JP6549026B2 - Light emitting device and lighting device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子からレーザ光を蛍光体に照射し、蛍光体から蛍光を発生させる発光装置、および発光装置より発生した蛍光を照明光として利用する照明装置に関する。   The present invention relates to a light emitting device that emits laser light from a semiconductor laser element to a phosphor and generates fluorescence from the phosphor, and a lighting device that uses fluorescence generated from the light emitting device as illumination light.

半導体レーザ素子を利用した照明装置には、スポット照明、車両用前照灯、プロジェクター、内視鏡照明などがあるが、いずれもイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)に代表される蛍光体に、波長が400nm近傍、又は450nm近傍のレーザ光を集光照射し、蛍光体が励起されることにより発生する蛍光、又は蛍光と励起光の散乱成分から成る放射光を照明光源として利用している。半導体レーザ素子を使用する照明光源は、発光ダイオード(LED)を利用した照明に比べ、発光点のサイズを小さくできることから、照明装置の輝度が高くなる。この結果、投射光学系により平行度の高い照明光を得ることができる為、ビームをぼかさず遠方を照射することができ、放射光を前方に照射する為の光学系を小型にすることも可能となる。   Lighting devices using semiconductor laser elements include spot lighting, headlights for vehicles, projectors, endoscope lighting, etc., all of which have a wavelength corresponding to the phosphor represented by yttrium aluminum garnet (YAG). The laser light of around 400 nm or around 450 nm is collected and irradiated, and the fluorescence generated by exciting the phosphor or the emitted light composed of the fluorescence and the scattered component of the excitation light is used as the illumination light source. The illumination light source using the semiconductor laser device can reduce the size of the light emitting point as compared to the illumination using a light emitting diode (LED), so the luminance of the illumination device becomes high. As a result, since illumination light with high parallelism can be obtained by the projection optical system, it is possible to irradiate the far side without blurring the beam, and it is possible to miniaturize the optical system for irradiating the radiation forward. It becomes.

従来、この半導体レーザ素子に蛍光体を組み合わせた照明装置の例として、特許文献1では、1枚の集光レンズを用いて、半導体レーザ素子から出射したレーザ光を励起光として蛍光体に照射し、蛍光体より蛍光を発生させ、この蛍光を反射面により前方に照射する照明装置が提案されている。   Conventionally, as an example of a lighting device in which a phosphor is combined with this semiconductor laser element, in Patent Document 1, a phosphor lens is irradiated as excitation light with laser light emitted from the semiconductor laser element using a single condensing lens. There has been proposed an illumination device which generates fluorescence from a phosphor and irradiates the fluorescence forward through a reflection surface.

特開2005−150041号公報JP 2005-150041 A

しかしながら、上記の従来の照明装置では、高輝度且つ高出力の照明光を作り出すことを目的に高出力のレーザ光を蛍光体上に小さく絞ると、光密度が高くなり過ぎ、励起される電子が枯渇するため、蛍光体における変換効率が飽和する、いわゆる輝度飽和が発生する。また、温度の上昇に伴う蛍光体の温度消光が起きる場合もある。更に、蛍光体の耐熱温度を越えて温度が上がり過ぎると蛍光体自体が焼けてしまい劣化してしまう問題がある。   However, in the above-described conventional illumination device, when the high-power laser light is narrowed to a small size on the phosphor for the purpose of creating high-intensity and high-power illumination light, the light density becomes too high and excited electrons are generated. Due to the depletion, so-called luminance saturation occurs, which saturates the conversion efficiency in the phosphor. In addition, temperature quenching of the phosphor may occur as the temperature rises. Furthermore, if the temperature rises above the heat resistant temperature of the phosphor, the phosphor itself is burned and degraded.

本発明は上記の問題を鑑みなされたものであり、蛍光体に照射されるレーザ光の強度が部分的に強くなることを抑え、蛍光体の輝度飽和や温度消光、劣化を防止した発光装置、およびその発光装置より発生した蛍光を照明光として利用する照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a light emitting device in which the intensity of a laser beam irradiated to a phosphor is suppressed from being partially increased, and the luminance saturation, temperature quenching, and deterioration of the phosphor are prevented. It is an object of the present invention to provide a lighting device using fluorescence generated from the light emitting device as lighting light.

本発明の一形態に係る発光装置は、複数のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射された複数のレーザ光が入射され、入射された前記複数のレーザ光を収束光に変換する非球面レンズと、非球面レンズからの収束光が励起光として照射され、蛍光を発生する蛍光体とを備え、複数のレーザ光は、水平方向と垂直方向の拡がり角が異なり、拡がり角が小さい方向に並んだ状態で、非球面レンズに入射し、非球面レンズは、前記拡がり角が大きい方向における光強度を均一にする機能を有することを特徴とする。   A light emitting device according to an aspect of the present invention is configured to receive a plurality of laser light sources emitting a plurality of laser lights and a plurality of laser lights emitted from the laser light sources and convert the plurality of incident laser lights into convergent light An aspheric lens and a fluorescent material that emits fluorescence light by emitting convergent light from the aspheric lens as excitation light, and the plurality of laser beams have different spread angles in the horizontal direction and the vertical direction, and have a small spread angle The light is incident on the aspheric lens in a state of being aligned, and the aspheric lens has a function of making light intensity uniform in the direction in which the spread angle is large.

このような構成の発光装置では、非球面レンズから蛍光体に向かう収束光は、レーザ光の拡がり角が大きい方向の光強度が非球面レンズの働きにより均一化され、レーザ光の拡がり角が小さい方向の光強度が複数のレーザ光の重なり合いにより均一化される。このため、水平方向及び垂直方向の両方向において光強度が均一化された光を、蛍光体に照射することが可能となる。   In the light emitting device having such a configuration, in the convergent light traveling from the aspheric lens to the phosphor, the light intensity in the direction in which the divergence angle of the laser beam is large is made uniform by the function of the aspheric lens, and the divergence angle of the laser beam is small The light intensity in the direction is made uniform by the overlapping of a plurality of laser beams. For this reason, it is possible to irradiate the phosphor with light whose light intensity has been made uniform in both the horizontal direction and the vertical direction.

本発明の一形態に係る発光装置は、蛍光体が非球面レンズを通過する光の近軸光線が像を結ぶ焦点面よりも非球面レンズ側にずれた位置に配置されていることが好ましい。   In the light emitting device according to one aspect of the present invention, it is preferable that the paraxial ray of light passing through the aspheric lens of the phosphor be disposed at a position closer to the aspheric lens side than the focal plane forming the image.

この場合、平方向及び垂直方向の両方向における光強度が最も均一化される位置に、蛍光体を配置することが出来る。   In this case, the phosphor can be disposed at a position where the light intensity in both the flat direction and the vertical direction is most uniformed.

本発明の一形態に係る発光装置は、複数のレーザ光の発光領域が、拡がり角の小さい方向に並んでいることが好ましい。   In the light-emitting device according to one embodiment of the present invention, light-emitting regions of a plurality of laser beams are preferably aligned in the direction in which the spread angle is small.

この場合、レーザ素子の発光領域の位置により、非球面レンズに入射するレーザ光の並ぶ方向と間隔を調整することができる。   In this case, it is possible to adjust the alignment direction and the interval of the laser beams incident on the aspheric lens by the position of the light emitting region of the laser element.

本発明の一形態に係る発光装置は、レーザ光源が1つの素子構造に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子を備えることが好ましい。   In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the laser light source preferably includes a semiconductor laser element having a plurality of light emitting regions in one element structure.

この場合、複数の発光領域を小さな間隔で周期的に配置することができ、発光領域の間隔が最適化された半導体レーザ素子を用いることにより、非球面レンズに入射する複数のレーザ光の重なり具合を最適化することができる。   In this case, by using a semiconductor laser device in which a plurality of light emitting regions can be periodically arranged at small intervals and the distance between the light emitting regions is optimized, the overlapping state of a plurality of laser beams incident on the aspheric lens Can be optimized.

本発明の一形態に係る照明装置は、上記の本発明の発光装置と、発光装置から発生した蛍光を所定方向に放出する光学部材とを備えたことを特徴とする。   A lighting device according to an aspect of the present invention includes the light emitting device of the present invention described above and an optical member that emits fluorescence generated from the light emitting device in a predetermined direction.

このような構成の照明装置では、水平方向及び垂直方向の両方向において強度が均一化された光を照射することにより発生した蛍光を、照明光として外部に放出することが可能となる。   In the illumination device having such a configuration, it is possible to emit the fluorescence generated by irradiating the light whose intensity is uniformed in both the horizontal direction and the vertical direction to the outside as illumination light.

本発明によれば、水平方向及び垂直方向の両方向において光強度が均一化された光が励起光として蛍光体に照射され、蛍光体の輝度飽和や温度消光、劣化を防止した発光装置、およびその発光装置より発生した蛍光を照明光として利用する照明装置を提供することができる。   According to the present invention, light in which light intensity is made uniform in both the horizontal direction and vertical direction is irradiated to the phosphor as excitation light to prevent the luminance saturation, temperature quenching and deterioration of the phosphor, and a light emitting device thereof It is possible to provide a lighting device using fluorescence generated from the light emitting device as lighting light.

本発明の実施形態1に係る発光装置の概略構成を示す垂直断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. 実施形態1に係る発光装置の概略構成を示す水平断面図である。FIG. 1 is a horizontal cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting device according to Embodiment 1. 実施形態1に係る発光装置で用いられる半導体レーザ素子の概略構成と電流経路を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration and a current path of a semiconductor laser device used in the light emitting device according to Embodiment 1. 実施形態1において半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の放射形状を示す図である。FIG. 2 is a view showing a radiation shape of laser light emitted from a semiconductor laser device in Embodiment 1. 実施形態1で用いた非球面レンズに単一のレーザ光を入射させ、非球面レンズからの収束光の強度分布が均一となる面での水平方向、垂直方向での光の強度分布の測定結果を示す図である。Measurement result of intensity distribution of light in horizontal direction and vertical direction on a surface where a single laser beam is made incident to the aspheric lens used in Embodiment 1 and the intensity distribution of convergent light from the aspheric lens becomes uniform FIG. 実施形態1において蛍光体と焦点面との間の任意のA−A位置での強度分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an intensity distribution at an arbitrary A-A position between a phosphor and a focal plane in Embodiment 1. 実施形態1において蛍光体が配置されたB−B位置での強度分布を示す図である。FIG. 6 is a view showing an intensity distribution at a B-B position where a phosphor is disposed in Embodiment 1. 実施形態1において非球面レンズと蛍光体との間のC−C位置での強度分布を示す図である。FIG. 5 is a view showing an intensity distribution at a C-C position between an aspheric lens and a phosphor in Embodiment 1. 実施形態1において蛍光体から外部に放出される光の波長分布を示す図である。FIG. 5 is a view showing a wavelength distribution of light emitted from the phosphor to the outside in Embodiment 1. 本発明の実施形態2に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the illuminating device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The embodiments described below each show one specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the components in the following embodiments, components not described in the independent claim showing the highest concept of the present invention are described as optional components.

(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る発光装置の概略構成を示す垂直断面図、図2は本発明の実施形態1に係る発光装置の概略構成を示す水平断面図である。図1および図2には、x軸、y軸、z軸の三次元直交座標軸を示しており、図1の垂直断面はy−z面の断面であり、図2の水平断面はx−z面の断面である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a horizontal sectional view showing a schematic configuration of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention. 1 and 2 show three-dimensional orthogonal coordinate axes of x-axis, y-axis and z-axis, the vertical cross section of FIG. 1 is a cross section of yz plane, and the horizontal cross section of FIG. 2 is xz It is a cross section of the surface.

実施形態1の発光装置は、図1及び図2に示すように、レーザ光源100と、非球面レンズ120と、蛍光体130とを備える。   The light emitting device of Embodiment 1 includes a laser light source 100, an aspheric lens 120, and a phosphor 130, as shown in FIGS.

レーザ光源100は、複数のレーザ光を出射する光源であり、半導体レーザ素子101と、ステム102と、電極ピン103と、サブマウント104と、保護キャップ105と、窓部106とを備え、ステム102と保護キャップ105と窓部106とにより1つのパッケージを構成している。このパッケージ内には半導体レーザ素子101が収容されており、具体的には、ステム102の内面にサブマウント104が取り付けられており、サブマウント104上に半導体レーザ素子101が固定されている。半導体レーザ素子101は、レーザ光が窓部106からパッケージ外部に出射する向きに配備されている。ステム102からは、半導体レーザ素子101に電力を供給するための電極ピン103が外部に出ている。   The laser light source 100 is a light source for emitting a plurality of laser beams, and includes a semiconductor laser element 101, a stem 102, an electrode pin 103, a submount 104, a protective cap 105, and a window 106. , The protective cap 105, and the window 106 constitute one package. The semiconductor laser device 101 is accommodated in the package. Specifically, the submount 104 is attached to the inner surface of the stem 102, and the semiconductor laser device 101 is fixed on the submount 104. The semiconductor laser device 101 is disposed in a direction in which laser light is emitted from the window portion 106 to the outside of the package. An electrode pin 103 for supplying power to the semiconductor laser element 101 is exposed to the outside from the stem 102.

レーザ光源100は、筒状のハウジング140の一方側の面の穴部に嵌め込み固定されており、電極ピン103がハウジング140の一方側の面から外部に突出している。半導体レーザ素子101からはレーザ光がハウジング140内に向かって出射される。非球面レンズ120は、レンズホルダー121を介してハウジング140の内面に固定されている。非球面レンズ120には、半導体レーザ素子101からのレーザ光が入射する。非球面レンズ120は、レーザ光源100から出射された複数のレーザ光が入射され、入射された複数のレーザ光を収束光に変換する。   The laser light source 100 is fitted in and fixed to a hole of one surface of the cylindrical housing 140, and the electrode pin 103 protrudes from the surface of the housing 140 to the outside. Laser light is emitted from the semiconductor laser element 101 into the housing 140. The aspheric lens 120 is fixed to the inner surface of the housing 140 via the lens holder 121. Laser light from the semiconductor laser element 101 is incident on the aspheric lens 120. The aspheric lens 120 receives a plurality of laser beams emitted from the laser light source 100 and converts the plurality of incident laser beams into convergent light.

蛍光体130は透明基板131の上に積層形成されている。ハウジング140の他方側には、開口部を有する固定部材132が取り付けられている。ハウジング140の他方側は開口しており、その開口に固定部材132の開口部が位置している、透明基板131は固定部材132に開口部を塞ぐように固定されており、その開口部の位置に蛍光体130が存在する。蛍光体130には非球面レンズ120を通過したレーザ光が入射する。蛍光体130は、非球面レンズ120からの収束光が励起光として照射され、蛍光を発生する。透明基板131は、蛍光体130へのレーザ光の照射によって生じる熱を放熱するため、熱伝導率の高い材料からなる固定部材132に直接接触、又は放熱グリースを介して固定されている。   The phosphor 130 is formed on the transparent substrate 131 in a stacked manner. On the other side of the housing 140, a fixing member 132 having an opening is attached. The other side of the housing 140 is open, and the opening of the fixing member 132 is located in the opening. The transparent substrate 131 is fixed to the fixing member 132 so as to close the opening, and the position of the opening And the phosphor 130 is present. The laser beam that has passed through the aspheric lens 120 enters the phosphor 130. The fluorescent material 130 is irradiated with convergent light from the aspheric lens 120 as excitation light to generate fluorescence. The transparent substrate 131 is in direct contact with a fixing member 132 made of a material having high thermal conductivity or fixed via a heat dissipating grease in order to dissipate the heat generated by the irradiation of the laser light to the phosphor 130.

図3は実施形態1の発光装置で用いられる半導体レーザ素子101の概略構成と電流経路を示す斜視図、図4は半導体レーザ素子101から出射されるレーザ光の放射形状を示す図である。なお、図3及び図4にもx軸、y軸、z軸の三次元直交座標軸が示されており、半導体レーザ素子101がレーザ光源100に実装されたときの座標軸であり、図1及び図2に示した三次元直交座標軸と一致している。   FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration and a current path of the semiconductor laser device 101 used in the light emitting device of Embodiment 1, and FIG. 4 is a view showing a radiation shape of laser light emitted from the semiconductor laser device 101. 3 and 4 also show three-dimensional orthogonal coordinate axes of the x-axis, y-axis, and z-axis, which are coordinate axes when the semiconductor laser device 101 is mounted on the laser light source 100. It coincides with the three-dimensional orthogonal coordinate axes shown in 2.

半導体レーザ素子101は、図3に示すように、GaN等の半導体基板163上に、AlGaN等からなるn型クラッド層164、InGaN井戸層とGaN障壁層等からなるMQWの活性層165、AlGaN等からなるp型クラッド層166がエピタキシャル成長によって積層されている。p型クラッド層166には、2つのリッジ部166a、166bが形成されている。p型クラッド層166上には、リッジ部166a、166bが形成されていない平坦面及びリッジ部166a、166bの側面に絶縁層167が形成され、リッジ部166a、166bにp側電極168が形成されている。半導体基板163の下面にはn側電極162が形成されている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor laser device 101 includes an n-type cladding layer 164 made of AlGaN or the like, an active layer 165 of MQW made of an InGaN well layer and a GaN barrier layer, AlGaN, etc. on a semiconductor substrate 163 such as GaN. A p-type cladding layer 166 is laminated by epitaxial growth. In the p-type cladding layer 166, two ridges 166a and 166b are formed. On the p-type cladding layer 166, the insulating layer 167 is formed on the flat surface where the ridges 166a and 166b are not formed and on the side surfaces of the ridges 166a and 166b, and the p-side electrode 168 is formed on the ridges 166a and 166b. ing. An n-side electrode 162 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 163.

n側電極162及びp側電極168は、Auをベースとした合金等の蒸着などによって形成されており、p側電極からn側電極の方向に電流が流れるように電圧を加えることにより、リッジ部166a、166bの下方の活性層の領域で光の誘導放出が発生する。この時、n型クラッド層164とp型クラッド層166の屈折率は、その間に形成された活性層165の屈折率より低いため、光は薄い活性層165の中に閉じ込められる。また、p型クラッド層166の外側に形成されるp側電極168は、ストライプ状に形成されており、また、それ以外の領域に絶縁層167が形成されている為、電流が流れる範囲がp側電極168のストライプ幅の範囲に限定される構造になっている。この結果、発光領域の水平方向の大きさが限定される。これら垂直、水平の両方向に限定された空間で発生する光が、活性層165の前後の壁開端面の間で無数に光の反射を繰り返すことで、光が増幅されレーザ光の外部放出に至る。   The n-side electrode 162 and the p-side electrode 168 are formed by vapor deposition of an alloy or the like based on Au, and a ridge portion is applied by applying a voltage so that a current flows from the p-side electrode to the n-side electrode. Stimulated emission of light occurs in the area of the active layer below 166a, 166b. At this time, the refractive index of the n-type cladding layer 164 and the p-type cladding layer 166 is lower than the refractive index of the active layer 165 formed therebetween, so that light is confined in the thin active layer 165. Further, the p-side electrode 168 formed outside the p-type cladding layer 166 is formed in a stripe shape, and since the insulating layer 167 is formed in the other region, the range of current flow is p The structure is limited to the range of the stripe width of the side electrode 168. As a result, the horizontal size of the light emitting area is limited. The light generated in the space limited to both vertical and horizontal directions is repeatedly reflected innumerably between the front and rear wall open facets of the active layer 165 to amplify the light and lead to the external emission of the laser light. .

実施形態1では、レーザ光源100は、1つの素子構造に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子101を備える。半導体レーザ素子101は、波長450nmの青色のレーザ光を出射する2つの発光領域を有するマルチエミッタ構造であり、具体的には、リッジ部166aの下方の部分が第1レーザ光を出射する第1発光領域101aとなり、リッジ部166bの下方の部分が第2レーザ光を出射する第2発光領域101bとなる。第1発光領域101aと第2発光領域101bは離間しており、第1発光領域101aと第2発光領域101bとの発光中心間の距離は、リッジ部166a、166b間の距離で制御され、数十〜数百μmである。また、第1発光領域101a、第2発光領域101bは、同じ結晶成長プロセスにより形成されるため、第1発光領域101a、第2発光領域101bから出射されるレーザ光はほぼ同じ光学特性を有しており、それら波長や放射光の拡がり角は、ほぼ同一の特性である。なお、半導体レーザ素子101の外形サイズは、水平方向(x軸方向)が発光領域の数とその間隔に応じた長さで数百μm〜数mm、上下方向(y軸方向)方向は百μm前後、前後方向(z軸方向)は、数百μm〜数mmのオーダーである。   In the first embodiment, the laser light source 100 includes the semiconductor laser device 101 having a plurality of light emitting regions in one device structure. The semiconductor laser device 101 is a multi-emitter structure having two light emitting regions for emitting blue laser light having a wavelength of 450 nm. Specifically, a portion under the ridge portion 166a emits a first laser light. The light emitting region 101a is formed, and the lower portion of the ridge portion 166b is the second light emitting region 101b from which the second laser light is emitted. The first light emitting area 101a and the second light emitting area 101b are separated, and the distance between the light emitting centers of the first light emitting area 101a and the second light emitting area 101b is controlled by the distance between the ridges 166a and 166b. Ten to several hundred μm. Further, since the first light emitting region 101a and the second light emitting region 101b are formed by the same crystal growth process, the laser beams emitted from the first light emitting region 101a and the second light emitting region 101b have substantially the same optical characteristics. The wavelengths and the spread angles of the emitted light have almost the same characteristics. The external size of the semiconductor laser device 101 is several hundreds μm to several mm in length in the horizontal direction (x-axis direction) according to the number of light emitting areas and their intervals, and 100 μm in the vertical direction (y-axis direction) The longitudinal and longitudinal directions (z-axis direction) are on the order of several hundred μm to several mm.

半導体レーザ素子101の第1発光領域101a、第2発光領域101bから放出されるレーザ光は、図4に示すように、一定の角度で楕円錐状に拡がる発散光として放射される。各発光領域の大きさは、結晶成長によりnmオーダーで制御が可能である垂直方向が数μm以下、リッジ部の幅で決まる水平方向が数μm〜百μmのオーダーである。この為、レーザ光は、発光領域の幅が狭い垂直(y軸)方向には、回折によって大きく拡がり、発光領域の幅が広い水平(x軸)方向は垂直方向に比べ、概ね1/2〜1/5程度の狭い拡がり角になる。各発光領域の発光中心間の距離は、上記のとおり、数十〜数百μmの間隔しかないため、半導体レーザ素子101の出射側端面から1mm離れるよりも前に、第1発光領域からのレーザ光と第2発光領域からのレーザ光は、水平方向において重なり始める。実施形態1の発光装置では、図3及び図4により説明した半導体レーザ素子101が、x軸、y軸、z軸の向きが図1、図2に一致するように、サブマウント104上に固定されており、第1発光領域からのレーザ光と第2発光領域からのレーザ光は、非球面レンズ120が配置されている位置では、ほぼ全領域が重なり合った状態になっている。   The laser beams emitted from the first light emitting region 101a and the second light emitting region 101b of the semiconductor laser device 101 are emitted as divergent light which spreads in an elliptical cone shape at a certain angle, as shown in FIG. The size of each light emitting region is several μm or less in the vertical direction which can be controlled in the nm order by crystal growth, and in the horizontal direction determined by the width of the ridge is several μm to 100 μm. For this reason, the laser light spreads largely in the vertical (y-axis) direction in which the width of the light emitting region is narrow due to diffraction, and the horizontal (x axis) direction in which the width of the light emitting region is wide is roughly 1⁄2 to It becomes a narrow spread angle of about 1/5. Since the distance between the light emission centers of the respective light emitting regions is only a few tens to several hundreds of micrometers, as described above, the laser from the first light emitting region is 1 mm away from the light emitting side end face of the semiconductor laser device 101 The light and the laser light from the second light emitting area begin to overlap in the horizontal direction. In the light emitting device according to the first embodiment, the semiconductor laser device 101 described with reference to FIGS. 3 and 4 is fixed on the submount 104 such that the directions of the x axis, y axis, and z axis match those in FIGS. The laser light from the first light emission area and the laser light from the second light emission area are almost entirely overlapped at the position where the aspheric lens 120 is disposed.

次に、本発明の非球面レンズ120について説明する。   Next, the aspheric lens 120 of the present invention will be described.

非球面レンズ120は半導体レーザ素子101から発散光として出射するレーザ光を収束光に変換する光学素子である。非球面レンズ120は屈折力に内外周差があり、非球面レンズ120からの収束光は、図1に示すように、非球面レンズ120の近軸光線116が焦点面150に結像し、非球面レンズ120の外周部を通る光線117が焦点面150からずれた位置155に結像する。この非球面レンズ120の内周側と外周側の焦点位置の差を球面収差という。球面収差は、非球面レンズ120の中心部から周辺方向に向かって屈折力が増すことにより発生する。焦点面におけるビームスポットをできるだけ小さく絞るためにはこれを極力排除する必要があることから、一般に市販されている非球面レンズでは、この球面収差が限りなくゼロになるように非球面レンズの非球面形状が設計されている。このことから、逆に非球面形状を調整することで、あえて球面収差の量を増やし、レンズ外周部の焦点位置を焦点面の前後に調整することも可能である。   The aspheric lens 120 is an optical element that converts laser light emitted as divergent light from the semiconductor laser element 101 into convergent light. The aspheric lens 120 has an inner and outer circumferential difference in refractive power, and the convergent light from the aspheric lens 120 is imaged by the paraxial ray 116 of the aspheric lens 120 on the focal plane 150 as shown in FIG. A light ray 117 passing through the outer periphery of the spherical lens 120 is imaged at a position 155 off the focal plane 150. The difference between the focal positions on the inner and outer peripheral sides of the aspheric lens 120 is referred to as spherical aberration. The spherical aberration is generated by the increase of the refractive power from the central part of the aspheric lens 120 toward the peripheral direction. Since it is necessary to eliminate this as much as possible in order to narrow the beam spot in the focal plane as much as possible, in the commercially available aspheric lens, the aspheric surface of the aspheric lens so that this spherical aberration becomes zero as much as possible. The shape is designed. From this, by adjusting the aspheric shape conversely, it is also possible to increase the amount of spherical aberration and adjust the focal position of the lens outer peripheral portion before and after the focal plane.

一方、図1に示すように、球面収差を有する非球面レンズ120、つまり非球面レンズ120の外周方向に向かって屈折力が増すレンズを使い、ガウシアン強度分布のレーザ光を絞ると、強度の弱い外周側の光線117が内側に集まり、近軸光線116と重なる効果により、焦点面より手前側に光の強度分布が均一となる面が存在する。この光の強度分布が均一となる面は、非球面レンズ120の外周部の屈折力を非球面形状の設計によって制御し、球面収差量を変えることにより、焦点面150と非球面レンズ120の間の任意の位置に調整することできる。   On the other hand, as shown in FIG. 1, when the laser beam of Gaussian intensity distribution is narrowed by using an aspheric lens 120 having spherical aberration, that is, a lens whose refractive power increases toward the outer peripheral direction of the aspheric lens 120, the intensity is weak. Due to the effect of the light rays 117 on the outer peripheral side collecting inside and overlapping with the paraxial light rays 116, there is a plane where the light intensity distribution becomes uniform before the focal plane. The surface where the light intensity distribution becomes uniform controls the refractive power of the outer peripheral portion of the aspheric lens 120 by designing the aspheric shape, and changes the amount of spherical aberration to make the distance between the focal plane 150 and the aspheric lens 120 It can be adjusted to any position.

図5は実施形態1で用いた非球面レンズ120に単一のレーザ光を入射させ、非球面レンズ120からの収束光の強度分布が均一となる面での水平(x軸)方向、垂直(y軸)方向での光の強度分布を測定し、その結果を示した図である。図5(a)は、レーザ光の形状とその強度分布を反転グレースケールで示すビームプロファイルの図、図5(b)は水平方向における光の強度(積分値)分布を示す図、図5(c)は垂直方向における光の強度(積分値)分布を示す図である。この測定結果を得るために非球面レンズ120に入射させたレーザ光はx軸方向に小さく、y軸方向に大きい拡がり角を有する放射形状である。   In FIG. 5, a single laser beam is made to enter the aspheric lens 120 used in the first embodiment, and the horizontal (x-axis) direction, vertical (in the plane where the intensity distribution of the convergent light from the aspheric lens 120 becomes uniform) It is the figure which measured the intensity distribution of the light in the y-axis direction, and showed the result. 5 (a) is a beam profile showing the shape of laser light and its intensity distribution in reverse gray scale, FIG. 5 (b) is a diagram showing the intensity (integral value) distribution of light in the horizontal direction, FIG. c) shows the light intensity (integral value) distribution in the vertical direction. In order to obtain this measurement result, the laser light incident on the aspheric lens 120 has a radiation shape which is small in the x-axis direction and has a large spread angle in the y-axis direction.

図5の測定結果により、レーザ光の拡がり角が大きいy軸方向における光の強度分布は、図5(c)に示されるように、非球面レンズの球面収差の作用によってトップハットの形状に均一化されるが、レーザ光の拡がり角が小さいx軸方向における光の強度分布は、図5(b)に示されるように、トップハットの形状にはならず、均一化されないことが判った。これは、レーザ光の拡がり角は小さい場合、レーザ光は非球面レンズの近軸領域のみを通過するために外周通過光の補正効果が得られないためであると考えられる。すなわち、半導体レーザ素子からの非光軸対称なレーザ光を、光軸対称の形状をしている非球面レンズで強度分布の均一化を図っても、水平、垂直どちらか一方向にしか均一化できないという問題がある。   According to the measurement results of FIG. 5, the light intensity distribution in the y-axis direction with a large spread angle of the laser light is uniformed in the shape of the top hat by the action of the spherical aberration of the aspheric lens as shown in FIG. However, it has been found that the light intensity distribution in the x-axis direction with a small spread angle of the laser light does not have the shape of the top hat and is not uniform as shown in FIG. 5B. This is considered to be because, when the spread angle of the laser beam is small, the laser beam passes only the paraxial region of the aspheric lens, so that the correction effect of the peripherally transmitted beam can not be obtained. That is, even if the non-optical axis symmetrical laser light from the semiconductor laser device is made uniform by the aspheric lens having the optical axis symmetrical shape, the uniformity is made only in one of horizontal and vertical directions. There is a problem that it can not do.

実施形態1の発光装置では、半導体レーザ素子101の第1発光領域101aと第2発光領域101bとが、レーザ光の拡がり角が小さい水平(x軸)方向に並ぶように配置されている。つまり、複数のレーザ光は、水平方向と垂直方向の拡がり角が異なり、該拡がり角が小さい方向に並んだ状態で、非球面レンズ120に入射する。半導体レーザ素子101のレーザ光の出射側端面は、非球面レンズ120の主平面と平行であり、第1発光領域101aおよび第2発光領域101bは、非球面レンズ120から等距離にある。   In the light emitting device of the first embodiment, the first light emitting region 101a and the second light emitting region 101b of the semiconductor laser element 101 are arranged in the horizontal (x-axis) direction in which the spread angle of the laser light is small. That is, the plurality of laser beams have different spread angles in the horizontal direction and the vertical direction, and are incident on the aspheric lens 120 in a state in which the spread angles are aligned in the direction in which the spread angles are small. The emission side end face of the laser light of the semiconductor laser element 101 is parallel to the main plane of the aspheric lens 120, and the first light emitting area 101a and the second light emitting area 101b are equidistant from the aspheric lens 120.

実施形態1の発光装置では、図2に示すように、第1発光領域101aからのレーザ光110aと第2発光領域101bからのレーザ光110bとが、ほぼ重なり合った状態で非球面レンズ120に入射する。非球面レンズ120に入射したレーザ光110a、110bは、収束光111a、111bに変換され、重なり合った状態で蛍光体130に照射される。収束光111a、111bは、蛍光体130が無い場合には、その位置を通った後、焦点面150で完全に分離した状態で結像する。   In the light emitting device of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the laser beam 110a from the first light emitting region 101a and the laser beam 110b from the second light emitting region 101b enter the aspheric lens 120 in a substantially overlapped state. Do. The laser beams 110a and 110b incident on the aspheric lens 120 are converted into convergent beams 111a and 111b, and the phosphors 130 are irradiated in an overlapping state. In the absence of the phosphor 130, the convergent lights 111a and 111b form an image in a completely separated state at the focal plane 150 after passing through the position.

次に、実施形態1の発光装置において、非球面レンズ120と焦点面との間での収束光111a、111bの強度分布について説明する。図6は蛍光体130と焦点面150との間の任意のA−A位置(図2参照)での強度分布、図7は蛍光体130が配置されたB−B位置(図1及び図2参照)での強度分布、図8は非球面レンズ120と蛍光体130との間のC−C位置(図2参照)での強度分布を夫々示している。図6、図7、図8において、(a)はレーザ光の形状とその強度分布を反転グレースケールで示すビームプロファイルの図、(b)は水平(x軸)方向における光の強度(積分値)分布を示す図、(c)は垂直(y軸)方向における光の強度(積分値)分布を示す図である。   Next, in the light emitting device of Embodiment 1, the intensity distribution of the convergent lights 111a and 111b between the aspheric lens 120 and the focal plane will be described. 6 shows the intensity distribution at an arbitrary A-A position (see FIG. 2) between the phosphor 130 and the focal plane 150, and FIG. 7 shows the B-B position at which the phosphor 130 is disposed (FIGS. 1 and 2) FIG. 8 shows the intensity distribution at the C-C position (see FIG. 2) between the aspheric lens 120 and the phosphor 130, respectively. 6, 7 and 8, (a) is a beam profile showing the shape of laser light and its intensity distribution in reverse gray scale, (b) is the intensity (integrated value) of light in the horizontal (x-axis) direction FIG. 6C shows the distribution of light intensity (integral value) in the vertical (y-axis) direction.

図6及び図8に示すように、蛍光体130が配置された位置より前後の位置(A−A位置、C−C位置)では、光強度は双峰性または単峰性のピークを有する分布になるが、図7に示すように、蛍光体130が配置されたB−B位置では、水平方向、垂直方向の両方において、トップハットの形状に均一化された光強度分布になっている。これは、垂直方向においては、図5の場合と同様に非球面レンズ120の作用により強度分布が均一化され、水平方向においては、2つの収束光111a、111bの光強度のガウス分布が重なり合い、その和が均一な強度分布になるためである。つまり、非球面レンズ120は、水平方向と垂直方向の拡がり角が大きい方向における光強度を均一にする機能を有する。本実施形態では、このような光の強度分布が得られる位置に蛍光体130が配置されるように調整されている。つまり、蛍光体130は、非球面レンズ120を通過する光の近軸光線が像を結ぶ焦点面よりも非球面レンズ120側にずれた位置に配置されている。   As shown in FIGS. 6 and 8, the light intensity has a bimodal or unimodal peak distribution at positions (A-A position, C-C position) before and after the position where the phosphor 130 is disposed. However, as shown in FIG. 7, at the position B-B where the phosphor 130 is disposed, the light intensity distribution is uniformed in the shape of the top hat in both the horizontal direction and the vertical direction. In the vertical direction, the intensity distribution is made uniform by the action of the aspheric lens 120 as in the case of FIG. 5, and in the horizontal direction, the Gaussian distributions of the light intensities of the two convergent lights 111a and 111b overlap each other. It is because that sum becomes uniform intensity distribution. That is, the aspheric lens 120 has a function of making the light intensity uniform in the direction in which the spread angles in the horizontal and vertical directions are large. In the present embodiment, the phosphor 130 is adjusted to be disposed at a position where such light intensity distribution is obtained. That is, the phosphor 130 is disposed at a position where the paraxial ray of light passing through the aspheric lens 120 is shifted to the aspheric lens 120 side with respect to the focal plane on which the image is formed.

なお、蛍光体130の位置調整以外に、均一な光強度分布を得るための調整方法としては、蛍光体130の位置を固定して半導体レーザ素子101と非球面レンズ120との距離を調整する方法がある。具体的には、半導体レーザ素子101のz軸方向の位置を調整する、又は非球面レンズ120のz軸方向の位置を調整することにより、2つの収束光111a、111bの焦点面150の位置を変化させ、これによりB−B位置での2つの収束光の重なり具合を変化させ、蛍光体130で図7のような均一な光強度分布が得られるように調整すればよい。   As an adjustment method for obtaining a uniform light intensity distribution other than the position adjustment of the phosphor 130, a method of fixing the position of the phosphor 130 and adjusting the distance between the semiconductor laser element 101 and the aspheric lens 120 There is. Specifically, by adjusting the position of the semiconductor laser element 101 in the z-axis direction or adjusting the position of the aspheric lens 120 in the z-axis direction, the positions of the focal planes 150 of the two convergent beams 111a and 111b are obtained. It is sufficient to change the degree of overlap of the two convergent lights at the position B-B, and to adjust the phosphor 130 so as to obtain a uniform light intensity distribution as shown in FIG.

また、本実施形態で使用した非球面レンズ120は、B−B位置で、垂直(y軸)方向の光強度分布が均一化するように、半導体レーザ素子101から出射されるレーザ光の垂直(y軸)方向の拡がり角に合わせ、球面収差が最適化されたレンズである。   The aspheric lens 120 used in the present embodiment is perpendicular to the laser beam emitted from the semiconductor laser device 101 so that the light intensity distribution in the vertical (y-axis) direction becomes uniform at the B-B position. It is a lens whose spherical aberration has been optimized according to the spread angle in the y-axis direction.

蛍光体130は非球面レンズ120からの収束光111a、111bの合成光を励起光として、その一部をより大きな波長の分布をもった蛍光に変換し、外部に放出する。また蛍光に変換されなかった励起光の残り成分も、蛍光体粒子や蛍光体のバインダー、および混入された粒子によって散乱され蛍光体外部に放出される。蛍光も、励起光の散乱光も、蛍光体形成面に対して垂直な2方向にランバーシアン分布で放出される。人の視覚は目に入るそれら放出光の和を、蛍光と散乱光の比率に応じた色として認識するため、その比率を蛍光体の厚さや密度で適切に制御することで、白色、又は任意の色に見える波長分布を形成することができる。   The phosphor 130 converts the combined light of the convergent lights 111a and 111b from the aspheric lens 120 into excitation light, converts part of it into fluorescence having a distribution of a larger wavelength, and emits the fluorescence to the outside. In addition, the remaining component of the excitation light which has not been converted into fluorescence is also scattered by the phosphor particles, the binder of the phosphor, and the mixed particles and emitted to the outside of the phosphor. Both fluorescence and scattered light of excitation light are emitted in a Lambertian distribution in two directions perpendicular to the phosphor formation surface. The human vision recognizes the sum of the emitted light that enters the eye as a color according to the ratio of fluorescence to scattered light, so by appropriately controlling the ratio by the thickness and density of the phosphor, white or any It is possible to form a wavelength distribution that looks like the color of.

図9は、蛍光体130から外部に放出される光の波長分布を示す図である。図9において、波長450nmにおける光強度のピークは蛍光体130で蛍光に変換されずに散乱された励起光によるもので、そのピークよりも大きな波長における光強度は、蛍光体130で蛍光に変換された光成分によるものである。そして、図9に示す波長成分の光が人間には白色に見える。   FIG. 9 is a view showing a wavelength distribution of light emitted from the phosphor 130 to the outside. In FIG. 9, the peak of the light intensity at a wavelength of 450 nm is due to the excitation light scattered without being converted to fluorescence by the phosphor 130, and the light intensity at a wavelength larger than that peak is converted to fluorescence by the phosphor 130 Light component. And the light of the wavelength component shown in FIG. 9 looks white to humans.

以上のように、実施形態1の発光装置では、半導体レーザ素子101から出射された2つのレーザ光110a、110bが1つの非球面レンズに入射して収束光となり、蛍光体130に励起光と照射され、蛍光体130からは蛍光が発生する。このとき、蛍光体130に照射される収束光は、図7に示すように、水平方向及び垂直方向の両方向において、トップハットの形状の均一な強度分布を有するスポット状の光である。このため、蛍光体130に照射される励起光の強度が部分的に強くなることはなく、光密度の増加による輝度飽和、また温度上昇に伴う温度消光や劣化が防止される。   As described above, in the light emitting device according to the first embodiment, the two laser beams 110a and 110b emitted from the semiconductor laser element 101 are incident on one aspheric lens to be convergent light, and the phosphor 130 is irradiated with excitation light and irradiation The phosphor 130 emits fluorescence. At this time, as shown in FIG. 7, the convergent light irradiated to the phosphor 130 is spot-like light having a uniform intensity distribution in the shape of the top hat in both the horizontal direction and the vertical direction. For this reason, the intensity of the excitation light irradiated to the phosphor 130 does not partially become strong, and the luminance saturation due to the increase of the light density and the temperature quenching and the deterioration due to the temperature rise are prevented.

実施形態1では、非球面レンズ120に2つのレーザ光を入射させたが、3つ以上のレーザ光を入射させてもよい。この場合、各レーザ光を出射する半導体レーザ素子の発光領域の間隔を等間隔にすればよく、1つの素子構造で3つ以上の発光領域を有するマルチエミッタ構造の半導体レーザ素子を用いれば容易に実現できる。また、マルチエミッタ構造の半導体レーザ素子を用いずに、1つの素子構造に1つの発光領域を有する半導体レーザ素子を用いて、これらの実施形態と同様に非球面レンズに複数のレーザ光を入射させてもよい。   In the first embodiment, two laser beams are incident on the aspheric lens 120, but three or more laser beams may be incident. In this case, the light emitting regions of the semiconductor laser devices emitting the respective laser beams may be equally spaced, and it is easy to use a semiconductor laser device having a multi-emitter structure having three or more light emitting regions in one device structure. realizable. In addition, a plurality of laser beams are made to be incident on the aspheric lens in the same manner as in these embodiments using a semiconductor laser device having one light emitting region in one device structure without using a semiconductor laser device having a multi-emitter structure. May be

また、本実施形態では、半導体レーザ素子101からのレーザ光の波長を450nmの青色光としたが、蛍光体の励起波長であれば他の波長の可視光、又は紫外光でなくても構わない。但し、紫外光の場合は、発光装置の仕様に応じた可視領域のスペクトルを蛍光のみで生成する必要があり、複数の波長分布が必要となる場合は、蛍光体を混ぜるか積層して使用する。   Further, in the present embodiment, the wavelength of the laser beam from the semiconductor laser element 101 is blue light of 450 nm, but it may not be visible light or ultraviolet light of other wavelengths as long as it is the excitation wavelength of the phosphor. . However, in the case of ultraviolet light, it is necessary to generate a spectrum in the visible region according to the specifications of the light emitting device only by fluorescence, and when multiple wavelength distributions are required, phosphors are mixed or laminated and used. .

また、半導体レーザ素子101の水平横モードはシングルモードでもマルチモードでも良いが、一般的にはマルチモードレーザの方が高出力である為、より高輝度な発光装置を得るためにはマルチモードが望ましい。   The horizontal transverse mode of the semiconductor laser device 101 may be a single mode or a multi mode, but in general, a multi mode laser has higher output power, so in order to obtain a higher luminance light emitting device, the multi mode is desirable.

また、本実施形態では、半導体レーザ素子101の発光領域の間隔を、数十μm〜数百μmとしたが、この間隔は、できるだけ小さい方がレンズに入射するレーザ光の利用効率が上がり、また水平方向の光強度分布が均一になるz方向の位置が焦点面に近づくため、結果的に蛍光体に照射される照射レーザ光のスポットサイズを小さくすることができ、蛍光体からの光の輝度も上がる。このため、半導体レーザ素子の発光領域の間隔は、可能であれば百μm以下にすることが望ましい。   Further, in the present embodiment, the distance between the light emitting regions of the semiconductor laser element 101 is set to several tens μm to several hundreds μm. However, the smaller the possible distance, the higher the utilization efficiency of the laser light incident on the lens. Since the position in the z direction where the light intensity distribution in the horizontal direction becomes uniform approaches the focal plane, the spot size of the irradiation laser light irradiated to the phosphor can be reduced as a result, and the luminance of the light from the phosphor can be reduced. Also go up. For this reason, it is desirable that the distance between the light emitting regions of the semiconductor laser device be 100 μm or less, if possible.

(実施形態2)
実施形態2は本発明の発光装置を用いた反射型の照明装置である。図10は実施形態2の照明装置の概略構成を示す断面図である。
Second Embodiment
Embodiment 2 is a reflective illumination device using the light emitting device of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lighting device of a second embodiment.

実施形態2の照明装置は、図10に示すように、2つのレーザ光を出射するマルチエミッタ構造の半導体レーザ素子200と、半導体レーザ素子200出射されたレーザ光を収束光に変換する非球面レンズ220と、非球面レンズ220からの収束光を励起光として照射される蛍光体230と、蛍光体230から放射された光を反射して外部(所定方向)に放出するリフレクター260(光学部材)とを備える。   As shown in FIG. 10, the illumination apparatus according to the second embodiment includes a semiconductor laser device 200 having a multi-emitter structure that emits two laser beams, and an aspheric lens that converts the laser beams emitted from the semiconductor laser device 200 into convergent light. 220, a phosphor 230 irradiated with the convergent light from the aspheric lens 220 as excitation light, and a reflector 260 (optical member) that reflects the light emitted from the phosphor 230 and emits the light to the outside (predetermined direction) Equipped with

リフレクター260は、非球面レンズ220と蛍光体230の間に配置されており、非球面レンズ220からの収束光が蛍光体230に向けて通過するための貫通穴が設けられている。リフレクター260は、蛍光体230側の面に放物面状の凹部からなる反射面261が形成されている。リフレクター260には、反射面261を構成する凹部を塞ぐように透明基板231が取り付けられており、透明基板231の反射面261側の面の中央部分に蛍光体230が付いている。蛍光体230は、輝度を高めるために数百μm〜数nm幅の正方形、又は長方形、又は円形や楕円形に形状をしている。また、蛍光体230と透明基板231との間には、放射される蛍光と散乱光を励起光の入射面側に反射するため、金やアルミニウム、またはそれらの合金などでできた全反射膜が形成されている。   The reflector 260 is disposed between the aspheric lens 220 and the phosphor 230, and is provided with a through hole through which the convergent light from the aspheric lens 220 passes toward the phosphor 230. The reflector 260 has a reflecting surface 261 formed of a parabolic concave portion on the surface on the phosphor 230 side. The transparent substrate 231 is attached to the reflector 260 so as to close the concave portion constituting the reflective surface 261, and the phosphor 230 is attached to the central portion of the surface of the transparent substrate 231 on the reflective surface 261 side. The phosphor 230 has a shape of a square, a rectangle, a circle, or an ellipse having a width of several hundred μm to several nm in order to enhance the brightness. In addition, between the phosphor 230 and the transparent substrate 231, a total reflection film made of gold, aluminum, or an alloy thereof is used to reflect the emitted fluorescence and the scattered light to the incident surface side of the excitation light. It is formed.

半導体レーザ素子200は、動作時に高温になる為、その放熱対策としてアルミニウムや銅など熱伝導率の高い金属からなる放熱フィン270に、放熱グリースを介して接触している。また、リフレクター260の反射面261とは反対側の面には固定部材280が取り付けられており、固定部材280の中心孔の内部に半導体レーザ素子200と非球面レンズ220が取り付けられている。   Since the semiconductor laser device 200 is heated to a high temperature during operation, it is in contact with a radiation fin 270 made of a metal having a high thermal conductivity such as aluminum or copper via a radiation grease as a heat radiation countermeasure. A fixing member 280 is attached to the surface of the reflector 260 opposite to the reflecting surface 261, and the semiconductor laser device 200 and the aspheric lens 220 are attached to the inside of the central hole of the fixing member 280.

実施形態2の照明装置では、実施形態1の発光装置と同様に、半導体レーザ素子200から出射された2つのレーザ光は、1つの非球面レンズ220に入射して収束光となり、蛍光体230に励起光として照射され、蛍光体230からは蛍光が発生する。蛍光体230に照射される収束光は、図7に示すように、水平方向及び垂直方向の両方向において、トップハットの形状の均一な強度分布を有するスポット状の光である。このため、蛍光体230に照射される励起光の強度が部分的に強くなることはなく、光密度の増加による輝度飽和、また温度上昇に伴う温度消光や劣化が防止される。   In the illumination device of the second embodiment, as in the light emitting device of the first embodiment, the two laser beams emitted from the semiconductor laser element 200 are incident on one aspheric lens 220 and become convergent light, and The light is emitted as excitation light, and the phosphor 230 generates fluorescence. The convergent light irradiated to the phosphor 230 is spot-like light having a uniform intensity distribution in the shape of a top hat in both the horizontal direction and the vertical direction as shown in FIG. For this reason, the intensity of the excitation light irradiated to the phosphor 230 does not become partially strong, and the luminance saturation due to the increase of the light density and the temperature quenching and the deterioration due to the temperature rise are prevented.

蛍光体230から発生した蛍光は、リフレクター260に向かい反射面261で反射される。反射面261で反射された光は、透明基板231を透過して外部に照明光290として放出される。   The fluorescence generated from the phosphor 230 is reflected by the reflective surface 261 toward the reflector 260. The light reflected by the reflective surface 261 is transmitted through the transparent substrate 231 and emitted as illumination light 290 to the outside.

本実施形態の照明装置は、スポット照明や、車両用前照灯など、遠方にある狭い領域を照らすことを目的としている。このため、リフレクター260の反射面261は放物面をしており、蛍光体230をその放物面の焦点位置に配置することで、平行光を外部に照射する構成となっている。尚、照明光を発散光として前方に投射する目的で、反射面を回転楕円面にしても構わない。   The illumination device according to the present embodiment is intended to illuminate a narrow area located far away, such as spot lighting and a vehicle headlamp. For this reason, the reflecting surface 261 of the reflector 260 has a parabolic surface, and by arranging the phosphor 230 at the focal position of the parabolic surface, parallel light is irradiated to the outside. The reflecting surface may be an ellipsoid of revolution for the purpose of projecting the illumination light forward as diverging light.

なお、本実施形態では、蛍光体230が形成された位置以外の面から、リフレクター260からの反射光が外部に放出される構成になっているため、透明基板231の表裏全面にARコーティングが施されている。また、励起光の照射により蛍光体230が発する熱は、透明基板231から放熱される。従って、透明基板231の材質は、透明ガラス、又は放熱の効果を重視するならば、より熱伝導率が高いサファイアガラスが適している。   In the present embodiment, since the reflected light from the reflector 260 is emitted to the outside from the surface other than the position where the phosphor 230 is formed, the AR coating is applied to the entire front and back of the transparent substrate 231. It is done. Further, the heat generated by the phosphor 230 by the irradiation of the excitation light is dissipated from the transparent substrate 231. Therefore, as the material of the transparent substrate 231, transparent glass or sapphire glass having a higher thermal conductivity is suitable if importance is given to the effect of heat dissipation.

また、実施形態2の照明装置では、蛍光体230からの蛍光をリフレクター260の反射面261で反射させ所定方向に放出する構成としたが、例えば、図1及び図2の実施形態1の発光装置において、蛍光体130と焦点面150の間に遠方照射用の投写レンズ(光学部材)を配置して照明装置を構成してもよい。この場合、蛍光体130からランバーシアン分布で発生した蛍光、及び励起光の散乱成分を、略平行光として所定方向の遠方に放出することが可能となる。   In the lighting device of the second embodiment, the fluorescence from the phosphor 230 is reflected by the reflection surface 261 of the reflector 260 and emitted in a predetermined direction. For example, the light emitting device of the first embodiment shown in FIGS. In this case, a projection lens (optical member) for far-field irradiation may be disposed between the phosphor 130 and the focal plane 150 to constitute an illumination device. In this case, it is possible to emit the fluorescence generated from the phosphor 130 in the Lambertian distribution and the scattered component of the excitation light to a distant in a predetermined direction as substantially parallel light.

以上、本発明の発光装置及び照明装置について、実施形態1及び2に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態1又は2に施したものや、実施形態1及び2における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As mentioned above, although the light-emitting device and illuminating device of this invention were demonstrated based on Embodiment 1 and 2, this invention is not limited to these embodiment. As long as the gist of the present invention does not deviate from the gist of the present invention, various modifications conceived by a person skilled in the art are applied to the first embodiment or the second embodiment, and another embodiment constructed by combining some components in the first and second embodiments is also Included within the scope of the present invention.

本発明は、蛍光体に照射されるレーザ光の強度が部分的に強くなることを抑え、蛍光体の輝度飽和や温度消光、劣化を防止した発光装置、及び、発光装置より発生した蛍光を照明光として利用する照明装置として、例えば、内視鏡などの医療用の照明装置、プロジェクターなどのカラー映像を表示するRGB光を得るための照明装置、植物育成に適した波長分布で発光する照明装置など、蛍光体に励起光を照射して任意の色の照明光を得る方式の全ての照明装置に対して適用することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress that the intensity of the laser beam irradiated to the phosphor is partially intensified, and to illuminate the fluorescence generated from the light emitting device and the light emitting device in which the luminance saturation, temperature quenching and deterioration of the phosphor are prevented. Examples of lighting devices used as light include medical lighting devices such as endoscopes, lighting devices for obtaining RGB light for displaying color images such as projectors, and lighting devices that emit light with a wavelength distribution suitable for plant cultivation For example, the present invention can be applied to all lighting devices of a system in which fluorescent light is irradiated with excitation light to obtain illumination light of an arbitrary color.

100 レーザ光源
101 半導体レーザ素子
101a 第1発光領域
101b 第2発光領域
102 ステム
103 電極ピン
104 サブマウント
105 保護キャップ
106 窓部
110a、110b レーザ光
111a、111b 収束光
116 近軸光線
117 光線
120 非球面レンズ
121 レンズホルダー
130 蛍光体
131 透明基板
132 固定部材
140 ハウジング
150 焦点面
155 位置
162 n側電極
163 半導体基板
164 n型クラッド層
165 活性層
166 p型クラッド層
166a、166b リッジ部
167 絶縁層
168 p側電極
200 半導体レーザ素子
220 非球面レンズ
230 蛍光体
231 透明基板
260 リフレクター
261 反射面
270 放熱フィン
280 固定部材
290 照明光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 laser light source 101 semiconductor laser element 101a 1st light emission area 101b 2nd light emission area 102 stem 103 electrode pin 104 submount 105 protective cap 106 window part 110a, 110b laser beam 111a, 111b convergent light 116 paraxial light 117 light 120 aspheric Lens 121 lens holder 130 phosphor 131 transparent substrate 132 fixing member 140 housing 150 focal plane 155 position 162 n side electrode 163 semiconductor substrate 164 n type cladding layer 165 active layer 166 p type cladding layer 166a, 166b ridge portion 167 insulating layer 168p Side electrode 200 Semiconductor laser element 220 Aspheric lens 230 Phosphor 231 Transparent substrate 260 Reflector 261 Reflective surface 270 Heat radiation fin 280 Fixing member 290 Illumination light

Claims (5)

複数のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された複数のレーザ光が入射され、入射された前記複数のレーザ光を収束光に変換する非球面レンズと、
前記非球面レンズからの収束光が励起光として照射され、蛍光を発生する蛍光体と
を備え、
前記複数のレーザ光は、水平方向と垂直方向の拡がり角が異なり、該拡がり角が小さい方向に並んだ状態で、前記非球面レンズに入射し、
前記非球面レンズは、前記拡がり角が大きい方向における光強度を均一にする機能を有する発光装置。
A laser light source for emitting a plurality of laser beams;
An aspheric lens that receives a plurality of laser beams emitted from the laser light source and converts the plurality of incident laser beams into convergent light;
And a fluorescent material that emits fluorescence light, which is emitted as excitation light from the convergent light from the aspheric lens.
The plurality of laser beams are incident on the aspheric lens in a state in which the spread angles in the horizontal direction and the vertical direction are different and are aligned in the direction in which the spread angle is small,
The light emitting device having the function of making the light intensity uniform in the direction in which the spread angle is large.
前記蛍光体は、前記非球面レンズを通過する光の近軸光線が像を結ぶ焦点面よりも前記非球面レンズ側にずれた位置に配置されている請求項1記載の発光装置。   2. The light emitting device according to claim 1, wherein the phosphor is disposed at a position where a paraxial ray of light passing through the aspheric lens is shifted to the aspheric lens side with respect to a focal plane on which an image is formed. 前記レーザ光源は、前記複数のレーザ光の発光領域が、拡がり角の小さい方向に並んでいる請求項1又は2記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein in the laser light source, light emitting areas of the plurality of laser beams are arranged in the direction in which the spread angle is small. 前記レーザ光源は、1つの素子構造に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子を備える請求項3記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 3, wherein the laser light source comprises a semiconductor laser device having a plurality of light emitting regions in one device structure. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置と、
前記発光装置から発生した蛍光を所定方向に放出する光学部材と
を備えた照明装置。
The light emitting device according to any one of claims 1 to 4.
And an optical member for emitting fluorescence generated from the light emitting device in a predetermined direction.
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