WO2017056469A1 - 光源装置および投光装置 - Google Patents

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WO2017056469A1
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light source
source device
phosphor
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深草 雅春
秀雄 山口
博隆 上野
山中 一彦
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • H01S5/02469Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC

Definitions

  • the present disclosure relates to a light source device and a light projecting device, and more particularly to a display field such as a projection display device that uses light emitted by irradiating a wavelength conversion element with light emitted from a semiconductor light emitting device, or illumination for a vehicle.
  • the present invention relates to a light source device used in an illumination field such as medical illumination, and a light projecting device using the light source device.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a configuration of a conventional light projecting device 1001 and an optical path of light emitted from the semiconductor light emitting device 1011.
  • the blue light emitted from the semiconductor light emitting device 1011 (blue laser light) L B is condensed by the condenser lens 1012
  • the light is reflected by the reflecting surface 1131 of the mirror 1013 and is incident on the surface of the phosphor 1014 that emits yellow light from diagonally forward and upward.
  • Blue light L B entering the phosphor 1014 radially emitted upward so that most of the white light mixed with yellow light phosphor 1014 to emit light, incident on the reflector 1015.
  • This white light is reflected forward by the reflecting surface 1151 of the reflector 1015 and irradiated from the projection lens 1017 forward.
  • the phosphor 1014 is attached to a metal flat plate 1018 on which heat dissipating fins 1081 are formed.
  • Patent Document 2 proposes a light emitting device using phosphor glass.
  • the semiconductor light emitting element is mounted on a support having a lead terminal in a state where the light output direction is directed upward of the support, and fluorescent light is emitted on both the left and right sides or the periphery of the semiconductor light emitting element.
  • Body glass is disposed.
  • a glass plate is held at the tip of a reflector provided around the phosphor glass, and a reflection film is formed on a part or the entire inner surface of the glass plate.
  • the light from the semiconductor light emitting element is reflected by the inner surface of the upper glass plate, and this reflected light is incident on the phosphor glass to excite the phosphor, and the light emitted from the phosphor is directly or After being reflected by the inner surface of the reflector, it passes through the glass plate and exits above the support.
  • Patent Document 1 a flat plate for fixing each of the semiconductor light emitting device and the phosphor is used.
  • the number of parts is large, and the optical axis is likely to shift due to changes in the external environment such as vibration during use when mounted on a vehicle, and an optical path for guiding the emitted light emitted from the semiconductor light emitting device to the phosphor is provided. There is a problem of shifting.
  • the present disclosure has been made in order to solve such a problem, and reduces the deviation of the optical path that guides the emitted light emitted from the semiconductor light emitting device to the phosphor optical element due to a change in the external environment, and the semiconductor light emitting device. It is another object of the present invention to provide a light source device that can efficiently exhaust heat generated in a phosphor optical element and can efficiently extract light to the outside.
  • one mode of a light source device concerning this indication has the 1st surface and the 2nd surface located above the 1st surface, and is constituted from an integral thing.
  • the surface of the holder opposite to the first surface is a first heat radiating surface that radiates heat generated in the semiconductor light emitting device, and the holder
  • the surface opposite to the second surface may be a second heat radiating surface that radiates heat generated by the phosphor optical element.
  • the first heat dissipation surface and the second heat dissipation surface may be the same plane.
  • the holder may be an integral heat radiator.
  • the holder may be made of metal.
  • the semiconductor light emitting device includes a base that is thermally connected to the first surface of the holder, a thermal connection to the base, and the emitted light. It is preferable that the semiconductor light-emitting device includes a semiconductor light-emitting element that emits light and a cap that has a light-transmitting member that transmits the emitted light and that is disposed on the base.
  • the light projecting member can be a plate glass or a lens.
  • the semiconductor light-emitting element that constitutes the semiconductor light-emitting device is hermetically sealed, so that the efficiency of the semiconductor light-emitting element is reduced by collecting dust and dust from the outside due to the optical tweezer effect by the emitted light with high light density. Can be suppressed.
  • the reflective optical element is fixed to an opaque holding member disposed on the third surface of the holder and a surface of the holding member facing the semiconductor light emitting device. And a reflective element having the reflective surface.
  • the reflection surface may have a shape for collecting the reflected light.
  • the reflected light reflected by the reflecting surface can be incident on the phosphor optical element without using a condenser lens between the reflection optical element and the phosphor optical element.
  • the holder may include a sandwiching portion that sandwiches a part of the holding member, and the holding member is movable in a direction parallel to the third surface.
  • the optical element unit can be moved horizontally with respect to the third surface, so that the position of the reflective optical element can be finely adjusted. Therefore, since the reflected light from the reflective optical element can be incident on a desired position of the phosphor optical element, the conversion efficiency in the phosphor optical element can be improved. Further, even if the fixing member (screw or the like) for fixing the optical reflecting element is removed, it is possible to prevent the optical reflecting element from falling off, so that the emitted light from the semiconductor light emitting device is moved outside the light source device due to the dropping of the optical reflecting element. Direct emission can be suppressed.
  • the light source device further includes a light-transmitting cover disposed above the phosphor optical element, and the semiconductor light emitting device and the phosphor optical element include: It is good to arrange
  • a surface of the translucent cover on the phosphor optical element side may be inclined with respect to the phosphor surface of the phosphor optical element.
  • the phosphor optical element is positioned above the semiconductor light emitting device, and further, the light emitting part of the phosphor optical element can be brought close to the outside of the light source device, so that the phosphor optical element is radiated in all directions. Can efficiently radiate to the outside.
  • the light source device may further include a lens between the reflective optical element and the semiconductor light emitting device.
  • the holder may include a recess, and the first surface may be a bottom surface of the recess.
  • the semiconductor light emitting device since the region in which the semiconductor light emitting device is disposed can be limited to the concave portion, the semiconductor light emitting device can be easily disposed at a predetermined position on the first surface.
  • one aspect of the light projecting device includes one aspect of the light source device described above.
  • a reflector that reflects light emitted from the light source device may be provided.
  • This configuration can prevent unnecessary light that does not enter the reflector from being radiated to the outside.
  • the light reflected by the reflector may cross an extension line of an optical path of the emitted light from the semiconductor light emitting device to the reflective optical element.
  • the light reflected by the reflector travels in the opposite direction to the reflected light from the optical element unit, which is a reflective optical element, toward the phosphor optical element.
  • the reflected light from the optical element unit, which is a reflective optical element, toward the phosphor optical element has high directivity and propagates at a high power density, but such reflected light is not reflected by the reflector.
  • Direct emission from the light projecting device can be suppressed. That is, with this configuration, it is possible to suppress light propagating at a high power density used in the light source device that constitutes the light projecting device from being directly emitted from the light projecting device.
  • the present disclosure it is possible to reduce the deviation of the optical path that guides the emitted light emitted from the semiconductor light emitting device to the phosphor optical element due to a change in the external environment, and to efficiently exhaust the heat generated in the semiconductor light emitting device and the phosphor optical element. It can be heated and light can be extracted outside efficiently.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded view of the light source device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a perspective view when the light source device according to the first embodiment of the present disclosure is viewed from the back surface.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation and function of the light source device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of the light projecting device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating another configuration of the light projecting device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded view of the light source device according to the first embodiment of
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a modified example of the light source device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10A is a diagram for describing an effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B is a diagram for describing an effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10C is a diagram for describing an effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10A is a diagram for describing an effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B is a diagram for describing an effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10C is a diagram for
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the light source device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light projecting device using the light source device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to Embodiment 4 of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the light source device according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional light source device.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 1 according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded view of the light source device 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the function of the light source device 1.
  • the light source device 1 includes a semiconductor light emitting device 10, an optical element unit 20, a phosphor optical element 30, and a holder 40, as shown in FIGS.
  • the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 are fixed to the holder 40, and the optical element unit 20 is fixed to the holder 40.
  • the semiconductor light emitting device 10 includes a semiconductor light emitting element 11 in which an optical waveguide 11 a is formed, and a package 12 for mounting the semiconductor light emitting element 11.
  • the internal space of the semiconductor light emitting device 10 is a sealed space, and high airtightness is maintained so that the semiconductor light emitting element 11 is shielded from the external atmosphere.
  • the semiconductor light emitting element 11 is a semiconductor laser element (for example, a laser chip) made of, for example, a nitride semiconductor, and emits laser light having a peak wavelength between 380 nm and 490 nm as emitted light 51.
  • a semiconductor laser element for example, a laser chip
  • the package 12 is a so-called CAN package, for example, a disk-shaped base 13, a post 14 for mounting the semiconductor light emitting element 11 on the base 13 directly or via a submount (not shown), and a semiconductor light emitting element from the outside 11 includes a lead pin 15 for supplying power to the power supply 11 and a metal cap (can) 16 disposed on the base 13.
  • a window glass 17 is attached to the cap 16 in order to seal the semiconductor light emitting element 11.
  • Window glass 17 is an example of a translucent member that transmits outgoing light 51 emitted from semiconductor light emitting element 11, and is a plate glass in the present embodiment.
  • the semiconductor light emitting element 11 is disposed in a sealed space surrounded by the base 13 and the cap 16.
  • the semiconductor light emitting element 11 is mounted on the base 13 so as to be thermally and physically connected to the base 13.
  • the semiconductor light emitting device 10 configured in this way is disposed on the first surface 41 of the holder 40. Specifically, the semiconductor light emitting device 10 is mounted on the holder 40 such that the surface of the base 13 opposite to the surface on which the semiconductor light emitting element 11 and the post 14 are disposed contacts the first surface 41 of the holder 40. . Thereby, the semiconductor light emitting device 10 (base 13) is thermally and physically connected to the first surface 41 of the holder 40.
  • the first surface 41 may be surrounded by a portion whose periphery is higher (upward in the drawing) than the first surface 41.
  • the bottom surface of the recess provided in a part of the holder 40 may be used for the first surface 41.
  • the optical element unit 20 includes an optical element 21 and an optical element holding member 22.
  • the optical element 21 is a reflective element having a reflective surface 21a. That is, in the present embodiment, the optical element unit 20 is a reflective optical element (reflective element unit).
  • the optical element 21 reflects the emitted light 51 from the semiconductor light emitting device 10 at the reflecting surface 21a.
  • the reflected light 54 reflected by the reflecting surface 21a travels toward the phosphor optical element 30.
  • the reflecting surface 21 a is inclined with respect to the first surface 41 and the second surface 42 of the holder 40. That is, the surface including the reflective surface 21a and the surface including the first surface 41 (second surface 42) intersect each other.
  • the optical element 21 is formed, for example, on a surface of a recess formed on a part of the surface of a glass plate with a reflective film composed of, for example, a dielectric multilayer film, a metal film, or both. Consists of.
  • the surface of this reflective film becomes the reflective surface 21a.
  • the reflecting surface 21a is also a curved surface corresponding to the shape of the concave portion.
  • the reflecting surface 21a is configured by a lens having a shape for collecting the reflected light 54, and the focal point of the lens is the phosphor optical element 30 (phosphor 31). Thereby, the reflected light 54 reflected by the reflecting surface 21a can be condensed on the phosphor optical element 30 (phosphor 31).
  • the optical element holding member 22 is a holding member that holds the optical element 21.
  • the optical element 21 is fixed to the surface of the optical element holding member 22 that faces the semiconductor light emitting device 10.
  • the optical element 21 is fixed to the optical element holding member 22.
  • the optical element holding member 22 is disposed on the third surface 43 of the holder 40.
  • the optical element holding member 22 is made of a material that is opaque to the emitted light 51, such as an aluminum alloy.
  • the optical element unit 20 is attached to the holder 40 so as to be disposed above the semiconductor light emitting device 10. Specifically, the optical element unit 20 is screwed to the holder 40 with a screw 49 (see FIG. 2) in a state where the optical element holding member 22 is applied to the third surface 43 formed on the holder 40. To be fixed to the holder 40.
  • the optical element unit 20 has a biaxial direction 71x in the optical element unit adjustment direction 71 that is parallel to the third surface 43 within the third surface 43. 71y, the principal point 21b of the optical element 21 is adjusted so as to substantially coincide with the optical axis 55 of the outgoing light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10.
  • the optical element holding member 22 has an opening 22a formed in a part of a plate-like substrate.
  • the optical element holding member 22 is fixed to the holder 40 by screwing the screw 49 inserted into the opening 22a into the screw hole 40a of the holder 40 after the above adjustment.
  • the phosphor optical element 30 includes a phosphor 31 and a phosphor holding member 32 that holds the phosphor 31.
  • the phosphor 31 is provided on the phosphor holding member 32, for example.
  • the phosphor optical element 30 is an example of a wavelength conversion element that converts the wavelength of incident light.
  • the phosphor optical element 30 includes a phosphor 31 as a wavelength conversion material that converts the wavelength of incident light.
  • the phosphor 31 emits fluorescence using incident light as excitation light.
  • the phosphor 31 is made of, for example, a cerium-activated yttrium aluminum garnet (YAG: Ce 3+ ) phosphor material.
  • YAG: Ce 3+ cerium-activated yttrium aluminum garnet
  • phosphor particles such as YAG: Ce 3+ mixed and dispersed in a transparent resin (binder) such as glass or silicone may be used, and for example, YAG: Ce 3+ may be used.
  • a ceramic phosphor plate formed by mixing and sintering phosphor particles such as alumina (Al 2 O 3 ) or the like may be used.
  • the phosphor 31 is not limited to the YAG system.
  • the phosphor holding member 32 is a ceramic body made of, for example, aluminum nitride.
  • a reflective film made of, for example, a silver alloy may be formed between the phosphor holding member 32 and the phosphor 31.
  • the phosphor optical element 30 configured as described above is disposed on the second surface 42 of the holder 40. Specifically, the phosphor optical element 30 is fixed to the holder 40 so that the phosphor holding member 32 side contacts the second surface 42. Thereby, the phosphor optical element 30 (phosphor holding member 32) is thermally and physically connected to the second surface 42 of the holder 40.
  • the phosphor optical element 30 is irradiated with the reflected light 54 from the optical element unit 20 (reflection element). Specifically, the reflected light 54 from the optical element unit 20 irradiates the phosphor 31. Thereby, the phosphor 31 is excited by the reflected light 54 and fluoresces.
  • the holder 40 is a holding member that holds the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30. In the present embodiment, the holder 40 also holds the optical element unit 20.
  • the holder 40 is composed of a single piece.
  • the holder 40 is an integral object as long as the holder 40 is integrally formed before the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 are disposed, and casting, forging, and cutting are performed.
  • the holder 40 configured by welding a component made of copper and a component made of an aluminum alloy is a single piece.
  • a configuration (for example, screwing) that can be easily disassembled after the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 are arranged is not included in the integrated object.
  • the holder 40 is an integral heat radiating body and is made of, for example, a metal such as an aluminum alloy or copper.
  • the holder 40 has a first surface 41 and a second surface 42 located above the first surface 41.
  • the first surface 41 is a surface to which the semiconductor light emitting device 10 is attached
  • the second surface 42 is a surface to which the phosphor optical element 30 is attached.
  • the holder 40 further has a third surface 43 to which the optical element unit 20 is attached.
  • the first surface 41 is formed by recessing a part of the second surface 42 in a concave shape, and a step is formed by the first surface 41 and the second surface 42. Therefore, the semiconductor light emitting device 10 placed on the first surface 41 and the phosphor optical element 30 placed on the second surface 42 are arranged side by side in a different manner.
  • the first surface 41, the second surface 42, and the third surface 43 are all flat surfaces.
  • the holder 40 has a fourth surface 44.
  • the fourth surface 44 functions as a heat dissipation surface for exhausting Joule heat generated in the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 to an external heat sink or the like.
  • the fourth surface 44 may be a flat surface.
  • the surface located on the opposite side of the fourth surface 44 from the first surface 41 is a first heat radiating surface that radiates heat generated in the semiconductor light emitting device 10.
  • the surface of the fourth surface 44 located on the opposite side of the second surface 42 is a second heat radiating surface that radiates heat generated in the phosphor optical element 30.
  • the entire fourth surface 44 is a flat surface, the first heat dissipation surface and the second heat dissipation surface are the same plane.
  • the first surface 41 and the second surface 42 are formed so as to be positioned on the same surface side of the holder 40. Moreover, the 1st surface 41 and the 2nd surface 42 are formed so that it may be located in a different height with respect to the 4th surface 44 (heat radiation surface).
  • the second surface 42 is positioned away from the first surface 41 with respect to the fourth surface 44, that is, the thickness of the holder 40 from the fourth surface 44 to the first surface 41.
  • the thickness of the holder 40 from the second surface 42 to the second surface 42 is preferably thicker.
  • the first surface 41, the second surface 42, and the fourth surface 44 are parallel to each other.
  • a wiring 38 joined to the lead pin 15 of the semiconductor light emitting device 10 by solder or the like and a connector 37 for supplying electric power from the outside are provided on the fourth surface 44 side of the holder 40.
  • the lead pin 15, the wiring 38, and the connector 37 are provided in a groove formed in the fourth surface 44 so as to be located inward (inner side) from the fourth surface 44.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation and function of the light source device 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the connector 37 and the wiring 38 are omitted.
  • the electric power supplied to the optical waveguide 11a of the semiconductor light emitting device 11 is converted into, for example, laser light (blue light) having a wavelength of 450 nm, and the laser light is emitted from the end face 11b, which is a minute region at the end of the optical waveguide 11a, as emitted light 51. Is done. At this time, the emitted light 51 is emitted from the semiconductor light emitting device 10 in a direction perpendicular to the first surface 41 (fourth surface 44) of the holder 40.
  • the outgoing light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 is reflected by the reflecting surface 21 a of the optical element 21 disposed above the semiconductor light emitting device 10.
  • the reflecting surface 21a since the reflecting surface 21a has a lens function of collecting light, the outgoing light 51 becomes reflected light (condensed light) 54 that is reflected and condensed by the reflecting surface 21a. 21 is emitted.
  • the reflecting surface 21 a Since the reflecting surface 21 a is inclined with respect to the first surface 41, the reflected light 54 reflected by the reflecting surface 21 a travels obliquely downward and is a phosphor disposed on the same holder 40 as the semiconductor light emitting device 10.
  • the phosphor 31 of the optical element 30 is irradiated. At this time, a part of the reflected light 54 collected at the light emitting point 35 which is a minute region of the phosphor 31 is converted by the phosphor 31 to become fluorescence 93, and the other part is scattered by the phosphor 31. Thus, the light becomes scattered light 92 and is emitted from the light emitting point 35 which is a minute region of the phosphor 31.
  • a phosphor material for example, a yellow phosphor material
  • absorbs light having a wavelength of 420 nm to 480 nm (for example, blue light) and emits fluorescence having a wavelength of 500 to 630 nm is used as the phosphor material of the phosphor 31.
  • the white light synthesized by the fluorescence 93 and the scattered light 92 can be emitted from the phosphor 31 as the emitted light 91.
  • the semiconductor light emitting device 10 In the light source device 1 operating in this way, in the semiconductor light emitting device 10, a part of the supplied power becomes light, and the remaining power becomes Joule heat to cause the semiconductor light emitting element 11 to generate heat. Also in the phosphor optical element 30, the light (energy) that has not become either the fluorescence 93 or the scattered light 92 among the irradiated light (reflected light 54) becomes Joule heat, and causes the phosphor 31 to enter. Causes fever.
  • the heat generated in the semiconductor light emitting element 11 of the semiconductor light emitting device 10 is transmitted to the post 14 and the base 13 of the package 12 and radiated to the outside of the semiconductor light emitting device 10. Further, the heat generated in the phosphor 31 of the phosphor optical element 30 is transmitted to the phosphor holding member 32 of the phosphor optical element 30 and radiated to the outside.
  • the emitted light 51 is emitted upward from the semiconductor light emitting device 10, the optical path for guiding the emitted light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30, and the phosphor optical
  • the optical path that guides the radiated light 91 emitted from the element 30 to the outside of the light source device 1 is designed to be positioned above the holder 40.
  • the heat generated in the semiconductor light emitting element 11 of the semiconductor light emitting device 10 and the heat generated in the phosphor 31 of the phosphor optical element 30 are designed to be transmitted below the holder 40.
  • the light source device 1 has a structure in which the optical path and the heat dissipation path are separated, specifically, a structure in which the optical path and the heat dissipation path are divided vertically with the holder 40 as a boundary.
  • the first surface 41 on which the semiconductor light emitting device 10 is disposed and the second surface 42 on which the phosphor optical element 30 is disposed are the fourth surfaces 44 that are heat dissipation surfaces. Are lined up at different heights.
  • the heat generated in the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 is transferred to the first surface 41 and the second surface 42.
  • To the fourth surface 44 can be quickly exhausted to the external radiator 60 through a short heat dissipation path. Therefore, it can suppress that the conversion efficiency to the light in the emitted light 51 and the fluorescence 93 falls with the temperature rise of the semiconductor light-emitting element 11 and the fluorescent substance 31.
  • the semiconductor light emitting device 10 that emits light in the minute region and the phosphor optical element 30 that emits the emitted light 91 in the minute region are arranged in the same holder 40, the external environment such as the environmental temperature changes.
  • the relative positional relationship between the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 in the holder 40 is difficult to shift.
  • the optical axis 55 is not easily displaced even when the external environment changes. Therefore, it is possible to reduce the deviation of the optical path for guiding the outgoing light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30 due to a change in the external environment, and the light generated in the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30. Heat can be exhausted more efficiently.
  • the radiated light 91 radiated from the phosphor 31 can be efficiently taken out and used.
  • the radiated light 91 radiated from the phosphor 31 is radiated in all directions above the phosphor 31.
  • the phosphor optical element 30 by arranging the phosphor optical element 30 so that the position of the light emitting point 35 of the phosphor 31 is located slightly below the main point 21b of the optical element 21 (reflection surface 21a), The radiation range 95 of the emitted light 91 can be widened. Specifically, as shown in FIG.
  • the height (H1) from the first surface 41 to the principal point 21b of the optical element 21 and the height (H2) from the first surface 41 to the light emitting point 35 of the phosphor 31 are shown.
  • the radiation range 95 of the radiation 91 radiated from the phosphor 31 can be widened.
  • emitted from the fluorescent substance 31 can be efficiently utilized with the optical system (not shown) arrange
  • the light emitting point 35 may be present between the first surface 41 to which the semiconductor light emitting device 10 is attached and the main point 21b with respect to the fourth surface 44.
  • the semiconductor light-emitting device 10 whose calorific value is larger than that of the phosphor optical element 30 can be brought close to the fourth surface 44 which is a heat radiating surface.
  • the heat generated in the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 can be quickly exhausted.
  • the emitted light 91 from the phosphor 31 is taken out of the light source device 1 without being reflected by the reflecting member.
  • the light extraction efficiency is not lowered by the reflecting member, and the position of the effective light emitting point is not shifted when the light is reflected by the reflecting member. Therefore, it is possible to suppress a decrease in luminance and sufficiently improve the luminance.
  • the optical path for guiding the emitted light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30 is reduced and the semiconductor light emitting device is reduced. 10 and the phosphor optical element 30 can be efficiently exhausted, and light can be efficiently extracted outside.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of the light projecting device 101 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the light projecting device 101 is, for example, a lamp for a vehicle headlamp.
  • the light projecting device 101 includes a radiator 60, a light source device 1 attached to the radiator 60, and a reflector 160 that reflects light emitted from the light source device 1. That is, the light source device 1 is used as a light source of the light projecting device 101.
  • the light projecting device 101 further includes a damper 165 that absorbs light that does not enter the reflector 160 out of light emitted from the light source device 1.
  • the light source device 1 is attached to the heat radiator 60.
  • the radiator 60 includes a base plate 61 for transferring heat generated in the light source device 1 to the heat radiating fins 62 and a heat radiating fin 62 for radiating heat generated in the light source device 1 to the outside air.
  • the light source device 1 is attached to the attachment portion 61 a of the base plate 61.
  • the attachment surface of the attachment part 61a is a flat surface, for example.
  • the light source device 1 is fixed to the attachment portion 61a by screws (not shown), for example.
  • the light source device 1 is disposed on the base plate 61 such that the fourth surface 44 of the holder 40 and the attachment portion 61a are in contact with each other on the surface.
  • a power cable 39 that supplies power to the light source device 1 to turn on the light projecting device 101 is connected to the connector 37 of the light source device 1.
  • the reflector 160 is a reflecting member for projecting forward by changing the radiation angle of the radiated light 91 from the light source device 1, and is disposed so that the reflecting surface faces the light source device 1.
  • the reflector 160 is a curved mirror such as a parabolic mirror (parabolic mirror), for example, so that the focal point of the reflector 160 substantially coincides with the light emitting point 35 of the phosphor optical element 30 (phosphor 31). Is arranged.
  • the light emitted from the phosphor optical element 30 is reflected by the reflector 160 so as to be substantially parallel light, and is emitted to the outside of the light projecting device 101.
  • the damper 165 is made of, for example, a black anodized aluminum alloy having irregularities formed on the surface, and is provided behind the phosphor optical element 30 when viewed from the light source device 1. In this configuration, even if the reflected light 54 incident on the phosphor optical element 30 is reflected without being sufficiently scattered by the phosphor optical element 30, the reflected light 56 is applied to the dumbbell 165. Radiation to the outside is prevented. That is, in the present embodiment, the reflected light 56 emitted from the phosphor optical element 30 while maintaining a high power density and straightness is configured not to be radiated to the outside by the damper 165.
  • the contact portion between the fourth surface 44 of the holder 40 and the mounting portion 61a of the radiator 60 is in surface contact, so the semiconductor light emitting device 10 of the light source device 1 and the phosphor optical Heat generated by the element 30 is efficiently radiated to the radiator 60 and radiated to the outside by the radiation fins 62.
  • the light source device 1 can emit the emitted light 91 having a wide radiation angle.
  • emission direction of the emitted light 91 can be arrange
  • the emitted light 91 from the light source device 1 can be used with high efficiency, and the reflector 160 can be freely designed for reduction in size and thickness.
  • the phosphor optical element 30 is disposed between the semiconductor light emitting device 10 and the reflecting surface of the reflector 160.
  • the reflected light 56 that is emitted from the semiconductor light emitting device 10 and is reflected on the phosphor 31 by the reflecting surface 21a while maintaining the straight traveling property is arranged by the phosphor optical element 30.
  • the second surface 42 is emitted with a high angle from the normal direction. For this reason, it is possible to design the light projecting device 101 so as not to irradiate the reflector 160 with the reflected light 56 without reducing the utilization efficiency of the radiated light from the light source device 1.
  • the light reflected by the reflector 160 crosses the extended line of the optical path of the outgoing light from the semiconductor light emitting device 10 to the optical element unit 20 (optical element 21) which is a reflective optical element.
  • the reflected light traveling from the optical element unit 20 that is a reflective optical element toward the phosphor optical element 30 has high directivity and propagates at a high power density.
  • such reflected light is reflected by the reflector 160. Without being emitted, direct emission from the light projecting device 101 to the outside can be suppressed.
  • the light (radiated light 91) reflected by the reflector 160 travels in a direction opposite to the reflected light 54 from the optical element unit 20 toward the phosphor optical element 30, and radiates outside the light projecting device 101. Is done. For this reason, even when the mounting angle of the optical element unit 20 is shifted due to external impact or the like and the reflected light 54 does not hit the phosphor optical element 30 and the holder 40, the reflected light 54 is reflected by the reflector 160. Unless it is done, it does not travel in the same direction as the radiated light 91 emitted from the reflector 160, so that the possibility that the reflected light 54 is emitted to the outside can be reduced. That is, by limiting the reflection region of the reflector 160, it is possible to suppress light propagating from the light source device 1 with a high power density from being directly emitted from the light projecting device 101.
  • the holder 40 is configured as an integral object. However, even when the holder 40 is not an integral object, the light reflected by the reflector 160 is reflected from the semiconductor light emitting device 10. Reflection that propagates at a high power density by configuring the optical element unit 20 (optical element 21), which is an optical element, so as to cross the extended line of the optical path of outgoing light, as in the case where the holder 40 is made of a single body. The light 54 is prevented from being emitted to the outside.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating another configuration of the light projecting device 201 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the light projecting device 201 uses a projection lens 161 instead of the reflector in order to project the light from the light source device 1.
  • the radiator 60 includes a base plate 61 having an attachment portion 61 a for attaching the light source device 1, and a radiation fin 62 including a plurality of fins provided on the surface opposite to the attachment surface of the attachment portion 61 a of the base plate 61. It is comprised by.
  • the attachment surface of the attachment part 61a is a flat surface, for example.
  • the projection lens 161 is disposed immediately above the light source device 1 so that the light emitting point 35 of the phosphor optical element 30 (phosphor 31) substantially coincides with the focal point of the projection lens 161.
  • the emitted light 91 from the light source device 1 is projected forward after the radiation angle is converted by the projection lens 161.
  • the light projecting device 201 in FIG. 6 can quickly exhaust the heat generated in the light source device 1 in the same manner as the light projecting device 101 shown in FIG. Also in the light projecting device 201, similarly to the light projecting device 101, the projection lens 161 can be freely designed, or the reflection light 56 can be designed not to enter the projection lens 161 by the damper 165.
  • the holder 40 is configured as a single unit. However, even when the holder 40 is not a single unit, the reflected light 56 is transmitted to the outside or the projection lens 161 by the damper 165. The incident can be prevented.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 301 according to a modification of the first embodiment of the present disclosure.
  • the description will focus on the parts different from the light source device 1 of the first embodiment shown in FIG.
  • the light source device 301 in the present modified example is different from the light source device 1 shown in FIG. 1 in that the light source device 301 in the present modified example has the lens 25 and the lens holder 26 and the optical element 21.
  • the reflecting surface 21 a is not a concave surface but a plane, and the upper surface of the phosphor 31 is inclined with respect to the first surface 41 of the holder 40.
  • the lens 25 is disposed between the optical element unit 20 (optical element 21) and the semiconductor light emitting device 10.
  • the lens 25 is a finite lens and is held by the semiconductor light emitting device 10 or the holder 40 by the lens holder 26.
  • the lens 25 has a function of condensing the emitted light 51 from the semiconductor light emitting device 10 at a fixed focal position.
  • the optical element 21 constituting the optical element unit 20 is a planar reflecting mirror and has a planar reflecting surface 21a.
  • the optical element 21 has a configuration in which a reflective film is formed on the surface of a flat substrate.
  • the surface of this reflective film is a reflective surface 21a.
  • a multilayer reflective film made of a plurality of dielectric films having different refractive indexes a metal film made of a metal such as Ag, Au, Cu, or an alloy film made of an alloy thereof is used.
  • the normal direction of the second surface 42 of the holder 40 is inclined in the direction of the optical element unit 20.
  • the phosphor optical element 30 is fixed to the second surface 42 such that the surface on the phosphor holding member 32 side (the surface on the holder 40 side of the phosphor holding member 32) is in contact with the second surface 42.
  • the light emitting point 35 of the phosphor 31 can be easily positioned above the semiconductor light emitting device 10 by inclining the second surface 42.
  • the optical path that guides the emitted light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30 is an external environment. It is possible to reduce deviation due to change, efficiently exhaust heat generated in the semiconductor light emitting device and the phosphor optical element 30, and efficiently extract light to the outside.
  • the lens 25 is further disposed on the upper part of the semiconductor light emitting device 10, so that the optical system of the light source device 1 can be designed more freely.
  • the phosphor 31 is located above the semiconductor light emitting device 10, the emitted light 91 radiated from the phosphor 31 in all directions can be radiated to the outside more efficiently.
  • the light source device 301 in the present modification can be used as a light source of a light projecting device having a reflector or the like, as in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of the light source device 401 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the light source device 401. In the present embodiment, a description will be given focusing on portions that are different from the light source device 1 of the first embodiment and the light source device 301 of the modification.
  • the light source device 401 in the present embodiment further includes a light-transmitting cover 36 disposed above the phosphor optical element 30 with respect to the light source device 1 in the first embodiment. Prepare.
  • the light source device 401 in the present embodiment is different from the light source device 1 in the first embodiment in that the optical element unit 20 is fixed to the holder 40 and the phosphor optical element 30 is surrounded by the holder 40 and the translucent cover 36. That is.
  • the translucent cover 36 is a translucent cover member that covers the phosphor optical element 30 and is, for example, a cover glass.
  • the translucent cover 36 is held by the holder 40. Specifically, the translucent cover 36 is held by the protrusion 40d, the wall 40e, and the protrusion 40f of the holder 40.
  • the translucent cover 36 is disposed such that the surface of the translucent cover 36 on the phosphor optical element 30 side is inclined with respect to the phosphor surface of the phosphor optical element 30. Specifically, the translucent cover 36 is disposed in such a posture as to approach the phosphor optical element 30 from the semiconductor light emitting device 10 side toward the phosphor optical element 30.
  • the phosphor optical element 30 is disposed in a closed space surrounded by the holder 40 and the translucent cover 36.
  • This closed space is a sealed space so as to be shielded from the outside air except for the opening 40b provided in the holder 40.
  • the optical element holding member 22 constituting the optical element unit 20 is provided with an inclined surface, and the optical element 21 is fixed to the inclined surface by adhesion or the like.
  • the optical element holding member 22 is made of a material that is opaque to the emitted light 51, such as an aluminum alloy, iron, or copper.
  • the holder 40 is formed with projections 40c and 40d.
  • the protrusion 40 c is a wall that protrudes from the third surface 43 of the holder 40.
  • the protrusion 40 d is a wall that protrudes from the second surface 42 of the holder 40.
  • the height of the protrusion 40c is higher than the height of the protrusion 40d.
  • the projecting portions 40 c and 40 d are provided with a sandwiching portion that sandwiches a part of the optical element holding member 22.
  • the sandwiched portion of the protrusions 40c and 40d has, for example, a lateral groove structure.
  • the protrusions 40c and 40d are made of the same material as the holder 40, and are formed by, for example, integral molding of the holder 40.
  • an opening 40b is formed in the protrusion 40d so that the reflected light 54 reflected by the reflecting surface 21a of the optical element unit 20 (optical element 21) is incident on the phosphor optical element 30.
  • the opening 40b is, for example, a cylindrical through hole that penetrates the protrusion 40d.
  • the optical element holding member 22 is inserted from the lateral direction into the protrusions 40c and 40d of the holder 40 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the optical element holding member 22 is in the direction of the optical element unit adjustment direction 71 (the arrow direction in the plane of the page and the direction orthogonal thereto) by the third surface 43 of the holder 40 and the protrusions 40c and 40d. Are arranged so as to be movable with respect to the directions 71x and 71y). That is, the optical element holding member 22 is movable in a direction parallel to the third surface 43.
  • the movement of the optical element holding member 22 is restricted in a direction (up and down) different from the optical element unit adjustment direction 71.
  • the optical element holding member 22 is sandwiched between the protrusions 40 c and 40 d of the holder 40 so as not to move in a direction perpendicular to the third surface 43 (up and down direction in the drawing).
  • the position of the light emitting point 35 of the phosphor optical element 30 can be adjusted by moving the optical element unit 20 in the optical element unit adjustment direction 71 to adjust the position of the optical element unit 20.
  • the screw 49 is inserted into the opening 22 a provided in the optical element holding member 22 and the screw 49 is screwed into the screw hole 40 a provided in the holder 40.
  • the unit 20 can be fixed to the holder 40.
  • the position of the optical element unit 20 can be finely adjusted using the sandwiched portions (lateral groove structure) of the protrusions 40c and 40d of the holder 40. Thereby, the position of the reflective surface 21a of the optical element 21 can be adjusted accurately and easily. Further, after adjusting the position of the optical element unit 20, the optical element unit 20 can be easily fixed to the holder 40.
  • the optical element holding member 22 is sandwiched between the protrusions 40 c and 40 d of the holder 40. Thereby, even if the screw 49 for fixing the optical element holding member 22 is loosened by vibration or the like, the optical element holding member 22 does not move in the direction perpendicular to the third surface 43, so that the optical element unit 20 falls off. This can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the emission light 51 from the semiconductor light emitting device 10 from being directly emitted to the outside of the light source device 1 when the optical element unit 20 is detached from the holder 40.
  • a filler such as an epoxy resin (not shown).
  • the optical element holding member 22 is less likely to be detached from the sandwiched portion between the protrusions 40c and 40d.
  • the filler passes through the gap between the holder 40 and the optical element holding member 22, and dust and dust from the outside enter the optical path where the light emitted from the semiconductor light emitting device 10 reaches the phosphor optical element 30. Can be suppressed.
  • the phosphor optical element 30 is fixed to the holder 40, and a translucent cover 36, which is a cover glass, for example, is fixed to the holder 40 on the upper surface (outgoing direction) of the phosphor optical element 30.
  • the phosphor optical element 30 is arranged in a sealed space so as to be shielded from the outside air except for the opening 40b of the holder 40.
  • the translucent cover 36 may be inclined with respect to the second surface 42 of the holder 40. Thereby, the incident direction of the reflected light 54 can be made higher than that of the phosphor 31.
  • the optical path that guides the emitted light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30 is an external environment. And the heat generated in the semiconductor light-emitting device 10 and the phosphor optical element 30 can be efficiently exhausted, and the light can be efficiently extracted outside.
  • the product equipped with the light source device 401 in the present embodiment can suppress the optical element unit 20 from being detached from the light source device 401 even when an impact or the like is applied from the outside. For this reason, when the optical element unit 20 is detached from the light source device 401, it is possible to suppress emission light 51 (blue light) having a high energy intensity emitted from the semiconductor light emitting device 10 from being emitted from the light source device 401 as it is.
  • the phosphor 31 is positioned above the semiconductor light emitting device 10, the emitted light 91 radiated from the phosphor 31 in all directions can be radiated to the outside more efficiently.
  • the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30 are disposed in a closed space, dust and dust are collected from the outside due to the optical tweezer effect by the emitted light having a high light density. It can suppress that the efficiency of components falls. In particular, the deterioration of the semiconductor light emitting element 11 and the phosphor 31 can be suppressed.
  • the translucent cover 36 is disposed to be inclined with respect to the phosphor screen (surface) of the phosphor 31.
  • the relationship between the inclination of the translucent cover 36 and the radiation range 95 and the radiation light intensity of the radiation 91 radiated from the light source device 401 will be described with reference to FIGS. 10A, 10B, and 10C.
  • 10A to 10C are diagrams for explaining the effect of the light source device according to the second embodiment of the present disclosure, and show an enlarged comparison of a part of the light source device 401 in the second embodiment. Yes.
  • FIG. 10A shows a case where the light-transmitting cover 36 is arranged in parallel to the phosphor screen (surface) of the phosphor 31.
  • the reflected light 54 to the phosphor 31 is radiated from the obliquely upper direction of the laser reflecting optical system 79 constituted by the semiconductor light emitting device 10 and the optical element unit 20 having the reflecting surface 21a.
  • a part of the radiation 91 from the phosphor 31 is cut at the upper part of the laser reflection optical system 79.
  • the wall 40e of the light-transmitting cover 36 is placed on the holder 40 to the same height as the laser reflecting optical system 79. Need to form.
  • the radiation light 91 is cut on the wall 40e side, so that the radiation range 95 of the radiation light 91 is narrowed.
  • the wall 40e can be arranged at a position away from the phosphor 31, but the size of the light source device 401 becomes large.
  • the reflected light 54 can be emitted in the lateral direction.
  • the height of the effective wall part 40e can be made low, the radiation range 95 of the radiated light 91 can be widened.
  • the optical axis 55 of the radiated light 91 is also inclined.
  • the optical system at the rear stage (exit side) of the light source device 401 is adjusted. By doing so, the utilization efficiency of the emitted light 91 can be made high.
  • the light transmission cover 36 is disposed to be inclined with respect to the phosphor screen (surface) of the phosphor 31, thereby widening the radiation range 95 of the radiation light 91 and increasing the radiation light intensity of the light source device 401. Can do.
  • FIG. 10C by arranging the translucent cover 36 obliquely with respect to the phosphor 31 and the holder 40, the same effect as in FIG. 10B can be obtained.
  • the configuration of FIG. 10C can eliminate the need for adjustment of the optical system at the subsequent stage (outgoing side) of the light source device 401, which is necessary in the configuration of FIG. 10B.
  • the emitted light intensity can be increased.
  • the direction of the semiconductor light emitting element 11 is different from the direction of the semiconductor light emitting element 11 of the light source device 1 shown in FIG.
  • the orientation of the element 11 may be either the orientation shown in FIG. 8 or the orientation shown in FIG.
  • the semiconductor light emitting element 11 is preferably arranged so as to be oriented as shown in FIG.
  • the direction shown in FIG. 8 is a direction in which the normal line of the reflecting surface 21a at the principal point 21b exists on a surface parallel to the surface on which the optical waveguide 11a of the semiconductor light emitting element 11 is formed.
  • the width of the optical element 21 in the direction 71y can be reduced. Therefore, the height from the 2nd surface 42 of the optical element holding member 22 and the projection part 40c can be made low. As a result, the radiation range 95 of the radiated light 91 radiated from the phosphor 31 can be further increased.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 501 according to a modification of the second embodiment of the present disclosure.
  • the description will focus on parts that are different from the light source device 401 of the second embodiment.
  • a portion of the light source device 401 according to the second embodiment where the window glass 17 of the cap 16 of the semiconductor light emitting device 10 is disposed is replaced with the window glass 17.
  • a lens 25 is disposed as an optical member.
  • the lens 25 is, for example, a convex lens.
  • the lens 25 is fixed to the cap 16 by glass welding or the like so that the space in which the semiconductor light emitting element 11 of the semiconductor light emitting device 10 is disposed is sealed and airtightness is maintained.
  • the optical element 21 constituting the optical element unit 20 has a reflection type Fresnel lens formed on the mounting surface side (optical element holding member 22 side), and a metal film or dielectric is formed on the surface of the mounting surface side of the Fresnel lens.
  • a reflective film such as a body multilayer film is formed.
  • an antireflection film made of a dielectric multilayer film is formed on the incident surface facing the Fresnel lens.
  • the surface of the reflective film (that is, the interface between the Fresnel lens and the reflective film) is the reflective surface 21a.
  • the outgoing light 51 from the lens 25 of the semiconductor light emitting device 10 is incident from the surface of the optical element 21, passes through the Fresnel lens, is reflected by the reflecting surface 21 a, and is converted into focused light. By being transmitted, it is emitted as reflected light 54 from the optical element 21.
  • the light path that guides the emitted light 51 emitted from the semiconductor light emitting device 10 to the phosphor optical element 30 is the external environment, as in the light source device 401 in the second embodiment. It is possible to reduce deviation due to change, efficiently exhaust heat generated in the semiconductor light emitting device 10 and the phosphor optical element 30, and efficiently extract light to the outside.
  • the phosphor 31 is located above the semiconductor light emitting device 10, the emitted light 91 radiated from the phosphor 31 in all directions can be radiated to the outside more efficiently.
  • the interval between the semiconductor light emitting device 10 and the optical element unit 20 (optical element 21) can be shortened, and the thickness of the optical element 21 can be reduced. Therefore, the height of the light source device 501 can be reduced.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 601 according to Embodiment 3 of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light projecting device 701 configured using the light source device 601.
  • This embodiment is characterized in that the light emitting point of the light source device 601 can be moved and the emission direction of the emitted light of the light projecting device 701 can be arbitrarily changed.
  • the light source device 601 in the present modification is configured such that an optical element 526 (reflective element) constituting the optical element unit 525 is movable. That is, the optical element unit 525 includes an optical element 526 having a movable reflecting surface 526a.
  • the optical element unit 525 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror element, and has a configuration in which a micro movable shaft and an optical element 526 are provided on a driving substrate 527.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • Power is supplied to the driving substrate 527 through the wiring 538, and the tilt direction of the reflecting surface 526a is changed by changing the optical element 526 by electrostatic force or magnetic force.
  • the emitted light 51 emitted from the lens 25 is arbitrarily changed in direction by the reflecting surface 526a, reflected, and applied to the phosphor 31. That is, the traveling direction of the reflected light 54 is changed by changing the optical element 21.
  • the optical element 526 when the optical element 526 is present at the position indicated by the solid line, it is reflected as the reflected light 54a, irradiated onto the surface of the phosphor 31 from the semiconductor light emitting device 10 in the phosphor 31, and emitted from the light emitting point 35a.
  • Light 91A is emitted.
  • the optical element 526 when the optical element 526 is present at the position indicated by the broken line, it is reflected as the reflected light 54b, irradiated onto the surface of the phosphor 31 at a position away from the semiconductor light emitting device 10 in the phosphor 31, and emitted from the light emitting point 35b.
  • Light 91B is emitted.
  • the position of the light emitting point in the phosphor optical element 30 can be freely changed with respect to the light source device 501 shown in FIG.
  • a light projection apparatus is comprised using the light source device 601 shown in FIG. 12, a light irradiation position can be changed freely.
  • FIG. 13 shows a schematic cross-sectional view of a light projecting device 701 configured using the light source device 601.
  • the light projecting device 701 has a heat radiating surface 44 attached to the heat radiator 60, and a reflector 160 that is a parabolic mirror, for example, is disposed on the translucent cover 36 side.
  • the light source device 601 is disposed such that the semiconductor light emitting device 10 is disposed on the emission direction side of the reflector 160 and the phosphor 31 is disposed on the opposite side.
  • the traveling direction of the reflected light 54 a and 54 b from the optical element 526 toward the phosphor 31 can be set to be opposite to the traveling direction of the light emitted from the reflector 160.
  • the reflected light 54a is applied to the light emitting point 35a, and the radiated light 91A emitted from the light emitting point 35a is reflected by the reflector 160 to become almost parallel white light and is emitted to the outside of the light projecting device 701.
  • the radiated light 91B radiated from the light emitting point 35b is also reflected by the reflector 160 in this case.
  • the light becomes parallel white light and is emitted to the outside of the light projector 701.
  • the emitted light 91A and the emitted light 91B emitted from the light projecting device 701 are emitted at different emission angles.
  • the light projecting device capable of changing the emission direction of the light emitted from the light projecting device 701 by changing the position of the optical element unit 525 by applying electric power to the optical element unit 525 (FIG. 12). 701 can be realized.
  • the light source device 601 in the present embodiment can be used for, for example, a light projector for a vehicle headlamp.
  • ADB Adaptive Driving Beam: variable light distribution headlamp
  • the like can be realized as the light projecting device 701.
  • the optical element unit 525 is MEMS, but this is not restrictive.
  • an optical element unit that moves the optical element 526 using electrostatic force or magnetic force can be arbitrarily selected.
  • the optical element unit 525 as a two-dimensional MEMS mirror array DMD (Digital Micromirror Device), the light emitting points on the phosphor 31 can be formed into an arbitrary two-dimensional pattern.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device 801 according to Embodiment 4 of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the light source device 801 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the lens 25 in the light source device 501 of the second embodiment is fixed to the lens holder 26 in the same manner as the light source device 401.
  • the semiconductor light emitting device 10 is disposed on a first surface 41 that is a bottom surface of a recess provided in a part of the holder 40. That is, the periphery of the first surface 41 on which the semiconductor light emitting device 10 is disposed is configured to be higher than the first surface 41. Specifically, a side surface 40 h is provided as a portion higher than the first surface 41.
  • the lens holder 26 is fixed to a part of the side surface 40 h provided around the first surface 41. At this time, part or all of the lens holder 26 is disposed in the recess of the holder 40.
  • the region in which the semiconductor light emitting device 10 and the lens holder 26 are disposed can be limited. Therefore, the semiconductor light emitting device 10 and the lens holder 26 can be easily disposed at a predetermined position in the recess having the first surface 41. Can be made.
  • the lens holder 26 is adjusted along the lens holder adjustment direction 671z which is the optical axis direction (vertical direction in FIG. 14) of the optical axis 55 from the optical waveguide 11a to the optical element 20, and is fixed to the side surface 40h. Is done.
  • the lens holder 26 may be fixed on any one of the side surface on the side where the phosphor 31 is disposed in the concave portion of the holder 40, the opposite side surface, or the side surface perpendicular to the side surface. Further, it is preferable that the lens holder 26 is fixed with screws similarly to the optical element holding member 22. Specifically, the lens holder 26 is easily fixed to the holder 40 by providing a through hole in a part of the holder 40, inserting a screw in the x direction of FIG. 14, and pressing the lens holder 26 against the side surface 40h. Can do.
  • the optical element unit 20 is moved in the slope directions 71x and 71y ′, adjusted in position, and fixed by the screws 49.
  • the emitted light 51 generated in the optical waveguide 11 a can be adjusted in the x direction, the y direction, and the optical axis direction of the reflected light 54 with respect to a predetermined position of the phosphor 31. Therefore, the position of the light emitting point 35 can be accurately arranged at a predetermined position, and the light density of the reflected light 54 at the light emitting point 35 can be controlled.
  • all the optical elements for adjusting the emitted light 51 can be firmly fixed using screws.
  • a protrusion 40g is provided in the vicinity of the position on the second surface 42 where the phosphor 31 is disposed.
  • the reflected light 56 propagating while maintaining the directivity is irradiated to the protrusion 40g.
  • the protrusion 40g by providing the protrusion 40g, the reflected light 56 that is a part of the reflected light 54 that is reflected and propagated while maintaining the directivity on the surface of the phosphor 31 can be easily used by using a part of the holder 40. Can be cut.
  • a translucent cover unit 659 including a translucent cover holder 658 and a transparent cover 36 is disposed on the first surface 41 and the second surface 42 side of the holder 40.
  • a translucent cover 36 made of glass having an antireflection film formed on the surface thereof is fixed to a translucent cover holder 658 made of, for example, an aluminum alloy by an adhesive member 636a made of, for example, a thermosetting resin.
  • the light transmission cover unit 659 and the holder 40 can seal the optical path until the emitted light 51 emitted from the optical waveguide 11 a reaches the phosphor 31.
  • the translucent cover unit 659 is used as a sealing member separately from the movable parts for position adjustment.
  • the translucent cover unit 659 by using the translucent cover unit 659, the optical path until the outgoing light 51 emitted from the optical waveguide 11a reaches the phosphor 31 can be easily sealed.
  • the translucent cover unit 659 is firmly fixed to the holder 40 with screws 649a, for example, as shown in FIG.
  • a cover member 669 made of, for example, an aluminum alloy or plastic is disposed on the fourth surface 44 side of the holder 40.
  • the cover member 669 covers the wiring 38.
  • a waterproof connector is used as the connector 37, and the wiring 38 is sealed by the connector 37, the holder 40, and the cover member 669.
  • the present disclosure since the Joule heat generated in the semiconductor light emitting element and the phosphor can be easily dissipated and the durability can be improved, the present disclosure uses a light source device including the semiconductor light emitting element and the phosphor and the same. It can be widely used as various optical devices such as a light projector.

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Abstract

光源装置(1)は、第1面(41)と第1面(41)の上方に位置する第2面(42)とを有し、且つ、一体物から構成されるホルダ(40)と、第1面(41)の上に配置された半導体発光装置(10)と、半導体発光装置(10)の上方に配置され、反射面(21a)が第1面(41)に対して傾斜し、且つ、半導体発光装置(10)からの出射光(51)を反射する光学素子ユニット(20)と、第2面(42)の上に配置され、且つ、光学素子ユニット(20)からの反射光(54)が照射される蛍光体光学素子(30)とを備える。

Description

光源装置および投光装置
 本開示は、光源装置および投光装置に関し、特に、半導体発光装置から出射した光を波長変換素子に照射することで放射される光を利用する、投写表示装置などのディスプレイ分野または車両用照明や医療用照明などの照明分野に用いられる光源装置、およびこの光源装置を用いた投光装置に関する。
 半導体レーザなどの半導体発光素子で構成される半導体発光装置を用いた投光装置では、高光束の光を放射させるために、半導体発光装置から放射される光を波長変換素子に集光させて波長変換素子で放射される光を効率良く利用することが必要となる。以下、図16を用いて特許文献1に開示されている従来の投光装置について説明する。
 図16は、従来の投光装置1001の構成と半導体発光装置1011から放射される光の光路を説明するための図である。
 投光装置1001では、半導体発光装置1011が発光状態とされると、図13に示すように、半導体発光装置1011から出射された青色光(青色レーザー光)Lは、集光レンズ1012で集光されつつミラー1013の反射面1131で反射されて、黄色光を発光する蛍光体1014の表面に前方斜め上方から入射する。蛍光体1014に入射した青色光Lは、蛍光体1014が発光する黄色光と混ざってその殆どが白色光となって上方へ放射状に出射し、リフレクタ1015に入射する。この白色光は、リフレクタ1015の反射面1151で前方へ反射されて投影レンズ1017から前方へ照射される。投光装置1001において、蛍光体1014は、放熱フィン1081が形成された金属平板1018に取り付けられている。
 また、特許文献2には、蛍光体ガラスを用いた発光装置が提案されている。特許文献2に開示された発光装置では、半導体発光素子が、リード端子を有する支持体上に光出力方向が支持体上方に向く状態で実装されており、半導体発光素子の左右両側または周囲に蛍光体ガラスが配設されている。そして、蛍光体ガラスの周囲に設けられたリフレクタの先端にはガラス板が保持され、また、ガラス板の内面の一部または全面には反射膜が形成される。これにより、半導体発光素子からの光は、上方のガラス板の内面で反射し、この反射光が蛍光体ガラスに入射して蛍光体を励起させ、蛍光体から放出する光が、直接に、あるいはリフレクタの内面で反射された後に、ガラス板を通過して支持体上方へ出射する。
特開2012-243538号公報 国際公開第2007/105647号
 しかしながら、従来の光源装置(例えば特許文献1)においては、半導体発光装置および蛍光体の各々について、固定するための平板を用いている。
 このため、部品点数が多く、また、車両に搭載された場合等で使用時の振動などの外部環境の変化によって光軸がずれやすく、半導体発光装置から出射した出射光を蛍光体に導く光路がずれるという課題がある。
 さらに、半導体発光装置および蛍光体で発生した熱を外部へ排熱する場合、放熱経路が複雑で経路が長いため、製品設計が煩雑で、また放熱性能が不十分であるという課題がある。
 また、特許文献2に開示された発光装置では、蛍光体からの光の一部をリフレクタの内面で反射して外部に取り出すため、反射する際に光取り出し効率が低下するほか、光が反射する際に実効的な発光点の位置がずれるため、輝度が十分に向上しないという課題がある。
 本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、半導体発光装置から出射した出射光を蛍光体光学素子に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる光源装置を提供することを目的とする。
 そして、上記課題を解決するために、本開示に係る光源装置の一態様は、第1面と前記第1面の上方に位置する第2面とを有し、且つ、一体物から構成されるホルダと、前記第1面の上に配置された半導体発光装置と、前記半導体発光装置の上方に配置され、反射面が前記第1面に対して傾斜し、且つ、前記半導体発光装置からの出射光を反射する反射光学素子と、前記第2面の上に配置され、且つ、前記反射光学素子からの反射光が照射される蛍光体光学素子とを備える。
 この構成により、半導体発光装置から出射した出射光を蛍光体光学素子に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減できる。また、半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱を効率良く排熱することもできる。さらに、効率良く外部に光を取り出すこともできる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記ホルダの前記第1面とは反対側の面は、前記半導体発光装置で発生する熱を放熱する第1放熱面であり、前記ホルダの前記第2面とは反対側の面は、前記蛍光体光学素子で発生する熱を放熱する第2放熱面であるとよい。
 この構成により、半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱をさらに効率良く排熱できる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記第1放熱面と前記第2放熱面とは同一の平面であるとよい。
 この構成により、半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱をより一層効率良く排熱できる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記ホルダは、一体の放熱体であるとよい。この場合、前記ホルダは、金属で構成されるとよい。
 この構成により、半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱をより一層効率良く排熱できる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記半導体発光装置は、前記ホルダの前記第1面と熱的に接続されるベースと、前記ベースと熱的に接続され、且つ、前記出射光を放射する半導体発光素子と、前記出射光を透過する透光部材を有し、且つ、前記ベース上に配置されたキャップとを備え、前記半導体発光装置の内部は、密閉空間であるとよい。この場合、前記投光部材は、板ガラスまたはレンズとすることができる。
 この構成により、半導体発光装置を構成する半導体発光素子が密閉されるため、光密度の高い出射光による光ピンセット効果により外部から塵やホコリを集塵して半導体発光素子の効率が低下することを抑制できる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記反射光学素子は、前記ホルダの第3面上に配置された不透明な保持部材と、前記保持部材の前記半導体発光装置と対向する面に固定され、且つ、前記反射面を有する反射素子と備えるとよい。
 この構成により、反射光学素子の反射面が破損等しても、光源装置からの出射光が直接放射されることを抑制ができる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記反射面は、前記反射光を集光する形状を有するとよい。
 この構成により、反射光学素子と蛍光体光学素子との間に集光レンズを用いることなく、反射面で反射した反射光を蛍光体光学素子に入射させることができる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記ホルダは、前記保持部材の一部を挟む挟み部を有し、前記保持部材は、前記第3面に対して平行な方向に可動するとよい。
 この構成により、光学素子ユニットを第3面に対して水平に移動させることができるので、反射光学素子の位置を微調整することができる。したがって、反射光学素子からの反射光を蛍光体光学素子の所望の位置に入射させることができるので、蛍光体光学素子での変換効率を向上させることができる。また、光学反射素子を固定する固定部材(ネジ等)が外れたとしても光学反射素子が脱落することを抑制できるので、光学反射素子の脱落によって半導体発光装置からの出射光が光源装置の外部に直接放射されてしまうことを抑制できる。
 また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記光源装置は、さらに、前記蛍光体光学素子の上方に配置された透光カバーを備え、前記半導体発光装置と前記蛍光体光学素子とは、前記ホルダと前記保持部材と前記透光カバーとで囲まれる閉塞空間内に配置されているとよい。
 この構成により、光密度の高い出射光による光ピンセット効果により外部から塵やホコリを集塵して光学部品の効率を低下するのを抑制することができる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記透光カバーの前記蛍光体光学素子側の面は、前記蛍光体光学素子の蛍光面に対して傾斜しているとよい。
 この構成により、蛍光体光学素子は、半導体発光装置よりも上方に位置し、さらに蛍光体光学素子の発光部を光源装置の外部に近づけことができるため、蛍光体光学素子から全方位に放射される光を効率良く外部へ放射することができる。
 また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記光源装置は、さらに、前記反射光学素子と前記半導体発光装置との間にレンズを備えるとよい。
 この構成により、半導体発光装置から出射した光を効率良く蛍光体光学素子に集光させることができるため、高輝度の光源を実現することができる。
 さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記ホルダは、凹部を有し、前記第1面は、前記凹部の底面であるとよい。
 この構成により、半導体発光装置を配置する領域を凹部に限定することができるため、半導体発光装置を第1面の所定の位置に容易に配置させることができる。
 また、本開示に係る投光装置の一態様は、上記のいずれかに記載の光源装置の一態様を備える。
 この構成により、放熱性に優れた投光装置を実現することができる。
 さらに、本開示に係る投光装置の一態様において、前記光源装置から出射する光を反射するリフレクタを備えるとよい。この場合、さらに、前記光源装置から出射する光のうち前記リフレクタに入射しない光を吸収または拡散するダンパーを備えるとよい。
 この構成により、リフレクタに入射しない不要な光が外部に照射してしまうことを抑制できる。
 さらに、本開示に係る投光装置の一態様において、前記リフレクタで反射された光は、前記半導体発光装置から前記反射光学素子への前記出射光の光路の延長線を横切るとよい。
 この構成により、リフレクタで反射された光は、反射光学素子である光学素子ユニットから蛍光体光学素子に向かう反射光とは逆の方向に進む。これにより、反射光学素子である光学素子ユニットから蛍光体光学素子に向かう反射光は、指向性が高く、高いパワー密度で伝搬する光であるが、このような反射光がリフレクタで反射すること無く、直接、投光装置から外部に出射されることを抑制することができる。すなわち、この構成により、投光装置を構成する光源装置で用いられる高いパワー密度で伝搬する光が、投光装置から直接外部に放射されることを抑制することができる。
 本開示によれば、半導体発光装置から出射した出射光を蛍光体光学素子に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置および蛍光体光学素子で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる。
図1は、本開示の実施の形態1に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図2は、本開示の実施の形態1に係る光源装置の分解図である。 図3は、本開示の実施の形態1に係る光源装置を裏面から見たときの斜視図である。 図4は、本開示の実施の形態1に係る光源装置の動作および機能を説明するための概略断面図である。 図5は、本開示の実施の形態1に係る投光装置の構成を示す概略断面図である。 図6は、本開示の実施の形態1に係る投光装置の他の構成を示す概略断面図である。 図7は、本開示の実施の形態1に係る光源装置の変形例を示す断面図である。 図8は、本開示の実施の形態2に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図9は、本開示の実施の形態2に係る光源装置の分解斜視図である。 図10Aは、本開示の実施の形態2に係る光源装置の効果を説明するための図である。 図10Bは、本開示の実施の形態2に係る光源装置の効果を説明するための図である。 図10Cは、本開示の実施の形態2に係る光源装置の効果を説明するための図である。 図11は、本開示の実施の形態2の変形例に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図12は、本開示の実施の形態3に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図13は、本開示の実施の形態3に係る光源装置を用いた投光装置の構成を示す概略断面図である。 図14は、本開示の実施の形態4に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図15は、本開示の実施の形態4に係る光源装置の製造方法を示す概略断面図である。 図16は、従来の光源装置の構成を示す断面図である。
 本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、工程(ステップ)および工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 (実施の形態1)
 [光源装置]
 以下、本開示の実施の形態1における光源装置について、図1~図3を参照しながら説明する。図1は、本開示の実施の形態1に係る光源装置1の構成を示す概略断面図である。図2は、同光源装置1の分解図である。図3は、同光源装置1の機能説明するための概略断面図である。
 (構成)
 本開示の実施の形態1における光源装置1は、図1~図3に示すように、半導体発光装置10と、光学素子ユニット20と、蛍光体光学素子30と、ホルダ40とを有する。光源装置1は、ホルダ40に半導体発光装置10と蛍光体光学素子30とが固定され、さらに光学素子ユニット20がホルダ40に固定された構成となっている。
 半導体発光装置10は、光導波路11aが形成された半導体発光素子11と、半導体発光素子11を実装するためのパッケージ12とを備える。半導体発光装置10の内部空間は、密閉空間であり、半導体発光素子11が外部の雰囲気から遮断されるように高い気密性が保たれている。
 半導体発光素子11は、例えば窒化物半導体からなる半導体レーザ素子(例えばレーザチップ)であり、波長380nmから490nmの間にピーク波長を有するレーザ光を出射光51として放射する。
 パッケージ12は、例えば、いわゆるCANパッケージであり、円盤状のベース13と、ベース13上に半導体発光素子11が直接または図示しないサブマウントを介して実装するためのポスト14と、外部から半導体発光素子11に電力を供給するためのリードピン15と、ベース13上に配置された金属製のキャップ(缶)16とを有する。キャップ16には、半導体発光素子11を密閉するために窓ガラス17が取り付けられている。窓ガラス17は、半導体発光素子11から出射する出射光51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。半導体発光素子11は、ベース13とキャップ16とで囲まれる密閉空間内に配置されている。また、半導体発光素子11は、ベース13に実装されることで、ベース13と熱的且つ物理的に接続される。
 このように構成される半導体発光装置10は、ホルダ40の第1面41に配置される。具体的には、半導体発光装置10は、ベース13における半導体発光素子11およびポスト14が配置された面とは反対の面がホルダ40の第1面41に接触するようにホルダ40に実装される。これにより、半導体発光装置10(ベース13)は、ホルダ40の第1面41と熱的且つ物理的に接続される。
 図1および図2に示すように、第1面41は、周辺が第1面41よりも高い(図中で上方)部分で囲われているとよい。つまり、ホルダ40の一部に設けられた凹部の底面を第1面41に用いるとよい。この構成により、半導体発光装置10を配置する領域を凹部に限定することができるため、半導体発光装置10を第1面41の所定の位置に容易に配置させることができる。
 光学素子ユニット20は、光学素子21と、光学素子保持部材22とを有する。光学素子21は、反射面21aを有する反射素子である。つまり、本実施の形態において、光学素子ユニット20は、反射光学素子(反射素子ユニット)である。
 光学素子21は、反射面21aにおいて半導体発光装置10からの出射光51を反射する。反射面21aで反射した反射光54は、蛍光体光学素子30に向けて進行する。反射面21aは、ホルダ40の第1面41および第2面42に対して傾斜している。つまり、反射面21aを含む面と第1面41(第2面42)を含む面とは交差している。
 本実施の形態において、光学素子21は、例えばガラス板の表面の一部に形成された凹部の表面に、例えば誘電体多層膜、金属膜またはその両方等から構成される反射膜が形成されることで構成される。この反射膜の表面が反射面21aとなる。このように光学素子21には凹部が形成されているので、反射面21aも凹部の形状に対応する湾曲面となっている。具体的には、反射面21aは、反射光54を集光する形状を有するレンズにより構成されており、このレンズの焦点は蛍光体光学素子30(蛍光体31)となっている。これにより、反射面21aで反射した反射光54を蛍光体光学素子30(蛍光体31)に集光させることができる。
 光学素子保持部材22は、光学素子21を保持する保持部材である。本実施の形態において、光学素子21は、光学素子保持部材22の半導体発光装置10と対向する面に固定されている。具体的には、光学素子21は、光学素子保持部材22に固着されている。また、光学素子保持部材22は、ホルダ40の第3面43上に配置される。光学素子保持部材22は、例えばアルミニウム合金など、出射光51に対して不透明な材料によって構成されている。
 光学素子ユニット20は、半導体発光装置10の上方に配置されるようにホルダ40に取り付けられる。具体的には、光学素子ユニット20は、光学素子保持部材22がホルダ40に形成された第3面43に当て付けられた状態でネジ49(図2参照)によりホルダ40にねじ止めされることでホルダ40に固定される。
 このとき、光学素子ユニット20は、図1に示すように、第3面43の面内において、第3面43と平行な方向である光学素子ユニット調整方向71の2軸の方向である方向71x、71yに、光学素子21の主点21bが、半導体発光装置10から出射する出射光51の光軸55に略一致するように調整される。
 図2に示すように、光学素子保持部材22には、板状の基板の一部に開口部22aが形成されている。光学素子保持部材22は、上記の調整後に、開口部22aに挿入させたネジ49をホルダ40のネジ穴40aにねじ込むことでホルダ40に固定される。
 蛍光体光学素子30は、蛍光体31と、蛍光体31を保持する蛍光体保持部材32とを有する。蛍光体31は、例えば蛍光体保持部材32上に設けられる。蛍光体光学素子30は、入射する光の波長を変換する波長変換素子の一例であり、本実施の形態では、入射する光の波長を変換する波長変換材として、蛍光体31を含む。
 蛍光体31は、入射する光を励起光として蛍光発光する。蛍光体31は、例えばセリウム賦活のイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG:Ce3+)系の蛍光体材料によって構成される。蛍光体31としては、例えばYAG:Ce3+等の蛍光体粒子がガラスまたはシリコーン等の透明樹脂(バインダ)に混合分散されて層状に構成されたものを用いてもよいし、例えばYAG:Ce3+等の蛍光体粒子とアルミナ(Al)等とを混合して焼結することによって構成されたセラミック蛍光体板を用いてもよい。なお、蛍光体31は、YAG系に限るものではない。また、蛍光体保持部材32は、例えば窒化アルミニウムからなるセラミック体である。図示しないが、蛍光体保持部材32と蛍光体31との間には、例えば銀合金等からなる反射膜が形成されているとよい。
 このように構成される蛍光体光学素子30は、ホルダ40の第2面42に配置される。具体的には、蛍光体光学素子30は、蛍光体保持部材32側が第2面42に接触するようにホルダ40に固定される。これにより、蛍光体光学素子30(蛍光体保持部材32)は、ホルダ40の第2面42と熱的且つ物理的に接続される。
 また、蛍光体光学素子30には、光学素子ユニット20(反射素子)からの反射光54が照射される。具体的には、光学素子ユニット20からの反射光54は、蛍光体31に照射する。これにより、蛍光体31は、反射光54で励起されて蛍光する。
 ホルダ40は、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30を保持する保持部材である。本実施の形態において、ホルダ40は、光学素子ユニット20も保持している。ホルダ40は、一体物から構成される。本明細書において、ホルダ40が一体物であるとは、ホルダ40に半導体発光装置10および蛍光体光学素子30が配置される前に一体的に構成されていればよく、鋳造、鍛造、切削加工等によって一体成形により一体物に構成されている以外に、複数の部品を溶接または接着等によって接合することで一体物に構成されたものも含まれる。例えば、銅からなる部品とアルミニウム合金からなる部品とを溶接することによって構成されたホルダ40は一体物である。ただし、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30を配置した後に容易に分解できる構成(例えばネジ止め)は、一体物に含まれない。
 本実施の形態において、ホルダ40は、一体の放熱体であり、例えばアルミニウム合金または銅等の金属によって構成される。
 ホルダ40は、第1面41と、第1面41の上方に位置する第2面42とを有する。第1面41は、半導体発光装置10が取り付けられる面であり、第2面42は、蛍光体光学素子30が取り付けられる面である。本実施の形態において、ホルダ40は、さらに、光学素子ユニット20が取り付けられる第3面43を有する。図2に示すように、第1面41は、第2面42の一部を凹状に窪ませることによって形成されており、第1面41と第2面42とで段差が構成されている。したがって、第1面41に載置される半導体発光装置10と第2面42に載置される蛍光体光学素子30とは段違いで横並びで配置されている。なお、第1面41、第2面42および第3面43は、いずれも平面である。
 また、図1に示すように、ホルダ40は、第4面44を有する。第4面44は、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生したジュール熱を外部のヒートシンク等に排熱させるための放熱面として機能する。第4面44は、平面であるとよい。
 第4面44のうち第1面41とは反対側に位置する面は、半導体発光装置10で発生する熱を放熱する第1放熱面である。また、第4面44のうち第2面42とは反対側に位置する面は、蛍光体光学素子30で発生する熱を放熱する第2放熱面である。本実施の形態では、第4面44は全体が平坦面であるので、これら第1放熱面と第2放熱面とは同一の平面である。
 ホルダ40において、第1面41と第2面42とは、ホルダ40の同一面側に位置するように形成されている。また、第1面41と第2面42とは、第4面44(放熱面)に対して異なる高さに位置するように形成されている。好ましくは、第2面42は、第4面44に対して、第1面41よりも離れた位置、つまり、第4面44から第1面41までのホルダ40の厚みより、第4面44から第2面42までのホルダ40の厚みの方が厚くなっているとよい。本実施の形態において、第1面41、第2面42および第4面44は、互いに平行である。
 ホルダ40の第4面44側には、半導体発光装置10のリードピン15に、半田等により接合された配線38と外部から電力を供給するためのコネクタ37とが設けられている。リードピン15、配線38、コネクタ37は、第4面44よりも内方(内側)に位置するように、第4面44に形成された溝に設けられている。
 (機能)
 続いて、図1を参照しながら図4を用いて本実施の形態に係る光源装置1の動作および機能について説明する。図4は、本開示の実施の形態1に係る光源装置1の動作および機能を説明するための概略断面図である。なお、図4においては、コネクタ37および配線38を省略している。
 光源装置1を動作させる場合には、図1に示されるコネクタ37に外部から電力が供給され、配線38およびリードピン15を介して半導体発光装置10の半導体発光素子11の光導波路11aに電力が供給される。
 半導体発光素子11の光導波路11aに供給された電力は例えば波長450nmのレーザ光(青色光)に変換され、レーザ光は出射光51として光導波路11aの端部の微小領域である端面11bから放射される。このとき、出射光51は、ホルダ40の第1面41(第4面44)に対して垂直方向に半導体発光装置10から出射される。
 図4に示すように、半導体発光装置10から放射された出射光51は、半導体発光装置10の上方に配置された光学素子21の反射面21aで反射される。本実施の形態では、反射面21aが集光するレンズ機能を有しているので、出射光51は、反射面21aで反射するとともに集光する反射光(集光光)54となって光学素子21から出射する。
 反射面21aは第1面41に対して傾斜しているので、反射面21aで反射した反射光54は、斜め下方に進んで、半導体発光装置10と同一のホルダ40上に配置された蛍光体光学素子30の蛍光体31に照射される。このとき、蛍光体31の微小領域である発光点35に集光された反射光54は、その一部が蛍光体31で変換されて蛍光93となり、他の一部が蛍光体31で散乱されて散乱光92となり、蛍光体31の微小領域である発光点35から放射される。この場合、蛍光体31の蛍光体材料として、波長が420nmから480nmの光(例えば青色光)を吸収して波長500nmから630nmの蛍光を放射する蛍光体材料(例えば黄色蛍光体材料)を用いることで、蛍光93と散乱光92とで合成された白色光を放射光91として蛍光体31から放射させることができる。
 このように動作する光源装置1では、半導体発光装置10においては、供給された電力の一部が光となり、残りの電力はジュール熱となって半導体発光素子11を発熱させる。また、蛍光体光学素子30においても、照射された光(反射光54)のうち、蛍光93および散乱光92のいずれにもならなかった光(エネルギー)は、ジュール熱となって蛍光体31を発熱させる。
 半導体発光装置10の半導体発光素子11で発生した熱は、パッケージ12のポスト14およびベース13を伝達して半導体発光装置10の外部に放熱される。また、蛍光体光学素子30の蛍光体31で発生した熱は、蛍光体光学素子30の蛍光体保持部材32を伝達して外部へ放熱される。
 このように、光源装置1では、半導体発光装置10からは上方に出射光51を放射させており、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路と、蛍光体光学素子30から出射した放射光91を光源装置1の外部に導く光路とについては、ホルダ40の上方の位置するように設計されている。
 一方、半導体発光装置10の半導体発光素子11で発生した熱と蛍光体光学素子30の蛍光体31で発生した熱とについては、ホルダ40の下方に伝達させるように設計されている。
 つまり、光源装置1では、光路と放熱経路とが分離された構造、具体的には、ホルダ40を境にして光路と放熱経路とが上下に分けられた構造になっている。
 そして、本実施の形態における光源装置1においては、半導体発光装置10が配置される第1面41と蛍光体光学素子30が配置される第2面42とが、放熱面である第4面44に対向し、かつ、さらに高さ違いで並んでいる。
 これにより、図4の第1の放熱経路81および第2の放熱経路82で示されるように、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を、第1面41および第2面42から第4面44へ短い放熱経路で外部の放熱器60に速やかに排熱させることができる。したがって、半導体発光素子11および蛍光体31の温度上昇に伴って出射光51および蛍光93における光への変換効率が低下することを抑制できる。
 さらに、微小領域において光を放射する半導体発光装置10と微小領域において放射光91を放射する蛍光体光学素子30が同一のホルダ40に配置されているので、環境温度などの外部環境が変化しても半導体発光装置10と蛍光体光学素子30とのホルダ40における相対的な位置関係がずれにくい。例えば、外部環境の変化があっても光軸55がずれにくい。したがって、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減することができるとともに、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を一層効率良く排熱できる。
 さらに、本実施の形態においては、蛍光体31から放射される放射光91を効率良く外部に取り出して利用することできる。例えば、図4に示すように、蛍光体31から放射される放射光91は、蛍光体31の上方の全方位に放射される。このとき、蛍光体31の発光点35の位置が、光学素子21(反射面21a)の主点21bのわずか下に位置するように、蛍光体光学素子30を配置することで、蛍光体31から放射される放射光91の放射範囲95を広くすることができる。具体的には、図4に示すように、第1面41から光学素子21の主点21bまでの高さ(H1)と第1面41から蛍光体31の発光点35までの高さ(H2)との差を小さくすることで、蛍光体31から放射される放射光91の放射範囲95を広くすることができる。これにより、蛍光体31から放射される放射光91を、光源装置1の後段に配置される光学系(不図示)で効率良く利用することができる。なお、第1面41から光学素子21の主点21bまでの高さ(H1)は、第1面41から蛍光体31の発光点35までの高さ(H2)よりも高くなっている(H1>H2)。
 また、この場合、発光点35は、第4面44に対して、半導体発光装置10を取り付ける第1面41と主点21bとの間に存在するとよい。このようにすることで、発熱量が蛍光体光学素子30よりも大きい半導体発光装置10を放熱面である第4面44に近づけることができる。これにより、蛍光体31から放射される放射光91の放射範囲95を広げるだけではなく、半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を速やかに排熱することができる。
 さらに、本実施の形態では、蛍光体31からの放射光91を反射部材で反射させることなく光源装置1の外部に取り出している。これにより、反射部材で光取り出し効率が低下することがなく、また、反射部材で反射する際に実効的な発光点の位置がずれることもない。したがって、輝度が低下することを抑制し、十分に輝度を向上させることができる。
 以上のとおり、本実施の形態における光源装置1によれば、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる。
 [投光装置]
 次に、本開示の実施の形態1に係る光源装置1を用いた投光装置101について、図5用いて説明する。図5は、本開示の実施の形態1に係る投光装置101の構成を示す概略断面図である。投光装置101は、例えば、車両前照灯用の灯具である。
 図5に示すように、投光装置101は、放熱器60と、放熱器60に取り付けられた光源装置1と、光源装置1から出射する光を反射するリフレクタ160とを備える。つまり、光源装置1は、投光装置101の光源として用いられている。本実施の形態において、投光装置101は、さらに、光源装置1から出射する光のうちリフレクタ160に入射しない光を吸収するダンパー165を備える。
 放熱器60には、光源装置1が取り付けられる。放熱器60は、光源装置1で発生した熱を放熱フィン62に伝熱するためのベースプレート61と、光源装置1で発生した熱を外気に放熱するための放熱フィン62とによって構成される。
 光源装置1は、ベースプレート61の取り付け部61aに取り付けられる。取り付け部61aの取り付け面は、例えば平坦面である。光源装置1は、例えばネジ(不図示)によって取り付け部61aに固定される。このとき、光源装置1は、ホルダ40の第4面44と取り付け部61aとが互いに面で接触するようにベースプレート61に配置される。また、光源装置1のコネクタ37には、投光装置101を点灯させるために光源装置1に電力を供給する電源ケーブル39が接続される。
 リフレクタ160は、光源装置1からの放射光91の放射角度を変えて前方に投射するための反射部材であり、反射面が光源装置1と対向するように配置されている。具体的には、リフレクタ160は、例えば、放物面鏡(パラボリックミラー)などの曲面鏡であり、リフレクタ160の焦点が蛍光体光学素子30(蛍光体31)の発光点35と略一致するように配置されている。そして、蛍光体光学素子30から出射される光は、リフレクタ160により略平行である光となるように反射され、投光装置101の外部に放射される。
 また、本実施の形態では、ダンパー165は、例えば表面に凹凸を形成した黒色のアルマイト加工したアルミ合金により構成され、光源装置1から見て蛍光体光学素子30より奥側に設けられている。この構成では、蛍光体光学素子30に入射した反射光54が蛍光体光学素子30で十分に散乱されずに反射した反射光56が生成されても、その反射光56はダンバー165に照射され、外部に放射されることが防止される。すなわち、本実施の形態では、高いパワー密度と直進性を維持したまま蛍光体光学素子30から出射される反射光56が、ダンバー165によって外部に照射されないように構成されている。
 本実施の形態における投光装置101では、ホルダ40の第4面44と放熱器60の取り付け部61aとの接触部分が面接触しているので、光源装置1の半導体発光装置10と蛍光体光学素子30とで発生した熱は、効率良く放熱器60に放熱され、放熱フィン62により外部に放熱される。
 さらに、本実施の形態における投光装置101では、光源装置1からは広い放射角の放射光91を放射させることができる。このため、光源装置1の直上に放射光91の放射方向を変更するリフレクタ160を配置することができる。このため、投光装置101において光源装置1からの放射光91を高い効率で利用できるとともに、小型および薄型化などのためにリフレクタ160を自由に設計することができる。
 さらに、光源装置1において、蛍光体光学素子30は、半導体発光装置10とリフレクタ160の反射面との間に配置される。これにより、半導体発光装置10から放射されて反射面21aにより蛍光体31に入射した光のうち蛍光体光学素子30で直進性を維持したまま反射した反射光56は、蛍光体光学素子30が配置される第2面42の法線方向から高い角度を有して放射される。このため、光源装置1からの放射光の利用効率を低下させることなく、反射光56をリフレクタ160に照射させないように投光装置101を設計することが可能になる。
 また、図5において、リフレクタ160で反射された光は、半導体発光装置10から反射光学素子である光学素子ユニット20(光学素子21)への出射光の光路の延長線を横切っている。これにより、反射光学素子である光学素子ユニット20から蛍光体光学素子30に向かう反射光は、指向性が高く、高いパワー密度で伝搬する光であるが、このような反射光がリフレクタ160で反射すること無く、直接、投光装置101から外部に出射されることを抑制することができる。具体的には、リフレクタ160で反射された光(放射光91)は、光学素子ユニット20から蛍光体光学素子30に向かう反射光54とは逆の方向に進み、投光装置101の外部に放射される。このため、外部からの衝撃等により光学素子ユニット20の取り付け角度にずれが生じて反射光54が蛍光体光学素子30およびホルダ40に当たらなくなってしまった場合でも、反射光54はリフレクタ160で反射されない限り、リフレクタ160から放射される放射光91と同じ方向に進まないので、反射光54が外部に出射する可能性を低減できる。すなわち、リフレクタ160の反射領域を制限することにより、光源装置1からの高いパワー密度で伝搬する光が、投光装置101から直接外部に放射されることを抑制することができる。
 なお、図5に示される投光装置101では、ホルダ40が一体物から構成されているが、ホルダ40が一体物でない場合においても、リフレクタ160で反射された光が、半導体発光装置10から反射光学素子である光学素子ユニット20(光学素子21)への出射光の光路の延長線を横切るように構成することにより、ホルダ40が一体物からなる場合と同様に、高いパワー密度で伝搬する反射光54が外部に放射されることが抑制される。
 ここで、光源装置1を用いた投光装置の他の構成について、図6を用いて説明する。図6は、本開示の実施の形態1に係る投光装置201の他の構成を示す概略断面図である。
 図6に示すように、投光装置201では、光源装置1の光を投射するために、リフレクタの代わりに投射レンズ161を用いている。また、放熱器60は、光源装置1を取り付けるための取り付け部61aを有するベースプレート61と、ベースプレート61の取り付け部61aの取り付け面とは反対側の面に設けられた複数のフィンからなる放熱フィン62とによって構成される。取り付け部61aの取り付け面は、例えば平面である。
 投射レンズ161は、蛍光体光学素子30(蛍光体31)の発光点35が投射レンズ161の焦点と略一致するように、光源装置1の直上に配置されている。光源装置1からの放射光91は、投射レンズ161によって放射角度が変換されて、前方へと投射される。
 このとき、図6における投光装置201では、図5に示される投光装置101と同様に、光源装置1で発生する熱を速やかに排熱することができる。また、投光装置201においても、投光装置101と同様に、投射レンズ161を自由に設計したり、ダンパー165によって反射光56を投射レンズ161に入射させないように設計したりすることができる。
 なお、図5および図6に示される投光装置では、ホルダ40が一体物から構成されているが、ホルダ40が一体物でない場合においても、ダンパー165によって反射光56を外部や投射レンズ161に入射させないようにすることができる。
 (実施の形態1の変形例)
 以下、本開示の実施の形態1の変形例について、図7を用いて説明する。図7は、本開示の実施の形態1の変形例に係る光源装置301の構成を示す断面図である。なお、本変形例では、図1に示される上記実施の形態1の光源装置1と異なる部分を中心に説明する。
 図7に示すように、本変形例における光源装置301が図1に示す光源装置1と異なる点は、本変形例における光源装置301がレンズ25およびレンズホルダ26を有する点と、光学素子21の反射面21aが凹面ではなく平面である点と、蛍光体31の上面がホルダ40の第1面41に対して傾斜している点である。
 本変形例では、レンズ25は、光学素子ユニット20(光学素子21)と半導体発光装置10との間に配置されている。レンズ25は、有限系のレンズであり、レンズホルダ26によって、半導体発光装置10またはホルダ40に保持される。レンズ25は、半導体発光装置10からの出射光51を一定の焦点位置に集光する機能を有する。
 光学素子ユニット20を構成する光学素子21は、平面状の反射ミラーとなっており、平面状の反射面21aを有する。具体的には、光学素子21は、平板状の基板の表面に反射膜が形成された構成となっている。この反射膜の表面が反射面21aとなっている。反射膜としては、異なる屈折率を有する複数の誘電体膜からなる多層反射膜、または、Ag、Au、Cuなどの金属からなる金属膜またはその合金からなる合金膜などが用いられる。
 また、本変形例において、ホルダ40の第2面42は、当該第2面42の法線方向が光学素子ユニット20の方向に傾斜している。蛍光体光学素子30は、蛍光体保持部材32側の面(蛍光体保持部材32のホルダ40側の面)が第2面42に接触するように第2面42に固定されている。このように、第2面42を傾斜させることで、蛍光体31の発光点35を半導体発光装置10よりも上方に容易に位置させることができる。
 以上、本変形例に係る光源装置301によれば、上記実施の形態1における光源装置1と同様に、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置および蛍光体光学素子30で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる。
 しかも、本変形例では、さらに、半導体発光装置10の上部にレンズ25が配置されているので、光源装置1の光学系をより自由に設計することができる。
 さらに、本変形例では、蛍光体31が半導体発光装置10よりも上方に位置しているので、蛍光体31から全方位に放射される放射光91を一層効率良く外部へ放射することができる。
 なお、本変形例における光源装置301は、上記実施の形態1と同様に、リフレクタ等を有する投光装置の光源として用いることができる。
 (実施の形態2)
 次に、本開示の実施の形態2に係る光源装置401について、図8および図9を参照しながら説明する。図8は、本開示の実施の形態2に係る光源装置401の構成を示す概略断面図である。図9は、同光源装置401の分解斜視図である。なお、本実施の形態では、実施の形態1の光源装置1およびその変形例の光源装置301とは異なる部分を中心に説明する。
 図8および図9に示すように、本実施の形態における光源装置401は、実施の形態1における光源装置1に対して、さらに、蛍光体光学素子30の上方に配置された透光カバー36を備える。
 本実施の形態における光源装置401が実施の形態1の光源装置1と異なる点は、ホルダ40に対する光学素子ユニット20の固定方法と、蛍光体光学素子30がホルダ40と透光カバー36とで囲まれていることである。
 透光カバー36は、蛍光体光学素子30を覆う透光性のカバー部材であり、例えば、カバーガラスである。透光カバー36は、ホルダ40に保持されている。具体的には、透光カバー36は、ホルダ40の突起部40dと、壁部40eと、突起部40fとによって保持されている。
 透光カバー36は、当該透光カバー36の蛍光体光学素子30側の面が蛍光体光学素子30の蛍光面に対して傾斜するように配置されている。具体的には、透光カバー36は、半導体発光装置10側から蛍光体光学素子30の方向に向かうにつれて、蛍光体光学素子30に近づくような姿勢で配置されている。
 また、蛍光体光学素子30は、ホルダ40と透光カバー36とで囲まれる閉塞空間内に配置されている。この閉塞空間は、ホルダ40に設けられた開口部40bを除けば、外気から遮蔽されるように密閉空間となっている。
 光学素子ユニット20を構成する光学素子保持部材22には傾斜面が設けられており、この傾斜面には光学素子21が接着等によって固定されている。光学素子保持部材22は、アルミニウム合金や鉄、銅など、出射光51に対して不透明な材料によって構成されている。
 また、ホルダ40には、突起部40cおよび40dが形成されている。突起部40cは、ホルダ40の第3面43から突出する壁部である。同様に、突起部40dは、ホルダ40の第2面42から突出する壁部である。突起部40cの高さは、突起部40dの高さよりも高くなっている。
 突起部40cおよび40dには、光学素子保持部材22の一部を挟む挟み部が設けられている。突起部40cおよび40dの挟み部は、例えば横溝構造である。突起部40cおよび40dは、ホルダ40と同じ材料によって構成されており、例えばホルダ40の一体成形によって形成される。
 なお、光学素子ユニット20(光学素子21)の反射面21aで反射した反射光54を蛍光体光学素子30に入射させるために、突起部40dには開口部40bが形成されている。開口部40bは、例えば突起部40dを貫通する円筒状の貫通孔である。
 光学素子保持部材22は、図9に示すように、ホルダ40の突起部40cおよび40dに対して、横方向から挿入される。そして、図8に示すように、光学素子保持部材22は、ホルダ40の第3面43と突起部40cおよび40dとにより、光学素子ユニット調整方向71の方向(紙面内矢印方向およびそれに直交する方向である方向71x、71y)に関して、移動自在に配置されている。つまり、光学素子保持部材22は、第3面43に対して平行な方向に可動する。
 一方、光学素子保持部材22は、光学素子ユニット調整方向71とは異なる方向(上下)に関しては移動が制限されている。具体的には、光学素子保持部材22は、第3面43に垂直な方向(紙面内上下方向)に移動しないように、ホルダ40の突起部40cおよび40dの各々に挟み込まれている。
 そして、光学素子ユニット20を光学素子ユニット調整方向71の方向に移動させて光学素子ユニット20の位置を調整することによって、蛍光体光学素子30の発光点35の位置を調整することができる。光学素子ユニット20の位置を調整した後は、光学素子保持部材22に設けられた開口部22aにネジ49を挿入してホルダ40に設けられたネジ穴40aにネジ49をねじ込むことで、光学素子ユニット20をホルダ40に固定することができる。
 このように、本実施の形態では、ホルダ40の突起部40c、40dの挟み部(横溝構造)を利用して光学素子ユニット20の位置を微調整することができる。これにより、光学素子21の反射面21aの位置を精度良く且つ容易に調整することができる。また、光学素子ユニット20の位置を調整した後は、光学素子ユニット20を容易にホルダ40に固定することができる。
 また、光学素子保持部材22は、ホルダ40の突起部40cおよび40dに挟み込まれている。これにより、光学素子保持部材22を固定するネジ49が振動等により緩んで外れたとしても、光学素子保持部材22が第3面43に垂直な方向に移動しないので、光学素子ユニット20が脱落することを抑制できる。したがって、光学素子ユニット20がホルダ40から外れたときに半導体発光装置10からの出射光51が光源装置1の外部に直接放射されてしまうことを抑制できる。
 ホルダ40と光学素子保持部材22との嵌合部の隙間を図示しないエポキシ樹脂等の充填材等で埋めることが好ましい。この構成により、光学素子保持部材22が、突起部40cおよび40dの挟み部から、より外れにくくなる。また、当該充填材により、ホルダ40と光学素子保持部材22との隙間を通って、外部から塵やホコリが、半導体発光装置10から放射された光が蛍光体光学素子30に至る光路に侵入してくることを抑制することができる。
 さらに、ホルダ40には蛍光体光学素子30が固定されており、蛍光体光学素子30の上面(出射方向)には、例えばカバーガラスである透光カバー36がホルダ40に固定されている。この場合、蛍光体光学素子30は、ホルダ40の開口部40bを除いて外気から遮断されるように密閉された空間内に配置されている。
 さらに、透光カバー36は、ホルダ40の第2面42に対して傾斜しているとよい。これにより、反射光54の入射方向を蛍光体31よりも高くすることができる。
 以上、本実施の形態に係る光源装置401によれば、上記実施の形態1における光源装置1と同様に、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる。
 また、本実施の形態における光源装置401を搭載した製品は、外部より衝撃等が加えられた場合においても、光源装置401から光学素子ユニット20が外れることを抑制することができる。このため、光源装置401から光学素子ユニット20が外れることによって半導体発光装置10から出射されるエネルギー強度の強い出射光51(青色光)が光源装置401からそのまま放射すること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31が半導体発光装置10よりも上方に位置するため、蛍光体31から全方位に放射される放射光91を一層効率良く外部へ放射することができる。
 さらに、光源装置401において、半導体発光装置10と蛍光体光学素子30とは閉塞空間に配置されているため、光密度の高い出射光による光ピンセット効果により外部から塵やホコリを集塵して光学部品の効率を低下することを抑制できる。特に、半導体発光素子11および蛍光体31の劣化を抑制することができる。
 さらに、本実施の形態においては、透光カバー36が蛍光体31の蛍光面(表面)に対して傾斜して配置される。ここで、透光カバー36の傾斜と光源装置401から放射される放射光91の放射範囲95および放射光強度との関係について、図10A、図10Bおよび図10Cを用いて説明する。図10A~図10Cは、本開示の実施の形態2に係る光源装置の効果を説明するための図であり、実施の形態2における光源装置401の一部を拡大して比較したものを示している。
 図10Aは、蛍光体31の蛍光面(表面)に対して平行に透光カバー36を配置した場合を示している。図10Aでは、蛍光体31への反射光54は、半導体発光装置10と反射面21aを有する光学素子ユニット20とで構成されたレーザ反射光学系79の斜め上部方向から放射される。この場合、蛍光体31からの放射光91の一部は、レーザ反射光学系79の上部でカットされる。
 したがって、図10Aに示すように、透光カバー36を蛍光体31に対して平行に配置した場合には、レーザ反射光学系79と同等の高さまでホルダ40に透光カバー36の壁部40eを形成する必要がある。その結果、レーザ反射光学系79側と同様に、壁部40e側で放射光91がカットされるので、放射光91の放射範囲95は狭くなる。このとき、放射範囲95を広くするために、壁部40eを蛍光体31から離れた位置に配置することも可能であるが、光源装置401のサイズが大きくなってしまう。
 一方、図10Bに示すように、ホルダ40に斜面を形成し、その斜面上に蛍光体31を取り付けることで、反射光54を横方向に放射させることができる。これにより、実効的な壁部40eの高さを低くすることができるので、放射光91の放射範囲95を広くすることができる。この場合、蛍光体31の蛍光面がホルダ40の斜面に沿って傾斜することで放射光91の光軸55も傾斜することになるが、光源装置401の後段(出射側)の光学系を調整することで、放射光91の利用効率を高くすることができる。このように、透光カバー36を蛍光体31の蛍光面(表面)に対して傾斜させて配置することで放射光91の放射範囲95を広くし、光源装置401の放射光強度を高くすることができる。
 さらに、図10Cのように、透光カバー36を蛍光体31およびホルダ40に対して斜めに配置することで、図10Bと同様の効果を得ることができる。この場合、図10Cの構成では、図10Bの構成で必要になった、光源装置401の後段(出射側)の光学系の調整を不要にすることができるため、簡単な方法で光源装置401の放射光強度を高くすることができる。
 なお、図8に示すように、本実施の形態における光源装置401では、半導体発光素子11の向きが、図1に示す光源装置1の半導体発光素子11の向きとは異なっているが、半導体発光素子11の向きは図8に示す向きおよび図1に示す向きのいずれであってもよい。ただし、半導体発光素子11は、図8に示す向きとなるように配置する方が好ましい。ここで、図8に示す向きとは、半導体発光素子11の光導波路11aが形成される面と平行な面に、主点21bにおける反射面21aの法線が存在する向きである。図8に示す向きとすることで、出射光の方向71yにおける拡がり角が、方向71xにおける拡がり角よりも小さくなるため、光学素子21の方向71yにおける幅を小さくすることができる。そのため、光学素子保持部材22および突起部40cの第2面42からの高さを低くすることができる。その結果、蛍光体31から放射される放射光91の放射範囲95をより大きくすることができる。
 (実施の形態2の変形例)
 次に、本開示の実施の形態2の変形例について、図11を参照しながら説明する。図11は、本開示の実施の形態2の変形例に係る光源装置501の構成を示す概略断面図である。なお、本変形例では、実施の形態2の光源装置401とは異なる部分を中心に説明する。
 図11に示すように、本変形例における光源装置501では、実施の形態2の光源装置401における半導体発光装置10のキャップ16の窓ガラス17が配置された部分に、窓ガラス17に代えて透光部材としてレンズ25が配置されている。レンズ25は、例えば凸レンズである。レンズ25は、半導体発光装置10の半導体発光素子11が配置された空間が密閉されて気密性が保たれるように、ガラス溶着などによってキャップ16に固定されている。
 光学素子ユニット20を構成する光学素子21には、取り付け面側(光学素子保持部材22側)に反射型のフレネルレンズが形成されており、フレネルレンズの取り付け面側の表面には金属膜または誘電体多層膜などの反射膜が形成されている。また、フレネルレンズと対向する入射面には、誘電体多層膜による反射防止膜が形成されている。反射膜の表面(つまり、フレネルレンズと反射膜との界面)が反射面21aとなっている。これにより、半導体発光装置10のレンズ25からの出射光51は、光学素子21の表面から入射した後、フレネルレンズを透過して反射面21aで反射されて集束光に変換され、フレネルレンズを再度透過することで光学素子21から反射光54として出射する。
 以上、本変形例に係る光源装置501によれば、上記実施の形態2における光源装置401と同様に、半導体発光装置10から出射した出射光51を蛍光体光学素子30に導く光路が外部環境の変化によってずれることを低減するとともに半導体発光装置10および蛍光体光学素子30で発生した熱を効率良く排熱し、さらに、効率良く外部に光を取り出すことができる。
 さらに、本変形例では、蛍光体31が半導体発光装置10よりも上方に位置するため、蛍光体31から全方位に放射される放射光91を一層効率良く外部へ放射することができる。
 また、本変形例では、半導体発光装置10と光学素子ユニット20(光学素子21)との間隔を短くすることができ、また、光学素子21の厚みも薄くすることができる。したがって、光源装置501の高さを薄くすることができる。
 (実施の形態3)
 続いて、本開示の実施の形態3に係る光源装置とそれを用いた投光装置について説明する。
 図12は、本開示の実施の形態3に係る光源装置601の構成を示す概略断面図である。図13は、光源装置601を用いて構成した投光装置701の構成を示す概略断面図である。
 本実施の形態においては、光源装置601の発光点を移動させ、投光装置701の出射光の出射方向を任意に変化させることができることを特徴とする。
 図12に示すように、本変形例における光源装置601は、光学素子ユニット525を構成する光学素子526(反射素子)が可動するように構成されている。つまり、光学素子ユニット525は、可動する反射面526aを有する光学素子526を有する。光学素子ユニット525は、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー素子であり、駆動基板527上に微小可動する軸と光学素子526とが設けられた構成となっている。
 駆動基板527には配線538により電力が供給され、静電気力および磁力等で光学素子526を変化させることで、反射面526aの傾斜方向を変化させる。この結果、レンズ25から出射される出射光51は反射面526aにより任意に方向を変更されて反射して蛍光体31に照射される。つまり、光学素子21が変化することで反射光54の進行方向が変更される。
 このとき、例えば、光学素子526が実線で示す位置に存在するときは、反射光54aとして反射され、蛍光体31における半導体発光装置10よりの蛍光体31面に照射されて、発光点35aから放射光91Aが放射される。一方、光学素子526が破線で示す位置に存在するときは、反射光54bとして反射され、蛍光体31における半導体発光装置10から離れた位置の蛍光体31面に照射されて、発光点35bから放射光91Bが放射される。
 このように、図12に示す光源装置601によれば、図11に示す光源装置501に対して、さらに、蛍光体光学素子30における発光点の位置を自由に変更することができる。これにより、図12に示す光源装置601を用いて投光装置を構成した場合は、光照射位置を自由に変更できる。
 具体的に、図13に、光源装置601を用いて構成した投光装置701の模式的な断面図を示す。
 投光装置701は、放熱面44が放熱器60に取り付けられ、透光カバー36側には、例えば放物面鏡であるリフレクタ160が配置される。
 このとき、光源装置601は、半導体発光装置10がリフレクタ160の出射方向側に配置され、蛍光体31がその反対側に位置するように配置される。この構成により、光学素子526から蛍光体31に向かう反射光54a、54bの進行方向は、リフレクタ160から放射される光の進行方向と反対側となるように設定できる。
 そして、反射光54aが発光点35aに照射されて発光点35aから放射される放射光91Aは、リフレクタ160で反射されてほぼ平行光の白色光となり、投光装置701の外部に出射される。
 一方、光学素子526の傾斜角を変更して、発光点35bに反射光54bが照射された場合、この場合においても、発光点35bから放射される放射光91Bは、リフレクタ160で反射されてほぼ平行光の白色光となり、投光装置701の外部に出射される。このとき、投光装置701から出射する放射光91Aおよび放射光91Bは、異なる出射角で出射されることになる。このように、光学素子ユニット525(図12)に電力を印加して光学素子ユニット525の位置を変化させることで、投光装置701から出射する光の出射方向を変化させることができる投光装置701を実現することができる。
 本実施の形態における光源装置601は、例えば、車両前照灯用の投光装置に用いることができる。この場合、投光装置701として、ADB(Adaptive Driving Beam:配光可変ヘッドランプ)などを実現することできる。
 なお、本実施の形態において、光学素子ユニット525をMEMSとしたがこの限りではない。例えば、静電力もしくは磁力を用いて光学素子526を移動させる光学素子ユニットを任意に選択することができる。また、例えば、光学素子ユニット525を2次元のMEMSミラーアレイであるDMD(Digital Micromirror Device)とすることで、蛍光体31上の発光点を任意の2次元パターンとすることができる。
 (実施の形態4)
 次に、本開示の実施の形態4について、図14および図15を参照しながら説明する。図14は、本開示の実施の形態4に係る光源装置801の構成を示す概略断面図である。図15は、本開示の実施の形態4に係る光源装置801の製造方法を示す概略断面図である。
 なお、本実施例では、実施の形態2の変形例の光源装置501とは異なる部分を中心に説明する。
 図14に示すように、本変形例における光源装置801では、実施の形態2の光源装置501におけるレンズ25が、光源装置401と同様に、レンズホルダ26に固定されている。
 半導体発光装置10は、ホルダ40の一部に設けられた凹部の底面である第1面41に配置される。つまり、半導体発光装置10を配置する第1面41の周辺は、第1面41よりも高い部分で構成される。具体的には、第1面41よりも高い部分として、側面40hが設けられている。
 レンズホルダ26は、第1面41の周辺に設けられた側面40hの一部に固定される。このとき、レンズホルダ26の一部または全部がホルダ40の凹部内に配置される。
 この構成により、半導体発光装置10およびレンズホルダ26を配置する領域を限定することができるため、半導体発光装置10およびレンズホルダ26を、第1面41を有する凹部内の所定の位置に容易に配置させることができる。
 このとき、レンズホルダ26は、光導波路11aから光学素子20までの光軸55の光軸方向(図14中の上下方向)であるレンズホルダ調整方向671zに沿って調整されて、側面40hに固定される。
 なお、レンズホルダ26は、ホルダ40の凹部における蛍光体31が配置されている側の側面、その反対の側面、もしくは、その側面と直角をなす側面のいずれの面で固定されていてもよい。また、レンズホルダ26は、光学素子保持部材22と同様にネジで固定することが好ましい。具体的には、ホルダ40の一部に貫通孔を設け、図14のx方向にネジを挿入し、レンズホルダ26を側面40hに押し付けることで、レンズホルダ26を容易にホルダ40に固定することができる。
 また、本実施の形態においては、実施の形態1の図1と同様に、光学素子ユニット20を斜面方向71x、71y’に移動させて位置を調整してネジ49によって固定している。これにより、光導波路11aで発生した出射光51を、蛍光体31の所定の位置に対してx方向、y方向、そして反射光54の光軸方向に調整させることができる。したがって、発光点35の位置を精度良く所定の位置に配置することができるとともに、発光点35における反射光54の光密度を制御することができる。そして、出射光51を調整するためのすべての光学素子を、ネジを用いて強固に固定することができる。
 さらに、本実施の形態においては、第2面42の蛍光体31を配置する位置の近傍に突起部40gを設けている。突起部40gには、反射光54が蛍光体31の表面で反射された光のうち、指向性を維持したまま伝搬する反射光56が照射される。このように、突起部40gを設けることで、蛍光体31表面で指向性を維持したまま反射され伝搬する反射光54の一部である反射光56を、ホルダ40の一部を用いて容易にカットすることができる。
 また、本実施の形態においては、ホルダ40の第1面41および第2面42側に、透光カバーホルダ658と透明カバー36とを備える透光カバーユニット659が配置されている。ここで、例えばアルミ合金である透光カバーホルダ658には、例えば表面に反射防止膜が形成されたガラスである透光カバー36が、例えば熱硬化樹脂である接着部材636aによって固定されている。透光カバーユニット659とホルダ40とにより、光導波路11aから出射された出射光51が蛍光体31に到達するまでの光路を密閉することができる。透光カバーユニット659は、位置調整のため可動部品とは別に密閉用の部材として用いられている。したがって、透光カバーユニット659を用いることで、光導波路11aから出射された出射光51が蛍光体31に到達するまでの光路を容易に密閉させることができる。なお、透光カバーユニット659は、例えば、図15に示すように、ネジ649aによって強固にホルダ40に固定される。
 さらに、本実施の形態においては、ホルダ40の第4面44側に、例えばアルミ合金やプラスチックなどのカバー部材669が配置されている。カバー部材669は、配線38をカバーしている。
 具体的には、コネクタ37としては防水性のコネクタが用いられており、コネクタ37とホルダ40とカバー部材669とで配線38を密閉する。この構成により、外部から侵入する金属片や塩水などが配線38に付着して配線ショートなどが発生することを防止することができる。
 (その他の変形例)
 以上、本開示に係る光源装置および投光装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
 本開示によれば、半導体発光素子および蛍光体で発生するジュール熱を容易に放熱させて耐久性を改善できるので、本開示は、半導体発光素子と蛍光体とを有する光源装置およびこれを用いた投光装置等、種々の光デバイスとして広く利用することができる。
 1、301、401、501、601、801 光源装置
 101、201、701 投光装置
 10 半導体発光装置
 11 半導体発光素子
 11a 光導波路
 11b 端面
 12 パッケージ
 13 ベース
 14 ポスト
 15 リードピン
 16 キャップ
 17 窓ガラス
 20、525 光学素子ユニット
 21、526 光学素子
 21a、526a 反射面
 21b 主点
 22 光学素子保持部材
 22a 開口部
 25 レンズ
 26 レンズホルダ
 30 蛍光体光学素子
 31 蛍光体
 32 蛍光体保持部材
 35、35a、35b 発光点
 36 透光カバー
 37 コネクタ
 38 配線
 39 電源ケーブル
 40 ホルダ
 40a ネジ穴
 40b 開口部
 40c、40d、40f 突起部
 40e 壁部
 41 第1面
 42 第2面
 43 第3面
 44 第4面
 49、649a ネジ
 51 出射光
 54、54a、54b、56 反射光
 55 光軸
 60 放熱器
 61 ベースプレート
 61a 取り付け部
 62 放熱フィン
 71 光学素子ユニット調整方向
 79 レーザ反射光学系
 81 第1の放熱経路
 82 第2の放熱経路
 91、91A、91B 放射光
 92 散乱光
 93 蛍光
 95 放射範囲
 160 リフレクタ
 161 投射レンズ
 165 ダンパー
 527 駆動基板
 538 配線

Claims (19)

  1.  第1面と前記第1面の上方に位置する第2面とを有し、且つ、一体物から構成されるホルダと、
     前記第1面の上に配置された半導体発光装置と、
     前記半導体発光装置の上方に配置され、反射面が前記第1面に対して傾斜し、且つ、前記半導体発光装置からの出射光を反射する反射光学素子と、
     前記第2面の上に配置され、且つ、前記反射光学素子からの反射光が照射される蛍光体光学素子とを備える
     光源装置。
  2.  前記ホルダの前記第1面とは反対側の面は、前記半導体発光装置で発生する熱を放熱する第1放熱面であり、
     前記ホルダの前記第2面とは反対側の面は、前記蛍光体光学素子で発生する熱を放熱する第2放熱面である
     請求項1に記載の光源装置。
  3.  前記第1放熱面と前記第2放熱面とは同一の平面である
     請求項2に記載の光源装置。
  4.  前記ホルダは、一体の放熱体である
     請求項1~3のいずれか1項に記載の光源装置。
  5.  前記ホルダは、金属で構成される
     請求項4に記載の光源装置。
  6.  前記半導体発光装置は、
     前記ホルダの前記第1面と熱的に接続されるベースと、
     前記ベースと熱的に接続され、且つ、前記出射光を放射する半導体発光素子と、
     前記出射光を透過する透光部材を有し、且つ、前記ベース上に配置されたキャップとを備え、
     前記半導体発光装置の内部は、密閉空間である
     請求項1~5のいずれか1項に記載の光源装置。
  7.  前記透光部材は、板ガラスである
     請求項6に記載の光源装置。
  8.  前記透光部材は、レンズである
     請求項6に記載の光源装置。
  9.  前記反射光学素子は、
     前記ホルダの第3面上に配置された不透明な保持部材と、
     前記保持部材の前記半導体発光装置と対向する面に固定され、且つ、前記反射面を有する反射素子とを備える
     請求項1~8のいずれか1項に記載の光源装置。
  10.  前記反射面は、前記反射光を集光する形状を有する
     請求項6に記載の光源装置。
  11.  前記ホルダは、前記保持部材の一部を挟む挟み部を有し、
     前記保持部材は、前記第3面に対して平行な方向に可動する
     請求項9または10に記載の光源装置。
  12.  前記光源装置は、さらに、
     前記蛍光体光学素子の上方に配置された透光カバーを備え、
     前記半導体発光装置と前記蛍光体光学素子とは、前記ホルダと前記保持部材と前記透光カバーとで囲まれる閉塞空間内に配置されている
     請求項9~11のいずれか1項に記載の光源装置。
  13.  前記透光カバーの前記蛍光体光学素子側の面は、前記蛍光体光学素子の蛍光面に対して傾斜している
     請求項12に記載の光源装置。
  14.  前記光源装置は、さらに、
     前記反射光学素子と前記半導体発光装置との間にレンズを備える
     請求項1~13のいずれか1項に記載の光源装置。
  15.  前記ホルダは、凹部を有し、
     前記第1面は、前記凹部の底面である
     請求項1に記載の光源装置。
  16.  請求項1~15のいずれか1項に記載の光源装置を備える
     投光装置。
  17.  前記光源装置から出射する光を反射するリフレクタを備える
     請求項16に記載の投光装置。
  18.  前記光源装置から出射する光のうち前記リフレクタに入射しない光を吸収または拡散するダンパーを備える
     請求項17に記載の投光装置。
  19.  前記リフレクタで反射された光は、前記半導体発光装置から前記反射光学素子への前記出射光の光路の延長線を横切る
     請求項17に記載の投光装置。
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