JP6593189B2 - 光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光源装置に関する。
特許文献１には、図１２に示すように、車両用のヘッドランプ９０として、半導体レーザ９１と、光ファイバー９２と、蛍光体を含む発光部９３と、を有する構造が記載されている。半導体レーザ９１の光は光ファイバー９２を通って発光部９３に照射される。光ファイバー９２は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った二層構造である。コアは、石英ガラスを主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。
特開２０１１−２３３５１１号公報
半導体レーザも蛍光体も共に、駆動時に発熱し、温度上昇に伴って特性が劣化する。したがって、両者が近接して配置される場合は、半導体レーザ及び蛍光体のうち一方の発熱が他方の特性に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、光ファイバーを用いて半導体レーザと蛍光体の距離を離すことにより、半導体レーザ及び蛍光体のうち一方の発熱が他方に与える悪影響を抑制することができる。また、光ファイバーを任意の屈曲形状とすることで、半導体レーザを任意の場所に設置できるという利点もある。近年、車両用前照灯には、ロービーム用光源、ハイビーム用光源、昼間点灯ランプ（daytime running lamps：ＤＲＬ）用光源といった複数の光源が組み込まれる傾向にある。この場合、光ファイバーを用いることで複数の光源の配置の自由度を向上させることができる。
しかしながら、光ファイバーは細い線状の部材である。そのため、ガラス製のコアを用いた光ファイバーは曲げに弱く折れやすい。一方、プラスチック製の光ファイバーであれば、ガラス製の光ファイバーよりも曲げ耐性は強いが、レーザ光に対する耐性が弱い。ヘッドランプに用いられるレーザ光は例えば１Ｗ以上の高出力であるため、プラスチック製の光ファイバーでは劣化の懸念がある。これらの懸念を解消することができれば車両用部品としてより望ましい光源装置となると考えられる。
本願は、以下の発明を含む。
レーザ光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子を気密封止するキャップと、を有する光源ユニットと、
前記レーザ光によって励起可能な蛍光体を含む蛍光体含有部材を有する波長変換ユニットと、
第１端部と第２端部を有する中空の光導波路を有するパイプ状の遮光部材であって、前記レーザ光が前記光導波路を通って前記蛍光体含有部材に到達するように、前記第１端部の側の開口が前記光源ユニットにより塞がれ、前記第２端部の側に前記波長変換ユニットが配置される、遮光部材と、
前記レーザ光を平行状態にして前記光導波路に通す光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置。
このような光源装置によれば、光ファイバーを用いていないにも関わらず、光源ユニット及び波長変換ユニットのうち一方の発熱が他方の特性に悪影響を及ぼしにくくすることができるとともに、光源ユニットの配置の自由度を向上させることができる。
実施形態に係る光源装置の模式的な断面図である。 図１の光源装置における光の進み方を模式的に示す図である。 光源ユニットの一例を示す模式的な斜視図である。 波長変換ユニットの変形例１を示す模式的な断面図である。 波長変換ユニットの変形例２を示す模式的な断面図である。 遮光部材の変形例１を示す模式的な側面図である。 遮光部材の変形例２を示す模式的な断面図である。 図７の光源装置における光の進み方を模式的に示す図である。 遮光部材の変形例３を示す模式的な側面図である。 光学部材を光源ユニットに組み込む例を示す模式的な断面図である。 第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクを設ける例を示す模式的な側面図である。 従来技術に係るヘッドランプの模式的な断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を特定するものではない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
図１は、本実施形態に係る光源装置１００の模式的な断面図である。図２は、光源装置１００における光の進み方を模式的に示す図である。図１および図２に示すように、光源装置１００は、光源ユニット１と、波長変換ユニット２と、パイプ状の遮光部材３と、光学部材４と、を備える。光源ユニット１は、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ素子１１と、レーザ素子１１を気密封止するキャップ１２と、を有する。波長変換ユニット２は、レーザ光Ｌ１によって励起可能な蛍光体を含む蛍光体含有部材２１を有する。遮光部材３は、第１端部３１ａと第２端部３１ｂを有する中空の光導波路３１を有する。さらに、レーザ光Ｌ１が光導波路３１を通って蛍光体含有部材２１に到達するように、第１端部３１ａの側の開口が光源ユニット１により塞がれており、第２端部３１ｂの側に波長変換ユニット２が配置されている。光学部材４は、レーザ光Ｌ１を平行状態にして光導波路３１に通す部材である。なお、図２等では、平行状態でないレーザ光と区別するために平行状態のレーザ光を平行光Ｌ１ａとしている。
このような光源装置１００において、光源ユニット１から波長変換ユニット２に至るレーザ光Ｌ１は平行状態にされて（すなわち平行光Ｌ１ａとなって）中空の光導波路３１を通るため、遮光部材３にはレーザ光Ｌ１が実質的に照射されない。中実構造の光ファイバーであれば、レーザ光が通るコアの材料は、コアの周囲を被覆するクラッドとの屈折率差やレーザ光に対する耐久性の高さを考慮して選択する必要がある。しかし、本実施形態の光源装置１００であれば、レーザ光Ｌ１は中空の光導波路３１を通るため、遮光部材３の材料選択に際して屈折率や耐久性を考慮しなくてよい。このため、例えば金属パイプ等の頑丈なものを遮光部材３として用いることが可能となる。なお、透明な部材ではなく遮光部材３でレーザ光Ｌ１の光路の周囲を覆う理由は、何かしらの理由によりレーザ光Ｌ１が直接外部に漏れることを抑制するためである。
光ファイバーを用いることの利点としては、上述のとおり、レーザ素子及び蛍光体のうち一方の熱が他方の特性に悪影響を及ぼしにくくすることが可能であることや、レーザ素子を任意の位置に設置可能であることが挙げられる。本実施形態の光源装置１００であれば、これらの利点も得ることができる。すなわち、パイプ状の遮光部材３によって光源ユニット１と波長変換ユニット２が離間されているため、光源ユニット１の熱と波長変換ユニット２の熱とをそれぞれ別経路で排熱することができるので、レーザ素子及び蛍光体のうち一方の熱が他方の特性に悪影響を及ぼしにくくすることが可能である。また、パイプ状の遮光部材３を任意の形状及び長さとすることで、光源ユニット１を任意の位置に設置することができる。このように、光源装置１００は、光ファイバーを必要とせずに、光ファイバーを用いる場合と同様の利点を得ることが可能である。
なお、中空の光導波路３１を用いる場合に懸念されるのは集塵であるが、本実施形態の光源装置１００では、光源ユニット１の構成および配置によって集塵の抑制を図っている。すなわち、光源装置１００では、レーザ素子１１を気密封止し、且つ、光導波路３１のレーザ素子１１に近い側の開口を光源ユニット１により塞いでいる。集塵は、光密度が高いほど促進されやすい。レーザ素子１１及びその近傍は、光源装置１００の中でもレーザ光Ｌ１のビーム径が比較的小さい箇所、すなわち光密度が比較的高い箇所である。したがって、まず、レーザ素子１１を気密封止することにより、レーザ素子１１及びその近傍における集塵を抑制することができる。加えて、光導波路３１の第１端部３１ａの開口を光源ユニット１により塞いでいる。これは、光源ユニット１のレーザ光Ｌ１の出射部がレーザ素子１１及びその近傍に次ぐ高光密度となりやすいことから、ここにおける集塵も抑制するためである。すなわち、光源ユニット１に近い側の開口を塞ぐことにより、外部の空気が光導波路３１内に位置する光源ユニット１の付近に流れ込みにくいようにすることができる。また、仮に光導波路３１の２つの開口の両方が開いていれば光導波路３１が空気の通り道となるが、光導波路３１の少なくとも一方の開口を塞げば光導波路３１は空気の通り道ではなくなるため、外部の空気が光導波路３１内に流れ込みにくいようにすることができる。このように光源ユニット１のレーザ光Ｌ１出射部およびその付近に外部の空気が流入しにくい構造とすれば、外部の塵も侵入しにくい。したがって、光源ユニット１のレーザ光Ｌ１の出射部およびその付近における集塵を抑制することができると考えられる。
以下、各部材について詳述する。
（光源ユニット１）
光源ユニット１は、レーザ光Ｌ１を出射する部材である。図３に、光源ユニット１の一例を示す。図３に示す光源ユニット１は、キャップ１２がベース１３に溶接等により接合されており、これによってレーザ素子１１を気密封止する封止空間が形成されている。レーザ素子１１を気密封止することにより、実用可能な程度の集塵抑制効果が得られると考えられる。したがって、光源ユニット１と遮光部材３との接合は、キャップ１２とベース１３との接合ほど高気密でなくてよい。好ましくは、光源ユニット１は遮光部材３に対して着脱可能に取り付ける。これにより、レーザ素子１１が不点灯になった場合に光源ユニット１を交換することが可能となる。着脱可能な固定方法としては、例えばネジ止めが挙げられる。ネジ止めであれば、着脱可能でありながら、位置ずれが実質的に生じないように強固に固定することができると考えられる。なお、光源ユニット１と遮光部材３とは直接接していなくてもよく、接合層等を介していてもよい。
キャップ１２は、レーザ素子１１のレーザ光Ｌ１を取り出す透光性の窓部１２ａを有する。光源ユニット１は、窓部１２ａを通過したレーザ光Ｌ１が光導波路３１に導入される向きで配置される。なお、レーザ素子１１から蛍光体含有部材２１までの光の経路には蛍光体が配置されていないことが好ましいため、窓部１２ａは蛍光体を含まないことが好ましい。レーザ光Ｌ１であれば高い指向性を有するから、中空の光導波路３１を実質的に内壁３２に当らないように通過させることができるが、蛍光体を経て指向性が弱まった光ではそれが困難となるからである。同様の理由から、窓部１２ａは散乱剤も実質的に含まないことが好ましい。キャップ１２の幅を第１端部３１ａの側の開口よりも小さくし、ベース１３の幅を当該開口よりも大きくしてもよい。これにより、キャップ１２を光導波路３１に挿入し、ベース１３によって第１端部３１ａの側の開口に蓋をすることができる。この場合、ベース１３が遮光部材３に固定される。典型的には、レーザ素子１１が光導波路３１内に位置するように光源ユニット１を配置する。
図３に示す光源ユニット１は、ＣＡＮパッケージの例である。ＣＡＮパッケージの場合、例えば、レーザ素子１１は、ベース１３のキャップ１２との接合面から突出した凸部１３ａの側面にサブマウント１６等を介して設けられる。２つのリード端子１４はベース１３を貫通して設けられており、一方がアノードで他方がカソードである。リード端子１４とレーザ素子１１とは、導電性のワイヤ１５を介して電気的に接続されている。
（レーザ素子１１）
レーザ素子１１としては、窒化物半導体レーザ素子のような半導体レーザ素子を用いることができる。窒化物半導体レーザ素子は、例えば、ＧａＮ等の基板の上にＩｎＧａＮ等の活性層を含む複数の層が設けられた構造を有する。レーザ素子１１は、例えば、青色のレーザ光Ｌ１を出射する。具体的には、レーザ光Ｌ１として、４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有するレーザ光が挙げられる。このような波長帯のレーザ光Ｌ１は、ＹＡＧ系蛍光体の励起に適している。また、レーザ光Ｌ１と蛍光体の組み合わせは、紫外または紫色（例えばピーク波長４１５ｎｍ以下）のレーザ光と可視光線域の蛍光体（例えば赤色、青色、緑色の３種の蛍光体）でもよい。
光源ユニット１は、複数のレーザ素子１１を有してもよい。これにより、レーザ素子１１が単数である場合よりも高出力化することができる。例えば、１つのキャップ１２と１つのベース１３によって形成された１つの封止空間の中に複数のレーザ素子１１を配置する。もしくは、１つの封止空間に１以上のレーザ素子１１を配置したレーザパッケージを複数配置してもよい。この場合、例えば、光導波路３１の第１端部３１ａ側をレーザパッケージと同じ数だけ枝分かれさせ、各枝分かれ端部に１つずつレーザパッケージを配置する。
（波長変換ユニット２）
波長変換ユニット２は、レーザ光Ｌ１を異なる波長の光に変換する蛍光体含有部材２１を有する。蛍光体含有部材２１は、図１および図２に示すように、レーザ光Ｌ１の光路を実質的に完全に塞ぐように設けることが好ましい。散乱により蛍光体含有部材２１に照射されたレーザ光Ｌ１のコヒーレンスを乱すことで、レーザ光Ｌ１と同じ波長の非レーザ光とするためである。つまり、レーザ光Ｌ１の光路を蛍光体含有部材２１によって実質的に完全に塞ぐことにより、レーザ光Ｌ１が光源装置１００から外部に取り出される可能性を低減することができる。
光源装置１００は、蛍光体含有部材２１によって波長変換された波長変換光と、レーザ光Ｌ１と同じ波長の光と、の混合光を外部に出力することができる。光源装置１００が出力する光は実質的に波長変換光のみであってもよいが、効率の点では混合光を出力する方が有利である。例えば、青色のレーザ光Ｌ１を、黄色に発光する蛍光体および／または橙色に発光する蛍光体を含有する蛍光体含有部材２１に照射し、その混合光である白色光を光源装置１００から取り出す。
図１に示すように、波長変換ユニット２は、光反射部材２２をさらに有してよい。光反射部材２２は、レーザ光Ｌ１と蛍光体による波長変換光とを反射可能な部材であり、蛍光体含有部材２１のレーザ光Ｌ１が照射される側とは反対の側に設けられる。このような構成であれば、レーザ光Ｌ１のうち蛍光体含有部材２１を通過する光は、光反射部材２２で反射されてから外部に取り出される。この場合、レーザ光Ｌ１のコヒーレンスを乱す機会が複数ある。すなわち、蛍光体含有部材２１に入射して光反射部材２２に到達するまでに蛍光体に当たる時、光反射部材２２で反射されてから蛍光体含有部材２１を出るまでに蛍光体に当たる時、である。このため、蛍光体含有部材２１に入射してから出るまでにレーザ光Ｌ１が非レーザ光になりやすく、レーザ光Ｌ１が直接外部に取り出されにくい。また、蛍光体含有部材２１のレーザ光Ｌ１が照射される面が、光が取り出される面でもあるため、後述する図５のような構造よりも高輝度の光を得ることができる。光反射部材２２は、蛍光体含有部材２１の１つの主面のほぼ全てに設けることが好ましい。また、光反射部材２２は、レーザ光Ｌ１に対する反射率が６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。光反射部材は、Ａｇ層やＡｌ層等の金属層を有してよく、誘電体多層膜を有してもよい。
波長変換ユニット２は、土台２３とケース２４とを有してよい。例えば、ケース２４に土台２３が固定され、土台２３に光反射部材２２が固定され、光反射部材２２に蛍光体含有部材２１が固定される。各部材は直接接していなくてもよく、各部材の間に接合層等を設けてもよい。土台２３およびケース２４は、蛍光体含有部材２１の熱を排熱する経路であるため、蛍光体含有部材２１よりも熱伝導率の大きな材料により形成されていることが好ましい。これにより、蛍光体含有部材２１の熱を効率的に放熱することができる。そのような材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。なお、土台２３はケース２４と一体化されていてもよい。
波長変換ユニット２は、位置ずれが実質的に生じないよう、遮光部材３に対して強固に固定することが好ましい。波長変換ユニット２は遮光部材に対して着脱可能に取り付けられていてもよいが、波長変換ユニット２は光源ユニット１と比較すると交換が必要になる可能性は低いと考えられる。しがたって、波長変換ユニット２は遮光部材３に対して着脱可能でなくてもよい。例えば、波長変換ユニット２は溶接によって遮光部材３に固定することができる。なお、波長変換ユニット２と遮光部材３とは直接接していなくてもよく、接合層等を介していてもよい。
（波長変換ユニット２の変形例１）
波長変換ユニット２の変形例１を図４に示す。図４に示すように、波長変換ユニット２は、蛍光体含有部材２１をより確実に固定するホルダー２５を有してもよい。ホルダー２５は、一方の端が土台２３に固定され、他方の端が蛍光体含有部材２１の表面にまで伸びている。これにより、蛍光体含有部材２１が光反射部材２２から剥離したとしても、ホルダー２５によって蛍光体含有部材２１を保持することができる。ホルダー２５は、蛍光体含有部材２１のレーザ光Ｌ１が照射される面以外の部分を保持する。また、波長変換ユニット２は、遮蔽部２４ａを設けてもよい。遮蔽部２４ａは、図４に示すように、レーザ光Ｌ１が光反射部材２２で反射される場合の光路を想定し、その想定光路を遮る位置に設ければよい。このような構造であれば、蛍光体含有部材２１を経た光にレーザ光が含まれていたとしても、レーザ光が外部に直接取り出されにくい。なお、図４では遮蔽部２４ａをケース２４の一部として示すが、別の部材で構成してもよい。また、波長変換ユニット２は、蛍光体含有部材２１を含む空間を密閉する蓋２６を有してもよい。これにより、波長変換ユニット２における集塵を抑制することができる。なお、蓋２６は、少なくとも外部に光を取り出す部分は透光性の部材で構成する。
（波長変換ユニット２の変形例２）
波長変換ユニット２の変形例１を図５に示す。図５は、光反射部材２２を設けない構造の例である。図５に示す波長変換ユニット２は、貫通孔が設けられた保持部材２７と、貫通孔内に配置された蛍光体含有部材２１と、を有する。レーザ光Ｌ１の光路を実質的に完全に塞ぐように蛍光体含有部材２１が配置されており、レーザ光Ｌ１が照射される面と反対側の面から光が取り出される。
（蛍光体含有部材２１）
蛍光体含有部材２１は、レーザ光Ｌ１を波長変換可能な蛍光体を含む。蛍光体含有部材２１によって、レーザ光Ｌ１の少なくとも一部が波長変換される。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体が挙げられる。２種以上の蛍光体を１つの蛍光体含有部材２１内に含めることもできる。ＹＡＧ系蛍光体は、他の蛍光体よりもレーザ光に対する耐久性が高いため、特に高出力のレーザ光Ｌ１（例えば１Ｗ以上）を用いる場合に適している。
蛍光体含有部材２１は、蛍光体のみによって形成されていてもよいが、蛍光体と、蛍光体を保持するための保持体とにより形成することができる。保持体は無機材料であることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌ１に起因する保持体の劣化、変色等を抑制することができる。無機材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３等が挙げられる。
（遮光部材３）
遮光部材３は、パイプ状の部材であり、その中空の光導波路３１をレーザ光Ｌ１が通る。上述のとおり、遮光部材３を用いることによって、光ファイバーを必要とせずに、光ファイバーを用いる場合のような利点を得ることが可能であると考えられる。したがって、光源装置１００は、レーザ光Ｌ１の経路として光ファイバーを用いなくてよい。具体的には、レーザ素子１１から蛍光体含有部材２１に至るまでのレーザ光Ｌ１の光路に光ファイバーが無い。これにより、上述した光ファイバーを用いる場合の懸念点を解消することができる。なお、ここでいう光ファイバーとは、中実構造の光ファイバー、すなわちコアがガラス等の何らかの部材からなる光ファイバーを指す。
光導波路３１を規定する遮光部材３の内壁３２には、平行光Ｌ１ａを含むレーザ光Ｌ１が実質的に照射されないことが好ましい。したがって、そのような位置関係となるように、遮光部材３と光源ユニット１と光学部材４とを配置することが好ましい。これにより、遮光部材３がレーザ光Ｌ１により劣化する可能性を低減することができる。
レーザ光Ｌ１が遮光部材３の内壁３２に当らないようにするためには、レーザ光Ｌ１の進行方向が光導波路３１の延伸方向からずれるほど、光導波路３１の幅Ｗ２を増大させる必要がある。つまり、レーザ光Ｌ１の進行方向のズレを低減すれば、光導波路３１の幅Ｗ２の増大を抑制することができ、これによって遮光部材３の幅Ｗ１の増大を抑制することができる。したがって、レーザ光Ｌ１の進行方向が光導波路３１の延伸方向と略一致するように各部材を配置することが好ましい。細い遮光部材３であれば、車両用ヘッドランプのように複数の光源が配置される場所であっても比較的自由度をもって設置しやすい。具体的な遮光部材３の幅Ｗ１としては、２０ｍｍ以下が挙げられる。なお、幅とは、光導波路３１の延伸方向に対して実質的に垂直な方向における最大長さを指す。例えば遮光部材３が円柱状であれば、当該円柱の直径が幅Ｗ１に相当する。幅Ｗ１の下限は、内壁３２がレーザ光Ｌ１を遮らない程度であればよい。例えば５ｍｍ以上である。十分な壁の厚みＴを確保する場合は、幅Ｗ１は例えば１２ｍｍ以上とする。
遮光部材３が変形すると、内壁３２が突出してレーザ光Ｌ１の光路を塞ぐ虞がある。これを抑制するため、遮光部材３は、光導波路３１の形状が実質的に変化しない程度に硬いことが好ましい。すなわち、光源装置１００を使用する状態における遮光部材３の変形の度合いが、レーザ光Ｌ１の光路が内壁３２で塞がれない程度であることが好ましい。例えば、遮光部材３は主に金属からなる。遮光部材３は、例えば、金属パイプやプラスチックパイプである。また、遮光部材３の壁の厚みＴは、例えば１ｍｍ以上とし、より好ましくは５ｍｍ以上とする。遮光部材３の壁の厚みＴが大きいほど、外力によって変形しにくい。遮光部材３の幅Ｗ１の増大を抑制するために、壁の厚みＴは９ｍｍ以下としてよい。また、遮光部材３と光源ユニット１と光学部材４との位置関係がずれると、レーザ光Ｌ１が意図しない方向に進み、内壁３２に当たる場合がある。これを抑制するために、光源ユニット１と光学部材４はそれぞれ遮光部材３に固定されていることが好ましい。例えばネジ止めや溶接により固定することができ、直接ではなく接合層等を介して固定してもよい。
遮光部材３は、パイプ状つまり長細い形状である。すなわち、遮光部材３の長さは遮光部材３の幅Ｗ１よりも大である。遮光部材３の断面形状の外縁としては、例えば、略円形状、略楕円形状、略矩形状等が挙げられる。遮光部材３の断面形状の外縁とは、光導波路３１の延伸方向と略垂直な方向の断面視における外壁３３が成す形状を指す。後述するように、遮光部材３の一部を回転可能とする場合（図６、図９参照）には、遮光部材３の断面形状の外縁が略円形状であれば回転させやすく好ましいと考えられる。遮光部材３の壁の厚みＴは、例えば、第１端部３１ａ側から第２端部３１ｂ側にかけて実質的に一定とする。遮光部材３の断面形状の外縁は、光導波路３１の断面形状と実質的に同一の形状とすることができる。
（遮光部材３の変形例１）
遮光部材３の変形例１を図６に示す。図６に示す遮光部材３は、第２端部３１ｂを含む先端部分３ａと、先端部分３ａが回転可能に取り付けられた支持部分３ｂと、を有する。このように先端部分３ａが回転可能であることにより、例えば、車両の進行方向に応じて照射方向を変える適応型照明システム（Adaptive Front-lighting System：ＡＦＳ）のヘッドランプに適用可能であると考えられる。先端部分３ａの回転の軸は、例えば、先端部分３ａと支持部分３ｂとのジョイント部におけるレーザ光Ｌ１の進行方向と略一致させる。
先端部分３ａと支持部分３ｂとのジョイント部およびその付近の内壁３２は凹凸を有するものとなりやすい。仮に内壁３２を反射面としてレーザ光を反射させる構造であれば、レーザ光が凹凸により意図しない方向に反射されて損失に繋がる虞がある。しかし、上述したレーザ光Ｌ１が光導波路３１の内壁３２に照射されない配置であれば、このような意図しない反射による損失は生じにくい。なお、先端部分３ａと支持部分３ｂのジョイント部において遮光部材３の厚みＴを部分的に変化させることで嵌合させてもよい。また、光源装置１００は、例えば集光レンズのような外部レンズ８１と組み合わせて使用することができる。図６中の矢印は光源装置１００が出力する光のおおまかな方向を示す。
（遮光部材３の変形例２）
遮光部材３の変形例２を図７および図８に示す。図８は、図７の光源装置１００における光の進み方を模式的に示す図である。図７および図８に示す遮光部材３は、光導波路３１が、１以上の屈曲部３１ｃを有する。屈曲部３１ｃには、レーザ光Ｌ１の方向を光導波路３１の形状に沿った方向に変えるミラー６が設けられている。これにより、他の光源モジュール等を避けて遮光部材３を配置することが可能となる。屈曲部３１ｃの数、位置、屈曲角度等は、光源装置１００を設置したい場所に応じて調整すればよい。
ミラー６は、レーザ光Ｌ１を反射可能な部材であり、レーザ光Ｌ１が内壁３２に当らないように反射する。例えば、図７および図８に示すように、略垂直に屈曲する屈曲部３１ｃには、レーザ光Ｌ１の進行方向に対して４５°傾斜した反射面を有するミラー６を配置する。ミラー６は、遮光部材３とは異なる材料で構成してよい。例えば、表面にＡｌ等を含む金属膜を設けたガラス、誘電体膜で構成された反射部材、増反射ミラーをミラー６として用いることができる。
（遮光部材３の変形例３）
遮光部材３の変形例３を図９に示す。変形例３は、変形例２のような形状の遮光部材３を変形例１のように一部回転可能とした例である。すなわち、図９に示す遮光部材３は、第２端部３１ｂを含む先端部分３ａと、先端部分３ａが回転可能に取り付けられた支持部分３ｂと、を有する。先端部分３ａが回転可能であるため、例えばＡＦＳのヘッドランプに適用可能であると考えられる。先端部分３ａの回転の軸は、先端部分３ａと支持部分３ｂとのジョイント部におけるレーザ光Ｌ１の進行方向と略一致させればよい。先端部分３ａは１以上の屈曲部を含んでよい。また、光源装置１００は、例えば、外部リフレクタ８２や、集光レンズのような外部レンズ８１と組み合わせて使用することができる。図９中の矢印は光源装置１００が出力する光のおおまかな方向を示す。
（光導波路３１）
光導波路３１は中空である。すなわち、気体で満たされた空間である。特定の雰囲気で光導波路３１を満たしてもよいが、特定の雰囲気を維持するためには気密封止が必要である。気密封止するための接合方法では光源ユニット１等の着脱が困難となるため、光導波路３１は気密封止でなくてよい。この場合、光導波路３１は大気で満たされた空間であるといえる。また、光導波路３１を気密封止すると結露の発生が懸念されることから、光導波路３１は気密封止せず、光導波路３１と外部とを繋ぐ通気孔が存在していることが好ましい。
気密封止しない光導波路３１は、気密封止する場合よりも集塵が生じやすい。このため、光密度を低減するために、光導波路３１を通るレーザ光Ｌ１、特に平行光Ｌ１ａの幅は、集塵が抑制可能な程度に大きくすることが好ましい。そして、光導波路３１の幅Ｗ２は、そのような平行光Ｌ１ａが内壁３２に実質的に当たらない程度に大きいことが好ましい。具体的には、光導波路３１の幅Ｗ２を２ｍｍ以上とすることが挙げられる。これにより、内壁３２に到達しないように、集塵が抑制可能な程度に幅を大きくした平行光Ｌ１ａを光導波路３１に通すことが可能である。幅Ｗ２は、例えば１０ｍｍ以下とする。また、図１に示すように光源ユニット１のベース１３によって光導波路３１の開口を塞ぐ場合は、幅Ｗ２はベース１３の幅よりも小さく、キャップ１２の幅よりも大きいことが好ましい。
光導波路３１の長さＬｅは、レーザ素子１１と蛍光体含有部材２１とが互いへの熱伝達を実質的に防ぐことができる十分な距離を有する程度に長いことが好ましい。また、長さＬｅは、蛍光体含有部材２１の排熱とレーザ素子１１の排熱をそれぞれ別々のヒートシンクから行える程度の距離であることが好ましい。これにより、蛍光体含有部材２１用のヒートシンクを小型化できるため、波長変換ユニット２の設置に必要なスペースを小さくすることができる。具体的には、長さＬｅは１００ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、光ファイバーのように光源ユニット１と波長変換ユニット２との距離を離間させることができる。なお、光導波路３１の長さＬｅとは、光導波路３１の延伸方向の長さを指す。光導波路３１が屈曲部３１ｃを有する場合は、光導波路３１の中心部における光導波路３１の延伸方向の長さが、光導波路３１の長さＬｅである。内壁３２が概ね平坦であれば、内壁３２の第１端部３１ａの側の端から第２端部３１ｂの側の端までの長さを光導波路３１の長さＬｅと見做してもよい。
平行光Ｌ１ａが若干の広がり角を有していた場合、レーザ光Ｌ１の光路が長くなるほどレーザ光Ｌ１が内壁３２に当たりやすくなる。このように、レーザ光Ｌ１の光路が長くなるほど、各部材の設計値からのズレがレーザ光Ｌ１に及ぼす影響が大きくなり、レーザ光Ｌ１が内壁３２に当たる可能性が高くなる。したがって、長さＬｅは例えば５００ｍｍ以下とする。
光導波路３１は、長細い形状である。すなわち、光導波路３１の長さＬｅは、光導波路３１の幅Ｗ２よりも大である。光導波路３１の断面形状としては、例えば、略円形状、略楕円形状、略長円形状、略矩形状等が挙げられる。レーザ光Ｌ１の断面形状は典型的には略楕円形状である。よって、レーザ光Ｌ１が回転ずれを生じても内壁３２に実質的に当たりにくいように、光導波路３１の断面形状は略円形状が好ましいと考えられる。また、上述のように遮光部材３の一部を回転可能とする場合（図６、図９参照）にも、光導波路３１の断面形状は略円形状が好ましいと考えられる。これにより、先端部分３ａを回転させた時にもレーザ光Ｌ１が内壁３２に当たりにくくすることができる。なお、光導波路３１の断面形状とは、光導波路３１の延伸方向と略垂直な方向の断面視において内壁３２が成す形状を指す。また、レーザ光Ｌ１は直進性を有するため、屈曲部３１ｃ以外の光導波路３１は略直線状であることが好ましい。これにより、光導波路３１が曲線状の部分を有する場合と比較して、レーザ光Ｌ１が内壁３２に実質的に当たりにくいように各部材を容易に配置することができる。
（光学部材４）
光学部材４によって、レーザ光Ｌ１は平行状態となり、平行光Ｌ１ａとなる。上述のとおり、平行光Ｌ１ａの幅は、集塵が抑制可能な程度に大きくすることが好ましい。具体的には、光学部材４は、レーザ光Ｌ１を幅１ｍｍ以上の平行光Ｌ１ａとすることが好ましい。これにより、集塵を生じにくくすることができる。また、平行光Ｌ１ａの幅を光導波路３１の幅Ｗ２よりも小さくすることで、平行光Ｌ１ａが遮光部材３の内壁３２に実質的に当らない構成とすることができる。この場合、レーザ素子１１から出射するレーザ光Ｌ１が、その幅が光導波路３１の幅Ｗ２に達する前に光学部材４に入射するように、光学部材４を配置する。光学部材４としては、例えばコリメートレンズを用いる。
なお、平行光Ｌ１ａの幅とは、平行光Ｌ１ａの進行方向に対して垂直な方向における最大幅を指す。ＧａＮ系等の半導体レーザ素子であれば、通常、レーザ光の遠視野像（Far Field pattern：ＦＦＰ）は平行方向の幅よりも垂直方向の幅のほうが大である。しがたって、平行光Ｌ１ａの幅とは、垂直方向のビーム径、すなわち、レーザ素子１１が有する半導体層の積層面（すなわち積層方向に垂直をなす面）に対して略垂直な方向におけるビーム径を指すといえる。なお、レーザ光Ｌ１のビーム径は、例えば、ピーク強度値から１／ｅ２等の任意の強度に落ちたときの強度における幅として特定する。レーザ光Ｌ１のビーム径は、アパーチャ径によって特定することもできる。また、上述した、レーザ光Ｌ１（または平行光Ｌ１ａ）が内壁３２に実質的に当たらないとは、レーザ光Ｌ１のうちビーム径として特定される範囲が内壁３２に当たらないことを指す。
光学部材４は、図１等に示す例では、遮光部材３に直接または保持部材等を介して固定される。これに替えて、図１０に示すように、光学部材４を光源ユニット１に組み込んでもよい。具体的には、レーザ素子１１を第１のキャップ１２１によって封止し、その外側に配置した光学部材４を第２のキャップ１２２によって封止することができる。このように、キャップ１２によって封止された空間内に光学部材４を配置することによって、光学部材４の表面の集塵をより抑制することができる。なお、第１のキャップ１２１は省略することもできる。
（集光レンズ５）
図１等に示すように、第２端部３１ｂの側に集光レンズ５を設けることが好ましい。集光レンズ５を設けることにより、平行状態のレーザ光Ｌ１（平行光Ｌ１ａ）を集光して蛍光体含有部材２１に照射することができる。これにより、平行光Ｌ１ａをそのまま蛍光体含有部材２１に照射する場合と比較して、輝度の高い光を得ることができる。
集光レンズ５は、平行光Ｌ１ａの光路上であって、光学部材４と蛍光体含有部材２１との間に配置される。集光レンズ５は、直接または保持部材等を介して遮光部材３に固定することができる。図１等に示すように、集光レンズ５によって光導波路３１の第２端部３１ｂの側の開口を塞ぐことが好ましい。これにより、光導波路３１の内部に塵が侵入しにくい構造とできるため、光導波路３１の内部における集塵をさらに抑制することができると考えられる。
（第１ヒートシンク７ａ、第２ヒートシンク７ｂ）
図１１に示すように、光源装置１００は、第１ヒートシンク７ａおよび第２ヒートシンク７ｂを有することができる。第１ヒートシンク７ａは、第１端部３１ａの側に設けられており、レーザ素子１１の熱を排熱する。第２ヒートシンク７ｂは、第２端部３１ｂの側であって第１ヒートシンク７ａから離間した位置に設けられており、蛍光体含有部材２１の熱を排熱する。光源装置１００における主な発熱源はレーザ素子１１と蛍光体含有部材２１である。遮光部材３によってこれらを離間して配置することにより、それぞれに第１ヒートシンク７ａと第２ヒートシンク７ｂとを設けることが可能である。第１ヒートシンク７ａおよび第２ヒートシンク７ｂとしては、例えば放熱フィンを用いる。
遮光部材３を設けず、レーザ素子１１と蛍光体含有部材２１とが互いへの熱伝達を実質的に防ぐことができない程度に接近して配置されている場合は、蛍光体含有部材２１の近くに設けるヒートシンクによって、蛍光体含有部材２１の熱のみならず、伝達されたレーザ素子１１の熱をも排熱することが求められる。したがって、この場合は、蛍光体含有部材２１用のヒートシンクとして、蛍光体含有部材２１の発熱を引くために十分なサイズよりも大きなサイズのヒートシンクを設置する。しかし、図１１に示すように、遮光部材３によってレーザ素子１１と蛍光体含有部材２１とが離間された光源装置１００であれば、互いへの熱伝達を抑制することができる。したがって、蛍光体含有部材２１用のヒートシンクは、蛍光体含有部材２１の発熱を引くために十分なサイズであればよい。なお、波長変換ユニット２のケース２４を蛍光体含有部材２１用のヒートシンクと兼用してもよい。この場合、例えばケース２４を放熱フィンを備える構造とする。
このように、光源装置１００では、１つのヒートシンクが排熱すべき熱量を小さくすることができるため、蛍光体含有部材２１用の第２ヒートシンク７ｂのサイズを小さくすることができる。これにより、波長変換ユニット２の設置に必要なスペースを縮小することができるため、上述のように複数の光源が配置される車両用ヘッドランプにおいて、設置の自由度を向上させることができる。
１００ 光源装置
１ 光源ユニット
１１ レーザ素子
１２ キャップ
１２１ 第１のキャップ
１２２ 第２のキャップ
１３ ベース
１３ａ 凸部
１４ リード端子
１５ ワイヤ
１６ サブマウント
２ 波長変換ユニット
２１ 蛍光体含有部材
２２ 光反射部材
２３ 土台
２４ ケース
２４ａ 遮蔽部
２５ ホルダー
２６ 蓋
２７ 保持部材
３ 遮光部材
３ａ 先端部分
３ｂ 支持部分
３１ 中空の光導波路
３１ａ 第１端部
３１ｂ 第２端部
３１ｃ 屈曲部
３２ 内壁
３３ 外壁
４ 光学部材
５ 集光レンズ
６ ミラー
７ａ 第１ヒートシンク
７ｂ 第２ヒートシンク
８１ 外部レンズ
８２ 外部リフレクタ
Ｌ１ レーザ光
Ｌ１ａ 平行光
Ｌ２ 波長変換光
Ｔ 遮光部材の壁の厚み
Ｗ１ 遮光部材の幅
Ｗ２ 光導波路の幅
Ｌｅ 光導波路の長さ

Claims (10)

  1. レーザ光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子を気密封止するキャップと、を有する光源ユニットと、
    前記レーザ光によって励起可能な蛍光体を含む蛍光体含有部材を有する波長変換ユニットと、
    第１端部と第２端部を有する中空の光導波路を有するパイプ状の遮光部材であって、前記レーザ光が前記光導波路を通って前記蛍光体含有部材に到達するように、前記第１端部の側の開口が前記光源ユニットにより塞がれ、前記第２端部の側に前記波長変換ユニットが配置される、遮光部材と、
    前記レーザ光を平行状態にして前記光導波路に通す光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置。
  2. 前記光導波路の長さは、１００ｍｍ以上である請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記光学部材は、前記レーザ光を幅１ｍｍ以上の平行光とする請求項１又は２に記載の光源装置。
  4. 前記光導波路の幅は、２ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
  5. 前記光導波路は、１以上の屈曲部を有し、
    前記屈曲部に、前記レーザ光の方向を前記光導波路の形状に沿った方向に変えるミラーが設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
  6. 前記遮光部材は、前記第２端部を含む先端部分と、前記先端部分が回転可能に取り付けられた支持部分と、を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
  7. 前記遮光部材は、主に金属からなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
  8. 前記第２端部の側に設けられ、平行状態の前記レーザ光を集光して前記蛍光体含有部材に照射する集光レンズをさらに備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。
  9. 前記波長変換ユニットは、前記蛍光体含有部材の前記レーザ光が照射される側とは反対の側に設けられる、前記レーザ光と前記蛍光体による波長変換光とを反射可能な光反射部材をさらに有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
  10. 前記第１端部の側に設けられ、前記レーザ素子の熱を排熱する第１ヒートシンクと、
    前記第２端部の側であって前記第１ヒートシンクから離間した位置に設けられ、前記蛍光体含有部材の熱を排熱する第２ヒートシンクと、をさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
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