(57)【要約】【課題】  微小領域で使用可能な線状光を発生可能な線状光源を提供することを目的としている。【解決手段】  板状の透明体に密着した蛍光体を励起源により励起させることにより得られる光を用いる光源において、蛍光体が密着している面を蛍光体が発光する光の入射面とし、蛍光体が密着している面以外の端面を出射面とする該透明体を用い、該透明体の一部に密着している蛍光体に励起光を照射し、透明体の該出射面より蛍光体の発した光を取り出す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の透明体に密着した蛍光体を励起源により励起させることにより得られる光を用いる光源において、蛍光体が密着している面を蛍光体が発光する光の入射面とし、蛍光体が密着している面以外の端面を出射面とする該透明体を用いることを特徴とする線状光源。
【請求項２】
屈折率が前記透明体の屈折率以下である蛍光体を用いることを特徴とする請求項１記載の線状光源。
【請求項３】
前記透明体の板厚が蛍光体に照射する励起光のビームウェストより薄いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の線状光源
【請求項４】
前記蛍光体が２種以上の蛍光体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の線状光源。
【請求項５】
請求項１〜４の光源に於いて、出射面の一部又は全部に、前記透明体の出射光により励起される蛍光体が塗布され、出射面の蛍光体から発する蛍光を用いることを特徴とする線状光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源は、様々な場面、場所で使用される。これまで、電気を用いた光源では、ランプや蛍光灯などが使用されてきた。近年においては、高輝度な、より安定な、より効率の良いあるいはより小型な、半導体レーザやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源が出現した。現在、これらを使用した光技術が人間社会をより豊かにし始めており、更には、ナノ・テクノロジーに代表される微小領域技術との融合など、これら領域での技術革新は、今後も継続してゆくものと想像される。そして、それにつれ光源のニーズは多様化するものと考えられる。
【０００３】
線状光源についていえば、従来、光源から発せられた光をレンズやミラー等により平行光とし、得られる平行光をスリットに通し、線状光としていた。これを微小光学系に利用する場合、幾つかの問題が生じる。
【０００４】
例えば、スリットの作製精度の問題である。微小光学に必要なスケールのスリットを精度良く作製するのは非常に困難である。問題の二つめは、回折の問題であり、仮にスリットを精度良く作製できたとしても光の回折により、精度の良い線状光源は作り得ない。
【０００５】
光源を半導体にする場合、シリンドリカルレンズや、異方性のある拡散板で線状光源は作製できるが、この線状光源の光を、レンズやミラー等からなる導光部を用いて目的の照射部にまで導く際に、線状光源の光は導光部の光学系に使用しているレンズやミラーの収差で歪んでしまったり、干渉により不具合が生じてしまったりすることがある。これを回避するために観察部に近接している場所へ半導体レーザを配置すると、半導体レーザから発せられる熱が問題となる場合もある。
【０００６】
線状光源において、光源から発せられた光を透明媒質表面に設けられた散乱体で透明媒質内に散乱し、その一部を透明媒質の側面から取り出す方法が報告されている（特許文献１）。
【０００７】
一方、蛍光体を使用した例は、多数ある。例えば、特許文献２には殺菌灯で蛍光体を光らせた面光源の記述がある。または、特許文献３には、励起光源を蛍光体に接触させた光源の記述があり、更に、特許文献４には、これを応用したレーザ光源についての記述がある。
【特許文献１】特開平８−１６３３２０号公報
【特許文献２】特開平８−４５３２１号公報
【特許文献３】特開平１１−３０７８１３号公報
【特許文献４】特開平１１−３４６０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１の方法においては、例えば、厚さが１ｍｍ以下の小型線状光源を作製しようとする場合、透明媒質の加工が難しいという問題がある。また、光源ユニットそのものの大きさが大型になることが、使用上の障害になることも考えられる。透明媒質が光源の大きさより小さい場合には、光源から発せられる光を非常に小さな領域へ絞り込む必要があるが、結合効率が低下するため微小領域から高出力な光を得るのは困難である。
【０００９】
一方、上記の特許文献２〜４の光源においては、励起光源のサイズを小さくすると蛍光体の大きさも小さくせざるを得ず、結果的に大きなパワーが得られないという問題がある。さらには、励起波長と蛍光波長の差が小さい場合には、蛍光が蛍光体に再吸収されてしまうなどエネルギー損失が多い等の問題がある。
【００１０】
本発明では、微小領域で使用可能な線状光を発生可能な線状光源を提供することを目的としている。特に、励起光源のビームウェストよりも小さなサイズの光を得る。ここでいう微小領域とは、およそ１ｍｍオーダー以下の領域を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、板状の透明体に密着した蛍光体を励起源により励起させることにより得られる光を用いる光源において、蛍光体が密着している面を蛍光体が発光する光の入射面とし、蛍光体が密着している面以外の端面を出射面とする該透明体を用いることを特徴とする光源である。
【００１２】
本発明は、屈折率が前記透明体の屈折率以下である蛍光体を用いることを特徴とする光源である。
【００１３】
本発明は、透明体の板厚が蛍光体に照射する励起光のビームウェストより薄いことを特徴とする光源である。
【００１４】
本発明は、蛍光体が２種以上の蛍光体からなることを特徴とする光源である。
【００１５】
また、本発明は、光源に於いて、出射面の一部又は全部に、前記透明体の出射光により励起される蛍光体が塗布され、出射面の蛍光体から発する蛍光を用いることを特徴とする光源である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、微小領域で使用可能な線状光を発生可能な線状光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態の例を図１に示す。６面体の板状透明体１０１の最も面積の大きな１つの面１０５の一部に蛍光体１０２を塗布により密着させ、励起光源１０６より出射される励起光１０３で、蛍光体１０２を励起し透明体の端面の一つを出射面とし、出射面より蛍光体１０２の発した光を出射光１０４として取り出す。
【００１８】
透明体の材質は、シリカガラス、シリカ系ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、オキシナイトライドガラス、リン酸塩系ガラスなどの種々のガラス、あるいはアクリル系、エポキシ等の樹脂、有機、無機を問わず光学薄膜やフィルム、有機結晶、無機結晶などが使用可能である。しかし、蛍光体の発する光の波長に対して、透過率が高いことが好ましい。但し、蛍光体の発する光が複数の波長の場合、出射面より発する必要の無い波長の光に対しては、透明体の設計は任意である。例えば、透明体に出射面より発する必要の無い波長の光に対し、吸収を持たせても良く、反射させ蛍光体へ再入力させても良い。
【００１９】
透明体の屈折率は高いほど光の臨界角が小さくなるため、出射面から得られる光のパワーは大きくなる。しかし一方で、出射面から放出される光の拡がり角が大きくなる傾向にある。また、透明体の板厚が薄いほど、高いパワー密度の光が出射面から得られる。また、板状透明体の形状はどの様な形であっても良い。入射面の形状が円形、多角形であっても良い。あるいは、出射面となる端面の形状も、どの様な形でも良い。全面、あるいは部分的に微細加工が施されていても良い。それが蛍光体の発光波長オーダー以下の大きさでも良い。
【００２０】
透明体の出射面を含む側面に反射フィルタ、透過フィルタ、あるいは吸収体、散乱体を設けても良い。反射フィルタは、透明体から光が散逸するのを抑制する働きがある。しかし、透明体は透明体の屈折率よりも高い屈折率をもつ樹脂などで覆われるべきではない。屈折率の高い樹脂、特に透明体より屈折率の高い樹脂で透明体が覆われた場合、光はこの屈折率の高い樹脂へ散逸してしまい、結果的に透明体の出射面形状と同じ形の光は得られない。
【００２１】
更にあるいは、特定の出射面から得られる光パワーを高くするために、光が集光するような形状にすることもできる。例えば、板状の透明体の形状を扇形にしても、端面の形状を凸状にしても良い。
【００２２】
透明体の出射面は平坦であっても、曲面であっても構わない。表示器として使用する場合には、拡散板の様に凹凸のある面形状の方が都合がよい。また、レンズ形状に加工された面でも良い。あるいは、蛍光体などを塗布しても良い。使用目的により、透明体の出射面に様々な加工が施されていて良い。
【００２３】
更に、ペロブスカイト、酸化チタンなどの機能性結晶も使用できる。
【００２４】
蛍光体はフォトルミネッセンスを示す蛍光体やエレクトロルミネッセンスを示す材料などを使用することができる。あるいは、蓄光材料を用いても良く、いかなる蛍光体も使用可能である。
【００２５】
フォトルミネッセンスでは、種々の蛍光体が使用できる。例えば、特開２００４−２７３１３７号公報の欄［００２８］〜［００６１］に紹介されているような無機蛍光体や有機蛍光体が使用できる他、表１に示すような希土類元素を含む種々のガラスも使用できる。これ以外にも、蛍光を示す物質が使用できる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
蛍光体は、励起光や蛍光の波長について透明な樹脂に分散された形態を取っても良い。例えば、アクリル系やエポキシ系の樹脂なども使える。透明体と同様、出射面より取り出す光について透明である方が好ましい。また、特定の波長について吸収係数を持つものであってもよい。
【００２８】
蛍光体は２種類以上のものであってよい。この場合、複数の蛍光体は混合された状態でも、種類ごとに重なった層状や重ねずにパターン状の状態であってもよい。
【００２９】
蛍光体がフォトルミネッセンス材料である場合、励起源として励起光源を用い、その励起光は蛍光体の種類によって選択される。励起光源は、殺菌灯、白熱灯、メタルハライドランプ、ＬＥＤ、半導体レーザ、固体レーザ、気体レーザなどの各種光源が使用可能である。
【００３０】
蛍光体の選択によっては、１種類の蛍光体で、単一波長の励起光を使用し、一種類の波長の光のみならず複数の波長の光、あるいは、広帯域な光を発することが可能である。
【００３１】
先述の２種類以上の蛍光体を混合し同時に塗布した場合でも、１種類の励起光源により、複数の光を得ることが可能である。２種類以上の蛍光体でそれぞれ励起波長が異なる場合であれば、それぞれの波長の励起パワーを変化させ、取り出す蛍光色の調光をおこなうことができる。これは、２種類以上の蛍光体を混合し透明体に塗布しても可能であるし、透明体の別々の場所に塗布しそれをそれぞれ励起した方法でも可能である。
【００３２】
層状に塗布した場合でも同様のことが可能である。
【００３３】
また、層状に塗布した場合には、蛍光体層間での相互作用を利用して、例えば、第１層目の層で励起光から波長１の光に、更に第２層目で波長１の光から波長２の光に変換させることもできる。
【００３４】
蛍光体は透明体へ充分に密着させる必要がある。蛍光体や透明体のどちらか、あるいは両方の表面状態が荒れていて、充分に密着されない場合、蛍光体で発生した光は充分に透明体に移らず、効率の良い光源の作製が難しくなる。この問題点を解決するために、例えば、蛍光体の屈折率以上、透明体の屈折率以下の屈折率をもつ、接着剤、オイル、樹脂、水などの媒質を使って密着性を高めることもできる。具体的には、樹脂の中に粉末状の蛍光体、発光体、蓄光体などを混ぜ、透明体に塗布し、密着させても良いし、固体の蛍光ガラスの様な蛍光体を使用する場合には透明体との間に微量の接着剤、オイル、水を用い、空気層が無いように密着することが出来る。
【００３５】
蛍光体は設置された蛍光体全体が励起されるのが好ましく、蛍光体として、エレクトロルミネッセンスを示す材料を塗布することも可能である。エレクトロルミネッセンスを示す材料を蛍光体として用いる場合、励起源は、電源を用いる。
【００３６】
励起光の波長は蛍光体の特性によって選択される。励起光を照射する角度あるいは励起光の指向性により、出射面から出力される蛍光に混入する励起光をコントロールすることが出来る。透明多面体の形状や屈折率に左右されるが、一般的には、励起光は出射面方向に向かない角度で入射され、指向性の高い励起光である方が、出射面から出力される蛍光に励起光が混入しづらい。
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１に実施例１を説明する図を示す。
【００３９】
６面体の板状透明体１０１として、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの６面体ガラス板（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ社製ＭＩＣＲＯ  ＳＬＩＤＥ  ＧＬＡＳＳ  Ｓ−１１１１）を用いた。６面体ガラス板１０１の片面１０５の縦２６ｍｍ、横２２ｍｍの領域に三菱鉛筆社製ＰＲＯＰＵＳ２蛍光ペン赤色の蛍光体（インク）１０２を塗布した。励起光源１０６として緑色レーザ（波長５３２ｎｍ）を用い、蛍光体に励起光源１０６より出射される励起光１０３（波長５３２ｎｍ）を照射し、縦２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの端面のうちの１つから放出される出射光１０４をスクリーンに照射し、出射光の像を観察した。スクリーンに映し出された出射光の像は、出射面のガラスの形状およびサイズを持っており、均質な線状光が得られることを確認できた。また、これは「一」という意味をなす形状にもなっている。出射光１０４をＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ＨＲ−４０００で測定した波長スペクトルを図２に示す。蛍光体１０２が５３２ｎｍで励起された際に発する約６００ｎｍに見られる蛍光が発せられていることが確認できた。
【実施例２】
【００４０】
図３に実施例２を説明する図を示す。
【００４１】
６面体の板状透明体１０１として、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの６面体ガラス板（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ社製ＭＩＣＲＯ  ＳＬＩＤＥ  ＧＬＡＳＳ  Ｓ−１１１１）を用いた。６面体ガラス板１０１の片面１０５の縦２６ｍｍ、横２２ｍｍの領域に厚さ２００μｍのエルビウムを４０００ｐｐｍ含むエルビウム添加フッ化物ガラス４０５を密着させた。６面体ガラス板１０１の縦２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの１つの端面１０７に三菱鉛筆社製ＰＲＯＰＵＳ２蛍光ペン赤色の蛍光体（インク）１０２を塗布した。励起光源４０６としてＢｏｏｋｈａｍ社製ＬＣ９６Ｌ７４−２０Ａを用い、励起光源１０６付属の光ファイバ端から出射される励起光４０３（波長９７４ｎｍ）をエルビウム添加フッ化物ガラス４０５に照射した。縦２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの１つの端面１０７から蛍光体１０２を介し放出される出射光４０４をＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ＨＲ−４０００で測定した波長スペクトルを図４に示す。励起光で励起されたエルビウム添加フッ化物ガラス４０５の蛍光が５２０ｎｍ、５４２ｎｍ、５５０ｎｍ、６６０ｎｍ、８５０ｎｍに見られた。更に、エルビウム添加フッ化物ガラスの５２０ｎｍ，５４２ｎｍ、５５０ｎｍで励起された蛍光ペン赤色の蛍光体１０２から発せられた蛍光が５８８ｎｍに見られた。
【実施例３】
【００４２】
図５に実施例３を説明する図を示す。
【００４３】
６面体の板状透明体１０１として、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの６面体ガラス板（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ社製ＭＩＣＲＯ  ＳＬＩＤＥ  ＧＬＡＳＳ  Ｓ−１１１１）を用いた。６面体ガラス板１０１の片面１０５に、縦１０ｍｍ、横２２ｍｍ、厚さ１ｍｍの大きさのプラセオジム濃度１０００ｐｐｍのプラセオジム添加フッ化物ガラス６０５を密着させた。励起光源６０６としてＬＵＸＥＯＮ社製ＬＥＤ（ロイヤルブルー色）を用い、プラセオジム添加フッ化ガラス６０５に励起光源６０６から出射される励起光６０３を照射した。６面体ガラス板１０１の縦２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの端面のうちの１つから放出される出射光６０４の像をスクリーンに照射し、出射光の像を観察した。スクリーンに映し出された出射光の像は、出射面のガラスの形状およびサイズを持っており、均質な線状光が得られることを確認できた。ＬＥＤの発光部の大きさは正味３ｍｍ×３ｍｍであったが、２６ｍｍ×０．８ｍｍの光が得られた。出射光６０４をＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ＨＲ−４０００で測定した波長スペクトルを図６に示す。励起光の４５０ｎｍと同時にプラセオジムに起因する波長、４７９ｎｍ、５２３ｎｍ、６０３ｎｍ、６３５ｎｍに蛍光が見られた。
【実施例４】
【００４４】
図７に実施例４を説明する図を示す。６面体の板状透明体１０１として、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの屈折率がｎｄ＝１．４７の６面体ガラス板を用いた。エルビウム濃度３０００ｐｐｍのエルビウム添加フッ化物ガラスとプラセオジム濃度７０００ｐｐｍのプラセオジム添加フッ化物ガラスを用い、これらのフッ化物ガラスを同質量粉砕したものを混合し、屈折率ｎｄ＝１．４３のフッ化物ガラスと屈折率の等しいアクリル系樹脂に分散させ、これを蛍光体９０５とした。この蛍光体９０５を６面体ガラス板１０１の片面１０５の縦２６ｍｍ、横１５ｍｍにわたり、厚さ約１ｍｍ塗布した。励起光源９０６（波長３７５ｎｍ、京セミ社製ＫＥＤ３７８ＵＨ  ４個）と励起光源９０７（波長４４０ｎｍ、ＬＵＸＥＯＮ社製ＬＥＤロイヤルブルー色）を用い、励起光源９０６から出射される励起光９０２と励起光源９０７から出射される励起光９０３で蛍光体９０５を励起した。６面体ガラス板１０１の縦２６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの端面のうちの１つから放出される出射光９０４をＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ＨＲ−４０００で測定した波長スペクトルを図８に示す。２つの励起光（波長３７５ｎｍ、波長４４０ｎｍ）と同時に、エルビウムの蛍光（主に３８０ｎｍ、５４３ｎｍ）とプラセオジムの蛍光（主に４８０ｎｍ、５２４ｎｍ、６０３ｎｍ、６３５ｎｍ）が見られた。更に、励起パワーを変化させることでそれぞれの希土類イオンの放つ蛍光強度を変化させることが可能であった。例えば、励起光９０２の供給をストップするとエルビウムの蛍光は観察されなかった。
【００４５】
また、用意される蛍光体に含まれる希土類元素の量を調整することで、それぞれの希土類イオンの放つ蛍光強度を予め調整することもできる。実施例４の例では、予め作られるガラスに添加する希土類元素の量で調整することも可能であるし、予め作ったガラスを樹脂に分散させる量で調整することも可能である。
【００４６】
また、励起光の波長を選択することにより、得られる蛍光の選択もある程度可能である。一般的に、励起光より短波長は得ることが難しい。
【実施例５】
【００４７】
図９に実施例５を説明する図を示す。縦１０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの屈折率がｎｄ＝２．７１の酸化チタンの結晶板１１０１を用いた。酸化チタンの結晶板１１０１の片面１０５に、インジウム−スズ酸化物によりカソードとアソードの電極を施した大きさ縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの有機ＥＬ１１０２を密着させた。有機ＥＬ１１０２を発光させるための電源１１０５に電極を接続し有機ＥＬ１１０２の蛍光物質として、Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリス（４−トリフルオロメチルフェニル）−Ｂ，Ｂ’，Ｂ’’−トリス（１０−ジメシチルボリル−９−アントリル）ボラジンを用いた。
【００４８】
有機ＥＬ１１０２を発光させるための電源１１０５に電極を接続し、カソードとアソードに電圧をかけ、酸化チタン結晶１１０１の縦１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの端面のうちの１つの端面より、出射光１１０４を得た。出射光１１０４をＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ＨＲ−４０００で測定した波長スペクトルを図１０に示す。Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリス（４−トリフルオロメチルフェニル）−Ｂ，Ｂ’，Ｂ’’−トリス（１０−ジメシチルボリル−９−アントリル）ボラジンの蛍光（４８３ｎｍ）が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定などの光源として利用できるものである。イメージングデバイス、医療用光源、分析、微小領域の光デバイス用光源には好適である。また、本光源単体、あるいは複数を用いて、表示器としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１を説明する斜視図
【図２】実施例１の出射光の波長スペクトル
【図３】実施例２を説明する斜視図
【図４】実施例２の出射光の波長スペクトル
【図５】実施例３を説明する斜視図
【図６】実施例３の出射光の波長スペクトル
【図７】実施例４を説明する斜視図
【図８】実施例４の出射光の波長スペクトル
【図９】実施例５を説明する斜視図
【図１０】実施例５の出射光の波長スペクトル
【符号の説明】
【００５１】
１０１  ６面体の板状透明体
１０２  蛍光体
１０３  励起光
１０４  出射光
１０５  板状透明体の片面
１０６  励起光源
４０３  実施例２の励起光
４０４  実施例２の出射光
４０５  エルビウム添加フッ化物ガラス
４０６  励起光源
６０３  実施例３の励起光
６０４  実施例３の出射光
６０６  励起光源
６０５  プラセオジム添加フッ化物ガラス
９０２  実施例４の励起光（３７５ｎｍ）
９０３  実施例４の励起光（４４０ｎｍ）
９０４  実施例４の出射光
９０５  実施例４の蛍光体
９０６  励起光源
９０７  励起光源
１１０１  実施例５の酸化チタンの結晶板
１１０２  実施例５の蛍光体（有機ＥＬ）
１１０４  実施例５の出射光
１１０５  電源
【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】
2009054513.tif 000009
【図７】
2009054513.tif 000010
【図８】
2009054513.tif 000011
【図９】
2009054513.tif 000012
【図１０】
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