JP6663579B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクター等に利用される光源装置に関し、特に、発光素子からの励起光を蛍光に変換する蛍光体を用いた光源装置に係わるものである。

液晶プロジェクター等の画像投影機に用いられる光源として、レーザダイオードなどの固体発光素子よりなる励起光源と、この励起光源からの励起光を受けて蛍光を出射する蛍光体とを有する蛍光光源装置が提案されている。

例えば、特開２０１４−１２３０１４号公報（特許文献１）には、図３に示すように、レーザダイオードなどからなる励起光を出射する発光素子２と、該発光素子２から出射される励起光Ａが照射されて、該励起光とは異なる波長の蛍光Ｂを出射させる蛍光素子３と、前記励起光を反射して蛍光素子３に折り返すダイクロイックミラー４と、前記蛍光素子３に励起光を集光する集光レンズ５と、を備えた光源装置１が開示されている。なお、蛍光素子３はヒートシンク６によって放熱冷却されている。

しかして、このような光源装置においては、出射光の強度を大きくすることが望まれており、そのためには、励起光源部の数を増やすことが必要であり、この励起光源部と、ダイクロイックミラーを対称位置に一対ずつ配置することによって実現化できる。
そのような改良例の構成が図４に示されていて、光源装置１は、左右の対称位置に配置された励起光源としての発光素子２１、２２と、この発光素子２１、２２から発する励起光Ａの一部を蛍光Ｂに変換して反射する蛍光素子３と、前記発光素子２１、２２からコリメータレンズ７１、７２を経た励起光Ａを蛍光素子３に向けて反射するとともに、前記蛍光素子３からの蛍光Ｂを透過する第１のダイクロイックミラー４１および第２のダイクロイックミラー４２と、前記励起光を蛍光素子３に向けて集光する集光光学系５とからなる構成である。

かかる構成において、対向配置された一対の発光素子２１、２２からの励起光Ａは、それぞれ第１のダイクロイックミラー４１および第２のダイクロイックミラー４２によって反射されて、集光光学系５によって集光されて蛍光素子３に照射される。ここで所定の波長に変換された蛍光Ｂは、集光光学系５を経てダイクロイックミラー４１、４２を透過して光源装置１から出射される。
このような配置構造とすることで、励起光源部である発光素子の数を増やすことができて出射される蛍光の強度を増すことができるとともに、この励起光源を1箇所に集中させて配置しなくて済むので、その排熱が容易になるという利点がある。

しかしながら、かかる構成を採用すると、ダイクロイックミラーの反射率が１００％でないために、励起光の一部がダイクロイックミラーを通過し、通過した先にある他のダイクロイックミラーで出射側に反射される、という問題が生じることがわかった。
図４には、その形態も示されていて、第１の発光素子２１からの励起光Ａの一部Ａ’が第１のダイクロイックミラー４１を透過して、対向する第２のダイクロイックミラー４２によって反射されていく態様が示されている。
なお、図４においては、煩雑さを避ける意味で、第１の発光素子２１からの励起光の一部が第１のダイクロイックミラー４１を透過する態様のみが示されているが、他方の第２の発光素子２２からの励起光についても同様である。
このようにダイクロイックミラー４１、４２を透過してしまう励起光（迷光）Ａ’は、スポットサイズが小さい状態で出射されるため、平行光化されず、蛍光素子から出射された蛍光スポットの中で、小さなスポットとして視認されてしまう。つまり、光源装置から出射された蛍光出射領域おいて、色むらが生じてしまうという不具合がある。

特開２０１４−１２３０１４号公報

この発明が解決しようとする課題は、励起光を出射する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を放射する蛍光素子と、前記励起光を前記蛍光素子に向けて集光し、前記蛍光素子からの蛍光を平行光にする光学部材とからなる光源装置において、励起光源である発光素子の数を増やして、蛍光素子からの蛍光の光強度を大きくするとともに、蛍光照射領域における色むらが少ない光源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る光源装置は、発光素子が、光学的に対向配置された一対の発光素子からなり、該発光素子と蛍光素子の間には、前記発光素子からの励起光を前記蛍光素子に向けて反射し、前記蛍光素子からの蛍光を透過する第１および第２のダイクロイックミラーがＶ字形状をなして配設され、前記第１および第２のダイクロイックミラーの間には、迷光遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記光学部材は、前記第１および第２のダイクロイックミラーと前記蛍光素子の間に設けられた共通の光学部材であることを特徴とする。
また、前記迷光遮蔽部材は、板状体であって、その延伸方向が前記光学部材の光軸上にあることを特徴とする。
また、前記迷光遮蔽部材は、前記励起光を少なくとも拡散することを特徴とする。
また、前記迷光遮蔽部材は、アルミナよりなることを特徴とする。

この発明の光源装置によれば、一対の発光素子に対応する第1および第２のダイクロイックミラーの間に迷光遮蔽部材を設けたので、一方のダイクロイックミラーを透過した励起光（迷光）が、他方のダイクロイックミラーにまで至ることがなく、蛍光素子からの蛍光照射領域に混ざって色むらを生じるようなことがない状態で、蛍光の強度を増すことができるものである。

本発明の光源装置を示す概略図。 他の実施例の概略図。 従来技術の概略図。 従来技術の改良例の概略図。

図１に示されるように、本発明の光源装置１は、励起光を放射する発光素子（励起光源）２１、２２が一対対向配置されている。この励起光の光線上には、一対の第１のダイクロイックミラー４１と第２のダイクロイックミラー４２がＶ字状となるように配設されている。
そして、前記ダイクロイックミラー４１、４２の下方には共通する１つのレンズからなる集光光学部材５が設けられ、さらにその下方には、ヒートシンク６上に載置された蛍光素子３が配置されている。
発光素子２１、２２は例えば青色光（例えば、波長が４３０〜４７０ｎｍの光）を発する半導体レーザやＬＥＤなどからなる。

また、蛍光素子３は、例えば、ＹＡＧ系の結晶材料である蛍光体を酸化アルミ等と混晶して形成されたプレート状の多結晶体である。また、蛍光素子３は、粉末の蛍光体を、シリコーン等のバインダー等に混入し、基材に塗布して形成してもよい。そして、蛍光素子３は、入射された光が集光光学部材５に向けて反射するように、ヒートシンク６側の面に誘電体多層膜からなる反射膜を備えている。
ここで、光学部材５は、一方の第１の発光素子２１からの励起光と、他方の第２の発光素子２２からの励起光の両者をともに集光する共通した１つの光学部材として構成されることが好適である。こうすることで、部品点数の減少が図れる。

前記発光素子２１、２２から出射された励起光は、コリメータレンズ７１、７２を介して平行光とされ、それぞれ第１のダイクロイックミラー４１と第２のダイクロイックミラー４２によって反射され、光学部材５によって集光されて蛍光素子３に照射される。
この蛍光素子３において、励起光である青色光の一部が、例えば、波長が５２５〜５７５ｎｍにピークを持ち、４５０〜８００ｎｍにかけて広い可視域のスペクトルを持った黄緑光に変換される。
こうして蛍光素子３で変換された蛍光は、光学部材５によって平行光とされて第１および第２のダイクロイックミラー４１、４２に至り、ここを透過して上方に出射されるものである。

そして、前記Ｖ字状の第１および第２のダイクロイックミラー４１、４２の間には、迷光遮蔽部材１０が設けられている。
この迷光遮蔽部材１０は、励起光を拡散する性質、励起光を吸収する性質のうち少なくとも一つを備えており、その具体的な材料としては、アルミナ等からなる板状体を用いることが好適である。
第１のダイクロイックミラー４１および第２のダイクロイックミラー４２を透過した励起光（迷光）が迷光遮蔽部材１０に照射されると、この励起光は拡散乃至吸収され、蛍光出射側に出射されることがなく、蛍光出射領域においてスポットとして視認されることがなく、色むらとして認識されることがなくなる。
前記迷光遮蔽部材１０が板状体であるとき、その延伸方向は、光学部材５の光軸方向と一致するように配置することが好ましく、こうすることで、蛍光素子３からの蛍光を遮る量が最小となり、蛍光を効率良く光源装置１から取り出すことができる。

上記図１の実施例では、一対の発光素子２１、２２は第１および第２のダイクロイックミラー４１、４２を介して文字通りに対向配置されているが、これに限られない。
図２にその例が示されていて、一対の発光素子２１、２２は上方に向けて配置され、これらからの励起光は、第１の反射ミラー８１と第２の反射ミラー８２によって、それぞれ、第１のダイクロイックミラー４１と第２のダイクロイックミラー４２に向けて反射されるものである。

また、これとは逆に、発光素子２１、２２を下方に向けて配置して、反射ミラーによって第１および第２のダイクロイックミラーに向けて反射するものであってもよいし、一方の発光素子２１を上方に向けて配置し、他方の発光素子２２を下方に向けて配置するものであってもよい。
上記のように、一対の発光素子２１、２２は、文字通りの対向配置に限られず、光学的に対向配置されていればよい。つまり、この発光素子２１、２２からの励起光が、最終的にはＶ字状配置された一対のダイクロイックミラー４１、４２に対して、対向方向から入射する位置関係にあればよく、このダイクロイックミラー４１、４２で共に蛍光素子３に向けて反射されるような配置関係にあればよい。

以上説明したように、本発明に係る光源装置は、一対の発光素子が光学的に対向配置され、発光素子と蛍光素子の間に、前記発光素子からの励起光を前記蛍光素子に向けて反射し、前記蛍光素子からの蛍光を透過する第１および第２のダイクロイックミラーがＶ字形状をなして配設され、前記第１および第２のダイクロイックミラーの間には、迷光遮蔽部材が設けられていることにより、前記発光素子からの励起光の一部が迷光としてダイクロイックミラーを透過することがあっても、迷光遮蔽部材によって遮蔽されて、対向する他方のダイクロイックミラーにまで到達することがないので、装置外に出射されることがなく、出射光の色均一性を悪化させることがなく色度値を変化させることもない。
こうして、発光素子の数を増やすことにより出射する蛍光の強度を増した光源装置の構造を実現できるものである。

１ 光源装置
２１ 第１の発光素子（励起光源）
２２ 第２の発光素子（励起光源）
３ 蛍光素子
４１ 第１のダイクロイックミラー
４２ 第２のダイクロイックミラー
５ 集光光学部材
６ ヒートシンク
８１ 第１の反射ミラー
８２ 第２の反射ミラー
Ａ 励起光
Ｂ 蛍光

Claims (3)

1. 励起光を出射する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を放射する蛍光素子と、前記励起光を前記蛍光素子に向けて集光し、前記蛍光素子からの蛍光を平行光にする光学部材とからなる光源装置であって、
   前記発光素子は、光学的に対向配置された一対の発光素子からなり、
   前記発光素子と前記蛍光素子の間には、前記発光素子からの励起光を前記蛍光素子に向けて反射し、前記蛍光素子からの蛍光を透過する第１および第２のダイクロイックミラーがＶ字形状をなして配設され、
   前記光学部材は、前記第１および第２のダイクロイックミラーと前記蛍光素子の間に設けられた共通の光学部材であり、該光学部材によって前記一対の発光素子からの励起光は、前記蛍光素子の同一箇所に集光され、
   前記第１および第２のダイクロイックミラーの間には、迷光遮蔽部材が設けられており、
   該迷光遮蔽部材は、板状体であって、その延伸方向が前記光学部材の光軸上にあることを特徴とする光源装置。
   
2. 前記迷光遮蔽部材は、前記励起光を少なくとも拡散することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記迷光遮蔽部材は、アルミナよりなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
   

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