JP2020004927A - Fluorescent light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励起光源と蛍光体とを含む蛍光光源装置に関する。 The present invention relates to a fluorescent light source device including an excitation light source and a phosphor.
従来、LED(発光ダイオード)から出射される励起光を、板形状又はロッド形状の蛍光体の面に入射して、入射面に対して対向しない別の面から蛍光を取り出す技術が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。
Conventionally, there is known a technique in which excitation light emitted from an LED (light emitting diode) is incident on a surface of a plate-shaped or rod-shaped phosphor, and fluorescence is extracted from another surface that is not opposed to the incident surface. (For example, see
上記特許文献1に開示された蛍光光源装置では、励起光と蛍光体との距離が近接している。このため、蛍光体で発生する熱を効率よく排熱することが難しく、温度消光と呼ばれる現象が発生して、効率良く蛍光を取り出せないという問題があった。
In the fluorescent light source device disclosed in
本発明は、上記の課題に鑑み、蛍光の取り出し効率を高めた蛍光光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a fluorescent light source device with improved fluorescence extraction efficiency.
本発明に係る蛍光光源装置は、第一面と、前記第一面に対して当該第一面の辺、径、又は外接円の径より短い距離だけ離れて第一方向に向かい合う位置に配置された第二面と、前記第一面及び前記第二面を連絡する、前記第一面及び前記第二面に対して非平行な第三面とを有し、第一波長の光が入射されると前記第一波長とは異なる第二波長の蛍光を生成する波長変換素子と、
前記波長変換素子の前記第三面に対して、前記第三面に直交する第二方向に離間した位置に配置された、前記第一波長の励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源と前記波長変換素子の前記第三面との間に配置され、前記励起光を前記波長変換素子の前記第三面上の第一照射領域に照射させる光学素子とを備え、
前記波長変換素子は、前記励起光を前記蛍光に変換して、前記第一面から出射させることを特徴とする。
The fluorescent light source device according to the present invention, the first surface, the side of the first surface with respect to the first surface, the diameter, or disposed at a position facing the first direction separated by a distance shorter than the diameter of the circumscribed circle. A second surface, which communicates the first surface and the second surface, has a third surface non-parallel to the first surface and the second surface, the light of the first wavelength is incident Then, a wavelength conversion element that generates fluorescence of a second wavelength different from the first wavelength,
For the third surface of the wavelength conversion element, disposed at a position separated in a second direction perpendicular to the third surface, an excitation light source that emits the excitation light of the first wavelength,
An optical element disposed between the excitation light source and the third surface of the wavelength conversion element, and irradiating the excitation light to a first irradiation area on the third surface of the wavelength conversion element,
The wavelength conversion element converts the excitation light into the fluorescence and emits the fluorescence from the first surface.
上記構成によれば、励起光源と波長変換素子とが離間して配置されている。この結果、従来の構造と比較して、波長変換素子の排熱性が向上する。また、上記蛍光光源装置は、励起光源から出射される励起光を波長変換素子の第三面上の所定の領域(第一照射領域)に照射させる光学素子を備えている。この結果、励起光源と波長変換素子とを離間しても、励起光を波長変換素子に対して効率よく入射させることができる。 According to the above configuration, the excitation light source and the wavelength conversion element are arranged apart from each other. As a result, the heat dissipation of the wavelength conversion element is improved as compared with the conventional structure. Further, the fluorescent light source device includes an optical element that irradiates a predetermined area (first irradiation area) on the third surface of the wavelength conversion element with the excitation light emitted from the excitation light source. As a result, even if the excitation light source is separated from the wavelength conversion element, the excitation light can be efficiently incident on the wavelength conversion element.
そして、上記蛍光光源装置が備える波長変換素子は、向かい合う2面と、この2面を連絡する第三面を備え、これら向かい合う2面(第一面、第二面)が、第一面の辺、径、又は外接円の径より短い距離だけ離れて配置されている。そして、波長変換素子は、前記第三面から励起光が入射され、第一面から蛍光を出射する。この結果、波長変換素子に入射される励起光と、波長変換素子から出射される蛍光とを分離するための光学系を別途備える必要がないため、装置構成の簡素化・小型化が図られる。 The wavelength conversion element included in the fluorescent light source device includes two facing surfaces and a third surface connecting the two surfaces, and the two facing surfaces (the first surface and the second surface) are sides of the first surface. , A diameter or a diameter shorter than the diameter of a circumscribed circle. The wavelength conversion element receives the excitation light from the third surface and emits the fluorescent light from the first surface. As a result, since it is not necessary to separately provide an optical system for separating the excitation light incident on the wavelength conversion element and the fluorescence emitted from the wavelength conversion element, the device configuration can be simplified and downsized.
前記蛍光光源装置は、前記波長変換素子と前記励起光源とが載置される載置面を含む冷却板を備えるものとしても構わない。より詳細には、前記波長変換素子は、前記第二面が、冷却板の載置面に対して、直接又は他の層を介して接触するように載置されているものとしても構わない。 The fluorescent light source device may include a cooling plate including a mounting surface on which the wavelength conversion element and the excitation light source are mounted. More specifically, the wavelength conversion element may be mounted such that the second surface is in contact with the mounting surface of the cooling plate directly or via another layer.
上記構成によれば、波長変換素子と励起光源の双方を同一の冷却板を介して冷却することができるため、装置全体の小型化が図られる。また、上述したように、波長変換素子と励起光源とは離間して配置されているため、このように同一の冷却板を介して冷却させた場合であっても高い冷却性能が実現される。 According to the above configuration, since both the wavelength conversion element and the excitation light source can be cooled via the same cooling plate, the size of the entire apparatus can be reduced. Further, as described above, since the wavelength conversion element and the excitation light source are arranged apart from each other, high cooling performance is realized even when cooling is performed via the same cooling plate.
前記光学素子は、前記冷却板に対して固定的に配置されているものとしても構わない。かかる構成によれば、光学素子と励起光源、光学素子と波長変換素子の双方に関する光学的なアライメントが容易に実行できる。 The optical element may be fixedly arranged with respect to the cooling plate. According to such a configuration, optical alignment of both the optical element and the excitation light source and the optical element and the wavelength conversion element can be easily performed.
前記波長変換素子の前記第三面は、複数の平面、曲面、又はこれらの群からなり、
前記第三面上の複数の前記第一照射領域のそれぞれに対して前記励起光を入射させる、複数の前記励起光源を備えるものとしても構わない。
The third surface of the wavelength conversion element, a plurality of planes, curved surfaces, or a group thereof,
A plurality of the excitation light sources that make the excitation light incident on each of the plurality of first irradiation regions on the third surface may be provided.
上記構成によれば、冷却性能が高められた状態で、複数の励起光源から出射された励起光が波長変換素子に入射されるため、波長変換素子において高い出力の蛍光を生成することができる。 According to the above configuration, the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources is incident on the wavelength conversion element in a state where the cooling performance is enhanced, so that high-output fluorescence can be generated in the wavelength conversion element.
前記第一面と前記第二面の面積の合計は、前記第三面の総面積よりも大きいものとしても構わない。 The total area of the first surface and the second surface may be larger than the total area of the third surface.
上記構成によれば、励起光が入射される第三面側から蛍光が出射される光量が抑制されるため、蛍光の取り出し面を構成する第一面側から取り出される蛍光の効率が高められる。 According to the above configuration, since the amount of fluorescence emitted from the third surface side on which the excitation light is incident is suppressed, the efficiency of the fluorescence extracted from the first surface side constituting the fluorescence extraction surface is increased.
前記光学素子は、前記励起光を前記第一照射領域に集光する集光光学系を含むものとしても構わない。より詳細には、前記励起光を略平行光にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズから出射された前記励起光を集光する集光レンズとを含むとしても構わない。 The optical element may include a condensing optical system that condenses the excitation light on the first irradiation area. More specifically, a collimating lens that converts the excitation light into substantially parallel light and a condenser lens that collects the excitation light emitted from the collimating lens may be included.
前記光学素子は、前記励起光を前記第一照射領域に導光する光導波路を含むものとしても構わない。光導波路としては、例えば光ファイバを用いることができる。この場合において、前記励起光を前記光導波路の入射面に集光する集光レンズを更に備えるものとしても構わない。 The optical element may include an optical waveguide that guides the excitation light to the first irradiation area. As the optical waveguide, for example, an optical fiber can be used. In this case, a condenser lens for condensing the excitation light on the incident surface of the optical waveguide may be further provided.
前記励起光源は、複数の半導体層が積層されてなる半導体レーザ素子を含み、
前記半導体層の積層方向が、前記第一方向と実質的に平行であるものとしても構わない。
The excitation light source includes a semiconductor laser device in which a plurality of semiconductor layers are stacked,
The lamination direction of the semiconductor layers may be substantially parallel to the first direction.
半導体レーザ素子がいわゆる「端面発光型」の素子である場合、半導体層の積層方向と、これに直交する方向とで構成された面からレーザ光が出射される。この光出射領域(「エミッタ」とも称される。)は、半導体レーザ素子の構造上の特性に起因して、半導体層の積層方向よりも、これに直交する方向が長い形状を示す。エミッタの短手方向を前記第一方向と実質的に平行な方向になるように励起光源を配置することで、漏れ光をできる限り少なくした状態で励起光を波長変換素子の第三面に対して入射させることができる。 When the semiconductor laser device is a so-called “edge-emitting type” device, laser light is emitted from a surface configured by a stacking direction of the semiconductor layers and a direction orthogonal to the stacking direction. The light emitting region (also referred to as an “emitter”) has a shape that is longer in a direction perpendicular to the direction of lamination of the semiconductor layers due to the structural characteristics of the semiconductor laser device. By arranging the excitation light source such that the short direction of the emitter is in a direction substantially parallel to the first direction, the excitation light with respect to the third surface of the wavelength conversion element with leakage light as small as possible. Incident.
なお、本明細書において、方向Aと別の方向Bとが「実質的に平行である」とは、方向Aと方向Bとのなす角度の絶対値が3°未満であることを意味する。 Note that, in this specification, “the direction A and another direction B are“ substantially parallel ”” means that the absolute value of the angle between the direction A and the direction B is less than 3 °.
前記蛍光光源装置は、前記波長変換素子の前記第二面の外側に接触して配置され、前記第二波長の光を反射する第一反射膜を備えるものとしても構わない。 The fluorescent light source device may include a first reflective film that is disposed in contact with the outside of the second surface of the wavelength conversion element and reflects light of the second wavelength.
かかる構成によれば、波長変換素子内で生成され、第二面側に進行した蛍光を、第一反射膜で反射させて第一面側に導くことができるため、第一面側から取り出される蛍光の取り出し効率が向上する。 According to this configuration, the fluorescence generated in the wavelength conversion element and traveling to the second surface side can be reflected by the first reflection film and guided to the first surface side, and thus is extracted from the first surface side. The efficiency of extracting fluorescence is improved.
なお、前記第一反射膜は、前記第一波長の光を反射する機能を備えていても構わない。これにより、励起光を第一反射膜で反射させて波長変換素子内に戻すことができるため、、蛍光生成効率が向上する。 In addition, the first reflection film may have a function of reflecting the light of the first wavelength. This allows the excitation light to be reflected by the first reflection film and returned to the inside of the wavelength conversion element, so that the fluorescence generation efficiency is improved.
前記蛍光光源装置は、前記波長変換素子の前記第三面上に、前記第一波長の光を透過し、前記第二波長の光を反射する第二反射膜を備えるものとしても構わない。 The fluorescent light source device may include a second reflection film that transmits the light of the first wavelength and reflects the light of the second wavelength on the third surface of the wavelength conversion element.
上記構成によれば、波長変換素子内で生成され、第三面側に進行した蛍光を再び波長変換素子内へと戻すことができるため、第一面側から取り出される蛍光の取り出し効率が向上する。 According to the above configuration, since the fluorescence generated in the wavelength conversion element and advanced to the third surface side can be returned to the wavelength conversion element again, the extraction efficiency of the fluorescence extracted from the first surface side is improved. .
前記蛍光光源装置は、前記波長変換素子の前記第一面上に、前記第二波長の光の反射を防止する反射防止層を備えるものとしても構わない。 The fluorescent light source device may include an anti-reflection layer for preventing reflection of the second wavelength light on the first surface of the wavelength conversion element.
上記構成によれば、波長変換素子内で生成され、第一面側に進行した蛍光が、第一面で反射して波長変換素子に戻される光量が減少するため、第一面側から取り出される蛍光の取り出し効率が向上する。 According to the above configuration, the fluorescence generated in the wavelength conversion element and traveling to the first surface side is extracted from the first surface side because the amount of light reflected on the first surface and returned to the wavelength conversion element decreases. The efficiency of extracting fluorescence is improved.
前記蛍光光源装置は、前記波長変換素子の前記第三面に対して、前記第二方向に離間した位置に配置され、前記第一波長及び前記第二波長の双方と異なる波長の光を出射する第二光源を備え、
前記第二光源から出射された光は、前記波長変換素子の前記第三面上のうち、前記第一照射領域とは異なる第二照射領域に対して照射されるものとしても構わない。
The fluorescent light source device is disposed at a position separated from the third surface of the wavelength conversion element in the second direction, and emits light having a wavelength different from both the first wavelength and the second wavelength. With a second light source,
The light emitted from the second light source may be applied to a second irradiation area different from the first irradiation area on the third surface of the wavelength conversion element.
上記構成によれば、波長変換素子で生成された蛍光と、この蛍光とは異なる波長の光とが、波長変換素子の第一面から取り出される。かかる光をプロジェクタなどの照明用途に利用することで、演色性が高められる。 According to the above configuration, the fluorescence generated by the wavelength conversion element and the light having a wavelength different from the fluorescence are extracted from the first surface of the wavelength conversion element. By utilizing such light for lighting purposes such as projectors, the color rendering properties can be enhanced.
本発明によれば、小型の装置構成で、蛍光の取り出し効率の高い蛍光光源装置が実現される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluorescence light source device with a high fluorescence extraction efficiency is implement | achieved with a small apparatus structure.
本発明に係る蛍光光源装置の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。 An embodiment of a fluorescent light source device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following drawings are schematically shown, and the dimensional ratios in the drawings do not always match the actual dimensional ratios, and the dimensional ratios do not always match between the drawings.
図1は、蛍光光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す平面図である。図1に示すように、蛍光光源装置1は、波長変換素子10と、励起光源20と、光学素子30とを備える。本明細書では、図1内に図示されている座標系が適宜参照される。
FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a configuration of an embodiment of a fluorescent light source device. As shown in FIG. 1, the fluorescent
本明細書では、ある方向を記載する際に、正負を区別する必要がない場合には、単に「X方向」、「Y方向」、又は「Z方向」と記載する。また、正負を区別する必要がある場合には、適宜「+X方向」、「−X方向」などと記載する。図1は、Z方向から蛍光光源装置1を見たときの構成が模式的に図示されている。
In the present specification, when it is not necessary to distinguish between positive and negative when describing a certain direction, it is simply described as “X direction”, “Y direction”, or “Z direction”. Further, when it is necessary to distinguish between positive and negative, it is appropriately described as “+ X direction”, “−X direction”, or the like. FIG. 1 schematically illustrates a configuration when the fluorescent
図1に示すように、本実施形態において、蛍光光源装置1はZ方向から見たときにほぼ円形状を示す波長変換素子10を備える。蛍光光源装置1は、波長変換素子10に対して複数の方向から励起光L20を照射する、励起光源20と光学素子30とを含む光源群を複数組備えている。図1に示す例では、蛍光光源装置1は、励起光源20と光学素子30とを含む光源群を4組備え、各光源群から出射された励起光L20が、波長変換素子10に対して4方向から照射される。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the fluorescent
図2は、波長変換素子10を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、波長変換素子10は円柱形状を示す。すなわち、図2に示すように、波長変換素子10は、向かい合う2面(11,12)と、これら2面に直交する側面13を有する。本実施形態のように、波長変換素子10が円柱形状を示す場合、側面13は曲面で構成される。面11が「第一面」に対応し、面12が「第二面」に対応し、側面13が「第三面」に対応する。また、面11と面12とが向かい合う方向であるZ方向が「第一方向」に対応し、側面13に対して直交する方向が「第二方向」に対応する。すなわち、第二方向は、基準となる側面13の位置に応じて変化するが、第一方向には直交している。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the
なお、側面13は、向かい合う2面(11,12)に対して傾斜を有していてもよい。この場合、波長変換素子10は、斜円柱形状を呈する。この場合、第二方向は、側面13に対して直交するが、第一方向に対して前記傾斜に応じた角度を有する。
The
本実施形態において、波長変換素子10は、扁平な円柱形状を呈する。すなわち、波長変換素子10は、向かい合う2面(11,12)の径r1が、これら2面(11,12)の離間距離h1よりも大きい形状を示す。本明細書において、「径」とは直径を意味する。
In the present embodiment, the
波長変換素子10は、励起光源20から出射される励起光L20が入射されると、励起光L20とは波長の異なる蛍光L10を生成する蛍光材料を含む。このような材料の一例としては、YAG(Y3Al5O12:Ce3+)、βサイアロン(SrSiAlON:Eu2+)などが挙げられる。ただし、本発明において、波長変換素子10に含まれる蛍光材料は、励起光L20が入射されると励起光L20とは波長の異なる蛍光L10を生成する材料である限りにおいて任意である。
When the excitation light L20 emitted from the
本実施形態において、励起光源20はレーザダイオード素子(以下、「LD素子」と称されることがある。)で構成される。より具体的な一例として、励起光源20は、GaN、InGaN、AlInGaNなどの窒化物半導体からなる活性層を含み、ピーク波長が400nm以上500nm以下であるLD素子である。ただし、本発明において、励起光源20が出射する励起光L20の波長は限定されない。
In the present embodiment, the
本実施形態において、光学素子30は、励起光源20と波長変換素子10との間に配置されており、励起光源20から出射された励起光L20を、波長変換素子10の側面13上の所定の領域に導く構成である。図3は、波長変換素子10をZ方向に直交する方向(ここではY方向とする)から見たときの模式的な平面図である。図3に示すように、励起光L20は、波長変換素子10の側面13上の領域51内に照射される。なお、図1に示す例のように、4方向から波長変換素子10に対して励起光L20が照射される場合、側面13上の異なる4箇所に設けられた領域51に対して、それぞれ励起光L20が照射される。領域51が「第一照射領域」に対応する。
In the present embodiment, the
励起光L20は、波長変換素子10の側面13から波長変換素子10に入射されると、波長変換素子10の内部を進行・拡散しながら蛍光L10に変換される。波長変換素子10内で生成された蛍光L10は、波長変換素子10の面11から外部に取り出される(図3参照)。すなわち、本実施形態においては、波長変換素子10の面11が蛍光L10の取り出し面を構成する。
When the excitation light L20 enters the
図4は、蛍光光源装置1の一部分を抽出して模式的に示す断面図である。図4には、波長変換素子10に対して、+X方向と−X方向の双方から励起光L20が照射され、波長変換素子10の面11から蛍光L10が出射される状態が図示されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a part of the fluorescent
図4に示すように、励起光源20と波長変換素子10とは、側面13に対して直交する方向(図4ではX方向)に離間しており、この方向に関して、励起光源20と波長変換素子10との間に光学素子30が配置されている。また、波長変換素子10、励起光源20、及び光学素子30は、共通の冷却板3の面上に載置されている。冷却板3は、例えば、Cu、Cu合金、Al、AlNなどの、比較的熱伝導率の高い材料からなる。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態において、光学素子30は、2枚のレンズ(32,33)と、これらのレンズが固定的に配置された台座部31とを備える。一例として、レンズ32をコリメートレンズで構成し、レンズ33を集光レンズで構成することができる。
In the present embodiment, the
冷却板3は、図4に示すように、一部の領域に凹部3aを有していてもよい。図4の例では、凹部3aの底面上に台座部31が配置されている。かかる構成により、励起光源20、光学素子30、及び波長変換素子10の光学的な位置調整(アライメント)が容易化される。
As shown in FIG. 4, the
なお、励起光源20及び波長変換素子10のZ方向に係る長さがある程度確保できる場合には、冷却板3は必ずしも凹部3aを備えなくても構わない。
In addition, when the length of the
上述したように、波長変換素子10は、励起光L20が入射される面13(側面13)と、蛍光L10を出射する面11とが異なる。このため、波長変換素子10に対して入射される励起光L20と、波長変換素子10から出射する蛍光L10とを分離するための光学部材を別途備える必要がない。これにより、小型の蛍光光源装置1が実現される。
As described above, in the
また、上述したように、波長変換素子10と励起光源20とが、側面13に対して直交する方向、すなわち励起光L20の光軸方向に沿って離間して配置されている。この結果、波長変換素子10の排熱性が向上し、温度消光による蛍光変換効率の低下という問題が改善する。また、両者を離間して配置したことで、図4に図示されるように、波長変換素子10と励起光源20とを同一の冷却板3上に載置した場合であっても、十分な冷却性能が実現できる。これにより、高い冷却性能を実現しながらも、小型の蛍光光源装置1を実現することができる。
Further, as described above, the
なお、励起光源20が、LD素子で構成される場合、半導体層の積層方向d20が、Z方向に一致するように配置するのが好ましい(図5参照)。図5は、励起光源20の構造を模式的に示す斜視図である。励起光源20が備えるエミッタ21から出射された励起光L20が、波長変換素子10の側面13に進行する。上述したように、波長変換素子10の側面13は、Z方向に係る長さが、他の方向に係る長さよりも短い形状である。一方、エミッタ21は、半導体からなる活性層で構成されており、厚み方向が他の方向(図5ではY方向)の長さよりも短い形状を示す。励起光源20を、半導体層の積層方向d20がZ方向になるように配置することで、励起光L20を効率よく側面13に導くことができる。
In addition, when the
蛍光光源装置1は、種々のバリエーションを実現することができる。以下、これらの態様について説明する。なお、以下に示す各バリエーションは、適宜組み合わせることが可能である。
The fluorescent
〈1〉図6に示すように、波長変換素子10は、蛍光L10の取り出し面を構成する面11とは反対側の面12に、反射膜61が形成されていても構わない。図6は、図4の一部拡大図に対応する。反射膜61は、蛍光L10に対する反射特性を示す材料からなり、例えばAgなどの金属材料や、誘電体多層膜で構成される。より詳細には、波長変換素子10は、反射膜61が形成されている面12と冷却板3とが、ハンダ層62を介して固定的に接着されていても構わない。反射膜61は、「第一反射膜」に対応する。
<1> As shown in FIG. 6, the
かかる構成によれば、波長変換素子10内で生成された蛍光L10のうち、取り出し面を構成する面11とは反対側(面12側)に進行した蛍光L10を、反射させて面11側に向かわせることができる。これにより、蛍光L10の取り出し効率が向上する。
According to this configuration, of the fluorescent light L10 generated in the
反射膜61は、好ましくは、蛍光L10と共に励起光L20に対する反射特性を示す材料からなる。励起光源20から出射された励起光L20は、側面13を介して波長変換素子10に対して入射される。このとき、励起光L20の一部が、蛍光L10への変換に寄与されずに冷却板3側に進行する可能性がある。波長変換素子10と冷却板3との間に、励起光L20に対する反射特性を示す反射膜61が形成されることで、冷却板3側に進行した励起光L20を再び波長変換素子10内へと反射させ、波長変換素子10に含まれる蛍光材料の励起に寄与させることができる。この結果、波長変換素子10内における蛍光生成効率(蛍光変換効率)が向上する。
The
この場合において、波長変換素子10の面11の面積をS1、波長変換素子10の側面13の面積をS2とした場合に、好ましくは2×S1>S2である。すなわち、波長変換素子10の面のうち、励起光L20が入射される面の面積は、蛍光L10が取り出される面の面積の2倍よりも小さい。かかる構成により、波長変換素子10内で生成された蛍光L10が、取り出し面とは異なる側面13から出射される光量が抑制され、蛍光L10の取り出し効率が高められる。
In this case, when the area of the
〈2〉図7に示すように、波長変換素子10は、側面13上に、蛍光L10を反射する反射膜63が形成されていても構わない。この反射膜63は、励起光L20に対しては透過性を示し、蛍光L10に対しては反射性を示す。反射膜63は、例えば誘電体多層膜で構成される。
<2> As shown in FIG. 7, the
この反射膜63が側面13に設けられることで、励起光L20は波長変換素子10内に入射される一方、波長変換素子10内で生成されて側面13に向かって進行した蛍光L10については再び波長変換素子10に戻すことができる。これにより、蛍光L10が側面13から出射される光量が抑制され、面11から取り出される蛍光L10の効率が高められる。反射膜63は、「第二反射膜」に対応する。
By providing this
〈3〉図8に示すように、波長変換素子10は、蛍光L10の取り出し面を構成する面11側に、反射防止層64が形成されていても構わない。反射防止層64は、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜の積層体や、微細な凹凸構造(モスアイ構造)で実現することができる。
<3> As shown in FIG. 8, the
この反射防止層64が蛍光L10の取り出し面を構成する面11に設けられることで、波長変換素子10内で生成された蛍光L10が、面11で反射して波長変換素子10側に戻される光量が減少し、面11から取り出される蛍光L10の効率が高められる。
Since the
なお、図8には、波長変換素子10の面12側に反射膜61が形成され、面11側に反射防止層64が形成されている構造が図示されているが、反射膜61を備えずに反射防止層64のみを備えていても構わない。
FIG. 8 illustrates a structure in which the
〈4〉蛍光光源装置1は、励起光源20とは別に、励起光L20とは異なる波長の光L40を出射する第二光源40を備えるものとしても構わない(図9参照)。第二光源40から出射される光L40は、波長変換素子10の側面13上の領域52内に照射されると、面11から蛍光L10と共に取り出される。領域52は「第二照射領域」に対応する。
<4> The fluorescent
この光L40は、励起光L20とは異なり、波長変換素子10内で蛍光L10には実質的に変換されない波長を示すものとして構わない。一例として、励起光L20をピーク波長が400nm以上500nm以下の青色系の光とし、蛍光L10をピーク波長が500nm以上600nm以下の黄色系の光とし、第二光源40から出射される光L40をピーク波長が600nm以上800nm以下の赤色系の光とする。これにより、蛍光光源装置1から出射される蛍光L10と光L40との合成光と、青色光を合成させて演色性の高い白色系の光が生成される。
Unlike the excitation light L20, the light L40 may indicate a wavelength that is not substantially converted into the fluorescence L10 in the
[別実施形態]
蛍光光源装置1の更なる別実施形態につき、以下において説明する。
[Another embodiment]
Still another embodiment of the fluorescent
〈1〉上記実施形態では、光学素子30が複数枚のレンズ(32,33)からなるものとした。しかし、光学素子30は、励起光源20から出射された励起光L20を、波長変換素子10の側面13に対して入射させる機能を有していればよく、この限りにおいてレンズ(32,33)には限定されない。例えば、図10及び図11に示す蛍光光源装置1のように、光学素子30が光導波路35によって構成されていても構わない。光導波路35としては、例えば光ファイバ、ロッドインテグレータなどで構成することができる。
<1> In the above embodiment, the
また、光学素子30は、光導波路35に加えて、レンズ32及び/又はレンズ33を含む構成であっても構わない(図12参照)。例えば、図12に示す構成であれば、励起光L20はレンズ32で平行光化された後、レンズ33によって光導波路35の入射面に集光される。その後、励起光L20は、光導波路35内を進行した後、波長変換素子10の側面13に対して入射される。
Further, the
〈2〉図1に図示された例によれば、波長変換素子10は、4方向から、側面13上における各領域51に対して励起光L20が入射される構成とした。しかし、波長変換素子10に対する励起光L20の入射方向は4方向に限定されない。
<2> According to the example illustrated in FIG. 1, the
例えば、本発明は、単独の励起光源20を備え、励起光源20から出射された励起光L20が、光学素子30を介して波長変換素子10の側面13上の所定の領域51に対して入射される態様を排除しない。別の例として、図13に図示されるように、蛍光光源装置1が励起光源20を6箇所に備え、各励起光源20から出射される励起光L20が、それぞれ別の光学素子30を介して、波長変換素子10の側面13上の異なる領域51に対して、異なる方向に入射されるものとしても構わない。
For example, the present invention includes a single
〈3〉上記実施形態では、波長変換素子10が円柱形状である場合を例に挙げて説明したが、光取り出し面を構成する面11と、面11に対向する面12と、面11及び面12を連絡する側面13を有する形状である限りにおいて、波長変換素子10の形状は任意である。例えば、波長変換素子10が直方体形状を示す場合には、図14に示すように、Z方向から見たときに波長変換素子10は四角形状を示す。この場合、波長変換素子10の側面13は、複数の平面からなり、各側面13上の領域51に対して励起光L20が入射される構成とすることができる。
<3> In the above embodiment, the case where the
波長変換素子10が直方体形状を示す場合のように、蛍光L10の取り出し面を構成する面11が多角形を示す場合、面11とこの面11に向かい合う面12とは、当該面11の辺の長さ、又は面11の外接円の径の長さよりも短い距離だけ離れているものとしても構わない。一方、図1に示したように、波長変換素子10の面11が円形を示す場合には、面11と面12とが、当該面11の径の長さよりも短い距離だけ離れているものとしても構わない。
As in the case where the
励起光L20が入射される側面13は、曲面であっても複数の平面であっても構わないし、平面と曲面とを含む構成であっても構わない。また、波長変換素子10において、面11と面12との大きさは、必ずしも一致していなくても構わない。
The
〈4〉蛍光光源装置1は、波長変換素子10の光取り出し面を構成する面11から、蛍光L10に加えて励起光L20を取り出すものとしても構わない。逆に、蛍光光源装置1は、面11から、実質的にほとんど励起光L20を取り出さないものとしても構わない。波長変換素子10の面11から励起光L20を取り出すか否かについては、波長変換素子10に含まれる蛍光体の量や密度、波長変換素子10の寸法を変更することで適宜設計することができる。
<4> The fluorescent
〈5〉上記実施形態において、励起光源20はLD素子で構成される場合について説明したが、LED素子で構成されていても構わない。
<5> In the above embodiment, the case where the
1 : 蛍光光源装置
3 : 冷却板
3a : 凹部
10 : 波長変換素子
11,12 : 波長変換素子の面
13 : 波長変換素子の側面
20 : 励起光源
21 : 励起光源のエミッタ
30 : 光学素子
31 : 台座部
32,33 : レンズ
35 : 光導波路
40 : 第二光源
51 : 第一照射領域
52 : 第二照射領域
61 : 反射膜
62 : ハンダ層
63 : 反射膜
64 : 反射防止層
L10 : 蛍光
L20 : 励起光
L40 : 第二光源からの出射光
1: Fluorescent light source device 3: Cooling
Claims (12)
前記波長変換素子の前記第三面に対して、前記第三面に直交する第二方向に離間した位置に配置された、前記第一波長の励起光を出射する励起光源と、
前記励起光源と前記波長変換素子の前記第三面との間に配置され、前記励起光を前記波長変換素子の前記第三面上の第一照射領域に照射させる光学素子とを備え、
前記波長変換素子は、前記励起光を前記蛍光に変換して、前記第一面から出射させることを特徴とする、蛍光光源装置。 A first surface, a second surface disposed at a position facing the first direction at a distance shorter than a side, a diameter, or a diameter of a circumscribed circle of the first surface with respect to the first surface; Having one surface and the second surface, and having a third surface non-parallel to the first surface and the second surface, and the first wavelength when light of the first wavelength is incident. A wavelength conversion element that generates fluorescence of a different second wavelength,
For the third surface of the wavelength conversion element, disposed at a position separated in a second direction perpendicular to the third surface, an excitation light source that emits the excitation light of the first wavelength,
An optical element disposed between the excitation light source and the third surface of the wavelength conversion element, and irradiating the excitation light to a first irradiation area on the third surface of the wavelength conversion element,
The fluorescence light source device, wherein the wavelength conversion element converts the excitation light into the fluorescence and emits the fluorescence from the first surface.
前記第三面上の複数の前記第一照射領域のそれぞれに対して前記励起光を入射させる、複数の前記励起光源を備えたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蛍光光源装置。 The third surface of the wavelength conversion element, a plurality of planes, curved surfaces, or a group thereof,
The excitation light is incident on each of the plurality of first irradiation regions on the third surface, comprising a plurality of the excitation light sources, characterized in that, according to any one of claims 1 to 3, The fluorescent light source device according to claim 1.
前記半導体層の積層方向が、前記第一方向と実質的に平行であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蛍光光源装置。 The excitation light source includes a semiconductor laser device in which a plurality of semiconductor layers are stacked,
The fluorescent light source device according to claim 1, wherein a stacking direction of the semiconductor layers is substantially parallel to the first direction.
前記第二光源から出射された光は、前記波長変換素子の前記第三面上のうち、前記第一照射領域とは異なる第二照射領域に対して照射されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の蛍光光源装置。 The third surface of the wavelength conversion element, disposed at a position separated in the second direction, comprising a second light source that emits light having a wavelength different from both the first wavelength and the second wavelength,
The light emitted from the second light source is irradiated on a second irradiation area different from the first irradiation area on the third surface of the wavelength conversion element. The fluorescent light source device according to any one of claims 1 to 11.
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