JP6406800B2 - 発光装置及び光変換ユニット - Google Patents
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Description
このような構成であれば、波長変換部材からの反射光や波長変換された2次光が保持部材の端面に入射することにより生じる光の損失を低減でき、光出力を向上させることができる。又は、波長変換部材に発生する熱によるライトガイドや保持部材などの劣化、変質等を軽減することができる。
ある局面に係る発光装置では、前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定される。前記入射開口の開口径は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される。
別の局面に係る発光装置は、円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有する。前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化される。前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成する。前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される。
別の局面に係る発光装置では、前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置される。前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有する。前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい。
別の局面に係る発光装置は、前記ライトガイドの前記先端部を保持するライトガイド保持部材を有する。前記ライトガイド保持部材には、それぞれ異なる外径を有する2つの円柱状中空領域が形成され、これら円柱状中空領域は、前記ライトガイドの前記先端部で連結一体化して中空部を形成する。前記ビーム径制御部は、前記ライトガイド保持部材の前記2つの円柱状中空領域のうち大きな径を有する前記円柱状中空領域内に配置される。前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有する。前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定される。前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい。
ある局面に係る光変換ユニットでは、前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定される。前記入射開口の開口径は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される。
別の局面に係る光変換ユニットは、円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有する。前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化される。前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成する。前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される。
別の局面に係る光変換ユニットでは、前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置される。前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有する。前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい。
別の局面に係る光変換ユニットは、前記ライトガイドの前記先端部を保持するライトガイド保持部材を有する。前記ライトガイド保持部材には、それぞれ異なる外径を有する2つの円柱状中空領域が形成され、これら円柱状中空領域は、前記ライトガイドの前記先端部で連結一体化して中空部を形成する。前記ビーム径制御部は、前記ライトガイド保持部材の前記2つの円柱状中空領域のうち大きな径を有する前記円柱状中空領域内に配置される。前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有する。前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定される。前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい。
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態を含む以下の全ての実施形態では、光変換部材を波長変換部材として説明するが、当該光変換部材は、1次光の光学特性を変換する部材で、ビームの配光特性を変換する配光変換部材や1次光のビームの集光位置を変える光学部品等を含むものとする。
本装置は、1次光を射出する1次光源101と、レンズ102と、ライトガイド103と、光変換ユニット104と、ライトガイド保持部材105と、ビーム径制御部106と、光取り出し部材107とを有する。1次光源101から射出される1次光の光路上には、レンズ102を介してライトガイド103の一端が配置されている。このライトガイド103の他端には、光変換ユニット104が配置されている。このライトガイド103は、1次光源101から射出された1次光を伝播して光変換ユニット104に導く。
ライトガイド保持部材105は、当該ライトガイド103の先端部を保持する。このライトガイド保持部材105には、互いに異なる内径を有する2つの円柱状中空領域105a、105bが連続して一体的に形成され、中空部(105a、105b)を成している。なお、円柱状中空領域105aの内径は、円柱状中空領域105bの内径よりも小さく形成されている。又、これら円柱状中空領域105a、105bは、1次光の進行方向に沿った順序で配置されている。
内径の小さい円柱状中空領域105aには、ライトガイド103の他端が保持されている。内径の大きい円柱状中空領域105bには、ビーム径制御部106を構成するビーム径制御部材2が保持されている。
この光取り出し部材107には、ライトガイド103により伝播された1次光を2次光に波長変換する光変換部材7が設けられている。この光変換部材7は、中空部107a内に設けられている。なお、この光取り出し部材107では、ライトガイド103の中心軸P方向において、光変換部材7に対して放出開口4が形成されている側を前方側とし、入射開口3が形成されている側を後方側とする。
このテーパー状の中空部107aの側面には、反射部材6が設けられている。この反射部材6は、中空部107aの側面に設けられ、光変換部材7により変換された2次光のうち少なくとも一部を放出開口4側に進行方向を変える。しかるに、この反射部材6は、中空部107aのテーパー状の形状に沿った円錐台形状(テーパー状)に形成されている。この反射部材6のビーム径制御部材2に対して接する面は、入射開口3が形成された面となる。
この1次光がビーム広がり角度φ1で照射される面における照射領域の径をビームスポット径と定義し、さらに、対象とする面に1次光が進行した場合のライトガイド103の中心軸P上のビーム強度の1/e2となる1次光のパワーの広がり径をビーム径と定義する。以下、ビーム広がり角度、ビームスポット径、ビーム径と称する。
光変換部材7に1次光が照射される照射面は、1次光照射面9である。この1次光照射面9は、実際に1次光が照射される1次光のビームスポット径D2の領域よりも広く設けられている。
(1次光源)
1次光源101は、波長変換部材7を励起する波長の光を射出するものであれば特に限定されるものではなく、例えば半導体レーザ(LD)、発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントダイオード、各種の固体レーザでもよく、好ましくは、LDやLEDを用いるのがよい。これらLDやLEDは、小型で動作速度が速く、信頼性にも優れている。特に、LDは、LEDに比べ、パワー密度が高いので、当該LDを用いることにより本装置の輝度を容易向上させることができる。なお、LDは、窒化物系半導体を発光層とする。
(ライトガイド)
ライトガイド103は、屈曲可能であることが好ましい。このライトガイド103の径は、特に限定されないが、例えば200μm以下のものを用いるのがよい。このライトガイド103の一端には、上記の通り、1次光源101が配置され、他端には光変換ユニット104が配置されている。このライトガイド103は、1次光源101から射出された1次光を光変換ユニット104に導光するものであれば、特に限定されるものでなく、例えばライトパイプ、ファイババンドル、光ファイバ等でもよく、好ましくは、光ファイバとすることがよい。
(光変換部材)
ここでは、光変換部材7の一つとして、スペクトルの形状を変える波長変換部材について説明する。この波長変換部材は、1次光源101から射出される1次光を波長変換して2次光を発生するものであり、例えば、蛍光体のみから成るもの、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機部材、低融点ガラス、結晶化ガラス等の無機部材などの透光性部材に蛍光体を含有させたものが挙げられる。
この光変換部材7は、1次光源101から射出される1次光の少なくとも一部を吸収し、1次光の波長領域とは異なる波長領域に波長変換して、例えば赤色光、緑色光、青色光等のスペクトルを有する2次光を放出する。この光変換部材7を構成する蛍光体は、少なくとも1次光源101から射出される1次光を波長変換するものであれば、特に限定されず、他の波長変換部材を用いることができる。
本装置は、1次光源101から射出される1次光と蛍光体から発生した2次光とを合波したり、複数の蛍光体から発生した各光を合波混色したりして、照明光108として出射させることができる。
なお、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体レーザ(LD)を1次光源101とすれば、蛍光体は、LDから射出される1次光を吸収し異なる波長である2次光に波長変換するものであればよい。
(ライトガイド保持部材)
ライトガイド保持部材105は、上記の通りライトガイド103の少なくとも1次光の出射側の先端部を保持する。このライトガイド保持部材105は、ライトガイド103の側面の少なくとも一部、好ましくは出射側端部の側面つまりライトガイド103の周囲を被覆することが好ましい。このライトガイド保持部材105を備えることにより、光取出し部材107やビーム径制御部106等を容易に配置することができる。
本装置は、ライトガイド保持部材105を備える場合、当該ライトガイド保持部材105の一部をビーム径制御部106としている。
このライトガイド保持部材105は、例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、カーボン、ステンレス鋼、ホウ珪酸ガラス等で構成することができる。
具体的にライトガイド保持部材105は、例えば図2に示すように互いに異なる外径を有する2つの円柱状中空領域105a、105bを組み合わせて1次光出射面10で一体化して中空部を形成し、かつビーム径制御部106は、ライトガイド保持部材105の大きな外径を有する円柱状中空領域105bに配置してもよい。
(ビーム径制御部)
ビーム径制御部106は、ライトガイド103の先端部と光取り出し部材107の入射開口3とを離間させて当該ライトガイド103の先端部と入射開口3との間隔を維持し、光変換部材7に照射される1次光のビームスポット径を制御する。すなわち、このビーム径制御部106は、光変換部材7における1次光が照射される照射面上での1次光のビームスポット径を制御するためにライトガイド103の先端と入射開口3とを離間させ、かつこれらライトガイド103の先端と入射開口3との間隔を維持するように配置される。
ここで、ビーム径制御部材2の屈折率をn1とし、接着材100の屈折率をnbとすると、
n1>nb …(1)
を満足する接着材100を設ければ、ビーム径制御部材2は、1次光がビーム径制御部106内を進行する導光部材として機能する。
なお、ビーム径制御部材2には、当該ビーム径制御部材2におけるライトガイド103の中心軸P近傍と位置が対応する1次光の入射領域と、同ビーム径制御部材2における1次光の出射側の面とを除く側面には、第2の反射部材を設けても良い。
Ds=Dco+L1×tanφ1〜L1×tanφ1 …(2)
ビーム径制御部材2の半径Drは、光ファイバのクラッド径Dclよりも大きく設定される。
Dcl< Dr …(3)
ビーム径制御部材2の出射側面から出射した1次光が光取り出し部材107の入射開口3に何ら遮蔽されずに入射し、光学的に結合するためには、1次光のビーム径Dsは、ビーム径制御部材2の半径Drより小さく、入射開口3の開口径D1と略等しいか、または小さく設定されている。すなわち、
Ds≦D1 …(4)
このように1次光のビーム径Dsは、入射開口3の開口径D1と略等しいか、または小さく設定されていると、ライドガイド103の先端部から射出された1次光は、ビーム径制御部材2に入射し、当該ビーム径制御部106の部材内を進行する。
このように1次光のビーム径Dsは、ビーム径制御部材2を設けることにより広げられて、光取り出し部材107の入射開口3から透明部材5へ入射する。
(光取り出し部材)
光取り出し部材107では、波長変換部材7により入射した1次光は、1次光の波長と異なる波長の2次光に変換される。この光取り出し部材107の入射開口3が形成された面は、ビーム径制御部材2の1次光出射側の面を含むライトガイド保持部材105の端部の面に対して接触結合される。この場合、光取り出し部材107の入射開口3が形成された面は、ライトガイド保持部材105の端部の面に対して光透過性の接着材を介して接触結合され、かつ互いの回転中心が略一致させている。
光取り出し部材107は、例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、カーボン、ステンレス鋼、ホウ珪酸ガラス等から形成される。
この光取り出し部材107のテーパー状の中空部107a内には、透明部材5と、光変換部材7とが1次光を進行させるライトガイド103の中心軸P方向に対して直交方向に1次光の進行順に配置されている。
入射開口3の開口径D1は、光変換部材7の1次光照射面9における1次光のビームスポット径D2に略等し、または小さく設定されている。すなわち、入射開口3の開口径D1は、光変換部材7の1次光照射面9における1次光のビームスポット径D2と略等しいか、又は入射開口3における1次光のビームスポット径Dsより大きくかつ光変換部材7の1次光照射面9における1次光のビームスポット径D2より小さくなるように設定される。
光取り出し部材107のテーパー状の中空部107a内に設けられた反射部材6と1次光のライトガイド103の中心軸P方向との成すテーパー角度Φ0は、1次光のビーム広がり角度φ1に比べ、十分大きく設定されている。
(ビーム制御部の長さL1の決め方)
ビーム制御部106長さL1の決め方について図3を参照して説明する。
ここで、1次光の出射点をOとし、入射開口3が存在する面をPH、1次光の光変換部材7の照射面をQE、1次光の照射面における1次光のビームスポット径をRE、放出開口4の開口径をCFとする。
ライトガイド103の先端の1次光出射点Oから出射される1次光は、ビーム広がり角度φ1で進行し、光変換部材7の照射面QEに照射される。この照射面QE上の1次光ビームスポット径D2に対して入射開口3が存在する面PHにおける開口径D1は、同入射開口4が存在する面における1次光のビーム径Dsよりも等しいか、又は大きくする必要がある。
L=L1+L2+Ls≦Lmax …(5)
ここで、Lmaxは、光変換ユニット104の最大の長さである。光変換部材7の1次光の照射面における1次光ビームスポット径D2は、次式により表される。
D2=(L1+L2)×tanφ1 …(6)
ここで、1次光の光変換部材7の照射面における光パワー密度の最大値は、光変換部材7の特性に基づいて設定される光変換部材7の許容パワー密度限界以下に設定される。この光変換部材7の特性を制限するものは、例えば以下のものである。
光変換部材7は、1次光の一部を吸収し、2次光を発生するが、このとき発熱が生じる。この発熱により1次光から2次光への変換効率が低下する。発熱により2次光のスペクトル形状が変わり、色温度や色ムラ等の照明光108の特性が変化する。
又、本装置として、光変換ユニット104部分の温度に制限があり、先端部の温度上昇がある温度以下に設定することや、先端の放出開口4が存在する面の最大開口径や照明光108の広がり角度(配光特性)に条件がある。
従って、ビームスポット径D2は、1次光の入射パワーに対して、この許容パワー密度限界に対応するビームスポット径をD2minとすれば、
D2≧D2min=Lmin×tanφ1 …(7)
の関係が成り立つ。
許容パワー密度限界に対応する1次光の出射点から光変換部材7の照射面(1次光照射面9)までの最短の距離をLminとすれば、
Lmin≦L1+L2 …(8)
の関係が成り立つ。
D1=Ds+ΔD (ΔD≧0) …(9)
とすれば、
D1/D2=Ds/D2+ΔD/D2
=L1/(L1+L2)+ΔD/D2
≧L1/(L1+L2)(但し、L1+L2≧Lmin) …(10)
光変換部材7の照射面近傍で発生した2次光の中には、後方側に逆進するものがある。この後方側に逆進する2次光を反射部材8により反射させて方向転換させるためには、入射開口3の開口を小さくすれば、当該反射部材8で反射して方向転換する2次光の光量を増大させ、照明光108の取り出し効率を上げることができる。なお、この場合、入射開口3が形成された面を透過する2次光は除く。
L2>L1の場合
L1を極限まで小さくすると、D1はDsと同じになり、ライトガイド103のコア径Dcoに近づき、L2はLminに近づく。
実際には、ライトガイド103のコア径Dcoに対して1次光照射面9でのビームスポット径D2を少なくも10倍、面積で100倍に設定すれば、光変換部材7の1次光照射面9での1次光のパワー許容密度限界以下になると考える。
D1/D2>Ds/(10×Dco)≧Dco/(10×Dco)=1/10
から、すなわち、
1/10<L1/(L1+L2)≦D1/D2
(但し、L1+L2≧Lmin) …(11)
を満たすように、L1を決める。
1/2≦L1/(L1+L2)≦D1/D2 …(12)
となるL1、L2を決める。
さらに、入射開口3が存在する面が1次光の照射面になる場合
L2=0,D1≧Ds=D2 …(13)
となり,1次光の照射面のビームスポット径D2は、許容パワー密度限界に対応するビームスポット径をD2minより大きな径に設定する必要がある。
すなわち、
L1 ≧ Lmin …(14)
と設定される。
又、ビーム径制御部106は、光変換部材7における1次光が照射される1次光照射面9上における1次光の光パワー密度の最大値を、光変換部材7の特性に基づいて設定される許容パワー密度限界以下となるようなパワー密度とする。
光変換部材7の1次光照射面9におけるビームスポット径は、1次光の入射パワーに対して許容パワー密度限界以下を満足する。
(1次光のビーム広がり角度φ1を変えた場合)
ライトガイド103の開口数(NA)を変えた場合の対応について図4を参照して説明する。
ライトガイド103を大きなNAにした場合、1次光のビーム広がり角度φ1は、大きなビーム広がり角度φ1’に変わる。このようにビーム広がり角度φ1’に変わった場合、光取り出し部材107、光変換部材7及び反射部材6等の形状が同じであれば、ビーム径制御部106の長さL1を変える必要があるので、このときの当該ビーム径制御部106の長さL1の換え方について説明する。
光変換部材7の照射面における1次光のビームスポット径は、REからR’Eに大きくなるが、放出開口4が存在する面の開口径Dmaxを変えないため、照明光108の配光特性が大きく変わらない。
したがって、ビーム系制御部106の長さL1をOHからO’Hに相当するL1’に変えることで、照明光108の配光特性や光取り出し効率を低下させずに、有効に照明光108を取り出せる。
(テーパー角度Φ0)
光変換部材7の厚さや光変換ユニット104の長さや出射開口3の開口径を考慮してテーパー角Φ0の設定について図5を参照して説明する。
光変換ユニット104の放出開口4が存在する面の開口径をD3とし、光変換部材7の厚さをLsとすれば、ライトガイド103の先端部の1次光出射点Oから放出開口4(CF)が存在する面までの距離Lと放出開口4が存在する面の開口径D3とは、本装置の寸法として、下記の3つの条件を満たしていることが必要である。本装置は、例えば内視鏡の光源を想定して説明する。
条件として、内視鏡では、先端の光変換ユニット104は、先端の屈曲部より先端に配置する必要があり、全体の長さLは、最大長Lmaxより、短く設定する。
又、条件として、照明光108の放出開口4が存在する面の開口径D3には、最大径Dmaxが存在する。すなわち、
L=L1+L2+Ls≦Lmax …(15)
D3=D1+(L−L1)×tanΦ0≦Dmax …(16)
又、条件として、光変換部材7の1次光照射面9における許容パワー密度限界に対応する最小ビームスポット径Dminを満足するための1次光の出射点をAとすれば、
L1+L2≧Lmin …(16)
ここで、光変換部材7の厚さLsは、照明光108の最大出力と透過1次光と2次光との混合比や2次光の変換効率等を考慮して決定されるものであり、ビーム系制御部106の長さL1と、光取り出し部材107の入射開口3から光変換部材7の1次光照射面9までの距離L2とに直接影響するパラメータではない。
上記3つの条件を満たす範囲で、上記式(11)からビーム系制御部106の長さL1を決める。
本装置の放出開口4が存在する面の開口径D3、光変換部材7のビームスポット径D2が決まると、
L1+L2=Loが決まる。
そこで、L1が決まると、
L2=Lo−L1からL2が決まる。
L=L1+L2+Lsから光変換ユニット104の長さLが決まる。
L1が決まると、Dsが決まる。D1≧Dsであり、放出開口4が存在する面の開口径D3は、所定の開口径に設定されるため、テーパー角度Φ0は、次式で決まる。
tanΦ0=(D3−D1)/(L−L1) …(17)
実際には、テーパー角度Φ0は、光取り出し効率から実験的に所定の角度になる。
照明光108の取り出し効率を最大にする為には、入射開口3が存在する面でのビーム径D1と光変換部材7の1次光照射面9でのビームスポット径D2との比D1/D2が調整される。
具体的に、1次光のビーム広がり角度φ1は、1次光源101とレンズ102との結合および光ファイバのNA、ビーム径制御部材2の屈折率n1により決まる。通常の光ファイバを用いた場合、1次光のビーム広がり角度φ1は、6°〜12°であり、実際には8°前後である。テーパー角度Φ0は、実験から15°〜30°の範囲で、照明光108の広がり角度(配光分布)特性に対応した所定のテーパー角度に設定されることが好ましい。
(透明部材)
透明部材5は、ライトガイド103の先端部から出射される1次光が光変換部材7へ進行する媒体である。この透明部材5は、1次光および光変換部材7で発生する2次光を透過させるものであればよい。この透明部材5の屈折率n2は、ライトガイド103の屈折率n0と光変換部材7の屈折率nsとの間の屈折率を有することが好ましい。この透明部材5は、熱伝導率が大きな材料が好ましい。この透明部材5は、具体的に、ガラスや樹脂、石英、サファイア等の材料が一例として挙げられる。
(反射部材)
反射部材6は、1次光および2次光を反射させて方向を変換させる。この反射部材6は、金属薄膜や誘電体多層膜により形成される。具体的に反射部材6は、Ag(銀)やAl(アルミニウム)の金属薄膜である。
実際に光取り出し部材107の中空部107aの側面には、反射部材6となる金属薄膜等を直接設けることはない。金属薄膜により形成される中空部107aの側面との密着性や表面の酸化等の反射部材の信頼性のために、当該金属薄膜の下地には、誘電体膜を設け、さらに金属薄膜をSiO2膜等で覆い酸化防止対策をしている。
(入射開口)
光取り出し部材107は、中空部107aを有し、当該中空部107aの円錐台形状の側面には反射部材6が配置されている。この反射部材6の内側は、透明部材5と光変換部材7とが1次光の進行方向に対して順に配置されている。
ビーム径制御部106におけるビーム径制御部材2の出射側の面と光取り出し部材107の中空部107aの1次光が入射する面とは、接着材で接続されている。
入射開口3の開口径D1は、光変換部材7の1次光照射面9における1次光のビームスポット径D2に略等しく又は小さく設定されている。入射開口3の開口径D1は、入射開口3に接するビーム径制御部材2の出射面における1次光のビーム径Dsと略等しいか又は大きな径に設定されている。
1次光源101から射出された1次光は、レンズ102により集光され、ライトガイド103である光ファイバのコア部分に結合される。この1次光は、ライトガイド103内を進行し、当該ライトガイド103の1次光源101とは異なる一方の先端部の1次光出射面10から出射され、ビーム径制御部材2の入射側の面から当該ビーム径制御部材2内に入射進行する。
Ds=Dco+L1×tanφ1 〜 L1×tanφ1 …(18)
ビーム径制御部106から出射した1次光は、光取り出し部材107の中空部107a内に配置された透明部材5の入射側の面、すなわち入射開口3が存在する面に入射する。
ビーム径制御部材106の屈折率をn1とし、透明部材5の屈折率をn2とすれば、透明部材5内に進行する1次光のビーム広がり角度φ2は、次式により表される。なお、ビーム径制御部材106の屈折率n1は、透明部材5の屈折率n2に対して略同じ又は大きい(n1≧n2)。
sinφ2=n1/n2×sinφ1 ≧ sinφ1 …(19)
すなわち、
φ2 ≧ φ1
となる。
透明部材5内を進行する1次光は、ビーム広がり角度φ2で広がり、光変換部材7に照射される。
入射開口3が存在する面から光変換部材7の1次光照射面9までの距離をライトガイド103の中心軸P上においてL2、1次光のビームスポット径をD2とすると、D2は、次式により表される。
D2=L2×tanφ2+Ds 〜 L2 ×tanφ1+ Ds
=(L1+L2)×tanφ1 …(20)
光変換部材7に入射する1次光のパワーに対して1次光のビームスポット径D2を小さくすると、光変換部材7の照射面のパワー密度が増大し、光変換時の発熱が局所的に集中する。これにより、光変換部材7が熱的に劣化し、2次光への変換効率が低下するおそれがある。
したがって、光変換部材7の2次光への変換効率を保持する為には、最小ビームスポット径Dminよりも1次光のビームスポット径D2を大きくする必要がある。最小ビームスポット径DminとなるときのL1+L2をLminとする。すなわち、
Dmin=Lmin×tanφ1 ≦ D2
Lmin ≦ L1+L2 …(21)
光取り出し部材107の中空部107aの側面に設けられた反射部材6は、入射開口3が存在する面から放出開口4が存在する面までテーパー状に拡径する形状である。円錐台形状の断面のテーパー部分とライトガイド103の中心軸P方向とのなす角度Φ0は、1次光のビーム広がり角度φ1や、透明部材5内に進行する1次光のビーム広がり角度φ2にくらべ十分大きい。
光変換部材7の1次光照射面9における光変換部材7の径D0は、1次光のビームスポット径D2に比べ大きく設定されている。
逆進した2次光の内、1次光のビームスポット領域の周辺に進行する2次光は、透明部材5の側面に配置された反射部材6により反射され、進行方向を転換して、前方側である放出開口4が存在する面の方向に進行する。
入射開口3が存在する面が狭めすぎると、ビーム径制御部106から出射され、入射開口3が存在する面に入射する1次光の進行を遮ることになる。
一方、光変換部材7の1次光照射面9でのビームスポット径D2より大きくすると、逆進してビームスポットの内側に向かう2次光は、入射開口3が存在する面からビーム径制御部106へ逆進して、光取り出し部材107の中空部107aの入射開口3が存在する面へ再入射させることが困難になる。
このため、入射開口3の開口径D1は、入射開口3が存在する面における1次光のビーム径Dsよりも大きく、かつ光変換部材7の1次光照射面9のビームスポット径D2よりも小さく設定し、光取り出し効率を高めている。
反射部材6のテーパー角度Φ0を1次光のビーム広がり角度φ1に比べ十分大きくすると、光変換部材7で発生した2次光の内で後方側に逆進した2次光のうち、少なくとも1次光のビーム照射領域から内側へ向かう2次光の内で、かつ入射開口3が存在する面の内側に向かう光を除く2次光は、反射部材6で反射し、前方に方向変換して、再び光変換部材7に入射させることができる。
(作用・効果)
このように上記第1の実施の形態によれば、光変換部材7を有する光取り出し部材107の中空部107aとライトガイド103の先端部との間にビーム径制御部106を設けたので、このビーム径制御部106の出射側の面における1次光のビーム径Dsを拡げ、光変換部材7の1次光照射面9での1次光ビームスポット径D2を広くし、1次光照射面9での1次光のパワー密度を低減し、光変換部材7の1次光照射面9近傍の局所発熱を低減することができる。
透明部材5に熱伝導率の大きな材料を選択することにより、光変換部材7の1次光照射面9近傍で発生する局所発熱は、透明部材5を介して光取り出し部材107で熱伝導し、さらにライトガイド保持部材105へ熱伝導するので、光変換部材7の発熱を抑えることができる。
また、光変換部材7としては、以下に示すような様々な部材を組み合わせで用いることができる。
光変換部材7として配光変換部材は、例えば、凹レンズのほか、凸レンズや、凸レンズと凹レンズの組合せのように放射角を変換する放射角変換部材や、ホログラムレンズ、回折格子などのように、放射角を変えたり、又は放射する光の方向を変換する配光変換部材を用いることができる。
光変換部材7としてのスペクトル変換部材は、蛍光体のほかに、光半導体やSHG(2次高調波)、エレクトロルミネッセンス材料などを用いることができる。
光変換部材7は、1次光源101から射出された光の一部を透過し、一部を遮断する光透過変調部材として、光スイッチやエレクトロクロミック、液晶デバイスなどを用いることができる。
[第1の実施の形態の変形例]
次に、上記第1の実施の形態の変形例について図6に示す構造概略図を参照して説明する。なお、図2と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
光取り出し部材107の中空部107aの側面に設けられた反射部材6の内側には、光変換部材7のみが配置されている。反射部材6の内側には、上記第1の実施の形態のように透明部材5が設けられておらず、この点、上記第1の実施の形態と相違する。
又、ライトガイド保持部材105と、ビーム径制御部106と、光取り出し部材107との夫々の各中空部105a、105b、107aは、同一部材で形成されてかつ連結され、一体化されたホルダー200として形成されている。すなわち、ホルダー200の中空部(105a、105b、107a)は、ライトガイド103の先端部を支える円柱状中空領域105aと、この円柱状中空領域105aの外径よりも大きな径の円柱状中空領域105bと、円錐台形状中空領域107aとが連結一体化された部材であり、熱伝導率の大きな材料で構成されている。
光変換部材7における1次光照射面9とビーム径制御部材2との出射側の表面を略一致するために、1次光照射面9と入射開口3とが存在する面は、同一である。
光変換部材7の1次光照射面9で発生する局所発熱は、ホルダー200で熱伝導され、当該ホルダー200の後方側に熱伝導される。
(作用、効果)
ライトガイド保持部材105の中空部105aと、ビーム径制御部106の中空部106aと、光取り出し部材107の中空部107aとを一体化したホルダー200を用いることにより、ライトガイド103の中心軸P調整なしで、かつ光変換部材7の1次光照射面9の近傍で発生した局所発熱をホルダー200の後方側に効率的に熱伝導できる。
又、光取り出し部材107の中空部107a内に光変換部材7のみ配置するので、コストを低減できる。ホルダー200の中空部(105a、105b、107a)の側面にビーム径制御部反射部材202及び反射部材6を設けるので、これらビーム径制御部反射部材202及び反射部材6を中空部(105a、105b、107a)の側面全体に設けることが可能である。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、上記第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図7は発光装置の先端部に設けられている光変換ユニットの構成図を示す。ホルダー300には、円柱状中空領域300aと円錐台形状中空領域300bとから成る中空部(300a、300b)が形成されている。円柱状中空領域300aは、円柱状の中空に形成され、底面に開口穴300cを有する。円錐台形状中空領域300bは、後方側が円錐台の底部で小さな径に形成され、かつ前方側が円錐台の上部で大きな径に形成された円錐台形状(テーパー状)に形成されている。これら円柱状中空領域300aと円錐台形状中空領域300bとは、ライトガイド103の中心軸P方向に回転中心を略一致させ、かつ円錐台形状中空領域300bの入射開口3が存在する面で連結一体化されている。
ホルダー300の円柱状中空領域300aの側面及び底面部の開口穴を除いた面には、ビーム径制御部反射部材109が設けられている。又、円錐台形状中空領域300bの側面には、反射部材6が設けられている。これらビーム径制御部反射部材109と反射部材6とは、夫々の構造が同一であることが好ましい。
反射部材6の内側には、透明部材5と、光変換部材7とが1次光の進行順に配置されている。光変換部材7の出射側の面は、放出開口4が存在する面から後退して配置されている。
光変換部材7の出射側の面の中心と放出開口4が存在する面の端と成す角度をφoutとすると、この角度φoutは、略照明光108の広がり角度に略相当する。光変換部材7の出射側の面と放出開口4が存在する面との離間距離を所定の値に設定し、照明光108の広がり角度(照明光108の配光分布特性)を設定している。
(作用、効果)
このように上記第2の実施の形態によれば、光変換部材7を円錐台形状中空領域300b内の側面及び底面部に接触することなく透明部材5によって保持するので、効率高く照明光108を放出できると共に、照明光108を絞り込むことができる。
ビーム径制御部106の円柱状中空領域300aの底面部すなわち1次光出射面301の外側は、平面に形成され、ライトガイド保持部材105の先端部の表面と付き合わせて接着ができる。さらに、ホルダー300の円柱状中空領域300aとライトガイド保持部材105の中空部105aとは、ともに円柱形状に形成されているので、これらホルダー300とライトガイド保持部材105とをさらに一体することが可能である。
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、上記第1及び第2の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図8は発光装置の先端部に設けられている光変換ユニットの構成図を示す。上記第1及び第2の実施の形態との相違するところを説明すると、光取り出し部材としてのホルダー30が設けられている。このホルダー30は、円柱形状に形成された中空部30aが設けられている。
この反射部材6の内側には、透明部材5と光変換部材7とが1次光の進行順に配置されている。光変換部材7の出射側の面は、放出開口4が存在する平面から後退して配置されている。
ビーム径制御部材2は、ライトガイド保持部材105の大きな外径を有する円柱状中空領域105bに配置されている。
入射開口3の開口径D1は、ビーム径制御部材2の出射側の面における1次光のビーム径Dsより大きく、光変換部材7の1次光照射面9における1次光ビームスポット径D2より小さく設定されている。
(作用、効果)
このように上記第3の実施の形態によれば、ホルダー30の中空部30aが円柱形状に形成されているので、円錐台形状に比べ、作成が容易である。又、反射部材6を中空部30aの側面に形成することも容易であり、円柱形状の底面に1次光が入射する入射開口3となる所定の径の穴を作成することも容易である。
又、中空部30aの円柱形状の底面部の反対の外側の面は平面すなわち入射開口3が存在する平面であり、ライトガイド保持部材105の先端部表面と付き合わせ接着が容易である。
放出開口4が存在する面は、透明部材5で構成されているので、光変換部材7の出射側の面と放出開口4が存在する面との離間距離を変えたり、放出開口4が存在する面の形状を変えることにより、照明光108のビームの広がり角度を所定の形状に設定できる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、上記第1乃至第3の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図9は発光装置の先端部に設けられている光変換ユニットの構成図を示す。
光取出し部材107には、パラボラ形状のパラボラホルダー28が形成され、このパラボラ形状のパラボラホルダー28によって中空部28aが形成されている。この中空部28aは、上記円錐台形状や円柱状中空部と異なり、前方側に拡径するパラボラ形状に形成されている。このパラボラホルダー28は、透明部材25及び光変換部材27等を保持する。
ビーム径制御部材22は、ライトガイド保持部材105の大きな外径を有する円柱状中空領域105bに配置されている。このビーム径制御部材22の出射側の面と入射開口3が存在する面とは、接着材を介して光学的に結合している。
光変換部材27は、パラボラホルダー28の中空部28aのパラボラ形状の略焦点位置で、かつライトガイド103の中心軸P方向に直交する方向に配置されている。
入射開口3の開口径D1は、ビーム径制御部材22の1次光の出射側の面におけるビーム径Dsよりも大きく、光変換部材27の1次光照射面9におけるビームスポット径D2より小さく設定されている。
なお、放出開口4が存在する面から出射される照明光108のビームの広がり角度を変えるために、放出開口4が存在する面の前方側に凹レンズ、凸レンズ等のビーム形状を変える光学部材を配置しても良い。
(動作)
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
ライトガイド103の先端部から出射された1次光は、1次光出射面10に接するビーム径制御部材22の入射側の面から入射し、ビーム径制御部材22内を進行する。このビーム径制御部材22内を進行した1次光は、所定のビーム広がり角度φ1で進行する。ビーム径制御部材22の出射側の面での1次光のビーム径Dsは、入射開口3の開口径D1より小さい。
(作用・効果)
このように上記第4の実施の形態によれば、光取り出し部材107であるパラボラホルダー28の中空部28aの側面に配置された反射部材26の形状をパラボラ形状とし、このパラボラ形状の焦点位置に光変換部材27を配置するので、発生した2次光及び透過、散乱した1次光を混色し、放出開口4が存在する面からライトガイド103の中心軸P方向に対して略平行光の照明光108として出射でき、放出開口4が存在する面の前方側にビーム形状を変えるレンズ等を配置することで、照明光108のビーム形状を容易に変えることができる。
Claims (30)
- 1次光を射出する1次光源と、前記1次光源から射出される前記1次光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドから射出される前記1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光を放出する光変換ユニットとを備えた発光装置において、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定され、
前記入射開口の開口径は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される、ことを特徴とする発光装置。 - 1次光を射出する1次光源と、前記1次光源から射出される前記1次光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドから射出される前記1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光を放出する光変換ユニットとを備えた発光装置において、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有し、
前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化され、
前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成し、
前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される、ことを特徴とする発光装置。 - 1次光を射出する1次光源と、前記1次光源から射出される前記1次光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドから射出される前記1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光を放出する光変換ユニットとを備えた発光装置において、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい、ことを特徴とする発光装置。 - 1次光を射出する1次光源と、前記1次光源から射出される前記1次光を導光するライトガイドと、前記ライトガイドから射出される前記1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光を放出する光変換ユニットとを備えた発光装置において、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記ライトガイドの前記先端部を保持するライトガイド保持部材を有し、
前記ライトガイド保持部材には、それぞれ異なる外径を有する2つの円柱状中空領域が形成され、これら円柱状中空領域は、前記ライトガイドの前記先端部で連結一体化して中空部を形成し、
前記ビーム径制御部は、前記ライトガイド保持部材の前記2つの円柱状中空領域のうち大きな径を有する前記円柱状中空領域内に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定され、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい、ことを特徴とする発光装置。 - 前記ライトガイドの中心軸は、前記中空部の中心軸と略一致するように配置される、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記ビーム径制御部は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面上における前記1次光の光パワー密度の最大値を、前記光変換ユニットに課せられる温度の制限から、前記光変換部材の特性に基づいて設定される許容パワー密度限界以下となるようなパワー密度とし、
前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径は、前記1次光の入射パワーに対して前記許容パワー密度限界以下を満足する、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定され、
前記入射開口の開口径は、前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される、ことを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか1項を引用する請求項6に記載の発光装置。 - 前記光取り出し部材の前記中空部は、円錐台形状に形成され、
前記円錐台形状の側面と前記ライトガイドの中心軸との成す角度は、前記ライトガイドから射出される前記1次光のビーム広がり角度よりも大きく設定する、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の発光装置。 - 円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有し、
前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化され、
前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成し、
前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される、ことを特徴とする請求項1、3、4のうちいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい、こと特徴とする請求項1、2、4のうちいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記ビーム径制御部材の側面には、第2の反射部材が設けられている、ことを特徴とする請求項3または10に記載の発光装置。
- 前記光取り出し部材の前記中空部は、前記ライトガイドより射出された前記1次光が入射する小さな開口を有する前記入射開口が存在する面を底部とし、前記放出開口に向かって大きな開口が存在する面を上部とする回転対称な形状に形成されている、ことを特徴とする請求項1、3、4のうちいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記ビーム径制御部は、前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口との間隔を維持する、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記ライトガイド保持部材の外径は一定である、ことを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
- 前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定され、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい、ことを特徴とする請求項4に記載の発光装置。 - ライトガイドの先端部から射出される1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光として射出する光変換ユニットであって、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定され、
前記入射開口の開口径は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される、ことを特徴とする光変換ユニット。 - ライトガイドの先端部から射出される1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光として射出する光変換ユニットであって、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有し、
前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化され、
前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成し、
前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される、ことを特徴とする光変換ユニット。 - ライトガイドの先端部から射出される1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光として射出する光変換ユニットであって、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい、ことを特徴とする光変換ユニット。 - ライトガイドの先端部から射出される1次光の光学特性のうち少なくとも一つを光変換して2次光として射出する光変換ユニットであって、
前記ライトガイドの先端部から射出される前記1次光を入射する入射開口と前記2次光を放出する放出開口とを有する中空部を有する光取り出し部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部内に配置され、前記1次光を前記2次光に変換する光変換部材と、
前記光取り出し部材の前記中空部の側面に設けられ、前記光変換部材により変換された前記2次光のうち少なくとも一部を前記放出開口側に進行方向を変える反射部材と、
前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口とを離間させて、前記光変換部材に照射される前記1次光のビームスポット径を制御するビーム径制御部と、を具備し、
前記ビーム径制御部の前記1次光の出射側の面の位置は、前記光取り出し部材の前記入射開口の位置と一致し、
前記ライトガイドの前記先端部を保持するライトガイド保持部材を有し、
前記ライトガイド保持部材には、それぞれ異なる外径を有する2つの円柱状中空領域が形成され、これら円柱状中空領域は、前記ライトガイドの前記先端部で連結一体化して中空部を形成し、
前記ビーム径制御部は、前記ライトガイド保持部材の前記2つの円柱状中空領域のうち大きな径を有する前記円柱状中空領域内に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定され、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい、ことを特徴とする光変換ユニット。 - 前記ライトガイドの中心軸は、前記中空部の中心軸と略一致するように配置される、ことを特徴とする請求項16乃至19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。
- 前記ビーム径制御部は、前記光変換部材における前記1次光が照射される1次光照射面上における前記1次光の光パワー密度の最大値を、前記光変換ユニットに課せられる温度の制限から、前記光変換部材の特性に基づいて設定される許容パワー密度限界以下となるようなパワー密度とし、
前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径は、前記1次光の入射パワーに対して前記許容パワー密度限界以下を満足する、ことを特徴とする請求項16乃至19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。 - 前記ライトガイドの中心軸上における前記ライトガイドの前記先端部と前記入射開口との間の距離は、前記ビーム径制御部の長さで設定され、
前記入射開口の開口径は、前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径と略等しいか、又は前記入射開口における前記1次光のビームスポット径より大きくかつ前記光変換部材の前記1次光照射面における前記1次光のビームスポット径より小さくなるように設定される、ことを特徴とする請求項17乃至19のうちいずれか1項を引用する請求項21に記載の光変換ユニット。 - 前記光取り出し部材の前記中空部は、円錐台形状に形成され、
前記円錐台形状の側面と前記ライトガイドの中心軸との成す角度は、前記ライトガイドから射出される前記1次光のビーム広がり角度よりも大きく設定する、ことを特徴とする請求項16乃至19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。 - 円柱状中空領域と円錐台形状中空領域とから成る中空部が形成されたホルダーを有し、
前記円柱状中空領域と前記円錐台形状中空領域は、前記入射開口が存在する面で連結一体化され、
前記円錐台形状中空領域は、前記光取り出し部材の前記中空部を構成し、
前記ビーム径制御部は、前記円柱状中空領域内に配置される、ことを特徴とする請求項16、18、19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。 - 前記光取り出し部材の前記中空部には、前記1次光の進行方向に向かって前記1次光を透過する透明部材と前記光変換部材とが順に配置され、
前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記透明部材の屈折率に対して略同じ又は大きい、こと特徴とする請求項16、17、19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。 - 前記ビーム径制御部材の側面には、第2の反射部材が設けられている、ことを特徴とする請求項18または25に記載の光変換ユニット。
- 前記光取り出し部材の前記中空部は、前記ライトガイドより射出された前記1次光が入射する小さな開口を有する前記入射開口が存在する面を底部とし、前記放出開口に向かって大きな開口が存在する面を上部とする回転対称な形状に形成されている、ことを特徴とする請求項16、18、19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。
- 前記ビーム径制御部は、前記ライトガイドの前記先端部と前記光取り出し部材の前記入射開口との間隔を維持する、ことを特徴とする請求項16乃至19のうちいずれか1項に記載の光変換ユニット。
- 前記ライトガイド保持部材の外径は一定である、ことを特徴とする請求項19に記載の光変換ユニット。
- 前記ビーム径制御部は、光学的に光透過性で、かつ所定の長さに形成されたビーム径制御部材を有し、
前記ビーム径制御部材は、接着剤によって前記ライトガイド保持部材の前記大きな径を有する前記円柱状中空領域内に固定され、
前記ビーム径制御部材の屈折率は、前記接着剤の屈折率に対して大きい、ことを特徴とする請求項19に記載の光変換ユニット。
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