JP6998523B2 - 光源装置および投光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を発する光源装置およびそれを用いた投光装置に関する。

従来、レーザ光源から出射された光を波長変換部材に照射することにより所定波長の光を生成する光源装置が知られている。この光源装置では、たとえば、波長変換部材により波長変換されて拡散された光と、波長変換部材により波長変換されずに拡散された光とが合成されて、白色光等、所定の色の光が生成される。このような光源装置が、たとえば、車両用前照灯の光源装置として利用されている。

以下の特許文献１には、励起光源（レーザ光源）から出射された励起光を、反射型の光偏向器により走査させる車両用灯具が記載されている。ここでは、光偏向器として、圧電方式等のＭＥＭＳスキャナが用いられる。励起光源から出射された励起光は、集光レンズを透過した後、光偏向器のミラー部に入射する。ミラー部で反射された励起光が、波長変換部材に照射される。ミラー部が回動されることにより、波長変換部材が励起光で走査される。こうして、波長変換部材で生じた拡散光が、投影レンズに取り込まれて、目標領域に投射される。

特開２０１５－１５３６４５号公報

上記特許文献１のように、光偏向器がＭＥＭＳアクチュエータにより構成される場合、推力や歪みの発生等の要因から、ミラー部をなるべく小さくする必要がある。このため、光偏向器は、励起光が小さく絞られた位置にミラー部が位置付けられるように配置される必要がある。したがって、この構成では、小さく絞られた励起光を小さなミラー部に入射させるために、励起光源と光変換器との間の光路長を長く設定する必要がある。また、励起光により波長変換部材が走査される範囲を適正な広さに確保するため、ミラー部と波長変換部材との間の距離も、ある程度長く設定する必要がある。

したがって、特許文献１の構成では、励起光源と光偏向器との間の距離を長く設定して小さいサイズの励起光をミラー部に入射させつつ、光偏向器と波長変換部材との距離をある程度長くして、波長変換部材に対する励起光の走査範囲を適正な広さに確保する必要がある。このため、特許文献１の構成では、励起光源から波長変換部材までの光路長が長くなり、装置が大型化するとの問題が生じる。

かかる課題に鑑み、本発明は、レーザ光源と波長変換部材との間の光路長が長くなることを抑制しつつ、レーザ光により波長変換部材を適正な走査範囲で走査することが可能な光源装置およびそれを用いた投光装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、光源装置に関する。この態様に係る光源装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる波長変換部材と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記波長変換部材に集光させる集光レンズと、前記集光レンズを駆動して前記波長変換部材に対し前記レーザ光を走査させる光偏向器と、を備える。前記光偏向器は、前記集光レンズを少なくとも１つの回動軸について回動させる。

本態様に係る光源装置によれば、集光レンズを駆動してレーザ光を走査させる構成であるため、上記特許文献１の構成のように、レーザ光を走査させるためのミラーとレーザ光の集光状態とを考慮して光学系を構成する必要がなく、波長変換部材上におけるビームの形状とレーザ光の走査範囲とを考慮して、集光レンズの焦点距離を設定すればよい。よって、集光レンズから波長変換部材までの光路長が過度に長くなることを抑制でき、結果、光源装置の小型化を図ることができる。

本発明の第２の態様は、投光装置に関する。この態様に係る投光装置は、第１の態様に係る光源装置と、前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える。

本態様に係る投光装置によれば、第１の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明に係る光源装置および投光装置によれば、レーザ光源と波長変換部材との間の光路長が長くなることを抑制しつつ、レーザ光により波長変換部材を適正な走査範囲で走査することが可能となる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る投光装置の構成を示す平面図および側面図である。 図２は、実施形態１に係るレーザ光源の構成を示す斜視図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施形態１に係る、波長変換部材の入射面におけるレーザ光の集光状態を模式的に示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る光偏向器の構成を示す斜視図および断面図である。 図５（ａ）は、実施形態１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す側面図である。図５（ｂ）は、実施形態１に係る波長変換部材に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す平面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２に係る投光装置の構成を示す平面図および側面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２に係る縮小光学系の構成例を示す図である。 図８は、実施形態２の変更例に係る光偏向器の構成を示す斜視図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２の変更例に係る光偏向器の構成を示す断面図である。 図１０は、実施形態２の変更例に係る波長変換部材に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態３に係る投光装置の構成を示す平面図および側面図である。 図１２（ａ）は、実施形態３に係る波長変換部材の構成を模式的に示す側面図である。図１２（ｂ）は、実施形態３に係る波長変換部材に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す平面図である。 図１３（ａ）は、実施形態３に係る、波長変換部材の入射面に対するレーザ光の入射角と反射率との関係を、Ｐ偏光入射とＳ偏光入射とで対比して示すグラフである。図１３（ｂ）は、実施形態３に係る、波長変換部材の入射面に入射するレーザ光の偏光比と反射率との関係を、入射角ごとに対比して示すグラフである。 図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例に係るシミュレーションにおいて用いた光学系の構成と、比較例の構成においてコリメータレンズの焦点距離を変化させた場合の波長変換部材の入射面上におけるレーザ光のスポット形状（縦横比）のシミュレーション結果とを示す図である。図１４（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、実施形態３に係るシミュレーションにおいて用いた光学系の構成と、実施形態３の構成においてスロー軸コリメータレンズの焦点距離を変化させた場合の波長変換部材の入射面上におけるレーザ光のスポット形状（縦横比）のシミュレーション結果とを示す図である。 図１５は、実施形態４に係る投光装置の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸正方向は、投光装置の光投射方向である。

＜実施形態１＞
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る投光装置１の構成を示す平面図および側面図である。便宜上、図１（ａ）、（ｂ）では、レーザ光源１１ａ～１１ｃが、出射光軸を含み且つＸ－Ｚ平面に平行な平面で切断された断面図で示されている。

投光装置１は、光を生成する光源装置２と、光源装置２により生成された光を投射するための投射光学系３とを備える。投射光学系３は、２つのレンズ３ａ、３ｂを備え、これらレンズ３ａ、３ｂによって光源装置２からの光を集光して目標領域へと投射する。なお、投射光学系３は、必ずしも２つのレンズ３ａ、３ｂから構成されなくともよく、たとえば、１つのレンズでもよく、２つ以上のレンズやミラーを備えていてもよい。また、投射光学系３は、凹面ミラーによって光源装置２からの光を集光する構成であってもよい。

光源装置２は、３つのレーザ光源１１ａ～１１ｃと、３つのコリメータレンズ１２ａ～１２ｃと、２つの反射プリズム１３ａ、１３ｂと、集光レンズ１４と、波長変換部材１６とを備えている。３つのコリメータレンズ１２ａ～１２ｃと、集光レンズ１４は、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光を波長変換部材１６の入射面上において所定のビーム形状に収束させる整形光学系を構成する。光源装置２を構成する上記部材は、投射光学系３とともに、図示しないベースに設置されている。

レーザ光源１１ａ～１１ｃは、それぞれ、青色波長帯（たとえば、４５０ｎｍ）のレーザ光を出射する。レーザ光源１１ａ～１１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。レーザ光源１１ａ～１１ｃは、同一機種のレーザ光源である。レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されるレーザ光の波長は、適宜変更可能である。レーザ光源１１ａ～１１ｃは、必ずしも単一の発光領域を有するシングルエミッターの半導体レーザでなくともよく、たとえば、１つの発光素子に複数の発光領域を有するマルチエミッターの半導体レーザであってもよい。また、レーザ光源１１ａ～１１ｃは、必ずしも単一波長帯のレーザ光を出射するものでなくともよく、たとえば、１基板に複数の発光素子がマウントされたマルチ発光の半導体レーザであってもよい。

図２は、レーザ光源１１ａの構成を示す斜視図である。図２には、レーザ光源１１ａに装備された缶体１０３の内部が透視された状態で示されている。他のレーザ光源１１ｂ、１１ｃの構成も図２と同様である。

レーザ光源１１ａは、円盤状のベース１０１と、リードピン１０２と、缶体１０３と、ポスト１０４と、サブマウント１０５と、発光素子１０６と、を備える。リードピン１０２は、駆動電圧を印加するためのものである。ポスト１０４と、サブマウント１０５と、発光素子１０６は、缶体１０３に収容されている。ベース１０１にポスト１０４が設置され、ポスト１０４の上面にサブマウント１０５を介して発光素子１０６が設置されている。

発光素子１０６の下面と光導波路１０６ａの上面に、リードピン１０２を介して電圧が印加されることにより、発光素子１０６の活性層から出射光軸１１０に沿ってレーザ光１２０が出射される。レーザ光１２０は、活性層に平行な方向および活性層に垂直な方向に所定の放射角で広がる。活性層に垂直な方向の放射角は、活性層に平行な方向の放射角よりも大きい。従って、出射されたレーザ光１２０のビーム形状は楕円である。一般に、この楕円の長軸はファスト軸と呼ばれ、楕円の短軸はスロー軸と呼ばれる。こうして発光素子１０６から出射されたレーザ光１２０は、缶体１０３の開口１０３ａに設置された窓１０３ｂを介して出射される。Ｗ０は、発光素子１０６のストライプ幅、すなわち、発光部のスロー軸方向の幅である。

図１（ａ）、（ｂ）に戻り、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光を平行光化する。コリメータレンズ１２ａ～１２ｃは、出射面が外方に突出した曲面となっている。コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの出射面は非球面であり、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの入射射面は、平面である。コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの入射面も、外方に突出した曲面であってもよい。あるいは、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの出射面が平面で入射面が曲面であってもよい。

レーザ光源１１ａは、ファスト軸がＸ軸に平行となるように配置され、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、ファスト軸がＺ軸方向に平行となるよう、互いに対向して配置される。コリメータレンズ１２ａは、入射面（平面）がＸ－Ｙ平面に平行となるように配置され、コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃは、入射面（平面）がＹ－Ｚ平面に平行となるように配置される。これにより、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、全周において平行光化される。

反射プリズム１３ａ、１３ｂは、それぞれ、コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃを透過したレーザ光を、集光レンズ１４に向かう方向に反射する。反射プリズム１３ａ、１３ｂに代えて、板状の反射ミラーを用いてもよい。

図１（ａ）に示すように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、互いに向き合うように配置されている。反射プリズム１３ａ、１３ｂは、レーザ光源１１ｂ、１１ｃが向き合う方向、すなわち、Ｘ軸方向に隙間が生じるように配置されている。レーザ光源１１ａ～１１ｃは、出射光軸がＸ－Ｚ平面に平行な１つの平面に含まれるように配置されている。

レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ａにより平行光化された後、反射プリズム１３ａ、１３ｂの間の隙間を通って、集光レンズ１４へと向かう。対向配置されたレーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸は、反射プリズム１３ａ、１３ｂによって、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向に曲げられる。これにより、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、集光レンズ１４の入射面に対し、Ｘ軸方向において互いに異なる位置に入射する。レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光が、ファスト軸に対応する方向に並ぶように、集光レンズ１４に入射する。

以上の構成により、レーザ光源１１ａ～１１ｃのパッケージやキャップ外形に制限されることなく、３つのレーザ光を接近させることが可能となる。その結果、集光レンズ１４に入射する３つの平行光を束ねた光束の全幅を小さくできる。これにより、集光レンズ１４以降の光学系のコンパクト化が可能となると共に、光学系が有する収差の影響を小さくすることができる。

レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、集光レンズ１４の入射面の中央位置に入射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、集光レンズ１４の入射面の中央位置からＸ軸正負の方向に所定距離だけずれた位置に入射する。

集光レンズ１４は、入射した平行光を１点に収束させる光学作用を有する。集光レンズ１４の入射面はＺ軸負側に突出した非球面であり、集光レンズ１４の出射面は、Ｚ軸に垂直な平面である。集光レンズ１４の出射面も、Ｚ軸正側に突出した曲面であってもよい。あるいは、集光レンズ１４の入射面が平面で出射面が曲面であってもよい。集光レンズ１４は、光軸がＺ軸に平行となるように配置されている。レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、集光レンズ１４によって、波長変換部材１６の入射面上に収束される。

光偏向器１５は、集光レンズ１４を駆動することにより、波長変換部材１６に対してレーザ光を走査させる。本実施形態１では、光偏向器１５は、集光レンズ１４をＹ軸に平行な回動軸Ｌ１の回りに回動させることにより、集光レンズ１４を透過したレーザ光の進行方向を変化させる。集光レンズ１４は、中立位置において、光軸がＺ軸に平行となるように配置される。光偏向器１５は、集光レンズ１４を透過したレーザ光をそのまま通過させるための開口を備えている。光偏向器１５の構成は、追って、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

波長変換部材１６は、集光レンズ１４によってレーザ光が集光される位置に配置されている。波長変換部材１６は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がＸ－Ｙ平面に平行となるように設置されている。上記のように集光レンズ１４が回動軸Ｌ１について回動することにより、波長変換部材１６は、レーザ光によって長手方向に走査される。実施形態１では、波長変換部材１６として透過型の波長変換部材が用いられる。

波長変換部材１６は、入射したレーザ光の一部を、青色波長帯とは異なる波長に変換して、Ｚ軸方向に拡散させる。波長変換されなかった他のレーザ光は、波長変換部材１６によってＺ軸方向に拡散される。こうして拡散された２種類の波長の光が合成されて、所定の色の光が生成される。各波長の光は、投射光学系３に取り込まれて、目標領域に投射される。

実施形態１では、波長変換部材１６によって、レーザ光の一部が、黄色波長帯の光に変換される。波長変換後の黄色波長帯の拡散光と、波長変換されなかった青色波長帯の散乱光とが合成されて、白色の光が生成される。なお、波長変換後の波長は黄色波長帯でなくてもよく、生成される光の色は、白以外の色であってもよい。波長変換部材１６の構成は、追って、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図３（ａ）～（ｃ）は、波長変換部材１６の入射面における３つのレーザ光の集光状態を模式的に示す図である。図３（ａ）～（ｃ）は、光偏向器１５の集光レンズ１４が中立位置にある場合の各レーザ光のビームスポットの状態を示している。

波長変換部材１６の入射面は、集光レンズ１４の焦点位置付近に配置されている。すなわち、集光レンズ１４と波長変換部材１６との間の光路長は、集光レンズ１４の焦点距離に略等しくなるように調整されている。したがって、図１（ａ）、（ｂ）の構成において、レーザ光源１１ａ～１１ｃの光軸が、集光レンズ１４の入射位置において、何れも、Ｚ軸に平行で、且つ、Ｘ－Ｚ平面に平行な同一平面に含まれる場合、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射された各レーザ光は、波長変換部材１６の入射面上において、略同じ位置に集光される。

この場合、各レーザ光のビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃは、図３（ａ）に示すように、波長変換部材１６の入射面上において、略重なった状態となる。ビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光のビームスポットである。

これに対し、レーザ光源１１ａ～１１ｃの光軸が、集光レンズ１４の入射位置において、Ｘ－Ｚ平面に平行な同一平面に含まれ、且つ、互いに非平行である場合、各レーザ光のビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃは、図３（ｂ）に示すように、波長変換部材１６の入射面上において、走査方向（Ｘ軸方向）に互いに離間する。たとえば、レーザ光源１１ａの光軸が集光レンズ１４の光軸に一致し、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸が、集光レンズ１４の入射位置においてＺ軸に平行な状態から互いに離間する方向に傾くように、集光レンズ１４よりも前段側の光学系のレイアウトが調整されると、ビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃは、図３（ｂ）に示すように、波長変換部材１６の入射面上において、走査方向（Ｘ軸方向）に互いに離間する。

なお、集光レンズ１４の入射位置において、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸が、レーザ光源１１ａの光軸に対して、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向に傾き、且つ、互いに非平行となるように、集光レンズ１４よりも前段側の光学系のレイアウトが調整された場合、各レーザ光のビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃは、図３（ｃ）に示すように、波長変換部材１６の入射面上において、走査方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向にずれる。

このように、集光レンズ１４の入射位置におけるレーザ光源１１ａ～１１ｃの光軸の状態を調整することにより、波長変換部材１６の入射面上におけるビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃの重なり具合を調整することができる。

なお、本実施形態では、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの焦点距離と、集光レンズ１４の焦点距離とによって光学系の倍率が設定される。このため、ビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃの形状は、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃの焦点距離と、集光レンズ１４の焦点距離とによって決定される。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、光偏向器１５の構成を示す斜視図および断面図である。図４（ｂ）には、Ｘ－Ｚ平面に平行な平面で、図４（ａ）の光偏向器１５をＹ軸方向の中央位置において切断したＡ－Ａ’断面図が示されている。

図４（ａ）、（ｂ）を参照して、光偏向器１５は、電磁力を利用して集光レンズ１４を駆動する構成となっている。ハウジング２０１に、電磁駆動のための構成部材が設置されている。

ハウジング２０１は、Ｘ軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング２０１の上面には、平面視において長方形の凹部２０１ａが形成されている。また、ハウジング２０１には、Ｘ軸正負の縁の上面に、それぞれ、ボス２０１ｂが形成されている。２つのボス２０１ｂは、ハウジング２０１のＺ軸方向の中間位置に配置されている。ハウジング２０１は、剛性が高い金属材料からなっている。

ハウジング２０１の上面に、枠状の板バネ２０２が設置される。板バネ２０２は、枠部２０２ａと、支持部２０２ｂと、２つの梁部２０２ｃと、２つの孔２０２ｄとを有する。

Ｘ軸方向の中間位置において、枠部２０２ａからＹ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部２０２ｃが形成され、これら梁部２０２ｃによって、枠部２０２ａと支持部２０２ｂとが連結されている。支持部２０２ｂは、平面視において長方形であり、支持部２０２ｂのＸ軸方向の中間位置において、２つの梁部２０２ｃが支持部２０２ｂに繋がっている。Ｘ軸負側の孔２０２ｄは、ボス２０１ｂと同様、平面視において円形で、Ｘ軸正側の孔２０２ｄは、平面視においてＸ軸方向に長い形状である。板バネ２０２は、Ｙ軸方向に対称な形状であり、また、２つの孔２０２ｄを除いてＸ軸方向に対称な形状である。板バネ２０２は、可撓性の金属材料により一体形成されている。

２つの孔２０２ｄは、それぞれ、２つのボス２０１ｂに対応する位置に設けられている。孔２０２ｄにボス２０１ｂが嵌められた状態で、４つのネジ２０３により、板バネ２０２がハウジング２０１の上面に固定される。支持部２０２ｂの上面に集光レンズ１４が設置される。２つの梁部２０２ｃを繋いだ軸が、集光レンズ１４の回動軸Ｌ１となる。

図４（ｂ）に示すように、支持部２０２ｂには、集光レンズ１４を透過したレーザ光を通すための開口２０２ｅが形成されている。また、ハウジング２０１にも、集光レンズ１４を透過したレーザ光を通すための開口２０１ｃが形成されている。

レーザ光源１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、Ｘ軸方向に並ぶように集光レンズ１４に入射する。レーザ光源１１ａからのレーザ光が集光レンズ１４の中央位置に入射する。すなわち、回動軸Ｌ１とレーザ光源１１ａからのレーザ光の中心軸とが交差するように、レーザ光源１１ａからのレーザ光が、集光レンズ１４に入射する。

支持部２０２ｂの下面にコイル２０４が装着される。コイル２０４は、平面視において長方形の角が丸められた形状に周回している。コイル２０４は、長辺の中間位置が回動軸Ｌ１に一致するように、支持部２０２ｂの下面に設置される。コイル２０４、支持部２０２ｂおよび集光レンズ１４が、光偏向器１５の可動部を構成する。

コイル２０４のＸ軸正側およびＸ軸負側の部分をそれぞれＸ軸方向に挟むように、磁石２０５および磁石２０６の組が２つ配置される。磁石２０５と磁石２０６は、ヨーク２０７に設置され、ヨーク２０７が、ハウジング２０１の凹部２０１ａの底面に設置されている。磁石２０５、２０６は、磁極面における磁束密度が略均一の永久磁石である。

Ｘ軸正側の磁石２０５、２０６によって生じる磁界の向きと、Ｘ軸負側の磁石２０５、２０６によって生じる磁界の向きは、同じである。たとえば、Ｘ軸正側の磁石２０５は、Ｎ極がコイル２０４に対向し、Ｘ軸負側の磁石２０５は、Ｓ極がコイル２０４に対向する。また、Ｘ軸正側の磁石２０６は、Ｓ極がコイル２０４に対向し、Ｘ軸負側の磁石２０６は、Ｎ極がコイル２０４に対向する。このように磁極（磁界の向き）を調整することにより、コイル２０４に駆動信号（電流）が印加されると、回動軸Ｌ１周りの駆動力がコイル２０４に励起される。これにより、集光レンズ１４が、回動軸Ｌ１を軸として回動する。

図５（ａ）は、波長変換部材１６の構成を模式的に示す側面図である。

波長変換部材１６は、基板３０１の上面に、ダイクロイック膜３０２と、蛍光体層３０３とを積層した構成となっている。

基板３０１は、たとえば、光透過性の材料などからなっている。ダイクロイック膜３０２は、青色波長帯の光を透過し、黄色波長帯の光を反射する。

蛍光体層３０３は、蛍光体粒子３０３ａをバインダ３０３ｂで固定することにより形成される。蛍光体粒子３０３ａは、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射された青色波長帯のレーザ光が照射されることによって黄色波長帯の蛍光を発する。蛍光体粒子３０３ａとして、たとえば、平均粒子径が１μｍ～３０μｍの（ＹｎＧｄ１－ｎ）３（ＡｌｍＧａ１－ｍ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｎ≦１、０．５≦ｍ≦１）が用いられる。また、バインダ３０３ｂとして、ポリメチルシルセスキオキサンなどのシルセスキオキサンを主に含む透明材料が用いられる。

さらに、蛍光体層３０３の内部に、ボイド３０３ｃを設けることが好ましい。これにより、内部に侵入したレーザ光をより効率的に散乱させて、光源装置２から取り出すことができる。また、ダイクロイック膜３０２付近にボイド３０３ｃが存在することにより、ダイクロイック膜３０２の表面によるエネルギーロスを低減しつつ、効果的にレーザ光と蛍光を散乱させることができる。蛍光体層３０３には、さらに、強度および耐熱性を高めるためのフィラー３０３ｄが含まれる。

レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、Ｚ軸負側から基板３０１に入射する。レーザ光は、基板３０１を透過して、図５（ａ）に示す励起領域Ｒ１に入射し、蛍光体層３０３の表面または内部で、散乱、吸収される。このとき、レーザ光の一部は、蛍光体粒子３０３ａにより黄色波長帯の光に変換されて、蛍光体層３０３から放射される。このとき、ダイクロイック膜３０２へと向かう黄色波長帯の光は、ダイクロイック膜３０２により反射されて、Ｚ軸正方向に向かい、蛍光体層３０３から放射される。また、レーザ光の他の一部は、黄色波長帯の光に変換されずに散乱されて青色波長帯の光のまま蛍光体層３０３から放射される。このとき、各波長帯の光は、蛍光体層３０３内を伝搬しながら散乱されるため、励起領域Ｒ１よりもやや広い発光領域Ｒ２から放射される。

図５（ｂ）は、波長変換部材１６に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す平面図である。

波長変換部材１６は、平面視において、Ｘ軸方向に長い長方形の形状を有する。波長変換部材１６は、光偏向器１５により集光レンズ１４が回動されることにより、レーザ光でＸ軸方向に走査される。集光レンズ１４は、Ｘ－Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動される。図５（ｂ）において、Ｂ１は、上記のようにレーザ光源１１ａ～１１ｃから出射された各レーザ光のビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃが統合されたものである。ビームスポットＢ１は、波長変換部材１６の入射面（Ｚ軸負側の面）を、幅Ｗ１において往復移動する。

入射面上におけるビームスポットＢ１の領域は、図５（ａ）の励起領域Ｒ１に対応する。波長変換部材１６の入射面をビームスポットＢ１が移動する間に、ビームスポットＢ１の領域よりもやや広い発光領域Ｒ２から青色波長帯の拡散光と黄色波長帯の拡散光がＺ軸正方向に放射される。

こうして放射された２つの波長帯の光が、図１（ａ）、（ｂ）に示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。

＜実施形態１の効果＞
以上、本実施形態１によれば、以下の効果が奏される。

集光レンズ１４を駆動してレーザ光を走査させる構成であるため、波長変換部材１６上におけるビーム形状とレーザ光の走査範囲（幅Ｗ１）とを考慮して、集光レンズ１４の焦点距離を設定すればよい。よって、集光レンズ１４から波長変換部材１６までの光路長が過度に長くなることを抑制でき、結果、光源装置２および投光装置１の小型化を図ることができる。また、集光レンズ１４が光を偏向させるための手段として共用されているため、部品点数を削減でき、光学系を簡素化することができる。

図４（ａ）、（ｂ）に示したように、光偏向器１５は、電磁アクチュエータからなっており、集光レンズ１４を回動軸Ｌ１について回動させる構成となっている。これにより、比較的大きな駆動力で集光レンズ１４を駆動でき、集光レンズ１４を所望の振り幅で円滑に回動させることができる。

図１（ａ）、（ｂ）に示したように、光源装置２は、３つのレーザ光源１１ａ～１１ｃを備え、これらレーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光が、ファスト軸に対応する方向に並ぶように、集光レンズ１４に入射される。一般に、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されるレーザ光は、ファスト軸方向において光強度がガウス分布に略整合するシングルモードとなり、スロー軸方向において複数のピークを持つ分布となる。したがって、上記のように、ビーム品質が高いファスト軸方向にレーザ光を並べて集光レンズ１４で集光させることにより、波長変換部材１６上において、ビーム品質の悪いスロー軸方向にスポットを悪化させることなく、ファスト軸方向においてレーザ光を所望のスポット形状に収束させることができる。

また、このように３つのレーザ光源１１ａ～１１ｃを用いることにより、波長変換部材１６の入射面に照射されるレーザ光の光量を高めることができ、目標領域に高い光量の光を投射することができる。

＜実施形態２＞
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２に係る投光装置１の構成を示す平面図および側面図である。

実施形態２の投光装置１は、光源装置２の構成として、コリメータレンズ１２ａ～１２ｃによって整形されたレーザ光のビームサイズ（３つのレーザ光全体のビーム幅）を、少なくともファスト軸に対応する方向に縮小して光偏向器１５に導く縮小光学系２０をさらに備えている。

縮小光学系２０は、凸レンズ２１と凹レンズ２２により構成される。コリメータレンズ１２ａ～１２ｃによって平行光化された３つのレーザ光は、凸レンズ２１によりビームサイズが縮小された後、凹レンズ２２によって再び平行光化される。すなわち、凸レンズ２１により３つのレーザ光全体のビーム幅が縮小される。これにより、集光レンズ１４の有効径を小さくでき、集光レンズ１４より後段側の光学素子も小型化できる。その他の構成は、実施形態１と同様である。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、縮小光学系２０の構成例を示す図である。

図６（ａ）に示した縮小光学系２０は、図７（ａ）の構成となっている。凸レンズ２１の焦点距離はＦ１であり、凹レンズ２２の焦点距離はＦ２である。焦点距離Ｆ２は焦点距離Ｆ１よりも小さい。凹レンズ２２は、凸レンズ２１と焦点位置ＦＰ０を共有するように配置される。これにより、凹レンズ２２によってレーザ光が平行光化される。凸レンズ２１と凹レンズ２２は、光軸が集光レンズ１４の光軸に一致するように配置される。

図７（ｂ）の構成例では、凹レンズ２２に代えて凸レンズ２３が配置される。凸レンズ２３の焦点距離Ｆ３は焦点距離Ｆ１よりも小さい。凸レンズ２３は、凸レンズ２１と焦点位置ＦＰ０を共有するように配置される。これにより、凸レンズ２３によってレーザ光が平行光化される。凸レンズ２１と凸レンズ２３は、光軸が集光レンズ１４の光軸に一致するように配置される。

本実施形態２によれば、縮小光学系２０によりレーザ光のビームサイズが縮小されるため、縮小光学系２０より後段側に配置される光学素子を小型化できる。縮小光学系２０に入射する前後のビーム幅をそれぞれＢＷ１、ＢＷ２とすると、図７（ａ）の構成では、ＢＷ１：ＢＷ２＝Ｆ１：Ｆ２となり、図７（ｂ）の構成では、ＢＷ１：ＢＷ２＝Ｆ１：Ｆ３となる。このようにビームサイズが縮小されることにより、後段側の光学素子が小型化されるため、光学系に各光学素子をより円滑に配置でき、また、光学系をコンパクト化することができる。

なお、縮小光学系２０を構成する凸レンズ２１および凹レンズ２２（または凸レンズ２３）は、少なくともファスト軸（Ｘ軸）方向の入射ビーム幅を縮小する目的で用いられるので、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向のみ曲面を持つシリンドリカルレンズで構成することができる。

なお、本実施形態２において、波長変換部材１６に対しレーザ光を２次元状に走査させる場合、光偏向器１５は、以下のように変更される。

図８は、実施形態２の変更例に係る光偏向器１５の構成を示す斜視図である。また、図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２の変更例に係る光偏向器１５の構成を示す断面図である。図９（ａ）には、Ｘ－Ｚ平面に平行な平面で図８の光偏向器１５をＹ軸方向の中央位置において切断したＢ－Ｂ’断面図が示され、図９（ｂ）には、Ｙ－Ｚ平面に平行な平面で図８の光偏向器１５をＸ軸方向の中央位置において切断したＣ－Ｃ’断面図が示されている。

図８および図９（ａ）、（ｂ）を参照して、ハウジング２１１は、Ｘ軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング２１１の上面には、平面視において長方形の凹部２１１ａが形成されている。ハウジング２１１は、剛性が高い金属材料からなっている。

ハウジング２１１の上面に、枠状の板バネ２１２が設置される。板バネ２１２は、外枠部２１２ａと、内枠部２１２ｂと、２つの梁部２１２ｃと、支持部２１２ｄと、２つの梁部２１２ｅとを有する。Ｙ軸方向の中間位置において、外枠部２１２ａからＸ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部２１２ｃが形成され、これら梁部２１２ｃによって、外枠部２１２ａと内枠部２１２ｂとが連結されている。また、Ｘ軸方向の中間位置において、内枠部２１２ｂからＹ軸方向に平行に延びるように、２つの梁部２１２ｅが形成され、これら梁部２１２ｅによって、内枠部２１２ｂと支持部２１２ｄとが連結されている。

内枠部２１２ｂは、平面視において長方形の角が丸められた輪郭を有し、内枠部２１２ｂのＹ軸方向の中間位置において、２つの梁部２１２ｃが内枠部２１２ｂに繋がっている。また、支持部２１２ｄは、平面視において長方形の輪郭を有し、支持部２１２ｄのＸ軸方向の中間位置において、２つの梁部２１２ｅが支持部２１２ｄに繋がっている。板バネ２１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対称な形状である。板バネ２１２は、可撓性の金属材料により一体形成されている。

外枠部２１２ａをハウジング２１１の上面に載せた状態で、４つのネジ２１３により、板バネ２１２がハウジング２１１の上面に固定される。支持部２１２ｄの上面に集光レンズ１４が設置される。２つの梁部２１２ｅを繋いだ軸が、上記実施形態１と同様、レーザ光を波長変換部材１６の長手方向に走査させるための、集光レンズ１４の回動軸Ｌ１となる。また、２つの梁部２１２ｃを繋いだ軸が、波長変換部材１６におけるレーザ光の走査ラインを変更するための、集光レンズ１４の回動軸Ｌ２となる。

なお、上記実施形態１と同様、レーザ光源１１ａからのレーザ光は、集光レンズ１４の中央位置に入射する。すなわち、回動軸Ｌ１、Ｌ２が交わる位置をレーザ光源１１ａからのレーザ光の中心軸が貫くように、レーザ光源１１ａからのレーザ光が、集光レンズ１４に入射する。

支持部２１２ｄの下面にコイル２１４が装着される。コイル２１４は、平面視において長方形の角が丸められた形状に周回している。コイル２１４は、長辺の中間位置が回動軸Ｌ１に一致するように、支持部２１２ｄの下面に設置される。コイル２１４、支持部２１２ｄおよび集光レンズ１４が、光偏向器１５の第１の可動部を構成する。

コイル２１４をＸ軸方向に挟むように、磁石２１５および磁石２１６の組が２つ配置される。磁石２１５と磁石２１６は、ヨーク２１７に設置され、ヨーク２１７が、ハウジング２１１の凹部２１１ａの底面に設置されている。各組の磁石２１５および磁石２１６の磁極の調整方法は、図４（ａ）、（ｂ）に示した磁石２０５および磁石２０６と同様である。

さらに、内枠部２１２ｂの下面にコイル２１８が装着される。コイル２１８は、平面視において内枠部２１２ｂと同様の形状である。コイル２１８は、短辺の中間位置が回動軸Ｌ２に一致するように、内枠部２１２ｂの下面に設置される。コイル２１８および内枠部２１２ｂが、光偏向器１５の第２の可動部を構成する。

コイル２１４に対して、Ｙ軸正側とＹ軸負側に、それぞれ、磁石２１９が配置される。これら磁石２１９は、ヨーク２１７に設置されている。また、これら２つの磁石２１９は、コイル２１８に対向する磁極が互いに異なるように、ヨーク２１７に設置されている。磁石２１９は、磁極面における磁束密度が略均一の永久磁石である。

このように２つの磁石２１９の磁極を調整することにより、コイル２１８に駆動信号（電流）が印加されると、回動軸Ｌ２について内枠部２１２ｂが回動し、駆動信号の大きさに応じた角度だけ、内枠部２１２ｂが傾く。すなわち、内枠部２１２ｂは、梁部２１２ｃに生じる弾性復帰力とコイル２１８に励起された電磁力とが釣り合う角度だけ図８に示した中立位置から傾く。このとき、内枠部２１２ｂの回動に伴って、支持部２１２ｄとともに集光レンズ１４が回動する。

支持部２１２ｄは、図４（ａ）、（ｂ）の構成と同様、コイル２１４に駆動信号（電流）を印加することにより、回動軸Ｌ１を軸として回動する。支持部２１２ｄの回動に伴い、集光レンズ１４が回動軸Ｌ１を軸として回動する。このように、実施形態２の変更例に係る光偏向器１５によれば、コイル２１４、２１８にそれぞれ独立して駆動信号（電流）を印加することにより、集光レンズ１４を、回動軸Ｌ１、Ｌ２について個別に回動させることができる。

なお、本変更例では、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、支持部２１２ｄに、集光レンズ１４を透過したレーザ光を通すための開口２１２ｆが形成され、また、ハウジング２１１にも、集光レンズ１４を透過したレーザ光を通すための開口２１１ｂが形成されている。

図１０は、実施形態２の変更例に係る波長変換部材１６に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す図である。

図１０に示すように、この構成例では、波長変換部材１６の入射面に複数の走査ラインＳＬ１が設定される。図１０の例では、３つの走査ラインＳＬ１が、入射面に設定されている。ただし、走査ラインＳＬ１の数は、これに限られるものではない。

レーザ光のビームスポットＢ２は、最上段の走査ラインＳＬ１をＸ軸正方向に終端位置まで移動した後、２段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸正側の開始位置に位置付けられる。その後、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１をＸ軸負方向に終端位置まで移動した後、３段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸負側の開始位置に位置付けられる。同様に、３段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸正側の終端位置までビームスポットＢ２が移動すると、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１の開始位置に位置付けられる。その後、ビームスポットＢ２は、２段目の走査ラインＳＬ１をＸ軸負方向に終端位置まで移動した後、１段目の走査ラインＳＬ１のＸ軸負側の開始位置に位置付けられる。以下、３つの走査ラインＳＬ１について同様の走査が繰り返される。

走査ラインＳＬ１に沿ったビームスポットＢ２の移動は、図８に示した回動軸Ｌ１について集光レンズ１４を回動させることにより行われる。走査ラインＳＬ１の変更は、図８に示した回動軸Ｌ２について集光レンズ１４を回動させて傾けることにより行われる。光偏向器１５は、ビームスポットＢ２が上記のように波長変換部材１６の入射面を走査するように制御される。

なお、ビームスポットＢ２が、１つの走査ラインＳＬ１の終端位置から次の走査ラインＳＬ１の開始位置に移動する期間は、レーザ光源１１ａ～１１ｃからのレーザ光の出射が停止される。すなわち、図１０の送りラインＴＬ１、ＴＬ２は、仮にレーザ光が出射されている場合のビームスポットＢ２の移動軌跡を示すものであって、実際の制御では、送りラインＴＬ１、ＴＬ２において、レーザ光源１１ａ～１１ｃは消灯状態に制御される。

なお、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の走査方法は、上記に限られるものではない。たとえば、ビームスポットＢ２が、各走査ラインＳＬ１を往復移動した後、次の走査ラインＳＬ１の開始位置へとジャンプするように、波長変換部材１６の入射面がレーザ光で走査される構成であってもよい。

図８および図９（ａ）、（ｂ）に示した光偏向器１５は、上記第１実施形態の光偏向器１５として用いられてもよい。

＜実施形態３＞
図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態３に係る投光装置１の構成を示す平面図および側面図である。

実施形態３では、実施形態２のコリメータレンズ１２ａ～１２ｃが、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃおよびスロー軸コリメータレンズ１８に置き換えられている。また、実施形態３では、波長変換部材１６が反射型の波長変換部材に変更され、レーザ光が、反射ミラー１９によってＺ軸正側から波長変換部材１６に入射される。レーザ光は、斜め方向から波長変換部材１６に入射される。実施形態３におけるその他の構成は、実施形態２と同様である。ここでは、光偏向器１５として、図４（ａ）、（ｂ）に示した１軸方式の光偏向器が用いられるが、図８および図９（ａ）、（ｂ）に示した２軸方式の光偏向器が用いられてもよい。

ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光をファスト軸方向において平行光化する。ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃは、たとえば、シリンドリカルレンズである。ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃは、出射面がＸ－Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した曲面となっている。ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの出射面は非球面であり、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの入射射面は、平面である。ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの入射面も、Ｘ－Ｚ平面に平行な方向に湾曲した曲面であってもよい。あるいは、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの出射面が平面で入射面が曲面であってもよい。

上記実施形態１と同様、レーザ光源１１ａは、ファスト軸がＸ軸に平行となるように配置され、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、ファスト軸がＺ軸方向に平行となるよう、互いに対向して配置される。ファスト軸コリメータレンズ１７ａは、入射面（平面）がＸ－Ｙ平面に平行となるように配置され、ファスト軸コリメータレンズ１７ｂ、１７ｃは、入射面（平面）がＹ－Ｚ平面に平行となるように配置される。これにより、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、ファスト軸方向において平行光化される。

スロー軸コリメータレンズ１８は、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光をスロー軸方向において平行光化する。スロー軸コリメータレンズ１８は、たとえば、シリンドリカルレンズである。スロー軸コリメータレンズ１８は、出射面がＹ－Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した曲面となっている。スロー軸コリメータレンズ１８の出射面は非球面であり、スロー軸コリメータレンズ１８の入射面は、Ｚ軸に垂直な平面である。スロー軸コリメータレンズ１８の入射面も、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向に湾曲した曲面であってもよい。あるいは、スロー軸コリメータレンズ１８の出射面が平面で入射面が曲面であってもよい。スロー軸コリメータレンズ１８は、出射面の母線が、入射面に入射する３つのレーザ光の光軸を含む平面に垂直、すなわちＹ軸方向に平行となるように配置されている。

レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、スロー軸コリメータレンズ１８の入射面に対し、Ｘ軸方向において互いに異なる位置に入射する。レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、スロー軸コリメータレンズ１８の入射面の中央位置に入射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、スロー軸コリメータレンズ１８の入射面の中央位置からＸ軸正負の方向に所定距離だけずれた位置に入射する。

ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃとスロー軸コリメータレンズ１８とによって平行光化されたレーザ光は、縮小光学系２０によってビームサイズが縮小された後、集光レンズ１４で集光される。このとき、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射された３つのレーザ光は、ファスト軸に対応する方向に並ぶようにして集光レンズ１４に入射し、それぞれ、集光作用を受ける。

反射ミラー１９は、集光レンズ１４で集光された３つのレーザ光の光軸を、それぞれ、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向に折り曲げる。３つのレーザ光は、反射ミラー１９で反射された後、波長変換部材１６に斜め方向から入射する。ここで、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の入射角は、６０度よりも大きく設定されることが好ましい。これにより、波長変換部材１６に入射するレーザ光が投射光学系３のレンズ３ａに掛かりにくくなり、レンズ３ａを波長変換部材１６に接近させることができる。その結果、波長変換部材１６で生じた拡散光をレンズ３ａでより多く取り込んで、目標領域に投射することができる。

なお、光偏向器１５から波長変換部材１６までの光学系のレイアウトによっては、反射ミラー１９が省略され得る。この場合、光偏向器１５の集光レンズ１４を透過した３つのレーザ光は、直接、波長変換部材１６に斜め方向から入射する。

波長変換部材１６は、反射ミラー１９によって反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。上記実施形態１、２と同様、波長変換部材１６は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がＸ－Ｙ平面に平行となるように設置されている。上記のように集光レンズ１４が回動軸Ｌ１について回動することにより、波長変換部材１６は、レーザ光によって長手方向に走査される。

図１２（ａ）は、実施形態３に係る波長変換部材１６の構成を模式的に示す側面図である。図１２（ｂ）は、実施形態３に係る波長変換部材１６に対するレーザ光の走査状態を模式的に示す平面図である。

図１２（ａ）に示すように、実施形態３の波長変換部材１６は、図５（ａ）に示したダイクロイック膜３０２が、反射膜３０４に置き換えられている。なお、実施形態３の波長変換部材１６は、基板３０１が光透過性でなくてもよい。基板３０１は、たとえば、シリコンや窒化アルミニウムセラミック、サファイヤガラスなどから構成され得る。

反射膜３０４は、第１の反射膜３０４ａと第２の反射膜３０４ｂとが積層されて構成されている。第１の反射膜３０４ａは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどの金属膜である。第２の反射膜３０４ｂは、反射とともに第１の反射膜３０４ａを酸化などから保護する機能をも有し、たとえば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＡｌＮなど誘電体の１つまたは複数の層からなっている。反射膜３０４は、必ずしも、第１の反射膜３０４ａおよび第２の反射膜３０４ｂから構成されなくともよく、単層または３つ以上の層が積層された構成であってもよい。

レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、図１２（ａ）に示すように、斜め方向から励起領域Ｒ１に照射される。これにより、励起領域Ｒ１よりもやや広い発光領域Ｒ２から、青色波長帯の散乱光と黄色波長帯の散乱光が放射される。図１２（ｂ）に示すように、本実施形態３においても、レーザ光は、幅Ｗ１の範囲において、波長変換部材１６の入射面１６ａを走査する。

なお、本実施形態３では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの焦点距離と、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離とによって、ファスト軸に対応する方向の光学系の倍率とスロー軸に対応する方向の光学系の倍率を調整可能である。このため、レーザ光源１１ａ～１１ｃからそれぞれ出射されるレーザ光の波長変換部材１６上におけるビームスポットＢ１ａ～Ｂ１ｃの形状（縦横比）は、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの焦点距離と、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離とによって調整できる。

また、本実施形態３では、図１１（ｂ）および図１２（ａ）に示すように、レーザ光源１１ａ～１１ｃからのレーザ光が、スロー軸に平行な方向（Ｙ軸方向）から所定の入射角で波長変換部材１６の入射面に入射する。ここで、この入射角をθ１とすると、波長変換部材１６の入射面上におけるスロー軸方向におけるビームの幅は、上記光学系の倍率により設定されるビーム幅の１／ｃｏｓθ１倍に広がる。このため、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されたレーザ光は、図１２（ｂ）に示すように、スロー軸方向（Ｙ軸方向）に長く延びた状態で、波長変換部材１６の入射面に収束される。

このように、本実施形態３では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃの焦点距離と、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離と、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の入射角を調整することにより、波長変換部材１６の入射面上における各レーザ光のビーム形状（縦横比）を所望の形状に整形できる。

ところで、本実施形態３では、図１１（ｂ）に示したように、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の入射方向が、Ｙ－Ｚ平面に平行で、且つ、スロー軸を含む平面に平行となっている。換言すれば、波長変換部材１６の入射面に入射するレーザ光の光軸を含み、且つ、この入射面に垂直な平面が、スロー軸に対応する方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ～１１ｃが配置されている。

ここで、スロー軸方向は、レーザ光源１１ａ～１１ｃから出射されるレーザ光の直線偏光の偏光方向に対応する。したがって、このようにレーザ光源１１ａ～１１ｃが配置されると、レーザ光源１１ａ～１１ｃからのレーザ光は、Ｐ偏光の状態で波長変換部材１６の入射面に入射することになる。これにより、波長変換部材１６の入射面におけるレーザ光の表面反射を抑制でき、より多くのレーザ光を波長変換部材１６の蛍光体層３０３に取り込むことができる。

図１３（ａ）は、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の入射角と反射率との関係を、Ｐ偏光入射とＳ偏光入射とで対比して示すグラフ（シミュレーション結果）である。ここでは、蛍光体層３０３の屈折率が１．７に設定されている。

このグラフを参照して分かるとおり、レーザ光を波長変換部材１６の入射面にＰ偏光で入射させる場合の方が、Ｓ偏光で入射させる場合に比べて、蛍光体層３０３表面に対する反射率が顕著に低下する。よって、レーザ光を波長変換部材１６の入射面にＰ偏光で入射させることにより、より多くのレーザ光を波長変換部材１６の蛍光体層３０３に取り込むことができ、レーザ光のロスを低減することができる。

図１３（ｂ）は、波長変換部材１６の入射面に入射するレーザ光の偏光比と反射率との関係を、入射角ごとに対比して示すグラフ（シミュレーション結果）である。ここでも、蛍光体層３０３の屈折率は１．７に設定されている。なお、偏光比とは、偏光の平行ベクトル成分（Ｐ偏光成分）と垂直ベクトル成分（Ｓ偏光成分）の比率のことであり、図１３（ｂ）の横軸は、垂直ベクトル成分（Ｓ偏光成分）を１とした場合の平行ベクトル成分（Ｐ偏光成分）の大きさが示されている。

このグラフを参照して分かるとおり、波長変換部材１６の入射面に入射するレーザ光は、平行ベクトル成分（Ｐ偏光成分）の比率が高まるほど、蛍光体層３０３表面で反射されにくくなる。よって、このことからも、波長変換部材１６の入射面に対してＰ偏光でレーザ光を入射させることにより、より多くのレーザ光を波長変換部材１６の蛍光体層３０３に取り込むことができ、レーザ光のロスを低減できることが分かる。

なお、図１３（ａ）のグラフからすると、波長変換部材１６の入射面（蛍光体層３０３の表面）に対するレーザ光の入射角を７０°以下に設定することにより、波長変換部材１６の入射面（蛍光体層３０３の表面）に対するレーザ光の反射率を顕著に抑制でき、さらに、入射角を６５°以下に設定すると、波長変換部材１６の入射面（蛍光体層３０３の表面）に対するレーザ光の反射率を０％付近にまで抑制できることが分かる。よって、反射率を抑制してより多くのレーザ光を蛍光体層３０３に取り込むためには、波長変換部材１６の入射面（蛍光体層３０３の表面）に対するレーザ光の入射角を７０°以下に設定することが好ましく、より好ましくは、入射角を６５°以下に設定すると良いと言える。

次に、本実施形態３の光学系において、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃとスロー軸コリメータレンズ１８とを個別に配置することによる効果について説明する。

図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、比較例に係るシミュレーションにおいて用いた光学系の構成と、比較例の構成においてコリメータレンズ１２ｄの焦点距離を変化させた場合の波長変換部材１６の入射面上におけるレーザ光のスポット形状（縦横比）のシミュレーション結果とを示す図である。

図１４（ａ）に示すように、比較例では、１つのレーザ光源１１ｄのみが配置され、このレーザ光源１１ｄから出射されたレーザ光が、集光レンズ１４によって波長変換部材１６の入射面１６ａに集光される。ここでは、集光レンズ１４によって集光されたレーザ光が、直接、反射ミラー１９に入射する。反射ミラー１９により反射されたレーザ光は、上記実施形態と同様、斜め方向から波長変換部材１６の入射面１６ａに入射する。

比較例では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａとスロー軸コリメータレンズ１８が、光軸周りの全周に亘ってレーザ光を平行光化するコリメータレンズ１７ｄが用いられる。レーザ光源１１ｄから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１７ｄによって全周に亘って平行光化された後、集光レンズ１４によって集光される。

比較例のシミュレーションにおいて、レーザ光源１１ｄの出射波長は４５０ｎｍに設定し、ストライプ幅は３０μｍに設定した。また、集光レンズ１４の焦点距離は４０ｍｍに設定した。波長変換部材１６の入射面１６ａに対するレーザ光の入射角は７５°に設定した。レーザ光源１１ｄは、スロー軸がＹ軸方向に平行となるように配置した。

この条件の下、コリメータレンズ１２ｄの焦点距離を変化させて、波長変換部材１６の入射面１６ａにおけるビームスポットの縦横比を検証した。縦横比は、ビームスポットの短軸方向の径をＤ１、長軸方向の径をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１の演算により求めた。各焦点距離において、コリメータレンズ１２ｄは、レーザ光源１１ｄとの間の光路長が焦点距離となる位置に配置した。

図１４（ｂ）は、比較例のシミュレーション結果である。図１４（ｂ）の上段には、各焦点距離におけるビームスポットの形状が模式的に示されている。

図１４（ｂ）を参照して分かるとおり、比較例の光学系では、コリメータレンズ１２ｄの焦点距離を変化させてもビームスポットの縦横比は一定であった。比較例の光学系の倍率は、コリメータレンズ１２ｄの焦点距離と集光レンズ１４の焦点距離によって決まる。ここで、コリメータレンズ１２ｄは、全周に亘って一様にレーザ光を平行光化する作用を有するため、光学系の倍率は、ファスト軸方向とスロー軸方向とで差が生じない。このため、コリメータレンズ１２ｄの焦点距離を変化させても、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットは、ファスト軸方向とスロー軸方向において同様の倍率で伸縮する。これにより、図１４（ｂ）に示すように、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットは、コリメータレンズ１２ｄの焦点距離に応じて大きさが変化するものの、焦点距離が変化しても縦横比は一定に維持される。このように、比較例の光学系では、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットの縦横比を変化させることができない。

図１４（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、実施形態３に係るシミュレーションにおいて用いた光学系の構成と、実施形態３の構成においてスロー軸コリメータレンズの焦点距離を変化させた場合の波長変換部材１６の入射面上におけるレーザ光のスポット形状（縦横比）のシミュレーション結果とを示す図である。

図１４（ｃ）に示すように、実施形態３の検証に用いた光学系では、図１１（ａ）、（ｂ）の光学系において、レーザ光源１１ａとファスト軸コリメータレンズ１７ａの組のみが残され、レーザ光源１１ｂとファスト軸コリメータレンズ１７ｂの組と、レーザ光源１１ｃとファスト軸コリメータレンズ１７ｃの組は省略されている。また、比較例と同様、集光レンズ１４によって集光されたレーザ光は、直接、反射ミラー１９に入射する。反射ミラー１９により反射されたレーザ光は、図１１（ａ）、（ｂ）の光学系と同様、斜め方向から波長変換部材１６の入射面１６ａに入射する。レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、図１１（ａ）、（ｂ）の光学系と同様、コリメータレンズ１２ａとスロー軸コリメータレンズ１８によって平行光化される。

実施形態３のシミュレーションにおいて、レーザ光源１１ａの出射波長は４５０ｎｍに設定し、ストライプ幅は３０μｍに設定した。また、集光レンズ１４の焦点距離は４０ｍｍに設定した。波長変換部材１６の入射面１６ａに対するレーザ光の入射角は７５°に設定した。レーザ光源１１ａは、スロー軸がＹ軸方向に平行となるように配置した。ファスト軸コリメータレンズ１７ａの焦点距離は４ｍｍに設定した。

この条件の下、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離を変化させて、波長変換部材１６の入射面１６ａにおけるビームスポットの縦横比を検証した。縦横比は、比較例と同様、Ｄ２／Ｄ１の演算により求めた。各焦点距離において、スロー軸コリメータレンズ１８は、レーザ光源１１ａとの間の光路長が焦点距離となる位置に配置した。

図１４（ｄ）は、実施形態３のシミュレーション結果である。図１４（ｄ）の上段には、各焦点距離におけるビームスポットの形状が模式的に示されている。

図１４（ｄ）を参照して分かるとおり、実施形態３の光学系では、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離を変化させることにより、ビームスポットの縦横比を変化させることができた。図１４（ｃ）に示した実施形態３の光学系の倍率は、ファスト軸コリメータレンズ１７ａの焦点距離と、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離と、集光レンズ１４の焦点距離によって決まる。

ここで、ファスト軸コリメータレンズ１７ａとスロー軸コリメータレンズ１８は、それぞれ、ファスト軸方向とスロー軸方向に個別にレーザ光を平行光化する作用を有するため、光学系の倍率は、ファスト軸コリメータレンズ１７ａとスロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離に応じて、ファスト軸方向とスロー軸方向とで差が生じ得る。このため、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離を変化させることにより、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットは、ファスト軸方向とスロー軸方向において異なる倍率で伸縮する。これにより、図１４（ｄ）に示すように、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットは、ファスト軸方向（短軸方向）の径を保ったまま、スロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離の変化に応じて、スロー軸方向（長軸方向）の径が変化する。このように、実施形態３の光学系では、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットの縦横比を適宜所望の値に変化させることができる。

なお、上記実施形態１の検証では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａの焦点距離が固定されたが、ファスト軸コリメータレンズ１７ａの焦点距離を変化させることにより、ビームスポットのファスト軸方向（短軸方向）の径を変化させることもできる。よって、実施形態３の光学系では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａの焦点距離とスロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離をそれぞれ調整することにより、波長変換部材１６の入射面１６ａ上におけるビームスポットの形状および縦横比を自由に設計することができる。

他のレーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されるレーザ光のビームスポットについても、同様に、ファスト軸コリメータレンズ１７ｂ、１７ｃの焦点距離とスロー軸コリメータレンズ１８の焦点距離を調整することにより、所望の縦横比の形状に設計することができる。

実施形態３の構成によれば、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃとスロー軸コリメータレンズ１８が個別に配置されるため、各コリメータレンズの焦点距離を変更することにより、波長変換部材１６に照射されるレーザ光のスポット形状を所望の縦横比の形状に設計することができる。

また、図１１（ａ）、（ｂ）に示したように、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃは、スロー軸コリメータレンズ１８よりもレーザ光源１１ａ～１１ｃに近い位置に配置されている。このように、より広がり角が大きいファスト軸方向において先に平行光化して広がりを抑えることにより、後段側の光学素子を小型化でき、これら光学素子を円滑に配置できる。よって、光学系全体をコンパクト化することができる。

また、図１２（ｂ）に示したように、波長変換部材１６の入射面１６ａにおけるレーザ光のビーム形状が走査方向に垂直な方向に細長くなるように、レーザ光が整形される。このように、ビームスポットの形状を細長くして照射面積を広げることにより、波長変換部材１６の入射面１６ａに照射される光量を高めながら、光密度が過度に高くなることを抑制できる。また、ビームスポットの形状を走査方向に垂直な方向に細長くすると、レーザ光源１１ａ～１１ｃをオン／オフ制御することにより、発光および非発光の境界をよりクリアにすることができる。これにより、目標領域に投射される光の配光パターンにおいて明暗の境界をよりクリアにすることができる。

また、図１１（ｂ）に示したように、集光レンズ１４で集光されたレーザ光は、波長変換部材１６の入射面に斜め方向から入射する。この場合、上記のように、波長変換部材１６の入射面に対するレーザ光の入射角は、６０度よりも大きく設定されることが好ましい。これにより、波長変換部材１６に入射するレーザ光が投射光学系３のレンズ３ａに掛かりにくくなり、レンズ３ａを波長変換部材１６に接近させることができる。その結果、波長変換部材１６で生じた拡散光をレンズ３ａでより多く取り込んで、目標領域に投射することができる。

また、図１１（ｂ）に示したように、レーザ光源１１ａ～１１ｃは、波長変換部材１６の入射面に入射するレーザ光の光軸を含み、且つ、入射面に垂直な平面が、スロー軸に対応する方向に略平行となるように配置されている。これにより、レーザ光は、Ｐ偏光で波長変換部材１６の入射面に入射する。よって、図１３（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、波長変換部材１６の入射面におけるレーザ光の表面反射を抑制でき、レーザ光の利用効率を高めることができる。

また、図１１（ａ）、（ｂ）に示したように、光学系には、３つのレーザ光源１１ａ～１１ｃが配置され、レーザ光源１１ａ～１１ｃごとに個別にコリメータレンズ１２ａ～１２ｃが配置され、各コリメータレンズ１２ａ～１２ｃによってファスト軸に対応する方向に整形された各レーザ光が共通のスロー軸コリメータレンズ１８によってスロー軸に対応する方向に整形される。このように複数のレーザ光源１１ａ～１１ｃを用いることにより、波長変換部材１６の入射面に照射されるレーザ光の光量を高めることができ、目標領域に高い光量の光を投射できる。また、レーザ光源１１ａ～１１ｃごとに個別にコリメータレンズ１２ａ～１２ｃを配置してファスト軸方向のビームサイズを抑制しつつ、共通のスロー軸コリメータレンズによりスロー軸方向の整形を行うことにより、部品点数の削減と、光学系の小型化および簡素化を図ることができる。

なお、ファスト軸コリメータレンズ１７ａとスロー軸コリメータレンズ１８を個別に配置する構成が、上記実施形態１、２の光学系に用いられてもよい。これにより、波長変換部材１６上におけるレーザ光の形状を容易に設計できる。

＜実施形態４＞
図１５は、実施形態４に係る投光装置１の構成を示す平面図である。

実施形態４では、上記実施形態３の構成において、縮小光学系２０でビームサイズが縮小されたレーザ光が、ファイバーカプラレンズ３１によって光ファイバー３２に取り込まれ、光ファイバー３２から出射されるレーザ光が、コリメータレンズ３３を介して、集光レンズ１４に入射される。ここで、コリメータレンズ３３は、全周に亘ってレーザ光を平行光化する作用を有する。また、実施形態４では、実施形態１、２と同様、波長変換部材１６として、透過型の波長変換部材が用いられる。実施形態３のその他の構成は実施形態３と同様である。

本実施形態４では、光ファイバー３２によってレーザ光が伝送されるため、ファイバーカプラレンズ３１よりも上段の光学系とコリメータレンズ３３よりも下段の光学系を、離れた位置に配置することができ、光学系のレイアウトをより自由に設定することができる。

なお、実施形態４の光学系において、縮小光学系２０よりも上段側の構成を、図６（ａ）、（ｂ）に示した構成に置き換えてもよく、さらに、図１（ａ）、（ｂ）のように、縮小光学系２０が省略されてもよい。また、実施形態４の構成において、光偏向器１５として、図８および図９（ａ）、（ｂ）に示した２軸方式の光偏向器を用いてもよい。

＜その他の変更例＞
投光装置１および光源装置２の構成は、上記実施形態１～４に示した構成以外に、種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施形態１～４では、集光レンズ１４を１軸回りまたは２軸周りに回動させてレーザ光を走査させたが、回動に限らず、たとえば、集光レンズ１４を揺動させることにより、波長変換部材１６に対してレーザ光を走査させてもよい。

また、上記実施形態３では、スロー軸コリメータレンズ１８が、各レーザ光に対して共通であったが、レーザ光ごとに個別にスロー軸コリメータレンズが配置されてもよい。

また、上記実施形態３では、ファスト軸コリメータレンズ１７ａ～１７ｃがスロー軸コリメータレンズ１８よりもレーザ光源１１ａ～１１ｃ側に配置されたが、スロー軸コリメータレンズが、ファスト軸コリメータレンズよりもレーザ光源１１ａ～１１ｃ側に配置されてもよい。この場合、たとえば、スロー軸コリメータレンズがレーザ光源１１ａ～１１ｃごとに配置され、各レーザ光に対して共通に１つのファスト軸コリメータレンズが配置されてもよい。

また、光源装置２に配置されるレーザ光源の数は、３つに限らず、４つ以上または２つ以下であってもよい。

また、波長変換部材１６の蛍光体層３０３に含まれる蛍光体粒子３０３ａの種類は、必ずしも１種類でなくてもよく、たとえば、レーザ光源１１ａ～１１ｃからのレーザ光によって互いに異なる波長の蛍光を生じる複数種類の蛍光体粒子３０３ａが蛍光体層３０３に含まれてもよい。この場合、各種類の蛍光体粒子３０３ａから生じた蛍光の拡散光と、これら蛍光体粒子３０３ａによって波長変換されなかったレーザ光の拡散光とによって、所定の色の光が生成される。

また、目標領域におけるレーザ光の走査方向は、必ずしも水平方向に限られるものではなく、必要とされる照射条件によっては鉛直方向がレーザ光の走査方向とされてもよい。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 投光装置
２ … 光源装置
３ … 投射光学系
１１ａ～１１ｄ … レーザ光源
１４ … 集光レンズ
１５ … 光偏向器
１６ … 波長変換部材
１７ａ～１７ｃ … ファスト軸コリメータレンズ
１８ … スロー軸コリメータレンズ

Claims (9)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる波長変換部材と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記波長変換部材に集光させる集光レンズと、
   前記集光レンズを駆動して前記波長変換部材に対し前記レーザ光を走査させる光偏向器と、を備え、
   前記光偏向器は、前記集光レンズを少なくとも１つの回動軸について回動させる、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記光偏向器は、電磁アクチュエータからなっている、
   ことを特徴とする光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置において、
   前記レーザ光源が複数設けられ、
   前記各レーザ光源から出射された前記レーザ光が、ファスト軸に対応する方向に並ぶように、前記集光レンズに入射させる構成を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
4. 請求項３に記載の光源装置において、
   前記集光レンズに対して前記複数のレーザ光源側に配置され、前記ファスト軸に対応する方向に並んだ前記各レーザ光源からの前記レーザ光の全体のサイズを、少なくとも前記ファスト軸に対応する方向に縮小させる縮小光学系を備える、
   ことを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記レーザ光源のファスト軸に対応する方向に整形するファスト軸コリメータレンズと、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記レーザ光源のスロー軸に対応する方向に整形するスロー軸コリメータレンズと、を備え、
   前記ファスト軸コリメータレンズおよび前記スロー軸コリメータレンズにより整形された前記レーザ光が前記集光レンズに入射される、
   ことを特徴とする光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置において、
   前記ファスト軸コリメータレンズは、前記スロー軸コリメータレンズよりも前記レーザ光源に近い位置に配置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記集光レンズで集光されたレーザ光を前記波長変換部材の入射面に斜め方向から入射させる反射ミラーを備え、
   前記波長変換部材の入射面に対する前記レーザ光の入射角が６０度よりも大きくなっている、
   ことを特徴とする光源装置。
8. 請求項５に記載の光源装置において、
   前記波長変換部材の入射面に入射する前記レーザ光の光軸を含み、且つ、前記入射面に垂直な平面が、前記スロー軸に対応する方向に略平行となるように、前記レーザ光源が配置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
9. 請求項１ないし８の何れか一項に記載の光源装置と、
   前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える、
   ことを特徴とする投光装置。

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