JP6149617B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクター装置等の画像投影装置の光源として用いられる光源装置に関する。更に詳しくは、レーザ光を励起光として用いて蛍光を放射する波長変換部材を備えた光源装置に関する。
従来、プロジェクター装置に用いられる光源として、レーザ光源と、当該レーザ光源からのレーザ光によって励起される蛍光体によって形成された波長変換部材とを備えてなり、所期の色の光を放射する光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
具体的には、特許文献１には、図１２に示すプロジェクター装置が開示されている。このプロジェクター装置においては、緑色光源として青色領域で発振するレーザ光を放射するレーザ光源５１と、蛍光ホイール５２と、当該蛍光ホイール５２を回転させるためのホイールモーター５３とを備えてなる光源装置が用いられている。この光源装置の蛍光ホイール５２は、レーザ光源５１からのレーザ光を透過する基材に、当該レーザ光で励起される蛍光体よりなる波長変換部材の層が形成されてなるものである。
図１２において、６１は、コリメートレンズであり、６２は、赤色発光ダイオードよりなる赤色光源である。また、６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃは、集光レンズである。また、６５は、緑色光源からの光を透過し、赤色光源からの光を反射するダイクロイックミラーであり、６６は、導光装置入射レンズである。また、６７は、反射ミラーであり、６８は、導光装置である。
このような光源装置においては、青色領域で発振するレーザ光が蛍光ホイール５２の波長変換部材層に照射されると、緑色光が放射される。
具体的には、特許文献１には、図１２に示すプロジェクター装置が開示されている。このプロジェクター装置においては、緑色光源として青色領域で発振するレーザ光を放射するレーザ光源５１と、蛍光ホイール５２と、当該蛍光ホイール５２を回転させるためのホイールモーター５３とを備えてなる光源装置が用いられている。この光源装置の蛍光ホイール５２は、レーザ光源５１からのレーザ光を透過する基材に、当該レーザ光で励起される蛍光体よりなる波長変換部材の層が形成されてなるものである。
図１２において、６１は、コリメートレンズであり、６２は、赤色発光ダイオードよりなる赤色光源である。また、６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃは、集光レンズである。また、６５は、緑色光源からの光を透過し、赤色光源からの光を反射するダイクロイックミラーであり、６６は、導光装置入射レンズである。また、６７は、反射ミラーであり、６８は、導光装置である。
このような光源装置においては、青色領域で発振するレーザ光が蛍光ホイール５２の波長変換部材層に照射されると、緑色光が放射される。
しかしながら、ホイールモーター５３を含む蛍光ホイール５２の駆動系の構成が煩雑であり、しかも、構成部材の劣化に起因してホイールモーター５３に長い使用寿命が得られない、という問題がある。
一方、光源装置としては、回転機構を有さない固定型のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
具体的に、特許文献２には、図１３に示すように、レーザ光源からのレーザ光で励起される蛍光体（ＹＡＧ焼結体）よりなる波長変換部材７１が基板７２上に硫酸バリウムよりなる熱膨張吸収層７３を介して接合され、この接合体がレーザ光源に対して固定的に設けられた光源装置が開示されている。
図１３において、７４は金属よりなる放熱プレートであり、７５は放熱用ヒートシンクである。
具体的に、特許文献２には、図１３に示すように、レーザ光源からのレーザ光で励起される蛍光体（ＹＡＧ焼結体）よりなる波長変換部材７１が基板７２上に硫酸バリウムよりなる熱膨張吸収層７３を介して接合され、この接合体がレーザ光源に対して固定的に設けられた光源装置が開示されている。
図１３において、７４は金属よりなる放熱プレートであり、７５は放熱用ヒートシンクである。
ところで、プロジェクター装置等の光源には、色再現性の観点から、各色とも色純度の高い光を放射することが求められている。
この要請に対応するよう、上記のような光源装置を光源として使用する場合、蛍光体から放射された蛍光の一部をダイクロイックミラー等でカットして色純度を向上させた高色純度の光として利用していた。
その結果、蛍光体に照射される励起光の出力に対して、実際に利用される高色純度の蛍光の明るさが低く、励起光の利用効率が低いという問題があった。
また、ダイクロイックミラー等によってカットされた光は熱に変換されるため、光源装置全体の温度を上昇させてしまい、結果として、蛍光体自身の変換効率が低下してしまう、という問題もあった。
この要請に対応するよう、上記のような光源装置を光源として使用する場合、蛍光体から放射された蛍光の一部をダイクロイックミラー等でカットして色純度を向上させた高色純度の光として利用していた。
その結果、蛍光体に照射される励起光の出力に対して、実際に利用される高色純度の蛍光の明るさが低く、励起光の利用効率が低いという問題があった。
また、ダイクロイックミラー等によってカットされた光は熱に変換されるため、光源装置全体の温度を上昇させてしまい、結果として、蛍光体自身の変換効率が低下してしまう、という問題もあった。
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、励起光の高い利用効率が得られ、高色純度の光が得られる光源装置を提供することにある。
本発明の光源装置は、励起光源と、当該励起光源から放射された励起光により励起されて蛍光を発する波長変換部材とを備えてなる光源装置であって、
前記波長変換部材から放射される蛍光における、前記励起光の波長域に重なる波長域の光を反射して、前記波長変換部材に再入射させる誘電体多層膜を有することを特徴とする。
前記波長変換部材から放射される蛍光における、前記励起光の波長域に重なる波長域の光を反射して、前記波長変換部材に再入射させる誘電体多層膜を有することを特徴とする。
本発明の光源装置においては、前記誘電体多層膜は、当該波長変換部材から放射される蛍光の光路上に当該波長変換部材と離間した位置に配置された構成とすることができる。
本発明の光源装置においては、前記誘電体多層膜は、波長変換部材に接触して配置された構成とすることができる。
本発明の光源装置においては、前記励起光源が、レーザ光源またはＬＥＤ光源であることが好ましい。
本発明の光源装置においては、前記波長変換部材が、ガーネット系蛍光体、酸化物系蛍光体、窒化物系蛍光体およびシリケート系蛍光体の群から選択される少なくとも１つから形成されることが好ましい。
本発明の光源装置は、波長変換部材から放射される蛍光における励起光の波長域に重なる波長域の光を反射して波長変換部材に再入射させる誘電体多層膜を有する。このため、当該誘電体多層膜によって、出力すべき高色純度の光の波長域外であって波長変換部材を励起することができる波長域の光を、波長変換部材に再入射させて波長変換部材を再励起させることができる。従って、出力すべき高色純度の光の波長域外の光を励起光として再利用することができ、その結果、励起光の高い利用効率が得られ、かつ、高色純度の光が得られる。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１に示す光源装置における波長変換部材および誘電体多層膜の構成を示す説明用断面図である。
この光源装置は、図１に示すように、励起光源として励起光Ｌ０を放射する半導体レーザ１０と、この半導体レーザ１０に対向して配置された、当該半導体レーザ１０から放射される励起光（レーザ光）Ｌ０によって励起されて蛍光（原蛍光）Ｌ１を放射する蛍光体から形成された波長変換部材２０とを備えてなる。
半導体レーザ１０と波長変換部材２０との間における当該半導体レーザ１０に接近した位置には、半導体レーザ１０から入射された励起光Ｌ０を平行光線として出射するコリメートレンズ１５が配置されている。また、コリメートレンズ１５と波長変換部材２０との間には、第１の集光レンズ１３と平行レンズ１４とが配置されている。また、平行レンズ１４と波長変換部材２０との間には、半導体レーザ１０からの励起光Ｌ０を透過すると共に波長変換部材２０からの光を反射する平板状のダイクロイックミラー１６が、コリメートレンズ１５の光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜した姿勢で配置されている。さらに、ダイクロイックミラー１６と波長変換部材２０との間には、第２の集光レンズ１７が配置されている。
図１では、複数（３つ）の半導体レーザ１０の光を用いているが、半導体レーザ１０が１つである形態であってもよい。
図１は、本発明の第１の実施の形態の光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１に示す光源装置における波長変換部材および誘電体多層膜の構成を示す説明用断面図である。
この光源装置は、図１に示すように、励起光源として励起光Ｌ０を放射する半導体レーザ１０と、この半導体レーザ１０に対向して配置された、当該半導体レーザ１０から放射される励起光（レーザ光）Ｌ０によって励起されて蛍光（原蛍光）Ｌ１を放射する蛍光体から形成された波長変換部材２０とを備えてなる。
半導体レーザ１０と波長変換部材２０との間における当該半導体レーザ１０に接近した位置には、半導体レーザ１０から入射された励起光Ｌ０を平行光線として出射するコリメートレンズ１５が配置されている。また、コリメートレンズ１５と波長変換部材２０との間には、第１の集光レンズ１３と平行レンズ１４とが配置されている。また、平行レンズ１４と波長変換部材２０との間には、半導体レーザ１０からの励起光Ｌ０を透過すると共に波長変換部材２０からの光を反射する平板状のダイクロイックミラー１６が、コリメートレンズ１５の光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜した姿勢で配置されている。さらに、ダイクロイックミラー１６と波長変換部材２０との間には、第２の集光レンズ１７が配置されている。
図１では、複数（３つ）の半導体レーザ１０の光を用いているが、半導体レーザ１０が１つである形態であってもよい。
本発明において、励起光源は、放射される励起光Ｌ０の波長域が、波長変換部材２０を形成する蛍光体の励起波長域に重なると共に、当該蛍光体から放射される原蛍光Ｌ１の波長域と一部が重なるものとされている。
励起光源は、半導体レーザ１０に限られるものではなく、ＬＥＤ光源や、水銀、キセノン等が封入されたランプであってもよい。なお、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。
励起光源は、半導体レーザ１０に限られるものではなく、ＬＥＤ光源や、水銀、キセノン等が封入されたランプであってもよい。なお、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。
波長変換部材２０は、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されている。
波長変換部材２０を構成する蛍光体の具体例としては、ガーネット系蛍光体、酸化物系蛍光体、窒化物系蛍光体、シリケート系蛍光体などが挙げられる。
緑色の蛍光を放射するβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを図３に示す。また、赤色の蛍光を放射するＣａＡｌＳｉＮ3 ：Ｅｕ蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを図４に示す。図３、図４において、曲線（１）は励起スペクトルであり、曲線（２）は蛍光スペクトルである。
緑色の蛍光を放射するβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを図３に示す。また、赤色の蛍光を放射するＣａＡｌＳｉＮ3 ：Ｅｕ蛍光体の励起スペクトルおよび蛍光スペクトルを図４に示す。図３、図４において、曲線（１）は励起スペクトルであり、曲線（２）は蛍光スペクトルである。
波長変換部材２０は、単結晶または多結晶の蛍光体そのものとして形成されていてもよく、蛍光体および充填材料の混合体として形成されていてもよい。充填材料としては、光透過性を有する樹脂、ガラス、焼結体、セラミックスなどを用いることができる。
波長変換部材２０の厚みは、例えば０．０５〜２．０ｍｍである。
波長変換部材２０の半導体レーザ１０に対向する面（図１において左面、図２において上面）２０ａは、励起光受光面として機能すると共に、光出射面としても機能する。
そして、本発明においては、波長変換部材２０の半導体レーザ１０に対向する当該面２０ａ上には、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射される原蛍光Ｌ１の一部を反射して、波長変換部材２０に再入射させる誘電体多層膜２４が接触して配置されている。具体的には、誘電体多層膜２４は、励起光源に対向する面から入射する光を透過し、波長変換部材２０に対向する面において蛍光体から放射される原蛍光Ｌ１における励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３を反射するものである。
そして、本発明においては、波長変換部材２０の半導体レーザ１０に対向する当該面２０ａ上には、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射される原蛍光Ｌ１の一部を反射して、波長変換部材２０に再入射させる誘電体多層膜２４が接触して配置されている。具体的には、誘電体多層膜２４は、励起光源に対向する面から入射する光を透過し、波長変換部材２０に対向する面において蛍光体から放射される原蛍光Ｌ１における励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３を反射するものである。
誘電体多層膜２４としては、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）などから選択された２種を交互に数十層程度積層させたものを用いることができる。
誘電体多層膜２４としては、蛍光体から放射される原蛍光における励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光の反射率が９８％以上であり、かつ、その他の波長域の光の透過率が９８％以上であるものであることが好ましい。
この例の光源装置においては、図５に示されるように、半導体レーザ１０は青色領域の光（図５においてスペクトル曲線（ｂ）で示す。）を放射し、波長変換部材２０を形成する蛍光体は緑色領域の蛍光（図５においてスペクトル曲線（ａ）で示す。）を放射する。そして、誘電体多層膜２４は、図５においてスペクトル曲線（ｃ）で示すように、５００ｎｍ以下、具体的には４７０〜５００ｎｍの波長域の光を反射する。
図５において、斜線を引いて示した領域は、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３を示す。
また、ダイクロイックミラー１６は、半導体レーザ１０に対向する入射面に入射された光をすべて透過すると共に、当該入射面の反対側の出射面に入射された光のうち、５８０ｎｍ以上の波長域の光を透過する。
図５において、斜線を引いて示した領域は、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３を示す。
また、ダイクロイックミラー１６は、半導体レーザ１０に対向する入射面に入射された光をすべて透過すると共に、当該入射面の反対側の出射面に入射された光のうち、５８０ｎｍ以上の波長域の光を透過する。
上記の光源装置においては、半導体レーザ１０から出射された青色領域のレーザ光である励起光Ｌ０は、コリメートレンズ１５によって平行光とされる。その後、この励起光Ｌ０は、第１の集光レンズ１３によって平行レンズ１４に集光されて入射され、当該平行レンズ１４によって再び平行光とされる。この平行光がダイクロイックミラー１６を透過し、さらに第２の集光レンズ１７によって集光され、さらに誘電体多層膜２４を透過して波長変換部材２０の面（励起光受光面）２０ａに照射される。
そして、波長変換部材２０においては、当該波長変換部材２０を形成する蛍光体が励起されて原蛍光Ｌ１が放射される。この原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４を透過し、第２の集光レンズ１７を介してダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、光源装置の外部に出射される。
一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４によって反射されて波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４を透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４によって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
蛍光体が励起されて得られた原蛍光Ｌ１，Ｌ４のうち、出力すべき高色純度の光の波長域にも励起光Ｌ０の波長域にも重ならない波長域の光は、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２と共に誘電体多層膜２４を透過して第２の集光レンズ１７を介してダイクロイックミラー１６に入射されるが、ダイクロイックミラー１６によって垂直に反射されずに透過されることによってカットされる。
その結果、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２のみが光源装置の外部に出射される。
そして、波長変換部材２０においては、当該波長変換部材２０を形成する蛍光体が励起されて原蛍光Ｌ１が放射される。この原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４を透過し、第２の集光レンズ１７を介してダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、光源装置の外部に出射される。
一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４によって反射されて波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４を透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４によって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
蛍光体が励起されて得られた原蛍光Ｌ１，Ｌ４のうち、出力すべき高色純度の光の波長域にも励起光Ｌ０の波長域にも重ならない波長域の光は、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２と共に誘電体多層膜２４を透過して第２の集光レンズ１７を介してダイクロイックミラー１６に入射されるが、ダイクロイックミラー１６によって垂直に反射されずに透過されることによってカットされる。
その結果、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２のみが光源装置の外部に出射される。
このような光源装置は、波長変換部材２０から放射される原蛍光Ｌ１における励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光を反射して、波長変換部材２０に再入射させる誘電体多層膜２４を有する。このため、当該誘電体多層膜２４によって、出力すべき高色純度の光の波長域外であって波長変換部材２０を形成する蛍光体を励起することができる波長域の光を、波長変換部材２０に再入射させて蛍光体を再励起させることができる。従って、出力すべき高色純度の光の波長域外の光を励起光として再利用することができ、その結果、励起光の高い利用効率が得られ、かつ、高色純度の光が得られる。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図６に示されるように、誘電体多層膜２４Ａが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上における当該波長変換部材２０とダイクロイックミラー１６との間に配置された構成とされている。なお、第１の実施の形態では、誘電体多層膜２４が蛍光体の励起光入射面に形成されていたが、本実施例の場合、ガラス部材等の透明な基台（不図示）の上に誘電体多層膜２４Ａを形成している。
本発明の第２の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図６に示されるように、誘電体多層膜２４Ａが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上における当該波長変換部材２０とダイクロイックミラー１６との間に配置された構成とされている。なお、第１の実施の形態では、誘電体多層膜２４が蛍光体の励起光入射面に形成されていたが、本実施例の場合、ガラス部材等の透明な基台（不図示）の上に誘電体多層膜２４Ａを形成している。
このような第２の実施の形態に係る光源装置においては、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射された原蛍光Ｌ１は、第２の集光レンズ１７を介して誘電体多層膜２４Ａに照射される。そして、誘電体多層膜２４Ａに照射された原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は当該誘電体多層膜２４Ａを透過し、ダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、光源装置の外部に出射される。一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４Ａによって反射されて、第２の集光レンズ１７を介して波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４Ａを透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４Ａによって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
このような第２の実施の形態に係る光源装置によれば、上記の第１の実施の形態に係る光源装置と同様の効果を得ることができる。
さらに、誘電体多層膜２４Ａに照射される原蛍光Ｌ１は平行光のみであるので、当該誘電体多層膜２４Ａに照射される励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は全てそのまま反射されて再励起光として使用することができ、励起光のより高い利用効率が得られる。また、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２が色ムラの抑制されたものとなる。
さらに、誘電体多層膜２４Ａに照射される原蛍光Ｌ１は平行光のみであるので、当該誘電体多層膜２４Ａに照射される励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は全てそのまま反射されて再励起光として使用することができ、励起光のより高い利用効率が得られる。また、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２が色ムラの抑制されたものとなる。
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図７に示されるように、誘電体多層膜２４Ｂが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上におけるダイクロイックミラー１６と平行レンズ１４との間に配置された構成とされている。
本発明の第３の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図７に示されるように、誘電体多層膜２４Ｂが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上におけるダイクロイックミラー１６と平行レンズ１４との間に配置された構成とされている。
このような第３の実施の形態に係る光源装置においては、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射された原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２はダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、光源装置の外部に出射される。一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、ダイクロイックミラー１６を透過して誘電体多層膜２４Ｂに照射される。そして、誘電体多層膜２４Ｂによって反射されて、ダイクロイックミラー１６および第２の集光レンズ１７を介して波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４Ｂを透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４Ｂによって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
このような第３の実施の形態に係る光源装置によれば、上記の第２の実施の形態に係る光源装置と同様の効果を得ることができる。
さらに、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２が誘電体多層膜２４Ｂを１度も透過しないで出射されるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
さらに、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２が誘電体多層膜２４Ｂを１度も透過しないで出射されるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図８に示されるように、誘電体多層膜２４Ｃが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上におけるダイクロイックミラー１６と光源装置の外部との間に配置された構成とされている。
本発明の第４の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜が、波長変換部材から放射される蛍光の光路上に、当該波長変換部材と離間した位置に配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図８に示されるように、誘電体多層膜２４Ｃが、波長変換部材２０から放射される蛍光の光路上におけるダイクロイックミラー１６と光源装置の外部との間に配置された構成とされている。
このような第４の実施の形態に係る光源装置においては、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射された原蛍光Ｌ１は、第２の集光レンズ１７を介してダイクロイックミラー１６に照射され、当該ダイクロイックミラー１６によって反射されて誘電体多層膜２４Ｃに照射される。そして、誘電体多層膜２４Ｃに照射された原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は当該誘電体多層膜２４Ｃを透過して光源装置の外部に出射される。一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４Ｃによって反射され、ダイクロイックミラー１６によって反射されて第２の集光レンズ１７を介して波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４Ｃを透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４Ｃによって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
このような第４の実施の形態に係る光源装置によれば、上記の第２の実施の形態に係る光源装置と同様の効果を得ることができる。
さらに、励起光Ｌ０が誘電体多層膜２４Ｃを透過しない構成であるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
さらに、励起光Ｌ０が誘電体多層膜２４Ｃを透過しない構成であるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜がロッドレンズを介して配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図９および図１０に示されるように、第２の集光レンズ１７と波長変換部材２０との間にロッドレンズ２５が設けられ、当該ロッドレンズ２５における励起光Ｌ０が入射される端面（図９および図１０において左面）上に誘電体多層膜２４Ｄが配置された構成とされている。
本発明の第５の実施の形態に係る光源装置は、誘電体多層膜がロッドレンズを介して配置されていること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図９および図１０に示されるように、第２の集光レンズ１７と波長変換部材２０との間にロッドレンズ２５が設けられ、当該ロッドレンズ２５における励起光Ｌ０が入射される端面（図９および図１０において左面）上に誘電体多層膜２４Ｄが配置された構成とされている。
このような第５の実施の形態に係る光源装置においては、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射された原蛍光Ｌ１は、ロッドレンズ２５を介して誘電体多層膜２４Ｄに照射される。そして、誘電体多層膜２４Ｄに照射された原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は当該誘電体多層膜２４Ｄを透過して、第２の集光レンズ１７およびダイクロイックミラー１６を介して光源装置の外部に出射される。一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４Ｄによって反射され、ロッドレンズ２５を介して波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４Ｄを透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４Ｄによって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
このような第５の実施の形態に係る光源装置によれば、上記の第１の実施の形態に係る光源装置と同様の効果を得ることができる。
さらに、ロッドレンズ２５内の光は空気中の蛍光の広がる角度よりもゆるやかな角度になるために、波長変換部材２０の面２０ａ上に接触して誘電体多層膜２４が設けられた第１の実施の形態に係る光源装置に比べて光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
さらに、ロッドレンズ２５内の光は空気中の蛍光の広がる角度よりもゆるやかな角度になるために、波長変換部材２０の面２０ａ上に接触して誘電体多層膜２４が設けられた第１の実施の形態に係る光源装置に比べて光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態に係る光源装置は、ダイクロイックミラーを備えておらず、波長変換部材の半導体レーザに対向する面が励起光受光面として機能すると共に反対側の面が光出射面として機能する透過型のものであること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図１１に示されるように、誘電体多層膜２４Ｅが、波長変換部材２０について半導体レーザ１０と反対側の当該波長変換部材２０から放射される原蛍光の光路上に、第３の集光レンズ１８を介して当該波長変換部材２０から独立して配置された構成とされている。
本発明の第６の実施の形態に係る光源装置は、ダイクロイックミラーを備えておらず、波長変換部材の半導体レーザに対向する面が励起光受光面として機能すると共に反対側の面が光出射面として機能する透過型のものであること以外は第１の実施の形態に係る光源装置と同様の構成を有するものである。
具体的に説明すると、図１１に示されるように、誘電体多層膜２４Ｅが、波長変換部材２０について半導体レーザ１０と反対側の当該波長変換部材２０から放射される原蛍光の光路上に、第３の集光レンズ１８を介して当該波長変換部材２０から独立して配置された構成とされている。
このような第６の実施の形態に係る光源装置においては、波長変換部材２０を形成する蛍光体から放射された原蛍光Ｌ１は、波長変換部材２０の励起光Ｌ０が入射する面２０ａと対向する面２０ｂから出射し、第３の集光レンズ１８を介して誘電体多層膜２４Ｅに平行光として照射される。そして、誘電体多層膜２４Ｅに照射された原蛍光Ｌ１のうち、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は当該誘電体多層膜２４Ｅを透過して光源装置の外部に出射される。一方、原蛍光Ｌ１のうち、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は、誘電体多層膜２４Ｅによって反射され、第３の集光レンズ１８を介して波長変換部材２０に再入射される。励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３が再入射された波長変換部材２０においては、蛍光体が再励起されて原蛍光Ｌ４が放射される。この原蛍光Ｌ４は、原蛍光Ｌ１と同様に、出力すべき高色純度の光の波長域の光Ｌ２は誘電体多層膜２４Ｅを透過して光源装置の外部に出射され、励起光Ｌ０の波長域に重なる波長域の光Ｌ３は誘電体多層膜２４Ｅによって反射されて波長変換部材２０に再入射される。
このような第６の実施の形態に係る光源装置によれば、上記の第１の実施の形態に係る光源装置と同様の効果を得ることができる。
さらに、光源装置としてダイクロイックミラーを有さない構成であるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
さらに、光源装置としてダイクロイックミラーを有さない構成であるために、光の損失が抑制されるので、励起光のより高い利用効率が得られる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
１０ 半導体レーザ
１３ 第１の集光レンズ
１４ 平行レンズ
１５ コリメートレンズ
１６ ダイクロイックミラー
１７ 第２の集光レンズ
１８ 第３の集光レンズ
２０ 波長変換部材
２０ａ，２０ｂ 面
２４，２４Ａ〜２４Ｅ 誘電体多層膜
２５ ロッドレンズ
５１ レーザ光源
５２ 蛍光ホイール
５３ ホイールモーター
６１ コリメートレンズ
６２ 赤色光源
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ 集光レンズ
６５ ダイクロイックミラー
６６ 導光装置入射レンズ
６７ 反射ミラー
６８ 導光装置
７１ 波長変換部材
７２ 基板
７３ 熱膨張吸収層
７４ 放熱プレート
７５ 放熱用ヒートシンク
１３ 第１の集光レンズ
１４ 平行レンズ
１５ コリメートレンズ
１６ ダイクロイックミラー
１７ 第２の集光レンズ
１８ 第３の集光レンズ
２０ 波長変換部材
２０ａ，２０ｂ 面
２４，２４Ａ〜２４Ｅ 誘電体多層膜
２５ ロッドレンズ
５１ レーザ光源
５２ 蛍光ホイール
５３ ホイールモーター
６１ コリメートレンズ
６２ 赤色光源
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ 集光レンズ
６５ ダイクロイックミラー
６６ 導光装置入射レンズ
６７ 反射ミラー
６８ 導光装置
７１ 波長変換部材
７２ 基板
７３ 熱膨張吸収層
７４ 放熱プレート
７５ 放熱用ヒートシンク
Claims (5)
- 励起光源と、当該励起光源から放射された励起光により励起されて蛍光を発する波長変換部材とを備えてなる光源装置であって、
前記波長変換部材から放射される蛍光における、前記励起光の波長域に重なる波長域の光を反射して、前記波長変換部材に再入射させる誘電体多層膜を有することを特徴とする光源装置。 - 前記誘電体多層膜は、当該波長変換部材から放射される蛍光の光路上に当該波長変換部材と離間した位置に配置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。
- 前記誘電体多層膜は、波長変換部材に接触して配置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。
- 前記励起光源が、レーザ光源またはＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光源装置。
- 前記波長変換部材が、ガーネット系蛍光体、酸化物系蛍光体、窒化物系蛍光体およびシリケート系蛍光体の群から選択される少なくとも１つから形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光源装置。
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-
2013
- 2013-09-02 JP JP2013181120A patent/JP6149617B2/ja active Active
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