JPWO2019049589A1 - 光源装置および投光装置 - Google Patents
光源装置および投光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2019049589A1 JPWO2019049589A1 JP2019540838A JP2019540838A JPWO2019049589A1 JP WO2019049589 A1 JPWO2019049589 A1 JP WO2019049589A1 JP 2019540838 A JP2019540838 A JP 2019540838A JP 2019540838 A JP2019540838 A JP 2019540838A JP WO2019049589 A1 JPWO2019049589 A1 JP WO2019049589A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- laser light
- light source
- laser
- source device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
配光にムラが生じることを抑制しつつ、各レーザ光源の出力を円滑に制御す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、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で走査させる光偏向器と、レーザ光源からそれぞれ出射された複数のレーザ光により、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複数のビームスポットを形成する光学系と、を備える。さらに、波長変換部材の入射面で正反射した複数のレーザ光を、入射面上の全ての走査範囲に対して受光して、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力する位置検出器と、位置検出器からの検出信号に基づいてレーザ光源を制御するコントローラと、を備える。
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。
上記特許文献1の構成では、走査方向に垂直な方向に変位した6つの位置を、各レーザ光源から出射されたレーザ光で走査する構成であるため、これらレーザ光源のうち1つにでも故障もしくは強度の変動があると、波長変換部材からの配光に帯状のムラが生じる。また、振動等の衝撃や経時変化等によって複数のレーザ光源または各レーザ光を波長変換部材へと導く各光学系のうち1つにでもずれが生じた場合も、同様に、配光が不均一になってしまう。
かかる課題に鑑み、本開示は、配光にムラが生じることを抑制しつつ、各レーザ光源の出力を円滑に制御す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、光学系と、位置検出器と、コントローラと、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。光学系は、複数のレーザ光源からそれぞれ出射された複数のレーザ光により、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ビームスポットを形成する。位置検出器は、波長変換部材の入射面において正反射した複数のレーザ光の正反射光を、入射面上の走査範囲に対して受光して、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力する。コントローラは、位置検出器からの検出信号に基づいて複数のレーザ光源を制御する。
本態様に係る光源装置によれば、波長変換部材の入射面上において、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ため、何れか1つのレーザ光源に故障等の不具合が生じたとしても、配光にムラが生じることがない。また、波長変換部材の入射面で正反射した複数のレーザ光の正反射光が、入射面上の全ての走査範囲に対して位置検出器で受光されるため、位置検出器からの検出信号により、各レーザ光源の出力を円滑に制御することができる。
本開示の第2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の態様に係る光源装置と、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。
本態様に係る投光装置によれば、第1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、配光にムラが生じることを抑制しつつ、各レーザ光源の出力を円滑に制御することができる。
本開示効果ないし意義は、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、本開示にかかる発明は、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。
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14A、図14B)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9A、図9B、図15A、図15B)を説明に合わせて適宜使い分けており、従って、両者は必ずしも一致するものではない。
図1A、図1Bは、それぞれ、実施の形態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。これにより、シリンドリカルレンズ14に入射する3つのレーザ光を束ねた光束の全幅を小さくできる。その結果、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。また、光偏向器16のミラー16aのサイズを小さくでき、光偏向器16の大型化や消費電力の増大を抑制できる。
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、本実施の形態では、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。
本実施の形態では、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、本実施の形態では、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/e2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/e2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。
本実施の形態では、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。
このように、ビームスポットBSa〜BScを走査方向に交差する方向に長い形状とすることにより、各ビームスポットの光密度が過度に高まることがなく、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を抑止できる。また、走査方向に交差する方向に広い幅で波長変換部材18を走査できるため、波長変換部材18を効率的に各レーザ光で走査できる。
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、SiO2、ZnO、ZrO2、Nb2O5、Al2O3、TiO2、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(YnGd1−n)3(AlmGa1−m)5O12: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、BS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。3つのビームスポットBS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BS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BS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BS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BSが移動する間に、ビームスポットBS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。
さらに、本実施の形態では、波長変換部材18の入射面18aで正反射されたレーザ光(以下、「正反射光」という)を受光する位置に、位置検出器19が設置されている。位置検出器19は、光偏向器16のミラー16aが中立位置にあるときに、正反射光が位置検出器19の入射面のX軸方向の中央位置に入射するように配置されている。
位置検出器19は、波長変換部材18の入射面上の走査範囲に対して正反射光を受光するとともに、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力する。位置検出器19は、波長変換部材18の入射面上の走査範囲に対して正反射光を受光可能なように、X軸方向に長い受光面を有する。
位置検出器19は、たとえば、PSD(Position SensitiveDetector)からなっている。この他、位置検出器19は、フォトディテクタがアレイ上に配置された構成であってもよく、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子であってもよい。
図8Aは、位置検出器19の構成および位置検出信号の生成方法を説明するための図である。また、図8Bは、位置検出器19の構成を模式的に示す断面図である。
図8Bに示すように、位置検出器19は、N型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたP型抵抗層を形成した構造となっている。表面側の抵抗層には、横方向における光電流を出力するための電極EX1、EX2が形成され、裏面側の抵抗層には共通電極EX3が形成されている。電極EX1、EX2に流入した光電流は、端子19b、19cから出力される。
次に、位置検出器19における受光位置の算出方法について説明する。
位置検出器19の受光面19aに正反射光(正反射光スポットRB)が照射されると、正反射光(正反射光スポットRB)の受光位置に光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、各電極EX1、EX2までの距離に逆比例して分割されて、電極EX1、EX2に接続された端子19b、19cから出力される。
ここで、位置検出器19において、端子19b、19cから出力される光電流は、正反射光の受光位置から電極EX1、EX2までの距離Lx1、Lx2に逆比例して分割された大きさを有する。よって、端子19b、19cから出力される光電流の電流値をもとに、受光面上におけるX軸方向の正反射光の受光位置を検出することができる。
たとえば、位置検出器19について、図8Aの位置に正反射光スポットRBが照射されたとする。この場合、受光面19aの横方向のセンター位置Lmxを基準とする受光位置の横方向の座標Pxは、電極EX1、EX2から出力される光電流の電流値をそれぞれIx1、Ix2、横方向における電極EX1、EX2間の距離をLxとすると、以下の式によって算出される。
こうして、位置検出器19の端子19b、19cから出力された光電流の電流値Ix1、Ix2をもとに、式(1)の演算を行うことにより、受光面19a上における正反射光スポットRBの位置を示す位置検出信号(座標Px)を算出できる。また、光電流の電流値Ix1、Ix2を互いに加算することにより、正反射光の受光光量を取得できる。
図9Aは、波長変換部材18の入射面18aにおけるビームスポットBS1〜BS3の移動を模式的に示す図である。図9Bは、図9AのようにビームスポットBS1〜BS3が移動した場合の位置検出器19の受光面19a上における正反射光スポットRB1〜RB3の移動を模式的に示す図である。図9Aにおいて、Wmは、入射面18aのX軸方向のセンター位置である。
なお、ここでは、波長変換部材18の入射面18aを走査する3つのビームスポットが、X軸正側から順番に、ビームスポットBS1、BS2、BS3と称されている。ビームスポットBS1、BS2、BS3は、それぞれ、図4A、図4Bに示したビームスポットBSb、BSa、BScに対応する。また、正反射光スポットRB1、RB2、RB3は、それぞれ、ビームスポットBS1、BS2、BS3のレーザ光が波長変換部材18の入射面18aで正反射した正反射光のビームスポットである。
波長変換部材18の入射面18a上をビームスポットBS1〜BS3が図9Aに示すように移動すると、これに伴い、正反射光スポットRB1〜RB3は、位置検出器19の受光面19a上を図9Bのように移動する。ここで、正反射光スポットRB1〜RB3の横方向の移動位置は、入射面18a上におけるビームスポットBS1〜BS3のX軸方向の各移動位置に1対1で対応する。また、ビームスポットBS1〜BS3が幅W1の範囲をX軸方向に移動すると、正反射光スポットRB1〜RB3は、位置検出器19の受光面19aを幅Lwの範囲で横方向に移動する。
各正反射光の受光位置および受光光量の検出においては、後述のように、検出対象の正反射光スポットに対応するレーザ光源のみが点灯され、その他のレーザ光源は消灯される。たとえば、図9Bの左側の正反射光スポットRB3から順番に、各正反射スポットのレーザ光源が点灯される。そして、各レーザ光源の点灯時に位置検出器19から出力される電流値Ix1、Ix2に基づいて、上記式(1)の演算が行われ、各正反射光スポットの受光位置が検出される。さらに、電流値Ix1、Ix2が互いに加算されて、各正反射光スポットの受光光量が検出される。各正反射光スポットの受光位置および受光光量の検出方法については、追って、図11A〜図11Cを参照して説明する。
<回路構成>
図10は、実施の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。
図10は、実施の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。
図10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、位置検出回路304と、インタフェース305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。位置検出回路304は、位置検出器19から出力された電流値Ix1、Ix2に基づいて上記式(1)の演算により位置検出信号を算出し、また、電流値Ix1、Ix2を互いに加算して光量信号を算出する。位置検出回路304は、算出した位置検出信号および光量信号をコントローラ301に出力する。インタフェース305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。
コントローラ301は、投射光学系3から目標領域に照射される光が目標領域において所定の配光パターンとなるように、レーザ光源11a〜11cおよび光偏向器16を制御する。すなわち、コントローラ301は、3つのビームスポットBS1〜BS3の走査範囲が図9Aに示した幅W1となるように光偏向器16を制御しながら、目標領域における配光パターンが所定の配光パターンとなるように、3つのビームスポットBS1〜BS3に対応するレーザ光源11a〜11cに対し、点灯/消灯の制御を行う。
本実施の形態では、図9Aに示したように、3つのビームスポットBS1〜BS3が走査方向に並びかつ互いに離間するように配置される。ここで、ビームスポットBS1〜BS3の光量や、ビームスポットBS1〜BS3の位置および間隔は、経時変化や、光源装置2に伝わる振動または衝撃等によって変動し得る。このため、コントローラ301は、上記の制御を適切に行うために、ビームスポットの光量低下やビームスポットの位置および間隔の変動を、ビームスポットごとに随時検出しておく必要がある。換言すると、コントローラ301は、各正反射光スポットの受光光量、受光位置および正反射光間の間隔を随時検出して制御を行う必要がある。
以下、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量の検出方法と、その検出結果を用いた各レーザ光源の制御方法について説明する。
図11A、図11Bは、それぞれ、各正反射光スポットの受光位置および受光光量を取得するための制御を示すフローチャートである。
図11Aに示すように、コントローラ301は、光源装置2が起動されると(S11)、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量を検出するためのチェック走査を行う(S12)。そして、コントローラ301は、このチェック走査の際に位置検出回路304から入力された位置検出信号および光量信号に基づいて、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量をそれぞれ取得する(S13)。
また、図11Bに示すように、コントローラ301は、光源装置2が起動された後の動作中において、所定のチェックタイミングが到来すると(S21)、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量を検出するためのチェック走査を行う(S22)。そして、コントローラ301は、このチェック走査の際に位置検出回路304から入力された位置検出信号および光量信号に基づいて、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量をそれぞれ取得する(S23)。ここで、ステップS21のチェックタイミングは、たとえば、光源装置2の起動から一定周期(たとえば数秒)に設定される。
図11Cは、チェック走査時(図11A、図11BのS12、S22)における位置検出器19の受光面19a上の正反射光スポットRB1〜RB3の走査状態を模式的に示す図である。図11Cにおいて、黒で塗り潰されたスポットは、正反射光スポットが点灯状態にあることを示し、破線かつ白抜きのスポットは、正反射光スポットが消灯状態にあることを示している。
図11Cに示すように、チェック走査時において、3つの正反射光スポットRB1〜RB3は、1つずつ順番に点灯状態に設定される。すなわち、チェック走査時において、コントローラ301は、正反射光スポットRB1〜RB3が一定速度で受光面19aを移動するように、光偏向器16を制御する。そして、コントローラ301は、正反射光スポットRB1〜RB3が所定の周期で順番に点灯されるように、レーザ光源11a〜11cを制御する。
たとえば、コントローラ301は、まず、図11Cの上段に示すように、正反射光スポットRB3に対応するレーザ光源11cのみをパルス状に駆動して、正反射光スポットRB3のみを点灯させる。次に、コントローラ301は、図11Cの中段に示すように、レーザ光源11cの駆動から所定の時間間隔で、正反射光スポットRB2に対応するレーザ光源11aのみをパルス状に駆動して、正反射光スポットRB2のみを点灯させる。さらに、コントローラ301は、図11Cの下段に示すように、レーザ光源11aの駆動から所定の時間間隔で、正反射光スポットRB1に対応するレーザ光源11aのみをパルス状に駆動して、正反射光スポットRB1のみを点灯させる。
なお、チェック走査の際、各レーザ光源は、同一レベルかつ同一時間幅のパルス信号によって駆動される。したがって、各レーザ光源の出力特性が互いに同じであれば、各正反射光スポットの照射時における光量信号の値は、互いに同一となる。
こうしてチェック走査を実行している間に、コントローラ301は、図11A、図11BのステップS13、S23において、各正反射光スポットの点灯時に位置検出回路304から正反射光スポットの位置検出信号および光量信号を取得し、正反射光スポットごとに、位置検出器19の受光面19a上の受光位置および受光光量を取得する。さらに、コントローラ301は、正反射光スポットRB1〜RB3について取得した受光位置と、光偏向器16による走査速度および正反射光スポットRB1〜RB3を点灯させる時間間隔とに基づいて、正反射光スポットRB1〜RB3間の間隔を算出する。
発光の実動作時において、コントローラ301は、上記の処理により取得した各正反射光スポットの受光位置および反射光スポット間の間隔を用いて、波長変換部材18からの配光パターンが所定のパターンとなるように、レーザ光源11a〜11cを制御する。このとき、同時に、コントローラ301は、各正反射光スポットの受光光量に基づいて、所定レベルの出力でレーザ光が出射されるように、レーザ光源11a〜11cを制御する。コントローラ301は、チェック走査のタイミングが到来するごとに、各正反射光スポットの受光光量、受光位置および間隔を更新して、レーザ光源11a〜11cに対する制御を実行する。
図12Bは、レーザ光源11a〜11cの出力制御の一例を示すタイミングチャートである。図12Bの最上段には、光偏向器16のミラー16aを駆動するための駆動信号の波形が示され、図12Bの上から2〜4段目には、正反射光スポットRB1〜RB3にそれぞれ対応するレーザ光源を駆動するための制御信号の波形が示されている。すなわち、図12Bの上から2段目の波形はレーザ光源11bの駆動信号の波形であり、図12Bの上から3段目の波形はレーザ光源11aの駆動信号の波形であり、図12Bの最下段の波形はレーザ光源11cの駆動信号の波形である。
また、図12Aには、図12Bの出力制御において用いられる各パラメータが示されている。ここでは、右方向の走査が「走査1」に設定され、左方向の走査が「走査2」に設定されている。破線の矢印は、正反射光スポットの走査方向と走査範囲を示している。走査速度は一定である。正反射光スポットRB1、RB2の間隔X1および正反射光スポットRB2、RB3の間隔X2は、図11A〜図11Cに示した処理により逐次更新される。また、図11A〜図11Cに示した処理により、所定レベル且つ所定時間幅のパルス信号で各レーザ光源が駆動されたときの正反射光スポットRB1〜RB3の受光光量が検出され、逐次更新される。
図12Bの制御では、図12Aに示すように、走査範囲の両端に発光を停止させる非発光区間Xoffが設定されている。換言すると、この制御では、図9Aに示した幅W1の両端に、非発光区間Xoffに対応する非発光区間が設定されている。また、この制御では、図9Aに示した幅W1の中央において発光光量が高まるように、各レーザ光源の出力が制御される。
このような制御を行う場合、コントローラ301は、ミラー16aの駆動信号に同期して、各レーザ光源に対し、図12Bの2段目以下に示す出力制御信号を付与する。コントローラ301は、各出力制御信号の波形の間隔を、図12Aに示したパラメータに基づいて、図12Bに付記した算出式により算出して設定する。また、コントローラ301は、図11A〜図11Cに示した処理により取得した各正反射光スポットの受光光量に基づいて、各レーザ光源の出力が所定の同一レベルとなるように、各出力制御信号の波形の最大値を設定する。これにより、水平方向の幅がやや制限され且つ中央の光量が高められた配光パターンで、目標領域に光が投射される。
図13Bは、レーザ光源11a〜11cの出力制御の他の例を示すタイミングチャートである。図12Bと同様、図13Bの最上段には、光偏向器16のミラー16aを駆動するための駆動信号の波形が示され、図13Bの上から2〜4段目には、正反射光スポットRB1〜RB3にそれぞれ対応するレーザ光源を駆動するための制御信号の波形が示されている。
また、図13Aには、図12Aと同様、図13Bの出力制御において用いられる各パラメータが示されている。ここでは、走査範囲の両端の他、走査範囲の途中の区間にも、発光を停止させる消灯区間XADBが設定されている。換言すると、この制御では、図9Aに示した幅W1の一部に、消灯区間XADBに対応する非発光区間が設定されている。
光源装置2が車両の前照灯として用いられる場合、たとえば、車両側の制御回路からの制御指令によって、図9A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。この指示は、図10のインタフェース305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13Aに示した消灯区間XADBは、この制御によりレーザ光源11a〜11cを消灯させる区間に相当する。図13Bには、消灯区間ADBに対応する区間が、斜線のハッチングで示されている。なお、図13Bの制御では、目標領域に均一な強度で光が投射される制御が行われる。このため、各レーザ光源に対する出力制御信号は、矩形状の波形となっている。
このような制御を行う場合、コントローラ301は、ミラー16aの駆動信号に同期して、各レーザ光源に対し、図13Bの2段目以下に示す出力制御信号を付与する。コントローラ301は、各出力制御信号の波形の間隔を、図13Aに示したパラメータに基づいて、図13Bに付記した算出式により算出して設定する。各出力制御信号の波形の間隔は、図12Bに示した各出力制御信号の波形の間隔と同じである。
また、コントローラ301は、各出力制御信号の波形の一部を、消灯区間XADBに応じてゼロレベルに設定する。コントローラ301は、波形の一部をゼロレベルに設定するタイミングおよび期間を、図13Aに示したパラメータに基づいて、図13Bに付記した算出式により算出して設定する。さらに、コントローラ301は、図11A〜図11Cに示した処理により取得した各正反射光スポットの光量に基づいて、各出力制御信号の矩形波形のレベルを設定する。これにより、水平方向の幅がやや制限され且つ一部の区間において発光が停止された配光パターンで、目標領域に光が投射される。
<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。
以上、本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
波長変換部材18の入射面18a上において、各ビームスポットBS1〜BS3が走査方向に並び且つ互いに離間するため、レーザ光源11a〜11cの何れか1つに故障等の不具合が生じたとしても、波長変換部材18からの配光にムラが生じることがない。また、波長変換部材18の入射面18aで正反射した複数のレーザ光の正反射光が、入射面18a上の全ての走査範囲に対して位置検出器19で受光されるため、位置検出器19からの検出信号により、各レーザ光源の出力を円滑に制御することができる。
図11Cを参照して説明したとおり、コントローラ301は、レーザ光源11a〜11cをそれぞれ単独で駆動させて、位置検出器19から各正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量に応じた検出信号を取得する。これにより、走査方向に互いに分離した正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量を、正確に検出することができる。
この場合、コントローラ301は、図11Aに示したように、光源装置2の起動時に、レーザ光源11a〜11cをそれぞれ単独で駆動させて位置検出器19から検出信号を取得する制御を実行する。このように、光源装置2の起動時に検出信号を取得する処理を実行することにより、光源装置2による発光の実動作を中断することなく、各正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量を検出できる。
また、コントローラ301は、図11Bに示したように、光源装置2の起動後所定の周期ごとに、レーザ光源11a〜11cをそれぞれ単独で駆動させて位置検出器19から検出信号を取得する制御を実行する。こうすると、発光の実動作中に、逐次、各正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量を取得できる。これにより、発光の実動作中に、各正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量に変動が生じた場合も、各レーザ光源を精度良く制御できる。
なお、光源装置2の起動後における検出信号(受光位置、受光光量)の取得は、必ずしも一定周期で行われなくてもよく、また、検出信号の取得の回数も複数でなくてもよい。光源装置2の起動後における検出信号の取得は、各正反射光(正反射光スポットRB1〜RB3)の受光位置および受光光量に変動が生じた可能性が想定され得る所定のタイミングにおいて実行されればよい。たとえば、図11Bの制御に代えて、あるいは、この制御とともに、光源装置2に大きな振動や衝撃が付与されたことが検出されたタイミングで検出信号(受光位置、受光光量)の取得制御が実行されてもよい。
図12A、図12Bおよび図13A、図13Bに示したように、コントローラ301は、位置検出器19からの検出信号に基づいて、波長変換部材18から所定の配光パターンで光が生じるように、レーザ光源11a〜11cを制御する。このように、検出信号に基づいてレーザ光源11a〜11cを個別に制御することにより、波長変換部材18からの配光パターンの分解能を高めることができ、より精緻な配光パターンを実現できる。
たとえば、コントローラ301は、図13A、図13Bに示したように、波長変換部材18に対する走査範囲の一部の範囲(消灯区間XADB)において発光を停止させる制御を行う。この場合、コントローラ301は、レーザ光源11a〜11cの消灯がそれぞれ発光を停止させる一部の範囲(消灯区間XADB)に整合するように、各レーザ光源の消灯タイミングと消灯期間を制御する。これにより、消灯区間XADBの境界をクリアにでき、一部の範囲の消灯を良好に行い得る。
この場合、コントローラ301は、図13A、図13Bに示したように、位置検出器19からの検出信号に基づいて、位置検出器19の受光面19a上における正反射光の間隔X1、X2を取得し、取得した間隔X1、X2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のが好ましい。こうすると、レーザ光源11a〜11cの消灯タイミングを円滑かつ正確に設定できる。
なお、図1A〜図6Bに示した構成により、光学系のコンパクト化を実現しながら、波長変換部材18の入射面18aにおいて、ビームスポットBS1〜BS3を走査方向に分離して並べることができる。
<変更例>
図14A、図14Bは、それぞれ、変更例に係る投光装置1の構成を示す側面図および平面図である。
図14A、図14Bは、それぞれ、変更例に係る投光装置1の構成を示す側面図および平面図である。
変更例では、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、上記実施の形態に比べて、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。上記実施の形態に比べて、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。
光学系のその他の構成は、上記実施の形態と同様である。変更例においても、上記実施の形態と同様、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。変更例では、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。
たとえば、図15Aに示すように、レーザ光源11a〜11dからそれぞれ出射されたレーザ光130a〜130dを、互いに非平行な状態で、シリンドリカルレンズ14に入射させることにより、これら4つのレーザ光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、互いに離間させることができる。この場合、シリンドリカルレンズ14として、収差のない単一焦点のシリンドリカルレンズが用いられる。また、シリンドリカルレンズ14よりも前段側の光学系を図5A、図5Bと同様の方法で調整することにより、レーザ光130a〜130dを、互いに非平行な状態で、シリンドリカルレンズ14に入射させることができる。
なお、図4Bの場合と同様、予め収差を持つシリンドリカルレンズ14を用いて、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、互いに離間させてもよい。また、図6A、図6Bの場合と同様、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。
本変更例では、波長変換部材18の入射面18aにおけるレーザ光130a〜130dの正反射光が、位置検出器19の受光面19aに入射し、レーザ光130a〜130dに対応する4つの正反射光スポットが形成される。位置検出器19は、波長変換部材18の入射面18a上の全ての走査範囲に対してレーザ光130a〜130dを受光して、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力可能に構成される。
本変更例では、図10の回路ブロックに、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。コントローラ301は、図11A、図11BのステップS12、S22において、図15Bに示すように、レーザ光源11a〜11dをそれぞれ単独で駆動させて、位置検出器19から検出信号を取得し、各正反射光の受光位置、受光光量と、正反射光の間隔を取得する。図15Bにおいて、RB1〜RB4は、それぞれ、レーザ光源11b、11a、11d、11cから出射されたレーザ光による正反射光スポットである。
ステップS12、S22では、最も左側の正反射光スポットRB4から順番に正反射光スポットが照射されるように、レーザ光源11b、11a、11d、11cが個別に駆動される。コントローラ301は、取得した各正反射光の受光位置、受光光量および正反射光の間隔に基づいて、レーザ光源11a〜11dに対する制御、たとえば、図12A、図12Bおよび図13A、図13Bと同様の制御を行う。
本変更例においても、上記実施の形態と同様の効果が奏され得る。加えて、本変更例によれば、レーザ光源11dが追加されるため、光源装置2の発光光量を高めることができる。
<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。
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、上記実施の形態および変更例では、各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18の入射面18aにおいて走査方向に離間したが、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複数のビームスポットが形成されれば、幾つかのビームスポットが入射面18a上において重なっていてもよい。
たとえば、上記実施の形態の構成において、ビームスポットBSa、BSbが重ねられて、波長変換部材18の入射面18a上に2つの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形成されてもよい。また、上記変更例の構成において、ビームスポットBSa、BSbが重ねられて、波長変換部材18の入射面18a上に3つの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形成されてもよい。あるいは、上記変更例の構成において、ビームスポットBSa、BSbが重ねられ、さらに、ビームスポットBSc、BSdが重ねられて、波長変換部材18の入射面18a上に2つの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形成されてもよい。
これらの場合、互いに重ねられるレーザ光を、互いに平行となるように、シリンドリカルレンズ14に入射させればよい。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が用いられる。シリンドリカルレンズ14よりも前段の光学系を図5A、図5Bと同様の方法で調整することにより、互いに重ねられるレーザ光を、互いに平行となるように、シリンドリカルレンズ14に入射させ、その他のレーザ光を互いに非平行な状態でシリンドリカルレンズ14に入射させることができる。
このようにビームスポットが重ねられる場合も、上記実施の形態と同様、各レーザ光源に対応する正反射光の受光位置および受光光量を個別に検出して、各レーザ光源を個別に制御するようにすればよい。こうすると、経時変化や衝撃等によって、互いに重ねられたビームスポットに走査方向の位置ずれが生じて一部または全部が互いに重ならなくなったとしても、各レーザ光源を個別に制御することにより、所定の配光パターンを良好に実現することができる。
なお、重ねられるビームスポットは2つ程度に制限されることが好ましい。これにより、光密度が過度に高まることを抑制でき、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を抑制できる。
また、上記実施の形態では、正反射光スポットRB1〜RB3を受光面19a上で走査させつつ、レーザ光源11a〜11cを個別に点灯させて、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量を検出したが、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量を検出する際に、必ずしも、各正反射光スポットが走査されていなくてもよい。たとえば、光偏向器16のミラー16aを中立位置に固定した状態で、レーザ光源11a〜11cを個別に点灯させて、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量を検出するようにしてもよい。
また、図13A、図13Bには、走査範囲の一部を消灯する場合の制御を示したが、走査範囲の一部のみを点灯させる制御であってもよい。
また、上記実施の形態では、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置および受光光量に基づいてレーザ光源を制御する例を示したが、さらに、正反射光スポットRB1〜RB3の受光位置に基づいて光偏向器16のミラー16aを制御するようにしてもよい。たとえば、正反射光スポットRB1〜RB3の何れか1つの受光位置に基づいて、正反射光の移動範囲(ミラー16aの振り角)を検出し、正反射光の移動範囲(ミラー16aの振り角)が適切となるように、光偏向器16を制御するようにしてもよい。
また、上記実施の形態および変更例では、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、各レーザ光源が配置されたが、レーザ光源の配置方法は、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、各レーザ光源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、上記実施の形態および変更例のように、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、各レーザ光源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、上記実施の形態および変更例に示した数に限られるものではなく、2つまたは5つ以上であってもよい。光学系の構成は、必ずしも、図1A、図1Bおよび図14A、図14Bに示した構成でなくてもよく、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複数のビームスポットを形成可能な限りにおいて、種々の変更が可能である。
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、回折レンズであってもよい。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、レーザ光の走査方向は、必ずしも水平方向でなくてもよく、必要とされる照射条件によっては鉛直方向がレーザ光の走査方向であってもよい。
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。
本開示に係る光源装置および投光装置によれば、配光にムラが生じることを抑制しつつ、各レーザ光源の出力を円滑に制御することができる。そのため、本開示に係る光源装置および投光装置は、たとえば、車両用前照灯の光源装置として利用することができ、産業上有用である。
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(光学系)
16 光偏向器
16a ミラー
17 シリンドリカルミラー(光学系)
18 波長変換部材
18a 入射面
19 位置検出器
301 コントローラ
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(光学系)
16 光偏向器
16a ミラー
17 シリンドリカルミラー(光学系)
18 波長変換部材
18a 入射面
19 位置検出器
301 コントローラ
Claims (10)
- 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複数のレーザ光により、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複数のビームスポットを形成する光学系と、
前記入射面において正反射した前記複数のレーザ光の正反射光を、前記入射面上の走査範囲に対して受光して、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力する位置検出器と、
前記位置検出器からの検出信号に基づいて前記複数のレーザ光源を制御するコントローラと、を備える、
ことを特徴とする光源装置。 - 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複数のレーザ光により、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複数のビームスポットを形成する光学系と、
前記入射面において正反射した前記複数のレーザ光の正反射光を、前記入射面上の走査範囲に対して受光して、受光位置および受光光量に応じた検出信号を出力する位置検出器と、
前記位置検出器からの検出信号に基づいて前記複数のレーザ光源を制御するコントローラと、を備える、
ことを特徴とする光源装置。 - 請求項1または2に記載の光源装置において、
前記コントローラは、前記複数のレーザ光源をそれぞれ単独で駆動させて、前記位置検出器から前記検出信号を取得する、
ことを特徴とする光源装置。 - 請求項3に記載の光源装置において、
前記コントローラは、前記光源装置の起動時に、前記複数のレーザ光源をそれぞれ単独で駆動させて前記検出信号を取得する制御を実行する、
ことを特徴とする光源装置。 - 請求項3または4に記載の光源装置において、
前記コントローラは、前記光源装置の起動後の所定のタイミングにおいて、前記複数のレーザ光源をそれぞれ単独で駆動させて前記検出信号を取得する制御を実行する、
ことを特徴とする光源装置。 - 請求項5に記載の光源装置において、
前記コントローラは、前記光源装置の起動後所定の周期ごとに、前記複数のレーザ光源をそれぞれ単独で駆動させて前記検出信号を取得する制御を実行する、
ことを特徴とする光源装置。 - 請求項1ないし6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、前記位置検出器からの前記検出信号に基づいて、前記波長変換部材から所定の配光パターンで前記光が生じるように、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。 - 請求項7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、前記各レーザ光源の消灯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。 - 請求項8に記載の光源装置において、
前記コントローラは、前記位置検出器からの検出信号に基づいて、前記位置検出器の受光面上における前記正反射光の間隔を取得し、取得した前記間隔に基づいて、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。 - 請求項1ないし9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。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017174418 | 2017-09-11 | ||
JP2017174418 | 2017-09-11 | ||
PCT/JP2018/029717 WO2019049589A1 (ja) | 2017-09-11 | 2018-08-08 | 光源装置および投光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2019049589A1 true JPWO2019049589A1 (ja) | 2020-08-20 |
Family
ID=65633925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019540838A Pending JPWO2019049589A1 (ja) | 2017-09-11 | 2018-08-08 | 光源装置および投光装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2019049589A1 (ja) |
WO (1) | WO2019049589A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2021015184A1 (ja) * | 2019-07-25 | 2021-01-28 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4975797B2 (ja) * | 2009-10-14 | 2012-07-11 | シャープ株式会社 | 照明装置、車両用灯具および車両 |
AT514834B1 (de) * | 2013-02-07 | 2017-11-15 | Zkw Group Gmbh | Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Erzeugen einer Lichtverteilung |
JP5866521B1 (ja) * | 2014-11-10 | 2016-02-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 照明装置と、それを搭載した自動車 |
EP3279551A4 (en) * | 2015-03-31 | 2018-12-26 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Illumination device |
-
2018
- 2018-08-08 JP JP2019540838A patent/JPWO2019049589A1/ja active Pending
- 2018-08-08 WO PCT/JP2018/029717 patent/WO2019049589A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019049589A1 (ja) | 2019-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109416166B (zh) | 发光装置以及照明装置 | |
US10344931B2 (en) | Method and headlight for generating a light distribution on a roadway | |
US9482412B2 (en) | Lighting device | |
US20150176778A1 (en) | Lighting device | |
JP7355171B2 (ja) | 光学装置、これを用いた距離計測装置、及び移動体 | |
JP6549026B2 (ja) | 発光装置および照明装置 | |
WO2018021109A1 (ja) | 発光装置及び照明装置 | |
JP7051810B2 (ja) | 照明装置 | |
CN107664293B (zh) | 机动车辆的可变孔径光束前照灯照明模块 | |
JP6979591B2 (ja) | 照明装置および発光装置 | |
JP6033586B2 (ja) | 照明装置および車両用前照灯 | |
JP6684674B2 (ja) | 車両用灯具及びその駆動方法 | |
JP2017134133A (ja) | 光走査装置 | |
JP6946054B2 (ja) | 車両用灯具 | |
JP2014010918A (ja) | 照明装置および車両用前照灯 | |
WO2020116084A1 (ja) | 光源ユニット、照明装置、加工装置及び偏向素子 | |
JP6292376B2 (ja) | 車両用灯具及びレンズ体 | |
JPWO2019049589A1 (ja) | 光源装置および投光装置 | |
JP7065267B2 (ja) | 光源装置および投光装置 | |
JPWO2017203977A1 (ja) | 発光装置および照明装置 | |
JPWO2019044374A1 (ja) | 光源装置および投光装置 | |
JP6315720B2 (ja) | 露光照明装置 | |
JP2017084620A (ja) | 光源装置 | |
JP2020087574A (ja) | 光源装置および投光装置 | |
CN114764186A (zh) | 用于成像应用的自适应照明系统 |