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課題・解決手段

装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくする。波長変換部材(7)と、光導入口(ENT)と、光取り出し口(EXT)と、光導入口(ENT)と対向する位置に配置され、光導入口(ENT)から導入されたレーザ光光路を変更するミラー(5)と、を備え、光導入口(ENT)とミラー(5)とを通る直線が、波長変換部材(7)と光取り出し口(EXT)との間に位置する。

概要

背景

近年、励起光源として半導体レーザ(LD;Laser Diode)等のレーザ素子を用い、レーザ素子から出射されたレーザ光を、蛍光体発光部などの波長変換部材照射することによって発生する蛍光照明光として用いる発光装置が提案されている。LDを用いた発光装置は、LED(Light Emitting Diode)を用いた発光装置に比べて、蛍光体発光部とLD部との分離が可能となるので、蛍光体発光部の小型化、低発熱というメリットがある。

以上のようなLDを用いた発光装置の一例が、特許文献1に開示されている。この発光装置は、LDの入射方向と蛍光体発光部からの発光方向が同一方向である、いわゆる反射型の発光装置であり、図9に示すように、LDと、LDから出射された青色光を受けて混色作用により白色光を出射する蛍光体と、蛍光体の後方から上方にかけて当該蛍光体を覆うように配設され、当該蛍光体から出射された光を装置の前方へ反射させる反射面を有するリフレクタと、該リフレクタで反射された光を外部へ投光する投影レンズと、を備えている。

概要

装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくする。波長変換部材(7)と、光導入口(ENT)と、光取り出し口(EXT)と、光導入口(ENT)と対向する位置に配置され、光導入口(ENT)から導入されたレーザ光の光路を変更するミラー(5)と、を備え、光導入口(ENT)とミラー(5)とを通る直線が、波長変換部材(7)と光取り出し口(EXT)との間に位置する。

目的

本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる発光装置などを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

少なくとも1つのレーザ素子から出射されたレーザ光を受けて波長変換された光を出射する波長変換部材と、上記レーザ光が導入される少なくとも1つの光導入口と、上記波長変換部材から出射される光を外部へ取り出すための光取り出し口と、上記光導入口と対向する位置に配置され、上記光導入口から導入されたレーザ光の光路を上記波長変換部材に向けて変更する少なくとも1つの光路変更部材と、を備え、上記光導入口と上記光路変更部材とを通る直線が、上記波長変換部材と上記光取り出し口との間に位置することを特徴とする発光装置

請求項2

上記直線は、上記波長変換部材の光出射側の面における何れかの位置に立てた垂線と交わることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。

請求項3

上記直線は、上記波長変換部材の光出射側の面に対して略平行であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。

請求項4

上記光取り出し口の近傍に設置され、上記波長変換部材から出射される光を外部へ投影する投影レンズを備えることを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の発光装置。

請求項5

上記レーザ素子、上記光導入口および上記光路変更部材を、それぞれ複数備えていることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の発光装置。

請求項6

上記光導入口および上記光取り出し口を備え、上記波長変換部材を覆うカバー部材を備え、上記複数の上記光導入口は、共に、上記カバー部材の同一面に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の発光装置。

請求項7

請求項1から6までの何れか1項に記載の発光装置を制御する制御システムであって、上記光路変更部材の上記光導入口が存在する側と反対側に配置され、上記光路変更部材を透過した光を検知する検知部と、上記検知部が検知した光の光量に応じて、上記レーザ素子から出射されるレーザ光の光量を調整する光源制御部と、を備えていることを特徴とする制御システム。

請求項8

請求項1から6までの何れか1項に記載の発光装置を制御する制御システムであって、上記光路変更部材によって光路が変更されたレーザ光の上記波長変換部材の光出射側の面に対する入射位置を変更するように、上記光路変更部材を駆動する駆動部と、上記駆動部の動作を制御する駆動部制御部と、を備えていることを特徴とする制御システム。

技術分野

0001

本発明は、レーザ光を受けて波長変換された光を出射する波長変換部材を備えた発光装置および当該発光装置を制御する制御システムに関する。

背景技術

0002

近年、励起光源として半導体レーザ(LD;Laser Diode)等のレーザ素子を用い、レーザ素子から出射されたレーザ光を、蛍光体発光部などの波長変換部材に照射することによって発生する蛍光照明光として用いる発光装置が提案されている。LDを用いた発光装置は、LED(Light Emitting Diode)を用いた発光装置に比べて、蛍光体発光部とLD部との分離が可能となるので、蛍光体発光部の小型化、低発熱というメリットがある。

0003

以上のようなLDを用いた発光装置の一例が、特許文献1に開示されている。この発光装置は、LDの入射方向と蛍光体発光部からの発光方向が同一方向である、いわゆる反射型の発光装置であり、図9に示すように、LDと、LDから出射された青色光を受けて混色作用により白色光を出射する蛍光体と、蛍光体の後方から上方にかけて当該蛍光体を覆うように配設され、当該蛍光体から出射された光を装置の前方へ反射させる反射面を有するリフレクタと、該リフレクタで反射された光を外部へ投光する投影レンズと、を備えている。

先行技術

0004

日本国公開特許公報「特開2012−164585号公報(2012年8月30日公開)」

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術には以下のような問題点がある。例えば、上記特許文献1に開示された発光装置では、投影レンズが存在する光取り出し側と蛍光体が存在する発光側との間の距離が大きい構造のため、装置の小型化に限界があるという問題点がある。

0006

また、上記のように光取り出し側と発光側との間の距離が大きい構造であると、光取り出し側から装置の外部へ取り出される光量の損失が大きくなってしまうという問題点もある。

0007

本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる発光装置などを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、少なくとも1つのレーザ素子から出射されたレーザ光を受けて波長変換された光を出射する波長変換部材と、上記レーザ光が導入される少なくとも1つの光導入口と、上記波長変換部材から出射される光を外部へ取り出すための光取り出し口と、上記光導入口と対向する位置に配置され、上記光導入口から導入されたレーザ光の光路を上記波長変換部材に向けて変更する少なくとも1つの光路変更部材と、を備え、上記光導入口と上記光路変更部材とを通る直線が、上記波長変換部材と上記光取り出し口との間に位置することを特徴としている。

発明の効果

0009

本発明の一態様によれば、装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0010

(a)は、本発明の実施形態1に係る発光装置の構造を示す側面図であり、(b)は、上記発光装置の変形例の構造を示す側面図である。
(a)は、上記発光装置を光取り出し口の側から見たときの構造を示す上面図であり、(b)は、比較例Aの発光装置の上面図である。
(a)は、上記実施形態1に係る発光装置の構造を示す側面図であり、(b)は、比較例Bの発光装置の構造を示す側面図であり、(c)は、比較例Cの発光装置の構造を示す側面図である。
(a)は、本発明の実施形態2に係る発光装置の構造を示す側面図であり、(b)は、上記発光装置の変形例の構造を示す側面図である。
本発明の実施形態3に係る発光装置の構造を示す上面図である。
(a)は、本発明の実施形態4に係る発光装置の構造を示す上面図であり、(b)は、(a)に示す発光装置のA‐A’断面の断面図であり、(c)は、(a)に示す発光装置のB‐B’断面の断面図である。
本発明の実施形態5に係る制御システムの構造を示す側面図である。
本発明の実施形態6に係る制御システムの構造を示す側面図である。
従来の反射型の発光装置の構造を示す側面図である。

実施例

0011

本発明の実施の形態について、図1図8に基づいて説明すれば以下の通りである。以下の特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

0012

〔実施形態1〕
まず、図1の(a)を参照して、本発明の実施形態1に係る発光装置100aについて説明する。図1の(a)は、発光装置100aの構造を示す側面図である。同図に示すように、発光装置100aは、レーザ素子1、光ファイバ2、ヒートシンク11および放熱フィン12からなるLD部と、それ以外の発光部10とからなる。また、発光部10は、主として波長変換部材7が設置されるベースプレート9とカバー部材8とを備えている。より詳細には、発光部10は、集光レンズ3a、レンズ支持部材4、ミラー(光路変更部材)5、ミラー支持部材6、波長変換部材7、カバー部材8、およびベースプレート9を備える。

0013

(レーザ素子1)
レーザ素子1は、レーザ光(励起光)を出射する励起光源として機能する素子である。本実施形態では、レーザ素子1としてLD(Laser Diode)を例にとって説明するが、これに限定されず、レーザ光を出射する素子であれば、どのような素子であっても良い。レーザ素子1は、1チップに1つの発光点を有するものであってもよく、1チップに複数の発光点を有するものであっても良い。また、レーザ素子1は複数個のLDからなるLDモジュールであっても良い。レーザ素子1は電極端子(不図示)を備え、当該電極端子には配線(不図示)が接続されている。配線および電極端子を介して、電力がレーザ素子1に供給される。

0014

レーザ素子1は、例えば直径5.6mmの金属パッケージ実装され、1個あたりの出力は1Wで、波長445nmのレーザ光L1を発振する。なお、発振波長はこれに限定されず、レーザ素子1は、440nm以上490nm以下の波長範囲ピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光を発振してもよい。波長405nm付近青紫色近傍のレーザ光でもよい。上記発振波長は、波長変換部材7に含める蛍光体の種類等に応じて適宜選択すれば良い。また、レーザ素子1は、光ファイバ2によって、発光部10と光学的に結合されており、これにより、レーザ素子1は、発光部10から分離された構造を為している。このため、発光部10の小型化、低発熱というメリットがある。なお、レーザ素子1は直径9mmの金属パッケージなど種々の形態のものを用いることができる。

0015

(光ファイバ2)
光ファイバ2は、レーザ素子1から出射されたレーザ光L1を後述するカバー部材8の光導入口ENTへと導く導光部材である。この光ファイバ2は、レーザ素子1から出射されたレーザ光L1を受け取る入射端部2aと、入射端部2aから入射したレーザ光L1を出射する出射端部2bとを有する。光ファイバ2の入射端部2aは、レーザ素子1のレーザ光出射部(上述した発光点の近傍)に接続され、光ファイバ2の出射端部2bは、カバー部材8の光導入口ENTに接続されている。レーザ光出射部と光ファイバ2の間に光学的結合を行いやすくするためにレンズなどの光学部材があってもよい。

0016

また、光ファイバ2は、中芯コアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った2層構造をしている。コアは、レーザ光L1の吸収損失がほとんどない石英ガラス酸化ケイ素)を主成分とするものである。クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバ2は、コアの一辺が200μm、クラッドの径が800μm、開口数NAが0.1の石英製の、いわゆる矩形コア型の光ファイバである。光ファイバ2の構造、太さおよび材質は上述したものに限定されず、コアの光ファイバ2の長軸方向に対して垂直な断面が矩形であっても、円形であっても良い。光ファイバ2以外にもロットレンズなど種々の導光部材を用いることができる。なお、光ファイバ2などの導光部材を用いずに直接集光レンズ3aにレーザ光L1を入射させても構わない。

0017

(集光レンズ3a)
レーザ光L1をミラー5に効率良く照射させるために、本実施形態のように、集光レンズ3aを有していることが好ましい。集光レンズ3aは、光導入口ENTから入射したレーザ光L1のビーム径を調整(例えば、縮小)するものである。本実施形態の集光レンズ3aは、ベースプレート9上において、カバー部材8の光導入口ENTと、後述するミラー5(または波長変換部材7)との間に配置されている。集光レンズ3aとしては、例えば、直径2mmの非球面凸レンズが用いられる。集光レンズ3aは、光ファイバ2の出射端部2bから出射されたレーザ光L1をレンズ入射面で受け、レンズ入射面で受けたレーザ光L1のビーム径および光路を制御する。そして、当該制御されたレーザ光L1を収束光として、レンズ出射面からミラー5へと出射する。

0018

また、光ファイバ2の出射端部2bと波長変換部材7とが光学的共役関係になるように集光レンズ3aおよびミラー5を設置することにより、光ファイバ2の出射端部2bにおけるレーザ光L1の分布である近視野像が、波長変換部材7上に結像されるようにすることができる。すなわち、上記近視野像は、集光レンズ3aおよびミラー5により、波長変換部材7上に結像される。

0019

(レンズ支持部材4)
レンズ支持部材4は、レーザ光L1がミラー5で反射した反射光L1’が波長変換部材7の所望の位置に適切に照射されるように調整された位置で、集光レンズ3aを支持するものであり、集光レンズ3aの位置を規定するために、ベースプレート9の表面上に配置されている。また、レンズ支持部材4は、少なくとも、光ファイバ2の出射端部2bの光軸と、集光レンズ3aの光軸とが略一致するように、集光レンズ3aを支持する。上記所望の位置は、ミラー5で反射したレーザ光L1’が、波長変換部材7の受光面(または、蛍光を出射する光出射面)に照射されるように規定された位置である。すなわち、ミラー5で反射したレーザ光L1’が、波長変換部材7の受光面に照射されるように、ベースプレート9の表面上において、光ファイバ2の出射端部2b、集光レンズ3a、ミラー5および波長変換部材7の位置が規定される。レンズ支持部材4を可動させて光学調整を行えるようにする機構を備えていても良い。また、集光レンズ3aが他の手段によって固定される場合はレンズ支持部材4を省略することができる。

0020

(ミラー5)
ミラー5は、光導入口ENTから導入され集光レンズ3aを透過するレーザ光L1の光路を波長変換部材7に向けて変更する部材であり、レーザ光L1はミラー5の反射面で反射されて反射光L1’となる。ミラー5は、カバー部材8の内部において、集光レンズ3aの光軸がミラー5の反射面(の実質的な中心部)を通るように光導入口ENTと対向する位置に配置されている。なお、ミラー5は波長変換部材7からの発光を妨げないように配置されることが好ましい。また、ミラー5の反射面の向きは、ミラー5で反射した反射光L1’が波長変換部材7の所望の位置に適切に照射されるように調整される。

0021

(ミラー支持部材6)
ミラー支持部材6は、ミラー5で反射した反射光L1’が波長変換部材7の所望の位置に適切に照射されるように調整される位置で、ミラー5を支持するものであり、ミラー5の位置を規定するために、後述するカバー部材8の光導入口ENTが存在する内面に対向する内面の表面上に配置されている。上記所望の位置は、ミラー5で反射したレーザ光L1’が、波長変換部材7の受光面(または、蛍光を出射する光出射面)に照射されるように規定された位置である。すなわち、ミラー5で反射したレーザ光L1’が、波長変換部材7の受光面に照射されるように、カバー部材8の内部において、光ファイバ2の出射端部2b、集光レンズ3a、ミラー5および波長変換部材7の位置が規定される。ミラー支持部材6を可動させて光学調整を行えるようにする機構を備えていても良い。

0022

(波長変換部材7)
波長変換部材7は、レーザ素子1から出射されたレーザ光L1(反射光L1’)を受けて波長変換された光を出射するものであり、反射光L1’によって励起され蛍光L4を発する蛍光体(蛍光体粒子)を含んでいる。例えば、波長変換部材7は、封止材の内部に蛍光体が分散されているもの、または蛍光体を固めたもの等である。

0023

本実施形態では、波長変換部材7の蛍光体として、例えば、セラミック状YAG蛍光体を用いているが、これに限定されない。蛍光体の種類は、レーザ光L1の波長とともに選択されればよい。ここでは蛍光L4とレーザ光L1の散乱光が混色されて白色の照明光となる。

0024

波長変換部材7の封止材は、例えば、ガラス材無機ガラス有機無機ハイブリッドガラス)、シリコーン樹脂等の樹脂材料である。ガラス材として低融点ガラスを用いても良い。封止材は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光L1が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。

0025

(カバー部材8)
カバー部材8は、レーザ光L1が導入される光導入口ENT、および波長変換部材7から出射される蛍光L4を外部へ取り出すための光取り出し口EXTを備え、波長変換部材7の蛍光L4の光出射側および側面側の少なくとも一部を覆うものである。

0026

なお、カバー部材8は、以上のように単に波長変換部材7を覆うものに限定されず、発光装置100aが備える各構成を格納する筐体の一部であっても良い。

0027

カバー部材8は、レーザ光の外部への漏洩防止、波長変換部材7の保護などの機能を有する。光ファイバ2の出射端部2bの先端は、光導入口ENTの近傍に取り付けられている。光導入口ENTは、カバー部材8の一つの側面に設けられており、光取り出し口EXTは、カバー部材8の上面に設けられている。カバー部材8の底面側には、ベースプレート9が設けられている。カバー部材8の上面における光取り出し口EXTの形成位置、および光取り出し口EXTのサイズは、波長変換部材7から出射される蛍光L4の配光に応じて、適切な位置、および適切なサイズに設定されている。なお、光導入口ENTは必ずしも穴状(空洞を有する)とは限らず、光ファイバ2との接続(結合)部があれば良い。例えばSMA(Sub Miniature Type A)コネクタなどの形態を取ることができる。また、光取り出し口EXTも光導入口ENTと同様必ずしも空洞であるとは限らず、窓ガラスなどを設けることもできる。

0028

また、本実施形態では、光導入口ENT(の実質的な中心部)とミラー5(の反射面の実質的な中心部)とを通る直線(または光導入口ENTからミラー5に至る光路)が、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間に位置している。すなわち、光導入口ENT(の実質的な中心部)とミラー5(の実質的な中心部)とを結ぶ仮想的な直線が、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間に位置する(間の空間を横切る)ように、光導入口ENT、ミラー5、波長変換部材7、および光取り出し口EXTが配置されている。この結果、集光レンズ3aを通過したレーザ光L1は波長変換部材7から出射される蛍光L4と交差することになる。なお、カバー部材8は図1などに示すようにベースプレート9上に設けられている必要はなく、前述したレーザ光の外部への漏洩防止、波長変換部材7の保護などの機能を有していれば種々の形態を採ることができる。光導入口ENTと光取り出し口EXTについても、図1などに示すようにカバー部材8に付随する形態で設けられている必要はない。集光レンズ3aへ入射するレーザ光L1が空間に出射される位置が機能的に光導入口ENTであり、蛍光L4が発光部10より外側の空間へ出射される箇所が機能的に光取り出し口EXTである。

0029

(ベースプレート9)
ベースプレート9は、集光レンズ3a(集光レンズ3aを支持するレンズ支持部材4)、および波長変換部材7が配置される板状の支持部材基板)である。ベースプレート9は、例えば、金属(アルミニウムステンレス、銅または鉄)等の熱伝導性の高い材料からなる金属製支持部材である。このベースプレート9は、波長変換部材7を載置する面(載置面)を有しており、波長変換部材7はこの載置面に当接した状態で載置される。そのため、ベースプレート9は、波長変換部材7の発熱を効率的に伝導して放熱することができる。なお、ベースプレート9は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質セラミックス等)を含む部材でも良い。

0030

また、図示はしないが、ベースプレート9は放熱フィンを備えていても良い。この放熱フィンは、ベースプレート9を冷却する冷却部として機能する。放熱フィンは、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高める。ベースプレート9を冷却する冷却部は、冷却(放熱)機能を有するものであればよく、例えば、放熱フィンの代わりに、ペルチェ素子などの冷却機構取付けることもできる。

0031

(ヒートシンク11、放熱フィン12)
次に、レーザ素子1は、ヒートシンク11と接続されている。ヒートシンク11は、レーザ素子1で発生した熱を、放熱フィン12等を介して放熱する。このため、ヒートシンク11には、熱伝導率の高いアルミニウム等の金属材料を用いることが好ましい。

0032

また、放熱フィン12は、ヒートシンク11に設けられており、ヒートシンク11の熱を空気中に放熱させる放熱機構として機能する。放熱フィン12は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。なお、放熱フィン12には、ヒートシンク11と同様に、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。

0033

(発光装置100aの効果)
上述した発光装置100aによれば、光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とすることで、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、発光装置100aを小型化することが可能になる。また、以上のように光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とし、かつ波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、光取り出し口EXTから外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。これにより、発光装置100aの外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0034

以上により、発光装置100aの小型化を可能とし、発光装置100aの外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0035

〔変形例〕
次に、図1の(b)に基づき、変形例の発光装置100bの構造について説明する。本変形例の発光装置100bは、集光レンズ3bを光導入口ENTの近傍において、光ファイバ2の出射端部2bと共に設けている点で、上述した発光装置100aと異なっている。発光装置100bによれば、光導入口ENTとミラー5(または波長変換部材7)との間に他の光学部品等が存在しない空間が形成されるため、光導入口ENTとミラー5との間の距離をより小さくすることができる。

0036

〔比較例Aとの比較〕
次に、図2に基づき、上述した発光装置100aのより好ましい形態について説明し、その後、当該形態と比較例Aとを比較した結果について説明する。図2の(a)は、発光装置100aを光取り出し口EXTの側から見たときの構造を示す上面図(内部構造を示すためにカバー部材8の天井部を取り除いた上面図)である。

0037

図2の(a)に示すように、光導入口ENT(の実質的な中心部)とミラー5(の反射面の実質的な中心部)とを通る直線が、波長変換部材7の光出射側の面(または受光面)における何れかの位置に立てた垂線と交わる〔光出射側の面(または受光面)の直上(上側空間)を通過する〕ことが好ましい。これにより、光取り出し口EXT側から見たときの上記直線と垂直な方向に対するカバー部材8の幅Wを小さくすることができる。

0038

次に、図2の(b)は、比較例Aの発光装置の上面図である。例えば、図2の(b)に示す比較例Aように、上記直線が、波長変換部材7の光出射側の面(または受光面)の直上に無い構造の場合、光取り出し口EXT側から見たときの上記直線と垂直な方向に対するカバー部材8の幅Wrefは、上述した幅Wと比較して大きくなってしまう。

0039

〔比較例B、Cとの比較〕
次に、図3に基づき、上述した発光装置100aのより好ましい形態について説明し、その後、当該形態と、比較例B、Cとを比較した結果について説明する。図3の(a)は、発光装置100aの構造を示す側面図である。同図に示すように、光導入口ENT(の実質的な中心部)とミラー5(の反射面の実質的な中心部)とを通る直線は、波長変換部材7の光出射側の面に対して略平行であることが好ましい。言い換えれば、波長変換部材7の光出射側の面、上記直線、および光取り出し口EXTは互いに略平行であることが好ましい。これにより、上記直線が波長変換部材7の光出射側の面に対して略平行でない場合と比較して、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの距離hをより小さくすることができる。

0040

次に、図3の(b)は、比較例Bの発光装置の構造を示す側面図であり、図3の(c)は、比較例Cの発光装置の構造を示す側面図である。比較例B、Cはミラーを備えていない点で、発光装置100aと異なっている。

0041

例えば、図3の(a)に示す発光装置100aは、図3の(b)に示す比較例Bの発光装置と比べると発光面である波長変換部材7の光出射側の面から光取り出し口EXTまでの距離hを小さくすることができる。距離hを小さくできると光取り出し口EXTの幅dを大きくせずとも波長変換部材7からの発光を有効に外部に取り出して利用することができる。比較例Bでは距離hrefが距離hより大きくなるために、装置サイズを同じにするために発光装置100aと同じ幅dとした際に、外部に取り出せる光量が少なくなってしまう。また、発光装置100aはカバー部材8のサイズを小さくできるため、装置の小型・軽量・低コスト化が可能となる。

0042

次に、図3の(c)に示す比較例Cの発光装置では、距離hrefを距離hよりも小さくすることが可能であるが、配光形状対称でなくなるため照明装置として利用する際に差支えがある可能性がある。

0043

〔実施形態2〕
次に、図4の(a)を参照して、本発明の実施形態2に係る発光装置200aについて説明する。図4の(a)は、発光装置200aの構造を示す側面図である。本実施形態の発光装置200aは、光取り出し口EXTの近傍(上部)に設置された投影レンズ13aを備えている点で、上述した発光装置100aと異なっている。投影レンズ13aは、波長変換部材7から出射される光を外部へ投影するものである。これにより、光取り出し口EXTから取り出される光の配光を投影レンズ13aで制御することが可能になる。

0044

上記実施形態1で述べたように発光装置200aによれば、波長変換部材7からの発光を小さな幅Wで効率良く得ることができる〔図2の(a)参照〕。このため本実施形態のように配光制御用の投影レンズ13aを設けた際も光を有効利用することができる。また、上述した比較例Cのように非対称な配光形状になることもなく、小型化することも可能となる。また、上記実施形態1で述べたように光取り出し口EXTの幅dを小さくできることにより、投影レンズ13aのサイズも小さくすることができ、したがって、装置の小型・軽量・低コスト化が可能となる。カバー部材8の内部を封止する際には小さい投影レンズ13aの方が確実にシールできるという利点もある。また、発光装置200aによれば、投影レンズ13aの底面を波長変換部材7の光出射側の面と略平行に保った上で、光取り出し口EXTと波長変換部材7の光出射側の面との間の距離を小さくできる。

0045

(発光装置200aの効果)
上述した発光装置200aによれば、光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とすることで、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、発光装置200aを小型化することが可能になる。また、以上のように光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とし、かつ波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、光取り出し口EXTから外部へ取り出される光量の損失を小さくすることで投影レンズ13aに光がロスなく効率良く取り込まれる。これにより、発光装置200aの外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。以上により、発光装置200aの小型化を可能とし、発光装置200aの外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0046

〔変形例〕
次に、図4の(b)に基づき、変形例の発光装置200bの構造について説明する。本変形例の発光装置200bは、投影レンズ13bが光取り出し口EXTに嵌め込まれて保持されている点で、上述した発光装置200aと異なっている。発光装置200bによれば、投影レンズ13bが光取り出し口EXTに嵌め込まれている分だけ、投影レンズ13bの頂上から波長変換部材7の光出射側の面までの距離を小さくすることができる。

0047

〔実施形態3〕
次に、図5を参照して、本発明の実施形態3に係る発光装置300について説明する。図5は、発光装置300の構造を示す側面図である。本実施形態の発光装置300は、2つのレーザ素子1、2つの光導入口ENT1,ENT2、および、2つのミラー5を備えている点で、上述した発光装置100aと異なっている。光導入口ENT1,ENT2は、それぞれカバー部材8の90°異なる2側面に設けられている。各光導入口と、ミラー5、波長変換部材7、および光取り出し口EXTとのそれぞれの位置関係は実施形態1の発光装置100aと同様である。

0048

発光装置300によれば、レーザ素子1を2セット用いることができるので波長変換部材7を励起するパワーを高めることができ、より高輝度、高光束の光を得ることができる。また、1セットのレーザ光L1を用いてそのパワーを高めるよりも波長変換部材7への照射パターンの自由度を高めることができる。複数方向から照射することで波長変換部材7中の蛍光体粒子への照射偏りが低減され、蛍光体の効率、信頼性を高めることができる。2つのレーザ光L1による2光線の重ね合わせパターンを制御することで、配光パターンを制御することも可能となる。さらに、1セットのレーザ光L1を用いてそのパワーを高める際には、ミラー5の耐性が十分でなく損傷することもある。本実施形態のように複数セットのレーザ光L1を用いることで、そのようなことを防ぐことができる。

0049

(発光装置300の効果)
上述した発光装置300によれば、光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とすることで、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、発光装置300を小型化することが可能になる。また、以上のように光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とし、かつ波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、光取り出し口EXTから外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。これにより、発光装置300の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。以上により、発光装置300の小型化を可能とし、発光装置300の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0050

〔実施形態4〕
次に、図6を参照して、本発明の実施形態4に係る発光装置400について説明する。図6の(a)は、発光装置400の構造を示す側面図である。また、図6の(b)は、図6の(a)に示す発光装置400のA‐A’断面の断面図であり、図6の(c)は、図6(a)に示す発光装置400のB‐B’断面の断面図である。本実施形態の発光装置400は、2つの光導入口ENT1,ENT2が、共に、カバー部材8の同一の側面(同一面)に設けられていている点で、上述した実施形態3の発光装置300と異なっている。

0051

また、本実施形態では、光導入口ENT2から導入されたレーザ光L2は、集光レンズ3aを通過した後、ミラー115(第二の光路変更部材)の反射面で反射されて第1反射光L3となり、波長変換部材7の光出射側の面の上側空間を通過した第1反射光L3は、さらにミラー5(第一の光路変更部材)の反射面で反射されて第2反射光L3’となり、波長変換部材7の光出射側の面の所望の位置に入射するように構成されている。また、ミラー115(の実質的な中心部)とミラー5(の実質的な中心部)とを結ぶ直線が、波長変換部材7の光出射側の面と、光取り出し口EXTとの間に位置している点で、実施形態1のレーザ光L1の光路と同様の関係を有している。ミラー支持部材116は、ミラー115およびミラー5を介して進行する第2反射光L3’が波長変換部材7の所望の位置に適切に照射されるように調整された位置で、ミラー115を支持するものであり、ミラー115の位置を規定するために、ミラー5が存在する内面に対向する内面の表面上に配置されている。

0052

発光装置400によれば、複数のレーザ素子1からのレーザ光を同方向からカバー部材8に入射させることで、装置全体の小型化や取扱いを容易にすることができる。発光装置400によれば、レーザ素子1を2セット用いることができるので波長変換部材7を励起するパワーを高めることができ、より高輝度、高光束の光を得ることができる。

0053

また、1セットのレーザ光L1を用いてそのパワーを高めるよりも波長変換部材7への照射パターンの自由度を高めることができる。複数方向から照射することで波長変換部材7中の蛍光体粒子への照射偏りが低減され、蛍光体の効率、信頼性を高めることができる。2つのレーザ光L1による2光線の重ね合わせパターンを制御することで、配光パターンを制御することも可能となる。さらに、1セットのレーザ光L1を用いてそのパワーを高める際には、ミラー5の耐性が十分でなく損傷することもある。本実施形態のように複数セットのレーザ光L1を用いることで、そのようなことを防ぐことができる。レーザ素子1は必要に応じて2セットより多い数としたり、波長の異なるレーザ素子を組み合わせたりすることができる。波長変換部材7もそれに対応して複数個、複数種のものを用いても良い。

0054

(発光装置400の効果)
上述した発光装置400によれば、光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とすることで、波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、発光装置400を小型化することが可能になる。また、以上のように光取り出し口EXTと波長変換部材7との間の空間を光学部品等が存在しない空間とし、かつ波長変換部材7と光取り出し口EXTとの間の距離を小さくすることができるので、光取り出し口EXTから外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。これにより、発光装置400の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。以上により、発光装置400の小型化を可能とし、発光装置400の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0055

〔実施形態5〕
次に、図7を参照して、本発明の実施形態5に係る制御システム500について説明する。図7は、制御システム500の構造を示す側面図である。本実施形態の制御システム500の発光部10は、カバー部材8の内部において、ミラー5の光導入口ENTが存在する側と反対側に配置され、ミラー5を透過したレーザ光L1を検知する検知部15を備えている点で、上述した実施形態2の発光装置200aの発光部10と異なっている。この際、ミラー5はレーザ光L1の一部を透過することができるようになっている。検知部15としては、フォトダイオードなどを用いることができる。検知部支持部材16は、ミラー5を透過するレーザ光L1の一部が検知部15に入射するように、検知部15を支持する部材である。

0056

制御システム500は、さらに制御部17および記憶部18を備える。制御部17は、例えば、CPU(Central Process Unit)で構成され、検知部制御部171および光源制御部172を備える。検知部制御部171は、検知部15の動作を制御するものであり、検知部15が検知したミラー5を透過したレーザ光L1の光量を特定し、その特定結果を光源制御部172に通知する。光源制御部172は、レーザ素子1の動作を制御するものであり、検知部15が検知した光の光量(上記特定結果)に応じて、レーザ素子1から出射されるレーザ光の光量を調整するようになっている。記憶部18には、検知部制御部171および光源制御部172の動作に必要な情報が予め記録されており、検知部制御部171で生成される情報が事後的に記憶されるようになっている。例えば、記憶部18には、検知部15が検知したミラー5を透過したレーザ光L1の光量とレーザ素子1から出射されるレーザ光の光量との対応関係が規定された情報などが予め記憶されており、検知部制御部171が特定した検知部15が検知したミラー5を透過したレーザ光L1の光量に係る情報が事後的に記憶される。なお、制御システム500は、上述した実施形態1〜4の何れの発光装置を備えていても良い。

0057

(制御システム500の効果)
制御システム500によれば、検知部15がミラー5を透過した光を検知して、必要に応じてレーザ素子1から出射されるレーザ光の光量を調節することができる。これにより、結果的に発光装置からの光量を調光することができる。また、制御システム500によれば、検知部15は、カバー部材8の内部において、ミラー5の光導入口ENTが存在する側と反対側に配置されているため、検知される光量をもとにして、集光レンズ3a等の配置を微調整してアライメント作業を行うこともできる。また、レーザ素子1が故障した際に検知することも可能となる。

0058

〔実施形態6〕
次に、図8を参照して、本発明の実施形態6に係る制御システム600について説明する。図8は、制御システム600の構造を示す側面図である。本実施形態の制御システム600の発光部10は、ミラー5によって光路が変更されたレーザ光L1’の波長変換部材7の光出射側の面に対する入射位置を変更するように、ミラー5を駆動するミラー駆動部(駆動部)6aを備えている点で、上述した実施形態2の発光装置200aの発光部10と異なっている。ミラー5は、ミラー駆動部6aを介してミラー支持部材6に取付けられている。ミラー駆動部6aは、ミラー5で反射されたレーザ光L1’の、波長変換部材7の受光面に照射される位置を変更するように、ミラー5の向きを変更させることが可能な部材である。

0059

制御システム500は、さらに制御部19および記憶部18を備える。制御部19は、例えば、CPUで構成され、駆動部制御部191を備える。駆動部制御部191は、ミラー駆動部6aの動作を制御するものである。駆動部制御部191の制御により、ミラー5で反射されたレーザ光L1’の、波長変換部材7の受光面に照射される位置を変更することが可能になっている。これにより、ミラー5で反射されたレーザ光L1’の、受光面に照射される位置を変更することができる。例えば、60Hzの周波数回動運動させることで、ちらつきなく線状の配光を疑似的に実現することができる。ミラー5をポリゴンミラーとして回転運動させる方式を採ることもできる。

0060

記憶部18には、駆動部制御部191の動作に必要な情報が予め記録されている。例えば、記憶部18には、ミラー駆動部6aが駆動するミラー5の向きと、ミラー5で反射されたレーザ光L1’の、波長変換部材7の受光面に照射される位置との対応関係が規定された情報などが予め記憶されている。なお、制御システム600は、上述した実施形態1〜4の何れの発光装置を備えていても良い。また、制御システム600は、上述した制御システム500の検知部15、検知部支持部材16、検知部制御部171、および光源制御部172をさらに備えていても良い。

0061

(制御システム600の効果)
制御システム600によれば、ミラー5が駆動することで、波長変換部材7に反射光L1’が照射される位置が可変し、波長変換部材7における発光位置が変化する。このため、照射パターンがダイナミックに変化するような照明装置を実現できる。このような照明装置を車両用前照灯に用いると、周囲情報に応じて照射パターンを変えるAdaptive Front-lighting System(AFS)が可能となる。

0062

〔まとめ〕
本発明の態様1に係る発光装置は、少なくとも1つのレーザ素子(1)から出射されたレーザ光を受けて波長変換された光を出射する波長変換部材(7)と、上記レーザ光が導入される少なくとも1つの光導入口(ENT)と、上記波長変換部材から出射される光を外部へ取り出すための光取り出し口(EXT)と、上記光導入口と対向する位置に配置され、上記光導入口から導入されたレーザ光の光路を上記波長変換部材に向けて変更する少なくとも1つの光路変更部材(ミラー5)と、を備え、上記光導入口と上記光路変更部材とを通る直線が、上記波長変換部材と上記光取り出し口との間に位置する構成である。

0063

上記構成によれば、光取り出し口と波長変換部材との間の空間を光学部品等が存在しない空間とすることで、波長変換部材と光取り出し口との距離を小さくすることができるので、装置を小型化することが可能になる。また、以上のように光取り出し口と波長変換部材との間の空間を光学部品等が存在しない空間とし、かつ波長変換部材と光取り出し口と間の距離を小さくすることができるので、光取り出し口から外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。これにより、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。以上により、装置の小型化を可能とし、装置の外部へ取り出される光量の損失を小さくすることができる。

0064

本発明の態様2に係る発光装置は、上記態様1において、上記直線は、上記波長変換部材の光出射側の面における何れかの位置に立てた垂線と交わることが好ましい。上記構成によれば、光取り出し口側から見たときの上記直線と垂直な方向に対するカバー部材の幅を小さくすることができる。

0065

本発明の態様3に係る発光装置は、上記態様1または2において、上記直線は、上記波長変換部材の光出射側の面に対して略平行であることが好ましい。上記構成によれば、上記直線が波長変換部材の光出射側の面に対して略平行でない場合と比較して、波長変換部材と光取り出し口との間の距離をより小さくすることができる。

0066

本発明の態様4に係る発光装置は、上記態様1〜3の何れかにおいて、上記光取り出し口の近傍に設置され、上記波長変換部材から出射される光を外部へ投影する投影レンズ(13a)を備えていても良い。上記構成によれば、光取り出し口から取り出される光の配光を投影レンズで制御することが可能になる。

0067

本発明の態様5に係る発光装置は、上記態様1〜4の何れかにおいて、上記レーザ素子、上記光導入口および上記光路変更部材を、それぞれ複数備えていても良い。上記構成によれば、レーザ素子を複数用いることができるので波長変換部材に照射されるレーザ光のパワーを高めることができ、より高輝度、高光束の光を得ることができる。また、1つのレーザ素子を用いてそのパワーを高めるよりも波長変換部材への照射パターンの自由度を高めることができる。複数方向からレーザ光を照射することで波長変換部材中の蛍光体粒子への照射偏りが低減され、波長変換部材の発光効率、および信頼性を高めることができる。また、2光線の重ね合わせパターンを制御することで、配光パターンを制御することも可能となる。さらに、1つのレーザ素子を用いてそのパワーを高める際には、光路変更部材の耐性が十分でなく損傷することもあるが、複数のレーザ素子を用いることで、そのようなことを防ぐことができる。

0068

本発明の態様6に係る発光装置は、上記態様5において、上記光導入口および上記光取り出し口を備え、上記波長変換部材を覆うカバー部材を備え、上記複数の上記光導入口は、共に、上記カバー部材の同一面に設けられていても良い。上記構成によれば、複数のレーザ素子からのレーザ光を同方向からカバー部材に入射させることで、装置全体の小型化や取扱いを容易にすることができる。

0069

本発明の態様7に係る制御システムは、上記態様1〜6の何れかの発光装置を制御する制御システムであって、上記光路変更部材の上記光導入口が存在する側と反対側に配置され、上記光路変更部材を透過した光を検知する検知部(15)と、上記検知部が検知した光の光量に応じて、上記レーザ素子から出射されるレーザ光の光量を調整する光源制御部(172)と、を備えていても良い。上記構成によれば、検知部が光路変更部材を透過した光を検知して、必要に応じてレーザ素子から出射されるレーザ光の光量を調節することができる。これにより、結果的に発光装置から外部へ取り出される光の光量を調光することができる。また、上記構成によれば、検知部は、カバー部材の内部において、光路変更部材の光導入口が存在する側と反対側に配置されているため、検知される光量をもとにして、集光レンズ等の配置を微調整してアライメント作業を行うこともできる。また、レーザ素子が故障した際に検知することも可能となる。

0070

本発明の態様8に係る制御システムは、上記態様1〜6の何れかの発光装置を制御する制御システムであって、上記光路変更部材によって光路が変更されたレーザ光の上記波長変換部材の光出射側の面に対する入射位置を変更するように、上記光路変更部材を駆動する駆動部(ミラー駆動部6a)と、上記駆動部の動作を制御する駆動部制御部(191)と、を備えていても良い。上記構成によれば、光路変更部材が駆動することで、波長変換部材にレーザ光が照射される位置が可変し、波長変換部材における発光位置が変化する。このため、照射パターンがダイナミックに変化するような照明装置を実現できる。

0071

付記事項
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

0072

本発明は、レーザ光を受けて波長変換された光を出射する波長変換部材を備えた発光装置および当該発光装置を制御する制御システムなどに利用することができる。具体的には車両用の前照灯、プロジェクタサーチライトなどの特殊照明に利用することができる。

0073

1レーザ素子
5ミラー(光路変更部材)
6aミラー駆動部(駆動部)
7波長変換部材
8カバー部材
13a投影レンズ
13b 投影レンズ
15 検知部
100a発光装置
115 ミラー(光路変更部材)
172光源制御部
191 駆動部制御部
200a,200b 発光装置
300 発光装置
500,600 制御システム
ENT光導入口
ENT1 光導入口
ENT2 光導入口
EXT 光取り出し口

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