(57)【要約】  光源装置（１）は、半導体発光素子（１１）（レーザ素子）と、複数の領域に分割された複数のレンズ領域（２１）を有し、複数のレンズ領域（２１）によって半導体発光素子（１１）から出射する光の強度分布を変化させる光学素子（２０）と、光学素子（２０）により強度分布が変化された光を励起光（５４）として発光する蛍光体素子（３０）とを備え、蛍光体素子（３０）は、当該蛍光体素子（３０）の発光面が励起光（５４）の光軸を法線とする面から傾斜するように配置されており、複数のレンズ領域（２１）の各々は、互いに異なる第１の焦点を有し、複数のレンズ領域（２１）に入射して第１の焦点に集光する各光は、蛍光体素子（３０）の発光面で重なっている。
2017056468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子と、
複数の領域に分割された複数のレンズ領域を有し、前記複数のレンズ領域によって前記レーザ素子から出射する光の強度分布を変化させる光学素子と、
前記光学素子により強度分布が変化された光を励起光として発光する蛍光体素子とを備え、
前記蛍光体素子は、当該蛍光体素子の発光面が前記励起光の光軸を法線とする面から傾斜するように配置されており、
前記複数のレンズ領域の各々は、互いに異なる第１の焦点を有し、
前記複数のレンズ領域に入射して前記第１の焦点に集光する各光は、前記蛍光体素子の発光面で重なっている
光源装置。
【請求項２】
前記複数のレンズ領域の各々の前記第１の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在する
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記複数のレンズ領域は、第１軸方向と前記第１軸に直交する第２軸方向とに分割されており、
前記第１の焦点は、前記第１軸および前記第２軸に直交する第３軸と前記第１軸とで構成される平面のうち前記励起光の光軸を含む平面上に位置する
請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記複数のレンズ領域の各々は、さらに、互いに異なる第２の焦点を有し、
前記第２の焦点は、前記第２軸と前記第３軸とで構成される平面のうち前記励起光の光軸を含む平面上に位置し、
前記レーザ素子から出射して前記光学素子に入射した光のうち少なくとも前記複数のレンズ領域の各々における前記第２の焦点を通る各光は、前記蛍光体素子の発光面で重なっている
請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数のレンズ領域の各々の前記第２の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在する
請求項３または４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記複数のレンズ領域の各々は、前記第２軸方向の幅が前記第１軸方向の幅より小さく、
前記蛍光体素子は、前記第１軸方向を回転軸方向として傾斜している
請求項３〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数のレンズ領域の各々は、一部もしくは全部が長方形または六角形である
請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記レーザ素子から出射する光の放射角は、前記第１軸の方向と前記第２軸の方向とで異なっており、
前記レーザ素子から出射する光は、前記第１軸および前記第２軸のうち、放射角の狭い方が前記第２軸に対応するように前記複数のレンズ領域に入射する
請求項６または７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記複数のレンズ領域の各々は、フレネルレンズである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置を備える
投光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置および投光装置に関し、特に、半導体発光素子から出射した光を蛍光体素子に照射することで放射される光を利用する、投写表示装置などのディスプレイ分野または車両用照明や医療用照明などの照明分野に用いられる光源装置、およびこの光源装置を用いた投光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ素子等の半導体発光素子から出射された光を蛍光体素子に照射することで蛍光体素子から放射される光を利用する光源装置が知られている。このような光源装置においては、蛍光体素子に照射する光（励起光）の光強度分布を改善し、励起光による発熱の影響によって蛍光体素子の変換効率が低下することを低減するために、蛍光体素子に照射する光の光強度分布を均一化する試みがなされている（例えば特許文献１、２）。【０００３】
図１６は、特許文献１に開示された従来の光源装置１００の構成を示す図である。【０００４】
図１６に示す光源装置１００では、レーザ光源１１０のレーザ素子（レーザチップ）１１１から出射された光は、光学ロッド１２０の入射面から入射し、光学ロッド１２０内を多重反射しながら伝播する。これにより、レーザ素子１１０から出射した光は、光学ロッド１２０の出射面１２１に到達する時には、光強度分布が平均化されて均一な光強度分布を持つ光となる。光学ロッド１２０から出射する光は、発散光として出射されるために、レンズ１３０で集光させてから発光部１４０に照射される。このように、光源装置１００では、光学ロッド１２０を用いることによって発光部１４０に照射される光の光強度分布を均一化している。【０００５】
図１７は、特許文献２に開示された従来の光源装置２００の構成を示す図である。【０００６】
図１７に示す光源装置２００では、レーザ光源２１０から放射された光は、コリメータレンズ２２０によって平行光に変換され、ホログラム素子２３０に入射される。ホログラム素子２３０は、蛍光体２４０上における励起光の光強度分布が均一になるように形成されている。このように、光源装置２００では、ホログラム素子２３０によって、蛍光体２４０に照射される励起光の光強度分布を均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１４９４４９号公報
【特許文献２】特開２０１４−２８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された光源装置では、均一な光強度分布を得るために光学ロッドを用いている。しかしながら、光学ロッドは、多重反射回数を多くすることで均一な光強度分布を得るものであるため、光学ロッドの長さをある程度長くする必要がある。また、光学ロッドからの出射光は発散光となるので、一度レンズで集光してから蛍光体に照射する必要があり、発光素子から蛍光体までの距離が長くなってしまう。このように、光学ロッドを用いて均一な光強度分布を得ようとすると、光源装置として小型化することができないという問題がある。【０００９】
また、特許文献２に開示された光源装置では、均一な光強度分布を得るためにホログラム素子を用いている。しかしながら、ホログラム素子は、光の回折現象を用いた素子であるので、レンズ等と比べると一般的に効率が低いと言われている。また、レーザ素子の発光波長の個体差、温度による発光波長変化、または、ホログラム素子に入射する光の波面状態（例えば発散光や集束光）等によって、著しく効率が低下する場合もあり、レーザ素子から蛍光体までに励起光を効率良く導くことができないという問題がある。しかも、レーザ素子にはシングルモードレーザ素子とマルチモードレーザ素子とがあるが、照明用光源として用いる場合には１Ｗ以上の発光出力が必要であり、マルチモードレーザ素子を用いるのが一般的である。しかしながら、マルチモードレーザ素子は、マルチモード方向には幾つかの出射波面が重なり合っているために、一定の入射波面を想定して設計されるホログラム素子を用いる場合には、十分な効率が得られないことが予想される。このように、ホログラム素子を用いて均一な光強度分布を得ようとすると、レーザ素子の光を効率良く均一な光強度分布に変換することができないという問題がある。【００１０】
本開示は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、半導体発光素子（レーザ素子）から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができ、かつ、小型の光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本開示に係る光源装置の一態様は、レーザ素子と、複数の領域に分割された複数のレンズ領域を有し、前記複数のレンズ領域によって前記レーザ素子から出射する光の強度分布を変化させる光学素子と、前記光学素子により強度分布が変化された光を励起光として発光する蛍光体素子とを備え、前記蛍光体素子は、当該蛍光体素子の発光面が前記励起光の光軸を法線とする面から傾斜するように配置されており、前記複数のレンズ領域の各々は、互いに異なる第１の焦点を有し、前記複数のレンズ領域に入射して前記第１の焦点に集光する各光は、前記蛍光体素子の発光面で重なっている。【００１２】
この構成により、光学素子に入射したレーザ素子の光は、複数のレンズ領域によって各々が第１の焦点に集束する複数の光となって蛍光体素子へ伝播する。この際、複数の光は、蛍光体素子の発光面で互いに重なり合うので、複数のレンズ領域の各々に入射するレーザ素子の光は重なり合った光強度分布となる。つまり、平均化されて均一な光強度分布を持つ光に変換される。したがって、レーザ素子から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する励起光に変換することができ、かつ、小型の光源装置を実現できる。【００１３】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々の前記第１の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在するとよい。【００１４】
この構成により、複数のレンズ領域に入射する各光が互いに異なる第１の焦点に集束しつつ且つ蛍光体素子の発光面で重なるように、複数のレンズ領域を容易に設計することができる。【００１５】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域は、第１軸方向と前記第１軸に直交する第２軸方向とに分割されており、前記第１の焦点は、前記第１軸および前記第２軸に直交する第３軸と前記第１軸とで構成される平面のうち前記励起光の光軸を含む平面上に位置するとよい。【００１６】
この構成により、さらに、上記の複数のレンズ領域を容易に設計することができ、異なる第１の焦点での集束と蛍光体素子での重なりとを容易に実現することができる。【００１７】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々は、さらに、互いに異なる第２の焦点を有し、前記第２の焦点は、前記第２軸と前記第３軸とで構成される平面のうち前記励起光の光軸を含む平面上に位置し、前記レーザ素子から出射して前記光学素子に入射した光のうち少なくとも前記複数のレンズ領域の各々における前記第２の焦点を通る各光は、前記蛍光体素子の発光面で重なっているとよい。【００１８】
この構成により、光学素子に入射したレーザ素子の光は、複数のレンズ領域によって各々が第２の焦点にも集束する複数の光となって蛍光体素子へ伝播する。この際も、複数の光は、蛍光体素子の発光面で互いが重なり合うので、複数のレンズ領域の各々に入射するレーザ素子の光は重なり合った光強度分布となる。つまり、第３軸と第１軸とで構成される平面だけではなく、第１軸と第２軸とで構成される平面においても、平均化されて均一な光強度分布を持つ光に変換される。したがって、レーザ素子から出射する光をさらに均一な光強度分布を有する励起光に変換することができる。【００１９】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々の前記第２の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在するとよい。【００２０】
この構成により、複数のレンズ領域に入射する各光が互いに異なる第２の焦点にも集束しつつ且つ蛍光体素子の発光面で重なるように、複数のレンズ領域を容易に設計することができる。【００２１】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々は、前記第２軸方向の幅が前記第１軸方向の幅より小さく、前記蛍光体素子は、前記第１軸方向を回転軸方向として傾斜しているとよい。【００２２】
この構成により、励起光が蛍光体素子へ角度を持って照射されても蛍光体素子の発光面に沿った（発光面の法線方向から見た）励起光の縦のビーム径と横のビーム径とを容易に等しくすることができる。したがって、レーザ素子から出射する光を、さらに均一な光強度分布を有する励起光に変換することができる。【００２３】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々は、一部もしくは全部が長方形または六角形であるとよい。【００２４】
この構成により、レンズとして作用しない領域を極小化できるので、より効率良く励起光に変換できる。【００２５】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記レーザ素子から出射する光の放射角は、前記第１軸の方向と前記第２軸の方向とで異なっており、前記レーザ素子から出射する光は、前記第１軸および前記第２軸のうち、放射角の狭い方が前記第２軸に対応するように前記複数のレンズ領域に入射するとよい。【００２６】
この構成により、レーザ素子の入射光の強度分布（入射光分布）に対して作用するレンズ領域の数を増やすことができるので、より均一な光強度分布を有する励起光に変換することができる。【００２７】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、前記複数のレンズ領域の各々は、フレネルレンズであるとよい。【００２８】
この構成により、光学素子の厚みを薄くできるので、レーザ素子から蛍光体素子までの距離を更に短くすることができる。したがって、さらに光源装置の小型化を図ることができる。【００２９】
また、本開示に係る投光装置の一態様は、上記のいずれかに記載の光源装置の一態様を備える。【００３０】
この構成により、小型の投光装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３１】
半導体発光素子（レーザ素子）から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができ、かつ、小型の光源装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本開示の実施の形態１に係る光源装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本開示の実施の形態１に係る光源装置における光学素子の構成を示す図である。
【図３】図３は、本開示の実施の形態１に係る光源装置における光学素子の複数のレンズ領域の機能（レンズ領域の長手方向断面の機能）を説明するための図である。
【図４】図４は、本開示の実施の形態１に係る光源装置における光源素子の複数のレンズ領域の機能（レンズ領域の短手方向断面の機能）を説明するための図である。
【図５】図５は、本開示の実施の形態１に係る光源装置における光学素子を通過する光の強度分布の変化を説明するための図である。
【図６】図６は、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置における光学素子の構成を示す図である。
【図７】図７は、本開示の実施の形態１の変形例２に係る光源装置における光学素子の構成を示す図である。
【図８】図８は、本開示の実施の形態１の変形例３に係る光源装置における光学素子の構成を示す図である。
【図９】図９は、本開示の実施の形態１の変形例３に係る光源装置における光学素子の他の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施の形態２に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本開示の実施の形態３に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の実施の形態３に係る光源装置における光学素子の構成および機能を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本開示の実施の形態３の変形例に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の実施の形態３の変形例に係る光源装置における光学素子の構成および機能を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本開示の実施の形態４に係る投光装置の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、従来の光源装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、従来の他の光源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、工程（ステップ）および工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３４】
なお、本明細書および図面において、第１軸である座標軸９５、第２軸である座標軸９６および第３軸である座標軸９７は、三次元直交座標系の三軸を表している。同様に、第１軸である座標軸９５’、第２軸である座標軸９６’および第３軸である座標軸９７’も、三次元直交座標系の三軸を表している。
【００３５】
（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１に係る光源装置１について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（構成）
本開示の実施の形態１に係る光源装置１の構成を図１に示す。図１に示すように、光源装置１は、半導体発光装置１０と、光学素子２０と、蛍光体素子３０とを備える。
【００３７】
半導体発光装置１０は、パッケージ化された発光装置であり、光導波路１１ａを有する半導体発光素子１１と、パッケージを構成する金属製のキャップ（缶）１２とを備える。
【００３８】
半導体発光素子１１は、キャップ１２内に配置されている。具体的には、半導体発光素子１１は、円盤状のベース上に配置されたポストに実装されている。本実施の形態において、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５の方向となるように配置されている。つまり、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａの長手方向（ストライプ方向）が座標軸９７の方向となるように配置されている。
【００３９】
キャップ１２には、半導体発光素子１１からの出射光５１が透過できるように窓ガラス１３が取り付けられている。窓ガラス１３は、半導体発光素子１１から出射する出射光５１を透過する透光部材の一例であり、本実施の形態では、板ガラスである。なお、半導体発光装置１０には、さらに、外部から半導体発光素子１１に電力を供給するためのリードピンが設けられている。
【００４０】
半導体発光素子１１は、例えば窒化物半導体からなるレーザ素子（例えばＧａＮ系レーザ素子）であり、波長３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にピーク波長を有するレーザ光を出射光５１として放射する。
【００４１】
また、半導体発光装置１０の前方には、窓ガラス１３に近接してレンズ１５が配置されている。レンズ１５は、半導体発光装置１０（半導体発光素子１１）から放射される出射光５１を略平行光に変換する機能を有する。レンズ１５は、例えば、コリメータレンズである。
【００４２】
光学素子２０は、半導体発光装置１０と蛍光体素子３０との間に配置される。具体的には、光学素子２０は、レンズ１５と蛍光体素子３０との間に配置される。したがって、光学素子２０には、レンズ１５からの略平行光が入射する。
【００４３】
光学素子２０は、半導体発光素子１１から出射する出射光５１の強度分布を変化させる機能を有する光機能部２２を有する。光機能部２２の詳細については後述する。
【００４４】
半導体発光素子１１から出射した出射光５１は、光学素子２０を透過することによって光強度分布が変化し、かつ集束光へと変化した光となって励起光５４として蛍光体素子３０に入射する。
【００４５】
蛍光体素子３０は、蛍光体素子３０の発光面が励起光５４の光軸（進行方向）を法線とする面から傾斜するように配置されている。具体的に、蛍光体素子３０は、発光面が光学素子２０の中心光軸に対して傾斜するように配置されている。したがって、励起光５４は、所定の入射角を持って蛍光体素子３０に入射する。本実施の形態において、蛍光体素子３０は、座標軸９５（第１軸）の方向を回転軸方向として傾斜している。具体的には、蛍光体素子３０は、座標軸９５を回転軸として回転させたときに、蛍光体素子３０の法線方向９８が座標軸９６（第２軸）から励起光５４の進行方向（座標軸９７の方向）とは反対側に角度θだけ傾斜するように配置されている。すなわち、蛍光体素子３０は、蛍光体素子３０の発光面が励起光５４の光軸を法線とする面から、座標軸９５を回転軸として角度（９０°−θ）傾斜するように配置されている。角度θは、蛍光体素子３０の回転角（傾斜角）である。
【００４６】
また、蛍光体素子３０は、光学素子２０により強度分布が変化された光を励起光５４として発光する。蛍光体素子３０は、入射する光の波長を変換する波長変換材として蛍光体を有する。例えば、蛍光体素子３０は、蛍光体を含む蛍光体層を有する。蛍光体層としては、例えば蛍光体（蛍光体粒子）をシリコーン等の透明樹脂（バインダ）に混合分散することで層状に構成されたものを用いることができる。蛍光体は、入射する光を励起光として蛍光発光する。蛍光体は、例えばセリウム賦活のイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ３＋）系の蛍光体材料によって構成されるが、これに限るものではない。
【００４７】
蛍光体素子３０に入射した光（励起光５４）は、その一部が蛍光体素子３０において吸収されて蛍光体で波長変換されて放射状に拡散する蛍光９３となり、他の一部が蛍光体素子３０の表面または内部で反射拡散して放射状に拡散（散乱）する散乱光９２となる。そして、蛍光９３と散乱光９２とで合成された合成光が放射光９１として蛍光体素子３０から放射する。この場合、蛍光体の蛍光体材料として、波長が４２０ｎｍから４８０ｎｍの光（例えば青色光）を吸収して波長５００ｎｍから６３０ｎｍの蛍光を放射する蛍光体材料（例えば黄色蛍光体材料）を用いることで、蛍光９３と散乱光９２とで合成された白色光を放射光９１として蛍光体素子３０から放射させることができる。
【００４８】
次に、本開示の実施の形態１における光学素子２０の光機能部２２の構成および機能について、図１を参照しながら、図２、図３および図４を用いて詳細に説明する。
【００４９】
まず、光学素子２０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本開示の実施の形態１に係る光源装置１における光学素子２０の構成を示す図である。図２（ａ）は、光学素子２０の平面図であり、図１における励起光５４の出射側から見たときの光学素子２０を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢにおける断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣにおける断面図である。なお、図２（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣは、図１のＡ−Ａと同じである。
【００５０】
図２の（ａ）〜（ｃ）に示すように、光学素子２０は、光機能部２２として、複数の領域に分割された複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、・・・）を有する。複数のレンズ領域２１の各々は、光機能部２２における個々の分割領域（単位領域）である。本実施の形態において、複数のレンズ領域２１は、座標軸９５（第１軸）の方向と座標軸９６（第２軸）の方向とに分割されている。光学素子２０は、この複数のレンズ領域２１（光機能部２２）によって半導体発光素子１１から出射する出射光５１の強度分布を変化させている。
【００５１】
複数のレンズ領域２１は、それぞれが集光機能を有するレンズ部である。つまり、複数のレンズ領域２１の各々は、光学素子２０に入射する光を各レンズ領域２１によって個々に集束させる機能を有する。
【００５２】
本実施の形態において、各レンズ領域２１の平面視形状は、幅Ｗ１と幅Ｗ２とを持つ長方形である。各レンズ領域２１において、幅Ｗ１が幅Ｗ２よりも大きくなるように設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。また、レンズ領域２１の各々の面積は、ほぼ等しくなっている。また、本実施の形態では、レンズ領域２１の長手方向を座標軸９５の方向とし、レンズ領域２１の短手方向を座標軸９６の方向としている。つまり、複数のレンズ領域２１の各々は、座標軸９６（第２軸）の方向の幅が座標軸９５（第１軸）の方向の幅より小さくなっている。
【００５３】
なお、本実施の形態において、光学素子２０は、複数のレンズ領域２１の全部を長方形としたが、これに限るものではなく、複数のレンズ領域２１の一部が長方形であり、他の一部が長方形以外の形状であってもよい。
【００５４】
次に、光学素子２０における複数のレンズ領域２１（光機能部２２）の機能について、図３および図４を用いて説明する。図３は、レンズ領域２１の長手方向断面の機能を説明するための図であり、図２（ａ）におけるＩＩＢ−ＩＩＢ断面における平面のうち励起光５４（入射光５１）の光軸を含む平面上における励起光５４の集光状態を示している。また、図４は、レンズ領域２１の短手方向断面の機能を説明するための図であり、図２（ａ）におけるＩＩＣ−ＩＩＣ断面における平面のうち励起光５４（入射光５１）の光軸を含む平面上における励起光５４の集光状態を示している。
【００５５】
図３に示すように、複数のレンズ領域２１の各々は、互いに異なる第１の焦点（第１の焦点位置）を有する。複数のレンズ領域２１の各々の第１の焦点は、座標軸９７と座標軸９５とで構成される平面のうち励起光５４の光軸を含む平面上に位置する。また、複数のレンズ領域２１の各々の第１の焦点は、座標軸９５と座標軸９６とで構成される無数の平面のうち光学素子２０から距離Ｆだけ離れた平面上に位置する。
【００５６】
具体的には、複数のレンズ領域２１のうちの中央のレンズ領域２１ａは、座標軸９７と座標軸９５とで構成される平面において、光学素子２０から座標軸９７の方向に沿って一定の距離（距離Ｆ２）だけ離れた位置において、第１の焦点として焦点５５ａを有する。また、複数のレンズ領域２１のうちレンズ領域２１ｄ（座標軸９５の方向におけるレンズ領域２１ａの一方の隣りに形成されたレンズ領域）は、座標軸９７と座標軸９５とで構成される平面において、光学素子２０から距離Ｆ２の位置に第１の焦点として焦点５５ｄを有する。また、複数のレンズ領域２１のうちレンズ領域２１ｅ（座標軸９５の方向におけるレンズ領域２１ａの他方の隣りに形成されたレンズ領域）は、座標軸９７と座標軸９５とで構成される平面において、光学素子２０から距離Ｆ２の位置に第１の焦点として焦点５５ｅを有する。
【００５７】
また、光学素子２０に入射した光（図１の入射光５１）は、複数のレンズ領域２１の各々によって集束されることで強度分布が変化し、励起光５４に変換されて複数のレンズ領域２１から出射する。
【００５８】
具体的には、図３に示すように、光学素子２０に入射した光のうち中央のレンズ領域２１ａに入射した光は、当該レンズ領域２１ａによって焦点５５ａに集光するように集束された集束光（励起光５４ａ）に変換される。同様に、光学素子２０に入射した光のうちレンズ領域２１ｄに入射した光は、当該レンズ領域２１ｄによって焦点５５ｄに集光するように集束された集束光（励起光５４ｄ）に変換される。また、光学素子２０に入射した光のうちレンズ領域２１ｅに入射した光は、当該レンズ領域２１ｅによって焦点５５ｅに集光するように集束された集束光（励起光５４ｅ）に変換される。
【００５９】
このように、複数のレンズ領域２１に入射する光は、光学素子２０から距離Ｆ２の位置にそれぞれが異なる焦点を持つ複数の集束光に変換されて光学素子２０から複数の励起光となって出射する。
【００６０】
さらに、複数のレンズ領域２１は、この複数の集束光（励起光）が光学素子２０から距離Ｌ２の位置においてお互いに重なるように各レンズ領域２１の焦点の位置が設定されている。具体的には、レンズ領域２１ａ、２１ｄおよび２１ｅによって集束された各集束光（励起光５４ａ、５４ｄ、５４ｅ）は、光学素子２０から距離Ｌ２の位置において互いに重なってビーム幅（ビーム径）Ｄ１の励起光５４が形成される。
【００６１】
そして、光学素子２０から距離Ｌ２の位置には、蛍光体素子３０の主面である発光面（例えば蛍光体層の主面）が位置するように蛍光体素子３０が配置されている。したがって、蛍光体素子３０の発光面には、複数のレンズ領域２１から出射する複数の集束光がビーム幅Ｄ１で重畳するように照射することになる。
【００６２】
本実施の形態では、Ｆ２＞Ｌ２とし、複数のレンズ領域２１の各々の第１の焦点が蛍光体素子３０の発光面よりも後方側（奥側）に存在するように構成している。つまり、蛍光体素子３０の発光面が複数のレンズ領域２１の各々の第１の焦点と光学素子２０との間に位置するように蛍光体素子３０を配置している。なお、Ｆ２＜Ｌ２とし、複数のレンズ領域２１の各々の第１の焦点が蛍光体素子３０の発光面よりも前方側（手前側）に存在するように構成してもよい。この場合も同様の効果が得られる。
【００６３】
このように、複数のレンズ領域２１に入射して第１の焦点に集光する各光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。具体的には、複数のレンズ領域２１ａ、２１ｄおよび２１ｅの各々に入射して焦点５５ａ、５５ｄおよび５５ｅに集束する各集束光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【００６４】
なお、本実施の形態では、座標軸９５に沿って並ぶ複数のレンズ領域２１のうち、レンズ領域２１ａ、２１ｄおよび２１ｅ以外のレンズ領域２１についても同様の機能を有しており、複数のレンズ領域２１に入射して第１の焦点に集光する各光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。つまり、本実施の形態では、座標軸９５に沿って並ぶ複数のレンズ領域２１に入射して集光する各光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【００６５】
図４に示すように、レンズ領域２１は、短手方向断面についても長手方向断面と同様の機能を有する。
【００６６】
図４に示すように、複数のレンズ領域２１の各々は、さらに、互いに異なる第２の焦点（第２の焦点位置）を有する。複数のレンズ領域２１の各々の第２の焦点は、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面のうち励起光５４の光軸を含む平面上に位置する。また、複数のレンズ領域２１の各々の第２の焦点は、座標軸９５と座標軸９６とで構成される無数の平面のうち光学素子２０から距離Ｆ’だけ離れた平面上に位置する。
【００６７】
具体的には、複数のレンズ領域２１のうちの中央のレンズ領域２１ａは、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面において、光学素子２０から座標軸９７の方向に沿って一定の距離（距離Ｆ２’）だけ離れた位置において、第２の焦点として焦点５５ａ’を有する。また、複数のレンズ領域２１のうちレンズ領域２１ｂ（座標軸９６の方向におけるレンズ領域２１ａの一方の隣りに形成されたレンズ領域）は、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面において、光学素子２０から距離Ｆ２’の位置に第２の焦点として焦点５５ｂを有する。また、複数のレンズ領域２１のうちレンズ領域２１ｃ（座標軸９６の方向におけるレンズ領域２１ａの他方の隣りに形成されたレンズ領域）は、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面において、光学素子２０から距離Ｆ２’の位置に第２の焦点として焦点５５ｃを有する。
【００６８】
そして、光学素子２０に入射した光のうち中央のレンズ領域２１ａに入射した光は、当該レンズ領域２１ａによって焦点５５ａ’に集光するように集束された集束光（励起光５４ａ’）に変換される。同様に、光学素子２０に入射した光のうちレンズ領域２１ｂに入射した光は、当該レンズ領域２１ｂによって焦点５５ｂに集光するように集束された集束光（励起光５４ｂ）に変換される。また、光学素子２０に入射した光のうちレンズ領域２１ｃに入射した光は、当該レンズ領域２１ｃによって焦点５５ｃに集光するように集束された集束光（励起光５４ｃ）に変換される。
【００６９】
このように、複数のレンズ領域２１に入射する光は、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面においても、光学素子２０から距離Ｆ２’の位置にそれぞれが異なる焦点を持つ複数の集束光に変換されて光学素子２０から複数の励起光となって出射する。
【００７０】
また、複数のレンズ領域２１は、座標軸９６と座標軸９７とで構成される平面においても、複数の集束光（励起光）が光学素子２０から距離Ｌ２の位置においてお互いに重なるように各レンズ領域２１の焦点の位置が設定されている。具体的には、レンズ領域２１ａ、２１ｂおよび２１ｃによって集束された各集束光（励起光５４ａ’、５４ｂ、５４ｃ）は、光学素子２０から距離Ｌ２の位置において互いに重なってビーム幅（ビーム径）Ｄ２の励起光５４が形成される。
【００７１】
そして、光学素子２０から距離Ｌ２の位置には、蛍光体素子３０の発光面（主面）が位置するように蛍光体素子３０が配置されている。したがって、蛍光体素子３０の発光面には、複数のレンズ領域２１から出射する複数の集束光がビーム幅Ｄ２で重畳するように照射することになる。
【００７２】
また、本実施の形態では、図４に示すように、蛍光体素子３０は、発光面の法線が座標軸９６に一致させた状態から座標軸９５を回転軸にして回転角θだけ回転して座標軸９８と一致するように傾斜させた状態でレンズ領域２１ａ、２１ｂおよび２１ｃによって集束された各集束光（励起光５４ａ’、５４ｂ、５４ｃ）がビーム幅Ｄ２を形成するように配置されている。
【００７３】
これにより、蛍光体素子３０の発光面（主面）には、蛍光体素子３０を傾斜したことによる効果で、ビーム幅Ｄ３（Ｄ３＞Ｄ２）の放射光９１（図１）が形成される。なお、均一な強度分布の光を得るとの観点からは、蛍光体素子３０の発光面上のビーム幅Ｄ１およびビーム幅Ｄ３は、複数のレンズ領域２１の蛍光体素子３０の蛍光を発生する発光ポイントのビーム幅Ｄ１およびビーム幅Ｄ２と、ほぼ等しく形成するとよい。この場合、複数のレンズ領域２１の分割幅Ｗ２を分割幅Ｗ１よりも小さくすることによって、ビーム幅Ｄ２をビーム幅Ｄ１よりも小さくすることができ、ビーム幅Ｄ１とビーム幅Ｄ３とをほぼ等しくすることができる。
【００７４】
また、本実施の形態では、複数のレンズ領域２１の各々の第２の焦点は、Ｆ２’＞Ｌ２とし、第１の焦点と同様に、蛍光体素子３０の発光面よりも後方側（奥側）に存在するように構成している。つまり、蛍光体素子３０の発光面が複数のレンズ領域２１の各々の第２の焦点と光学素子２０との間に位置するように蛍光体素子３０を配置している。なお、Ｆ２’＜Ｌ２とし、複数のレンズ領域２１の各々の第２の焦点が蛍光体素子３０の発光面よりも前方側（手前側）に存在するように構成してもよい。この場合も同様の効果が得られる。
【００７５】
また、複数のレンズ領域２１の各々において、図３に示す第１の焦点までの距離Ｆ２と図４に示す第２の焦点までの距離Ｆ２’とは、異なっていてもよいし（Ｆ２≠Ｆ２’）、同じであってもよい（Ｆ２＝Ｆ２’）。つまり、レンズ領域２１ａにおける焦点５５ａと焦点５５ａ’とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【００７６】
このように、複数のレンズ領域２１に入射して第２の焦点に集光する各光は、第１の焦点に集光する光と同様に、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。具体的には、複数のレンズ領域２１ａ、２１ｂおよび２１ｃの各々に入射して焦点５５ａ’、５５ｂおよび５５ｃに集束する各集束光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【００７７】
なお、本実施の形態では、座標軸９６に沿って並ぶ複数のレンズ領域２１のうち、レンズ領域２１ａ、２１ｂおよび２１ｃ以外のレンズ領域２１についても同様の機能を有しており、複数のレンズ領域２１に入射して第２の焦点に集光する各光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。つまり、本実施の形態では、座標軸９６に沿って並ぶ複数のレンズ領域２１に入射して集光する各光は、蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【００７８】
次に、光学素子２０のレンズ領域２１（光機能部２２）を通過する入射光５１の強度分布が変化する様子を、図５を用いて説明する。図５は、本開示の実施の形態１に係る光源装置における光学素子を通過する光の強度分布の変化を説明するための図である。
【００７９】
図５では、図３に示す平面内において、複数のレンズ領域２１に入射した入射光５１が励起光５４となって出射するときの強度分布の変化を説明するが、図４に示す平面内でも同様である。また、図５では、説明の都合上、３つのレンズ領域（２１ａ、２１ｄ、２１ｅ）に限定して説明するが、図２に示すような５つのレンズ領域の場合についても同様の原理である。
【００８０】
図５において、（ａ）〜（ｃ）における細い破線は、複数のレンズ領域２１に入射する入射光５１の光強度分布（入射光分布）を示している。また、図５（ａ）における太い破線は、レンズ領域２１ａによる励起光５４ａの光強度分布（励起光分布）を示しており、図５（ｂ）における太い破線は、レンズ領域２１ｄによる励起光５４ｄの光強度分布（励起光分布）を示しており、図５（ｃ）における太い破線は、レンズ領域２１ｅによる励起光５４ｅの光強度分布（励起光分布）を示している。
【００８１】
図５の（ａ）〜（ｃ）に示すように、励起光５４ａ、５４ｄおよび５４ｅの各々は、複数のレンズ領域２１への入射光分布を分割するような光強度分布を有する。
【００８２】
そして、本実施の形態では、複数のレンズ領域２１の各々から出射する励起光５４ａ、５４ｄおよび５４ｅの各々は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、図５（ｄ）に示すように、励起光５４ａ、５４ｄおよび５４ｅの各々の光強度分布（励起光分布）が蛍光体素子３０の発光面上で互いに重なりあって平均化されるので、励起光５４全体としての光強度分布は均一化される。この場合、図５（ｄ）に示すように、励起光５４の光強度分布は、蛍光体素子３０の発光面でのビーム幅Ｄ１に対応する形状となる。
【００８３】
なお、上述のように、本実施の形態では、３つのレンズ領域２１に限定して説明したが、実際にはより多くのレンズ領域２１からの励起光が重なるように設計されるので、光強度分布の平均化の効果はより大きくなる。つまり、レンズ領域の分割数を多くすればするほど、より均一な光強度分布を有する励起光５４を得ることができる。
【００８４】
以上、本実施の形態における光源装置１によれば、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。したがって、励起光５４による発熱によって蛍光体素子３０の発光効率が低下することを低減できる。また、光学ロッド等を用いることなく均一な光強度分布を有する励起光５４を形成できるので、小型の光源装置を実現できる。
【００８５】
（実施の形態１の変形例１）
本開示の実施の形態１の変形例１について、図６を用いて説明する。図６は、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置における光学素子２０の構成を示す図である。図６（ａ）は、本変形例における光学素子２０の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢにおける断面図である。なお、本変形例において、光学素子２０以外の構成は、上記実施の形態１における光源装置１と同じ構成である。
【００８６】
図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、本変形例における光学素子２０は、実施の形態１における光学素子２０と同様に、半導体発光素子１１から出射する出射光５１の強度分布を変化させる光機能部２２として、複数の領域に分割された複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、・・・）を有する。本変形例でも、複数のレンズ領域２１は、座標軸９５（第１軸）の方向と座標軸９６（第２軸）の方向とに分割されている。
【００８７】
一方、本変形例と実施の形態１とでは、各レンズ領域２１の平面視形状が異なる。すなわち、上記実施の形態１では、複数のレンズ領域２１の各々の平面視形状は、長方形であったが、本変形例では、複数のレンズ領域２１の各々の平面視形状は、六角形である。具体的には、本変形例における各レンズ領域２１は、平面視形状が長六角形であり、座標軸９６の方向の幅Ｗ２が座標軸９５の方向の幅Ｗ１よりも小さくなるように設定されている。
【００８８】
なお、図６の（ｂ）に示すように、座標軸９６および９７を含む平面における本変形例の光学素子２０の断面形状は、図２の（ｂ）に示す実施の形態１の光学素子２０の断面形状と同様である。また、図示しないが、座標軸９５および９７を含む平面における本変形例の光学素子２０の断面形状は、図２の（ｃ）に示す実施の形態１の光学素子２０の断面形状と同様である。
【００８９】
本変形例における光学素子２０についても、実施の形態１における光学素子２０と同じ機能を有する。つまり、本変形例でも、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光全体としての光強度分布は均一化される。
【００９０】
したがって、本変形例における光源装置でも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。また、光学ロッド等を用いる必要がないので、小型の光源装置を実現できる。
【００９１】
しかも、本変形例では、光学素子２０における複数のレンズ領域２１の各々の平面視形状を六角形にしたことにより、蛍光体素子３０の発光面上での励起光のビーム形状をより円形に近づけることができ、レンズとして作用しない領域を小さくすることができる。したがって、光学素子２０によって半導体発光素子１１の出射光５１を励起光５４に効率良く変換することができ、蛍光体素子３０の放射光９１の輝度分布についてもより円形に近づけることができる。
【００９２】
（実施の形態１の変形例２）
本開示の実施の形態１の変形例２について、図７を用いて説明する。図７は、本開示の実施の形態１の変形例２に係る光源装置における光学素子２０の構成を示す図である。図７（ａ）は、本変形例における光学素子２０の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢにおける断面図である。なお、本変形例において、光学素子２０以外の構成は、上記実施の形態１における光源装置１と同じ構成である。
【００９３】
図７の（ａ）および（ｂ）に示すように、本変形例における光学素子２０は、実施の形態１における光学素子２０と同様に、半導体発光素子１１から出射する出射光５１の強度分布を変化させる光機能部２２として、複数の領域に分割された複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・）を有する。
【００９４】
本変形例では、上記実施の形態１と異なり、複数のレンズ領域２１の各々がフレネルレンズとなっているが、本変形例における光学素子２０についても、実施の形態１における光学素子２０と同じ機能を有する。つまり、本変形例でも、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光全体としての光強度分布は均一化される。
【００９５】
したがって、本変形例における光源装置でも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。また、光学ロッド等を用いる必要がないので、小型の光源装置を実現できる。
【００９６】
しかも、本変形例では、複数のレンズ領域２１の各々がフレネルレンズである。これにより、上記実施の形態１と比べて、光機能部２２の厚みを薄くすることができ、光学素子２０自体の厚みも薄くすることができる。この結果、半導体発光素子１１から蛍光体素子３０までの距離を短くすることができるので、光源装置のさらなる小型化が可能になる。
【００９７】
（実施の形態１の変形例３）
本開示の実施の形態１の変形例３について、図８を用いて説明する。図８は、本開示の実施の形態１の変形例３に係る光源装置における光学素子２０の構成を示す図である。本変形例でも、光学素子２０以外の構成は、上記実施の形態１における光源装置１と同じ構成である。
【００９８】
本変形例における光学素子２０は、実施の形態１における光学素子２０と同様に、複数の領域に分割された複数のレンズ領域２１を有する。各レンズ領域２１の平面視形状は、実施の形態１と同様に、長方形であるが、本変形例では、複数のレンズ領域２１は、それぞれの面積が異なるように形成されている。
【００９９】
本変形例における光学素子２０についても、実施の形態１における光学素子２０と同じ機能を有する。つまり、本変形例でも、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光全体としての光強度分布は均一化される。
【０１００】
したがって、本変形例における光源装置でも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。また、光学ロッド等を用いる必要がないので、小型の光源装置を実現できる。
【０１０１】
しかも、本変形例では、複数のレンズ領域２１のそれぞれの面積が異なるように形成されている。これにより、レンズとして作用しない領域を小さくすることができるとともに、蛍光体素子３０に照射する励起光５４の光強度分布がより均一化されるように設計することができる。したがって、励起光による発熱によって蛍光体素子３０の発光効率が低下することを一層低減できる。
【０１０２】
なお、本変形例では、図８に示すように、複数のレンズ領域２１の平面視形状は長方形としたが、図９に示すように、複数のレンズ領域２１の平面視形状は六角形であってもよい。これにより、さらに、蛍光体素子３０の発光面上での励起光５４のスポット形状をより円形に近づけることができる。
【０１０３】
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２に係る光源装置１Ａについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本開示の実施の形態２に係る光源装置１Ａの構成を示す図である。
【０１０４】
本実施の形態における光源装置１Ａが、図１に示す実施の形態１における光源装置１と異なる点は、半導体発光素子１１の配置方向（向き）である。本実施の形態では、半導体発光装置１０が出射光５１の光軸に対して９０度回転した位置に配置されている。
【０１０５】
具体的には、上記実施の形態１においては、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５の方向となるように配置されていたが、本実施の形態においては、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９６の方向となるように配置されている。つまり、本実施の形態において、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａの長手方向（ストライプ方向）が座標軸９７の方向となるように配置されている。なお、本実施の形態において、半導体発光素子１１の配置方向（向き）以外は、上記実施の形態１における光源装置１と同じである。
【０１０６】
ここで、半導体発光素子１１から出射する出射光の放射角は、座標軸９５の方向と座標軸９６の方向とで異なっている。一般的に、光導波路１１ａを有する半導体発光素子１１は、ストライプ幅の方向に出射する出射光の放射角が小さく、それと直交する方向に出射する出射光の放射角が大きい。例えば、図１０においては、半導体発光素子１１からの出射光５１は、Ａ−Ａ方向（座標軸９６の方向）の光分布幅が狭く、それと直交する方向（座標軸９５の方向）の光分布幅は２倍以上広くなる。
【０１０７】
本実施の形態における光学素子２０の構成は、図２に示す上記実施の形態１における光学素子２０の構成と同じである。また、実施の形態１の変形例１、変形例２および変形例３における光学素子２０を用いてもよい。つまり、図１０において、光学素子２０のＡ−Ａ方向、すなわち図２におけるＩＩＣ−ＩＩＣ方向、図６におけるＶＩＢ−ＶＩＢ方向、図７におけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ方向に対して、各レンズ領域２１は、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも小さくなるように設計されている。つまり、各レンズ領域２１は、座標軸９６の方向の幅が座標軸９５の方向の幅より小さくなっている。
【０１０８】
したがって、本実施の形態では、入射光分布幅が狭いＡ−Ａ方向が光学素子２０の複数のレンズ領域２１の幅の狭い方（Ｗ２）と対応するように、また、入射光分布幅が広い方向（Ａ−Ａに直交する方向）が幅の広い方（Ｗ１）と対応するように、複数のレンズ領域２１を構成している。
【０１０９】
これにより、本実施の形態においては、半導体発光素子１１から出射する出射光５１は、放射角の狭い方が各レンズ領域２１の幅の狭い方（座標軸９６）と対応するように、複数のレンズ領域２１に入射することになる。
【０１１０】
以上、本実施の形態における光源装置１Ａにおいても、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光全体としての光強度分布は均一化される。
【０１１１】
したがって、本実施の形態における光源装置１Ａでも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。また、光学ロッド等を用いる必要がないので、小型の光源装置を実現できる。
【０１１２】
さらに、本実施の形態においては、半導体発光素子１１から出射する出射光５１の放射角の狭い方が、各レンズ領域２１の幅の狭い方に対応している。
【０１１３】
この構成により、半導体発光素子１１の入射光５１の強度分布（入射光分布）に対して作用する有効なレンズ領域２１の数を増やすことができる。これにより、変換される各レンズ領域２１に対応する励起光の数が増え、蛍光体素子３０の発光面上で重なる励起光の数が増える。したがって、より多くの励起光によって平均化されるので、より均一な光強度分布を有する励起光５４を得ることができる。
【０１１４】
（実施の形態３）
次に、本開示の実施の形態３に係る光源装置１Ｂについて、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、本開示の実施の形態３に係る光源装置１Ｂの構成を示す図である。図１２は、同光源装置１Ｂにおける光学素子２０の構成および機能を説明するための図である。
【０１１５】
図１１に示すように、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５’の方向となるように配置されており、半導体発光素子１１からは座標軸９９の方向に出射光５１が出射する。
【０１１６】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、光学素子２０の入射面には、互いに異なる焦点を持つ複数のレンズ領域２１が形成されている。複数のレンズ領域２１の各々の焦点は、実施の形態１における各レンズ領域２１の第１の焦点および第２の焦点と同様に、直交する２つの平面内において異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態では実施の形態１と異なり、光学素子２０は、光学素子２０の法線が、半導体発光装置１０の出射光５１の光軸（座標軸９９）に対して座標軸９５’を回転軸として角度θだけ傾くように配置されている。
【０１１８】
光学素子２０への入射光５１は、複数のレンズ領域２１で反射且つ集光されて励起光５４となって蛍光体素子３０に照射される。そして、各レンズ領域２１に対応する各励起光は、蛍光体素子３０の発光面上でお互いが重なり合うので、各励起光の光強度分布が蛍光体素子３０の発光面で平均化される。これにより、光学素子２０で生成される励起光５４全体としては、均一な光強度分布となる。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、半導体発光素子１１からの出射光５１の反射を高めるために光学素子２０の入射面には反射膜２４が形成されている。反射膜２４は、例えば屈折率の異なる複数の誘電体材料によって構成される。例えば、反射膜２４は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などの材料を、スパッタ装置または蒸着装置などによって、複数層を積層することで成膜されている。または、反射膜２４は、光反射率の高い金属、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌあるいはこれらの合金などによって構成されてもよい。
【０１２０】
また、蛍光体素子３０は、発光面（主面）の法線方向が座標軸９９とほぼ一致するように配置されている。実施の形態１のように蛍光体素子３０を傾斜させて配置してもよいが、本実施の形態のように蛍光体素子３０を配置することで基準面に対して垂直方向に放射光９１を放射させることができるので、光源装置として構成するとの観点からは、本実施の形態のように蛍光体素子３０を配置する方がよい。
【０１２１】
なお、蛍光体素子３０に入射する入射角５１の入射角は、光学素子２０の回転角θによって調整することができる。蛍光体素子から放射光９１をより多く取り出すためには、回転角θは、４５度よりも小さい角度であるとよく、３０度から４０度の間に設定することがより好ましい。
【０１２２】
複数のレンズ領域２１は、実施の形態１と同様に、複数に分割された領域であり、長方形（図２）、六角形（図６）、六角形フレネルレンズ（図７）、面積が異なる長方形（図８）、および、面積が異なる六角形（図９）のいずれであってもよい。
【０１２３】
また、複数のレンズ領域２１の各々は、直交する二方向で幅が異なっているが、幅の狭い方が図１１に示すＡ−Ａ方向となるように配置されているとよい。
【０１２４】
このように配置することにより、複数のレンズ領域２１において、レンズとして作用しない領域を小さくすることができるので、半導体発光素子１１の出射光５１を励起光５４に効率良く変換することができる。これにより、より均一な光強度分布を有する励起光５４を蛍光体素子３０に照射させることができる。
【０１２５】
以上、本実施の形態における光源装置１Ｂにおいても、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光５４全体としての光強度分布は均一化される。
【０１２６】
したがって、本実施の形態における光源装置１Ｂでも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。
【０１２７】
しかも、本実施の形態では、半導体発光素子１１から出射する光を光学素子２０で反射させて励起光５４を形成している。これにより、半導体発光装置１０と蛍光体素子３０との距離をさらに短くすることができるので、光源装置のさらなる小型化が可能になる。
【０１２８】
（実施の形態３の変形例）
本開示の実施の形態３の変形例について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、本開示の実施の形態３の変形例に係る光源装置１Ｃの構成を示す図である。図１４は、同光源装置１Ｃにおける光学素子２０の構成および機能を説明するための図である。
【０１２９】
図１３に示すように、本変形例における光源装置１Ｃでは、図１１に示す実施の形態３の光源装置１Ｂにおいて、半導体発光装置１０の配置方向を変更している。
【０１３０】
具体的には、本変形例における半導体発光装置１０は、図１１の半導体発光装置１０の配置方向に対して、出射光５１の光軸を中心に９０度回転した位置に配置されている。すなわち、上記実施の形態３においては、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５’の方向となるように配置されていたが、本変形例においては、半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５’と座標軸９９とで構成される面と直交する方向となるように配置されている。
【０１３１】
また、本変形例における光学素子２０では、互いに異なる焦点を持つ複数のレンズ領域２１が、半導体発光装置１０からの出射光５１が入射する入射面とは反対側の面（光学素子２０における入射面に対向する面）に形成されている。
【０１３２】
複数のレンズ領域２１の各々の焦点５５は、蛍光体素子３０の前方側（手前側）に設定されている。複数のレンズ領域２１の各々の焦点５５は、実施の形態１における各レンズ領域２１の第１の焦点および第２の焦点と同様に、直交する２つの平面内において異なっていてもよいし、同じであってもよい。
【０１３３】
また、複数のレンズ領域２１の構成については、上記実施の形態３で説明したものと同じものを全て適用することができる。この場合、レンズ領域２１の幅の狭い方がＡ−Ａの方向になるように配置されているとよい。
【０１３４】
図１４に示すように、光学素子２０の入射面には、半導体発光装置１０からの出射光５１の反射を抑えるために、反射防止膜２３が成膜されている。一方、光学素子２０の入射面とは反対側の面に形成された複数のレンズ領域２１の表面には、反射膜２４が成膜されている。
【０１３５】
反射防止膜２３および反射膜２４は、例えば屈折率の異なる複数の誘電体材料によって構成される。例えば、反射防止膜２３および反射膜２４は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などの材料を、スパッタ装置または蒸着装置などによって、複数層を積層することで成膜されている。なお、反射膜２４は、光反射率の高い金属、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌあるいはこれらの合金などによって構成されていてもよい。
【０１３６】
光学素子２０をこのように構成することにより、半導体発光素子１１からの出射光５１は、効率良く光学素子２０に入射し、複数のレンズ領域２１および反射膜２４によって効率良く集束且つ反射されて、励起光５４となって蛍光体素子３０に向かって出射される。
【０１３７】
この場合、本変形例では、図１３に示すように、蛍光体素子３０へ伝播する励起光５４は、蛍光体素子３０よりも手前の位置する焦点５５で一旦焦点を結び、発散光となって蛍光体素子３０の発光面に照射される。
【０１３８】
以上、本変形例における光源装置１Ｃにおいても、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、異なる焦点を持つ集束光で伝播し、かつ、蛍光体素子３０の発光面で重なるように設定されている。これにより、光学素子２０から出射する励起光全体としての光強度分布は均一化される。
【０１３９】
したがって、本変形例における光源装置１Ｃでも、半導体発光素子１１から出射する光を効率良く均一な光強度分布を有する光に変換することができる。また、光学ロッド等を用いる必要がないので、小型の光源装置を実現できる。
【０１４０】
（実施の形態４）
次に、本開示の実施の形態４に係る投光装置２について、図１５用いて説明する。図１５は、本開示の実施の形態４に係る投光装置２の構成を示す図である。
【０１４１】
投光装置２は、例えば、車両前照灯用の灯具であり、実施の形態１における光源装置１と、リフレクタ６０とを備える。リフレクタ６０は、光源装置１からの放射光９１の放射角度を変えて前方に投射するための反射部材である。
【０１４２】
本実施の形態における投光装置２では、実施の形態１における光源装置１を用いているので、小型の投光装置を実現することができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態では、実施の形態１における光源装置１を用いたが、これに限るものではない。例えば、投光装置２の光源としては、実施の形態１の各変形例、実施の形態２または実施の形態３における光源装置を用いてもよい。
【０１４４】
（その他の変形例）
以上、本開示に係る光源装置および投光装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本開示は、半導体発光素子と蛍光体素子とを有する光源装置およびにこれを用いた投光装置等、種々の光デバイスとして広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  光源装置
２  投光装置
１０  半導体発光装置
１１  半導体発光素子（レーザ素子）
１１ａ  光導波路
１２  キャップ
１３  窓ガラス
１５  レンズ
２０  光学素子
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ  レンズ領域
２２  光機能部
２３  反射防止膜
２４  反射膜
３０  蛍光体素子
５４、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ  励起光
５５  焦点
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ  焦点（第１の焦点）
５５ａ’、５５ｄ、５５ｅ  焦点（第２の焦点）
６０  リフレクタ
９１  放射光
９２  散乱光
９３  蛍光
９５、９５’、９６、９６’、９７、９７’、９８、９９  座標軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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