JP2012230914A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供する。
【解決手段】複数のレーザ光Ｌ０を発生するレーザダイオード群１０と、レーザダイオード群１０から発生した各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が照射されることによりインコヒーレント光Ｌ３を発生する直方体状発光体４０と、光入射部２０１から入射した各レーザ光Ｌ０を、光出射部２０２に導光し、導光した各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１を、光出射部２０２から出射する第１導光部２０と、光出射部２０２から出射した出射光Ｌ１を照射光Ｌ２として直方体状発光体４０の光照射領域に分散して照射する鞍形凹レンズ３０とを備える。
【選択図】図１A light-emitting device and the like that can achieve high brightness and a long lifetime are provided.
A laser diode group 10 that generates a plurality of laser beams L0, and a rectangular parallelepiped light emission that generates incoherent light L3 by irradiation with irradiation light L2 derived from each laser beam L0 generated from the laser diode group 10. The laser beam L0 incident from the body 40 and the light incident unit 201 is guided to the light emitting unit 202, and the emitted light L1 derived from each guided laser beam L0 is emitted from the light emitting unit 202. The light unit 20 includes a bowl-shaped concave lens 30 that irradiates and radiates the emitted light L1 emitted from the light emitting unit 202 to the light irradiation region of the rectangular parallelepiped light emitter 40 as irradiation light L2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device that functions as a high brightness light source.
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用いた発光装置の研究が盛んになってきている。 In recent years, research on light-emitting devices using semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) as excitation light sources has become active.
このような発光装置に関する技術の一例として特許文献１及び２に開示された灯具がある。特許文献１及び２に記載された灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用い、この励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射して発生する蛍光を照明光として利用している。
As an example of a technique related to such a light emitting device, there are lamps disclosed in
一般的に、照明光として用いられる白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色などで実現できる。この等色または補色の原理に基づき、例えば、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色との混色で白色光を実現できる。 In general, white light used as illumination light can be realized by mixing three colors satisfying the principle of equal colors, or mixing two colors satisfying a complementary color relationship. Based on the principle of the same color or complementary color, for example, white light can be realized by mixing the color of the laser light oscillated from the semiconductor laser and the color of the light emitted from the phosphor.
また、半導体レーザを励起光源として用いることにより、ハイパワーな励起光を発振する励起光源を実現できる。 Further, by using a semiconductor laser as an excitation light source, an excitation light source that oscillates high-power excitation light can be realized.
さらに、半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。 Furthermore, since the laser light oscillated from the semiconductor laser is coherent light, the directivity is strong, and the laser light can be condensed and used as excitation light without waste.
一方、インコヒーレントな白色ＬＥＤを用いて車両用ヘッドランプを実現する技術の例としては、非特許文献１に開示された車両用ヘッドランプがあるが、単一の白色ＬＥＤでは、輝度・光束が小さいという問題点がある。
On the other hand, as an example of a technique for realizing a vehicle headlamp using an incoherent white LED, there is a vehicle headlamp disclosed in Non-Patent
しかしながら、前記従来の特許文献１及び２に開示された灯具では、蛍光体の同一点に複数の励起光を導光し、蛍光体を含む微小な発光部に照射される励起光のパワーが高くなっている。しかしながら、レーザ光のような高出力、高いパワー密度で発光部を励起すると、発光部が激しく劣化するという問題点を発明者は見出した。
However, in the lamps disclosed in the
このようなハイパワーの励起光には、指向性の強いコヒーレントなレーザ光のみならず、高出力、高パワー密度であれば、インコヒーレントな励起光も含まれる。 Such high-power pump light includes not only coherent laser light with strong directivity but also incoherent pump light at high output and high power density.
本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
本発明の発光装置は、上記の課題を解決するために、
複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第１光学系と、
前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２光学系とを備えており、
前記第１光学系は、複数の光ファイバーからなり、
前記各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端に導光され、
前記第１光学系の前記各励起光が導光される部分は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成され、
前記複数の光ファイバの配列パターンは、上記所定の光照射領域が形成されるように配列されており、
前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含み、
前記第２光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the light emitting device of the present invention
A group of laser light sources for generating a plurality of laser beams;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group;
A first optical system for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system that irradiates and distributes each laser beam guided by the first optical system to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit,
The first optical system includes a plurality of optical fibers,
Each excitation light enters from one end of the corresponding optical fiber and is guided to the other end of the optical fiber,
The portion of the first optical system where the excitation light is guided is configured by a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged,
The arrangement pattern of the plurality of optical fibers is arranged so that the predetermined light irradiation region is formed,
The second optical system includes a concave lens having a concave surface on at least the light irradiation region side,
The other end on the second optical system side is characterized in that a light dispersion portion for irradiating each of the guided laser beams by dispersing them in the light irradiation region is formed.
本発明の発光装置は、以上のように、
複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第１光学系と、
前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２光学系とを備えており、
前記第１光学系は、複数の光ファイバーからなり、
前記各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端に導光され、
前記第１光学系の前記各励起光が導光される部分は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成され、
前記複数の光ファイバの配列パターンは、上記所定の光照射領域が形成されるように配列されており、
前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含み、
前記第２光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている構成である。
The light emitting device of the present invention is as described above.
A group of laser light sources for generating a plurality of laser beams;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group;
A first optical system for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system that irradiates and distributes each laser beam guided by the first optical system to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit,
The first optical system includes a plurality of optical fibers,
Each excitation light enters from one end of the corresponding optical fiber and is guided to the other end of the optical fiber,
The portion of the first optical system where the excitation light is guided is configured by a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged,
The arrangement pattern of the plurality of optical fibers is arranged so that the predetermined light irradiation region is formed,
The second optical system includes a concave lens having a concave surface on at least the light irradiation region side,
At the other end on the second optical system side, there is formed a light dispersion portion that irradiates and distributes each of the guided laser beams to the light irradiation region.
それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long lifetime.
本発明の一実施形態について図１〜図１６（ｃ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。以下の特定の項目で説明すること以外の構成は、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明する構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Configurations other than those described in the following specific items may be omitted as necessary, but are the same as the configurations described in other items. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in each item are given the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted as appropriate.
なお、以下で説明する発光装置（照明装置，車両用前照灯）１１０、発光装置（照明装置，車両用前照灯）１２０Ａ、発光装置（照明装置，車両用前照灯）１２０Ｂ及び照明装置（発光装置，車両用前照灯）１４０などの各形態は、いずれも車両等用のヘッドランプの使用に適する照明装置又は車両用前照灯の発光装置部として説明するが、本発明を具現化した形態はこれらの形態に限られず、照明装置又は車両用前照灯以外の灯具及び照明器具などにも適用することができる。 Note that a light emitting device (lighting device, vehicle headlamp) 110, a light emitting device (lighting device, vehicle headlight) 120A, a light emitting device (lighting device, vehicle headlight) 120B, and a lighting device described below. Each form such as (light emitting device, vehicle headlamp) 140 will be described as a lighting device suitable for use in a headlamp for a vehicle or the like, or a light emitting device portion of a vehicle headlamp. Forms made into are not limited to these forms, and can be applied to lighting devices and lighting fixtures other than lighting devices or vehicle headlamps.
〔１．発光装置の概要構成について〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態である発光装置１１０の概要構成について説明する。
[1. (Outline configuration of light emitting device)
First, a schematic configuration of a
図１は、本発明の一実施形態である発光装置１１０の概要構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図１に示すように、発光装置１１０は、インコヒーレント光（光）Ｌ３を発生するものであり、レーザダイオード群（レーザ光源群）１０、第１導光部（第１光学系）２０、鞍形凹レンズ（第２光学系，凹レンズ，凸レンズ）３０及び直方体状発光体（発光部）４０を備える。
As shown in FIG. 1, the light-emitting
レーザダイオード群１０は、複数のレーザ光源が集まったレーザ光源群の一例であり、本実施形態では、合計５つの単一の光出射端を持つＬＤチップ（レーザ光源）１１を備える。それぞれのＬＤチップ１１からは、レーザ光Ｌ０が発生する。
The
なお、図１に示すＬＤチップ１１は、径５．６ｍｍのパッケージに封入されている様子を示している。
1 shows a state in which the
また、ＬＤチップ１１は、１チップ１ストライプの半導体レーザであり、発振波長は、４０５ｎｍである。ＬＤチップ１１の光出力は、１．０Ｗ、動作電圧は、５Ｖ、電流は０．６Ａである。
The
なお、ＬＤチップ１１の発振波長は、青紫色領域又は青色領域（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の発振波長を有するものであれば良い。
The oscillation wavelength of the
また、現在の技術では波長３８０ｎｍ以下の良質な短波長レーザを作るのは困難であるが、将来的には３８０ｎｍ以下で発振するように設計されたＬＤチップ１１も光源として採用しても良い。
Moreover, although it is difficult to produce a high-quality short-wavelength laser with a wavelength of 380 nm or less with the current technology, an
これにより、単純計算で合計５つのＬＤチップ１１の合計の光束が、光源全体の光束となるので、単一のＬＤチップ１１のみを用いる場合と比較して光源全体の光束を約５倍程度大きくすることができる。但し、ＬＤチップ１１の性能は均等であるものとする。
As a result, the total luminous flux of a total of five
なお、本実施形態では、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１１の数は５つとしているが、ＬＤチップ１１の数はこれに限られず、２〜４つ又は６つ以上のいずれであっても良い。
In the present embodiment, the number of
なお、レーザ光源群の例としては、レーザダイオード群１０のように単一の光出射端を有する、複数のＬＤチップ１１（１チップ１ストライプ）が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、後述するＬＤチップ１０１（１チップ複数ストライプ）のように、複数のレーザ光源［発光点（レーザ光源）１０２］を一体化して単一（１チップ）の半導体レーザとし、このＬＤチップ１０１から複数のレーザ光Ｌ０が発生する構成としても良い。
As an example of the laser light source group, a plurality of LD chips 11 (one chip and one stripe) having a single light emitting end are spatially separated as in the
次に、第１導光部２０は、光入射部（第１光学系の一端）２０１から入射したそれぞれのレーザ光Ｌ０を、光出射部（第１光学系の他端）２０２に導光し、導光した各レーザ光Ｌ０由来の出射光（レーザ光）Ｌ１を光出射部２０２から出射する。
Next, the first
これにより、第１導光部２０の光入射部２０１から光出射部２０２までの距離を調整することで、レーザダイオード群１０と、直方体状発光体４０とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザダイオード群１０で発生する熱の影響により、直方体状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。
Thereby, by adjusting the distance from the
また、ＬＤチップ１１から発振されるレーザ光Ｌ０は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、発光装置１１０は、レーザ光Ｌ０をレーザ光として無駄なく集光し、利用することができる。
Further, since the laser light L0 oscillated from the
そのため、非常に小さな直方体状発光体４０を形成することができ、その結果、小型で超高輝度の発光装置１１０を実現できる。
Therefore, a very small rectangular
よって、このようなＬＤチップ１１をレーザ光源として用いた発光装置１１０を車両用ヘッドランプに適用することにより、車両用等のヘッドランプを小型化できるなど、種々のメリットが生まれる。
Therefore, by applying the
なお、図１に示す第１導光部２０は、レーザ光Ｌ０をどの様に光入射部２０１から光出射部２０２に導光するかについては、具体的に記載していない。
Note that the
しかしながら、第１導光部２０の具体例としては、大きく分けて、３つの形態が例示できる。
However, specific examples of the
第１の形態は、光入射部２０１の断面積よりも光出射部２０２の断面積が小さくなるように第１導光部２０を公知の集光素子（第１光学系）などで構成する場合である。
In the first embodiment, the first
例えば、以下で説明する角錐台状集光部（第１光学系，集光部材）２１Ａや、フレネルレンズ（第１光学系）、透過型回折格子（第１光学系）などが例示できる。 For example, a truncated pyramid shaped condensing unit (first optical system, condensing member) 21A, a Fresnel lens (first optical system), a transmission diffraction grating (first optical system), and the like described below can be exemplified.
第２の形態は、光入射部２０１の断面積と光出射部２０２の断面積とがほぼ同一で、各レーザ光Ｌ０を導光する複数の導光部材の束で第１導光部２０を構成する場合である。
In the second embodiment, the cross-sectional area of the
例えば、以下で説明する光ファイバー束（第１光学系，複数の光ファイバー）２２や、導波管の束（第１光学系）などが例示できる。 For example, an optical fiber bundle (first optical system, a plurality of optical fibers) 22 described below and a bundle of waveguides (first optical system) can be exemplified.
第３の形態は、第１導光部２０を上述した複数の導光部材と集光素子などとの組合せで構成する場合である。
A 3rd form is a case where the 1st
例えば、光ファイバー束２２及び集光素子（集光部材）の組合せ（第１光学系）が例示できる。
For example, a combination (first optical system) of the
第１導光部２０のより具体的な形態については後ほど説明する。
A more specific form of the
なお、後ほど説明する具体的な形態の他、第１導光部２０（集光素子）を公知のフレネルレンズ（第１光学系）などで構成してレーザ光Ｌ０を光入射部２０１から光出射部２０２に集光（導光）しても良いし、第１導光部２０を公知の透過型回折格子（第１光学系）などで構成してレーザ光Ｌ０を光入射部２０１から光出射部２０２に集光しても良い。
In addition to the specific form described later, the first light guide unit 20 (light condensing element) is configured by a known Fresnel lens (first optical system) and the like, and the laser light L0 is emitted from the
フレネルレンズの凹凸パターン及び透過型回折格子の格子パターンは、レーザ光Ｌ０を光入射部２０１から光出射部２０２に集光できるような適切なパターンとすれば良い。
The concave-convex pattern of the Fresnel lens and the grating pattern of the transmission diffraction grating may be appropriate patterns that can focus the laser light L0 from the
光入射部２０１をフレネルレンズ又は透過型回折格子とした場合、例えば、以下で説明する１チップに複数の発光点１０２を有するＬＤチップ（レーザ光源群）１０１と組合せることで、これらの光学系のサイズを小さくできると共に、その量産性を高め、製造コストを低減させることができる。
When the
すなわち、第１導光部２０をはじめとする「第１光学系」としては、例えば、一端から入射した各レーザ光Ｌ０を他端に導光する単体の光学部品で構成しても良く、また、一端から入射した各レーザ光Ｌ０を他端に導光し、導光された各レーザ光Ｌ０をその他端から出射光Ｌ１として出射する第１光学部品と、一端から入射した第１光学部品の他端から出射した出射光Ｌ１を他端に導光する第２光学部品との組合せのように、複数の光学部品で構成しても良い。また、「第１光学系」は、後述する光ファイバー束２２の例のように複数の光学部品を束ねて構成しても良い。
That is, the “first optical system” including the first
また、本実施形態では、「第２光学系」の例として単体の光学部品である鞍形凹レンズ３０を用いた場合について説明するが、「第２光学系」は、第１導光部２０によって導光された各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１を、照射光Ｌ２として直方体状発光体４０の光照射領域に分散して照射できるものであれば良く、この他、例えば、第１導光部２０によって導光された出射光Ｌ１を２つのレンズを用いて光照射領域に分散して照射する場合のように複数の光学部品で構成しても良い。
In this embodiment, the case where the saddle-shaped
また、上述した例のように「第１光学系」及び「第２光学系」は、独立した２以上の光学部品で構成しても良いし、後述する角錐台状光学部材（導光部材，第１光学系，第２光学系，集光部材）２１Ｂのように一体化された１つの光学部品で構成しても良い。 Further, as in the above-described example, the “first optical system” and the “second optical system” may be configured by two or more independent optical components, or a truncated pyramid-shaped optical member (light guide member, (1st optical system, 2nd optical system, condensing member) You may comprise by one optical component integrated like 21B.
ところで、例えば、ＬＤチップ１１を水平に設置した時（図２（ａ）及び図４（ａ）参照）、通常、ＬＤから放射されるレーザ光Ｌ０は、縦（鉛直方向）に長く、横（水平方向）に短い楕円錐状となる光出射傾向を示す。
By the way, for example, when the
すなわち、ＬＤから放射されるレーザ光Ｌ０は、縦横比（アスペクト比）が非常に大きい（例えば、水平方向で５度、垂直方向で３０度）。 That is, the laser light L0 emitted from the LD has a very large aspect ratio (for example, 5 degrees in the horizontal direction and 30 degrees in the vertical direction).
このため、通常、光出射部２０２から出射される各出射光Ｌ１は、このＬＤチップ１１から放射されるレーザ光Ｌ０のアスペクト比が非常に大きいという特性の影響を受けたものとなる。
For this reason, normally, each emitted light L1 emitted from the
そうすると、ＬＤチップ１１の設置方向や「発光部」の形状などにも依存するが、光出射部２０２から出射されるレーザ光Ｌ０の拡がりが、「発光部」の光照射領域のサイズより小さくなる場合が生じ得る。
Then, although depending on the installation direction of the
また、発光装置１１０を車両用ヘッドランプ（ハイビーム）として用いることを想定した場合、非特許文献１にも記載されているが、発光装置１１０の配光パターンは、鉛直方向に狭く、左右に広く、発光部の形状は、水平方向に対して横長であることが望ましいので、直方体状発光体４０は、略直方体形状となっている。
Further, when it is assumed that the
このため、直方体状発光体４０の光照射領域の形状は、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状となっている。
For this reason, the shape of the light irradiation region of the rectangular
よって、光出射部２０２の出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも小さくなると共に、出射光Ｌ１の鉛直方向の拡がりが光照射領域の鉛直方向の幅よりも大きくなる場合が生じ得る。
Therefore, the horizontal spread of the emitted light L1 of the
このような場合、光照射領域に照射されないレーザ光Ｌ０の一部や、光照射領域にレーザ光Ｌ０が照射されない部分が生じ得るため、「発光部」の発光効率が低下してしまうという副次的な課題がある。 In such a case, a part of the laser light L0 that is not irradiated on the light irradiation region and a portion where the laser light L0 is not irradiated on the light irradiation region may occur, so that the light emission efficiency of the “light emitting portion” is reduced. There are specific issues.
そこで、本実施形態の発光装置１１０は、このような副次的な課題を解決するために、鞍形凹レンズ３０は、鉛直方向に軸を持つ凹面と水平方向に軸を持つ凸面とが一体化された鞍状の凹面が形成されており、この鞍状の凹面は、鞍部点を有する曲面で構成されている。
Therefore, in order to solve such a secondary problem, the
なお、鞍形凹レンズ３０の材質は、合成石英またはＢＫ（ボロシリケート・クラウン）７などが好適に用いられる。合成石英で製作したレンズはＢＫ７製と比較して紫外域の透過率が高く、熱膨張係数が低いため熱的特性に優れている。ＬＤチップ１１の近傍は素子が発熱することにより高温になる可能性があり、その点では合成石英製のレンズの方がより好ましい。
The material of the saddle-shaped
一方、発熱の影響が無視できる場合は、光学用シリコーンやアクリルなどの透明樹脂を用いることもできる。樹脂を用いた場合、鞍形凹レンズ形状を金型を用いて容易に成型・製造することができる。これは、ＬＤチップ１１と鞍形凹レンズの間には第１導光部２０が存在するため、発熱の影響をほとんど無視できる場合があり得るからである。
On the other hand, when the influence of heat generation can be ignored, a transparent resin such as optical silicone or acrylic can be used. When the resin is used, the bowl-shaped concave lens shape can be easily molded and manufactured using a mold. This is because the
鞍形凹レンズ３０は、凹部の凹面形状が鉛直方向の軸を有する曲面で構成されているので、出射光Ｌ１の直方体状発光体４０に対する水平方向の拡がりを大きくする機能を有する。
The bowl-shaped
よって、「第２光学系」が鞍形凹レンズ３０で構成されていれば、出射光Ｌ１の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域のサイズより小さくなる場合でも、鞍形凹レンズ３０を用いて、出射光Ｌ１の水平方向の拡がりを、直方体状発光体４０の光照射領域のサイズ程度の大きさに拡げることが可能となる。
Therefore, if the “second optical system” is configured by the bowl-shaped
また、鞍形凹レンズ３０は、鉛直方向に軸を持つ凹面と水平方向に軸を持つ凸面とが一体化された鞍状の凹面が形成されており、この鞍状の凹面は、鞍部点を有する曲面で構成されている。
In addition, the bowl-shaped
これにより、鞍部点の光照射領域側には、凹面による焦点が存在し、鞍部点の光出射部２０２側には、凸面による焦点が存在し得る。
Thereby, the focal point by the concave surface may exist on the light irradiation region side of the buttocks point, and the focal point by the convex surface may exist on the
よって、鞍形凹レンズ３０の鞍状の凹面からの出射光の拡がりは、凹面に対して助長され、凸面に対して抑制される。
Therefore, the spread of the emitted light from the bowl-shaped concave surface of the bowl-shaped
これにより、直方体状発光体４０の光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、鞍状の凹面を有する単体の鞍形凹レンズ３０で、その形状に合せて光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が分散して照射されるようにすることができる。
Thereby, even if the shape of the light irradiation region of the rectangular parallelepiped light-emitting
よって、直方体状発光体４０の光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、第２光学系を鞍形凹レンズ３０で構成することができるので、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ［以下で説明する凹シリンドリカルレンズ（第２光学系，凹レンズ）３２］及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ［以下で説明する凸シリンドリカルレンズ（第２光学系，凸レンズ）３１］の組合せのように別々のレンズで構成した場合と比較して、発光装置１１０全体の光学系の部品点数を少なくできると共に、発光装置１１０全体のサイズを小さく抑えることができる。
Therefore, even if the shape of the light irradiation region of the
なお、「鞍部点」とは、凹レンズの凹面の極小点、凸レンズの凸面の極大点とが一致する点のことである。例えば、「双曲放物面」は、鞍部点を有する曲面の代表例である。「鞍部点」及び「双曲放物面」については後述する。 Note that the “protrusion point” is a point where the concave minimum point of the concave lens and the convex maximum point of the convex lens coincide. For example, a “hyperbolic paraboloid” is a representative example of a curved surface having a hip point. The “buttock point” and “hyperbolic paraboloid” will be described later.
なお、本実施形態では、「第２光学系」の例として鞍形凹レンズ３０を採用したが、これに限られず、「光照射領域」の形状に合せて、鉛直方向に軸を持つ単体の凹レンズを採用しても良いし、独立した２つの、鉛直方向に軸を持つ凹レンズと、水平方向に軸を持つ凸レンズとの組合せを採用しても良い。
In this embodiment, the saddle-shaped
すなわち、発光装置１１０は、前記構成に加えて、鞍形凹レンズ３０の他、後述する鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹シリンドリカルレンズ（凹レンズ）３２で構成しても良い。
That is, the
これにより、「第２光学系」を、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹シリンドリカルレンズ３２で構成すれば、出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも小さくなる場合であっても、光照射領域の水平方向の幅に合せて、出射光Ｌ１を水平方向に分散させて、照射光Ｌ２として光照射領域に照射させることができる。
Accordingly, if the “second optical system” is configured by the concave
よって、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向に長い形状に合せて光照射領域に各出射光Ｌ１が分散して照射されるようにすることができる。
Therefore, each outgoing light L1 can be distributed and irradiated to the light irradiation region in accordance with the shape of the light irradiation region of the rectangular
なお、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹シリンドリカルレンズ３２の例としては、鉛直方向に軸を持つ両凹レンズ（第２光学系）、平凹レンズ（第２光学系）、凹メニスカスレンズ（第２光学系）等が例示できる。
As examples of the concave
また、「第２光学系」は、後述する水平方向に軸を持つ凸面を有する凸シリンドリカルレンズ３１と凹シリンドリカルレンズ３２との組合せであっても良い。
The “second optical system” may be a combination of a convex
直方体状発光体４０の光照射領域の形状は、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状である。
The shape of the light irradiation region of the rectangular
よって、光出射部２０２の出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも小さくなると共に、出射光Ｌ１の鉛直方向の拡がりが光照射領域の鉛直方向の幅よりも大きくなる場合が生じ得る。
Therefore, the horizontal spread of the emitted light L1 of the
そこで、「第２光学系」を、凸シリンドリカルレンズ３１と凹シリンドリカルレンズ３２との組合せで構成することにより、光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、その形状に合せて光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各照射光Ｌ２が分散して照射されるようにすることができる。
Therefore, by configuring the “second optical system” by a combination of the convex
なお、凸シリンドリカルレンズ３１及び凹シリンドリカルレンズ３２の光軸は揃えることが好ましい。
The optical axes of the convex
以上より、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向に長く、鉛直方向に短い形状に合せて光照射領域に各出射光Ｌ１が分散して、照射光Ｌ２として照射されるようにすることができる。
As described above, the emitted light L1 is dispersed in the light irradiation region in accordance with the shape that is long in the horizontal direction and short in the vertical direction of the light emitting region of the rectangular
なお、各出射光Ｌ１を直方体状発光体４０の光照射領域の形状に合せて分散させるのは、光照射領域の特定の１点に集中させることなく、水平方向に長く、鉛直方向に短い直方体状発光体４０の全体に亘って照射光Ｌ２を照射するためである。
In addition, each outgoing light L1 is dispersed in accordance with the shape of the light irradiation region of the rectangular
言い換えれば、出射光Ｌ１を分散させるのは、直方体状発光体４０の一部をピンポイントで励起しないように照射光Ｌ２を、直方体状発光体４０が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射するためである。なお、直方体状発光体４０が劣化しない程度の強度であれば、照射光Ｌ２が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。
In other words, the emitted light L1 is dispersed by irradiating the irradiation light L2 so as not to excite a part of the rectangular
次に、直方体状発光体４０は、照射光Ｌ２が照射されると、インコヒーレント光Ｌ３を発生する。すなわち、直方体状発光体４０は、少なくとも照射光Ｌ２が照射されることによりインコヒーレント光Ｌ３を発生する蛍光体を含んでいる。
Next, the rectangular
直方体状発光体４０の大きさは、例えば、車両用ヘッドランプに用いる場合は、横×縦×高さ＝３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさである。
The size of the rectangular parallelepiped light-emitting
また、直方体状発光体４０は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。
Moreover, although the rectangular parallelepiped light-emitting
また、直方体状発光体４０は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。分散媒は固体が好ましいが、光透過性のある直方体状の容器に蛍光体を封じ込めるような場合には、分散媒を液体としても良い。
The rectangular
分散媒としては、透光性の樹脂材料が好ましく、シリコーン樹脂が例示できる。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、重量比で１０：１程度とする。なお、分散媒は、シリコーン樹脂に限定されず、無機ガラス材料をはじめとするガラス材料であってもよいし、有機・無機ハイブリッド材料であっても良い。 As the dispersion medium, a translucent resin material is preferable, and a silicone resin can be exemplified. The ratio between the silicone resin and the phosphor is about 10: 1 by weight. The dispersion medium is not limited to a silicone resin, and may be a glass material including an inorganic glass material, or an organic / inorganic hybrid material.
以上より、発光装置１１０は、直方体状発光体４０の光照射領域に、各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１が水平方向に分散して照射光Ｌ２として照射されるため、直方体状発光体４０に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
As described above, since the
よって、直方体状発光体４０からムラなくインコヒーレント光Ｌ３が発生するので、単一のＬＤチップ（レーザ光源）１１を用いる場合と比較して発光装置１１０の高光束・高輝度化を実現することができる。
Accordingly, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１を直方体状発光体４０の光照射領域上の一点に集中して照射させず、第１導光部２０及び鞍形凹レンズ３０を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光Ｌ０が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。
Further, the emitted light L1 derived from each laser light L0 is not concentrated on one point on the light irradiation region of the rectangular light-emitting
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置１１０を提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
なお、「蛍光体」とは、照射光Ｌ２を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレント光Ｌ３を発生する物質のことである。 Note that the “phosphor” is an incoherent light that is generated when an electron in a low energy state is excited to a high energy state by irradiating the irradiation light L2, and the electron transitions from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates L3.
また、蛍光体としては、サイアロン蛍光体（酸窒化物系蛍光体）若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体が好ましいが、セリウム（Ｃｅ）で賦活したイットリウム（Ｙ）−アルミニウム（Ａｌ）−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）蛍光体などを用いても良い。 The phosphor is preferably a sialon phosphor (oxynitride phosphor) or a III-V compound semiconductor nanoparticle phosphor, but yttrium (Y) -aluminum (Al)-activated with cerium (Ce). A garnet (YAG: Ce) phosphor or the like may be used.
サイアロンは、窒化ケイ素と同様に、結晶構造によりα型とβ型とがある。特に、α−サイアロンは，一般式Ｓｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ１６−ｎ（ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ ，ｎは整数）であらわされる２８原子からなる単位構造の中に２箇所の空隙があり，ここに各種金属を侵入型固溶させることが可能である．希土類元素を固溶させることで，蛍光体になる。カルシウム（Ｃａ）とユーロピウム（Ｅｕ）とを固溶させると，ＹＡＧ：Ｃｅよりも長波長の黄色から橙色の範囲で発光する特性の良い蛍光体が得られる。 Similar to silicon nitride, sialon has α-type and β-type depending on the crystal structure. In particular, alpha-sialon has the general formula Si 12- (m + n) Al (m + n) O n N 16-n (m + n <12,0 <m, n <11; m, n is an integer) from 28 atom represented by There are two voids in the unit structure, and it is possible to enter various types of metal into this. It becomes a phosphor by dissolving rare earth elements. When calcium (Ca) and europium (Eu) are dissolved, a phosphor having excellent characteristics of emitting light in the yellow to orange range with a longer wavelength than YAG: Ce can be obtained.
また、サイアロン蛍光体は、青紫領域若しくは青色領域（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の光で励起可能であり，白色ＬＥＤ用の蛍光体などに適している。 Further, the sialon phosphor can be excited by light in a blue-violet region or a blue region (380 nm or more and 490 nm or less), and is suitable for a phosphor for a white LED.
次に、サイアロン蛍光体の合成手順を示す。組成は、一般式ＣａｐＳｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ１６−ｎ：Ｅｕｑ（ｐ ，ｑは、それぞれＣａ，Ｅｕの固溶量、ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ，ｎは整数）で表される。あらかじめ実験によりＣａの固溶量ｐとＥｕの固溶量ｑの最適値を求め，ｍおよびｎは電荷の中性を保つ条件などから決定する。 Next, a procedure for synthesizing a sialon phosphor will be described. The composition of the general formula Ca p Si 12- (m + n ) Al (m + n) O n N 16-n: Eu q (p, q are each Ca, solid solution amount of Eu, m + n <12,0 < m, n <11; m and n are integers). The optimum values of the solid solution amount p of Ca and the solid solution amount q of Eu are obtained in advance by experiments, and m and n are determined based on conditions for maintaining the neutrality of the charge.
また、出発原料として窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）の各粉末を用い、秤量・混合した後に焼結温度１７００℃で窒素ガス加圧焼結を行う。その後、これを粉末に崩せば、サイアロン蛍光体を得ることができる。 Further, powders of silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), calcium carbonate (CaCO 3 ), and europium oxide (Eu 2 O 3 ) are used as starting materials, and after weighing and mixing, sintering temperature 1700 Perform nitrogen gas pressure sintering at ℃. Then, if this is broken into powder, a sialon phosphor can be obtained.
サイアロン蛍光体は、レーザ光Ｌ０に対する劣化耐性が強い蛍光体である。よって、理論的には、直方体状発光体４０をサイアロン蛍光体のみで構成すれば、劣化をより効果的に防止することができる。
The sialon phosphor is a phosphor having a strong deterioration resistance against the laser beam L0. Therefore, theoretically, if the rectangular parallelepiped light-emitting
また、蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。 Moreover, as another suitable example of fluorescent substance, the semiconductor nanoparticle fluorescent substance using the nanometer-sized particle | grains of a III-V group compound semiconductor can be illustrated.
半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する（ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した）。 One of the features of semiconductor nanoparticle phosphors is that even if the same compound semiconductor (for example, indium phosphorus: InP) is used, the emission color is changed by the quantum size effect by changing the particle diameter to nanometer size. It is a point that can be. For example, InP emits red light when the particle size is about 3 to 4 nm (here, the particle size was evaluated with a transmission electron microscope (TEM)).
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。 In addition, since this semiconductor nanoparticle phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime and can emit the excitation light power as fluorescence quickly, so that it is highly resistant to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude smaller than that of a normal phosphor material having a rare earth as the emission center.
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。 Furthermore, as described above, since the emission lifetime is short, the absorption of the laser beam and the emission of the phosphor can be quickly repeated. As a result, high efficiency can be maintained with respect to strong laser light, and heat generation from the phosphor can be reduced.
よって、直方体状発光体４０が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、本実施形態の発光装置１１０や、後述する発光装置１２０Ａ、発光装置１２０Ｂ及び照明装置１４０などの寿命が短くなるのをより抑制することができる。
Therefore, it can suppress more that the rectangular parallelepiped light-emitting
ところで、上述した直方体状発光体４０の劣化は、直方体状発光体４０に含まれる蛍光体の分散媒（例えば、シリコーン樹脂）の劣化が原因であると考えられる。すなわち、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって分散媒が劣化すると考えられる。
By the way, it is considered that the deterioration of the rectangular
従って、分散媒としては、熱耐性の高い分散媒が好ましい。熱耐性の高い分散媒としては、例えば、ガラスなどが例示できる。 Therefore, a dispersion medium having high heat resistance is preferable as the dispersion medium. Examples of the dispersion medium having high heat resistance include glass.
次に、白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす2つの色の混色で構成できることが知られているが、この等色または補色の原理に基づきＬＤチップ１１から発振されたレーザ光Ｌ０の色と蛍光体が発する光の色とを適切に選択することにより白色光を発生させることができる。
Next, it is known that white light can be composed of a mixed color of three colors that satisfy the principle of equal colors, or a mixed color of two colors that satisfy the relationship of complementary colors. White light can be generated by appropriately selecting the color of the laser light L0 oscillated from the
例えば、発光装置１１０のインコヒーレント光Ｌ３を白色とするには、１つの方法は、レーザ光として青紫色領域の発振波長（３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満）のレーザ光を用い、蛍光体として青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の組合せを採用すれば良い。
For example, in order to make the incoherent light L3 of the
また、もう１つの方法は、レーザ光として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のレーザ光、黄色蛍光体又は緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。 In another method, a laser beam having a blue region oscillation wavelength (440 nm or more and 490 nm or less), a yellow phosphor, or a combination of a green phosphor and a red phosphor may be used as the laser beam.
さらに、レーザ光源として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のＬＥＤ光、蛍光体として黄色蛍光体又は緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。 Further, LED light having an oscillation wavelength in the blue region (440 nm to 490 nm) may be used as the laser light source, and any combination of yellow phosphor or green phosphor + red phosphor may be employed as the phosphor.
なお、黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長を有する光を発する蛍光体である。 The yellow phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 560 nm to 590 nm. The green phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 510 nm or more and 560 nm or less. The red phosphor is a phosphor that emits light having a wavelength of 600 nm or more and 680 nm or less.
〔２．レーザ光源の概要構成について〕
次に、図２（ａ）及び（ｂ）に基づき、レーザ光源群を構成するレーザ光源の具体例について説明する。
[2. Outline of laser light source configuration)
Next, specific examples of the laser light sources constituting the laser light source group will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
図２（ａ）は、レーザ光源の一例であるＬＤチップ１１の回路図であり、図２（ｂ）は、ＬＤチップ１１の概観を示す模式図である。
FIG. 2A is a circuit diagram of the
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＬＤチップ１１は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
2A and 2B, the
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板としては、その他には、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
The
アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
The
カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
The
活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。
The
また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。
As the material for the
また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
The
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
Further, the
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、レーザ光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
However, unlike a mirror that completely reflects light, a part of the light amplified by stimulated emission is obtained by cleaving the front side cleaved
なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４よりレーザ光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることが出来る。
Note that a reflective film (not shown) for laser oscillation is formed on the back side cleaved
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
As for film formation with each semiconductor layer such as the
〔３．第２光学系の選定方法〕
次に、図４（ａ）〜（ｆ）及び図８に基づき、第１光学系からの出射光の照射範囲と第２光学系の選定方法との関係について説明する。
[3. Method for selecting second optical system]
Next, based on FIGS. 4A to 4F and FIG. 8, the relationship between the irradiation range of the emitted light from the first optical system and the selection method of the second optical system will be described.
まず、図４（ａ）に示すようにＬＤチップ１１（パッケージの先端部の大きな直方体の上にある小さな直方体）を水平に設置した時、ＬＤチップ１１から放射されるレーザ光Ｌ０は、縦（鉛直方向）に長く、横（水平方向）に短い楕円錐状となる光出射傾向を示す。
First, as shown in FIG. 4A, when the LD chip 11 (a small rectangular parallelepiped on the large rectangular parallelepiped at the tip of the package) is installed horizontally, the laser light L0 emitted from the
すなわち、ＬＤチップ１１から放射されるレーザ光Ｌ０は、縦横比（アスペクト比）が非常に大きい（例えば、水平方向で５度、垂直方向で３０度）。
That is, the laser light L0 emitted from the
一方、図４（ｂ）に示すように直方体状発光体４０は、鉛直方向に短く、水平方向に長い直方体形状である。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the rectangular
そうすると、直方体状発光体４０の発光効率を高くするためには、縦に長い楕円錐状に広がるレーザ光Ｌ０を、鉛直方向に短く水平方向に長い照射光Ｌ２に変換する光学部品（第２光学系）が必要となる。
Then, in order to increase the light emission efficiency of the rectangular
例えば、図８に示す例では、レーザ光源群Ｓから発生するレーザ光の照射面が鉛直方向に長く、水平方向に短い楕円状となる場合、第２光学系は、水平方向に軸を持つ凸面を有する凸シリンドリカルレンズ３１と、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹シリンドリカルレンズ３２とを組合せを採用すれば良い。
For example, in the example shown in FIG. 8, when the irradiation surface of the laser light generated from the laser light source group S is an ellipse that is long in the vertical direction and short in the horizontal direction, the second optical system is a convex surface having an axis in the horizontal direction. A combination of a convex
なお、図８は、第２光学系を凸レンズと凹レンズとで構成した場合の様子を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a state where the second optical system is composed of a convex lens and a concave lens.
水平方向に軸を持つ凸面を有する凸シリンドリカルレンズ３１は、レーザ光源群Ｓから発生するレーザ光の照射面を鉛直方向に縮小し、凹シリンドリカルレンズ３２は、レーザ光源群Ｓから発生するレーザ光の照射面を水平方向に拡大する。
The convex
なお、図８に示す例では、レーザ光源群Ｓ側のレンズを凸シリンドリカルレンズ３１とし、直方体状発光体４０側のレンズを凹シリンドリカルレンズ３２としているが、逆にレーザ光源群Ｓ側のレンズを凹シリンドリカルレンズ３２とし、直方体状発光体４０側のレンズを凸シリンドリカルレンズ３１としても良い。
In the example shown in FIG. 8, the lens on the laser light source group S side is the convex
また、図８に示す例では、凸シリンドリカルレンズ３１及び凹シリンドリカルレンズ３２のそれぞれの光軸は一致させている。
In the example shown in FIG. 8, the optical axes of the convex
次に、第１光学系として後述する角錐台状集光部（第１光学系）２１Ａを採用したときの光出射傾向につい説明する。 Next, the light emission tendency when a truncated pyramid shaped condensing part (first optical system) 21A described later is adopted as the first optical system will be described.
まず、図４（ｃ）に示す状態は、第２光学系が存在しない場合の角錐台状集光部２１Ａの出射光の光出射傾向のパターンとして、光出射面２１２Ａの水平方向の幅が比較的大きく出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域（不図示）の水平方向の幅より大きい場合を示している。このような場合としては、光照射領域の水平方向の幅よりも光出射面２１２Ａの水平方向の幅が大きい場合などが好例である。
First, in the state shown in FIG. 4C, the horizontal width of the
また、光出射面２１２Ａの水平方向の幅が光照射領域の水平方向の幅よりも小さい場合でも、角錐台状集光部２１Ａの形状によっては、出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅より大きくなる場合が生じうる。
Further, even when the horizontal width of the
例えば、光出射面２１２Ａが平坦な面で構成されている場合、光出射面２１２Ａから出射される出射光Ｌ１は、通常平行光であることはあり得ず、若干なりとも拡がって出射される。また、後述する第１光学系として光ファイバー束２２を用いる場合でも、光ファイバー２２３は全反射を利用していることから、やはり若干なりとも拡がって出射される。
For example, when the
よって、光出射面２１２Ａの水平方向の幅と直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅の大小関係のみならず、光出射面２１２Ａから直方体状発光体４０までの距離が離れていれば（離して直方体状発光体４０を設置すれば）、出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、光照射領域の水平方向の幅より大きくなり得る。
Therefore, not only the magnitude relationship between the horizontal width of the
次に、図４（ｅ）に示す状態は、第２光学系が存在しない場合の角錐台状集光部２１Ａの出射光の光出射傾向のパターンとして、光出射面２１２Ａの水平方向の幅が比較的小さく出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域（不図示）の幅より小さい場合を示している。
Next, in the state shown in FIG. 4E, the horizontal width of the
このような場合としては、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅よりも光出射面２１２Ａの水平方向の幅が極端に小さい場合などが好例である。
As such a case, a case where the horizontal width of the
また、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅よりも光出射面２１２Ａの水平方向の幅が極端に小さくなくても、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅が光出射面２１２Ａの水平方向の幅と同程度の大きさである場合に角錐台状集光部２１Ａの光学設計を工夫することによって光出射面２１２Ａから出射される出射光Ｌ１がほぼ平行光となった場合などにも、出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅より小さくなり得る。
Further, even if the horizontal width of the
ここで、図４（ｄ）に示す凸シリンドリカルレンズ（第２光学系、凸レンズ）３１は、鉛直方向（紙面の表裏方向）に軸を持ち、凸部を光照射領域側に向けた平凸シリンドリカルレンズであり、出射光Ｌ１の直方体状発光体４０に対する水平方向の拡がりを小さくする機能を有する光学部品である。
Here, a convex cylindrical lens (second optical system, convex lens) 31 shown in FIG. 4D has an axis in the vertical direction (the front and back direction of the paper surface), and a plano-convex cylindrical lens with the convex portion facing the light irradiation region side. It is a lens and is an optical component having a function of reducing the horizontal spread of the emitted light L1 with respect to the rectangular parallelepiped
よって、図４（ｃ）に示すように出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅より大きい場合は、角錐台状集光部２１Ａと、直方体状発光体４０の間に、凸シリンドリカルレンズ３１を設ければ良い。
Therefore, as shown in FIG. 4C, when the horizontal spread of the emitted light L1 is larger than the horizontal width of the light irradiation region of the rectangular
一方、図４（ｆ）に示す凹シリンドリカルレンズ（第２光学系，凹レンズ）３２は、鉛直方向に軸を持ち、凹部を光照射領域側に向けた平凹シリンドリカルレンズであり、出射光Ｌ１の直方体状発光体４０に対する水平方向の拡がりを大きくする機能を有する光学部品である。
On the other hand, the concave cylindrical lens (second optical system, concave lens) 32 shown in FIG. 4 (f) is a plano-concave cylindrical lens having an axis in the vertical direction and a concave portion facing the light irradiation region side. This is an optical component having a function of increasing the horizontal spread with respect to the rectangular parallelepiped light-emitting
よって、図４（ｅ）に示すように出射光Ｌ１の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅より小さい場合は、角錐台状集光部２１Ａと、直方体状発光体４０の間に、凹シリンドリカルレンズ３２を設ければ良い。
Therefore, as shown in FIG. 4E, when the horizontal spread of the emitted light L1 is smaller than the horizontal width of the light irradiation region of the rectangular
なお、上述した例の他、発光部の光照射領域の形状に応じて、任意の軸を持つ凹面及び凸面を有する独立したレンズの組合せ、任意の軸を持つ凸面及び凸面を有する独立したレンズの組合せ、任意の軸を持つ凹面及び凹面を有する独立したレンズの組合せなどを採用しても良い。 In addition to the above-described example, a combination of an independent lens having a concave surface and a convex surface having an arbitrary axis, an independent lens having a convex surface and a convex surface having an arbitrary axis, depending on the shape of the light irradiation region of the light emitting unit. A combination, a concave surface having an arbitrary axis, and an independent lens having a concave surface may be adopted.
これにより、発光部の光照射領域の形状に応じて適切なレンズの組合せを採用することで、発光部の発光効率を高めることができる。 Thereby, the luminous efficiency of a light emission part can be improved by employ | adopting the combination of a suitable lens according to the shape of the light irradiation area | region of a light emission part.
また、発光部の照射領域の形状に応じて、任意の軸を持つ凹面及び凸面を有するレンズを一体化した複合レンズ、任意の軸を持つ凸面及び凸面を有する複合レンズを一体化したレンズ、任意の軸を持つ凹面及び凹面を有するレンズを一体化した複合レンズなどを採用しても良い。 In addition, depending on the shape of the irradiation area of the light emitting part, a compound lens in which a lens having a concave surface and a convex surface having an arbitrary axis is integrated, a lens in which a compound lens having a convex surface and a convex surface having an arbitrary axis is integrated, any A compound lens or the like in which a concave surface having an axis and a lens having a concave surface are integrated may be employed.
これにより、光学系全体の部品点数を少なくし、光学系全体のサイズを小さくしつつ、発光部の光照射領域の形状に応じて適切な複合レンズを採用することで、発光部の発光効率を高めることができる。 This reduces the number of parts in the entire optical system and reduces the overall size of the optical system, while adopting an appropriate compound lens according to the shape of the light irradiation area of the light emitting unit, thereby improving the light emission efficiency of the light emitting unit. Can be increased.
その他のレンズとしては、ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens：屈折率勾配変化型レンズ）なども例示できる。 Examples of other lenses include a GRIN lens (Gradient Index lens).
なお、ＧＲＩＮレンズは、レンズが凸又は凹の形状をしていなくても、レンズ内部の屈折率勾配によってレンズ作用が生じるレンズである。 The GRIN lens is a lens that produces a lens action due to a refractive index gradient inside the lens even if the lens is not convex or concave.
よって、ＧＲＩＮレンズを用いれば、例えば、ＧＲＩＮレンズの端面を平面としたままでレンズ作用を生じさせることができるので、ＧＲＩＮレンズの端面に直方体状発光体４０を隙間無く接合させることができる。
Therefore, when the GRIN lens is used, for example, a lens action can be generated while the end surface of the GRIN lens is kept flat, so that the rectangular parallelepiped
これにより、光照射領域に照射されないレーザ光Ｌ０を低減できるので、直方体状発光体４０の発光効率をより向上させることができる。
Thereby, since the laser beam L0 not irradiated to the light irradiation region can be reduced, the light emission efficiency of the rectangular
〔４．集光部材の他端での光出射傾向と第２光学系の構成との関係〕
次に、図１、図４（ａ）、図５（ａ）〜（ｅ）、図６の（ａ）部分〜（ｆ）部分に基づき、後述する角錐台状集光部２１Ａの光出射面（第１光学系の他端）２１２Ａでの光出射傾向と第２光学系の構成との関係について説明する。
[4. Relationship between light emission tendency at the other end of the condensing member and the configuration of the second optical system]
Next, based on FIGS. 1, 4 (a), 5 (a) to 5 (e), and FIGS. 6 (a) to 6 (f), a light emitting surface of a truncated pyramid-shaped
まず、図５（ａ）〜（ｅ）に基づき、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きと、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１の光出射傾向について説明する。
First, based on FIGS. 5A to 5E, the direction of each
ところで、レーザ光Ｌ０を角錐台状集光部２１Ａの角錐台側面２１３Ａで全反射させる観点からは、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きは、図５（ｃ）に示すように、各ＬＤチップ１１の向きを水平にした状態（図４（ａ）の状態）とすることが好ましいが、ここでまず、その理由について説明する。
By the way, from the viewpoint of total reflection of the laser beam L0 by the truncated
これは、図５（ａ）に示す角錐台状集光部２１Ａの上面におけるレーザダイオード群１０側の対頂角θよりも、図５（ｂ）に示す角錐台状集光部２１Ａの側面における上面側の対頂角φの方が大きいからである。
This is higher than the vertical angle θ on the
すなわち、レーザ光Ｌ０を角錐台状集光部２１Ａの角錐台側面２１３Ａで全反射させる観点からは、レーザ光Ｌ０が角錐台状集光部２１Ａの角錐台側面２１３Ａに入射する角度はなるべく小さい方が良い（角錐台側面２１３Ａに対する入射角は大きいほうが良い）。
That is, from the viewpoint of total reflection of the laser beam L0 by the truncated
例えば、図５（ａ）に示すレーザ光Ｌ０は、角錐台側面２１３Ａに対する入射角θ１が小さくなりすぎた結果、全反射せずに角錐台状集光部２１Ａの外に抜けてしまった様子を示している。
For example, how laser light L0, which had missing result of the incident angle theta 1 with respect to the
一方、図５（ｂ）に示すレーザ光Ｌ０は、角錐台側面２１３Ａに入射角φ１が大きいので、全反射している。
On the other hand, the laser light L0 shown in FIG. 5 (b) has a large incidence angle phi 1 to the
言い換えれば、レーザ光Ｌ０は、水平方向に長く、鉛直方向に短い断面形状の角錐台状集光部２１Ａの水平方向に対して逃げる確率が高く、鉛直方向に対して逃げる確率が小さい。
In other words, the laser beam L0 has a high probability of escaping with respect to the horizontal direction of the truncated pyramid-shaped condensing
そうすると、各ＬＤチップ１１から発生するレーザ光Ｌ０の入射面２１１Ａ上の光照射範囲は、図５（ｃ）に示すように、鉛直方向に長く、水平方向に短くなるようにすることが好ましいと考えられる。
Then, it is preferable that the light irradiation range on the
ところで、このように（図５（ｃ）に示すように）、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きを水平にした状態（図４（ａ）の状態）では、以下で説明する各ＬＤチップ１１の向きを水平にした状態から９０度回転させた場合（図５（ｄ）の場合）と比較して角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１は、水平方向の拡がりが小さく、鉛直方向の拡がりが大きくなる傾向を示す。
By the way, as described above (as shown in FIG. 5C), the state in which the LD chips 11 constituting the
従って、以下で説明する発光装置１２０Ａなどでは、光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１の水平方向の拡がりは、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅よりも小さく、光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１の鉛直方向の拡がりは、直方体状発光体４０の光照射領域の鉛直方向の幅よりも大きくなるものとして、鞍形凹レンズ３０を採用している。
Therefore, in the
すなわち、鞍形凹レンズ３０は、鉛直方向の軸を持つ凹レンズと水平方向に軸を持つ凸レンズとを一体化した鞍形の凹面を有するレンズとした。
That is, the bowl-shaped
例えば、図６の（ａ）部分〜（ｆ）部分に示す鞍形凹レンズ３０は、鉛直方向に軸を持つ凹面と水平方向に軸を持つ凸面とが一体化された鞍状の凹面を形成し、この鞍状の凹面は、鞍部点Ｈを有する曲面となっている。
For example, the bowl-shaped
なお、図６は、鞍形凹レンズ３０の構造を説明するための模式図であり、図６の（ａ）部分は、鞍形凹レンズ３０の裏面図（凹面側を表とする）であり、図６の（ｂ）部分は、その短手方向の一側面図であり、図６の（ｃ）部分は、その長手方向の一側面図であり、図６の（ｄ）部分は、その短手方向の他の側面図であり、図６の（ｅ）部分は、その表面図である。また、図６の（ｆ）は、鞍形凹レンズ３０の凹面の形状の一例を概念的に示す概念図である。
6 is a schematic diagram for explaining the structure of the saddle-shaped
また、鞍部点Ｈの鞍形凹レンズ３０の表側（図（ｃ）の紙面に対して下側）には、凹面による焦点が存在し、鞍部点Ｈの鞍形凹レンズ３０の裏側には、凸面による焦点が存在し得る。
Further, a focal point due to the concave surface exists on the front side of the saddle-shaped
よって、鞍形凹レンズ３０の鞍状の凹面からの出射光の拡がりは、凹面に対して助長され、凸面に対して抑制される。
Therefore, the spread of the emitted light from the bowl-shaped concave surface of the bowl-shaped
これにより、光出射面２１２Ａから出射される各出射光Ｌ１の拡がりが水平方向に小さく、鉛直方向に大きくなる場合でも、鞍状の凹面を有する単体の鞍形凹レンズ３０で、その形状に合せて直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が分散して照射されるようにすることができる。
Thus, even when the spread of each outgoing light L1 emitted from the
よって、第２光学系を鞍形凹レンズ３０のみで構成することができるので、上述した凸シリンドリカルレンズ３１及び凹シリンドリカルレンズ（第２光学系，凹レンズ）３２の組合せのように別々のレンズで構成した場合と比較して、全体の光学系の部品点数を少なくできると共に、全体の光学系のサイズを小さく抑えることができる。
Therefore, since the second optical system can be configured only by the saddle-shaped
なお、図６（ｆ）に示す点Ｈは、「鞍部点」であり、凹レンズの凹面の極小点、凸レンズの凸面の極大点とが一致する点である。例えば、図６（ｆ）に示す「双曲放物面」は、鞍部点Ｈを有する曲面の代表例である。 Note that a point H shown in FIG. 6F is a “trench point”, which is a point at which the concave minimum point of the concave lens and the convex maximum point of the convex lens coincide. For example, a “hyperbolic paraboloid” shown in FIG. 6 (f) is a representative example of a curved surface having a buttocks point H.
また、ｘ軸に沿う曲線は、点Ｈで極大となり、かつ、ｙ軸に沿う曲線は、点Ｈで極小となり、ｘ軸とｙ軸とが交差する点Ｈは、極大点と極小点とが一致する鞍部点となっている。 The curve along the x-axis has a maximum at the point H, the curve along the y-axis has a minimum at the point H, and the point H at which the x-axis and the y-axis intersect has a maximum point and a minimum point. It is a matching buttocks point.
次に、図５（ｄ）に基づき、光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１の水平方向の拡がりと鉛直方向の拡がりとの関係が、上述した図５（ｃ）の場合と、逆になる場合について説明する。
Next, based on FIG. 5D, the relationship between the horizontal spread and the vertical spread of each outgoing light L1 emitted from the
なお、図５（ｄ）は、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａにおける光出射傾向の他の例を示す模式図である。
FIG. 5D is a schematic diagram illustrating another example of the light emission tendency on the
図５（ｄ）は、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きを、水平にした状態（図４（ａ）の状態）から９０度回転させた状態で発生する各レーザ光Ｌ０を角錐台状集光部２１Ａの光入射面（第１光学系の一端）２１１Ａに入射させた様子を示している。
FIG. 5D shows each laser beam L0 generated in a state where the orientation of each
このとき、各ＬＤチップ１１から光入射面２１１Ａに入射する各レーザ光Ｌ０は、縦横比（アスペクト比）が、鉛直方向に５度、垂直方向に３０度と、水平に長く、縦に短い楕円状の照射面を有する光となる。
At this time, each laser beam L0 incident on the
このため、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１は、水平方向の拡がりが比較的大きく、鉛直方向の拡がりが比較的小さくなる傾向を示す。
For this reason, each outgoing light L1 emitted from the
そうすると、例えば、図５（ｄ）のような場合、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射されるレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅よりも大きくなり、レーザ光Ｌ０の鉛直方向の拡がりが、鉛直方向の幅よりも小さくなってしまう場合が生じ得る。
Then, for example, in the case shown in FIG. 5D, the horizontal spread of the laser light L0 emitted from the
このような場合、光照射領域に照射されないレーザ光Ｌ０の一部や、光照射領域にレーザ光Ｌ０が照射されない部分が生じ得るため、直方体状発光体４０の発光効率が低下してしまうという問題点が生じる。
In such a case, a part of the laser light L0 that is not irradiated onto the light irradiation region and a portion where the light irradiation region is not irradiated with the laser light L0 may occur, so that the light emission efficiency of the rectangular
よって、このような場合は、図６に示すような鞍形凹レンズ３０とは逆に、水平方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズと、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを一体化した鞍形の凹レンズを採用する必要がある。
Therefore, in such a case, contrary to the saddle-shaped
すなわち、図６の（ｃ）部分では、水平方向に軸を持つ凹レンズを、水平方向に軸を持つ凸レンズに替え、図６の（ｂ）部分及び（ｄ）部分では、鉛直方向に軸を持つ凸レンズを、鉛直方向に軸を持つ凹レンズに替えた鞍形の凹レンズを採用すれば良い。 That is, in the part (c) of FIG. 6, the concave lens having the axis in the horizontal direction is replaced with a convex lens having the axis in the horizontal direction, and in the parts (b) and (d) of FIG. A saddle-shaped concave lens may be employed in which the convex lens is replaced with a concave lens having an axis in the vertical direction.
上述したように、鞍状の凹面からの出射光の拡がりは、凹面に対して助長され、凸面に対して抑制される。 As described above, the spread of the emitted light from the bowl-shaped concave surface is promoted with respect to the concave surface and suppressed with respect to the convex surface.
よって、光出射面２１２Ａから出射される各出射光Ｌ１の拡がりが水平方向に大きく、鉛直方向に小さくなる場合でも、鞍状の凹面を有する単体の鞍形凹レンズで、その形状に合せて直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が分散して照射されるようにすることができる。
Therefore, even when the spread of each outgoing light L1 emitted from the
なお、この鞍形凹レンズの構造は、図１の鞍形凹レンズ３０を長手方向と短手方向とのサイズを逆にして、鞍形凹レンズ３０を、水平方向を軸として９０度回転させたような構造と考えれば良いので、ここでは、特に図示しない。
The saddle-shaped concave lens has a structure in which the saddle-shaped
次に、図５（ｅ）に基づき、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きと、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１の光出射傾向のさらに他の例について説明する。
Next, based on FIG. 5 (e), the direction of each
なお、図５（ｅ）は、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａにおける光出射傾向のさらに他の例を示す模式図である。
FIG. 5E is a schematic diagram showing still another example of the light emission tendency on the
図５（ｅ）は、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きを水平にした状態（図４（ａ）の状態）と、水平にした状態から９０度回転させた状態とを交互に配列した場合に、発生する各レーザ光Ｌ０を角錐台状集光部２１Ａの光入射面２１１Ａに入射させた様子を示している。
FIG. 5 (e) alternates between a state in which the orientations of the LD chips 11 constituting the
このとき、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射する各出射光Ｌ１は、水平方向の拡がりが比較的大きく、鉛直方向の拡がりも比較的大きくなる傾向を示す。
At this time, each outgoing light L1 emitted from the
そうすると、例えば、図５（ｅ）のような場合、角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａから出射されるレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向の幅よりも大きくなり、また、レーザ光Ｌ０の鉛直方向の拡がりも、直方体状発光体４０の鉛直方向の幅よりも大きくなってしまう場合が生じ得る。
Then, for example, in the case of FIG. 5E, the horizontal spread of the laser light L0 emitted from the
このような場合、光照射領域に照射されないレーザ光Ｌ０が生じ得るため、直方体状発光体４０の発光効率が低下してしまうという問題点が生じる。
In such a case, since the laser light L0 that is not irradiated on the light irradiation region may be generated, there arises a problem that the light emission efficiency of the rectangular
よって、このような場合は、例えば、水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズと、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを一体化した複合凸レンズ（なお、この複合凸レンズについては、ここでは、特に図示しない）を採用する必要がある。 Therefore, in such a case, for example, a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction and a convex lens having a convex surface having an axis in the vertical direction are integrated (for the composite convex lens, here, It is necessary to adopt (not shown in particular).
上述したように、光出射面２１２Ａからの出射光の拡がりは、凸レンズを採用すれば、抑制される。
As described above, the spread of the light emitted from the
よって、光出射面２１２Ａから出射される各出射光Ｌ１の拡がりが水平方向に大きく、鉛直方向にも大きくなる場合でも、水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズと、鉛直方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを一体化した複合凸レンズ単体で、その形状に合せて直方体状発光体４０の光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が分散して照射されるようにすることができる。
Therefore, even when the spread of each outgoing light L1 emitted from the
なお、以上では、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１からのレーザ光Ｌ０の照射範囲が、すべて同一の向きで鉛直方向に長い場合（図５（ｃ））、すべて同一の向きで水平方向に長い場合（図５（ｄ））、鉛直方向に長い照射範囲のものと、水平方向に長い照射範囲のものとを交互に並べた場合（図５（ｅ））の３つの形態について説明した。
In the above, when the irradiation ranges of the laser beams L0 from the
しかしながら、レーザダイオード群１０を構成する各ＬＤチップ１１の向きや配列方法はここで説明した３つの形態に限られず、例えば、各ＬＤチップ１１の向きがばらばらな場合など様々な形態が本発明の範疇に含まれることは言うまでも無い。
However, the orientation and arrangement method of the LD chips 11 constituting the
すなわち、各ＬＤチップ１１の向きは、任意の向きで合って良く、また、各ＬＤチップ１１の全部又は一部の向きが揃っていても良いし、各ＬＤチップ１１の向きが全くばらばらであっても良い。 That is, the orientations of the LD chips 11 may be arbitrary orientations, the orientations of all or a part of the LD chips 11 may be aligned, and the orientations of the LD chips 11 are completely different. May be.
〔５．発光装置の具体例について（その１）〕
次に、図３（ａ）及び（ｂ）に基づき、本発明の他の実施形態である発光装置１２０Ａ・発光装置１２０Ｂ（発光装置１１０の第１導光部２０より具体化したもの）の各構成について説明する。
[5. Specific Example of Light Emitting Device (Part 1)]
Next, based on FIGS. 3A and 3B, each of the light emitting device 120 </ b> A and the light emitting device 120 </ b> B (which is embodied from the first
図３（ａ）は、発光装置１１０の第１導光部２０を集光素子とした一例として、角錐台状集光部（第１光学系）２１Ａを採用した発光装置１２０Ａの構成を示している。
FIG. 3A shows a configuration of a
なお、本実施形態では、角錐台状集光部２１Ａを例にとって説明するが、集光部の形状はこれに限られず、円錐台状、楕円錐台など様々な形状を採用することができる。
In the present embodiment, the truncated pyramid-shaped
レーザダイオード群１０及びＬＤチップ１１については、上述したとおりである。
The
角錐台状集光部２１Ａは、光入射面（第１光学系の一端）２１１Ａから入射した各レーザ光Ｌ０を反射する角錐台側面（光反射側面，囲繞構造）２１３Ａで囲まれた囲繞構造を有していると共に、光出射面（第１光学系の他端）２１２Ａの断面積は、光入射面２１１Ａの断面積よりも小さくなっており、光入射面２１１Ａから入射した各レーザ光Ｌ０を、角錐台側面２１３Ａにより光出射面２１２Ａに導光する。
The truncated pyramid-shaped
これにより、角錐台側面２１３Ａにより、光入射面２１１Ａから入射した各レーザ光Ｌ０を、光入射面２１１Ａの断面積よりも小さい断面積を有する光出射面２１２Ａに導光する、すなわち、各レーザ光Ｌ０を、光出射面２１２Ａに集光することができる。
Thereby, each laser beam L0 incident from the
なお、角錐台状集光部２１Ａは、石英ガラス、ＢＫ７、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。
Note that the truncated pyramid-shaped
以上の構成によれば、光出射面２１２Ａの面積及び直方体状発光体４０（光照射領域）のサイズを共に小さくすることにより、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１１の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する直方体状発光体４０の小型化が可能となる。
According to the above configuration, by reducing both the area of the
ここで、角錐台側面２１３Ａは、レーザダイオード群１０から発生する各レーザ光Ｌ０のすべての光路の周囲を取り囲むように構成する。
Here, the truncated pyramid side surface 213 </ b> A is configured to surround all the optical paths of the laser beams L <b> 0 generated from the
また、各レーザ光Ｌ０は、角錐台側面２１３Ａに１回だけ反射して光出射面２１２Ａに導光される場合、角錐台側面２１３Ａに複数回反射して光出射面２１２Ａに導光される場合、角錐台側面２１３Ａに１回も反射することなく光出射面２１２Ａに導光される場合のいずれかの光路で導光される。
Each laser beam L0 is reflected once on the truncated
鞍形凹レンズ３０及び直方体状発光体４０については、上述したとおりである。
The saddle-shaped
発光装置１２０Ａは、直方体状発光体４０の光照射領域に合せて、各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１が分散して照射光Ｌ２として照射されるため、直方体状発光体４０に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
In the
よって、直方体状発光体４０からムラなくインコヒーレント光Ｌ３が発生するので、単一のＬＤチップ１１を用いる場合と比較して発光装置１２０Ａの高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２を直方体状発光体４０の光照射領域上の一点に集中して照射させず、角錐台状集光部２１Ａ及び鞍形凹レンズ３０を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光Ｌ０が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。
In addition, the irradiation light L2 derived from each laser beam L0 is not irradiated in a concentrated manner on one point on the light irradiation region of the rectangular light-emitting
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置１２０Ａを提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
なお、以下で説明するように、照明装置１４０におけるフェルール７０［出射端（光ファイバーの他端が配列された部分）２２２］と、鞍形凹レンズ３０との間に角錐台状集光部２１Ａを設けても良い（図７（ａ）参照）。
In addition, as will be described below, a truncated pyramid-shaped
これにより、レーザ光源の数を大きくしつつ照明装置１４０においてさらに直方体状発光体４０のサイズを小さくすることが可能となる。
Thereby, it becomes possible to further reduce the size of the rectangular
次に、図３（ｂ）は、発光装置１２０Ａの角錐台状集光部（第１光学系）２１と鞍形凹レンズ（第２光学系，凹レンズ，凸レンズ）３０とを（光出射面２１２Ａで）一体化し（但し、鞍形凹レンズ３０の大きさは適宜調整される）、１つの光学部材（導光部材）とした一例として、角錐台状光学部材（導光部材，第１光学系，第２光学系，集光部材）２１Ｂを採用した発光装置１２０Ｂの構成を示している。
Next, FIG. 3B shows a truncated pyramid-shaped condensing part (first optical system) 21 and a bowl-shaped concave lens (second optical system, concave lens, convex lens) 30 (
なお、本実施形態では、角錐台状光学部材２１Ｂを例にとって説明するが、光学部材の形状はこれに限られず、円錐台状、楕円錐台など様々な形状を採用することができる。
In this embodiment, the truncated pyramid shaped
レーザダイオード群１０及びＬＤチップ１１については、上述したとおりである。
The
角錐台状光学部材２１Ｂは、その一端の光入射面（第１光学系側の一端）２１１Ｂから入射した各レーザ光Ｌ０を反射する角錐台側面（光反射側面，囲繞構造）２１３Ｂで囲まれた囲繞構造を有しており、この囲繞構造により、光入射面２１１Ｂから入射した各レーザ光Ｌ０を、角錐台状光学部材２１Ｂの他端に導光するようになっている。
The truncated pyramidal
また、角錐台状光学部材２１Ｂの他端には、導光した各レーザ光Ｌ０を直方体状発光体４０における所定の光照射領域に分散して照射する光分散面（光分散部，第２光学系側の他端）２１２Ｂが形成されている。
Further, the other end of the truncated pyramid-shaped
さらに、光分散面２１２Ｂの断面積は、光入射面２１１Ｂの断面積よりも小さくなっており、光入射面２１１Ｂから入射した各レーザ光Ｌ０を、角錐台側面２１３Ｂにより光分散面２１２Ｂに集光できるようになっている。
Furthermore, the cross-sectional area of the
なお、角錐台状光学部材２１Ｂは、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。
The truncated pyramidal
光分散面２１２Ｂは、図３（ａ）に示す角錐台状集光部２１Ａの光出射面２１２Ａに対して鞍形凹レンズ３０を一体化した構造となっている。
The
以上の構成によれば、光分散面２１２Ｂの面積及び直方体状発光体４０（光照射領域）のサイズを共に小さくすることにより、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１１の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する直方体状発光体４０の小型化が可能となる。
According to the above configuration, by reducing both the area of the
ここで、角錐台状光学部材２１Ｂは、レーザダイオード群１０から発生する各レーザ光Ｌ０のすべての光路の周囲を取り囲むように構成する。
Here, the truncated pyramidal
また、各レーザ光Ｌ０は、角錐台側面２１３Ｂに１回だけ反射して光分散面２１２Ｂに導光される場合、角錐台側面２１３Ｂに複数回反射して光分散面２１２Ｂに導光される場合、角錐台側面２１３Ｂに１回も反射することなく光分散面２１２Ｂに導光される場合のいずれかの光路で導光される。直方体状発光体４０については、上述したとおりである。
Each laser beam L0 is reflected only once on the truncated
発光装置１２０Ｂは、光分散面２１２Ｂから直方体状発光体４０の光照射領域に合せて、各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２が分散して照射されるため、直方体状発光体４０に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
In the
よって、直方体状発光体４０からムラなくインコヒーレント光Ｌ３が発生するので、単一のＬＤチップ１１を用いる場合と比較して発光装置１２０Ｂの高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２を直方体状発光体４０の光照射領域上の一点に集中して照射させず、角錐台状光学部材２１Ｂを介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光Ｌ０が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。
Further, the irradiation light L2 derived from each laser light L0 is not irradiated in a concentrated manner on one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置１２０Ｂを提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
〔６．発光装置の具体例について（その２）〕
次に、図７の（ａ）部分及び（ｂ）部分に基づき、本発明のさらに他の実施形態である照明装置（発光装置）１４０の概要構成について説明する。
[6. Specific Example of Light Emitting Device (Part 2)]
Next, based on the (a) part and (b) part of FIG. 7, a schematic configuration of a lighting device (light emitting device) 140 which is still another embodiment of the present invention will be described.
図７は、発光装置１１０の第１導光部２０を複数の導光部材で構成した一例として、光ファイバー束（第１光学系，複数の光ファイバー）２２を採用した照明装置１４０の構成を示す模式図であり、図５の（ａ）部分は、その概要構成を示し、図５の（ｂ）部分は、複数の光ファイバーを固定するフェルール７０の一例を示す。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
図５の（ａ）部分に示すように、照明装置１４０は、ＬＤチップ（レーザ光源群）１０１、ロッド状レンズ（第１光学系）５０、固定持具６０、光ファイバー束２２、フェルール７０、角錐台状集光部２１Ａ、鞍形凹レンズ（第２光学系，凹レンズ，凸レンズ）３０、直方体状発光体４０、反射板８０、反射鏡９０及びハウジング１００を備える構成である。
As shown in part (a) of FIG. 5, the
ＬＤチップ１０１は、１チップ５ストライプ、すなわち、発光点（レーザ光源）１０２を５つ持った単一（１チップ）の半導体レーザである。
The
また、それぞれの発光点１０２の光出力は１Ｗ、ＬＤチップ１０１の１チップから放射される光の総和は５Ｗである。ストライプ間隔は０．４ｍｍである。
The light output of each
このように、レーザ光源群をＬＤチップ１０１で構成すれば、それぞれの発光点１０２が、コヒーレントなレーザ光Ｌ０を発生する。よって、コヒーレントなレーザ光Ｌ０は、インコヒーレントなレーザ光と比較して、指向性が強いので、光束の損失を最小限に抑えつつ入射端（第１光学系の一端）２２１に入射させることができる。
As described above, when the laser light source group is configured by the
また、１チップ５ストライプのＬＤチップ１０１によれば、単一のＬＤチップ１０１が、５つの発光点１０２を持つように構成するので、ＬＤチップ１０１のサイズを小さくすることができる。
In addition, according to the
また、５つの発光点１０２を持つ単一のＬＤチップ１０１を量産すれば、単一のレーザ光出射端を持つ１チップ１ストライプのＬＤチップ１１を５つ生産するよりも、生産コストを低減させることができる。
Further, mass production of a
なお、本実施形態では、レーザ光源群として発光点１０２を５つ持った１チップ５ストライプの半導体レーザを用いているが、発光点１０２の数は、これに限られず、必要に応じて２〜４つとしても良く、また、６以上設けても良い。
In this embodiment, a one-chip five-striped semiconductor laser having five light-emitting
また、レーザ光源群の例としては、ＬＤチップ１０１のように、複数のレーザ光源（発光点１０２）を一体化したものであっても良いし、上述したレーザダイオード群１０のように複数の１チップ１ストライプのＬＤチップ１１が空間的に分離して存在しているものであっても良い。
Further, as an example of the laser light source group, a plurality of laser light sources (light emitting points 102) may be integrated as in the
すなわち、レーザ光源群は、複数のＬＤチップ１１で構成されており、各レーザ光Ｌ０は、対応するＬＤチップ１１から発生するレーザ光Ｌ０であっても良い。
That is, the laser light source group includes a plurality of
なお、レーザ光源群を複数のＬＤチップ１１で構成した場合には、ＬＤチップ１１毎に非球面レンズ（第１光学系：例えば、アルプス電気製ＦＬＫＮ１ ４０５：不図示）を設けてレーザ光Ｌ０をコリメートし、対応する光ファイバー２２３の一端から入射させれば良い。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズの形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
When the laser light source group is composed of a plurality of
ＬＤチップ１０１の５つの発光点１０２から発生した各レーザ光Ｌ０は、ロッド状レンズ５０によってコリメートされ、入射端２２１（光ファイバー２２３の一端）に入射する。
Each laser beam L0 generated from the five
ロッド状レンズ５０の紙面に対して手前側には、０．４ｍｍピッチで光ファイバー２２３が５本並べられた光ファイバー束２２が設置されている。
An
光ファイバー２２３は、コア径２００μｍ、クラッド径２４０μｍ、開口数ＮＡ＝０．２２の石英製の光ファイバーである。
The
固定持具６０は、０．４ｍｍピッチの溝が切られており、光ファイバー束２２の入射端２２１を固定し、光ファイバー２２３のピッチ間隔が保持されている。
The fixing
なお、本実施形態では、断面が円形の光ファイバー２２３を第１光学系として用いているが、断面が円形に限らず、正三角形、平行四辺形（正方形・長方形を含む）、及び正六角形のうちのいずれかであることが好ましい。
In this embodiment, the
以上の構成によれば、理論上、出射端２２２の断面を、同一形状の光ファイバー２２３の他端の断面で隙間無く敷詰めることができる。すなわち、面積あたりの光ファイバー２２３の他端の断面の数を各断面形状において最大の数とすることができる。
According to the above configuration, theoretically, the cross section of the
ところで、上述したように、前記特許文献１及び２に開示された灯具では、レーザ光源毎に設けられた集光レンズを用いてレーザ光を導光し、さらにレーザ光毎に反射鏡に穴を開け、その穴にレーザ光を通過させて蛍光体に照射しているので、レーザ光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうと共に、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点があった。
By the way, as described above, in the lamps disclosed in
そこで、このような副次的な問題点を解決するために、照明装置１４０において、第１光学系は、複数の光ファイバー２２３の束である光ファイバー束２２という構成を採用している。
Therefore, in order to solve such a secondary problem, in the
この光ファイバー束２２の一端は、光ファイバー２２３の一端の集まりである入射端２２１となっている。
One end of the
また、光ファイバー束２２の他端は、光ファイバー２２３のそれぞれが、フェルール７０に形成された５つの貫通孔に嵌挿された光ファイバー２２３の他端の集まりである出射端（光ファイバーの他端が配列された部分）２２２を形成している。なお、フェルール７０の材質は特に限定されず、例えばステンレス・スティールである。
Further, the other end of the
また、ＬＤチップ１０１の５つの発光点１０２から発生した各レーザ光Ｌ０は、対応する光ファイバー２２３の一端から入射し、その光ファイバー２２３の他端（出射端２２２）から各レーザ光Ｌ０に由来する出射光を出射するようにしている。
Further, each laser beam L0 generated from the five
これにより、第１導光部２０を光ファイバー束２２で構成するという簡易な構成で、各レーザ光Ｌ０は、対応する光ファイバー２２３の一端から入射し、出射端２２２に導光される。
Thus, each laser beam L0 is incident from one end of the corresponding
また、照明装置１４０におけるフェルール７０［出射端（光ファイバーの他端が配列された部分）２２２］と、鞍形凹レンズ３０との間には、角錐台状集光部２１Ａを設けている。
Further, a truncated pyramid-shaped condensing
これにより、レーザ光源の数を大きくしつつ照明装置１４０においてさらに直方体状発光体４０のサイズを小さくすることが可能となる。
Thereby, it becomes possible to further reduce the size of the rectangular
また、光ファイバー２２３の太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバー２２３を束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。
Moreover, although it depends on the thickness and number of the
よって、出射端２２２及び直方体状発光体４０（光照射領域）のサイズを小さく保ったまま、小さな直方体状発光体４０の光照射領域に５つの発光点１０２から発生したレーザ光Ｌ０由来の照射光Ｌ２を照射することができる。
Therefore, the irradiation light derived from the laser light L0 generated from the five
また、例えば、照明装置１４０では、反射鏡９０の中央に穴を開け、その穴に光ファイバー束２２を通過させて出射端２２２から直方体状発光体４０に照射光Ｌ２を照射させれば良いので、特許文献１及び２に開示された灯具のようにレーザ光源（発光点１０２）の数が多くなっても、反射鏡９０による光の反射効率が悪化することはない。
Further, for example, in the
次に、出射端２２２から出射した出射光は、角錐台状集光部２１Ａの光入射面２１１Ａから入射し、角錐台側面２１３Ａによって光出射面２１２Ａに導光される。
Next, the emitted light emitted from the
その後、光出射面２１２Ａに導光された各レーザ光は、光出射面２１２Ａから出射光Ｌ１として、鞍形凹レンズ３０を透過し、照射光Ｌ２として直方体状発光体４０の図示しない光照射領域に分散して照射される。直方体状発光体４０については、上述したとおりである。
Thereafter, each laser beam guided to the
次に、反射板８０は、投影レンズの裏面に接合された透明な樹脂板であり、直方体状発光部４０は、反射板８０に接合されて固定されている。この反射板８０を、ＬＤチップ１１からのレーザ光Ｌ０を遮断するとともに、直方体状発光部４０においてレーザ光Ｌ０を変換することにより生成された白色光（インコヒーレント光Ｌ３）を透過する材質で形成することが好ましい。なお、反射板８０の素材は、樹脂に限らずガラスであってもよい。またレーザ光Ｌ０を遮断するためだけであれば、透明でない金属板も使用することができる。
Next, the reflecting
直方体状発光部４０によってコヒーレントなレーザ光Ｌ０は、そのほとんどがインコヒーレント光Ｌ３に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光Ｌ０の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、反射板８０によってレーザ光Ｌ０を遮断することにより、レーザ光Ｌ０が外部に漏れることを防止できる。なお、このような効果を期待せず、かつ反射板８０以外の部材によって直方体状発光部４０を固定する場合には、反射板８０を省略することが可能である。
Most of the coherent laser light L0 is converted into incoherent light L3 by the rectangular parallelepiped
また、反射板８０は、レーザ光Ｌ０が外部に漏れることを防止できる大きさであれば良く、本実施形態では、直方体状発光部４０よりも少し大きくした程度の大きさとなっているが、レーザ光Ｌ０反射鏡９０の開口面と同程度の大きさとしても良い。
Further, the reflecting
直方体状発光体４０から発生したインコヒーレント光Ｌ３は、反射板８０によって照射光Ｌ２の進行方向と逆向きに進む。
The incoherent light L3 generated from the rectangular
次に、反射鏡９０は、直方体状発光体４０から発生したインコヒーレント光Ｌ３を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。反射鏡９０は、直方体状発光体４０と対向する面が半球状であり、直方体状発光体４０が設けられている位置に直方体状発光体４０の位置に焦点を有する。
Next, the reflecting
反射板８０によって反射されたインコヒーレント光Ｌ３は、反射鏡９０によって再度反射され、照明装置１４０の前方に進む。これにより、反射鏡９０は、直方体状発光体４０から発生したインコヒーレント光Ｌ３を、所定の立体角内を進む光線束を形成して、前方へ照射する。
The incoherent light L3 reflected by the reflecting
ハウジング１００は、フェルール７０、鞍形凹レンズ３０、直方体状発光体４０等を収容する筐体である。
The
また、照明装置１４０は、直方体状発光体４０の光照射領域に、各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１が分散して照射光Ｌ２として照射されるため、直方体状発光体４０に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。
In addition, since the
よって、直方体状発光体４０からムラなくインコヒーレント光Ｌ３が発生するので、単一の発光点１０２を有するレーザ光源を用いる場合と比較して照明装置１４０の高光束・高輝度化を実現することができる。
Therefore, since the incoherent light L3 is generated from the rectangular
また、各レーザ光Ｌ０由来の出射光Ｌ１を直方体状発光体４０の光照射領域上の一点に集中して照射させず、光ファイバー束２２、角錐台状集光部２１Ａ及び鞍形凹レンズ３０を介して光照射領域に分散して照射させるので、各レーザ光Ｌ０が同一点に集中して照射されることによって直方体状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。
Further, the emitted light L1 derived from each laser light L0 is not concentrated and irradiated to one point on the light irradiation region of the rectangular
以上によれば、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できる照明装置１４０を提供することができる。
Based on the above, it is possible to provide the
〔７．レーザダウンライトについて〕
本発明のさらに他の実施形態であるレーザダウンライト（発光装置，照明装置）４００について図９〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[7. (About laser downlight)
A laser downlight (light emitting device, illumination device) 400 according to still another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト４００について説明する。レーザダウンライト４００は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、ＬＤチップ１１から出射したレーザ光Ｌ０を、光ファイバー２２３などを介して、直方体状発光部４０に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。
Here, the
なお、非球面レンズ４は、ＬＤチップ１１から発振されたレーザ光Ｌ０を、光ファイバー２２３の入射端に入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
The
なお、ＬＤチップ１１及び光ファイバー２２３に替えて、ＬＤチップ１０１及び光ファイバー束２２を用いる場合には、非球面レンズ４に替えて、図５の（ａ）部分に示す、ロッド状レンズ５０、固定治具６０等を用いれば良い。
When the
また、レーザダウンライト４００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
Further, an illuminating device having the same configuration as the
図９は、発光ユニット４１０および従来のＬＥＤダウンライト５００の外観を示す概略図である。図１０は、レーザダウンライト４００が設置された天井の断面図である。図１１は、レーザダウンライト４００の断面図である。図９〜図１１に示すように、レーザダウンライト４００は、天板４０１に埋設され、照明光を出射する発光ユニット４１０と、光ファイバー２２３を介して発光ユニット４１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット４２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット４２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット４２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット４２０と発光ユニット４１０とが光ファイバー２２３によって接続されているからである。この光ファイバー２２３は、天板４０１と断熱材４０２との間の隙間に配置されている。
FIG. 9 is a schematic view showing the appearance of the
（発光ユニット４１０の構成）
発光ユニット４１０は、図１１に示すように、筐体４１１、光ファイバー２２３、直方体状発光部４０、鞍形レンズ３０、フェルール７０及び透光板４１３を備えている。なお、図５の（ｂ）部分に示すフェルール７０は、光ファイバー２２３の数に併せて５つの貫通孔が存在しているが、本実施形態では、フェルール７０の貫通孔は１つであるものとする（不図示）。
(Configuration of light emitting unit 410)
As shown in FIG. 11, the
筐体４１１には、凹部４１２が形成されており、この凹部４１２の底面に直方体状発光部４０が配置されている。凹部４１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部４１２は反射鏡として機能する。
A
また、筐体４１１には、光ファイバー２２３を通すための通路４１４が形成されており、この通路４１４を通って光ファイバー２２３が直方体状発光部４０まで延びている。光ファイバー２２３の他端と直方体状発光部４０との位置関係は上述したものと同様である。
Further, a
透光板４１３は、凹部４１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板４１３は、ＬＤチップ１１からのレーザ光Ｌ０を遮断するとともに、直方体状発光部４０においてレーザ光Ｌ０を変換することにより生成されたインコヒーレント光Ｌ３を透過する材質で形成することが好ましい。
The
直方体状発光部４０によってコヒーレントなレーザ光Ｌ０は、そのほとんどがインコヒーレントＬ３に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光Ｌ０の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透光板４１３によってレーザ光Ｌ０を遮断することにより、レーザ光Ｌ０が外部に漏れることを防止できる。
Most of the coherent laser light L0 is converted into incoherent L3 by the rectangular parallelepiped
なお、直方体状発光部４０の蛍光は、透光板４１３を透して照明光として出射される。透光板４１３は、筐体４１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
In addition, the fluorescence of the rectangular parallelepiped
図９では、発光ユニット４１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット４１０の形状（より厳密には、筐体４１１の形状）は特に限定されない。
In FIG. 9, the
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、直方体状発光部４０の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
In the downlight, unlike a headlamp, an ideal point light source is not required, and a level of one light emitting point is sufficient. Therefore, there are fewer restrictions on the shape, size, and arrangement of the rectangular parallelepiped
（ＬＤ光源ユニット４２０の構成）
ＬＤ光源ユニット４２０は、ＬＤチップ１１、非球面レンズ４および光ファイバー２２３を備えている。
(Configuration of LD light source unit 420)
The LD
光ファイバー２２３の出射端は、ＬＤ光源ユニット４２０に接続されており、ＬＤチップ１１から発振されたレーザ光Ｌ０は、非球面レンズ４を介して光ファイバー２２３の入射端に入射される。
The emission end of the
図１１に示すＬＤ光源ユニット４２０の内部には、ＬＤチップ１１および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット４１０が複数存在する場合には、発光ユニット４１０からそれぞれ延びる光ファイバー２２３の束を１つのＬＤ光源ユニット４２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット４２０に複数のＬＤチップ１１と非球面レンズ４との対（または、ＬＤチップ１０１と１つのロッド状レンズ５０との対）が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット４２０は集中電源ボックスとして機能する。
Only one pair of the
（レーザダウンライト４００の設置方法の変更例）
図１２は、レーザダウンライト４００の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト４００の設置方法の変形例として、天板４０１には光ファイバー２２３を通す小さな穴４０３だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット４１０）を天板４０１に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト４００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
(Example of changing the installation method of the laser downlight 400)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modified example of the installation method of the
（レーザダウンライト４００と従来のＬＥＤダウンライト５００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト５００は、図９に示すように、複数の透光板５０１を備えており、各透光板５０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト５００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト５００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
(Comparison between
As shown in FIG. 9, the
これに対して、レーザダウンライト４００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、直方体状発光部４０の蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組合せ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
On the other hand, since the
図１３は、ＬＥＤダウンライト５００が設置された天井の断面図である。同図に示すように、ＬＥＤダウンライト５００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体５０２が天板４０１に埋設されている。筐体５０２は比較的大きなものであり、筐体５０２が配置されている部分の断熱材４０２には、筐体５０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体５０２から電源ライン５２３が延びており、この電源ライン５２３はコンセント（不図示）につながっている。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the ceiling where the
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４０１と断熱材４０２との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト５００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
Such a configuration causes the following problems. First, since there is a light source (LED chip) and a power source that are heat sources between the
また、ＬＥＤダウンライト５００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
Further, the
また、筐体５０２は比較的大きなものであるため、天板４０１と断熱材４０２との間の隙間にＬＥＤダウンライト５００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
Further, since the
これに対して、レーザダウンライト４００では、発光ユニット４１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
On the other hand, in the
また、発光ユニット４１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト４００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト４００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
Further, since it is not necessary to provide a power source and a cooling unit for each
また、レーザダウンライト４００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット４１０を天板４０１の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト５００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
Further, since the
図１４は、レーザダウンライト４００およびＬＥＤダウンライト５００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト４００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト５００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
FIG. 14 is a diagram for comparing the specifications of the
また、ＬＤ光源ユニット４２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、ＬＤチップ１１が故障した場合でも、手軽にＬＤチップ１１を交換できる。また、複数の発光ユニット４１０から延びる光ファイバー２２３を１つのＬＤ光源ユニット４２０に導くことにより、複数のＬＤチップ１１を一括管理できる。そのため、複数のＬＤチップ１１を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
In addition, since the LD
なお、ＬＥＤダウンライト５００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト５００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト５００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト４００では、ＬＥＤダウンライト５００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
In the case of a type using a high color rendering phosphor in the
以上のように、レーザダウンライト４００は、レーザ光Ｌ０を出射するＬＤチップ１１を少なくとも１つ備える光源ユニット４２０と、直方体状発光部４０および反射鏡としての凹部４１２を備える少なくとも１つの発光ユニット４１０と、発光ユニット４１０のそれぞれへレーザ光Ｌ０を導く光ファイバー２２３と、光ファイバー２２３の出射端から出射した出射光Ｌ１を照射光Ｌ２として直方体状発光体４０の光照射領域に分散して照射する鞍形レンズ３０とを備える。
As described above, the
それゆえ、レーザダウンライト４００において、レーザ光Ｌ０が直方体状発光部４０の一箇所に集中的に照射されることによって直方体状発光部４０が著しく劣化する可能性を低減できる。その結果、長寿命のレーザダウンライト４００を実現できる。
Therefore, in the
〔８．発光装置の配光特性について〕
次に、１チップ１ストライプの半導体レーザ（発振波長は、４０５ｎｍ）であるＬＤチップ１１を１０個用いて発光装置（以下、試作例という）を試作し、実験を行った。それぞれのＬＤチップ１１の光出力は、１．０Ｗ、動作電圧は、５Ｖ、電流は０．６Ａである。
[8. (Light distribution characteristics of light-emitting device)
Next, a light-emitting device (hereinafter referred to as a prototype) was prototyped using ten
また、第１光学系として１０個の光ファイバー２２３で構成された光ファイバー束を用い、第２光学系として鞍形凹レンズ３０を用い、発光部として直方体状発光体４０（横×縦×高さ＝３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ）を採用した。
In addition, an optical fiber bundle composed of ten
光ファイバー２２３は、コア径２００μｍ、クラッド径２４０μｍ、開口数ＮＡ＝０．２２の石英製の光ファイバーである。
The
なお、ＬＤチップ１１毎に非球面レンズ（第１光学系：例えば、アルプス電気製ＦＬＫＮ１ ４０５：不図示）を設けてレーザ光Ｌ０をコリメートし、対応する光ファイバーの一端から入射させた。なお、これらの各構成の配置は、適宜調整したが煩雑なので、説明は省略する。
An aspheric lens (first optical system: for example, FLKN1 405 manufactured by Alps Electric, not shown) is provided for each
この試作例にて、配光特性について調べたところ、直方体状発光体４０からは１５００ｌｍ（ルーメン）程度の光束が放射された。
When the light distribution characteristics were examined in this prototype, a luminous flux of about 1500 lm (lumen) was emitted from the rectangular
また、このときの直方体状発光体４０の輝度は、８０Ｍｃｄ／ｍ２（メガカンデラ毎平方メートル）程度であった。
Moreover, the brightness | luminance of the rectangular parallelepiped light-emitting
この実験結果より、単純計算で、ＬＤチップ１１の１個当たりの光束は、約１５０ｌｍであるから、例えば、１４個以上のＬＤチップ１１を用いれば、直方体状発光体４０は、約２０００ｌｍを超えることが可能であると分かる。
From this experimental result, the light flux per one
また、１７個のＬＤチップ１１を用いれば、現実には光の放射は等方的ではないため正確な値の算出は困難であるが、発光点から等方的に光が放射されるとして、単純計算で、光度（単位立体角当たりの光束）＝１５０×１７（ｌｍ）／４π≒２５５０（ｌｍ）／４／３．１４≒２０３（ｃｄ）であり、実効口径面積を３ｍｍ２程度、光学系の透過率を０．７とすると、輝度≒２０３（ｃｄ）／０．７／３（ｍｍ２）＝９６．６（ｃｄ／ｍｍ２）≒９６．６（Ｍｃｄ／ｍ２）≒１００（Ｍｃｄ／ｍ２）程度となることが分かる。
Further, if 17
なお、ＬＤチップ１１の数を調整して同様な実験を行ったところ、実際に、直方体状発光体４０は、２０００ｌｍを超える高光束、１００Ｍｃｄ／ｍ２を超える高輝度の実現が可能であることが分かった（このような高輝度・高光束の発光装置のことを以下、単に「レーザ照明」という）。
In addition, when the same experiment was performed by adjusting the number of
〔９．発光装置と従来のランプとの配光特性の比較〕
次に、図１５〜図１６（ｃ）に基づき、上述したレーザ照明と従来のランプとの配光特性の比較結果について説明する。
[9. Comparison of light distribution characteristics between light emitting device and conventional lamp)
Next, a comparison result of the light distribution characteristics between the above-described laser illumination and the conventional lamp will be described with reference to FIGS.
図１５は、自動車用のヘッドランプに必要なレンズ直径をランプの種類で比較した様子を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a state in which lens diameters necessary for automobile headlamps are compared by lamp type.
図１５に示すように市販のハロゲンランプの輝度は、２５Ｍｃｄ／ｍ２（メガカンデラ毎平方メートル）程度であり、ＨＩＤ（High Intensity discharge）ランプの輝度は、８０Ｍｃｄ／ｍ２程度である。 As shown in FIG. 15, the brightness of a commercially available halogen lamp is about 25 Mcd / m 2 (mega candela per square meter), and the brightness of a high intensity discharge (HID) lamp is about 80 Mcd / m 2 .
一方、上述したレーザ照明では、１００Ｍｃｄ／ｍ２程度の高輝度の実現が可能なので、図１５に示すように、ハロゲンランプの４倍程度、ＨＩＤランプを超える高輝度を実現することができることが分かる。 On the other hand, since the above-described laser illumination can achieve a high luminance of about 100 Mcd / m 2 , as shown in FIG. 15, it can be seen that a high luminance exceeding the HID lamp can be realized about four times as much as the halogen lamp. .
すなわち、直方体状発光体４０が発生するインコヒーレント光Ｌ３の輝度は、８０Ｍｃｄ／ｍ２以上であることが好ましい。
That is, the luminance of the incoherent light L3 generated by the rectangular
また、ハロゲンランプは、通常自動車のハイビーム用のヘッドランプに用いられているが、レーザ照明では、例えば、上述した直方体状発光体４０を用いることによって、ハロゲンランプよりも口径サイズの小さい直方体状発光体４０でもハロゲンランプの４倍程度の高輝度を実現できるので、ハイビーム用のヘッドランプの前方に設置するレンズの面積を１／４に縮小することが可能である。
In addition, halogen lamps are usually used for high beam headlamps of automobiles. However, in laser illumination, for example, by using the above-mentioned rectangular
なお、ハロゲンランプの発光フィラメントのサイズは、横×縦×高さ＝５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ程度である。 In addition, the size of the light emitting filament of the halogen lamp is about horizontal × vertical × height = 5 mm × 1.5 mm × 1.5 mm.
次に、図１６（ａ）は、ランプの種類でその性能を比較した図であり、図１６（ｂ）は、従来の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図であり、図１６（ｃ）は、レーザ照明を用いた場合の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図である。 Next, FIG. 16 (a) is a diagram comparing the performance of each type of lamp, and FIG. 16 (b) is a diagram showing an example of the external configuration of a conventional automotive headlamp. (c) is a figure which shows an example of the external appearance structure of the headlamp for motor vehicles at the time of using a laser illumination.
まず、図１６（ａ）に示すように、市販の高出力白色ＬＥＤ（以下、煩雑なので「高出力」との記載は省略する場合がある）の光束は、１モジュールあたり４００〜５００ｌｍ（ルーメン）程度が上限であり、車載用のハロゲンランプの光束は、７００〜１５００ｌｍ程度（普通乗用車用のハロゲンランプで通常１０００ｌｍ程度）であり、ＨＩＤランプの光束は、３２００ｌｍ程度である。ただし、ＨＩＤランプはその構造・形状から３２００ｌｍ全ての光束を全て前照灯の照射光に利用することが困難である。実効的には２０００ｌｍ以下の光束しか利用できていないとされる。また、光学系の設計が困難であるという問題点がある。 First, as shown in FIG. 16A, the luminous flux of a commercially available high-power white LED (hereinafter, the description of “high power” may be omitted because it is complicated) is 400 to 500 lm (lumen) per module. The upper limit of the luminous flux is about 700 to 1500 lm (usually about 1000 lm for a halogen lamp for a passenger car), and the luminous flux of the HID lamp is about 3200 lm. However, it is difficult for the HID lamp to use all the light flux of 3200 lm for the irradiation light of the headlamp because of its structure and shape. Effectively, only a luminous flux of 2000 lm or less can be used. In addition, there is a problem that it is difficult to design an optical system.
一方、実施例のレーザ照明では、２０００ｌｍを超える高光束の実現が可能なので、白色ＬＥＤの４〜５倍程度、ハロゲンランプを超えＨＩＤランプに近い高光束（実効的にはＨＩＤランプを超える高光束）を実現することができる。 On the other hand, since the laser illumination of the embodiment can realize a high luminous flux exceeding 2000 lm, the luminous flux is about 4 to 5 times that of the white LED and is close to the HID lamp beyond the halogen lamp (effectively high luminous flux exceeding the HID lamp). ) Can be realized.
すなわち、直方体状発光体４０が発生するインコヒーレント光Ｌ３の光束が１５００ｌｍ以上、３２００ｌｍ以下であることが好ましい。
That is, it is preferable that the luminous flux of the incoherent light L3 generated by the rectangular
また、白色ＬＥＤは、通常自動車のロービーム用のヘッドランプに用いられているが、実施例のレーザ照明によれば、例えば、１灯で白色ＬＥＤの４〜５灯分の高光束を実現することができる。 Moreover, although white LED is normally used for the headlamp for low beams of a motor vehicle, according to the laser illumination of an Example, a high luminous flux for 4-5 lights of white LED is implement | achieved by one lamp, for example. Can do.
以上の検討結果から図１６（ａ）が、従来のヘッドランプの大きさを示しているものとすると、実施例のレーザ照明によれば、例えば、図１６（ｂ）に示すように、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプのそれぞれは、１灯ずつで済み、また、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプの前方に設置されるレンズの面積もかなり小さくすることが可能である。 Assuming that FIG. 16A shows the size of a conventional headlamp from the above examination results, according to the laser illumination of the embodiment, for example, as shown in FIG. Each of the headlamps for the low beam and the low beam only requires one lamp, and the area of the lens installed in front of the headlamps for the high beam and the low beam can be considerably reduced.
また、図１６（ａ）に示すように、レーザ照明では、継続使用による寿命が１００００時間程度であり、白色ＬＥＤと同程度の長寿命となっている。 Moreover, as shown to Fig.16 (a), in laser illumination, the lifetime by continuous use is about 10000 hours, and has a long lifetime comparable as white LED.
よって、高輝度・高光束かつ長寿命を実現できる発光装置１１０、発光装置１２０Ａ、発光装置１２０Ｂ及び照明装置１４０（レーザ照明）などを提供することができる。
Therefore, the light-emitting
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。 The present invention can also be expressed as follows.
本発明の発光装置（高輝度光源）は、高出力のレーザ発振が可能な半導体レーザからなるレーザ光源と、水平方向に長い略矩形形状を有し、前記レーザ光源からのレーザ光により発光する発光部を有しており、略矩形形状の発光部を効率よく、ムラ無く（一部に偏らず）励起するための導光部材を有していても良い。 The light-emitting device (high-intensity light source) of the present invention has a laser light source composed of a semiconductor laser capable of high-power laser oscillation and a light emission having a substantially rectangular shape that is long in the horizontal direction and emitted by the laser light from the laser light source. And a light guide member for exciting the substantially rectangular light-emitting part efficiently and without unevenness (not partially biased).
また、前記導光部材は、一つまたは複数のレーザ光源に光学的に結合され、他端が一つの光出射端を有する第一の導光部材と、第一の導光部材から放射されるレーザ光を発光部にムラ無く照射するための略円筒形レンズからなる第二の導光部材とから構成されていても良い。 The light guide member is optically coupled to one or a plurality of laser light sources, and the other end has one light emitting end, and the first light guide member emits light. You may comprise from the 2nd light guide member which consists of a substantially cylindrical lens for irradiating a laser beam to a light emission part uniformly.
なお、第二の導光部材は、略円筒形レンズを複数組合せた形状であっても良い。 The second light guide member may have a shape in which a plurality of substantially cylindrical lenses are combined.
また、一つのレーザ光源（１チップ）に一つのレーザ光出射端を持つような半導体レーザだけでなく、一つのレーザ光源（１チップ）に複数のレーザ光出射端を持つ半導体レーザであっても良い。 Further, not only a semiconductor laser having one laser light emitting end in one laser light source (one chip) but also a semiconductor laser having a plurality of laser light emitting ends in one laser light source (one chip). good.
以上より、自動車等の車両用前照灯に適した発光装置を提供することができる。 As described above, a light-emitting device suitable for a vehicle headlamp such as an automobile can be provided.
また、本発明は、以下のようにも表現できる。 The present invention can also be expressed as follows.
すなわち、本発明の発光装置は、複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を、他端に設けられた所定の光出射部に導光し、導光した各レーザ光を前記光出射部から出射する第１導光部材と、前記第１導光部材の前記光出射部から出射した各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２導光部材とを備えていても良い。 That is, the light emitting device of the present invention includes a laser light source group that generates a plurality of laser beams, a light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group, and the light incident from one end. A first light guide member for guiding each laser beam generated from the laser light source group to a predetermined light emitting unit provided at the other end, and emitting each guided laser beam from the light emitting unit; You may provide the 2nd light guide member which distributes and irradiates each laser beam radiate | emitted from the said light emission part of 1 light guide member to the predetermined light irradiation area | region in the said light emission part.
前記構成によれば、レーザ光源群は、複数のレーザ光を発生するようになっている。これにより、レーザ光源群の光束を、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the laser light source group generates a plurality of laser beams. Thereby, the light flux of the laser light source group can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、発光部は、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各レーザ光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each laser beam.
また、第１導光部材は、一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を、他端に設けられた所定の光出射部に導光し、導光した各レーザ光を前記光出射部から出射するようになっている。 The first light guide member guides each laser beam generated from the laser light source group incident from one end to a predetermined light emitting unit provided at the other end, and guides each laser beam guided to the light. The light is emitted from the emission part.
これにより、第１導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、レーザ光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザ光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size from one end of the first light guide member to the other end, the laser light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated due to the influence of heat.
また、前記構成によれば、第２導光部材は、前記第１導光部材の前記光出射部から出射した各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するようになっている。 Further, according to the configuration, the second light guide member radiates each laser beam emitted from the light emitting part of the first light guide member in a predetermined light irradiation region in the light emitting part. It has become.
これにより、発光部の光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 Thereby, since each laser beam is distributed and irradiated to the light irradiation area | region of a light emission part, the electron of a low energy state is efficiently excited to a high energy state over the whole fluorescent substance contained in a light emission part.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the brightness of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、前記構成によれば、各レーザ光を発光部の一点に集中して照射せず、第１導光部材及び第２導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各レーザ光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Further, according to the above-described configuration, each laser beam is not irradiated in a concentrated manner on one point of the light emitting unit, but is distributed and irradiated on the light irradiation region via the first light guide member and the second light guide member. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by irradiating the laser beam concentratedly on the same point.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
ここで、「レーザ光源群」は、複数のレーザ光源が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、複数のレーザ光源を一体化したものであっても良い。 Here, the “laser light source group” may be one in which a plurality of laser light sources are spatially separated, or one in which a plurality of laser light sources are integrated.
また、「発光部」は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。また、発光部は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。 Further, as described above, the “light emitting unit” includes at least a phosphor, but may be composed of only a single type of phosphor, or may be composed of a plurality of types of phosphor. Further, the light emitting unit may be configured by dispersing a single type or a plurality of types of phosphors in an appropriate dispersion medium.
また、「蛍光体」とは、各レーザ光を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレントな光を発生する物質のことである。 In addition, the “phosphor” is an incoherent state in which electrons in a low energy state are excited to a high energy state by irradiating each laser beam, and the electrons transition from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates light.
また、「分散して照射」とは、光照射領域の特定の１点に集中させることなく、光照射領域の全体に亘ってレーザ光を照射することである。 Further, “dispersed and irradiated” is to irradiate laser light over the entire light irradiation region without concentrating on one specific point in the light irradiation region.
また、言い換えれば、「分散して照射」とは、発光部の一部をピンポイントで励起しないようにレーザ光を、発光部が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射することである。なお、発光部が劣化しない程度の強度であれば、レーザ光が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。 In other words, “dispersed and irradiated” refers to irradiating the entire light-irradiated region with laser light with an intensity that does not deteriorate the light-emitting part so as not to excite a part of the light-emitting part pinpoint. That is. Note that the intensity of the light intensity distribution when the laser beam is irradiated may be somewhat strong as long as the intensity of the light emitting portion is not deteriorated.
なお、「光の分散」は、１つの光からプリズムなどで複数の色相を持つ複数の光に分離することを意味する場合があるが、本願明細書では、このような意味で「分散」という用語を用いないこととする。 “Dispersion of light” may mean that a single light is separated into a plurality of lights having a plurality of hues by a prism or the like. In this specification, the term “dispersion” is used. Terminology will not be used.
また、「分散して照射」とは、光出射部のサイズよりも光照射領域のサイズが大きい場合のように照射面積を拡げつつ光照射領域にレーザ光を照射しても良く、光出射部のサイズよりも光照射領域のサイズが小さい場合のように照射面積を縮小しつつ光照射領域にレーザ光を照射しても良い。 “Dispersed irradiation” means that the light irradiation area may be irradiated with laser light while expanding the irradiation area as in the case where the size of the light irradiation area is larger than the size of the light emission section. The light irradiation region may be irradiated with the laser light while reducing the irradiation area as in the case where the size of the light irradiation region is smaller than the size of.
また、本発明の発光装置は、前記第１導光部材は、前記一端から入射した各レーザ光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、前記光出射部の断面積は、前記第１導光部材の前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各レーザ光を、前記囲繞構造により前記光出射部に導光しても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, the first light guide member has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each laser beam incident from the one end, and the light emitting unit is cut off. The area may be smaller than the cross-sectional area of the one end of the first light guide member, and each laser beam incident from the one end may be guided to the light emitting portion by the surrounding structure.
前記構成によれば、光反射側面で囲まれた囲繞構造により、一端から入射した各レーザ光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する前記光出射部に導光する、すなわち、各レーザ光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する光出射部に集光することができる。 According to the above-described configuration, each laser beam incident from one end is guided to the light emitting unit having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end by the surrounding structure surrounded by the light reflecting side surface, that is, each Laser light can be condensed on a light emitting portion having a cross-sectional area smaller than that of the one end.
よって、光出射部の断面積及び発光部（光照射領域）のサイズを共に小さくすることにより、レーザ光源群を構成するレーザ光源の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光部の小型化が可能となる。 Therefore, by reducing both the cross-sectional area of the light emitting part and the size of the light emitting part (light irradiation region), the light emitting part that generates light of high brightness and high luminous flux according to the number of laser light sources constituting the laser light source group. Can be reduced in size.
ここで、「囲繞」とは、レーザ光群から発生する各レーザ光のすべての光路の周囲を取り囲むことである。 Here, “go” refers to surrounding the entire optical path of each laser beam generated from the laser beam group.
また、「囲繞構造により光出射部に導光する」場合には、光反射側面に１回だけ反射して光出射部に導光する場合、光反射側面に複数回反射して光出射部に導光する場合、光反射側面に１回も反射することなく光出射部に導光する場合のいずれの場合も含まれる。 In addition, in the case of “guided to the light emitting part by the go structure”, when the light is reflected only once on the light reflecting side surface and guided to the light emitting part, it is reflected plural times on the light reflecting side surface to the light emitting part. In the case of guiding the light, any case where the light is guided to the light emitting part without being reflected on the light reflecting side surface is included.
ところで、前記特許文献１及び２に開示された灯具では、複数のレーザ光源から生じたレーザ光を蛍光体に照射して高輝度を実現するという観点は考慮されているものの、レーザ光源毎に設けられた集光レンズを用いてレーザ光を導光しているので、レーザ光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうという副次的な問題点がある。
By the way, in the lamps disclosed in
また、この灯具では、レーザ光毎に反射鏡に穴を開け、その穴にレーザ光を通過させて蛍光体に照射しているので、レーザ光源の数が多くなる程、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点もある。 Further, in this lamp, a hole is formed in the reflecting mirror for each laser beam, and the laser beam is passed through the hole to irradiate the phosphor. Therefore, the larger the number of laser light sources, the more the light is reflected by the reflecting mirror. There is also a secondary problem that efficiency deteriorates.
本発明の発光装置は、このような副次的な問題点を解決するために、前記構成に加えて、前記第１導光部材は、複数の光ファイバーからなり、前記各レーザ光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端から出射し、前記光出射部は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成されていても良い。 In the light emitting device of the present invention, in order to solve such a secondary problem, in addition to the above configuration, the first light guide member includes a plurality of optical fibers, and each laser beam corresponds to the first light guide member. The light may enter from one end of the optical fiber and exit from the other end of the optical fiber, and the light emitting unit may be configured by a portion in which the other ends of the plurality of optical fibers are arranged.
前記構成によれば、第１導光部材を複数の光ファイバーで構成するという簡易な構成で、各レーザ光は、対応する光ファイバーの一端から入射し、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分（光出射部）に導光される。 According to the above configuration, each laser beam is incident from one end of the corresponding optical fiber and the other end of the plurality of optical fibers is arranged with a simple configuration in which the first light guide member is configured by a plurality of optical fibers. It is guided to (light emitting part).
また、光ファイバーの太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバーを束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。 Further, although depending on the thickness and number of optical fibers, the thickness of the optical fibers is usually not so large even if a plurality of optical fibers are bundled.
よって、光出射部及び光照射領域（又は発光部）のサイズを小さく保ったまま、小さな発光部の光照射領域に多数のレーザ光源由来のレーザ光を照射することができる。 Therefore, it is possible to irradiate laser light derived from a large number of laser light sources onto the light irradiation region of the small light emitting unit while keeping the size of the light emitting unit and the light irradiation region (or light emitting unit) small.
また、例えば、本発明の発光装置をヘッドランプに用いる場合、反射鏡の中央に穴を開け、その穴に複数の光ファイバーの束を通過させて複数の光ファイバーの他端が配列された部分から発光部に各レーザ光を照射させれば良いので、レーザ光源群を構成するレーザ光源の数が多くなっても、特許文献１及び２に開示された灯具のように反射鏡による光の反射効率が悪化することはない。
For example, when the light-emitting device of the present invention is used for a headlamp, a hole is formed in the center of the reflecting mirror, a bundle of a plurality of optical fibers is passed through the hole, and light is emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged. Therefore, even if the number of laser light sources constituting the laser light source group increases, the reflection efficiency of light by the reflecting mirror as in the lamps disclosed in
また、本発明の発光装置は、複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を、他端に導光する導光部材を備えており、前記導光部材の他端には、導光した各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていても良い。 The light-emitting device of the present invention includes a laser light source group that generates a plurality of laser beams, a light-emitting unit that generates light when irradiated with each laser beam generated from the laser light source group, and the light incident from one end. A light guide member for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the other end is provided, and the other end of the light guide member is irradiated with the predetermined laser beam on the light emitting unit. A light dispersion portion that irradiates and irradiates the region may be formed.
前記構成によれば、レーザ光源群は、複数のレーザ光を発生するようになっている。これにより、レーザ光源群の光束を、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the laser light source group generates a plurality of laser beams. Thereby, the light flux of the laser light source group can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、発光部は、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各レーザ光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each laser beam.
また、導光部材は、一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を、他端に導光するようになっている。 Further, the light guide member guides each laser beam generated from the laser light source group incident from one end to the other end.
さらに、前記導光部材の他端には、導光した各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている。 Furthermore, the other end of the light guide member is formed with a light dispersion portion that irradiates and distributes each of the guided laser beams to a predetermined light irradiation region in the light emitting portion.
これにより、導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、レーザ光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザ光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size of the light guide member from one end to the other end, the laser light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval, so the heat generated in the laser light source group It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by the influence of the above.
また、光分散部から発光部の光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 In addition, since each laser beam is dispersed and irradiated from the light dispersing unit to the light irradiation region of the light emitting unit, electrons in a low energy state are efficiently excited to a high energy state over the entire phosphor contained in the light emitting unit. To do.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the brightness of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、前記構成によれば、各レーザ光を発光部の一点に集中して照射せず、導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各レーザ光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Further, according to the above-described configuration, each laser beam is concentrated on the same point because the laser beam is distributed and irradiated to the light irradiation region via the light guide member without being concentrated on one point of the light emitting unit. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by being irradiated.
また、本発明の発光装置は、前記レーザ光源群は、複数の半導体レーザで構成されており、前記各レーザ光は、対応する半導体レーザから発生するレーザ光であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the laser light source group may be composed of a plurality of semiconductor lasers, and each of the laser beams may be a laser beam generated from a corresponding semiconductor laser.
また、本発明の発光装置は、前記レーザ光源群は、複数のレーザ光出射端を持つ単一の半導体レーザで構成されており、前記各レーザ光は、対応するレーザ光出射端から出射するレーザ光であっても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, the laser light source group is composed of a single semiconductor laser having a plurality of laser beam emitting ends, and each laser beam is emitted from a corresponding laser beam emitting end. It may be light.
また、本発明の発光装置は、前記発光部は、酸窒化物系蛍光体を含んでいても良い。 In the light-emitting device of the present invention, the light-emitting portion may include an oxynitride phosphor.
また、本発明の発光装置は、前記発光部が発生する光の輝度が８０Ｍｃｄ／ｍ２以上であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the luminance of the light generated by the light emitting unit may be 80 Mcd / m 2 or more.
また、本発明の発光装置は、前記発光部が発生する光の光束が１５００ｌｍ以上、３２００ｌｍ以下であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, the light flux generated by the light emitting unit may be 1500 lm or more and 3200 lm or less.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
また、本発明の照明装置は、前記発光装置のいずれかを備えていても良い。 Moreover, the illuminating device of this invention may be provided with either of the said light-emitting devices.
これにより、高輝度及び長寿命の照明装置を提供することができる。 Thereby, a high-luminance and long-life lighting device can be provided.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置・照明装置を提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device / illumination device that can achieve high brightness and a long life.
また、本発明は、以下のように方法としても表現できる。 The present invention can also be expressed as a method as follows.
本発明の光発生方法は、所定のレーザ光源群から発生した複数のレーザ光を、所定の光出射部に導光し、導光した各レーザ光を前記光出射部から出射させて、所定の発光部に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記レーザ光源群から複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生ステップと、前記レーザ光発生ステップで発生させた各レーザ光を、前記光出射部に導光するレーザ光導光ステップと、前記レーザ光導光ステップで導光した各レーザ光を前記光出射部から出射させるレーザ光出射ステップと、前記レーザ光出射ステップで前記光出射部から出射させた各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するレーザ光分散照射ステップとを含んでいても良い。 The light generation method of the present invention guides a plurality of laser beams generated from a predetermined group of laser light sources to a predetermined light emitting unit, and emits each guided laser beam from the light emitting unit. A light generation method for generating light by irradiating a light emitting unit, wherein a laser light generation step for generating a plurality of laser light from the laser light source group, and each laser light generated in the laser light generation step, A laser beam guiding step for guiding light to the light emitting unit; a laser beam emitting step for emitting each laser beam guided in the laser beam guiding step from the light emitting unit; and the light emitting unit in the laser beam emitting step. A laser beam dispersion irradiation step of dispersing and irradiating each laser beam emitted from the laser beam to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit.
また、本発明の光発生方法は、所定のレーザ光源群から発生した複数のレーザ光を、所定の光分散部に導光し、導光した各レーザ光を前記光分散部から所定の発光部に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記レーザ光源群から複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生ステップと、前記レーザ光発生ステップで発生させた各レーザ光を、前記光分散部に導光するレーザ光導光ステップと、前記レーザ光導光ステップで導光した各レーザ光を前記光分散部から前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するレーザ光分散照射ステップとを含んでいても良い。 Further, the light generation method of the present invention guides a plurality of laser beams generated from a predetermined laser light source group to a predetermined light dispersing unit, and guides each of the guided laser beams from the light dispersing unit to a predetermined light emitting unit. A light generation method for generating light by irradiating a laser beam, wherein a laser beam generation step for generating a plurality of laser beams from the laser light source group, and each laser beam generated in the laser beam generation step Laser light guiding step for guiding light to the dispersion unit, and laser light dispersion irradiation step for irradiating each laser beam guided by the laser light guiding step from the light dispersion unit to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit. May be included.
また、本発明の光発生方法は、所定のレーザ光源群から発生した複数のレーザ光を、所定の発光部の近傍に導光し、導光された各レーザ光を前記発光部の所定の光照射領域に照射することにより光を発生させる光発生方法であって、前記レーザ光源群から複数のレーザ光を発生させるレーザ光発生ステップと、前記レーザ光発生ステップで発生させた各レーザ光を、前記発光部の近傍に導光するレーザ光導光ステップと、前記レーザ光導光ステップで導光した各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射するレーザ光分散照射ステップとを含んでいても良い。 The light generation method of the present invention guides a plurality of laser lights generated from a predetermined laser light source group to the vicinity of a predetermined light emitting unit, and guides each of the guided laser beams to the predetermined light of the light emitting unit. A light generation method for generating light by irradiating an irradiation region, a laser light generation step for generating a plurality of laser light from the laser light source group, and each laser light generated in the laser light generation step, A laser light guiding step for guiding light in the vicinity of the light emitting unit, and a laser light dispersion irradiating step for dispersing and irradiating each laser light guided in the laser light guiding step in the light irradiation region may be included. .
本発明の発光装置は、複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第１光学系と、前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２光学系とを備えており、前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含んでいる構成であってよい。 The light emitting device according to the present invention includes a laser light source group that generates a plurality of laser beams, a light emitting unit that generates light when irradiated with each laser beam generated from the laser light source group, and the laser light source group. A first optical system that guides each laser beam to the vicinity of the light emitting unit, and a second optical system that irradiates each laser beam guided by the first optical system in a distributed manner in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit. An optical system, and the second optical system may include a concave lens having a concave surface at least on the light irradiation region side.
前記構成によれば、レーザ光源群は、複数のレーザ光を発生するようになっている。これにより、レーザ光源群の光束を、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して大きくすることができる。 According to the above configuration, the laser light source group generates a plurality of laser beams. Thereby, the light flux of the laser light source group can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、発光部は、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、発光部は、少なくとも各レーザ光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。 The light emitting unit emits light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group. Therefore, the light emitting unit includes a phosphor that generates light when irradiated with at least each laser beam.
また、第１光学系は、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光するようになっている。 The first optical system guides each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit.
これにより、第１光学系の前記各レーザ光が入射する側から前記各レーザ光が導光される側までの距離を調整することで、レーザ光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザ光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, the laser light source group and the light emitting unit are spaced at an arbitrary interval by adjusting the distance from the side on which the laser beams are incident on the first optical system to the side on which the laser beams are guided. Therefore, it is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by the influence of heat generated in the laser light source group.
また、前記構成によれば、第２光学系は、前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射するようになっている。 According to the above configuration, the second optical system irradiates each laser beam guided by the first optical system in a distributed manner in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit.
これにより、発光部の光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 Thereby, since each laser beam is distributed and irradiated to the light irradiation area | region of a light emission part, the electron of a low energy state is efficiently excited to a high energy state over the whole fluorescent substance contained in a light emission part.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the brightness of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、前記構成によれば、各レーザ光を発光部の一点に集中して照射せず、第１光学系及び第２光学系を介して光照射領域に分散して照射するので、各レーザ光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Further, according to the above-described configuration, each laser beam is distributed and irradiated to the light irradiation region via the first optical system and the second optical system without irradiating each laser beam on one point of the light emitting unit. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by irradiating the light at the same point.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
ところで、レーザ光源として、例えばＬＤを水平に設置した時（図２（ｂ）及び図４（ａ）参照）、通常、ＬＤから放射されるレーザ光は、縦（鉛直方向）に長く、横（水平方向）に短い楕円錐状となる光出射傾向を示す。 By the way, when the LD is installed horizontally as a laser light source (see FIGS. 2B and 4A), the laser light emitted from the LD is usually long in the vertical direction (vertical direction) and horizontally ( The light emission tendency which becomes a short elliptical cone shape in the horizontal direction) is shown.
すなわち、ＬＤから放射されるレーザ光は、縦横比（アスペクト比）が非常に大きい（例えば、水平方向で５度、垂直方向で３０度）。 That is, the laser light emitted from the LD has a very large aspect ratio (for example, 5 degrees in the horizontal direction and 30 degrees in the vertical direction).
このため、通常、第１光学系の各レーザ光が導光される部分から出射される各レーザ光は、このＬＤから放射されるレーザ光のアスペクト比が非常に大きいという特性の影響を受けたものとなる。 For this reason, normally, each laser beam emitted from the portion where each laser beam of the first optical system is guided is affected by the characteristic that the aspect ratio of the laser beam emitted from this LD is very large. It will be a thing.
そうすると、ＬＤの設置方向や発光部の形状などにも依存するが、第１光学系の各レーザ光が導光される部分から出射される各レーザ光の拡がりが、発光部の光照射領域のサイズより小さくなる場合が生じ得る。 Then, although depending on the installation direction of the LD, the shape of the light emitting part, etc., the spread of each laser light emitted from the part where each laser light of the first optical system is guided is the light irradiation region of the light emitting part. There may be cases where it becomes smaller than the size.
このような場合、光照射領域にレーザ光が照射されない部分が生じ得るため、発光部の発光効率が低下してしまうという副次的な課題がある。 In such a case, there may be a portion where the laser beam is not irradiated in the light irradiation region, so that there is a secondary problem that the light emission efficiency of the light emitting unit is reduced.
そこで、本発明の発光装置は、このような副次的な課題を解決するために、前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含んでいる構成を採用している。 Therefore, in order to solve such a secondary problem, the light emitting device of the present invention employs a configuration in which the second optical system includes a concave lens having a concave surface at least on the light irradiation region side. Yes.
前記構成によれば、光照射領域側に凹面を有する凹レンズは、例えば、その凹部の凹面形状が所定の軸を有する曲面で構成される場合、凹レンズは、出射光の発光部に対する該軸と直交する方向の拡がりを大きくする機能を有する。 According to the above configuration, when the concave lens having a concave surface on the light irradiation region side is formed of a curved surface having a predetermined axis, for example, the concave lens is orthogonal to the axis of the emitted light with respect to the light emitting portion. It has a function of increasing the spread in the direction to be.
よって、第２光学系が凹レンズを含んでいれば、その凹部の凹面形状の軸を適切に設定することで、出射光の拡がりが、発光部の光照射領域のサイズより小さくなる場合でも、凹レンズを用いて、出射光の拡がりを、発光部の光照射領域のサイズ程度の大きさに拡げることが可能となる。 Therefore, if the second optical system includes a concave lens, the concave lens is appropriately set by setting the concave surface axis of the concave portion, even if the spread of the emitted light is smaller than the size of the light irradiation area of the light emitting portion. Using this, it is possible to expand the spread of the emitted light to the size of the light irradiation area of the light emitting unit.
ここで、「第１光学系」は、例えば、一端から入射した各レーザ光を他端に導光する単体の光学部品で構成しても良く、また、一端から入射した各レーザ光を他端に導光し、導光された各レーザ光をその他端から出射する第１光学部品と、一端から入射した第１光学部品の他端から出射した各レーザ光を他端に導光する第２光学部品との組合せのように、複数の光学部品で構成しても良い。 Here, the “first optical system” may be constituted by, for example, a single optical component that guides each laser beam incident from one end to the other end, and each laser beam incident from one end is the other end. A first optical component that guides each of the guided laser beams from the other end, and a second optical component that guides each laser beam emitted from the other end of the first optical component incident from one end to the other end. You may comprise with several optical components like the combination with an optical component.
「第２光学系」は、例えば、第１光学系によって導光された各レーザ光を光照射領域に分散して照射できるものであれば良く、第１光学系によって導光された各レーザ光を光照射領域に分散して照射する単体の光学部品であっても良いし、第１光学系によって導光された各レーザ光を２つのレンズを用いて光照射領域に分散して照射する場合のように複数の光学部品で構成しても良い。 The “second optical system” only needs to be capable of dispersing and irradiating each laser beam guided by the first optical system on the light irradiation region, and each laser beam guided by the first optical system. May be a single optical component that irradiates and distributes the light to the light irradiation region, or each laser beam guided by the first optical system is distributed and irradiated to the light irradiation region using two lenses As described above, a plurality of optical components may be used.
また、上述した例のように第１光学系及び第２光学系は、独立した２以上の光学部品で構成しても良いし、後述する「導光部材」のように一体化された１つの光学部品で構成しても良い。 Further, as in the above-described example, the first optical system and the second optical system may be configured by two or more independent optical components, or one integrated as a “light guide member” described later. You may comprise with an optical component.
また、「レーザ光源群」は、複数のレーザ光源が空間的に分離して存在しているものであっても良いし、複数のレーザ光源を一体化したものであっても良い。 In addition, the “laser light source group” may be one in which a plurality of laser light sources are spatially separated, or one in which a plurality of laser light sources are integrated.
また、「発光部」は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。また、発光部は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。 Further, as described above, the “light emitting unit” includes at least a phosphor, but may be composed of only a single type of phosphor, or may be composed of a plurality of types of phosphor. Further, the light emitting unit may be configured by dispersing a single type or a plurality of types of phosphors in an appropriate dispersion medium.
また、「蛍光体」とは、各レーザ光を照射することにより低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に励起し、この電子が、高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移することにより、インコヒーレントな光を発生する物質のことである。 In addition, the “phosphor” is an incoherent state in which electrons in a low energy state are excited to a high energy state by irradiating each laser beam, and the electrons transition from a high energy state to a low energy state. It is a substance that generates light.
また、「分散して照射」とは、光照射領域の特定の１点に集中させることなく、光照射領域の全体に亘ってレーザ光を照射することである。 Further, “dispersed and irradiated” is to irradiate laser light over the entire light irradiation region without concentrating on one specific point in the light irradiation region.
また、言い換えれば、「分散して照射」とは、発光部の一部をピンポイントで励起しないようにレーザ光を、発光部が劣化しない程度の強度で光照射領域の全体に亘って照射することである。なお、発光部が劣化しない程度の強度であれば、レーザ光が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。 In other words, “dispersed and irradiated” refers to irradiating the entire light-irradiated region with laser light with an intensity that does not deteriorate the light-emitting part so as not to excite a part of the light-emitting part pinpoint. That is. Note that the intensity of the light intensity distribution when the laser beam is irradiated may be somewhat strong as long as the intensity of the light emitting portion is not deteriorated.
なお、「光の分散」は、１つの光からプリズムなどで複数の色相を持つ複数の光に分離することを意味する場合があるが、本願明細書では、このような意味で「分散」という用語を用いないこととする。 “Dispersion of light” may mean that a single light is separated into a plurality of lights having a plurality of hues by a prism or the like. In this specification, the term “dispersion” is used. Terminology will not be used.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記第１光学系は、一端から入射した各レーザ光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、他端の断面積は、前記一端の断面積よりも小さくなっており、前記一端から入射した前記各レーザ光を、前記囲繞構造により前記他端に導光する集光部材を含んでいても良い。 In the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the first optical system has a surrounding structure surrounded by a light reflecting side surface that reflects each laser beam incident from one end, and the other end. The cross-sectional area may be smaller than the cross-sectional area of the one end, and may include a condensing member that guides each laser beam incident from the one end to the other end by the surrounding structure.
前記構成によれば、集光部材の光反射側面で囲まれた囲繞構造により、集光部材の一端から入射した各レーザ光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する集光部材の他端に導光する、すなわち、各レーザ光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する集光部材の他端に集光することができる。 According to the above configuration, each of the laser beams incident from one end of the light collecting member can be made to have a cross sectional area smaller than the cross sectional area of the one end by the surrounding structure surrounded by the light reflecting side surface of the light collecting member. The laser light can be guided to the other end, that is, each laser beam can be condensed on the other end of the condensing member having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the one end.
よって、集光部材の他端の断面積及び発光部（光照射領域）のサイズを共に小さくすることにより、レーザ光源群を構成するレーザ光源の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光部の小型化が可能となる。 Therefore, by reducing both the cross-sectional area of the other end of the light condensing member and the size of the light emitting part (light irradiation region), light of high brightness and high luminous flux is generated according to the number of laser light sources constituting the laser light source group. It is possible to reduce the size of the light emitting unit.
ここで、「囲繞」とは、レーザ光群から発生する各レーザ光のすべての光路の周囲を取り囲むことである。 Here, “go” refers to surrounding the entire optical path of each laser beam generated from the laser beam group.
また、「囲繞構造により集光部材の他端に導光する」場合には、光反射側面に１回だけ反射して集光部材の他端に導光する場合、光反射側面に複数回反射して集光部材の他端に導光する場合、光反射側面に１回も反射することなく集光部材の他端に導光する場合のいずれの場合も含まれる。 In addition, when “guides to the other end of the light collecting member by the surrounding structure”, when the light is reflected only once on the light reflecting side surface and guided to the other end of the light collecting member, it is reflected a plurality of times on the light reflecting side surface. When the light is guided to the other end of the light collecting member, any case where the light is guided to the other end of the light collecting member without being reflected once on the light reflecting side surface is included.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記第１光学系は、複数の光ファイバーからなる光ファイバー束と、前記集光部材とを含んでおり、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端に導光され、前記光ファイバー束の前記各レーザ光が導光される部分は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成されており、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分から出射した前記各レーザ光は、前記集光部材の一端から入射しても良い。 In the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the first optical system includes an optical fiber bundle including a plurality of optical fibers and the condensing member, and each laser generated from the laser light source group. Light enters from one end of the corresponding optical fiber and is guided to the other end of the optical fiber, and the portions of the optical fiber bundle where the laser beams are guided are arranged at the other ends of the plurality of optical fibers. Each of the laser beams emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged may be incident from one end of the light collecting member.
ところで、前記特許文献１及び２に開示された灯具では、複数のレーザ光源から生じたレーザ光を蛍光体に照射して高輝度を実現するという観点は考慮されているものの、レーザ光源毎に設けられた集光レンズを用いてレーザ光を導光しているので、レーザ光源の数が増加する程、灯具が大型化してしまうという副次的な問題点がある。
By the way, in the lamps disclosed in
また、この灯具では、レーザ光毎に反射鏡に穴を開け、その穴にレーザ光を通過させて蛍光体に照射しているので、レーザ光源の数が多くなる程、反射鏡による光の反射効率が悪化するという副次的な問題点もある。 Further, in this lamp, a hole is formed in the reflecting mirror for each laser beam, and the laser beam is passed through the hole to irradiate the phosphor. Therefore, the larger the number of laser light sources, the more the light is reflected by the reflecting mirror. There is also a secondary problem that efficiency deteriorates.
本発明の発光装置は、このような副次的な問題点を解決するために、前記構成に加えて、前記第１光学系は、少なくとも複数の光ファイバーからなる光ファイバー束を含む構成としている。 In order to solve such a secondary problem, the light emitting device of the present invention has a configuration in which, in addition to the above configuration, the first optical system includes an optical fiber bundle including at least a plurality of optical fibers.
前記構成によれば、第１光学系を複数の光ファイバーで構成するという簡易な構成で、各レーザ光は、対応する光ファイバーの一端から入射し、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分に導光される。 According to the above configuration, each laser beam is incident from one end of the corresponding optical fiber, and the other end of the plurality of optical fibers is arranged at a portion where the first optical system is configured by a plurality of optical fibers. Light is guided.
また、光ファイバーの太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバーを束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。 Further, although depending on the thickness and number of optical fibers, the thickness of the optical fibers is usually not so large even if a plurality of optical fibers are bundled.
よって、複数の光ファイバーの他端が配列された部分及び光照射領域（又は発光部）のサイズを小さく保ったまま、小さな発光部の光照射領域に多数のレーザ光源由来のレーザ光を照射することができる。 Therefore, irradiate laser light from a large number of laser light sources onto the light irradiation region of the small light emitting unit while keeping the size of the portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged and the size of the light irradiation region (or light emitting unit) small. Can do.
また、例えば、本発明の発光装置をヘッドランプに用いる場合、反射鏡の中央に穴を開け、その穴に複数の光ファイバーの束を通過させて複数の光ファイバーの他端が配列された部分から出射する各レーザ光を、発光部に照射させれば良いので、レーザ光源群を構成するレーザ光源の数が多くなっても、特許文献１及び２に開示された灯具のように反射鏡による光の反射効率が悪化することはない。
For example, when the light-emitting device of the present invention is used for a headlamp, a hole is formed in the center of the reflecting mirror, and a bundle of a plurality of optical fibers is passed through the hole, and emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged. Therefore, even if the number of laser light sources constituting the laser light source group is increased, the light of the light reflected by the reflecting mirror as in the lamps disclosed in
また、前記構成によれば、前記第１光学系は、さらに前記集光部材を含んでおり、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分から出射した前記各レーザ光は、前記集光部材の一端から入射するように構成されている。 According to the above configuration, the first optical system further includes the condensing member, and each laser beam emitted from a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged is the condensing member. It is comprised so that it may inject from one end.
よって、光ファイバー束を構成する光ファイバーの本数が増え、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分のサイズが、発光部の光照射領域のサイズよりも大きくなったような場合でも、各レーザ光は集光部材の囲繞構造により集光部材の他端に導光（集光）されるので、該集光部材の他端からの出射光の拡がりを、集光部材を用いない場合と比較して小さくすることができる。 Therefore, even when the number of optical fibers constituting the optical fiber bundle is increased and the size of the portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged is larger than the size of the light irradiation area of the light emitting unit, each laser beam Is guided (condensed) to the other end of the condensing member by the surrounding structure of the condensing member, so that the spread of the emitted light from the other end of the condensing member is compared with the case where the condensing member is not used. Can be made smaller.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、水平方向に長い形状であり、前記凹レンズは、鉛直方向に軸を持つ凹面を有していても良い。 In the light-emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the shape of the light irradiation region may be a shape that is long in the horizontal direction, and the concave lens may have a concave surface having an axis in the vertical direction.
前記第２光学系を、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズで構成すれば、レーザ光の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも小さくなる場合であっても、光照射領域の水平方向の幅に合せて、レーザ光を水平方向に分散させて光照射領域に照射させることができる。 If the second optical system is constituted by a concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction, even if the horizontal spread of the laser light is smaller than the horizontal width of the light irradiation region, the light irradiation In accordance with the horizontal width of the region, the laser light can be dispersed in the horizontal direction and irradiated onto the light irradiation region.
よって、光照射領域の水平方向に長い形状に合せて光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるようにすることができる。 Therefore, each laser beam can be distributed and irradiated to the light irradiation region according to the shape of the light irradiation region that is long in the horizontal direction.
「鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ」の例としては、鉛直方向に軸を持つ両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズ等が例示できる。 Examples of the “concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction” include a biconcave lens having an axis in the vertical direction, a plano-concave lens, and a concave meniscus lens.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であり、前記凹レンズは、鉛直方向に軸を持つ凹面を有しており、前記第２光学系は、前記凹レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズの組合せであっても良い。 Further, in the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, the shape of the light irradiation region is long in the horizontal direction and short in the vertical direction, and the concave lens has a concave surface having an axis in the vertical direction. The second optical system may be a combination of the concave lens and a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction.
前記構成によれば、前記光照射領域の形状は、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状である。 According to the said structure, the shape of the said light irradiation area | region is a shape long in a horizontal direction and short in a perpendicular direction.
よって、レーザ光の水平方向の拡がりが光照射領域の水平方向の幅よりも小さくなると共に、レーザ光の鉛直方向の拡がりが光照射領域の鉛直方向の幅よりも大きくなる場合が生じ得る。 Therefore, the horizontal spread of the laser light may be smaller than the horizontal width of the light irradiation region, and the vertical spread of the laser light may be larger than the vertical width of the light irradiation region.
そこで、前記第２光学系を、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズの組合せで構成することにより、光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、その形状に合せて光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるようにすることができる。 Therefore, by configuring the second optical system with a combination of a concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction and a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction, the shape of the light irradiation region is long in the horizontal direction, Even if the shape is short in the vertical direction, each laser beam can be distributed and irradiated on the light irradiation area according to the horizontal size and the vertical size of the light irradiation area according to the shape. it can.
「水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズ」の例としては、水平方向に軸を持つ両凸レンズ、平凸レンズ、凸メニスカスレンズ等が例示できる。 Examples of the “convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction” include a biconvex lens, a plano-convex lens, and a convex meniscus lens having an axis in the horizontal direction.
「凹レンズと凸レンズの組合せ」としては、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズが別々のレンズである場合は、これらのレンズの光軸を揃えたものとすれば良い。また、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズを、以下のように分離できない形で一体化して構成しても良い。 "Combination of concave lens and convex lens" means that when the concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction and the convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction are separate lenses, the optical axes of these lenses are aligned. What should I do? Further, a concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction and a convex lens having a convex surface having an axis in the horizontal direction may be integrated and formed in a form that cannot be separated as follows.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記第２光学系の前記光照射領域側には、前記凹レンズの凹面と前記凸レンズの凸面とが一体化された鞍状の凹面が形成されており、前記鞍状の凹面は、鞍部点を有する曲面であっても良い。 In the light emitting device of the present invention, in addition to the above configuration, a saddle-like concave surface in which the concave surface of the concave lens and the convex surface of the convex lens are integrated is formed on the light irradiation region side of the second optical system. In addition, the bowl-shaped concave surface may be a curved surface having a collar point.
前記構成によれば、鞍部点の前記光照射領域側には、凹面による焦点が存在し、鞍部点の前記第１光学系の一端側には、凸面による焦点が存在し得る。 According to the said structure, the focus by a concave surface may exist in the said light irradiation area | region side of a collar part, and the focus by a convex surface may exist in the one end side of the said 1st optical system of a collar point.
よって、鞍状の凹面からの出射光の拡がりは、凹面に対して助長され、凸面に対して抑制される。 Therefore, the spread of the emitted light from the bowl-shaped concave surface is promoted with respect to the concave surface and suppressed with respect to the convex surface.
これにより、光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、鞍状の凹面を有する単体のレンズで、その形状に合せて光照射領域の水平方向のサイズ及び鉛直方向のサイズに合せて光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるようにすることができる。 Thereby, even if the shape of the light irradiation region is long in the horizontal direction and short in the vertical direction, it is a single lens having a bowl-shaped concave surface, and the size of the light irradiation region in the horizontal direction according to the shape and Each laser beam can be distributed and irradiated on the light irradiation region in accordance with the size in the vertical direction.
よって、光照射領域の形状が、水平方向に長く、鉛直方向に短い形状であっても、第２光学系を単体のレンズで構成することができるので、鉛直方向に軸を持つ凹面を有する凹レンズ及び水平方向に軸を持つ凸面を有する凸レンズの組合せを別々のレンズで構成した場合と比較して、本発明の発光装置全体の光学系の部品点数を少なくできると共に、光学系全体のサイズを小さく抑えることができる。 Therefore, even if the shape of the light irradiation region is long in the horizontal direction and short in the vertical direction, the second optical system can be constituted by a single lens, so that the concave lens having a concave surface having an axis in the vertical direction. In addition, the number of parts of the optical system of the entire light emitting device of the present invention can be reduced and the size of the entire optical system can be reduced as compared with the case where a combination of convex lenses having a convex surface having an axis in the horizontal direction is constituted by separate lenses. Can be suppressed.
なお、「鞍部点」とは、凹レンズの凹面の極小点、凸レンズの凸面の極大点とが一致する点のことである。例えば、双曲放物面は、鞍部点を有する曲面の代表例である。 Note that the “protrusion point” is a point where the concave minimum point of the concave lens and the convex maximum point of the convex lens coincide. For example, a hyperbolic paraboloid is a representative example of a curved surface having a hip point.
また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記第１光学系及び前記第２光学系は一体化された導光部材となっており、前記導光部材における第１光学系側の一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光は、前記導光部材における第２光学系側の他端に導光され、前記第２光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていても良い。 In addition to the above configuration, the light emitting device of the present invention is a light guide member in which the first optical system and the second optical system are integrated, and the first light system side of the light guide member is on the first optical system side. Each laser beam generated from the laser light source group incident from one end is guided to the other end on the second optical system side of the light guide member, and is guided to the other end on the second optical system side. A light dispersion portion for irradiating each laser beam to the light irradiation region may be formed.
前記構成によれば、導光部材は、第１光学系及び前記第２光学系が一体化されたものである。よって、光学系の部品点数を少なくし、光学系全体のサイズを小さくすることができる。 According to the above configuration, the light guide member is formed by integrating the first optical system and the second optical system. Therefore, the number of parts of the optical system can be reduced, and the size of the entire optical system can be reduced.
また、導光部材における第１光学系側の一端から入射した前記レーザ光源群から発生した各レーザ光は、前記導光部材における第２光学系側の他端に導光されるようになっている。 Further, each laser beam generated from the laser light source group incident from one end of the light guide member on the first optical system side is guided to the other end of the light guide member on the second optical system side. Yes.
さらに、第２光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されている。 Furthermore, a light dispersion part is formed at the other end on the second optical system side to disperse and irradiate each guided laser beam to the light irradiation region.
これにより、導光部材の一端から他端までのサイズを調整することで、レーザ光源群と、発光部とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザ光源群で発生する熱の影響により、発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Thus, by adjusting the size of the light guide member from one end to the other end, the laser light source group and the light emitting unit can be spatially separated at an arbitrary interval, so the heat generated in the laser light source group It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by the influence of the above.
また、光分散部から発光部の光照射領域に各レーザ光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。 In addition, since each laser beam is dispersed and irradiated from the light dispersing unit to the light irradiation region of the light emitting unit, electrons in a low energy state are efficiently excited to a high energy state over the entire phosphor contained in the light emitting unit. To do.
よって、発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、単一のレーザ光源を用いる場合と比較して本発明の発光装置の高輝度化を実現することができる。 Therefore, since incoherent light is generated from the light emitting portion without unevenness, the brightness of the light emitting device of the present invention can be increased as compared with the case where a single laser light source is used.
また、前記構成によれば、各レーザ光を発光部の一点に集中して照射せず、導光部材を介して光照射領域に分散して照射するので、各レーザ光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。 Further, according to the above-described configuration, each laser beam is concentrated on the same point because the laser beam is distributed and irradiated to the light irradiation region via the light guide member without being concentrated on one point of the light emitting unit. It is possible to prevent the light emitting portion from being deteriorated by being irradiated.
以上によれば、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long life.
また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記発光装置のいずれかを備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the illuminating device of this invention is provided with either of the said light-emitting devices in addition to the said structure.
これにより、高輝度及び長寿命の照明装置を提供することができる。 Thereby, a high-luminance and long-life lighting device can be provided.
また、本発明の車両用前照灯は、前記構成に加えて、前記発光装置と、前記発光部から発生した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備えていても良い。 In addition to the above-described configuration, the vehicle headlamp of the present invention reflects the light generated from the light emitting device and the light emitting unit, thereby forming a light beam that travels within a predetermined solid angle. And may be provided.
前記構成によれば、発光部から発生した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束が形成される。それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる車両用前照灯を提供することができる。 According to the said structure, the light emitted from the light emission part is reflected by a reflective mirror, and the light beam which advances within the predetermined solid angle is formed. Therefore, it is possible to provide a vehicular headlamp that can achieve high brightness and a long life.
本発明の発光装置は、以上のように、複数のレーザ光を発生するレーザ光源群と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第１光学系と、前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２光学系とを備えており、前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含んでいるものである。 As described above, the light emitting device of the present invention includes a laser light source group that generates a plurality of laser beams, a light emitting unit that generates light when irradiated with each laser beam generated from the laser light source group, and the laser. A first optical system that guides each laser beam generated from the light source group to the vicinity of the light emitting unit, and each laser beam guided by the first optical system is dispersed in a predetermined light irradiation region in the light emitting unit. The second optical system includes a concave lens having a concave surface at least on the light irradiation region side.
それゆえ、高輝度かつ長寿命を実現できる発光装置などを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a light emitting device and the like that can realize high luminance and a long lifetime.
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、照明装置、灯具及び照明器具、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。 The present invention can be applied to a light-emitting device, a lighting device, a lamp, and a lighting fixture that have a high luminance and a long lifetime, particularly a headlamp for a vehicle.
１０ レーザダイオード群（レーザ光源群）
１１ ＬＤチップ（レーザ光源）
２０ 第１導光部（第１光学系）
２１Ａ 角錐台状集光部（第１光学系，集光部材）
２１Ｂ 角錐台状光学部材（導光部材，第１光学系，第２光学系，集光部材）
２２ 光ファイバー束（第１光学系，複数の光ファイバー）
３０ 鞍形凹レンズ（第２光学系，凹レンズ，凸レンズ）
３１ 凸シリンドリカルレンズ（第２光学系，凸レンズ）
３２ 凹シリンドリカルレンズ（第２光学系，凹レンズ）
４０ 直方体状発光体（発光部）
５０ ロッド状レンズ（第１光学系）
９０ 反射鏡
１０１ ＬＤチップ（レーザ光源群）
１０２ 発光点（レーザ光源）
１１０，１２０Ａ，１２０Ｂ 発光装置（照明装置，車両用前照灯）
１４０ 照明装置（発光装置，車両用前照灯）
２０１ 光入射部（第１光学系の一端）
２０２ 光出射部（第１光学系の他端）
２１１Ａ，２１１Ｂ 光入射面（第１光学系の一端，第１光学系側の一端）
２１２Ａ 光出射面（第１光学系の他端）
２１２Ｂ 光分散面（光分散部，第２光学系側の他端）
２１３Ａ，２１３Ｂ 角錐台側面（光反射側面，囲繞構造）
２２１ 入射端（第１光学系の一端）
２２２ 出射端（光ファイバーの他端が配列された部分）
２２３ 光ファイバー
４００ レーザダウンライト（発光装置，照明装置）
Ｈ 鞍部点
Ｌ０ レーザ光（レーザ光）
Ｌ１ 出射光（レーザ光）
Ｌ２ 照射光（レーザ光）
Ｌ３ インコヒーレント光（光）
Ｓ レーザ光源群
10 Laser diode group (laser light source group)
11 LD chip (laser light source)
20 1st light guide part (1st optical system)
21A pyramid shaped condensing part (first optical system, condensing member)
21B Pyramidal optical member (light guide member, first optical system, second optical system, condensing member)
22 Optical fiber bundle (first optical system, multiple optical fibers)
30 Saddle-shaped concave lens (second optical system, concave lens, convex lens)
31 Convex cylindrical lens (2nd optical system, convex lens)
32 concave cylindrical lens (second optical system, concave lens)
40 Cuboid light emitter (light emitting part)
50 Rod lens (first optical system)
90 reflecting
102 Light emission point (laser light source)
110, 120A, 120B Light emitting device (lighting device, vehicle headlamp)
140 Illumination device (light emitting device, vehicle headlamp)
201 Light incident part (one end of the first optical system)
202 Light emitting part (the other end of the first optical system)
211A, 211B Light incident surface (one end of the first optical system, one end on the first optical system side)
212A Light exit surface (the other end of the first optical system)
212B Light dispersion surface (light dispersion part, other end on the second optical system side)
213A, 213B Side surface of truncated pyramid (light reflection side surface, go structure)
221 Incident end (one end of the first optical system)
222 Output end (part where the other end of the optical fiber is arranged)
223
H collar part L0 laser beam (laser beam)
L1 outgoing light (laser light)
L2 irradiation light (laser light)
L3 Incoherent light (light)
S Laser light source group
Claims (1)
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光が照射されることにより光を発生する発光部と、
前記レーザ光源群から発生した各レーザ光を前記発光部の近傍に導光する第１光学系と、
前記第１光学系によって導光された各レーザ光を前記発光部における所定の光照射領域に分散して照射する第２光学系とを備えており、
前記第１光学系は、複数の光ファイバーからなり、
前記各励起光は、対応する光ファイバーの一端から入射すると共に、その光ファイバーの他端に導光され、
前記第１光学系の前記各励起光が導光される部分は、前記複数の光ファイバーの他端が配列された部分で構成され、
前記複数の光ファイバの配列パターンは、上記所定の光照射領域が形成されるように配列されており、
前記第２光学系は、少なくとも前記光照射領域側に凹面を有する凹レンズを含み、
前記第２光学系側の他端には、導光された各レーザ光を前記光照射領域に分散して照射する光分散部が形成されていることを特徴とする発光装置。
A group of laser light sources for generating a plurality of laser beams;
A light emitting unit that generates light by being irradiated with each laser beam generated from the laser light source group;
A first optical system for guiding each laser beam generated from the laser light source group to the vicinity of the light emitting unit;
A second optical system that irradiates and distributes each laser beam guided by the first optical system to a predetermined light irradiation region in the light emitting unit,
The first optical system includes a plurality of optical fibers,
Each excitation light enters from one end of the corresponding optical fiber and is guided to the other end of the optical fiber,
The portion of the first optical system where the excitation light is guided is configured by a portion where the other ends of the plurality of optical fibers are arranged,
The arrangement pattern of the plurality of optical fibers is arranged so that the predetermined light irradiation region is formed,
The second optical system includes a concave lens having a concave surface on at least the light irradiation region side,
The light emitting device is characterized in that a light dispersion unit is formed at the other end on the second optical system side to disperse and irradiate each guided laser beam to the light irradiation region.
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