JP7029608B2 - Light source device and floodlight device - Google Patents
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Description
本開示は、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。 The present disclosure relates to a light source device that emits light and a floodlight device using the same.
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。 Conventionally, there is known a light source device that generates light having a predetermined wavelength by irradiating a wavelength conversion member with light emitted from a laser light source. In this light source device, for example, light that is wavelength-converted and diffused by a wavelength conversion member and light that is diffused without wavelength conversion by a wavelength conversion member are combined to produce light of a predetermined color such as white light. Generated. Such a light source device is used, for example, as a light source device for a vehicle headlight.
以下の特許文献1には、ミラー部を備えた光偏向器を用いて励起用の光で波長変換部材を走査する車両用灯具が記載されている。この車両用灯具では、ミラー部の往復揺動の速度を遅くすることにより、光変換部材の一部の領域の光度が高められる。これにより、車両用灯具に求められる一部の領域(たとえば、中央付近の領域)の光度が相対的に高い光度分布を形成することができる。
The following
蛍光体を用いた光源装置では、より高光度の光を生成するために、波長変換部材を光で走査するためのミラーとして、たとえば、ガラス板に誘電体多層膜が形成された高反射率のミラーが用いられ得る。これに対し、特許文献1に記載された光源装置の構成では、光偏向器のミラー部として高反射率のミラーを用いると、ミラーの重量が大きいため、ミラーに慣性力が働いて、ミラーの揺動速度を適正に減速させることができない。したがって、特許文献1に記載された光源装置の構成では、光偏向器のミラー部として、小型軽量の低反射率のミラーしか用い得ない。
In a light source device using a phosphor, in order to generate light having a higher luminous intensity, as a mirror for scanning a wavelength conversion member with light, for example, a glass plate having a dielectric multilayer film formed on the glass plate has a high reflectance. Mirrors can be used. On the other hand, in the configuration of the light source device described in
しかし、低反射率のミラーは反射膜の耐光性が低いため、より高光度の光を生成するために高出力かつ高密度の光をミラーに入射させると、ミラーの反射膜が破壊されてしまう。このように、特許文献1に記載された光源装置の構成では、光源装置の高出力化の要請に応えることが困難であった。
However, a mirror with low reflectance has a low light resistance of the reflective film, so if high-power and high-density light is incident on the mirror in order to generate light with higher luminous intensity, the reflective film of the mirror will be destroyed. .. As described above, it has been difficult to meet the demand for higher output of the light source device with the configuration of the light source device described in
かかる課題に鑑み、本開示は、波長変換部材に対して光を走査させるための走査手段として高反射率ミラー等の高重量の走査手段が用いられる場合も、所定の走査範囲においてレーザ光の走査速度が相対的に緩やかとなるように、光偏向器を適正かつ高精度に制御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。 In view of this problem, the present disclosure discloses that scanning of laser light within a predetermined scanning range even when a heavy scanning means such as a high reflectance mirror is used as the scanning means for scanning light to the wavelength conversion member. It is an object of the present invention to provide a light source device capable of controlling a light deflector appropriately and with high accuracy so that the speed becomes relatively slow, and a floodlight device using the light source device.
本開示の第1の態様は、光源装置に関する。第1の態様に係る光源装置は、 レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の光路上に入射面を備え、前記レーザ光の波長を他の波長に変換して変換光を生ぜしめるとともに前記変換光を拡散させる波長変換部材と、前記光を前記入射面上において走査させる光偏向器と、を備え、前記光偏向器は、可動部と、コイルと、前記コイルに磁界を付与する磁気回路とを備え、前記コイルに駆動信号を付与することにより前記可動部を駆動するよう構成され、前記可動部が所定の位置に向かうほど前記コイルに付与される磁界の強さが減少するように、前記磁気回路が構成され、
さらに、前記所定の位置は、前記可動部の全移動範囲の中央付近に設定されていることを特徴とする。
The first aspect of the present disclosure relates to a light source device. The light source device according to the first aspect includes a laser light source that emits laser light and an incident surface on the optical path of the laser light, converts the wavelength of the laser light into another wavelength, and produces converted light. A wavelength conversion member that diffuses the converted light and an optical deflector that scans the light on the incident surface are provided, and the optical deflector includes a movable portion, a coil, and a magnetic field that applies a magnetic field to the coil. A circuit is provided to drive the movable portion by applying a drive signal to the coil, and the strength of the magnetic field applied to the coil decreases as the movable portion moves toward a predetermined position. , The magnetic circuit is configured
Further, the predetermined position is set near the center of the entire movement range of the movable portion.
本態様に係る光源装置によれば、コイルと磁気回路とを用いて可動部が駆動されるため、高反射率のミラー等、高重量の走査手段が用いられる場合も、適正かつ高精度に走査手段を制御できる。また、可動部が所定の移動位置に向かうほどコイルに付与される磁界の強さが相対的に減少するように磁気回路が構成されているため、所定の移動位置付近において可動部の移動速度を相対的に緩やかにできる。よって、この移動位置付近の移動範囲に対応する走査範囲において、レーザ光の走査速度を相対的に低速にできる。 According to the light source device according to this embodiment, since the movable part is driven by using the coil and the magnetic circuit, scanning is performed appropriately and with high accuracy even when a heavy scanning means such as a mirror having high reflectance is used. You can control the means. Further, since the magnetic circuit is configured so that the strength of the magnetic field applied to the coil decreases relatively as the movable part moves toward the predetermined moving position, the moving speed of the movable part is increased in the vicinity of the predetermined moving position. It can be done relatively slowly. Therefore, the scanning speed of the laser beam can be relatively low in the scanning range corresponding to the moving range near the moving position.
よって、本態様に係る光源装置によれば、波長変換部材に対して光を走査させるための走査手段として高反射率ミラー等の高重量の走査手段が用いられる場合も、所定の走査範囲においてレーザ光の走査速度が相対的に緩やかとなるように、光偏向器を適正かつ高精度に制御できる。 Therefore, according to the light source device according to this aspect, even when a heavy scanning means such as a high reflectance mirror is used as the scanning means for scanning the light to the wavelength conversion member, the laser is used in a predetermined scanning range. The optical deflector can be controlled appropriately and with high accuracy so that the scanning speed of light becomes relatively slow.
本開示の第2の態様は、投光装置に関する。第2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。 A second aspect of the present disclosure relates to a floodlight device. The light projecting device according to the second aspect includes a light source device according to the first aspect and a projection optical system that projects light diffused by the wavelength conversion member.
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。 According to the floodlight device according to this aspect, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
以上のとおり、本開示に係る光源装置および投光装置によれば、波長変換部材に対して光を走査させるための走査手段として高反射率ミラー等の高重量の走査手段が用いられる場合も、所定の走査範囲においてレーザ光の走査速度が相対的に緩やかとなるように、光偏向器を適正かつ高精度に制御することができる。 As described above, according to the light source device and the light projecting device according to the present disclosure, even when a heavy scanning means such as a high reflectance mirror is used as the scanning means for scanning the light with respect to the wavelength conversion member. The optical deflector can be controlled appropriately and with high accuracy so that the scanning speed of the laser beam becomes relatively slow in a predetermined scanning range.
本開示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、本開示にかかる発明(以下、本発明という)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。 The effects or significance of the present disclosure will be further clarified by the description of the embodiments shown below. However, the embodiments shown below are merely examples for implementing the invention according to the present disclosure (hereinafter referred to as the present invention), and the present invention is described in the following embodiments. It is not limited to anything.
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。X軸方向およびY軸方向は、それぞれ、投光装置の幅方向および奥行き方向であり、Z軸方向は投光装置の高さ方向である。Z軸正方向が、投光装置における光の投射方向である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience, the X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other are added to each figure. The X-axis direction and the Y-axis direction are the width direction and the depth direction of the floodlight device, respectively, and the Z-axis direction is the height direction of the floodlight device. The positive direction of the Z axis is the projection direction of light in the floodlight device.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る投光装置1の構成を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る投光装置1の構成を示す断面図である。図2には、Y-Z平面に平行な平面で投光装置1をX軸方向の中央位置において切断した断面図が示されている。<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
図1および図2を参照して、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とを備えている。投射光学系3は、2つのレンズ3a、レンズ3bを備え、これらレンズ3a、レンズ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、レンズ3bのみから構成されなくともよく、たとえば、他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。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
光源装置2は、ベース11に、各種部材が設置された構成となっている。具体的には、投射用の光を生成するための構成として、レーザ光源12と、コリメータレンズ13と、光偏向器14と、波長変換部材15がベース11に設置されている。コリメータレンズ13は、ホルダ16を介してベース11に設置されている。
The
レーザ光源12は、青色波長帯(たとえば、450nm)のレーザ光をZ軸正方向に出射する。レーザ光源12は、たとえば、半導体レーザからなっている。レーザ光源12から出射されるレーザ光の波長は、適宜変更可能である。また、レーザ光源12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。
The
コリメータレンズ13は、レーザ光源12から出射されたレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ13は、レーザ光源12から出射されたレーザ光を収束させ得るように、光軸方向の位置が調整されてもよい。
The
光偏向器14は、ミラー17を備え、ミラー17を回動軸L1について回動させることにより、コリメータレンズ13を通過したレーザ光の進行方向を変化させる。ミラー17の入射面は平面である。ミラー17は、たとえば、ガラス板に誘電体多層膜を形成した高反射率のミラーである。回転軸L1は、Y-Z平面に含まれ、かつZ軸に対し所定角度をなす方向に設けられている。ミラー17の入射面は、中立位置においてX軸に平行であり、かつX-Z平面に平行な面に対して所定角度だけ傾く。光偏向器14の構成は、追って、図3A~図5Bを参照して説明する。
The
波長変換部材15は、ミラー17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。波長変換部材15は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がX-Y平面に平行となり、且つ、長手方向がX軸に平行となるように、ベース11に設置されている。上記のように、ミラー17が回動軸L1について回動することにより、波長変換部材15は、レーザ光によって長手方向に走査される。
The
波長変換部材15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15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。
The
第1実施形態では、波長変換部材15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15の構成は、追って、図6A、図6Bを参照して説明する。
In the first embodiment, a part of the laser beam is converted into light in the yellow wavelength band by the
ベース11の下面には、回路基板18が設置されている。この回路基板18に、レーザ光源12および光偏向器14を制御するための回路が実装されている。図1に示すように、回路基板18の端子部が、ベース11のY軸正側において、外部に露出している。
A
図3Aおよび図3Bは、それぞれ、光偏向器14の構成を示す斜視図および断面斜視図である。図3Bには、図3Aの光偏向器14を、y軸方向の中央位置においてx-z平面に平行な平面で、IIIB-IIIB線分に沿って切断した断面がハッチングにて示されている。図4Aは、磁気回路14aの構成を示す分解斜視図、図4Bは、光偏向器14の組み立て過程を示す分解斜視図である。
3A and 3B are perspective views and cross-sectional perspective views showing the configuration of the
なお、便宜上、図3A~図4Bには、光偏向器14の構成を説明するために、新たにx、y、z軸が示されている。このうち、x軸は、図1および図2に示したX軸と同一方向である。x、y、z軸は、図1および図2に示したX、Y、Z軸を、X軸周りに、所定の角度だけ回転させたものである。y軸は、光偏向器14の短手方向に対応し、z軸は、光偏向器14の高さ方向に対応する。ここでは、便宜上、z軸負側を光偏向器14の上側と定義する。
For convenience, FIGS. 3A to 4B newly show x, y, and z axes in order to explain the configuration of the
光偏向器14は、電磁力を利用してミラー17を駆動する構成となっている。ハウジング101に、電磁駆動のための構成部材が設置されている。
The
ハウジング101は、x軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング101の上面には、平面視において長方形の凹部101aが形成されている。また、ハウジング101には、x軸正負の縁の上面に、それぞれ、ボス101bが形成されている。2つのボス101bは、ハウジング101のy軸方向の中間位置に配置されている。ハウジング101は、剛性が高い金属材料からなっている。
The
図3Aおよび図4Bに示すように、ハウジング101の上面に、枠状の板バネ102が設置される。板バネ102は、枠部102aと、支持部102bと、2つの梁部102cと、2つの孔102dとを有する。
As shown in FIGS. 3A and 4B, a frame-shaped
x軸方向の中間位置において、枠部102aからy軸方向に平行に延びるように、2つの梁部102cが形成され、これら梁部102cによって、枠部102aと支持部102bとが連結されている。支持部102bは、平面視において長方形であり、支持部102bのx軸方向の中間位置において、2つの梁部102cが支持部102bに繋がっている。x軸正側の孔102dは、ボス101bと同様、平面視において円形で、x軸負側の孔102dは、平面視においてx軸方向に長い形状である。板バネ102は、y軸方向に対称な形状であり、また、2つの孔102dを除いてx軸方向に対称な形状である。板バネ102は、可撓性の金属材料により一体形成されている。
At the intermediate position in the x-axis direction, two
2つの孔102dは、それぞれ、2つのボス101bに対応する位置に設けられている。図3Aおよび図4Bに示すように、孔102dにボス101bが嵌められた状態で、4つのネジ103により、板バネ102がハウジング101の上面に固定される。支持部102bの上面にミラー17が接着剤等によって固定される。ミラー17は、平面視において略正方形である。2つの梁部102cを繋いだ軸が、ミラー17の回動軸L1となる。すなわち、2つの梁部102cは、ミラー17の回動軸L1に沿うように設けられている。一対の梁部102cは、回動軸L1に沿ってy軸方向の両側から支持部102bおよびミラー17を弾性支持している。
The two
なお、レーザ光源12からのレーザ光は、ミラー17の入射面に対して斜め方向から、ミラー17の中央位置に入射する。すなわち、回動軸L1とレーザ光の中心軸とが交差するように、レーザ光源12からのレーザ光が、ミラー17に入射する。
The laser beam from the
支持部102bの下面にコイル104が装着される。コイル104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104は、長辺の中間位置が回動軸L1に一致するように、支持部102bの下面に設置される。コイル104、支持部102bおよびミラー17が、光偏向器14の可動部14bを構成する。
The
コイル104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105および磁石106の組が2つ配置される。図4Aに示すように、磁石105と磁石106は、それぞれ、ヨーク107の壁部107a、壁部107bに設置される。この状態で、ヨーク107に形成された2つの孔107cとハウジング101の凹部101a底面に形成された2つのボス101cが合わされて、ヨーク107が、ハウジング101の凹部101aの底面に設置される。2組の磁石105、磁石106と、ヨーク107とによって磁気回路14aが構成される。
Two sets of
x軸正側の磁石105、磁石106によって生じる磁界と、x軸負側の磁石105、磁石106によって生じる磁界と、コイル104に印加される駆動信号(電流)とにより、回動軸L1周りの駆動力がコイル104に励起される。これにより、ミラー17が、回動軸L1を軸として回動する。このとき、板バネ102の一対の梁部102cが弾性変形する。
A magnetic field generated by the
なお、実施形態1では、磁石105、磁石106が、それぞれ、3つの磁石をz軸方向に重ねた構成となっている。これら3つの磁石は、ミラー17の回動動作において、ミラー17が中立位置付近の回動範囲において可動部14bの角速度が減速するように、磁極および厚みが調整されている。
In the first embodiment, the
なお、「中立位置」とは、コイル104に駆動信号(電流)が印加されていない場合のミラー17の位置のことであり、実施形態1の構成では、図3Aのように、支持部102bおよびミラー17が、回動軸L1について何れの方向にも回動しておらず、x-y平面に平行な状態にあるときのミラー17の位置をいう。以下では、便宜上、ミラー17が中立位置にあるときの可動部14bの位置も中立位置と称する。
The "neutral position" is the position of the
図5A、図5Bは、それぞれ、磁石105、106の構成を模式的に示す図である。図5Aは、x軸正側の磁石105、106の設置位置をy軸負方向に見た図であり、図5Bは、x軸負側の磁石105、106の設置位置をy軸負方向に見た図である。便宜上、図5A、図5Bには、各磁石の磁極を示す文字が付記されている。
5A and 5B are diagrams schematically showing the configurations of
図5Aおよび図5Bに示すように、磁石105は、2つの磁石105aを磁石105bの上面と下面に重ねた構成となっており、また、磁石106は、2つの磁石106aを磁石106bの上面と下面に重ねた構成となっている。磁石105aと磁石106aは、互いに異なる磁極が対向するようにヨーク107に設置される。磁石105bと磁石106bも、互いに異なる磁極が対向するようヨーク107に設置される。磁石105aおよび磁石106aと、磁石105bおよび磁石106bとは、磁石105と磁石106と間の隙間に面する磁極が互いに異なっている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
上段の磁石105aと上段の磁石106aのz軸方向の位置および幅は、互いに同じである。また、下段の磁石105aと下段の磁石106aのz軸方向の位置および幅も、互いに同じである。さらに、中段の磁石105bと中段の磁石106bのz軸方向における位置および幅も互いに同じである。中段の磁石105a、磁石105bのz軸方向の幅は、上段および下段の磁石105a、磁石106aのz軸方向の幅よりも小さい。磁石105b、磁石106bの幅は、可動部14b回動動作において、可動部14bを中立位置付近で減速させるために可動部14bに付与されるべき制動力に応じて調整される。
The positions and widths of the
実施形態1では、図5A、図5Bに示すように各磁石の磁極を設定し、さらに、各磁石の幅および磁力を調整することにより、長鎖線の矢印で示すように、磁石105bと磁石106bとの間における磁界の向きが、磁石105aと磁石106aとの間における磁界の向きに対して逆向きとなっている。これにより、ミラー17の中立位置付記の角度範囲において、ミラー17の角速度を相対的に減速させることができる。ミラー17の回動動作については、追って、図7A~図8Cを参照して説明する。
In the first embodiment, the magnetic poles of the magnets are set as shown in FIGS. 5A and 5B, and the width and magnetic force of the magnets are adjusted so that the
図6Aは、波長変換部材15の構成を模式的に示す側面図である。
FIG. 6A is a side view schematically showing the configuration of the
波長変換部材15は、基板201の上面に、反射膜202と、蛍光体層203とを積層した構成となっている。
The
基板201は、たとえば、シリコンや窒化アルミニウムセラミックなどからなっている。
The
反射膜202は、第1の反射膜202aと第2の反射膜202bとが積層されて構成されている。第1の反射膜202a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202bは、反射とともに第1の反射膜202aを酸化などから保護する機能をも有し、たとえば、SiO2、ZnO、ZrO2、Nb2O5、Al2O3、TiO2、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202は、必ずしも、第1の反射膜202aおよび第2の反射膜202b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。The
蛍光体層203は、蛍光体粒子203aをバインダ203bで固定することにより形成される。蛍光体粒子203aは、レーザ光源12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203a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203b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。The
蛍光体層203には、さらに、第2粒子として、平均粒子径が0.1μm~10μmで熱伝導率30W/(m・K)のAl2O3の微粒子が混合されるとよい。この場合、第2粒子は、蛍光体粒子203aに対して10vol%以上、90vol%以下の比率で混合される。たとえば、第2粒子として、バインダ203bの材料であるシルセスキオキサン(屈折率1.5)と屈折率差が大きいAl2O3(屈折率1.8)が用いられる。この構成により、蛍光体層203の内部での光散乱性が向上するとともに、蛍光体層203の熱伝導率を高くすることができる。なお、vol%とは、体積%のことである。Further, as the second particles, the
さらに、蛍光体層203の内部に、ボイド203cを設けることが好ましい。実施形態1では、蛍光体層203の中央付近に形成されたボイド203cと、反射膜202との界面付近に形成されたボイド203cが蛍光体層203に設けられる。
Further, it is preferable to provide the void 203c inside the
ここで、蛍光体層203の内部に形成されたボイド203cは、反射膜202に近いほど密度が高くなるように構成される。この構成により、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、反射膜202との界面付近に形成されたボイド203cは、誘電体である第2の反射膜202bと接するため、金属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。
Here, the void 203c formed inside the
上記のようなボイド203cの配置は、YAG:Ceからなる蛍光体粒子203aと、ポリシルセスキオキサンからなるバインダ203bとを混合した、蛍光体ペーストを用いて波長変換部材15を構成することで容易に形成できる。具体的には、蛍光体粒子203aと第2粒子とを、ポリシルセスキオキサンを有機溶剤に溶かしたバインダ203bに混合した蛍光体ペーストを用いて基板201(反射膜202)上に成膜し、その後、200℃程度の高温アニールを行うことで、ペースト中の有機溶剤を気化させる。このとき、波長変換部材15の基板201に近い部分から気化した有機溶剤は保持されやすいため、基板201に近い部分では、ボイド203cが容易に形成され得る。このような製造方法により、容易に反射膜202の近傍に高い密度のボイド203cを形成することができる。
The arrangement of the void 203c as described above is made by forming the
なお、蛍光体層203には、さらに、強度および耐熱性を高めるためのフィラー203dが含まれる。フィラー203dとバインダ203bとの屈折率差も、蛍光体粒子203aとバインダ203bとの屈折率差と同様、大きく設定される。
The
レーザ光源12から出射されたレーザ光は、図6Aに示す励起領域R1に照射され、蛍光体層203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203aにより黄色波長帯の光に変換されて、蛍光体層203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203から放射される。このとき、各波長帯の光は、蛍光体層203内を伝搬しながら散乱されるため、励起領域R1よりも広い発光領域R2から放射される。
The laser light emitted from the
なお、上記のようにバインダ203bと蛍光体粒子203aの屈折率差、および、バインダ203bとフィラー203dの屈折率差が何れも大きくなるように蛍光体層203が構成されることにより、光を散乱し易くでき、また、光の蛍光体層203内部での伝搬を抑制することができる。この結果、励起領域R1よりも微小に広い発光領域R2から光を放射させることができる。また、実施形態1では、さらに、蛍光体層203にボイド203cを配置して、光の散乱を増強させている。この結果、さらに励起領域R1と発光領域R2とを近づけることができる。
As described above, the
図6Bは、波長変換部材15の構成を模式的に示す平面図である。
FIG. 6B is a plan view schematically showing the configuration of the
波長変換部材15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15は、光偏向器14のミラー17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。図6Bにおいて、B1は、レーザ光のビームスポットを示している。ビームスポットB1は、波長変換部材15の入射面15aを幅W1において往復移動する。
The
たとえば、コイル104に、ゼロレベルを振幅中心とする三角波状の駆動信号(電流)が印加される。この駆動信号によりコイル104に励起される駆動力によって、支持部102bとともにミラー17が中立位置を中心に所定の回動幅で回動する。これにより、ミラー17で反射されたレーザ光(ビームスポットB1)が、波長変換部材15の入射面15aを幅W1において往復移動する。
For example, a triangular wave-shaped drive signal (current) having a zero level as the amplitude center is applied to the
入射面15a上におけるビームスポットB1の領域は、図6Aの励起領域R1に対応する。波長変換部材15の入射面15a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。
The region of the beam spot B1 on the
こうして放射された2つの波長帯の光が、図1、図2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。
The light of the two wavelength bands thus emitted is taken in by the projection
図7A~図8Cは、光偏向器14の可動部14bの回動動作を説明する図である。便宜上、可動部14bの構成としてミラー17およびコイル104のみが図示され、支持部102bの図示は省略されている。図7A~図8Cには、磁石105、磁石106付近をy軸正側から見たときの断面図が模式的に示されている。
7A to 8C are diagrams illustrating the rotational operation of the
図7A~図8Cにおいて、破線矢印は磁界の向きを示し、実線矢印はコイル104に生じる駆動力の向きを示し、点線矢印はミラー17の回動方向を示している。また、図7A~図8Cには、磁石105、106の隙間の挿入されたコイル104部分の電流の向きが、方向を表す記号で図示されている。さらに、図7A~図8Cには、各磁石の磁極のうち、コイル104に対向する方の磁極を示す文字が各磁石に付記されている。以下の説明では、可動部14bの回動方向は、y軸負方向に見た場合の回動方向とする。
In FIGS. 7A to 8C, the broken line arrow indicates the direction of the magnetic field, the solid line arrow indicates the direction of the driving force generated in the
図7Aは、ミラー17が時計方向に最も回動した状態を示している。この状態において、ミラー17およびコイル104は停止している。コイル104に印加された駆動信号(電流)によって、図7Aに示すように、磁石105、106に挟まれたコイル104の部分(以下、「励磁部分104a」という)に駆動力が生じる。この駆動力と、板バネ102の弾性復帰力とによって、可動部14bが反時計方向の回動を始める。
FIG. 7A shows a state in which the
その後、図7Bに示すように、コイル104の励磁部分104aが磁石105a、106aと磁石105b、106bとの境界付近を超えると、励磁部分104aに付与される磁界の向きが反転する。これにより、励磁部分104aに生じる駆動力が反転し、コイル104の回動に反する方向のトルク(制動力)が発生する。このトルク(制動力)によって、可動部14bの回動速度(角速度)が低下する。この場合も、可動部14bは、慣性力により反時計方向の回動を続ける。
After that, as shown in FIG. 7B, when the
その後、図7Cに示すように、ミラー17が中立位置に到達すると、コイル104に印加される駆動信号(電流)がゼロとなる。コイル104に印加される駆動信号(電流)は、図7Aのタイミングから図7Cのタイミングに向かうに従って徐々に低下し、図7Cのタイミングにおいてゼロとなる。そして、図7Cのタイミングを過ぎると、コイル104に印加される駆動信号(電流)の極性が反転し、その後、次第に駆動信号(電流)の大きさが反転後の極性で高められる。
After that, as shown in FIG. 7C, when the
さらに、コイル104の励磁部分104aが、図8Aに示す位置、すなわち、磁石105a、106aと磁石105b、106bとの境界付近を超えると、コイル104の励磁部分104aに付与される磁界の向きが反転する。ここで、図7Cのタイミングから図8Aのタイミングまでの期間は、コイル104の励磁部分104aに、コイル104の回動を促進する方向の駆動力が発生する。図8Aの実線矢印は、この駆動力を示している。この駆動力により、図7Cのタイミングから図8Aのタイミングまでの期間において、可動部14bの回動速度(角速度)が高まる。
Further, when the
そして、コイル104の励磁部分104aが磁石105a、磁石106aと磁石105b、磁石106bとの境界付近を超えると、励磁部分104aに付与される磁界の向きが再度反転し、これに伴い、励磁部分104aに生じる駆動力が反転する。これにより、可動部14bの回動に反する方向のトルク(制動力)が発生する。このトルク(制動力)によって、可動部14bの回動速度(角速度)が徐々に低下する。
When the
その後、可動部14bの反時計方向の回動が図8Bに示す位置まで進むと、可動部14bの回動が停止する。したがって、図8Bの位置が、可動部14bの反時計方向の最大回動位置となる。中立位置に対する反時計方向の最大回動角は、図7Aに示した中立位置に対する時計方向の最大回動角と同じである。その後、可動部14bは、コイル104の励磁部分104aに生じる駆動力と、板バネ102の弾性復帰力とによって、時計方向の回動を始める。
After that, when the counterclockwise rotation of the
この回動動作においても、図8Cに示すように、コイル104の励磁部分104aが磁石105a、磁石106aと磁石105b、磁石106bとの境界付近を超えると、コイル104の励磁部分104aに付与される磁界の向きが反転し、コイル104の回動に反する方向のトルク(制動力)が発生する。このトルク(制動力)によって、可動部14bの回動速度(角速度)が低下する。その後は、図7C~図8Bの場合と逆の過程で可動部14bが時計方向に回動する。これにより、可動部14bが図7Aの位置に戻る。その後、可動部14bは、同様の回動動作を繰り返す。
Also in this rotation operation, as shown in FIG. 8C, when the
図9Aは、光偏向器14の可動部14b(支持部102b、コイル104、ミラー17)の角速度の変化を模式的に示すグラフである。図9Aにおいて、横軸は、光偏向器14の可動部14bの回動角度である。図9Aのグラフでは、時計方向の最大回動角(-θ1)から反時計方向の最大回動角(+θ1)までの範囲における可動部14bの角速度が示されている。なお、角度-θ2、+θ2は、コイル104が磁石105a、磁石106aと磁石105b、磁石106bとの境界付近(磁界の反転位置)に位置するときの回動角である。
FIG. 9A is a graph schematically showing a change in the angular velocity of the
図9Aに示すように、回動角が-θ1から-θ2に近づくに伴い、コイル104に生じた回動促進方向の駆動力と板バネ102の弾性復帰力により可動部14bの角速度が増加し、回動角が-θ2に到達すると、角速度が最大になる。そして、回動角が-θ2から0に近づくと、コイル104に生じた制動方向の駆動力によって、可動部14bの角速度が徐々に減少する。その後、回動角が0から+θ2に近づくに伴い、コイル104に生じた回動促進方向の駆動力によって、可動部14bの角速度が徐々に増加し、回動角が+θ2に到達すると、角速度が最大になる。そして、回動角が+θ2から+θ1に近づくと、コイル104に生じた制動方向の駆動力によって、角速度が減少し、回動角が+θ1になると可動部14bの角速度がゼロとなる。回動角が+θ1から-θ1まで変化する場合も、同様に、可動部14bの角速度が変化する。
As shown in FIG. 9A, as the rotation angle approaches −θ1 to −θ2, the angular velocity of the
このように、回動角が-θ2と+θ2の間の範囲にあるとき、可動部14bの角速度は、回動角が-θ2、+θ2のときの可動部14bの角速度に比べて相対的に低速になる。
Thus, when the rotation angle is in the range between −θ2 and + θ2, the angular velocity of the
図9Bは、波長変換部材15の入射面15a上の各位置における光度(単位時間あたりの光量)を模式的に示すグラフである。図9Bのグラフにおいて、横軸は、入射面15a上のビームスポットB1の移動方向における位置、すなわち、図6BにおけるX軸方向の位置に対応する。支持部102bの回動角度が-θ1、-θ2、0、+θ2、+θ1のとき、入射面15a上のビームスポットB1の位置は、それぞれ、P1、P2、P3、P4、P5となる。
FIG. 9B is a graph schematically showing the luminous intensity (light intensity per unit time) at each position on the
上述したように、光偏向器14の可動部14bが回動角-θ2~+θ2の範囲にあるとき、可動部14bの角速度は相対的に低速になる。これにより、図9Bに示すように、位置P2と位置P4の間における入射面15a上の光度は、位置P2、P4における入射面15a上の光度に比べて、相対的に高められる。
As described above, when the
<検証>
発明者らは、第1実施形態の光偏向器14を用いた場合の可動部14bの速度変化を、比較例と対比して、シミュレーションにより検証した。比較例では、磁石105、106が、いずれも1つの磁石により構成され、磁石105と磁石106との間の磁界の向きがx軸負方向となるよう、磁石105、106が配置された。<Verification>
The inventors verified the change in speed of the
第1実施形態のシミュレーションの条件は、以下のように設定した。 The conditions for the simulation of the first embodiment were set as follows.
(1)コイル104、支持部102bおよびミラー17により構成される可動部14bの慣性モーメント: 2.6g・m2
(2)可動部14bの重量: 150mg
(3)コイル104の材料: 銅クラッドアルミ
(4)コイル104の大きさ等: 横14mm、縦10mm、厚み0.8mm、45ターン
(5)磁石105a、磁石105b、磁石106a、磁石106bの材料: ネオジ永久磁石
(6)磁石105a、磁石105b、磁石106a、磁石106bの残留磁束密度: 1.39T
(7)磁石105a、磁石106aの厚み: 1.35mm
(8)磁石105b、磁石106bの厚み: 0.7mm
(9)ヨーク107の材料: 鉄鋼(SS400)
比較例では、上記(7)、(8)のシミュレーション条件に代えて、z軸方向の厚みが3.4mmの単一の磁石105、106が想定された。これら磁石105、106の材料および残留磁束密度は、上記(5)、(6)と同様とした。(1) Moment of inertia of the
(2) Weight of moving
(3) Material of coil 104: Copper clad aluminum (4) Size of
(7) Thickness of
(8) Thickness of
(9) Material of yoke 107: Steel (SS400)
In the comparative example, instead of the simulation conditions (7) and (8) above,
以上の条件で、可動部14bを中立位置に対して正負方向に2.5度の範囲で回動させたときの、可動部14bの角速度を検証した。
Under the above conditions, the angular velocity of the
図10Cは、第1実施形態に係る光偏向器14を用いた場合の角速度のシミュレーション結果を示すグラフである。第1実施形態の検証では、図10Aに示すように、ゼロレベルを振幅中心とする三角波状の駆動信号(電圧)が印加され、図10Bに示すように、磁束密度が設定された。なお、図10Aの横軸は、駆動信号の印加タイミングが可動部14bの回動角で示されている。また、図10Bの磁束密度は、横軸の回動角に可動部14bがあるときにコイル104の励磁部分104aに印加される磁束密度である。図10A~図10Cのグラフの縦軸は、何れも、最大値を1として規格化されている。
FIG. 10C is a graph showing the simulation result of the angular velocity when the
図11Cは、比較例に係る光偏向器14を用いた場合の角速度のシミュレーション結果を示すグラフである。比較例の検証では、図11Aに示すように、実施形態1と同様に三角波状の駆動信号(電圧)が印加され、図11Bに示すように、コイル104の励磁部分104aに印加される磁束密度が全角度範囲において一定に設定された。図11A~図11Cのグラフの縦軸も、最大値を1として規格化されている。
FIG. 11C is a graph showing the simulation result of the angular velocity when the
図11Cに示すように、比較例では、中立位置付近において、可動部11bの角速度が減速せずに最大値となった。これに対し、第1実施形態では、図10Cに示すように、中立位置付近において、可動部14bの角速度が減速された。
As shown in FIG. 11C, in the comparative example, the angular velocity of the movable portion 11b reached the maximum value without decelerating in the vicinity of the neutral position. On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 10C, the angular velocity of the
このように、第1実施形態の構成では、磁束密度を図9Bのように設定することにより、比較例とは異なり、中立位置付近において可動部14bの角速度を減速できることが確認できた。これにより、第1実施形態では、波長変換部材15の中央付近の走査範囲において、レーザ光の走査速度が相対的に低下し、目標領域に投射される光の光量が高まることが確認できた。
As described above, in the configuration of the first embodiment, it was confirmed that the angular velocity of the
<実施形態の効果>
以上、実施形態1によれば、以下の効果が奏される。<Effect of embodiment>
As described above, according to the first embodiment, the following effects are achieved.
図3A~図4Bに示したように、コイル104と磁気回路14aとを用いて可動部14b(ミラー17、支持部102bおよびコイル104)が駆動されるため、高反射率のミラー等、高重量の走査手段が用いられる場合も、適正かつ高精度にミラー17を制御することができる。
As shown in FIGS. 3A to 4B, since the
また、図10Bに示したように、可動部14bが中立位置(所定の移動範囲)に向かうほどコイル104に付与される磁界の強さ(磁束密度)が相対的に減少するように磁気回路14aが構成されている。このため、図10Cに示したように、中立位置付近において、可動部14bの角速度を相対的に低下させ得る。すなわち、図9Aに示した角度範囲(-θ2~+θ2)において、可動部14bの角速度を相対的に減速させ得る。よって、図9Bに示すように、中立位置付近の角度範囲(-θ2~+θ2)に対応する中央付近の走査範囲(位置P2~P4)において、レーザ光の走査速度を相対的に低速にできる。
Further, as shown in FIG. 10B, the
よって、第1実施形態によれば、波長変換部材15に対して光を走査させるための走査手段として高反射率ミラー等の高重量のミラー17が用いられる場合も、中央付近の走査範囲においてレーザ光の走査速度が相対的に低速となるように、光偏向器14を適正かつ高精度に制御できる。
Therefore, according to the first embodiment, even when a high-
なお、第1実施形態では、図10Bに示すように、中立位置付近の角度範囲において、コイル104に付与される磁界の強さ(磁束密度)が最小となっているため、図10Cに示すように、中立位置付近において可動部14bの角速度を低下させ得る。ただし、可動部14bの角速度を低下させる範囲は、中立位置付近に限らず、他の範囲であってもよい。この場合、可動部14bの角速度を低下させる範囲に応じて、コイル104に付与される磁界の強さ(磁束密度)が最小となる角度位置が適宜変更される。
In the first embodiment, as shown in FIG. 10B, the strength (magnetic flux density) of the magnetic field applied to the
また、第1実施形態では、図10Bに示したように、中立位置を含む角度範囲(約-1.3°~約+1.3°)において磁界の向きが反転するように、磁気回路14aが構成されている。このため、この角度範囲内の角度が負である範囲において、可動部14bの回動を抑制するトルクを可動部14bに付与できる。よって、可動部14bの角速度を中立位置付近において効果的に弱めることができる。
Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 10B, the
ここで、中立位置を含む角度範囲(約-1.3°~約+1.3°)における磁界の強さが、図10Bに示すように、可動部14bの角速度を減速させ得る強さに設定されている。これにより、図10Cに示すように、中立位置付近における可動部14bの角速度を、相対的に減速させることができる。
Here, the strength of the magnetic field in the angle range (about −1.3 ° to about + 1.3 °) including the neutral position is set to a strength that can reduce the angular velocity of the
また、図5A、図5Bおよび図7A~図8Cに示すように、磁気回路14aは、可動部14bの移動に伴いコイル104に対向する磁極が変化するように構成されている。より詳細には、磁気回路14aは、可動部14bが中立位置に位置するときにコイル104に向き合う第1の磁極(磁石105b、磁石106bの磁極)と、可動部14bの移動方向(z軸方向)に第1の磁極を挟む位置にそれぞれ配置され第1の磁極と相違する第2の磁極(磁石105a、106aの磁極)と、を備えるように構成されている。これにより、図10Bに示した磁界(磁束密度)を実現できる。
Further, as shown in FIGS. 5A, 5B and 7A to 8C, the
ここで、実施形態1では、複数の磁石(2つの磁石105aと磁石105b、2つの磁石106aと磁石106b)を組み合わせることにより、第1の磁極と第2の磁極が構成されている。この構成によれば、各磁石の強度および幅を調整することにより、図10Bに示した磁界(磁束密度)を容易に実現できる。
Here, in the first embodiment, the first magnetic pole and the second magnetic pole are configured by combining a plurality of magnets (two
また、図5A、図5Bおよび図7A~図8Cに示すように、可動部14bの移動方向(z軸方向)における第1の磁極(磁石105b、磁石106bの磁極)の幅が、可動部14bの移動方向(z軸方向)における第2の磁極(磁石105a、磁石106aの磁極)の幅よりも小さく設定されている。これにより、制動力が付与される回動範囲を狭くでき、推進方向の駆動力が付与される回動範囲を広くできるため、可動部14bを円滑かつ安定的に移動させつつ、中立位置付近において可動部14bの回動速度を減速させることができる。
Further, as shown in FIGS. 5A, 5B and 7A to 8C, the width of the first magnetic pole (
<第1変更例>
本開示の実施形態は、上記第1実施形態に限られるものではなく、種々の変更が可能である。以下、第1実施形態の変更例について説明する。<First change example>
The embodiment of the present disclosure is not limited to the above-mentioned first embodiment, and various modifications can be made. Hereinafter, a modified example of the first embodiment will be described.
図12Aは、第1変更例に係る磁気回路14aの構成を示す側面図である。図12Aには、磁気回路14aのx軸正側の部分をy軸負方向に見た図が示されている。磁気回路14aのx軸負側の部分については、図12Aと同様であるため、図示を省略する。
FIG. 12A is a side view showing the configuration of the
第1変更例では、実施形態1の磁石105b、磁石106bが、それぞれ、非磁性体108、非磁性体109に置き換えられている。非磁性体108、非磁性体109は、たとえば、プラスチックにより構成される。
In the first modification, the
第1変更例の磁気回路14aでは、第1実施形態と異なり、中立位置付近の回動範囲において磁界の向きが反転しない。しかし、第1変更例の磁気回路14aでは、中立位置付近の回動範囲に非磁性体108、非磁性体109が配置されているため、中立位置付近の回動範囲において、磁石105、磁石106間の隙間の磁界強度をゼロ付近まで減少させ得る。このため、この構成では、中立位置付近の回動範囲において、可動部14bの角速度の変化が緩やかになる。その結果、図11A~図11Cに示した比較例の場合に比べて、中立位置付近における可動部14bの角速度を低下させ得る。よって、波長変換部材15の中央付近の走査範囲において、レーザ光の走査速度を比較例の場合に比べて低下させることができ、波長変換部材15の中央付近で生じる光の光量を高めることができる。
In the
なお、図12Bに示すように、非磁性体108、非磁性体109を省略して、z軸方向に並ぶ磁石105a間に隙間を設けてもよい。この場合も、図12Aの構成と同様、中立位置付近の回動範囲において、磁石105、磁石106間の隙間の磁界強度をゼロ付近まで減少させ得る。このため、図12Aの構成と同様の効果が奏され得る。
As shown in FIG. 12B, the
なお、実施形態1の構成によっても、磁石105b、磁石106bのz軸方向の幅が小さい場合や、磁石105b、磁石106bの磁力が小さい場合は、中立位置付近の回動範囲における磁界の向きが反転しない場合が起こり得る。しかし、この場合も、図12A、図12Bの構成に比べて、磁石105b、磁石106bの磁束によって、中立位置付近の回動範囲における磁界の強度を、ゼロ付近までより円滑に減少させ得る。よって、この場合も、図11A~図11Cに示した比較例の場合に比べて、中立位置付近における可動部14bの角速度を低下させることができ、波長変換部材15の中央付近から生じる光量を高めることができる。
Even with the configuration of the first embodiment, when the width of the
<第2変更例>
図12Cは、第2変更例に係る磁気回路14aの構成を示す側面図である。図12Cには、磁気回路14aのx軸正側の部分をy軸負方向に見た図が示されている。磁気回路14aのx軸負側の部分については、図12Cと同様であるため、図示を省略する。<Second modification example>
FIG. 12C is a side view showing the configuration of the
図12Cに示すように、第2変更例では、中断の磁石105b、磁石106bの互いに対向する磁極面の距離が、上段および下段の磁石105a、磁石106aの互いに対向する磁極面の距離よりも小さくなっている。この構成により、第2変更例では、中立位置付近の回動範囲における反対磁界の強度をより高めることができ、中立位置付近において、より効果的に、可動部14bを減速させ得る。
As shown in FIG. 12C, in the second modification, the distance between the magnetic pole surfaces of the interrupted
なお、図12Cの構成では、中段の磁石105b、磁石106bの互いに対向する磁極面の両方が、それぞれ、上段および下段の磁石105a、磁石106aの互いに対向する磁極面に対して突出しているが、磁石105b、磁石106bの互いに対向する磁極面の一方のみが、上段および下段の磁石105a、磁石106aの互いに対向する磁極面の一方から突出する構成であってもよい。磁石105b、磁石106bの互いに対向する磁極面のx軸方向の位置は、中立位置付近の回動範囲においてコイル104に付与すべき磁界の強度に応じて、適宜、調整され得る。
In the configuration of FIG. 12C, both the magnetic pole surfaces of the
<第3変更例>
磁石105、磁石106を構成するために重ねられる磁石の数は、必ずしも、上記第1実施形態のように3つでなくてもよい。<Third change example>
The number of magnets stacked to form the
たとえば、図12Dに示すように、第1実施形態における磁石105bが、1つの磁石105cと2つの磁石105dに置き換えられ、また、第1実施形態における磁石106bが、1つの磁石106cと2つの磁石106dに置き換えられてもよい。ここでは、2つの磁石105dが、磁石105cのz軸正側およびz軸負側の面にそれぞれ設置され、また、2つの磁石106dが、磁石106cのz軸正側およびz軸負側の面にそれぞれ設置されている。磁石105cと磁石106cの磁力は同じであり、また、磁石105dと磁石106dの磁力は同じである。磁石105c、磁石105d、磁石106c、磁石106dは、何れもN極がx軸正方向に向くように配置されている。
For example, as shown in FIG. 12D, the
この構成によれば、磁石105c、磁石106cの磁力と、磁石105d、磁石106dの磁力とを相違させ、あるいは、磁石105c、磁石106cのz軸方向の幅と磁石105d、磁石106dのz軸方向の幅とを相違させることにより、中立位置付近の回動範囲における磁界の分布をより細かく調整できる。これにより、中立位置付近の回動範囲において可動部14bの付与される制動力をより細かく調整できる。
According to this configuration, the magnetic force of the
中立位置付近の回動範囲においてz軸方向に配置される磁石の数は、図12Dに示した数に限られるものではない。また、磁石105aも、磁力または厚みの異なる複数の磁石を組み合わせて構成されてもよい。
The number of magnets arranged in the z-axis direction in the rotation range near the neutral position is not limited to the number shown in FIG. 12D. Further, the
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、光偏向器14が、ミラー17を1軸で回動させる構成であった。これに対し、第2実施形態では、ミラー17が互いに直交する2つの回動軸について回動可能なように、光偏向器14が構成されている。<Second Embodiment>
In the first embodiment, the
第2実施形態では、ミラー17が2軸駆動可能であるため、波長変換部材15の入射面15aにおけるレーザ光の走査軌跡が第1実施形態と異なっている。実施形態2では、後述のように、波長変換部材15の入射面15aに複数の走査ラインが設定され、これに伴い、波長変換部材15の入射面15aを走査するビームスポットのサイズが、第1実施形態に比べて絞られている。投光装置1および光源装置2のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, since the
なお、ビームスポットのサイズは、レーザ光源12とコリメータレンズ13との間の距離や、コリメータレンズ13の開口数等を調整して、コリメータレンズ13によりレーザ光を収束させることにより、より小さく絞ることができる。この他、ミラー17の反射面を凹面形状として、レーザ光を収束させるようにしてもよい。
The size of the beam spot is reduced to a smaller size by adjusting the distance between the
図13は、実施形態2に係る光偏向器14の構成を示す斜視図である。また、図14A、図14Bは、それぞれ、実施形態2に係る光偏向器14の構成を示す断面斜視図である。図14Aには、x-z平面に平行な平面で図13の光偏向器14をy軸方向の中央位置において切断したXIVA-XIVA断面図が示され、図14Bには、y-z平面に平行な平面で図13の光偏向器14をx軸方向の中央位置において切断したXIVB-XIVB断面図が示されている。図15Aは、実施形態2に係る磁気回路14aの構成を示す分解斜視図、図15Bは、実施形態2に係る光偏向器14の組み立て過程を示す分解斜視図である。図13~図15Bには、図3A、図3Bと同様のx、y、z軸が示されている。
FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the
ハウジング111は、x軸方向に長い直方体形状を有する。ハウジング111の上面には、平面視において長方形の凹部111aが形成されている。ハウジング111は、剛性が高い金属材料からなっている。
図13および図15Bに示すように、ハウジング111の上面に、枠状の板バネ112が設置される。板バネ112は、外枠部112aと、内枠部112bと、2つの梁部112cと、支持部112dと、2つの梁部112eとを有する。y軸方向の中間位置において、外枠部112aからx軸方向に平行に延びるように、2つの梁部112cが形成され、これら梁部112cによって、外枠部112aと内枠部112b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112bからy軸方向に平行に延びるように、2つの梁部112eが形成され、これら梁部112eによって、内枠部112bと支持部112dとが連結されている。
As shown in FIGS. 13 and 15B, a frame-shaped
内枠部112b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112bのy軸方向の中間位置において、2つの梁部112cが内枠部112bに繋がっている。また、支持部112dは、平面視において長方形の輪郭を有し、支持部112dのx軸方向の中間位置において、2つの梁部112eが支持部112dに繋がっている。板バネ112は、x軸方向およびy軸方向に対称な形状である。板バネ112は、可撓性の金属材料により一体形成されている。
The
図15Bに示すように、外枠部112aをハウジング111の上面に載せた状態で、4つのネジ113により、板バネ112がハウジング111の上面に固定される。支持部112dの上面にミラー17が接着剤等によって固定される。ミラー17は、平面視において略正方形である。2つの梁部112e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15の長手方向に走査させるための、ミラー17の回動軸L1となる。また、2つの梁部112cを繋いだ軸が、波長変換部材15におけるレーザ光の走査ラインを変更するための、ミラー17の回動軸L2となる。
As shown in FIG. 15B, the
なお、上記第1実施形態と同様、レーザ光源12からのレーザ光は、ミラー17の中央位置に入射する。すなわち、回動軸L1、回動軸L2が交わる位置をレーザ光の中心軸が貫くように、レーザ光源12からのレーザ光が、ミラー17に入射する。
As in the first embodiment, the laser beam from the
支持部112dの下面にコイル114が装着される。コイル114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114は、長辺の中間位置が回動軸L1に一致するように、支持部112dの下面に設置される。コイル114、支持部112dおよびミラー17が、光偏向器14の可動部14bを構成する。
The
コイル114をx軸方向に挟むように、磁石115および磁石116の組が2つ配置される。図15Aに示すように、磁石115と磁石116は、それぞれ、ヨーク117の壁部117a、壁部117bに設置される。この状態で、ヨーク117に形成された2つの孔117cとハウジング111の凹部111a底面に形成された2つのボス111cが合わされて、ヨーク117が、ハウジング111の凹部111aの底面に設置される。各組の磁石115および磁石116の構成および磁極の設定方法は、図3A、図3Bに示した磁石105および磁石106と同様である。
Two sets of
さらに、内枠部112bの下面にコイル118が装着される。コイル118は、平面視において内枠部112bと同様の形状である。コイル118は、短辺の中間位置が回動軸L2に一致するように、内枠部112bの下面に設置される。コイル118および内枠部112bが、光偏向器14の第2の可動部を構成する。
Further, the
図13に示すように、コイル114に対して、y軸正側とy軸負側に、それぞれ、磁石119が配置される。図15Aに示すように、これら磁石119は、ヨーク117の壁部117dに設置される。また、これら2つの磁石119は、コイル118に対向する磁極が互いに異なるように、ヨーク117に設置される。これら2つの磁石119と、2組の磁石115、116と、ヨーク117とによって磁気回路14aが構成される。
As shown in FIG. 13,
このように2つの磁石119の磁極を調整することにより、コイル118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112bが回動し、駆動信号の大きさに応じた角度だけ、内枠部112bが傾く。すなわち、内枠部112bは、梁部112cに生じる弾性復帰力とコイル118に励起された電磁力とが釣り合う角度だけ図13に示した中立位置から傾く。このとき、内枠部112bの回動に伴って、支持部112dとともにミラー17が回動する。
By adjusting the magnetic poles of the two
支持部112dは、図3A、図3Bの構成と同様、コイル114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112dの回動に伴い、ミラー17が回動軸L1を軸として回動する。このように、第2実施形態の光偏向器14によれば、コイル114、コイル118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、ミラー17を、回動軸L1、回動軸L2について個別に回動させることができる。
The
図16A、図16Bは、それぞれ、磁石115、磁石116の構成を模式的に示す図である。図16Aは、x軸正側の磁石115、磁石116の設置位置をy軸負方向に見た図であり、図16Bは、x軸負側の磁石115、磁石116の設置位置をy軸負方向に見た図である。便宜上、図16A、図16Bには、各磁石の磁極を示す文字が付記されている。
16A and 16B are diagrams schematically showing the configurations of the
図16A、図16Bに示すように、磁石115、磁石116の構成および磁極は、図5A、図5Bに示した磁石105、磁石106の構成および磁極と同じである。すなわち、磁石115は、2つの磁石115aを磁石115bの上面と下面に重ねた構成となっており、磁石116は、2つの磁石116aを磁石116bの上面と下面に重ねた構成となっている。したがって、磁気回路14aは、コイル114に対して上記実施形態1と同様の強度分布で磁界を付与する。よって、実施形態2においても、可動部14bは、実施形態1と同様、中立位置付近の回動範囲における角速度が相対的に低下するように、可動部14bが駆動される。
As shown in FIGS. 16A and 16B, the configurations and magnetic poles of the
図17は、波長変換部材15におけるレーザ光の走査状態を模式的に示す図である。
FIG. 17 is a diagram schematically showing a scanning state of laser light in the
図17に示すように、第2実施形態では、波長変換部材15の入射面15aに複数の走査ラインSL1が設定される。図17の例では、3つの走査ラインSL1が、入射面15a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。
As shown in FIG. 17, in the second embodiment, a plurality of scanning lines SL1 are set on the
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。 The beam spot B2 of the laser beam is positioned at the start position on the positive side of the X-axis of the second-stage scanning line SL1 after moving the uppermost scanning line SL1 to the end position in the positive direction of the X-axis. After that, the beam spot B2 moves the second-stage scanning line SL1 to the end position in the negative direction of the X-axis, and then is positioned at the start position on the negative side of the X-axis of the third-stage scanning line SL1. Similarly, when the beam spot B2 moves to the end position on the positive side of the X-axis of the third-stage scanning line SL1, the beam spot B2 is positioned at the start position of the second-stage scanning line SL1. After that, the beam spot B2 moves the second-stage scanning line SL1 to the end position in the negative direction of the X-axis, and then is positioned at the start position on the negative side of the X-axis of the first-stage scanning line SL1. Hereinafter, the same scanning is repeated for the three scanning lines SL1.
走査ラインSL1に沿ったビームスポットB2の移動は、図13に示した回動軸L1についてミラー17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13に示した回動軸L2についてミラー17を回動させて傾けることにより行われる。光偏向器14は、図1の回路基板18に実装された制御回路によって、ビームスポットB2が上記のように波長変換部材15の入射面15aを走査するように制御される。
The movement of the beam spot B2 along the scanning line SL1 is performed by rotating the
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12からのレーザ光の出射が停止される。すなわち、図17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12は消灯状態に制御される。
During the period when the beam spot B2 moves from the end position of one scanning line SL1 to the start position of the next scanning line SL1, the emission of the laser beam from the
なお、波長変換部材15の入射面15a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、各々の走査ライン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15の入射面15aがレーザ光で走査される構成であってもよい。
The method of scanning the laser beam with respect to the
第2実施形態の構成によれば、上記のように、中立位置付近の回動範囲において可動部14bの角速度が減速されるため、各々の走査ラインSL1の中央付近における走査速度を減速させ得る。よって、波長変換部材15の中央付近において生じる光の光量を高めることができる。
According to the configuration of the second embodiment, as described above, since the angular velocity of the
また、第2実施形態の構成によれば、より絞られたビームスポットB2で、波長変換部材15が複数の走査ラインSL1に沿って走査されるため、たとえば、発光領域R2上において、白色光の発光を停止させる領域や、白色光の発光を生じさせる領域を、より細かく設定できる。このため、光源装置2から生じた白色光を投射光学系3で目標領域に投射する場合に、目標領域上において、白色光の投射を停止させる領域や、白色光の投射を行う領域を、より細かく設定できる。よって、たとえば、投光装置1が車両の前照灯に組み込まれた場合には、対向車の位置や歩行者の位置に応じて、より細かく、白色光の照射領域および非照射領域を設定することができる。
Further, according to the configuration of the second embodiment, the
<その他の変更例>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何らの制限を受けるものではない。<Other changes>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.
たとえば、上記第1実施形態では、3つの磁石をz軸方向に重ねる構成によって、図5A、図5Bに示す磁極が設定された。しかしながら、これに限らず、磁石105、磁石106、磁石115、磁石116を、それぞれ、1つの磁石で構成し、各磁石に対する着磁によって、図5A、図5Bに示す磁極が設定されてもよい。第2実施形態においても、同様の変更が可能である。
For example, in the first embodiment, the magnetic poles shown in FIGS. 5A and 5B are set by the configuration in which the three magnets are overlapped in the z-axis direction. However, the present invention is not limited to this, and the
また、上記実施形態1では、コイル104を挟むようにして磁石105と磁石106が配置されたが、必ずしも、コイル104を挟むように磁石105、磁石106が配置されなくてもよく、コイル104に所望の強度分布で磁界を付与できれば、磁石105、磁石106の何れか一方が省略されてもよい。第2実施形態においても、同様の変更が可能である。
Further, in the first embodiment, the
また、磁石105bと2つの磁石105aは、必ずしも互いに直接重なり合わなくてもよく、隙間や他の部材を介して重ねられてもよい。
Further, the
また、上記第1実施形態および第2実施形態では、可動部14bが回動軸L1について回動するよう構成されたが、可動部14bが揺動可能にハウジング101に支持される構成であってもよい。また、上段の磁石105a、磁石106aと下段の磁石105a、磁石106aの厚みが互いに異なっていてもよい。駆動信号の波形は、図10Aに示すように直線状に変化する三角波でなくともよく、たとえば、やや湾曲した波形であってもよい。磁界の分布は、所定の回動範囲における角速度が相対的に緩やかとなるように、駆動信号の波形に応じて調整されればよい。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the
また、上記第1実施形態1、第2実施形態では、光源装置2が、反射型の波長変換部材15を用いる構成であったが、光源装置2は、透過型の波長変換部材15を用いる構成であってもよい。
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the
また、板バネ102、板バネ112の形状は、必ずしも、上記実施形態1、2に示した形状に限られるものではなく、たとえば、図3Aにおいて、x軸方向に隣り合う2つのネジ103で挟まれた領域以外の枠部102aの領域が省略されてもよい。
Further, the shapes of the
また、ミラー17の形状は、必ずしも、平面視において正方形でなくともよく、平面視において長方形または円形であってもよい。支持部102bの形状も、適宜変更可能である。
Further, the shape of the
上記第1実施形態では、図3Aに示すように、板バネ102の設けられた2つの孔102dの一方を長孔としたが、2つの孔102dの両方を長孔として、ネジ103を締める前に、板バネ102が長手方向に僅かに移動可能であってもよい。この場合、所望の厚みを有する隙間ゲージを差し込んで板バネ102の位置を確定してから、ネジ103を締める構成であってもよい。あるいは、コイル104と磁石105、磁石106とのギャップを測定装置で測定しながら長手方向に板バネ102を位置調整して位置を決めてから、ネジ103を締める構成であってもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3A, one of the two
また、ミラー17の反射面は、必ずしも、平面でなくてもよく、レーザ光に収束作用を付与し得る凹面形状であってもよい。この場合、凹面形状は、波長変換部材15の入射面15a上のビームスポットB1、ビームスポットB2の形状をY軸方向に略線状の形状に成形し得るように調整されてもよい。あるいは、ミラー17の反射面に、波長変換部材15の入射面15a上のビームスポットB1、ビームスポットB2の形状を所定の形状に成形するためのレンズが装着されてもよい。
Further, the reflective surface of the
また、波長変換部材15の蛍光体層203に含まれる蛍光体粒子203a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12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203aが蛍光体層203に含まれてもよい。この場合、各種類の蛍光体粒子203aから生じた蛍光の拡散光と、これら蛍光体粒子203a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。
Further, the type of the
この他、本開示の実施の形態は、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。 In addition, various modifications of the embodiments of the present disclosure can be made as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
本開示の光源装置および投光装置によれば、高反射率ミラー等の高重量の走査手段が用いられる場合も、所定の走査範囲においてレーザ光の走査速度が相対的に緩やかとなるように、光偏向器を適正かつ高精度に制御することができる。それにより、本開示の光源装置および投光装置は、目標領域に投射される光の光量を高めることができ、産業上有用である。 According to the light source device and the light projecting device of the present disclosure, even when a heavy scanning means such as a high reflectance mirror is used, the scanning speed of the laser beam is relatively slow in a predetermined scanning range. The optical deflector can be controlled appropriately and with high accuracy. Thereby, the light source device and the light projecting device of the present disclosure can increase the amount of light projected on the target region, which is industrially useful.
1 投光装置
2 光源装置
3 投射光学系
3a,3b レンズ
11 ベース
12 レーザ光源
13 コリメータレンズ
14 光偏向器
14a 磁気回路
11b,14b 可動部
15 波長変換部材
15a 入射面
16 ホルダ
17 ミラー
18 回路基板
101,111 ハウジング
101a,111a 凹部
101b,101c,111c ボス
102,112 板バネ
102b,112d 支持部
102a 枠部
112a 外枠部
112b 内枠部
102c,112c,112e 梁部
102d 孔
103,113 ネジ
104,114,118 コイル
105,105a,105b,105c,105d,106,106a,106b,106c,106d,115,115a,115b,116,116a,116b,119 磁石
107,117 ヨーク
107a,107b,117a,117b,117d 壁部
107c,117c 孔
108,109 非磁性体
L1,L2 回動軸
SL1 走査ライン1
Claims (8)
前記光偏向器は、可動部と、コイルと、前記コイルに磁界を付与する磁気回路とを備え、前記コイルに駆動信号を付与することにより前記可動部を駆動するよう構成され、
前記可動部が所定の位置に向かうほど前記コイルに付与される磁界の強さが減少するように、前記磁気回路が構成され、
さらに、前記所定の位置は、前記可動部の全移動範囲の中央付近に設定されている、
ことを特徴とする光源装置。 A laser light source that emits laser light, and a wavelength conversion member that has an incident surface on the optical path of the laser light and converts the wavelength of the laser light to another wavelength to generate converted light and diffuses the converted light. A light deflector that scans the light on the incident surface.
The optical deflector includes a movable portion, a coil, and a magnetic circuit that applies a magnetic field to the coil, and is configured to drive the movable portion by applying a drive signal to the coil.
The magnetic circuit is configured so that the strength of the magnetic field applied to the coil decreases as the movable portion moves toward a predetermined position.
Further, the predetermined position is set near the center of the entire movement range of the movable portion.
A light source device characterized by that.
前記磁気回路は、前記所定の位置を含む移動範囲において磁界の向きが反転するように構成されている、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 1 ,
The magnetic circuit is configured so that the direction of the magnetic field is reversed in the movement range including the predetermined position.
A light source device characterized by that.
前記所定の位置を含む移動範囲における磁界の強さが、前記可動部の移動速度を低下させる強さに設定されている、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 2 ,
The strength of the magnetic field in the moving range including the predetermined position is set to the strength that reduces the moving speed of the movable portion.
A light source device characterized by that.
前記磁気回路は、前記可動部の移動に伴い前記コイルに対向する磁極が変化するように構成されている、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to any one of claims 1 to 3 .
The magnetic circuit is configured such that the magnetic pole facing the coil changes as the movable portion moves.
A light source device characterized by that.
前記磁気回路は、前記可動部が前記所定の位置に位置するときに前記コイルに向き合う第1の磁極と、前記可動部の移動方向に前記第1の磁極を挟む位置にそれぞれ配置され前記第1の磁極と相違する第2の磁極と、を備える、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 4 ,
The magnetic circuit is arranged at a position where the first magnetic pole facing the coil when the movable portion is located at the predetermined position and a position sandwiching the first magnetic pole in the moving direction of the movable portion, respectively. A second magnetic pole, which is different from the magnetic pole of
A light source device characterized by that.
複数の磁石を組み合わせることにより、前記第1の磁極と前記第2の磁極が構成されている、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 5 ,
By combining a plurality of magnets, the first magnetic pole and the second magnetic pole are configured.
A light source device characterized by that.
前記可動部の移動方向における前記第1の磁極の幅が、前記可動部の移動方向における前記第2の磁極の幅よりも小さく設定されている、
ことを特徴とする光源装置。 In the light source device according to claim 5 ,
The width of the first magnetic pole in the moving direction of the movable portion is set to be smaller than the width of the second magnetic pole in the moving direction of the movable portion.
A light source device characterized by that.
前記変換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。 The light source device according to any one of claims 1 to 7.
A projection optical system for projecting the converted light, and the like.
A floodlight that features that.
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