JP5257420B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばプロジェクター装置の光源として好適に用いることができる光源装置に関するものである。
従来、プロジェクター装置の光源としては、ショートアーク型の高圧放電ランプが用いられている。而して、近年、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの固体発光素子を光源として用いたプロジェクター装置が提案されている（特許文献１参照。）。このような固体発光素子を用いたプロジェクター装置は、高電圧電源が不要であること、光源である固体発光素子の使用寿命が長いこと、耐衝撃性が優れていることなどの点で、高圧放電ランプを用いたプロジェクター装置と比較して有利である。
然るに、上記のプロジェクター装置においては、それぞれ赤色、緑色および青色の光を発する３種類の固体発光素子を用いることが必要となるため、低コスト化を図ることが困難となり、しかも、安価で発光量の高い緑色光を放射する固体発光素子がないため、プロジェクター装置として十分な発光量が得られない、という問題がある。
然るに、上記のプロジェクター装置においては、それぞれ赤色、緑色および青色の光を発する３種類の固体発光素子を用いることが必要となるため、低コスト化を図ることが困難となり、しかも、安価で発光量の高い緑色光を放射する固体発光素子がないため、プロジェクター装置として十分な発光量が得られない、という問題がある。
このような問題を解決するため、励起光を放射する励起光源と、この励起光源からの励起光を可視光に変換する蛍光体よりなる波長変換層がガラス板上に形成されてなる波長変換部材とを備えてなる光源装置が提案されている（特許文献２参照。）
このような光源装置によれば、波長変換層を構成する蛍光体の種類を選択することにより、励起光源からの励起光を、赤色、緑色、青色の可視光に変換することができるので、３種類の固体発光素子を用いることが不要であり、また、発光量の高い緑色光を得ることができる。
このような光源装置によれば、波長変換層を構成する蛍光体の種類を選択することにより、励起光源からの励起光を、赤色、緑色、青色の可視光に変換することができるので、３種類の固体発光素子を用いることが不要であり、また、発光量の高い緑色光を得ることができる。
しかしながら、このような光源装置においては、以下のような問題がある。
波長変換部材における波長変換層は、（１）バインダーおよび蛍光体を含有してなる混合液をガラス板の表面に塗布して乾燥した後、例えば６５０〜７００℃の温度で焼結する方法、（２）金属アルコキシドおよび蛍光体を含有するゾルをガラス板の表面に塗布した後、加水分解・重縮合反応を行うことによりゲル膜を形成し、このゲル膜を焼成するゾルゲル法、（３）蛍光体をガラス板の表面に蒸着する蒸着法、（４）シリコーン樹脂等の透明樹脂中に蛍光体が含有されてなる波長変換層用の成形体を作製し、この成形体をガラス板に接着する方法、などによって形成される。
波長変換部材における波長変換層は、（１）バインダーおよび蛍光体を含有してなる混合液をガラス板の表面に塗布して乾燥した後、例えば６５０〜７００℃の温度で焼結する方法、（２）金属アルコキシドおよび蛍光体を含有するゾルをガラス板の表面に塗布した後、加水分解・重縮合反応を行うことによりゲル膜を形成し、このゲル膜を焼成するゾルゲル法、（３）蛍光体をガラス板の表面に蒸着する蒸着法、（４）シリコーン樹脂等の透明樹脂中に蛍光体が含有されてなる波長変換層用の成形体を作製し、この成形体をガラス板に接着する方法、などによって形成される。
然るに、上記（１）乃至（３）のいずれかの方法によって波長変換層を形成する場合には、得られる波長変換層はその厚みが小さいものであるため、励起光源からの励起光の一部が波長変換層を透過してしまい、その結果、高い効率で所要の波長の光を放射することが困難である。
一方、上記（４）の方法によって波長変換層を形成する場合には、厚みの大きい波長変換層を得ることは可能であるが、波長変換層を形成する透明樹脂は、励起光を受けることによってまたは励起光による熱によって、分解若しくは劣化が生じやすいものであるため、より高い発光量が必要とされるプロジェクター装置の光源装置に用いられる波長変換層としては不適である。
一方、上記（４）の方法によって波長変換層を形成する場合には、厚みの大きい波長変換層を得ることは可能であるが、波長変換層を形成する透明樹脂は、励起光を受けることによってまたは励起光による熱によって、分解若しくは劣化が生じやすいものであるため、より高い発光量が必要とされるプロジェクター装置の光源装置に用いられる波長変換層としては不適である。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、励起光を当該励起光より波長の長い長波長光に変換して放射する光源装置において、所要の波長の光を高い効率で放射することができる光源装置を提供することにある。
本発明の光源装置は、励起光を放射する励起光源と、
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する光反射部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた、前記励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする。
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する光反射部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた、前記励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする。
また、本発明の光源装置は、励起光を放射する励起光源と、
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する、当該励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた光反射部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする。
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する、当該励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた光反射部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする。
本発明の光源装置においては、前記波長変換部材の一面に入射される励起光の光軸と、当該波長変換部材の一面の法線とのなす角が、３〜１０°であることが好ましい。
また、前記波長変換層は、前記励起光を受けて放射される長波長光が緑色光のものであることが好ましい。
また、前記波長変換層は、ゾルケル法または蒸着法によって形成されてなるものであることが好ましい。
また、前記波長変換層は、前記励起光を受けて放射される長波長光が緑色光のものであることが好ましい。
また、前記波長変換層は、ゾルケル法または蒸着法によって形成されてなるものであることが好ましい。
本発明の光源装置によれば、励起光源から放射された励起光の一部が波長変換層を透過しても、当該励起光がフィルター部材または光反射部材によって反射されることにより、波長変換層に再度入射されるので、励起光源からの励起光を高い効率で長波長光に変換することができ、従って、所要の波長の光を高い効率で放射することができる。
また、励起光源からの励起光が、その光軸が波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることにより、波長変換層を透過した励起光は、フィルター部材または光反射部材によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、フィルター部材または光反射部材によって反射された励起光が再度波長変換層を透過したときに、光反射部材の励起光透過窓またはフィルター部材の励起光透過窓から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
また、励起光源からの励起光が、その光軸が波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることにより、波長変換層を透過した励起光は、フィルター部材または光反射部材によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、フィルター部材または光反射部材によって反射された励起光が再度波長変換層を透過したときに、光反射部材の励起光透過窓またはフィルター部材の励起光透過窓から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
以下、本発明の光源装置の実施の形態について説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光Ｌ１を放射する励起光源１０を有し、この励起光源１０の前方には、その一面（図において左面）に励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される板状の波長変換部材２０が設けられている。この例においては、励起光源１０は、当該励起光源１０から波長変換部材２０に入射される励起光Ｌ１の光軸の方向が当該波長変換部材２０の一面に対して垂直となるよう配置されている。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光Ｌ１を放射する励起光源１０を有し、この励起光源１０の前方には、その一面（図において左面）に励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される板状の波長変換部材２０が設けられている。この例においては、励起光源１０は、当該励起光源１０から波長変換部材２０に入射される励起光Ｌ１の光軸の方向が当該波長変換部材２０の一面に対して垂直となるよう配置されている。
この波長変換部材２０は、透光板２２上に、励起光源１０からの励起光Ｌ１を受けて当該励起光Ｌ１より波長の長い長波長光Ｌ２を放射する蛍光体よりなる波長変換層２１が形成されて構成されている。この波長変換層２１の表面には、例えばガラスよりなる保護層（図示省略）が設けられていてもよい。また、図示の例では、波長変換部材２０は、波長変換層２１が励起光源１０側とは反対側を向くよう配置されており、これにより、波長変換層２１が形成されていない透光板２２の表面が、当該波長変換部材２０における励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される一面とされている。
波長変換部材２０における励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される一面側には、励起光源１０からの励起光Ｌ１を透過する励起光透過窓３１を有する板状若しくは膜状の光反射部材３０が設けられている。一方、波長変換部材２０の他面側には、板状若しくは膜状のフィルター部材４０が設けられている。
また、図示の例では、励起光源１０と光反射部材３０との間には、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１を集束するコリメータレンズ１５が設けられている。
また、図示の例では、励起光源１０と光反射部材３０との間には、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１を集束するコリメータレンズ１５が設けられている。
励起光源１０としては、発光ダイオード、レーザーダイオードなどの固体発光素子を用いることができ、例えば青色レーザーダイオードを好適に用いることができる
波長変換部材２０における波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２は、赤色光、緑色光および青色光のいずれであってもよいが、緑色光が好ましい。
波長変換層２１を構成する蛍光体としては、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１の波長および当該波長変換層２１から放射される光の波長に応じて適宜選択することができるが、例えば青色発光ダイオードよりなる励起光源１０からの励起光Ｌ１を受けて緑色光を放射する波長変換層２１を形成する場合には、化学的・熱的安定性が高く、湿度環境や温環境が変化しても、蛍光特性の変化が小さく、劣化しにくい点で、βサイアロン緑色蛍光体などを用いることが好ましい。
波長変換層２１を構成する蛍光体としては、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１の波長および当該波長変換層２１から放射される光の波長に応じて適宜選択することができるが、例えば青色発光ダイオードよりなる励起光源１０からの励起光Ｌ１を受けて緑色光を放射する波長変換層２１を形成する場合には、化学的・熱的安定性が高く、湿度環境や温環境が変化しても、蛍光特性の変化が小さく、劣化しにくい点で、βサイアロン緑色蛍光体などを用いることが好ましい。
また、波長変換層２１の厚みは、５０〜１００μｍであることが好ましい。この厚みが過小である場合には、励起光源１０が波長変換層２１を通過するとき、吸収・波長変換される確率が低くなり、励起光Ｌ１がフィルター部材４０と光反射部材３０との間で相互反射を繰り返すため、波長変換層２１からの放射領域が拡がってしまい、光源としての輝度が低下してしまい、プロジェクター装置として十分な光量が得られなくなってしまう。一方、この厚みが過大である場合には、波長変換部材２０が励起光Ｌ１による熱履歴を受けたときに、透光板２２を構成する材料と波長変換層２１を構成する材料との熱膨張率の差による応力が生じることにより、波長変換層２１にクラックが発生し、このクラックによって波長変換層２１が吸水して発光特性が低下するおそれがある。また、図１に示すような透過型の構成である場合には、波長変換部材２０を透過する光が少なくなるため、波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２は光反射部材３０と波長変換部材２０との間で相互反射を繰り返す量が多くなり、光反射部材３０や波長変換部材２０での吸収量が多くなり、やはり光源としての輝度が低下してしまう。
波長変換層２１を形成する方法としては、バインダーおよび蛍光体を含有してなる混合液を透光板２２の表面に塗布して乾燥した後、例えば６５０〜７００℃の温度で焼結する方法が一般的であるが、蛍光体粒子が表面に露出しており凹凸な散乱面となる。また、シリコン樹脂などに分散させる方法も光学的に平坦な表面を得ることは難しい。このため、波長変換層２１を形成する方法としては、金属アルコキシドおよび蛍光体を含有するゾルを透光板２２の表面に塗布した後、加水分解・重縮合反応を行うことによりゲル膜を形成し、このゲル膜を焼成するゾルゲル法、蛍光体を透光板２２の表面に蒸着する蒸着法などが好適である。これらの方法によって形成された波長変換層２１は、光学的に平坦な表面を有し、その表面上に直接、フィルター部材４０を形成することができるので好ましい。これにより、厚みが均一な波長変換層２１が得られると共に、当該波長変換層２１上に他の光学層を形成することが可能となる。
透光板２２としては、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１および波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２の両方を透過するもの、例えば石英ガラスなどのガラスよりなるものを用いることができる。
また、透光板２２の厚みは、サイズにもよるが、例えば０．６〜１．５ｍｍである。基本的には、励起光Ｌ１および長波長光Ｌ２の相互反射による光の広がりを抑えるためには、透光板２２の厚みは、薄い方が好ましい。
また、透光板２２の厚みは、サイズにもよるが、例えば０．６〜１．５ｍｍである。基本的には、励起光Ｌ１および長波長光Ｌ２の相互反射による光の広がりを抑えるためには、透光板２２の厚みは、薄い方が好ましい。
光反射部材３０としては、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１および波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２の両方を反射するものであれば、特に限定されず、銀、アルミニウムなどの高光反射性金属よりなるものを用いることができるが、励起光源１０として青色レーザーダイオードを用い、波長変換層２１として緑色光を放射する蛍光体を用いる場合には、図２に示すように、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された、例えば４２０〜４７０ｎｍの波長域の青色光を反射する誘電体多層膜３０ａと、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された、例えば４９０〜５６０ｎｍの波長域の緑色光を反射する誘電体多層膜３０ｂとの積層体よりなるものを用いることができる。
このような光反射部材３０は、例えば蒸着法によって形成することができる。
また、光反射部材３０は、波長変換部材２０に一体的に設けられていても、波長変換部材２０とは別体に設けられていてもよい。
このような光反射部材３０は、例えば蒸着法によって形成することができる。
また、光反射部材３０は、波長変換部材２０に一体的に設けられていても、波長変換部材２０とは別体に設けられていてもよい。
光反射部材３０の励起光透過窓３１は、励起光Ｌ１を透過するものであれば特に限定されず、例えば開口によって形成されていても、励起光Ｌ１を透過する材料によって形成されていてもよいが、波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を反射するものであることが好ましい。具体的な例を挙げると、例えば光反射部材３０を、前述の青色光を反射する誘電体多層膜３０ａと緑色光を反射する誘電体多層膜３０ｂとの積層体により構成する場合には、図２に示すように、青色光を反射する誘電体多層膜３０ａに励起光透過窓用の開口Ｋを形成すると共に、緑色光を反射する誘電体多層膜３０ｂとして青色光を透過するものを用いればよい。このような構成によれば波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２が、励起光透過窓３１における誘電体多層膜３０ｂによって反射されるため、当該長波長光Ｌ２が励起光透過窓３１から漏れることが防止され、従って、波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２について一層高い発光効率が得られる。
フィルター部材４０は、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１を反射しかつ波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を透過するものである。
このフィルター部材４０としては、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
このようなフィルター部材４０は、例えば蒸着法によって形成することができる。 また、フィルター部材４０は、波長変換部材２０に一体的に設けられていても、波長変換部材２０とは別体に設けられていてもよい。
このフィルター部材４０としては、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
このようなフィルター部材４０は、例えば蒸着法によって形成することができる。 また、フィルター部材４０は、波長変換部材２０に一体的に設けられていても、波長変換部材２０とは別体に設けられていてもよい。
上記の光源装置においては、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１は、コリメータレンズ１５に集束された後、図３（ａ）に示すように、光反射部材３０の励起光透過窓３１を介して、波長変換部材２０の一面（図示の例では透光板２２の一面）に入射される。 そして、励起光Ｌ１が波長変換部材２０における波長変換層２１に入射されることにより、当該波長変換層２１から励起光Ｌ１より波長が長い長波長光Ｌ２が放射される。この長波長光Ｌ２のうち、フィルター部材４０に向かって進む光は、当該フィルター部材４０を介して外部に放射され、光反射部材３０に向かって進む光は、当該光反射部材３０によって反射された後、波長変換部材２０およびフィルター部材４０を介して外部に放射される。
一方、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、図３（ｂ）に示すように、フィルター部材４０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射され、更に、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、光反射部材３０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射される。
一方、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、図３（ｂ）に示すように、フィルター部材４０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射され、更に、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、光反射部材３０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射される。
このような光源装置によれば、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１の一部が波長変換層２１を透過しても、当該励起光Ｌ１がフィルター部材４０または光反射部材３０によって反射されることにより、波長変換層２１に再度入射されるので、励起光Ｌ１を高い効率で長波長光Ｌ２に変換することができ、従って、所要の波長の光を高い効率で放射することができる。
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光Ｌ１を放射する励起光源１０を有し、この励起光源１０の前方には、その一面（図において左面）に励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される板状の波長変換部材２０が設けられている。励起光源１０は、当該励起光源１０から波長変換部材２０に入射される励起光Ｌ１の光軸の方向が当該波長変換部材２０の一面に対して垂直となるよう配置されている。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置は、励起光Ｌ１を放射する励起光源１０を有し、この励起光源１０の前方には、その一面（図において左面）に励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される板状の波長変換部材２０が設けられている。励起光源１０は、当該励起光源１０から波長変換部材２０に入射される励起光Ｌ１の光軸の方向が当該波長変換部材２０の一面に対して垂直となるよう配置されている。
この波長変換部材２０は、透光板２２上に、励起光源１０からの励起光Ｌ１を受けて当該励起光Ｌ１より波長の長い長波長光Ｌ２を放射する蛍光体よりなる波長変換層２１が形成されて構成されている。この波長変換層２１の表面には、例えばガラスよりなる保護層（図示省略）が設けられていてもよい。また、図示の例では、波長変換部材２０は、波長変換層２１が、励起光源１０側とは反対側を向くよう配置されており、これにより、波長変換層２１が形成されていない透光板２２の表面が、当該波長変換部材２０における励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される一面とされている。
波長変換部材２０における励起光源１０からの励起光Ｌ１が入射される一面側には、励起光源１０からの励起光Ｌ１を透過する励起光透過窓４１を有する、励起光源１０から放射される励起光Ｌ１を反射しかつ波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を透過する板状若しくは膜状のフィルター部材４０が設けられている。一方、波長変換部材２０の他面側には、板状若しくは膜状の光反射部材３０が設けられている。
また、図示の例では、励起光源１０とフィルター部材４０との間には、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１を集束するコリメータレンズ１５が設けられ、更に、このコリメータレンズ１５とフィルター部材４０との間には、励起光源１０からの励起光Ｌ１を透過しかつ波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を反射する板状の波長選択性ミラー４５が、波長変換部材２０に対して例えば４５度に傾斜した状態で配置されている。
また、図示の例では、励起光源１０とフィルター部材４０との間には、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１を集束するコリメータレンズ１５が設けられ、更に、このコリメータレンズ１５とフィルター部材４０との間には、励起光源１０からの励起光Ｌ１を透過しかつ波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を反射する板状の波長選択性ミラー４５が、波長変換部材２０に対して例えば４５度に傾斜した状態で配置されている。
励起光源１０および波長変換部材２０としては、第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成のものを用いることができる。また、光反射部材３０およびフィルター部材４０を構成する材料としては、第１の実施の形態に係る光源装置と同様のものを用いることができる。
フィルター部材４０の励起光透過窓４１は、励起光Ｌ１を透過するものであれば特に限定されないが、波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を透過するものを用いることが好ましく、具体的には、例えば開口によって、または、励起光Ｌ１および長波長光Ｌ２の両方を透過する材料によって形成することができる。
波長選択性ミラー４５は、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
フィルター部材４０の励起光透過窓４１は、励起光Ｌ１を透過するものであれば特に限定されないが、波長変換層２１から放射される長波長光Ｌ２を透過するものを用いることが好ましく、具体的には、例えば開口によって、または、励起光Ｌ１および長波長光Ｌ２の両方を透過する材料によって形成することができる。
波長選択性ミラー４５は、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された誘電体多層膜よりなるものを用いることができる。
上記の光源装置においては、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１は、コリメータレンズ１５に集束され、更に波長選択性ミラー４５を透過した後、図５（ａ）に示すように、フィルター部材４０の励起光透過窓４１を介して、波長変換部材２０の一面（図示の例では透光板２２の一面）に入射される。
そして、励起光Ｌ１が波長変換部材２０における波長変換層２１に入射されることにより、当該波長変換層２１から励起光Ｌ１より波長が長い長波長光Ｌ２が放射される。この長波長光Ｌ２のうち、フィルター部材４０に向かって進む光は、当該フィルター部材４０を透過し、更に、波長選択性ミラー４５によって反射されることによって外部に放射され、光反射部材３０に向かって進む光は、当該光反射部材３０によって反射された後、波長変換部材２０およびフィルター部材４０を透過し、更に、波長選択性ミラー４５によって反射されることによって外部に放射される。
一方、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、図５（ｂ）に示すように、光反射部材３０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射され、更に、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、フィルター部材４０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射される。
そして、励起光Ｌ１が波長変換部材２０における波長変換層２１に入射されることにより、当該波長変換層２１から励起光Ｌ１より波長が長い長波長光Ｌ２が放射される。この長波長光Ｌ２のうち、フィルター部材４０に向かって進む光は、当該フィルター部材４０を透過し、更に、波長選択性ミラー４５によって反射されることによって外部に放射され、光反射部材３０に向かって進む光は、当該光反射部材３０によって反射された後、波長変換部材２０およびフィルター部材４０を透過し、更に、波長選択性ミラー４５によって反射されることによって外部に放射される。
一方、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、図５（ｂ）に示すように、光反射部材３０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射され、更に、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、フィルター部材４０によって反射された後、波長変換層２１に入射され、これにより、当該波長変換層２１から長波長光が放射される。
このような光源装置によれば、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１の一部が波長変換層２１を透過しても、当該励起光Ｌ１が光反射部材３０またはフィルター部材４０によって反射されることにより、波長変換層２１に再度入射されるので、励起光源１０からの励起光Ｌ１を高い効率で長波長光Ｌ２に変換することができ、従って、所要の波長の光を高い効率で放射することができる。
〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置においては、励起光源１０からの励起光Ｌ１の光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材２０の一面に入射されるよう、励起光源１０が配置されており、それ以外については、第３の実施の形態に係る光源装置は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成である。
このような構成の光源装置においては、波長変換部材２０の一面に入射される励起光Ｌ１の光軸と、波長変換部材２０の一面の法線とのなす角は、３〜１０°であることが好ましい。
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光源装置の構成を示す説明図である。この光源装置においては、励起光源１０からの励起光Ｌ１の光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材２０の一面に入射されるよう、励起光源１０が配置されており、それ以外については、第３の実施の形態に係る光源装置は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成である。
このような構成の光源装置においては、波長変換部材２０の一面に入射される励起光Ｌ１の光軸と、波長変換部材２０の一面の法線とのなす角は、３〜１０°であることが好ましい。
このような光源装置によれば、第１の実施の形態に係る光源装置と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。
すなわち、光反射部材３０の励起光透過窓３１を通過した励起光Ｌ１が、その光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材２０の一面に入射されることにより、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、フィルター部材４０によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、フィルター部材４０によって反射された励起光Ｌ１が再度波長変換層２１を透過したときに、光反射部材３０の励起光透過窓３１から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
すなわち、光反射部材３０の励起光透過窓３１を通過した励起光Ｌ１が、その光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材２０の一面に入射されることにより、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、フィルター部材４０によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、フィルター部材４０によって反射された励起光Ｌ１が再度波長変換層２１を透過したときに、光反射部材３０の励起光透過窓３１から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
〔その他の実施の形態〕
以上、本発明の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る光学装置について説明したが、本発明においては、これらの実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、波長変換部材２０は、図７および図８に示すように、波長変換部材２０は、波長変換層２１が励起光源１０側を向くよう配置され、これにより、当該波長変換層２１の表面が励起光源からの励起光Ｌ１が入射される一面とされていてもよい。
以上、本発明の第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る光学装置について説明したが、本発明においては、これらの実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、波長変換部材２０は、図７および図８に示すように、波長変換部材２０は、波長変換層２１が励起光源１０側を向くよう配置され、これにより、当該波長変換層２１の表面が励起光源からの励起光Ｌ１が入射される一面とされていてもよい。
また、第２の実施の形態において、励起光源１０は、当該励起光源１０からの励起光Ｌ１の光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向に対して傾斜した方向から当該波長変換部材２０の一面に入射されるよう配置されていてもよい。
このような構成によれば、第３の実施の形態に係る光源装置と同様の効果、すなわち、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、光反射部材３０によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、光反射部材３０によって反射された励起光Ｌ１が再度波長変換層２１を透過したときに、フィルター部材４０の励起光透過窓４１から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
このような構成によれば、第３の実施の形態に係る光源装置と同様の効果、すなわち、波長変換層２１を透過した励起光Ｌ１は、光反射部材３０によって反射されたときにはその反射角が０°より大きいものとなるため、光反射部材３０によって反射された励起光Ｌ１が再度波長変換層２１を透過したときに、フィルター部材４０の励起光透過窓４１から漏れることが防止または抑制されるので、一層高い発光効率が得られる。
また、図９に示すように、本発明の光源装置においては、複数の励起光源１０が設けられていてもよく、また、励起光源１０が、当該励起光源１０から放射される励起光源Ｌ１の光軸が波長変換部材２０の一面の法線方向と例えば９０°に交差するよう配置されると共に、励起光源１０から波長変換層２０までの励起光Ｌ１の光路上に、励起光源１０から放射された励起光Ｌ１を波長変換部材２０に向かって反射する光反射板１６および当該光反射板１６によって反射された励起光Ｌ１を集束する集束レンズ１７が設けられていてもよい。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〈実施例１〉
図１０に示す構成に従い、下記の条件により光源装置を作製した。
励起光源（１０）：
励起光源（１０）として、１Ｗ級青色レーザーダイオード（ピーク波長が４４５ｎｍのもの）を合計で１２個配置した。
波長変換部材（２０）：
蛍光体としてメディアン径Ｄ50が１８μｍのβサイアロン粒子が分散されてなるゾルを用い、ゾルゲル法によって、厚みが０．８ｍｍの石英ガラスよりなる透光板（２２）上に厚みが５５μｍの波長変換層（２１）を形成した後、当該波長変換層（２１）の表面に対して鏡面研磨を行うことにより、波長変換部材（２０）を作製した。
光反射部材（３０）：
波長変換部材（２０）における波長変換層（２１）が形成されていない一面に、銀を蒸着することにより、直径が１ｍｍの円形の開口よりなる励起光透過窓（３１）を有する厚みが１μｍの光反射部材（３０）を形成した。
フィルター部材（４０）：
波長変換部材（２０）における波長変換層（２１）の表面に、蒸着法によって、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された数十層の誘電体多層膜よりなる厚みが２μｍのフィルター部材（４０）を形成した。このフィルター部材（４０）は、当該フィルター部材（４０）によって反射される光の波長領域が４２０〜４８０ｎｍのものである。
図１０に示す構成に従い、下記の条件により光源装置を作製した。
励起光源（１０）：
励起光源（１０）として、１Ｗ級青色レーザーダイオード（ピーク波長が４４５ｎｍのもの）を合計で１２個配置した。
波長変換部材（２０）：
蛍光体としてメディアン径Ｄ50が１８μｍのβサイアロン粒子が分散されてなるゾルを用い、ゾルゲル法によって、厚みが０．８ｍｍの石英ガラスよりなる透光板（２２）上に厚みが５５μｍの波長変換層（２１）を形成した後、当該波長変換層（２１）の表面に対して鏡面研磨を行うことにより、波長変換部材（２０）を作製した。
光反射部材（３０）：
波長変換部材（２０）における波長変換層（２１）が形成されていない一面に、銀を蒸着することにより、直径が１ｍｍの円形の開口よりなる励起光透過窓（３１）を有する厚みが１μｍの光反射部材（３０）を形成した。
フィルター部材（４０）：
波長変換部材（２０）における波長変換層（２１）の表面に、蒸着法によって、ＴｉＯ2 およびＳｉＯ2 により構成された数十層の誘電体多層膜よりなる厚みが２μｍのフィルター部材（４０）を形成した。このフィルター部材（４０）は、当該フィルター部材（４０）によって反射される光の波長領域が４２０〜４８０ｎｍのものである。
〈実施例２〉
波長変換層（２１）の厚みを９５μｍとしたこと以外は実施例１に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
波長変換層（２１）の厚みを９５μｍとしたこと以外は実施例１に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
〈比較例１〉
フィルター部材（４０）を形成しなかったこと以外は実施例１に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
フィルター部材（４０）を形成しなかったこと以外は実施例１に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
〈比較例２〉
フィルター部材（４０）を形成しなかったこと以外は実施例２に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
フィルター部材（４０）を形成しなかったこと以外は実施例２に係る光源装置と同様の構成の光源装置を作製した。
［光源装置の照度測定］
実施例１〜２および比較例１〜２に係る光源装置の各々について、図１０に示すように、光源装置の正面に照度計（Ｐ）を配置して、当該光源装置から出射される光の照度を測定した。ここで、波長変換部材（２０）から照度計までの距離は３０ｃｍである。以上の結果を、比較例１に係る光源装置による照度を１００としたときの相対照度として下記表１に示す。
実施例１〜２および比較例１〜２に係る光源装置の各々について、図１０に示すように、光源装置の正面に照度計（Ｐ）を配置して、当該光源装置から出射される光の照度を測定した。ここで、波長変換部材（２０）から照度計までの距離は３０ｃｍである。以上の結果を、比較例１に係る光源装置による照度を１００としたときの相対照度として下記表１に示す。
表１の結果から明らかなように、実施例１および実施例２に係る光源装置によれば、比較例１および比較例２に係る光源装置に比べて、励起光を高い効率で長波長光に変換することができ、所要の波長の光を高い効率で放射することができることが確認された。
１０ 励起光源
１５ コリメータレンズ
１６ 光反射板
１７ 集束レンズ
２０ 波長変換部材
２１ 波長変換層
２２ 透光板
３０ 光反射部材
３０ａ，３０ｂ 誘電体多層膜
３１ 励起光透過窓
４０ フィルター部材
４１ 励起光透過窓
４５ 波長選択性ミラー
Ｋ 開口
Ｌ１ 励起光
Ｌ２ 長波長光
Ｐ 照度計
１５ コリメータレンズ
１６ 光反射板
１７ 集束レンズ
２０ 波長変換部材
２１ 波長変換層
２２ 透光板
３０ 光反射部材
３０ａ，３０ｂ 誘電体多層膜
３１ 励起光透過窓
４０ フィルター部材
４１ 励起光透過窓
４５ 波長選択性ミラー
Ｋ 開口
Ｌ１ 励起光
Ｌ２ 長波長光
Ｐ 照度計
Claims (5)
- 励起光を放射する励起光源と、
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する光反射部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた、前記励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする光源装置。 - 励起光を放射する励起光源と、
この励起光源からの励起光を受けて当該励起光より長い波長の長波長光を放射する波長変換層が透光板上に形成されてなり、その一面に前記励起光源からの励起光が入射される波長変換部材と、
この波長変換部材における前記励起光が入射される一面側に設けられた、当該励起光を透過する励起光透過窓を有する、当該励起光を反射しかつ前記長波長光を透過するフィルター部材と、
前記波長変換部材の他面側に設けられた光反射部材と
を備えてなり、
前記励起光源からの励起光は、その光軸が前記波長変換部材の一面の法線方向に対して傾斜した状態で当該波長変換部材の一面に入射されることを特徴とする光源装置。 - 前記波長変換部材の一面に入射される励起光の光軸と、当該波長変換部材の一面の法線とのなす角が、３〜１０°であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
- 前記波長変換層は、前記励起光を受けて放射される長波長光が緑色光のものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光源装置。
- 前記波長変換層は、ゾルゲル法または蒸着法によって形成されてなるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光源装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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