JPWO2017068766A1 - 光源装置及び投光装置 - Google Patents

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Abstract

光源装置（１）は、第１主面（１８ａ）及び第２主面（１８ｂ）を有する平板状のベース（１４）と、ベース（１４）の第１主面（１８ａ）側に配置された半導体発光素子（１１）とを備える半導体発光装置（１０）と、第１主面（１８ａ）を押圧する第１押圧面（４４）を備え、第１貫通孔（４６）が設けられた第１固定部（４０）と、第２主面（１８ｂ）を押圧する第２押圧面（２４）を備え、第２貫通孔（２６）が設けられた第２固定部（２０）とを備え、第１固定部（４０）の第１貫通孔（４６）を囲む第１内側面（４２）と第２固定部（２０）の第２外側面（２２）とが嵌合することによって、ベース（１４）は、第１押圧面（４４）と第２押圧面（２４）との間に固定され、第１押圧面（４４）と第２押圧面（２４）との距離がベース（１４）の厚さ以下であり、且つ、ベース（１４）側方において第１押圧面（４４）と第２押圧面（２４）との間に空隙部（３５）が形成されている。

Description

本開示は、光源装置に関し、特に、半導体発光装置を利用し、投写表示装置、車両照明、施設照明などに用いられる光源装置に関する。
従来、半導体レーザなどの半導体発光素子がパッケージ化された半導体発光装置を用いる光源装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような光源装置においては、半導体発光素子で発生する熱を効率良く光源装置外部に放熱することが必要となる。以下、図面を用いて従来の光源装置について説明する。図２６は、従来の光源装置１０３０の構成を示す模式的な断面図である。
図２６に示す従来の光源装置（半導体レーザモジュール）１０３０は、半導体レーザ素子１０１１が搭載された半導体レーザ装置（半導体レーザ素子ユニット）１０１０を備える。
半導体レーザ装置１０１０においては、半導体レーザ素子１０１１が、ベース１０１４上の素子固定ブロック１０１３にサブマウント１０１２を介して取り付けられ、キャップ１０１５で気密封止される。つまり、半導体レーザ装置１０１０は、いわゆるＴＯ−ＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｏｕｔｌｉｎｅｄ ＣＡＮ）型のパッケージング構成を有する。半導体レーザ装置１０１０は断面Ｌ字形状の固定部１０３１のパッケージ支持部１０３１ｂに接着材で固定される。
半導体レーザ装置１０１０においては、ベース１０１４に形成されたリードピン１０１７から半導体レーザ素子１０１１に電力が供給され、半導体レーザ素子１０１１から出射された光がキャップ１０１５の透光窓から出射される。このとき、半導体レーザ素子１０１１で発生した熱は、サブマウント１０１２、素子固定ブロック１０１３、ベース１０１４で構成された放熱経路を伝わり、固定部１０３１の基部１０３１ａからペルチェ素子に伝達される。
上記の従来の光源装置１０３０においては、放熱経路を構成するサブマウント１０１２、素子固定ブロック１０１３及びベース１０１４を熱伝導率が高い材料によって構成することと、ベース１０１４の底面を固定部１０３１に接触することとにより、放熱性能を向上させようとしている。
特開２００１−３５８３９８号公報
しかしながら、このような従来の光源装置１０３０において、半導体レーザ素子１０１１として、大電流が注入される高出力の素子や、動作電圧が高い窒化物半導体素子などの発熱量の多い素子を用いた場合、半導体レーザ装置１０１０の放熱性能が不十分で、半導体レーザ素子１０１１の温度上昇を抑制できないという課題がある。特に半導体レーザ装置１０１０のパッケージとして汎用的な形状のものを用いた場合、パッケージの熱容量が小さく、外部に放熱するための放熱面の面積も小さいため、半導体レーザ素子１０１１の温度が上昇しやすいという課題を有する。
本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、半導体発光装置で発生した熱を効率よく放熱することができる光源装置を提供することを目的とする。
そこで、上記課題を解決するために本開示に係る光源装置の一態様は、第１主面及び前記第１主面と背向する第２主面を有する平板状のベースと、前記ベースの前記第１主面側に配置され、前記ベースに熱的に接続された半導体発光素子とを備える半導体発光装置と、前記第１主面を前記第２主面側に向けて押圧する第１押圧面を備え、前記第１主面と交差する方向に貫通する第１貫通孔が設けられた第１固定部と、前記第２主面を前記第１主面側に向けて押圧する第２押圧面を備え、前記第２主面と交差する方向に貫通する第２貫通孔が設けられた第２固定部とを備え、前記第２主面側において前記第１固定部の前記第１貫通孔を囲む第１内側面と前記第２固定部の第２外側面とが嵌合することによって、又は、前記第１主面側において前記第２固定部の前記第２貫通孔を囲む第２内側面と前記第１固定部の第１外側面とが嵌合することによって、前記ベースは、前記第１押圧面と前記第２押圧面との間に固定され、前記第１押圧面と前記第２押圧面との距離が前記ベースの厚さ以下であり、かつ、前記ベース側方において前記第１押圧面と前記第２押圧面との間に空隙部が形成されている。
この構成により、ベースを、第１固定部と第２固定部とで十分に加圧しながら固定することができるため、ベースと第１固定部及び第２固定部との密着性を向上させることができる。また、第１固定部と第２固定部とが互いに嵌合しているため、第１固定部と第２固定部との間の熱抵抗が小さい。このため、第１固定部及び第２固定部のうち熱容量の大きい方に効率よく放熱することができる。半導体発光装置で発生した熱をベースの両主面から効率よく放熱することができる。つまり、この構成により半導体発光装置からの十分な放熱経路を確保することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１主面の上面視において、前記第１固定部の外周は、前記第２固定部の外周に内包されるとよい。
この構成により、第２固定部の熱容量を第１固定部の熱容量より大きくすることができるため、第１固定部に伝達された熱を第２固定部に伝達することによって、効率よく放熱することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１固定部と前記第２固定部との接触部は、前記ベースの前記第１主面と交差する方向と平行であるとよい。
この構成により、第１押圧面と第２押圧面との距離がベースの厚さより小さくなることを接触部によって妨げることなく、第１固定部と第２固定部との間の接触部を確保することができる。このように、本開示に係る光源装置は、第１押圧面と第２押圧面とによって、ベースに十分に加圧することができる構成を有するため、ベースと第１固定部及び第２固定部との間の熱抵抗を低減することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１固定部及び前記第２固定部の一方は、雄ねじ部を有し、前記第１固定部及び前記第２固定部の他方は、雌ねじ部を有し、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが嵌合するとよい。
この構成により、第１固定部と第２固定部とを互いに螺合させながら、ベースを押圧することができる。したがって、第１固定部と第２固定部との接触部を確保しながら、第１固定部と第２固定部とで、ベースを押圧することができる。そのため、ベースと第１固定部及び第２固定部との密着性を向上させることができる。さらに、第１固定部と第２固定部との接触部がねじ部であることから、接触部が平坦である場合より、接触部の面積を増大させることができる。これにより、第１固定部と第２固定部との間の熱抵抗を低減することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記空隙部に金属元素を含む充填材が配置されているとよい。
この構成により、ベース及び第１固定部と第２固定部との間の熱抵抗を低減することができるため、ベースから、第２固定部への放熱性能を向上させることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第２固定部は、前記第２押圧面にベース用凹部を有し、前記ベースは、前記ベース用凹部内に配置されるとよい。
この構成により、ベースを第２固定部に対して容易に位置決めすることができる。さらに、ベースを押圧し、ベースの展性を利用して径を広げ、ベース用凹部の側面にベースを接触させることによって、ベースと第２固定部との接触面積を増大させることができる。したがって、ベースから第２固定部への放熱性能を向上させることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１主面及び前記第１固定部の一方は、第１凸部を有し、前記第１主面及び前記第１固定部の他方は、第１凹部を有し、前記第１凸部及び前記第１凹部は嵌合するとよい。
この構成により、ベースと、第１固定部との接触面積を増大させることができる。したがって、ベースから第１固定部への放熱性能を向上させることができる。また、この構成によれば、第１押圧面での押圧によって、ベースに段差部などを形成しなくても、ベースと第１固定部との間において十分な接触面積を確保することができるため、第１押圧面によってベースに加える圧力を低減することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第２主面及び前記第２固定部の一方は、第２凸部を有し、前記第２主面及び前記第２固定部の他方は、第２凹部を有し、前記第２凸部及び前記第２凹部は嵌合するとよい。
この構成により、ベースと、第２固定部との接触面積を増大させることができる。したがって、ベースから第２固定部への放熱性能を向上させることができる。また、この構成によれば、第２押圧面での押圧によって、ベースに段差部などを形成しなくても、ベースと第２固定部との間において十分な接触面積を確保することができるため、第２押圧面によってベースに加える圧力を低減することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１固定部を構成する材料の耐力又は降伏点は、前記ベースを構成する材料の耐力又は降伏点より高いとよい。
この構成により、ベースの展性を利用し、ベースの周縁部に第１押圧面の形状に合わせた段差部を容易に形成でき、第１固定部との接触面積を増大させることができるため、第１固定部への放熱経路を増やすことができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記ベースは、前記第１主面の周縁部に、前記第１主面の中央部より凹み、かつ、前記第１固定部と接する段差部を備えるとよい。
この構成により、第１主面と第１固定部の第１貫通孔の内面とを接触させることが可能となるため、ベースから第１主面への放熱性能を向上させることができる。また、第１押圧面で第１主面を押圧することによって段差部を形成すれば、第１主面及び第１押圧面の平坦度が低い場合、並びに、第１主面及び第１押圧面の表面粗さが大きい場合でも、ベースと第１固定部との密着性を高くし、光源装置の放熱性能を向上させることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１固定部は、前記ベースの第１主面に配置される略筒状の中間鏡筒と、前記中間鏡筒の外側に配置され、前記第１外側面を有する第３固定部とを備えるとよい。
この構成により、半導体発光装置のベースが、第３固定部と接触することを防止できるため、第３固定部を第２固定部に螺合させる場合でも、第３固定部による加圧の力がベースに対して間接的に印加されることとなる。このため、第３固定部によって加圧する際に、半導体発光装置の位置ずれの発生を抑制できる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第１固定部は、前記半導体発光素子からの出射光が入射するレンズを備えるとよい。
この構成により、半導体発光装置からの出射光を集光することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第２固定部を介して前記半導体発光装置と接続される筐体を備え、前記筐体は、波長変換部材を備えるとよい。
この構成により、半導体発光装置からの出射光の少なくとも一部の波長を変換することができる。また、半導体発光装置で発生する熱を、第２固定部を介して筐体に放熱することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、複数の前記半導体発光装置及び複数の前記第１固定部を備え、複数の前記半導体発光装置の各々は、複数の前記第１固定部の各々によって、前記第２固定部に固定されているとよい。
この構成により、光源装置から高出力な出射光を出射できる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記半導体発光素子は、窒化物半導体レーザ素子であるとよい。
この構成により、動作電圧の比較的高い窒化物半導体レーザ素子を用いる場合でも、十分な放熱性能を確保できるため、窒化物半導体レーザ素子の性能を劣化させることを抑制できる。
本開示によれば、半導体発光装置で発生した熱を効率よく放熱することができる光源装置を提供することができる。
図１Ａは、実施の形態１の光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１Ｂは、実施の形態１の光源装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光源装置の構成を示す模式的な分解断面図である。 図３は、実施の形態１に係るベース、第１固定部及び第２固定部を形成する代表的な材料とその特性を示す図である。 図４は、実施の形態１に係るベースの直径の広がり量および凹み量と加えられる荷重との関係を示すグラフである。 図５は、実施の形態１に係るベースと第２固定部との間の熱抵抗を示すグラフである。 図６は、実施の形態１の変形例１に係る光源装置の構成及び製造工程を模式的に示す断面図である。 図７は、実施の形態１の変形例１に係る光源装置の主要部の構成を示す模式的な部分断面図である。 図８Ａは、実施の形態１の変形例２に係る光源装置の構成を示す模式的な分解斜視図である。 図８Ｂは、実施の形態１の変形例２に係る光源装置の構成を示す模式的な平面図である。 図９は、実施の形態１の変形例３に係る光源装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 図１０は、実施の形態１の変形例４に係る光源装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 図１１は、実施の形態２に係る光源装置の構成を示す模式的な分解断面図である。 図１２は、実施の形態２に係る光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１３は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１４は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す模式的な分解断面図である。 図１５は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す模式的な分解斜視図である。 図１６は、実施の形態４に係る光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１７は、実施の形態４に係る光源装置の構成を示す模式的な分解断面図である。 図１８は、実施の形態４に係る光源装置と波長変換部材とを組み合わせた光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１９は、実施の形態４に係る光源装置と波長変換部材とを組み合わせた光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２０は、実施の形態４に係る光源装置と波長変換部材とを組み合わせた光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２１は、実施の形態４の変形例に係る光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２２は、実施の形態５に係る光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２３は、実施の形態５に係る光源装置の構成を示す模式的な分解断面図である。 図２４は、実施の形態６に係る投光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２５は、実施の形態７に係る投光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２６は、従来の光源装置の構成を示す模式的な断面図である。
本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい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、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、工程（ステップ）および工程の順序等は、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。
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。
図１Ａは、本実施の形態の光源装置１の構成を示す模式的な断面図である。
図１Ｂは、本実施の形態の光源装置１の主要部の構成を示す模式的な断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示される破線枠ＩＢの内部の構成を拡大した断面図である。
図２は、本実施の形態に係る光源装置１の構成を示す模式的な分解断面図である。
本実施の形態に係る光源装置１は、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、半導体発光装置１０、第１固定部４０及び第２固定部２０を備える。
半導体発光装置１０は、図１Ｂに示すように、第１主面１８ａ及び第１主面１８ａと背向する第２主面１８ｂを有する平板状のベース１４と、ベース１４の第１主面１８ａ側に配置され、ベース１４に熱的に接続された半導体発光素子１１とを備える。なお、ここで、「熱的に接続された」とは、断熱されることなく、直接、又は、熱伝導率の高い部材を介して接続された状態を意味する。
半導体発光装置１０においては、半導体発光素子１１が、例えば円板状のベース１４の第１主面１８ａに形成された突起部であるポスト１３上にサブマウント１２を介して実装されている。半導体発光素子１１は、例えば半導体レーザ素子である。ベース１４は、第１固定部４０に接触される第１主面１８ａ、第１主面１８ａと背向する第２主面１８ｂ及び側面１８ｃを備える。そしてベース１４の一部には開口部が形成され、半導体発光素子１１に電力を供給するためのリードピン１７が備えられる。また、ベース１４の第１主面１８ａ側（半導体発光素子１１が配置されている側）には、透光窓１６を備え、半導体発光素子１１を覆うキャップ１５が取り付けられている。
第１固定部４０は、ベース１４の第１主面１８ａを第２主面１８ｂ側に向けて押圧する第１押圧面４４を備え、第１主面１８ａと交差する方向に貫通する第１貫通孔４６が設けられた部材である。第１貫通孔４６の内部には、半導体発光装置１０の半導体発光素子１１が配置される。半導体発光素子１１からの出射光９１は、第１貫通孔４６の内部から外部に向けて出射される。
第２固定部２０は、ベース１４の第２主面１８ｂを第１主面１８ａ側に向けて押圧する第２押圧面２４を備え、第２主面１８ｂと交差する方向に貫通する第２貫通孔２６が設けられた部材である。本実施の形態では、第２固定部２０の第２貫通孔２６は、半導体発光装置１０と外部電源（不図示）との接続のために用いられる。また、第２固定部２０は、第１固定部４０より熱容量が大きい。第２固定部２０は、外部放熱部８９に熱的に接続される。外部放熱部８９は、第２固定部２０から伝達された熱を放熱できる部材であれば特に限定されない。外部放熱部８９は、例えば、光源装置１が自動車用の照明として用いられる場合には、自動車の本体などでもよい。また、外部放熱部８９は、ペルチェ素子などを用いた冷却装置でもよい。
ベース１４の第２主面１８ｂ側において第１固定部４０の第１貫通孔４６を囲む第１内側面４２と第２固定部２０の第２外側面２２とが嵌合することによって、ベース１４は、第１押圧面４４と第２押圧面２４との間に固定される。本実施の形態では、ベース１４が、第１固定部４０と第２固定部２０とで挟持されることによって、ベース１４及び半導体発光装置１０は第１固定部４０及び第２固定部２０に対して固定される。また、第１固定部４０と第２固定部２０とは、第１固定部４０の第１貫通孔４６の第１内側面４２と第２固定部２０の第２外側面２２との間で直接接触することで互いに熱的に接続される。ここで第２固定部２０は、第１固定部４０よりも熱容量が大きいため、第１固定部４０に伝達された熱は、図１Ｂに示される第１内側面４２と第２外側面２２との接触部３２を介して第２固定部２０に伝達される。
本実施の形態では、図１Ｂに示すように、第１固定部４０と第２固定部２０との接触部３２は、ベース１４の第１主面１８ａと交差する方向と平行である。つまり、接触部３２は、第１主面１８ａと平行でない。このため、第１固定部４０の第１押圧面４４と第２固定部２０の第２押圧面２４との距離がベース１４の厚さｈ１より小さくなることは、接触部３２によって妨げられない。そして、同時に、第１固定部４０と第２固定部２０とが接触する接触部３２を配置することを確保することができる。このように、本実施の形態に係る光源装置１は、第１押圧面４４と第２押圧面２４とによって、ベース１４を十分に加圧することができる構成を有するため、ベース１４と第１固定部４０及び第２固定部２０との間の熱抵抗を低減することができる。なお、ここで、ベース１４の厚さｈ１とは、ベース１４が、第１押圧面４４及び第２押圧面２４によって押圧される前の厚さを意味する。また、第１押圧面４４及び第２押圧面２４は、直接ベース１４に接している面だけをさすのではなく、第１固定部４０の第１貫通孔４６を囲む第１内側面４２より内側、第２固定部２０の第２外側面２２より内側の面全体を意味する。
上述のとおり、第１固定部４０及び第２固定部２０は、第１押圧面４４と第２押圧面２４との距離がベース１４の厚さｈ１より小さくなることを妨げない構造を有する。つまり、第１固定部４０及び第２固定部２０は、第１押圧面４４及び第２押圧面２４によって、ベース１４の厚さｈ１を小さくする方向にベース１４を押圧できる構成を備える。また、第１押圧面４４と第２押圧面２４との距離はベース１４の厚さｈ１以下である。これにより、第１押圧面４４とベース１４の第１主面１８ａとの間の接触面積、及び、第２押圧面２４とベース１４の第２主面１８ｂとの間の接触面積を増大させることができる。これに伴い、ベース１４と第１固定部４０との間の熱抵抗、及び、ベース１４と第２固定部２０との間の熱抵抗を低減することができるため、半導体発光装置１０で発生した熱を効率よく、第１固定部４０及び第２固定部２０に放熱することができる。
本実施の形態においては、半導体発光装置１０は、ベース１４の第２主面１８ｂにおいて第２固定部２０の第２押圧面２４に直接接触することによって、熱的に接続される。さらに、半導体発光装置１０は、第１主面１８ａの周縁部が第１固定部４０の第１押圧面４４に直接接触することによって、熱的に接続される。そして、第１固定部４０の第１内側面４２と第２固定部２０の第２外側面２２とが嵌合することにより、熱的に接続される。
この構成により、半導体発光素子１１で発生した熱は、半導体発光装置１０内において、順に、サブマウント１２、ポスト１３及びベース１４に伝達される。そして、ベース１４に伝達された熱の一部は、図１Ａに示すように、ベース１４の第２主面１８ｂから第２固定部２０に伝達される放熱経路７１及び７２を経由して外部放熱部８９へと放熱される。また、ベース１４に伝達された熱の他の一部は、図１Ａに示すように第１主面１８ａから第１固定部４０を経由して、第２固定部２０に伝達される放熱経路７３及び７４を経由して外部放熱部８９へと放熱される。
以上のように、半導体発光素子１１で発生した熱が、ベース１４から２つの放熱経路を経由して、速やかに熱容量の大きい第２固定部２０に伝達されるため、半導体発光素子１１の温度上昇を抑制することができる。
第２固定部２０には、上述のとおり第２貫通孔２６が設けられており、第２貫通孔２６には半導体発光装置１０のリードピン１７が配置される。リードピン１７には、図示しない金属ワイヤーが接続され、金属ワイヤー及びリードピン１７を通して、外部電源（不図示）から半導体発光素子１１に電力が供給される。このように外部から半導体発光素子１１に電力が供給されることにより、半導体発光素子１１は光を出射する。半導体発光素子１１は、上述のとおり、第１固定部４０の第１貫通孔４６の内部に配置され、第１貫通孔４６を通過して半導体発光素子１１からの光が出射される。以上のように本実施の形態に係る光源装置１においては、半導体発光装置１０の電気的及び光学的な性能を損なうことなしに半導体発光素子１１で発生した熱を放熱することができる。
以下、必須ではない項目も含めて、より具体的に、光源装置１の構成及び機能について説明する。
本実施の形態において、半導体発光装置１０のベース１４及びポスト１３は銅材料、好ましくは無酸素銅を用いて形成される。半導体発光素子１１は、例えば窒化物半導体を用いて作製される窒化物半導体レーザ素子であり、発光波長３８０ｎｍから５５０ｎｍのレーザ光を、第１主面１８ａの法線方向に出射する。サブマウント１２は、熱伝導率の高い結晶、多結晶、セラミック材料などを用いて形成される。具体的にはＳｉＣやＡｌＮ、ダイヤモンドなどの材料が用いられる。
ベース１４には、上述したとおり、半導体発光素子１１を覆うように、透光窓１６を有するキャップ１５が取り付けられる。透光窓１６を形成する材料は、透光性材料であれば、特に限定されない。透光窓１６は、例えば反射防止膜が形成されたガラスなどで形成される。キャップ１５のうち、透光窓１６以外の部分は、例えば、コバールもしくは鉄ニッケル合金などの金属材料で形成される。
第１固定部４０は、熱伝導率の高い金属、例えば鉄を用いて形成される。第１固定部４０には、第１貫通孔４６が設けられている。第１貫通孔４６は、第１固定部４０の第２固定部２０側に設けられた略円柱型の凹部４７と、凹部４７の底面である第１押圧面４４から、半導体発光装置１０の光出射方向に、第１固定部４０を貫通する開口部４５とで構成される。
本実施の形態では、第１貫通孔４６の径は、第２固定部２０側の部分、つまり、凹部４７において、半導体発光装置１０のベース１４の径より大きく、開口部４５においては、ベース１４より小さい。これにより、第１固定部４０の内部に、第２固定部２０側から半導体発光装置１０を挿入することができる。また、第１貫通孔４６の径の段差部に設けられた第１押圧面４４によって、ベース１４の第１主面１８ａを押圧することができる。本実施の形態では、第１押圧面４４は、平面状の面で構成される。
第１固定部４０の第１貫通孔４６を囲む第１内側面４２には、雌ねじを構成する第１ねじ山４２ａが形成されている。
ここで、図２に示す第１固定部４０の第２固定部２０側の端面４１ａから第１押圧面４４までの深さｈ３は、ベース１４の厚さなどに基づいて定められる。そして第１内側面４２には雌ねじを構成する第１ねじ山４２ａが形成される。
第２固定部２０は、第１固定部４０と同様に熱伝導率が高い金属、例えばアルミニウム合金を用いて形成される。図２に示すように、板状の第２基台２１の第１固定部４０側に凸部２９が設けられる。第２固定部２０の第２外側面２２には、雄ねじを構成する第２ねじ山２２ａが形成されている。ここで、第２ねじ山２２ａは、第１固定部４０の第１ねじ山４２ａと嵌合するように形成される。つまり、第１ねじ山４２ａ及び第２ねじ山２２ａは、互いに螺合するように構成される。言い換えると、第２固定部２０は、雄ねじ部を有し、第１固定部４０は、雌ねじ部を有し、当該雄ねじ部と当該雌ねじ部とが嵌合する。
第２固定部２０の凸部２９の頂面（第１固定部４０側の端面）には半導体発光装置１０のベース１４の第２主面１８ｂを押圧する第２押圧面２４が形成される。このとき第２押圧面２４の、第２基台２１の主面２１ａからの高さをｈ２とする。また、第２押圧面２４の中央部付近に第２固定部２０を貫通する第２貫通孔２６が設けられ、第２貫通孔２６の内部に、半導体発光装置１０のリードピン１７が配置される。ここで、リードピン１７は、第２固定部２０に接触しないように配置され、リードピン１７を介して、外部から半導体発光素子１１に電力が供給される。
上記第１固定部４０と第２固定部２０とは、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、半導体発光装置１０のベース１４を、第１固定部４０の第１押圧面４４と、第２固定部２０の第２押圧面２４とで挟むことで半導体発光装置１０を固定する。このとき、ベース１４の厚さｈ１について、ｈ３＜ｈ２＋ｈ１が成立するように厚さｈ１を設定する。このように厚さｈ１を設定することにより、第１固定部４０及び第２固定部２０は、第１押圧面４４と第２押圧面２４との距離がベース１４の厚さｈ１より小さくなることを妨げない。そして、ベース１４の側方において（つまり、側面１８ｃ近傍において）、第１固定部４０の第１押圧面４４と第２固定部２０の第２押圧面２４との間には、空隙部３５が形成されている。本実施の形態では、空隙部３５は、第１固定部４０、第２固定部２０及びベース１４に囲まれた閉空間である。
上記構成により、第１押圧面４４及び第２押圧面２４と、ベース１４の第１主面１８ａ及び第２主面１８ｂとを、それぞれ密着させることができる。つまり、第１押圧面４４と第１主面１８ａとの接触面積、及び、第２押圧面２４と第２主面１８ｂとの接触面積を増大させることができる。そして、半導体発光素子１１で発生した熱を、ベース１４を介して第２固定部２０に放熱することができる。さらに、本実施の形態では、当該熱をベース１４から第１固定部４０に伝達させ、第１ねじ山４２ａと第２ねじ山２２ａとの接触面（接触部３２）を介して、第２固定部２０に放熱させることもできる。
また、図１Ａに示すように、第１固定部４０の端面４１ａと第２固定部２０の主面２１ａとは、幅ｈ４（＝ｈ１＋ｈ２−ｈ３）だけ離間している。このとき、第２固定部２０に対する第１固定部４０の固定が緩まないように、例えばエポキシ系接着樹脂である接着部材４９を端面４１ａと主面２１ａとの間に挿入することによって、第１固定部４０と第２固定部２０とを固定することができる。
さらに上記構成において、第１固定部４０を構成する材料として、ベース１４よりも硬い材料を用いて、ベース１４の第１主面１８ａを第１固定部４０によって押圧する。これにより、図１Ｂに示すように、ベース１４の展性を利用して、第１主面１８ａの押圧された部分に段差部１８ａ２を形成する。この結果、ベース１４は、第１主面１８ａの周縁部に、第１主面１８ａの中央部より凹み、かつ、第１固定部４０と接する段差部１８ａ２を備える。
この方法により、第１主面１８ａ、及び、第１押圧面４４の平坦度が低い場合、及び、表面粗さが大きい場合でも、ベース１４と第１固定部４０の密着性を確保し、光源装置１の放熱性能を向上させることができる。また、第１固定部４０の凹部４７の径をベース１４よりも大きくすることで、ベース１４が径方向に伸びることが許容されるため、段差部１８ａ２を容易に形成することができる。
続いて、本実施の形態に係るベース１４、第１固定部４０及び第２固定部２０をそれぞれ形成する材料について図面を用いて説明する。
図３は、本実施の形態に係るベース１４、第１固定部４０、及び、第２固定部２０を形成する代表的な材料とその特性を示す図である。
ベース１４を形成する材料としては、熱伝導率が高く、降伏点又は耐力（例えば、０．２％耐力）が低いものが好ましい。ベース１４として、図３に示すように、例えば銅（無酸素銅：Ｃ１０２０）、アルミニウム（純アルミニウム：Ａ１０５０）などが挙げられる。
第１固定部４０及び第２固定部２０を形成する材料としては、ベース１４を構成する材料よりも降伏点又は耐力が高い材料が好ましく、例えばアルミニウム合金（ＡＤＣ１２など）、亜鉛合金、鋼鉄、ステンレス鋼などが挙げられる。
続いて、本実施の形態に係る光源装置１の効果について図面を用いて説明する。
図４は、本実施の形態に係るベース１４の直径の広がり量および凹み量と加えられる荷重との関係を示すグラフである。
図５は、本実施の形態に係るベース１４と第２固定部２０との間の熱抵抗を示すグラフである。図５には、比較例の熱抵抗も合わせて示されている。
図４は、半導体発光装置１０のベース１４として、無酸素銅で形成した直径９ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板を用いて、ベース１４の周縁部をステンレス鋼で形成した内径８ｍｍの金属筒で加圧したときの、ベース１４の直径の変化量（黒丸）および凹み量（白四角）を示したものである。図４に示すように、ベース１４の直径は、荷重２４０Ｎのときに約３０μｍ広がり、約２〜９μｍの凹みを生じさせることができる。本実施の形態では、上記のようにベース１４の直径が広がる場合においても、ベース１４の側方に空隙部３５が形成されていることにより、ベース１４の直径が広がることが妨げられない。
図５には、半導体発光装置１０を第２固定部２０と第１固定部４０とで挟み込んだときの、ベース１４から第２固定部２０までの熱抵抗を示されている。また、図５には、比較例として、第１固定部４０を用いず、半導体発光装置１０と第２固定部２０とを半田のみで接着した場合の熱抵抗も合わせて示されている。この結果、半田のみで接着した場合と比較し、本実施の形態では熱抵抗が大幅に低下していることがわかる。このように本実施の形態の光源装置においては、半導体発光素子１１で発生した熱を効果的に放熱させることができる。
（実施の形態１の変形例１）
続いて、実施の形態１の変形例１に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、実施の形態１に係る光源装置１の放熱性能をより向上させることができる構成を備える。以下、本変形例に係る光源装置について、実施の形態１に係る光源装置１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図６は、本変形例に係る光源装置１ａの構成及び製造工程を模式的に示す断面図である。
図７は、本変形例に係る光源装置１ａの主要部の構成を示す模式的な部分断面図である。
図６の断面図（ａ）に示すように、本変形例に係る光源装置１ａは、第２固定部２０ａの凸部２９の頂面に、半導体発光装置１０のベース１４の形状に対応するベース用凹部２３が設けられる点において、実施の形態１に係る光源装置１と相違する。第２押圧面２４の中央部にベース用凹部２３が設けられ、ベース用凹部２３の底面は平坦である。ベース１４は、ベース用凹部２３内に配置される。ベース用凹部２３の径は、ベース１４の径より若干大きい。例えば、ベース用凹部２３の径は、ベース１４の径より５μｍ以上、５０μｍ以下程度大きい。この構成により半導体発光装置１０を第２固定部２０ａに対して容易に位置決めできる。そして、図６の断面図（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２固定部２０ａに対して第１固定部４０を回転させ、第２固定部２０ａの第２外側面２２に対して第１固定部４０の第１内側面４２を螺合させる。これによりベース１４の第１主面１８ａと第１押圧面４４とを接触させる。この結果、図１Ａに示すベース１４から第１固定部４０への放熱経路を形成することができる。
さらに図６の断面図（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ベース１４に対して第１固定部４０を押し付け、加圧する。ここで、ベース１４を構成する材料の塑性領域まで加圧する。これによりベース１４の一部は変形し、空隙部３５の方向へ伸びる。つまり、ベース１４の展性により、ベース１４の第１主面１８ａのうち、第１押圧面４４によって押圧された部分が段差部１８ａ２を形成し、ベース１４の側面１８ｃが外側方向に伸びる。このようにして、ベース１４の第１主面１８ａに段差部１８ａ２を容易に形成することができる。この結果、ベース１４と第１固定部４０の密着性を向上させ、ベース１４から第１固定部４０へ向かう放熱経路における熱抵抗を低減させることができる。
さらに、本変形例では、図６の断面図（ｅ）に示すように、ベース用凹部２３の径がベース１４の径より大きい適切な寸法となるようにベース用凹部２３を形成し、第１固定部４０の加圧量を調整する。これにより、ベース１４の第１主面１８ａに段差部１８ａ２を形成すると同時に、ベース１４の側面１８ｃとベース用凹部２３の側面（第２押圧面２４と略直交する面）とを接触させることができる。この結果、図７に示すように、ベース１４の第２主面１８ｂから第２固定部２０ａに放熱させる放熱経路７２と、第１主面１８ａに形成された段差部１８ａ２から第１固定部４０へ放熱させる放熱経路７４の他に、ベース１４の側面１８ｃから第２固定部２０ａへ放熱させる放熱経路７６を構成することができる。つまり、ベース１４を押圧し、ベース用凹部２３の側面にベース１４を接触させることによって、ベース１４と第２固定部２０ａとの接触面積を増大させることができる。したがって、ベース１４から第２固定部２０ａへの放熱性能を向上させることができる。
続いて、本変形例に係る光源装置１ａの第１固定部４０及び第２固定部２０ａの製造方法について説明する。
第１固定部４０は、ベース１４よりも硬い、つまり、降伏点又は耐力が高い金属材料で形成される。第１固定部４０は、例えばステンレス鋼などで形成される。第１固定部４０は、例えばプレス成型などにより成型される。なお、成型時に、凹部４７及び開口部４５も形成される。そして、ねじ切りダイス（ｔｈｒｅａｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｉｅ）を用いた機械加工により、第１内側面４２に雌ねじを構成する第１ねじ山４２ａが形成される。そして、例えば、ニッケル、金などのメッキ処理による表面の防錆処理が施される。
第２固定部２０ａは、熱伝導率の高いアルミニウム合金を用いて、鋳造法と、エンドミルなどを用いた機械加工とを組み合わせることにより作製される。具体的には、まず雄ねじを形成するための円柱状の凸部２９と、円状のベース用凹部２３とが形成された第２基台２１を鋳造法により成型する。その後、ねじ切りダイスを用いた機械加工により、凸部２９の側面に雄ねじである第２ねじ山２２ａが形成される。そして、例えば、ニッケル、金などのメッキ処理による表面の防錆処理がなされる。また、ベース１４の第２主面１８ｂとの密着性を高めるため、ベース用凹部２３の底面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、１０ｕｍ以下であることが好ましい。
上記の方法により、第１固定部４０及び第２固定部２０ａを容易に製造することができる。そして、接触部３２を、第１ねじ山４２ａ及び第２ねじ山２２ａのフランク面などで構成することで、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの接触面積を大きくし、効果的な放熱経路を形成することができる。なお、本変形例の製造方法は、代表例であり、上記に記載した方法に限らなくてもよい。例えば、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの固定方法として、半田や低融点ガラスなどの低融点無機材料を用いた方法でも良い。さらに、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの固定方法として、スポット溶接を用いてもよい。具体的には、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの間隙に高出力のレーザ光を照射し、第１固定部４０及び第２固定部２０ａの一部を溶融させ、接着部材４９を形成することで、第１固定部４０と第２固定部２０ａとを接着してもよい。
（実施の形態１の変形例２）
続いて、実施の形態１の変形例２に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、半導体発光装置及び第２固定部をさらに好ましい形態に変形した例である。以下、本変形例に係る光源装置について、実施の形態１の変形例１に係る光源装置１ａとの相違点を中心に図面を用いて説明する。
図８Ａは、本変形例に係る光源装置１ｂの構成を示す模式的な分解斜視図である。
図８Ｂは、本変形例に係る光源装置１ｂの構成を示す模式的な平面図である。図８Ｂにおいては、図８Ａに示される光源装置１ｂのベース１４ｂの第１主面１８ａの上面視における平面図である。
なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、光源装置１ｂの光出射方向をｚ軸方向正向きと定めている。
本変形例に係る光源装置１ｂにおいては、図８Ａに示すように、第２固定部２０ｂの第２基台２１には、第２固定部２０ｂを外部に固定するための貫通孔２２６Ａ及び２２６Ｂが形成される。また、ベース用凹部２３には、第１固定部４０を第２固定部２０ｂに螺合させる際に半導体発光装置１０ｂが回転することを防止するための突起部２３Ａが形成される。そして半導体発光装置１０ｂのベース１４ｂの側面１８ｃには、突起部２３Ａに対応する凹部１４Ｄが形成される。
上記の構成により、第２固定部２０ｂに取り付けられた半導体発光装置１０ｂを、第１固定部４０を回転させることによって加圧するときに、半導体発光装置１０ｂが、第１固定部４０との摩擦により回転することを抑制することができる。したがって、半導体発光装置１０ｂのベース１４ｂを、第２固定部２０ｂの第２押圧面２４で容易に加圧することができるため、ベース１４ｂと第２固定部２０ｂの密着性を容易に向上させることができる。
また、図８Ｂに示すように、本変形例に係る光源装置１ｂでは、ベース１４ｂの第１主面１８ａの上面視において、第１固定部４０の外周は、第２固定部２０の外周に内包される。この構成により、第２固定部２０ｂの熱容量を第１固定部４０の熱容量より大きくすることができるため、第１固定部４０に伝達された熱を第２固定部２０ｂに伝達することによって、効率よく放熱することができる。なお、図示しないが、本変形例だけでなく、本開示の他の実施の形態及びそれら変形例に係る光源装置においても、本変形例と同様に、ベースの第１主面の上面視において、第１固定部の外周は、第２固定部の外周に内包される構成を有する。
（実施の形態１の変形例３）
続いて、実施の形態１の変形例３に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、ベース、第１押圧面及び第２押圧面の構成において、実施の形態１に係る光源装置１と相違する。以下、本変形例に係る光源装置について、実施の形態１に係る光源装置１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図９は、本変形例に係る光源装置１ｃの主要部の構成を示す模式的な断面図である。
図９に示すように、本変形例に係る光源装置１ｃでは、半導体発光装置１０ｃのベース１４ｃの第１主面１８ａ及び第２主面１８ｂに、それぞれ、段差部１８ａ２及び段差部１８ｂ２が形成されている。また、第１主面１８ａには、回転傷１８ａ３が形成されている。また、第１固定部４０ｃの第１押圧面４４に凹部４４ｆが形成されている。さらに、第２固定部２０ｃの第２押圧面２４に段差部２４ｆが形成されている。
続いて、本変形例に係る光源装置１ｃの製造方法について説明する。
まず、第１固定部４０ｃをベース１４ｃの第１主面１８ａに押圧することにより、第２固定部２０ｃの平坦な第２押圧面２４にベース１４ｃを介して適当な圧力を加える。これにより、第２固定部２０ｃの第２押圧面２４に段差部２４ｆを形成する。また、第１固定部４０ｃによる押圧前には、平坦であったベース１４ｃの第２主面１８ｂに段差部１８ｂ２を形成する。この構成により、第２固定部２０ｃとベース１４ｃとの密着性を増大させることができるため、光源装置１ｃの放熱性能を向上させることができる。
さらに、ベース１４ｃの第１主面１８ａに段差部１８ａ２を形成する際、第１固定部４０ｃの第１押圧面４４に凹部４４ｆを形成する。さらに好ましくは、第１固定部４０ｃを回転して押圧する際、段差部１８ａ２に凹凸で構成される回転傷１８ａ３を形成する。
この構成により、第１固定部４０ｃとベース１４ｃの密着性を増大させることができるため、光源装置１ｃの放熱性能を向上させることができる。
（実施の形態１の変形例４）
続いて、実施の形態１の変形例４に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、ベース、第１押圧面及び第２押圧面の構成において、実施の形態１に係る光源装置１と相違する。以下、本変形例に係る光源装置について、実施の形態１に係る光源装置１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図１０は、本変形例に係る光源装置１ｄの主要部の構成を示す模式的な断面図である。
図１０に示すように、本変形例に係る光源装置１ｄは、第１固定部４０ｄの第１押圧面４４及び第２固定部２０ｄの第２押圧面２４に、それぞれ第１凸部４４ｄ及び第２凸部２４ｄが形成されている点において、実施の形態１に係る光源装置１と相違する。また、本変形例に係る光源装置１ｄは、半導体発光装置１０ｄのベース１４ｄにおける第１主面１８ａ及び第２主面１８ｂに、それぞれ第１凹部１８ｄ及び第２凹部１８ｅが形成されている点において、実施の形態１に係る光源装置１と相違する。これにより、本変形例に係る光源装置１ｄにおいては、ベース１４ｄと、第１押圧面４４及び第２押圧面２４との接触面積を増大させることができる。このため、光源装置１ｄの放熱性能を向上させることができる。また、本変形例に係る光源装置１ｄにおいては、第１凸部４４ｄ、第２凸部２４ｄ、第１凹部１８ｄ及び第２凹部１８ｅが予め形成されている。つまり、本変形例においては、押圧によって、ベース１４ｄに段差部などを形成する必要がない。このため、本変形例に係る光源装置１ｄでは、第１押圧面４４及び第２押圧面２４によって加える圧力を低減することができる。
なお、本変形例として、第１押圧面４４及び第２押圧面２４に凸部を、ベース１４ｄに凹部を、それぞれ形成する構成を示したが、本変形例の構成は、これに限定されない。本変形例の構成は、第１押圧面４４及び第２押圧面２４とベース１４ｄとの接触面積を増大できる構成を備えればよい。例えば、第１押圧面４４及び第２押圧面２４に凸部を、ベース１４ｄに凹部を、それぞれ形成してもよい。
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置１０１は、充填材を用いる点、及び、出射光を集光するレンズモジュールを備える点において、実施の形態１の変形例１に係る光源装置１ａと相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置について、実施の形態１の変形例に係る光源装置１ａとの相違点を中心に図面を用いて説明する。
図１１は、本実施の形態に係る光源装置１０１の構成を示す模式的な分解断面図である。
図１２は、本実施の形態に係る光源装置１０１の構成を示す模式的な断面図である。
本実施の形態においては、図１１に示すように、第２固定部２０ａに半導体発光装置１０を取り付ける前に、第２固定部２０ａの第２押圧面２４に形成されたベース用凹部２３の底面に充填材１４８を塗布する。そして、レンズ１５２をホルダ１５１に取り付けたレンズモジュール１５０を、第１固定部４０の光出射側の端面に取り付ける。このときレンズ１５２は、例えば金型成形により、例えば鉄で形成されたホルダ１５１内に一体成型される。そして、図１２に示すように、例えば、溶接、半田付けなどにより接着部１５９を形成し、ホルダ１５１を第１固定部４０に固着させる。
上記構成において、充填材１４８として、例えば、金属元素を含む充填材が用いられる。例えば放熱グリスや低融点半田などの、室温又は２００℃以下の温度で流動性を有する材料が用いられる。放熱グリスとしては、例えば、アルミナなどの高熱伝導性粒子が混合されたシリコーンなどが上げられる。低融点半田としては、例えば、錫、ビスマスなどが挙げられる。上記の充填材１４８を塗布した後、半導体発光装置１０を第２固定部２０ａのベース用凹部２３に配置し、第１固定部４０を、ベース１４を覆うように第２固定部２０ａに取り付け、第１固定部４０を第２固定部２０ａに対して螺合する。このように第１固定部４０によって、ベース１４を押圧する。言い換えると、第１固定部４０の雌ねじ部と第２固定部２０ａの雄ねじ部とを螺合させることによって、ベース１４を押圧する。このとき、適切な量の充填材１４８を塗布することによって、図１２に示すように、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの間の空隙部３５内、及び、第２固定部２０ａの第２貫通孔２６内に、それぞれ、充填材１４８の微量のはみ出し１４９ａ及び１４９ｂを形成することができる。つまり、第２貫通孔２６及び空隙部３５に充填材１４８が配置される。以上の構成により、第２固定部２０ａとベース１４との間に微小な隙間が形成されても、当該隙間を充填材１４８で充填させることができるため、半導体発光装置１０から第２固定部２０ａへの放熱性能を向上させることができる。図５に本実施の形態の構成を用いて測定した熱抵抗の結果を示す。熱抵抗の低減とともに熱抵抗のばらつきの低減が確認できた。
さらに、本実施の形態においては、はみ出し１４９ａが空隙部３５内にとどまるように、空隙部３５の大きさと充填材１４８の量を調整する。好ましくは、はみ出し１４９ａが第１押圧面４４に接しないように充填材１４８の量を調整する。この構成により、ベース１４の半導体発光素子１１側に充填材１４８が漏れない。このため、揮発性の材料を含む充填材１４８を用いても、光源装置１０１の動作中に、出射光９１の光路に不純物が析出することにより光源装置１０１の特性が劣化することを抑制することができる。
本実施の形態に係る光源装置１０１においては、さらに、レンズモジュール１５０を用いて、半導体発光装置１０の光出射部付近に空間１３５を形成している。この構成により、半導体発光装置１０の光出射部付近の光密度が高い領域を含む空間１３５は、充填材１４８及び外気から隔離される。このため、光ピンセット効果により、半導体発光装置１０の光出射部付近の光密度が高い領域に不純物が析出し、光源装置１０１の特性を劣化させることを抑制することができる。
本実施の形態においては、さらに、第２固定部２０ａの第２貫通孔２６を例えばエポキシ樹脂などのガス透過性の低い充填材１２９で充填する。この構成により、半導体発光装置１０が外気から遮断される。このため、ベース１４に鉄、銅などの金属を用いても、酸化に伴う劣化により半導体発光装置１０の性能が低下することを抑制することができる。
本実施の形態においては、空隙部３５に、充填材１４８のはみ出し１４９ａに加えて、熱伝導性の高い、例えば金属元素を含むグリスなどの充填材を充填することで、第１固定部４０と第２固定部２０ａとの間の熱抵抗を、さらに低減させることができる。
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置は、実施の形態２に係る光源装置１０１に、蛍光体などを用いた波長変換部材が追加された構成を備える。以下、本実施の形態に係る光源装置の構成及び動作について説明する。
［構成］
まず、本実施の形態に係る光源装置の構成について、図面を用いて説明する。
図１３は、本実施の形態に係る光源装置２０１の構成を示す模式的な断面図である。
図１４は、本実施の形態に係る光源装置２０１の構成を示す模式的な分解断面図である。
図１５は、本実施の形態に係る光源装置２０１の構成を示す模式的な分解斜視図である。
本実施の形態に係る光源装置２０１は、図１３から図１５に示すように、筐体２６０と、筐体２６０に固定された実施の形態２に係る光源装置１０１とを備える。
本実施の形態に係る光源装置２０１の第２固定部２０ａは、図１３に示すように筐体２６０にねじ２６９Ａ、２６９Ｂを用いて固定される。また、光源装置２０１は半導体発光装置１０に外部から電力を供給するためのコネクタ２８６をさらに備える。
筐体２６０は、第２固定部２０ａを介して半導体発光装置１０と接続される部材である。本実施の形態では、筐体２６０は、図１４に示すように第３基台２６１と、波長変換部材２６５と、光学部材２６８とを備える。この構成により、本実施の形態に係る光源装置２０１は、半導体発光装置１０からの出射光の少なくとも一部の波長を変換することができる。
筐体２６０の第３基台２６１は、熱伝導率が高い金属、例えばアルミニウム合金を用いて形成される。また、第３基台２６１には、波長変換部材２６５及び光学部材２６８が固着されている。第３基台２６１は、台座部２６１Ａと筒部２６１Ｂとを備え、好ましくは台座部２６１Ａと筒部２６１Ｂとが同一材料で一体成型される。また、図１４に示すように、台座部２６１Ａの、筒部２６１Ｂ側と反対側（図１３の右側）の端面には、外部放熱部８９と接触させるための第１平坦面２６１ｃが形成される。そして、台座部２６１Ａの第１平坦面２６１ｃ側には凹部が形成され、当該凹部内には、第２固定部２０ａを固着するための、第２平坦面２６１ｄが形成される。さらに第２平坦面２６１ｄには、第２固定部２０ａをねじ２６９Ａ及び２６９Ｂにより固定するためのねじ穴２６６Ａ及び２６６Ｂが形成される。
図１４に示すように光源装置２０１の第２固定部２０ａには、ねじ２６９Ａ及び２６９Ｂ２を貫通させるための、貫通孔２２６Ａ及び２２６Ｂが形成されている。ここで、貫通孔２２６Ａ及び２２６Ｂの開口径は、ねじ２６９Ａ及び２６９Ｂのねじ部の径と比較して十分に大きい。これにより、図１３に示すように半導体発光装置１０を固着した第２固定部２０ａの位置を、光軸に垂直な方向に調整することができる。このため、半導体発光装置１０から出射され、レンズ１５２で集光される出射光９１を精度良く波長変換部材２６５に照射することが可能となる。
波長変換部材２６５は、半導体発光装置１０から出射した光の少なくとも一部を当該光より長波長の光に変換する部材である。本実施の形態では、半導体発光装置１０は、例えば波長３８０ｎｍから４９９ｎｍまでのレーザ光などの出射光を出射する。波長変換部材２６５は、半導体発光装置１０からの出射光を吸収し、長波長の蛍光に変換する蛍光体を備える。このとき蛍光体を構成する材料は、半導体発光装置１０の出射光の波長と、光源装置２０１から出射させる光の所望の色度座標に応じて選択される。
例えば、半導体発光装置１０の発光波長が４２０ｎｍ〜４９９ｎｍで、光源装置２０１から白色光を出射させる場合、波長変換部材２６５は、蛍光の主な波長が５４０ｎｍ〜６１０ｎｍの範囲にあり、蛍光の波長範囲の上限が６６０ｎｍ程度である黄色蛍光体を備える。
例えば、半導体発光装置１０の出射光の波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍで、光源装置２０１から白色光を出射させる場合、波長変換部材２６５は、例えば、蛍光の主な波長が５００〜６６０ｎｍの範囲の緑色、黄色又は赤色蛍光体と、蛍光の主な波長が４３０〜５００ｎｍの範囲の青色蛍光体とを備える。
例えば、光源装置２０１から単色の青色光、緑色光、黄色光、又は赤色光を出射させる場合は、それぞれの色度座標に応じた蛍光体を波長変換部材２６５が備えればよい。
また、波長変換部材２６５は、半導体発光装置１０からの出射光及び波長変換部材２６５から出射される蛍光を散乱させる構成を備えてもよい。例えば、波長変換部材２６５が内部に光散乱粒子などの散乱部材を備えてもよい。
光学部材２６８は、半導体発光装置１０と波長変換部材２６５との間に配置される透光性の部材であり、必要に応じて光源装置に配置することができ必須のものではない。本実施の形態では、光学部材２６８は、半導体発光装置１０からの出射光の断面形状を所望の形状に変化させるビームシェーパーである。
コネクタ２８６は、図１４及び図１５に示すように、フランジ２８６Ａと、外部端子に接続される端子２８７を備えた外部接続部２８６Ｂと、半導体発光装置１０に接続される素子接続部２８６Ｃとを備える。コネクタ２８６の素子接続部２８６Ｃに、半導体発光装置１０のリードピン１７が挿入され、電気的に接続された後、フランジ２８６Ａが筐体２６０の内壁に融着される。フランジ２８６Ａは、第３基台２６１の内壁に密着される。好ましくは、フランジ２８６Ａを水分透過性の低い、又は、水分透過性のないプラスチックで構成し、第３基台２６１の内壁に融着させる。そして、第３基台２６１及び第３基台２６１に埋め込まれる波長変換部材２６５も、水分透過性の低い、又は、水分透過性のない材料で構成する。この構成により、第２固定部２０ａ、第１固定部４０を例えば放熱性は高いが錆びやすい材料、例えば銅などで形成しても、光源装置２０１における製造後の錆びの発生を抑制することができる。
なお本実施の形態では、波長変換部材２６５は、蛍光体材料を透明基体中に分散させることにより、又は、蛍光体材料を透明基体上に蛍光体層として形成することにより、構成される。透明基体としては、例えばシリコーン、低融点ガラス、透明セラミック、サファイアなどを用いることができる。また、蛍光体層は、下記に述べる蛍光体材料をシリコーン、低融点ガラスなどをバインダとして積層することにより形成することができる。また下記蛍光体材料を焼結することなどにより透明基体として用いてもよい。このような波長変換部材２６５を用いた場合には波長変換部材２６５の蛍光体の材料、分散する蛍光体の濃度又は蛍光体層における蛍光体の濃度、蛍光体層の形成位置などを調整することにより、光源装置２０１からの出射光２９５の色度座標を調整することができる。
また本実施の形態では、黄色蛍光体としては、例えば、Ｃｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体（（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、Ｅｕ賦活α―ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体などを用いることができる。
また、赤色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ賦活（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体などを用いることができる。
また、緑色蛍光体としては、例えば、Ｃｅ賦活Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体、Ｅｕ賦活β―ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体などを用いることができる。
また、青色蛍光体としては例えば、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７蛍光体、Ｅｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ（ＳＣＡ蛍光体）などを用いることができる。
［動作］
続いて光源装置２０１の動作について説明する。
まず、光源装置２０１のコネクタ２８６を介して、半導体発光装置１０に、外部から電力を供給する。これにより、図１３に示すように半導体発光装置１０の半導体発光素子１１において出射光９１が生成される。出射光９１はレンズ１５２により集光され、光学部材２６８で整形されたのち、波長変換部材２６５に入射する。波長変換部材２６５に入射した出射光９１の一部は、波長変換部材２６５に含有される蛍光体で出射光９１とは異なる波長の蛍光に変換され、出射光９１と蛍光が混合された出射光２９５として光源装置２０１から出射される。このとき、波長変換部材２６５で吸収された出射光９１のエネルギーの一部は熱に変わる。ここで、波長変換部材２６５で発生した熱は、図１３に示す放熱経路２７３、２７４のように、第３基台２６１の筒部２６１Ｂ及び台座部２６１Ａに伝達され、外部放熱部８９へ効果的に放熱される。
一方、半導体発光素子１１で出射光９１を生成する際に発生する熱は、図４に示す実施の形態１の変形例１に係る光源装置１ａと同様に、第１固定部４０を経由して第２固定部２０ａに伝達される放熱経路７２及び７４、第２固定部２０ａに直接伝達される放熱経路７１及び７３を通って伝達される。第２固定部２０ａに伝達された熱は、第２固定部２０ａと筐体２６０とが接触する第２平坦面２６１ｄを介して筐体２６０に伝達される。そして、筐体２６０から第１平坦面２６１ｃを介して外部放熱部８９へと放熱される。
上記構成により、第２固定部２０ａと筐体２６０とは平坦面で接触され、ねじで加圧される。このため、半導体発光装置１０から第２固定部２０ａに伝達された熱を効果的に筐体２６０に放熱することができる。さらに、筐体２６０と外部放熱部８９とは、図示しないねじにより固定することができる。このため光源装置２０１で発生する熱を効果的に外部放熱部８９へ放熱することができる。さらに、本開示において、光源装置２０１は筐体２６０の所定の位置に、位置調整後にねじ２６９Ａ、２６９Ｂを用いて固定される。このため、半導体発光装置１０からの出射光９１を精度良く波長変換部材に照射することができる。したがって、波長変換部材２６５の寸法が非常に小さい場合、例えば波長変換部材２６５の寸法が直径６００μｍΦで厚み５０μｍ程度である場合においても、半導体発光装置１０からの出射光を精度良く波長変換部材に照射し、蛍光体において効率良く波長変換することができる。
また、本実施の形態においては、半導体発光装置１０から出射された出射光９１の光路は、第１固定部４０及び筐体２６０により囲われる。このため上記光路を外気から遮断することが可能になる。このため、波長４９９ｎｍ以下の高光密度の光の光ピンセット効果や化学反応により、レンズ１５２の表面などに不要物が付着し、光源装置２０１から出射光２９５の光出力が低下することを抑制することができる。
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４に係る光源装置について参照しながら説明する。本実施の形態に係る光源装置は、半導体発光装置１０のベース１４の第１主面１８ａ側において第２固定部の第２貫通孔を囲む第２内側面と第１固定部の第１外側面とが嵌合する点において、上記各実施の形態と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置の上記各実施の形態との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図１６は、本実施の形態に係る光源装置３０１の構成を示す模式的な断面図である。
図１７は、本実施の形態に係る光源装置３０１の構成を示す模式的な分解断面図である。
本実施の形態に係る光源装置３０１は、図１６及び図１７に示すように、半導体発光装置１０、第１固定部３４０及び第２固定部３２０を備える。
第１固定部３４０は、ベース１４の第１主面１８ａを第２主面１８ｂ側に向けて押圧する第１押圧面３４４を備え、第１主面１８ａと交差する方向に貫通する第１貫通孔３４６が設けられた部材である。第１貫通孔３４６の内部には、半導体発光装置１０の半導体発光素子１１が配置される。半導体発光素子１１からの出射光９１は、第１貫通孔３４６の内部から外部に向けて出射される。
第２固定部３２０は、ベース１４の第２主面１８ｂを第１主面１８ａ側に向けて押圧する第２押圧面３２４を備え、第２主面１８ｂと交差する方向に貫通する第２貫通孔３２６が設けられた部材である。本実施の形態においても、第２固定部３２０は、第１固定部３４０より熱容量が大きく、外部放熱部（不図示）に熱的に接続される。
第２主面１８ｂ側において第２固定部３２０の第２貫通孔３２６を囲む第２内側面３２２と第１固定部３４０の第１外側面３４２とが嵌合することによって、ベース１４は、第１押圧面３４４と第２押圧面３２４との間に固定される。本実施の形態では、ベース１４が、第１固定部３４０と第２固定部３２０とで挟持されることによって、ベース１４は第１固定部３４０及び第２固定部３２０に対して固定される。また、第１固定部３４０と第２固定部３２０とは、第１固定部３４０の第１貫通孔３４６の第１外側面３４２と第２固定部３２０の第２貫通孔３２６の第２内側面３２２との間で直接接触することで互いに熱的に接続される。ここで第２固定部３２０は、第１固定部３４０よりも熱容量が大きい。そのため、第１固定部３４０に伝達された熱は、第１外側面３４２と第２内側面３２２との接触部３３２を介して第２固定部３２０に伝達される。
本実施の形態においても、第１固定部３４０及び第２固定部３２０は、第１押圧面３４４と第２押圧面３２４との距離がベースの厚さより小さくなることを妨げない構造を有する。
なお、実施の形態１と同様、第１押圧面３４４及び第２押圧面３２４は、直接ベース１４に接している面だけをさすのではなく、第１固定部３４０の第１外側面３４２より内側、第２固定部３２０の第２貫通孔３２６の第２内側面３２２より内側の面全体を意味する。
上記構成により、半導体発光装置１０を、第２固定部３２０で、半導体発光装置１０の出射光９１が出射する側の端面を除く面を第２固定部３２０で覆うように配置できる。そして、ベース１４の第１主面１８ａが第１固定部３４０の第１押圧面３４４と接触し、第１固定部３４０の第１外側面３４２は第２固定部３２０の第２内側面３２２と接触する。このため、光源装置３０１の光軸方向における寸法の拡大を抑制しつつ、半導体発光装置１０から第２固定部３２０への放熱経路の放熱面積を大きくすることができる。本実施の形態においては、第２固定部３２０の第２貫通孔３２６を用いて、半導体発光装置１０に電力を供給することができる。また、第１固定部３４０の第１貫通孔３４６を用いて、半導体発光装置１０からの出射光９１を容易に外部に取り出すことができる。この構成により容易に光源装置３０１を形成し、かつ、半導体発光装置１０で発生する熱を、半導体発光装置１０の電気的及び光学的な性能を損なうことなしに、効率的に外部放熱部に放熱することができる。
以下、必須ではない項目も含めて、より具体的に、光源装置３０１の構成と機能について図面を用いて説明する。
第１固定部３４０は、例えば、鉄などの熱伝導率の高い金属材料で形成された略円筒状の部材である。第１固定部３４０の、中央部には、半導体発光装置１０の出射光を通過させる第１貫通孔３４６が形成され、最外面の側面には、雄ねじを構成する第１ねじ山３４２ａが形成されている。また、第１固定部３４０の半導体発光装置１０に接触する側の端面３４１ａには、平坦な第１押圧面３４４が形成されている。
第２固定部３２０は、例えば銅などの熱伝導率の高い金属材料で形成された第２基台３２１の主面３２１ａ側に凹部３２７が形成され、その底面である第２押圧面３２４の中央部付近には、半導体発光装置１０のリードピン１７を配置するための開口部３２５が形成されている。そして、凹部３２７の側面に対応する第２貫通孔３２６の第２内側面３２２には、例えば雌ねじを構成する第２ねじ山３２２ａが形成されている。第２ねじ山３２２ａは、第１固定部３４０の第１ねじ山３４２ａと嵌合するように形成される。つまり、第１ねじ山３４２ａ及び第２ねじ山３２２ａは、互いに螺合するように構成される。言い換えると、第１固定部３４０は、雄ねじ部を有し、第２固定部３２０は、雌ねじ部を有し、当該雄ねじ部と当該雌ねじ部とが嵌合する。
本実施の形態では、半導体発光装置１０のベース１４の第２主面１８ｂが、凹部３２７を有する第２固定部３２０に直接接触することによって、熱的に接続される。また、第１主面１８ａの周縁部が第１固定部３４０の第１押圧面３４４に直接接触することによって、熱的に接続される。そして、第１固定部３４０と第２固定部３２０とは、第１外側面３４２と第２内側面３２２との間で直接接触することにより、熱的に接続される。つまり、第１外側面３４２と第２内側面３２２との接触部３３２を介して熱的に接続される。そして、第２固定部３２０は外部放熱部８９に熱的に接続される。
以上で述べた構成により、半導体発光素子１１で発生した熱の一部はベース１４の第２主面１８ｂから第２固定部３２０に伝達される放熱経路３７１及び３７２を通って、外部放熱部８９へと放熱される。また、半導体発光素子１１で発生した熱の他の一部は、ベース１４の第１主面１８ａから第１固定部３４０を経由して第２固定部３２０に伝達される放熱経路３７３及び３７４を通って外部放熱部８９へと放熱される。また、放熱経路３７３及び３７４においては、第２固定部３２０が半導体発光装置１０を覆うように構成されているため、実施の形態１に係る光源装置１などと比べて、ベース１４から第１固定部３４０を通じて第２固定部３２０に到達する放熱経路の距離を短くすることができる。さらに、本実施の形態では、光源装置３０１の光軸方向における寸法の拡大を抑制しつつ、第１固定部３４０と第２固定部３２０との接触部３３２の面積、すなわち、第１外側面３４２と第２内側面３２２との接触部３３２の面積を増大することができる。以上のように、本実施の形態では、半導体発光素子１１で発生した熱が、ベース１４から２つの放熱経路を通って、速やかに熱容量の大きい第２固定部３２０に伝達されるため、半導体発光素子１１の温度上昇を抑制することができる。
続いて、本実施の形態に係る光源装置３０１と波長変換部材４６５とを組み合わせた光源装置の例について図面を用いて説明する。
図１８、図１９及び図２０は、本実施の形態に係る光源装置３０１と波長変換部材４６５とを組み合わせた光源装置４０１、５０１及び６０１の構成を示す模式的な断面図である。
図１８に示す光源装置４０１は、波長変換部材４６５を備えた筐体４６１に光源装置３０１を取り付けた構造を有する。筐体４６１は、第１平坦面４６１ｃを有する台座部４６１Ａと、第１平坦面４６１ｃに対して直角に形成された第２平坦面４６１ｄを有する取り付け部４６１Ｂとを備える。台座部４６１Ａと取り付け部４６１Ｂは、好ましくは、例えば、アルミニウム合金で一体的に成型される。そして台座部４６１Ａの第１平坦面４６１ｃと反対側（図１８の上側）の面には、波長変換部材４６５を固定する斜面４６１ｅが形成され、取り付け部４６１Ｂには、光源装置３０１の出射光９１が通るための開口部４６１ｆが形成される。
光源装置４０１において、第１固定部３４０の出射光９１が出射する側の端面には、レンズ１５２がホルダ１５１に取り付けられたレンズモジュール１５０が配置され、接着部１５９により固定される。また、第２固定部３２０には、貫通孔３２６Ａ及び３２６Ｂが形成され、第２固定部３２０は、ねじ３６９Ａ及び３６９Ｂと、ねじ穴４６６Ａ及び４６６Ｂを用いて、第２平坦面４６１ｄに固定される。
上記構成において、半導体発光装置１０からの出射光９１はレンズ１５２によって集光され、集光された出射光９１が波長変換部材４６５に照射される。波長変換部材４６５に照射された出射光９１の一部は、波長変換部材４６５によって異なる波長の蛍光に波長変換され、蛍光として光源装置４０１から出射される。半導体発光装置１０で発生した熱の一部は第２固定部３２０に伝達され、第２平坦面４６１ｄを通って筐体４６１に伝達される放熱経路３７１及び３７２を通って放熱される。また、半導体発光装置１０で発生した熱の他の一部は、第１固定部３４０から第２固定部３２０に伝達され、第２平坦面４６１ｄを通って筐体４６１に伝達する放熱経路３７３及び３７４を通って、放熱される。筐体４６１に伝達された熱は第１平坦面４６１ｃから外部放熱部８９に放熱される。
以上の構成により、半導体発光装置１０から出射される光を波長変換部材４６５で変換して、波長変換部材４６５から出射光を出射する光源装置４０１において、半導体発光装置１０で発生した熱を効率よく外部に放熱できる。
続いて図１９に示す光源装置５０１について説明する。図１９に示される光源装置５０１において、第２固定部３２０の凹部３２７に半導体発光装置１０が配置されるとともに、第２固定部３２０の主面３２１ａに波長変換部材３６５が配置される。この構成により、半導体発光装置１０から出射される光を波長変換部材３６５で変換して、波長変換部材３６５から出射光を出射する光源装置５０１において、第２固定部３２０及び波長変換部材３６５を固定するための筐体が不要となる。したがって、光源装置５０１の構成を簡素化することができる。
より具体的には、光源装置５０１において、第１固定部３４０の光出射側の端面（図１９の上側の端面）には、レンズ１５２がホルダ１５１に取り付けられたレンズモジュール１５０が配置され、接着部１５９により固定される。レンズ１５２から出射された出射光９１の光路上にはミラー保持部５５５に固定された反射ミラー５５６が配置される。ミラー保持部５５５は、第２固定部３２０に固定される。さらに第２固定部３２０の第２基台３２１の主面３２１ａには、蛍光体を含む波長変換部材３６５が固定される。ミラー保持部５５５は、半導体発光装置１０から出射された出射光が、波長変換部材３６５に所望の角度で入射する位置、及び角度で第２固定部３２０に固定される。
光源装置５０１において、半導体発光装置１０の半導体発光素子１１から出射された出射光９１は、レンズ１５２で集光され、かつ、反射ミラー５５６で反射されることによって波長変換部材３６５に入射される。波長変換部材３６５に入射した出射光９１の一部は散乱されて、散乱光となり、他の一部は蛍光体で蛍光となり、散乱光と蛍光とが混合した出射光３９５となり光源装置５０１から出射される。
以上のように動作する際、光源装置５０１には、半導体発光装置１０のベース１４から直接、第２固定部３２０に伝達される放熱経路３７１、３７２と、ベース１４から第１固定部３４０を経由して第２固定部３２０に伝達される放熱経路３７３、３７４とが形成される。これらの放熱経路を通って、半導体発光素子１１で発生した熱は、効果的に第２固定部３２０に放熱される。そして、第２固定部３２０の主面３２１ａの裏側の主面３２１ｂから外部放熱部８９に放熱される。上記構成により、半導体発光素子１１で発生した熱を複数の短い距離の放熱経路により外部放熱部に放熱させることができるため、動作中の半導体発光素子１１の温度上昇を抑制することができる。
続いて、図２０に示す光源装置６０１について説明する。図２０に示す光源装置６０１では、複数の凹部６２７が形成された第２基台６２１で構成された第２固定部６２０に、複数の半導体発光装置１０が配置される。複数の凹部６２７の各々は、第２内側面６２２を備える。また、第２内側面６２２には、第２ねじ山６２２ａが形成されている。そして、複数の半導体発光装置１０は、それぞれ、複数の第１固定部３４０によりが固定される。この構成により第２固定部６２０から複数の出射光を出射でき、かつ、各々の半導体発光装置１０で発生した熱を効果的に放熱させることができる。このため、光源装置６０１から高出力の出射光を出射させることができる。
より具体的には、第２固定部６２０を構成する第２基台６２１の主面６２１ａに複数の凹部６２７が形成される。そして、複数の凹部６２７の底面にはそれぞれ開口部６２５が設けられる。凹部６２７には、それぞれ半導体発光装置１０が配置され、それぞれ第１固定部３４０と第２固定部６２０とによりベース１４が挟まれて固定される。また、第２固定部６２０の主面６２１ａの裏側の主面６２１ｂには例えば放熱フィンなどの外部放熱部８９に接続されている。これにより、半導体発光装置１０で発生した熱を効果的に外部放熱部に放熱することができる。
さらに、光源装置６０１の第１固定部３４０の出射光９１が出射される側の端面にはレンズモジュール１５０が取り付けられてもよい。さらに複数の半導体発光装置１０からの出射光９１をそれぞれ複数のレンズモジュール１５０で集光させ、集光された出射光９１が照射される複数の位置の各々に波長変換部材６３５を配置してもよい。波長変換部材６３５は、例えば透明基板６６７上に遮光マスク６６８を配置し、遮光マスク６６８の開口部に配置されてもよい。さらに複数の波長変換部材６３５に対応するレンズアレイ６６５を配置することで、高出力で、指向性の強い出射光６９５を出射する投光装置を構成することができる。
（実施の形態４の変形例）
続いて、実施の形態４の変形例に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、第１固定部の構成が実施の形態４に係る光源装置３０１の第１固定部３４０の構成と相違する。以下、本変形例に係る光源装置と実施の形態４に係る光源装置３０１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
図２１は、本変形例に係る光源装置３０１ａの構成を示す模式的な断面図である。
図２１に示すように、本変形例に係る第１固定部３４０ａは、中央部に、半導体発光装置１０の出射光を通過させる第１貫通孔３４６が形成されており、半導体発光装置１０に接触する側の端面３４１ａには、平坦な第１押圧面３４４が形成されている。また、第１固定部３４０ａの端面３４１ａの反対側の端面３４９からは、出射光が出射される。そして、第１固定部３４０ａの側面（端面３４１ａと端面３４９とを繋ぐ面）のうち端面３４９側には、第１固定部３４０ａを第２固定部３２０に取り付ける際に把持するための把持部３４８が形成されている。これにより、第１固定部３４０ａを第２固定部３２０に取り付ける作業の効率を向上させることができる。
（実施の形態５）
続いて、実施の形態５に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置は、第１固定部が、ベースの第１主面に配置される略筒状の中間鏡筒と、中間鏡筒の外側に配置され、第１外側面を有する第３固定部とを備える点において、実施の形態と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置の第１固定部を中心に図面を用いて説明する。
図２２は、本実施の形態に係る光源装置７０１の構成を示す模式的な断面図である。
図２３は、本実施の形態に係る光源装置７０１の構成を示す模式的な分解断面図である。
図２２及び図２３に示すように、光源装置７０１は、半導体発光装置１０、第１固定部７４０及び第２固定部３２０を備える。本実施の形態においても、第１固定部７４０と第２固定部３２０とによって半導体発光装置１０のベース１４を挟み込みことで半導体発光装置１０を固定する。
本実施の形態に係る第１固定部７４０は、ベース１４の第１主面１８ａに配置される中間鏡筒７４８と、中間鏡筒７４８の外側に配置される第３固定部７６０とを備える。
第３固定部７６０は、略円筒状の部材であり、外周に、第１外側面７６２を備える。第１外側面７６２には、第１ねじ山７６２ａが形成されており、第２固定部３２０の第２内側面３２２と嵌合する。また、第３固定部７６０の端面（光源装置７０１の光軸方向の端面）のうち、中間鏡筒７４８に接触する側の端面７６１ａには、平坦な第３押圧面７６４が形成されている。
中間鏡筒７４８は、略円筒状の部材であり、第３固定部７６０と半導体発光装置１０のベース１４との間に配置される。中間鏡筒７４８は、例えば鉄や銅などの熱伝導性の良い材料で構成される。中間鏡筒７４８は、フランジ７４２を有し、中央部に第１貫通孔７４６を有する中間基台７４１で構成される。本実施の形態の光源装置７０１では上記の中間鏡筒７４８を介して第３固定部７６０を用いて、半導体発光装置１０を第２固定部３２０に固定する。このため、本実施の形態のように、第２固定部３２０に第３固定部７６０を螺合することによって半導体発光装置１０を固定する場合においても、半導体発光装置１０のベース１４と回転する第３固定部７６０とが接触することを防止できる。この結果、半導体発光装置１０に回転する力が印加されることによる半導体発光装置１０の位置ずれを抑制できる。
以下、必須ではない項目も含めて、光源装置７０１の構成及び効果について説明する。
光源装置７０１は、ホルダ１５１にレンズ１５２が取り付けられたレンズモジュール１５０を備える。ここで、光源装置７０１の製造方法について、図２３を用いて説明する。まず、半導体発光装置１０が中間鏡筒７４８に取り付けられる。中間基台７４１のベース１４側の端面７４１ａは、第１押圧面７４４であって、第１押圧面７４４の中央部には凹部７４３が形成されている。ベース１４は凹部７４３内に配置される。半導体発光装置１０は凹部７４３に取り付けられる。そして、中間鏡筒７４８の端面７４１ａの反対側（図２３の左側）の端面７４１ｂにはレンズモジュール１５０が、光学的に位置合わせされた状態で、例えばレーザ溶接などで形成された接着部１５９により固着される。
このようにして形成された半導体発光装置１０、中間鏡筒７４８及びレンズモジュール１５０が一体になったものは、第２固定部３２０の凹部３２７に、第１固定部３４０を用いて固定される。このとき中間鏡筒７４８のフランジ７４２が第３固定部７６０の第３押圧面７６４により押圧され、半導体発光装置１０が固定される。
なお、本実施の形態の第１固定部７４０の押圧面というときは、第１押圧面７４４と第３押圧面７６４の両方を含む。
以上のような構成により、光源装置７０１において、半導体発光装置１０で発生した熱を効果的に第２固定部３２０に放熱できる。さらに、半導体発光装置１０の固定時における半導体発光装置１０との相対位置の変動を抑制できる中間鏡筒７４８を配置できる。このため、中間鏡筒７４８に、例えば上記のようなレンズモジュール１５０などの光学部品を配置しても、半導体発光装置１０との相対位置の変動を抑制できるため、光源装置７０１の光学特性が低下することを抑制することが出来る。
（実施の形態６）
続いて、実施の形態６に係る投光装置について説明する。本実施の形態に係る投光装置は、実施の形態２に係る光源装置２０１を用いて構成した投光装置である。以下、本実施の形態に係る投光装置について図面を用いて説明する。
図２４は、本実施の形態に係る投光装置８０１の構成を示す模式的な断面図である。
図２４に示すように、本実施の形態に係る投光装置８０１は、光源装置２０１と、光学素子モジュール８３０とを備える。
本実施の形態では、光源装置２０１の筐体２６０の筒部２６１Ｂには、ねじ山２６２ａが形成されている。そして筒部２６１Ｂには、光学素子モジュール８３０が螺合される。光学素子モジュール８３０は、略円筒状の筒部８３１と、筒部８３１の内部に配置された開口数の高いレンズ８３５とを備える。これにより、光源装置２０１から出射された出射光を、例えば平行光である出射光８９５とすることができる。本実施の形態において、筒部８３１は、例えば鉄合金で形成された部材であり、凹部８３３が形成される。また、凹部８３３の内壁には、ねじ山８３３ａが形成される。この構成により、ねじ山２６２ａ及びねじ山８３３ａを用いて光学素子モジュール８３０を筐体２６０に螺合することができる。
以上に述べた構成を備えることにより、本実施の形態に係る投光装置８０１では、光源装置２０１の波長変換部材２６５で生成された出射光を、光学素子モジュール８３０を用いて投光することができる。
（実施の形態７）
続いて、実施の形態７に係る投光装置について説明する。本実施の形態に係る投光装置は、実施の形態４に係る光源装置５０１を用いて構成した投光装置である。以下、本実施の形態に係る投光装置について図面を用いて説明する。
図２５は、本実施の形態に係る投光装置９０１の構成を示す模式的な断面図である。
図２５に示すように、本実施の形態に係る投光装置９０１は、光源装置５０１と、リフレクタ９３５とを備える。
図２５に示す投光装置９０１は、光源装置５０１と、光源装置５０１の出射光の光路上（図２５における波長変換部材３６５の上方）に配置されたリフレクタ９３５とを備える。
本実施の形態では、リフレクタ９３５は、波長変換部材３６５に焦点を有する放物面状の反射面を有する反射部材である。
この構成により光源装置５０１から出射された出射光２９５はリフレクタ９３５で反射され、略平行光である出射光９９５に変換される。このように実施の形態４に係る光源装置５０１を用いることで、半導体発光装置１０の放熱性能に優れた投光装置を提供できる。
（その他の変形例）
以上、本開示に係る光源装置について、実施の形態およ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。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、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。
例えば、上記の実施の形態及び変形例では、第１固定部と第２固定部とは、螺合される構成を示したが、第１固定部と第２固定部との間の嵌合の構成はこれに限定されない。例えば、第１固定部の第１内側面、及び、第２固定部の第２外側面がほぼ同じ直径を有する滑らかな円筒面であってもよい。この場合、第１固定部を第２固定部に対して押圧することにより嵌合させることができる。また、同様に、第１固定部の第１外側面、及び、第２固定部の第２内側面がほぼ同じ直径を有する滑らかな円筒面であってもよい。
また本実施の形態および変形例において、圧力によりベースの直径に広がりが生じることや表面に凹みが生じることを示したが、ベースの全周囲および表面全域に広がりや凹みを形成する必要はない。第１固定部および第２固定部の形状および精度に応じて、周囲の一部や表面の一部に広がりや凹みを生じさせることでも熱抵抗を低下させる効果を有する。
本開示によれば、光源装置が備える半導体発光装置で発生する熱を効率的に排熱することにより、半導体発光装置の特性の劣化を抑制することができるため、本開示は、光源装置及びこれを用いた投光装置など、種々の光デバイスとして広く利用することができる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１０１、２０１、３０１、３０１ａ、４０１、５０１、６０１、７０１ 光源装置
１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 半導体発光装置
１１ 半導体発光素子
１２ サブマウント
１３ ポスト
１４、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ ベース
１４Ｄ、４４ｆ、４７、３２７、６２７、８３３ 凹部
１５ キャップ
１６ 透光窓
１７ リードピン
１８ａ 第１主面
１８ａ２ 段差部
１８ａ３ 回転傷
１８ｂ 第２主面
１８ｂ２ 段差部
１８ｃ 側面
１８ｄ 第１凹部
１８ｅ 第２凹部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、３２０、６２０ 第２固定部
２１、３２１、６２１ 第２基台
２１ａ、３２１ａ、３２１ｂ、６２１ａ、６２１ｂ 主面
２２ 第２外側面
２２ａ、３２２ａ、６２２ａ 第２ねじ山
２３ ベース用凹部
２３Ａ 突起部
２４、３２４ 第２押圧面
２４ｄ 第２凸部
２４ｆ 段差部
２６、３２６ 第２貫通孔
２９ 凸部
３２、３３２ 接触部
３５ 空隙部
４０、４０ｃ、４０ｄ、３４０、３４０ａ、７４０ 第１固定部
４１ａ、３４１ａ、７４１ａ、７４１ｂ、７６１ａ 端面
４２ 第１内側面
４２ａ、３４２ａ、７６２ａ 第１ねじ山
４４、３４４、７４４ 第１押圧面
４４ｄ 第１凸部
４５、３２５、６２５ 開口部
４６、３４６、７４６ 第１貫通孔
４９ 接着部材
７１、７２、７３、７４、７６、２７３、２７４、３７１、３７２、３７３、３７４ 放熱経路
８９ 外部放熱部
９１、２９５、３９５、６９５、８９５、９９５ 出射光
１２９、１４８ 充填材
１３５ 空間
１４９ａ、１４９ｂ はみ出し
１５０ レンズモジュール
１５１ ホルダ
１５２、８３５ レンズ
１５９ 接着部
２２６Ａ、２２６Ｂ、３２６Ａ、３２６Ｂ 貫通孔
２６０ 筐体
２６１ 第３基台
２６１Ａ 台座部
２６１Ｂ、８３１ 筒部
２６１ｃ 第１平坦面
２６１ｄ 第２平坦面
２６２ａ、８３３ａ ねじ山
２６５、３６５、４６５、６３５ 波長変換部材
２６６Ａ、２６６Ｂ、４６６Ａ、４６６Ｂ ねじ穴
２６８ 光学部材
２６９Ａ、２６９Ｂ、３６９Ａ、３６９Ｂ ねじ
２８６ コネクタ
２８６Ａ フランジ
２８６Ｂ 外部接続部
２８６Ｃ 素子接続部
２８７ 端子
３２２、６２２ 第２内側面
３４２、７６２ 第１外側面
３４８ 把持部
３４９ 端面
４６１ 筐体
４６１Ａ 台座部
４６１Ｂ 取り付け部
４６１ｃ 第１平坦面
４６１ｄ 第２平坦面
４６１ｅ 斜面
４６１ｆ 開口部
５５５ ミラー保持部
５５６ 反射ミラー
７４１ 中間基台
７４２ フランジ
７４３ 凹部
７４８ 中間鏡筒
７６０ 第３固定部
７６４ 第３押圧面
８０１、９０１ 投光装置
第２固定部２０ａは、熱伝導率の高いアルミニウム合金を用いて、鋳造法と、エンドミルなどを用いた機械加工とを組み合わせることにより作製される。具体的には、まず雄ねじを形成するための円柱状の凸部２９と、円状のベース用凹部２３とが形成された第２基台２１を鋳造法により成型する。その後、ねじ切りダイスを用いた機械加工により、凸部２９の側面に雄ねじである第２ねじ山２２ａが形成される。そして、例えば、ニッケル、金などのメッキ処理による表面の防錆処理がなされる。また、ベース１４の第２主面１８ｂとの密着性を高めるため、ベース用凹部２３の底面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、１０μｍ以下であることが好ましい。
なお、本変形例として、第１押圧面４４及び第２押圧面２４に凸部を、ベース１４ｄに凹部を、それぞれ形成する構成を示したが、本変形例の構成は、これに限定されない。本変形例の構成は、第１押圧面４４及び第２押圧面２４とベース１４ｄとの接触面積を増大できる構成を備えればよい。例えば、第１押圧面４４及び第２押圧面２４に凹部を、ベース１４ｄに凸部を、それぞれ形成してもよい。

Claims (15)

  1. 第１主面及び前記第１主面と背向する第２主面を有する平板状のベースと、前記ベースの前記第１主面側に配置され、前記ベースに熱的に接続された半導体発光素子とを備える半導体発光装置と、
    前記第１主面を前記第２主面側に向けて押圧する第１押圧面を備え、前記第１主面と交差する方向に貫通する第１貫通孔が設けられた第１固定部と、
    前記第２主面を前記第１主面側に向けて押圧する第２押圧面を備え、前記第２主面と交差する方向に貫通する第２貫通孔が設けられた第２固定部とを備え、
    前記第２主面側において前記第１固定部の前記第１貫通孔を囲む第１内側面と前記第２固定部の第２外側面とが嵌合することによって、又は、前記第１主面側において前記第２固定部の前記第２貫通孔を囲む第２内側面と前記第１固定部の第１外側面とが嵌合することによって、前記ベースは、前記第１押圧面と前記第２押圧面との間に固定され、
    前記第１押圧面と前記第２押圧面との距離が前記ベースの厚さ以下であり、かつ、前記ベース側方において前記第１押圧面と前記第２押圧面との間に空隙部が形成されている
    光源装置。
  2. 前記第１主面の上面視において、前記第１固定部の外周は、前記第２固定部の外周に内包される
    請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記第１固定部と前記第２固定部との接触部は、前記ベースの前記第１主面と交差する方向と平行である
    請求項１又は２に記載の光源装置。
  4. 前記第１固定部及び前記第２固定部の一方は、雄ねじ部を有し、
    前記第１固定部及び前記第２固定部の他方は、雌ねじ部を有し、
    前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが嵌合する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
  5. 前記空隙部に金属元素を含む充填材が配置されている
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
  6. 前記第２固定部は、前記第２押圧面にベース用凹部を有し、
    前記ベースは、前記ベース用凹部内に配置される
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
  7. 前記第１主面及び前記第１固定部の一方は、第１凸部を有し、
    前記第１主面及び前記第１固定部の他方は、第１凹部を有し、
    前記第１凸部及び前記第１凹部は嵌合する
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
  8. 前記第２主面及び前記第２固定部の一方は、第２凸部を有し、
    前記第２主面及び前記第２固定部の他方は、第２凹部を有し、
    前記第２凸部及び前記第２凹部は嵌合する
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。
  9. 前記第１固定部を構成する材料の耐力又は降伏点は、前記ベースを構成する材料の耐力又は降伏点より高い
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
  10. 前記ベースは、前記第１主面の周縁部に、前記第１主面の中央部より凹み、かつ、前記第１固定部と接する段差部を備える
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
  11. 前記第１固定部は、前記ベースの第１主面に配置される略筒状の中間鏡筒と、前記中間鏡筒の外側に配置され、前記第１外側面を有する第３固定部とを備える
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置。
  12. 前記第１固定部は、前記半導体発光素子からの出射光が入射するレンズを備える
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光源装置。
  13. 前記第２固定部を介して前記半導体発光装置と接続される筐体を備え、
    前記筐体は、波長変換部材を備える
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
  14. 複数の前記半導体発光装置及び複数の前記第１固定部を備え、
    複数の前記半導体発光装置の各々は、複数の前記第１固定部の各々によって、前記第２固定部に固定されている
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光源装置。
  15. 前記半導体発光素子は、窒化物半導体レーザ素子である
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光源装置。
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