JP5851140B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置に関する。
現在、小型固体光源からの光を光ファイバにて導光し、該光ファイバの先端に配置した光変換部材により光変換して、光を所望の照射パターンや色へ変化させる光源装置が開発されている。
例えば、特許文献１には、複数の異なる波長領域の励起光源と複数の波長変換部材とを組合わせて、色調整を実施する光源装置が提案されている。即ち、この特許文献１による光源装置では、青色レーザ光源から射出された光をライトガイドで先端まで導光し先端に設けられた波長変換部材で波長変換する第１ユニットと、青色より短い波長のレーザ光源とライトガイドと波長変換部材を用いた第２ユニットと、を組合わせた構成を用いてスペクトル調整を実施している。
しかしながら、上記特許文献１による光源装置では、異なる波長領域のレーザ光源と波長変換部材とが組み合わされた第１ユニットと第２ユニットとは、光源装置の先端部で離間して配置されている。両ユニットを用いて同時に色調整する場合に、発光点が異なり、該光源装置から射出される光として色むらが発生するという課題を有する。この色むらのため、該光源装置は、その射出光を照明光として使用する用途には適さなかった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、色調整を実現可能で且つ色むらの発生しない射出光を得ることが可能な光源装置を提供することを目的とする。
本発明の光源装置の一態様は、
第１の波長領域を有する第１の励起光を射出する第１の励起光源と、
前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域を有する第２の励起光を射出する第２の励起光源と、
所定の波長の光を吸収して第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材と、
所定の波長の光を吸収して前記第１の波長変換光とは異なる第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材と、
前記第１及び第２の励起光源の光量を独立に制御可能なスペクトル制御手段と、
前記第１の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第１の射出光の色度と、前記第２の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第２の射出光の色度と、を記憶した記憶手段と、
を備えた光源装置であって、
前記第１の射出光のスペクトル形状と前記第２の射出光のスペクトル形状とは互いに異なり、
前記第１の波長変換部材の少なくとも一部及び第２の波長変換部材の少なくとも一部は共に、前記第１及び第２の励起光の共通の照射領域内に配置されており、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度は、前記第１の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過する前記第１の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記記憶手段に記憶された前記第２の射出光の色度は、前記第２の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過した前記第２の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記スペクトル制御手段は、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度と前記第２の射出光の色度に基づいて、前記第１の射出光と前記第２の射出光を含む前記光源装置の射出光の色度を所望の値にする前記第１及び前記第２の励起光の光量比率を算出し、
該算出した光量比率に基づいて前記第１及び第２の励起光の光量を独立に制御することを特徴とする。
第１の波長領域を有する第１の励起光を射出する第１の励起光源と、
前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域を有する第２の励起光を射出する第２の励起光源と、
所定の波長の光を吸収して第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材と、
所定の波長の光を吸収して前記第１の波長変換光とは異なる第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材と、
前記第１及び第２の励起光源の光量を独立に制御可能なスペクトル制御手段と、
前記第１の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第１の射出光の色度と、前記第２の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第２の射出光の色度と、を記憶した記憶手段と、
を備えた光源装置であって、
前記第１の射出光のスペクトル形状と前記第２の射出光のスペクトル形状とは互いに異なり、
前記第１の波長変換部材の少なくとも一部及び第２の波長変換部材の少なくとも一部は共に、前記第１及び第２の励起光の共通の照射領域内に配置されており、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度は、前記第１の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過する前記第１の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記記憶手段に記憶された前記第２の射出光の色度は、前記第２の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過した前記第２の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記スペクトル制御手段は、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度と前記第２の射出光の色度に基づいて、前記第１の射出光と前記第２の射出光を含む前記光源装置の射出光の色度を所望の値にする前記第１及び前記第２の励起光の光量比率を算出し、
該算出した光量比率に基づいて前記第１及び第２の励起光の光量を独立に制御することを特徴とする。
本発明によれば、第１及び第２の波長変換部材を共通の照射領域内に配置して、それらに異なる波長領域の第１及び第２の励起光を同時に照射すれば、同じ発光点から射出光が得られるので、色むらの発生しない射出光を得ることが可能であり、且つ、第１及び第２の励起光の光量比率を変更することにより、色調整を実現可能である光源装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る光源装置の構成を説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る光源装置の構成を説明する。
図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係る光源装置は、第１の波長領域を有する第１の励起光を射出する第１励起光源１０と、上記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域を有する第２の励起光を射出する第２励起光源１２と、これら第１及び第２励起光源１０，１２からの２波長領域の第１及び第２の励起光を合波する光カプラ１４と、該光カプラ１４から射出された２波長領域の第１及び第２の励起光を受光し、それら第１及び第２の励起光を上記第１及び第２の波長領域とは異なる波長を含む第１及び第２の射出光に変換し、それら第１及び第２の射出光を含む射出光を射出する波長変換ユニット１６と、上記第１励起光源１０と第２励起光源１２の励起光量比率を調整し、照明光のスペクトル調整を行う制御部１８と、目標となる照明光のスペクトルに関する情報を入力する入力部２０と、から構成される。波長変換ユニット１６からの射出光、即ち該光源装置の射出光は、照明光として図示しない被照明物に照射される。
ここで、上記第１励起光源１０は、可視光波長領域の励起光を射出する半導体光源であり、具体的には、波長４５０ｎｍの青色レーザダイオード（以下ＬＤと略記する）である。また、上記第２励起光源１２は、上記第１の波長領域よりも短波長領域の半導体光源であり、具体的には、波長４００ｎｍの近紫外ＬＤである。
上記光カプラ１４は、上記第１及び第２励起光源１０，１２にそれぞれ光学的に接続される第１及び第２の入射端と、上記波長変換ユニット１６に光学的に接続される１つの射出端と、を有する光結合素子である。具体的には、第１励起光源１０から射出される励起光を導光する第１光ファイバ１４Ａと、第２励起光源１２から射出される励起光を導光する第２光ファイバ１４Ｂと、これら第１及び第２光ファイバ１４Ａ，１４Ｂの導光路を一つに結合して、波長変換ユニット１６へ導光する第３光ファイバ１４Ｃと、を含む。従って、本実施形態における光カプラ１４の射出端とは、波長変換ユニット１６に接続された第３光ファイバ１４Ｃの射出端のことである。
上記波長変換ユニット１６は、異なる蛍光スペクトル特性と励起光吸収特性を持ち、共に記第１及び第２の励起光の共通の照射領域内に配置されている第１及び第２蛍光体２２，２４と、光透過部材２６と、第１及び第２蛍光体２２，２４と光透過部材２６とを保持するホルダ２８と、から構成されており、光カプラ１４の射出端から射出される励起光の射出方向へ配置されている。
２つの蛍光体２２，２４は共に円柱形状を有しており、波長変換ユニット１６内において、光カプラ１４射出端側から、第１蛍光体２２、第２蛍光体２４の順に積層されている。これにより、波長変換ユニット１６へ入射される２波長領域の第１及び第２の励起光は、まず第１蛍光体２２に照射された後、第１蛍光体２２に吸収されずに透過した残りの励起光が、第２蛍光体２４に照射される。
本実施形態における２種類の蛍光体２２，２４としては、以下の光学的な性質を備えている。
第１蛍光体２２は、上記第１の励起光を吸収して波長変換し、且つ、上記第２の励起光をほとんど波長変換せず、吸収、透過または散乱する性質を有するものであり、上記第１の励起光を吸収したときに第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材である。これに対して、第２蛍光体２４は、上記第２の励起光の光を吸収して波長変換し、且つ、上記第１の励起光の光をほとんど波長変換せず、吸収、透過または散乱する性質を有するものであり、上記第２の励起光を吸収したときに第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材である。好ましくは、これら第１蛍光体２２と第２蛍光体２４で白色光を実現できる組合せが良い。具体的には、第１蛍光体２２は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（黄、以下ＹＡＧと略記する）であり、第２蛍光体２４は、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ（青、以下ＳＣＡと略記する）である。
図１（Ｂ）は、第１蛍光体２２（ＹＡＧ）の励起／蛍光スペクトル特性を示す図である。同図において、励起スペクトルは破線で、蛍光スペクトルは実線で、それぞれ示されている。第１蛍光体２２（ＹＡＧ）の蛍光スペクトルは、発光ピーク５７０ｎｍ付近で、半値幅約１３０ｎｍのブロードなスペクトルを有し、黄色で発光する。また、励起スペクトルは、４５０ｎｍ付近の青色励起光（第１の励起光）を良く吸収して強く発光し、４００ｎｍ付近の近紫外励起光（第２の励起光）では、ほとんど発光しない性質を示す。
図１（Ｃ）は、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）の励起／蛍光スペクトル特性を示す図である。同図において、励起スペクトルは破線で、蛍光スペクトルは実線で、それぞれ示されている。第２蛍光体２４（ＳＣＡ）の蛍光スペクトルは、発光ピーク４５０ｎｍ付近で、半値幅約６０ｎｍのブロードなスペクトルの青色を示す。従って、該第２蛍光体２４（ＳＣＡ）から射出される第２の波長変換光は、第１の励起光を含むこととなる。また、励起スペクトルは、波長４５０ｎｍ付近の青色励起光（第１の励起光）では殆んど発光せずに、近紫外励起光（第２の励起光）から紫外励起光へ短波長になるほど良く蛍光する性質を示す。
よって、第１の励起光を第１蛍光体２２（ＹＡＧ）と第２蛍光体２４（ＳＣＡ）に照射したときに波長変換ユニット１６から射出される第１の射出光のスペクトル形状は、図１（Ｂ）に実線で示すようなスペクトル（及び波長変換されずに透過した第１の励起光のスペクトル）を含むものとなる。また、第２の励起光を第１蛍光体２２（ＹＡＧ）と第２蛍光体２４（ＳＣＡ）に照射したときに波長変換ユニット１６から射出される第２の射出光のスペクトル形状は、図１（Ｂ）に実線で示すようなスペクトル（及び波長変換されずに透過した第２の励起光のスペクトル）と図１（Ｃ）に実線で示すようなスペクトル（及び波長変換されずに透過した第２の励起光のスペクトル）とを含むものとなる。このように、第１の励起光を照射したときに射出される第１の射出光のスペクトル形状と第２の励起光を照射したときに射出される第２の射出光のスペクトル形状とは互いに異なる。そして、波長変換ユニット１６からの射出光即ち該光源装置の射出光は、これら第１及び第２の射出光を含むので、４０５ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域にかけて、連続的にスペクトル成分が存在することとなる。
なお、第１蛍光体２２は、ＴＡＧ：Ｃｅ（黄）やＬＡＧ：Ｃｅ（緑、以下ＬＡＧと略記する）でも良く、また、第２蛍光体２４は、ＢＡＭ：Ｅｕ（青、以下ＢＡＭと略記する）でも良い。
上記光透過部材２６は、光カプラ１４の射出端から射出される第１及び第２の励起光と、上記第１及び第２蛍光体２２，２４から出射される２つの蛍光との、３つの光を透過する性質を有している。光透過部材２６は、上記第１蛍光体２２（ＹＡＧ）の受光面と上記第１及び第２蛍光体２２，２４との間に配置され、上記円柱形状の第１及び第２蛍光体２２，２４の底面とほぼ同一サイズの底面（及び上面）を備える円柱形状を有している。よって、該光透過部材２６と上記第１及び第２蛍光体２２，２４を組み合わせた形状も円柱形状を有することとなる。
上記ホルダ２８は、所定の円筒状に形成され、光カプラ１４の射出端から射出される第１及び第２の励起光を上記第１及び第２の蛍光体２２，２４へ入射するための入射部である入射開口と、上記第１及び第２蛍光体２２，２４により波長変換された蛍光とそれら蛍光体２２，２４を透過または散乱した励起光とを含む第１及び第２の射出光を射出するための射出部である出射開口と、を有している。そして、上記第１及び第２の励起光の共通の照射領域に上記第１及び第２蛍光体２２，２４を保持する。また、入射開口から出射開口まで連続する貫通孔を有し、該貫通孔内部面には反射部材が形成されて、上記第１及び第２蛍光体２２，２４で発生した蛍光が、波長変換ユニット１６の射出面の前方へ効率良く導出されるように構成されている。
なお、波長変換ユニット１６内における第１蛍光体２２と第２蛍光体２４の並び順は、短波長側の励起／蛍光スペクトル特性を有する蛍光体（この場合は第２蛍光体２４）をホルダ２８の出射開口側に配置した方が、第２蛍光体で発生した蛍光が、第１蛍光体２２に吸収される割合が少ないため好ましい。
上記制御部１８は、図２に示すように、第１及び第２駆動回路３０，３２、励起光源基本情報ＤＢ３４、第１及び第２励起光源による特性情報ＤＢ３６，３８、及び色調整回路４０より構成されている。
ここで、上記第１及び第２駆動回路３０，３２は、第１及び第２励起光源１０，１２をドライブする回路であって、それら２つの励起光源１０，１２から射出される第１及び第２励起光の光量をそれぞれ独立に調整可能であり、それら励起光源１０，１２の連続駆動またはパルス駆動を実施する。即ち、同時に２つの励起光源１０，１２を発光可能であり、どちらか一方を点灯しもう一方を消灯することも可能である。なお、本発明は、同時に励起光源１０，１２を発光することが基本であるが、どちらか一方を点灯しもう一方を消灯した方が最適な場合もあるので、そのような発光形態が可能に構成してある。
上記励起光源基本情報ＤＢ３４は、第１及び第２励起光源１０，１２の特性情報（ピーク波長、Ｉｏｐ−Ｐｏｕｔ特性）を格納するデータベースである。
上記第１及び第２励起光源による特性情報ＤＢ３６，３８は、それぞれ対応する励起光源の単波長励起による照明光特性情報を格納するデータベースである。具体的には、２つの第１及び第２蛍光体２２，２４に対し、第１励起光源１０のみ、または第２励起光源１２のみから、所定強度の励起光を入射させた場合に、波長変換ユニット１６から射出される第１または第２の射出光のスペクトル、光強度、色度座標情報、等の色情報が格納されている。なお、色情報とは、射出光のスペクトルや色度座標、光強度など、射出光に固有のパラメータである。色情報は、第１の励起光のみを照射したときに第１及び第２蛍光体２２，２４から射出される第１の射出光、第２の励起光のみを照射したときに第１及び第２蛍光体２２，２４から射出される第２の射出光のそれぞれについて設定されている。
上記色調整回路４０は、第１励起光源による特性情報ＤＢ３６に格納された第１の射出光の色情報と、第２励起光源による特性情報ＤＢ３８に格納された第２の射出光の色情報とを基に、波長変換ユニット１６から射出される射出光つまり照明光のスペクトル、光強度、色度座標、等の色情報を所望の値に設定するために必要な、前記第１及び前記第２の励起光の光量比率を算出する。さらに、該色調整回路４０は、その算出した光量比率に従った光量で２つの励起光源１０，１２から励起光を出射するための、上記２つの駆動回路３０，３２の条件を設定する。このように、色調整回路４０は、第１の射出光の色情報と第２の射出光の色情報との関係から、波長変換ユニット１６から射出される射出光つまり照明光の色情報を所望の値に設定するために必要な、第１及び第２の励起光の光量比率を算出し、該算出した光量比率に基づいて第１及び第２の励起光の光量を制御するスペクトル制御手段として機能する。これにより、第１及び第２励起光源１０，１２は、独立に光量設定が可能であり、且つ、同時に発光可能な光源となる。
なお、ここで示す光量比率は、第１励起光源１０と第２励起光源１２から連続して射出される励起光強度比率であったり、一定の励起光強度で駆動期間の比率を変えて、所定期間内における光量比率を設定した場合も含まれる。
上記入力部２０は、上記波長変換ユニット１６から射出される射出光つまり照明光のスペクトル、光強度、色度座標、等の色情報についての所望の値を上記色調整回路４０に入力する。該入力部２０は、例えば照明光により照明された被照明物をイメージャにより撮像した画像をユーザが観察しながら、上記所望の値を設定入力できるようになっている。なお、上記所望の値を、射出光つまり照明光が所定の白色光となるような値とした場合には、入力部２０は、上記イメージャのホワイトバランス調整の出力を受信して上記色調整回路４０に自動設定入力できるような構成としても良いし、所定の白色光に対する一意の値を色調整回路４０に持たせておくことで、入力部２０を省略することも可能である。
次に、本実施形態に係る光源装置の動作について説明する。
制御部１８は、例えばユーザから入力部２０を介して所望の照明光の色を指示された場合に、第１励起光源１０と第２励起光源１２の励起光量比を調整して所望の色を射出する。制御部１８により、所望の色調整を行う動作について、図３を参照して、以下に説明する。
制御部１８は、例えばユーザから入力部２０を介して所望の照明光の色を指示された場合に、第１励起光源１０と第２励起光源１２の励起光量比を調整して所望の色を射出する。制御部１８により、所望の色調整を行う動作について、図３を参照して、以下に説明する。
図３の色度図上では、第１励起光源１０からの第１の励起光（青色ＬＤ光）と第２励起光源１２からの第２の励起光近紫外ＬＤ光とは、ほぼ重なるため、１つの第１，第２励起光源の色度４２として示している。
第１励起光源１０の青色ＬＤ光のみを波長変換ユニット１６に照射すると、青色ＬＤ光は、第１蛍光体２２（ＹＡＧ）に一部吸収されて、黄色の蛍光に波長変換される（第１蛍光体の色度４４）。このとき、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）では、青色ＬＤによってほとんど波長変換されないため、第１励起光源１０駆動時の第１の射出光の色度座標は、黄色の蛍光量と透過した青色ＬＤ光量の割合により決定される色度座標（第１励起光源による色度４６）となる。このときの色度座標データが、制御部１８の第１励起光源による特性情報ＤＢ３６内に格納されている。
また、第２励起光源１２の近紫外ＬＤ光のみを波長変換ユニット１６に照射すると、近紫外ＬＤ光は、第１蛍光体２２（ＹＡＧ）ではほとんど吸収されずに、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）で一部吸収されて、青色の蛍光に波長変換される（第２蛍光体の色度４８）。さらに、該第２蛍光体２４で発生した青色蛍光は等方的に放射されるため、この青色蛍光の一部は第１蛍光体２２（ＹＡＧ）に入射し、これに再吸収され、黄色の蛍光が少し発生する。そのため、第２励起光源１２駆動時の第２の射出光の色度座標は、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）の座標から、少し第１蛍光体２２（ＹＡＧ）の座標側へシフトした色度座標（第２励起光源による色度５０）となる。このときの色度座標データが、制御部１８の第２励起光源による特性情報ＤＢ３８内に格納されている。
そして、第１励起光源１０からの第１の励起光と第２励起光源１２からの第２の励起光との励起光量比率（ｍ：ｎ）によって、２つの色度座標（第１及び第２励起光源による色度４６，５０）を結ぶ直線上が、照明光として色度調整できる範囲となる。所望の色を実現するための２励起光量比率は、色調整回路４０にて算出され、それぞれ必要な励起光量が励起光源１０，１２から波長変換ユニット１６へ出射されて、光源装置からの照明光が実現される。
図４は、２波長の励起光量比率を調整して、照明光として白色光（約５５００Ｋ）を実現したスペクトル例を示す図である。２波長の励起光成分と２色の蛍光成分の組合せにより、４１０ｎｍ〜７００ｎｍまで連続した波長領域のスペクトルを有している。
また、図５は、蛍光体を励起する励起波長の違いを示す図である。本実施形態における蛍光体２２，２４は、蛍光波長と励起光の吸収波長とが異なり、蛍光波長よりも短波長側の光を吸収するものである。蛍光体の波長変換時には、吸収光と蛍光の波長間のエネルギー差による波長変換ロス（発熱）が生じるため、図５の場合、第１励起光よりも第２励起光の方が、蛍光波長に近く、第２励起光による波長変換ロスが小さくなる。そのため、蛍光波長に近い励起波長を選択することが好ましい。
なお、制御部１８の色調整回路４０は、第１励起光源１０と第２励起光源１２からの励起光の励起光量比率によって、第１の射出光と第２の射出光の混合比率からなる射出光つまり照明光が生成されるよう第１及び第２駆動回路３０，３２を制御するとともに、その同時に駆動される第１励起光源１０と第２励起光源１２からの励起光の励起光量比率を時間的に可変することにより、第１の射出光と第２の射出光の混合比率からなる照明光の色情報を時間的に可変制御することもできる。
このように、色調整回路４０は、第１及び第２駆動回路３０，３２それぞれを制御することにより、第１の射出光と第２の射出光との混合比率からなる波長変換ユニット１６から射出される射出光つまり照明光の色情報を時間的に可変制御するスペクトル制御手段として機能することもできる。
以上のように、本第１実施形態に係る光源装置においては、共通の波長変換ユニット１６内に配置された２色の蛍光体２２，２４に対して、２波長領域の励起光の励起光量比率を変えて照射することにより、波長変換ユニット１６から射出される射出光つまり照明光の色調整が実現できる。
また、所定の蛍光体２２，２４と励起光量比率の組合せにより、ブロードなスペクトルの白色光を実現できる。
さらに、射出光つまり照明光は波長変換ユニット１６の１つの射出端から射出され、同一の発光点から射出光が得られるので、色調整された色むらの発生しない射出光を得ることが可能である。
また、２つの蛍光体２２，２４を励起する励起光源１０，１２について、蛍光スペクトル波長との波長差が少ない励起波長帯を選択することにより、吸収と蛍光とのエネルギー差を小さくできるため、波長変換ロスが少なくなり、変換効率が高い射出光を実現できる。
さらにまた、２つの蛍光体２２，２４を励起する励起光源１０，１２について、それぞれ蛍光体２２，２４の量子収率が高くなるような２つの励起波長を選択することにより、変換効率が高い射出光を実現できる。
［第１実施形態の変形例］
次に、本発明の第１実施形態に係る光源装置の変形例について説明する。
次に、本発明の第１実施形態に係る光源装置の変形例について説明する。
第１の波長変換部材である第１蛍光体２２と第２の波長変換部材である第２蛍光体２４は、互いに異なる温度消光特性（温度が上がると効率が下がる）を持っている。第１蛍光体２２（ＹＡＧ）の方が第２蛍光体２４（ＳＣＡ）よりも、高温になっても発光効率は安定的である。即ち、図６に示すように、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）は、温度が上昇すると波長変換効率が低下する（温度消光が大きい）特性を有している。
そこで、本変形例では、第１及び第２蛍光体２２，２４の温度消光特性を格納する蛍光体情報ＤＢ５２を制御部１８に設けると共に、該制御部１８の色調整回路４０に蛍光体２２，２４の温度情報を入力するための温度情報入力部５４を更に備える。
色調整回路４０は、温度情報入力部５４からの蛍光体２２，２４の温度上昇分と蛍光体情報ＤＢ５２の蛍光体２２，２４の温度消光特性とに基づいて、所望の色となるように、２つの励起光の励起光量比率を補正する。
なお、この補正動作は、２つの励起光の光量が規定値以上になった場合にのみ行うようにしても良い。これは、例えば励起光量比が１：１と同じであっても、１０ｍＷ：１０ｍＷ時と１００ｍＷ：１００ｍＷ時では発熱量が異なるので、その発光色は異なることとなるためである。
このように、色調整回路４０は、第１及び第２の波長変換部材の、励起光量照射による発熱に伴う温度消光特性に基づく補正を行う補正手段として機能する。
なお、温度情報入力部５４は、実際に蛍光体２２，２４の温度情報を測温して入力するのではなく、励起光量と発熱との関係をテーブル化した情報を入力するものとして、色調整回路４０で励起光量から該テーブルを参照して蛍光体２２，２４の温度を推測した上で、上記補正動作を行うようにしても構わない。
以上のように、本第１実施形態の変形例に係る光源装置においては、照明光の色を保ったまま、明るさを低輝度から高輝度に変化させたい場合でも、蛍光体２２，２４の温度消光特性を考慮して、２励起光の光量比率を可変することで、照明光の色調整が実現できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態においては、２種類の蛍光体２２，２４は、以下の光学的な性質を備えるものとする。
第２蛍光体２４は、第２の励起光の光を吸収して波長変換し、且つ、第１の励起光をほとんど透過するものであり、第１蛍光体２２は、第１の励起光及び第２の励起光の光を吸収して波長変換する。好ましくは、第１蛍光体２２と第２蛍光体２４とで白色光を実現できる組合せが良い。具体的には、第１蛍光体２２は、Ｅｕ付活シリケート系蛍光体（緑〜オレンジ、以下シリケートと略記する）である。また、α−サイアロン：Ｅｕ（オレンジ、以下サイアロンと略記する）でも良い。第２蛍光体２４は、上記第１実施形態と同様、ＳＣＡであり、ＢＡＭでも良い。
次に、本第２実施形態に係る光源装置の動作について説明する。動作についても、基本的には、上記第１実施形態に係る光源装置の動作と変わらない。ここでは、上記第１実施形態との違いのみについて説明する。
本実施形態の蛍光体２２，２４の組み合わせにより、２波長励起時に射出される成分と、色調整について、以下に示す。
図８は、第１蛍光体２２（シリケート）の励起／蛍光スペクトル特性を示す図である。同図において、励起スペクトルは破線で、蛍光スペクトルは実線で、それぞれ示されている。
４５０ｎｍの第１の励起光による励起時には、該第１の励起光は、第１蛍光体２２（シリケート）に一部吸収されて、黄色の蛍光に変換される。４５０ｎｍ励起時の第１の射出光の色度座標は、第１蛍光体２２（シリケート）による黄蛍光と４５０ｎｍ透過励起光との光量比率により決定される。
４００ｎｍの第２の励起光による励起時には、該第２の励起光は、第１蛍光体２２（シリケート）に一部吸収されて、黄色の蛍光に変換され、さらに、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）に一部吸収されて、青色の蛍光に変換される。４００ｎｍ励起時の第２の射出光の色度座標は、第１蛍光体２２（シリケート）による黄蛍光と第２蛍光体２４（ＳＣＡ）による青蛍光との光量比率により決定される。
各々の励起光時の４５０ｎｍと４０５ｎｍの励起光量比率を調整することで、４５０ｎｍ透過光と４５０ｎｍによる黄蛍光と、４０５ｎｍによる黄蛍光及び青蛍光と、を含んだ白色光が実現できる。
以上のように、本第２実施形態に係る光源装置では、一方の蛍光体が、１つの励起光だけを波長変換すれば、他方は両方の励起光で波長変換されるものであっても、２励起の光量比率で調整でき、波長変換ユニット１６へ搭載可能な蛍光体の選択肢が増える。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態においては、図９（Ａ）に示すように、波長変換ユニット１６は、上記第１及び第２蛍光体２２，２４に加えて、第１及び第２の励起光の少なくとも一方を吸収したときに第１及び第２の波長変換光とは異なるスペクトル形状を有する第３の波長変換光を射出する第３の波長変換部材である第３蛍光体５６を備えている。該３蛍光体５６は、第１及び第２蛍光体２２，２４と同様、ホルダ２８の第１及び第２の励起光の前記共通の照射領域内に配置されている。
ここで、３種類の蛍光体２２，２４，５６は、以下の光学的な性質を備えるものとする。
第１蛍光体２２は、第１の励起光の光を吸収して波長変換し、且つ、第２の励起光をほとんど透過するものである。また、第２蛍光体２４は、第２の励起光の光を吸収して波長変換し、且つ、第１の励起光をほとんど透過するものである。そして、第３蛍光体５６は、第１の励起光及び第２の励起光の光を吸収して波長変換するものである。
表現力を高めるために、第１乃至第３蛍光体２２，２４，５６の蛍光成分で、白色光を実現できる組合せが良い。具体的には、第１蛍光体２２は、ＬＡＧとするが、ＹＡＧやＴＡＧでも良い。また、第２蛍光体２４は、ＳＣＡとするが、ＢＡＭでも良い。そして、第３蛍光体５６は、ＣＡＳＮ：Ｅｕ（赤、以下ＣＡＳＮと略記する）とするが、Ｅｕ付活シリケート蛍光体（緑、黄、オレンジ）やα−サイアロン：Ｅｕ（オレンジ）でも良い。
次に、本第３実施形態に係る光源装置の動作について説明する。動作についても、基本的には、上記第１実施形態に係る光源装置の動作と変わらない。ここでは、上記第１実施形態との違いのみについて説明する。
本実施形態の蛍光体２２，２４，５６の組み合わせにより、２波長励起時に射出される成分と色調整について、以下に示す。
図９（Ｂ）は、第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）の励起／蛍光スペクトル特性を示す図である。同図において、励起スペクトルは破線で、蛍光スペクトルは実線で、それぞれ示されている。
４５０ｎｍの第１の励起光による励起時には、該第１の励起光は、第１蛍光体２２（ＬＡＧ）と第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）に一部吸収されて、各々の蛍光色に波長変換され、一部は透過する。４５０ｎｍ駆動時の第１の射出光の色度座標は、第１蛍光体２２（ＬＡＧ）及び第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）による緑色及び赤色の蛍光と、４５０ｎｍ透過励起光と、の光量比率により決定される。
４００ｎｍの第２の励起光による励起時には、該第２の励起光は、第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）と第２蛍光体２４（ＳＣＡ）に一部吸収されて、各々の蛍光色に波長変換され、一部は透過する。４００ｎｍ駆動時の第２の射出光の色度座標は、第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）と第２蛍光体２４（ＳＣＡ）による赤色と青色との蛍光の光量比率により決定される。
図９（Ｃ）に、本実施形態における色度座標上の色調整範囲について示す。
本実施形態では、第１，第２励起光源の色度４２と、第１蛍光体２２（ＬＡＧ）の色度（第１蛍光体の色度４４）、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）の色度（第２蛍光体の色度４８）、第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）の色度（第３蛍光体の色度５８）のそれぞれの色度座標を頂点として結んだ四角形の範囲内に、第１及び第２励起光源１０，１２をそれぞれ駆動した時の第１及び第２の射出光の色度座標（第１及び第２励起光源による色度４６，５０）が存在する。
本実施形態では、第１，第２励起光源の色度４２と、第１蛍光体２２（ＬＡＧ）の色度（第１蛍光体の色度４４）、第２蛍光体２４（ＳＣＡ）の色度（第２蛍光体の色度４８）、第３蛍光体５６（ＣＡＳＮ）の色度（第３蛍光体の色度５８）のそれぞれの色度座標を頂点として結んだ四角形の範囲内に、第１及び第２励起光源１０，１２をそれぞれ駆動した時の第１及び第２の射出光の色度座標（第１及び第２励起光源による色度４６，５０）が存在する。
上記第１実施形態と同様に、２波長の励起光量比率により２点間を結ぶ直線上が色調整できる範囲であり、所定の励起光量比率と蛍光体条件（各蛍光体の濃度、厚さ）の組合わせにより、白色光を実現することができる。
以上のように、本第３実施形態に係る光源装置では、青色、緑色、赤色を蛍光可能な蛍光体を揃えることにより、２波長励起により実現される白色光のスペクトル成分を広範囲にすることができ、第１実施形態よりも演色性の高い白色光が実現できる。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
基本的な構成については第１実施形態と共通であるため、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態に於いては、上記第１実施形態の光カプラ１４の代わりに、第１励起光源１０の射出端から波長変換ユニット１６へ導光する第１光ファイバ１４Ａと、第２励起光源１２の射出端から波長変換ユニット１６へ導光する第２光ファイバ１４Ｂと、を備えている。
第１及び第２光ファイバ１４Ａ，１４Ｂの射出端は、波長変換ユニット１６のホルダ２８の入射開口部に、別々の位置に配置されており、第１励起光源１０と第２励起光源１２の励起光は別々の位置から射出される。ただし、第１及び第２蛍光体２２，２４は、波長変換ユニット１６内に第１光ファイバ１４Ａと第２光ファイバ１４Ｂから射出される共通の励起光照射領域に配置されており、射出光つまり照明光として波長変換ユニット１６射出端の一つの点から発光する。
このような構成を有する本第４実施形態に係る光源装置の動作は、上記第１実施形態に係る光源装置の動作と同一である。よって、その説明は省略する。
以上のように、本第４実施形態に係る光源装置では、励起光源から射出される励起光を導光する第１光ファイバ１４Ａ、第２光ファイバ１４Ｂを夫々用意することにより、波長変換ユニット１６への励起光量の導光損失を少なくすることができる。
なお、上記第１実施形態の変形例、第２及び第３実施形態においても、本第４実施形態のように光カプラ１４を第１及び第２光ファイバ１４Ａ，１４Ｂに置き換えても良いことは言うまでもない。
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
例えば、第１及び第２蛍光体２２，２４、または第１乃至第３蛍光体２２，２４，５６はそれぞれ同一半径を持つ円柱形状とし、ホルダ２８は円筒状としたが、蛍光体２２，２４または蛍光体２２，２４，５６を合わせて連続的な円錐台形状として、ホルダ２８もその円錐台に合わせる傾斜を持つように構成しても良い。
また、第１及び第２蛍光体２２，２４、または第１乃至第３蛍光体２２，２４，５６のホルダ２８内の並び順は、図示した順番が好ましいが、順番に限定するものではない。
１０…第１励起光源、 １２…第２励起光源、 １４…光カプラ、 １４Ａ…第１光ファイバ、 １４Ｂ…第２光ファイバ、 １４Ｃ…第３光ファイバ、 １６…波長変換ユニット、 １８…制御部、 ２０…入力部、 ２２…第１蛍光体、 ２４…第２の蛍光体、 ２６…光透過部材、 ２８…ホルダ、 ３０…第１駆動回路、 ３２…第２駆動回路、 ３４…励起光源基本情報ＤＢ、 ３６…第１励起光源による特性情報ＤＢ、 ３８…第２励起光源による特性情報ＤＢ、 ４０…色調整回路、 ４２…第１，第２励起光源の色度、 ４４…第１蛍光体の色度、 ４６…第１励起光源による色度、 ４８…第２蛍光体の色度色度、 ５０…第２励起光源による色度、 ５２…蛍光体情報ＤＢ、 ５４…温度情報入力部、 ５６…第３蛍光体、 ５８…第３蛍光体の色度。
Claims (12)
- 第１の波長領域を有する第１の励起光を射出する第１の励起光源と、
前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域を有する第２の励起光を射出する第２の励起光源と、
所定の波長の光を吸収して第１の波長変換光を射出する第１の波長変換部材と、
所定の波長の光を吸収して前記第１の波長変換光とは異なる第２の波長変換光を射出する第２の波長変換部材と、
前記第１及び第２の励起光源の光量を独立に制御可能なスペクトル制御手段と、
前記第１の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第１の射出光の色度と、前記第２の励起光を前記第１及び第２の波長変換部材に照射したときに射出される第２の射出光の色度と、を記憶した記憶手段と、
を備えた光源装置であって、
前記第１の射出光のスペクトル形状と前記第２の射出光のスペクトル形状とは互いに異なり、
前記第１の波長変換部材の少なくとも一部及び第２の波長変換部材の少なくとも一部は共に、前記第１及び第２の励起光の共通の照射領域内に配置されており、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度は、前記第１の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過する前記第１の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記記憶手段に記憶された前記第２の射出光の色度は、前記第２の励起光を前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材に入射した際、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材を透過した前記第２の励起光と、前記第１の波長変換部材及び前記第２の波長変換部材の少なくとも一方から射出される第１の波長変換光及び第２の波長変換光の少なくとも一方と、の割合によって定められ、
前記スペクトル制御手段は、
前記記憶手段に記憶された前記第１の射出光の色度と前記第２の射出光の色度に基づいて、前記第１の射出光と前記第２の射出光を含む前記光源装置の射出光の色度を所望の値にする前記第１及び前記第２の励起光の光量比率を算出し、
該算出した光量比率に基づいて前記第１及び第２の励起光の光量を独立に制御することを特徴とする光源装置。 - 前記第１の励起光源は、可視光波長領域の励起光を射出する半導体光源であり、
前記第２の励起光源は、前記第１の波長領域よりも短波長領域の半導体光源であり、
前記第１の射出光は、前記第１の励起光を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 前記光源装置の射出光は、前記スペクトル制御手段により設定された前記第１の励起光と第２の励起光の所定の光量比率により、白色光と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。
- 前記光源装置の射出光は、４０５ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域にかけて、連続的にスペクトル成分が存在していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第２の波長変換部材は、前記第１の励起光をほとんど波長変換せず、吸収、透過または散乱する性質を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第１の波長変換部材は、前記第２の励起光をほとんど波長変換せず、吸収、透過または散乱する性質を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記第１及び第２の励起光の少なくとも一方を吸収したときに前記第１及び第２の波長変換光とは異なるスペクトル形状を有する第３の波長変換光を射出する第３の波長変換部材を更に具備し、
前記第３の波長変換部材は、前記第１及び第２の励起光の前記共通の照射領域内に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記第１の励起光源及び前記第２の励起光源から射出される前記第１及び第２の励起光の光量をそれぞれ独立に調整可能な第１及び第２の駆動回路を更に具備し、
前記スペクトル制御手段は、前記第１及び第２の駆動回路それぞれを制御することにより、前記第１の射出光と前記第２の射出光との混合比率からなる前記光源装置の射出光の色度を時間的に可変制御することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 前記第１及び第２の波長変換部材は、互いに異なる温度消光特性を備え、
前記記憶手段は、前記第１及び第２の波長変換部材の温度消光特性を含み、
前記スペクトル制御手段は、前記記憶手段に含まれる前記第１及び第２の波長変換部材の温度消光特性に基づいて、前記第１及び第２の波長変換部材の、第１及び第２の励起光の励起光量照射による発熱に伴う温度消光特性に基づく補正を行う補正手段を含むことを特徴とする請求項１または８に記載の光源装置。 - 前記第１の励起光源の励起光を導光する第１の光ファイバと、
前記第２の励起光源の励起光を導光する第２の光ファイバと、
前記励起光が入射する入射部と前記光源装置の射出光を射出する射出部とを備え、前記第１及び第２の励起光の前記共通の照射領域に前記第１及び第２の波長変換部材を保持するホルダと、
を更に具備し、
前記ホルダの入射部には、前記第１の光ファイバの射出端と前記第２の光ファイバの射出端とが接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記第１及び第２の励起光が入射する入射部と前記光源装置の射出光を射出する射出部とを備え、前記第１及び第２の励起光の前記共通の照射領域に前記第１及び第２の波長変換部材を保持するホルダと、
前記第１及び第２の励起光源にそれぞれ光学的に接続される第１及び第２の入射端と、前記ホルダの入射部に光学的に接続される１つの射出端と、を有する光結合素子と、
を更に具備することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記共通の照射領域内において、前記第２の波長変換部材は、前記第１の波長変換部材よりも前記光源装置の射出開口から近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光源装置。
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