(57)【要約】【課題】少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置などを提供する。【解決手段】第１半導体レーザ素子は、波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置され、第２半導体レーザ素子は、波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置され、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子は、いずれも、波長変換部材の第１面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、第１半導体レーザ素子からのレーザ光の波長変換部材の第１面に対する入射角と第２半導体レーザ素子からのレーザ光の波長変換部材の第１面に対する入射角との少なくとも一方を調整可能である照明装置。【選択図】図１
2019021586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体レーザ素子と、
第２半導体レーザ素子と、
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１半導体レーザ素子及び前記第２半導体レーザ素子のレーザ光が前記第１面に入射し、前記第１面に入射したレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、を備え、
前記第１半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置され、
前記第２半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置され、
前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、
前記第１半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角と前記第２半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角との少なくとも一方を調整可能である照明装置。
【請求項２】
前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は、同じ色の光を出射する請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第１面に対するレーザ光の入射角が２０度以上８０度以下となるように配置される請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が同一方向から入射するよう配置される請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置された第１半導体レーザ素子と、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置された第２半導体レーザ素子と、を備える照明装置を準備する工程と、
前記第１半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角と前記第２半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角との少なくとも一方を調整し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を有する照明装置の駆動方法。
【請求項６】
前記照明装置を準備する工程において、前記第１半導体レーザ素子及び前記第２半導体レーザ素子として、同じ色の光を出射する半導体レーザ素子を用いる請求項５に記載の照明装置の駆動方法。
【請求項７】
前記色度を調整する工程において、前記波長変換部材の第１面に対するレーザ光の入射角が、いずれも、２０度以上８０度以下となるように前記第１半導体レーザ素子からのレーザ光と前記第２半導体レーザ素子からのレーザ光を調整する請求項５又は６に記載の照明装置の駆動方法。
【請求項８】
半導体レーザ素子と、
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記半導体レーザ素子のレーザ光が前記第１面に対して斜めから入射するように配置され、入射した前記レーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、
前記半導体レーザ素子を回転させ、前記波長変換部材の第１面に入射するレーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光の混合割合を変更する回転機構と、を備える照明装置。
【請求項９】
前記半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対するレーザ光の入射角が２０度以上８０度以下となるように配置される請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を回転する回転機構と、を備える照明装置を準備する工程と、
前記回転機構を用いて前記半導体レーザ素子を回転することにより、前記レーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光との混合割合を変更し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を含む照明装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
励起用の第１の光源と、照明用の第２の光源と、蛍光体層及び光散乱層を備えるホイールと、蛍光体層の直上に離間して設けられ、第１の光源の光を蛍光体層に向けて反射するとともに第２の光源の光を透過するダイクロイックミラーと、光散乱層の直上に離間して設けられ、ダイクロイックミラーを透過した第２の光源の光を光散乱層に向けて反射するミラーと、を備える照明装置が提案されている。この照明装置は、第１の光源の出力と第２の光源の出力を調整して、照明光のホワイトバランスを調整している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８６５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の照明装置では、複数の光学部品（第１の光源からの光と第２の光源からの光とを分離するためのダイクロイックミラー、ダイクロイックミラーを透過した後の光を反射するミラー等）を用いるため、部品点数が多くなり、装置構成が複雑になる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、例えば、次の手段により解決することができる。
【０００６】
第１半導体レーザ素子と、第２半導体レーザ素子と、第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１半導体レーザ素子及び前記第２半導体レーザ素子のレーザ光が前記第１面に入射し、前記第１面に入射したレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、を備え、前記第１半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置され、前記第２半導体レーザ素子は、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置され、前記第１半導体レーザ素子と前記第２半導体レーザ素子は、いずれも、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が斜めから入射するように配置され、前記第１半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角と前記第２半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角との少なくとも一方を調整可能である照明装置。
【０００７】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置された第１半導体レーザ素子と、前記波長変換部材の第１面に対してレーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置された第２半導体レーザ素子と、を備える照明装置を準備する工程と、前記第１半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角と前記第２半導体レーザ素子からのレーザ光の前記波長変換部材の第１面に対する入射角との少なくとも一方を調整し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を有する照明装置の駆動方法。
【０００８】
半導体レーザ素子と、第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記半導体レーザ素子のレーザ光が前記第１面に対して斜めから入射するように配置され、入射した前記レーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、前記半導体レーザ素子を回転させ、前記波長変換部材の第１面に入射するレーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光の混合割合を変更する回転機構と、を備える照明装置。
【０００９】
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し、前記第１面に入射するレーザ光の少なくとも一部を波長変換して前記第１面から取り出す波長変換部材と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を回転する回転機構と、を備える照明装置を準備する工程と、前記回転機構を用いて前記半導体レーザ素子を回転することにより、前記レーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光との混合割合を変更し、前記波長変換部材から取り出される光の色度を調整する工程と、を含む照明装置の駆動方法。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によれば、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る照明装置を説明する模式的構成図である。
【図２】図１に示す波長変換部材の一部を拡大して示す図である。
【図３】４５０ｎｍの波長の光が、空気中を進行してＹＡＧを含む波長変換部材に入射する場合における入射角と、反射率と、の関係をシミュレーションした図である。
【図４】実施形態１に係る照明装置の他の例を説明する模式的構成図である。
【図５】実施形態２に係る照明装置を説明する模式的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態１に係る照明装置１］
図１は実施形態１に係る照明装置１を説明する模式的構成図である。図２は図１に示す波長変換部材の一部を拡大して示す図である。図１、図２に示すように、照明装置１は、第１半導体レーザ素子が搭載された第１レーザ装置１２と、第２半導体レーザ素子が搭載された第２レーザ装置１４と、第１面２０ａと第１面２０ａに対向する第２面２０ｂとを有し、第１半導体レーザ素子及び第２半導体レーザ素子のレーザ光（以下、第１半導体レーザ素子からのレーザ光を「第１レーザ光」といい、第２半導体レーザ素子からのレーザ光を「第２レーザ光」という。）が第１面２０ａに入射し、第１面２０ａに入射した第１レーザ光及び第２レーザ光の少なくとも一部を波長変換して第１面２０ａから取り出す波長変換部材２０と、を備える。このとき、第１半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対して第１レーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置され、第２半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対して第２レーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置され、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子は、いずれも、波長変換部材２０の第１面２０ａに対して第１レーザ光及び第２レーザ光が斜めから入射するように配置されている。さらに、照明装置１は、第１半導体レーザ素子からの第１レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ１と第２半導体レーザ素子からの第２レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ２との少なくとも一方を調整可能である。
【００１３】
図３は、４５０ｎｍの波長の光が空気中を進行してＹＡＧを含む波長変換部材に入射する場合における入射角と、４５０ｎｍの波長の光の反射率と、の関係をシミュレーションした図である。図３中の実線は、レーザ光がＰ偏光のみで構成される場合（つまりレーザ光にＳ偏光が含まれない場合）の４５０ｎｍの光の入射角と４５０ｎｍの光の反射率との関係を示し、図３中の破線は、レーザ光がＳ偏光のみで構成される場合（つまりレーザ光にＰ偏光が含まれない場合）の４５０ｎｍの光の入射角と４５０ｎｍの光の反射率との関係を示す。Ｐ偏光であるかＳ偏光であるかの条件を除き、前者のレーザ光と後者のレーザ光には同じ条件を設定している。ここで、入射角が０度である場合は、波長変換部材に対して垂直にレーザ光が入射するものとし、入射角が９０度である場合は、波長変換部材に対して平行にレーザ光が入射するものとしている。
【００１４】
図３からわかるように、レーザ光がＰ偏光のみで構成される場合とレーザ光がＳ偏光のみで構成される場合のいずれにおいても、４５０ｎｍの光の反射率は、波長変換部材に対する４５０ｎｍの光の入射角に応じて変化する。ここで、反射率が小さいほど波長変換部材で反射される４５０ｎｍの光は少なくなり、波長変換部材内に入射する４５０ｎｍの光が多くなる。その一方、反射率が大きいほど波長変換部材で反射される４５０ｎｍの光が多くなり、波長変換部材内に入射する４５０ｎｍの光が少なくなる。したがって、波長変換部材から取り出される光には、反射率が小さいほど波長変換光がより多く含まれることになり、反射率が大きいほど波長変換光がより少なく含まれることになる。
【００１５】
照明装置１では、このような入射角の違いによる波長変換光と反射光との関係、及びこの関係がＰ偏光とＳ偏光の間で異なることを利用して、波長変換部材から取り出される光に含まれる波長変換光の割合を変更する。具体的には、第１レーザ光の入射角θ１と第２レーザ光の入射角θ２との少なくとも一方、好ましくは双方を調整し、波長変換部材２０に入射するＰ偏光とＳ偏光の割合を変更することにより、波長変換部材２０から取り出される波長変換光の割合を変更する。照明装置１によれば、レーザ光の入射角を調整することにより、Ｐ偏光で入射する光の反射率とＳ偏光で入射する光の反射率を調整し、波長変換部材２０の第１面２０ａから取り出される光の色度を変更することができる。したがって、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置を提供することができる。なお、本明細書でいう「入射角θ１、θ２」とは、波長変換部材２０の第１面２０ａの法線と、第１面２０ａに入射する直前のレーザ光の光軸とに基づいて算出される角度である。また、本明細書でいう「光軸」とは、レーザ光全体の中心の通り道を指す。以下、各装置及び部材について詳細に説明する。
【００１６】
（照明装置１）
照明装置１は車両用ヘッドライトなどに用いることができる。車両用ヘッドライトの視認性は雨天と晴天とで変わる。したがって、車両用ヘッドライトの色度は天候に応じて調整する必要がある。しかるところ、半導体レーザ素子の発光強度や数を変えて色度を調整しようとすると、色度の調整に応じて照明装置の発光強度も変わる。これに対して、本実施形態によれば、照明装置１の発光強度を変えることなく照明装置１の色度を変えることができる。したがって、照明装置１を車両用ヘッドライトに用いる場合には、天候の変化による視認性の低下を抑制した車両用ヘッドライトを提供することができる。
【００１７】
（第１半導体レーザ素子、第２半導体レーザ素子）
第１半導体レーザ素子は第１レーザ装置１２に搭載され、第２半導体レーザ素子は第２レーザ装置１４に搭載されている。照明装置１では、１つのレーザ装置１２が第１半導体レーザ素子を含み、他の１つのレーザ装置１４が第２半導体レーザ素子を含むが、１つのレーザ装置が第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子の双方を含んでいてもよい。つまり、１つのレーザ装置から第１レーザ光及び第２レーザ光が出射されるようにしても良い。また、第１レーザ装置１２及び第２レーザ装置１４からの光が光ファイバを介して波長変換部材２０に照射されるように配置してもよい。さらに、本実施形態では、１つの第１半導体レーザ素子と、１つの第２半導体レーザ素子と、を用いているが、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とはそれぞれ複数個であってもよい。
【００１８】
第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子には、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を用いることができる。第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子は、同じ色の光を出射する半導体レーザ素子であることが好ましい。このようにすれば、異なる色の光を出射する半導体レーザ素子を用いる場合に比較して、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子の寿命を近づけることができる。なお、半導体レーザ素子が「同じ色の光」を出射する場合には、第１レーザ光の波長と第２レーザ光の波長が正確に同じである場合のほか、両波長の間に、製造時のばらつきとみなすことができる程度の違いがある場合も含まれる。製造時のばらつきとみなすことができる程度の違いがある場合とは、例えば、発光ピーク波長の差が２０ｎｍ以内である場合である。
【００１９】
本実施形態では、第１半導体レーザ素子及び第２半導体レーザ素子として、４５０ｎｍの発光ピーク波長を有する青色発光の半導体レーザ素子を用いている。このようにすれば、波長変換部材２０にＹＡＧ蛍光体を含有させる場合において、ＹＡＧ蛍光体の最大励起波長の光を波長変換部材２０に照射することができるため、効率よく波長変換部材２０から光を取り出すことができる。
【００２０】
第１半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対して第１半導体レーザ素子から出射された第１レーザ光が主にＰ偏光で入射するように配置される。また、第２半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対して第２半導体レーザ素子から出射された第２レーザ光が主にＳ偏光で入射するように配置される。波長変換部材２０の第１面２０ａが図２に示すように傾斜面を有する場合は、傾斜面に対してＰ偏光又はＳ偏光で入射するよう配置される。この場合、各レーザ光が照射される傾斜面の法線と各レーザ光の光軸とを各レーザ光の入射角θ１、θ２として定義する。また、各レーザ光の方向は各レーザ光の光軸の方向として定義される。
【００２１】
第１面２０ａに入射するレーザ光のＰ偏光（Ｐ成分）とは、レーザ光の光軸と第１面２０ａの法線とを含む平面に対して平行に振動する成分をいう。また、第１面２０ａに入射するレーザ光のＳ偏光（Ｓ成分）とは、レーザ光の光軸と第１面２０ａの法線とを含む平面に対して垂直に振動する成分をいう。例えば、図１の紙面に対して平行な面において、左上から右下に向けてレーザ光が進行して第１面２０ａに入射する場合には、図１の紙面に対して平行に振動する成分がレーザ光のＰ偏光（Ｐ成分）であり、垂直に振動するのがレーザ光のＳ偏光（Ｓ成分）である。
【００２２】
主にＰ偏光で入射するとは、レーザ光におけるＰ偏光（Ｐ成分）の割合がＳ偏光（Ｓ成分）の割合よりも多いこと、具体的には５１％以上１００％以下であることをいう。また、主にＳ偏光で入射するとは、レーザ光におけるＳ偏光（Ｓ成分）の割合がＰ偏光（Ｐ成分）の割合よりも多いこと、具体的には、５１％以上１００％以下であることをいう。なお、第１レーザ光と第２レーザ光の入射角に対する反射率の違いを効率的に利用できるよう、第１レーザ光はＰ偏光のみからなることが好ましく、第２レーザ光はＳ偏光のみからなることが好ましい。ただし、半導体レーザ素子の実装ずれによりＳ偏光がわずかに含まれている場合もここでいう「Ｐ偏光のみからなる」に含まれるものとし、半導体レーザ素子の実装ずれによりＰ偏光がわずかに含まれている場合もここでいう「Ｓ偏光のみからなる」に含まれるものとする。
【００２３】
第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子は、いずれも、波長変換部材２０の第１面２０ａに対してレーザ光が斜めから入射するように配置される。これにより、入射角に対するＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率の違いを利用することができる。図３に示すように、入射角に対するＰ偏光とＳ偏光の反射率の違いは、レーザ光の入射角θ１、θ２が１０度よりも大きく９０度未満の範囲において生じるためである。また、レーザ光が斜めから入射するよう第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子を配置すれば、波長変換部材２０の直上にダイクロイックミラー等の光学部品を配置せずとも、レーザ光を第１面に照射して波長変換された光を第１面から取り出すことができる。これにより、波長変換部材２０からの光がダイクロイックミラー等の光学部品に吸収されることを抑制できる。したがって、波長変換部材の直上にダイクロイックミラー等の光学部材を配置した照明装置に比較して、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対してレーザ光が同一方向から入射するよう配置されることが好ましい。このようにすれば、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とが波長変換部材２０を挟んで向かい合うように配置される場合に比較して、照明装置としての光取り出し効率を向上させることができる。この点につき、以下に詳述する。波長変換部材を挟んで向かい合うように配置する場合は、第１半導体レーザ素子からの光と第２半導体レーザ素子からの光を同じ方向に反射させるにあたり、波長変換部材の第１面に第１傾斜面と第２傾斜面という傾斜の向きが異なる２種の傾斜面を設ける必要がある。しかしながら、このようにすると、第１レーザ光のうち第１傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されるが、第２傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されず、コリメータレンズに入射しない。同様に、第２レーザ光のうち第２傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されるが、第１傾斜面に照射される部分は上方に向けて反射されず、コリメータレンズに入射しない。これに対して、第１レーザ光と第２レーザ光とを同一方向から入射させれば、１種の傾斜面で光を反射させることができ、波長変換部材２０で反射された光を効率的にコリメータレンズ４０に入射させることができる。
【００２５】
第１レーザ光と第２レーザ光とを同一方向から入射させる場合には、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とを互いに近づけて配置することが好ましい。このようにすれば、照明装置１の小型化を図ることができるため、ヘッドライトに採用しやすい照明装置１を提供することができる。
【００２６】
第１半導体レーザ素子からの第１レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ１と第２半導体レーザ素子からの第２レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ２との少なくとも一方は調整可能であり、好ましくは双方が調整可能である。このような調整は、例えば、各半導体レーザ素子の配置や後述するミラー５２、５４の向きを調整することにより行うことができる。
【００２７】
第１レーザ光と第２レーザ光それぞれの入射角θ１、θ２は、ブリュースター角を含む角度、特に、ブリュースター角±２０度の範囲内で調整を行うことが好ましい。これにより、第１レーザ光をある程度波長変換部材２０に入射させやすくすることができるため、波長変換された光を取り出しやすくすることができる。また、第２レーザ光をある程度波長変換部材２０に入射させつつ、第２レーザ光の波長の光を反射させることができるため、白色光を得やすくなる。なお、ブリュースター角とはＰ偏光の反射率が零になる入射角をいう。
【００２８】
また、波長変換部材２０としてＹＡＧ蛍光体を含む蛍光体セラミックスを用いる場合、第１レーザ光と第２レーザ光それぞれの入射角θ１、θ２は、２０度以上８０度以下の範囲内で調整を行うことが好ましい。図３に示すように、前述の範囲においてＰ偏光とＳ偏光の反射率の違いが顕著になるため、入射角θ１、θ２がこれらの範囲になるよう各半導体レーザ素子からのレーザ光を調整すれば、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率の違いを効果的に利用することができるためである。
【００２９】
また、第１レーザ光と第２レーザ光それぞれの入射角θ１、θ２は、Ｐ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との差が１０％以上となる範囲内で調整を行うことが好ましい。このようにすれば、より一層、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率の違いを効果的に利用することができる。ただし、青色光の反射率が高すぎると白色光が得られにくく、Ｐ偏光とＳ偏光との反射率差が小さすぎると本実施形態の効果が得られにくい。したがって、上記の範囲内で調整を行う場合において、それぞれの入射角θ１、θ２は、４０度以上７０度以下であることがさらに好ましい。
【００３０】
（波長変換部材２０）
波長変換部材２０は、例えば、第２面２０ｂを支持体３０側に向けて支持体３０の上面に配置される。第１レーザ装置１２の第１半導体レーザ素子及び第２レーザ装置１４の第２半導体レーザ素子が出射する第１レーザ光及び第２レーザ光は波長変換部材２０の第１面２０ａに入射する。波長変換部材２０の第１面２０ａに入射したレーザ光の一部は波長変換部材２０の表面や内部で波長変換され、波長変換された光を含む光が波長変換部材２０の第１面２０ａから取り出される。
【００３１】
波長変換部材２０には蛍光体を含有する部材、例えば蛍光体セラミックス又は蛍光体単結晶を用いることができる。蛍光体にはＹＡＧ蛍光体、ＬＡＧ蛍光体、ＴＡＧ蛍光体等を用いることができる。蛍光体セラミックスは、主成分として蛍光体を含有することが好ましく、無機バインダを含んでいてもよい。無機バインダを含むことにより、所望の色度に合わせて蛍光体の濃度を調整することができる。無機バインダには、結着力が高くなるよう、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。
【００３２】
波長変換部材２０は例えば直方体形状や四角錘台形状を有している。波長変換部材２０は、第１面２０ａと第１面２０ａに対向する第２面２０ｂと第１面２０ａと第２面２０ｂを繋ぐ第３面２０ｃとを有する。
【００３３】
図２に示すように、第１面２０ａは複数の凸部により構成されていてもよい。これにより、波長変換部材２０に入射して横方向に進む光の伝搬を１つの凸部内で留めることができるため、波長変換部材２０から取り出される光の輝度の低下を抑制できる。凸部の高さ（溝Ｘの深さ）は、波長変換部材２０の高さの半分以下とすることが好ましい。隣り合う凸部の間の長さ（溝Ｘの幅）や波長変換部材２０の高さによるが、凸部の高さは、例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内とすることができる。前述の下限値以上とすることにより光の伝搬を低減しやすくすることができ、前述の上限値以下とすることにより溝Ｘを形成する際に波長変換部材２０に意図しない割れ目が入ることを低減することができる。溝Ｘは、例えばレーザ加工により形成することができる。波長変換部材２０の第１面２０ａにおいて、レーザ光が照射される領域には複数の凸部が含まれることが好ましい。つまり、上面視において、少なくとも２つの凸部の面積は、第１面２０ａに照射される第１レーザ光の面積及び第１面２０ａに照射される第２レーザ光の面積のそれぞれよりも小さいことが好ましい。これにより、波長変換部材２０における光の伝搬を抑制することができるので、輝度の低下を低減することができる。
【００３４】
波長変換部材２０の第１面２０ａは、第２面２０ｂと平行に対向していなくてもよい。例えば、図２に示すように、第２面２０ｂと平行な面に対して交差し且つレーザ光が直接当たるような傾斜面を有していてもよい。第１面２０ａが凸部により構成される場合は、１つの凸部に複数の傾斜面が設けられることが好ましい。傾斜面を有することにより、波長変換部材２０の第１面２０ａに照射される青色光の一部を直上及びその近傍に反射させることができるため、照明装置１としての色むらを低減しやすくなる。波長変換部材２０の第１面２０ａが傾斜面を有する場合において、「第１面２０ａに対してレーザ光が斜めから入射するように配置され」とは、第１半導体レーザ素子のレーザ光及び第２半導体レーザ素子のレーザ光が傾斜面に対して斜めに入射するように、第１半導体レーザ素子及び第２半導体レーザ素子が配置されていることを指す。つまり、各レーザ光が、傾斜面に対する法線から傾いて入射するように、各半導体レーザ素子は配置されている。なお、第１面２０ａが微視的に見て図２に示すような傾斜面を有する場合であっても、本明細書では、波長変換部材２０は、直方体形状や四角錘台形状に含まれるものとする。
【００３５】
（支持体３０）
支持体３０は、波長変換部材２０を載置するものである。支持体３０としては、銅を含む金属、又は、窒化アルミニウムを含む光反射性のセラミックスを用いることができる。これらの材料は、比較的熱伝導率が高いため、波長変換部材２０で生じる熱を逃がしやすくできる。波長変換部材２０は、金属部材を用いて支持体３０に固定することができる。金属部材としては、例えば、Ａｕ−Ｓｎを用いることができる。
【００３６】
（光反射部材６０）
波長変換部材２０の第２面２０ｂと支持体３０との間には、光反射部材６０を設けることができる。これにより、波長変換部材２０に入射した光のうち第２面２０ｂに向かう光を第１面２０ａに反射して取り出しやすくすることができる。光反射部材６０としては、例えば、アルミニウム、チタン、プラチナ、若しくは金等の金属膜、又は誘電体多層膜を含む。また、金属膜と誘電体多層膜とを組合せてもよい。光反射部材６０を設ける場合は、光反射部材６０の下面と支持体３０との間に金属部材を設けて支持体３０に固定する。
【００３７】
（第１ミラー５２及び第２ミラー５４）
照明装置１は、第１レーザ装置１２から出射する第１レーザ光を反射する可動式の第１ミラー５２と、第２レーザ装置１４から出射する第２レーザ光を反射する可動式の第２ミラー５４と、備えていてもよい。第１ミラー５２及び第２ミラー５４としては、それぞれ可動式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーを用いることができる。ＭＥＭＳミラーは、各レーザ光が照射される領域に各レーザ光の偏光を変えない反射膜を有する。反射膜には例えば金属が含まれる。可動式の第１ミラー５２及び可動式の第２ミラー５４を用いることにより、第１ミラー５２及び第２ミラー５４の角度を調整して、波長変換部材２０の第１面２０ａに対する第１レーザ光の入射角θ１と、波長変換部材２０の第１面２０ａに対する第２レーザ光の入射角θ２と、をそれぞれ調整することができる。これにより、色度を調整しやすくすることができる。また、各レーザ装置を固定した状態で色度の調整をすることができるため、各レーザ装置で生じる熱を発散しやすくできる。
【００３８】
第１ミラー５２及び第２ミラー５４は上下方向に移動させてもよい。このような上下移動を可能とすれば、第１レーザ光及び第２レーザ光の入射角θ１、θ２を調整しながら波長変換部材２０の第１面２０ａにおける同じ領域に第１レーザ光及び第２レーザ光を照射することができるため、輝度の低下を低減することができる。
【００３９】
なお、図１では、可動式の第１ミラー５２及び可動式の第２ミラー５４を用いているが、第１ミラー５２及び第２ミラー５４の一方を可動式にし、第１ミラー５２及び第２ミラー５４の他方を固定式にしてもよい。また、第１ミラー５２及び第２ミラー５４を介さずに、各レーザ装置からのレーザ光を波長変換部材２０の第１面２０ａに直接照射してもよい。ミラーを介さない場合は、各レーザ装置の位置や向きを調整することにより入射角を変えることができる。この場合においても、照明装置としての輝度の低下を低減しながら照明装置の色度を調整することができる。
【００４０】
（コリメータレンズ４０）
コリメータレンズ４０は波長変換部材２０からの光を平行にして光の拡がりを低減する役割を果たす。コリメータレンズ４０の材料にはガラスを用いることができる。ここでは、波長変換部材２０から取り出される光が、ダイクロイックミラー等の光学部材を介することなく、直接コリメータレンズ４０に入射している。
【００４１】
（偏光子５０）
図４は実施形態１に係る照明装置の他の例を説明する模式的構成図である。図４に示すように、第１レーザ光及び第２レーザ光とミラー７０との間に偏光子５０を配置すれば、第１レーザ光の光軸と第２レーザ光の光軸とを重ねて波長変換部材２０に照射して、第１レーザ光と第２レーザ光それぞれの入射角θ１、θ２を互いに等しい角度に調整することができる。これにより、第１レーザ光と第２レーザ光とを波長変換部材２０の第１面２０ａの同じ領域に照射することができるため、照明装置としての輝度の低下を抑制することができる。また、１つのミラー７０で第１レーザ光及び第２レーザ光の角度調整を行うことができる。
【００４２】
偏光子５０としては全反射型のものを用いることができる。具体的には、Ｐ偏光又はＳ偏光の一方を透過し、Ｐ偏光又はＳ偏光の他の一方を反射するものを用いることができる。図４では、Ｐ偏光である第１レーザ光を透過し、Ｓ偏光である第２レーザ光を反射する偏光子５０を用いている。偏光子５０を用いれば、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とをある程度離して配置することができるため、第１半導体レーザ素子や第２半導体レーザ素子の数が多い場合は、放熱に有利である。
【００４３】
（駆動方法）
以上説明した照明装置１は例えば次のようにして駆動することができる。
【００４４】
（準備工程）
まず、上記した照明装置１を準備する。
【００４５】
（駆動工程）
次に、第１レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ１と第２レーザ光の波長変換部材２０の第１面２０ａに対する入射角θ２との少なくとも一方を調整することにより、照明装置１から取り出される光の色度を調整する。好ましくは、第１レーザ光の入射角と第２レーザ光の入射角の双方を調整することにより、照明装置１から取り出される光の色度を調整する。具体的には、第１レーザ光及び第２レーザ光それぞれの入射角θ１、θ２が３０度以上７０度以下となるように第１レーザ光及び第２レーザ光を調整する。例えば、色温度が５０００Ｋから６５００Ｋの間で調整することが好ましい。
【００４６】
以上説明した照明装置１及びその駆動方法によれば、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率の違いを利用して、レーザ光の入射角を調整することにより波長変換部材２０の第１面２０ａから取り出される光の色度を変更することができるため、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。
【００４７】
また、レーザ光の出力を調整して色度を調整する場合は、色度に合わせて各半導体レーザ素子の発光強度を変える必要があるため、照明装置としての発光強度が変わるおそれがある。しかし、上記した照明装置１及びその駆動方法によれば各半導体レーザ素子の発光強度を大きく変えることなく色度を調整することが可能となる。
【００４８】
［実施形態２に係る照明装置２］
図５は実施形態２に係る照明装置２を説明する模式的構成図である。図５に示すように、実施形態２に係る照明装置２は、半導体レーザ素子を有する１つのレーザ装置１６と、この１つのレーザ装置１６を回転させることにより、前記した波長変換部材２０の第１面２０ａに入射するレーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光の混合割合を変更する回転機構と、を備える点で、実施形態１に係る照明装置１と相違する。その他の点は実施形態１に係る照明装置１と同じ構成を有する。Ｐ偏光でもＳ偏光でもない偏光状態はＰ偏光とＳ偏光の配分比を変えて合成したものとして考えることができる。半導体レーザ素子を回転させることにより、Ｐ偏光とＳ偏光の配分比が変わるため、Ｐ偏光及びＳ偏光の混合割合を変えることができる。
【００４９】
本実施形態では、１つのレーザ装置１６が１つの半導体レーザ素子を含むが、１つのレーザ装置１６が複数の半導体レーザ素子を含んでいてもよい。また、半導体レーザ素子は、波長変換部材２０の第１面２０ａに対するレーザ光の入射角が、２０度以上８０度以下となるように配置されることが好ましく、３０度以上７０度以下となるように配置されることがさらに好ましい。照明装置２において入射角を調整することは必須ではないが、レーザ光の入射角を調整してもよい。
【００５０】
回転機構は、例えば、レーザ光の光軸を回転軸としてレーザ装置１６を回転させ、これにより、レーザ装置１６に搭載された半導体レーザ素子を光軸と垂直な方向に回転させる。回転機構としては、例えば、ステッピングモータを組み込んだホルダーを用いる。ステッピングモータを組み込んだホルダーにレーザ装置１６を配置して回転させることにより、半導体レーザ素子を回転させることができる。
【００５１】
（駆動方法）
以上説明した照明装置２は例えば次のようにして駆動することができる。
【００５２】
（準備工程）
まず、上記した照明装置２を準備する。
【００５３】
（駆動工程）
次に、回転機構を用いて、半導体レーザ素子の光軸を回転軸として半導体レーザ素子を回転することにより、レーザ光におけるＰ偏光とＳ偏光との混合割合を変更し、波長変換部材２０から取り出される光の色度を調整する。
【００５４】
以上説明した実施形態２によっても、実施形態１と同様に、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率の違いを利用して波長変換部材２０の第１面２０ａから取り出される光の色度を変更することができるため、少ない部品点数且つ簡単な構成で、出射光の色度を調整可能な照明装置及びその駆動方法を提供することができる。また、照明装置２及びその駆動方法によれば半導体レーザ素子の発光強度を大きく変えることなく色度を調整することが可能となる。
【００５５】
以上、実施形態について説明したが、これらの説明によって特許請求の範囲に記載された構成は何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５６】
１、２…照明装置
１２…第１レーザ装置
１４…第２レーザ装置
１６…レーザ装置
２０…波長変換部材
２０ａ…第１面
２０ｂ…第２面
２０ｃ…第３面
３０…支持体
４０…コリメータレンズ
５０…偏光子
５２…第１ミラー
５４…第２ミラー
６０…光反射部材
７０…ミラー
【図１】
2019021586.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019021586.tif 000006
【図５】
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