(57)【要約】【課題】光の損失が小さく、明るい光を射出し得る半導体光源装置を提供する。【解決手段】半導体光源装置は光源１ａ，１ｂ，１ｃと合波カプラー３と波長変換ユニット２とを有している。光源１ａ，１ｂ，１ｃは互いに異なる第一、第二、第三の波長領域の光を射出する。合波カプラー３の入射端３ａ，３ｂ，３ｃは光源１ａ，１ｂ，１ｃと接続され、射出端３ｄは波長変換ユニット２と接続されている。波長変換ユニット２は、第一の波長領域の光を第一の変換光に波長変換する第一の蛍光体を含む波長変換部材２ａと、第二の波長領域の光を第二の変換光に波長変換する第二の蛍光体を含む波長変換部材２ｂと、第三の波長領域の光を第三の変換光に波長変換する第三の蛍光体を含む波長変換部材２ｃとを有している。第一、第二、第三の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第一、第二、第三の波長領域をそれぞれ含むが、ほかの二つの波長領域とは独立している。【選択図】      図１
2009277734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる第一、第二、第三の波長領域の光をそれぞれ射出する第一、第二、第三の光源と、
前記第一、第二、第三の光源とそれぞれ光学的に接続された第一、第二、第三の入射端と、少なくとも一つの射出端とを有している導光素子と、
前記導光素子の前記射出端と光学的に接続された波長変換ユニットとを備え、
前記波長変換ユニットは、
前記第一の波長領域の光を吸収して、第一の変換光に波長変換する第一の波長変換部材と、
前記第二の波長領域の光を吸収して、前記第一の変換光とは異なる波長の第二の変換光に波長変換する第二の波長変換部材とを含んでおり、
前記第一の波長変換部材の吸収スペクトルの有効波長領域は、前記第一の波長領域を含み、かつ、前記第二、第三の波長領域とは独立しており、
前記第二の波長変換部材の吸収スペクトルの有効波長領域は、前記第二の波長領域を含み、かつ、前記第一、第三の波長領域とは独立している、半導体光源装置。
【請求項２】
前記波長変換ユニットは、
前記第三の波長領域の光を吸収して、前記第一、第二の波長変換光とは異なる波長の第三の変換光に波長変換する第三の波長変換部材をさらに含んでおり、
前記第三の波長変換部材の吸収スペクトルの有効波長領域は、前記第三の波長領域を含み、かつ、前記第一、第二の波長領域とは独立している、請求項１に記載の半導体光源装置。
【請求項３】
前記第一の波長変換部材は、前記第一の波長領域の光を吸収して赤色の蛍光を射出する赤色蛍光体であり、
前記第二の波長変換部材は、前記第二の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する緑色蛍光体である、請求項１に記載の半導体光源装置。
【請求項４】
前記第一の波長変換部材は、前記第一の波長領域の光を吸収して赤色の蛍光を射出する赤色蛍光体であり、
前記第二の波長変換部材は、前記第二の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する緑色蛍光体であり、
前記第三の波長変換部材は、前記第三の波長領域の光を吸収して青色の蛍光を射出する青色蛍光体である、請求項２に記載の半導体光源装置。
【請求項５】
前記第一、第二の波長変換部材は前記波長変換ユニットの共通の領域に混在している、請求項１または請求項３に記載の半導体光源装置。
【請求項６】
前記第一、第二、第三の波長変換部材は前記波長変換ユニットの共通の領域に混在している、請求項２または請求項４に記載の半導体光源装置。
【請求項７】
前記波長変換ユニットは、前記導光素子の前記射出端側から、前記第一の波長変換部材、前記第二の波長変換部材の順に積層されている、請求項１または請求項３に記載の半導体光源装置。
【請求項８】
前記波長変換ユニットは、前記導光素子の射出端側から、前記第一の波長変換部材、前記第二の波長変換部材、前記第三の波長変換部材の順に積層されている、請求項２または請求項４に記載の半導体光源装置。
【請求項９】
前記第一の波長変換部材は、前記第一の光源から射出される第一の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過し、
前記第二の波長変換部材は、前記第二の光源から射出される第二の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する、請求項１、請求項３、請求項５または請求項７に記載の半導体光源装置。
【請求項１０】
前記第一の波長変換部材は、前記第一の光源から射出される第一の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過し、
前記第二の波長変換部材は、前記第二の光源から射出される第二の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過し、
前記第三の波長変換部材は、前記第三の光源から射出される第三の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過し、請求項２、請求項４、請求項６または請求項８に記載の半導体光源装置。
【請求項１１】
前記積層された波長変換部材の界面に、前記第一、第二、第三の波長領域の少なくとも一つの光を遮断するフィルターをさらに有している、請求項７または請求項８に記載の半導体光源装置。
【請求項１２】
前記第三の光源は青色の光を発する光源であり、前記第一の波長変換部材と前記第二の波長変換部材は前記青色の光を透過する、請求項１または請求項３に記載の半導体光源装置。
【請求項１３】
前記第一、第二、第三の光源はレーザーダイオードである、請求項１ないし請求項１２のいずれか一つに記載の半導体光源装置。
【請求項１４】
前記第一、第二、第三の光源は発光ダイオードである、請求項１ないし請求項１２のいずれか一つに記載の半導体光源装置。
【請求項１５】
前記導光素子は合波カプラーまたはバンドルファイバーである、請求項１ないし請求項１４に記載の半導体光源装置。
【請求項１６】
前記導光素子は複数の射出端を有し、前記第一、第二、第三の入射端に入射した光を前記複数の射出端にほぼ等しい光強度割合で分配する、請求項１５に記載の半導体光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡用光源装置としては、キセノンランプやハロゲンランプ、メタルハライドなどの光源が用いられている。これらのランプ光源を用いてＲＧＢ光などを独立に発光させるために、光路上にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過するフィルターを設けた構成が用いられていた。しかしこのようなキセノンランプなどの光源は大型かつ高価であり、また、ランプ光源からの発光の一部のみをフィルターで取り出す構成のため、光の利用効率が低い。
【０００３】
これを改善するため、例えば特開２００３−１９１１２号公報に、励起光を射出する複数の発光源と、これらの発光源から発せられた励起光を受けて所定の波長域の照明光をそれぞれ発する複数の蛍光ファイバーとを備えた光源装置が提案されている。この先行技術では、励起光源より蛍光ファイバーを励起して、発生した蛍光を合波カプラーに結合する構成となっている。
【特許文献１】特開２００３−１９１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、先行技術の構成では、蛍光ファイバーで発生した蛍光を、光ファイバーに結合させる結合部や、三つのファイバーから光を一つの射出端に結合させるためのカプラー、さらにカプラーの射出端とライトガイドとの接続部など、数多くの接続部があり、また、この接続部における光の損失が大きい。このため、光の導波効率が悪く、明るい照明光を得ることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、光の損失が小さく、明るい光を射出し得る半導体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】
【０００６】
本発明による半導体光源装置は、互いに異なる第一、第二、第三の波長領域の光をそれぞれ射出する第一、第二、第三の光源と、前記第一、第二、第三の光源とそれぞれ光学的に接続された第一、第二、第三の入射端と、少なくとも一つの射出端とを有している導光素子と、前記導光素子の前記射出端と光学的に接続された波長変換ユニットとを備えている。前記波長変換ユニットは、前記第一の波長領域の光を吸収して、第一の変換光に波長変換する第一の波長変換部材と、前記第二の波長領域の光を吸収して、前記第一の変換光とは異なる波長の第二の変換光に波長変換する第二の波長変換部材とを含んでいる。前記第一の波長変換部材の吸収スペクトルの有効波長領域は、前記第一の波長領域を含み、かつ、前記第二、第三の波長領域とは独立しており、前記第二の波長変換部材の吸収スペクトルの有効波長領域は、前記第二の波長領域を含み、かつ、前記第一、第三の波長領域とは独立している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光の損失が小さく、明るい光を射出し得る半導体光源装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態の半導体光源装置について図１と図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態による半導体光源装置を示している。図２は、図１に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。
【００１０】
［構成］
図１に示すように、本実施形態の半導体光源装置は、三つの光源１ａ，１ｂ，１ｃと、導波素子としての合波カプラー３と、波長変換ユニット２とを有している。
【００１１】
光源１ａ，１ｂ，１ｃは、互いに異なる波長領域の光をそれぞれ射出する。以下では、便宜上、光源１ａが第一の波長領域の光を射出し、光源１ｂが第二の波長領域の光を射出し、光源１ｃが第三の波長領域の光を射出するものとする。
【００１２】
合波カプラー３は、３入力１出力の光ファイバーカプラーで構成されており、三つの入射端３ａ，３ｂ，３ｃと一つの射出端３ｄとを有している。合波カプラー３の三つの入射端３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれレンズ４ａ，４ｂ，４ｃを介して三つの光源１ａ，１ｂ，１ｃと光学的に接続されている。合波カプラー３は、三つの入射端３ａ，３ｂ，３ｃから入射した光を合波して射出端３ｄに導波する。
【００１３】
波長変換ユニット２は、合波カプラー３の射出端３ｄと光学的に接続されている。波長変換ユニット２は、合波カプラー３の射出端３ｄから射出された光をそれとは異なる波長領域の光に変換する。
【００１４】
波長変換ユニット２は、三つの波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃを有している。波長変換部材とは、例えば蛍光体であり、本願での蛍光体とは、粉末状や薄膜状のものをも含み、外的要因を加えた場合、エネルギー準位上の基底状態から、励起状態にエネルギーが上がり、また基底順位に戻る際に発光する部材を指すものである。波長変換部材２ａは、第一の波長領域の光を吸収して、第一の変換光に波長変換する第一の蛍光体を含んでいる。波長変換部材２ｂは、第二の波長領域の光を吸収して、第一の変換光とは異なる波長の第二の変換光に波長変換する第二の蛍光体を含んでいる。波長変換部材２ｃは、第三の波長領域の光を吸収して、第一、第二の波長変換光とは異なる波長の第三の変換光に波長変換する第三の蛍光体を含んでいる。
【００１５】
ここで、波長変換ユニットは、波長変換部材をおのおの重ねたり、樹脂やガラスといった溶媒に分散させたものや、溶媒に分散させたものをガラス容器などに入れ固定させたものなどを含む。また波長変換部材は、蛍光体を含み、外的要因により波長変換を行なう蛍光体以外の部材を含む。さらに蛍光体は、単結晶状、粉末状、粉末を溶媒に溶かしてガラスなどに塗布し乾燥させたものや蒸着法による薄膜状のものも含む。
【００１６】
波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃは、合波カプラー３の射出端側から、波長変換部材２ａ、波長変換部材２ｂ、波長変換部材２ｃの順に積層されている。
【００１７】
第一の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第一の波長領域を含み、かつ、第二、第三の波長領域とは独立している。第二の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第二の波長領域を含み、かつ、第一、第三の波長領域とは独立している。第三の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第三の波長領域を含み、かつ、第一、第二の波長領域とは独立している。
【００１８】
ここで、「有効波長領域」とは、対象の蛍光体から蛍光を発生させる励起光の波長範囲を言う。本実施形態では、一例として、励起光強度が吸収スペクトルのピーク強度の半分以上である波長領域としている。しかし、有効波長領域は、これに限定されるものではなく、要求される条件などに応じて吸収スペクトルの任意の波長領域に設定してよい。また「独立している」とは、重なっていないことを意味している
例えば、第一の蛍光体は、第一の波長領域の光を吸収して赤色の蛍光を射出する赤色蛍光体であり、第二の蛍光体は、第二の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する緑色蛍光体であり、第三の蛍光体は、第三の波長領域の光を吸収して青色の蛍光を射出する青色蛍光体である。
【００１９】
赤色蛍光体は、光源１ａから射出される第一の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。緑色蛍光体は、光源１ｂから射出される第二の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。青色蛍光体は、光源１ｃから射出される第三の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。
【００２０】
赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体は、それらをそれぞれ励起する励起光のスペクトルの有効波長領域が互いに重ならない組み合わせが選択されている。ただし、各蛍光体で波長変換された光は大部分がほかの蛍光体を透過するが、励起光の有効波長領域で選択された励起光が射出光に相当する出力強度の１割〜２割以下で吸収される場合も含む。
【００２１】
各波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃは、例えば光劣化の小さいシリコーン樹脂や寿命や透明性などの点において優れた樹脂材料に蛍光体を混合し成形して作られる。また各波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃは、励起光を透過しないように、その蛍光体の濃度や厚さが調整されており、波長変換ユニット２は各波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃで発生した蛍光のみを射出するように構成されている。
【００２２】
本実施形態における蛍光体の組み合わせの例を以下に示す。赤色蛍光体は、ＴｂまたはＥｕ添加酸化物蛍光ガラスで構成されており、図２に示される赤色吸収スペクトル５ａと赤色発光スペクトル６ａを有している。赤色吸収スペクトル５ａの有効波長領域７ａは３９０ｎｍ〜３９５ｎｍ付近である。緑色蛍光体は、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅで構成されており、図２に示される緑色吸収スペクトル５ｂと緑色発光スペクトル６ｂを有している。緑色吸収スペクトル５ｂの有効波長領域７ｂは４２０〜４７０ｎｍ付近である。青色蛍光体は、ＬａＡｌ（Ｓｉ６−ｚＡｌｚ）Ｎ１０−ｚＯｚ：Ｃｅで構成されており、図２に示される青色吸収スペクトル５ｃと青色発光スペクトル６ｃを有している。青色吸収スペクトル５ｃの有効波長領域７ｃは３２０〜３８０ｎｍ付近である。赤色吸収スペクトル５ａの有効波長領域７ａと緑色吸収スペクトル５ｂの有効波長領域７ｂと青色吸収スペクトル５ｃの有効波長領域７ｃとは互いに重なっていない。
【００２３】
光源１ａは、発光波長が赤色吸収スペクトル５ａの有効波長領域７ａの範囲内にある発光素子で構成され、光源１ｂは、発光波長が緑色吸収スペクトル５ｂの有効波長領域７ｂの範囲内にある発光素子で構成され、光源１ｃは、発光波長が青色吸収スペクトル５ｃの有効波長領域７ｃの範囲内にある発光素子で構成される。例えば、光源１ａは、４００ｎｍ付近の赤色用励起光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源１ｂは、４５０ｎｍ付近の緑色用励起光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源１ｃは、３７５ｎｍ付近の青色用励起光を射出するするレーザーダイオードで構成される。
【００２４】
前述したように、赤色吸収スペクトル５ａの有効波長領域７ａは３９０ｎｍ〜３９５ｎｍ付近であり、緑色吸収スペクトル５ｂの有効波長領域７ｂは４２０〜４７０ｎｍ付近であり、青色吸収スペクトル５ｃの有効波長領域７ｃは３２０〜３８０ｎｍ付近である。また、光源１ａの発光波長は約４００ｎｍであり、光源１ｂの発光波長は約４５０ｎｍであり、光源１ｃの発光波長は約３７５ｎｍである。従って、赤色吸収スペクトル５ａの有効波長領域７ａは、光源１ａの発光波長を含み、光源１ｂの発光波長および光源１ｃの発光波長と独立している。緑色吸収スペクトル５ｂの有効波長領域７ｂは、光源１ｂの発光波長を含み、光源１ａの発光波長および光源１ｃの発光波長と独立している。青色吸収スペクトル５ｃの有効波長領域７ｃは、光源１ｃの発光波長を含み、光源１ａの発光波長および光源１ｂの発光波長と独立している。
【００２５】
［作用］
次に、本実施形態の動作について図１、図２および表１を参照しながら説明する。
【００２６】
光源１ａは赤色用励起光を射出し、光源１ｂは赤色用励起光とは波長の異なる緑色用励起光を射出し、光源１ｃは赤色用励起光と緑色用励起光とは波長の異なる青色用励起光を射出する。赤色用励起光と緑色用励起光と青色用励起光は合波カプラー３の入射端３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ入射し、合波カプラー３によって導波されるとともに合波され、波長変換ユニット２に入射する。
【表１】
2009277734.tif 000003
【００２７】
第一実施形態の各蛍光体における作用を表１に示す。表１は縦の欄に蛍光体を、横の欄に、その蛍光体に照射される励起光および蛍光体からの発光を取り、その光に対する蛍光体の作用を示している。例えば、最も左の縦の欄の「赤色蛍光体」は、最も上の横の欄に示した「赤色用励起光」を「波長変換」するという作用を有している。なお、表では例えば、赤色蛍光体を励起するための赤色用励起光は、緑色蛍光体と青色蛍光体に照射されなくてもよいため、作用としては規定する必要が無いので「−−」で示している。赤色用励起光は、赤色蛍光体にすべて吸収されるのが理想ではあるが、実際には、一部は赤色蛍光体を透過して緑色蛍光体に照射される。緑色蛍光体は、赤色用励起光を透過してもよいし、赤色用励起光を吸収してもよい。
【００２８】
波長変換ユニット２に入射した赤色用励起光は波長変換部材２ａに含まれる赤色蛍光体に吸収されて赤色光に波長変換される。赤色蛍光体から発生した赤色光は、緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂと青色蛍光体を含む波長変換部材２ｃを透過し、波長変換ユニット２から射出される。波長変換ユニット２に入射した緑色用励起光は、赤色蛍光体を含む波長変換部材２ａを透過し、波長変換部材２ｂに含まれる緑色蛍光体に吸収されて緑色光に波長変換される。緑色蛍光体から発生した緑色光は、青色蛍光体を含む波長変換部材２ｃを透過し、波長変換ユニット２から射出される。波長変換ユニット２に入射した青色用励起光は、赤色蛍光体を含む波長変換部材２ａと緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂを透過し、波長変換部材２ｃに含まれる青色蛍光体に吸収されて青色光に波長変換される。青色蛍光体から発生した青色光は、波長変換ユニット２から射出される。
【００２９】
波長変換ユニット２は、赤色用励起光と緑色用励起光と青色用励起光と赤色蛍光体の発光と緑色蛍光体の発光に対して上述したように振舞うため、光源１ａ，１ｂ，１ｃを所定のパターンで点灯・消灯させることにより、赤色光と緑色光と青色光を所定の発光のタイミングパターンで波長変換ユニット２から射出することができる。例えば、光源１ａ，１ｂ，１ｃを順番に繰り返し点灯・消灯させると、波長変換ユニット２から赤色光と緑色光と青色光が順番に射出される。また、光源１ａ，１ｂ，１ｃの同時に点灯させると、赤色光と緑色光と青色光が混合された白色光が射出される。さらに、光源１ａ，１ｂ，１ｃの一つを選択的に点灯させると、赤色光と緑色光と青色光のいずれかが射出される。光源１ａ，１ｂ，１ｃの二つを同時に点灯させてもよく、また順番に点灯・消灯させてもよい。
【００３０】
［効果］
本実施形態の半導体光源装置では、蛍光に比べて結合効率の高い励起光が合波カプラー３に結合され、励起光を受けて蛍光体が生成した蛍光は波長変換ユニット２から直接射出される。このため、光の損失が小さく、明るい光が得られる。更には、光損失が小さい分、使用できる蛍光体が増えるので、蛍光体を選択する際における蛍光体の組み合わせの自由度が増すという効果が得られる。
【００３１】
また、ある蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域がほかの蛍光体用の励起光の波長領域と独立しているので、ある蛍光体はほかの蛍光体用の励起光から悪影響を受けにくい。このため蛍光体を含む波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃを一個所にまとめて配置できる。その結果、波長変換ユニット２が小型に構成される。
【００３２】
なお、蛍光体を用いることにより、吸収スペクトルに示すようブロードな蛍光を利用するため、比較的色むらの少ない光が得られる。
【００３３】
蛍光体の組み合わせは、上述した波長間の関係を満足するものであればよく、上述したものに限ったものではなく、様々な蛍光体の組み合わせが可能である。
【００３４】
＜第一実施形態の変形例＞
第一実施形態の変形例の半導体光源装置について図３を参照しながら説明する。図３は本変形例の半導体光源装置を示している。図３において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００３５】
図３に示すように、本変形例の半導体光源装置は、波長変換ユニット２に代えて別の波長変換ユニット８を有している。波長変換ユニット８は、互いに積層された波長変換部材２ａ，２ｂ，２ｃの界面に、第一、第二、第三の波長領域の少なくとも一つの光を遮断するフィルター８ａ，８ｂを有している。より詳しくは、波長変換ユニット８は、互いに積層された波長変換部材２ａ，２ｂの界面に、第一の波長領域の光すなわち赤色用励起光を遮断するフィルター８ａを有し、互いに積層された波長変換部材２ｂ，２ｃの界面に、第二の波長領域の光すなわち緑色用励起光を遮断するフィルター８ｂを有している。
【００３６】
前述したように、本実施形態では、各蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域を、励起光強度が吸収スペクトルのピーク強度の半分以上である波長領域としている。このため、各蛍光体は、吸収スペクトルの有効波長領域以外の波長領域の光であっても若干ではあるが波長変換する。例えば、図２に示すように、光源１ａから射出される波長約４００ｎｍの励起光は、赤色蛍光体を効率良く励起し、赤色光に波長変換されるが、青色蛍光体や緑色蛍光体もまた、若干ではあるが、この波長領域の光を吸収して、青色光や緑色蛍光体に波長変換する。
【００３７】
本変形例では、図３に示すように、赤色蛍光体を含む波長変換部材２ａと緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂとの間に、光源１ｂから射出される４００ｎｍ付近の波長の赤色用励起光を遮断し、赤色蛍光体から発生した蛍光すなわち赤色光と、光源１ｂから射出される緑色用励起光と、光源１ｃから射出される青色用励起光とを透過するフィルター８ａが設けられている。同様に、緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂと青色蛍光体を含む波長変換部材２ｃとの間に、光源１ｂから射出される４５０ｎｍ付近の波長の緑色用励起光を遮断し、赤色蛍光体から発生した蛍光すなわち赤色光と、緑色蛍光体から発生した蛍光すなわち緑色光と、光源１ｃから射出される青色用励起光とを透過するフィルター８ｂが設けられている。
【００３８】
このようなフィルター８ａ，８ｂをそれぞれ緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂと青色蛍光体を含む波長変換部材２ｃの手前に設けることにより、赤色用励起光と緑色用励起光がそれぞれ緑色蛍光体を含む波長変換部材２ｂと青色蛍光体を含む波長変換部材２ｃに入射することが防止される。その結果、赤色用励起光と緑色用励起光が後段の不所望な蛍光体によって不所望な色の光に波長変換されることが防止される。
【００３９】
本変形例の半導体光源装置は、第一実施形態と比較して、ある蛍光体がほかの蛍光体用の励起光から悪影響をさらに受けにくい。
【００４０】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の半導体光源装置について図４と図５を参照しながら説明する。図４は、本発明の第二実施形態による半導体光源装置を示している。図５は、図４に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００４１】
［構成］
本実施形態の半導体光源装置は、三つの光源９ａ，９ｂ，９ｃと、合波カプラー３と、波長変換ユニット１０とを有している。
【００４２】
光源９ａ，９ｂ，９ｃは、互いに異なる波長領域の光をそれぞれ射出する。以下では、便宜上、光源９ａが第一の波長領域の光を射出し、光源９ｂが第二の波長領域の光を射出し、光源９ｃが第三の波長領域の光を射出するものとする。
【００４３】
波長変換ユニット１０は、合波カプラー３の射出端３ｄと光学的に接続されている。波長変換ユニット１０は、二つの波長変換部材１０ａ，１０ｂを有している。波長変換部材とは、例えば蛍光体であり、本願での蛍光体とは、粉末状や薄膜状のものをも含み、外的要因を加えた場合、エネルギー準位上の基底状態から、励起状態にエネルギーが上がり、また基底順位に戻る際に発光する部材を指すものである。波長変換部材１０ａは、第一の波長領域の光を吸収して、第一の変換光に波長変換する第一の蛍光体を含んでいる。波長変換部材１０ｂは、第二の波長領域の光を吸収して、第一の変換光とは異なる波長の第二の変換光に波長変換する第二の蛍光体を含んでいる。
【００４４】
波長変換部材１０ａ，１０ｂは、合波カプラー３の射出端側から、波長変換部材１０ａ、波長変換部材１０ｂの順に積層されている。
【００４５】
第一の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第一の波長領域を含み、かつ、第二、第三の波長領域とは独立している。第二の蛍光体の吸収スペクトルの有効波長領域は、第二の波長領域を含み、かつ、第一、第三の波長領域とは独立している。
【００４６】
例えば、第一の蛍光体は、第一の波長領域の光を吸収して赤色の蛍光を射出する赤色蛍光体であり、第二の蛍光体は、第二の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する緑色蛍光体である。
【００４７】
赤色蛍光体は、光源９ａから射出される第一の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。緑色蛍光体は、光源９ｂから射出される第二の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。
【００４８】
本実施形態における蛍光体の組み合わせの例を以下に示す。赤色蛍光体は、Ｂａ２ＺｎＳ３：Ｍｎで構成されており、図５に示される赤色吸収スペクトル１１ａと赤色発光スペクトル１２ａを有している。赤色吸収スペクトル１１ａの有効波長領域１４ａは２７５〜３７０ｎｍ付近である。緑色蛍光体は、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎで構成されており、図５に示される緑色吸収スペクトル１１ｂと緑色発光スペクトル１２ｂを有している。緑色吸収スペクトル１１ｂの有効波長領域１４ｂは２７０ｎｍ以下である。赤色吸収スペクトル１１ａの有効波長領域１４ａと緑色吸収スペクトル１１ｂの有効波長領域１４ｂは互いに重なっていない。
【００４９】
光源９ａは、発光波長が赤色吸収スペクトル１１ａの有効波長領域１４ａの範囲内にある発光素子で構成され、光源９ｂは、発光波長が緑色吸収スペクトル１１ｂの有効波長領域１４ｂの範囲内にある発光素子で構成される。光源９ｃは、青色光を射出する発光素子で構成される。例えば、光源９ａは３５０ｎｍ付近の赤色用励起光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源９ｂは２５０ｎｍ付近の青色用励起光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源９ｃは４５０ｎｍ付近の青色光を射出するレーザーダイオードで構成されている。光源９ｃは、図５に示される発光スペクトル１３を有している。赤色蛍光体と緑色蛍光体は、光源９ｃから射出される青色光を透過する。
【００５０】
赤色吸収スペクトル１１ａの有効波長領域１４ａは、光源９ａの発光波長を含み、光源９ｂの発光波長および光源９ｃの発光波長と独立している。緑色吸収スペクトル１１ｂの有効波長領域１４ｂは、光源９ｂの発光波長を含み、光源９ａの発光波長および光源９ｃの発光波長と独立している。
【００５１】
［作用］
次に、本実施形態の動作について図４と図５を参照しながら説明する。
【００５２】
光源９ａは３５０ｎｍ付近にピーク波長をもつ赤色用励起光を射出し、光源９ｂは２５０ｎｍ付近にピーク波長をもつ緑色用励起光を射出し、光源９ｃは４５０ｎｍ付近にピーク波長をもつ青色光を射出する。赤色用励起光と緑色用励起光と青色光は合波カプラー３の入射端３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ入射し、合波カプラー３によって導波されるとともに合波され、波長変換ユニット１０に入射する。
【００５３】
波長変換ユニット１０に入射した赤色用励起光は波長変換部材１０ａに含まれる赤色蛍光体に吸収されて赤色光に波長変換される。赤色蛍光体から発生した赤色光は、緑色蛍光体を含む波長変換部材１０ｂを透過し、波長変換ユニット１０から射出される。波長変換ユニット１０に入射した緑色用励起光は、赤色蛍光体を含む波長変換部材１０ａを透過し、波長変換部材１０ｂに含まれる緑色蛍光体に吸収されて緑色光に波長変換される。緑色蛍光体から発生した緑色光は、波長変換ユニット１０から射出される。波長変換ユニット１０に入射した青色光は、赤色蛍光体を含む波長変換部材１０ａと緑色蛍光体を含む波長変換部材１０ｂを透過し、波長変換ユニット１０から射出される。
【００５４】
［効果］
本実施形態の半導体光源装置では、第一実施形態と同様に、光の損失が小さく、明るい光が得られる。
【００５５】
さらに本実施形態では、使用する蛍光体が二種類であるので、吸収スペクトルの有効波長領域の設定が第一実施形態と比べて容易である。また、波長変換ユニット１０は、青色蛍光体を含む波長変換部材がないぶん、小型に構成される。
【００５６】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の半導体光源装置について図６と図７を参照しながら説明する。図６は、本発明の第三実施形態による半導体光源装置を示している。図７は、図６に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。図６において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００５７】
［構成］
本実施形態の半導体光源装置は、三つの光源１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、合波カプラー３と、波長変換ユニット１６とを有している。
【００５８】
光源１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、互いに異なる波長領域の光をそれぞれ射出する。以下では、便宜上、光源１５ａが第一の波長領域の光を射出し、光源１５ｂが第二の波長領域の光を射出し、光源１５ｃが第三の波長領域の光を射出するものとする。
【００５９】
波長変換ユニット１６は、第一の波長領域の光を吸収して、第一の変換光に波長変換する第一の蛍光体と、第二の波長領域の光を吸収して、第一の変換光とは異なる波長の第二の変換光に波長変換する第二の蛍光体と、第三の波長領域の光を吸収して、第一、第二の波長変換光とは異なる波長の第三の変換光に波長変換する第三の蛍光体とを含んでいる。
【００６０】
例えば、第一の蛍光体は、第一の波長領域の光を吸収して赤色の蛍光を射出する赤色蛍光体であり、第二の蛍光体は、第二の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する緑色蛍光体であり、第三の蛍光体は、第三の波長領域の光を吸収して緑色の蛍光を射出する青色蛍光体である。
【００６１】
赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体は、波長変換ユニット１６の共通の領域に混在している。このような波長変換ユニット１６は、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体を適当な樹脂材料に混合し成形して作られる。
【００６２】
赤色蛍光体は、光源１５ａから射出される第一の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。緑色蛍光体は、光源１５ｂから射出される第二の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。青色蛍光体は、光源１５ｃから射出される第三の波長領域の光を吸収して波長変換するが、そのほかの光に対して大部分を透過する。
【００６３】
本実施形態における蛍光体の組み合わせの例を以下に示す。赤色蛍光体は、ＴｂまたはＥｕ添加酸化物蛍光ガラスで構成されており、図７に示される赤色吸収スペクトル１７ａと赤色発光スペクトル１８ａを有している。赤色吸収スペクトル１７ａの有効波長領域１９ａは３９０〜３９５ｎｍ付近である。緑色蛍光体は、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎで構成されており、図７に示される緑色吸収スペクトル１７ｂと緑色発光スペクトル１８ｂを有している。緑色吸収スペクトル１７ｂの有効波長領域１９ｂは２７５ｎｍ以下である。青色蛍光体は、ＬａＡｌ（Ｓｉ６−ｚＡｌｚ）Ｎ１０−ｚＯｚ：Ｃｅで構成されており、図７に示される青色吸収スペクトル１７ｃと青色発光スペクトル１８ｃを有している。青色吸収スペクトル１７ｃの有効波長領域１９ｃは３００〜３８０ｎｍ付近である。赤色吸収スペクトル１７ａの有効波長領域１９ａと緑色吸収スペクトル１７ｂの有効波長領域１９ｂと青色吸収スペクトル１７ｃの有効波長領域１９ｃは互いに重なっていない。
【００６４】
光源１５ａは、発光波長が赤色吸収スペクトル１７ａの有効波長領域１９ａの範囲内にある発光素子で構成され、光源１５ｂは、発光波長が緑色吸収スペクトル１７ｂの有効波長領域１９ｂの範囲内にある発光素子で構成され、光源１５ｃは、発光波長が青色吸収スペクトル１７ｃの有効波長領域１９ｃの範囲内にある発光素子で構成される。例えば、光源１５ａは、４００ｎｍ付近の光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源１５ｂは、２５０ｎｍ付近の光を射出するレーザーダイオードで構成され、光源１５ｃは、３７５ｎｍ付近の光を射出するするレーザーダイオードで構成されている。
【００６５】
赤色吸収スペクトル１７ａの有効波長領域１９ａは、光源１５ａの発光波長を含み、光源１５ｂの発光波長および光源１５ｃの発光波長と独立している。緑色吸収スペクトル１７ｂの有効波長領域１９ｂは、光源１５ｂの発光波長を含み、光源１５ａの発光波長および光源１５ｃの発光波長と独立している。青色吸収スペクトル１７ｃの有効波長領域１９ｃは、光源１５ｃの発光波長を含み、光源１５ａの発光波長および光源１５ｂの発光波長と独立している。
【００６６】
［作用］
次に、本実施形態の動作について図６と図７を参照しながら説明する。
【００６７】
光源１５ａは４００ｎｍ付近にピーク波長をもつ赤色用励起光を射出し、光源１５ｂは２５０ｎｍ付近にピーク波長をもつ緑色用励起光を射出し、光源１５ｃは４５０ｎｍ付近にピーク波長をもつ青色光を射出する。赤色用励起光と緑色用励起光と青色用励起光は合波カプラー３の入射端３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ入射し、合波カプラー３によって導波されるとともに合波され、波長変換ユニット１６に入射する。
【００６８】
波長変換ユニット１６に入射した赤色用励起光は、波長変換ユニット１６に含まれる赤色蛍光体に吸収されて赤色光に波長変換されるとともに、波長変換ユニット１６に含まれる緑色蛍光体と青色蛍光体は透過する。赤色蛍光体から発生した赤色光は、緑色蛍光体と青色蛍光体に吸収されることなく、波長変換ユニット１６から射出される。波長変換ユニット１６に入射した緑色用励起光は、波長変換ユニット１６に含まれる緑色蛍光体に吸収されて緑色光に波長変換されるとともに、波長変換ユニット１６に含まれる赤色蛍光体と青色蛍光体は透過する。緑色蛍光体から発生した緑色光は、赤色蛍光体と青色蛍光体に吸収されることなく、波長変換ユニット１６から射出される。波長変換ユニット１６に入射した青色光は、波長変換ユニット１６に含まれる青色蛍光体に吸収されて青色光に波長変換されるとともに、波長変換ユニット１６に含まれる赤色蛍光体と緑色蛍光体は透過する。青色蛍光体から発生した青色光は、赤色蛍光体と緑色蛍光体に吸収されることなく、波長変換ユニット１６から射出される。
【００６９】
［効果］
本実施形態の半導体光源装置では、第一実施形態と同様に、光の損失が小さく、明るい光が得られる。
【００７０】
上述した実施形態では、光源に、最も結合効率が良い思われるレーザーダイオードを用いているが、アイセーフであるＬＥＤや、結合しやすさとアイセーフの点で優れているＳＬＤなどの固体発光素子を用いてもよい。
【００７１】
上述した実施形態の半導体光源装置は、例えば図８に示す内視鏡２０に組み込まれる。光源１ａ，１ｂ，１ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃは操作部２０ａの内部に配置され、波長変換ユニット２，８，１０，１６は挿入部２０ｂの先端部に配置される。光源１ａ，１ｂ，１ｃ，９ａ，９ｂ，９ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃの点灯・消灯はプロセッサ装置２１で制御される。
【００７２】
以下、上述した実施形態の半導体光源装置に適用可能な特に内視鏡へ組み込まれたことを前提とした変形例について図９と図１０を参照しながら説明する。図９と図１０には、代表的に第一実施形態の光源１ａ，１ｂ，１ｃと波長変換ユニット２を示すが、それらは第一実施形態の変形例や第二実施形態や第三実施形態の光源９ａ，９ｂ，９ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃと波長変換ユニット８，１０，１６に置き換えられてもよい。
【００７３】
図９に示す変形例の半導体光源装置では、波長変換ユニット２の射出端に光ファイバー２３が接続されている。波長変換ユニット２で発生した蛍光は、光ファイバー２３によって内視鏡２０の挿入部２０ｂの先端部に導波され、挿入部２０ｂの先端から射出される。このように波長変換ユニット２の後段に光ファイバー２３を配置することにより、内視鏡２０の挿入部２０ｂの先端部の発熱が軽減される。
【００７４】
図１０に示す変形例の半導体光源装置は、合波カプラー３に代えて、合波カプラー２４を有している。合波カプラー２４は、３入力２出力の光ファイバーカプラーであり、三つの入射端２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、二つの射出端２４ｄ，２４ｅとを有している。合波カプラー２４の各射出端２４ｄ，２４ｅには波長変換ユニット２が光学的に接続されている。合波カプラー２４は、三つの入射端２４ａ，２４ｂ，２４ｃに入射した光を二つの射出端２４ｄ，２４ｅにほぼ等しい光強度割合で分配する。その結果、二つの波長変換ユニット２から照明光がほぼ等しい光強度で射出される。
【００７５】
一般に内視鏡２０は、照明の影の発生を避けるため、挿入部２０ｂの先端部に二つの照明光射出部が設けられている。二つの照明光射出部を得るには、上述した各実施形態の半導体光源装置では二系統を組み込むことになるが、本変形例の半導体光源装置では一系統を組み込めばよく、省スペースであり、経済的である。
【００７６】
これまでに説明した実施形態では、導波素子がいずれも合波カプラー３，２４で構成されているが、導波素子は、これに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように光ファイバーバンドルで構成されてもよい。図１１に示す半導体光源装置は、導波素子として、合波カプラー３に代えて、光ファイバーバンドル２５を有している。光ファイバーバンドル２５は、入射側が三本に分岐されており、三つの入射端２５ａ，２５ｂ，２５ｃを有している。三つの入射端２５ａ，２５ｂ，２５ｃはそれぞれレンズ４ａ，４ｂ，４ｃを介して三つの光源１ａ，１ｂ，１ｃと光学的に接続されている。光ファイバーバンドル２５の射出端２５ｄには波長変換ユニット２が光学的に接続されている。
【００７７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第一実施形態による半導体光源装置を示している。
【図２】図１に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。
【図３】本発明の第一実施形態の変形例の半導体光源装置を示している。
【図４】本発明の第二実施形態による半導体光源装置を示している。
【図５】図４に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。
【図６】本発明の第三実施形態による半導体光源装置を示している。
【図７】図６に示した波長変換ユニットに含まれる蛍光体の吸収スペクトルと発光スペクトルを示している。
【図８】第一実施形態〜第三実施形態の半導体光源装置が組み込まれる内視鏡を示している。
【図９】内視鏡へ組み込まれた第一実施形態〜第三実施形態の半導体光源装置の変形例を示している。
【図１０】内視鏡へ組み込まれた第一実施形態〜第三実施形態の半導体光源装置の別の変形例を示している。
【図１１】第一実施形態〜第三実施形態の半導体光源装置のさらに別の変形例を示している。
【符号の説明】
【００７９】
１ａ，１ｂ，１ｃ…光源、２…波長変換ユニット、２ａ，２ｂ，２ｃ…波長変換部材、３…合波カプラー、３ａ，３ｂ，３ｃ…入射端、３ｄ…射出端、４ａ，４ｂ，４ｃ…レンズ、５ａ…赤色吸収スペクトル、５ｂ…緑色吸収スペクトル、５ｃ…青色吸収スペクトル、６ａ…赤色発光スペクトル、６ｂ…緑色発光スペクトル、６ｃ…青色発光スペクトル、７ａ，７ｂ，７ｃ…有効波長領域、８…波長変換ユニット、８ａ…フィルター、８ｂ…フィルター、９ａ，９ｂ，９ｃ…光源、１０…波長変換ユニット、１０ａ，１０ｂ…波長変換部材、１１ａ…赤色吸収スペクトル、１１ｂ…緑色吸収スペクトル、１２ａ…赤色発光スペクトル、１２ｂ…緑色発光スペクトル、１３…発光スペクトル、１４ａ，１４ｂ…有効波長領域、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…光源、１６…波長変換ユニット、１７ａ…赤色吸収スペクトル、１７ｂ…緑色吸収スペクトル、１７ｃ…青色吸収スペクトル、１８ａ…赤色発光スペクトル、１８ｂ…緑色発光スペクトル、１８ｃ…緑色発光スペクトル、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…有効波長領域、２０…内視鏡、２０ａ…操作部、２０ｂ…挿入部、２１…プロセッサ装置、２３…光ファイバー、２４…合波カプラー、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…入射端、２４ｄ，２４ｅ…射出端、２５…バンドルファイバ
【図１】
2009277734.tif 000004
【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】
2009277734.tif 000011
【図９】
2009277734.tif 000012
【図１０】
2009277734.tif 000013
【図１１】
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