JP6923792B2 - Lighting device and its driving method - Google Patents
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本発明は照明装置及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a lighting device and a method for driving the lighting device.
励起用の第1の光源と、照明用の第2の光源と、蛍光体層及び光散乱層を備えるホイールと、蛍光体層の直上に離間して設けられ、第1の光源の光を蛍光体層に向けて反射するとともに第2の光源の光を透過するダイクロイックミラーと、光散乱層の直上に離間して設けられ、ダイクロイックミラーを透過した第2の光源の光を光散乱層に向けて反射するミラーと、を備える照明装置が提案されている。この照明装置は、第1の光源の出力と第2の光源の出力を調整して、照明光のホワイトバランスを調整している(特許文献1参照)。 A first light source for excitation, a second light source for illumination, a wheel provided with a phosphor layer and a light scattering layer, and a wheel provided directly above the phosphor layer are provided so as to fluoresce the light of the first light source. A dichroic mirror that reflects toward the body layer and transmits the light of the second light source and a second light source that is provided at a distance directly above the light scattering layer and passes through the dichroic mirror are directed toward the light scattering layer. A lighting device including a light source that reflects light sources has been proposed. This lighting device adjusts the output of the first light source and the output of the second light source to adjust the white balance of the illumination light (see Patent Document 1).
従来の照明装置では、複数の光学部品(第1の光源からの光と第2の光源からの光とを分離するためのダイクロイックミラー、ダイクロイックミラーを透過した後の光を反射するミラー等)を用いるため、部品点数が多くなり、装置構成が複雑になる虞がある。 In a conventional lighting device, a plurality of optical components (a dichroic mirror for separating light from a first light source and light from a second light source, a mirror that reflects light after passing through the dichroic mirror, etc.) are used. Since it is used, the number of parts may increase and the device configuration may become complicated.
上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。 The above problem can be solved by, for example, the following means.
第1半導体レーザ素子と、第2半導体レーザ素子と、第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記第1半導体レーザ素子及び前記第2半導体レーザ素子のレーザ光が前記第1面に入射し、前記第1面に入射したレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、を備え、前記第1半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にP偏光で入射するように配置され、前記第2半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にS偏光で入射するように配置され、前記第1半導体レーザ素子と前記第2半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角との少なくとも一方を調整可能である照明装置。 It has a first semiconductor laser element, a second semiconductor laser element, a first surface, and a second surface facing the first surface, and the laser light of the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element is emitted. The first semiconductor laser element includes a wavelength conversion member that is incident on the first surface and wavelength-converts at least a part of the laser light incident on the first surface to be taken out from the first surface. The laser diode is arranged so as to be incident mainly on the first surface of the conversion member with P polarization, and in the second semiconductor laser element, the laser light is mainly S-polarized with respect to the first surface of the wavelength conversion member. The first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are both arranged so as to be incidentally incident on the first surface of the wavelength conversion member. At least one of the incident angle of the laser light from the first semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member and the incident angle of the laser light from the second semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member are adjusted. A lighting device that is possible.
第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記第1面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にP偏光で入射するように配置された第1半導体レーザ素子と、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にS偏光で入射するように配置された第2半導体レーザ素子と、を備える照明装置を準備する工程と、前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角との少なくとも一方を調整し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を有する照明装置の駆動方法。 A wavelength conversion member having a first surface and a second surface facing the first surface, wavelength-converting at least a part of laser light incident on the first surface and extracting the wavelength from the first surface, and the wavelength. The first semiconductor laser element arranged so that the laser light is mainly incident on the first surface of the conversion member with P-polarized light, and the laser light is mainly S-polarized on the first surface of the wavelength conversion member. A step of preparing an illumination device including a second semiconductor laser element arranged so as to be incident, an incident angle of laser light from the first semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member, and the second. Driving a lighting device having a step of adjusting at least one of the incident angle of the laser light from the semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member and adjusting the chromaticity of the light extracted from the wavelength conversion member. Method.
半導体レーザ素子と、第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記半導体レーザ素子のレーザ光が前記第1面に対して斜めから入射するように配置され、入射した前記レーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、前記半導体レーザ素子を回転させ、前記波長変換部材の第1面に入射するレーザ光におけるP偏光とS偏光の混合割合を変更する回転機構と、を備える照明装置。 It has a semiconductor laser element and a first surface and a second surface facing the first surface, and is arranged so that the laser light of the semiconductor laser element is obliquely incident on the first surface and is incident. A wavelength conversion member that performs wavelength conversion of at least a part of the laser light and extracts it from the first surface, and P-polarized light and S-polarized light in the laser light that is incident on the first surface of the wavelength conversion member by rotating the semiconductor laser element. A lighting device equipped with a rotating mechanism that changes the mixing ratio of the light emitting device.
第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記第1面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を回転する回転機構と、を備える照明装置を準備する工程と、前記回転機構を用いて前記半導体レーザ素子を回転することにより、前記レーザ光におけるP偏光とS偏光との混合割合を変更し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を含む照明装置の駆動方法。 A wavelength conversion member having a first surface and a second surface facing the first surface, wavelength-converting at least a part of laser light incident on the first surface and extracting from the first surface, and a semiconductor laser. A step of preparing an illumination device including an element and a rotation mechanism for rotating the semiconductor laser element, and by rotating the semiconductor laser element using the rotation mechanism, P-polarized light and S-polarized light in the laser light can be obtained. A method for driving an illuminating device, which includes a step of changing the mixing ratio of light and adjusting the chromaticity of light extracted from the wavelength conversion member.
上記の構成によれば、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide a lighting device capable of adjusting the chromaticity of emitted light and a driving method thereof with a small number of parts and a simple configuration.
[実施形態1に係る照明装置1]
図1は実施形態1に係る照明装置1を説明する模式的構成図である。図2は図1に示す波長変換部材の一部を拡大して示す図である。図1、図2に示すように、照明装置1は、第1半導体レーザ素子が搭載された第1レーザ装置12と、第2半導体レーザ素子が搭載された第2レーザ装置14と、第1面20aと第1面20aに対向する第2面20bとを有し、第1半導体レーザ素子及び第2半導体レーザ素子のレーザ光(以下、第1半導体レーザ素子からのレーザ光を「第1レーザ光」といい、第2半導体レーザ素子からのレーザ光を「第2レーザ光」という。)が第1面20aに入射し、第1面20aに入射した第1レーザ光及び第2レーザ光の少なくとも一部を波長変換して第1面20aから取り出す波長変換部材20と、を備える。このとき、第1半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対して第1レーザ光が主にP偏光で入射するように配置され、第2半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対して第2レーザ光が主にS偏光で入射するように配置され、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子は、いずれも、波長変換部材20の第1面20aに対して第1レーザ光及び第2レーザ光が斜めから入射するように配置されている。さらに、照明装置1は、第1半導体レーザ素子からの第1レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ1と第2半導体レーザ素子からの第2レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ2との少なくとも一方を調整可能である。
[
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the
図3は、450nmの波長の光が空気中を進行してYAGを含む波長変換部材に入射する場合における入射角と、450nmの波長の光の反射率と、の関係をシミュレーションした図である。図3中の実線は、レーザ光がP偏光のみで構成される場合(つまりレーザ光にS偏光が含まれない場合)の450nmの光の入射角と450nmの光の反射率との関係を示し、図3中の破線は、レーザ光がS偏光のみで構成される場合(つまりレーザ光にP偏光が含まれない場合)の450nmの光の入射角と450nmの光の反射率との関係を示す。P偏光であるかS偏光であるかの条件を除き、前者のレーザ光と後者のレーザ光には同じ条件を設定している。ここで、入射角が0度である場合は、波長変換部材に対して垂直にレーザ光が入射するものとし、入射角が90度である場合は、波長変換部材に対して平行にレーザ光が入射するものとしている。 FIG. 3 is a diagram simulating the relationship between the incident angle when light having a wavelength of 450 nm travels in the air and is incident on a wavelength conversion member containing YAG, and the reflectance of light having a wavelength of 450 nm. The solid line in FIG. 3 shows the relationship between the incident angle of 450 nm light and the reflectance of 450 nm light when the laser light is composed of only P-polarized light (that is, when the laser light does not include S-polarized light). The broken line in FIG. 3 shows the relationship between the incident angle of 450 nm light and the reflectance of 450 nm light when the laser light is composed of only S-polarized light (that is, when the laser light does not contain P-polarized light). show. Except for the condition of P-polarized light or S-polarized light, the same conditions are set for the former laser beam and the latter laser beam. Here, when the incident angle is 0 degrees, it is assumed that the laser light is incident perpendicular to the wavelength conversion member, and when the incident angle is 90 degrees, the laser light is parallel to the wavelength conversion member. It is supposed to be incident.
図3からわかるように、レーザ光がP偏光のみで構成される場合とレーザ光がS偏光のみで構成される場合のいずれにおいても、450nmの光の反射率は、波長変換部材に対する450nmの光の入射角に応じて変化する。ここで、反射率が小さいほど波長変換部材で反射される450nmの光は少なくなり、波長変換部材内に入射する450nmの光が多くなる。その一方、反射率が大きいほど波長変換部材で反射される450nmの光が多くなり、波長変換部材内に入射する450nmの光が少なくなる。したがって、波長変換部材から取り出される光には、反射率が小さいほど波長変換光がより多く含まれることになり、反射率が大きいほど波長変換光がより少なく含まれることになる。 As can be seen from FIG. 3, the reflectance of the light of 450 nm is the light of 450 nm with respect to the wavelength conversion member in both the case where the laser light is composed of only P-polarized light and the case where the laser light is composed of only S-polarized light. It changes according to the incident angle of. Here, the smaller the reflectance, the less the light of 450 nm reflected by the wavelength conversion member, and the more the light of 450 nm incident in the wavelength conversion member. On the other hand, the larger the reflectance, the more 450 nm light reflected by the wavelength conversion member, and the less 450 nm light incident on the wavelength conversion member. Therefore, the light extracted from the wavelength conversion member contains more wavelength conversion light as the reflectance is smaller, and contains less wavelength conversion light as the reflectance is larger.
照明装置1では、このような入射角の違いによる波長変換光と反射光との関係、及びこの関係がP偏光とS偏光の間で異なることを利用して、波長変換部材から取り出される光に含まれる波長変換光の割合を変更する。具体的には、第1レーザ光の入射角θ1と第2レーザ光の入射角θ2との少なくとも一方、好ましくは双方を調整し、波長変換部材20に入射するP偏光とS偏光の割合を変更することにより、波長変換部材20から取り出される波長変換光の割合を変更する。照明装置1によれば、レーザ光の入射角を調整することにより、P偏光で入射する光の反射率とS偏光で入射する光の反射率を調整し、波長変換部材20の第1面20aから取り出される光の色度を変更することができる。したがって、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置を提供することができる。なお、本明細書でいう「入射角θ1、θ2」とは、波長変換部材20の第1面20aの法線と、第1面20aに入射する直前のレーザ光の光軸とに基づいて算出される角度である。また、本明細書でいう「光軸」とは、レーザ光全体の中心の通り道を指す。以下、各装置及び部材について詳細に説明する。
In the
(照明装置1)
照明装置1は車両用ヘッドライトなどに用いることができる。車両用ヘッドライトの視認性は雨天と晴天とで変わる。したがって、車両用ヘッドライトの色度は天候に応じて調整する必要がある。しかるところ、半導体レーザ素子の発光強度や数を変えて色度を調整しようとすると、色度の調整に応じて照明装置の発光強度も変わる。これに対して、本実施形態によれば、照明装置1の発光強度を変えることなく照明装置1の色度を変えることができる。したがって、照明装置1を車両用ヘッドライトに用いる場合には、天候の変化による視認性の低下を抑制した車両用ヘッドライトを提供することができる。
(Lighting device 1)
The
(第1半導体レーザ素子、第2半導体レーザ素子)
第1半導体レーザ素子は第1レーザ装置12に搭載され、第2半導体レーザ素子は第2レーザ装置14に搭載されている。照明装置1では、1つのレーザ装置12が第1半導体レーザ素子を含み、他の1つのレーザ装置14が第2半導体レーザ素子を含むが、1つのレーザ装置が第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子の双方を含んでいてもよい。つまり、1つのレーザ装置から第1レーザ光及び第2レーザ光が出射されるようにしても良い。また、第1レーザ装置12及び第2レーザ装置14からの光が光ファイバを介して波長変換部材20に照射されるように配置してもよい。さらに、本実施形態では、1つの第1半導体レーザ素子と、1つの第2半導体レーザ素子と、を用いているが、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とはそれぞれ複数個であってもよい。
(1st semiconductor laser element, 2nd semiconductor laser element)
The first semiconductor laser element is mounted on the
第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子には、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を用いることができる。第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子は、同じ色の光を出射する半導体レーザ素子であることが好ましい。このようにすれば、異なる色の光を出射する半導体レーザ素子を用いる場合に比較して、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子の寿命を近づけることができる。なお、半導体レーザ素子が「同じ色の光」を出射する場合には、第1レーザ光の波長と第2レーザ光の波長が正確に同じである場合のほか、両波長の間に、製造時のばらつきとみなすことができる程度の違いがある場合も含まれる。製造時のばらつきとみなすことができる程度の違いがある場合とは、例えば、発光ピーク波長の差が20nm以内である場合である。 As the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element, for example, a semiconductor laser element using a nitride semiconductor can be used. The first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are preferably semiconductor laser elements that emit light of the same color. In this way, the lifespan of the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element can be shortened as compared with the case of using a semiconductor laser element that emits light of different colors. When the semiconductor laser element emits "light of the same color", the wavelength of the first laser light and the wavelength of the second laser light are exactly the same, and between the two wavelengths at the time of manufacture. It also includes cases where there is a difference that can be regarded as a variation of. The case where there is a difference to the extent that it can be regarded as a variation during manufacturing is, for example, a case where the difference in emission peak wavelength is within 20 nm.
本実施形態では、第1半導体レーザ素子及び第2半導体レーザ素子として、450nmの発光ピーク波長を有する青色発光の半導体レーザ素子を用いている。このようにすれば、波長変換部材20にYAG蛍光体を含有させる場合において、YAG蛍光体の最大励起波長の光を波長変換部材20に照射することができるため、効率よく波長変換部材20から光を取り出すことができる。
In the present embodiment, as the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element, a blue light emitting semiconductor laser element having an emission peak wavelength of 450 nm is used. In this way, when the
第1半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対して第1半導体レーザ素子から出射された第1レーザ光が主にP偏光で入射するように配置される。また、第2半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対して第2半導体レーザ素子から出射された第2レーザ光が主にS偏光で入射するように配置される。波長変換部材20の第1面20aが図2に示すように傾斜面を有する場合は、傾斜面に対してP偏光又はS偏光で入射するよう配置される。この場合、各レーザ光が照射される傾斜面の法線と各レーザ光の光軸とを各レーザ光の入射角θ1、θ2として定義する。また、各レーザ光の方向は各レーザ光の光軸の方向として定義される。
The first semiconductor laser element is arranged so that the first laser beam emitted from the first semiconductor laser element is incident on the
第1面20aに入射するレーザ光のP偏光(P成分)とは、レーザ光の光軸と第1面20aの法線とを含む平面に対して平行に振動する成分をいう。また、第1面20aに入射するレーザ光のS偏光(S成分)とは、レーザ光の光軸と第1面20aの法線とを含む平面に対して垂直に振動する成分をいう。例えば、図1の紙面に対して平行な面において、左上から右下に向けてレーザ光が進行して第1面20aに入射する場合には、図1の紙面に対して平行に振動する成分がレーザ光のP偏光(P成分)であり、垂直に振動するのがレーザ光のS偏光(S成分)である。
The P-polarized light (P component) of the laser beam incident on the
主にP偏光で入射するとは、レーザ光におけるP偏光(P成分)の割合がS偏光(S成分)の割合よりも多いこと、具体的には51%以上100%以下であることをいう。また、主にS偏光で入射するとは、レーザ光におけるS偏光(S成分)の割合がP偏光(P成分)の割合よりも多いこと、具体的には、51%以上100%以下であることをいう。なお、第1レーザ光と第2レーザ光の入射角に対する反射率の違いを効率的に利用できるよう、第1レーザ光はP偏光のみからなることが好ましく、第2レーザ光はS偏光のみからなることが好ましい。ただし、半導体レーザ素子の実装ずれによりS偏光がわずかに含まれている場合もここでいう「P偏光のみからなる」に含まれるものとし、半導体レーザ素子の実装ずれによりP偏光がわずかに含まれている場合もここでいう「S偏光のみからなる」に含まれるものとする。 Incident mainly with P-polarized light means that the ratio of P-polarized light (P component) in the laser beam is larger than the ratio of S-polarized light (S component), specifically 51% or more and 100% or less. Further, mainly incident with S-polarized light means that the ratio of S-polarized light (S component) in the laser beam is larger than the ratio of P-polarized light (P component), specifically, 51% or more and 100% or less. To say. The first laser beam is preferably composed of only P-polarized light, and the second laser beam is composed of only S-polarized light so that the difference in reflectance with respect to the incident angle of the first laser beam and the second laser beam can be efficiently utilized. Is preferable. However, even if a small amount of S-polarized light is included due to a mounting deviation of the semiconductor laser element, it is assumed to be included in "consisting of only P-polarized light", and a small amount of P-polarized light is included due to a mounting deviation of the semiconductor laser element. Even if it is, it is included in "consisting of only S polarized light" here.
第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子は、いずれも、波長変換部材20の第1面20aに対してレーザ光が斜めから入射するように配置される。これにより、入射角に対するP偏光の反射率とS偏光の反射率の違いを利用することができる。図3に示すように、入射角に対するP偏光とS偏光の反射率の違いは、レーザ光の入射角θ1、θ2が10度よりも大きく90度未満の範囲において生じるためである。また、レーザ光が斜めから入射するよう第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子を配置すれば、波長変換部材20の直上にダイクロイックミラー等の光学部品を配置せずとも、レーザ光を第1面に照射して波長変換された光を第1面から取り出すことができる。これにより、波長変換部材20からの光がダイクロイックミラー等の光学部品に吸収されることを抑制できる。したがって、波長変換部材の直上にダイクロイックミラー等の光学部材を配置した照明装置に比較して、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
Both the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are arranged so that the laser beam is obliquely incident on the
第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対してレーザ光が同一方向から入射するよう配置されることが好ましい。このようにすれば、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とが波長変換部材20を挟んで向かい合うように配置される場合に比較して、照明装置としての光取り出し効率を向上させることができる。この点につき、以下に詳述する。波長変換部材を挟んで向かい合うように配置する場合は、第1半導体レーザ素子からの光と第2半導体レーザ素子からの光を同じ方向に反射させるにあたり、波長変換部材の第1面に第1傾斜面と第2傾斜面という傾斜の向きが異なる2種の傾斜面を設ける必要がある。しかしながら、このようにすると、第1レーザ光のうち第1傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されるが、第2傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されず、コリメータレンズに入射しない。同様に、第2レーザ光のうち第2傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されるが、第1傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されず、コリメータレンズに入射しない。これに対して、第1レーザ光と第2レーザ光とを同一方向から入射させれば、1種の傾斜面で光を反射させることができ、波長変換部材20で反射された光を効率的にコリメータレンズ40に入射させることができる。
The first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are preferably arranged so that the laser beam is incident on the
第1レーザ光と第2レーザ光とを同一方向から入射させる場合には、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とを互いに近づけて配置することが好ましい。このようにすれば、照明装置1の小型化を図ることができるため、ヘッドライトに採用しやすい照明装置1を提供することができる。
When the first laser beam and the second laser beam are incident from the same direction, it is preferable that the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are arranged close to each other. In this way, the
第1半導体レーザ素子からの第1レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ1と第2半導体レーザ素子からの第2レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ2との少なくとも一方は調整可能であり、好ましくは双方が調整可能である。このような調整は、例えば、各半導体レーザ素子の配置や後述するミラー52、54の向きを調整することにより行うことができる。
The incident angle θ1 of the
第1レーザ光と第2レーザ光それぞれの入射角θ1、θ2は、ブリュースター角を含む角度、特に、ブリュースター角±20度の範囲内で調整を行うことが好ましい。これにより、第1レーザ光をある程度波長変換部材20に入射させやすくすることができるため、波長変換された光を取り出しやすくすることができる。また、第2レーザ光をある程度波長変換部材20に入射させつつ、第2レーザ光の波長の光を反射させることができるため、白色光を得やすくなる。なお、ブリュースター角とはP偏光の反射率が零になる入射角をいう。
The incident angles θ1 and θ2 of the first laser beam and the second laser beam, respectively, are preferably adjusted within an angle including the Brewster angle, particularly within a range of the Brewster angle ± 20 degrees. As a result, the first laser beam can be easily incident on the
また、波長変換部材20としてYAG蛍光体を含む蛍光体セラミックスを用いる場合、第1レーザ光と第2レーザ光それぞれの入射角θ1、θ2は、20度以上80度以下の範囲内で調整を行うことが好ましい。図3に示すように、前述の範囲においてP偏光とS偏光の反射率の違いが顕著になるため、入射角θ1、θ2がこれらの範囲になるよう各半導体レーザ素子からのレーザ光を調整すれば、P偏光とS偏光の反射率の違いを効果的に利用することができるためである。
When phosphor ceramics containing a YAG phosphor are used as the
また、第1レーザ光と第2レーザ光それぞれの入射角θ1、θ2は、P偏光の反射率とS偏光の反射率との差が10%以上となる範囲内で調整を行うことが好ましい。このようにすれば、より一層、P偏光とS偏光の反射率の違いを効果的に利用することができる。ただし、青色光の反射率が高すぎると白色光が得られにくく、P偏光とS偏光との反射率差が小さすぎると本実施形態の効果が得られにくい。したがって、上記の範囲内で調整を行う場合において、それぞれの入射角θ1、θ2は、40度以上70度以下であることがさらに好ましい。 Further, the incident angles θ1 and θ2 of the first laser beam and the second laser beam, respectively, are preferably adjusted within a range in which the difference between the reflectance of P-polarized light and the reflectance of S-polarized light is 10% or more. In this way, the difference in reflectance between P-polarized light and S-polarized light can be further effectively utilized. However, if the reflectance of blue light is too high, it is difficult to obtain white light, and if the reflectance difference between P-polarized light and S-polarized light is too small, it is difficult to obtain the effect of the present embodiment. Therefore, when adjusting within the above range, it is more preferable that the incident angles θ1 and θ2 are 40 degrees or more and 70 degrees or less, respectively.
(波長変換部材20)
波長変換部材20は、例えば、第2面20bを支持体30側に向けて支持体30の上面に配置される。第1レーザ装置12の第1半導体レーザ素子及び第2レーザ装置14の第2半導体レーザ素子が出射する第1レーザ光及び第2レーザ光は波長変換部材20の第1面20aに入射する。波長変換部材20の第1面20aに入射したレーザ光の一部は波長変換部材20の表面や内部で波長変換され、波長変換された光を含む光が波長変換部材20の第1面20aから取り出される。
(Wavelength conversion member 20)
The
波長変換部材20には蛍光体を含有する部材、例えば蛍光体セラミックス又は蛍光体単結晶を用いることができる。蛍光体にはYAG蛍光体、LAG蛍光体、TAG蛍光体等を用いることができる。蛍光体セラミックスは、主成分として蛍光体を含有することが好ましく、無機バインダを含んでいてもよい。無機バインダを含むことにより、所望の色度に合わせて蛍光体の濃度を調整することができる。無機バインダには、結着力が高くなるよう、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。
As the
波長変換部材20は例えば直方体形状や四角錘台形状を有している。波長変換部材20は、第1面20aと第1面20aに対向する第2面20bと第1面20aと第2面20bを繋ぐ第3面20cとを有する。
The
図2に示すように、第1面20aは複数の凸部により構成されていてもよい。これにより、波長変換部材20に入射して横方向に進む光の伝搬を1つの凸部内で留めることができるため、波長変換部材20から取り出される光の輝度の低下を抑制できる。凸部の高さ(溝Xの深さ)は、波長変換部材20の高さの半分以下とすることが好ましい。隣り合う凸部の間の長さ(溝Xの幅)や波長変換部材20の高さによるが、凸部の高さは、例えば50μm以上150μm以下の範囲内とすることができる。前述の下限値以上とすることにより光の伝搬を低減しやすくすることができ、前述の上限値以下とすることにより溝Xを形成する際に波長変換部材20に意図しない割れ目が入ることを低減することができる。溝Xは、例えばレーザ加工により形成することができる。波長変換部材20の第1面20aにおいて、レーザ光が照射される領域には複数の凸部が含まれることが好ましい。つまり、上面視において、少なくとも2つの凸部の面積は、第1面20aに照射される第1レーザ光の面積及び第1面20aに照射される第2レーザ光の面積のそれぞれよりも小さいことが好ましい。これにより、波長変換部材20における光の伝搬を抑制することができるので、輝度の低下を低減することができる。
As shown in FIG. 2, the
波長変換部材20の第1面20aは、第2面20bと平行に対向していなくてもよい。例えば、図2に示すように、第2面20bと平行な面に対して交差し且つレーザ光が直接当たるような傾斜面を有していてもよい。第1面20aが凸部により構成される場合は、1つの凸部に複数の傾斜面が設けられることが好ましい。傾斜面を有することにより、波長変換部材20の第1面20aに照射される青色光の一部を直上及びその近傍に反射させることができるため、照明装置1としての色むらを低減しやすくなる。波長変換部材20の第1面20aが傾斜面を有する場合において、「第1面20aに対してレーザ光が斜めから入射するように配置され」とは、第1半導体レーザ素子のレーザ光及び第2半導体レーザ素子のレーザ光が傾斜面に対して斜めに入射するように、第1半導体レーザ素子及び第2半導体レーザ素子が配置されていることを指す。つまり、各レーザ光が、傾斜面に対する法線から傾いて入射するように、各半導体レーザ素子は配置されている。なお、第1面20aが微視的に見て図2に示すような傾斜面を有する場合であっても、本明細書では、波長変換部材20は、直方体形状や四角錘台形状に含まれるものとする。
The
(支持体30)
支持体30は、波長変換部材20を載置するものである。支持体30としては、銅を含む金属、又は、窒化アルミニウムを含む光反射性のセラミックスを用いることができる。これらの材料は、比較的熱伝導率が高いため、波長変換部材20で生じる熱を逃がしやすくできる。波長変換部材20は、金属部材を用いて支持体30に固定することができる。金属部材としては、例えば、Au−Snを用いることができる。
(Support 30)
The
(光反射部材60)
波長変換部材20の第2面20bと支持体30との間には、光反射部材60を設けることができる。これにより、波長変換部材20に入射した光のうち第2面20bに向かう光を第1面20aに反射して取り出しやすくすることができる。光反射部材60としては、例えば、アルミニウム、チタン、プラチナ、若しくは金等の金属膜、又は誘電体多層膜を含む。また、金属膜と誘電体多層膜とを組合せてもよい。光反射部材60を設ける場合は、光反射部材60の下面と支持体30との間に金属部材を設けて支持体30に固定する。
(Light Reflecting Member 60)
A
(第1ミラー52及び第2ミラー54)
照明装置1は、第1レーザ装置12から出射する第1レーザ光を反射する可動式の第1ミラー52と、第2レーザ装置14から出射する第2レーザ光を反射する可動式の第2ミラー54と、備えていてもよい。第1ミラー52及び第2ミラー54としては、それぞれ可動式のMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーを用いることができる。MEMSミラーは、各レーザ光が照射される領域に各レーザ光の偏光を変えない反射膜を有する。反射膜には例えば金属が含まれる。可動式の第1ミラー52及び可動式の第2ミラー54を用いることにより、第1ミラー52及び第2ミラー54の角度を調整して、波長変換部材20の第1面20aに対する第1レーザ光の入射角θ1と、波長変換部材20の第1面20aに対する第2レーザ光の入射角θ2と、をそれぞれ調整することができる。これにより、色度を調整しやすくすることができる。また、各レーザ装置を固定した状態で色度の調整をすることができるため、各レーザ装置で生じる熱を発散しやすくできる。
(
The
第1ミラー52及び第2ミラー54は上下方向に移動させてもよい。このような上下移動を可能とすれば、第1レーザ光及び第2レーザ光の入射角θ1、θ2を調整しながら波長変換部材20の第1面20aにおける同じ領域に第1レーザ光及び第2レーザ光を照射することができるため、輝度の低下を低減することができる。
The
なお、図1では、可動式の第1ミラー52及び可動式の第2ミラー54を用いているが、第1ミラー52及び第2ミラー54の一方を可動式にし、第1ミラー52及び第2ミラー54の他方を固定式にしてもよい。また、第1ミラー52及び第2ミラー54を介さずに、各レーザ装置からのレーザ光を波長変換部材20の第1面20aに直接照射してもよい。ミラーを介さない場合は、各レーザ装置の位置や向きを調整することにより入射角を変えることができる。この場合においても、照明装置としての輝度の低下を低減しながら照明装置の色度を調整することができる。
Although the movable
(コリメータレンズ40)
コリメータレンズ40は波長変換部材20からの光を平行にして光の拡がりを低減する役割を果たす。コリメータレンズ40の材料にはガラスを用いることができる。ここでは、波長変換部材20から取り出される光が、ダイクロイックミラー等の光学部材を介することなく、直接コリメータレンズ40に入射している。
(Collimator lens 40)
The
(偏光子50)
図4は実施形態1に係る照明装置の他の例を説明する模式的構成図である。図4に示すように、第1レーザ光及び第2レーザ光とミラー70との間に偏光子50を配置すれば、第1レーザ光の光軸と第2レーザ光の光軸とを重ねて波長変換部材20に照射して、第1レーザ光と第2レーザ光それぞれの入射角θ1、θ2を互いに等しい角度に調整することができる。これにより、第1レーザ光と第2レーザ光とを波長変換部材20の第1面20aの同じ領域に照射することができるため、照明装置としての輝度の低下を抑制することができる。また、1つのミラー70で第1レーザ光及び第2レーザ光の角度調整を行うことができる。
(Polarizer 50)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the lighting device according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, if the
偏光子50としては全反射型のものを用いることができる。具体的には、P偏光又はS偏光の一方を透過し、P偏光又はS偏光の他の一方を反射するものを用いることができる。図4では、P偏光である第1レーザ光を透過し、S偏光である第2レーザ光を反射する偏光子50を用いている。偏光子50を用いれば、第1半導体レーザ素子と第2半導体レーザ素子とをある程度離して配置することができるため、第1半導体レーザ素子や第2半導体レーザ素子の数が多い場合は、放熱に有利である。
As the
(駆動方法)
以上説明した照明装置1は例えば次のようにして駆動することができる。
(Drive method)
The
(準備工程)
まず、上記した照明装置1を準備する。
(Preparation process)
First, the above-mentioned
(駆動工程)
次に、第1レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ1と第2レーザ光の波長変換部材20の第1面20aに対する入射角θ2との少なくとも一方を調整することにより、照明装置1から取り出される光の色度を調整する。好ましくは、第1レーザ光の入射角と第2レーザ光の入射角の双方を調整することにより、照明装置1から取り出される光の色度を調整する。具体的には、第1レーザ光及び第2レーザ光それぞれの入射角θ1、θ2が30度以上70度以下となるように第1レーザ光及び第2レーザ光を調整する。例えば、色温度が5000Kから6500Kの間で調整することが好ましい。
(Drive process)
Next, by adjusting at least one of the incident angle θ1 with respect to the
以上説明した照明装置1及びその駆動方法によれば、P偏光とS偏光の反射率の違いを利用して、レーザ光の入射角を調整することにより波長変換部材20の第1面20aから取り出される光の色度を変更することができるため、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。
According to the
また、レーザ光の出力を調整して色度を調整する場合は、色度に合わせて各半導体レーザ素子の発光強度を変える必要があるため、照明装置としての発光強度が変わるおそれがある。しかし、上記した照明装置1及びその駆動方法によれば各半導体レーザ素子の発光強度を大きく変えることなく色度を調整することが可能となる。
Further, when adjusting the output of the laser beam to adjust the chromaticity, it is necessary to change the emission intensity of each semiconductor laser element according to the chromaticity, so that the emission intensity of the lighting device may change. However, according to the
[実施形態2に係る照明装置2]
図5は実施形態2に係る照明装置2を説明する模式的構成図である。図5に示すように、実施形態2に係る照明装置2は、半導体レーザ素子を有する1つのレーザ装置16と、この1つのレーザ装置16を回転させることにより、前記した波長変換部材20の第1面20aに入射するレーザ光におけるP偏光とS偏光の混合割合を変更する回転機構と、を備える点で、実施形態1に係る照明装置1と相違する。その他の点は実施形態1に係る照明装置1と同じ構成を有する。P偏光でもS偏光でもない偏光状態はP偏光とS偏光の配分比を変えて合成したものとして考えることができる。半導体レーザ素子を回転させることにより、P偏光とS偏光の配分比が変わるため、P偏光及びS偏光の混合割合を変えることができる。
[
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating the
本実施形態では、1つのレーザ装置16が1つの半導体レーザ素子を含むが、1つのレーザ装置16が複数の半導体レーザ素子を含んでいてもよい。また、半導体レーザ素子は、波長変換部材20の第1面20aに対するレーザ光の入射角が、20度以上80度以下となるように配置されることが好ましく、30度以上70度以下となるように配置されることがさらに好ましい。照明装置2において入射角を調整することは必須ではないが、レーザ光の入射角を調整してもよい。
In the present embodiment, one
回転機構は、例えば、レーザ光の光軸を回転軸としてレーザ装置16を回転させ、これにより、レーザ装置16に搭載された半導体レーザ素子を光軸と垂直な方向に回転させる。回転機構としては、例えば、ステッピングモータを組み込んだホルダーを用いる。ステッピングモータを組み込んだホルダーにレーザ装置16を配置して回転させることにより、半導体レーザ素子を回転させることができる。
The rotation mechanism rotates, for example, the
(駆動方法)
以上説明した照明装置2は例えば次のようにして駆動することができる。
(Drive method)
The
(準備工程)
まず、上記した照明装置2を準備する。
(Preparation process)
First, the above-mentioned
(駆動工程)
次に、回転機構を用いて、半導体レーザ素子の光軸を回転軸として半導体レーザ素子を回転することにより、レーザ光におけるP偏光とS偏光との混合割合を変更し、波長変換部材20から取り出される光の色度を調整する。
(Drive process)
Next, by rotating the semiconductor laser element with the optical axis of the semiconductor laser element as the rotation axis using a rotation mechanism, the mixing ratio of P-polarized light and S-polarized light in the laser light is changed and taken out from the
以上説明した実施形態2によっても、実施形態1と同様に、P偏光とS偏光の反射率の違いを利用して波長変換部材20の第1面20aから取り出される光の色度を変更することができるため、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。また、照明装置2及びその駆動方法によれば半導体レーザ素子の発光強度を大きく変えることなく色度を調整することが可能となる。
Also in the second embodiment described above, similarly to the first embodiment, the chromaticity of the light extracted from the
以上、実施形態について説明したが、これらの説明によって特許請求の範囲に記載された構成は何ら限定されるものではない。 Although the embodiments have been described above, the configurations described in the claims are not limited by these explanations.
1、2…照明装置
12…第1レーザ装置
14…第2レーザ装置
16…レーザ装置
20…波長変換部材
20a…第1面
20b…第2面
20c…第3面
30…支持体
40…コリメータレンズ
50…偏光子
52…第1ミラー
54…第2ミラー
60…光反射部材
70…ミラー
1, 2 ...
Claims (10)
第2半導体レーザ素子と、
第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記第1半導体レーザ素子及び前記第2半導体レーザ素子のレーザ光が前記第1面に入射し、前記第1面に入射したレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、を備え、
前記第1半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にP偏光で入射するように配置され、
前記第2半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にS偏光で入射するように配置され、
前記第1半導体レーザ素子と前記第2半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、
前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角の一方は調整可能であり、他方は固定されている照明装置。 The first semiconductor laser device and
Second semiconductor laser element and
It has a first surface and a second surface facing the first surface, and the laser light of the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element is incident on the first surface and is incident on the first surface. A wavelength conversion member for wavelength-converting at least a part of the laser light to be taken out from the first surface is provided.
The first semiconductor laser element is arranged so that the laser light is incident on the first surface of the wavelength conversion member mainly with P-polarized light.
The second semiconductor laser element is arranged so that the laser light is incident on the first surface of the wavelength conversion member mainly with S-polarized light.
Both the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are arranged so that the laser beam is obliquely incident on the first surface of the wavelength conversion member.
One of the incident angle of the laser light from the first semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member and the incident angle of the laser light from the second semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member can be adjusted. The other is a fixed lighting device.
第2半導体レーザ素子と、
第1面と前記第1面に対向する第2面とを有し、前記第1半導体レーザ素子及び前記第2半導体レーザ素子のレーザ光が前記第1面に入射し、前記第1面に入射したレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第1面から取り出す波長変換部材と、を備え、
前記第1半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にP偏光で入射するように配置され、
前記第2半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が主にS偏光で入射するように配置され、
前記第1半導体レーザ素子と前記第2半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第1面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、
前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角をそれぞれ調整可能である照明装置。 The first semiconductor laser device and
Second semiconductor laser element and
It has a first surface and a second surface facing the first surface, and the laser light of the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element is incident on the first surface and is incident on the first surface. A wavelength conversion member for wavelength-converting at least a part of the laser light to be taken out from the first surface is provided.
The first semiconductor laser element is arranged so that the laser light is incident on the first surface of the wavelength conversion member mainly with P-polarized light.
The second semiconductor laser element is arranged so that the laser light is incident on the first surface of the wavelength conversion member mainly with S-polarized light.
Both the first semiconductor laser element and the second semiconductor laser element are arranged so that the laser beam is obliquely incident on the first surface of the wavelength conversion member.
The incident angle adjustable respectively relative to a first surface of the wavelength converting member of the laser beam with the incident angle from the second semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member of a laser beam from the first semiconductor laser element A lighting device.
前記光反射部材は、反射したレーザ光が前記波長変換部材の第1面に対する入射角の調整が可能な可動式の光反射部材である請求項1から5のいずれか1項に記載の照明装置。 A light reflecting member to which the laser light from the first semiconductor laser element or the laser light from the second semiconductor laser element is incident is further provided.
The lighting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the light reflecting member is a movable light reflecting member capable of adjusting the incident angle of the reflected laser light with respect to the first surface of the wavelength conversion member. ..
前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角の他方は固定して一方を調整し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程を有する照明装置の駆動方法。 A wavelength conversion member having a first surface and a second surface facing the first surface, wavelength-converting at least a part of laser light incident on the first surface and extracting from the first surface, and the wavelength. The first semiconductor laser element arranged so that the laser beam is mainly incident on the first surface of the conversion member with P-polarized light, and the laser light is mainly S-polarized on the first surface of the wavelength conversion member. A method of driving an illumination device including a second semiconductor laser element arranged so as to be incidental.
The other of the incident angle of the laser light from the first semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member and the incident angle of the laser light from the second semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member are fixed. A method for driving a lighting device, which comprises a step of adjusting one side and adjusting the chromaticity of light extracted from the wavelength conversion member.
前記第1半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角と前記第2半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第1面に対する入射角のそれぞれを調整し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程を有する照明装置の駆動方法。 A wavelength conversion member having a first surface and a second surface facing the first surface, wavelength-converting at least a part of laser light incident on the first surface and extracting from the first surface, and the wavelength. The first semiconductor laser element arranged so that the laser beam is mainly incident on the first surface of the conversion member with P-polarized light, and the laser light is mainly S-polarized on the first surface of the wavelength conversion member. A method of driving an illumination device including a second semiconductor laser element arranged so as to be incidental.
The incident angle of the laser light from the first semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member and the incident angle of the laser light from the second semiconductor laser element with respect to the first surface of the wavelength conversion member are adjusted. A method for driving a lighting device, which comprises a step of adjusting the chromaticity of light extracted from the wavelength conversion member.
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