(57)【要約】  光源装置（１）は、半導体発光素子（１１）と、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）から出射され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、複数のレンズ領域（２１）の各々の焦点は、蛍光体素子（３０）の発光面よりも前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっており、複数のレンズ領域（２１）のうち、少なくとも１つには、非点収差が与えられており、非点収差が与えられたレンズ領域（２１ａ）からの励起光（５４ａ）は、焦点近傍に最小錯乱円（５６ａ）を形成し、最小錯乱円（５６ａ）を挟んで前後の第１の焦線（５７ａ）と第２の焦線（５８ａ）を形成し、複数のレンズ領域（２１）からの各光は、蛍光体素子（３０）の発光面（３３）で重なっている。
2018180950.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され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、
前記複数のレンズ領域の各々の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっており、
前記複数のレンズ領域のうち、少なくとも１つには、非点収差が与えられており、
前記非点収差が与えられたレンズ領域からの前記励起光は、前記焦点近傍に最小錯乱円を形成し、前記最小錯乱円を挟んで前後に第１の焦線と第２の焦線を形成し、
前記複数のレンズ領域からの各光は、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、
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し、
前記第１軸方向の光が最も絞れる位置が前記第１の焦線に対応し、前記第２軸方向の光が最も絞れる位置が前記第２の焦線に対応する
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には、非点収差が与えられており、
前記複数のレンズ領域からの励起光が形成する蛍光体素子の発光面での光強度分布において、前記第１軸方向のビーム幅Ｄ１と前記第２軸方向のビーム幅Ｄ２は、Ｄ１≦Ｄ２である
請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１軸方向の分割幅が前記第２軸方向の分割幅よりも大きい
請求項２又は３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記蛍光体素子は、前記第１軸を中心に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に、非点収差が与えられており、
前記複数のレンズ領域の前記第２の焦線は、前記蛍光体素子の発光面の近傍に存在する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記光学素子の平面視形状は、矩形状である、
請求項１〜５のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数のレンズ領域は、フレネルレンズからなり、
前記複数のレンズ領域に接する周辺部には段差が形成されている
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光学素子は、ガラス基板と、前記ガラス基板に成膜された誘電体膜とを有し、
前記複数のレンズ領域は、前記誘電体膜に形成されている
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記複数のレンズ領域の周辺部には、前記レーザ素子から出射される光の周辺光を吸収する吸収膜が形成されている
請求項７又は８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記レーザ素子からの出射光の発散角を変換する凸レンズを含み、前記凸レンズの透過光が前記複数のレンズ領域に入射するように構成されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記凸レンズは、フレネルレンズからなり、
前記凸レンズに接する周辺部には段差が形成されている
請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記複数のレンズ領域の周辺部には、前記レーザ素子から出射される光の周辺光を遮光する開口膜が形成されている
請求項１０又は１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記複数のレンズ領域の各々は、一部もしくは全部が四角形または六角形である
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記複数のレンズ領域の前記第１軸方向の分割幅をＷ１とし、
前記放射角の狭い方向に対応する前記レーザ素子のストライプ幅をＷとし、
前記レーザ素子からの放射光を取り込む側の焦点距離をＦ１とし、
前記光学素子に形成された前記複数のレンズ領域から前記蛍光体素子の発光面までの前記励起光の光軸に沿った距離をＦ２とし、
前記励起光の前記蛍光体素子の発光面への入射角をθとしたときに、
前記励起光が形成する前記蛍光体素子の発光面での光強度分布において、
前記第１軸方向のビーム幅Ｄ１と前記第２軸方向のビーム幅Ｄ２は、
Ｄ＝Ｗ×（Ｆ２／Ｆ１）／ｃｏｓ（θ）、かつ、Ｄ＜Ｄ１＜Ｗ１、Ｄ＜Ｄ２＜Ｗ１
の関係式を満足する
請求項５に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記蛍光体素子の発光面での光強度分布は、少なくとも一部が前記第１軸に平行な２つの底辺と、少なくとも一部が前記第２軸に平行な２つの底辺とからなる四角錐台状である
請求項１４に記載の光源装置。
【請求項１６】
複数のエミッタを有するレーザ素子と、
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され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、
前記複数のレンズ領域の各々の焦点は、前記蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっており、
前記複数のレンズ領域の各々に、非点収差が与えられており、
前記励起光は、前記焦点近傍に最小錯乱円を形成し、前記最小錯乱円を挟んで、前記蛍光体素子側に第２の焦線を、他方に第１の焦線を形成し、
前記複数のエミッタのうち、各エミッタに対応する前記複数のレンズ領域からの各光は、前記蛍光体素子の発光面で重なっており、隣り合うエミッタからの各光は、少なくとも前記蛍光体素子の発光面で一部が重なっている
光源装置。
【請求項１７】
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、
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し、
前記第１軸方向の光が絞れる位置が前記第１の焦線に対応し、前記第２軸方向の光が絞れる位置が前記第２の焦線に対応する
請求項１６に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記蛍光体素子は、前記第１軸を中心に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前記第２の焦線は、前記蛍光体素子の発光面の近傍に存在する
請求項１７に記載の光源装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８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２７は、特許文献１に開示された従来の光源装置１１００の構成を示す図である。【０００４】
図２７に示す光源装置１１００では、レーザ光源１１１０のレーザ素子（レーザチップ）１１１１から出射された光は、光学ロッド１１２０の入射面から入射し、光学ロッド１１２０内を多重反射しながら伝播する。これにより、レーザ素子１１１０から出射した光は、光学ロッド１１２０の出射面１１２１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１１２０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１１３０で集光させてから発光部１１４０に照射される。このように、光源装置１１００では、光学ロッド１１２０を用いることによって発光部１１４０に照射される光の光強度分布を均一化している。【０００５】
図２８は、特許文献２に開示された従来の光源装置１２００の構成を示す図である。【０００６】
図２８に示す光源装置１２００では、レーザ光源１２１０から放射された光は、コリメータレンズ１２２０によって平行光に変換され、ホログラム素子１２３０に入射される。ホログラム素子１２３０は、蛍光体１２４０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１２００では、ホログラム素子１２３０によって、蛍光体１２４０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、照明用光源としてレーザ素子を用いる場合には、１Ｗ以上の発光出力を有するものが必要であり、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、励起光の光強度分布の設計が容易で、かつ、小型の光源装置および投光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、複数のレンズ領域によってレーザ素子から出射される光の強度分布を変化させる光学素子と、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、複数のレンズ領域の各々の焦点は、蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっており、複数のレンズ領域のうち、少なくとも１つには、非点収差が与えられており、非点収差が与えられたレンズ領域からの励起光は、焦点近傍に最小錯乱円を形成し、前記最小錯乱円を挟んで前後に第１の焦線と第２の焦線を形成し、複数のレンズ領域からの各光は、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光が焦点に集光する複数の励起光となって蛍光体素子へ伝播する。複数のレンズ領域の各々の焦点は、蛍光体素子の前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっているので、蛍光体素子の発光面でお互いに重なり合うことができ、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。また、非点収差が与えられたレンズに入射した光は、非点収差が与えられた直交する２方向において最も絞れる位置が異なる励起光に変換されるので、蛍光体素子の発光面での２方向のビーム幅を個々に設定できる。したがって、レーザ素子から出射する光を、均一な光強度分布を有するとともに所望のビーム幅を持つ励起光に効率良く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、複数のレンズ領域は、第１軸方向と第１軸に直交する第２軸方向とに分割され、レーザ素子から出射する光は、第１軸および第２軸のうち、放射角の狭い方が第２軸に対応するように複数のレンズ領域に入射し、第１軸方向の光が最も絞れる位置が第１の焦線に対応し、第２軸方向の光が最も絞れる位置が第２の焦線に対応するとよい。【００１４】
この構成により、レーザ素子の放射角の狭い方向の光は蛍光体素子の発光面に近い位置で絞れ、放射角の広い方向の光は蛍光体素子の発光面から遠い位置で絞れるので、蛍光体素子の発光面での励起光のビーム幅をより自由に設定できる。これにより、２方向のビーム幅が等しくする設計範囲も拡大する。【００１５】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域からの励起光が形成する蛍光体素子の発光面での光強度分布において、前記第１軸方向のビーム幅Ｄ１と前記第２軸方向のビーム幅Ｄ２は、Ｄ１≦Ｄ２であるとよい。【００１６】
この構成により、細長いビーム形状を有しつつも均一化された光強度分布を有するビーム形状の設計範囲が拡大する。【００１７】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、第１軸方向の分割幅が第２軸方向の分割幅よりも大きいとよい。【００１８】
この構成により、レーザ素子から出射する光を効率よく励起光に変換することができるとともに、蛍光体素子の発光面で重なる励起光の数を十分に確保することができる。これにより、均一化された光強度分布を得ることができ、蛍光体素子の発光面の励起光の光強度分布のビーム幅の設計が容易になる。【００１９】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、蛍光体素子は、第１軸を中心に傾斜するように配置されており、複数のレンズ領域の各々には、非点収差が与えられており、複数のレンズ領域の第２の焦線は、蛍光体素子の発光面の近傍に存在するとよい。【００２０】
この構成により、光学素子の光軸に対して蛍光体素子が傾斜して配置されている場合でも、蛍光体素子の傾斜方向にビーム幅が延びることを抑制することができる。これにより、２方向のビーム幅を等しくする設計の範囲が拡大する。【００２１】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、光学素子の平面視形状は、矩形状であるとよい。【００２２】
この構成により、ウエハから光学素子を作製する場合に、光学素子の取れ数を多くすることができる。これにより、光学素子及び光学素子を備える光源装置の量産性が向上する。【００２３】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域は、フレネルレンズからなり、複数のレンズ領域に接する周辺部には段差が形成されているとよい。【００２４】
この構成により、フォトリソグラフィ及びエッチングによって光学素子を作製する場合に、段差を通して現像液等をスムーズに流すことができる。これにより、複数のレンズ領域となるレジスト領域全体に渡って均一に現像が行われるので、レジスト形状を精度良く形成することができる。したがって、複数のレンズ領域を高精度に作製することができるので、高精度に作製された光学素子を備える光源装置を実現できる。【００２５】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、光学素子は、ガラス基板と、ガラス基板に成膜された誘電体膜とを有し、複数のレンズ領域は、誘電体膜に形成されているとよい。【００２６】
この構成により、コストを抑えつつ、表面粗さの少ない平坦な表面を有する光学素子を作製することができる。したがって、低コストで高品質の光源装置を実現できる。【００２７】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域の周辺部には、レーザ素子から出射される光の周辺光を吸収する吸収膜が形成されているとよい。【００２８】
この構成により、効率にはほとんど寄与しない周辺光を光学素子の内部で遮断することができるので、励起光への変換効率を確保しつつ光学素子のサイズを縮小することができる。これにより、高効率かつ小型の光源装置を実現できる。【００２９】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、光学素子は、レーザ素子からの出射光の発散角を変換する凸レンズを含み、凸レンズの透過光が複数のレンズ領域に入射するように構成されているとよい。【００３０】
この構成により、レーザ光の出射光を効率良く蛍光体素子に集光して励起光に変換することができるので、高効率の光源装置を実現できる。【００３１】
この場合、凸レンズは、フレネルレンズからなり、凸レンズに接する周辺部には段差が形成されているとよい。【００３２】
この構成により、光学素子を薄型化できるので、小型の光源装置を実現できる。【００３３】
この場合、さらに、複数のレンズ領域の周辺部には、レーザ素子から出射される光の周辺光を遮光する開口膜が形成されているとよい。【００３４】
この構成により、効率にはほとんど寄与しない周辺光を光学素子の内部で遮断することができるので、励起光への変換効率を確保しつつ光学素子のサイズを縮小することができる。これにより、高効率かる小型の光源装置を実現できる。【００３５】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域の各々は、一部もしくは全部が四角形または六角形であるとよい。【００３６】
この構成により、レンズ領域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。【００３７】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域の第１軸方向の分割幅をＷ１とし、放射角の狭い方向に対応するレーザ素子のストライプ幅をＷとし、レーザ素子からの放射光を取り込む側の焦点距離をＦ１とし、光学素子に形成された複数のレンズから蛍光体素子の発光面までの励起光の光軸に沿った距離をＦ２とし、励起光の蛍光体素子の発光面への入射角をθとしたときに、励起光が形成する蛍光体素子の発光面での光強度分布において、第１軸方向のビーム幅Ｄ１と第２軸方向のビーム幅Ｄ２は、Ｄ＝Ｗ×（Ｆ２／Ｆ１）／ｃｏｓ（θ）、かつ、Ｄ＜Ｄ１＜Ｗ１、Ｄ＜Ｄ２＜Ｗ１の関係式を満たすとよい。【００３８】
この構成により、レーザ素子にマルチモードレーザを使用し、光学素子の光軸に対して蛍光体素子が傾斜している場合にも、直交する２軸方向のビーム幅を等しくする設計が容易になる。【００３９】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、蛍光体素子の発光面での光強度分布は、少なくとも一部が第１軸に平行な２つの底辺と、少なくとも一部が第２軸に平行な２つの底辺とからなる四角錐台状であるとよい。【００４０】
この構成により、蛍光体素子の発光面において均一化された励起光の光強度分布の設計が容易になる。【００４１】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のエミッタを有するレーザ素子と、複数のレンズ領域を有し、複数のレンズ領域によってレーザ素子から出射される光の強度分布を変化させる光学素子と、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、複数のレンズ領域の各々の焦点は、蛍光体素子の発光面よりも前方または後方に存在し、かつ、お互いに異なっており、複数のレンズ領域の各々には、非点収差が与えられており、励起光は、焦点近傍に最小錯乱円を形成し、最小錯乱円を挟んで、蛍光体素子側に第２の焦線を、他方に第１の焦線を形成し、複数のエミッタのうち、各エミッタに対応する複数のレンズ領域からの各光は、蛍光体素子の発光面で重なっており、隣り合うエミッタからの各光は、少なくとも蛍光体素子の発光面で一部が重なっているとよい。【００４２】
この構成により、複数のエミッタを有するレーザ素子を用いることで高出力化が可能になり、レーザ素子から出射する光を効率よく１つの均一な励起光に変換でき、かつ、小型の光源装置を実現できる。【００４３】
また、本開示に係る光源装置の一態様において、複数のレンズ領域は、第１軸方向と第１軸に直交する第２軸方向とに分割され、レーザ素子から出射する光は、第１軸および第２軸のうち、放射角の狭い方が第２軸に対応するように複数のレンズ領域に入射し、第１軸方向の光が絞れる位置が第１の焦線に対応し、第２軸方向の光が絞れる位置が前記第２の焦線に対応するとよい。【００４４】
この構成により、複数のエミッタを有するレーザ素子を用いた場合でも、放射角の狭い方向の光は蛍光体素子の発光面に近い位置で絞れ、放射角の広い方向の光は蛍光体素子の発光面から遠い位置で絞れるので、蛍光体素子の発光面での励起光のビーム幅をより自由に設定できる。これにより、２方向のビーム幅が等しくする設計範囲も拡大する。【００４５】
また、本開示に係る光源装置の１態様において、前記蛍光体素子は、前記第１軸を中心に傾斜するように配置されており、複数のレンズ領域の第２の焦線は、蛍光体素子の発光面の近傍に存在するとよい。【００４６】
この構成により、複数のエミッタを有するレーザ素子を用いて、光学素子の光軸に対して蛍光体素子が傾斜して配置されている場合でも、蛍光体素子の傾斜方向にビーム幅が延びることを抑制できる。これにより、２方向のビーム幅を等しくする設計の範囲が拡大する。【００４７】
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を備える。【００４８】
この構成により、小型の投光装置を実現できる。
【発明の効果】
【００４９】
レーザ素子から出射する光を効率よく均一な励起光に変換でき、励起光の光強度分布の設計が容易で、かつ、小型の光源装置等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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半導体発光装置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構成を示す図である。
【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学素子の機能を説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａ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第１軸方向の強度分布の変化を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂ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第２軸方向の強度分布の変化を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置の構成を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置に用いられる光学素子の構成を示す断面図である。
【図７】図７は、本開示の実施の形態１の変形例２に係る光源装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、本開示の実施の形態２に係る光源装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、本開示の実施の形態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１０】図１０は、本開示の実施の形態２に係る光源装置における光学素子の機能を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本開示の実施の形態２に係る光源装置における蛍光体素子の発光面での励起光の光強度分布の設計例を示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の実施の形態２の変形例１に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の実施の形態２の変形例２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に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１５】図１５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光路を示す図である。
【図１６】図１６は、本開示の実施の形態３に係る光源装置における蛍光体素子の構成を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本開示の実施の形態３に係る光源装置の蛍光体素子から放射される放射光の蛍光体素子における輝度分布を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本開示の実施の形態３に係る光源装置の蛍光体素子から出射される散乱光および蛍光の光強度の出射角依存性を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本開示の実施の形態３に係る光源装置の蛍光体素子から出射される散乱光と蛍光とで構成される放射光の色度ｘの出射角依存性を示す図である。
【図１８】図１８は、本開示の実施の形態３の変形例１に係る光源装置の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、本開示の実施の形態３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２０】図２０は、本開示の実施の形態３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２１Ａ】図２１Ａは、本開示の実施の形態３の変形例３に係る光源装置の構成を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本開示の実施の形態３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２２Ａ】図２２Ａは、本開示の実施の形態４に係る光源装置の構成を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本開示の実施の形態４に係る光源装置の構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本開示の実施の形態４に係る光源装置における半導体発光装置の構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本開示の実施の形態３に係る光源装置における蛍光体素子の発光面での励起光の光強度分布の設計例を示す図である。
【図２５】図２５は、本開示の実施の形態５に係る投光装置の構成を示す図である。
【図２６】図２６は、本開示の実施の形態６に係る投光装置の構成を示す図である。
【図２７】図２７は、従来の光源装置の構成を示す図である。
【図２８】図２８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】
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１における光源装置について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
（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は、本開示の実施の形態１に係る光源装置１の構成を示す図である。
【００５５】
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とを備える。光源装置１は、半導体発光装置１０から出射された光の分布を光学素子２０で成形し、照射対象物である蛍光体素子３０に成形された光を照射する。本実施の形態においては、光源装置１は、さらに蛍光体素子３０を備える。蛍光体素子３０は、光源装置１内の所定の位置に固定されている。以下、光源装置１の各構成部材について、詳細に説明する。
【００５６】
まず、光源装置１に用いられる半導体発光装置１０の構成について図２を用いて説明する。図２は、光源装置１に用いられている半導体発光装置１０の構成を示す図である。
【００５７】
図２に示すように、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、ストライプ幅（リッジ幅）Ｗの光導波路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。
【００５８】
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１４上に配置されたポスト１５にサブマウント１６を介して実装されている。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Ｗ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、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。
【００５９】
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１７が設けられている。
【００６０】
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、例えば波長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。
【００６１】
半導体発光素子１１から出射する出射光５１の放射角は、直交する２軸方向で異なっている。具体的には、出射光５１では、座標軸９５方向の放射角よりも座標軸９６方向の放射角が狭くなっている。すなわち、ストライプ幅Ｗの方向と放射角が狭い方向とが一致している。
【００６２】
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１２０が配置されている。レンズ１２０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１２０は、例えば、コリメータレンズである。
【００６３】
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１２０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１２０からの略平行光が入射する。
【００６４】
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複数のレンズ領域２１有する。複数のレンズ領域２１の詳細については後述する。
【００６５】
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。
【００６６】
蛍光体素子３０は、励起光５４によって励起されて蛍光を発する。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、支持部材３１と、支持部材３１の表面に形成された、蛍光体を含む蛍光体層３２とを有する。
【００６７】
支持部材３１は、例えば、熱伝導率が高く、透明な基板であるとよい。支持部材３１の材料としては、例えばＡｌ２Ｏ３などが用いられる。一例として、支持部材３１は、透明なサファイア基板である。
【００６８】
また、支持部材３１における蛍光体層３２が形成される面には、励起光５４を透過し、かつ、蛍光体層３２で生成された光を反射するダイクロイックミラーが形成されているとよい。ダイクロイックミラーは、例えば、屈折率が異なる複数の誘電体層からなる多層膜である。このようにダイクロイックミラーを形成することで、励起光５４を効率よく蛍光体層３２に導くことができるとともに、蛍光体層３２で生成された光が入射側へ透過することを抑制できる。なお、ダイクロイックミラーが形成されている場合、蛍光体層３２は、ダイクロイックミラーの上に形成される。
【００６９】
蛍光体層３２としては、例えば蛍光体（蛍光体粒子）をシリコーンやガラス等の有機または無機の透明結合剤（バインダ）中に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。
【００７０】
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。本実施の形態１では、蛍光体素子３０は、光学素子２０とほぼ平行に配置されており、蛍光体素子３０からの放射光９１は励起光５４の入射方向に沿って前方に放射される。
【００７１】
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３、図４、図５Ａおよび図５Ｂを用いて詳細に説明する。図１において、光学素子２０の光機能部２２は、励起光５４が出射される側、すなわち、蛍光体素子３０側に形成されている。
【００７２】
まず、光学素子２０の構成について、図３を用いて説明する。図３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３（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３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。なお、図３（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面は、図１のＢ−Ｂ線で切断した断面と同じである。
【００７３】
図３（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、２１ｆ、２１ｇ、・・・）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の光強度分布を変化させている。
【００７４】
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。
【００７５】
本実施の形態において、各レンズ領域２１の平面視形状は、座標軸９５（第１方向）の方向の幅である幅Ｗ１と座標軸９６（第２方向）の方向の幅である幅Ｗ２とを持つ四角形である。本実施の形態において、幅Ｗ１と幅Ｗ２は、同じであるが、異なっていてもよい。つまり、幅Ｗ１と幅Ｗ２は、Ｗ１＞Ｗ２またはＷ１＜Ｗ２となっていてもよい。
【００７６】
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の全部を四角形としたが、これに限るものではなく、複数のレンズ領域２１は、四角形以外の他の形状であってもよい。
【００７７】
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４を用いて説明する。図４は、本開示の実施の形態１に係る光源装置１における光学素子２０の機能を説明するための図である。図４では、複数のレンズ領域２１の各々から出射される励起光５４の集光状態を示している。
【００７８】
なお、図４においては、複数のレンズ領域２１の個々の領域のみを図示しており（レンズ形状は図示せず）、複数のレンズ領域２１のうち、レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅの各々からの励起光５４ａ、５４ｄ、５４ｅの集光状態のみを図示している。また、図４において、発光面３３は、図１における蛍光体素子３０の発光面を示しており、励起光５４が入射する側の面、すなわち支持部材３１および蛍光体層３２の境界面と等しい面であると定義する。
【００７９】
図４に示すように、レンズ領域２１ｄに入射した光は、発光面３３の後方に焦点５５ｄを形成するように集光する励起光５４ｄに変換される。また、レンズ領域２１ｅに入射した光は、発光面３３の後方に焦点５５ｅを形成するように集光する励起光５４ｅに変換される。励起光５４ｄの焦点５５ｄと励起光５４ｅの焦点５５ｅとは、お互いに位置が異なっている。
【００８０】
本実施の形態において、レンズ領域２１ａは、発光面３３の後方に集光する集光機能に加えて非点収差が与えられている。レンズ領域２１ａの非点収差は、第１軸である座標軸９５の方向および第２軸である座標軸９６の方向に対応して与えられている。レンズ領域２１ａに入射した入射光５２（図１参照）は、レンズ領域２１ａに与えられた非点収差によって、発光面３３の後方に最小錯乱円５６ａを形成するとともに、最小錯乱円５６ａを前後に挟む第１の焦線５７ａおよび第２の焦線５８ａを形成するように集光する励起光５４ａに変換される。このとき、励起光５４ａの最小錯乱円５６ａの位置は、励起光５４ｄの焦点５５ｄおよび励起光５４ｅの焦点５５ｅの位置と異なっている。また、最小錯乱円５６ａを挟んで、発光面３３から遠い方に、第１の焦線５７ａが形成され、発光面３３に近い方に、第２の焦線５８ａが形成される。
【００８１】
そして、励起光５４ａ、励起光５４ｄおよび励起光５４ｅは、発光面３３でお互いに重なるように、最小錯乱円５６ａ、焦点５５ｄおよび焦点５５ｅの位置が設定されている。
【００８２】
なお、図示していないが、他のレンズ領域２１（２１ｃ、２１ｂ、２１ｇ、２１ｆ、・・・）に入射した光も、発光面３３の後方において、個々にお互いに異なる焦点に集光する励起光に変換される。また、励起光の各々が発光面３３で重なっている。
【００８３】
このように、複数のレンズ領域２１に入射した光が、複数のレンズ領域２１の各々によって集光された励起光となって発光面３３で重なることで、発光面３３に励起光スポット５９が形成される。
【００８４】
このとき、焦点と非点収差が与えられたレンズ領域２１ａから出射される励起光５４ａにおいて、座標軸９５（第１軸）の方向の励起光５４ａが最も絞れる位置は、第１の焦線５７ａに対応し、座標軸９６（第２軸）の方向の励起光５４ａが最も絞れる位置は、第２の焦線５８ａに対応している。すなわち、非点収差を与えることにより、レンズ領域２１ａに入射した光を、最も絞れる位置が直交２軸方向において異なる励起光５４ａに変換することができる。発光面３３に励起光スポット５９を形成する励起光５４ａについては、励起光スポット５９において、座標軸９５（第１軸）の方向のビーム幅がＤ１で座標軸９６（第２軸）の方向のビーム幅がＤ２となるように、レンズ領域２１ａの焦点と非点収差とが設定されている。
【００８５】
また、レンズ領域２１ａ以外の他のレンズ領域２１（２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、・・・）に入射する光は、発光面３３に形成される座標軸９５（第１軸）の方向のビーム幅がＤ１よりも小さく、かつ、座標軸９６（第２軸）の方向のビーム幅がＤ２よりも小さくなるように、個々の焦点位置（５５ｄ、５５ｅ、・・・）に集光する励起光（５４ｄ、５４ｅ、・・・）に変換される。これらの励起光の各々は、発光面３３の励起光スポット５９内で重なっている。
【００８６】
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５２の強度分布が変化する様子を、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａおよび図５Ｂ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を通過する光の強度分布の変化を示す図である。なお、図５Ａは、第１軸方向の強度分布の変化を示しており、図５Ｂは、第２軸方向の強度分布の変化を示している。
【００８７】
図５Ａの（ａ）は、複数のレンズ領域２１に入射した入射光５２のうち、座標軸９５（第１軸）の方向の光強度分布（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ）を示している。すなわち、図５Ａの（ａ）は、図３の（ｂ）に示される光学素子２０のＢ−Ｂ線断面の入射光に相当する光強度分布である。図５Ａの（ａ）に示すように、複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）では、入射光５２が複数のレンズ領域２１ごとに分離している。
【００８８】
図５Ａの（ｂ）は、図５Ａの（ａ）に示される光学素子２０（光機能部２２）による光強度分布が、レンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）によって、励起光に変換され、発光面３３に形成される励起光スポット５９の座標軸９５（第１軸）の方向の光強度分布（励起光分布）を示している。
【００８９】
座標軸９５（第１軸）の方向では、図５Ａの（ｂ）に示される光強度分布のうち、入射光５２ａは、集光点と非点収差が与えられたレンズ領域２１ａによって励起光に変換されて、発光面３３にビーム幅Ｄ１の光強度分布（励起光分布）を形成している。
【００９０】
また、図５Ａの（ｂ）に示される光強度分布のうち、入射光５２ａ以外の他の入射光（５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ）は、発光面３３に形成するビーム幅がＤ１よりも小さいビーム幅（Ｄ１’）となるように個々の焦点位置が設定されたレンズ領域（２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）によって励起光に変換されて、発光面３３にビーム幅Ｄ１’の光強度分布（励起光分布）を形成している。つまり、他の入射光（５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ）は、ビーム幅Ｄ１の内側で重なっている。
【００９１】
図５Ｂの（ａ）は、複数のレンズ領域２１に入射した入射光５２のうち、座標軸９６（第２軸）の方向の光強度分布（５２ａ、５２ｆ、５２ｇ）を示している。すなわち、図５Ｂの（ａ）は、図３に示される光学素子２０のＣ−Ｃ断面の入射光に相当する光強度分布である。図５Ｂの（ａ）に示すように、複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｆ、２１ｇ）では、入射光５２が複数のレンズ領域２１ごとに分離して表示している。なお、図５Ｂの（ａ）の光強度分布が図５Ａの（ａ）の光強度分布と異なるのは、前述のように、半導体発光素子１１からの放射角特性によるものである。
【００９２】
図５Ｂの（ｂ）は、図５Ｂの（ａ）に示される光学素子２０（光機能部２２）による光強度分布が、レンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）によって、励起光に変換され、発光面３３に形成される励起光スポット５９の座標軸９６（第２軸）の方向の光強度分布（励起光分布）を示している。
【００９３】
座標軸９６（第２軸）の方向では、図５Ｂの（ｂ）に示される光強度分布のうち、入射光５２ａは、集光点と非点収差が与えられたレンズ領域２１ａによって励起光に変換されて、発光面３３にビーム幅Ｄ２の光強度分布（励起光分布）を形成する。
【００９４】
また、図５Ｂの（ｂ）に示される光強度分布のうち、入射光５２ａ以外の他の入射光（５２ｆ、５２ｇ）は、発光面３３に形成するビーム幅がＤ２よりも小さいビーム幅（Ｄ２’）になるように個々の焦点位置が設定されたレンズ領域（２１ｆ、２１ｇ）によって励起光に変換されて、発光面３３にビーム幅Ｄ２’の光強度分布（励起光分布）を形成している。つまり、他の入射光（５２ｆ、５２ｇ）は、ビーム幅Ｄ２の内側で重なっている。
【００９５】
このように、入射光５２は、光学素子２０（光機能部２２）の複数のレンズ領域２１の各々によって複数の励起光に変換されて、蛍光体素子３０の発光面３３で互いに重なり合う。蛍光体素子３０の発光面３３で重なりあった部分の光は平均化されるので、励起光５４全体としての光強度分布は均一化される。そして、蛍光体素子３０の発光面３３には、直交する２軸方向にビーム幅Ｄ１とビーム幅Ｄ２を有する光強度分布が形成される。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、直交する２軸方向のみに限定して説明したが、実際には、２軸上にない他のレンズ領域からの励起光も重なるように設計されるので、光強度の平均化の効果はより大きくなる。
【００９６】
また、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Ｗの方向が座標軸９６の方向となるように配置されているが、光導波路１１ａのストライプ幅Ｗの方向が座標軸９５の方向となるように配置しても同様の効果が得られる。
【００９７】
また、本実施の形態において、蛍光体素子３０は、光学素子２０とほぼ平行に配置されているが、これに限らず、蛍光体素子３０は、座標軸９５または座標軸９６回りに傾斜していても良い。このとき、傾斜方向に延びるビーム幅は、レンズ領域２１ａに与える焦点と非点収差によって所定のビーム幅にすることができる。
【００９８】
また、本実施の形態では、１つのレンズ領域２１ａに焦点と非点収差を与えていたが、他のレンズ領域にも焦点と非点収差を与えて、全ての励起光のビーム幅がＤ１およびビーム幅Ｄ２となるように各レンズ領域の励起光が重なるように構成されていてもよい。このようにすれば、ビーム幅Ｄ１およびビーム幅Ｄ２のより広い範囲で均一化された励起光５４の光強度分布が得られる。
【００９９】
さらに、半導体発光素子１１にマルチモードレーザを用い、半導体発光素子１１からの出射光の放射角の大きい方向を第１軸（座標軸９５）の方向にした場合、第１軸の方向はシングルモードに相当し、第１軸に直交する第２軸（座標軸９６）の方向はマルチモードに相当するので、第１軸の方向が第２軸の方向よりも絞られやすく、光学素子２０の複数のレンズ領域２１に与える非点収差によって、第２軸の方向のビーム幅Ｄ２よりも第１軸の方向のビーム幅Ｄ１を小さくする設計を容易に行うことができる。これにより、細長いビーム形状を有しつつも均一化された光強度分布を有するビーム形状の設計範囲が拡大する。
【０１００】
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励起光５４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所望のビーム幅を持つ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。
【０１０１】
（実施の形態１の変形例１）
続いて、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置１Ａについて、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、本開示の実施の形態１の変形例１に係る光源装置１Ａの構成を示す断面図である。図６Ｂは、同光源装置１Ａにおける光学素子２０Ａの構成を示す断面図である。なお、本変形例における光源装置１Ａは、上記実施の形態１における光源装置１とほとんど同じ構成であるため、以下、本変形例では、実施の形態１における光源装置１と異なる点を中心に説明する。
【０１０２】
図６Ａに示すように、本変形例における光源装置１Ａは、ホルダ８０を有している。ホルダ８０には、半導体発光素子１１と蛍光体素子３０とが保持されている。半導体発光素子１１および蛍光体素子３０がホルダ８０の所定の位置に設置された時に、半導体発光素子１１からの出射光５１の出射光軸と光学素子２０Ａの光軸とが一致するようになっているとともに、蛍光体素子３０の発光面の所定の位置に励起光５４の強度分布が形成されるように設定されている。
【０１０３】
光学素子２０Ａは、図６Ｂに示すように、周辺に平坦部を持つレンズ形状を有しており、光学素子２０Ａの光機能部２２を構成する面には、複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、・・・）が形成されている。また、光学素子２０Ａの光機能部２２を構成する面とは反対の面には、球面形状または非球面形状を有する凸レンズが形成されている。すなわち、本変形例における光学素子２０Ａは、上記実施の形態１におけるレンズ１２０と光学素子２０の光機能部２２とが一体化されたものであり、半導体発光素子１１からの出射光の発散角を変換する凸レンズを含み、凸レンズの透過光が複数のレンズ領域２１に入射するように構成されている。
【０１０４】
このように構成された本変形例における光源装置１Ａでも、上記実施の形態１における光源装置１と同様に、半導体発光素子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ので、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。
【０１０５】
また、本変形例における光源装置１Ａでも、光学ロッド等を用いることなく所望のビーム幅を持つ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。特に、本変形例では、上記実施の形態１における光源装置１よりも、半導体発光装置１０から蛍光体素子３０までの距離を短くできるので、光源装置の更なる小型化が可能になる。
【０１０６】
また、上記実施の形態１における光源装置１に対して部材の削減もできるので、調整が容易になるとともに、より安価な光源装置１Ａを提供できる。なお、光学素子２０Ａは、通常のガラスレンズ成型法と同様に金型等による一体成型によって作製することができる。なお、光学素子２０Ａの両面には、誘電体多層膜からなる反射防止膜が形成されているとよい。
【０１０７】
（実施の形態１の変形例２）
続いて、本開示の実施の形態の変形例２に係る光源装置１Ｂ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１Ｂの構成を示す図である。なお、本変形例における光源装置１Ｂは、上記実施の形態１の変形例１における光源装置１Ａとほとんど同じ構成であるため、以下、本変形例では、実施の形態１の変形例１における光源装置１Ａと異なる点を中心に説明する。
【０１０８】
本変形例において、光学素子２０Ａの構成は、実施の形態１の変形例１における光学素子２０Ａと同様である。図７に示すように、本変形例が上記変形例１と異なる点は、光学素子２０Ａが、図６Ａに示される半導体発光装置１０のキャップ１２の窓ガラス１３の位置に設けられている点である。
【０１０９】
このように構成された本変形例における光源装置１Ｂでも、上記変形例１における光源装置１Ａと同様に、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ので、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。
【０１１０】
また、本変形例における光源装置１Ａでも、光学ロッド等を用いることなく所望のビーム幅を持つ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。
【０１１１】
さらに、本変形例では、窓ガラス１３に代えて光学素子２０Ａが設けられているので、窓ガラス１３での透過ロスを低減することができる。これにより、半導体発光素子１１からの出射光５１をより効率良く励起光に変換することができる。
【０１１２】
（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２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２に係る光源装置２の構成を示す図である。
【０１１３】
本実施の形態における光源装置２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、蛍光体素子３０が、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ことである。具体的には、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。
【０１１４】
本実施の形態において、蛍光体素子３０は、座標軸９５（第１軸）を回転軸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の発光面の法線９８が、励起光５４の進行方向（座標軸９７）の反対方向と角度θをなしている。すなわち、励起光５４は、蛍光体素子３０に入射角θで入射する。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として励起されて蛍光を発する。
【０１１５】
蛍光体素子３０は、支持部材３１と、支持部材３１に形成された蛍光体層３２とによって構成されている。蛍光体層３２に含まれる蛍光体の材料は、実施の形態１と同じである。支持部材３１は、熱伝導性の高い材料によって構成されているとよく、支持部材３１としては、ＡｌＮまたはダイヤモンドなどのセラミック材料からなる多結晶基板、ＳｉまたはＳｉＣなどからなる結晶基板、ＡｌまたはＣｕなどの金属基板等を用いることができる。
【０１１６】
さらに、支持部材３１の蛍光体層３２が形成される面には、ＡｇまたはＡｇ合金（たとえば、ＡｇとＣｕまたはＰｔとの合金）が形成されていてもよいし、屈折率の異なる複数の誘電体材料（たとえば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５などの材料）をスパッタまたは蒸着によって多層に成膜した誘電体反射膜、が形成されていてもよいし。あるいは、支持部材３１にＡｇまたはＡｇ合金を形成し、さらに誘電体膜を多層に形成した複合反射膜が形成されていてもよい。これにより、支持部材３１の蛍光体層３２が形成された面に到達した励起光５４および蛍光体層３２で発光した光を効率良く反射して、蛍光体層３２から法線９８の方向に出射される放射光９１（散乱光９２、蛍光９３）に変換することができる。
【０１１７】
本実施の形態における半導体発光装置１０は、実施の形態１に用いられた半導体発光装置１０（図２）と同じである。半導体発光装置１０内に配置された半導体発光素子１１は、光導波路１１ａのストライプ幅Ｗ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、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。そして、半導体発光素子１１は、マルチモードのレーザ光を出力するレーザ素子（マルチモードレーザ）である。
【０１１８】
ここで、レーザ素子を収差のない単レンズで集光した場合の課題について説明する。レーザ素子からの出射光は、前述のように直交する２軸方向で放射角が異なっている。このような放射光分布を持つ光を単レンズで集光すると、集光面に形成される光スポットは、放射角の大きい方向の光は良く絞れ、放射角が小さい方向の光は絞れないという現象がある。また、ストライプ幅Ｗを持つマルチモードレーザの場合には、単レンズの光学倍率をβとすると、ストライプ幅方向の光は、（β×Ｗ）以下に絞れず、放射角の大きい方向の光は絞れ過ぎてしまう。このため、マルチモードレーザのレーザ光を励起光として蛍光体素子に入射させる場合には、蛍光体素子の発光面の励起光の光強度分布のビーム幅を自由に設計することができないという課題がある。
【０１１９】
さらに、励起光の光軸に対して蛍光体素子を傾けて配置した場合、蛍光体素子の発光面における励起光のビーム幅が、蛍光体素子の傾斜の方向に延びてしまう。このため、蛍光体素子の発光面に対してレーザ光を斜め方向から入射させる場合、励起光となるレーザ光のビーム幅の自由な設計がより困難になる。
【０１２０】
本実施の形態では、このような課題をも解決できる光学素子２０の構成および設計方法を提供する。以下、本実施の形態における光学素子２０について、図８を参照しながら、図９および図１０を用いて説明する。
【０１２１】
図８に示すように、光学素子２０は、半導体発光装置１０と蛍光体素子３０の間に配置されている。なお、半導体発光装置１０と光学素子２０の間には、レンズ１２０が配置されている。レンズ１２０の機能は実施の形態１と同じである。
【０１２２】
本実施の形態における光学素子２０の光機能部２２は、実施の形態１における光学素子２０と同様に、複数のレンズ領域２１を有している。ただし、実施の形態１では、光機能部２２が蛍光体素子３０側に形成されていたが、本実施の形態では、光機能部２２は、蛍光体素子３０側の面とは反対側の面、すなわち半導体発光装置１０側の面に形成されている。このように構成することにより、光学素子２０から蛍光体素子３０までの距離を小さくできるので、更に光源装置２の小型化が可能になる。
【０１２３】
次に、本実施の形態における光学素子２０の構成について、図９を用いて説明する。図９は、本開示の実施の形態２に係る光源装置２における光学素子２０の構成を示す図である。図９（ａ）は、光学素子２０の平面図であり、半導体発光装置１０が配置された側から見たときの光学素子２０を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図９（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面は、図８のＢ−Ｂ線で切断した断面に相当する。
【０１２４】
図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、光学素子２０は、光機能部２２として、座標軸９５および座標軸９６の２方向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。光学素子２０は、実施の形態１と同様に、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の光強度分布を変化させている。
【０１２５】
また、複数のレンズ領域２１は、実施の形態１と同様に、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によって個々の集束させる機能を有する。
【０１２６】
複数のレンズ領域２１の各々の形状は、座標軸９５の方向の幅である幅Ｗ１と座標軸９６の方向に幅である幅Ｗ２を持つ六角形である。なお、幅Ｗ１と幅Ｗ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１２７】
光学素子２０の光機能部２２が形成された面（すなわち入射光５２が入射する面）、および、光学素子２０の光機能部２２が形成された面とは反対側の面（すなわち励起光５４が出射する面）には、反射防止膜が形成されているとよい。反射防止膜は、屈折率の異なる複数の誘電体材料（たとえば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などの材料）をスパッタまたは蒸着によって多層に成膜した誘電体反射膜が用いられる。光学素子２０に反射防止膜を形成することで、入射光５２を効率良く励起光５４に変換することができる。
【０１２８】
次に、本実施の形態の光学素子２０の複数のレンズ領域２１（光機能部２２）の機能について、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２における光学素子２０の機能を説明するための図である。図１０では、複数のレンズ領域２１の各々から出射される励起光５４の集光状態を示している。
【０１２９】
なお、図１０においては、複数のレンズ領域２１の個々の領域のみを図示しており（レンズ形状および複数のレンズ領域２１に対向する面は図示せず）、複数のレンズ領域２１のうち、レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅの各々からの励起光５４ａ、５４ｄ、５４ｅの集光状態のみを図示している。また、図１０において、発光面３３は、図８における蛍光体素子３０の発光面を示しており、励起光５４が入射する面、すなわち蛍光体層３２の蛍光が出射する面であると定義する。
【０１３０】
図１０に示すように、レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅは、発光面３３の後方に集光する集光機能に加えて非点収差が与えられている。レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅの非点収差は、座標軸９５（第１軸）の方向および座標軸９６（第２軸）の方向に対応して与えられている。レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅに入射した入射光５２（図８参照）は、これらのレンズ領域に与えられた非点収差によって、発光面３３の後方に、最小錯乱円５６ａ、５６ｄ、５６ｅを形成するとともに、各々の最小錯乱円（５６ａ、５６ｄ、５６ｅ）を前後に挟む第１の焦線５７ａ、５７ｄ、５７ｅおよび第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅを形成するように集光する励起光５４ａ、５４ｄ、５４ｅに変換される。このとき、励起光５４ａ、５４ｄ、５４ｅの各々に対応する各最小錯乱円５６ａ、５６ｄ、５６ｅの位置は互いに異なっている。また、発光面３３から遠い方に、第１の焦線５７ａ、５７ｄ、５７ｅが形成され、発光面３３に近い方に、第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅが形成される。
【０１３１】
そして、励起光５４ａ、励起光５４ｄおよび励起光５４ｅは、発光面３３でお互いに一部もしくは全部が重なっている。また、第１の焦線５７ａ、５７ｄ、５７ｅは、レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅに入射する入射光５２のうち、座標軸９５（第１軸）の方向が最も絞れる位置に対応し、第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅは、座標軸９６（第２軸）の方向が最も絞れる位置に対応している。
【０１３２】
なお、図示していないが、レンズ領域２１ａ、２１ｄ、２１ｅ以外の他のレンズ領域２１（２１ｂ、２１ｃ、・・・）にも集光機能に加えて非点収差が与えられており、他のレンズ領域２１（２１ｂ、２１ｃ、・・・）の各々に入射した入射光５２についても、発光面３３の後方において、お互いに異なる位置に最小錯乱円５６ｂ、５６ｃ、・・・を形成し、発光面３３から遠い側に第１の焦線５７ｂ、５７ｃ、・・・を形成し、発光面３３に近い側に第２の焦線５８ｂ、５８ｃ、・・・を形成する励起光５４に変換される。また、励起光５４の各々が発光面３３で重なっている。
【０１３３】
このように、複数のレンズ領域２１に入射した光は、複数のレンズ領域２１の各々によって集光された励起光となって発光面３３で重なる。これにより、発光面３３には、座標軸９５の方向のビーム幅がＤ１で、座標軸９７’（第３の軸）の方向のビーム幅がＤ２となる励起光スポット５９が形成される。
【０１３４】
本実施の形態における光学素子２０（光機能部２２）では、変換された励起光５４が形成する第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅの位置が、蛍光体素子３０の発光面３３、もしくは、極近傍に形成されるように非点収差が与えられている。
【０１３５】
このような構成により、レーザ光の放射角の狭い方向（つまり半導体発光素子１１のストライプ幅方向）の励起光５４は、蛍光体素子３０の発光面３３で最も絞れ、レーザ光の放射角の広い方向の励起光５４は、蛍光体素子３０の発光面３３から遠い位置で最も絞れる。これにより、蛍光体素子３０の発光面３３での励起光の光強度分布において、座標軸９７’の方向のビーム幅Ｄ２を最小化することができ、かつ座標軸９５の方向のビーム幅Ｄ１がビーム幅Ｄ２とほぼ等しくなるように設計することができる。
【０１３６】
次に、本実施の形態に係る光源装置２において、蛍光体素子３０の発光面３３での励起光５４の光強度分布の設計例について、図１１を用いて説明する。図１１は、本開示の実施の形態２に係る光源装置２における蛍光体素子３０の発光面３３での励起光５４の光強度分布の設計例を示す図である。なお、図１１では、蛍光体素子３０の発光面での励起光５４の光強度分布を、平面強度分布表示（上図）と３次元強度分布表示（下図）とで示している。
【０１３７】
ここで、励起光５４（レーザ光）のビーム幅は、光強度分布のピーク強度に対して１３．５％（１／ｅ２）になる強度でスライスした断面の幅と定義する。
【０１３８】
また、本実施の形態における設計例では、レーザ素子の波長λ＝４５０ｎｍ、ストライプ幅Ｗ＝０．０３ｍｍ、蛍光体素子３０への励起光５４の入射角θ＝７０°、蛍光体素子３０の発光面３３に集光した場合の光学倍率β＝４．５としている。なお、光学倍率は、図８におけるＦ１およびＦ２を用いて、β＝Ｆ２／Ｆ１で求めることができる。本実施の形態において、Ｆ１はレンズ１２０の焦点距離であり、Ｆ２は励起光５４の光軸に沿った光学素子２０の光機能部２２から蛍光体素子３０の発光面までの光路長である。また、図９に示される光学素子２０の複数のレンズ領域２１の分割幅はＷ１＝１．２ｍｍとしている。
【０１３９】
蛍光体素子３０の発光面３３上において、ストライプ方向の励起光が最も絞れた場合のビーム幅Ｄ（座標軸９７’の方向の幅）は、以下の式で求めることができる。
【０１４０】
Ｄ＝Ｗ×β／ＣＯＳ（θ）＝Ｗ×（Ｆ２／Ｆ１）／ＣＯＳ（θ）
【０１４１】
この式に、上記設計例の各設計値を入力すると、Ｄ＝０．３９ｍｍとなる。
【０１４２】
図１１（ａ）は、光学素子２０の複数のレンズ領域２１に非点収差を与えなかった場合の蛍光体素子３０の発光面３３での励起光５４の強度分布を示している。複数のレンズ領域２１に非点収差を与えなかった場合、図１１（ａ）に示すように、蛍光面３３における励起光スポット５９は、Ｄ２が大きく、Ｄ１が小さい強度分布になっており、均一化される面積も小さい。
【０１４３】
これに対して、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、光学素子２０の複数のレンズ領域２１に非点収差を与えた場合の蛍光体素子３０の発光面３３での励起光５４の強度分布を示している。
【０１４４】
図１１（ｂ）は、さらに、励起光５４の第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅの位置が蛍光体素子３０の発光面３３に設定され、かつ、励起光５４の第１の焦線５７ａ、５７ｄ、５７ｅの位置が調整された場合の強度分布を示している。この場合、図１１（ｂ）に示すように、Ｄ１＝Ｄ２＝０．４０ｍｍとなり、上記設計値Ｄにほぼ近い値になる。また、図１１（ａ）と比較すると、均一化される面積も十分に大きくなっている。
【０１４５】
図１１（ｃ）は、励起光５４の第２の焦線５８ａ、５８ｄ、５８ｅの位置が蛍光体素子３０の発光面３３よりも僅かに離れた位置に設定され、励起光５４の第１の焦線５７ａ、５７ｄ、５７ｅの位置が調整された場合の強度分布を示している。この場合、図１１（ｃ）に示すように、Ｄ１＝Ｄ２＝０．５０ｍｍとなり、図１１（ｂ）とは異なるビーム幅を持ち、かつ、均一化された光強度分布を有する励起光５４を得ることができる。
【０１４６】
このように、本実施の形態に係る光源装置２において、設計できる励起光の強度分布の最小ビーム幅は、Ｄ＝Ｗ×β／ＣＯＳ（θ）＝Ｗ×（Ｆ２／Ｆ１）／ＣＯＳ（θ）で与えられる。一方で、本実施の形態に係る光源装置２で設計できる励起光の強度分布の最大ビーム幅は、励起光５４の第１の焦線を与えることができる範囲と考えることができるので、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の分割幅Ｗ１よりも小さい。なお、本設計例では、ビーム幅は、１．２ｍｍより小さい。
【０１４７】
したがって、本実施の形態における光源装置２の励起光５４の強度分布の設計方法としては、Ｄ＜Ｄ２＜Ｗ１、かつ、Ｄ＜Ｄ１＜Ｗ１、を満足するように設計すればよい。
【０１４８】
この範囲内では、ビーム幅Ｄ１とビーム幅Ｄ２とがほぼ等しい励起光５４の強度分布を自由に設計することができる。
【０１４９】
また、本実施の形態に係る光源装置２において、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の個々の形状は六角形であったが、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示すように、励起光５４の強度分布は、レンズ領域２１の個々の形状には依存せず、ビーム幅Ｄ１をなすほぼ平行な２つの底辺とビーム幅Ｄ２をなすほぼ平行な２つの底辺とからなる四角錐台状の分布となる。
【０１５０】
このような励起光５４の強度分布にすることで、蛍光体素子３０の発光面３３において均一化される範囲が広い設計を容易に行うことができる。
【０１５１】
また、本実施の形態に係る光源装置２において、上記設計値は、本実施の形態における設計例の一例を示すものであり、これに限るものではない。
【０１５２】
例えば、蛍光体素子３０の発光面３３における励起光５４の強度分布のビーム幅をより小さくしたい場合には、半導体発光素子１１のストライプ幅Ｗを小さくすればよい。あるいは、光学倍率β（＝Ｆ２／Ｆ１）を小さくしたり、励起光５４の蛍光体素子３０への入射角θを小さくしたりすることで、蛍光体素子３０の発光面３３における励起光５４の強度分布のビーム幅を小さくすることができる。半導体発光素子１１のストライプ幅Ｗは、例えば、０．００１ｍｍ〜０．１ｍｍとすることができ、より好ましくは、０．０１ｍｍ〜０．０６ｍｍである。また、蛍光体素子３０への入射角θは、例えば０°〜８５°である。
【０１５３】
以上、本実施の形態における光源装置２によれば、半導体発光素子１１から出射する光を効率よく均一な光強度分布を有する励起光５４に変換することができるとともに、励起光５４の強度分布の設計が容易な小型の光源装置を実現できる。
【０１５４】
（実施の形態２の変形例１）
続いて、本開示の実施の形態２の変形例１に係る光源装置２Ａについて、図１２を用いて説明する。図１２は、本開示の実施の形態２の変形例１に係る光源装置２Ａの構成を示す図である。なお、本変形例における光源装置２Ａは、上記実施の形態２における光源装置２とほとんど同じ構成であるため、以下、本変形例では、実施の形態２における光源装置２と異なる点を中心に説明する。
【０１５５】
図１２に示すように、本変形例における光源装置２Ａでは、光導波路１１ａのストライプ幅の方向が座標軸９５’と直交する方向となるように半導体発光素子１１が配置されており、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。
【０１５６】
また、本変形例における光源装置２Ａでは、半導体発光装置１０（半導体発光素子１１）から出射する出射光５１を反射するミラー１３０が用いられている。ミラー１３０は、半導体発光装置１０の入射光５２を反射して蛍光体素子３０の方向へ向かうように構成されている。具体的には、ミラー１３０は、ミラー１３０の法線が出射光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。
【０１５７】
光学素子２０の構成は、実施の形態２と同じである。光学素子２０は、入射光５２が光学素子２０の主面に対してほぼ垂直に入射するようにミラー１３０と蛍光体素子３０との間に配置されている。
【０１５８】
光学素子２０に入射した入射光５２は、上記実施の形態２（図１０参照）と同様に、光学素子２０の複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）で集光されて励起光５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ）となって蛍光体素子３０に照射される。また、本変形例でも、複数のレンズ領域２１の個々には、非点収差が与えられており、励起光５４の各々は、最小錯乱円５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅを形成し、その前後には、第１の焦線５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅと第２の焦線５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅを形成し、蛍光体素子３０の発光面でお互いに一部もしくは全部が重なっている。
【０１５９】
複数のレンズ領域２１において、座標軸９７’の方向の入射光を最も絞れる位置が第２の焦線である。図１２に示すように、本変形例において、第２の焦線５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅは、ほぼ蛍光体素子３０の発光面に設定されており、励起光５４の各々の第２の焦線５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅは、お互いに一部もしくは全部が重なっている。
【０１６０】
光学素子２０に入射する入射光５２は、座標軸９５’の方向には半導体発光素子１１からの出射光５１の放射角の大きい方が入射し、座標軸９７’の方向には半導体発光素子１１からの出射光５１の放射角の小さい方（すなわちストライプ幅Ｗの方向のマルチモード光）が入射している。
【０１６１】
また、本変形例における光源装置２Ａにおいて、蛍光体素子３０は、蛍光体素子３０の発光面の法線方向が、光源装置２の座標軸９９とほぼ一致するように配置されている。なお、本変形例でも上記実施の形態２のように蛍光体素子３０を傾斜させて配置してもよいが、本変形例のように、発光面の法線方向との座標軸９９とをほぼ一致させて蛍光体素子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。このため、光源装置として構成する観点からは、本変形例のように蛍光体素子３０を配置する方がよい。
【０１６２】
以上、本変形例における光源装置２Ａでも、実施の形態２と同様に、半導体発光素子１１から出射する光を効率よく均一な光強度分布を有する励起光５４に変換することができるとともに、励起光５４の強度分布の設計が容易な小型の光源装置を実現できる。
【０１６３】
また、本変形例の構成することにより、実施の形態２と比べて、半導体発光装置１０と蛍光体素子３０との距離を短くできるので、より小型の光源装置が実現できる。
【０１６４】
（実施の形態２の変形例２）
続いて、本開示の実施の形態２の変形例２に係る光源装置２Ｂについて、図１３を用いて説明する。図１３は、本開示の実施の形態の変形例２に係る光源装置２Ｂの構成を示す図である。なお、本変形例における光源装置２Ｂは、上記実施の形態２の変形例１における光源装置２Ａとほとんど同じ構成であるため、以下、本変形例では、実施の形態２の変形例２における光源装置２Ａと異なる点を中心に説明する。
【０１６５】
図１３に示すように、本変形例における光源装置２Ｂにおいて、光学素子２０Ａは、実施の形態１の変形例１（図６Ａ）における光学素子２０Ａと同じ構成であり、半導体発光装置１０とミラー１３０との間に配置されている。
【０１６６】
本変形例における光源装置２Ｂでは、半導体発光素子１１からの出射光５１は、光学素子２０によって励起光５４に変換され、ミラー１３０で反射されて蛍光体素子３０に入射する。これにより、蛍光体素子３０の発光面には所定の光強度分布が形成される。
【０１６７】
このように、本変形例における光源装置２Ｂでも、実施の形態２の変形例１と同様に、半導体発光素子１１から出射する光を効率よく均一な光強度分布を有する励起光５４に変換することができるとともに、励起光５４の強度分布の設計が容易な小型の光源装置を実現できる。
【０１６８】
さらに、本変形例では、半導体発光装置１０から蛍光体素子３０までの距離をさらに短くできるので光源装置の更なる小型化が可能になるとともに、部材を削減することができるので調整が容易な光源装置を実現できる。
【０１６９】
（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３の構成について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４は、本開示の実施の形態３に係る光源装置３の構成を示す図である。図１５は、同光源装置３における光学素子２０Ｂの構成を示す図である。図１６は、同光源装置３に搭載される蛍光体素子３０の構成を示す図である。
【０１７０】
図１４に示すように、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’と直交する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。
【０１７１】
また、本実施の形態では、光学素子２０Ｂの構成が実施の形態１、２の光学素子２０の構成と異なっている。具体的には、実施の形態１、２における光学素子２０は、透過型であったのに対して、本実施の形態における光学素子２０Ｂは、反射型である。
【０１７２】
また、本実施の形態における光学素子２０Ｂは、実施の形態１、２における光学素子２０と同様に、互いに異なる焦点を持ち、少なくとも一つに非点収差が与えられた複数のレンズ領域２１を有しているが、本実施の形態における反射型の光学素子２０Ｂでは、そのような複数のレンズ領域２１は、光学素子２０Ｂの反射面に形成されている。
【０１７３】
また、光学素子２０Ｂは、光学素子２０Ｂ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。
【０１７４】
光学素子２０Ｂに入射した入射光５２は、複数のレンズ領域２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）で反射し且つ集光されて励起光５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ）に変換されて蛍光体素子３０に照射される。
【０１７５】
光学素子２０Ｂにおける複数のレンズ領域２１の各々には、非点収差が与えられている。複数のレンズ領域２１の各々に入射した入射光５２は、各レンズ領域２１に与えられた非点収差によって、最小錯乱円５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅを形成するとともに、最小錯乱円５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅの各々を前後に挟む第１の焦線５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅおよび第２の焦線５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅを形成するように集光する励起光５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ）に変換される。
【０１７６】
励起光５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは、蛍光体素子３０の発光面でお互いに一部もしくは全部が重なっている。複数のレンズ領域２１において、座標軸９７’の方向の入射光が最も絞れる位置が第２の焦線であり、本実施の形態では、第２の焦線は、ほぼ蛍光体素子３０の発光面に設定されている。励起光５４の各々の第２の焦線は、お互いに一部もしくは全部が重なっている。
【０１７７】
光学素子２０Ｂに入射する入射光５２は、座標軸９５’の方向には半導体発光素子１１からの出射光５１の放射角の大きい方が入射し、座標軸９７’の方向には放射角の小さい方（すなわちストライプ幅Ｗの方向のマルチモード光）が入射している。
【０１７８】
このように配置することにより、蛍光体素子３０の傾きとマルチモードの影響とで絞ることに限界がある方向のビーム幅を最小化することができ、直交する２軸方向のビーム幅をこれに等しく設定することができる。これにより、縦横のビーム幅がほぼ等しく、かつ均一化された光強度分布が得られる。
【０１７９】
ここで、本実施の形態における光源装置３に用いられる光学素子２０Ｂおよび蛍光体素子３０のより好ましい形態について、以下説明する。
【０１８０】
まず、図１５を用いて光学素子２０Ｂの好ましい形態について詳細に説明する。光学素子２０Ｂは、例えば、白板ガラス、ＢＫ７、石英ガラスまたはサファイア基板などの透明基板の一方の面に、複数のレンズ領域２１を形成することで構成される。
【０１８１】
図１５に示すように、光学素子２０Ｂに入射する入射光５２を効率よく励起光５４に変換するために、光学素子２０Ｂの光入射面には反射防止膜２３が形成され、光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には反射膜２４が形成されている。
【０１８２】
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、スパッタまたは蒸着によって複数層を積層することで成膜される。また、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。
【０１８３】
次に、図１６を用いて蛍光体素子３０の好ましい形態について詳細に説明する。
【０１８４】
蛍光体素子３０は、支持部材３１と、支持部材３１の上に形成された蛍光体層３２とを有する。
【０１８５】
支持部材３１は、例えばシリコンからなるシリコン基板または窒化アルミニウムなどからなるセラミック基板などの基板である。支持部材３１の表面には、可視光を反射する光学膜３１ａが形成される。
【０１８６】
光学膜３１ａは、単層または多層の膜であり、本実施の形態では、第１光学膜３１ａ１と第２光学膜３１ａ２との２層で構成される。第１光学膜３１ａ１は、例えば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどの金属膜で構成される反射膜である。第２光学膜３１ａ２は、第１光学膜３１ａ１を保護する保護膜であり、例えば、第１光学膜３１ａ１が酸化することを抑制する。第２光学膜３１ａ２は、例えば、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの誘電体材料からなり、これらの単層膜または複数膜である。
【０１８７】
蛍光体層３２は、複数の蛍光体粒子１３１（第１粒子）と、複数の蛍光体粒子１３１を固定するためのバインダ１３２とを有する。蛍光体粒子１３１としては、例えば、平均粒子径が１μｍ〜３０μｍの（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）を用いることができる。また、バインダ１３２としては、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンなどのシルセスキオキサンを主に含む透明材料を用いることができる。
【０１８８】
蛍光体層３２には、さらに、複数のフィラー１３３（第２粒子）として、平均粒子径が０．１〜１０μｍで熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＡｌ２Ｏ３の微粒子などが混合されていてもよい。このとき、フィラー１３３は、蛍光体粒子１３１に対して、１０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下の比率で混合するとよい。本実施の形態では、フィラー１３３として、屈折率１．５のシルセスキオキサンと屈折率差が大きい屈折率１．８のＡｌ２Ｏ３を用いている。この構成により、蛍光体層３２の内部での光散乱性を向上できるとともに、蛍光体層３２の熱伝導率を高くすることができる。
【０１８９】
さらに、蛍光体層３２の内部に、ボイド１３４Ｍ、１３４Ｂが形成されているとよい。本実施の形態において、ボイド１３４Ｍは、蛍光体層３２の厚み方向の中央付近に形成された空隙であり、ボイド１３４Ｂは、光学膜３１ａと蛍光体層３２との界面付近に形成された空隙である。
【０１９０】
蛍光体層３２の内部に形成されたボイド１３４Ｍ、１３４Ｂは、光学膜３１ａに近いほど密度が高くなるように構成される。この構成により、内部に侵入した励起光をより効率よく散乱させて、光源装置３から取り出すことができる。また、ボイド１３４Ｂは、誘電体である第２光学膜３１ａ２と接するため、ボイド１３４Ｂを形成することで、金属表面によるエネルギーロスを低減しつつ、効果的に励起光および蛍光を散乱させることができる。
【０１９１】
上記のようなボイド１３４Ｍ、１３４Ｂの配置は、実施の形態１で説明したように、ＹＡＧ：Ｃｅからなる蛍光体粒子１３１と、ポリシルセスキオキサンからなるバインダ１３２とを混合した蛍光体ペーストを用いて波長変換部材を構成することで容易に形成できる。具体的には、蛍光体粒子１３１と第２粒子とを、ポリシルセスキオキサンを有機溶剤に溶かしたバインダ１３２に混合した蛍光体ペーストを用いて支持部材３１上に成膜し、その後、２００℃程度の高温アニールを行うことで、ペースト中の有機溶剤を気化させる。ことのき、波長変換部材の支持部材に近い部分から気化した有機溶剤は保持されやすいため、ボイド１３４Ｍ、１３４Ｂを容易に形成することがきる。このような製造方法により、容易に光学膜３１ａの近傍に高い密度のボイド１３４Ｍ、１３４Ｂを形成することができる。
【０１９２】
本実施の形態において、上記のように構成された蛍光体素子３０は、光源装置１Ｃにおいて、蛍光体素子３０の発光面の法線方向が、光源装置１Ｃの座標軸９９とほぼ一致するように配置される。また、本実施の形態でも、実施の形態２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。このため、光源装置として構成する観点からは、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。
【０１９３】
なお、光学素子２０Ｂに入射する入射光５２の入射角は、光学素子２０Ｂの回転角θによって調整することができる。蛍光体素子３０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。
【０１９４】
次に、本実施の形態における光源装置３の効果について、図１７Ａ〜図１７Ｃを用いて説明する。図１７Ａ〜図１７Ｃは、光源装置３の蛍光体素子３０（発光部）から放射される放射光９１の特性データを示している。具体的には、図１７Ａは、放射光９１の蛍光体素子３０における輝度分布を示している。図１７Ｂは、蛍光体素子３０から出射される散乱光９２および蛍光９３の光強度の出射角依存性を示している。このとき、出射角が０度の方向は、蛍光体素子３０の発光面における法線方向を表し、光強度を０度で規格化している。また、図１７Ｃは、散乱光９２と蛍光９３とで構成される放射光９１の色度ｘの出射角依存性を示している。
【０１９５】
図１７Ａ〜図１７Ｃに示される特性データを測定する際、光源装置３は、図１４に示される構成に加えて、半導体発光装置１０、レンズ１２０、光学素子２０Ｂ、蛍光体素子３０を所定の位置に固定するホルダ（不図示）を備えている。このホルダは、レンズ１２０、光学素子２０Ｂおよび蛍光体素子３０を保持する機能を有するとともに、半導体発光装置１０および蛍光体素子３０で発生する熱を外部へ放熱する機能も有する。
【０１９６】
また、半導体発光素子１１としては、ピーク波長４４５ｎｍで光出力が３Ｗの青色レーザ光を出射するレーザ素子を用いた。蛍光体素子３０としては、図１６に示される構造の蛍光体素子３０を用いた。なお、蛍光体素子３０の蛍光体層３２は厚さ３０μｍとし、蛍光体粒子１３１としては平均粒子径６μｍのＹＡＧ蛍光体を用い、フィラー１３３としては平均粒子径３μｍのアルミナ粒子を用いた。
【０１９７】
図１６に示すように、半導体発光素子１１から出射した光が光学素子２０Ｂによって成形された励起光５４は、約０．５ｍｍ四方の領域である励起領域１５０（励起範囲）に照射される。そして、励起光５４は、蛍光体層３２の表面もしくは内部で、散乱、吸収される。そして、励起光５４の一部は、散乱された青色レーザ光である散乱光９２となって蛍光体層３２から放射され、励起光５４の他の一部は、黄色光である蛍光９３となって蛍光体層３２から放射される。このとき、蛍光体層３２の内部で、励起光５４、散乱光９２および蛍光９３は、横方向に、つまり蛍光体層３２の内部を伝播しながら散乱されるため、励起領域１５０よりも広い領域である発光領域１５１（発光範囲）から放射されることになる。
【０１９８】
このとき、本実施の形態のように、バインダ１３２と蛍光体粒子１３１の屈折率差、および、バインダ１３２とフィラー１３３の屈折率差が大きくなるように蛍光体層３２を構成することで、光が散乱しやすくなり、蛍光体層３２の内部で光が伝播することを抑制することができる。この結果、励起領域１５０よりも微小に広い発光領域１５１から放射光９１を放射させることができる。本実施の形態においては、さらに蛍光体層３２にボイド１３４Ｂ、１３４Ｍが形成されているので、光の散乱が増強する。この結果、さらに励起領域１５０の大きさと発光領域１５１の大きさとを近づけることができる。
【０１９９】
図１７Ａに示すように、蛍光体素子３０における輝度分布については、２００ｃｄ／ｍｍ２以上の発光領域が、幅０．５ｍｍ程度となっており、ほぼ励起光と同等の発光領域を実現している。そして、ピーク付近の輝度は８００ｃｄ／ｍｍ２以上であり、かつ、トップが平坦な均一な領域が実現できている。
【０２００】
また、図１７Ｂでは、励起光５４が入射方向に対して直交する方向（図１４においては座標軸９５’で示す方向）における散乱光９２と蛍光９３との出射角依存性を示している。図１７Ｂに示すように、本実施の形態における蛍光体素子３０を用いることで、散乱光９２が十分散乱されて放射されていることが分かる。特に、蛍光体素子３０の内部で十分散乱されているため、角度が大きい領域で、ｃｏｓθで表されるｌａｍｂｅｒｔｉａｎ分布よりも光強度が大きくなるような分布が実現できている。このような分布により、散乱光９２と蛍光９３とで構成される放射光９１の色度の角度分布を、出射角度が大きくなるにつれて色度ｘが低くなるように設定できる。つまり、放射光の出射角度が大きく相関色温度が高くなるような分布を実現できる。このような分布の光源を用いることで、角度が０度付近、つまり照射中心の色温度は視感度の高い色度としながらも、全光束の相関色温度を高くすることができる投光装置を実現できる。
【０２０１】
以上、本実施の形態における光源装置３によれば、複数のレンズ領域２１の各々から出射する各励起光は、互いに異なる焦点を有するとともに非点収差が与えられており、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２０Ｂ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。
【０２０２】
したがって、本実施の形態における光源装置３でも、半導体発光素子１１から出射する光を効率よく均一な光強度分布を有する励起光５４に変換することができる。
【０２０３】
さらに、本実施の形態における光源装置３においては、蛍光体素子３０の蛍光体層３２の内部での光の散乱が大きい構成となっているため、光学素子２０Ｂで変換した励起光５４の光強度分布に対応した発光強度分布を有する光源装置を実現することができる。したがって、蛍光体素子３０において均一な光強度分布を有する放射光を放射する光源装置を実現することができる。
【０２０４】
さらに、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２０Ｂ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。
【０２０５】
なお、本実施の形態において、蛍光体素子３０における蛍光体層３２のバインダ１３２としてポリメチルシルセスキオキサンを用いたが、この限りではない。例えば、バインダ１３２としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢａＯなどの無機物を主に構成する材料で構成することで、より高い信頼性を有する蛍光体素子３０を実現することができる。また、蛍光体層３２に含まれるフィラー１３３（第２粒子）は、Ａｌ２Ｏ３に限らず、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの微粒子を選択してもよい。特に、フィラー１３３として、熱伝導率の高い、窒化ホウ素またはダイヤモンドの微粒子を用いることで、蛍光体層３２の光散乱性を強めるとともに、蛍光体粒子１３１で発生する熱を効率よく支持部材３１に伝熱させることができる。
【０２０６】
（実施の形態３の変形例１）
続いて、本開示の実施の形態３の変形例１に係る光源装置について、図１８および図１９を用いて説明する。図１８は、本開示の実施の形態３の変形例１に係る光源装置における光学素子２０Ｃの構成と配置を示す図である。図１９は、同光学素子２０Ｃの構成を示す図である。図１９（ａ）は、光学素子２０Ｃの平面図であり、互いに直交する座標軸９５’と座標軸９７’とを含み、複数のレンズ領域２１が形成された側から見たときの光学素子２０Ｃを示している。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【０２０７】
本変形例における光源装置では、図１４および図１５に示される実施の形態３における光源装置３において、光学素子２０Ｂに代えて、図１８に示されるように配置された光学素子２０Ｃを用いている。
【０２０８】
図１８および図１９に示すように、本変形例における光学素子２０Ｃでは、光機能部２２がフレネル化されたレンズミラーで構成されている。これにより、複数のレンズ領域２１における分割境界の段差２６は、実施の形態３の光学素子２０Ｂ（図１５）の分割領域の分割境界の段差に対して非常に小さくなっている。すなわち、光学素子２０Ｃでは、フレネル化されたレンズミラーの段差程度になっている。
【０２０９】
本変形例のように、光学素子２０Ｃを傾斜させて配置した場合、半導体発光装置から出射した出射光５１して光学素子２０Ｃに入射する入射光５２は、複数のレンズ領域２１に斜めに入射した後に斜めに反射して励起光５４に変換される。このとき、複数のレンズ領域２１の分割境界の段差が大きい場合には、段差が障壁になって励起光に変換されない光が発生してしまう場合があるが、本変形例にように、フレネル化することにより段差の高さをフレネル化されたレンズ（ミラー）の高さ程度にまで低くすることができるので、入射光５２を効率良く励起光５４に変換することができる。
【０２１０】
また、本変形例のように、光機能部２２をフレネル化する場合、光路長差が波長の整数倍になるように設計するので、波長の整数倍で段差の高さを選択することができる。例えば、段差の高さは、１０μｍ以下であるとよく、より好ましくは３μｍ以下である。
【０２１１】
このように、フレネル化した光機能部２２を有する光学素子２０Ｃを用いることで、光学素子２０Ｃを傾斜させて配置した場合であっても、入射光５２を効率良く励起光５４に変換することができる。
【０２１２】
ここで、図１９を用いて、光学素子２０Ｃのより詳細な構成とその製造方法について説明する。
【０２１３】
図１９（ａ）に示すように、光学素子２０Ｃの平面視形状は、全体として長方形である。具体的には、光学素子２０Ｃは、座標軸９５’の方向が長く、座標軸９７’の方向が短い矩形状である。光学素子２０Ｃの平面視形状を矩形状にすることで、ウエハから光学素子２０Ｃを作製する際にウエハにおける光学素子２０Ｃの取れ数を多くすることができる。つまり、量産性に優れている。
【０２１４】
また、複数のレンズ領域２１の各々の外形も長方形であり、座標軸９５’の方向が長く、座標軸９７’の方向が短くなっている。これは、図１４に示される実施の形態３において、半導体発光装置１０の半導体発光素子１１の配置方向と関係しており、半導体発光素子１１からの入射光５２の放射角特性によるものである。すなわち、半導体発光素子１１からの入射光５２の放射角は、座標軸９５’の方向が大きく、座標軸９７’の方向が小さいことから、複数のレンズ領域２１の外形形状を長方形にすることで、光学素子２０Ｃのサイズを小さくしながらも、入射光５２を効率良く励起光５４に変換できるという効果が得られる。
【０２１５】
本変形例において、光学素子２０Ｃの外形サイズは、（短手方向の幅）／（長手方向の幅）が０．７以下であるとよい。この構成により、蛍光体素子３０からの放射光９１の放射角度を確保しつつも、半導体発光装置１０と蛍光体素子３０との距離を短くできるので、より小型の光源装置が実現できる。
【０２１６】
なお、複数のレンズ領域２１の外形は、長方形に限らず、半導体発光素子１１からの入射光５２の放射角特性に応じて、入射光５２を効率よく取り込める形状であればよい。例えば、複数のレンズ領域２１の外形は、長軸と短軸を有する長楕円形状であってもよい。
【０２１７】
次に、複数のレンズ領域２１の詳細について説明する。複数のレンズ領域２１は、フレネルレンズミラーになっており、複数のレンズ領域２１の各々は、座標軸９５’の方向の幅がＷ１で、座標軸９６’の方向の幅がＷ２の六角形である。また、本変形例において、Ｗ１＞Ｗ２となっている。
【０２１８】
蛍光体素子３０の発光面での強度分布をより均一化するとの観点からは、光学素子２０Ｃに入射する入射光５２をより多く分割して励起光５４に変換して、蛍光体素子３０の発光面でより多くの励起光５４が重なるように設計することが有効ではあるが、分割数の増加に伴って分割の境界が多くなりすぎると、分割の境界で励起光５４に変換されない割合が増えて効率が低下する場合がある。また、蛍光体素子３０の発光面での励起光５４の強度分布のビーム幅を設計するとの観点からは、第１分割幅である幅Ｗ１は励起光５４の強度分布において所望のビーム幅よりも大きくなければならない。また、第２分割幅である幅Ｗ２の方向（座標軸９７’の方向）の入射光５２（出射光５１）の放射角が狭いという制約条件などがあり、Ｗ１＞Ｗ２にすることが好ましい。そして、好ましい分割幅の比（Ｗ２／Ｗ１）は、０．３以上０．６以下がよく、０．４以上０．５以下であることがより好ましい。
【０２１９】
このような分割幅の比にすることで、入射光５２を効率よく励起光５４に変換することができ、蛍光体素子３０の発光面で重なる励起光５４の数も十分に確保できて均一化された強度分布が得られ、蛍光体素子３０の発光面の励起光５４の強度分布のビーム幅の設計も容易になる。
【０２２０】
なお、本変形例の複数のレンズ領域２１の各々の形状（分割形状）は、六角形としたが、これに限らず、四角形でもよい。各レンズ領域２１を四角形とする場合も、上記の分割幅の比の条件を満足するとよい。
【０２２１】
次に、光学素子２０Ｃの製造方法について説明する。
【０２２２】
光学素子２０Ｃは、主に、以下に示す工程（１）〜（９）によって製造される。
【０２２３】
工程（１）：所定のガラス材料のウエハ基板を準備する工程
工程（２）：複数のレンズ領域の情報を含むグレートーンマスクを準備する工程
工程（３）：ウエハ基板に感光材料であるレジストを所定の厚みに塗布し熱処理をする工程
工程（４）：グレートーンマスクの情報をレジストに露光する工程
工程（５）：露光されたレジストを現像液により現像する工程
工程（６）：エッチングによりレジスト形状をウエハ基板に転写する工程
工程（７）：ウエハ基板の片面に反射防止膜２３を形成する工程
工程（８）：ウエハ基板の片面に反射膜２４を形成する工程
工程（９）：ウエハ基板から所定のサイズに切り出す工程
【０２２４】
上記工程（１）において、ウエハ基板のガラス材料は、光学特性およびエッチング性を考慮して選択される。具体的には、ガラスの時間当たりのエッチング量は、レジストの時間当たりのエッチング量と余り変わらないことが望ましく、時間当たりのレジストのエッチング量に対するガラス材料のエッチング量の比は０．７以上がよい。また、ウエハ基板のサイズは、１枚のウエハ基板から製造される光学素子２０Ｃの数量に影響するので、できるだけ大きい方がよく、φ３インチ以上のサイズであるとよい。
【０２２５】
上記工程（２）におけるグレートーンマスクは、上記工程（４）において、グレートーンマスクに光を照射し、グレートーンマスクを透過した光がレジストを露光し、上記工程（５）において、現像された後にレジストの残膜形状が得られ、上記工程（６）において、エッチングによりレジストの残膜形状がウエハ基板に転写された後に、設計された複数のレンズ領域２１の形状になるように、透過率が多段階に変化するように構成されている。すなわち、複数のレンズ領域２１において、高さが低い点、すなわちエッチングされる量が多い点は、レジストの残膜量が小さく、グレートーンマスクの透過率が高くなっており、逆に、高さが高い点、すなわちエッチングされる量が少ない点は、レジストの残膜量が大きく、グレートーンマスクの透過率が低くなっている。
【０２２６】
なお、上記は、ポジ型レジストを使用した場合であり、ネガ型レジストを使用する場合には、透過率は上記と逆になり、エッチングされる量が多い点は、グレートーンマスクの透過率が低くなる。
【０２２７】
また、グレートーンマスクの面内方向のサイズは、実際の複数のレンズ領域２１のサイズよりも大きく、具体的には、５倍または１０倍の大きさになるように、グレートーンマスクの透過率が与えられている。これは、上記工程（４）において、１／５縮小光学系または１／１０縮小光学系を備えたステッパ装置を使用するためである。光源の波長によってｇ線やｉ線などのステッパ装置が使用される。縮小光学系で転写されることにより、透過率の情報をより精度よく転写することができるので、複数のレンズ領域を精度よく形成することができる。
【０２２８】
また、レジストを塗布したウエハ基板上に、光学素子が所定の配置になるようにウエハ基板を移動しながら露光するので、ウエハ基板内に多数の光学素子を配置することができ、上記工程（５）〜（８）において、多数の光学素子を同時に形成することができる。
【０２２９】
なお、グレートーンマスクは、光学素子２０Ｃを製造する際に、１回準備すればよく、連続して使用することができる。
【０２３０】
上記工程（５）において、露光されたレジストを現像する場合、露光された部分に新しい現像液が送り込まれて、レジストを含む古い現像液がスムーズに排出され、露光された部分が均一に現像されることが重要である。図１９（ｂ）において、光学素子２０Ｃの複数のレンズ領域２１に接する周辺部には、複数のレンズ領域２１よりも浅い段差２６が形成されている。レジストが露光された状態でもこの段差２６は存在するので、現像の過程において、この段差２６を通して現像液をスムーズに流すために、複数のレンズ領域２１になるレジスト領域全体に渡って均一に現像が行われ、複数のレンズ領域２１になるレジスト形状を精度良く形成することができる。なお、段差２６の幅は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることが好ましいが、これに限らない。また、段差２６には、傾斜があってもよく、多段階になっていてもよい。
【０２３１】
上記工程（６）において、現像されたレジスト形状は、ドライエッチングによってガラス基板に転写される。ドライエッチングされた後の複数のレンズ領域２１の表面粗さは、入射光５２（出射光５１）を効率よく励起光５４に変換する観点で重要である。表面粗さは、二乗平均粗さ（Ｒｑ）で表すことができ、Ｒｑ＜２０ｎｍ（ｒｍｓ）であることが好ましく、Ｒｑ＜１０ｎｍ（ｒｍｓ）であることがより好ましい。ドライエッチング後の表面粗さは、ガラス材料に含まれる添加物または不純物によって生じる場合があり、ガラス材料として添加物や不純物の少ない石英ガラスやサファイヤガラスなどを用いるのが好ましい。
【０２３２】
上記工程（７）および工程（８）は、光学素子２０Ｃに入射する入射光５２を効率よく励起光５４に変換するための光学膜を形成する工程である。光学膜の形成は、スパッタ装置や蒸着装置が用いられ、屈折率の異なる複数の誘電体材料（たとえば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などの材料）を交互に多層に成膜して形成される。この工程において、反射防止膜２３と反射膜２４とが形成される。反射膜２４の形成においては、反射率の高い金属材料（たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの材料やＡｇの合金材料）を成膜してもよい。
【０２３３】
また、工程（７）と工程（８）との順番は逆でもよく、両面同時に成膜できる装置があればなおよい。
【０２３４】
上記工程（９）は、ウエハ基板に形成された多数の複数のレンズ領域２１を所定のサイズに切り出す工程であり、ダイサー装置などによって切断することで、光学素子２０Ｃが得られる。
【０２３５】
以上の工程によって製造される光学素子２０Ｃは、量産性が高く、形状精度が高いので、入射光５２を効率よく励起光５４に変換することができ、より小型の光源装置を実現できる。
【０２３６】
なお、本変形例は、実施の形態３についての適用例であるが、これに限らず、実施の形態１、２における光学素子２０、２０Ａ、２０Ｂにも適用することができる。この場合、上記工程（８）は、他方の面に反射防止膜を形成する工程になる。
【０２３７】
（実施の形態３の変形例２）
続いて、本開示の実施の形態３の変形例２に係る光源装置について、図２０を用いて説明する。図２０は、本開示の実施の形態３の変形例２に係る光源装置における光学素子２０Ｄの構成を示す図である。本変形例における光源装置で用いられる光学素子２０Ｄは、実施の形態３の変形例１で用いられる光学素子２０Ｃとほとんど同じ構成であるため、以下、本変形例では、実施の形態３の変形例１における光学素子２０Ｃと異なる点を中心に説明する。
【０２３８】
図２０に示すように、本変形例における光学素子２０Ｄは、ガラス基板２０ａとガラス基板２０ａに成膜された誘電体膜２０ｂとからなる。本変形例において、光学素子２０Ｄの複数のレンズ領域２１は、誘電体膜２０ｂに形成されている。
【０２３９】
また、複数のレンズ領域２１の周辺には段差２６が形成されており、更に複数のレンズ領域２１の周辺部の少なくとも段差２６と誘電体膜２０ｂの表面には、吸収膜２５がパターン化されて形成されている。
【０２４０】
図１９に示される実施の形態３の変形例１における光学素子２０Ｃでは、エッチング後の表面粗さを小さくするために、添加物や不純物の少ないガラス材料を用いるとよいが、添加物や不純物の少ないガラス材料は、一般的なガラス材料、例えば白板ガラスやＢＫ７などに対して高価である。
【０２４１】
そこで、本変形例における光学素子２０Ｄのように構成することで、誘電体膜２０ｂは不純物を含まないので、添加物や不純物を含まないガラス基板と同等の表面粗さが得られる。そして、ガラス基板２０ａは、一般的なガラス材料、例えば白板ガラスやＢＫ７などの安価なガラス基板を用いることができる。なお、誘電体膜２０ｂとしては、ＳｉＯ２が最適であるが、他の誘電体材料であっても構わない。
【０２４２】
本変形例における光学素子２０Ｄは、上記実施の形態３の変形例１で説明した光学素子２０Ｃの製造方法において、工程（１）でウエハ基板に誘電体膜を蒸着することで製造することができる。なお、その後は、上記実施の形態３の変形例１における光学素子２０Ｃで説明した工程（２）〜（９）と同じである。
【０２４３】
ここで、光学素子２０Ｄのサイズを小さくすることは、ウエハ基板から取れる光学素子２０Ｄの数量（取れ数）を増やすことができるので、製造コストの低減に効果がある。また、光学素子２０Ｄのサイズを小さくすることは、蛍光体素子３０からの放射光９１の放射角度を確保しつつ、半導体発光装置１０を蛍光体素子３０に近づけることができるので、光源装置の小型化にも効果がある。しかしながら、光学素子２０Ｄのサイズを小さくしていって複数のレンズ領域２１のサイズが小さくなると、半導体発光素子１１から出射して光学素子２０Ｄに入射する入射光５２の周辺光（特に、放射角の広い方向の入射光５２で、光学素子２０Ｄの長手方向に入射する光）が複数のレンズ領域２１の外側に入射してしまい、本来の励起光の光路とは異なる光路で出射してしまうおそれがある。
【０２４４】
これに対して、本変形例のように、複数のレンズ領域２１の周辺部の少なくとも段差２６と誘電体膜２０ｂの表面に、半導体発光素子１１から出射して光学素子２０Ｄに入射する入射光５２の周辺光を吸収する吸収膜２５を所定のパターンで形成することにより、複数のレンズ領域２１からはみ出して入射した入射光５２は、吸収膜２５で吸収されるため、光学素子２０Ｄから出射されないようにすることができる。これにより、入射光５２の周辺部の光で励起光５４に変換されたとしても効率にはほとんど寄与しない周辺光を光学素子２０Ｄの内部で遮断することができ、励起光５４への変換効率を確保しつつ光学素子２０Ｄのサイズを縮小することが可能になる。なお、吸収膜２５は、複数のレンズ領域２１の一部に重なっていてもよい。
【０２４５】
また、吸収膜２５は、ＳｉＯ２、Ｓｉ、Ｔｉなどをスパッタ装置によって多層に成膜することで形成することができる。この場合、吸収膜２５のパターン化は、吸収膜２５が必要でない部分にレジストパターンを形成し、その上から吸収膜２５を成膜した後、レジスト部分を除去することで形成することができる。あるいは、吸収膜２５が必要な領域に開口をもつメタルマスクを用いて、開口部のみに吸収膜２５を成膜することで、パターン化された吸収膜２５を形成することができる。吸収膜２５を形成する工程は、実施の形態３の変形例１で説明した製造方法において、例えば工程（８）の前に行うことができる。
【０２４６】
なお、吸収膜２５は、本変形例に限らず、実施の形態３の変形例１にも適用することができる。また、本変形例は、実施の形態３への適用例であるが、これに限らず、実施の形態１、２における光学素子２０、２０Ａ、２０Ｂに適用することもできる。この場合、上記工程（８）は、他方の面に反射防止膜を形成する工程になる。
【０２４７】
続いて、本開示の実施の形態１の変形例３に係る光源装置１Ｅについて、図２１Ａおよび図２１Ｂを用いて説明する。図２１Ａは、本開示の実施の形態１の変形例３に係る光源装置１Ｅの構成を示す図である。図２１Ｂは、同光源装置１Ｅにおける光学素子２０Ｅの構成を示す図であり、（ａ）は、光出射側（蛍光体素子３０側）から見たときの平面図、（ｂ）は、（ａ）および（ｃ）のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は、光入射側（半導体発光素子１１側）から見たときの平面図である。
【０２４８】
本変形例における光源装置１Ｅは、実施の形態１の変形例１（図６Ａ、図６Ｂ）の光学素子２０Ａを光学素子２０Ｅに置き換えたものである。それ以外の構成は、実施の形態１の変形例１と同じであるので、以下、光学素子２０Ｅの構成を中心に説明する。
【０２４９】
図２１Ａおよび図２１Ｂに示される光学素子２０Ｅは、図６Ａおよび図６Ｂに示される光学素子２０Ａにおいて、光学素子２０Ａの光機能部２２を構成する面に形成された複数のレンズ領域２１をフレネルレンズとなるようにフレネル化するとともに、光機能部２２とは反対の面に設けられた球面形状または非球面形状を有する凸レンズもフレネルレンズとなるように形成したものである。つまり、光学素子２０Ｅの光入射面側も光出射側もフレネルレンズが形成されている。光学素子２０Ｅのフレネルレンズは、実施の形態３の変形例１および実施の形態３の変形例２で説明した方法と同様の方法で形成することができる。
【０２５０】
図２１Ｂに示すように、光学素子２０Ｅにおいても、光出射側の複数のレンズ領域２１に接する周辺部および光入射側の凸レンズに接する周辺部には、段差２６が形成されている。
【０２５１】
また、複数のレンズ領域２１および凸レンズの表面には、反射防止膜２３が形成されている。つまり、光学素子２０Ｅの光出射側及び光入射側には、いずれも反射防止膜２３が形成されている。
【０２５２】
さらに、図２１Ｂの（ａ）に示すように、光学素子２０Ｅの光機能部２２を有する面（光出射側の面）には、開口制限膜２７が形成されている。開口制限膜２７は、実施の形態３の変形例２における吸収膜２５と同じ作用を有する。開口制限膜２７は、光吸収膜で形成されていてもよいし、ＴｉまたはＣｒなどの金属膜等からなる光反射膜で形成されていてもよい。
【０２５３】
このように構成された光学素子２０Ｅは、形状精度が高いので入射光５２を効率良く励起光５４に変換することができる。また、量産性も高く、光学素子２０Ｅのサイズを小さくすることができるので、より小型の光源装置１Ｅを実現できる。
【０２５４】
なお、本変形例における光源装置１Ｅでは、凸レンズが光入射側（半導体発光素子１１）に位置するように光学素子２０Ｅが配置されていたが、これに限らない。具体的には、凸レンズが光出射側（蛍光体素子３０側）に位置するように光学素子２０Ｅが配置されていてもよい。また、本変形例において、開口制限膜２７は、光出射側の面に形成したが、これに限らず、光入射側の面に形成してもよいし、光出射側の面及び光入射側の面の両面に形成してもよい。また、本変形例における光学素子２０Ｅは、実施の形態１の変形例２に係る光源装置１Ｂ（図７）および実施の形態２の変形例２（図１３）における光学素子２０Ａと置き換えることもできる。
【０２５５】
（実施の形態４）
次に、本開示の実施の形態４に係る光源装置４について、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３および図２４を用いて説明する。
【０２５６】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、本開示の実施の形態４に係る光源装置４の構成を示す図である。図２２Ａは、座標軸９６（第２軸）と励起光の進行方向である座標軸９７とを含む平面図であり、図２２Ｂは、座標軸９５（第１軸）と励起光の進行方向である座標軸９７とを含む平面図である。また、図２３は、同光源装置４における半導体発光装置１０Ａの構成を示す図である。図２４は、同光源装置４の蛍光体素子３０の発光面での光強度分布の設計例を示す図である。
【０２５７】
本実施の形態に係る光源装置４に用いられる半導体発光装置１０は、図２２Ａ、図２２Ｂおよび図２３に示すように、ストライプ幅Ｗａの第１光導波路１１ａ１とストライプ幅Ｗｂの第２光導波路１１ａ２の２つの導波路（リッジ部）が形成された半導体発光素子１１Ａを有する。第１光導波路１１ａ１と第２光導波路１１ａ２は、中心間の距離がＰになるように形成されている。
【０２５８】
半導体発光素子１１Ａのストライプ幅Ｗａ、Ｗｂは、例えば、０．００１ｍｍ〜０．１ｍｍであり、０．０１ｍｍ〜０．０６ｍｍであることがより好ましい。また、第１光導波路１１ａ１と第２光導波路１１ａ２の中心間の距離Ｐは、Ｐ＝（Ｗａ＋Ｗｂ）／２＋Ｓと定義したときに、Ｓは、５μｍ〜３００μｍであるとよく、１０μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。
【０２５９】
なお、図２２Ａおよび図２２Ｂにおいては、複数のレンズ領域２１のうちレンズ領域２１ａに入射する第１光導波路１１ａ１からの出射光５１ａおよび第２光導波路１１ａ２からの出射光５１ｂについてのみ図示している。
【０２６０】
図２２Ａおよび図２２Ｂにおいて、光源装置４に用いられる蛍光体素子３０は、実施の形態１で用いられている蛍光体素子３０と同じである。
【０２６１】
また、光源装置４に用いられる光学素子２０は、実施の形態２で用いられている光学素子２０と同じ構成であるが、複数のレンズ領域２１は、変換された励起光５４の集光位置が蛍光体素子３０の前方で各々異なるように設定されており、更に複数のレンズ領域２１には非点収差が与えられている。
【０２６２】
レンズ領域２１ａに入射する光のうち、第１光導波路１１ａ１からの出射光５１ａは、光学素子２０によって、蛍光体素子３０の発光面の前方に最小錯乱円（図示せず）を形成するとともに、蛍光体素子３０の発光面から遠い側に第１の焦線５７ａａを形成し、かつ、蛍光体素子３０の発光面に近い側に第２の焦線５８ａａを形成する励起光５４ａａに変換される。
【０２６３】
また、レンズ領域２１ａに入射する光のうち、第２光導波路１１ａ２からの出射光５１ｂは、光学素子２０によって、蛍光体素子３０の前方に最小錯乱円（図示せず）を形成するとともに、蛍光体素子３０の発光面から遠い側に第１の焦線５７ａｂを形成し、かつ、蛍光体素子３０の発光面に近い側に第２の焦線５８ａｂを形成する励起光５４ａｂに変換される。
【０２６４】
光学素子２０のレンズ領域２１ａ以外のレンズ領域に入射する光のうち、第１光導波路１１ａ１からの出射光５１ａについては、蛍光体素子３０の発光面の前方にお互いに異なる焦点をもち、蛍光体素子３０の発光面から遠い側に第１の焦線を形成し、蛍光体素子３０の発光面に近い側に第２の焦線を形成する励起光５４に変換され、レンズ領域２１ａで変換された励起光５４ａａとともに蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【０２６５】
また、光学素子２０のレンズ領域２１ａ以外のレンズ領域に入射する光のうち、第２光導波路１１ａ２からの出射光５１ｂについても、蛍光体素子３０の発光面の前方にお互いに異なる焦点をもち、蛍光体素子３０の発光面から遠い側に第１の焦線を形成し、蛍光体素子３０の発光面に近い側に第２の焦線を形成する励起光５４に変換され、レンズ領域２１ａで変換された励起光５４ａｂとともに蛍光体素子３０の発光面で重なっている。
【０２６６】
更に、第１光導波路１１ａ１からの出射光５１ａが光学素子２０に入射して変換された励起光と第２光導波路１１ａ２からの出射光５１ｂが光学素子２０に入射して変換された励起光とは、蛍光体素子３０の発光面で少なくとも一部が重なっている。
【０２６７】
また、励起光の蛍光体素子３０の発光面でのビーム幅Ｄ１は、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の第１方向の分割幅である幅Ｗ１よりも大きい。同様に、励起光の蛍光体素子３０の発光面でのビーム幅Ｄ２は、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の第２方向の分割幅であるＷ２よりも大きい。
【０２６８】
このように設計された光源装置４において、蛍光体素子３０の発光面での光強度分布の設計例を、図２４を用いて説明する。なお、図２４の（ａ）〜（ｃ）は、いずれも放射光側から見た図であり、蛍光体素子３０の発光面での光強度分布を、平面強度分布表示（上図）と３次元強度分布表示（下図）で示している。
【０２６９】
図２４（ａ）は、第１光導波路１１ａ１からの出射光５１ａが光学素子２０で変換された励起光の蛍光体素子３０の発光面での光強度分布を示している。図２４（ｂ）は、第２光導波路１１ａ２からの出射光５１ｂが光学素子２０で変換された励起光の蛍光体素子３０の発光面での光強度分布を示している。図２４（ｃ）は、第１光導波路１１ａ１の出射光５１ａおよび第２光導波路１１ａ２の出射光５１ｂの両方が光学素子２０で変換された励起光の蛍光体素子３０の発光面での光強度分布を示している。
【０２７０】
図２４（ａ）に示すように、第１光導波路１１ａ１から出射されて光学素子２０で変換された励起光についての蛍光体素子３０の発光面での光強度分布は、ビーム幅Ｄ１ａ（座標軸９５）とビーム幅Ｄ２ａ（座標軸９６）を持ち、各々均一化されている。
【０２７１】
同様に、図２４（ｂ）に示すように、第２光導波路１１ａ２の各々から出射されて光学素子２０で変換された励起光についての蛍光体素子３０の発光面での光強度分布は、ビーム幅Ｄ１ｂ（座標軸９５）とビーム幅Ｄ２ｂ（座標軸９６）を持ち、各々均一化されている。
【０２７２】
また、図２４（ｃ）に示すように、第１光導波路１１ａ１および第２光導波路１１ａ２の各々から出射されて光学素子２０で変換された励起光は蛍光体素子３０の発光面で一部が重なるように設計されており、全体として、幅Ｄ１（座標軸９５）と幅Ｄ２（座標軸９６）を持ち、均一化された１つの光強度分布になっている。ここで、ビーム幅Ｄ１は、ビーム幅Ｄ１ａとビーム幅Ｄ１ｂとにほぼ等しく、また、ビーム幅Ｄ２は、ビーム幅Ｄ２ａとビーム幅Ｄ２ｂの和にほぼ等しいか僅かに小さく、全体的に均一化されてビーム幅Ｄ１とビーム幅Ｄ２とがほぼ等しい１つの励起光の強度分布で設計できる。
【０２７３】
以上のように、本実施の形態の光源装置４では、複数のエミッタをもつ半導体発光素子１１Ａを用いたとしても、半導体発光素子１１Ａから出射する光を効率良く１つの均一化された光強度分布を有する励起光５４に変換することができ、小型の光源装置が実現できる。
【０２７４】
なお、本実施の形態における設計例では、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の各々の形状（分割形状）は、六角形であるため、変換された励起光の蛍光体素子３０の発光面での強度分布も六角形になっているが、複数のレンズ領域２１の形状を四角形にすれば、四角形の強度分布を得ることができる。
【０２７５】
また、本実施の形態における光源装置４において、光学素子２０の複数のレンズ領域２１の各々の焦点位置を蛍光体素子３０よりも前方に設定することにより、複数のレンズ領域２１の分割幅よりも大きなビーム幅に設計することができる。これにより、励起光の強度分布をより広い範囲で設計できる。
【０２７６】
また、本実施の形態における光源装置４では、２つの光導波路をもつ半導体発光素子１１Ａを用いていたが、これに限らず、３つ以上の光導波路を持つ半導体発光素子１１を用いてもよい。この場合にも、隣り合う２つの光導波路から出射されて光学素子２０で変換された各々の励起光の蛍光体素子３０の発光面での強度分布の一部がお互いに重なるように設計することで、均一化された１つの光強度分布を有する励起光に変換することができ、小型の光源装置が実現できる。
【０２７７】
また、本実施の形態において、蛍光体素子３０は、実施の形態１と同様の配置にしたが、実施の形態２、３のように配置しても同様の効果を奏する光源装置が実現できる。この場合、励起光は蛍光体素子３０に斜めに入射するので、各々の入射位置でビーム幅が異なる場合があるが、半導体発光素子１１Ａにおける第１光導波路１１ａ１のストライプ幅Ｗａと第２光導波路１１ａ２のストライプ幅Ｗｂとを異ならせるとよい。
【０２７８】
また、本実施の形態において、光学素子２０に代えて、実施の形態３の変形例１、２の光学素子２０Ｂ、２０Ｃを用いてもよい。
【０２７９】
また、本実施の形態における光源装置４において、半導体発光素子１１Ａの２つの光導波路の点灯と消灯とを個々に制御できるようにすれば、蛍光体素子３０での発光位置を可変できるようになり、リフレクタや投射レンズなどと組み合わせた投光装置において、配光を可変できる光源装置も実現できる。例えば、車両前照灯用の灯具として光源装置４を用いる場合、２つ点灯時にはハイビームになり、１つ点灯時にはロービームになるような使い方もできる。
【０２８０】
（実施の形態５）
次に、本開示の実施の形態５に係る投光装置５について、図２５を用いて説明する。図２５は、本開示の実施の形態５に係る投光装置５の構成を示す図である。
【０２８１】
図２５に示すように、投光装置５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、投射レンズ１６０とを備える。投射レンズ１６０は、光源装置１からの放射光９１の放射角を変えて前方に投射するためのレンズである。本実施の形態において、投射レンズ１６０は２枚の組合せレンズを用いているが、これに限るものではなく、単一のレンズで構成しても良いし、複数のレンズで構成しても良い。例えば、投射レンズ１６０は、４枚のレンズを組み合わせた複合レンズであっても良い。
【０２８２】
本実施の形態における投光装置５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。
【０２８３】
なお、本実施の形態における投光装置５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、本実施の形態における投光装置の光源装置として、実施の形態２〜４における光源装置を用いてもよい。
【０２８４】
（実施の形態６）
次に、本開示の実施の形態６に係る投光装置６について、図２６を用いて説明する。図２６は、本開示の実施の形態６に係る投光装置６の構成を示す図である。
【０２８５】
図２６に示すように、投光装置６は、実施の形態３における光源装置３と、リフレクタ１７０とを備える。リフレクタ１７０は、光源装置３からの放射光９１の放射角を変えて前方に投射するための反射部材である。
【０２８６】
本実施の形態における投光装置６では、実施の形態３における光源装置３を用いるので、小型の投光装置を実現できる。
【０２８７】
なお、本実施の形態における投光装置６では、実施の形態３における光源装置３を用いたが、これに限るものではない。例えば、本実施の形態における投光装置の光源装置として、実施の形態１、２、４、５における光源装置を用いてもよい。
【０２８８】
（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。
【０２８９】
例えば、本開示に係る光源装置において、蛍光体素子に照射する代わりに、加工対象物の加工面に照射し、半田付け、アニール処理、溶接などを行う加工用光源として利用することもできる。この場合、半導体発光素子として、可視光レーザ素子ではなく、赤外レーザ素子等を用いることもできる。
【０２９０】
その他、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】
【０２９１】
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。また、本開示の光源装置は、照明用光源だけではなく、加工用光源等のその他の用途の光源として利用することも可能である。
【符号の説明】
【０２９２】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｅ、２、２Ａ、２Ｂ、３、４  光源装置
５、６  投光装置
１０、１０Ａ  半導体発光装置
１１、１１Ａ  半導体発光素子（レーザ素子）
１１ａ  光導波路
１１ａ１  第１光導波路
１１ａ２  第２光導波路
１２  キャップ
１３  窓ガラス
１４  ベース
１５  ポスト
１６  サブマウント
１７  リードピン
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ  光学素子
２０ａ  ガラス基板
２０ｂ  誘電体膜
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ  レンズ領域
２２  光機能部
２３  反射防止膜
２４  反射膜
２５  吸収膜
２６  段差
２７  開口制限膜
３０  蛍光体素子
３１  支持部材
３１ａ  光学膜
３１ａ１  第１光学膜
３１ａ２  第２光学膜
３２  蛍光体層
３３  発光面
５１、５１ａ、５１ｂ  出射光
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ、５２ｇ  入射光
５４、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ａａ、５４ａｂ  励起光
５５、５５ｄ、５５ｅ  焦点
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ  最小錯乱円
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅ、５７ａａ、５７ａｂ  第１の焦線
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅ、５８ａａ、５８ａｂ  第２の焦線
８０  ホルダ
９１  放射光
９２  散乱光
９３  蛍光
９５、９５’、９６、９６’、９７、９７’、９９  座標軸
９８  法線
１２０  レンズ
１３１  蛍光体粒子
１３２  バインダ
１３３  フィラー
１３４Ｂ、１３４Ｍ  ボイド
１５０  励起領域
１５１  発光領域
１６０  投射レンズ
１７０  リフレクタ
【図１】
2018180950.tif 000003
【図２】
2018180950.tif 000004
【図３】
2018180950.tif 000005
【図４】
2018180950.tif 000006
【図５Ａ】
2018180950.tif 000007
【図５Ｂ】
2018180950.tif 000008
【図６Ａ】
2018180950.tif 000009
【図６Ｂ】
2018180950.tif 000010
【図７】
2018180950.tif 000011
【図８】
2018180950.tif 000012
【図９】
2018180950.tif 000013
【図１０】
2018180950.tif 000014
【図１１】
2018180950.tif 000015
【図１２】
2018180950.tif 000016
【図１３】
2018180950.tif 000017
【図１４】
2018180950.tif 000018
【図１５】
2018180950.tif 000019
【図１６】
2018180950.tif 000020
【図１７Ａ】
2018180950.tif 000021
【図１７Ｂ】
2018180950.tif 000022
【図１７Ｃ】
2018180950.tif 000023
【図１８】
2018180950.tif 000024
【図１９】
2018180950.tif 000025
【図２０】
2018180950.tif 000026
【図２１Ａ】
2018180950.tif 000027
【図２１Ｂ】
2018180950.tif 000028
【図２２Ａ】
2018180950.tif 000029
【図２２Ｂ】
2018180950.tif 000030
【図２３】
2018180950.tif 000031
【図２４】
2018180950.tif 000032
【図２５】
2018180950.tif 000033
【図２６】
2018180950.tif 000034
【図２７】
2018180950.tif 000035
【図２８】
2018180950.tif 000036
【国際調査報告】
2018180950.tif 000037
2018180950.tif 000038