(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな励起光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置と離間して配置され、前記半導体発光装置から出射された前記励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、前記励起光を散乱することにより散乱光を発生する波長変換素子とを備えた光源装置であって、
前記波長変換素子は、支持部材と、前記支持部材に配置された波長変換部とを備え、
前記波長変換部は、前記支持部材上に互いに離間して配置された複数の第１波長変換部と、複数の前記第１波長変換部の周辺に配置され、前記支持部材の面の上面視において複数の前記第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有し、
前記散乱光に対する前記蛍光の強度比は、前記第１波長変換部よりも前記第２波長変換部の方が低く、
前記第１波長変換部は、前記励起光の一部が入射され、第１の出射光を出射する第１出射領域を備え、
前記第２波長変換部は、前記励起光の一部が入射され、第２の出射光を出射する第２出射領域を備え、
前記第１出射領域における前記第１の出射光及び前記第２出射領域における前記第２の出射光の色度座標ｘは０．２から０．４の間に分布し、
前記励起光は、複数の前記第１波長変換部を走査する
光源装置。
【請求項２】
前記第１波長変換部は、前記支持部材に対向する第２面と、前記第２面に背向する第１面と、前記第１面と前記第２面とを繋ぐ側面とを有し、
前記波長変換素子は、前記第２面及び前記側面の少なくとも一部を覆う反射部材を備える
請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
コヒーレントな励起光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置と離間して配置され、前記半導体発光装置から出射された前記励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、前記励起光を透過させることによって透過光を発生する波長変換素子とを備えた光源装置であって、
前記波長変換素子は、支持部材と、前記支持部材に配置された波長変換部とを備え、
前記波長変換部は、第１波長変換部と、前記第１波長変換部の周辺に配置され、前記波長変換部が配置された前記支持部材の面の上面視において前記第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有し、
前記透過光に対する蛍光の強度比は、前記第１波長変換部よりも前記第２波長変換部の方が低く、
前記第１波長変換部は、前記励起光の一部が入射されるとともに前記透過光を出射する第１出射領域を備え、
前記第２波長変換部は、前記励起光の一部が入射されるとともに前記透過光を出射する第２出射領域を備え、
前記第１出射領域における第１の出射光及び前記第２出射領域における第２の出射光の色度座標ｘは０．２から０．４の間に分布し、
前記励起光は、複数の前記第１波長変換部を走査する
光源装置。
【請求項４】
前記第１波長変換部の前記励起光が入射する入射面における前記励起光の断面形状及び断面積は、前記第１波長変換部における前記入射面の形状及び面積とほぼ等しい
請求項１又は３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１出射領域の前記励起光が入射する入射面における前記励起光の断面形状及び断面積は、前記第１出射領域における前記入射面の形状及び面積とほぼ等しい
請求項１又は３に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１波長変換部は単一の蛍光体材料で形成される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第１波長変換部は、蛍光体粒子と透明結合材とを含む
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１波長変換部は、セラミックＹＡＧ蛍光体である
請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第２波長変換部に含まれる蛍光体粒子の平均粒子径は、前記第１波長変換部に含まれる蛍光体粒子の平均粒子径と異なる
請求項７又は８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１波長変換部に含まれる蛍光体粒子の体積比率は、前記第２波長変換部に含まれる蛍光体粒子の体積比率と異なる
請求項７〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２波長変換部は、前記第１波長変換部と異なる蛍光体材料を含む
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第２波長変換部の平均屈折率は、前記第１波長変換部の平均屈折率よりも低い
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
複数の前記第１波長変換部は、マトリクス状に配置される
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記励起光が複数の前記第１波長変換部を走査するパターンに対応する投光パターンが形成される
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１波長変換部には、複数の気孔が内包されている
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記支持部材は、前記波長変換部が配置される配置面において、前記第１波長変換部が配置される領域に凹凸を有する
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１７】
複数の前記第１波長変換部の各々は、前記励起光が入射される入射面に凹凸を有する
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光源装置を備える
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光装置と波長変換素子とを用いた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の光源装置として、特許文献１に開示された光源装置について、図３９を用いて説明する。図３９は、従来の光源装置の概略図である。図３９は、従来の光源装置１０２０の断面図（ａ）及び上面図（ｂ）を示している。【０００３】
特許文献１に開示された光源装置１０２０は、図３９の断面図（ａ）に示すように、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の励起光を出射する半導体発光装置１００５と、半導体発光装置１００５からの励起光が入射する蛍光体層１００２と、蛍光体層１００２の面のうち励起光が入射する面とは反対の側の面に設けられた光反射性基板１００６とを備える。【０００４】
ここで、蛍光体層１００２は、接合部１００７により、光反射性基板１００６に固定される。【０００５】
そして、半導体発光装置１００５と蛍光体層１００２とは、空間的に離れて配置されている反射型の光源装置１０２０を構成する。【０００６】
蛍光体層１００２は、半導体発光装置１００５からの励起光により励起され、励起光の波長よりも長波長の蛍光を発生する蛍光体を含む。【０００７】
また、蛍光体層１００２の周囲には、半導体発光装置１００５からの励起光が入射するとき励起光を吸収する吸収手段１００９、又は、当該励起光を散乱（拡散）する散乱手段が設けられる。【０００８】
そして、蛍光体層１００２に入射する半導体発光装置１００５からの励起光の、蛍光体層入射面上でのビームの断面形状及び断面積は、蛍光体層への入射面全体の形状及び面積とほぼ等しい。【０００９】
この構成により、蛍光体層１００２での発光点（発光パターン）内の色ムラを防止することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−８９３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された光源装置１０２０において、周辺に吸収手段１００９を配置した場合、励起光の一部が吸収手段１００９に入射する。また、蛍光体層１００２からの出射光のうち、蛍光体層１００２の側面、つまり蛍光体層１００２が吸収手段１００９と接している面から出射する蛍光が、吸収手段１００９に入射する。この結果、吸収手段１００９にて、励起光及び蛍光が吸収手段１００９で吸収され、光源装置の発光効率が悪くなる。【００１２】
また、蛍光体層１００２の周辺に吸収手段１００９に代えて散乱手段を配置した場合においては、散乱手段に入射した励起光が、散乱手段の表面で散乱されて、出射される。この結果、光源装置１０２０の発光領域の周辺領域から、励起光が蛍光と混ざることなく出射される。このような光源装置の光を投影して像を形成した場合、中央部の白色領域の周辺に、励起光の青い光がリング状に投影される。このような現象は、蛍光体層１００２の周辺に吸収手段１００９を配置した場合でも、発生する。吸収手段１００９として、励起光を１００％吸収する安価な材料が存在しないためである。【００１３】
このような光源装置を照明装置に用いる場合には、投影像全体の色分布のコントロールが難しい。【００１４】
そこで本開示は、励起光の利用効率が高く、かつ、投影像及び投影像周辺の照度分布及び色分布を自由に設計することが可能な光源装置、及び、当該光源装置を用いた照明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】
【００１５】
上記目的を達成するために本開示に係る光源装置は、コヒーレントな励起光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置と離間して配置され、前記半導体発光装置から出射された前記励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、前記励起光を散乱することにより散乱光を発生する波長変換素子とを備えた光源装置であって、前記波長変換素子は、支持部材と、前記支持部材に配置された波長変換部とを備え、前記波長変換部は、第１波長変換部と、前記第１波長変換部の周辺に配置され、前記波長変換部が配置された前記支持部材の面の上面視において前記第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有し、前記散乱光に対する前記蛍光の強度比は、前記第１波長変換部よりも前記第２波長変換部の方が低い。【００１６】
上記構成により、第１波長変換部の周辺に第２波長変換部が配置されているため、第２波長変換部の構成を適宜調整することによって、第２波長変換部からの出射光の輝度及びスペクトルを自由に設計することができる。したがって、光源装置において、主に第１波長変換部に励起光を照射することによって発光領域を形成する場合、発光領域の周辺領域からの励起光のみが出射されることを抑制できる。さらに、発光領域及び発光領域周辺の輝度分布及び色分布を自由に設計することができる。したがって、投影像及び投影像周辺の照度分布及び色分布を自由に設計することができる。また、上記構成によれば、第２波長変換部に代えて、吸収手段を配置する場合より、励起光及び蛍光の損失を抑制できる。つまり、励起光の利用効率を向上できる。【００１７】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部は、前記支持部材に対向する第２面と、前記第２面に背向する第１面と、前記第１面と前記第２面とを繋ぐ側面とを有し、前記波長変換素子は、前記第２面及び前記側面の少なくとも一部を覆う反射部材を備えるとよい。【００１８】
上記構成により、波長変換部から支持部材へ向かう励起光及び蛍光を反射させて出射光として利用することができる。したがって、光源装置の変換効率を向上できる。【００１９】
また、上記目的を達成するために本開示に係る光源装置は、コヒーレントな励起光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置と離間して配置され、前記半導体発光装置から出射された前記励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、前記励起光を透過させることによって透過光を発生する波長変換素子とを備えた光源装置であって、前記波長変換素子は、支持部材と、前記支持部材に配置された波長変換部とを備え、前記波長変換部は、第１波長変換部と、前記第１波長変換部の周辺に配置され、前記波長変換部が配置された前記支持部材の面の上面視において前記第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有し、前記透過光に対する蛍光の強度比は、前記第１波長変換部よりも前記第２波長変換部の方が低い。【００２０】
上記構成により、第１波長変換部の周辺に第２波長変換部が配置されているため、第２波長変換部の構成を適宜調整することによって、第２波長変換部からの出射光の輝度及びスペクトルを自由に設計することができる。したがって、光源装置において、主に第１波長変換部に励起光を照射することによって発光領域を形成する場合、発光領域周辺からの励起光の出射を抑制できる。さらに、発光領域及び発光領域周辺の輝度分布及び色分布を自由に設計することができる。また、上記構成によれば、第２波長変換部に代えて、吸収手段を配置する場合より、励起光及び蛍光の損失を抑制できる。つまり、励起光の利用効率を向上できる。【００２１】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部の前記励起光が入射する入射面における前記励起光の断面形状及び断面積は、前記第１波長変換部における前記入射面の形状及び面積とほぼ等しいとよい。【００２２】
上記構成により、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることでき、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。【００２３】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部において、前記励起光が入射する第１出射領域を備え、前記第１出射領域の前記励起光が入射する入射面における前記励起光の断面形状及び断面積は、前記第１出射領域における前記入射面の形状及び面積とほぼ等しいとよい。【００２４】
上記構成により、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができ、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。【００２５】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部において、前記励起光が入射するとともに前記透過光を出射する第１出射領域を備え、前記第１出射領域の前記励起光が入射する入射面における前記励起光の断面形状及び断面積は、前記第１出射領域における前記入射面の形状及び面積とほぼ等しいとよい。【００２６】
上記構成により、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができ、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。【００２７】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部は単一の蛍光体材料で形成されるとよい。【００２８】
上記構成により波長変換部において、第１波長変換部は屈折率が均一な単一材料で構成される。このため、第１波長変換部内で励起光が多重反射することにより、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができる。【００２９】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部には、複数の気孔が内包されているとよい。【００３０】
上記構成により、第１波長変換部は屈折率が均一な同一材料で構成されるとともに散乱体である気孔が内包される。このため、第１波長変換部内で励起光が多重反射することにより、発光分布が不均一となるのを抑制することができる。【００３１】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部は、蛍光体粒子と透明結合材とを含むとよい。【００３２】
上記構成において、第１波長変換部は蛍光体粒子と透明結合材との界面で、励起光を散乱させることができ、その結果、発光分布が不均一となるのを抑制することができる。【００３３】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第２波長変換部は、前記第１波長変換部と異なる蛍光体材料を含むとよい。【００３４】
上記構成により、第２波長変換部における蛍光への変換効率及び出射光のスペクトルを第１波長変換部と異なる変換効率及びスペクトルに自由に設計することができる。【００３５】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第２波長変換部に含まれる蛍光体粒子の平均粒子径は、前記第１波長変換部に含まれる蛍光体粒子の平均粒子径と異なるとよい。【００３６】
上記構成により、第２波長変換部における蛍光への変換効率を第１波長変換部と異なる変換効率に自由に設計することができる。【００３７】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１波長変換部に含まれる蛍光体粒子の体積比率は、前記第２波長変換部に含まれる蛍光体粒子の体積比率と異なるとよい。【００３８】
上記構成により、第２波長変換部における蛍光への変換効率を第１波長変換部と異なる変換効率に自由に設計することができる。【００３９】
また、本開示に係る光源装置は、レーザ光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換素子と、前記波長変換素子から放射された光の一部が入射する第１フィルタと、前記第１フィルタを介した光が入射する第１光検出器と、前記波長変換素子から放射する光が入射する第２光検出器と、前記励起光が入射する第３光検出器とを備える。【００４０】
上記構成により、光源装置は、波長変換素子からの出射光の散乱光と蛍光との光量の比率や、励起光と蛍光の光量の比率を検出することができる。したがって、光源装置を動作中に、光源装置において光源装置を構成する部品の位置がずれた場合に、光源装置内部の軽微な故障状態を検出することができる。【００４１】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記波長変換素子から放射された光の一部が入射する第２フィルタを備え、第２フィルタを介した光が前記第２光検出器に入射するとよい。【００４２】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記波長変換素子から放射された光を前記第１検出器へ導く反射部材を備えるとよい。【００４３】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記波長変換素子から放射された光を前記第２検出器へ導く反射部材を備えるとよい。【００４４】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記半導体発光装置から出射されたレーザ光を集光して前記波長変換素子へ照射する集光部材を備えるとよい。【００４５】
さらに、本開示に係る光源装置において、前記第１検出器と、前記第２検出器と、前記第３検出器が同一の基板上に配置されているとよい。【００４６】
また、本開示に係る照明装置は、上記光源装置を備える。【００４７】
上記照明装置においては、上記光源装置と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本開示によれば、高い変換効率を維持でき、かつ、発光領域及び発光領域周辺の輝度分布及び色分布を自由に設計することが可能な光源装置、及び、当該光源装置を用いた照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光源装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態１に係る波長変換素子の機能を示す模式的な断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊは、実施の形態１に係る波長変換素子の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る波長変換素子の機能を説明するための模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る波長変換素子及び比較例に係る波長変換素子の出射領域における模式的な輝度分布を示すグラフである。
【図５】図５は、実施の形態１に係る光源装置に投光部材を組み合わせた照明装置によって得られる投影像を模式的に示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態１に係る光源装置の第１出射領域における出射光のスペクトルを示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態１に係る光源装置の第２出射領域における出射光のスペクトルを示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施の形態１に係る光源装置の投影光の色分布を示す色度図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る光源装置を用いた照明装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る光源装置における波長変換素子の具体的な構成を示す模式的な断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態１の変形例１に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施の形態１の変形例２に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態１の変形例３に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態１の変形例４に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る光源装置から出射される光の色度座標を示す色度図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る光源装置を用いた車両の機能を説明する図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２の変形例に係る光源装置の構成及び機能を示す模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２の変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子の具体的な構成を説明する図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３の光源装置に用いる波長変換素子のより具体的な構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３に係る波長変換素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、実施の形態３の変形例１に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施の形態３の変形例２に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、実施の形態３の変形例３に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４に係る光源装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４に係る光源装置において、半導体発光装置からの伝搬光、及び、波長変換素子からの出射光の経路と、各光検出器からの信号の経路とを示すブロック図である。
【図２１】図２１は、実施の形態４に係る光源装置における信号処理のフローを示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、実施の形態４の変形例１に係る光源装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態４の変形例１及び比較例に係る光源装置における出射光の発光面における輝度分布及び色分布を測定した例を示すグラフである。
【図２４】図２４は、実施の形態４の変形例２に係る光源装置の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２５】図２５は、実施の形態５に係る波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態５に係る波長変換素子の機能を示す模式的な断面図である。
【図２７】図２７は、実施の形態５の変形例に係る光源装置に用いられる波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２８】図２８は、実施の形態６に係る光源装置に用いられる波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２９】図２９は、実施の形態６に係る波長変換素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【図３０】図３０は、実施の形態６変形例１に係る光源装置に用いる波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、実施の形態６の変形例２に係る光源装置に用いる波長変換素子の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、実施の形態６の変形例３に係る光源装置に用いる波長変換素子の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図３１Ｃ】図３１Ｃは、実施の形態６の変形例４に係る光源装置に用いる波長変換素子の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図３２】図３２は、実施の形態６に係る光源装置の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図３３】図３３は、実施の形態７に係る光源装置に用いられる波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３４】図３４は、実施の形態７に係る光源装置の構成及び動作の概要を示す模式的な斜視図である。
【図３５】図３５は、実施の形態７の変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図３６】図３６は、実施の形態８に係る光源装置の構成及び機能を示す模式的な断面図である。
【図３７】図３７は、実施の形態８の変形例に係る光源装置の構成及び機能を示す模式的な断面図である。
【図３８】図３８は、実施の形態８の変形例に係る光源装置に投光部材を取り付けた場合の具体的な構成を示す模式的な断面図である。
【図３９】図３９は、従来の光源装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、各実施の形態について図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。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及び接続形態、並びに、工程（ステップ）及び工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。図面は、模式的又は概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。実質的に同じ部分を表す場合であっても、図面により寸法や比率が異なって表される場合もある。実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。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。
【００５１】
本開示の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本開示に含まれる。また、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、複数の実施形態の少なくとも一部を組み合わせることも可能である。
【００５２】
また、本明細書において、「上方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
【００５３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る光源装置について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図１は、本実施の形態に係る光源装置１００の概略構成を示す模式的な断面図である。
【００５５】
本実施の形態に係る光源装置１００は、図１に示すように、半導体発光装置１０と、集光光学系２０と、波長変換素子３０とを備える。
【００５６】
半導体発光装置１０は、コヒーレントな励起光を出射する装置であり、半導体発光素子１１を有する。
【００５７】
半導体発光素子１１は、例えば窒化物半導体からなる半導体レーザ素子（例えばレーザチップ）であり、波長３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にピーク波長を有するレーザ光を励起光８１として出射する。図１に示すように、本実施の形態では、半導体発光素子１１は、炭化珪素基板などの支持部材１２上に実装され、図示しないパッケージに搭載される。
【００５８】
半導体発光素子１１は、例えば、ＧａＮ基板である基板上に、第１クラッド、ＩｎＧａＮ多重量子井戸層である発光層、及び、第２クラッドが積層された構成を有する。
【００５９】
また、半導体発光素子１１には、光導波路１１ａが形成されている。
【００６０】
半導体発光素子１１には、光源装置１００の外部から電力が入力される。半導体発光素子１１の光導波路１１ａで生成された、例えばピーク波長４４５ｎｍのレーザ光は、励起光８１として集光光学系２０に向かって出射される。
【００６１】
集光光学系２０は、半導体発光素子１１から出射された励起光８１を集光する光学系である。集光光学系２０の構成は、励起光８１を集光できる構成であれば特に限定されない。集光光学系２０として、例えば、一つ又は複数の凸レンズを用いることができ、より具体的には、非球面凸レンズと球面凸レンズとを組み合わせた光学系を用いることができる。集光光学系２０は、半導体発光素子１１から出射される水平方向、垂直方向に出射角を持った励起光８１を集光し、波長変換素子３０に向かってコリメート、又は収束しながら空間を伝搬する励起光である伝搬光８２を生成する。伝搬光８２は、中心軸８２ｉに沿って伝搬し、波長変換素子３０に照射される。このとき中心軸８２ｉは波長変換素子３０の表面（つまり、伝搬光８２が入射する表面）における法線から所定の角度、好ましくは６０度以上、８０度以下の角度となるように設定される。
【００６２】
波長変換素子３０は、半導体発光装置１０と離間して配置され、半導体発光装置１０から出射された励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、励起光を散乱することにより散乱光を発生する素子である。本実施の形態では、波長変換素子３０は、励起光として伝搬光８２が照射され、伝搬光８２の少なくとも一部を波長変換し、波長変換された光を出射する。以下、波長変換素子３０について、図１と併せて図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ、図２Ｉ及び図２Ｊも参照しながら説明する。
【００６３】
図２Ａは、本実施の形態に係る波長変換素子３０の概略構成を示す模式的な断面図である。図２Ｂは、本実施の形態に係る波長変換素子３０の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２Ｃは、本実施の形態に係る波長変換素子３０の機能を示す模式的な断面図である。図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ、図２Ｉ及び図２Ｊは、それぞれ本実施の形態に係る波長変換素子３０の概略構成の一例を示す模式的な一部拡大断面図である。図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ、図２Ｉ及び図２Ｊにおいては、図２Ａに示す破線枠ＩＩの内部に対応する拡大断面図が示されている。
【００６４】
図１に示すように、波長変換素子３０には、半導体発光素子１１から出射され、所定の断面積と所定の光分布をもった伝搬光８２が照射される。そして、図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、波長変換素子３０は、支持部材３２と、支持部材３２に配置された波長変換部３８とを備える。波長変換部３８は、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５の周辺に配置され、波長変換部３８が配置された支持部材３２の面の上面視において第１波長変換部を囲む第２波長変換部３６とを有する。第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６は、希土類元素で賦活された蛍光体材料を含む。そして、蛍光体材料は、伝搬光８２の少なくとも一部を吸収し、伝搬光８２と波長が異なる蛍光を波長変換された光として出射する。
【００６５】
また、本実施の形態では、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、第１波長変換部３５は、支持部材３２に対向する第２面３５ｂと、第２面３５ｂに背向する第１面３５ａと、第１面３５ａと第２面３５ｂとを繋ぐ側面３５ｃとを有する。波長変換素子３０は、第２面３５ｂ及び側面３５ｃの少なくとも一部を覆う反射部材３１を備える。
【００６６】
より具体的には、波長変換素子３０は、図２Ｂに示すように、例えば外形が四角形の板状である支持部材３２と、支持部材３２上に形成された反射部材３１と、第１波長変換部３５と、第２波長変換部３６とを備える。反射部材３１の表面３１ａの中央部分には、第１波長変換部３５が形成され、その周辺には、第２波長変換部３６が形成される。
【００６７】
そして、第１波長変換部３５の表面は、上述のように、支持部材３２に対向する（つまり支持部材３２側に位置する）第２面３５ｂと、第２面３５ｂに背向する（つまり、支持部材３２側と反対側に位置する）第１面３５ａと、第１面３５ａと第２面３５ｂとを繋ぐ側面３５ｃとで構成される。なお、本実施の形態では、側面３５ｃは、第２波長変換部３６に対向する。
【００６８】
また、第２波長変換部３６の表面は、同様に、支持部材３２に対向する第２面３６ｂと、第２面３５ｂに背向する第１面３６ａとを有する。
【００６９】
本実施の形態においては、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とは側面３５ｃで接する。
【００７０】
このとき第１波長変換部３５の平均屈折率は、第２波長変換部３６の平均屈折率と異なる。つまり、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との界面である側面３５ｃを境に平均屈折率が変化する。
【００７１】
ここで、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ、図２Ｉ及び図２Ｊを用いて第１波長変換部３５と第２波長変換部３６の構成をより具体的に説明する。本実施の形態における第１波長変換部３５と第２波長変換部３６及びその界面は、複数の形態で実現することができる。
【００７２】
まず図２Ｄを用いて、第１例について説明する。図２Ｄは、波長変換素子３０の第１波長変換部３５と第２波長変換部３６及びその界面を拡大した図である。第１波長変換部３５は、蛍光体粒子１５５と透明結合材２５５とを含み、第２波長変換部３６は、蛍光体粒子１５６と透明結合材２５６とを含む。ここで、蛍光体粒子及び透明結合材の少なくとも一方の材料が、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる。これにより、側面３５ｃを境に、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を変化させる。また、第２波長変換部３６における蛍光への変換効率を第１波長変換部３５と異なる変換効率に自由に設計することができる。
【００７３】
また、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６が、それぞれ蛍光体粒子と透明結合材とで構成されており、第１波長変換部３５を構成する蛍光体粒子及び透明結合材が、それぞれ、第２波長変換部３６を構成する蛍光体粒子及び透明結合材と同一の材料であって、蛍光体粒子の平均粒子径、又は、蛍光体粒子と透明結合材との混合比率である蛍光体粒子の体積比率（ここでは（蛍光体粒子の体積）／（蛍光体粒子の体積＋透明結合材の体積））を異ならせる方法を用いてもよい。例えば、図２Ｅに示すように、第１波長変換部３５の蛍光体粒子１５５及び透明結合材２５５は、それぞれ、第２波長変換部３６の蛍光体粒子１５６及び透明結合材２５６と同一の材料である。ただし、第２波長変換部３６の蛍光体粒子１５６は第１波長変換部３５の蛍光体粒子１５５より平均粒子径が小さい。これにより、側面３５ｃを境に、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を変化させる。
【００７４】
また、同じく図２Ｅに示すように、第１波長変換部３５に含まれる蛍光体粒子の体積比率を、第２波長変換部３６に含まれる蛍光体粒子の体積比率よりも小さくさせる。これにより、側面３５ｃを境に、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を変化させる。
【００７５】
また、図２Ｄ及び図２Ｅに示す例では、第１波長変換部３５が蛍光体粒子１５５と透明結合材２５５とを含むため、蛍光体粒子１５５と透明結合材２５５との界面で、励起光（伝搬光８２）を散乱させることができ、その結果、発光分布が不均一となるのを抑制することができる。さらに、図２Ｄに示す例では、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５と異なる蛍光体材料を含むため、第２波長変換部における蛍光への変換効率及び出射光のスペクトルを第１波長変換部と異なる変換効率及びスペクトルに自由に設計することができる。
【００７６】
また、例えば、第１波長変換部３５を単一の蛍光体材料だけで構成し、第２波長変換部３６を蛍光体粒子と透明結合材との混合体で構成する方法を用いてもよい。例えば図２Ｆに示すように第１波長変換部３５として複数の蛍光体粒子１５５からなる多結晶の蛍光体材料で構成する。この結果、第１波長変換部３５は蛍光体材料の屈折率が平均屈折率となる変換部となる。これにより、側面３５ｃを境に、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を変化させる。
【００７７】
なお、上記において、単一の蛍光体材料で構成される第１波長変換部３５に、複数の気孔（図２Ｆに示す気孔４５５ａ及び粒内気孔４５５ｂ）が内包されていてもよい。これにより、第１波長変換部３５は蛍光体材料の屈折率を有する均一な同一材料で構成されるとともに散乱体である気孔を内包させることができる。上記の構成により側面３５ｃ付近の第１波長変換部３５の平均屈折率と、第２波長変換部３６の平均屈折率とが異なる波長変換素子３０を容易に実現できる。
【００７８】
また、例えば、第１波長変換部３５として蛍光体相とマトリックス相とを含むセラミックス複合体で構成し、第２波長変換部３６を蛍光体粒子と透明結合材との混合体で構成する方法を用いてもよい。
【００７９】
例えば図２Ｇ及び図２Ｈに示す例では第１波長変換部３５は、複数の蛍光体相５５５とマトリックス相６５５からなる。
【００８０】
これにより、側面３５ｃを境に、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を変化させる。さらに蛍光体相５５５とマトリックス相６５５との界面３５５で励起光を散乱させることができる。
【００８１】
さらに、図２Ｈに示す第１波長変換部３５においては、マトリックス相６５５の中、又は、蛍光体相５５５とマトリックス相６５５との界面にボイド４５６を設ける。この構成により第１波長変換部３５において、励起光をより容易に散乱させることができる。
【００８２】
また、例えば、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６のどちらか一方又は両方に蛍光体粒子とは別に無機透明粒子からなる第２粒子１５７を透明結合材の中に含んでもよい。この構成により、波長変換部において、平均屈折率と光の散乱性とをより自由に設計することができる。
【００８３】
例えば、図２Ｉでは、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とは同じ第２粒子１５７を含む構成にしている。そして、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とでは、蛍光体粒子１５５と第２粒子１５７の一方又は両方の濃度が異なる。つまり、波長変換部中の蛍光体粒子１５５と第２粒子１５７との比率が異なる。このとき、蛍光体粒子１５５及び第２粒子１５７として、互いに屈折率が異なるものを用いてもよい。
【００８４】
この構成により、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率を異なる構成にすることができる。
【００８５】
例えば、図２Ｉにおいては、第２波長変換部３６において、第２粒子１５７の密度が高い。この構成により第２波長変換部３６において、透明結合材と蛍光体粒子との界面３５５、及び、透明結合材と第２粒子の界面３５５の合計量を第１波長変換部３５よりも多くすることができる。この結果、側面３５ｃにおいて励起光の反射を増強することができる。
【００８６】
さらに、図２Ｊに示す例では、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とは、ボイド１５８を含む。そして、波長変換部の体積におけるボイド１５８の体積の比率が、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる。これにより第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率が異なる構成を実現できる。さらに、ボイド１５８と、透明結合材２５５、蛍光体粒子１５５又は第２粒子１５７のいずれかとの界面３５５の総面積が、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる。したがって、波長変換部の内部における励起光の散乱度を変化させることができる。例えば図２Ｊにおいては、第１波長変換部３５よりも、第２波長変換部３６の方がボイド１５８の量が多い。したがって、側面３５ｃにおいて励起光の反射を増強することができる。
【００８７】
ここで、第１波長変換部３５には、伝搬光８２の一部が入射され、波長変換された光を出射する第１出射領域４１が備えられ、第２波長変換部３６には、伝搬光８２のうち第１波長変換部３５に入射しない伝搬光の一部又は全部が入射し、波長変換された光を出射する第２出射領域４２が備えられる。
【００８８】
このとき図２Ｂに示すように、第１波長変換部３５の第１面３５ａは伝搬光８２の入射側から見て（波長変換部３８が配置された支持部材３２の面の上面視において）、例えば、四角形であり、第２波長変換部３６はその周辺を囲む。したがって、第１出射領域４１は第１面３５ａに対応する領域となり、第２出射領域４２は、第２波長変換部３６の第１面３６ａに対応する領域となる。本実施の形態では、第１出射領域４１は、第１面３５ａと一致し、第２出射領域４２は、第１面３６ａと一致する。
【００８９】
このとき、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６は、入射する伝搬光８２の少なくとも一部を波長変換することによって蛍光を発生し、当該蛍光をそれぞれ第１面３５ａ及び３６ａから出射する。
【００９０】
具体的には、図２Ｃに示すように、第１波長変換部３５の第１面３５ａの第１出射領域４１には伝搬光８２の一部である入射光８２ａが入射する。入射光８２ａの一部は第１波長変換部３５において波長変換され、第１出射領域４１から蛍光（波長変換光）９４ａとして出射される。また、第１波長変換部３５で波長変換されなかった入射光８２ａは、散乱されて、第１出射領域４１より散乱光９３ａとして出射される。したがって、第１出射領域４１からは、蛍光９４ａと散乱光９３ａとの混合光である出射光９１が出射される。
【００９１】
ここで、第１波長変換部３５に入射した入射光８２ａの一部は、第１波長変換部３５の内部を伝搬し、第２面３５ｂ及び側面３５ｃで多重反射される入射光８５ａとなる。このとき、側面３５ｃは、前述のように、平均屈折率が異なる第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との界面で構成されるため、容易に入射光８５ａを反射させることができる。また、第１波長変換部３５において、入射光８５ａが波長変換され生成される蛍光８６ａについても、同様に容易に多重反射させることができる。このように、第１波長変換部３５内で励起光及び蛍光が多重反射することにより、第１出射領域４１の出射光９１の発光強度分布は、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とが全く同じ構成である場合と比較して、均一にすることができる。
【００９２】
一方、第２波長変換部３６においても波長変換がなされる。
【００９３】
第２波長変換部３６の第１面３６ａには、第１面３５ａに入射しない伝搬光８２の一部である入射光８２ｂが入射する。入射光８２ｂは第２波長変換部３６において一部の光が波長変換され、第２出射領域４２から蛍光９４ｂとして出射される。また、第２波長変換部３６で波長変換されなかった入射光８２ｂは散乱されて、第２出射領域４２より散乱光９３ｂとして出射される。したがって、第２出射領域４２からは、蛍光９４ｂと散乱光９３ｂとの混合光である出射光９２が出射される。
【００９４】
ここで、入射光の単位光量あたりに出射される蛍光の光束の比率を
【数１】
0006800221.tif 000002
とすると、第２出射領域４２の波長変換効率は、第１出射領域４１の波長変換効率よりも低くなるように設計される。本実施の形態では、散乱光に対する蛍光の強度比は、第１波長変換部３５よりも第２波長変換部３６の方が低くなるように設計される。ここで、式１において、変換係数は、蛍光の光束を、スペクトルに応じて視感度により変換する係数Ｓであり、波長λ［ｎｍ］に関するスペクトル分布Φｅ［λ］及び視感度曲線Ｋ［λ］を用いて以下の式２で計算される。
【００９５】
【数２】
0006800221.tif 000003
【００９６】
以下、波長変換素子３０のより具体的な構成について説明する。
【００９７】
波長変換素子３０の支持部材３２は、主面に波長変換部３８（つまり、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６）が配置される部材である。支持部材３２は、波長変換部３８が配置される主面において、波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光に対して反射率が高いことが好ましい。さらに、支持部材３２は、熱伝導性の高い材料で形成されることが好ましい。これにより、支持部材３２は、第１波長変換部３５で発生した光量に対する第１出射領域４１から出射する光量の割合を増加させ、かつ、第１波長変換部３５で発生する熱を放散するヒートシンクとして機能する。
【００９８】
支持部材３２は、例えば、結晶材料、金属材料、セラミック材料などで形成される。より具体的には、支持部材３２としては、シリコン、サファイア、ダイヤモンドなどの結晶材料、又は、窒化アルミニウム、炭化珪素、ダイヤモンドなどのセラミック材料の表面に波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光を反射する光学膜を形成したものを用いることができる。本実施の形態では、支持部材３２として、シリコン基板を用い、波長変換部３８が配置される主面に、反射部材３１が形成される。反射部材３１としては、Ａｇ、Ａｌなどの金属膜を用いることができる。また、支持部材３２は、銀、銅、アルミニウム及びそれらの合金などの金属材料で形成されてもよい。
【００９９】
第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６は、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ及び図２Ｉを用いて説明したように、いずれも蛍光体材料を含むが平均屈折率が異なる構成である。この構成では、第２波長変換部３６における蛍光への変換効率を第１波長変換部３５と異なる変換効率に自由に設計することもできる。第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の具体的な構成と効果を図２Ｆ及び図２Ｇを用いて説明する。
【０１００】
第１波長変換部３５は、例えばＣｅ賦活Ａ３Ｂ５Ｏ１２（ＡはＳｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕのいずれか一つを含む。ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか一つを含む。）で表されるＹＡＧ系蛍光体であるガーネット結晶蛍光体などの蛍光体を含む。より具体的には、Ｃｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の単結晶体の他に、例えば図２Ｆに示すようなＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の多結晶体や、図２Ｇに示すようなＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２粒子とＡｌ２Ｏ３粒子とが混合され焼成されたセラミックＹＡＧ蛍光体などを用いることができる。上記の第１波長変換部３５は、図示しないシリコーン樹脂などの接着剤により反射部材３１の表面３１ａの中央部に固定される。
【０１０１】
一方、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５と同じく、ＹＡＧ系蛍光体を含むが、例えば、平均粒子径（メディアン径）Ｄ５０が０．５μｍから５μｍまでの蛍光体粒子が、例えばシリコーン樹脂などの透明結合材に、体積比率５０ｖｏｌ％で混合され形成される。第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５の側面３５ｃに密着するように配置される。このような第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５を支持部材３２に固定した後に、ペースト状の第２波長変換部３６を第１波長変換部３５周辺に塗布して硬化することにより容易に形成できる。
【０１０２】
このとき、第２波長変換部３６を構成する蛍光体粒子として、平均粒子径Ｄ５０が０．５μｍから５μｍまでの小さなものを用いることにより、平均粒子径が５から２０μｍまでの蛍光体粒子を用いたときと比較して、第２波長変換部３６における単位体積あたりの蛍光体粒子の表面積を大きくできる。この構成により、第２波長変換部３６における屈折率差がある界面３５６の面積を大きくできる。これに伴い、第１波長変換部３５と比較して、第２波長変換部３６における入射光の散乱及び反射の割合を大きくできる。したがって、第２波長変換部３６においては、外部から入射してくる励起光が、第１波長変換部３５と比較して、より表面に近い位置で反射され、外部へ出射される。したがって、励起光が、第２波長変換部３６の内部を伝搬する光路の距離が短くなるため、第２波長変換部３６の波長変換効率を第１波長変換部３５の波長変換効率よりも小さくできる。
【０１０３】
さらに、上記構成においては、第１波長変換部３５として、屈折率がＹＡＧ蛍光体（波長５５０ｎｍで屈折率  約１．８４）と同じで、第１波長変換部３５内での屈折率分布が小さい単結晶又は多結晶の蛍光体を用いる。そして、第２波長変換部３６の構成材料としてＹＡＧ蛍光体である蛍光体粒子１５６とシリコーン樹脂（屈折率  約１．４）である透明結合材２５６とを混合したものを用いて、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との平均屈折率が異なるように設計される。これらの構成により、図２Ｃに示すように、第１波長変換部３５に入射した入射光８２ａは、第１波長変換部３５の内部を伝搬し、側面３５ｃと、反射部材３１との接着面である第２面３５ｂとで多重反射しながら、波長変換される。また第１波長変換部３５で変換された蛍光９４ａについても、第１波長変換部３５内部を伝搬し、第２面３５ｂと側面３５ｃなどを多重反射しながら第１出射領域４１から出射される。このため、第１出射領域４１に入射する入射光（伝搬光）８２ａが光強度分布の場所依存性が大きい光であっても、第１出射領域４１から光強度分布の場所依存性が小さい均一化された散乱光９３ａ及び蛍光９４ａを出射できる。
【０１０４】
このとき、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５と比較して、界面近傍において、入射光及び蛍光の散乱反射が大きい。したがって、側面３５ｃでの入射光及び蛍光の多重反射を増強できる。
【０１０５】
上記の効果は、図２Ｇに示すように、第１波長変換部３５として、蛍光体粒子１５５としてＹＡＧ蛍光体を使い、透明結合材２５５としてＡｌ２Ｏ３（屈折率  約１．７７）を使って構成されるセラミック蛍光体を用いても顕在化される。第２波長変換部３６を構成するＹＡＧ蛍光体とシリコーン樹脂（屈折率  約１．４）との混合体と比較し、蛍光体粒子と透明結合材との屈折率差が小さいためである。この構成により、入射光を第１波長変換部内で伝搬しやすくし、かつ側面等で多重反射させやすくすることができる。
【０１０６】
続いて、図３及び図４を用いて波長変換素子３０の光学的な効果についてより具体的に説明する。
【０１０７】
図３は、本実施の形態に係る波長変換素子３０の機能を説明するための模式的な断面図である。図４は、本実施の形態に係る波長変換素子３０及び比較例に係る波長変換素子の出射領域における模式的な輝度分布を示すグラフである。図４のグラフ（ａ）は、本実施の形態に係る波長変換素子３０の第１出射領域４１及び第２出射領域４２における輝度分布を示す。図４のグラフ（ｂ）は、比較例に係る波長変換素子の出射領域における輝度分布を示す。
【０１０８】
波長変換素子３０には、図３に示すように第１波長変換部３５の直上又は略斜め方向から伝搬光８２が照射される。このとき伝搬光８２として、例えば中心波長が３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にあるレーザ光が空間的に離れた位置から照射される。空間的に離れた位置より伝搬したレーザ光は通常、中心軸８２ｉにおける光強度が強く、中心軸８２ｉから遠ざかるにつれて連続的に緩やかに強度が低下する。つまり、空間的に離れた位置より伝搬したレーザ光の強度分布は、図３の光強度分布８３に示すようなガウス分布を示す。このとき、伝搬光８２のうち、中心軸８２ｉ付近の光強度が強い励起光であって、第１波長変換部３５に照射される励起光を入射光８２ａとする。また、中心軸８２ｉより比較的距離が離れており、中心軸８２ｉ付近よりも光強度が低い励起光であって、第１波長変換部３５に照射されない励起光を入射光８２ｂとする。
【０１０９】
ここで、伝搬光８２の中心軸８２ｉ方向に垂直な断面における２次元強度分布が、同心円状の理想的なガウス分布であると仮定する。また、伝搬光８２の中心軸８２ｉを含む断面において、伝搬光８２の光強度が最大値をとる位置から、伝搬光８２の光強度が最大値の１／ｅ２（約１３．５％）となる位置までの距離をω０とする。また、伝搬光８２の断面における径を２ω０とする。つまり、光強度が中心強度（ピーク強度）の１／ｅ２（約１３．５％）以上となる領域の幅を２ω０とする。
【０１１０】
このとき、図３に示すように、伝搬光８２の第１波長変換部３５の第１面３５ａへの入射角をθとすると、第１面３５ａ上において、光強度が中心強度の１／ｅ２以上となる領域の幅は２ω０／ｃｏｓθとなる。
【０１１１】
このとき、図３に示す第１波長変換部３５の幅Ｗ３を２ω０／ｃｏｓθ以上に設定すると、第２波長変換部３６に入射する入射光８２ｂの光強度のピーク値は、第１波長変換部３５に入射する入射光８２ａの光強度のピーク値の１３．５％以下、つまり、０〜１３．５％の間となる。
【０１１２】
以上のように波長変換素子３０に伝搬光８２が入射される場合における波長変換素子３０からの出射光について図４を用いて説明する。
【０１１３】
図４のグラフ（ａ）は、本実施の形態に係る波長変換素子３０に上記の入射光を入射した場合の第１出射領域４１及び第２出射領域４２における出射光の輝度分布を模式的に示したものである。図４のグラフ（ｂ）は、比較例として、第１波長変換部及び第２波長変換部を同じ材料で構成した波長変換素子に上記の入射光を入射した場合の第１出射領域４１及び第２出射領域４２における輝度分布を示したものである。
【０１１４】
図４のグラフ（ｂ）に示すように、比較例に係る波長変換素子においては、入射光の光強度分布を反映した輝度分布が得られる。一方で、図４のグラフ（ａ）に示すように、本実施の形態に係る波長変換素子３０を用いた光源装置１００においては、出射光の中央部分である第１出射領域４１に略均一な輝度分布を得られ、かつ、出射光の周辺部分である第２出射領域４２において、輝度を低く抑えられる。つまり、出射領域中央部分のみ、均一で高い輝度となる輝度分布を得られる。
【０１１５】
これは、出射光の中央部分である第１波長変換部３５の中で入射光８２ａが多重反射することによって、第１波長変換部３５（第１出射領域４１）において、出射光強度が均一化されるためである。また第１波長変換部３５の中で生成される蛍光８６ａも同様に、第１波長変換部３５の中で多重反射され均一化される。
【０１１６】
そして、波長変換部３８全体の出射光の光束は、従来の波長変換素子の光束と同等程度である。
【０１１７】
上記の構成を備える光源装置１００の投影像における効果を、図１、図５及び図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。
【０１１８】
図５は、本実施の形態に係る光源装置１００に投光部材１２０を組み合わせた照明装置２００によって得られる投影像を模式的に示した図である。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ本実施の形態に係る光源装置１００の第１出射領域４１及び第２出射領域４２における出射光９１及び９２のスペクトルを示すグラフである。図６Ｃは、本実施の形態に係る光源装置１００の投影光の色分布を示す色度図である。なお、図６Ｃには、ＥＣＥ（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｕｒｏｐｅ）規格で定められる白色光の色度座標領域も併せて示している。
【０１１９】
本実施の形態の波長変換素子３０から出射される出射光９１及び出射光９２は、図１に示すように出射光９５として光源装置１００から出射される。そして、出射光９５は、例えばプロジェクションレンズである投光部材１２０により、投影光９６となり、所定の位置に投影される。このとき投影された投影光９６は、図５に示すように、第１出射領域４１から出射された投影光からなる投影像９９ａと、第２出射領域４２から出射された投影光からなる投影像９９ｂとを形成する。ただし、投影像９９ｂを形成する投影光は照度が低く、投影像９９ａを形成する投影光は照度が均一で、かつ、高い。また、投影像９９ａと投影像９９ｂとの境界においては、照度が急激に変化する。このように、本実施の形態に係る照明装置２００では、投影像９９ａとその周辺の投影像９９ｂとのコントラストが大きい投影光９６を得ることができる。
【０１２０】
このため、例えば、本実施の形態に係る照明装置２００を車両用の前照灯に用いた場合、遠方の道路面への照度を高くし、かつ、その周囲の、例えば歩道などへの照度を低くするなど照度分布の制御を容易に行うことができる。
【０１２１】
さらにその照度の低い領域の色度、つまり、投影像９９ｂの色度は、半導体発光装置１０から出射される励起光８１のスペクトルと第２波長変換部３６で発生する蛍光９４ｂのスペクトルとが混合されて得られる色度となる。したがって、投影像９９ａと投影像９９ｂとが大きく異なる色度で構成されることを抑制できる。具体的には、例えば、図５に示すように、投影光９６の光路を人間が横切る際、励起光に対応する青い光を感じて、散乱光と蛍光との混合光に対応する白い光を感じるということを抑制することができる。
【０１２２】
具体的には、例えば、図６Ａ及び図６Ｃに示すように、第１出射領域４１からは、色度座標（０．１６，０．０１）の散乱光９３ａと色度座標（０．４４，０．５４）の蛍光９４ａとが混合された色度座標（０．３４，０．３５）の白色光である出射光９１が出射される。そして、出射光９１は、所定の位置に投影像９９ａとして投影される。
【０１２３】
一方で、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、第２出射領域４２からは色度座標（０．１６，０．０１）の散乱光９３ｂと、色度座標（０．４４，０．５４）の蛍光９４ｂとが混合された色度座標（０．２９，０．２５）の白色光である出射光９２が出射される。そして、出射光９２は、所定の位置に投影像９９ｂとして投影される。このとき投影像９９ｂは、散乱光９３ｂよりも、より投影像９９ａに近い色度座標の光を投影することができる。このため、投影像の周辺領域に青色の照射光が存在する色度分布を抑制することができる。なお、出射光９１と出射光９２とで、色度座標が異なるのは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、散乱光と蛍光との強度比が異なることに起因する。
【０１２４】
また、図６Ｃに示すように、光源装置１００の出射光９５の大部分を占める出射光９１の色度座標が、ＥＣＥ規格の白色光の色度座標領域に含まれるため、光源装置１００を、例えば車両用の前照灯などとして利用できる。つまり、出射光９５全体の白色光の色度座標を、ＥＣＥ規格内とすることで自動車用の前照灯として利用することができる。
【０１２５】
なお、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の構成は上記の構成に限らない。例えば、図２Ｅに示すように、第１波長変換部３５として、平均粒子径Ｄ５０が５μｍから２０μｍまでの蛍光体粒子と、透明結合材との混合材料を用い、第２波長変換部３６として、平均粒子径Ｄ５０が０．５μｍから５μｍまでの蛍光体粒子と透明結合材との混合材料を用いてもよい。これにより、第２波長変換部３６における単位体積あたりの蛍光体粒子の表面積、つまり屈折率の界面３５６を、第１波長変換部３５における単位体積あたりの蛍光体粒子の表面積、つまり屈折率の界面３５５よりも大きくできる。この結果、第１波長変換部３５から第２波長変換部３６へ向かう光の側面３５ｃでの反射率を高くすることができ、多重反射を増強することができる。この場合は、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の透明結合材として、同一の材料、例えばシリコーン樹脂を用いてもよい。
【０１２６】
また、第１波長変換部３５として単結晶の蛍光体を用いる場合に、第１波長変換部３５内部の散乱性を増加させるために、図２Ｆに示すように、第１波長変換部３５に複数の結晶粒界である界面３５５を設けてもよい。さらに気孔４５５ａや粒内気孔４５５ｂが内包されてもよい。これにより、散乱性が増加することで、第１波長変換部３５内で励起光が多重反射することにより、発光分布が不均一となるのを抑制することができる。
【０１２７】
また、例えば、図２Ｄに示すように、第１波長変換部３５を構成する蛍光体をＹＡＧ系蛍光体である蛍光体粒子１５５、第２波長変換部３６を構成する蛍光体をシリケート系蛍光体である蛍光体粒子１５６とすることによって、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の各々における蛍光体材料を異ならせてもよい。これにより、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の内部における散乱度を異ならせることができる。これによって第１波長変換部３５と第２波長変換部３６の波長変換効率を自由に、変化させることができる。
【０１２８】
また、上記のような方法により、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６の構成を変えることにより、第１波長変換部３５の色度座標ｘを第２波長変換部３６の色度座標ｘよりも小さくしつつも、出射光９５全体の白色光の色度座標を、ＥＣＥ規格内とすることで自動車用の前照灯として利用してもよい。この場合は、投影像の中央部分の色度座標を周辺部分よりも小さくすることが容易である。
【０１２９】
また、第１波長変換部３５の励起光（伝搬光８２）が入射する入射面における励起光の断面形状及び断面積は、第１波長変換部３５における入射面の形状及び面積とほぼ等しくてもよい。これにより、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができ、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。
【０１３０】
また、第１波長変換部３５において、励起光（伝搬光８２）が入射する第１出射領域４１を備え、第１出射領域４１の励起光が入射する入射面における励起光の断面形状及び断面積は、第１出射領域４１における入射面の形状及び面積とほぼ等しくてもよい。これにより、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができ、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。
【０１３１】
［具体的な構成例］
続いて、本実施の形態に係る光源装置１００のより具体的な構成について図面を用いて説明する。
【０１３２】
図７は、本実施の形態に係る光源装置１００を用いた照明装置２００の概略構成を示す模式的な断面図である。図８は、本実施の形態に係る光源装置１００における波長変換素子３０の具体的な構成を示す模式的な断面図である。
【０１３３】
図７において、半導体発光装置１０と集光光学系２０と波長変換素子３０とは、例えばアルミニウム合金で構成された筐体５０に固定される。そして筐体５０は、例えばカバーガラスであるカバー部材６１によって密閉される。励起光８１と伝搬光８２の光軸は、筐体５０とカバー部材６１とで密閉された空間内に配置される。半導体発光装置１０は半導体発光素子１１が例えばＴＯ−ＣＡＮパッケージであるパッケージ１３に実装される。波長変換素子３０は支持部材３２上の反射部材３１に第１波長変換部３５が固着され、その周辺に第２波長変換部３６が形成される。このようにして構成される光源装置１００は例えば放熱フィンである放熱部材７５に固定される。そして、光源装置１００の出射光９１及び９２の光路上には、例えば投射レンズである投光部材１２０が配置される。
【０１３４】
以上のように、光源装置１００と投光部材１２０と放熱部材７５とからなる照明装置２００を構成することができる。
【０１３５】
続いて、図７に示す光源装置１００が備える波長変換素子３０のより具体的な構成について図８を用いて説明する。
【０１３６】
波長変換素子３０において、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６は、例えばＳｉＯ２やＴｉＯ２などの金属酸化膜、又は、Ａｇ、Ａｌなどの金属膜などで形成される反射部材３１の表面３１ａに形成される。反射部材３１は、例えばシリコン基板から構成される支持部材３２に支持される。さらに、例えばシリコン基板から構成される支持部材３２の表面に、リソグラフィー及びエッチングを用いて、図８に示すような凹凸３２ｃを形成し、当該凹凸３２ｃが形成された支持部材３２の表面に、反射部材３１を形成してもよい。そして表面３１ａの中央部分に、例えばＣｅ賦活ＹＡＧ蛍光体とＡｌ２Ｏ３を混合焼結したセラミック蛍光体である第１波長変換部３５を、例えばシリコーン系接着材である接合材３４を用いて固定する。このとき、第１波長変換部３５の第１面３５ａ、第２面３５ｂ、側面３５ｃには凹凸面を形成して、光の多重反射、散乱を増強させることが好ましい。そして第１波長変換部３５の周辺には、例えば平均粒子径Ｄ５０が２μｍであるＣｅ賦活ＹＡＧ蛍光体粒子である蛍光体粒子１５６と、例えばシルセスキオキサンである透明結合材２５６との混合材料からなる第２波長変換部３６が配置される。
【０１３７】
このような構成により波長変換素子３０を容易に構成することができる。
【０１３８】
そして、支持部材３２の波長変換部３８を配置しない面には、例えばＴｉ、Ａｕなどの金属膜である接着層３９が形成され、筐体５０に対して、図示しない半田等により固定される。
【０１３９】
（実施の形態１の変形例）
続いて実施の形態１の変形例１〜変形例４について図面を用いて説明する。
【０１４０】
図９Ａは、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子３０Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。図９Ｂは、本実施の形態の変形例２に係る波長変換素子３０Ｂの概略構成を示す模式的な断面図である。図１０Ａは、本実施の形態の変形例３に係る波長変換素子３０Ｃの概略構成を示す模式的な断面図である。図１０Ｂは、本実施の形態の変形例４に係る波長変換素子３０Ｄの概略構成を示す模式的な断面図である。
【０１４１】
図９Ａに示す変形例１に係る波長変換素子３０Ａのように、第２波長変換部３６が第１波長変換部３５の第１面３５ａ（図９Ａの上側の面）の周縁部を覆ってもよい。言い換えると、第１波長変換部３５の第１面３５ａの中央部以外の部分を第２波長変換部３６で覆ってもよい。なお、本変形例に係る波長変換素子３０Ａにおいては、第１出射領域４１は、第１面３５ａのうち、第２波長変換部３６で覆われていない中央の領域、つまり、第１面３５ａのうち、外部に露出している領域と定義できる。
【０１４２】
このような構成の波長変換素子３０Ａにおいては、第１波長変換部３５で多重反射する入射光８５ａが、側面３５ｃと第２面３５ｂだけでなく第１面３５ａの一部でも反射するため、第１波長変換部３５における波長変換効率を高くすることができる。またこのとき、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６の厚さは、第１波長変換部３５の厚さよりも薄くする。好ましくは、半分以下にする。このような構成により、第１波長変換部３５から出射される出射光９１は、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６を通過して出射させることもできるため、実施の形態１と同様に、波長変換素子の発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができる。
【０１４３】
また、本変形例に係る波長変換素子３０Ａは、波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの光に対して反射率が高い材料で形成された支持部材３２ｒを備える。支持部材３２ｒは、例えば、銀、銅、アルミニウム及びそれらの合金などの金属材料で形成される。これにより、支持部材上に別途反射部材を設けなくてもよい。さらに、熱伝導性の高い金属材料で支持部材３２ｒを形成することにより、放熱性能の高い支持部材３２ｒを実現できる。
【０１４４】
また、図９Ｂに示す変形例２に係る波長変換素子３０Ｂのように、第１波長変換部３５の側面３５ｃのうち、第１面３５ａ側の一部が第２波長変換部３６で覆われていなくてもよい。
【０１４５】
このような構成の波長変換素子３０Ｂにおいては、第１波長変換部３５の厚さに対して、第２波長変換部３６の厚さを薄くすることができる。このため第２波長変換部の波長変換効率を、第１波長変換部に対して容易に低くすることができる。したがって、波長変換素子の発光領域の中央部分と周辺部分の輝度分布のコントラストを高くすることができる。
【０１４６】
また、図１０Ａに示す変形例３に係る波長変換素子３０Ｃにおいては、支持部材３２上に第１波長変換部３５が固定され、第１波長変換部３５を囲うように第２波長変換部３６が形成される。このとき、第１波長変換部３５と支持部材３２との間には、例えば、シリコーン樹脂に平均粒子径０．１から１０μｍのＴｉＯ２粒子が分散された反射部材３１を設けても良い。
【０１４７】
このとき、第１波長変換部３５と支持部材３２との間のみ反射部材３１が形成されてもよい。この構成により、第１波長変換部３５に入射した光のうち、第１波長変換部３５の第２面３５ｂまで到達した光は反射部材３１で反射される。このため、第１波長変換部３５では入射光８２ａが蛍光９４ａに効率良く変換され、高い輝度の出射光９１を第１波長変換部３５から出射させることができる。一方で、第２波長変換部３６と支持部材３２との間には反射部材３１を設けない。
【０１４８】
これにより、第２波長変換部３６では入射光８２ｂの蛍光９４ｂへの変換効率が低くなるため、コントラストを高くできる。
【０１４９】
また、図１０Ｂに示す変形例４に係る波長変換素子３０Ｄ示すように、第１波長変換部３５の側面３５ｃは傾斜してもよい。つまり、第１波長変換部３５が配置された支持部材３２ｒの面に対して直交していなくてもよい。
【０１５０】
なお、本実施の形態及びその変形例に係る各波長変換素子において、蛍光体材料及び透明結合材の構成は上記の構成に限定されない。
【０１５１】
蛍光体材料としては、例えば、酸窒化物系蛍光体（例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＳｉＯ２Ｎ２：Ｅｕ２＋など）、窒化物蛍光体（例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋や（Ｌａ，Ｙ，Ｇｄ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋など）、シリケート系蛍光体（例えばＳｒ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋など）、リン酸塩系蛍光体（Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋など）、又は、量子ドット蛍光体（ＩｎＰ、ＣｄＳｅなどのナノ粒子）などを用いることができる。
【０１５２】
このとき、所望の蛍光を出射する蛍光体を選択することで、光源装置１００から所望の色度座標の出射光を出射させることができる。例えば、緑色、黄色、赤色などの出射光を出射させることができる。さらに、第１波長変換部３５を複数の蛍光体を組み合わせて構成することや、第１波長変換部３５から放射出射する蛍光の色度座標と第１波長変換部３５で反射される励起光の色度座標とを組み合わせることで白色光を光源装置１００から出射させることもできる。例えば、ピーク波長が約４０５ｎｍである近紫外光の励起光を出射する半導体発光素子１１を用いる場合は、蛍光体材料として、青色蛍光体であるＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋と、黄色蛍光体であるＹＡＧ：Ｃｅ３＋との組合せを用いることで白色光が得られる。また、ピーク波長が約４４５ｎｍの青色の励起光を出射する半導体発光素子を用いる場合は、蛍光体材料として黄色蛍光体であるＹＡＧ：Ｃｅ３＋又は（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋を用いることで白色光が得られる。蛍光体材料を保持する透明結合材としては、シロキサン結合を含む材料を用いる場合は、例えば高耐熱性シリコーン樹脂やシルセスキオキサンを含む結合材を用いることができる。無機材料を用いる場合には、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの材料を用いることができる。
【０１５３】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置の構造は、図１〜図５及び図７〜図１０Ｂに示す実施の形態１及びその変形例に係る光源装置の構造と同様であるため、その説明を省略する。
【０１５４】
本実施の形態に係る光源装置においては、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５と異なる蛍光体材料を含む。これにより、第２波長変換部における蛍光への変換効率及び出射光のスペクトルを第１波長変換部と異なる変換効率及びスペクトルに自由に設計することができる。
【０１５５】
本実施の形態に係る光源装置は、第２波長変換部３６で発生する蛍光の色度座標のｘ座標が、第１波長変換部３５で発生する蛍光の色度座標のｘ座標と比較して大きいことを特徴とする。以下、本実施の形態に係る光源装置について図面を用いて説明する。
【０１５６】
図１１は、本実施の形態に係る光源装置から出射される光の色度座標を示す色度図である。
【０１５７】
図１１に示す色度図には、本実施の形態に係る光源装置の第１波長変換部３５から出射される散乱光９３ａ及び蛍光９４ａ、第２波長変換部３６から出射される散乱光９３ｂ及び蛍光９４ｂ、並びに、混合光である投影像９９ａ、９９ｂの色度座標がプロットされている。本実施の形態においては、第２波長変換部３６で発生する蛍光９４ｂの色度座標のｘ座標が、第１波長変換部３５で発生する蛍光９４ａの色度座標のｘ座標と比較して大きい。そして、第１波長変換部３５から出射される投影像９９ａ及び第２波長変換部３６から出射される投影像９９ｂの色度座標は、いずれも、ほぼ黒体輻射軌跡上にある。
【０１５８】
本実施の形態においては、第２波長変換部３６における散乱光９３ｂの光量は、吸収により、第１波長変換部３５での散乱光９３ａの光量よりずっと小さい。さらに第２波長変換部３６における波長変換光（蛍光９４ｂ）の光量は、第１波長変換部３５における波長変換光（蛍光９４ａ）の光量より低くなっている。つまり、第２波長変換部３６から出射する出射光において、蛍光９４ｂに対する散乱光９３ｂの割合は、第１波長変換部３５から出射する出射光における蛍光９４ａに対する散乱光９３ａの割合よりも低い。このとき、投影像９９ｂの色温度は、投影像９９ａの色温度よりも低い。このため投影像９９ｂの視感度は、投影像９９ａよりも低い。したがって、光強度が高い投影像９９ａと光強度が低い投影像９９ｂのコントラストをさらに高くできる。
【０１５９】
さらに投影像９９ａ及び投影像９９ｂの色度座標は、いずれも、黒体輻射軌跡上にプロットされる。このため、投影像９９ａ及び投影像９９ｂを形成する光は、不自然な白色光とはならない。例えば、投影像９９ｂにおいて、青色の散乱光の割合が多い場合には、白色の投影像９９ａの周囲に青白い投影像９９ｂが投影され、ユーザらにとって不自然な投影光と感じられる。しかしながら、本実施の形態に係る光源装置においては、白色の投影像９９ａの周囲に光強度及び視感度が低い白色光が投影されるため、ユーザらが不自然に感じることを抑制できる。
【０１６０】
図１１に示すように、投影像９９ａ及び投影像９９ｂの色度座標は、いずれも、ＥＣＥ規格で定められた白色光に含まれるため、本実施の形態に係る光源装置は、例えば、車両用の前照灯として利用できる。
【０１６１】
図１２は、本実施の形態に係る光源装置を用いた車両の機能を説明する図である。
【０１６２】
図１２に示すように車両２９９に本実施の形態に係る光源装置を搭載することで、前方にコントラストの高い前照光を投射することができる。
【０１６３】
さらに、対向車１９９の搭乗者に、不自然な光が照射されていると感じさせることを抑制できる。
【０１６４】
（実施の形態２の変形例）
次に、本実施の形態の変形例に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置においては、実施の形態２と同様に第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる蛍光体材料が用いられる。
【０１６５】
また、本変形例においては、伝搬光８２は、波長変換素子の支持部材側から入射される。このため、波長変換素子の支持部材は、伝搬光８２に対して透明な材料で構成される。
【０１６６】
図１３は、本変形例に係る光源装置１０１の構成及び機能を示す模式的な断面図である。
【０１６７】
図１４は、本変形例に係る光源装置１０１に用いる波長変換素子１３０の具体的な構成を説明する図である。
【０１６８】
図１３に示すように、本変形例に係る光源装置１０１は、半導体発光装置１０と、集光光学系２０と、波長変換素子１３０とを備える。
【０１６９】
半導体発光装置１０は、実施の形態１に係る半導体発光装置１０と同様の装置である。半導体発光装置１０は、例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１が支持部材１２に実装され、図示しないパッケージに固定された装置である。半導体発光素子１１に形成された光導波路１１ａから出射される励起光８１は、集光光学系２０に向かって出射される。集光光学系２０は、半導体発光素子１１から出射される水平方向、垂直方向に出射角を持った励起光８１を集光し、波長変換素子１３０に向かってコリメート、又は収束しながら空間を伝搬する励起光である伝搬光８２を生成する。伝搬光８２は、中心軸８２ｉに沿って伝搬し、波長変換素子１３０に照射される。
【０１７０】
集光光学系２０は、例えば、レンズである。
【０１７１】
波長変換素子１３０は、半導体発光装置１０と離間して配置され、半導体発光装置１０から出射された励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、励起光を透過させることによって透過光を発生する素子である。
【０１７２】
波長変換素子１３０は、支持部材３２と、支持部材３２に配置された波長変換部３８とを備え、波長変換部３８は、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５の周辺に配置され、波長変換部３８が配置された支持部材３２の面の上面視において第１波長変換部３５を囲む第２波長変換部３６とを有する。ここで、透過光に対する蛍光の強度比は、第１波長変換部３５よりも第２波長変換部３６の方が低い。
【０１７３】
本変形例に係る波長変換素子１３０においては、例えば、伝搬光８２に対して透明な基板である支持部材３２の一方の主面に、蛍光を反射する光学膜である反射部材３１が形成される。そして反射部材３１の表面３１ａに第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とが固定される。
【０１７４】
以下、波長変換素子１３０の構成を、図１４を用いてより具体的に説明する。
【０１７５】
支持部材３２としては、例えば、厚さ０．３３ｍｍで両面が光学研磨されたサファイア基板が用いられる。そして、支持部材３２の一方の主面（図１４の上側の面）に、例えば、ダイクロイック膜である反射部材３１が形成される。反射部材３１は、誘電体多層膜で構成され、表面に垂直な方向において、波長４９０ｎｍより短い波長の光を透過し、波長４９０ｎｍ以上の光を反射する。そして、表面に対する入射角度が大きくなるにつれ波長４９０ｎｍよりも短い光を反射するように設計される。そして、支持部材３２の他方の主面（図１４の下側の面）には、１層以上の誘電体膜からなる反射防止膜３３が形成される。
【０１７６】
第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６は、支持部材３２の反射部材３１側の表面３１ａに固着される。
【０１７７】
第１波長変換部３５は、例えばＣｅ賦活ＹＡＧ系蛍光体で構成された蛍光体粒子１５５である。蛍光体粒子１５５の平均粒子径Ｄ５０は、１μｍから２０μｍの間にある。蛍光体粒子１５５は、例えばシルセスキオキサンである透明結合材２５５で、反射部材３１上に固着される。第１波長変換部３５の大きさは、反射部材３１の面において、例えば、直径が６００μｍ、厚さが７０μｍである。
【０１７８】
第１波長変換部３５は、図示しない開口マスクにより反射部材３１上に形成される。開口マスクは、厚さが７０μｍで、中央に直径６００μｍの開口部が形成されたものである。このような開口マスクを用いて溶液状の透明結合材２５５に蛍光体粒子１５５を混合したペースト状の部材を反射部材３１上に転写し、硬化させることにより容易に第１波長変換部３５を形成できる。
【０１７９】
第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５とは異なる蛍光体粒子と透明結合材との混合材料を、第１波長変換部３５の周辺に塗布し、硬化することにより形成される。
【０１８０】
以上のような構成を有する波長変換素子１３０の反射防止膜３３側から、伝搬光８２は入射される。伝搬光８２のうち、第１波長変換部３５に入射した入射光は、蛍光体粒子１５５と透明結合材２５５との界面で散乱された入射光８５ａとなり、さらに、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６の界面である側面３５ｃ及び、第１波長変換部３５と反射部材３１との界面である第２面３５ｂとで多重反射する。多重反射される入射光８５ａのうち一部は蛍光体粒子１５５により波長変換され蛍光８６ａとなる。蛍光８６ａは、入射光８５ａと同様に第１波長変換部３５の内部で多重反射する。
【０１８１】
この結果、入射光８５ａ及び蛍光８６ａは、第１波長変換部３５内において均一に分布し、第１波長変換部３５の第１面３５ａから透過光である散乱光９３ａ及び蛍光９４ａとして出射される。
【０１８２】
一方で、第２波長変換部３６に入射した伝搬光８２の一部は、第２波長変換部３６内で波長変換され第２波長変換部３６の第１面３６ａから蛍光９４ｂとして出射される。また、第２波長変換部３６に入射した伝搬光８２の他の一部は、第２波長変換部３６内で多重反射し、透過光である散乱光９３ｂとして出射される。
【０１８３】
このようにして、波長変換素子１３０からは、散乱光９３ａ（透過光）と蛍光９４ａとの混合光である出射光９１と、散乱光９３ｂ（透過光）と蛍光９４ｂとの混合光である出射光９２とが出射される。出射光９１と出射光９２とからなる出射光９５は、光源装置１０１から出射され、光源装置１０１の外部に備えられた例えば投射レンズである投光部材１２０により略平行光である投影光９６となり、出射される。
【０１８４】
このとき、第１波長変換部３５から出射される散乱光９３ａ及び蛍光９４ａ、第２波長変換部３６から出射される散乱光９３ｂ、蛍光９４ｂ、並びに、投影像９９ａ、９９ｂの色度座標は、例えば図１１の色度図にプロットされた座標となるように設計される。本変形例においては、第１波長変換部３５から出射される投影像９９ａ及び第２波長変換部３６から出射される投影像９９ｂの各色度座標は、いずれも、ほぼ黒体輻射軌跡上にある。
【０１８５】
さらに投影像９９ｂの色温度は、投影像９９ａよりも低い。このため投影像９９ｂの視感度は、投影像９９ａよりも低い。したがって、光強度が高い投影像９９ａと光強度が低い投影像９９ｂのコントラストを高くすることができる。
【０１８６】
さらに投影像９９ａ及び投影像９９ｂの色度座標は、いずれも、黒体輻射軌跡上にあるため、不自然な白色光とはならない。
【０１８７】
また、本変形例に係る光源装置１０２の第１波長変換部３５において、伝搬光８２（励起光）が入射するとともに透過光を出射する第１出射領域４１を備え、第１出射領域４１の伝搬光８２が入射する入射面における伝搬光８２の断面形状及び断面積は、第１出射領域４１における入射面の形状及び面積とほぼ等しくてもよい。これにより、発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができ、かつ、発光領域周辺から励起光が蛍光と混ざることなく出射されることを抑制できる。
【０１８８】
本実施の形態の光源装置も、上記各実施の形態と同様に、例えば、車両用の前照灯として利用できる。
【０１８９】
（実施の形態３）
次に、本実施の形態に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置に用いる波長変換素子においては、第１波長変換部３５の側面３５ｃだけでなく支持部材３２側の第２面３５ｂが第２波長変換部３６で覆われる点において、実施の形態１係る光源装置１００と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置について、実施の形態１に係る光源装置の波長変換素子３０との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１９０】
図１５は、本実施の形態に係る波長変換素子２３０の概略構成を示す模式的な断面図である。
【０１９１】
波長変換素子２３０は、支持部材３２と、反射部材３１と、波長変換部３８とを備える。支持部材３２は、例えばシリコン基板である。反射部材３１は、例えばチタン、白金、アルミニウム、銀などの金属膜で構成される反射膜であり、支持部材３２の波長変換部３８が配置される面に形成される。なお、支持部材３２として、アルミニウム板又はアルミニウム合金板を用いてもよい。この場合、支持部材３２が反射部材の機能を備えるため、反射部材３１を別途備えなくてもよい。
【０１９２】
波長変換部３８は、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６を有する。第１波長変換部３５は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体を含むセラミック部材であり、反射部材３１上に配置される。図１５に示すように、第１波長変換部３５の表面のうち、入射光８２ａが入射される第１面３５ａ（図１５の上側の面）以外、つまり、側面３５ｃ及び支持部材３２側の第２面３５ｂが第２波長変換部３６で覆われる。第２波長変換部３６として、例えば、ＹＡＧ蛍光体粒子である蛍光体粒子とシルセスキオキサンである透明結合材２５６との混合材料を用いることができる。
【０１９３】
以上の構成により、第１波長変換部３５と、第２波長変換部３６とで平均屈折率を異ならせることができる。このため、第１波長変換部３５に入射した入射光８２ａの一部を、第１波長変換部３５とその外周領域に配置された第２波長変換部３６との界面である側面３５ｃと、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５及び支持部材３２の間に配置された第２波長変換部３６との界面である第２面３５ｂとにより多重反射させることができる。これにより、第１波長変換部３５から光分布が均一化された出射光９１を効率良く出射させることができる。
【０１９４】
図１６は、本実施の形態の光源装置に用いる波長変換素子２３０のより具体的な構成を示す断面図である。
【０１９５】
図１６において、支持部材３２は、シリコン基板である。支持部材３２の第１波長変換部３５が配置される面には、ウェットエッチング又はドライエッチングなどを用いて、凹凸が形成される。そして当該凹凸が形成された面には、例えばチタン、白金、アルミニウム、銀などの金属膜で構成される反射膜である反射部材３１が形成される。そして、反射部材３１上に、例えば、ＹＡＧ系蛍光体を含むセラミック部材である第１波長変換部３５が配置される。第１波長変換部３５は、Ｃｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２粒子とＡｌ２Ｏ３粒子とが混合され焼成されたセラミックＹＡＧ蛍光体であり、例えば４００μｍ角〜５００μｍ角で厚さ５０μｍ〜１００μｍの大きさである。そして、第１波長変換部３５の表面は、例えば研削などの物理的加工、又は、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの化学的加工により凹凸が形成される。
【０１９６】
さらに、図１６に示すように、第１波長変換部３５は、入射光８２ａが入射される第１面３５ａを除き、側面３５ｃと第２面３５ｂすべてが第２波長変換部３６で覆われる。このとき第２波長変換部３６として、例えば、粒子径が１μｍから４μｍに分布しているＹＡＧ蛍光体粒子である蛍光体粒子１５６を、例えばシルセスキオキサンである透明結合材２５６で固着したものを用いる。ここで、粒子径が１μｍから４μｍに分布しているとは、平均粒子径Ｄ５０が２μｍ、Ｄ１０が１μｍ、Ｄ９０が４μｍであることを意味する。このとき、第１波長変換部３５を構成するＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２粒子及びＡｌ２Ｏ３粒子の屈折率は、それぞれ、およそ１．８４及び１．７７である。
【０１９７】
一方、第２波長変換部３６を構成するＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２粒子及びシルセスキオキサンの屈折率は、それぞれ、およそ１．８４及び１．５である。したがって、第１波長変換部３５よりも第２波長変換部３６の方が蛍光体粒子と透明結合材との屈折率差が大きいため、表面からの距離が小さい位置で反射される。
【０１９８】
このため、第１波長変換部３５に入射した入射光８２ａの一部を、第１波長変換部３５と外周領域に配置された第２波長変換部３６との界面である側面３５ｃと、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５及び支持部材３２の間に配置された第２波長変換部３６との界面である第２面３５ｂにより多重反射させることができるため、第１波長変換部３５から光分布が均一化された出射光９１を効率良く出射させることができる。
【０１９９】
さらに伝搬光８２のうち、第２出射領域４２に入射する入射光８２ｂの一部は、第２波長変換部３６の蛍光体粒子１５６で波長変換され、蛍光９４ｂとして波長変換素子３０から出射される。
【０２００】
このとき第２出射領域４２における変換効率は、第１出射領域４１よりも小さいため、第１出射領域４１と第２出射領域４２との境界において、出射光のコントラストを大きくができる。
【０２０１】
一方で、第２出射領域４２に入射する入射光８２ｂの一部は、蛍光９４ｂとなるため、第２出射領域４２から出射される散乱光９３ｂと混合され、波長変換素子から出射される。このため、第２出射領域４２から出射される出射光９２の色度座標は、入射光８２ｂが散乱された光のみが第２出射領域４２から出射される場合と比較して、第１出射領域４１から出射される出射光９１の色度座標に近い。
【０２０２】
このため、光源装置から出射される光の色分布をより小さくすることができる。
【０２０３】
［製造方法］
次に、本実施の形態に係る波長変換素子２３０の製造方法の一例について、図面を用いて説明する。
【０２０４】
図１７は、本実施の形態に係る波長変換素子２３０の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【０２０５】
まず図１７の断面図（ａ）に示すように、例えばシリコン基板からなる支持部材３２上に形成された、金属膜で構成される反射部材３１上に、例えば、平均粒子径Ｄ５０が１μｍから４μｍの間に分布している蛍光体粒子を透明結合材に混合したペースト状の第２波長変換部３６を塗布する。このとき透明結合材としては、シルセスキオキサンを有機溶媒に溶かしたペースト状の透明結合材を用いる。そして、第１波長変換部３５を真空コレット１５０により保持する。
【０２０６】
次に、図１７の断面図（ｂ）に示すように、第１波長変換部３５をペースト状の第２波長変換部３６上に配置する。このとき、第１波長変換部３５の側面において、第１波長変換部３５と透明結合材との分子間力によりペースト状の第２波長変換部３６が這い上がる。このため、第１波長変換部３５の下面、及び、側面の少なくとも一部を、ペースト状の第２波長変換部３６で容易に覆うことができる。
【０２０７】
次に、加熱して、第２波長変換部３６を硬化する。
【０２０８】
このとき、例えば、約１５０℃で、約２時間、加熱することにより、ペースト状の第２波長変換部３６の有機溶媒を揮発させ、硬化する。
【０２０９】
このようにして本実施の形態の光源装置の波長変換素子を容易に製造することができる。
【０２１０】
また、このとき、ペースト状の第２波長変換部３６が収縮するため、第２波長変換部３６の表面には、蛍光体粒子に沿った凹凸を容易に形成することができる。これにより、第２波長変換部３６の表面において、伝搬光８２を散乱させることができる。
【０２１１】
上記の製造方法により、本実施の形態に係る光源装置の波長変換素子２３０を容易に製造することができる。
【０２１２】
（実施の形態３の変形例）
次に、本実施の形態の変形例１〜３に係る光源装置の形態について図面を用いて説明する。
【０２１３】
図１８Ａは、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子２３０Ａの構成を示す模式的な断面図である。図１８Ｂは、本実施の形態の変形例２に係る波長変換素子２３０Ｂの構成を示す模式的な断面図である。図１８Ｃは、本実施の形態の変形例３に係る波長変換素子２３０Ｃの構成を示す模式的な断面図である。
【０２１４】
図１８Ａに示す変形例１に係る波長変換素子２３０Ａのように、第２波長変換部３６が第１波長変換部３５の第１面３５ａ（図１８Ａの上側の面）の周縁部を覆ってもよい。言い換えると、第１波長変換部３５の第１面３５ａの中央部以外の部分を第２波長変換部３６が覆ってもよい。このような構成を有する波長変換素子２３０Ａは、図１７に示す製造方法において、断面図（ａ）に示す第２波長変換部３６の塗布量を多くすることで容易に構成することができる。このような構成の波長変換素子２３０Ａにおいては、第１波長変換部３５で多重反射する入射光８５ａが、側面３５ｃと第２面３５ｂだけでなく第１面３５ａの一部でも反射するため、第１波長変換部３５における波長変換効率を高くすることができる。またこのとき、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６の厚さは、第１波長変換部３５の厚さよりも薄くする。好ましくは、半分以下にする。このような構成により、第１波長変換部３５から出射する出射光９１は、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６を通過して出射することもできるため、波長変換素子２３０Ａの発光領域の中央部分における輝度分布の均一性を向上させることができる。
【０２１５】
図１８Ｂに示す変形例２に係る波長変換素子２３０Ｂのように、第１波長変換部３５の側面３５ｃのうち、第１面３５ａ側の一部が第２波長変換部３６で覆われていなくてもよい。このような構成を有する波長変換素子２３０Ａは、図１７に示す製造方法において、断面図（ａ）に示す第２波長変換部３６の塗布量を少なくすることで容易に形成することができる。
【０２１６】
このような構成の波長変換素子２３０Ｂにおいては、第１波長変換部３５の厚さに対して、第２波長変換部３６の厚さを薄くすることができる。このため第２波長変換部の波長変換効率を、第１波長変換部に対して容易に低くできる。したがって、波長変換素子の発光領域の発光分布において、第１出射領域と第２出射領域のコントラストを高くすることができる。
【０２１７】
図１８Ｃに示す波長変換素子２３０Ｃにおいて、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５の第２面３５ｂだけを覆う。このような構成を有する波長変換素子２３０Ａは、図１７に示す製造方法において、断面図（ａ）に示す第２波長変換部３６の塗布量を少なくすることで容易に構成することができる。
【０２１８】
このような構成の波長変換素子３０においては、第１波長変換部３５の厚さに対して、第２波長変換部３６の厚さを薄くできる。このため第２波長変換部の波長変換効率を、第１波長変換部に対して容易に低くできる。
【０２１９】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置は、主に光検出器を備える点において、上記各実施の形態に係る光源装置と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置について図面を用いて説明する。
【０２２０】
図１９は、本実施の形態に係る光源装置１０２の概略構成を示す模式的な断面図である。
【０２２１】
図１９に示す光源装置１０２は、半導体発光装置１０と、波長変換素子３０と、第１フィルタ２３と、第１光検出器２５と、第２光検出器２６と、第３光検出器２７とを備える。本実施の形態では、光源装置１０２は、さらに、集光光学系２０と、分離光学素子２１と、第２フィルタ２４とを備える。
【０２２２】
半導体発光装置１０は、レーザ光を出射する装置である。本実施の形態では、半導体発光装置１０は、コヒーレントな励起光８１を出射する装置であり、半導体発光素子１１を有する。半導体発光装置１０は、半導体発光素子１１から出射される出射光が、波長変換素子３０に向かって出射されるように固定される。
【０２２３】
半導体発光素子１１は、例えば窒化物半導体からなる半導体レーザ素子であり、波長３８０ｎｍから４９０ｎｍの間にピーク波長を有するレーザ光を励起光８１として出射する。本実施の形態では、半導体発光素子１１は、例えばＴＯ−ＣＡＮパッケージであるパッケージ１３に実装される。
【０２２４】
また、半導体発光素子１１には、光導波路１１ａが形成されている。
【０２２５】
半導体発光素子１１には、光源装置１０２の外部から電力が入力される。半導体発光素子１１の光導波路１１ａで生成された、例えばピーク波長４４５ｎｍのレーザ光は、励起光８１として集光光学系２０に向かって出射される。
【０２２６】
集光光学系２０は、半導体発光素子１１から出射されたレーザ光である励起光８１を集光して波長変換素子３０に照射する光学系である。集光光学系２０の構成は、励起光８１を集光できる構成であれば特に限定されない。集光光学系２０として、例えば、非球面凸レンズを用いることができる。集光光学系２０は、半導体発光素子１１から出射される水平方向、垂直方向に出射角を持った励起光８１を集光し、波長変換素子３０に向かってコリメート、又は収束しながら空間を伝搬する励起光である伝搬光８２を生成する。伝搬光８２は、波長変換素子３０に照射される。
【０２２７】
波長変換素子３０は、半導体発光装置１０から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する素子である。本実施の形態では、波長変換素子３０は、半導体発光装置１０と離間して配置され、半導体発光装置１０から出射された励起光を波長変換することによって蛍光を発生し、かつ、励起光を散乱することにより散乱光を発生する。本実施の形態では、波長変換素子３０は、励起光として伝搬光８２が照射され、伝搬光８２の少なくとも一部を波長変換し、波長変換された光を出射する。
【０２２８】
波長変換素子３０は、支持部材３２と、支持部材３２に配置された波長変換部３８とを備える。波長変換部３８は、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５の周辺に配置され、波長変換部３８が配置された支持部材３２の面の上面視において第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有する。本実施の形態では、波長変換素子３０は、支持部材３２と第１波長変換部３５との間に形成された反射部材３１を備える。なお、本実施の形態に係る光源装置１０２において、使用できる波長変換素子３０の構成は、以上に述べた構成に限定されない。光源装置１０２においては、任意の波長変換素子を用いることができる。例えば、波長変換部３８において、単一の波長変換部材を備えてもよい。
【０２２９】
分離光学素子２１は、伝搬光８２の光路上に配置され、伝搬光８２の一部を分離して別の光路８２ｄに導くための素子である。分離光学素子２１としては、例えば、ビームスプリッタを用いることができる。
【０２３０】
第１フィルタ２３は、波長変換素子３０から出射された光の一部が入射する素子である。本実施の形態では、第１フィルタ２３は、励起光８１を選択的に透過させ、波長変換素子３０から出射される蛍光の透過を抑制する。第１フィルタ２３は、波長変換素子３０から出射された散乱光９３を透過し、蛍光９４を実質的に遮断する。第１フィルタ２３としては、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いることができる。
【０２３１】
第２フィルタ２４は、波長変換素子から放射された光の一部が入射する素子である。本実施の形態では、第２フィルタ２４は、波長変換素子３０から出射される蛍光９４を選択的に透過させ、励起光８１の透過を抑制する光学素子である。第２フィルタ２４は、蛍光９４を透過し、波長変換素子３０から出射された散乱光９３を実質的に遮断する。第２フィルタ２４としては、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いることができる。なお、光源装置１０２は、第２フィルタ２４を必ずしも備えなくてもよい。
【０２３２】
第１光検出器２５は、第１フィルタ２３を介した光が入射する検出器である。本実施の形態では、第１光検出器２５は、第１フィルタ２３を介して入射した散乱光９３の強度を検出する。第１光検出器２５として、例えば、フォトダイオードなどを用いることができる。
【０２３３】
第２光検出器２６は、第２フィルタ２４を介した光が入射する検出器である。本実施の形態では、第２光検出器２６は、第２フィルタ２４を介して入射した蛍光９４の強度を検出する。第２光検出器２６として、例えば、フォトダイオードなどを用いることができる。
【０２３４】
第３光検出器２７は、励起光８１が入射する検出器である。本実施の形態では、分離光学素子２１によって分離された伝搬光８２の強度を検出する。第３光検出器２７として、例えば、フォトダイオードなどを用いることができる。
【０２３５】
以上のような構成を有する光源装置１０２の動作概要について説明する。
【０２３６】
半導体発光装置１０からの出射された出射光は集光光学系２０により集光する伝搬光８２となり、波長変換素子３０に向かう。伝搬光８２は波長変換素子３０に到達する前に、分離光学素子２１を通過する。このとき、伝搬光８２の一部は反射され、第３光検出器２７に入射する。
【０２３７】
波長変換素子３０に入射した伝搬光８２の大部分は、波長変換素子３０の第１波長変換部３５に入射し、伝搬光８２の他の一部は第２波長変換部３６に入射する。
【０２３８】
そして、第１波長変換部３５において、一部の光が蛍光９４に変換され、他の一部の光は第１波長変換部３５で散乱され散乱光９３となり波長変換素子３０から出射される。散乱光９３及び蛍光９４は出射光９５となり、光源装置１０２から出射される。
【０２３９】
一方、波長変換素子３０から出射される混合光である出射光９５の一部は、第１光検出器２５及び第２光検出器２６に導かれる。このとき、第１光検出器２５に向かう出射光９５は第１フィルタ２３に入射する。また第２光検出器２６に向かう出射光９５は第２フィルタ２４に入射する。
【０２４０】
ここで、本実施の形態に係る光源装置１０２の機能について図面を用いて説明する。
【０２４１】
図２０は、本実施の形態に係る光源装置１０２において、半導体発光装置１０からの伝搬光８２、及び、波長変換素子３０からの出射光９５の経路と、各光検出器からの信号の経路とを示すブロック図である。
【０２４２】
伝搬光８２は、分離光学素子２１で一部が分離されて、第３光検出器２７に入射した後、第３光検出器２７で光電変換され、光電流となる。そして、当該光電流は、第３光検出器２７の内部又は外部に設けられた電流―電圧変換器により所定の電圧信号である信号１２５に変換され、マイクロコントローラ６５に入力される。なお、図１９においては、マイクロコントローラ６５の図示は省略されている。
【０２４３】
波長変換素子３０からの出射光９５の一部は第１フィルタ２３に入射し、他の一部は第２フィルタ２４に入射する。
【０２４４】
第１フィルタ２３は、例えば、波長４９０ｎｍ未満の光を透過し、波長４９０ｎｍ以上の光を反射する光学フィルタである。つまり、第１フィルタ２３は、半導体発光装置１０から出射される励起光８１の波長の光の大部分を透過し、かつ、波長変換素子３０で発生する蛍光９４のスペクトルの光の大部分を反射する光学フィルタである。
【０２４５】
第２フィルタ２４は、例えば、波長４９０ｎｍ未満の光を反射し、波長４９０ｎｍ以上の光を透過する光学フィルタである。つまり、第２フィルタ２４は、半導体発光装置１０から出射される励起光８１の波長の光の大部分を反射し、かつ、波長変換素子３０で発生する蛍光９４のスペクトルの光の大部分を透過する光学フィルタである。
【０２４６】
第１フィルタ２３に入射した出射光９５は、第１フィルタ２３において、ほぼ散乱光９３の成分のみが透過し、第１光検出器２５で受光される。
【０２４７】
第１光検出器２５で受光された、散乱光９３は、第１光検出器２５で光電変換され、光電流となる。そして、当該光電流は、第１光検出器２５の内部又は外部に設けられた電流―電圧変換器により所定の電圧信号である信号１２６に変換され、マイクロコントローラ６５に入力される。
【０２４８】
第２フィルタ２４に入射した出射光９５は、第２フィルタ２４において、ほぼ蛍光９４の成分のみが透過し、第２光検出器２６で受光される。
【０２４９】
第２光検出器２６で受光された、蛍光９４は、第２光検出器２６で光電変換され、光電流となる。そして、当該光電流は、第２光検出器２６の内部又は外部に設けられた電流―電圧変換器により所定の電圧信号である信号１２７に変換され、マイクロコントローラ６５に入力される。
【０２５０】
本実施の形態に係る光源装置１０２においては、以上のようにしてマイクロコントローラ６５に入力された信号１２５、１２６及び１２７を用いて、光源装置１０２の状態を診断する。以下、光源装置１０２のマイクロコントローラ６５における信号処理の流れについて図面を用いて説明する。
【０２５１】
図２１は、本実施の形態に係る光源装置１０２における信号処理のフローを示すフローチャートである。
【０２５２】
図２１に示すように、本実施の形態に係る光源装置１０２では、以下のような信号処理によって光源装置１０２の状態を判断する。
【０２５３】
まず、マイクロコントローラ６５は、第１光検出器２５で散乱光９３の光強度ＰＡを検出する（ステップ（Ａ））。
【０２５４】
次に、マイクロコントローラ６５は、第２光検出器２６で蛍光９４の光強度ＰＢを検出する（ステップ（Ｂ））。
【０２５５】
次に、マイクロコントローラ６５は、第３光検出器２７で伝搬光８２の光強度ＰＣを検出する（ステップ（Ｃ））。
【０２５６】
次に、マイクロコントローラ６５は、散乱光９３の光強度ＰＡが所定範囲内にあるかを判断する（ステップ（Ｄ））。ここで、散乱光９３の光強度ＰＡが所定範囲内である場合（ステップ（Ｄ）でＹＥＳ）には、ステップ（Ｆ）に進む。一方、散乱光９３の光強度ＰＡが所定範囲内でない場合（ステップ（Ｄ）でＮＯ）には、伝搬光８２の光束が波長変換素子３０に到達していないと判断し、「光束未達」を示すエラー信号を出力する（ステップ（Ｉ））。
【０２５７】
また、マイクロコントローラ６５は、蛍光９４の光強度ＰＢが所定範囲内にあるかを判断する（ステップ（Ｅ））。ここで、蛍光９４の光強度ＰＢが所定範囲内である場合（ステップ（Ｅ）でＹＥＳ）には、ステップ（Ｆ）に進む。一方、蛍光９４の光強度ＰＢが所定範囲内でない場合（ステップ（Ｅ）でＮＯ）には、伝搬光８２の光束が波長変換素子３０に到達していないと判断し、「光束未達」を示すエラー信号を出力する（ステップ（Ｊ））。
【０２５８】
ステップ（Ｄ）で散乱光９３の光強度ＰＡが所定範囲内であると判断した場合、及び、ステップ（Ｅ）で、蛍光９４の光強度ＰＢが所定範囲内であると判断した場合には、マイクロコントローラ６５は、強度比率ＰＢ／ＰＡを計算し、強度比率ＰＢ／ＰＡが所定範囲内にあるかを判断する（ステップ（Ｆ））。ここで、強度比率ＰＢ／ＰＡが所定範囲内である場合（ステップ（Ｆ）でＹＥＳ）には、ステップ（Ｈ）に進む。一方、強度比率ＰＢ／ＰＡが所定範囲内でない場合（ステップ（Ｆ）でＮＯ）には、出射光の色が不良であると判断し、「色不良」を示すエラー信号を出力する（ステップ（Ｋ））。
【０２５９】
ステップ（Ｇ）で伝搬光８２の光強度ＰＣが所定範囲内であると判断した場合、及び、ステップ（Ｆ）で、強度比率ＰＢ／ＰＡが所定範囲内であると判断した場合には、マイクロコントローラ６５は、強度比率ＰＢ／ＰＣを計算し、強度比率ＰＢ／ＰＣが所定範囲内にあるかを判断する（ステップ（Ｈ））。ここで、強度比率ＰＢ／ＰＣが所定範囲内である場合（ステップ（Ｈ）でＹＥＳ）には、光源装置１０２の状態が正常であることを示す正常信号を出力する（ステップ（Ｎ））。一方、強度比率ＰＢ／ＰＣが所定範囲内でない場合（ステップ（Ｈ）でＮＯ）には、波長変換素子３０における波長変換効率が低下していると判断して、「波長変換効率低下」を示すエラー信号を出力する（ステップ（Ｍ））。なお上記において、強度比率ＰＢ／ＰＣの代わりに強度比率ＰＡ／ＰＣを用いても良い。
【０２６０】
以上のように、マイクロコントローラ６５は光源装置１０２の状態を診断する。上記構成において、エラー信号及び正常信号は外部へ出力される。外部へ出力されたエラー信号は図示しない外部回路へ伝達され、光源装置１０２に印加する電力を停止するなどの安全対策が取られる。
【０２６１】
以上の構成により、光源装置１０２は、波長変換素子３０からの出射光の散乱光９３と蛍光９４との光量の比率を検出することができる。このため、光源装置１０２を動作中に、光源装置１０２において、集光光学系２０の位置がずれたり、波長変換素子３０の位置がずれたりした場合に、エラー信号を外部に出力することができる。つまり、集光光学系２０又は波長変換素子３０の位置がずれた場合、伝搬光８２の照射位置の中心は第１波長変換部３５から第２波長変換部３６にずれるため、出射光の色が変化し、ステップ（Ｆ）で検出することができるためである。このように、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６の出射光の色度座標の違いと、複数の光検出器からの信号処理を組み合わせることで、光源装置１０２内部の軽微な故障状態を検出することができる。
【０２６２】
また、光源装置１０２は、伝搬光８２と蛍光９４の光量の比率を検出することができる。このため、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との波長変換効率を異なる構成にすることで、伝搬光８２の照射位置の中心が、第１波長変換部３５から第２波長変換部３６にずれたことを検出することができる。このため光源装置１０２内部の軽微な故障状態を検出することができる。
【０２６３】
光源装置１０２に複数の光検出器を搭載することで、例えば波長変換素子３０が破損するなどの故障が発生した場合に、光源装置１０２からエラー信号を出力させることができる。例えば、波長変換素子３０が完全に剥落した場合、出射光の色度座標や波長変換効率が大きく変化するため、光検出器からの信号に基づいてエラー信号を出力することができる。この場合、光源装置１０２から出力されたエラー信号に基づいて、外部回路などを用いて光源装置１０２に印加する電力を停止するなどの対策を取ることができる。この結果、破損した波長変換素子３０において、伝搬光８２が散乱されずに反射され、外部に指向性の高い伝搬光８２が出射され続けるのを抑制することができる。
【０２６４】
本実施の形態の光源装置においては、複数の光検出器に加えて、さらに、第１波長変換部３５とその周辺とを囲む第２波長変換部３６を有する波長変換素子を備える。この構成により、波長変換素子３０の完全な剥落などの重大性の大きい故障状態に至る前の、波長変換素子の微小なずれなどの故障状態を検出することができる。このため、外部に指向性の高い伝搬光８２が出射されるという故障状態に至る前の故障状態で光源装置の動作を停止させることができる。
【０２６５】
また、本実施の形態に係る光源装置１０２は、照明装置において使用されてもよい。
【０２６６】
（実施の形態４の変形例１）
続いて図２２を用いて本実施の形態の変形例１に係る光源装置３００の構成について説明する。
【０２６７】
図２２は、本変形例に係る光源装置３００の概略構成を示す模式的な断面図である。
【０２６８】
本変形例の光源装置３００は、第１光検出器２５、第２光検出器２６及び第３光検出器２７、並びに、これらの各光検出器から出力された信号を演算するマイクロコントローラ６５を内蔵することを特徴とする。さらに、各光検出器及びマイクロコントローラ６５が、一枚のプリント基板６２に実装されていることを特徴とする。
【０２６９】
図２２において、半導体発光装置１０、集光光学系２０及び波長変換素子３０は、例えばアルミ合金で構成された筐体５０に固定される。そして筐体５０は、励起光８１と伝搬光８２の光軸を密閉するためのカバー部材６１を備える。カバー部材６１は、例えばガラスで形成される。
【０２７０】
半導体発光装置１０は、例えばＴＯ−ＣＡＮパッケージであるパッケージ１３に実装された半導体発光素子１１を備える。
【０２７１】
半導体発光装置１０は、半導体発光素子１１からの励起光が、図中上部へ出射されるように固定される。そして、窓ガラスが固定された金属缶１４が半導体発光素子１１を覆うようにパッケージ１３に固定される。
【０２７２】
集光光学系２０は、本変形例においては、レンズ２０ａと、例えば凹型反射面である反射光学素子２０ｂとを備える。反射光学素子２０ｂは、支持部材５３に固定される。支持部材５３は、ねじ５６を用いて筐体５０に固定される。
【０２７３】
波長変換素子３０は、支持部材３２と、支持部材３２に配置された波長変換部３８とを備える。波長変換部３８は、第１波長変換部３５と、第１波長変換部３５の周辺に配置され、波長変換部３８が配置された支持部材３２の面の上面視において第１波長変換部を囲む第２波長変換部とを有する。本実施の形態では、波長変換素子３０は、支持部材３２と第１波長変換部３５との間に形成された反射部材３１を備える。なお、本変形例に係る光源装置３００において、使用できる波長変換素子３０の構成は、以上に述べた構成に限定されない。光源装置３００においては、任意の波長変換素子を用いることができる。例えば、波長変換部３８において、単一の波長変換部材を備えてもよい。
【０２７４】
波長変換素子３０は、筐体５０に固定される。具体的には支持部材３２の波長変換部３８を配置しない面には、例えばＴｉ、Ａｕなどの金属膜である接着層（図２２では図示せず）が形成される。当該接着層が、筐体５０に対して、図示しない半田等により固定される。
【０２７５】
波長変換素子３０と、反射光学素子２０ｂとの間には、例えば、反射防止膜付きのガラスである分離光学素子２１が配置される。反射光学素子２０ｂからの伝搬光８２の大部分は分離光学素子２１を透過し、他の一部が反射する。これにより、一部の伝搬光８２が分離光学素子２１によって分離される。
【０２７６】
波長変換素子３０の、反射光学素子２０ｂが配置された方向と反対側に、例えば反射面が形成されたガラスである反射部材２２が筐体５０に固定される。反射部材２２は、波長変換素子３０から放射された光を第１光検出器２５及び第２光検出器２６へ導く光学部材である。本変形例では、反射部材２２は、波長変換素子３０からの出射光９５のうち、外部に出射されない部分が入射する位置に配置される。
【０２７７】
半導体発光装置１０のリードピン１３ａ及び１３ｂは、第１光検出器２５、第２光検出器２６、第３光検出器２７及びマイクロコントローラ６５が実装されたプリント基板６２に接続される。プリント基板６２は、筐体５０の下部に配置され、カバー部材５２でカバーされる。第１光検出器２５、第２光検出器２６及び第３光検出器２７はプリント基板６２の波長変換素子３０側に実装される。そして、分離光学素子２１の下方に第１光検出器２５が配置され、反射部材２２の下方に第２光検出器２６及び第３光検出器２７が配置される。
【０２７８】
プリント基板６２には、外部回路と接続するためのコネクタ６７が実装される。コネクタ６７には、外部配線６８が取り付けられ、外部と電気的に接続される。
【０２７９】
筐体５０には、伝搬光８２の光路を覆うように、カバー部材５１と、例えば反射防止膜付きの透明ガラスであるカバー部材６１とが取り付けられる。カバー部材５１は、例えばアルミニウム合金などの金属材料で形成され、ねじ５５により筐体５０に固定される。カバー部材６１は、筐体５０とカバー部材５１とで形成される開口部を覆うように配置される。カバー部材６１は、外部から伝搬光８２の光路を密閉するとともに、波長変換素子３０からの出射光９５を外部へ出射させる。
【０２８０】
筐体５０には、分離光学素子２１によって分離された伝搬光８２の光路上に、伝搬光８２の一部を反射する反射面５０ａが形成される。また、筐体５０には、光学フィルタである第１フィルタ２３及び第２フィルタ２４が取り付けられる。
【０２８１】
［動作］
続いて、光源装置３００の動作について説明する。半導体発光装置１０からの出射された出射光はレンズ２０ａにより略平行光となった後、反射光学素子２０ｂで集光する伝搬光８２となり、波長変換素子３０に向かう。伝搬光８２は波長変換素子３０に到達する前に、分離光学素子２１を透過する。このとき、伝搬光８２の一部は反射され、筐体５０に形成された反射面５０ａで反射され、第３光検出器２７に入射する。
【０２８２】
波長変換素子３０に入射した伝搬光８２のほとんどは、波長変換素子３０の第１波長変換部３５に入射し、伝搬光８２の他の一部は第２波長変換部３６に入射する。そして、第１波長変換部３５において、一部の光が蛍光９４に変換され、一部の光は第１波長変換部３５で散乱され散乱光９３となり波長変換素子３０から出射される。散乱光９３及び蛍光９４は出射光９５となり、カバー部材６１を透過し、光源装置３００から出射される。
【０２８３】
一方、波長変換素子３０から出射される出射光９５の一部は、反射部材２２において反射され、第１光検出器２５及び第２光検出器２６に向かう。
【０２８４】
上記構成において、第１光検出器２５、第２光検出器２６及び第３光検出器２７が出力する信号は、図２１にて示したフローで、光源装置３００に内蔵されたマイクロコントローラ６５にて演算され、エラー信号又は正常信号を出力する。
【０２８５】
そして、エラー信号及び正常信号はコネクタ６７より外部へ出力される。外部へ出力されたエラー信号は図示しない外部回路へ伝達され、当該外部回路によって光源装置３００に印加する電力を停止するなどの安全対策が取られる。
【０２８６】
［効果］
上記構成において光源装置３００は、第１光検出器２５、第２光検出器２６及び第３光検出器２７、並びに、これらの各光検出器から出力された信号を演算するマイクロコントローラ６５を内蔵する。さらに、光源装置３００では、各光検出器及びマイクロコントローラ６５が、一枚のプリント基板６２に実装されている。したがって、光源装置３００の信号を受信することで、伝搬光８２及び波長変換素子３０などの状態に関する情報を得られる。例えば、半導体発光装置１０からの伝搬光８２が、波長変換素子３０に正確に入射されているか否かを検知できる。
【０２８７】
さらに、各光検出器及びマイクロコントローラ６５が、一枚のプリント基板６２に配置されていることにより伝搬光８２及び出射光９５を検出できる光検出器を搭載した光源装置３００を簡素化された構成で実現できる。さらに、光源装置３００においては、伝搬光８２を、透過率の高い反射防止膜付きのガラスである分離光学素子２１によって分離しているため、伝搬光８２の検出に伴う光学損失を抑制できる。また、光源装置３００においては、光源装置３００のカバー部材６１から出射されない出射光９５の一部を反射部材２２によって第１光検出器２５及び第２光検出器２６へと導いているため、出射光９５の検出に伴う光学損失を抑制できる。
【０２８８】
続いて、本変形例に係る光源装置３００の波長変換素子３０の発光領域における輝度分布及び色分布について比較例とともに図面を用いて示し、その効果について説明する。
【０２８９】
図２３は、本変形例及び比較例に係る光源装置における出射光の発光面における輝度分布及び色分布を測定した例を示すグラフである。
【０２９０】
図２３の（ｅ）及び（ｆ）は、それぞれ、本変形例に係る光源装置３００における出射光９５の発光面（つまり、波長変換部３８の光出射側の面）における輝度分布及び色分布を測定した例を示すグラフである。具体的に第１波長変換部３５として、ＹＡＧ蛍光体粒子とＡｌ２Ｏ３とを混合したセラミック蛍光体を用い、大きさは外形が０．４ｍｍ角で、厚さが７０μｍであるものを支持部材上に固定したものを用いた。そして、第２波長変換部３６として、平均粒子径２μｍのＹＡＧ蛍光体粒子をシルセスキオキサンに混合したものを第１波長変換部３５の周辺に形成したものを用いた。
【０２９１】
一方で、図２３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とが全く同じ構造の波長変換部３８で構成した（つまり、第１波長変換部３５のみで構成された）比較例に係る波長変換素子を用いて測定した輝度分布及び色分布を示す。具体的には、波長変換部３８は、平均粒子径８μｍのＹＡＧ蛍光体粒子をシルセスキオキサンに混合したものであり、厚み３０μｍ、幅１ｍｍ以上で支持部材に形成されたものを用いた。
【０２９２】
そして、図２３の（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、第２波長変換部３６を構成する材料として、蛍光体材料を用いずに散乱部材のみで構成した比較例に係る波長変換素子を用いて測定した輝度分布及び色分布を示す。このとき第２波長変換部３６の具体的な構成としては、平均粒子径２μｍのＴｉＯ２粒子をシルセスキオキサンに混合したものを用いた。また、第１波長変換部３５は、本変形例と同様に、外形が０．４ｍｍ角で、厚さが７０μｍであるセラミック蛍光体を用いた。
【０２９３】
図２３の（ｅ）に示すように光源装置３００においては、中央部の輝度が高くて均一な輝度分布を実現できる。図２３の（ｅ）において輝度分布の高い領域（中心からの距離が０．２ｍｍ以内の領域）が、波長変換素子３０の第１波長変換部３５の第１面３５ａ（第１出射領域４１）に対応し、その周辺の領域が、第２波長変換部３６の第１面３６ａ（第２出射領域４２）に対応する（第１面３５ａ及び３６ａ、並びに、第１出射領域４１及び第２出射領域４２については、図２Ａなどを参照されたい）。このように、光源装置３００では、第１出射領域４１と第２出射領域４２とのコントラストが高い輝度分布を得られる。さらに図２３の（ｆ）の色分布に示すように、第１出射領域４１における色度座標ｘの分布と第２出射領域４２における色度座標ｘの分布とはいずれも座標０．２から０．４の間で分布している。
【０２９４】
一方で、図２３の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第２波長変換部３６を蛍光体材料を用いずに構成した場合、中心部の輝度が高くて均一な輝度分布は実現できるものの、周辺領域からは、色度座標ｘが０．２未満の青い発光が発生してしまう。また、波長変換素子を第１波長変換部のみで構成した場合は、図２３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光領域全域に渡って白色の発光を実現できるが、均一な分布領域を有する輝度分布を実現することができない。
【０２９５】
以上のように、本変形例に係る光源装置において、中央部の輝度が均一で高く、周辺の輝度が低い輝度分布を実現するとともに、発光領域全域において白色の発光をさせることができる。
【０２９６】
また、本変形例に係る光源装置３００は、照明装置において使用されてもよい。
【０２９７】
（実施の形態４の変形例２）
続いて図２４を用いて本実施の形態の変形例２に係る光源装置について説明する。
【０２９８】
図２４は、本変形例に係る光源装置１０２Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。
【０２９９】
図２４に示す光源装置１０２Ａは、図１３に示す実施の形態２の変形例に係る光源装置１０１に、さらに、分離光学素子２１、第１光検出器２５、第２光検出器２６、第３光検出器２７、分離光学素子２１、第１フィルタ２３及び第２フィルタ２４が配置された装置である。
【０３００】
分離光学素子２１は、伝搬光８２から一部の光を別の光路８２ｄに導くための素子である。
【０３０１】
半導体発光装置１０は、半導体発光素子１１から出射される出射光が、波長変換素子１３０に向かって出射されるように固定される。半導体発光装置１０出射される励起光８１は、集光光学系２０に向かって出射される。集光光学系２０は、半導体発光装置１０から出射される水平方向、垂直方向に出射角を持った励起光８１を集光し、波長変換素子１３０に向かってコリメート、又は収束しながら空間を伝搬する励起光である伝搬光８２を生成する。伝搬光８２は、中心軸８２ｉに沿って伝搬し、波長変換素子１３０に照射される。
【０３０２】
伝搬光８２は波長変換素子１３０に到達する前に、分離光学素子２１を透過する。このとき、伝搬光８２の一部は反射され、第３光検出器２７に入射する。
【０３０３】
波長変換素子１３０に入射した伝搬光８２の大部分は、波長変換素子１３０の第１波長変換部３５に入射し、伝搬光８２の他の一部は第２波長変換部３６に入射する。
【０３０４】
そして、第１波長変換部３５において、一部の光が蛍光９４に変換され、他の一部の光は第１波長変換部３５で散乱され散乱光９３となり波長変換素子１３０から出射される。散乱光９３及び蛍光９４は出射光９５となり、光源装置３００から出射される。
【０３０５】
一方、波長変換素子１３０から出射される出射光９５の一部は反射部材３１、支持部材３２、反射防止膜３３を通過して、波長変換素子１３０の第１波長変換部３５が形成されている面と反対側（図２４の下側）に出射される。そして、第１光検出器２５及び第２光検出器２６に導かれる。このとき、第１光検出器２５に向かう出射光９５は第１フィルタ２３に入射する。また第２光検出器２６に向かう出射光９５は第２フィルタ２４に入射する。
【０３０６】
上記の構成において、第１光検出器２５、第２光検出器２６及び第３光検出器２７に導かれた光が、光電変換され、図示しないマイクロコントローラに入力される動作は実施の形態４に係る光源装置１０２と同様である。
【０３０７】
本変形例のように、波長変換素子１３０における、励起光（伝搬光８２）の入射面と、出射光９５を出射する面とが互いに反対側に配置された光源装置１０２Ａにおいても、光源装置１０２Ａの状態を容易に診断することができる。例えば、波長変換部３８から出射される出射光９５の色の変化を容易に検出できる。より具体的には、例えば、伝搬光８２（励起光）の照射位置が、第１波長変換部３５から第２波長変換部３６にずれた場合などの状態を検出することができる。
【０３０８】
また、本変形例に係る光源装置１０２Ａは、照明装置において使用されてよい。
【０３０９】
（実施の形態５の光源装置）
次に、実施の形態５に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置に用いる波長変換素子は、反射部材の第１波長変換部３５側に凹部が形成され、凹部底面に第１波長変換部３５が配置される点において、上記各実施の形態に係る波長変換素子と相違する。このため、第１波長変換部３５の側面の一部又は全部が反射部材３１で囲まれる。以下、本実施の形態に係る光源装置について、実施の形態１に係る光源装置の波長変換素子３０との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０３１０】
図２５は、本実施の形態に係る波長変換素子３３０の概略構成を示す模式的な断面図である。
【０３１１】
図２５に示す波長変換素子３３０において、例えばアルミニウム板又はアルミニウム合金板からなる支持部材３２ｒの表面には金属加工又は、鍛造工法により凹部が形成される。これにより本実施の形態では、支持部材３２ｒは、反射部材としても機能する。そして凹部には、例えば、ＹＡＧ系蛍光体粒子からなる蛍光体粒子と、シルセスキオキサンからなる透明結合材とが混合された第１波長変換部３５が配置される。そして、第１波長変換部３５を囲むように第２波長変換部３６が配置される。したがって第１波長変換部３５の側面３５ｃは、第１波長変換部３５と反射部材として機能する支持部材３２ｒとの界面である側面１３５ｃと、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６との界面である側面２３５ｃとを有する。
【０３１２】
続いて、本実施の形態に係る波長変換素子３３０の機能について図２６を用いて説明する。
【０３１３】
図２６は、本実施の形態に係る波長変換素子３３０の機能を示す模式的な断面図である。
【０３１４】
第１波長変換部３５に入射した入射光８２ａは、第１波長変換部３５の内部で多重反射される。このとき入射光８２ａは、第１波長変換部３５の第２面３５ｂ、側面１３５ｃ、側面２３５ｃで反射して、多重反射する入射光８５ａとなる。入射光８５ａは第１波長変換部３５において波長変換されて蛍光８６ａとなり、同様に多重反射する。この結果、第１波長変換部３５からは、散乱光９３ａと蛍光９４ａで構成される出射光９１が出射する。このとき散乱光９３ａと蛍光９４ａとは、第１波長変換部３５内で多重反射することにより第１波長変換部３５における光分布を均一にすることができる。さらに第１波長変換部３５の第２面３５ｂ及び側面１３５ｃは、反射部材として機能する支持部材３２ｒとの界面で構成される。このため、第２面３５ｂ及び側面１３５ｃにおける入射光８５ａ及び蛍光８６ａの反射率を高くすることができる。
【０３１５】
このため、第１波長変換部３５から輝度が高い光を出射させることができる。
【０３１６】
（実施の形態５の変形例）
続いて、本実施の形態の変形例に係る光源装置について図面を用いて説明する。本変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子においては主に支持部材の構成において、実施の形態５に係る波長変換素子３３０と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子について、実施の形態５に係る波長変換素子３３０との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０３１７】
図２７は、本変形例に係る光源装置に用いられる波長変換素子３３０Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。
【０３１８】
図２７に示すように、波長変換素子３３０Ａは、支持部材３２と支持部材３２に配置された反射部材３１とを備える。そして、第１波長変換部３５としては、表面に凹凸を形成した、例えば、セラミックＹＡＧ蛍光体などのブロック状の波長変換部材を用いる。
【０３１９】
本変形例においては、支持部材３２として、例えば、主面が（１００）面であるシリコン基板を用いる。支持部材３２の中央には、半導体リソグラフィー技術によるレジストパターニングと、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）による異方性ウェットエッチングとにより凹部が形成される。この構成により、凹部の斜面を所定の角度で正確に形成でき、かつ、凹部深さを正確に制御することができる。さらに、この凹部上に、例えば、クロム、アルミニウムなどで構成される金属膜である反射部材３１が形成される。
【０３２０】
次に、凹部の底部３２ｂに、例えば、塗布時には溶液状のシリコーン樹脂である接合材３４を塗布する。そして、凹部の上方よりブロック状の第１波長変換部３５を、図示しない真空コレットなどを用いて接合材３４上に実装する。
【０３２１】
次に、例えば１５０℃程度の高温雰囲気下で、接合材３４を硬化させ、第１波長変換部３５を凹部に固定する。
【０３２２】
次に、第１波長変換部３５の周辺に第２波長変換部３６を形成する。具体的には、所定の平均粒子径の蛍光体粒子と透明結合材とを混合したペースト状の第２波長変換部３６を塗布し、硬化することで、容易に第２波長変換部３６を形成することができる。
【０３２３】
この構成により、上記各実施の形態に係る波長変換素子と同様の効果を得られる波長変換素子３３０Ａを得られる。さらに、波長変換素子３３０Ａにおいては、支持部材３２上に凹部を設け、凹部に第１波長変換部３５を実装するため、第１波長変換部３５を支持部材３２上の適切な位置に正確に固定できる。
【０３２４】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置に用いる波長変換素子は、第１波長変換部３５と支持部材３２との間に、第１波長変換部３５の第２面３５ｂ及び側面３５ｃの少なくとも一部を囲む第２波長変換部３６とは異なる反射部材を備える点において、上記実施の形態３の係る波長変換素子２３０と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置について、実施の形態３に係る光源装置の波長変換素子２３０との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０３２５】
図２８は、本実施の形態に係る光源装置に用いられる波長変換素子４３０の概略構成を示す模式的な断面図である。
【０３２６】
図２８に示すように、本実施の形態に係る波長変換素子４３０は、第１波長変換部３５と支持部材３２との間に、第１波長変換部３５の第２面３５ｂ及び側面３５ｃの少なくとも一部を囲む第２波長変換部３６とは異なる反射部材３１を備える。反射部材３１として、高屈折率粒子を分散した散乱部材を用いることができる。この構成により、第１波長変換部３５の下面と側面を覆う散乱部材が第２波長変換部３６に限定されないため、散乱部材の構成の自由度を向上させることができる。
【０３２７】
また、支持部材３２の第１波長変換部３５が配置される主面に、誘電体多層膜、金属反射膜などから構成される反射膜３２ａを形成してもよい。反射膜３２ａとしては、例えばＡｇなどから構成される膜を用いることができる。この構成により、第１波長変換部３５と支持部材３２との間の反射部材３１の厚さを薄くしても、反射部材３１と反射膜３２ａとの二重反射構造により第１波長変換部３５から支持部材３２に向かう入射光８５ａを効率良く反射することができる。さらに熱伝導率が低い透明結合材を第１波長変換部３５と支持部材３２との間の反射部材の構成材料として用いる場合においても、反射部材３１の厚さを薄くすることができるため、第１波長変換部３５で発生した熱を効率良く支持部材３２へ排熱することができる。なお上記の構成において第１波長変換部３５と支持部材３２との間の反射部材３１の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下にすることが好ましい。
【０３２８】
［実施の形態６に係る波長変換素子の製造方法］
次に、実施の形態６に係る波長変換素子４３０の製造方法について図面を用いて説明する。
【０３２９】
図２９は、本実施の形態に係る波長変換素子４３０の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【０３３０】
まず、図２９の断面図（ａ）に示すように、例えばシリコン基板である支持部材３２上に、例えば、平均粒子径が０．１μｍから４μｍの間にあるＴｉＯ２粒子を透明結合材に混合したペースト状の反射部材３１を塗布する。このとき透明結合材としては、例えば、シルセスキオキサンを有機溶媒に溶かしたペースト状の透明結合材を用いる。そして、第１波長変換部３５を真空コレット１５０により保持する。
【０３３１】
次に、図２９の断面図（ｂ）に示すように、第１波長変換部３５をペースト状の反射部材３１上に配置する。このとき、第１波長変換部３５の側面において、第１波長変換部３５と透明結合材との分子間力によりペースト状の反射部材３１が第１波長変換部３５の側面を這い上がる。これにより、第１波長変換部３５の下面、及び、側面の少なくとも一部を、ペースト状の反射部材３１で容易に覆うことができる。
【０３３２】
次に、加熱して、反射部材３１を硬化する。
【０３３３】
このとき、例えば、約１５０℃で、約２時間加熱することにより、ペースト状の反射部材３１の有機溶媒を揮発させ、硬化する。
【０３３４】
次に、図２９の断面図（ｃ）に示すように、第２波長変換部３６を第１波長変換部３５の周辺を囲むように配置する。
【０３３５】
このとき第２波長変換部３６として、例えば、粒子径が１μｍから４μｍに分布している蛍光体粒子を透明結合材に混合したペースト状の波長変換部材を用いる。ここで、粒子径が１μｍから４μｍに分布しているとは、平均粒子径Ｄ５０が２μｍ、Ｄ１０が１μｍ、Ｄ９０が４μｍであることを意味する。このとき透明結合材としては、例えば、シルセスキオキサンを有機溶媒に溶かしたペースト状の透明結合材を用いる。
【０３３６】
上記の第２波長変換部３６を、例えばシリンジにより塗布する。第２波長変換部３６を第１波長変換部３５の周辺に形成することができる。このとき、ペースト状の第２波長変換部３６が収縮するため、第２波長変換部３６の表面には、蛍光体粒子に沿った凹凸を容易に形成することができる。これにより、第２波長変換部３６の表面において、伝搬光８２を散乱させることができる。
【０３３７】
上記の製造方法により、本実施の形態に係る光源装置の波長変換素子４３０を容易に製造することができる。
【０３３８】
（実施の形態６の変形例１）
次に、本実施の形態の変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子について説明する。
【０３３９】
本変形例に係る波長は変換素子においては、支持部材として表面に凹凸が形成された基板を用いる。そして支持部材の凹凸面に、反射膜が形成される。以下、本変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子について図面を用いて説明する。
【０３４０】
図３０は、本変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子４３０Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。
【０３４１】
図３０に示すように、本変形例に係る波長変換素子４３０Ａにおいては、上記構成により、波長変換素子３０において、支持部材３２から第１波長変換部３５や反射部材３１が外れた場合においても、支持部材３２上の凹凸面で入射光８２ａ及び８２ｂが散乱されるため、波長変換素子３０を用いた光源装置において、安全に取り扱うことができる。
【０３４２】
さらに図３０に示すように、第１波長変換部３５の第１面３５ａ、第２面３５ｂ及び側面３５ｃに例えば表面粗さＲａが０．５μｍから５μｍまでの凹凸が形成されていることが望ましい。この凹凸により入射光８５ａ及び蛍光８６ａが第１波長変換部３５の内部で多重反射及び散乱されるため、第１出射領域から出射する出射光９１の面内の輝度分布をより均一にすることができる。さらに第１面３５ａの凹凸は、入射光８２ａの一部が第１面３５ａで反射される際に散乱して反射させることができるため、出射光９１の出射方向に対する輝度分布をより均一にすることができる。
【０３４３】
さらに図３０に示すように反射部材３１と第２波長変換部３６との間に、吸収部材を含む中間層３３１を設けても良い。吸収部材としては、金などの金属の微粒子、炭素の微粒子、ユーロピウム賦活蛍光体粒子などを透明結合材に混合したものを用いることができる。この構成により入射光８２ｂが第２波長変換部３６を通過して、反射部材３１に到達し、反射するのを抑制できる。このため、第１波長変換部３５と第２波長変換部３６の波長変換効率をより自由に設計することができる。
【０３４４】
（実施の形態６の変形例２〜４）
次に、本実施の形態の変形例２〜４に係る光源装置に用いる波長変換素子について図面を用いて説明する。各変形例は、本実施の形態に係る波長変換素子４３０と比較し、主に反射部材３１及び第２波長変換部３６の構成が異なる。
【０３４５】
図３１Ａは、本実施の形態の変形例２に係る光源装置に用いる波長変換素子４３０Ｂの概略構成を模式的に示す断面図である。図３１Ｂは、本実施の形態の変形例３に係る光源装置に用いる波長変換素子４３０Ｃの概略構成を模式的に示す断面図である。図３１Ｃは、本実施の形態の変形例４に係る光源装置に用いる波長変換素子４３０Ｄの概略構成を模式的に示す断面図である。
【０３４６】
図３１Ａに示す変形例２に係る波長変換素子４３０Ｂにおいては、反射部材３１が第１波長変換部３５の側面３５ｃの最上部まで到達する。この構成により、第１波長変換部３５における波長変換効率を高くすることが可能である。
【０３４７】
また、図３１Ｂに示す変形例３に係る波長変換素子４３０Ｃにおいては反射部材３１が第１波長変換部３５の側面３５ｃの一部を覆う。そして、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５の側面の一部まで覆う。この構成においても、反射部材３１によって、第１波長変換部３５の側面３５ｃの少なくとも一部が覆われているため、第１波長変換部３５における変換効率を高くすることが可能である。このような構成の波長変換素子４３０Ｃにおいては、第１波長変換部３５の厚さに対して、第２波長変換部３６の厚さを薄くすることができる。このため第２波長変換部の波長変換効率を、第１波長変換部に対して容易に低くできる。
【０３４８】
また、図３１Ｃに示す変形例４に係る波長変換素子４３０Ｄにおいては、反射部材３１が第１波長変換部３５の側面の最上部まで到達する。そして、第２波長変換部３６は、第１波長変換部３５の第１面３５ａの周縁部を覆う。言い換えると、第１波長変換部３５の第１面３５ａの中央部以外の部分を第２波長変換部３６が覆う。このような構成の波長変換素子４３０Ｄにおいては、第１波長変換部３５で多重反射する入射光８５ａが、側面３５ｃと第２面３５ｂだけでなく第１面３５ａの一部でも反射するため、第１波長変換部３５における波長変換効率を高くすることができる。またこのとき、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６の厚さは、第１波長変換部３５の厚さよりも薄くする。好ましくは、半分以下にする。このような構成により、第１波長変換部３５から出射する出射光９１は、第１波長変換部３５上の第２波長変換部３６を通過して出射することもできるため、波長変換素子２３０Ａの発光領域の中央部分の輝度分布の均一性を向上させることができる。
【０３４９】
（実施の形態６の光源装置）
次に本実施の形態に係る光源装置の具体例について図面を用いて説明する。
【０３５０】
図３２は、本実施の形態に係る光源装置４００の概略構成を模式的に示す断面図である。
【０３５１】
図３２に示すように、光源装置４００は、半導体発光装置１０、ホルダ５４、レンズ２０ａ、２０ｄ、光ファイバ２０ｃ、筐体５０、放熱機構７０及び波長変換素子４３０を備える。
【０３５２】
図３２に示すように、半導体発光装置１０は、レンズ２０ａとともにホルダ５４に保持される。波長変換素子４３０は、筐体５０に固定され、レンズ２０ｄ及び透明なカバー部材６１ａにより覆われた構成を有する。また、筐体５０は、放熱機構７０を介して放熱部材７５に取り付けられている。ここで、放熱機構７０は、筐体５０で発生した熱の放熱を促進する機構である。放熱機構７０としては、例えばペルチェ素子などを用いることができる。このような構成により、波長変換素子４３０で発生した熱を効率よく排熱できる。
【０３５３】
半導体発光装置１０の半導体発光素子１１から出射された励起光８１はレンズ２０ａにより光ファイバ２０ｃの一方の端部に集束する伝搬光８４となり、光ファイバ２０ｃに入射する。光ファイバ２０ｃに入射した伝搬光８４は光ファイバ２０ｃの内部を伝搬し、光ファイバ２０ｃの他方の端部から伝搬光８５として出射される。伝搬光８５はレンズ２０ｄにより、集束する伝搬光８２となり、波長変換素子４３０の第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６に照射される。このとき、波長変換素子４３０の入射面における伝搬光８２の光強度は、第１波長変換部３５の入射面において強く、その周辺の第２波長変換部３６の入射面では弱い連続した分布を有する。第１波長変換部３５の第１面からは、伝搬光８２が散乱された光である散乱光と、伝搬光８２が波長変換されることによって発生された蛍光とが混合された出射光９１が出射される。そして、第２波長変換部３６の第１面からは、伝搬光８２が散乱された光である散乱光と、伝搬光８２が波長変換されることによって発生された蛍光とが混合された出射光９２が出射される。
【０３５４】
上記の構成により、光源装置４００の波長変換素子４３０から、発光分布のコントラストが高い白色光を出射できる。さらに、上記の構成によれば、発熱体である半導体発光装置１０が固定されたホルダ５４と、伝搬光８２の照射によって発熱する波長変換素子４３０が固定された筐体５０とを熱的に分離することができる。これにより、光源装置４００においては、第１波長変換部３５の温度上昇を抑制することができるため、第１波長変換部３５の温度上昇に伴う変換効率の低下を抑制することができ、より高輝度の光を出射させることができる。
【０３５５】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７に係る光源装置について説明する。本実施の形態に係る光源装置に用いる波長変換素子が複数の第１波長変換部３５を有する点において、上記各実施の形態に係る波長変換素子と相違する。以下、本実施の形態に係る光源装置について図面を用いて説明する。
【０３５６】
図３３は、本実施の形態に係る光源装置に用いられる波長変換素子５３０の概略構成を示す模式的な断面図である。図３４は、本実施の形態に係る光源装置５００の構成及び動作の概要を示す模式的な斜視図である。
【０３５７】
図３３に示すように、本実施の形態に係る波長変換素子５３０は複数の第１波長変換部３５を備える。複数の第１波長変換部３５は、支持部材３２の主面に固定される。なお、図３３には示されないが、支持部材３２と複数の第１波長変換部３５との間に反射部材が配置されてもよい。複数の第１波長変換部３５の各々の周辺には第２波長変換部３６が配置される。
【０３５８】
そして、伝搬光８２が入射する側の第１波長変換部３５の表面には第１出射領域４１が形成され、伝搬光８２が入射する側の第２波長変換部３６の表面には第２出射領域４２が形成される。
【０３５９】
本実施の形態においては、第１波長変換部３５が７個配列される場合について説明する。
【０３６０】
まず本実施の形態における波長変換素子５３０の製造方法と構成について説明する。
【０３６１】
まず、例えば、アルミニウム板などで構成される支持部材３２の表面に、例えば、セラミックＹＡＧ蛍光体である第１波長変換部３５が７個、図示しない接着剤により所定の隙間を開けて配列された状態で固定される。そして、例えば、溶液状の透明結合材に蛍光体粒子を混合したペースト状の第２波長変換部３６を、第１波長変換部３５の隙間に充填して硬化させる。このとき複数の第１波長変換部３５のうち、最外周に配置された第１波長変換部３５の周辺にも第２波長変換部３６を形成する。
【０３６２】
上記の製造工程において、支持部材３２としては、例えば外形が３ｍｍ角から５ｍｍ角までの大きさで、厚さが０．１ｍｍから０．５ｍｍまでの板状部材を用いる。
【０３６３】
第１波長変換部３５は、例えば外形が０．２ｍｍ角から０．６ｍｍ角までで、厚さが０．０３ｍｍから０．１ｍｍ角までのセラミックＹＡＧ蛍光体を用いる。
【０３６４】
また、隣り合う二つの第１波長変換部３５の隙間は、例えば、０．０５ｍｍから０．２ｍｍまでで設定される。
【０３６５】
第２波長変換部３６は、例えば、平均粒子径Ｄ５０が０．５μｍから５μｍの間の粒子径が比較的小さいＹＡＧ系蛍光体粒子を、例えば、シルセスキオキサン又はシリコーン樹脂などの屈折率が１．５以下の透明結合材に混合したものを用いる。上記のように、粒子径が小さい蛍光体粒子と、蛍光体粒子との屈折率差が大きい透明結合材を用いることにより、第１波長変換部３５よりも、励起光（伝搬光）に対する反射率を高くできる。
【０３６６】
上記の製造方法により図３３に示す波長変換素子５３０が構成される。
【０３６７】
以上のような構成を有する波長変換素子５３０の複数の第１波長変換部３５のうち、図３３の左から３つ目の第１波長変換部３５付近にのみ伝搬光８２を照射する場合について説明する。
【０３６８】
この場合、伝搬光８２は、第１波長変換部３５の第１面３５ａと、その両端の第２波長変換部３６の第１面３６ａとに、伝搬光８２のほとんどが照射される。このとき、第１面３５ａから第１波長変換部３５に入射した伝搬光８２の一部は、第１波長変換部３５内部の第２面３５ｂ及び側面３５ｃで多重反射され、第１波長変換部３５内で光強度分布が均一化される。そして、伝搬光８２の一部は、第１波長変換部３５の蛍光体に吸収され蛍光となる。そして当該蛍光も、伝搬光８２と同様に第１波長変換部３５内部の第２面３５ｂ及び側面３５ｃで多重反射され、第１波長変換部３５内で光強度分布が均一化される。この多重反射され、光強度分布が均一化された伝搬光（散乱光）と蛍光との混合光である出射光９１は、第１出射領域４１から出射される。一方、第１波長変換部３５の周辺の第２波長変換部３６に入射した伝搬光は、第２波長変換部３６で散乱された伝搬光（散乱光）と蛍光との混合光である出射光９２となり、第２出射領域４２から出射される。
【０３６９】
ここで、散乱光に対する蛍光の強度比は、第１波長変換部３５よりも第２波長変換部３６の方が低い。つまり、第１面３６ａにおける、伝搬光８２の単位入射光量あたりの蛍光への変換効率は、第１面３５ａよりも小さい。
【０３７０】
この結果、図３３の左から３つ目の第１波長変換部３５付近において、第１出射領域４１から光強度分布が均一な出射光を出射させることができる。このとき、第２出射領域４２から出射される出射光９２は、光強度は低く、伝搬光のスペクトルと蛍光のスペクトルが混合した出射光のスペクトルを有する。
【０３７１】
このため、図３３の左から３つ目の第１波長変換部３５の第１出射領域４１全域から白色で、輝度が均一で高い出射光９１を出射でき、その周辺の第２波長変換部３６からは白色だが輝度が低い出射光９２を出射させることができる。つまり、波長変換素子５３０においては、光強度分布のエッジがシャープで、色分布も小さい出射光を出射させることができる。また、この光強度分布及び色分布は、伝搬光８２の照射位置を変化させても、複数の第１波長変換部３５の位置に応じて、実現することができる。つまり、伝搬光８２の照射位置を変化させることで、出射面における光強度分布のエッジがシャープな白色の出射光を、複数の異なる第１波長変換部３５の各々から出射させることができる。つまり、出射面における光強度分布のエッジがシャープな出射光が出射される発光位置に対応する第１波長変換部３５を選択することができる。
【０３７２】
さらに、本実施の形態においては、伝搬光８２の照射位置を２次元方向に移動させることにより、出射光の発光位置を２次元方向に移動させることができる。
【０３７３】
このような２次元方向における発光位置の移動は、波長変換素子５３０の第１波長変換部３５を、一方の方向に複数個配列し、当該方向に対して垂直な方向にも複数個配列すること、つまり、複数の第１波長変換部３５をマトリックス状に配列することにより実現できる。
【０３７４】
例えば、図３３に示す波長変換素子５３０において、第１波長変換部３５を、紙面の左右方向に７個、紙面に垂直な方向に３個、それぞれ配列し、波長変換素子５３０を光源装置５００に組み込んだ光源装置５００について図３４を用いて説明する。
【０３７５】
光源装置５００は、波長変換素子５３０と、半導体発光装置１０と、レンズ２０ａと、例えば、電磁力で可動させることが可能なミラー部を有する反射光学素子２０ｂとを備える。波長変換素子５３０と、半導体発光装置１０と、レンズ２０ａと、反射光学素子２０ｂとは筐体５０に固定される。
【０３７６】
上記の光源装置５００において、半導体発光装置１０は、例えば、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの指示に従い、電流パルスを供給することが可能な半導体発光装置駆動部と電気的に接続される。反射光学素子２０ｂは、電子制御ユニットからの指示にしたがい、任意の波形の電力を供給することが可能な反射光学素子駆動部と電気的に接続される。そして、波長変換素子５３０の出射側には、例えば、投射レンズである投光部材１２０が配置される。
【０３７７】
半導体発光装置１０は、半導体発光装置駆動部から電力が供給されると励起光８１を出射する。励起光８１は、レンズ２０ａにより該平行光又は集束する光である伝搬光８２となり、反射光学素子２０ｂに入射する。このとき、反射光学素子２０ｂは、反射光学素子駆動部からの電力により、任意の角度に設定される。これにより、伝搬光８２を波長変換素子５３０の任意の位置に照射できる。ここで、波長変換素子５３０の複数の第１波長変換部３５が図３４において、紙面横方向に７列、紙面上下方向に３行のマトリックス状に配列されていると仮定する。
【０３７８】
伝搬光８２は、反射光学素子２０ｂにより、例えば、図中の矢印Ｘ及び矢印Ｙに示すように、波長変換素子３０の裏面側から見て、左上側から右上側（１行目）、左中央側（つまり左側かつ上下方向中央）から右中央側（つまり右側かつ上下方向中央）（２行目）、左下側から右下側（３行目）のように走査されながら波長変換素子５３０の表面に照射される。このとき、半導体発光装置駆動部からの電流を半導体発光装置１０に印加することで、例えば、１行目においては、左から１及び２列目、２行目においては左から１、２、３、７列目、３行目においては、左から２〜７列目に伝搬光８２を順次照射する。これにより、投光部材１２０により、波長変換素子５３０表面に形成された、発光領域の発光パターン１１２に応じた、投光パターンである投影像９９が照射部に投影される。
【０３７９】
このとき投影像９９は、光強度分布のエッジがシャープな複数の投光パターンである投影像９９ａから構成される。ここで、投影像９９ａは、発光している複数の第１波長変換部３５に対応した投影像である。また、隣り合う二つの投影像９９ａの間においては、第２波長変換部３６から、光強度は弱いが白色である投影像９９ｂが投影される。また、発光している第１波長変換部３５に対応する投影像９９ａの端部分においては、第１波長変換部３５からの出射光９１の光強度分布に応じたエッジが形成される。
【０３８０】
したがって、本実施の形態に係る光源装置を用いることで、発光分布のコントラストの高い白色光を出射するとともに、任意の投光パターンを有する投影像９９を投影できる。
【０３８１】
また、複数の第１波長変換部３５の隙間からは、第１波長変換部３５と色度座標が近い、又は同じである白色光を投影することができるため、色分布の少ない投影光を投影することができる。
【０３８２】
（実施の形態７の変形例）
続いて、図３５を用いて実施の形態７の変形例に係る光源装置について説明する。
【０３８３】
図３５は、本変形例に係る光源装置に用いる波長変換素子５３０Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。
【０３８４】
本変形例においては、複数の第１波長変換部３５は、例えばシリコン基板である支持部材３２上に固定される。このとき複数の第１波長変換部３５と支持部材３２との間には、反射部材３１が配置される。反射部材３１としては、例えば、平均粒子径Ｄ５０が１０ｎｍから３μｍの間にあるＴｉＯ２粒子である高屈折率粒子が、例えばシルセスキオキサン又はシリコーン樹脂など透明結合材に混合した部材を用いることができる。
【０３８５】
このとき反射部材３１は、第１波長変換部３５の底面及び側面の一部を覆ってもよい。
【０３８６】
この構成により、第１波長変換部３５の第１面３５ａから入射した伝搬光８２は、第１波長変換部３５の第２面３５ｂ及び側面３５ｃで多重反射されるが、第２面３５ｂ及び側面３５ｃの少なくとも一部に反射部材３１が形成される。このため、伝搬光８２に対する第１波長変換部３５の第２面３５ｂ及び側面３５ｃにおける反射率を高くすることができるとともに、伝搬光８２を効率よく散乱させることができるため、伝搬光８２及び蛍光の第１波長変換部３５内における光強度分布を効率よく均一化することができる。したがって、本実施の形態に係る波長変換素子５３０Ａを備える光源装置によれば、発光分布のコントラストの高い白色光を出射させることができる。
【０３８７】
（実施の形態８）
続いて図３６を用いて実施の形態８に係る光源装置について説明する。
【０３８８】
図３６は、本実施の形態に係る光源装置１０４の構成及び機能を示す模式的な断面図である。
【０３８９】
図３６に示すように、本実施の形態に係る光源装置１０４は、半導体発光装置１０と、集光光学系２０と、波長変換素子１３０と、筐体５０と、第２の筐体とを備える。光源装置１０４は、さらに、マイクロコントローラ６５、第１光検出器２５、第２光検出器２６、コネクタ６７等が実装されたプリント基板６２を備える。
【０３９０】
本実施の形態に係る光源装置１０４においては、実施の形態２の変形例及び実施の形態４の変形例２と同様に、波長変換素子１３０の第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる蛍光体材料が用いられる。波長変換素子１３０の支持部材３２は、伝搬光８２に対して透明な材料で構成され、伝搬光８２は、波長変換素子１３０の支持部材３２側から入射される。
【０３９１】
また、本実施の形態においては、集光光学系２０は、半導体発光装置１０に備えつけられる。そして、半導体発光装置１０及び波長変換素子１３０は、筐体５０に固定されて、実施の形態２の変形例に係る光源装置１０１と同様の光源装置１０３を構成している。さらに本実施の形態において、筐体５０は第２の筐体５７に固定される。そして、半導体発光装置１０は、マイクロコントローラ６５及び第１光検出器２５が実装されたプリント基板６２に接続され、プリント基板６２が第２の筐体５７に固定されることで光源装置１０４を構成している。
【０３９２】
半導体発光装置１０は、例えば窒化物半導体レーザである半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１が固定されたパッケージ１３とを備える。パッケージ１３は、円盤状のベースと、ポストとを備え、ベースにリードピン１３ａ及び１３ｂが取り付けられる。ベース及びポストは例えば無酸素銅で構成される。リードピン１３ａ及び１３ｂは、緩衝リング１３ｇと絶縁部材とを介してベースに固定される。
【０３９３】
集光光学系２０は、例えば、レンズである。本実施の形態では集光光学系２０は金属缶１４によりパッケージ１３のベースに固定される。このとき金属缶１４はベースに形成された溶接台１３ｈに固定される。
【０３９４】
筐体５０は、例えば、アルミ合金等の金属で構成され、中央に貫通孔を有する基台である。そして、半導体発光装置１０が、貫通孔につながる筐体５０の一方の面に固定されている。そして貫通孔につながる、筐体５０のもう一方の面には、波長変換素子１３０が固定される。このように図１３に示す実施の形態２の変形例とほぼ同じ光学系を有する光源装置１０４が構成される。
【０３９５】
第２の筐体５７は、例えばアルミ合金などの金属で構成された基台であり、筐体５０を固定する貫通孔のほかに、波長変換素子１３０から出射される光を第１光検出器２５及び第２光検出器２６に導くための貫通孔が２つ形成されている。
【０３９６】
プリント基板６２は半導体発光装置１０に接続され、第２の筐体５７の波長変換素子１３０が配置されている面とは反対側に固定される。
【０３９７】
光源装置１０４は、さらに、第２の筐体５７のプリント基板６２が固定された面とは反対側の面に、第１フィルタ２３と、第２フィルタ２４と、カバー部材５１及び６１とを備える。
【０３９８】
カバー部材６１は、例えば透明ガラスなどの透明材料で構成される。カバー部材６１は、金属などの部材で構成されるカバー部材５１に保持され、波長変換素子１３０、第１フィルタ２３及び第２フィルタ２４を覆うように第２の筐体５７に固定される。
【０３９９】
カバー部材６１は、波長変換素子１３０から出射される出射光９５の一部の光を、第１光検出器２５及び第２光検出器２６に導くための機能も有する。以下、カバー部材６１などによる出射光９５に対する作用について説明する。
【０４００】
半導体発光装置１０から出射される励起光８１は、集光光学系２０により集光されて、波長変換素子１３０に照射される。波長変換素子１３０から出射した出射光９５の一部は、カバー部材６１を通過する際に反射され、第１フィルタ２３及び第２フィルタ２４に入射する。このとき、第１光検出器２５に向かう出射光９５は第１フィルタ２３に入射する。また第２光検出器２６に向かう出射光９５は第２フィルタ２４に入射する。
【０４０１】
上記の構成において、第１光検出器２５及び第２光検出器２６に導かれた光が、光電変換され、図示しないマイクロコントローラに入力される動作は他の実施の形態に係る光源装置と同様である。
【０４０２】
上記のように本実施の形態に係る光源装置１０４の構成により、所望の機能を有する光源装置を容易に実現することができる。
【０４０３】
（実施の形態８の変形例）
次に、実施の形態８の変形例に係る光源装置について説明する。本変形例に係る光源装置は、実施の形態８に係る光源装置１０４と同様に第１光検出器２５を備えるが、第１光検出器２５の配置などにおいて、実施の形態８に係る光源装置１０４と相違する。以下、本変形例に係る光源装置について、実施の形態８に係る光源装置１０４との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０４０４】
図３７は、本変形例に係る光源装置１０４Ａの構成及び機能を示す模式的な断面図である。図３８は、本変形例に係る光源装置１０４Ａに、さらに投光部材１２０を取り付けた場合の具体的な構成を示す模式的な断面図である。
【０４０５】
図３７に示すように、本変形例に係る光源装置１０４Ａは、半導体発光装置１０と、波長変換素子１３０とを備える。光源装置１０４Ａは、さらに、半導体発光装置１０及び波長変換素子１３０が固定される筐体５０と、筐体５０が固定される第２の筐体と、プリント基板６２と、第１光検出器２５とを備える。
【０４０６】
本変形例に係る光源装置１０４Ａにおいては、実施の形態２の変形例や実施の形態４の変形例２、実施の形態８と同様に波長変換素子１３０の第１波長変換部３５と第２波長変換部３６とで異なる蛍光体材料が用いられる。波長変換素子１３０の支持部材３２は、伝搬光８２に対して透明な材料で構成され、伝搬光８２は、波長変換素子１３０の支持部材３２側から入射される。
【０４０７】
また、本変形例においては、第１光検出器２５は、半導体発光装置１０に固定される。
【０４０８】
本変形例に係る半導体発光装置１０では、パッケージ１３のベースにリードピン１３ａ及び１３ｂの他に、リードピン１３ｃ（図示せず）及び１３ｄが取り付けられる。そして半導体発光素子１１と第１光検出器２５とがパッケージ１３に固定される。半導体発光素子１１と第１光検出器２５とを備えた半導体発光装置１０において、半導体発光素子１１はリードピン１３ａ及び１３ｂに電気的に接続される。そして、第１光検出器２５はリードピン１３ｃ及び１３ｄに電気的に接続される。
【０４０９】
光源装置１０４Ａにおいて、上述のとおり、筐体５０は第２の筐体５７に固定される。そしてマイクロコントローラ６５及びコネクタ６７が実装されたプリント基板６２は、半導体発光装置１０のリードピン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄに電気的に接続され、第２の筐体５７に固定される。
【０４１０】
半導体発光素子１１に形成された光導波路１１ａから出射される励起光８１は、集光光学系２０により波長変換素子１３０に照射される。そして、反射部材３１を通過して、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６に照射される。このとき、反射部材３１は、励起光８１と同じ波長の光を通過して、第１波長変換部３５及び第２波長変換部３６で生成された光を反射する。したがって反射部材３１は、第１フィルタ２３と同じ機能を有する。
【０４１１】
上記の構成において、第１光検出器２５に導かれた光が、光電変換され、図示しないマイクロコントローラに入力される動作は他の実施の形態に係る光源装置と同様である。
【０４１２】
また、図３８に示すように、光源装置１０４Ａに投光部材１２０を取り付けてもよい。図３８に示す例では、図３７に示す光源装置１０４Ａに、例えばパラボリックミラーである投光部材１２０が取り付けられている。ここで、第２の筐体５７の、波長変換素子１３０に近い側の面にはネジ穴５７ａが形成されている。このネジ穴５７ａを用いることによって、投光部材１２０を光源装置１０４Ａに容易に固定することができる。このような光源装置１０４Ａ及び投光部材１２０を備える投光装置において、光源装置１０４Ａから出射した出射光９５を構成する出射光９１及び９２は、それぞれ投光部材１２０でほぼ平行に進む出射光９１ｂ及び９２ｂとなり出射される。つまり、投光装置から指向性に優れた投影光９６を出射させることができる。
【０４１３】
上記のように本実施の形態に係る光源装置１０４Ａの構成により、所望の機能を有する光源装置１０４Ａを容易に実現することができる。
【０４１４】
（その他の変形例など）
以上、本開示に係る光源装置及び照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０４１５】
例えば、上記各実施の形態及びそれらの変形例においては、二つの波長変換部を用いる構成を示したが、波長変換部を三種類以上用いてもよい。これにより、出射光の波長分布の設計の自由度をより高めることができる。
【０４１６】
上記各実施の形態及びそれらの変形例において、第１波長変換部３５を囲むとの記載によって、第１波長変換部の全周囲に途切れることなく配置される構成に限定されない。少なくとも全周囲の半分以上に配置されていればよい。
【０４１７】
その他、各実施の形態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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及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発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０４１８】
本開示の光源装置及び照明装置においては、上述のとおり励起光の利用効率が高く、かつ、スポット像周辺の輝度分布及び色分布を自由に設計することが可能である。そのため、本開示の光源装置及び照明装置は、自動車、鉄道車両、自転車などの車両用の前照灯、スポットライト用光源などの各種光源装置及び照明装置において有用である。
【符号の説明】
【０４１９】
１０  半導体発光装置
１１  半導体発光素子
１１ａ  光導波路
１２  支持部材
１３  パッケージ
１３ａ、１３ｂ、１３ｄ  リードピン
１４  金属缶
２０  集光光学系
２０ａ、２０ｄ  レンズ
２０ｂ  反射光学素子
２０ｃ  光ファイバ
２１  分離光学素子
２２  反射部材
２３  第１フィルタ
２４  第２フィルタ
２５  第１光検出器
２６  第２光検出器
２７  第３光検出器
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、１３０、２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ、３３０、３３０Ａ、４３０、４３０Ａ、４３０Ｂ、４３０Ｃ、４３０Ｄ、５３０、５３０Ａ  波長変換素子
３１  反射部材
３１ａ  表面
３２、３２ｒ  支持部材
３２ａ  反射膜
３２ｂ  底部
３２ｃ  凹凸
３３  反射防止膜
３４  接合材
３５  第１波長変換部
３５ａ、３６ａ  第１面
３５ｂ、３６ｂ  第２面
３５ｃ  側面
３６  第２波長変換部
３８  波長変換部
３９  接着層
４１  第１出射領域
４２  第２出射領域
５０  筐体
５１、５２、６１、６１ａ  カバー部材
５３  支持部材
５４  ホルダ
５５、５６  ねじ
５７  第２の筐体
６２  プリント基板
６５  マイクロコントローラ
６７  コネクタ
６８  外部配線
７０  放熱機構
７５  放熱部材
８１  励起光
８２、８４、８５  伝搬光
８２ａ、８２ｂ  入射光
８２ｉ  中心軸
８５ａ  入射光
８６ａ、９４、９４ａ、９４ｂ  蛍光（波長変換光）
９１、９２  出射光
９３、９３ａ、９３ｂ  散乱光
９５  出射光
９６  投影光
９９、９９ａ、９９ｂ  投影像
１００、１０１、１０２、１０２Ａ、１０３、１０４、１０４Ａ、３００、４００、５００  光源装置
１２０  投光部材
１３５ｃ  側面
１５０  真空コレット
１５５、１５６  蛍光体粒子
１５７  第２粒子
１５８、４５６  ボイド
１９９  対向車
２００    照明装置
２３５ｃ  側面
２５５、２５６  透明結合材
２９９  車両 
３５５、３５６  界面
５５５  蛍光体相
６５５  マトリックス相
【図１】
0006800221.tif 000004
【図２Ａ】
0006800221.tif 000005
【図２Ｂ】
0006800221.tif 000006
【図２Ｃ】
0006800221.tif 000007
【図２Ｄ】
0006800221.tif 000008
【図２Ｅ】
0006800221.tif 000009
【図２Ｆ】
0006800221.tif 000010
【図２Ｇ】
0006800221.tif 000011
【図２Ｈ】
0006800221.tif 000012
【図２Ｉ】
0006800221.tif 000013
【図２Ｊ】
0006800221.tif 000014
【図３】
0006800221.tif 000015
【図４】
0006800221.tif 000016
【図５】
0006800221.tif 000017
【図６Ａ】
0006800221.tif 000018
【図６Ｂ】
0006800221.tif 000019
【図６Ｃ】
0006800221.tif 000020
【図７】
0006800221.tif 000021
【図８】
0006800221.tif 000022
【図９Ａ】
0006800221.tif 000023
【図９Ｂ】
0006800221.tif 000024
【図１０Ａ】
0006800221.tif 000025
【図１０Ｂ】
0006800221.tif 000026
【図１１】
0006800221.tif 000027
【図１２】
0006800221.tif 000028
【図１３】
0006800221.tif 000029
【図１４】
0006800221.tif 000030
【図１５】
0006800221.tif 000031
【図１６】
0006800221.tif 000032
【図１７】
0006800221.tif 000033
【図１８Ａ】
0006800221.tif 000034
【図１８Ｂ】
0006800221.tif 000035
【図１８Ｃ】
0006800221.tif 000036
【図１９】
0006800221.tif 000037
【図２０】
0006800221.tif 000038
【図２１】
0006800221.tif 000039
【図２２】
0006800221.tif 000040
【図２３】
0006800221.tif 000041
【図２４】
0006800221.tif 000042
【図２５】
0006800221.tif 000043
【図２６】
0006800221.tif 000044
【図２７】
0006800221.tif 000045
【図２８】
0006800221.tif 000046
【図２９】
0006800221.tif 000047
【図３０】
0006800221.tif 000048
【図３１Ａ】
0006800221.tif 000049
【図３１Ｂ】
0006800221.tif 000050
【図３１Ｃ】
0006800221.tif 000051
【図３２】
0006800221.tif 000052
【図３３】
0006800221.tif 000053
【図３４】
0006800221.tif 000054
【図３５】
0006800221.tif 000055
【図３６】
0006800221.tif 000056
【図３７】
0006800221.tif 000057
【図３８】
0006800221.tif 000058
【図３９】
0006800221.tif 000059