JP2018055875A - 蛍光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体レーザと、各半導体レーザに対応したコリメートレンズと、集光レンズと、集光レンズの焦点に位置する反射型蛍光板と、を具備する蛍光光源装置において、半導体レーザからの励起光が、蛍光板上に局所的に集中することなく分散して照射されようにして、蛍光板の過度の加熱を抑制することで、温度消光の発生を防止し蛍光への変換効率が低下すること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】前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に前記各コリメートレンズに対応した複数のデフォーカスレンズを配置し、前記デフォーカスレンズの少なくとも一部が、その光軸が前記コリメートレンズの光軸に対して平行に偏位しており、レーザ光を前記蛍光板上でデフォーカスすると共に、該蛍光板での照射位置を分散させ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、レーザ光源からのレーザ光を蛍光に変換する蛍光板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光源装置としては、半導体レーザから出射されるレーザ光を励起光として蛍光板を励起し蛍光を放射させ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に用いられる蛍光板には、該蛍光板に対して励起光の入射面と蛍光の放射面が異なる、いわゆる透過型蛍光板と、励起光入射面と蛍光放射面とが同一面の反射型蛍光板とが知られている。
透過型蛍光板を用いた技術としては、例えば、特開２０１２−０１８２０８号公報（特許文献１）がある。図４、図５に特許文献１の従来技術について示す。

図４には、従来の蛍光光源装置における問題点を示している。
図４（Ａ）に示すように、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光はコリメートレンズ１２で平行化され集光レンズ１３により蛍光板１４上に集光する。同図ではレーザ光の光路の広がりを実線、レーザ光の光軸を点線で示している。
通常は、蛍光板１４は集光レンズ１３の焦点に配置されているので、励起光であるレーザ光は蛍光板１４上で焦点位置に局所的に集光され、そのレーザ光強度は、図４（Ｂ）に示すような急峻な分布になり、蛍光板１４が局所的に加熱され温度消光が発生して蛍光への変換効率が低下してしまう。

特許文献１においては、このような変換効率の低下を防ぐべく、レーザ光（励起光）をぼかして蛍光板に照射する技術が開示されている。
図５にその概略構造が示されていて、この蛍光光源装置では、複数の半導体レーザ２１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２で平行化され集光光学系２３を介して蛍光板２４に集光している。
また、蛍光板２４から反対側に放射された蛍光は、コリメート光学系２５により平行化して利用される。
そして、当該特許文献１によれば、蛍光板２４は集光光学系２３の焦点から光軸方向で手前側、つまり、集光光学系２３側にずらした位置に配置されている。このように、蛍光板２４を集光光学系２３の焦点位置から光軸方向の手前側にずらした位置に配置することで、半導体レーザ２１からのレーザ光は透過型の蛍光板２４上にぼかされて照射されることになり、蛍光板２４でのレーザ光の局所的な集中をなくして、レーザ光強度を低減し、温度消光の発生を抑制している。

ところが、この従来技術における、レーザ光を蛍光板上にぼかして照射する技術は、蛍光板が透過型の場合は利用できるが、反射型の蛍光板を用いる場合は利用できないといった問題があった。
透過型蛍光板ではレーザ光の焦点をずらして集光する集光光学系と、蛍光を平行光として取り出すコリメート光学系とを蛍光板の両側に別々に配置することが可能である。
一方これに対して、反射型蛍光板では、レーザ光の焦点をずらして集光する集光光学系と、蛍光を平行化して取り出すコリメート光学系とが共通であるため、蛍光を平行化できず発散してしまうという問題がある。つまり、蛍光板から放射される蛍光が集光光学系の焦点位置にないので、該集光光学系を経た蛍光が平行光にならないからである。

更には、蛍光光源装置の高出力化が求められているが、蛍光板へ入射するレーザ光の出力を単純に高くしても、蛍光板の温度が過度に上昇し温度消光や輝度飽和が発生してしまう。その結果、蛍光板の変換効率が低下し、蛍光板から放射される蛍光の明るさが取れない、といった問題もあった。

特開２０１２−０１８２０８号公報

この発明が解決しようとする課題は、複数の半導体レーザと、各半導体レーザに対応したコリメートレンズと、集光レンズと、集光レンズの焦点に位置する反射型蛍光板と、を具備する蛍光光源装置において、半導体レーザからのレーザ光が、蛍光板上に局所的に集中することなく分散して照射されるようにして、蛍光板の過度の加熱を抑制することで、温度消光の発生を防止し蛍光への変換効率が低下すること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、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に前記各コリメートレンズに対応した複数のデフォーカスレンズを配置し、前記デフォーカスレンズの少なくとも一部が、その光軸が前記コリメートレンズの光軸に対して平行に偏位しており、レーザ光を前記蛍光板上でデフォーカスすると共に、該蛍光板での照射位置を分散させることを特徴とする。
また、前記デフォーカスレンズと前記集光レンズとの間には、前記蛍光板から放射される蛍光を取り出すダイクロイックミラーが設けられ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、半導体レーザからのレーザ光が蛍光板上でデフォーカスされるとともに、局所的に集中されることなく分散されて照射されるので、入射光強度が平滑化され、蛍光板が局所的に加熱されることがなく、温度消光の発生を防止して蛍光への変換効率が低下することを防止できるという効果を奏する。
また、反射型蛍光板を集光レンズの焦点からずらすことなく、蛍光板への入射光強度を平滑化できるので、当該蛍光板からの蛍光は、集光レンズによって平行光として取り出すことができるという利点もある。

本発明の蛍光光源装置の概念図。 本発明の第１の実施形態の概略図。 本発明の第２の実施形態の概略図。 従来技術の不具合の説明図。 透過型蛍光板を用いた従来技術の概略図。

図１（Ａ）に示されるように、本発明の蛍光光源装置１０は、励起光を出射する複数の半導体レーザ（ＬＤ）１と、各半導体レーザ１に対応して複数設けられ、該半導体レーザ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）からのレーザ光（励起光）を平行光とするコリメートレンズ２（２ａ，２ｂ，２ｃ）と、当該コリメートレンズ２からの光を集光する集光レンズ３と、集光レンズ３の焦点に位置する反射型蛍光板４とからなる。
そして、前記コリメートレンズ２と集光レンズ３の間には、各コリメートレンズ２に対応して複数のデフォーカスレンズ５（５ａ，５ｂ，５ｃ）が配置されている。このデフォーカスレンズ５は、コリメートレンズ２からのレーザ光の光路を曲げるためのものであり、当該コリメートレンズ２の少なくとも一部は、その中心軸Ｂが、前記コリメートレンズ２の中心軸Ａと平行状態で偏位している。

図１（Ａ）の実施例では、図の中央部に位置するデフォーカスレンズ５ｂは、その中心軸Ｂが、コリメートレンズ２ｂの中心軸Ａと一致しているが、上方に位置するデフォーカスレンズ５ａの中心軸Ｂは、コリメートレンズ２ａの中心軸Ａに対して上方に偏位しており、下方に位置するデフォーカスレンズ５ｃの中心軸Ｂは、コリメートレンズ５ｃの中心軸Ａに対して下方に偏位している。

このような配置により、半導体レーザ１からのレーザ光はコリメートレンズ２を通過して、各デフォーカスレンズ５に進む。各デフォーカスレンズ５ａ，５ｂ，５ｃを通過したレーザ光は集光レンズ３を介して蛍光板４上に照射される。
このとき、各デフォーカスレンズ５ａ、５ｂ、５ｃの位置により、各半導体レーザ１からのレーザ光は、その光路を変更されて、蛍光板４上で照射される位置がそれぞれ別々の位置となる。
また、デフォーカスレンズ５から集光レンズ３に入射するレーザ光は平行光ではないために、蛍光板４上では集光レンズ３の焦点には集光されない状態で照射される。
これにより、蛍光板４を照射するレーザ光の光強度が略台形状（トップハット状）になり、温度消光等の問題を抑制できる。

図１（Ｂ）に、蛍光板４上におけるレーザ光の強度分布を示している。同図の上下方向は蛍光板４上の位置に対応し、同図左方向がレーザ光の強度を示している。蛍光板４上に照射されるレーザ光の位置が上下に分布して照射され、レーザ光の強度分布が分散されていることが判る。

本発明の実施形態について以下説明する。
図２は、第１の実施形態であり、デフォーカスレンズ５と、集光レンズ３の間に、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、半導体レーザ１からのレーザ光Ｌを反射し、蛍光板４からの蛍光Ｆを透過する特性を有する。
上記構成において、半導体レーザ１からのレーザ光Ｌ（図２中で実線で表示）はコリメートレンズ２で平行化され、デフォーカスレンズ５によって光路を変更されてダイクロイックミラー６に向かい、ここで反射されて集光レンズ３に向かう。そして、集光レンズ３から蛍光板４上でそれぞれ別々の位置に照射される。
蛍光板４で変換されて出射する蛍光Ｆ（図２中で点線で表示）は、該蛍光板４が集光レンズ３の焦点位置にあることから、該集光レンズ３によって平行光となってダイクロイックミラー６に至り、ここを透過して外部に出射される。

なお、図２では、ダイクロイックミラー６は、レーザ光反射性で、蛍光透過性としたが、逆であってもよく、レーザ光透過性で、蛍光反射性とすることもできる。その場合、半導体レーザ１、コリメートレンズ２およびデフォーカスレンズ５は、図２中でダイクロイックミラー６の上方側に配置され、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー６を透過して集光レンズ３を介して蛍光板４に照射される。そして、蛍光板４からの蛍光Ｆは、ダイクロイックミラー６により反射されて左方側に出射される。

図３に第２の実施形態が示されていて、半導体レーザ１、コリメートレンズ２およびデフォーカスレンズ５の組み合わせが、左右に一対ずつ対向配置されていて、これらと集光レンズ３の間に、Ｖ字状のダイクロイックミラー６が配置されている。
各半導体レーザ１からのレーザ光Ｌは、それぞれＶ字状のダイクロイックミラー６によって反射され、集光レンズ３に向かい、蛍光板４に照射される。
また、蛍光板４で変換されて出射する蛍光Ｆは、集光レンズ３を経て平行光となりダイクロイックミラー６を透過して外部に出射されるものである。
このような配置とすることで半導体レーザ１からのレーザ光の出力を大きなものとすることができ、その結果、出射される蛍光も高出力となる。

以上の実施形態におけるダイクロイックミラー６は、例えば、半導体レーザ１から出射されるレーザ光としての４６５ｎｍの青色光を反射し、一方、蛍光板４から放射される蛍光としての５５０ｎｍ付近の黄色光を透過して、外部に放射するものである。

以上説明したように、本発明においては、半導体レーザからのレーザ光を平行光とするコリメートレンズと、レーザ光を反射型蛍光板に向けて集光する集光レンズとの間に、前記各コリメートレンズに対応した複数のデフォーカスレンズを配置し、該デフォーカスレンズの少なくとも一部が、その光軸が前記コリメートレンズの光軸に対して平行に偏位して配置されているので、レーザ光を前記蛍光板上でデフォーカスすると共に、該蛍光板での照射位置を分散させることにより、レーザ光が蛍光板上で局所的に集中されることなく分散されて照射されるので、入射光強度が平滑化され、蛍光板が局所的に加熱されることがなく、温度消光の発生を防止して蛍光への変換効率が低下することを防止できるという効果を奏するものである。
また、反射型蛍光板が集光レンズの焦点に位置しているので、蛍光板からの蛍光を平行光として取り出すことができる。

１０ 蛍光光源装置
１ 半導体レーザ
２ コリメートレンズ
３ 集光レンズ
４ 反射型蛍光板
５ デフォーカスレンズ
６ ダイクロイックミラー
Ｌ レーザ光
Ｆ 蛍光

Claims (2)

1. 複数の半導体レーザと、各半導体レーザに対応したコリメートレンズと、集光レンズと、集光レンズの焦点に位置する反射型蛍光板と、を具備する蛍光光源装置であって、
   前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に前記各コリメートレンズに対応した複数のデフォーカスレンズを配置し、
   前記デフォーカスレンズの少なくとも一部が、その光軸が前記コリメートレンズの光軸に対して平行に偏位しており、
   レーザ光を前記蛍光板上でデフォーカスすると共に、該蛍光板での照射位置を分散させることを特徴とする蛍光光源装置。
2. 前記デフォーカスレンズと前記集光レンズとの間には、前記蛍光板から放射される蛍光を取り出すダイクロイックミラーが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。
   
   
   

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