(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が入射される光入射面、および、前記光入射面よりも小さい面積を有するとともに前記レーザ光を出射する光出射面を含む集光部材と、
前記集光部材を保持する保持部材と、
前記集光部材から出射したレーザ光が照射され、前記レーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材と、
を備え、
前記集光部材は前記光入射面と前記光出射面とを連結する側面をさらに含み、
前記側面は前記光入射面に入射した前記レーザ光を反射して前記光出射面まで導く機能を有し、
前記集光部材は前記集光部材の周囲の環境よりも屈折率の高い物質により形成され、
前記保持部材は、前記側面を点状または線状に保持し、
前記集光部材の先端部は前記保持部材から突出し、
前記蛍光部材は前記集光部材の光出射面の近傍に配置されていることを特徴とする集光ユニット。
【請求項２】
前記蛍光部材から出射した前記蛍光を所定の方向に向かって反射する反射部材をさらに備え、
前記保持部材は前記反射部材の外部に配置され、
前記集光部材の先端部は前記反射部材の内部に突出していることを特徴とする請求項１に記載の集光ユニット。
【請求項３】
前記保持部材は前記側面のうちの少なくとも前記光入射面側の部分を保持していることを特徴とする請求項１または２に記載の集光ユニット。
【請求項４】
前記保持部材は前記側面のうちの少なくとも前記光出射面側の部分を保持していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項５】
前記保持部材は前記集光部材に線状に接触する線状接触部を含み、
前記線状接触部は金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項６】
前記保持部材は前記集光部材に点状に接触する点状接触部を含み、
前記点状接触部は前記集光部材よりも小さい硬度を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項７】
前記保持部材は前記集光部材に点状に接触する点状接触部を含み、
前記点状接触部の前記集光部材に接触する部分は曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項８】
前記集光部材の導光方向に垂直な断面は、複数の頂点を有する多角形状であり、
前記保持部材は前記複数の頂点のうちの少なくとも２つの頂点に接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項９】
前記集光部材の導光方向に垂直な断面は、複数の辺を有する多角形状であり、
前記保持部材は、前記複数の辺のうち最も小さい辺の少なくとも１つの辺に接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項１０】
前記保持部材は前記集光部材の側面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の集光ユニット。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の集光ユニットと、
前記集光ユニットの集光部材に向かってレーザ光を出射するレーザ発生器と、
を備えることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、集光ユニットおよび発光装置に関し、特に、レーザ光を集光して導光する集光部材を備えた集光ユニットおよび発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を集光して導光する集光部材が知られている（例えば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、レーザ光が入射される入射面と、入射面よりも小さい面積を有する出射面とを含む光導波路（集光部材）が開示されている。この光導波路では、入射面に入射したレーザ光は、入射面と出射面とを連結する側面で反射されながら出射面まで導かれ、集光された状態で出射面から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４１６２３号公報（段落［００６６］〜［００６９］、［００７９］、図８〜図１０、図１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１には記載されていないが、光導波路を用いる場合、光導波路を保持する部材が必要である。すなわち、光導波路の表面に保持部材が接することになる。例えば光導波路の側面に保持部材が接する場合、光導波路内を進行するレーザ光の一部は、光導波路と保持部材との接触部分において全反射条件を満たさなくなり、保持部材側に出射して保持部材で吸収される。これにより、光（レーザ光）の利用効率が低下するという問題点がある。
【０００５】
これを改善するために、上記特許文献１には光導波路の側面上にレーザ光を反射するためのＡｇ層を設ける構造も開示されているが、Ａｇの反射率は９５％程度であるので、レーザ光はＡｇ層で反射されるたびにＡｇ層に吸収される。このため、光（レーザ光）の利用効率が低下する。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、光の利用効率が低下するのを抑制することが可能な集光ユニットおよび発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の集光ユニットは、レーザ光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面を含む集光部材と、集光部材を保持する保持部材と、を備え、集光部材は光入射面と光出射面とを連結する側面をさらに含み、側面は光入射面に入射したレーザ光を反射して光出射面まで導く機能を有し、集光部材は集光部材の周囲の環境よりも屈折率の高い物質により形成され、保持部材は、光入射面を保持し、または、側面を点状または線状に保持している。
【０００８】
この発明の集光ユニットでは、上記のように、レーザ光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面を含む集光部材を設け、集光部材に光入射面に入射したレーザ光を反射して光出射面まで導く側面を設ける。これにより、光入射面に入射したレーザ光は、側面で反射されながら光出射面まで導光され、集光された状態で光出射面から出射される。また、光入射面に入射したレーザ光は、側面で反射されながら集光部材内を進行し、均一化された光強度分布で光出射面から出射する。
【０００９】
また、上記のように、集光部材を保持する保持部材は、光入射面を保持し、または、側面を点状または線状に保持している。保持部材が光入射面を保持する場合、レーザ光が側面で反射される際に保持部材で吸収されることがない。また、保持部材が側面を点状または線状に保持する場合、集光部材と保持部材との接触面積を十分に小さくすることができる。これにより、レーザ光が集光部材と保持部材との接触部分において保持部材側に出射して保持部材で吸収されるのを抑制することができる。すなわち、保持部材で吸収されるレーザ光の量を少なくすることができる。
【００１０】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材はレーザ光を透過する機能を有するとともに、光入射面を保持している。このように構成すれば、レーザ光が保持部材で吸収されるのを抑制することができるので、光入射面を覆うように保持部材を配置することができる。これにより、保持部材により容易に光入射面を保持することができる。
【００１１】
上記保持部材が光入射面を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は接着層を介して光入射面を保持している。このように構成すれば、保持部材により容易に光入射面を保持することができる。
【００１２】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、レーザ光を出射するレーザ発生器を収納する収納部材をさらに備え、収納部材は保持部材を含む。
【００１３】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は側面のうちの少なくとも光入射面側の部分を保持している。集光部材は光入射面側の部分の方が光出射面側の部分よりも体積が大きく重いので、保持部材が側面の光入射面側の部分を保持することによって、集光部材を安定して保持することができる。また、集光部材の光入射面側の部分は光出射面側の部分に比べて、側面に到達するレーザ光の量が少ないので、側面の光入射面側の部分を保持することによって、保持部材で吸収されるレーザ光の量をより少なくすることができる。
【００１４】
上記集光ユニットにおいて、保持部材は側面のうちの少なくとも光出射面側の部分を保持していてもよい。
【００１５】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は集光部材に線状に接触する線状接触部を含み、線状接触部は金属により形成されている。このように構成すれば、保持部材で吸収されるレーザ光の量をさらに少なくすることができる。
【００１６】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は集光部材に点状に接触する点状接触部を含み、点状接触部は集光部材よりも小さい硬度を有する。このように構成すれば、保持部材の点状接触部により集光部材が損傷するのを抑制することができる。
【００１７】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は集光部材に点状に接触する点状接触部を含み、点状接触部の集光部材に接触する部分は曲面状に形成されている。このように構成すれば、保持部材と集光部材との接触面積を極めて小さくすることができるので、特に有効である。
【００１８】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の導光方向に垂直な断面は、複数の頂点を有する多角形状であり、保持部材は複数の頂点のうちの少なくとも２つの頂点に接触している。このように構成すれば、保持部材を集光部材に点接触または線接触させることができるので、保持部材で吸収されるレーザ光の量をさらに少なくすることができる。また、集光部材内を導光されるレーザ光は、集光部材の断面の頂点には到達しにくい。すなわち、集光部材の頂点部分におけるレーザ光の密度は他の部分におけるレーザ光の密度に比べて低い。これにより、保持部材で吸収されるレーザ光の量をさらに少なくすることができる。
【００１９】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の導光方向に垂直な断面は、複数の辺を有する多角形状であり、保持部材は、複数の辺のうち最も小さい辺の少なくとも１つの辺に接触している。このように構成すれば、集光部材を容易に安定して保持することができる。
【００２０】
上記保持部材が側面のうちの少なくとも光入射面側の部分、または、少なくとも光出射面側の部分を保持している集光ユニットにおいて、好ましくは、保持部材は集光部材の側面を覆うように形成されている。このように構成すれば、集光部材の側面から出射したレーザ光が集光ユニットの外部に漏れるのを抑制することができるので、レーザ光が人の眼などに悪影響を及ぼすのを抑制することができる。
【００２１】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材から出射したレーザ光が照射され、レーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材をさらに備える。
【００２２】
上記蛍光部材を備える集光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材から出射した蛍光を所定の方向に向かって反射する反射部材をさらに備える。
【００２３】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の光入射面には複数のレーザ発生器から出射したレーザ光が入射される。この集光部材を用いれば、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を容易に集光することができる。このため、複数のレーザ発生器をレーザ光源として用いる場合にこの集光部材を用いることは、特に有効である。
【００２４】
上記集光ユニットにおいて、好ましくは、光出射面が、粗面あるいはモスアイ状である。このように構成すれば、光出射面の内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００２５】
この発明の発光装置は、上記の構成の集光ユニットと、集光ユニットの集光部材に向かってレーザ光を出射するレーザ発生器と、を備える。
【００２６】
この発明の集光ユニットは、レーザ光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面を含む集光部材と、集光部材を保持する保持部材と、を備え、集光部材は、レーザ光が通過する通過領域と、レーザ光が通過しない非通過領域とを含み、保持部材は、非通過領域を保持している。
【００２７】
この発明の集光ユニットでは、上記のように、レーザ光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面を含む集光部材を設けることによって、光入射面に入射したレーザ光は、集光された状態で光出射面から出射される。
【００２８】
また、上記のように、集光部材は、レーザ光が通過する通過領域と、レーザ光が通過しない非通過領域とを含み、保持部材は、非通過領域を保持している。これにより、レーザ光が保持部材で吸収されることがない。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、レーザ光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面を含む集光部材を設けることによって、光入射面に入射したレーザ光は、集光された状態で光出射面から出射される。このため、集光部材から出射するレーザ光を高密度化することができる。
【００３０】
また、レーザ光が保持部材で吸収されることがない、または、保持部材で吸収されるレーザ光の量を少なくすることができる。このため、レーザ光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の集光ユニットを備えた発光装置の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の発光装置の構造を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のレーザ発生装置の構造を示した斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子およびヒートスプレッダの構造を示した斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態の集光部材およびガラス板の構造を示した斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態のレーザ発生装置に集光部材を取り付けた状態を示した斜視図である。
【図９】本発明の第１実施形態の集光部材およびガラス板の構造を示した上面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の集光部材の構造を説明するための斜視図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の集光部材の構造を示した上面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の集光部材の構造を示した側面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための側面図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための上面図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の配置方向の変形例を示した上面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した上面図である。
【図１７】本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。
【図１８】図１７の集光部材の光出射面を示した正面図である。
【図１９】本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。
【図２０】本発明の第１実施形態の集光部材の光出射面におけるレーザ光の光強度分布を説明するための図である。
【図２１】本発明の第１実施形態の蛍光部材周辺の構造を示した図である。
【図２２】本発明の第１実施形態の蛍光部材の中央部のみにレーザ光を照射した状態を示した斜視図である。
【図２３】本発明の第１実施形態の反射部材の構造を説明するための断面図である。
【図２４】本発明の第１実施形態の反射部材の構造を説明するための正面図である。
【図２５】本発明の第２実施形態の集光部材および金属ベルトの構造を示した斜視図である。
【図２６】本発明の第２実施形態の集光部材の構造を示した上面図である。
【図２７】本発明の第２実施形態の集光部材の構造を示した側面図である。
【図２８】本発明の第２実施形態の集光部材および半導体レーザ素子の構造を示した上面図である。
【図２９】本発明の第２実施形態の保持部材の効果を確認するために行った確認実験を説明するための図である。
【図３０】本発明の第３実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した斜視図である。
【図３１】本発明の第３実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した断面図である。
【図３２】本発明の第３実施形態の集光部材および半導体レーザ素子の構造を示した上面図である。
【図３３】本発明の第３実施形態の保持部材の変形例を示した斜視図である。
【図３４】本発明の第３実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した断面図である。
【図３５】本発明の第４実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した斜視図である。
【図３６】本発明の第４実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した断面図である。
【図３７】本発明の第５実施形態の集光部材および保持部材の構造を示した断面図である。
【図３８】本発明の第１変形例による保持部材を説明するための斜視図である。
【図３９】本発明の第２変形例による発光装置の構造を示した斜視図である。
【図４０】本発明の第２変形例による発光装置の小型パッケージの構造を示した斜視図である。
【図４１】本発明の第３変形例による集光部材の構造を示した上面図である。
【図４２】本発明の第３変形例による集光部材の構造を示した側面図である。
【図４３】本発明の第３変形例による集光部材の各部分の寸法を示した図である。
【図４４】本発明の第４変形例による集光ユニットの構造を示した断面図である。
【図４５】本発明の第５変形例による発光装置の構造を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。
【００３３】
（第１実施形態）
図１〜図２４を参照して、本発明の第１実施形態による発光装置１の構造について説明する。なお、図面簡略化のために、半導体レーザ素子１１の数を省略して描いている場合がある。
【００３４】
本発明の第１実施形態による発光装置１は、例えば自動車などの前方を照明する前照灯として用いられるものである。発光装置１は図１および図２に示すように、レーザ光源（励起光源）として機能するレーザ発生装置１０と、レーザ発生装置１０から出射したレーザ光を利用して所定の方向（Ａ方向）に光を投光する投光ユニット２０とを備える。なお、図２では、理解を容易にするために、投光ユニット２０の後述する取付部２４ｃ、フィルタ部材２５および支持板２６を省略している。
【００３５】
レーザ発生装置１０は図３に示すように、複数の半導体レーザ素子１１（レーザ発生器）と、複数の半導体レーザ素子１１が実装されるヒートスプレッダ１２と、これらを収納する金属製の筐体１３（収納部材）とを含んでいる。なお、図３および図８では、後述する透明板１７を省略している。
【００３６】
ヒートスプレッダ１２は例えば窒化アルミニウム製の平板により形成されており、筐体１３の底面に半田付けされている。また、ヒートスプレッダ１２は図４に示すように、例えば約１５ｍｍの幅（Ｗ１２）と、約１ｍｍの厚み（Ｔ１２）と、約２ｍｍの奥行き（Ｌ１２）とを有する。また、ヒートスプレッダ１２の実装面上には、細長形状の電極パターン１２ａおよび１２ｂが形成されている。この電極パターン１２ａ上には、複数の半導体レーザ素子１１が一直線状に配列されて実装されている。本実施形態では、例えば１３個の半導体レーザ素子１１が実装されており、約１０ｍｍの幅（Ｗ１２ａ）にわたって配置される。なお、この幅（Ｗ１２ａ）は投光ユニット２０の後述する集光部材２１の光入射面２１ｂの幅（Ｗ２１ａ）（図１１参照）よりも小さいことが望ましい。
【００３７】
半導体レーザ素子１１は例えばブロードエリア型レーザであって、励起光として機能するレーザ光を出射する。また、半導体レーザ素子１１は、例えば約４０５ｎｍの中心波長を有する青紫色のレーザ光を出射するように構成されている。また、半導体レーザ素子１１は図５に示すように、例えば約２００μｍの幅（Ｗ１１）と、約１００μｍの厚み（Ｔ１１）と、約１０００μｍの長さ（Ｌ１１）とを有する。
【００３８】
また、半導体レーザ素子１１は、ｎ型ＧａＮから成る厚さ約１００μｍの基板１１ａと、基板１１ａ上に順に形成される層厚約０．５μｍのｎ型ＧａＮから成るバッファ層１１ｂ、層厚約２μｍのｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎから成る下クラッド層１１ｃ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸から成る活性層１１ｄ、および、層厚約０．５μｍ（最厚部）のｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎから成る上クラッド層１１ｅとを含んでいる。
【００３９】
また、上クラッド層１１ｅの所定の位置には、Ｚ方向（半導体レーザ素子１１の長さ方向）に延びるリッジが設けられている。このリッジ上には、層厚約０．１μｍのｐ型ＧａＮから成るコンタクト層１１ｆと、Ｐｄから成る電極１１ｇとが形成されている。また、上クラッド層１１ｅの上面と、コンタクト層１１ｆおよび電極１１ｇの側面とを覆うようにＳｉＯ２から成る絶縁膜１１ｈが形成されている。また、絶縁膜１１ｈ上の所定領域には、リッジを覆うとともに、電極１１ｇにオーミック接触するパッド電極１１ｉが形成されている。また、基板１１ａの下面には、Ｈｆ／Ａｌから成る裏面電極１１ｊが形成されている。
【００４０】
そして、図４に示すように、各半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉはＡｕワイヤ１４を介してヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ｂに電気的に接続されている。また、各半導体レーザ素子１１の裏面電極１１ｊ（図５参照）は図示しない半田層などを介して電極パターン１２ａに電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子１１の発光部１１ｋ（図６参照）の幅を規定するのは上クラッド層１１ｅのリッジ幅（図５のＷ１１ａ）であり、このリッジ幅は例えば７μｍに設定される。この場合、発光部１１ｋの幅は約７μｍとなる。
【００４１】
半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉと裏面電極１１ｊとの間に直流電流を印加すると、図６に示すように、Ｘ方向（半導体レーザ素子１１の幅方向）およびＹ方向（半導体レーザ素子１１の厚み方向）に楕円状に広がるレーザ光が発光部１１ｋから出射される。このレーザ光の進行方向（Ｚ方向）に対して垂直なＸＹ面に投影される楕円光の光強度分布は、Ｘ方向およびＹ方向において共にガウス分布となる。Ｘ方向の光強度分布の半値全幅（θｘ）は約１０°で、Ｙ方向の光強度分布の半値全幅（θｙ）は約２０°であり、レーザ光の広がり角は、Ｙ方向がＸ方向より約２倍大きくなっている。このことにより、このレーザ光は、Ｘ方向を短軸方向、Ｙ方向を長軸方向として広がりながら進行する。
【００４２】
また、筐体１３は図３に示すように、レーザ光の出射側に開口部１３ａを有する箱型に形成されている。また、筐体１３には、半導体レーザ素子１１に電力を供給するための電極ピン１５ａおよび１５ｂが挿入されている。この電極ピン１５ａおよび１５ｂは、金属線１６を用いてヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ａおよび１２ｂにそれぞれ電気的に接続されている。また、筐体１３の開口部１３ａにはレーザ光を透過する機能を有する透明板１７（図７参照）が取り付けられており、筐体１３の内部には不活性ガスが封入されている。また、筐体１３には放熱フィンなど（図示せず）が設けられていてもよく、筐体１３は例えば空冷されてもよい。
【００４３】
また、図８および図９に示すように、透明板１７（図９参照）の所定の位置には、投光ユニット２０の後述する集光部材２１が、レーザ光を透過する機能を有する接着層１８（図９参照）を介して固定（保持）されている。これにより、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、集光部材２１に入射する。なお、接着層１８としては、株式会社アーデル製のオプトクレーブ（商標）等を用いてもよい。接着層１８は集光部材２１の後述する光入射面２１ａの全面に設けられていることが好ましく、この場合、透明板１７は集光部材２１の光入射面２１ａを接着層１８を介して面状に保持することになる。接着層１８を樹脂系の透明接着層により形成すると、屈折率は例えば１．５程度にすることが可能であり、集光部材２１の屈折率（例えば１．５２）に近づけることが可能である。このため、例えば透明板１７と集光部材２１との間に空気層（屈折率１）が介在する場合に比べて、光入射面２１ａにおけるレーザ光の反射損失を大幅に低減することが可能である。接着層１８は集光部材２１の光入射面２１ａの周縁部（レーザ光が通過しない非通過領域）のみに設けられていてもよい。この場合、接着層１８はレーザ光を透過する機能を有してなくてもよい。また、この場合、透明板１７は集光部材２１を線状に保持することになる。なお、透明板１７は本発明の「保持部材」の一例である。
【００４４】
また、接着層１８を用いずに集光部材２１を透明板１７に固定する（保持させる）ことも可能である。具体的には、集光部材２１と透明板１７とを光学溶着や融着により固定してもよい。なお、光学溶着とは、２つの光学部材の表面を高精度に研磨し、これらの表面を互いに密着させることにより、分子間の引力により２つの光学部材を接合する技術である。
【００４５】
また、透明板１７と集光部材２１とを一体成型により形成してもよい。言い換えると、透明板１７に対応する部分を集光部材２１に設けてもよい。そして、透明板１７に対応する部分を筐体１３の開口部１３ａに嵌め込んで、筐体１３により集光部材２１を保持してもよい。この場合、筐体１３は透明板１７の側面に対応する部分を線状に保持することになる。また、筐体１３は集光部材２１のうちの、レーザ光が通過しない非通過領域を保持することになる。さらに、透明板１７に対応する部分を筐体１３の開口部１３ａよりも大きく形成し、透明板１７の光入射面の周縁部に対応する部分を筐体１３に接着してもよい。この場合も、筐体１３は集光部材２１を線状に保持することになる。また、筐体１３は集光部材２１のうちの、レーザ光が通過しない非通過領域を保持することになる。なお、透明板１７に対応する部分を集光部材２１に設ける場合、筐体１３が本発明の「保持部材」となる。
【００４６】
投光ユニット２０は図１に示すように、レーザ発生装置１０（半導体レーザ素子１１）のレーザ光出射側に配置され、レーザ発生装置１０からのレーザ光を集光しながら導光する集光部材２１と、集光部材２１から出射したレーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材２２と、蛍光部材２２から出射した蛍光を所定の方向（Ａ方向）に向かって反射する反射部材２３と、蛍光部材２２が固定される取付部材２４と、反射部材２３の開口部に設けられるフィルタ部材２５とを含んでいる。なお、本実施形態では、投光ユニット２１の集光部材２１、蛍光部材２２および反射部材２３と、レーザ発生装置１０の透明板１７および接着層１８（またはレーザ発生装置１０の筐体１３）とによって、集光ユニット３０が構成されている。
【００４７】
集光部材２１は透光性を有する部材により形成されているとともに、集光部材２１の周囲の環境（空気）よりも屈折率の高い物質により形成されている。集光部材２１の材料としては、例えばホウケイ酸クラウン光学ガラス（ＢＫ７）または合成石英などのガラスや、樹脂などが挙げられる。また、集光部材２１は図１０に示すように、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光が入射される光入射面２１ａと、レーザ光を出射する光出射面２１ｂと、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂの間に配置される（光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂを連結する）上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅとを含んでいる。なお、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅは、本発明の「側面」の一例である。
【００４８】
光入射面２１ａは例えば略長方形状の平坦面により形成されている。光出射面２１ｂは例えば略正方形状（矩形状）の平坦面により形成されているとともに、光入射面２１ａよりも小さい面積を有する。具体的には、図１１および図１２に示すように、光入射面２１ａは約２．２４ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１１．０ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは約１．０３ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約１．０３ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。すなわち、集光部材２１は幅方向および厚み方向に対して先細り形状に形成されている。また、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂ上には、図示しない反射防止（ＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））膜が形成されていてもよい。
【００４９】
また、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状にしてもよい。この場合、集光部材２１内部から光出射面２１ｂを通して外部にレーザ光を取り出す際の取り出し効率を大きく向上させることができた。光出射面２１ｂが平坦面である場合には、集光部材２１内部においてレーザ光が光出射面２１ｂに到達した際に、光出射面２１ｂの内側で反射され、外部に取り出すことができないレーザ光成分が生じてしまう。それに対し、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状とすることによって、光出射面２１ｂの内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００５０】
上面２１ｃおよび下面２１ｄは互いに同じ形状に形成されており、一対の側端面２１ｅは互いに同じ形状に形成されている。また、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅは約５０ｍｍの長さ（Ｌ２１）を有する。また、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）は、側端面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）よりも大きい。
【００５１】
また、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅは、光入射面２１ａに入射したレーザ光を反射して光出射面２１ｂまで導く機能を有する。
【００５２】
ここで、集光部材２１に入射したレーザ光の進行について簡単に説明する。図１３および図１４に示すように、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、長軸方向および短軸方向に広がりながら進行し、集光部材２１の光入射面２１ａに入射する。そして、レーザ光は上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅで全反射を繰り返すことにより、集光されながら光出射面２１ｂまで導光され、光出射面２１ｂから外部に出射する。すなわち、集光部材２１は光入射面２１ａに入射したレーザ光の進行方向を集光部材２１の内部で変更してレーザ光を光出射面２１ｂまで導く機能を有する。なお、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は長軸方向の広がり角が短軸方向の広がり角よりも大きいので、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たしにくくなる。このため、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）（図１２参照）を、側端面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）（図１１参照）よりも大きくすることによって、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たさなくなるのを抑制している。
【００５３】
また、図１５に示すように、レーザ光の出射方向（レーザ光の光軸方向）が集光部材２１の光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置すれば、一対の側端面２１ｅにおいて全反射条件をより満たしやすくなるので、特に有効である。なお、レーザ光の出射方向が光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置する場合、図１６に示すように、各レーザ光の出射方向と光入射面２１ａとが直交するように光入射面２１ａを形成してもよい。これにより、レーザ光の集光部材２１への入射効率が低下するのを抑制することが可能である。
【００５４】
また、図１７〜図１９に示すように、集光部材２１のエッジを面取りしてもよい。すなわち、集光部材２１の導光方向に垂直な断面を、コーナー部が面取りされた矩形状にしてもよい。この場合、図１７および図１８に示すように、集光部材２１のエッジ（断面におけるコーナー部）を、例えばＣ０．３ｍｍにＣ面取りしてもよい。また、図１９に示すように、集光部材２１のエッジをＲ面取りし、光出射面２１ｂを略円形状に形成してもよい。なお、集光部材２１の導光方向とは、光入射面２１ａの中心から光出射面２１ｂの中心に向かう方向である。集光部材２１の導光方向に垂直な断面をコーナー部が面取りされた矩形状に形成すれば、集光部材２１のエッジ（断面のコーナー部）におけるレーザ光の散乱を抑制することが可能である。これにより、集光部材２１からレーザ光が漏れるのを抑制することが可能であるので、レーザ光の利用効率を向上させることが可能である。
【００５５】
本実施形態の集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光強度分布は図２０に示すように、均一になる。すなわち、光出射面２１ｂから出射するレーザ光の光強度分布はガウス分布状ではなくなる。このため、蛍光部材２２の後述する照射面２２ａに光密度が高くなりすぎる部分が発生するのを抑制することが可能である。これにより、蛍光部材２２に含有される蛍光体やバインダーが熱により劣化したり、光により化学反応を起こし劣化するのを抑制することが可能である。
【００５６】
また、図２１に示すように、集光部材２１はＢ方向（投光方向（所定の方向、Ａ方向）とは反対側）に傾斜している。また、集光部材２１の光出射面２１ｂと蛍光部材２２の照射面２２ａとの間には隙間（空間）が形成されている。
【００５７】
蛍光部材２２はレーザ光が照射される照射面２２ａを有する。また、蛍光部材２２の背面（照射面２２ａとは反対側の面）はアルミニウムからなる支持板２６に接触されている。蛍光部材２２の照射面２２ａの中央部に図２２に示すように、集光部材２１を通して集光されたレーザ光が照射される。このとき、照射面２２ａの中央部にてレーザ光が照射される領域は２ｍｍφ程度となる。なお、蛍光部材２２を２ｍｍφ程度に形成し、レーザ光を蛍光部材２２の照射面２２ａの全面に照射してもよい。
【００５８】
また、蛍光部材２２は、例えば青紫色光（励起光）を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する３種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕが挙げられる。これらの蛍光体は無機のバインダー（シリカやＴｉＯ２など）により繋ぎ止められている。そして、蛍光部材２２から出射する赤色光、緑色光および青色光の蛍光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、赤色光は例えば約６４０ｎｍの中心波長を有する光であり、緑色光は例えば約５２０ｎｍの中心波長を有する光である。また、青色光は例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する光である。
【００５９】
また、蛍光部材２２は図１に示すように、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３を含む領域に配置されており、蛍光部材２２の照射面２２ａの中心は、反射面２３ａの焦点Ｆ２３と略一致している。なお、蛍光部材２２は、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３の近傍に配置されていてもよい。また、蛍光部材２２の照射面２２ａは図２１に示すように、投光方向（Ａ方向）に向かって上側に傾斜している。
【００６０】
反射部材２３の反射面２３ａは図２３に示すように、蛍光部材２２の照射面２２ａに対向するように配置されている。また、反射面２３ａは、例えば放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面２３ａは放物面を、その頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面２３ａは図２３および図２４に示すように、約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約３０ｍｍの半径を有する略半円形状に形成されている。
【００６１】
また、反射面２３ａは蛍光部材２２からの光を平行光にして所定の方向（Ａ方向）に反射する機能を有する。ただし、実際には、照射面２２ａ上のレーザ光のスポット領域（照射領域）は一定の大きさを有しているので、反射部材２３から出射する光は完全な平行光ではないが、本明細書では説明を簡単にするために、反射部材２３から平行光が出射される、と説明する場合がある。
【００６２】
また、反射部材２３のうちの蛍光部材２２の中心よりもＢ方向の部分には、貫通穴２３ｂが形成されている。この貫通穴２３ｂには、集光部材２１の先端部分が挿入される。
【００６３】
なお、反射部材２３は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。
【００６４】
反射部材２３には取付部材２４が固定されている。この取付部材２４の上面２４ａは光を反射する機能を有するように形成されていることが好ましい。取付部材２４は例えばＡｌやＣｕなどの良好な熱伝導性を有する金属により形成されており、蛍光部材２２で発生した熱を放熱する機能を有する。また、取付部材２４の上面２４ａには、蛍光部材２２および支持板２６を固定するための取付部２４ｂが一体的に形成されている。また、図２１に示すように、取付部２４ｂの取付面２４ｃは、投光方向（Ａ方向）に向かって上側に傾斜している。なお、取付部材２４の下面には、放熱フィン（図示せず）が設けられていることが好ましい。
【００６５】
また、図１に示すように、反射部材２３の開口部（Ａ方向の端部）には、励起光（約４０５ｎｍの波長の光）を遮光（吸収または反射）し、蛍光部材２２により波長変換された蛍光（赤色光、緑色光および青色光）を透過するフィルタ部材２５が設けられている。具体的には、フィルタ部材２５は例えば約４１８ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４１８ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、五鈴精工硝子株式会社製のＩＴＹ−４１８や、例えば約４２０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４２０ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、ＨＯＹＡ株式会社製のＬ４２等のガラス材料を用いて形成することが可能である。反射部材２３の開口部にフィルタ部材２５を設けることによって、レーザ光が外部に漏れるのを抑制することが可能である。
【００６６】
本実施形態では、上記のように、レーザ光が入射される光入射面２１ａ、および、光入射面２１ａよりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面２１ｂを含む集光部材２１を設け、集光部材２１に光入射面２１ａに入射したレーザ光を反射して光出射面２１ｂまで導く側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）を設ける。これにより、光入射面２１ａに入射したレーザ光は、側面で反射されながら光出射面２１ｂまで導光され、集光された状態で光出射面２１ｂから出射される。このため、集光部材２１から出射するレーザ光を高密度化することができる。また、光入射面２１ａに入射したレーザ光は、側面で全反射されながら集光部材２１内を進行し、均一化された光強度分布で光出射面２１ｂから出射する。すなわち、光出射面２１ｂから出射するレーザ光の光強度分布はガウス分布状ではなくなる。このため、蛍光部材２２の照射面に光密度が高くなりすぎる部分が発生するのを抑制することができる。これにより、蛍光部材２２に含有される蛍光体やバインダーが熱により劣化したり、光により化学反応を起こし劣化するのを抑制することができる。
【００６７】
また、上記のように、集光部材２１を保持するガラス板１７は、光入射面２１ａを保持している。これにより、レーザ光が側面で反射される際にガラス板１７で吸収されることがないので、レーザ光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
【００６８】
また、上記のように、ガラス板１７は、レーザ光を透過する機能を有する。これにより、レーザ光がガラス板１７で吸収されるのを抑制することができるので、光入射面２１ａを覆うようにガラス板１７を配置することができる。このため、ガラス板１７により容易に光入射面２１ａを保持することができる。
【００６９】
また、上記のように、集光部材２１にガラス板１７に対応する部分を一体成型し、筐体１３により集光部材２１を保持してもよい。
【００７０】
また、上記のように、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光が入射される集光部材２１を用いることによって、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光を容易に集光することができる。このため、複数の半導体レーザ素子１１をレーザ光源として用いる場合にこの集光部材２１を用いることは、特に有効である。
【００７１】
また、上記のように、光出射面２１ｂを粗面あるいはモスアイ状にすることによって、光出射面２１ｂの内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００７２】
また、上記のように、集光部材２１にガラス板１７に対応する部分を一体成型した場合に、筐体１３は集光部材２１のうちのレーザ光が通過しない非通過領域を保持する。これにより、レーザ光が筐体１３で吸収されることがないので、レーザ光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
【００７３】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、図２５〜図２９を参照して、上記第１実施形態と異なり、保持部材１１０が集光部材２１の側面を保持する場合について説明する。
【００７４】
本発明の第２実施形態による集光ユニットは、図２５に示すように、集光部材２１と集光部材２１を保持する保持部材１１０とを含んでいる。なお、図２５のハッチング部分は、保持部材１１０の後述する金属ベルト１１１を示している。集光部材２１はレーザ発生装置１０の透明板１７から所定の距離（隙間）を隔てて配置されており、保持部材１１０はレーザ発生装置１０とは別体で設けられている。
【００７５】
本実施形態の集光部材２１では、図２６および図２７に示すように、光入射面２１ａは約６．０ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約２３．４ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。光入射面２１ａは３つの部分１２１ａ、１２１ｂおよび１２１ｃに分かれている。部分１２１ａは約１１．４４ｍｍの幅（Ｗ１２１ａ）を有する。部分１２１ｂおよび１２１ｃは部分１２１ａに対して約５．４６度だけ光出射面２１ｂ側に傾斜している。
【００７６】
光出射面２１ｂは約２．６６ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約２．６６ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。一対の側端面２１ｅは導光方向に対して約４．９６度だけ傾斜している。上面２１ｃおよび下面２１ｄは約１２０ｍｍの長さ（Ｌ２１）を有する。
【００７７】
本実施形態では図２８に示すように、レーザ光源として、３つの半導体レーザ素子１１が設けられている。半導体レーザ素子１１は光入射面２１ａの３つの部分１２１ａ〜１２１ｃに対応して１つずつ配置されている。また、各レーザ光の出射方向が集光部材２１の光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１が配置されている。なお、光入射面２１ａにおいて、両端に配置された半導体レーザ素子１１の中心軸から側端面２１ｅまでの距離（Ｌ２１ａ）は、約０．３ｍｍである。
【００７８】
保持部材１１０は図２５に示すように、集光部材２１に線状に接触する複数の金属ベルト１１１（線状接触部）を含んでいる。この金属ベルト１１１は金属製であり、光を反射する機能を有する。金属ベルト１１１は集光部材２１の側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）のうちの光入射面２１ａ側の端部と光出射面２１ｂ側の端部とに設けられている。各金属ベルト１１１は例えば５ｍｍ以下の幅（Ｗ１１１）（図２８参照）に形成されている。金属ベルト１１１は金属板を折り曲げることにより形成されていてもよいし、集光部材２１の表面上に形成された薄膜であってもよい。
【００７９】
保持部材１１０は、後述する第３実施形態の本体部２１２のようなものも含んでおり、この部分が金属ベルト１１１に連結している。そして、保持部材１１０は集光部材２１の側面を線状に保持している。
【００８０】
なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００８１】
本実施形態では、上記のように、保持部材１１０は、集光部材２１の側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）を線状に保持している。これにより、集光部材２１と保持部材１１０との接触面積を十分に小さくすることができる。このため、レーザ光が集光部材２１と保持部材１１０との接触部分において全反射条件を満たさなくなり保持部材１１０側に出射して保持部材１１０で吸収されるのを抑制することができる。すなわち、保持部材１１０で吸収されるレーザ光の量を少なくすることができる。これにより、レーザ光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
【００８２】
また、上記のように、保持部材１１０により側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）のうちの光入射面２１ａ側の部分と光出射面２１ｂ側の部分とを保持する。これにより、集光部材２１を安定して保持することができる。
【００８３】
また、上記のように、保持部材１１０は集光部材２１に線状に接触する金属製の金属ベルト１１１を含む。これにより、保持部材１１０で吸収されるレーザ光の量をさらに少なくすることができる。
【００８４】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８５】
次に、図２９を参照して、上記した効果を確認するために行った確認実験について説明する。
【００８６】
この確認実験では、集光部材２１の光入射面２１ａを保持する（第１実施形態に対応した）実施例１と、第２実施形態に対応した実施例２−１〜２−３とについて、集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の出力（光量）をシミュレーションにより求めた。
【００８７】
実施例１では、集光部材２１と透明板１７とを光学溶着により固定した。なお、その他の構造は、上記第２実施形態と同様にした。すなわち、実施例１は、第２実施形態の各金属ベルト１１１の幅（Ｗ１１１）を０ｍｍにしたものに対応している。
【００８８】
実施例２−１では、各金属ベルト１１１の幅（Ｗ１１１）を約１．６ｍｍにした。実施例２−２では、各金属ベルト１１１の幅（Ｗ１１１）を約３．１ｍｍにした。実施例２−３では、各金属ベルト１１１の幅（Ｗ１１１）を約５．１ｍｍにした。その他の構造は上記第２実施形態と同様にした。
【００８９】
そして、実施例１および実施例２−１〜２−３について、集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光量を求め、実施例１の値を「１」として規格化を行った。その結果を図２９に示す。
【００９０】
図２９を参照して、金属ベルト１１１の幅を広くすると光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光量が低下した。これにより、集光部材２１の側面に接する金属ベルト１１１が光損失の要因となり、集光部材２１と保持部材１１０との接触面積（金属ベルト１１１の幅）を小さくするとレーザ光の利用効率が低下するのを抑制することが可能であることが判明した。また、金属ベルト１１１を用いる場合、金属ベルト１１１の幅は小さい方が好ましく、金属ベルト１１１の幅を約１ｍｍ以下にすれば光損失を約５％以下に抑えることが可能であることが判明した。具体的には、実施例２−１の光量は約０．９４であり、光量が約６％低下した。実施例２−２の光量は約０．８９であり、光量が約１１％低下した。実施例２−３の光量は約０．８３であり、光量が約１７％低下した。
【００９１】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、図３０〜図３４を参照して、上記第２実施形態と異なり、保持部材２１０が集光部材２１の側面を点状に保持する場合について説明する。
【００９２】
本発明の第３実施形態による集光ユニットは、図３０および図３１に示すように、集光部材２１と集光部材２１を保持する保持部材２１０（図３１参照）とを含んでいる。なお、図３０では、理解を容易にするために、保持部材２１０の後述する本体部２１２および規制部２１３を省略している。
【００９３】
保持部材２１０は集光部材２１に点状に接触する複数のポスト２１１（点状接触部）と、複数のポスト２１１が取り付けられる本体部２１２（図３１参照）と、後述する規制部２１３（図３４参照）とを含んでいる。複数のポスト２１１は集光部材２１の側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）のうちの光入射面２１ａ側の端部と光出射面２１ｂ側の端部とに設けられている。例えば、光入射面２１ａ側の端部においてポスト２１１は上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅに対して１つずつ設けられており、光出射面２１ｂ側の端部においてポスト２１１は一対の側端面２１ｅに対して１つずつ設けられている。
【００９４】
ポスト２１１は略円柱形状に形成されており、集光部材２１に接触する部分は半球状（曲面状）に形成されている。このため、ポスト２１１は集光部材２１に点接触することになり、保持部材２１０は集光部材２１を点状に保持することになる。また、ポスト２１１は集光部材２１よりも小さい硬度を有しており、例えば樹脂などにより形成されている。なお、ポスト２１１の集光部材２１に接触する部分は半球状でなくてもよく、例えば平坦面状であってもよい。この場合、ポスト２１１は細い方が好ましい。
【００９５】
図３１に示すように、複数のポスト２１１は本体部２１２に設けられた複数の挿入穴（図示せず）に挿入されている。ポスト２１１の突出量が調節可能となるように、ポスト２１１にねじ山が形成されていてもよい。
【００９６】
ここで、集光部材２１は図３２に示すように、レーザ光が通過する通過領域Ｓ１と、レーザ光が通過しない非通過領域Ｓ２（図３２のハッチング領域）とを含んでいる。図３０では光入射面２１ａ側の端部においてポスト２１１ａは通過領域Ｓ１上に配置されており、ポスト２１１ｂは非通過領域Ｓ２上に配置されているが、図３３に示すようにポスト２１１ａも非通過領域Ｓ２上に配置してもよい。この場合、レーザ光が保持部材２１０で吸収されることがないので、レーザ光の利用効率が低下するのをより抑制することができる。このような構成は、ポスト２１１の集光部材２１に接触する部分が平坦面状である場合に特に有効である。
【００９７】
本体部２１２は図３１および図３４に示すように、集光部材２１の側面を覆う筒状に形成されている。そして、本体部２１２の内部に集光部材２１および複数のポスト２１１が配置されている。
【００９８】
図３４に示すように、本体部２１２の後端部には集光部材２１が後側（Ｃ方向）に移動するのを防止する規制部２１３が設けられている。なお、集光部材２１は先細り形状に形成されているので、集光部材２１は前側（Ｄ方向）には移動しない。
【００９９】
なお、第３実施形態のその他の構造は、上記第２実施形態と同様である。
【０１００】
本実施形態では、上記のように、保持部材２１０は集光部材２１に点状に接触するポスト２１１を含み、ポスト２１１は集光部材２１よりも小さい硬度を有する。これにより、保持部材２１０のポスト２１１により集光部材２１が損傷するのを抑制することができる。
【０１０１】
また、上記のように、ポスト２１１の集光部材２１に接触する部分を半球状（曲面状）に形成することによって、保持部材２１０と集光部材２１との接触面積を極めて小さくすることができるので、レーザ光の利用効率が低下するのをさらに抑制することができる。
【０１０２】
また、上記のように、保持部材２１０は集光部材２１の側面（上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅ）を覆うように形成されている。これにより、集光部材２１の側面から出射したレーザ光が集光ユニット３０の外部に漏れるのを抑制することができるので、レーザ光が人の眼などに悪影響を及ぼすのを抑制することができる。
【０１０３】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【０１０４】
（第４実施形態）
この第４実施形態では、図３５および図３６を参照して、上記第２および第３実施形態と異なり、保持部材３１０の金属線３１１が集光部材２１の側面を保持する場合について説明する。
【０１０５】
本発明の第４実施形態による集光ユニットは、図３５および図３６に示すように、集光部材２１と集光部材２１を保持する保持部材３１０とを含んでいる。保持部材３１０は集光部材２１に線状に接触する複数の金属線３１１（線状接触部）を含んでいる。なお、図３５および図３６では、理解を容易にするために、保持部材３１０のうちの金属線３１１以外の部分を省略している。図３６に示すように、各金属線３１１は集光部材２１の側面のうちの隣接する２つの側面に接触するように折り曲げられている。
【０１０６】
保持部材３１０は、図示しないが上記第３実施形態の本体部２１２のようなものも含んでおり、この部分が金属線３１１に連結している。そして、保持部材３１０は集光部材２１の側面を線状に保持している。
【０１０７】
なお、第４実施形態のその他の構造および効果は、上記第２および第３実施形態と同様である。
【０１０８】
（第５実施形態）
この第５実施形態では、図３７を参照して、上記第２〜第４実施形態と異なり、保持部材４１０が集光部材２１の断面の頂点のみに接触する場合について説明する。
【０１０９】
本発明の第５実施形態による集光ユニットは、図３７に示すように、集光部材２１と集光部材２１を保持する保持部材４１０とを含んでいる。保持部材４１０は、楕円の一部を切り取ったＣ形状の断面を有するように形成されている。このため、保持部材４１０を広げて集光部材２１を挿入することにより、保持部材４１０の内面は、導光方向に垂直な断面における集光部材２１の頂点（図では４つの頂点）に接触する。この場合、保持部材４１０は集光部材２１を線状に保持することになる。
【０１１０】
保持部材４１０は集光部材２１の側面を覆っている。また、保持部材４１０は集光部材２１よりも小さい硬度となるように形成されており、例えば樹脂などにより形成されている。
【０１１１】
なお、第５実施形態のその他の構造は、上記第２〜第４実施形態と同様である。
【０１１２】
本実施形態では、上記のように、保持部材４１０は、集光部材２１の導光方向に垂直な断面における複数の頂点に接触している。これにより、保持部材４１０を集光部材２１に線接触させることができるので、保持部材４１０で吸収されるレーザ光の量を少なくすることができる。また、集光部材２１内を導光されるレーザ光は、集光部材２１の断面の頂点には到達しにくい。すなわち、集光部材２１の頂点部分におけるレーザ光の密度は他の部分におけるレーザ光の密度に比べて低い。これにより、保持部材４１０で吸収されるレーザ光の量をより少なくすることができる。
【０１１３】
第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第４実施形態と同様である。
【０１１４】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１５】
例えば、上記実施形態では、本発明の発光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の発光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態では、本発明の発光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の発光装置をダウンライトまたはスポットライトなどの照明装置や、照明装置以外の発光装置に適用してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。
【０１１８】
また、上記実施形態では、白色光を出射するように、励起光源（半導体レーザ素子）および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態では、集光部材の先端近傍に蛍光部材を配置して励起することにより点光源を得る例について示したが、本発明はこれに限らず、集光部材の先端近傍に蛍光部材を配置しなくてもよい。この場合、例えば、集光部材の先端近傍に半田材を配置して溶かす光源として発光装置を用いてもよい。４０５ｎｍの波長の光はＡｕを溶かすのに好適であるので、レーザ溶接を容易に行うことができる。また、例えば、集光部材の先端を感光剤の近傍に配置して感光剤を露光する露光光源として発光装置を用いてもよい。この場合、感光剤の露光時間を大幅に短縮することができる。さらに、例えば、紫外光により被観察物の形状観察などを行う紫外光顕微鏡の光源として発光装置を用いてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、レーザ光を出射するレーザ発生器として、半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子以外のレーザ発生器を用いてもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。
【０１２２】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。例えば、レーザ光を照明光として安全に利用できる場合は、約４５０ｎｍの中心波長を有する青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体とを用いて、白色光を得てもよい。この場合、励起光を遮光するフィルタ部材は設けなくてよい。なお、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｙ１−ｘ−ｙＧｄｘＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２（０．１≦ｘ≦０．５５、０．０１≦ｙ≦０．４）などが挙げられる。また、これに限らず、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態では、蛍光部材の照射面から出射した光を照明光として利用する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、蛍光部材の背面（照射面とは反対側の面）や側面から出射した光を照明光として利用してもよい。
【０１２４】
また、上記実施形態では、反射部材の反射面を放物面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、反射面を楕円面の一部により形成してもよい。この場合、蛍光部材を反射面の焦点に位置させることにより、発光装置から出射する光を容易に集光することができる。また、反射面を多数の曲面（例えば放物面）からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態では、励起光源として複数の半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。励起光源として１つの半導体レーザ素子を用いてもよい。また、励起光源として、複数の発光部を備えた、いわゆる半導体レーザアレイを用いてもよい。
【０１２６】
また、例えば上記第２実施形態では、金属ベルトを集光部材の光入射面側の端部と光出射面側の端部とに設けた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図３８に示した本発明の第１変形例による保持部材１１０のように、光入射面２１ａ側では金属ベルト１１１を集光部材２１の端部に配置し、光出射面２１ｂ側では金属ベルト１１１を端部（光出射面２１ｂ）から離して配置してもよい。なお、図３８のハッチング部分は、金属ベルト１１１を示している。光出射面２１ｂに近づくにしたがって集光部材２１内のレーザ光の密度が高くなる。このため、金属ベルト１１１を光出射面２１ｂから離して配置することにより、光密度のより低い部分を金属ベルト１１１により保持することができる。これにより、レーザ光の損失をより少なくすることができる。このことは、上記第３〜第５実施形態も同様である。
【０１２７】
また、例えば金属ベルト１１１を集光部材２１の光入射面２１ａ側の部分のみに設けてもよいし、光出射面２１ｂ側の部分のみに設けてもよい。ただし、集光部材２１は光入射面２１ａ側の部分の方が光出射面２１ｂ側の部分よりも体積が大きく重いので、光入射面２１ａ側の部分を保持する方が、集光部材２１を安定して保持することができる。また、集光部材２１の光入射面２１ａ側の部分は光出射面２１ｂ側の部分に比べて、側面に到達するレーザ光の量が少ないので、光入射面２１ａ側の部分を保持する方が、金属ベルト１１１で吸収されるレーザ光の量をより少なくすることができる。
【０１２８】
また、上記実施形態では、半導体レーザ素子１１を一直線状に配置した例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば図３９に示した本発明の第２変形例による発光装置のように構成してもよい。具体的には、半導体レーザ素子１１（図４０参照）を搭載した小型パッケージ５１１を、２段や３段（図３９では３段）の最密充填に配置してもよい。
【０１２９】
また、集光部材の形状は上記実施形態のものに限らず、例えば図４１〜図４３に示した本発明の第３変形例による集光部材２１のように構成してもよい。具体的には、集光部材２１をＢＫ７により形成する場合、光入射面２１ａの高さ（Ｈ２１ａ）を約３ｍｍ、光入射面２１ａの幅（Ｗ２１ａ）を約１０ｍｍ、光出射面２１ｂの高さ（Ｈ２１ｂ）を約２ｍｍ、光出射面２１ｂの幅（Ｗ２１ｂ）を約２ｍｍ、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅの長さ（Ｌ２１）を約５０ｍｍ、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）を約８８．９度、側端面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）を約８０．９度にしてもよい。また、集光部材２１を合成石英により形成する場合、光入射面２１ａの高さ（Ｈ２１ａ）を約６ｍｍ、光入射面２１ａの幅（Ｗ２１ａ）を約２４ｍｍ、光出射面２１ｂの高さ（Ｈ２１ｂ）を約３ｍｍ、光出射面２１ｂの幅（Ｗ２１ｂ）を約３ｍｍ、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側端面２１ｅの長さ（Ｌ２１）を約１２０ｍｍ、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）を約８８．６度、側端面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）を約８０．１度にしてもよい。用いる材質によって集光部材２１の屈折率が異なるので、効率よく導光する集光部材２１の形状（寸法）も異なる。
【０１３０】
また、集光部材のエッジを面取りする場合、例えば図４４に示した本発明の第４変形例による集光ユニットのように、集光部材２１の面取りされた面（Ｃ面）を保持部材６１０により保持してもよい。具体的には、集光部材２１の４つのコーナー部を面取りすると、集光部材２１の導光方向に垂直な断面は例えば８つの辺を有する八角形状（多角形状）になるとともに、上下左右に線対称になる。このとき、コーナー部に位置する４つの辺（Ｃ面）６２１は最も小さい辺になる。４つの辺６２１は側面に対して例えば４５度傾斜している。そして、保持部材６１０は４つの辺６２１の少なくとも１つに接触して集光部材２１を保持している。なお、集光部材２１を安定して保持するためには、保持部材６１０が２つ以上の辺６２１を保持することが好ましく、４つの辺６２１を保持することがより好ましい。このように、集光部材２１の面取りされた面（Ｃ面）を保持部材６１０により保持することによって、集光部材２１を容易に安定して保持することができる。なお、保持部材６１０は辺６２１の延びる方向（紙面に対して略垂直方向）に沿って線状に集光部材２１を保持してもよいし、辺６２１の延びる方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、点状に集光部材２１を保持してもよい。また、言うまでもなく、上記第５実施形態の保持部材４１０を用いて図４４の集光部材２１の複数の頂点を保持してもよい。
【０１３１】
また、例えば上記第３実施形態では、保持部材２１０の本体部２１２が集光部材２１の先端部（光出射面２１ｂ近傍の部分）まで覆うように設けられている例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４５に示した本発明の第５変形例による発光装置のように、集光部材２１の先端部が保持部材７１０の本体部７１２から突出していてもよい。このように構成すれば、保持部材７１０を上記第１実施形態の発光装置１に搭載する場合に、保持部材７１０を反射部材２３の外部に配置することができる。これにより、蛍光部材２２から出射した光が保持部材７１０により遮られることがないので、光の損失をより少なくすることができる。なお、保持部材７１０は反射部材２３や取付部材２４に固定してもよい。以上のことは、上記第２、第４および第５実施形態も同様である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  発光装置
１１  半導体レーザ素子（レーザ発生器）
１３  筐体（収納部材、保持部材）
１７  透明板（保持部材）
１８  接着層
２１  集光部材
２１ａ  光入射面
２１ｂ  光出射面
２１ｃ  上面（側面）
２１ｄ  下面（側面）
２１ｅ  側端面（側面）
２２  蛍光部材
２３  反射部材
３０  集光ユニット
１１０、２１０、３１０、４１０、６１０、７１０  保持部材
１１１  金属ベルト（線状接触部）
２１１  ポスト（点状接触部）
３１１  金属線（線状接触部）
Ｓ１  通過領域
Ｓ２  非通過領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005369142.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005369142.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005369142.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005369142.tif 000014
【図１４】
0005369142.tif 000015
【図１５】
0005369142.tif 000016
【図１６】
0005369142.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0005369142.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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