JP2017126442A - 蛍光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光を出射する複数の発光素子と、前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、前記複数の発光素子の各々からの励起光を前記蛍光板に入射させる集光レンズと、を備えてなる蛍光光源装置において、集光レンズからの励起光が蛍光板に過度に集光されることなく、蛍光板に局所的な温度上昇を招くことを抑制して、蛍光板の蛍光への変換効率の低下を防止した蛍光光源装置を提供することである。
【解決手段】前記発光素子と前記集光レンズとの間に錐体レンズが設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクター等に利用される光源装置に関し、特に、発光素子からの励起光を蛍光に変換する蛍光体を用いた蛍光光源装置に係わるものである。

従来、プロジェクター装置に搭載される蛍光光源装置としては、ショートアーク型の高圧放電ランプを備えたものが用いられていたが、近年、レーザダイオードなどの固体発光素子よりなる励起光源と、この励起光源からの励起光を受けて蛍光を出射する蛍光体とを有する蛍光光源装置が提案されている。

例えば、特開２０１４−１９９４０１号公報（特許文献１）には、図７に示すように、レーザダイオードなどからなる励起光を出射する発光素子１１と、該発光素子１１から出射される励起光Ａが照射されて、該励起光とは異なる波長の蛍光Ｂを出射させる蛍光板１２と、前記励起光を反射して蛍光板１２に折り返すダイクロイックミラー１３と、前記蛍光板１２に励起光を集光する集光レンズ１４と、を備えた蛍光光源装置１０が開示されている。なお、蛍光板１２はヒートシンク１５によって放熱冷却されている。

しかして、このような蛍光光源装置においては、集光レンズ１４を用いて蛍光板１２に励起光を集光しているため、励起光が蛍光板１２に過度に集光されてしまうという現象が生じる。このため、蛍光板１２は、ヒートシンク１５によって冷却されているにもかかわらず、集光された部位の温度が局所的に上昇してしまい、その結果、励起光の蛍光への変換効率が低下してしまうという問題が生じている。
このような問題を解決しようとして、蛍光板における励起光の強度分布を均一にしようとしても、蛍光板の励起光照射領域において生じた熱は、蛍光体内を拡散するので、励起光照射領域の中央部と周辺部とでは温度上昇に差があり、中央部においてより温度上昇することになり、結局はその中央部において変換効率が低下してしまい、上述の問題点を解決することはできない。

特開２０１４−１９９４０１号公報

この発明が解決しようとする課題は、励起光を出射する複数の発光素子と、前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、前記複数の発光素子の各々からの励起光を前記蛍光板に入射させる集光レンズと、を備えてなる蛍光光源装置において、集光レンズからの励起光が蛍光板に過度に集光されることなく、蛍光板に局所的な温度上昇を招くことを抑制して、蛍光板の蛍光への変換効率の低下を防止した蛍光光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る蛍光光源装置は、前記発光素子と前記集光レンズとの間に錐体レンズが設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
また、前記錐体レンズは、前記複数の発光素子に対して共通に設けられていることを特徴とする。
また、前記錐体レンズは、前記複数の発光素子の各々に対して個別に設けられていることを特徴とする。

また、前記錐体レンズは、半円錐体であることを特徴とする。
また、前記蛍光板は、前記励起光が入射する面の裏面側に前記蛍光を反射する反射層を備えていることを特徴とする。
また、前記集光レンズは、前記蛍光板からの蛍光を平行光とするものであることを特徴とする。
また、前記錐体レンズと前記集光レンズとの間に、前記励起光を前記蛍光板に向けて反射するとともに、当該蛍光板からの蛍光を透過するダイクロイックミラーを備えていることを特徴とする。

この発明の蛍光光源装置によれば、励起光源と集光レンズとの間に錐体レンズを設けたことにより、発光素子からの励起光が、集光レンズによって集光されても、蛍光素子の一点に局所的に集中して照射されることが抑制されるので、蛍光素子に局所的な温度上昇を招くことがなく、蛍光への変換効率の低下を防止して効率的な変換がなされるという効果を奏するものである。

本発明の蛍光光源装置の第1の実施例を示す概略図。 第２の実施例の概略図。 第３の実施例の概略図。 第４の実施例の概略図。 第５の実施例の概略図。 本発明の効果を示すグラフ。 従来技術の概略図。

図１に示されるように、本発明の蛍光光源装置１は、励起光を出射する複数の発光素子２と、この発光素子２から出射される励起光Ａが照射されて、該励起光とは異なる波長の蛍光Ｂを出射させる蛍光板３と、前記発光素子２と前記蛍光板３の光路上における間に配置された集光レンズ４とを備えている。なお、この例では蛍光板３は透過型のものが示されている。
そして、前記発光素子２と前記集光レンズ４との間には、錐体レンズ５が配置されている。この錐体レンズ５は、アキシコンレンズ、コーンレンズなどと呼称されるものである。そして、この実施例では、該錐体レンズ５は、複数の発光素子２に共通したレンズとして用いられている。

上記構成によれば、発光素子２から出射された励起光Ａは、その前方に配置されたコリメータレンズ９によって平行光とされて、錐体レンズ５に入射する。ここで、励起光は光軸方向（平行光方向）と若干の角度を持って出射され、集光レンズ４に入射し、この集光レンズ４からの出射光は、蛍光板３に対して、その中央の一点に集中することなく、環状（リング状）に入射する。
これにより、蛍光板３は、局所的な温度上昇を起こすことが抑制されるものである。

図２に第２の実施例が示されていて、図１の実施例の蛍光板３が透過型であるのに対して、この実施例は、反射型の例である。
図２において、発光素子２と蛍光板３との光路上の中間位置には、ダイクロイックミラー６が配置されている。このダイクロイックミラー６は、発光素子２からの励起光Ａは反射し、蛍光板３からの蛍光Ｂは透過するものである。
この第２の実施例では、蛍光板３はヒートシンク７に当接して冷却され、その励起光が入射する面の裏面側には蛍光を反射する反射膜８が形成されている。

上記構成において、発光素子２からの励起光Ａは、錐体レンズ５から光軸方向と角度を持って出射され、これがダイクロイックミラー６によって反射されて集光レンズ４に至るものであって、該集光レンズ４からの出射光は、蛍光板３には中央の一点に集光することなく、環状に入射することになる。
そして、蛍光板３によって変換された蛍光Ｂは、蛍光板３からの直接出射光と、反射膜８によって反射される反射光とが共に、集光レンズ４に向かい、ここで平行光とされてダイクロイックミラー６を透過して、装置外に出射される。

図３に第３の実施例が示されていて、この実施例では、励起光Ａを放射する第１の発光素子２１と第２の発光素子２２が一対対向して配置されている。そして、これら発光素子２１、２２からの励起光の光路上には、一対の第１のダイクロイックミラー６１と第２のダイクロイックミラー６２がＶ字状となるように配設されている。発光素子２１、２２とダイクロイックミラー６１、６２の間には、それぞれ第1の錐体レンズ５１と第２の錐体レンズ５２が配置されている。
そして、前記ダイクロイックミラー６１、６２の下方には共通する１つのレンズからなる集光レンズ４が設けられ、さらにその下方には、ヒートシンク７上に載置された蛍光板３が配置されている。

図３において、発光素子２１、２２からの励起光Ａは、コリメータレンズ９１、９２で平行光とされ、それぞれ錐体レンズ５１、５２によって若干光路を変更されてダイクロイックミラー６１、６２に向かう。励起光Ａはここで反射されて集光レンズ４に入射し、更に蛍光板３に対して中央位置に集中することなく、環状に入射する。
そして、蛍光体３からの蛍光Ｂは集光レンズ４によって平行光とされてダイクロイックミラー６１、６２を透過して外部に放射される。

図４には他の第４の実施例が示され、この実施例では錐体レンズ５が半円錐体形状のものが示されている。即ち、発光素子２とダイクロイックミラー６との間に配置される錐体レンズ５が、半円錐体形状である。
この実施例でも、図１〜３の実施例と同様に、発光素子２からの励起光Ａは、錐体レンズ５によって若干光路を変更されて集光レンズ４に入射することになる。

図５には更に他の第５の実施例が示されていて、この実施例では、複数の発光素子２、２の各々に対して錐体レンズ５、５が個別に設けられている。
各発光素子２からの励起光Ａは、それぞれの錐体レンズ５によって若干の光路変更をされて共通する集光レンズ４に入射し、該集光レンズ４からの出射光は蛍光体３に対して中心位置に集光することなく入射されるものである。

図６に本発明の効果を表すグラフが示されていて、このグラフは蛍光板３に照射される励起光の強度を示しており、図７に示す従来技術（点線）では、集光される中央位置（０ｍｍ）において局所的に強度が最も大きくなるのに対して、本発明（実線）では、中央位置をずれた環状の位置において強度が大きくなっていることが分かる。これにより、蛍光板上では温度が中央位置で局所的に上昇することがなくなる。

以上説明したように、本発明に係る蛍光光源装置は、励起光を出射する複数の発光素子と、この発光素子からの励起光を蛍光板に入射させる集光レンズとの間に錐体レンズが設けられていることにより、発光素子からの励起光は錐体レンズにより光軸に対して光路を若干変更されて集光レンズに入射し、この集光レンズから蛍光板には光軸上の中央位置に局所的に集中することなく環状に入射するので、蛍光板が局所的に温度上昇することが抑制されて、変換効率の低下を防止することができるものである。

１ 蛍光光源装置
２ 発光素子（励起光源）
２１ 第１の発光素子
２２ 第２の発光素子
３ 蛍光素子
４ 集光レンズ
５ 錐体レンズ
５１ 第１の錐体レンズ
５２ 第２の錐体レンズ
６ ダイクロイックミラー
６１ 第１のダイクロイックミラー
６２ 第２のダイクロイックミラー
７ ヒートシンク
８ 反射膜
９ コリメータレンズ
Ａ 励起光
Ｂ 蛍光

Claims (7)

1. 励起光を出射する複数の発光素子と、前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、前記複数の発光素子の各々からの励起光を前記蛍光板に入射させる集光レンズと、を備えてなる蛍光光源装置であって、
   前記発光素子と前記集光レンズとの間に錐体レンズが設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
2. 前記錐体レンズは、前記複数の発光素子に対して共通に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
3. 前記錐体レンズは、前記複数の発光素子の各々に対して個別に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
4. 前記錐体レンズは、半円錐体であることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光光源装置。
5. 前記蛍光板は、前記励起光が入射する面の裏面側に前記蛍光を反射する反射層を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の蛍光光源装置。
6. 前記集光レンズは、前記蛍光板からの蛍光を平行光とするものであることを特徴とする請求項５に記載の蛍光光源装置。
7. 前記錐体レンズと前記集光レンズとの間に、前記励起光を前記蛍光板に向けて反射するとともに、当該蛍光板からの蛍光を透過するダイクロイックミラーを備えていることを特徴とする請求項６に記載の蛍光光源装置。
   
   
   

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