JP6868865B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置、たとえば車両用前照灯に関する。 The present invention relates to lighting devices such as vehicle headlights.
ADB(adaptive driving beam)車両用前照灯は、照明光を動的に制御可能なヘッドランプの一例である。一般的に、動的に制御される照明には、車両用前照灯に要求される基本的な照明のほか、特定の対象物に向けられる照明、路面などに情報表示を行う照明等が含まれる。それらの基本技術は光の空間変調であり、たとえば広く普及しているプロジェクタと共通する。LCD(liquid crystal display)パネル、LCOS(liquid crystal on silicon)パネル、DLP(digital light processing)、MEMS(microelectromechanical systems)ミラー等によって動的な照明光制御を行うことができる。たとえば光の利用効率の観点からは、MEMSミラー等、入射光に対する傾きを変更可能なミラーを用いることが好ましい。MEMSミラー等のミラーを使用し、光源から出射された光を反射して照明光を形成する方法には、たとえば照明に必要な光ビームを、直接、車両前方に向けて走査しながら出射し、所望の照明光パターンを形成する方法と、光の波長変換作用をもつパネル(蛍光体パネル等)上に、光ビームを走査して所望の照明光対応パターンを形成し、それをレンズによって車両前方に投影する方法とがある。 ADB (adaptive driving beam) vehicle headlights are an example of headlamps that can dynamically control the illumination light. In general, dynamically controlled lighting includes basic lighting required for vehicle headlights, lighting directed to a specific object, lighting for displaying information on the road surface, and the like. Is done. Their basic technology is spatial modulation of light, which is common to, for example, widely used projectors. Dynamic illumination light control can be performed by an LCD (liquid crystal display) panel, an LCOS (liquid crystal on silicon) panel, a DLP (digital light processing), a MEMS (microelectromechanical systems) mirror, or the like. For example, from the viewpoint of light utilization efficiency, it is preferable to use a mirror whose inclination with respect to incident light can be changed, such as a MEMS mirror. In the method of forming the illumination light by reflecting the light emitted from the light source by using a mirror such as a MEMS mirror, for example, the light beam required for the illumination is emitted while scanning directly toward the front of the vehicle. A method of forming a desired illumination light pattern and a desired illumination light corresponding pattern are formed by scanning a light beam on a panel (such as a phosphor panel) having a light wavelength conversion action, and the desired illumination light corresponding pattern is formed in front of the vehicle by a lens. There is a method of projecting to.
前照灯に関する種々の発明が知られている(たとえば特許文献1及び2参照)。特許文献1には、大型化の抑制、消費電力の低減を実現するとともに、照明光パターンに所望の濃淡を形成することのできる前照灯の発明が記載されている。特許文献2には、高い演色性を有し、かつ、任意の投光パターンを実現可能な前照灯の発明の記載がある。
Various inventions relating to headlights are known (see, for example,
特許文献1に記載される前照灯においては、レーザ光の出射方向の制御(レーザ光の走査)に、2枚の可動ミラーが用いられる。機械的可動部を伴うため、前照灯の大きさ、重量、配光精度、信頼性、寿命等に課題がある。
In the headlight described in
また、レーザ光の出射を制御するレーザドライバに加え、2枚の可動ミラーの動作を制御するドライバが必要となる。更に、可動ミラーを出射するレーザ光の出射方向を監視する構成が必要となる場合もある。 Further, in addition to the laser driver that controls the emission of the laser beam, a driver that controls the operation of the two movable mirrors is required. Further, a configuration for monitoring the emission direction of the laser beam emitted from the movable mirror may be required.
ミラーの反射率も問題となる。反射率の低下は照明光の輝度低下につながるだけでなく、ミラー自体への熱的ストレスとなって、その信頼性や寿命に大きく影響する。 The reflectance of the mirror is also an issue. The decrease in reflectance not only leads to a decrease in the brightness of the illumination light, but also causes thermal stress on the mirror itself, which greatly affects its reliability and life.
また、一本のレーザ光で照明領域を走査するため照明領域が広くなるほど、照明領域の中央部にレーザ光が入射する時間密度が低下する。このため配光(照明範囲)の中央部が周辺部に比べて暗くなる場合もありうる。なお、所定範囲を走査するにあたっては、部分的な走査に対応することが困難となる場合もある。 Further, since the illumination region is scanned by a single laser beam, the wider the illumination region is, the lower the time density at which the laser beam is incident on the central portion of the illumination region. Therefore, the central portion of the light distribution (illumination range) may be darker than the peripheral portion. In scanning a predetermined range, it may be difficult to handle partial scanning.
なお、通常のレーザ光源から出射したレーザ光は、ある角度の広がりをもつため、走査器に入射させる前に、レンズ等の光学系を用いてコリメートすることが必要となる場合がある。 Since the laser light emitted from a normal laser light source has a spread at a certain angle, it may be necessary to collimate using an optical system such as a lens before incidenting the laser light on the scanner.
フォトニック結晶レーザの研究がなされている(たとえば特許文献3及び4参照)。特許文献3には、最大45°の傾斜角で安定してレーザビーム(傾斜ビーム)を出射可能なフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。特許文献4には、レーザビーム出射の傾斜角を大きくすることができ、2次元フォトニック結晶層の設計自由度が高いフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。 Research on photonic crystal lasers has been made (see, for example, Patent Documents 3 and 4). Patent Document 3 discloses an invention of a photonic crystal laser capable of stably emitting a laser beam (inclined beam) at an inclination angle of a maximum of 45 °. Patent Document 4 discloses an invention of a photonic crystal laser capable of increasing the inclination angle of laser beam emission and having a high degree of freedom in designing a two-dimensional photonic crystal layer.
本発明の目的は、高品質の照明装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high quality lighting device.
本発明の一観点によると、第1の色のレーザ光を出射する第1フォトニック結晶レーザと、前記第1の色と異なる第2の色のレーザ光を出射する第2フォトニック結晶レーザと、前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第1制御装置とを有し、前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザ各々には、相互に電気的に分離された複数の電極を有し、複数の前記電極に対応する前記フォトニック結晶層の複数の領域はそれぞれ所定の方向に前記レーザ光が出射されるように規定され、前記第1制御装置は複数の前記電極に印加される電圧のバランスを制御することで前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザからの前記レーザ光の傾斜核θ及び出射方位面Psの回転角度φを変化させ、前記レーザ光は楕円状領域内を走査する車両用前照灯が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first photonic crystal laser that y de laser light of a first color, the second photonic crystal morphism exiting the laser light of the second color different from said first color laser and, have a first control device for controlling the emission of the laser beam from the first photonic crystal laser and said second photonic crystal laser, the first photonic crystal laser and said second photonic crystal Each laser has a plurality of electrodes electrically separated from each other so that the laser beam is emitted in a predetermined direction in each of the plurality of regions of the photonic crystal layer corresponding to the plurality of electrodes. The first control device controls the balance of the voltages applied to the plurality of electrodes to obtain the tilted nuclei θ of the laser light from the first photonic crystal laser and the second photonic crystal laser. A vehicle headlight is provided which changes the rotation angle φ of the emission azimuth surface Ps and scans the laser beam in the elliptical region.
本発明によれば、高品質の照明装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high quality lighting device.
フォトニック結晶レーザは、たとえば2次元フォトニック結晶のバンド端における群速度零効果を利用して、面内で定在波共振状態を形成し、その一部を面内方向と垂直な方向に回折させることで出力を得るレーザである。端面発光を行う通常の半導体レーザやVCSEL(vertical cavity surface emitting laser)のような面発光レーザとは異なる構造をもち、出力やビーム品質に優れる。 The photonic crystal laser, for example, uses the group velocity zero effect at the band end of a two-dimensional photonic crystal to form a standing wave resonance state in the plane, and diffracts a part of it in the direction perpendicular to the in-plane direction. It is a laser that obtains output by making it. It has a structure different from that of ordinary semiconductor lasers that emit end face light and surface emitting lasers such as VCSELs (vertical cavity surface emitting lasers), and is excellent in output and beam quality.
実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザについて説明する。 The photonic crystal laser used in the lighting device according to the embodiment will be described.
図1Aは、フォトニック結晶レーザの一構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ41は、たとえば赤色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of a structure of a photonic crystal laser. The
フォトニック結晶レーザ41は、たとえばn型GaAs基板1、及び、n型GaAs基板1上に順に積層された、n型AlGaInPクラッド層2、AlGaInPフォトニック結晶層3、GaInP/AlGaInP量子井戸活性層4、AlGaInPガイド層5、p型AlGaInPクラッド層6、p型GaAsコンタクト層7の積層構造を有する。n型GaAs基板1の、積層構造と反対側の面にはn側電極9が配置される。p型GaAsコンタクト層7の、p型AlGaInPクラッド層6と反対側の面にはp側電極8が配置される。
The
フォトニック結晶レーザ41は、たとえば以下の方法で製造することができる。
The
まず、有機金属化学気相成長(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)法を用い、n型GaAs基板1上に、n型AlGaInPクラッド層2及びAlGaInP層を成長させる。
First, the n-type AlGaInP clad
プラズマCVD(chemical vapor deposition)法を用い、AlGaInP層上にSiNx膜を成膜する。SiNx膜上に、スピンコートでレジスト(たとえば日本ゼオン株式会社製のZEP520A)を塗布する。 A SiN x film is formed on the AlGaInP layer by using a plasma CVD (chemical vapor deposition) method. A resist (for example, ZEP520A manufactured by Zeon Corporation) is applied onto the SiN x film by spin coating.
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。 The desired photonic crystal pattern is exposed using electron beam lithography.
露光後、現像液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZED−N50)を用いて現像する。 After exposure, it is developed using a developing solution (for example, ZED-N50 manufactured by Nippon Zeon Corporation).
パターニングされたレジストをマスクとして、SiNx膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをSiNx膜に転写する。 Using the patterned resist as a mask, the SiN x film is etched with a dry etcher, and the pattern is transferred to the SiN x film.
レジスト(ZEP520A)を、剥離液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZDMAC)を用いて除去する。 The resist (ZEP520A) is removed using a stripping solution (for example, ZDMAC manufactured by Nippon Zeon Corporation).
SiNx膜をマスクとして、ドライエッチングによりAlGaInP層に空孔を形成する。 Using the SiN x film as a mask, pores are formed in the AlGaInP layer by dry etching.
SiNx膜をバッファードHF(フッ酸)で除去する。 The SiN x membrane is removed with buffered HF (hydrofluoric acid).
再びMOCVD装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。 It is put into the MOCVD apparatus again, embedded and regrown so as to leave holes.
この工程まででAlGaInPフォトニック結晶層3が形成される。 Up to this step, the AlGaInP photonic crystal layer 3 is formed.
そのままMOCVD装置中で、GaInP/AlGaInP量子井戸活性層4(井戸層:GaInP、障壁層:AlGaInP)、AlGaInPガイド層5、p型AlGaInPクラッド層6、p型GaAsコンタクト層7を成長させる。 The GaInP / AlGaInP quantum well active layer 4 (well layer: GaInP, barrier layer: AlGaInP), AlGaInP guide layer 5, p-type AlGaInP clad layer 6, and p-type GaAs contact layer 7 are grown in the MOCVD apparatus as they are.
MOCVD装置から取り出して、電極8、9等を形成し、チップに切り出す。 It is taken out from the MOCVD apparatus, electrodes 8, 9 and the like are formed, and cut into chips.
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ41が製造される。
Through such a process, the
上述の方法は、再成長による製造方法である。たとえばp型GaAs基板を用い、n型GaAs基板とp型GaAs基板の間に積層構造を配置する構成のフォトニック結晶レーザを、2枚の基板の融着(貼り合わせ)による方法を用いて製造することもできる。なお、融着による製造方法では結晶欠陥の発生が多くなるため、再成長法を用いて製造することが好ましい。 The above-mentioned method is a manufacturing method by regrowth. For example, a photonic crystal laser having a structure in which a laminated structure is arranged between an n-type GaAs substrate and a p-type GaAs substrate using a p-type GaAs substrate is manufactured by a method of fusing (bonding) two substrates. You can also do it. In addition, since the production method by fusion increases the occurrence of crystal defects, it is preferable to produce by using the regrowth method.
また、図1Aに示す構成では、フォトニック結晶層3をn側に設けたが、p側に配置してもよい。この場合、積層構造は、たとえばn型GaAs基板1側から順に、n型AlGaInPクラッド層、n型AlGaInP結晶層、GaInP/AlGaInP量子井戸活性層、p型AlGaInPフォトニック結晶層、p型AlGaInPクラッド層、p型GaAsコンタクト層となる。
Further, in the configuration shown in FIG. 1A, the photonic crystal layer 3 is provided on the n side, but it may be arranged on the p side. In this case, the laminated structure is, for example, the n-type AlGaInP clad layer, the n-type AlGaInP crystal layer, the GaInP / AlGaInP quantum well active layer, the p-type AlGaInP photonic crystal layer, and the p-type AlGaInP clad layer in order from the n-
更に、半導体層はMOCVD法でなく、他の方法、たとえば分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy; MBE)法を用いて成長させてもよい。 Further, the semiconductor layer may be grown by another method, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method, instead of the MOCVD method.
また、SiNx膜でなく、SiO2膜としてもよい。プラズマCVD法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。 Further, the SiO 2 film may be used instead of the SiN x film. It can also be formed by using a sputtering method or a vapor deposition method instead of the plasma CVD method.
フォトニック結晶レーザ41の電極8、9間に電圧を印加し、GaInP/AlGaInP量子井戸活性層4に電流を供給することにより、n型GaAs基板1側からレーザ光(レーザビーム)が出射される。出射されるレーザ光は、たとえば波長650nm(赤色の波長領域)の光である。なお、赤色光を発光するレーザ構造であれば、基板や積層構造等は他の材料で形成してもよい。
By applying a voltage between the electrodes 8 and 9 of the
本願明細書及び図面においては、フォトニック結晶レーザの面内(フォトニック結晶層の面内)にX軸及びY軸を規定する。また、フォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向(フォトニック結晶層の法線方向)と平行な方向にZ軸を規定し、レーザ光が出射される側をZ軸正方向とする。 In the specification and drawings of the present application, the X-axis and the Y-axis are defined in the plane of the photonic crystal laser (in the plane of the photonic crystal layer). Further, the Z-axis is defined in a direction parallel to the in-plane normal direction of the photonic crystal laser (normal direction of the photonic crystal layer), and the side on which the laser beam is emitted is the Z-axis positive direction.
図1Bは、フォトニック結晶レーザの他の構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ42は、たとえば緑色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing another structural example of the photonic crystal laser. The
フォトニック結晶レーザ42は、たとえばn型GaN基板10、及び、n型GaN基板10上に順に積層された、n型AlGaNクラッド層11、n型GaNフォトニック結晶層12、InGaN/InGaN量子井戸活性層13、ノンドープGaN層14、p型AlGaN電子ブロック層15、p型AlGaNクラッド層16、p型GaNコンタクト層17の積層構造を有する。n型GaN基板10の、積層構造と反対側の面にはn側電極19が配置される。p型GaNコンタクト層17の、p型AlGaNクラッド層16と反対側の面にはp側電極18が配置される。
The
フォトニック結晶レーザ42は、たとえば以下の方法で製造することができる。
The
まず、MOCVD法を用い、n型GaN基板10上に、n型AlGaNクラッド層11及びn型GaN層を成長させる。
First, the n-type AlGaN clad
プラズマCVD法を用い、n型GaN層上にSiNx膜を成膜する。SiNx膜上に、スピンコートでレジスト(たとえば日本ゼオン株式会社製のZEP520A)を塗布する。 A SiN x film is formed on the n-type GaN layer by using the plasma CVD method. A resist (for example, ZEP520A manufactured by Zeon Corporation) is applied onto the SiN x film by spin coating.
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。 The desired photonic crystal pattern is exposed using electron beam lithography.
露光後、現像液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZED−N50)を用いて現像する。 After exposure, it is developed using a developing solution (for example, ZED-N50 manufactured by Nippon Zeon Corporation).
パターニングされたレジストをマスクとして、SiNx膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをSiNx膜に転写する。 Using the patterned resist as a mask, the SiN x film is etched with a dry etcher, and the pattern is transferred to the SiN x film.
レジスト(ZEP520A)を、剥離液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZDMAC)を用いて除去する。 The resist (ZEP520A) is removed using a stripping solution (for example, ZDMAC manufactured by Nippon Zeon Corporation).
SiNx膜をマスクとして、ドライエッチングによりGaN層に空孔を形成する。 Using the SiN x film as a mask, pores are formed in the GaN layer by dry etching.
SiNx膜をバッファードHF(フッ酸)で除去する。 The SiN x membrane is removed with buffered HF (hydrofluoric acid).
再びMOCVD装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。 It is put into the MOCVD apparatus again, embedded and regrown so as to leave holes.
この工程まででn型GaNフォトニック結晶層12が形成される。
Up to this step, the n-type GaN
そのままMOCVD装置中で、InGaN/InGaN量子井戸活性層13(井戸層:InGaN、障壁層:InGaN)、ノンドープGaN層14、p型AlGaN電子ブロック層15、p型AlGaNクラッド層16、p型GaNコンタクト層17を成長させる。
In GaN / InGaN quantum well active layer 13 (well layer: InGaN, barrier layer: InGaN),
MOCVD装置から取り出して、電極18、19等を形成し、チップに切り出す。
It is taken out from the MOCVD apparatus,
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ42が製造される。
Through such a process, the
図1Bに示す構成では、フォトニック結晶層12をn側に設けたが、p側に配置してもよい。
In the configuration shown in FIG. 1B, the
また、半導体層はMOCVD法でなく、他の方法、たとえばMBE法を用いて成長させることもできる。 Further, the semiconductor layer can be grown by using another method, for example, the MBE method, instead of the MOCVD method.
更に、SiNx膜でなく、SiO2膜としてもよい。プラズマCVD法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。 Further, a SiO 2 film may be used instead of the SiN x film. It can also be formed by using a sputtering method or a vapor deposition method instead of the plasma CVD method.
なお、InGaN/InGaN量子井戸活性層13を、InGaN/GaN量子井戸活性層(井戸層:InGaN、障壁層:GaN)としてもよい。
The InGaN / InGaN quantum well
フォトニック結晶レーザ42の電極18、19間に電圧を印加し、InGaN/InGaN量子井戸活性層13に電流を供給することにより、n型GaN基板10側からレーザ光(レーザビーム)が出射される。出射されるレーザ光は、波長560nm(緑色の波長領域)の光である。なお、緑色光を発光するレーザ構造であれば、他の材料を用いる等してもよい。たとえば、n型GaN基板10上の積層構造を、n型GaN基板10側から順に、n型GaNクラッド層、InGaNフォトニック結晶層、InGaN/InGaN量子井戸活性層、InGaNガイド層、p型AlGaN電子ブロック層、p型GaNクラッド層、p型GaNコンタクト層とすることができる。
By applying a voltage between the
図1Cは、フォトニック結晶レーザの、更に別の構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ43は、たとえば青色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
FIG. 1C is a schematic cross-sectional view showing still another structural example of the photonic crystal laser. The
フォトニック結晶レーザ43は、たとえばn型GaN基板20、及び、n型GaN基板20上に順に積層された、n型AlGaNクラッド層21、n型GaNフォトニック結晶層22、InGaN/GaN量子井戸活性層23、ノンドープGaN層24、p型AlGaN電子ブロック層25、p型AlGaNクラッド層26、p型GaNコンタクト層27の積層構造を有する。n型GaN基板20の、積層構造と反対側の面にはn側電極29が配置される。p型GaNコンタクト層27の、p型AlGaNクラッド層26と反対側の面にはp側電極28が配置される。
The
フォトニック結晶レーザ43は、たとえば以下の方法で製造することができる。
The
まず、MOCVD法を用い、n型GaN基板20上に、n型AlGaNクラッド層21及びn型GaN層を成長させる。
First, the n-type AlGaN clad
プラズマCVD法を用い、n型GaN層上にSiNx膜を成膜する。SiNx膜上に、スピンコートでレジスト(たとえば日本ゼオン株式会社製のZEP520A)を塗布する。 A SiN x film is formed on the n-type GaN layer by using the plasma CVD method. A resist (for example, ZEP520A manufactured by Zeon Corporation) is applied onto the SiN x film by spin coating.
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。 The desired photonic crystal pattern is exposed using electron beam lithography.
露光後、現像液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZED−N50)を用いて現像する。 After exposure, it is developed using a developing solution (for example, ZED-N50 manufactured by Nippon Zeon Corporation).
パターニングされたレジストをマスクとして、SiNx膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをSiNx膜に転写する。 Using the patterned resist as a mask, the SiN x film is etched with a dry etcher, and the pattern is transferred to the SiN x film.
レジスト(ZEP520A)を、剥離液(たとえば日本ゼオン株式会社製のZDMAC)を用いて除去する。 The resist (ZEP520A) is removed using a stripping solution (for example, ZDMAC manufactured by Nippon Zeon Corporation).
SiNx膜をマスクとして、ドライエッチングによりGaN層に空孔を形成する。 Using the SiN x film as a mask, pores are formed in the GaN layer by dry etching.
SiNx膜をバッファードHF(フッ酸)で除去する。 The SiN x membrane is removed with buffered HF (hydrofluoric acid).
再びMOCVD装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。 It is put into the MOCVD apparatus again, embedded and regrown so as to leave holes.
この工程まででn型GaNフォトニック結晶層22が形成される。
Up to this step, the n-type GaN
そのままMOCVD装置中で、InGaN/GaN量子井戸活性層23(井戸層:InGaN、障壁層:GaN)、ノンドープGaN層24、p型AlGaN電子ブロック層25、p型AlGaNクラッド層26、p型GaNコンタクト層27を成長させる。
In GaN / GaN quantum well active layer 23 (well layer: InGaN, barrier layer: GaN),
MOCVD装置から取り出して、電極28、29等を形成し、チップに切り出す。
It is taken out from the MOCVD apparatus,
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ43が製造される。
Through such a process, the
図1Cに示す構成では、フォトニック結晶層22をn側に設けたが、p側に配置してもよい。
In the configuration shown in FIG. 1C, the
また、半導体層はMOCVD法でなく、他の方法、たとえばMBE法を用いて成長させることもできる。 Further, the semiconductor layer can be grown by using another method, for example, the MBE method, instead of the MOCVD method.
更に、SiNx膜でなく、SiO2膜としてもよい。プラズマCVD法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。 Further, a SiO 2 film may be used instead of the SiN x film. It can also be formed by using a sputtering method or a vapor deposition method instead of the plasma CVD method.
なお、InGaN/GaN量子井戸活性層23を、InGaN/InGaN量子井戸活性層(井戸層:InGaN、障壁層:InGaN)としてもよい。
The InGaN / GaN quantum well
フォトニック結晶レーザ43の電極28、29間に電圧を印加し、InGaN/GaN量子井戸活性層23に電流を供給することにより、n型GaN基板20側からレーザ光(レーザビーム)が出射される。出射されるレーザ光は、波長450nm(青色の波長領域)の光である。なお、青色光を発光するレーザ構造であれば、他の材料を用いる等してもよい。
By applying a voltage between the
図2Aにフォトニック結晶レーザ41、42、43から出射されるレーザ光α、βを示す。フォトニック結晶レーザ41、42、43においては、一つのレーザ光出射位置Oから同時に2本のレーザ光(双ビーム)α、βが出射される。レーザ光αの出射方向とフォトニック結晶レーザ41、42、43の面内方向の法線方向(フォトニック結晶層3、12、22の法線方向)とがなす角と、レーザ光βの出射方向とフォトニック結晶レーザ41、42、43の面内方向の法線方向(フォトニック結晶層3、12、22の法線方向)とがなす角とは相互に等しい。以下、この角度を傾斜角θと呼ぶ。傾斜角θは、レーザ光α、βの出射方向がフォトニック結晶層3、12、22の法線に対してなす傾斜角である。
FIG. 2A shows the laser beams α and β emitted from the
また、レーザ光αとレーザ光βの出力は相互に等しい。 Further, the outputs of the laser beam α and the laser beam β are equal to each other.
図2Aとともに、図2Bを参照する。レーザ光α、βの出射方向は、フォトニック結晶レーザ41、42、43出射面(フォトニック結晶層3、12、22面)と直交する一つの平面Ps内の方向である。レーザ光出射位置Oを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザ41、42、43の面内方向の法線方向(フォトニック結晶層3、12、22の法線方向)がすべて平面Psの面内方向であるということもできる。図2A及び図2Bに示す例においては、レーザ光α、βの出射方向は、レーザ光出射位置Oを含む、XZ平面に平行な平面Psの面内方向である。以下、レーザ光出射位置Oを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザ41、42、43の面内方向の法線方向(フォトニック結晶層3、12、22の法線方向)をすべて面内方向とする平面Psを出射方位面Psと呼ぶ。
See FIG. 2B with FIG. 2A. The emission directions of the laser beams α and β are directions in one plane Ps orthogonal to the emission planes of the
図2Cを参照する。フォトニック結晶レーザ41、42、43のレーザ光は、たとえばフォトニック結晶レーザ41、42、43の面内における数百μm×数百μmの範囲内から出射される。1本のレーザ光の広がり角はたとえば約1°である。2本のレーザ光(双ビーム)の合計出力は、たとえば1W〜10Wである。また、たとえば量子井戸活性層4、13、23に供給する電流のオン、オフを繰り返すことにより、数百MHzの繰り返し周波数(パルス変調可能周波数)までのパルス波(パルスレーザビーム)を出射することができる。なお、電流の供給を間断なく続けた場合には、連続波のレーザ光が出射される。
See FIG. 2C. The laser light of the
後述の実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザ41、42、43は、上記の特徴をもつとともに、たとえば以下のレーザ光制御(出射ビーム制御)が可能である。
The
図3Aを参照する。傾斜角θは、0°≦θ≦45°の範囲で任意に変化させることができる。 See FIG. 3A. The inclination angle θ can be arbitrarily changed within the range of 0 ° ≦ θ ≦ 45 °.
図3Bを参照する。出射方位面Psは、レーザ光出射位置Oを通り、フォトニック結晶レーザ41、42、43の面内方向と直交する直線(フォトニック結晶層3、12、22の法線方向と平行な直線)を軸として、その周囲に任意の角度で回転させることができる。
See FIG. 3B. The emission azimuth plane Ps passes through the laser beam emission position O and is a straight line orthogonal to the in-plane direction of the
傾斜角θの変化と、出射方位面Psの回転角度の変化を組み合わせると(傾斜角θと出射方位面Psの回転角度をともに制御すると)、レーザ光出射位置Oを頂点とする円錐内におけるレーザ光走査(任意の位置へのレーザ光照射)が可能となり、たとえば楕円状領域内の任意の範囲を照明することができる。 Combining the change in the tilt angle θ with the change in the rotation angle of the exit azimuth surface Ps (when both the tilt angle θ and the rotation angle of the exit azimuth surface Ps are controlled), the laser in the cone whose apex is the laser beam emission position O. Light scanning (irradiation of laser light to an arbitrary position) becomes possible, and for example, an arbitrary range within an elliptical region can be illuminated.
レーザ光の走査(往復や回転等)とともに、たとえばレーザ光のパルス幅制御(pulse width modulation; PWM)や点滅周波数(パルスの繰り返し周波数)制御(pulse frequency modulation; PFM)を行ってもよい。出力(強度)制御等も可能である。 Along with scanning the laser beam (reciprocating, rotating, etc.), for example, pulse width modulation (PWM) or blinking frequency (pulse frequency modulation; PFM) of the laser beam may be performed. Output (strength) control is also possible.
図4に示す例においては、たとえば楕円状領域内を走査(照明)する場合に、楕円の中心部に照射するレーザ光の出力p2を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の出力p1よりも大きくする(p1<p2)。これとは別に、またはこれとあわせて、楕円の中心部に照射するレーザ光の周波数f2を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の周波数f1よりも小さくする(f2<f1)。このように、たとえば入射位置に応じ、レーザ光の出力や周波数等を制御する。なお、たとえば車両用前照灯においては、照射範囲の中心部に入射させるレーザ光の出力p2を、左右領域に入射させるレーザ光の出力p1よりも大きくすることが好ましい。周波数f1、f2は、中心部と左右領域で等しくてよい。 In the example shown in FIG. 4, for example, when scanning (illuminating) the inside of an elliptical region, the output p2 of the laser light irradiating the central portion of the ellipse is larger than the output p1 of the laser light irradiating the left and right regions of the ellipse. Increase (p1 <p2). Separately or in combination with this, the frequency f2 of the laser light irradiating the central portion of the ellipse is made smaller than the frequency f1 of the laser light irradiating the left and right regions of the ellipse (f2 <f1). In this way, for example, the output and frequency of the laser beam are controlled according to the incident position. For example, in a vehicle headlight, it is preferable that the output p2 of the laser light incident on the central portion of the irradiation range is larger than the output p1 of the laser light incident on the left and right regions. The frequencies f1 and f2 may be equal in the central portion and the left and right regions.
レーザ光の出射を制御する(傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等の制御を行う)ことで、たとえば照明領域(照明範囲)の形状や、照明光の強度分布を制御することができる(照明パターンの動的な形成)。レーザ光の出射制御は、後述するように、たとえば電極への電圧の印加態様(電圧を印加する電極の選択を含む。)の制御によって行う。 By controlling the emission of laser light (controlling the tilt angle θ, the rotation angle of the emission azimuth surface Ps, the laser light output, the blinking frequency, the pulse width, etc.), for example, the shape of the illumination area (illumination range) and illumination The light intensity distribution can be controlled (dynamic formation of illumination patterns). As will be described later, the emission control of the laser beam is performed, for example, by controlling the mode of applying the voltage to the electrodes (including the selection of the electrode to which the voltage is applied).
更に、フォトニック結晶レーザ41、42、43においては、複数の双ビームを独立に制御することが可能である。たとえば2組の双ビームを同時に出射し、各組について傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を独立に変化させることができる。
Further, in the
なお、厳密には、傾斜角θや出射方位面Psの回転角度が異なるレーザ光は同一の出射位置から出射されるわけではなく、θやPsに応じた出射位置の変位がある。そのような変位は、たとえばnmからμmオーダー程度であり、図3A、図3B、図4、図5(後述)のような図では表現できないくらいの大きさである。しかも、本件の前照灯(後述)のような、レーザ光の到達位置の制御による照明装置では、そのような変位は問題とならない。 Strictly speaking, laser light having different inclination angles θ and rotation angles of the emission directional planes Ps is not emitted from the same emission position, and there is a displacement of the emission position according to θ and Ps. Such a displacement is, for example, on the order of nm to μm, and is so large that it cannot be represented by a diagram such as FIGS. 3A, 3B, 4 and 5 (described later). Moreover, such displacement does not pose a problem in a lighting device that controls the arrival position of the laser beam, such as the headlight (described later) of the present case.
図5に、相互に傾斜角θが異なる複数組(4組)の双ビームを同時に出射する例を示した。4組の双ビームの出射方向はすべて平面Psの面内方向である。複数の双ビームを同時に出射することで、同時多点照射が可能となる。同時照射による効果で、帯状領域にレーザ光を照射することができる。なお、同時点灯させたままで、レーザ光の出力制御を行うこともできる。点滅周波数制御、パルス幅制御等を行うことも可能である。 FIG. 5 shows an example in which a plurality of sets (4 sets) of twin beams having different inclination angles θ are simultaneously emitted. The emission directions of the four sets of twin beams are all in-plane directions of the plane Ps. Simultaneous multipoint irradiation is possible by emitting a plurality of twin beams at the same time. Due to the effect of simultaneous irradiation, the band-shaped region can be irradiated with laser light. It is also possible to control the output of the laser beam while keeping the lights on at the same time. It is also possible to perform blinking frequency control, pulse width control, and the like.
レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Psの回転角度制御について詳細に説明する。 The tilt angle θ control of the laser beam and the rotation angle control of the emission directional plane Ps will be described in detail.
図6A〜図6Dは、フォトニック結晶レーザ41のAlGaInPフォトニック結晶層3の構成を示す概略的な平面図である。レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Psの回転角度制御は、たとえば特許文献4に記載される2次元フォトニック結晶層の構成と同様の構成を採用して行うことができる。
6A to 6D are schematic plan views showing the configuration of the AlGaInP photonic crystal layer 3 of the
AlGaInPフォトニック結晶層3は、層状の母材(AlGaInP層)内に空孔(母材とは屈折率が異なる領域)が配置されて構成され、光共振状態形成用フォトニック結晶構造を形成する光共振状態形成用格子3a(図6A参照)、及び、光出射用フォトニック結晶構造を形成する光出射用格子3b(図6B参照)を有する。
The AlGaInP photonic crystal layer 3 is formed by arranging pores (regions having a refractive index different from that of the base material) in a layered base material (AlGaInP layer) to form a photonic crystal structure for forming an optical resonance state. It has an optical resonance
図6Aを参照する。光共振状態形成用格子3aは、格子定数aを有する正方格子からなり、格子点3a1は、X軸方向及びY軸方向に沿って間隔aで並ぶ。
See FIG. 6A. The optical resonance
図6Bを参照する。光出射用格子3b(格子点3b1)では、(r1,1)a及び(r2,1)aの基本並進ベクトルを有する斜方格子が構成される。 See FIG. 6B. The light emitting lattice 3b (lattice point 3b 1 ) constitutes an orthorhombic lattice having the basic translation vectors of (r 1 , 1) a and (r 2, 1) a.
図6C及び図6Dを参照する。AlGaInPフォトニック結晶層3は、光共振状態形成用格子3aと光出射用格子3bを重ね合わせた構造とする。このフォトニック結晶の格子3cの格子点3c1に空孔3dを配置する。
See FIGS. 6C and 6D. The AlGaInP photonic crystal layer 3 has a structure in which a lattice for forming an
フォトニック結晶レーザ41からは、たとえば波長650nmの赤色レーザ光α、βが出射される。また、AlGaInPフォトニック結晶層3の有効屈折率neffは、母材を形成するAlGaInPの屈折率及び空孔3dが母材内に占める割合により定まる。空孔3dの面積を調整することで、たとえば有効屈折率neff=3.6とした。
For example, red laser beams α and β having a wavelength of 650 nm are emitted from the
フォトニック結晶レーザ41からは、格子点3b1の位置を示すパラメータr1及びr2が以下の式(1)及び(2)を満たす方向にレーザ光が出射される。
The
ここで方位角φは、出射されるレーザ光(傾斜ビーム)のAlGaInPフォトニック結晶層3に平行な面への射影の該面内での向きを表す方位角(X軸方向を基準とする方位角)を表す。 Here, the azimuth φ is an azimuth (azimuth with reference to the X-axis direction) representing the direction of the emitted laser beam (tilted beam) projected onto a plane parallel to the AlGaInP photonic crystal layer 3 in the plane. Represents a corner).
なお、格子定数a、有効屈折率neff、出射されるレーザ光の波長λの間には、以下の式(3)の関係がある。 There is a relationship of the following equation (3) between the lattice constant a, the effective refractive index n eff, and the wavelength λ of the emitted laser light.
たとえば式(1)、(2)より、r1、r2が変化すれば、傾斜角θ、方位角φが変化することがわかる。したがって一例として、r1、r2が異なる領域を形成し、レーザ光の出射方向(傾斜角θ、方位角φ)を変化させることができる。所望の傾斜角θ、方位角φで、フォトニック結晶レーザ41の外部にレーザ光を取り出すことも可能である。
For example, from equations (1) and (2), it can be seen that if r 1 and r 2 change, the inclination angle θ and the azimuth angle φ change. Therefore, as an example, r 1 and r 2 can form different regions, and the emission direction of the laser beam (inclination angle θ, azimuth angle φ) can be changed. It is also possible to extract the laser beam to the outside of the
図7A〜図7Cを参照し、傾斜角θの制御例について説明する。 A control example of the inclination angle θ will be described with reference to FIGS. 7A to 7C.
図7A、図7Bは、それぞれフォトニック結晶レーザ41におけるn側電極9、p側電極8の配置例を示す概略的な平面図である。図7Aに示すように、n側電極9は、Z軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図7Bに示す例においては、p側電極8は、相互に電気的に分離された複数のp側電極8a〜8dを含んで構成される。
7A and 7B are schematic plan views showing an arrangement example of the n-side electrode 9 and the p-side electrode 8 in the
p側電極8a〜8dのうちの単数または複数とn側電極9との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたp側電極8a〜8dとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a〜8dに対応する位置の量子井戸活性層4)に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のn側電極9に囲まれた領域(窓9a)を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ41の外部に向けて出射される。
When a voltage is applied between one or more of the p-
図7Bに示す例においては、各p側電極8a〜8dとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a〜8dに対応する位置の量子井戸活性層4)で発光された光が入射する位置の(各p側電極8a〜8dに対応する位置の)AlGaInPフォトニック結晶層3が、式(1)、(2)に従って設計されている。すなわち、各p側電極8a〜8dに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域に対応して、r1、r2が規定され、AlGaInPフォトニック結晶層3が作製されている。一例として、AlGaInPフォトニック結晶層3は、p側電極8aに対応する領域から、p側電極8dに対応する領域に向かって、傾斜角θを連続的に変化させるよう、式(1)、(2)に従い、r1、r2がともに連続的に大きくなるように設計されている。
In the example shown in FIG. 7B, the quantum well active layer 4 between the p-
図7Bに示す例においては、p側電極8aに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、たとえば(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。また、p側電極8b、8c、8dに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、それぞれたとえば(θ、φ)=(10°,0°)、(20°,0°)、(30°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。すなわち、たとえばp側電極8aとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ41からは、(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。同様に、各p側電極8b、8c、8dとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ41からは、それぞれ(θ、φ)=(10°,0°)、(20°,0°)、(30°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。
In the example shown in FIG. 7B, the region of the AlGaInP photonic crystal layer 3 corresponding to the p-
たとえば相互に隣接する電極8a〜8dに印加する電圧値(p側電極8a〜8dに対応する位置の量子井戸活性層4に供給する電流値)のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
For example, depending on the balance of the voltage values applied to the
一例として電極8a、9間及び電極8b、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8a、9間に印加する電圧値と電極8b、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、0°<θ<10°、φ=0°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極8b、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
As an example, under the condition that the voltage is applied only between the
また、電極8b、9間及び電極8c、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8b、9間に印加する電圧値と電極8c、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、10°<θ<20°、φ=0°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極8c、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
Further, under the condition that the voltage is applied only between the
同様に、電極8c、9間及び電極8d、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8c、9間に印加する電圧値と電極8d、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、20°<θ<30°、φ=0°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極8d、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
Similarly, the ratio of the voltage value applied between the
図7Bに示す構成においては、0°≦θ≦30°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。 In the configuration shown in FIG. 7B, the inclination angle θ can be continuously controlled in the range of 0 ° ≦ θ ≦ 30 °.
図7Cは、方位角φ=0°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータr1、r2の関係を示すグラフである。グラフの横軸は、傾斜角θを単位「°」で表し、縦軸はr1及びr2を表す。本設計の場合、r1=r2となる。なお、レーザ光の波長は650nm、AlGaInPフォトニック結晶層3の有効屈折率neffは3.6とした。 FIG. 7C is a graph showing the relationship between the inclination angle θ and the parameters r 1 and r 2 when the laser beam is emitted in the emission azimuth plane having an azimuth angle φ = 0 °. The horizontal axis of the graph represents the inclination angle θ in the unit “°”, and the vertical axis represents r 1 and r 2 . In the case of this design, r 1 = r 2 . The wavelength of the laser beam was 650 nm, and the effective refractive index n eff of the AlGaInP photonic crystal layer 3 was 3.6.
グラフから、たとえばr1及びr2を連続的に変化させてAlGaInPフォトニック結晶層3を作製することで、傾斜角θを連続的に変化させてレーザ光を出射可能であることがわかる。 From the graph, it can be seen that, for example, by continuously changing r 1 and r 2 to prepare the AlGaInP photonic crystal layer 3, the inclination angle θ can be continuously changed to emit the laser beam.
図7A〜図7Cに示したのは、φ=0°とする1つの出射方位面内においてレーザ光の出射方向(傾斜角θ)を変化させる例であり、レーザ光は1軸方向に走査される。図8A及び図8Bを参照し、複数の出射方位面内においてレーザ光の出射方向(傾斜角θ)を変化させる制御例を説明する。図8A及び図8Bに示す例においては、レーザ光は2軸方向に走査される。 FIGS. 7A to 7C show an example in which the emission direction (inclination angle θ) of the laser light is changed in one emission directional plane where φ = 0 °, and the laser light is scanned in the uniaxial direction. To. A control example for changing the emission direction (inclination angle θ) of the laser beam in a plurality of emission directional planes will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. In the examples shown in FIGS. 8A and 8B, the laser beam is scanned in the biaxial direction.
図8A、図8Bは、それぞれフォトニック結晶レーザ41におけるn側電極9、p側電極8の他の配置例を示す概略的な平面図である。図8Aは、図7Aと同図であり、n側電極9は、Z軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図8Bに示す例においては、p側電極8は、相互に電気的に分離された複数のp側電極8a〜8gを含んで構成される。
8A and 8B are schematic plan views showing other arrangement examples of the n-side electrode 9 and the p-side electrode 8 in the
p側電極8a〜8gのうちの単数または複数とn側電極9との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたp側電極8a〜8gとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a〜8gに対応する位置の量子井戸活性層4)に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のn側電極9に囲まれた領域(窓9a)を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ41の外部に向けて出射される。
When a voltage is applied between one or more of the p-
図8Bに示す例においては、各p側電極8a〜8gとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a〜8gに対応する位置の量子井戸活性層4)で発光された光が入射する位置の(各p側電極8a〜8gに対応する位置の)AlGaInPフォトニック結晶層3が、式(1)、(2)に従って設計されている。すなわち、各p側電極8a〜8gに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域に対応して、r1、r2が規定され、AlGaInPフォトニック結晶層3が作製されている。一例として、AlGaInPフォトニック結晶層3は、p側電極8aに対応する領域から、p側電極8dに対応する領域に向かって、図7Bに示す場合と同様に、r1、r2がともに連続的に大きくなるように設計されている。また、p側電極8aに対応する領域から、p側電極8gに対応する領域に向かって、p側電極8a〜8dとは異なる方位角φで、傾斜角θを連続的に変化させるように、式(1)、(2)に従い、r1は連続的に大きくなるように、r2は連続的に小さくなるように設計されている。
In the example shown in FIG. 8B, the quantum well active layer 4 between each p-
図8Bに示す例においては、p側電極8aに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、たとえば(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。また、p側電極8b、8c、8dに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、それぞれたとえば(θ、φ)=(10°,0°)、(20°,0°)、(30°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。更に、p側電極8e、8f、8gに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、それぞれたとえば(θ、φ)=(10°,90°)、(20°,90°)、(30°,90°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。
In the example shown in FIG. 8B, the region of the AlGaInP photonic crystal layer 3 corresponding to the p-
たとえばp側電極8aとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ41からは、(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。同様に、各p側電極8b、8c、8d、8e、8f、8gとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、それぞれ(θ、φ)=(10°,0°)、(20°,0°)、(30°,0°)、(10°,90°)、(20°,90°)、(30°,90°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。
For example, when a voltage is applied only between the p-
たとえば相互に隣接する電極8a〜8gに印加する電圧値(p側電極8a〜8gに対応する位置の量子井戸活性層4に供給する電流値)のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
For example, depending on the balance of the voltage values applied to the
たとえばX軸方向に配列された電極8a〜8dに関しては、図7Bを参照して行った説明と同様である。
For example, the
Y軸方向に配列された電極8a、8e〜8gに関しては、一例として電極8a、9間及び電極8e、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8a、9間に印加する電圧値と電極8e、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、0°<θ<10°、φ=90°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極8e、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
Regarding the
また、電極8e、9間及び電極8f、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8e、9間に印加する電圧値と電極8f、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、10°<θ<20°、φ=90°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極8f、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
Further, under the condition that the voltage is applied only between the
同様に、電極8f、9間及び電極8g、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8f、9間に印加する電圧値と電極8g、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、20°<θ<30°、φ=90°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極8g、9間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
Similarly, the ratio of the voltage value applied between the
図8Bに示す構成においては、φ=0°、90°となる2つの出射方位面内において、0°≦θ≦30°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。 In the configuration shown in FIG. 8B, the inclination angle θ can be continuously controlled in the range of 0 ° ≦ θ ≦ 30 ° in the two emission directional planes where φ = 0 ° and 90 °.
図9A及び図9Bを参照し、傾斜角θ及び方位角φの制御例について説明する。 A control example of the inclination angle θ and the azimuth angle φ will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
図9A、図9Bは、それぞれフォトニック結晶レーザ41におけるn側電極9、p側電極8の、更に別の配置例を示す概略的な平面図である。図9Aは、図7Aと同図であり、n側電極9は、Z軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図9Bに示す例においては、p側電極8は、相互に電気的に分離された複数のp側電極8a、8h〜8lを含んで構成される。
9A and 9B are schematic plan views showing still another arrangement example of the n-side electrode 9 and the p-side electrode 8 in the
p側電極8a、8h〜8lのうちの単数または複数とn側電極9との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたp側電極8a、8h〜8lとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a、8h〜18lに対応する位置の量子井戸活性層4)に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のn側電極9に囲まれた領域(窓9a)を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ41の外部に向けて出射される。
When a voltage is applied between one or more of the p-
図9Bに示す例においては、各p側電極8a、8h〜8lとn側電極9との間の量子井戸活性層4(各p側電極8a、8h〜8lに対応する位置の量子井戸活性層4)で発光された光が入射する位置の(各p側電極8a、8h〜8lに対応する位置の)AlGaInPフォトニック結晶層3が、式(1)、(2)に従って設計されている。すなわち、各p側電極8a、8h〜8lに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域に対応して、r1、r2が規定され、AlGaInPフォトニック結晶層3が作製されている。
In the example shown in FIG. 9B, the quantum well active layer 4 between each p-
一例として、AlGaInPフォトニック結晶層3は、p側電極8aに対応する領域から、p側電極8iに対応する領域に向かって、図8Bに示す場合と同様に、r1、r2がともに連続的に大きくなるように作製されている。また、p側電極8aに対応する領域から、p側電極8kに対応する領域に向かって、r1は連続的に大きくなるように、r2は連続的に小さくなるように作製されている。更に、p側電極8lに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、p側電極8jに対応する領域よりも、r1、r2がともに大きく、かつ、p側電極8hに対応する領域よりも、r1は大きく、r2は小さく作製されている。
As an example, in the AlGaInP photonic crystal layer 3, both r 1 and r 2 are continuous from the region corresponding to the p-
図9Bに示す例においては、p側電極8aに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、たとえば(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。また、p側電極8h、8iに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、それぞれたとえば(θ、φ)=(15°,0°)、(30°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。更に、p側電極8j、8kに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、それぞれたとえば(θ、φ)=(15°,90°)、(30°,90°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。また、p側電極8lに対応するAlGaInPフォトニック結晶層3の領域は、たとえば(θ、φ)=(15°,45°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2が規定され、形成されている。
In the example shown in FIG. 9B, the region of the AlGaInP photonic crystal layer 3 corresponding to the p-
たとえばp側電極8aとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ41からは、(θ、φ)=(0°,0°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。同様に、各p側電極8h、8i、8j、8k、8lとn側電極9との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ41からは、それぞれ(θ、φ)=(15°,0°)、(30°,0°)、(15°,90°)、(30°,90°)、(15°,45°)の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射される。
For example, when a voltage is applied only between the p-
たとえば電極8a、8h〜8lに印加する電圧値(p側電極8a、8h〜8lに対応する位置の量子井戸活性層4に供給する電流値)のバランスにより、中間の傾斜角θ及び方位角φ方向にレーザ光を出射することが可能である。
For example, depending on the balance of the voltage values applied to the
たとえばX軸方向に配列された電極8a、8h、8iに関しては、図7Bを参照し、電極8a〜8dに関して行った説明と同様である。また、たとえばY軸方向に配列された電極8a、8j、8kに関しては、図8Bを参照し、電極8a、8e〜8gに関して行った説明と同様である。図9Bに示す構成においても、図8Bに示した構成と同様に、φ=0°、90°となる2つの出射方位面内において、0°≦θ≦30°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
For example, the
更に、図9Bに示す構成においては、たとえば電極8h、9間及び電極8l、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8h、9間に印加する電圧値と電極8l、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ=15°、0°<φ<45°の方向にレーザ光を出射させることができる。
Further, in the configuration shown in FIG. 9B, the voltage value applied between the
また、たとえば電極8l、9間及び電極8j、9間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極8l、9間に印加する電圧値と電極8j、9間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ=15°、45°<φ<90°の方向にレーザ光を出射させることができる。 Further, for example, the ratio of the voltage value applied between the electrodes 8l and 9 and the voltage value applied between the electrodes 8j and 9 under the condition that the voltage is applied only between the electrodes 8l and 9 and between the electrodes 8j and 9. By changing the above, the laser beam can be emitted in the directions of θ = 15 ° and 45 ° <φ <90 °.
このように、図9Bに示す構成においては、出射方位面を回転させるような態様で、レーザ光を出射させることができる。 As described above, in the configuration shown in FIG. 9B, the laser beam can be emitted in such a manner as to rotate the emission directional plane.
更に、図9Bに示す構成においては、たとえば電極8a、8h、8l、8jに印加する電圧値(p側電極8a、8h、8l、8jに対応する位置の量子井戸活性層4に供給する電流値)のバランスにより、傾斜角θが0°≦θ≦15°、方位角φが0°≦φ≦90°となる方向にレーザ光を出射することが可能である。
Further, in the configuration shown in FIG. 9B, for example, the voltage value applied to the
図7A〜図9Bを参照し、3つの構成例について説明したが、構成はこれらに限られず、傾斜角θ及び方位角φの範囲は任意に設定することができる。 Although three configuration examples have been described with reference to FIGS. 7A to 9B, the configurations are not limited to these, and the ranges of the inclination angle θ and the azimuth angle φ can be arbitrarily set.
なお、図7A〜図9Bにおいては、理解の容易のために電極数を少なくしたが、中間の角度の精度を高めるには、より多くの電極を用いることが好ましい。 In FIGS. 7A to 9B, the number of electrodes is reduced for ease of understanding, but it is preferable to use more electrodes in order to improve the accuracy of the intermediate angle.
図6A〜図9Bを参照し、赤色光を出射するフォトニック結晶レーザ41について説明したが、緑色光、青色光を出射するフォトニック結晶レーザ42、43についても同様である。フォトニック結晶レーザ42、43(図1B、図1C参照)のn型GaNフォトニック結晶層12、22も、たとえば図6A〜図6Dに示すように構成される。n型GaNフォトニック結晶層12、22の有効屈折率neffは、それぞれたとえば2.4、2.5とすることができる。フォトニック結晶レーザ42、43では、それぞれたとえば波長560nm、450nmの緑色、青色レーザ光が発光され、パラメータr1及びr2が式(1)及び(2)を満たす方向に出射される。フォトニック結晶レーザ42、43においても、格子定数a、有効屈折率neff、出射されるレーザ光の波長λの間には、式(3)の関係がある。
Although the
フォトニック結晶レーザ42、43においても、たとえばr1、r2が異なる領域をもつn型GaNフォトニック結晶層12、22が形成され、所望の傾斜角θ、方位角φで、レーザ光が取り出される。フォトニック結晶レーザ42、43のp側電極18、28、n側電極19、29は、フォトニック結晶レーザ41のp側電極8a〜8l、n側電極9と同様の構成とすることができる。p側電極18、28に対応するn型GaNフォトニック結晶層12、22の領域は、式(1)、(2)に従い、たとえば(θ、φ)=(0°,0°)、(10°,0°)、(20°,0°)等の方向に(方向を中心に)レーザ光が出射されるようにr1、r2を規定して、形成される。傾斜角θ、方位角φの制御もフォトニック結晶レーザ41の場合と同様に行うことが可能である(図7A〜図9B参照)。
Also in the
図10A及び図10Bは、それぞれフォトニック結晶レーザ42、43が方位角φ=0°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータr1、r2の関係を示すグラフであり、フォトニック結晶レーザ41について示した図7Cに対応する。図10A、図10Bともに、グラフの横軸は、傾斜角θを単位「°」で表し、縦軸はr1及びr2を表す。また、r1=r2としたときの関係を示す。レーザ光の波長は、560nm(図10A)、450nm(図10B)とし、n型GaNフォトニック結晶層12、22の有効屈折率neffは2.4(図10A)、2.5(図10B)とした。
10A and 10B show the relationship between the inclination angle θ and the parameters r 1 and r 2 when the
グラフから、フォトニック結晶レーザ42、43においても、たとえばr1及びr2を連続的に変化させてn型GaNフォトニック結晶層12、22を作製することで、傾斜角θを連続的に変化させてレーザ光を出射可能であることがわかる。
From the graph, even in the
図11Aは、実施例による照明装置(車両用前照灯)の基本的構成を示す概略図である。実施例による車両用前照灯は、たとえば自動車の前照灯であり、フォトニック結晶レーザ30及び第1制御装置60を含む。
FIG. 11A is a schematic view showing a basic configuration of a lighting device (vehicle headlight) according to an embodiment. The vehicle headlight according to the embodiment is, for example, an automobile headlight, and includes a
フォトニック結晶レーザ30は、たとえばチップ状のフォトニック結晶レーザ41、42、43を含む。チップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43は、前述のように、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のレーザ光α、βを複数の方向に、具体的には任意の傾斜角θ(θ≦45°)及び方位角φで出射することができる。
The
第1制御装置60は、フォトニック結晶レーザ30(41、42、43)からのレーザ光の出射を制御する。
The
フォトニック結晶レーザ30を出射したレーザ光は、照明光として車両前方に自動車前照灯照明パターンを形成する。
The laser beam emitted from the
図11Bは、フォトニック結晶レーザ30を示す概略図である。フォトニック結晶レーザ30は、たとえばX軸方向、Y軸方向に沿って規則的に交互に配置される赤色光出射部30R、緑色光出射部30G、及び、青色光出射部30Bを備える。
FIG. 11B is a schematic view showing the
赤色光出射部30Rは、単数のチップ状フォトニック結晶レーザ41により、または複数のフォトニック結晶レーザ41を、一例としてブロック状に配置して形成される。同様に、緑色光出射部30G、青色光出射部30Bは、それぞれ単数のチップ状フォトニック結晶レーザ42、43により、または複数のフォトニック結晶レーザ42、43を、一例としてブロック状に配置して形成される。
The red
図11Cに示すように、たとえば赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30Bを出射した赤色光α、緑色光α、青色光αは、ビームスポットを重畳されて(同一領域に照射されて)白色光を形成する。赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30Bを出射した赤色光β、緑色光β、青色光βも同様である。なお、レーザ光α、βの出射方向制御においても、赤色光、緑色光、青色光は、たとえば重畳された状態を維持される。
As shown in FIG. 11C, for example, the red light α, the green light α, and the blue light α emitted from the red, green, and blue
図12Aを参照する。実施例による車両用前照灯は、更に、ビーム整形回折素子31、第2制御装置63、センシング機器64等を備えてもよい。
See FIG. 12A. The vehicle headlight according to the embodiment may further include a beam shaping
図12Bは、ビーム整形回折素子31を示す概略的な斜視図である。本図には、2次元的に繰り返し配置される赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30B(図11B参照)の各々が、それぞれ単数のチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43により形成される場合を示した。
FIG. 12B is a schematic perspective view showing the beam shaping
ビーム整形回折素子31は、たとえば赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30B(チップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43)のレーザ光出射面側に密着して配置される。また、たとえば2次元的に繰り返し配置されたチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43の各々に対応する、2次元的なビーム整形回折パターンを備える。ビーム整形回折素子31は、赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30B(チップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43)の各々から出射されたビーム(赤色光、緑色光、青色光)の出射方向を維持し、その形状及びサイズを揃える機能を有する。
The beam
なお、レーザ光の透過率は低下するが、ビーム整形回折素子31に、光散乱機能をもたせることも可能である。光透過率は、ホログラフィックビーム整形ディフーザで85%程度となる。
Although the transmittance of the laser beam is reduced, the beam shaping
再び、図12Aを参照する。 Again, see FIG. 12A.
第2制御装置63では、たとえば配光制御ソフトウェアが用いられる。 In the second control device 63, for example, light distribution control software is used.
センシング機器64は、たとえばカメラ、レーダ等である。
The
なお、第1制御装置60は、たとえばレーザ駆動回路61及びビーム走査演算回路62を含んで構成される。
The
センシング機器64は、一例として、車両前方をセンシングし、歩行者、対向車、先行車、障害物等の車両周辺情報を入手する。また、配光(照明光)をモニタする配光モニタカメラを含む。入手されたセンシング情報は、第2制御装置63の配光制御ソフトウェアに入力される。配光制御ソフトウェアは、入力されたセンシング情報等に基づき、たとえば最適な配光(照明光)パターンを決定する。
As an example, the
なお、配光制御ソフトウェアは、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。配光制御ソフトウェアのプログラムを書き換えることで、一つの照明装置、たとえば実施例による車両用前照灯が種々の照明目的に使用可能となる。 The light distribution control software dynamically controls an arbitrary light distribution by a rewritable program. By rewriting the program of the light distribution control software, one lighting device, for example, a vehicle headlight according to an embodiment can be used for various lighting purposes.
第2制御装置63の配光制御ソフトウェアで決定された配光パターンの情報(配光パターンの形状や輝度分布等)は第1制御装置60に出力される。
Information on the light distribution pattern (shape of the light distribution pattern, brightness distribution, etc.) determined by the light distribution control software of the second control device 63 is output to the
第1制御装置60は、第2制御装置63から入力された配光パターンの情報に基づき、フォトニック結晶レーザ30からのレーザ光の出射を制御する。具体的には、たとえばチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43の各々について、傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅、同時出射等の制御を行う。すべてのチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43について等しい制御を行ってもよいし、複数のチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43のうちの一部について等しい制御を実施してもよい。
The
傾斜角θは、たとえば図7A〜図9Bを参照して行った説明と同様に制御することができる。出射方位面Psの回転角度は、たとえば図9A及び図9Bを参照して行った説明と同様に制御することが可能である。レーザ光出力は、電極8(18、28)、9(19、29)間に印加する電圧値(量子井戸活性層4(13、23)に供給する電流値)の大小や、印加電圧波形(供給電流波形)のデューティ比の高低で制御することができる。点滅周波数は、印加電圧(供給電流)のオン、オフの回数で制御可能である。パルス幅は、印加電圧(供給電流)のオン期間の長短で制御することができる。同時出射は、たとえば赤色光の場合、一例としてp側電極8a〜8lのうちの複数とn側電極9の間への電圧印加を同時に行うことにより実現され、たとえば図5を参照して説明した効果等を得ることができる。電圧を印加するp側電極8a〜8lの数で、1つのチップ状フォトニック結晶レーザ41から出射されるレーザ光の数を制御可能である。緑色光、青色光の同時出射制御も同様に行うことができる。
The inclination angle θ can be controlled in the same manner as described with reference to FIGS. 7A to 9B, for example. The rotation angle of the exit directional plane Ps can be controlled in the same manner as described with reference to FIGS. 9A and 9B, for example. The laser beam output is determined by the magnitude of the voltage value (current value supplied to the quantum well active layer 4 (13, 23)) applied between the electrodes 8 (18, 28) and 9 (19, 29) and the applied voltage waveform ( It can be controlled by the high or low duty ratio of the supply current waveform). The blinking frequency can be controlled by the number of times the applied voltage (supply current) is turned on and off. The pulse width can be controlled by the length of the on period of the applied voltage (supply current). Simultaneous emission is realized, for example, in the case of red light by simultaneously applying a voltage between a plurality of the p-
ビーム走査演算回路62は、たとえば最適配光パターンを実現するレーザ光(RGB双ビーム)の、傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を演算して求める。レーザ駆動回路61は、求められた傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等で、フォトニック結晶レーザ30からレーザ光(RGB双ビーム)を出射させる。出射された赤色、緑色、青色のレーザ光が重畳して車両前方に投射され、自動車前照灯照明パターンが形成される。
The beam
形成された自動車前照灯照明パターンは、たとえばセンシング機器64の配光モニタカメラで確認され、第2制御装置63で決定された配光パターンに合致するようにフィードバックがかけられる。
The formed automobile headlight illumination pattern is confirmed by, for example, the light distribution monitor camera of the
なお、たとえばセンシング機器64で得られる情報は逐次更新される。第2制御装置63は、所定の時間間隔で繰り返し、更新された情報に基づいて、たとえば最適な配光パターンを決定し、決定された最適配光パターンの情報を第1制御装置60に出力する。
For example, the information obtained by the
図12Cを参照する。図12Aに示す車両用前照灯は、1つのフォトニック結晶レーザモジュール(図12Aでは赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30B、ビーム整形回折素子31、及び、レーザ駆動回路61で構成される部分)を有する構成であるが、図12Cに示すように複数のフォトニック結晶レーザモジュールを備える構成としてもよい。
See FIG. 12C. The vehicle headlight shown in FIG. 12A includes one photonic crystal laser module (in FIG. 12A, red, green, and blue
ビーム走査演算回路62は、第2制御装置63から入力された配光パターンの情報に基づき、たとえば最適配光パターンを実現するレーザ光(RGB双ビーム)の、傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を演算して求める。求められた結果は、各フォトニック結晶レーザモジュールのレーザ駆動回路61に出力され、求められた傾斜角θ、出射方位面Psの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等で、各フォトニック結晶レーザモジュールからレーザ光(RGB双ビーム)が出射される。出射されたレーザ光(RGB双ビーム)により、車両前方に自動車前照灯照明パターンが形成される。
The beam
図12Cに示す構成においては、各フォトニック結晶レーザモジュールの出力が低い場合であっても、複数のフォトニック結晶レーザモジュールから出射されたレーザ光の合成により、目的の配光を実現することができる。また、たとえばフォトニック結晶レーザモジュールの不具合に対するフェイルセーフが図られる。更に、通常のADB機能だけではなく、複数の対象物への独立した照明や、隠蔽物を回避した照明など、多彩な配光制御に対応することができる。 In the configuration shown in FIG. 12C, even when the output of each photonic crystal laser module is low, the desired light distribution can be realized by synthesizing the laser light emitted from a plurality of photonic crystal laser modules. it can. Further, for example, fail-safe against a defect of the photonic crystal laser module is achieved. Furthermore, in addition to the normal ADB function, it is possible to support various light distribution controls such as independent lighting for a plurality of objects and lighting avoiding concealed objects.
実施例による照明装置には、レーザ光源として、通常のレーザ発振器とは異なる構造と制御機能をもつフォトニック結晶レーザ30(チップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43)が用いられる。実施例による照明装置においては、フォトニック結晶レーザ41、42、43のビーム制御機能(傾斜角θ制御、出射方位面Psの回転角度制御、レーザ光出力制御、点滅周波数制御、パルス幅制御、同時出射制御等)を活用し、所望の自動車前照灯照明パターン(たとえば第2制御装置63で決定された最適配光パターン)が形成可能である。フォトニック結晶レーザ41、42、43から出射される赤色光、緑色光、青色光の重ね合わせによる動的な前照灯配光が実現される(ソフトウェア配光制御)。また、照明パターンを多彩に変化させることができる。照明パターンは、文字、図形等の情報を含むものであってもよい。
In the lighting device according to the embodiment, photonic crystal lasers 30 (chip-shaped
たとえば単純なラスター走査制御とは異なり、水平、垂直方向から傾いた明暗境界や所定の輝度分布の形成においても、滑らかな配光(離散的な点灯制御による輝度段差や、輝度の不連続部分(暗線等)の生じない滑らかな配光)を実現することができる。また、たとえばLED(light emitting diode)アレイを用いる照明システムのように、解像度が光源のハードウェアに依存しない。 For example, unlike simple raster scanning control, smooth light distribution (brightness steps due to discrete lighting control and brightness discontinuities (brightness discontinuities) even in the formation of light-dark boundaries tilted from the horizontal and vertical directions and a predetermined brightness distribution (discrete lighting control). Smooth light distribution) without dark lines) can be realized. Also, the resolution does not depend on the hardware of the light source, for example in a lighting system using an LED (light emitting diode) array.
また、実施例による照明装置においては、フォトニック結晶レーザ41、42、43のビーム出射特性が活用され、たとえばスペースを必要とする投影レンズが不要である。このため、半導体パッケージレベルサイズの照明システムとすることができる。したがって設置個数、設置場所等、設置の自由度が高い。
Further, in the lighting device according to the embodiment, the beam emitting characteristics of the
更に、実施例による照明装置は、半導体発光素子を製造する設備と同程度の設備で製造することができる。このため、照明装置の精度や信頼性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することが可能である。 Further, the lighting device according to the embodiment can be manufactured with the same equipment as the equipment for manufacturing the semiconductor light emitting element. Therefore, the accuracy and reliability of the lighting device can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
また、フォトニック結晶レーザ41、42、43を用いて照明装置を構成すると、レーザ光の出射制御をたとえば電極への電圧の印加態様の制御によって行うことができる。機械的可動部をもつMEMSミラーやポリゴンミラー等を使用しないため、たとえば小型、軽量、高配光精度、高信頼性、長寿命の照明装置とすることができる。また、MEMSミラーやポリゴンミラー等を使用する照射装置よりも、多彩な制御を行うことが可能である。
Further, when the illumination device is configured by using the
このように実施例による照明装置は、高品質の照明装置である。 As described above, the illuminating device according to the embodiment is a high-quality illuminating device.
なお、たとえば自動車前照灯照明パターンの全体にわたって走査(フォトニック結晶レーザ30によるレーザ光照射)を行うのではなく、非走査型の照明(従来の照明装置を含む固定的な配光をもつ照明)との組み合わせにより、動的な配光制御が必要な部分だけ走査を行ってもよい。また、固定配光の照明に、照明範囲の中心部の高輝度領域の照射を分担させることもできる。 It should be noted that, for example, instead of scanning the entire automobile headlight illumination pattern (laser light irradiation by the photonic crystal laser 30), non-scanning type illumination (illumination having a fixed light distribution including a conventional illumination device). ) May be used to scan only the part that requires dynamic light distribution control. Further, it is also possible to share the irradiation of the high-luminance region in the central portion of the illumination range with the illumination of the fixed light distribution.
更に、フォトニック結晶レーザ30に、センシング用の波長領域の光(たとえば近赤外線)を出射するレーザ光源を加えてもよい。センシングのための独立した制御を行い、TOF(time of flight)センサやLIDAR(laser imaging detection and ranging)の光源としての機能を含めることができる。
Further, a laser light source that emits light in a wavelength region for sensing (for example, near infrared rays) may be added to the
図13を参照する。実施例による照明装置の構成を、たとえば街路灯に応用することができる。通常の街路照明だけを行う街路灯ではなく、照明光に照射面(路面)への表示機能をもたせた街路灯とすることが可能である。たとえば積雪時に車線ラインや横断歩道、警告等を表示し、歩行者、車両等へ情報を提供する。特定の対象物への照明を行う等の機能をもたせてもよい。 See FIG. The configuration of the lighting device according to the embodiment can be applied to, for example, a street light. It is possible to use a street light that has a display function on the irradiation surface (road surface) instead of a street light that only performs ordinary street lighting. For example, when it snows, lane lines, pedestrian crossings, warnings, etc. are displayed to provide information to pedestrians, vehicles, etc. It may have a function such as illuminating a specific object.
以上、実施例等に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the present invention has been described above with reference to Examples and the like, the present invention is not limited thereto.
たとえば実施例においては、ビーム整形回折素子31を、チップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43のレーザ光出射面側に密着して配置したが、ビーム整形回折素子31の代わりにカバーガラスまたはビーム整形機能を有しないディフーザを用いてもよい。
For example, in the embodiment, the beam shaping
また、実施例においては、赤色光、緑色光、青色光の混色(照射領域での重ね合わせ)により白色光を得る構成を示したが、複数の色のレーザ光を用いる構成であればこれに限られない。フォトニック結晶レーザ41、42、43の独立制御により、色度の制御を行うことができるし、それに限らず、たとえば複数の色のレーザ光の混色により所望の照明色を得る構成とすることができる。第1の色のレーザ光を出射する第1のフォトニック結晶レーザと、第1の色と異なる第2の色のレーザ光を出射する第2のフォトニック結晶レーザを用いればよい。
Further, in the embodiment, the configuration in which white light is obtained by mixing red light, green light, and blue light (superimposition in the irradiation region) is shown, but if the configuration uses laser light of a plurality of colors, this is used. Not limited. The chromaticity can be controlled by independent control of the
更に、複数のチップ状フォトニック結晶レーザ41、42、43をブロック状に配置して赤色、緑色、青色光出射部30R、30G、30Bを構成する点について言及したが、ライン状に配置して構成してもよい。
Further, although it was mentioned that a plurality of chip-shaped
なお、実施例のように、同数のフォトニック結晶レーザ41、42、43を用いて、フォトニック結晶レーザ30を構成するのではなく、各フォトニック結晶レーザ41、42、43の出力や照明装置の用途に応じ、照明色の合成に必要な数や割合でフォトニック結晶レーザ41、42、43を用いることができる。
It should be noted that, as in the embodiment, the
また、実施例においては、たとえばフォトニック結晶レーザ41、42、43を形成する材料を異ならせて複数の色のレーザ光を得たが、第2高調波発生(second harmonic generation; SHG)等を利用して複数の色のレーザ光を得てもよい。また、緑色フォトニック結晶レーザ42の代わりに、InGaAs/GaAs量子井戸活性層を有する赤外線波長の第2高調波発生を利用してもよい。
Further, in the embodiment, for example, laser beams of a plurality of colors were obtained by using different materials for forming the
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 In addition, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
実施例による、動的な配光制御機能(情報提示機能を含む。)を有する照明装置は、たとえば車両用灯具、一例として自動車用前照灯として好適に利用可能である。また、車両用灯具に限らず、種々の照明器具等に好適に利用できる。 The lighting device having a dynamic light distribution control function (including an information presentation function) according to the embodiment can be suitably used as, for example, a vehicle lighting device, for example, an automobile headlight. Further, it can be suitably used not only for vehicle lamps but also for various lighting fixtures and the like.
自動車用前照灯は、極端な明暗領域のある特徴的な配光分布をもち、潜在的に動的な配光制御を必要とする。たとえば実施例では、自動車用前照灯として用いられる照明装置を説明したが、照明装置は、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。したがって、実施例による照明装置は、プログラムを書き換えることで一般照明を含む種々の照明目的や、文字、図形等による情報表示にも使用可能なプログラマブル照明装置ということができる。 Automotive headlights have a characteristic light distribution with extreme light and dark regions and potentially require dynamic light distribution control. For example, in the embodiment, a lighting device used as a headlight for an automobile has been described, but the lighting device dynamically controls an arbitrary light distribution by a rewritable program. Therefore, the lighting device according to the embodiment can be said to be a programmable lighting device that can be used for various lighting purposes including general lighting and for displaying information by characters, figures, etc. by rewriting the program.
1 n型GaAs基板
2 n型AlGaInPクラッド層
3 AlGaInPフォトニック結晶層
3a 光共振状態形成用格子
3a1 格子点
3b 光出射用格子
3b1 格子点
3c 格子
3c1 格子点
3d 空孔
4 GaInP/AlGaInP量子井戸活性層
5 AlGaInPガイド層
6 p型AlGaInPクラッド層
7 p型GaAsコンタクト層
8、8a〜8l p側電極
9 n側電極
9a 窓
10 n型GaN基板
11 n型AlGaNクラッド層
12 n型GaNフォトニック結晶層
13 InGaN/InGaN量子井戸活性層
14 GaN層
15 p型AlGaN電子ブロック層
16 p型AlGaNクラッド層
17 p型GaNコンタクト層
18、18a〜18d p側電極
19 n側電極
20 n型GaN基板
21 n型AlGaNクラッド層
22 n型GaNフォトニック結晶層
23 InGaN/GaN量子井戸活性層
24 GaN層
25 p型AlGaN電子ブロック層
26 p型AlGaNクラッド層
27 p型GaNコンタクト層
28、28a〜28d p側電極
29 n側電極
30 フォトニック結晶レーザ
30R 赤色光出射部
30G 緑色光出射部
30B 青色光出射部
31 ビーム整形回折素子
41、42、43 フォトニック結晶レーザ
60 第1制御装置
61 レーザ駆動回路
62 ビーム走査演算回路
63 第2制御装置
64 センシング機器
1 n-type GaAs substrate 2 n-type AlGaInP clad layer 3 AlGaInP photonic crystal layer 3a Optical resonance state forming lattice 3a 1 lattice point 3b light emission lattice 3b 1 lattice point 3c lattice 3c 1 lattice point 3d vacancies 4 GaInP / AlGaInP Quantum well active layer 5 AlGaInP guide layer 6 p-type AlGaInP clad layer 7 p-type GaAs contact layer 8, 8a to 8 l p-side electrode 9 n-side electrode 9a window 10 n-type GaN substrate 11 n-type AlGaN clad layer 12 n-type GaN photo Nick crystal layer 13 InGaN / InGaN quantum well active layer 14 GaN layer 15 p-type AlGaN electron block layer 16 p-type AlGaN clad layer 17 p-type GaN contact layer 18, 18a to 18d p-side electrode 19 n-side electrode 20 n-type GaN substrate 21 n-type AlGaN clad layer 22 n-type GaN photonic crystal layer 23 InGaN / GaN quantum well active layer 24 GaN layer 25 p-type AlGaN electron block layer 26 p-type AlGaN clad layer 27 p-type GaN contact layers 28, 28a to 28d p Side electrode 29 n Side electrode 30 Photonic crystal laser 30R Red light emission unit 30G Green light emission unit 30B Blue light emission unit 31 Beam shaping diffraction elements 41, 42, 43 Photonic crystal laser 60 First controller 61 Laser drive circuit 62 Beam scanning calculation circuit 63 Second controller 64 Sensing device
Claims (9)
前記第1の色と異なる第2の色のレーザ光を出射する第2フォトニック結晶レーザと、
前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第1制御装置と
を有し、
前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザは、光共振状態形成用フォトニック結晶構造と光出射用フォトニック結晶構造が形成されるフォトニック結晶層を有し、
前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザ各々には、相互に電気的に分離された複数の電極を有し、複数の前記電極に対応する前記フォトニック結晶層の複数の領域はそれぞれ所定の方向に前記レーザ光が出射されるように規定され、
前記第1制御装置は複数の前記電極に印加される電圧のバランスを制御することで前記第1フォトニック結晶レーザ及び前記第2フォトニック結晶レーザからの前記レーザ光の傾斜角θ及び出射方位面Psの回転角度φを変化させ、
前記レーザ光は楕円状領域内を走査する車両用前照灯。 A first photonic crystal laser that y de laser light of a first color,
A second photonic crystal laser that morphism exiting the laser light of the second color different from the first color,
Have a first and a controller for controlling emission of laser light from the first photonic crystal laser and said second photonic crystal laser,
The first photonic crystal laser and the second photonic crystal laser have a photonic crystal layer in which a photonic crystal structure for forming an optical resonance state and a photonic crystal structure for emitting light are formed.
Each of the first photonic crystal laser and the second photonic crystal laser has a plurality of electrodes electrically separated from each other, and a plurality of regions of the photonic crystal layer corresponding to the plurality of electrodes. Is specified so that the laser beam is emitted in a predetermined direction, respectively.
By controlling the balance of the voltages applied to the plurality of electrodes, the first control device controls the inclination angle θ and the emission azimuth plane of the laser light from the first photonic crystal laser and the second photonic crystal laser. By changing the rotation angle φ of Ps,
The laser beam is a vehicle headlight that scans in an elliptical region .
前記第1制御装置は、前記第2制御装置で決定された配光パターンの情報に基づいて、前記第1、第2フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する請求項1〜6のいずれか1項に記載の車両用前照灯。 Further, it includes a second control device that determines a light distribution pattern based on sensing information.
The first control device controls the emission of laser light from the first and second photonic crystal lasers based on the information of the light distribution pattern determined by the second control device according to claims 1 to 6 . The vehicle headlight according to any one of the items.
前記楕円状領域の中心部を照射する前記打レーザ光の出力を、左右領域を照射する前記レーザ光の出力よりも大きくなるように制御すること、Controlling the output of the striking laser beam that irradiates the central portion of the elliptical region so as to be larger than the output of the laser beam that irradiates the left and right regions.
もしくは、前記楕円状領域の中心部を照射する前記打レーザ光の周波数を、左右領域を照射する前記レーザ光の周波数よりも小さくするように制御すること、Alternatively, the frequency of the striking laser beam that irradiates the central portion of the elliptical region is controlled to be smaller than the frequency of the laser beam that irradiates the left and right regions.
のいずれか一方を行う請求項1〜8のいずれか1項に記載の車両用前照灯。The vehicle headlight according to any one of claims 1 to 8, wherein one of the above is performed.
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