CN102759014B - 投光单元和投光装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种投光单元，其能够减少荧光部件上光密度过分增加的部分的产生。该投光单元包括：光收集部件，所述光收集部件包括光入射表面和光出射表面，所述光出射表面的面积小于光入射表面的面积；荧光部件，所述荧光部件包括照射表面，从光收集部件射出的激光照射到所述照射表面，并且所述荧光部件从照射表面主要发射荧光；和投光部件，所述投光部件投射荧光。所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距预定距离。

Description

投光单元和投光装置
技术领域
本发明涉及一种投光单元和投光装置，尤其涉及一种包括荧光部件的投光单元和投光装置，激光照射到该荧光部件。
背景技术
传统上，公知的是投光装置包括荧光部件，激光照射到该荧光部件(例如，请参见文献WO 2007/105647)。
在前述文献WO 2007/105647(第11和12页和图3)中，公开的光发射装置(投光装置)包括：激光二极管(激光发生器)；光收集透镜，其形成有用于收集从激光二极管发射的激光的双凸透镜；和荧光部件，来自光收集透镜的激光照射到该荧光部件。在该光发射装置中，从激光二极管发射的激光被光收集透镜收集，并且被照射到荧光部件。然后，激光在波长上被荧光部件转换成荧光，并且该荧光被发射到外部。
然而，本申请的发明人全面地检查了WO 2007/105647的光发射装置，并且因此发现以下问题。具体地，如图38所示，当激光通过光收集透镜1002照射到荧光部件1003时，荧光部件1003的照射表面1003a的部分(例如，光收集点P1001)出现在激光的光密度过分地增加的部分。当光密度在荧光部件1003的照射表面1003a上过分地增加时，包含在荧光部件1003中的荧光体和粘合剂很可能被加热退化，或者经历光导致的化学反应而退化。
一种减少荧光部件1003的照射表面1003a的光密度过分地增加的部分的产生的方法是从激光的光收集点P1001(参见图38)转移荧光部件1003的照射表面1003a，如图39所示。然而，如图40所示，激光的光强度分布不均匀，而是以高斯分布形状形成。因此，已经发现，即使当照射表面1003a从激光的光收集点P1001转移，但是还可以产生照射表面1003a的光密度过分地增加的部分。
当振动时，老化劣化等导致激光二极管1001、光收集透镜1002或荧光部件1003的移位，荧光部件1003的照射表面1003a上的光密度变化非常大。因此，已经发现，光密度过分增加的部分的产生取决于移位的方向。
发明内容
鉴于前述问题，提出本发明。本发明的目的在于提供一种投光单元和投光装置，其能够减少荧光部件上光密度过分地增加的部分的产生。
为了实现前述目的，根据本发明，提供一种在预定方向上投射光的投光单元，该投光单元包括：光收集部件，所述光收集部件包括：激光进入的光入射表面；和光出射表面，激光从光出射表面射出，所述光出射表面的面积小于光入射表面的面积；荧光部件，所述荧光部件包括照射表面，从光收集部件射出的激光照射到所述照射表面，所述荧光部件将所述激光的至少一部分转换成荧光，并且所述荧光部件从照射表面主要发射荧光；和投光部件，所述投光部件投射从荧光部件射出的荧光，其中所述光收集部件具有在所述光收集部件内改变进入光入射表面的激光的行进方向并将该激光引导到光出射表面的功能，并且所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距预定距离。
术语“从照射表面主要发射荧光”是指从荧光部件发射的荧光的大约90％或更多是从照射表面发射的情况，并且包括激光在照射表面的附近转换成荧光并且该荧光从照射表面发射的情况，以及荧光部件的后表面(与照射表面相反的侧上的表面)直接附接到反射表面并且实际上没有荧光从该后表面发射的情况。
在本发明的投光单元中，如前所述，光收集部件设置成包括：激光进入的光入射表面；和激光从其射出的光出射表面，所述光出射表面的面积小于光入射表面的面积，并且所述光收集部件具有在其内改变进入光入射表面的激光的行进方向并将该激光引导到光出射表面的功能。这样，进入光入射表面的激光在光收集部件内行进，同时行进的方向被改变，并且以均匀的光强度分布从光出射表面射出。
因为光收集部件的光出射表面的面积小于光入射表面的面积，因此已被收集的激光从光出射表面射出。
所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距预定距离，因此能够减少从荧光部件的照射表面发射的光进入(返回)到光收集部件的光出射表面。
优选地，在该投光单元中，所述投光部件包括反射部件，所述反射部件具有反射从荧光部件射出的荧光的第一反射表面。由于此结构，能够将从荧光部件发射的光(荧光)的大部分从反射部件反射出。换言之，从荧光部件发射的光的大部分能够通过反射部件控制。因此，能够有效地照亮期望的区域。
优选地，在投光单元中，所述光收集部件还包括第二反射表面，所述第二反射表面反射进入光入射表面的激光并将该激光引导到光出射表面。由于此结构，能够在光收集部件内容易地改变进入光入射表面的激光的行进方向并将该激光引导光出射表面。因此，能够容易地以均匀的光强度分布从光出射表面发射激光。
优选地，在投光单元，所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线倾斜。因为从荧光部件发射的光的光强度在照射表面的法线方向上最高，因此光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线倾斜，并且因此能够更加多地减少从荧光部件的照射表面发射的光进入光收集部件的光出射表面。这样，能够减少光的利用效率的降低。
优选地，在这样情况中，所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线、朝向与所述预定方向相反的一侧倾斜。在此结构中，当投光部件包括例如反射部件时，能够减少从反射部件反射出的并在预定方向上行进的光进入到光收集部件。换言之，能够在反射部件的反射光的光路上减少光收集部件的配置。因此，能够更多地减少光的利用效率的下降。
优选地，在投光单元中，所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线倾斜，所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线的倾斜角度等于或大于10度但等于或小于30度。
优选地，在投光单元中，所述荧光部件的照射表面相对于所述预定方向、朝向与投光方向相反的一侧倾斜。在此结构中，当投光部件包括例如反射部件时，能够减少从荧光部件发射的光直接发射到外部，而没有光通过反射部件。换言之，能够减少不受反射部件控制的光的量。这样，能够减少到达期望的区域的光的量的下降。
优选地，在该情况中，还包括附接部件，所述附接部件包括附接表面，所述荧光部件附接到所述附接表面，并且所述附接表面相对于所述预定方向、朝向与所述投光方向相反的一侧倾斜。在此结构中，例如，能够容易地使荧光部件的照射表面相对于预定方向朝向与投光方向相反的一侧倾斜，即使荧光部件的厚度是均匀的。因为荧光部件可以形成为使得它们的厚度变得均匀，能够容易地制造荧光部件。
优选地，在投光单元中，所述荧光部件的照射表面相对于所述预定方向、朝向与所述投光方向相反的一侧倾斜，所述荧光部件的照射表面相对于所述预定方向的倾斜角度大于0度但等于或小于30度。
优选地，在投光单元中，所述荧光部件包含荧光体，并且所述荧光体在所述荧光部件中的体积占有率为90％或更大。在此结构中，即使荧光部件的厚度小，也能够减少荧光部件所透射的激光，并且有效地将激光转换成荧光。照射到荧光部件的激光在荧光部件的照射表面的附近更容易转换成荧光。因此，能够从荧光部件的照射表面容易地和主要地发射荧光。
优选地，在投光单元中，从所述荧光部件射出的荧光的光强度分布是朗伯分布。在此结构中，从荧光部件射出的荧光的光强度在照射表面的法线方向上很大，并且在平行于照射表面的方向上光强度变成几乎为零。因此，能够减少从荧光部件发射的光直接发射到外部，而没有光穿过反射部件。换言之，能够减少不受投光部件控制的光的量。这样，能够减少到达期望的区域的光的量的下降。
优选地，在从荧光部件发射的荧光的光强度分布为朗伯分布的投光单元中，所述荧光部件的厚度是所述照射表面的总尺寸的十分之一或更小。由于此结构，能够容易地使从荧光部件发射的荧光的光强度分布为朗伯分布。
“总尺寸”是指例如圆的直径、椭圆的长轴的长度或短轴的长度、或矩形的长边的长度或短边的长度。
优选地，在从荧光部件发射的荧光的光强度分布为朗伯分布的投光单元中，所述荧光部件的照射表面充分地大于照射到照射表面的激光的光点区域。由于此结构，能够容易地使从荧光部件发射的荧光的光强度分布为朗伯分布。
优选地，在投光单元中，还包括金属附接部件，所述荧光部件附接到所述金属附接部件。在此结构中，因为能够有效地消散荧光部件产生的热量，因此荧光部件的温度的增加能够减小。因此，能够减小荧光部件受热退化和荧光部件的光发射效率的降低。
优选地，在投光单元中，所述荧光部件包括照射区域，所述激光照射到所述照射区域，并且所述照射区域在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。由于此结构，能够容易地将从投光单元发射的光的光投射图案的形状形成为在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。
优选地，在投光单元中，所述投光部件的焦点布置在所述照射区域的边缘部分中。由于此结构，能够在从投光单元发射的光的光投射图案的、与投光部件的焦点布置在其上的照射区域的边缘部分对应的部分中快速地切换光亮区域和黑暗区域。
优选地，在投光部件的焦点布置在照射区域的边缘部分中的投光单元中，所述投光单元用作汽车的前照灯，并且所述投光部件的焦点布置在照射区域的、光投射图案的分界线投射在其上的边缘部分中。由于此结构，能够在分界线中快速地切换光亮区域和黑暗区域，其特别有效。
在本说明书和权利要求的保护范围中，分界线是指短焦距光(超车前照灯(passing headlight))的光投射图案的光亮区域和黑暗区域的划分线。在分界线中要求快速地切换光亮区域和黑暗区域。
优选地，在用作汽车的前照灯的投光单元中，所述投光部件的焦点布置在照射区域的、光投射图案的弯肘点(elbow point)投射在其上的位置中。由于此结构，能够在弯肘点的附近快速地切换光亮区域和黑暗区域，其更加有效。还能够最大化地增亮弯肘点附近。换言之，能够最大化地增亮汽车的直接前方区域。
在本说明书和权利要求的保护范围中，弯肘点是指短焦距光(超车前照灯)的左半部分和右半部分的分界线的相交点。
优选地，在投光单元中，所述光出射表面在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。由于此结构，因为能够使荧光部件的照射区域的形状形成为在与所述预定方向相交的方向上是不对称的，因此能够容易将从投光单元发射的光的光投射图案的形状形成为在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。
优选地，在光出射表面在与所述预定方向相交的方向上是不对称的投光单元中，所述投光单元用作汽车的前照灯，并且所述光出射表面形成的形状对应于超车前照灯的光投射图案。由于此结构，能够容易地实现用于超车前照灯所需的光投射图案。
优选地，在投光部件包括反射部件的投光单元中，所述第一反射表面形成为包括抛物面和椭圆面中的任一个的至少一部分。由于此结构，能够容易地将从投光单元发射的光(照明光)转换成平行光，或能够通过将荧光部件设置在第一反射表面的焦点中容易地收集光。
优选地，在该情况中，其中所述第一反射表面以一形状形成，所述形状是通过用与一轴线相交的平面和与该轴线平行的平面分割抛物面和椭圆面中的任一个获得的，所述轴线连接第一反射表面的焦点和顶点。由于此结构，能够减小反射部件和投光单元的尺寸。
优选地，在第一反射表面形成为包括抛物面和椭圆面中的任一个的至少一部分的投光单元中，所述投光部件包括反射部件和透过荧光的透镜，所述第一反射表面形成为包括椭圆面的一部分，所述荧光部件包括激光照射到其上的照射区域，所述第一反射表面的第一焦点布置在所述照射区域中，并且所述第一反射表面的第二焦点和所述透镜的焦点彼此重合。在此结构中，从照射区域发射的光从第一反射表面发射出，穿过第一反射表面的第二焦点，并且投射到透镜上。这里，因为第一反射表面的第二焦点与透镜的焦点重合，照射区域的形状容易地反射在透镜形成的光投射图案上。当使用透镜投射光时，与使用反射部件投射光而没有提供透镜的情况相比，照射区域的形状更容易地反射在光投射图案上。提供了反射部件，因此与没有提供反射部件的情况相比，能够使用更大量的从荧光部件发射的光作为照明光。这样，能够提高光的利用效率。
在本说明书和权利要求的保护范围中，第一焦点是指更靠近第一反射表面的顶点的焦点，并且第二焦点是指离第一反射表面的顶点更远的焦点。
优选地，在投光单元中，所述投光部件包括透射从荧光部件射出的荧光的透镜，所述荧光部件包括激光照射到其上的照射区域，并且所述透镜的焦点布置在所述照射区域中。在此结构中，照射区域的形状容易地反射在透镜形成的光投射图案上。当使用透镜投射光时，与使用反射部件投射光而没有提供透镜的情况相比，照射区域的形状更容易地反射在光投射图案上。
优选地，在投光单元中，所述光收集部件的与其引导光的方向垂直的横截面的角部被倒角。在此结构中，因为能够减少激光在光收集部件的角部上的散射，因此能够减少激光从光收集部件的泄漏。因此能够提高激光的利用效率。
优选地，在投光单元中，从多个激光发生器发射的激光进入光收集部件的光入射表面。由于该光收集部件，能够容易地收集从多个激光发生器发射的激光。因此，当多个激光发生器用作光源时，使用前述的光收集部件特别地有效。
优选地，在投光单元中，所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距一距离，该距离等于或大于0.3mm但等于或小于1.1mm。
本发明的投光装置包括如前述构造的投光单元和激光发生器，所述激光发生器发射激光到投光单元的光收集部件。
附图说明
图1是显示包括根据本发明的第一实施例的投光单元的投光装置的结构的剖视图；
图2是显示根据本发明的第一实施例的投光单元的结构的立体图；
图3是显示根据本发明的第一实施例的激光发生装置的结构的立体图；
图4是显示根据本发明的第一实施例的半导体激光器元件和散热器的结构的立体图；
图5是显示根据本发明的第一实施例的半导体激光器元件的结构的立体图；
图6是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件附接到激光发生装置的状态的立体图；
图7是显示根据本发明的第一实施例的从半导体激光器元件发射的激光的图；
图8是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的结构的立体图；
图9是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的结构的上部视图；
图10是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的结构的侧视图；
图11是显示根据本发明的第一实施例的进入光收集部件的激光的行进的侧视图；
图12是显示根据本发明的第一实施例的进入光收集部件的激光的行进的上部视图；
图13是显示根据本发明的第一实施例的半导体激光器元件的配置方向的变化的上部视图；
图14是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的变化的上部视图；
图15是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的变化的立体图；
图16是显示图15的光收集部件的光出射表面的前视图；
图17是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的变化的立体图；
图18是显示根据本发明的第一实施例的光收集部件的光出射表面上的激光的光强度分布的图；
图19是显示根据本发明的第一实施例的荧光部件的附近的结构的图；
图20是显示根据本发明的第一实施例的激光仅照射到荧光部件的中心部分的状态的立体图；
图21是显示根据本发明的第一实施例的从荧光部件发射的荧光的光强度分布的图；
图22是显示根据本发明的第一实施例的荧光部件的厚度形成为照射表面的总尺寸的十分之一或更小并且激光照射到整个荧光部件的状态的图；
图23是显示根据本发明的第一实施例的反射部件的结构的剖视图；
图24是显示根据本发明的第一实施例的反射部件的结构的前视图；
图25是显示试验的图，该试验已经执行，用于确定光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线的优化倾斜角度；
图26是显示光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线的倾斜角度与最大照明点的亮度之间的关系的图；
图27是显示试验的图，该试验已经执行，用于确定荧光部件的照射表面相对于投光方向的优化倾斜角度；
图28是显示荧光部件的照射表面相对于投光方向的倾斜角度与最大照明点的亮度之间的关系的图；
图29是显示从光收集部件的光出射表面到荧光部件的照射表面的距离与最大照明点的亮度之间的关系的图；
图30是显示根据本发明的第二实施例的投光装置的结构的剖视图；
图31是显示根据本发明的第二实施例的光收集部件的结构的立体图；
图32是显示根据本发明的第二实施例的荧光部件的照射区域的图；
图33是显示根据本发明的第二实施例的投光装置的前方25m的光投射图案的图；
图34是显示汽车的短焦距光(low beam)所需的光投射图案的图；
图35是显示根据本发明的第三实施例的投光装置的结构的剖视图；
图36是显示根据本发明的第一变化的投光装置的结构的剖视图；
图37是显示根据本发明的第二变化的投光装置的结构的剖视图；
图38是显示当激光通过光收集透镜照射到荧光部件时发生的问题的图；
图39是显示当激光通过光收集透镜照射到荧光部件时发生的问题的图；和
图40是显示照射表面上的激光的光强度分布的图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。为了容易理解，即使在剖视图中也可以不进行阴影，甚至在剖视图之外的图中也可以进行阴影。
(第一实施例)
将参照附图1至24首先说明根据本发明的第一实施例的投光装置1的结构。为了容易显示，可以显示数量减少的半导体激光器元件11。
根据本发明的第一实施例的投光装置1是用作例如前照灯的投光装置，该前照灯照射汽车等的前方区域。如图1和2所示，投光装置1包括用作激光源(激发光源)的激光发生装置10和使用从激光发生装置10发射的激光并因此在预定方向(A方向)上投射该光的投光单元20。在图2中，为了容易理解，投光单元20的附接部分24b、过滤部件25和支撑板26没有显示，稍后将说明。
如图3所示，激光发生装置10包括多个半导体激光器元件11(激光发生器)、半导体激光器元件11安装在其上的散热器12和保持这些部件的金属保持部件13。
散热器12形成有例如由氮化铝制成的平板，并且焊接到保持部件13的底部表面。如图4所示，散热器12具有例如大约15mm的宽度(W12)，大约1mm的厚度(T12)和大约2mm的深度(L12)。在散热器12的安装表面上，形成细长的电极图案12a和12b。在电极图案12a上，多个半导体激光器元件11直线地对齐和安装。在本实施例中，例如，13个半导体激光器元件11沿大约10mm的宽度(W12a)安装和布置。宽度(W12a)优选地小于投光单元20的光收集部件21的光入射表面21a的宽度(W21a)(参见图9)，稍后将对其说明。
半导体激光器元件11例如是板面型激光器(board area typelaser)，并且发射用作激发光的激光。半导体激光器元件11被配置成发射蓝紫激光，该蓝紫激光的中心波长例如为大约405nm。如图5所示，半导体激光器元件11具有例如大约200μm的宽度(W11)，大约100μm的厚度(T11)和大约1000μm的长度(L11)。
半导体激光器元件11包括基板11a，该基板11a由n-型GaN形成并且具有大约100μm的厚度，并且该半导体激光器元件11包括依序形成在基板11a上的以下各层：具有大约0.5μm的厚度并且由n-型GaN形成的缓冲层11b；具有大约2μm的厚度并且由n-型Al0.05Ga0.95N形成的下部包覆层11c；由InGaN多量井(InGaN multiple quantum well)形成的有源层11d；和(在最厚部分)具有大约0.5μm的厚度并且由p-型Al0.05Ga0.95N形成的上部包覆层11e。
在上部包覆层11e的预定位置中，形成有凸脊，该凸脊在Z方向(半导体激光器元件11的长度方向)上延伸。在该凸脊上，形成接触层11f和电极11g，该接触层11f具有大约0.1μm的厚度并且由p-型GaN形成，该电极11g由Pd形成。由SiO2形成的绝缘膜11h形成为覆盖上部包覆层11e的上表面以及接触层11f和电极11g的侧表面。在绝缘膜11h上的预定区域上，形成垫式电极11i，该垫式电极11i覆盖凸脊并且与电极11g电阻接触。在基板11a的下表面上，形成后表面电极11j，该后表面电极11j由Hf/Al形成。
如图4所示，每个半导体激光器元件11的垫式电极11i通过Au线14电连接到散热器12的电极图案12b。每个半导体激光器元件11的后表面电极11j(参见图5)通过未图示的焊接层等电连接到电极图案12a。半导体激光器元件11的光发射部分11k(参见图7)的宽度由上部包覆层11e的凸脊宽度(图5的W11a)确定；该凸脊宽度设定成例如7μm。在此情况中，光发射部分11k的宽度为大约7μm。
如图3所示，保持部件13形成盒形，以便在激光的发射侧上具有开口部分。用于将电力供应到半导体激光器元件11的电极插针15a和15b插到保持部件13中。电极插针15a和15b利用金属线16分别电连接到散热器12的电极图案12a和12b。未图示的玻璃板附接到保持部件13的开口部分。惰性气体密封到保持部件13中。散热片等(未图示)可以设置在保持部件13中，例如，保持部件13可以被冷却。如图6所示，投光单元20的光收集部件21(稍后将说明)通过透明粘结层固定到玻璃板的预定位置。因此，从多个半导体激光器元件11发射的激光进入光收集部件21。
当在半导体激光器元件11的垫式电极11i和后表面电极11j之间施加直流电时，如图7所示，在X方向(半导体激光器元件11的宽度方向)和Y方向(半导体激光器元件11的厚度方向)两者上都延伸成椭圆形的激光从光发射部分11k发射。投射在垂直于激光的行进方向(Z方向)的XY平面上的椭圆形光的光强度分布在X方向和Y方向上都是高斯分布。光强度分布在X方向上的一半最大值(θx)处的全宽是大约10°，在Y方向上的一半最大值(θy)处的全宽是大约20°；激光的张角(spread angle)在Y方向上大约是在X方向上的两倍大。因此，激光行进并扩张，因此，X方向为短轴方向，Y方向为长轴方向。
当大约57W的电力供应到激光发生装置10时，激光发生装置10的输出是大约9.4W。这里，投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度为大约150lux(lx)；通过稍后说明的反射部件23发射到外部的激光的光通量为大约533流明(lm)。
如图1所示，投光单元20设置在激光发生装置10(半导体激光器元件11)的激光发射侧上。投光单元20包括：光收集部件21，该光收集部件21收集和引导来自激光发生装置10的激光；荧光部件22，该荧光部件22将从光收集部件21发射的激光的至少一部分转换成荧光并且发射该荧光；反射部件23(投光部件)，该反射部件23在预定方向(A方向)上反射从荧光部件22发射的荧光；附接部件24，荧光部件22固定到该附接部件24；和过滤部件25，该过滤部件25设置在反射部件23的开口部分中。
光收集部件21形成有半透明部件。光收集部件21的材料的示例包括例如玻璃，例如硼硅冕光学玻璃(BK7)、人造水晶和树脂。如图8所示，光收集部件21包括：光入射表面21a，从多个半导体激光器元件11发射的激光进入该光入射表面21a；光出射表面21b，激光通过该光出射表面21b射出；设置在光入射表面21a和光出射表面21b之间的上部表面21c；下部表面21d；和一对侧表面21e。上部表面21c、下部表面21d和一对侧表面21e是本发明的“第二反射表面”的示例。
光入射表面21a形成为例如大致矩形平坦表面。光出射表面21b形成为例如大致方形(矩形)平坦表面，并且其面积小于光入射表面21a的面积。具体地，如图9和10所示，光入射表面21a具有大约2.24mm的高度(H21a)和大约11.0mm的宽度(W21a)。光出射表面21b具有大约1.03mm的高度(H21b)和大约1.03mm的宽度(W21b)。换言之，光收集部件21在宽度方向和厚度方向上均逐渐变细。在光入射表面21a和光出射表面21b上，可以形成未图示的AR(抗反射)膜。
光出射表面21b可以形成为磨砂的玻璃形粗糙表面，或者可以形成为所谓的蛀眼形。在此情况中，通过光出射表面21b从光收集部件21的内部到外部的激光的提取效率显著提高。如果光出射表面21b是平表面，当激光到达光收集部件21内的光出射表面21b时，激光从光出射表面21b的内侧反射出，结果不能提取到外部的激光分量产生。相反，光出射表面21b形成为磨砂的玻璃形粗糙表面或形成为所谓的蛀眼形，因此能够有效地提取光到外部，因为从光出射表面21b的内侧的反射被降低。
上部表面21c和下部表面21d形成为相同的形状；一对侧表面21e形成为相同的形状。上部表面21c、下部表面21d和一对侧表面21e具有大约50mm的长度(L21)。
上部表面21c和下部表面21d相对于光入射表面21a的角度(θ21c和θ21d)大于侧表面21e相对于光入射表面21a的角度(θ21e)。
现在将简要说明已经进入光收集部件21的激光行进。如图11和12所示，从半导体激光器元件11发射的激光行进同时在长轴方向和短轴方向上扩张，并且进入光收集部件21的光入射表面21a。然后，激光重复地从上部表面21c、下部表面21d和一对侧表面21e全反射，并且因此被引导同时被收集到光出射表面21b，并且从光出射表面21b射出到外部。换言之，光收集部件21具有在光收集部件21内改变进入光入射表面21a的激光行进方向和引导该激光到光出射表面21b的功能。因为从半导体激光器元件11发射的激光在长轴的方向上的扩张角(spread angle)大于在短轴方向上的扩张角，因此，全反射条件不太可能由上部表面21c和下部表面21d所满足。因此，上部表面21c和下部表面21d相对于光入射表面21a的角度(θ21c和θ21d)(参见图10)大于侧表面21e相对于光入射表面21a的角度(θ21e)(参见图9)，并且因此上部表面21c和下部表面21d不满足全反射条件的程度会被降低。
如图13所示，半导体激光器元件11被配置成使得激光的发射方向(激光的光轴的方向)面对光收集部件21的光出射表面21b的中心附近，全反射条件更可能由侧表面21e所满足，其是特别有效的。当半导体激光器元件11被配置成使得激光的发射方向面对光出射表面21b的中心附近时，如图14所示，光入射表面21a可以形成为使得激光的发射方向垂直于光入射表面21a。因此，能够减少激光进入光收集部件21的效率的降低。
如图15-17所示，光收集部件21的边缘可以被倒角。具体地，垂直于其中光由光收集部件21引导的方向的横截面可以是矩形的，该矩形具有被倒角的角部。在此情况中，如图15和16所示，例如，边缘(横截面的角部)可以被倒角(C0.3mm)。如图17所示，光收集部件21的边缘可以是倒圆角，使得光出射表面21b是大致圆形的。光收集部件21引导光的方向是光收集部件21从光入射表面21a的中心延伸到光出射表面21b的中心的方向。
如图18所示，根据本发明的实施例，在光收集部件21的光出射表面21b上的激光的光强度分布是均匀的。换言之，从光出射表面21b发射的激光的光强度分布不是高斯分布。
如图19所示，光收集部件21的中心轴线O21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22(稍后说明)、朝向B方向(与投光方向(预定方向，A方向)相反的一侧)倾斜仅一角度α1(例如30度)，该角度α1等于或大于10度但等于或小于30度。在光收集部件21的光出射表面21b和荧光部件22的照射表面22a之间，形成有间隙(间隔)。具体地，光收集部件21的光出射表面21b设置成与荧光部件22的照射表面22a相距一距离D1(预定距离)，该距离D1等于或大于大约0.3mm但等于或小于1.1mm。
光收集部件21的中心轴线O21是穿过光入射表面21a的中心和光出射表面21b的中心的轴线，并且该轴线垂直于光入射表面21a和光出射表面21b。投光方向是指光沿其行进到例如投光装置1的前方25m的区域的方向，并且该区域最期望被照明，即，例如，光沿其行进到反射表面23a的开口的中心的前方25m的最大照明点的方向。在本实施例中，投光方向是指平行于附接部件24的上部表面24a(稍后说明)的方向，并且该方向垂直于反射部件23的开口表面(A方向侧上的边缘表面)。
荧光部件22具有照射表面22a，激光照射到该照射表面22a。荧光部件22的后表面(在与照射表面22a相反侧上的表面)与铝形成的支撑板26接触。荧光部件22通过例如电泳沉积在支撑板26而被形成。支撑板26具有大约10mm的宽度(总尺寸)，大约10mm的长度(总尺寸)和大约1mm的厚度。荧光部件22具有大约10mm的宽度，大约10mm的长度和大约0.1mm的均匀厚度。如图20所示，通过光收集部件21收集的激光照射到荧光部件22的照射表面22a的中心部分。这样，因为光收集部件21的光出射表面21b具有大约1.03mm的高度(H21b)和大约1.03mm的宽度(W21b)，因此激光照射的并且是照射表面22a的中心部分的区域为大约2mm平方，结果该面积充分地小于荧光部件22的面积并由激光激发。因此，从荧光部件22发射的荧光的光强度分布是朗伯分布，如图21所示。
另一方面，也可以使用仅具有对应于激光照射面积的面积的荧光部件22。例如，可以使用配置成如图22所示的荧光部件22。这里，荧光部件22的厚度被设定成荧光部件22的总尺寸(直径)的十分之一或更小。当荧光部件22的厚度充分地小于总尺寸时，从侧表面发射的光的量充分地小于从照射表面22a发射的荧光的量。因此，从荧光部件22发射的荧光主要地从照射表面22a发射，并且从荧光部件22发射的荧光的光强度分布为朗伯分布，如图21所示。如前所述，照射表面22a形成为充分地大于激光的光点区域或荧光部件22的厚度形成为照射表面22a的总尺寸的十分之一或更小，因此从荧光部件22发射的荧光的光强度分布可以容易地是朗伯分布，结果，可以限制荧光的光强度分布，并且可以提高荧光的利用效率。
荧光部件22形成有三种类型的荧光体粒子，该三种类型的荧光体粒子将例如蓝紫光(激发光)转换成红光、绿光和蓝光并且发射它们。将蓝紫光转换成红光的荧光体的示例为CaAlSiN3:Eu。将蓝紫光转换成绿光的荧光体的示例为β-SiAlON:Eu。将蓝紫光转换成蓝光的荧光体的示例为(Ba，Sr)MgAl10O17:Eu。这些荧光体通过无机粘结剂(例如硅石或TiO2)连接。通过混合该荧光获得白光，即，混合从荧光部件22发射的红光、绿光和蓝光。红光是中心波长为例如大约640nm的光；绿光是中心波长为例如大约520nm的光。蓝光是中心波长为例如大约450nm的光。
荧光部件22包含高密度的荧光体。具体地，荧光部件22中的荧光体的体积占有率为大约90％或更高。荧光部件22包含大约90重量百分比或更高的荧光体。因此，即使当荧光部件22的厚度较小，也能够减少激光通过荧光部件22透过，并且能够有效地将该激光转换成荧光。此外，已进入荧光部件22的照射表面22a的激光更可能在照射表面22a的附近被转换成荧光，并且该荧光更可能从照射表面22a射出。前述体积占有率和质量百分比优选地为大约99％或更高。
如图1所示，荧光部件22设置在包括反射部件23的反射表面23a(第一反射表面)的焦点F23的区域；荧光部件22的照射表面22a的中心与反射表面23a的焦点F23基本重合。荧光部件22可以设置在反射部件23的反射表面23a的焦点F23附近。
如图19所示，反射部件23的照射表面22a相对于投光方向(A方向)、朝向B方向倾斜仅一角度β1(例如，大约27度)，该角度β1大约0度但等于或小于30度。
如图23所示，反射部件23的反射表面23a设置成面对荧光部件22的照射表面22a。反射表面23a形成为包括例如抛物面的一部分。具体地，反射表面23a形成为使得抛物面被垂直(相交)于连接顶点V23和焦点F23的轴线的平面分割，并且被平行于连接顶点V23和焦点F23的轴线的平面分割。如图23和24所示，反射表面23a具有大约30mm的深度(在B方向上的长度)，并且在投光方向(A方向)上观看时形成半径大约30mm的大致半圆形形状。
反射表面23a还具有将来自荧光部件22的光转换成平行光并在预定方向(A方向)上反射该平行光的功能。然而，在实际中，因为激光在照射表面22a上的光点区域(照明区域)具有预定尺寸，因此从反射部件23发射的光不是完美的平行光；然而，在本说明书中，为了容易说明，可以给出平行光是从反射部件23发射出的说明。
穿透孔23b形成在反射部件23的相对于荧光部件22的中心在B方向上延伸的部分中。光收集部件21的顶部插入穿过穿透孔23b。
反射部件23可以由金属形成或可以通过在树脂的表面上提供反射膜形成。
附接部件24固定到反射部件23。附接部件24的上部表面24a优选地形成为具有反射光的功能。附接部件24由金属形成，例如Al或Cu，具有满意的热传导率，并且具有散发荧光部件22产生的热量的功能。用于固定荧光部件22和支撑板26的附接部分24b与附接部件24的上部表面24a整体地形成。如图19所示，附接部分24b的附接表面24c相对于投光方向(A方向)、朝向B方向倾斜仅一角度(＝角度β1)，该角度大于0度但等于或小于30度。散热片(未图示)优选地设置在附接部件24的下部表面上。
如图1所示，在反射部件23的开口部分(在A方向的末端部分)中，过滤部件25设置成阻挡(吸收或反射)激发光(波长为大约405nm的光)，并且使利用荧光部件22转换波长而获得的荧光(红光、绿光和蓝光)透过。具体地，过滤部件25吸收波长为例如大约418nm或更小的光，并且让波长大于大约418nm的光透过。过滤部件25可以用由Isuzu Glass Co.，Ltd制造的“ITY-418”或玻璃材料例如“L42”形成，其吸收波长大约为420nm或更小的光，让波长大于大约420nm的光透过，并且由HOYACorporation制造。
参照图25和26，现在将说明光收集部件21的中心轴线O21为何相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22倾斜等于或大约10度但等于或小于30度的角度的原因。本申请的发明人进行了以下试验，用于确定光收集部件21的中心轴线O21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22的最优倾斜角。
在该试验中，如图25所示，荧光部件22设置成使得照射表面22a平行于投光方向(A方向)，并且光收集部件21的中心轴线O21相对于照射表面22a的法线P22倾斜仅α1(＝0度至75度)，并且通过模拟确定投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度。其结果显示在图26中。
如图26所示，在光收集部件21的中心轴线O21相对于照射表面22a的法线P22的倾斜角α1为大约10度至大约30度时，投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度为最高。这可能是因为以下原因。当倾斜角α1变成大约30度或更大时，激光在照射表面22a上的光点区域变得更大。因此，更大量的光被在从反射表面23a的焦点F23移位的位置处激发并且发射，因此投射成平行光的量降低。这样，投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度可能降低。另一方面，当倾斜角α1变成大约10度或更小(接近0度)时，在从荧光部件22发射的光中，进入(返回到)光收集部件21的光增加，因此到达反射表面23a的光的量减少。因此，从反射表面23a投射的光的量就减少，并且因此投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度可能降低。考虑到上述结果，光收集部件21的中心轴线O21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22倾斜等于或大于10度但等于或小于30度的角度。
下面将说明光收集部件21的中心轴线O21为何相对于照射表面22a的法线P22在B方向(与投光方向相反的一侧)上倾斜的原因。当光收集部件21的中心轴线O21相对于照射表面22a的法线P22在A方向上倾斜时，光收集部件21设置在从反射表面23a反射的光的光路上。这样，从反射表面23a反射的光的一部分进入光收集部件21，并且因此光的利用效率降低。
参照图27和28，现在将说明荧光部件22的照射表面22a为何相对于投光方向(A方向)倾斜仅大于0度但等于或小于30度的角度的原因。本申请的发明人进行了以下试验，用于确定荧光部件22的照射表面22a相对于投光方向(A方向)的最优倾斜角。
在该试验中，如图27所示，光收集部件21的倾斜角α1设定为75度，并且荧光部件22的照射表面22a相对于投光方向(A方向)倾斜角度β1(＝0度至60度)，并且通过模拟确定投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度。结果显示在图28中。
如图28所示，当光收集部件21的照射表面22a相对于投光方向(A方向)的倾斜角β1为0度至大约30度时，投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度增加。具体地，当倾斜角β1为0度时，最大照明点的亮度最高；当倾斜角β1增加时，最大照明点的亮度趋向于降低。当倾斜角β1为大约30度或更小时，与倾斜角β1为0度的情况相比，亮度的降低仅减少大约10％。
为何随倾斜角β1的增加最大照明点的亮度降低的原因可能为如下。在反射表面23a中，顶点V23(参见图23)周围的曲率较大，该曲率朝向开口部分降低。如果激光的光点区域小到足以看成一点，反射表面23a的顶点V23周围反射的光和开口部分周围反射的光都被转换成平行光。然而，在实际中，光点区域具有具体尺寸(例如，φ2mm)，因此光也从相对于反射表面23a的焦点F23稍微移位的位置发射并被反射表面23a反射。这里，因为顶点V23周围的曲率较大，因此与开口部分周围反射的光相比，顶点V23周围反射的光不容易转换成平行光，并且不容易到达最大照明点。那么，随倾斜角β1的增加，反射表面23a的开口部分周围反射的光的量降低，结果最大照明点的亮度可能降低。
然而，当倾斜角β1降低时，直接发射到外部而不穿过反射部件22的光的量增加。换言之，能够受反射部件22控制的光的量降低。因此，投光装置1的前方预定范围的亮度被集体降低。考虑到前述结果，倾斜角β1优选地为大于0度但等于或小于30度。
参照图19和29，现在将说明光收集部件21的光出射表面21b为何设置成与荧光部件22的照射表面22a相距等于或大于大约0.3mm但等于或小于1.1mm的距离的原因。本申请的发明人进行了以下试验，用于确定从光收集部件21的光出射表面21b到荧光部件22的照射表面22a的最优距离。
在该试验中，如图19所示，光收集部件21的倾斜角α1设定为30度，并且荧光部件22的倾斜角β1设定为27度，并且通过模拟确定投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度。结果显示在图29中。
如图29所示，当从光收集部件21的光出射表面21b到荧光部件22的照射表面22a的距离D1等于或大于大约0.3mm但等于或小于大约1.1mm时，最大照明点的亮度最高。当距离D1等于或大于大约0.3mm但等于或小于大约1.1mm时，亮度的降低仅减少大约10％。
当距离D1小于大约0.3mm或大于大约1.1mm时，最大照明点的亮度降低的原因可能为以下。当距离D1降低时，在从荧光部件22发射的光中，进入(返回到)光收集部件21的光的量增加，结果到达反射表面23a的光的量减少。因此，从反射表面23a投射的光的量就减少，并且因此投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度可能降低。当距离D1增加时，激光在照射表面22a上的光点区域就更大。因此，在从反射表面23a的焦点F23移位的位置处激发和发射的光的量就增加，并且因此投射成平行光的量就降低。这样，投光装置1的前方25m的最大照明点的亮度可能降低。考虑到前述结果，光收集部件21的光出射表面21b设置成与荧光部件22的照射表面22a相距等于或大于大约0.3mm但等于或小于1.1mm的距离。
在本实施例中，如前所述，提供了激光进入的光入射表面21a、面积小于光入射表面21a并且射出激光的光出射表面21b和光收集部件21，所述光收集部件21包括反射进入光入射表面21a的激光并引导该激光到光出射表面21b的上部表面21c、下部表面21d和一对侧表面21e。这样，已进入光入射表面21a的激光在光收集部件21内行进，同时被上部表面21c、下部表面21d和一对侧表面21e反射，并且以均匀的光强度分布从光出射表面21b射出。换言之，从光出射表面21b射出的激光的光强度分布不是高斯分布。因此，能够减少荧光部件22的照射表面22a上光密度过分地增加的部分的产生。这样，能够减少荧光部件22中包括的荧光体和粘结剂受热退化和由于光导致的化学反应而退化。
与光收集透镜等不同，在光收集部件21中，没有焦点(光收集点)。换言之，从光收集部件21发射的激光不收集到一点。因此，即使当老化退化等导致半导体激光器元件11、光收集部件21或荧光部件22移位时，也能够减少荧光部件22的照射表面22a上的光密度的显著变化。因此，能够减少荧光部件22中光密度过分地增加的部分的产生。即使当半导体激光器元件11相对于光收集部件21移位时，激光在照射表面22a上的点位置(照射位置)变化很小。因此，因为半导体激光器元件11不需要相对于光收集部件21精确地定位，因此能够容易地组装投光装置1。
如前所述，主要地从照射表面22a发射荧光的荧光部件22被提供，因此从荧光部件22发射的大部分的光(荧光)能够反射离开反射部件23。换言之，从荧光部件22发射的光的大部分能够受到反射部件23的控制。因此，能够有效地照亮期望的区域。
因为光收集部件21的光出射表面21b的面积小于光入射表面21a的面积，因此已收集的激光从光出射表面21b射出。这样，因为激光在荧光部件22的照射表面22a上的光点区域能够被减小，因此能够减小荧光部件22的光发射区域。因此，能够有效地照亮期望的区域。
光收集部件21的光出射表面21b设置成与荧光部件22的照射表面22a相距预定距离D1，因此能够减少从荧光部件22的照射表面22a发射的光进入(返回到)光收集部件21的光出射表面21b。因此，能够减少光利用效率的降低。
如前所述，光收集部件21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22倾斜。因为从荧光部件22在法线方向上发射的光的光强度最高，因此光收集部件21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22倾斜，并且因此能够更加多地减少从荧光部件22的照射表面22a发射的光进入光收集部件21的光出射表面21b。这样，能够更多地减少光利用效率的降低。
如前所述，光收集部件21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22在B方向上倾斜。因此，能够减少从反射部件23反射的并且在预定方向(A方向)上行进到光收集部件21的光。换言之，能够在被反射部件23反射的光的光路上减少光收集部件21的配置。因此，能够更多地减少光利用效率的降低。
如前所述，荧光部件22的照射表面22a相对于预定方向(A方向)在B方向上倾斜。因此，能够减少从荧光部件22发射的光直接发射到外部，而没有光穿过反射部件23。换言之，能够减少不受反射部件23控制的光的量。这样，能够减少到达期望的区域的光的量的降低。
如前所述，附接表面24c相对于预定方向(A方向)在B方向上倾斜，并且因此能够容易地使荧光部件22的照射表面22a相对于预定方向(A方向)在B方向上倾斜，即使荧光部件22和支撑板26在厚度上是均匀的。因为荧光部件22和支撑板26形成为使得它们的厚度变得均匀，因此能够容易地制造荧光部件22和支撑板26。
如前所述，荧光体在荧光部件22中的体积占有率设定为90％或更高，因此能够减少被荧光部件22透射的激光，即使当荧光部件22的厚度很小时，结果能够有效地将激光转换成荧光。照射到荧光部件22的激光更容易在荧光部件22的照射表面22a附近被转换成荧光。因此，能够从荧光部件22的照射表面22a容易地和主要地发射荧光。
如前所述，从荧光部件22发射的荧光的光强度分布是朗伯分布。因此，从荧光部件22发射的光的光强度在照射表面22a的法线方向上很大，并且在平行于照射表面22a的方向上的光强度变成基本为零。因此，能够更多地减少从荧光部件22发射的光直接发射到外部，而没有光穿过反射部件23。
如前所述，荧光部件22的厚度为照射表面22a的总尺寸(宽度，长度)的十分之一或更小。此外，荧光部件22的照射表面22a充分地大于照射到照射表面22a的激光的光点区域。因此，从荧光部件22发射的荧光的光强度分布可以容易地为朗伯分布。
如前所述，荧光部件22附接到金属附接部件24，因此能够有效地散发由荧光部件22产生的热量。因此，因为荧光部件22的温度的增加可以减小，因此能够减少荧光部件22受热的退化和荧光部件22的光发射效率的降低。
如前所述，反射表面23a形成为包括抛物面的一部分。这样，荧光部件22定位在反射表面23a的焦点F23中，因此能够容易地将从投光单元20发射的光(照明光)转换成平行光。
如前所述，反射表面23a形成为使得抛物面被与连接焦点F23和顶点V23的轴线相交的平面分割，并且被平行于连接焦点F23和顶点V23的轴线的平面分割。因此，能够减少反射部件23和投光单元20的尺寸。
如前所述，光收集部件21的垂直于其引导光的方向的横截面形成为具有倒角的角部的矩形，因此能够减少激光在光收集部件21的边缘(横截面的角部)的散射。这样，能够减少激光从光收集部件21的泄漏，因此能够提高激光的利用效率。
利用前述光收集部件21，能够容易地收集从多个半导体激光器元件11发射的激光。因此，当多个半导体激光器元件11用作光源时，前述光收集部件21的使用特别有效。
如前所述，光收集部件21相对于荧光部件22的照射表面22a的法线P22倾斜等于或大于10度但等于或小于30度的角度。因此，能够增加在期望的区域中的最大照明点的亮度。
如前所述，光收集部件21的光出射表面21b设置成与荧光部件22的照射表面22a相距等于或大于0.3mm但等于或小于1.1mm的距离D1。因此，能够增加在期望的区域中的最大照明点的亮度。
如前所述，荧光部件22的照射表面22a相对于预定方向(A方向)倾斜的角度β1大于0度但等于或小于30度。因此，能够不仅减少期望的区域中最大照明点的亮度的降低，而且能够减少期望的区域中亮度的全面降低。
(第二实施例)
现在将参照图30-34说明根据本发明的第二实施例的投光装置101的结构。
如图30所示，根据本发明的第二实施例的投光装置101包括投光装置120、光收集部件21、荧光部件22、反射部件23、支撑荧光部件22的支撑部件127和透过荧光然后投射荧光的透镜130(投光部件)。
在本实施例的光收集部件21，如图31所示，光入射表面21a形成为矩形。与前述实施例不同，光出射表面21b在左/右方向上不对称地形成，并且以与短焦距光(超车前照灯)的光投射图案P对应的形状形成。具体地，光入射表面21a具有大约3mm的高度(H21a)和大约10mm的宽度(W21a)。光出射表面21b形成为使得上右部分被切去，并且因此左侧和右侧的高度不同。左边是指在汽车行驶的方向上看的左侧(与C方向相反的一侧)；它是图31中的右边。右边是指在汽车行驶的方向上看的右侧(C方向上的一侧)；它是图31中的左边。光出射表面21b的左部分具有大约1.9mm的高度(HL21b)，并且右部分具有大约1.5mm的高度(HR21b)。下部表面21d在光出射表面21b侧上的末端部分具有大约6mm的宽度(W21d)。图31的W21e是大约3mm的宽度；W21f是大约2.6mm的宽度。W21g是大约0.4mm的宽度。
如在第一实施例中，根据本实施例，激光在光收集部件21的光出射表面21b上的光强度分布是均匀的。
如图30所示，光收集部件21的光出射表面21b设置成与荧光部件22的照射表面22a相距预定距离。光收集部件21的中心轴线设置成与荧光部件22的照射表面22a垂直。
荧光部件22设置在包括反射部件23的反射表面23a的第一焦点F23a的区域中。荧光部件22的照射表面22a设置成与投光方向(A方向)垂直。荧光部件22设置在棒形支撑部件127上，该棒形支撑部件127由例如金属形成。例如，通过将包含荧光体的树脂涂覆到支撑部件127上并硬化它来形成荧光部件22。支撑部件127固定到反射部件23的反射表面23a。支撑部件127可以由例如透射从荧光部件22发射的光的玻璃、树脂等形成。
在本实施例中，当激光照射到荧光部件22，荧光部件22的照射区域S在左/右方向上是不对称的，如图32所示。具体地，如具有光收集部件21的光出射表面21b，照射区域S形成为使得短焦距光(超车前照灯)的光投射图案P是投射图像，并且成形为上右部分被切除。在照射区域S中，线Sm1和Sm2和点Se形成为使得光投射图案P的分界线M1和M2和弯肘点E(稍后说明)是投射图像。线Sm1和Sm2是照射区域S的边缘部分的部分。点Se是线Sm1和Sm2的交点。
如图30所示，反射部件23的反射表面23a形成为包括椭圆面的部分。具体地，通过用垂直(相交)于连接第一焦点F23a和第二焦点F23b的轴线的平面分割椭圆面来获得反射表面23a形成的形状。反射表面23a具有大约30mm的深度(在B方向上的长度)，并且当在投光方向(A方向)上看时形成为半径大约15mm的圆形。
反射部件23的反射表面23a的第一焦点F23a设置成与荧光部件22的照射区域S的点Se(线Sm1和Sm2的交点)基本重合。换言之，第一焦点F23a设置在照射区域S的光投射图案P的弯肘点E(稍后说明)被投射的位置中。
透镜130设置在反射部件23的前方。透镜130具有大约15mm的半径。透镜130的焦点F130与反射部件23的反射表面23a的第二焦点F23b基本重合。透镜130可以是平凸透镜、双凸透镜或其它形状的透镜。
在本实施例中，从荧光部件22的照射区域S发射的光被反射部件23的反射表面23a反射，穿过反射表面23a的第二焦点F23b，并且被透镜130投射。然后，如图33所示，投光装置101前方25m的光投射图案P具有被照射区域S反射的形状。
具体地，光投射图案P不在上右方向上延伸，并且在左/右方向(水平方向)和向下方向上延伸。在该光投射图案P中，光亮区域和黑暗区域被分界线M1和M2快速地切换，并且照明光不照射到分界线M1和M2上方的区域。具体地，光投射图案P以上右部被切除的形状形成。因此，能够减少给驶来的汽车的驾驶员施加闪耀光。在弯肘点(分界线M1和M2的交点)E的附近的区域R101(汽车直接前方区域)的亮度最高；当区域远离区域R101时，亮度会降低。具体地，区域R101、R102和R103的亮度依此次序降低。
相反地，在汽车在左边行驶的国家，例如日本，如图34所示，汽车的短焦距光需要具有通过切割上右部分获得的光投射图案P。分界线M1和M2需要快速地切换光亮区域和黑暗区域，以便不给驶来的汽车的驾驶员施加闪耀光。
如前所述，在本实施例的投光装置101中，需用作汽车的短焦距光的光投射图案P是完全地满足的。
第二实施例的其它部分的结构与第一实施例相同。
在本实施例中，如前所述，光出射表面21b在左/右方向上是不对称的。这样，照射区域S能够在左/右方向上容易地成为不对称，并且因此光投射图案P能够在左/右方向上容易地成为不对称。
在本实施例中，如前所述，反射部件23的反射表面23a的第一焦点F23a设置在线Sm1和Sm2上，线Sm1和Sm2是照射区域S的光投射图案P的分界线M1和M2被投射的部分。这样，通过分界线M1和M2快速地切换光亮区域和黑暗区域，其特别有效。
如前所述，反射部件23的反射表面23a的第一焦点F23a设置在照射区域S的光投射图案P的弯肘点E被投射的位置中。这样，能够在弯肘点E的附近快速地切换光亮区域和黑暗区域，其更有效。还能够最大化地增亮弯肘点E的附近。换言之，能够最大化地增亮汽车直接前方的区域(区域R101)。第一焦点F23a设置在照射区域S的弯肘点E被投射的位置(照射区域S在左/右方向上的中心位置)中，因此能够形成光投射图案P的下部分，使得该下部分在左/右方向上大致对称。
如前所述，从照射区域S发射的光被反射表面23a反射，穿过反射表面23a的第二焦点F23b，并且被透镜130投射。这里，因为反射表面23a的第二焦点F23b与透镜130的焦点F130重合，因此透镜130形成的光投射图案P是通过投射照射区域S的形状获得的图案。与光通过反射部件23投射而不提供透镜130的情况相比，当使用透镜130投射光时，照射区域S的形状更容易反射在光投射图案P上。与用透镜130投射光而不提供反射部件23的情况相比，提供反射部件23，因此能够利用更大量的从荧光部件22发射的光作为照明光。这样，能够提高光的利用效率。
第二实施例的其它效果与第一实施例相同。
(第三实施例)
现在将参照图35说明根据本发明的第三实施例的投光装置201的结构。
在根据本发明的第三实施例的投光装置201中，如图35所示，反射部件23用前述第一实施例的反射部件23形成。
如在第二实施例中，反射部件23的反射表面23a的焦点F23设置成与荧光部件22的照射区域S的点Se(线Sm1和Sm2的交点)基本重合。
本实施例的光收集部件21用前述第二实施例的光收集部件21形成。
在本实施例中，从荧光部件22的照射区域S发射的光通过被反射部件23的反射表面23a反射而被投射。
第三实施例中的其它部分与第一实施例相同。
第三实施例中的其它效果与第一和第二实施例相同。
应当考虑到本文公开的实施例在所有方面是示意性的，而不是限制性的。本发明的保护范围不是用前述实施例的说明来限制，而是通过权利要求的范围来限制；本发明的保护范围包括与权利要求的范围等同的装置和保护范围内的所有变化。
例如，尽管在前述实施例中，已经对本发明的投光装置用作汽车的前照灯的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。本发明的投光装置可以用作飞机、船、机器人、摩托车或自行车或其它行驶装置的前照灯。
尽管在前述实施例中，已经对本发明的投光装置应用于前照灯的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。本发明的投光装置可以应用于顶棚里向下照射的小聚光灯、聚光灯或其它投光装置。
尽管在前述实施例中，已经对激发光转换成可见光的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例，激发光可以转换成不同于可见光的光。例如，当激发光转换成红外光时，能够应用于安全CCD摄像机等的夜间照明装置。
尽管在前述实施例中，已经对激发光源(半导体激光器元件)和荧光部件被配置成发射白色光的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。激发光源和荧光部件可以配置成发射不同于白光的光。
尽管在前述实施例中，已经对半导体激光器元件用作发射激光的激光发生器的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例，并且可以使用不同于半导体激光器元件的激光发生器。
前述实施例中描述的数值是示例，这些数值不受限制。
从本发明的前述实施例的半导体激光器元件发射的激光的波长的中心波长和形成荧光部件的荧光体的类型可以适当变化。例如，通过使用发射中心波长为大约450nm的蓝色激光的半导体激光器元件和将蓝色激光的部分转换成黄色光的荧光体，可以获得白光。在此情况中，阻挡激发光的过滤部件可以省略。将蓝色激光转换成黄色光的荧光体的示例为(Y1-x-yGdxCey)3Al5O12(0.1≤x≤0.55，0.01≤y≤0.4)。本发明不局限于前面已描述的，并且从半导体激光器元件发射的激光的中心波长可以在从紫外光到可见光的范围内自由选择。
尽管在前述实施例中，已经对反射部件的反射表面由抛物面的部分或椭圆面的部分形成的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。反射表面可以用形成有大量的弯曲表面(例如，抛物面)的多反射器和其中连续地设置大量微平表面的自由弯曲表面反射器等形成。
尽管在前述实施例中，已经对分开地设置附接部件的反射部件的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例，并且附接部件的反射部件可以整体地形成。
尽管在前述实施例中，已经对多个半导体激光器元件用作激发光源的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。可以使用一个半导体激光器元件作为激发光源。集成多个光发射部分的所谓的半导体激光器阵列可以用作激发光源。
尽管在前述实施例中，已经对光收集部件固定到激光发生装置的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。光收集部件可以固定到反射部件、附接部件、支撑板或荧光部件。
尽管在前述实施例中，已经对在光收集部件的光出射表面和荧光部件的照射表面之间形成间隙(间隔)的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。树脂、玻璃等可以设置在光收集部件的光出射表面和荧光部件的照射表面之间；光收集部件的反射表面的内部可以填充树脂、玻璃等。
在前述实施例中，已经对激光在荧光部件的照射表面的附近转换成荧光并从照射表面发射的示例进行了说明。换言之，尽管已经对激光好荧光不到达荧光部件的后表面的一侧的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。与荧光部件的后表面接触的支撑板的表面可以形成有反射表面，使得实际上没有荧光从荧光部件的后表面发射。在此情况中，荧光体不需要具有如前面的实施例所描述的高密度。然而，当激光不到达荧光部件的后表面的一侧并在照射表面的附近转换成荧光时，光发射效率很高。因此，荧光体优选地具有高密度。
尽管在第一和第三实施例中，已经对荧光部件形成在支撑板的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。例如，荧光部件可以直接形成在附接部件的附接部分上。例如，与支撑板和附接部分对应的部分可以用荧光部件形成，而不提供支撑板和附接部分。然而，在此情况中，因为荧光部件的厚度增加，因此散热减少，荧光部件的厚度优选地通过提供附接部分来减小。
尽管在第一和第三实施例中，已经对光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线、朝向与投光方向相反的一侧倾斜的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。光收集部件可以相对于荧光部件的照射表面的法线在其它方向上倾斜。
例如，荧光部件的照射表面可以是圆形的、椭圆形的、方形的、矩形的或多边形的。
尽管在前述实施例中，已经对光收集部件的光出射表面用平坦表面形成的情况进行了说明，但是本发明不局限于此情况，光出射表面可以用不同于平坦表面的表面形成。
尽管在前述实施例中，已经对投光方向例如是水平方向的情况进行了说明，但是本发明不局限于此情况，投光方向不必是水平方向。
尽管在第一和第三实施例中，已经对附接部件的上部表面是水平的情况进行了说明，但是本发明不局限于此情况，附接部件的上部表面不必是水平的。
尽管在第一和第三实施例中，已经对反射部件的开口表面垂直于投光方向的情况进行了说明，但是本发明不局限于此情况。反射部件的开口表面不必垂直于投光方向。反射部件的开口表面可以例如是弯曲表面(不平的表面)。
尽管在前述实施例中，已经对进入光收集部件的光入射表面的激光被第二反射表面反射(上部表面、底部表面和侧表面)并被引导到光出射表面的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。例如，光收集部件形成为使得如同分级指数光纤，从内部向外部折射率平滑地或台阶地降低，因此激光的行进方向在光收集部件内改变，结果激光可以引导到光出射表面。
尽管，例如在第二实施例中，已经对在投光方向(A方向)上观看时反射部件23的反射表面23a形成为圆形的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。例如，如同具有图36所示的本发明的第一变化的投光装置301，反射部件23的反射表面23a可以形成为包括椭圆面的部分，并且还形成为在投光方向上观看时为大致的半圆形。在该投光装置301中，如在第二实施例中，反射部件23的反射表面23a的第一焦点F23a设置成与荧光部件22的照射区域S的点Se基本重合。透镜130的焦点F130和反射部件23的反射表面23a的第二焦点F23b彼此基本重合。透镜130的上部分可以省略。
尽管在前述实施例中，已经对在投光方向(A方向)上观看时反射部件23的反射表面23a形成为圆形的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。例如，如同具有图37所示的本发明的第二变化的投光装置401，激光可以从透镜130侧照射到荧光部件22，并且从荧光部件22的照射表面22a发射的光可以被透镜130投射，而不使用反射部件23。透镜130的焦点F130设置在照射区域S中。由于此结构，照射区域S的形状容易地反射在由透镜130形成的光投射图案P上。与用反射部件23投射光而不提供透镜130的情况相比，当用透镜130投射光时，照射区域S的形状容易地反射在光投射图案P上。
尽管在第二和第三实施例中，已经对不使用遮光板、通过切割上右部分来获得形成光投射图案的形状的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。例如，遮光板可以设置在反射部件(或荧光部件)和透镜之间。由于此结构，能够在光投射图案的边缘部分中更快速地切换光亮区域和黑暗区域或者获得更复杂的光投射图案。因为如在第二和第三实施例中，光收集部件的光出射表面以对应于光投射图案的形状形成，因此能够预先设定照射区域和光投射图案的形状，被遮光板阻挡的光的量可以减少。因此，能够减少光的利用效率的降低。
尽管在第二和第三实施例中，已经对在左侧驾驶的国家(例如日本)的使用情况中、具有切割的上右部分的光投射图案的示例进行了说明，但是本发明不局限于此示例。在右侧驾驶的国家的使用情况中，光收集部件的光出射表面的形状在左/右方向上是反向的，因此能够获得上左部分被切割的光投射图案。
通过适当地组合获得的结构、实施例的结构和前述变化例也包括在本发明的技术范围内。

Claims (26)

1.一种在预定方向上投射光的投光单元，所述投光单元包括：
光收集部件，所述光收集部件包括：激光进入的光入射表面；和光出射表面，激光从光出射表面射出，所述光出射表面的面积小于光入射表面的面积；
荧光部件，所述荧光部件包括照射表面，从光收集部件射出的激光照射到所述照射表面，所述荧光部件将所述激光的至少一部分转换成荧光，并且所述荧光部件从照射表面主要发射荧光；和
投光部件，所述投光部件投射从荧光部件射出的荧光，
其中，所述荧光部件的照射表面是平面，
所述光收集部件具有在所述光收集部件内改变进入光入射表面的激光的行进方向并将该激光引导到光出射表面的功能，并且
所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距预定距离，
所述光收集部件还包括第二反射表面，所述第二反射表面反射进入光入射表面的激光并将该激光引导到光出射表面，且所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线的倾斜角度等于或大于10度但等于或小于30度。
2.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述投光部件包括反射部件，所述反射部件具有反射从荧光部件射出的荧光的第一反射表面。
3.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线倾斜。
4.根据权利要求3所述的投光单元，
其中所述光收集部件相对于荧光部件的照射表面的法线、朝向与所述预定方向相反的一侧倾斜。
5.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述荧光部件的照射表面相对于所述预定方向、朝向与投光方向相反的一侧倾斜。
6.根据权利要求5所述的投光单元，还包括：
附接部件，所述附接部件包括附接表面，所述荧光部件附接到所述附接表面，
其中所述附接表面相对于所述预定方向、朝向与所述投光方向相反的一侧倾斜。
7.根据权利要求5或6所述的投光单元，
其中所述荧光部件的照射表面相对于所述预定方向的倾斜角度大于0度但等于或小于30度。
8.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述荧光部件包含荧光体，并且
所述荧光体在所述荧光部件中的体积占有率为90％或更大。
9.根据权利要求1所述的投光单元，
其中从所述荧光部件射出的荧光的光强度分布是朗伯分布。
10.根据权利要求9所述的投光单元，
其中所述荧光部件的厚度是所述照射表面的总尺寸的十分之一或更小。
11.根据权利要求9或10所述的投光单元，
其中所述荧光部件的照射表面充分地大于照射到照射表面的激光的光点区域。
12.根据权利要求1所述的投光单元，还包括：
金属附接部件，所述荧光部件附接到所述金属附接部件。
13.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述荧光部件包括照射区域，所述激光照射到所述照射区域，并且
所述照射区域在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。
14.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述荧光部件包括照射区域，所述激光照射到所述照射区域，并且
所述投光部件的焦点布置在所述照射区域的边缘部分中。
15.根据权利要求14所述的投光单元，
其中所述投光单元用作汽车的前照灯，并且
所述投光部件的焦点布置在照射区域的、光投射图案的分界线投射在其上的边缘部分中。
16.根据权利要求15所述的投光单元，
其中所述投光部件的焦点布置在照射区域的、光投射图案的弯肘点投射在其上的位置中。
17.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述光出射表面在与所述预定方向相交的方向上是不对称的。
18.根据权利要求17所述的投光单元，
其中所述投光单元用作汽车的前照灯，并且
所述光出射表面以与超车前照灯的光投射图案对应的形状形成。
19.根据权利要求2所述的投光单元，
其中所述第一反射表面形成为包括抛物面和椭圆面中的任一个的至少一部分。
20.根据权利要求19所述的投光单元，
其中所述第一反射表面以一形状形成，所述形状是通过用与一轴线相交的平面和与该轴线平行的平面分割抛物面和椭圆面中的任一个获得的，所述轴线连接第一反射表面的焦点和顶点。
21.根据权利要求19或20所述的投光单元，
其中所述投光部件包括所述反射部件和透过荧光的透镜，
所述第一反射表面形成为包括椭圆面的一部分，
所述荧光部件包括激光照射到其上的照射区域，
所述第一反射表面的第一焦点布置在所述照射区域中，并且
所述第一反射表面的第二焦点和所述透镜的焦点彼此重合。
22.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述投光部件包括透射从荧光部件射出的荧光的透镜，
所述荧光部件包括激光照射到其上的照射区域，并且
所述透镜的焦点布置在所述照射区域中。
23.根据权利要求1所述的投光单元，
其中垂直于引导所述光收集部件所沿的方向的横截面的角部被倒角。
24.根据权利要求1所述的投光单元，
其中从多个激光发生器发射的激光进入光收集部件的光入射表面。
25.根据权利要求1所述的投光单元，
其中所述光收集部件的光出射表面设置成与荧光部件的照射表面相距一距离，该距离等于或大于0.3mm但等于或小于1.1mm。
26.一种投光装置，包括：
权利要求1所述的投光单元；和
激光发生器，所述激光发生器发射激光到投光单元的光收集部件。
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