JP5718121B2 - 光源装置の駆動方法及び光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置の駆動方法及び光源装置に関する。

一般に、次のような光源モジュールが知られている。半導体レーザ（ＬＤ）等の１次光ユニットが、１次光を射出する。この１次光は、光ファイバを経由して波長変換部材に導かれる。波長変換部材において、導かれた１次光は、所望の波長を持った２次光に変換される。ただし、導かれた１次光の全てが２次光に変換されるわけではないので、光源モジュールは、１次光及び変換された２次光を照明光として射出する。

上記のような光源モジュールの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている発光装置では、波長変換部材から射出した２次光のうち照明光として利用されない一部を、１次光を導く光ファイバとは別の光ファイバを経由して受光素子に導光する。この受光素子は、導かれた光を検出し、その光強度に応じた信号を出力する。上記のような光学系において、例えば一方の光ファイバの断線といった異常が生じた場合、受光素子に到達する光の強度は変化する。特許文献１に開示されている発光装置は、受光素子が出力する光強度に応じた信号に基づいて、当該装置の異常を検出する。

特開２００８−１２２８３８号公報

特許文献１に開示されている技術における異常を検出する動作において、光源からは、１次光が射出される。例えば光学系に異常があるとき、異常検出のために発せられたこの１次光は、異常がある箇所から漏出する恐れがある。漏出する光の強度が高い場合、その光は、人体に害を及ぼす恐れがある。

そこで本発明は、人体に害を及ぼす恐れのある光が漏出しない光源装置の駆動方法及び光源装置を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の光源装置の駆動方法の一態様は、１次光源と、前記１次光源から射出した１次光を導光する光ファイバと、前記１次光源から射出して前記光ファイバにより導光された１次光を受光し、該１次光の光学的性質に含まれるピーク波長、スペクトル形状、放射角、及び光量のうち少なくともひとつを変換する光変換ユニットと、前記光変換ユニットから放射される光を検出する光検出手段と、を有する光源装置の駆動方法において、前記光変換ユニットから放射された光を検出した前記光検出手段の出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認するに足る十分な、かつ、漏出しても人体に対して安全な、光強度を有する確認光を前記１次光源に発光させる安全発光ステップと、前記確認光に基づいて前記光変換ユニットから放射され前記光検出手段に入射する光を検出した該光検出手段の前記出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認する異常確認ステップと、を有し、前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常があると判断されたときは、前記１次光源に前記確認光を発光させることを特徴とする。
また、前記目的を果たすため、本発明の光源装置の一態様は、１次光源と、前記１次光源から射出した１次光を導光する光ファイバと、前記１次光源から射出して前記光ファイバにより導光された１次光を受光し、該１次光の光学的性質に含まれるピーク波長、スペクトル形状、放射角、及び光量のうち少なくともひとつを変換する光変換ユニットと、前記光変換ユニットから放射される光を検出する光検出手段と、を有する光源装置において、前記光源装置はさらに、前記光変換ユニットから放射された光を検出した前記光検出手段の出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認するに足る十分な、かつ、漏出しても人体に対して安全な、光強度を有する確認光を前記１次光源に発光させる安全発光手段と、前記確認光に基づいて前記光変換ユニットから放射され前記光検出手段に入射する光を検出した該光検出手段の前記出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認する異常確認手段と、を含む制御部を有し、前記制御部は、前記異常確認手段において前記光源装置に異常があると判断されたときは、前記１次光源に前記確認光を発光させることを特徴とする。

本発明によれば、人体に対して安全である強度を有する光を用いて異常の有無を判断するので、人体に害を及ぼす恐れのある光が漏出しない光源装置の駆動方法及び光源装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る光源装置の一実施形態の構成例の概略を示す図。 第１の実施形態の波長変換ユニットの構成例の概略を示す断面図。 第１の実施形態に係る光源装置の動作例を示すフローチャート。 最大許容露光量を表す放射パワーと露光時間との関係の一例を示す図。 第１の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の動作例を示すフローチャート。 第１の実施形態の第２の変形例に係る光源装置の動作例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る光源装置の一実施形態の構成例の概略を示す図。 第２の実施形態に係る光源装置の動作例を示すフローチャート。 第３の実施形態の波長変換ユニットの構成例の概略を示す断面図。 第４の実施形態の光学系の構成例の概略を示す図。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態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１００の構成例を図１に示す。光源装置１００は、励起光源１１０と、レンズ１１２と、第１の光ファイバ１２０と、波長変換ユニット１３０と、第２の光ファイバ１４０と、受光素子１５０と、駆動部１６０と、制御部１７０と、出力部１８０と、入力部１９０とを備える。

励起光源１１０は、例えば半導体レーザ光源であり、励起光を射出する。射出された励起光は、レンズ１１２で集光され、第１の光ファイバ１２０に入射する。励起光源１１０に半導体レーザ光源を用いることで、射出した励起光は、効率的に第１の光ファイバに入射させられる。第１の光ファイバ１２０は、励起光源１１０から射出された励起光を、波長変換ユニット１３０に導く。

波長変換ユニット１３０は、保持部材１３４に固定された蛍光体１３２を有する。第１の光ファイバ１２０により導かれた励起光は、波長変換ユニット１３０に備えられた蛍光体１３２に照射される。励起光を照射された蛍光体１３２は、その励起光を吸収し、蛍光を発する。波長変換ユニット１３０は、蛍光体１３２が発した蛍光、及び蛍光体１３２に吸収されなかった励起光を、照明対象物９００に向けて照射する。

第２の光ファイバ１４０は、蛍光体１３２が発生した蛍光の一部、及び蛍光体１３２で反射・散乱された励起光の一部を、波長変換ユニット１３０から受光素子１５０に導く。受光素子１５０は、第２の光ファイバ１４０によって導かれた光を検知し、その光強度に応じた信号を出力する。受光素子１５０は、励起光の強度と蛍光の強度とを独立に検出できるように構成されている。

波長変換ユニット１３０の、第１の光ファイバ１２０の中心軸と第２の光ファイバ１４０の中心軸とを含む面における断面図を、図２に示す。波長変換ユニット１３０は、波長変換部材である蛍光体１３２と、保持部材１３４と、フェルール１３６とを有する。保持部材１３４は、凹部を有しており、この凹部内に、蛍光体１３２が配置されている。第１の光ファイバ１２０は、保持部材１３４の貫通孔１３５に挿入されて固定されている。第２の光ファイバ１４０は、第１の光ファイバ１２０と同様に、保持部材１３４の貫通孔１３５に挿入され固定されている。第１の光ファイバ１２０と第２の光ファイバ１４０とは、互いに沿って配置され、共通のフェルール１３６により保持されている。

駆動部１６０は、励起光源１１０に電流を供給して励起光源１１０を発光させるための駆動回路である。制御部１７０は、駆動部１６０、受光素子１５０、出力部１８０、及び入力部１９０と接続している。制御部１７０は、光源装置１００の全体の動作を制御する。例えば制御部１７０は、駆動部１６０の動作を制御し、励起光源１１０の光量や発光時間等を調整する。また、制御部１７０は、受光素子１５０の信号を受信し、光源装置１００の状態を取得する。また、制御部１７０は、ユーザに伝達する情報に係る信号を、出力部１８０に出力する。また、制御部１７０は、ユーザからの指示に係る信号を、入力部１９０から取得する。

出力部１８０は、例えばディスプレイやスピーカであり、制御部１７０の指示に基づいて、ユーザに伝達する情報を出力する。伝達方法は、ディスプレイに文字や図形等を表示するようにしてもよいし、スピーカから音を発するようにしてもよい。入力部１９０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、ボタンスイッチ、スライダ等であり、ユーザからの指示を受け取り、その指示に基づく信号を制御部１７０に出力する。
このように、例えば波長変換ユニット１３０は、ピーク波長、スペクトル形状、放射角、及び光量のうち少なくともひとつを変換する光変換ユニットとして機能し、例えば受光素子１５０は、光変換ユニットから放射される光を検出する光検出手段として機能する。

次に、光源装置１００の動作を説明する。光源装置１００の動作は、制御部１７０によって制御されている。制御部１７０は、光源装置１００の電源投入後、まず、光源装置１００の異常の有無、言い換えると光源装置１００が十分に安全な状態か否かを確認する。次に、制御部１７０は、光源装置１００に異常がないことが確認されたら、使用状態で発光させるように光源装置１００を動作させる。これらの動作について、図３に示すフローチャートを参照して順に説明する。

ステップＳ１において制御部１７０は、安全発光処理を実行する。この処理において制御部１７０は、次に示すような強度を有する確認光を、励起光源１１０から射出させる。確認光の強度は、励起光源１１０から射出された光に由来する光を、受光素子１５０が検出できる程度に十分高い。この光量を設定するにあたっては、後述のように、受光素子１５０の感度、光路への入射率、光路中での減衰等を考慮する。さらに、確認光の強度は、後述するように、励起光源１１０から射出される光量が人体に対し十分に安全である程度に低い。本実施形態では、光強度が最も高くなる励起光源１１０における光量に基づいて、上記の条件を満たす確認光の光量を設定する。

励起光源１１０から射出された確認光は、第１の光ファイバ１２０によって、波長変換ユニット１３０内の蛍光体１３２に導かれる。蛍光体１３２は、導かれた確認光を受光し、照射された確認光の光量に見合った蛍光を射出する。この蛍光の多くは、照明対象物９００に照射される。蛍光体１３２で射出された蛍光の一部は、第２の光ファイバ１４０に入射する。また、蛍光体１３２で反射・散乱された励起光の一部も第２の光ファイバ１４０に入射する。第２の光ファイバ１４０に入射した光は、受光素子１５０に導かれる。受光素子１５０は、第２の光ファイバ１４０によって導かれた光を受光する。

ここで、確認光の光量を規定する受光素子１５０が検出できる程度に十分高い光量とは、第１の光ファイバ１２０を介して蛍光体１３２に照射され、蛍光体１３２から第２の光ファイバ１４０を介して受光素子１５０に導かれた光の強度が、受光素子１５０の検出下限を上回るような光量をいう。ここで、受光素子１５０において受光素子１５０の検出下限となる励起光源１１０から射出される光量を、光検出手段下限放射パワーと称することにする。すなわち、本実施形態では、励起光源１１０から射出される光量は、光検出手段下限放射パワー以上である。

また、確認光の光量を規定する人体に対し十分に安全である程度に低い光量とは、以下のとおりである。人体に光が直接照射されたとき、ある閾値を超えると人体は悪影響を受ける。この閾値の目安として最大許容露光量（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ；ＭＰＥ）が知られている。ＭＰＥは、過去の事故例や動物を用いた実験的研究から得られた情報に基づいて決定された基準である。ＭＰＥとしては、２種類の値が知られている。すなわち、人体において最も光に対して敏感な眼に対する値と、その他の部分である皮膚に対する値とである。眼に対する値と皮膚に対する値とのどちらの基準を用いるかは、光源装置の利用環境、作業者のスキル等により慎重に決定されるべきである。

表１に、波長が４００〜７００ｎｍである光について、露光時間が１ナノ秒から１８マイクロ秒までと、１８マイクロ秒から１０秒までとのそれぞれに係る、眼に対するＭＰＥと皮膚に対するＭＰＥとを示す。ここでＣ６は、光が射出する開口径に応じた緩和係数である。開口径が１５０μｍ以下の場合において最も厳しくＣ６＝１であり、開口径が大きくなるとＣ６の値は小さくなる。また、ｔは露光時間を示す。

表１に示す通り、ＭＰＥは一般に、単位面積当たりに照射される光の放射エネルギー、すなわち放射露光（単位：Ｊ／ｍ^２）と、露光時間との関係として与えられている。つまりＭＰＥは、光源装置から射出される光の放射エネルギーそれ自体ではなく、その光が人体の表面に、どの程度の放射エネルギーで、どの程度の時間照射されるかによって決定される。本実施形態では、使用状況を考慮して励起光源と人体表面とが最短となる距離を想定し、その最短距離において、放射エネルギーと露光時間とから求まる値がＭＰＥ以下となるように、放射エネルギーと露光時間とを設定する。

図４に、露光時間［秒］に対する放射パワー［Ｗ］の関係（ＭＰＥ）を示す。ここで、本装置で用いる光ファイバの直径が例えば５０μｍであることを考慮して、光源の射出径は１５０μｍ以下の条件、すなわちＣ６＝１としている。また、放射露光（単位：Ｊ／ｍ^２）から放射パワー（Ｗ）への変換においては、眼の測定開口直径は、７ｍｍであるとし、面積は３．８５×１０^−５［ｍ^２］としている。また、皮膚の測定開口直径は、３．５ｍｍであるとし、面積は９．６２×１０^−６［ｍ^２］としている。図４において実線は眼に対するＭＰＥを、破線は皮膚に対するＭＰＥを示す。図４に示すとおり、眼に対するＭＰＥと皮膚に対するＭＰＥとでは、２から４桁程度異なっている。

例えば本実施形態では、確認光は、光検出手段下限放射パワー以上の光パワーである必要がある。そのため、まず使用する受光素子１５０の検出可能な光パワーの下限に応じて、光検出手段下限放射パワー以上となるように、確認光の光強度は規定される。次に、光検出手段下限放射パワー以上の光量を有する光について、人体表面での放射露光がＭＰＥ以下となるように、露光時間が設定される。

本実施形態では、許容される露光量が小さい眼に対するＭＰＥを用いている。励起光源１１０から放射された確認光の全てが眼に入ったとしてもＭＰＥを超えないように、励起光源１１０から放射される確認光の光量が設定されている。このような条件を満たす値としては、例えば図４において、眼に対するＭＰＥを示す実線よりも下の範囲に相当する放射パワーと露光時間との組み合わせである。例えば、光パワーが１ｍＷの場合、おおよそ０．１秒以下の露光時間であればＭＰＥ以下となることが分かる。

図３に示すフローチャートに戻って説明を続ける。ステップＳ２において制御部１７０は、異常確認処理を実行する。制御部１７０は、受光素子１５０が受光した光に基づいて、光源装置１００に異常があるか否かを確認する。この異常確認処理では、異常の有無の判断の基準として、蛍光の光量、蛍光に混入している蛍光体１３２により反射・散乱された励起光の光量、及び蛍光と励起光の強度比等を用いることができる。

例えば、励起光と蛍光との光量比の許容範囲を予め記憶しておき、検出された励起光と蛍光との光量比が許容範囲内であれば、光源装置１００に異常がないと制御部１７０は判断する。あるいは制御部１７０は、前回の異常確認処理によって検出された励起光と蛍光との光量比と、今回の異常確認処理によって検出された光量比とを比較し、その変化量が許容値以下であれば、光源装置１００に異常がないと判断する。

また、受光素子１５０が受光する蛍光の光量が許容下限値より小さい場合やほとんど検出されないような場合には、第１の光ファイバ１２０又は第２の光ファイバ１４０が折れていたり、蛍光体１３２が脱離していたりする可能性がある。そこで、受光素子１５０が受光する蛍光の光量が許容値より小さい場合には、光源装置１００に異常があると制御部１７０は判断する。また、受光素子１５０が受光した励起光の光量が許容上限値より大きい場合や、受光素子１５０が受光する励起光と蛍光との光量比が許容範囲を超える場合には、様々な故障の恐れがある。そこでこのような場合、光源装置１００に異常があると制御部１７０は判断する。さらに、励起光も蛍光も検出されない場合、受光素子１５０に異常がある恐れがある。そこでこのような場合、光源装置１００に異常があると制御部１７０は判断する。

また、励起光源１１０の異常については、励起光源１１０の電流−電圧特性を確認する公知の方法や、モニタ用のフォトダイオードを励起光源１１０に併設する公知の方法で検出することが可能である。そこで、電流−電圧特性を確認する方法やモニタ用のフォトダイオードを併設する方法も併用して、光源装置１００の異常を検出することもできる。

ステップＳ３において制御部１７０は、ステップＳ２において異常が検出されたか否かを判定する。光源装置１００に異常があると判定されたら、処理をステップＳ４に移す。
ステップＳ４において制御部１７０は、出力部１８０を用いて、ユーザに異常がある旨を警告する。ここで、出力部１８０を例えばスピーカとし、警報音を発するようにして警告してもよい。また、出力部１８０を例えばディスプレイとし、警告する文字や画像を表示するようにして警告してもよい。制御部１７０は、警告を発した後、励起光源１１０から励起光を射出することの停止を含めて、光源装置１００の動作を停止させる。警告を発することなく光源装置１００の動作を停止させてもよいし、停止させずに警告を発し続けるように構成してもよい。

一方、ステップＳ３において光源装置１００に異常がないと判定されたら、制御部１７０は、処理をステップＳ５に移す。
ステップＳ５において制御部１７０は、使用時発光処理を実行する。使用時発光処理では、励起光源１１０から、前記した安全発光処理で出力していた安全な光強度を有する確認光よりも高い光強度を有する励起光を射出させることができる。この励起光の出力レベルは、例えば入力部１９０から取得したユーザの指示に基づき、波長変換ユニット１３０から射出される光の強度が、ユーザが所望する光量となるような出力レベルである。
ユーザは、使用時発光処理で出力される照明の下、所望の作業を行う。ユーザによって使用時発光処理が終了させられたら、制御部１７０は、一連の処理を終了する。

このように、例えばステップＳ１の安全発光処理は、安全発光ステップとして機能し、例えばステップＳ２の異常確認処理とステップＳ３の判定は、異常確認ステップとして機能する。

本実施形態によれば、ユーザが意識しないうちに、光源装置１００の光漏れに関する安全確認が実施される。そしてこの安全確認は、ＭＰＥに基づいて、安全とされる光量を有する安全光を用いて行われる。光源装置１００に異常があることが検出されたら、光源装置１００は停止する。したがって、仮に光源装置１００に異常があっても、漏出する光は、安全光よりも弱い光量を有する光であり、危険を有する光は漏出しない。安全が確認されれば、ユーザが所望する強い光を射出する光源装置１００として通常に機能する。このようにして本実施形態によれば、人体に害を及ぼす恐れのある光が漏出しない光源装置１００を提供できる。

なお、本実施形態では、安全光の光強度の基準として、眼に対するＭＰＥを用いたが、基準はＭＰＥに限らない。例えば、ＪＩＳ Ｃ ６８０２（２００５）に規定されている、被ばく放出限界（ＡＥＬ）を用いることができる。ＭＰＥが人体に対する最大許容露光量であるのに対し、ＡＥＬは、ＭＰＥをベースとして、光源装置から放射される光量の許容限界として定義されている。ＡＥＬは、光源の使用環境や保護具の有無などにより、クラス１、クラス１Ｍ、クラス２、クラス２Ｍ、等と定義されている。例えば、クラス１であれば、ビームを直接観察しても被害を受けず、クラス２Ｍであれば、光学機器を用いて直接ビームを覗き込まなければ被害を受けない等のように定義されている。

本実施形態では、例えばこのＡＥＬを、安全光の光強度の基準として用いることができる。ＡＥＬを基準として用いることで、安全な光量の定義をＪＩＳ規格に求めることが可能となる。その結果、例えば装置の管理や使用において、他の光源装置と同様に取扱うことができ、利便性が高まる。

［第１の実施形態の第１の変形例］
第１の実施形態の第１の変形例を説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。本変形例では、所定の時間間隔毎に、ステップＳ１の安全発光処理と、ステップＳ２の異常確認処理と、ステップＳ３の判定とからなる状態確認処理を実行する。本変形例に係る処理のフローチャートを図５に示す。本変形例では、ステップＳ１乃至ステップＳ４の処理は、第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態に係るステップＳ５が、ステップＳ１１乃至ステップＳ１４に置換されている。

ステップＳ１において制御部１７０は、安全発光処理を実行し、受光素子１５０が検出可能な十分な光量であって、かつ、人体に対し十分安全なレベルである確認光を、励起光源１１０から射出させる。
ステップＳ２において制御部１７０は、異常確認処理を実行し、受光素子１５０が受光した光の強度に基づいて光源装置１００に異常があるか否かを確認する。
ステップＳ３において制御部１７０は、ステップＳ２において異常が検出されたか否か判定する。光源装置１００に異常があると判定されたら、処理をステップＳ４に移す。

ステップＳ４において制御部１７０は、図示しない警報機や表示装置を介して、光源装置１００に異常がある旨をユーザに警告し、光源装置１００の動作を停止する。
一方、ステップＳ３において光源装置１００に異常がないと判定されたら、制御部１７０は、処理をステップＳ１１に移す。

ステップＳ１１において制御部１７０は、ステップＳ１乃至ステップＳ３の状態確認処理を実行するタイミングか否かをカウンタに基づいて判定する。この判定の結果、状態確認処理を実行するタイミングであれば、制御部１７０は、カウンタをリセットして処理をステップＳ１に戻す。一方、状態確認処理を実行するタイミングでなければ、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において制御部１７０は、第１の実施形態のステップＳ５と同様の使用時発光処理を実行する。
ステップＳ１３において制御部１７０は、カウンタを進める。
ステップＳ１４において制御部１７０は、ユーザから処理を終了させる指示が入力されているか否かを判定する。処理を終了させる指示が入力されていれば、制御部１７０は、処理を終了する。一方、処理を終了させる指示が入力されていなければ、処理をステップＳ１１に戻す。

本変形例のように処理を実行することで、ステップＳ１３でカウントアップされるカウンタが所定の値になると、ステップＳ１１の判定で、処理がステップＳ１に戻る。したがって、所定の時間間隔毎にステップＳ１乃至ステップＳ３の状態確認処理を実施し、光源装置１００の異常の有無を確認することができる。その結果、使用時発光処理による光源装置１００の使用中にあっても、光源装置１００に異常が発生した時には、即時にステップＳ４に移り、警告を発し、動作を終了することができる。以上によって、光源装置１００について、第１の実施形態よりもさらに高い安全性が確保できる。

［第１の実施形態の第２の変形例］
第１の実施形態の第２の変形例を説明する。ここでは、第１の変形例との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。本変形例では、光源装置１００に異常が検出された場合、ユーザからの指示があるまで、安全発光処理を実行する。本変形例に係る処理のフローチャートを図６に示す。本変形例では、ステップＳ１乃至ステップＳ３の処理、及びステップＳ１１乃至ステップＳ１４の処理は、第１の変形例と同様であり、第１の変形例に係るステップＳ４が、ステップＳ２１乃至ステップＳ２４に置換されている。

ステップＳ１において制御部１７０は、安全発光処理を実行し、受光素子１５０が検出可能な十分な光量であって、かつ、人体に対し十分安全なレベルである確認光を、励起光源１１０から射出させる。
ステップＳ２において制御部１７０は、異常確認処理を実行し、受光素子１５０が受光した蛍光に基づいて光源装置１００に異常があるか否かを確認する。
ステップＳ３において制御部１７０は、ステップＳ２において異常が検出されたか否か判定する。光源装置１００に異常がないと判定されたら、処理をステップＳ１１に移す。

ステップＳ１１において制御部１７０は、状態確認処理を実行するタイミングか否かをカウンタに基づいて判定する。この判定の結果、状態確認処理を実行するタイミングであれば、制御部１７０は、カウンタをリセットして処理をステップＳ１に戻す。一方、状態確認処理を実行するタイミングでなければ、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において制御部１７０は、第１の実施形態のステップＳ５と同様に、使用時発光処理を実行する。
ステップＳ１３において制御部１７０は、カウンタを進める。
ステップＳ１４において制御部１７０は、ユーザから処理を終了させる指示が入力されているか否かを判定する。処理を終了させる指示が入力されていれば、制御部１７０は、処理を終了する。一方、処理を終了させる指示が入力されていなければ、処理をステップＳ１１に戻す。

一方、ステップＳ３において光源装置１００に異常があると判定されたら、制御部１７０は、処理をステップＳ２１に移す。
ステップＳ２１において制御部１７０は、第１の実施形態のステップＳ４と同様に、異常がある旨の警告を発する。
ステップＳ２２において制御部１７０は、ステップＳ１と同様の安全発光処理を実行する。すなわち、励起光源１１０から安全な強度の励起光を射出させる。

ステップＳ２３において、ユーザから停止の指示が入力されたか否かを判定する。この判定において、停止の指示が入力されていなければ、処理をステップＳ２２に戻す。一方、停止の指示が入力されていれば、第１の実施形態のステップＳ４と同様に、警告を発して、光源装置１００の動作を終了させる。

ステップＳ１２の使用時発光処理が実施されている間において、光源装置１００の波長変換ユニット１３０が位置する部分は、暗部に挿入されている可能性がある。また、波長変換ユニット１３０による照明下でユーザが所望の作業を行うため、任意のツールが波長変換ユニット１３０周辺に配置されている可能性がある。このため、異常が検出された際に即時に完全に消灯してしまうと、波長変換ユニット１３０が位置する部分や前記のツールを撤収する作業等に支障をきたす恐れがある。これに対して本変形例では、光源装置１００に異常が発見された場合に、安全なレベルの励起光である安全光を継続して発光させる安全発光処理を実施する。安全発光処理を実施することで光量の不足はあるかもしれないが、波長変換ユニット１３０が位置する部分の照明を維持することができる。以上のように、本変形例によれば、光源装置１００に異常があることが検出されても波長変換ユニット１３０が位置する部分等の撤収作業を援助することができる。

［第１の実施形態の第３の変形例］
第１の実施形態の第３の変形例を説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。第１の実施形態では、励起光源１１０から放射される励起光が十分に安全な光量となるように設定されている。これに対して、本変形例では、第１の光ファイバ１２０の射出端から放射される光量を、安全なレベル、すなわち例えばＭＰＥ以下であるように設定する。

励起光源１１０から射出された励起光は、レンズ１１２により第１の光ファイバ１２０の入射端に集光され、第１の光ファイバ１２０に入射する。このとき、励起光源１１０から射出された励起光が第１の光ファイバ１２０に入射する入射率は１００％ではない。このため、励起光源１１０から放射される光量と比べ、第１の光ファイバ１２０から射出端から放射される光量は小さい。

第１の光ファイバ１２０から放射される確認光の強度をＭＰＥ以下としたときに、励起光源１１０から射出される光量がＭＰＥ以上となる可能性はある。しかしながら、一般に励起光源１１０と第１の光ファイバ１２０との接続部は、図示しない筐体により覆われて保護されている。このため、励起光源１１０から放出された確認光の全てが外部に照射される恐れはほとんど無い。したがって、第１の光ファイバ１２０から放射される確認光の強度をＭＰＥ以下としたときに、励起光源１１０から射出される光量がＭＰＥ以上となることはあっても、ＭＰＥ以上の強度を有する確認光が励起光源１１０の部分から漏出する恐れはほとんど無い。

一方、第１の光ファイバ１２０から放射される確認光の強度がＭＰＥ以下となるように光強度を設定すれば、励起光源１１０から射出される励起光の強度がＭＰＥ以下となるように光強度を設定するよりも、光強度を高くすることができる。その結果、受光素子１５０が受光する信号光の光量を増大させることができる。受光素子１５０が受光する光量が増大することで、受光素子１５０の検出の精度が上昇し、制御部１７０は、より正確に光源装置１００の異常を検出することが可能になる。
本変形例によれば、第１の実施形態の効果に加え、第１の実施形態よりも高い精度で、異常を検出することが可能となる。

なお、本変形例では、光ファイバの長さが数ｍ〜数十ｍ以内であることを想定している。このような場合、励起光源１１０から射出された励起光が第１の光ファイバ１２０へ入射する際の入射損失と比較して、第１の光ファイバ１２０内の導光に伴う導光損失は、十分に小さいことが想定される。このため、本変形例では、第１の光ファイバ１２０の射出端から放射される光量がＭＰＥ以下であり安全となるように励起光源１１０の射出光量を設定している。すなわち、第１の光ファイバ１２０が途中で折れて、その部分から確認光が外部に漏れ出た場合でも、その光量は、ＭＰＥ以下であり安全であると言える。

これに対して、第１の光ファイバ１２０の長さが極端に長い場合や、第１の光ファイバ１２０の導光ロスが大きい場合は、第１の光ファイバ１２０の途中で折れて、折れた箇所から確認光が漏出した場合の安全を考慮して、励起光源１１０の射出光量を、適宜設定すればよい。例えば、第１の光ファイバ１２０の導光ロスと、使用状況に応じた第１の光ファイバ１２０が折れる可能性がある位置との関係に基づいて、励起光源１１０から射出される確認光の強度を、励起光源１１０における強度がＭＰＥとなる値と、第１の光ファイバ１２０の射出端における強度がＭＰＥとなる値との間の値に設定することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態において光源装置１００は、蛍光体１３２の後方に第２の光ファイバ１４０が配置され、第２の光ファイバ１４０に入射し導かれた光を受光素子１５０が検出する構成を有している。これに対して本実施形態では、光源装置１００は、波長変換ユニット１３０の前方から照明対象物９００の方向に射出され、照明対象物９００で反射、散乱された励起光及び蛍光を、受光素子が検出する構成を有している。

本実施形態に係る光源装置１００の構成例を図７に示す。図７に示す様に、本実施形態に係る光源装置１００では、第１の実施形態の場合には備わっている第２の光ファイバ１４０と受光素子１５０が、備えられていない。一方で、波長変換ユニット１３０に近接して、受光素子１５２が配置されている。受光素子１５２は、励起光と蛍光とを独立に検出可能に構成されており、第１の実施形態の受光素子１５０と同様のものである。この受光素子１５２は、制御部１７０に電気的に接続されている。それ以外の構成は、第１の実施形態に係る構成と同様である。

本実施形態に係る光源装置１００の動作を説明する。本実施形態に係る処理のフローチャートを図８に示す。本実施形態のステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３３、ステップＳ３４、及びステップＳ３５は、それぞれ第１の実施形態に係るステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４、及びステップＳ５に相当する。本実施形態では、ステップＳ３３における判定で、光源装置１００に異常があると判断されたとき、ステップＳ３４において警告を発した後にステップＳ３１に戻る点が、第１の実施形態と異なる。

すなわち、ステップＳ３１において制御部１７０は、安全発光処理を実行し、受光素子１５２が検出可能な十分な光量であって、かつ、人体に対し十分に安全なレベルである確認光を、励起光源１１０から射出させる。
ステップＳ３２において制御部１７０は、異常確認処理を実行し、受光素子１５２が受光した蛍光に基づいて光源装置１００に異常があるか否かを確認する。

ステップＳ３３において制御部１７０は、ステップＳ３２において異常が検出されたか否かを判定する。光源装置１００に異常があると判定されたら、処理をステップＳ３４に移す。
ステップＳ３４において制御部１７０は、出力部１８０を介して、ユーザに異常がある可能性を報知する。その後、制御部１７０は、処理をステップＳ３１に戻す。

一方、ステップＳ３３において光源装置１００に異常がないと判定されたら、制御部１７０は、処理をステップＳ３５に移す。
ステップＳ３５において制御部１７０は、使用時発光処理を実行する。

本実施形態では、照明対象物９００により反射された照明光を、受光素子１５２が検出するように構成されている。したがって、受光素子１５２が検出する光の強度は、波長変換ユニット１３０から射出される光強度が同じであっても、照明対象物９００によって異なる。このため、本実施形態では、白色板等、標準的な反射サンプルに安全光を照射して、ステップＳ３１乃至ステップＳ３３の状態確認処理を行うことが標準的な段取りとなる。しかしながら、電源が投入された瞬間から標準的な反射サンプルに対して安全光が照射されているとは限らない。

そこで、本実施形態では、ステップＳ３１乃至ステップＳ３３の状態確認処理において、光源装置１００に異常がある場合と同様の所定の範囲よりも弱い光が検出されていても、すなわち異常ありと判断されても、直ちに光源装置１００を停止せず、ステップＳ３４で異常がある可能性が検出された旨を警告し、安全発光処理を継続する。その後、標準的な反射サンプルに対して安全光が照射され、異常確認処理において、異常がないことが確認された場合、ステップＳ３５の使用時発光処理へ移行する。

本実施形態によれば、受光素子を有さない既存の光源装置に、受光素子１５２を例えば波長変換ユニット１３０といった発光部の近傍に配置し、制御部１７０に接続するだけで、上記の構成を実現することができる。このとき、受光素子１５２は、第１の光ファイバ１２０及び波長変換ユニット１３０等と一体として構成しても構わないし、分離可能な構成としても構わない。さらに、本実施形態によれば、標準的な反射サンプルを用いる事で、光源装置１００の異常をより正確に把握することが可能となる。

なお、本実施形態に係る光源装置１００の動作方法は、図５を参照して説明したように、定期的に状態確認処理を繰り返すような構成としてもよいし、図６を参照して説明したように、異常が検知された際に安全発光処理を行うような構成としてもよい。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明は省略する。本実施形態に係る波長変換ユニット１３０の部分の構成を図９に示す。本実施形態では、受光素子１５４は、図９に示すように、波長変換ユニット１３０の蛍光体１３２と面する位置に設けられている。そして受光素子１５４は、電気的に制御部１７０に接続されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

この様に構成することで、蛍光体１３２で発生した蛍光や、蛍光体１３２により反射・散乱された励起光を受光素子１５４が直接検出することができる。すなわち、第１の実施形態では、蛍光体１３２で発光した蛍光や反射・散乱された光のうち、第２の光ファイバ１４０に入射した蛍光や励起光を測定している。これに対して、本実施形態によれば、受光素子１５４の有効な受光領域を、第２の光ファイバ１４０の開口より大きくすることができる。したがって、受光素子１５４は、より多くの光を受光することが可能になり、光源装置１００は、検出精度を向上させることが可能となる。

また、第２の実施形態では、照明対象物９００で反射・散乱された光を測定していたため、照明対象物９００の色等の影響を受ける。これに対して、本実施形態では、蛍光体１３２で発光した蛍光や蛍光体１３２で反射・散乱された励起光を直接検出することが可能である。このため、標準的な反射サンプル等を用いることなく、安定な測定が可能となる。
なお、本実施形態に係る光源装置１００の動作方法は、図３、図５又は図６を参照して説明した第１の実施形態及びその変形例の動作と同様である。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明は省略する。本実施形態に係る光源装置１００の光学系の構成例を図１０に示す。光源装置１００の光学系は、励起光源１１０と、光ファイバ１２２、分岐光学素子１２４と、波長変換ユニット１３０と、受光素子１５０とを備える。

励起光源１１０が射出された励起光は、レンズ１１２及び分岐光学素子１２４を通り、光ファイバ１２２に入射し、光ファイバ１２２によって波長変換ユニット１３０に導かれる。光ファイバ１２２によって導かれた励起光は、波長変換ユニット１３０に備えられた蛍光体１３２に照射される。蛍光体１３２は、その励起光を吸収し、蛍光を発生する。

光ファイバ１２２は、蛍光体１３２が発生した蛍光の一部、及び蛍光体１３２で反射・散乱された励起光の一部を、光を波長変換ユニット１３０から分岐光学素子１２４に導く。これらの光は、分岐光学素子１２４によって、受光素子１５０に導かれる。受光素子１５０は、導かれた光を検知し、その光強度に応じて信号を出力する。ここで、受光素子１５０は、励起光と蛍光とを独立に検出可能に構成されている。その他の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。

このように、第１の実施形態では、蛍光体１３２まで励起光を導光するための第１の光ファイバ１２０と、蛍光体１３２で発生した蛍光等を受光素子１５０まで導光する第２の光ファイバ１４０とを有しているのに対して、本実施形態では、第１の光ファイバ１２０と第２の光ファイバ１４０との機能を光ファイバ１２２が兼ねる。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。第１の実施形態における第１の光ファイバ１２０と第２の光ファイバ１４０とを、本実施形態では１本の光ファイバ１２２にまとめている。このため本実施形態によれば、より細い光源を実現することが可能となる。また、第１の実施形態、第２の実施形態、又は第３の実施形態と比較して、波長変換ユニット１３０近傍の構成を単純化することができる。したがって、本実施形態によれば光源装置１００全体を小型化しやすい。
なお、本実施形態に係る光源装置１００の動作方法は、図３、図５又は図６を参照して説明した第１の実施形態及びその変形例の動作と同様である。

なお、上述した本発明の全ての実施形態において、励起光源と波長変換ユニットとを組み合わせた光源システムに関する例を示したが、これに限らない。１次光源と、１次光源から放射される１次光の、ピーク波長、放射角、スペクトル形状、光量等の光学的性質の少なくとも一部を変換し、２次光として放射する光変換ユニットを組み合わせた光源装置であれば、本発明の効果を得ることが可能である。この場合、光源装置１００は、例えば波長変換ユニット１３０の代わりに又は波長変換ユニット１３０に加えて、１次光のピーク波長、放射角、スペクトル形状、光量等を変換する部材を有し２次光を放射する光変換ユニットを備える。その他の構成や動作等は上述の実施形態と同様である。すなわち、光源装置から放射される２次光の安全レベルが、１次光がそのまま放射された場合の安全レベルと比較して向上するような光源装置であれば、どのような光源装置にも上述の実施形態を適用することができる。例えば、１次光であるレーザ光の放射角を広げ、光源使用者の眼に入射するレーザ光の光密度を減少させて安全性を向上させるような光源装置や、例えばＮＤフィルタや偏光板が光路に挿入されており光量が変更される光源装置においても、上述の実施形態と同様に構成し同様に動作させることで、同様の効果を得ることができ、好適である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００…光源装置、１１０…励起光源、１１２…レンズ、１２０…第１の光ファイバ、１２２…光ファイバ、１２４…分岐光学素子、１３０…波長変換ユニット、１３２…蛍光体、１３４…保持部材、１３５…貫通孔、１３６…フェルール、１４０…第２の光ファイバ、１５０，１５２，１５４…受光素子、１６０…駆動部、１７０…制御部、１８０…出力部、１９０…入力部、９００…照明対象物。

Claims (14)

1. １次光源と、前記１次光源から射出した１次光を導光する光ファイバと、前記１次光源から射出して前記光ファイバにより導光された１次光を受光し、該１次光の光学的性質に含まれるピーク波長、スペクトル形状、放射角、及び光量のうち少なくともひとつを変換する光変換ユニットと、前記光変換ユニットから放射される光を検出する光検出手段と、を有する光源装置の駆動方法において、
   前記光変換ユニットから放射された光を検出した前記光検出手段の出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認するに足る十分な、かつ、漏出しても人体に対して安全な、光強度を有する確認光を前記１次光源に発光させる安全発光ステップと、
   前記確認光に基づいて前記光変換ユニットから放射され前記光検出手段に入射する光を検出した該光検出手段の前記出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認する異常確認ステップと、
   を有し、
   前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常があると判断されたときは、前記１次光源に前記確認光を発光させる
   ことを特徴とする光源装置の駆動方法。
2. 前記光源装置の状態を確認するに足る十分な前記確認光の前記光強度は、前記光検出手段に入射する光のパワーが、該光検出手段により検出可能なパワーの下限値以上となる強度である、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置の駆動方法。
3. 前記漏出しても人体に対して安全な前記確認光の前記光強度は、前記１次光源から射出された前記確認光の前記光ファイバから前記光変換ユニットへ向けて射出される部分での放射エネルギーが、人体に直接照射されても人体に影響を及ぼさない目安とされる光のエネルギー量である最大許容露光量以下となる強度である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置の駆動方法。
4. 前記漏出しても人体に対して安全な前記確認光の前記光強度は、前記１次光源から射出される前記確認光の放射エネルギーが、前記最大許容露光量以下となる強度である、ことを特徴とする請求項３に記載の光源装置の駆動方法。
5. 前記確認光は、
   前記光検出手段に入射する光のパワーが、該光検出手段により検出可能な光パワーの下限値以上となるように放射パワーが決定され、
   前記放射パワーによる前記放射エネルギーが、前記最大許容露光量以下となるように放射時間が決定される、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の光源装置の駆動方法。
6. 前記最大許容露光量は、眼に対して設定された値であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置の駆動方法。
7. 前記確認光は、ＪＩＳ Ｃ ６８０２（２００５）に記載のクラス１、１Ｍ、２、２Ｍの何れかを満足する放射エネルギーを有することを特徴とする請求項５に記載の光源装置の駆動方法。
8. 前記異常確認ステップは、前記光源装置の電源投入時に行われることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光源装置の駆動方法。
9. 使用時発光ステップをさらに有し、
   前記使用時発光ステップは、
   前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常がないと判断されたときに実施され、
   前記確認光よりも高い光強度を有する前記１次光を前記１次光源に発光させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光源装置の駆動方法。
10. 前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常がないと判断されたときは、続いて前記使用時発光ステップを実施することを特徴とする請求項９に記載の光源装置の駆動方法。
11. 前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常があると判断されたときは、異常がある旨をユーザに報知することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光源装置の駆動方法。
12. 前記使用時発光ステップの実施中に所定の時間間隔で、前記安全発光ステップ及び前記異常確認ステップの実施が挿入され、
    前記挿入された前記異常確認ステップにおいて前記光源装置に異常があると判断されたときは、前記１次光源に前記確認光を発光させる、
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の光源装置の駆動方法。
13. １次光源と、
    前記１次光源から射出した１次光を導光する光ファイバと、
    前記１次光源から射出して前記光ファイバにより導光された１次光を受光し、該１次光の光学的性質に含まれるピーク波長、スペクトル形状、放射角、及び光量のうち少なくともひとつを変換する光変換ユニットと、
    前記光変換ユニットから放射される光を検出する光検出手段と、
    を有する光源装置において、前記光源装置はさらに、
    前記光変換ユニットから放射された光を検出した前記光検出手段の出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認するに足る十分な、かつ、漏出しても人体に対して安全な、光強度を有する確認光を前記１次光源に発光させる安全発光手段と、
    前記確認光に基づいて前記光変換ユニットから放射され前記光検出手段に入射する光を検出した該光検出手段の前記出力信号に基づいて前記光源装置の状態を確認する異常確認手段と、
    を含む制御部を有し、
    前記制御部は、前記異常確認手段において前記光源装置に異常があると判断されたときは、前記１次光源に前記確認光を発光させる
    ことを特徴とする光源装置。
14. 前記制御部は、さらに前記異常確認手段において前記光源装置に異常がないと判断されたときには、前記確認光よりも高い光強度を有する前記１次光を前記１次光源に発光させる使用時発光手段を有することを特徴とする請求項１３の光源装置。

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