JP6968339B2

JP6968339B2 - 蛍光光源装置

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Publication number: JP6968339B2
Application number: JP2017221749A
Authority: JP
Inventors: 賢志林; 清幸蕪木
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-11-17
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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波長変換素子を用いた蛍光光源装置に係わるものである。

従来、プロジェクター装置に搭載される光源装置としては、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波長変換素子とを有する蛍光光源装置が提案されている。

例えば、特開２０１６−１８９４４０号公報（特許文献１）には、励起光を放射する発光素子と、この発光素子からの励起光を蛍光に変換する波長変換素子とを備えた蛍光光源装置が開示されている。
このような蛍光光源装置では、励起光の一部が蛍光に変換されるとともに、蛍光に変換されなかった励起光の一部が波長変換素子から放射される。
励起光を青色、蛍光を黄色とした場合、波長変換素子から放射された励起光である青色と、蛍光である黄色とが混合されて、白色光として出射することができる。

その概略構造が図１０に示されていて、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１０１と、該発光素子１０１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を出射させる波長変換素子１０２と、前記励起光を反射して波長変換素子１０２に折り返すダイクロイックミラー１０３と、前記波長変換素子１０２に励起光を集光する集光レンズ１０４と、を備えた蛍光光源装置１００が開示されている。ダイクロイックミラー１０３には、部分的に反射部１０５が形成されていて、発光素子１０１からの励起光Ａを反射して集光レンズ１０４に入射させる。
また、波長変換素子１０２の裏面には励起光Ａおよび蛍光Ｂを反射する反射層１０６が設けられている。

しかして、このような蛍光光源装置１００においては、発光素子１０１から青色の励起光Ａを出射し、波長変換素子１０２でこの励起光を黄色の蛍光Ｂに変換するとともに、蛍光変換に利用されなかった青色励起光の一部（Ａ１）を取り出して、蛍光Ｂと混色することで白色光を得ることができる。つまり、波長変換素子１０２では、励起光Ａの一部を蛍光Ｂに変換するとともに、残りの励起光の一部（Ａ１）をそのまま出射するものであって、ダイクロイックミラー１０３を、波長変換素子１０２からの蛍光Ｂと、変換に利用されなかった一部励起光Ａ１を透過する形態とすることで、これらを混色して白色光を得るものである。
なお、このような使用形態の蛍光光源装置１００では、波長変換素子１０２の裏面に反射層１０６を設けることで、波長変換素子１０２から裏面側に向かう蛍光および励起光を反射して前面から効率的に出射させることができる。

ところで、このような蛍光光源装置においては、最終的に出射される白色光の色温度は、出射される白色光を構成する青色光（励起光）と黄色光（蛍光）のバランスによって決まる。青色光が強すぎると青みが強い白色光となり、黄色光が強すぎると黄色がかった白色光となる。
そして、この蛍光光源装置においては、励起光の強度が変動した場合であっても出射される白色光の色味を一定に保つことが求められる。例えば、プロジェクター用の光源の場合などに、より強い要請となっている。
この励起光の強度が変動する例としては、定格点灯とエコモード点灯（省エネルギーのために出射光の強度を低下させるモード）する場合が典型的である。それ以外にも、発光素子自体の劣化によって励起光の強度が低下する場合などがある。

しかして、従来の蛍光光源装置においては、励起光の強度が変動した場合に、出射光の色味を一定に保つことができなかった。
その理由としては、波長変換素子が励起光を蛍光に変換する割合（変換効率）が、励起光の強度変動に対して一定とならないことが挙げられる。
波長変換素子の蛍光への変換効率はその温度に依存し、高温となると変換効率が低下する傾向にある。それ故、励起光強度が低下すると、波長変換素子の温度が下がり、変換効率が変化し、具体的には変換効率が高くなり、蛍光成分が多くなって、出射される白色光は黄色味がかった白色光となる。
つまり、エコモード点灯を例に挙げれば、定格点灯時に励起光と蛍光の割合を所定のものに設定して所望の白色光を得るように設計した場合、エコモードでの点灯で波長変換素子への入力を低下させると、波長変換素子の温度が低下してその変換効率が変化（上昇）し、蛍光成分（黄色光）が増えてしまって、黄色がかった白色光となってしまうという問題点がある。

特開２０１６−１８９４４０号公報

この発明が解決しようとする課題は、励起光を放射する発光素子と、前記励起光によって励起されて蛍光を放射する波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、前記励起光を反射または透過し、前記蛍光を透過または反射するダイクロイックミラーとを備え、前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置において、励起光の強度が変動した場合でも、出射される白色光の色温度を一定に保つことができる蛍光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、この発明に係る蛍光光源装置は、青色の励起光を放射する発光素子と、前記励起光によって励起されて黄色の蛍光を放射する波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、前記励起光を反射または透過する領域と、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過または反射する領域とを有する第１ダイクロイックミラーと、を備え、前記波長変換素子からの蛍光と一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置であって、
前記励起光と同じ青色領域の光を放射する補助光源をさらに備え、前記第１ダイクロイックミラーからの、前記蛍光および前記一部励起光が混合された白色光に対して、前記補助光源からの放射光が混合されることを特徴とする。
また、前記波長変換素子の光入射面と反対側の面に設けられ、前記蛍光と前記一部励起光を反射する反射層を備えたことを特徴とする。

また、前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を反射し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過するものであって、前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、前記補助光源と前記第１ダイクロイックミラーとの間に、該第１ダイクロイックミラーを透過した蛍光と一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する波長選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする。
また、前記第１ダイクロイックミラーは、前記蛍光および前記一部励起光が透過した側の表面に、前記蛍光と前記一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する機能を付与することにより、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーを兼ねさせる構成としたことを特徴とする。

また、前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を反射し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過するものであって、前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同一波長の光を放射し、前記補助光源と前記第１ダイクロイックミラーとの間に、該第１ダイクロイックミラーを透過した前記蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする。

また、前記第１ダイクロイックミラーは、前記蛍光および前記一部励起光が透過した側の表面に、前記蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する機能を付与することにより、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーを兼ねさせる構成としたことを特徴とする。
また、前記補助光源と前記第２ダイクロイックミラーの間に、前記補助光源からの放射光のＰ波をＳ波に変換する偏光変換素子を配置したことを特徴とする。

また、前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、前記補助光源を前記第１ダイクロイックミラーに対向配置して、該補助光源からの放射光を透過し、前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光が混合された白色光に対して、前記放射光が混合されることを特徴とする。

また、前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光の光路中に、該第１ダイクロイックミラーで反射した蛍光と一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する波長選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする。

前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同一波長の光を放射し、
前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光の光路中に、該第１ダイクロイックミラーで反射した蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする。
前記補助光源と前記第２ダイクロイックミラーの間に、前記補助光源からの放射光のＰ波をＳ波に変換する偏光変換素子を配置したことを特徴とする。

この発明の蛍光光源装置によれば、発光素子からの励起光の強度が変動（低下）して蛍光成分（黄色光）が相対的に増加した場合に、ダイクロイックミラーを通過した後の蛍光と一部励起光に、該励起光と同じ青色領域の光を補助光源から放射して混合させることで、蛍光光源装置からの出射光の蛍光成分と励起光成分を適切な割合に保つことができ、出射される白色光の色温度を常に一定に保つことができる。

本発明の蛍光光源装置の第1の実施例を示す概略図。第２の実施例の概略図。第３の実施例の概略図。第４の実施例の概略図。第５の実施例の概略図。第６の実施例の概略図。第７の実施例の概略図。第８の実施例の概略図。第９の実施例の概略図。従来技術の概略図。

図１に示されるように、本発明の蛍光光源装置１は、青色の励起光Ａを出射する発光素子２と、この発光素子２からの励起光Ａが照射されて、黄色の蛍光Ｂを出射させる波長変換素子３と、前記発光素子２と前記波長変換素子３の光路上における間に配置された集光光学系５とを備えている。
この波長変換素子３は、発光素子２からの青色の励起光Ａの一部を黄色の蛍光Ｂに変換するとともに、蛍光変換に利用されなかった残りの励起光（以下、一部励起光Ａ１ともいう）をそのまま放射する。このとき、当該波長変換素子３から放射された一部励起光Ａ１は、当該波長変換素子３に入射した励起光Ａが波長変換素子３中に含まれる粒子や粒界等で拡散された後の光である。つまり、当該波長変換素子３から放射された一部励起光Ａ１はコヒーレンスが低いものであるため、スクリーンの画質を低下させるスペックルを生じさせにくい。
そして、前記波長変換素子３の裏面側には反射層６が形成されていて、波長変換素子３からの蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１の集光光学系５側への出射を効率的にする。

ここで、発光素子２は半導体レーザ（ＬＤ）からなり、青色光（例えば、中心波長が４４０〜４７０ｎｍの光）を放射している。この実施例では、波長４５５ｎｍに中心波長をもつ光を放射するＬＤを用いている。
また、波長変換素子３は蛍光体を有し、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ってもよいし、粉状の蛍光体をシリコーン等のバインダーに混入し、基材上に塗布して形成するものであってもよい。そして、この波長変換素子３は、発光素子２からの励起光を黄色の蛍光（例えば、波長が５２５〜５７５ｎｍにピークをもち、４７０〜８００ｎｍにかけた広い可視域のスペクトルを持った光）に変換する。

また、前記発光素子２と前記集光光学系５の間には、第１ダイクロイックミラー４が配置されている。
この第１ダイクロイックミラー４は、発光素子２からの青色の励起光Ａを反射する励起光反射部４１が形成されているとともに、波長変換素子３からの黄色の蛍光Ｂおよび青色の一部励起光Ａ１を透過する蛍光・励起光透過部４２が形成されている。なお、励起光反射部４１を蛍光透過性としてもよい。
この第１ダイクロイックミラー４は、ガラス材料などの透光性基材上に誘電体多層膜を部分的に設けることで励起光反射部４１を形成でき、この励起光反射部４１は、発光素子２からの励起光Ａが照射される箇所に形成される。例えば、４７５ｎｍをカットラインとして、４７５ｎｍ以下を反射し、以上を透過するものとして形成される。
そして、誘電体多層膜による励起光反射部４１が形成されない残余の部分が蛍光・励起光透過部４２となる。

上記構成において、発光素子２からの励起光Ａは、第１ダイクロイックミラー４の励起光反射部４１によって反射されて集光光学系５に向かう。励起光Ａはここで集光されて波長変換素子３に入射する。波長変換素子３によって変換された蛍光Ｂと、変換に利用されなかった一部励起光Ａ１は、波長変換素子３から集光光学系５に向かい、ここから第１ダイクロイックミラー４に向かう。
この蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１は、前記第１ダイクロイックミラー４の蛍光・励起光透過部４２を透過して、蛍光光源装置１から白色光として出射される。

この発明では、上記構成に加えて、励起光Ａと同じ青色領域の光を放射する補助光源１０が設けられている。この実施例では、補助光源１０は、励起光Ａとは同じ青色領域であって、波長の異なる光を放射するものであって、例えば、
波長４３０ｎｍ付近に中心波長をもつ光を放射する青色ＬＥＤが用いられている。
そして、前記第１ダイクロイックミラー４を通過した蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１の光路中に第２ダイクロイックミラー１１が配置されていて、前記補助光源１０は、この第２ダイクロイックミラー１１の側方に対向するように配置されている。

この第２ダイクロイックミラー１１は、ガラス材料などの透光性基材上に誘電体多層膜を設けることで構成され、例えば、波長４４０ｎｍ付近をカット波長としている。そのため、波長変換素子３から放射され、第１ダイクロイックミラー４を透過してくる蛍光Ｂ（波長５２５〜５７５ｎｍ）および一部励起光Ａ１(中心波長４５５ｎｍ)は、この第２ダイクロイックミラー１１を透過する。

上記構成において、発光素子２からの励起光Ａの強度が変動した場合などのように、蛍光光源装置１から出射される白色光における青色成分である一部励起光Ａ１が相対的に減って、蛍光Ｂによる黄色成分が相対的に増えたとき、図１に示すように、補助光源１０が点灯される。この補助光源１０からの放射光Ａ２（中心波長４３０ｎｍ）は、コリメートレンズ１２によって平行化されて第２ダイクロイックミラー１１に至り、ここで反射されて、前記蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１に混合される。
こうして、青色成分が相対的に減って全体が黄色味をおびた白色光は、補助光源１０からの放射光Ａ２により青色成分が補充されて、白色光の色温度を適正に保つことができるものである。
ここで、補助光源１０としてＬＥＤなどの自然光を放射する光源が用いられている場合には、当該ＬＥＤからの放射光はコヒーレンスの低い光であるため、青色成分を補充する際にスペックルが生じにくく、スクリーンの画質を低下させることが少ない。

図２に第２の実施例が示されていて、図１の第１の実施例では第１ダイクロイックミラー４と第２ダイクロイックミラー１０は別構造体であったものが、この第２の実施例では、第１ダイクロイックミラー４に、第２ダイクロイックミラー１１の機能を併せ持たせた構成とされている。
即ち、第１ダイクロイックミラー４の裏面側、即ち、波長変換素子３からの蛍光Ｂと一部励起光Ａ１が透過した出射面に波長選択機能を持たせたものであり、当該出射面に誘電体多層膜を形成して、蛍光Ｂ（波長５２５〜５７５ｎｍ）および一部励起光Ａ１（中心波長４５５ｎｍ）は透過するが、補助光源１０からの放射光Ａ２（中心波長４３０ｎｍ）は反射するという機能を持たせたものである。この場合も、補助光源１０からの照射光Ａ２は、発光素子２からの励起光Ａおよび一部励起光Ａ１と同じ青色領域であって、波長が異なるものである。

その作用については、図１の第１の実施例と同様であり、波長変換素子３からの励起光の強度が変動して、一部励起光Ａ１の成分が相対的に減じ、蛍光Ｂの成分が相対的に増加した時、補助光源１０からの青色光である放射光Ａ２を、これらに混合させることで白色光の色温度を適正に保つことができるものである。

以上の第１および第２の実施例では、第２ダイクロイックミラー１１は、波長によって反射・透過が選択される波長選択性のダイクロイックミラーであるが、図３〜５に示す実施例では、光の偏光を利用した偏光選択性のダイクロイックミラーを用いたものである。
即ち、第１ダイクロイックミラー４を透過してくる一部励起光Ａ１および補助光源１０からの放射光Ａ２は、第２ダイクロイックミラー１１によって、Ｐ波は透過し、Ｓ波は反射されるものであり、この様な機能は誘電体多層膜によって実現される。

図３に示す第３の実施例において、第１ダイクロイックミラー４を透過してくる一部励起光Ａ１はＰ波成分とＳ波成分を有し、偏光選択性の第２ダイクロイックミラー１１によって、この内、Ｓ波（Ａ１（Ｓ））は反射され、Ｐ波（Ａ１（Ｐ））は透過する。
そして、補助光源１０からの青色の出射光Ａ２は、この第２ダイクロイックミラー１１によって、Ｓ波（Ａ２（Ｓ））は反射され、Ｐ波（Ａ２（Ｐ））は透過する。
こうして、補助光源１０からの放射光Ａ２は、そのＳ波成分が第２ダイクロイックミラー１１で反射されて、蛍光光源装置１から出射される白色光に混合される。
この第３の実施例では、光の偏光を利用するものであるので、補助光源１０としては、発光素子２からの励起光Ａと同一の波長の光を出射するＬＥＤを使用することができる。
補助光源１０からの放射光Ａ２が励起光Ａと同一波長の青色であるので、蛍光光源装置１からの白色出射光における青色の補充がより有効なものとなる。

図４の第４の実施例は、図２の第２の実施例に対応するものであり、第１ダイクロイックミラー４に第２ダイクロイックミラー１１の機能を併せ持たせた構成とされている。即ち、第１ダイクロイックミラー４の裏面側、即ち、波長変換素子３からの蛍光Ｂと一部励起光Ａ１が透過した出射面に誘電体多層膜を形成して偏光選択機能を持たせたものである。
当該出射面において、波長変換素子３からの青色の一部励起光Ａ１のＰ波成分（Ａ１（Ｐ））は透過し、Ｓ波成分（Ａ１（Ｓ））は反射され、また、補助光源１０からの青色の放射光Ａ２のＳ波成分（Ａ２（Ｓ））は反射され、Ｐ波成分（Ａ２（Ｐ））は透過する。
こうして、第１ダイクロイックミラー４兼第２ダイクロイックミラー１１を透過してくる蛍光Ｂと一部励起光Ａ１からなる出射光に、補助光源１０からの放射光Ａ２が混合される。

図５に第５の実施例が示されていて、補助光源１０と第２ダイクロイックミラー１１の間に、偏光変換素子１３が配置されている。この偏光変換素子１３は、補助光源１０からの放射光Ａ２のＰ波成分をＳ波成分に変更するものであり、これにより、補助光源１０からの放射光Ａ２は、全てＳ波成分となり、これが第２ダイクロイックミラー１１で全て反射されて、白色光に混合される。そのため、補助光源１０からの放射光Ａ２の全てを効率的に利用できる。

以上の図１〜５に示す各実施例では、発光素子２からの励起光Ａ１は、第１ダイクロイックミラー４によって反射されて波長変換素子３に入射し、該波長変換素子３からの蛍光Ｂ及び一部励起光Ａ１は、第１ダイクロイックミラー４を透過して蛍光光源装置１から出射されるものであるが、これらの関係が逆であってもよい。
即ち、励起光Ａ１が第１ダイクロイックミラー４を透過して波長変換素子３に入射し、該波長変換素子３からの蛍光Ｂ及び一部励起光Ａ１が反射されて、蛍光光源装置１から出射されるものであってもよい。

図６〜９にその形態に係る実施例が示されている。
図６の第６の実施例において、第１ダイクロイックミラー４には誘電体多層膜による蛍光・励起光反射部４３が部分的に形成され、その余の部分が励起光透過部４４となる。
発光素子２からの青色の励起光Ａは、第１ダイクロイックミラー４の励起光透過部４４を通過して波長変換素子３に入射する。この波長変換素子３からの黄色の蛍光Ｂおよび青色の一部励起光Ａ１は第１ダイクロイックミラー４の蛍光・励起光反射部４３により反射されて外部に出射される。

前記第１ダイクロイックミラー４の側方にはこれと対向して補助光源１０が設けられていて、この補助光源１０からは、励起光Ａと同じ青色領域であって、波長の異なる光が放射される。
第１ダイクロイックミラー４における蛍光・励起光反射部４３は、発光素子２からの励起光Ａは反射し、補助光源１０からの照射光Ａ２は透過するように設定されている。例えば、励起光Ａが４５５ｎｍ付近を中心波長とする青色光であり、補助光源１０からの放射光Ａ２が４３０ｎｍ付近を中心波長とする青色光である場合、４４０ｎｍ付近をカットラインとして、それ以上は反射し、それ以下は透過するように設定される。
これにより、波長変換素子３からの一部励起光Ａ１（中心波長４５５ｎｍ）および蛍光Ｂ（波長５２５〜５７５ｎｍ）は、第１ダイクロイックミラー４の蛍光・励起光反射部４３で反射され、一方、補助光源１０からの放射光Ａ２（中心波長４３０ｎｍ）は、蛍光・励起光反射部４３を透過する。
この構成により、波長変換素子３から出射されて外部に出射される白色光に、補助光源１０からの青色の放射光Ａ２が付加されるものである。
この構成によれば、前記第１〜５の実施例、あるいは、後述する第７〜９の実施例のように、第２ダイクロイックミラーが不要になるという利点がある。

図７に第７の実施例が示されていて、この実施例では、蛍光Ｂと一部励起光Ａ１が第１ダイクロイックミラー４によって反射された後に、補助光源１０からの放射光Ａ２が付加されるものである。
図において、波長変換素子３からの蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１が第１ダイクロイックミラー４によって反射され、外部に出射される光路中に第２ダイクロイックミラー１１が配置され、この第２ダイクロイックミラー１１に対向して補助光源１０が配置されている。

この第２ダイクロイックミラー１１は、図１における第２ダイクロイックミラーと同様に波長選択性であって、例えば、発光素子２からの青色の励起光Ａが中心波長４５５ｎｍであり、補助光源１０からの青色の放射光Ａ２が中心波長４３０ｎｍである場合、第２ダイクロイックミラー１１は、４４０ｎｍ付近をカットラインとし、４５５ｎｍの一部励起光Ａ１は透過し、４３０ｎｍの放射光Ａ２は反射する。
これにより、第１ダイクロイックミラー４で反射されて外部に出射される白色光には、補助光源１０からの青色の放射光Ａ２が付加される。

図８に示す第８の実施例は、図３〜５の実施例に相当するものであり、第２ダイクロイックミラー１１が偏光選択性のものである。
即ち、この第２ダイクロイックミラー１１は、第１ダイクロイックミラー４からの一部励起光Ａ１のＳ波を反射し、Ｐ波を透過し、また、補助光源１０からの放射光Ａ２のＰ波は透過し、Ｓ波を反射する。こうして波長変換素子３からの蛍光Ｂおよび一部励起光Ａ１のＰ波成分に、補助光源１０からの放射光Ａ２のＳ波成分を付加するものである。

図９に示された第９の実施例は、図５の第５の実施例と同様なものである。
補助光源１０と第２ダイクロイックミラー１１の間に、偏光変換素子１３が配置されている。この偏光変換素子１３は、補助光源１０からの放射光Ａ２のＰ波成分をＳ波成分に変更するものであり、これにより、補助光源１０からの放射光Ａ２は、全てＳ波成分となり、これが第２ダイクロイックミラー１１で全て反射されて、白色光に混合される。そのため、補助光源１０からの放射光Ａ２の全てを効率的に利用できる。

なお、本明細書中において、「励起光を反射または透過し、蛍光および一部励起光を透過または反射する」とは、それぞれの構成が対応していて、一方を反射する場合は、他方を透過するということを意味している。

以上説明したように、本発明の蛍光光源装置では、青色の励起光を放射する発光素子と、前記励起光によって励起されて黄色の蛍光を放射する波長変換素子と、前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、前記励起光を反射または透過し、前記蛍光を透過または反射するダイクロイックミラーとを備え、前記波長変換素子からの蛍光と、該波長変換素子で変換されなかった一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置において、発光素子からの波長変換素子に対する励起光の入射強度が変動し、波長変換素子の蛍光変換効率が変化することで、蛍光光源装置からの白色光の色温度が変化した場合、相対的に減少した励起光を補うように、補助光源から同じ青色の放射光を混合させることで、出射される白色光の色温度を一定に保つことができるという効果を奏するものである。

１：蛍光光源装置
２：発光素子
３：波長変換素子
４：第１ダイクロイックミラー
４１：励起光反射部
４２：蛍光・励起光透過部
４３：蛍光・励起光反射部
４４：励起光透過部
５：集光光学系
６：反射層
１０：補助光源
１１：第２ダイクロイックミラー
１２：コリメートレンズ
１３：偏光変換素子
Ａ：励起光
Ａ１：一部励起光
Ａ２：（補助光源からの）放射光
Ｂ：蛍光

Claims

青色の励起光を放射する発光素子と、
前記励起光によって励起されて黄色の蛍光を放射する波長変換素子と、
前記励起光を前記波長変換素子に集光する集光光学系と、
前記励起光を反射または透過する領域と、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過または反射する領域とを有する第１ダイクロイックミラーと、を備え、
前記波長変換素子からの蛍光と一部励起光を混合して白色光を出射する蛍光光源装置であって、
前記励起光と同じ青色領域の光を放射する補助光源をさらに備え、
前記第１ダイクロイックミラーからの、前記蛍光および前記一部励起光が混合された白色光に対して、前記補助光源からの放射光が混合され、
前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を反射し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、
前記補助光源と前記第１ダイクロイックミラーとの間に、該第１ダイクロイックミラーを透過した蛍光と一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する波長選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする蛍光光源装置。
前記第１ダイクロイックミラーは、前記蛍光および前記一部励起光が透過した側の表面に、前記蛍光と前記一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する機能を付与することにより、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーを兼ねさせる構成とした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ダイクロイックミラーが、前記励起光を反射し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を透過するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同一波長の光を放射し、
前記補助光源と前記第１ダイクロイックミラーとの間に、該第１ダイクロイックミラーを透過した前記蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光選択性の第２ダイクロイックミラーを備えた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ダイクロイックミラーは、前記蛍光および前記一部励起光が透過した側の表面に、前記蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する機能を付与することにより、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーを兼ねさせる構成としたことを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
前記補助光源と前記第２ダイクロイックミラーの間に、前記補助光源からの放射光のＰ波をＳ波に変換する偏光変換素子を配置したことを特徴とする請求項３または４に記載の蛍光光源装置。
前記第１ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、
前記補助光源を前記第１ダイクロイックミラーに対向配置して、該補助光源からの放射光を透過し、前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光が混合された白色光に対して、前記放射光が混合され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ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同じ青色領域であって、波長が異なる光を放射し、
前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光の光路中に、該第１ダイクロイックミラーで反射した蛍光と一部励起光を透過するとともに、前記補助光源からの放射光を反射する波長選択性の第２ダイクロイックミラーを備えた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ダイクロイックミラーが、前記励起光を透過し、前記蛍光および前記波長変換素子で変換されなかった一部励起光を反射するものであって、
前記補助光源は、前記発光素子からの励起光と同一波長の光を放射し、
前記第１ダイクロイックミラーで反射した前記蛍光と前記一部励起光の光路中に、該第１ダイクロイックミラーで反射した蛍光を透過するとともに、前記一部励起光および前記補助光源からの放射光のＰ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光選択性の第２ダイクロイックミラーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
前記補助光源と前記第２ダイクロイックミラーの間に、前記補助光源からの放射光のＰ波をＳ波に変換する偏光変換素子を配置したことを特徴とする請求項６に記載の蛍光光源装置。