光源装置
【課題】装置温度を許容温度以下としながら光変換素子を冷却する光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００の１次光源１１０は、１次光を射出する。この１次光は、光ファイバ１２０によって、光変換素子１３０に導光される。光変換素子１３０は、導光された１次光を２次光に変換し、それを照明光として射出する。ここで、光変換素子１３０は、１次光から２次光への変換に際して発熱する。光変換素子１３０で発生する熱は、蓄熱部材１４０に伝達される。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０から伝達された熱の一部を蓄熱し、一部を放熱部材１５０に伝達する。放熱部材１５０は、伝達された熱を光源装置１００の外部に放出する。蓄熱部材１４０に蓄えられる熱量を適切に設定することにより、光源装置１００の使用期間において放熱部材１５０の温度が許容温度以下に維持されるようになっている。
【解決手段】光源装置１００の１次光源１１０は、１次光を射出する。この１次光は、光ファイバ１２０によって、光変換素子１３０に導光される。光変換素子１３０は、導光された１次光を２次光に変換し、それを照明光として射出する。ここで、光変換素子１３０は、１次光から２次光への変換に際して発熱する。光変換素子１３０で発生する熱は、蓄熱部材１４０に伝達される。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０から伝達された熱の一部を蓄熱し、一部を放熱部材１５０に伝達する。放熱部材１５０は、伝達された熱を光源装置１００の外部に放出する。蓄熱部材１４０に蓄えられる熱量を適切に設定することにより、光源装置１００の使用期間において放熱部材１５０の温度が許容温度以下に維持されるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、１次光源から１次光を射出し、この１次光を光ファイバで光変換部に導光し、この光変換部において１次光の特性を変換し、照明光として変換光を射出する光源装置が知られている。例えば特許文献１には、１次光としての励起光を射出する１次光源である励起光源と、光変換部としての蛍光体とを備えた光源装置に係る技術が開示されている。特許文献１に開示されている光源装置では、励起光源から射出された励起光は光ファイバで導光されて蛍光体に入射する。蛍光体は、導光された励起光を波長変換し、蛍光を放射する。この光源装置は、放射された蛍光と、励起光源から導光された励起光とを照明光として射出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２０３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような光源装置において、光変換部では光変換に伴って熱が発生する。光源装置を安定して動作させるためには、発生した熱を光変換部から除去する必要がある。この際、光源装置の表面温度が装置に応じて設定される許容温度を超えて高温とならないように、光変換部を適切に冷却する必要がある。
【０００５】
そこで本発明は、使用中の装置の表面温度を許容温度以下としながら光変換部を冷却する機構を有する光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の光源装置の一態様は、照明光を射出する光変換部と、前記光変換部で発生した熱を環境に放出する放熱部と、前記光変換部又は前記放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱を蓄える蓄熱部材を有するので、使用中の装置の表面温度を許容温度以下としながら光変換部を冷却することができる光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る光源装置の先端部の概略を説明するための図。
【図３】第１の実施形態に係る光源装置の光源装置の先端部の別の構成例の概略を説明するための図。
【図４】第１の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図。
【図５】第１の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図７】第２の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図であり、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材との構成を同様とした場合の図。
【図９】第２の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図であり、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材との構成を適切に設定した場合の図。
【図１０】第３の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図１１】第３の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図１２】第３の実施形態の第２の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［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の構成の概略を図１に示す。光源装置１００は、１次光源１１０と、光ファイバ１２０と、光変換素子１３０と、蓄熱部材１４０と、放熱部材１５０とを有する。
【００１０】
１次光源１１０は、１次光を射出する。１次光としては、後述の光変換素子１３０に応じて、種々の光を用いることができる。光ファイバ１２０は、１次光源１１０が射出した１次光を光変換素子１３０へ導く。すなわち、光ファイバ１２０は、１次光源１１０と光変換素子１３０とに接続する。
【００１１】
光変換素子１３０は、光ファイバ１２０によって導かれた１次光を受け、光源装置１００が射出する照明光としての２次光を射出する。光変換素子１３０は、例えば１次光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含んでもよい。また、光変換素子１３０は、例えば１次光がレーザ光であるときに、１次光の広がり角を広げて安全な２次光として射出する、光拡散機能を有した素子を含んでもよい。また、光変換素子１３０は、例えば１次光がレーザ光であるときに、このレーザ光を例えば位相変換して可干渉性を軽減しスペックルの発生を防ぐ機能を有した素子を含んでもよい。
【００１２】
蓄熱部材１４０は、蓄熱機能を有する。例えば、蓄熱部材１４０は、水や高比熱の金属等を用いた顕熱蓄熱材料を含んでいてもよい。また、蓄熱部材１４０は、相変化時の吸熱を用いた潜熱蓄熱材料を含んでもよい。特に、潜熱蓄熱材料をマイクロカプセル化した蓄熱カプセルなどを含んでいてもよい。蓄熱カプセルは、例えば脂肪族炭化水素化合物、アルコール、エステル、脂肪酸などの潜熱蓄熱材料を、例えば数μｍ径の樹脂皮膜内に内包させた構造を有する。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０と放熱部材１５０とに熱的に接続している。したがって、蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０が発生した熱の一部を蓄えて、一部の熱を放熱部材１５０に伝熱する。
【００１３】
放熱部材１５０は、熱を光源装置１００外の環境に放熱する部材である。光変換素子１３０で発熱した熱は、蓄熱部材１４０を介して放熱部材１５０に伝熱され、放熱部材１５０から放熱される。光源装置１００の外装等を放熱部材１５０として機能させてもよい。なお、図１において、放熱部材１５０から装置外へ向けた矢印は、放熱部材１５０から光源装置１００の外部へ放熱されていることを模式的に表している。
【００１４】
光変換素子１３０、蓄熱部材１４０及び放熱部材１５０が配置された光源装置１００の先端部の構造の例を図２に示す。図２（ａ）は光源装置１００の先端部の概略を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）はこの先端部の断面の概略を示す模式図である。本実施形態において光源装置１００の光変換素子１３０が配置されている先端部は、円筒形状をしている。光源装置１００では、外装が放熱部材１５０として機能する。したがって、放熱部材１５０は中空の円筒形状をしている。光変換素子１３０は、放熱部材１５０の端部の中心付近に配置されている。光変換素子１３０に接続する光ファイバ１２０は、放熱部材１５０の中心軸に沿って配置されている。本実施形態では、放熱部材１５０内の空間であり、光変換素子１３０及び光ファイバ１２０等の構造物以外の領域に、蓄熱部材１４０が充填されている。なお、図３に示すように、外装である放熱部材１５０の一部が光変換素子１３０と接するような構造でもよい。
【００１５】
本実施形態に係る光源装置１００の動作を説明する。例えば１次光源１１０は、レーザ光を射出するレーザ光源であるものとする。１次光源１１０は、１次光としてのレーザ光を射出する。射出されたレーザ光は、光ファイバ１２０に入射する。このレーザ光は、光ファイバ１２０内を進行し、光変換素子１３０に到達する。
【００１６】
例えば光変換素子１３０は、１次光としてのレーザ光を励起光として吸収し、蛍光を発する蛍光体を含んでいるものとする。この場合、光変換素子１３０は、光ファイバ１２０によって導かれたレーザ光を吸収し、励起光を放射する。すなわち、光変換素子１３０は、波長変換を行う。この波長変換された蛍光及び波長変換されなかった励起光は、光源装置１００の先端から照明光として射出される。
【００１７】
光変換素子１３０は、波長変換する際に熱を発生する。この光変換素子１３０から発生した熱は、蓄熱部材１４０に伝達される。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０から伝えられた熱の一部を蓄える。蓄熱部材１４０が水や高比熱の金属等の顕熱蓄熱材料を含んでいる場合、一部の熱は顕熱として顕熱蓄熱材料に蓄熱される。また、蓄熱部材１４０が蓄熱カプセルを含んでいる場合、一部の熱は潜熱として蓄熱カプセルに吸収される。蓄熱部材１４０に蓄えられなかった熱は、放熱部材１５０に伝達される。蓄熱部材１４０から熱を伝えられた放熱部材１５０は、その熱の一部を光源装置１００の外部へと放出する。
【００１８】
このように、例えば光変換素子１３０は、照明光を射出する光変換部として機能する。例えば放熱部材１５０は、光変換部で発生した熱を外部に放出する放熱部として機能する。例えば蓄熱部材１４０は、光変換部又は放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部として機能する。
【００１９】
本実施形態の効果を説明するため、時間経過に対する温度変化を示す図を図４に示す。この図において、実線は本実施形態に係る光源装置１００の先端部周面の温度変化、すなわち蓄熱部材１４０を有する場合の放熱部材１５０の温度変化を示す。一方、一点破線は比較例の場合の温度変化を示す。この比較例では、本実施形態と同様の構造を有しながら蓄熱部材を有さない場合、すなわち、本実施形態における蓄熱部材１４０の部分が例えば放熱部材１５０と同様の比熱の低い材料で充填されている場合の温度変化を示す。図４に示すように光源装置の表面温度は、本実施形態では蓄熱部材１４０が熱を吸収しながら放熱部材１５０に熱を伝達するので、蓄熱部材１４０がない比較例に比べてゆっくりと上昇する。
【００２０】
例えば、光源装置１００が損傷しないため、及び／又は光源装置１００を安全に使用するため、表面温度に許容限界を設ける必要が想定される。この許容温度を図４において、破線で示す。許容温度を超える前まで光源装置１００を使用できるとすると、この図を見て明らかなように、蓄熱部材１４０がある本実施形態の場合の動作可能時間は、蓄熱部材がない比較例の場合の動作可能時間よりも大幅に長くなる。蓄熱部材１４０の熱容量を、（発光素子の発熱量）×（光源装置の必要とする使用時間）を基準として決められる値よりも大きくすることで、必要とする使用時間、許容温度を超えずに光源装置１００を使用することができるようになる。
【００２１】
上記の許容温度を装置の各部の故障や劣化を引き起こさない温度や、ユーザに不快感等を与えない温度とすることで、装置の故障やユーザに不快感を与えることを防止することができる。なお、蓄熱部材１４０に潜熱蓄熱材量を用いる場合、潜熱蓄熱材料の蓄熱温度を、許容温度より低く設定することで、特に効果が得られる。
【００２２】
本実施形態では、蓄熱部材１４０を放熱部材１５０と光変換素子１３０との間に設置したが、光変換素子１３０から熱が伝達される部位であればどこに設置してもよい。また、放熱部材１５０に蓄熱部材１４０を組み込むようにしてもよい。また、比熱が比較的高い材料で放熱部材１５０を形成してもよい。また、放熱部材１５０を設けず、蓄熱部材１４０から光源装置１００の外部に放熱されるような構造としてもよい。何れの場合も上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
［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。本変形例の光源装置１０１の構成例を示す模式図を図５に示す。この図に示すように、本変形例に係る光源装置１０１は、第１の実施形態の光源装置１００に加えて伝熱部材１６０を有する。伝熱部材１６０は、熱伝導率が高い物質で形成されており、熱抵抗すなわち熱の伝えにくさが低い。伝熱部材１６０は、例えばグラファイトシートや、銅等の熱伝導率が高い金属を用いて形成される。また、伝熱部材１６０は、ヒートパイプを用いて形成されてもよい。
【００２４】
伝熱部材１６０は、光変換素子１３０と蓄熱部材１４０との間に挿入されている。図５に示す例では、光源装置１０１の先端側に光変換素子１３０が配置され、基端側に蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とが配置されている。光変換素子１３０と蓄熱部材１４０との間に伝熱部材１６０が配置されている。
【００２５】
本変形例において、光源装置１０１の先端部の光変換素子１３０で発生した熱は、伝熱部材１６０を伝わって、光源装置１０１の基端部の蓄熱部材１４０に伝えられる。蓄熱部材１４０に伝達された熱は、第１の実施形態の場合と同様に、その一部は蓄熱部材１４０に蓄熱され、一部の熱は放熱部材１５０に伝達されて放熱部材１５０から放熱される。
【００２６】
本変形例によれば、蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とを、光変換素子１３０から離れた位置に配置することができる。例えば狭い場所の照明のために用いられる光源装置では、照明光の射出部分の小型化が求められることがある。このような場合、本変形例によれば、小型化が求められる光変換素子１３０が配置された先端部から離れた位置に、比較的大きな蓄熱部材１４０や放熱部材１５０を配置することが可能となる。その結果、光源装置１０１の先端部の温度上昇をより抑制することができる。また、本変形例に係る光源装置１０１は、光源装置１０１の先端部において装置外に放熱することが困難な状況での使用にも効果を発揮する。
【００２７】
このように、例えば伝熱部材１６０は、光変換部で発生した熱を放熱部又は蓄熱部に伝達する伝熱部として機能する。なお、伝熱部材１６０を長くすることで、伝熱部材１６０からの放熱も有効に利用するようにしてもよい。すなわち、伝熱部材１６０を放熱部材１５０として機能させるようにしてもよい。また、本変形例では、蓄熱部材１４０を放熱部材１５０側に放熱部材１５０と接触させて配置しているが、蓄熱部材１４０を光変換素子１３０側に光変換素子１３０と接触させて配置させ、この蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とを伝熱部材１６０で熱的に接続するようにしてもよい。
【００２８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態の第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その説明を省略する。本実施形態に係る光源装置２００の構成例の概略を図６に示す。この図に示すように、本実施形態に係る光源装置２００は、蓄熱部材１４０と同様の構成を有し同様に機能する第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とを有する。また、光源装置２００は、放熱部材１５０と同様の構成を有し同様に機能する第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４とを有する。第１の蓄熱部材２４２と第１の放熱部材２５２とは接触し熱的に接続しており、それらは光変換素子１３０から離れて配置されている。同様に、第２の蓄熱部材２４４と第２の放熱部材２５４とは、接触し熱的に接続しており、それらは光変換素子１３０及び第１の蓄熱部材２４２と第１の放熱部材２５２とから離れて配置されている。ここで、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱能力、すなわち、光源装置２００の外部の雰囲気への熱コンダクタンス（熱の伝えやすさ）は同等である。
【００２９】
光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２とは、伝熱部材１６０と同様の構成を有し同様に機能する第１の伝熱部材２６２によって熱的に接続されている。同様に、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４とは、伝熱部材１６０と同様の構成を有し同様に機能する第２の伝熱部材２６４によって熱的に接続されている。
【００３０】
光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２との距離は、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４との距離と異なる。すなわち、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４とは、互いに長さが異なる。本実施形態では、第１の放熱部材２５２の方が第２の放熱部材２５４よりも光変換素子１３０の近くに配置されており、第１の伝熱部材２６２は第２の伝熱部材２６４よりも短い。したがって、仮に第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４とを、同じ材料を用いて同じ構造とした場合、第１の伝熱部材２６２の方が、熱コンダクタンスが高くなる。そこで本実施形態では、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との材料及び／又は構造を異なるものにし、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスを等しくしている。例えば、第２の伝熱部材２６４を第１の伝熱部材２６２よりも厚さを厚く及び／又は幅を広くすることで、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスが等しくなるように調整されている。また、第１の伝熱部材と第２の伝熱部材をどちらも同じ材質であるグラファイトシートとしてもよいし、互いに別の材質を用いてもよい。別の材料を用いることによっても、熱コンダクタンスの調整が可能である。
【００３１】
上記のように熱コンダクタンスを調整することにより、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４とに伝熱され放熱される熱量は互いに等しくなる。その結果、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度は等しくなる。
【００３２】
本実施形態のように、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４の複数の放熱部材を設けることで、光変換素子１３０で発生した熱を複数個所に分散させることができる。その結果、光源装置２００が局所的に高温となることを防ぐことができる。
【００３３】
本実施形態では第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱能力を同等としたが、放熱能力に差がある場合、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との熱コンダクタンスの逆数の比に比例するように、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスを設定することで、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との温度を等しくすることができる。また、本実施形態では、伝熱部材、蓄熱部材及び放熱部材が２つの場合を例に挙げて説明したが、３つ以上としてもよいことはもちろんである。
【００３４】
また、本実施形態では、光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２とは第１の伝熱部材２６２を介して熱的に接続されており、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４とは第２の伝熱部材２６４を介して熱的に接続されているものとしたが、第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とのうち何れか一方が、光変換素子１３０に熱的に直接接続するようにしてもよい。
【００３５】
［第２の実施形態の第１の変形例］
第２の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第２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。本変形例に係る光源装置２０１の構成の概略を図７に示す。この図に示すように、本変形例では、光源装置２０１には、第１の伝熱部材２６２及び第２の伝熱部材２６４の代わりに、１つの伝熱部材２６６が設けられている。
【００３６】
第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とは、伝熱部材２６６に熱的に接続されている。第１の蓄熱部材２４２には第１の放熱部材２５２が熱的に接続し、第２の蓄熱部材２４４には第２の放熱部材２５４が熱的に接続している。第１の放熱部材２５２及び第１の蓄熱部材２４２は、第２の放熱部材２５４及び第２の蓄熱部材２４４よりも光変換素子１３０の近くに設置されている。このため、光変換素子１３０から第１の蓄熱部材２４２までの熱抵抗は、光変換素子１３０から第２の蓄熱部材２４４までの熱抵抗よりも低くなる。
【００３７】
上記のことから、第１の蓄熱部材２４２及び第１の放熱部材２５２の構成と、第２の蓄熱部材２４４及び第２の放熱部材２５４の構成とを等しくすると、それらの温度変化は図８に示すようになる。図８において、一点破線は第１の放熱部材２５２の表面温度の時間変化を示し、実線は第２の放熱部材２５４の表面温度の時間変化を示す。この図に示すように、第１の放熱部材２５２の表面温度の方が第２の放熱部材２５４の表面温度よりも高くなる。すなわち、第１の放熱部材２５２の方が第２の放熱部材２５４よりも許容温度を下回る動作時間が短くなる。そこで本変形例では、第１の蓄熱部材２４２の熱容量を、第２の蓄熱部材２４４の熱容量よりも大きくすることで、図９に示す様に、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度を一定の期間においてほぼ等しくする。このようにすることで、光源装置２０１の動作可能時間を図８に示した場合よりも長くする。
【００３８】
本変形例によれば、第１の放熱部材２５２及び第２の放熱部材２５４の放熱効率と、伝熱部材２６６の熱コンダクタンスを可能な限り高めた状態で、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱効率に合わせて第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４との熱容量を設定し、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度を一致させることができる。したがって、光源装置２０１の表面が局所的高温となることなく、光変換素子１３０から発生した熱を装置の外部に放射することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態の第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その説明を省略する。本実施形態の光源装置３００は、光変換素子１３０が配置された先端部と、１次光源１１０が配置された基端部との間が湾曲する光源装置である。本実施形態に係る光源装置３００の構成の概略を図１０に示す。図１０において、１次光源１１０と光ファイバ１２０とは省略して図示していない。図１０（ａ）は光源装置３００が伸展した状態、図１０（ｂ）は光源装置３００が湾曲した状態を示す。
【００４０】
図１０に示すように、本実施形態に係る光源装置３００において、光変換素子１３０は、装置の先端側に配置され、蓄熱部材１４０及び放熱部材１５０は、光変換素子１３０から離れた位置に配置されている。光変換素子１３０と蓄熱部材１４０とは、伝熱部材３６０で熱的に接続されている。ここで、伝熱部材３６０は、例えばグラファイトシートで形成されている。伝熱部材３６０の一部は、らせん状（スプリング状）の形状を有し、伸縮可能となっている。すなわち、伝熱部材３６０の一部は湾曲可能となっている。
【００４１】
光源装置３００が湾曲する際、伝熱部材３６０に対しては、伸張又は収縮の力が印加される。ここで、伝熱部材３６０が螺旋状の形状を有し変形可能であることで、伝熱部材３６０の局所に応力が集中することを防止できる。その結果、本実施形態に係る光源装置３００は、伝熱部材３６０が破断することなく湾曲できる。
【００４２】
なお、伝熱部材３６０の形状は、らせん形状に限定されない。例えばジグザグ形状など、全体として伸縮可能な形状であればどのような形状でもよい。図１０を参照した説明では、光源装置３００が１方向に湾曲する場合を例として示したが、ねじれるように変形したり、２軸方向に湾曲したりできる構成についても同様である。
【００４３】
［第３の実施形態の第１の変形例］
第３の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第３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。本変形例に係る光源装置３０１の構成を示す模式図を図１１に示す。図１１（ａ）は光源装置３０１が伸展した状態、図１１（ｂ）は光源装置３０１が湾曲した状態を示す。本変形例では、蓄熱部材３４０はゲル状の物質を用いて形成されている。また、第３の実施形態の伝熱部材３６０に代えて、本実施形態では、線状又はリボン状の直線的な形状であり伸縮する機能を有していない伝熱部材３６１が設けられている。
【００４４】
本実施形態では、放熱部材１５０が光変換素子１３０と離れた基端側の位置に、光源装置３００の周面を取り囲むように配置されている。光変換素子１３０と接続した伝熱部材３６１は、放熱部材１５０が配置されている部位まで光源装置３０１内を挿通している。伝熱部材３６１と放熱部材１５０との間には、ゲル状の蓄熱部材３４０が充填されている。ゲル状の蓄熱部材３４０は、力が加わると変形する。
【００４５】
光源装置３０１が湾曲すると、伝熱部材３６１はその長手方向に力が加わる。このように湾曲によって伝熱部材３６１に力が印加された際に、ゲル状の蓄熱部材３４０は変形するので、図１１（ｂ）に示すように、伝熱部材３６１の位置はずれる。このように、ゲル状の蓄熱部材３４０が変形し、伝熱部材３６１の位置がずれることで、伝熱部材３６１の局所に応力が集中することを防止できる。したがって、伝熱部材３６１を破断させることなく、壊れにくい湾曲可能な光源装置３０１を構成することができる。
【００４６】
なお、蓄熱部材３４０は、ゲル状の蓄熱材料以外にも、水、空気、蓄熱カプセルを分散させたスラリー液等の流体を含み、伝熱部材３６１を機械的に固定せずに伝熱部材３６１と放熱部材１５０とを熱的に接続するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
［第３の実施形態の第２の変形例］
第３の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第３の実施形態の第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その説明を省略する。本変形例に係る光源装置３０２の構成の概略を図１２に示す。本変形例では、放熱部材１５０の内面に、蓄熱部材３４２が配置されており、この蓄熱部材３４２と伝熱部材３６１との間に、ゲル状伝熱部材３６２が配置されている。また、第３の実施形態の第１の変形例の場合と同様に、伝熱部材３６１は、線状又はリボン状の直線的な形状であり伸縮する機能を有していない。
【００４８】
本変形例によっても、光源装置３０２が湾曲し、伝熱部材３６１に力が印加された際、ゲル状伝熱部材３６２が変形し、伝熱部材３６１の局所に応力が集中することを防ぐことができる。したがって、本変形例によっても壊れにくい湾曲可能な光源装置３０２を構成することができる。このように、例えばゲル状伝熱部材３６２は、変形伝熱部材として機能する。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
１００…光源装置、１０１…光源装置、１１０…次光源、１２０…光ファイバ、１３０…光変換素子、１４０…蓄熱部材、１５０…放熱部材、１６０…伝熱部材、２００…光源装置、２０１…光源装置、２４２…第１の蓄熱部材、２４４…第２の蓄熱部材、２５２…第１の放熱部材、２５４…第２の放熱部材、２６２…第１の伝熱部材、２６４…第２の伝熱部材、２６６…伝熱部材、３００…光源装置、３０１…光源装置、３４０…蓄熱部材、３６０…伝熱部材、３６１…伝熱部材、３６２…ゲル状伝熱部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、１次光源から１次光を射出し、この１次光を光ファイバで光変換部に導光し、この光変換部において１次光の特性を変換し、照明光として変換光を射出する光源装置が知られている。例えば特許文献１には、１次光としての励起光を射出する１次光源である励起光源と、光変換部としての蛍光体とを備えた光源装置に係る技術が開示されている。特許文献１に開示されている光源装置では、励起光源から射出された励起光は光ファイバで導光されて蛍光体に入射する。蛍光体は、導光された励起光を波長変換し、蛍光を放射する。この光源装置は、放射された蛍光と、励起光源から導光された励起光とを照明光として射出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２０３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような光源装置において、光変換部では光変換に伴って熱が発生する。光源装置を安定して動作させるためには、発生した熱を光変換部から除去する必要がある。この際、光源装置の表面温度が装置に応じて設定される許容温度を超えて高温とならないように、光変換部を適切に冷却する必要がある。
【０００５】
そこで本発明は、使用中の装置の表面温度を許容温度以下としながら光変換部を冷却する機構を有する光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の光源装置の一態様は、照明光を射出する光変換部と、前記光変換部で発生した熱を環境に放出する放熱部と、前記光変換部又は前記放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱を蓄える蓄熱部材を有するので、使用中の装置の表面温度を許容温度以下としながら光変換部を冷却することができる光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る光源装置の先端部の概略を説明するための図。
【図３】第１の実施形態に係る光源装置の光源装置の先端部の別の構成例の概略を説明するための図。
【図４】第１の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図。
【図５】第１の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図７】第２の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図であり、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材との構成を同様とした場合の図。
【図９】第２の実施形態に係る光源装置に係る動作開始からの時間経過と放熱部材の表面温度との関係の概略を説明するための図であり、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材との構成を適切に設定した場合の図。
【図１０】第３の実施形態に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図１１】第３の実施形態の第１の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【図１２】第３の実施形態の第２の変形例に係る光源装置の構成の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［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の構成の概略を図１に示す。光源装置１００は、１次光源１１０と、光ファイバ１２０と、光変換素子１３０と、蓄熱部材１４０と、放熱部材１５０とを有する。
【００１０】
１次光源１１０は、１次光を射出する。１次光としては、後述の光変換素子１３０に応じて、種々の光を用いることができる。光ファイバ１２０は、１次光源１１０が射出した１次光を光変換素子１３０へ導く。すなわち、光ファイバ１２０は、１次光源１１０と光変換素子１３０とに接続する。
【００１１】
光変換素子１３０は、光ファイバ１２０によって導かれた１次光を受け、光源装置１００が射出する照明光としての２次光を射出する。光変換素子１３０は、例えば１次光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含んでもよい。また、光変換素子１３０は、例えば１次光がレーザ光であるときに、１次光の広がり角を広げて安全な２次光として射出する、光拡散機能を有した素子を含んでもよい。また、光変換素子１３０は、例えば１次光がレーザ光であるときに、このレーザ光を例えば位相変換して可干渉性を軽減しスペックルの発生を防ぐ機能を有した素子を含んでもよい。
【００１２】
蓄熱部材１４０は、蓄熱機能を有する。例えば、蓄熱部材１４０は、水や高比熱の金属等を用いた顕熱蓄熱材料を含んでいてもよい。また、蓄熱部材１４０は、相変化時の吸熱を用いた潜熱蓄熱材料を含んでもよい。特に、潜熱蓄熱材料をマイクロカプセル化した蓄熱カプセルなどを含んでいてもよい。蓄熱カプセルは、例えば脂肪族炭化水素化合物、アルコール、エステル、脂肪酸などの潜熱蓄熱材料を、例えば数μｍ径の樹脂皮膜内に内包させた構造を有する。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０と放熱部材１５０とに熱的に接続している。したがって、蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０が発生した熱の一部を蓄えて、一部の熱を放熱部材１５０に伝熱する。
【００１３】
放熱部材１５０は、熱を光源装置１００外の環境に放熱する部材である。光変換素子１３０で発熱した熱は、蓄熱部材１４０を介して放熱部材１５０に伝熱され、放熱部材１５０から放熱される。光源装置１００の外装等を放熱部材１５０として機能させてもよい。なお、図１において、放熱部材１５０から装置外へ向けた矢印は、放熱部材１５０から光源装置１００の外部へ放熱されていることを模式的に表している。
【００１４】
光変換素子１３０、蓄熱部材１４０及び放熱部材１５０が配置された光源装置１００の先端部の構造の例を図２に示す。図２（ａ）は光源装置１００の先端部の概略を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）はこの先端部の断面の概略を示す模式図である。本実施形態において光源装置１００の光変換素子１３０が配置されている先端部は、円筒形状をしている。光源装置１００では、外装が放熱部材１５０として機能する。したがって、放熱部材１５０は中空の円筒形状をしている。光変換素子１３０は、放熱部材１５０の端部の中心付近に配置されている。光変換素子１３０に接続する光ファイバ１２０は、放熱部材１５０の中心軸に沿って配置されている。本実施形態では、放熱部材１５０内の空間であり、光変換素子１３０及び光ファイバ１２０等の構造物以外の領域に、蓄熱部材１４０が充填されている。なお、図３に示すように、外装である放熱部材１５０の一部が光変換素子１３０と接するような構造でもよい。
【００１５】
本実施形態に係る光源装置１００の動作を説明する。例えば１次光源１１０は、レーザ光を射出するレーザ光源であるものとする。１次光源１１０は、１次光としてのレーザ光を射出する。射出されたレーザ光は、光ファイバ１２０に入射する。このレーザ光は、光ファイバ１２０内を進行し、光変換素子１３０に到達する。
【００１６】
例えば光変換素子１３０は、１次光としてのレーザ光を励起光として吸収し、蛍光を発する蛍光体を含んでいるものとする。この場合、光変換素子１３０は、光ファイバ１２０によって導かれたレーザ光を吸収し、励起光を放射する。すなわち、光変換素子１３０は、波長変換を行う。この波長変換された蛍光及び波長変換されなかった励起光は、光源装置１００の先端から照明光として射出される。
【００１７】
光変換素子１３０は、波長変換する際に熱を発生する。この光変換素子１３０から発生した熱は、蓄熱部材１４０に伝達される。蓄熱部材１４０は、光変換素子１３０から伝えられた熱の一部を蓄える。蓄熱部材１４０が水や高比熱の金属等の顕熱蓄熱材料を含んでいる場合、一部の熱は顕熱として顕熱蓄熱材料に蓄熱される。また、蓄熱部材１４０が蓄熱カプセルを含んでいる場合、一部の熱は潜熱として蓄熱カプセルに吸収される。蓄熱部材１４０に蓄えられなかった熱は、放熱部材１５０に伝達される。蓄熱部材１４０から熱を伝えられた放熱部材１５０は、その熱の一部を光源装置１００の外部へと放出する。
【００１８】
このように、例えば光変換素子１３０は、照明光を射出する光変換部として機能する。例えば放熱部材１５０は、光変換部で発生した熱を外部に放出する放熱部として機能する。例えば蓄熱部材１４０は、光変換部又は放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部として機能する。
【００１９】
本実施形態の効果を説明するため、時間経過に対する温度変化を示す図を図４に示す。この図において、実線は本実施形態に係る光源装置１００の先端部周面の温度変化、すなわち蓄熱部材１４０を有する場合の放熱部材１５０の温度変化を示す。一方、一点破線は比較例の場合の温度変化を示す。この比較例では、本実施形態と同様の構造を有しながら蓄熱部材を有さない場合、すなわち、本実施形態における蓄熱部材１４０の部分が例えば放熱部材１５０と同様の比熱の低い材料で充填されている場合の温度変化を示す。図４に示すように光源装置の表面温度は、本実施形態では蓄熱部材１４０が熱を吸収しながら放熱部材１５０に熱を伝達するので、蓄熱部材１４０がない比較例に比べてゆっくりと上昇する。
【００２０】
例えば、光源装置１００が損傷しないため、及び／又は光源装置１００を安全に使用するため、表面温度に許容限界を設ける必要が想定される。この許容温度を図４において、破線で示す。許容温度を超える前まで光源装置１００を使用できるとすると、この図を見て明らかなように、蓄熱部材１４０がある本実施形態の場合の動作可能時間は、蓄熱部材がない比較例の場合の動作可能時間よりも大幅に長くなる。蓄熱部材１４０の熱容量を、（発光素子の発熱量）×（光源装置の必要とする使用時間）を基準として決められる値よりも大きくすることで、必要とする使用時間、許容温度を超えずに光源装置１００を使用することができるようになる。
【００２１】
上記の許容温度を装置の各部の故障や劣化を引き起こさない温度や、ユーザに不快感等を与えない温度とすることで、装置の故障やユーザに不快感を与えることを防止することができる。なお、蓄熱部材１４０に潜熱蓄熱材量を用いる場合、潜熱蓄熱材料の蓄熱温度を、許容温度より低く設定することで、特に効果が得られる。
【００２２】
本実施形態では、蓄熱部材１４０を放熱部材１５０と光変換素子１３０との間に設置したが、光変換素子１３０から熱が伝達される部位であればどこに設置してもよい。また、放熱部材１５０に蓄熱部材１４０を組み込むようにしてもよい。また、比熱が比較的高い材料で放熱部材１５０を形成してもよい。また、放熱部材１５０を設けず、蓄熱部材１４０から光源装置１００の外部に放熱されるような構造としてもよい。何れの場合も上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
［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。本変形例の光源装置１０１の構成例を示す模式図を図５に示す。この図に示すように、本変形例に係る光源装置１０１は、第１の実施形態の光源装置１００に加えて伝熱部材１６０を有する。伝熱部材１６０は、熱伝導率が高い物質で形成されており、熱抵抗すなわち熱の伝えにくさが低い。伝熱部材１６０は、例えばグラファイトシートや、銅等の熱伝導率が高い金属を用いて形成される。また、伝熱部材１６０は、ヒートパイプを用いて形成されてもよい。
【００２４】
伝熱部材１６０は、光変換素子１３０と蓄熱部材１４０との間に挿入されている。図５に示す例では、光源装置１０１の先端側に光変換素子１３０が配置され、基端側に蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とが配置されている。光変換素子１３０と蓄熱部材１４０との間に伝熱部材１６０が配置されている。
【００２５】
本変形例において、光源装置１０１の先端部の光変換素子１３０で発生した熱は、伝熱部材１６０を伝わって、光源装置１０１の基端部の蓄熱部材１４０に伝えられる。蓄熱部材１４０に伝達された熱は、第１の実施形態の場合と同様に、その一部は蓄熱部材１４０に蓄熱され、一部の熱は放熱部材１５０に伝達されて放熱部材１５０から放熱される。
【００２６】
本変形例によれば、蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とを、光変換素子１３０から離れた位置に配置することができる。例えば狭い場所の照明のために用いられる光源装置では、照明光の射出部分の小型化が求められることがある。このような場合、本変形例によれば、小型化が求められる光変換素子１３０が配置された先端部から離れた位置に、比較的大きな蓄熱部材１４０や放熱部材１５０を配置することが可能となる。その結果、光源装置１０１の先端部の温度上昇をより抑制することができる。また、本変形例に係る光源装置１０１は、光源装置１０１の先端部において装置外に放熱することが困難な状況での使用にも効果を発揮する。
【００２７】
このように、例えば伝熱部材１６０は、光変換部で発生した熱を放熱部又は蓄熱部に伝達する伝熱部として機能する。なお、伝熱部材１６０を長くすることで、伝熱部材１６０からの放熱も有効に利用するようにしてもよい。すなわち、伝熱部材１６０を放熱部材１５０として機能させるようにしてもよい。また、本変形例では、蓄熱部材１４０を放熱部材１５０側に放熱部材１５０と接触させて配置しているが、蓄熱部材１４０を光変換素子１３０側に光変換素子１３０と接触させて配置させ、この蓄熱部材１４０と放熱部材１５０とを伝熱部材１６０で熱的に接続するようにしてもよい。
【００２８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態の第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その説明を省略する。本実施形態に係る光源装置２００の構成例の概略を図６に示す。この図に示すように、本実施形態に係る光源装置２００は、蓄熱部材１４０と同様の構成を有し同様に機能する第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とを有する。また、光源装置２００は、放熱部材１５０と同様の構成を有し同様に機能する第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４とを有する。第１の蓄熱部材２４２と第１の放熱部材２５２とは接触し熱的に接続しており、それらは光変換素子１３０から離れて配置されている。同様に、第２の蓄熱部材２４４と第２の放熱部材２５４とは、接触し熱的に接続しており、それらは光変換素子１３０及び第１の蓄熱部材２４２と第１の放熱部材２５２とから離れて配置されている。ここで、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱能力、すなわち、光源装置２００の外部の雰囲気への熱コンダクタンス（熱の伝えやすさ）は同等である。
【００２９】
光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２とは、伝熱部材１６０と同様の構成を有し同様に機能する第１の伝熱部材２６２によって熱的に接続されている。同様に、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４とは、伝熱部材１６０と同様の構成を有し同様に機能する第２の伝熱部材２６４によって熱的に接続されている。
【００３０】
光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２との距離は、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４との距離と異なる。すなわち、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４とは、互いに長さが異なる。本実施形態では、第１の放熱部材２５２の方が第２の放熱部材２５４よりも光変換素子１３０の近くに配置されており、第１の伝熱部材２６２は第２の伝熱部材２６４よりも短い。したがって、仮に第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４とを、同じ材料を用いて同じ構造とした場合、第１の伝熱部材２６２の方が、熱コンダクタンスが高くなる。そこで本実施形態では、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との材料及び／又は構造を異なるものにし、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスを等しくしている。例えば、第２の伝熱部材２６４を第１の伝熱部材２６２よりも厚さを厚く及び／又は幅を広くすることで、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスが等しくなるように調整されている。また、第１の伝熱部材と第２の伝熱部材をどちらも同じ材質であるグラファイトシートとしてもよいし、互いに別の材質を用いてもよい。別の材料を用いることによっても、熱コンダクタンスの調整が可能である。
【００３１】
上記のように熱コンダクタンスを調整することにより、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４とに伝熱され放熱される熱量は互いに等しくなる。その結果、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度は等しくなる。
【００３２】
本実施形態のように、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４の複数の放熱部材を設けることで、光変換素子１３０で発生した熱を複数個所に分散させることができる。その結果、光源装置２００が局所的に高温となることを防ぐことができる。
【００３３】
本実施形態では第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱能力を同等としたが、放熱能力に差がある場合、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との熱コンダクタンスの逆数の比に比例するように、第１の伝熱部材２６２と第２の伝熱部材２６４との熱コンダクタンスを設定することで、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との温度を等しくすることができる。また、本実施形態では、伝熱部材、蓄熱部材及び放熱部材が２つの場合を例に挙げて説明したが、３つ以上としてもよいことはもちろんである。
【００３４】
また、本実施形態では、光変換素子１３０と第１の蓄熱部材２４２とは第１の伝熱部材２６２を介して熱的に接続されており、光変換素子１３０と第２の蓄熱部材２４４とは第２の伝熱部材２６４を介して熱的に接続されているものとしたが、第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とのうち何れか一方が、光変換素子１３０に熱的に直接接続するようにしてもよい。
【００３５】
［第２の実施形態の第１の変形例］
第２の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第２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。本変形例に係る光源装置２０１の構成の概略を図７に示す。この図に示すように、本変形例では、光源装置２０１には、第１の伝熱部材２６２及び第２の伝熱部材２６４の代わりに、１つの伝熱部材２６６が設けられている。
【００３６】
第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４とは、伝熱部材２６６に熱的に接続されている。第１の蓄熱部材２４２には第１の放熱部材２５２が熱的に接続し、第２の蓄熱部材２４４には第２の放熱部材２５４が熱的に接続している。第１の放熱部材２５２及び第１の蓄熱部材２４２は、第２の放熱部材２５４及び第２の蓄熱部材２４４よりも光変換素子１３０の近くに設置されている。このため、光変換素子１３０から第１の蓄熱部材２４２までの熱抵抗は、光変換素子１３０から第２の蓄熱部材２４４までの熱抵抗よりも低くなる。
【００３７】
上記のことから、第１の蓄熱部材２４２及び第１の放熱部材２５２の構成と、第２の蓄熱部材２４４及び第２の放熱部材２５４の構成とを等しくすると、それらの温度変化は図８に示すようになる。図８において、一点破線は第１の放熱部材２５２の表面温度の時間変化を示し、実線は第２の放熱部材２５４の表面温度の時間変化を示す。この図に示すように、第１の放熱部材２５２の表面温度の方が第２の放熱部材２５４の表面温度よりも高くなる。すなわち、第１の放熱部材２５２の方が第２の放熱部材２５４よりも許容温度を下回る動作時間が短くなる。そこで本変形例では、第１の蓄熱部材２４２の熱容量を、第２の蓄熱部材２４４の熱容量よりも大きくすることで、図９に示す様に、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度を一定の期間においてほぼ等しくする。このようにすることで、光源装置２０１の動作可能時間を図８に示した場合よりも長くする。
【００３８】
本変形例によれば、第１の放熱部材２５２及び第２の放熱部材２５４の放熱効率と、伝熱部材２６６の熱コンダクタンスを可能な限り高めた状態で、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との放熱効率に合わせて第１の蓄熱部材２４２と第２の蓄熱部材２４４との熱容量を設定し、第１の放熱部材２５２と第２の放熱部材２５４との表面温度を一致させることができる。したがって、光源装置２０１の表面が局所的高温となることなく、光変換素子１３０から発生した熱を装置の外部に放射することができる。
【００３９】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態の第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その説明を省略する。本実施形態の光源装置３００は、光変換素子１３０が配置された先端部と、１次光源１１０が配置された基端部との間が湾曲する光源装置である。本実施形態に係る光源装置３００の構成の概略を図１０に示す。図１０において、１次光源１１０と光ファイバ１２０とは省略して図示していない。図１０（ａ）は光源装置３００が伸展した状態、図１０（ｂ）は光源装置３００が湾曲した状態を示す。
【００４０】
図１０に示すように、本実施形態に係る光源装置３００において、光変換素子１３０は、装置の先端側に配置され、蓄熱部材１４０及び放熱部材１５０は、光変換素子１３０から離れた位置に配置されている。光変換素子１３０と蓄熱部材１４０とは、伝熱部材３６０で熱的に接続されている。ここで、伝熱部材３６０は、例えばグラファイトシートで形成されている。伝熱部材３６０の一部は、らせん状（スプリング状）の形状を有し、伸縮可能となっている。すなわち、伝熱部材３６０の一部は湾曲可能となっている。
【００４１】
光源装置３００が湾曲する際、伝熱部材３６０に対しては、伸張又は収縮の力が印加される。ここで、伝熱部材３６０が螺旋状の形状を有し変形可能であることで、伝熱部材３６０の局所に応力が集中することを防止できる。その結果、本実施形態に係る光源装置３００は、伝熱部材３６０が破断することなく湾曲できる。
【００４２】
なお、伝熱部材３６０の形状は、らせん形状に限定されない。例えばジグザグ形状など、全体として伸縮可能な形状であればどのような形状でもよい。図１０を参照した説明では、光源装置３００が１方向に湾曲する場合を例として示したが、ねじれるように変形したり、２軸方向に湾曲したりできる構成についても同様である。
【００４３】
［第３の実施形態の第１の変形例］
第３の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第３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。本変形例に係る光源装置３０１の構成を示す模式図を図１１に示す。図１１（ａ）は光源装置３０１が伸展した状態、図１１（ｂ）は光源装置３０１が湾曲した状態を示す。本変形例では、蓄熱部材３４０はゲル状の物質を用いて形成されている。また、第３の実施形態の伝熱部材３６０に代えて、本実施形態では、線状又はリボン状の直線的な形状であり伸縮する機能を有していない伝熱部材３６１が設けられている。
【００４４】
本実施形態では、放熱部材１５０が光変換素子１３０と離れた基端側の位置に、光源装置３００の周面を取り囲むように配置されている。光変換素子１３０と接続した伝熱部材３６１は、放熱部材１５０が配置されている部位まで光源装置３０１内を挿通している。伝熱部材３６１と放熱部材１５０との間には、ゲル状の蓄熱部材３４０が充填されている。ゲル状の蓄熱部材３４０は、力が加わると変形する。
【００４５】
光源装置３０１が湾曲すると、伝熱部材３６１はその長手方向に力が加わる。このように湾曲によって伝熱部材３６１に力が印加された際に、ゲル状の蓄熱部材３４０は変形するので、図１１（ｂ）に示すように、伝熱部材３６１の位置はずれる。このように、ゲル状の蓄熱部材３４０が変形し、伝熱部材３６１の位置がずれることで、伝熱部材３６１の局所に応力が集中することを防止できる。したがって、伝熱部材３６１を破断させることなく、壊れにくい湾曲可能な光源装置３０１を構成することができる。
【００４６】
なお、蓄熱部材３４０は、ゲル状の蓄熱材料以外にも、水、空気、蓄熱カプセルを分散させたスラリー液等の流体を含み、伝熱部材３６１を機械的に固定せずに伝熱部材３６１と放熱部材１５０とを熱的に接続するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
［第３の実施形態の第２の変形例］
第３の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第３の実施形態の第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その説明を省略する。本変形例に係る光源装置３０２の構成の概略を図１２に示す。本変形例では、放熱部材１５０の内面に、蓄熱部材３４２が配置されており、この蓄熱部材３４２と伝熱部材３６１との間に、ゲル状伝熱部材３６２が配置されている。また、第３の実施形態の第１の変形例の場合と同様に、伝熱部材３６１は、線状又はリボン状の直線的な形状であり伸縮する機能を有していない。
【００４８】
本変形例によっても、光源装置３０２が湾曲し、伝熱部材３６１に力が印加された際、ゲル状伝熱部材３６２が変形し、伝熱部材３６１の局所に応力が集中することを防ぐことができる。したがって、本変形例によっても壊れにくい湾曲可能な光源装置３０２を構成することができる。このように、例えばゲル状伝熱部材３６２は、変形伝熱部材として機能する。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
１００…光源装置、１０１…光源装置、１１０…次光源、１２０…光ファイバ、１３０…光変換素子、１４０…蓄熱部材、１５０…放熱部材、１６０…伝熱部材、２００…光源装置、２０１…光源装置、２４２…第１の蓄熱部材、２４４…第２の蓄熱部材、２５２…第１の放熱部材、２５４…第２の放熱部材、２６２…第１の伝熱部材、２６４…第２の伝熱部材、２６６…伝熱部材、３００…光源装置、３０１…光源装置、３４０…蓄熱部材、３６０…伝熱部材、３６１…伝熱部材、３６２…ゲル状伝熱部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する光変換部と、
前記光変換部で発生した熱を環境に放出する放熱部と、
前記光変換部又は前記放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部と、
を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光変換部と前記放熱部とは離間して設けられており、
前記光変換部で発生した熱を前記放熱部又は前記蓄熱部に伝達する伝熱部をさらに具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記蓄熱部は潜熱蓄熱材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記蓄熱部は水を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記蓄熱部は前記放熱部として機能することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記放熱部は、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを有しており、
前記第１の放熱部材及び／又は前記第２の放熱部材は、前記伝熱部を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材の表面温度と前記第２の放熱部材の表面温度とが一致するように、前記第１の放熱部材、前記第２の放熱部材、前記伝熱部及び前記蓄熱部の熱特性が設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項７】
前記伝熱部は、第１の伝熱部材と第２の伝熱部材とを有し、
前記第１の放熱部材は前記第１の伝熱部材を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第２の放熱部材は前記第２の伝熱部材を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材に伝達される熱量と、前記第２の放熱部材に伝達される熱量との比が所定の値になるように、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との熱コンダクタンスが設定されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記放熱部は、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを有しており、
前記蓄熱部は、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材とを有しており、
前記第１の放熱部材は前記第１の蓄熱部材と熱的に接続されており、
前記第２の放熱部材は前記第２の蓄熱部材と熱的に接続されており、
前記第１の蓄熱部材及び／又は前記第２の蓄熱部材は、前記伝熱部を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材との放熱手段の放熱能力に応じて、前記光変換部を機能させてから前記第１の放熱部材の表面温度が所定の値になるまでの時間と、前記光変換部を機能させてから前記第２の放熱部材の表面温度が所定の値になるまでの時間とが等しくなるように、前記第１の蓄熱部材の熱容量と前記第２の蓄熱部材の熱容量とが設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記伝熱部は、前記放熱部として機能することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光変換部が位置する部分と前記放熱部が位置する部分との間で湾曲することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記湾曲したときに、前記伝熱部は、長さを変化させる又はねじれることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記伝熱部と前記放熱部とは、機械的に固定されておらず、流体によって熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記蓄熱部材は変形可能であり、前記伝熱部と前記放熱部とは変形する前記蓄熱部材によって熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１４】
変形可能な変形伝熱部材を更に具備し、
前記伝熱部と前記放熱部とは前記変形伝熱部材を介して熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１】
照明光を射出する光変換部と、
前記光変換部で発生した熱を環境に放出する放熱部と、
前記光変換部又は前記放熱部と熱的に接続し、熱を蓄える蓄熱部と、
を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光変換部と前記放熱部とは離間して設けられており、
前記光変換部で発生した熱を前記放熱部又は前記蓄熱部に伝達する伝熱部をさらに具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記蓄熱部は潜熱蓄熱材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記蓄熱部は水を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記蓄熱部は前記放熱部として機能することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記放熱部は、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを有しており、
前記第１の放熱部材及び／又は前記第２の放熱部材は、前記伝熱部を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材の表面温度と前記第２の放熱部材の表面温度とが一致するように、前記第１の放熱部材、前記第２の放熱部材、前記伝熱部及び前記蓄熱部の熱特性が設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項７】
前記伝熱部は、第１の伝熱部材と第２の伝熱部材とを有し、
前記第１の放熱部材は前記第１の伝熱部材を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第２の放熱部材は前記第２の伝熱部材を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材に伝達される熱量と、前記第２の放熱部材に伝達される熱量との比が所定の値になるように、前記第１の伝熱部材と前記第２の伝熱部材との熱コンダクタンスが設定されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記放熱部は、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを有しており、
前記蓄熱部は、第１の蓄熱部材と第２の蓄熱部材とを有しており、
前記第１の放熱部材は前記第１の蓄熱部材と熱的に接続されており、
前記第２の放熱部材は前記第２の蓄熱部材と熱的に接続されており、
前記第１の蓄熱部材及び／又は前記第２の蓄熱部材は、前記伝熱部を介して前記光変換部と熱的に接続されており、
前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材との放熱手段の放熱能力に応じて、前記光変換部を機能させてから前記第１の放熱部材の表面温度が所定の値になるまでの時間と、前記光変換部を機能させてから前記第２の放熱部材の表面温度が所定の値になるまでの時間とが等しくなるように、前記第１の蓄熱部材の熱容量と前記第２の蓄熱部材の熱容量とが設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項９】
前記伝熱部は、前記放熱部として機能することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光変換部が位置する部分と前記放熱部が位置する部分との間で湾曲することを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記湾曲したときに、前記伝熱部は、長さを変化させる又はねじれることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記伝熱部と前記放熱部とは、機械的に固定されておらず、流体によって熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記蓄熱部材は変形可能であり、前記伝熱部と前記放熱部とは変形する前記蓄熱部材によって熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１４】
変形可能な変形伝熱部材を更に具備し、
前記伝熱部と前記放熱部とは前記変形伝熱部材を介して熱的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９８１５０（Ｐ２０１３−９８１５０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３２０７（Ｐ２０１１−２４３２０７）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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