JP2019169251A - 照明装置、及びレーザダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の一部が外部へ直接漏れ出すことを抑制すること。【解決手段】レーザ光Ｒを出射するレーザダイオード２８と、レーザ光Ｒを制御する集光レンズ３０と、を備えた投光装置１において、前記レーザダイオード２８は、レーザ光Ｒを放射するレーザダイオードチップ３４と、レーザダイオードチップ３４を収め、レーザ光Ｒを出射する開口部４６が形成されたケース３６と、を有し、レーザダイオード２８が出射するレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔは、長手方向Ｐｙｄを有し、スリット６０が形成されたスリット部材３２が集光レンズ３０と開口部４６との間に設けられ、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｐｙｄと、スリット６０の第２方向Ｐｙと、が一致している構成とした。【選択図】図８

Description

本発明は、照明装置、及びレーザダイオードに関する。

従来、半導体レーザを光源に備える照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、このような照明装置には、複数の半導体レーザのレーザ光が照射されて蛍光を発する蛍光体と、この蛍光を配光制御して照明光として出射する反射鏡とを備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

昭５９−２２８６２１号公報 特許第４１２４４４５号公報

しかしながら、従来の照明装置では、半導体レーザの各々のレーザ光の一部が蛍光体に入射せずに、照明装置の外部へ漏れ出る場合があった。
本発明は、レーザ光の一部が外部へ直接漏れ出すことを抑制できる照明装置、及びレーザダイオードを提供することを目的とする。

本発明は、レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記レーザ光を制御する光制御部材と、を備えた照明装置において、前記レーザダイオードは、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、前記レーザダイオードが出射する前記レーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、スリットが形成されたスリット部材が前記光制御部材と前記開口部との間に設けられ、前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と、前記スリットの長手方向と、が一致していることを特徴とする。

本発明は、上記照明装置において、前記レーザダイオードが出射するレーザ光は、光束断面形状における第１方向Ｐｘに第１拡がり角θ１で拡がり、当該第１方向Ｐｘと直交する第２方向Ｐｙに第２拡がり角θ２で拡がり、かつ前記第１拡がり角θ１が第２拡がり角θ２より小さくなっており、前記スリット部材のスリットは、前記第１方向Ｐｘの開口幅Ｄｘ、及び、前記第２方向Ｐｙの開口幅Ｄｙを有し、Ｌを前記レーザダイオードチップから前記スリットまでの距離としたとき、それぞれ次の関係を満たすことを特徴とする。
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）

本発明は、上記照明装置において、前記光制御部材は、前記第１方向Ｐｘと、前記第２方向Ｐｙと、で異なる曲率半径を有するバイコーニックレンズであることを特徴とする。

本発明は、上記照明装置において、前記光制御部材は、前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と短手方向との比を「１」に近付けるレンズであることを特徴とする。

本発明は、上記照明装置において、前記光制御部材によって制御されたレーザ光によって蛍光を発する蛍光体と、前記蛍光体の配置位置に焦点を有し、前記蛍光体の蛍光を反射して照明光を出射する凹面状の反射鏡と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、照明装置の光源に用いられるレーザダイオードであって、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、前記レーザダイオードが出射するレーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、スリットが形成されたスリット部材が前記開口部に設けられ、前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と前記スリットの長手方向と、が一致していることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の一部が外部へ直接漏れ出すことを抑制できる。

本発明の実施形態に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 投光装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 図２（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 図２（Ａ）において反射鏡ユニットを除いた状態の投光装置の正面図である。 投光装置の断面構成を簡単に示す図である。 発光部が備える１組のレーザダイオード、スリット部材、及び集光レンズの分解斜視図である。 レーザダイオードの構成を模式的に示す断面図である。 発光部から出射されるレーザ光の光束断面形状を概略的に示す図である。 レーザダイオードのレーザ光の光束断面形状を概略的に示す図である。 スリットを通過するレーザ光を模式的に示す図であり、（Ａ）は第１方向におけるレーザ光の拡がりを示す図であり、（Ｂ）は第２方向におけるレーザ光の拡がりを示す図である。 スリットの第１方向の開口幅と、投光装置の出射光量との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、照明装置の一態様として投光装置を例示する。

図１は、本実施形態に係る投光装置１の構成を示す斜視図である。図２は投光装置１の構成を示す図であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図である。
投光装置１は、照射対象に照明光をあてて投光照明する照明装置であり、図１に示すように、装置本体２と、当該装置本体２を支持する取付アーム４と、を備えている。
装置本体２は、出射口６Ａが正面（前面）に開口した略円筒状の筐体６と、筐体６の背面６Ｂに取り付けられた放熱部８を備えている。本実施形態では、筐体６は、熱伝導率が高い例えばアルミニウムを用いたダイキャスト成型によって形成されている。
放熱部８は、光源の熱を放熱する放熱機構であり、筐体６の背面６Ｂ（図２（Ｂ））の側に配置される複数の放熱フィン８Ａと、背面６Ｂの熱を放熱フィン８Ａの各々に伝熱する複数本（図２（Ｂ））のヒートパイプ８Ｂとを備えている。投光装置１はレーザダイオード２８（図３）を光源に備え、この光源の発熱が筐体６の背面６Ｂに伝えられるが、これについては後述する。
取付アーム４は、コ字状に成形された板状部材であり、筐体６の正面視両側に設けられた円板状のアーム取付片５に結合される。すなわち、取付アーム４は、ボルトなどによって設置面に固定される板状の固定部４Ａと、固定部４Ａから延びてアーム取付片５に回動自在に連結される一対の支持部４Ｂとを備えている。これにより、装置本体２が取付アーム４によって設置面に回動自在に固定され、投光装置１の取付角度が変更自在になっている。

図３は、図２（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
装置本体２には、図３に示すように、発光部１２と、蛍光部材１４と、反射鏡ユニット１０と、支持バー２４と、が設けられている。
発光部１２は、投光装置１の光源である後述する複数のレーザダイオード２８を備え、蛍光部材１４に青色のレーザ光Ｒを照射する。
蛍光部材１４は、発光部１２の光を受けて蛍光を発するものである。具体的には、蛍光部材１４は、励起光であるレーザ光Ｒの照射によって励起されて蛍光を発する蛍光体２０と、この蛍光体２０を保持する蛍光保持部２２と、を備える。本実施形態の蛍光体２０には、ＬＡＧ系の蛍光体粒子をスカンジウム等からなる無機バインダーに混合したごく薄い膜状体（ＬＡＧ−Ｓｃ）が用いられており、蛍光保持部２２の表面に正面視円形に印刷されることによって形成されている。この蛍光体２０は、青色のレーザ光Ｒによって励起され、黄色の蛍光を発する。

支持バー２４は、蛍光部材１４を筐体６の出射口６Ａに支持する棒状部材であり、高熱伝導性材（例えばアルミニウム材）から形成されている。前掲図１に示すように、筐体６の出射口６Ａの縁部には、高熱伝導性材（例えばアルミニウム材）から形成された一対の支持部材取付部２６（図１には１つのみ示す）が設けられており、それぞれの支持部材取付部２６に支持バー２４の両方の端部２４Ａが支持されている。
反射鏡ユニット１０は、蛍光部材１４の蛍光を反射して照明光として出射する反射型光学部材であり、凹状の反射面１０Ａを有し、反射面１０Ａの開口が上記出射口６Ａに配置される。本実施形態では、反射面１０Ａは、蛍光体２０の配置位置を焦点ｆとする放物面であり、蛍光体２０の蛍光が反射面１０Ａの反射によって平行化され光軸Ｋ方向に出射される。

本実施形態では、発光部１２は、反射面１０Ａの裏側（筐体６の背面６Ｂの側）に配置されている。また、当該反射面１０Ａには、表裏に貫通する孔部２７が形成されており、発光部１２のレーザ光Ｒは孔部２７を通って蛍光部材１４に入射する。

一方、蛍光部材１４にあっては、蛍光保持部２２のうち、蛍光体２０を保持する保持面が平面状の反射面である平面反射面２２Ａとして形成されている。蛍光体２０にレーザ光Ｒが照射されると、蛍光体２０が蛍光を発するとともに、当該蛍光体２０を透過したレーザ光Ｒを平面反射面２２Ａが反射面１０Ａの側に反射する。すなわち、蛍光部材１４は、蛍光体２０の蛍光（黄色光）と、平面反射面２２Ａの拡散反射光（青色光）とを放射し、これらの混合光（白色光）が反射面１０Ａに入射される。そして、この混合光が反射面１０Ａの反射によって平行光化され、出射口６Ａから照射光として出射されることとなる。なお、この蛍光部材１４が放射する光の配光は、蛍光体２０へのレーザ光Ｒの入射角αによらず、概ねランバート配光となっている。

図４は、図２（Ａ）において反射鏡ユニット１０を除いた状態の投光装置１の正面図である。図５は、投光装置１の断面構成を簡単に示す図である。
発光部１２は、上述の通り、複数のレーザダイオード２８を有し、さらに、これらのレーザダイオード２８が載置される取付ベース１６と、レーザダイオード２８の各々に設けられた集光レンズ３０、及びスリット部材３２と、を備える。なお、図４では、矢印Ｘで示す１つを除いて他の集光レンズ３０の図示を省略している。また図５では、矢印Ｙで示す１組を除いて集光レンズ３０、及びスリット部材３２を適宜に省略する。

レーザダイオード２８は、蛍光体２０の励起光となる青色のレーザ光Ｒを出射する半導体パッケージである。
集光レンズ３０は、レーザダイオード２８のレーザ光Ｒを制御する光制御部材であり、レーザ光Ｒを焦点ｆに集光する。
スリット部材３２は、レーザダイオード２８と集光レンズ３０の間に設けられ、後述するレーザ光Ｒの乱反射成分ｒを遮蔽する部材である。
なお、これら集光レンズ３０、及びスリット部材３２については後に詳述する。

取付ベース１６は、図４に示すように、筐体６の内部において、反射鏡ユニット１０の裏側に配置された部材であり、正面（反射面１０Ａの裏面１０Ｃに対向する面）には、凹部１６Ａが形成され、この凹部１６Ａに、上記レーザダイオード２８の各々が取り付けられている。取付ベース１６は、例えばアルミニウム等の高熱伝導性材から形成されており、筐体６の背面６Ｂに取り付けられている。背面６Ｂには、上述の通り、ヒートパイプ８Ｂが結合されており、レーザダイオード２８の各々の発熱が取付ベース１６から背面６Ｂに伝えられ、ヒートパイプ８Ｂを通じて各放熱フィン８Ａから効率良く冷却される。

またレーザダイオード２８の各々は、取付ベース１６の凹部１６Ａに、正面視放射状に取り付けられている。一方、反射鏡ユニット１０にあっては、各レーザダイオード２８のレーザ光Ｒを通すために、図１、及び図２（Ａ）に示すように、正面視において、反射面１０Ａに設けられた上記孔部２７が光軸Ｋを中心とした円環のスリット状を成している。

ここで、レーザダイオード２８の各々は、正面視において、光軸Ｋを挟んだ対向位置Ｍに他のレーザダイオード２８が位置しないように配置されている。この配置により、蛍光部材１４で正反射された、あるレーザダイオード２８のレーザ光Ｒが、他のレーザダイオード２８に入射してしまうことがない。

またレーザダイオード２８のそれぞれは、図５に示すように、光軸Ｋに垂直な同一の平面Ｓ内に配置されている。この配置によれば、焦点ｆからみて同じ距離、及び、同じ角度（光軸Ｋと成す角度）で、レーザダイオード２８のそれぞれが配置される。したがって、焦点ｆでのレーザダイオード２８のそれぞれの照射スポット形状のばらつきが抑えられる。これにより、焦点ｆでは、略同一形状の照射スポット形状、及び照射スポット径でレーザ光Ｒが重なるので、これらが重なってできる照射スポット形状のぼけも抑えられ、レーザ光Ｒの重なりによって照射スポット径が拡がってしまうこともない。すなわち、複数のレーザダイオード２８のレーザ光Ｒが焦点ｆに照射されても、焦点ｆでの照射スポット径の拡がりが抑えられるので、焦点ｆでの発光のサイズは、１つのレーザ光Ｒを照射したときの発光のサイズに対して２倍程度に抑えられる。これにより、焦点ｆでの発光のサイズが、点光源とみなせる程度の大きさに維持される。

ところで、蛍光部材１４に入射するレーザ光Ｒの入射角α（光軸Ｋと成す角）を小さくするには、レーザダイオード２８の各々を光軸Ｋに近付けて配置することとなるが、入射角αが１０度以下になると、レーザダイオード２８同士が物理的に干渉し、これらの配置が困難となる。一方で入射角αが大きくなるほど、蛍光体２０におけるレーザ光Ｒの照射スポット形状が真円から楕円状に延び、蛍光部材１４の発光点が大きくなる。このため、入射角αが６０度以上になると、発光点のサイズが光学設計において点光源とみなせる大きさを超えてしまう。
そこで、投光装置１では、入射角αを１０度〜６０度の範囲（本実施形態では、入射角α＝３０度）としている。

図６は、発光部１２が備える１組のレーザダイオード２８、スリット部材３２、及び集光レンズ３０の分解斜視図である。図７は、レーザダイオード２８の構成を模式的に示す断面図である。
レーザダイオード２８は、図７に示すように、青色のレーザ光Ｒを出力するレーザダイオードチップ３４と、当該レーザダイオードチップ３４を収めたケース３６と、を有し、このケース３６の内部には、例えばアルゴンガス等の希ガスが充填されている。

ケース３６は、底部を構成するベース板３８と、当該ベース板３８を覆うキャップ４０とを備え、ベース板３８には、内部のレーザダイオードチップ３４に電力を供給する１対の導電端子４２が設けられている。

またベース板３８の表面３８Ａには、高熱伝導性材（例えば銅など）から成る放熱台４４が固定され、レーザダイオードチップ３４は当該放熱台４４に固定されている。レーザダイオードチップ３４の発熱は放熱台４４からベース板３８へ伝熱し、ベース板３８へ伝えられた熱が取付ベース１６から筐体６の側に放熱される。
キャップ４０は、これら放熱台４４、及びレーザダイオードチップ３４を覆う断面コ字状の部材である。キャップ４０の天面４０Ａには、レーザ光Ｒの出射口となる開口部４６が開口し、この開口部４６は前面ガラス４８によって閉塞されている。当該前面ガラス４８には、前面ガラス４８でのレーザ光Ｒの反射を抑制するためのＡＲコート膜が設けられている。

レーザダイオード２８は、図６に示す銅冶具５０によって取付ベース１６に固定される。銅冶具５０は、銅製の略矩形板状部材であり、略中央には、キャップ４０が挿入される貫通孔５２が設けられており、また、この貫通孔５２の両側には、取付ベース１６にねじ止め固定するためのねじ穴５４が設けられている。

集光レンズ３０、及びスリット部材３２は、レーザダイオード２８の光路Ｆ上に設けられており、本実施形態では、レーザダイオード２８と集光レンズ３０とでスリット部材３２が挟み込まれている。
集光レンズ３０は、上述の通り、レーザダイオード２８のレーザ光Ｒを反射面１０Ａの焦点ｆにレーザ光Ｒを集光する光制御部材であり、さらに本実施形態の集光レンズ３０は、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔを制御する。

図８は、発光部１２から出射されるレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔを概略的に示す図である。
同図に示すように、集光レンズ３０は、レーザダイオード２８が出射するレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔが焦点ｆにおいて真円や正方形形状に近付くように当該レーザ光Ｒの拡がり角を制御している。

図９は、レーザダイオード２８のレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔを概略的に示す図である。
同図に示すように、レーザダイオード２８が出射するレーザ光Ｒは、その光束断面形状Ｔがレーザ光Ｒの進行方向Ｑに垂直な垂直断面（光束断面）Ｃ２において短手方向Ｐｘｄと、長手方向Ｐｙｄとを有した形状（略矩形、或いは略楕円形）となっている。

詳述すると、レーザダイオードチップ３４の端面３４Ａの近傍（いわゆるニアフィールド）では、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔは、当該レーザダイオードチップ３４の活性層の面の方向である第１方向Ｐｘに延びた横長の楕円となる。このレーザ光Ｒは、第１方向Ｐｘに直交する第２方向Ｐｙの第２拡がり角θ２が、第１方向Ｐｘの第１拡がり角θ１（図１０（Ａ））よりも大きいため、レーザダイオードチップ３４の端面３４Ａから離れるほど、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔは、第１方向Ｐｘに比べて第２方向Ｐｙに大きく拡がるように変形する。この結果、ケース３６から出射されたレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔは、図９に示すように、垂直断面Ｃ２において、第１方向Ｐｘに短手方向Ｐｘｄを有し、第２方向Ｐｙに長手方向Ｐｙｄを有した形状となる。

この場合において、レーザ光Ｒを非球面レンズで焦点ｆに集光した場合、蛍光体２０でのレーザ光Ｒの照射スポット形が第２方向Ｐｙに延びた楕円形状または長方形状となる。このため、蛍光体２０の径によっては、当該蛍光体２０から照射スポットがはみ出てしまい、レーザ光Ｒの一部が蛍光体２０を越えて出射口６Ａから直接外部へ漏れ出てしまう。また蛍光体２０の径を大きくすると、当該蛍光体２０によって遮蔽される投光装置１の出射光量が増大し、効率が低下し、また蛍光体２０のコストも増大する。

そこで、本実施形態においては、集光レンズ３０には、レーザ光Ｒを集光する機能に加え、第１方向Ｐｘよりも第２方向Ｐｙの方向の屈折を大きくし、当該第２方向Ｐｙの第２拡がり角θ２を小さくする機能を有した光制御部材が用いられている。これにより、前掲図８に示すように、焦点ｆでの垂直断面Ｃ１においては、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの第１方向Ｐｘと第２方向Ｐｙとのアスペクト比が略「１」に近付けられるので、蛍光体２０におけるレーザ光Ｒの入射面が適度な径の円形であっても、当該蛍光体２０からのレーザ光Ｒの漏れを防止できる。

本実施形態では、バイコーニック面形状を有した非球面レンズ（すなわち、いわゆるバイコーニックレンズ）を集光レンズ３０に用いることで、かかる機能を実現している。すなわち、集光レンズ３０の出射面３０Ａは、第１方向Ｐｘと第２方向Ｐｙとで異なる曲率半径を有するバイコーニック面形状となっている。本実施形態では、第２方向Ｐｙの曲率半径が第１方向Ｐｘの曲率半径よりも大きくなっており、レーザ光Ｒには、第２方向Ｐｙに第１方向Ｐｘよりも大きな屈折が与えられ、当該第２方向Ｐｙへのレーザ光Ｒの第２拡がり角θ２が抑えられるようになっている。

かかる集光レンズ３０は、前掲図６に示すように、レンズプレート５６に保持される。このレンズプレート５６には、集光レンズ３０を挟んで一対のねじ孔５８、５８が形成されており、各ねじ孔５８、５８にねじを通して取付ベース１６にねじ止めされる。このとき、集光レンズ３０のバイコーニック面の向きと、レーザ光Ｒの第１方向Ｐｘ、及び第２方向Ｐｙとが合うように集光レンズ３０が固定される。本実施形態では、集光レンズ３０は、レンズプレート５６によって、上記レーザダイオード２８とは独立して取付ベース１６に固定されるので、レーザダイオード２８の取付後において、集光レンズ３０のバイコーニック面の向きを簡単に微調整できる。

ところで、発明者らは、かかる集光レンズ３０でレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔを制御したとしても、蛍光体２０からレーザ光Ｒが微量ながら漏れ出ている、との知見を得た。この量は、検出器などでは検出できないほどの光量であるが、投光装置１の照射野を注意深く視ることで目視される程度の量であった。そして、発明者らは、この漏れ光の原因が、上記レーザダイオード２８が備えるケース３６の内部での乱反射成分ｒにあることを実験等によりつきとめた。すなわち、発明者らは、レーザダイオード２８にあっては、ケース３６の内部でレーザ光Ｒの乱反射成分ｒが発生しており、この乱反射成分ｒが集光レンズ３０に入射すると、焦点ｆに集光されずに出射口６Ａから直接放射され漏れ光となるとの知見を得た。かかる乱反射成分ｒは、レーザダイオードチップ３４のレーザ光Ｒが前面ガラス４８で反射することで生じる成分や、ケース３６の天面４０Ａに入射することで生じる成分などが考え得る。

本実施形態では、レーザダイオード２８と、集光レンズ３０との間に、上記スリット部材３２を配置することで、当該スリット部材３２が乱反射成分ｒを遮蔽することとしている。
具体的には、このスリット部材３２には、そこを通るレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔに合わせた形状のスリット６０が形成されている。そして、スリット部材３２は、このスリット６０の長手方向である第２方向Ｐｙと、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｐｙｄと、が揃うようにレーザダイオード２８のケース３６の開口部４６に密着配置されている。これにより、スリット部材３２のスリット６０からはレーザ光Ｒのみが出射されて集光レンズ３０に入射されるようになっている。このように、スリット部材３２が乱反射成分ｒを遮蔽することで、投光装置１の出射口６Ａからのレーザ光Ｒの漏れが防止される。

この投光装置１では、スリット部材３２には、高熱電導性材（例えばアルミニウム）の板状部材が用いられており、レーザダイオード２８と対面する側の表面がアルマイト処理によって黒色に着色されることで、当該表面における乱反射成分ｒの反射を吸収し、レーザ光Ｒの漏れを防止している。さらに、スリット部材３２は、集光レンズ３０と対面する側の表面も、アルマイト処理によって黒色に着色されている。これにより、集光レンズ３０の入射面で反射したレーザ光Ｒがスリット部材３２の表面で反射されて乱反射成分ｒが生じてしまうことが防止される。

図１０は、スリット６０を通過するレーザ光Ｒを模式的に示す図であり、図１０（Ａ）は第１方向Ｐｘにおけるレーザ光Ｒの拡がりを示す図であり、図１０（Ｂ）は第２方向Ｐｙにおけるレーザ光Ｒの拡がりを示す図である。
スリット６０は、第１方向Ｐｘが開口幅Ｄｘであり、第２方向Ｐｙが開口幅Ｄｙの正面視略矩形状に形成されており、これら開口幅Ｄｘ、及び開口幅Ｄｙが、そこを通るレーザ光Ｒの第１方向Ｐｘ、及び第２方向Ｐｙの大きさに合わせて設定されている。

図１１は、スリット６０の開口幅Ｄｘと、投光装置１の出射光量との関係を示す図である。
なお、同図に示す関係は、スリット６０における開口幅Ｄｙが約１．５ｍｍであり、レーザ光Ｒの第１方向Ｐｘの第１拡がり角θ１と、第２方向Ｐｙの第２拡がり角θ２との比が約１：７であるときに得られた結果である。

同図に示すように、開口幅Ｄｘが大きくなるほど、スリット６０を通過する光量が増えるため、投光装置１の出射光量も増加する。そして、開口幅Ｄｘが開口幅Ｄｙの１／７（＝第１拡がり角θ１／第２拡がり角θ２＝約０．２ｍｍ）以上になると出射光量は最大になる。
一方、開口幅Ｄｘが０．５ｍｍ以上になると、投光装置１の照射野には乱反射成分ｒが生じることを発明者らは目視によって確認した。
そこで、本実施形態では、スリット６０の開口幅Ｄｘと開口幅Ｄｙの比率を、レーザ光Ｒの第１方向Ｐｘの第１拡がり角θ１と、第２方向Ｐｙの第２拡がり角θ２との比と概ね一致させることで、出射光量を最大としつつ、乱反射成分ｒを最小に抑えるようにしている。

さらに、発明者らは、レーザ光Ｒの第１拡がり角θ１及び第２拡がり角θ２と、レーザダイオードチップ３４からスリット部材３２までの距離Ｌと、が変わった場合であっても、スリット６０の開口幅Ｄｘ、及び開口幅Ｄｙの寸法が次式（１）及び（２）を満足することで、投光装置１の出射光量を略最大としつつ、乱反射成分ｒを十分に抑えることができる、との知見を得た。
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２） （１）
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２） （２）

本実施形態では、第１拡がり角θ１が約７度であり、第２拡がり角θ２が約４８度であり、また距離Ｌが約１．３９ｍｍである。したがって、上記（１）、及び（２）式から、開口幅Ｄｘとして０．１７ｍｍ〜０．５１ｍｍの範囲が求められ、また開口幅Ｄｙとして１．２４ｍｍ〜３．７１ｍｍの範囲が求められる。
一方、上述のように、本実施形態のスリット６０は、開口幅Ｄｘが０．２ｍｍであり、開口幅Ｄｙが１．５ｍｍであるので、上記（１）、及び（２）式を満足していることが分かる。

かかるスリット部材３２は、前掲図６に示すように、スリット６０を挟む両側に、ねじ孔６２が設けられており、各ねじ孔６２、６２にねじを通して取付ベース１６にねじ止めされる。このとき、スリット６０の開口幅Ｄｘ、Ｄｙの方向と、レーザ光Ｒの第１方向Ｐｘ、及び第２方向Ｐｙとが合うようにスリット部材３２が固定される。本実施形態では、スリット部材３２も集光レンズ３０と同様に、上記レーザダイオード２８とは独立して取付ベース１６に固定されるので、レーザダイオード２８の取付後においても、スリット６０の向きを簡単に微調整できる。

本実施形態によれば、次のような効果を奏する。

本実施形態の投光装置１では、スリット６０が形成されたスリット部材３２が集光レンズ３０とレーザダイオード２８の開口部４６との間に設けられ、当該スリット６０の長手方向である第２方向Ｐｙと、そこを通るレーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｐｙｄと、が一致している構成とした。
これにより、レーザダイオード２８で生じたレーザ光Ｒの乱反射成分ｒがスリット部材３２によって遮蔽され、集光レンズ３０への入射が抑えられるので、レーザ光Ｒを集光レンズ３０に通すことで得られる照明光とともに、乱反射成分ｒが出射されてしまうことを防止できる。

本実施形態の投光装置１では、スリット部材３２のスリット６０は、第１方向Ｐｘの開口幅Ｄｘ、及び、第２方向Ｐｙの開口幅Ｄｙが、それぞれ次の関係を満たすようにした。
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）
これにより、投光装置１の出射光量を略最大としつつ、乱反射成分ｒを十分に抑えることができる。

本実施形態の投光装置１では、集光レンズ３０は、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｐｙｄと短手方向Ｐｘｄとの比を「１」に近付けるレンズとした。これにより、蛍光体２０におけるレーザ光Ｒの入射面が適度な径の円形としつつ、当該入射面からのレーザ光Ｒの漏れを防止できる。

本実施形態の投光装置１では、集光レンズ３０は、当該集光レンズ３０の出射面３０Ａが第１方向Ｐｘと第２方向Ｐｙとで異なる曲率半径を有するバイコーニックレンズとした。これにより、第２方向Ｐｙに第１方向Ｐｘよりも大きな屈折が与えられ、当該第２方向Ｐｙへのレーザ光Ｒの第２拡がり角θ２が抑えられ、レーザ光Ｒの光束断面形状Ｔの第１方向Ｐｘと第２方向Ｐｙとのアスペクト比を略「１」に近付けることができる。

本実施形態の投光装置１では、集光レンズ３０によって制御されたレーザ光Ｒによって蛍光を発する蛍光体２０と、蛍光体２０の配置位置に焦点ｆを有し、この蛍光体２０の蛍光を反射して照明光を出射する凹面状の反射面１０Ａと、を備える。
上述の通り、集光レンズ３０への乱反射成分ｒの入射が抑えられるので、当該乱反射成分ｒが蛍光体２０の側へレーザ光Ｒとともに集光レンズ３０から出射され、さらに当該蛍光体２０を逸れて、そのまま出射されてしまうこともない。

上述した実施形態は、本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

上述した実施形態では、スリット部材３２を、レーザダイオード２８とは別体に設けたが、開口部４６にスリット６０が一体に設けられたレーザダイオード２８を構成してもよい。この場合において、スリット部材３２、及びスリット６０は、開口部４６の前面ガラス４８へのマスキング処理等で形成できる。

上述した実施形態では、レーザダイオード２８、及び集光レンズ３０の両方が反射面１０Ａの背面側に配置される構成を例示した。しかしながら、レーザダイオード２８を反射面１０Ａの背面側に配置し、集光レンズ３０を反射面１０Ａの表面側に配置し、レーザダイオード２８、及び集光レンズ３０とで反射面１０Ａを挟み込んでもよい。この場合において、スリット部材３２のスリット６０に代えて、反射面１０Ａの孔部２７が当該スリット６０の機能を備えてもよい。

上述した実施形態では、レーザ光Ｒを制御する光制御部材として、バイコーニック面形状を有した非球面レンズの集光レンズ３０を例示したが、これに限らない。すなわち、光制御部材には、レーザ光Ｒを照明光に変換するために必要な任意の光制御部材を用いることができる。

本発明は、投光装置１に限らず、空間や対象物を照らす任意の照明装置に適用可能である。

１ 投光装置（照明装置）
６Ａ 出射口
１０ 反射鏡ユニット（反射鏡）
１０Ａ 反射面
１２ 発光部
１４ 蛍光部材
２０ 蛍光体
２２Ａ 平面反射面
２４ 支持バー
２７ 孔部
２８ レーザダイオード
３０ 集光レンズ（光制御部材）
３０Ａ 出射面
３２ スリット部材
３４ レーザダイオードチップ
３６ ケース
４０ キャップ
４６ 開口部
４８ 前面ガラス
６０ スリット
Ｄｘ、Ｄｙ 開口幅
Ｌ 距離
Ｐｘ 第１方向
Ｐｙ 第２方向
Ｐｘｄ 短手方向
Ｐｙｄ 長手方向
Ｑ 進行方向
Ｒ レーザ光
Ｔ 光束断面形状
ｆ 焦点
ｒ 乱反射成分
θ１ 第１拡がり角
θ２ 第２拡がり角

本発明は、レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、前記レーザダイオードのレーザ光を前記蛍光体に集光する光制御部材と、を備え、前記蛍光によって照明する照明装置において、前記レーザダイオードは、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、前記レーザダイオードが出射する前記レーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、スリットが形成されたスリット部材が前記光制御部材と前記開口部との間に設けられ、前記スリット部材は、前記スリットの長手方向が、前記レーザ光の光束断面形状の長手方向に一致させて配置され、前記ケースで生じ前記開口部から出射された前記レーザ光の乱反射成分を遮蔽し、前記レーザダイオードが出射するレーザ光は、光束断面形状における第１方向Ｐｘに第１拡がり角θ１で拡がり、当該第１方向Ｐｘと直交する第２方向Ｐｙに第２拡がり角θ２で拡がり、かつ前記第１拡がり角θ１が第２拡がり角θ２より小さくなっており、前記スリット部材のスリットは、前記第１方向Ｐｘの開口幅Ｄｘ、及び、前記第２方向Ｐｙの開口幅Ｄｙを有し、Ｌを前記レーザダイオードチップから前記スリットまでの距離としたとき、それぞれ次の関係を満たすことを特徴とする。
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）

本発明は、レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、光源のレーザ光を前記蛍光体に集光する光制御部材と、を備え、前記蛍光によって照明する照明装置の前記光源に用いられるレーザダイオードであって、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、前記レーザダイオードが出射するレーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、スリットが形成されたスリット部材が前記開口部に設けられ、前記スリット部材は、前記スリットの長手方向が、前記レーザ光の光束断面形状の長手方向に一致させて配置され、前記ケースで生じ前記開口部から出射される前記レーザ光の乱反射成分を遮蔽し、前記レーザダイオードが出射するレーザ光は、光束断面形状における第１方向Ｐｘに第１拡がり角θ１で拡がり、当該第１方向Ｐｘと直交する第２方向Ｐｙに第２拡がり角θ２で拡がり、かつ前記第１拡がり角θ１が第２拡がり角θ２より小さくなっており、前記スリット部材のスリットは、前記第１方向Ｐｘの開口幅Ｄｘ、及び、前記第２方向Ｐｙの開口幅Ｄｙを有し、Ｌを前記レーザダイオードチップから前記スリットまでの距離としたとき、それぞれ次の関係を満たすことを特徴とする。
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）
２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）

Claims (6)

1. レーザ光を出射するレーザダイオードと、前記レーザ光を制御する光制御部材と、を備えた照明装置において、
   前記レーザダイオードは、レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、
   前記レーザダイオードが出射する前記レーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、
   スリットが形成されたスリット部材が前記光制御部材と前記開口部との間に設けられ、
   前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と、前記スリットの長手方向と、が一致している
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記レーザダイオードが出射するレーザ光は、
   光束断面形状における第１方向Ｐｘに第１拡がり角θ１で拡がり、当該第１方向Ｐｘと直交する第２方向Ｐｙに第２拡がり角θ２で拡がり、かつ前記第１拡がり角θ１が第２拡がり角θ２より小さくなっており、
   前記スリット部材のスリットは、
   前記第１方向Ｐｘの開口幅Ｄｘ、及び、前記第２方向Ｐｙの開口幅Ｄｙを有し、
   Ｌを前記レーザダイオードチップから前記スリットまでの距離としたとき、それぞれ次の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
   ２×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）＜Ｄｘ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ１）／２）
   ２×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）＜Ｄｙ＜６×Ｌ×ｔａｎ（（θ２）／２）
3. 前記光制御部材は、前記第１方向Ｐｘと、前記第２方向Ｐｙと、で異なる曲率半径を有するバイコーニックレンズである
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光制御部材は、
   前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と短手方向との比を「１」に近付けるレンズである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記光制御部材によって制御されたレーザ光によって蛍光を発する蛍光体と、
   前記蛍光体の配置位置に焦点を有し、前記蛍光体の蛍光を反射して照明光を出射する凹面状の反射鏡と、を備えた
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 照明装置の光源に用いられるレーザダイオードであって、
   レーザ光を放射するレーザダイオードチップと、
   前記レーザダイオードチップを収め、前記レーザ光を出射する開口部が形成されたケースと、を有し、
   前記レーザダイオードが出射するレーザ光の光束断面形状は、長手方向を有し、
   スリットが形成されたスリット部材が前記開口部に設けられ、
   前記レーザ光の光束断面形状の長手方向と前記スリットの長手方向と、が一致している
   ことを特徴とするレーザダイオード。

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