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技術 透光性部材、光学部材及び発光装置

出願人 日亜化学工業株式会社
発明者 五味正男
出願日 2015年4月28日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2015-092191
公開日 2016年12月15日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2016-213212
状態 特許登録済
技術分野 半導体レーザ レンズ以外の光学要素 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護
主要キーワード 気体封止 メタルパッケージ レーザビーム形状 レンズ形 ビーム形 無機部材 放熱構造体 フィルター効果
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月15日)のものです。
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図面 (13)

課題

小型で、かつ、光源に用いられるレーザ光経路において障害物にならない構成を有する透光性部材光学部材及び発光装置を提供する。

解決手段

透光性部材110は、半導体レーザ装置122からのレーザ光を通過させるレーザ光通路113と、レーザ光通路113を通過して波長変換部132でレーザ光を波長変換した光を入射する入射面111と、入射面111に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面112と、を備え、レーザ光通路113は溝又は孔からなり、波長変換部132からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる。

概要

背景

近年の灯具照明装置は、その光源として消費電力が少なく長寿命発光ダイオードを用いたものが多くなってきている。特殊用途においても、発光ダイオードでの高輝度街路灯高所室内灯など多くの照明装置の普及が急速に進んでいる。また、半導体レーザ装置を用いた照明装置も今後普及する可能性が出てきているのが現状である。

レーザ光を光源とした発光装置を照明装置として用いる場合、コヒーレントな光であるレーザ光を蛍光体等の波長変換部に当てて照明用の光に換える必要がある。ここで、レーザ光を当てた波長変換部から得られる光は、ランバーシアン配光となる。ランバーシアン配光の光を、照明用に適した鋭角鈍角などの所望の指向特性に制御する上で反射板レンズが必要とされている。従来、半導体レーザ装置を用いた照明装置では、反射板を使って配光制御を行うことが提案されている(特許文献1参照)。

概要

小型で、かつ、光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する透光性部材光学部材及び発光装置を提供する。透光性部材110は、半導体レーザ装置122からのレーザ光を通過させるレーザ光通路113と、レーザ光通路113を通過して波長変換部132でレーザ光を波長変換した光を入射する入射面111と、入射面111に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面112と、を備え、レーザ光通路113は溝又は孔からなり、波長変換部132からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる。

目的

そこで、半導体レーザ装置を用いた照明用途の発光装置においてもLED照明同様に透光性部材を使って配光制御を行うことが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

半導体レーザ装置からのレーザ光を通過させるレーザ光通路と、前記レーザ光通路を通過して波長変換部で前記レーザ光を波長変換した光を入射する入射面と、前記入射面に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面と、を備える透光性部材であって、前記レーザ光通路は溝又は孔からなり、前記波長変換部からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる透光性部材。

請求項2

前記透光性部材は、前記波長変換部から前記入射面へ入射した光を反射し前記出射面へ導く側面を備え、前記レーザ光通路の端部が前記側面に形成されている請求項1に記載の透光性部材。

請求項3

前記入射面は、前記波長変換部に対向する前記透光性部材の位置に凹部を形成して設けられてなる請求項1又は請求項2に記載の透光性部材。

請求項4

前記透光性部材は平凸レンズ状に形成され、凸レンズ面側に前記出射面が形成され、平面側に前記入射面が形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の透光性部材。

請求項5

前記レーザ光通路の端部が前記出射面に配置されている請求項4に記載の透光性部材。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の透光性部材と、前記透光性部材の入射面に対向して設置された前記波長変換部と、を備えた光学部材

請求項7

請求項6に記載の光学部材と、前記レーザ光通路から前記波長変換部にレーザ光を照射する位置に設置された半導体レーザ装置と、を備えた発光装置

請求項8

前記半導体レーザ装置からのレーザ光を反射して前記透光性部材の前記レーザ光通路に導く反射鏡を備える請求項7に記載の発光装置。

請求項9

前記半導体レーザ装置は、前記光軸方向にみて前記透光性部材の前記出射面よりも入射面側に位置する請求項8に記載の発光装置。

請求項10

前記透光性部材には複数の前記レーザ光通路が形成されており、複数の前記半導体レーザ装置と、前記複数のレーザ光通路にレーザ光をそれぞれ導く複数の反射鏡と、を備え、前記複数の反射鏡を介して前記複数の半導体レーザ装置からのレーザ光を前記波長変換部に照射する請求項7に記載の発光装置。

技術分野

0001

本開示は、透光性部材光学部材及び発光装置に関する。

背景技術

0002

近年の灯具照明装置は、その光源として消費電力が少なく長寿命発光ダイオードを用いたものが多くなってきている。特殊用途においても、発光ダイオードでの高輝度街路灯高所室内灯など多くの照明装置の普及が急速に進んでいる。また、半導体レーザ装置を用いた照明装置も今後普及する可能性が出てきているのが現状である。

0003

レーザ光を光源とした発光装置を照明装置として用いる場合、コヒーレントな光であるレーザ光を蛍光体等の波長変換部に当てて照明用の光に換える必要がある。ここで、レーザ光を当てた波長変換部から得られる光は、ランバーシアン配光となる。ランバーシアン配光の光を、照明用に適した鋭角鈍角などの所望の指向特性に制御する上で反射板レンズが必要とされている。従来、半導体レーザ装置を用いた照明装置では、反射板を使って配光制御を行うことが提案されている(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2012−084276号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1のように集光のために反射板を用いると装置が大型になる。一方で、光源として発光ダイオードを用いたLED照明では、レンズ等の透光性部材が配光制御に用いられている。このような透光性部材は、例えば発光ダイオードと一体成形で製造されるため、屈折面も加工し易いという利点がある。そこで、半導体レーザ装置を用いた照明用途の発光装置においてもLED照明同様に透光性部材を使って配光制御を行うことが望まれている。

0006

しかしながら、レーザ光の経路を確保するために、レンズ等のバルク状の透光性部材を波長変換部から離して配置すると、レーザ光を当てた波長変換部から得られる光を効率よく集めるために透光性部材を大型化せざるをえない。

0007

本開示は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、かつ、光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する透光性部材、光学部材及び発光装置を提供する。

課題を解決するための手段

0008

本開示の実施形態に係る透光性部材は、半導体レーザ装置からのレーザ光を通過させるレーザ光通路と、前記レーザ光通路を通過して波長変換部で前記レーザ光を波長変換した光を入射する入射面と、前記入射面に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面と、を備える透光性部材であって、前記レーザ光通路は溝又は孔からなり、前記波長変換部からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる。

0009

また、本開示の実施形態に係る光学部材は、前記透光性部材と、前記透光性部材の入射面に対向して設置された前記波長変換部と、を備える。

0010

また、本開示の実施形態に係る発光装置は、前記光学部材と、前記レーザ光通路から前記波長変換部にレーザ光を照射する位置に設置された半導体レーザ装置と、を備える。

発明の効果

0011

本開示の実施形態に係る透光性部材によれば、小型、かつ、発光装置の光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する。これにより、この透光性部材と波長変換部と、を備える光学部材も小型化される。そのため、この光学部材を用いて当該経路を介してレーザ光を照射された波長変換部からの拡散光を配光制御する小型の発光装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

第1実施形態に係る発光装置の概略を示す構成図である。
図1の発光装置の光源体部の概略を示す斜視図である。
図1の発光装置の受光部の概略を示す斜視図である。
第1実施形態に係る透光性部材の概略を示す斜視図である。
図4の透光性部材の一部断面を示す斜視図である。
図1の光学部材の概略を示す図であり、レーザ光で励起された光の光路の説明図である。
第2実施形態に係る発光装置の概略を示す構成図である。
第2実施形態に係る透光性部材の概略を示す斜視図である。
第3実施形態に係る発光装置の概略を示す図であり、光学部材と半導体レーザ装置を示す斜視図である。
第3実施形態に係る透光性部材の概略を示す斜視図である。
図10の透光性部材のレーザ光通路を含む断面図である。
図10の透光性部材をレーザ光通路の一端側から見た図である。

実施例

0013

実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本発明の技術思想具現化するための透光性部材、光学部材及び発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

0014

(第1実施形態)
図1に示すように、発光装置100は、ある筺体内に、透光性部材110と、光源体部120と、受光部130と、を備えている。
光源体部120は、筺体に固定され、主として半導体レーザ装置122と放熱構造体123とを組み合わせて構成されたレーザ光源である。光源体部120からのレーザ光Bの照射方向と、発光装置100の発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されている。また、受光部130は、筺体内で光源体部120から所定間隔を空けて設置されている。そして、受光部130は、蛍光体プレート131に透光性部材110が設けられている。光学部材101は、この透光性部材110と蛍光体プレート131とを備えている。

0015

以下、発光装置100の各構成について説明する。はじめに、光源体部120の構成の一例について図2を参照して詳細に説明する。ここでは、光源体部120は、基板121と、半導体レーザ装置122と、放熱構造体123と、を備えている。

0016

基板121は、半導体レーザ装置122を設置するためのベース部材である。基板121の材料は、特に限定されないが、例えば一般的なプリント基板で構成される。基板121は、目的や用途等に応じて、適切な形状(大きさ、長さ)とすることができる。

0017

基板121には、半導体レーザ装置122が設置され、一面側からレーザ光が出射されるように構成されている。基板121は、他面側に放熱構造体123がネジ等の所定の接続部材124により取り付けられている。

0018

基板121は、ここでは一辺に中央に向かう切欠部を有しており、この切欠部に半導体レーザ装置122を設置することにより、半導体レーザ装置122を基板121の中心に配置している。また、この切欠部には、半導体レーザ装置122への給電用コネクタ125が配置されている。コネクタ125は、切欠部側から引き出されるワイヤーハーネスによって外部電源電気的に接続される。

0019

半導体レーザ装置122は、透光性部材110のレーザ光通路113から波長変換部132にレーザ光を照射するものであり、一般的な半導体レーザ素子を備えている。半導体レーザ素子は、パッケージ化されており、アノードカソード等の複数のリード端子接続ピン)を備えている。複数のリード端子はコネクタ125に電気的に接続されている。

0020

パッケージの筺体やカバーの材料及び形状は、特に限定されるものではなく、従来公知のパッケージの筺体やカバーを用いることができる。例えば、耐光性耐熱性耐候性を考慮してメタルパッケージとするのが好ましい。また、その場合、半導体レーザ素子を封止するための樹脂は用いずに気体封止するのが好ましい。パッケージにおいて、発光部側には開口を設け、無機ガラス等の光劣化のしにくい部材によって開口を覆うように構成するのが好ましい。パッケージには、半導体レーザ素子の出力をモニタするためにフォトダイオードが配置されたものを用いてもよい。また、パッケージには、過大な電圧印加による素子破壊性能劣化から半導体レーザ素子を保護するためにツェナーダイオード等の保護素子が配置されたものを用いてもよい。なお、半導体レーザ素子が出射する光は、平行光ではなく、水平方向の広がり角垂直方向の広がり角とが異なっているため、レーザスポット楕円形状に広がる発散光となっている。

0021

半導体レーザ素子は、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色の発光素子としては、窒化物系半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y≦1)等を用いることができる。以下では、半導体レーザ素子は例えば青色光を出射するものとして説明する。青色半導体レーザ素子は、白色光源を提供することができる一例である。

0022

本実施形態では、半導体レーザ装置122は、その装置ユニットの中に、半導体レーザ素子と、その光軸上に配置されたコリメータレンズと、を備えることとした。ここで、コリメータレンズは、発散光を平行光にして取り出すための一般的な構成である。ここでは、半導体レーザ装置122から出射されるレーザ光Bは、平行光であるものとする。

0023

放熱構造体123は、一般的な冷却手段で構成することができる。放熱構造体123は、金属(例えば、銅、アルミニウム)、窒化アルミをはじめとするセラミックスカーボン等の熱伝導性が高い材料から構成されていることが好ましい。これにより、光源体部120の発熱を効率的に放熱することができる。

0024

図2に示すように、放熱構造体123は、一方の面が基板121に密着する平板部材と、この平板部材の他方の面に設けられた多数のフィンとを備えている。平板部材は、基板121よりも広い面積を有していることが好ましい。平板部材は、発光装置100の使用条件に応じて、材質、厚み、幅、長さ等が決められている。フィンは、発光装置100の使用条件に応じて、材質、径、長さ、個数設置間隔等が決められている。

0025

次に、図1の発光装置100の受光部130の構成の一例について図3を参照して詳細に説明する。受光部130は、光源体部120からのレーザ光Bを直接的に受光できる位置に設置されている。この受光部130は、蛍光体プレート131と、波長変換部132と、放熱構造体133と、を備えている。

0026

蛍光体プレート131は、波長変換部132を設置するためのベース部材である。この蛍光体プレート131の材料は、特に限定されないが、例えば一般的なプリント基板で構成される。蛍光体プレート131は、目的や用途等に応じて、適切な形状(大きさ、長さ)とすることができる。例えば、四角形長方形多角形円形、楕円形及びそれらを組み合わせた形状等が挙げられる。蛍光体プレート131の外形形状は、ここでは細長矩形であることとした。

0027

蛍光体プレート131は、一面側に、レーザ光を受光できるように波長変換部132が設置されている。また、蛍光体プレート131は、他面側に、放熱構造体133がネジ等の所定の接続部材136により取り付けられている。

0028

波長変換部132は、光源体部120からのレーザ光の一部を吸収して、それとは異なる波長の光を発することで、所望の色調の発光を得るものである。また、波長変換部132は、光源体部120からのレーザ光の一部を入射角に応じた方向に反射する。波長変換部132の一例としては、透明樹脂や無機部材などの透光性部材を母材とし、そこに波長変換材料である蛍光体を分散させたものが挙げられる。

0029

波長変換部132の蛍光体は、青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体を用いてもよい。黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム、アルミニウムおよびガーネットを混合したYAG系蛍光体を用いることができる。このようにすることで、半導体レーザ装置122から発光される青色光で、黄色発光の蛍光体を励起させることができる。波長変換部132は、一部波長変換された黄色光と、変換されない青色光とを混色し、補色の関係にある2色により白色光として放出する。つまり、波長変換部132で励起された蛍光と、反射光(半導体レーザ装置122の光)との混色光を放出する。
その他の蛍光体としては、例えば、用いる光源の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、セリウム賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)、βサイアロン蛍光体、KSF系蛍光体(K2SiF6:Mn)などが挙げられる。なかでも、耐熱性を有する蛍光体を用いることが好ましい。
これらの蛍光体を利用することにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光(例えば白色系)を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置などにすることもできる。
蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Si6-ZAlZOZN8-Z:Eu、Lu3Al5O12:Ce、BaMgAl10O17:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mn、(Zn,Cd)Zn:Cu、(Sr,Ca)10(PO4)6Cl2:Eu,Mn、(Sr,Ca)2Si5N8:Eu、CaAlSiBXN3+X:Eu、K2SiF6:Mn及びCaAlSiN3:Euなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性色再現性を調整することもできる。
蛍光体は、波長変換部において、組み合わせて用いてもよいし、積層構造としてもよい。

0030

波長変換部132の母材は、少なくとも光の一部を透過する部材である。透光性部材は、半導体レーザ装置122から出射された光の吸収率が低い材料が好ましい。具体的には、石英ガラス硼珪酸ガラス低融点ガラスシリコーン樹脂エポキシ樹脂等の透光性部材が挙げられる。

0031

波長変換部132の形状としては、図示した平板状の他、例えば円盤形状でもよいし、凸状や半球状に盛り上がった形状など任意の形状にすることができる。

0032

波長変換部132には、波長変換材料の他、粘度増量剤、光拡散物質顔料等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。光拡散物質として例えば、チタン酸バリウム酸化チタン酸化アルミニウム炭化珪素二酸化珪素重質炭酸カルシウム軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。同様に、半導体レーザ装置122からの不要な波長成分の光をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。

0033

放熱構造体133は、一般的な冷却手段で構成することができる。ここでは、図3に示すように、放熱構造体133は、一方の面が蛍光体プレート131に密着する平板部材と、この平板部材の他方の面に設けられた多数のフィンとを備えている。この放熱構造体133については、図2に示す放熱構造体123と同様なので、詳細な説明を省略する。

0034

次に、この発光装置100の透光性部材110の構成の一例について図4及び図5を参照(適宜図1図3参照)して詳細に説明する。図4は、図1に示す透光性部材110の入射面111を図4において上側に配置し、図1に示す出射面112を図4において下側に配置した状態の透光性部材110の概略を示す斜視図である。図5は、図4の透光性部材110をレーザ光通路113を通るように上下方向に切断した状態の断面を示す斜視図である。

0035

透光性部材110は、少なくとも光の一部を透過する材料で構成されている。この透光性部材110の材料は、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂材料ポリカーボネートアクリルなどの熱可塑性の樹脂材料、ポリエチレン等のポリマー材料を挙げることができる。あるいは、透光性部材110の材料としては、例えば石英合成石英、BK7等の光学ガラス等を挙げることができる。

0036

また、透光性部材110は、ここでは、コリメートレンズの機能を有することとした。よって、透光性部材110は、概ね円錐台の外形形状となり、上底面の側に入射面111を備え、下底面側に出射面112を備えている。また、透光性部材110は、側面114から入射面111に亘って、レーザ光通路113を備えている。このレーザ光通路113は、光源体部120(図1参照)からのレーザ光Bを波長変換部132に向かって通過させるものである。

0037

透光性部材110は、入射面111側を波長変換部132(図1参照)に向け、波長変換部132を覆うように蛍光体プレート131に設置されている。入射面111は、波長変換部132に対向する透光性部材110の位置に凹部115を形成して設けられてなる。この入射面111は、レーザ光通路113を通過して波長変換部132で波長変換された光を入射する面である。

0038

また、透光性部材110は、蛍光体プレート131に設置されたときに、レーザ光通路113が、半導体レーザ装置122からのレーザ光Bを通過させ波長変換部132(図1参照)に照射させる位置となるように配置されている。これにより、レーザ光はレーザ光通路113を介して波長変換部132に導かれ、波長変換される。レーザ光通路113は、波長変換部132からの光の光軸に対して傾斜するように形成されている。透光性部材110の光軸とレーザ光Bの照射方向とのなす角は、目的や用途等に応じて適宜設定される。

0039

さらに、レーザ光通路113は、ここでは、一例として透光性部材110を連通するように形成された溝からなる。つまり、透光性部材110は、その表面の一部が溝(レーザ光通路113)に沿って開口している。本実施形態では、レーザ光通路113の一方の端部118は側面114に配置されており、他方の端部119は凹部115に連通している。

0040

レーザ光通路113としての溝は、横断面に相当する断面視でその形状が、レーザ光のビーム径を通過させる大きさ形状にされている。レーザ光の断面ビーム形状(レーザスポット)が例えば楕円形ならば、溝の形状も断面ビーム形状に沿った楕円形とする。また、溝のサイズは、少なくともその中をビーム(レーザ光)が通過すればよく、さらに好ましくはビームが溝を形成する透光性部材10の表面に当たらないようにかつできる限り小さい形状にする。

0041

透光性部材110の凹部115は、光源体部120からのレーザ光Bを平行光として送り出すためのものである。透光性部材110に凹部115を設けたことにより、透光性部材110で波長変換部132を覆ったときに隙間が形成され、波長変換部132からの光が凹部115に設けた入射面111である内底面116及び内側面117に入射する。

0042

凹部115は、内底面116と、内側面117とを有している。これら内底面116及び内側面117は、透光性部材110の入射面111である。内底面116は、出射面112に対向して配置され、平面視で例えば円形である。

0043

この内底面116は、一例として、図5に示すように、凹部115の開口に向かって凸形状に形成されている。言い換えると、内底面116は、波長変換部132に向かって膨んで凸レンズの機能を備えるように形成されている。内底面116をこのような形状にすることにより、波長変換部132から内底面116に入射した光を略平行光とすることができる。これにより、出射面112は、入射面111に入射した光を集光して略平行光として出射する。

0044

また、凹部115の内側面117は、一例として、図5に示すように、凹部115の開口に向かって広がるように傾斜した形状であるものとした。内側面117は、透光性部材110で波長変換部132(図3参照)を覆ったときに波長変換部132から入射した光が屈折して側面114の界面で反射して出射面112へ導かれるように傾斜している。出射面112は、ここでは、平坦面に形成され、この出射面112は、平面視の形状が円形に形成されている。

0045

次に、透光性部材110を受光部130に固定する方法の一例について図6を参照して説明する。ここでは、透光性部材110は、蛍光体プレート131に設置された波長変換部132上でレーザ光Bが照射される所望の位置に、透光性部材110の光軸140を合わせるようにして受光部130に搭載される。この例では、透光性部材110は、受光部130上で柱状の複数の支持部150により支持されている。支持部150は、一端を、透光性部材110の出射面112の外縁側に当接して、他端を、放熱構造体133の上面に当接している。なお、透光性部材110と蛍光体プレート131とは当接していなくてもよい。そして、支持部150は、接着剤を介して透光性部材110及び放熱構造体133と接合されている。なお、透光性部材110と蛍光体プレート131とが接する接合部を接着剤で固着してもよい。

0046

次に、発光装置100による発光の光路について図6を参照(適宜図1及び図4参照)して説明する。発光装置100では、光源体部120からのレーザ光Bは、レーザ光通路113を通過するので、透光性部材110に遮断されることなく、蛍光体プレート131に設置された波長変換部132に照射される。レーザ光Bが波長変換部132に照射されることで、励起された蛍光と、波長変換部132で反射されたレーザ光とが混色することで色変換(波長変換)を行う。このとき波長変換部132から得られる光は、ランバーシアン配光となっている。この波長変換部132によって変換された光は、透光性部材110の入射面111に入射する。

0047

そして、色変換(波長変換)された光は、凹部115の内底面116(図4参照)に入射すると、内底面116で屈折し、出射面112で屈折して平行光として出射する。または、色変換(波長変換)された光は、凹部115の内側面117(図1参照)に入射すると、内側面117で屈折した後、側面114で反射し、出射面112で屈折して平行光として出射する。つまり、ランバーシアン配光の光を含む色変換(波長変換)された光は、透光性部材110によって、集光されて平行光となるように配光制御されて出射される。このように、透光性部材110は、波長変換部132からの拡散光を集光する機能を有している。なお、透光性部材110は、レーザ光通路113を通過するレーザ光が、波長変換部132からの光の光軸に対して傾斜する方向から照射されるように構成されている。

0048

以上説明したように、本実施形態に係る発光装置100では、配光制御に用いる透光性部材110にレーザ光通路113を設けたので、光源体部120からのレーザ光Bがレーザ光通路113を通過することができる。そのため、透光性部材110が障害になることなくレーザ光Bを蛍光体プレート131に設置された波長変換部132に当てることができる。ここで、透光性部材110は、波長変換部132から隙間を隔てて波長変換部132を覆うように配設されているので、透光性部材110にレーザ光通路113を設けたとしても、透光性部材110を小型化することができる。また、本実施形態では、レーザ光通路113は、レーザビーム形状に沿って形成された溝から成るため、配光制御する光への影響を最小限にすることができる。

0049

(第2実施形態)
次に第2実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図7を参照して説明する。第2実施形態に係る発光装置100Bは、レーザ光の照射方向と、発光装置の発光方向とが同じ向きになるように受光部130が配置され且つ複数の光源体部120を備えている。なお、第1実施形態の発光装置100と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

0050

図7に示すように、発光装置100Bは、ある筺体内に、透光性部材110Bと、複数の光源体部120と、受光部130と、複数の反射鏡160とを備えている。また、第2実施形態に係る光学部材101Bは、透光性部材110Bと蛍光体プレート131とを備えている。

0051

第2実施形態に係る透光性部材110Bは、図8に示すように、例えば2つのレーザ光通路113を備えている点が、図4の透光性部材110と相違している。ここでは、コリメートレンズからなる透光性部材110Bの側面において周方向に180度間隔で第1レーザ光通路113と第2レーザ光通路113とが形成されている。

0052

発光装置100Bは、第1レーザ光通路113と第2レーザ光通路113との配置にそれぞれ合わせて、例えば第1光源体部120と第2光源体部120とを備えている。第1光源体部120と第2光源体部120とは、レーザ光Bの照射方向が同じ向きとなるように並べて配置されている。ここで、2つの半導体レーザ装置122は、波長変換部132(図6参照)からの光の光軸方向に平行なレーザ光を照射するように位置している。また、その光軸方向にみて透光性部材110Bの出射面よりも入射面側に半導体レーザ装置122が位置している。つまり、半導体レーザ装置122は、ここでは、受光部130の放熱構造体133に接触しないように、透光性部材110Bの入射面111から離間して、光軸方向にみて入射面111の側に位置している。また、図7に示す例では、第1光源体部120と第2光源体部120とで2つの放熱構造体を共有するように接触させて発光装置100Bのサイズを小型化できるようにしている。

0053

発光装置100Bは、第1レーザ光通路113と第2レーザ光通路113との配置にそれぞれ合わせて、光路上に第1反射鏡160と第2反射鏡160とを備えている。
第1反射鏡160は、透光性部材110Bの近傍に配置され、且つ、第1光源体部120の半導体レーザ素子の光軸上で、第1光源体部120からのレーザ光Bを第1レーザ光通路113へ導くことができる角度に設定されている。

0054

同様に、第2反射鏡160は、透光性部材110Bの近傍に配置され、且つ、第2光源体部120の半導体レーザ素子の光軸上で、第2光源体部120からのレーザ光Bを第2レーザ光通路113へ導くことができる角度に設定されている。

0055

発光装置100Bでは、第1光源体部120からのレーザ光Bは、第1反射鏡160で反射し、第1レーザ光通路113を通過して蛍光体プレート131に設置された波長変換部132(図6参照)に照射される。
同様に、第2光源体部120からのレーザ光Bは、第2反射鏡160で反射し、第2レーザ光通路113を通過して蛍光体プレート131に設置された波長変換部132に照射される。このように発光装置100Bでは、配光制御に用いる透光性部材110Bに複数のレーザ光通路113を設けたので、発光出力を高めることができる。

0056

(第3実施形態)
次に第3実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図9乃至図12を参照して説明する。第3実施形態に係る発光装置100Cは、透光性部材が平凸レンズで形成されている。なお、第1実施形態の発光装置100と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。図9では、発光装置100Cの構成から放熱構造体を省略している。なお、発光装置100Cは、レーザ光Bの照射方向と、発光装置100Cの発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されていることとした。

0057

図9に示すように、発光装置100Cは、ある筺体内に、透光性部材110Cと、半導体レーザ装置122(光源体部120:図2参照)と、蛍光体プレート131(受光部130:図3参照)とを備えている。また、第3実施形態に係る光学部材101Cは、透光性部材110Cと蛍光体プレート131とを備えている。

0058

第3実施形態に係る透光性部材110Cは、図10及び図11に示すように、平凸レンズ状に形成され、凸レンズ面側に出射面112Cが形成され、平面側(底面170の側)に入射面111Cが形成されている。底面170は、中央に凹状に入射面111Cを形成し、その入射面111Cの周縁を円環状の平面に形成している。

0059

入射面111C及び出射面112Cは、波長変換部132(図9参照)からの光の光軸140Cの同じ方向(図11において上方)に向かって凸形状の屈折面であり、出射面112Cは入射面111Cよりも大きく形成されている。
透光性部材110Cは、図9に示すように、入射面111C側を波長変換部132に向け、波長変換部132を覆うように蛍光体プレート131に設置されている。この例では、透光性部材110Cは、その底面170(円環)において蛍光体プレート131の上面に接触する部位が、接着剤によって蛍光体プレート131に固着されている。

0060

入射面111Cは、波長変換部132に対向する透光性部材110の位置に凹部115を形成して設けられてなる。この凹部115Cは、波長変換部132を収容して、波長変換部132からの光を集光するためのものである。透光性部材110Cに凹部115Cを設けたことにより、透光性部材110Cで波長変換部132を覆ったときに隙間が形成され、光が屈折する媒体(空気)を介することとなる。

0061

図10に示すように、透光性部材110Cのレーザ光通路113Cは孔からなる。レーザ光通路113Cの一方の端部118Cは、出射面112Cの一部となる周面(側面)に配置されている。また、レーザ光通路113Cの他方の端部119Cは、凹部115Cに連通して形成されている。

0062

発光装置100Cは、光軸140C(図11参照)に対して傾斜した方向からレーザ光Bを透光性部材110Cを貫通するレーザ光通路113を介して波長変換部132(図9参照)に導く構成である。そのため、図12に示すように、ビーム形状200は、水平方向の広がり角が垂直方向の広がり角より大きい楕円形状とすることが好ましい。このようにした場合、水平方向の広がり角が垂直方向の広がり角より小さい楕円形状としたときと比べて、配光が良好となるからである。

0063

次に、発光装置100Cによる発光の光路について図9及び図11を参照して説明する。図9に示すように、発光装置100Cでは、半導体レーザ装置122からのレーザ光Bによって波長変換部132で励起された蛍光と、波長変換部132で反射されたレーザ光とが混色することで色変換(波長変換)を行う。この変換された光は、透光性部材110Cの入射面111Cに入射すると、入射面111Cで屈折し、平行光として出射面112Cから出射する。つまり、ランバーシアン配光の光を含む色変換(波長変換)された光は、透光性部材110Cによって、集光されて平行光となるように配光制御されて出射される。

0064

本実施形態に係る発光装置100Cでは、透光性部材110Cのレーザ光通路113Cは、図12に示すように、レーザ光Bのビーム形状200に沿って形成された孔から成るため、配光制御する光への影響を最小限にすることができる。

0065

なお、以上説明した第1乃至第3実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置についての種々の変形例を以下に列挙する。
図5に示す透光性部材110において、凹部115の内底面116は、凹部115の開口に向かって凸形状に形成されているものとしたが、これに限らず、内底面116は、その他の曲面や平坦面であってもよい。内底面116が例えば平坦面の場合であっても、その透光性部材110で波長変換部132(図1参照)を覆ったときに凹部115内の媒質(空気)の屈折率と、透光性部材110の屈折率との間に差があるので、波長変換部132から内底面116に入射した光を屈折させて配光を制御することができる。

0066

図5に示す透光性部材110において、出射面112は平坦面に形成されているものとしたが、これに限らず、出射面112は、凹部115の開口に向かって凸形状に形成されていてもよいし、凹形状、あるいは、その表面にシボ加工をして細かな凹凸を形成した形状であってもよい。このような形態の出射面112によれば、出射面112から出射する光を拡散したり、集光したりすることができる。

0067

図7に示す発光装置100Bでは、蛍光体プレート131において2つのレーザ光Bがそれぞれ照射される位置は、同じである形態を図示したが、異なっていてもよい。図示したように、2つのレーザ光Bがそれぞれ照射される位置が同じである場合、光源体部120が1個の場合のときと比べて、配光を変えることなく発光出力を高めることができる。
一方、蛍光体プレート131において2つのレーザ光Bがそれぞれ照射される位置が異なっている場合(一部重複を含む)、波長変換部132の発熱を分散できるので、発熱による波長変換部132の劣化を抑制しながら、光源体部120が1個の場合のときと比べて発光出力を高めることができる。

0068

図8に示す透光性部材110Bは、2つのレーザ光通路113を備えていることとしたが、本開示はこれに限られるものではなく、レーザ光通路113の個数は3個以上でも構わない。例えば、透光性部材110Bの側面において周方向に120度間隔で3個のレーザ光通路113を形成してもよい。この場合、その透光性部材110Bを用いた発光装置では、各レーザ光通路113の配置に合わせて、3個の光源体部120と3個の反射鏡160とを設ければよい。

0069

図1に示す発光装置100又は図9に示す100Cは、受光部130の向きを変えた上で、反射鏡160(図7参照)を追加することで、レーザ光Bの照射方向と、発光装置の発光方向とが同じ向きになるように変形することができる。つまり、本開示に係る発光装置は、透光性部材110又は透光性部材110Cと、受光部130と、1個の光源体部120と、1個の反射鏡160と、を備える形態であっても構わない。

0070

第1実施形態に係る透光性部材110及び第2実施形態に係る透光性部材110Bは、コリメートレンズからなり、第3実施形態に係る透光性部材110Cは、平凸レンズからなるものとして説明したが、本開示に係る透光性部材においてレンズ形状はこれらに限定されるものではない。例えばシリンドリカルレンズ凹レンズなど幅広いレンズに対して適用することができる。

0071

図2に示す半導体レーザ装置122から放出される光は、青色に限定されず、例えば紫外から可視光短波長側領域の光であってもよい。図3に示す波長変換部132には、複数種類の蛍光体が存在してもよい。黄色蛍光体を利用して、青色と黄色との混色により白色を得ることとしたが、黄色蛍光体の代わりに、赤色発光の蛍光体と緑色発光の蛍光体とを一緒に利用すれば、青色、赤色及び緑色の混色により、白色を得ることができる。

0072

図1に示す発光装置100において、ある筺体内で受光部130の向きが変えられるように構成してもよい。例えば、受光部130の放熱構造体133が軸C(図1参照)の周りで向きを可変できるように筺体内に設置すると共に、受光部130の向きを変えても半導体レーザ装置122からのレーザ光が透光性部材110に遮断されないようにレーザ光通路113の溝や孔の大きさを適切に設定すればよい。この場合、レーザ光の照射中に受光部130の向きを変えることで、発光で照らす方向を変化させることができるので、発光装置100が照明装置の用途に好適なものとなる。

0073

100,100B,100C発光装置
101,101B,101C光学部材
110,110B,110C透光性部材
111,111C入射面
112,112C出射面
113,113Cレーザ光通路
114 側面
115,115C 凹部
116 内底面
117 内側面
118,118C レーザ光通路の端部
119,119C レーザ光通路の端部
120光源体部
121基板
122半導体レーザ装置
123放熱構造体
124接続部材
125コネクタ
130受光部
131蛍光体プレート
132波長変換部
133 放熱構造体
136 接続部材
140,140C光軸
150 支持部
160反射鏡
170 底面

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