WO2017061227A1 - 蛍光光源装置 - Google Patents

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fluorescent
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light source
source device
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井上　正樹
理 大澤
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ウシオ電機株式会社
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    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent light source device. More specifically, the present invention relates to a fluorescent light source device that can be suitably used as a light source device for a projector device, for example.
  • Patent Document 1 discloses an excitation light emitting unit that emits parallel excitation light from an excitation light source, a transmission type fluorescent plate that emits fluorescence upon receiving excitation light from the excitation light emitting unit, and excitation light.
  • a fluorescent light source device including a condensing optical system that condenses excitation light from an emission part on a fluorescent plate, and a collimator optical system that converts fluorescent light from the fluorescent plate into parallel light.
  • a collimator optical system that converts the fluorescent light into a parallel light is provided independently. There is a problem that it is difficult. In order to solve such problems, it is conceivable to use a reflection type fluorescent plate and an optical system having both a function of condensing excitation light and a function of collimating fluorescence as an optical system. .
  • the phosphor constituting the phosphor plate converts a part of the light energy into heat energy when receiving excitation light. For this reason, when excitation light is excessively condensed and irradiated on the fluorescent plate by the optical system, the fluorescent plate generates heat locally at a high temperature. As a result, temperature quenching occurs in the phosphor in the phosphor plate, and it becomes difficult to emit fluorescence with high efficiency. In addition, when the excitation light is excessively condensed and irradiated on the fluorescent plate, the fluorescent plate deteriorates early, and the service life is shortened.
  • the present invention has been made on the basis of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fluorescent light source capable of emitting fluorescence with high efficiency and constituting a small apparatus with a simple structure. To provide an apparatus. Another object of the present invention is to provide a fluorescent light source device that can obtain high light use efficiency for fluorescence when used in a projector device.
  • the fluorescent light source device of the present invention a plurality of excitation light sources that emit excitation light, A fluorescent plate that emits fluorescence in response to the excitation light;
  • a fluorescence light source device comprising an excitation light incident optical system that causes excitation light from each of the plurality of excitation light sources to enter the fluorescence exit surface of the fluorescent plate,
  • the excitation light incident optical system includes a mirror member having a plurality of excitation light reflecting surfaces that respectively change the traveling direction of excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources, The excitation light reflected by the plurality of excitation light reflecting surfaces is divergent light.
  • the plurality of excitation light reflecting surfaces of the mirror member are center axes of a light beam by the excitation light reflected by each of the plurality of excitation light reflecting surfaces.
  • the distance between the optical axes of the corresponding excitation light sources is smaller than the distance between the optical axes of the corresponding excitation light sources, thereby compressing the distance between the central axes of the beam bundles by the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources. It is preferable.
  • the excitation light incident optical system includes a condensing optical system disposed between the plurality of excitation light sources and the mirror member,
  • the condensing optical system condenses the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources and irradiates each of the plurality of excitation light reflecting surfaces of the mirror member, whereby the plurality of excitation lights
  • the light reflected on the reflecting surface is preferably divergent light.
  • the condensing optical system is configured by a plurality of condensing optical members corresponding to the plurality of excitation light reflecting surfaces, It is preferable that the imaging points of the plurality of condensing optical members are positioned on the corresponding excitation light reflecting surfaces.
  • the excitation light incident optical system that causes the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources to enter the fluorescence emission surface of the fluorescent plate has a plurality of reflected excitation light as divergent light.
  • a mirror member having an excitation light reflecting surface is provided. Therefore, even when the optical system having a function of condensing excitation light from the mirror member is arranged between the mirror member and the fluorescent plate so that the focal point is located on the surface of the fluorescent plate, Excitation light emitted from a plurality of excitation light sources is not excessively condensed on the fluorescence emission surface of the fluorescent plate.
  • the fluorescent light source device of the present invention it is possible to emit fluorescence with high efficiency, and it is possible to configure a small device with a simple structure.
  • an optical system having a function of condensing excitation light from the mirror member and a function of collimating light emitted from the fluorescent plate between the mirror member and the fluorescent plate is focused on the surface of the fluorescent plate. Since it can arrange
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of an example of the configuration of the fluorescent light source device of the present invention.
  • the fluorescent light source device 10 includes two excitation light irradiation mechanisms 20 and a fluorescent light emitting member 15 having a fluorescent plate 16 that receives the excitation light from the two excitation light irradiation mechanisms 20 and emits fluorescence. is there.
  • Each of the two excitation light irradiation mechanisms 20 includes a light source unit 21 including a plurality of (two in the illustrated example) excitation light sources 22 and the excitation light from the light source units 21 on the surface of the fluorescent plate 16 (upper surface in FIG. And an excitation light incident optical system.
  • the two excitation light irradiation mechanisms 20 are symmetrical to each other with a plane perpendicular to the surface of the fluorescent plate 16 including the arrangement position of the fluorescent light emitting member 15 as a symmetry plane (hereinafter also referred to as “excitation light irradiation mechanism symmetry plane”). It is arranged at the position.
  • the excitation light incident optical system in each of the two excitation light irradiation mechanisms 20 includes a collimating lens 38, a condensing optical system 35, a mirror member 30, a dichroic mirror 45, and an optical system 26 as will be described later. It is configured.
  • the optical path of light (excitation light) emitted from a plurality of excitation light sources 22 in one excitation light irradiation mechanism 20 is indicated by a solid line.
  • the fluorescent light emitting member 15 is a member in which a rectangular flat plate-like fluorescent plate 16 is disposed on the surface (upper surface in FIG. 1) of a rectangular flat plate-like heat dissipation substrate 17.
  • the surface of the fluorescent plate 16 is an excitation light incident surface and a fluorescence emission surface. That is, the fluorescent plate 16 is a reflective fluorescent plate in which the excitation light incident surface and the fluorescent light emission surface are formed on the same surface.
  • the light emitted from the fluorescent plate 16 includes excitation light as well as fluorescence.
  • a reflective film (not shown) made of a silver (Ag) film is provided on the back surface (lower surface in FIG. 1) of the fluorescent plate 16 so as to extend along the back surface.
  • the fluorescent plate 16 is of a reflective type having a reflective function on the back surface by providing the reflective film. Further, a bonding member (not shown) is interposed between the reflective film and the heat dissipation substrate 17, and the fluorescent plate 16 is bonded onto the heat dissipation substrate 17 by the bonding member.
  • the joining member solder, a silver sintered material, or the like is used from the viewpoint of exhaust heat.
  • the fluorescent plate 16 has a square flat plate shape
  • the heat dissipation substrate 17 has a rectangular flat plate shape.
  • the fluorescent plate 16 is configured to contain a phosphor.
  • the phosphor constituting the phosphor plate 16 is made of an inorganic phosphor, specifically, an inorganic compound doped with a rare earth element as a luminescent ion (activator).
  • the phosphor constituting the fluorescent plate 16 include LuAG (Lu 3 Al 5 O 12 ): Ce and YAG (Y 3 Al 5 O 12 ): Pr and other green phosphors, CASN (CaAlSiN 3 ): Eu, Examples thereof include red phosphors such as S-CASN (SrCaAlSiN 3 ), YAG (Y 3 Al 5 O 12 ): Sm and YAG: Pr, and yellow phosphors such as YAG (Y 3 Al 5 O 12 ): Ce.
  • the doping amount of the activator is about 0.5 mol%.
  • these fluorescent substance can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • the thickness of the fluorescent plate 16 is preferably 0.05 to 2.0 mm from the viewpoint of fluorescence conversion efficiency and exhaust heat.
  • the heat dissipation substrate 17 a substrate made of a highly heat conductive metal such as copper, an alloy of molybdenum and copper (Mo—Cu), and an alloy of tungsten and copper (W—Cu) is used. Moreover, it is preferable that the heat dissipating substrate 17 has a large area in which the surface on which the fluorescent plate 16 is disposed has larger vertical and horizontal dimensions than the rear surface of the fluorescent plate 16 from the viewpoint of exhaust heat.
  • the thickness of the heat dissipation substrate 17 is, for example, 0.5 to 1.0 mm. In the example of FIG. 1, the heat dissipation substrate 17 has a diameter (specifically, vertical and horizontal dimensions) larger than the diameter (specifically, vertical and horizontal dimensions) of the fluorescent plate 16 (see FIG. 3). Further, in the heat dissipation substrate 17, a fluorescent plate 16 is disposed at the center of the surface of the heat dissipation substrate 17 (see FIG. 3).
  • the plurality of excitation light sources 22 constituting the light source unit 21 are located at positions near the sides of the fluorescent light emitting member 15 (specifically, the right side and the left side in FIG. 1).
  • the excitation light irradiation mechanism symmetry plane and the peripheral side surface of the fluorescent light emitting member 15 are arranged in parallel.
  • each of the plurality of excitation light sources 22 is arranged such that the back surface (the lower surface in FIG. 1) of the laser element 23 constituting the excitation light source 22 is located on the same plane as the back surface of the fluorescent plate 16. Yes.
  • the excitation light source 22 may be any light source that emits light that can excite the phosphor that constitutes the fluorescent plate 16, and accordingly, light having an appropriate wavelength may be used depending on the type of the phosphor that constitutes the fluorescent plate 16. What emits is used. Specifically, for example, those that emit light having a wavelength of 405 to 465 nm are used. Further, the excitation light source 22 may emit parallel light, or may emit divergent light. Further, as the excitation light source 22, for example, a laser light source made of a laser element is used. However, the form may be one provided with one laser light source, or may be provided with a plurality of laser light sources. A condensing lens may be arranged in front of the laser light source in the optical axis direction.
  • the excitation light is not limited to the light from the laser light source, but may be the light from the LED and the light from the lamp in which mercury, xenon or the like is enclosed.
  • the wavelength of the excitation light is a main emission wavelength region emitted from the lamp or the like.
  • the present invention is not limited to this.
  • each of the plurality of excitation light sources 22 is a long rectangular flat plate-like heat dissipation substrate extending in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of excitation light sources 22 are arranged in parallel (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1).
  • a plurality of laser elements 23 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the heat dissipation substrate 24 on the surface 24 (the upper surface in FIG. 1). These excitation light sources 22 emit divergent light. In each of the plurality of excitation light sources 22, heat radiation fins 25 are provided on the back surface (the lower surface in FIG. 1) of the heat radiation substrate 24.
  • the two excitation light irradiation mechanisms 20 are provided with a common optical system (hereinafter also referred to as “common optical system”) 26.
  • the common optical system 26 has both a function of condensing excitation light incident on the fluorescent plate 16 and a function of collimating light emitted from the fluorescent plate 16.
  • the common optical system 26 is on the optical path from the excitation light from the light source unit 21 to the fluorescent light emitting member 15 (specifically, the excitation light from the light source unit 21 in one excitation light irradiation mechanism 20 emits fluorescence. In the optical path to the member 15 and on the optical path from the light source unit 21 in the other excitation light irradiation mechanism 20 to the fluorescent light emitting member 15). Yes.
  • the common optical system 26 is composed of, for example, a convex lens, and is arranged so that the focal point of the common optical system 26 is located on the surface of the fluorescent plate 16. As described above, the common optical system 26 is disposed so that the focal point is located on the surface of the fluorescent plate 16, so that the light entering from the excitation light source side (the upper surface side in FIG. 1) On the other hand, light incident from the fluorescent light emitting member side (the lower surface side in FIG. 1) functions as a collimating lens system.
  • the common optical system 26 includes a plurality of convex lenses, specifically, a first convex lens 27, a second convex lens 28, and a third convex lens 29.
  • each optical axis is arranged in a state of being coaxially located.
  • the common optical axis of the first convex lens 27, the second convex lens 28, and the third convex lens 29, that is, the optical axis of the common optical system 26 is included in the plane of symmetry of the excitation light irradiation mechanism.
  • the optical axis of the common optical system 26 is indicated by a two-dot chain line.
  • the excitation light incident optical system is a mirror member having a plurality (two in the illustrated example) of excitation light reflecting surfaces 31a that respectively change the traveling direction of the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources 22. 30.
  • the excitation light whose traveling direction is changed by the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a, that is, the reflected excitation light is divergent light.
  • the mirror member 30 has a plurality of folding mirrors 31, and an excitation light reflecting surface 31 a is configured by each of the reflecting surfaces of the plurality of folding mirrors 31.
  • the plurality of folding mirrors 31 have a long rectangular flat plate shape extending in a direction perpendicular to the paper surface in FIG.
  • the plurality of excitation light sources 22 can be arranged at positions near the sides of the fluorescent light emitting member 15.
  • the dimensions of the plurality of excitation light sources 22 in the optical axis direction can be reduced, and thus the fluorescent light source device 10 can be made small.
  • the excitation light source 22 (laser element 23) and the fluorescent light emitting member 15 (fluorescent plate 16) can be cooled by a common cooling mechanism, the fluorescent light source device 10 can be further miniaturized.
  • the common optical system 26 has a function of condensing excitation light incident on the fluorescent plate 16 by being arranged so that the focal point is located on the surface of the fluorescent plate 16. It has both the function of collimating the light emitted from the fluorescent plate 16. Therefore, as shown by a broken line in FIG. 2, when the excitation light incident on the common optical system 26 (see FIG.
  • the excitation light (divergent light Ld) emitted from 29 is not excessively collected at the focal position of the common optical system 26 on the surface of the fluorescent plate 16.
  • the condensing point of the excitation light (the divergent light Ld) in the common optical system 26 is usually arranged on the surface of the fluorescent plate 16. It is located on the front side in the optical axis direction of the common optical system 26 with respect to the position (lower side in FIG. 2). As a result, the excitation light (divergent light Ld) is not excessively collected on the surface of the fluorescent plate 16 by the common optical system 26.
  • the excitation light incident on the common optical system 26 is divergent light (Ld)
  • the excitation light incident on the common optical system 26 is parallel light Lp as shown in FIG.
  • the optical axis of the optical axis of the third convex lens 29 is indicated by a two-dot chain line.
  • the outline of the excitation light incident area formed on the surface of the fluorescent plate 16 when the excitation light incident on the common optical system 26 is the divergent light Ld is indicated by a solid line.
  • the outline of the excitation light incident area formed on the surface of the fluorescent plate 16 when the excitation light incident on the common optical system 26 is parallel light Lp is indicated by a broken line.
  • each of the plurality of folding mirrors 31 is inclined with respect to the optical axis of the corresponding excitation light source 22 such that the excitation light reflecting surface 31 a faces the corresponding excitation light source 22. Yes.
  • a plurality of folding mirrors 31 are arranged in a staircase pattern corresponding to the columns of the plurality of excitation light sources 22 arranged in parallel. It is preferable.
  • the mirror member 30 can be reduced in size by arranging the plurality of folding mirrors 31 so as to line up in a stepped manner corresponding to the plurality of rows of excitation light sources 22. More specifically, by arranging the plurality of folding mirrors 31 in a step shape, the distance between the central axes of the light bundles by the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources 22 can be compressed.
  • the distance between the central axes of the beam bundles of the excitation light reflected by each of the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a of the plurality of folding mirrors 31 in the mirror member 30 (hereinafter also referred to as “light beam center distance”). It can arrange
  • the distance D2 between the light beam centers is the distance between the central axes of the light beams by the excitation light reflected by the excitation light reflecting surfaces 31a adjacent to each other (hereinafter also referred to as “light beam central axis”). It is.
  • the inter-optical axis distance D1 is a distance between the optical axes of the excitation light sources 22 adjacent to each other.
  • the plurality of folding mirrors 31 are arranged closer to the excitation light source 22 corresponding to the excitation light source 22 located farther from the fluorescent light emitting member 15 among the folding mirrors 31 adjacent to each other. It is assumed that The plurality of folding mirrors 31 are arranged such that the central axes of the light bundles of the excitation light reflecting surface 31a are parallel to each other.
  • a condensing optical system 35 is disposed between the light source unit 21 and the mirror member 30 in the vicinity of the light source unit 21. It is preferable.
  • the condensing optical system 35 is a concentrator that makes each of the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources 22 constituting the light source unit 21 incident on the corresponding excitation light reflecting surface 31a in a condensed state. It has an optical function.
  • the condensing optical system 35 includes a plurality of condensing lenses 36, and each of the condensing lenses 36 is disposed corresponding to the plurality of excitation light reflecting surfaces 31 a in the mirror member 30. Has been.
  • a condensing lens 36 is disposed between the plurality of excitation light sources 22 and the folding mirror 31 corresponding to each of the plurality of excitation light sources 22 at positions near the excitation light sources 22.
  • the plurality of condensing lenses 36 constituting the condensing optical system 35 are arranged such that the optical axis of the condensing lens 36 coincides with the optical axis of the corresponding excitation light source 22.
  • a collimator lens 38 is disposed between each of the plurality of excitation light sources 22 and the plurality of condenser lenses 36. Each of these collimating lenses 38 is arranged in a state where the optical axes of the collimating lenses 38 coincide with the optical axes of the corresponding excitation light source 22 and condensing lens 36.
  • the condensing optical system 35 By disposing the condensing optical system 35 between the light source unit 21 and the mirror member 30, the excitation light reflected on each of the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a becomes divergent light.
  • each of the plurality of excitation light reflecting surfaces 31 a in the mirror member 30 has a plurality of excitation light sources 22.
  • Each of the emitted excitation lights is incident in a condensed state. Therefore, since the excitation light incident area on the excitation light reflecting surface 31a is reduced, the area of the excitation light reflecting surface 31a can be reduced.
  • the plurality of folding mirrors 31 constituting the mirror member 30 are arranged in a direction perpendicular to the central axis of the light beam of the excitation light reflecting surface 31a (the vertical direction in FIG. 1). ) In the state of being close to each other. That is, the distance D2 between the light beam centers in the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a can be shortened. Therefore, the plurality of folding mirrors 31 can be arranged such that the distance D2 between the light beam centers is smaller than the distance D1 between the optical axes of the corresponding excitation light sources 22.
  • the fluorescent light source device 10 can be further downsized, and the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources 22 with respect to the common optical system 26. Can be incident on a position (position near the optical axis) close to the center of the excitation light incident surface (the upper surface in FIG. 1) of the first convex lens 27, so that the excitation light incident efficiency on the fluorescent plate 16 can be increased. .
  • the condensing optical system 35 is disposed between the light source unit 21 and the mirror member 30, the excitation light emitted from the excitation light source 22 can be used with high efficiency.
  • Each of the plurality of condensing lenses 36 constituting the condensing optical system 35 is preferably such that the image forming point of the condensing lens 36 is located on the corresponding excitation light reflecting surface 31a.
  • the imaging point of the condenser lens 36 coincides with the focal point of the condenser lens 36 when the excitation light incident on the condenser lens 36 is parallel light.
  • “the imaging point of the condenser lens is located on the corresponding excitation light reflecting surface” means that the imaging point of the condenser lens reflects the excitation light in the optical axis direction of the condenser lens. It is a concept including the case where it is located near the surface.
  • the imaging point of the condenser lens 36 is substantially located on the corresponding excitation light reflecting surface.
  • the plurality of condensing lenses 36 constituting the condensing optical system 35 are ones whose imaging points are located on the excitation light reflecting surface 31 a, or excitation light reflection in the optical axis direction of the condensing lens 36.
  • the imaging point is located near the surface 31a. That is, the plurality of condensing lenses 36 have their imaging points substantially located on the corresponding excitation light reflecting surface 31a. Further, the image forming point of the condenser lens 36 coincides with the focal point of the condenser lens 36.
  • the condensing lens 36 Since the condensing lens 36 has an imaging point on the corresponding excitation light reflecting surface 31a, the excitation light condensed by the condensing lens 36 is condensed on the excitation light reflecting surface 31a. The light is condensed at 36 imaging point positions. That is, the condensing point of the excitation light by the condensing lens 36 is located on the excitation light reflecting surface 31a. Therefore, since the excitation light incident area on the excitation light reflecting surface 31a is extremely small, the fluorescent light source device 10 can be further miniaturized and the excitation light incident efficiency with respect to the fluorescent plate 16 can be further increased. .
  • the condensing lens 36 As a specific example of the condensing lens 36, a cylindrical lens 41 as shown in FIG. 4, a cylindrical lens 42 as shown in FIG. 5, and a synthetic lens 43 combining a plano-convex lens 43A and a plano-concave lens 43B as shown in FIG. And a plano-convex lens 44 as shown in FIG.
  • the cylindrical lens 41 is a cylindrical lens having a concave portion 41a at one end and a convex portion 41b at the other end.
  • the condensing lens 36 is constituted by a cylindrical lens having a concave portion 36a at one end and a convex portion 36b at the other end.
  • a dichroic mirror 45 is disposed between the mirror member 30 and the common optical system 26.
  • the dichroic mirror 45 is configured so that the central axis of the light bundles of the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a and the common optics are opposed to the surface of the fluorescent plate 16 via the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a and the common optical system 26 in the mirror member 30.
  • the system 26 is disposed in an inclined posture with respect to the optical axis of the system 26.
  • the dichroic mirror 45 reflects the excitation light from the light source unit 21 and transmits the fluorescence from the fluorescent plate 16.
  • excitation light from these excitation light sources 22 is forward in the optical axis direction of the excitation light source 22. It is emitted toward (upward in FIG. 1).
  • the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources 22 is incident and reflected on each of the plurality of excitation light reflecting surfaces 31a via the collimator lens 38 and the condenser lens 36, respectively. It is converted and proceeds toward the dichroic mirror 45. Then, the excitation light incident on the dichroic mirror 45 is reflected by the dichroic mirror 45, and the traveling direction is changed.
  • the excitation light is collected by the common optical system 26, and the condensed light is collected on the surface of the fluorescent plate 16 (excitation). Is incident on the fluorescent plate 16.
  • fluorescence is emitted from the fluorescent plate 16 when the phosphor is excited. This fluorescence is emitted outside from the surface (fluorescence emission surface) of the fluorescent plate 16 together with the excitation light reflected on the back surface of the fluorescent plate 16 without being absorbed by the phosphor.
  • the light emitted from the surface (fluorescence emission surface) of the fluorescent plate 16 in this way is converted into parallel light by the common optical system 26 and only the light transmitted through the dichroic mirror 45, that is, the fluorescence, is transmitted to the outside of the fluorescence light source device 10. Emitted.
  • the excitation light incident optical system is configured to include the mirror member 30. Therefore, although the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources 22 is collected by the common optical system 26 disposed so that the focal point is located on the surface of the fluorescent plate 16 and is incident on the fluorescent plate 16, the excitation light is excited. The light is not excessively collected on the surface of the fluorescent plate 16 (excitation light incident surface). As a result, the local rise in temperature in the fluorescent plate 16 is suppressed, so that the occurrence of temperature quenching in the fluorescent plate 16 is suppressed.
  • the center of the light flux by the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources 22 is adjusted by adjusting the arrangement position of the folding mirror 31 (excitation light reflecting surface 31 a) in the mirror member 30.
  • the distance between the axes can be compressed, so that the excitation light incident efficiency with respect to the fluorescent plate 16 can be increased. Therefore, fluorescence can be obtained by effectively using the excitation light emitted from the plurality of excitation light sources 22.
  • higher excitation light incidence efficiency can be obtained as compared with a case where the excitation light incidence optical system is configured to include a diffusion plate instead of the mirror member 30. Therefore, according to the fluorescent light source device 10, fluorescence can be emitted with high efficiency.
  • the arrangement position of the plurality of excitation light sources 22 and the excitation light incident optical system can have a large degree of design freedom.
  • the excitation light incident optical system can be easily downsized.
  • the fluorescent plate 16 is of a reflective type, and the excitation light incident optical system has a function of collecting the excitation light incident on the fluorescent plate 16 and a function of collimating the light emitted from the fluorescent plate 16.
  • an optical system having a function of condensing excitation light incident on the fluorescent plate 16 and a function of collimating light emitted from the fluorescent plate 16 are provided. There is no need to arrange the optical system separately. Therefore, according to the fluorescent light source device 10, a small device can be configured with a simple configuration.
  • the distance between the central axes of the beam bundles by the excitation light emitted from each of the plurality of excitation light sources 22 is compressed, so that the size of the fluorescent plate 16 is further reduced. Excitation light incidence efficiency with respect to is improved.
  • the dimension of the common optical system 26 in the optical axis direction (vertical direction in FIG. 1) is 90 mm, and the dimension in the direction perpendicular to the optical axis (horizontal direction in FIG. 1) is 200 mm. It is supposed to be a small one.
  • the focal point of the common optical system 26 is located on the surface of the fluorescent plate 16, the fluorescence emitted from the fluorescent plate 16 is sufficiently collimated by the common optical system 26.
  • a high light utilization rate can be obtained for fluorescence.
  • the fluorescent light source device of the present invention has been described using a specific example, but the fluorescent light source device of the present invention is not limited to this.
  • the plurality of condensing optical members constituting the condensing optical system are not limited to the condensing lens, and various members may be used as long as they have a function of condensing the excitation light emitted from the excitation light source. be able to.
  • a concave mirror 51 can be used as the condensing optical member.
  • the concave mirror 51 is disposed such that the reflection surface of the concave mirror 51 faces the excitation light reflection surface 31 a of the excitation light source 22 and the folding mirror 31.
  • the fluorescent light source device including the concave mirror 51 is the same as the fluorescent light source device 10 according to FIG. 1 except that the concave mirror 51 is used as a condensing optical member and the arrangement positions of the plurality of excitation light sources 22 are different.
  • the light source device 10 has the same configuration. In FIG. 8, the traveling direction of the excitation light emitted from the excitation light source 22 is indicated by an arrow.
  • the excitation light incident optical system includes a mirror member, and the light reflected by the plurality of excitation light reflecting surfaces constituting the mirror member may be divergent light, and the overall structure is
  • the excitation light incident optical system is not provided with a collimating lens between a plurality of excitation light sources and a condensing optical system. It may be configured.
  • the fluorescent light source device provided with this excitation light incident optical system has the same configuration as that of the fluorescent light source device 10 except that the collimating lens is not provided in the fluorescent light source device 10 according to FIG.
  • the traveling direction of the excitation light emitted from the excitation light source 22 is indicated by an arrow.
  • the fluorescent light source device includes light that is emitted to the outside of the fluorescent light source device and includes excitation light that is incident on the fluorescent plate together with the fluorescent light but is not absorbed by the phosphor and is reflected on the back surface of the fluorescent plate. It may be.
  • the fluorescent light source device 10 according to FIG. 1 may include a configuration using a mirror member using polarization characteristics instead of the dichroic mirror 45. In the mirror member using this polarization characteristic, a dielectric multilayer film is formed in a stripe shape, and a multilayer antireflection film is formed in a region where the dielectric multilayer film is not formed. In this mirror member, a dichroic mirror is constituted by a dielectric multilayer film.
  • the fluorescent plate may have a periodic structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged on the surface.
  • the periodic structure on the surface of the fluorescent plate is, for example, a two-dimensional periodic arrangement in which convex portions having a substantially cone shape (specifically, a cone shape or a frustum shape) are densely packed.

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Abstract

本発明は、蛍光を高い効率で放射することができると共に、簡単な構造で小型の装置を構成することのできる蛍光光源装置、またプロジェクタ装置に利用したときに、蛍光について高い光の利用効率が得られる蛍光光源装置を提供することを目的とする。　本発明の蛍光光源装置は、励起光を出射する複数の励起光源と、前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、前記複数の励起光源の各々からの励起光を前記蛍光板の蛍光出射面に入射させる励起光入射光学系とを備えてなる蛍光光源装置であって、前記励起光入射光学系は、前記複数の励起光源の各々から出射される励起光の進行方向を各々転換する複数の励起光反射面を有するミラー部材を備えており、前記複数の励起光反射面において反射された励起光が発散性光であることを特徴とする。

Description

蛍光光源装置
　本発明は、蛍光光源装置に関する。更に詳しくは、例えばプロジェクタ装置用の光源装置として好適に用いることのできる蛍光光源装置に関する。
　近年、プロジェクタ装置用の光源装置として、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板とを有する蛍光光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　例えば特許文献１には、励起光源からの励起光が平行光化されて出射する励起光出射部と、励起光出射部からの励起光を受けて蛍光を出射する透過型の蛍光板と、励起光出射部からの励起光を蛍光板に集光する集光光学系と、蛍光板からの蛍光を平行光化するコリメーター光学系とを備えてなる蛍光光源装置が開示されている。
　上記の蛍光光源装置においては、励起光を集光する集光光学系の他に、蛍光を平行光化するコリメーター光学系が独立して設けられているため、構造が複雑で小型化を図ることが困難である、という問題がある。
　このような問題を解決するため、蛍光板として反射型のものを用いると共に、光学系として、励起光を集光する機能と蛍光を平行光化する機能とを併有する光学系を用いることが考えられる。
　しかしながら、このような蛍光光源装置を構成した場合には、以下のような問題があることが判明した。
　蛍光板を構成する蛍光体は、励起光を受けたときにその光エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するものである。そのため、光学系によって励起光が蛍光板に過度に集光して照射されると、蛍光板が局所的に高い温度に発熱する。これにより、蛍光板において、蛍光体に温度消光が生じる結果、高い効率で蛍光を出射することが困難となる。また、励起光が蛍光板に過度に集光して照射されると、蛍光板が早期に劣化するため、使用寿命が短くなる。
　また、励起光が蛍光板に過度に集光することを防止するために、蛍光板に対して光学系の焦点位置を光軸方向にずらした場合には、当該光学系によって、蛍光板から出射される蛍光を十分に平行光化することが困難となる。このため、プロジェクタ装置の光源装置として利用したときには、プロジェクタ装置におけるＤＭＤ（Digital  Mirror  Device）等の空間変調素子に蛍光が十分に取り込まれず、その結果、高い光の利用率を得ることが困難となる。
特許第５５２７０５８号公報
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、蛍光を高い効率で放射することができると共に、簡単な構造で小型の装置を構成することのできる蛍光光源装置を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、プロジェクタ装置に利用したときに、蛍光について高い光の利用効率が得られ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は、励起光を出射する複数の励起光源と、
　前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、
　前記複数の励起光源の各々からの励起光を前記蛍光板の蛍光出射面に入射させる励起光入射光学系とを備えてなる蛍光光源装置であって、
　前記励起光入射光学系は、前記複数の励起光源の各々から出射される励起光の進行方向を各々転換する複数の励起光反射面を有するミラー部材を備えており、
　前記複数の励起光反射面において反射された励起光が発散性光であることを特徴とする。
　本発明の蛍光光源装置においては、前記励起光入射光学系において、前記ミラー部材における複数の励起光反射面は、当該複数の励起光反射面の各々によって反射された励起光による光線束の中心軸間距離が、対応する励起光源の光軸間距離より小さくなるように配置されており、これにより、前記複数の励起光源の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離が圧縮されることが好ましい。
　本発明の蛍光光源装置においては、前記励起光入射光学系は、前記複数の励起光源と前記ミラー部材との間に配設された集光光学系を備えており、
　前記集光光学系が、前記複数の励起光源の各々から出射される励起光を各々集光して前記ミラー部材における前記複数の励起光反射面の各々に照射することにより、当該複数の励起光反射面において反射された光が発散性光とされることが好ましい。
　このような構成の本発明の蛍光光源装置においては、前記集光光学系は、前記複数の励起光反射面に対応する複数の集光光学部材によって構成されており、
　前記複数の集光光学部材の結像点が、対応する励起光反射面上に位置することが好ましい。
　本発明の蛍光光源装置においては、複数の励起光源の各々から出射された励起光を蛍光板の蛍光出射面に入射させる励起光入射光学系が、反射された励起光を発散性光とする複数の励起光反射面を有するミラー部材を備えている。そのため、ミラー部材と蛍光板との間に、当該ミラー部材からの励起光を集光する機能を有する光学系を、当該蛍光板の表面上に焦点が位置するように配設した場合であっても、複数の励起光源から出射された励起光が蛍光板の蛍光出射面に過度に集光された状態とならない。その結果、蛍光板において局所的に温度が上昇することが抑制されることから、蛍光板において温度消光が生じることが抑制される。また、複数の励起光源の配置位置および励起光入射光学系に大きな設計の自由度が得られることから、複数の励起光源によって構成される光源部および励起光入射光学系の小型化を容易に図ることができる。
　従って、本発明の蛍光光源装置によれば、蛍光を高い効率で放射することができると共に、簡単な構造で小型の装置を構成することができる。また、ミラー部材と蛍光板との間に、当該ミラー部材からの励起光を集光する機能と共に蛍光板から出射された光を平行光化する機能を有する光学系を、当該蛍光板の表面上に焦点が位置するように配設することができるため、プロジェクタ装置に利用した場合において、蛍光について高い光の利用効率が得られる。
本発明の蛍光光源装置の構成の一例の概略を示す説明図である。 図１の蛍光光源装置において、第３凸レンズによって集光された励起光が蛍光板に入射される状態を示す説明図である。 図１の蛍光光源装置において、蛍光発光部材の表面を、図２の矢印方向から見た状態を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置を構成する集光レンズの第１の具体例を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置を構成する集光レンズの第２の具体例を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置を構成する集光レンズの第３の具体例を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置を構成する集光レンズの第４の具体例を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置を構成する集光光学部材を、励起光源および折り返しミラーと共に示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置の構成の他の例の要部を示す説明図である。
　以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の蛍光光源装置の構成の一例の概略を示す説明図である。
　この蛍光光源装置１０は、２つの励起光照射機構２０と、これらの２つの励起光照射機構２０からの励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板１６を有する蛍光発光部材１５とを備えたものである。２つの励起光照射機構２０は、各々、複数（図の例においては２つ）の励起光源２２よりなる光源部２１と、この光源部２１からの励起光を蛍光板１６の表面（図１における上面）に入射させる励起光入射光学系とを備えている。そして、２つの励起光照射機構２０は、蛍光発光部材１５の配置位置を含む蛍光板１６の表面に垂直な平面を対称面（以下、「励起光照射機構対称面」ともいう。）として、互いに対称の位置に配置されている。
　図１の例において、２つの励起光照射機構２０の各々における励起光入射光学系は、後述するように、コリメートレンズ３８、集光光学系３５、ミラー部材３０、ダイクロイックミラー４５および光学系２６によって構成されている。
　また、図１においては、一方の励起光照射機構２０における複数の励起光源２２から出射された光（励起光）の光路が実線によって示されている。
　蛍光発光部材１５は、四角形平板状の蛍光板１６が、四角形平板状の放熱基板１７の表面（図１における上面）に配設されたものである。
　この蛍光発光部材１５において、蛍光板１６の表面は、励起光入射面とされると共に蛍光出射面とされている。すなわち、蛍光板１６は、励起光入射面と蛍光出射面とが同一面上に形成された反射型の蛍光板である。この蛍光板１６からの出射光は、蛍光と共に励起光を含むものである。
　また、蛍光発光部材１５においては、蛍光板１６の裏面（図１における下面）に、銀（Ａｇ）膜よりなる反射膜（図示省略）が、当該裏面に沿って延びるように設けられている。このように、蛍光板１６は、反射膜が設けられることにより、裏面に反射機能を有する反射型のものとされている。更に、反射膜と放熱基板１７との間には、接合部材（図示省略）が介在されており、当該接合部材によって蛍光板１６が放熱基板１７上に接合されている。接合部材としては、排熱性の観点から、半田、銀焼結材などが用いられる。
　図１の例において、蛍光板１６は、正方形平板状であり、放熱基板１７は矩形平板状である。
　蛍光板１６は、蛍光体が含有されて構成されたものである。この蛍光板１６を構成する蛍光体は、無機蛍光体、具体的には希土類元素を発光イオン（賦活材）としてドープした無機化合物よりなるものである。
　蛍光板１６を構成する蛍光体の具体例としては、ＬｕＡＧ（Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12）：ＣｅおよびＹＡＧ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）：Ｐｒ等の緑色蛍光体、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ3 ）：Ｅｕ、Ｓ－ＣＡＳＮ（ＳｒＣａＡｌＳｉＮ3 ）、ＹＡＧ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）：ＳｍおよびＹＡＧ：Ｐｒ等の赤色蛍光体、ＹＡＧ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）：Ｃｅ等の黄色蛍光体などが挙げられる。このような蛍光板１６において、賦活材のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。そして、これらの蛍光体は、単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
　また、蛍光板１６の厚みは、蛍光変換効率および排熱性の観点から、０．０５～２．０ｍｍであることが好ましい。
　放熱基板１７としては、銅、モリブデンと銅の合金（Ｍｏ－Ｃｕ）およびタングステンと銅の合金（Ｗ－Ｃｕ）などの高熱伝導性金属よりなるものが用いられる。
　また、放熱基板１７は、排熱性の観点から、蛍光板１６が配設される表面が、当該蛍光板１６の裏面よりも縦横寸法が大きくて、大きな面積を有するものであることが好ましい。
　また、放熱基板１７の厚みは、例えば０．５～１．０ｍｍである。
　図１の例において、放熱基板１７は、蛍光板１６の径（具体的には、縦横寸法）よりも大きな径（具体的には、縦横寸法）のものである（図３参照）。また、放熱基板１７においては、当該放熱基板１７の表面の中央部に、蛍光板１６が配設されている（図３参照）。
　２つの励起光照射機構２０の各々において、光源部２１を構成する複数の励起光源２２は、蛍光発光部材１５の側方（具体的には、図１における右方および左方）の近傍位置に、励起光照射機構対称面および蛍光発光部材１５の周側面（具体的には、図１における右側面および左側面）に垂直な方向に並列配置されている。
　図１の例において、複数の励起光源２２は、各々、励起光源２２を構成するレーザ素子２３の裏面（図１における下面）が、蛍光板１６の裏面と同一平面上に位置するように配置されている。
　励起光源２２としては、蛍光板１６を構成する蛍光体を励起光することのできる光を放射するものであればよく、よって蛍光板１６を構成する蛍光体の種類などに応じて適宜の波長の光を放射するものが用いられる。具体的には、例えば波長４０５～４６５ｎｍの光を放射するものが用いられる。
　また、励起光源２２は、平行光を出射するものであってもよく、または発散光を出射するであってもよい。
　また、励起光源２２としては、例えばレーザ素子よりなるレーザ光源などが用いられるが、その形態は、１つのレーザ光源を備えたものであってもよく、あるいは複数のレーザ光源を備え、これらの複数のレーザ光源の光軸方向前方に集光性レンズが配置されてなるものであってもよい。
　ここに、励起光は、レーザ光源からの光に限定されるものではなく、ＬＥＤの光、および水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。なお、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合において、励起光の波長はランプ等から放射される主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。
　図１の例において、複数の励起光源２２は、各々、当該複数の励起光源２２が並列する方向に直交する方向（図１における紙面に垂直な方向）に伸びる長尺な矩形平板状の放熱基板２４の表面（図１における上面）に、複数のレーザ素子２３が、当該放熱基板２４の長手方向に沿って並列配置されたものである。また、これらの励起光源２２は、発散光を出射するものである。また、複数の励起光源２２の各々において、放熱基板２４の裏面（図１における下面）には、放熱フィン２５が設けられている。
　また、２つの励起光照射機構２０には、共通の光学系（以下、「共通光学系」ともいう。）２６が設けられている。この共通光学系２６は、蛍光板１６に入射する励起光を集光する機能と蛍光板１６から出射される光を平行光化する機能とを併有するものである。
　また、共通光学系２６は、光源部２１からの励起光が蛍光発光部材１５に至るまでの光路上（具体的には、一方の励起光照射機構２０における光源部２１からの励起光が蛍光発光部材１５に至るまでの光路、および他方の励起光照射機構２０における光源部２１からの励起光が蛍光発光部材１５に至るまでの光路上）における、蛍光光学部材１５の近傍位置に配設されている。
　共通光学系２６は、例えば凸レンズなどによって構成されており、当該共通光学系２６の焦点が蛍光板１６の表面上に位置するように配置されている。このように、共通光学系２６は、焦点が蛍光板１６の表面上に位置するように配置されていることにより、励起光源側（図１における上面側）から入射される光については集光レンズ系として機能し、一方、蛍光発光部材側（図１における下面側）から入射される光については、コリメートレンズ系として機能する。
　図１の例において、共通光学系２６は、複数の凸レンズ、具体的には、第１凸レンズ２７、第２凸レンズ２８および第３凸レンズ２９によって構成されており、これらの複数の凸レンズは、励起光照射機構対称面上において、各々の光軸が、同軸上に位置する状態で、配置されている。また、第１凸レンズ２７、第２凸レンズ２８および第３凸レンズ２９の共通の光軸、すなわち共通光学系２６の光軸は、励起光照射機構対称面に含まれている。
　また、図１においては、共通光学系２６の光軸が、二点鎖線によって示されている。
　また、励起光入射光学系は、複数の励起光源２２の各々から出射された励起光の進行方向を各々転換する複数（図の例においては、２つ）の励起光反射面３１ａを有するミラー部材３０を備えている。このミラー部材３０において、複数の励起光反射面３１ａによって進行方向が転換された励起光、すなわち反射された励起光は、発散性光とされる。
　図１の例において、ミラー部材３０は、複数の折り返しミラー３１を有するものであり、これらの複数の折り返しミラー３１の反射面の各々によって励起光反射面３１ａが構成されている。複数の折り返しミラー３１は図１における紙面に垂直な方向に伸びる長尺な矩形平板状のものである。
　励起光入射光学系にミラー部材３０が設けられていることにより、複数の励起光源２２の配置位置の自由度が大きくなり、よって光源部２１の設計の自由度が大きくなる。そのため、図１に示されているように、複数の励起光源２２を、蛍光発光部材１５の側方の近傍位置に配置することができる。その結果、蛍光光源装置１０において、複数の励起光源２２の光軸方向（図１における上下方向）の寸法を小さくできることから、当該蛍光光源装置１０を小型のものとすることができる。また、励起光源２２（レーザ素子２３）と蛍光発光部材１５（蛍光板１６）とを共通の冷却機構によって冷却することができるため、蛍光光源装置１０の更なる小型化を図ることができる。
　そして、複数の励起光反射面３１ａの各々において反射された励起光が発散性光であることにより、励起光が蛍光板１６の表面において過度に集光することがなく、よって蛍光板１６の表面に対して、励起光が、高エネルギー密度で照射されることを防止することができる。
　具体的に説明すると、蛍光光源装置１０において、共通光学系２６は、蛍光板１６の表面上に焦点が位置するように配設されることにより、蛍光板１６に入射する励起光を集光する機能と蛍光板１６から出射される光を平行光化する機能とを併有するものとされている。そのため、図２において破線で示すように、共通光学系２６（図１参照）に入射される励起光が平行光Ｌｐである場合には、共通光学系２６によって集光され、第３凸レンズ２９から出射された励起光（平行光Ｌｐ）は、蛍光板１６の表面上における共通光学系２６の焦点位置に過度に集光する。すなわち、共通光学系２６による励起光（平行光Ｌｐ）の集光点は、蛍光板１６の表面上に位置される。しかしながら、図２において実線で示すように、共通光学系２６（図１参照）に入射される励起光を発散性光Ｌｄとすることによれば、共通光学系２６によって集光され、第３凸レンズ２９から出射された励起光（発散性光Ｌｄ）は、蛍光板１６の表面上における共通光学系２６の焦点位置に過度に集光することがない。ここに、共通光学系２６に入射される励起光が発散性光Ｌｄである場合において、共通光学系２６における励起光（発散性光Ｌｄ）の集光点は、通常、蛍光板１６の表面の配置位置よりも共通光学系２６の光軸方向前方側（図２における下方側）に位置される。その結果、励起光（発散性光Ｌｄ）が、共通光学系２６によって、蛍光板１６の表面上において過度に集光された状態となることがない。従って、共通光学系２６に入射される励起光が発散性光（Ｌｄ）である場合には、図３に示されているように、共通光学系２６に入射される励起光が平行光Ｌｐである場合に比して、蛍光板１６の表面における励起光入射領域が大きくなる。
　図２においては、第３凸レンズ２９の光軸（共通光学系２６の光軸）の光軸が、二点鎖線によって示されている。
　また、図３においては、共通光学系２６に入射される励起光が発散性光Ｌｄである場合において蛍光板１６の表面に形成される励起光入射領域の輪郭が、実線によって示されており、一方、共通光学系２６に入射される励起光が平行光Ｌｐである場合において蛍光板１６の表面に形成される励起光入射領域の輪郭が、破線によって示されている。
　ミラー部材３０において、複数の折り返しミラー３１は、各々、励起光反射面３１ａが、対応する励起光源２２に対向するように、当該対応する励起光源２２の光軸に対して傾斜した姿勢とされている。
　また、ミラー部材３０においては、図１に示されているように、複数の折り返しミラー３１が、並列配置された複数の励起光源２２の列に対応して階段状に並ぶように配置されていることが好ましい。
　複数の折り返しミラー３１を複数の励起光源２２の列に対応して階段状に並ぶように配置することにより、ミラー部材３０を小型化することができる。
　具体的に説明すると、複数の折り返しミラー３１を階段状に配置することによれば、複数の励起光源２２の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離を圧縮することができる。すなわち、ミラー部材３０における複数の折り返しミラー３１を、複数の励起光反射面３１ａの各々によって反射された励起光による光線束の中心軸間距離（以下、「光線束中心間距離」ともいう。）Ｄ２が、対応する励起光源２２の光軸間距離Ｄ１より小さくなるように配置することができる。その結果、ミラー部材３０における、励起光源２２の光軸方向（図１における上下方向）の寸法を小さくすることができる。
　ここに、光線束中心間距離Ｄ２は、互いに隣接する励起光反射面３１ａの各々によって反射された励起光による光線束の中心軸（以下、「光線束中心軸」ともいう。）の間の距離である。また、光軸間距離Ｄ１は、互いに隣接する励起光源２２の各々の光軸の間の距離である。
　図１の例において、複数の折り返しミラー３１は、互いに隣接する折り返しミラー３１のうちの蛍光発光部材１５からより離間して位置する励起光源２２に対応する折り返しミラー３１が、当該励起光源２２により近接した状態とされている。また、複数の折り返しミラー３１は、励起光反射面３１ａの光線束中心軸が互いに平行となるように配置されている。
　そして、励起光入射光学系においては、図１に示されているように、光源部２１とミラー部材３０との間の、当該光源部２１の近傍位置に、集光光学系３５が配設されていることが好ましい。この集光光学系３５は、光源部２１を構成する複数の励起光源２２から出射された励起光の各々を、対応する励起光反射面３１ａの各々に対して、集光した状態で入射させる集光機能を有するものである。
　具体的に、集光光学系３５は、複数の集光レンズ３６によって構成されており、これらの集光レンズ３６の各々は、ミラー部材３０における複数の励起光反射面３１ａに対応して配設されている。すなわち、複数の励起光源２２と、当該複数の励起光源２２の各々に対応する折り返しミラー３１との間には、各々、励起光源２２の近傍位置に、集光レンズ３６が配設されている。
　図１の例において、集光光学系３５を構成する複数の集光レンズ３６は、各々、当該集光レンズ３６の光軸が、対応する励起光源２２の光軸と一致する状態で配置されている。また、複数の励起光源２２と複数の集光レンズ３６との間には、各々、コリメートレンズ３８が配設されている。これらのコリメートレンズ３８は、各々、当該コリメートレンズ３８の光軸が、対応する励起光源２２および集光レンズ３６の光軸と一致する状態で配置されている。
　光源部２１とミラー部材３０との間に集光光学系３５が配設されることにより、複数の励起光反射面３１ａの各々において反射された励起光が発散性光とされる。
　しかも、光源部２１とミラー部材３０との間に集光光学系３５が配設されることによれば、ミラー部材３０における複数の励起光反射面３１ａの各々には、複数の励起光源２２から出射された励起光の各々が集光した状態で入射される。そのため、励起光反射面３１ａにおける励起光入射領域が小さくなることから、当該励起光反射面３１ａの小面積化を図ることができる。そして、励起光反射面３１ａを小面積化することによれば、ミラー部材３０を構成する複数の折り返しミラー３１を、励起光反射面３１ａの光線束中心軸に垂直な方向（図１における上下方向）において、互いに近接した状態で配設することができる。すなわち、複数の励起光反射面３１ａにおける光線束中心間距離Ｄ２を短縮化することができる。よって、複数の折り返しミラー３１を、光線束中心間距離Ｄ２が、対応する励起光源２２の光軸間距離Ｄ１に比してより小さくなるように、配置することができる。すなわち、複数の励起光源２２の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離をより一層圧縮することができる。その結果、ミラー部材３０をより小型化できることから、蛍光光源装置１０のより一層の小型化を図ることができ、しかも、共通光学系２６に対して、複数の励起光源２２から出射された励起光を、第１凸レンズ２７の励起光入射面（図１における上面）の中心部に接近した位置（光軸近傍位置）に入射させることができるため、蛍光板１６に対する励起光入射効率を高めることができる。その結果、光源部２１とミラー部材３０との間に集光光学系３５が配設されていることによれば、励起光源２２から出射される励起光を高い効率で利用することができる。
　集光光学系３５を構成する複数の集光レンズ３６は、各々、当該集光レンズ３６の結像点が、対応する励起光反射面３１ａ上に位置するものであることが好ましい。ここに、集光レンズ３６の結像点は、集光レンズ３６に入射される励起光が平行光である場合には、集光レンズ３６の焦点と一致する。
　本明細書中において、「集光レンズの結像点が、対応する励起光反射面上に位置する」とは、集光レンズの結像点が、集光レンズの光軸方向における励起光反射面の近傍位置に位置する場合を含む概念である。すなわち、集光レンズ３６の結像点が、実質上、対応する励起光反射面上に位置することを示している。
　図１の例において、集光光学系３５を構成する複数の集光レンズ３６は、励起光反射面３１ａ上に結像点が位置するもの、または集光レンズ３６の光軸方向における励起光反射面３１ａの近傍位置に結像点が位置するものである。すなわち、複数の集光レンズ３６は、結像点が、実質上、対応する励起光反射面３１ａ上に位置するものである。また、集光レンズ３６の結像点は当該集光レンズ３６の焦点と一致している。
　集光レンズ３６が、対応する励起光反射面３１ａ上に結像点が位置するものであることにより、集光レンズ３６によって集光された励起光は、励起光反射面３１ａ上における集光レンズ３６の結像点位置に集光する。すなわち、集光レンズ３６による励起光の集光点が、励起光反射面３１ａ上に位置される。そのため、励起光反射面３１ａにおける励起光入射領域が極めて小さくなることから、蛍光光源装置１０のより一層の小型化を図ることができ、また蛍光板１６に対する励起光入射効率をより一層高めることができる。
　集光レンズ３６の具体例としては、図４に示すような円筒レンズ４１、図５に示すようなシリンドリカルレンズ４２、図６に示すような平凸レンズ４３Ａと平凹レンズ４３Ｂとを組み合わせた合成レンズ４３、および図７に示すような平凸レンズ４４などが挙げられる。ここに、円筒レンズ４１は、一端に凹部４１ａを有し、他端に凸部４１ｂを有する円筒型のレンズである。
　図１の蛍光光源装置１０において、集光レンズ３６は、一端に凹部３６ａを有すると共に他端に凸部３６ｂを有する円筒レンズによって構成されている。
　また、励起光入射光学系には、ミラー部材３０と共通光学系２６との間に、ダイクロイックミラー４５が配設されている。このダイクロイックミラー４５は、ミラー部材３０における複数の励起光反射面３１ａおよび共通光学系２６を介して蛍光板１６の表面に対向するように、複数の励起光反射面３１ａの光線束中心軸および共通光学系２６の光軸に対して傾斜した姿勢で配置されている。また、ダイクロイックミラー４５は、光源部２１からの励起光を反射し、蛍光板１６からの蛍光を透過するものである。
　このような構成の蛍光光源装置１０においては、複数の励起光源２２が一斉に点灯状態とされることにより、これらの複数の励起光源２２から、励起光が、当該励起光源２２の光軸方向前方（図１における上方）に向かって出射される。この複数の励起光源２２から出射された励起光は、各々、コリメートレンズ３８および集光レンズ３６を介して複数の励起光反射面３１ａの各々に入射して反射されることにより、その進行方向が転換され、ダイクロイックミラー４５に向かって進行する。そして、ダイクロイックミラー４５に入射した励起光は、当該ダイクロイックミラー４５に反射されることによって進行方向が転換された後、共通光学系２６によって集光され、その集光光が蛍光板１６の表面（励起光入射面）に照射され、当該蛍光板１６に入射する。その蛍光板１６においては、蛍光体が励起されることにより、蛍光板１６から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光板１６の裏面において反射された励起光と共に蛍光板１６の表面（蛍光出射面）から外部に出射される。このようにして蛍光板１６の表面（蛍光出射面）から出射された光は、共通光学系２６によって平行光化され、ダイクロイックミラー４５を透過した光、すなわち蛍光のみが、蛍光光源装置１０の外部に出射される。
　而して、蛍光光源装置１０においては、励起光入射光学系が、ミラー部材３０を備えた構成とされている。そのため、複数の励起光光源２２から出射された励起光が、蛍光板１６の表面上に焦点が位置するように配設された共通光学系２６によって集光されて蛍光板１６に入射するものの、その励起光は蛍光板１６の表面（励起光入射面）に過度に集光された状態とならない。その結果、蛍光板１６において局所的に温度が上昇することが抑制されることから、蛍光板１６において温度消光が生じることが抑制される。
　しかも、蛍光光源装置１０においては、ミラー部材３０における折り返しミラー３１（励起光反射面３１ａ）の配置位置を調整することによって、複数の励起光源２２の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離を圧縮し、よって蛍光板１６に対する励起光入射効率を高めることができる。そのため、複数の励起光源２２から出射された励起光を有効に利用して、蛍光を得ることができる。具体的には、例えば励起光入射光学系を、ミラー部材３０に代えて拡散板を備えた構成のものとした場合に比して、高い励起光入射効率を得ることができる。
　従って、蛍光光源装置１０によれば、蛍光を高い効率で放射することができる。
　また、蛍光光源装置１０においては、ミラー部材３０が設けられていることにより、複数の励起光源２２の配置位置および励起光入射光学系に大きな設計の自由度が得られることから、光源部２１および励起光入射光学系の小型化を容易に図ることができる。その上、蛍光板１６が反射型のものとされると共に、励起光入射光学系が、蛍光板１６に入射する励起光を集光する機能と蛍光板１６から出射される光を平行光化する機能とを併有する共通光学系２６を備えた構成とされていることにより、蛍光板１６に入射する励起光を集光する機能を有する光学系と、蛍光板１６から出射される光を平行光化する機能を有する光学系とを、別個に配設する必要がない。
　従って、蛍光光源装置１０によれば、簡単な構成で小型の装置を構成することができる。
　更に、蛍光光源装置１０においては、複数の励起光源２２の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離を圧縮することによって、より一層の小型化が図られていると共に、蛍光板１６に対する励起光入射効率が高められている。
　ここに、蛍光光源装置１０は、共通光学系２６の光軸方向（図１における上下方向）の寸法が９０ｍｍであって、当該光軸に垂直な方向（図１における左右方向）の寸法が２００ｍｍの小型のものとされている。
　また、蛍光光源装置１０は、共通光学系２６の焦点が蛍光板１６の表面上に位置していることから、蛍光板１６から出射された蛍光が、共通光学系２６によって十分に平行光化されるため、プロジェクタ装置用の光源装置として使用したときには、蛍光について高い光の利用率が得られる。
　以上において、本発明の蛍光光源装置を具体的な例を用いて説明したが、本発明の蛍光光源装置はこれに限定されるものではない。
　例えば、集光光学系を構成する複数の集光光学部材は、集光レンズに限定されず、励起光源から出射された励起光を集光する機能を有するものであれば、種々のものを用いることができる。具体的には、図８に示すように、集光光学部材として、例えば凹面鏡５１などを用いることができる。この凹面鏡５１は、当該凹面鏡５１の反射面が、励起光源２２および折り返しミラー３１における励起光反射面３１ａに対向するように配設されている。この凹面鏡５１を備えた蛍光光源装置は、図１に係る蛍光光源装置１０において、集光光学部材として凹面鏡５１が用いられており、複数の励起光源２２の配置位置が異なること以外は、当該蛍光光源装置１０と同様の構成を有するものである。
　図８においては、励起光源２２から出射された励起光の進行方向が矢印で示されている。
　また、励起光入射光学系は、ミラー部材を備えており、当該ミラー部材を構成する複数の励起光反射面において反射された光が発散性光とされるものであればよく、その全体構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。具体的に、励起光入射光学系は、図９に示すように、図１に係る励起光入射光学系において、複数の励起光源と集光光学系との間にコリメートレンズが配設されていない構成のものであってもよい。この励起光入射光学系を備えた蛍光光源装置は、図１に係る蛍光光源装置１０において、コリメートレンズが設けられていないこと以外は、当該蛍光光源装置１０と同様の構成を有するものである。
　図９においては、励起光源２２から出射された励起光の進行方向が矢印で示されている。
　また、蛍光光源装置は、当該蛍光光源装置の外部に出射される光が、蛍光と共に、蛍光板に入射されたものの、蛍光体に吸収されずに蛍光板の裏面において反射された励起光を含有する構成のものであってもよい。このような構成の蛍光光源装置の具体例としては、図１に係る蛍光光源装置１０において、ダイクロイックミラー４５に代えて、偏光特性を利用するミラー部材を用いた構成のものが挙げられる。この偏光特性を利用するミラー部材は、誘電体多層膜がストライプ状に形成されており、誘電体多層膜が形成されていない領域に多層反射防止膜が形成されてなるものである。このミラー部材においては、誘電体多層膜によってダイクロイックミラーが構成されている。
　また、蛍光板は、表面に、複数の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されたものであってもよい。ここに、蛍光板の表面の周期構造は、例えば略錐形状（具体的には、錐状または錐台状）の凸部が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。
１０　　蛍光光源装置
１５　　蛍光発光部材
１６　　蛍光板
１７　　放熱基板
２０　　励起光照射機構
２１　　光源部
２２　　励起光源
２３　　レーザ素子
２４　　放熱基板
２５　　放熱フィン
２６　　光学系（共通光学系）
２７　　第１凸レンズ
２８　　第２凸レンズ
２９　　第３凸レンズ
３０　　ミラー部材
３１　　折り返しミラー
３１ａ　　励起光反射面
３５　　集光光学系
３６　　集光レンズ
３６ａ　　凹部
３６ｂ　　凸部
３８　　コリメートレンズ
４１　　円筒レンズ
４１ａ　　凹部
４１ｂ　　凸部
４２　　シリンドリカルレンズ
４３　　合成レンズ
４３Ａ　　平凸レンズ
４３Ｂ　　平凹レンズ
４４　　平凸レンズ
４５　　ダイクロイックミラー
５１　　凹面鏡

Claims (4)

  1. 　励起光を出射する複数の励起光源と、
    　前記励起光を受けて蛍光を放射する蛍光板と、
    　前記複数の励起光源の各々からの励起光を前記蛍光板の蛍光出射面に入射させる励起光入射光学系とを備えてなる蛍光光源装置であって、
    　前記励起光入射光学系は、前記複数の励起光源の各々から出射される励起光の進行方向を各々転換する複数の励起光反射面を有するミラー部材を備えており、
    　前記複数の励起光反射面において反射された励起光が発散性光であることを特徴とする蛍光光源装置。
  2. 　前記励起光入射光学系において、前記ミラー部材における複数の励起光反射面は、当該複数の励起光反射面の各々によって反射された励起光による光線束の中心軸間距離が、対応する励起光源の光軸間距離より小さくなるように配置されており、これにより、前記複数の励起光源の各々から出射された励起光による光線束の中心軸間距離が圧縮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。
  3. 　前記励起光入射光学系は、前記複数の励起光源と前記ミラー部材との間に配設された集光光学系を備えており、
    　前記集光光学系が、前記複数の励起光源の各々から出射される励起光を各々集光して前記ミラー部材における前記複数の励起光反射面の各々に照射することにより、当該複数の励起光反射面において反射された光が発散性光とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蛍光光源装置。
  4. 　前記集光光学系は、前記複数の励起光反射面に対応する複数の集光光学部材によって構成されており、
    　前記複数の集光光学部材の結像点が、対応する励起光反射面上に位置することを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
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