JP5255040B2 - 発光装置、車両用前照灯、照明装置および車両、ならびに、発光装置の組立方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施の一形態について図1〜図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
図1は、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ101の概略構成を示す断面図である。図1に示すように、ヘッドランプ101は、レーザ素子(励起光源)11と、レンズ12と、多層膜フィルタ(光機能部材)13と、発光部14と、パラボラミラー(反射鏡)15と、金属ベース17と、を備えている。
レーザ素子11は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子である。このレーザ素子11は、複数設けられていてもよい。この場合、複数のレーザ素子11のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。レーザ素子11を1つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数のレーザ素子11を用いる方が容易である。複数のレーザ素子11を用いる場合であれば、各レーザ素子11のレーザ光は全て、後述するパラボラミラー15の窓部16を通過し、発光部14を照射する。
レンズ12は、レーザ素子11から出射したレーザ光が発光部14に適切に照射されるように、当該レーザ光の照射範囲を調節(例えば、縮小)するためのレンズである。
発光部14は、レーザ素子11から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部14は、封止材の内部に蛍光体が分散されているもの、または蛍光体を固めたものである。発光部14は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。
パラボラミラー15は、発光部14が発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束(照明光)を形成する。このパラボラミラー15は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。
金属ベース17は、発光部14を支持する板状の支持部材であり、金属(例えば、銅や鉄)からなっている。それゆえ、金属ベース17は熱伝導性が高く、発光部14を冷却できる。なお、発光部14を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質(ガラス、サファイアなど)を含む部材でもよい。ただし、発光部14と、その一部が当接する金属ベース17の表面は反射面として機能することが好ましい。上記表面が反射面であることにより、発光部14の上面から入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、当該反射面で反射させてパラボラミラー15へ向かわせることができる。または、発光部14の上面から入射したレーザ光を上記反射面で反射させて、再度、発光部14の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。
多層膜フィルタ13は、パラボラミラー15の窓部16を塞ぐようにして、パラボラミラー15に設置されている。レーザ素子11から発せられたレーザ光(励起光)18を透過する一方、発光部14から出射した蛍光19を反射する。すなわち、多層膜フィルタ13は、レーザ光18を含む所定の波長範囲の光を透過し、蛍光19を含む所定の波長範囲の光を反射するという、波長選択性を有している。この波長選択性により、多層膜フィルタ13は、レーザ素子11から発せられたレーザ光18を透過する。多層膜フィルタ13を透過したレーザ光18は、窓部16をそのまま通過し、パラボラミラー15の内部に進行する。このようにしてパラボラミラー15の内部に導入されたレーザ光18が発光部14に照射される。
レーザ素子11から発せられるレーザ光18が、レーザ光18が入射される多層膜フィルタ13の入射面に対し、P偏光であり、且つ、レーザ光18が多層膜フィルタ13の入射面に対する入射角θ1が、ブリュースター角であることが好ましい。このようなレーザ光18の入射手法を用いることにより、レーザ光18が多層膜フィルタ13の入射面に入射する際の反射が抑制され、多層膜フィルタ13へのレーザ光18の入射効率を高めることができる。
発光部14は、上述したように、パラボラミラー15のほぼ焦点位置に配置されている。この配置から、発光部14とパラボラミラー15の窓部16との距離は、パラボラミラー15の形状および大きさに依存する。
図2は、多層膜フィルタ13の形状および位置を説明するための模式図であり、図2(a)は、多層膜フィルタ13、パラボラミラー15および発光部14の略断面図、図2(b)は、その略平面図である。
多層膜フィルタ13は、例えば、次のようにして作製される。
レーザ素子11は、レーザ素子11から発せられるレーザ光18が窓部16の中心を通過するように、窓部16に対して位置していることが好ましい。以下、この理由について説明する。
図8は、多層膜フィルタ13の多層膜13bの具体例を示す図である。図8に示すように、この多層膜13bは、レーザ素子11側から、すなわち、支持基板13a側から見て、TiO2膜、SiO2膜、TiO2膜、SiO2膜、…、というふうに交互に、TiO2膜とSiO2膜とが積層されている。
上記の実施の形態1では、多層膜の積層方向と蛍光の進入方向とが一致する多層膜フィルタを用いた実施の形態であった。このため、多層膜フィルタを作製する際、個々の多層膜フィルタに分割するために、複数の切り出し方向に沿った、複数回の切断作業が必要であった。
多層膜フィルタ41は、図10に示すように、支持基板41aと、多層膜41bと、を有している。そして、多層膜41bは、支持基板41a上に、第1層膜41c、第2層膜41d、第3層膜41e、第4層膜41f、第5層膜41g、がこの順に積層されている。
ここで、L3は、多層膜41bの膜厚、T3は、多層膜41b内の伝搬距離、θ21は、多層膜フィルタ41の蛍光19の入射面と水平方向とがなす角度、θ22は、蛍光19の進入方向と鉛直方向とがなす角度、である。なお、ここでは、水平方向は、金属ベース17の発光部14が配置された面と平行な方向であり、鉛直方向は、金属ベース17の発光部14が配置された面に直交する方向である。
パラボラミラー45では、多層膜フィルタ41が窓部46に嵌め込まれている。これにより、多層膜フィルタ41の蛍光19の入射面とパラボラミラー45の反射面とが連続する一体面となっている。言い換えれば、多層膜フィルタ41の蛍光19の入射面とパラボラミラー45との接続する箇所(図中A1およびA2で示す箇所)に段差が生じていない。
上記の実施の形態1では、多層膜フィルタをパラボラミラーの外側に設けた実施の形態であった。このため、多層膜フィルタとパラボラミラーとは連続しておらず、それら両者の間に段差が生じていた。
多層膜フィルタ61は、図12に示すように、支持基板61aと、多層膜61bと、を有している。そして、多層膜61bは、支持基板61a上に、第1層膜61c、第2層膜61d、第3層膜61e、がこの順に積層されている。
パラボラミラー65では、多層膜フィルタ61が窓部66に嵌め込まれている。多層膜フィルタ61の蛍光19の入射面とパラボラミラー65との接続する箇所に段差が生じていない。
本発明の実施の形態4は、上記の実施の形態2において、さらに、多層膜フィルタの蛍光の入射面を湾曲させる実施の形態である。
ここで、L4は、多層膜71bの膜厚、T4は、多層膜71b内の伝搬距離、θ4は、多層膜41bの積層方向と蛍光19の進入方向とがなす角度、である。
本発明の実施の形態5は、上記の実施の形態2の多層膜フィルタの形状を凸形状とし、多層膜フィルタが窓部からパラボラミラーの内部に落ち込んでしまうことを防止する実施の形態である。
本発明の実施の形態6は、上記の実施の形態2の窓部の開口面積をパラボラミラーの外側から内側に向かう方向に沿って小さくし、多層膜フィルタが窓部からパラボラミラーの内側に落ち込んでしまうことを防止する実施の形態である。
図18は、本発明に係るヘッドランプの組立方法の一例を説明するための図である。図18(a)に示すように、パラボラミラー128の形状や大きさなどを設計し、そのパラボラミラー128の焦点位置129を確定する。
本発明の発光装置は、車両用前照灯や、その他の照明装置に適用されてよい。本発明の照明装置の一例として、レーザダウンライトを挙げることができる。レーザダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両以外の移動物体(例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど)のヘッドランプとして実現されてもよいし、サーチライト、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具(スタンドランプなど)として実現されてもよい。
13、41、61、71、113、123 多層膜フィルタ(光透過部材)
13a、41a、61a、71a、113a、123a 支持基板
13b、41b、61b、71b、113b、123b 多多層膜(積層体)
14 発光部
15、45、65、85、115、125 パラボラミラー(反射鏡)
16、46、66、86、116、126 窓部(光通過口)
18 励起光(レーザ光)
19 蛍光
101、102、103、104、105、125 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
P21 先端部
P22 土台部
Claims (20)
- 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備え、
上記光機能部材は、上記光機能部材の上記発光部に対向する対向面と上記反射鏡の反射面とが連続する一体面となるように、上記光通過口に嵌め込まれていることを特徴とする発光装置。 - 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備え、
上記光機能部材は、
上記光通過口に嵌め込まれている先端部と、
上記反射鏡の外側に位置しており、上記発光部側から見たとき、上記光通過口の開口面よりも面積が大きい土台部とを有していることを特徴とする発光装置。 - 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備え、
上記発光部側から見たとき、上記光通過口の開口面の面積は、上記反射鏡の外側から上記発光部側に向かう方向に沿って、小さくなるものであり、
上記発光部側から見たとき、上記光機能部材の面積は、上記光機能部材が上記光通過口に嵌め込まれるように、上記反射鏡の外側から上記発光部側に向かう方向に沿って、小さくなることを特徴とする発光装置。 - 上記励起光源は、上記励起光が上記光通過口の中心を通過するように、上記光通過口に対し位置していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記発光部は、上記励起光源から出射された励起光が上記光通過口のいずれの位置を通過した場合でも、当該励起光が照射されるように、上記光通過口に対し位置していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記光機能部材は、支持基板と、当該支持基板の上部に積層された、複数の膜の多層構造からなる積層体と、を含み、
上記積層体は、上記励起光を含む第1の波長範囲の光を透過し、且つ、上記蛍光を含む第2の波長範囲の光を反射することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記光機能部材は、上記積層体が設けられている側を上記発光部に向けて配設されていることを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
- 上記光機能部材は、上記積層体における上記複数の膜の積層方向と、上記蛍光の光路方向とが一致するように、設置されていることを特徴とする請求項6または7に記載の発光装置。
- 上記励起光は、上記光機能部材に対してP偏光であり、且つ、上記光機能部材に対する入射角度がブリュースター角であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記光機能部材は、上記複数の膜の積層方向が上記支持基板の上記発光部に対向する面と反対側の面と直交するように、形成されていることを特徴とする請求項6または7に記載の発光装置。
- 上記光機能部材の上記発光部に対向する面は、凹状の曲面であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 上記凹状の曲面は、上記反射鏡の反射面と同一の曲率を有しており、
上記発光部側から見たとき、上記凹状の曲面と上記反射鏡の反射面とは一体となって、上記蛍光に対する1つの反射面を構成していることを特徴とする請求項11に記載の発光装置。 - 上記発光部は、上記発光部が発生させた蛍光が上記光通過口の上記発光部に対向する開口面に入射するときの入射角度を一定とみなすことができるように、上記光通過口に対して位置していることを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
- 上記励起光は、レーザ光であることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする照明装置。
- 請求項15に記載の車両用前照灯を含むことを特徴とする車両。
- 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備えている発光装置の組立方法であって、
上記励起光源の位置決めは、上記励起光が上記光通過口の中心を通過するように、行なわれ、
上記光機能部材は、上記光機能部材の上記発光部に対向する対向面と上記反射鏡の反射面とが連続する一体面となるように、上記光通過口に嵌め込まれることを特徴とする発光装置の組立方法。 - 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備えている発光装置の組立方法であって、
上記励起光源の位置決めは、上記励起光が上記光通過口の中心を通過するように、行なわれ、
上記光機能部材は、
上記光通過口に嵌め込まれている先端部と、
上記反射鏡の外側に位置しており、上記発光部側から見たとき、上記光通過口の開口面よりも面積が大きい土台部と、を有していることを特徴とする発光装置の組立方法。 - 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記発光部が発生させた蛍光を反射する反射鏡と
を備え、
上記励起光源は、上記反射鏡の外部に配置され、
上記反射鏡には、上記励起光が通過する光通過口が設けられており、
上記光通過口を塞ぐように設置されると共に、上記励起光を透過し、且つ、上記発光部が発生させた蛍光を反射する光機能部材をさらに備えている発光装置の組立方法であって、
上記励起光源の位置決めは、上記励起光が上記光通過口の中心を通過するように、行なわれ、
上記発光部側から見たとき、上記光通過口の開口面の面積は、上記反射鏡の外側から上記発光部側に向かう方向に沿って、小さくなるものであり、
上記発光部側から見たとき、上記光機能部材の面積は、上記光機能部材が上記光通過口に嵌め込まれるように、上記反射鏡の外側から上記発光部側に向かう方向に沿って、小さくなることを特徴とする発光装置の組立方法。
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