JP2013161552A - Light projection device, and laser irradiation device - Google Patents
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Description
この発明は、投光装置およびレーザ照射装置に関し、特に、複数のレーザ発生器を備えた投光装置およびレーザ照射装置に関する。 The present invention relates to a light projection device and a laser irradiation device, and more particularly to a light projection device and a laser irradiation device provided with a plurality of laser generators.
従来、複数のレーザ発生器とレーザ光が照射され蛍光を出射する蛍光部材とを備えた投光装置が知られている。従来の投光装置の一例は、複数のレーザ発生器と、レーザ光が照射され蛍光を出射する蛍光部材と、レーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する複数の集光レンズと、蛍光部材から出射した光を投光する反射部材とを備えている。集光レンズは、レーザ発生器毎に設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a light projecting device including a plurality of laser generators and a fluorescent member that emits fluorescence when irradiated with laser light. An example of a conventional projector is a plurality of laser generators, a fluorescent member that emits fluorescence when irradiated with laser light, and a plurality of condensing beams that transmit the laser light emitted from the laser generator and irradiate the fluorescent member. A lens and a reflecting member that projects light emitted from the fluorescent member are provided. A condensing lens is provided for each laser generator.
この投光装置では、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光は、対応する集光レンズにより集光され蛍光部材に照射されるとともに、蛍光部材により蛍光に変換される。蛍光部材から出射した蛍光は、反射部材により投光装置の前方に投光される。 In this light projecting device, the laser beams emitted from the plurality of laser generators are condensed by the corresponding condensing lens, irradiated to the fluorescent member, and converted into fluorescence by the fluorescent member. The fluorescence emitted from the fluorescent member is projected forward of the light projecting device by the reflecting member.
なお、複数のレーザ発生器と蛍光部材とを備えた投光装置は、例えば特許文献1に開示されている。
In addition, the light projector provided with the several laser generator and the fluorescent member is disclosed by
しかしながら、上記した従来の投光装置では、各レーザ発生器から出射したレーザ光を蛍光部材に照射するために、レーザ発生器毎に集光レンズを設けるので、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整箇所が多くなる。このため、投光装置の製造に時間がかかるという問題点がある。 However, in the conventional projector described above, a condensing lens is provided for each laser generator in order to irradiate the fluorescent member with the laser light emitted from each laser generator. There are many optical adjustment points. For this reason, there exists a problem that manufacture of a light projection apparatus takes time.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、製造時間を短縮することが可能な投光装置およびレーザ照射装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light projecting device and a laser irradiation device capable of reducing the manufacturing time.
上記目的を達成するために、この発明の投光装置は、第1方向に配列され、レーザ光を出射する複数のレーザ発生器と、レーザ光が照射され蛍光を出射する蛍光部材と、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する集光レンズと、蛍光部材から出射した光を投光する投光部材と、を備え、集光レンズは、レーザ光を第1方向には集光せず、レーザ光を第1方向と交差する第2方向に集光する。 In order to achieve the above object, a light projecting device of the present invention includes a plurality of laser generators arranged in a first direction and emitting laser light, a fluorescent member that emits fluorescence when irradiated with laser light, and a plurality of laser generators A condensing lens that transmits laser light emitted from the laser generator and irradiates the fluorescent member; and a light projecting member that projects light emitted from the fluorescent member. The laser beam is focused in a second direction that intersects the first direction, without focusing in the direction.
この発明の投光装置では、上記のように、第1方向に配列され、レーザ光を出射する複数のレーザ発生器と、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する集光レンズとを備える。これにより、複数のレーザ発生器に対して1つ(共通)の集光レンズを調整すればよいので、投光装置の製造時間を短縮することができる。また、複数のレーザ発生器に対して共通の集光レンズを設けるので、部品点数を削減することができるとともに、小型化することができる。 In the light projecting device of the present invention, as described above, the plurality of laser generators arranged in the first direction and emitting laser light, and the laser light emitted from the plurality of laser generators are transmitted and irradiated to the fluorescent member. And a condensing lens. Thereby, since one (common) condensing lens should just be adjusted with respect to a several laser generator, the manufacturing time of a light projection apparatus can be shortened. In addition, since a common condenser lens is provided for a plurality of laser generators, the number of parts can be reduced and the size can be reduced.
また、上記のように、集光レンズはレーザ光を第1方向には集光しないので、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整を第1方向には行う必要がない。これにより、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整をより容易に行うことができ、投光装置の製造時間をより短縮することができる。また、集光レンズは、レーザ光を第1方向と交差する第2方向に集光するので、蛍光部材の照射領域の第2方向の長さを集光レンズにより制御することができる。 Further, as described above, since the condensing lens does not condense the laser light in the first direction, it is not necessary to perform optical adjustment between the laser generator and the condensing lens in the first direction. Thereby, optical adjustment with a laser generator and a condensing lens can be performed more easily, and the manufacturing time of a light projection apparatus can be shortened more. Moreover, since the condensing lens condenses the laser light in the second direction intersecting the first direction, the length of the irradiation region of the fluorescent member in the second direction can be controlled by the condensing lens.
なお、この発明の投光装置では、レーザ発生器から蛍光部材までの距離により、蛍光部材の照射領域の第1方向の長さが決定され、集光レンズにより、蛍光部材の照射領域の第2方向の長さが決定される。 In the light projecting device of the present invention, the length of the irradiation region of the fluorescent member in the first direction is determined by the distance from the laser generator to the fluorescent member, and the second of the irradiation region of the fluorescent member is determined by the condensing lens. The length of the direction is determined.
上記投光装置において、好ましくは、複数のレーザ発生器は同一の基板に設けられている。このように構成すれば、第1方向に配列された複数のレーザ発生器を容易に得ることができる。なお、「複数のレーザ発生器は同一の基板に設けられている」とは、複数のレーザ発生器が同一の実装基板に実装されている場合や、1つの半導体基板上に複数のレーザ素子部(レーザ発生器)が形成されている場合を含む概念である。 In the above projector, preferably, the plurality of laser generators are provided on the same substrate. If comprised in this way, the several laser generator arranged in the 1st direction can be obtained easily. “A plurality of laser generators are provided on the same substrate” means that a plurality of laser generators are mounted on the same mounting substrate or a plurality of laser element units on one semiconductor substrate. This is a concept including a case where a (laser generator) is formed.
上記投光装置において、好ましくは、複数のレーザ発生器はレーザ光の長軸方向と直交する方向に配列されている。このように構成すれば、集光レンズによりレーザ光を長軸方向(第2方向)に集光することができる。これにより、蛍光部材の照射領域が長軸方向に大きくなるのを抑制することができるので、特に有効である。 In the above projector, the plurality of laser generators are preferably arranged in a direction perpendicular to the major axis direction of the laser light. If comprised in this way, a laser beam can be condensed in a major axis direction (2nd direction) with a condensing lens. Thereby, since it can suppress that the irradiation area | region of a fluorescent member becomes large in a major axis direction, it is especially effective.
上記投光装置において、好ましくは、複数のレーザ発生器から出射した各レーザ光の光軸がレーザ発生器から離れるにしたがって互いに近づくように、複数のレーザ発生器は配置されている。このように構成すれば、蛍光部材の照射領域が第1方向に大きくなるのを抑制することができる。 In the above projector, the plurality of laser generators are preferably arranged so that the optical axes of the laser beams emitted from the plurality of laser generators approach each other as the distance from the laser generator increases. If comprised in this way, it can suppress that the irradiation area | region of a fluorescent member becomes large in a 1st direction.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、光軸とは、光束が最も高い方向に延びる軸をいう。 In the present specification and claims, the optical axis refers to an axis extending in the direction in which the luminous flux is highest.
上記各レーザ光の光軸が互いに近づくように複数のレーザ発生器が配置されている投光装置において、好ましくは、蛍光部材はレーザ光が照射される照射面を含み、複数のレーザ発生器から出射し集光レンズを透過した各レーザ光の光軸と蛍光部材の照射面との交点は、1点である。 In the light projecting device in which the plurality of laser generators are arranged so that the optical axes of the laser beams are close to each other, preferably, the fluorescent member includes an irradiation surface on which the laser beams are irradiated, and the plurality of laser generators There is one point of intersection between the optical axis of each laser beam emitted and transmitted through the condenser lens and the irradiation surface of the fluorescent member.
上記投光装置において、好ましくは、蛍光部材はレーザ光が照射される照射面を含み、複数のレーザ発生器から出射し集光レンズを透過した各レーザ光の光軸と蛍光部材の照射面との交点は、複数点である。 In the above light projecting device, preferably, the fluorescent member includes an irradiation surface on which the laser light is irradiated, and the optical axis of each laser light emitted from the plurality of laser generators and transmitted through the condenser lens, and the irradiation surface of the fluorescent member, There are a plurality of intersections.
上記各レーザ光の光軸と蛍光部材の照射面との交点が複数点である投光装置において、好ましくは、複数の交点は、レーザ光が照射されることにより白色光を出射する点と、レーザ光が照射されることにより橙色光を出射する点とを含む。このように構成すれば、1つの投光装置から白色光と橙色光とを出射することができる。 In the light projecting device in which the intersection between the optical axis of each laser beam and the irradiation surface of the fluorescent member is a plurality of points, preferably, the plurality of intersections emit white light when irradiated with the laser beam, and And a point that emits orange light when irradiated with laser light. If comprised in this way, white light and orange light can be radiate | emitted from one light projector.
この場合、好ましくは、蛍光部材は、レーザ光が照射されることにより白色光を出射する白色蛍光体と、レーザ光が照射されることにより橙色光を出射する橙色蛍光体とを含み、白色蛍光体は車両用の前照灯の光源として機能し、橙色蛍光体は車両用の方向指示器の光源として機能する。このように構成すれば、1つの投光装置で前照灯と方向指示器とを兼ねることができるので、特に有効である。 In this case, preferably, the fluorescent member includes a white phosphor that emits white light when irradiated with laser light, and an orange phosphor that emits orange light when irradiated with laser light. The body functions as a light source for a vehicle headlamp, and the orange phosphor functions as a light source for a vehicle direction indicator. If comprised in this way, since one light projector can serve as a headlamp and a direction indicator, it is especially effective.
なお、本明細書および特許請求の範囲において、白色蛍光体とは、混色されることにより白色光となる光を出射する蛍光体を意味し、例えば、励起光を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換する赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体の3種類の蛍光体や、励起光を黄色光および青色光にそれぞれ変換する黄色蛍光体および青色蛍光体の2種類の蛍光体等を含む概念である。 In the present specification and claims, the white phosphor means a phosphor that emits light that becomes white light when mixed, and for example, excitation light is red light, green light, and blue light. Three types of phosphors, red phosphor, green phosphor and blue phosphor, respectively, and two types of phosphor, yellow phosphor and blue phosphor, which convert excitation light into yellow light and blue light, respectively It is a concept that includes.
上記各レーザ光の光軸と蛍光部材の照射面との交点が複数点である投光装置において、好ましくは、複数のレーザ発生器は個別に駆動される。このように構成すれば、蛍光部材の照射領域を変化させることができるので、投光装置から出射する光の投光パターンを変化させることができる。 In the light projecting device in which there are a plurality of intersections between the optical axis of each laser beam and the irradiation surface of the fluorescent member, the plurality of laser generators are preferably driven individually. If comprised in this way, since the irradiation area | region of a fluorescent member can be changed, the light projection pattern of the light radiate | emitted from a light projector can be changed.
上記投光装置において、好ましくは、投光部材は蛍光部材から出射した光を反射する反射部材を含む。このように構成すれば、蛍光部材から出射した光を所定の方向に容易に反射することができる。 In the light projecting device, preferably, the light projecting member includes a reflecting member that reflects light emitted from the fluorescent member. If comprised in this way, the light radiate | emitted from the fluorescent member can be easily reflected in a predetermined direction.
上記投光部材が反射部材を含む投光装置において、好ましくは、反射部材には、レーザ発生器からのレーザ光を通過させて蛍光部材に到達させる貫通穴が形成されている。このように構成すれば、レーザ発生器が反射部材の外部に配置されている場合に、レーザ発生器から出射したレーザ光を蛍光部材に容易に照射することができる。 In the light projecting device in which the light projecting member includes a reflective member, preferably, the reflective member is formed with a through hole through which the laser light from the laser generator passes and reaches the fluorescent member. If comprised in this way, when the laser generator is arrange | positioned outside the reflection member, the laser beam radiate | emitted from the laser generator can be easily irradiated to a fluorescent member.
上記投光装置において、好ましくは、投光部材は蛍光部材から出射した光を透過するレンズを含む。このように構成すれば、蛍光部材から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。 In the light projecting device, preferably, the light projecting member includes a lens that transmits light emitted from the fluorescent member. If comprised in this way, the light radiate | emitted from the fluorescent member can be easily projected in a predetermined direction.
上記投光装置において、好ましくは、集光レンズはシリンドリカルレンズを含む。このように構成すれば、第1方向に配列された複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射するように、集光レンズを容易に形成することができる。また、レーザ光を第1方向に集光せず第2方向に集光するように、集光レンズを容易に形成することができる。 In the above projector, the condensing lens preferably includes a cylindrical lens. If comprised in this way, a condensing lens can be formed easily so that the laser beam radiate | emitted from the several laser generator arranged in the 1st direction may be permeate | transmitted and irradiated to a fluorescent member. Further, the condensing lens can be easily formed so that the laser light is not condensed in the first direction but is condensed in the second direction.
上記投光装置において、好ましくは、複数のレーザ発生器を収納するとともに、レーザ光の出射側に開口部を有する収納部材と、収納部材の開口部に取り付けられるとともに、レーザ光を透過する機能を有するカバー部材と、を備え、集光レンズはカバー部材に固定されている。このように構成すれば、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整をより容易に行うことができる。また、集光レンズをカバー部材に固定した後では複数のレーザ発生器と集光レンズとを1つの部品として取り扱うことができるので、投光装置の製造をより容易に行うことができる。 In the above light projecting device, preferably, a plurality of laser generators are housed, a housing member having an opening on the laser light emitting side, a function of being attached to the opening of the housing member and transmitting the laser light. And a condensing lens is fixed to the cover member. If comprised in this way, optical adjustment with a laser generator and a condensing lens can be performed more easily. In addition, since the plurality of laser generators and the condensing lens can be handled as one component after the condensing lens is fixed to the cover member, the light projecting device can be manufactured more easily.
上記投光装置は、好ましくは、車両用の灯具として用いられる。 The light projecting device is preferably used as a vehicular lamp.
この発明のレーザ照射装置は、第1方向に配列され、レーザ光を出射する複数のレーザ発生器と、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する集光レンズと、を備え、集光レンズは、レーザ光を第1方向には集光せず、レーザ光を第1方向と交差する第2方向に集光する。 The laser irradiation apparatus according to the present invention includes a plurality of laser generators arranged in a first direction and emitting laser light, and a condensing lens that transmits the laser light emitted from the plurality of laser generators and irradiates the fluorescent member. The condensing lens condenses the laser light in a second direction intersecting the first direction without condensing the laser light in the first direction.
この発明のレーザ照射装置では、上記のように、第1方向に配列され、レーザ光を出射する複数のレーザ発生器と、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する集光レンズとを備える。これにより、複数のレーザ発生器に対して1つ(共通)の集光レンズを調整すればよいので、レーザ照射装置の製造時間を短縮することができる。また、複数のレーザ発生器に対して共通の集光レンズを設けるので、部品点数を削減することができるとともに、小型化することができる。 In the laser irradiation apparatus of the present invention, as described above, a plurality of laser generators arranged in the first direction and emitting laser light, and the laser light emitted from the plurality of laser generators are transmitted and irradiated to the fluorescent member. And a condensing lens. Thereby, since one (common) condensing lens should just be adjusted with respect to several laser generators, the manufacturing time of a laser irradiation apparatus can be shortened. In addition, since a common condenser lens is provided for a plurality of laser generators, the number of parts can be reduced and the size can be reduced.
また、上記のように、集光レンズはレーザ光を第1方向には集光しないので、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整を第1方向には行う必要がない。これにより、レーザ発生器と集光レンズとの光学的調整をより容易に行うことができ、レーザ照射装置の製造時間をより短縮することができる。また、集光レンズは、レーザ光を第1方向と交差する第2方向に集光するので、蛍光部材の照射領域の第2方向の長さを集光レンズにより制御することができる。 Further, as described above, since the condensing lens does not condense the laser light in the first direction, it is not necessary to perform optical adjustment between the laser generator and the condensing lens in the first direction. Thereby, optical adjustment with a laser generator and a condensing lens can be performed more easily, and the manufacturing time of a laser irradiation apparatus can be shortened more. Moreover, since the condensing lens condenses the laser light in the second direction intersecting the first direction, the length of the irradiation region of the fluorescent member in the second direction can be controlled by the condensing lens.
以上のように、本発明によれば、製造時間を短縮することが可能な投光装置およびレーザ照射装置を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a light projecting device and a laser irradiation device capable of reducing the manufacturing time.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In order to facilitate understanding, hatching may be performed even in a cross-sectional view, or hatching may be performed even in a cross-sectional view.
(第1実施形態)
まず、図1〜図13を参照して、本発明の第1実施形態による投光装置1の構造について説明する。なお、図面簡略化のために、半導体レーザ素子11の数を省略して描いている場合がある。
(First embodiment)
First, with reference to FIGS. 1-13, the structure of the
本発明の第1実施形態による投光装置1は、例えば自動車などの前方を照明する前照灯(灯具)として用いられるものである。投光装置1は図1および図2に示すように、レーザ光源(励起光源)として機能するレーザ発生装置10と、レーザ発生装置10から出射したレーザ光によって励起された蛍光体から発せられる蛍光を前方(A方向)に投光する投光ユニット20とを備える。なお、図2では、理解を容易にするために、投光ユニット20の後述する取付部24bおよび支持板25を省略している。
The
レーザ発生装置10は図3に示すように、複数の半導体レーザ素子11(レーザ発生器)と、複数の半導体レーザ素子11が半田など(図示せず)を用いて実装されるヒートスプレッダ12と、これらを収納する金属製の収納部材13とを含んでいる。
As shown in FIG. 3, the
ヒートスプレッダ12は、半導体レーザ素子11から発生した熱を放熱する放熱部材として機能するとともに、複数の半導体レーザ素子11が実装される実装基板として機能する。ヒートスプレッダ12は例えば炭化ケイ素製の平板により形成されており、表面がAuコーティングされている。また、ヒートスプレッダ12は収納部材13の後述する載置部の13cに半田付けされている。また、ヒートスプレッダ12の実装面上には、半導体レーザ素子11と電気的に接続される複数の電極パターン(図示せず)が形成されている。また、ヒートスプレッダ12の実装面上には、複数の半導体レーザ素子11がC方向(第1方向)に配列されて実装されている。このC方向は、半導体レーザ素子11から出射するレーザ光の後述する長軸方向と直交する方向(略短軸方向)である。本実施形態では、全て(例えば11個)の半導体レーザ素子11が同一の基板(ヒートスプレッダ12)に実装されており、同一平面(レーザ光の短軸を含む平面)内に配置されている。
The
半導体レーザ素子11は例えばワイドストライプ型レーザであって、励起光として機能するレーザ光を出射する。また、半導体レーザ素子11は、例えば約405nmの中心波長を有する青紫色のレーザ光を出射するように構成されている。また、半導体レーザ素子11は図4に示すように、例えば約200μmの幅(W11)と、約100μmの厚み(T11)と、約1000μmの長さ(L11)とを有する。
The
また、半導体レーザ素子11は、n型GaNから成る厚さ約100μmの基板11aと、基板11a上に順に形成される層厚約0.5μmのn型GaNから成るバッファ層11b、層厚約2μmのn型Al0.05Ga0.95Nから成る下クラッド層11c、InGaNの多重量子井戸から成る活性層11d、および、層厚約0.5μm(最厚部)のp型Al0.05Ga0.95Nから成る上クラッド層11eとを含んでいる。
In addition, the
また、上クラッド層11eの所定の位置には、Z方向(半導体レーザ素子11の長さ方向)に延びるリッジが設けられている。このリッジ上には、層厚約0.1μmのp型GaNから成るコンタクト層11fと、Pdから成る電極11gとが形成されている。また、上クラッド層11eの上面と、コンタクト層11fおよび電極11gの側面とを覆うようにSiO2から成る絶縁膜11hが形成されている。また、絶縁膜11h上の所定領域には、リッジを覆うとともに、電極11gにオーミック接触するパッド電極11iが形成されている。また、基板11aの下面には、Hf/Alから成る裏面電極11jが形成されている。
A ridge extending in the Z direction (the length direction of the semiconductor laser element 11) is provided at a predetermined position of the
そして、各半導体レーザ素子11のパッド電極11iはAuワイヤ14を介してヒートスプレッダ12の電極パターン(図示せず)に電気的に接続されている。また、各半導体レーザ素子11の裏面電極11jは図示しない半田層などを介してヒートスプレッダ12の電極パターン(図示せず)に電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子11の発光部11k(図5参照)の幅を規定するのは上クラッド層11eのリッジ幅(図4のW11a)であり、このリッジ幅は例えば10μmに設定される。この場合、発光部11kの幅は約10μmとなる。また、レーザ発生装置10には、ヒートスプレッダ12の電極パターンと後述する電力供給部30とを電気的に接続するリード線等(図示せず)が設けられている。
The
半導体レーザ素子11のパッド電極11iと裏面電極11jとの間に直流電流を印加すると、図5に示すように、X方向(半導体レーザ素子11の幅方向)およびY方向(半導体レーザ素子11の厚み方向)に楕円状に広がるレーザ光が発光部11kから出射される。このレーザ光の進行方向(Z方向)に対して垂直なXY面に投影される楕円光の光強度分布は、X方向およびY方向において共にガウス分布となる。X方向の光強度分布の半値全幅(θx)は約10°で、Y方向の光強度分布の半値全幅(θy)は約20°であり、レーザ光の広がり角は、Y方向がX方向より約2倍大きくなっている。このことにより、このレーザ光は、X方向を短軸方向、Y方向を長軸方向として広がりながら進行する。
When a direct current is applied between the
複数の半導体レーザ素子11は図6に示すように、複数の半導体レーザ素子11から出射した各レーザ光の光軸Iが半導体レーザ素子11から離れるにしたがって互いに近づくように、配置されている。本実施形態では複数の半導体レーザ素子11から出射し後述する集光レンズ21を透過した各レーザ光の光軸Iと後述する蛍光部材22の照射面22aとの交点が1点となるように、複数の半導体レーザ素子11が配置されている。例えば、中央に配置される半導体レーザ素子11mから照射領域Sの中心までの距離Lsは、約10mmに設定されている。なお、複数の半導体レーザ素子11は、各半導体レーザ素子11から照射領域Sの中心までの距離が略等しくなるように配置されていてもよい。
As shown in FIG. 6, the plurality of
また、収納部材13は図3に示すように、レーザ光の出射側に開口部を有する円筒型に形成されており、円筒部13a、蓋部13bおよび載置部13cを含む。収納部材13を箱型ではなく円筒型に形成することによって、収納部材13の強度を容易に向上させることが可能であるとともに、収納部材13の周方向の角度調整を容易に行うことが可能となる。また、収納部材13の開口部にはレーザ光を透過する機能を有するカバー部材15(図1参照)が取り付けられており、収納部材13の内部には不活性ガスが封入されている。カバー部材15は例えばガラス板などにより形成されている。また、収納部材13には放熱フィンなど(図示せず)が設けられていてもよく、収納部材13は例えば空冷されてもよい。なお、図3および図7ではカバー部材15を省略している。
As shown in FIG. 3, the
また、図7に示すように、カバー部材15の所定の位置には、投光ユニット20の後述する集光レンズ21が透明な接着層16を介して固定されている。これにより、複数の半導体レーザ素子11から出射したレーザ光は、集光レンズ21に入射する。なお、レーザ発生装置10および集光レンズ21によって、本発明の「レーザ照射装置」が構成されている。
Further, as shown in FIG. 7, a
レーザ発生装置10には図1に示すように、半導体レーザ素子11に電力を供給する電力供給部30が接続されている。電力供給部30は、複数の半導体レーザ素子11に個別に通電して駆動できるように構成されている。なお、本実施形態では電力供給部30は、半導体レーザ素子11を個別に駆動しないように構成されていてもよい。電力供給部30は、投光装置1全体を制御する制御部31に接続されており、制御部31からの制御信号に基づいて、半導体レーザ素子11の駆動/停止を切り替えるように構成されている。制御部31は、例えば投光装置1を点灯/消灯するために運転者が操作する主スイッチ(図示せず)に接続されている。
As shown in FIG. 1, a
なお、レーザ発生装置10に約55Wの電力を供給した場合、投光装置1の25m前方における中心位置(最大照度点)の照度は、約220ルクス(lx)になる。これは、自動車用のハイビーム(走行用前照灯)として十分な照度である。
When about 55 W of power is supplied to the
投光ユニット20は、レーザ発生装置10(半導体レーザ素子11)のレーザ光出射側に配置され、レーザ発生装置10からのレーザ光を透過する集光レンズ21と、集光レンズ21から出射したレーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材22と、蛍光部材22から出射した蛍光を所定の方向(A方向)に向かって反射する反射部材23(投光部材)と、蛍光部材22が固定される取付部材24とを含んでいる。なお、反射部材23の開口部(A方向の端部)には、励起光を遮光(吸収または反射)し、蛍光を透過するフィルタ部材(図示せず)が設けられていてもよい。このように構成すれば、レーザ光が投光装置1の外部に漏れるのを防止することが可能である。
The
集光レンズ21は透光性を有するガラスや樹脂などにより形成されている。また、集光レンズ21は図8に示すように、シリンドリカルレンズにより形成されており、複数の半導体レーザ素子11から出射したレーザ光が入射される光入射面21aと、レーザ光を出射する光出射面21bとを含んでいる。
The
光入射面21aは、例えば1.8mmの高さ(H21a)を有する略長方形状の平坦面により形成されている。光出射面21bは例えばR1.0mmの曲率半径を有する曲面により形成されている。光入射面21a上には、図示しない反射防止(AR(Anti Reflection))膜が形成されていてもよい。
The
この集光レンズ21は、レーザ光をC方向(水平方向)には集光せず、レーザ光をC方向と直交(交差)するD方向(第2方向)に集光する。言い換えると、集光レンズ21は、レーザ光のC方向の放射角度を変更せず、レーザ光のD方向の放射角度を小さくする。
This condensing
ここで、集光レンズ21に入射したレーザ光の進行について簡単に説明する。図9および図10に示すように、半導体レーザ素子11から出射したレーザ光は、長軸方向(D方向)および短軸方向(C方向)に広がりながら進行し、集光レンズ21の光入射面21aに入射する。そして、レーザ光は、光出射面21bから出射し、蛍光部材22に照射される。このとき、レーザ光は、C方向には集光されず、D方向にのみ集光される。またこのとき、図6に示すように、各レーザ光は蛍光部材22上の1点に照射される。そして、蛍光部材22の照射領域Sは図11に示すように、C方向に広がった楕円形状になる。具体的には、半導体レーザ素子11から出射するレーザ光のC方向の広がり角はもともと小さいので、照射領域SのC方向の長さLcは約1.7mmにしか広がらない。一方、半導体レーザ素子11から出射したレーザ光は集光レンズ21によりD方向に集光されるので、照射領域SのD方向の長さLdはLcよりも小さく(例えば1/3程度)になる。
Here, the progression of the laser light incident on the
なお、この投光装置1では、半導体レーザ素子11から蛍光部材22までの距離Ls(図6参照)により、蛍光部材22の照射領域SのC方向の長さLcが決定され、集光レンズ21により、蛍光部材22の照射領域SのD方向の長さLdが決定される。
In the light projecting
また、図12に示すように、集光レンズ21のD方向の中心線O21は、蛍光部材22の後述する照射面22aの垂線N22に対して角度α1(例えば約30度)だけ、B方向(投光方向(A方向)とは反対側)に傾斜している。また、集光レンズ21の光出射面21bと蛍光部材22の照射面22aとの間には隙間(空間)が形成されている。なお、投光方向とは、投光装置1の例えば25m前方の最も照明したい部分に向かう方向であり、例えば反射面23aの開口部の中心から25m前方の最大照度点に向かう方向である。
Also, as shown in FIG. 12, the center line O21 in the D direction of the
蛍光部材22はレーザ光が照射される照射面22aを有する。また、蛍光部材22の背面(照射面22aとは反対側の面)はアルミニウムからなる支持板25に接触されている。蛍光部材22は、例えば電気泳動法により支持板25上に堆積されることにより形成されている。この支持板25は約10mmの幅と、約10mmの長さと、約1mmの厚みとを有する。また、蛍光部材22は約10mmの幅と、約10mmの長さと、約0.1mmの均一な厚みとを有する。この蛍光部材22の照射面22aの中央部に図11に示すように、集光レンズ21を通して集光されたレーザ光が照射される。そして、蛍光部材22はC方向に長い楕円形状に励起され、楕円形状の領域(照射領域S)から蛍光が出射する。なお、蛍光部材22および支持板25の幅および長さは上記に限定されず、レーザ光が照射される照射領域Sのサイズに合わせて適宜変更可能である。例えば、レーザ光を照射する面積に相当する面積分のみを有する蛍光部材22を用いて、レーザ光を蛍光部材22の照射面22aの全面に照射することも可能である。
The
また、蛍光部材22は、例えば青紫色光(励起光)を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する3種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばCaAlSiN3:Euが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−SiAlON:Euが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば(Ba,Sr)MgAl10O17:Euが挙げられる。これらの蛍光体は無機のバインダー(シリカやTiO2など)により繋ぎ止められている。そして、蛍光部材22から出射する赤色光、緑色光および青色光の蛍光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、赤色光は例えば約640nmの中心波長を有する光であり、緑色光は例えば約520nmの中心波長を有する光である。また、青色光は例えば約450nmの中心波長を有する光である。
The
また、蛍光部材22は図1に示すように、反射部材23の反射面23aの焦点F23を含む領域に配置されており、蛍光部材22の照射面22aの中心は、反射面23aの焦点F23と略一致している。なお、蛍光部材22は、反射部材23の反射面23aの焦点F23の近傍に配置されていてもよい。また、蛍光部材22の照射面22aは図12に示すように、投光方向(A方向)に向かって角度β1(例えば約27度)だけ、上側に傾斜している。
Further, as shown in FIG. 1, the
反射部材23の反射面23aは図1に示すように、蛍光部材22の照射面22aに対向するように配置されている。また、反射面23aは、例えば放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面23aは放物面を、その頂点V23と焦点F23とを結ぶ軸に直交(交差)する面で分割し、かつ、頂点V23と焦点F23とを結ぶ軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面23aは、約30mmの深さ(B方向の長さ)を有するとともに、投光方向(A方向)から見て約30mmの半径を有する略半円形状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the reflecting
反射面23aは蛍光部材22からの光を所定の方向(A方向)に反射する機能を有する。また、反射部材23のうちの蛍光部材22の中心よりもB方向の部分には図1および図13に示すように、貫通穴23bが形成されている。この貫通穴23bは、反射部材23の外部に配置された半導体レーザ素子11からのレーザ光を通過させて蛍光部材22に到達させるために設けられている。
The reflecting
なお、反射部材23は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。
The reflecting
反射部材23には取付部材24が固定されている。この取付部材24の上面24aは光を反射する機能を有するように形成されていることが好ましい。取付部材24は例えばAlやCuなどの良好な熱伝導性を有する金属により形成されており、蛍光部材22で発生した熱を放熱する機能を有する。また、取付部材24の上面24aには、蛍光部材22および支持板25を固定するための取付部24bが一体的に形成されている。また、図12に示すように、取付部24bの取付面24cは、投光方向(A方向)に向かって角度β1(例えば約27度)だけ、上側に傾斜している。なお、取付部材24の下面には、放熱フィン(図示せず)が設けられていることが好ましい。
An
次に、図14を参照して、投光装置1から出射される光の投光パターンについて説明する。図14では、投光装置1の25m前方の位置に仮想スクリーンを配置したと仮定して、その仮想スクリーンに投影される投光パターンPについて説明する。反射部材23により投光された光の投光パターンPは、蛍光部材22の照射領域Sの形状を反映して、水平方向(C方向)の長さが上下方向の長さよりも大きい楕円形状(横長形状)になる。この横長形状の投光パターンPは、投光装置1を自動車の前照灯として用いる場合に、道路の中央と、左右の歩道および道路標識とを効率的に照明するのに適した形状となる。なお、投光パターンPの中央の領域R1(自動車の真正面の領域)の照度が最も高くなり、領域R1から離れるにしたがって照度が低くなる。すなわち、領域R1、R2およびR3の順に照度が低くなる。
Next, a light projection pattern of light emitted from the light projecting
本実施形態では、上記のように、複数の半導体レーザ素子11から出射したレーザ光を透過して蛍光部材22に照射する集光レンズ21を備える。これにより、複数の半導体レーザ素子11に対して1つ(共通)の集光レンズ21を調整すればよいので、投光装置1の製造時間を短縮することができる。また、複数の半導体レーザ素子11に対して共通の集光レンズ21を設けるので、部品点数を削減することができるとともに、小型化することができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、上記のように、集光レンズ21はレーザ光をC方向には集光しないので、半導体レーザ素子11と集光レンズ21との光学的調整をC方向には行う必要がない。これにより、半導体レーザ素子11と集光レンズ21との光学的調整をより容易に行うことができ、投光装置1の製造時間をより短縮することができる。また、集光レンズ21は、レーザ光をD方向に集光するので、蛍光部材22の照射領域SのD方向の長さLdを集光レンズ21により制御することができる。また、集光レンズ21はレーザ光をC方向には集光せずD方向にのみ集光するので、蛍光部材22の照射領域Sを容易に横長形状にすることができるとともに、投光パターンPを容易に横長形状にすることができる。
Further, as described above, since the condensing
また、上記のように、複数の半導体レーザ素子11をC方向に配列させることによって、複数の半導体レーザ素子11から出射した各レーザ光のD方向のばらつきを無くすことができる。また、複数の半導体レーザ素子11を配列させることによって、レーザ発生装置10を容易に小型化することができる。
Further, as described above, by arranging the plurality of
また、上記のように、半導体レーザ素子11から出射したレーザ光を集光レンズ21のみを用いて蛍光部材22に照射する。これにより、レーザ光の損失を十分低減することができ、半導体レーザ素子11から出射したレーザ光の約98%を蛍光部材に到達させることができた。
Further, as described above, the
また、上記のように、複数の半導体レーザ素子11は同一の基板(ヒートスプレッド12)上に設けられている。これにより、同一平面内に配列された複数の半導体レーザ素子11を容易に得ることができるとともに、複数の半導体レーザ素子11から出射した各レーザ光のD方向のばらつきを容易に無くすことができる。
As described above, the plurality of
また、上記のように、複数の半導体レーザ素子11はレーザ光の長軸方向と直交する方向(略短軸方向)に配列されている。これにより、集光レンズ21によりレーザ光を長軸方向(D方向)に集光することができる。これにより、蛍光部材22の照射領域Sが長軸方向に大きくなるのを抑制することができるので、特に有効である。
As described above, the plurality of
また、上記のように、複数の半導体レーザ素子11から出射した各レーザ光の光軸Iが半導体レーザ素子11から離れるにしたがって互いに近づくように、複数の半導体レーザ素子11は配置されている。これにより、蛍光部材22の照射領域SがC方向に大きくなるのを抑制することができる。
Further, as described above, the plurality of
また、上記のように、反射部材23を設けることによって、蛍光部材22から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。
Further, as described above, by providing the reflecting
また、上記のように、反射部材23には、半導体レーザ素子11からのレーザ光を通過させて蛍光部材22に到達させる貫通穴23bが形成されている。これにより、反射部材23の外部に配置された半導体レーザ素子11から出射したレーザ光を蛍光部材22に容易に照射することができる。
Further, as described above, the reflecting
また、上記のように、集光レンズ21はシリンドリカルレンズにより形成されている。これにより、C方向に配列された複数の半導体レーザ素子11から出射したレーザ光を透過して蛍光部材22に照射するように、集光レンズ21を容易に形成することができる。また、レーザ光をC方向に集光せずD方向に集光するように、集光レンズ21を容易に形成することができる。
Further, as described above, the
また、上記のように、収納部材13の開口部にカバー部材15を取り付け、集光レンズ21をカバー部材15に固定する。これにより、半導体レーザ素子11と集光レンズ21との光学的調整をより容易に行うことができる。また、集光レンズ21をカバー部材15に固定した後では複数の半導体レーザ素子11と集光レンズ21とを1つの部品として取り扱うことができるので、投光装置1の製造をより容易に行うことができる。
Further, as described above, the
(第2実施形態)
この第2実施形態では、図15〜図22を参照して、上記第1実施形態と異なり、レーザ光の光軸Iと蛍光部材22の照射面22aとの交点が複数点である場合について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, with reference to FIGS. 15 to 22, unlike the first embodiment, a case where there are a plurality of intersections between the optical axis I of the laser beam and the
まず、図15および図16を参照して、本発明の第2実施形態による投光装置の構造について説明する。 First, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the structure of the light projection apparatus by 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
本発明の第2実施形態による投光装置では図15に示すように、複数の半導体レーザ素子11から出射し集光レンズ21を透過した各レーザ光の光軸Iと蛍光部材22の照射面22aとの交点が複数点となるように、複数の半導体レーザ素子11が配置されている。本実施形態では、各レーザ光の光軸Iと蛍光部材22の照射面22aとの交点は、半導体レーザ素子11と同じ数だけ設けられる。
In the light projecting device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 15, the optical axis I of each laser beam emitted from the plurality of
各レーザ光により励起される照射領域Sは図16に示すように、C方向に約0.5mmのピッチ(Lp1)で配置される。このため、全て(例えば11個)の半導体レーザ素子11が通電されて駆動されると、蛍光部材22の照射面22aはC方向に約6.7mmの幅(Ls1)で励起される。なお、本実施形態では蛍光部材22はC方向に延びる細長形状に形成されている。
As shown in FIG. 16, the irradiation areas S excited by the respective laser beams are arranged at a pitch (Lp1) of about 0.5 mm in the C direction. For this reason, when all (for example, 11)
電力供給部30は、複数の半導体レーザ素子11に個別に通電して駆動できるように構成されている。
The
制御部31は、投光装置の主スイッチだけでなく、方向指示器を駆動/停止するためのスイッチやステアリング(ハンドル)の操舵角を検出する舵角検出器に接続されている。
The
なお、第2実施形態のその他の構造は、上記第1実施形態と同様である。 The remaining structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
次に、図17〜図22を参照して、投光装置の動作および蛍光部材22の照射領域Sについて説明する。
Next, the operation of the light projecting device and the irradiation region S of the
この投光装置では、投光装置の主スイッチが運転者によりオンされると、制御部31により、複数(例えば11個)の半導体レーザ素子11のうちの内側の7個だけが通電されて駆動される。すなわち、複数の半導体レーザ素子11のうちの両端の2個ずつは、駆動されない。この場合、図17に示すように蛍光部材22が励起される。なお、図17、図18、図21および図22のハッチングされた照射領域Sは励起光が照射されていることを示しており、ハッチングされていない照射領域S(破線で示した照射領域S)は励起光が照射されていないことを示している。
In this light projecting device, when the main switch of the light projecting device is turned on by the driver, the
次に、自動車が右折する際に、右折用の方向指示器のスイッチが運転者によりオンされたり、ハンドルが右折側に操作されると、制御部31により、複数の半導体レーザ素子11のうちの右側端部の2個が通電されて駆動される。この場合、図18に示すように蛍光部材22が励起される。
Next, when the vehicle turns right, when the driver turns on the right turn direction indicator or the handle is operated to the right turn side, the
ここで、図19に示すように、蛍光部材22のうちの反射面23aの焦点F23に対応する部分から出射した光は、反射面23aにより平行光にされて投光される。その一方、図20に示すように、反射面23aの焦点F23から右側(C方向)にずれた位置から出射した光は、反射面23aにより右側(C方向)に広がった状態で投光される。このため、蛍光部材22を図18のように励起すると、投光装置から出射した光の投光パターンPは右側(C方向)に広がる。すなわち、自動車の曲がる方向を照明することが可能となる。
Here, as shown in FIG. 19, the light emitted from the portion of the
逆に、自動車が左折する際に、左折用の方向指示器のスイッチが運転者によりオンされたり、ハンドルが左折側に操作されると、制御部31により、複数の半導体レーザ素子11のうちの左側端部の2個が通電されて駆動される。この場合、図21に示すように蛍光部材22が励起される。これにより、投光装置から出射した光の投光パターンPは左側に広がる。
On the other hand, when the left turn direction indicator switch is turned on by the driver or when the steering wheel is operated to the left turn side when the automobile turns left, the
なお、右折や左折に関係なく、全ての半導体レーザ素子11を駆動できるように構成してもよい。この場合、図22に示すように蛍光部材22が励起され、左右により広い領域を照明することが可能となる。例えば、自動車が高速で走行する場合には、複数の半導体レーザ素子11のうちの内側の半導体レーザ素子11だけが駆動され、蛍光部材22のうちの焦点F23に近い部分のみが励起されてもよい。この場合、左右の領域を無駄に照明するのを抑制することが可能である。また例えば、自動車が市街地などを低速で走行する場合には、全ての半導体レーザ素子11が駆動され、左右に広い領域が照明されてもよい。自動車の速度を検出する車速センサを制御部31に接続すれば、自動車の速度に応じて投光装置の照明領域(投光領域)を容易に制御することが可能である。
In addition, you may comprise so that all the
本実施形態では、上記のように、複数の半導体レーザ素子11から出射し集光レンズ21を透過した各レーザ光の光軸Iと蛍光部材22の照射面22aとの交点は、複数点であり、複数の半導体レーザ素子11は個別に通電されて駆動される。これにより、蛍光部材22の照射領域S(蛍光部材22の励起パターン)を変化させることができるので、投光装置1から出射する光の投光パターンPを変化させることができる。
In the present embodiment, as described above, there are a plurality of intersections between the optical axis I of each laser beam emitted from the plurality of
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
この第3実施形態では、図23〜図25を参照して、上記第2実施形態と異なり、投光装置が前照灯(灯具)と方向指示器(灯具)とを兼ねる場合について説明する。なお、本実施形態では、説明を簡略化するために、投光装置が前照灯と右折用の方向指示器とを兼ねる場合について説明するが、投光装置が前照灯と左折用の方向指示器とを兼ねる場合は、投光装置の構造を左右反転させればよい。
(Third embodiment)
In the third embodiment, with reference to FIGS. 23 to 25, a case where the light projecting apparatus serves as a headlamp (lamp) and a direction indicator (lamp) will be described, unlike the second embodiment. In this embodiment, in order to simplify the description, a case where the light projecting device serves as both a headlamp and a right turn direction indicator will be described. However, the light projecting device serves as a headlight and a left turn direction. In the case of serving also as an indicator, the structure of the light projecting device may be reversed left and right.
まず、図23を参照して、本発明の第3実施形態による投光装置の構造について説明する。 First, with reference to FIG. 23, the structure of the light projector by 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
本発明の第3実施形態による投光装置は図23に示すように、蛍光部材122aおよび122bを備える。蛍光部材122aは、励起光(レーザ光)が照射されることにより白色光(例えば赤色光、緑色光および青色光の3種類の光)を出射する白色蛍光体(例えば赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体の3種類の蛍光体)を含む。蛍光部材122bは、励起光(レーザ光)が照射されることにより橙色光を出射する橙色蛍光体を含む。白色蛍光体は前照灯の光源として機能し、橙色蛍光体は方向指示器の光源として機能する。なお、橙色蛍光体としては、例えばα−SiAlON:Euが挙げられる。
The light projecting device according to the third embodiment of the present invention includes
本実施形態では、複数の半導体レーザ素子11から出射し集光レンズ21を透過した各レーザ光の光軸Iと蛍光部材122aおよび122bの照射面との交点が複数点(例えば2点)となるように、複数の半導体レーザ素子11が配置されている。具体的には、例えば、複数の半導体レーザ素子11のうちの左側端部から9個は蛍光部材122aを照射するように配置されており、残りの2個(右側端部の2個)は蛍光部材122bを照射するように配置されている。すなわち、上記複数の交点は、レーザ光が照射されることにより白色光を出射する点と、レーザ光が照射されることにより橙色光を出射する点とを含んでいる。
In the present embodiment, the intersections between the optical axis I of each laser beam emitted from the plurality of
蛍光部材122aは、反射部材23の反射面23aの焦点F23を含む領域に配置されている。その一方、蛍光部材122bは、反射部材23の反射面23aの焦点F23から右側に所定の距離を隔てて配置されている。なお、方向指示器は橙色光を広い角度範囲に投光するものであり、橙色光を所定方向に向かって投光する必要がないので、蛍光部材122bは図23に示した位置よりもさらに反射面23aの焦点F23から離れて配置されていてもよい。
The
なお、第3実施形態のその他の構造は、上記第2実施形態と同様である。 The remaining structure of the third embodiment is similar to that of the aforementioned second embodiment.
次に、図24および図25を参照して、投光装置の動作および蛍光部材122aおよび122bの照射領域Sについて説明する。
Next, with reference to FIGS. 24 and 25, the operation of the light projecting device and the irradiation region S of the
この投光装置では、投光装置の主スイッチが運転者によりオンされると、制御部31により、複数(例えば11個)の半導体レーザ素子11のうちの左側端部から9個が通電されて駆動される。すなわち、複数の半導体レーザ素子11のうちの右側端部の2個だけが、駆動されない。この場合、図24に示すように蛍光部材122aが励起される。なお、図24および図25のハッチングされた照射領域Sは励起光が照射されていることを示しており、ハッチングされていない照射領域S(破線で示した照射領域S)は励起光が照射されていないことを示している。
In this light projecting device, when the main switch of the light projecting device is turned on by the driver, nine of the plural (for example, eleven)
次に、自動車が右折する際に、右折用の方向指示器のスイッチが運転者によりオンされると、制御部31により、複数の半導体レーザ素子11のうちの右側端部の2個が点滅駆動される。この場合、図24の状態と図25の状態とが繰り返され、投光装置は前照灯として機能しながら、方向指示器としても機能する。
Next, when the right turn direction indicator switch is turned on by the driver when the vehicle turns right, the
本実施形態では、上記のように、レーザ光が照射されることにより白色光を出射する白色蛍光体を含む蛍光部材122aと、レーザ光が照射されることにより橙色光を出射する橙色蛍光体を含む蛍光部材122bとを備え、白色蛍光体は自動車用の前照灯の光源として機能し、橙色蛍光体は自動車用の方向指示器の光源として機能する。これにより、1つの投光装置で前照灯と方向指示器とを兼ねることができるので、特に有効である。
In the present embodiment, as described above, the
第3実施形態のその他の効果は、上記第2実施形態と同様である。 Other effects of the third embodiment are the same as those of the second embodiment.
(第4実施形態)
次に、図26を参照して、本発明の第4実施形態による投光装置201の構造について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG. 26, the structure of the
本発明の第4実施形態による投光装置201では図26に示すように、投光ユニット220は、集光レンズ21と、蛍光部材22と、反射部材23と、蛍光部材22を支持する支持部材224と、蛍光部材22から出射し反射部材23で反射された光を透過するレンズ240(投光部材)とを含んでいる。
In the light projecting
本実施形態では、反射部材23の反射面23aは楕円面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面23aは楕円面を、その第1焦点F23aと第2焦点F23bとを結ぶ軸に直交(交差)する面で分割したような形状に形成されている。反射面23aは約30mmの深さ(B方向の長さ)を有するとともに、投光方向(A方向)から見て約30mmの半径を有する円形状に形成されている。また、反射部材23の頂点部分に、貫通穴23bが形成されている。
In the present embodiment, the reflecting
なお、本明細書および特許請求の範囲において、第1焦点とは、反射面の頂点に近い方の焦点のことを言い、第2焦点とは、反射面の頂点から遠い方の焦点のことを言う。 In the present specification and claims, the first focus refers to a focus closer to the top of the reflecting surface, and the second focus refers to the focus far from the top of the reflecting surface. say.
蛍光部材22は、反射部材23の反射面23aの第1焦点F23aを含む領域に配置されている。蛍光部材22は例えば金属からなる支持部材224上に設けられている。例えば、蛍光部材22は、蛍光体粒子を含有する樹脂を支持部材224上に塗布して硬化させることによって、形成されている。支持部材224は反射部材23の反射面23aに固定されている。支持部材224は、蛍光部材22から出射した光を透過する例えばガラスや樹脂などにより形成されていてもよい。なお、支持部材224を金属により形成すれば、蛍光部材22で発生する熱を効率よく放熱させることが可能である。その一方、支持部材224を透明なガラスや樹脂により形成すれば、光が支持部材224で遮られるのを抑制することが可能であり、光の利用効率を向上させることが可能である。
The
レンズ240(投光部材)は反射部材23の前方に配置されている。レンズ240は約30mmの半径を有する。このレンズ240の焦点F240と反射部材23の反射面23aの第2焦点F23bとは略一致している。なお、レンズ240は平凸レンズであってもよいし、両凸レンズやその他の形状であってもよい。
The lens 240 (light projecting member) is disposed in front of the reflecting
本実施形態では、蛍光部材22から出射した光は、反射部材23の反射面23aで反射され、反射面23aの第2焦点F23bを通過してレンズ240により投光される。
In the present embodiment, the light emitted from the
第4実施形態のその他の構造は、上記第1〜第3実施形態と同様である。 Other structures of the fourth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.
本実施形態では、上記のように、レンズ240を設けることによって、蛍光部材22から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。なお、レンズ240を用いて光を投光する場合、レンズ240を設けずに光を反射部材23により投光する場合に比べて、投光パターンPは照射領域Sの形状をより反映しやすくなる。
In the present embodiment, by providing the
第4実施形態のその他の効果は、上記第1〜第3実施形態と同様である。 Other effects of the fourth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.
(第5実施形態)
次に、図27を参照して、本発明の第5実施形態による投光装置301の構造について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, with reference to FIG. 27, the structure of the
本発明の第5実施形態による投光装置301では図27に示すように、反射部材23には貫通穴23bが形成されておらず、取付部材24に貫通穴24dが形成されている。この貫通穴24dの下側に、レーザ発生装置10が配置されている。また、貫通穴24dの上側には、支持板25および蛍光部材22が配置されている。支持板25は透明なガラスや樹脂により形成されている。
In the light projecting
本実施形態の蛍光部材22は、レーザ光が照射されると背面(照射面22aとは反対側の面)から蛍光を出射する。例えば、蛍光部材22の厚みを小さくしたり、蛍光体粒子の密度を低くすれば、背面から蛍光を容易に出射させることが可能である。
The
本実施形態では、集光レンズ21を透過した光は、支持板25を透過して蛍光部材22の照射面22aに照射される。そして、照射面22aとは反対側の面から蛍光が出射し、反射部材23の反射面23aにより投光される。
In the present embodiment, the light that has passed through the
第5実施形態のその他の構造および効果は、上記第1〜第3実施形態と同様である。 Other structures and effects of the fifth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.
(第6実施形態)
次に、図28を参照して、本発明の第6実施形態による投光装置401の構造について説明する。
(Sixth embodiment)
Next, with reference to FIG. 28, the structure of the
本発明の第6実施形態による投光装置401では図28に示すように、投光ユニット420は、集光レンズ21と、蛍光部材22と、支持部材224と、蛍光部材22から出射した光を透過するレンズ240とを含んでいる。
In the light projecting
蛍光部材22は、レーザ光が照射されると背面(照射面22aとは反対側の面)から蛍光を出射する。
The
支持部材224は蛍光部材22から出射した光を透過するように形成されている。なお、支持部材224は励起光だけを遮光(吸収)するように形成されていてもよい。
The
蛍光部材22はレンズ240の焦点F240を含む領域に配置されている。
The
この投光装置401では、蛍光部材22の背面から出射した光が、レンズ240により投光される。
In the light projecting
第6実施形態のその他の構造および効果は、上記第4実施形態と同様である。 Other structures and effects of the sixth embodiment are the same as those of the fourth embodiment.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。 For example, in the said embodiment, although the example which used the light projector of this invention for the headlamp of the motor vehicle was shown, this invention is not restricted to this. You may use the light projection apparatus of this invention for the headlamp of an airplane, a ship, a robot, a motorcycle or a bicycle, and another moving body.
また、上記実施形態では、本発明の投光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置をダウンライトまたはスポットライトや、その他の投光装置に適用してもよい。 Moreover, although the said embodiment showed about the example which applied the light projector of this invention to the headlamp, this invention is not limited to this. You may apply the light projector of this invention to a downlight or a spotlight, and another light projector.
また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用CCDカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。 Moreover, although the example which converted excitation light into visible light was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this, You may convert excitation light into light other than visible light. For example, when the excitation light is converted into infrared light, it can also be applied to a night illumination device of a security CCD camera.
また、上記実施形態では、白色光や橙色光を出射するように、励起光源(半導体レーザ素子)および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光や橙色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。 In the above embodiment, an example in which the excitation light source (semiconductor laser element) and the fluorescent member are configured to emit white light or orange light has been described, but the present invention is not limited to this. The excitation light source and the fluorescent member may be configured to emit light other than white light or orange light.
また、上記実施形態では、レーザ光を出射するレーザ発生器として、半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子以外のレーザ発生器を用いてもよい。 In the above embodiment, an example in which a semiconductor laser element is used as a laser generator that emits laser light has been described. However, the present invention is not limited to this, and a laser generator other than a semiconductor laser element may be used. .
また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。 Moreover, the numerical value shown by the said embodiment is an example, and each numerical value is not limited.
また、上記実施形態では、複数の半導体レーザ素子が同一の実装基板に実装されている例について示したが、本発明はこれに限らず、1つの半導体基板上に複数のレーザ素子部(レーザ発生器)が形成されていてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which a plurality of semiconductor laser elements are mounted on the same mounting board has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of laser element sections (laser generators) are formed on one semiconductor substrate. Container) may be formed.
また、上記実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。例えば、約450nmの中心波長を有する青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体とを用いてもよい。この場合、青色光と黄色光とにより白色光が得られる。なお、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体としては、例えば(Y1−x−yGdxCey)3Al5O12(0.1≦x≦0.55、0.01≦y≦0.4)などが挙げられる。また、これに限らず、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。 In addition, the center wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element of the above embodiment and the type of phosphor constituting the fluorescent member can be appropriately changed. For example, a semiconductor laser element that emits blue laser light having a center wavelength of about 450 nm and a phosphor that converts part of the blue laser light into yellow light may be used. In this case, white light is obtained by blue light and yellow light. As the phosphor that converts some of the blue laser light into yellow light, for example, (Y 1-x-y Gd x Ce y) 3 Al 5 O 12 (0.1 ≦ x ≦ 0.55,0 .01 ≦ y ≦ 0.4). Moreover, the present invention is not limited to this, and the center wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element may be arbitrarily selected in the range of ultraviolet light to visible light.
また、上記実施形態では、投光部材として反射部材やレンズを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、反射部材やレンズ以外にプリズムなどを用いてもよい。 In the above embodiment, an example in which a reflecting member or a lens is used as the light projecting member has been described. However, the present invention is not limited to this, and a prism or the like may be used in addition to the reflecting member or the lens.
また、上記実施形態では、反射部材の反射面を放物面の一部または楕円面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。反射面を多数の曲面(例えば放物面)からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。 Moreover, although the said embodiment showed about the example which formed the reflective surface of the reflective member by a part of paraboloid or a part of elliptical surface, this invention is not limited to this. The reflecting surface may be formed by a multi-reflector composed of a large number of curved surfaces (for example, a parabolic surface) or a free curved surface reflector provided with a large number of fine flat surfaces.
また、上記実施形態では、蛍光部材を横長(水平方向に長い形状)に励起した例について示したが、本発明はこれに限らない。蛍光部材を、例えば縦長(鉛直方向に長い形状)に励起してもよいし、斜め方向に長い形状に励起してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which excited the fluorescent member horizontally long (shape long in a horizontal direction) was shown, this invention is not limited to this. The fluorescent member may be excited, for example, in a vertically long shape (long shape in the vertical direction) or in a long shape in the oblique direction.
また、上記実施形態では、複数の半導体レーザ素子がレーザ光の長軸と直交する方向に配列されている例について示したが、本発明はこれに限らず、複数の半導体レーザ素子がレーザ光の短軸と直交する方向に配列されていてもよい。 In the above embodiment, an example in which a plurality of semiconductor laser elements are arranged in a direction orthogonal to the long axis of the laser beam has been described. However, the present invention is not limited to this, and the plurality of semiconductor laser elements are configured to emit laser light. You may arrange in the direction orthogonal to a short axis.
また、上記実施形態では、各レーザ光の光軸が半導体レーザ素子から離れるにしたがって互いに近づくように、複数の半導体レーザ素子が配置されている例について示したが、本発明はこれに限らない。各レーザ光の光軸が例えば平行になるように、複数の半導体レーザ素子が配置されていてもよい。 Moreover, although the said embodiment showed about the example in which the some semiconductor laser element is arrange | positioned so that the optical axis of each laser beam may mutually approach as it leaves | separates from a semiconductor laser element, this invention is not limited to this. A plurality of semiconductor laser elements may be arranged so that the optical axes of the laser beams are parallel, for example.
また、上記実施形態では、集光レンズをレーザ発生装置に取り付けた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば反射部材やその他の部材に集光レンズを取り付けてもよい。 In the above embodiment, an example in which the condenser lens is attached to the laser generator has been described, but the present invention is not limited to this. For example, you may attach a condensing lens to a reflective member or another member.
また、例えば上記第2実施形態では、複数の半導体レーザ素子に個別に通電して駆動する例について示したが、本発明はこれに限らない。複数の半導体レーザ素子を例えば左側端部の2個と、内側の7個と、右側端部の2個との3つのグループに分けて、グループ毎に通電して駆動してもよい。第3実施形態も同様に、複数の半導体レーザ素子を例えば左側端部から9個と、右側端部の2個との2つのグループに分けて、グループ毎に通電して駆動してもよい。 Further, for example, in the second embodiment, an example in which a plurality of semiconductor laser elements are individually energized and driven is shown, but the present invention is not limited to this. The plurality of semiconductor laser elements may be divided into three groups, for example, two at the left end, seven at the inner end, and two at the right end, and may be driven by energizing each group. Similarly, in the third embodiment, a plurality of semiconductor laser elements may be divided into two groups, for example, nine from the left end and two at the right end, and may be driven by energizing each group.
また、上記第2実施形態では、各レーザ光の光軸と蛍光部材の照射面との交点を、半導体レーザ素子と同じ数だけ設けた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図29に示した本発明の変形例による投光装置のように、蛍光部材22に例えば3つの照射領域Sc、Sl、Srを設けてもよい。そして、例えば、内側の7個の半導体レーザ素子により蛍光部材22の中央の領域(照射領域Sc)を照射し、左側端部の2個の半導体レーザ素子により蛍光部材22の左側の領域(照射領域Sl)を照射し、右側端部の2個の半導体レーザ素子により蛍光部材22の右側の領域(照射領域Sr)を照射してもよい。この場合も、上記第2実施形態と同様、自動車の前方と、自動車の曲がる方向とを照明することができる。
In the second embodiment, the example in which the same number of intersections between the optical axis of each laser beam and the irradiation surface of the fluorescent member as the semiconductor laser element is provided, but the present invention is not limited to this. For example, like the light projecting device according to the modification of the present invention shown in FIG. 29, the
また、上述した実施形態および変形例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 Further, a configuration obtained by appropriately combining the configurations of the above-described embodiment and modification examples is also included in the technical scope of the present invention.
1、201、301、401 投光装置
11 半導体レーザ素子(レーザ発生器)
12 ヒートスプレッダ(基板)
13 収納部材
15 カバー部材
21 集光レンズ
22、122a、122b 蛍光部材
22a 照射面
23 反射部材(投光部材)
23b 貫通穴
240 レンズ(投光部材)
I 光軸
1, 201, 301, 401
12 Heat spreader (substrate)
13
23b Through
I Optical axis
Claims (16)
前記レーザ光が照射され蛍光を出射する蛍光部材と、
前記複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して前記蛍光部材に照射する集光レンズと、
前記蛍光部材から出射した光を投光する投光部材と、
を備え、
前記集光レンズは、前記レーザ光を前記第1方向には集光せず、前記レーザ光を前記第1方向と交差する第2方向に集光することを特徴とする投光装置。 A plurality of laser generators arranged in a first direction and emitting laser light;
A fluorescent member that emits fluorescence when irradiated with the laser beam;
A condenser lens that transmits laser light emitted from the plurality of laser generators and irradiates the fluorescent member;
A light projecting member that projects light emitted from the fluorescent member;
With
The condensing lens condenses the laser light in a second direction intersecting the first direction without condensing the laser light in the first direction.
前記複数のレーザ発生器から出射し前記集光レンズを透過した各レーザ光の光軸と前記蛍光部材の照射面との交点は、1点であることを特徴とする請求項4に記載の投光装置。 The fluorescent member includes an irradiation surface irradiated with the laser beam,
5. The projection according to claim 4, wherein the intersection point between the optical axis of each laser beam emitted from the plurality of laser generators and transmitted through the condenser lens is one point. 6. Optical device.
前記複数のレーザ発生器から出射し前記集光レンズを透過した各レーザ光の光軸と前記蛍光部材の照射面との交点は、複数点であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の投光装置。 The fluorescent member includes an irradiation surface irradiated with the laser beam,
The intersection of the optical axis of each laser beam emitted from the plurality of laser generators and transmitted through the condenser lens and the irradiation surface of the fluorescent member is a plurality of points. The light projecting device according to claim 1.
前記白色蛍光体は車両用の前照灯の光源として機能し、
前記橙色蛍光体は車両用の方向指示器の光源として機能することを特徴とする請求項7に記載の投光装置。 The fluorescent member includes a white phosphor that emits white light when irradiated with the laser light, and an orange phosphor that emits orange light when irradiated with the laser light,
The white phosphor functions as a light source for a vehicle headlamp,
The light projecting device according to claim 7, wherein the orange phosphor functions as a light source of a direction indicator for a vehicle.
前記収納部材の開口部に取り付けられるとともに、前記レーザ光を透過する機能を有するカバー部材と、
を備え、
前記集光レンズは前記カバー部材に固定されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の投光装置。 A housing member that houses the plurality of laser generators and that has an opening on the laser light emission side;
A cover member attached to the opening of the storage member and having a function of transmitting the laser beam;
With
The light projection device according to claim 1, wherein the condensing lens is fixed to the cover member.
前記複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を透過して蛍光部材に照射する集光レンズと、
を備え、
前記集光レンズは、前記レーザ光を前記第1方向には集光せず、前記レーザ光を前記第1方向と交差する第2方向に集光することを特徴とするレーザ照射装置。 A plurality of laser generators arranged in a first direction and emitting laser light;
A condenser lens that transmits laser light emitted from the plurality of laser generators and irradiates the fluorescent member;
With
The condensing lens does not condense the laser light in the first direction, and condenses the laser light in a second direction intersecting the first direction.
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