JP5851123B2

JP5851123B2 - 照明装置

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Publication number: JP5851123B2
Application number: JP2011131484A
Authority: JP
Inventors: 宏幸亀江; 伊藤　毅; 毅伊藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: JP2013004208A

Description

本発明は、照明装置に関する。

現在、小型固体光源と光ファイバとを組み合わせたファイバ光源が開発されている。このファイバ光源は、細い構造物の先端から光を照射する照明装置として用いられる。

このような照明装置として、たとえば、特許文献１では、固体光源を用いたファイバ光源装置（発光装置）が提案されている。図５は、上記特許文献１に開示されている従来の照明装置を示すもので、（Ａ）は波長変換部材周辺の概略構成を示す図、（Ｂ）は該照明装置に用いるスペーサの正面図、（Ｃ）は該スペーサの斜視図である。

上記特許文献１に開示のファイバ光源装置では、小型固体光源（図示せず）に導光部材（光ファイバ）９２０が接続され、その導光部材９２０の先端に波長変換部材（蛍光体）９４０が設置されている。導光部材９２０は、保持部材９３０に取り付けられており、導光部材９２０と波長変換部材９４０との間には、スペーサ９５０が設置されている。このスペーサ９５０は、貫通孔９５０ｃを有し、表面には金属薄膜９５０ａが形成されている。このファイバ光源装置では、波長変換部材９４０から導光部材９２０側に射出された後方射出光を、スペーサ９５０の貫通孔９５０ｃの内面に設けた金属薄膜９５０ａからなる反射部により反射させることで導光部材９２０側への射出光を波長変換部材９４０側へ戻し、波長変換光の照明光量を上げている。

このような特許文献１に開示のファイバ光源装置は、発光素子と、発光素子からの光を導く導光部材と、導光部材の少なくとも射出側端部に取り付けられる保持部材と、導光部材の射出側に設けられ、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材、とを有し、保持部材または導光部材と、波長変換部材と、の間に、波長変換部材からの後方射出光を反射するスペーサが取り付けられた構成を備え、この構成により、波長変換部材で反射や発生した光が保持部材の端面に入射することにより生じる光の損失を低減できるため、光出力を向上させることができる。したがって、それまでは有効に使われなかった後方射出光を、光出力すべき方向に反射する手段を設けることで、明るさを向上することができる。

特開２００９−３２２８号公報

上述のファイバ光源装置では、スペーサ９５０の射出側開口の全面を波長変換部材９４０で覆うように構成されている。このため、スペーサ９５０の貫通孔９５０ｃの内面である反射部で反射された後方射出光は、波長変換部材９４０を通過して外部に出力される。しかし、波長変換部材９４０は、一般に、自己吸収性を有するため、自らが波長変換した波長変換光の一部を吸収してしまい、これにより、外部に射出される波長変換光の光量が低下してしまう。したがって、上述のファイバ光源装置の構成では、波長変換部材９４０からの波長変換光が十分利用できず、期待されたほど光取り出し効率が向上されないという問題がある。

また、導光部材（光ファイバ）９２０の先端と波長変換部材（蛍光体）９４０の距離が近接しており、且つ波長変換部材９４０やその周囲にある部材に対する材料規定がなされていないため、波長変換部材９４０による波長変換に伴って発生する熱量が波長変換部材９４０の底面周辺に局所集中し、波長変換部材９４０やその周囲にある部材が熱劣化し易く、発光素子の光量をあまり上げられないという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、波長変換部材によって波長変換された波長変換光の光量を向上させ、明るい照明が得られる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置の一態様は、
光源から射出された光源光を所望の波長の波長変換光に変換し、前記波長変換光を射出する波長変換部材と、
前記波長変換光の一部を反射する第１光学部材と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光学部材で反射された波長変換光が入射する領域を構成する第１部位と、前記第１光学部材で反射された波長変換光が入射する領域と入射せずに外部に放出される領域との境界を構成する第２部位と、を含み、
前記波長変換部材と前記第１光学部材との間には、可視光を透過し且つ前記波長変換部材で生じた熱の少なくとも一部を前記第１光学部材へ伝導する、前記波長変換部材と前記第１光学部材との間の熱伝導経路となる光透過部材を介在させたことを特徴とする。
また、本発明の照明装置の別の態様は、
波長変換ユニットを有する照明装置において、
前記波長変換ユニットは、
励起光源の励起光射出端と光学的に接続され、前記励起光源から射出された励起光が入射する入射部と、
前記入射部に入射した前記励起光を所望の波長変換光に波長変換し、前記波長変換光を射出する波長変換部材と、
前記励起光と前記波長変換光とを透過する機能を有する光透過部材と、
前記波長変換部材から射出された波長変換光の少なくとも一部を反射させる機能を有する反射部と、
前記反射部が反射した前記少なくとも一部の波長変換光のうちの少なくとも一部を外部に射出する射出部と、
を備え、
前記光透過部材は、前記入射部から前記射出部まで少なくとも一部は連続して形成された、可視光を透過し且つ前記波長変換部材で生じた熱の少なくとも一部を前記反射部へ伝導する、前記波長変換部材と前記反射部との間の熱伝導経路となる部材であることを特徴とする。

本発明によれば、波長変換部材が波長変換する際に同時に発生する熱を熱伝導経路となる部材を介して効率良く放熱することができるため、波長変換部材に入射する励起光量を増加させることができるので、波長変換部材によって波長変換された波長変換光の光量を向上させ、明るい照明が得られる照明装置を提供することができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る照明装置の概略構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す斜視図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す断面図であり、図１（Ｄ）は、図１（Ａ）の波長変換ユニットを射出端側から見た正面図である。図２は、第１実施形態の変形例に係る照明装置の波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す斜視図である。図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る照明装置の波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の波長変換ユニットを射出端側から見た正面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面での波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す断面図であり、図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）のＤ−Ｄ線断面での波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す断面図である。図４（Ａ）は、第２実施形態に係る照明装置の変形例の波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の波長変換ユニットを射出端側から見た正面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面での波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す断面図であり、図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）のＤ−Ｄ線断面での波長変換ユニット及び導光部材を拡大して示す断面図である。図５は、従来の照明装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る照明装置について、図１を用いて説明する。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）では一部の部材の図示を省略している。また、図１（Ｂ）では、説明のために導光部材と波長変換ユニットの入射部とを離間させて表示している。

図１（Ａ）に示すように、第１実施形態に係る照明装置１００は、主に、光源部２００と波長変換ユニット３００とに分けられ、光源部２００から射出された励起光を、波長変換ユニット３００内にある波長変換部材３０２に照射する構成である。各部の詳細な構造を次に説明する。

光源部２００は、半導体レーザ光源２０２と、集光レンズ２０４と、導光部材２０６と、を備える。半導体レーザ光源２０２は励起光を射出し、集光レンズ２０４は該励起光を導光部材２０６の励起光入射端２０８に集光する。導光部材２０６には、例えば、コア径５０μｍ、開口数ＦＮＡ＝０．２を有するマルチモード光ファイバを用いる。導光部材２０６の励起光射出端２１０からは、上記励起光が光源光として出射される。

波長変換ユニット３００は、光源部２００の導光部材２０６の励起光射出端２１０からの励起光を入射する入射部３０４と、所望の照明光を照射対象物４００に射出する機能を持つ射出部３０６を有している。また、波長変換ユニット３００は、波長変換部材３０２と光透過部材３０８とを備え、導光部材２０６により導光された励起光Ｌ１を所望の波長変換光Ｌ２に波長変換する。

波長変換部材３０２は、円柱形状を有しており、導光部材２０６の励起光射出端２１０に面した底面３１０と、該底面３１０と対向する上面３１２と、これら底面３１０及び上面３１２に挟まれた側面３１４と、を有している。また、底面３１０は、励起光射出端２１０から離間している。

光透過部材３０８は、波長変換部材３０２の側面３１４と底面３１０とを取り囲むように形成されている。別言すれば、光透過部材３０８は、入射部３０４を円錐台の小径の第１面、射出部３０６を大径の第２面、側面をテーパー面とする、円錐台形状を有している。また、光透過部材３０８は、励起光Ｌ１と、波長変換部材３０２から射出される波長変換光Ｌ２の両方を透過する性質を有している。なお、光透過部材３０８は、励起光Ｌ１や波長変換光Ｌ２を散乱する機能を有していても良い。また、光透過部材３０８の入射部３０４と射出部３０６を除く側面、すなわち、円錐台形状の傾斜面には、第１光学部材である反射部３１６が形成されている。

反射部３１６は、該反射部３１６に入射した入射光を正反射または拡散反射して反射光に変換する機能を有している。本実施形態においては、入射光は、波長変換部材３０２により波長変換された波長変換光Ｌ２であり、反射光は反射部３１６により正反射または拡散反射されることでその進行方向が変換された波長変換光Ｌ２である。なお、理想的な反射面では、純粋な正反射や拡散反射を実現可能であるが、多くの場合、正反射する成分と拡散反射する成分とが混在する。本発明では、純粋な正反射から純粋な拡散反射までを含めた様々な反射部を利用することが可能である。純粋な正反射に近い反射部は、金属等の薄膜を成膜することで実現できる。これにより、テーパー形状を活かし、より多くの反射光を射出部３０６側に導き易い反射部３１６を実現できる。また、純粋な拡散反射に近い反射部は、酸化物や樹脂の粉末を塗布することで実現できる。これにより、反射部３１６の形状の影響を受けにくい反射部３１６を実現できる。このような反射部３１６は、光透過部材３０８の側面全面ではなく、一部のみに形成する構成でもよいが、本実施形態は、光透過部材３０８の側面の全面に形成した例である。

円柱状の波長変換部材３０２の上面３１２は、射出部３０６よりも面積が小さく、且つ、射出部３０６とほぼ同心で配置されている。このように配置することで、波長変換部材３０２は、その全周にわたって反射部３１６と離間して配置されている。また上面３１２は、射出部３０６の開口面の一部を形成している。ここで、波長変換部材３０２の厚さは、励起光Ｌ１を十分波長変換光Ｌ２に変換するように設定される。

以下、波長変換部材３０２の底面３１０と側面３１４を合わせた領域を第１領域と称し、この領域の部位を第１部位３１８と称する。また、射出部３０６から波長変換部材３０２の上面３１２を除いたドーナツ状の領域を、反射部３１６で反射された波長変換光が波長変換部材３０２に入射せずに外部に放出される領域である第２領域３１９と称し、この第２領域３１９のうち、内側の円状境界、すなわち、波長変換部材３０２の上面３１２と側面３１４とが接する円状曲線を第２部位３２０と称する。

また、本実施形態では、光透過部材３０８は、波長変換部材３０２と反射部３１６の間に充填されるため、光透過部材３０８は、波長変換部材３０２の側方全周に渡って入射部３０４から射出部３０６まで連続して形成されていることになる。

導光部材２０６の励起光射出端２１０は、入射部３０４に励起光Ｌ１が入射するように接続されている。より具体的には、励起光射出端２１０は、光透過部材３０８の円錐台の第１面である入射部３０４の中央付近に接続されている。

励起光射出端２１０と波長変換部材３０２との相対位置は、励起光射出端２１０より射出される励起光Ｌ１が略全て波長変換部材３０２の底面３１０上に照射されるように光透過部材のサイズおよび波長変換部材３０２のサイズを設定する。このとき、導光部材２０６から射出された励起光Ｌ１が、波長変換部材３０２の底面３１０を含む平面上に形成するビームスポットは、波長変換部材３０２の底面３１０よりも小さくなるように構成している。ここで、ビームスポットとは、励起光の最大強度に対し、１／ｅ^２より大きな光強度を有する領域と定義し、ｅは自然体数の底としてのネイピア数である。

ここで、各部材の形状及び材質の好ましい例について説明する。
光透過部材３０８のテーパー角は、導光部材２０６の中心軸２０６Ｃに対し２０ｄｅｇが好ましい。波長変換部材３０２は、０．１７ｍｍの半径と、０．５ｍｍの厚さを有する円柱形状が良い。このような構造とすることにより、入射部３０４から波長変換部材３０２の底面３１０までの距離が約０．６ｍｍとなる。なお、導光部材２０６には、先のマルチモード光ファイバを用いている。

また、光透過部材３０８の側面に反射部３１６を形成するためには、まず、光透過部材３０８の上下面をマスキングしたサンプルに反射材料を蒸着もしくはメッキすることが望ましい。反射材料としては、光透過部材３０８の側面に形成し易く、また、可視光に対し高い反射率を有する金属膜が望ましい。より望ましくは、アルミニウムか銀を選択されたい。

なお、波長変換ユニット３００にはさらに、図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、このように反射部３１６が形成された光透過部材３０８を保護するためのホルダ３２２が設置される。具体的には、ホルダ３２２は、貫通孔を有しており、光透過部材ホルダ固着部材３２４によって、反射部３１６が形成された光透過部材３０８の入射部３０４および射出部３０６を除いた周囲がその内孔に固定されている。

なお、反射部３１６は、光透過部材側面に設置するのではなく、ホルダの貫通孔内面に形成されていても良い。その場合光透過部材とホルダを固着させる光透過部材ホルダ固着部材３２４は、波長変換光Ｌ２に対する光透過性という特性を有する事が必要である。

また、導光部材２０６の励起光射出端２１０付近には、該導光部材２０６の側面を保護するための導光部材保持部材２１２が設置されていることが望ましい。この導光部材保持部材２１２も貫通孔を有しており、導光部材２０６の励起光射出端２１０付近をその内孔に固定している。このような導光部材保持部材２１２は、図示しない固着部材によって、ホルダ３２２に固定されている。

なお、波長変換部材３０２や、光透過部材３０８など波長変換部材３０２の周辺部材は、樹脂であることが最も成形性良くまた安価である。ただし、それらが持つ熱伝導率が低い場合、波長変換部材３０２の波長変換に伴って発生する熱量が、その周囲を取り囲んでいる部材によって放熱されにくく、波長変換部材３０２やその周辺部材が熱劣化する原因となるため、波長変換部材３０２に入射させる励起光量を高く設定できない。

このことから、波長変換部材３０２で発生した熱量は、周囲の部材と熱的に接続され、迅速に周囲に拡散されることが望ましく、それを実現する材料を配置することが望まれる。ただし、波長変換部材３０２から照明光を射出する方向には、光学的な制約が多く、自由な材料選択が出来ない。波長変換部材３０２から射出方向に接する物質は、レンズなどの透明部材もしくは空気のみであり、それ以上熱を拡散させることはできない。ここで熱的に接続とは、２つの部材間を効率良く熱が伝わる状態であることを指すこととする。

一方で、波長変換部材３０２の後方もしくは側方には、複数の部材が設置され、光源としての性能を著しく低下させない程度の材料選択自由度はある。従って、波長変換部材３０２で発生した熱量を、該波長変換部材３０２の周囲を取り囲む部材の材料選択によって、後方もしくは側方に拡散させることが効果的であることがわかった。例えば、光透過部材３０８は、可視光に対する透過率が高く且つ熱伝導率の高い他の材料で構成することが望ましい。このような構成とすることで、光透過部材３０８は熱伝導経路となる部材とすることが出来る。一般的な耐熱性樹脂にシリコーン樹脂があるが、この種の樹脂の熱伝導率は０．１Ｗ／（ｍ・ｋ）程度である。これより熱伝導率の高い材料を用いた方が放熱され易く、波長変換部材３０２が熱劣化しにくいため、励起光を多く入力できより明るい照明装置となる。具体的には、シリコーン樹脂の熱伝導率の５倍（０．５Ｗ／ｍ・ｋ）以上の熱伝導率を有した材料、例として無機ガラス材料（アモルファスガラス材や石英ガラス材）やダイヤモンドなどを採用すると効果が顕著に現れる。

また、同様の理由で、ホルダ３２２や導光部材保持部材２１２、ホルダ３２２と波長変換ユニット３００とを固着する光透過部材ホルダ固着部材３２４、ホルダ３２２と導光部材保持部材２１２とを固着する固着部材に関しても、熱伝導率が光透過部材３０８と同等又は高い材料を用いることが望ましい。

特に、ホルダ３２２や導光部材保持部材２１２に関しては、透過率など光学的な材料制約がほとんど無いため、材料の選択自由度が高い。そのため、熱伝導率のより高いアルミニウム、銅などの金属製、またはチッ化アルミニウムなどの金属化合物製、またはシリコンカーバイドやグラフェンなどの炭素化合物で作製されることが望まれる。

また、上記に挙げた固着部材は、それの厚さを薄くすることでも熱伝導効果を高くすることも出来る。熱伝導効果を顕著にするためには、少なくとも光透過部材ホルダ固着部材３２４の厚さを、反射部３１６と波長変換部材３０２との間の最短距離よりもさらに薄いことが望ましい。通常、化学接着剤などを用いて２つの部材を接着させる場合、３０μｍ以上の膜厚になることがほとんどであるが、接着剤の粘度をかなり低く設定するか、もしくは、両部材間に加重をかけることで、意図的に薄くし１０μｍ以下にすることが出来る。そうすることによっても、劇的に熱伝導効果を高くすることができる。

また、波長変換部材３０２は、分散材３２６としてシリコーン樹脂を用い、粒径が数μｍから数十μｍの粉末蛍光体３２８を、この樹脂に分散したものが例として挙げられる。ただし、この場合も、粉末蛍光体３２８で発生した波長変換時の熱を放熱させにくく入力励起光をあまり上げられない。そこで、この分散材３２６に関しても、可視光に対する透過率が高く且つ熱伝導率が光透過部材ホルダ固着部材３２４と同等又は高い材料が望ましい。同じくシリコーン樹脂の５倍以上の熱伝導率を有した材料を採用すると効果が顕著に現れ、励起光を多く入力できるため、より明るい照明装置となる。

上記のような材料や形状で作製することで、波長変換部材３０２が波長変換する際に同時に発生する熱を効率良く外部に放熱することができ、波長変換部材３０２やその周囲の部材の熱劣化を防ぐことができるため、波長変換部材３０２に入射させる励起光量を増加させることができ、明るい照明装置を提供できるようになる。

［動作］
次に、光源部２００からの励起光Ｌ１の挙動について説明する。

まず、光源を構成する半導体レーザ光源２０２と導光部材２０６は光学的に接続され、半導体レーザ光源２０２から射出された励起光Ｌ１は、集光レンズ２０４を通して、励起光入射端２０８から導光部材２０６に高効率に入射する。ここで、光学的に接続とは、２つの部材間で所望の光が効率よく伝達される状態にあることを指すこととする。

導光部材２０６に入射した励起光Ｌ１は、導光部材２０６の内部を導光し、導光部材２０６の励起光射出端２１０から光透過部材３０８に向かって射出される。このとき、導光部材２０６が有する開口数（ＮＡ）と光透過部材３０８の屈折率などに応じた広がり角で射出される。

励起光Ｌ１は、光透過部材３０８を透過して波長変換部材３０２の底面３１０に照射される。このとき、波長変換部材３０２の底面３１０の大きさは、励起光が波長変換部材３０２の底面３１０を含む平面上に形成するビームスポットより大きくなるように構成されているため、励起光Ｌ１は、その大部分が波長変換部材３０２に照射される。この結果、波長変換部材３０２を経由せず直接外部に射出される励起光はほとんどない。

励起光Ｌ１は、波長変換部材３０２に照射され、波長変換部材３０２を透過しながら励起光Ｌ１と異なる波長の波長変換光Ｌ２に変換される。このとき波長変換光Ｌ２は、励起光Ｌ１の入射方向に依らず、あらゆる方向に射出される。一部は、波長変換部材３０２の上面３１２から、または側面３１４と上面３１２との境界部分（第２部位３２０）から、直接、外部の照射対象物４００に照射され、別の一部は、波長変換部材３０２の側面３１４から光透過部材３０８を介して射出部３０６より外部の照射対象物４００に照射される。

また、波長変換光Ｌ２の別の一部は、波長変換部材３０２の第１部位３１８又は第２部位３２０から、光透過部材３０８に向かって射出する。この第１部位３１８又は第２部位３２０から光透過部材３０８に向かって射出された波長変換光Ｌ２は、光透過部材３０８を透過した後、該光透過部材３０８の側面に形成された反射部３１６によって一部反射される。反射部３１６は、射出部３０６側すなわち照射対象物４００側に開いたテーパー面となっているため、反射部３１６で反射された波長変換光Ｌ２は、もとの進行方向と比べ、射出部３０６側に向かって進行する成分が増加する。

詳細には、反射部３１６で反射された波長変換光Ｌ２は、その一部は再び反射部３１６に向かい、また別の一部は波長変換部材３０２に向かい、残りの一部は光透過部材３０８を経由して、射出部３０６から外部の照射対象物４００に照射される。

反射部３１６で一度反射され、再び反射部３１６に向かって射出した波長変換光Ｌ２は、一部は、再び上述の工程を繰り返してさらに反射部３１６に向かい、別の一部は、波長変換部材３０２に向かい、残りの一部は、射出部３０６から外部に射出される。

反射部３１６や波長変換部材３０２に向かった波長変換光Ｌ２は、以降、上述の過程を繰り返す。

一方、波長変換ユニット３００に入射された励起光Ｌ１が、粉末蛍光体３２８に吸収、波長変換されることに伴って発生した熱量も等方的に拡散される。この熱量は、主に、下記５つの熱伝導経路を通り外部に放熱される。

（１）波長変換部材３０２の粉末蛍光体３２８にて発生した熱量が、分散材３２６と他の粉末蛍光体３２８を通過し、射出部３０６の一部である波長変換部材３０２の上面３１２から外部へ放出される。

（２）波長変換部材３０２の粉末蛍光体３２８にて発生した熱量が、分散材３２６と他の粉末蛍光体３２８を通過し、波長変換部材の底面３１０もしくは側面３１４から光透過部材３０８へ伝わり、光透過部材３０８の内部を通り、導光部材２０６へ伝わり、導光部材２０６の内部を通り、導光部材保持部材２１２へ伝わり、導光部材保持部材２１２の内部を通り、外部へ放出される。

（３）波長変換部材３０２の粉末蛍光体３２８にて発生した熱量が、分散材３２６と他の粉末蛍光体３２８を通過し、波長変換部材３０２の底面３１０もしくは側面３１４から光透過部材３０８へ伝わり、光透過部材３０８の内部を通り、光透過部材ホルダ固着部材３２４へ伝わり、光透過部材ホルダ固着部材３２４の内部を通り、ホルダ３２２へ伝わり、ホルダ３２２の内部を通り、外部へ放出される。

（４）波長変換部材３０２の粉末蛍光体３２８にて発生した熱量が、分散材３２６と他の粉末蛍光体３２８を通過し、波長変換部材３０２の底面３１０もしくは側面３１４から光透過部材３０８へ伝わり、光透過部材３０８の内部を通り、光透過部材ホルダ固着部材３２４へ伝わり、光透過部材ホルダ固着部材３２４の内部を通り、ホルダ３２２へ伝わり、ホルダ３２２の内部を通り、導光部材保持部材２１２へ伝わり、導光部材保持部材２１２の内部を通り、外部へ放出される。

（５）波長変換部材３０２の粉末蛍光体３２８にて発生した熱量が、分散材３２６と他の粉末蛍光体３２８を通過し、波長変換部材３０２の底面３１０もしくは側面３１４から光透過部材３０８へ伝わり、光透過部材３０８の内部を通り、射出部３０６の一部である第２領域３１９から外部へ放出される。

［作用・効果］
上述のように、波長変換部材３０２の側面３１４および底面３１０から射出した波長変換光の一部は、波長変換部材３０２に再入射することなく、光透過部材３０８を通って射出部３０６から外部に射出される。この光は、波長変換部材３０２の自己吸収による光量低下が少ないため、波長変換光の取出し効率の高い照明装置１００を実現することが可能となる。特に、励起光が直接照射される底面３１０からは、他の面に比べて高い割合で波長変換光が射出される。底面３１０から射出された波長変換光Ｌ２の一部は、波長変換部材３０２よりも光源部２００側に配されている光透過部材３０８に射出し、そこから反射部３１６と光透過部材３０８を経由して射出部３０６まで波長変換部材３０２に入射することなく、光の利用効率高く外部の照射対象物４００に照射できる。

また、以下に示すような特徴を有するために、光の利用効率が高く照明光を射出することができると同時に、波長変換時に発生した熱量を効率的に後方もしくは側方に伝達することで熱の極所集中を防ぐことができるため、励起光を多く入力することができ、明るい照明が得られる照明装置を提供することが可能となる。

第１に、波長変換部材３０２は、第１光学部材である反射部３１６で反射された波長変換光が再び入射する領域（第１領域）である底面３１０及び側面３１４と、反射部３１６で反射された波長変換光が当該波長変換部材３０２に入射せずに外部に放出されるドーナツ状の領域（第２領域３１９）と上記第１領域との境界を構成する第２部位である円状曲線と、からなり、且つ、波長変換部材３０２が前方で接している空気より、後方もしくは側方にある光透過部材３０８の方が熱伝導率が高く、光透過部材３０８が熱伝導経路となるため、波長変換時に発生した熱量を効率的に後方に伝達することができる。

第２に、波長変換部材３０５は、熱伝導率の高い光透過部材３０８と接しているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に拡散することができる。

第３に、反射部３１６と波長変換部材３０２は、互いに離間して配置されており、両者の間には光透過部材３０８が設けられ、その光透過部材３０８は熱伝導率の高い材料を選択しているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に反射部３１６まで伝達することができる。

第４に、光透過部材３０８は、可視光に対し光透過率が高く、且つ、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率としているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に後方もしくは側方に伝達することができる。

第５に、光透過部材３０８とホルダ３２２とは、反射部３１６と光透過部材ホルダ固着部材３２４を介して熱的に接続されているため、波長変換時に発生した熱量を効率的にホルダ３２２まで伝達することができる。

第６に、光透過部材３０８とホルダ３２２は、光透過部材３０８と比較して熱伝導率が同等又は高く、且つ、光透過部材３０８の、反射部３１６と波長変換部材３０２との間の最短距離よりも薄い、光透過部材ホルダ固着部材３２４で接続されているため、波長変換時に発生した熱量を効率的にホルダ３２２まで伝達することができる。

第７に、ホルダ３２２は、金属製等、光透過部材３０８と比較して熱伝導率が同等又は高い材料で形成されているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に外部に伝達、放熱することができる。

第８に、導光部材保持部材２１２は、金属製等、光透過部材３０８と比較して熱伝導率が同等又は高い材料で形成されているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に外部まで伝達、放熱することができる。

第９に、粉末蛍光体３２８を分散、固定化している分散材３２６は、可視光に対して光透過性が高く、且つ、光透過部材ホルダ固着部材３２４と比較して、熱伝導率が同等又は高い材料により形成されているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に周囲に伝達することができる。

［変形例］
なお、光透過部材３０８は、入射部３０４を円錐台の小径の第１面、射出部３０６を大径の第２面、側面をテーパー面とする、円錐台形状を有しているものとしたが、図２に示すように、第１面と第２面を同サイズとした円柱形状として構成しても、円錐台形に構成した場合と同様に動作し、同様の効果を奏することができる。

なお、図２では、説明のために、導光部材２０６と波長変換ユニット３００の入射部３０４とを離間させて表示している。

この場合、光透過部材３０８の側面に加えて、入射部３０４を除いた第１面にも、反射部３１６が直接形成されることは言うまでもない。

［第２実施形態］
上記第１実施形態は、波長変換部材３０２の側方全周に渡って光透過部材３０８を設置した例であるが、光透過部材３０８は、波長変換部材３０２の側方のうち一部に設置され、結果、入射部３０４から射出部３０６まで光透過部材３０８の一部が連続して形成されていれば、上記第１実施形態よりは得られる効果が小さいが、同様の効果を奏することができる。

図３および図４は、それぞれ、そのような、波長変換ユニット３００の入射部３０４から射出部３０６まで連続した光透過部材３０８の領域が波長変換部材３０２を取り囲んでいる例を示している。

この場合、射出部３０６は、連続して形成された光透過部材３０８のうち波長変換部材３０２の上面３１２と同一面の外表面すべてであり、この面全てから反射部３１６で反射された波長変換光の一部が外部に射出される。

なお、これらの例では、反射部３１６は、波長変換ユニット３００の入射部３０４を除いた第１面と、波長変換部材３０２の側面と光透過部材３０８とが接する部分を除いた波長変換部材３０２および光透過部材３０８の側面全面と、に形成されているが、波長変換部材３０２のその他の側面には形成しなくても良いことは勿論である。

さらに、光透過部材３０８の側面全面に渡って形成しているエリアについても、その全てに反射部３１６を設けずとも、少なくともその一部に反射部３１６が形成されていれば、効果が得られる。

このように、光透過部材３０８は、波長変換ユニット３００における入射部３０４から射出部３０６まで少なくとも一部は連続して形成され、且つ、波長変換部材３０２は、熱伝導率の高い光透過部材３０８と接しているため、波長変換時に発生した熱量を効率的に拡散することができる。

なお、図３および図４は、光透過部材３０８を円柱形状として構成した場合を示しているが、円錐台形に構成したほう好ましいことは言うまでもない。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

１００…照明装置、２００…光源部、２０２…半導体レーザ光源、２０４…集光レンズ、２０６…導光部材、２０６Ｃ…導光部材の中心軸、２０８…励起光入射端、２１０…励起光射出端、２１２…導光部材保持部材、３００…波長変換ユニット、３０２…波長変換部材、３０４…入射部、３０５…波長変換部材、３０６…射出部、３０８…光透過部材、３１０…底面、３１２…上面、３１４…側面、３１６…反射部、３１８…第１部位、３１９…第２領域、３２０…第２部位、３２２…ホルダ、３２４…光透過部材ホルダ固着部材、３２６…分散材、３２８…粉末蛍光体、４００…照射対象物。

Claims

光源から射出された光源光を所望の波長の波長変換光に変換し、前記波長変換光を射出する波長変換部材と、
前記波長変換光の一部を反射する第１光学部材と、
を備え、
前記波長変換部材は、前記第１光学部材で反射された波長変換光が入射する領域を構成する第１部位と、前記第１光学部材で反射された波長変換光が入射する領域と入射せずに外部に放出される領域との境界を構成する第２部位と、を含み、
前記波長変換部材と前記第１光学部材との間には、可視光を透過し且つ前記波長変換部材で生じた熱の少なくとも一部を前記第１光学部材へ伝導する、前記波長変換部材と前記第１光学部材との間の熱伝導経路となる光透過部材を介在させたことを特徴とする照明装置。
波長変換ユニットを有する照明装置において、
前記波長変換ユニットは、
励起光源の励起光射出端と光学的に接続され、前記励起光源から射出された励起光が入射する入射部と、
前記入射部に入射した前記励起光を所望の波長変換光に波長変換し、前記波長変換光を射出する波長変換部材と、
前記励起光と前記波長変換光とを透過する機能を有する光透過部材と、
前記波長変換部材から射出された波長変換光の少なくとも一部を反射させる機能を有する反射部と、
前記反射部が反射した前記少なくとも一部の波長変換光のうちの少なくとも一部を外部に射出する射出部と、
を備え、
前記光透過部材は、前記入射部から前記射出部まで少なくとも一部は連続して形成された、可視光を透過し且つ前記波長変換部材で生じた熱の少なくとも一部を前記反射部へ伝導する、前記波長変換部材と前記反射部との間の熱伝導経路となる部材であることを特徴とする照明装置。
前記光透過部材は、０．５Ｗ／ｍ・ｋより大きい熱伝導率であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記光透過部材は、無機材料であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記光透過部材は、無機ガラスであることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
前記波長変換ユニットは、前記入射部と前記射出部とを除く側面を保護するためのホルダをさらに備え、
前記反射部は、前記光透過部材と前記ホルダとの間に設けられ、
前記光透過部材と前記ホルダは、光透過部材ホルダ固着部材を介して熱的に接していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記光透過部材ホルダ固着部材の厚さは、前記光透過部材の、前記反射部と前記波長変換部材との間の最短距離よりも薄いことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
前記波長変換ユニットにおいて、前記光透過部材ホルダ固着部材は、前記光透過部材と比較して、熱伝導率が同等又は高いことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
前記光透過部材ホルダ固着部材は、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有する材料であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
前記ホルダは、前記光透過部材と比較して、熱伝導率が同等又は高い材料で形成されていることを特徴とする請求項６に照明装置。
前記ホルダは、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有する材料であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
前記ホルダは、金属または金属化合物で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
前記励起光源をさらに備え、
前記励起光源は、導光部材を有しており、
前記励起光射出端は、前記導光部材の射出側端部であり、
前記励起光源は、さらに、前記励起光射出端の側面を保護する導光部材保持部材を有し、
前記導光部材保持部材は、前記光透過部材と比較して、熱伝導率が同等又は高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
前記導光部材保持部材は、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率であることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
前記導光部材保持部材は、金属または金属化合物で形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
前記波長変換部材は、粉末蛍光体と、前記粉末蛍光体を分散させる分散材と、からなり、
前記分散材は、可視光に対して光透過性を有し、且つ、前記光透過部材ホルダ固着部材と比較して、熱伝導率が同等又は高い材料により形成されていることを特徴とする請求項６、１０又は１３に記載の照明装置。
前記分散材は、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率であることを特徴とする請求項１６に記載の照明装置。
前記波長変換部材から射出された波長変換光の少なくとも一部は、前記波長変換部材に再び入射することなく、前記光透過部材を通って外部に放出されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記波長変換部材から射出された波長変換光の少なくとも一部は、前記波長変換部材に再び入射することなく、前記光透過部材を通って前記射出部から外部に放出されることを特徴とする請求項２から１７のいずれか一項に記載の照明装置。