JP2021114356A - 波長変換素子を備えた光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性に優れ、色ムラが低減し、光量ロスが改善した、波長変換素子を備えた光源装置を実現する。【解決手段】光源装置は、励起光１４０を出射する光源１１０と、励起光１４０に励起されて蛍光発光１４１を出射する蛍光体１３０と、励起光１４０のうち蛍光体１３０の界面で正反射した光１４３を受光する第２の光学素子４１０と、蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１を反射させる反射面を有するリフレクタ１２０と、を備える。第２の光学素子４１０が、受光した光の少なくとも一部を反射させ、蛍光体１３０からリフレクタ１２０に向かう正反射した光の光路上に当該光路に対して角度をつけて配置される。配置される角度は、リフレクタ１２０の反射により出射される光の量が最小となる第１の角度から、リフレクタ１２０で反射された蛍光の出射を妨げない第２の角度までの間の角度であって、第１の角度を含まず、第２の角度を包含する。【選択図】図４

Description

本発明は、波長変換素子を備えた光源装置に関する。

近年の灯具では、光源の消費エネルギー低減や高輝度の要請から、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードを用いた製品が提案されている。特にレーザ光源の場合、光変換効率が高く、発光面積を小さくすることができるため、灯具を小型化することが可能である。ライトモジュールを小型化できるため、車両のライトのデザインの自由度が高くなるという点でも有利となる。

車両用灯具では、車検などの基準により、ヘッドライトは白色または淡黄色と色度が一定範囲で規定されている。特許文献１には、青色波長帯域の光を放射する励起光源と、当該青色波長帯域の励起光を受けて蛍光を放射する蛍光体と、当該蛍光体から放射された蛍光を反射させるリフレクタとを備えた車両用灯具が開示されている。また、上記構成に関して熱放散の効率を向上させる照明装置が従来技術として知られている（特許文献１）。

特開２０１２−１１９１７０号公報（２０１２年６月２１日公開） 特開２０１２−０１５００１号公報（２０１２年１月１９日公開）

しかしながら、上述のような従来技術は、励起光源からの光を受けた蛍光体がリフレクタの一部に正反射した励起光源の成分について利用が不十分で光量ロスとなってしまうという問題がある。

本発明の一態様は、光源のレーザ光が直接出射されず安全性に優れ、色ムラが低減し、光量ロスが改善した光源装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光源装置は、励起光を出射する光源と、前記光源から出射した励起光に励起されて蛍光を出射する第１の光学素子と、前記励起光のうち前記第１の光学素子の界面で正反射した光を受光する第２の光学素子と、前記第１の光学素子から出射した蛍光を反射させる反射面を有するリフレクタと、を備え、前記第２の光学素子が、受光した光の少なくとも一部を反射させ、前記第１の光学素子から前記リフレクタに向かう前記正反射した光の光路上に当該光路に対して角度をつけて配置され、前記配置される角度が、前記リフレクタの反射により出射される光の量が最小となる第１の角度から、前記リフレクタで反射された前記蛍光の出射を妨げない第２の角度までの間の角度であって、第１の角度を含まず、第２の角度を包含することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、光源のレーザ光が直接出射されず安全性に優れ、色ムラが低減し、光量ロスが改善した光源装置を実現することができる。

（ａ）は、本発明の光源装置を構成する放物面ミラーの斜視図であり、（ｂ）は半放物面ミラーの断面の概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来技術の光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来技術の光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態２に係る光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態３に係る光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態４に係る光源装置の断面を示す概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る界面における正反射を示す概略図である。 ダイクロイックミラーの光学特性を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

〔リフレクタの構成〕
図１は、本実施形態に係る光源装置１００を構成するリフレクタ１２０の概略図を示す。光源装置は、例えば車両用灯具であるが、これに限定されない。好ましい実施形態では、リフレクタは放物面（回転放物面）形状である。内部は鏡面で構成されているのが好ましく、かかる態様のリフレクタを放物面ミラーとも称する。リフレクタは、放物面の形状に限定されず、回転楕円体やＮ面体（例えば、Ｎは１０以上の整数）から構成されてもよい。いずれの形状においても、光を放射する開口面１６０を有する。好ましい実施形態では、開口面１６０に関し、蛍光体１３０からｙ軸方向に向かう面を受光面と称し、その裏面を出射面１８０と称する。

図１（ａ）は、光源装置１００を構成するリフレクタ１２０が放物面ミラーの場合の斜視図を示す。図１（ａ）の放物面ミラーを上下２分割するｘｙ平面において放物面の焦点となる位置に蛍光体１３０が配置される。光源装置１００は、リフレクタ１２０の外部に光源１１０を備える。光源１１０は、蛍光体１３０において蛍光を発光させることができる励起光源であり、青色レーザ光であるのが好ましい。リフレクタ１２０は、光源１１０の励起光１４０を蛍光体１３０に照射させることができる透孔１２５を備える。

〔レーザヘッドライトの構成例〕
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した放物面ミラーを上下２分割するｘｙ平面で分割したうちの上側半分から構成されるレーザヘッドライトの例示である。ｘｙ平面にはミラー表面を備えた基板１７０を備え、リフレクタ１２０の内側と合せて、リフレクタ内部は鏡面で構成されているのが好ましい。

光源１１０から青色の励起光１４０が照射された蛍光体１３０は、入射した励起光１４０のうちの一部を黄色の帯域の波長からなる光として一様な方向に蛍光発光する。好ましい実施形態では、蛍光体１３０は主にＹＡＧ蛍光体などから構成され得るが、ＹＡＧ蛍光体に限定されるものではなく、他の材料から構成されてもよい。黄色の蛍光発光１４１は、リフレクタの内側の放物面ミラーに当たって反射し、方向を転換して指向性の高い光線となって出射面１８０に垂直な方向（ｙ軸方向）に直進する。好ましい実施形態では、蛍光体１３０は放物面ミラーの焦点の位置に配置されているため、蛍光発光１４１は放物面ミラーに当たって反射すると一様に出射面１８０に垂直な方向（ｙ軸方向）に直進する。蛍光体１３０に向かって入射した励起光１４０のうちの他の一部は完全に拡散反射され、完全拡散反射された青色の光は放物面ミラーに当たって反射し、方向を転換し、蛍光発光１４１と同様に出射面１８０に垂直な方向（ｙ軸方向）に直進する。完全拡散反射された青色の光は、コヒーレンシが失われ、レーザ光ではない通常の光（拡散反射光１４２）となっている。蛍光発光１４１と拡散反射光１４２との混色により白色の出射光１９０が出射面１８０から出射される。

出射面１８０に垂直な方向（ｙ軸方向）に直進する光線は、直進性が高く広がらずに真っ直ぐ遠方を照射することができる。好ましい車両用ヘッドライトでは、６００ｍ先まで照射することができる。光源１１０や放物面ミラーを小型化することにより、従来の車両用灯具よりもコンパクトにライトモジュールを設計することができ、車両のライトデザインの自由度が向上する。

〔従来技術における問題点〕
図２に従来技術に基づくレーザヘッドライトの構成例を示す。なお、説明の便宜上、上記図１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図２（ａ）は半放物面ミラーのｙｚ平面における断面図であり、図２（ｂ）は出射面１８０（ｘｚ平面）を示す。

図１と同様な態様で構成されるが、蛍光体１３０の表面が、よりフラットになる、または蛍光体１３０の膜厚が薄くなるなどの要因で拡散性が弱まると、完全拡散でなくなり、部分拡散となる。蛍光体１３０で拡散されなかった励起光１４０は、正反射光１４３として放物面ミラーに当たり、出射光１９０と同じ方向（ｙ軸方向）に進んで出射面から出射することになる。黄色の蛍光発光１４１と青色の拡散反射光１４２とのバランスのよい混色により白色光となっていた上に、正反射光１４３による青色光が重なって、出射面１８０では局所的に青寄りに偏る部分が生じる（図２（ｂ）参照）。結果的に、局所的に白色の色均一性が悪くなる。ヘッドライトとして利用する場合、車検などの基準により、白色または淡黄色と色度が一定範囲で規定されているため、局所的に青寄りに偏る照射は好ましくない。また、正反射光１４３はレーザの状態で出射するため、一定強度を超えると安全性の対策が必要となる。

図２では、わかりやすさを優先し蛍光体１３０の表面にて励起光１４０が正反射し、正反射光１４３を生じさせる態様を示す。しかし、好ましい実施形態では蛍光体１３０の照射面側の表面（空気との界面）だけでなく基板１７０との界面でも正反射する場合がある。図８は、蛍光体の界面による正反射を示す概略図である。図８（ａ）は、蛍光体１３０の膜厚が薄い場合に、照射面側の表面（第１の界面：空気と蛍光体１３０との界面）と、裏面と基板１７０との界面（第２の界面）の両方で励起光１４０が正反射し、正反射光１４３が生じている様子を模式的に示す。以下、図３から図７も同様に、図８（ａ）の好ましい実施形態が適用され得る。つまり、図３から図７では、わかりやすさを優先させ蛍光体１３０の照射面側の表面で正反射する態様を示しているが、好ましい実施形態では界面（第１の界面および第２の界面）で励起光１４０が正反射する。

上記のような問題点を克服するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、正反射光を再び蛍光体に戻すように反射させる「反射部Ｒ」（特許文献１の段落［００２９］および図５参照）が提案されている。かかる「反射部Ｒ」を本願の図２の構成に適用した態様を図３に示す。図３（ａ）は半放物面ミラーのｙｚ平面における断面図であり、図３（ｂ）は出射面１８０（ｘｚ平面）を示す。なお、説明の便宜上、上記図１及び図２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図３（ａ）では、図２（ａ）にて示した蛍光体１３０（第１の光学素子）から出射した黄色の蛍光発光１４１、および青色の拡散反射光１４２は、便宜上省略する。図３（ａ）に示した反射板３１０（第２の光学素子）が、特許文献１の「反射部Ｒ」に相当する。反射板３１０は、励起光１４０の正反射光１４３を再び蛍光体１３０に戻るように反射させることができる角度でリフレクタ１２０に配置される。かかる構成では、図３（ａ）に示したように、反射板３１０の影になって、蛍光体からの蛍光発光１４１、拡散反射光１４２が出射面に届かない領域があり、局所的に暗くなる（図３（ｂ）参照）。図３（ａ）に示した「出射面１８０に到達しない範囲」が最大となる反射板３１０（第２の光学素子）の配置角度を本明細書では第１の角度と称する。言い換えれば、第１の角度は、リフレクタ１２０の反射により出射される光の量が最小となる第２の光学素子の配置角度のことをいう。かかる場合、光量ロスが生じることに加え、出射面１８０に色ムラ、明るさムラが生じるのが好ましくない。

〔実施形態１〕
上記の問題点を解決するために、反射板３１０の代わりに所定の透過特性を備えた光学素子４１０（第２の光学素子）を用いる。図４に光学素子４１０を用いた態様を示す。図４では光学素子４１０をリフレクタ１２０に接触するように設けてあるが、正反射光１４３の光路上であれば任意の場所に設けることができる。図４では、図３の反射板３１０との対比のためにリフレクタ１２０に接触する態様を開示しているが、この態様に限定されるものではない。図４（ａ）は半放物面ミラーのｙｚ平面における断面図であり、図４（ｂ）は出射面１８０（ｘｚ平面）を示す。なお、説明の便宜上、上記図１乃至図３にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図４（ａ）では、光源１１０から出射した励起光１４０のうち、蛍光体１３０（第１の光学素子）で拡散されず鏡面反射した正反射光１４３が光学素子４１０に照射される。光学素子４１０は、入射角度により蛍光発光１４１を透過させ、入射角度により、励起光１４０の波長からなる正反射光１４３を反射させる入射角度依存性を伴う波長特性を備える。入射角度依存性を備える光学素子４１０は、ガラス基板に屈折率の高い誘電体膜と屈折率の低い誘電体膜を交互に積み重ねることにより、非常に反射率が高い反射膜を得ることができる。高屈折率と低屈折率の境界では僅かな反射が生じ、全ての層で誘電体膜の厚さがλ／４の光路長に調整されているため、各層で反射した光は位相がそろって強め合う。反対に、多重反射して透過方向に進む光は打ち消しあって０になる。誘電体膜の層数が十分にあれば、入射光（正反射光１４３）は減衰し、ほとんど透過せず、減衰した光は全て反射光（正反射光１４３）に移る。誘電体膜は吸収がないため、入射した光は損失なく、１００％反射光になる。好ましい実施形態では、光学素子４１０は、入射角度依存性を備えた、多層反射膜から構成されるダイクロイックミラーからなる。

図９に一般的なダイクロイックミラーの光学特性を示す。図９（ａ）は、特定の入射角度に関する反射率の波長依存性を示すグラフである。具体的には、ダイクロイックミラーへの入射角度が０度の場合と、４５度の場合について、反射率の波長依存性を示す。図９（ｂ）は、本実施形態１で用いるダイクロイックミラーの角度依存性を示す概略図である。ダイクロイックミラーに垂直（入射角度０度）に入射した場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）など青色（Ｂ）以外の波長からなる可視光は透過するが、青色（Ｂ）の光はダイクロイックミラーに反射される。紫外線は透過する。これに対して、ダイクロイックミラーに４５度の入射角度で入射した場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなる可視光は透過する。一方、紫外線は反射される。

このように、ダイクロイックミラーでは、特定の波長の光は反射し、その他の波長の光は透過する。かかる態様を図４（ａ）に模式的に示す。光学素子４１０では、正反射光１４３は反射し、蛍光発光１４１は透過している。かかる光学素子４１０で反射された正反射光１４３は、蛍光体１３０に戻り再び蛍光体１３０を照射する。ここで、図４（ａ）では、理解しやすさを優先させるため、励起光１４０および正反射光１４３、並びに、リフレクタにより反射した蛍光発光１４１についてのみ矢印で進行方向を示した直線で表現した。一方、蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線は省略した。

本実施形態における光学素子４１０のより詳細な態様を図４（ｃ）に拡大して示す。光学素子４１０を構成する多層膜に光が入射する角度を変化させた場合、透過率・反射率の波長特性が変化する。多層膜の各層の厚さに対し斜めから光が入射したとき、光が膜の中を通る光路長が長くなるため、入射角度が０度（垂直）のときは、透過率・反射率波長特性が一番長波長側にあり、入射角度が大きくなると、短波長側にスライドする（多層膜のブルーシフト）。このように光学素子４１０は入射角度依存性を備えるため、図４（ｃ）の拡大図に示すとおり、正反射光１４３は反射するが、別角度で入射する同じ青い波長からなる拡散反射光１４２は透過する。また、蛍光発光１４１については、入射角度によらず光学素子４１０を透過する。従って、反射板３１０の代わりに光学素子４１０を用いたことにより図３（ｂ）に示した光量ロスは改善される（図４（ｂ））。同時に、図２（ｂ）に示した正反射光１４３による局所的な強い青味の偏りも解消される（図４（ｂ））。光源１１０から出射した励起光１４０のうち、蛍光体１３０で拡散した拡散反射光１４２のうち正反射光１４３と同じ角度で光学素子４１０に入射する青い光は、光学素子４１０を透過しない。リフレクタ１２０において光学素子４１０の影になっている領域には、蛍光発光１４１は到達するが、拡散反射光１４２は到達しない。したがって、リフレクタ１２０において光学素子４１０の影になっている領域から出射される光は、相対的に黄味が強い傾向が生じ得る。しかし、自動車用灯具として利用する場合には、図２（ｂ）のような青味の強い偏りが解消され、レーザ光が直接出射されるような危険性はなく、光量ロスが改善されるという好ましい効果を奏する。

〔実施形態２〕
図３（ｂ）に示したような問題点を解決するために、反射板３１０の代わりに所定の再帰反射特性を備えた再帰反射素子５１０（第２の光学素子）を用いる。図５に再帰反射素子５１０を用いた態様を示す。図５では再帰反射素子５１０をリフレクタ１２０に接触するように設けてあるが、正反射光１４３の光路上であれば任意の場所に設けることができる。図５では、図３の反射板３１０との対比のためにリフレクタ１２０に接触する態様を開示しているが、この態様に限定されるものではない。図５（ａ）は半放物面ミラーのｙｚ平面における断面図であり、図５（ｂ）は出射面１８０（ｘｚ平面）を示す。なお、説明の便宜上、上記図１乃至図４にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図５（ａ）では、光源１１０から出射した励起光１４０のうち、蛍光体１３０（第１の光学素子）で拡散されず鏡面反射した正反射光１４３が再帰反射素子５１０に照射される。再帰反射素子５１０は、正反射光１４３を入射角度方向にそのまま反射させる再帰反射を備える。再帰反射素子５１０は、好ましい実施形態では、薄いシート面に透明な小さな球体を並べたガラスビーズ式であってもよく、または、薄いシート面に透明な三角錐（プリズム）を底面が上になるようにして配列されたマイクロプリズム式であってもよい。ガラスビーズ式では、小さな球体の一部で光を受けて光源に向けて反射させ、マイクロプリズム式では、三角錐の底面で光を受けて、３面を用いて光源に向けて反射させることができる。再帰反射素子５１０は、これらの態様に限定されるものではなく他の態様を利用してもよい。いずれにしても薄いシート状の構造を有するのが好ましい。シート面がｘｙ平面に略平行にとなるように配置する態様を図５（ａ）に模式的に示す。再帰反射素子５１０、５２０で反射した正反射光１４３は、蛍光体１３０に戻り再び蛍光体１３０を照射する。ここで、図５（ａ）では、理解しやすさを優先させるため、励起光１４０および正反射光１４３、並びに、リフレクタにより反射した蛍光発光１４１についてのみ矢印で進行方向を示した直線で表現した。一方、蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線は省略した。

本実施形態における再帰反射素子５１０のより詳細な態様を図５（ｃ）に拡大して示す。再帰反射素子５１０には、正反射光１４３だけでなく蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１および拡散反射光１４２も入射する。これら全ての入射光を、再帰反射素子５１０は蛍光体１３０に再帰反射させる。したがって、再帰反射素子５１０に照射された光線は直接的には出射面１８０に到達できない。しかし、再帰反射素子５１０の断面は十分に薄いシート状からなるため、シート面がｘｙ平面に略平行にとなるように配置することにより、リフレクタ１２０により反射された出射光１９０が出射面１８０に進行するのを反射板３１０に比して妨げない。言い換えれば、上記光学系アライメントは、再帰反射素子５１０のシート面の極薄い断面がｘｚ平面と略平行になるように配置するのが好ましい。つまり、蛍光体１３０から出射してリフレクタ１２０により反射された出射光１９０の出射方向に対して再帰反射素子５１０の薄い断面が臨む角度に再帰反射素子５１０を配置するのが好ましい。実施形態２におけるかかる再帰反射素子５１０（第２の光学素子）の配置角度を本明細書では第２の角度と称する。

ここで、リフレクタ１２０により反射された出射光１９０は、蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線の両方を包含する。かかる態様では、シート面の極薄い断面はｘｚ平面と平行な出射面１８０と略平行になるため、出射光１９０が出射面１８０に進行するのを妨げない。これにより、図５（ｂ）に示す通り、反射板３１０の影になって、出射できない領域を小さくすることができ光量ロスの問題を改善することができる。同時に、正反射光１４３を再帰反射させるため、自動車用灯具として利用する場合には、図２（ｂ）のような青味の強い偏りが解消される。

本実施形態における再帰反射素子５２０のより詳細な態様を図５（ｄ）に拡大して示す。図５（ｄ）に示した再帰反射素子５２０はマイクロミラーアレイからなるのが好ましい。好ましい実施形態では、マイクロミラーアレイはミラー構造をもったミクロンオーダーの光学素子である。再帰反射素子５１０と同様に断面は十分に薄いシート状からなるため、シート面がｘｙ平面に略平行にとなるように配置するのが好ましい。

〔実施形態３〕
図３（ｂ）に示したような問題点を解決するために、反射板３１０の代わりに第２の蛍光体６１０（第２の光学素子）を用いる。図６に第２の蛍光体６１０を用いた態様を示す。図６では第２の蛍光体６１０をリフレクタ１２０に接触するように設けてあるが、第１の正反射光１４３ａの光路上であれば任意の場所に設けることができる。図６では、図３の反射板３１０との対比のためにリフレクタ１２０に接触する態様を開示しているが、この態様に限定されるものではない。図６（ａ）は半放物面ミラーのｙｚ平面における断面図であり、図６（ｂ）は出射面１８０（ｘｚ平面）を示す。なお、説明の便宜上、上記図１乃至図５にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図２と同様に図６では、わかりやすさを優先し第２の蛍光体６１０の表面にて励起光１４３ａが正反射し、正反射光１４３ｂを生じさせる態様を示す。しかし、好ましい実施形態では第２の蛍光体６１０の照射面側の表面（空気との界面）だけでなくリフレクタ１２０との界面でも正反射する場合がある。図８は、蛍光体の界面による正反射を示す概略図である。図８（ｂ）は、第２の蛍光体６１０の膜厚が薄い場合に、照射面側の表面（第１の界面：空気と蛍光体６１０との界面）と、裏面とリフレクタ１２０との界面（第２の界面）の両方で励起光１４３ａが正反射し、正反射光１４３ｂが生じている様子を模式的に示す。以下、図６から図７も同様に、図８（ｂ）の好ましい実施形態が適用され得る。つまり、図６から図７では、わかりやすさを優先させ第２の蛍光体６１０の照射面側の表面で正反射する態様を示しているが、好ましい実施形態では界面（第１の界面および第２の界面）で励起光１４３ａが正反射する。

図６（ａ）では、光源１１０から出射した励起光１４０のうち、蛍光体１３０で拡散されず鏡面反射した第１の正反射光１４３ａが第２の蛍光体６１０に照射される。第２の蛍光体６１０は、蛍光体１３０と同様に、青色励起光である第１の正反射光１４３ａによって励起され、可視光の長波長域（黄色波長）の光を蛍光発光する。好ましい実施形態では、第２の蛍光体６１０は主にＹＡＧ蛍光体などから構成され得るが、ＹＡＧ蛍光体に限定されるものではなく、他の材料から構成されてもよい。また蛍光体１３０と同じ材料から構成されてもよい。

図６（ａ）に示す通り、第２の蛍光体６１０で拡散された青色光線（拡散反射光１４２）は、コヒーレント光であるレーザではなくコヒーレンシを失った普通の光となって、一部は出射面１８０に垂直な方向に直進し、出射面１８０から出射する。第２の出射光６９０は、第２の蛍光体６１０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線の両方を包含する。また、第２の蛍光体６１０の表面で部分拡散となる場合に、鏡面反射された青色レーザ光は、第２の正反射光１４３ｂとして、出射面１８０の垂直な方向とは異なる方向へ進行し、最終的にレーザヘッドライトとして利用される光線とならない。ここで、図６（ａ）では、理解しやすさを優先させるため、励起光１４０および正反射光１４３、第２の蛍光体６１０により反射した拡散反射光１４２、第２の蛍光体６１０により蛍光発光した蛍光発光１４１についてのみ矢印で進行方向を示した直線で表現した。正反射光１４３は、第１の正反射光１４３ａと、第２の正反射光１４３ｂとを包含する。一方、蛍光体１３０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線は省略した。

好ましい実施形態では、第２の蛍光体６１０は蛍光膜からなり、断面は十分に薄い膜構造からなるため、膜面がｘｙ平面に略平行にとなるように配置することにより、リフレクタ１２０により反射された出射光１９０が出射面１８０に進行するのを反射板３１０に比して妨げない。言い換えれば、上記光学系アライメントは、第２の蛍光体６１０の膜面の極薄い断面がｘｚ平面と略平行になるように配置するのが好ましい。つまり、蛍光体１３０から出射してリフレクタ１２０により反射された出射光１９０の出射方向に対して第２の蛍光体６１０の薄い断面が臨む角度に第２の蛍光体６１０を配置するのが好ましい。実施形態２におけるかかる第２の蛍光体６１０（第２の光学素子）の配置角度を本明細書では第２の角度と称する。

図６（ｂ）に、図６（ａ）の構成により出射面１８０に出射される態様を模式的に示す。上述した通り、第２の出射光６９０は、第２の蛍光体６１０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線の両方を包含する。図２に示した従来技術の問題点である青味が強くなる出射の原因となる正反射光１４３（第１の正反射光１４３ａ）を更に第２の蛍光体６１０により蛍光発光１４１に変換することにより、色ムラが解消される。

〔実施形態４〕
上述した実施形態３の構成に加えて、蛍光体１３０と同じｘｙ平面上において第２の正反射光１４３ｂが照射される位置に第３の光学素子７２０を配置する。図７に第３の光学素子７２０を用いた態様を模式的に示す。好ましい実施形態では、蛍光体１３０と光学素子７２０とを冷却する冷却装置７１０を備える。第３の光学素子７２０は、第２の正反射光１４３ｂを拡散することができる拡散特性を備えた光学素子であってよい。別の好ましい実施形態では、第３の光学素子７２０は、第２の正反射光１４３ｂを吸収することができる吸収特性を備えた光学素子であってよい。

図７（ｂ）に、図７（ａ）の構成により出射面１８０に出射される態様を模式的に示す。上述した通り、第２の出射光６９０は、第２の蛍光体６１０から出射した蛍光発光１４１、拡散反射光１４２による青色光線の両方を包含する。実施形態３と同様に、図２に示した従来技術の問題点である青味が強くなる出射の原因となる正反射光１４３（第１の正反射光１４３ａ）を更に第２の蛍光体６１０により蛍光発光１４１に変換することにより、色ムラが解消される。また、冷却装置７１０を備えることにより、蛍光体１３０や第３の光学素子７２０の光学特性が安定し、光学装置全体としての長寿命化にも寄与する。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

好ましい実施形態では、リフレクタ１２０は回転放物面形状でなくてもよい。上述した実施形態１から４では、回転放物面のリフレクタ１２０を想定しているため、蛍光体１３０を回転放物面の焦点に配置する光学的アライメント構成となっている。回転放物面ではないリフレクタ１２０を採用した場合は、当該焦点に相当する位置に蛍光体１３０を配置する必要はなく、出射面１８０により多くの出射光１９０を出射することができる光学的アライメントとするのが好ましい。

例えばリフレクタ１２０をＮ面体（例えば、Ｎは１０以上の整数）とした場合、リフレクタの一部の平面がｘｙ平面に平行であれば、シート状の再帰反射素子５１０のシート面をｘｙ平面に平行に配置することが容易となる。また同様に、第２の蛍光体６１０をＮ面体リフレクタに配置するのも容易となり、第２の蛍光体６１０に冷却装置を配置することも可能である。例えば、リフレクタ１２０の外側に冷却装置を配置することができる。かかる構成により、第２の光学素子の光学特性が安定し、光学装置全体としての長寿命化にも寄与する。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光源装置１００は、励起光１４０を出射する光源１１０と、前記光源１１０から出射した励起光１４０に励起されて蛍光（蛍光発光１４１）を出射する第１の光学素子（蛍光体１３０）と、前記励起光１４０のうち前記第１の光学素子（蛍光体１３０）の界面で正反射した光（正反射光１４３、第１の正反射光１４３ａ）を受光する第２の光学素子（光学素子４１０、再帰反射素子５１０、第２の蛍光体６１０）と、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）から出射した蛍光（蛍光発光１４１）を反射させる反射面を有するリフレクタ１２０と、を備え、前記第２の光学素子（光学素子４１０、再帰反射素子５１０、第２の蛍光体６１０）が、受光した光の少なくとも一部を反射させ、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）から前記リフレクタ１２０に向かう前記正反射した光（正反射光１４３、第１の正反射光１４３ａ）の光路上に当該光路に対して角度をつけて配置され、前記配置される角度が、前記リフレクタ１２０の反射により出射される光の量が最小となる第１の角度から、前記リフレクタ１２０で反射された前記蛍光の出射を妨げない第２の角度までの間の角度であって、第１の角度を含まず、第２の角度を包含することを特徴とする。

上記の構成によれば、直接レーザ光が出射されず安全性に優れ、色ムラが低減した光源装置を提供することができる。

本発明の態様２に係る光源装置１００は、上記態様１において、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）が、前記励起光１４０の波長より長い波長の蛍光（蛍光発光１４１）を出射する蛍光特性を備え、前記第２の光学素子（光学素子４１０）が、前記蛍光（蛍光発光１４１）の波長からなる光を透過させ、入射角度により、前記励起光１４０の波長からなる光（正反射光１４３）を反射させる入射角度依存性を伴う波長特性を備え、前記第２の光学素子（光学素子４１０）が、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）の界面で正反射した光（正反射光１４３）を前記第１の光学素子（蛍光体１３０）に向けて反射させ、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）から出射した前記蛍光（蛍光発光１４１）を透過させる角度で配置されたことを特徴とする。

上記の構成によれば、直接レーザ光が出射されず安全性に優れ、光量ロスが改善した光源装置を提供することができる。

本発明の態様３に係る光源装置１００は、上記態様１において、前記第２の光学素子（再帰反射素子５１０）が薄い断面を備えたシート状の構造を有し、前記第２の光学素子（再帰反射素子５１０）は、シート面に配置された再帰反射素子により再帰反射特性を備え、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）の界面で正反射した光（正反射光１４３）を前記再帰反射素子により前記第１の光学素子（蛍光体１３０）に向けて反射させ、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）から出射して前記リフレクタ１２０により反射された前記蛍光（蛍光発光１４１）の出射方向に対して前記第２の光学素子（再帰反射素子５１０）の薄い断面が臨む角度に前記第２の光学素子（再帰反射素子５１０）が配置されたことを特徴とする。

上記の構成によれば、直接レーザ光が出射されず安全性に優れ、光量ロスが改善した光源装置を提供することができる。

本発明の態様４に係る光源装置１００は、上記態様１において、前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）が、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）の界面で正反射した励起光（第１の正反射光１４３ａ）に励起されて蛍光（蛍光発光１４１）を出射する蛍光体からなり、前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）が受光した前記励起光（第１の正反射光１４３ａ）を、前記リフレクタ１２０により反射された前記第１の光学素子（蛍光体１３０）から出射した前記蛍光（蛍光発光１４１）の出射方向と平行方向に正反射させない角度に前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）が配置されたことを特徴とする。

上記の構成によれば、直接レーザ光が出射されず安全性に優れ、光量ロスが改善した光源装置を提供することができる。

本発明の態様５に係る光源装置１００は、上記態様４において、前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）が受光した前記励起光（第２の正反射光１４３ｂ）を前記リフレクタ１２０に正反射させない角度に前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）が配置されたことを特徴とする。

上記の構成によれば、リフレクタ１２０が半放物面または楕円面でない場合、第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）で正反射した光（第２の正反射光１４３ｂ）がリフレクタ１２０で正反射しないような光学系アライメントとすることができる。これにより、レーザ光が出射面１８０に垂直に出射して色ムラを生じさせないようにでき、安全性を講じることもできる。

本発明の態様６に係る光源装置１００は、上記態様４または５において、前記励起光１４０のうち前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）の界面で正反射した光（第２の正反射光１４３ｂ）を受光する第３の光学素子７２０を更に備え、前記第３の光学素子７２０が前記第２の光学素子（第２の蛍光体６１０）の界面で正反射した光（第２の正反射光１４３ｂ）を拡散させ、または、吸収する光学特性を有することを特徴とする。

上記の構成によれば、直接レーザ光が出射されず安全性に優れ、光量ロスが改善した光源装置を提供することができる。

本発明の態様７に係る光源装置１００は、上記態様６において、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）と前記第３の光学素子７２０との下に共通の冷却装置７１０を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記第１の光学素子（蛍光体１３０）や第３の光学素子７２０の光学特性が安定する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１００ 光源装置
１１０ 光源
１２０ リフレクタ
１２５ 透孔
１３０ 蛍光体
１４０ 励起光
１４１ 蛍光発光
１４２ 拡散反射光
１４３ 正反射光
１４３ａ 第１の正反射光
１４３ｂ 第２の正反射光
１６０ 開口面
１７０ 基板
１８０ 出射面
１９０ 出射光
３１０ 反射板
４１０ 光学素子
５１０ 再帰反射素子
６１０ 第２の蛍光体
６９０ 第２の出射光
７１０ 冷却装置
７２０ 第３の光学素子

Claims (6)

1. 励起光を出射する光源と、
   前記光源から出射した励起光に励起されて蛍光を出射する第１の光学素子と、
   前記励起光のうち前記第１の光学素子の界面で正反射した光を受光する第２の光学素子と、
   前記第１の光学素子から出射した蛍光を反射させるリフレクタと、
   を備え、
   前記第２の光学素子が、受光した光の少なくとも一部を反射させ、前記第１の光学素子から前記リフレクタに向かう前記正反射した光の光路上に当該光路に対して角度をつけて配置され、
   前記配置される角度が、
   前記リフレクタの反射により出射される光の量が最小となる第１の角度から、前記リフレクタで反射された前記蛍光の出射を妨げない第２の角度までの間の角度であって、第１の角度を含まず、第２の角度を包含する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の光学素子が、前記励起光の波長より長い波長の蛍光を出射する蛍光特性を備え、
   前記第２の光学素子が、前記蛍光の波長からなる光を透過させ、入射角度により、前記励起光の波長からなる光を反射させる入射角度依存性を伴う波長特性を備え、
   前記第２の光学素子が、前記第１の光学素子の界面で正反射した光を前記第１の光学素子に向けて反射させ、前記第１の光学素子から出射した前記蛍光を透過させる角度で配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の光学素子が薄い断面を備えたシート状の構造を有し、
   前記第２の光学素子は、シート面に配置された再帰反射素子により再帰反射特性を備え、前記第１の光学素子の界面で正反射した光を前記再帰反射素子により前記第１の光学素子に向けて反射させ、
   前記第１の光学素子から出射して前記リフレクタにより反射された前記蛍光の出射方向に対して前記第２の光学素子の薄い断面が臨む角度に前記第２の光学素子が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記第２の光学素子が、前記第１の光学素子の界面で正反射した励起光に励起されて蛍光を出射する蛍光体からなり、
   前記第２の光学素子が受光した前記励起光を、前記リフレクタにより反射された前記第１の光学素子から出射した前記蛍光の出射方向と平行方向に正反射させない角度に前記第２の光学素子が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
5. 前記第２の光学素子が受光した前記励起光を前記リフレクタに正反射させない角度に前記第２の光学素子が配置されたことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記励起光のうち前記第２の光学素子の界面で正反射した光を受光する第３の光学素子を更に備え、
   前記第３の光学素子が前記第２の光学素子の界面で正反射した光を拡散させ、または、吸収する光学特性を有することを特徴とする請求項４または５に記載の光源装置。

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