JP2016177923A - 蛍光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光がそのまま外部に放射されることを回避することができ、高い安全性が得られる蛍光光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光を放射する励起光源と、励起光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、蛍光体から放射される蛍光を外部に放射する光放射窓とを具備した蛍光光源装置において、光放射窓が、励起光不透過性材料からなる蛍光を透過する光放射窓部材により構成されており、光放射窓部材の破損を検知する破損検知センサを備えた構成とされている。【選択図】図２

Description

本発明は蛍光光源装置に関する。更に詳しくは、大出力のレーザ光を励起光として利用した蛍光光源装置の安全対策の構成に特徴を持つ蛍光光源装置に関する。

従来から、レーザ光を励起光として蛍光板等の蛍光体に照射することによって蛍光体を励起し、発生した蛍光を利用する蛍光光源装置が知られている。このような蛍光光源装置は、例えば探照灯（サーチライト）、インフォメーションイルミなどに利用されている。
このような蛍光光源装置において、例えば蛍光板を用いた場合には、励起光を１００％蛍光に変換させるために寄与させることはできず、励起光の一部が蛍光板の表面等で反射されてしまう。この反射された励起光が装置外部にそのまま放射されると、人体にとって危険である。

このような問題に対して、例えば特許文献１には、蛍光板から発せられる蛍光を反射して外部に放射するための反射鏡を、蛍光を反射し、励起光を吸収する材料で構成することが記載されている。

特開２０１２−８４２７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の蛍光光源装置においては、例えば反射鏡が破損した場合には、蛍光の励起に寄与しなかった励起光がそのまま外部に放射されてしまう危険性がある、といった問題があった。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、励起光がそのまま外部に放射されることを回避することができ、高い安全性が得られる蛍光光源装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光光源装置は、レーザ光を放射する励起光源と、
当該励起光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
当該蛍光体から放射される蛍光を外部に放射する光放射窓と
を具備した蛍光光源装置において、
前記光放射窓は、励起光不透過性材料からなる蛍光を透過する光放射窓部材により構成されており、
当該光放射窓部材の破損を検知する破損検知センサを備えていることを特徴とする。

本発明の蛍光光源装置においては、前記破損検知センサは、前記光放射窓部材の割れによる破損を検知するものとすることができる。
また、前記破損検知センサは、前記光放射窓部材の亀裂による破損を検知するものであってもよい。
ここに、光放射部材の「割れによる破損」とは、光放射窓部材の全体が例えば砕けるなどして消失することにより、あるいは、光放射窓部材に穴があくなどの一部が欠損することにより、蛍光体が配置される空間が外部空間に開放された状態に至ることを示す。また、光放射部材の「亀裂による破損」とは、光放射窓部材の欠損には至らずに、蛍光体が配置される空間が外部空間と隔離された状態が維持されていることを示す。

また、本発明の蛍光光源装置においては、前記破損検知センサからの破損検知信号により、前記励起光源の駆動を停止させる励起光源制御機構を備えた構成とされていることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置によれば、光放射窓が励起光不透過性材料からなる蛍光を透過する光放射窓部材により構成されているため、基本的には、励起光がそのまま外部に放射されることを抑制または防止することができる。しかも、光放射窓部材の破損を検知する破損検知センサを備えていることにより、光放射窓部材の破損を破損検知センサによって速やかに検知することができる。そして、光放射窓部材が破損したことが検知された場合には、励起光源の駆動を停止するなどの措置を講ずることによって、励起光がそのまま外部に放射されることを回避することができる。

本発明の蛍光光源装置の一例における構成を概略的に示す正面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 破損検知センサとして電流センサを用いた場合における、光放射窓部材の一構成例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成を概略的に示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
この蛍光光源装置は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性に優れた金属材料からなり、略円柱状の内部空間を形成する矩形筒状の筐体１０を備えている。筐体１０の一端側開口部は例えば平板状の閉塞部材１５によって閉塞されている。また、筐体１０の他端側開口部には、光放射窓部材２１が当該他端側開口部を塞ぐよう設けられており、これにより、光放射窓２０が構成されている。すなわち、筐体１０の内部空間は、水密または気密に構成されている。ここに、筐体１０の内部空間は、例えば大気雰囲気に維持されている。

筐体１０は、筐体１０の内周面から中心軸に向かって延びる導熱部分（スポーク）１１を有している。この例においては、導熱部分１１は例えば略平板状の導熱板１２により構成されている。導熱板１２は、径方向の一端縁部（内端縁部）が筐体１０の中心軸上に位置された状態で、他端縁部が筐体１０に熱的に接続されている。導熱板１２は、筐体１０に接合されて一体化されていても、例えば鋳造等により一体成型されていてもよい。導熱板１２を構成する材料としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性に優れた金属材料を用いることができる。
導熱板１２の厚みおよび軸方向（図１における左右方向）の長さ寸法は、導熱板１２それ自体による光損失の程度を小さく抑制しながら、一定以上の排熱量（伝熱量）例えば２０Ｗ以上の排熱量が得られるよう設定することができる。例えば、導熱板１２の厚みは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下の大きさとされていることが好ましく、また、導熱板１２の軸方向の長さ寸法は、４０〜８０ｍｍの範囲内の大きさとされていることが好ましい。

導熱板１２の内端部における一側面には、例えば銅（Ｃｕ）とモリブデン（Ｍｏ）との焼結体により構成された蛍光体支持基板（図示せず）が設けられており、この蛍光体支持基板の一面上に蛍光体２５が設けられている。導熱板１２と蛍光体支持基板、並びに、蛍光体支持基板と蛍光体２５は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金などのハンダ（不図示）によって互いに接合されて熱的に接続されている。この例の蛍光体２５においては、励起光源３５からの励起光としてのレーザ光（図１において実線で示す光線追跡線）を受けてレーザ光入射側に蛍光（図１において破線で示す光線追跡線）を発する。
蛍光体２５としては、例えばセリウム付活のＹＡＧ蛍光体（ピークの発光波長：５５０ｎｍ付近）よりなる蛍光板を用いることができる。

筐体１０の内部には、蛍光体２５から放射された蛍光を反射する反射鏡３０が、反射面が蛍光体２５の励起光入射面２６と対向する状態で、設けられている。具体的には、反射鏡３０は、光軸Ｏ_M が筐体１０の中心軸Ｃと一致し、焦点が蛍光体２５の励起光入射面２６上に位置された状態で設けられている。
反射鏡３０は、基材の内面に反射膜が形成されて構成されている。基材を構成する材料としては、例えばホウケイ酸ガラスなどのガラス材料や、例えばアルミニウムやニッケルなどの金属材料を用いることができる。また、反射膜は、例えば、蛍光を反射するように設計された誘電体多層膜や、金属蒸着膜により構成することができる。

筐体１０の内部には、レーザ光を励起光として放射する励起光源３５が、例えば反射鏡３０の背面側に配置されている。励起光源３５は、例えば発振波長が４４０〜４５５ｎｍのレーザ光を放射する半導体レーザ素子（以下、「ＬＤ素子」ともいう。）３６と、ＬＤ素子３６からのレーザ光を例えば集光しながら照射する適宜の光学系３７とにより構成されている。ここに、ＬＤ素子３６の出力は、例えば３０〜２４０Ｗである。
励起光源３５は、励起光源制御機構４０によって駆動制御される。励起光源制御機構４０は、ＬＤ素子駆動用電力を供給するレーザ電源４１と、ＬＤ素子３６から出射されるレーザ光のパルスエネルギが目標パルスエネルギとなるようにレーザ電源４１を制御する制御部４２とを備えている。制御部４２は、後述する破損検知センサからの破損検知信号が入力されたときに、ＬＤ素子３６の駆動が停止されるようレーザ電源４１を制御する機能を有する。
励起光源３５からのレーザ光は、反射鏡３０に形成された励起光透過孔３１を介して蛍光体２５の励起光入射面２６に照射される。

上述したように、筐体１０の他端側開口部には、光放射窓部材２１が当該他端側開口部を塞ぐよう設けられている。具体的には例えば、光放射窓部材２１は、その外周面の全周が接着剤（図示せず）によって筐体１０の他端側開口部の内周面に接合されている。接着剤としては、例えば耐熱性を有するセラミック接着剤を用いることができる。更に、接着剤が硬化されてなる接着剤層の表面が例えばシリコーン樹脂でシーリングされた構成とされていてもよい。

光放射窓部材２１は、蛍光体２５から発せられる蛍光を透過する、励起光不透過性材料により構成されている。励起光不透過性材料としては、例えば基材の一面または他面に、レーザ光の波長領域の光を反射する励起光カットフィルタが設けられたものなどを用いることができる。

光放射窓部材２１を構成する基材としては、例えば物理強化もしくは化学強化されたガラスやフロートガラス（通常のガラス材）、または、合わせガラスなどを用いることができる。これらのうちでも、風冷強化ガラス（物理強化ガラス）を用いることが好ましい。この理由は、風冷強化ガラスは、衝撃によって圧縮応力層より深い傷が生じた場合には、粒状に粉々に砕けるものであるため、後述する破損検知センサによる誤検知が生ずることを確実に回避することができるからである。また、風冷強化ガラスは、耐熱衝撃性および耐衝撃性において優れた特性を示すものであるため、蛍光光源装置が例えば屋外において使用される場合に好適である点も理由として挙げられる。
励起光カットフィルタは、例えば、蛍光を透過し、レーザ光の波長領域の光を反射するように設計された誘電体多層膜により構成することができる。

而して、上記構成の蛍光光源装置は、光放射窓部材２１の破損を検知する破損検知センサ４５を備えている。なお、図１においては、便宜上、破損検知センサ４５が光放射窓部材２１に接触して配置された状態が示されているが、破損検知センサ４５の配置位置は、センサの種類等に応じて適宜変更することができる。
破損検知センサ４５は、光放射窓部材２１の割れによる破損を検知するものであっても、光放射窓部材２１の亀裂による破損を検知するものであってもいずれであってもよい。
破損検知センサ４５としては、例えばタッチセンサやリミットスイッチ、電流センサ、音センサ、光センサなどを用いることができる。

タッチセンサやリミットスイッチとしては、例えば、可動接触子と、スイッチ素子と、スイッチ制御手段とを備えたものを用いることができる。可動接触子は、蛍光の放射の妨げにならない位置において、光放射窓部材２１に例えば押圧状態で接触するように設けられる。スイッチ素子は、光放射窓部材２１が正常な状態にあるときには開成しており、光放射窓部材２１に割れによる破損が生じたときに閉成するようスイッチ素子制御手段によって動作制御される。光放射窓部材２１に割れによる破損が生じたときには、可動接触子と光放射窓部材２１との接触状態（押圧状態）が解除され、可動接触子に係る位置情報が変化する。可動接触子に係る位置情報の変化を検出することにより、スイッチ素子制御手段は、スイッチ素子を閉成する。これにより、破損検知センサ４５から破損検知信号（図２において破線の矢印で示す。）ＳＤが励起光制御機構４０における制御部４２に出力される。制御部４２は、破損検知センサ４５からの破損検知信号ＳＤが入力されることにより、レーザ電源４１の動作を制御してＬＤ素子３６への電力供給を停止する。なお、タッチセンサやリミットスイッチにより破損検知センサ４５を構成する場合には、光放射窓部材２１の割れによる破損を確実に検知するために、光放射窓部材２１を構成する基材としては、風冷強化ガラスが用いられる。

また、破損検知センサ４５として例えば電流センサを用いる場合には、光放射窓部材２１として、図３に示すように、光放射窓部材２１の割れによる破損もしくは亀裂（ひび）による破損によって破断する抵抗体４７が、基材の一面または他面に密着して配設されたものが用いられる。抵抗体４７としては、例えばアルミニウムなどの金属線、導電性ペーストを線状または帯状に塗布して形成した導電線などを用いることができる。金属線の素線径および導電性ペーストによる導電線の幅寸法は、例えば数μｍ〜数十μｍ程度であることが好ましい。また、抵抗体４７は、蛍光が遮光される程度を可及的に小さく抑制しながら、光放射窓部材２１の割れによる破損もしくは亀裂による破損を確実に検出することができるように、配設されていれば、抵抗体４７の配設パターンは、特に限定されるものではない。

電流センサ４６としては、例えば、抵抗体４７に流れる電流値を測定する検出部（検出回路）と、スイッチ素子と、スイッチ素子制御部とを備えたものを用いることができる。スイッチ素子は、光放射窓部材２１が正常な状態にあるときには開成しており、光放射窓部材２１に破損が生じたときに閉成するようスイッチ素子制御手段によって動作制御される。光放射窓部材２１に破損が生じたときには、抵抗体４７が破断して絶縁状態となる。スイッチ素子制御手段は、絶縁状態になったことを検出することによりスイッチ素子を閉成する。これにより、破損検知センサ４５から破損検知信号ＳＤが励起光制御機構４０における制御部４２に出力される。制御部４２は、破損検知センサ４２からの破損検知信号ＳＤが入力されることにより、レーザ電源４１の動作を制御してＬＤ素子３６への電力供給を停止する。

さらにまた、音センサとしては、光放射窓部材２１が破損したときに生ずる特定の周波数の音を検知するものを用いることができる。音センサは、例えば筐体１０の、反射鏡３０の背面側空間に配置することができる。ここに、光放射窓部材２１に割れによる破損が生じた場合に発せられる音と、亀裂による破損が生じた場合に発せられる音とでは、互いに周波数が異なるが、音センサは、いずれかの特定の周波数の音が検知されたときに、破損検出信号ＳＤを励起光源制御機構４０に出力するように構成されていればよい。

さらにまた、光センサとしては、特定の波長領域、例えば、レーザ光の波長領域に感度を有するものを用いることができる。上述したように、光放射窓部材２１は、レーザ光の波長領域の光を反射する特性を有するものであることから、レーザ光が光反射窓部材２１によって反射された散乱光の光量変化に基づいて、光放射窓部材２１の割れによる破損もしくは亀裂による破損を検知することができる。光センサは、光センサの光入力部を光放射窓部材２１に向けて散乱光を検知できる位置に配置することができる。具体的には例えば光放射窓部材２１の側面などに配置することができる。なお、光センサを用いる場合には、破損検知用光を放射する光源が別個に設けられた構成とされていてもよい。
光センサが用いられる場合においても同様に、特定の波長光の光量が一定の大きさ以上低下したことを検知したときに、破損検出信号ＳＤが励起光源制御機構４０における制御部４２に出力される。

上記構成の蛍光光源装置においては、励起光源３５からのレーザ光は、反射鏡３０に形成された励起光透過孔３１を介して蛍光体２５の励起光入射面２６に照射される。これにより、蛍光体２５における蛍光物質が励起されて励起光入射面２６から蛍光が発せられる。蛍光体２５から発せられた蛍光は、反射鏡３０によって反射され、その後光放射窓部材２１を透過して外部に放射される。
一方、励起光源３５からのレーザ光のうち、蛍光物質の励起に寄与しなかったレーザ光が、例えば反射鏡３０によって反射されるなどして光放射窓２０方向に進行しても、当該レーザ光は、光放射窓部材２１によって反射されるため、外部に放射されることが回避される。
また、励起光としてのレーザ光が照射されることにより蛍光体２５に生じた熱は、導熱板１２を介して筐体１０の基体部分に伝熱され、筐体１０の外面が放熱面として機能して放熱される。

蛍光光源装置の動作時において、例えば、衝撃が加えられるなどして光放射窓部材２１が破損したときには、上述したように、破損検出センサ４５から破損検知信号ＳＤが出力されて、励起光源制御機構４０によってＬＤ素子３６に対する電力供給が停止される。

而して、上記の蛍光光源装置によれば、光放射窓部材２１が、蛍光体２５から発せられる蛍光を透過し、励起光としてのレーザ光を反射して遮断する特性を有するものであるため、基本的には、レーザ光がそのまま外部に放射されることを抑制または防止することができる。しかも、光放射窓部材２１に割れによる破損もしくは亀裂による破損が生じた場合には、光放射窓部材２１の破損を破損検知センサ４５によって速やかに検知することができる。そして、光放射窓部材２１が破損したことが検知された場合には、励起光源３５の駆動が停止されるため、レーザ光がそのまま外部に放射されることを確実に防止することができ、高い安全性を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、反射鏡は、励起光源からのレーザ光の波長領域の光を遮断する光遮断特性を有する光学膜を基材の内面または外面に有する構成とされていてもよい。このような構成とされていることにより、励起光源からの励起光が外部に放射されることを一層確実に回避することができる。
光学膜としては、例えば、レーザ光の波長領域の光を吸収する膜、レーザ光の波長領域の光を透過し、蛍光を反射するように設計された多層膜などを例示することができる。

１０ 筐体
１１ 導熱部分（スポーク）
１２ 導熱板
１５ 閉塞部材
２０ 光放射窓
２１ 光放射窓部材
２５ 蛍光体
２６ 励起光入射面
３０ 反射鏡
３１ 励起光透過孔
３５ 励起光源
３６ 半導体レーザ素子（ＬＤ素子）
３７ 光学系
４０ 励起光源制御機構
４１ レーザ電源
４２ 制御部
４５ 破損検知センサ
４６ 電流センサ
４７ 抵抗体
Ｃ 筐体の中心軸
Ｏ_M 反射鏡の光軸
ＳＤ 破損検知信号

Claims (4)

1. レーザ光を放射する励起光源と、
   当該励起光源からのレーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
   当該蛍光体から放射される蛍光を外部に放射する光放射窓と
   を具備した蛍光光源装置において、
   前記光放射窓は、励起光不透過性材料からなる蛍光を透過する光放射窓部材により構成されており、
   当該光放射窓部材の破損を検知する破損検知センサを備えていることを特徴とする蛍光光源装置。
2. 前記破損検知センサは、前記光放射窓部材の割れによる破損を検知するものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
3. 前記破損検知センサは、前記光放射窓部材の亀裂による破損を検知するものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
4. 前記破損検知センサからの破損検知信号が入力されることにより前記励起光源の駆動を停止させる励起光源制御機構を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光光源装置。

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