JPWO2019044374A1 - 光源装置および投光装置 - Google Patents

Abstract

発光効率の低下を招くことなく、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることが可能な光源装置およびそれを用いた投光装置を提供する。光源装置は、レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換し拡散させる波長変換部材と、レーザ光源から出射されたレーザ光を波長変換部材の入射面上において走査させる光偏向器と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、波長変換部材の入射面上において、走査方向に交差する方向に長いビーム形状に収束させるシリンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーと、を備える。レーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面上において走査方向に並び且つ互いに離間するように、レーザ光源と光学系が調整されている。

Description

本開示は、光を発する光源装置およびそれを用いた投光装置に関する。

従来、レーザ光源から出射された光を波長変換部材に照射することにより所定波長の光を生成する光源装置が知られている。この光源装置では、たとえば、波長変換部材により波長変換されて拡散された光と、波長変換部材により波長変換されずに拡散された光とが合成されて、白色光等、所定の色の光が生成される。このような光源装置が、たとえば、車両用前照灯の光源装置として利用されている。

以下の特許文献１には、光変換手段（蛍光体）によって生成された光像を投光光学系によって道路上に投光する投光器（ヘッドライト）が開示されている。投光器は、６つのレーザ光源と、２つのマイクロミラーとを備える。１つのマイクロミラーに対して３つのレーザ光源が割り当てられている。１つのマイクロミラーに入射した３つのレーザ光は、それぞれ、走査方向に垂直な方向に互いに変位した位置において、光変換手段の発光面に照射される。マイクロミラーは、単一軸の周りにのみ振動する。マイクロミラーが振動することにより、走査方向に垂直な方向に互いに変位したビームスポットが、光変換手段の発光面を走査する。一方のマイクロミラーで走査される３つのレーザ光は、光変換手段の発光面上において、他方のマイクロミラーで走査される３つのレーザ光の間の位置に位置づけられる。

国際公開第２０１４／１２１３１５号

上記特許文献１の構成では、走査方向に垂直な方向に並ぶ３つのレーザ光が、それぞれ、光変換手段（蛍光体）上において小さなビームスポットに収束されるため、各ビームスポットの光密度が高くなる。加えて、上記特許文献１の構成では、これら３つのビームスポットの間に、他の３つのレーザ光のビームスポットが重ねられるため、光変換手段（蛍光体）上における光密度が顕著に高くなる。このため、上記特許文献１の構成では、光飽和や発熱による温度消光効果により光変換手段（蛍光体）における発光効率が低下するとの問題が生じる。

かかる課題に鑑み、本開示は、発光効率の低下を抑えつつ、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることが可能な光源装置およびそれを用いた投光装置を提供することを目的とする。

本開示の第１の態様は、光源装置に関する。この態様に係る光源装置は、複数のレーザ光源と、波長変換部材と、光偏向器と、を備える。波長変換部材は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる。光偏向器は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を波長変換部材の入射面上において走査させる。そして、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光のビームスポットが波長変換部材の入射面上において走査方向に並び、且つ少なくとも１つのスポットが他のスポットと離間するように、複数のレーザ光源と集光光学系が調整されている。

本態様に係る光源装置によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面に照射されるため、レーザ光の照射光量が高められ、波長変換部材により生成される光の強度を高めることができる。また、入射面における各レーザ光のビームスポットがレーザ光の走査方向に交差する方向に長い形状であるため、各ビームスポットの光密度が過度に高まることがなく、且つ、走査方向に交差する方向に広い幅で波長変換部材を走査できる。さらに、各ビームスポットが、波長変換部材の入射面上において、走査方向に並び且つ互いに離間するため、波長変換部材上における光密度が顕著に高くなることがない。このため、光飽和や発熱による温度消光効果により波長変換部材における発光効率が低下することが抑止される。よって、本態様に係る光源装置によれば、発光効率の低下を抑えつつ、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。

本開示の第２の態様は、光源装置に関する。この態様に係る光源装置は、複数のレーザ光源と、波長変換部材と、光偏向器と、集光光学系と、を備える。波長変換部材は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる。光偏向器は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を波長変換部材の入射面上において走査させる。集光光学系は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を、波長変換部材の入射面上において、レーザ光の走査方向に交差する方向に長いビーム形状に収束させる。ここで、本態様に係る光源装置では、レーザ光源が、３つ以上配置される。そして、レーザ光源の数が偶数の場合は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面上において２つずつ重ねられて複数のビームスポットを形成し、各ビームスポットが走査方向に並び且つ互いに離間するように、複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整される。また、レーザ光源の数が奇数の場合は、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面上において２つずつ重ねられてビームスポットを形成し、残り１つのレーザ光は重ねられずに単独でビームスポットを形成し、各ビームスポットが走査方向に並び且つ互いに離間するように、複数のレーザ光源と集光光学系が調整される。

本態様に係る光源装置は、２つのレーザ光を重ねてビームスポットが形成されるため、各ビームスポットの光密度が上記第１の態様に比べて高くなり得る。しかしながら、本態様に係る光源装置では、ビームスポットが走査方向に交差する方向に長い形状であり、且つ、１つのビームスポットに重ねられるレーザ光の数が２つ以下に制限されるため、各ビームスポットの光密度が顕著に高くなることがない。さらに、本態様に係る光源装置によれば、上記第１の態様と同様、各ビームスポットが、波長変換部材の入射面において、走査方向に並び、且つ互いに離間するように形成される。このため、波長変換部材上における光密度が顕著に高くなることがなく、光飽和や発熱による温度消光効果により波長変換部材における発光効率が低下することが抑止され得る。よって、本態様に係る光源装置によっても、発光効率の低下を抑えつつ、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。

本開示の第３の態様は、投光装置に関する。この態様に係る投光装置は、第１の態様または第２の態様に係る光源装置と、波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える。

本態様に係る投光装置によれば、第１の態様または第２の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本開示に係る光源装置および投光装置によれば、発光効率の低下を抑えつつ、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。

本開示の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本開示にかかる発明を実施化する際の一つの例示であって、本開示は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１Ａは、実施例１に係る投光装置の構成を示す側面図である。 図１Ｂは、実施例１に係る投光装置の構成を示す平面図である。 図２は、実施例１に係るレーザ光源の構成と配置を示す斜視図である。 図３は、実施例１に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。 図４Ａは、実施例１に係る、波長変換部材の入射面においてビームスポットを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図４Ｂは、実施例１に係る、波長変換部材の入射面においてビームスポットを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図５Ａは、実施例１に係る、シリンドリカルレンズに対するレーザ光の入射方向を調整するための構成例を示す図である。 図５Ｂは、実施例１に係る、シリンドリカルレンズに対するレーザ光の入射方向を調整するための構成例を示す図である。 図６Ａは、実施例１に係る、シリンドリカルレンズに対するレーザ光の入射方向を調整するための他の構成例を示す図である。 図６Ｂは、図６Ａの構成例により波長変換部材の入射面に形成される各レーザ光のビームスポットの配置を模式的に示す図である。 図７Ａは、実施例１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す側面図である。 図７Ｂは、実施例１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す平面図である。 図８Ａは、実施例２に係る投光装置の構成を示す側面図である。 図８Ｂは、実施例２に係る投光装置の構成を示す平面図である。 図９は、実施例２に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。 図１０Ａは、実施例２に係る、波長変換部材の入射面においてビームスポットを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図１０Ｂは、実施例２に係る、波長変換部材の入射面においてビームスポットを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図１１は、実施の形態に係る、波長変換部材におけるレーザ光の走査範囲と、走査方向に並ぶビームスポット群の範囲との関係を説明するための図である。 図１２Ａは、実施例１の構成において、光偏光器のミラーにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより検証した検証結果を示す図である。 図１２Ｂは、実施例２の構成において、光偏光器のミラーにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより検証した検証結果を示す図である。 図１２Ｃは、実施例１の構成において、光偏向器が中立位置にあるときの波長変換部材の入射面におけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより検証した検証結果と光偏向器が回動したときのビームスポットの移動方向を示す図である。 図１２Ｄは、実施例２の構成において、光偏向器が中立位置にあるときの波長変換部材の入射面におけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより検証した検証結果と光偏向器が回動したときのビームスポットの移動方向を示す図である。 図１３は、実施形態に係る光源装置の主たる回路構成を示す回路ブロック図である。 図１４は、実施形態に係るレーザ光の点灯制御を行った場合の目標領域における光の照射状態を模式的に示す図である。 図１５Ａは、実施形態に係る、走査範囲の一部を消灯させる場合の各レーザ光源の消灯／点灯制御の方法を模式的に示す図である。 図１５Ｂは、実施形態に係る、走査範囲の一部を消灯させる場合の各レーザ光源の消灯／点灯制御の方法を模式的に示す図である。 図１６は、実施形態に係る、走査範囲の一部を消灯させる場合の各レーザ光源の消灯／点灯制御の方法を模式的に示すタイミングチャートである。 図１７は、実施形態に係る、ミラーの回動速度が変化する場合の各レーザ光源の消灯／点灯制御の遅延時間の設定方法を模式的に示す図である。 図１８Ａは、変更例に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。 図１８Ｂは、変更例に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。 図１９Ａは、変更例に係る、波長変換部材の入射面において２つのビームスポットを重ね合わせつつ走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図１９Ｂは、変更例に係る、波長変換部材の入射面において２つのビームスポットを重ね合わせつつ走査方向に離間させるための構成を説明する図である。 図２０Ａは、変更例に係る光密度と波長変換部材の発光効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図２０Ｂは、変更例に係るレーザ光の重ね合わせの数と波長変換部材の発光効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 図２１Ａは、他の変更例に係る投光装置の光源部分の構成を示す平面図である。 図２１Ｂは、他の変更例に係る投光装置の光源部分の構成を示す平面図である。 図２１Ｃは、他の変更例に係る投光装置の光源部分の構成を示す平面図である。 図２１Ｄは、他の変更例に係る投光装置の光源部分の構成を示す平面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。この座標軸は、光源装置および投光装置の光投射方向をＺ軸とするグローバル座標系（図１Ａ、図１Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図２１Ａ〜図２１Ｄ）と、説明対象となる光学部品の光出射方向、または反射面の法線方向をＺ軸とするローカル座標系（図２、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１２Ａ〜図１２Ｄ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１９Ａ、図１９Ｂ）を説明に合わせて適宜使い分けている。従って、両者は必ずしも一致するものではない。

＜実施例１＞
図１Ａ、図１Ｂは、それぞれ、実施例１に係る投光装置の構成を示す側面図および平面図である。

投光装置１は、光を生成する光源装置２と、光源装置２により生成された光を投射するための投射光学系３とを備える。投射光学系３は、２つのレンズ３ａ、３ｂを備え、これらレンズ３ａ、３ｂによって光源装置２からの光を集光して目標領域へと投射する。なお、投射光学系３は、必ずしも２つのレンズ３ａ、３ｂから構成されなくともよく、たとえば、１つのレンズでもよく、２つ以上のレンズやミラーを備えていてもよい。また、投射光学系３は、凹面ミラーによって光源装置２からの光を集光する構成であってもよい。

光源装置２は、３つのレーザ光源１１ａ〜１１ｃと、３つのコリメータレンズ１２ａ〜１２ｃと、２つの反射プリズム１３ａ、１３ｂと、シリンドリカルレンズ１４と、反射ミラー１５と、光偏向器１６と、シリンドリカルミラー１７と、波長変換部材１８とを備えている。シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７は、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を波長変換部材１８の入射面に収束させるための集光光学系を構成する。光源装置２を構成する上記部材は、投射光学系３とともに、図示しないベースに設置されている。

レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、それぞれ、青色波長帯（たとえば、４５０ｎｍ）のレーザ光を出射する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、同一機種のレーザ光源である。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されるレーザ光の波長は、適宜変更可能である。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、必ずしも単一の発光領域を有するシングルエミッターの半導体レーザでなくともよく、たとえば、１つの発光素子に複数の発光領域を有するマルチエミッターの半導体レーザであってもよい。また、レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、必ずしも単一波長帯のレーザ光を出射するものでなくともよく、たとえば、１基板に複数の発光素子がマウントされたマルチ発光の半導体レーザであってもよい。

コリメータレンズ１２ａ〜１２ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射プリズム１３ａ、１３ｂは、それぞれ、コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃを透過したレーザ光を、シリンドリカルレンズ１４に向かう方向に反射する。反射プリズム１３ａ、１３ｂに代えて、板状の反射ミラーを用いてもよい。

図１Ｂに示すように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、互いに向き合うように配置されている。反射プリズム１３ａ、１３ｂは、レーザ光源１１ｂ、１１ｃが向き合う方向、すなわち、Ｘ軸方向に隙間が生じるように配置されている。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、出射光軸がＸ−Ｚ平面に平行な１つの平面に含まれるように配置されている。

レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ａにより平行光に変換された後、反射プリズム１３ａ、１３ｂの間の隙間を通って、シリンドリカルレンズ１４へと向かう。対向配置されたレーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸は、反射プリズム１３ａ、１３ｂによって、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に曲げられる。これにより、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１４の入射面に対し、Ｘ軸方向において互いに異なる位置に入射する。

以上の構成により、レーザ光源１１ａ〜１１ｃのパッケージやキャップ外形に制限されることなく、３つのレーザ光を接近させることが可能となる。具体的には、反射プリズム１３ａ、１３ｂのケラレによる効率の低下の影響が無視できる範囲で、つまりは、コリメートされたビーム幅の前後にまで、ビームを接近することができる。その結果、シリンドリカルレンズ１４に入射する３つの平行光を束ねた光束の全幅を小さくできる。これにより、シリンドリカルレンズ１４以降の光学系のコンパクト化が可能となると共に、光学系が有する収差の影響を小さくすることができる。

このコンパクト化がもたらすメリットとして、たとえば、光偏向器１６のミラー１６ａのサイズを小さくできることが挙げられ得る。光偏向器１６は、ミラー１６ａのサイズが大きくなるとより大きな推進力が必要となり、磁気回路の大型化や消費電力の増大を招く。必要な推進力が得られなければ可動角度範囲が狭くなり、また、回動周波数が小さくなる等の弊害が発生する。上記のように、ミラー１６ａのサイズを小さくできることで、これら問題が解消され、設計の自由度を高めることができる。

レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１４の入射面の中央位置に入射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、シリンドリカルレンズ１４の入射面の中央位置からＸ軸正負の方向に所定距離だけずれた位置に入射する。

シリンドリカルレンズ１４は、入射面がＸ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した曲面となっている。シリンドリカルレンズ１４の入射面は非球面であり、シリンドリカルレンズ１４の出射面は、Ｚ軸に垂直な平面である。シリンドリカルレンズ１４の出射面も、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に湾曲した曲面であってもよい。あるいは、シリンドリカルレンズ１４の入射面が平面で出射面が曲面であってもよい。

シリンドリカルレンズ１４は、入射面の母線が、入射面に入射する３つのレーザ光の光軸を含む平面に垂直、すなわちＹ軸方向に平行となるように配置されている。シリンドリカルレンズ１４は、入射位置におけるレーザ光源１１ａ〜１１ｃの３つの光軸が並ぶ方向、すなわち、Ｘ軸方向のみに収束パワーを有する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１４によって、波長変換部材１８の入射面上においてレーザ光の走査方向に収束される。後述のように、本実施例では、３つのレーザ光のビームスポットが、波長変換部材１８の入射面上において走査方向に並び、且つ、互いに離間するように形成される。

反射ミラー１５は、シリンドリカルレンズ１４を透過した３つのレーザ光の光軸を、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向に折り曲げる。３つのレーザ光は、反射ミラー１５で反射された後、光偏向器１６のミラー１６ａに入射する。なお、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光学系のレイアウトによっては、反射ミラー１５が省略され得る。この場合、シリンドリカルレンズ１４を透過した３つのレーザ光は、直接、光偏向器１６のミラー１６ａに入射する。

光偏向器１６は、ミラー１６ａを備え、ミラー１６ａをＺ軸に平行な回動軸Ｌ１について回動させることにより、反射ミラー１５で反射されたレーザ光の進行方向を変化させる。ミラー１６ａの入射面は平面である。ミラー１６ａは、たとえば、ガラス板に誘電体多層膜を形成した高反射率のミラーである。ミラー１６ａは、中立位置において、Ｘ−Ｚ平面に平行となるように配置される。光偏向器１６は、たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーによって構成される。

シリンドリカルミラー１７は、入射面がＹ−Ｚ平面に平行な方向のみ凹面に湾曲した反射面となっている。シリンドリカルミラー１７の入射面は球面であるが、非球面であってもよい。シリンドリカルミラー１７は、入射面の母線が、入射面に入射する３つのレーザ光の光軸を含む平面に平行、すなわちＸ軸方向に平行となるように配置されている。シリンドリカルミラー１７は、入射位置におけるレーザ光源１１ａ〜１１ｃの３つの光軸が並ぶ方向に垂直な方向、すなわち、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向のみに収束パワーを有する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルミラー１７によって、波長変換部材１８の入射面上においてレーザ光の走査方向に垂直な方向に収束される。

なお、光偏向器１６から波長変換部材１８までの光学系のレイアウトによっては、シリンドリカルミラー１７が透過型のシリンドリカルレンズに置き換えられ得る。この場合、シリンドリカルレンズに入射した３つのレーザ光は、シリンドリカルレンズでＹ−Ｚ平面に平行な方向の収束作用を受けた後、波長変換部材１８に入射する。

さらに、ミラー１６ａの入射面を、シリンドリカルミラー面に置き換えてもよい。この場合、シリンドリカルミラー１７は、省略されるか、平面の反射ミラーとされ、シリンドリカルレンズ１４に入射した３つのレーザ光は、シリンドリカル面のミラー１６ａによりＹ−Ｚ平面に平行な方向の収束作用を受けた後、反射ミラーを経るか、または、そのまま直接、波長変換部材１８に入射する。

波長変換部材１８は、シリンドリカルミラー１７によって反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。波長変換部材１８は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がＸ−Ｙ平面に平行となるように設置されている。上記のようにミラー１６ａが回動軸Ｌ１について回動することにより、波長変換部材１８は、レーザ光によって長手方向に走査される。

波長変換部材１８は、入射したレーザ光の一部を、青色波長帯とは異なる波長に変換して、Ｚ軸方向に拡散させる。波長変換されなかった他のレーザ光は、波長変換部材１８によってＺ軸方向に拡散される。こうして拡散された２種類の波長の光が合成されて、所定の色の光が生成される。各波長の光は、投射光学系３に取り込まれて、目標領域に投射される。

実施例１では、波長変換部材１８によって、レーザ光の一部が、黄色波長帯の光に変換される。波長変換後の黄色波長帯の拡散光と、波長変換されなかった青色波長帯の散乱光とが合成されて、白色の光が生成される。なお、波長変換後の波長は黄色波長帯でなくてもよく、生成される光の色は、白以外の色であってもよい。波長変換部材１８の構成は、追って、図７Ａ、図７Ｂを参照して説明する。

図２は、レーザ光源１１ａの構成と配置を示す斜視図である。図２には、レーザ光源１１ａに装備された発光素子１１０の構成が示されている。他のレーザ光源１１ｂ、１１ｃの発光素子の構成も図２と同様である。

発光素子１１０は、上下面が電極１１１、１１２となっている。これら電極１１１、１１２に電圧を印加することにより、上下のクラッド層に挟まれた活性層１１３から出射光軸１２０に沿ってレーザ光１３０が出射される。レーザ光１３０は、活性層１１３に平行な方向および活性層１１３に垂直な方向に所定の放射角で広がる。活性層１１３に垂直な方向の放射角は、活性層１１３に平行な方向の放射角よりも大きい。従って、出射されたレーザ光１３０のビーム形状は楕円である。一般に、この楕円の長軸はファスト軸と呼ばれ、楕円の短軸はスロー軸と呼ばれる。

図１Ａ、図１Ｂの構成において、レーザ光源１１ａは、ファスト軸が、シリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように配置される。残り２つのレーザ光源１１ｂ、１１ｃは、シリンドリカルレンズ１４の入射位置においてレーザ光のファスト軸がシリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように配置される。レーザ光は、スロー軸に沿った方向よりもファスト軸に沿った方向の方が収束されやすい。これは、一般的にレーザ光源１１ａ〜１１ｃ（半導体レーザ）の端面におけるファスト軸方向の発光領域の幅が、スロー軸に比べて狭いからである。したがって、レーザ光源１１ａ〜１１ｃを上記のように配置することにより、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光をシリンドリカルレンズ１４によって効率的に収束させることができる。

図３は、シリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。

図３において、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８に向かう破線はレーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｃを示し、各破線に付記された楕円は、これらレーザ光のビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃを示している。

図３に示すように、実施例１では、３つのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃが、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、レーザ光の走査方向に並び且つ互いに離間するように、レーザ光源１１ａ〜１１ｃとシリンドリカルレンズ１４（集光光学系）が調整されている。なお、ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのサイズは、強度ピークの１／ｅ^２以上の領域によって規定される。あるいは、ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのサイズが、ＦＷＨＭ（full width at half maximum）で規定されてもよい。この場合、強度ピークの１／ｅ^２以上の領域の一部が重なっていても、ＦＷＨＭで規定された場合のビームスポットが重なっていなければ、ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃは互いに離間していると言える。ビームサイズの規定方法は、追って説明する実施例２および変更例においても同様である。

図４Ａ、図４Ｂは、それぞれ、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいてビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。なお、便宜上、図４Ａ、図４Ｂでは、シリンドリカルレンズ１４と波長変換部材１８との間に配置された光学部材の図示が省略されている。

図４Ａに示す構成では、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃが互いに非平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射するよう、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの配置または反射プリズム１３ａ、１３ｂの配置が調整されている。具体的には、レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光１３０ａは、光軸がＺ軸に並行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射し、レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光１３０ｂ、１３０ｃは、それぞれ、光軸がＺ軸に並行な状態からＸ軸正負の方向にやや傾いた状態でシリンドリカルレンズ１４に入射する。

この構成において、シリンドリカルレンズ１４には収差がなく、シリンドリカルレンズ１４は、入射した平行光を１つの焦線に収束させるように構成されている。すなわち、シリンドリカルレンズ１４は、単焦点のシリンドリカルレンズである。また、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長と、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離とが略同じとなるように光学系が設定されている。

この構成では、図４Ａに示すように、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃが互いに非平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射することにより、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃの収束位置が、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向（Ｘ軸方向）に互いに変位する。これにより、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃの各ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃが、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び且つ互いに離間するようになる。

なお、シリンドリカルレンズ１４が予めＸ軸方向に収差をもつ場合は、図４Ｂに示すように、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃを互いに平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射させてもよい。この場合、シリンドリカルレンズ１４の収差によって、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃの各ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃが、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び且つ互いに離間するように位置付けられる。

図４Ａの構成において、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光１３０ｂ、１３０ｃの入射方向の調整は、たとえば、図５Ａに示すように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸に対する反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面の傾きを調整することによって行われ得る。この場合、たとえば、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、それぞれ、出射光軸がＸ軸に平行となるように配置され、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸と反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面とのなす角θがそれぞれ４５度よりもやや大きくなるように、反射プリズム１３ａ、１３ｂが配置される。レーザ光源１１ａは、出射光軸がＺ軸に平行となるように配置される。これにより、図４Ａに示したように、レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光１３０ａは、Ｚ軸に平行にシリンドリカルレンズ１４に入射し、レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光１３０ｂ、１３０ｃは、Ｚ軸に平行な状態からやや傾いた状態でシリンドリカルレンズ１４に入射する。

あるいは、図４Ａの構成において、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光１３０ｂ、１３０ｃの入射方向の調整は、たとえば、図５Ｂに示すように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸を、Ｘ軸に平行な状態からＸ−Ｚ平面に平行な方向に傾けることによっても行われ得る。この場合、たとえば、反射プリズム１３ａ、１３ｂは、それぞれ、反射面がＸ軸に対して４５度の傾きをもつように配置され、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸と反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面とのなす角θがそれぞれ４５度よりもやや大きくなるように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃが配置される。コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃは、光軸がレーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸に整合するように配置される。レーザ光源１１ａは、出射光軸がＺ軸に平行となるように配置される。これにより、図４Ａに示したように、レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光１３０ａは、Ｚ軸に平行にシリンドリカルレンズ１４に入射し、レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光１３０ｂ、１３０ｃは、Ｚ軸に平行な状態からやや傾いた状態でシリンドリカルレンズ１４に入射する。

なお、レーザ光１３０ｂ、１３０ｃをシリンドリカルレンズ１４に対してＺ軸方向から傾いた方向に入射させるために、レーザ光源１１ｂ、１１ｃと反射プリズム１３ａ、１３ｂの両方の配置が調整されてもよい。

また、図６Ａに示すように、シリンドリカルレンズ１４の入射面に近づくに伴って、レーザ光１３０ｂ、１３０ｃの光軸がレーザ光１３０ａの光軸に接近するように、レーザ光源１１ｂ、１１ｃが傾けられてもよい。この場合、図６Ｂに示すようにシリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路において、レーザ光１３０ｂ、１３０ｃが交差し、レーザ光１３０ｂは、レーザ光１３０ａに対してＸ軸負側にずれた位置に収束され、レーザ光１３０ｃは、レーザ光１３０ａに対してＸ軸正側にずれた位置に収束される。よって、この構成によっても、３つのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃは、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、レーザ光の走査方向に並び且つ互いに離間するように配置され得る。

なお、図４Ｂの構成では、出射光軸がＸ軸に平行となるようにレーザ光源１１ｂ、１１ｃが配置され、反射面がＸ軸に対して４５度傾くように反射プリズム１３ａ、１３ｂが配置される。また、レーザ光源１１ａは、出射光軸がＺ軸に平行となるように配置される。これにより、図４Ｂに示すように、光軸が互いに平行な状態でレーザ光１３０ａ〜１３０ｂがシリンドリカルレンズ１４に入射する。

本実施例では、上記のように、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じに設定されているため、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃ）は、レーザ光の走査方向、すなわちＸ軸方向の幅が、シリンドリカルレンズ１４の収束作用により生成される焦線の幅付近にまで圧縮される。

なお、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長は、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と同一であっても相違していてもよい。たとえば、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と同一に設定された場合、レーザ光は、シリンドリカルミラー１７の焦点距離に比例した最小幅に収束する。ただし、シリンドリカルミラー１７による収束方向はレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのスロー軸に平行な方向であるため、レーザ光はファスト軸に比べて収束されにくい。その上、本構成では、スロー軸に平行な方向から所定の入射角（θ１とする）で波長変換部材１８に入射する。このようにレーザ光が波長変換部材１８に対して斜めから入射することにより、スロー軸方向におけるビームの幅が、シリンドリカルミラー１７の焦点距離に比例した最小幅の１／ｃｏｓθ１倍に広がる。このため、レーザ光は、スロー軸方向にある程度の幅をもって収束される。

入射面１８ａ上におけるビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのスロー軸方向の幅をできるだけ小さくしたい場合には、シリンドリカルミラー１７の焦点距離を小さく設定する必要がある。一方、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と異なる場合、波長変換部材１８の入射面１８ａ上におけるビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのスロー軸方向の幅は、シリンドリカルミラー１７の焦点位置における最小幅よりも広く設計することができる。

以上のように、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃは、レーザ光の走査方向に垂直な方向、すなわちＹ−Ｚ平面に平行な方向の幅を広い範囲で自由に設計できる。したがって、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃは、レーザ光の走査方向に垂直な方向に延びた線状の形状となる。上記のように、走査方向に垂直な方向におけるビームスポットの長さを広げたい場合は、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長を、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と相違するように設定すると良い。ビームスポットの長さをさらに広げたい場合には、シリンドリカルミラーの反射面を平面、または凸面に形成することで実現できる。

図７Ａは、波長変換部材１８の構成を模式的に示す側面図である。

波長変換部材１８は、基板２０１の上面に、反射膜２０２と、蛍光体層２０３とを積層した構成となっている。

基板２０１は、たとえば、シリコンや窒化アルミニウムセラミック、サファイヤガラスなどからなっている。反射膜２０２は、第１の反射膜２０２ａと第２の反射膜２０２ｂとが積層されて構成されている。第１の反射膜２０２ａは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどの金属膜である。第２の反射膜２０２ｂは、反射とともに第１の反射膜２０２ａを酸化などから保護する機能をも有し、たとえば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＡｌＮなど誘電体の１つまたは複数の層からなっている。反射膜２０２は、必ずしも、第１の反射膜２０２ａおよび第２の反射膜２０２ｂから構成されなくともよく、単層または３つ以上の層が積層された構成であってもよい。

蛍光体層２０３は、蛍光体粒子２０３ａをバインダ２０３ｂで固定することにより形成される。蛍光体粒子２０３ａは、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射された青色波長帯のレーザ光が照射されることによって黄色波長帯の蛍光を発する。蛍光体粒子２０３ａとして、たとえば、平均粒子径が１μｍ〜３０μｍの（ＹｎＧｄ_１−ｎ）３（Ａｌ_ｍＧａ_１−ｍ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（０．５≦ｎ≦１、０．５≦ｍ≦１）が用いられる。また、バインダ２０３ｂとして、ポリメチルシルセスキオキサンなどのシルセスキオキサンを主に含む透明材料が用いられる。

さらに、蛍光体層２０３の内部に、ボイド２０３ｃを設けることが好ましい。これにより、内部に侵入したレーザ光をより効率的に散乱させて、光源装置２から取り出すことができる。また、第２の反射膜２０２ｂ付近にボイド２０３ｃが存在することにより、第２の反射膜２０２ｂの表面によるエネルギーロスを低減しつつ、効果的にレーザ光と蛍光を散乱させることができる。蛍光体層２０３には、さらに、強度および耐熱性を高めるためのフィラー２０３ｄが含まれる。

レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、図７Ａに示す励起領域Ｒ１に照射され、蛍光体層２０３の表面または内部で、散乱、吸収される。このとき、レーザ光の一部は、蛍光体粒子２０３ａにより黄色波長帯の光に変換されて、蛍光体層２０３から放射される。また、レーザ光の他の一部は、黄色波長帯の光に変換されずに散乱されて青色波長帯の光のまま蛍光体層２０３から放射される。このとき、各波長帯の光は、蛍光体層２０３内を伝搬しながら散乱されるため、励起領域Ｒ１よりもやや広い発光領域Ｒ２から放射される。

図７Ｂは、波長変換部材１８の構成を模式的に示す平面図である。

波長変換部材１８は、平面視において、Ｘ軸方向に長い長方形の形状を有する。波長変換部材１８は、光偏向器１６のミラー１６ａが回動されることにより、レーザ光でＸ軸方向に走査される。ミラー１６ａは、Ｘ−Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動される。図７Ｂにおいて、Ｂ１は、上記のようにレーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射された各レーザ光のビームスポットを示している。ビームスポットＢ１は、波長変換部材１８の入射面１８ａを、幅Ｗ１において往復移動する。

なお、図７Ｂには、ビームスポットＢ１の往復移動が直線の矢印で示されているが、レーザ光が斜め方向から波長変換部材１８に入射するため、実際のビームスポットＢ１の移動軌跡は、Ｘ軸方向の中央位置に対してＸ軸正負方向の両端がＹ軸負方向に変位した、やや湾曲した軌跡となる。

入射面１８ａ上におけるビームスポットＢ１の領域は、図７Ａの励起領域Ｒ１に対応する。波長変換部材１８の入射面１８ａをビームスポットＢ１が移動する間に、ビームスポットＢ１の領域よりもやや広い発光領域Ｒ２から青色波長帯の拡散光と黄色波長帯の拡散光がＺ軸正方向に放射される。

こうして放射された２つの波長帯の光が、図１Ａ、図１Ｂに示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。

＜実施例２＞
図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、実施例２に係る投光装置１の構成を示す側面図および平面図である。

実施例２では、光源装置２に配置されるレーザ光源の数が４つに増やされている。すなわち、実施例１に比べて、新たにレーザ光源１１ｄが追加されている。レーザ光源１１ｄは、レーザ光源１１ａ〜１１ｃと同種である。レーザ光源１１ｄから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ｄによって平行光に変換される。

レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｄは、対向するように配置されている。レーザ光源１１ａ、１１ｄは、レーザ光源１１ｂ、１１ｃと同様、ファスト軸がＺ軸に平行となるように配置されている。

レーザ光源１１ａの出射方向に反射プリズム１３ｃが配置され、レーザ光源１１ｄの出射方向に反射プリズム１３ｄが配置されている。レーザ光源１１ａの光軸と、レーザ光源１１ｄの光軸は、それぞれ、シリンドリカルレンズ１４に向かうように、反射プリズム１３ｃ、１３ｄによって、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に曲げられる。反射プリズム１３ｃ、１３ｄは、Ｘ軸方向に隙間なく配置されている。実施例１に比べて、反射プリズム１３ａ、１３ｂ間の隙間が広げられている。レーザ光源１１ａ、１１ｄからそれぞれ出射されたレーザ光は、反射プリズム１３ｃ、１３ｄによって光軸が曲げられた後、反射プリズム１３ａ、１３ｂ間の隙間を通って、シリンドリカルレンズ１４に入射する。

シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の母線に垂直な１つの平面、すなわちＸ−Ｚ平面に平行な１つの平面に含まれる。このように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄのＹ軸方向の位置が調整されている。

実施例２のその他の構成は実施例１と同様である。実施例２においても、実施例１と同様、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離の位置に、波長変換部材１８の入射面１８ａが位置づけられている。後述のように、本実施例では、４つのレーザ光のビームスポットが、波長変換部材１８の入射面上において走査方向に並び、且つ、互いに離間するように形成される。

図９は、シリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。

図９において、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８に向かう破線はレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｄを示し、各破線に付記された楕円は、これらレーザ光のビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄである。

上記のように、実施例２においても、実施例１と同様、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じとなるように調整されている。このため、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射された４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄは、シリンドリカルレンズ１４を透過した後、波長変換部材１８に近づくにつれて、ファスト軸に沿った方向に絞られる。そして、これら４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄは、シリンドリカルミラー１７で反射された後、波長変換部材１８の入射面１８ａに到達する。このとき、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄは、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び、且つ、互いに離間する。

図１０Ａ、図１０Ｂは、それぞれ、実施例２に係る、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいてビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄを走査方向に離間させるための構成を説明する図である。なお、便宜上、図１０Ａ、図１０Ｂでは、シリンドリカルレンズ１４と波長変換部材１８との間に配置された光学部材の図示が省略されている。

図１０Ａは、シリンドリカルレンズ１４に収差がない場合、すなわち、入射した平行光を１つの焦線に収束させるようにシリンドリカルレンズ１４が構成されている場合の構成例を示している。この場合、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｄの光軸が、互いに非平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射するように、シリンドリカルレンズ１４よりも前段側の光学系が調整される。

シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光１３０ａ〜１３０ｄの入射方向の調整は、図５Ａ、図５Ｂを参照して説明した場合と同様、図８Ａ、図８Ｂの構成において、反射プリズム１３ａ〜１３ｄの反射面の傾き、または、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの出射方向を調整することにより行われ得る。

たとえば、反射プリズム１３ａ〜１３ｄの反射面がＸ軸に対して４５度傾いている場合、レーザ光源１１ａ、１１ｄの出射光軸と反射プリズム１３ｃ、１３ｄの反射面とのなす角が４５度よりもやや大きくなるようにレーザ光源１１ａ、１１ｄが配置される。また、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの出射光軸と反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面とのなす角がレーザ光源１１ａ、１１ｄの出射光軸と反射プリズム１３ｃ、１３ｄの反射面とのなす角よりもやや大きくなるようにレーザ光源１１ｂ、１１ｃが配置される。これにより、図１０Ａに示すようにレーザ光１３０ａ〜１３０ｄをシリンドリカルレンズ１４に入射させることができる。その結果、レーザ光１３０ａ〜１３０ｄのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄを、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び、且つ、互いに離間するように配置させ得る。

図１０Ｂは、シリンドリカルレンズ１４が予めＸ軸方向に収差をもつ場合の構成例を示している。この場合、図１０Ｂに示すように、レーザ光１３０ａ〜１３０ｄが、互いに平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射するように、シリンドリカルレンズ１４よりも前段側の光学系が調整される。こうすると、図１０Ｂに示すように、シリンドリカルレンズ１４の収差によって、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃの各ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄが、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び且つ互いに離間するように位置付けられる。

なお、図６Ａ、図６Ｂの場合と同様、本変更例においても、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの間の光路においてレーザ光１３０ａ〜１３０ｄを互いに交差させて、レーザ光１３０ａ〜１３０ｃの各ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄを、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において互いに離間させてもよい。この場合、レーザ光間でこのような交差が生じるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｄが、互いに非平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射される。この場合も、反射プリズム１３ａ〜１３ｄの反射面の傾き、または、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの出射方向を調整することにより、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光１３０ａ〜１３０ｄの入射状態が調整され得る。

なお、実施例２の構成においても、上記実施例１と同様、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄ）は、ファスト軸が走査方向に平行となるように配置される。このため、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光の走査方向、すなわちＸ軸方向の幅が、シリンドリカルレンズ１４の収束作用により生成される焦線の幅付近にまで圧縮される。また、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄ）は、スロー軸が走査方向に垂直であり、且つＹ−Ｚ平面に平行な方向から波長変換部材１８へ斜めに入射するため、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光の走査方向に垂直な方向、すなわちＹ−Ｚ平面に平行な方向の幅が広くなる。したがって、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのビームスポットは、レーザ光の走査方向に垂直な方向に延びた線状の形状となる。

実施例２においても、実施例１と同様、光偏向器１６のミラー１６ａが、Ｘ−Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動されることにより、波長変換部材１８が、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射された各ビームでＸ軸方向に走査される。これにより、波長変換部材１８からＺ軸方向に２つの波長の光が放射される。

こうして放射された２つの波長帯の光が、図８Ａ、図８Ｂに示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。

図１１は、波長変換部材１８におけるレーザ光の走査範囲と、走査方向に並ぶビームスポット群の範囲との関係を説明するための図である。図１１には、実施例２で示した４つのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄで波長変換部材１８の入射面１８ａが走査される場合の例が示されている。

ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄは、幅Ｗ１の範囲において、波長変換部材１８の入射面１８ａを往復移動する。これにより、投射角度範囲Ｗ１０において光が投射光学系３から目標領域に投射される。ここで、投光装置１が、たとえば、自動車の前照灯として用いられる場合、特に、投射角度範囲Ｗ１０の１／２程度の中央の角度範囲Ｗ２０における明るさが確保されることが求められる。波長変換部材１８の入射面１８ａでは、幅Ｗ２が角度範囲Ｗ２０に対応する。

ここで、ビームスポット群の走査方向の幅Ｒ１１を幅Ｗ２以下に収めることにより、幅Ｗ２において生じる光の強度を高くでき、よって、角度範囲Ｗ２０における光の強度を確保できる。したがって、隣り合うビームスポット間の間隔は、ビームスポット群の走査方向における幅Ｒ１１が幅Ｗ２以下となるように設定されることが好ましい。このことは、実施例１のように、ビームスポット群が３つのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃで構成される場合も同様である。

＜検証＞
発明者らは、上記実施例１、２の構成を用いた場合に、各レーザ光源からのレーザ光が波長変換部材１８に到達するまでにどのようなビーム状態を辿るかを検証した。

図１２Ａ、図１２Ｂは、それぞれ、実施例１、２の構成において、光偏向器１６のミラー１６ａにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより求めた検証結果を示す図である。また、図１２Ｃ、図１２Ｄは、それぞれ、実施例１、２の構成において、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより求めた検証結果を示す図である。

図１２Ａ〜図１２Ｄは、光偏向器１６のミラー１６ａが中立位置にあるときの各ビームの強度分布を示している。これらの図では、白に近いほど強度分布が高い。図１２Ａ〜図１２Ｄには、レーザ光のファスト軸およびスロー軸にそれぞれ平行な軸が付されている。また、図１２Ｃ、図１２Ｄには、ビームの走査方向が白抜きの矢印で示されている。

図１２Ａに示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光は、光偏向器１６のミラー１６ａの位置では、ファスト軸に平行な方向に広がったビーム形状であった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの３つのレーザ光が、互いに非平行な状態で、収差のないシリンドリカルレンズ１４に入射し、シリンドリカルレンズ１４を通過した３つのレーザ光が、ミラー１６ａの回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並んで入射するよう、光学系を調整した。

これに対し、図１２Ｃに示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光は、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、スロー軸に平行な方向に長い線状の３つのビームとなった。このように、実施例１の構成によれば、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光によって、入射面１８ａ上に、走査方向に並びかつ互いに分離したビームを形成できることを確認できた。

図１２Ｂに示すように、実施例２の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、光偏向器１６のミラー１６ａの位置では、ファスト軸に平行な方向に広がったビーム形状であった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからの４つのレーザ光が、互いに非平行な状態で、収差のないシリンドリカルレンズ１４に入射し、シリンドリカルレンズ１４を通過した４つのレーザ光がミラー１６ａの回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並び、且つレーザ光源１１ｂ、１１ｃからのレーザ光が、レーザ光源１１ａ、１１ｄからのレーザ光の外側に入射するよう、光学系を調整した。

これに対し、図１２Ｄに示すように、実施例２の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、スロー軸に平行な方向に長い線状の４つのビームとなった。このように、実施例２の構成によっても、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光によって、入射面１８ａ上に、走査方向に並びかつ互いに分離したビームを形成できることを確認できた。

＜回路構成＞
図１３は、実施形態に係る光源装置２の主たる回路構成を示す回路ブロック図である。なお、図１３の回路構成は、上記実施例１の構成に適用される。図１３の回路構成が実施例２の構成に適用される場合、レーザ光源１１ｄを駆動するためのレーザ駆動回路が追加される。

図１３に示すように、光源装置２は、回路部の構成として、コントローラ３０１と、レーザ駆動回路３０２ａ〜３０２ｃと、ミラー駆動回路３０３と、インタフェース３０４と、を備えている。

コントローラ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、メモリとを備え、所定の制御プログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路３０２ａ〜３０２ｃは、それぞれ、コントローラ３０１からの制御信号に従って、レーザ光源１１ａ〜１１ｃを駆動する。ミラー駆動回路３０３は、コントローラ３０１からの制御信号に従って、光偏向器１６のミラー１６ａを駆動する。インタフェース３０４は、たとえば、車両側の制御回路等、外部制御回路との間でコントローラ３０１が信号の送受信を行うための入出力回路である。

以下、コントローラ３０１の制御例について説明する。なお、以下には、レーザ光源が３つの場合の制御例が示されているが、レーザ光源が４つの場合も、各レーザ光源に対して同様の制御が実行される。

光源装置２においては、たとえば、車両側の制御回路からの制御指令によって、図７Ｂおよび図１１に示した幅Ｗ１中の所定の区間においてレーザ光源１１ａ〜１１ｃを消灯させる制御が行われ得る。たとえば、車両側において、前照灯の範囲内に前走車や対向車、人等が検出された場合、前走車や対向車、人の位置を消灯する制御が車両側から光源装置２に指示される。この他、人の領域のみに光を照射し、その他の領域は非照射状態とする、いわゆるスポット照明の制御が、車両側から光源装置２に指示される場合もある。これらの指示は、図１３のインタフェース３０４を介してコントローラ３０１に入力される。この場合、コントローラ３０１は、車両側からの指示に応じて、幅Ｗ１中の所定の区間においてレーザ光源１１ａ〜１１ｃを消灯させる制御を、レーザ駆動回路３０２ａ〜３０２ｃに対し行う。

図１４は、光源装置２のコントローラ３０１がレーザ光の点灯制御を行った場合の目標領域における光の照射状態を模式的に示す図である。ここでは、前照灯の範囲内に対向車および人が検出された場合に、対向車および人の位置を消灯する制御が車両側から光源装置２に指示された場合の制御例が示されている。Ｗ１０は、投射光学系３による光の投射角度範囲である。投射角度範囲Ｗ１０中、黒の領域が消灯された領域であり、白の領域が点灯された領域である。

便宜上、図１４の下段には、波長変換部材１８の入射面１８ａにおける光の発光状態が示されている。目標領域４００に対する光の照射パターンは、投射光学系３の作用により、入射面１８ａにおける発光パターンが水平方向に反転したパターンとなる。

図１４の例において、コントローラ３０１は、対向車Ｃ１および人Ｍ１に対応する走査期間Ｔ１２、Ｔ１４においてレーザ光源１１ａ〜１１ｃを消灯させ、対向車Ｃ１および人Ｍ１以外の走査期間Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５においてレーザ光源１１ａ〜１１ｃを点灯させる。これにより、目標領域４００には、対向車Ｃ１および人Ｍ１が存在しない範囲において、光源装置２からの光が照射される。

なお、上記実施例１、２では、図１２Ｃ、図１２Ｄに示したとおり、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームの形状がファスト軸方向に圧縮された線状の形状であるため、目標領域４００における光の照射範囲と非照射範囲の分解能を高め得る。よって、目標領域４００における光の照射範囲と非照射範囲をクリアに区分することができる。

図１５Ａ、図１５Ｂは、走査範囲の一部を消灯させる場合のレーザ光源１１ａ〜１１ｃの消灯／点灯制御の具体的方法を模式的に示す図である。ここでは、便宜上、走査範囲の一部のみ（幅Ｗ３）が消灯される場合の制御が示されている。図１５Ａには、レーザ光をＸ軸正方向に走査させる往路の制御が示され、図１５Ｂには、レーザ光をＸ軸負方向に走査させる復路の制御が示されている。

図１５Ａ、図１５Ｂの上段には、波長変換部材１８の入射面１８ａにおける発光状態が示され、白の領域が発光領域、黒の領域が消灯領域である。図１５Ａ、図１５Ｂの下段には、消灯領域に対応する幅Ｗ３付近の各ビームの点灯／消灯状態が示されている。便宜上、３つのビームには、Ｘ軸正側から順に、ｅ、ｆ、ｇの符号が付されている。また、点灯状態にあるビームは黒塗りで示され、消灯状態にあるビームは、白抜きの破線で示されている。

図１５Ａの下段左側には、往路において、幅Ｗ３のＸ軸負側の境界Ｂ２１をビームｅ〜ｇが通過するときの点灯／消灯制御が示されている。ビームｅ〜ｇは、境界Ｂ２１を通過するタイミングにおいて点灯状態から消灯状態に切り替えられる。したがって、ビームｅ〜ｇは、ビームｅから順番に消灯される。

図１５Ａの下段右側には、往路において、幅Ｗ３のＸ軸正側の境界Ｂ２２をビームｅ〜ｇが通過するときの点灯／消灯制御が示されている。ビームｅ〜ｇは、境界Ｂ２２を通過するタイミングにおいて消灯状態から点灯状態に切り替えられる。したがって、ビームｅ〜ｇは、ビームｅから順番に点灯される。

図１５Ｂの下段右側には、復路において、幅Ｗ３のＸ軸正側の境界Ｂ２２をビームｅ〜ｇが通過するときの点灯／消灯制御が示されている。ビームｅ〜ｇは、境界Ｂ２２を通過するタイミングにおいて点灯状態から消灯状態に切り替えられる。したがって、ビームｅ〜ｇは、往路の場合と異なり、ビームｇから順番に消灯される。

図１５Ｂの下段左側には、復路において、幅Ｗ３のＸ軸負側の境界Ｂ２１をビームｅ〜ｇが通過するときの点灯／消灯制御が示されている。ビームｅ〜ｇは、境界Ｂ２１を通過するタイミングにおいて消灯状態から点灯状態に切り替えられる。したがって、ビームｅ〜ｇは、往路の場合と異なり、ビームｇから順番に点灯される。

図１５Ａ、図１５Ｂの点灯／消灯制御は、図１３に示したコントローラ３０１がレーザ駆動回路３０２ａ〜３０２ｃを制御することにより行われる。

図１６は、走査範囲の一部を消灯させる場合の各レーザ光源の消灯／点灯制御の方法を模式的に示すタイミングチャートである。レーザ駆動波形Ｅ、Ｆ、Ｇは、それぞれ、図１５Ａ、図１５Ｂに示したビームｅ、ｆ、ｇを出射するレーザ光源を駆動するための波形である。

図１５Ａ、図１５Ｂの点灯／消灯制御において、コントローラ３０１は、往路において、ビームｅが幅Ｗ３のＸ軸負側の境界Ｂ２１に到達するタイミングｔａを求め、また、復路において、ビームｅが幅Ｗ３のＸ軸正側の境界Ｂ２２に到達するタイミングｔｂを求める。往路において、コントローラ３０１は、タイミングｔａをビームｅの消灯タイミングに設定し、また、タイミングｔａに対して時間Ｄ１、Ｄ２だけ遅れたタイミングをそれぞれビームｆ、ｇの消灯タイミングに設定する。そして、コントローラ３０１は、これらの消灯タイミングから消灯すべき幅Ｗ３に対応する時間幅ΔＴの間、ビームｅ〜ｇを消灯させる。ここで、時間Ｄ１、Ｄ２は、それぞれ、ビームｅとビームｆとの間の間隔およびビームｅとビームｇとの間の間隔を走査時間に換算したものである。

一方、復路において、コントローラ３０１は、タイミングｔｂをビームｅの消灯タイミングに設定し、また、タイミングｔｂに対して時間Ｄ１、Ｄ２だけ遡ったタイミングをそれぞれビームｆ、ｇの消灯タイミングに設定する。そして、コントローラ３０１は、これらの消灯タイミングから消灯すべき幅Ｗ３に対応する時間幅ΔＴの間、ビームｅ〜ｇを消灯させる。

このように、ビームｅ〜ｇの消灯タイミングをずらすことにより、図１５Ａ、図１５Ｂに示したように、幅Ｗ３において各ビームを消灯させ、その他の走査範囲において、各ビームを点灯させることができる。また、時間Ｄ１、Ｄ２は、ビームｅに対するビームｆ、ｇのスポット間隔に応じた時間に設定されるため、製造バラツキ等により時間Ｄ１、Ｄ２が製品間で異なったとしても、時間Ｄ１、Ｄ２を個別に調整することにより、製品間の製造誤差などを吸収させることができる。

なお、時間Ｄ１、Ｄ２は、ミラー１６ａの回動速度に応じて変化させることが好ましい。たとえば、光の投射領域において、中央部の光の強度を両側の光の強度よりも高めたい場合、ミラー１６ａは、図１７の上段に示すように、往路および復路の中央の範囲において、角度の変化が緩やかになるように駆動される。この場合、各範囲のミラー１６ａの回動速度は、図１７の中段に示すように、ステップ状に近似され得る。すなわち、ミラー１６ａの回動速度は、往路および復路の中央の範囲Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂにおいて遅くなり、往路および復路の両側の範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｃ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｃにおいて速くなる。

このようにミラー１６ａの回動速度が変化する場合、時間Ｄ１、Ｄ２は、ミラー１６ａの回動速度が遅いほど長くなるように調整される。たとえば、時間Ｄ１は、図１７の下段に示すように、範囲Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂにおいて長くなり、範囲Ｒ１ａ、Ｒ１ｃ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｃにおいて短くなるように設定される。ビームｅ〜ｇのスポット間隔が一定の場合、時間Ｄ２は時間Ｄ１の２倍に設定される。このように時間Ｄ１、Ｄ２が設定されることにより、走査範囲の何れの位置に消灯範囲が設定されても、各ビームを消灯範囲において略タイミングずれなく消灯させることができる。

なお、図１７には、ミラー１６ａの回動速度に応じて時間Ｄ１、Ｄ２をステップ状に変化させる方法を示したが、ミラー１６ａの回動速度に応じて時間Ｄ１、Ｄ２を変化させる方法は、これに限られるものではない。たとえば、範囲Ｒ１ａ〜Ｒ２ｃをさらに細かく分割してミラー１６ａの回転速度を細分化し、細分化した回転速度に応じて、時間Ｔ１、Ｔ２を設定してもよい。

＜実施形態の効果＞
以上、本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光が波長変換部材１８の入射面１８ａに照射されるため、レーザ光の照射光量が高められ、波長変換部材１８により生成される光の強度を高めることができる。また、入射面１８ａにおけるレーザ光のビームスポットがレーザ光の走査方向に交差する方向に長い形状であるため、各ビームスポットの光密度が過度に高まることがなく、且つ、走査方向に交差する方向に広い幅で波長変換部材を走査できる。さらに、各ビームスポットが、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、走査方向に並び且つ互いに離間するため、波長変換部材１８上における光密度が顕著に高くなることがない。このため、光飽和や発熱による温度消光効果により波長変換部材１８における発光効率が低下することが抑止される。よって、本実施の形態に係る光源装置２によれば、発光効率の低下を招くことなく、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。

図１Ａ、図１Ｂおよび図８Ａ、図８Ｂに示したとおり、光源装置２は、レーザ光を走査方向に収束させるシリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）と、レーザ光を走査方向に垂直な方向に収束させるシリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）と、を備え、シリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）は、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）よりもレーザ光源１１ａ〜１１ｄに近い位置に配置されている。このように、２つの収束作用を実現するための光学素子を個別に配置することにより、各光学素子の設計を走査方向と走査方向に垂直な方向に分けることで独立して最適化でき、波長変換部材１８上のスポット形状を、一定の範囲内ではあるものの自由に設定できる。

また、シリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）が、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）よりもレーザ光源１１ａ〜１１ｄに近い位置に配置されているため、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８の入射面１８ａまでの光路長を長くとることができる。これにより、シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７との間に光偏向器１６を配置する空間を確保でき、同時に、レーザ光を円滑かつ適正に走査方向に絞ることができる。さらに、光偏向器１６から波長変換部材１８の入射面１８ａまでの光路長を長くとることができるため、波長変換部材１８上におけるレーザ光の走査軌跡の湾曲を抑えることができる。

また、シリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）は、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄと光偏向器１６との間に配置され、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）は、光偏向器１６と波長変換部材１８との間に配置されている。このようにシリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）を光偏向器１６よりも前段側に配置することにより、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームの移動にシリンドリカルレンズ１４の屈折作用が影響することを回避できる。よって、入射面１８ａにおけるビームの移動を、ミラー１６ａの回動制御によって簡易かつ適正に制御できる。また、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）を光偏向器１６と波長変換部材１８との間に配置することによりシリンドリカルミラー１７の焦点距離を小さく設定することが可能となり、波長変換部材１８の入射面１８ａにおける走査方向に垂直な方向のビームの長さを広範に、特に狭い方向に幅広く制御できる。

図４Ａおよび図１０Ａに示したとおり、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸が互いに非平行となっている。これにより、単焦点のシリンドリカルレンズ１４によって、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光のビームスポットを、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて走査方向に離間させることができる。

なお、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、必ずしも、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において非平行でなくてもよく、図４Ｂおよび図１０Ｂに示したとおり、互いに平行であってもよい。この場合も、上記のように、シリンドリカルレンズ１４に収差を持たせることにより、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光のビームスポットを、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて走査方向に離間させることができる。

図１Ａ、図１Ｂおよび図８Ａ、図８Ｂに示したとおり、光源装置２は、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸を折り曲げるための反射プリズム１３ａ〜１３ｄを備えている。これにより、光源装置２の光源部分の構成をコンパクトにできる。また、３つまたは４つのビームを纏めたビーム束の全幅を狭く抑えることができるため、光学系の収差の影響を受けにくくすることができる。

特に、図１Ａ、図１Ｂおよび図８Ａ、図８Ｂの構成では、レーザ光源１１ｂ（第１のレーザ光源）の光軸を折り曲げる反射プリズム１３ａ（第１のミラー）と、レーザ光源１１ｃ（第２のレーザ光源）の光軸を反射プリズム１３ａ（第１のミラー）による折り曲げ方向に対して反対方向に折り曲げる反射プリズム１３ｂ（第２のミラー）と、を備える。そして、反射プリズム１３ａ（第１のミラー）と反射プリズム１３ｂ（第２のミラー）との間に隙間が設けられ、この隙間をレーザ光源１１ａおよびレーザ光源１１ｄ（第３のレーザ光源）の光軸が通っている。このように光源部分を構成することにより、光源部分の構成をより一層コンパクトに収めることができ、レーザ光の伝達効率を大きく低下させることなく３つまたは４つのビームを纏めたビーム束の全幅を小さくすることができる。

図１５Ａ、図１５Ｂに示したとおり、コントローラ３０１は、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの消灯範囲がそれぞれ発光を停止させる幅Ｗ３の範囲に整合するように、レーザ光源１１ａ〜１１ｃを制御する。具体的には、コントローラ３０１は、波長変換部材１８に対する走査の往路と復路で、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの消灯タイミングを反転させる。これにより、消灯範囲においてレーザ光源１１ａ〜１１ｃを円滑かつ確実に消灯させることができる。

また、図１６に示したとおり、コントローラ３０１は、ビームスポット間の走査方向の間隔に応じた時間Ｄ１、Ｄ２に基づいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの消灯タイミングを設定する。このように、各ビームの消灯タイミングをビームスポットの間隔に応じて設定することにより、消灯範囲において各ビームを確実に消灯させることができる。また、ビームスポットの間隔に応じて時間Ｄ１、Ｄ２を設定することにより、製造バラツキ等により時間Ｄ１、Ｄ２が製品間で異なったとしても、時間Ｄ１、Ｄ２を個別に調整することで、製品間の製造誤差などを吸収させることができる。

図１７に示したとおり、コントローラ３０１は、光偏向器１６によるレーザ光の走査速度（ミラー１６ａの回動速度）に応じて、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの消灯タイミングを変化させる。これにより、走査範囲の何れの位置に消灯範囲が設定されても、各ビームを消灯範囲においてタイミングずれなく消灯させることができる。

＜変更例＞
本変更例では、レーザ光源が３つ以上配置され、各レーザ光源から出射されたレーザ光が２つずつ重ねられて波長変換部材１８の入射面１８ａに集光される。

図１８Ａ、図８Ｂは、変更例に係るシリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。

レーザ光源の数が偶数の場合、全てのレーザ光が余すことなく２つずつ重なられて、波長変換部材１８の入射面１８ａに収束される。図１８Ａには、図８Ａ、図８Ｂの場合と同様、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄが配置された場合の例が示されている。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂからのレーザ光１３０ａ、１３０ｂが重ねられて波長変換部材１８の入射面１８ａに収束され、レーザ光源１１ｃ、１１ｄからのレーザ光１３０ｃ、１３０ｄが重ねられて波長変換部材１８の入射面１８ａに収束される。波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光１３０ａ、１３０ｂが重ねられたビームスポットＢＳａ、ＢＳｂと、レーザ光１３０ｃ、１３０ｄが重ねられたビームスポットＢＳｃ、ＢＳｄは、互いに走査方向に離間している。

レーザ光源の数が奇数の場合、レーザ光が２つずつ重なられて、波長変換部材１８の入射面１８ａに収束され、残り１つのレーザ光は、それのみで、波長変換部材１８の入射面１８ａに収束される。図１８Ｂには、図１Ａ、図１Ｂの場合と同様、３つのレーザ光源１１ａ〜１１ｃが配置された場合の例が示されている。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｃからのレーザ光１３０ａ、１３０ｃが重ねられて波長変換部材１８の入射面１８ａに収束され、レーザ光源１１ｂからのレーザ光１３０ｂが単独で波長変換部材１８の入射面１８ａに収束される。波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光１３０ａ、１３０ｃが重ねられたビームスポットＢＳａ、ＢＳｃと、レーザ光１３０ｂのみによるビームスポットＢＳｂは、互いに走査方向に離間している。

図１８Ａ、図１８Ｂに示したようなビームスポットの重ね合わせは、たとえば、シリンドリカルレンズ１４より前段側の光学部材の配置を調整することにより実現できる。

図１９Ａ、図１９Ｂは、それぞれ、変更例に係る、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて２つのビームスポットを重ね合わせつつ走査方向に離間させるための構成を説明する図である。

まず、図１８Ａのようにビームスポットを重ね合わせる場合、図１９Ａに示すように、レーザ光源１１ａ、１１ｂから出射されたレーザ光１３０ａ、１３０ｂを、互いに光軸が平行となるようにシリンドリカルレンズ１４に入射させる。シリンドリカルレンズ１４は、収差のない単焦点のシリンドリカルレンズである。このようにレーザ光１３０ａ、１３０ｂをシリンドリカルレンズ１４に入射させることにより、レーザ光１３０ａ、１３０ｂは、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路において次第に接近し、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて互いに重なり合う。

同様に、レーザ光源１１ｃ、１１ｄから出射されたレーザ光１３０ｃ、１３０ｄについても、互いに光軸が平行となるようにシリンドリカルレンズ１４に入射させる。これにより、レーザ光１３０ｃ、１３０ｄは、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路において次第に接近し、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なり合う。

ここで、レーザ光１３０ａ、１３０ｂの組とレーザ光１３０ｃ、１３０ｄの組との間では、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において光軸が互いに非平行となっている。これにより、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、互いに重なり合ったビームスポットＢＳａ、ＢＳｂと、互いに重なり合ったビームスポットＢＳｃ、ＢＳｄとが、走査方向に互いに離間する。こうして、図１８Ａに示したビームスポットの配置が実現される。

次に、図１８Ｂのようにビームスポットを重ね合わせる場合、図１９Ｂに示すように、レーザ光源１１ａ、１１ｃから出射されたレーザ光１３０ａ、１３０ｃを、互いに光軸が平行となるようにシリンドリカルレンズ１４に入射させる。ここでも、シリンドリカルレンズ１４は、収差のない単焦点のシリンドリカルレンズである。このようにレーザ光１３０ａ、１３０ｃをシリンドリカルレンズ１４に入射させることにより、レーザ光１３０ａ、１３０ｃは、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路において次第に接近し、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて互いに重なり合う。

また、残り１つのレーザ光源１１ｂから出射されたレーザ光１３０ｂは、その光軸が、レーザ光１３０ａ、１３０ｃの光軸に対して非平行となるように、シリンドリカルレンズ１４に入射させる。これにより、レーザ光１３０ｂは、互いに重なり合ったビームスポットＢＳａ、ＢＳｃに対して走査方向に離間した位置に収束され、単独でビームスポットＢＳｂを形成する。こうして、図１８Ｂに示したビームスポットの配置が実現される。

以上のように、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光の入射状態を調整することにより、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて２つのビームスポットを重ね合わせつつ走査方向に離間させることができる。ここで、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光の入射状態は、上記実施例１、２と同様、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置または反射プリズム１３ａ〜１３ｄの反射面の傾きを調整することにより調整され得る。

本変更例によれば、２つのレーザ光が重ね合わせられるため、重ね合わされたビームスポットの光密度が上記実施の形態の各ビームスポットに比べて高くなる。しかしながら、本変更例では、ビームスポットが走査方向に交差する方向に長い形状であり、且つ、１つのビームスポットに重ねられるレーザ光の数が２つ以下に制限されるため、各ビームスポットの光密度が顕著に高くなることがない。

さらに、本変更例によれば、上記実施の形態と同様、各ビームスポットが、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、走査方向に並び、且つ互いに離間するように形成される。このため、本変更例においても、波長変換部材１８上における光密度が顕著に高くなることがなく、光飽和や発熱による温度消光効果により波長変換部材１８における発光効率が低下することが抑止され得る。よって、本変更例によっても、発光効率の低下を招くことなく、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。また、レーザ光を重ね合わせることにより、波長変換部材１８上の横並びのスポットの数が少なくなるため、レーザ制御が容易になる。

図２０Ａは、光密度と波長変換部材１８の発光効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフであり、図２０Ｂは、レーザ光の重ね合わせの数と波長変換部材１８の発光効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図２０Ａのグラフは、グラフの左端（光密度が１００Ｗ／ｍｍ^２のとき）における発光効率を１として規格化され、図２０Ｂのグラフは、最も左の棒グラフの発光効率を１として規格化されている。

まず、図２０Ａに示すように、波長変換部材１８に照射される光の密度が１００Ｗ／ｍｍ^２からやや増加する範囲では、波長変換部材１８の発光効率の低下率が小さく抑えられた。そして、光密度が１７０Ｗ／ｍｍ^２を超えると、光密度の増加に伴い、波長変換部材１８の発光効率の低下率が急激に大きくなった。この検証より、光密度が所定の範囲内において高められたとしても、波長変換部材１８の発光効率はそれほど大きく低下しないことが確認できた。つまり、１つのビームスポットに重ねられるレーザ光の数を制限して光密度の増加を所定範囲に抑えることにより、波長変換部材１８の発光効率を高く維持できることが想定できた。

次に、図２０Ｂに示すように、２つのレーザ光を重ね合わせた場合の波長変換部材１８の発光効率は、２つのレーザ光を離間させて横並びに配置した場合の発光効率の９０％以上の大きさに確保された。これに対し、３つのレーザ光を重ね合わせた場合の波長変換部材１８の発光効率は、２つのレーザ光を離間させて横並びに配置した場合の発光効率に比べて大きく低下した。この検証から、本変更例のように、互いに重ね合わされるレーザ光の数を２つ以下に制限することにより、波長変換部材１８の発光効率を殆ど低下させずに高く維持できることが確認できた。

なお、図１８Ａ〜図１９Ｂには、３つまたは４つのレーザ光源が配置された場合の例が示されたが、配置されるレーザ光源の数は、３つまたは４つに限られるものではなく、５つ以上であってもよい。この場合も、本変更例では、レーザ光が２つずつ重ねられて波長変換部材１８の入射面１８ａに収束される。また、必ずしも走査方向に隣り合うレーザ光が重ねられなくともよく、たとえば、１つおきごとに組となるレーザ光が波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重ねられてもよい。さらに、本変更例においても、図６Ｂの場合と同様、光軸を交差させることによりビームスポットを走査方向に離間させてもよい。

＜その他の変更例＞
投光装置１および光源装置２の構成は、上記実施形態および変更例に示した構成以外に、種々の変更が可能である。

たとえば、図２１Ａに示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの配置が変更され、これに伴い、反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面の傾斜角が変更されてもよい。

また、図２１Ｂに示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの配置が変更され、これに伴い、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸をＸ軸に平行となるように曲げるミラー２１、２２が配置されてもよい。

また、図２１Ｃに示すように、実施例２の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置が変更され、これに伴い、２つの反射面を有する反射プリズム２３が配置されてもよい。

また、図２１Ｄに示すように、２つの反射面を有する反射プリズム２４ａによってレーザ光源１１ａ、１１ｂからのレーザ光をシリンドリカルレンズ１４に導き、２つの反射面を有する反射プリズム２４ｂによってレーザ光源１１ｃ、１１ｄからのレーザ光をシリンドリカルレンズ１４に導くようにしてもよい。この構成例では、レーザ光源１１ａ、１１ｄから出射されたレーザ光は、それぞれ、反射プリズム２４ａ、２４ｂのＺ軸負側の面から反射プリズム２４ａ、２４ｂ内に入射し、反射プリズム２４ａ、２４ｂ内で２つの反射面で反射された後、反射プリズム２４ａ、２４ｂのＺ軸正側の面から出射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃからのレーザ光は、それぞれ、反射プリズム２４ａのＸ軸正側の反射面および反射プリズム２４ｂのＸ軸負側の反射面で反射されて、シリンドリカルレンズ１４へと向かう。

なお、図２１Ａ〜図２１Ｄの構成例において、シリンドリカルレンズ１４以降の構成は、実施例１、２と同様である。

図２１Ａ〜図２１Ｄに示した変更例において、シリンドリカルレンズ１４が収差のない単焦点のシリンドリカルレンズである場合、上記実施の形態および変更例と同様、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸が、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において互いに非平行となるように、シリンドリカルレンズ１４の前段側の光学系が調整されればよい。シリンドリカルレンズ１４が予め収差をもつ場合は、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸が、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において互いに平行となるように、シリンドリカルレンズ１４の前段側の光学系が調整されればよい。

また、上記実施例１、２では、レーザ光のファスト軸がシリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄが配置されたが、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置方法は、必ずしもこれに限定されるものではない。たとえば、レーザ光のスロー軸が、シリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄが配置されてもよい。ただし、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいてレーザ光を走査方向により小さく絞るためには、上記実施例１、２のように、レーザ光のファスト軸がシリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄを配置することが好ましい。

また、光源装置２に配置されるレーザ光源の数は、上記実施例１、２に示した数に限られるものではなく、５つ以上であってもよい。また、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームスポットの間隔は、必ずしも均等でなくてもよい。

また、集光光学系は、必ずしも、シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７に分けられなくともよく、１つのレンズによって走査方向と走査方向に垂直な方向にレーザ光を収束させてもよい。集光光学系を構成するレンズは、フレネルレンズや、回折レンズによって構成されてもよい。また、光偏向器１６は、ミラー１６ａを互いに垂直な２軸周りに回動させる構成であってもよい。

また、波長変換部材１８の蛍光体層２０３に含まれる蛍光体粒子２０３ａの種類は、必ずしも１種類でなくてもよく、たとえば、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光によって互いに異なる波長の蛍光を生じる複数種類の蛍光体粒子２０３ａが蛍光体層２０３に含まれてもよい。この場合、各種類の蛍光体粒子２０３ａから生じた蛍光の拡散光と、これら蛍光体粒子２０３ａによって波長変換されなかったレーザ光の拡散光とによって、所定の色の光が生成される。波長変換部材１８は、反射型に限らず、透過型であってもよい。

また、図１４の例ではレーザ光の走査方向を水平方向としたが、必要とされる照射条件によっては垂直方向をレーザ光の走査方向にしてもよい。

この他、本開示の実施の形態は、請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

本開示の光源装置および投光装置は、発光効率の低下を抑えつつ、発光強度を効果的に高めることができ、たとえば車両用前照灯の光源装置として有用である。

１ 投光装置
２ 光源装置
３ 投射光学系
１１ａ〜１１ｄ レーザ光源
１３ａ〜１３ｄ、２３ 反射プリズム
１４ シリンドリカルレンズ（集光光学系）
１６ 光偏向器
１６ａ ミラー
１７ シリンドリカルミラー（集光光学系）
１８ 波長変換部材
１８ａ 入射面
２１、２２ ミラー
ｅ、ｆ、ｇ ビーム
Ｅ、Ｆ、Ｇ レーザ駆動波形

Claims (13)

1. 複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が入射する入射面を備え、前記レーザ光を、前記レーザ光の波長とは異なる波長の光に変換するとともに前記光を拡散させる波長変換部材と、
   前記レーザ光を前記入射面上において走査させる光偏向器と、を備え、
   前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光のビームスポットが前記入射面上において、前記走査方向に並び、且つ少なくとも１つのスポットが他のスポットと離間するように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整されている、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が入射する入射面を備え、前記レーザ光を、前記レーザ光の波長とは異なる波長に変換するとともに前記光を拡散させる波長変換部材と、
   前記レーザ光を前記入射面上において走査させる光偏向器と、
   前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を、前記入射面上において、前記レーザ光の走査方向に交差する方向に細長いビーム形状に収束させる集光光学系と、を備え、
   前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光のビームスポットが前記波長変換部材の前記入射面上において前記走査方向に並び且つ互いに離間するように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整されている、
   ことを特徴とする光源装置。
3. 複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が入射する入射面を備え、前記レーザ光を、前記レーザ光の波長とは異なる波長の光に変換するとともに前記光を拡散させる波長変換部材と、
   前記レーザ光を前記入射面上において走査させる光偏向器と、
   前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を、前記波長変換部材の入射面上において、前記レーザ光の走査方向に交差する方向に細長いビーム形状に収束させる集光光学系と、を備え、
   前記レーザ光源は、３つ以上配置され、
   前記レーザ光源の数が偶数の場合は、前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が前記波長変換部材の前記入射面上において２つずつ重ねられて複数のビームスポットを形成し、前記ビームスポットが前記走査方向に並び且つ互いに離間するように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整され、
   前記レーザ光源の数が奇数の場合は、前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が前記波長変換部材の前記入射面上において２つずつ重ねられてビームスポットを形成し、残り１つの前記レーザ光は重ねられずに単独でビームスポットを形成し、前記ビームスポットが前記走査方向に並び且つ互いに離間するように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整されている、
   ことを特徴とする光源装置。
4. 請求項２または３に記載の光源装置において、
   前記集光光学系は、前記レーザ光を前記走査方向に収束させる第１の光学素子と、前記レーザ光を前記走査方向に垂直な方向に収束させる第２の光学素子と、を備え、
   前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子よりも前記レーザ光源に近い位置に配置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記第１の光学素子は、前記複数のレーザ光源と前記光偏光器の間に配置され、前記第２の光学素子は、前記光偏光器と前記波長変換部材の間に配置されている、
   ことを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記集光光学系の入射位置において、前記複数のレーザ光源の光軸が互いに非平行となっている、
   ことを特徴とする光源装置。
7. 請求項６に記載の光源装置において、
   少なくとも１つの前記レーザ光源の光軸を折り曲げるためのミラーを備える、
   ことを特徴とする光源装置。
8. 請求項６または７に記載の光源装置において、
   第１のレーザ光源の光軸を折り曲げる第１のミラーと、
   第２のレーザ光源の光軸を前記第１のミラーによる折り曲げ方向に対して反対方向に折り曲げる第２のミラーと、を備え、
   前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に隙間が設けられ、当該隙間を第３のレーザ光源の光軸が通っている、
   ことを特徴とする光源装置。
9. 請求項１ないし８の何れか一項に記載の光源装置において、
   前記複数のレーザ光源および前記光偏光器を制御するコントローラを備え、
   前記波長変換部材に対する走査範囲の一部の範囲において発光を停止させる制御を行う場合、前記コントローラは、前記各レーザ光源の消灯範囲がそれぞれ前記発光を停止させる前記一部の範囲に整合するように、前記複数のレーザ光源を制御する、
   ことを特徴とする光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置において、
    前記コントローラは、前記波長変換部材に対する走査の往路と復路で、前記複数のレーザ光源の消灯タイミングを反転させる、
    ことを特徴とする光源装置。
11. 請求項９または１０に記載の光源装置において、
    前記コントローラは、前記複数のビームスポットの前記走査方向における間隔に応じて、前記複数のレーザ光源の消灯タイミングを設定する、
    ことを特徴とする光源装置。
12. 請求項９ないし１１の何れか一項に記載の光源装置において、
    前記コントローラは、前記光偏光器による前記レーザ光の走査速度に応じて、前記複数のレーザ光源の消灯タイミングを変化させる、
    ことを特徴とする光源装置。
13. 請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光源装置と、
    前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える、
    ことを特徴とする投光装置。