JP2014010908A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光変換部材により変換された光を光変換部材へ再入射の割合を低減して効率良く側方に射出する光源装置を提供する。
【解決手段】１次光を出射する１次光源と、１次光を導光する導光部材と、１次光を所望の光学特性を有する２次光に変換して１次光及び２次光を含む照明光を射出する光変換ユニットとを具備する光源装置である。光変換ユニットは、１次光を２次光に変換して放射する光変換部材と、光変換部材を保持するホルダと、２次光を反射する反射部材とを有する。ホルダは、導光部材から１次光が入射する入射部と、２次光の少なくとも一部を入射部から入射する１次光の光軸と交差する方向に射出する射出部とを有する。光変換部材は、１次光の光軸上に配置され、光変換部材から射出部に向かう方向とは異なる方向に射出された２次光の一部は、反射部材により反射されて、光変換部材に再入射の割合を低減して射出部から外部に射出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源から出射された１次光を所望の光学特性を有する２次光に変換して外部に照射する光源装置に関する。

小型の光源から出射された１次光を導光部材によって導光し、導光部材の先端側に配設された波長変換部材により波長変換して所望の色や照射パターンの２次光へと変化させる光源装置が開発されてきている。

例えば、特許文献１には、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を導光部材で導光して、導光部材の射出端側の端面近傍に配置された波長変換部材に照射して、導光部材の中心軸（光軸）と異なる領域に配設された開口部から側方に波長変換光を照射する発光装置が開示されている。

特開２００８−２８２４５号公報

特許文献１に記載の装置では、導光部材の射出端から開口部にかけて、キャップの内部が波長変換部材で完全に充填されている。導光部材の射出端から射出されたレーザ光を吸収して波長変換された波長変換光は、波長変換部材から等方的に放射される。このため、開口部から外部に直接射出される成分とは別に、開口部とは異なるキャップ内面や導光部材の射出端側の端面方向に射出される成分が存在する。キャップ内面に射出された成分は、キャップの内部に充填された波長変換部材とキャップ内面や導光部材の射出端面とで反射や散乱を繰り返すなどして、外部に射出されるまでに光の損失が発生するため、開口部から取り出される波長変換光の光量が少なくなってしまう。

また、特許文献１には、キャップ内面を粗面としてレーザ光を散乱させ、開口部を覆うように配設された波長変換部材にこの散乱光を照射する構成も開示されている。このような構成において、波長変換部材からキャップ内面方向に放射された波長変換光が開口部から外部に射出されるためには、波長変換光が波長変換部材に再入射する必要がある。従って、このような構成においても、波長変換部材における散乱や吸収（自己吸収）による光の損失が発生し、開口部から射出される波長変換光の光量が少なくなってしまう。

そこで、本発明は、光変換部材により変換された光を光変換部材へ再入射させることなく効率良く側方に射出する光源装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、１次光を出射する１次光源と、前記１次光源から出射された前記１次光を導光する導光部材と、前記導光部材により導光された前記１次光を所望の光学特性を有する２次光に変換して、前記１次光及び２次光を含む照明光を射出する光変換ユニットと、を具備し、前記光変換ユニットは、前記１次光を前記２次光に変換して放射する光変換部材と、前記光変換部材を保持するホルダと、前記２次光を反射する反射部材と、を有し、前記ホルダは、前記導光部材から前記１次光が入射する入射部と、前記２次光の少なくとも一部を、前記入射部から入射する前記１次光の光軸と交差する方向に射出する射出部とを、有し、前記光変換部材は、前記入射部から入射する前記１次光の光軸上に配置され、前記光変換部材から前記射出部に向かう方向とは異なる方向に射出された前記２次光の一部は、前記反射部材により反射されて、前記光変換部材に再入射することなく、前記射出部から外部に射出される光源装置である。

本発明によれば、光変換部材により変換された光を光変換部材へ再入射の割合を低減して効率良く側方に射出する光源装置を提供することができる。

図１は、本発明の光源装置の全体構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態の光変換ユニットの横断面図である。 図３は、第１の実施形態の光変換ユニットの上断面図である。 図４は、第１の実施形態の光変換ユニットの縦断面図である。 図５は、第１の実施形態の光変換ユニット内の励起光及び波長変換光を概略的に示す図である。 図６は、第２の実施形態の光変換ユニットの横断面図である。 図７は、第３の実施形態の光変換ユニットの横断面図である。 図８は、第４の実施形態の光変換ユニットの横断面図である。 図９は、第５の実施形態の光変換ユニットの横断面図である。 図１０は、第５の実施形態の光変換ユニット内の入射光及び拡散光を概略的に示す図である。

図１は、本発明の光源装置１の全体構成を示す図である。
光源装置１は、１次光源２と、集光光学系３と、導光部材４と、光変換ユニット５とを有している。光源装置１において、１次光源２から出射される1次光が集光光学系３により導光部材４に集光されて、導光部材４で導光されて、光変換ユニット５内に照射される。そして、光変換ユニット５が、導光部材４から射出された１次光の光軸とは異なる方向に、１次光及び１次光とは異なる光学特性を有するように変換された２次光を含む照明光を射出する。各構成部の詳細について、以下に説明する。

１次光源２は、例えば、所定の駆動電流や点灯間隔によりレーザ光を出射する半導体レーザ光源である。１次光は、可視光の波長領域のレーザ光、例えば、中心波長が４４５ｎｍのレーザ光であり、光変換ユニット５内の光変換部材である後述の波長変換部材７を励起する励起光である。

集光光学系３は、１次光源２と導光部材４との間に配置されている。集光光学系３は、１次光源２から出射された励起光を導光部材４へと集光させる凸レンズを有している。

導光部材は、例えば、コアと、コアの外周面を被覆しているクラッドとにより形成された光ファイバ４である。光ファイバ４は、例えば、コア径φ＝５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２を有するマルチモード光ファイバである。コアの屈折率は、クラッドで励起光を全反射しコアで効率良く励起光を導光するために、クラッドの屈折率よりも高くなっている。クラッド及びコアは、ガラスやプラスチックにより形成されている。光ファイバ４は、集光光学系３により集光された励起光を導光し、光軸方向先端側の光ファイバ射出端４ａに接続された光変換ユニット５内に励起光を照射する。

光ファイバ射出端４ａと光変換ユニット５との接続部には、光ファイバ射出端４ａ側を保持するフェルール６が設けられている。フェルール６は、光ファイバ射出端４ａがフェルール６の端面と略同一平面上に位置されるように、光ファイバ４を保持している。フェルール６は、例えば、円筒形状を有しており、ジルコニア、ニッケルを主成分として形成されている。

光変換ユニット５は、光ファイバ射出端４ａから射出される励起光の射出（進行）方向において、光ファイバ射出端４ａの前方に配置されている。光変換ユニット５は、光ファイバ４により導光された励起光を受光して、励起光の一部を励起光と異なる波長領域の、所望の光学特性を有する光（波長変換光）に波長変換して、光ファイバ射出端４ａから射出される励起光の光軸と交差する方向（例えば、図１に矢印Ａで示される）に、励起光及び波長変換光を含む照明光を射出する。

本発明の第１の実施形態の光源装置１の光変換ユニット５について、図２乃至図５を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図２乃至図４は、第１の実施形態の光源装置１の光変換ユニット５を示す図である。
光変換ユニット５は、波長変換部材７と、光透過部材８と、反射部材９と、ホルダ１０とを有している。本実施形態における波長変換部材７は、光ファイバ４によって導光された励起光の一部を吸収して、吸収した励起光を励起光よりも長波長側の波長領域の光に変換する光変換部材である。

まず、光変換ユニット５の構成について説明する。
波長変換部材７は、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（以下、ＹＡＧと表記する）で示される粉末蛍光体をシリコーン樹脂やガラス等の封止材料に分散させて封止材料を固化させることにより形成されている。波長変換部材７の厚さや、封止材料に混合される粉末蛍光体の濃度条件は、波長変換部材７の励起光吸収率や波長変換効率の特性等を考慮して、励起光を所望の波長変換光に変換するために必要な所定条件に設定する。波長変換部材７の材質としては、熱伝導率が約１０Ｗ／ｍＫの多結晶化されたＹＡＧセラミックスを使用することもできる。

波長変換部材７は、図２乃至図４に示すように、６つの面７ａ〜７ｆからなる角柱形状を有している。つまり、波長変換部材７は、光ファイバ射出端４ａから射出された励起光を受光する受光面、即ち第１の側面７ａと、第１の側面７ａに対向している第２の側面７ｂと、波長変換部材７中から放射される波長変換光を光変換ユニット５の外部に射出する射出面、即ち上面７ｃと、上面７ｃに対向している底面７ｄと、これら面に接している第３の側面７ｅ及び第４の側面７ｆとを有している。受光面７ａの面積は、光ファイバ射出端４ａから入射する励起光が波長変換部材７に形成するビームスポットの面積よりも大きいように設定されている。

光透過部材８は、光透過率の高いガラスやシリコーン樹脂により形成され、光ファイバ射出端４ａから射出される励起光と、波長変換部材７から放射される波長変換光とを透過する性質を有している。

光透過部材８は、光ファイバ射出端４ａから射出された励起光が入射する入射面、即ち第１の側面８ａと、第１の側面８ａに対向している第２の側面８ｂと、光ファイバ射出端４ａから射出される励起光の光軸と交差する方向に励起光及び波長変換光を射出する射出面、即ち上面８ｃと、上面８ｃに対向している底面８ｄと、これら面に接している第３の側面８ｅ及び第４の側面８ｆとを有している。

ホルダ１０は、波長変換部材７及び光透過部材８を保持する機能を有している。ホルダ１０は、ニッケルやステンレスなどの金属で形成されており、波長変換部材７や光透過部材８と比較して高い熱伝導率を有している。

ホルダ１０は、５つの面１０ａ、１０ｂ、１０ｄ〜１０ｆからなり上面が開口している升状の部材である。つまり、ホルダ１０は、光ファイバ射出端４ａから射出された励起光が入射するホルダ入射面、即ち第１のホルダ側面１０ａと、第１のホルダ側面１０ａに対向している第２のホルダ側面１０ｂと、第１のホルダ側面１０ａから入射する励起光の光軸と直交するホルダ底面１０ｄと、これら面
に接している第３のホルダ側面１０ｅ及び第４のホルダ側面１０ｆとを有している。

ホルダ入射面１０ａには、光ファイバ射出端４ａから射出された励起光が入射する入射部１１が設けられている。また、ホルダ底面１０ｄに対向しているホルダ開口１０ｃは、入射部１１から入射する励起光の光軸と交差する方向に励起光及び波長変換光を含む照明光を射出する射出部１２を構成している。

ホルダ１０の内部には、第１〜第４のホルダ側面１０ａ、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆ及びホルダ底面１０ｄで区切られた角柱形状の凹部が形成され、射出部１２（ホルダ開口１０ｃ）がこの凹部の開口領域となっている。この凹部内に、光透過部材８及び光透過部材８に取り囲まれた波長変換部材７が配置され、保持されている。本実施形態では、波長変換部材７の射出面７ｃと光透過部材８の射出面８ｃとは、外部に露出しており、略同一平面上に位置されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、射出面７ｃ、８ｃは高さの異なる平面であってもよい。

波長変換部材７は、少なくともホルダ１０の入射部１１から入射する励起光の光軸上に配置されている。また、本実施形態では、ホルダ開口１０ｃの開口面は、光透過部材８の射出面８ｃと略同一平面上に配置されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ホルダ開口１０ｃの開口面と射出面８ｃとは高さの異なる平面であってもよい。

ホルダ１０の内面には、入射部１１及び射出部１２を除いて、入射部１１から入射された励起光と波長変換部材７から放射された波長変換光とを正反射又は拡散反射する反射部材９が形成されている。反射部材９の少なくとも一部は、入射部１１から入射する励起光の光軸上に配置されている。また、反射部材９は、入射部１１から入射する励起光の光軸上において、波長変換部材７と互いに離間して配置されている。本実施形態では、波長変換部材７の第１の側面７ａ及び第２の側面７ｂは、それぞれ、反射部材９が形成されたホルダ１０の第１の側面１０ａ（入射部１１）及び第２の側面１０ａと互いに離間して配置されている。

反射部材９は、例えば、ホルダ１０の内面に銀やアルミニウムなどの金属を薄くメッキした金属反射膜である。金属反射膜は、その反射率が高ければ、金属材料は特に限定されるものではなく、また合金でもよく、さらに、製造方法においても、メッキ法の他に、蒸着法、スパッタリング法又は、ＣＶＤ法等を用いて成膜することができる。反射部材９も、ホルダ１０と同様に、波長変換部材７や光透過部材８と比較して高い熱伝導率を有している。

図２並びに図４に示すように、ホルダ底面１０ｄでは、波長変換部材７の底面７ｄと反射部材９とが接触している。波長変換部材７は、励起光を吸収して波長変換する際に、波長変換によるエネルギ損失を熱として発生させる。本実施形態では、波長変換部材７は、金属材料で形成された反射部材９とホルダ底面１０ｄで接触するように配置されていることにより、励起光の光軸と波長変換部材７の入射面７ａとの交点で発生する局所的な発熱をホルダ底面１０ｄ方向へ拡散させ排熱させて、発熱を緩和する。

なお、入射部１１には、光透過部材８とホルダ１０とを接着するために透明なシリコーン樹脂を充填して、光ファイバ射出端４ａと光透過部材８との間を屈折率マッチングすることが好ましい。

次に、光変換ユニット５において、励起光が入射部１１から入射され、励起光及び波長変換光が射出部１２から射出される動作について説明する。

図５は、光変換ユニット５内の励起光及び波長変換光を概略的に示す図である。光ファイバ射出端４ａから射出される励起光は、光ファイバ４の開口数ＦＮＡと光透過部材８の屈折率による広がり角で入射部１１から光透過部材８に入射する。そして、光透過部材８を透過した励起光が、波長変換部材７の入射面７ａに照射されて、励起光の一部は吸収され、一部は透過する。吸収された励起光は、波長変換部材７により波長変換されて波長変換光となり、波長変換部材７から等方的に放射される。

放射された波長変換光は、大別すると、波長変換部材７のみを通って射出部１２から外部に直接放射される第１の成分（矢印Ｂで示される）と、励起光の光軸方向の前方に放射される第２の成分（矢印Ｃ１で示される）と、励起光の光軸方向の後方（入射部１１の方向）に放射される第３の成分（矢印Ｄ１で示される）と、ホルダ底面１０ｄに向かって放射される第４の成分（矢印Ｅ１で示される）と、図５には示されない第３のホルダ側面１０ｅや第４のホルダ側面１０ｆに向かって反射される成分とに分けられる。

波長変換部材７の第２の側面７ｂから励起光の光軸方向の前方に放射される第２の成分Ｃ１は、光透過部材８を透過して、波長変換部材７と離間して配置された第２のホルダ側面１０ｂに照射される。そして、第２のホルダ側面１０ｂに照射された第２の成分Ｃ１は、第２のホルダ側面１０ｂ上の反射部材９により反射されて、光路が変更された反射光となる。この反射光は、波長変換部材７に再入射されることなく、射出部１２から光変換ユニット５の外部に射出される成分Ｃ２と、ホルダ１０の内部に留まる図示しない成分（波長変換部材７への再入射やホルダ底面１０ｄ、第３のホルダ側面１０ｅ及び第４のホルダ側面１０ｆの方向へ反射される成分）とに分かれる。

また、波長変換部材７の第１の側面７ａから励起光の光軸方向の後方に放射される第３の成分Ｄ１、ホルダ底面１０ｄの方向に放射される第４の成分Ｅ１、及び図５には示されない第３のホルダ側面１０ｅや第４のホルダ側面１０ｆの方向に放射される成分も、同様に、反射部材９により反射されて、波長変換部材７に再入射せずに射出部１２から光変換ユニット５の外部に射出される成分（第３及び第４の成分について矢印Ｄ２及びＥ２で示される）とホルダ１０の内部に留まる成分とに分かれる。ホルダ内部へ留まる成分は、さらに、内部で反射や散乱を繰り返して光損失する成分と、反射部材９によりさらに反射されて波長変換部材７に再入射せずに射出部１２から光変換ユニット５の外部に射出される成分とに分かれていく。

以上のように、入射部１１から光変換ユニット５内に入射した励起光は、ホルダ１０の内部に配置された波長変換部材７により、等方的に放射される波長変換光に変換される。そして、波長変換部材７から第１〜第４のホルダ側面１０ａ、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆ及びホルダ底面１０ｄに向かって、即ち波長変換部材７から射出部１２に向かう方向とは異なる方向に照射される波長変換光は、反射部材９により反射され、反射された波長変換光の少なくとも一部が、波長変換部材７に再入射することなく、光透過部材８を透過して外部に射出される。

本実施形態によれば、光変換部材を、１次光の光軸上に、反射部材が形成されたホルダ側面とは離間して配置することにより、光変換部材から等方的に射出された２次光がホルダ側面の反射部材で反射された後、反射された光の一部が光変換部材に再入射することなく光変換ユニットから外部に射出されるため、側方の射出部から２次光を効率良く射出することができる。

また、光変換部材を、ホルダ底面の一部のみと接触させて配置することにより、ホルダ底面方向に放射された２次光の一部も、反射部材で反射されて光変換部材にほぼ再入射することなく光変換ユニットから外部に射出されることができる。従って、２次光を外部に効率良く射出することができる。

さらに、光変換部材を、金属で形成された反射部材やホルダとホルダ底面で接触させることにより、光変換部材で発生した熱をホルダ側へ排出することができる。かくして、光変換部材の温度上昇を抑えて変換効率の低下を抑えることができる。

以下、本発明の第２乃至第５の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同じ構成部材には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の光源装置の光変換ユニット２０の横断面図である。
第２の実施形態では、ホルダ１０は、第１のホルダ側面１０ａとホルダ底面１０ｄとの間に、ホルダ底面１０ｄの面積がホルダ開口１０ｃ（射出部１２）の面積よりも小さくなるように傾斜した第１のテーパ面２１が形成されている。また、第２のホルダ側面１０ｂとホルダ底面１０ｄとの間にも、ホルダ底面１０ｄの面積がホルダ開口１０ｃ（射出部１２）の面積よりも小さくなるように傾斜した第２のテーパ面２２が形成されている。

第１及び第２のテーパ面２１、２２上にも、反射部材９が形成されている。第１及び第２のテーパ面２１、２２の傾斜角度は、励起光の光軸上に対して１０°〜８０°の範囲に、好ましくは４５°付近に設定されている。

なお、テーパ面の形成位置はこれに限定されず、テーパ面は、第１〜第４のホルダ側面１０ａ、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆとホルダ底面１０ｄとの間の全てに、あるいは少なくとも１つに形成してもよい。また、ホルダ１０の内部は、平面的なテーパ面に限定されず、放物面や球面を有する凹面鏡を形成していてもよい。さらに、ホルダ１０の内部の凹部は、円錐台形状であってもよい。

光透過部材８は、第１及び第２のテーパ面２１、２２を有するホルダ１０の凹部の形状に適合する角錐台形状を有している。

本実施形態では、波長変換部材７から等方的に射出された波長変換光のうち、波長変換部材７から励起光の光軸方向の前方に放射された波長変換光は、光透過部材８を透過して第２のホルダ側面１０ｂや第２のテーパ面２２に照射される。そして、第２のテーパ面２２で反射された波長変換光の一部が、射出部１２から光変換ユニット２０の外部に射出される（矢印Ｆで示される）。また、波長変換部材７から励起光の光軸方向の後方に放射された波長変換光は、光透過部材８を透過して第１のホルダ側面１０ａや第１のテーパ面２１に照射される。そして、第１のテーパ面２１で反射された波長変換光の一部が、射出部１２から光変換ユニット２０の外部に射出される（矢印Ｇで示される）。

本実施形態によれば、光変換部材から光軸方向の前方及び後方に向かって射出された波長変換光がテーパ面上の反射部材で反射することにより、光変換部材にほぼ再入射せずに射出部から射出する割合が第１の実施形態よりも高まる。従って、２次光の取り出し効率をより向上させることができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の光源装置の光変換ユニット３０の横断面図である。
第３の実施形態では、ホルダ１０は、第２の実施形態と同様の構成である。つまり、ホルダ１０には、第１及び第２のテーパ面２１、２２が形成されている。また、波長変換部材７の底面７ｄは、反射部材９が形成されたホルダ底面１０ｄと完全に離間して配置されている（浮き構造）。

本実施形態では、波長変換部材７から等方的に射出された波長変換光のうち、波長変換部材７の底面７ｄに対向しているホルダ底面１０ｄに向かって放射された成分が、ホルダ底面１０ｄ上の反射部材９で反射する。そして、反射光の一部が、光透過部材８を透過して射出部１２から光変換ユニット３０の外部に射出される（矢印Ｈで示される）。

また、第１及び第２のテーパ面２１、２２の傾斜角度や波長変換部材７の底面７ｄとホルダ底面１０ｄとの間の間隔を適宜設定することにより、ホルダ入射面１０ａ上の反射部材９により反射された反射光がホルダ底面１０ｄの方向へ光路変更した波長変換光の一部が、波長変換部材７に再入射されることなく、光透過部材８を透過して、第１のテーパ面２１で反射されて射出部１２から光変換ユニット３０の外部に射出される。

本実施形態によれば、光変換部材をホルダ内面と全て離間して配置することにより、光変換部材から等方的に射出される２次光のうち、ホルダ内面上の反射部材で反射された反射光が光変換部材へ再入射される割合が低減される。かくして、光変換部材への再入射による光損失を第２の実施形態よりもさらに少なくして、射出部から２次光を効率良く取り出すことができる。

なお、ホルダ底面１０ｄを凹面形状（放物面や球面）とすることにより、ホルダ底面１０ｄ上の反射部材９で反射された波長変換光を光変換ユニット３０の外部に効率良く射出する構成にしてもよい。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態の光源装置の光変換ユニット４０の横断面図である。
第４の実施形態では、第２のホルダ側面１０ｂが、光ファイバ射出端４ａ（入射部１１）から射出される励起光の光軸に対して、ホルダ底部１０ｄの面積がホルダ開口１０ｃ（射出部１２）の面積よりも小さくなるように、光軸を横切るように傾斜している。即ち、第２のホルダ側面１０ｂは、光軸に対して傾斜した傾斜面４１を形成している。波長変換部材７も同様に、励起光の光軸を横切るように傾斜して配置されている。また、波長変換部材７の底面７ｄは、第３の実施形態と同様に、反射部材９が形成されたホルダ底面１０ｄと完全に離間して配置されている。

光透過部材８の第１及び第２の側面８ａ、８ｂは、第２のホルダ側面１０ｂの傾斜角度と同じ傾斜角度を有する板形状であり、その内部に波長変換部材７が配置（埋設）されている。光透過部材８は、第２のホルダ側面１０ｂ上に透明樹脂で接着されている。

ホルダ入射面１０ａと波長変換部材７の受光面７ａとの間には、光透過部材４２が設けられている。光透過部材４２は、入射部１１と波長変換部材７との隙間を埋めるためや屈折率マッチングのため、空気より屈折率が高く、１次光や波長変換光を透過するシリコーン樹脂やガラスにより形成されている。光透過部材４２は、光透過部材８と同一素材であってもよい。

本実施形態では、入射部１１から入射した励起光が、傾斜した波長変換部材７の第１の側面７ａに照射される。そして、波長変換部材７から等方的に射出される波長変換光は、傾斜面４１と直交する方向へ強く放射される。その波長変換光の一部は、射出部１２から光変換ユニット４０の外部に直接射出される成分と、ホルダ入射面１０ａ上の反射部材９により反射される成分とに分けられる。ホルダ入射面１０ａ上の反射部材９により反射されて光路変更した反射光の一部は、波長変換部材７に再入射することなく、射出部１２から光変換ユニット４０の外部に射出される（矢印Ｉで示される）。

本実施形態によれば、光変換部材を光軸に対して射出部方向に傾斜した配置とすることにより、光変換部材の第１の側面から射出される２次光が射出部から光変換ユニットの外部に直接射出される割合が第１の実施形態よりも高まる。従って、２次光の取り出し効率をより向上させることができる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態の光源装置の光変換ユニット５０の横断面図である。
第５の実施形態では、光変換ユニット５０は、光変換部材として、波長変換部材７に代わって拡散部材５１を有している。光変換ユニット５０の構成は、第３の実施形態の光変換ユニット３０の構成と同様であるため、その説明は省略する。

拡散部材５１は、波長変換部材７と同様に、光ファイバ射出端４ａ（入射部１１）から射出された１次光（入射光）を受光する受光面、即ち第１の側面５１ａと、第１の側面５１ａに対向している第２の側面５１ｂと、拡散部材５１中から光変換ユニット５０の外部に２次光（拡散光）を射出する射出面、即ち上面５１ｃと、上面５１ｃに対向している底面５１ｄと、これら面に接している第３の側面５１ｅ及び第４の側面５１ｆとを有する角柱形状である。

拡散部材５１は、受光面５１ａに入射した入射光を、その波長を変えずに広がり角を広げ、可干渉性を弱めた拡散光に変換する。拡散部材５１は、例えば、シリコーン樹脂である透明な封止材（透明部材）に、封止材の屈折率よりも高いアルミナやシリカの拡散粒子を分散し、樹脂を硬化させて固めることにより形成されている。拡散粒子は、例えば、反射性拡散粒子、又は透明部材よりも高い屈折率を有する透過型拡散粒子である。

拡散部材５１に入射した１次光の入射角と、拡散部材５１から射出される２次光の射出角との差は、拡散粒子の粒径や、封止材に対する拡散粒子の濃度、封止材と拡散粒子との屈折率、拡散部材５１の光軸上の厚さ等により決定される。例えば、拡散粒子の粒径を１次光の波長と同程度から１００倍程度とすれば、広がり角が大きくなる。また、封止材に対する拡散粒子の濃度は、例えば、０．１重量％程度から７０重量％程度までの間で、幅広く調整することができる。

拡散部材５１の受光面５１ａの面積は、光ファイバ射出端４ａから射出される１次光が略全て受光面５１ａに照射されるように設定されている。受光面５１ａは、少なくとも光透過部材８を透過した１次光が、１次光の光軸における光強度の１／ｅ倍以上の光強度を有する範囲を含む領域に配置される。

図１０は、光変換ユニット５０内の１次光及び２次光を概略的に示す図である。本実施形態では、光透過部材８を透過した１次光は、拡散部材５１の受光面５１ａに照射されて、１次光の波長は変換せずに１次光の配光角を拡大し、２次光として拡散部材５１から射出される。

拡散部材５１からホルダ１０の内部に射出される２次光は、第１の実施形態の波長変換部材７と同様に、射出部１２（射出面５１ｃ）から光変換ユニット５０の外部に直接射出される成分（矢印Ｊで示される）と、１次光の光軸方向の前方、後方、底面５１ｄ及び第１〜第４の側面５１ａ、５１ｂ、５１ｅ、５１ｆの方向に射出される成分とに分けられる。これら底面及び側面方向に射出された２次光は、拡散部材５１と離間して配置された反射部材９により反射されて、反射された拡散光の一部は拡散部材５１に再入射することなく射出部１２から射出される（一例として、矢印Ｋ、Ｌ、Ｍで示される）。

本実施形態によれば、１次光の配光角を拡散する光変換部材を、入射部から入射する１次光の光軸上にホルダ内面上の反射部材と離間して配置することにより、入射部から入射する可干渉性が高い１次光を光変換部材で拡散して可干渉性を低減した２次光である拡散光に変換することができる。これにより、拡散光の一部がホルダ内面の反射部材で反射されて、光変換部材に再入射の割合を低減して効率良く射出させることができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。また、各実施形態の構成を組み合わせることも可能である。

１…光源装置、２…１次光源、３…集光光学系、４…導光部材（光ファイバ）、５…光変換ユニット、６…フェルール、７…光変換部材、７ａ…第１の側面（受光面）、７ｂ…第２の側面、７ｃ…上面（射出面）、７ｄ…底面、７ｅ…第３の側面、７ｆ…第４の側面、８…光透過部材、８ａ…第１の側面（入射面）、８ｂ…第２の側面、８ｃ…上面（射出面）、８ｄ…底面、８ｅ…第３の側面、８ｆ…第４の側面、９…反射部材、１０…ホルダ、１０ａ…第１のホルダ側面（ホルダ入射面）、１０ｂ…第２のホルダ側面、１０ｃ…ホルダ開口、１０ｄ…ホルダ底面、１０ｅ…第３のホルダ側面、１０ｆ…第４のホルダ側面、１１…入射部、１２…射出部、２０…光変換ユニット、２１…第１のテーパ面、２２…第２のテーパ面、３０…光変換ユニット、４０…光変換ユニット、４１…傾斜面、４２…光透過部材、５０…光変換ユニット、５１…拡散部材、５１ａ…第１の側面（受光面）、５１ｂ…第２の側面、５１ｃ…上面（射出面）、５１ｄ…底面、５１ｅ…第３の側面、５１ｆ…第４の側面。

Claims (14)

1. １次光を出射する１次光源と、
   前記１次光源から出射された前記１次光を導光する導光部材と、
   前記導光部材により導光された前記１次光を所望の光学特性を有する２次光に変換して、前記１次光及び２次光を含む照明光を射出する光変換ユニットと、を具備し、
   前記光変換ユニットは、
   前記１次光を前記２次光に変換して放射する光変換部材と、
   前記光変換部材を保持するホルダと、
   前記２次光を反射する反射部材と、を有し、
   前記ホルダは、
   前記導光部材から前記１次光が入射する入射部と、
   前記２次光の少なくとも一部を、前記入射部から入射する前記１次光の光軸と交差する方向に射出する射出部とを、有し、
   前記光変換部材は、前記入射部から入射する前記１次光の光軸上に配置され、
   前記光変換部材から前記射出部に向かう方向とは異なる方向に射出された前記２次光の一部は、前記反射部材により反射されて、前記光変換部材に略再入射することなく、前記射出部から外部に射出されることを特徴とする光源装置。
2. 前記光変換部材及び反射部材の少なくとも一部は、前記入射部から入射する前記１次光の光軸上に配置され、
   前記光変換部材は、前記１次光の光軸上において、前記反射部材に対して前記入射部側に、前記反射部材とは離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光変換部材と前記入射部とは、前記１次光の光軸上において、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記反射部材は、前記入射部及び射出部を除いた前記ホルダの内面上に形成され、
   前記光変換部材は、前記１次光が照射される第１の面と、前記第１の面に対向している第２の面とを有し、
   前記第１及び第２の面と前記反射部材とは、互いに離間して配置され、
   前記第１及び第２の面と前記反射部材との間には、前記１次光及び２次光の少なくとも一部を透過する光透過部材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記ホルダの内部には、前記射出部を開口領域とする凹部が形成され、
   前記凹部は、前記開口領域に対向している底面と、前記開口領域と前記底面とに接している側面とにより構成され、
   前記光変換部材及び光透過部材は、前記凹部内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記凹部の前記底面と前記側面との間に、前記底面の面積が前記開口領域の面積よりも小さくなるように傾斜したテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記凹部の前記側面が、前記入射部から入射する前記１次光の光軸を横切るように傾斜した傾斜面を形成していることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
8. 前記光変換部材と前記反射部材とは、完全に離間して配置され、
   前記光変換部材と前記反射部材との間には、前記光透過部材が配置されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１に記載の光源装置。
9. 前記光変換部材の前記第１の面の面積は、前記入射部から入射する前記１次光が前記光変換部材に形成するビームスポットの面積よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記光変換部材の前記第１の面は、前記入射部から入射する前記１次光の光軸に対して傾斜した傾斜面を有していることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１に記載の光源装置。
11. 前記光変換部材は、前記１次光の一部を吸収して、前記１次光とは異なる波長領域の光に波長変換する波長変換部材であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１に記載の光源装置。
12. 前記光変換部材は、前記１次光の波長は変換せず、前記１次光の配光角を拡大する拡散部材であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１に記載の光源装置。
13. 前記拡散部材は、前記1次光を透過する透明部材中に拡散粒子を分散させて形成されており、
    前記拡散粒子は、反射性拡散粒子、又は前記透明部材よりも高い屈折率を有する透過型拡散粒子であることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
14. 前記１次光源は、可視光の波長領域のレーザ光を出射するレーザ光源であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。

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