JPWO2018168429A1 - Lighting equipment - Google Patents

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Abstract

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。The illumination device (100) includes a semiconductor laser element (1) that emits a plurality of laser lights, an aspheric lens (50) that receives the plurality of laser lights, and converts the incident plurality of laser lights into convergent light. A fluorescent material (90) that emits fluorescent light when the convergent light is irradiated as excitation light, and a reflecting mirror (70) having a first focal point and a second focal point and reflecting the fluorescent light. The phosphor (90) is located in the focal region of the first focal point of the reflecting mirror (70), at a position shifted from the focal point of the aspherical lens (50) in the optical axis direction of the convergent light.

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 an illuminating device, and more particularly to an illuminating device that uses fluorescent light emitted from a phosphor by irradiating the phosphor with laser light from a laser light source as illumination light.

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。   2. Description of the Related Art In recent years, technical development of an illuminating device that irradiates a phosphor with laser light from a semiconductor laser element and uses wavelength-converted fluorescence as illumination light has been actively performed. Conventionally, as such a lighting device, a lighting device disclosed in Patent Document 1 is 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 illustrating 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 condenses the excitation light emitted from the laser module 1102 by the lens 1110, excites the phosphor 1112, converts it into visible light (for example, white light), and uses the visible light as illumination light. It is used for, for example, a vehicle headlamp.

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, a light source unit 1020 includes, as a laser module 1102, a laser diode 1104 mounted on a substrate 1106, which oscillates laser light, and a lens 1110 which captures and condenses laser light emitted from the laser diode 1104. It consists of. Further, a part of the housing 1206 is provided with a paraboloidal reflecting mirror 1208 and a transmitting member 1204. Further, as shown in an enlarged view 1030, a reflecting mirror 1114 and a phosphor 1112 are laminated on a part of the transmitting member 1204. Excitation light emitted from the laser module 1102 is guided from the light transmitting portion 1116 provided in a part of the reflecting mirror 1208 to the concave side of the reflecting mirror 1208 to excite the phosphor 1112 to generate white fluorescent light. Further, the phosphor 1112 is positioned at the focal point F of the reflecting mirror 1208, and the generated white fluorescent light is converted into a substantially parallel light beam and emitted to the outside of the housing 1206.

特開2005−150041号公報JP 2005-150041 A

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 a high-output laser beam is focused on a phosphor in order to produce high-luminance and high-output illumination light, the light density becomes too high. The excited electrons are depleted. For this reason, so-called luminance saturation occurs in which the energy conversion efficiency of the phosphor is saturated. Further, there is a case where the quenching of the temperature of the phosphor occurs as the temperature rises. Further, when the temperature of the phosphor exceeds the heat-resistant temperature, there is a problem that the phosphor itself is burned and deteriorated. Patent Document 1 mentions light distribution pattern control in a white light irradiation region, but does not specifically disclose illuminance uniformity. Further, a reflector is provided on the substrate side of the phosphor, so that the phosphor cannot be directly observed from outside the housing, and the size of the phosphor is larger than the light emitting area of the laser diode, which is generally considered to be 100 μm 2 or less. Is set smaller, there is a problem that it is very difficult to mutually align the laser module, the phosphor, and the rotating parabolic reflector.

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 is intended to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a lighting device capable of irradiating illumination light with high energy efficiency and high illuminance uniformity with 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-described problem, one embodiment of an illumination device according to the present disclosure includes a laser light source that emits a plurality of laser lights, the plurality of laser lights being incident, and the converged plurality of laser lights being incident. An optical lens that converts the convergent light into excitation light, and a phosphor that emits fluorescence when irradiated with the convergent light, and a reflecting mirror that has a first focus and a second focus and reflects the fluorescence. The phosphor is located in a focal region of the first focal point of the reflecting mirror and is shifted from a focal point of the optical lens in an optical axis direction of the converged 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, the light density of the convergent light on the phosphor can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress the energy conversion efficiency of the phosphor from being reduced due to luminance saturation. Further, by using a plurality of laser beams, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the convergent light on the phosphor can be increased. Therefore, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror, the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device can be improved. Further, 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 illumination device according to the present disclosure, the projected image of the fluorescent light in the focal region of the second focal point of the reflecting mirror has a first intensity distribution region and the first intensity distribution region. A second intensity distribution region having a small fluorescence intensity, wherein the first intensity distribution region is included in the second intensity distribution region, and a center of the first intensity distribution region and the second intensity distribution region May coincide with the center of the intensity distribution region.

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 the laser light source that emits a plurality of laser beams, the phosphor, and the reflecting mirror can be realized with high accuracy. Further, such alignment can be realized by adjusting the center positions of the first intensity distribution region and the second intensity distribution region. That is, the first intensity distribution region and the second intensity distribution region can be easily confirmed by visual observation or the like, and thus alignment can be easily realized. Further, by realizing high-precision alignment, it is possible to increase the fluorescence collecting efficiency of the reflecting mirror.

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。   In one aspect of the lighting device according to the present disclosure, the laser light source may be a semiconductor laser element having a plurality of light-emitting regions in one stacked 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。   Thus, the size of the laser light source can be reduced.

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 illumination device according to the present disclosure, the optical lens is an aspheric lens, and has a function of equalizing a light intensity distribution in a direction in which a divergence angle of the plurality of laser lights is large, and The body may be arranged at a position closer to the optical lens than a 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。   Thereby, the peak intensity of the convergent 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 disposing the phosphor at a position closer to the optical lens than the focal point of the optical lens, a plurality of laser beams can be applied to the phosphor with a uniform intensity distribution formed by overlapping 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。   In one aspect of the illumination device according to the present disclosure, the optical lens has a minute lens region in which a plurality of minute lenses are formed, each of the plurality of minute lenses has a different focus, and the phosphor Is disposed at a position farther from the optical lens than the focal point of each of the plurality of microlenses, and a plurality of components of the plurality of laser beams, which are respectively condensed by the plurality of microlenses, are on a light emitting surface of the phosphor. By overlapping, each light intensity distribution in the direction in which the divergence angle of the plurality of laser beams is large and small in the light emitting surface may be uniform.

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。   Thereby, the peak intensity of the laser beam on the light emitting surface of the phosphor can be further reduced, and a decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be further suppressed. Further, by providing 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 increased.

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 illumination device according to the present disclosure, a shape of at least a part of the plurality of microlenses as viewed in the optical axis direction of the plurality of laser beams may be a square 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。   Thereby, the gap between the adjacent minute lenses can be reduced to the minimum. Therefore, the area of the gap that does not act as a lens can be minimized, so that a plurality of laser beams can be more efficiently used 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。   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。   Thereby, the fluorescent light emitted from the phosphor disposed in the focal region of the first focal point can be focused on the second focal point. Also, since the fluorescence reflected by the reflector once intersects at the second focal point, the shadow of the support member or the like that supports the phosphor is more intense than when the fluorescence is emitted as parallel light by the paraboloidal reflector. It is possible to suppress the formation on the fluorescence 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 with 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 illustrating 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 a fluorescent light path 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 details of a fluorescence path in the vicinity of a first focal point and a second focal point of the reflecting mirror 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 details of the fluorescence path in the vicinity of the first focal point and the second focal point of the reflecting mirror according to Embodiment 1. 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 the projected image of the fluorescence on the xy plane in the focal region of the second focal point of the reflecting mirror in the illumination device according to Embodiment 1. 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 diagram of a yz section showing a laser beam path for explaining the operation of the aspheric 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 light path for explaining the operation of the aspheric 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 on the xy plane of the convergent light intensity 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 yz cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the illumination 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 illustrating a schematic configuration of the optical lens according to Embodiment 2. FIG. 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 illustrating a schematic configuration of the optical lens according to Embodiment 2. 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 sectional view showing a schematic configuration of the optical lens according to Embodiment 2. 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 a 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 with laser light intensity according to Embodiment 2. 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 Embodiment 2. 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 diagram of a yz 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 an optical lens of laser light intensity in the y-axis direction according to Embodiment 2. 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 in the y-axis direction of the position of the phosphor of the laser light intensity according to Embodiment 2. 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 Embodiment 2. 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 illustrating a schematic configuration of an optical lens according to a modification 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 illustrating a schematic configuration of an optical lens according to a modification 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 cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an optical lens according to a modification 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 projected image of the fluorescence on the xy plane near the second focal point of the reflecting mirror of the illumination device according to the modification 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 illustrating 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. Each of the embodiments described below shows a specific example of the present disclosure. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions of components, connection forms, 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, components that are not described in the independent claims that indicate the highest 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。   In addition, each drawing is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scale and the like do not always match in each drawing. In each of the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description 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. Configuration of lighting device]
Illumination device 100 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a lighting device 100 according to Embodiment 1. 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 lighting 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, a 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 aspheric lens 50, and a connecting member 60. , A reflecting mirror 70, a supporting member 80, a high reflection substrate 85, and a phosphor 90.

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 on which the semiconductor laser element 1 is disposed, a stem 10b supporting the submount 2, a base 10a on which the stem 10b is disposed, 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. Thereby, a downsized laser light source can be realized.

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 light emitted from the semiconductor laser device 1 is not particularly limited, but is 390 nm or more and 460 nm or less in the present embodiment. Specifically, the semiconductor laser device 1 is an InGaN-based multi-emitter laser diode device 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 high heat radiation metal material having a high thermal conductivity such as aluminum and copper. The semiconductor laser light emitting device 19 is fixed to one end of the metal base member 20. Laser light emitted from the semiconductor laser device 1 travels in a direction opposite to the direction from the semiconductor laser device 1 toward the metal base member 20. In order to enhance the heat radiation of the metal base member 20, a heat sink 30 is provided on the surface of the metal base member 20 opposite to the surface on which the semiconductor laser light emitting device 19 is mounted.

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. Although the configuration of the heat sink 30 is not particularly limited, in the present embodiment, the heat sink 30 is formed of a high heat dissipating metal material having a high thermal conductivity, such as aluminum or 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 reflecting mirror 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 the fluorescence emitted from the phosphor 90. I do. An example of such a reflecting mirror 70 is a reflecting mirror having a spheroidal reflecting surface (elliptical reflecting mirror), and the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 is a spheroidal concave surface. An opening 75 is provided in the reflecting mirror 70. Specifically, the opening 75 is a through hole provided at the top of the long axis of the reflecting mirror 70. Note that the opening 75 need not 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。   In addition, the reflecting mirror 70 may be a structure in which a metal thin film serving as the reflecting surface 71 is formed 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 reflecting mirror 70 are connected by a connecting member 60. A cylindrical cavity is provided inside the connecting member 60, and the lens holding member 40 is provided inside the hollow. The aspheric lens 50 is held in 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 aspheric lens 50 is an example of an optical lens that receives a plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser device 1 and converts the plurality of incident laser beams into convergent light. The aspheric lens 50 is made of a translucent material such as quartz, for example, and is arranged on the optical paths of a plurality of laser beams of the semiconductor laser device 1. The plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser device 1 are collected by the aspheric lens 50. In the present embodiment, the aspheric lens 50 has a function of making the light intensity distribution uniform in the direction in which the divergence angles of the plurality of laser beams are large. In other words, the aspheric lens 50 not only condenses the plurality of laser beams that have entered, 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 later in detail.

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 located in a focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70 and at a position shifted from the focal point of the aspherical lens 50 in the optical axis direction of the convergent light. Here, the focal region of the first focal point is the first focal point and a region near the first focal point. 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. Note that 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. Thereby, the fluorescence emitted from the phosphor 90 can be accurately focused on the second focal point. Note that the focus area of the second focus is similarly defined.

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 the present embodiment, the phosphor 90 is formed on the high reflection substrate 85. The phosphor 90 formed on the high-reflection substrate 85 is supported by the support member 80 and is a focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70, which is closer to the aspheric lens 50 than the focal point of the aspheric lens 50. Is located in the position. As a result, the defocused convergent light is applied to the light emitting surface 91 of the phosphor 90 from the just-focused position of the aspherical lens 50, so that the light density of the convergent light on the phosphor 90 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from being reduced due to luminance saturation. Note that, as described above, the light emitting surface 91 of the phosphor 90 is also an excitation surface on which the convergent light that is the excitation light of the phosphor 90 is irradiated. Further, the optimum installation position of the phosphor 90 will be described later in detail together with the function of the aspheric 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 material constituting the phosphor 90 is, 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+ ) is a mixture with a fluorescent material. The blue light emitting SCA is excited by blue-violet laser light having a peak wavelength of 405 nm emitted from the semiconductor laser device 1 to emit blue light. The Ga-YAG for yellow light emission is excited by the blue-violet laser light emitted from the semiconductor laser device 1 to emit yellow light. The combined light of blue light and yellow light appears white to humans. Therefore, by irradiating the phosphor 90 with the laser light emitted from the semiconductor laser element 1, the phosphor 90 emits white light as synthetic light in which blue light and yellow light are mixed. That is, the phosphor 90 produces white fluorescence.

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 shape with a rectangular cross section, and one end in the longitudinal direction is fixed to a part of the reflecting mirror 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 a material having high transparency to visible light in addition to high thermal conductivity, such as GaN, SiC, AlN, or diamond. Thereby, the absorption or reflection of the fluorescent light by the support member 80 can be reduced. Therefore, the fluorescence emission efficiency of the illumination device 100 can be increased. FIG. 1 shows an example in which one end of the support member 80 in the longitudinal direction is fixed to a reflecting mirror. However, a phosphor 90 is provided at the center of the supporting member 80 in the longitudinal direction, and both ends of the supporting member 80 have the reflecting mirror 70. May be fixed. In that case, the heat radiation performance from the phosphor 90 is further improved. Further, the phosphor 90 can be more strongly fixed to the reflecting mirror 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 device]
Next, the operation of lighting device 100 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. Each drawing shows the three-dimensional orthogonal coordinate axes of the x-axis, the y-axis, and the z-axis as in FIG.

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。   FIG. 2 and FIG. 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. FIGS. 2 and 3 show vertical cross sections of the illumination 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 path of the laser light will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the blue-violet laser light 111 emitted from the semiconductor laser light emitting device 19 is converted from the divergent light into the convergent light 51 by the aspherical lens 50, and then is transmitted through the opening 75 of the reflecting mirror 70. And the light is emitted to the light emitting surface 91 of the phosphor 90 disposed near the first focal point (focus area) of the reflecting mirror 70. At this time, heat generated by the reactive power of the semiconductor laser device 1 (power obtained by subtracting the optical output from the input power) is dissipated from the heat sink 30. A part of the convergent light 51 applied to the phosphor 90 is absorbed by the phosphor 90 and converted into blue and yellow fluorescent light. Then, white fluorescent light, which is a synthesized light synthesized by mixing the blue fluorescent light and the yellow fluorescent light, 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 the fluorescence will be described with reference to FIG. The white fluorescent light 110 generated by the phosphor 90 is reflected by the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70, is reflected by the reflecting surface 71, is radiated as convergent light outside the reflecting mirror 70, and is reflected as a spheroidal 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 the spheroidal reflecting surface 71, the fluorescence reflected by the reflecting mirror 70 once intersects at the second focal point as shown in FIG. For this reason, it is possible to suppress the formation of the shadow of the support member 80 or the like that supports the phosphor 90 on the fluorescence irradiation surface as compared with the case where the fluorescence is emitted as parallel light by the paraboloid of reflection mirror.

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 fluorescent light that reaches the vicinity of the second focal point f2 of the reflecting mirror 70 is emitted from the phosphor 90 excited by the convergent light 51 in the Lambertian light distribution on the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70. It is reflected once. However, the present inventors have analyzed the projected image of the white fluorescent light in the vicinity of the second focal point f2 in detail, and found that there is a fluorescent component that reaches the second focal point f2 through a different path from the above. . The fluorescence having different routes will be described with reference to FIGS.

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。   FIGS. 4A and 4B are first and second schematic cross-sectional views respectively illustrating details of the fluorescence path in the vicinity of the first focus and the second focus (focus area) of the reflecting mirror 70 according to the present embodiment. FIG. FIG. 4C is a schematic diagram of the projected image of the fluorescent light on the xy plane in the focal region of the second focal point of reflecting mirror 70 in illumination device 100 according to the present embodiment. In FIG. 4A, it is assumed that the fluorescent light 110 emitted from the phosphor 90 is reflected once at a point P on the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70. Most of the fluorescent component reaching the point P is reflected once by the reflecting surface 71 and is collected at the second focal point f2 of the reflecting mirror 70. However, since the reflecting surface 71 is not a perfect spheroid, only a small part of the fluorescence is scattered by the surface irregularities at the point P, and there is the fluorescence 114 returning to the phosphor 90 as shown by the dotted line in FIG. 4A. I do. In addition, since the surface of the phosphor 90 is not a perfect mirror surface, the fluorescent light 114 returning to the phosphor 90 is further scattered on the surface or inside of the phosphor 90 and changes its traveling direction to the point Q direction on the reflecting surface 71. After being emitted and reflected at the point Q, it reaches the second focal point f2 of the reflecting mirror 70 (see the fluorescent light 115 indicated by a dotted line in FIG. 4A). FIG. 4A illustrates an example of one locus of the fluorescent light 115. As shown in FIG. 4B, the traveling direction of the fluorescent light after being rescattered by the fluorescent material 90 is omnidirectional (180 degrees) as viewed from the surface of the fluorescent material 90. ), The emission angle is wider than the emission characteristic (Lambertian) of the fluorescence by laser light excitation. As a result, the projected image of the fluorescent light at the position f2n near the second focal point f2 (focal area) of the reflecting mirror 70 shown in FIG. 4B is scattered once on the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 as shown in FIG. 4C. The projected image of the fluorescent light 110 is superimposed on the projected image of the fluorescent light 115 that has been scattered multiple times. The former shows an intensity distribution that directly reflects the intensity distribution of the convergent light 51 (that is, the excitation light) on the light emitting surface 91 of the phosphor 90. In the present embodiment, the region of this intensity distribution is described below as the first intensity distribution. This 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, this intensity distribution region is hereinafter referred to as a second intensity distribution region 115r. Name.

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 when the installation direction of the reflecting mirror 70 is determined, but the first intensity distribution region 110r can change according to the irradiation position of the laser light on the phosphor 90. For example, if the irradiation position of the convergent light 51 on the phosphor 90 is shifted from the first focus of the reflecting mirror 70, the projected image of the fluorescent light will not be as shown in FIG. 4C. That is, the center of the first intensity distribution region 110r and the center of the second intensity distribution region 115r are shifted, and the efficiency of condensing fluorescence of the reflecting mirror 70 is reduced. Conversely, according to this configuration, even when the irradiation position of the convergent light 51 on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 cannot be directly observed, the projected image of the fluorescent light at the position f2n near the second focal point f2 of the reflecting mirror 70. By observing, the irradiation position of the convergent light 51 can be indirectly observed. This makes it possible to adjust the optical axis extremely easily and with high precision. As described above, 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 higher the fluorescence reflectance of the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70, the better. For example, the fluorescence reflectance of the reflection surface 71 may be 80% or more. This makes it possible to clearly distinguish the two intensity distribution regions as shown in FIG. 4C. Further, the fluorescence reflectance of the reflection surface 71 may be 90% or more. Thereby, the two intensity distribution regions can be more clearly distinguished.

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 projected image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflecting mirror 70 has the first intensity distribution region 110r and the intensity of the fluorescence smaller than that of the first intensity distribution region 110r. And 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 matches the center of the second intensity distribution region 115r. Thus, alignment between the semiconductor laser device 1 that emits a plurality of laser beams, the phosphor 90, and the reflecting mirror 70 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 observation or the like, highly accurate alignment can be easily realized. In addition, by realizing high-precision alignment, the fluorescence collecting efficiency of the reflecting mirror 70 can be increased.

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。   Note that 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 area. In addition, the case where the centers of the respective intensity distribution regions coincide with each other is not limited to the case where the centers completely coincide with each other, but also includes the case where the centers substantially coincide. 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 reflection surface 71 has a spheroidal shape, the shape of the first intensity distribution region 110r having a high intensity is closer to a circle and the more uniform the intensity distribution, the more the shape of the fluorescence irradiation region is circular. 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 first intensity distribution region 110r that is substantially inscribed in a circle (in other words, a gap between the circumscribed circle is small). The details will be described with reference to FIGS. Each drawing shows the three-dimensional orthogonal coordinate axes of the x-axis, the y-axis, and the z-axis as in FIGS. 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 emission modes from the semiconductor laser element 1. The semiconductor laser light emission illustrated in FIGS. 3 shows details of the device 19. In FIG. 5, a semiconductor laser light emitting device 19 is a packaged light emitting device. The semiconductor laser light emitting device 19 includes a semiconductor laser element 1 having a plurality of light emitting regions in one laminated body and a metal cap (can) 12 constituting a package. Prepare. By using such a semiconductor laser element 1, the semiconductor laser light emitting device 19 can be downsized. 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 the cap 12. Specifically, the semiconductor laser device 1 is mounted via a submount 2 on a stem 10b arranged on a disk-shaped base 10a. In the present embodiment, the semiconductor laser device 1 is arranged such 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 such that the longitudinal direction (stripe direction) of the optical waveguide 11a is the direction of the z-axis.

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 device 1 can be transmitted. The window glass 13 is an example of a light transmitting member that transmits the laser beams 111a and 111b emitted from the semiconductor laser device 1, and is a plate glass in the present embodiment. The semiconductor laser light emitting device 19 is further provided with an electrode pin 14 for supplying power to the semiconductor laser element 1 from 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 radiation angles of the laser beams 111a and 111b from the semiconductor laser device 1 are different in two orthogonal axes, and the radiation angle in the x-axis direction is smaller than the radiation 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。   In other words, the direction of the stripe width coincides with the direction of the narrow emission angle.

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. Thereby, the semiconductor laser device 1 can be further downsized.

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 aspheric lens 50 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIGS. 6 and 7 are schematic views of a yz section and a zx section showing a laser beam path for explaining the operation of the aspheric lens 50 according to the first embodiment. 6 and 7, the same members as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and 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。   6, an aspheric lens 50 is an optical element that converts a laser beam 111 emitted from the semiconductor laser device 1 as divergent light into convergent light. Since the laser light 111a from the optical waveguide 11a of the semiconductor laser device 1 and the laser light 111b from the optical waveguide 11b are substantially the same in the yz section, the laser light 111 and the laser light 111 are not distinguished from each other. Name. The aspherical lens 50 has a difference in refractive power between the inner and outer circumferences. As for the convergent light from the aspherical lens 50, the paraxial ray 51c (dotted line shown in FIG. 6) of the aspherical lens 50 is condensed on the focal plane fy1. A light ray 51e (a dashed line shown in FIG. 6) passing through the outer peripheral portion of the spherical lens 50 is focused on a position fy2 shifted from the focal plane fy1. The difference between the focal positions on the inner and outer peripheral sides of the aspheric lens 50 is called spherical aberration. Spherical aberration is caused by an increase in refractive power from the center of the aspherical lens 50 toward the peripheral direction. In order to reduce the beam spot on the focal plane as much as possible, it is necessary to eliminate this as much as possible.In general, commercially available aspherical lenses have the aspherical surface of the aspherical lens so that this spherical aberration is infinitely zero. 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 before and after 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 a laser beam having a Gaussian intensity distribution is condensed using an aspheric lens 50 having a spherical aberration, that is, an aspheric lens 50 whose refractive power increases in the outer peripheral direction, a light beam 51e on the outer peripheral side having weak intensity is gathered inside, Due to the effect of overlapping with the paraxial ray 51c, there is a surface on the near side of the focal plane where the light intensity distribution is uniform. The position of the surface where the light intensity distribution is uniform can be adjusted to an arbitrary position between the focal plane fy1 of the paraxial ray and the aspheric lens 50 by changing the amount of spherical aberration of the aspheric lens 50. Can be. The amount of spherical aberration of the aspheric 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 aspheric lens 50. In the present embodiment, the phosphor 90 is provided at a position on the z-axis at which the intensity distribution of the laser light is 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 aspheric lens 50 has a function of making the light intensity distribution uniform in the direction where the spread angle of the two laser beams from the semiconductor laser element 1 is large (that is, the Y-axis direction). It is arranged at a position closer to the aspheric lens 50 than the focal point of the aspheric lens 50. Thereby, the peak intensity of the convergent light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and a decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be suppressed. Further, by disposing the phosphor 90 at a position closer to the aspherical lens 50 than the focal point of the aspherical lens 50, uniform intensity formed by superposing the intensity distributions of the two laser beams from the semiconductor laser device 1 is obtained. 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 diagram of the zx cross section of FIG. 7, the emission end face of the laser beam of the semiconductor laser element 1 is parallel to the main plane of the aspheric lens 50, and the first light emitting region (the optical waveguide 11a of FIG. 5) and the second The light emitting region (the optical waveguide 11b in FIG. 5) is equidistant from the aspheric lens 50. The laser beam 111a (two-dot chain line) from the first light emitting region and the laser beam 111b (dotted line) from the second light emitting region of the semiconductor laser device 1 enter the aspheric lens 50 in a state where they are almost overlapped. The laser beams 111a and 111b incident on the aspherical lens 50 are converted into convergent beams 51a and 51b, respectively, and irradiate the phosphor 90 in an overlapping state. As described above, by using the two laser beams from the semiconductor laser element 1, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the convergent 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。   When there is no phosphor 90, the convergent light beams 51a and 51b pass through the position and are condensed while being completely separated at the focal plane fx. 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 beam 111 in the y-axis direction shown in FIG. The effect of uniformizing the intensity of the convergent 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 convergent 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 on the xy plane of the convergent light intensity at the position where phosphor 90 according to the present embodiment is arranged. In FIG. 8, a graph (a) is a diagram of a beam profile on the xy plane showing the shape of the convergent light and its intensity distribution in 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 greater the light intensity. In addition, in FIG. 8, a graph (b) is a diagram illustrating a light intensity (integral value) distribution in a horizontal direction (x-axis direction), and a graph (c) is a light intensity (integral value) in a vertical direction (y-axis direction). It is a figure which shows an (integral value) distribution. Graphs (b) and (c) show the light intensity distribution at the positions of the lines AA and BB in graph (a). As shown in FIG. 8, at the position where the phosphor 90 is arranged, the convergent light has a light intensity distribution that is uniform in a top hat shape in both the horizontal direction and the vertical direction. This is because, 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 uniform. Because it becomes. That is, the aspheric lens 50 has a function of making the light intensity uniform in the direction in which the divergence angle is large 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 light intensity distribution can be obtained. In other words, the phosphor 90 is arranged at a position shifted toward the aspheric lens 50 from the focal plane where the paraxial ray of the light passing through the aspheric lens 50 forms 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。   As an adjustment method for obtaining a uniform light intensity distribution other than the position adjustment of the phosphor 90, 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. There is. Specifically, by adjusting the position of the semiconductor laser element 1 in the z-axis direction or adjusting the position of the aspherical lens 50 in the z-axis direction, the position of the focal plane fx of the two convergent lights 51a and 51b is adjusted. Change. Thus, the degree of overlap between the two convergent light beams 51a and 51b may be changed and adjusted so that a uniform light intensity distribution as shown in FIG.

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。   The aspheric 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 is uniform at the installation position of the phosphor 90. The spherical aberration of the aspheric lens 50 is optimized in accordance with the vertical divergence angle of the laser light emitted from the semiconductor laser device 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。   The uniform intensity distribution described above 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 shifted from the focal point of the aspherical lens 50, the light density of the convergent light on the phosphor 90 can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from being lowered due to luminance saturation. Further, by using the two laser beams from the semiconductor laser device 1, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the convergent light in the phosphor 90 can be increased. For this reason, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror 70, the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device 100 can be improved. In addition, 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, the illuminating device 100 according to the present embodiment includes the semiconductor laser element 1 that emits a plurality of laser beams, and the aspheric lens 50 that receives the plurality of laser beams and converts the incident plurality of laser beams into convergent light. And a phosphor 90 that emits fluorescence when convergent light is irradiated as excitation light, and a reflector 70 that has a first focus and a second focus and reflects fluorescence. The phosphor 90 is located in a focal region of the first focal point of the reflecting mirror 70 and at a position shifted from the focal point of the aspherical lens 50 in the optical axis direction of the convergent 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, the light density of the phosphor 90 can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress the energy conversion efficiency of the phosphor 90 from being lowered due to luminance saturation. Further, by using a plurality of laser beams, the degree of freedom in adjusting the intensity distribution of the convergent light (excitation light) in the phosphor 90 can be increased. For this reason, by forming an intensity distribution suitable for the shape of the reflecting mirror 70, the illuminance uniformity of the illumination light emitted from the illumination device 100 can be improved. In addition, the above effects can be realized without complicating the configuration of the lighting device, for example, as compared with the related art disclosed in 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。   In the illumination device 100, the projected image of the fluorescent light in the focal region of the second focal point of the reflecting mirror 70 has the first intensity distribution region 110r and the second fluorescent light intensity smaller than that of the first intensity distribution region 110r. And 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 device 1 that emits a plurality of laser beams, the phosphor 90, and the reflecting mirror 70 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 observation or the like, highly accurate alignment can be easily realized. In addition, by realizing high-precision alignment, the fluorescence collecting efficiency of the reflecting mirror 70 can be increased.

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 aspheric lens 50 may perform beam shaping such 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 to a position closer to the aspheric lens 50 than the focal plane of the paraxial ray of the aspheric 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。   As described above, since the phosphor 90 is uniformly excited by the convergent light, 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 of adjusting the intensity distribution of the convergent 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 convergent light can be made closer to a circle. For this reason, the affinity with the reflective surface 71 having a spheroidal shape is good, and high illuminance uniformity can be obtained in the fluorescence irradiation area.

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。   In the lighting device 100, the semiconductor laser element 1 may have a plurality of light emitting regions in one stacked 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。   Thus, the size of the laser light source can be reduced.

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。   In the lighting device 100, the aspheric lens 50 has a function of equalizing the light intensity distribution in the direction in which the divergence angles of the plurality of laser beams are large, and the phosphor 90 is more aspheric than the focal point of the aspheric 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。   As described above, by uniforming the light intensity distribution in the direction in which the divergence angle of the plurality of laser beams is large, the peak intensity of the laser beam on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and the luminance saturation and temperature quenching can be achieved. It is possible to suppress a decrease in energy conversion efficiency due to the above. In addition, by disposing the phosphor 90 at a position closer to the aspheric lens 50 than the focal point of the aspheric lens 50, the phosphor 90 has a uniform intensity distribution formed by overlapping 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。   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。   Thereby, the fluorescent light 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 fluorescent light reflected by the reflecting mirror 70 once intersects at the second focal point, the supporting member 80 for supporting the phosphor 90 and the like can be used as compared with the case where the fluorescent light is emitted as parallel light by the paraboloidal reflecting mirror. Can be suppressed from being formed on the fluorescence 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. Configuration of lighting device]
Next, a lighting device 200 according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. Each drawing shows the three-dimensional orthogonal coordinate axes of the x-axis, the y-axis, and the z-axis as in FIGS. FIG. 9 is a yz cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a lighting device 200 according to Embodiment 2. The same members as those of the lighting device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The only difference between the illumination device 200 in FIG. 9 and the illumination device 100 in the first embodiment is the configuration of an optical member for shaping the laser beam and irradiating the phosphor 90 with the laser beam. An optical lens 55 having a minute lens region in which the minute lenses are 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 device]
Next, the operation of lighting device 200 according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. Also in the present embodiment, the operation of exciting the phosphor 90 with laser light to generate white fluorescent light 110 and 115 and projecting the white fluorescent light in a desired direction by the reflecting mirror 70 is described with reference to FIGS. This is the same as Embodiment 1 shown in FIG. 4B. Here, how the laser light from the semiconductor laser light emitting device 19 is beam-shaped and irradiated on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 with uniform intensity 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, respectively, illustrating a schematic configuration of the optical lens 55 according to the second embodiment. FIG. 10A is a plan view of the optical lens 55 of the plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser light emitting device 19 when viewed in the optical axis direction (viewed in the z-axis direction). FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line 10B-10B in FIG. It is a schematic diagram, FIG. 10C is a schematic diagram of 10C-10C cross section 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 minute lens region 55R in which a plurality of minute lenses 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h, and 55i are formed. Note that a plurality of hexagons in the minute lens region 55R shown in FIG. 10A each indicate a minute lens, and only a part of the hexagon is denoted 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 minute lenses has a different focus. That is, each micro lens is formed such that the condensing position of the laser light converted into the convergent light by the plurality of micro lenses of the optical lens 55 is different from each other. In the present embodiment, the condensing position of the laser light 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 when viewed in the optical axis direction of the plurality of laser beams (that is, when viewed in the z-axis direction in FIG. 10A) is a hexagonal shape. Thereby, the gap between the adjacent minute lenses can be reduced to the minimum. Therefore, the area of the gap that does not act as a lens can be minimized, so that a plurality of laser beams can be more efficiently used 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 short axis width W1 and the long axis width W2 of the hexagon 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, the vertical width is set according to the ratio of the horizontal width in the x-axis direction to 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 minute lens region 55R has a concave-convex shape having a sawtooth cross section, and each of the convex portions forms a minute lens. 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 side of the semiconductor laser light emitting device 19.

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, a beam shaping function in the x-axis direction of the illumination 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 sectional view (a) of FIG. 11, the end face on the emission side of the laser beam of the semiconductor laser element 1 is parallel to the main plane of the optical lens 55 having a plurality of microlenses, and the first light emitting region (the optical waveguide 11 a of FIG. 5). ) And the second light emitting region (the optical waveguide 11b in FIG. 5) are equidistant from the minute lens 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 device 1 enter the microlens 55a in a state where they are almost overlapped. The laser beams 111a and 111b that have entered the microlenses 55a are converted into convergent beams 51aa and 51ba, respectively, and are once collected at the focal points 52aaf and 52baf, then diverge again and enter the phosphor 90, and the area x1 And x2 are excited. The shape of the minute lens 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 convergent lights 51ac and 51bc emitted from the minute lens 55c are condensed at the focal points 52acf and 52bcf, respectively, and then diverge again and enter the phosphor 90. , Excite 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 convergent light beams 51ae and 51be emitted from the microlenses 55e are condensed at the focal points 52aef and 52bef, respectively, then diverge again and enter the phosphor 90. , Excite regions x1 and x2. Although not particularly shown, similarly, at the minute lenses 55b and 55d, the respective convergent lights enter 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 it is located closer to the phosphor 90. The dashed lines shown in the cross-sectional views (a) to (c) of FIG. 11 indicate the positions of the focal points 52aaf and 52baf in the z-axis direction. The focal points 52aef and 52bef (see the sectional view (c) of FIG. 11) of the minute lens 55e are closer to the phosphor 90 than the focal points 52acf and 52bcf (see the sectional view (b) of FIG. 11) of the minute lens 55c. It turns out that it is located. As described above, each of the plurality of microlenses has a different focal point, and the phosphor 90 is disposed at a position farther from the optical lens 55 than these focal points, and each laser passing through the focal point of 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。   Next, the intensity distribution of the convergent light generated by the optical lens 55 in the x-axis direction will be described with reference to FIGS. 12A and 12B. FIGS. 12A and 12B are schematic diagrams of one-dimensional profiles in the x-axis direction at the positions of the optical lens 55 and the phosphor 90 of the laser beam intensity according to the present embodiment, respectively. 12A and 12B, the light intensity distribution when laser light 111a emitted from one optical waveguide 11a of semiconductor laser element 1 is split by each microlens, and split laser light 111a is converted into convergent light. The intensity distribution when converted and condensed on the area 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 convergent light from each microlens on the light emitting surface 91 of the phosphor 90. (In the x-axis direction). The laser beam 111a is divided into convergent beams 51aa, 51ab, 51ac, 51ad, and 51ae by five microlenses as shown in FIG. 12A, and overlaps again in the area x1 of the phosphor 90 as shown in FIG. 12B. The sum of each converged light in FIG. 12B has a profile with a uniform intensity distribution as shown by the solid line. As shown in FIG. 12B, for example, a convergent light 51ad having an intensity distribution inclined upward to the right and a convergent light 51ae having an intensity distribution inclined downward to the right overlap in the region x1. Thereby, at least a part of the gradient of the intensity distribution is canceled out and becomes uniform. Similarly, when the convergent light 51ab and the convergent light 51ac having the inclined intensity distribution overlap in the region x1, the inclination of the intensity distribution is canceled. Thus, convergent light having a substantially uniform intensity distribution in the region x1 can be obtained. Although not particularly shown, the laser beam 111b from the other optical waveguide 11b is similarly shaped into a uniform profile of 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, a beam shaping function in the y-axis direction of the illumination device 200 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram of a yz 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 light incident on the minute lenses 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 FIG. 13A, the emission end face of the laser beam of the semiconductor laser device 1 is parallel to the main plane of the optical lens 55 having a plurality of microlenses, and is in the first light emitting region (the optical waveguide 11a of FIG. 5). ) And the second light emitting region (the optical waveguide 11b in FIG. 5) are equidistant from the minute lens 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 device 1 are substantially the same in the yz section, the laser light 111 and the laser light 111 are not distinguished from each other. Name. In the cross-sectional view (a) of FIG. 13, the component of the laser beam 111 that has entered the microlens 55 a is converted into convergent light 51 ay, once collected at the focal point 52 ayf, and then diverges again to the phosphor 90. The incident light 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, also in the cross-sectional view (b) of FIG. 13, the convergent light 51fy emitted from the minute lens 55f is condensed at the position of the focal point 52fyf, then diverges again and enters the phosphor 90 to excite the region y1. I 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, also in the cross-sectional view (c) of FIG. 13, the convergent light 51hy emitted from the minute lens 55h is condensed at the position of the focal point 52hyf, then diverges again and enters the phosphor 90 to excite the region y1. I do. Although not particularly shown, similarly, also in the minute lenses 55g and 55i, respective convergent lights enter 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. . Also, it can be seen that the focal point 52hyf of the minute lens 55h is located closer to the phosphor 90 than the focal point 52fyf of the minute lens 55f. As described above, each of the plurality of microlenses has a different focal point, the phosphor 90 is disposed closer to the phosphor 90 than these focal points, and each laser beam passing through the focal point in each of the microlenses is And the light emitting surface of the phosphor 90. The individual microlenses are designed to have no astigmatism. For example, the focal points 52aaf and 52baf of the microlens 55a in the x-axis direction (see the cross-sectional view (a) in FIG. 11) and the focal points in the y-axis direction The position on the z-axis of 52ayf (see the sectional view (a) of FIG. 13) coincides. Accordingly, by providing the opening 75 of the reflecting mirror 70 near the focal point of each microlens, 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 convergent 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 in the y-axis direction according to the present embodiment. 14A and 14B, the light intensity distribution when the laser light 111 emitted from the optical waveguides 11a and 11b of the semiconductor laser device 1 is split by each micro lens, and the split laser light 111 is converted into convergent light. The light intensity distribution when converted and condensed on the area 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 convergent light from each minute lens in the region y1 of the phosphor 90 ( (y-axis direction). The laser light 111 is divided into convergent lights 51ay, 51fy, 51gy, 51hy, and 51iy by five microlenses as shown in FIG. 14A, and overlaps again in the area y1 of the phosphor 90 as shown in FIG. 14B. As a result, similarly 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 uniformly.

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 convergent 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 phosphor 90 of lighting device 200 according to Embodiment 2. The graphs (a) and (d) of FIG. 15 show that the laser light (the laser light 111a shown in FIG. 11 and the laser light 111 shown in FIG. 13) from the optical waveguide 11a is an optical lens 55 having a plurality of microlenses. 7A and 7B are a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution of the convergent light converted at step S1 on the light emitting surface 91. The graphs (b) and (e) of FIG. 15 show that the laser light (the laser light 111b shown in FIG. 11 and the laser light 111 shown in FIG. 13) from the optical waveguide 11b is an optical lens 55 having a plurality of minute lenses. 5A and 5B are a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution of the excitation light converted at step S1 on the light emitting surface 91. Graphs (c) and (f) of FIG. 15 show optical lenses having microlenses for the laser beams of the optical waveguides 11a and 11b (the laser beams 111a and 111b shown in FIG. 11 and the laser beam 111 shown in FIG. 13), respectively. 7A and 7B are a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution of the excitation light converted at 55 on the light emitting surface 91. Each of them is a view from the optical lens 55 side, and shows a two-dimensional intensity distribution display and a three-dimensional intensity distribution display of the light intensity distribution. In the two-dimensional intensity distribution displays of the graphs (a) to (c), the light intensity distribution is shown in an 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 graphs (a) and (d) of FIG. 15, and (b) and (e), the fluorescence of the convergent 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 made uniform. Further, as shown in graphs (c) and (f) of FIG. 15, each convergent light is designed to partially overlap the light emitting surface 91 of the phosphor 90, and one uniform light as a whole is obtained. 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。   Thus, one light intensity distribution can be obtained by the optical lens 55 having a plurality of microlenses. Furthermore, the light intensity distribution can be adjusted by appropriately designing the shape of each microlens. Thereby, a light intensity distribution suitable for the reflecting mirror 70 can be formed, and thus the illumination device 200 that can emit illumination light with high uniformity can be realized.

[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 illumination device 200 according to the present embodiment, the optical lens 55 has the minute lens region 55R in which the plurality of minute lenses are formed, and each of the plurality of minute lenses has a different focus. The phosphor 90 is arranged at a position farther from the optical lens 55 than the focal point of each of the plurality of microlenses. In addition, a plurality of components of the two laser beams, which are respectively condensed by the plurality of microlenses, overlap on the light emitting surface 91 of the phosphor 90, so that the two laser beams have a large spread angle in the light emitting surface 91. 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。   Thereby, the peak intensity of the laser beam on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be reduced, and a decrease in energy conversion efficiency due to luminance saturation, temperature quenching, and the like can be suppressed. Further, by providing the opening 75 of the reflecting mirror 70 near the focal point of each minute lens, the opening area can be reduced, so that the fluorescence reflection loss due to the opening 75 can be reduced and the energy efficiency can be increased. Further, by appropriately designing the minute lens region 55R, the shape of the intensity distribution of the convergent light on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be made closer to a circle. For this reason, it is possible to emit fluorescent light having a good light distribution characteristic from the phosphor 90 with good affinity with the reflecting surface 71 of the reflecting mirror 70 having a spheroidal shape. Therefore, it is possible to realize the lighting device 200 having high illuminance uniformity in the fluorescence irradiation area.

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。   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 of the laser light (that is, in the z-axis direction) 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。   Thereby, the gap between the adjacent minute lenses can be reduced to the minimum. Therefore, the area of the gap that does not act as a lens can be minimized, so that the two laser beams from the semiconductor laser device 1 can be more efficiently used as 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 device 1 having two optical waveguides is used. However, even when three or more optical waveguides are provided, the microlenses emitted from the adjacent optical waveguides are used. One uniform light intensity distribution is designed by designing the convergent light converted by the optical lens 55 having the region 55R so that a part of the intensity distribution on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 overlaps with each other. A small lighting device having

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 illumination device 200 according to the present embodiment, the laser light from the semiconductor laser light emitting device 19 is configured to be directly incident on the optical lens 55 having the minute lens region 55R. 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。
(Modification of Second Embodiment)
Next, a modified example of the lighting device 200 according to Embodiment 2 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. Configuration of lighting device]
The illuminating device according to this modification has the same configuration as the illuminating device 200 according to the second embodiment, except that the shape of the plurality of minute lenses of the optical lens is not hexagonal but rectangular (rectangular). . Hereinafter, the configuration of the optical lens according to the present modification will be mainly described. 16A, 16B, and 16C are a plan view, a first cross-sectional view, and a second cross-sectional view, respectively, illustrating a schematic configuration of the optical lens 155 according to the present modification. FIG. 16A is a plan view of the optical lens 155 of the plurality of laser beams emitted from the semiconductor laser light emitting device 19 when viewed in the optical axis direction (viewed in the z-axis direction). FIG. It is a schematic diagram, FIG. 16C is a schematic diagram of 16C-16C cross section 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 minute lens region 155R in which a plurality of minute lenses 155a, 155b, 155c, 155d, 155e, 155f, 155g, 155h, and 155i are formed. In this modification, a plurality of squares in the minute lens region 155R shown in FIG. 16A each indicate a minute lens, and only a part thereof is denoted by a reference numeral.

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 as viewed 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 microlenses as viewed in the optical axis direction (that is, as viewed in the z-axis direction in FIG. 16A) is a square shape. Thereby, the gap between the adjacent minute lenses can be reduced to the minimum. Therefore, the area of the gap that does not act as a lens can be minimized, so that a plurality of laser beams can be more efficiently used as excitation light. The short axis width W1 and the long axis width W2 of the quadrangle shown in FIG. 16A are set according to the shape of the laser emission pattern from one light emitting region of the semiconductor laser light emitting device 19 in FIG. More specifically, the laser beam 111a or 111b of FIG. 5 is provided with a 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, / Horizontal width = W2 / W1. As shown in FIGS. 16B and 16C, the microlens region 155R has a saw-tooth cross section, and each of the protruding 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 device]
In this modification, the operation of the device is the same as that of the configuration, and a description of the same operation as that of the illumination device 200 of Embodiment 2 will be omitted. In the second embodiment, the two-dimensional intensity distribution on the xy plane of the convergent light on the light emitting surface of the phosphor 90 is hexagonal, but in this modification, it is quadrangular. 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 the present modification will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a schematic diagram of a projected image of the fluorescence on the xy plane in the vicinity of the second focal point (focal region) of the reflecting mirror 70 of the illumination device according to the present modification. As shown in FIG. 17, in the present modification, the first intensity distribution region 110r also has a square shape like the shape of the minute lens. Also in this case, by making the shape of the first intensity distribution region 110r close to, for example, a square, the affinity with the reflection surface 71 having a spheroidal shape can be increased. Thereby, high illuminance uniformity can be obtained in the fluorescence irradiation area of the illumination 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 modified example of the present embodiment, the shape of at least a part of the plurality of minute lenses of optical lens 155 in the optical axis direction is a quadrangle.

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。   Thereby, the gap between the adjacent minute lenses can be reduced to the minimum. Therefore, the area of the gap that does not act as a lens can be minimized, so that the two laser beams from the semiconductor laser device 1 can be more efficiently used as excitation light. Further, since the laser light intensity distribution on the light emitting surface 91 of the phosphor 90 can be made substantially square, it has good affinity with the reflecting mirror 70 having the spheroidal reflecting surface 71 and is high in the fluorescence irradiation area. 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。   As described above, the light emitting device and the lighting device according to the present disclosure have been described based on the embodiments and the modifications, but the present disclosure is not limited to the above embodiments and the 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 illumination device is configured to emit white light by using the blue phosphor and the yellow phosphor, but the present invention is not limited to this. For example, it may be configured to emit white light using a blue phosphor, a red phosphor, and a green phosphor, or may be configured to emit white light with a phosphor of any other combination. 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 line, or may be arranged in other modes. 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, the configuration is adopted in which the intensity of the convergent light is uniform at a position closer to the aspheric lens 50 than the focal point of the aspheric 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 convergent light can be made uniform at a position farther 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, the configuration in which the intensity of the convergent light is uniform at a position farther from the optical lens 55 than the focal point of the optical lens 55 is adopted, but the configuration of the present disclosure is not limited to this. By adjusting the shape and arrangement of the microlenses of the optical lens 55, the arrangement of the plurality of laser beams of the semiconductor laser element 1, and the like, the intensity of the convergent light can be made uniform at a position closer to the aspheric lens 50 than the focal point of the optical lens 55. It is also possible.

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 performing various modifications that can be conceived by those skilled in the art to each of the embodiments and the modified examples, and components and functions in each of the embodiments and the modified examples arbitrarily without departing from the spirit of the present disclosure. A form realized by combination is 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 industrial lighting such as high ceiling spot lighting and store lighting used in factories or gymnasiums.

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 device (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 Paraxial light 51e Light 52aaf, 52acf, 52aef, 52ayf, 52baf52baf52 , 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 Micro lens 55R 155R minute lens area 60 connecting member 70, 1114, 1208 reflecting mirror 71 reflecting surface 75 opening 80 supporting member 85 high reflection substrate 90, 1112 phosphor 91 light emitting surface 100, 200 lighting Apparatus 110, 114, 115 Fluorescence 110r First 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 Substrate 1110 Lens 1116 Light transmission section 1204 Transmission Member 1206 housing

Claims (7)

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
照明装置。
A laser light source for emitting a plurality of laser lights,
An optical lens into which the plurality of laser beams are incident and converts the incident plurality of laser beams into convergent light,
A phosphor that emits fluorescence when the convergent light is irradiated as excitation light,
A reflecting mirror having a first focal point and a second focal point and reflecting the fluorescent light;
The illumination device, wherein the phosphor is disposed in a focal region of the first focal point of the reflecting mirror, and is displaced from a focal point of the optical lens in an optical axis direction of the converged light.
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 projected image of the fluorescence in the focal region of the second focal point of the reflector is a first intensity distribution region and a second intensity distribution region in which the intensity of the fluorescence is smaller than the first intensity distribution region. Have
The first intensity distribution area is included in the second intensity distribution area, and a center of the first intensity distribution area coincides with a center of the second intensity distribution area. Lighting equipment.
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, wherein the laser light source is a semiconductor laser device having a plurality of light-emitting regions in one stacked body.
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る
請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明装置。
The optical lens is an aspherical lens, and has a function of equalizing a light intensity distribution in a direction in which a divergence angle of the plurality of laser beams is large,
The lighting device according to claim 1, wherein the phosphor is disposed at a position closer to the optical lens than a focal point of the optical lens.
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
請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明装置。
The optical lens has a minute lens region in which a plurality of minute lenses are formed,
Each of the plurality of microlenses has a different focus,
The phosphor is disposed at a position farther from the optical lens than a focal point of each of the plurality of microlenses,
In the plurality of laser beams, a plurality of components respectively condensed by the plurality of microlenses overlap on a light emitting surface of the phosphor, so that a direction in which the divergence angle of the plurality of laser beams is large on the light emitting surface and The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein each light intensity distribution in a small direction is made uniform.
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5に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 5, wherein a shape of at least a part of the plurality of microlenses as viewed in the optical axis direction of the plurality of laser beams is a square 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1〜6のいずれか1項に記載の照明装置。
The lighting device according to claim 1, wherein the reflecting mirror has a spheroidal reflecting surface.
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