JP5373742B2 - 発光装置、車両用前照灯、照明装置およびレーザ素子 - Google Patents
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Description
まず、図1に基づき、本発明の一実施形態であるヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)10の概略構成について説明する。図1は、ヘッドランプ10の構成を概略的に示す断面図である。図1に示すように、ヘッドランプ10は、光照射ユニット(光照射部、レーザ素子)1、発光部4、ハーフパラボラミラー(反射鏡)5、窓部6、金属ベース(熱伝導部材)7、フィン8を備えている。
光照射ユニット1は、(レーザ光の)伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を発光部4の光照射面(不図示)に照射するものである。よって、光照射ユニット1によれば、発光部4の光照射面上で、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。これにより、発光部4の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止することができる。なお、「光照射面」は、発光部4を構成する複数の表面のうちの1つの面であっても良いし、複数の面であっても良い。
レーザパッケージ2は、その内部に後述するレーザチップLC(レーザ光源)を格納して保護するものであるが、その詳細については後述する。
ここで、図10および図11に基づき、集光レンズLを用いてレーザ光を発光部4上に集光させた場合の問題点について説明する。以下で説明する(1)および(2)の問題点は、本願発明者らがはじめて見出した問題点であり、上記特許文献1および2を含む従来の技術では指摘されていなかった問題点である。
発光部4は、光照射ユニット1から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発生するものであり、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4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4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。
ハーフパラボラミラー5は、発光部4が発生させた蛍光を反射面で反射し、所定の立体角内を進む光線束(照明光)を形成する。このハーフパラボラミラー5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。
次に、光照射ユニット1は、ハーフパラボラミラー5の外部に配置されており、ハーフパラボラミラー5には、レーザ光を透過または通過させる窓部6が形成されている。この窓部6は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、白色光(発光部4の蛍光)を反射するフィルターを設けた透明板を窓部6として設けてもよい。この構成では、発光部4の蛍光が窓部6から漏れることを防止できる。
金属ベース7は、発光部4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7は熱伝導性が高く、発光部4の発熱を効率的に放熱することが出来る。なお、発光部4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4と当接する金属ベース7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4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ハーフパラボラミラー5へ向かわせることができる。または、発光部4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4の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。
フィン8は、金属ベース7を冷却する冷却部(放熱機構)として機能する。このフィン8は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース7を冷却する冷却部は、冷却(放熱)機能を有するものであればく、ヒートパイプ、水冷方式や、空冷方式のものであってもよい。
次に、図3および4に基づき、上述した光照射ユニット1の詳細について説明する。図3は、光照射ユニット1の構成を示す図であり、図3の(a)は、光照射ユニット1の外観を示す斜視図であり、図3の(b)は、光照射ユニット1のキャップ部の構成を示す断面図である。
次に、図5は、本発明の他の実施形態であるヘッドランプ(車両用前照灯、照明装置)20の構成を示す模式図である。ヘッドランプ20は、発光部4から発生する蛍光を投光する照明装置である。
光照射ユニット1は、上述したように、405nmのレーザ光を出射する1W出力のものであり、合計8個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は8Wとなる。
発光部4は、白色で発光するように、3種類のRGB蛍光体が混合されている。赤色蛍光体は、CaAlSiN3:Euであり、緑色蛍光体は、β−SiAlON:Euであり、青色蛍光体は(BaSr)MgAl10O17:Euである。
ハーフパラボラミラー5の開口部(紙面に対して右側)は、半径30mmの半円であり、ハーフパラボラミラー5の奥行き(紙面に対して左右方向の幅)は30mmである。発光部4は、ハーフパラボラミラー5の焦点位置に配置されている。
金属ベース7は、銅からなるものであり、発光部4が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース7で発光部4を冷却でき、発光部4の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。
ヘッドランプ20では、発光部4の上部を覆うようにハーフパラボラミラー5が設置されていることにより、発光部4から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部4からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー5で制御することができる。
次に、図6は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ(車両用前照灯、照明装置)30の構成を示す模式図である。ヘッドランプ30は、発光部4から発生する蛍光を投光する照明装置である。
光照射ユニット1は、405nmのレーザ光を出射する1W出力のものであり、合計5個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は5Wとなる。
発光部4の構成材料は、ヘッドランプ20で説明したものと同じであるが、発光部4のサイズが異なっている。
本実施形態のヘッドランプ20のハーフパラボラミラー5の開口部(紙面に対して右側)は、半径25mmの半円であり、ハーフパラボラミラー5の奥行き(紙面に対して左右方向の幅)は45mmである。発光部4は、ハーフパラボラミラー5の焦点位置に配置されている。
金属ベース7は、銅からなるものであり、発光部4が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。また、その裏側には、長さ25mm、幅1mmのフィン8が、5mm間隔で設けられている。これにより、発光部4からの熱や、レーザ光由来の熱を放熱する。
ヘッドランプ30では、発光部4の上部を覆うようにハーフパラボラミラー5が設置されていることにより、発光部4から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部4からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー5で制御することができる。
次に、図7は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ(車両用前照灯、照明装置)40の構成を示す模式図である。ヘッドランプ40は、発光部4から発生する蛍光を投光する照明装置である。
LD2aは、上記光照射ユニット1のキャップ部の先端部に設けらていた拡大レンズ3が装着されていない通常の5mmΦの半導体レーザパッケージである。また、LD2aは、405nmのレーザ光を出射する1W出力のものであり、合計8個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は8Wとなる。
発光部4の構成材料は、ヘッドランプ20で説明したものと同じであるが、発光部4のサイズが異なっている。発光部4の形状およびサイズは、例えば、直径2mmΦで、厚さ0.2mmの円柱形状(円盤状)である。
ハーフパラボラミラー5の開口部は、半径30mmの半円であり、ハーフパラボラミラー5の奥行きは30mmである。発光部4は、ハーフパラボラミラー5の焦点位置に配置されている。
金属ベース7は、銅からなるものであり、発光部4が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース7で発光部4を冷却でき、発光部4の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。金属ベース7の裏側には、長さ30mm、幅1mmのフィン8が、5mm間隔で設けられている。なお、金属ベース7とフィン8とは、一体として形成されていていてもよい。
ヘッドランプ40では、発光部4の上部を覆うようにハーフパラボラミラー5が設置されていることにより、発光部4から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部4からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー5で制御することができる。
次に、図8は、本発明のさらに他の実施形態のヘッドランプ(車両用前照灯、照明装置)50を示す模式図である。ヘッドランプ50は、発光部4から発生する蛍光を投光する照明装置である。
LD2aは、上述したキャップ部に拡大レンズ13が装着されていない5mmΦの通常の半導体レーザパッケージである。また、LD2aは、405nmのレーザ光を出射する1W出力のものであり、合計10個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は10Wとなる。
発光部4の構成材料は、ヘッドランプ20で説明したものと同じであるが、発光部4のサイズが異なっている。発光部4の形状およびサイズは、例えば、直径5mmΦで、厚さ0.1mmの円柱形状(円盤状)である。
ハーフパラボラミラー5の開口部は、半径30mmの半円であり、ハーフパラボラミラー5の奥行きは30mmである。発光部4は、ハーフパラボラミラー5の焦点位置に配置されている。
金属ベース7は、表面が銀コーティングされた金属製ミラーである。金属ベース7の裏側には、長さ30mm、幅1mmのフィン8が、5mm間隔で設けられている。なお、金属ベース7とフィン8とは、一体として形成されていていてもよい。
ヘッドランプ40では、発光部4の上部を覆うようにハーフパラボラミラー5が設置されていることにより、発光部4から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部4からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー5で制御することができる。
本発明は上述した実施形態および各実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1a 光照射ユニット(光照射部)
1b 光照射ユニット(光照射部)
2 レーザパッケージ(筐体)
2a LD(レーザ素子)
3 拡大レンズ(増加率変更素子、レンズ)
4 発光部
5 ハーフパラボラミラー(反射鏡)
6 窓部
7 金属ベース(熱伝導部材)
7a 開口部
10 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
13 拡大レンズ(増加率変更素子、レンズ)
20 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
30 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
40 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
50 ヘッドランプ(発光装置、車両用前照灯)
LC レーザチップ(レーザ光源)
P 発光点
Claims (14)
- レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、
伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を上記発光部の光照射面に照射する光照射部と、を備え、
上記光照射部は、上記レーザ光を出射するレーザ光源から出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて出射する増加率変更素子を備え、
上記発光部は、不透明な熱伝導部材によって支持されていることを特徴とする発光装置。 - レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、
伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を上記発光部の光照射面に照射する光照射部と、を備え、
上記発光部の上記光照射面に照射されるレーザ光のスポットの面積が、上記レーザ光を出射するレーザ光源の発光点の発光面積よりも大きく、
上記光照射部は、上記レーザ光源から出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて出射する増加率変更素子を備え、
上記発光部は、不透明な熱伝導部材によって支持されていることを特徴とする発光装置。 - 上記増加率変更素子は、上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであり、
上記レンズを透過した後のレーザ光のビーム径が単調に増加することを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 - 上記レーザ光源から上記レンズに入射するレーザ光のスポットの面積が、上記発光部の上記光照射面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 上記光照射部は、上記レーザ光源を格納する筐体を備え、
上記筐体と上記増加率変更素子とが一体化されていることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記発光部から発生した蛍光を投光する投光手段を備え、
上記発光部における上記光照射面の上方に上記投光手段の少なくとも一部が配置されており、
上記発光部の上記光照射面に照射された上記レーザ光のスポットの面積が上記光照射面よりも小さいことを特徴とする請求項2から5までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記投光手段は反射鏡であり、上記反射鏡は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される回転放物面を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部を反射面として有していることを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
- 上記投光手段は反射鏡であり、
上記レーザ光源は、上記反射鏡の外部に配置されており、
上記レーザ光を透過または通過させる窓部が上記反射鏡に設けら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。 - 上記熱伝導部材は、金属からなることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記熱伝導部材には、開口部が形成されており、上記レーザ光は、当該開口部を通して上記発光部に照射されることを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項1から10までのいずれか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10までのいずれか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。
- レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部に対して、当該レーザ光を出射するレーザ光源と、
上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであって、上記レンズを透過した後のレーザ光の伝播方向に対するビーム径が単調に増加するとともに、上記レーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて上記レーザ光を出射するレンズと、を備え、
上記発光部は、不透明な熱伝導部材によって支持されていることを特徴とするレーザ素子。 - 上記レーザ光源を格納する筐体を備え、
上記筐体と上記レンズとが一体化されていることを特徴とする請求項13に記載のレーザ素子。
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