JP6551215B2 - 蛍光光源装置 - Google Patents
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Description
この蛍光光源装置では、楕円鏡53の第一焦点(楕円鏡53の2つの焦点のうち、楕円鏡53の反射面531に近い側の焦点)F1は放物面鏡52の焦点Fと一致し、また、楕円鏡53の第二焦点(楕円鏡53の2つの焦点のうち、楕円鏡から離れている側の焦点)F2は、放物面鏡52の反射面521とは反対側の背面側に位置している。
レーザ光源51から放射されたレーザ光は、レーザ光源51の前方に設けられたコリメートレンズ511を通過することにより平行光となる。このレーザ光源51とコリメートレンズ511は、放物面鏡52の回転中心軸と平行な方向にレーザ光を放射するよう設けられている。
楕円鏡53の第一焦点F1を通過した光は、理想的には第二焦点F2で一点に集光されるものとしているが、実際にはそうならず、ある程度の大きさ(広がり)をもった状態で第二焦点F2に集光される。これは、光源が完全な点光源ではないことに起因する。つまり、光源がある程度の大きさをもつため、そこから放射されたレーザ光は、放物面鏡52で焦点Fに集光される際、完全に一点に集光されず、ある程度の大きさをもった状態で、放物面鏡52の焦点F、つまり楕円鏡53の第一焦点F1位置に集光される。
ロッドレンズの径が大きくなると、ロッドレンズの光出射面も大きくなり、その結果、ロッドレンズを通過した光のエテンデュも大きくなる。つまり、蛍光板に入射する励起光のエテンデュも大きなものとなり、その結果、蛍光板から出射する蛍光のエテンデュも大きくなってしまう。
ここで、エテンデュとは、(光源の発光している面積)×(光源から発散していく光の立体角)により算出される値であって、本ケースの場合、光源は「ロッドレンズの光出射面」に相当する。
エテンデュが大きな蛍光を効率良く利用するためには、大きな光学系(例えば、径の大きなレンズ)を用いなければならず、光学系の大型化、光学系のコスト増加につながってしまう。
このように、蛍光光源装置から放射される光がエテンデュの大きなものである場合には、装置全体が大型化するといった問題がある。
また、前記導光体の出射端の近傍に第3レンズが設けられていることを特徴とする。
また、前記第1レンズと前記第2レンズの間に設けられ、前記出射端から出射された光の一部を反射するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターと前記第2レンズの間に設けられ、前記ビームスプリッターを透過した光を反射するとともに、前記蛍光板からの蛍光を透過する第1ダイクロイックミラーと、前記ビームスプリッターで反射された光をさらに反射する反射ミラーと、前記第1ダイクロイックミラーを透過した蛍光をさらに透過するとともに、前記反射ミラーにより反射された光を反射するよう設けられた第2ダイクロイックミラーと、をさらに備えていることを特徴とする。
また、前記蛍光板から放射される蛍光を反射する反射層が、前記蛍光板の裏面に設けられていることを特徴とする。
また、蛍光板が透過型であることを特徴とする。
なお、発光素子2は、発光部を一つずつ有するCANタイプの半導体レーザでもよく、また、LEDでもよい。
そして、この放物面鏡3に同一光軸上で対向して楕円鏡4が配置されている。即ち、放物面鏡3と楕円鏡4は、それぞれの回転中心軸を一致させて、開放前面を向い合せるように対向されている。
前記放物面鏡3の焦点Fは、発光素子2よりも前方に位置していて、前記楕円鏡4の第一焦点F1と一致している。
ここで、前記放物面鏡3は、発光素子2からの平行光の全てを受光する大きさであることが望ましい。また、前記楕円鏡4は、発光素子2から放物面鏡3に向かう光を遮蔽することのないような大きさであることが望ましい。
なお、ここで、前方あるいは前面とは、光の出射方向あるいは反射方向をいい、後方もしくは背面とはこれと反対方向を意味するものとして使用される。
前記したように、放物面鏡3と楕円鏡4の回転中心軸が一致し、導光体5がこれら放物面鏡3と楕円鏡4の光軸(回転中心軸)上に位置するとしたが、こうすることで、発光素子2からの光を導光体5の入射端51の中心に入射させることができるので、導光体5に対して光を効率的に入射させることができる。
ただ、導光体5としては、ロッドレンズに限定されるものではなく、楕円鏡によって反射された光が少なくとも透過乃至通過するものであればよく、内面に反射面が形成されたパイプ等も利用可能である。また、導光体5は、円柱型のものでもよく、角柱型のものでもよい。
そして、この第2レンズ7の焦点距離は、第1レンズ6の焦点距離よりも短いことが好ましい。
なお、導光体5の出射端52の近傍には、これに隣接もしくは近接して、球面レンズ等からなる第3レンズ9が設けられていて、導光体5からの出射光の拡散を抑制していて、これにより第1レンズ6や第2レンズ7の径を小さくすることができる。
発光素子2から放射された光(励起光)は、コリメートレンズ22を通過して平行光L1となった状態で、放物面鏡3の反射面31の方向へ進む。このとき、この平行光L1の進行方向は、放物面鏡3の回転中心軸と平行である。
放物面鏡3の反射面31に到達した光はここで反射されて、該放物面鏡3の焦点Fに向けて進行する。焦点F(の近傍)を通過した光は、対向配置された楕円鏡4の反射面41に到達する。ここで、楕円鏡4の第一焦点F1は、前記放物面鏡3の焦点Fと一致するような構成であることから、楕円鏡4の反射面41により反射された光は、その第二焦点F2の方向へと向かう。
この光は、第1レンズ6に入射して平行光とされて出射され、第2レンズ7に入射する。そして、平行光はこの第2レンズ7によって集光されて蛍光板8に入射するものである。
この蛍光板8に到達した(励起)光は、蛍光に変換され、この実施例では、蛍光板8は透過型が示されており、変換された蛍光はそのまま前方に出射されていく。
具体的には、蛍光板8には蛍光体が含有されており、蛍光板8の厚みや蛍光体の含有量を適宜調整することにより、蛍光板8に到達する励起光の全部、もしくは一部を蛍光に変換するよう構成することができる。
蛍光板8に到達した励起光の一部を蛍光に変換し、一部を励起光のままとすることにより、励起光と蛍光を混合した状態で蛍光光源装置1から出射することができる。より具体的には、導光体5から出射される光が青色光、蛍光板8により変換された蛍光が黄色光の場合、蛍光板8において変換される励起光(青色光)と、変換後の蛍光(黄色光)との割合を調整することで、蛍光光源装置1から放射される光を白色光とすることができる。
なお、第1レンズ6、および第2レンズ7は、それぞれ、1枚ずつのレンズにより構成しても良いし、複数枚のレンズにより構成しても良い。レンズを複数枚用いる場合は、第1レンズの合成焦点距離>第2レンズの合成焦点距離、となるような関係であれば良い。
図において、第1レンズ6と第2レンズ7の光路上の間には、導光体5の出射端52から出射された光(励起光)の一部を反射するビームスプリッター100が設けられ、このビームスプリッター100と前記第2レンズ7の間には、前記ビームスプリッター100を透過した光を反射するとともに、蛍光板8からの蛍光を透過する第1ダイクロイックミラー101が設けられている。
そして、前記ビームスプリッター100で反射された光をさらに反射する反射ミラー102が設けられるとともに、前記第1ダイクロイックミラー101を透過した蛍光をさらに透過するとともに、前記反射ミラー102により反射された光(励起光)を更に反射するように設けられた第2ダイクロイックミラー103が設けられている。
そして、蛍光板8は基板10に取り付けられていて、蛍光板8の裏面側、即ち、蛍光板8と基板10との間には、反射層11が設けられていて、蛍光体8で変換された蛍光を第2レンズ7側に反射して出射するものである。
なお、図3においては、励起光を実線で表し、蛍光を点線で表している。また、煩雑さを避ける意味で、便宜上、励起光(実線)と蛍光(点線)の光路をずらせて表記してある。
導光体5の出射端52から第3レンズ9を経て出射された光(励起光)は第1レンズ6によって平行光とされ、この光の一部がビームスプリッター100を透過するとともに、他の一部が反射される。ビームスプリッター100を透過した光は第1ダイクロイックミラー101に至り、これにより反射されて、第2レンズ7に入射する。この励起光は、第2レンズ7によって集光されて蛍光板8に入射する。
この蛍光板8で、励起光が蛍光に変換され、蛍光板8からの直接出射光と反射層10により反射された反射光とが第2レンズ7に向かう。
一方、前記ビームスプリッター100によって反射された励起光(の一部)は、反射ミラー102によって更に反射され、前記第2ダイクロイックミラー103に向かう。励起光は、この第2ダイクロイックミラー103で反射されて、これを透過してきた蛍光と共に蛍光光源装置1から出射されるものである。
また、上記のように、エテンデュの小さな光を蛍光板に入射させることにより、蛍光板から放射される光のエテンデュも小さくなり、この蛍光板から放射される蛍光を利用するために用いる光学系を小型・安価とすることができる。
2 発光素子
21 発光素子アレイ
22 コリメートレンズ
3 放物面鏡
31 反射面
32 頂部開口
F 放物面鏡の焦点
4 楕円鏡
41 反射面
F1 楕円鏡の第一焦点
F2 楕円鏡の第二焦点
5 導光体
51 入射端
52 出射端
6 第1レンズ
7 第2レンズ
8 蛍光板
9 第3レンズ
10 基板
11 反射層
100 ビームスプリッター
101 第1ダイクロイックミラー
102 反射ミラー
103 第2ダイクロイックミラー
Claims (6)
- 励起光を放射する発光素子と、
前記発光素子から放射された光を反射する放物面鏡と、
前記放物面鏡で反射された光をさらに反射するように同一光軸上で対向配置された楕円鏡と、
前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換する蛍光板と、からなる蛍光光源装置において、
前記楕円鏡の第一焦点が前記放物面鏡の焦点と一致するとともに、第二焦点が前記放物面鏡の前面側に位置し、
前記放物面鏡を光軸上で貫通するように導光体が設けられ、該導光体の入射端が前記楕円鏡の第二焦点に位置し、出射端が前記放物面鏡の背面側に位置しており、
前記導光体の出射端から放射された光を平行光とする第1レンズと、
前記第1レンズからの平行光を前記蛍光板に集光する第2レンズと、
を備えることを特徴とする蛍光光源装置。 - 前記第2レンズの焦点距離は、前記第1レンズの焦点距離よりも短いことを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 前記導光体の出射端の近傍に第3レンズが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 前記第1レンズと前記第2レンズの間に設けられ、前記導光体の出射端から出射された光の一部を反射するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターと前記第2レンズの間に設けられ、前記ビームスプリッターを透過した光を反射するとともに、前記蛍光板からの蛍光を透過する第1ダイクロイックミラーと、
前記ビームスプリッターで反射された光をさらに反射する反射ミラーと、
前記第1ダイクロイックミラーを透過した蛍光をさらに透過するとともに、前記反射ミラーにより反射された光を反射するよう設けられた第2ダイクロイックミラーと、
をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の蛍光光源装置。 - 前記蛍光板から放射される蛍光を反射する反射層が、前記蛍光板の裏面に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の蛍光光源装置。
- 蛍光板が透過型であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の蛍光光源装置。
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