JP5608500B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
また本発明は目的を達成するために、励起光を出射する励起光光源と、前記励起光光源から出射された前記励起光が入射するファイバ入射端面と、前記励起光が出射するファイバ出射端面とを有し、前記ファイバ入射端面から前記ファイバ出射端面に前記励起光を導光する光ファイバと、前記ファイバ出射端面から出射した前記励起光を、所望な波長を有する波長変換光に変換する波長変換ユニットと、を具備し、前記波長変換ユニットは、前記光ファイバの光軸上に配設され、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光が全体に照射され、前記励起光に対して散乱を行う光学素子と、前記光学素子によって散乱が行われた前記励起光の光路上に配設され、散乱が行われた際に、前記励起光が全体に照射され、照射された前記励起光を前記波長変換光に変換する波長変換部材と、前記波長変換部材によって変換された前記波長変換光を前記波長変換ユニットの外部に向かって出射する出射開口部と、前記波長変換部材は、前記波長変換部材が前記励起光を照射された際に前記励起光が入射する入射端面と、前記波長変換光を出射し、前記入射端面と同一面である出射端面とを有し、前記波長変換部材は、前記光学素子と所望な距離離れ、前記光学素子は前記励起光を散乱する散乱面を有する散乱型の光学素子であり、前記散乱面は前記ファイバ出射端面に対向していることを特徴とする光源装置を提供する。
また本発明は目的を達成するために、励起光を出射する励起光光源と、前記励起光光源から出射された前記励起光が入射するファイバ入射端面と、前記励起光が出射するファイバ出射端面とを有し、前記ファイバ入射端面から前記ファイバ出射端面に前記励起光を導光する光ファイバと、前記ファイバ出射端面から出射した前記励起光を、所望な波長を有する波長変換光に変換する波長変換ユニットと、を具備し、前記波長変換ユニットは、前記光ファイバの光軸上に配設され、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光が全体に照射され、前記励起光に対して回折を行う光学素子と、前記光学素子によって回折が行われた前記励起光の光路上に配設され、回折が行われた際に、前記励起光が全体に照射され、照射された前記励起光を前記波長変換光に変換する波長変換部材と、前記波長変換部材によって変換された前記波長変換光を前記波長変換ユニットの外部に向かって出射する出射開口部と、を有し、前記波長変換部材は、前記波長変換部材が前記励起光を照射された際に前記励起光が入射する入射端面と、前記波長変換光を出射し、前記入射端面と同一面である出射端面とを有し、前記波長変換部材は、前記光学素子と所望な距離離れ、前記光学素子は前記励起光を回折する回折面を有する回折型の光学素子であり、前記回折面は前記ファイバ出射端面に対向していることを特徴とする光源装置を提供する。
図1乃至図3を参照して第1の実施形態について説明する。なお以下において、光ファイバ20の光軸20cは、光ファイバ20の中心軸である。また図3において、図示の簡略化のために、透明保持板47の図示を省略している。
光学素子41は、光ファイバ20の光軸20c上に配設され、出射端面20bから出射された励起光が全体に照射され、励起光に対して反射と散乱と回折とのいずれかを行う。波長変換部材43は、光学素子41によって反射と散乱と回折とのいずれかが行われた励起光の光路上に配設され、反射と散乱と回折とのいずれかが行われた際に、励起光が全体に照射され、励起光を波長変換光に変換する。出射開口部45は、波長変換部材43によって変換された波長変換光を波長変換ユニット40の外部に向かって出射する。
粉末蛍光体は、例えばCe賦活のシリケート系蛍光体である。Ce賦活のシリケート系蛍光体は、略400nm周辺の励起光を吸収し、この励起光を、略570nmにピークを有する蛍光に変換する。
樹脂は、励起光と蛍光とを透過する性質を有していればよい。なお例えば耐光性の高いシリコーン樹脂が用いられると、光が照射されることによる樹脂の劣化等が軽減される。
Rr=D1×tan(φ) ・・・ 式(1)
なお角度(φ)は、出射端面20bから出射された励起光の広がり角度であり、以下に示す式(2)によって算出できる。
φ=arcsin(NA/n) ・・・ 式(2)
本実施形態では、式(1),(2)によって、光学素子41の外径は、励起光のビームスポット(励起光照射領域)の外径と略等しくなるように形成されている。この励起光のビームスポットは、光ファイバ20の出射端面20bから出射された励起光が光ファイバ20の開口数NAに応じた広がり角度で広がりながら光学素子41に向かって進行した際に、光学素子41の反射面41b上に形成される。
図1に示すように、励起光光源10が点灯すると、励起光が出射される。励起光光源10から出射された励起光は、レンズ11により光ファイバ20の入射端面20aに集光され、入射端面20aから光ファイバ20に入射し、光ファイバ20によって光ファイバ20の出射端面20bにまで導光される。
本変形例の光ファイバ20の先端部20d(出射端面20b側の端部)は孔49eを挿通し、出射端面20bは保持部材49(貫通孔49a)の内部に配設されている。そのため、本変形例の距離D1は、第1の実施形態よりも短い。また距離D1は、光学素子41が配設される出射開口部45上において、波長変換部材43から光学素子41までの距離D2よりも短い。本変形例の距離D1が第1の実施形態の距離D1よりも短くなるため、式(1)によって、本変形例の半径Rrは第1の実施形態の半径Rrよりも短くなる。つまり本変形例の光学素子41は第1の実施形態の光学素子41よりも小さくなり、本変形例の透過領域51は第1の実施形態の透過領域51よりも大きくなる。
本実施形態の保持部材49と波長変換部材43とは、光ファイバ20の光軸20cに対して直交する方向に配設されている例えば円形形状の平板、つまり円板である。保持部材49と波長変換部材43とは、同じ大きさを有している。保持部材49と波長変換部材43とは、励起光が通過する開口部49j,43dを有している。この開口部49j,43dは、光ファイバ20の光軸20c上に配設されており、出射端面20bと同じ大きさ、または出射端面20bよりも大きい。保持部材49の一方の端面49kには、出射端面20bが開口部49jに配設されるように、フェルール21が配設されている。また保持部材49の他方の端面49lは、励起光の進行方向において端面49kよりも前方側の端面である。この端面49lの開口部49jを除いた領域には、波長変換部材43が配設されている。つまり開口部49jと開口部43dとが隙間を設けることなく連通するように、端面49lには波長変換部材43が配設されている。
Rw=(D1+D3)×tan(φ) ・・・ 式(4)
なお角度(φ)は、出射端面20bから出射された励起光の広がり角度であり以下に示す式(5)によって算出できる。
φ=arcsin(NA/nt) ・・・ 式(5)
本実施形態では、式(3),(5)によって、光学素子41の外径は、励起光のビームスポット(励起光照射領域)の外径と略等しくなるように形成されている。この励起光のビームスポットは、光ファイバ20の出射端面20bから出射された励起光が光ファイバ20の開口数NAと透過部材55の屈折率ntとに応じた広がり角度で広がりながら光学素子41に向けて進行した際に、光学素子41の反射面41b上に形成される。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
本実施形態の反射型の光学素子41は円錐形状を有しており、反射面41bは円錐の円錐面に形成されている。円錐の頂点41dは、貫通孔49aの内部に配設されている。頂点41dと光学素子41の底面41eの中心41f、つまり光学素子41の中心軸41aは、光ファイバ20の光軸20c上に配設されている。光学素子41の底面41eは、波長変換ユニット40の出射開口部45に配設され、光ファイバ20の光軸20cに対して直交している。
また反射面41bの傾斜角度は、光ファイバ20の出射端面20bから出射された励起光を反射面41bが正反射した際に、励起光を波長変換ユニット40の出射開口部45から波長変換ユニット40の外部に出射しないような角度となっている。
つまり、底面41eと反射面41bの当接点を当接点41gとすると、角度φは、出射端面20bと当接点41gとを結ぶ直線と、光軸20cとの間の角度である。
φ=arcsin(NA/nt) ・・・ 式(6)
α≧π/4+φ/2 ・・・ 式(7)
このように角度φで出射された励起光が光学素子41の反射面41bによって反射され波長変換部材43を照射する際に光学素子41の反射面41bによって反射される励起光の進行方向において、角度φで出射された励起光の進行方向(出射端面20bと当接点41gとを結ぶ直線)と反射面41bによって反射された励起光の進行方向との間に形成される角度をβとすると、角度βは、π/2より大きい。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
しかしながら本実施形態では、光学素子41は円錐形状であり、円錐の頂点41dを光ファイバ20の光軸20c上に配設している。これにより本実施形態では、頂点41dに向かって励起光を出射することで、励起光を波長変換ユニット40の出射開口部45近傍の波長変換部材43に反射できる。よって本実施形態では、第1の実施形態と比較して光ファイバ20出射端面20bに向かって戻る励起光の戻り光量を少なくでき、励起光から波長変換光を取り出す取り出し効率を向上させることができる。
本実施形態では、第1の実施形態の反射型の光学素子41の代わりに、所望な波長を反射し、これとは異なる所望な波長を透過する波長選択性反射膜(以下、反射膜59)が配設されている。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
本実施形態では、第1の実施形態の反射型の光学素子41の代わりに、散乱型の光学素子41が配設されている。光学素子41は、励起光と波長変換光とを散乱する散乱面41pを有している。散乱面41pは、出射端面20b側の光学素子41の全面を示す。散乱面41pは、出射端面20bに対向している。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
そのため本実施形態では、励起光の強度分布は、開口部50cの近傍にて強く、周辺(例えば出射開口部45の縁)に向けて徐々に弱くなる。しかし、このような場合であっても、散乱された励起光は、結果的に、凹部50の内周面50fに配設された波長変換部材43の略全面を照射する。
本変形例の散乱型の光学素子41は、取付部材61を介して透明保持板47の端面47aに間接的に配設されている。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
また、本変形例では、光学素子41は波長変換ユニット40の内部(凹部50の内部)に配設されており、直線41sの延長線は波長変換ユニット40の出射開口部45の縁45aに当接する。
そのため散乱面41pで散乱された励起光は、波長変換ユニット40の外部に直接漏出しない。そして励起光は、凹部50の内周面50f全体に広がるように進行し、波長変換部材43の略全面を照射する。
第1の実施形態の反射型の光学素子41の代わりに、回折型の光学素子41が配設されている。光学素子41は、励起光と波長変換光とを散乱する回折面41uを有している。回折面41uは、出射端面20b側の光学素子41の全面を示す。回折面41uは、出射端面20bに対向している。
励起光が励起光光源10から出射され波長変換ユニット40に入射するまでの動作については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは省略する。
Claims (29)
- 励起光を出射する励起光光源と、
前記励起光光源から出射された前記励起光が入射するファイバ入射端面と、前記励起光が出射するファイバ出射端面とを有し、前記ファイバ入射端面から前記ファイバ出射端面に前記励起光を導光する光ファイバと、
前記ファイバ出射端面から出射した前記励起光を、所望な波長を有する波長変換光に変換する波長変換ユニットと、
を具備し、
前記波長変換ユニットは、
前記光ファイバの光軸上に配設され、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光が全体に照射され、前記励起光に対して反射を行う光学素子と、
前記光学素子によって反射が行われた前記励起光の光路上に配設され、反射が行われた際に、前記励起光が全体に照射され、照射された前記励起光を前記波長変換光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材によって変換された前記波長変換光を前記波長変換ユニットの外部に向かって出射する出射開口部と、
を有し、
前記波長変換部材は、前記波長変換部材が前記励起光を照射された際に前記励起光が入射する入射端面と、前記波長変換光を出射し、前記入射端面と同一面である出射端面とを有し、
前記波長変換部材は、前記光学素子と所望な距離離れ、
前記光学素子は前記励起光を反射する反射面を有する反射型の光学素子であり、前記反射面は前記ファイバ出射端面に対向していることを特徴とする光源装置。 - 前記光学素子は、前記出射開口部と同一面に配設され、
前記出射開口部は、前記波長変換光が前記波長変換ユニットの外部に向かって出射するために透過する透過領域を、前記出射開口部から前記光学素子が配設されている領域を除いた領域に有していることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記光学素子は円形形状を有し、前記光学素子の中心は前記光ファイバの光軸上に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記波長変換ユニットは、
前記励起光が通過し、前記ファイバ出射端面が配設される開口部を前記光ファイバの光軸上に有し、前記励起光の進行方向前方側における保持部材の端面の前記開口部を除いた領域にて前記波長変換部材を保持し、前記光ファイバの光軸に対して直交する方向に配設される平板状の保持部材と、
前記反射面の中心が前記光ファイバの光軸上に配設されるように、前記反射面が当接し、前記波長変換部材に配設され、前記励起光と前記波長変換光とが透過する透過部材と、
をさらに有し、
前記出射開口部は、前記透過領域を、前記光学素子を除く前記透過部材の表面に有していることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。 - 前記反射面は、前記ファイバ出射端面に向かって突起し、前記光ファイバの光軸を回転軸として回転対称に配設され、前記光ファイバの光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。
- 前記ファイバ出射端面から前記反射面に向かって出射された前記励起光の出射方向と前記光ファイバの光軸との間の最大角を角度φとし、傾斜している前記反射面と前記光ファイバの光軸との間の傾斜角度αとし、角度φで出射された前記励起光が前記反射面によって反射され前記波長変換部材を照射する際に前記反射面によって反射される前記励起光の進行方向において、前記ファイバ出射端面から前記反射面に向かって出射された前記励起光の出射方向と前記反射面によって反射される前記励起光の進行方向との間に形成される角度βは、π/2より大きいことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記光学素子は円錐形状を有し、前記反射面は円錐の円錐面に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
- 前記光学素子は球面の一部を切断した形状を有し、前記反射面は球面の曲面に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。
- 前記光学素子は、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光を反射し、前記波長変換部材によって波長変換された前記波長変換光を透過し、前記波長変換ユニットの出射開口部に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記光学素子は、前記出射開口部の全面に配設され、前記波長変換光が前記波長変換ユニットの外部に向かって出射するために透過する透過領域を有することを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記波長変換ユニットは、
貫通孔の中心軸が前記光ファイバの光軸上に配設されている貫通孔を有し、前記貫通孔の内周面全面にて前記波長変換部材を保持する保持部材をさらに有し、
前記貫通孔は、第1の貫通面の中心が前記光ファイバの光軸上に配設され、前記励起光が前記波長変換ユニットの内部に入射する前記波長変換ユニットの入射開口部となる前記貫通孔の第1の貫通面と、第2の貫通面の中心が前記光ファイバの光軸上に配設され前記出射開口部となる貫通孔の第2の貫通面とを有し、
前記ファイバ出射端面は、前記光学素子に対向するように前記貫通孔の内部または前記第1の貫通面に配設されることを特徴とする請求項3,5,10のいずれか1つに記載の光源装置。 - 前記貫通孔は、前記第1の貫通面から前記第2の貫通面に向かって拡径する円錐台形形状を有していることを特徴とする請求項11に記載の光源装置。
- 前記貫通孔は、球の一部の形状を有していることを特徴とする請求項11に記載の光源装置。
- 励起光を出射する励起光光源と、
前記励起光光源から出射された前記励起光が入射するファイバ入射端面と、前記励起光が出射するファイバ出射端面とを有し、前記ファイバ入射端面から前記ファイバ出射端面に前記励起光を導光する光ファイバと、
前記ファイバ出射端面から出射した前記励起光を、所望な波長を有する波長変換光に変換する波長変換ユニットと、
を具備し、
前記波長変換ユニットは、
前記光ファイバの光軸上に配設され、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光が全体に照射され、前記励起光に対して散乱を行う光学素子と、
前記光学素子によって散乱が行われた前記励起光の光路上に配設され、散乱が行われた際に、前記励起光が全体に照射され、照射された前記励起光を前記波長変換光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材によって変換された前記波長変換光を前記波長変換ユニットの外部に向かって出射する出射開口部と、
前記波長変換部材は、前記波長変換部材が前記励起光を照射された際に前記励起光が入射する入射端面と、前記波長変換光を出射し、前記入射端面と同一面である出射端面とを有し、
前記波長変換部材は、前記光学素子と所望な距離離れ、
前記光学素子は前記励起光を散乱する散乱面を有する散乱型の光学素子であり、前記散乱面は前記ファイバ出射端面に対向していることを特徴とする光源装置。 - 前記光学素子は、前記出射開口部と同一面に配設され、
前記出射開口部は、前記波長変換光が前記波長変換ユニットの外部に向かって出射するために透過する透過領域を、前記出射開口部から前記光学素子が配設されている領域を除いた領域に有していることを特徴とする請求項14に記載の光源装置。 - 前記光学素子は円形形状を有し、前記光学素子の中心は前記光ファイバの光軸上に配設されていることを特徴とする請求項15に記載の光源装置。
- 前記光学素子は、前記出射開口部よりも前記ファイバ出射端面側の前記波長変換ユニットの内部に配設され、
前記出射開口部は、前記波長変換光が前記波長変換ユニットの外部に向かって出射するために透過する透過領域を有していることを特徴とする請求項14に記載の光源装置。 - 前記散乱面は、前記ファイバ出射端面に向かって突起し、前記光ファイバの光軸を回転軸として回転対称に配設され、前記光ファイバの光軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項17に記載の光源装置。
- 前記波長変換ユニットは、
保持部材の中心軸が前記光ファイバの光軸上に配設され、凹形状を有し、凹部の内周面全面にて前記波長変換部材を保持する保持部材をさらに有し、
前記凹部の開口部側は、前記出射開口部であり、
前記凹部の底面は、前記ファイバ出射端面側に配設され、前記ファイバ出射端面を出射した前記励起光が通過する凹部開口部を有し、
前記ファイバ出射端面は、前記光学素子に対向するように前記凹部の内部または前記凹部開口部の近傍に配設されていることを特徴とする請求項17に記載の光源装置。 - 前記凹部は、前記底面から前記開口部に向かって拡径する円錐台形形状を有していることを特徴とする請求項19に記載の光源装置。
- 前記凹部は、球の一部を有する形状を有していることを特徴とする請求項19に記載の光源装置。
- 励起光を出射する励起光光源と、
前記励起光光源から出射された前記励起光が入射するファイバ入射端面と、前記励起光が出射するファイバ出射端面とを有し、前記ファイバ入射端面から前記ファイバ出射端面に前記励起光を導光する光ファイバと、
前記ファイバ出射端面から出射した前記励起光を、所望な波長を有する波長変換光に変換する波長変換ユニットと、
を具備し、
前記波長変換ユニットは、
前記光ファイバの光軸上に配設され、前記ファイバ出射端面から出射された前記励起光が全体に照射され、前記励起光に対して回折を行う光学素子と、
前記光学素子によって回折が行われた前記励起光の光路上に配設され、回折が行われた際に、前記励起光が全体に照射され、照射された前記励起光を前記波長変換光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材によって変換された前記波長変換光を前記波長変換ユニットの外部に向かって出射する出射開口部と、
を有し、
前記波長変換部材は、前記波長変換部材が前記励起光を照射された際に前記励起光が入射する入射端面と、前記波長変換光を出射し、前記入射端面と同一面である出射端面とを有し、
前記波長変換部材は、前記光学素子と所望な距離離れ、
前記光学素子は前記励起光を回折する回折面を有する回折型の光学素子であり、前記回折面は前記ファイバ出射端面に対向していることを特徴とする光源装置。 - 前記光学素子は、前記出射開口部と同一面に配設され、
前記出射開口部は、前記波長変換光が前記波長変換ユニットの外部に向かって出射するために透過する透過領域を、前記出射開口部から前記光学素子が配設されている領域を除いた領域に有していることを特徴とする請求項22に記載の光源装置。 - 前記光学素子は円形形状を有し、前記光学素子の中心は前記光ファイバの光軸上に配設されていることを特徴とする請求項23に記載の光源装置。
- 前記波長変換ユニットは、
貫通孔の中心軸が前記光ファイバの光軸上に配設されている貫通孔を有し、前記貫通孔の内周面全面にて前記波長変換部材を保持する保持部材をさらに有し、
前記貫通孔は、第1の貫通面の中心が前記光ファイバの光軸上に配設され、前記励起光が前記波長変換ユニットの内部に入射する前記波長変換ユニットの入射開口部となる前記貫通孔の第1の貫通面と、第2の貫通面の中心が前記光ファイバの光軸上に配設され前記出射開口部となる貫通孔の第2の貫通面とを有し、
前記ファイバ出射端面は、前記光学素子に対向するように前記貫通孔の内部または前記第1の貫通面に配設されることを特徴とする請求項24に記載の光源装置。 - 前記貫通孔は、前記第1の貫通面から前記第2の貫通面に向かって拡径する円錐台形形状を有していることを特徴とする請求項25に記載の光源装置。
- 前記貫通孔は、球の一部を有する半球形形状を有していることを特徴とする請求項26に記載の光源装置。
- 前記ファイバ出射端面は、前記保持部材の内部に配設され、
前記ファイバ出射端面から前記光学素子までの距離は、前記波長変換部材から前記光学素子までの距離よりも短いことを特徴とする請求項4,11,19,25のいずれかに記載の光源装置。 - 前記光学素子の外径は、前記光学素子に形成される前記励起光のビームスポットの外径と略等しくなるように形成されている請求項1,14,22のいずれかに記載の光源装置。
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