(57)【要約】  固体光源装置は、半導体発光素子と波長変換素子とを備える。半導体発光素子は、第１の発光部と、第２の発光部とを有する。波長変換素子は、第１の蛍光体材料を含有する第１の波長変換部と、第２の蛍光体材料を含有する第２の波長変換部と、を有する。第１の波長変換部と第２の波長変換部とは離間して配置されている。第１の発光部が第１の励起光を出射し、第２の発光部が第２の励起光を出射する。第１の蛍光体材料は、第１の励起光を第１の波長の光に変換し、第２の蛍光体材料は、第２の励起光を第２の波長の光に変換する。
2014115492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と波長変換素子とを備え、
前記半導体発光素子は、
第１の発光部と、
第２の発光部と、
を有し、
前記波長変換素子は、
第１の蛍光体材料を含有する第１の波長変換部と、
第２の蛍光体材料を含有する第２の波長変換部と、
を有し、
前記第１の波長変換部と前記第２の波長変換部とが離間して配置されており、
前記第１の発光部が第１の励起光を出射し、
前記第２の発光部が第２の励起光を出射し、
前記第１の蛍光体材料は、前記第１の励起光を第１の波長の光に変換し、
前記第２の蛍光体材料は、前記第２の励起光を第２の波長の光に変換する
固体光源装置。
【請求項２】
前記波長変換素子が基台を有し、
前記基台が
第１の凹部と、
第２の凹部と、
を有し、
前記第１の凹部に前記第１の波長変換部が配置され、
前記第２の凹部に前記第２の波長変換部が配置された
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項３】
前記第１の波長変換部と前記第１の凹部との間に光反射層が設けられた
請求項２に記載の固体光源装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子が第３の発光部をさらに有し、
前記波長変換素子が第３の蛍光体材料を含有する第３の波長変換部をさらに有し、
前記第１の波長変換部と前記第２の波長変換部と前記第３の波長変換部とが離間して配置されており、
前記第３の発光部が第３の励起光を出射し、
前記第３の蛍光体材料は前記第３の励起光を第３の波長の光に変換する
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項５】
前記波長変換素子が基台を有し、
前記基台が
第１の凹部と、
第２の凹部と、
第３の凹部と、
を有し、
前記第１の凹部に前記第１の波長変換部が配置され、
前記第２の凹部に前記第２の波長変換部が配置され、
前記第３の凹部に前記第３の波長変換部が配置された
請求項４に記載の固体光源装置。
【請求項６】
前記第１の波長変換部と前記第２の波長変換部とが直径４ｍｍ以下の単一の円内に配置された
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項７】
前記半導体発光素子と前記波長変換素子の間に第１のレンズが配置され、
前記第１のレンズを前記第１の波長の光と前記第２の波長の光が通過する
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項８】
前記半導体発光素子と前記波長変換素子の間にダイクロイックミラーが配置され、
前記ダイクロイックミラーが、前記第１のレンズを通過した前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを反射する
請求項７に記載の固体光源装置。
【請求項９】
前記第１の励起光と前記第２の励起光のピーク波長が近紫外領域にある
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１０】
前記第１の波長の光のピーク波長が４３０〜５００ｎｍの範囲にあり、
前記第２の波長の光のピーク波長が５００〜６５０ｎｍの範囲にある
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１１】
前記第１の励起光と前記第２の励起光と前記第３の励起光のピーク波長が近紫外領域にある
請求項４に記載の固体光源装置。
【請求項１２】
前記第１の波長の光のピーク波長が４３０〜５００ｎｍの範囲にあり、
前記第２の波長の光のピーク波長は５００〜６００ｎｍの範囲にあり、
前記第３の波長の光のピーク波長が５５０〜７００ｎｍの範囲にある請求項４に記載の固体光源装置。
【請求項１３】
前記半導体発光素子はレーザである
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１４】
前記波長変換素子が回転軸を持つ請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１５】
前記第１の波長変換部の外形が直径１ｍｍの円内におさまる請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１６】
前記半導体発光素子が第３の発光部をさらに有し、
前記波長変換素子が偏光変換部をさらに有し、
前記第１の波長変換部と前記第２の波長変換部と前記偏光変換部とが離間して配置されており、
前記第３の発光部が第３の励起光を出射し、
前記偏光変換部は前記第３の励起光の偏光状態を変化させ第４の出射光を出射する
請求項１に記載の固体光源装置。
【請求項１７】
前記波長変換素子が基台を有し、
前記基台が
第１の凹部と、
第２の凹部と、
第３の凹部と、
を有し、
前記第１の凹部に前記第１の波長変換部が配置され、
前記第２の凹部に前記第２の波長変換部が配置され、
前記第３の凹部に前記偏光変換部が配置された
請求項１６に記載の固体光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体光源装置であり、より詳細には半導体発光素子と波長変換素子とを備えた固体光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクターやヘッドライトなどの投射照明用途において、光出力が大きい白色固体光源が要望されている。現在、プロジェクターの光源としては高輝度の水銀ランプなどの放電ランプがあり、ヘッドライト光源としてはハロゲンランプなどのランプがある。しかし、これらは寿命が比較的短い、発光効率が低い、等の課題がある。そこで、発光効率の高い光源として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子を用いた光源が注目されている。例えば特許文献１には、発光素子として半導体レーザを用い、それと蛍光体を用いた波長変換部とを備えることで白色光を出射することができる固体光源装置が提案されている。この固体光源装置の波長変換部にはＲ（赤）Ｇ（緑）蛍光体やＲＧＢ蛍光体を含有した層が積層され、そこに光源の青色や近紫外レーザの光が入射することで、高輝度の白色光を得ることができる。【０００３】
以下、図１８（ａ）および図１８（ｂ）を用いて従来の固体光源装置の構成について説明する。図１８（ａ）に示す固体光源装置は、第１の励起光源１０と、波長変換部材３０と、ライトガイド２０とから構成される。第１の励起光源１０は、青色波長域の励起光１を射出するレーザ素子１１を含む。波長変換部材３０は、第１の励起光源１０から射出される励起光１を吸収し、その後、励起光１の波長を変換する。波長変換部材３０は、励起光１よりも長波長域の光を放出する１種以上の蛍光物質を含む。ライトガイド２０は、第１の励起光源１０から射出される励起光１を波長変換部材３０へ導出する。図１８（ｂ）に示す波長変換部材３０は、樹脂中に赤色蛍光体３１ｂが分散された層と樹脂中に緑色蛍光体３１ａが分散された層とが積層されて構成されている。この波長変換部材３０は、図１８（ａ）における出力部２１に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７３３２４号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記の構成では以下の課題があげられる。蛍光体励起光源からの励起光１が、波長変換部材３０に入射すると、励起光１が、樹脂中に緑色蛍光体３１ａが分散された層により波長変換される。この波長変換された光は、その後、樹脂中に赤色蛍光体３１ｂが分散された層に入射する。そのため、樹脂中に緑色蛍光体３１ａが分散された層により波長変換された光が赤色蛍光体３１ｂに吸収されてしまう。その結果として、発光効率の低下が課題となる。
【０００６】
本開示は、一つの蛍光体により波長変換された光が他の蛍光体に再吸収されることを抑制し、発光効率のよい白色光を得ることを目的とする。
【０００７】
本開示の固体光源装置は、半導体発光素子と波長変換素子とを備えた固体光源である。半導体発光素子は、第１の発光部と、第２の発光部と、を有している。波長変換素子は、第１の蛍光体材料を含有する第１の波長変換部と、第２の蛍光体材料を含有する第２の波長変換部と、を有する。第１の波長変換部と第２の波長変換部とは離間して配置されている。第１の発光部が第１の励起光を出射し、第２の発光部が第２の励起光を出射する。第１の蛍光体材料は、第１の励起光を第１の波長の光に変換し、第２の蛍光体材料は、第２の励起光を第２の波長の光に変換する。
【０００８】
第１の波長変換部と第２の波長変換部とが離間して配置されているため、第１の励起光が第２の蛍光体材料に吸収されるのを抑制することができる。また、第２の励起光が第１の蛍光体材料に吸収されるのを抑制することができる。その結果、発光効率のよい白色光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図２】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の動作を説明する模式図
【図３】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の動作を説明する図
【図４】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の動作を説明する図
【図５】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の変形例の構成を説明する図
【図６】本開示の第１の実施形態の固体光源装置の変形例の動作を説明する図
【図７】本開示の第２の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図８】本開示の第２の実施形態の固体光源装置の動作を説明する図
【図９】本開示の第２の実施形態の固体光源装置の効果を説明するための比較例を説明する図
【図１０】本開示の第２の実施形態の固体光源装置の効果を説明する図
【図１１】本開示の第２の実施形態の固体光源装置の効果を説明する図
【図１２】本開示の第３の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図１３】本開示の第４の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図１４】本開示の第４の実施形態の固体光源装置の構成を説明する図
【図１５】本開示の第５の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図１６】本開示の第６の実施形態の固体光源装置の構成および動作を説明する模式図
【図１７】本開示の第１〜第６の実施形態の固体光源装置の変形例の構成を説明する図
【図１８】（ａ）従来の固体光源装置の構成を説明する図（ｂ）従来の固体光源装置の波長変換部材の構成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本開示の第１の実施形態における固体光源装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、第１の実施の形態における固体光源装置１０１は、半導体発光素子１１１と波長変換素子１５０とを備えている。半導体発光素子１１１は、第１の発光部１１１ａと、第２の発光部１１１ｂとを有している。波長変換素子１５０は、第１の蛍光体材料を含有する第１の波長変換部１５１Ａと、第２の蛍光体材料を含有する第２の波長変換部１５１Ｂと、を有する。第１の波長変換部１５１Ａと第２の波長変換部１５１Ｂとは離間して配置されている。第１の発光部１１１ａが第１の励起光１６１ａを出射し、第２の発光部１１１ｂが第２の励起光１６１ｂを出射する。第１の蛍光体材料は、第１の励起光１６１ａを第１の波長の光１７０Ａに変換し、第２の蛍光体材料は、第２の励起光１６１ｂを第２の波長の光１７０Ｂに変換する。
【００１３】
第１の波長変換部１５１Ａと第２の波長変換部１５１Ｂとが離間して配置されているため、第１の励起光１６１ａが第２の蛍光体材料に吸収されるのを抑制することができる。また、第２の励起光１６１ｂが第１の蛍光体材料に吸収されるのを抑制することができる。その結果、発光効率のよい白色光を得ることができる。
【００１４】
以下、より具体的な構造等について説明する。
【００１５】
（構成）
図１は、第１の実施形態における固体光源装置１０１の構造を模式的に示す図である。半導体発光素子１１１は、例えばＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）の窒化物からなる窒化物半導体レーザ素子である。半導体発光素子１１１上にはリッジストライプ形状の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃが略平行に設けられている。半導体発光素子１１１の出射方向にはコリメータレンズ１２０と集光レンズ１４０が順に配置されている。コリメータレンズ１２０が、半導体発光素子１１１からの出射光を平行光にした後、第１のレンズとしての集光レンズ１４０がこの平行光を集光する。集光レンズ１４０の焦点位置には波長変換素子１５０が配置されている。
【００１６】
なお、固体光源装置１０１の大きさは、装置全体で長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、高さ１５ｍｍ程度である。より具体的には、半導体発光素子１１１の共振器方向の長さは１ｍｍ程度、集光レンズ１４０の瞳径は１２ｍｍ程度、波長変換素子１５０は一辺の長さが５ｍｍ程度の正方形である。
【００１７】
なお、固体光源装置１０１、コリメータレンズ１２０、集光レンズ１４０、波長変換素子１５０の大きさや形状は上記に限られず、固体光源装置１０１を搭載する機器に応じて適宜変更することができる。
【００１８】
（半導体発光素子）
半導体発光素子１１１は、基板上に半導体層が積層された構造によりなる。具体的には、例えば、ｎ型ＧａＮ基板である基板上に、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）の窒化物である半導体層が積層されて半導体発光素子１１１を構成している。本実施の形態においては、基板上にｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、ＩｎＧａＮ量子井戸層、ｐ型光ガイド層、電子ブロック層、ｐ型クラッド層、ｐ型電極コンタクト層の順で半導体層を積層することにより半導体発光素子１１１を構成している。窒化物半導体のｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉやＧｅなどを用いることができる。窒化物半導体のｐ型ドーパントとしてはＭｇなどを用いることができる。
【００１９】
半導体発光素子１１１に形成される第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃは、例えば、ｐ型電極やリッジストライプである。第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃは、例えばリフトオフ法により形成される。具体的には、半導体層が積層されたウエハ表面に、ＢＨＦおよび水洗により前処理を行った後、ＣＶＤなどでＳｉＯ２膜を成膜する。このＳｉＯ２膜に対してフォトリソグラフィーを用いてリッジストライプのマスクパターニングを行い、ドライエッチングによりリッジ状のストライプ構造を形成する。したがって、本実施形態に示す複数の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃの間隔はフォトリソグラフィーにより正確に制御される。続いて、ストライプ構造の最上部には、例えばＰｄとＰｔなどの金属を蒸着、パターニングすることでｐ電極が形成される。これら第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃは近紫外領域にピーク波長がある励起光を出射する。
【００２０】
（コリメータレンズ）
コリメータレンズ１２０としては、例えばＢ２７０などのクラウンガラスやＢＫ７などの硼珪酸ガラスなどからなる非球面レンズ等を用いることができる。そして、コリメータレンズ１２０の表面には、半導体発光素子１１１の出射光の波長に合わせた誘電体多層膜が反射防止膜として形成されている。
【００２１】
なお、本実施形態においてはコリメータレンズ１２０の例として非球面レンズを例に挙げて説明したが、コリメータレンズ１２０としては非球面レンズに限らず球面レンズやフレネルレンズを用いることができる。
【００２２】
（ダイクロイックミラー）
ダイクロイックミラー１３０は、例えば、波長４３０ｎｍ以下の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射するように設計される。具体的には、例えばＢ２７０などの白板ガラス上に、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの誘電体膜が多層に形成された誘電体多層膜が形成され、およそ４５°方向の入射光に対して、所定の透過特性・反射特性になるように設計される。
【００２３】
（集光レンズ）
集光レンズ１４０としては、例えばＢ２７０などのクラウンガラスやＢＫ７などの硼珪酸ガラスなどからなる非球面レンズを用いることができる。この非球面レンズは、放射光に対して高い開口数（ＮＡ）、例えば０．９以上に設定される。非球面レンズが波長変換部から放射される蛍光である放射光を効率良く取り込むようにするためである。
【００２４】
なお、本実施形態においては集光レンズ１４０の例として非球面レンズを例に挙げて説明したが、集光レンズ１４０としては非球面レンズに限らず球面レンズを用いることができる。
【００２５】
（波長変換素子）
波長変換素子１５０は、例えばアルミ合金材料で構成される基台１５２に第１の凹部１５２Ａ、第２の凹部１５２Ｂ、第３の凹部１５２Ｃが設けられた構成をしている。第１の凹部１５２Ａには第１の波長変換部１５１Ａが設けられている。第２の凹部１５２Ｂには、第２の波長変換部１５１Ｂが設けられている。第３の凹部１５２Ｃには、第３の波長変換部１５１Ｃが設けられている。この第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃは、半導体発光素子１１１からの出射光の波長を長波長に変換させる蛍光体などで構成される。第１の波長変換部１５１Ａの具体例としては、波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を波長５５０ｎｍ〜７００ｎｍの光に変換する蛍光体が、例えばシリコーン、エポキシなどの有機材料もしくは、低融点ガラスなどの無機材料で構成されるバインダーに混合されてなる。また、第２の波長変換部１５１Ｂの具体例としては、波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの光に変換する蛍光体がバインダーに混合されてなる。第３の波長変換部１５１Ｃの具体例としては、波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を波長４３０ｎｍ〜５００ｎｍの光に変換する蛍光体がバインダーに混合されてなる。第１の波長変換部１５１Ａに用いる蛍光体の具体的な例としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体などの赤色蛍光体である。第２の波長変換部１５１Ｂに用いる蛍光体の具体的な例としては、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体、β−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体などの緑色蛍光体である。第３の波長変換部１５１Ｃに用いる蛍光体の具体的な例としては、Ｓｉ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体などの青色蛍光体である。
【００２６】
上述の第１の波長変換部１５１Ａと、第２の波長変換部１５１Ｂと、第３の波長変換部１５１Ｃとが４ｍｍの直径を有する単一の円内に配置されることが好ましい。さらには、第１の波長変換部１５１Ａと、第２の波長変換部１５１Ｂと、第３の波長変換部１５１Ｃとが２ｍｍの直径を有する単一の円内に配置されることがより好ましい。第１の波長変換部１５１Ａと第２の波長変換部１５１Ｂとの間隔、及び第２の波長変換部１５１Ｂと第３の波長変換部１５１Ｃとの間隔は、基台１５２に形成される第１の凹部１５２Ａ、第２の凹部１５２Ｂ、第３の凹部１５２Ｃの配置により決まる。これらの第１の凹部１５２Ａ、第２の凹部１５２Ｂ、第３の凹部１５２Ｃは、例えば金型等を用いたプレス加工により正確に基台１５２上に形成される。
【００２７】
（動作）
続いて本実施形態における固体光源装置１０１の動作を、図１から図４を用いて説明する。半導体発光素子１１１の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃから、例えば近紫外領域である波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍのレーザ光である第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃがそれぞれ出射される。第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃが、コリメータレンズ１２０により平行光である第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃに変換される。そして第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃはダイクロイックミラー１３０を通過し、集光レンズ１４０に入射する。第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃは、集光レンズ１４０により波長変換素子１５０に集光される。第１の出射光１６２ａは第１の波長変換部１５１Ａに入射する。第２の出射光１６２ｂは第２の波長変換部１５１Ｂに入射する。第３の出射光１６２ｃは第３の波長変換部１５１Ｃに入射する。このとき、図２に示すように、第１の発光部１１１ａと第２の発光部１１１ｂの距離をｈ、第１の波長変換部１５１Ａと第２の波長変換部１５１Ｂの距離をｈ’とした場合、コリメータレンズ１２０と集光レンズ１４０の横倍率βの設計を以下の式で示すように設定する。
【００２８】
【数１】
2014115492.tif 000003
【００２９】
例えば、第１の発光部１１１ａと第２の発光部１１１ｂの距離、第２の発光部１１１ｂと第３の発光部１１１ｃの距離を２００μｍに設定し、第１の波長変換部１５１Ａと第２の波長変換部１５１Ｂの距離、第２の波長変換部１５１Ｂと第３の波長変換部１５１Ｃの距離を２００μｍに設定した場合、コリメータレンズ１２０と集光レンズ１４０の横倍率βは１となる。
【００３０】
このようにコリメータレンズ１２０と集光レンズ１４０の横倍率βを設定することで、第１の出射光１６２ａを第１の波長変換部１５１Ａに、第２の出射光１６２ｂを第２の波長変換部１５１Ｂに、第３の出射光１６２ｃを第３の波長変換部１５１Ｃに容易に入射させることができる。
【００３１】
また、このときの第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃの集光レンズ１４０への入射領域は、集光レンズ１４０の瞳径に対して十分に小さくなるようにする。このような構成にすることで、第１の出射光１６２ａが第１の波長変換部１５１Ａに入射する角度を小さくすることができるため、（数１）で表される横倍率の設計をより自由に設定することができる。
【００３２】
なお、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃはそれぞれ直径が０．２〜１ｍｍぐらいであり、それらの配置間隔は０．０５〜０．２ｍｍぐらいである。波長変換素子１５０上の所定の位置の直径４ｍｍ以下、好ましくは直径２ｍｍ以下の範囲に配置する。
【００３３】
第１の波長変換部１５１Ａに入射した第１の出射光１６２ａの一部は、第１の波長変換部１５１Ａに含まれる蛍光体によりピーク波長が５５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にある第１の波長の光１７０Ａに変換され出射される。第２の波長変換部１５１Ｂに入射した第２の出射光１６２ｂの一部は、第２の波長変換部１５１Ｂに含まれる蛍光体によりピーク波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にある第２の波長の光１７０Ｂに変換され出射される。第３の波長変換部１５１Ｃに入射した第３の出射光１６２ｃの一部は、第３の波長変換部１５１Ｃに含まれる蛍光体によりピーク波長４３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある第３の波長の光１７０Ｃに変換され出射される。
【００３４】
第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第３の波長の光１７０Ｃは、その放射角度がランバーシアンである放射光となる。第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第３の波長の光１７０Ｃは、集光レンズ１４０に入射し平行光となりダイクロイックミラー１３０で反射され、外部に取り出される。このときダイクロイックミラー１３０は、波長４３０ｎｍ以下の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射する。この構成により波長変換素子１５０からの放射光である第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第３の波長の光１７０Ｃを効率良く外部を取り出すことができる。またダイクロイックミラー１３０で反射された第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第３の波長の光１７０Ｃは固体光源装置１０１から放射される際、互いに混色され、白色光の放射光１７０となり放射される。上記構成により、第１の波長変換部１５１Ａから放射される第１の波長の光１７０Ａが第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃに入射することを抑制することができる。また、第２の波長変換部１５１Ｂから放射される第２の波長の光１７０Ｂが第１の波長変換部１５１Ａ、第３の波長変換部１５１Ｃに入射することを抑制することができる。さらに、第３の波長変換部１５１Ｃから放射される第３の波長の光１７０Ｃが第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂに入射することを抑制することができる。
【００３５】
（発光スペクトル）
続いて図３および図４を用いて本実施形態の発光スペクトルについて説明する。
【００３６】
図３に示すように、第１の波長変換部１５１Ａから放射される第１の波長の光１７０Ａの蛍光スペクトルは、蛍光ピーク波長が６２０ｎｍ、半値幅９０ｎｍである。第２の波長変換部１５１Ｂから放射される第２の波長の光１７０Ｂの蛍光スペクトルは、蛍光ピーク波長が５４０ｎｍ、半値幅５０ｎｍである。第３の波長変換部１５１Ｃは、蛍光体材料としてＳｉ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体を含有し、第３の波長の光１７０Ｃを放射する。第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第３の波長の光１７０Ｃが合波され出射される放射光１７０は色温度５０００Ｋの白色光である。上記において、第１の波長変換部１５１Ａは、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体や、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体を用いることができる。また、第２の波長変換部１５１Ｂは、例えば、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋蛍光体を用いることができる。
【００３７】
さらに図４を用いて、異なる蛍光体材料を用いた場合についても説明する。図４において、波長変換素子１５０の第１の波長変換部１５１ＡにはＬｉＷ２Ｏ８：Ｅｕ３＋の蛍光体を用いた。また第２の波長変換部１５１ＢにはＹ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体を用いた。第３の波長変換部１５１ＣにはＳｉ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体を用いた。この構成においては、放射光１７０の発光スペクトルにおいて波長６５０ｎｍ以上の光がほとんど含まれていない。このためディスプレイ等の装置に用いることで光利用効率の高い装置を実現することができる。
【００３８】
（機能および効果）
このような構成により、半導体発光素子１１１からの第１の励起光１６１ａが、第１の波長変換部１５１Ａに入射する。第２の励起光１６１ｂが第２の波長変換部１５１Ｂに入射する。第３の励起光１６１ｃが第３の波長変換部１５１Ｃに入射する。その結果、異なる蛍光スペクトルを有する蛍光体材料を励起させ発光させることができる。また、基台１５２は第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃから放射される蛍光に対して反射率の高いアルミ合金材料で構成される。第１の波長変換部１５１Ａは基台１５２に形成される第１の凹部１５２Ａに配置される。第２の波長変換部１５１Ｂは基台１５２に形成される第２の凹部１５２Ｂに配置される。第３の波長変換部１５１Ｃは基台１５２に形成される第３の凹部１５２Ｃに配置される。したがって、例えば第１の波長変換部１５１Ａから放射される第１の波長の光１７０Ａは第２の波長変換部１５１Ｂと第３の波長変換部１５１Ｃに入射しない。したがって、第１の波長の光１７０Ａが第２の波長変換部１５１Ｂと第３の波長変換部１５１Ｃに含まれる蛍光体に吸収されることを抑制することができる。また、第２の波長の光１７０Ｂが第１の波長変換部１５１Ａと第３の波長変換部１５１Ｃに含まれる蛍光体に吸収されることを抑制することができる。その結果、第１の波長変換部１５１Ａの蛍光体からの放射光と、第２の波長変換部１５１Ｂの蛍光体からの放射光とを効率良く外部に取り出すことができ、発光効率のよい白色光として放射光１７０を放射させることができる。
【００３９】
また、半導体発光素子１１１に半導体レーザを用いることで、微小な第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃへ入射する光量を効率良く多くすることができる。レーザ光は指向性があるためである。そのため、ＬＥＤを励起光源したときよりも効率よく蛍光体を励起させることができる。さらに、複数の光出射点がある半導体レーザを半導体発光素子１１１に用いることで、半導体プロセスのマスクで発光点間隔の調整をすることが可能となる。また、光学素子点数を抑えることができる。このため多数の光学素子を用いたときに比べ、必要な光学素子の光軸アライメントが簡単になる。また、微小な第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃから蛍光を放射させるため、レンズ等を用いて、容易に、直進性が高く、後段の光学系との結合効率の高い白色光などの蛍光放射光を得ることができる。さらに、一般的にレーザ特性は光出力が大きいと熱の影響が大きくなり、電力−光変換効率が低下するが、ストライプを増やすことで、ストライプ１本あたりの動作点を低くすることができるため、電力−光変換効率が高く、光出力も大きいレーザ光源を提供することができる。
【００４０】
（変形例）
続いて図５および図６を用いて第１の実施形態の変形例について説明する。本変形例において、半導体発光素子１１１は中心波長４３０ｎｍから４８０ｎｍの出射光を放射する窒化物半導体レーザ素子である。波長変換素子１５０は第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、そして偏光変換部１９１を備える。偏光変換部１９１は、例えば、酸化チタンなどの反射率が高い粒子が低融点ガラス等のバインダーに混合されて構成されている。そして、偏光変換部１９１における第３の出射光１６２ｃを受光する側の表面には、第３の出射光１６２ｃの波長よりも大きな凹凸が形成される。ダイクロイックミラー１３０は、第３の出射光１６２ｃの波長において、偏光方向に対して透過率が変化するように設定される。
【００４１】
具体的な動作について図２および図６を用いて説明する。半導体発光素子１１１の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃは中心波長４４５ｎｍのレーザ光である第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃを放射する。このとき、第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃは第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃが形成された面に対して平行な方向に電界成分をもつ偏光である。第１の出射光１６２ａは、ダイクロイックミラー１３０を通過し、第１の波長変換部１５１Ａに入射する。第２の出射光１６２ｂは、ダイクロイックミラー１３０を通過し、第２の波長変換部１５１Ｂに入射する。第１の波長変換部１５１Ａは波長５５０ｎｍから７００ｎｍの間にピークを持つ蛍光スペクトルを有する第１の波長の光１７０Ａを放射する。第２の波長変換部１５１Ｂは波長５００ｎｍから６００ｎｍの間にピークを持つ蛍光スペクトルを有する第２の波長の光１７０Ｂを放射する。第１の波長の光１７０Ａが有する蛍光スペクトルと第２の波長の光１７０Ｂが有する蛍光スペクトルとは異なる。第３の出射光１６２ｃは、偏光変換部１９１に入射し、偏光方向が変化した、もしくは無偏光な第４の出射光１９０となり、偏光変換部１９１に反射される。このため、第４の出射光１９０の一部もしくは全部は、ダイクロイックミラー１３０で反射され、白色光の放射光１７０を構成する光として固体光源装置１０１から放射される。
【００４２】
上記、白色光の放射光１７０の発光スペクトルの例を図６に示す。ここで第１の波長の光１７０Ａは（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体から放射される光である。第２の波長の光１７０ＢはＹ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体から放射される光である。この第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂと第４の出射光１９０との混合光である白色光の放射光１７０の色温度が約５０００Ｋとなるように設定した。
【００４３】
上記構成によって、第１の波長の光１７０Ａが、第１の波長変換部１５１Ａから放射された後に、第２の波長変換部１５１Ｂに入射することを抑制することができる。また、第２の波長の光１７０Ｂが、第２の波長変換部１５１Ｂから放射された後に、第１の波長変換部１５１Ａに入射することを抑制することができる。また、第４の出射光１９０が、偏光変換部１９１に反射された後に、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂに入射することを抑制することができる。したがって、第１の波長の光１７０Ａが第２の波長変換部１５１Ｂに吸収されるのを抑制することができる。また、第２の波長の光１７０Ｂが第１の波長変換部１５１Ａに吸収されるのを抑制することができる。また、第４の出射光１９０が第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂに吸収されるのを抑制することができる。その結果として、固体光源装置から白色光を効率よく放射させることができる。また、第１の波長の光１７０Ａ、第２の波長の光１７０Ｂ、第４の出射光１９０は近接した非常に小さい領域から放射される。したがって、光学系との結合効率を高くすることができ、効率の高い固体光源装置を実現できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
以下、本開示の第２の実施形態における固体光源装置２０１について、図７から図１１を参照しながら説明する。本実施形態の固体光源装置２０１については、第１の実施形態の固体光源装置１０１と異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
図７は、第２の実施形態における固体光源装置２０１の構造を示す図である。本実施形態において半導体発光素子２１１の発光部は第１の発光部２１１ａ、第２の発光部２１１ｂの２本であり、また波長変換素子２５０の波長変換部は第１の波長変換部２５１Ａと第２の波長変換部２５１Ｂの２つである。上記構成が第１の実施形態と異なる。
【００４６】
半導体発光素子２１１には、例えばリッジストライプの第１の発光部２１１ａ、第２の発光部２１１ｂが２つ設けられている。第１の発光部２１１ａ、第２の発光部２１１ｂから出射される第１の励起光２６１ａ、第２の励起光２６１ｂは、コリメータレンズ２２０により平行光である第１の出射光２６２ａ、第２の出射光２６２ｂとなる。第１の出射光２６２ａ、第２の出射光２６２ｂは、ダイクロイックミラー２３０を通過し、第１のレンズとしての集光レンズ２４０に入射する。第１の出射光２６２ａ、第２の出射光２６２ｂは集光レンズ２４０の瞳に対して中央部分付近に入射し、集光され、波長変換素子２５０に入射される。
【００４７】
ここでダイクロイックミラー２３０は、ガラス板上に誘電体多層膜を有している。この誘電体多層膜は、４５°方向から入射した光に関して、例えば波長４３０ｎｍ以下の光を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射する。
【００４８】
波長変換素子２５０は、例えばアルミ合金基板で構成された基台２５２上に構成された２つの第１の凹部２５２Ａ、第２の凹部２５２Ｂを有する。第１の凹部２５２Ａには蛍光体が含有された第１の波長変換部２５１Ａが埋め込まれている。第２の凹部２５２Ｂには蛍光体が含有された第２の波長変換部２５１Ｂが埋め込まれている。第１の波長変換部２５１Ａの蛍光体は、第２の波長変換部２５１Ｂの蛍光体と異なる。第１の波長変換部２５１Ａを構成する蛍光体は例えば波長５４０ｎｍから６１０ｎｍの間に蛍光ピークを有するいわゆる黄色蛍光体が好ましい。黄色蛍光体の具体例は、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２（Ｏ，Ｃｌ）２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、ＳｒＳｉ２（Ｏ，Ｃｌ）２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）７（ＳｉＯ３）６Ｃ１２：Ｅｕ２＋蛍光体などである。また第２の波長変換部２５１Ｂを構成する蛍光体は例えば波長４３０ｎｍから５２０ｎｍの間に蛍光ピークを有するいわゆる青色蛍光体が好ましい。青色蛍光体の具体例は、Ｓｉ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０，（ＰＯ４）６Ｃ１２：Ｅｕ２＋蛍光体などである。
【００４９】
第１の出射光２６２ａの第１の波長変換部２５１Ａへの入射位置はコリメータレンズ２２０と集光レンズ２４０の光学倍率により高精度に調整することができる。また、第２の出射光２６２ｂの第２の波長変換部２５１Ｂへの入射位置はコリメータレンズ２２０と集光レンズ２４０の光学倍率により高精度に調整することができる。そして、例えば、第１の波長変換部２５１Ａから放射される黄色光である第１の波長の光２７１Ａと、第２の波長変換部２５１Ｂから放射される青色光である第２の波長の光２７１Ｂとが集光レンズ２４０で取り込まれ、ダイクロイックミラー２３０で反射されて白色光の放射光２７０として固体光源装置２０１より放射される。
【００５０】
（機能および効果）
上記の構成において、半導体発光素子２１１から出射された第１の励起光２６１ａを第１の波長変換部２５１Ａに位置精度良く入射させることができる。また、第２の励起光２６１ｂを第２の波長変換部２５１Ｂに位置精度良く入射させることができる。さらに、例えば第１の波長変換部２５１Ａを黄蛍光体で構成し、第２の波長変換部２５１Ｂを青色蛍光体で構成するように、第１の波長変換部２５１Ａに用いる蛍光体と第２の波長変換部２５１Ｂに用いる蛍光体とを異なる蛍光体で構成することにより、放射光２７０の色温度、スペクトルなどを容易に制御することができる。波長変換素子２５０を構成する基台２５２は例えばアルミ合金材料などの可視光を反射する材料からなる。第１の波長変換部２５１Ａが第１の凹部２５２Ａに埋め込まれている。第２の波長変換部２５１Ｂが第２の凹部２５２Ｂに埋め込まれている。このため、例えば第２の波長変換部２５１Ｂから放射される第２の波長の光２７１Ｂは第１の波長変換部２５１Ａに含まれる蛍光体に吸収されない。つまり、異なる蛍光体同士で互いの放射光を吸収し、発光効率が低下することを抑制することができる。その結果、第２の波長変換部２５１Ｂの蛍光体からの放射光を効率よく外部へ取り出すことができるため、発光効率のよい白色光である放射光２７０を出射させることができる。
【００５１】
上記効果を図８から図１１を用いて、より具体的に説明する。図８は、第１の波長の光２７１Ａ、第２の波長の光２７１Ｂ、そして色温度５０００Ｋの白色光である放射光２７０の光強度の波長依存性を示す図である。図８に用いた条件としては、励起光を波長４０５ｎｍのレーザ光とし、第１の波長変換部２５１Ａには蛍光ピーク波長５７７ｎｍ、スペクトル半値幅７５ｎｍの蛍光を放射する黄色蛍光体を用い、第２の波長変換部２５１Ｂを構成する蛍光体としてＳｉ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋蛍光体を用いている。このとき黄色蛍光体の具体的な例としては、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ２（Ｏ，Ｃｌ）２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体、ＳｒＳｉ２（Ｏ，Ｃｌ）２Ｎ２：Ｅｕ２＋蛍光体などが挙げられる。
【００５２】
上記構成と比較するために、波長４４５ｎｍのレーザ光とＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）蛍光体を用いて構成した固体光源装置の発光スペクトルを図９に比較例としてあげる。本実施形態の構成に基づいて設計した図８に示すスペクトルと図９に示す比較例のスペクトルを用いて特性を比較した結果を図１０に示す。色温度（Ｃｏｌｏｒ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｃ、平均演色数（Ｇｅｎｅｒａｌ  ｃｏｌｏｒ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｉｎｄｅｘ）Ｒａがほぼ同じに設定したときに、ストークスロスを考慮した理論限界発光効率（Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｅｆｆｉｃａｃｙ）は、ほぼ同じ２７０ｌｍ／Ｗとすることができる。これは本実施形態に示した構成において、黄色蛍光体と青色蛍光体における蛍光の再吸収がないため、蛍光体１種類の場合と比較して同等の発光効率を実現できることを示している。さらに、図１１の色度座標に示すように、上記構成の固体光源装置を用いることにより、青色光と黄色光の強度比がずれたとしても黒体輻射に近い色度座標を示すことができる。さらに図８と図９を比較するとわかるように、本実施形態の白色光は、青色領域のスペクトルがブロードなためスペックルノイズ等が低く、眼への刺激が少ない白色光を放射させることができる。
【００５３】
なお上記構成においては、白色光を得るために、第１の波長変換部２５１Ａが黄色蛍光体で構成され、第２の波長変換部２５１Ｂが青色蛍光体で構成された例を示したが、第１の波長変換部２５１Ａが青緑色蛍光体で構成され、第２の波長変換部２５１Ｂがオレンジ色蛍光体で構成されてもかまわない。この場合、蛍光体材料としては、青緑色光についてはＥｕ賦活ＢａＺｒＳｉ３Ｏ９蛍光体、オレンジ色光についてはＥｕ賦活Ｓｒ３ＳｉＯ５蛍光体、Ｅｕ賦活α−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体などを用いることができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
以下、本開示の第３の実施形態における固体光源装置３０１について、図１２を参照しながら説明する。本実施形態の固体光源装置については、第１の実施形態の固体光源装置と異なる部分についてのみ説明する。
【００５５】
図１２は、第３の実施形態における固体光源装置３０１の構造を示す図である。本実施形態の固体光源装置３０１は、波長変換素子３５０が第１の実施形態の固体光源装置と異なる。
【００５６】
波長変換素子３５０は、例えばアルミ合金板からなる基台３５２に第１の貫通孔３５２Ａ、第２の貫通孔３５２Ｂ、第３の貫通孔３５２Ｃを有する。第１の貫通孔３５２Ａには、波長５５０ｎｍから波長７００ｎｍの間に蛍光ピーク波長を有する蛍光体材料を有する第１の波長変換部３５１Ａが埋め込まれる。第２の貫通孔３５２Ｂには、波長５００ｎｍから波長６００ｎｍの間に蛍光ピーク波長を有する蛍光体材料を有する第２の波長変換部３５１Ｂが埋め込まれる。第３の貫通孔３５２Ｃには、波長４３０ｎｍから波長５００ｎｍの間に蛍光ピーク波長を有する蛍光体材料を有する第３の波長変換部３５１Ｃが埋め込まれる。第１の波長変換部３５１Ａが有する蛍光ピーク波長と、第２の波長変換部３５１Ｂが有する蛍光ピーク波長と、第３の波長変換部３５１Ｃが有する蛍光ピーク波長とはそれぞれ異なる。このとき第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃは、蛍光体材料が例えばシリコーンなどの有機透明材料や、低融点ガラスなどの無機透明材料などのバインダーに混合され埋め込まれて構成されている。波長変換素子３５０の基台３５２の一方の面には、ダイクロイックミラー３５３が接して配置される。ダイクロイックミラー３５３は、波長４３０ｎｍ以下を透過し、波長４３０ｎｍ以上の光を反射する誘電体多層膜が形成されたガラスを有する。さらに他方の面には、レンズ３５４が接して配置される。レンズ３５４は、第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃを構成する領域よりも十分大きい曲率半径を有する透明ガラスからなる。
【００５７】
上記構成の固体光源装置３０１において、半導体発光素子１１１の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃから、例えば波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍのレーザ光である第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃがそれぞれ出射される。第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃが、コリメータレンズ１２０により平行光である第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃに変換される。第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃは、集光レンズ１４０に集光され、波長変換素子３５０に入射する。第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃは、ダイクロイックミラー３５３を透過し、第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃにそれぞれ入射する。第１の波長変換部３５１Ａが第１の出射光１６２ａを例えば赤色光である第１の波長の光３７０Ａに変換する。第２の波長変換部３５１Ｂが第２の出射光１６２ｂを例えば緑色光である第２の波長の光３７０Ｂに変換する。第３の波長変換部３５１Ｃが第３の出射光１６２ｃを例えば青色光である第３の波長の光３７０Ｃに変換する。第１の波長の光３７０Ａ、第２の波長の光３７０Ｂ、第３の波長の光３７０Ｃは全方位に放射される。第１の波長の光３７０Ａ、第２の波長の光３７０Ｂ、第３の波長の光３７０Ｃは、ダイクロイックミラー３５３および基台３５２の第１の貫通孔３５２Ａ、第２の貫通孔３５２Ｂ、第３の貫通孔３５２Ｃを有する側壁により、レンズ３５４の方向に向かうように反射される。波長変換素子３５０のレンズ３５４側から放射された第１の波長の光３７０Ａ、第２の波長の光３７０Ｂ、第３の波長の光３７０Ｃはレンズ３５４により平行光に近い白色光の放射光３７０となって固体光源装置３０１の外部に放射される。
【００５８】
（機能および効果）
このような構成により、半導体発光素子１１１の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃから出射された出射光は、微小な領域の異なる位置に配置された第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃに、精度良く入射させることが可能である。また、第１の波長変換部３５１Ａから放射された第１の波長の光３７０Ａは、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃに入射することなく固体光源装置３０１から放射される。第２の波長変換部３５１Ｂから放射された第２の波長の光３７０Ｂは、第１の波長変換部３５１Ａ、第３の波長変換部３５１Ｃに入射することなく固体光源装置３０１から放射される。第３の波長変換部３５１Ｃから放射された第３の波長の光３７０Ｃは、第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂに入射することなく固体光源装置３０１から放射される。
【００５９】
したがって、第１の波長の光３７０Ａが第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃに吸収されることを抑制することができる。また、第２の波長の光３７０Ｂが第１の波長変換部３５１Ａ、第３の波長変換部３５１Ｃに吸収されることを抑制することができる。また、第３の波長の光３７０Ｃが第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂに吸収されることを抑制することができる。その結果として、固体光源装置３０１の効率を向上させることができる。また、第１の波長の光３７０Ａ、第２の波長の光３７０Ｂ、第３の波長の光３７０Ｃは、第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃのような微小領域から放射される。その結果、放射光３７０は、発光効率が良くかつ、後段に配置される光学系との結合効率が高い白色光を得ることができる。さらに、放射光３７０は第１の波長変換部３５１Ａ、第２の波長変換部３５１Ｂ、第３の波長変換部３５１Ｃからレンズ３５４に直接入り、外部に取り出されるので、第１の実施形態のダイクロイックミラー１３０で取り出すときよりも光の損失を小さくできる。
【００６０】
（第４の実施形態）
以下、本開示の第４の実施形態における固体光源装置４０１について、図１３および図１４を参照しながら説明する。本実施形態の固体光源装置については、第１の実施形態の固体光源装置と異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図１３、１４は、第４の実施形態における固体光源装置４０１の構造を示す図である。
【００６２】
波長変換素子４５０は、例えばアルミ合金板からなる基台４５２の中心に、たとえば第４の貫通孔４６１が形成され、そこに回転軸４６０が設けられている。さらに半導体発光素子１１１と対向しない側の面には、第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃを構成する領域よりも十分大きい曲率半径を有するレンズ４５４が配置される。レンズ４５４は透明ガラスで構成されている。レンズ４５４は第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃと接している。
【００６３】
半導体発光素子１１１の第１の発光部１１１ａ、第２の発光部１１１ｂ、第３の発光部１１１ｃから、例えば波長３８０ｎｍ〜４３０ｎｍのレーザ光である第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃがそれぞれ出射される。第１の励起光１６１ａ、第２の励起光１６１ｂ、第３の励起光１６１ｃが、コリメータレンズ１２０により平行光である第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃに変換される。第１の出射光１６２ａ、第２の出射光１６２ｂ、第３の出射光１６２ｃは、集光レンズ１４０に集光され、波長変換素子４５０に入射する。このとき、波長変換素子４５０は回転軸４６０を中心として回転している。
【００６４】
第１の波長変換部４５１Ａが第１の出射光１６２ａを例えば赤色光である第１の波長の光４７０Ａに変換する。第２の波長変換部４５１Ｂが第２の出射光１６２ｂを例えば緑色光である第２の波長の光４７０Ｂに変換する。第３の波長変換部４５１Ｃが第３の出射光１６２ｃを例えば青色光である第３の波長の光４７０Ｃに変換する。
【００６５】
（機能および効果）
このような構成により、第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃは半導体発光素子１１１からの出射光を受けることで生じる発熱を抑えることができ、第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃの発熱による輝度低下を抑えることができる。
【００６６】
たとえば、第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃに含有される蛍光体のもっとも長い残光時間をＴ１（単位：秒）、波長変換素子の１秒あたりの回転数をＲ１としたとき、以下の式で示すように設定するのが好ましい。
【００６７】
【数２】
2014115492.tif 000004
【００６８】
このような構成にすることで放射光４７０の輝度を保つことができる。
【００６９】
（第５の実施形態）
続いて、本開示の第５の実施形態における固体光源装置５０１について、図１５を参照しながら説明する。本実施形態の固体光源装置の構成については、第４の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
図１５は、第５の実施形態における固体光源装置５０１の構造を示す図である。本実施形態の固体光源装置５０１は、レンズ５５４が波長変換素子に固定されていない点で異なる。
【００７１】
第１の波長変換部４５１Ａが第１の出射光１６２ａを例えば赤色光である第１の波長の光５７０Ａに変換する。第２の波長変換部４５１Ｂが第２の出射光１６２ｂを例えば緑色光である第２の波長の光５７０Ｂに変換する。第３の波長変換部４５１Ｃが第３の出射光１６２ｃを例えば青色光である第３の波長の光５７０Ｃに変換する。
【００７２】
第１の波長の光５７０Ａ、第２の波長の光５７０Ｂ、第３の波長の光５７０Ｃは空間的に離れているレンズ５５４に入射し、出射光５７０として白色光として外部に取り出される。
【００７３】
（機能および効果）
このような構成により、出射光５７０は、レンズ５５４によって、より広範囲の白色光を得ることが出来る。レンズ５５４は波長変換素子４５０から空間的に離れているため、第１の波長変換部４５１Ａ、第２の波長変換部４５１Ｂ、第３の波長変換部４５１Ｃよりも十分に大きい曲率半径をもつことができる。このため、結合効率を高くすることができる。
【００７４】
（第６の実施形態）
続いて、本開示の第６の実施形態における固体光源装置６０１について、図１６を参照しながら説明する。本実施形態の固体光源装置６０１の構成については、第２の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７５】
図１６は、第６の実施形態における固体光源装置６０１の構造を示す図である。この図１６においては、半導体発光装置６１０の部分と、ダイクロイックミラー２３０から放射された後の光学系をより詳しく記載している。
【００７６】
半導体発光装置６１０は、第２の実施形態の半導体発光素子２１１が、例えばＣＡＮタイプと呼ばれるパッケージ６１２に搭載されている。具体的には半導体発光素子２１１は、図示しないサブマウントを介してパッケージ６１２に搭載され、さらに図示しない窓ガラス付き缶キャップにより気密封止される。
【００７７】
ダイクロイックミラー２３０から放射された後の光学系は、集光レンズ６８１、ロッドレンズ６８５、投射レンズ６８９を有する。ダイクロイックミラー２３０から出射した放射光２７０は、集光レンズ６８１によって集められ、ロッドレンズ６８５に入射する。ロッドレンズ６８５から出射された出射光は、投射レンズ６８９により拡大されて投射光６９０となり、図示しない対象物を照射する。
【００７８】
（機能および効果）
このような構成により、放射光２７０は、ロッドレンズ６８５の断面形状によって投射像を任意の形状に変換させることが可能になる。例えば、ロッドレンズ６８５を四角柱状に形成した場合、四角形の投射像を得ることができる。ロッドレンズ６８５を六角柱状に形成した場合、六角形の投射像を得ることができる。ロッドレンズ６８５を円柱状に形成した場合、円形の投射像を得ることができる。また、ロッドレンズ６８５内の多重反射により、第１の波長の光２７１Ａ、第２の波長の光２７１Ｂを構成する異なるスペクトルの光を投射光６９０において均一に混色させることが可能となる。さらに投射レンズ６８９を適当に選ぶことで投射光６９０の明るさ、大きさなどを調節することが可能になる。
【００７９】
なお上記の構成は、第２の実施形態だけでなく、第１、第３〜５の実施形態の固体光源装置にも適用可能である。
【００８０】
なお上記第１から第６の実施形態において、波長変換素子１５０、２５０、３５０、４５０の基台１５２、２５２、３５２、４５２を構成する材料としてアルミ合金を用いたがこの限りではない。基台１５２、２５２、３５２、４５２を構成する材料としては、熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。その理由は、第１の波長変換部１５１Ａ、２５１Ａ、３５１Ａ、４５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、２５１Ｂ、３５１Ｂ、４５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃ、３５１Ｃ、４５１Ｃを構成する蛍光体で発生する熱を排熱するためである。さらに第１の波長変換部１５１Ａ、２５１Ａ、３５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、２５１Ｂ、３５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃ、３５１Ｃから放射される可視光を反射するものが好ましい。例えば銅の表面に銀メッキを施したものを用いても良い。
【００８１】
なお、上記第１の実施の形態において、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃそれぞれの外形が直径１ｍｍの円内におさまるとさらによい。この場合、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃ変換された光は、限りなく点光源に近く、光学系との結合効率を高くすることができるからである。
【００８２】
なお、上記第１の実施の形態において、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃの形状は、円形に限らず、正方形や長方形でもよく、正三角形や正六角形のような正多角形でもよい。また、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃの形状として正多角形に限らず他の多角形でもよく、例えば楕円のような閉曲線で囲まれた図形も可能である。
【００８３】
また、第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃがそれぞれ複数個直マトリックス状に配列して波長変換素子１５０が形成されていてもよい。
【００８４】
このような第１の波長変換部１５１Ａ、第２の波長変換部１５１Ｂ、第３の波長変換部１５１Ｃの形状や配置については、第２、第３、第６の実施形態に係る波長変換素子に対しても適用可能である。
【００８５】
なお、上記第１〜第４の実施形態において蛍光体は、半導体発光素子１１１、２１１からの光を、波長４３０〜５００ｎｍの光に変換させるものとして、Ｅｕ賦活Ｓｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）２ＭｇＳｉ２Ｏ７蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）２ＭｇＳｉ２Ｏ７蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｂａ）２ＭｇＳｉ２Ｏ７蛍光体、Ｅｕ賦活ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７蛍光体などを用いることができる。
【００８６】
また半導体発光素子からの光を、波長５００〜６５０ｎｍの光に変換させるものとして、Ｃｅ賦活Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体、Ｃｅ賦活Ｙ３Ａ１５Ｏ１２、Ｅｕ賦活β−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活α−ＳｉＡｌＯＮ蛍光体などを用いることができる。
【００８７】
さらに半導体発光素子１１１、２１１からの光を、波長５５０〜７００ｎｍの光に変換させるものとしてＥｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ、Ｅｕ賦活（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ、Ｅｕ賦活ＬｉＷ２Ｏ８、Ｅｕ・Ｓｍ賦活Ｌａ２Ｗ３Ｏ１２などを用いることができる。
【００８８】
上記構成において、賦活材としてＣｅ賦活やＥｕ賦活だけでなく、Ｍｎ賦活でもよい。また、ユーロピウムやマンガン濃度等を調整し、最適化したものを用いてもよい。
【００８９】
なお、上記第１、第２、第６の実施形態においては、基台１５２をアルミ合金材料等で構成する例を説明したが、図１７に示すような構成としてもかまわない。図１７においては、基台１５２と第１の波長変換部１５１Ａとの間に第１の光反射層１５３Ａを設け、基台１５２と第２の波長変換部１５１Ｂとの間に第２の光反射層１５３Ｂを設け、基台１５２と第３の波長変換部１５１Ｃとの間に第３の光反射層１５３Ｃを設ける構成としている。このような構成とすることにより、基台１５２の材料選択の自由度を向上させることができる。なお、第１の光反射層１５３Ａ、第２の光反射層１５３Ｂ、第３の光反射層１５３Ｃには、アルミ合金材料などを用いる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示の固体光源装置は、波長変換部の蛍光体の光の再吸収の抑制と、光源点数の削減方法として有用である。特に、投射照明用途の光源、プロジェクターやヘッドライトとして有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１    固体光源装置
１１１，２１１    半導体発光素子
１１１ａ，２１１ａ    第１の発光部
１１１ｂ，２１１ｂ    第２の発光部
１１１ｃ    第３の発光部
１２０，２２０    コリメータレンズ
１３０，２３０，３５３    ダイクロイックミラー
１４０，２４０    集光レンズ
１５０，２５０，３５０，４５０    波長変換素子
１５１Ａ，２５１Ａ，３５１Ａ，４５１Ａ    第１の波長変換部
１５１Ｂ，２５１Ｂ，３５１Ｂ，４５１Ｂ    第２の波長変換部
１５１Ｃ，３５１Ｃ，４５１Ｃ    第３の波長変換部
１５２，２５２，３５２，４５２    基台
１５２Ａ，２５２Ａ    第１の凹部
１５２Ｂ，２５２Ｂ    第２の凹部
１５２Ｃ    第３の凹部
１５３Ａ    第１の光反射層
１５３Ｂ    第２の光反射層
１５３Ｃ    第３の光反射層
１６１ａ，２６１ａ    第１の励起光
１６１ｂ，２６１ｂ    第２の励起光
１６１ｃ    第３の励起光
１６２ａ，２６２ａ    第１の出射光
１６２ｂ，２６２ｂ    第２の出射光
１６２ｃ    第３の出射光
１７０，２７０，３７０，４７０    放射光
１７０Ａ，２７１Ａ，３７０Ａ，４７０Ａ，５７０Ａ    第１の波長の光
１７０Ｂ，２７１Ｂ，３７０Ｂ，４７０Ｂ，５７０Ｂ    第２の波長の光
１７０Ｃ，３７０Ｃ，４７０Ｃ，５７０Ｃ    第３の波長の光
１９０  第４の出射光
１９１    偏光変換部
３５２Ａ    第１の貫通孔
３５２Ｂ    第２の貫通孔
３５２Ｃ    第３の貫通孔
３５４，４５４，５５４    レンズ
６１０    半導体発光装置
６８１    集光レンズ
６８５    ロッドレンズ
６８９    投射レンズ
６９０    投射光
【図１】
2014115492.tif 000005
【図２】
2014115492.tif 000006
【図３】
2014115492.tif 000007
【図４】
2014115492.tif 000008
【図５】
2014115492.tif 000009
【図６】
2014115492.tif 000010
【図７】
2014115492.tif 000011
【図８】
2014115492.tif 000012
【図９】
2014115492.tif 000013
【図１０】
2014115492.tif 000014
【図１１】
2014115492.tif 000015
【図１２】
2014115492.tif 000016
【図１３】
2014115492.tif 000017
【図１４】
2014115492.tif 000018
【図１５】
2014115492.tif 000019
【図１６】
2014115492.tif 000020
【図１７】
2014115492.tif 000021
【図１８】
2014115492.tif 000022
【国際調査報告】
2014115492.tif 000023
2014115492.tif 000024
2014115492.tif 000025
2014115492.tif 000026
2014115492.tif 000027