずに励起光を蛍光素子に集光して、励起光の利用効率の低下を防止した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】
【０００７】
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、前記第１光学系が、同一光軸上で前面開放端部が対向配置された第１放物面鏡と第２放物面鏡とからなり、前記第１放物面鏡の頂部には、第１開口部が設けられていて、前記蛍光素子が当該第１開口部に臨むように配置されており、前記第２放物面鏡の頂部には、前記蛍光素子から放射された蛍光を取り出す第２開口部が設けられており、前記第１放物面鏡は、前記励起光を透過して前記蛍光を反射し、前記第２放物面鏡は、前記励起光と前記蛍光を反射するものであって、前記発光素子からの励起光は、前記第１放物面鏡の背面から光軸と平行に入射されるものであることを特徴とする。
また、前記第１放物面鏡の第１開口部は、前記第２放物面鏡の焦点上に位置し、前記第２放物面鏡の第２開口部は、前記第１放物面鏡の焦点上に位置していることを特徴とする。
また、前記第２放物面鏡の第２開口部に対向して、蛍光取出し用の第２光学系が配置されていることを特徴とする。
また、前記発光素子は、前記第１放物面鏡の背面において、前記第１および第２放物面鏡の光軸と平行に配置されていることを特徴とする。
また、前記発光素子は、前記第１放物面鏡の背面において、当該第１放物面鏡の光軸と角度をもって配置されていて、前記発光素子と前記第１放物面鏡との間には、前記発光素子からの励起光を前記第１放物面鏡の光軸と平行となるように反射する反射ミラーが設けられていることを特徴とする。
また、前記第１放物面鏡は、励起光透過部と蛍光反射部が設けられており、前記発光素子からの励起光は前記励起光透過部から入射していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の蛍光光源装置によれば、励起光を蛍光素子に集光すると共に蛍光を取出す光学系を、レンズによる屈折を用いずに、一対の放物面鏡の反射によって集光するので、励起光を蛍光素子に伝播する際のロスが少なく、励起光利用効率の高い光源装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の蛍光光源装置の第１実施例の断面図。
【図２】図１の側断面図。
【図３】図１のＸ−Ｘ矢視図。
【図４】本発明の第２実施例の断面図。
【図５】本発明の第３実施例の断面図。
【図６】本発明の第４実施例の断面図。
【図７】従来技術の蛍光発光部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜３に示されるように、本発明の蛍光光源装置１は、励起光を放射する発光素子（励起光源）２を備えており、この発光素子２は、図３に示すように、発光部２１が２列（図３の左右方向）×４行（図３の上下方向）でアレイ状に配置されたレーザアレイ２２が、２列（図３の左右方向）に配置されてなる。なお、発光素子２は、発光部２１を一つ有するＣＡＮタイプの半導体レーザでもよく、また、ＬＥＤでもよい。また、この実施形態においては、発光素子２は、青色光（例えば、波長が４３０〜４７０ｎｍ）を放射している。
【００１１】
図１を参照して、前記発光素子２の上方には、第１光学系３が配置されている。この第１光学系３は、一対の第１放物面鏡４と第２放物面鏡５とからなり、これらの放物面鏡４、５は同一光軸上でその前面開放端部４ａ、５ａが対向するように配置されている。
第１放物面鏡４は、その背面側が前記発光素子２に対向するように配置されていて、その頂部には第１開口部４１が形成され、これと対向配置された第２放物面鏡５の頂部には第２開口部５１が形成されている。
このとき、発光素子２から放射される励起光の光軸と第１放物面鏡４および第２放物面鏡５の光軸とは平行とされている。
【００１２】
そして、前記発光素子２のレーザアレイ２２、２２の中央部には蛍光素子載置台６１上に載置されて蛍光素子６が配設されていて、この蛍光素子６は、前記第１放物面鏡４の第１開口部４１内に臨むように位置されている。前記発光素子２および前記蛍光素子載置台６１は、ヒートシンク８の上に載置支持されている。
この蛍光素子６は、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る。また、蛍光素子６は、粉末の蛍光体を、シリコーン等のバインダー等に混入し、基材に塗布して形成したものであってもよい。
【００１３】
そして、前記第２放物面鏡５の第２開口部５１に対向して、第２光学系７が配置されている。この第２光学系７は、例えば、第１レンズ７１と第２レンズ７２とからなり、第２開口部５１からの蛍光を平行光として外部に放射するものである。
【００１４】
ここにおいて、前記第１放物面鏡４は、発光素子２からの励起光を透過するとともに、蛍光素子６からの蛍光を反射する特性を有し、一方、第２放物面鏡５は、励起光と蛍光の両者を反射する特性を有している。これらの特性は、各放物面鏡の凹部表面に、例えば、誘電体多層膜を形成することによって得られる。
そして、前記第１放物面鏡４の第１開口部４１は、第２放物面鏡５の焦点に位置しており、一方、第２放物面鏡５の第２開口部５１は、第１放物面鏡４の焦点に位置していることが好適である。
ただ、必ずしも厳密な意味で焦点位置と一致している必要はなく、後に詳述するように、発光素子２から放射され、第１放物面鏡４を透過して第２放物面鏡５によって反射された励起光が、第１開口部４１に集光して、そこに臨んで配置された蛍光素子６に効率的に入射される位置関係にあればよい。また、蛍光素子６によって変換された蛍光が第２放物面鏡５および第１放物面鏡４によって反射され、第２放物面鏡５の第２開口部５１に集光して、効率的に第２光学系７に入射される位置関係にあればよい。
【００１５】
図１、２を参照して励起光Ａおよび蛍光Ｂの光路について説明する。なお、図では、煩雑さを避けて理解を助ける意味で、放物面鏡４、５で囲まれた空間において、左側半分は励起光Ａの光路のみを示し、右側半分は蛍光Ｂの光路のみを示している。
発光素子２からの励起光Ａは、コリメータレンズ２４によって平行光とされて、第１放物面鏡４に対してその光軸と平行に背面から入射する。この第１放物面鏡４を透過した励起光Ａは、第２放物面鏡５によって反射されて第１放物面鏡４の第１開口部４１に集光する。ここで、第１開口部４１に臨んで配置された蛍光素子６に入射し、蛍光Ｂに変換される。
このとき、第１放物面鏡４の第１開口部４１は、第２放物面鏡５の焦点に位置することが好ましいが、厳密な意味で焦点位置にあることは必要なく、第２放物面鏡５からの励起光Ａが当該第１開口部４１に臨んで配置された蛍光素子６に集光して、入射するような配置であればよい。
【００１６】
蛍光素子６で変換された蛍光Ｂは、第２放物面鏡５によってその光軸と平行に反射されて第１放物面鏡４に向かう。この蛍光Ｂは第１放物面鏡４によって反射されて、第２放物面鏡５の第２開口部５１に向かって集光される。
そして、蛍光Ｂはこの第２開口部５１から第２光学系７に入射して、平行光となって出射されるものである。
このときも、第２開口部５１が、第１放物面鏡４の焦点に位置することが好ましいが、同様に、厳密な意味で焦点位置にあることは必要なく、第１放物面鏡４からの蛍光Ｂが当該第２開口部５１に対向して配置された第２光学系７に集光して、入射するような配置であればよい。
【００１７】
なお、この蛍光素子６は、発光素子２から放射された励起光の一部、または全部を、蛍光に変換するものである。したがって、発光部２から放射された励起光の一部が蛍光に変換される場合は、第２放物面鏡５で反射する反射光は、蛍光素子６で変換された蛍光と、蛍光素子６で変換されなかった未変換光（励起光のままの光）とを含んでいる。本実施形態においては、蛍光素子６は、発光素子２から放射された励起光である青色光（例えば、波長４３０〜４７０ｎｍの光）の一部を、黄緑色の蛍光（例えば、波長が５２５〜５７５ｎｍにピークを持ち、４５０〜８００ｎｍにかけた広い可視域のスペクトルをもった光）に変換するものである。
【００１８】
上記構成によれば、発光素子からの励起光を蛍光素子に集光する際に、レンズを用いずに、放物面鏡の反射により集光するので、励起光を蛍光素子に伝搬する際のロスが少なくなり、励起光利用効率は高くなる。
【００１９】
図１〜３の実施例では、発光素子２は、第１放物面鏡４および第２放物面鏡５の光軸と平行になるように配置されているが、図４にはこれと異なる配置の他の実施例が示されている。
即ち、図４において、発光素子２は、第１放物面鏡４および第２放物面鏡５の光軸とは角度を持って、この実施例では直交する方向に、かつ互いに対向するように配置されている。そして、この発光素子２と第１放物面鏡４との間には反射ミラー９、９が設けられている。
発光素子２からの励起光Ａは、反射ミラー９によって、前記放物面鏡４、５の光軸と平行光となるように反射されて、第１放物面鏡４の背面から入射するものである。
なお、発光素子２の光軸と第１放物面鏡４の光軸とのなす角度は９０°には限られず任意であり、反射ミラー９の反射光が、第１放物面鏡４に対してその光軸と平行に入射されるものであればよい。
【００２０】
また、図５には更に他の実施例が示されていて、図１〜４の実施例では、第１放物面鏡４と第２放物面鏡５は、その前面開放端４ａ、５ａが当接するように対向配置されているが、この実施例では、第１放物面鏡４と第２放物面鏡５は、その前面開放端４ａ、５ａが離間して配置されている例である。
勿論、この実施例の場合も、第１放物面鏡４の第１開口部４１は、第２放物面鏡５の焦点位置にあり、第２放物面鏡５の第２開口部５１は、第１放物面鏡４の焦点位置にあることが好ましいことは、前記実施例の場合と同様である。
【００２１】
図６には更に他の実施例が示されていて、前記第１放物面鏡４には、穿孔部４２、４２が形成され、この穿孔部４２が発光素子２からの励起光Ａの光路に対応した位置に複数設けられていて、励起光透過部を構成している。この実施例では、第１放物面鏡４の素材自体に、誘電体多層膜などによる励起光透過特性を持たせる必要はなく、蛍光反射特性のみを有するものでよく、前記励起光透過部４２以外の部分が蛍光反射部４３を構成するものである。
【００２２】
以上説明したように、本発明に係る蛍光光源装置は、励起光を蛍光素子に集光すると共に蛍光を取出す第１光学系を、同一光軸上で前面開放端部が対向配置された一対の第１放物面鏡と第２放物面鏡とで構成し、第１放物面鏡の頂部の第１開口部を蛍光取り出し開口とし、第２放物面鏡の頂部の第２開口部に蛍光素子が臨んで配置されていることにより、励起光の集光にレンズを用いることがないので、レンズ界面での反射がなく、放物面鏡の反射により集光するので、励起光を蛍光素子に伝搬する際のロスが少なくなり、励起光の利用効率が高くなるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２３】
１      蛍光光源装置
２      発光素子（励起光源）
２１    発光部
２２    レーザアレイ
２４    コリメータレンズ
３      第１光学系
４      第１放物面鏡
４ａ    前面開放端部
４１    第１開口部
４２    励起光透過部（穿孔部）
４３    蛍光反射部
５      第２放物面鏡
５ａ    前面開放端部
５１    第２開口部
６      蛍光素子
６１    蛍光素子載置台
７      第２光学系
８      ヒートシンク
９      反射ミラー
Ａ      励起光
Ｂ      蛍光
【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】
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