JP2021193667A - 固体光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光により蛍光体を励起して所望の光を得る光源装置において高い光変換効率を得る。【解決手段】励起光を発生する固体発光部と、固体発光部からの励起光を点状に集光する集光部と、集光部により点状に集光された励起光の焦点近傍において、励起光の反射散乱と励起光により励起された蛍光光の発光を交互に繰り返す反射散乱・蛍光発光部と、を備え、固体発光部は、蛍光体１９を塗布した蛍光体層と、蛍光体１９を励起する励起光源１２を備えており、励起光源１２からの励起光は、特定偏波の光を蛍光体層に対して４０度から７０度の範囲の入射角度で蛍光体層に照射するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、青色レーザ光源により蛍光体を励起することで発光色を得る固体光源装置に関する。

近年におけるＬＥＤ等の固体発光素子の著しい発展に伴い、当該固体発光素子を光源として利用した照明装置は、小型・軽量で、かつ、低消費電力で環境保護にも優れた長寿命な光源として、各種の照明器具において広く利用されてきており、車載の電子装置として各種の制御が可能な視認性にも優れた車両用のヘッドライト装置、更には投射型表示装置の光源としても利用されてきている。

例えば、従来、車両用のヘッドライト装置として、ロービーム用ＬＥＤ光源アレイとハイビーム用ＬＥＤ光源アレイと、これらＬＥＤ光源からのロービーム光とハイビーム光を受けてコリメートする第１の光学ライトガイドと、コリメートされたロービーム光とハイビーム光を拡散パターンの組み合わせとして拡散する第２光学のライトガイド等を備え、これらのアレイや光学ライトガイドをケーシング内に機械的に支持する車両用ヘッドランプは、以下の特許文献１により既に知られている。

また、新たな光源装置として特許文献２によれば、レーザ光源を光源として利用し、高効率で小型の固体光源装置が開示されている。具体的には、青色レーザ光により緑色、赤色蛍光体または黄色蛍光体を励起することで励起光である青色レーザ光と合わせて効率良く白色光を得る構成が開示されている。

特表２００８−５３２２５０号公報 特開２０１５−１２１６０６号公報

固体光源であるＬＥＤは、その発光効率の向上に伴って車両用のヘッドランプ装置における発光源として用いることが有効となっている。しかしながら、上述した従来技術、特許文献１では、その光利用効率を向上するための具体的な技術手段については開示されていない。

一方、プロジェクタ用の光源として特許文献２に示されたように、青色レーザ光で蛍光体を励起することでエタンディユーを小さくして照明系の光利用効率を高めた方式が提案されているが、蛍光体の発光効率を向上する具体的な技術手段については開示されていない。

そこで、本発明は、モジュール化された面状の照明用光源として容易に利用可能な光源装置としてＬＥＤ光源、特に青色ＬＥＤからの励起光と前記励起光から放射される光の利用効率が高い車両用のヘッドライト装置や青色レーザプロジェクタ用の光源を提供することをその目的とするものである。

上記の目的を達成するための第一の実施形態として、本発明によれば、励起光を発生する固体発光部と、前記固体発光部からの励起光を点状に集光する集光部と、前記集光部により点状に集光された前記励起光の焦点近傍において、前記励起光の反射散乱と前記励起光により励起された蛍光光の発光を交互に繰り返す反射散乱・蛍光発光部と、を備え、前記固体発光部は、蛍光体を塗布した蛍光体層と、前記蛍光体を励起する励起光源を備えており、前記励起光源からの前記励起光は、特定偏波の光を前記蛍光体層に対して４０度から７０度の範囲の入射角度で前記蛍光体層に照射するように構成される。

上述した本発明によれば、青色光を励起光として蛍光体を励起する光源の発光効率が高く低コストで製造可能、かつ、小型でかつモジュール化が容易な光源装置を実現でき、低消費電力で、環境保護にも優れ、かつ、長寿命な車両用のヘッドライト装置やプロジェクタ用光源装置が実現できる。

本発明の光源装置の実施例１としての車両用のヘッドライト装置を自動車の前照灯として適用した全体構成（ａ）と光源部の斜視図（ｂ）である。 本発明の光源装置の実施例１としての車両用のヘッドライト装置の全体構成（ａ）とその光源部を示す断面図（ｂ）である。 本発明の光源装置の実施例２としてのプロジェクタの全体構成を示す図である。 プロジェクタの照明光学系の光源部の第一の実施例である。 プロジェクタの照明光学系の光源部の第二の実施例である。 プロジェクタの照明光学系の光源部の第一の実施において全反射レンズをリフレクタとして利用した変形例を示す図である。 励起光を蛍光光の出射方向と同一方向から入射させる励起光反射型の実施例を示す本発明による光源部の原理を示す詳細断面図である。 励起光を蛍光光の出射方向と異なる方向から入射させる励起光透過型の実施例を示す本発明による光源部の原理を示す詳細断面図である。 励起光を蛍光光の出射方向と同一方向から入射させる励起光反射型の実施例を示す本発明による光源部を示す詳細断面図である。 励起光を蛍光光の出射方向と異なる方向から入射させる励起光透過型の実施例を示す本発明による光源部を示す詳細断面図である。 従来技術による励起光を蛍光光の出射方向と同一方向から入射させる励起光反射型の実施例を示す本発明による光源部の原理を示す詳細断面図である。 従来技術による励起光を蛍光光の出射方向と異なる方向から入射させる励起光透過型の実施例を示す本発明による光源部の原理を示す詳細断面図である。 蛍光体への励起光の入射角と反射角の関係を示す図である。 Ｐ偏光とＳ偏光に対する屈折率１．５の物質に対する反射率の角度特性の一例を示す図である。 緑蛍光光の青励起光に対する変換効率の励起光入射角度特性を示す特性図である。 励起光の偏光光別蛍光体層への入射角度依存性を示す特性図である。 蛍光光の出力に対する励起光の角度依存性を示す特性図である。 本発明の実施例である蛍光体への励起光入射角度依存性を示す特性図である。 蛍光体層への励起光偏光方向別の入射角度に対する光変換効率を示す図である。 蛍光体層への励起光入射角度に対する偏光方向による光変換効率の比率を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付けて示し、また、その繰り返しの説明については省略する場合もある。

まず、図１には、本発明の一実施の形態になる、固体発光素子を用いた車両用ヘッドライト装置を搭載した車両１を、その斜視図およびその一部拡大図により示す。図１（ａ）は、本発明の車両用のヘッドライト装置１０００を搭載した車両１の全体を示しており、図１（ｂ）は、当該車両のヘッドライト装置部分の拡大図を示している。

図２（ａ）は、上記図１（ｂ）に示したヘッドライト装置１０００の側面断面であり、図２（ｂ）は、その光源部分の構成断面を示している。加えて、図３は、本発明の一実施例による光源装置を光源として採用する、即ち、上記のヘッドライト装置の光源装置を利用して車両の前方に車両の進行方向などを含めた情報を投射して表示する車両用のプロジェクタの全体構造を示す図である。

（実施例１）
図１に示すヘッドライト装置１０００は、これらの図にも示すように、基本的には、光源装置である可視光照明ユニット１０と、当該照明ユニットからの出射照明光を車両１の前方空間、および車両１が走行する路面上に照射するための光学系であり、いわゆる、プロジェクタレンズ５１とから構成されている。更には、プロジェクタレンズ５１に替えて、反射ミラー６０を用いて投射光学性を構成しても良く、あるいは、図２（ａ）にも示すように、プロジェクタレンズ５１と反射ミラー６０の双方から構成することで路面への照射光の分布を高精度に制御し、ヘッドライト装置全体の容積を低減してもよい。

そして、これらの図からも明らかなように、本発明になるヘッドライト装置１０００では、可視光照明ユニット１０からの照明光は、励起光源１２からの励起光を蛍光体に照射することで蛍光光を得る構成となっている。光源装置では、一例として、白色光を得る場合には、図２（ｂ）に示すように、励起光源１２からの励起光である青色光束１３により励起された蛍光体１９は黄色または緑と赤の混合色などを発光し、励起光の青色と混色することで白色の光を得ることができる。即ち、白色に対して前記励起光とは補色の関係になる波長領域の光束を発光することが好ましい。得られた照射光束は、図２（ａ）に示されたように反射ミラー６０により所定の方向に折り曲げられる。このことにより、反射面の形状自由度により照射方向、強度の更なる精密な制御が可能になる。

続いて、以下には、上述した本発明になるヘッドライト装置１０００の各構成要件の詳細について説明する。

＜光源ユニット＞
本発明の光源装置である可視光照明ユニット１０は、白色光を得るために、励起光源１２として、後にも述べる１つまたは複数の固体光源である半導体光源素子ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＡＳＥＲ（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)を用い、黄色または緑と赤色を発光する蛍光体１９を励起して得られる光と励起光を混色することで所望の白色光を得るように構成されている。図２（ｂ）に図示したように、混合色光の出射方向から照射して蛍光光と励起光を反射面１７で反射させて所望の方向に出射させる方式（以下「反射方式」と記載）と、蛍光体１９を配置した溝部の底面に励起光源を配置する方式（図示せず、以下「透過方式」と記載）があるが、ヘッドライト装置全体をコンパクトにするために透過方式が採用される場合が多い。

以下、図２（ｂ）に示した反射方式を中心に、かつ、説明の都合上、励起光として青色レーザ光を用いた場合の方式について、その構成および得られる効果について説明する。

光源ユニットから効率良く光源光を得るためには、以下に示し３つの要因を低減することが有効であることを発明者等は実験により導き出した。
(１)励起光源１２からの励起光１３を効率良く蛍光体に照射する。
(２)蛍光体１９により発生した蛍光を効率良く所望の方向に出射させる。
(３)蛍光体の発光効率を高める。

上述した(１)を実現するためには、蛍光体１９を含む蛍光体層に励起光束１３を照射する。この時、蛍光体層表面での反射を低減するために表面に反射防止膜２１を設ける。更に、励起光１３は蛍光体層への入射角と反射角の関係を示した図１３と同じ励起光の入力エネルギーに対して、蛍光光の出力を実験により求めた。結果は図１９に示すようにＰ偏光を用いた方が、Ｓ偏光より光変換効率（出射光エネルギー／入射光エネルギー）が高く光を取り出せることが判った。図２０はＰ偏光を用いた場合の効率とＳ偏光を用いた場合の光変換効率の比を励起光の入射角度をパラメータとして示したものである。Ｐ偏光の方が高効率であり、入射角３０度付近が最も効率が高いことが判った。これは、図１４に示すＰ波とＳ波の違いにより界面での反射率が異なることと、以下で詳解する蛍光体の冷却による発光効率の向上の両者が原因であった。

更に、発明者らは、蛍光体層の構成を図１１および図１２に示す蛍光体１９とバインダ２３の間に空隙が存在する従来技術による構成に替えて、図７および図８に示すような、空隙の密度を大幅に低減するため、蛍光体１９とバインダ２３を焼成するなどを採用することにより、蛍光体と真空（または空気）界面での反射を防止する構造とした。この時、使用した蛍光体としては、緑発光蛍光体としてＬｕＡＧ：Ｃｅ（屈折率１．８５）、黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ（屈折率１．８２）を使用し、また、バインダとしては、透明性と熱伝導率が高い酸化アルミ（アルミナ）（屈折率１．７６）と酸化チタン（屈折率２．５）を使用して比較検討した。この結果、蛍光体１９とバインダ２３の屈折率差が小さい酸化アルミをバインダ２３として使用した場合の方が、蛍光体内部での散乱光２１の発生が低減される従来技術による空隙が存在する方法に比べて、光出力が６％以上改善する結果を得た。即ち、バインダとしては、前記蛍光体との屈折率差が０．２以下の部材を用いることが好ましいことが分かった。

次に、上述した(２)を実現するため、図９および図１０にも示すように蛍光体層を設ける構造体１５、１８に溝部分１６を設け、当該溝部分１６の開口形状が図中の断面方向では奥行き方向に向かって一部または全部が小さくなる断面形状（いわゆる、「すり鉢状」）とする。この時、構造体１８と蛍光体１９の接触面には９０％以上の可視光線反射率を有する反射膜１７、２０を設けることで所望の方向に得られた光を出射することができる。また構造体１８に蛍光体１９とバインダを焼成すると冷却時に収縮が発生する。この結果、反射面と蛍光体層の間に空気または真空の界面が発生するが、蛍光体層の平均屈折率が１．７５程度になるため一部の光は全反射して所望の方向に出射するので、以降の光学系に対して効率良く光を取り出すことができる。

最後に、上述した(３)を実現するための技術手段について、発明者らは励起光を照射した状態での蛍光体温度と光変換効率の関係を調査し、蛍光体の温度上昇により光変換効率が低下することを突き止めた。そこで蛍光体温度を低減するために上述した構造体を、熱伝導率の高い金属とし、かつ、その溝部分の反射面には金属性の反射膜でも高い反射率を有するアルミまたは銀合金の反射膜を設けることで光変換効率を８％以上向上させた。この時、蛍光体１９と酸化アルミ製のバインダ２３を焼成し熱的に結合することで励起光による蛍光体の温度上昇が軽減し、高効率化を実現した。

また、温度上昇を低減するもう１つの手段として励起光を蛍光体層に斜めから照射することで蛍光体層に入射する励起光のエネルギー密度を低減し受熱後の熱伝導効率を高めることで、励起光および蛍光光の光出力を向上できることを見出した。結果を図１７に示す。横軸は蛍光体層に対する励起光線の入射角度、縦軸は励起光と蛍光光の出力を示したものである。また、図１８の横軸は蛍光体層に対する励起光線の入射角度を、縦軸には励起光が蛍光体層に垂直入射した場合の出力を、相対値１．００とした場合の励起光と蛍光光の出力を比較して示したもので、上述したように、励起光を蛍光体層に斜めから照射することで蛍光体層に入射する励起光のエネルギー密度を低減し、結果として、受熱後の熱伝導効率を高めることで励起光および蛍光光の光出力が向上した。上記の結果から、特に、励起光線としては、Ｐ偏光光であり、また、その入射角度は、４０度から７０度の範囲での入射するように構成することが好ましい。

以上、本発明の光源装置として可視光照明ユニット１０は、白色光を得るために、励起光源１２として、後にも述べる１つまたは複数の固体光源である半導体光源素子ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＡＳＥＲ（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)を用い、黄色または緑と赤色を発光する蛍光体１９を励起して得られた光と励起光を混色することで所望の白色光を得るように構成されたものとして、更には、図２（ｂ）に図示したように、実施例について、混合色の出射方向から照射して蛍光光と励起光を反射面１７、２０で反射させ所望の方向に出射させる方式（以下「反射方式」と記載）について説明した。しかしながら、本発明はそれらに限定されることなく、図８および図１０に示すように、蛍光体１９を配置した溝部の底面に励起光源を配置する透過方式においては、励起光束φ２の入射側と蛍光光と励起光の一部が混色され出射する光出射面にも反射防止膜を設けることより、反射損出を低減している。なお、これらの例では、その他構成上の差はなく、同様な構成で同様な効果が得られることは言うまでもない。

（実施例２）
＜プロジェクタ＞
以下、図３を参照にしながら本発明の他の実施例としての光源ユニットを光源として採用した車両用のプロジェクタについて述べる。なおこの図はプロジェクタの全体構成を示しており、特に、映像信号に応じた光強度変調を、いわゆる、透過型液晶パネルにより行なう方式について説明する。同図において各色光の光路に配置されている要素を区別するために符号の後ろに色光を示すＲ，Ｇ，Ｂを添えて示し区別の必要がない場合には色光の添え字を省略する。加えて偏光方向を明確にするために同図においては右手系の直交座標系を用いて以降説明する。即ち、光軸１０１をＺ軸としＺ軸に直交する面内で図３の紙面に平行な軸をＹ軸とし、図の紙面裏から表に向かう軸をＸ軸としＹ軸に平行な面をＹ方向、Ｘ軸に平行な方向をＸ方向と記載する。更に偏光方向を区別するために偏光方向がＸ方向の偏光光をＸ偏光光と偏光方向がＹ方向の偏光光をＹ偏光光と以下記載する。

図３においてプロジェクタの光学系は照明光学系１００と光分離光学系３０、リレー光学系４０、３つのフィールドレンズ２９（２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂ）と３つの透過型の液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）と光合成手段である光合成プリズム２００と投写手段である投写レンズ３００を備えている。液晶パネル６０は光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）を備えている。これらの光学素子は基体５５０に装着されて光学ユニット５００を構成する。また、光学ユニット５００は、液晶パネル６０を駆動する駆動回路５７０、液晶パネル６０などを冷却する冷却用ファン５８０、各回路に電力を供給する電源回路５６０と共に図示されない筐体に搭載され、プロジェクタを構成する。

以下、上述したプロジェクタを構成する各部の詳細を説明する。映像表示素子である液晶パネル６０を均一に照射する照明光学系１００は、上述した略白色光を出射する固体発光素子から成る可視光照明ユニット１０とオプチカルインテグレータを構成する第一および第二のレンズアレイ２１、２２と偏光変換素子２５と集光レンズ（重畳レンズ）２７とを含んで構成される。

上記照明光学系１００からの略白色光を３原色光に光分解する光分解光学系３０は２つのダイクロイックミラー３１、３２と光路の方向を変える反射ミラー３３を含んでいる。また、リレー光学系４０はフィールドレンズである第１リレーレンズ４１とリレーレンズである第２リレーレンズ４２と光路折り返しミラー４５、４６を含んで構成されている。

このような構成において、固体発光素子から成る光源ユニット１０からは図３に破線で示す光軸１０１に略平行な光束が射出される。そして、光源ユニット１０から出射された光は、偏光変換インテグレータに入射する。この偏光変換インテグレータは第１のアレイレンズ２１と第２のアレイレンズ２２からなる均一照明を実現するオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定の偏光方向に揃えて直線偏光光に変換するための偏光ビームスプリッタアレイからなる偏光変換素子２５とを含んでいる。即ち、上述した偏光変換インテグレータでは、上記第２のアレイレンズ２２からの光は、偏光変換素子２５により、所定の偏光方向、例えば直線偏光光のＸ偏光に揃えられる。

そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ２７、フィールドレンズ２９Ｇ、２９Ｂ、リレー光学系４０、フィールドレンズ２９Ｒにより各液晶パネル６０上に重ね合わせられる。このようにして、固体光源からの偏光方向がランダムな光を所定偏光方向（ここではＸ偏光光）に揃えながら、液晶パネルを均一に照明する。

一方、光分離光学系３０は照明光学系１００から射出された略白色光をＢ光（青色帯域の光）と、Ｇ光（緑色帯域の光）とＲ光（赤色帯域の光）に分離して、それぞれ対応する液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）に向かうそれぞれの光路（Ｂ光路、Ｇ光路、Ｒ光路）に導光する。即ち、ダイクロイックミラー３１により反射したＢ光は反射ミラー３３で反射してフィールドレンズ２９Ｂ、入射側偏光版５０Ｂを通過してＢ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する（Ｂ光路）。また、Ｇ光およびＲ光はダイクロイックミラー３１を透過し、ダイクロイックミラー３２によりＧ光とＲ光に分離される。Ｇ光はダイクロミラー３２を反射してフィールドレンズ２９Ｇ、入射側偏光版５０Ｇを通じて、Ｇ光用液晶パネル６０Ｇに入射する（Ｇ光路）。Ｒ光はイクロミラー３２を透過してリレー光学系４０に入射する。リレー光学系４０に入射したＲ光はフィールドレンズの第１リレーレンズ４１によって反射ミラー４５を経由して、第２リレーレンズ４２の近傍に集光（収束）し、フィールドレンズ２９Ｒに向けて発散する。そしてフィールドレンズ２９Ｒで光軸にほぼ平行とされ入射側偏光板５０Ｒを通過してＲ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する（Ｒ光路）。

光強度変調部を構成する各液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）は駆動回路５７０で駆動されＸ方向を透過軸とする入射側偏光板５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）により偏光度が高められ、光分離光学系３０から入射するＸ偏光の色光をカラー映像に応じて変調してＹ偏光の光学像を形成する。

上述したようにして形成された各色光のＹ偏光の光学像は、出射偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）に入射する。入射側偏光版８０Ｒ、８０Ｇ、８０ＢはＹ方向を透過軸とする偏光版でこれにより不要な偏光成分（ここではＸ偏光光）が除去され、コントラストが向上する。以上述べた方法で形成された各色光の光学像は光合成手段である合成プリズム２００に入射して合成されカラー映像を得て投写レンズ３００により例えば走行路面上に拡大投写される。

＜プロジェクタ用光源ユニット＞
図４は、本発明の実施形態の１つである固体光源装置の他の構成として、特に、上記車両用のプロジェクタの光源ユニット１０としての原理を説明するための図である。当該ユニット１０は固体素子の発光源である青色帯域（Ｂ色）の光を発光する半導体レーザ素子または発光ダイオードを略円板状の基板上に複数配列した半導体レーザ素子群１１０と、上記半導体レーザ素子群１１０のレーザ光出射面に対向して略４５度の角度で傾斜して配置された例えば放物面を備えた反射鏡（リフレクタ）１３０と、当該反射鏡の焦点（Ｆ）近傍において回転する円盤（ホイール）部材１４０と、その部材を所望の回転速度で回転駆動する駆動手段、例えば電動モータ１５０を備えている。

図５を基に、本願発明の第２の実施例としての光源ユニットについて説明する。第一の反射鏡（リフレクタ）１３０を第二の反射鏡（リフレクタ）１３０’よりも小径として構成したもので、第一の反射鏡（リフレクタ）１３０から白色光を得ることができる。円盤（ホイール）部材１４０の外周部には半導体レーザ素子群１１０からの励起光が入射する。上記焦点Ｆの近傍から発光する蛍光光が反射鏡（リフレクタ）１３０の反射面１３１に到達しない光を反射するための球面リフレクタ１４９を設ける。このような球面リフレクタ１４９によれば上記焦点Ｆの近傍から発光する蛍光光のほぼ全部を反射鏡（リフレクタ）１３０を介して出力することが可能となることから光の利用効率を高めることができ、また、その基材１４２’の出射側表面（上面）には図９および図１０に示した断面がすり鉢状の微細な凹部を設けることで蛍光体１９からの出射光の出射方向を制御でき、後段の照明光学系（図示せず）の光捕捉率を高めることでエネルギー変換効率を向上する。

以上の説明では、反射鏡（リフレクタ）からその焦点Ｆ近傍に集光される励起光に対して、基材上に形成した蛍光面と反射拡散面または透過拡散面とを経時的に順次切り替えて円盤上の基材の表面を複数のセグメントに分け回転させることで、放熱効果の向上と蛍光体に与えるダメージを軽減できる。しかしながら本発明はこれに限定されることなく、例えば、一枚の矩形形状の矩形形状の基材の表面蛍光体面と反射拡散面または透過拡散面を形成しこれを特定周期または不特定周期に振動または焦点Ｆに対する相対位置を変化させ得る構造とすることで、蛍光体の一点に励起光が集光することで蛍光体に与えるダメージを軽減できる。

図６は反射鏡（リフレクタ）として全反射面と集光レンズとを１つの部材により構成した、いわゆる、全反射レンズ１３５を利用した構成が示されている。かかる構成によれば、光軸付近の励起光（青色レーザ光線）は、集光レンズ１３６を通過し、他方、光軸から離れた位置の励起光（青色レーザ光線）は全反射部１３７で全反射し、いずれの光線も円盤（ホイール）部材１４０上の一点に集光され、その後、青色光のまま反射拡散または、黄色光に変換され拡散される。そして、円盤（ホイール）部材１４０の一点から拡散された青色光および黄色光のうち光軸近傍の光線は、再び、集光レンズ１３６を透過し、いずれの光線も光軸に平行な光線となり、更に、分離ミラー１２０で反射されてプロジェクタの照明光学形１００に入射する。なお、全反射部１３７にはその表面に反射膜を形成しても良く、また、その表面形状も上記反射鏡（リフレクタ）と同様に、上述した放物面や楕円面など曲面を有する反射鏡（面）とすることが望ましい。即ち、かかる構成によっても上記と同様に、白色の照明光が得られ色による焦点移動（軸上色収差）の影響も実用上問題のないレベルまで抑えることができる。

図６に示す色分離ミラー１２０は、基材１２１の励起（青色レーザ）光源側にはＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離膜が設けられており、その反対側の反射鏡（リフレクタ）側には青色光を透過し、黄色光を反射するダイクロイックコートが蒸着されている。Ｐ偏光に揃えられた青色レーザ光は、分離ミラーに入射し偏波分離コート面ダイクロイックコート面を透過して反射鏡（リフレクタ）に入射する。反射鏡（リフレクタ）に入射した励起光（青色レーザ光）は円盤（ホイール）部材の一点に集光され、一部の青色光は蛍光体を励起して黄色光を射出し、一部の青色光は偏光を９０度回転されＳ偏光になって拡散される。その後、反射鏡（リフレクタ）で平行になり、黄色光とＳ偏光に揃えられた青色光は再度分離ミラー１２０に入射する。

一方、Ｓ偏光に揃えられた青色光はダイクロイックコート面を通過し、偏波分離コート面で反射し、プロジェクタの照明系に入射する。

なお、上記に述べた光源ユニットは、上述した車両のプロジェクタ用の光源ユニットに限られることなく、上述したヘッドライト装置１０００の光源装置である可視光照明ユニット１０としても採用することも可能である。それによれば、上記の光源ユニットと同様に、半導体光源素子ＬＥＤやＬＡＳＥＲを用いて黄色または緑と赤色を発光する蛍光体１９を励起して得られた光を、当該励起光と混色することで、所望の白色光が得ることができ、かつ、発光強度や放熱効果にも優れた固体光源装置を達成することが可能となる。また、当該光源ユニットは、車両用のプロジェクタにのみ限られず、その他、各種の映像をスクリーン等の面上に投射して表示する一般的なプロジェクタの光源として利用することが可能であることは、当業者であれば明らかであろう。

以上、本発明の種々の実施例になる光源および光源装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、蛍光体の発光効率向上と照明光学系での利用効率を向上するための具体的な技術手段であるこのためある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…車両、１０００…ヘッドライト装置、１０…可視光照明ユニット、１２…励起光源、１３…励起光（青色光束）、１７…反射面、１５、１８…構造体、１７、２０…反射膜、１９…蛍光体、２３…バインダ、２１、２２…レンズアレイ、２５…偏光変換素子、２７…集光レンズ、２９…フィールドレンズ、３０…光分離光学系、３１、３２…ダイクロイックミラー、３３…反射ミラー、４０…リレーレンズ光学系、５０…入射側偏光板、６０…液晶パネル、８０…出射側偏光板、１００…照明光学系、２００…光合成プリズム、３００…投写レンズ、５００…光学ユニット、５５０…基体、５６０…電源回路、５７０…駆動回路、５８０…冷却ファン外ＬＥＤコリメータユニット、５１…プロジェクタレンズ、６０…反射ミラー

Claims (5)

1. 励起光を発生する固体発光部と、
   前記固体発光部からの励起光を点状に集光する集光部と、
   前記集光部により点状に集光された前記励起光の焦点近傍において、前記励起光の反射散乱と前記励起光により励起された蛍光光の発光を交互に繰り返す反射散乱・蛍光発光部と、を備え、
   前記固体発光部は、蛍光体を塗布した蛍光体層と、前記蛍光体を励起する励起光源を備えており、
   前記励起光源からの前記励起光は、特定偏波の光を前記蛍光体層に対して４０度から７０度の範囲の入射角度で前記蛍光体層に照射するように構成される、固体光源装置。
2. 請求項１に記載の固体光源装置において、
   前記固体発光部は、半導体レーザ素子を複数平面状に配置して構成される、固体光源装置。
3. 請求項1に記載の固体光源装置において、
   前記蛍光体の発光色は、白色に対して前記励起光とは補色の関係になる波長領域の光束を発光する、固体光源装置。
4. 請求項３に記載の固体光源装置において、
   前記固体発光部からの前記励起光は偏光面を一方向に揃えた青色光である、固体光源装置。
5. 請求項１に記載の固体光源装置において、
   前記蛍光体層は、前記蛍光体とバインダを焼成して形成し、前記励起光としてＰ偏光光を用いた、固体光源装置。
   

Images