JP5092299B2

JP5092299B2 - 発光装置

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Publication number: JP5092299B2
Application number: JP2006200608A
Authority: JP
Inventors: 敦智 ▲濱▼; 直人森住
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-07-24
Also published as: JP2008026698A

Description

本発明は、レーザディスプレイ、内視鏡、露光装置などに利用可能な発光装置に関し、特に、半導体発光素子と導光部材を用いた発光装置に関する。

光源からの光を光ファイバなどの導光部材で伝達させる装置は、光通信機器や、内視鏡などの照明機器として利用されている。このような装置は、光ファイバが機械的強度の低い部材であるため何らかの原因で切断（断線）されることがある。光源としてレーザ光を用いている場合は、そのレーザ光が切断面から漏れ出すため危険であり、特に、光通信機器や露光装置の場合は、人間の目には見えない波長の光が用いられているため、気付かずに漏れ出した光が目に入射し、眼球に損傷を与える危険性がある。このような光ファイバの断線を検知するために、光源のレーザダイオードの近傍に、光ファイバと光センサとを配置する方法が知られている。これにより断線部によって反射された戻り光をセンサで検出可能とする方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１８１３８４号公報

上記方法では、戻り光を検出することで光ファイバの断線を検知することが可能となるが、断線の状態によっては異常の検出が困難な場合がある。例えば、光ファイバの先端は、ヘキ開や研磨などによって平坦な面とされているが、断線面がヘキ開面となることがある。そのような場合、検出された戻り光が、本来の出射端面によって反射された戻り光なのか、断線面によって反射された戻り光なのかが判別できない。そのため、異常（光ファイバの断線）を正確に検出できない場合がある。また、光ファイバ以外の導光部材、例えばリキッドファイバなどにおいても、微弱な戻り光を検出する方法では断線を検知しにくい場合がある。

本発明は上記のような問題を解決するものであり、半導体発光素子からの光を、光ファイバなどの導光部材を用いて照射させる発光装置において、高い確度で断線検知可能な構成を有する発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、光源と、光源と光学的に接続される導光部材と、導光部材の断線を検出する検出部材を具備する発光装置であって、導光部材は、出射端面に光源からの光の一部を反射する第１の反射部材を有していることを特徴とする。これにより、第１の反射部材によって反射される反射光を検出部材で検知し、どのような状態の断線でも導光部材の断線を正確に検知することができる。また、導光部材の出射端面は、第１の反射部材を介して、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を有することを特徴とする。これにより、任意の波長の光を出力可能な発光装置とすることができる。また、検出部材は、第１の反射部材によって反射されて導光部材内を伝播される反射光を受光することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の発光装置において、導光部材は、出射端面の近傍に取り付けられる保持部材を有し、保持部材は、導光部材の出射側の端面に第２の反射部材を有し、第２の反射部材は、光源からの光に対する反射率が、第１の反射部材よりも高い。これにより、保持部材に吸収される光による発熱を低減することができる。

また、本発明の請求項３に記載の発光装置において、保持部材の端面に第１の反射部材が延在するよう設けられていることを特徴とする。このように設けることで、第１の反射部材部材を剥がれにくくすることができ、信頼性の高い断線検知が可能になる。

また、本発明の請求項４に記載の発光装置において、第１の反射部材は、導光部材の端面から保持部材の端面まで連続するように設けられ、第１の反射部材を覆うように第２の反射部材が設けられていてもよい。また、本発明の請求項５に記載の発光装置において、第１の反射部材は、導光部材の端面にのみ設けられていてもよい。また、本発明の請求項６に記載の発光装置において、第１の反射部材は、第２の反射部材及び導光部材を被覆するように設けられていてもよい。

また、本発明の請求項７に記載の発光装置において、第１の反射部材は、光源からの光に対する反射率が１％以上５０％以下であることが好ましい。また、本発明の請求項８に記載の発光装置において、第１の反射部材は、膜厚が１０Å以上１００Å以下であることが好ましい。これにより、発光装置の出力低下を抑制しつつ、導光部材の断線を高い確度で検知することができる。

本発明の請求項９に記載の発光装置において、検出部材は、第１の反射部材によって反射されて導光部材内を伝播される反射光を受光する受光素子であることを特徴とする。これにより、反射光の量を正確に測ることができ、導光部材の断線を高い確度で検知することができる。

本発明の請求項１０に記載の発光装置において、検出部材は、前記第１の反射部材によって反射され、前記導光部材内を伝播される反射光の一部を、分岐部材を介して受光する受光素子であることを特徴とする。これにより、反射光のみを検知することができ、断線検知の確度をさらに上げることが可能である。

本発明に係る発光装置により、導光部材の断線を正確に検知することができる。特に、断線面の状態により、異常を検知しにくい場合でも、精度よく断線を検知することができる。これにより、光源として紫外線などの短波長を用いる露光装置などにおいては、断線により漏れ出した光が作業環境内に配置されている他の部材を誤って露光したりすることなく、不良品の発生を低減することができる。また、被照射物を確認しにくい内視鏡などに用いられる発光装置においては、断線をより正確に検知することにより、被照射物の状況を正確に把握することができ、また、断線部から漏れ出す光によってその周辺の臓器などに悪影響を与えるのを防ぐことができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための光部品及び発光装置を例示するものであって、本発明は光部品及び発光装置を以下に限定するものではない。
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

＜実施の形態１＞
図１Ａは、実施の形態１における発光装置１００を示す。図１Ｂは、図１Ａの発光装置に用いられる光部品１１０を拡大した図である。図１Ｃは、図１Ｂの光部品１１０の断面図である
図１Ａに示すように、実施の形態１に係る発光装置は、大きく分けると光源１２０と、導光部材１３０と、光部品１１０とから構成される。具体的には、パッケージ１２１の内部に半導体発光素子１２２と受光素子１２３とを備える光源１２０と、光源１２０からの光を受けて集光させるレンズ１４０と、集光された光を導光部材に導入するためのコネクタ１５０と、コネクタ１５０に接続された導光部材１３０と、導光部材１３０の先端に光部品１１０と、を備えている。光部品１１０は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、導光部材１３０の出射側の端部に取り付けられる保持部材１１２と、この保持部材１１２が固定されたフランジ１１１とを有している。

そして、実施の形態１においては、導光部材１３０の出射端面に、光源１２０からの光を反射する第１の反射部材１１４Ａを有していることを特徴とする。このように、所定の反射率となるよう制御された反射部材１１４Ａを設けることで、導光部材の断線を精度良く検知することができる。以下、図面を参照しながら本形態に係る光部品及び発光装置について説明する。

（光部品）
実施の形態１において、光部品は導光部材の先端に設けられる部材であり、この光部品によって出射される光の配光特性などを調整することができる。尚、本発明においては、光を取り出すための機構のみを説明するが、ＣＣＤカメラを設けるなど他の部材を併用して用いることも可能であることは言うまでもない。

具体的には、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、光部品１１０は導光部材１３０の出射側の端部に取り付けられる保持部材１１２と、この保持部材１１２が固定されたフランジ１１１とを有している。尚、以下に説明するような構成の他、目的や用途に応じて種々の構成とすることができる。

（導光部材）
導光部材は、光源と光学的に接続され、光源からの光を光部品に導くものであればよく、内側に屈折率の高いコアと、外側に屈折率の低いクラッドが配置されており、これらを長手方向に延伸するよう構成される。導光部材の径は特に問われるものではないが、屈曲可能な程度に構成されるのが好ましく、用途に応じて適宜選択することができる。また、具体的な材料としては石英、多成分ガラス、プラスチックなどから構成される光ファイバや、ホーリーファイバ、あるいは液体をコアとして用いるリキッドファイバなどを挙げることができる。特に、短波長領域の波長を有する光源を用いる場合は、石英を用いた光ファイバが好ましい。

導光部材の断面形状は、特に限定されるものではないが、円形とするのが好ましい。導光部材の光を出射する側の端面は、第１の反射部材が設けられる面であるため、光源からの光を検出部材に反射させるような形状とする必要がある。すなわち、光軸に対して傾斜した出射端面としてしまうと、反射はするが検出部材にまで光が戻ってこないようになる。そのような構成では、断線を検出することができないため好ましくない。本発明は、光源からの光の一部を、所定の反射率となるよう制御された第１の反射部材によって、正確に反射させるように制御しているからこそ実現できるものである。したがって、導光部材の出射側の端面は、成膜精度の高い平坦な平面で、光軸に対して垂直な面とするのが好ましい。ただし、導光部材の光源側の端部の形状は特に限定されず、平面、凸状レンズ、凹状レンズ、少なくとも部分的に凹凸を設けた形状等、種々の形状とすることができる。

（第１の反射部材）
実施の形態１において、第１の反射部材は光源からの光を反射させるために導光部材の出射端面に設けられるものであり、光ファイバを用いる場合は、少なくとも、ヘキ開によって形成される光ファイバの端面とは異なる反射率を有するように設けられるものである。

導光部材の出射端面に第１の反射部材を設けることで、導光部材の先端から出射される光は第１の反射部材を設けない場合に比して少なくなる。しかしながら、本発明のように意図的に反射部材を設けておくことで、あらかじめ出力及び戻り光量を多く設定することができる。したがって、通常駆動時において多くの戻り光を検知するように設定しておくと、異常発生時に検出し易くなる。通信機器の場合は、戻り光を多くするとノイズが発生し通信機能に害がでる可能性があるが、露光装置や内視鏡などの発光装置として利用する場合は、戻り光によるノイズが発生しても動作上影響を受けにくい。そのため、本発明のように、あらかじめ戻り光を多くするような反射部材を設けても、動作上問題にならない。

第１の反射部材としては、光源からの光に対する反射率が１％以上５０％以下のものが好ましく、より好ましくは５％以上２０％以下である。また、部材厚については、１０Å以上１００Å以下のものが好ましく、より好ましくは２０Å以上５０Å以下である。このように設定することで、導光部材の先端から出射される光を、大きく低減することなく、断線を精度良く検知することが可能となる。

このような第１の反射部材の好ましい材料としては、光源の波長や出力、あるいは用途などを考慮して適宜材料を選択するのが好ましく、導電性などについては特に限定されるものではない。すなわち、本発明において第１の反射部材は、半導体発光素子などの電子部品を備える光源とは離間している光部品に設けられているものであり、電力を供給する必要がない。したがって導電性のものであっても絶縁性のものであっても、反射部材としての機能さえ充足していればよい。具体的には、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウム、プラチナ、ロジウム、パラジウム、タンタル、金、ニオブ、モリブデン、イリジウム、コバルト、クロム、銅、ハフニウム、亜鉛、ジルコニウムなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を混合させて用いてもよい。２種以上を用いる場合は、同時に設けてもよく、あるいは別工程で設けてもよい。

また、これらを形成する方法としては、スパッタ、蒸着、めっきなど、材料に応じて適宜選択することができ、反射率を制御できるのであれば、膜状や、あるいは微粒子が体積した層状など、好ましい構造を選択することができる。

第１の反射部材を設ける位置としては、少なくとも導光部材の端面のうち、導光部材内側に配されている屈折率の高いコアの端面に第１の反射部材を設ければよい。ただし、導光部材の径が細い場合は、コアとその外側に配されている屈折率の低いクラッドを含めた導光部材の端面全面を被覆するように第１の反射部材を設けるのが好ましい。例えば、図１Ｄに示すように、コアとクラッドを含む導光部材１３０の端面の全面に第１の反射部材を設けることで、所望の反射率とすることができる。ここで、導光部材１３０が光ファイバなど径の小さい部材の場合、図１Ｄに示すように、保持部材１１２の端面から凹むような位置に導光部材の端面を配し、この段差を利用して第１の反射部材１１４Ｂを設けることができる。このようにすることで、第１の反射部材と導光部材との接触面積が小さい場合でも剥がれにくくすることができる。

また、第１の反射部材は、導光部材の出射端面の近傍に設けられる保持部材の端面にも、延在するように設けてもよい。例えば、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、導光部材１３０と、その端部に取り付けられる保持部材１１２は、それぞれ端面が同一面となるように配し、その両方の端面を被覆するように第１の反射部材１１４Ａが設けることができる。このようにすることで、第１の反射部材を剥がれにくくすることができる。

（保持部材）
実施の形態１において、保持部材は導光部材の先端近傍に設けられている部材であり、これにより導光部材の先端部の加工をしやすくすることができる。保持部材の大きさや形状は、特に問われるものではないが、図１Ｂに示すような円筒形のものが好ましい。保持部材の材料としては、光源からの光や、後述の波長変換部材からの光に対する反射率の高いものが好ましい。これにより、第１の反射部材や透光性部材などによって反射された光が保持部材内部に戻りにくくすることができる。また、熱伝導率の高いものが好ましい。特に、第１の反射部材や後述する透光性部材やその中に含有させる蛍光部材などに、光源からの光や被覆部材によって反射された光などが照射されるときに発熱を伴う場合がある。そのような場合、色度が変化したり光度が低下したりするなどの変質の原因となりやすいため、保持部材の材料を少なくとも透光性部材や蛍光部材よりも熱伝導率の高い部材とするのが好ましい。このような材料として、具体的にはニッケル、アルミニウム、銀、プラチナ、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３)、ジルコニア（ＺｒＯ_２)、ダイヤモンド、炭化珪素(ＳｉＣ)などが挙げられる。尚、図１Ｂに示すような保持部材やフランジなどは省略することも可能である。

（光源）
実施の形態１において、光源としては、水銀ランプや固体レーザ、半導体発光素子などを用いることができる。これらに加え、さらに、導光部材の出射端面に設けられた第１の反射部材によって反射された光を受光可能な受光素子を有している。半導体発光素子を用いる場合は、具体的には図１Ａに示すように、リード端子を備えるメタル製のパッケージ１２１には、半導体発光素子１２２が載置されており、この半導体発光素子からの光を外部に出射させることが可能なように開口部が設けられている。パッケージの開口部から出射された光はレンズ１４０を介して集光され、コネクタ１５０を通じて導光部材１３０に導入される。ここでは、説明のために各部品を個々に分けて図示しているが、これに限らず、レンズやコネクタは、パッケージ内に組み込むこともでき、これらを含めて光源と言う場合もある。

（パッケージ）
実施の形態１において、パッケージの材料及び形状は、特に限定されるものではなく、現在知られているパッケージを用いることができる。特に、光源として半導体発光素子の一種であるレーザダイオードを用いる場合は、耐光性や耐熱性、耐候性を考慮してメタルパッケージとするのが好ましい。また、その場合、樹脂などの有機物は劣化しやすい傾向にあるため、レーザダイオードを封止するための樹脂は用いない方が好ましく、気体封止するのが好ましい。さらに、光を出射する側には開口部を設け、無機硝子などの光劣化のしにくい部材によって開口部を覆うように構成するのが好ましい。

（検出部材：受光素子）
実施の形態１においては、導光部材の端面に設けられる第１の反射部材によって反射されて導光部材内を伝播される反射光を受光可能な受光素子を、異常を検知する検出部材として有することを特徴とする。受光素子としては、具体的には光起電力型光センサ（フォトダイオード）、フォトトランジスタ、光導電型光センサ（硫化カドミウム：ＣｄＳ）、などを用いることができ、波長によって好ましい部材を種々選択することができる。このような受光素子は、図１Ａに示すように、半導体発光素子１２２が搭載されているパッケージ１２１内に設けることができる。このようにすることで、発光装置を小型化することができる。特に、光源を納めるスペースが少ない場合に、このような構成とすることでコンパクトに断線検知機能を設けることができ、好ましい。

（半導体発光素子）
光源として用いる半導体発光素子としては、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましく、より好ましくはレーザダイオードである。これにより、導光部材に効率良く光を導入することができる。

半導体発光素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。さらには、半導体発光素子とともに、受光素子、及びそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを組み合わせたものを搭載することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２は、実施の形態１で述べた第１の反射部材に加え、導光部材の先端部に取り付けられる保持部材の端面に、第２の反射部材を設けるものである。第２の反射部材を、保持部材の少なくとも端面に設けることで、導光部材光の出射端面から出射された光が保持部材内に反射されることを抑制することができる。導光部材を伝播してきた光は、その先端に設けられた第１の反射部材に当たり、一部は反射されるが残りの光は反射されずに透過する。第１の反射部材を透過した光は、一部はそのまま透光性部材を通過して外部に放出されるが、後述する透光性換部材や、その他周囲の部材との界面等で反射されて導光部材側に戻る光がある。このような光を導光部材の端面に設けられる第２の反射部材によって反射させることで、導光部材に光が吸収されないようにすることができる。

第２の反射部材は、端面だけでなく、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、端面から連続する側面にも設けることもできる。このように２以上の面に亘って連続して設けるようにすることで、剥がれにくくすることができる。
（第２の反射部材）
実施の形態２において、保持部材の端面に設けられる第２の反射部材は、導光部材の端面から出射された光が保持部材内部に戻らないように設けるものである。そのため、光源からの光に対する反射率は、第１の反射部材よりも高くするのが好ましい。具体的には、光源からの光に対する反射率は５０％以上が好ましく、より好ましくは８０％以上である。

保持部材の端面に少なくとも設けられる第２の反射部材は、端面のみでもよく、上述のように側面にまで連続するように設けることができる。また、保持部材の端面に設ける場合、第１の反射部材と重なるようにして設けてもよく、あるいは、重ならないよう別領域に設けることもできる。

具体的には、図２Ａに示すように、導光部材２３０の端面から保持部材２１２の端面まで連続するように設けられている第１の反射部材２１４Ａを覆うように、第２の反射部材２１５Ａを設けることができる。このとき、導光部材２３０の端面を覆わないようにし、保持部材２１２の端面上で重なるように設ける。これにより第１の反射部材を剥がれにくくすることができる。

また、図２Ｂに示すように、第１の反射部材２１４Ｂを導光部材２３０の端面にのみ設けて、これと重ならないように第２の反射部材２１５Ｂを設けてもよい。これにより第１の反射部材を剥がれにくくすることができる。この場合、第１の反射部材と第２の反射部材は、いずれを先に設けてもよい。

また、図２Ｃに示すように、第２の反射部材２１５Ｃを設けた後、第１の反射部材２１４Ｃを第２の反射部材及び導光部材２３０を被覆するように設けることもできる。これにより第２の反射部材を剥がれにくくすることができる。

このような第２の反射部材の好ましい材料としては、光源の波長や出力、あるいは用途などを考慮して適宜材料を選択するのが好ましい。また、第１の反射部材と同様に、導電性などについては特に限定されるものではなく、反射部材としての機能さえ充足していればよい。具体的には、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、バナジウム、プラチナ、ロジウム、パラジウム、タンタル、金、ニオブ、モリブデン、イリジウム、コバルト、クロム、銅、ハフニウム、亜鉛、ジルコニウムなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を混合させて用いてもよい。２種以上を用いる場合は、同時に設けてもよく、あるいは別工程で設けてもよい。

＜実施の形態３＞
実施の形態３は、第１の実施形態、第２の実施形態で述べたような第１の反射部材や第２の反射部材を備えた光部材に、さらに保持部材や導光部材の先端部を覆うようなキャップを有しているものである。これにより、第１の反射部材や第２の反射部材を保護することができるので、反射膜としての機能が劣化しにくく、断線を確度よく検知することができる。さらに、このキャップは、光源からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を具備することができ、これにより、任意に波長の光を放出することが可能となる。

図３Ａは、実施の形態３における発光装置に用いられる光部品３１０であり、図３Ｂは、図３Ａの光部品３１０の断面図である。図３Ａに示すように、実施の形態３に係る発光装置の光部品は、導光部材３３０の出射側の端部に取り付けられる保持部材３１２と、この保持部材３１２が固定されたフランジ３１１とを有している。そして、保持部材３１２の先端部を被覆するキャップ３１６を有しており、キャップ３１６とフランジ３１１とは溶接などにより接合されている。

（キャップ）
実施の形態３において、キャップは、導光部材の先端に設けられる保持部材に嵌合させるように設けられている。このキャップは、導光部材の先端部を保護するための部材であり、特に導光部材の出射端面に設けられる第１の反射部材や、保持部材の端面に設けられる第２の反射部材を保護するためのものである。ただし、導光部材からの光を遮ることのないよう、開口部を有しており、この開口部と通過して光は放出される。したがって開口部には、何も設けないか、もしくは、光源からの光を透過可能な透光性部材を設けることができる。

キャップの開口部に透光性部材を設ける場合は、接合部材などを用いてキャップに密着させたり、あるいは、機械的に保持できるような形状としたりすることができる。例えば、図３Ｂに示すように、キャップ３１６の開口部に、低融点ガラスなどの接合部材３１８によって接合された透光性部材３１７が設けられている。このように透光性部材によって導光部材の端面を保護することで、第１の反射部材の剥がれや破損などを抑制することができる。第１の反射部材自体が損傷した場合も、検出部材で異常を検知することになるが、このように導光部材の出射端面を保護するようなキャップを設けることで、少なくとも導光部材の端面での異常発生を低減させることができる。

また、キャップの開口部内壁に、光源からの光などを反射しやすいような反射部材を設けてもよい。このキャップの反射部材は、第１の反射部材、第２の反射部材などと同じ材料を用いることができる。

キャップの形状は、保持部材及び導光部材の先端部を保護できるようにするのが好ましく、例えば図３Ａに示すような円筒形のものがよい。このように、外周に角部を設けないようにすることで、内視鏡などとして用いる場合、人体を損傷するなどの問題を生じにくくすることができる。さらに、フランジも含めて外周を円柱状となるようにするのが好ましい。ただし、光部品を複数用いて、例えば照明装置などに用いる場合は、基体に固定し易いように、四角柱形状などにしてもよい。

キャップの材料としては、特に限定するものではないが、熱伝導率の高いものが好ましい。特に、透光性部材や、その中に含有させる蛍光部材などに、光源からの光や被覆部材によって反射された光などが照射されるときに発熱を伴う場合がある。そのような場合、色度が変化したり光度が低下したりするなどの変質の原因となりやすいため、キャップの材料を少なくとも透光性部材や蛍光部材よりも熱伝導率の高い部材とするのが好ましい。このような材料として、具体的には金属（ステンレス、銅、真鍮、コバール、アルミニウム、銀等)、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３)、炭化珪素(ＳｉＣ)、ＣｕＷ、Ｃｕダイヤモンド、ダイヤモンドなどが挙げられる。

また、キャップの貫通孔（開口部）は、導光部材からの光が透過可能であればその大きさや形状については特に限定されるものではない。好ましくは、図３Ｂに示すような円形の貫通孔とするのが好ましい。さらに、貫通孔の径は、全体に亘って同じ径としてもよいし、図３Ｂに示すように保持部材の外周径と略等しい部分と、それよりも広い部分を設けるなどとすることができる。また、開口側に向けて徐々に広がるように、あるいは徐々に狭くなるような貫通孔としてもよい。また、貫通孔の数については、図３Ｂには１つの貫通孔を設けたものを例示しているが、これに限らず、２以上の複数個設けてもよい。

また、キャップの開口部に設ける透光性部材は、後述のように波長変換部材を設けることもできる。この波長変換部材は、光源からの光によって励起されて光源とは異なる波長の光に変換可能な部材であり、このような波長変換部材を設けることで、所望の色調の光として出射させることが可能である。したがって、光源の波長と波長変換部材の組み合わせによって、種々の色調の光を発光可能である。
（透光性部材）
実施の形態３において、透光性部材はキャップの貫通孔（開口部）に配されるものであり、導光部材の先端部を保護するためのものである。用いる材料としては、光源や蛍光部材からの光を透過しやすいものが好ましく、具体的には、ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いるのが好ましい。これらは、保護部材として機能させるためには、ある程度の強度を有するものが好ましい。例えば図３Ｂのように、まず、円形板状に加工し、それを接合部材を用いてキャップに接合させるように形成する場合は、透光性部材の厚さを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とするのが好ましい。また、このような円形板状ではなく、レンズ形状の透光性部材とすることもできる。

透光性部材を接合させる接合部材としては、キャップや透光性部材の材料を考慮して密着性の高いものを用いるのが好ましい。さらに、光源や蛍光部材からの光を吸収しにくい部材を用いるのが好ましい。具体的には、低融点ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。

このように別工程で透光性部材を形成し、それを接合部材を用いてキャップに接合させる方法の他、透光性部材を係止できるようなキャップ形状として機械的に固定することもできる。あるいは、別工程で透光性部材を固形状に形成するのではなく、キャップを保持部材に嵌合させた後に、硬化させる前の透光性部材をポッティングして、その後硬化させるなどの方法でなどでも設けることができる。

また、この透光性部材には、後述する波長変換部材や拡散部材を混入させることができる。

（波長変換部材）
上記透光性部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。蛍光部材は、ガラスや樹脂などの透光性部材中に混入させて用いるのが好ましい。このとき、蛍光部材に加え、拡散部材なども一緒に用いることができる。このような波長変換部材は、キャップなど光部品ではなく、それ以外の部材に設けることもできる。例えば、光源の半導体発光素子の近傍に設けることもできる。ただし、導光部材に効率良く光を導入させるには、半導体発光素子としてレーザダイオードを用いるのが好ましく、その場合は、光源近傍に波長変換部材を配すると劣化し易くなるため、光部品に設けるのが好ましい。

蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。

蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕの他ＭＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、Ｍ_１．８Ｓｉ_５Ｏ_０．２Ｎ_８：Ｅｕ、Ｍ_０．９Ｓｉ_７Ｏ_０．１Ｎ_１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。

また、Ｅｕ等の希土類元素により賦活され、第ＩＩ族元素Ｍと、Ｓｉと、Ａｌと、Ｎとを含む窒化物蛍光体で、紫外線乃至青色光を吸収して黄赤色から赤色の範囲に発光する。この窒化物蛍光体は、一般式がＭ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ）}：Ｅｕで示され、さらに添加元素として希土類元素及び４価の元素、３価の元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む。ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種である。

上記一般式において、ｗ、ｘ、ｙの範囲は好ましくは０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８とする。またｗ、ｘ、ｙの範囲は０．０４≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１４３≦ｙ≦８．７としてもよく、より好ましくは０．０５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１６７≦ｙ≦８．７としても良い。

また窒化物蛍光体は、ホウ素Ｂを追加した一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕとすることもできる。上記においても、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種であり、０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８、０．０００５≦ｚ≦０．５である。ホウ素を添加する場合、そのモル濃度ｚは、上述の通り０．５以下とし、好ましくは０．３以下、さらに０．０００５よりも大きく設定される。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、０．００１以上であって、０．２以下に設定される。

またこれらの窒化物蛍光体は、さらにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１種、又はＳｃ、Ｙ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか１種、又はＧｅ、Ｚｒのいずれか１種、が含有されている。これらを含有することによりＧｄ、Ｎｄ、Ｔｍよりも同等以上の輝度、量子効率又はピーク強度を出力することができる。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ_５（ＰＯ_４）_３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ_２Ｂ_５Ｏ_９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。

アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｒ、ＣａＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体には、（Ｓｒ_{１−ａ−ｂ−ｘ}Ｂａ_ａＣａ_ｂＥｕ_ｘ）_２ＳｉＯ_４（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０．００５≦ｘ≦０．１）などがある。

アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕなどがある。

Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部もしくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。

その他の蛍光体には、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＭＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。

Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル％表示で、ＣａＣＯ_３をＣａＯに換算して２０〜５０モル％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜３０モル％、ＳｉＯを２５〜６０モル％、ＡｌＮを５〜５０モル％、希土類酸化物又は遷移金属酸化物を０．１〜２０モル％とし、５成分の合計が１００モル％となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が１５ｗｔ％以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に０．１〜１０モル％の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。

また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

＜実施の形態４＞
実施の形態４は、第１〜第３の実施形態で述べたような発光装置において、検出部材の構成が異なるものであり、具体的には、第１の反射部材によって反射されて導光部材内を伝播される反射光の一部を、光分岐部材を介して受光する受光素子を備えるものである。実施の形態１では、受光素子は光源の近傍に設けられているため、光源からの直接光の影響を受ける場合がある。そのような問題を回避するために、光源からの直接光が当たらないように遮光部材を設けることもできるが、実施の形態４においては、光分岐部材により反射光を分岐し、受光素子はその分岐された反射光のみを受光するように構成される。これにより、より確度の優れた検知が可能となる。

（検出部材：受光素子）
実施の形態４においては、検出部材（受光素子）は、第１の反射部材によって反射され導光部材を伝播される反射光の一部を、光分岐部材を介して受光するものである。具体的には、図４に示すように、パッケージ４２１の内部に半導体発光素子４２２を備える光源４２０と、光源４２０からの光を受けて集光させるレンズ４４０ａ、４４０ｂと、集光された光を導光部材に導入するためのコネクタ４５０と、コネクタ４５０に接続された導光部材４３０と、導光部材４３０の先端に光部品４１０と、を備えている。

光部品４１０は、上述の実施の形態１〜３で説明した構成のいずれでも用いることができる。そして、実施の形態４においては、光源からの光を集光させるレンズ４４０ａとコネクタ４５０との間に、光分岐部材４４１を有するものである。そして、検知部材としての受光素子４２３は、この光分岐部材４４１によって分岐された反射光を検出するものである。

（光分岐部材）
光分岐部材は、反射光を２つ以上に分割するものであれば何でもよい。このような光分岐部材を用いることで、光源とは別部材として検出部材を配することができるため、光源からの直接光の影響を排除することができる。また、光源駆動時に発生する熱などの影響を軽減し、温度による検出ばらつきなどを低減することができる。これにより、断線をより確度よく検知することが可能となる。さらに、反射光が光源に戻ることを抑制できるため、光源光のノイズも低減される。

光分岐部材の具体的な例としては、反射型ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、などを用いることができる。

尚、図４に示す位置の他、発光装置内のどの位置に光分岐部材を配置するのかは、目的や用途に応じて適宜選択することができる。

本発明に係る発光装置は、半導体発光素子からの光を伝達する導光部材の断線を、より正確に検知することができる。そのため、断線部分から光が漏れて、他の部材に悪影響を与えたり、場合によっては人体を損傷させたりするような問題を回避することができる。

図１Ａは、本発明に係る発光装置の例を示す図である。図１Ｂは、図１Ａの発光装置に用いられる光部品の斜視図である。図１Ｃは、図１Ｂの光部品の断面図である。図１Ｄは、光部品の一部を拡大した断面図である。図２Ａは、光部品の一部を拡大した断面図である。図２Ｂは、光部品の一部を拡大した断面図である。図２Ｃは、光部品の一部を拡大した断面図である。図３Ａは、本発明に係る発光装置に用いられる光部品の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの光部品の構成を示す図である。図４は、本発明に係る発光装置の例を示す図である。

符号の説明

１００、４００・・・発光装置
１１０、３１０、４１０・・・光部品
１１１、３１１・・・フランジ
１１２、２１２、３１２・・・保持部材
１１４Ａ、１１４Ｂ、２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ、３１４・・・第１の反射部材
２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃ・・・第２の反射部材
３１６・・・キャップ
３１７・・・透光性部材
３１８・・・接合部材
１２０・・・光源
１２１、４２１・・・パッケージ
１２２、４２２・・・半導体発光素子
１２３、４２３・・・受光素子
１３０、２３０、３３０、４３０・・・導光部材
１４０、４４０ａ、４４０ｂ・・・レンズ
４４１・・・光分岐部材
１５０、４５０・・・コネクタ

Claims

光源と、該光源と光学的に接続される導光部材と、該導光部材の断線を検出する検出部材を具備する発光装置であって、
前記導光部材は、出射端面に、前記光源からの光の一部を反射する第１の反射部材を有し、
前記導光部材の出射端面には、前記第１の反射部材を介して、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を有し、
前記検出部材は、前記第１の反射部材によって反射されて前記導光部材内を伝播される反射光を受光することを特徴とする発光装置。
前記導光部材は、出射端面の近傍に取り付けられる保持部材を有し、該保持部材は、前記導光部材の出射側の端面に第２の反射部材を有し、前記第２の反射部材は、光源からの光に対する反射率が、前記第１の反射部材よりも高い請求項１記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、前記保持部材の端面に延在するよう設けられる請求項２に記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、前記導光部材の端面から前記保持部材の端面まで連続するように設けられ、該第１の反射部材を覆うように前記第２の反射部材が設けられている請求項２又は請求項３に記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、前記導光部材の端面にのみ設けられている請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、前記第２の反射部材及び前記導光部材を被覆するように設けられている請求項２又は請求項３に記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、前記光源からの光に対する反射率が１％以上５０％以下である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
前記第１の反射部材は、膜厚が１０Å以上１００Å以下である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光装置。
前記検出部材は、前記第１の反射部材によって反射されて前記導光部材内を伝播される反射光を受光する受光素子である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
前記検出部材は、前記第１の反射部材によって反射され、前記導光部材内を伝播される反射光の一部を、光分岐部材を介して受光する受光素子である請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。