WO2014010479A1 - 光源装置 - Google Patents

光源装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014010479A1
WO2014010479A1 PCT/JP2013/068216 JP2013068216W WO2014010479A1 WO 2014010479 A1 WO2014010479 A1 WO 2014010479A1 JP 2013068216 W JP2013068216 W JP 2013068216W WO 2014010479 A1 WO2014010479 A1 WO 2014010479A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light source
wavelength conversion
conversion element
optical member
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/068216
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝一郎 古田
Original Assignee
オリンパス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by オリンパス株式会社 filed Critical オリンパス株式会社
Publication of WO2014010479A1 publication Critical patent/WO2014010479A1/ja
Priority to US14/562,928 priority Critical patent/US9574745B2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0087Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for illuminating phosphorescent or fluorescent materials, e.g. using optical arrangements specifically adapted for guiding or shaping laser beams illuminating these materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/08Combinations of only two kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements and reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12Combinations of only three kinds of elements
    • F21V13/14Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens
    • G02B21/08Condensers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/141Beam splitting or combining systems operating by reflection only using dichroic mirrors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/113Fluorescence
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0078Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for frequency filtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Abstract

1つの光軸(X)に沿って互いに向かい合う方向に光(L)を出力する2つの光源(21,22)と、これら光源(21,22)の間に配置され光(L)の照射によって該光(L)とは異なる波長の光(L')を発生する波長変換素子(3)と、該波長変換素子(3)と一方の光源(21)との間に配置され、光(L)を透過させるとともに光源(21)側に散乱した光(L1')を波長変換素子(3)の方向に折り返す第1の光学部材(41)と、波長変換素子(3)と他方の光源(22)との間に配置され、光(L)を透過させるとともに、光源(22)側に散乱した光(L2')および第1の光学部材(41)によって折り返されてきた光(L1')を光軸(X)に交差する方向に偏向する第2の光学部材(42)とを備える光源装置(1)を提供する。

Description

光源装置
 本発明は、光源装置に関するものである。
 従来、液晶プロジェクタなどの光源として半導体光源が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、単一の半導体光源から出力された励起光を3種類の蛍光体に照射して赤色、緑色および青色の蛍光を生成し、これら3色の蛍光を用いて映像の色を再現している。
特開2012-13897号公報
 顕微鏡や液晶プロジェクタなどの用途では、光源からの照明光は比較的狭い領域に照射される。特許文献1の装置をこのような用途に適用して狭い領域を照明した場合、Etendueの法則に基づけば、当該狭い領域における照明光の明るさを向上することができないという問題がある。
 すなわち、光学系のある位置における光束の断面積と光束の立体角との積によって表わされるEtendueは、光源から照射位置まで保存される。特許文献1においては、照明光の明るさを向上するために光源を複数並べることが考えられる。その場合、光源全体としての発光面積が大きくなり、光源側のEtendueが大きくなる。その結果、光源全体の発光面積が増加することによって光源の光量は増加するが、光源側のEtendueも増加して導光効率が低下する。つまり、光源から発せられた全ての光を照射位置において狭い照明領域に効率良く導光することができず、一部は蹴られて照明領域の明るさの向上に寄与しないこととなる。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、顕微鏡や液晶プロジェクタのような狭い領域を照明する装置と好適に組み合わせて用いられ照明光の明るさを増大することができる光源装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
 本発明は、1つの光軸に沿って互いに向かい合う方向に光を出力する2つの光源と、該2つの光源の間に配置され、これら光源から出力された光が照射されることによって該光とは異なる波長の光を発生する波長変換素子と、該波長変換素子と一方の前記光源との間に配置され、該一方の光源からの光を透過させるとともに前記波長変換素子において発生した光のうち前記一方の光源側に散乱した光を前記波長変換素子の方向に前記光軸と平行に折り返す第1の光学部材と、前記波長変換素子と他方の前記光源との間に配置され、該他方の光源からの光を透過させるとともに、前記波長変換素子において発生した光のうち前記他方の光源側に散乱した光および前記第1の光学部材によって折り返されてきた光を前記光軸に交差する方向に偏向する第2の光学部材とを備える光源装置を提供する。
 本発明によれば、2つの光源から出力された光は、波長変換素子において異なる色の光に変換され、一方の光源側に散乱した一部の光は第1の光学部材によって第2の光学部材の方向へと偏向され、他方の光源側に散乱した他の部分の光と重ね合わされる。そして、波長変換素子において発生した光の全体が、第2の光学部材から照明光として出力される。
 この場合に、2つの光源からの光によって波長変換素子において発生した光の全体の光量は、単一の光源を用いたときのそれと比べて略2倍となる。この発生した光の集光効率は、互いに独立した光学系を構成する個々の光源のEtendueによって制限されるので、発生した光全体が十分に狭い領域に集光されることができる。これにより、顕微鏡や液晶プロジェクタのような狭い領域を照明する装置と組み合わせて用いた場合に、狭い照明領域における照明光の明るさを増大することができる。
 上記発明においては、前記波長変換素子が、前記光源から出力された光によって励起される蛍光体または量子ドットを有していてもよい。
 このようにすることで、波長変換素子の構成を簡素にすることができる。
 上記発明においては、前記波長変換素子と前記第1の光学部材との間に配置され、前記波長変換素子から前記一方の光源側に散乱した光を平行光にする第1のコリメート光学系と、前記波長変換素子と前記第2の光学部材との間に配置され、前記波長変換素子から前記第2の光源側に散乱した光を平行光にする第2のコリメート光学系とを備えた構成であってもよい。
 このようにすることで、波長変換素子において発生して各方向に散乱した光を、第1のコリメート光学系および第2のコリメート光学系によって平行光にして出力することができる。
 上記構成においては、前記第1のコリメート光学系および第2のコリメート光学系うち少なくとも一方が、コリメートレンズまたはロッドインテグレータを備えていてもよい。
 このようにすることで、簡素なレンズ構成によって波長変換素子からの散乱光を平行光とすることができる。
 上記構成においては、前記波長変換素子、前記第1のコリメート光学系および第2のコリメート光学系が、前記光軸上に直列に複数組備えられ、各組の前記波長変換素子が、互いに異なる色の光を発生してもよい。
 このようにすることで、共通の光源を用いて複数の波長変換素子から複数の色の光を同時に発生させることができる。また、複数の色の像が時間差で表示されることによって残像として観察者に認識されるカラーブレイクアップが発生することがない。
 上記発明においては、前記第2の光学部材の該第2の光学部材による光の偏向方向とは反対側に配置され、前記第2の光学部材によって偏向される光と同一の光軸に沿って光を出力するもう1つの光源を備え、前記第2の光学部材が、前記もう1つの光源から出力された光も透過させてもよい。
 このようにすることで、波長変換素子によって発生される光に、もう1つの光源から出力された光を重ね合わせて出力することによって、照明光の明るさをさらに増大することができる。
 上記発明においては、前記光軸に沿う方向にまたは前記光軸に交差する方向に配列されて前記光源からの光が共に照射されるとともに、互いに異なる色の光を発生する複数の前記波長変換素子を備えていてもよい。
 このようにすることで、共通の光源を用いて複数の波長変換素子から複数の色の光を同時に発生させることができる。また、複数の色の像が時間差で表示されることによって残像として観察者に認識されるカラーブレイクアップが発生することがない。
 上記発明においては、前記2つの光源、波長変換素子、第1の光学部材および第2の光学部材が、該第2の光学部材によって偏向された光の光軸を共通として並列に複数組備えられていてもよい。
 このようにすることで、各組において生成された光が第2の光学部材によって偏向されて重ね合わせられた状態で出力される。これにより、複数の色の光を含む照明光を生成することができるとともに、光源の数の増加分だけ照明光の明るさをさらに増大することができる。
 本発明によれば、顕微鏡や液晶プロジェクタのような狭い領域を照明する装置と好適に組み合わせて用いられ照明光の明るさを増大することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る光源装置の全体構成図である。 図1の光源装置の変形例を示す全体構成図である。 図1の光源装置が備える波長変換素子の変形例を示す図である。 図1の光源装置が備える波長変換素子のもう1つの変形例を示す図である。 図1の光源装置のもう1つの変形例を示す全体構成図である。 図1の光源装置のもう1つの変形例を示す全体構成図である。
 以下に、本発明の一実施形態に係る光源装置1について図面を参照して説明する。
 本実施形態に係る光源装置1は、図1に示されるように、1つの光軸Xに沿って互いに向かい合う方向にビーム光を出力する2つの光源21,22と、これら光源21,22の間に配置され、ビーム光が照射されることによって発光する波長変換素子3と、該波長変換素子3と第1の光源21との間および波長変換素子3と第2の光源22との間にそれぞれ配置された、ダイクロイックミラー41,42およびコリメート光学系51,52とを備えている。
 第1の光源21および第2の光源22は、指向性の高い単色のビーム光を出力する半導体光源やレーザダイオード(LD)などである。第1の光源21および第2の光源22は、互いに同一の特性を有するビーム光を出力する。本実施形態においては、単色のビーム光として、450nmの波長を有する青色のレーザ光Lを想定している。各光源21,22は、レーザ光Lを互いに平行に出力する複数(例えば、2個×2個または3個×3個)の半導体光源やLDがアレイ状に配置されて構成されていてもよい。
 波長変換素子3は、光源21,22からのレーザ光L(単色光)が照射されることによって発光する素子であり、例えば、レーザ光Lによって励起される蛍光体または量子ドットを保持している。本実施形態においては、波長変換素子3として、レーザ光Lの波長450nmを励起波長帯域に含むとともに550nmのピーク波長を有する蛍光L’を発生する蛍光体を想定している。
 両側からレーザ光Lが照射されることによって波長変換素子3において発生した蛍光L’は、各レーザ光Lの進行方向前方および進行方向後方に散乱する。そして、レーザ光Lによって発生された蛍光L’のうち、第1の光源21側に散乱した一部の蛍光L1’は第1のコリメート光学系51へ入射し、第2の光源22側に散乱した他の部分の蛍光L2’は、第2のコリメート光学系52へ入射する。
 第1の光源21と波長変換素子3との間に配置された第1のダイクロイックミラー41は、光軸Xに対して垂直に配置されている。第1のダイクロイックミラー41は、光源21から入射してきたレーザ光Lを、光軸Xに沿って透過させる。また、第1のダイクロイックミラー41は、波長変換素子3から散乱されてきた一部の蛍光L1’を、光軸Xに沿って反射する。
 第2の光源22と波長変換素子3との間に配置された第2のダイクロイックミラー42は、光軸Xに対して45°傾斜して配置されている。第2のダイクロイックミラー42は、第2の光源22から入射してきたレーザ光Lを光軸Xに沿って透過させる。また、第2のダイクロイックミラー42は、波長変換素子3から反射されてきた他の部分の蛍光L2’、および、第1のダイクロイックミラー41によって折り返されて波長変換素子3を通過してきた一部の蛍光L1’を、光軸Xと垂直な方向に反射する。
 本実施形態においては、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として、500nm以下の波長の光を透過させ、500nmよりも長い波長の光を反射する特性を有するものを想定している。
 第1のコリメート光学系(第1の光学部材)51は、例えば、凸面を第1の光源21側に向けて配置された平凸レンズ(コリメートレンズ)からなる。第1のコリメート光学系51は、波長変換素子3から入射してきた蛍光L1’を平行化してダイクロイックミラー41へ出射する。また、第1のコリメート光学系51は、ダイクロイックミラー41によって反射されて戻ってきた蛍光L1’を波長変換素子3に集光する。
 第2のコリメート光学系(第2の光学部材)52は、例えば、凸面を第2の光源22側に向けて配置された平凸レンズ(コリメートレンズ)からなる。第2のコリメート光学系52は、波長変換素子3から入射してきた蛍光L1’,L2’を平行化し、光軸Xに沿って出射する。
 なお、第1のコリメート光学系51および第2のコリメート光学系52は、複数のレンズの組み合わせから構成されていてもよい。また、平凸レンズに代えて、ロッドインテグレータを採用してもよい。
 次に、このように構成された光源装置1の作用について説明する。
 本実施形態に係る光源装置1によれば、2つの光源21,22から出力された青色のレーザ光Lが、1つの光軸Xに沿ってダイクロイックミラー41,42を透過して波長変換素子3に入射することによって、該波長変換素子3において緑色の蛍光L’が発生する。発生した蛍光L’のうち、第2の光源22側に散乱した蛍光L2’は、第2のコリメート光学系52によって平行光に変換されてから光軸Xに垂直な方向に偏向されて光源装置1の外部へ出力される。
 一方、第1の光源21側に散乱した蛍光L1’は、第1のコリメート光学系51によって平行光に変換されてからダイクロイックミラー41によって折り返され、第1のコリメート光学系51によって波長変換素子3に集光される。ここで、波長変換素子3の発光波長帯域と励起波長帯域との重なりは少ないか或いは全くない。したがって、波長変換素子3に集光された蛍光L1’は、蛍光体を励起させてエネルギー損失を生じさせることは殆どなく、波長変換素子3を透過する。そして、波長変換素子3を透過した蛍光L1’は、第2の光源22側に散乱した蛍光L2’と同様に、第2のコリメート光学系52によって平行光に変換されてから光軸Xに垂直な方向に偏向されて光源装置1の外部へ出力される。これにより、波長変換素子3において発生した蛍光L’全体が最終的な照明光として光源装置1から出力される。
 光源装置1から出力された照明光は、例えば、顕微鏡やプロジェクタの照明光として用いられる。すなわち、照明光は、顕微鏡の観察試料や液晶プロジェクタが備える液晶パネルなどの照明対象物の、狭い領域に集光して照射される。
 この場合に、本実施形態によれば、2つの光源21,22からのレーザ光Lを用いて波長変換素子3から蛍光L’を発生させているので、波長変換素子3における蛍光L’の発生量は、単一の光源21または22を用いたときのそれの略2倍となる。ここで、各光源21,22は、他の光学素子3,41,42,51,52を共有しつつ、互いに独立した光学系を構成している。すなわち、各光源21,22の光源側のEtendueは、光源21,22が単独で配置されたと仮定したときのEtendueと同一である。したがって、各光源21,22から出力された各レーザ光Lに起因する蛍光L’は、各光源21,22のEtendueによって制限される十分に狭い領域に集光されることができる。
 これにより、照明光の全光束を狭い領域に十分に高い効率で集光することができ、当該狭い領域を照射する照明光の明るさを、単一の光源21または22を用いたときのそれと比べて略2倍にまで増大することができるという利点がある。
 なお、本実施形態においては、2系統の光源21,22を備えることとしたが、光源の系統数は2以上であればよい。図2は、3系統の光源21,22,23を備えた変形例に係る光源装置100の構成を示している。第3の光源23は、第2のダイクロイックミラー42に対して該第2のダイクロイックミラー42による蛍光L’の偏向方向とは反対側に配置されている。第3の光源23は、LEDとコリメート光学系からなり、第2のダイクロイックミラー42に45°の角度で光Lを入射する。
 このようにすることで、波長変換素子3において発生した緑色の蛍光L’と、第3の光源23からの光Lとが混合された光が、光源装置100から照明光として出力される。この場合においても、第1の光源21および第2の光源22とは別系統の第3の光源23からの光Lが蛍光L’に足し合わされるが、光Lおよび蛍光L’は第2のダイクロイックミラー42によって波動光学的に重畳されているので、照射対象物側のEtendueは小さくて済む。したがって、光源装置100から出力された照明光L’+Lの全光束を十分に高い効率で狭い領域に集光して明るさを増大することができる。
 また、特開2012-13897号公報に記載の回転型のカラーホイールのように、機械的に素子を駆動することによって複数の色の光を時間差で生成する構成の場合、各色の像が残像として観察者に認識されるカラーブレイクアップが生じる。これに対して、光源装置100によれば、機械的な駆動機構が不要であるので、カラーブレイクアップを生じることなく、複数の色の光L’+Lを同時に発生することができる。
 また、本実施形態においては、単一の波長変換素子3を用いて単色の蛍光L’を生成することとしたが、これに代えて、複数の波長変換素子3a,3bを用いて複数の色の光を生成することとしてもよい。
 図3に示される変形例においては、光軸Xに沿う方向に配列された2つの波長変換素子3a,3bが備えられている。第1の光源21側に配置された第1の波長変換素子3aは、上述した波長変換素子3と同じく、緑色の蛍光L’を発生する。第2の波長変換素子3bは、レーザ光Lの波長450nmを励起波長帯域に含むとともに第1の波長変換素子3aが発生する蛍光L’よりも長い波長、例えば、650nmのピーク波長を有する蛍光を発生する蛍光体を保持している。
 ダイクロイックミラー41,42を透過してきた青色のレーザ光Lが第1の波長変換素子3aおよび第2の波長変換素子3bに入射すると、第1の波長変換素子3aにおいて緑色の蛍光L’が発生し、第2の波長変換素子3bにおいて赤色の蛍光が発生する。これら緑色の蛍光L’と赤色の蛍光のうち、第2の光源22側に散乱した蛍光は第2のコリメート光学系52へ入射する。一方、緑色の蛍光L’と赤色の蛍光のうち第1の光源21側に散乱した蛍光は、ダイクロイックミラー41で折り返されてから、第1のコリメート光学系51、第1の波長変換素子3aおよび第2の波長変換素子3bを通過してから第2のコリメート光学系52へ入射する。
 ここで、波長変換素子3a,3bの各発光波長帯域と波長変換素子3a,3bの各励起波長帯域との重なりは、少ないか、或いは全くない。したがって、蛍光のうち第1の光源21側に散乱した蛍光は、蛍光体を励起させてエネルギー損失を生じさせることは殆どなく、波長変換素子3a,3bを透過する。そして、第1の波長変換素子31および第2の波長変換素子32において発生した蛍光全体が第2のコリメート光学系52から照明光として出力される。
 このようにしても、図2の光源装置100と同様に、カラーブレイクアップを生じることなく、複数の色の光を同時に生成することができる。
 2つの波長変換素子3a,3bは、図4に示されるように、光軸Xに交差する方向に配列されていてもよい。この場合、レーザ光Lが両方の波長変換素子3a,3bに照射されるように、2つの波長変換素子3a,3b同士の隣接面が略光軸X上に配置される。このようにしても、図3の波長変換素子3a,3bと同様に、青色のレーザ光Lから緑色の蛍光L’と赤色の蛍光とを同時に生成することができる。
 また、本実施形態においては、図5に示される変形例に係る光源装置200のように、複数組の波長変換素子およびコリメート光学系が直列に備えられていてもよい。この変形例に係る光源装置200では、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との間の光軸X上に、複数組(図示する例では2組)の波長変換素子3,3’およびコリメート光学系51,52,51’,52’が、直列に備えられている。
 この場合、後段の組の波長変換素子3’は、図2の波長変換素子3bと同様に、前段の組の波長変換素子3が発生する蛍光L’よりも長い波長(例えば、650nmのピーク波長)を有する蛍光を発生する。すなわち、複数の波長変換素子3,3’は、光軸X上で光源21から離れた位置に配置されるほど、つまり後段側に配置されるほど、発光する光の波長帯域が長波長である蛍光体を保持するように構成されている。前段の組と後段の組との間には、レーザ光Lおよび前段の組の波長変換素子3が発生した蛍光L’を透過させ、後段の組の波長変換素子3’が発生した蛍光を反射するダイクロイックミラー43が備えられている。このようにして、光源装置200は、前段の組の波長変換素子3を通過したレーザ光Lが後段の組の波長変換素子3’を励起して発光させるように構成されている。
 この変形例に係る光源装置200においては、図2に示されるような第3の光源23が備えられていてもよく、また、各組の波長変換素子3,3’として、図3および図4に示されるような複数の波長変換素子3a,3bが採用されてもよい。
 このようにしても、カラーブレイクアップを生じることなく、複数の色の光を生成することができる。
 また、本実施形態においては、光源21,22、波長変換素子3、ダイクロイックミラー41,42およびコリメート光学系51,25が1組備えられていることとしたが、これに代えて、図6に示されるように、ダイクロイックミラー421,422,423,424によって偏向された光の光軸X’を共通として並列に複数組(図示する例では4組)備えられていてもよい。
 この変形例に係る光源装置300において、各組の光源211,212,213,214,221,222,223,224は、上述した光源21,22と同じく青色のレーザ光Lを出力する。波長変換素子31,32,33,34は、互いに異なる色(例えば、水色、緑色、黄色、赤色)の光を発生する。各ダイクロイックミラー411,412,413,414,421,422,423,424の波長特性は適宜設定される。
 このようにすることで、4色の光を含む照明光を生成することができる。また、各光源211,212,213,214,221,222,223,224は互いに独立した光学系を構成している。したがって、照明光の光束全体を、個々の光源211,212,213,214,221,222,223,224のEtendueによって制限される十分に狭い領域に集光することができ、当該狭い領域を照射する照明光の明るさを、単一の光源を用いたときのそれと比べて略8倍にまで増大することができる。
 また、本実施形態においては、波長変換素子3が保持する発光体の例として、蛍光体および量子ドットを挙げたが、波長変換素子3の例はこれに限定されるものではない。
 また、本実施形態においては、光源装置がコリメート光学系を備えることとしていたが、光源装置の構成はこれに限定されるものではなく、コリメート光学系を備えない構成としてもよい。
1,100,200,300 光源装置
21,22,23,211,212,213,214,221,222,223,224 光源
3,3’,3a,3b,31,32,33,34 波長変換素子
41,411,412,413,414 第1のダイクロイックミラー(第1の光学部材)
42,421,422,423,424 第2のダイクロイックミラー(第2の光学部材)
51,511,512,513,514 第1のコリメート光学系
52,521,522,523,524 第2のコリメート光学系
L レーザ光(光)
L’ 蛍光
X 光軸

Claims (8)

  1.  1つの光軸に沿って互いに向かい合う方向に光を出力する2つの光源と、
     該2つの光源の間に配置され、これら光源から出力された光が照射されることによって該光とは異なる波長の光を発生する波長変換素子と、
     該波長変換素子と一方の前記光源との間に配置され、該一方の光源からの光を透過させるとともに前記波長変換素子において発生した光のうち前記一方の光源側に散乱した光を前記波長変換素子の方向に前記光軸と平行に折り返す第1の光学部材と、
     前記波長変換素子と他方の前記光源との間に配置され、該他方の光源からの光を透過させるとともに、前記波長変換素子において発生した光のうち前記他方の光源側に散乱した光および前記第1の光学部材によって折り返されてきた光を前記光軸に交差する方向に偏向する第2の光学部材とを備える光源装置。
  2.  前記波長変換素子が、前記光源から出力された光によって励起される蛍光体または量子ドットを有している請求項1に記載の光源装置。
  3.  前記波長変換素子と前記第1の光学部材との間に配置され、前記波長変換素子から前記一方の光源側に散乱した光を平行光にする第1のコリメート光学系と、
     前記波長変換素子と前記第2の光学部材との間に配置され、前記波長変換素子から前記第2の光源側に散乱した光を平行光にする第2のコリメート光学系とを備える前請求項1または請求項2に記載の光源装置。
  4.  前記第1のコリメート光学系および第2のコリメート光学系のうち少なくとも一方が、コリメートレンズまたはロッドインテグレータを備える請求項3に記載の光源装置。
  5.  前記波長変換素子、前記第1のコリメート光学系および第2のコリメート光学系が、前記光軸上に直列に複数組備えられ、
     各組の前記波長変換素子が、互いに異なる色の光を発生する請求項3または請求項4に記載の光源装置。
  6.  前記第2の光学部材の該第2の光学部材による光の偏向方向とは反対側に配置され、前記第2の光学部材によって偏向される光と同一の光軸に沿って光を出力するもう1つの光源を備え、
     前記第2の光学部材が、前記もう1つの光源から出力された光も透過させる請求項1から請求項5のいずれかに記載の光源装置。
  7.  前記光軸に沿う方向にまたは前記光軸に交差する方向に配列されて前記光源からの光が共に照射されるとともに、互いに異なる色の光を発生する複数の前記波長変換素子を備える請求項1から請求項6のいずれかに記載の光源装置。
  8.  前記2つの光源、波長変換素子、第1の光学部材および第2の光学部材が、該第2の光学部材によって偏向された光の光軸を共通として並列に複数組備えられている請求項1から請求項7のいずれかに記載の光源装置。
PCT/JP2013/068216 2012-07-09 2013-07-03 光源装置 WO2014010479A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/562,928 US9574745B2 (en) 2012-07-09 2014-12-08 Light source apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012153232A JP5959342B2 (ja) 2012-07-09 2012-07-09 光源装置
JP2012-153232 2012-07-09

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/562,928 Continuation US9574745B2 (en) 2012-07-09 2014-12-08 Light source apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014010479A1 true WO2014010479A1 (ja) 2014-01-16

Family

ID=49915940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/068216 WO2014010479A1 (ja) 2012-07-09 2013-07-03 光源装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9574745B2 (ja)
JP (1) JP5959342B2 (ja)
WO (1) WO2014010479A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016014855A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 中強光電股▲ふん▼有限公司 プロジェクター及びその照明装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6141220B2 (ja) * 2014-03-11 2017-06-07 富士フイルム株式会社 内視鏡用光源装置及び内視鏡システム
JP6203127B2 (ja) * 2014-06-11 2017-09-27 富士フイルム株式会社 内視鏡用光源装置及び内視鏡システム
JP6493739B2 (ja) * 2015-02-12 2019-04-03 カシオ計算機株式会社 光源装置及び投影装置
CN106523955B (zh) 2015-09-14 2019-10-11 中强光电股份有限公司 照明系统及投影装置
CN110830785B (zh) 2016-09-30 2021-09-03 杜比实验室特许公司 用于高亮投影的光束组合
EP3306392B1 (en) * 2016-10-06 2021-05-05 Coretronic Corporation Illumination system and projection apparatus
KR102384695B1 (ko) * 2017-12-07 2022-04-08 한국전자통신연구원 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001338502A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Tokyo Seimitsu Co Ltd 照明光学装置
JP2002090877A (ja) * 2000-09-19 2002-03-27 Sanyo Electric Co Ltd 投写型映像表示装置
JP2005347263A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Lumileds Lighting Us Llc 照明装置における離間した波長変換
JP2011048139A (ja) * 2009-08-27 2011-03-10 Seiko Epson Corp プロジェクター
JP2012023013A (ja) * 2010-06-18 2012-02-02 Olympus Medical Systems Corp 照明装置
JP2012093692A (ja) * 2010-09-28 2012-05-17 Ushio Inc 光照射装置および光照射方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4710940A (en) * 1985-10-01 1987-12-01 California Institute Of Technology Method and apparatus for efficient operation of optically pumped laser
US5663979A (en) * 1995-11-22 1997-09-02 Light Solutions Corporation Fiber stub end-pumped laser
JP4449976B2 (ja) * 2006-12-26 2010-04-14 セイコーエプソン株式会社 外部共振型レーザ光源装置
JP5429079B2 (ja) 2010-06-30 2014-02-26 株式会社Jvcケンウッド 光源装置および投射型表示装置
TWI487998B (zh) * 2010-08-09 2015-06-11 Delta Electronics Inc 光源系統及其適用之投影機
CN102455512B (zh) * 2010-10-21 2014-03-12 中强光电股份有限公司 照明装置及投影装置
US9075299B2 (en) * 2011-08-27 2015-07-07 Appotronics Corporation Limited Light source with wavelength conversion device and filter plate

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001338502A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Tokyo Seimitsu Co Ltd 照明光学装置
JP2002090877A (ja) * 2000-09-19 2002-03-27 Sanyo Electric Co Ltd 投写型映像表示装置
JP2005347263A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Lumileds Lighting Us Llc 照明装置における離間した波長変換
JP2011048139A (ja) * 2009-08-27 2011-03-10 Seiko Epson Corp プロジェクター
JP2012023013A (ja) * 2010-06-18 2012-02-02 Olympus Medical Systems Corp 照明装置
JP2012093692A (ja) * 2010-09-28 2012-05-17 Ushio Inc 光照射装置および光照射方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016014855A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 中強光電股▲ふん▼有限公司 プロジェクター及びその照明装置
US10379431B2 (en) 2014-07-01 2019-08-13 Coretronic Corporation Projection apparatus and illumination system having wavelength conversion modules

Also Published As

Publication number Publication date
JP5959342B2 (ja) 2016-08-02
US9574745B2 (en) 2017-02-21
JP2014016438A (ja) 2014-01-30
US20150146409A1 (en) 2015-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5959342B2 (ja) 光源装置
JP6215989B2 (ja) 照明システム及び投影装置
JP5527058B2 (ja) 光源装置及びプロジェクター
JP6292523B2 (ja) 波長変換デバイス、照明光学系およびこれを用いた電子装置
US8678596B2 (en) Illumination device and projector with fluorescent plate
JP5659741B2 (ja) 光源装置及びプロジェクター
US9010938B2 (en) Projector with multiple different types of illumination devices
WO2014196079A1 (ja) 光源装置およびそれを備えた投写型表示装置
JP2020101711A (ja) プロジェクター
WO2014068742A1 (ja) 光源装置及び投写型映像表示装置
JP2012189938A (ja) 光源装置及びプロジェクター
JP2015040892A (ja) 光源装置およびプロジェクター
JP2017215570A (ja) 光源装置およびプロジェクター
JP2018109747A (ja) 光源装置および画像投射装置
JP2019078947A (ja) 光源装置およびプロジェクター
JP2012079622A (ja) 光源装置及びプロジェクター
JP5541175B2 (ja) 蛍光物質を用いた光源装置
WO2014010478A1 (ja) 光源装置
CN110297384B (zh) 一种用于投影的光源
WO2020031750A1 (ja) 光源装置、およびプロジェクタ
JP2021086135A (ja) 光源光学系、光源装置及び画像表示装置
CN110488561A (zh) 光源装置和图像投影装置
CN111198475A (zh) 一种蓝光产生方法及照明系统
JP2014029395A (ja) 光束走査装置、及び光束走査型画像映写装置
JP7188161B2 (ja) プロジェクター

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13816937

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13816937

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1