(57)【要約】【課題】走査領域全体の発光強度を効果的に高めることが可能な光源装置およびそれを用いた投光装置を提供する。【解決手段】光源装置２は、レーザ光源１１ａ〜１１ｃと、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる波長変換部材１８と、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を波長変換部材１８の入射面上において走査させる光偏向器１６と、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を、波長変換部材１８の入射面１８ａ上において、レーザ光の走査方向に交差する方向に長いビーム形状に収束させるシリンドリカルレンズ１４およびシリンドリカルミラー１７と、を備える。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光が波長変換部材１８の入射面上において全体的に略重なるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄと光学系が調整されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる波長変換部材と、
前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を前記波長変換部材の入射面上において走査させる光偏向器と、
前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を、前記波長変換部材の入射面上において、前記レーザ光の走査方向に交差する方向に長いビーム形状に収束させる集光光学系と、を備え、
前記複数のレーザ光源から出射された前記各レーザ光が前記波長変換部材の前記入射面上において全体的に略重なるように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整されている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記集光光学系は、前記レーザ光を前記走査方向に収束させる第１の光学素子と、前記レーザ光を前記走査方向に垂直な方向に収束させる第２の光学素子と、を備え、
前記第１の光学素子は、前記第２の光学素子よりも前記レーザ光源に近い位置に配置されている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置において、
前記第１の光学素子は、前記複数のレーザ光源と前記光偏光器の間に配置され、前記第２の光学素子は、前記光偏光器と前記波長変換部材の間に配置されている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の光源装置において、
前記集光光学系の入射位置において、前記複数のレーザ光源の光軸が互いに平行となっている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置において、
少なくとも１つの前記レーザ光源の光軸を折り曲げるためのミラーを備える、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光源装置において、
第１のレーザ光源の光軸を折り曲げる第１のミラーと、
第２のレーザ光源の光軸を前記第１のミラーによる折り曲げ方向に対して反対方向に折り曲げる第２のミラーと、を備え、
前記第１のミラーと前記第２のミラーとの間に隙間が設けられ、当該隙間を第３のレーザ光源の光軸が通っている、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の光源装置において、
前記複数のレーザ光源は、出射光軸が一の平面に含まれる第１のグループと、出射光軸が前記一の平面から離間した他の平面に含まれる第２のグループからなっており、
前記第１のグループの前記レーザ光源から出射された前記レーザ光と、前記第２のグループの前記レーザ光源から出射された前記レーザ光が、前記集光光学系によって同一の前記波長変換部材の入射面に集光される、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の光源装置と、
前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える、
ことを特徴とする投光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を発する光源装置およびそれを用いた投光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光源から出射された光を波長変換部材に照射することにより所定波長の光を生成する光源装置が知られている。この光源装置では、たとえば、波長変換部材により波長変換されて拡散された光と、波長変換部材により波長変換されずに拡散された光とが合成されて、白色光等、所定の色の光が生成される。このような光源装置が、たとえば、車両用前照灯の光源装置として利用されている。
【０００３】
以下の特許文献１には、光変換手段（蛍光体）によって生成された光像を投光光学系によって道路上に投光する投光器（ヘッドライト）が開示されている。投光器は、６つのレーザ光源と、２つのマイクロミラーとを備える。１つのマイクロミラーに対して３つのレーザ光源が割り当てられている。１つのマイクロミラーに入射した３つのレーザ光は、それぞれ、走査方向に垂直な方向に互いに変位した位置において、光変換手段の発光面に照射される。マイクロミラーは、単一軸の周りにのみ振動する。マイクロミラーが振動することにより、走査方向に垂直な方向に互いに変位したビームスポットが、光変換手段の発光面を走査する。一方のマイクロミラーで走査される３つのレーザ光は、光変換手段の発光面上において、他方のマイクロミラーで走査される３つのレーザ光の間の位置に位置づけられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１２１３１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の構成では、１つのマイクロミラーに入射する３つのレーザ光の走査位置が発光面上において走査方向に垂直な方向に互いに変位しているため、何れか１つのレーザ光源に不具合が生じると、当該レーザ光源に対応する走査ラインにおいて、発光面から生じる光の強度が低下し、あるいはこの走査ラインにおいて発光が生じないことが起こり得る。これにより、目標領域上に帯状の低照度領域が生じることが起こり得る。
【０００６】
かかる課題に鑑み、本発明は、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることが可能な光源装置およびそれを用いた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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、光源装置に関する。この態様に係る光源装置は、複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光の波長を他の波長に変換するとともに波長変換された光を拡散させる波長変換部材と、前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を前記波長変換部材の入射面上において走査させる光偏向器と、前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光を、前記波長変換部材の入射面上において、前記レーザ光の走査方向に交差する方向に長いビーム形状に収束させる集光光学系と、を備える。前記複数のレーザ光源から出射された前記各レーザ光が前記波長変換部材の前記入射面上において全体的に略重なるように、前記複数のレーザ光源と前記集光光学系が調整されている。
【０００８】
本態様に係る光源装置によれば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面に照射されるため、レーザ光の照射光量が高められ、波長変換部材により生成される光の強度を高めることができる。また、入射面におけるレーザ光のビーム形状がレーザ光の走査方向に交差する方向に長い形状であるため、走査方向に交差する方向に広い幅で波長変換部材を走査できる。さらに、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光が波長変換部材の入射面において略重なった状態で走査されるため、何れか１つのレーザ光源に不具合が生じても、平均強度は低下するものの、走査範囲の一部が欠損する、もしくは低強度となることがなく、走査範囲全体を略均一な強度で走査することができる。また、何らかの手段でレーザ光源の欠損を検知することができ、且つ、残りのレーザ光源の出力に余裕があれば、残りのレーザ光源の出力を高める制御を行うことで、不具合が発生する前と同じ強度で走査することもできる。よって、本態様に係る光源装置によれば、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、投光装置に関する。この態様に係る投光装置は、第１の態様に係る光源装置と、前記波長変換部材により拡散された光を投射する投射光学系と、を備える。
【００１０】
本態様に係る投光装置によれば、第１の態様と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明に係る光源装置および投光装置によれば、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。
【００１２】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例１に係る投光装置の構成を示す側面図および平面図である。
【図２】図２は、実施例１に係るレーザ光源の構成と配置を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施例１に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【図４】図４（ａ）は、実施例１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す側面図である。図４（ｂ）は、実施例１に係る波長変換部材の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例２に係る投光装置の構成を示す側面図および平面図である。
【図６】図６は、実施例２に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例３に係る投光装置の構成を示す側面図および平面図である。
【図８】図８は、実施例３に係る投光装置の構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、実施例３に係るシリンドリカルミラーで反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施例１〜３の構成において、偏光器の反射面におけるビームスポットの強度分布の検証結果を示す図である。図１０（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、実施例１〜３の構成において、偏向器が中立位置にあるときの波長変換部材の入射面におけるビームスポットの強度分布をの検証結果と偏向器が回動したときの移動方向を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、実施例２に係る構成において、偏光器のミラーを０．５度単位で回動させた場合の波長変換部材の入射面におけるビームスポットの状態を示す図、図１１（ｂ）は、実施例２に係る構成において、ミラーの回動範囲においてレーザ光源を連続的に点灯させた場合の波長変換部材の入射面における発光状態を示す図、図１１（ｃ）は、実施例２に係る構成において、ミラーの回動範囲の一部においてレーザ光源を消灯させ、その他の回動範囲においてレーザ光源を点灯させた場合の波長変換部材の入射面における発光状態を示す図である。
【図１２】図１２は、実施形態に係る光源装置の主たる回路構成を示す回路ブロック図である。
【図１３】図１３は、実施形態に係るレーザ光の点灯制御を行った場合の目標領域における光の照射状態を模式的に示す図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｄ）は、変更例に係る投光装置の光源部分の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。この座標軸は、光源装置および投光装置の光投射方向をＺ軸とするグローバル座標系（図１、図５、図７、図８、図１４）と、説明対象となる光学部品の光出射方向、又は反射面の法線方向をＺ軸とするローカル座標系（図２、図４、図１０、図１１）を説明に合わせて適宜使い分けており、従って、両者は必ずしも一致しない。
【００１５】
＜実施例１＞
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例１に係る投光装置の構成を示す側面図および平面図である。
【００１６】
投光装置１は、光を生成する光源装置２と、光源装置２により生成された光を投射するための投射光学系３とを備える。投射光学系３は、２つのレンズ３ａ、３ｂを備え、これらレンズ３ａ、３ｂによって光源装置２からの光を集光して目標領域へと投射する。なお、投射光学系３は、必ずしも２つのレンズ３ａ、３ｂから構成されなくともよく、たとえば、１つのレンズでもよく、また２つ以上のレンズやミラーを備えていてもよい。また、投射光学系３は、凹面ミラーによって光源装置２からの光を集光する構成であってもよい。
【００１７】
光源装置２は、３つのレーザ光源１１ａ〜１１ｃと、３つのコリメータレンズ１２ａ〜１２ｃと、２つの反射プリズム１３ａ、１３ｂと、シリンドリカルレンズ１４と、反射ミラー１５と、光偏向器１６と、シリンドリカルミラー１７と、波長変換部材１８とを備えている。シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７は、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を波長変換部材の入射面に収束させるための集光光学系を構成する。光源装置２を構成する上記部材は、投射光学系３とともに、図示しないベースに設置されている。
【００１８】
レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、それぞれ、青色波長帯（たとえば、４５０ｎｍ）のレーザ光をＺ軸正方向に出射する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、たとえば、半導体レーザからなっている。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、同一機種のレーザ光源である。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されるレーザ光の波長は、適宜変更可能である。また、レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、必ずしも単一の発光領域を有するシングルエミッターの半導体レーザでなくともよく、たとえば、１つの発光素子に複数の発光領域を有するマルチエミッターの半導体レーザであってもよい。また、レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、必ずしも単一波長帯のレーザ光を出射するものでなくともよく、たとえば、１基板に複数の発光素子がマウントされたマルチ発光の半導体レーザであってもよい。
【００１９】
コリメータレンズ１２ａ〜１２ｃは、それぞれ、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射プリズム１３ａ、１３ｂは、それぞれ、コリメータレンズ１２ｂ、１２ｃを透過したレーザ光を、シリンドリカルレンズ１４に向かう方向に反射する。反射プリズム１３ａ、１３ｂに代えて、板状の反射ミラーを用いてもよい。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、レーザ光源１１ａは、出射光軸がＺ軸に平行となるように配置され、レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、出射光軸がＺ軸に垂直となるように配置されている。レーザ光源１１ｂ、１１ｃは、正対向するように配置されている。レーザ光源１１ａ〜１１ｃは、出射光軸がＸ−Ｚ平面に平行な１つの平面に含まれるように配置されている。反射プリズム１３ａ、１３ｂは、レーザ光源１１ｂ、１１ｃが向き合う方向、すなわち、Ｘ軸方向に隙間が生じるように配置されている。
【００２１】
レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ａにより平行光に変換された後、反射プリズム１３ａ、１３ｂの間の隙間を通って、シリンドリカルレンズ１４へと向かう。対向配置されたレーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸は、反射プリズム１３ａ、１３ｂによって、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に９０度曲げられる。これにより、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、互いに平行となっている。
【００２２】
以上の構成により、３つのレーザ光は、レーザ光源１１ａ〜１１ｃのパッケージやキャップ外形に制限されることなく、ビームを接近させることが可能となる。具体的には、反射プリズム１３ａ、１３ｂのケラレによる効率の低下の影響が無視できる範囲で、つまりは、コリメートされたビーム幅の前後にまでビームを接近することができ、結果的にシリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃに入射する３つの平行ビームを束ねた光束の全幅が小さくなることで、シリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃ以降の光学系のコンパクト化が可能となると共に、光学系が有する収差の影響を小さくすることができる。このコンパクト化がもたらすメリットとしては、たとえば、光偏向器１６のミラー１６ａのサイズを小さくできることである。光偏向器１６は、ミラー１６ａのサイズが大きくなるとより大きな推進力が必要となり、磁気回路の大型化や消費電力の増大を招く。必要な推進力が得られなければ可動角度範囲が狭くなる、回動周波数が小さくなる等の弊害が発生するが、ミラー１６ａのサイズを小さくすることでこれら問題が解消され、設計の自由度が増す。
【００２３】
レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１４の入射面の中央位置に入射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光は、それぞれ、シリンドリカルレンズ１４の入射面の中央位置からＸ軸正負の方向に所定距離だけずれた位置に入射する。
【００２４】
シリンドリカルレンズ１４は、入射面がＸ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した曲面となっている。シリンドリカルレンズ１４の入射面は非球面であり、シリンドリカルレンズ１４の出射面は、Ｚ軸に垂直な平面である。シリンドリカルレンズ１４の出射面も、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に湾曲した曲面であってもよい。あるいは、シリンドリカルレンズ１４の入射面が平面で出射面が曲面であってもよい。シリンドリカルレンズ１４は、入射した平行光を１つの焦線に収束させる。
【００２５】
シリンドリカルレンズ１４は、入射面の母線が、入射面に入射する３つのレーザ光の光軸を含む平面に垂直、すなわちＹ軸方向に平行となるように配置されている。シリンドリカルレンズ１４は、入射位置におけるレーザ光源１１ａ〜１１ｃの３つの光軸が並ぶ方向、すなわち、Ｘ軸方向のみに収束パワーを有する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１４によって、波長変換部材１８の入射面上においてレーザ光の走査方向に収束される。
【００２６】
反射ミラー１５は、シリンドリカルレンズ１４を透過した３つのレーザ光の光軸を、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向に折り曲げる。３つのレーザ光は、反射ミラー１５で反射された後、光偏向器１６のミラー１６ａに入射する。なお、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光学系のレイアウトによっては、反射ミラー１５が省略され得る。この場合、シリンドリカルレンズ１４を透過した３つのレーザ光は、直接、光偏向器１６のミラー１６ａに入射する。
【００２７】
光偏向器１６は、ミラー１６ａを備え、ミラー１６ａをＺ軸に平行な回動軸Ｌ１について回動させることにより、反射ミラー１５で反射されたレーザ光の進行方向を変化させる。ミラー１６ａの入射面は平面である。ミラー１６ａは、たとえば、ガラス板に誘電体多層膜を形成した高反射率のミラーである。ミラー１６ａは、中立位置において、Ｘ−Ｚ平面に平行となるように配置される。光偏向器１６は、たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーによって構成される。
【００２８】
シリンドリカルミラー１７は、入射面がＹ−Ｚ平面に平行な方向のみ凹面に湾曲した反射面となっている。シリンドリカルミラー１７の入射面は球面であるが、非球面としてもよい。シリンドリカルレンズ１４は、入射面の母線が、入射面に入射する３つのレーザ光の光軸を含む平面に平行、すなわちＸ軸方向に平行となるように配置されている。シリンドリカルミラー１７は、入射位置におけるレーザ光源１１ａ〜１１ｃの３つの光軸が並ぶ方向に垂直な方向、すなわち、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向のみに収束パワーを有する。レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルミラー１７によって、波長変換部材１８の入射面上においてレーザ光の走査方向に垂直な方向に収束される。
【００２９】
なお、光偏向器１６から波長変換部材１８までの光学系のレイアウトによっては、シリンドリカルミラー１７が透過型のシリンドリカルレンズに置き換えられ得る。この場合、シリンドリカルレンズに入射した３つのレーザ光は、シリンドリカルレンズでＹ−Ｚ平面に平行な方向の収束作用を受けた後、波長変換部材１８に入射する。
【００３０】
さらに、ミラー１６ａの入射面は平面としたが、これをシリンドリカルミラー面にも置き換えられ得る。この場合、シリンドリカルミラー１７は、省略されるか、平面の反射ミラーとし、シリンドリカルレンズ１４に入射した３つのレーザ光は、シリンドリカル面のミラー１６ａによりＹ−Ｚ平面に平行な方向の収束作用を受けた後、反射ミラーを経るか、または、そのまま直接、波長変換部材１８に入射する。
【００３１】
波長変換部材１８は、シリンドリカルミラー１７によって反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。波長変換部材１８は、長方形形状の板状の部材であり、入射面がＸ−Ｙ平面に平行となるように設置されている。上記のように、ミラー１６ａが回動軸Ｌ１について回動することにより、波長変換部材１８は、レーザ光によって長手方向に走査される。
【００３２】
波長変換部材１８は、入射したレーザ光の一部を、青色波長帯とは異なる波長に変換して、Ｚ軸方向に拡散させる。波長変換されなかった他のレーザ光は、波長変換部材１８によってＺ軸方向に拡散される。こうして拡散された２種類の波長の光が合成されて、所定の色の光が生成される。各波長の光は、投射光学系３に取り込まれて、目標領域に投射される。
【００３３】
実施例１では、波長変換部材１８によって、レーザ光の一部が、黄色波長帯の光に変換される。波長変換後の黄色波長帯の拡散光と、波長変換されなかった青色波長帯の散乱光とが合成されて、白色の光が生成される。なお、波長変換後の波長は黄色波長帯でなくてもよく、生成される光の色は、白以外の色であってもよい。波長変換部材１８の構成は、追って、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【００３４】
図２は、レーザ光源１１ａの構成と配置を示す斜視図である。図２には、レーザ光源１１ａに装備された発光素子１１０の構成が示されている。他のレーザ光源１１ｂ、１１ｃの発光素子の構成も図２と同様である。
【００３５】
発光素子１１０は、上下面が電極１１１、１１２となっている。これら電極１１１、１１２に電圧を印加することにより、上下のクラッド層に挟まれた活性層１１３から出射光軸１２０に沿ってレーザ光１３０が出射される。レーザ光１３０は、活性層１１３に平行な方向および活性層１１３に垂直な方向に所定の放射角で広がる。活性層１１３に垂直な方向の放射角は、活性層１１３に平行な方向の放射角よりも大きい。従って、出射されたレーザ光１３０のビーム形状は楕円である。一般に、この楕円の長軸はファスト軸と呼ばれ、楕円の短軸はスロー軸と呼ばれる。
【００３６】
図１（ａ）、（ｂ）の構成において、レーザ光源１１ａは、ファスト軸が、シリンドリカルレンズ１４の収束方向、すなわち、Ｘ軸方向に平行となるように配置される。残り２つのレーザ光源１１ｂ、１１ｃは、シリンドリカルレンズ１４の入射位置においてレーザ光のファスト軸がＸ軸方向に平行となるように配置される。すなわち、２つのレーザ光源１１ｂ、１１ｃは、反射プリズム１３ａ、１３ｂに到達する前のレーザ光のファスト軸がＺ軸方向に平行となるように配置される。レーザ光は、スロー軸に沿った方向よりもファスト軸に沿った方向の方が収束されやすい。これは、一般的にレーザ光源１１ａ〜１１ｃ（半導体レーザ）の端面におけるファスト軸方向の発光領域の幅が、スロー軸に比べて狭いからである。したがって、レーザ光源１１ａ〜１１ｃを上記のように配置することにより、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光をシリンドリカルレンズ１４によって効率的に収束させることができる。
【００３７】
図３は、シリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【００３８】
図３において、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８に向かう破線はレーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｃを示し、各破線に付記された楕円は、これらレーザ光のビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃである。
【００３９】
実施例１では、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じとなるように調整されている。このため、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射された３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃは、シリンドリカルレンズ１４を透過した後、波長変換部材１８に近づくにつれて、ファスト軸に沿った方向に絞られつつ互いに接近する。そして、これら３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃは、シリンドリカルミラー１７で反射された後、波長変換部材１８の入射面１８ａに到達する間に略完全に重なる。こうして、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃが波長変換部材１８の入射面１８ａ上において重なる。
【００４０】
また、上記のように、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じに設定されているため、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃ）は、レーザ光の走査方向、すなわちＸ軸方向の幅が、シリンドリカルレンズ１４の収束作用により生成される焦線の幅付近にまで圧縮される。
【００４１】
なお、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長は、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と同一であっても相違していてもよい。たとえば、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と同一に設定された場合、レーザ光は、シリンドリカルミラー１７の焦点距離に比例した最小幅に収束する。ただし、シリンドリカルミラー１７による収束方向はレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのスロー軸に平行な方向であるため、レーザ光はファスト軸に比べて収束されにくい。その上、本構成では、スロー軸に平行な方向から所定の入射角（θとする）で波長変換部材１８に入射するため、レーザ光が波長変換素子に対して斜めから入射することで、ビームが１／ｃｏｓθ倍に広がる。このため、レーザ光は、スロー軸方向にある程度の幅をもって収束される。
【００４２】
入射面１８ａ上におけるビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのスロー軸方向の幅をできるだけ小さくしたい場合には、シリンドリカルミラーの焦点距離を小さく設定する必要がある。一方、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と異なる場合、波長変換部材１８の入射面１８ａ上におけるビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃのスロー軸方向の幅は、シリンドリカルミラーの焦点位置における最小幅よりも広く設計することができる。
【００４３】
以上の理由と方法から、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｃは、レーザ光の走査方向に垂直な方向、すなわちＹ−Ｚ平面に平行な方向の幅を広い範囲で自由に設計できる。したがって、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なった３つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃのビームスポットは、レーザ光の走査方向に垂直な方向に延びた線状の形状となる。上記のように、走査方向に垂直な方向におけるビームスポットの長さを広げたい場合は、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８までの光路長を、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と相違するように設定すると良い。ビームスポットの長さをさらに広げたい場合には、シリンドリカルミラーの反射面を平面、または凸面に形成することで実現できる。
【００４４】
図４（ａ）は、波長変換部材１８の構成を模式的に示す側面図である。
【００４５】
波長変換部材１８は、基板２０１の上面に、反射膜２０２と、蛍光体層２０３とを積層した構成となっている。
【００４６】
基板２０１は、たとえば、シリコンや窒化アルミニウムセラミック、サファイヤガラスなどからなっている。反射膜２０２は、第１の反射膜２０２ａと第２の反射膜２０２ｂとが積層されて構成されている。第１の反射膜２０２ａは、たとえば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ａｌなどの金属膜である。第２の反射膜２０２ｂは、反射とともに第１の反射膜２０２ａを酸化などから保護する機能をも有し、たとえば、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮなど誘電体の１つまたは複数の層からなっている。反射膜２０２は、必ずしも、第１の反射膜２０２ａおよび第２の反射膜２０２ｂから構成されなくともよく、単層または３つ以上の層が積層された構成であってもよい。
【００４７】
蛍光体層２０３は、蛍光体粒子２０３ａをバインダ２０３ｂで固定することにより形成される。蛍光体粒子２０３ａは、レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射された青色波長帯のレーザ光が照射されることによって黄色波長帯の蛍光を発する。蛍光体粒子２０３ａとして、たとえば、平均粒子径が１μｍ〜３０μｍの（ＹｎＧｄ１−ｎ）３（ＡｌｍＧａ１−ｍ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｎ≦１、０．５≦ｍ≦１）が用いられる。また、バインダ２０３ｂとして、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が用いられる。
【００４８】
さらに、蛍光体層２０３の内部に、ボイド２０３ｃを設けることが好ましい。これにより、内部に侵入したレーザ光をより効率的に散乱させて、光源装置２から取り出すことができる。また、第２の反射膜２０２ｂ付近にボイド２０３ｃが存在することにより、第２の反射膜２０２ｂの表面によるエネルギーロスを低減しつつ、効果的にレーザ光と蛍光を散乱させることができる。蛍光体層２０３には、さらに、強度および耐熱性を高めるためのフィラー２０３ｄが含まれる。
【００４９】
レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光は、図４（ａ）に示す励起領域Ｒ１に照射され、蛍光体層２０３の表面または内部で、散乱、吸収される。このとき、レーザ光の一部は、蛍光体粒子２０３ａにより黄色波長帯の光に変換されて、蛍光体層２０３から放射される。また、レーザ光の他の一部は、黄色波長帯の光に変換されずに散乱されて青色波長帯の光のまま蛍光体層２０３から放射される。このとき、各波長帯の光は、蛍光体層２０３内を伝搬しながら散乱されるため、励起領域Ｒ１よりもやや広い発光領域Ｒ２から放射される。
【００５０】
図４（ｂ）は、波長変換部材１８の構成を模式的に示す平面図である。
【００５１】
波長変換部材１８は、平面視において、Ｘ軸方向に長い長方形の形状を有する。波長変換部材１８は、光偏向器１６のミラー１６ａが回動されることにより、レーザ光でＸ軸方向に走査される。ミラー１６ａは、Ｘ−Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動される。図４（ｂ）において、Ｂ１は、上記のようにレーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光が重ねられたビームスポットを示している。ビームスポットＢ１は、波長変換部材１８の入射面１８ａを幅Ｗ１において往復移動する。
【００５２】
なお、図４（ｂ）には、ビームスポットＢ１の往復移動が直線の矢印で示されているが、レーザ光が斜め方向から波長変換部材１８に入射するため、実際のビームスポットＢ１の移動軌跡は、Ｘ軸方向の中央位置に対してＸ軸正負方向の両端がＹ軸負方向に変位した、やや湾曲した軌跡となる。
【００５３】
入射面１８ａ上におけるビームスポットＢ１の領域は、図４（ａ）の励起領域Ｒ１に対応する。波長変換部材１８の入射面１８ａをビームスポットＢ１が移動する間に、ビームスポットＢ１の領域よりもやや広い発光領域Ｒ２から青色波長帯の拡散光と黄色波長帯の拡散光がＺ軸正方向に放射される。
【００５４】
こうして放射された２つの波長帯の光が、図１（ａ）、（ｂ）に示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。
【００５５】
＜実施例２＞
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例２に係る投光装置１の構成を示す側面図および平面図である。
【００５６】
実施例２では、光源装置２に配置されるレーザ光源の数が４つに増やされている。すなわち、実施例１に比べて、新たにレーザ光源１１ｄが追加されている。レーザ光源１１ｄは、レーザ光源１１ａ〜１１ｃと同種である。レーザ光源１１ｄから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ｄによって平行光に変換される。
【００５７】
レーザ光源１１ａとレーザ光源１１ｄは、正対向するように配置されている。すなわち、レーザ光源１１ａの出射光軸と、レーザ光源１１ｄの出射光軸は、シリンドリカルレンズ１４の収束方向、すなわちＸ軸方向に平行で、且つ、同一直線に含まれる。レーザ光源１１ａ、１１ｄは、レーザ光源１１ｂ、１１ｃと同様、ファスト軸がＺ軸に平行となるように配置されている。
【００５８】
レーザ光源１１ａの出射方向に反射プリズム１３ｃが配置され、レーザ光源１１ｄの出射方向に反射プリズム１３ｄが配置されている。レーザ光源１１ａの光軸と、レーザ光源１１ｄの光軸は、それぞれ、シリンドリカルレンズ１４に向かうように、反射プリズム１３ｃ、１３ｄによって、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向に９０度曲げられる。反射プリズム１３ｃ、１３ｄは、Ｘ軸方向に隙間なく配置されている。実施例１に比べて、反射プリズム１３ａ、１３ｂ間の隙間が広げられている。反射プリズム１３ｃ、１３ｄによって９０度曲げられたレーザ光源１１ａ、１１ｄの光軸は、反射プリズム１３ａ、１３ｂ間の隙間を通って、シリンドリカルレンズ１４に入射する。
【００５９】
シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の母線に垂直な１つの平面、すなわちＸ−Ｚ平面に平行な１つの平面に含まれる。このように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄのＹ軸方向の位置が調整されている。
【００６０】
実施例２のその他の構成は実施例１と同様である。実施例２においても、実施例１と同様、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離の位置に、波長変換部材１８の入射面１８ａが位置づけられている。
【００６１】
図６は、シリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【００６２】
図６において、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８に向かう破線はレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｄを示し、各破線に付記された楕円は、これらレーザ光のビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄである。
【００６３】
上記のように、実施例２においても、実施例１と同様、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じとなるように調整されている。このため、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射された４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄは、シリンドリカルレンズ１４を透過した後、波長変換部材１８に近づくにつれて、ファスト軸に沿った方向に絞られつつ互いに接近する。そして、これら４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄは、シリンドリカルミラー１７で反射された後、波長変換部材１８の入射面１８ａに到達する間に略完全に重なる。こうして、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄが波長変換部材１８の入射面１８ａ上において重なる。
【００６４】
また、上記実施例１と同様、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄ）は、ファスト軸が走査方向に平行であるため、波長変換部材１８の入射面において、レーザ光の走査方向、すなわちＸ軸方向の幅が、シリンドリカルレンズ１４の収束作用により生成される焦線の幅付近にまで圧縮される。これに対し、４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｃ（ビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄ）は、スロー軸が走査方向に垂直であり、且つＹ−Ｚ平面に平行な方向から波長変換部材へ斜めに入射するため、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光の走査方向に垂直な方向、すなわちＹ−Ｚ平面に平行な方向の幅が広くなる。したがって、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なった４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのビームスポットは、レーザ光の走査方向に垂直な方向に延びた線状の形状となる。
【００６５】
実施例２においても、実施例１と同様、光偏向器１６のミラー１６ａが、Ｘ−Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動されることにより、波長変換部材１８が、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光が重なったビームでＸ軸方向に走査される。これにより、波長変換部材１８からＺ軸方向に２つの波長の光が放射される。
【００６６】
こうして放射された２つの波長帯の光が、図５（ａ）、（ｂ）に示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。
【００６７】
＜実施例３＞
図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施例３に係る投光装置１の構成を示す側面図および平面図である。図８は、実施例３に係る投光装置１の構成を示す斜視図である。図８では、便宜上、コリメータレンズ１２ａ〜１２ｄの図示が省略されている。
【００６８】
実施例３では、実施例２に比べて、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置が変更されている。すなわち、レーザ光源１１ａ、１１ｄの位置が、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの位置に対して、シリンドリカルレンズ１４の収束方向に垂直な方向、すなわちＹ軸方向に距離Ｄ１だけ変位している。レーザ光源１１ａ、１１ｄの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行な１つの平面（Ｘ−Ｚ平面に平行な１つの平面）に含まれ、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸は、この平面に対して距離Ｄ１だけＹ軸負方向に変位した１つの平面に含まれる。
【００６９】
なお、実施例３では、このようにレーザ光源１１ａ、１１ｄの位置がレーザ光源１１ｂ、１１ｃの位置に対してＹ軸方向に距離Ｄ１だけ変位しているため、反射プリズム１３ａ、１３ｂの間にＸ軸方向の隙間が設けられていない。レーザ光源１１ａ、１１ｄの光軸は、反射プリズム１３ｃ、１３ｄで曲げられた後、反射プリズム１３ａ、１３ｂのＹ軸正側を通って、シリンドリカルレンズ１４に入射する。
【００７０】
実施例３のその他の構成は実施例２と同様である。実施例３においても、実施例１、２と同様、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離の位置に、波長変換部材１８の入射面１８ａが位置づけられている。
【００７１】
図９は、シリンドリカルミラー１７で反射された後のレーザ光の収束状態を模式的に示す図である。
【００７２】
図９において、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８に向かう破線は、実施例２と同様、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光１３０ａ〜１３０ｄを示し、各破線に付記された楕円は、これらレーザ光のビームスポットＢＳａ〜ＢＳｄである。
【００７３】
上記のように、実施例３においても、実施例１、２と同様、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８までの光路長が、シリンドリカルレンズ１４の焦点距離と略同じとなるように調整されている。このため、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射された４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのうち、レーザ光１３０ａ、１３０ｄは、シリンドリカルレンズ１４を透過した後、波長変換部材１８に近づくにつれて、ファスト軸に沿った方向に絞られつつ互いに接近する。そして、２つのレーザ光１３０ａ、１３０ｄは、シリンドリカルミラー１７で反射された後、スロー軸に沿った方向も絞られつつ互いに接近し、波長変換部材１８の入射面１８ａに到達する間に略完全に重なる。こうして、２つのレーザ光１３０ａ、１３０ｄのビームスポットＢＳａ、ＢＳｄが波長変換部材１８の入射面１８ａ上において重なる。
【００７４】
同様に、レーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射された４つのレーザ光１３０ａ〜１３０ｄのうち、レーザ光１３０ｂ、１３０ｃ（ビームスポットＢＳｂ、ＢＳｃ）も、シリンドリカルレンズ１４の収束作用によって、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて略完全に重なる。しかしながら、実施例３では、図７（ａ）、（ｂ）および図８に示したように、レーザ光源１１ａ、１１ｄの位置がレーザ光源１１ｂ、１１ｃの位置に対してＹ軸方向に距離Ｄ１だけ変位しているため、シリンドリカルミラー１７の焦点位置からずれた位置ではレーザ光１３０ａ、１３０ｄの重なり位置とレーザ光１３０ｂ、１３０ｃの重なり位置が、走査方向に交差する方向にずれる。
【００７５】
この位置ずれは、シリンドリカルミラー１７の焦点距離を、シリンドリカルミラー１７から波長変換部材１８の入射面１８ａまでの光路長に近づけることにより抑制できる。しかしながら、波長変換部材１８の入射面１８ａは、走査方向に交差する方向に所定の幅をもって走査されるため、上記の位置ずれは必ずしも解消されなくともよい。むしろ、位置ずれが生じている方が、走査方向に交差する方向のビーム幅を広げることができるため、走査範囲を広げ得るとのメリットも生じ得る。上記位置ずれを抑制するか否かは、波長変換部材１８の入射面１８ａに対する走査幅との関係において適宜決定されればよい。
【００７６】
実施例３においても、実施例１、２と同様、光偏向器１６のミラー１６ａが、Ｘ−Ｚ平面に平行な中立位置から両方向に所定の角度範囲で回動されることにより、波長変換部材１８が、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光が重なったビームでＸ軸方向に走査される。これにより、波長変換部材１８からＺ軸方向に２つの波長の光が放射される。
【００７７】
こうして放射された２つの波長帯の光が、図７（ａ）、（ｂ）および図８に示した投射光学系３により取り込まれ、目標領域に投射される。これにより、青色波長帯の光と黄色波長帯の光が合成された白色の光が、投光装置１から目標領域に投射される。
【００７８】
＜検証＞
発明者らは、上記実施例１〜３の構成を用いた場合に、各レーザ光源からのレーザ光が波長変換部材１８に到達するまでにどのようなビーム状態を辿るかを検証した。
【００７９】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施例１〜３の構成において、偏光器１６の反射面１６ａにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより求めた検証結果を示す図である。また、図１０（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、実施例１〜３の構成において、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームスポットの強度分布をシミュレーションにより求めた検証結果を示す図である。
【００８０】
図１０（ａ）〜（ｆ）は、光偏向器１６のミラー１６ａが中立位置にあるときの各ビームの強度分布を示している。これらの図では、白に近いほど強度分布が高い。図１０（ａ）〜（ｆ）には、レーザ光のファスト軸およびスロー軸にそれぞれ平行な軸が付されている。また、図１０（ｄ）〜（ｆ）には、ビームの走査方向が白抜きの矢印で示されている。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光は、光偏向器１６のミラー１６ａの位置では、ファスト軸に平行な方向に広がったビーム形状であった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの３つのレーザ光が互いに平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射し、シリンドリカルレンズ１４を通過した３つのレーザ光は、ミラー１６ａの回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並んで入射するよう、光学系を調整した。
【００８２】
これに対し、図１０（ｄ）に示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光は、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なり、スロー軸に平行な方向に長い線状のビームとなった。このように、実施例１の構成によれば、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｃからそれぞれ出射された３つのレーザ光を重ねた線状のビームを形成できることを確認できた。
【００８３】
図１０（ｂ）に示すように、実施例２の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、光偏向器１６のミラー１６ａの位置では、ファスト軸に平行な方向に広がったビーム形状であった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからの４つのレーザ光が互いに平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射し、シリンドリカルレンズ１４を通過した４つのレーザ光はミラー１６ａの回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並び、且つレーザ光源１１ｂ、１１ｃからのレーザ光が、レーザ光源１１ａ、１１ｄからのレーザ光の外側に入射するよう、光学系を調整した。
【００８４】
これに対し、図１０（ｅ）に示すように、実施例２の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なり、スロー軸に平行な方向に長い線状のビームとなった。このように、実施例２の構成によっても、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光を重ねた線状のビームを形成できることを確認できた。
【００８５】
図１０（ｃ）に示すように、実施例３の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、光偏向器１６のミラー１６ａの位置では、ファスト軸に平行な方向に広がったビーム形状であった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからの４つのレーザ光が互いに平行な状態でシリンドリカルレンズ１４に入射し、そのうち、レーザ光源１１ａ、１１ｄからのレーザ光が回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並んで入射し、レーザ光源１１ｂ、１１ｃからのレーザ光が回動軸Ｌ１に対して垂直な直線上に並んで入射し、且つ、レーザ光源１１ａ、１１ｄに対してスロー軸方向に並ぶ位置に入射するよう、光学系を調整した。
【００８６】
これに対し、図１０（ｆ）に示すように、実施例３の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光は、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重なり、スロー軸に平行な方向に長い線状のビームとなった。ここでは、レーザ光源１１ａ、１１ｄからのレーザ光とレーザ光源１１ａ、１１ｂからのレーザ光がスロー軸方向にも略重なるように、シリンドリカルミラー１７の焦点距離と、波長変換部材１８の入射面の位置を調整した。このように、実施例３の構成によっても、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光を重ねた線状のビームを形成できることを確認できた。
【００８７】
図１１（ａ）は、実施例２に係る構成において、光偏向器１６のミラー１６ａを０．５度単位で回動させた場合の波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームスポットの状態を示す図である。
【００８８】
図１１（ａ）には、入射面１８ａの下方に、光偏向器１６のミラー１６ａの回動角を示すスケールが付されている。このスケールにおいて、０は、ミラー１６ａが中立位置にあることを示し、１、２、３および−１、−２、−３は中立位置に対する角度を示している。数字の符号は、ミラー１６ａの回動方向を示し、数字は、角度（度）を示している。入射面１８ａには、ミラー１６ａがスケールで示した角度にあるときのビームの強度分布が示されている。白に近いほど強度が高くなっている。
【００８９】
図１１（ａ）に示すように、ミラー１６ａを回動させた場合、回動角が大きくなるに伴い、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光が重なったビームの形状がやや崩れるものの、何れの回動角においても、入射面１８ａの幅方向に長い線状のビームで入射面１８ａを走査できることが確認できた。
【００９０】
図１１（ｂ）は、実施例２に係る構成において、ミラー１６ａの回動範囲においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを連続的に点灯させた場合の波長変換部材１８の入射面１８ａにおける発光状態を示す図であり、図１１（ｃ）は、実施例２に係る構成において、ミラー１６ａの回動範囲の一部においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させ、その他の回動範囲においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを点灯させた場合の波長変換部材１８の入射面１８ａにおける発光状態を示す図である。これらの図においても、白に近いほど強度が高くなっている。
【００９１】
図１１（ｂ）に示すように、ミラー１６ａの全回動範囲においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを連続的に点灯させた場合は、走査範囲に対応する略矩形（長方形）の範囲において光を発光させ得ることが確認できた。また、図１１（ｃ）に示すように、ミラー１６ａの回動範囲の一部においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させた場合は、レーザ光源１１ａ〜１１ｄを点灯させる走査期間Ｔ１、Ｔ３において、略矩形（長方形）の範囲から発光を得ることができ、レーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させる走査期間Ｔ２において、発光を停止させ得ることが確認できた。
【００９２】
なお、図１１（ａ）〜（ｃ）には、実施例２の構成に対する検証結果を示したが、実施例１、３においても同様の検証結果が得られた。
【００９３】
＜回路構成＞
図１２は、実施形態に係る光源装置２の主たる回路構成を示す回路ブロック図である。なお、図１２の回路構成は、上記実施例１〜３の何れの構成においても適用され得る。図１２の回路構成が実施例１の構成に適用される場合、レーザ駆動回路３０２は、３つのレーザ光源１１ａ〜１１ｃを駆動する。
【００９４】
図１２に示すように、光源装置２は、回路部の構成として、コントローラ３０１と、レーザ駆動回路３０２と、ミラー駆動回路３０３と、インタフェース３０４と、を備えている。
【００９５】
コントローラ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、メモリとを備え、所定の制御プログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路３０２は、コントローラ３０１からの制御信号に従って、レーザ光源１１ａ〜１１ｄを駆動する。ミラー駆動回路３０３は、コントローラ３０１からの制御信号に従って、光偏向器１６のミラー１６ａを駆動する。インタフェース３０４は、たとえば、車両側の制御回路等、外部制御回路との間でコントローラ３０１が信号の送受信を行うための入出力回路である。
【００９６】
以下、光偏向器１６の制御例について、説明する。
【００９７】
光源装置２においては、たとえば、車両側の制御回路からの制御指令によって、図４（ｂ）に示した幅Ｗ１中の所定の区間においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させる制御が行われ得る。たとえば、車両側において、前照灯の範囲内に前走車や対向車、人等が検出された場合、前走車や対向車、人の位置を消灯する制御が車両側から光源装置２に指示される。この他、人の領域のみに光を照射し、その他の領域は非照射状態とする、いわゆるスポット照明の制御が、車両側から光源装置２に指示される場合もある。これらの指示は、図１２のインタフェース３０４を介してコントローラ３０１に入力される。この場合、コントローラ３０１は、車両側からの指示に応じて、幅Ｗ１中の所定の区間においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させる制御を、レーザ駆動回路３０２に対し行う。
【００９８】
図１３は、光源装置２のコントローラ３０１がレーザ光の点灯制御を行った場合の目標領域における光の照射状態を模式的に示す図である。ここでは、前照灯の範囲内に対向車および人が検出された場合に、対向車および人の位置を消灯する制御が車両側から光源装置２に指示された場合の制御例が示されている。θ１は、投射光学系３による光の投射範囲である。投射範囲θ１中、黒の領域が消灯された領域であり、白の領域が点灯された領域である。
【００９９】
便宜上、図１３の下段には、波長変換部材１８の入射面１８ａにおける光の発光状態が示されている。照射領域４００の光の照射パターンは、投射光学系３の作用により、入射面１８ａにおける発光パターンが水平方向に反転したパターンとなる。
【０１００】
図１３の例において、コントローラ３０１は、対向車Ｃ１および人Ｍ１に対応する走査期間Ｔ１２、Ｔ１４においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを消灯させ、対向車Ｃ１および人Ｍ１以外の走査期間Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ１５においてレーザ光源１１ａ〜１１ｄを点灯させる。これにより、目標領域４００には、対向車Ｃ１および人Ｍ１が存在しない範囲において、光源装置２からの光が照射される。
【０１０１】
なお、上記実施例１〜３では、図１０（ｄ）〜（ｆ）に示したとおり、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームの形状がファスト軸方向に圧縮された線状の形状であるため、目標領域４００における光の照射範囲と非照射範囲の分解能を高め得る。よって、目標領域４００における光の照射範囲と非照射範囲をクリアに区分することができる。
【０１０２】
＜実施形態の効果＞
以上、実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【０１０３】
複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光が波長変換部材１８の入射面１８ａに照射されるため、レーザ光の照射光量が高められ、波長変換部材１８により生成される光の強度を高めることができる。また、入射面１８ａにおけるレーザ光のビーム形状がレーザ光の走査方向に交差する方向に長い線状の形状であるため、走査方向に交差する方向に広い幅で波長変換部材１８の入射面１８ａを走査でき、その走査方向に交差する方向の幅は、シリンドリカルミラー１４の位置や焦点距離を変えることで、広い範囲で調整することができる。さらに、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄから出射されたレーザ光が波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて略重なった状態で走査されるため、何れか１つのレーザ光源に不具合が生じても、走査範囲の一部が低強度となることがなく、走査範囲全体を略均一な強度で走査することができる。また、何らかの手段でレーザ光源の欠損を検知することができ、且つ、残りのレーザ光源の出力に余裕があれば、残りのレーザ光源の出力を高める制御を行うことで、不具合が発生する前と同じ強度で走査することもできる。よって、本実施形態に係る光源装置２によれば、走査領域全体の発光強度を効果的に高めることができる。
【０１０４】
図１（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）に示したとおり、光源装置２は、レーザ光を走査方向に収束させるシリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）と、レーザ光を走査方向に垂直な方向に収束させるシリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）と、を備え、シリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）は、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）よりもレーザ光源１１ａ〜１１ｄに近い位置に配置されている。このように、２つの収束作用を実現するための光学素子を個別に配置することにより、各光学素子の設計を走査方向と走査方向に垂直な方向に分けることで独立して最適化し、波長変換素子上のスポット形状を一定の範囲内ではあるものの自由に設定できる。
また、レーザ光をより小さく絞れるファスト軸に作用するシリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）が、ファスト軸よりも絞りにくいスロー軸に作用するシリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）よりもレーザ光源１１ａ〜１１ｄに近い位置に配置されているため、シリンドリカルレンズ１４から波長変換部材１８の入射面１８ａまでの光路長を長くとることで、シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７との間に光偏向器１６を配置する空間を確保することができ、同時に、レーザ光を円滑かつ適正に走査方向に絞ることができる。さらに、光偏向器１６から波長変換部材１８の入射面１８ａまでの光路長を長くとることができるため、波長変換部材１８上でのレーザ光の走査軌跡の湾曲を抑えることができる。
【０１０５】
また、シリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）は、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄと光偏向器１６との間に配置され、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）は、光偏向器１６と波長変換部材１８との間に配置されている。このようにシリンドリカルレンズ１４（第１の光学素子）を光偏向器１６よりも前段側に配置することにより、波長変換部材１８の入射面１８ａにおけるビームの移動にシリンドリカルレンズ１４の屈折作用が影響することを回避できる。よって、入射面１８ａにおけるビームの移動を、ミラー１６ａの回動制御によって簡易かつ適正に制御できる。また、シリンドリカルミラー１７（第２の光学素子）を光偏向器１６と波長変換部材１８との間に配置することによりシリンドリカルミラー１７の焦点距離を小さく設定することが可能となり、波長変換部材１８の入射面１８ａにおける走査方向に垂直な方向のビームの長さを広範に、特に狭い方向に幅広く制御できる。
【０１０６】
図１（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）に示したとおり、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸が互いに平行となっている。これにより、単焦点のシリンドリカルレンズ１４によってレーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光を焦線の位置に円滑に収束させることができる。
【０１０７】
なお、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、必ずしも、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において平行でなくてもよい。すなわち、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光が波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて走査方向に重なる限りにおいて、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において非平行であってもよい。たとえば、シリンドリカルレンズ１４が走査方向に球面収差を有し、その球面収差による焦点位置のずれを光軸角度調整によって補正する場合や、走査方向に垂直な方向の重なりを作為的にずらして照射幅を広げたり、任意の強度分布を作る場合などがこのケースに該当する。また、実際の光学系は収差を補正した非球面レンズを使っても光学部品の製造誤差や組立誤差により無収差ではなく、また調整限界もある為、平行状態が理想ではあるものの若干平行から崩れた状態で組み立てられる。
【０１０８】
図１（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）に示したとおり、光源装置２は、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸を折り曲げるための反射プリズム１３ａ〜１３ｄを備えている。これにより、光源装置２の光源部分の構成をコンパクトにできる。また、３つのビーム束の全幅を狭く抑えることができることから、光学系の収差の影響を受けにくくすることができる。
【０１０９】
特に、図１（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）の構成では、レーザ光源１１ｂ（第１のレーザ光源）の光軸を折り曲げる反射プリズム１３ａ（第１のミラー）と、レーザ光源１１ｃ（第２のレーザ光源）の光軸を反射プリズム１３ａ（第１のミラー）による折り曲げ方向に対して反対方向に折り曲げる反射プリズム１３ｂ（第２のミラー）と、を備え、反射プリズム１３ａ（第１のミラー）と反射プリズム１３ｂ（第２のミラー）との間に隙間が設けられ、この隙間をレーザ光源１１ａおよびレーザ光源１１ｄ（第３のレーザ光源）の光軸が通っている。このように光源部分を構成することにより、光源部分の構成をより一層コンパクトに収め、レーザ光の伝達効率を大きく低下させることなく３つのビーム束の全幅を小さくすることができる。
【０１１０】
図７（ａ）、（ｂ）および図８に示した実施例３では、複数のレーザ光源１１ａ〜１１ｄが、出射光軸が一の平面に含まれる第１のグループ（レーザ光源１１ａ、１１ｄ）と、出射光軸が当該一の平面から離間した他の平面に含まれる第２のグループ（レーザ光源１１ｂ、１１ｃ）からなっており、第１のグループのレーザ光源１１ａ、１１ｄから出射されたレーザ光と、第２のグループのレーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光が、シリンドリカルレンズ１４およびシリンドリカルミラー１７（集光光学系）によって１つの波長変換部材１８の入射面１８ａに集光されるよう構成されている。これにより、実施例１、２と同様、複数のレーザ光が重なった高い強度のビームで波長変換部材１８の入射面を走査できる。また、図９を参照して説明したとおり、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて、第１のグループのレーザ光源１１ａ、１１ｄから出射されたレーザ光が重なったビームスポットと、第２のグループのレーザ光源１１ｂ、１１ｃから出射されたレーザ光が重なったビームスポットを、走査方向に交差する方向に容易にずらすことができ、入射面１８ａに照射されるビームの長さをより広げることができる。これにより、より効率的に、波長変換部材１８の入射面１８ａをレーザ光で走査できる。さらに、この構成例では、第１のグループのレーザ光源と第２のグループのレーザ光源を上下に２つの走査帯が接するように位置調整し、グループ毎にレーザのオンオフのタイミングを制御すれば、２次元的、つまり上下に分離した発光帯において独立に明暗パターンを形成することも可能である。
【０１１１】
＜変更例＞
投光装置１および光源装置２の構成は、上記実施形態および実施例１〜３に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
【０１１２】
たとえば、図１４（ａ）に示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの配置が変更され、これに伴い、反射プリズム１３ａ、１３ｂの反射面の傾斜角が変更されてもよい。この場合も、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、Ｚ軸に平行かつシリンドリカルレンズ１４の母船に垂直な一平面に含まれるよう調整されればよい。
【０１１３】
また、図１４（ｂ）に示すように、実施例１の構成において、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの配置が変更され、これに伴い、レーザ光源１１ｂ、１１ｃの光軸をＸ軸に平行となるように曲げるミラー２１、２２が配置されてもよい。この場合も、レーザ光源１１ａ〜１１ｃの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、Ｚ軸に平行かつシリンドリカルレンズ１４の母船に垂直な一平面に含まれるよう調整されればよい。
【０１１４】
また、図１４（ｃ）に示すように、実施例２または実施例３の構成において、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置が変更され、これに伴い、２つの反射面を有する反射プリズム２３が配置されてもよい。この場合も、実施例２と同様、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、Ｚ軸に平行かつシリンドリカルレンズ１４の母船に垂直な一平面に含まれるよう調整されればよい。あるいは、実施例３と同様、レーザ光源１１ａ、１１ｄでの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、Ｚ軸に平行かつシリンドリカルレンズ１４の母船に垂直な一平面に含まれ、レーザ光源１１ｂ、１１ｃでの光軸は、シリンドリカルレンズ１４の入射位置において、レーザ光源１１ａ、１１ｄの光軸を含む平面からＹ軸方向に変位した平面に含まれ、かつ、Ｚ軸に平行となるように調整されてもよい。
【０１１５】
また、図１４（ｄ）に示すように、２つの反射面を有する反射プリズム２４ａによってレーザ光源１１ａ、１１ｂからのレーザ光をシリンドリカルレンズ１４に導き、２つの反射面を有する反射プリズム２４ｂによってレーザ光源１１ｃ、１１ｄからのレーザ光をシリンドリカルレンズ１４に導くようにしてもよい。この構成例では、レーザ光源１１ａ、１１ｄから出射されたレーザ光は、それぞれ、反射プリズム２４ａ、２４ｂ内に入射し、反射プリズム２４ａ、２４ｂ内で２つの反射面で反射された後、反射プリズム２４ａ、２４ｂから出射する。レーザ光源１１ｂ、１１ｃからのレーザ光は、反射プリズム２４ａ、２４ｂの外側の反射面で反射されて、シリンドリカルレンズ１４へと向かう。
【０１１６】
なお、図１４（ａ）〜（ｄ）の構成例において、シリンドリカルレンズ１４以降の構成は、実施例１〜３と同様である。
【０１１７】
また、上記実施例１〜３では、レーザ光のファスト軸がシリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄが配置されたが、レーザ光源１１ａ〜１１ｄの配置方法は、必ずしもこれに限定されるものではない。たとえば、レーザ光のスロー軸が、シリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄが配置されてもよい。ただし、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいてレーザ光を走査方向により小さく絞るためには、上記実施例１〜３のように、レーザ光のファスト軸がシリンドリカルレンズ１４の収束方向に平行となるように、レーザ光源１１ａ〜１１ｄを配置することが好ましい。
【０１１８】
また、光源装置２に配置されるレーザ光源の数は、上記実施例１〜３および変更例に示した数に限られるものではなく、２つまたは５つ以上であってもよい。この場合、たとえば、上記実施例１〜３および変更例に示した光源部（シリンドリカルレンズ１４よりも前段の部分）をＹ軸方向に複数重ねて配置し、全てのレーザ光源から出射されたレーザ光をシリンドリカルレンズ１４に入射させて、波長変換部材１８の入射面１８ａに導くように、光源装置２が構成されてもよい。この構成では、全てのレーザ光源からのレーザ光が入射可能となるようにシリンドリカルレンズ１４のＹ軸方向の厚みが広げられ、その他の光学部材も、適宜、全てのレーザ光源からのレーザ光を受光できるサイズに広げられる。
【０１１９】
また、上記実施例２、３では、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光が、全て、波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重ねられたが、これら４つのレーザ光のうち２つが波長変換部材１８の入射面１８ａにおいて重ねられ、残り２つが、前記２つのレーザ光の重なり位置から走査方向にやや離れた位置に重ねられてもよい。すなわち、必ずしも、全てのレーザ光が同じ位置に重ねられなくともよく、所定数ずつ（複数ずつ）レーザ光が重ねられてもよい。たとえば、シリンドリカルレンズ１４に対するレーザ光の入射方向を調整することにより、４つのレーザ光源１１ａ〜１１ｄからそれぞれ出射された４つのレーザ光のうち２つずつを波長変換部材１８の入射面１８ａに重ねることができる。
【０１２０】
また、集光光学系は、必ずしも、シリンドリカルレンズ１４とシリンドリカルミラー１７に分けられなくともよく、１つのレンズによって走査方向と走査方向に垂直な方向にレーザ光を収束させてもよい。集光光学系を構成するレンズは、フレネルレンズや、回折レンズによって構成されてもよい。また、光偏光器１６は、ミラー１６ａを互いに垂直な２軸周りに回動させる構成であってもよい。
【０１２１】
また、波長変換部材１８の蛍光体層２０３に含まれる蛍光体粒子２０３ａの種類は、必ずしも１種類でなくてもよく、たとえば、レーザ光源１１ａ〜１１ｄからのレーザ光によって互いに異なる波長の蛍光を生じる複数種類の蛍光体粒子２０３ａが蛍光体層２０３に含まれてもよい。この場合、各種類の蛍光体粒子２０３ａから生じた蛍光の拡散光と、これら蛍光体粒子２０３ａによって波長変換されなかったレーザ光の拡散光とによって、所定の色の光が生成される。波長変換部材１８は、反射型に限らず、透過型であってもよい。
【０１２２】
また、図１３の例ではレーザ光の走査方向を水平方向としたが、必要とされる照射条件によっては垂直方向をレーザ光の走査方向にしても構わない。
【０１２３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  …  投光装置
２  …  光源装置
３  …  投射光学系
１１ａ〜１１ｄ  …  レーザ光源
１３ａ〜１３ｄ、２３  …  反射プリズム
１４  …  シリンドリカルレンズ（集光光学系）
１６  …  光偏光器
１６ａ  …  ミラー
１７  …  シリンドリカルミラー（集光光学系）
１８  …  波長変換部材
１８ａ  …  入射面
２１、２２  …  ミラー
【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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