JP2022055932A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの集光効率を確保するとともに、製造コストの高騰化を抑制することができる光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１は、一次光を出射する励起光源２０と、一次光を集光する第１レンズ３０と、一次光と波長変換光とを含む二次光を出射する波長変換部材７１と、波長変換部材７１の異常を検出するためのセンサ８０と、励起光源２０側に戻る光をセンサ８０に入射させる第２レンズ４０とを備える。また、センサ８０は、第２レンズ４０を介して励起光源２０側に戻る光を検出する。また、第１レンズ３０は、一次光が入射する第１面３１と、第１面３１と反対側の面であり、第１面３１から入射して内部を透光した一次光が出射する第２面３２とを有する。そして、第２レンズ４０の第３面４１の曲率は、第１レンズ３０の第１面３１及び第２面３２の曲率と異なる。【選択図】図１

Description

本開示は、光源装置に関する。

特許文献１には、レーザ光を出射するレーザ装置と、レーザ光が入射する光学系と、レーザ光を黄色光へ変換する光変換装置と、光変換装置によって生成された黄色光を変換光センサに向けて反射するビームスプリッタと、ビームスプリッタで反射された光出力を計測する変換光センサとが開示されている。

特許第５６７７２９３号公報

従来の光源装置では、光変換装置としての波長変換部材で波長変換された光は、ビームスプリッタによってセンサに向かって反射する。このように、センサの集光効率を確保することで、反射された光のセンサによる検出精度を確保することができる。しかし、従来の光源装置の構成では、製造コストが高騰化してしまうという課題がある。

そこで、本開示では、センサの集光効率を確保するとともに、製造コストの高騰化を抑制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。

本開示の一態様に係る光源装置は、一次光を出射する励起光源と、前記一次光を集光する第１レンズと、前記一次光と前記一次光の少なくとも一部を波長変換した波長変換光とを含む二次光を出射する波長変換部材と、前記波長変換部材の異常を検出するためのセンサと、前記励起光源側に戻る光を集光して、前記センサに入射させる第２レンズとを備え、前記センサは、前記第２レンズを介して前記励起光源側に戻る光を検出し、前記第２レンズは、前記波長変換部材と前記第１レンズとの間に配置され、前記第１レンズは、前記励起光源が出射した前記一次光が入射する第１面と、前記第１面と反対側の面であり、前記第１面から入射して内部を透光した前記一次光が出射する第２面とを有し、前記第２レンズは、前記励起光源側に戻る光が入射する第３面を有し、前記第３面の曲率は、前記第１レンズの前記第１面及び前記第２面の曲率と異なる。

本開示の光源装置は、センサの集光効率を確保するとともに、製造コストの高騰化を抑制することができる光源装置を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る光源装置を例示した断面図である。 図２は、実施の形態に係る光源装置を例示した模式図である。 図３は、第１レンズだけを用いた光源装置を用いて、励起光源側に戻る光でありセンサの受光面に入射した光の放射照度を例示した図、及び、本実施の形態における、第１レンズ及び第２レンズを用いた光源装置を用いて、励起光源側に戻る光でありセンサの受光面に入射した光の放射照度を例示した図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

また、以下の実施の形態において、略平行等の表現を用いている。例えば、略平行は、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の誤差を含むことも意味する。また、略平行は、本開示による効果を奏し得る範囲において平行という意味である。他の「略」を用いた表現についても同様である。

以下、本開示の実施の形態に係る光源装置について説明する。

（実施の形態）
＜構成：光源装置１＞
図１は、実施の形態に係る光源装置１を例示した断面図である。図２は、実施の形態に係る光源装置１を例示した模式図である。

図１及び図２に示すように、光源装置１は、一次光を用いた照明装置である。光源装置１は、例えば、内視鏡用照明システム、プロジェクタ等に用いられる。ここで一次光は、励起光であり、例えばレーザ光である。なお、光源装置１は、ダウンライト及びスポットライト等として用いられてもよい。本実施の形態では、光源装置１は、光ファイバ９１に設けられたコネクタと接続されることで、内視鏡用照明システムを構成している。

光源装置１は、一次光を出射する装置である。本実施の形態では、光源装置１は、収容体１０と、複数の励起光源２０と、第１レンズ３０及び第２レンズ４０と、拡散板５０と、光伝送体６０と、蛍光部７０と、センサ８０と、駆動回路９０とを有する。ここで、一次光を用いた光源装置１とは、一次光が、蛍光部７０の後面（第１レンズ３０及び第２レンズ４０側の面）に照射され、波長変換された波長変換光（蛍光）が、蛍光部７０の前面（光ファイバ９１側の面）から出射される装置である。

［収容体１０］
収容体１０は、前後方向に延びる、有底筒状の筐体である。収容体１０は、ハウジング１１と、支持カバー１２と、第１支持部１３と、第２支持部１４とを有する。

ハウジング１１は、一方（後方）が開口した空間Ｋを形成し、光伝送体６０等が配置されている挿入孔１１ｂを除いて、他方（前方）が実質的に閉塞した有底筒状のケースである。挿入孔１１ｂは、ハウジング１１の前後方向に沿って貫通し、後述する第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されている。ハウジング１１は、空間Ｋの内部に、第１レンズ３０、第２レンズ４０、拡散板５０、光伝送体６０、及び、蛍光部７０を収容している。また、ハウジング１１における第１支持部１３側（他方側）には、蛍光部７０を配置するための凹部１１ａが形成される。凹部１１ａは、挿入孔１１ｂに接続され、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に形成されている。なお、ハウジング１１は、複数の励起光源２０及び蛍光部７０に生じた熱を放熱するための放熱部材として機能する。

支持カバー１２は、第１レンズ３０と対向するように複数の励起光源２０及びセンサ８０を支持し、かつ、ハウジング１１の開口を塞いでいる。

第１支持部１３は、ハウジング１１の前方側に配置され、蛍光部７０を挟むようにハウジング１１に固定される。第１支持部１３には、蛍光部７０と対向する面から延びる貫通孔１３ｂが形成されている。貫通孔１３ｂは、蛍光部７０を拡散透過した一次光と蛍光部７０が出射した波長変換光とを含む二次光が通過する。

第１支持部１３には、光ファイバ９１と接続するための接続端子１３ａが設けられている。接続端子１３ａは、貫通孔１３ｂと重なるように配置され、貫通孔１３ｂを通過した二次光を通過させる。光ファイバ９１は、導光部材、第１支持部１３の接続端子１３ａと機械的に接続されるコネクタ、及び、フェルール等を有する。導光部材は、例えば高屈折率のコアをコアより低屈折率のクラッド層が包んだ二重構造で構成される伝送体であり、例えば、石英ガラス、プラスチック等の材料で構成されている。導光部材は、波長変換部材７１が出射した二次光つまり波長変換光及び一次光を伝送する。フェルールは、導光部材を蛍光部７０と対向する姿勢で保持する位置合わせ部品である。光ファイバ９１のコネクタが接続端子１３ａに接続される際に、フェルールが光ファイバ９１のコネクタに差し込まれることで、導光部材と蛍光部７０とが対向するように配置されている。

第２支持部１４は、第１支持部１３とで駆動回路９０を挟むように、第１支持部１３の後面側に配置されている。第２支持部１４は、駆動回路９０を覆うように設けられることで、駆動回路９０を保護している。第２支持部１４は、第１支持部１３とネジ等の固定部材によって連結されることで、ハウジング１１に固定される。

また、支持カバー１２及び第１支持部１３のそれぞれは、ネジ等の固定部材によってハウジング１１に連結されることで、ハウジング１１に固定される。こうして、ハウジング１１は、支持カバー１２と第１支持部１３とに挟まれるように、配置されている。

［励起光源２０］
複数の励起光源２０それぞれは、半導体発光素子レンズが含まれており、コリメートされた一次光を出射する。複数の励起光源２０それぞれは、出射する一次光の光軸が略平行となるように、基板に実装されている。

複数の励起光源２０のそれぞれは、第１レンズ３０の第１面３１に光を入射させるように、配置されている。複数の励起光源２０は、第１レンズ３０に向けて一次光を出射することで、第１レンズ３０等を介して蛍光部７０の後面に一次光を入射させる。具体的には、複数の励起光源２０及び基板は、一次光の光軸が第１レンズ３０の第１面３１と交差するように支持カバー１２に固定されている。また、複数の励起光源２０は、基板を介して支持カバー１２に熱的に接続されている。一次光の光軸は、励起光源２０が出射する一次光の光軸であり、前後方向と略平行な光軸である。

なお、本実施の形態では、８つの励起光源２０を用いているが、７以下又は９以上の励起光源２０を用いてもよい。また、本実施の形態では、４つの励起光源２０を用いてもよい。また、本実施の形態では、複数の励起光源２０は、４つの励起光源２０を二列に配列することで、８つの励起光源２０を配置している。本実施の形態では、励起光源２０が出射する一次光は、紫色から青色までの波長帯域のうちの所定の波長の光である。

また、本実施の形態では、８つの励起光源２０を一組の励起光源２０として用いているが、複数組の励起光源２０を用いてもよい。この場合、第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、一組の励起光源２０と一対一で対応する数だけ設けられる。

励起光源２０は、半導体レーザによって構成されており、例えばＩｎＧａＮ系レーザダイオードで構成されているが、励起光源２０は、出射する一次光が蛍光部７０の波長変換部材７１を励起できるのであれば、他の波長の半導体レーザ又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。

なお、励起光源２０が出射する一次光の出力は、駆動回路９０によって制御される。また、励起光源２０には、蛍光部７０を励起しないレーザ光が一次光として含まれていてもよい。

［第１レンズ３０及び第２レンズ４０］
第１レンズ３０及び第２レンズ４０のそれぞれは、透光性のレンズある。第１レンズ３０は、複数の励起光源２０から出射された一次光を集光して、拡散板５０等を介して蛍光部７０の後面に入射させる。第２レンズ４０は、励起光源２０側に戻る光を集光し、集光した波長変換光及び一次光を、第１レンズ３０を介してセンサ８０に入射させる。ここで、励起光源２０側に戻る光は、励起光源２０側に向かう波長変換光及び一次光を含むが、例えば、光源装置１内で反射された光である反射光、光源装置１内で散乱された光である散乱光、蛍光部７０の波長変換部材７１によって一次光が波長変換された光である波長変換光等を含み、これら反射光の一部、散乱光の一部、又は、波長変換光の一部である。

第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、励起光源２０が出射する一次光の光軸と交差するようにハウジング１１内に配置されている。具体的には、第１レンズ３０は、複数の励起光源２０が出射した一次光が第１レンズ３０に直接入射するように、つまり、複数の励起光源２０のそれぞれの光軸と第１レンズ３０の中心線Ｏとが略平行となるようにハウジング１１内に配置されている。第１レンズ３０の中心線Ｏは、第１レンズ３０の中心を通過し、第１レンズ３０の第１面３１及び第２面３２に略垂直な直線（主軸）である。第２レンズ４０は、第１レンズ３０と蛍光部７０との間に配置されている。本実施の形態では、第２レンズ４０は、第１レンズ３０の蛍光部７０側の面（後述する第２面３２）に重なるように配置されている。本実施の形態では、第２レンズ４０は、第１レンズ３０の中心線Ｏと交差し、かつ、第１レンズ３０と密着した状態で配置されている。本実施の形態では、第２レンズ４０は、第１レンズ３０と分離可能な別々のレンズである。第２レンズ４０は、第１レンズ３０と離れて配置されていてもよい。

第１レンズ３０は、第１面３１と、第２面３２とを有する。第１レンズ３０では、第１面３１が曲面であり、第２面３２が平面である凸レンズである。第１面３１は、複数の励起光源２０と対向する面であり、複数の励起光源２０が出射した一次光が直接的に入射する面である。第２面３２は、第１面３１と反対側の面（拡散板５０と対向する面）であり、第１面３１から入射して内部を透光した一次光が出射する面である。本実施の形態では、第２面３２は、半球状の面をなしている。

第２レンズ４０は、第３面４１と、第３面４１と反対側の面である第４面４２とを有する凸レンズである。第３面４１は、拡散板５０と対向する面であり、励起光源２０側に戻る光が直接的に入射する面である。本実施の形態では、第３面４１は、半球状の面をなしている。励起光源２０側に戻る光が入射する第２レンズ４０の第３面４１の曲率は、第１レンズ３０の第１面３１及び第２面３２の曲率と異なる。つまり、第３面４１の曲率は、第１面３１の曲率よりも大きい又は小さい。第４面４２は、第２面３２と合わさる平面である。本実施の形態では、第４面４２は、第２面３２に密着している。

第２レンズ４０は、蛍光部７０と第１レンズ３０との間に配置され、第１レンズ３０とセンサ８０との間に配置されていない。第２レンズ４０は、第４面４２と第２面３２とが密着するように、第１レンズ３０に配置されている。第２レンズ４０は、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されている。

また、第２レンズ４０は、一次光の光透過率よりも波長変換光の光透過率の方が高い。つまり、第２レンズ４０は、第１レンズ３０を透光した一次光、及び、励起光源２０側に戻る光である一次光よりも、励起光源２０側に戻る波長変換光をより多く透光させる。

また、第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、中心線Ｏに対して線対称状に形成されている。つまり、第１レンズ３０及び第２レンズ４０のそれぞれの形状は、中心線Ｏに対して線対称状をなしている。具体的には、第１レンズ３０及び第２レンズ４０のそれぞれの形状は、ドーム状、半球状等であるため、第２レンズ４０は、第１レンズ３０の中心線Ｏに対して線対称となるように配置されている。言い換えれば、第２レンズ４０は、第２レンズ４０の主軸が第１レンズ３０の中心線Ｏと一致するように、第１レンズ３０の第２面３２に配置されている。図示は省略するが、第１レンズ３０及び第２レンズ４０の並び方向（前後方向）に沿って見た場合、第１レンズ３０の外形と第２レンズ４０の外形とで同心円状をなしている。

なお、本実施の形態では、第１レンズ３０及び第２レンズ４０のそれぞれは、凸レンズであるが、一次光を集光して、光ファイバ９１の一端面に入射させることができる光学デバイスであれば良く、凸レンズに限定されない。例えば、第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、プリズム、凹面鏡、回折格子等であってもよい。

［拡散板５０］
拡散板５０は、光伝送体６０と第１レンズ３０及び第２レンズ４０との間であり、第１レンズ３０の中心線Ｏと交差するように配置されている。具体的には、拡散板５０は、光伝送体６０と重ね合わされ、ハウジング１１の底部かつ光伝送体６０における後方側の開口を塞ぐように配置されている。拡散板５０は、第１レンズ３０で集光された一次光を拡散及び透過させる板状の光学部材である。

拡散板５０は、一次光が入射する入射面と、入射面と反対側の面であり、拡散及び透過した一次光を出射する出射面とを有する。拡散板５０の入射面は、第１レンズ３０及び第２レンズ４０と対向し、かつ、第１レンズ３０の中心線Ｏと略直交する。拡散板５０の出射面は、光伝送体６０と対向し、かつ、第１レンズ３０の中心線Ｏと略直交する。

本実施の形態では、拡散板５０には、レーザ耐性の観点から、無機材料、特に無機ガラスが用いられる。なお、拡散板５０には、アクリル、ポリカーボネート等の透光性樹脂材料等を用いてもよい。

本実施の形態では、拡散板５０は、レーザ耐性の観点から、ガラス表面に拡散加工を施すことによって拡散性を有するように構成されている。また、拡散板５０には、シボ加工又はレーザ加工等の表面処理を施すことによって透明パネルの表面に微小凹凸（シボ、マイクロプリズム等）を形成したり、透明パネルの表面にドットパターンを印刷及びエッチングしたりすることによって、光拡散性を有するように構成してもよい。また、光ロスを低減する目的で、拡散板５０の入射面及び出射面にＡＲコートを施してもよい。なお、ＡＲコートは、レーザ耐性の観点より、無機膜であることが好ましい。また、ＡＲコートは、透過率の観点より、多層膜であることが好ましいが、安価な単層膜としてもよい。なお、拡散板５０は、光拡散材（光散乱材）がガラス内部に分散された乳白色の拡散板であってもよい。

本実施の形態では、拡散板５０は、例えば、出射面を入射面よりも光拡散性の高い面を形成することで、透過する一次光を拡散している。なお、出射面を入射面よりも光拡散性の高い面にしてもよく、出射面及び入射面の両方を光拡散性の高い面にしてもよい。

［光伝送体６０］
光伝送体６０は、一次光を高効率で反射するように誘電体多層膜が内面にコートされた、ガラスを基材とするライトパイプ又はビームホモジナイザである。光伝送体６０の長さ方向と直交する平面で光伝送体６０を切断した場合の断面の外形は、多角形状である。本実施の形態において、当該断面の外形は、四角形である。この場合、光伝送体６０は、４枚のガラス板を張り合わせることで構成される。

なお、光伝送体６０は、レーザ波長を高効率で反射するようなコートが施された面が内側に形成された、金属のライトパイプであってもよい。なお、光伝送体６０は、ガラス等の透光性の部材で構成されるガラスロッドであってもよい。

光伝送体６０は、ハウジング１１に収容され、ハウジング１１内の底面から第１支持部１３側の面に渡って延びる挿入孔１１ｂに挿入した状態で配置されることで、ハウジング１１に支持されている。光伝送体６０は、光伝送体６０の中心軸が上述の中心線Ｏと略一致するように、ハウジング１１内に配置されている。光伝送体６０は、ハウジング１１内において、拡散板５０と波長変換部材７１とに挟まれるように配置されている。

また、光伝送体６０は、拡散板５０で拡散された一次光を伝送する伝送路６１を有する。光伝送体６０は、伝送路６１を通過した一次光を出射する。光伝送体６０では、一次光が伝送する方向と直交する平面で伝送路６１を切断した場合の伝送路６１の断面の外形が多角形状である。光伝送体６０の伝送路６１が多角形状であれば、導光する一次光が光伝送体６０の内部で、幾度も反射を繰り返しながら導光するため、内部を導光する一次光は、ミキシングされやすくなる。一次光はミキシングされながら伝送路６１を伝送するため、光伝送体６０は、蛍光部７０に対してミキシングした一次光（トップハット型の一次光）を出射することができる。

伝送路６１は、光伝送体６０における後方側の開口から光伝送体６０における前方側の開口までの空間であり、一次光が通過する。光伝送体６０における後方側の開口は、拡散板５０の出射面と対向する開口であり、拡散板５０に覆われている。光伝送体６０における前方側の開口は、蛍光部７０と対向する開口であり、蛍光部７０に覆われている。

［蛍光部７０］
蛍光部７０は、光伝送体６０にミキシングされた一次光を波長変換光に波長変換する蛍光体（光学部材）である。具体的には、蛍光部７０は、波長変換光を発するとともに、第１レンズ３０で集光された一次光を拡散及び透過させる板状をなしている。

蛍光部７０は、後面に入射された一次光を波長変換して前面から出射する。より具体的には、蛍光部７０には、光伝送体６０を伝送した一次光が後面に入射される。本実施の形態では、蛍光部７０の後面に入射される光の強度分布は、均斉化されており、一次光の照射面で略均一である。蛍光部７０の後面に入射された一次光を波長変換して、前面から出射される。

蛍光部７０は、ハウジング１１及び第１支持部１３に接触した状態で、ハウジング１１と第１支持部１３との間に配置されている。蛍光部７０は、光伝送体６０と第１支持部１３との間であり、第１レンズ３０の中心線Ｏと交差するように、ハウジング１１に形成されている凹部１１ａに配置されて固定されている。言い換えれば、蛍光部７０は、光伝送体６０と重ね合わさり、光伝送体６０における前方側の開口を塞ぐように配置されている。

蛍光部７０は、平板状のプレートである。本実施の形態では、蛍光部７０は、例えば、ＡＲ（ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）層と、透光部と、ダイクロイックミラーと、波長変換部材７１（蛍光体層）とを有する。蛍光部７０は、ＡＲ層、透光部、ダイクロイックミラー、及び、波長変換部材７１がこの並び順で積層された多層構造体である。

ＡＲ層は、透光部の後面（光伝送体６０側の面）に積層されている。ＡＲ層は、透光部に対して一次光を高効率で透過させることができ、光の効率を高めることができる。

透光部は、透光性を有する基板であり、例えば、サファイア等で構成されている。なお、透光部には、熱伝導率の高いサファイア基板を用いているがこれには限定されない。透光部として、サファイア基板の代わりに、ガラス等の透明基板を用いてもよい。

ダイクロイックミラーは、ＦＭｇ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の材料で形成された誘電体多層膜である。例えば、ダイクロイックミラーは、青色の波長帯域から紫色の波長帯域までの一次光が透過し、青色の波長帯域から紫色の波長帯域以外の波長帯域の光を反射する。ダイクロイックミラーは、透光部の前面（第１支持部１３側の面）に積層されている。ダイクロイックミラーは、一次光を高効率で透過させ、波長変換光を反射させることができる。

また、ダイクロイックミラーは、光ファイバ９１側に波長変換光を入射させるため、つまり波長変換光の光取り出し効率を向上させるために設けられているが、特定の波長帯域の光を励起光源２０側に戻すことができてもよい。例えば、赤色、青色等の波長帯域の光を励起光源２０側に戻してもよい。

波長変換部材７１は、一次光によって波長変換光を出射する蛍光体を含み、当該蛍光体をガラス等のセラミック、シリコーン樹脂等からなる透明材料であるバインダに分散されて保持されている。波長変換部材７１は、例えばＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）系蛍光体、カズン系蛍光体、エスカズン系蛍光体、又は、ＢＡＭ（Ｂａ、Ｍｇ、Ａｌ）系蛍光体等であり、一次光の種類に応じて適宜選択することができる。なお、バインダは、セラミック、シリコーン樹脂に限定されるものではなく、透明ガラス等のその他の透明材料を用いてもよい。

波長変換部材７１は、一次光と一次光の少なくとも一部を波長変換した波長変換光とを含む二次光を出射する。具体的には、波長変換部材７１は、光伝送体６０に伝送された一次光の一部を波長変換することで波長変換光を出射するとともに、波長変換されない残りの一次光が拡散透過されて通過することで、一次光と波長変換光とからなる二次光を出射する。

また、波長変換部材７１は、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体等であってもよく、一次光により、赤色光、緑色光、青色光等の波長変換光を出射してもよい。この場合、これらの赤色光、緑色光、青色光の波長変換光を混ぜて白色光としてもよい。

本実施の形態では、波長変換部材７１は、例えば、励起光源２０からの青色の一次光の一部を吸収して緑色～黄色の波長変換光と、波長変換部材７１により吸収されず出射された青色の一次光とが合わさり、疑似的な白色の波長変換光を出射する。なお、波長変換部材７１は、励起光源２０が青色の一次光を出射する場合、青色の一次光の一部を吸収して、緑色～黄色に波長変換する複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。

なお、波長変換部材７１は。温度が高くなると波長変換効率が下がる温度消光特性を有する。波長変換に伴う損失は熱に変わるため、波長変換部材７１の放熱性を確保することは重要である。そこで、波長変換部材７１に生じる熱を、サファイア基板等を介して放熱しやすくするために、蛍光部７０は、ハウジング１１及び第１支持部１３のそれぞれに接触されていることが好ましい。

［センサ８０］
センサ８０は、蛍光部７０における波長変換部材７１の異常を検出する。具体的には、センサ８０は、励起光源２０側に戻る光であり、第２レンズ４０に集光された光によって、蛍光部７０における波長変換部材７１の異常を検出する。励起光源２０側に戻る光は波長変換光及び一次光であるが、第２レンズ４０では一次光よりも波長変換光の方の光透過率が高いため、センサ８０は、主に波長変換光が第２レンズ４０及び第１レンズ３０によって集光されることで、集光された波長変換光を検出する。ここで、波長変換部材７１の異常とは、蛍光部７０の破損、一次光の漏れ、ハウジング１１への蛍光部７０の配置忘れ等である。センサ８０は、検出した励起光源２０側に戻る光を示す情報を、制御装置に出力する。

制御装置は、センサ８０から取得した励起光源２０側に戻る光を示す情報に基づいて、波長変換部材７１つまり蛍光部７０の異常を判定する。例えば、制御装置は、複数の励起光源２０側に戻る光を示す情報に基づいて、蛍光部７０に異常があると判定した場合、複数の励起光源２０の駆動を停止させてもよく、蛍光部７０に異常があることを示す情報を周囲に報知してもよい。例えば、制御装置は、駆動制御部を制御することで、複数の励起光源２０に供給する電力を停止させてもよい。また、制御装置は、励起光源２０側に戻る光を示す情報に基づいて、蛍光部７０に異常がないと判定した場合、何ら報知をしなくてもよく、蛍光部７０が正常であることを示す情報を周囲に報知してもよい。このように、制御装置は、光源装置１の蛍光部７０の状態をモニタリングすることができる。

センサ８０は、第１レンズ３０の第１面３１側に配置されている。また、センサ８０は、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されている。つまり、センサ８０の受光面は、第２レンズ４０の中心線Ｏと直交し、かつ、第１レンズ３０の第１面３１と対向するように、支持カバー１２に配置されている。本実施の形態において、励起光源２０の光軸に沿って８つの励起光源２０を見た場合、８つの励起光源２０の全体の外形が略矩形状をなしているが、センサ８０は、この略矩形状の略中心と重なる位置に配置されている。

センサ８０は、フォトダイオード、及び、信号受信が可能な撮像素子等の受光素子で構成されている。センサ８０には、受光素子で受信するための増幅回路及び受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する回路が接続されていてもよい。

［駆動回路９０］
駆動回路９０は、電力線等によって電力系統と電気的に接続され、電力を複数の励起光源２０及びセンサ８０のそれぞれに供給する。また、駆動回路９０は、複数の励起光源２０のそれぞれが一次光を出射するように、複数の励起光源２０のそれぞれの出力を駆動制御する。

駆動回路９０は、複数の励起光源２０のそれぞれが出射する一次光を調光する機能を有してもよい。また、駆動回路９０は、パルス信号に基づいて、複数の励起光源２０のそれぞれを駆動する発振器等で構成されていてもよい。

＜他の構成＞
また、光源装置１は、光ファイバ９１を介して伝送された二次光を照明光として出射するための照明器具に接続されていてもよい。照明器具は、例えば、ステンレス製のファイバカップリング、ガラス製のレンズ、アルミ製のホルダー、及び、アルミ製の外郭で構成されていてもよい。

＜動作＞
このような光源装置１では、複数の励起光源２０のそれぞれから出射した一次光は、第１レンズ３０の第１面３１に入射し、第１レンズ３０を透光することで第２面３２から出射し、集光されて拡散板５０の入射面に照射される。拡散板５０の入射面に入射した一次光は、拡散板５０を透光することで、出射面から拡散されて出射し、光伝送体６０の伝送路６１に伝送されて、蛍光部７０に入射する。蛍光部７０に入射した一次光は、一部が波長変換部材７１で吸収されて波長変換光を出射し、残りの一部の一次光が波長変換されずに蛍光部７０を透過する。蛍光部７０から出射した波長変換光及び一次光は、光ファイバ９１の導光部材に入射して、光ファイバ９１を導光し先端部へと導かれ、先端部から出射する。先端部から出射した光は、所定の個所を照明することができる。

＜実験結果＞
図３は、第１レンズ３０だけを用いた光源装置を用いて、励起光源２０側に戻る光でありセンサ８０の受光面に入射した光の放射照度を例示した図（図３のａ）、及び、本実施の形態における、第１レンズ３０及び第２レンズ４０を用いた光源装置１を用いて、励起光源２０側に戻る光でありセンサ８０の受光面に入射した光の放射照度を例示した図（図３のｂ）である。

この実験では、コリメーターレンズを有する８つの励起光源２０を用いた。８つの励起光源２０は、一組にパッケージ化されて第１支持部１３に固定されている。８つの励起光源２０のそれぞれの実装ピッチは１１ｍｍである。励起光源２０が出射する一次光は、波長が４５５ｎｍ、出力が６～２０Ｗである。また、第１レンズ３０は、平面（第２面３２）と凸状の曲面（第１面３１）とを有する非球面レンズであり、焦点距離が５０ｍｍ、直径が５０ｍｍ、材質がクラウンガラス、曲率が２１、厚みが２１ｍｍである。第１レンズ３０の第１面３１には、波長４５５ｎｍ用のＡＲコートが施されている。また、第２レンズ４０は、焦点距離が１２．４ｍｍ、材質がクラウンガラス、曲率が６．５である。第１レンズの第３面４１には、波長５５０ｎｍ用のＡＲコートが施されている。また、拡散板５０はパイレックス（登録商標）ガラス製であり、表面を荒らすことで一次光を拡散する。拡散板５０のヘーズ値は、５０％である。拡散板５０の両面には４４０ｎｍ－６５０ｎｍ用のＡＲコートが施されている。また、光伝送体６０は、可視光用反射コートが施されたガラス板を４枚張り合わせた中空状のビームホモジナイザである。また、蛍光部７０は、ダイクロイックミラー及びＡＲコートが施されたサファイア基板、波長変換部材７１等で構成されている。波長変換部材７１は、ＹＡＧ蛍光体、又は、ＺｎＯ等の多色蛍光体等である。ダイクロイックミラーは、波長変換光を前方に反射するように構成されているが、センサ８０に波長変換光を戻すため、波長５５０ｎｍの全光のうちの約３％を後方に透過させる。また、センサ８０は、フォトダイオード（ＲＯＨＭ ＢＨ１６０３ＦＶＣ）と、前方にフィルタ（ＨＯＹＡ黄色ロングパス）とを有する。センサ８０は、一組にパッケージ化された８つの励起光源２０の中心に配置されている。センサ８０は、フォトダイオードを実装する基板に感度調整するための可変抵抗を有している。

図３のａに示すように、第２レンズ４０を用いていない第１レンズ３０だけを用いた光源装置１では、センサ８０の受光面に入射した光が斑になっており、センサ８０の受光面に集光していないことがわかる。

図３のｂに示すように、本実施の形態における、第１レンズ３０及び第２レンズ４０を用いた光源装置１では、１か所に光が集まっており、センサ８０の受光面に光が集光していることが判る。

このため、第１レンズ３０だけの光源装置１に比べて、本実施の形態における、第１レンズ３０及び第２レンズ４０を有する光源装置１の方がセンサ８０の受光面に対して光を集光させる効果が高いことがわかる。

［作用効果］
次に、本実施の形態における光源装置１の作用効果について説明する。

上述したように、本実施の形態に係る光源装置１は、一次光を出射する励起光源２０と、一次光を集光する第１レンズ３０と、一次光と一次光の少なくとも一部を波長変換した波長変換光とを含む二次光を出射する波長変換部材７１と、波長変換部材７１の異常を検出するためのセンサ８０と、第２レンズ４０を介して励起光源２０側に戻る光を集光して、センサ８０に入射させる第２レンズ４０とを備える。また、センサ８０は、励起光源２０側に戻る光を検出する。また、第２レンズ４０は、波長変換部材７１と第１レンズ３０との間に配置されている。また、第１レンズ３０は、励起光源２０が出射した一次光が入射する第１面３１と、第１面３１と反対側の面であり、第１面３１から入射して内部を透光した一次光が出射する第２面３２とを有する。第２レンズ４０は、励起光源２０側に戻る光が入射する第３面４１を有する。そして、第３面４１の曲率は、第１レンズ３０の第１面３１及び第２面３２の曲率と異なる。

従来の光源装置にように、第１レンズと波長変換部材との間にビームスプリッタを配置しなくても、本実施の形態では、励起光源２０側に戻る光を第２レンズ４０が集光し、第２レンズ４０が集光した光をセンサ８０に入射させることができる。また、第２レンズ４０は、励起光源２０側に戻る波長変換光を直接的に集光することができる。このため、この光源装置１では、第１レンズ３０とセンサ８０との間に第２レンズ４０を配置した場合よりも、センサ８０に対して光を入射させやすくなる。

したがって、光源装置１は、センサ８０の集光効率を確保するとともに、製造コストの高騰化を抑制することができる。

特に、センサ８０の集光効率を確保することができるため、センサ８０による波長変換部材７１の異常を検出するための検出精度を向上させることができる。その結果、光源装置１の安全性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、第２レンズ４０は、第１レンズ３０と分離可能な別々のレンズである。そして、第２レンズ４０は、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されている。

これによれば、第１レンズ３０と第２レンズ４０とを別々に製造することで、第１レンズ３０及び第２レンズ４０の製造コストの高騰化を抑制することができる。つまり、光源装置１の製造コストの高騰化を抑制することができる。特に、第１レンズ３０及び第２レンズ４０が一般的に汎用されている形状であれば、より効果的に第１レンズ３０及び第２レンズ４０の製造コストの高騰化を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、中心線Ｏに対して線対称状に形成される。

これによれば、第１レンズ３０及び第２レンズ４０を容易に製造することができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、センサ８０は、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されている。

これによれば、励起光源２０側に戻る光が集まりやすい部分に、第２レンズ４０を配置することができる。このため、第２レンズ４０は、より多くの光を集光してセンサ８０に入射させることができる。このため、センサ８０による波長変換部材７１の異常を検出するための検出精度をより向上させることができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、第２レンズ４０は、一次光の光透過率よりも波長変換光の光透過率の方が高い。

これによれば、励起光源２０側に戻る光である一次光と波長変換光とのうち、波長変換光を選択的に集光することができるため、この光源装置１では、センサ８０による波長変換部材７１の異常を検出するためのＳＮ比を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、第１レンズ３０は、第１面３１が曲面であり、第２面３２が平面である凸レンズである。また、第２レンズ４０は、第３面４１と反対側の面である第４面４２を有する凸レンズである。そして、第４面４２は、第２面３２と合わさる平面である。

これによれば、第２面３２及び第４面４２のそれぞれは平面であるため、第１レンズ３０の第２面３２と第２レンズ４０の第４面４２とを容易に重ねることができるため、第１レンズ３０に対する第２レンズ４０の位置合わせを容易に行うことができる。このように、第２レンズ４０を第１レンズ３０に容易に配置することができるため、第１レンズ３０と第２レンズ４０との組付けを容易にすることができる。

また、本実施の形態に係る光源装置１において、センサ８０は、第１レンズ３０の第１面３１側に配置されている。第２レンズ４０は、第４面４２と第２面３２とが密着するように、第１レンズ３０に配置され、第１レンズ３０とセンサ８０との間に配置されていない。

これによれば、第４面４２と第２面３２との間の界面に空気層が形成され難くなるため、この光源装置１では、第２レンズ４０が集光した波長変換光を、よりセンサ８０に入射させることができる、つまりセンサ８０の集光効率を確保することができる。

（その他変形例等）
以上、本開示について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されない。

例えば、上記実施の形態に係る光源装置１において、第２レンズ４０は、第１レンズ３０と分離不可能なように、一体的に接合されていてもよい。例えば、第２レンズ４０は、第１レンズ３０と一体化された状態で製造されていてもよい。つまり、第２レンズ４０は、第１レンズ３０と一体的に接合されたレンズであり、第１レンズ３０の中心線Ｏ上に配置されていてもよい。

これによれば、第１レンズ３０と第２レンズ４０とが一体化されているため、第１レンズ３０に対して第２レンズ４０を組付ける等の手間を省くことができる。

また、上記実施の形態に係る光源装置１において、第１レンズ３０及び第２レンズ４０は、中心線Ｏに対して線対称状に形成されてもよい。

第１レンズ及び第２レンズが一体的に接合されている場合、例えば第１レンズに対して第２レンズが中心線に対して非対称に配置されていれば、第１レンズ及び第２レンズを一体的に製造することは困難になり、製造コストが高騰化してしまう。しかし、本実施の形態によれば、容易に製造できるため、製造コストの高騰化を抑制することができる。

その他、実施の形態及びその他変形例等に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態及びその他変形例等における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

１ 光源装置
２０ 励起光源
３０ 第１レンズ
３１ 第１面
３２ 第２面
４０ 第２レンズ
４１ 第３面
４２ 第４面
７１ 波長変換部材
８０ センサ
Ｏ 中心線

Claims (8)

1. 一次光を出射する励起光源と、
   前記一次光を集光する第１レンズと、
   前記一次光と前記一次光の少なくとも一部を波長変換した波長変換光とを含む二次光を出射する波長変換部材と、
   前記波長変換部材の異常を検出するためのセンサと、
   前記励起光源側に戻る光を集光して、前記センサに入射させる第２レンズとを備え、
   前記センサは、前記第２レンズを介して前記励起光源側に戻る光を検出し、
   前記第２レンズは、前記波長変換部材と前記第１レンズとの間に配置され、
   前記第１レンズは、前記励起光源が出射した前記一次光が入射する第１面と、前記第１面と反対側の面であり、前記第１面から入射して内部を透光した前記一次光が出射する第２面とを有し、
   前記第２レンズは、前記励起光源側に戻る光が入射する第３面を有し、
   前記第３面の曲率は、前記第１レンズの前記第１面及び前記第２面の曲率と異なる
   光源装置。
2. 前記第２レンズは、
   前記第１レンズと分離可能な別々のレンズであり、
   前記第１レンズの中心線上に配置されている
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２レンズは、
   前記第１レンズと一体的に接合されたレンズであり、
   前記第１レンズの中心線上に配置されている
   請求項１に記載の光源装置。
4. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは、前記中心線に対して線対称状に形成される
   請求項２又は３に記載の光源装置。
5. 前記センサは、前記第１レンズの前記中心線上に配置されている
   請求項２～４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記第２レンズは、前記一次光の光透過率よりも前記波長変換光の光透過率の方が高い
   請求項１～５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記第１レンズは、前記第１面が曲面であり、前記第２面が平面である凸レンズであり、
   前記第２レンズは、前記第３面と反対側の面である第４面を有する凸レンズであり、
   前記第４面は、前記第２面と合わさる平面である
   請求項１～６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記センサは、前記第１レンズの前記第１面側に配置され、
   前記第２レンズは、
   前記第４面と前記第２面とが密着するように、前記第１レンズに配置され、
   前記第１レンズと前記センサとの間に配置されていない
   請求項７に記載の光源装置。

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