WO2014156550A1

WO2014156550A1 - 蛍光光源装置

Info

Publication number: WO2014156550A1
Application number: PCT/JP2014/055922
Authority: WO
Inventors: 蕪木　清幸; 井上　正樹; 政治北村
Original assignee: ウシオ電機株式会社
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-10-02
Also published as: JP2014192127A; JP5812520B2

Abstract

本発明の課題は、蛍光物質を励起するための励起用光源と、該励起用光源からの励起光の波長を変換するための蛍光物質を備えた波長変換部材とを有する蛍光光源装置において、励起光が照射されることによる波長変換部材の熱損傷を抑制でき、小さい領域の出射面に蛍光を収束させて出射することが可能な、高信頼性と高効率を実現できる蛍光光源装置を提供することにある。本発明の蛍光光源装置の波長変換部材（３）は、基台（４）に支持されるとともに、励起光が入射する励起光入射面（３１）と、励起光から変換された蛍光が出射する蛍光出射面（３２）と、基台に当接する放熱面（３３）とを、それぞれ別個に具備してなり、励起光入射面は、蛍光出射面よりも大きな面積を備えている。

Description

蛍光光源装置

　本発明は、プロジェクター装置、サーチライト等の光源として使用される蛍光光源装置に関するもので、特に、レーザ光で励起した蛍光を放射する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等の光源は、放電ランプによるものが主流であったが、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの固体光源を用いる光源装置の開発が行われ、近年、様々な光源装置が提案されている。
　このような光源装置においては、例えば、特開２０１１－０１３３１６号公報（特許文献１）に開示されるものが知られていて、そこには、ＲＧＢの色光のうち、Ｒ（赤色）とＢ（青色）においては発光ダイオードから放射される光を用い、Ｇ（緑色）の光については蛍光物質から放射された蛍光を用いる機構の光源装置が開示されている。なお、このように、Ｇ（緑色）の色光について蛍光を使用する理由は、Ｇ（緑色）の色光を放射する発光ダイオードは、効率などを勘案すると実用可能なものがないという事情によるものである。

　特許文献１に記載の光源装置では、Ｇ（緑色）の色光を放射する光源においては、励起光を蛍光の波長に変換するための部材として回転ホイールを使用している。蛍光を使用する蛍光ホイール上に形成された蛍光体層にレーザーダイオードからの励起光を照射すると集光部が加熱されるが、ホイールが回転することで空冷がなされ、蛍光体の過熱を防止できて、蛍光体の波長変換効率が低下し難くて、高効率を維持できるという利点がある。
　しかしながら、回転用の駆動機構を設けることから、駆動系の構成が複雑になるとともに、部材の耐久性という点でも対策が必要になる。その結果、装置全体をコンパクトに設計することや、長時間の高信頼性を得ることが困難になる。

　蛍光を利用した光源装置の他の従来技術として、例えば、特開２０１１－１９８５６０号公報（特許文献２）に開示される技術がある。このものは、窒化アルミニウム基板とアルミニウム製のヒートシンクを備えることで、熱的問題を回避しようとしている。
　具体的には、アルミニウムからなるヒートシンク上に、熱伝導特性の良好な窒化アルミニウム焼結体からなる基板を設け、かかる基板上に、熱膨張係数を適合するための硫酸バリウム層を介して、ＹＡＧ焼結体からなる蛍光体層を積層し、蛍光を放射する構成である。蛍光は、レーザ光で励起され、例えば青色のレーザ光を蛍光体層に照射することにより蛍光を得ている。

　しかしながら、このような光源装置を、例えばプロジェクター装置の光源として採用するには、なお問題がある。
　すなわち、光源装置から放射された光は、プロジェクター装置の空間変調素子（例えば、液晶）などに照射されるが、それらには光学的な視野制限があるため、利用可能な光源の面積が限定的であり、出射面の領域を小さく構成する必要がある。一方、投影される映像の明るさを維持するために、プロジェクター装置にはスクリーン上で数千ルーメン（ｌｍ）以上となるような明るさが要求される。
　光源装置においては、このような条件をクリアするには、数十Ｗ以上の励起光を蛍光体に照射しなければならないが、蛍光出射面ではその領域を小さくする必要があるので、この蛍光出射面と同じ領域に励起光を入射させようとすると、結局、励起光入射面が小さくなり、この小さな領域に集中して励起光を入射させることになり、蛍光体が過熱して、効率の低下や、熱的損傷（劣化）ならびに、基板を含めた構造体の破損が生じる可能性がある。

　以上のような蛍光物質の熱的問題を回避するには、特許文献１に記載の技術のように、自然空冷によらない冷却機構を採用し、積極的に冷却すると良いが、上述したようにプロジェクター装置において、光源装置用の駆動機構を設けることは、構成上煩雑になり、小型な光源装置を得ることが難しい。
で実現性に乏しい。

特開２０１１－０１３３１６号公報特開２０１１－１９８５６０号公報

　上記従来技術の問題点に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、励起光を波長変換部材に照射して蛍光を得る蛍光光源装置において、励起光が照射されることによる波長変換部材の熱損傷を抑制でき、小さい領域の出射面に蛍光を収束させて出射することが可能な、高信頼性と高効率を実現できる蛍光光源装置を提供することにある。

　蛍光物質を励起するための励起用光源と、該励起用光源からの励起光の波長を変換するための蛍光物質を備えた波長変換部材とを有する蛍光光源装置において、前記波長変換部材は基台に支持されるとともに、前記波長変換部材は、励起光が入射する励起光入射面と、前記励起光から変換された蛍光が出射する蛍光出射面と、前記基台に当接する放熱面とを、それぞれ別個に具備してなり、前記励起光入射面は、前記蛍光出射面よりも大きな面積を備えていることを特徴とする。
　また、前記波長変換部材は略直方体形状であって、前記励起光入射面と対向した面に、前記放熱面が形成されていることを特徴とする。
　また、前記波長変換部材は、前記放熱面に、蛍光反射層を具備していることを特徴とする。

　また、前記波長変換部材は、前記励起光入射面に、励起光透過・蛍光反射層が設けられていることを特徴とする。
　また、前記励起光透過・蛍光反射層に、励起光無反射層が積層されていることを特徴とする。
　また、前記波長変換部材は略直方体形状であって、該波長変換部材の少なくとも１面が対向する面に対して傾斜していることを特徴とする。
　また、前記波長変換部材における、前記励起光入射面、前記蛍光出射面および前記放熱面以外の前記基台と対向する面と、該基台との間に蛍光反射部材を設けたことを特徴とする。
　また、前記蛍光反射部材が、前記基台側に設けられた蛍光反射鏡であって、該蛍光反射鏡と前記波長変換部材の対向する面との間が離間していて、その間に空気層が形成されていることを特徴とする。
　また、前記波長変換部材は、母材が励起光及び蛍光に対して透明部材からなることを特徴とする。

　この発明にかかる蛍光光源装置によれば、プロジェクター装置の空間変調素子（例えば、液晶）などに光を入射させる場合など、光の放射方向や大きさに制限を有する場合でも、光学系の入射端の仕様に合わせて波長変換部材の蛍光出射端の寸法を決められる。
　それに加え、励起光が入射する励起光入射面が蛍光出射面よりも大きく構成されているので、高パワーの励起光を波長変換部材に投入する場合にも、該励起光が照射される励起光入射面を、蛍光出射面の大きさの制約を受けることなく大きくできて、波長変換部材の過熱を防止できる。
　しかも、励起光入射面を大きくすることで波長変換部材の高温化を抑制することができるので、支持基台を介して放熱するだけでよく、波長変換部材を冷却する機構を別途設ける必要が無く、高信頼性と高効率を実現できる蛍光光源装置を提供することができる。

本発明の第１実施例を示す上面図（Ａ）と側面図（Ｂ）。本発明の図１（Ａ）のＡ－Ａ断面図。本発明の他の実施例を示す断面図。本発明の他の実施例を示す断面図（Ａ）とＡ部拡大図（Ｂ）。本発明の他の実施例を示す断面図。本発明の他の実施例の斜視図。本発明を適用したプロジェクター用光源装置の全体概略図。

　図１～２に本発明の第１の実施例が示されていて、蛍光光源装置１は、蛍光物質を励起するための励起用光源２を備え、この励起用光源２からの励起光Ｘを、蛍光物質を保持した波長変換部材３に照射することにより、励起光Ｘを所定の波長域の光に変換して放射するものである。
　この励起用光源２は、例えば青色の光を放射する複数個のレーザーダイオード（ＬＤ）からなり、レーザーダイオード素子から放射された光は、レンズ、反射鏡等の光学系で集光されて、波長変換部材３に入射する。波長変換部材３は、この励起光Ｘを所定の波長域の蛍光Ｙに変換して出射する。

　前記波長変換部材３は、例えば、光透過性セラミックスやガラスを母材として、賦活材が添加された蛍光物質からなる。
　透光性セラミックスを母材とする場合、ルテチウムアルミニウムガーネット焼結体（ＬｕＡＧ多結晶体、屈折率１．８３）、イットリウムアルミニウムガーネット焼結体（ＹＡＧ多結晶体、屈折率１．８３）を用いることができる。賦活材は、例えば、セリウム（Ｃｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）等の希土類金属を使用できる。
　また、母材としてガラスを使用する場合は、ホウケイ酸系ガラス、リン酸系ガラスを使用でき、賦活材としては上記と同様の希土類金属を用いることができる。

　このような波長変換部材３は、好ましくは外観が概略直方体形状であり、励起光入射面３１と、蛍光出射面３２と、放熱面３３とが、それぞれ別個に形成されている。なお、波長変換部材３の各面は鏡面研磨されているのが良い。
　そのうち最大面積を有する面が励起光入射面３１として形成されていて励起用光源２と対向し、それよりも小さい面積を有する面が蛍光出射面３２として形成されている。蛍光出射面３２において集光した蛍光Ｙを構成する上では、該蛍光出射面３２は、最小面積を有する面に形成されているのが望ましい。
　そして、励起光入射面３１と対向する面（励起光Ｘの入射方向に対して裏面側の面）が放熱面３３を構成している。
　このように構成された波長変換部材３は、基台４に載置支持されている。該基台４は、高熱伝導特性を有する材質で構成されており、その具体的な材質名を列挙すると、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、窒化アルミニウム焼結体（ＡｌＮ焼結体）などである。

　前記波長変換部材３の励起光入射面３１には、励起光を透過し蛍光を反射する励起光透過・蛍光反射層３１ａが設けられている。この励起光透過・蛍光反射層３１ａは、誘電体多層膜で構成するのが好ましく、具体的には、シリカ（ＳｉＯ_２）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）を交互に積層したもの（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２）や、シリカ（ＳｉＯ_２）と５酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）を交互に積層したもの（Ｔａ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２）などからなる。
　この励起光透過・蛍光反射層３１ａは、励起光透過性が求められることから、金属蒸着膜は不適である。

　このように、波長変換部材３における励起光入射面３１に励起光透過・蛍光反射層３１ａを備えることで、波長変換部材３内で変換された蛍光Ｙがこの励起光入射面３１から出射されることがなく、反射されて再び波長変換部材３内に戻されるので、反射が繰り返されて最終的に蛍光出射面３２に集光され、ここから効率よく出射される。
　しかもこの層においては、励起光Ｘの反射がないので、波長変換部材３内への励起光Ｘの入射がより高い効率で行なわれ、波長変換部材３内での蛍光への変換が高効率なものとなる。

　また、波長変換部材３は、励起光入射面３１と対向した放熱面３３において基台４と当接されていて、該放熱面３３から基台４に熱伝達されることにより波長変換部材３の放熱がなされる。より具体的には、この放熱面３３には蛍光反射層３３ａが設けられていて、該蛍光反射層３３ａが当接する形で基台４に半田付け等の接合手段によって接合されて接合層３３ｂが形成される。
　こうすることで、放熱面３３を、励起光入射面３１の面積と同程度の大きな面積を有する面によって形成することができ、波長変換部材３の熱は、接合層３３ｂを介して速やかに効率的に基台４に伝達され、波長変換部材３の過熱を抑制できるようになる。
　なお、この基台４に接合される放熱面３３を除いた、他の面においては、半田付けは必須ではないが、放熱の効果を得るためには基台４に接触していることが望ましい。

　また、波長変換部材３の母材は、上述した材質に限らないが、いずれの場合であっても、蛍光に対して透光性を備えた部材からなるのが良い。
　この理由は、以下の通りである。
　すなわち、波長変換部材３は、青色の光を励起光Ｘとして吸収し、緑色波長帯域の蛍光Ｙを放射する。
　波長変換部材３の母材が透明体である場合、等方性を備えているので、蛍光は波長変換部材３内で全方位に拡散する。このうち蛍光出射面３２に向かう光は、該蛍光出射面３２に対して特定の角度範囲で入射する光（臨界角以内の角度で入射した光）のみが、その蛍光出射面３２から出射することになるが、臨界角を超える角度で入射する蛍光は境界面で全反射されて波長変換部材３内に戻される。

　また、波長変換部材３内で励起光入射面３１に向かう蛍光についても同様であって、該励起光入射面３１に臨界角を超える角度で入射する蛍光は境界面で全反射されて、波長変換部材３内に戻される。
　なお、この励起光入射面３１に励起光透過・蛍光反射層３１ａが設けられている場合には、臨界角以内の光であっても、該蛍光反射層３１ａによって反射されて波長変換部材３内に戻される。

　こうして波長変換部材３内に戻された蛍光は、やがて裏面の放熱面３３に向かうことになるが、ここに到達した蛍光は、この放熱面３３の蛍光反射層３３ａで反射され、再び、蛍光出射面３２や励起光入射面３１に向かう。このように、蛍光は波長変換部材３内で相互反射が繰り返され、やがて蛍光出射面３２にたどり着き、そこから出射されることになる。

　ここで、臨界角θは、空気の屈折率をｎ₀、母材の屈折率をｎ’とすると、
　　　　θ＝ｓｉｎ^－１（ｎ_０／ｎ’）
と表される。
　従って、例えば、母材として屈折率が１．８３である透明なＹＡＧ多結晶を用いた場合、蛍光は約３３°未満の角度で入射した場合に出射するが、この範囲を超えると全反射が生じる。
　このため、波長変換部材３の各面から８％、全面で約半分が放出され、残りの半分は、臨界角により内部に閉じ込められることになる。つまり、波長変換部材３が蛍光反射層３１ａを具備しない面を備えていても、そもそも母材の屈折率の効果で光を閉じ込めることができるので、効率を低下させずに蛍光を取り出す機能を具備している。
　以上の理由から、波長変換部材３の母材は蛍光に対して透光性を備えた部材で構成するのが良い。

　このような蛍光光源装置１によれば、波長変換部材３の励起光入射面３１から入射した青色の励起光Ｘは、該波長変換部材３の内部で緑領域の波長に変換された蛍光Ｙを放射する。
　波長変換部材３において界面に対して臨界角以内の角度範囲で入射した光は、該波長変換部材３から出射するが、残りは、その内部に戻り、相互反射を繰り返すことになる。
　結局、該波長変換部材３で変換された蛍光は、各面で相互反射を繰り返し、蛍光出射面３２で、臨界角θ内で入射した光だけが出射されるようになる。

　一方、波長変換部材３の母材に気泡等があり、光が拡散するような不透明の部材の場合には、面積比に応じて光が放出されてしまうので、蛍光出射面３２を小さく構成すると光の取出し効率が著しく低下してしまう。
　以上のことから、波長変換部材３を透明部材とし、表面を平滑面にして反射損失の無い全反射をできるだけ利用することで、蛍光出射面３２までの光導光を効率よく行うことができ、より高輝度の蛍光光源装置を得ることが可能となる。

　また、波長変換部材３における放熱面３３以外の基台４と対向する面、即ち、前記励起光入射面３１、蛍光出射面３２および放熱面３３以外の面と、基台４との間にも蛍光反射部材を介在させることもできる。
　図２の例では、波長変換部材３の下方側の面、即ち、蛍光出射面３２と反対側の底面３４に対向して、基台４側に蛍光反射部材として、別体構造の蛍光反射鏡３５が設けられたものが示されている。
　この蛍光反射鏡３４としては、具体的には、基板に誘電体多層膜や金属蒸着膜等の反射鏡膜が形成された反射板が用いられる。誘電体多層膜は、シリカ（ＳｉＯ_２）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）を交互に積層したものや、シリカ（ＳｉＯ_２）と酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）を交互に積層したもの、などからなる。またその他に、金属蒸着膜として、銀（Ａｇ）の蒸着膜が利用できる。

　なお、上記のものでは、波長変換部材３の面と、基台４との間に蛍光反射部材を介在させる例として、基台４側に蛍光反射鏡３５を設ける構成を示したが、放熱面３３における蛍光反射層３３ａと同様に、波長変換部材３にその機能を持たせてもよく、その場合は、前記蛍光反射層３３ａと同様、該波長変換部材３の表面に、シリカ（ＳｉＯ_２）と酸化チタン（ＴｉＯ_２）、或いは、シリカ（ＳｉＯ_２）と酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）を交互に積層して誘電体多層膜を形成した蛍光反射層を蛍光反射部材としてもよい。

　このように、蛍光反射部材として、波長変換部材３の表面に誘電体多層膜からなる蛍光反射層を形成したものにおいては、波長変換部材３と基台４との密着度がよく、熱伝達が良好で、波長変換部材３の冷却効果が向上する。
　一方、基台４側に蛍光反射鏡３５を設けるものでは、前記誘電体多層膜を形成するものに比べて、熱伝達の面では劣るものの、コスト面での優位さがある。また、後述する図４に実施例の説明にあるように、蛍光反射鏡３５を波長変換部材３と離間させて配置することにより、反射鏡での光吸収が減少するという効果も期待できる。
　つまり、蛍光反射部材として、別体構造の蛍光反射鏡を用いるか、波長変換部材に蛍光反射層を形成したものを用いるかは、これらを勘案して選択される。

　前記波長変換部材３は略直方体形状であるが、その一側面をこれに対向する面に対して傾斜させてもよく、図３には、蛍光出射面３２に対向する面である底面３４が、励起光入射面３２から奥行き方向に断面が減少するように傾斜している例が示されている。無論、傾斜面は、少なくとも１面が対向する面に対して傾斜していればよく、この例に限定されるものではない。
　この場合も、この波長変換部材３の底面３４と基台４との間には、蛍光反射鏡３５が設けられている。
　この実施例のように、側面の一部を傾斜面にすることで、波長変換部材３の内部に閉じ込められた光の反射角度を変えることができるので、蛍光出射面３２で全反射していた光が反射を繰り返すうちに、その入射角が変わりこれを取り出すことができるようになって、蛍光の取り出し効率を高くすることができるようになる。
　なお、この例では、放熱面３３の面積が励起光入射面３１より縮小されて形成されているが、このような場合においても、放熱面３３は、蛍光出射面３２よりも面積が大きくなるよう、傾斜面３４の傾斜角度が調整されているのが良い。

　図４に他の実施例が示されていて、波長変換部材３の底面３４と、基台４に設けた蛍光反射鏡３５との間に間隙を形成したものである。
　図４（Ａ）に示すように、波長変換部材３は、蛍光出射面３２と対向する底面３４が、基台４に設けた蛍光反射鏡３５と離間していて、これらの間に空気層Ｓが形成されている。
　図４（Ａ）のＡ部の部分拡大図である図４（Ｂ）において、波長変換部材３内で、図中Ｐで示すように、底面３４に臨界角θ以上の角度で入射した光は底面３４において全反射されるが、図中Ｑで示すように、臨界角θの範囲内で入射する光は底面３４から出射して、空気層Ｓで屈折された後に蛍光反射鏡３５に入射する。ここで、反射した光は、再び波長変換部材３に入射して、当該波長変換部材３の内部を透過する。
　図２で示されるように、波長変換部材３の底面３４に蛍光反射鏡３５が当接している場合には、これらいずれの光も共に蛍光反射鏡３５に反射されるが、この反射鏡３５での反射の際に吸収が起きて光の損失が生じる。
　これに対して、図４の実施例では、底面３４で全反射する光と、該底面３４から出射して蛍光反射鏡３５で反射する光とに分けられ、これらのうち境界面（底面３４）での全反射では光の吸収損失がないので、全体として、反射鏡３５による光吸収が減少することになり、全体の光の吸収損失を低く抑えることができるという効果を奏するものである。

　図５には更に他の実施例が示されていて、波長変換部材３の励起光入射面３１の励起光透過・蛍光反射層３１ａの上に、励起光無反射層３１ｂが積層された状態で設けられている。
　この励起光無反射層は、励起光を約９９．５％の割合で透過する膜により構成され、具体的には、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）やフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）等の単層膜、もしくは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層と前記膜のいずれかを積層した誘電体膜、その他の誘電体膜の組合せからなる。
　このような誘電体膜は、特定の波長領域（即ち励起光の波長域）の光の反射を０．５％程度にまで抑えることができる。
　これにより、励起光Ｘが効率的に波長変換部材３内に取り込まれて、蛍光への変換効率が向上する。

　以上の実施例では、波長変換部材３は、略直方体形状のものを説明したが、これに限られず、図６に示すように、三角柱形状の５面体で構成することもできる。この場合、三角形状の前面が励起光入射面３１となり、長方形状の上面が蛍光出射面３２となり、後面が放熱面３３となる。勿論、この場合も、励起光入射面３１の面積のほうが、蛍光出射面３２よりも大きいことは同様である。

　上記図１、２の実施例における具体的な実施形態の一例を記載すると以下の通りである。
　波長変換部材（３）の仕様：
　　材料：母材　ＬｕＡＧ多結晶体（屈折率　１．８３）
　　　　　賦活材　希土類金属としてセリウム（Ｃｅ）を０．５Ｗ％添加
　　形状：直方体　幅３ｍｍ×高さ６ｍｍ×厚さ１．７ｍｍ
　　　○励起光入射面（３１）：３ｍｍ×６ｍｍ（最大面積）
　　　○蛍光出射面（３２）：３ｍｍ×１．７ｍｍ（最小面積）
　　　○放熱面（３３）：３ｍｍ×６ｍｍ（最大面積）

　以上の波長変換部材（３）の各面に設けられる反射層などの一仕様は以下の通り。
　（１）励起光入射面（３１）の形成される励起光透過・蛍光反射層（３１ａ）：
　　　（ＳｉＯ_２＋ＴｉＯ_２）又は（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体多層膜
　　　　厚さ　４～６μｍ
　（２）放熱面（３３）に形成される蛍光反射層（３３ａ）：
　　　・（ＳｉＯ_２＋ＴｉＯ_２）又は（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体多層膜
　　　　　厚さ　４～６μｍ
　　　　又は、
　　　・銀（Ａｇ）の蒸着膜　厚さ　０．５μｍ
　（３）底面（３４）に設けられる蛍光反射部材：
　　　○蛍光反射鏡（３５）
　　　　　セラミックス、ガラス、Ａｌ等の金属からなる基材上に、反射膜
　　　　　を形成
　　　　　・（ＳｉＯ_２＋ＴｉＯ_２）又は、（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体
　　　　　　　多層膜　厚さ　２～３μｍ
　　　　　　又は、
　　　　　・銀（Ａｇ）の蒸着膜　厚さ　０．５μｍ
　　　○蛍光反射層
　　　　　波長変換部材（３）の表面に反射膜を形成
　　　　　・（ＳｉＯ_２＋ＴｉＯ_２）又は、（ＳｉＯ_２＋Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電体
　　　　　　　多層膜　厚さ　４～６μｍ
　　　　　　又は、
　　　　　・銀（Ａｇ）の蒸着膜　厚さ　０．５μｍ

　更に、図５に示す励起光入射面３１に形成される励起光無反射層３１ｂの一仕様は、以下の通り。
　フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２：ｎ＝１．３８）と、酸化マグネシウム
　（ＭｇＯ：ｎ＝１．７）の多層膜：
　　　フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）　膜厚ｄ＝１６０ｎｍ
　　　酸化マグネシウム（ＭｇＯ）　　　膜厚ｄ＝１３０ｎｍ

　上記蛍光光源装置の図１、２に示す実施形態によると、１００Ｗの励起光を入力し、蛍光を３ｍｍ×１．７ｍｍの大きさで取り出そうとした場合、約９５％の光変換効率を達成できた。励起光の励起光入射面３１の面積を蛍光出射面と同じ３ｍｍ×１．７ｍｍとした場合、変換効率は９２％にとどまった。この理由は、励起励起光入射面を蛍光出射面と同一の狭小な面で構成する場合、温度上昇によって蛍光放射物質の効率低下が生じたためと考察される。

　なお、上記の各実施例において、波長変換部材３の励起光入射面３１に励起光透過・蛍光反射層３１ａや励起光無反射層３１ｂを設け、放熱面３３に蛍光反射層３３ａを設け、また、底面３４等に蛍光反射鏡３５などの蛍光反射部材を設けるものとして説明したが、これらは必ずしも設けなくてもよく、これらを設けることにより、更に一層効率が向上するということである。

　図７は、この蛍光光源装置１を用いて、プロジェクター用の光源装置を構成した例であり、光源装置の平面模式図である。なお、先に図１、２で説明した構成と同じ構成については、同一符号で示して、その説明は割愛する。
　励起用光源２から入射した励起光Ｘが、蛍光光源装置１の波長変換部材３によってＧ光の蛍光Ｙに変換され、その蛍光出射面３２から出射される。蛍光光源装置１から出射されたＧ光の蛍光Ｙは、集光レンズ群５０等を介して集光され、前方に配置されたダイクロイックミラー５１を透過し、その前方にある凸レンズ５２に入射する。
　一方、Ｒ・Ｂ光源となるレーザーダイオード（ＬＤ）５３は、蛍光光源装置１と位置が異なって配置されており、ここから出射した光が同じく集光レンズ５４等を介して集光され、前方にあるダイクロイックミラー５１によって反射され、ここで波長変換部材３からの光Ｇと混合されて、凸レンズ５２に入射する。
　この凸レンズ５２を透過して集光されたＲ，Ｇ，Ｂ光は、例えば板状反射ミラー５５で反射され、プロジェクター装置の導光部材６０の入射端に入射するものである。

　以上説明したように、本発明に係る蛍光光源装置によれば、波長変換部材において、狭小さが要求される蛍光出射面よりも大きな面積で励起光入射面を構成することで、蛍光の高出力が求められる場合にあっても、この大きな面積の励起光入射面から励起光が入射されるので、波長変換部材への熱的な影響が少なく、蛍光物質の蛍光変換効率を低下させること無く、高い効率で蛍光を放射できるものである。
　また、狭小な蛍光出射面を、その前方の光学系の設計に適合させることができ、従来ＬＤでは放射できなかったＧ光を、狭小化して出射することができるので、出射強度が高くて高効率な光の利用が可能な、Ｇ光放射蛍光光源装置となる。
　更に、放熱面も励起光入射面と同様に大きな面積のものとすることで、波長変換部材の放熱が良好に行われて、蛍光への変換効率の低下が生じにくい蛍光光源装置とすることができる。
　この結果、プロジェクター装置等の光源装置として好適に利用できる、高い信頼性を備えた効率の良好な光源装置とすることができる。

　１　　　蛍光光源装置
　２　　　励起用光源
　３　　　波長変換部材
　３１　　励起光入射面
　３１ａ　励起光透過・蛍光反射層
　３１ｂ　励起光無反射層
　３２　　蛍光出射層
　３３　　放熱面
　３３ａ　蛍光反射層
　３３ｂ　接合層
　３４　　底面
　３５　　蛍光反射鏡
　４　　　基台
　Ｘ　　　励起光
　Ｙ　　　蛍光
　Ｓ　　　空気層

Claims

　蛍光物質を励起するための励起用光源と、該励起用光源からの励起光の波長を変換するための蛍光物質を備えた波長変換部材とを有する蛍光光源装置において、
　前記波長変換部材は基台に支持されるとともに、
　前記波長変換部材は、励起光が入射する励起光入射面と、前記励起光から変換された蛍光が出射する蛍光出射面と、前記基台に当接する放熱面とを、それぞれ別個に具備してなり、
　前記励起光入射面は、前記蛍光出射面よりも大きな面積を備えていることを特徴とする蛍光光源装置。
　前記波長変換部材は略直方体形状であって、
　前記励起光入射面と対向した面に、前記放熱面が形成さ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。
　前記波長変換部材は、前記放熱面に、蛍光反射層を具備していることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光光源装置。
　前記波長変換部材は、前記励起光入射面に、励起光透過・蛍光反射層が設けられ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。
　前記励起光透過・蛍光反射層に、励起光無反射層が積層さ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。
　前記波長変換部材は略直方体形状であって、
　該波長変換部材の少なくとも１面が、対向する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の蛍光光源装置。
　前記波長変換部材における、前記励起光入射面、前記蛍光出射面および前記放熱面以外の前記基台と対向する面と、該基台との間に蛍光反射部材を設けたことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の蛍光光源装置
　前記蛍光反射部材が、前記基台側に設けられた蛍光反射鏡であって、該蛍光反射鏡と前記波長変換部材の対向する面との間が離間していて、その間に空気層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の蛍光光源装置。
　前記波長変換部材は、母材が励起光及び蛍光に対して透明部材からなることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の蛍光光源装置。