JP6357655B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光源から出射した光を光変換素子に照射することで発生する光を利用する照明装置に関する。
従来この種の照明装置は、図１５に示すように、発光素子１００１と、蛍光体ホイール１００２と、電子駆動ユニット１００３とを備える。蛍光体ホイール１００２は、発光素子１００１から出射された第１の光を受けて第２の光を発する。電子駆動ユニット１００３は、発光素子１００１から出射される第１の光の光量を制御する。
発光素子１００１は、電子駆動ユニット１００３のパルス駆動電流によって駆動される。このパルス駆動電流に従って、発光素子１００１は、第１の光であるパルス光ビームを発する。第１の光のパルスの長さ及び周波数は、蛍光体ホイール１００２が発する第２の光が白色光であるように調整される。
例えば、蛍光体ホイール１００２の青色セクションを通過する第１の光のパルス長が増加すると、第２の光の発光色は青色側にずらされる。
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特表２００９−５３９２１９号公報
上記のような構成では、蛍光体ホイール１００２の回転にパルス駆動電流を同期させることが必要になる。しかし、蛍光体ホイール１００２の回転機構が長時間動作により劣化すると、蛍光体ホイール１００２の回転とパルス駆動電流との同期が安定しない。そのため、照明装置からの出射光の色温度の調整が安定しない。
本開示の目的は、照明装置の色温度を安定して調整可能とすることである。
上記課題を解決するために本開示の照明装置は、半導体発光素子と、光変換素子とを備える。半導体発光素子が第１の光導波路と第２の光導波路とを有する。光変換素子が第１の光変換部と第２の光変換部とを有する。第１の光導波路から出射される第１の出射光が第１の光変換部に入射し、第２の光導波路から出射される第２の出射光が第２の光変換部に入射する。第１の光導波路に印加される第１の電力と、第２の光導波路に印加される第２の電力とが独立している。
この構成により、第１の光変換部に入射する光の強度と、第２の光変換部に入射する光の強度とを独立して変化させることができる。その際、光変換素子の回転を必要としないため、照明装置からの出射光の色温度を安定して調整することができる。
図１は、本開示の実施の形態１における照明装置の構成を示す模式図である。 図２は、本開示の実施の形態１における照明装置の光変換素子および第２の集光レンズを示す模式図である。 図３Ａは、本開示の実施の形態１における照明装置の白色光の色温度が５５００Ｋのときの発光スペクトルを示す図である。 図３Ｂは、本開示の実施の形態１における照明装置の白色光の色温度が５０００Ｋのときの発光スペクトルを示す図である。 図３Ｃは、本開示の実施の形態１における照明装置の白色光の色温度が４３００Ｋのときの発光スペクトルを示す図である。 図４は、本開示の実施の形態１における照明装置の発光特性の色度図である。 図５は、本開示の実施の形態１における照明装置の変形例にかかる光変換素子を示す模式図である。 図６は、本開示の実施の形態２における照明装置の構成を示す模式図である。 図７は、本開示の実施の形態２における照明装置の光変換素子及び第２の集光レンズを示す模式図である。 図８は、本開示の実施の形態２における照明装置の発光スペクトルを示す図である。 図９は、本開示の実施の形態２における照明装置の発光特性を示す色度図である。 図１０Ａは、本開示の実施の形態２における照明装置の変形例にかかる発光スペクトルを示す図である。 図１０Ｂは、本開示の実施の形態２における照明装置の変形例の発光特性を示す色度図である。 図１１は、本開示の実施の形態３における照明装置の構成を示す模式図である。 図１２は、本開示の実施の形態４における照明装置の構成を示す模式図である。 図１３は、本開示の実施の形態４における照明装置の発光特性を示す色度図である。 図１４は、本開示の実施の形態５における照明装置の構成を示す模式図である。 図１５は、従来の照明装置の構成を示す模式図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における照明装置１の構造を示す模式図である。実施の形態１における照明装置１は、半導体発光素子１１と、光変換素子５０とを備える。半導体発光素子１１が第１の光導波路１２ａと第２の光導波路１２ｃとを有する。光変換素子５０が第１の光変換部５１Ｂと第２の光変換部５１Ｙとを有する。第１の光導波路１２ａから出射される第１の出射光６１ａが第１の光変換部５１Ｂに入射し、第２の光導波路１２ｃから出射される第２の出射光６１ｃが第２の光変換部５１Ｙに入射する。第１の光導波路１２ａに印加される第１の電力と、第２の光導波路１２ｃに印加される第２の電力とが独立している。
この構成により、第１の光変換部５１Ｂに入射する光の強度と、第２の光変換部５１Ｙに入射する光の強度とを独立して変化させることができる。その際、光変換素子５０の回転を必要としないため、照明装置からの出射光の色温度を安定して調整することができる。
以下、必須ではない任意の構成をも含めたより具体的な構成について説明する。
（構成）
まず図１および図２を用いて本実施の形態の照明装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１における照明装置１の構造を示す図である。発光装置１０に搭載される半導体発光素子１１は、例えばＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）の窒化物からなる窒化物半導体レーザ素子である。半導体発光素子１１は、リッジストライプ形状の第１の光導波路１２ａと第２の光導波路１２ｃが平行に設けられたマルチストライプ構造を有している。発光装置１０の出射方向にはコリメートレンズ２０、集光レンズ４０が順に配置されている。コリメートレンズ２０が、半導体発光素子１１からの第１の出射光６１ａを平行光である第１の出射光６２ａにし、半導体発光素子１１からの第２の出射光６１ｃを平行光である第２の出射光６２ｃにする。その後、集光レンズ４０が第１の出射光６２ａと第２の出射光６２ｃを集光する。集光レンズ４０の焦点位置には光変換素子５０が配置される。以下、上記の構成要素についてより詳細に説明する。
（発光装置）
発光装置１０は、パッケージ１９と、パッケージ１９に搭載される半導体発光素子１１とを有する。パッケージ１９は、ポスト１５ａ、ベース１５ｂ、第１のリードピン１６ａ、第２のリードピン１６ｃ、第３のリードピン１６ｇなどから構成されている。
半導体発光素子１１は、基板上に半導体層が積層された構造を有し、波長４２０ｎｍ〜５００ｎｍの光を出射する。具体的には、半導体発光素子１１は、例えばｎ型ＧａＮ基板である基板上に、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）の窒化物である半導体層が積層された構造を有する。半導体層は、具体的には、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、ＩｎＧａＮ量子井戸層、ｐ型光ガイド層、電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型電極コンタクト層が順に積層されて構成されている。このとき窒化物半導体のｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉやＧｅなどが好ましく、ｐ型ドーパントとしてはＭｇなどが好ましい。
半導体発光素子１１に形成される第１の光導波路１２ａおよび第２の光導波路１２ｃは、例えば、半導体レーザのリッジストライプで構成されている。リッジストライプは、例えば半導体リソグラフィーによるパターン形成およびドライエッチングにより形成される。具体的には例えば、半導体層が積層されたウエハ表面に、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略してＣＶＤ）などで図示しないＳｉＯ２膜を成膜する。このＳｉＯ２膜に対してフォトリソグラフィーを用いてリッジストライプのマスクパターニングを行い、ドライエッチングによりリッジ状の複数のストライプ構造を形成する。したがって、本実施形態に示す第１の光導波路１２ａ、第２の光導波路１２ｃの間隔はフォトリソグラフィーにより正確に制御される。続いて、第１の電極１３ａおよび第２の電極１３ｃがストライプ構造の上部に形成される。第１の電極１３ａおよび第２の電極１３ｃは、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕなどの金属のいずれか一つまたは複数を蒸着、パターニングすることで形成される。第１の電極１３ａと第１のリードピン１６ａは、金ワイヤーである第１の金属細線１７ａにより電気的に接続されている。第２の電極１３ｃと第２のリードピン１６ｃは、金ワイヤーである第２の金属細線１７ｃにより電気的に接続されている。第１の電極１３ａ、第２の電極１３ｃは電気的に分離されている。
パッケージ１９は、ベース１５ｂと、このベース１５ｂの上に配置されたポスト１５ａとを有する。ポスト１５ａには半導体発光素子１１が搭載される。ベース１５ｂは、例えば鉄もしくは銅からなる。ポスト１５ａは、例えば鉄もしくは銅からなる。ベース１５ｂには開口部が形成されている。第１のリードピン１６ａ、第２のリードピン１６ｃが、図示されていない絶縁部材を介して開口部に固定されている。ベース１５ｂには第３のリードピン１６ｇが固定されている。第３のリードピン１６ｇは、ベース１５ｂと電気的に接続されている。第１のリードピン１６ａの一端が第１の金属細線１７ａと電気的に接続されている。第２のリードピン１６ｃの一端が第２の金属細線１７ｃと電気的に接続されている。第１のリードピン１６ａの他端と第２のリードピン１６ｃの他端は、ベース１５ｂに対してポスト１５ａと反対側に配置された配線により、外部回路７１と電気的に接続されている。
なお、発光装置１０は、半導体発光素子１１を封止するため、窓ガラスが取り付けられたキャップ（図示せず）により気密封止されていてもよい。
（コリメートレンズ）
コリメートレンズ２０は、好ましくは、例えばＢ２７０などのクラウンガラスやＢＫ７などの硼珪酸ガラスなどからなる球面レンズもしくは非球面レンズである。コリメートレンズ２０の表面には、誘電体多層膜で構成された反射防止膜が設けられている。誘電体多層膜は、半導体発光素子１１の第１の出射光６１ａ、第２の出射光６１ｃの波長に合わせて構成される。なおコリメートレンズ２０は、図示されていない筐体とともに、発光装置１０のパッケージ１９に固定されていてもよい。
（集光レンズ）
集光レンズ４０は、例えばＢ２７０などのクラウンガラスやＢＫ７などの硼珪酸ガラスなどの透明材料からなる、球面レンズもしくは非球面レンズである。集光レンズ４０は、コリメートレンズ２０から出射された第１の出射光６２ａ、第２の出射光６２ｃを光変換素子５０の所定の位置に集光する。
（光変換素子）
次に、光変換素子５０の構造について図１および図２を用いて説明する。図２は、光変換素子５０および第２の集光レンズ５４を示す模式図である。光変換素子５０は、例えばアルミ合金材料で構成される基台５５と、基台５５に設けられた第１の貫通孔５２Ｂ、第２の貫通孔５２Ｙとを有する。第１の貫通孔５２Ｂには第１の光変換部５１Ｂが形成されている。第１の光変換部５１Ｂは、表面に凹凸形状が形成されたガラスなどの透光部材からなる。第２の貫通孔５２Ｙには、第２の光変換部５１Ｙが設けられている。第２の光変換部５１Ｙは、半導体発光素子１１からの第２の出射光６１ｃの波長を長波長に変換する蛍光体を有する。具体的には第２の光変換部５１Ｙは、主な波長範囲が４２０ｎｍ〜５００ｎｍである光を、主な波長範囲が５５０ｎｍ〜７００ｎｍである光に変換する蛍光体を有する。この蛍光体が、例えばシリコーン、エポキシなどの有機材料もしくは、低融点ガラス、酸化アルミニウム、酸化亜鉛などの無機材料で構成されるバインダーに混合されて第２の光変換部５１Ｙを構成している。蛍光体の具体的な例としてはＣｅ賦活ガーネット結晶蛍光体（（Ｙ、Ｇｄ）３（Ｇａ、Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体）、Ｅｕ賦活（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体などが挙げられる。
光変換素子５０の基台５５における集光レンズ４０側の面には、ダイクロイックミラー５３が設けられている。ダイクロイックミラー５３は、例えば波長４３０ｎｍ以下を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射する。ダイクロイックミラー５３は、例えばガラスまたはサファイア、窒化アルミニウムなどの透明基板５３ａと、例えば誘電体多層膜であるフィルタ５３ｂとを有し、フィルタ５３ｂが基台５５側に配置されている。
第２の集光レンズ５４は、光変換素子５０に対して集光レンズ４０とは反対側の位置に配置される。第２の集光レンズ５４は、例えばＢ２７０などのクラウンガラスやＢＫ７などの硼珪酸ガラスなどの透明材料からなる、球面レンズもしくは非球面レンズである。第２の集光レンズ５４は、第２の光変換部５１Ｙから放射される蛍光と、第１の光変換部５１Ｂから放射される拡散光とを効率良く取り込むために、十分大きい曲率半径を有することが望ましい。さらに、第２の集光レンズ５４の開口数は、第１の光変換部５１Ｂ、第２の光変換部５１Ｙからの放射光に対して高い開口数（ＮＡ）、例えば０．８以上の開口数に設定される。
上述の第１の光変換部５１Ｂと第２の光変換部５１Ｙは、好ましくは直径５ｍｍの円の範囲内に、より好ましくは直径２ｍｍの円の範囲内に配置される。第１の光変換部５１Ｂと第２の光変換部５１Ｙとの間隔は、基台５５に形成される第１の貫通孔５２Ｂと第２の貫通孔５２Ｙの配置により決まる。
これらの第１の貫通孔５２Ｂと第２の貫通孔５２Ｙとの間隔は、例えば金型等を用いたプレス加工により正確に調整することができる。
（発光動作）
続いて本実施形態における照明装置１の動作を、図１から図２を用いて説明する。半導体発光素子１１の第１の光導波路１２ａが、例えば波長４２０ｎｍ〜５００ｎｍのレーザ光である第１の出射光６１ａを出射し、第２の光導波路１２ｃが、例えば波長４２０ｎｍ〜５００ｎｍのレーザ光である第２の出射光６１ｃを出射する。第１の出射光６１ａが、コリメートレンズ２０により、ほぼ平行な光である第１の出射光６２ａに変換される。第２の出射光６１ｃが、コリメートレンズ２０により、ほぼ平行な光である第２の出射光６２ｃに変換される。第１の出射光６２ａ、第２の出射光６２ｃは集光レンズ４０に集光され、光変換素子５０の所定の位置に入射する。具体的には、第１の出射光６２ａは光変換素子５０における第１の光変換部５１Ｂに入射し、第２の出射光６２ｃは光変換素子５０における第２の光変換部５１Ｙに入射する。第１の光導波路１２ａと第２の光導波路１２ｃの距離は、例えば２００μｍに設定されている。また、第１の光変換部５１Ｂと第２の光変換部５１Ｙの距離は、例えば２００μｍから１ｍｍに設定される。
第１の光導波路１２ａの出射部と第２の光導波路１２ｃの出射部との距離がｈであり、第１の光変換部５１Ｂと第２の光変換部５１Ｙとの距離がｈ’であり、コリメートレンズ２０と集光レンズ４０とで構成される光学系の横倍率がβであるとすると、ｈとｈ’とβは、ｈ’＝β×ｈの関係を満たすように設定されている。したがって、光学系の横倍率を１倍から５倍に設定することで、上述の距離ｈと距離ｈ’を容易に設計することができる。このため、第１の出射光６２ａを第１の光変換部５１Ｂに容易に入射させることができ、第２の出射光６２ｃを第２の光変換部５１Ｙに容易に入射させることができる。
また、第１の出射光６２ａ、第２の出射光６２ｃが集光レンズ４０へ入射する領域は、集光レンズ４０の瞳径に対して十分に小さい。このようにすることで、第１の出射光６２ａが第１の光変換部５１Ｂに入射する角度を小さくすることができるため、横倍率の設計をより自由に設定することが出来る。
第１の光変換部５１Ｂに入射した第１の出射光６２ａは、第１の光変換部５１Ｂの凹凸部によりコヒーレンスが低下した第１の放射光７０Ｂとなる。また、第２の光変換部５１Ｙに入射した第２の出射光６２ｃの一部は、第２の光変換部５１Ｙに含まれる蛍光体により、例えば、放射光の主な波長範囲が５５０ｎｍ〜７００ｎｍである第２の放射光７０Ｙに変換される。第１の放射光７０Ｂ、第２の放射光７０Ｙは、第２の集光レンズ５４側に出射される。第１の放射光７０Ｂ、第２の放射光７０Ｙはいわゆる放射角度がランバーシアンの放射光である。第１の放射光７０Ｂ、第２の放射光７０Ｙが第２の集光レンズ５４に入射すると、第２の集光レンズ５４において混合され、指向性の高い白色光７０となり、照明装置１の外部に出射される。この構成により照明装置１から白色光７０を効率良く外部に出射することができる。さらに、第１の光変換部５１Ｂが第１の出射光６２ａのコヒーレンスを低下させるため、第１の出射光６２ａの干渉ノイズを低減させることができ、第１の出射光６２ａの一部を放射光として利用することができる。
（調光動作）
続いて図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、および図４を用いて本実施形態の照明装置の発光スペクトルおよび色温度について説明する。本実施形態の照明装置の発光スペクトルおよび色温度は任意に偏光させることが可能である。
図３Ａは、白色光７０の色温度が約５５００Ｋのときの発光スペクトルを表す。図３Ｂは、白色光７０の色温度が約５０００Ｋのときの発光スペクトルを表す。図３Ｃは、白色光７０の色温度が約４３００Ｋのときの発光スペクトルを表す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、白色光７０の色温度は、青色光が主成分である第１の放射光７０Ｂの出力と、黄色光が主成分である第２の放射光７０Ｙの出力との比率を変化させることにより容易に変化させることができる。本実施例においては、半導体発光素子１１の第１の光導波路１２ａに印加する電力と第２の光導波路１２ｃに印加する電力との比率を変化させることで、第１の放射光７０Ｂ、第２の放射光７０Ｙの比率を変化させることができる。そのため、容易に照明装置１から出射される白色光７０の色温度を変化させることができる。
さらに図４に示す色度座標を用いて本実施形態の効果を説明する。白色光７０の色温度が５５００Ｋ、５０００Ｋ、４３００Ｋ、４０００Ｋのときの色度点が、色度座標上にプロットされている。また、日本工業規格などで決められている車両前照灯に用いられる白色光の色度範囲もプロットされている。図４から、例えば色温度の範囲が５５００Ｋから４３００Ｋである場合は、色温度を変化させることが可能な照明装置として、車両前照灯に用いることができることがわかる。
なお、上記構成において、第２の光変換部５１Ｙから放射される第２の放射光７０Ｙは、第２の出射光６２ｃが第２の光変換部５１Ｙの蛍光体で変換され出射される光と、第２の出射光６２ｃが第２の光変換部５１Ｙの内部を多重反射し放射される光とが混合された光であってもよい。この場合、第２の放射光７０Ｙは、主な波長範囲が５５０ｎｍ〜７００ｎｍである光と、主な波長範囲が４２０ｎｍ〜５００ｎｍである光とが混合された光となる。
（変形例）
続いて図５を用いて実施の形態１の変形例について説明する。本変形例においける照明装置が、上記照明装置と異なる部分についてのみ説明する。本変形例においては、光変換素子５０および第２の集光レンズ５４の構成が上述した構成と異なる。光変換素子５０は、基台５５と、基台５５に設けられる第１の貫通孔５２Ｙ１、第２の貫通孔５２Ｙ２と、を備える。
第１の貫通孔５２Ｙ１には第１の光変換部５１Ｙ１が埋め込まれ、第２の貫通孔５２Ｙ２には第２の光変換部５１Ｙ２が埋め込まれている。第１の光変換部５１Ｙ１、および第２の光変換部５１Ｙ２は、主な波長範囲が波長４２０ｎｍ〜５００ｎｍである光を、主な波長範囲が波長５５０ｎｍ〜７００ｎｍである光に変換する蛍光体を含有する。第１の光変換部５１Ｙ１、および第２の光変換部５１Ｙ２は、上述の蛍光体が、例えばシリコーン、エポキシなどの有機材料もしくは、低融点ガラス、酸化アルミニウム、酸化亜鉛などの無機材料で構成されるバインダーに混合されてなる。蛍光体の具体的な例としてはＣｅ賦活ガーネット結晶蛍光体（（Ｙ、Ｇｄ）３（Ｇａ、Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体）、Ｅｕ賦活（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体などが挙げられる。さらに第１の光変換部５１Ｙ１、第２の光変換部５１Ｙ２は例えば図５に示すように異なる厚みで設定される。
上記の構成において、第１の出射光６２ａが第１の光変換部５１Ｙ１に入射する。第１の出射光６２ａの一部が、第１の光変換部５１Ｙ１の蛍光体によりその波長範囲が変換される。第２の出射光６２ｃが第２の光変換部５１Ｙ２に入射する。第２の出射光６２ｃの一部が、第２の光変換部５１Ｙ２の蛍光体によりその波長範囲が変換される。第１の光変換部５１Ｙ１から放射される第１の放射光７０Ｙ１は、主な波長範囲が５５０ｎｍ〜７００ｎｍである光と、主な波長範囲が４２０ｎｍ〜５００ｎｍである光とが混合された光である。この第１の放射光７０Ｙ１の色温度は５５００Ｋであり、第１の放射光７０Ｙ１は図３Ａに示すような発光スペクトルを有する。また第２の光変換部５１Ｙ２から放射される第２の放射光７０Ｙ２は、主な波長範囲が５５０ｎｍ〜７００ｎｍである光と、主な波長範囲が４２０ｎｍ〜５００ｎｍである光とが混合された光である。この第２の放射光７０Ｙ２の色温度は４３００Ｋであり、第２の放射光７０Ｙ２は図３Ｃに示すような発光スペクトルを有する。このとき、半導体発光素子１１の第１の光導波路１２ａに印加される第１の電力と、第２の光導波路１２ｃに印加される第２の電力とを独立して変化させ、第１の電力と第２の電力との電力比率を変化させる。その結果、第１の放射光７０Ｙ１と第２の放射光７０Ｙ２の強度比率を変化させることができ、照明装置１の出射光の色温度を変化させることができる。
なお、本変形例における第２の集光レンズ５４は、光変換素子５０側の面が凹面である。なお、本変形例においては、第１の光変換部５１Ｙ１の厚みと第２の光変換部５１Ｙ２の厚みとを異ならせる例を用いて説明したが、この限りではない。例えば、第１の光変換部５１Ｙ１におけるバインダーに対する蛍光体の濃度と、第２の光変換部５１Ｙ２におけるバインダーに対する蛍光体の濃度とを異ならせることで、照明装置１の出射光の色温度を変化させる構成としても良い。また、第１の光変換部５１Ｙ１に用いるバインダーの種類と、第２の光変換部５１Ｙ２に用いるバインダーの種類とを異ならせることで、照明装置１の出射光の色温度を変化させる構成としても良い。また、第１の光変換部５１Ｙ１に用いる蛍光体の組成と、第２の光変換部５１Ｙ２に用いる蛍光体の組成とを異ならせることで、照明装置１の出射光の色温度を変化させる構成としても良い。
（実施の形態２）
以下、本開示の実施の形態２における照明装置１０１について、図６から図９を参照しながら説明する。本実施形態においては、実施の形態１の照明装置１と異なる部分についてのみ説明する。
図６は、実施の形態２における照明装置１０１の構造を示す模式図である。図７は、照明装置１０１の光変換素子１５０、及び第２の集光レンズ１５４を示す模式図である。本実施形態においては、光変換素子１５０が第１の光変換部１５１Ｂと第２の光変換部１５１Ｙとを有する。第１の光変換部１５１Ｂは主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある蛍光体を有している。第２の光変換部１５１Ｙは主な発光波長が５２０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある蛍光体を有している。半導体発光素子１１から出射される第１の出射光６１ａ、及び第２の出射光６１ｃの波長は、３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの範囲にある。
光変換素子１５０は、例えばアルミ合金板からなる基台１５７と、基台１５７に設けられた第１の貫通孔１５２Ｂ、第２の貫通孔１５２Ｙを有する。第１の貫通孔１５２Ｂには第１の光変換部１５１Ｂが埋め込まれている。第２の貫通孔１５２Ｙには第２の光変換部１５１Ｙが埋め込まれている。第１の光変換部１５１Ｂ、第２の光変換部１５１Ｙは、蛍光体と、この蛍光体が混合されたバインダーとを有する。バインダーは、例えばシリコーンなどの有機透明材料や、低融点ガラスなどの無機透明材料などである。光変換素子１５０の基台１５７における半導体発光素子１１側の面には、ダイクロイックミラー１５３が設けられている。ダイクロイックミラー１５３は、ガラス１５３ａと、ガラス１５３ａ上に設けられた誘電体多層膜１５３ｂとを有する。ガラス１５３ａが基台１５７と接している。誘電体多層膜１５３ｂは、例えば波長４３０ｎｍ以下を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射する。さらに基台１５７における半導体発光素子１１と反対側には、第２の集光レンズ１５４が配置されている。第２の集光レンズ１５４は透明ガラスで構成され、第１の光変換部１５１Ｂ、第２の光変換部１５１Ｙが配置された領域よりも十分大きい曲率半径を有する。本実施形態では、第２の集光レンズ１５４は２枚組みのレンズとして記載しているがこの限りではない。
また第１の光変換部１５１Ｂが有する蛍光体は、例えば波長４３０ｎｍから５００ｎｍの間に蛍光ピークを有するいわゆる青色蛍光体であることが好ましい。第１の光変換部１５１Ｂが有する具体的な蛍光体は、例えば、Ｓr３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｓr，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０，（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋蛍光体などである。第２の光変換部１５１Ｙが有する蛍光体は、例えば波長５４０ｎｍから６１０ｎｍの間に蛍光ピークを有するいわゆる黄色蛍光体が好ましい。第２の光変換部１５１Ｙが有する具体的な蛍光体は、例えば、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）７（ＳｉＯ３）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体などである。
第１の出射光６２ａは、コリメートレンズ２０、集光レンズ４０の光学倍率により、位置精度良く、第１の光変換部１５１Ｂに入射される。第２の出射光６２ｃは、コリメートレンズ２０、集光レンズ４０の光学倍率により、位置精度良く、第２の光変換部１５１Ｙに入射される。第１の出射光６２ａの第１の光変換部１５１Ｂへの入射と、第２の出射光６２ｃの第２の光変換部１５１Ｙへの入射とは同時に行うことができる。そして、第１の光変換部１５１Ｂは、例えば青色光である第１の放射光１７０Ｂを放射し、第２の光変換部１５１Ｙは、例えば黄色光である第２の放射光１７０Ｙを放射する。第２の集光レンズ１５４、及び第３の集光レンズ１５５が第１の放射光１７０Ｂと第２の放射光１７０Ｙとを集光する。集光された第１の放射光１７０Ｂと第２の放射光１７０Ｙは、ロッドインテグレータ１５６に入射し、ロッドインテグレータ１５６の内部で混色されて、白色光１７０として照明装置１０１より放射される。
（機能および効果）
上記の構成において、半導体発光素子１１から出射された第１の出射光６１ａを第１の光変換部１５１Ｂに、第２の出射光６１ｃを第２の光変換部１５１Ｙに、同時に、位置精度良く入射させることができる。さらに、例えば第１の光変換部１５１Ｂが青色蛍光体を有し、第２の光変換部１５１Ｙが黄色蛍光体を有することにより、第１の光変換部１５１Ｂから青色光、第２の光変換部１５１Ｙから黄色光を発光させることができる。このため、半導体発光素子１１の第１の光導波路１２ａから出射される第１の出射光６１ａと、第２の光導波路１２ｃから出射される第２の出射光６１ｃの強度比を制御することにより、白色光１７０の色温度、スペクトルなどを容易に制御することができる。さらに、照明装置１０１を構成後においても、第１の出射光６１ａと第２の出射光６１ｃの強度比を変えることにより、照明装置１０１が出射する白色光１７０の色温度を変えることができる。
さらに光変換素子１５０を構成する基台１５７は、例えばアルミ合金材料などの可視光を反射する材料からなる。そして、第１の光変換部１５１Ｂが、基台１５７内に設けられた第１の貫通孔１５２Ｂに埋め込まれている。第２の光変換部１５１Ｙが、基台１５７内に設けられた第２の貫通孔１５２Ｙに埋め込まれている。このため、例えば第１の光変換部１５１Ｂから放射される第１の放射光１７０Ｂは、第２の光変換部１５１Ｙに含まれる蛍光体に吸収されない。つまり、第１の放射光１７０Ｂが第２の光変換部１５１Ｙによって再吸収されてしまうのを抑制することができ、第２の放射光１７０Ｙが第１の光変換部１５１Ｂによって再吸収されてしまうのを抑制することができ、発光効率が低下することを抑制することができる。その結果、第１の光変換部１５１Ｂからの第１の放射光１７０Ｂ、第２の光変換部１５１Ｙからの第２の放射光１７０Ｙを効率よく照明装置１０１の外部へ取り出すことができる。そのため、照明装置１０１が発光効率のよい白色光１７０を出射することができる。
上記効果を図８および図９を用いて、より具体的に説明する。図８は、第１の放射光１７０Ｂ、第２の放射光１７０Ｙ、そして色温度約５０００Ｋの白色光１７０のスペクトルを示す。図８に示すスペクトル図を得るために用いた条件としては、励起光が波長４０５ｎｍのレーザ光であり、第１の光変換部１５１Ｂを構成する蛍光体がＳr３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体であり、第２の光変換部１５１Ｙを構成する蛍光体が（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体である。
図９における実線は、上記構成において、第１の光変換部１５１Ｂから出射される第１の放射光１７０Ｂと、第２の光変換部１５１Ｙから出射される第２の放射光１７０Ｙとの強度比を変化させることで実現できる色度を表す。さらに実施の形態１において示したスペクトル特性を比較するため、図９における破線が、実施の形態１に示す構成で実現できる色度を表す。図９の色度図から、本実施の形態に示す照明装置１０１を用いることにより、照明装置１０１の出射光の色温度を４３００Ｋから６５００Ｋの範囲で実現することができることがわかる。また、図９に示すように、照明装置１０１の出射光が、実施の形態１の出射光よりも広い範囲で、黒体輻射に近い色度を実現していることがわかる。
（変形例）
続いて図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて実施の形態２の変形例について説明する。本変形例に示す構成は、上述した構成に対して、第１の光変換部１５１Ｂおよび第２の光変換部１５１Ｙに含まれる蛍光体材料が異なる。本変形例においては、第１の光変換部１５１Ｂに含まれる蛍光体の主な発光波長範囲が４３０ｎｍ〜５５０ｎｍにあり、蛍光体の発光色が青緑色である。具体的な蛍光体材料は、例えば（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）３Ｍｇ３Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体などである。さらに本変形例においては、第２の光変換部１５１Ｙに含まれる蛍光体の主な発光波長範囲が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍにあり、蛍光体の発光色が橙色である。具体的な蛍光体材料は、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体などである。この場合、色温度５０００Ｋとなる白色光１７０のスペクトルは図１０Ａの実線に示すようになる。また、第１の光変換部１５１Ｂからの第１の放射光１７０Ｂと第２の光変換部１５１Ｙからの第２の放射光１７０Ｙとの比率を変えて実現できる色度範囲は図１０Ｂの実線で示される。つまり、本変形例の色度調整範囲は、色温度２７００Ｋから６５００Ｋと広範囲に設定することができる。また、色度調整範囲を黒体輻射に近接する領域で変化させることができるため、より色度調整範囲を広くすることができる。
（実施の形態３）
以下、本開示の実施の形態３における照明装置２０１について、図１１を参照しながら説明する。本実施形態においては、第１の実施形態の照明装置１と異なる部分についてのみ説明する。
図１１は、実施の形態３における照明装置２０１の構造を示す図である。本実施形態の照明装置２０１は、主に光変換素子２５０と集光レンズ２４０、ダイクロイックミラー２３０の構成もしくは機能が、実施の形態１の照明装置１と異なる。
光変換素子２５０は、例えばアルミ合金などからなる基台２５５と、基台２５５における半導体発光素子１１側に設けられた第１の開口部２５２Ａ、第２の開口部２５２Ｃとを有する。第１の開口部２５２Ａには蛍光体を含む第１の光変換部２５１Ａが埋め込まれており、第２の開口部２５２Ｃには蛍光体を含む第２の光変換部２５１Ｃが埋め込まれている。半導体発光素子１１は、第１の光導波路１２ａ、第２の光導波路１２ｃを有し、例えば波長４０５ｎｍのレーザ光を出射する。第１の光変換部２５１Ａは実施の形態１および実施の形態２で説明した青色蛍光体を用いて構成される。第２の光変換部２５１Ｃは実施の形態１および実施の形態２で説明した黄色蛍光体を用いて構成される。半導体発光素子１１と光変換素子２５０の間にはコリメートレンズ２０、ダイクロイックミラー２３０および集光レンズ２４０が配置されている。
第１の光導波路１２ａから出射される第１の出射光６１ａはコリメートレンズ２０によりコリメートされた第１の出射光６２ａとなる。第２の光導波路１２ｃから出射される第２の出射光６１ｃは、コリメートレンズ２０によりコリメートされた第２の出射光６２ｃとなる。第１の出射光６２ａと第２の出射光６２ｃはダイクロイックミラー２３０を通過し、集光レンズ２４０の瞳における中央部分付近に入射する。第１の出射光６２ａ、第２の出射光６２ｃは集光レンズ２４０により集光される。集光された第１の出射光６２ａは、光変換素子２５０の第１の光変換部２５１Ａに精度良く入射する。集光された第２の出射光６２ｃは、光変換素子２５０の第２の光変換部２５１Ｃ精度良く入射する。第１の出射光６２ａの第１の光変換部２５１Ａへの入射は、第２の出射光６２ｃの第２の光変換部２５１Ｃへの入射と同時に行うことができる。
第１の光変換部２５１Ａにおいて、第１の出射光６２ａは、例えば青色光である第１の放射光２７０Ａに変換される。第２の光変換部２５１Ｃにおいて、第２の出射光６２ｃは、例えば黄色光である第２の放射光２７０Ｃに変換される。
第１の放射光２７０Ａと第２の放射光２７０Ｃは、基台２５５により集光レンズ２４０側に反射される。
第１の放射光２７０Ａと第２の放射光２７０Ｃは、集光レンズ２４０によって集光される。第１の放射光２７０Ａと第２の放射光２７０Ｃは、集光レンズ２４０内で混合され白色光２７０となる。白色光２７０は、ダイクロイックミラー２３０により照明装置２０１の外部へ反射される。ここでダイクロイックミラー２３０は、ガラス板と、ガラス板の上に設けられた誘電体多層膜とを有する。誘電体多層膜は、膜形成面に対して４５°方向から入射した光の内、例えば波長４３０ｎｍ以下の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を透過する。
（機能および効果）
このような構成により、第１の光導波路１２ａから出射された第１の出射光６１ａが第１の光変換部２５１Ａに精度良く入射する。また、第２の光導波路１２ｃから出射された第２の出射光６１ｃが第２の光変換部２５１Ｃに精度良く入射する。また、第１の光変換部２５１Ａから放射された第１の放射光２７０Ａは、他の光変換部に入射することなく照明装置２０１から放射される。第２の光変換部２５１Ｃから放射された第２の放射光２７０Ｃは、他の光変換部に入射することなく照明装置２０１から放射される。したがって、第１の放射光２７０Ａと第２の放射光２７０Ｃが、蛍光体によって再吸収されることを抑制することができ、その結果として照明装置２０１の効率を向上させることができる。また、第１の放射光２７０Ａ、第２の放射光２７０Ｃは、微小領域から、放射される。その結果、発光効率が良くかつ、後段に配置される光学系との結合効率が高い白色光２７０を得ることができる。さらに、第１の光導波路１２ａに印加される第１の電力と、第２の光導波路１２ｃに印加される第２の電力とを独立に変化させ、第１の電力と第２の電力との電力比率を変化させることにより、白色光２７０の色温度を変化させることができる。
なお、半導体発光素子１１からの第１の出射光６１ａ、第２の出射光６１ｃの波長範囲が４３０ｎｍから５００ｎｍの間にあり、第１の出射光６１ａ、第２の出射光６１ｃが青色光である構成としてもかまわない。その場合、光変換素子２５０の第１の光変換部２５１Ａを、出射光のコヒーレンスを低下させる光変換部で構成し、第２の光変換部２５１Ｃを、出射光の一部もしくは全部の光の波長を蛍光体により変化させる光変換部で構成する。この構成により、第１の出射光６１ａのコヒーレンスを低下させることができるため、第１の出射光６１ａの干渉ノイズを低減させることができ、第１の出射光６１ａの一部を放射光として利用することができる。
（実施の形態４）
続いて、本開示の実施の形態４における照明装置３０１について、図１２および図１３を参照しながら説明する。本実施形態においては、第２の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態において半導体発光素子３１１は第１の光導波路３１２ａ、第２の光導波路３１２ｂ、第３の光導波路３１２ｃを備え、光変換素子３５０は第１の光変換部３５１Ａ、第２の光変換部３５１Ｂ、第３の光変換部３５１Ｃを備える。
第１の光導波路３１２ａは第１の出射光３６１ａを出射し、第２の光導波路３１２ｂは第２の出射光３６１ｂを出射し、第３の光導波路３１２ｃは第３の出射光３６１ｃを出射する。第１の出射光３６１ａ、第２の出射光３６１ｂ、第３の出射光３６１ｃの波長は例えば４０５ｎｍである。第１の出射光３６１ａは、コリメートレンズ２０によりコリメートされ、第１の出射光３６２ａとなる。第２の出射光３６１ｂは、コリメートレンズ２０によりコリメートされ、第２の出射光３６２ｂとなる。第３の出射光３６１ｃは、コリメートレンズ２０によりコリメートされ、第３の出射光３６２ｃとなる。第１の出射光３６１ａ、第２の出射光３６１ｂ、第３の出射光３６１ｃは、集光レンズ４０の瞳における中央部分付近に入射し、集光レンズ４０により集光され、光変換素子３５０に入射する。光変換素子３５０は、基台３５５と、基台３５５に接して配置されたダイクロイックミラー３５３とを備えており、ダイクロイックミラー３５３が半導体発光素子３１１側に配置されている。第１の出射光３６２ａはダイクロイックミラー３５３を透過し、第１の光変換部３５１Ａに入射する。第２の出射光３６２ｂはダイクロイックミラー３５３を透過し、第２の光変換部３５１Ｂに入射する。第３の出射光３６２ｃはダイクロイックミラー３５３を透過し、第３の光変換部３５１Ｃに入射する。第１の出射光３６２ａは、第１の光変換部３５１Ａによって、例えば赤色光である第１の放射光３７０Ａに変換される。第２の出射光３６２ｂは、第２の光変換部３５１Ｂによって、例えば緑色光である第２の放射光３７０Ｂに変換される。第３の出射光３６２ｃは、第３の光変換部３５１Ｃによって、例えば青色光である第３の放射光３７０Ｃに変換される。レンズ３５４が、基台３５５に対して半導体発光素子３１１と反対側に配置されている。第１の放射光３７０Ａは、基台３５５に設けられた第１の貫通孔３５２Ａの側壁と、ダイクロイックミラー３５３により反射され、レンズ３５４に入射する。第２の放射光３７０Ｂは、基台３５５に設けられた第２の貫通孔３５２Ｂの側壁と、ダイクロイックミラー３５３により反射され、レンズ３５４に入射する。第３の放射光３７０Ｃは、基台３５５に設けられた第３の貫通孔３５２Ｃの側壁と、ダイクロイックミラー３５３により反射され、レンズ３５４に入射する。第１の放射光３７０Ａ、第２の放射光３７０Ｂ、第３の放射光３７０Ｃは、レンズ３５４内で混合され、平行光に近い白色光３７０となり、照明装置３０１の外部に出射される。
（機能および効果）
このような構成により、第１の光導波路３１２ａから出射された第１の出射光３６１ａは、第１の光変換部３５１Ａに、精度良く入射する。第２の光導波路３１２ｂから出射された第２の出射光３６１ｂは、第２の光変換部３５１Ｂに、精度良く入射する。第３の光導波路３１２ｃから出射された第３の出射光３６１ｃは、第３の光変換部３５１Ｃに、精度良く入射する。また、第１の光変換部３５１Ａから放射された第１の放射光３７０Ａ、第２の光変換部３５１Ｂから放射された第２の放射光３７０Ｂ、第３の光変換部３５１Ｃから放射された第３の放射光３７０Ｃは、他の光変換部に入射することなく照明装置３０１から出射される。したがって、第１の放射光３７０Ａ、第２の放射光３７０Ｂ、第３の放射光３７０Ｃが、蛍光体によって再吸収されることを抑制することができ、その結果として、照明装置３０１効率を向上させることができる。また、第１の放射光３７０Ａ、第２の放射光３７０Ｂ、第３の放射光３７０Ｃは、微小領域から放射される。その結果、発光効率が良くかつ、後段に配置される光学系との結合効率が高い白色光３７０を得ることができる。さらに、第１の光導波路３１２ａに印加される第１の電力、第２の光導波路３１２ｂに印加される第２の電力、第３の光導波路３１２ｃに印加される第３の電力を独立して変化させ、第１の電力、第２の電力、第３の電力の電力比率を変化させることにより、白色光３７０の色度を変化させることができる。図１３は、第１の放射光３７０Ａ、第２の放射光３７０Ｂ、第３の放射光３７０Ｃを用いて実現することができる色度範囲を示す。第１の放射光３７０Ａを得るために、第１の光変換部３５１ＡはＳｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体を有する。第２の放射光３７０Ｂを得るために、第２の光変換部３５１Ｂはβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋蛍光体を有する。第３の放射光３７０Ｃを得るために、第３の光変換部３５１ＣはＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体を有する。白色光３７０の色度は、第１の放射光３７０Ａの色度点、第２の放射光３７０Ｂの色度点、第３の放射光３７０Ｃの色度点で囲まれた三角形の範囲で変化させることができる。
本実施形態においては、半導体発光素子３１１から出射される第１の出射光３６１ａ、第２の出射光３６１ｂ、第３の出射光３６１ｃの波長が４０５ｎｍであり、光変換素子３５０が第１の光変換部３５１Ａ、第２の光変換部３５１Ｂ、第３の光変換部３５１Ｃを有し、第１の光変換部３５１Ａ、第２の光変換部３５１Ｂ、第３の光変換部３５１Ｃが有する蛍光体が、照明装置３０１からの出射光の色度範囲を決定する構成とした。しかし、半導体発光素子３１１が光導波路および光変換部を４つ以上有し、より自由に出射光の色度を調整することが可能な構成としてもよい。さらに半導体発光素子３１１から出射される光の波長範囲を４３０ｎｍから５００ｎｍに設定し、複数の光変換部の内の少なくとも一つが半導体発光素子３１１から出射される光のコヒーレンスを低下させる光変換部であってもよい。
（実施の形態５）
続いて、本開示の実施の形態５における照明装置４０１について、図１４を参照しながら説明する。本実施形態においては、第２の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態においては、半導体発光素子１１が複数の光導波路を有し、光変換素子４５０が複数の光変換部を有する。照明装置４０１は第１の光ファイバー４４０Ａ、第２の光ファイバー４４０Ｃを有する第１の光ファイバー４４０Ａ、第２の光ファイバー４４０Ｃが、複数の光導波路からの出射光を複数の光変換部に伝達する。以下、より具体的な構成について説明する。
本実施形態においては、半導体発光素子１１が第１の光導波路１２ａ、第２の光導波路１２ｃを有し、光変換素子４５０が第１の光変換部４５１Ｂ、第２の光変換部４５１Ｙを有する。照明装置４０１は第１の光ファイバー４４０Ａ、第２の光ファイバー４４０Ｃを有する。第１の光ファイバー４４０Ａが、第１の光導波路１２ａからの第１の出射光６１ａを第１の光変換部４５１Ｂに伝達し、第２の光ファイバー４４０Ｃが、第２の光導波路１２ｃからの第２の出射光６１ｃを第２の光変換部４５１Ｙに伝達する。第１の光ファイバー４４０Ａは、第１のコア４４０Ａａと、第１のコア４４０Ａａの屈折率と異なる屈折率を有する第１のクラッド４４０Ａｂとを備える。第２の光ファイバー４４０Ｃは、第２のコア４４０Ｃａと、第２のコア４４０Ｃａの屈折率と異なる屈折率を有する第２のクラッド４４０Ｃｂとを備える。第１の光ファイバー４４０Ａは、第１の光導波路１２ａと第１の光変換部４５１Ｂとの間に配置され、第２の光ファイバー４４０Ｃは、第２の光導波路１２ｃと第２の光変換部４５１Ｙとの間に配置される。
光変換素子４５０は、透明基板４５３と、この透明基板４５３上に設けられた基台４５５とを備える。透明基板４５３が基台４５５に対して半導体発光素子１１側に配置されている。透明基板４５３は、例えばガラスまたはサファイア、窒化アルミニウムなどからなる。基台４５５は、アルミ合金板からなる。基台４５５は、第１の貫通孔４５２Ｂ、第２の貫通孔４５２Ｙを有する。第１の光変換部４５１Ｂが第１の貫通孔４５２Ｂに設けられ、第２の光変換部４５１Ｙが第２の貫通孔４５２Ｙに設けられている。
なお、一つの光ファイバーが２つのコアを有し、一方のコアに第１の光変換部４５１Ｂを対応させ、他方のコアに第２の光変換部４５１Ｙを対応させてもよい。
また、半導体発光素子１１が３つ以上の光導波路を有し、光変換素子４５０が３つ以上の光変換部を有し、半導体発光素子１１と光変換素子４５０との間が３つ以上の光ファイバーで接続されてもよい。また、半導体発光素子１１と光変換素子４５０との間を複数のコアを有する光ファイバーを単数または複数本用いて接続してもよい。
（機能および効果）
半導体発光素子１１の第１の光導波路１２ａは第１の出射光６１ａを出射し、第２の光導波路１２ｃは第２の出射光６１ｃを出射する。第１の出射光６１ａ、第２の出射光６１ｃは、例えばその波長が４０５ｎｍのレーザ光である。第１の出射光６１ａ、第２の出射光６１ｃはコリメートレンズ２０によりコリメートされ、第１の出射光６２ａ、第２の出射光６２ｃとなる。第１の出射光６２ａは第１の光ファイバー４４０Ａの第１のコア４４０Ａａに入射し、同時に、第２の出射光６２ｃは第２の光ファイバー４４０Ｃの第２のコア４４０Ｃａに入射する。さらに第１のコア４４０Ａａを伝搬した第１の出射光６２ａは、第１の光ファイバー４４０Ａに対して半導体発光素子１１と反対側に取り付けられた光変換素子４５０の第１の光変換部４５１Ｂに入射する。第２のコア４４０Ｃａを伝搬した第２の出射光６２ｃは、第２の光ファイバー４４０Ｃに対して半導体発光素子１１と反対側に取り付けられた光変換素子４５０の第２の光変換部４５１Ｙに入射する。第１の光変換部４５１Ｂに入射した第１の出射光６２ａは、例えば青色光である第１の放射光４７０Ｂに変換される。第２の光変換部４５１Ｙに入射した第２の出射光６２ｃは、例えば黄色光である第２の放射光４７０Ｙに変換される。第１の放射光４７０Ｂと第２の放射光４７０Ｙは、球面レンズ４５４に入射する。第１の放射光４７０Ｂと第２の放射光４７０Ｙは、球面レンズ４５４において混合され、指向性の高い白色光４７０となり、照明装置４０１から出射される。
このような構成により、第１の放射光４７０Ｂが第２の光変換部４５１Ｙに再吸収されることを抑制することができ、第２の放射光４７０Ｙが第１の光変換部４５１Ｂに再吸収されることを抑制することができるため、輝度の高い白色光４７０を放射することができる。第１の光導波路１２ａに印加される第１の電力と、第２の光導波路１２ｃに印加される第２の電力とを独立して変化させることで、第１の電力と第２の電力との電力比率を変化させることができる。その結果として、白色光４７０の色温度を変化させることができる。
なお、第１の出射光６１ａの波長範囲が４３０ｎｍから５００ｎｍの間であり、第１の出射光６１ａが青色光であってもよい。その場合、第１の光変換部４５１Ｂは、表面に凹凸が形成された透明部材で構成される。この透明部材が、半導体発光素子１１からの第１の出射光６１ａのコヒーレンスを低下させる。この構成により、第１の光変換部４５１Ｂが第１の出射光６１ａのコヒーレンスを低下させるため、第１の出射光６１ａの干渉ノイズを低減させることができ、第１の出射光６１ａの一部を放射光として利用することができる。
なお上記の構成は、第５の実施形態だけでなく、第１〜第３の実施形態の照明装置にも適用可能である。
なお上記第１から第５の実施形態において、光変換素子の基台を構成する材料がアルミ合金である例を用いて説明したが、この限りではない。光変換部の蛍光体で発生した熱を排熱するため、基台の材料は熱伝導率が高い材料であることが好ましい。さらに、基台の材料は、光変換部から放射される可視光を反射するものが好ましく、例えば銅の表面に銀メッキを施したもの等を用いることができる。
なお、上記第１から第５の実施形態において、半導体発光素子が半導体レーザである例を用いて説明したが、半導体発光素子がスーパールミネッセントダイオードなどの指向性の高い出射光を放射する半導体発光素子であっても良い。
なお、上記第１から第５の実施形態においては照明装置から放出される光が白色光である例を用いて説明したが、白色光に限らず、色温度が低い光や、色温度の高い光であっても良い。色温度が低い光は、例えば電球色とよばれる燈色に近い色や黄白色などである。色温度の高い光とは、例えば青に近い色である。
本開示の照明装置は、出射光の色温度を容易に変えることが出来るため、特に、投射照明用途の光源、プロジェクターやヘッドランプ（車両前照灯）、医療用光源として有用である。
１，１０１，２０１，３０１，４０１ 照明装置
１０ 発光装置
１１，３１１ 半導体発光素子
１２ａ，３１２ａ 第１の光導波路
１２ｃ，３１２ｂ 第２の光導波路
１３ａ 第１の電極
１３ｃ 第２の電極
１５ａ ポスト
１５ｂ ベース
１６ａ 第１のリードピン
１６ｃ 第２のリードピン
１６ｇ 第３のリードピン
１７ａ 第１の金属細線
１７ｃ 第２の金属細線
１９ パッケージ
２０ コリメートレンズ
４０，２４０ 集光レンズ
５０，１５０，２５０，３５０，４５０ 光変換素子
５１Ｂ，５１Ｙ１，１５１Ｂ，２５１Ａ，３５１Ａ，４５１Ｂ 第１の光変換部
５１Ｙ，５１Ｙ２，１５１Ｙ，２５１Ｃ，３５１Ｂ，４５１Ｙ 第２の光変換部
５２Ｂ，５２Ｙ１，１５２Ｂ，３５２Ａ，４５２Ｂ 第１の貫通孔
５２Ｙ，５２Ｙ２，１５２Ｙ，３５２Ｂ，４５２Ｙ 第２の貫通孔
５３，１５３，２３０，３５３ ダイクロイックミラー
５３ａ，４５３ 透明基板
５３ｂ フィルタ
５４，１５４ 第２の集光レンズ
５５，１５７，２５５，３５５，４５５ 基台
６１ａ，６２ａ，３６１ａ，３６２ａ 第１の出射光
６１ｃ，６２ｃ，３６１ｂ，３６２ｂ 第２の出射光
７０Ｂ，７０Ｙ１，１７０Ｂ，２７０Ａ，３７０Ａ，４７０Ｂ 第１の放射光
７０Ｙ，７０Ｙ２，１７０Ｙ，２７０Ｃ，３７０Ｂ，４７０Ｙ 第２の放射光
７０，１７０，２７０，３７０，４７０ 白色光
１５５ 第３の集光レンズ
１５６ ロッドインテグレータ
３１２ｃ 第３の光導波路
３５１Ｃ 第３の光変換部
３５２Ｃ 第３の貫通孔
３５４ レンズ
３６１ｃ，３６２ｃ 第３の出射光
３７０Ｃ 第３の放射光
４４０Ａ 第１の光ファイバー
４４０Ａａ 第１のコア
４４０Ａｂ 第１のクラッド
４４０Ｃ 第２の光ファイバー
４４０Ｃａ 第２のコア
４４０Ｃｂ 第２のクラッド

Claims (3)

  1. 半導体発光素子と、
    光変換素子と、を備え、
    前記半導体発光素子が第１の光導波路と第２の光導波路とを有し、
    前記光変換素子が第１の蛍光体を含有する第１の光変換部と第２の蛍光体を含有する第２の光変換部とを有し、
    前記第１の光変換部および前記第２の光変換部は互いに異なる厚みであり、
    前記半導体発光素子と前記光変換素子との間には、前記半導体発光素子の出射方向にコリメータレンズと集光レンズとが順に配置され、
    前記第１の光導波路から出射される第１の出射光が、前記コリメータレンズ及び前記集光レンズを通って前記第１の光変換部に入射し、
    前記第１の光変換部は前記第１の蛍光体により波長変換された光を含む第１の放射光を放射し、
    前記第２の光導波路から出射される第２の出射光が、前記コリメータレンズ及び前記集光レンズを通って前記第２の光変換部に入射し、
    前記第２の光変換部は前記第２の蛍光体により波長変換された光を含む第２の放射光を放射し、
    前記第１の光導波路に印加される第１の電力と、前記第２の光導波路に印加される第２の電力とが独立している照明装置。
  2. 前記第１の蛍光体により波長変換された光および前記第２の蛍光体により波長変換された光の波長範囲は、ともに５５０ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第１の光変換部の厚みは、前記第２の光変換部の厚みより小さく、
    前記第１の放射光の色温度は、前記第２の放射光の色温度よりも高いことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150192272A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 John S. Berg System for producing color transformable light
KR101847932B1 (ko) * 2015-04-23 2018-04-11 엘지전자 주식회사 발광모듈
KR102390254B1 (ko) * 2015-06-24 2022-05-06 현대모비스 주식회사 차량용 레이저 헤드램프
JP6549026B2 (ja) * 2015-12-10 2019-07-24 パナソニック株式会社 発光装置および照明装置
DE102016104616B4 (de) * 2016-03-14 2021-09-23 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlichtquelle
JP6737150B2 (ja) * 2016-11-28 2020-08-05 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置及びプロジェクター
JP6766617B2 (ja) * 2016-11-29 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP2018190664A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置
CN111727534A (zh) 2018-02-20 2020-09-29 亮锐控股有限公司 具有受约束的光转换器的光转换设备
US11231569B2 (en) * 2018-06-13 2022-01-25 Panasonic Corporation Light-emitting device and illumination device
JP2020136672A (ja) * 2019-02-21 2020-08-31 シャープ株式会社 発光装置
JP7238506B2 (ja) * 2019-03-18 2023-03-14 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置及びプロジェクター
DE102022108232A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Webasto SE Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101726149B1 (ko) 2006-06-02 2017-04-26 코닌클리케 필립스 엔.브이. 유색 광 및 백색 광을 발생시키는 조명 장치
JP2008147451A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Mitsubishi Electric Corp 照明用光源装置および画像表示装置
JP5019289B2 (ja) 2007-08-10 2012-09-05 オリンパス株式会社 光ファイバ照明装置
JP2010166022A (ja) 2008-09-26 2010-07-29 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置および表示装置
JP2010109331A (ja) * 2008-09-30 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置および表示装置
JP2010166023A (ja) * 2008-09-30 2010-07-29 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ装置および表示装置
JP5327529B2 (ja) * 2009-04-22 2013-10-30 カシオ計算機株式会社 光源装置及びプロジェクタ
JP4991001B2 (ja) 2009-12-28 2012-08-01 シャープ株式会社 照明装置
CN102667317B (zh) * 2010-07-30 2014-11-26 索尼公司 照明单元和显示装置
JP5673247B2 (ja) * 2011-03-15 2015-02-18 セイコーエプソン株式会社 光源装置及びプロジェクター
JP2012204671A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Panasonic Corp 半導体発光素子
JP5750581B2 (ja) * 2011-06-20 2015-07-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光照射装置
JP2013120735A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Sharp Corp 光源装置
JP6532870B2 (ja) * 2013-11-01 2019-06-19 シグニファイ ホールディング ビー ヴィ ベンズイミダゾキサンテノイソキノリノン誘導体をベースとした新しいクラスのｌｅｄ照明用緑色／黄色発光蛍光体

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