JP2016213212A - 透光性部材、光学部材及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で、かつ、光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する透光性部材、光学部材及び発光装置を提供する。【解決手段】透光性部材１１０は、半導体レーザ装置１２２からのレーザ光を通過させるレーザ光通路１１３と、レーザ光通路１１３を通過して波長変換部１３２でレーザ光を波長変換した光を入射する入射面１１１と、入射面１１１に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面１１２と、を備え、レーザ光通路１１３は溝又は孔からなり、波長変換部１３２からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる。【選択図】図１
Description
本開示は、透光性部材、光学部材及び発光装置に関する。
近年の灯具や照明装置は、その光源として消費電力が少なく長寿命の発光ダイオードを用いたものが多くなってきている。特殊用途においても、発光ダイオードでの高輝度街路灯、高所室内灯など多くの照明装置の普及が急速に進んでいる。また、半導体レーザ装置を用いた照明装置も今後普及する可能性が出てきているのが現状である。
レーザ光を光源とした発光装置を照明装置として用いる場合、コヒーレントな光であるレーザ光を蛍光体等の波長変換部に当てて照明用の光に換える必要がある。ここで、レーザ光を当てた波長変換部から得られる光は、ランバーシアン配光となる。ランバーシアン配光の光を、照明用に適した鋭角や鈍角などの所望の指向特性に制御する上で反射板やレンズが必要とされている。従来、半導体レーザ装置を用いた照明装置では、反射板を使って配光制御を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１のように集光のために反射板を用いると装置が大型になる。一方で、光源として発光ダイオードを用いたＬＥＤ照明では、レンズ等の透光性部材が配光制御に用いられている。このような透光性部材は、例えば発光ダイオードと一体成形で製造されるため、屈折面も加工し易いという利点がある。そこで、半導体レーザ装置を用いた照明用途の発光装置においてもＬＥＤ照明同様に透光性部材を使って配光制御を行うことが望まれている。
しかしながら、レーザ光の経路を確保するために、レンズ等のバルク状の透光性部材を波長変換部から離して配置すると、レーザ光を当てた波長変換部から得られる光を効率よく集めるために透光性部材を大型化せざるをえない。
本開示は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、かつ、光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する透光性部材、光学部材及び発光装置を提供する。
本開示の実施形態に係る透光性部材は、半導体レーザ装置からのレーザ光を通過させるレーザ光通路と、前記レーザ光通路を通過して波長変換部で前記レーザ光を波長変換した光を入射する入射面と、前記入射面に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面と、を備える透光性部材であって、前記レーザ光通路は溝又は孔からなり、前記波長変換部からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる。
また、本開示の実施形態に係る光学部材は、前記透光性部材と、前記透光性部材の入射面に対向して設置された前記波長変換部と、を備える。
また、本開示の実施形態に係る発光装置は、前記光学部材と、前記レーザ光通路から前記波長変換部にレーザ光を照射する位置に設置された半導体レーザ装置と、を備える。
本開示の実施形態に係る透光性部材によれば、小型、かつ、発光装置の光源に用いられるレーザ光の経路において障害物にならない構成を有する。これにより、この透光性部材と波長変換部と、を備える光学部材も小型化される。そのため、この光学部材を用いて当該経路を介してレーザ光を照射された波長変換部からの拡散光を配光制御する小型の発光装置を提供することができる。
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するための透光性部材、光学部材及び発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
（第１実施形態）
図１に示すように、発光装置１００は、ある筺体内に、透光性部材１１０と、光源体部１２０と、受光部１３０と、を備えている。
光源体部１２０は、筺体に固定され、主として半導体レーザ装置１２２と放熱構造体１２３とを組み合わせて構成されたレーザ光源である。光源体部１２０からのレーザ光Ｂの照射方向と、発光装置１００の発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されている。また、受光部１３０は、筺体内で光源体部１２０から所定間隔を空けて設置されている。そして、受光部１３０は、蛍光体プレート１３１に透光性部材１１０が設けられている。光学部材１０１は、この透光性部材１１０と蛍光体プレート１３１とを備えている。
図１に示すように、発光装置１００は、ある筺体内に、透光性部材１１０と、光源体部１２０と、受光部１３０と、を備えている。
光源体部１２０は、筺体に固定され、主として半導体レーザ装置１２２と放熱構造体１２３とを組み合わせて構成されたレーザ光源である。光源体部１２０からのレーザ光Ｂの照射方向と、発光装置１００の発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されている。また、受光部１３０は、筺体内で光源体部１２０から所定間隔を空けて設置されている。そして、受光部１３０は、蛍光体プレート１３１に透光性部材１１０が設けられている。光学部材１０１は、この透光性部材１１０と蛍光体プレート１３１とを備えている。
以下、発光装置１００の各構成について説明する。はじめに、光源体部１２０の構成の一例について図２を参照して詳細に説明する。ここでは、光源体部１２０は、基板１２１と、半導体レーザ装置１２２と、放熱構造体１２３と、を備えている。
基板１２１は、半導体レーザ装置１２２を設置するためのベース部材である。基板１２１の材料は、特に限定されないが、例えば一般的なプリント基板で構成される。基板１２１は、目的や用途等に応じて、適切な形状（大きさ、長さ）とすることができる。
基板１２１には、半導体レーザ装置１２２が設置され、一面側からレーザ光が出射されるように構成されている。基板１２１は、他面側に放熱構造体１２３がネジ等の所定の接続部材１２４により取り付けられている。
基板１２１は、ここでは一辺に中央に向かう切欠部を有しており、この切欠部に半導体レーザ装置１２２を設置することにより、半導体レーザ装置１２２を基板１２１の中心に配置している。また、この切欠部には、半導体レーザ装置１２２への給電用のコネクタ１２５が配置されている。コネクタ１２５は、切欠部側から引き出されるワイヤーハーネスによって外部電源と電気的に接続される。
半導体レーザ装置１２２は、透光性部材１１０のレーザ光通路１１３から波長変換部１３２にレーザ光を照射するものであり、一般的な半導体レーザ素子を備えている。半導体レーザ素子は、パッケージ化されており、アノードやカソード等の複数のリード端子（接続ピン）を備えている。複数のリード端子はコネクタ１２５に電気的に接続されている。
パッケージの筺体やカバーの材料及び形状は、特に限定されるものではなく、従来公知のパッケージの筺体やカバーを用いることができる。例えば、耐光性や耐熱性、耐候性を考慮してメタルパッケージとするのが好ましい。また、その場合、半導体レーザ素子を封止するための樹脂は用いずに気体封止するのが好ましい。パッケージにおいて、発光部側には開口を設け、無機ガラス等の光劣化のしにくい部材によって開口を覆うように構成するのが好ましい。パッケージには、半導体レーザ素子の出力をモニタするためにフォトダイオードが配置されたものを用いてもよい。また、パッケージには、過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化から半導体レーザ素子を保護するためにツェナーダイオード等の保護素子が配置されたものを用いてもよい。なお、半導体レーザ素子が出射する光は、平行光ではなく、水平方向の広がり角と垂直方向の広がり角とが異なっているため、レーザスポットは楕円形状に広がる発散光となっている。
半導体レーザ素子は、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色の発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。以下では、半導体レーザ素子は例えば青色光を出射するものとして説明する。青色半導体レーザ素子は、白色光源を提供することができる一例である。
本実施形態では、半導体レーザ装置１２２は、その装置ユニットの中に、半導体レーザ素子と、その光軸上に配置されたコリメータレンズと、を備えることとした。ここで、コリメータレンズは、発散光を平行光にして取り出すための一般的な構成である。ここでは、半導体レーザ装置１２２から出射されるレーザ光Ｂは、平行光であるものとする。
放熱構造体１２３は、一般的な冷却手段で構成することができる。放熱構造体１２３は、金属（例えば、銅、アルミニウム）、窒化アルミをはじめとするセラミックス、カーボン等の熱伝導性が高い材料から構成されていることが好ましい。これにより、光源体部１２０の発熱を効率的に放熱することができる。
図２に示すように、放熱構造体１２３は、一方の面が基板１２１に密着する平板部材と、この平板部材の他方の面に設けられた多数のフィンとを備えている。平板部材は、基板１２１よりも広い面積を有していることが好ましい。平板部材は、発光装置１００の使用条件に応じて、材質、厚み、幅、長さ等が決められている。フィンは、発光装置１００の使用条件に応じて、材質、径、長さ、個数、設置間隔等が決められている。
次に、図１の発光装置１００の受光部１３０の構成の一例について図３を参照して詳細に説明する。受光部１３０は、光源体部１２０からのレーザ光Ｂを直接的に受光できる位置に設置されている。この受光部１３０は、蛍光体プレート１３１と、波長変換部１３２と、放熱構造体１３３と、を備えている。
蛍光体プレート１３１は、波長変換部１３２を設置するためのベース部材である。この蛍光体プレート１３１の材料は、特に限定されないが、例えば一般的なプリント基板で構成される。蛍光体プレート１３１は、目的や用途等に応じて、適切な形状（大きさ、長さ）とすることができる。例えば、四角形、長方形、多角形、円形、楕円形及びそれらを組み合わせた形状等が挙げられる。蛍光体プレート１３１の外形形状は、ここでは細長い矩形であることとした。
蛍光体プレート１３１は、一面側に、レーザ光を受光できるように波長変換部１３２が設置されている。また、蛍光体プレート１３１は、他面側に、放熱構造体１３３がネジ等の所定の接続部材１３６により取り付けられている。
波長変換部１３２は、光源体部１２０からのレーザ光の一部を吸収して、それとは異なる波長の光を発することで、所望の色調の発光を得るものである。また、波長変換部１３２は、光源体部１２０からのレーザ光の一部を入射角に応じた方向に反射する。波長変換部１３２の一例としては、透明樹脂や無機部材などの透光性部材を母材とし、そこに波長変換材料である蛍光体を分散させたものが挙げられる。
波長変換部１３２の蛍光体は、青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体を用いてもよい。黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム、アルミニウムおよびガーネットを混合したＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。このようにすることで、半導体レーザ装置１２２から発光される青色光で、黄色発光の蛍光体を励起させることができる。波長変換部１３２は、一部波長変換された黄色光と、変換されない青色光とを混色し、補色の関係にある２色により白色光として放出する。つまり、波長変換部１３２で励起された蛍光と、反射光（半導体レーザ装置１２２の光）との混色光を放出する。
その他の蛍光体としては、例えば、用いる光源の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ）などが挙げられる。なかでも、耐熱性を有する蛍光体を用いることが好ましい。
これらの蛍光体を利用することにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置などにすることもできる。
蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z：Ｅｕ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢXＮ3+X：Ｅｕ、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。
蛍光体は、波長変換部において、組み合わせて用いてもよいし、積層構造としてもよい。
その他の蛍光体としては、例えば、用いる光源の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ）などが挙げられる。なかでも、耐熱性を有する蛍光体を用いることが好ましい。
これらの蛍光体を利用することにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置などにすることもできる。
蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Z：Ｅｕ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢXＮ3+X：Ｅｕ、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。
蛍光体は、波長変換部において、組み合わせて用いてもよいし、積層構造としてもよい。
波長変換部１３２の母材は、少なくとも光の一部を透過する部材である。透光性部材は、半導体レーザ装置１２２から出射された光の吸収率が低い材料が好ましい。具体的には、石英ガラス、硼珪酸ガラス、低融点ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透光性部材が挙げられる。
波長変換部１３２の形状としては、図示した平板状の他、例えば円盤形状でもよいし、凸状や半球状に盛り上がった形状など任意の形状にすることができる。
波長変換部１３２には、波長変換材料の他、粘度増量剤、光拡散物質、顔料等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。光拡散物質として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。同様に、半導体レーザ装置１２２からの不要な波長成分の光をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。
放熱構造体１３３は、一般的な冷却手段で構成することができる。ここでは、図３に示すように、放熱構造体１３３は、一方の面が蛍光体プレート１３１に密着する平板部材と、この平板部材の他方の面に設けられた多数のフィンとを備えている。この放熱構造体１３３については、図２に示す放熱構造体１２３と同様なので、詳細な説明を省略する。
次に、この発光装置１００の透光性部材１１０の構成の一例について図４及び図５を参照（適宜図１〜図３参照）して詳細に説明する。図４は、図１に示す透光性部材１１０の入射面１１１を図４において上側に配置し、図１に示す出射面１１２を図４において下側に配置した状態の透光性部材１１０の概略を示す斜視図である。図５は、図４の透光性部材１１０をレーザ光通路１１３を通るように上下方向に切断した状態の断面を示す斜視図である。
透光性部材１１０は、少なくとも光の一部を透過する材料で構成されている。この透光性部材１１０の材料は、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂等の熱硬化性の樹脂材料、ポリカーボネートやアクリルなどの熱可塑性の樹脂材料、ポリエチレン等のポリマー材料を挙げることができる。あるいは、透光性部材１１０の材料としては、例えば石英、合成石英、ＢＫ７等の光学ガラス等を挙げることができる。
また、透光性部材１１０は、ここでは、コリメートレンズの機能を有することとした。よって、透光性部材１１０は、概ね円錐台の外形形状となり、上底面の側に入射面１１１を備え、下底面側に出射面１１２を備えている。また、透光性部材１１０は、側面１１４から入射面１１１に亘って、レーザ光通路１１３を備えている。このレーザ光通路１１３は、光源体部１２０（図１参照）からのレーザ光Ｂを波長変換部１３２に向かって通過させるものである。
透光性部材１１０は、入射面１１１側を波長変換部１３２（図１参照）に向け、波長変換部１３２を覆うように蛍光体プレート１３１に設置されている。入射面１１１は、波長変換部１３２に対向する透光性部材１１０の位置に凹部１１５を形成して設けられてなる。この入射面１１１は、レーザ光通路１１３を通過して波長変換部１３２で波長変換された光を入射する面である。
また、透光性部材１１０は、蛍光体プレート１３１に設置されたときに、レーザ光通路１１３が、半導体レーザ装置１２２からのレーザ光Ｂを通過させ波長変換部１３２（図１参照）に照射させる位置となるように配置されている。これにより、レーザ光はレーザ光通路１１３を介して波長変換部１３２に導かれ、波長変換される。レーザ光通路１１３は、波長変換部１３２からの光の光軸に対して傾斜するように形成されている。透光性部材１１０の光軸とレーザ光Ｂの照射方向とのなす角は、目的や用途等に応じて適宜設定される。
さらに、レーザ光通路１１３は、ここでは、一例として透光性部材１１０を連通するように形成された溝からなる。つまり、透光性部材１１０は、その表面の一部が溝（レーザ光通路１１３）に沿って開口している。本実施形態では、レーザ光通路１１３の一方の端部１１８は側面１１４に配置されており、他方の端部１１９は凹部１１５に連通している。
レーザ光通路１１３としての溝は、横断面に相当する断面視でその形状が、レーザ光のビーム径を通過させる大きさ形状にされている。レーザ光の断面ビーム形状（レーザスポット）が例えば楕円形ならば、溝の形状も断面ビーム形状に沿った楕円形とする。また、溝のサイズは、少なくともその中をビーム（レーザ光）が通過すればよく、さらに好ましくはビームが溝を形成する透光性部材１０の表面に当たらないようにかつできる限り小さい形状にする。
透光性部材１１０の凹部１１５は、光源体部１２０からのレーザ光Ｂを平行光として送り出すためのものである。透光性部材１１０に凹部１１５を設けたことにより、透光性部材１１０で波長変換部１３２を覆ったときに隙間が形成され、波長変換部１３２からの光が凹部１１５に設けた入射面１１１である内底面１１６及び内側面１１７に入射する。
凹部１１５は、内底面１１６と、内側面１１７とを有している。これら内底面１１６及び内側面１１７は、透光性部材１１０の入射面１１１である。内底面１１６は、出射面１１２に対向して配置され、平面視で例えば円形である。
この内底面１１６は、一例として、図５に示すように、凹部１１５の開口に向かって凸形状に形成されている。言い換えると、内底面１１６は、波長変換部１３２に向かって膨んで凸レンズの機能を備えるように形成されている。内底面１１６をこのような形状にすることにより、波長変換部１３２から内底面１１６に入射した光を略平行光とすることができる。これにより、出射面１１２は、入射面１１１に入射した光を集光して略平行光として出射する。
また、凹部１１５の内側面１１７は、一例として、図５に示すように、凹部１１５の開口に向かって広がるように傾斜した形状であるものとした。内側面１１７は、透光性部材１１０で波長変換部１３２（図３参照）を覆ったときに波長変換部１３２から入射した光が屈折して側面１１４の界面で反射して出射面１１２へ導かれるように傾斜している。出射面１１２は、ここでは、平坦面に形成され、この出射面１１２は、平面視の形状が円形に形成されている。
次に、透光性部材１１０を受光部１３０に固定する方法の一例について図６を参照して説明する。ここでは、透光性部材１１０は、蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２上でレーザ光Ｂが照射される所望の位置に、透光性部材１１０の光軸１４０を合わせるようにして受光部１３０に搭載される。この例では、透光性部材１１０は、受光部１３０上で柱状の複数の支持部１５０により支持されている。支持部１５０は、一端を、透光性部材１１０の出射面１１２の外縁側に当接して、他端を、放熱構造体１３３の上面に当接している。なお、透光性部材１１０と蛍光体プレート１３１とは当接していなくてもよい。そして、支持部１５０は、接着剤を介して透光性部材１１０及び放熱構造体１３３と接合されている。なお、透光性部材１１０と蛍光体プレート１３１とが接する接合部を接着剤で固着してもよい。
次に、発光装置１００による発光の光路について図６を参照（適宜図１及び図４参照）して説明する。発光装置１００では、光源体部１２０からのレーザ光Ｂは、レーザ光通路１１３を通過するので、透光性部材１１０に遮断されることなく、蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２に照射される。レーザ光Ｂが波長変換部１３２に照射されることで、励起された蛍光と、波長変換部１３２で反射されたレーザ光とが混色することで色変換（波長変換）を行う。このとき波長変換部１３２から得られる光は、ランバーシアン配光となっている。この波長変換部１３２によって変換された光は、透光性部材１１０の入射面１１１に入射する。
そして、色変換（波長変換）された光は、凹部１１５の内底面１１６（図４参照）に入射すると、内底面１１６で屈折し、出射面１１２で屈折して平行光として出射する。または、色変換（波長変換）された光は、凹部１１５の内側面１１７（図１参照）に入射すると、内側面１１７で屈折した後、側面１１４で反射し、出射面１１２で屈折して平行光として出射する。つまり、ランバーシアン配光の光を含む色変換（波長変換）された光は、透光性部材１１０によって、集光されて平行光となるように配光制御されて出射される。このように、透光性部材１１０は、波長変換部１３２からの拡散光を集光する機能を有している。なお、透光性部材１１０は、レーザ光通路１１３を通過するレーザ光が、波長変換部１３２からの光の光軸に対して傾斜する方向から照射されるように構成されている。
以上説明したように、本実施形態に係る発光装置１００では、配光制御に用いる透光性部材１１０にレーザ光通路１１３を設けたので、光源体部１２０からのレーザ光Ｂがレーザ光通路１１３を通過することができる。そのため、透光性部材１１０が障害になることなくレーザ光Ｂを蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２に当てることができる。ここで、透光性部材１１０は、波長変換部１３２から隙間を隔てて波長変換部１３２を覆うように配設されているので、透光性部材１１０にレーザ光通路１１３を設けたとしても、透光性部材１１０を小型化することができる。また、本実施形態では、レーザ光通路１１３は、レーザビーム形状に沿って形成された溝から成るため、配光制御する光への影響を最小限にすることができる。
（第２実施形態）
次に第２実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図７を参照して説明する。第２実施形態に係る発光装置１００Ｂは、レーザ光の照射方向と、発光装置の発光方向とが同じ向きになるように受光部１３０が配置され且つ複数の光源体部１２０を備えている。なお、第１実施形態の発光装置１００と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
次に第２実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図７を参照して説明する。第２実施形態に係る発光装置１００Ｂは、レーザ光の照射方向と、発光装置の発光方向とが同じ向きになるように受光部１３０が配置され且つ複数の光源体部１２０を備えている。なお、第１実施形態の発光装置１００と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
図７に示すように、発光装置１００Ｂは、ある筺体内に、透光性部材１１０Ｂと、複数の光源体部１２０と、受光部１３０と、複数の反射鏡１６０とを備えている。また、第２実施形態に係る光学部材１０１Ｂは、透光性部材１１０Ｂと蛍光体プレート１３１とを備えている。
第２実施形態に係る透光性部材１１０Ｂは、図８に示すように、例えば２つのレーザ光通路１１３を備えている点が、図４の透光性部材１１０と相違している。ここでは、コリメートレンズからなる透光性部材１１０Ｂの側面において周方向に１８０度間隔で第１レーザ光通路１１３と第２レーザ光通路１１３とが形成されている。
発光装置１００Ｂは、第１レーザ光通路１１３と第２レーザ光通路１１３との配置にそれぞれ合わせて、例えば第１光源体部１２０と第２光源体部１２０とを備えている。第１光源体部１２０と第２光源体部１２０とは、レーザ光Ｂの照射方向が同じ向きとなるように並べて配置されている。ここで、２つの半導体レーザ装置１２２は、波長変換部１３２（図６参照）からの光の光軸方向に平行なレーザ光を照射するように位置している。また、その光軸方向にみて透光性部材１１０Ｂの出射面よりも入射面側に半導体レーザ装置１２２が位置している。つまり、半導体レーザ装置１２２は、ここでは、受光部１３０の放熱構造体１３３に接触しないように、透光性部材１１０Ｂの入射面１１１から離間して、光軸方向にみて入射面１１１の側に位置している。また、図７に示す例では、第１光源体部１２０と第２光源体部１２０とで２つの放熱構造体を共有するように接触させて発光装置１００Ｂのサイズを小型化できるようにしている。
発光装置１００Ｂは、第１レーザ光通路１１３と第２レーザ光通路１１３との配置にそれぞれ合わせて、光路上に第１反射鏡１６０と第２反射鏡１６０とを備えている。
第１反射鏡１６０は、透光性部材１１０Ｂの近傍に配置され、且つ、第１光源体部１２０の半導体レーザ素子の光軸上で、第１光源体部１２０からのレーザ光Ｂを第１レーザ光通路１１３へ導くことができる角度に設定されている。
第１反射鏡１６０は、透光性部材１１０Ｂの近傍に配置され、且つ、第１光源体部１２０の半導体レーザ素子の光軸上で、第１光源体部１２０からのレーザ光Ｂを第１レーザ光通路１１３へ導くことができる角度に設定されている。
同様に、第２反射鏡１６０は、透光性部材１１０Ｂの近傍に配置され、且つ、第２光源体部１２０の半導体レーザ素子の光軸上で、第２光源体部１２０からのレーザ光Ｂを第２レーザ光通路１１３へ導くことができる角度に設定されている。
発光装置１００Ｂでは、第１光源体部１２０からのレーザ光Ｂは、第１反射鏡１６０で反射し、第１レーザ光通路１１３を通過して蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２（図６参照）に照射される。
同様に、第２光源体部１２０からのレーザ光Ｂは、第２反射鏡１６０で反射し、第２レーザ光通路１１３を通過して蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２に照射される。このように発光装置１００Ｂでは、配光制御に用いる透光性部材１１０Ｂに複数のレーザ光通路１１３を設けたので、発光出力を高めることができる。
同様に、第２光源体部１２０からのレーザ光Ｂは、第２反射鏡１６０で反射し、第２レーザ光通路１１３を通過して蛍光体プレート１３１に設置された波長変換部１３２に照射される。このように発光装置１００Ｂでは、配光制御に用いる透光性部材１１０Ｂに複数のレーザ光通路１１３を設けたので、発光出力を高めることができる。
（第３実施形態）
次に第３実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図９乃至図１２を参照して説明する。第３実施形態に係る発光装置１００Ｃは、透光性部材が平凸レンズで形成されている。なお、第１実施形態の発光装置１００と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。図９では、発光装置１００Ｃの構成から放熱構造体を省略している。なお、発光装置１００Ｃは、レーザ光Ｂの照射方向と、発光装置１００Ｃの発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されていることとした。
次に第３実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置について図９乃至図１２を参照して説明する。第３実施形態に係る発光装置１００Ｃは、透光性部材が平凸レンズで形成されている。なお、第１実施形態の発光装置１００と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。図９では、発光装置１００Ｃの構成から放熱構造体を省略している。なお、発光装置１００Ｃは、レーザ光Ｂの照射方向と、発光装置１００Ｃの発光方向とのなす角は、所定の鋭角で配置されていることとした。
図９に示すように、発光装置１００Ｃは、ある筺体内に、透光性部材１１０Ｃと、半導体レーザ装置１２２（光源体部１２０：図２参照）と、蛍光体プレート１３１（受光部１３０：図３参照）とを備えている。また、第３実施形態に係る光学部材１０１Ｃは、透光性部材１１０Ｃと蛍光体プレート１３１とを備えている。
第３実施形態に係る透光性部材１１０Ｃは、図１０及び図１１に示すように、平凸レンズ状に形成され、凸レンズ面側に出射面１１２Ｃが形成され、平面側（底面１７０の側）に入射面１１１Ｃが形成されている。底面１７０は、中央に凹状に入射面１１１Ｃを形成し、その入射面１１１Ｃの周縁を円環状の平面に形成している。
入射面１１１Ｃ及び出射面１１２Ｃは、波長変換部１３２（図９参照）からの光の光軸１４０Ｃの同じ方向（図１１において上方）に向かって凸形状の屈折面であり、出射面１１２Ｃは入射面１１１Ｃよりも大きく形成されている。
透光性部材１１０Ｃは、図９に示すように、入射面１１１Ｃ側を波長変換部１３２に向け、波長変換部１３２を覆うように蛍光体プレート１３１に設置されている。この例では、透光性部材１１０Ｃは、その底面１７０（円環）において蛍光体プレート１３１の上面に接触する部位が、接着剤によって蛍光体プレート１３１に固着されている。
透光性部材１１０Ｃは、図９に示すように、入射面１１１Ｃ側を波長変換部１３２に向け、波長変換部１３２を覆うように蛍光体プレート１３１に設置されている。この例では、透光性部材１１０Ｃは、その底面１７０（円環）において蛍光体プレート１３１の上面に接触する部位が、接着剤によって蛍光体プレート１３１に固着されている。
入射面１１１Ｃは、波長変換部１３２に対向する透光性部材１１０の位置に凹部１１５を形成して設けられてなる。この凹部１１５Ｃは、波長変換部１３２を収容して、波長変換部１３２からの光を集光するためのものである。透光性部材１１０Ｃに凹部１１５Ｃを設けたことにより、透光性部材１１０Ｃで波長変換部１３２を覆ったときに隙間が形成され、光が屈折する媒体（空気）を介することとなる。
図１０に示すように、透光性部材１１０Ｃのレーザ光通路１１３Ｃは孔からなる。レーザ光通路１１３Ｃの一方の端部１１８Ｃは、出射面１１２Ｃの一部となる周面（側面）に配置されている。また、レーザ光通路１１３Ｃの他方の端部１１９Ｃは、凹部１１５Ｃに連通して形成されている。
発光装置１００Ｃは、光軸１４０Ｃ（図１１参照）に対して傾斜した方向からレーザ光Ｂを透光性部材１１０Ｃを貫通するレーザ光通路１１３を介して波長変換部１３２（図９参照）に導く構成である。そのため、図１２に示すように、ビーム形状２００は、水平方向の広がり角が垂直方向の広がり角より大きい楕円形状とすることが好ましい。このようにした場合、水平方向の広がり角が垂直方向の広がり角より小さい楕円形状としたときと比べて、配光が良好となるからである。
次に、発光装置１００Ｃによる発光の光路について図９及び図１１を参照して説明する。図９に示すように、発光装置１００Ｃでは、半導体レーザ装置１２２からのレーザ光Ｂによって波長変換部１３２で励起された蛍光と、波長変換部１３２で反射されたレーザ光とが混色することで色変換（波長変換）を行う。この変換された光は、透光性部材１１０Ｃの入射面１１１Ｃに入射すると、入射面１１１Ｃで屈折し、平行光として出射面１１２Ｃから出射する。つまり、ランバーシアン配光の光を含む色変換（波長変換）された光は、透光性部材１１０Ｃによって、集光されて平行光となるように配光制御されて出射される。
本実施形態に係る発光装置１００Ｃでは、透光性部材１１０Ｃのレーザ光通路１１３Ｃは、図１２に示すように、レーザ光Ｂのビーム形状２００に沿って形成された孔から成るため、配光制御する光への影響を最小限にすることができる。
なお、以上説明した第１乃至第３実施形態に係る透光性部材、光学部材及び発光装置についての種々の変形例を以下に列挙する。
図５に示す透光性部材１１０において、凹部１１５の内底面１１６は、凹部１１５の開口に向かって凸形状に形成されているものとしたが、これに限らず、内底面１１６は、その他の曲面や平坦面であってもよい。内底面１１６が例えば平坦面の場合であっても、その透光性部材１１０で波長変換部１３２（図１参照）を覆ったときに凹部１１５内の媒質（空気）の屈折率と、透光性部材１１０の屈折率との間に差があるので、波長変換部１３２から内底面１１６に入射した光を屈折させて配光を制御することができる。
図５に示す透光性部材１１０において、凹部１１５の内底面１１６は、凹部１１５の開口に向かって凸形状に形成されているものとしたが、これに限らず、内底面１１６は、その他の曲面や平坦面であってもよい。内底面１１６が例えば平坦面の場合であっても、その透光性部材１１０で波長変換部１３２（図１参照）を覆ったときに凹部１１５内の媒質（空気）の屈折率と、透光性部材１１０の屈折率との間に差があるので、波長変換部１３２から内底面１１６に入射した光を屈折させて配光を制御することができる。
図５に示す透光性部材１１０において、出射面１１２は平坦面に形成されているものとしたが、これに限らず、出射面１１２は、凹部１１５の開口に向かって凸形状に形成されていてもよいし、凹形状、あるいは、その表面にシボ加工をして細かな凹凸を形成した形状であってもよい。このような形態の出射面１１２によれば、出射面１１２から出射する光を拡散したり、集光したりすることができる。
図７に示す発光装置１００Ｂでは、蛍光体プレート１３１において２つのレーザ光Ｂがそれぞれ照射される位置は、同じである形態を図示したが、異なっていてもよい。図示したように、２つのレーザ光Ｂがそれぞれ照射される位置が同じである場合、光源体部１２０が１個の場合のときと比べて、配光を変えることなく発光出力を高めることができる。
一方、蛍光体プレート１３１において２つのレーザ光Ｂがそれぞれ照射される位置が異なっている場合（一部重複を含む）、波長変換部１３２の発熱を分散できるので、発熱による波長変換部１３２の劣化を抑制しながら、光源体部１２０が１個の場合のときと比べて発光出力を高めることができる。
一方、蛍光体プレート１３１において２つのレーザ光Ｂがそれぞれ照射される位置が異なっている場合（一部重複を含む）、波長変換部１３２の発熱を分散できるので、発熱による波長変換部１３２の劣化を抑制しながら、光源体部１２０が１個の場合のときと比べて発光出力を高めることができる。
図８に示す透光性部材１１０Ｂは、２つのレーザ光通路１１３を備えていることとしたが、本開示はこれに限られるものではなく、レーザ光通路１１３の個数は３個以上でも構わない。例えば、透光性部材１１０Ｂの側面において周方向に１２０度間隔で３個のレーザ光通路１１３を形成してもよい。この場合、その透光性部材１１０Ｂを用いた発光装置では、各レーザ光通路１１３の配置に合わせて、３個の光源体部１２０と３個の反射鏡１６０とを設ければよい。
図１に示す発光装置１００又は図９に示す１００Ｃは、受光部１３０の向きを変えた上で、反射鏡１６０（図７参照）を追加することで、レーザ光Ｂの照射方向と、発光装置の発光方向とが同じ向きになるように変形することができる。つまり、本開示に係る発光装置は、透光性部材１１０又は透光性部材１１０Ｃと、受光部１３０と、１個の光源体部１２０と、１個の反射鏡１６０と、を備える形態であっても構わない。
第１実施形態に係る透光性部材１１０及び第２実施形態に係る透光性部材１１０Ｂは、コリメートレンズからなり、第３実施形態に係る透光性部材１１０Ｃは、平凸レンズからなるものとして説明したが、本開示に係る透光性部材においてレンズ形状はこれらに限定されるものではない。例えばシリンドリカルレンズや凹レンズなど幅広いレンズに対して適用することができる。
図２に示す半導体レーザ装置１２２から放出される光は、青色に限定されず、例えば紫外から可視光の短波長側領域の光であってもよい。図３に示す波長変換部１３２には、複数種類の蛍光体が存在してもよい。黄色蛍光体を利用して、青色と黄色との混色により白色を得ることとしたが、黄色蛍光体の代わりに、赤色発光の蛍光体と緑色発光の蛍光体とを一緒に利用すれば、青色、赤色及び緑色の混色により、白色を得ることができる。
図１に示す発光装置１００において、ある筺体内で受光部１３０の向きが変えられるように構成してもよい。例えば、受光部１３０の放熱構造体１３３が軸Ｃ（図１参照）の周りで向きを可変できるように筺体内に設置すると共に、受光部１３０の向きを変えても半導体レーザ装置１２２からのレーザ光が透光性部材１１０に遮断されないようにレーザ光通路１１３の溝や孔の大きさを適切に設定すればよい。この場合、レーザ光の照射中に受光部１３０の向きを変えることで、発光で照らす方向を変化させることができるので、発光装置１００が照明装置の用途に好適なものとなる。
１００，１００Ｂ，１００Ｃ 発光装置
１０１，１０１Ｂ，１０１Ｃ 光学部材
１１０，１１０Ｂ，１１０Ｃ 透光性部材
１１１，１１１Ｃ 入射面
１１２，１１２Ｃ 出射面
１１３，１１３Ｃ レーザ光通路
１１４ 側面
１１５，１１５Ｃ 凹部
１１６ 内底面
１１７ 内側面
１１８，１１８Ｃ レーザ光通路の端部
１１９，１１９Ｃ レーザ光通路の端部
１２０ 光源体部
１２１ 基板
１２２ 半導体レーザ装置
１２３ 放熱構造体
１２４ 接続部材
１２５ コネクタ
１３０ 受光部
１３１ 蛍光体プレート
１３２ 波長変換部
１３３ 放熱構造体
１３６ 接続部材
１４０，１４０Ｃ 光軸
１５０ 支持部
１６０ 反射鏡
１７０ 底面
１０１，１０１Ｂ，１０１Ｃ 光学部材
１１０，１１０Ｂ，１１０Ｃ 透光性部材
１１１，１１１Ｃ 入射面
１１２，１１２Ｃ 出射面
１１３，１１３Ｃ レーザ光通路
１１４ 側面
１１５，１１５Ｃ 凹部
１１６ 内底面
１１７ 内側面
１１８，１１８Ｃ レーザ光通路の端部
１１９，１１９Ｃ レーザ光通路の端部
１２０ 光源体部
１２１ 基板
１２２ 半導体レーザ装置
１２３ 放熱構造体
１２４ 接続部材
１２５ コネクタ
１３０ 受光部
１３１ 蛍光体プレート
１３２ 波長変換部
１３３ 放熱構造体
１３６ 接続部材
１４０，１４０Ｃ 光軸
１５０ 支持部
１６０ 反射鏡
１７０ 底面
Claims (10)
- 半導体レーザ装置からのレーザ光を通過させるレーザ光通路と、
前記レーザ光通路を通過して波長変換部で前記レーザ光を波長変換した光を入射する入射面と、
前記入射面に入射した光を集光して略平行光として出射する出射面と、を備える透光性部材であって、
前記レーザ光通路は溝又は孔からなり、前記波長変換部からの光の光軸に対して傾斜するように形成されてなる透光性部材。 - 前記透光性部材は、前記波長変換部から前記入射面へ入射した光を反射し前記出射面へ導く側面を備え、
前記レーザ光通路の端部が前記側面に形成されている請求項１に記載の透光性部材。 - 前記入射面は、前記波長変換部に対向する前記透光性部材の位置に凹部を形成して設けられてなる請求項１又は請求項２に記載の透光性部材。
- 前記透光性部材は平凸レンズ状に形成され、凸レンズ面側に前記出射面が形成され、平面側に前記入射面が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の透光性部材。
- 前記レーザ光通路の端部が前記出射面に配置されている請求項４に記載の透光性部材。
- 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の透光性部材と、
前記透光性部材の入射面に対向して設置された前記波長変換部と、を備えた光学部材。 - 請求項６に記載の光学部材と、前記レーザ光通路から前記波長変換部にレーザ光を照射する位置に設置された半導体レーザ装置と、を備えた発光装置。
- 前記半導体レーザ装置からのレーザ光を反射して前記透光性部材の前記レーザ光通路に導く反射鏡を備える請求項７に記載の発光装置。
- 前記半導体レーザ装置は、前記光軸方向にみて前記透光性部材の前記出射面よりも入射面側に位置する請求項８に記載の発光装置。
- 前記透光性部材には複数の前記レーザ光通路が形成されており、複数の前記半導体レーザ装置と、前記複数のレーザ光通路にレーザ光をそれぞれ導く複数の反射鏡と、を備え、前記複数の反射鏡を介して前記複数の半導体レーザ装置からのレーザ光を前記波長変換部に照射する請求項７に記載の発光装置。
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