JP2008107405A - 光部品及びそれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバから出射される光と異なる波長の光を放出でき、且つ、光出力の高い発光装置及びそれに用いる光部品を提供する。
【解決手段】光ファイバ１０を保持するための光ファイバ保持部材２０と、光変換部材４０と、光変換部材４０及び光ファイバ保持部材２０を挿入可能な内孔を有し、内孔の一端に挿入物を係止可能な開口部３０ｂを有する係止部３０ａが設けられてなるキャップ３０とからなり、キャップ３０内孔に挿入された光変換部材４０を、光ファイバ保持部材２０が係止部３０ａに押圧した状態で内孔に固定されてなる光部品であって、光変換部材４０が球状であり、係止部３０ａの開口部３０ｂが光変換部材４０の直径より小さいことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの端部に取り付け可能な光部品、および、この光部品が用いられる発光装置に関する。

従来、光源からの光を、光ファイバなどのセパレータを介してディスパーサに伝え、光を所望のパターンに分散させたり、光の色を変化させたりするランプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記従来のランプは、ディスパーサを光ファイバなどのセパレータの先端に単に取り付けているだけであり、光ファイバなどの導光部材の端部に取り付け可能な光部品については、より改善の必要性がある。

また、球レンズと、中心軸部に光ファイバを保持するフェルールとを有し、光ファイバの先端とフェルールの先端部とを均一面となし、球レンズの焦点位置に光ファイバの先端部が位置するように球レンズ及びフェルールを同一軸上で保持するコリメータにおいて、球レンズを保持する第１のスリーブと、フェルールを保持し且つ第１のスリーブと互いに一体的に組合される第２のスリーブとを設けるコリメータが提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。

しかしながら、この球レンズには、蛍光体が含有されておらず、光ファイバから出射される光と異なる波長の光を出すことができず、レンズから所望の色を出すことができない。また、この球レンズはレンズ効果を持たせることを主目的としているため、球レンズの部分がホルダなどの非透光性部材で覆われるのは好ましくなく、球レンズの抜脱防止のための係止部が設けられていない。そのため、球レンズが抜脱する事態が生じる。

さらに、光ファイバを中心部に固定したフェルールと、球状のレンズと、該光ファイバ端面から該レンズまでの距離を可変できる回転リングと、を有する光ファイバとレンズとの結合方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、球レンズには、蛍光体が含有されておらず、光ファイバから出射される光と異なる波長の光を出すことができず、レンズから所望の色を出すことができない。また、光ファイバと球レンズとの間に空間があることから、光ファイバから出射された光が球レンズで反射され、外部に効率良く出射されない事態が生じる。
特表２００３−５１５８９９号公報 特開昭６３−１４９６１１号公報 特開平４−１３１８１７号公報 特開平４−１９５００５号公報

そこで、本発明は、光ファイバから出射される光と異なる波長の光を放出でき、かつ、光出力の高い発光装置及びそれに用いる光部品を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次のようにして解決される。

本発明の光部品は、光ファイバを保持するための光ファイバ保持部材と、光変換部材と、光変換部材及び光ファイバ保持部材を挿入可能な内孔を有し、内孔の一端に挿入物を係止可能な開口部を有する係止部が設けられてなるキャップとからなり、キャップ内孔に挿入された光変換部材を、光ファイバ保持部材が係止部に押圧した状態で内孔に固定されてなる光部品であって、前記光変換部材が球状であり、前記係止部の開口部が光変換部材の直径より小さいことを特徴とする。

これによりキャップから光変換部材が抜脱するのを容易に防止でき、しかも、キャップ内から光を取り出すことができる。また、光ファイバから出射される光と異なる波長の光を放出することを可能とする光部品を提供することができる。また、光変換部材のみを取り替えることにより異なる色調を有する発光装置を提供することができる。さらに、光変換部材が球状であるため、光ファイバ保持部材と係止部とで挟み込むことにより、容易に光軸を調整することができる。光軸のズレによる色調バラツキを低減することができる。また光軸を調整することにより、光変換部材の厚みが最も厚い部分に光ファイバを配置することができ、光ファイバから出射された光を効率良く波長変換することができる。

前記光変換部材は、ガラス中に蛍光体が混合されて構成されていることが好ましい。これにより光変換部材の劣化を防止することができる。また、樹脂に比べて耐熱性に優れた光部品を提供することができる。また、本発明によれば、光ファイバ保持部材から出射される光の波長に応じて、蛍光体を代え、異なる光に変換することもできる。

ガラスに混合される蛍光体は均一に分散されていることが好ましい。蛍光体は光ファイバから出射された光を吸収し、波長変換を行い、所定の光を放出するが、吸収した光の一部は熱に変換される。そのため、蛍光体に蓄積した熱を拡散することが重要となり、均一に分散されていることが好ましい。また、蛍光体を均一に分散することにより、出射光の配向色ムラを低減することができる。また、本発明における光変換部材は、球状であるので、研磨等によって球の直径を変更することにより色調調節を容易にすることができる。

前記光変換部材は、キャップ内孔に嵌合されていることが好ましい。これにより光部品内での光変換部材の移動を低減できる。また、光変換部材で発生する熱をキャップや光ファイバ保持部材に伝達し放熱性を高めることができる。

前記キャップは、前記係止部の開口部が先端に向かって拡開していることが好ましい。具体的には、前記係止部の開口部が光変換部材の最大径より小さく、且つ、前記係止部の開口部の先端が前記光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きいことが好ましい。前記係止部の開口部を光変換部材の最大径よりも小さくすることにより、光変換部材の抜脱を防止することができる。また、前記係止部の開口部を先端に向かって拡開させ、係止部の開口部の先端を光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きくすることで、発光観測面側から見たとき、光変換部材の表面積を大きくすることができ、集光性が高くなり、光取り出し効率の向上を図ることができる。

前記光変換部材と前記光ファイバ保持部材との間に光反射部材が設けられていることが好ましい。特に、光ファイバの端面を除く部分に設けられていることが好ましい。これにより光取り出し効率の向上を図ることができる。つまり、光変換部材中の蛍光体は入射されてきた光の一部を反射する。このため、蛍光体に吸収されずに反射された光は光ファイバ保持部材側に戻ってくる。この戻り光を光反射部材によって再び光変換部材中に照射することにより、光変換効率を向上させることができる。よって、光ファイバから出射された光を有効に利用することができる。なお、光ファイバを除く、光ファイバ保持部材側の光変換部材の半球部分上に直接光反射部材を形成してもよい。

前記光反射部材は、前記光変換部材の形状に嵌合する形状で形成されていることが好ましい。これにより、光ファイバから出射された光を有効に利用することができる。また、光変換部材から発生した熱を光反射部材を伝って、効率良く外部に放熱することができる。

前記キャップの内壁の少なくとも一部には、光反射部材が設けられていることが好ましい。キャップの内壁に光反射部材を設けることにより、キャップへの光吸収を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができるからである。

前記光部品においては、前記光変換部材と前記光ファイバ保持部材との間に、前記光変換部材よりも耐熱性に優れた部材を配置することもできる。光ファイバから出射される光は高出力のため、光変換部材に含有されている蛍光体が劣化する場合がある。そのため、耐熱性に優れた部材を光ファイバの端部に配置して、光拡散効果を高めたり、放熱性を高めたりすることで、光変換部材の劣化を抑制することができる。

また、色調の異なる光変換部材を複数個設けることもできる。これにより所定の色調を実現することができる。

本発明の発光装置は、励起光を出射する励起光源と、該励起光源から出射される励起光を伝達する光ファイバと、該光ファイバの先端に設けられる前記光部品と、を有する発光装置に関する。

これにより光ファイバから出射される光と異なる波長の光を放出でき、かつ、光出力の高い発光装置を提供することができる。

前記励起光源が、半導体レーザであることが好ましい。これにより、光出力の極めて高い発光装置を提供することができる。

本発明の光変換部材は、上記本発明の光部品に用いられる光変換部材であって、前記光変換部材が、球状に加工されてなることを特徴とする。

光変換部材を球状とすることにより、光ファイバ保持部材と係止部の間で光変換部材を挟み、容易に光軸を調整することができる。また、光軸のズレによる色調のばらつきを低減することができる。また、光軸を調整することにより、光変換部材の厚みが最も厚い部分に光ファイバを配置することができ、光ファイバから照射された光を効率良く波長変換することができる。また、光変換部材が球状であるので、研磨等によって球の直径を変更することができ、これによって色調の調整を容易に行うことができる。

本発明のキャップは、上記本発明の光部品に用いられるキャップであって、前記キャップが、金属であることを特徴とする。キャップを金属から形成することにより、金属は、ガラスやセラミックスに比べて熱伝導率が高いので、光ファイバから出射された光を別の波長の光に変換する際、光変換材料に蓄積した熱を拡散することできる。また、加工が容易となり、しかも、機械的強度を高めることができる。尚、キャップの材質としては、金属であれば、特に制限はないが、中でも、比較的安価なステンレス、鉄ニッケル合金、コバール合金、アルミニウム合金を用いることが好ましい。

本発明のキャップは、前記係止部の開口部が先端に向かって拡開していることが好ましい。具体的には、前記係止部の開口部が光変換部材の最大径より小さく、且つ、前記係止部の開口部の先端が前記光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きいことが好ましい。前記係止部の開口部を光変換部材の最大径よりも小さくすることにより、光変換部材の抜脱を防止することができる。また、前記係止部の開口部を先端に向かって拡開させ、係止部の開口部先端を光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きくすることで、発光観測面側から見たとき、光変換部材の表面積を大きくすることができ、光取り出し効率の向上を図ることができる。

本発明のキャップは、内壁の少なくとも一部に光反射部材が形成されていることが好ましい。これにより光取り出し効率を向上させることができる。

本発明によれば、光ファイバから出射される光と異なる波長の光を放出でき、かつ、光出力の高い発光装置及びそれに用いる光部品を提供することができる。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図１（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ａ−Ａ’断面図である。

第１の実施の形態に係る光部品は、光ファイバ１０と、光ファイバ１０を持つ光ファイバ保持部材２０と、キャップ３０と、球状の光変換部材４０と、を有する。キャップ３０は、光ファイバ保持部材２０及び光変換部材４０を挿入可能な内孔と、内孔の一端に球状の光変換部材４０を係止可能な開口部３０ｂを有する係止部３０ａを具備する。尚、開口部３０ｂは、球状の光変換部材４０の直径よりも小さくしている。これにより球状の光変換部材４０の抜脱を防止することができる。球状の光変換部材４０は、キャップ３０内に配置され、光ファイバ保持部材２０が係止部３０ａに押圧した状態で内孔に嵌合されている。

光ファイバ１０の一端は励起光源（図示しない）に接続されており、他端は光変換部材４０を備える光部品が取り付けられている。光ファイバ保持部材２０は光ファイバ１０が挿通されている。キャップ３０の内孔の内径は、光ファイバ保持部材２０の外径と略同一で嵌合されている。光ファイバ保持部材２０には、キャップ３０を取り外し可能とするため隙間や凹凸、ネジ形状を設けていてもよい。尚、固定強度を高めたい場合、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０をＹＡＧ溶接等により固定してもよい。

球状の光変換部材４０は、光ファイバ保持部材２０の外径と略同一の直径を有していることが好ましく、キャップ３０の内孔とも略同一の直径を有していることが好ましい。ただし、球状の光変換部材４０は、キャップ３０の内孔の内径と略同一の外径を有していることが好ましいが、光ファイバ保持部材２０の外径と略同一の外径を有していなくてもよい。光変換部材４０はガラス４１中に蛍光体４２が混合されて構成されている。この蛍光体４２はガラス４１中に均一に分散されていることが好ましい。光変換部材４０は球状であるが物理的な球状である必要はなく、ゆがんだ球状や一部が平ら若しくは凹状となっていてもよい。図１（ｂ）に示すように、光部品を発光観測面側から観測すると、キャップ３０の係止部３１の開口部３０ｂに相当する部分が光変換部材４０として観測される。

この第１の実施の形態によれば、球状の光変換部材４０は、キャップ３０内に配置されており、光ファイバ保持部材２０をキャップ３０内に嵌め込むことにより、簡易に取り付けることができる。よって球状の光変換部材４０の取り替えを、光ファイバ１０や光ファイバ保持部材２０とは独立した部材である光変換部材４０に対して行えるため、光変換部材４０が不良である場合、キャップ３０を取り外して光変換部材４０を交換すればよい。よって、光変換部材４０の取り替えを光ファイバ１０及び光ファイバ保持部材２０単位ではなく、キャップ３０単位で行うことができる。したがって、第１の実施の形態によれば、光ファイバ１０を用いた製品の歩留まりを改善することができる。また、キャップ３０の内孔に球状の光変換部材４０が入り込むため、光軸合わせが不要となり、色ズレを低減することができる。また、光変換部材４０は、蛍光体４２が分散混合されて構成されており、キャップ３０の内面との摩擦係数が大きいことから光変換部材４０のキャップ３０内での回転を抑制することもできる。

また、ガラス４１中に混合された蛍光体４２は、励起光源からの光を変換する際に熱を発生する。光変換部材４０を有機系の樹脂の接着剤を用いて固定した場合、蛍光体４２の発熱により有機系の樹脂は黄変等して劣化する。これにより光取り出し効率が低下する。第１の実施の形態によれば有機系の樹脂を用いずに光変換部材４０を固定できるため、光取り出し効率を高いまま維持することができる。一方、光変換部材４０中の蛍光体４２は、光ファイバ１０から離れた側に多く配置することもできる。光ファイバ１０から出射される光は高密度であるため、わずかでも蛍光体４２を光ファイバ１０から離しておく方が好ましいからである。

なお、光変換部材４０の固定強度を高めたい場合、光変換部材４０と光ファイバ保持部材２０を低融点ガラスを用いて固定してもよい。この場合、光ファイバ保持部材２０または光変換部材４０のどちらかの部材の接触部分（光ファイバ１０の端面部を除く）に、例えば、ペースト状の低融点ガラスを塗布し、光ファイバ保持部材２０と光変換部材４０を接着し加熱することで固定できる。また、例えば光ファイバ保持部材２０の先端に凹みを設け、この凹み部分にペースト状の低融点ガラスを塗布及び加熱して光変換部材４０を固定することもできる。両者の部材の接触部分全面に低融点ガラスを用いて固定することも可能であるが、一部のみに低融点ガラスを用いて固定することも可能である。これは光変換部材４０をキャップ３０で覆うため、光変換部材４０が容易に落脱することがないためである。また、光変換部材４０とキャップ３０についても、これら部材の接触部分に上記と同様にして低融点ガラスを用いて固定してもよい。この場合、キャップ３０と光ファイバ保持部材２０とを接合する前に、キャップ３０に低融点ガラスを用いて光変換部材４０を固定すればよい。

光変換部材４０は、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０とで挟み込むことにより固定することができる。上述のように光変換部材４０を光ファイバ保持部材２０若しくはキャップ３０に予め取り付けておいてもよい。

光変換部材４０は、１個のみである必要はなく、複数個用いることもできる。

球状の光変換部材４０は、まず、切断加工することにより、所望の直径よりも僅かに大きな立方体を作製する。次に、立方体の８つのコーナーを削り、１４面体を作製する。続けて、作製した１４面体をダイヤ砥粒を電着した定盤上に１４面体を載せ、クッション材を貼った定盤で挟み込み、２枚の定盤を偏心させながら回転させることにより得ることができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図２（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図２（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｂ−Ｂ’断面図である。

第２の実施の形態に係る光部品は、キャップ１３０の係止部１３０ａの形状が異なっている以外は、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、同様な部分については説明を省略する。

係止部１３０ａは、図２（ｂ）に示すように、キャップ１３０の光出射側（平面側）から視認して一部が凹んだ形状を成している。この凹んだ部分により球状の光変換部材４０の抜脱を防止することができる。なお、球状の光変換部材４０の直径よりも小さい孔の内径を有するキャップ１３０における内径は、光出射側（平面側）から視認した断面Ｂ−Ｂ’の内径を指す。

光変換部材４０はガラス４１中に蛍光体４２が含有されて構成されている。光変換部材４０は球状であり、キャップ１３０の凹み部分以外は光出射側から光変換部材４０から視認でき、キャップ１３０の内径を広く保持し得る。これにより係止部１３０ａに照射されキャップ１３０内部に戻される光を低減することができる。球状の光変換部材４０はキャップ１３０から一部が突出した形状を成しているが、凹み部分を大きくすることにより光変換部材４０の突出をなくすこともできる。これにより光変換部材４０を外的障害物から保護することができる。

この光部品の組立てにおいては、第１の実施の形態と同様、球状の光変換部材４０を、凹みを設けた係止部１３０ａのキャップ１３０の内孔に嵌入し、光ファイバ保持部材２０で所定の圧力を加えて光変換部材４０を押し込む。これにより光変換部材４０のぐらつきがなくなり高い機械的強度を持った光部品を形成することができる。

また、筒状のキャップ１３０を光ファイバ保持部材２０に取り付けた後、筒状のキャップ１３０内に球状の光変換部材４０を嵌入し、筒状のキャップ１３０の外側から所定の圧力を加えて凹みを設け、キャップ１３０に係止部１３０ａを形成してもよい。これにより球状の光変換部材４０の抜脱を防止することができる。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図３（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図３（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図３（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｃ−Ｃ’断面図である。第１の実施の形態と同様な部材を使用するため、形状がやや異なっていても図番は同一のものを使用する。

第３の実施の形態に係る光部品は、球状の光変換部材４０と光ファイバ保持部材２０との間に光反射部材５０を設けている以外は、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、同様な部分については説明を省略する。

光反射部材５０は、球状の光変換部材４０に符合する形状とすることが好ましい。

従って、光反射部材５０の光変換部材４０側の面は、凹面形状を有することが好ましい。また、光ファイバ１０の端部に相当する部分には、光反射部材５０を設けないことが好ましい。従って、光ファイバ１０の端部の部分には、孔が形成されていることが好ましい。光反射部材５０を設けることにより、光変換部材４０内で分散された光を効率良く反射し、外部に放出させることができる。光変換部材４０と接する面には、凹凸が設けられていてもよい。光反射部材５０は、光ファイバ保持部材２０に取り付けられた状態でキャップ３０内に挿入されてもよいし、光変換部材４０に取り付けられた状態でキャップ３０内に挿入されてもよい。さらには、光ファイバ保持部材２０及び光変換部材４０のいずれにも取り付けられない別部材とし、光変換部材４０と光保持部材２０との間に挿入することによって、キャップ３０内に保持してもよい。

また、光反射部材は、光保持部材２０とキャップ３０との間に設けてもよい。すなわち、キャップ３０の内壁面、あるいは光ファイバ保持部材の外周面に光反射部材を設けてもよい。光ファイバ保持部材２０をキャップ３０にネジ締めにより取り付ける場合、このような光反射部材が緩衝材として作用し、強固に固定することができることもある。

光反射部材５０は、少なくとも反射面の部分が、光ファイバ１０から出射される励起光を効率良く反射できる部材から形成されていることが好ましい。このような部材として、例えば、金、銀、アルミニウム、ロジウム、プラチナなどの金属部材及びこれらの合金、或いは、これらが膜付けされた部材が好ましく用いられる。尚、光反射部材５０は、上記のように固体状の部材であってもよいし、所定の部分上に形成する膜体であってもよい。

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図４（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図４（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図４（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｄ−Ｄ’断面図である。

第４の実施の形態に係る光部品は、球状の光変換部材４０と光ファイバ保持部材２０との間に耐熱性に優れた部材２６０を設けている以外は、第１の実施の形態とほぼ同様であるため、同様な部分については説明を省略する。

第４の実施の形態は、光ファイバ保持部材２０と光変換部材４０との間に光変換部材４０よりも耐熱性に優れた部材２６０が配置されている。耐熱性に優れた部材２６０は、例えばガラス単体や、ガラスに酸化チタン、酸化ケイ素などの光拡散材が含有されているものを使用することができる。これにより光変換部材４０の熱による劣化を低減することができる。光ファイバ１０から出射される光出力が高いため、光変換部材４０が熱や光により劣化しやすいためである。また、耐熱性に優れた部材２６０に光拡散材が含有されたガラスを用いることにより、光を拡散し、光変換部材４０への光の入射の偏りを低減することができる。耐熱性に優れた部材２６０を光変換部材４０と略同一直径の球状とすることもできる。また、耐熱性に優れた部材２６０として、光変換部材４０に用いる蛍光体よりも耐熱性に優れた蛍光体を含有したガラスを用いることもできる。キャップ２３０に放熱性の良い部材を使用することもできる。

＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図５（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図５（ｃ）は、本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｅ−Ｅ’断面図である。

第５の実施の形態に係る光部品は、球状の光変換部材４０と光ファイバ保持部材２０との間に円柱状の耐熱性に優れた部材３６０を設けている以外は、第４の実施の形態とほぼ同様であるため、同様な部分については説明を省略する。

耐熱性に優れた部材３６０は、キャップ３３０の孔の内径と略同一の直径を持つ円柱状である。これにより第４の実施の形態よりもキャップ３３０の長さを短くすることができる。耐熱性に優れた部材３６０は、球状や円柱状に限られず、中央部が凹んだＵ字形やドーム形状など種々の形態を採ることができる。

＜第６の実施の形態＞
第６の実施の形態に係る光部品について図面を用いて説明する。図６（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。図６（ｂ）は、本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。図６（ｃ）は、本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｆ−Ｆ’断面図である。

第６の実施の形態に係る光部品は、キャップ４３０の係止部４３０ａの開口部４３０ｂを先端に向かって一旦縮径させた後拡開させた（リフレクタ形状に加工する）こと以外は、第１の実施の形態とほぼ同様である。そのため、同様な部分については説明を省略する。

キャップ４３０は、光ファイバ保持部材２０及び光変換部材４０が挿入可能であり、光ファイバ保持部材２０の外径と略同一の内孔と、内孔の一端にこれらを係止可能な開口部４３０ｂを有する係止部４３０ａを具備している。開口部４３０ｂは先端に向かって拡開し、係止部４３０ａの開口部４３０ｂは光変換部材の最大径より小さく、しかも、係止部４３０ａの開口部４３０ｂの先端が前記光変換部材４０の直径と同じ若しくはそれよりも大きくなるように形成されている。これにより集光し易くし、配向特性を制御することができる。開口部は、開口方向に拡がる円錐台形を成していることが好ましいが、配向特性に応じて種々の形状にすることもできる。

＜第１乃至第６の実施の形態について＞
第１乃至第６の実施の形態で使用されている部材について説明する。

光ファイバ保持部材２０の材質としては、高熱伝導率、耐食性、優れた溶接性を有する部材が好ましく、例えばニッケルや、ステンレス材、コバールなどが好ましい。光ファイバ保持部材２０の大きさは特に限定されず、光ファイバ１０の径や光変換部材４０の大きさなどの応じて適宜変更することができる。

キャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０としては、高い熱伝導率を有し、かつ光ファイバ保持部材２０と熱膨張係数が等しい部材を用いることが好ましく、具体的には、金属を用いることが好ましい。より具体的には、ステンレス、鉄ニッケル合金、コバール合金、アルミニウム合金を用いることが好ましい。このようにすれば、光ファイバから出射された光を別の波長の光に変換する際、光変換材料に蓄積した熱を拡散することでき、しかも、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０との熱膨張係数の差に基づいて、光ファイバ保持部材２０やキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０などに不良が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。

光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０とは交換可能に接続部分を略同一の嵌合する形状とすることができるほか、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０に雄ネジと雌ネジを設けるネジ式、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０に凹凸を設ける嵌め込み式などを採ることができる。また、固定強度を上げ、高信頼性を得るため、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０とを溶接固定若しくは接着材固定する接合方法もある。

溶接固定の場合、例えばＹＡＧレーザ溶接で、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０との一部を溶かし、溶接固定するものである。接着剤固定の場合、予め、キャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０の側面に孔を開けておき、光ファイバ保持部材２０をキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０の内孔に挿入した後、キャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０の側面に設けた孔部に有機または無機接着剤を充填し、光ファイバ保持部材２０とキャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０を固定するものである。

光変換部材としては、蛍光体をガラス中に含有させ分散させたものであることが好ましい。このような光変換部材を得るには、ガラス粉末と蛍光体を混合し、この混合粉末を、例えばプレス成形し、焼成後、球状に加工すればよい。

光変換部材４０に使用するガラス４１は、ケイ酸塩ガラスであることが好ましい。特に、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ホウ酸、リン酸、亜鉛酸化物のいずれか１種以上を含有するケイ酸塩ガラスであることが好ましい。これにより光変換部材の耐候性や信頼性が向上し、光変換部材の劣化を防止することができる。

蛍光体４２は、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光ダイオード、レーザダイオードからの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。光変換部材４０は、ガラス粉末と蛍光体粉末とを混合し、この混合粉末を、例えば加熱プレス成形することにより得ることができる。蛍光体４２の他に酸化チタンなどの光拡散剤や、酸化防止剤なども混合しておくこともできる。

尚、光変換部材４０内で分散された光を効率良く反射し、キャップ外部に放出させるために、キャップ３０、１３０、２３０、３３０、４３０の内面や、光ファイバ保持部材２０と光変換部材４０との間に、光反射部材５０を設けることができる。光反射部材５０としては、金、銀、アルミニウム、ロジウム、プラチナなどの金属部材及びこれらの合金、或いは、これらから成る膜体、或いは、これらが膜付けされた部材を用いることが好ましい。光反射部材の形成方法としては、真空蒸着法、メッキ法等、様々な方法を用いることができる。

＜発光装置＞
本発明に係る発光装置について説明する。図７は、本発明に係る発光装置を示す概略構成図である。大きさや形状は実際の寸法と異なる。

発光装置は、励起光源２００と光ファイバ１０と光部品とを備える。光部品は光ファイバ１０を持つ光ファイバ保持部材２０と、キャップ３０と、光変換部材４０と、を備える。

励起光源２００は、３６０ｎｍ〜５００ｎｍに発光ピーク波長を有する半導体発光素子を用いることができる。例えば、４０５ｎｍ近傍や４４５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有するレーザダイオード素子を用いる。レーザダイオード素子は、ＧａＮ系の半導体素子である。またＧａＮ系の発光ダイオード素子を用いることもできる。

光ファイバ１０は、例えば、石英の光ファイバ１０を使用するが、プラスチックファイバを用いることもできる。

レーザダイオード素子から射出された励起光は、レンズを透過して射出部に集光される。射出部は光ファイバ１０と接続されており、励起光源２００から射出された励起光は光ファイバ１０を伝って光部品に伝達される。光変換における光変換部材４０で波長変換され、励起光源から出射された光と異なる光を外部に放出する。

実施例１に係る光部品について説明する。図１は、本発明の実施例１に係る光部品を示す概略断面図である。図７は、実施例１に係る発光装置を示す概略構成図である。図８は、実施例１に係る発光装置の測定結果を示す図である。図９は、比較例１に係る光部品を示す概略断面図である。図８の横軸は光ファイバから出射される光出力を示し、縦軸は白色の光束を示す。実施例１は第１の実施の形態とほぼ同一の構成を採るため説明を省略する部分もある。

発光装置は、励起光源２００と光ファイバ１０と光部品とを備える。実施例１の光部品は光ファイバ１０を持つ光ファイバ保持部材２０と、キャップ３０と、球状の光変換部材４０と、を備える。キャップ３０は、光ファイバ保持部材２０及び光変換部材４０が挿入可能であり、光ファイバ保持部材２０の外径と略同一の内孔と、内孔の一端にこれらを係止可能な開口部３０ｂを有する係止部３０ａを具備し、開口部３０ｂは光変換部材の直径より小さい。光変換部材４０は、キャップ３０内に配置され、光ファイバ保持部材２０と係止部３０ａとの間に挟み込まれている。

キャップ３０の外径は１．２５ｍｍであり、内径は１ｍｍであり、開口部の内径は０．９ｍｍである。また、キャップ内孔の形状に嵌合する光ファイバ保持部材２０の外径も１ｍｍである。光変換部材４０は、直径が約１ｍｍになるように加工した球状のものを使用する。

キャップ３０及び光ファイバ保持部材２０は銀メッキ処理されたステンレス材を使用する。

ガラス４１は、６０ＳｉＯ_２−１５ＣａＯ−１５ＢａＯ−５Ａｌ_２Ｏ_３−５Ｂ_２Ｏ_３(ｍｏｌ％)を使用する。

蛍光体４２は、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅと（Ｙ_０．９８Ｇｄ_０．０２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅの混合物を使用する。

励起光源は、ＧａＮ系レーザダイオード素子を用い、約４４５ｎｍに発光ピークを有する。

この発光装置を測定したところ、比較例１に係る発光装置よりも、３００ｍＷ時において約１６％も光束が向上している。このように、従来の発光装置よりも本発明に係る発光装置の方が、光出力の向上を図ることができる。

なお、比較例１に係る発光装置は、光ファイバ５１０と、光ファイバ５１０を持つ光ファイバ保持部材５２０と、光ファイバ保持部材５２０に設けられる固定部材５３０と、光変換部材５４０と、を有する。光ファイバ保持部材５２０は、接合部５２１を用いて固定部材５３０の抜脱を防止している。光変換部材５４０は、固定部材５３０の嵌合部に嵌合し、低融点ガラス５６０を用いて固定部材５３０に固着させている。低融点ガラス５６０としては、軟化点が６５０℃以下のスズ燐酸系ガラスを用いた。低融点ガラス５６０は、固定部材５３０に２ヶ所留めしている。

固定部材５３０の外径は１．２５ｍｍであり、内径は０．７ｍｍであり、嵌合部の内径は０．９ｍｍであり、嵌合部の深さは０．１ｍｍである。また、固定部材５３０の内孔の形状に嵌合する光ファイバ保持部材５２０の外径も０．７ｍｍである。光変換部材５４０は直径０．９ｍｍ、肉厚０．４５ｍｍになるように加工した円柱状のものを使用した。

本発明の発光装置は、発光ダイオード素子やレーザダイオード素子などの発光装置に利用することができる。例えば、本発明に係る発光装置は、医療用内視鏡や工業用内視鏡、照明器具、バックライトなどに利用することができる。

（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ａ−Ａ’断面図である。 （ａ）本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｂ−Ｂ’断面図である。 （ａ）本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第３の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｃ−Ｃ’断面図である。 （ａ）本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第４の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｄ−Ｄ’断面図である。 （ａ）本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第５の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｅ−Ｅ’断面図である。 （ａ）本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略側面図である。（ｂ）本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略平面図である。（ｃ）本発明の第６の実施の形態に係る光部品の構成を示す概略Ｆ−Ｆ’断面図である。 本発明に係る発光装置を示す概略構成図である。 実施例１に係る発光装置の測定結果を示す図である。 比較例１に係る光部品を示す概略断面図である。

符号の説明

１０、５１０ 光ファイバ
２０、５２０ 光ファイバ保持部材
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ キャップ
３０ａ、１３０ａ、２３０ａ、３３０ａ、４３０ａ 係止部
３０ｂ、１３０ｂ、２３０ｂ、３３０ｂ、４３０ｂ 開口部
４０、５４０ 光変換部材
４１ ガラス
４２ 蛍光体
５０ 光反射部材
２００ 励起光源
２６０、３６０ 耐熱性に優れた部材
５２１ 接合部
５３０ 固定部材
５６０ 低融点ガラス

Claims (16)

1. 光ファイバを保持するための光ファイバ保持部材と、
   光変換部材と、
   光変換部材及び光ファイバ保持部材を挿入可能な内孔を有し、内孔の一端に挿入物を係止可能な開口部を有する係止部が設けられてなるキャップとからなり、
   キャップ内孔に挿入された光変換部材を、光ファイバ保持部材が係止部に押圧した状態で内孔に固定されてなる光部品であって、
   前記光変換部材が球状であり、前記係止部の開口部が光変換部材の直径より小さいことを特徴とする光部品。
2. 前記光変換部材は、ガラス中に蛍光体が混合されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
3. 前記光変換部材は、キャップ内孔に嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
4. 前記キャップは、前記係止部の開口部が先端に向かって拡開していることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
5. 前記キャップは、前記係止部の開口部が光変換部材の最大径より小さく、且つ、前記係止部の開口部の先端が前記光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
6. 前記光変換部材と前記光ファイバ保持部材との間に光反射部材が設けられていることを特徴する請求項１に記載の光部品。
7. 前記光反射部材は、前記光変換部材の形状に嵌合する形状が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光部品。
8. 前記キャップの内壁の少なくとも一部に、光反射部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
9. 前記光変換部材と前記光ファイバ保持部材との間に、前記光変換部材よりも耐熱性に優れた部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
10. 励起光を出射する励起光源と、
    該励起光源から出射される励起光を伝達する光ファイバと、
    該光ファイバの先端に設けられる請求項１〜９のいずれか１項に記載の光部品と、
    を有することを特徴とする発光装置。
11. 前記励起光源が、半導体レーザであることを特徴とする請求項１０に記載の光部品。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光部品に用いられる光変換部材であって、
    前記光変換部材が、球状に加工されてなることを特徴とする光変換部材。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光部品に用いられるキャップであって、
    前記キャップが、金属であることを特徴とするキャップ。
14. 前記係止部の開口部が先端に向かって拡開していることを特徴とする請求項１３に記載のキャップ。
15. 前記係止部の開口部が光変換部材の最大径より小さく、且つ、前記係止部の先端開口部が前記光変換部材の最大径と同じ若しくはそれよりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載のキャップ。
16. 内壁の少なくとも一部に光反射部材が形成されてなることを特徴とする請求項１３に記載のキャップ。