JP7051810B2 - Lighting equipment - Google Patents

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Description

本開示は、照明装置に関し、特に、レーザ光源からのレーザ光を蛍光体に照射することで蛍光体から発する蛍光を照明光として利用する照明装置に関する。 The present disclosure relates to a lighting device, and more particularly to a lighting device that utilizes fluorescence emitted from a phosphor by irradiating the phosphor with a laser beam from a laser light source.

近年、半導体レーザ素子からのレーザ光を蛍光体に照射し、波長変換された蛍光を照明光として利用する照明装置の技術開発が盛んに行われている。このような照明装置として、従来、特許文献1に示される照明装置が知られている。以下、特許文献1に開示された光源ユニットについて、図18を用いて説明する。図18は、特許文献1に開示された従来の照明装置の概略構成を示す断面図である。 In recent years, technological development of a lighting device that irradiates a phosphor with a laser beam from a semiconductor laser element and uses the wavelength-converted fluorescence as illumination light has been actively developed. As such a lighting device, the lighting device shown in Patent Document 1 is conventionally known. Hereinafter, the light source unit disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional lighting device disclosed in Patent Document 1.

光源ユニット1020は、レーザモジュール1102から出射される励起光をレンズ1110により集光し、蛍光体1112を励起して可視光(例えば、白色光)に変換し、その可視光を照明光として利用するものであり、例えば、車輌用前照灯などに用いられる。 The light source unit 1020 collects the excitation light emitted from the laser module 1102 by the lens 1110, excites the phosphor 1112 to convert it into visible light (for example, white light), and uses the visible light as illumination light. It is used for, for example, a headlight for a vehicle.

図18に示すように、光源ユニット1020は、レーザモジュール1102として、基板1106上に取り付けられたレーザ光を発振するレーザダイオード1104と、レーザダイオード1104から出射されるレーザ光を取り込み集光させるレンズ1110により構成されている。さらにハウジング1206の一部に、回転放物面状の反射鏡1208と透過用部材1204とが設けられている。また拡大図1030の様に、透過用部材1204の一部に、反射鏡1114と蛍光体1112とが積層形成されている。レーザモジュール1102から出射した励起光は反射鏡1208の一部に設けられた光透過部1116から反射鏡1208凹面側へ導光され、蛍光体1112を励起し白色蛍光を生成する。さらに蛍光体1112は反射鏡1208の焦点Fに位置決めされており、生成された白色蛍光は略平行光線化されハウジング1206外部に出射される。 As shown in FIG. 18, the light source unit 1020 is a laser module 1102, which is a laser diode 1104 that oscillates a laser beam mounted on a substrate 1106 and a lens 1110 that captures and condenses the laser beam emitted from the laser diode 1104. It is composed of. Further, a rotating parabolic reflector 1208 and a transmission member 1204 are provided in a part of the housing 1206. Further, as shown in the enlarged view 1030, the reflecting mirror 1114 and the phosphor 1112 are laminated and formed on a part of the transmission member 1204. The excitation light emitted from the laser module 1102 is guided to the concave side of the reflecting mirror 1208 from the light transmitting portion 1116 provided in a part of the reflecting mirror 1208, and excites the phosphor 1112 to generate white fluorescence. Further, the phosphor 1112 is positioned at the focal point F of the reflecting mirror 1208, and the generated white fluorescence is converted into substantially parallel rays and emitted to the outside of the housing 1206.

特開2005-150041号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-150041

しかしながら、図18に示される従来の光源ユニット1020の構成では、高輝度かつ高出力の照明光を作り出すことを目的に高出力のレーザ光を蛍光体上に小さく絞ると、光密度が高くなり過ぎ、励起される電子が枯渇する。このため、蛍光体におけるエネルギー変換効率が飽和する、いわゆる輝度飽和が発生する。また、温度の上昇に伴う蛍光体の温度消光が起きる場合もある。さらに、蛍光体の温度が耐熱温度を越えると蛍光体自体が焼けてしまうことによって劣化する課題がある。また、特許文献1において、白色光照射領域における配光パターン制御については言及があるものの、照度均一性についての具体的開示がなされていない。さらに蛍光体の基板側に反射鏡が設けられており、ハウジング外部から蛍光体を直接観察することができないことに加え、通常100μm以下と考えられるレーザダイオードの発光面積よりも蛍光体の大きさがさらに小さく設定されているため、レーザモジュール、蛍光体及び回転放物面状反射鏡の相互のアライメントが非常に困難という課題がある。However, in the configuration of the conventional light source unit 1020 shown in FIG. 18, when the high-power laser light is narrowed down on the phosphor for the purpose of producing high-brightness and high-power illumination light, the light density becomes too high. , The excited electrons are depleted. Therefore, so-called luminance saturation occurs in which the energy conversion efficiency of the phosphor is saturated. In addition, the temperature of the phosphor may be extinguished as the temperature rises. Further, when the temperature of the phosphor exceeds the heat resistant temperature, there is a problem that the fluorescent substance itself is burnt and deteriorates. Further, in Patent Document 1, although the light distribution pattern control in the white light irradiation region is mentioned, the specific disclosure of the illuminance uniformity is not made. Furthermore, a reflecting mirror is provided on the substrate side of the phosphor, so that the phosphor cannot be directly observed from the outside of the housing, and the size of the phosphor is larger than the emission area of the laser diode, which is usually considered to be 100 μm 2 or less. Is set to be even smaller, so there is a problem that it is very difficult to align the laser module, the phosphor, and the rotating parabolic reflector with each other.

本開示は、このような課題を解決するものであり、簡単な構成により、高いエネルギー効率及び高い照度均一性で照明光の照射が可能な照明装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a lighting device capable of irradiating illumination light with high energy efficiency and high illuminance uniformity by a simple configuration.

上記課題を解決するために、本開示に係る照明装置の一態様は、複数のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記複数のレーザ光が入射され、入射された前記複数のレーザ光を収束光に変換する光学レンズと、前記収束光が励起光として照射されることにより蛍光を発する蛍光体と、第1の焦点及び第2の焦点を有し、前記蛍光を反射する反射鏡とを備え、前記蛍光体は、前記反射鏡の前記第1の焦点の焦点領域であって、前記光学レンズの焦点より前記収束光の光軸方向にずれた位置に配置される。 In order to solve the above problems, one aspect of the lighting apparatus according to the present disclosure is a laser light source that emits a plurality of laser beams, and the plurality of laser beams are incident on the light, and the incident light is converged. It is provided with an optical lens that converts to The phosphor is arranged in the focal region of the first focal point of the reflecting mirror at a position deviated from the focal point of the optical lens in the optical axis direction of the focused light.

このように、蛍光体を光学レンズの焦点からずれた位置に配置することにより、蛍光体における収束光の光密度を抑制できる。このため、蛍光体におけるエネルギー変換効率が輝度飽和によって低下することを抑制できる。また、複数のレーザ光を用いることにより、蛍光体における収束光の強度分布調整の自由度を高めることができる。このため、反射鏡の形状に適した強度分布を形成することによって、照明装置から出射される照明光の照度均一性を高めることができる。また、以上の効果を照明装置の構成を複雑化することなく実現できる。 By arranging the phosphor at a position deviated from the focal point of the optical lens in this way, the light density of the focused light in the phosphor can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the decrease in energy conversion efficiency of the phosphor due to luminance saturation. Further, by using a plurality of laser beams, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the focused light in the phosphor can be increased. Therefore, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror, it is possible to improve the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device. In addition, the above effects can be realized without complicating the configuration of the lighting device.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記反射鏡の前記第2の焦点の焦点領域での前記蛍光の投影像が第1の強度分布領域と、前記第1の強度分布領域より前記蛍光の強度が小さい第2の強度分布領域とを有し、前記第1の強度分布領域が前記第2の強度分布領域に含まれ、かつ、前記第1の強度分布領域の中心と前記第2の強度分布領域の中心とが合致してもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the projected image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflector is the first intensity distribution region and the first intensity distribution region. It has a second intensity distribution region having a small fluorescence intensity, the first intensity distribution region is included in the second intensity distribution region, and the center of the first intensity distribution region and the second intensity distribution region. It may be aligned with the center of the intensity distribution region of.

この構成により、複数のレーザ光を出射するレーザ光源、蛍光体、及び、反射鏡の間のアライメントを高精度に実現することができる。また、このようなアライメントは、第1の強度分布領域及び第2の強度分布領域の中心位置を調整することによって、実現することが可能である。つまり、第1の強度分布領域及び第2の強度分布領域は、目視等によって容易に確認することできるため、容易にアライメントを実現できる。また、高精度なアライメントを実現することにより、反射鏡の蛍光集光効率を高めることができる。 With this configuration, alignment between a laser light source that emits a plurality of laser beams, a phosphor, and a reflecting mirror can be realized with high accuracy. Further, such an alignment can be realized by adjusting the center positions of the first intensity distribution region and the second intensity distribution region. That is, since the first intensity distribution region and the second intensity distribution region can be easily confirmed by visual inspection or the like, alignment can be easily realized. Further, by realizing highly accurate alignment, the fluorescence light collection efficiency of the reflecting mirror can be improved.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記レーザ光源は、一つの積層体に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子であってもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the laser light source may be a semiconductor laser device having a plurality of light emitting regions in one laminated body.

これにより、レーザ光源のサイズを小型化することができる。 This makes it possible to reduce the size of the laser light source.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記光学レンズは、非球面レンズであり、前記複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向における光強度分布を均一化する機能を有し、前記蛍光体は、前記光学レンズの焦点より前記光学レンズから近い位置に配置されてもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the optical lens is an aspherical lens, has a function of equalizing the light intensity distribution in a direction in which the spread angle of the plurality of laser beams is large, and has the function of equalizing the light intensity distribution. The body may be placed closer to the optical lens than the focal point of the optical lens.

これにより、蛍光体の表面における収束光のピーク強度を低減することができ、輝度飽和、温度消光などに起因するエネルギー変換効率低下を抑制することができる。また、蛍光体を光学レンズの焦点より光学レンズから近い位置に配置することにより、複数のレーザ光の強度分布を重ね合わせることによって形成された均一な強度分布で、蛍光体に複数のレーザ光を照射することができる。 As a result, the peak intensity of the focused light on the surface of the phosphor can be reduced, and the decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be suppressed. Further, by arranging the phosphor closer to the optical lens than the focal point of the optical lens, a plurality of laser beams are applied to the phosphor with a uniform intensity distribution formed by superimposing the intensity distributions of the plurality of laser beams. Can be irradiated.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記光学レンズは、複数の微小レンズが形成された微小レンズ領域を有し、前記複数の微小レンズの各々は異なる焦点を有し、前記蛍光体は前記複数の微小レンズの各々の焦点より前記光学レンズから遠い位置に配置され、前記複数のレーザ光のうち前記複数の微小レンズによってそれぞれ集光される複数の成分が前記蛍光体の発光面で重なることによって、前記発光面において、前記複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向及び小さい方向における各光強度分布が均一化されてもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the optical lens has a microlens region in which a plurality of microlenses are formed, and each of the plurality of microlenses has a different focal point, and the phosphor. Is arranged at a position farther from the optical lens than the focal point of each of the plurality of microlenses, and among the plurality of laser beams, a plurality of components each focused by the plurality of microlenses are on the light emitting surface of the phosphor. By overlapping, the light intensity distributions of the plurality of laser beams in the large direction and the small direction may be made uniform on the light emitting surface.

これにより、蛍光体の発光面におけるレーザ光のピーク強度をさらに低減することができ、輝度飽和、温度消光などに起因するエネルギー変換効率低下を一層抑制することができる。さらに個々の微小レンズの焦点近傍に反射鏡の開口を設置することにより、開口面積を小さくできるため、開口による蛍光反射ロスが低減できエネルギー効率を高めることができる。 As a result, the peak intensity of the laser beam on the light emitting surface of the phosphor can be further reduced, and the decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be further suppressed. Further, by installing the aperture of the reflecting mirror near the focal point of each minute lens, the aperture area can be reduced, so that the fluorescence reflection loss due to the aperture can be reduced and the energy efficiency can be improved.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記複数の微小レンズの少なくとも一部の、前記複数のレーザ光の光軸方向視における形状は、四角形状又は六角形状であってもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the shape of at least a part of the plurality of microlenses in the optical axis direction of the plurality of laser beams may be a quadrangular shape or a hexagonal shape.

これにより、隣り合う微小レンズ間の隙間を最小限に低減することができる。したがって、レンズとして作用しない隙間の領域を最小化できるので、複数のレーザ光をより効率よく励起光として利用できる。 This makes it possible to minimize the gap between adjacent minute lenses. Therefore, since the region of the gap that does not act as a lens can be minimized, a plurality of laser beams can be used more efficiently as excitation light.

また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記反射鏡は、回転楕円面状の反射面を有してもよい。 Further, in one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the reflecting mirror may have a spheroidal reflecting surface.

これにより、第1の焦点の焦点領域に配置された蛍光体から出射された蛍光を、第2の焦点に集光することができる。また、反射鏡で反射される蛍光が一旦第2の焦点で交差するため、回転放物面状の反射鏡によって平行光として蛍光を出射する場合より、蛍光体を支持する支持部材などの影が蛍光照射面に形成されることを抑制できる。 As a result, the fluorescence emitted from the phosphor arranged in the focal region of the first focal point can be focused on the second focal point. In addition, since the fluorescence reflected by the reflecting mirror once intersects at the second focal point, the shadow of the support member or the like that supports the phosphor is formed as compared with the case where the fluorescence is emitted as parallel light by the rotating parabolic reflector. It is possible to suppress the formation on the fluorescent irradiation surface.

本開示によれば、簡単な構成により、高いエネルギー効率及び高い照度均一性で照明光の照射が可能な照明装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a lighting device capable of irradiating illumination light with high energy efficiency and high illuminance uniformity by a simple configuration.

図1は、実施の形態1に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the lighting device according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1に係る照明装置におけるレーザ光の進路を示す第1の模式断面図である。FIG. 2 is a first schematic cross-sectional view showing a path of a laser beam in the lighting device according to the first embodiment. 図3は、実施の形態1に係る照明装置における蛍光の進路を示す第2の模式断面図である。FIG. 3 is a second schematic cross-sectional view showing the course of fluorescence in the lighting device according to the first embodiment. 図4Aは、実施の形態1に係る反射鏡の第1の焦点及び第2の焦点近傍での蛍光進路の詳細を説明する第1の模式断面図である。FIG. 4A is a first schematic cross-sectional view illustrating the details of the fluorescence path in the vicinity of the first focal point and the second focal point of the reflector according to the first embodiment. 図4Bは、実施の形態1に係る反射鏡の第1の焦点及び第2の焦点近傍での蛍光進路の詳細を説明する第2の模式断面図である。FIG. 4B is a second schematic cross-sectional view illustrating the details of the first focal point and the fluorescence path in the vicinity of the second focal point of the reflector according to the first embodiment. 図4Cは、実施の形態1に係る照明装置における反射鏡の第2の焦点の焦点領域におけるxy平面での蛍光の投影像の模式図である。FIG. 4C is a schematic diagram of a projection image of fluorescence in the xy plane in the focal region of the second focal point of the reflector in the illuminating device according to the first embodiment. 図5は、実施の形態1に係る半導体レーザ発光装置の概略構成、及び、半導体レーザ素子からの複数のレーザ光出射形態を説明する斜視図である。FIG. 5 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the semiconductor laser light emitting device according to the first embodiment and a plurality of laser light emission modes from the semiconductor laser element. 図6は、実施の形態1に係る非球面レンズの作用を説明するためのレーザ光進路を示すyz断面の模式図である。FIG. 6 is a schematic view of a yz cross section showing a laser beam path for explaining the operation of the aspherical lens according to the first embodiment. 図7は、実施の形態1に係る非球面レンズの作用を説明するためのレーザ光進路を示すzx断面の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a zx cross section showing a laser beam path for explaining the operation of the aspherical lens according to the first embodiment. 図8は、実施の形態1に係る蛍光体が配置された位置での収束光強度のxy平面での二次元分布を示す分布図である。FIG. 8 is a distribution diagram showing a two-dimensional distribution of the focused light intensity in the xy plane at the position where the phosphor according to the first embodiment is arranged. 図9は、実施の形態2に係る照明装置の概略構成を示すyz断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line yz showing a schematic configuration of the lighting device according to the second embodiment. 図10Aは、実施の形態2に係る光学レンズの概略構成を示す平面図である。FIG. 10A is a plan view showing a schematic configuration of the optical lens according to the second embodiment. 図10Bは、実施の形態2に係る光学レンズの概略構成を示す第1の断面図である。FIG. 10B is a first cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical lens according to the second embodiment. 図10Cは、実施の形態2に係る光学レンズの概略構成を示す第2の断面図である。FIG. 10C is a second cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical lens according to the second embodiment. 図11は、実施の形態2に係る光学レンズの機能を説明するためのレーザ光進路を示すzx断面の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a zx cross section showing a laser beam path for explaining the function of the optical lens according to the second embodiment. 図12Aは、実施の形態2に係るレーザ光強度の光学レンズの位置におけるx軸方向の一次元プロファイル模式図である。FIG. 12A is a schematic diagram of a one-dimensional profile in the x-axis direction at the position of the optical lens of the laser light intensity according to the second embodiment. 図12Bは、実施の形態2に係るレーザ光強度の蛍光体の位置におけるx軸方向の一次元プロファイル模式図である。FIG. 12B is a schematic diagram of a one-dimensional profile in the x-axis direction at the position of the phosphor of the laser light intensity according to the second embodiment. 図13は、実施の形態2に係る光学レンズの機能を説明するためのレーザ光進路を示すyz断面の模式図である。FIG. 13 is a schematic view of a yz cross section showing a laser beam path for explaining the function of the optical lens according to the second embodiment. 図14Aは、実施の形態2に係るレーザ光強度の光学レンズの位置のy軸方向における一次元プロファイル模式図である。FIG. 14A is a schematic diagram of a one-dimensional profile of the position of the optical lens of the laser light intensity according to the second embodiment in the y-axis direction. 図14Bは、実施の形態2に係るレーザ光強度の蛍光体の位置のy軸方向における一次元プロファイル模式図である。FIG. 14B is a schematic diagram of a one-dimensional profile of the position of the phosphor of the laser light intensity according to the second embodiment in the y-axis direction. 図15は、実施の形態2に係る照明装置の蛍光体における収束光の強度分布を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the intensity distribution of convergent light in the phosphor of the lighting device according to the second embodiment. 図16Aは、実施の形態2の変形例に係る光学レンズの概略構成を示す平面図である。FIG. 16A is a plan view showing a schematic configuration of an optical lens according to a modified example of the second embodiment. 図16Bは、実施の形態2の変形例に係る光学レンズの概略構成を示す第1の断面図である。FIG. 16B is a first cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical lens according to a modified example of the second embodiment. 図16Cは、実施の形態2の変形例に係る光学レンズの概略構成を示す第2の断面図である。FIG. 16C is a second sectional view showing a schematic configuration of an optical lens according to a modified example of the second embodiment. 図17は、実施の形態2の変形例に係る照明装置の反射鏡の第2の焦点近傍におけるxy平面での蛍光の投影像の模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram of a projection image of fluorescence in the xy plane in the vicinity of the second focal point of the reflector of the lighting device according to the modified example of the second embodiment. 図18は、従来の照明装置の概略構成を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional lighting device.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, the arrangement positions of the components, the connection form, and the like shown in the following embodiments are examples and do not limit the present disclosure. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present disclosure are described as arbitrary components.

また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly shown. Therefore, the scales and the like do not always match in each figure. In each figure, the same reference numerals are given to substantially the same configurations, and duplicate explanations will be omitted or simplified.

(実施の形態1)
[1-1.照明装置の構成]
実施の形態1に係る照明装置100について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る照明装置100の概略構成を示す断面図である。また図1には、x軸、y軸及びz軸の三次元直交座標軸を示している。図1には、照明装置100のyz平面に平行な垂直断面を示している。
(Embodiment 1)
[1-1. Lighting equipment configuration]
The lighting device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the lighting device 100 according to the first embodiment. Further, FIG. 1 shows three-dimensional orthogonal coordinate axes of the x-axis, the y-axis, and the z-axis. FIG. 1 shows a vertical cross section of the illuminating device 100 parallel to the yz plane.

図1に示すように、本実施の形態に係る照明装置100は、半導体レーザ発光装置19と、金属ベース部材20と、ヒートシンク30と、レンズ保持部材40と、非球面レンズ50と、連結部材60と、反射鏡70と、支持部材80と、高反射基板85と、蛍光体90とを備えている。 As shown in FIG. 1, the lighting device 100 according to the present embodiment includes a semiconductor laser light emitting device 19, a metal base member 20, a heat sink 30, a lens holding member 40, an aspherical lens 50, and a connecting member 60. A reflector 70, a support member 80, a high-reflection substrate 85, and a phosphor 90 are provided.

半導体レーザ発光装置19は、半導体レーザ素子1を備える発光装置である。本実施の形態では、半導体レーザ発光装置19は、さらに、半導体レーザ素子1が配置されるサブマウント2、サブマウント2を支持するステム10b、ステム10bが配置されるベース10aなどを備える。 The semiconductor laser light emitting device 19 is a light emitting device including the semiconductor laser element 1. In the present embodiment, the semiconductor laser light emitting device 19 further includes a submount 2 in which the semiconductor laser element 1 is arranged, a stem 10b that supports the submount 2, a base 10a in which the stem 10b is arranged, and the like.

半導体レーザ素子1は、複数のレーザ光を出射するレーザ光源の一例であり、例えば窒化物半導体で形成された発光層を備える窒化物半導体発光素子である。本実施の形態では、半導体レーザ素子1は、マルチエミッタ型半導体レーザ素子であり、一つの積層体に複数の発光領域を有する。これにより、小型化されたレーザ光源を実現できる。 The semiconductor laser device 1 is an example of a laser light source that emits a plurality of laser beams, and is, for example, a nitride semiconductor light emitting device including a light emitting layer formed of a nitride semiconductor. In the present embodiment, the semiconductor laser device 1 is a multi-emitter type semiconductor laser device, and has a plurality of light emitting regions in one laminated body. This makes it possible to realize a miniaturized laser light source.

半導体レーザ素子1から出射するレーザ光のピーク波長は、特に限定されないが、本実施の形態では、390nm以上460nm以下である。具体的には、半導体レーザ素子1は、ピーク波長が405nmの青紫色光のレーザ光を複数出射するInGaN系のマルチエミッタレーザダイオード素子である。 The peak wavelength of the laser beam emitted from the semiconductor laser device 1 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is 390 nm or more and 460 nm or less. Specifically, the semiconductor laser device 1 is an InGaN-based multi-emitter laser diode element that emits a plurality of blue-violet laser beams having a peak wavelength of 405 nm.

金属ベース部材20は、半導体レーザ発光装置19が固定される部材であり、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導度が高い高放熱金属材料で形成される。金属ベース部材20の一端に半導体レーザ発光装置19が固定されている。半導体レーザ素子1から出射するレーザ光は、半導体レーザ素子1から金属ベース部材20に向かう向きとは反対向きに進行する。金属ベース部材20の放熱性を高めるため、金属ベース部材20における半導体レーザ発光装置19装着面の反対面にヒートシンク30が設けられている。 The metal base member 20 is a member to which the semiconductor laser light emitting device 19 is fixed, and is formed of a highly heat-dissipating metal material having high thermal conductivity such as aluminum and copper. A semiconductor laser light emitting device 19 is fixed to one end of the metal base member 20. The laser beam emitted from the semiconductor laser element 1 travels in the direction opposite to the direction from the semiconductor laser element 1 toward the metal base member 20. In order to improve the heat dissipation of the metal base member 20, a heat sink 30 is provided on the opposite surface of the metal base member 20 from the mounting surface of the semiconductor laser light emitting device 19.

ヒートシンク30は、金属ベース部材20から伝導した熱を放散する部材である。ヒートシンク30の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、ヒートシンク30は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導度が高い高放熱金属材料で形成され、複数の空冷用フィンを有する。 The heat sink 30 is a member that dissipates heat conducted from the metal base member 20. The configuration of the heat sink 30 is not particularly limited, but in the present embodiment, the heat sink 30 is made of a highly heat-dissipating metal material having high thermal conductivity such as aluminum and copper, and has a plurality of air cooling fins.

反射鏡70は、表面に反射面71を有する反射体であって、第1の焦点(一次焦点)及び第2の焦点(二次焦点)を有し、蛍光体90から出射された蛍光を反射する。このような反射鏡70の一例として回転楕円面状の反射面を有する反射鏡(楕円反射鏡)があり、反射鏡70の反射面71は、回転楕円面状の凹面である。また、反射鏡70には開口75が設けられている。具体的には、開口75は、反射鏡70の長軸の頂部に設けられた貫通孔である。なお、開口75は、貫通孔でなくてもよい。例えば、開口75は、反射鏡70に形成された切り欠き部であってもよい。 The reflector 70 is a reflector having a reflecting surface 71 on its surface, has a first focal point (primary focal point) and a second focal point (secondary focal point), and reflects fluorescence emitted from the phosphor 90. do. As an example of such a reflecting mirror 70, there is a reflecting mirror (elliptic reflecting mirror) having a spheroidal reflecting surface, and the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 is a spheroidal concave surface. Further, the reflecting mirror 70 is provided with an opening 75. Specifically, the opening 75 is a through hole provided at the top of the long axis of the reflecting mirror 70. The opening 75 does not have to be a through hole. For example, the opening 75 may be a notch formed in the reflecting mirror 70.

なお、反射鏡70は、所定形状の構造体の表面に反射面71となる金属薄膜が形成されたものであってもよいし、反射鏡70全体が金属製であってもよい。 The reflecting mirror 70 may have a metal thin film formed as a reflecting surface 71 on the surface of a structure having a predetermined shape, or the entire reflecting mirror 70 may be made of metal.

金属ベース部材20と反射鏡70とは連結部材60により結合されている。連結部材60の内部には円柱状の空洞が設けられ、この空洞の内部にレンズ保持部材40が設けられており、レンズ保持部材40に非球面レンズ50が保持されている。つまり、連結部材60は、鏡筒としても機能する。 The metal base member 20 and the reflector 70 are connected by a connecting member 60. A cylindrical cavity is provided inside the connecting member 60, a lens holding member 40 is provided inside the cavity, and the aspherical lens 50 is held by the lens holding member 40. That is, the connecting member 60 also functions as a lens barrel.

非球面レンズ50は、半導体レーザ素子1から出射された複数のレーザ光が入射され、入射された複数のレーザ光を収束光に変換する光学レンズの一例である。非球面レンズ50は、例えば石英等の透光性材料からなり、半導体レーザ素子1の複数のレーザ光の光路上に配置される。半導体レーザ素子1から出射された複数のレーザ光は、非球面レンズ50により集光される。本実施の形態では、非球面レンズ50は、複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向における光強度分布を均一化する機能を有する。つまり、非球面レンズ50は、入射した複数のレーザ光を集光するだけでなく、ビーム整形(例えばトップハット型照射分布に整形)する機能を併せ持っている。非球面レンズ50のその機能は後ほど詳細に説明する。 The aspherical lens 50 is an example of an optical lens in which a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser element 1 are incident and the incidented laser beams are converted into convergent light. The aspherical lens 50 is made of a translucent material such as quartz, and is arranged on the optical path of a plurality of laser beams of the semiconductor laser element 1. The plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser element 1 are focused by the aspherical lens 50. In the present embodiment, the aspherical lens 50 has a function of equalizing the light intensity distribution in the direction in which the spread angle of the plurality of laser beams is large. That is, the aspherical lens 50 not only collects a plurality of incident laser beams, but also has a function of beam shaping (for example, shaping into a top hat type irradiation distribution). The function of the aspherical lens 50 will be described in detail later.

蛍光体90は、収束光が励起光として照射されることにより蛍光を発する波長変換素子である。蛍光体90は、反射鏡70の第1の焦点の焦点領域であって、非球面レンズ50の焦点より収束光の光軸方向にずれた位置に配置される。ここで、第1の焦点の焦点領域とは、第1の焦点及びその近傍の領域である。第1の焦点の焦点領域は、例えば、第1の焦点からの距離が、反射鏡70の直径の10%以下となる領域である。なお第1の焦点の焦点領域は、第1の焦点からの距離が、反射鏡70の直径の5%以下となる領域であってもよい。これにより、蛍光体90から出射される蛍光を第2の焦点に精度よく集光することができる。なお、第2の焦点の焦点領域についても同様に定義される。 The phosphor 90 is a wavelength conversion element that emits fluorescence when convergent light is irradiated as excitation light. The phosphor 90 is a focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70, and is arranged at a position deviated from the focal point of the aspherical lens 50 in the optical axis direction of the focused light. Here, the focal area of the first focal point is an area of the first focal point and its vicinity. The focal region of the first focal point is, for example, a region where the distance from the first focal point is 10% or less of the diameter of the reflecting mirror 70. The focal region of the first focal point may be a region where the distance from the first focal point is 5% or less of the diameter of the reflecting mirror 70. As a result, the fluorescence emitted from the phosphor 90 can be accurately focused on the second focal point. The focal area of the second focal point is also defined in the same manner.

本実施の形態では、蛍光体90は、高反射基板85上に形成される。高反射基板85上に形成された蛍光体90は、支持部材80に支持されて、反射鏡70の第1の焦点の焦点領域であって、非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置に配置されている。これにより、非球面レンズ50のジャストフォーカスの位置より、デフォーカスされた収束光が蛍光体90の発光面91に照射されるため、蛍光体90における収束光の光密度を抑制できる。したがって、蛍光体90におけるエネルギー変換効率が輝度飽和によって低下することを抑制できる。なお、蛍光体90の発光面91は、上述のとおり、蛍光体90の励起光である収束光が照射される励起面でもある。また、蛍光体90の最適な設置位置については後ほど非球面レンズ50の機能とあわせ詳細に説明する。 In this embodiment, the phosphor 90 is formed on the highly reflective substrate 85. The phosphor 90 formed on the high-reflection substrate 85 is supported by the support member 80 and is the focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70, which is closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50. It is placed in a position. As a result, the defocused focused light is applied to the light emitting surface 91 of the phosphor 90 from the position of the just focus of the aspherical lens 50, so that the light density of the focused light in the phosphor 90 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from decreasing due to luminance saturation. As described above, the light emitting surface 91 of the phosphor 90 is also an excitation surface to which the convergent light which is the excitation light of the phosphor 90 is irradiated. Further, the optimum installation position of the phosphor 90 will be described in detail later together with the function of the aspherical lens 50.

蛍光体90を構成する蛍光材料は、例えば、青色発光用SCA(Sr(POCl:Eu2+)蛍光材料と、黄色発光用Ga-YAG(Y(Al,Ga)12:Ce3+)蛍光材料との混合体である。青色発光用SCAは、半導体レーザ素子1から出射されたピーク波長が405nmの青紫色のレーザ光により励起されて青色光を発する。黄色発光用Ga-YAGは、半導体レーザ素子1から出射された青紫色のレーザ光により励起されて黄色光を発する。青色の光と黄色の光との合成光は、人間には白色に見える。したがって、半導体レーザ素子1から出射されたレーザ光が蛍光体90に照射されることで、蛍光体90からは、青色光と黄色光とが混ざり合った合成光として白色光が出射される。つまり、蛍光体90では白色の蛍光が得られる。The fluorescent materials constituting the fluorescent substance 90 are, for example, SCA (Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ ) fluorescent material for blue light emission and Ga-YAG (Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 ) for yellow light emission. : Ce 3+ ) A mixture with a fluorescent material. The blue light emitting SCA emits blue light when excited by a blue-purple laser light having a peak wavelength of 405 nm emitted from the semiconductor laser element 1. The yellow light emitting Ga-YAG is excited by the bluish-purple laser light emitted from the semiconductor laser element 1 to emit yellow light. The combined light of blue light and yellow light looks white to humans. Therefore, when the laser light emitted from the semiconductor laser element 1 irradiates the phosphor 90, white light is emitted from the phosphor 90 as synthetic light in which blue light and yellow light are mixed. That is, white fluorescence can be obtained with the phosphor 90.

支持部材80は、蛍光体90を支持する部材である。本実施の形態では、支持部材80は断面四角形の棒状形状を有しており、その長手方向の一端が図1に示すように反射鏡70の一部に固定されている。これにより、蛍光体90の反射鏡70に対する相対位置を固定することができる。支持部材80は、例えば、グラファイト、銅などの高い熱伝導度を有する材料で形成される。また、支持部材80は、例えば、GaN、SiC、AlN、又は、ダイアモンド等の、高い熱伝導度に加え、可視光に対する高い透明度を有する材料であってもよい。これにより、支持部材80において蛍光が吸収又は反射されることを低減できる。したがって照明装置100の蛍光出射効率を高めることができる。図1では支持部材80の長手方向の片端が反射鏡に固定されている例を図示したが、支持部材80の長手方向の中央部に蛍光体90を設け、支持部材80の両端とも反射鏡70に固定してもよい。その場合、蛍光体90からの放熱性能がさらに向上する。また、蛍光体90を反射鏡70に対してより強く固定することができる。 The support member 80 is a member that supports the phosphor 90. In the present embodiment, the support member 80 has a rod-like shape having a quadrangular cross section, and one end thereof in the longitudinal direction is fixed to a part of the reflector 70 as shown in FIG. Thereby, the relative position of the phosphor 90 with respect to the reflecting mirror 70 can be fixed. The support member 80 is formed of a material having high thermal conductivity such as graphite and copper. Further, the support member 80 may be made of a material having high transparency to visible light in addition to high thermal conductivity, such as GaN, SiC, AlN, or diamond. This makes it possible to reduce absorption or reflection of fluorescence in the support member 80. Therefore, the fluorescence emission efficiency of the lighting device 100 can be improved. Although an example in which one end of the support member 80 in the longitudinal direction is fixed to the reflector is shown in FIG. 1, a phosphor 90 is provided at the center of the support member 80 in the longitudinal direction, and both ends of the support member 80 are mirrors 70. It may be fixed to. In that case, the heat dissipation performance from the phosphor 90 is further improved. In addition, the phosphor 90 can be more firmly fixed to the reflector 70.

[1-2.照明装置の動作]
次に、実施の形態1に係る照明装置100の動作について、図2~8を用いて説明する。各図には図1と同じくx軸、y軸及びz軸の三次元直交座標軸を示している。
[1-2. Operation of lighting equipment]
Next, the operation of the lighting device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 8. As in FIG. 1, each figure shows three-dimensional orthogonal coordinate axes of x-axis, y-axis, and z-axis.

図2及び図3は、それぞれ実施の形態1に係る照明装置100におけるレーザ光及び蛍光の進路を示す第1及び第2の模式断面図である。図2及び図3には、それぞれ照明装置100のyz平面及びzx平面に平行な垂直断面を示している。 2 and 3 are first and second schematic cross-sectional views showing the paths of laser light and fluorescence in the lighting device 100 according to the first embodiment, respectively. 2 and 3 show vertical cross sections of the illuminating device 100 parallel to the yz plane and the zx plane, respectively.

まず図2を用いてレーザ光の進路について説明する。図2に示すように、半導体レーザ発光装置19から出射した青紫色のレーザ光111は、非球面レンズ50により発散光から収束光51に変換された後、反射鏡70の開口75から反射鏡70の凹部内に導光され、反射鏡70の第1の焦点近傍(焦点領域)に配置された蛍光体90の発光面91に照射される。このとき、半導体レーザ素子1の無効電力(投入電力から光出力を差し引いた電力)によって発生する熱は、ヒートシンク30から放散される。蛍光体90に照射された収束光51の一部は、蛍光体90で吸収されて青色及び黄色の蛍光に変換される。そして、青色の蛍光と黄色の蛍光とが混合されることで合成された合成光である白色の蛍光が得られる。 First, the course of the laser beam will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the bluish-purple laser light 111 emitted from the semiconductor laser light emitting device 19 is converted from divergent light to focused light 51 by the aspherical lens 50, and then the reflecting mirror 70 is converted from the opening 75 of the reflecting mirror 70. The light is guided into the concave portion of the light emitting surface 91 of the phosphor 90 arranged in the vicinity of the first focal point (focal region) of the reflecting mirror 70. At this time, the heat generated by the reactive power (power obtained by subtracting the optical output from the input power) of the semiconductor laser element 1 is dissipated from the heat sink 30. A part of the focused light 51 irradiated to the phosphor 90 is absorbed by the phosphor 90 and converted into blue and yellow fluorescence. Then, white fluorescence, which is a synthesized light synthesized by mixing blue fluorescence and yellow fluorescence, is obtained.

次に図3を用いて蛍光の進路について説明する。蛍光体90で発生した白色の蛍光110は、反射鏡70の反射面71で反射され、反射面71で反射された後、反射鏡70の外部に収束光として放射され、回転楕円面である反射面71の第2の焦点f2に集光される。本実施の形態では、反射鏡70は、回転楕円面状の反射面71を有するため、図3などに示すように反射鏡70で反射される蛍光が一旦第2の焦点で交差する。このため回転放物面状の反射鏡によって平行光として蛍光を出射する場合より、蛍光体90を支持する支持部材80などの影が蛍光照射面に形成されることを抑制できる。 Next, the course of fluorescence will be described with reference to FIG. The white fluorescence 110 generated by the phosphor 90 is reflected by the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70, reflected by the reflecting surface 71, and then emitted as convergent light to the outside of the reflecting mirror 70, which is a rotating elliptical surface. The light is focused on the second focal point f2 of the surface 71. In the present embodiment, since the reflecting mirror 70 has a spheroidal reflecting surface 71, the fluorescence reflected by the reflecting mirror 70 once intersects at the second focal point as shown in FIG. 3 and the like. Therefore, it is possible to suppress the formation of shadows such as the support member 80 that supports the phosphor 90 on the fluorescence irradiation surface, as compared with the case where fluorescence is emitted as parallel light by a rotating parabolic reflector.

反射鏡70の第2の焦点f2近傍に到達する白色蛍光の殆どは、収束光51によって励起された蛍光体90からランバーシアン配光にて出射される蛍光が反射鏡70の反射面71で一回反射されたものである。しかしながら、発明者らが第2の焦点f2近傍での白色蛍光の投影像を詳細に解析することにより、前述とは異なる経路で第2の焦点f2に到達する蛍光成分が存在することを見出した。経路が異なる蛍光について図4A~4Cを用いて説明する。 Most of the white fluorescence that reaches the vicinity of the second focal point f2 of the reflector 70 is the fluorescence emitted by the Lambersian light distribution from the phosphor 90 excited by the focused light 51 on the reflecting surface 71 of the reflector 70. It is reflected back. However, by analyzing the projected image of white fluorescence in the vicinity of the second focal point f2 in detail, the inventors have found that there is a fluorescent component that reaches the second focal point f2 by a route different from the above. .. Fluorescence with different pathways will be described with reference to FIGS. 4A-4C.

図4A及び図4Bは、それぞれ、本実施の形態に係る反射鏡70の第1の焦点及び第2の焦点近傍(焦点領域)での蛍光進路の詳細を説明する第1及び第2の模式断面図である。図4Cは、本実施の形態に係る照明装置100における反射鏡70の第2の焦点の焦点領域におけるxy平面での蛍光の投影像の模式図である。図4Aにおいて蛍光体90から発した蛍光110は反射鏡70の反射面71上の点Pで一回反射されると仮定する。点Pに到達した蛍光成分の殆どが反射面71で一回反射され反射鏡70の第2の焦点f2に集光される。しかしながら、反射面71は完全な回転楕円面ではないため、蛍光のごく一部の成分は点Pの表面凹凸により散乱され、図4Aに点線で示すように蛍光体90方向に戻る蛍光114が存在する。また蛍光体90表面も完全な鏡面でないため、蛍光体90に戻ってきた蛍光114はさらに蛍光体90の表面又は内部で散乱されることにより進行方向を変えて反射面71上の点Q方向に出射され、点Qで反射後、反射鏡70の第2の焦点f2に到達する(図4Aに点線で示す蛍光115参照)。図4Aは蛍光115の1軌跡について説明した例であるが、蛍光体90で再散乱された後の蛍光の進行方向は図4Bに示す様に、蛍光体90の表面からみて全方位(180度)であるため、レーザ光励起による蛍光の放射特性(ランバーシアン)よりさらに放射角が広くなる。その結果、図4Bに示す反射鏡70の第2の焦点f2近傍(焦点領域)の位置f2nでの蛍光の投影像は、図4Cに示すように反射鏡70の反射面71で一回散乱された蛍光110の投影像と、多重散乱された蛍光115の投影像とが重畳した投影像となる。前者は蛍光体90の発光面91上での収束光51(つまり励起光)の強度分布をそのまま反映した強度分布を示し、本実施の形態ではこの強度分布の領域を以下に第1の強度分布領域110rと称する。一方、後者は、第1の強度分布領域110rより強度が小さく、比較的均一な強度分布を有しており、本実施の形態ではこの強度分布の領域を以下に第2の強度分布領域115rと称する。 4A and 4B are first and second schematic cross sections illustrating details of the fluorescence path near the first focal point and the second focal point (focal point region) of the reflector 70 according to the present embodiment, respectively. It is a figure. FIG. 4C is a schematic diagram of a projection image of fluorescence in the xy plane in the focal region of the second focal point of the reflector 70 in the lighting device 100 according to the present embodiment. In FIG. 4A, it is assumed that the fluorescence 110 emitted from the phosphor 90 is reflected once at the point P on the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70. Most of the fluorescent components that have reached the point P are reflected once by the reflecting surface 71 and focused on the second focal point f2 of the reflecting mirror 70. However, since the reflective surface 71 is not a perfect spheroidal surface, a small part of the fluorescence component is scattered by the surface unevenness of the point P, and as shown by the dotted line in FIG. 4A, there is a fluorescence 114 that returns to the phosphor 90 direction. do. Further, since the surface of the phosphor 90 is not a perfect mirror surface, the fluorescence 114 returned to the phosphor 90 is further scattered on the surface or inside of the phosphor 90 to change the traveling direction and move toward the point Q on the reflecting surface 71. It is emitted, reflected at the point Q, and then reaches the second focal point f2 of the reflecting mirror 70 (see fluorescence 115 shown by a dotted line in FIG. 4A). FIG. 4A is an example explaining one locus of the fluorescence 115, but the traveling direction of the fluorescence after being rescattered by the phosphor 90 is omnidirectional (180 degrees) when viewed from the surface of the phosphor 90 as shown in FIG. 4B. ), The emission angle becomes wider than the emission characteristic (Lumbercian) of fluorescence due to laser light excitation. As a result, the projection image of the fluorescence at the position f2n near the second focal point f2 (focal point region) of the reflecting mirror 70 shown in FIG. 4B is scattered once by the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 as shown in FIG. 4C. The projection image of the fluorescence 110 and the projection image of the multiple-scattered fluorescence 115 are superimposed to form a projection image. The former shows an intensity distribution that directly reflects the intensity distribution of the focused light 51 (that is, the excitation light) on the light emitting surface 91 of the phosphor 90, and in the present embodiment, the region of this intensity distribution is referred to as the first intensity distribution below. It is referred to as a region 110r. On the other hand, the latter has a smaller intensity than the first intensity distribution region 110r and has a relatively uniform intensity distribution. In the present embodiment, the region of this intensity distribution is hereinafter referred to as the second intensity distribution region 115r. Refer to.

第2の強度分布領域115rは、反射鏡70の設置方向が決まれば一意に決まるが、第1の強度分布領域110rはレーザ光の蛍光体90への照射位置に応じて、変化し得る。例えば、収束光51の蛍光体90への照射位置が反射鏡70の第1の焦点からずれると、蛍光の投影像は、図4Cのようにはならない。つまり、第1の強度分布領域110rの中心と第2の強度分布領域115rの中心とがずれてしまい、反射鏡70の蛍光集光効率が低下する。逆に言えば、本構成により、蛍光体90の発光面91への収束光51の照射位置を直接観察できない場合でも、反射鏡70の第2の焦点f2近傍の位置f2nでの蛍光の投影像を観察することにより、間接的に収束光51の照射位置を観察できる。これにより、極めて簡単かつ高精度に光軸調整が可能となる。以上の説明から、反射鏡70の反射面71での蛍光反射率が低い場合、第1の強度分布領域110rに対する第2の強度分布領域115rの相対強度は高くなる。つまり、第1の強度分布領域110rと第2の強度分布領域115rとの光強度の差が小さくなり、各領域を区別し難くなる。したがって、反射鏡70の反射面71の蛍光反射率は高い方がよい。例えば、反射面71の蛍光反射率は80%以上であってもよい。これにより、図4Cのように明瞭に二つの強度分布領域を区別することができる。また、反射面71の蛍光反射率は90%以上であってもよい。これにより、さらに明瞭に二つの強度分布領域を区別することができる。 The second intensity distribution region 115r is uniquely determined if the installation direction of the reflecting mirror 70 is determined, but the first intensity distribution region 110r can change depending on the irradiation position of the laser beam on the phosphor 90. For example, if the irradiation position of the focused light 51 on the phosphor 90 deviates from the first focal point of the reflecting mirror 70, the projected image of the fluorescence does not look like FIG. 4C. That is, the center of the first intensity distribution region 110r and the center of the second intensity distribution region 115r are deviated from each other, and the fluorescence light collection efficiency of the reflector 70 is lowered. Conversely, according to this configuration, even if the irradiation position of the focused light 51 on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 cannot be directly observed, the projection image of the fluorescence at the position f2n near the second focal point f2 of the reflector 70. By observing, the irradiation position of the focused light 51 can be indirectly observed. This makes it possible to adjust the optical axis extremely easily and with high accuracy. From the above description, when the fluorescence reflectance on the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 is low, the relative intensity of the second intensity distribution region 115r with respect to the first intensity distribution region 110r is high. That is, the difference in light intensity between the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 115r becomes small, and it becomes difficult to distinguish each region. Therefore, the fluorescence reflectance of the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 should be high. For example, the fluorescence reflectance of the reflecting surface 71 may be 80% or more. As a result, the two intensity distribution regions can be clearly distinguished as shown in FIG. 4C. Further, the fluorescence reflectance of the reflecting surface 71 may be 90% or more. This makes it possible to more clearly distinguish between the two intensity distribution regions.

このように、本実施の形態では、反射鏡70の第2の焦点の焦点領域での蛍光の投影像が第1の強度分布領域110rと、第1の強度分布領域110rより蛍光の強度が小さい第2の強度分布領域115rとを有する。また、第1の強度分布領域110rが第2の強度分布領域115rに含まれ、かつ、第1の強度分布領域110rの中心と第2の強度分布領域115rの中心とが合致する。これにより、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ素子1、蛍光体90、及び、反射鏡70の間のアライメントを高精度に実現することができる。また、このようなアライメントは、第1の強度分布領域110r及び第2の強度分布領域115rの中心位置を調整することによって、実現することが可能である。つまり、第1の強度分布領域110r及び第2の強度分布領域115rを、目視等によって容易に確認することできるため、容易に高精度なアライメントを実現できる。また、高精度なアライメントを実現することにより、反射鏡70の蛍光集光効率を高めることができる。 As described above, in the present embodiment, the projection image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflector 70 has a smaller fluorescence intensity than the first intensity distribution region 110r and the first intensity distribution region 110r. It has a second intensity distribution region 115r. Further, the first intensity distribution region 110r is included in the second intensity distribution region 115r, and the center of the first intensity distribution region 110r and the center of the second intensity distribution region 115r coincide with each other. Thereby, the alignment between the semiconductor laser element 1, the phosphor 90, and the reflecting mirror 70 that emits a plurality of laser beams can be realized with high accuracy. Further, such alignment can be realized by adjusting the center positions of the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 115r. That is, since the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 115r can be easily confirmed by visual inspection or the like, highly accurate alignment can be easily realized. Further, by realizing highly accurate alignment, the fluorescence light collection efficiency of the reflecting mirror 70 can be improved.

なお、各強度分布領域の中心は、適宜定義してよい。例えば当該中心は、各強度分布領域の重心でもよい。また、各強度分布領域の中心が合致するとは、各中心が完全に合致する場合に限定されず、実質的に合致する場合も含む。例えば、各中心間の距離は、第1の強度分布領域110rの径の10%以下程度であればよい。 The center of each intensity distribution region may be appropriately defined. For example, the center may be the center of gravity of each intensity distribution region. Further, the matching of the centers of the respective intensity distribution regions is not limited to the case where the centers are completely matched, but also includes the case where the centers are substantially matched. For example, the distance between the centers may be about 10% or less of the diameter of the first intensity distribution region 110r.

また反射面71は回転楕円面状であるため、強度の強い第1の強度分布領域110rの形状がより円形に近く、かつ、強度分布が一様であるほど、蛍光照射領域の形状が円形に近く、かつ、強度分布が一様となる。 Further, since the reflective surface 71 has a spheroidal shape, the shape of the first intensity distribution region 110r having high intensity is closer to a circle, and the more uniform the intensity distribution, the more circular the shape of the fluorescence irradiation region. It is close and the intensity distribution is uniform.

本実施の形態によれば、図4Cに示したように、円にほぼ内接するような(言い換えると、外接円との間の隙間が小さい)第1の強度分布領域110rを実現することが可能であり、その詳細を図5~8を用いて説明する。各図には図1~4Cと同じくx軸、y軸及びz軸の三次元直交座標軸を示している。図5は、実施の形態1に係る半導体レーザ発光装置19の概略構成、及び、半導体レーザ素子1からの複数のレーザ光出射形態を説明する斜視図であり、図1~4Bに示す半導体レーザ発光装置19の詳細を示したものである。図5において半導体レーザ発光装置19は、パッケージ化された発光装置であり、一つの積層体に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子1と、パッケージを構成する金属製のキャップ(缶)12とを備える。このような半導体レーザ素子1を用いることにより、半導体レーザ発光装置19を小型化することができる。本実施の形態では、半導体レーザ素子1は、二つの発光領域を有し、それぞれストライプ幅Wa及びWbを持つ二つの光導波路11a及び11bが形成され、キャップ12内に配置されている。具体的には、半導体レーザ素子1は、円盤状のベース10aに配置されたステム10b上にサブマウント2を介して実装されている。本実施の形態において、半導体レーザ素子1は、光導波路11aのストライプ幅Waの方向がx軸の方向となるように配置されている。つまり、半導体レーザ素子1は、光導波路11aの長手方向(ストライプ方向)がz軸の方向となるように配置されている。 According to the present embodiment, as shown in FIG. 4C, it is possible to realize the first intensity distribution region 110r that is substantially inscribed in the circle (in other words, the gap between the circumscribed circle is small). The details thereof will be described with reference to FIGS. 5 to 8. Each figure shows three-dimensional orthogonal coordinate axes of x-axis, y-axis and z-axis as in FIGS. 1 to 4C. FIG. 5 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the semiconductor laser light emitting device 19 according to the first embodiment and a plurality of laser light emitting modes from the semiconductor laser element 1, and is a perspective view illustrating the semiconductor laser light emission shown in FIGS. 1 to 4B. The details of the apparatus 19 are shown. In FIG. 5, the semiconductor laser light emitting device 19 is a packaged light emitting device, and includes a semiconductor laser element 1 having a plurality of light emitting regions in one laminate and a metal cap (can) 12 constituting the package. Be prepared. By using such a semiconductor laser element 1, the semiconductor laser light emitting device 19 can be miniaturized. In the present embodiment, the semiconductor laser device 1 has two light emitting regions, and two optical waveguides 11a and 11b having stripe widths Wa and Wb, respectively, are formed and arranged in a cap 12. Specifically, the semiconductor laser element 1 is mounted on the stem 10b arranged on the disk-shaped base 10a via the submount 2. In the present embodiment, the semiconductor laser element 1 is arranged so that the direction of the stripe width Wa of the optical waveguide 11a is the direction of the x-axis. That is, the semiconductor laser element 1 is arranged so that the longitudinal direction (stripe direction) of the optical waveguide 11a is the z-axis direction.

キャップ12には、半導体レーザ素子1からのレーザ光111a及び111bが透過できるように窓ガラス13が取り付けられている。窓ガラス13は、半導体レーザ素子1から出射するレーザ光111a及び111bを透過する透光部材の一例であり、本実施の形態では、板ガラスである。なお、半導体レーザ発光装置19には、さらに、外部から半導体レーザ素子1に電力を供給するための電極ピン14が設けられている。 A window glass 13 is attached to the cap 12 so that the laser beams 111a and 111b from the semiconductor laser element 1 can pass through. The window glass 13 is an example of a translucent member that transmits the laser light 111a and 111b emitted from the semiconductor laser element 1, and is a flat glass in the present embodiment. The semiconductor laser light emitting device 19 is further provided with an electrode pin 14 for supplying electric power to the semiconductor laser element 1 from the outside.

半導体レーザ素子1からのレーザ光111a及び111bの放射角は、直交する2軸方向で異なっており、y軸方向の放射角よりもx軸方向の放射角が狭くなっている。 The emission angles of the laser beams 111a and 111b from the semiconductor laser element 1 are different in the orthogonal biaxial directions, and the emission angle in the x-axis direction is narrower than the emission angle in the y-axis direction.

すなわち、ストライプ幅の方向と放射角が狭い方向は一致している。 That is, the direction of the stripe width and the direction of the narrow radiation angle are the same.

二つの光導波路11a及び11bの中心間の距離Dは、例えば100μm以下であってもよい。また、距離Dは、50μm以下であってもよい。これにより、半導体レーザ素子1をより一層小型化することができる。 The distance D between the centers of the two optical waveguides 11a and 11b may be, for example, 100 μm or less. Further, the distance D may be 50 μm or less. As a result, the semiconductor laser device 1 can be further miniaturized.

次に、図6及び図7を用いて、本開示の非球面レンズ50について説明する。図6及び図7は、それぞれ実施の形態1に係る非球面レンズ50の作用を説明するためのレーザ光進路を示すyz断面及びzx断面の模式図である。図6及び図7において図1~5と同一部材には同じ番号を付してあり、説明を省略する。 Next, the aspherical lens 50 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 6 and 7. 6 and 7 are schematic views of a yz cross section and a zx cross section showing a laser beam path for explaining the operation of the aspherical lens 50 according to the first embodiment, respectively. In FIGS. 6 and 7, the same members as those in FIGS. 1 to 5 are numbered the same, and the description thereof will be omitted.

図6において、非球面レンズ50は半導体レーザ素子1から発散光として出射されるレーザ光111を収束光に変換する光学素子である。なお、半導体レーザ素子1の光導波路11aからのレーザ光111aと、光導波路11bからのレーザ光111bはyz断面でみると実質的に同一であるため、両レーザ光を区別せずレーザ光111と称する。非球面レンズ50は屈折力に内外周差があり、非球面レンズ50からの収束光は、非球面レンズ50の近軸光線51c(図6に示す点線)が焦点面fy1に集光され、非球面レンズ50の外周部を通る光線51e(図6に示す一点鎖線)が焦点面fy1からずれた位置fy2に集光される。この非球面レンズ50の内周側と外周側との焦点位置の差を球面収差という。球面収差は、非球面レンズ50の中心部から周辺方向に向かって屈折力が増すことにより発生する。焦点面におけるビームスポットをできるだけ小さく絞るためにはこれを極力排除する必要があることから、一般に市販されている非球面レンズでは、この球面収差が限りなくゼロになるように非球面レンズの非球面形状が設計されている。このことから、逆に非球面形状を調整することで、あえて球面収差の量を増やし、レンズ外周部の焦点位置を近軸光線の焦点面の前後に調整することも可能である。 In FIG. 6, the aspherical lens 50 is an optical element that converts the laser beam 111 emitted as divergent light from the semiconductor laser element 1 into convergent light. Since the laser beam 111a from the optical waveguide 11a and the laser beam 111b from the optical waveguide 11b of the semiconductor laser element 1 are substantially the same in terms of the yz cross section, the two laser beams are not distinguished from each other and are referred to as the laser beam 111. Refer to. The aspherical lens 50 has an inner and outer peripheral difference in refractive force, and the convergent light from the aspherical lens 50 is focused on the focal plane fy1 by the near-axis ray 51c (dotted line shown in FIG. 6) of the aspherical lens 50 and is not. The light ray 51e (one-point chain line shown in FIG. 6) passing through the outer peripheral portion of the spherical lens 50 is focused on the position fy2 deviated from the focal plane fy1. The difference in the focal position between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the aspherical lens 50 is called spherical aberration. Spherical aberration is generated by increasing the refractive power from the central portion of the aspherical lens 50 toward the peripheral direction. Since it is necessary to eliminate this as much as possible in order to narrow the beam spot on the focal plane as small as possible, in aspherical lenses on the market in general, the aspherical surface of the aspherical lens so that this spherical aberration becomes infinitely zero. The shape is designed. From this, conversely, by adjusting the aspherical shape, it is possible to intentionally increase the amount of spherical aberration and adjust the focal position of the outer peripheral portion of the lens to the front and back of the focal plane of the paraxial ray.

球面収差を有する非球面レンズ50、つまり外周方向に向かって屈折力が増す非球面レンズ50を使ってガウシアン強度分布のレーザ光を集光すると、強度の弱い外周側の光線51eが内側に集まり、近軸光線51cと重なる効果により、焦点面より手前側に光の強度分布が均一となる面が存在する。この光の強度分布が均一となる面の位置は、非球面レンズ50の球面収差量を変えることにより、近軸光線の焦点面fy1と非球面レンズ50との間の任意の位置に調整することができる。非球面レンズ50の球面収差量は、外周部の屈折力を調整することによって調整でき、外周部の屈折力は、非球面レンズ50の形状を設計することによって調整できる。本実施の形態においては、y軸上でレーザ光の強度分布が均一になるz軸上の位置であって、かつ、反射鏡70の第1の焦点の焦点領域に、蛍光体90が設置されている。 When the aspherical lens 50 having spherical aberration, that is, the aspherical lens 50 whose refractive force increases toward the outer peripheral direction is used to focus the laser beam of the Gaussian intensity distribution, the light rays 51e on the outer peripheral side with weak intensity gather inside. Due to the effect of overlapping with the aspherical ray 51c, there is a surface on the front side of the focal plane where the light intensity distribution becomes uniform. The position of the surface where the light intensity distribution becomes uniform is adjusted to an arbitrary position between the focal plane fy1 of the near-axis ray and the aspherical lens 50 by changing the amount of spherical aberration of the aspherical lens 50. Can be done. The amount of spherical aberration of the aspherical lens 50 can be adjusted by adjusting the refractive power of the outer peripheral portion, and the refractive power of the outer peripheral portion can be adjusted by designing the shape of the aspherical lens 50. In the present embodiment, the phosphor 90 is installed at a position on the z-axis where the intensity distribution of the laser beam becomes uniform on the y-axis, and in the focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70. ing.

このように、非球面レンズ50は、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光の拡がり角が大きい方向(つまりY軸方向)における光強度分布を均一化する機能を有し、蛍光体90は、非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置に配置されている。これにより、蛍光体90の発光面91における収束光のピーク強度を低減することができ、輝度飽和、温度消光などに起因するエネルギー変換効率低下を抑制することができる。また、蛍光体90を非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置に配置することにより、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光の強度分布を重ね合わせることによって形成された均一な強度分布で、蛍光体90にレーザ光(収束光)を照射することができる。 As described above, the aspherical lens 50 has a function of equalizing the light intensity distribution in the direction in which the spreading angle of the two laser beams from the semiconductor laser element 1 is large (that is, in the Y-axis direction), and the phosphor 90 has a function of equalizing the light intensity distribution. It is arranged closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50. As a result, the peak intensity of the focused light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and the decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be suppressed. Further, by arranging the phosphor 90 closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50, the uniform intensity formed by superimposing the intensity distributions of the two laser beams from the semiconductor laser element 1 is formed. With the distribution, the phosphor 90 can be irradiated with laser light (convergent light).

図7のzx断面の模式図において、半導体レーザ素子1のレーザ光の出射側端面は、非球面レンズ50の主平面と平行であり、第1発光領域(図5の光導波路11a)及び第2発光領域(図5の光導波路11b)は、非球面レンズ50から等距離にある。半導体レーザ素子1の第1発光領域からのレーザ光111a(二点鎖線)と第2発光領域からのレーザ光111b(点線)とが、ほぼ重なり合った状態で非球面レンズ50に入射する。非球面レンズ50に入射したレーザ光111a及び111bは、それぞれ収束光51a及び51bに変換され、重なり合った状態で蛍光体90に照射される。このように、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光を用いることにより、蛍光体90における収束光の強度分布調整の自由度を高めることができる。 In the schematic view of the zx cross section of FIG. 7, the emission side end surface of the laser light of the semiconductor laser element 1 is parallel to the main plane of the aspherical lens 50, and the first light emitting region (optical waveguide 11a in FIG. 5) and the second The light emitting region (optical waveguide 11b in FIG. 5) is equidistant from the aspherical lens 50. The laser beam 111a (two-point chain line) from the first light emitting region of the semiconductor laser element 1 and the laser light 111b (dotted line) from the second light emitting region are incident on the aspherical lens 50 in a state of being substantially overlapped with each other. The laser beams 111a and 111b incident on the aspherical lens 50 are converted into convergent lights 51a and 51b, respectively, and are irradiated on the phosphor 90 in an overlapping state. As described above, by using the two laser beams from the semiconductor laser device 1, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the focused light in the phosphor 90 can be increased.

収束光51a及び51bは、蛍光体90が無い場合には、その位置を通った後、焦点面fxで完全に分離した状態で集光される。実施の形態1においてはx軸上でのレーザ光111a及び111bの放射角が図6で示したy軸方向におけるレーザ光111の放射角よりも小さいため、蛍光体90の発光面91での非球面レンズ50によるx軸上の収束光51a及び51bの強度均一化の効果は、y軸方向のそれに比べると小さくなる。 In the absence of the phosphor 90, the focused lights 51a and 51b are focused in a state of being completely separated by the focal plane fx after passing through the position. In the first embodiment, since the emission angles of the laser beams 111a and 111b on the x-axis are smaller than the emission angles of the laser beams 111 in the y-axis direction shown in FIG. 6, the phosphor 90 is not on the light emitting surface 91. The effect of uniformizing the intensities of the focused lights 51a and 51b on the x-axis by the spherical lens 50 is smaller than that in the y-axis direction.

次に、蛍光体90の発光面91での収束光の強度分布について説明する。図8は、本実施の形態に係る蛍光体90が配置された位置での収束光強度のxy平面での二次元分布を示す分布図である。図8において、グラフ(a)は収束光の形状とその強度分布を反転グレースケールで示すxy平面でのビームプロファイルの図である。つまり、グラフ(a)において、黒色から白色までのグレースケールを用いて光強度を表示しており、白色に近いほど光強度が大きいことを意味する。また、図8において、グラフ(b)は水平方向(x軸方向)における光の強度(積分値)分布を示す図であり、グラフ(c)は垂直方向(y軸方向)における光の強度(積分値)分布を示す図である。また、グラフ(b)及びグラフ(c)は、グラフ(a)におけるA-A線及びB-B線の位置における光の強度分布を示す。図8に示すように、蛍光体90が配置された位置では、収束光は、水平方向、垂直方向の両方において、トップハットの形状に均一化された光強度分布を有している。これは、垂直方向においては、非球面レンズ50の作用により強度分布が均一化され、水平方向においては、二つの収束光51a、51bの光強度のガウス分布が重なり合い、その和が均一な強度分布になるためである。つまり、非球面レンズ50は、水平方向及び垂直方向のうち拡がり角が大きい方向における光強度を均一にする機能を有する。本実施の形態では、このような光の強度分布が得られる位置に蛍光体90が配置されるように調整されている。つまり、蛍光体90は、非球面レンズ50を通過する光の近軸光線が像を結ぶ焦点面よりも非球面レンズ50側にずれた位置に配置されている。 Next, the intensity distribution of the focused light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 will be described. FIG. 8 is a distribution diagram showing a two-dimensional distribution of the focused light intensity in the xy plane at the position where the phosphor 90 according to the present embodiment is arranged. In FIG. 8, graph (a) is a diagram of a beam profile in an xy plane showing the shape of convergent light and its intensity distribution on an inverted gray scale. That is, in the graph (a), the light intensity is displayed using a gray scale from black to white, and the closer to white, the higher the light intensity. Further, in FIG. 8, the graph (b) is a diagram showing the light intensity (integral value) distribution in the horizontal direction (x-axis direction), and the graph (c) is the light intensity (y-axis direction) in the vertical direction (y-axis direction). It is a figure which shows the distribution (integral value). Further, the graphs (b) and (c) show the intensity distribution of light at the positions of the AA line and the BB line in the graph (a). As shown in FIG. 8, at the position where the phosphor 90 is arranged, the focused light has a uniform light intensity distribution in the shape of the top hat in both the horizontal direction and the vertical direction. In the vertical direction, the intensity distribution is made uniform by the action of the aspherical lens 50, and in the horizontal direction, the Gaussian distributions of the light intensities of the two convergent lights 51a and 51b overlap, and the sum is the uniform intensity distribution. Because it becomes. That is, the aspherical lens 50 has a function of making the light intensity uniform in the direction having a large spread angle in the horizontal direction and the vertical direction. In the present embodiment, the phosphor 90 is adjusted so as to be arranged at a position where such a light intensity distribution can be obtained. That is, the phosphor 90 is arranged at a position shifted to the aspherical lens 50 side from the focal plane where the paraxial light rays of the light passing through the aspherical lens 50 form an image.

なお、蛍光体90の位置調整以外に、均一な光強度分布を得るための調整方法としては、蛍光体90の位置を固定して半導体レーザ素子1と非球面レンズ50との距離を調整する方法がある。具体的には、半導体レーザ素子1のz軸方向の位置を調整する、又は非球面レンズ50のz軸方向の位置を調整することにより、二つの収束光51a及び51bの焦点面fxの位置を変化させる。これにより二つの収束光51a及び51bの重なり具合を変化させ、蛍光体90設置位置で図8のような均一な光強度分布が得られるように調整すればよい。 In addition to adjusting the position of the phosphor 90, as an adjustment method for obtaining a uniform light intensity distribution, a method of fixing the position of the phosphor 90 and adjusting the distance between the semiconductor laser element 1 and the aspherical lens 50 is performed. There is. Specifically, by adjusting the position of the semiconductor laser device 1 in the z-axis direction or adjusting the position of the aspherical lens 50 in the z-axis direction, the positions of the focal planes fx of the two focused lights 51a and 51b can be adjusted. Change. As a result, the degree of overlap of the two focused lights 51a and 51b may be changed, and adjustment may be made so that a uniform light intensity distribution as shown in FIG. 8 can be obtained at the position where the phosphor 90 is installed.

また、本実施の形態で使用した非球面レンズ50は、蛍光体90の設置位置で、垂直方向の光強度分布が均一化するように、球面収差が最適化されたレンズである。非球面レンズ50は、半導体レーザ素子1から出射されるレーザ光の垂直方向の拡がり角に合わせて球面収差が最適化されている。 Further, the aspherical lens 50 used in the present embodiment is a lens in which spherical aberration is optimized so that the light intensity distribution in the vertical direction becomes uniform at the installation position of the phosphor 90. In the aspherical lens 50, spherical aberration is optimized according to the vertical spread angle of the laser beam emitted from the semiconductor laser element 1.

また、上述の均一な強度分布には、強度が完全に均一である分布だけでなく、実質的に均一である分布も含まれる。例えば、均一な強度分布には、強度の変化が10%以内である分布を意味する。 Further, the above-mentioned uniform intensity distribution includes not only a distribution in which the intensity is completely uniform but also a distribution in which the intensity is substantially uniform. For example, a uniform intensity distribution means a distribution in which the change in intensity is within 10%.

以上のように、本実施の形態では、蛍光体90を非球面レンズ50の焦点からずれた位置に配置することにより、蛍光体90における収束光の光密度を抑制できる。このため、蛍光体90におけるエネルギー変換効率が輝度飽和によって低下することを抑制できる。また、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光を用いることにより、蛍光体90における収束光の強度分布調整の自由度を高めることができる。このため、反射鏡70の形状に適した強度分布を形成することによって、照明装置100から出射される照明光の照度均一性を高めることができる。また、以上の効果を照明装置100の構成を複雑化することなく実現できる。 As described above, in the present embodiment, by arranging the phosphor 90 at a position deviated from the focal point of the aspherical lens 50, the light density of the focused light in the phosphor 90 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from decreasing due to luminance saturation. Further, by using the two laser beams from the semiconductor laser element 1, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the focused light in the phosphor 90 can be increased. Therefore, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror 70, it is possible to improve the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device 100. Further, the above effects can be realized without complicating the configuration of the lighting device 100.

[1-3.まとめ]
以上、本実施の形態における照明装置100は、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ素子1と、複数のレーザ光が入射され、入射された複数のレーザ光を収束光に変換する非球面レンズ50と、収束光が励起光として照射されることにより蛍光を発する蛍光体90と、第1の焦点及び第2の焦点を有し、蛍光を反射する反射鏡70とを備える。蛍光体90は、反射鏡70の第1の焦点の焦点領域であって、非球面レンズ50の焦点より収束光の光軸方向にずれた位置に配置される。
[1-3. summary]
As described above, in the lighting device 100 of the present embodiment, the semiconductor laser element 1 that emits a plurality of laser beams and the aspherical lens 50 that is incident with the plurality of laser beams and converts the incident laser beams into convergent light. A phosphor 90 that emits fluorescence when the focused light is irradiated as excitation light, and a reflector 70 that has a first focal point and a second focal point and reflects fluorescence. The phosphor 90 is a focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70, and is arranged at a position deviated from the focal point of the aspherical lens 50 in the optical axis direction of the focused light.

このように、蛍光体90を非球面レンズ50の焦点からずれた位置に配置することにより、蛍光体90における光密度を抑制できる。このため、蛍光体90におけるエネルギー変換効率が輝度飽和によって低下することを抑制できる。また、複数のレーザ光を用いることにより、蛍光体90における収束光(励起光)の強度分布調整の自由度を高めることができる。このため、反射鏡70の形状に適した強度分布を形成することによって、照明装置100から出射される照明光の照度均一性を高めることができる。また、以上の効果を照明装置の構成を、例えば、特許文献1に開示された従来技術より複雑化することなく実現できる。 By arranging the phosphor 90 at a position deviated from the focal point of the aspherical lens 50 in this way, the light density in the phosphor 90 can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from decreasing due to luminance saturation. Further, by using a plurality of laser beams, it is possible to increase the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the focused light (excitation light) in the phosphor 90. Therefore, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror 70, it is possible to improve the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device 100. Further, the above effect can be realized without complicating the configuration of the lighting device as compared with the prior art disclosed in, for example, Patent Document 1.

また、照明装置100において、反射鏡70の第2の焦点の焦点領域での蛍光の投影像が第1の強度分布領域110rと、第1の強度分布領域110rより蛍光の強度が小さい第2の強度分布領域115rとを有する。第1の強度分布領域110rが第2の強度分布領域115rに含まれ、かつ、第1の強度分布領域110rの中心と第2の強度分布領域115rの中心とが合致してもよい。 Further, in the lighting device 100, the projection image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflector 70 is the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 110r whose fluorescence intensity is smaller than that of the first intensity distribution region 110r. It has an intensity distribution region 115r. The first intensity distribution region 110r may be included in the second intensity distribution region 115r, and the center of the first intensity distribution region 110r may coincide with the center of the second intensity distribution region 115r.

この構成により、複数のレーザ光を出射する半導体レーザ素子1、蛍光体90、及び、反射鏡70の間のアライメントを高精度に実現することができる。また、このようなアライメントは、第1の強度分布領域110r及び第2の強度分布領域115rの中心位置を調整することによって、実現することが可能である。つまり、第1の強度分布領域110r及び第2の強度分布領域115rを、目視等によって容易に確認することできるため、容易に高精度なアライメントを実現できる。また、高精度なアライメントを実現することにより、反射鏡70の蛍光集光効率を高めることができる。 With this configuration, alignment between the semiconductor laser element 1, the phosphor 90, and the reflecting mirror 70 that emit a plurality of laser beams can be realized with high accuracy. Further, such alignment can be realized by adjusting the center positions of the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 115r. That is, since the first intensity distribution region 110r and the second intensity distribution region 115r can be easily confirmed by visual inspection or the like, highly accurate alignment can be easily realized. Further, by realizing highly accurate alignment, the fluorescence light collection efficiency of the reflecting mirror 70 can be improved.

また、非球面レンズ50は複数の発光領域からのレーザ光の強度分布が、蛍光体90の発光面91で均一になるようビーム整形してもよい。例えば、非球面レンズ50の近軸光線の焦点面より、レンズ外周部の焦点位置を非球面レンズ50から近い位置にずらしてもよい。 Further, the aspherical lens 50 may be beam-shaped so that the intensity distribution of the laser light from the plurality of light emitting regions becomes uniform on the light emitting surface 91 of the phosphor 90. For example, the focal position of the outer peripheral portion of the lens may be shifted from the focal plane of the paraxial ray of the aspherical lens 50 to a position closer to the aspherical lens 50.

このように蛍光体90が収束光で均一励起されるため、蛍光体90における収束光照射面における収束光のピーク強度を低減することができ、輝度飽和、温度消光などの蛍光体におけるエネルギー変換効率の低下を抑制することができる。さらに本実施の形態では、蛍光体90における収束光の強度分布(つまり、励起光の強度分布)調整の自由度が高く、収束光の照射スポットの形状を円形により近づけることが可能である。このため、回転楕円面状である反射面71との親和性が良く、蛍光照射領域で高い照度均一性を得ることができる。 Since the phosphor 90 is uniformly excited by the convergent light in this way, the peak intensity of the convergent light on the convergent light irradiation surface of the phosphor 90 can be reduced, and the energy conversion efficiency of the phosphor such as luminance saturation and temperature quenching can be reduced. Can be suppressed. Further, in the present embodiment, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the focused light (that is, the intensity distribution of the excitation light) in the phosphor 90 is high, and the shape of the irradiation spot of the focused light can be made closer to the circular shape. Therefore, it has a good affinity with the reflecting surface 71 having a spheroidal shape, and high illuminance uniformity can be obtained in the fluorescence irradiation region.

また、照明装置100において、半導体レーザ素子1は、一つの積層体に複数の発光領域を有してもよい。 Further, in the lighting device 100, the semiconductor laser element 1 may have a plurality of light emitting regions in one laminated body.

これにより、レーザ光源のサイズを小型化することができる。 This makes it possible to reduce the size of the laser light source.

また、照明装置100において、非球面レンズ50は、複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向における光強度分布を均一化する機能を有し、蛍光体90は、非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置に配置されてもよい。 Further, in the lighting device 100, the aspherical lens 50 has a function of equalizing the light intensity distribution in the direction in which the spread angle of the plurality of laser beams is large, and the phosphor 90 is aspherical from the focal point of the aspherical lens 50. It may be arranged at a position close to the lens 50.

このように、複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向における光強度分布を均一化することで、蛍光体90の発光面91におけるレーザ光のピーク強度を低減することができ、輝度飽和、温度消光などに起因するエネルギー変換効率低下を抑制することができる。また、蛍光体90を非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置に配置することにより、複数のレーザ光の強度分布を重ね合わせることによって形成された均一な強度分布で、蛍光体90に複数のレーザ光を照射することができる。 In this way, by making the light intensity distribution uniform in the direction in which the spread angle of the plurality of laser light is large, the peak intensity of the laser light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and the brightness saturation and temperature quenching can be achieved. It is possible to suppress a decrease in energy conversion efficiency due to such factors. Further, by arranging the phosphor 90 closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50, the phosphor 90 has a uniform intensity distribution formed by superimposing the intensity distributions of a plurality of laser beams. Can be irradiated with a plurality of laser beams.

また、照明装置100において、反射鏡70は、回転楕円面状の反射面71を有してもよい。 Further, in the lighting device 100, the reflecting mirror 70 may have a spheroidal reflecting surface 71.

これにより、第1の焦点の焦点領域に配置された蛍光体90から出射された蛍光を、第2の焦点に集光することができる。また、反射鏡70で反射される蛍光が一旦第2の焦点で交差するため、回転放物面状の反射鏡によって平行光として蛍光を出射する場合より、蛍光体90を支持する支持部材80などの影が蛍光照射面に形成されることを抑制できる。 As a result, the fluorescence emitted from the phosphor 90 arranged in the focal region of the first focal point can be focused on the second focal point. Further, since the fluorescence reflected by the reflector 70 once intersects at the second focal point, the support member 80 that supports the phosphor 90 and the like are more than the case where the fluorescence is emitted as parallel light by the rotating parabolic reflector. It is possible to suppress the formation of shadows on the fluorescent irradiation surface.

(実施の形態2)
[2-1.照明装置の構成]
次に、実施の形態2に係る照明装置200について、図9~15を用いて説明する。各図には図1~8と同じくx軸、y軸及びz軸の三次元直交座標軸を示している。図9は、実施の形態2に係る照明装置200の概略構成を示すyz断面図である。実施の形態1の照明装置100と同一部材には同一番号を付してあり、ここでは説明を省略する。図9の照明装置200と実施の形態1における照明装置100の構成上の違いはレーザ光をビーム整形して蛍光体90上に照射するための光学部材の構成のみであり、照明装置200では複数の微小レンズが形成された微小レンズ領域を有する光学レンズ55が用いられている。
(Embodiment 2)
[2-1. Lighting equipment configuration]
Next, the lighting device 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 15. Each figure shows three-dimensional orthogonal coordinate axes of x-axis, y-axis and z-axis as in FIGS. 1 to 8. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line yz showing a schematic configuration of the lighting device 200 according to the second embodiment. The same members as those of the lighting device 100 of the first embodiment are designated by the same number, and the description thereof will be omitted here. The only difference in the configuration of the illuminating device 200 in FIG. 9 and the illuminating device 100 in the first embodiment is the configuration of an optical member for beam-shaping the laser beam and irradiating the phosphor 90 on the phosphor 90, and the illuminating device 200 has a plurality of configurations. An optical lens 55 having a microlens region in which the microlens of the above is formed is used.

[2-2.照明装置の動作]
次に、実施の形態2に係る照明装置200の動作について、図10A~15を用いて説明する。本実施の形態においても、蛍光体90をレーザ光で励起して白色の蛍光110及び115を生成し、反射鏡70により所望の方向に白色蛍光を投射する動作については図3、図4A及び図4Bに示した実施の形態1と同様である。ここでは半導体レーザ発光装置19からのレーザ光がいかにビーム整形され蛍光体90の発光面91上において均一強度照射されるかについて、微小レンズ領域を有する光学レンズ55の機能と併せて説明する。
[2-2. Operation of lighting equipment]
Next, the operation of the lighting device 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10A to 15. Also in this embodiment, the operation of exciting the phosphor 90 with a laser beam to generate white fluorescence 110 and 115 and projecting the white fluorescence in a desired direction by the reflecting mirror 70 is shown in FIGS. 3, 4A and FIGS. It is the same as the first embodiment shown in 4B. Here, how the laser beam from the semiconductor laser light emitting device 19 is beam-shaped and irradiated with uniform intensity on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 will be described together with the function of the optical lens 55 having a minute lens region.

図10A、図10B及び図10Cは、それぞれ実施の形態2に係る光学レンズ55の概略構成を示す平面図、第1の断面図及び第2の断面図である。図10Aは、半導体レーザ発光装置19から出射される複数のレーザ光の光軸方向視(z軸方向視)における光学レンズ55の平面図であり、図10Bは、図10Aの10B-10B断面の模式図であり、図10Cは、図10Aの10C-10C断面の模式図である。 10A, 10B, and 10C are a plan view, a first cross-sectional view, and a second cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical lens 55 according to the second embodiment, respectively. 10A is a plan view of the optical lens 55 in the optical axis direction view (z-axis direction view) of a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser light emitting device 19, and FIG. 10B is a cross section of 10B-10B of FIG. 10A. It is a schematic diagram, and FIG. 10C is a schematic view of a cross section of 10C-10C of FIG. 10A.

図10Aに示すように、光学レンズ55は、複数の微小レンズ55a、55b、55c、55d、55e、55f、55g、55h及び55iが形成された微小レンズ領域55Rを有する。なお、図10Aに示す微小レンズ領域55Rにおける複数の六角形は、いずれも微小レンズを示し、その一部だけに符号を付している。 As shown in FIG. 10A, the optical lens 55 has a microlens region 55R in which a plurality of microlenses 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h and 55i are formed. The plurality of hexagons in the microlens region 55R shown in FIG. 10A all indicate microlenses, and only a part thereof is designated by a reference numeral.

図10Aに示す本実施の形態に係る光学レンズ55において、複数の微小レンズの各々は異なる焦点を有する。つまり、光学レンズ55の複数の微小レンズによって収束光に変換されたレーザ光の集光位置が、各々異なるように各微小レンズが形成されている。本実施の形態では、レーザ光の集光位置は、蛍光体90と光学レンズ55との間に配置される。 In the optical lens 55 according to the present embodiment shown in FIG. 10A, each of the plurality of microlenses has a different focal point. That is, each minute lens is formed so that the focusing position of the laser light converted into the focused light by the plurality of minute lenses of the optical lens 55 is different from each other. In the present embodiment, the focusing position of the laser beam is arranged between the phosphor 90 and the optical lens 55.

図10Aに示すように、複数の微小レンズの少なくとも一部の、複数のレーザ光の光軸方向視(つまり、図10Aのz軸方向視)における形状は、六角形状である。これにより、隣り合う微小レンズ間の隙間を最小限に低減することができる。したがって、レンズとして作用しない隙間の領域を最小化できるので、複数のレーザ光をより効率よく励起光として利用できる。 As shown in FIG. 10A, the shape of at least a part of the plurality of microlenses in the optical axis direction view (that is, the z-axis direction view of FIG. 10A) of the plurality of laser beams is a hexagonal shape. This makes it possible to minimize the gap between adjacent minute lenses. Therefore, since the region of the gap that does not act as a lens can be minimized, a plurality of laser beams can be used more efficiently as excitation light.

図10Aに示す六角形の短軸幅W1と長軸幅W2とは、図5の半導体レーザ発光装置19の一つの発光領域からのレーザ出射パターンの形状により設定されている。より具体的には図5のレーザ光111a又は111bのレーザ光強度分布の1/eで定義したx軸方向の水平幅とy軸方向の垂直幅との比により設置されており、垂直幅/水平幅=W2/W1とすればよい。また図10B及び図10Cに示すように、微小レンズ領域55Rは、断面鋸状の凹凸形状を有し、凸部の各々が微小レンズを形成する。図10A~10Cに示すように、光学レンズ55は、アレイ状に配列された複数の微小レンズを有するフレネルレンズである。微小レンズ領域55Rの凹凸形状は、光学レンズ55の半導体レーザ発光装置19側の表面に設けられている。The hexagonal short axis width W1 and the long axis width W2 shown in FIG. 10A are set by the shape of the laser emission pattern from one light emitting region of the semiconductor laser light emitting device 19 of FIG. More specifically, it is installed by the ratio of the horizontal width in the x-axis direction and the vertical width in the y-axis direction defined by 1 / e 2 of the laser light intensity distribution of the laser light 111a or 111b in FIG. / Horizontal width = W2 / W1. Further, as shown in FIGS. 10B and 10C, the microlens region 55R has an uneven shape having a sawtooth cross section, and each of the convex portions forms a microlens. As shown in FIGS. 10A to 10C, the optical lens 55 is a Fresnel lens having a plurality of minute lenses arranged in an array. The uneven shape of the minute lens region 55R is provided on the surface of the optical lens 55 on the semiconductor laser light emitting device 19 side.

続いて、図11を用いて照明装置200のx軸方向におけるビーム整形機能について説明する。図11は、実施の形態2に係る光学レンズ55の機能を説明するためのレーザ光進路を示すzx断面の模式図である。図11の断面図(a)、(b)及び(c)は、それぞれ微小レンズ55a、55c及び55eに入射するレーザ光の進路を示す。 Subsequently, the beam shaping function in the x-axis direction of the lighting device 200 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram of a zx cross section showing a laser beam path for explaining the function of the optical lens 55 according to the second embodiment. Sectional views (a), (b) and (c) of FIG. 11 show the paths of laser light incident on the microlenses 55a, 55c and 55e, respectively.

図11の断面図(a)において半導体レーザ素子1のレーザ光の出射側端面は、複数の微小レンズを有する光学レンズ55の主平面と平行であり、第1発光領域(図5の光導波路11a)及び第2発光領域(図5の光導波路11b)は、微小レンズ55aから等距離にある。半導体レーザ素子1の第1発光領域からのレーザ光111a(点線)と第2発光領域からのレーザ光111b(実線)とが、ほぼ重なり合った状態で微小レンズ55aに入射する。微小レンズ55aに入射したレーザ光111a及び111bは、それぞれ収束光51aa及び51baに変換され、一旦焦点52aaf及び52bafの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域x1及びx2を励起する。領域x1と領域x2とが重ならないよう微小レンズ55aの形状は最適化されている。 In the cross-sectional view (a) of FIG. 11, the end surface of the laser beam of the semiconductor laser element 1 on the emission side is parallel to the main plane of the optical lens 55 having a plurality of minute lenses, and is the first light emitting region (optical waveguide 11a of FIG. 5). ) And the second light emitting region (optical waveguide 11b in FIG. 5) are at equal distances from the microlens 55a. The laser beam 111a (dotted line) from the first light emitting region and the laser beam 111b (solid line) from the second light emitting region of the semiconductor laser element 1 are incident on the microlens 55a in a state of substantially overlapping. The laser beams 111a and 111b incident on the microlens 55a are converted into convergent lights 51aa and 51ba, respectively, once focused at the focal points 52aaf and 52baf, then diverged again and incident on the phosphor 90, and the region x1 And x2 are excited. The shape of the microlens 55a is optimized so that the region x1 and the region x2 do not overlap.

図11の断面図(b)においても同様に、微小レンズ55cから出射した収束光51ac及び51bcは、それぞれ焦点52acf及び52bcfの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域x1及びx2を励起する。 Similarly, in the cross-sectional view (b) of FIG. 11, the focused light 51ac and 51bc emitted from the microlens 55c are focused at the positions of the focal points 52acf and 52bcf, respectively, and then diverge again to enter the phosphor 90. , Exciting regions x1 and x2.

図11の断面図(c)においても同様に、微小レンズ55eから出射した収束光51ae及び51beは、それぞれ焦点52aef及び52befの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域x1及びx2を励起する。特に図示しないが、同様に微小レンズ55b及び55dにおいても、それぞれの収束光は蛍光体90に入射し、領域x1及びx2を励起する。 Similarly, in the cross-sectional view (c) of FIG. 11, the focused light 51ae and 51be emitted from the microlens 55e are focused at the positions of the focal points 52aef and 52be, respectively, and then diverge again and enter the phosphor 90. , Exciting regions x1 and x2. Although not particularly shown, similarly, in the minute lenses 55b and 55d, the respective focused lights are incident on the phosphor 90 and excite the regions x1 and x2.

個々の微小レンズの焦点位置を図11の断面図(a)~(c)で比較すると、微小レンズ55cの焦点52acf、52bcf(図11の断面図(b)参照)は微小レンズ55aの焦点52aaf、52baf(図11の断面図(a)参照)より蛍光体90から近い所に位置するのがわかる。なお、図11の断面図(a)~(c)に示す一点鎖線は、焦点52aaf及び52bafのz軸方向の位置を示す。また微小レンズ55eの焦点52aef及び52bef(図11の断面図(c)参照)は、微小レンズ55cの焦点52acf及び52bcf(図11の断面図(b)参照)よりさらに蛍光体90から近い所に位置することがわかる。以上説明したように、複数の微小レンズは、各々が異なる焦点を有し、蛍光体90はこれらの焦点より光学レンズ55から遠い位置に配置され、複数の微小レンズの各々における焦点を通る各レーザ光は、蛍光体90の発光面で重なっている。 Comparing the focal positions of the individual microlenses with the cross-sectional views (a) to (c) of FIG. 11, the focal points 52acf and 52bcf of the microlenses 55c (see the cross-sectional view (b) of FIG. 11) are the focal points 52aaf of the microlenses 55a. , 52baf (see the cross-sectional view (a) of FIG. 11), it can be seen that the lens is located closer to the phosphor 90. The alternate long and short dash line shown in the cross-sectional views (a) to (c) of FIG. 11 indicates the positions of the focal points 52aaf and 52baf in the z-axis direction. Further, the focal points 52aef and 52bef of the microlens 55e (see the cross-sectional view (c) of FIG. 11) are closer to the phosphor 90 than the focal points 52acf and 52bcf of the microlens 55c (see the cross-sectional view (b) of FIG. 11). You can see that it is located. As described above, the plurality of microlenses each have a different focal point, the phosphor 90 is located farther from the optical lens 55 than these focal points, and each laser passing through the focal point in each of the plurality of microlenses. The light overlaps on the light emitting surface of the phosphor 90.

続いて、光学レンズ55によって生成される収束光のx軸方向における強度分布について図12A及び図12Bを用いて説明する。図12A及び図12Bは、それぞれ本実施の形態に係るレーザ光強度の光学レンズ55及び蛍光体90の位置におけるx軸方向の一次元プロファイル模式図である。図12A及び図12Bを用いて、半導体レーザ素子1の一方の光導波路11aから出射したレーザ光111aが各微小レンズで分割される際の光強度分布と、分割されたレーザ光111aが収束光に変換されて蛍光体90の領域x1に集光される際の強度分布とを説明する。図12Aは光導波路11aからのレーザ光111aの光学レンズ55の位置における強度分布(x軸方向)を示し、図12Bは各微小レンズからの収束光の、蛍光体90の発光面91における強度分布(x軸方向)を示している。レーザ光111aは5つの微小レンズにより図12Aに示すように収束光51aa、51ab、51ac、51ad及び51aeに分割され、蛍光体90の領域x1で再び図12Bに示すように重なり合う。図12Bにおける各収束光の和は、実線で示したように強度分布が一様なプロファイルを有している。図12Bに示されるように、例えば、右肩上がりに傾斜した強度分布を有する収束光51adと、右肩下がりに傾斜した強度分布を有する収束光51aeとが領域x1において重なる。これにより、強度分布の傾斜の少なくとも一部が相殺されて一様となる。同様に、傾斜した強度分布を有する収束光51abと収束光51acとが領域x1において重なることで強度分布の傾斜が相殺される。このように、領域x1において実質的に一様な強度分布を有する収束光を得ることができる。特に図示しないが、同様に他方の光導波路11bからのレーザ光111bも蛍光体90の領域x2で図12Bに示すような強度分布の一様なプロファイルに整形される。 Subsequently, the intensity distribution of the focused light generated by the optical lens 55 in the x-axis direction will be described with reference to FIGS. 12A and 12B. 12A and 12B are schematic one-dimensional profiles in the x-axis direction at the positions of the optical lens 55 and the phosphor 90 of the laser light intensity according to the present embodiment, respectively. Using FIGS. 12A and 12B, the light intensity distribution when the laser beam 111a emitted from one of the optical waveguides 11a of the semiconductor laser device 1 is divided by each minute lens and the divided laser beam 111a become convergent light. The intensity distribution when the light is converted and focused on the region x1 of the phosphor 90 will be described. FIG. 12A shows the intensity distribution (x-axis direction) of the laser beam 111a from the optical waveguide 11a at the position of the optical lens 55, and FIG. 12B shows the intensity distribution of the focused light from each minute lens on the light emitting surface 91 of the phosphor 90. (X-axis direction) is shown. The laser beam 111a is divided into convergent lights 51aa, 51ab, 51ac, 51ad and 51ae by five microlenses as shown in FIG. 12A, and overlaps again in the region x1 of the phosphor 90 as shown in FIG. 12B. The sum of the convergent lights in FIG. 12B has a profile with a uniform intensity distribution as shown by the solid line. As shown in FIG. 12B, for example, the convergent light 51ad having an intensity distribution inclined upward to the right shoulder and the focused light 51ae having an intensity distribution inclined downward to the right shoulder overlap in the region x1. As a result, at least a part of the gradient of the intensity distribution is offset and becomes uniform. Similarly, the gradient of the intensity distribution is canceled out by overlapping the convergent light 51ab having the inclined intensity distribution and the convergent light 51ac in the region x1. In this way, it is possible to obtain convergent light having a substantially uniform intensity distribution in the region x1. Although not particularly shown, similarly, the laser beam 111b from the other optical waveguide 11b is also shaped into a uniform profile of the intensity distribution as shown in FIG. 12B in the region x2 of the phosphor 90.

続いて、図13を用いて照明装置200のy軸方向におけるビーム整形機能について説明する。図13は、実施の形態2に係る光学レンズ55の機能を説明するためのレーザ光進路を示すyz断面の模式図である。図13の断面図(a)、(b)及び(c)は、それぞれ微小レンズ55a、55f及び55hに入射するレーザ光の進路を示す。 Subsequently, the beam shaping function in the y-axis direction of the lighting device 200 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic view of a yz cross section showing a laser beam path for explaining the function of the optical lens 55 according to the second embodiment. The cross-sectional views (a), (b) and (c) of FIG. 13 show the paths of the laser beams incident on the microlenses 55a, 55f and 55h, respectively.

図13の断面図(a)において半導体レーザ素子1のレーザ光の出射側端面は、複数の微小レンズを有する光学レンズ55の主平面と平行であり、第1発光領域(図5の光導波路11a)及び第2発光領域(図5の光導波路11b)は、微小レンズ55aから等距離にある。半導体レーザ素子1の第1発光領域からのレーザ光111aと、第2発光領域からのレーザ光111bはyz断面でみると実質的に同一であるため、両レーザ光を区別せずレーザ光111と称する。図13の断面図(a)においてレーザ光111のうち微小レンズ55aに入射した成分は、収束光51ayに変換され、一旦焦点52ayfの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域y1を励起する。 In the cross-sectional view (a) of FIG. 13, the end surface of the laser beam of the semiconductor laser element 1 on the emission side is parallel to the main plane of the optical lens 55 having a plurality of minute lenses, and is the first light emitting region (optical waveguide 11a of FIG. 5). ) And the second light emitting region (optical waveguide 11b in FIG. 5) are at equal distances from the microlens 55a. Since the laser light 111a from the first light emitting region and the laser light 111b from the second light emitting region of the semiconductor laser element 1 are substantially the same in terms of the yz cross section, the two laser lights are not distinguished from each other and are referred to as the laser light 111. Refer to. In the cross-sectional view (a) of FIG. 13, the component incident on the minute lens 55a of the laser beam 111 is converted into the focused light 51ay, once focused at the position of the focal point 52ayf, and then diverged again to the phosphor 90. It enters and excites the region y1.

図13の断面図(b)においても同様に、微小レンズ55fから出射した収束光51fyは、焦点52fyfの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域y1を励起する。 Similarly, in the cross-sectional view (b) of FIG. 13, the focused light 51fy emitted from the microlens 55f is focused at the position of the focal point 52fyf, then diverges again and is incident on the phosphor 90 to excite the region y1. do.

図13の断面図(c)においても同様に、微小レンズ55hから出射した収束光51hyは、焦点52hyfの位置で集光された後、再び発散して蛍光体90に入射し、領域y1を励起する。特に図示しないが、同様に微小レンズ55g及び55iにおいても、それぞれの収束光は蛍光体90に入射し、y1領域を励起する。 Similarly, in the cross-sectional view (c) of FIG. 13, the focused light 51hy emitted from the minute lens 55h is focused at the position of the focal point 52hyf, then diverges again and is incident on the phosphor 90 to excite the region y1. do. Although not particularly shown, similarly, in the minute lenses 55g and 55i, the respective focused lights are incident on the phosphor 90 and excite the y1 region.

個々の微小レンズの焦点位置を図13の断面図(a)~(c)で比較すると、微小レンズ55fの焦点52fyfは微小レンズ55aの焦点52ayfより蛍光体90から近い所に位置するのがわかる。また微小レンズ55hの焦点52hyfは、微小レンズ55fの焦点52fyfよりさらに蛍光体90から近い所に位置することがわかる。以上説明したように、複数の微小レンズは、各々が異なる焦点を有し、蛍光体90はこれらの焦点より蛍光体90から近い位置に配置され、微小レンズの各々における焦点を通る各レーザ光は、蛍光体90の発光面で重なっている。なお、個々の微小レンズは非点収差を持たないよう設計されており、例えば微小レンズ55aのx軸方向における焦点52aaf及び52baf(図11の断面図(a)参照)と、y軸方向における焦点52ayf(図13の断面図(a)参照)のz軸上の位置は一致している。これにより個々の微小レンズの焦点近傍に反射鏡70の開口75を設置することにより、開口75の面積を小さくできるため、反射鏡70の開口75における蛍光ロスを低減できる。 Comparing the focal positions of the individual microlenses with the cross-sectional views (a) to (c) of FIG. 13, it can be seen that the focal point 52fyf of the microlens 55f is located closer to the phosphor 90 than the focal point 52ayf of the microlens 55a. .. Further, it can be seen that the focal point 52hyf of the microlens 55h is located closer to the phosphor 90 than the focal point 52fyf of the microlens 55f. As described above, the plurality of microlenses each have a different focal point, the phosphor 90 is arranged closer to the phosphor 90 than these focal points, and each laser beam passing through the focal point in each of the microlenses is , The light emitting surfaces of the phosphor 90 overlap. The individual microlenses are designed so as not to have astigmatism. For example, the focal points 52aaf and 52baf of the microlenses 55a in the x-axis direction (see the cross-sectional view (a) of FIG. 11) and the focal point in the y-axis direction. The positions on the z-axis of 52ayf (see the cross-sectional view (a) of FIG. 13) are the same. As a result, by installing the aperture 75 of the reflecting mirror 70 near the focal point of each minute lens, the area of the opening 75 can be reduced, so that the fluorescence loss in the opening 75 of the reflecting mirror 70 can be reduced.

続いて、光学レンズ55によって生成される収束光のy軸方向における強度分布について図14A及び図14Bを用いて説明する。図14A及び図14Bは、それぞれ本実施の形態に係るレーザ光強度の光学レンズ55及び蛍光体90の位置のy軸方向における一次元プロファイル模式図である。図14A及び図14Bを用いて、半導体レーザ素子1の光導波路11a及び11bから出射したレーザ光111が各微小レンズで分割される際の光強度分布と、分割されたレーザ光111が収束光に変換されて蛍光体90の領域y1に集光される際の光強度分布とを説明する。図14Aは光導波路11aからのレーザ光111の光学レンズ55の位置における強度分布(y軸方向)を示し、図14Bは各微小レンズからの収束光の、蛍光体90の領域y1における強度分布(y軸方向)を示している。レーザ光111は5つの微小レンズにより図14Aに示すように収束光51ay、51fy、51gy、51hy及び51iyに分割され、蛍光体90の領域y1で再び図14Bのように重なり合う。これにより、図12A及び図12Bを用いて説明したx軸方向における収束光の強度分布と同様に、蛍光体90の領域y1における収束光の強度分布は、図14Bに実線で示したように実質的に一様となる。 Subsequently, the intensity distribution of the focused light generated by the optical lens 55 in the y-axis direction will be described with reference to FIGS. 14A and 14B. 14A and 14B are schematic one-dimensional profiles of the positions of the optical lens 55 and the phosphor 90 of the laser light intensity according to the present embodiment in the y-axis direction, respectively. Using FIGS. 14A and 14B, the light intensity distribution when the laser light 111 emitted from the optical waveguides 11a and 11b of the semiconductor laser element 1 is divided by each minute lens, and the divided laser light 111 become convergent light. The light intensity distribution when the light is converted and focused on the region y1 of the phosphor 90 will be described. FIG. 14A shows the intensity distribution (y-axis direction) of the laser beam 111 from the optical waveguide 11a at the position of the optical lens 55, and FIG. 14B shows the intensity distribution of the focused light from each microlens in the region y1 of the phosphor 90 (the y-axis direction). (Y-axis direction) is shown. The laser beam 111 is divided into convergent lights 51ay, 51fy, 51gy, 51hy and 51yy as shown in FIG. 14A by five microlenses, and overlaps again in the region y1 of the phosphor 90 as shown in FIG. 14B. As a result, similar to the intensity distribution of the convergent light in the x-axis direction described with reference to FIGS. 12A and 12B, the intensity distribution of the convergent light in the region y1 of the phosphor 90 is substantially as shown by the solid line in FIG. 14B. It becomes uniform.

上述のように設計された照明装置200において得られる、蛍光体90の発光面91での収束光の強度分布の一例を、図15を用いて説明する。 An example of the intensity distribution of the focused light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 obtained in the lighting device 200 designed as described above will be described with reference to FIG.

図15は、実施の形態2に係る照明装置200の蛍光体90における収束光の強度分布を示すグラフである。図15のグラフ(a)及び(d)は、それぞれ光導波路11aからのレーザ光(図11に示すレーザ光111a、及び、図13に示すレーザ光111)が複数の微小レンズを有する光学レンズ55で変換された収束光の発光面91における光強度分布の二次元強度分布表示及び三次元強度分布表示である。図15のグラフ(b)及び(e)は、それぞれ光導波路11bからのレーザ光(図11に示すレーザ光111b、及び、図13に示すレーザ光111)が複数の微小レンズを有する光学レンズ55で変換された励起光の発光面91における光強度分布の二次元強度分布表示及び三次元強度分布表示である。図15のグラフ(c)及び(f)は、それぞれ光導波路11a及び11bのレーザ光(図11に示すレーザ光111a及び111b、並びに、図13に示すレーザ光111)の微小レンズを有する光学レンズ55で変換された励起光の発光面91における光強度分布の二次元強度分布表示及び三次元強度分布表示である。いずれも、光学レンズ55側から見た図であり、光強度分布の二次元強度分布表示と三次元強度分布表示で示している。なお、グラフ(a)~(c)の二次元強度分布表示では、光強度分布を反転グレースケールで示している。 FIG. 15 is a graph showing the intensity distribution of convergent light in the phosphor 90 of the lighting device 200 according to the second embodiment. In the graphs (a) and (d) of FIG. 15, the laser light from the optical waveguide 11a (the laser light 111a shown in FIG. 11 and the laser light 111 shown in FIG. 13) are optical lenses 55 having a plurality of minute lenses, respectively. It is a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the convergent light converted in. In the graphs (b) and (e) of FIG. 15, the laser light from the optical waveguide 11b (the laser light 111b shown in FIG. 11 and the laser light 111 shown in FIG. 13) are optical lenses 55 having a plurality of minute lenses, respectively. It is a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the excitation light converted in. The graphs (c) and (f) of FIG. 15 are optical lenses having a minute lens of the laser light of the optical waveguides 11a and 11b (laser light 111a and 111b shown in FIG. 11 and laser light 111 shown in FIG. 13, respectively). It is a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the excitation light converted in 55. Both are views viewed from the optical lens 55 side, and are shown by the two-dimensional intensity distribution display and the three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution. In the two-dimensional intensity distribution display of the graphs (a) to (c), the light intensity distribution is shown in inverted gray scale.

図15のグラフ(a)及び(d)、並びに、(b)及び(e)に示すように、個々の光導波路から出射され微小レンズ領域55Rを有する光学レンズ55で変換された収束光の蛍光体90の発光面91での光強度分布は、各々均一化されている。さらに、図15のグラフ(c)及び(f)に示すように、それぞれの収束光は蛍光体90の発光面91で一部が重なるように設計されており、全体として均一化された一つの光強度分布になっている。 As shown in the graphs (a) and (d) of FIG. 15, and as shown in (b) and (e), the fluorescence of the focused light emitted from each optical waveguide and converted by the optical lens 55 having the minute lens region 55R. The light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the body 90 is uniformized. Further, as shown in the graphs (c) and (f) of FIG. 15, each convergent light is designed so as to partially overlap with the light emitting surface 91 of the phosphor 90, and is one uniform as a whole. It has a light intensity distribution.

このように、複数の微小レンズを有する光学レンズ55によって、一つの光強度分布を得ることができる。さらに、各微小レンズの形状を適宜設計することによって、光強度分布を調整することができる。これにより、反射鏡70に適した光強度分布を形成することができるため、均一度の高い照明光を出射できる照明装置200を実現できる。 As described above, one light intensity distribution can be obtained by the optical lens 55 having a plurality of minute lenses. Further, the light intensity distribution can be adjusted by appropriately designing the shape of each minute lens. As a result, it is possible to form a light intensity distribution suitable for the reflecting mirror 70, so that it is possible to realize an illuminating device 200 capable of emitting highly uniform illumination light.

[2-3.まとめ]
以上のように、本実施の形態に係る照明装置200において、光学レンズ55は、複数の微小レンズが形成された微小レンズ領域55Rを有し、複数の微小レンズの各々は異なる焦点を有し、蛍光体90は複数の微小レンズの各々の焦点より光学レンズ55から遠い位置に配置される。また、二つのレーザ光のうち複数の微小レンズによってそれぞれ集光される複数の成分が蛍光体90の発光面91で重なることによって、発光面91において、二つのレーザ光の拡がり角が大きい方向及び小さい方向における各光強度分布が均一化される。
[2-3. summary]
As described above, in the lighting device 200 according to the present embodiment, the optical lens 55 has a microlens region 55R in which a plurality of microlenses are formed, and each of the plurality of microlenses has a different focal point. The phosphor 90 is arranged at a position farther from the optical lens 55 than the focal point of each of the plurality of minute lenses. Further, a plurality of components of the two laser beams focused by the plurality of minute lenses are overlapped on the light emitting surface 91 of the phosphor 90, so that the spread angle of the two laser lights on the light emitting surface 91 is large. Each light intensity distribution in the smaller direction is made uniform.

これにより、蛍光体90の発光面91におけるレーザ光のピーク強度を低減することができ、輝度飽和、温度消光などに起因するエネルギー変換効率低下を抑制することができる。さらに個々の微小レンズの焦点近傍に反射鏡70の開口75を設置することにより、開口面積を小さくできるため、開口75による蛍光反射ロスが低減できエネルギー効率を高めることができる。また、微小レンズ領域55Rを適宜設計することによって蛍光体90の発光面91における収束光の強度分布の形状を円形により近づけることが可能である。このため、回転楕円面状である反射鏡70の反射面71との親和性が良い配光特性を有する蛍光を蛍光体90から出射することができる。したがって、蛍光照射領域で高い照度均一性を有する照明装置200を実現できる。 As a result, the peak intensity of the laser beam on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and the decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be suppressed. Further, by installing the aperture 75 of the reflecting mirror 70 near the focal point of each minute lens, the aperture area can be reduced, so that the fluorescence reflection loss due to the aperture 75 can be reduced and the energy efficiency can be improved. Further, by appropriately designing the minute lens region 55R, it is possible to make the shape of the intensity distribution of the focused light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 closer to that of a circle. Therefore, fluorescence having a light distribution characteristic having good affinity with the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 having a spheroidal surface can be emitted from the phosphor 90. Therefore, it is possible to realize the lighting device 200 having high illuminance uniformity in the fluorescence irradiation region.

また、照明装置200において、光学レンズ55の複数の微小レンズの少なくとも一部の、レーザ光の光軸方向視(つまりz軸方向視)における形状は、六角形状であってもよい。 Further, in the lighting device 200, the shape of at least a part of the plurality of minute lenses of the optical lens 55 in the optical axis direction view (that is, the z-axis direction view) of the laser beam may be a hexagonal shape.

これにより、隣り合う微小レンズ間の隙間を最小限に低減することができる。したがって、レンズとして作用しない隙間の領域を最小化できるので、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光をより効率よく励起光として利用できる。 This makes it possible to minimize the gap between adjacent minute lenses. Therefore, since the region of the gap that does not act as a lens can be minimized, the two laser beams from the semiconductor laser element 1 can be used more efficiently as the excitation light.

また、本実施の形態に係る照明装置200では、二つの光導波路をもつ半導体レーザ素子1を用いていたが、3つ以上の光導波路を持つ場合にも、隣り合う光導波路から出射され微小レンズ領域55Rを有する光学レンズ55で変換された各々の収束光の蛍光体90の発光面91での強度分布の一部がお互いに重なるように設計することで、均一化された一つの光強度分布をもつ小型の照明装置が実現できる。 Further, in the lighting device 200 according to the present embodiment, the semiconductor laser element 1 having two optical waveguides is used, but even when having three or more optical waveguides, the minute lens is emitted from the adjacent optical waveguides. A uniform light intensity distribution is provided by designing so that a part of the intensity distribution of each convergent light converted by the optical lens 55 having the region 55R on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 overlaps with each other. A small lighting device can be realized.

さらに、本実施の形態に係る照明装置200では、半導体レーザ発光装置19からのレーザ光を直接、微小レンズ領域55Rを有する光学レンズ55に入射する構成としたが、半導体レーザ発光装置19と光学レンズ55の間にコリメータレンズを追加してもよい。 Further, in the lighting device 200 according to the present embodiment, the laser light from the semiconductor laser light emitting device 19 is directly incident on the optical lens 55 having the minute lens region 55R, but the semiconductor laser light emitting device 19 and the optical lens are configured. A collimator lens may be added between 55.

(実施の形態2の変形例)
次に、実施の形態2に係る照明装置200の変形例について、図面を用いて説明する。
(Modified Example of Embodiment 2)
Next, a modified example of the lighting device 200 according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.

[2A-1.照明装置の構成]
本変形例に係る照明装置は、光学レンズの複数の微小レンズの形状が六角形状ではなく四角形状(長方形状)のものを用いる点以外、実施の形態2の照明装置200と同様の構成を有する。以下では、主に、本変形例に係る光学レンズの構成について説明する。図16A、図16B及び図16Cは、それぞれ本変形例に係る光学レンズ155の概略構成を示す平面図、第1の断面図及び第2の断面図である。図16Aは、半導体レーザ発光装置19から出射される複数のレーザ光の光軸方向視(z軸方向視)における光学レンズ155の平面図であり、図16Bは、図16Aの16B-16B断面の模式図であり、図16Cは、図16Aの16C-16C断面の模式図である。
[2A-1. Lighting equipment configuration]
The lighting device according to the present modification has the same configuration as the lighting device 200 of the second embodiment except that the shape of the plurality of minute lenses of the optical lens is not a hexagonal shape but a rectangular shape (rectangular shape). .. Hereinafter, the configuration of the optical lens according to this modification will be mainly described. 16A, 16B, and 16C are a plan view, a first cross-sectional view, and a second cross-sectional view showing a schematic configuration of the optical lens 155 according to the present modification, respectively. 16A is a plan view of the optical lens 155 in the optical axis direction view (z-axis direction view) of a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser light emitting device 19, and FIG. 16B is a cross section of 16B-16B of FIG. 16A. It is a schematic diagram, and FIG. 16C is a schematic view of a cross section of 16C-16C of FIG. 16A.

図16Aに示すように、本変形例に係る光学レンズ155は、複数の微小レンズ155a、155b、155c、155d、155e、155f、155g、155h及び155iが形成された微小レンズ領域155Rを有する。本変形例では、図16Aに示す微小レンズ領域155Rにおける複数の四角形は、いずれも微小レンズを示し、その一部だけに符号を付している。 As shown in FIG. 16A, the optical lens 155 according to the present modification has a microlens region 155R in which a plurality of microlenses 155a, 155b, 155c, 155d, 155e, 155f, 155g, 155h and 155i are formed. In this modification, the plurality of quadrangles in the microlens region 155R shown in FIG. 16A all indicate microlenses, and only a part thereof is designated.

図16Aに示すように、複数の微小レンズの少なくとも一部の、複数のレーザ光の光軸方向視における形状は、四角形状である。本実施の形態では、複数の微小レンズの光軸方向視(つまり、図16Aのz軸方向視)における形状は、四角形状である。これにより、隣り合う微小レンズ間の隙間を最小限に低減することができる。したがって、レンズとして作用しない隙間の領域を最小化できるので、複数のレーザ光をより効率よく励起光として利用できる。図16Aに示す四角形の短軸幅W1と長軸幅W2とは、図5の半導体レーザ発光装置19の一つの発光領域からのレーザ出射パターンの形状により設定されている。より具体的には図5のレーザ光111a又は111bのレーザ光強度分布の1/eで定義したx軸方向の水平幅とy軸方向の垂直幅との比により設置されており、垂直幅/水平幅=W2/W1とすればよい。また図16B及び図16Cに示すように、微小レンズ領域155Rは、断面鋸状の凹凸形状を有し、凸部の各々が微小レンズを形成する。図16A~16Cに示すように、光学レンズ155は、アレイ状に配列された複数の微小レンズを有するフレネルレンズである。微小レンズ領域155Rの凹凸形状は、光学レンズ155の半導体レーザ発光装置19側の表面に設けられている。As shown in FIG. 16A, the shape of at least a part of the plurality of microlenses in the optical axis direction of the plurality of laser beams is a quadrangular shape. In the present embodiment, the shape of the plurality of minute lenses in the optical axis direction (that is, the z-axis direction in FIG. 16A) is a quadrangular shape. This makes it possible to minimize the gap between adjacent minute lenses. Therefore, since the region of the gap that does not act as a lens can be minimized, a plurality of laser beams can be used more efficiently as excitation light. The rectangular short-axis width W1 and long-axis width W2 shown in FIG. 16A are set by the shape of the laser emission pattern from one light emitting region of the semiconductor laser light emitting device 19 of FIG. More specifically, it is installed by the ratio of the horizontal width in the x-axis direction and the vertical width in the y-axis direction defined by 1 / e 2 of the laser light intensity distribution of the laser light 111a or 111b in FIG. / Horizontal width = W2 / W1. Further, as shown in FIGS. 16B and 16C, the microlens region 155R has an uneven shape having a sawtooth cross section, and each of the convex portions forms a microlens. As shown in FIGS. 16A to 16C, the optical lens 155 is a Fresnel lens having a plurality of minute lenses arranged in an array. The uneven shape of the minute lens region 155R is provided on the surface of the optical lens 155 on the semiconductor laser light emitting device 19 side.

[2A-2.照明装置の動作]
本変形例において、装置の動作も構成と同じく、実施の形態2の照明装置200の動作と同様であるところは説明を省略する。実施の形態2では、蛍光体90の発光面での収束光のxy平面での二次元強度分布が六角形状であったが、本変形例では、四角形状となる。その結果、反射鏡70の第2の焦点近傍(焦点領域)の位置f2nでの第1の強度分布領域110rの形状も実施の形態2と異なる。本変形例に係る第1の強度分布領域110rについて、図17を用いて説明する。図17は、本変形例に係る照明装置の反射鏡70の第2の焦点近傍(焦点領域)におけるxy平面での蛍光の投影像の模式図である。図17に示すように、本変形例では、第1の強度分布領域110rも微小レンズの形状と同様に四角形状になる。この場合にも、第1の強度分布領域110rの形状を、例えば正方形に近づけることによって、回転楕円面状である反射面71との親和性を高めることができる。これにより、本変形例に係る照明装置の蛍光照射領域で高い照度均一性を得ることができる。
[2A-2. Operation of lighting equipment]
In this modification, the description is omitted where the operation of the device is the same as the operation of the lighting device 200 of the second embodiment as well as the configuration. In the second embodiment, the two-dimensional intensity distribution of the focused light on the light emitting surface of the phosphor 90 on the xy plane is hexagonal, but in this modification, it is rectangular. As a result, the shape of the first intensity distribution region 110r at the position f2n near the second focal point (focal region) of the reflecting mirror 70 is also different from that of the second embodiment. The first intensity distribution region 110r according to this modification will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a schematic diagram of a projection image of fluorescence in the xy plane in the vicinity of the second focal point (focal region) of the reflecting mirror 70 of the lighting device according to the present modification. As shown in FIG. 17, in this modification, the first intensity distribution region 110r also has a rectangular shape similar to the shape of the microlens. Also in this case, by making the shape of the first intensity distribution region 110r closer to, for example, a square, the affinity with the reflecting surface 71, which is a spheroidal surface, can be enhanced. As a result, high illuminance uniformity can be obtained in the fluorescence irradiation region of the lighting device according to the present modification.

[2A-3.まとめ]
以上のように、本実施の形態の変形例に係る照明装置において、光学レンズ155の複数の微小レンズの少なくとも一部の、光軸方向視における形状は、四角形状である。
[2A-3. summary]
As described above, in the lighting device according to the modification of the present embodiment, the shape of at least a part of the plurality of minute lenses of the optical lens 155 in the optical axis direction is a quadrangular shape.

これにより、隣り合う微小レンズ間の隙間を最小限に低減することができる。したがって、レンズとして作用しない隙間の領域を最小化できるので、半導体レーザ素子1からの二つのレーザ光をより効率よく励起光として利用できる。さらに蛍光体90の発光面91でのレーザ光強度分布をほぼ正方形とすることが可能なため、回転楕円面状の反射面71を有する反射鏡70との親和性が良く、蛍光照射領域で高い照度均一性を得ることができる。 This makes it possible to minimize the gap between adjacent minute lenses. Therefore, since the region of the gap that does not act as a lens can be minimized, the two laser beams from the semiconductor laser element 1 can be used more efficiently as the excitation light. Further, since the laser light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be made substantially square, the affinity with the reflecting mirror 70 having the spheroidal reflecting surface 71 is good, and it is high in the fluorescence irradiation region. Illuminance uniformity can be obtained.

以上、本開示に係る発光装置及び照明装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。 The light emitting device and the lighting device according to the present disclosure have been described above based on the embodiments and modifications, but the present disclosure is not limited to the above embodiments and modifications.

例えば、上記実施の形態において、照明装置は、青色蛍光体と黄色蛍光体とによって白色光を出射するように構成したが、これに限らない。例えば、青色蛍光体と赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いて白色光を出射するように構成してもよいし、これ以外の組み合わせの蛍光体で白色光を出射するように構成してもよい。 For example, in the above embodiment, the lighting device is configured to emit white light by a blue phosphor and a yellow phosphor, but the present invention is not limited to this. For example, a blue phosphor, a red phosphor, and a green phosphor may be used to emit white light, or a combination of other phosphors may be used to emit white light. good.

また、上記各実施の形態では、半導体レーザ素子1は、二つのレーザ光を出射するが、半導体レーザ素子1が出射するレーザの個数は、二つに限定されず、三つ以上でもよい。また、半導体レーザ素子1の複数の発光領域は、一列に配列されていてもよいし、それ以外の態様で配列されていてもよい。例えば、半導体レーザ素子1の複数の発光領域は、マトリクス状に配列されていてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the semiconductor laser element 1 emits two laser beams, but the number of lasers emitted by the semiconductor laser element 1 is not limited to two, and may be three or more. Further, the plurality of light emitting regions of the semiconductor laser device 1 may be arranged in a row or may be arranged in any other manner. For example, the plurality of light emitting regions of the semiconductor laser device 1 may be arranged in a matrix.

また、上記実施の形態1では、非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から近い位置において収束光の強度を均一とする構成を採用したが、本開示の構成はこれに限定されない。非球面レンズ50の形状、半導体レーザ素子1の複数のレーザ光の配置などを調整することにより、非球面レンズ50の焦点より非球面レンズ50から遠い位置において収束光の強度を均一とすることも可能である。 Further, in the first embodiment, a configuration is adopted in which the intensity of the focused light is made uniform at a position closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50, but the configuration of the present disclosure is not limited to this. By adjusting the shape of the aspherical lens 50, the arrangement of the plurality of laser beams of the semiconductor laser element 1, and the like, the intensity of the focused light can be made uniform at a position far from the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50. It is possible.

また、上記実施の形態2では、光学レンズ55の焦点より光学レンズ55から遠い位置において収束光の強度を均一とする構成を採用したが、本開示の構成はこれに限定されない。光学レンズ55の微小レンズの形状及び配置、半導体レーザ素子1の複数のレーザ光の配置などを調整することにより、光学レンズ55の焦点より非球面レンズ50から近い位置において収束光の強度を均一とすることも可能である。 Further, in the second embodiment, a configuration is adopted in which the intensity of the focused light is made uniform at a position far from the focal point of the optical lens 55 and the optical lens 55, but the configuration of the present disclosure is not limited to this. By adjusting the shape and arrangement of the minute lens of the optical lens 55, the arrangement of a plurality of laser beams of the semiconductor laser element 1, etc., the intensity of the focused light can be made uniform at a position closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the optical lens 55. It is also possible to do.

例えば、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 For example, a form obtained by applying various modifications to each embodiment and modification that a person skilled in the art can think of, and components and functions in each embodiment and modification are arbitrarily provided without departing from the spirit of the present disclosure. The forms realized by the combination are also included in the present disclosure.

本開示の照明装置は、工場もしくは体育館等に用いられる高天井スポット照明、店舗照明等の産業用照明等に適用することができる。 The lighting device of the present disclosure can be applied to high ceiling spot lighting used in factories, gymnasiums, etc., industrial lighting such as store lighting, and the like.

1 半導体レーザ素子(レーザ光源)
2 サブマウント
10a ベース
10b ステム
11a、11b 光導波路
12 キャップ
13 窓ガラス
14 電極ピン
19 半導体レーザ発光装置
20 金属ベース部材
30 ヒートシンク
40 レンズ保持部材
50 非球面レンズ(光学レンズ)
51、51a、51b、51aa、51ab、51ac、51ad、51ae、51ay、51ba、51bc、51be、51fy、51gy、51hy、51iy 収束光
51c 近軸光線
51e 光線
52aaf、52acf、52aef、52ayf、52baf、52bcf、52bef、52fyf、52hyf 焦点
55、155 光学レンズ
55a、55b、55c、55d、55e、55f、55g、55h、55i、155a、155b、155c、155d、155e、155f、155g、155h、155i 微小レンズ
55R、155R 微小レンズ領域
60 連結部材
70、1114、1208 反射鏡
71 反射面
75 開口
80 支持部材
85 高反射基板
90、1112 蛍光体
91 発光面
100、200 照明装置
110、114、115 蛍光
110r 第1の強度分布領域
111、111a、111b レーザ光
115r 第2の強度分布領域
1020 光源ユニット
1030 拡大図
1102 レーザモジュール
1104 レーザダイオード
1106 基板
1110 レンズ
1116 光透過部
1204 透過用部材
1206 ハウジング
1 Semiconductor laser element (laser light source)
2 Submount 10a Base 10b Stem 11a, 11b Optical Waveguide 12 Cap 13 Window glass 14 Electrode pin 19 Semiconductor laser light emitting device 20 Metal base member 30 Heat sink 40 Lens holding member 50 Aspherical lens (optical lens)
51, 51a, 51b, 51aa, 51ab, 51ac, 51ad, 51ae, 51ay, 51ba, 51bc, 51be, 51fy, 51gy, 51hy, 51iy convergent light 51c near-axis ray 51e ray 52aaf, 52acf, 52aef, 52ayf, 52baf , 52bef, 52fyf, 52hyf Focus 55, 155 Optical Lens 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h, 55i, 155a, 155b, 155c, 155d, 155e, 155f, 155g, 155h, 155i Microlens 55R , 155R Micro lens area 60 Connecting member 70, 1114, 1208 Reflector 71 Reflection surface 75 Opening 80 Support member 85 High reflection substrate 90, 1112 Phosphorus 91 Light emitting surface 100, 200 Illumination device 110, 114, 115 Fluorescent 110r 1st Intensity distribution area 111, 111a, 111b Laser light 115r Second intensity distribution area 1020 Light source unit 1030 Enlarged view 1102 Laser module 1104 Laser diode 1106 Board 1110 Lens 1116 Light transmission part 1204 Transmission member 1206 Housing

Claims (5)

複数のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記複数のレーザ光が入射され、入射された前記複数のレーザ光を収束光に変換する光学レンズと、
前記収束光が励起光として照射されることにより蛍光を発する蛍光体と、
第1の焦点及び第2の焦点を有し、前記蛍光を反射する反射鏡とを備え、
前記蛍光体は、前記反射鏡の前記第1の焦点の焦点領域であって、前記光学レンズの焦点より前記収束光の光軸方向にずれた位置に配置され
前記光学レンズは、複数の微小レンズが形成された微小レンズ領域を有し、
前記複数の微小レンズの各々は異なる焦点を有し、
前記蛍光体は前記複数の微小レンズの各々の焦点より前記光学レンズから遠い位置に配置され、
前記複数のレーザ光のうち前記複数の微小レンズによってそれぞれ集光される複数の成分が前記蛍光体の発光面で重なることによって、前記発光面において、前記複数のレーザ光の拡がり角が大きい方向及び小さい方向における各光強度分布が均一化される
照明装置。
A laser light source that emits multiple laser beams and
An optical lens in which the plurality of laser beams are incident and the incidented laser beams are converted into convergent light.
A phosphor that emits fluorescence when the focused light is irradiated as excitation light, and
It has a first focal point and a second focal point, and is equipped with a reflecting mirror that reflects the fluorescence.
The phosphor is arranged in the focal region of the first focal point of the reflecting mirror at a position deviated from the focal point of the optical lens in the optical axis direction of the focused light .
The optical lens has a microlens region in which a plurality of microlenses are formed.
Each of the plurality of microlenses has a different focus and
The phosphor is arranged at a position farther from the optical lens than the focal point of each of the plurality of microlenses.
Of the plurality of laser beams, a plurality of components focused by the plurality of minute lenses are overlapped on the light emitting surface of the phosphor, so that the direction in which the spread angle of the plurality of laser lights is large on the light emitting surface and Each light intensity distribution in the small direction is made uniform
Lighting equipment.
前記反射鏡の前記第2の焦点の焦点領域での前記蛍光の投影像が第1の強度分布領域と、前記第1の強度分布領域より前記蛍光の強度が小さい第2の強度分布領域とを有し、
前記第1の強度分布領域が前記第2の強度分布領域に含まれ、かつ、前記第1の強度分布領域の中心と前記第2の強度分布領域の中心とが合致する
請求項1に記載の照明装置。
The projection image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflector has a first intensity distribution region and a second intensity distribution region in which the fluorescence intensity is smaller than that of the first intensity distribution region. Have and
The first aspect of claim 1, wherein the first intensity distribution region is included in the second intensity distribution region, and the center of the first intensity distribution region and the center of the second intensity distribution region coincide with each other. Lighting device.
前記レーザ光源は、一つの積層体に複数の発光領域を有する半導体レーザ素子である
請求項1又は2に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 1 or 2, wherein the laser light source is a semiconductor laser element having a plurality of light emitting regions in one laminated body.
前記複数の微小レンズの少なくとも一部の、前記複数のレーザ光の光軸方向視における形状は、四角形状又は六角形状である
請求項1~3のいずれか1項に記載の照明装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the shape of at least a part of the plurality of microlenses in the optical axis direction of the plurality of laser beams is a quadrangular shape or a hexagonal shape.
前記反射鏡は、回転楕円面状の反射面を有する
請求項1~のいずれか1項に記載の照明装置。
The illuminating device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the reflecting mirror has a spheroidal reflecting surface.
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