JPWO2017138327A1 - 波長変換素子及び光源装置 - Google Patents

波長変換素子及び光源装置 Download PDF

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Abstract

波長変換素子（１００）であって、基体（５）と、基体（５）の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材（４）と、基体（５）に集積され、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む受光部（６）とを備える。

Description

本開示は、波長変換素子及びそれを用いた光源装置に関する。
半導体レーザ素子などの半導体発光素子で構成される半導体発光装置を用いた光源装置では、高光束の光を出射させるために、半導体発光装置から出射される光を波長変換素子に照射し、波長変換素子で出射される光を効率良く利用する。
一方で、上記光源装置においては、半導体発光素子から出射される高光束の光が、波長変換素子で散乱されることなくそのまま外部に出射されることを抑制する必要がある。そのため、光源装置の発光状態を検知するシステムが提案されている。
以下、図２１を参照しながら特許文献１に開示されている従来の光源装置について説明する。
図２１は、従来の光源装置１００１の構成を示す概略図である。
従来の光源装置１００１は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子１００２と、半導体レーザ素子１００２から出射されたレーザ光の少なくとも一部をインコヒーレントな光に変換する蛍光体１００４と、コヒーレントなレーザ光が外部に出射されるのを抑制する安全装置（光検知器１０１１、制御部１００９）とを備える。
光検知器１０１１の受光素子１００８は、反射部材１００５の凹部１００５ａに配置された蛍光体１００４からの光のうち、光学フィルタ１００７を透過した約５００ｎｍよりも大きい波長の光を受ける。蛍光体１００４の損傷又は欠落などに起因してレーザ光がそのまま外部に出射される状態（光変換異常）になった場合、受光素子１００８の出力低下が起こり、制御部１００９の判定部１００９ａで所定値以下と判定される。駆動回路１０１０は、制御部１００９の制御信号発生部１００９ｂから判定結果を示す信号を受けた場合、半導体レーザ素子１００２の駆動を停止する。
特開２０１１−６６０６９号公報
しかしながら、波長変換部材（蛍光体）から出射される蛍光は、ランダムな方向へ出射される光であるため、波長変換部材（蛍光体）の発光状態の微小な変化に対しては、検出が難しい。
例えば、特許文献１に開示されている光源装置１００１においては、蛍光体１００４と受光素子１００８との距離が離れている。そのため、光源装置１００１においては、蛍光体の脱落及び破損のような故障の最終段階については判別可能であるが、蛍光体内部の一部に発生したクラック等などの故障の初期段階については検出することができない。
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、波長変換部材の状態を正確に検出可能な波長変換素子及び当該波長変換素子を備える光源装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る波長変換素子は、基体と、前記基体の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材と、前記基体に集積され、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む受光部とを備える。
この構成により、波長変換部材が配置された基体に、ｐ−ｎジャンクションを含む受光部が集積されていることにより、受光部は、波長変換部材から出射される光を波長変換部材の近傍で検出することができる。したがって、受光部は波長変換部材の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記受光部は、前記基体に入射する光を受光してもよい。
この構成により、受光部は、波長変換部材から基体に向けて出射される光を波長変換部材の近傍で検出することができる。したがって、波長変換部材の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記波長変換部材の前記表面に垂直な方向の厚みは、前記波長変換部材の前記表面に平行な方向の最大幅より小さくてもよい。
この構成により、波長変換部材で生成した光のうち、波長変換部材の内部での伝播距離が短い光を検出することができる。このような光の強度は、波長変換部材の微小な変化に敏感である。したがって、上記構成により、波長変換部材の状態をより正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記波長変換部材と前記基体との間に配置され、前記波長変換部材から出射される光を反射する光学フィルタをさらに備えてもよい。
この構成により、波長変換部材から出射される光のうち、基体に向かって伝播する光を効率良く波長変換素子の外部へ出射することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記光学フィルタは金属膜又は誘電体多層膜を含んでもよい。
この構成により光学フィルタを容易に形成することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体は、不純物がドープされたシリコンであってもよい。
この構成により受光部を容易に製造することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記受光部は、前記基体の内部、又は、前記基体と前記波長変換部材との間に配置されてもよい。
この構成により波長変換部材と受光部との距離を短くすることができるため、波長変換部材の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記基体は複数の前記受光部を備えてもよい。
この構成により波長変換部材に入射する光の位置を正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記受光部は、前記表面の平面視において、前記波長変換部材の周囲に配置されてもよい。
この構成により波長変換部材に周辺に入射する光の情報を正確に検出することができる。例えば、波長変換素子に発光装置からの光を照射する場合、発光装置からの光の照射位置がずれることによって、波長変換部材に入射されずに、波長変換部材の周辺に入射されることがある。このような場合にこの構成においては、照射位置のずれを正確に検出することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、受光部は、前記表面の平面視において、前記波長変換部材の周縁に配置されてもよい。
この構成により、波長変換部材への発光装置からの光の位置を検出でき、かつ、受光部の領域を低減することができる。
また、本開示に係る波長変換素子において、前記波長変換部材が複数の領域を有してもよい。
この構成により、複数の発光領域を有する波長変換部材を容易に構成することができる。
また、本開示に係る光源装置は、上記波長変換素子と、前記波長変換素子に照射される光を出射する発光装置とを備える。
この構成により、光源装置は、上記波長変換素子と同様の効果を奏することができる。
また、本開示に係る光源装置において、前記発光装置は、レーザ光を出射してもよい。
この構成により、波長変換素子に指向性の高いレーザ光が入射されるため、波長変換部材の状態の微小な変化に対する受光部の感度を向上させることができる。
また、本開示に係る光源装置において、前記発光装置から出射された光の光路を変動させる光学系をさらに備えてもよい。
この構成により、波長変換部材の所望の位置に発光装置からの出射光を照射することができる。また、発光装置からの出射光を走査することによって、所定の配光パターンの出射光を光源装置から出射することができる。
本開示によれば、波長変換部材の状態を正確に検出可能な波長変換素子及び当該波長変換素子を備える光源装置を提供できる。
図１は、実施の形態１に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図２は、実施の形態１に係る光源装置に搭載される波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る波長変換素子の動作の一例を説明するための概略断面図である。 図３Ｂは、実施の形態１に係る波長変換素子の動作の他の一例を説明するための概略断面図である。 図３Ｃは、実施の形態１に係る波長変換素子の動作のさらに他の一例を説明するための概略断面図である。 図４は、実施の形態１に係る光源装置、及び、光源装置を動作させる制御部の模式的な回路ブロック図である。 図５は、実施の形態１の変形例１に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図６は、実施の形態１の変形例２に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図７は、実施の形態２に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図８は、実施の形態２に係る波長変換素子の外観を示す斜視図である。 図９は、実施の形態２に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図１０は、実施の形態３に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図１１は、実施の形態３に係る光源装置及び光源装置を駆動するための制御部の模式的な回路ブロック図である。 図１２は、実施の形態３に係る光源装置及び制御部における制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態３に係る光源装置に入力される駆動信号の一例の時間依存性を示すグラフである。 図１４は、実施の形態３の変形例１に係る光源装置を模式的に表した斜視図である。 図１５は、実施の形態３の変形例１に係る光源装置の応用例を示す概略図である。 図１６は、実施の形態３の変形例２に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図１７は、実施の形態３の変形例３に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図１８は、実施の形態４に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図１９は、実施の形態４に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図２０は、実施の形態５に係る波長変換素子の構成を示す概略断面図である。 図２１は、従来の光源装置の構成を示す概略図である。
本開示の実施の形態について、以下に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、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における光源装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る光源装置１０１の構成を示す概略断面図である。
図２は、本実施の形態に係る光源装置１０１に搭載される波長変換素子１００の構成を示す概略断面図である。
［基本構成］
まず、本実施の形態に係る光源装置１０１及び波長変換素子１００の基本構成について説明する。なお、以下に説明する基本構成は、以下の各実施の形態に共通であるため、以下の各実施の形態の説明においては、以下の基本構成に関する説明を省略する。
図１に示すように、光源装置１０１は、波長変換素子１００と、波長変換素子１００に光を照射する発光装置１とを備える。光源装置１０１は、さらに集光光学系３を備える。光源装置１０１は、発光装置１から出射される光を波長変換部材４に照射し、波長変換部材４から出射される光を光源装置１０１の出射光９０として出射する。
波長変換素子１００は、発光装置１からの光が照射され、当該光の少なくとも一部を波長変換して出射する素子であり、基体５と、波長変換部材４と、受光部６とを備える。
基体５は、波長変換部材４が配置され、かつ、受光部６が集積される部材である。基体５の形状は、特に限定されないが、例えば、板状であってもよい。
波長変換部材４は、基体５の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材である。波長変換部材４は、少なくとも１種類以上の蛍光体材料を含む部材であり、例えば、波長３８０ｎｍから４９０ｎｍの光を吸収し、波長４２０ｎｍから７８０ｎｍの間の可視光の領域にピーク波長がある蛍光を出射する。
波長変換部材４は、例えば、波長５００ｎｍから６５０ｎｍの間の黄色光から赤色光を出射する蛍光体材料を少なくとも含む。波長変換部材４は、蛍光体材料として、例えば、セリウム（Ｃｅ）賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系の蛍光体材料を含む。
受光部６は、基体５に集積され、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む。受光部６は、基体５に入射する光を受光する。
発光装置１は、波長変換素子１００に照射される光を出射する装置である。発光装置１は、例えば、半導体発光素子１０を備える。半導体発光素子１０は、例えば、窒化物半導体からなる発光層を備える窒化物半導体発光素子である。半導体発光素子１０は、例えば光導波路が形成された半導体レーザダイオード素子である。半導体発光素子１０から出射される出射光１１は、例えば、ピーク波長が３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にある近紫外から青色の波長の光である。
出射光１１は、例えば、半導体レーザダイオード素子から出射されるレーザ光である。
集光光学系３は、例えば、凸レンズ、凹反射レンズなどの光学素子を、１つ以上含む光学系であり、出射光１１の少なくとも一部を波長変換部材４の表面の少なくとも一部に集光する。
出射光９０は、波長変換部材４から出射される光である。出射光９０は、出射光１１の少なくとも一部が波長変換部材４で波長変換された光を含む。より具体的には、出射光１１が照射された波長変換部材４からは、出射光１１の一部が散乱された光である第１出射光９１と、出射光１１の他の一部が吸収及び波長変換された光である第２出射光９２とが出射される。例えば、第１出射光９１は青色光であり、第２出射光９２は黄色光である。つまり、波長変換部材４からは、第１出射光９１と第２出射光９２とが混合された白色光である出射光９０が出射される。
［詳細構成］
続いて、本実施の形態に係る波長変換素子１００及び光源装置１０１の詳細構成について説明する。
＜波長変換素子＞
波長変換素子１００は、基体５と、基体５の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材４と、基体５に集積され、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む受光部６とを備える。
基体５は、例えば、第１伝導型を有するシリコン（Ｓｉ）である第１半導体２２と、第１半導体２２の波長変換部材４側に配置され、第１伝導型と異なる伝導型である第２伝導型のシリコンである第２半導体２３が形成された構成を備える。例えば、第１伝導型及び第２伝導型は、それぞれｎ型及びｐ型である。これにより受光部６を容易に製造することができる。なお、第１伝導型及び第２伝導型は、それぞれｐ型及びｎ型であってもよい。
より具体的には、第１半導体２２は、例えば、外形が縦３ｍｍ、横３ｍｍ、厚み３００μｍのｎ型シリコン基板である。第２半導体２３は、第１半導体２２の表面にｐ型ドーパントを注入することにより形成される。
第１半導体２２と第２半導体２３の間には、ｐ−ｎジャンクションを含む受光部６が形成される。受光部６には、空乏層が形成される。
第１半導体２２と第２半導体２３との界面に形成される受光部６の表面からの深さは、第２半導体２３における光の進入長に基づいて設計される。例えば、波長が４２０ｎｍから６５０ｎｍの光を受光する場合は、受光部６は、第２半導体２３の表面からの深さが０．１μｍから１０μｍの間の位置に配置される。
基体５の第２半導体２３側には、例えば厚みが０．１μｍから１０μｍの間にあるシリコン酸化膜である保護膜３５が形成される。保護膜３５は、第１半導体２２及び第２半導体２３の劣化を抑制するための膜である。保護膜３５は、波長変換素子１００の必須の構成要素ではない。保護膜３５の表面の一部又は全部には、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金、金などの金属で構成される第２電極３３が形成される。また、第２半導体２３の表面の一部には、開口部が設けられ、第２半導体２３と第２電極３３とは電気的に接続される。
一方、基体５の第２半導体２３と反対側（つまり、図２の下側）の第１半導体２２の表面には、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金、金などの金属で構成される第１電極３２が形成され、第１電極３２と第１半導体２２とは電気的に接続される。
波長変換部材４は、１種類以上の蛍光体材料を含む部材であり、保護膜３５及び第２電極３３の少なくとも一方の表面に形成される。
より具体的には、波長変換部材４は、平均粒径Ｄ５０が５μｍであるＣｅ賦活（Ｇｄ、Ｙ、Ｌｕ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体粒子とシリコーンとの混合ペーストが基体５の表面に塗布され、硬化されることにより形成される。
波長変換部材４は、例えば、基体５の波長変換部材４が配置される主面の、当該主面より一回り小さい領域に形成される。波長変換部材４の厚みは、例えば、１０μｍから１５０μｍである。波長変換部材４の厚みは、波長変換部材から出射される出射光９０の色温度、出射光１１から出射光９０への変換効率などにより適宜設定される。
波長変換素子１００は、外部の回路と、半田、導電ペーストなどの導電性部材、又は金属ワイヤなどを用いて電気的に接続される。本実施の形態では、図２に示すように、第２電極３３は金属ワイヤ３７により外部と接続される。
＜光源装置＞
図１に示すように、光源装置１０１は、波長変換素子１００と、発光装置１とを備える。波長変換素子１００及び発光装置１は、図示しない保持部材に保持される。
本実施の形態では、光源装置１０１は、さらに、集光光学系３と、外部接続手段８０とを備える。
発光装置１は、例えば、ＴＯ−ＣＡＮであるパッケージ１２と、パッケージ１２に実装された半導体発光素子１０とを備える。パッケージ１２は、半導体発光素子１０に電力を印加させるための配線であるリードピン１３ａ及び１３ｂを備える。パッケージ１２は、半導体発光素子１０を封止する缶１５を備える。缶１５は透光部材１６を備える。透光部材１６は、例えばガラスで構成される。
発光装置１は、例えばピーク波長４５０ｎｍの青色レーザ光である出射光１１を出射する。出射光１１は、透光部材１６を通過し、発光装置１の外部に出射される。
発光装置１のリードピン１３ａ及び１３ｂはそれぞれ配線７０ａ及び７０ｂに接続される。配線７０ａ及び７０ｂは、例えば、ポリイミド等のベースフィルム上に、銅箔などで配線が形成されたプレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）である。
配線７０ａ及び７０ｂは、外部接続手段８０に接続される。外部接続手段８０は、例えば、コネクタである。
本実施の形態に係る光源装置１０１において、集光光学系３は、凸レンズであり、出射光１１を波長変換素子１００に集光する。
また、本実施の形態では、図１に示すように、波長変換素子１００から出射された出射光９０の光路上に、例えば、高い開口数を有する非球面凸レンズである投光部材１２０を配置している。これにより、光源装置１０１の配光特性を調整することができる。
［動作］
＜動作の概要＞
次に、本実施の形態に係る波長変換素子１００の動作の概要について図面を参照しながら説明する。
図３Ａは、本実施の形態に係る波長変換素子１００の動作の一例を説明するための概略断面図である。
図３Ｂは、本実施の形態に係る波長変換素子１００の動作の他の一例を説明するための概略断面図である。
図３Ｃは、本実施の形態に係る波長変換素子１００の動作のさらに他の一例を説明するための概略断面図である。
上述のとおり、光源装置１０１は、発光装置１から出射された出射光１１を集光光学系３で集光し、波長変換素子１００の波長変換部材４に照射する。出射光１１が照射された波長変換部材４からは、白色光である出射光９０が出射される。
本実施の形態では、出射光１１は、受光部６の上部に配置された波長変換部材４に照射される。
このとき、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、波長変換部材４から基体５側にも光が出射される。
基体５側に出射された光のうち、保護膜３５又は第２電極３３を透過した出射光９０ｂの一部は、基体５の空乏層を含む受光部６に入射される。
受光部６に入射された光は、光電変換により電子―正孔対を生成する。第１電極３２及び第２電極３３には、ｐ−ｎジャンクションに逆バイアスを印加するための電圧が印加されている。本実施の形態では、第１電極３２及び第２電極３３には、それぞれ正電圧及び負電圧が印加されている。したがって、受光部６で生成された電子及び正孔は、それぞれ、第１電極３２及び第２電極３３から配線７０ｃ及び７０ｄを経由して、外部接続手段８０に到達する。さらに、電子及び正孔は、外部接続手段８０から光源装置１０１の外部へと送られる。
受光部６から出力される信号（つまり光電流）に基づいて、波長変換部材４の状態を検出することができる。さらに、当該検出結果に基づいて、発光装置１の動作制御を行うことができる。例えば、受光部６からの光電流が急激に上昇した場合には、波長変換部材４が破損又は脱離したおそれがあると判断して、発光装置１の動作を停止させることができる。このように、コヒーレントな出射光１１が散乱されずに、そのまま光源装置１０１の外部へと出射することを抑制できる。
＜回路構成＞
続いて、本実施の形態に係る光源装置１０１を動作させる制御部の回路構成について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本実施の形態に係る光源装置１０１、及び、光源装置１０１を動作させる制御部１４０の模式的な回路ブロック図である。
図４に示すように、光源装置１０１は、半導体発光素子１０と、光検出器２０と、外部接続手段８０とを備える。
ここで、光検出器２０は、受光部６と、第１電極３２と、第２電極３３とを備えるフォトダイオードである。
外部接続手段８０は、アノード端子Ｃ１、カソード端子Ｃ２、第１端子Ｃ３、第２端子Ｃ４を備える。
半導体発光素子１０のアノード電極は、外部接続手段８０のアノード端子Ｃ１に接続され、半導体発光素子１０のカソード電極は、外部接続手段８０のカソード端子Ｃ２に接続される。また、光検出器２０のカソード電極は、外部接続手段８０の第１端子Ｃ３に接続され、光検出器２０のアノード電極は、外部接続手段８０の第２端子Ｃ４に接続される。
光源装置１０１の外部接続手段８０は、外部配線８１で、制御部１４０と接続される。
光源装置１０１は、例えばバッテリーである電源部１６０と、例えば、中央制御回路である外部回路１５０と、制御部１４０とによって駆動される。つまり、電源部１６０、外部回路１５０及び制御部１４０は、光源装置１０１の駆動部を構成する。
電源部１６０は、制御部１４０を駆動するために電力を供給する。
外部回路１５０は、制御部１４０と、例えば、通信を行う。これにより、外部回路１５０は、制御部１４０からの情報を得てもよいし、制御部１４０に指示を出してもよい。
制御部１４０は、半導体発光素子１０を駆動するために、アノード端子Ｃ１及びカソード端子Ｃ２を介して、半導体発光素子１０に所定の電流Ｉｏｐを供給する。
また、制御部１４０は、光検出器２０からの光電流を検出するために、第２端子Ｃ４を介して、当該光電流を受ける。
制御部１４０は、マイクロコントローラ１４１と、第１の降圧コンバータ１４２、第２の降圧コンバータ１４３とを備える。制御部１４０は、さらに、抵抗素子１３２と、Ａ／Ｄコンバータ１４４、Ｉ／Ｏポート１４８と、センス抵抗１４６とを備える。
マイクロコントローラ１４１は、光検出器２０からの光電流及び外部回路１５０からの信号に基づいて、半導体発光素子１０に供給する電流Ｉｏｐを制御する回路である。
第１の降圧コンバータ１４２は、半導体発光素子１０に電流Ｉｏｐを供給するためのバックコンバータ（Ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。
第２の降圧コンバータ１４３は、光検出器２０に印加する電源電圧Ｖｃｃを生成するためのバックコンバータである。
抵抗素子１３２は、光検出器２０から出力される光電流に対応する電圧値を得るための抵抗素子である。
Ａ／Ｄコンバータ１４４は、光検出器２０からの光電流に対応する電圧値を、デジタル信号に変換するコンバータである。
Ｉ／Ｏポート１４８は、外部回路１５０との間で通信を行うためのポートである。
センス抵抗１４６は、第１の降圧コンバータ１４２から半導体発光素子１０に供給される電流Ｉｏｐに対応する電圧を得るための抵抗素子である。
本実施の形態に係る光源装置１０１及び制御部１４０は、以上のような回路構成により、半導体発光素子１０の動作を制御する。
＜動作の詳細＞
続いて、本実施の形態に係る光源装置１０１及び制御部１４０の動作の詳細について図４などを参照しながら説明する。
本実施の形態に係る光源装置１０１の適用例として、光源装置１０１を自動車などの車両の前照灯として用いる例について説明する。まず、例えば、車両のエンジンを始動させることによって、光源装置１０１の動作準備を行う。これにより、電源部１６０から制御部１４０に電力（電圧ＶＢ）が供給され、第２の降圧コンバータ１４３により電源電圧Ｖｃｃが生成される。
続いて、外部回路１５０から、Ｉ／Ｏポート１４８を介してマイクロコントローラ１４１に所定の指示信号が送られ、第１の降圧コンバータ１４２から、電流Ｉｏｐが、外部配線８１を通って、外部接続手段８０のアノード端子Ｃ１に流れる。
アノード端子Ｃ１へ供給される電流Ｉｏｐは、外部配線８１から外部接続手段８０に供給される。そして、図１に示すように、電流Ｉｏｐは、配線７０ａ及び７０ｂによりリードピン１３ａ及び１３ｂに伝達され、図示しない金属ワイヤにより半導体発光素子１０に供給される。これにより、半導体発光素子１０から出射光１１が出射される。
発光装置１の半導体発光素子１０から出射された出射光１１は集光光学系３により、波長変換素子１００の波長変換部材４に入射する。
波長変換部材４は、出射光１１の一部を散乱して、第１出射光９１を出射する。また、波長変換部材４は、出射光１１の一部を吸収して、第２出射光９２を出射する。
出射光９０は、第１出射光９１と第２出射光９２とが混合された光である。例えば、第１出射光９１が青色光であり、第２出射光９２が黄色光である場合には、白色光である出射光９０が光源装置１０１から出射される。
このとき、図３Ａに示すように出射光９０ｂの一部は、受光部６に入射する。受光部６で受光された光は、光電変換により光電流となり制御部１４０に入力される。制御部１４０に入力された光電流は抵抗素子１３２により電圧信号となりマイクロコントローラ１４１に入力される。
＜不良モード＞
続いて、本実施の形態に係る光源装置１０１から、正常な出射光９０が出力されない不良モードにおける光源装置１０１の動作について説明する。
出射光１１は波長変換部材４に集光されるため、波長変換部材４には、局所的に強度の強い光が入射される。このため、波長変換部材４では、局所的に、かつ、急激に温度が上昇し得る。このような温度上昇に起因して、図３Ｂに示すように局所的に材料変質部４ｘが発生する場合、及び、図３Ｃに示すように局所的なクラック４ｙが発生する場合などがある。
まず、本実施の形態に係る光源装置１０１において、図３Ｂに示す材料変質部４ｘの検知を行う場合の動作について説明する。
前述のように波長変換部材４の厚みは、例えば１０μｍから１５０μｍ程度である。そして、保護膜３５の厚みは、例えば０．１μｍから１０μｍ程度である。
そして、受光部６は、基体５の表面からの深さが、例えば０．１μｍから１０μｍの間の所定の位置に配置される。
一方、材料変質部４ｘは、波長変換部材４の光強度が強く、温度が最も高くなる表面部分において発生すると推測される。このため、受光部６を、出射光９０の光路の外部であって、材料変質部４ｘと距離が近い位置に配置することで、波長変換部材４の微小な変化を出射光９０ｂの変化として正確に検知することができる。また、受光部６は、出射光９０の光路の外部に配置されるため、受光部６によって出射光９０の伝播が妨げられない。
本実施の形態においては、例えば、波長変換部材４の表面から１７０μｍ以下の場所に受光部６を配置することができる。
同様にして、図３Ｃに示すクラック４ｙの発生を検知する場合においても、クラック４ｙに近接する位置に受光部６を配置することで、波長変換部材４の微小な変化を出射光９０ｂの変化として正確に検知することができる。
上記の構成において、出射光９０ｂの光量は、光電流として光源装置１０１から出力され、抵抗素子１３２及びＡ／Ｄコンバータ１４４で信号変換されて、マイクロコントローラ１４１に入力される。
この信号をマイクロコントローラ１４１で判断し、波長変換部材４に不具合がある場合に、マイクロコントローラ１４１で第１の降圧コンバータ１４２を制御することによって電流Ｉｏｐを０にし、半導体発光素子１０の動作を停止させる。
［効果］
以上のように、本実施の形態に係る波長変換素子１００においては、波長変換部材４が配置された基体５に、ｐ−ｎジャンクションを含む受光部６が集積されている。これにより、受光部６は、波長変換部材４から出射される光を、波長変換部材４の近傍で検出することができる。したがって、受光部６は波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、受光部６は、波長変換部材４から基体５に向けて出射される光を波長変換部材４の近傍で検出することができる。したがって、波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、波長変換部材４の基体５の主面に垂直な方向の厚みは、波長変換部材４の当該主面に平行な方向の最大幅より小さくため、受光部６は、波長変換部材４で生成した光のうち、波長変換部材４の内部での伝播距離が短い光を検出することができる。このような光の強度は、波長変換部材４の微小な変化に敏感である。したがって、受光部６により波長変換部材４の状態をより正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、受光部６は、基体５の内部に配置されていることから、波長変換部材４と受光部６との距離を短くすることができる。このため波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本実施の形態に係る光源装置１０１は、波長変換素子１００と、波長変換素子１００に照射される光を出射する発光装置とを備える。これにより、光源装置１０１は、波長変換素子１００と同様の効果を奏することができる。
また、本実施の形態に係る光源装置１０１においては、発光装置１は、レーザ光を出射する。これにより、波長変換素子１００に指向性の高いレーザ光が入射されるため、波長変換部材４の状態の微小な変化に対する受光部６の感度を向上させることができる。
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１に係る波長変換素子について説明する。本変形例に係る波長変換素子においては、波長変換部材４と基体５との間に光学フィルタを備える点において、実施の形態１に係る波長変換素子１００と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子と、実施の形態１に係る波長変換素子１００との相違点を中心に図面を参照しながら説明する。
図５は、本変形例に係る波長変換素子１００ａの構成を示す概略断面図である。
図５に示すように、本変形例に係る波長変換素子１００ａは、波長変換部材４と基体５との間に配置され、波長変換部材４から出射される光を反射する光学フィルタを備える。
光学フィルタ４０は、例えば、銀合金などの金属膜、誘電体多層膜、又は、それらの両方を組み合わせた膜である。この構成により反射率を自由に設計できる光学フィルタ４０を、波長変換部材４と基体５の間に容易に形成することができる。
光学フィルタ４０は、出射光１１、及び、波長変換部材４から出射される波長変換された光（蛍光）の少なくとも一方の波長の光を反射する。これにより、波長変換部材４から出射される光のうち、基体５に向かって伝播する光を効率良く波長変換素子１００ａの外部へ出射し、波長変換部材４から受光部６へ入射する光を必要最小限にすることができる。
例えば、光学フィルタ４０は、出射光１１の波長の光、及び、波長変換部材４から出射される波長変換された光の少なくとも一方の波長の光の９５％の光を反射するように設計する。このときは波長変換部材４から受光部６へ向かう光の５％の光のみ光学フィルタ４０を透過し、受光部６に入力させることができる。このとき受光部を形成する第１半導体２２及び第２半導体２３の厚みとドーパント量とを調整することで、少ない光量でも十分な感度を有する受光部６を配置することができる。なお、上記の光学フィルタ４０の反射率は一例で、高い反射率、例えば８０％から９９．９％のいずれかの割合で光を反射するように設計されるのが好ましい。この構成により、波長変換素子１００ａから出射される光の光束を大きくするとともに、受光部６に所定の出射光を入射させ、波長変換部材４の状態の微小な変化を検出することができる。
また、本変形例において基体５は、例えば、ｐ型シリコン基板である基板２１に、ｎドーパントを注入することでｎ型シリコン領域である第１半導体２２を形成する。そして、高濃度ｎドーパントを注入したｎ＋領域である第３半導体２４を形成し、かつ、ｐ型ドーパントを注入したｐ層である第２半導体２３を形成する。第１電極３２は、第３半導体２４に電気的に接続される。第２半導体２３の表面には保護膜３５が形成され、第２半導体２３は、第２電極３３と電気的に接続される。
基体５は、波長変換部材４が配置される側の主面に形成された第１電極３２と第２電極３３から金属ワイヤ３６及び３７により外部に配線される。
上記構成により、基体５の一方の主面だけに配線することができるため、ワイヤボンディングなどにより、容易に配線できる。
なお、上記の構成において、光学フィルタ４０は、例えば１μｍ以下のＴｉＯ２微粒子である白色微粒子を、シリコーンなどの透明バインダで混合したものを塗布し、硬化することで構成してもよい。
（実施の形態１の変形例２）
次に、実施の形態１の変形例２に係る波長変換素子について説明する。本変形例に係る波長変換素子は、パッケージングされている点において、実施の形態１に係る波長変換素子１００と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子について、実施の形態１に係る波長変換素子１００との相違点を中心に図面を参照しながら説明する。
図６は、本変形例に係る波長変換素子１００ｂの構成を示す概略断面図である。
図６に示すように、本変形例に係る波長変換素子１００ｂは、基体５が接着層４５によりパッケージ５０に固定される。
パッケージ５０は、絶縁部材５２に、第１端子５５、第２端子５６及び第３端子５７が埋め込まれる。
絶縁部材５２は、例えば、プラスチックで構成される。第１端子５５、第２端子５６及び第３端子５７は、例えば、銅の表面がメッキ処理された端子である。
第１端子５５及び第２端子５６はパッケージ外部との配線のために用いられる。
基体５に設けられた第１電極３２と、第１端子５５とは、金属ワイヤ３６で接続される。基体５に設けられた第２電極３３と、第２端子５６とは、金属ワイヤ３７で接続される。
上記の構成により、本変形例に係る波長変換素子１００は、光源装置１０１の製造時などにおいて容易に取り扱うことができる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る波長変換素子及び光源装置について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、複数の受光部を備える点において、実施の形態１に係る波長変換素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子及び光源装置について、実施の形態１に係る波長変換素子１００及び光源装置１０１との相違点を中心に説明する。
［波長変換素子］
まず、本実施の形態に係る波長変換素子について図面を参照しながら説明する。
図７は、本実施の形態に係る波長変換素子２００の構成を示す概略断面図である。
図８は、本実施の形態に係る波長変換素子２００の外観を示す斜視図である。なお、図８においては、波長変換部材４などが配置されていない状態における波長変換素子２００の外観の概略図が示されている。また、図７は、図８のＶＩＩ−ＶＩＩ断面に対応する断面図である。
図７に示すように、波長変換素子２００は、複数の受光部６ａ〜６ｅを有し、複数の受光部６ａ〜６ｅの上部に波長変換部材４が配置される。
図７に示す断面においては、波長変換素子２００は、５個の受光部６ａ〜６ｅを備える。
図８に示すように、本実施の形態では、波長変換素子２００は、基体５の中央部付近に、横方向に５列、縦方向に３列の合計１５個の受光部を備える。そして、基体５の周辺部分に受光部を囲うように１８個の電極が形成される。このとき、１８個の電極のうち、３個は、縦方向３列の受光部に対する共通カソード電極であり、残り１５個は各受光部１５個それぞれのアノード電極である。
複数の受光部６ａ〜６ｅは、例えば、ｎ型シリコンである第１半導体２２に、ｐ型ドーパントを、第２半導体２３ａ〜２３ｅなどが形成される領域ごとに注入することで形成される。
また、波長変換素子２００では、実施の形態１の変形例１と同様に、波長変換部材４と基体５との間に光学フィルタ４０が形成されている。光学フィルタ４０は、波長変換部材４が配置される基体５上の面を平坦化する効果もある。光学フィルタ４０は、例えば銀合金などの金属膜、誘電体多層膜、白色微粒子を透明バインダで混合して構成される膜、又は、それらを複数組み合わせた膜で構成される。
［光源装置］
続いて、本実施の形態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９は、本実施の形態に係る光源装置２０１の構成を示す概略断面図である。
図９に示すように、光源装置２０１は、波長変換素子２００と、発光装置１とを備える。波長変換素子２００及び発光装置１は、図示しない保持部材に保持される。
本実施の形態では、光源装置２０１は、さらに、集光光学系３と、外部接続手段８０と、第１の配線基板７１と、第２の配線基板７２とを備える。
発光装置１のリードピン１３ａ及び１３ｂは第１の配線基板７１に接続される。
第１の配線基板７１は、例えば、プラスチック等のベース基板上に銅箔などで配線が形成されたプリント回路基板である。
第１の配線基板７１には、例えば、コネクタである外部接続手段８０が実装される。
本実施の形態に係る光源装置２０１において、集光光学系３は、凸レンズ３ａと凹状の反射面３ｂとの組み合わせで構成され、出射光１１を波長変換素子２００に集光する。
波長変換素子２００の第１端子５５、第２端子５６は、第２の配線基板７２に接続される。
第２の配線基板７２は、例えば、ポリイミド等のベースフィルム上に銅箔などで配線が形成されたプレキシブルプリント回路基板である。
第２の配線基板７２は、第１の配線基板７１に電気的に接続される。
［動作］
続いて、本実施の形態に係る光源装置２０１の動作について説明する。
光源装置２０１は、発光装置１から出射された出射光１１を集光光学系３で集光し、波長変換素子２００の波長変換部材４に照射する。出射光１１が照射された波長変換部材４からは、白色光である出射光９０が出射される。
このとき、波長変換部材４から基体５側にも光が出射され、複数の受光部の各々に光が入射される。
複数の受光部の各々に入射された光は、光電変換により電子―正孔対を生成する。複数の受光部の各々で生成された電子及び正孔は、それぞれ、パッケージ５０から第２の配線基板７２及び外部接続手段８０を経由して外部へと送られる。
本実施の形態では、複数の受光部からの信号に基づいて、波長変換部材４の状態を検知することができる。
また、複数の受光部からの信号を比較することで、出射光１１が波長変換部材４に入射する位置の情報を検出することができる。
このため、集光光学系３の凹状の反射面３ｂなどの位置がずれることにより、出射光１１が波長変換部材４に入射する位置がずれたことを正確に検知することができる。
（実施の形態３）
次に、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、発光装置１からの出射された光の光路を変動させる光学系を備える点において、実施の形態２の形態に係る光源装置２０１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２に係る光源装置２０１との相違点を中心に説明する。
［光源装置］
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参照しながら説明する。
図１０は、本実施の形態に係る光源装置３０１の構成を示す概略断面図である。
本実施の形態においては、集光光学系３の一部の光学素子が可動型である。つまり、本実施の形態に係る光源装置３０１は、発光装置１からの出射光１１の光路を変動させる光学系を備える。これにより、波長変換部材４の所望の位置に発光装置１からの出射光１１を照射することができる。また、発光装置１からの出射光１１を走査することによって、所定の配光パターンの出射光を光源装置３０１から出射することができる。
集光光学系３は、凸レンズ３ａと、可動型の反射面３ｂとで構成される。
また、波長変換素子２００は、パッケージ５０内に、基体５と波長変換部材４とを備える。波長変換素子２００は、第２の配線基板７２に実装される。波長変換素子２００は、外部接続手段８２により外部配線８３を介して外部の回路と接続される。
また、反射面３ｂは、軸５２７を介して駆動部５３８と接続される。
駆動部５３８は、外部配線８４と接続され、外部より駆動部５３８に電力が供給される。この電力により、反射面３ｂは静電力、磁力などを用いて駆動される。
この構成により、出射光１１を、波長変換部材４の所定の位置に照射することができる。また、出射光１１の照射位置を走査させることもできる。
具体的には、反射面３ｂが位置３ｂ１にあるときに、出射光１１は出射光５４ａとして反射され、波長変換部材４の位置３５１に照射される。
また、反射面３ｂの位置３ｂ２にあるときに出射光１１は出射光５４ｂとして反射され、波長変換部材４の位置３５２に照射される。
さらに、本実施の形態においては、波長変換素子２００の複数の受光部により、出射光１１の波長変換部材４における位置も検出できる。
例えば、出射光１１の波長変換部材４上の位置が位置３５１にある場合は、位置３５１直下の受光部が受ける光量が多くなるため、当該受光部から出力される光電流が多くなる。
また出射光１１の波長変換部材４上の位置が位置３５２にある場合は、位置３５２直下の受光部が受ける光量が多くなる。
［回路構成］
続いて、本実施の形態に係る光源装置３０１を動作させる制御部の回路構成について、図面を参照しながら説明する。
図１１は、本実施の形態に係る光源装置３０１及び光源装置３０１を駆動するための制御部１４０の模式的な回路ブロック図である。
図１１に示すように、光源装置３０１は、半導体発光素子１０と、光検出器２０ａ〜２０ｅと、外部接続手段８０及び８２と、駆動部５３８とを備える。
ここで、光検出器２０ａ〜２０ｅは、それぞれ、受光部６ａ〜６ｅと、第１電極３２と、第２電極３３とを備えるフォトダイオードである。なお、図１１では、簡略化のため、すべての光検出器のうち、５個の光検出器２０ａ〜２０ｅだけを示している。
光源装置３０１の外部接続手段８０及び８２は、それぞれ外部配線８１及び８３で、制御部１４０と接続される。また、駆動部５３８は、外部配線８４で制御部１４０と接続される。
本実施の形態に係る制御部１４０は、実施の形態１と同様に、マイクロコントローラ１４１と、第１の降圧コンバータ１４２、第２の降圧コンバータ１４３と、抵抗素子１３２と、Ａ／Ｄコンバータ１４４と、Ｉ／Ｏポート１４８と、センス抵抗１４６とを備える。本実施の形態に係る制御部１４０は、さらに、駆動回路１４５を備える。
駆動回路１４５は、駆動部５３８を動作させるための回路であり、マイクロコントローラ１４１からの制御信号に基づいて、駆動部５３８を動作させる。
光源装置３０１及び制御部１４０が以上のような構成を備えることにより、制御部１４０は、光源装置３０１の半導体発光素子１０及び駆動部５３８の動作を制御することができる。
［動作］
次に、本実施の形態に係る光源装置３０１及び制御部１４０の動作について図面を参照しながら説明する。
図１２は、本実施の形態に係る光源装置３０１及び制御部１４０における制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図１３は、本実施の形態に係る光源装置３０１に入力される駆動信号の一例の時間依存性を示すグラフである。図１３のグラフ（ａ）は、駆動回路１４５から駆動部５３８に印加される電圧の時間依存性を示すグラフである。図１３のグラフ（ｂ）は、第１の降圧コンバータ１４２から半導体発光素子１０に供給される電流の時間依存性を示すグラフである。
本実施の形態に係る光源装置３０１の適用例として、光源装置３０１を自動車などの車両の前照灯として用いる例について説明する。まず、例えば、車両のエンジンを始動させることによって、光源装置３０１の動作準備を行う。これにより、電源部１６０から制御部１４０に電力が供給され、第２の降圧コンバータ１４３により電源電圧Ｖｃｃが生成される。
続いて、外部回路１５０からマイクロコントローラ１４１に、所定の投光パターンを示す指示信号が送られる。
マイクロコントローラ１４１は、その指示信号を演算し、駆動回路１４５を制御する制御信号を駆動回路１４５に出力する。これにより、反射面３ｂを駆動する駆動部５３８を動作させる。
駆動部５３８には、例えば図１３のグラフ（ａ）に示すようなサイン波など、周期的な電圧信号が印加される。
図１３のグラフ（ａ）に示す例では、駆動部５３８には、−ＧＡＣＴから＋ＧＡＣＴまでの電圧が所定の周期（２ＴＡＣＴ）で印加される。
本実施の形態に係る光源装置３０１では、半導体発光素子１０からの出射光１１の波長変換部材４への照射位置は、波長変換部材４の所定の周辺部から中央部、中央部から他の周辺部、当該他の周辺部から中央部、中央部から当該所定の周辺部へと移動する。本実施の形態では、図１３のグラフ（ａ）に示すように、出射光１１は、駆動部５３８に印加される電圧が極値をとるときに波長変換部材４の周辺領域に照射される。
本実施の形態では、駆動部５３８を一次元の動作（線形動作）を行うものとして説明するがこの限りではない。駆動部５３８として二次元の動作を行うアクチュエータを用いてもよい。これにより、波長変換部材４への照射パターンの自由度を向上させることができるため、波長変換部材４から出射される出射光の配光パターンの自由度を向上させることができる。
続いて、マイクロコントローラ１４１は、第１の降圧コンバータ１４２を動作させ、第１の降圧コンバータ１４２から、所定の電流Ｉｏｐ（ｔ）が、外部配線８１を通って、発光装置１の半導体発光素子１０に電流が流れる。本実施の形態では、電流Ｉｏｐ（ｔ）は、ピーク値ＧＬＤのパルス状の電流である。電流Ｉｏｐ（ｔ）は、駆動部５３８に印加される電圧の周期（２ＴＡＣＴ）と同一の周期（２ＴＬＤ）で変調されている。つまり、電流Ｉｏｐ（ｔ）は、駆動部５３８に印加される電圧と同期されている。
光源装置３０１及び制御部１４０は、上記構成を備えることにより、図１２に示すアルゴリズムに基づいて、波長変換素子２００からの信号を受信し、当該信号を演算し、駆動部５３８にフィードバックすることで、出射光１１の波長変換部材４への照射位置を正確に制御することができる。以下、図１２に示されるアルゴリズムについて説明する。
まず、外部回路１５０から制御部１４０に配光パターンが入力される（Ｓ１０）。配光パターンとは、具体的には、波長変換部材４における出射光１１が照射される位置（発光位置）と、当該位置における発光強度との関係を示す情報である。ここで、発光強度とは、出射光１１の強度、すなわち、半導体発光素子１０に供給される電流量に対応するパラメータである。
次に、制御部１４０は、駆動部５３８を動作させる（Ｓ１２）。
さらに、制御部１４０は、半導体発光素子１０に電流を供給することによってレーザ動作させる（Ｓ１４）。つまり、制御部１４０は半導体発光素子１０を発光させる。
ここで、制御部１４０は、波長変換素子２００の複数の光検出器からの信号を処理することによって、複数の光検出器の各々の位置と、各光検出器から出力される信号強度との関係を示す情報を得る（Ｓ１６）。
続いて、ステップＳ１６で得られた情報に基づき複数の光検出器からの信号の妥当性を判断する（Ｓ１８）。つまり、複数の光検出器から得られた信号は、制御部１４０に入力された配光パターンに対応しているか否かを判断する。制御部１４０は、複数の光検出器からの信号が妥当と判断した場合には（Ｓ１８でＹＥＳ）、次の配光パターンに基づく制御に移行する（Ｓ４０）。一方、制御部１４０は、複数の光検出器からの信号が妥当と判断しなかった場合には（Ｓ１８でＮＯ）、発光強度にズレがあるかを判断する（Ｓ２０）。
ここで、制御部１４０は、発光強度にズレがあると判断した場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、半導体発光素子１０に供給する電流に対応するゲイン値を当該ズレに応じて修正し（Ｓ２２）、ステップＳ１４に戻る。一方、制御部１４０は、発光強度にズレがあると判断しなかった場合には（Ｓ２０でＮＯ）、発光位置にズレがあるかを判断する（Ｓ２４）。
ここで、制御部１４０は、発光位置にズレがあると判断しなかった場合には（Ｓ２４でＮＯ）、修正不能な状態と判断して、エラー表示し、かつ、動作を停止する（Ｓ４２）。
一方、制御部１４０は、発光位置にズレがあると判断した場合には（Ｓ２４でＹＥＳ）、発光タイミングにズレがあるかを判断する（Ｓ２６）。
ここで、制御部１４０は、発光タイミングにズレがあると判断した場合には（Ｓ２６でＹＥＳ）、半導体発光素子１０に供給する電流の波形を時間軸方向に修正し（Ｓ２８）、ステップＳ１４に戻る。一方、制御部１４０は、発光タイミングにズレがあると判断しなかった場合には（Ｓ２６でＮＯ）、駆動部５３８による走査にズレがあるかを判断する（Ｓ３０）。
ここで、制御部１４０は、駆動部５３８による走査にズレがあると判断した場合には（Ｓ３０でＹＥＳ）、駆動部５３８に印加する電圧に対応するゲイン値を修正し（Ｓ３２）、ステップＳ１２に戻る。一方、制御部１４０は、駆動部５３８による走査にズレがあると判断しなかった場合には（Ｓ３０でＮＯ）、修正不能な状態と判断して、エラー表示し、かつ、動作を停止する（Ｓ４４）。
以上のように、凹状の反射面３ｂを駆動部５３８によって積極的に駆動し、出射光１１の波長変換部材４への照射位置を変化させることによって、光源装置３０１からの出射光の照射位置を変化させることができる。
この場合でも、複数の光検出器において、出射光１１の波長変換部材４への照射位置（発光位置）を正確に把握できるため、光源装置３０１からの出射光の位置を正確に制御することができる。
（実施の形態３の変形例１）
次に、実施の形態３の変形例１に係る光源装置について図面を用いて説明する。本変形例の光源装置は図１０に示す光源装置３０１の構成とほぼ同じである。
図１４は、本変形例に係る光源装置３０１ａの一部を模式的に表した斜視図であり、特に反射面３ｂおよび軸５２７の実施形態をより詳しく説明する。
本変形例においては、図１４に示すように、波長変換素子２００の波長変換部材４から出射光の光路上に、例えば、高い開口数を有する非球面凸レンズである投光部材１２０を配置している。
この構成により波長変換素子２００の発光パターンに応じたパターンの出射光を出射することができる。
本実施の形態においては、反射面３ｂはｘ方向及びｙ方向の２方向（すなわち、直交する２方向）に傾斜させることができる。より具体的には反射面３ｂおよび軸５２７は、マイクロ・エレクトリカル・メカニカル・システム技術を用いて形成される。例えば、微小可動な反射面３ｂは、ｘ方向の軸である軸５２７Ｘと、ｙ方向の軸である軸５２７Ｙとで、例えばシリコン基板などの基板上に中空保持されることで構成される。この構成により、反射面３ｂを軸５２７Ｙ中心に微小回転させ、出射光１１をｘ方向に走査させることができる。また、反射面３ｂを軸５２７Ｘ中心に微小回転させると、出射光１１をｙ方向に走査させることができる。
半導体発光素子１０には制御部１４０から、例えば、図１３のグラフ（ｂ）に示す電流が供給される。
反射面３ｂの駆動部５３８の軸５２７Ｙの回転力に変換する電圧には、制御部１４０から、例えば、図１３のグラフ（ａ）に示す駆動電圧が印加される。
このとき、波長変換部材４には、出射光パターン１１２が形成され、そのパターンに応じたパターンを有する出射光９０が出射される。
なお、図１４に示す波長変換部材４の中心線１１５に沿った光強度分布は、図１３のグラフ（ｂ）に示す電流供給タイミングによって生成される。
本実施の形態では、出射光９０は、配光パターン１１１で投光部材１２０に入射される。そして、投光部材１２０により、光源装置３０１から離れた場所に投光パターン１１０で照射光を照射させることができる。
また、投光パターン１１０は、制御部１４０の駆動回路１４５及び第１の降圧コンバータ１４２をマイクロコントローラ１４１によって制御することにより、所望のパターン及び明るさに調整することができる。
この機能を活用した応用例について、図１５を参照しながら説明する。
図１５は、本変形例に係る光源装置３０１ａの応用例を示す概略図である。
図１５において、車両９９には本変形例に係る光源装置３０１が走行用前照灯として搭載されている。夜間の高速道路などでは、走行用前照灯を用いて、できるだけ遠方を照らすことが安全上好ましい。しかしながら、対向車１９９とすれ違う場合に、遠方を照らす走行用前照灯を点灯していると、対向車１９９の運転者にとって眩しく、運転者の視野を奪う。そのため、対向車１９９とすれ違う場合には、一般に、走行用前照灯を消灯し、すれ違い用前照灯のみを点灯する。
しかしながら、すれ違い用前照灯だけを点灯する場合には、すれ違い用前照灯の到達距離が短いた。また、対向車の有無に応じて走行用前照灯とすれ違い用前照灯を切り替える作業は、運転者にとって煩雑である。
そこで本応用例では、対向車１９９の位置情報を図示しないセンサー等で検知し、その情報をもとに、図１５に示すような投光パターン１１０で、対向車１９９を避けて走行用前照灯を照射させることができる。
また、本変形例に係る光源装置３０１ａのその他の応用例として、光源装置３０１ａを車両９９の後方に配置し、図１５に示す投光パターン２１０のようなパターンで投光させてもよい。これにより、車両９９の後方を走行する車両に情報を提示することができる。本応用例においては、波長変換部材４としては、例えば、ピーク波長６１５ｎｍの蛍光体を用い、かつ、光源装置３０１ａから出射され出射光１１の波長の成分を抑制することによって、車両９９のテールランプとして用いることもできる。
（実施の形態３の変形例２）
次に、実施の形態３の変形例２に係る波長変換素子について、図面を参照しながら説明する。
図１６は、本変形例に係る波長変換素子３００ａの構成を示す概略断面図である。
図１６に示すように、本変形例に係る波長変換素子３００ａにおいて、複数の受光部６ａ及び６ｂは、基体５における波長変換部材４が配置された表面の平面視において、波長変換部材４の周縁部に配置されている。
図１３のグラフ（ａ）に示すように、可動型の反射面３ｂを用いて出射光１１を走査させる場合、出射光１１は一定の周期で、周辺部に照射される。
一方で、可動型の反射面３ｂの傾斜量については、反射面３ｂを駆動する駆動部に印加される電圧の極値を調整することによって、調整することも可能である。
このとき受光部６ａ及び６ｂは波長変換部材４の走査したい領域の端部に配置される。
そして、出射光１１の走査位置は、波長変換部材４の周縁の受光部６ａ及び６ｂを用いて演算される。例えば、反射面３ｂの傾斜量が不足している場合には、複数の受光部６ａ及び６ｂの少なくとも一部において、光電流が低下する。このように、波長変換部材４の周縁に配置された複数の受光部６ａ及び６ｂによって、出射光１１の走査位置を検知することができる。
また、この構成により、受光部を基体５の波長変換部材４に対向する全領域に設ける場合より、受光部の領域を低減することができる。つまり、本変形例に係る波長変換素子では、波長変換部材４への発光装置１からの光の位置を検出でき、かつ、受光部の領域を低減することができる。
（実施の形態３の変形例３）
次に、実施の形態３の変形例３に係る波長変換素子について図面を参照しながら説明する。
図１７は、本変形例に係る波長変換素子３００ｂの構成を示す概略断面図である。
図１７に示すように、本変形例に係る波長変換素子３００ｂにおいては、複数の受光部６ａ及び６ｂは、基体５における波長変換部材４が配置された表面の平面視において、波長変換部材４の周囲に配置されている。つまり、複数の受光部６ａ及び６ｂは、当該表面の平面視において、波長変換部材４の外側であって、波長変換部材４の近傍に配置されている。
本変形例に係る波長変換素子３００ｂは、実施の形態３に係る変形例２に係る波長変換素子３００ａと同様の効果を奏する。さらに、本変形例に係る波長変換素子３００ｂによれば、受光部６ａ及び６ｂを波長変換部材４の周囲に配置することにより波長変換部材４の下部（つまり、波長変換部材４と基体５との間）の反射膜の構成の設計の自由度を向上させることができる。例えば、本変形例に係る波長変換素子３００ｂでは、波長変換部材４の直下に受光部が存在しないため、波長変換部材の下部に選択的に反射率がほぼ１００％の光学フィルタ４０を配置してもよい。
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る波長変換素子及びそれを備える光源装置について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、波長変換部材が複数の波長変換領域を備える点において、実施の形態３に係る波長変換素子２００と相違する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子及び光源装置について、実施の形態３との相違点を中心に図面を参照しながら説明する。
図１８は、本実施の形態に係る光源装置３０１ｃの構成を示す概略断面図である。
図１９に、本実施の形態に係る波長変換素子３００ｃの構成を示す概略断面図である。
本実施の形態に係る光源装置３０１ｃにおいて、実施の形態３と同様の光学系が支持部材３２０に固定されている。
支持部材３２０は、一方の面が放熱面３２０ｂとなっており、反対の面に発光装置１と波長変換素子３００ｃが固定される。
集光光学系３は、凸レンズ３ａと、可動型の反射面３ｂとで構成される。
凸レンズ３ａは、発光装置１のパッケージに固定される。
発光装置１は、パッケージに光導波路１０ａを有する半導体発光素子１０が搭載され、金属の缶１５で封止される。このとき、缶１５の開口部には凸レンズ３ａが低融点ガラスなどで固定される。
反射面３ｂは例えば、マイクロ・エレクトリカル・メカニカル・システムであり、軸５２７を介して駆動部５３８と接続される。
駆動部５３８は、外部配線８４と接続され、外部より駆動部５３８に電力が供給される。この電力により、反射面３ｂは静電力、磁力などで可動される。
駆動部５３８は、保持部３２４により保持され、支持部材３２０に対して位置合わせを行った後、固定される。
また、波長変換素子３００ｃは、パッケージ５０内に、基体５と波長変換部材４とを備える。波長変換素子３００ｃは、第２の配線基板７２に実装され、第１の配線基板７１に電気的に接続される。
図１９に示すように、波長変換素子３００ｃの基体５には、複数の受光部６ａ〜６ｅが形成される。
さらに、波長変換部材４が複数の波長変換領域４ａ〜４ｅに分かれており、それぞれ、複数の受光部６ａ〜６ｅに対応するように配置される。隣り合う波長変換領域の間には、光の透過率が低い遮断部材２０４が配置されている。遮断部材２０４は、例えば、チタニア粒子が混合されたシリコーン樹脂で構成される。
上記構成において、出射光１１を、波長変換部材４の所定の位置に照射することができ、その照射位置を変化させることができる。
具体的には、図１８に示すように、反射面３ｂが位置３ｂ１にあるときに出射光１１は反射面３ｂによって出射光５１ａとして反射され、波長変換部材４の位置３５１に照射される。
また、反射面３ｂが位置３ｂ２にあるときに出射光１１は反射面３ｂによって出射光５１ｂとして反射され、波長変換部材４の位置３５２に照射される。
このとき、複数の受光部６ａ〜６ｅに対応した波長変換領域４ａ〜４ｅが配置されるため、各受光部は、当該受光部と隣り合う他の受光部の上部に配置された波長変換領域の出射光を受光しにくい。
したがって、波長変換部材４に照射される出射光の情報を波長変換領域毎に正確に受信することができる。
また、本実施の形態に係る波長変換素子３００ｃでは、複数の発光領域を有する波長変換部材を容易に構成することができる。
（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係る波長変換素子について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、受光部が、基体の外部に設けられている点において、実施の形態１に係る波長変換素子１００と相違する。以下の本実施の形態に係る波長変換素子について、実施の形態１に係る波長変換素子１００との相違点を中心に図面を参照しながら説明する。
図２０は、本実施の形態に係る波長変換素子４００の構成を示す概略断面図である。
図２０に示されるように、本実施の形態に係る波長変換素子４００は、基体５と、基体５の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材４と、基体５に集積され、第１半導体２２及び第２半導体２３で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む受光部６とを備える。本実施の形態では、受光部６は、基体５の内部に、又は、基体５と波長変換部材４との間に配置されず、基体５は波長変換部材４と光学的に接続される光導波路５ａを備える。受光部６は、基体５における波長変換部材４が配置される表面に配置され、光導波路５ａと光学的に接続され、波長変換部材４の近傍に配置される。
波長変換素子４００は、第１電極３２ａ〜３２ｃと、第２電極３３ａ〜３３ｃと、保護膜３５と、光学フィルタ４０と、反射膜４３２とをさらに備える。
本実施の形態では、基体５は、第１半導体及び第２半導体を備えなくてもよい。ただし、基体５は、波長変換部材４からの光を、空間を介さずに受光部もしくは受光部の近傍に伝搬する光導波路５ａを備える。つまり、波長変換部材４からの光は、空間を介さずに基体５の内部に入射して、伝搬する。このとき基体５は、好ましくは、波長変換部材４で発生した熱を伝熱し、拡散させることで波長変換部材４の温度上昇を抑制する。したがって、基体５は、好ましくは、例えば、入射された光の波長に対する透過率が高く、熱伝導率も高いサファイヤなどの透明基板で構成される。そして、透明基板は、波長変換部材４から放射され、空間を介さずに透明基板に入射し、透明基板を伝搬する光の波長の一部もしくは全部を反射する光学フィルタ４０及び反射膜４３２で挟まれ、光導波路５ａを形成する。
光学フィルタ４０は、基体５の波長変換部材４が配置される表面に形成された膜である。したがって、波長変換部材４から基体５に向かう光は光学フィルタ４０を通過し、基体内部に入射される。光学フィルタ４０は、例えば、実施の形態１の変形例１に係る光学フィルタ４０と同様の材料と構成とを備える。つまり、光学フィルタ４０は、波長変換部材４から基体５にわずかに透過し、基体内部から光学フィルタ４０に向かう光が高い反射率で反射するように設計される。光学フィルタ４０において波長変換部材４から受光部６へ光が伝搬しやすくするために、屈折率及び膜厚の調整のほかにパターン形成をおこなっても良い。また、光学フィルタ４０は、光の伝搬を容易にするため、表面への入射角が大きくなると反射率が高くなる構成としても良い。
反射膜４３２は、基体５に入射された光を反射させる膜である。反射膜４３２は、例えば、銀合金などの金属膜、誘電体多層膜、又は、それらの両方を組み合わせた膜である。
第１電極３２ｃ及び第２電極３３ｃは、基体５の保護膜３５上の波長変換部材４の配置位置とは異なる位置に配置された電極である。第１電極３２ｃ及び第２電極３３ｃは、互いに接触しないように配置される。第１電極３２ｃ及び第２電極３３ｃは、それぞれ実施の形態１に係る第１電極３２及び第２電極３３と同様の材料で構成される。
本実施の形態では、第１半導体２２、第２半導体２３及び受光部６は、基体５の表面上であって、第１電極３２ｃ及び第２電極３３ｃに対応する位置に配置されている。つまり、第１半導体２２、第２半導体２３及び受光部６は、基体５の波長変換部材４が配置された表面上であって、波長変換部材４の配置位置とは異なる位置に配置されて、波長変換部材４の配置位置に配置された光導波路５ａと光学的に接続されている。
第２半導体２３は、第１半導体２２の基体５側の表面に形成されている。
受光部６は、第１半導体２２及び第２半導体２３構成されるｐ−ｎジャンクションを含む。
保護膜３５は、第１半導体２２及び第２半導体２３の基体５側の表面に形成された保護膜である。保護膜３５は、実施の形態１に係る保護膜３５と同様の構成を備える。
第１電極３２ａ及び第２電極３３ａは、それぞれ、第１半導体２２及び第２半導体２３の基体５側に配置され、それぞれ、第１半導体２２及び第２半導体２３と電気的に接続される。第１電極３２ａ及び第２電極３３ａは、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、白金、金などの金属で構成される。
第１電極３２ｂは、第１電極３２ａと第１電極３２ｃとを電気的に接続する導電性部材である。第２電極３３ｂは、第２電極３３ａと第２電極３３ｃとを電気的に接続する導電性部材である。第１電極３２ｂ及び第２電極３３ｂは、例えば、半田などで構成される。
本実施の形態に係る波長変換素子４００は、以上のような構成を備えることにより、図２０の矢印で示すように、波長変換部材４にから出射される出射光の一部が、基体５の波長変換部材４の直下に配置された光導波路５ａに入射し、光学フィルタ４０と反射膜４３２とで反射される。そして、受光部６は、基体５の光導波路５ａに入射した光の少なくとも一部を受光する。
このとき、本実施の形態に係る波長変換素子４００においては、波長変換部材４が配置された基体５に光導波路５ａが設けられ、ｐ−ｎジャンクションを含む受光部６が集積され、さらに波長変換部材４と光導波路５ａと、受光部６が光学的に接続されている。これにより、受光部６は、波長変換部材４から出射される光を、実質的に波長変換部材４の近傍で検出することができる。したがって、受光部６は波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、受光部６は、波長変換部材４から基体５に向けて出射される光を波長変換部材で散乱されることなく検出することができる。したがって、波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、波長変換部材４の基体５の主面に垂直な方向の厚みは、波長変換部材４の当該主面に平行な方向の最大幅より小さくため、受光部６は、波長変換部材４で生成した光のうち、波長変換部材４の内部での伝播距離が短い光を検出することができる。このような光の強度は、波長変換部材４の微小な変化に敏感である。したがって、受光部６により波長変換部材４の状態をより正確に検出することができる。
また、本実施の形態では、受光部６は、基体５に備えられる光導波路５ａを利用して基体５の表面に配置されていることから、波長変換素子４００の受光部６の配置をより自由に設定できる。このため波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
これにより、上記各実施の形態に係る各波長変換素子と同様に、本実施の形態に係る波長変換素子４００は、波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
なお、基体５に入射した光のうち、受光部６に入射される光の量を増大させるために、受光部６と基体５との間に配置される部材であって、光を反射又は吸収する部材を削減してもよい。例えば、基体５の受光部６が配置される表面の平面視において、受光部６が配置された領域内に、反射する第１電極及び第２電極が配置されない領域を設けてもよい。また、当該表面の平面視において、受光部６が配置された領域内に、光学フィルタ４０が配置されない領域を設けてもよい。また、本実施の形態において、受光部６は、波長変換部材４と同じ側の基体５の表面に配置された構成について説明したが、これに限らず、波長変換部材４と反対側の基体５の面に接して配置しても同様の効果を実現できる。
（その他の変形例）
以上、本開示に係る波長変換素子及び光源装置について、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、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態およ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および変形例における構成要素およ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、受光部６は、波長変換部材４と基体５との間に配置されてもよい。例えば、膜状の受光部６が波長変換部材４と基体５との間に配置されてもよい。
この構成においても、波長変換部材４と受光部６との距離を短くすることができるため、波長変換部材４の微小な変化を正確に検出することができる。
本開示は、投写表示装置などのディスプレイ分野、又は、車両用照明、産業用照明や医療用照明などの照明分野に用いられる波長変換素子及び光源装置に適用できる。
１ 発光装置
３ 集光光学系
３ａ 凸レンズ
３ｂ 反射面
４ 波長変換部材
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ 波長変換領域
４ｘ 材料変質部
４ｙ クラック
５ 基体
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ 受光部
１０ 半導体発光素子
１１、５１ａ、５１ｂ、５４ａ、５４ｂ、９０、９０ｂ 出射光
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ 光検出器
２１ 基板
２２ 第１半導体
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ 第２半導体
２４ 第３半導体
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 第１電極
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 第２電極
３５ 保護膜
３６、３７ 金属ワイヤ
４０ 光学フィルタ
５５ 第１端子
５６ 第２端子
５７ 第３端子
７１ 第１の配線基板
７２ 第２の配線基板
８０、８２ 外部接続手段
８１、８３、８４ 外部配線
９１ 第１出射光
９２ 第２出射光
９９ 車両
１００、１００ａ、１００ｂ、２００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、４００ 波長変換素子
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、２０１、３０１、３０１ａ、３０１ｃ 光源装置
１１０、２１０ 投光パターン
１１１ 配光パターン
１１２ 出射光パターン
１１５ 中心線
１２０ 投光部材
１３２ 抵抗素子
１４０ 制御部
１４２ 第１の降圧コンバータ
１４３ 第２の降圧コンバータ
１４４ Ａ／Ｄコンバータ
１４５ 駆動回路
１４６ センス抵抗
１４８ Ｉ／Ｏポート
１５０ 外部回路
１６０ 電源部
１９９ 対向車
２０４ 遮断部材
３２０ 支持部材
３２０ｂ 放熱面
３２４ 保持部
４３２ 反射膜
５２７ 軸
５３８ 駆動部

Claims (14)

  1. 基体と、
    前記基体の表面の少なくとも一部に配置された板状又は膜状の波長変換部材と、
    前記基体に集積され、ｐ型半導体及びｎ型半導体で構成されるｐ−ｎジャンクションを含む受光部とを備える
    波長変換素子。
  2. 前記受光部は、前記基体に入射する光を受光する
    請求項１に記載の波長変換素子。
  3. 前記波長変換部材の前記表面に垂直な方向の厚みは、前記波長変換部材の前記表面に平行な方向の最大幅より小さい
    請求項１又は２に記載の波長変換素子。
  4. 前記波長変換部材と前記基体との間に配置され、前記波長変換部材から出射される光を反射する光学フィルタをさらに備える
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  5. 前記光学フィルタは、金属膜又は誘電体多層膜を含む
    請求項４に記載の波長変換素子。
  6. 前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体は、不純物がドープされたシリコンである
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  7. 前記受光部は、前記基体の内部、又は、前記基体と前記波長変換部材との間に配置される
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  8. 前記基体は複数の前記受光部を備える
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  9. 前記受光部は、前記表面の平面視において、前記波長変換部材の周囲に配置される
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  10. 前記受光部は、前記表面の平面視において、前記波長変換部材の周縁に配置される
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  11. 前記波長変換部材は、複数の波長変換領域を備える
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の波長変換素子。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の波長変換素子と、
    前記波長変換素子に照射される光を出射する発光装置とを備える
    光源装置。
  13. 前記発光装置は、レーザ光を出射する
    請求項１２に記載の光源装置。
  14. 前記発光装置から出射された光の光路を変動させる光学系をさらに備える
    請求項１２又は１３に記載の光源装置。
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