JP2020064703A - 光源装置および投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さく絞られビームスポットで波長変換部材の入射面を走査でき、且つ、全走査範囲において光量分布を略均一にすることが可能な光源装置およびそれを備えた投光装置を提供する。【解決手段】光源装置２は、レーザ光源と、レーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換されたレーザ光を拡散させる波長変換部材１５と、レーザ光を波長変換部材１５の入射面上において少なくとも１次元に走査させる光偏向器１４と、レーザ光源１２と波長変換部材１５との間のレーザ光の光路に配置された光学素子１９と、を備える。光学素子１９は、レーザ光が照射される領域に複数のレンズ部を備え、各レンズ部は、各レンズ部に入射したレーザ光が、収束しつつ波長変換部材１５の入射面付近において略同一スポットに重なるように、レーザ光に光学作用を付与する。【選択図】図１

Description

本発明は、光を発する光源装置およびそれを用いた投光装置に関する。

従来、レーザ光源から出射された光を波長変換部材に照射することにより所定波長の光を生成する光源装置が知られている。この光源装置では、たとえば、波長変換部材により波長変換されて拡散された光と、波長変換部材により波長変換されずに拡散された光とが合成されて、白色光等、所定の色の光が生成される。このような光源装置が、たとえば、車両用前照灯の光源装置として利用されている。

以下の特許文献１、２には、レーザ光源から出射されたレーザ光をミラーで反射して蛍光体（波長変換部材）へと導くとともに、ミラーを旋回させることにより、レーザ光で蛍光体（波長変換素子）を走査する構成のヘッドライトモジュールおよび照明装置が記載されている。

特開２０１５−４３３４６号公報 特許第５５３０１７１号公報

上記構成の光源装置では、波長変換部材が光で走査されるに伴い、波長変換部材の温度が上昇する。この場合、波長変換部材に熱飽和が生じないように、波長変換部材上の光量分布をなるべく均一にすることが好ましい。加えて、波長変換部材における輝度飽和を抑制する観点からも、波長変換部材上の光量分布をなるべく均一にすることが好ましい。

また、上記光源装置では、所定の走査範囲においてレーザ光源を停止させる制御が行われ得る。たとえば、上記のように光源装置が車両前照灯の光源として利用される場合、対向車両への光の照射を避けるために、対向車両に対応する走査範囲においてレーザ光源を停止させる制御がなされ得る。この場合、レーザ光の照射範囲と非照射範囲と間のコントラストを高めるために、波長変換素子を走査するレーザ光のスポットは、なるべく小さく絞られることが好ましい。

以上のように、上記光源装置では、波長変換素子を走査する光をなるべく小さく絞ることが好ましく、且つ、全走査範囲において光の光量分布がなるべく均一であることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１、２には、このような課題およびその解決手段について、一切開示がない。

かかる課題に鑑み、本発明は、小さく絞られビームスポットで波長変換部材の入射面を走査でき、且つ、全走査範囲において光量分布を略均一にすることが可能な光源装置およびそれを用いた投光装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、発光装置に関する。第１の態様に係る発光装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された前記レーザ光を拡散させる波長変換部材と、前記レーザ光を前記波長変換部材の入射面上において少なくとも１次元に走査させる光偏向器と、前記レーザ光源と前記波長変換部材との間の前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、を備える。前記光学素子は、前記レーザ光が照射される領域に複数のレンズ部を備え、前記各レンズ部は、前記各レンズ部に入射した前記レーザ光が、収束しつつ前記波長変換部材の前記入射面付近において略同一スポットに重なるように、前記レーザ光に光学作用を付与する。

本態様に係る発光装置によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光が、光学素子の各レンズ部によって収束されて同一スポットに重ねられるため、波長変換部材の入射面を走査するビームスポットを小さく絞ることができる。また、複数のレンズ部からの光を同一スポットに重ねることにより、光学素子に入射する前のレーザ光の強度分布が、スポット上において光学的に平均化される。よって、波長変換部材の入射面を走査するビームスポットの強度分布を略均一にすることができる。さらに、各レンズ部によって収束されるレーザ光の収束角が小さいため、走査において光偏向器と波長変換部材の入射面との間の距離が変化しても、ビームスポットのサイズ変化を抑制できる。よって、略同一サイズかつ略同一強度のビームスポットで、波長変換部材の入射面上の全走査範囲を走査できる。このため、波長変換部材の入射面上の全走査範囲において、光量分布を略均一にすることができる。

このように、第１の態様に係る光源装置によれば、小さく絞られビームスポットで波長変換部材の入射面を走査でき、且つ、全走査範囲において光量分布を略均一にすることができる。

本発明の第２の態様は、投光装置に関する。第２の態様に係る投光装置は、第１の態様に係る発光装置と、前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える。

本態様に係る投光装置によれば、第１の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明に係る光源装置および投光装置によれば、小さく絞られビームスポットで波長変換部材の入射面を走査でき、且つ、全走査範囲において光量分布を略均一にすることができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施形態１に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る投光装置の構成を示す断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る光偏向器の構成を示す斜視図および断面図である。 図４（ａ）は、実施形態１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す側面図である。図４（ｂ）は、実施形態１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す平面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係るレーザ光源、光学素子およびミラーの位置関係を示す図である。 図６（ａ）は、実施形態１に係る光学素子の構成を模式的に示す平面図である。図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施形態１に係る光学素子の構成を模式的に示す断面図である。 図７は、実施形態１に係る光学素子の各レンズ部の光学作用を模式的に示す図である。 図８（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１に係る光学素子によるレーザ光の強度の均一化作用を説明するための図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る光学素子を用いた場合の波長変換部材の入射面上におけるビームスポットのサイズの変化を模式的に示す図である。図９（ｃ）、（ｄ）は、比較例に係る単レンズを用いた場合の波長変換部材の入射面上におけるビームスポットのサイズの変化を模式的に示す図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１の変更例に係る光学素子の構成を模式的に示す平面図である。 図１１は、実施形態２に係る投光装置の構成を示す断面図である。 図１２（ａ）は、実施形態２に係る光学素子の構成例を示す断面図である。図１２（ｂ）は、実施形態２に係る光学素子の他の構成例を示す断面図である。 図１３（ａ）は、比較例に係る単レンズを用いた場合の波長変換部材の入射面におけるビームスポットの状態（光強度分布）を示すシミュレーション結果である。図１３（ｂ）は、実施形態２に係る光学素子を用いた場合の波長変換部材の入射面におけるビームスポットの状態（光強度分布）を示すシミュレーション結果である。 図１４（ａ）は、中立位置から光偏向器を回動させた場合の波長変換部材の入射面上におけるビームスポットのサイズの変化を、実施形態２の光学素子を用いた場合と比較例に係る単レンズを用いた場合とで比較して示すシミュレーション結果である。図１４（ｂ）は、中立位置から光偏向器を回動させた場合の波長変換部材の入射面上におけるビームスポットのピーク光密度の変化を、実施形態２の光学素子を用いた場合と比較例に係る単レンズを用いた場合とで比較して示すシミュレーション結果である。 図１５は、実施形態３に係る光偏向器の構成を示す斜視図である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態３に係る光偏向器の構成を示す断面図である。 図１７は、実施形態３に係る波長変換部材におけるレーザ光の走査状態を模式的に示す図である。 図１８は、実施形態４に係る投光装置の構成を示す断面図である。 図１９は、実施形態５に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 図２０は、実施形態５に係る投光装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、それぞれ、投光装置の幅方向および奥行き方向であり、Ｚ軸方向は投光装置の高さ方向である。Ｚ軸正方向が、投光装置における光の投射方向である。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る投光装置１の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る投光装置１の構成を示す断面図である。図２には、Ｙ−Ｚ平面に平行な平面で投光装置１をＸ軸方向の中央位置において切断した断面図が示されている。

図１および図２を参照して、投光装置１は、光を生成する光源装置２と、光源装置２により生成された光を投射するための投射光学系３とを備える。投射光学系３は、２つのレンズ３ａ、３ｂを備え、これらレンズ３ａ、３ｂによって光源装置２からの光を集光して目標領域へと投射する。なお、投射光学系３は、必ずしも２つのレンズ３ａ、３ｂのみから構成されなくともよく、たとえば、他のレンズやミラーを備えていてもよい。また、投射光学系３は、凹面ミラーによって光源装置２からの光を集光する構成であってもよい。

光源装置２は、ベース１１に、各種部材が設置された構成となっている。具体的には、投射用の光を生成するための構成として、レーザ光源１２と、コリメータレンズ１３と、光偏向器１４と、波長変換部材１５がベース１１に設置されている。コリメータレンズ１３は、ホルダ１６を介してベース１１に設置されている。

レーザ光源１２は、青色波長帯（たとえば、４５０ｎｍ）のレーザ光をＺ軸正方向に出射する。レーザ光源１２は、たとえば、半導体レーザからなっている。レーザ光源１２から出射されるレーザ光の波長は、適宜変更可能である。また、レーザ光源１２は、必ずしも単一波長帯のレーザ光を出射するものでなくともよく、たとえば、１基板に複数の発光素子がマウントされたマルチ発光の半導体レーザであってもよい。

コリメータレンズ１３は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を平行光に変換する。

光偏向器１４は、偏向部材としてミラー１７を備え、ミラー１７を回動軸Ｌ１について回動させることにより、コリメータレンズ１３を通過したレーザ光の進行方向を変化させる。ミラー１７の入射面は平面である。ミラー１７は、たとえば、ガラス板に誘電体多層膜を形成した高反射率のミラーである。ミラー１７は、中立位置において、Ｘ−Ｚ平面に平行な面に対して、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向に所定角度だけ傾くように配置される。ミラー１７の回動軸Ｌ１は、Ｙ−Ｚ平面に平行で、且つ、Ｚ軸方向に対して所定角度だけ傾いている。光偏向器１４の構成は、追って、図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

波長変換部材１５は、ミラー１７によって反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。波長変換部材１５は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がＸ−Ｙ平面に平行となり、且つ、長手方向がＸ軸に平行となるように、ベース１１に設置されている。上記のように、ミラー１７が回動軸Ｌ１について回動することにより、波長変換部材１５は、レーザ光によって長手方向に走査される。

波長変換部材１５は、入射したレーザ光の一部を、青色波長帯とは異なる波長に変換して、Ｚ軸方向に拡散させる。波長変換されなかった他のレーザ光は、波長変換部材１５によってＺ軸方向に拡散される。こうして拡散された２種類の波長の光が合成されて、所定の色の光が生成される。各波長の光は、投射光学系３に取り込まれて、目標領域に投射される。

実施形態１では、波長変換部材１５によって、レーザ光の一部が、黄色波長帯の光に変換される。波長変換後の黄色波長帯の拡散光と、波長変換されなかった青色波長帯の散乱光とが合成されて、白色の光が生成される。なお、波長変換後の波長は黄色波長帯でなくてもよく、生成される光の色は、白以外の色であってもよい。波長変換部材１５の構成は、追って、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

ベース１１の下面には、回路基板１８が設置されている。この回路基板１８に、レーザ光源１２および光偏向器１４を制御するための回路が実装されている。図１に示すように、回路基板１８の端子部が、ベース１１のＹ軸正側において、外部に露出している。

なお、実施形態１では、投射用の光を生成するための構成要素として、さらに、光学素子１９がベース１１に設置されている。光学素子１９は、波長変換部材１５を走査するレーザ光の収束状態を調整するためのものである。光学素子１９の構成は、追って、図５（ａ）〜図７を参照して説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、光偏向器１４の構成を示す斜視図および断面図である。図３（ｂ）には、ｘ−ｚ平面に平行な平面で、図３（ａ）の光偏向器１４をｙ軸方向の中央位置において切断したＡ−Ａ’断面図が示されている。

なお、便宜上、図３（ａ）、（ｂ）には、光偏向器１４の構成を説明するために、新たにｘ、ｙ、ｚ軸が示されている。このうち、ｘ軸は、図１および図２に示したＸ軸と同一方向である。ｘ、ｙ、ｚ軸は、図１および図２に示したＸ、Ｙ、Ｚ軸を、Ｘ軸周りに、所定の角度だけ回転させたものである。ｙ軸は、光偏向器１４の短手方向に対応し、ｚ軸は、光偏向器１４の高さ方向に対応する。ここでは、便宜上、ｚ軸負側を光偏向器１４の上側と定義する。

図３（ａ）、（ｂ）を参照して、光偏向器１４は、電磁力を利用してミラー１７を駆動する構成となっている。ハウジング１０１に、電磁駆動のための構成部材が設置されている。

ハウジング１０１は、ｘ軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング１０１の上面には、平面視において長方形の凹部１０１ａが形成されている。また、ハウジング１０１には、ｘ軸正負の縁の上面に、それぞれ、ボス１０１ｂが形成されている。２つのボス１０１ｂは、ハウジング１０１のｙ軸方向の中間位置に配置されている。ハウジング１０１は、剛性が高い金属材料からなっている。

ハウジング１０１の上面に、枠状の板バネ１０２が設置される。板バネ１０２は、枠部１０２ａと、支持部１０２ｂと、２つの梁部１０２ｃと、２つの孔１０２ｄとを有する。

ｘ軸方向の中間位置において、枠部１０２ａからｙ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部１０２ｃが形成され、これら梁部１０２ｃによって、枠部１０２ａと支持部１０２ｂとが連結されている。支持部１０２ｂは、平面視において長方形であり、支持部１０２ｂのｘ軸方向の中間位置において、２つの梁部１０２ｃが支持部１０２ｂに繋がっている。ｘ軸正側の孔１０２ｄは、ボス１０１ｂと同様、平面視において円形で、ｘ軸負側の孔１０２ｄは、平面視においてｘ軸方向に長い形状である。板バネ１０２は、ｙ軸方向に対称な形状であり、また、２つの孔１０２ｄを除いてｘ軸方向に対称な形状である。板バネ１０２は、可撓性の金属材料により一体形成されている。

２つの孔１０２ｄは、それぞれ、２つのボス１０１ｂに対応する位置に設けられている。孔１０２ｄにボス１０１ｂが嵌められた状態で、４つのネジ１０３により、板バネ１０２がハウジング１０１の上面に固定される。支持部１０２ｂの上面にミラー１７が接着剤等によって固定される。ミラー１７は、平面視において略正方形である。２つの梁部１０２ｃを繋いだ軸が、ミラー１７の回動軸Ｌ１となる。

なお、レーザ光源１２からのレーザ光は、ミラー１７の中央位置に入射する。すなわち、回動軸Ｌ１とレーザ光の中心軸とが交差するように、レーザ光源１２からのレーザ光が、ミラー１７に入射する。

支持部１０２ｂの下面にコイル１０４が装着される。コイル１０４は、平面視において長方形の角が丸められた形状に周回している。コイル１０４は、長辺の中間位置が回動軸Ｌ１に一致するように、支持部１０２ｂの下面に設置される。コイル１０４、支持部１０２ｂおよびミラー１７が、光偏向器１４の可動部を構成する。

コイル１０４のｘ軸正側およびｘ軸負側の部分をそれぞれｘ軸方向に挟むように、磁石１０５および磁石１０６の組が２つ配置される。磁石１０５と磁石１０６は、ヨーク１０７に設置され、ヨーク１０７が、ハウジング１０１の凹部１０１ａの底面に設置されている。磁石１０５、１０６は、磁極面における磁束密度が略均一の永久磁石である。

ｘ軸正側の磁石１０５、１０６によって生じる磁界の向きと、ｘ軸負側の磁石１０５、１０６によって生じる磁界の向きは、同じである。たとえば、ｘ軸正側の磁石１０５は、Ｎ極がコイル１０４に対向し、ｘ軸負側の磁石１０５は、Ｓ極がコイル１０４に対向する。また、ｘ軸正側の磁石１０６は、Ｓ極がコイル１０４に対向し、ｘ軸負側の磁石１０６は、Ｎ極がコイル１０４に対向する。このように磁極（磁界の向き）を調整することにより、コイル１０４に駆動信号（電流）が印加されると、回動軸Ｌ１周りの駆動力がコイル１０４に励起される。これにより、ミラー１７が、回動軸Ｌ１を軸として回動する。

図４（ａ）は、波長変換部材１５の構成を模式的に示す側面図である。

波長変換部材１５は、基板２０１の上面に、反射膜２０２と、蛍光体層２０３とを積層した構成となっている。

基板２０１は、たとえば、シリコンや窒化アルミニウムセラミックなどからなっている。

反射膜２０２は、第１の反射膜２０２ａと第２の反射膜２０２ｂとが積層されて構成されている。第１の反射膜２０２ａは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどの金属膜である。第２の反射膜２０２ｂは、反射とともに第１の反射膜２０２ａを酸化などから保護する機能をも有し、たとえば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＡｌＮなど誘電体の１つまたは複数の層からなっている。反射膜２０２は、必ずしも、第１の反射膜２０２ａおよび第２の反射膜２０２ｂから構成されなくともよく、単層または３つ以上の層が積層された構成であってもよい。

蛍光体層２０３は、蛍光体粒子２０３ａをバインダ２０３ｂで固定することにより形成される。蛍光体粒子２０３ａは、レーザ光源１２から出射された青色波長帯のレーザ光が照射されることによって黄色波長帯の蛍光を発する。蛍光体粒子２０３ａとして、たとえば、平均粒子径が１μｍ〜３０μｍの（ＹｎＧｄ１−ｎ）３（ＡｌｍＧａ１−ｍ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｎ≦１、０．５≦ｍ≦１）が用いられる。また、バインダ２０３ｂとして、ポリメチルシルセスキオキサンなどのシルセスキオキサンを主に含む透明材料が用いられる。

蛍光体層２０３には、さらに、第２粒子として、平均粒子径が０．１〜１０μｍで熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＡｌ_２Ｏ_３の微粒子が混合されるとよい。この場合、第２粒子は、蛍光体粒子２０３ａに対して１０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下の比率で混合される。たとえば、第２粒子として、バインダ２０３ｂの材料であるシルセスキオキサン（屈折率１．５）と屈折率差が大きいＡｌ_２Ｏ_３（屈折率１．８）が用いられる。この構成により、蛍光体層２０３の内部での光散乱性が向上するとともに、蛍光体層２０３の熱伝導率を高くすることができる。

さらに、蛍光体層２０３の内部に、ボイド２０３ｃを設けることが好ましい。実施形態１では、蛍光体層２０３の中央付近に形成されたボイド２０３ｃと、反射膜２０２との界面付近に形成されたボイド２０３ｃが蛍光体層２０３に設けられる。

ここで、蛍光体層２０３の内部に形成されたボイド２０３ｃは、反射膜２０２に近いほど密度が高くなるように構成される。この構成により、内部に侵入したレーザ光をより効率的に散乱させて、光源装置２から取り出すことができる。また、反射膜２０２との界面付近に形成されたボイド２０３ｃは、誘電体である第２の反射膜２０２ｂと接するため、金属表面によるエネルギーロスを低減しつつ、効果的にレーザ光と蛍光を散乱させることができる。

上記のようなボイド２０３ｃの配置は、ＹＡＧ：Ｃｅからなる蛍光体粒子２０３ａと、ポリシルセスキオキサンからなるバインダ２０３ｂとを混合した、蛍光体ペーストを用いて波長変換部材１５を構成することで容易に形成できる。具体的には、蛍光体粒子２０３ａと第２粒子とを、ポリシルセスキオキサンを有機溶剤に溶かしたバインダ２０３ｂに混合した蛍光体ペーストを用いて基板２０１（反射膜２０２）上に成膜し、その後、２００℃程度の高温アニールを行うことで、ペースト中の有機溶剤を気化させる。このとき、波長変換部材１５の基板２０１に近い部分から気化した有機溶剤は保持されやすいため、基板２０１に近い部分では、ボイド２０３ｃが容易に形成され得る。このような製造方法により、容易に反射膜２０２の近傍に高い密度のボイド２０３ｃを形成することができる。

なお、蛍光体層２０３には、さらに、強度および耐熱性を高めるためのフィラー２０３ｄが含まれる。フィラー２０３ｄとバインダ２０３ｂとの屈折率差も、蛍光体粒子２０３ａとバインダ２０３ｂとの屈折率差と同様、大きく設定される。

レーザ光源１２から出射されたレーザ光は、図４（ａ）に示す励起領域Ｒ１に照射され、蛍光体層２０３の表面または内部で、散乱、吸収される。このとき、レーザ光の一部は、蛍光体粒子２０３ａにより黄色波長帯の光に変換されて、蛍光体層２０３から放射される。また、レーザ光の他の一部は、黄色波長帯の光に変換されずに散乱されて青色波長帯の光のまま蛍光体層２０３から放射される。このとき、各波長帯の光は、蛍光体層２０３内を伝搬しながら散乱されるため、励起領域Ｒ１よりも広い発光領域Ｒ２から放射される。

なお、上記のようにバインダ２０３ｂと蛍光体粒子２０３ａの屈折率差、および、バインダ２０３ｂとフィラー２０３ｄの屈折率差が何れも大きくなるように蛍光体層２０３が構成されることにより、光を散乱し易くでき、また、光の蛍光体層２０３内部での伝搬を抑制することができる。この結果、励起領域Ｒ１よりも微小に広い発光領域Ｒ２から光を放射させることができる。また、実施形態１では、さらに、蛍光体層２０３にボイド２０３ｃを配置して、光の散乱を増強させている。この結果、さらに励起領域Ｒ１と発光領域Ｒ２とを近づけることができる。

図４（ｂ）は、波長変換部材１５の構成を模式的に示す平面図である。

波長変換部材１５は、平面視において、Ｘ軸方向に長い長方形の形状を有する。波長変換部材１５は、光偏向器１４のミラー１７が回動されることにより、レーザ光でＸ軸方向に走査される。図４（ｂ）において、Ｂ１は、レーザ光のビームスポットを示している。ビームスポットＢ１は、波長変換部材１５の入射面１５ａを幅Ｗ１において往復移動する。

たとえば、コイル１０４に、ゼロレベルを振幅中心とする三角波状の駆動信号（電流）が印加される。この駆動信号によりコイル１０４に励起される駆動力によって、支持部１０２ｂとともにミラー１７が中立位置を中心に所定の回動幅で回動する。これにより、ミラー１７で反射されたレーザ光（ビームスポットＢ１）が、波長変換部材１５の入射面１５ａを幅Ｗ１において往復移動する。

なお、「中立位置」とは、コイル１０４に駆動信号（電流）が印加されていない場合のミラー１７の位置のことであり、実施形態１の構成では、図３（ａ）のように、支持部１０２ｂおよびミラー１７が、回動軸Ｌ１について何れの方向にも回動しておらず、ｘ−ｙ平面に平行な状態にあるときのミラー１７の位置をいう。

入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の領域は、図４（ａ）の励起領域Ｒ１に対応する。波長変換部材１５の入射面１５ａをビームスポットＢ１が移動する間に、ビームスポットＢ１の領域よりもやや広い発光領域Ｒ２から青色波長帯の拡散光と黄色波長帯の拡散光がＺ軸正方向に放射される。

こうして放射された２つの波長帯の光が、図１、２に示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。

次に、図５（ａ）〜図７を参照して、光学素子１９の構成について説明する。

まず、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、レーザ光源１２、光学素子１９およびミラー１７の位置関係について説明する。図５（ａ）、（ｂ）には、レーザ光源１２にマウントされたレーザ素子１２ａが、その活性層１２ｂとともに模式的に図示されている。

レーザ光源１２は、たとえば、ビームモードがマルチモードの半導体レーザである。レーザ光源１２は、レーザ素子１２ａの活性層１２ｂがＹ−Ｚ平面に平行となるように配置されている。Ｙ-Ｚ平面における活性層１２ｂのストライプ幅（Ｗｓ）は、５ｕｍ〜６０ｕｍのものが使用される。このため、レーザ素子１２ａからのレーザ光の放射角は、Ｙ軸方向よりもＸ軸方向の方が広くなっている。したがって、コリメータレンズ１３に入射するレーザ光のビーム形状は、Ｘ軸方向に長い楕円形となる。

コリメータレンズ１３は、こうして入射したレーザ光を略平行光に変換する。したがって、光学素子１９に入射するレーザ光のビーム形状も、Ｘ軸方向に長い楕円形である。光学素子１９は、こうして入射したレーザ光に光学作用を付与し、図４（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に長い略線状のビームスポットＢ１で、波長変換部材１５の入射面１５ａにレーザ光を入射させる。

図６（ａ）は、光学素子１９の構成を模式的に示す平面図、図６（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、光学素子１９の構成を模式的に示す断面図である。

図６（ｂ）は、Ｘ−Ｚ平面に平行な平面で、図６（ａ）の光学素子１９をＹ軸方向の中間位置において切断した場合のＢ−Ｂ’断面図であり、図６（ｃ）は、Ｙ−Ｚ平面に平行な平面で、図６（ａ）の光学素子１９をＸ軸方向の中間位置において切断した場合のＣ−Ｃ’断面図である。

光学素子１９には、図６（ａ）に点線で示されたレーザ光の照射領域に、複数のレンズ部１９ａを備える。これらレンズ部１９ａは、光学素子１９のレーザ光の照射領域よりやや広い領域を複数に分割した各分割領域にそれぞれ設けられている。より詳細には、各レンズ部１９ａは、平面視において長辺がＸ軸に平行な長方形を有し、この長方形の長辺および短辺が、隣のレンズ部１９ａの長辺および短辺と整合するように配置されている。

なお、照射領域のＸ軸方向およびＹ軸方向の分割数は、図６（ａ）に示す数に限られるものではなく、また、各レンズ部１９ａの形状も照射領域の分割数に応じて変更され得る。

図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、各レンズ部１９ａは、隣接するレンズ部１９ａ間に段差がある凸レンズの構造により形成されている。凸レンズに代えてフレネルレンズを用いてもよく、隣接するレンズ部１９ａ間に段差の小さい構成が実現できる。また、各レンズ部１９ａは、光学素子１９のコリメータレンズ１３側の面に設けられてもよい。

各レンズ部１９ａは、各レンズ部１９ａに入射したレーザ光が、収束しつつ波長変換部材１５の入射面１５ａ付近において略同一スポットに重なるように、レーザ光に光学作用を付与する。

図７は、光学素子１９の各レンズ部１９ａの光学作用を模式的に示す図である。ここでは、Ｘ軸方向に並ぶ中央の３つのレンズ部１９ａについて、光学作用が示されている。便宜上、これら３つのレンズ部１９ａを、レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３と称し、これら３つのレンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３を通るレーザ光の光束部分を、それぞれ、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３と称する。

なお、図１、２に示すように、光学素子１９を透過したレーザ光は、ミラー１７によって反射されて波長変換部材１５へと導かれるが、図７では、便宜上、ミラー１７によって反射された後の光路がそのままＺ軸方向に延びるように図示されている。図７に示す一点鎖線は、レーザ光源１２、コリメータレンズ１３および光学素子１９の光軸を示している。

レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３をＸ軸方向に収束させて、互いに異なる焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３に合焦させる。また、レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３は、焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３よりも手前の光軸上の位置において同一のスポットＰ１に重なるように、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３の進行方向を調整する。ここで、スポットＰ１は、ミラー１７が中立位置にあるときのビームスポットＢ１（図４（ｂ）参照）に相当する。ビームスポットＢ１と同様、スポットＰ１は、Ｙ軸方向に長い線状の形状となっている。スポットＰ１の幅Ｄ１は、ビームスポットＢ１のＸ軸方向の幅に対応する。

また、レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３をＹ軸方向にも収束させて、互いに異なる焦点位置に合焦させる。Ｙ軸方向の焦点位置は、焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３よりもレンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３から離れた位置にある。すなわち、レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３に非点収差作用を付与する。この非点収差作用は、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３が、スポットＰ１において、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも互いに重なるように調整される。こうして、Ｙ軸方向に長いスポットＰ１が焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３の手前に形成される。

レンズ部１９ａ１、１９ａ２、１９ａ３以外のレンズ部１９ａも、これらレンズ部１９ａを通過するレーザ光が、スポットＰ１において、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも互いに重なるように、レーザ光に非点収差作用と進行方向の調整作用とを付与する。こうして、コリメータレンズ１３から光学素子１９に入射したレーザ光が、スポットＰ１に集光される。

このように、各レンズ部１９ａを通過するレーザ光がスポットＰ１に重ねられることにより、光学素子１９に入射する前のレーザ光の強度分布が光学的に平均化され、スポットＰ１のレーザ光の強度分布が略均一化される。

図８（ａ）〜（ｄ）は、光学素子１９によるレーザ光の強度の均一化作用を説明するための図である。

図８（ａ）〜（ｃ）の細破線は、光学素子１９に入射する前のレーザ光の強度分布を示している。ここでは、説明の便宜上、レーザ光の３つの光束部分ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３が重ねられる場合の強度分布が示されている。

図８（ａ）に太破線で示された中央の光束部分ＰＬ１に、図８（ｂ）、（ｃ）に太破線で示された裾野の光束部分ＰＬ２、ＰＬ３が重ねられると、重ね合わされた後の統合光束ＰＬ１０の強度分布は、図８（ｄ）に示すように、各光束部分ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３の強度分布が重畳されて、ビーム幅方向に略均一なトップハット形状の強度分布となる。このような強度分布の均一化作用は、互いに重ね合わせられる光束部分の数、すなわち強度分布の分割数が多くなるほど顕著となる。

したがって、図６（ａ）に示す各レンズ部１９ａからのレーザ光がスポットＰ１に重ね合わせられると、スポットＰ１の強度分布は、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にも略均一となる。

なお、上記のように、レーザ光源１２として、ビームモードがマルチモードの高出力の半導体レーザが用いられる場合、光学素子１９に入射する際のレーザ光の強度分布は、図６（ａ）のＹ軸方向においてピークが複数生じる強度分布となり、Ｘ軸方向において略ガウス分布となる。また、Ｘ軸方向の光はシングルモードであり、回折限界まで絞れるが、Ｙ軸方向（ストライプ幅の方向）の光はストライプ幅と光学系の倍率で決まるスポット径以下には絞られないという特徴がある。

このため、実施形態１では、ストライプ幅の方向であり強度分布が不安定なＹ軸方向においてレーザ光をゆるく絞ってスポットＰ１の長手方向とし、また、シングルモードであり強度分布が安定であるＸ軸方向においてはレーザ光をより小さく絞ってスポットＰ１の短手方向としている。すなわち、このような作用が発現されるように、光学素子１９に対するレーザ光源１２の配置が調整されている。具体的には、Ｘ方向の焦点位置は、Ｙ方向の焦点位置よりもスポットＰ１の位置により近い位置に設定されている。これにより、スポットＰ１の長手方向における強度分布をより均一化することができる。また、よく絞れるＸ軸方向をスポットＰ１の短手方向とすることで、波長変換素子の特性に応じて、走査方向のスポットの大きさが小さくなるよう自由に設計することができるので、レーザ光の照射範囲と非照射範囲と間のコントラストを高めることができる。

次に、光学素子１９を用いた場合に、ミラー１７の回動に伴い波長変換部材１５の入射面１５ａ上においてビームスポットＢ１のサイズの変化が抑制されることについて説明する。

図９（ａ）、（ｂ）は、光学素子１９を用いた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１のサイズの変化を模式的に示す図である。また、図９（ｃ）、（ｄ）は、比較例に係る単レンズを用いた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１のサイズの変化を模式的に示す図である。比較例では、光学素子１９に代えて、コリメータレンズ１３から入射するレーザ光の全体をスポットＰ１に絞る単レンズが用いられる。

図９（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、実施形態１および比較例において、ミラー１７が中立位置にあるときのレーザ光の状態を示している。この場合、実施形態１では、上記のように光学素子１９の各レンズ部１９ａによって重ねられたスポットＰ１が、ビームスポットＢ１として、波長変換部材１５の入射面１５ａに照射される。したがって、スポットＰ１の短手方向の幅Ｄ１が、波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の短軸方向の幅となる。

また、比較例では、単レンズを透過したレーザ光ＬＢ０の全体がスポットＰ１に集光される。比較例では、レーザ光ＬＢ０の焦点位置ＦＰ０より手前にスポットＰ１が形成されるが、焦点位置ＦＰ０とスポットＰ１との間の距離は、実施形態１における焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３とスポットＰ１との距離に比べて顕著に短くなる。

図９（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、実施形態１および比較例において、ミラー１７が中立位置から反時計方向に所定角度だけ回動させたときのレーザ光の状態を示している。この場合、スポットＰ１は波長変換部材１５の入射面１５ａよりもやや手前に位置づけられる。このとき、比較例では、単レンズにより集光されるレーザ光ＬＢ０の収束角が大きく、スポットＰ１と焦点位置ＦＰ０との距離が短いため、図９（ｄ）に示すように、波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の短手方向の幅Ｄ１’は、ミラー１７が中立位置にあるときの幅Ｄ１（図９（ｃ）参照）に対して小さくなる。

これに対し、実施形態１では、各レンズ部１９ａにより集光されるレーザ光（たとえば、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３）の収束角が小さく、スポットＰ１と焦点位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３との距離が長いため、図９（ｂ）に示すように、波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の短手方向の幅Ｄ１’は、ミラー１７が中立位置にあるときの幅Ｄ１（図９（ａ）参照）に対してさほど大きく変化することがない。

このように、実施形態１の光源装置２では、図６（ａ）〜（ｃ）に示した光学素子１９を用いることにより、ミラー１７を回動させてビームスポットＢ１で波長変換部材１５の入射面１５ａを走査する場合に、ビームスポットＢ１のサイズが変化することを抑制することができる。

＜実施形態１の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。

レーザ光源１２から出射されたレーザ光が、光学素子１９の各レンズ部１９ａによって収束されて同一スポットＰ１に重ねられるため、図４（ｂ）に示すように、波長変換部材１５の入射面１５ａを走査するビームスポットＢ１を小さく絞ることができる。

また、複数のレンズ部１９ａからのレーザ光を同一スポットＰ１に重ねることにより、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように、光学素子１９に入射する前のレーザ光の強度分布が、スポットＰ１上において光学的に平均化される。よって、波長変換部材１５の入射面１５ａを走査するビームスポットＢ１の強度分布を略均一にすることができる。

さらに、各レンズ部１９ａによって収束されるレーザ光の収束角が小さいため、図９（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したように、走査において光偏向器１４のミラー１７と波長変換部材１５の入射面１５ａとの間の距離が変化しても、ビームスポットＢ１のサイズの変化を抑制することができる。よって、略同一サイズかつ略同一強度のビームスポットＢ１で、波長変換部材１５の入射面１５ａ上の全走査範囲（幅Ｗ１）を走査できる。このため、波長変換部材１５の入射面１５ａ上の全走査範囲（幅Ｗ１）において、光量分布を略均一にすることができる。

また、図６（ａ）に示すように、各レンズ部１９ａは、光学素子１９のレーザ光の照射領域を複数に分割した各分割領域にそれぞれ設けられている。このようにレンズ部１９ａを配置することにより、レンズ部１９ａ間に隙間が生じることを抑止でき、照射されたレーザ光を各レンズ部１９ａによって無駄なく波長変換部材１５へと導くことができる。よって、レーザ光の利用効率を高めることができる。

また、図７に示すように、各レンズ部１９ａは、各レンズ部１９ａで収束されたレーザ光（ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３）の焦点（ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３）に対して手前の位置において各レンズ部１９ａからのレーザ光が略同一スポットＰ１に重なるように構成されている。このように、焦点位置からずれた位置にスポットＰ１を設定することにより、レーザ光の集中により波長変換部材１５が過度に温度上昇することを抑止でき、波長変換部材１５に熱飽和が生じることを確実に防ぐことができる。

また、図２に示すように、光源装置２は、コリメータレンズ１３で平行光とされたレーザ光が光学素子１９に入射するよう構成されている。これにより、光学素子１９の設計が容易となり、また、光学素子１９に僅かな位置ずれが生じても、光学素子１９の特性を適切に発揮させ易くなる。また、光学素子１９の製造誤差により焦点位置にずれが生じた場合に、コリメータレンズ１３の位置を光軸方向に調整することで、ビームスポットＢ１のビーム幅を所定の値に調整でき、光学系の調整作業を容易に行うことができる。

＜実施形態１の変更例＞
上記実施形態１では、レンズ部１９ａの形状が長方形であったが、レンズ部１９ａの形状はこれに限られるものではない。たとえば、図１０（ａ）に示すように、六角形のレンズ部１９ａが光学素子１９に隙間なく配置されてもよい。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、楕円形のレンズ部１９ａが光学素子１９に隣接して配置されてもよい。これらの場合も、各レンズ部１９ａの光学作用は、上記実施形態１のレンズ部１９ａと同様に調整される。

図１０（ａ）の変更例では、上記実施形態１の場合と同様、レンズ部１９ａが隙間なく配置されているため、レーザ光の利用効率を高めることができる。これに対し、図１０（ｂ）の変更例では、レンズ部１９ａ間に隙間が生じるため、上記実施形態１に比べて、レーザ光の利用効率が低下する。よって、レーザ光の利用効率を高めるためには、図６（ａ）または図１０（ａ）に示すように、各レンズ部１９ａを隙間なく配置することが好ましい。

また、上記実施形態１では、図７に示すように、各レンズ部１９ａからのレーザ光が焦点位置よりも手前の位置で同一スポットＰ１に重なるように各レンズ部１９ａが構成されたが、各レンズ部１９ａからのレーザ光が焦点位置よりも奥の位置で同一スポットＰ１に重なるように各レンズ部１９ａが構成されてもよい。この場合も、上記実施形態１と同様の効果が奏され得る。

＜実施形態２＞
図１１は、実施形態２に係る投光装置１の構成を示す断面図である。なお、図１１には、追って示す検証の条件である距離Ｌａと入射角θが付記されている。

図１１に示すように、実施形態２では、光偏向器１４に光学素子１９が配置されている。すなわち、ミラー１７に代えて反射型の光学素子１９が、光偏向器１４の支持部１０２ｂに設置されている。その他の構成は、実施形態１と同様である。

図１２（ａ）は、実施形態２に係る光学素子１９の構成例を示す断面図である。図１２（ａ）には、図１１中の光学素子１９とコリメータレンズ１３の部分が模式的に示されている。

図１２（ａ）に示すように、光学素子１９は、基板１９ｃと、反射層１９ｄとからなっている。平面視における基板１９ｃの形状は、図６（ａ）の場合と同様、正方形である。基板１９ｃのＺ軸負側の面に反射層１９ｄが形成されている。基板１９ｃは、たとえば、シリコンからなっており、反射層１９ｄは、たとえば、誘電体多層膜からなっている。誘電体多層膜は、屈折率の異なる材料（たとえば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５など）を交互に多層に成膜して形成される。

反射層１９ｄの表面に、複数のレンズ部１９ｅが形成されている。レンズ部１９ｅは、反射層１９ｄ上のレーザ光の照射領域を複数に分割した各領域に設定されている。レンズ部１９ｅの形状およびレイアウトは、たとえば、図６（ａ）と同様に設定され得る。この他、レンズ部１９ｅの形状およびレイアウトが、図１０（ａ）、（ｂ）と同様であってもよい。また、シリコンの表面に複数のレンズ部１９eを形成した後に、誘電体多層膜を成膜してもよい。誘電体多層膜の代わりに、反射率の高い金属材料（たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、またはこれらの合金）を成膜してもよい。

各レンズ部１９ｅは、凹面形状の反射面となっており、上記実施形態１のレンズ部１９ａと同様の光学作用をレーザ光に付与する。すなわち、各レンズ部１９ｅは、入射したレーザ光に非点収差作用と進行方向の調整作用とを付与し、各レンズ部１９ｅで反射されたレーザ光を、焦点位置より手前の位置において、同一スポットＰ１に重ね合わせる。このスポットＰ１は、上記実施形態１のスポットＰ１に対応する。

実施形態２の構成によっても、上記実施形態１と同様の効果が奏され得る。加えて、実施形態１では、ミラー１７が光学素子１９に置き換えられているため、部品点数を削減でき、且つ、光源装置２の省スペース化を図ることができる。

なお、図１２（ｂ）に示すように、基板１９ｃの奥側に反射層１９ｄおよびレンズ部１９ｅが設けられる構成であってもよい。この場合、基板１９ｃは、光透過性に優れた材料、たとえば、石英ガラスやサファイヤガラスから構成される。この構成では、基板１９ｃのレーザ光入射側の面に反射防止膜１９ｆを形成することが好ましい。

なお、平面視における基板１９ｃの形状は正方形としたが、図６（ａ）において、点線で示されたレーザ光の照射領域に対応して、平面視における基板１９ｃの形状を、照射領域の狭い方向（Ｙ軸）の幅が短く、照射領域の狭い方向（Ｘ軸）が長い長方形にしてもよい。このように構成することで、回動部の一部である光学素子１９の質量を低減できるので、光偏向器１４の設計が容易になる。

＜検証＞
発明者らは、実施形態２の光学素子１９を用いた場合のビームスポットＢ１の状態を、比較例と対比して、シミュレーションにより検証した。比較例では、光学素子１９に代えて、レーザ光全体をビームスポットＢ１に収束させる凹面状のミラー（単レンズ）が光偏向器１４の支持部１０２ｂに設置されるとして、シミュレーションを行った。

シミュレーションの条件は、以下のように設定した。

（１）光偏向器１４が中立位置にあるときの光偏向器１４に対するレーザ光の入射位置と波長変換部材１５の入射面１５ａに対するレーザ光の入射位置との間のＹ軸方向の距離Ｌａ（図１１参照）：３０ｍｍ
（２）光偏向器１４が中立位置にあるときの波長変換部材１５の入射面１５ａに対するレーザ光の入射角θ（図１１参照）：７５度
（３）光偏向器１４に入射するレーザ光のビームサイズ（長軸）： ３．０ｍｍ
（４）光偏向器１４に入射するレーザ光のビームサイズ（短軸）： １．０ｍｍ
（５）レンズ部１９ｅのサイズ（長辺）： １．２ｍｍ
（６）レンズ部１９ｅのサイズ（短辺）： ０．５ｍｍ
（７）中央のレンズ部１９ａの焦点距離（長辺方向）： ３３．５ｍｍ
（８）中央のレンズ部１９ａの焦点距離（短辺方向）： ３６．５ｍｍ
（９）中央のレンズ部１９ａからスポットＰ１までの距離：３１．５ｍｍ
（１０）半導体レーザの波長：４５０ｎｍ
（１１）半導体レーザのストライプ幅（Ｗｓ）：３０ｕｍ

なお、（３）および（４）のビームサイズは、光ピーク強度に対する光強度比が１３．５％（１／ｅ^２）になる位置の光強度断面の各方向の全幅で定義した。

上記シミュレーション条件のもと、光偏向器１４を中立位置に対して正方向および負方向にそれぞれ１度、２度、３度回動させ、中立位置と各回動位置とにおける波長変換部材１５の入射面１５ａ上のビームスポットＢ１の状態をシミュレーションにより求めた。

図１３（ａ）は、比較例に係る単レンズを用いた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の状態を示すシミュレーション結果である。また、図１３（ｂ）は、実施形態２に係る光学素子１９を用いた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の状態を示すシミュレーション結果である。図１３（ａ）、（ｂ）は、中立位置と各回動位置（回動角＝±１°、±２°、±３°）におけるビームスポットＢ１の光強度分布のＸ軸方向の断面強度分布を示している。

図１３（ａ）の比較例では、何れの位置においてもＸ軸方向の光強度分布はガウス分布に近い分布となっている。これに対し、図１３（ｂ）の実施形態２では、光強度のピーク部分が均一化されている。したがって、この検証により、実施形態２の光学素子１９を用いることにより、波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１の強度分布を略均一化できることが確認できた。

図１４（ａ）は、中立位置から光偏向器１４を回動させた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１のサイズの変化を、実施形態２の光学素子１９を用いた場合と比較例に係る単レンズを用いた場合とで比較して示すシミュレーション結果である。

図１４（ａ）において、横軸は、光偏向器１４の回動角であり、縦軸は、Ｘ軸方向のビームスポットＢ１の幅である。なお、縦軸は、光偏向器１４が中立位置にあるときのビームスポットＢ１の幅で規格化されている。

図１４（ａ）を参照して、比較例では、中立位置に対する光偏向器１４の回動角が増加するに伴い、ビームスポットＢ１の幅が大きく低下した。これに対し、実施形態１の光学素子１９を用いた場合は、中立位置に対する光偏向器１４の回動角が増加するに伴いビームスポットＢ１の幅が増加したものの、幅の変化は、僅かな大きさに留まり、比較例に比べて顕著に抑制された。この検証結果から、実施形態２の光学素子１９を用いることにより、略同一サイズのビームスポットＢ１で、波長変換部材１５の入射面１５ａ上の全走査範囲（幅Ｗ１）を走査できることが確認できた。

図１４（ｂ）は、中立位置から光偏向器１４を回動させた場合の波長変換部材１５の入射面１５ａ上におけるビームスポットＢ１のピーク光密度の変化を、実施形態２の光学素子１９を用いた場合と比較例に係る単レンズを用いた場合とで比較して示すシミュレーション結果である。

図１４（ｂ）において、横軸は、光偏向器１４の回動角であり、縦軸は、ビームスポットＢ１のピーク光密度である。なお、縦軸は、光偏向器１４が中立位置にあるときのビームスポットＢ１のピーク光密度で規格化されている。

図１４（ｂ）を参照して、比較例では、中立位置に対する光偏向器１４の回動角が増加するに伴い、ビームスポットＢ１の光ピーク密度が顕著に増加した。これに対し、実施形態１の光学素子１９を用いた場合は、中立位置に対する光偏向器１４の回動角が増加しても、ビームスポットＢ１の光ピーク密度は略変化しなかった。この検証結果から、実施形態１の光学素子１９を用いることにより、何れの走査位置においてもビームスポットＢ１の強度ないし光量を略均一に維持できるが確認できた。

以上２つの検証結果から、実施形態１の光学素子１９を用いることにより、波長変換部材１５の入射面１５ａ上の全走査範囲（幅Ｗ１）において、光量分布を略均一にすることができ、且つ、ビームスポットＢ１のサイズを小さく絞ったサイズに維持できることが確認できた。

なお、実施形態２における光学素子１９の光学作用と実施形態１における光学素子１９の光学作用は、反射型と透過型を除いて同様であるため、実施形態１に係る透過式の光学素子１９を用いた場合も、上記検証結果と同様の結果が得られることが容易に想定され得る。

＜実施形態３＞
上記実施形態１では、光偏向器１４が、被駆動部を１軸で回動させる構成であった。これに対し、実施形態３では、ミラー１７が互いに直交する２つの回動軸について回動可能なように、光偏向器１４が構成されている。

実施形態３では、ミラー１７が２軸駆動可能であるため、波長変換部材１５の入射面１５ａにおけるレーザ光の走査軌跡が実施形態１と異なっている。実施形態３では、後述のように、波長変換部材１５の入射面１５ａに複数の走査ラインが設定され、これに伴い、波長変換部材１５の入射面１５ａを走査するビームスポットのＹ軸方向のサイズが、実施形態１に比べて縮められている。投光装置１および光源装置２のその他の構成は、上記実施形態１と同様である。

なお、ビームスポットのＹ軸方向のサイズは、たとえば、光学素子１９のレンズ部１９ａにおけるＹ軸方向の焦点位置を波長変換部材１５の入射面１５ａに近づけることにより、縮めることができる。また、ストライプ幅（Ｗｓ）のより小さなレーザ光源１２を用いることによっても、ビームスポットのＹ軸方向のサイズを縮めることができる。また、波長変換部材１５の入射面１５ａへのレーザ光の入射角θをより小さくすることによっても、ビームスポットのＹ軸方向のサイズを縮めることができる。

図１５は、実施形態３に係る光偏向器１４の構成を示す斜視図である。また、図１６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態３に係る光偏向器１４の構成を示す断面図である。図１５および図１６（ａ）、（ｂ）には、図３（ａ）、（ｂ）と同様のｘ、ｙ、ｚ軸が示されている。図１６（ａ）には、ｘ−ｚ平面に平行な平面で図１５の光偏向器１４をｙ軸方向の中央位置において切断したＢ−Ｂ’断面図が示され、図１６（ｂ）には、ｙ−ｚ平面に平行な平面で図１５の光偏向器１４をｘ軸方向の中央位置において切断したＣ−Ｃ’断面図が示されている。

図１５および図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、ハウジング１１１は、ｘ軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング１１１の上面には、平面視において長方形の凹部１１１ａが形成されている。ハウジング１１１は、剛性が高い金属材料からなっている。

ハウジング１１１の上面に、枠状の板バネ１１２が設置される。板バネ１１２は、外枠部１１２ａと、内枠部１１２ｂと、２つの梁部１１２ｃと、支持部１１２ｄと、２つの梁部１１２ｅとを有する。ｙ軸方向の中間位置において、外枠部１１２ａからｘ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部１１２ｃが形成され、これら梁部１１２ｃによって、外枠部１１２ａと内枠部１１２ｂとが連結されている。また、ｘ軸方向の中間位置において、内枠部１１２ｂからｙ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部１１２ｅが形成され、これら梁部１１２ｅによって、内枠部１１２ｂと支持部１１２ｄとが連結されている。

内枠部１１２ｂは、平面視において長方形の角が丸められた輪郭を有し、内枠部１１２ｂのｙ軸方向の中間位置において、２つの梁部１１２ｃが内枠部１１２ｂに繋がっている。また、支持部１１２ｄは、平面視において長方形の輪郭を有し、支持部１１２ｄのｘ軸方向の中間位置において、２つの梁部１１２ｅが支持部１１２ｄに繋がっている。板バネ１１２は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対称な形状である。板バネ１１２は、可撓性の金属材料により一体形成されている。

外枠部１１２ａをハウジング１１１の上面に載せた状態で、４つのネジ１１３により、板バネ１１２がハウジング１１１の上面に固定される。支持部１１２ｄの上面にミラー１７が接着剤等によって固定される。ミラー１７は、平面視において略正方形である。２つの梁部１１２ｅを繋いだ軸が、上記実施形態１と同様、レーザ光を波長変換部材１５の長手方向に走査させるための、ミラー１７の回動軸Ｌ１となる。また、２つの梁部１１２ｃを繋いだ軸が、波長変換部材１５におけるレーザ光の走査ラインを変更するための、ミラー１７の回動軸Ｌ２となる。

なお、上記実施形態１と同様、レーザ光源１２からのレーザ光は、ミラー１７の中央位置に入射する。すなわち、回動軸Ｌ１、Ｌ２が交わる位置をレーザ光の中心軸が貫くように、レーザ光源１２からのレーザ光が、ミラー１７に入射する。

支持部１１２ｄの下面にコイル１１４が装着される。コイル１１４は、平面視において長方形の角が丸められた形状に周回している。コイル１１４は、長辺の中間位置が回動軸Ｌ１に一致するように、支持部１１２ｄの下面に設置される。コイル１１４、支持部１１２ｄおよびミラー１７が、光偏向器１４の第１の可動部を構成する。

コイル１１４をｘ軸方向に挟むように、磁石１１５および磁石１１６の組が２つ配置される。磁石１１５と磁石１１６は、ヨーク１１７に設置され、ヨーク１１７が、ハウジング１１１の凹部１１１ａの底面に設置されている。各組の磁石１１５および磁石１１６の磁極の調整方法は、図３（ａ）、（ｂ）に示した磁石１０５および磁石１０６と同様である。

さらに、内枠部１１２ｂの下面にコイル１１８が装着される。コイル１１８は、平面視において内枠部１１２ｂと同様の形状である。コイル１１８は、短辺の中間位置が回動軸Ｌ２に一致するように、内枠部１１２ｂの下面に設置される。コイル１１８および内枠部１１２ｂが、光偏向器１４の第２の可動部を構成する。

コイル１１８に対して、ｙ軸正側とｙ軸負側に、それぞれ、磁石１１９が配置される。これら磁石１１９は、ヨーク１１７に設置されている。また、これら２つの磁石１１９は、コイル１１８に対向する磁極が互いに異なるように、ヨーク１１７に設置されている。磁石１１９は、磁極面における磁束密度が略均一の永久磁石である。

このように２つの磁石１１９の磁極を調整することにより、コイル１１８に駆動信号（電流）が印加されると、回動軸Ｌ２について内枠部１１２ｂが回動し、駆動信号の大きさに応じた角度だけ、内枠部１１２ｂが傾く。すなわち、内枠部１１２ｂは、梁部１１２ｃに生じる弾性復帰力とコイル１１８に励起された電磁力とが釣り合う角度だけ図１５に示した中立位置から傾く。このとき、内枠部１１２ｂの回動に伴って、支持部１１２ｄとともにミラー１７が回動する。

支持部１１２ｄは、図３（ａ）、（ｂ）の構成と同様、コイル１１４に駆動信号（電流）を印加することにより、回動軸Ｌ１を軸として回動する。支持部１１２ｄの回動に伴い、ミラー１７が回動軸Ｌ１を軸として回動する。このように、実施形態３の光偏向器１４によれば、コイル１１４、１１８にそれぞれ独立して駆動信号（電流）を印加することにより、ミラー１７を、回動軸Ｌ１、Ｌ２について個別に回動させることができる。

図１７は、波長変換部材１５におけるレーザ光の走査状態を模式的に示す図である。

図１７に示すように、実施形態３では、波長変換部材１５の入射面に複数の走査ラインＳＬ１が設定される。図１７の例では、３つの走査ラインＳＬ１が、入射面１５ａに設定されている。ただし、走査ラインＳＬ１の数は、これに限られるものではない。

レーザ光のビームスポットＢ２は、最上段の走査ラインＳＬ１をＸ軸正方向に終端位置まで移動した後、２段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸正側の開始位置に位置付けられる。その後、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１をＸ軸負方向に終端位置まで移動した後、３段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸負側の開始位置に位置付けられる。同様に、３段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸正側の終端位置までビームスポットＢ２が移動すると、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１の開始位置に位置付けられる。その後、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１をＸ軸負方向に終端位置まで移動した後、１段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸負側の開始位置に位置付けられる。以下、３つの走査ラインＳＬ１について同様の走査が繰り返される。

走査ラインＳＬ１に沿ったビームスポットＢ２の移動は、図１５に示した回動軸Ｌ１についてミラー１７を回動させることにより行われる。走査ラインＳＬ１の変更は、図１５に示した回動軸Ｌ２についてミラー１７を回動させて傾けることにより行われる。光偏向器１４は、図１の回路基板１８に実装された制御回路によって、ビームスポットＢ２が上記のように波長変換部材１５の入射面１５ａを走査するように制御される。

なお、ビームスポットＢ２が、１つの走査ラインＳＬ１の終端位置から次の走査ラインＳＬ１の開始位置に移動する期間は、レーザ光源１２からのレーザ光の出射が停止される。すなわち、図１７の送りラインＴＬ１、ＴＬ２は、仮にレーザ光が出射されている場合のビームスポットＢ２の移動軌跡を示すものであって、実際の制御では、送りラインＴＬ１、ＴＬ２において、レーザ光源１２は消灯状態に制御される。

なお、波長変換部材１５の入射面に対するレーザ光の走査方法は、上記に限られるものではない。たとえば、ビームスポットＢ２が、各走査ラインＳＬ１を往復移動した後、次の走査ラインＳＬ１の開始位置へとジャンプするように、波長変換部材１５の入射面１５ａがレーザ光で走査される構成であってもよい。

実施形態３の構成によっても、実施形態１と同様、波長変換部材１５の入射面１５ａを走査する際の、ビームスポットＢ２のサイズの変化と強度（光量）の変化を抑制することができる。

また、実施形態３の構成によれば、Ｙ軸方向の幅が狭められたビームスポットＢ２で、波長変換部材１５が複数の走査ラインＳＬ１に沿って走査されるため、たとえば、発光領域Ｒ２上において、白色光の発光を停止させる領域や、白色光の発光を生じさせる領域を、より細かく設定できる。このため、光源装置２から生じた白色光を投射光学系３で目標領域に投射する場合に、目標領域上において、白色光の投射を停止させる領域や、白色光の投射を行う領域を、より細かく設定できる。よって、たとえば、投光装置１が車両の前照灯に組み込まれた場合には、対向車の位置や歩行者の位置に応じて、より細かく、白色光の照射領域および非照射領域を設定することができる。

なお、ミラー１７に代えて、図１２（ａ）、（ｂ）と同様の反射型の光学素子１９が、上記２軸駆動方式の光偏向器１４の支持部１１２ｄに設置されてもよい。この構成によっても、上記実施形態３と同様の効果が奏され得る。また、この構成では、ミラー１７が光学素子１９に置き換えられるため、部品点数を削減でき、且つ、光源装置２の省スペース化を図ることができる。

＜実施形態４＞
上記実施形態３では、ミラー１７が２つの回動軸Ｌ１、Ｌ２について回動することにより、波長変換部材１５の入射面１５ａがレーザ光で２次元に走査された。これに対し、実施形態４では、実施形態１の構成において、光学素子１９をＸ軸に平行な回動軸Ｌ３について回動させることにより、波長変換部材１５の入射面１５ａがレーザ光で２次元に走査される。

図１８は、実施形態４に係る投光装置１の構成を示す断面図である。

図１８に示すように、光学素子１９は、透過型の光偏向器２０に設置されている。光偏向器２０は、たとえば、図３（ａ）、（ｂ）に示す光偏向器１４において、支持部１０２ｂ、ヨーク１０７およびハウジング１０１に、ｚ軸方向に光を通すための開口を設けることにより構成され得る。一対の梁部１０２ｃを繋ぐ軸が、光学素子１９の回動軸Ｌ３となる。光学素子１９は、支持部１０２ｂの開口を覆うように、支持部１０２ｂの上面に設置される。この状態で、光偏向器２０が、ベース１１のコリメータレンズ１３の上方位置に設置される。

実施形態４の構成では、光学素子１９を回動軸Ｌ３について回動させることにより、図１７に示した走査ラインＳＬ１間をビームスポットＢ２が移動する。走査ラインＳＬ１に沿ったビームスポットＢ２の移動は、ミラー１７を回動軸Ｌ１について回動させることにより行われる。

実施形態４によっても実施形態３と同様の効果が奏され得る。ただし、実施形態４では、別途、光学素子１９を回動させるための光偏向器２０が必要であるため、部品点数の削減および省スペース化の観点からは、実施形態３の構成が有利である。

＜実施形態５＞
上記実施形態１〜４では、何れも、反射型の波長変換部材１５が用いられた。これに対し、実施形態５では、透過型の波長変換部材１５が用いられる。

透過型の波長変換部材１５では、図４（ａ）に示す基板２０１が光透過性に優れた材料で形成され、反射膜２０２が、青色波長帯のレーザ光を透過し、黄色波長帯の蛍光を反射するダイクロイック膜に変更される。レーザ光は、蛍光体層２０３と反対側の基板２０１の下面から入射される。

図１９は、実施形態５に係る投光装置１の構成を示す斜視図である。また、図２０は、実施形態５に係る投光装置１の構成を示す断面図である。

図１９および図２０の構成では、波長変換部材１５が、ミラー１７に対してＹ軸負側から対向するように、ベース１１に設置される。また、波長変換部材１５に対してレーザ光を照射可能に、ミラー１７の傾き角が調整されている。ミラー１７が回動することにより波長変換部材１５がレーザ光で走査される。この走査により、波長変換部材１５のＹ軸負側から黄色波長帯の拡散光と青色波長帯の拡散光が放射され、これら拡散光が投射光学系３のレンズ３ａ、３ｂに取り込まれる。こうして、投射光学系３から白色の光が出射される。

実施形態５によっても、実施形態１と同様の効果が奏され得る。また、実施形態５においても、適宜、実施形態２〜４の構成に変更可能である。

＜他の変更例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何らの制限を受けるものではない。

たとえば、板バネ１０２、１１２の形状は、必ずしも、上記実施形態１、３に示した形状に限られるものではなく、たとえば、図３（ａ）において、ｘ軸方向に隣り合う２つのネジ１０３で挟まれた領域以外の枠部１０２ａの領域が省略されてもよい。

また、ミラー１７の形状は、必ずしも、平面視において正方形でなくともよく、平面視において長方形または円形であってもよい。支持部１０２ｂの形状も、適宜変更可能である。

また、波長変換部材１５の蛍光体層２０３に含まれる蛍光体粒子２０３ａの種類は、必ずしも１種類でなくてもよく、たとえば、レーザ光源１２からのレーザ光によって互いに異なる波長の蛍光を生じる複数種類の蛍光体粒子２０３ａが蛍光体層２０３に含まれてもよい。この場合、各種類の蛍光体粒子２０３ａから生じた蛍光の拡散光と、これら蛍光体粒子２０３ａによって波長変換されなかったレーザ光の拡散光とによって、所定の色の光が生成される。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 投光装置
２ … 光源装置
３ … 投射光学系
１２ … レーザ光源
１３ … コリメータレンズ
１４、２０ … 光偏向器
１５ … 波長変換部材
１５ａ … 入射面
１７ … ミラー（偏向部材）
１９ … 光学素子
１９ａ … レンズ部
１０２ｂ … 支持部（被駆動部）
Ｌ１、Ｌ２ … 回動軸

Claims (9)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された前記レーザ光を拡散させる波長変換部材と、
   前記レーザ光を前記波長変換部材の入射面上において少なくとも１次元に走査させる光偏向器と、
   前記レーザ光源と前記波長変換部材との間の前記レーザ光の光路に配置された光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、前記レーザ光が照射される領域に複数のレンズ部を備え、前記各レンズ部は、前記各レンズ部に入射した前記レーザ光が、収束しつつ前記波長変換部材の前記入射面付近において略同一スポットに重なるように、前記レーザ光に光学作用を付与する、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記複数のレンズ部は、前記光学素子の前記レーザ光が照射される領域を複数に分割した各分割領域にそれぞれ設けられている、
   ことを特徴とする光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置において、
   前記各レンズ部は、前記各レンズ部で収束された前記レーザ光の焦点に対して手前または奥の位置において前記各レンズ部からの前記レーザ光が略同一スポットに重なるように構成されている、
   ことを特徴とする光源装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記光学素子が、前記光偏向器の被駆動部に設置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記光偏向器は、互いに異なる回動軸について偏向部材を回動させる構成を備え、前記偏向部材を前記各回動軸について回動させることにより、前記レーザ光を前記波長変換部材の入射面上において少なくとも２次元に走査させる、
   ことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記光学素子を揺動させて、前記波長変換素子の前記入射面上で前記レーザ光を前記光偏向器による走査方向と異なる方向に移動させる他の光偏向器をさらに備える、
   ことを特徴とする光源装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記レーザ光源と前記光学素子との間にコリメータレンズを備え、
   前記コリメータレンズで平行光とされた前記レーザ光が、前記光学素子に入射する、
   ことを特徴とする光源装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記複数のレンズ部は、それぞれ、前記レーザ光のビーム断面の長軸方向を短軸方向よりも収束させることにより、前記波長変換部材の入射面上に、走査方向の幅が走査方向に垂直な方向の幅よりも狭い略線状のビームスポットを形成する、
   ことを特徴とする光源装置。
9. 請求項１ないし８の何れか一項に記載の光源装置と、
   前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える、
   ことを特徴とする投光装置。

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