(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を射出する励起光源と、
前記励起光源から射出された前記励起光を導波する第一の光ファイバと、
前記第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して前記励起光とは異なる波長の波長変換光を発する波長変換部と、
前記波長変換部から発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバと、
前記波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けて反射させる反射体とを備え、
前記第二の光ファイバの有効な入射領域は前記第一の光ファイバの射出領域よりも大きく、前記波長変換部の有効な波長変換領域は前記第二の光ファイバの有効な入射領域よりも大きく、前記反射体の有効な反射領域は前記波長変換部の有効な波長変換領域よりも大きい光ファイバ照明装置。
【請求項２】
前記第二の光ファイバはファイバ束である、請求項１に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項３】
前記反射体は、前記第一の光ファイバから射出される前記励起光を通過させる開口を有している、請求項２に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項４】
前記第一の光ファイバの射出端における光軸に垂直な平面に投影した前記反射体の反射領域の形状は、前記開口の中心に対して点対称な形状である、請求項３に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項５】
前記第一の光ファイバの射出端における光軸に垂直な平面に投影した前記波長変換部の有効な波長変換領域の形状は、前記第一の光ファイバの射出領域の中心に対して点対称な形状である、請求項４に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項６】
前記波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバに入射しなかった光が散逸することを防ぐ遮光部材をさらに備えている、請求項３に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項７】
前記反射体は、前記波長変換部に直接固定されている、請求項３に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項８】
前記反射体は、球面の一部を平面で切り取った形状の内面側と同形状の反射面を有しており、前記第二の光ファイバの入射端は、前記球面の中心を通り前記平面に垂直な軸上に配置されている、請求項４に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項９】
前記反射体は、放物面の形状の反射面を有しており、前記第二の光ファイバの入射端は、前記放物面の中心軸上に配置されている、請求項４に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項１０】
前記励起光源はレーザ光源であり、前記第一の光ファイバは単ファイバである、請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記励起光源はＬＥＤ光源であり、前記第一の光ファイバはファイバ束である、請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載の照明装置。
【請求項１２】
励起光をそれぞれ射出する複数の励起光源と、
前記複数の励起光源からそれぞれ射出された前記励起光をそれぞれ導波する複数の第一の光ファイバと、
前記複数の第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する複数の波長変換部と、
前記複数の波長変換部からそれぞれ発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバと、
前記複数の波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けてそれぞれ反射させる複数の反射体とを備えている光ファイバ照明装置。
【請求項１３】
励起光をそれぞれ射出する複数の励起光源と、
前記複数の励起光源からそれぞれ射出された前記励起光をそれぞれ導波する複数の第一の光ファイバと、
前記複数の第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する複数の波長変換部と、
前記複数の波長変換部からそれぞれ発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバと、
前記複数の波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けてそれぞれ反射させる複数の反射体とを備え、
前記第二の光ファイバはファイバ束であり、前記ファイバ束の有効な入射領域は前記第一の光ファイバの射出領域よりも大きく、前記波長変換部の有効な波長変換領域は前記ファイバ束の有効な入射領域よりも大きく、前記反射体の有効な反射領域は前記波長変換部の有効な波長変換領域よりも大きく、
前記複数の波長変換部の個数は前記複数の第一の光ファイバの個数と同じであり、前記複数の波長変換部は前記複数の第一の光ファイバからそれぞれ射出された前記励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する光ファイバ照明装置。
【請求項１４】
前記複数の波長変換部は、前記励起光および／または前記波長変換光に対して遮光性を有する遮光部材によって互いに分離されており、前記複数の第一の光ファイバから射出された前記励起光は、対応する波長変換部に入射し、それ以外の波長変換部には入射しない、請求項１３に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項１５】
前記第二の光ファイバはファイバ束であり、前記ファイバ束は、これを構成する単位ファイバの入射端の位置関係が射出端の位置関係と異なるように構成されており、さらに、前記ファイバ束の射出端において、前記波長変換部から発せられ前記ファイバ束に入射した前記互いに異なる波長の波長変換光の各出力強度の重心が前記ファイバ束の有効射出領域の中心とほぼ一致するように構成されている、請求項１３または請求項１４に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項１６】
前記互いに異なる波長の波長変換光が混じり合ったときに所望の色となるように前記単位ファイバの本数が調整されている、請求項１５に記載の光ファイバ照明装置。
【請求項１７】
前記複数の波長変換部の個数は前記複数の第一の光ファイバの個数よりも少なく、前記複数の第一の光ファイバの少なくとも一つから射出された前記励起光の一部は波長変換部を介することなく前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射し、前記第二の光ファイバは前記波長変換光の前記一部に加えて前記励起光の前記一部を導波する、請求項１２または請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記第二の光ファイバの入射領域にその一部が直接的に入射する励起光を射出する第一の光ファイバと前記第二の光ファイバとの間に設けられた光拡散部をさらに有している、請求項１７に記載の光ファイバ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡手元部に複数のＬＥＤを配置し、挿入部を経由して内視鏡先端の発光部までファイバ束によって導光する光ファイバ照明装置が提案されている。ファイバ束は、内視鏡先端側では一つに束ねられているが、光源側では三つに分けられ、それぞれ、赤色光と緑色光と青色光を発光するＬＥＤと直接的に接続されている。
【特許文献１】特開２００６−３１４６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この光ファイバ照明装置では、内視鏡手元部から内視鏡先端の発光部までファイバ束によって照明光を導光しており、ＬＥＤから射出された光をファイバ束の入射端に入射させる光入射部にはレンズだけが使用されている。このため、ＬＥＤから射出された光のうち、レンズに入射しなかった光は利用されず、システム全体としての導波効率が悪く、十分な明るさの照明光を得ることが難しい。
【０００４】
本発明の目的は、十分な明るさの照明光を与える光ファイバ照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による光ファイバ照明装置は、励起光を射出する励起光源と、前記励起光源から射出された前記励起光を導波する第一の光ファイバと、前記第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して前記励起光とは異なる波長の波長変換光を発する波長変換部と、前記波長変換部から発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバと、前記波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けて反射させる反射体とを備えている。前記第二の光ファイバの有効な入射領域は前記第一の光ファイバの射出領域よりも大きく、前記波長変換部の有効な波長変換領域は前記第二の光ファイバの有効な入射領域よりも大きく、前記反射体の有効な反射領域は前記波長変換部の有効な波長変換領域よりも大きい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、十分な明るさの照明光を与える光ファイバ照明装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態による光ファイバ照明装置を示している。図１に示すように、光ファイバ照明装置は、励起光１００を射出する励起光源である半導体レーザ１０と、半導体レーザ１０から射出された励起光１００を導波する第一の光ファイバである単ファイバ２０と、単ファイバ２０から射出された励起光１００を受光して励起光１００とは異なる波長の波長変換光である蛍光を発する波長変換部である蛍光体ユニット３０と、蛍光体ユニット３０から発せられた波長変換光すなわち蛍光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバであるファイバ束４０とを有している。半導体レーザ１０は、たとえば青紫色半導体レーザであってよいが、これに限定されるものではなく、ほかの半導体レーザであってもよい。蛍光体ユニット３０は複数の種類の蛍光体を含み、それらは混合されて樹脂で封止されており、蛍光体ユニット３０は励起光の受光に応じて複数の種類の蛍光を発する。これら複数の種類の蛍光は混じり合うと白色光となる。ファイバ束４０は入射した蛍光を導波し、射出端から白色の照明光１１０を射出する。光ファイバ照明装置はさらに、蛍光体ユニット３０で発生した反射散乱光および／または蛍光体ユニット３０から発せられた蛍光のうち、ファイバ束４０の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部をファイバ束４０の入射領域に向けて反射させる反射体５０を有している。ここで、反射散乱光は、蛍光体ユニット３０で反射された光、または、蛍光体ユニット３０で散乱された光、または、その両方を意味している。半導体レーザ１０と単ファイバ２０の間には、半導体レーザ１０から射出される励起光１００を単ファイバ２０の入射領域に集光する集光レンズ８０が配置されている。
【０００９】
図２は、蛍光体ユニット３０と反射体５０の周辺部を拡大して示している。図２に詳しく示されるように、蛍光体ユニット３０はファイバ束４０の入射端に固定されている。反射体５０は、単ファイバ２０から射出される励起光を通過させる開口５０ａを有している。単ファイバ２０は、反射体５０の開口５０ａを通って延びている。反射体５０は、球面の一部を平面で切り取った形状の内面側を反射面とする形状を有している。またファイバ束４０の入射端は、前記球面の中心を通り前記平面に垂直な軸上に配置されている。蛍光体ユニット３０と反射体５０の周囲には、蛍光体ユニット３０で発生した反射散乱光および／または波長変換光のうち、ファイバ束４０に入射しなかった光が散逸することを防ぐ遮光部材９０が配置されている。
【００１０】
図３は、単ファイバ２０の射出領域２０Ａと蛍光体ユニット３０の有効な波長変換領域３０Ａとファイバ束４０の有効な入射領域４０Ａと反射体５０の反射領域５０Ａとを、単ファイバ２０の射出端における光軸に垂直な平面に投影した図である。図３に示すように、単ファイバ２０の射出領域２０Ａと蛍光体ユニット３０の有効な波長変換領域３０Ａとファイバ束４０の有効な入射領域４０Ａと反射体５０の反射領域５０Ａはいずれも円形をしている。単ファイバ２０の射出端における光軸に垂直な平面に投影した反射体５０の反射領域５０Ａの形状は、開口５０ａの中心に対して点対称な形状、具体的には円形である。また、単ファイバ２０の射出端における光軸に垂直な平面に投影した蛍光体ユニット３０の有効な波長変換領域３０Ａの形状は、単ファイバ２０の射出領域２０Ａの中心に対して点対称な形状、具体的には円形である。ファイバ束４０の有効な入射領域４０Ａは単ファイバ２０の射出領域２０Ａよりも大きく、蛍光体ユニット３０の有効な波長変換領域３０Ａはファイバ束４０の有効な入射領域４０Ａよりも大きく、反射体５０の有効な反射領域５０Ａは蛍光体ユニット３０の有効な波長変換領域３０Ａよりも大きい。
【００１１】
図４は、蛍光体ユニット３０と励起光のビームスポット１０２と単ファイバ２０の射出端位置とを示している。図４に示すように、単ファイバ２０から射出された励起光が蛍光体ユニット３０の表面上に描くビームスポット１０２は、単ファイバ２０の射出端を中心としたほぼ円形となっている。
【００１２】
図１において、半導体レーザ１０から射出された励起光１００は、集光レンズ８０によって集光されて単ファイバ２０の入射領域に入射する。単ファイバ２０に入射した励起光１００は、単ファイバ２０により導波され、単ファイバ２０の射出端から射出される。単ファイバ２０から射出された励起光１００は蛍光体ユニット３０に入射し、励起光１００の一部は蛍光体ユニット３０内に進入し、蛍光体ユニット３０中の蛍光体によって励起光１００よりも長波長の蛍光に変換される。蛍光の一部はファイバ束４０に入射し、ファイバ束４０の射出端から白色の照明光１１０として射出される。
【００１３】
図２において、蛍光体ユニット３０に入射した励起光１００の一部は前述したように蛍光に変換され、励起光１００の別の一部は蛍光体ユニット３０を通過してファイバ束４０に入射してファイバ束４０の射出端から射出され、励起光１００のまた別の一部は入射方向に応じて蛍光体ユニット３０によって反射または散乱されて反射散乱光となってファイバ束４０の入射端以外の方向に射出される。また、蛍光体ユニット３０から発せられた蛍光の一部は前述したようにファイバ束４０に入射し、残りの蛍光はファイバ束４０の入射端以外の方向に射出される。蛍光体ユニット３０から発せられる蛍光は、励起光１００の入射方向に関係なく、あらゆる方向に射出されるため、蛍光の多くの部分はファイバ束４０の入射端以外の方向に射出される。ファイバ束４０の入射端以外の方向に射出された蛍光と励起光は、蛍光体ユニット３０の外側に設けられた遮光部材９０によって外部に散逸することが防止されている。反射散乱光の一部は反射体５０によって反射され、その一部は蛍光体ユニット３０に再び入射し、その一部は蛍光体ユニット３０内に進入し、蛍光体ユニット３０中の蛍光体によって励起光１００よりも長波長の蛍光に変換され、蛍光の一部はファイバ束４０に入射する。また、ファイバ束４０の入射端以外の方向に射出された蛍光の一部は反射体５０によって反射され、その一部は蛍光体ユニット３０に入射し、その一部は蛍光体ユニット３０内に進入し、その一部はファイバ束４０に入射する。これにより、ファイバ束４０に多くの蛍光が入射するため、光ファイバ照明装置全体の導波効率を向上させ、明るい照明光を得ることが可能となる。
【００１４】
［第一変形例］
図５は、本発明の第一実施形態の第一変形例による光ファイバ照明装置を示している。図５に示すように、光ファイバ照明装置は、反射体５０に代えて、蛍光体ユニット３０に直接固定されている反射体５１を有している。反射体５１は、円形平面の底部５１ａと、円管状の側面部５１ｂとから構成されており、底部５１ａの中心には開口５１ｃがあり、この開口５１ｃに単ファイバ２０が挿入されている。単ファイバ２０の射出端は蛍光体ユニット３０に接している。
【００１５】
本変形例では、単ファイバ２０の射出端が蛍光体ユニット３０に接しているため、反射散乱光が発生しない。また、反射体５１が蛍光体ユニット３０に直接固定されているため、ファイバ束４０の入射端以外の方向に射出された蛍光が効率良く蛍光体ユニット３０に戻され、ファイバ束４０に多くの蛍光が入射する。
【００１６】
［第二変形例］
図６は、本発明の第一実施形態の第二変形例による光ファイバ照明装置を示している。図６に示すように、光ファイバ照明装置は、反射体５０に代えて、放物面の形状の反射面を有している反射体５２を有している。放物面の頂点に開口５２ａがあり、この開口５２ａに単ファイバ２０が挿入されている。ファイバ束４０の入射端は、前記放物面の中心軸上に配置されている。ここで放物面の中心軸とは、放物線を回転させて放物面を形成するときの回転軸を言う。
【００１７】
本変形例では、蛍光体ユニット３０で発生した反射散乱光のうち、波長変換ユニットの、励起光の光軸近傍で発生した反射散乱光は、反射体５２で反射されるときに、ほぼ平行光となってファイバ束４０の入射端に入射する。従って、ファイバ束４０と入射光との結合効率が向上するため、効率的に、ファイバ束４０の入射端に導波することが可能となる。
【００１８】
［第三変形例］
図７は、本発明の第一実施形態の第三変形例による光ファイバ照明装置を示している。図７に示すように、光ファイバ照明装置は、反射体５０に代えて、円錐面の形状の反射面を有している反射体５３を有している。円錐面の頂点に開口５３ａがあり、この開口５３ａに単ファイバ２０が挿入されている。
【００１９】
［第四変形例］
図８は、本発明の第一実施形態の第四変形例による光ファイバ照明装置を示している。図８に示すように、光ファイバ照明装置は、反射体５０に代えて、蛍光体ユニット３０に直接固定されている反射体５４を有している。反射体５４は、円形平面の底部５４ａと円管状の側面部５４ｂとを有している励起光に対して透明な部材の表面に、励起光の波長近傍の光は透過するが蛍光は反射する誘電体多層膜５４ｃを形成して構成されている。このため、反射体５４は、単ファイバ２０から射出される励起光を通過させる開口を有していない。
【００２０】
単ファイバ２０から射出された励起光は、反射体５４の誘電体多層膜５４ｃと底部５４ａを透過し、蛍光体ユニット３０に入射する。蛍光体ユニット３０から発せられた蛍光の一部はファイバ束４０に入射し、残りの蛍光はファイバ束４０の入射端以外の方向に射出される。ファイバ束４０の入射端以外の方向に射出された蛍光のほとんどは反射体５４の誘電体多層膜５４ｃによって反射されて蛍光体ユニット３０内に戻り、その一部はファイバ束４０に入射する。
【００２１】
本変形例では、反射体５４が蛍光体ユニット３０に直接固定されているため、ファイバ束４０の入射端以外の方向に射出された蛍光が効率良く蛍光体ユニット３０に戻され、ファイバ束４０に多くの蛍光が入射する。
【００２２】
なお、これらの変形例は、互いに組み合わせることが可能である。たとえば、第四変形例のように反射体を蛍光体ユニットに直接固定する場合、反射体の形状は、第一実施形態のように、球面の一部の形状でもよいし、第二変形例のように、放物面形状でもよい。このとき、蛍光体ユニットの形状は、反射面に合わせた形状となる。
【００２３】
＜第二実施形態＞
図９は、本発明の第二実施形態による光ファイバ照明装置を示している。本実施形態の光ファイバ照明装置は、基本構造は第一実施形態と同様だが、図９に示すように、励起光源として半導体レーザ１０に代えてＬＥＤ１２を有し、第一の光ファイバとして単ファイバ２０に代えてファイバ束２４を有している。励起光源にＬＥＤ１２を用いることによって、低コストとアイセーフを同時に実現することが可能となる。また、光出力のフィードバック回路が不要となるなど、システムの簡素化も可能となる。また、励起光を導波する第一の光ファイバとしてファイバ束２４を用いることによって、ＬＥＤ光を効率的に導波して蛍光体ユニット３０に照射することが可能となる。
【００２４】
この構成においては、ファイバ束２４の射出端では、励起光はファイバ束２４を構成する一つ一つの単ファイバからそれぞれ射出される。この場合、ファイバ束２４の射出端における光軸は、ファイバ束２４から射出される光の、ピーク強度となる光の射出方向と、ファイバ束２４の射出端における光強度分布の重心位置により定義される。
【００２５】
本実施形態では、励起光源は、ドームレンズを有するランプ型のＬＥＤ１２で構成されているが、これに限定されるものではない。励起光源は、たとえば電流狭窄型のＬＥＤ光源やＳＬＤ光源で構成されてもよい。電流狭窄型のＬＥＤ光源やＳＬＤ光源を用いることによって、通常のＬＥＤ光よりも光ファイバとの結合を向上することが可能となるため、励起光の利用効率を向上することが可能となる。
【００２６】
＜第三実施形態＞
図１０は、本発明の第三実施形態による光ファイバ照明装置を示している。本実施形態の光ファイバ照明装置は、基本構造は第一実施形態と同様だが、図１０に示すように、半導体レーザ１０に代えて、励起光をそれぞれ射出する複数の半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３を有し、単ファイバ２０に代えて、複数の半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３からそれぞれ射出された励起光をそれぞれ導波する複数の単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３を有し、蛍光体ユニット３０に代えて、複数の単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３からそれぞれ射出された励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する複数の蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３を有している。蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３の個数は単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３の個数と同じである。また、集光レンズ８０に代えて、半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３と単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３のそれぞれの間に、半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３から射出される励起光を単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３の入射領域にそれぞれ集光する集光レンズ８０−１，８０−２，８０−３が配置されている。
【００２７】
蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３からそれぞれ発せられる蛍光の波長は互いに異なっており、それらの蛍光は混じり合うと白色となるように構成されている。また、励起光の波長は蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３中の蛍光体の励起特性に応じて選択される。たとえば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ（青色）や、ＭａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ（緑色）、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（赤色）などの蛍光体に対しては、３７０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の近紫外光や青紫光を用いると効率良い波長変換が可能となる。また、ＹＡＧ；Ｃｅ（黄色）、Ｂａオルトシリケート：Ｅｕ（黄色）などの蛍光体に対して、４７０ｎｍ程度の青色光を用いると効率良い波長変換が可能となる。
【００２８】
図１１は、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３の周辺部を拡大して示している。図１１に示すように、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３は、励起光および／または波長変換光に対して遮光性を有する遮光部材９０によって互いに分離されており、単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３から射出された励起光は、それぞれ、対応する蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３に入射し、それ以外の蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３には入射しない。ファイバ束４０は、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３にそれぞれ接続された部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３から構成されている。単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３には、それぞれ、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３で発生した反射散乱光および／または蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３から発せられた蛍光のうち、部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３の入射領域に向けてそれぞれ反射させる複数の反射体５３−１，５３−２，５３−３が設けられている。反射体５３−１，５３−２，５３−３は、第一実施形態の第三変形例で説明した反射体５３と同じものである。
【００２９】
ファイバ束４０は、これを構成する単位ファイバの入射端の位置関係が射出端の位置関係と異なるように構成されている。さらに、ファイバ束４０の射出端において、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３から発せられファイバ束４０に入射した互いに異なる波長の蛍光の各出力強度の重心がファイバ束４０の有効射出領域の中心とほぼ一致するように構成されている。部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３に含まれる単位ファイバの本数は互いに等しくてもよいし、また、各蛍光の発光強度に応じて、ファイバ束４０から射出される互いに異なる波長の蛍光が混じり合ったときに所望の色たとえば白色となるように調整してもよい。すなわち、部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３に含まれる単位ファイバの本数は等しくして、半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３の発光強度を調整することによって、照明光が所望の色となるように調整することも可能であり、また、励起光源の駆動条件は同じとして、部分ファイバ束４０−１，４０−２，４０−３に含まれる単位ファイバの本数を調整することによって、照明光が所望の色となるように調整することも可能である。
【００３０】
複数の半導体レーザ１０−１，１０−２，１０−３から射出された励起光は、それぞれ、対応する複数の単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３を経由して、対応する複数の蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３に入射する。複数の蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３は、それぞれ、複数の単ファイバ２０−１，２０−２，２０−３から射出された励起光を受光して互いに異なる波長の蛍光を発する。複数の蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３から発せられた蛍光は共にファイバ束４０を経由して射出される。
【００３１】
このような構成においては、各波長の光を独立に発光させることが可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、三つの蛍光体ユニットを連結して構成されているが、単色の蛍光体ユニットを複数用いることも可能である。このように構成することで、用途に応じて励起する蛍光体の数量を調整することが可能となる。たとえば、暗くしたいときには少ない個数の蛍光体ユニットだけを励起し、明るくしたいときには多くの個数の蛍光体ユニットを励起する。これにより、同じ色のまま出力を調整することが可能になる。
【００３３】
＜第四実施形態＞
図１２は、本発明の第四実施形態による光ファイバ照明装置を示している。本実施形態の光ファイバ照明装置は、基本構造は第三実施形態と同様だが、図１２に示すように、第三実施形態の構成から、蛍光体ユニット３０−１，３０−２，３０−３のうち、蛍光体ユニット３０−３を省いた構成となっている。すなわち、本実施形態の光ファイバ照明装置は、蛍光体ユニット３０−１，３０−２のみを有している。つまり、蛍光体ユニット３０−１，３０−２の個数は単ファイバ２０−１，２０−２，単ファイバ２０−３の本数よりも少ない。これにより、半導体レーザ１０−１，１０−２から射出された励起光の一部は単ファイバ２０−１，２０−２に入射し、単ファイバ２０−１，２０−２から射出された励起光の一部は蛍光体ユニット３０−１，３０−２によって波長変換されてファイバ束４０の入射領域に入射し、ファイバ束４０の射出端から射出される。また、半導体レーザ１０−３から射出された励起光の一部は単ファイバ２０−３に入射し、単ファイバ２０−３から射出された励起光の一部は波長変換されることなくファイバ束４０の入射領域に直接的に入射し、ファイバ束４０の射出端から射出される。光ファイバ束４０は、記波長変換光である蛍光の一部に加えて、単ファイバ２０−３から射出された励起光の一部を導波する。つまり、光ファイバ照明装置はファイバ束４０から励起光を射出するように構成されている。
【００３４】
図１３に示すように、半導体レーザ１０−３から射出され、単ファイバ２０−３を経由して射出された光が部分ファイバ束４０−３に入射する部分に、光拡散物質を有する光拡散ユニット３６を設けることも可能である。つまり、ファイバ束４０の部分ファイバ束４０−３の入射領域にその一部が直接的に入射する励起光を射出する単ファイバ２０−３と部分ファイバ束４０−３との間に設けられた光拡散ユニット３６をさらに有していてもよい。これにより、ファイバ束４０の射出端から射出される励起光のコヒーレント長を半導体レーザ１０−３から射出される励起光に比べて短くすることも可能である。励起光にレーザ光を用いた場合、観察対象が周期的なパターンを有していると、干渉像等を発生してしまい、観察の妨げになる場合があるが、励起光の位相関係を乱す光学部材や拡散板等を挟むことにより、励起光のコヒーレント長が短くなり、観察対象の周期に応じた干渉像が発生を抑制することが可能となる。また、励起光が直接観察者の眼に入射すると視覚に影響を与える場合があるが、コヒーレント長を短くすることによってこのような危険性も回避でき、アイセーフな設計とすることが可能となる。
【００３５】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００３６】
たとえば、上述した実施形態のすべてにおいて、図１４に示すように、単ファイバ２０と蛍光体ユニット３０との間に、単ファイバ２０から射出された励起光を集光するレンズなどの光学部材６０を設けてもよい。この構成においては、単ファイバ２０から射出された励起光を光学部材６０によって集光して蛍光体ユニット３０に照射することにより、より効率良く光を導波することが可能となる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］励起光を射出する励起光源と、前記励起光源から射出された前記励起光を導波する第一の光ファイバと、前記第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して前記励起光とは異なる波長の波長変換光を発する波長変換部と、前記波長変換部から発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する第二の光ファイバと、前記波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けて反射させる反射体とを備えている光ファイバ照明装置。
［２］前記第二の光ファイバはファイバ束であり、前記ファイバ束の有効な入射領域は前記第一の光ファイバの射出領域よりも大きく、前記波長変換部の有効な波長変換領域は前記ファイバ束の有効な入射領域よりも大きく、前記反射体の有効な反射領域は前記波長変換部の有効な波長変換領域よりも大きい、［１］に記載の光ファイバ照明装置。
［３］前記反射体は、前記第一の光ファイバから射出される前記励起光を通過させる開口を有している、［２］に記載の光ファイバ照明装置。
［４］前記第一の光ファイバの射出端における光軸に垂直な平面に投影した前記反射体の反射領域の形状は、前記開口の中心に対して点対称な形状である、［３］に記載の光ファイバ照明装置。
［５］前記第一の光ファイバの射出端における光軸に垂直な平面に投影した前記波長変換部の有効な波長変換領域の形状は、前記第一の光ファイバの射出領域の中心に対して点対称な形状である、［４］に記載の光ファイバ照明装置。
［６］前記波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバに入射しなかった光が散逸することを防ぐ遮光部材をさらに備えている、［３］に記載の光ファイバ照明装置。
［７］前記反射体は、前記波長変換部に直接固定されている、［３］に記載の光ファイバ照明装置。
［８］前記反射体は、球面の一部を平面で切り取った形状の内面側と同形状の反射面を有しており、前記第二の光ファイバの入射端は、前記球面の中心を通り前記平面に垂直な軸上に配置されている、［４］に記載の光ファイバ照明装置。
［９］前記反射体は、放物面の形状の反射面を有しており、前記第二の光ファイバの入射端は、前記放物面の中心軸上に配置されている、［４］に記載の光ファイバ照明装置。
［１０］前記励起光源はレーザ光源であり、前記第一の光ファイバは単ファイバである、［１］ないし［３］のいずれかひとつに記載の照明装置。
［１１］前記励起光源はＬＥＤ光源であり、前記第一の光ファイバはファイバ束である、［１］ないし［３］のいずれかひとつに記載の照明装置。
［１２］励起光をそれぞれ射出する複数の励起光源と、前記複数の励起光源からそれぞれ射出された前記励起光をそれぞれ導波する複数の第一の光ファイバと、前記複数の第一の光ファイバから射出された前記励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する複数の波長変換部と、前記複数の波長変換部で発生した反射散乱光および／または前記波長変換光のうち、前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部を前記第二の光ファイバの入射領域に向けてそれぞれ反射させる複数の反射体とを有しており、前記第二の光ファイバは前記複数の波長変換部からそれぞれ発せられた前記波長変換光の一部を少なくとも導波する、［１］または［２］に記載の光ファイバ照明装置。
［１３］前記複数の波長変換部の個数は前記複数の第一の光ファイバの個数と同じであり、前記複数の波長変換部は前記複数の第一の光ファイバからそれぞれ射出された前記励起光を受光して互いに異なる波長の波長変換光をそれぞれ発する、［１２］に記載の光ファイバ照明装置。
［１４］前記複数の波長変換部は、前記励起光および／または前記波長変換光に対して遮光性を有する遮光部材によって互いに分離されており、前記複数の第一の光ファイバから射出された前記励起光は、対応する波長変換部に入射し、それ以外の波長変換部には入射しない、［１３］に記載の光ファイバ照明装置。
［１５］前記第二の光ファイバはファイバ束であり、前記ファイバ束は、これを構成する単位ファイバの入射端の位置関係が射出端の位置関係と異なるように構成されており、さらに、前記ファイバ束の射出端において、前記波長変換部から発せられ前記ファイバ束に入射した前記互いに異なる波長の波長変換光の各出力強度の重心が前記ファイバ束の有効射出領域の中心とほぼ一致するように構成されている、［１３］または［１４］に記載の光ファイバ照明装置。
［１６］前記互いに異なる波長の波長変換光が混じり合ったときに所望の色となるように前記単位ファイバの本数が調整されている、［１５］に記載の光ファイバ照明装置。
［１７］前記複数の波長変換部の個数は前記複数の第一の光ファイバの個数よりも少なく、前記複数の第一の光ファイバの少なくとも一つから射出された前記励起光の一部は波長変換部を介することなく前記第二の光ファイバの入射領域に直接的に入射し、前記第二の光ファイバは前記波長変換光の前記一部に加えて前記励起光の前記一部を導波する、［１２］の照明装置。
［１８］前記第二の光ファイバの入射領域にその一部が直接的に入射する励起光を射出する第一の光ファイバと前記第二の光ファイバとの間に設けられた光拡散部をさらに有している、［１７］の光ファイバ照明装置。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一実施形態による光ファイバ照明装置を示している。
【図２】図１に示した蛍光体ユニットと反射体の周辺部を拡大して示している。
【図３】単ファイバの射出領域と蛍光体ユニットの有効な波長変換領域とファイバ束の有効な入射領域と反射体の反射領域とを、単ファイバの射出端における光軸に垂直な平面に投影した図である。
【図４】蛍光体ユニットと励起光のビームスポットと単ファイバの射出端位置とを示している。
【図５】本発明の第一実施形態の第一変形例による光ファイバ照明装置を示している。
【図６】本発明の第一実施形態の第二変形例による光ファイバ照明装置を示している。
【図７】本発明の第一実施形態の第三変形例による光ファイバ照明装置を示している。
【図８】本発明の第一実施形態の第四変形例による光ファイバ照明装置を示している。
【図９】本発明の第二実施形態による光ファイバ照明装置を示している。
【図１０】本発明の第三実施形態による光ファイバ照明装置を示している。
【図１１】図１０に示した蛍光体の周辺部を拡大して示している。
【図１２】本発明の第四実施形態による光ファイバ照明装置を示している。
【図１３】本発明の第四実施形態の変形例による光ファイバ照明装置を示している。
【図１４】本発明の各実施形態に適用可能な変形例を示している。
【符号の説明】
【００３８】
１０，１０−１，１０−２，１０−３…半導体レーザ、１２…ＬＥＤ、２０，２０−１，２０−２，２０−３…単ファイバ、２０Ａ…射出領域、２４…ファイバ束、３０，３０−１，３０−２，３０−３…蛍光体ユニット、３０Ａ…波長変換領域、３６…光拡散ユニット、４０…ファイバ束、４０−１，４０−２，４０−３…部分ファイバ束、４０Ａ…入射領域、５０…反射体、５０Ａ…反射領域、５０ａ…開口、５１…反射体、５１ａ…底部、５１ｂ…側面部、５１ｃ…開口、５２…反射体、５２ａ…開口、５３，５３−１，５３−２，５３−３…反射体、５３ａ…開口、５４…反射体、５４ａ…底部、５４ｂ…側面部、５４ｃ…誘電体多層膜、６０…光学部材、８０，８０−１，８０−２，８０−３…集光レンズ、９０…遮光部材、１００…励起光、１０２…ビームスポット、１１０…照明光。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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