(57)【要約】  発光装置（１）は、複数の光源（１００、２００）と、複数の励起光（１０１、２０１）を偏向する光偏向部（１４０）と、光偏向部（１４０）により偏向された複数の励起光（１０１、２０１）が照射され、複数の励起光（１０１、２０１）を波長の異なる波長変換光に変換して出射する波長変換部（１６０）とを備え、光偏向部（１４０）は、複数の励起光（１０１、２０１）が互いに異なる光軸で入射する１つの可動ミラー（１４２）を有し、複数の励起光（１０１、２０１）は、可動ミラー（１４２）から波長変換部（１６０）に至る光路長が互いに等しい。
2018021109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源より出射される複数の励起光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により偏向された前記複数の励起光が照射され、前記複数の励起光を波長の異なる波長変換光に変換して出射する波長変換部とを備え、
前記光偏向部は、前記複数の励起光とが互いに異なる光軸で入射する１つの可動ミラーを有し、
前記複数の励起光は、前記可動ミラーから前記波長変換部に至る光路長が互いに等しい
発光装置。
【請求項２】
複数の光源と、
前記複数の光源より出射される複数の励起光を偏向する光偏向部と、
前記光偏向部により偏向された前記複数の励起光が照射され、前記複数の励起光を波長の異なる波長変換光に変換して出射する波長変換部とを備え、
前記光偏向部は、前記複数の励起光とが互いに異なる光軸で入射する１つの可動ミラーを有し、
前記可動ミラーは、回動軸を中心に回動し、
前記複数の励起光は、前記回動軸を含む平面を通り、互いに同一の入射角で前記可動ミラーに入射する
発光装置。
【請求項３】
前記複数の励起光は、前記波長変換部の前記複数の励起光が入射する入射面の法線に対して対称な位置に配置された２つの反射部材からそれぞれ反射して前記波長変換部に照射される
請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換部は、蛍光体である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記複数の励起光が照射された前記波長変換部から放出される前記波長変換光、及び、前記波長変換部により散乱される前記複数の励起光を、照明対象に向けて照射するための投射光学系とを備える
照明装置。
【請求項６】
前記波長変換部の前記複数の励起光が入射する入射面は、前記波長変換部の前記投射光学系に対向する面である
請求項５に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源部が出射する励起光を波長変換部に照射し、波長変換部から励起光と波長の異なる光を発生させる発光装置、及び当該発光装置を備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（半導体レーザー素子）などのレーザー光源を利用した照明装置には、スポット照明、車両用前照灯、プロジェクター、内視鏡照明などがある。これらの照明装置においては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）に代表される蛍光体からなる波長変換部に、波長が４００ｎｍ近傍、又は４５０ｎｍ近傍のレーザー光を照射し、蛍光体が励起されることにより発生する蛍光、又は蛍光と励起光の散乱成分とからなる出射光を照明光として利用している。このような照明装置においては、集光光学系を使用することで蛍光体上の励起光スポットサイズを小さく絞ることができるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用した照明に比べて蛍光が発生する発光領域のサイズを小さくすることができる。このため、出射光を前方に照射するための光学系を小型にすることが可能となる。【０００３】
発光装置として、レーザー光源に加えて、レーザー光を集光する集光光学系と、蛍光体からなる波長変換部と、レーザー光源から波長変換部に至る光路の途中に配置された光偏向部とを備える発光装置がある。この発光装置では、レーザー光を、集光光学系を使って蛍光体に集光照射し、光偏向部によってレーザー光を偏向する。また、この発光装置では、光偏向部の反射ミラー角度を揺動制御することによって、レーザー光の光路を周期的に偏向する。ここで、反射ミラー角度の揺動制御の周期は、発光装置からの出射光のちらつきを人間の視覚が感知できない程度に短い周期に設定される。この発光装置によれば、蛍光体上のレーザー光の照射位置を周期的に変化させることによって、蛍光体上の発光領域形状を自由に形成できる。この発光装置に、波長変換部から発生する波長変換光、及び励起光の散乱成分を発光装置の前方に投射するための投射光学系を付加することで、蛍光体上の励起光走査座標領域に対応した配光角度分布を前方に投射する照明装置となる。以下、この種の発光装置及び照明装置を、それぞれ走査型発光装置及び走査型照明装置と呼ぶことがある。走査型照明装置は、例えば車両用の配光可変ヘッドランプシステム（ＡＤＢ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｂｅａｍ）に適用可能である。具体的には、傾倒可能な反射ミラーの周期的な角度制御により、投射したい配光分布に応じた蛍光体上の座標領域をレーザー光で走査させる。これにより、例えば対向車の搭乗者又は歩行者の眩惑防止の目的で、当該搭乗者又は歩行者の顔の領域を照射しないように、当該領域に対応した蛍光体の座標領域をレーザー光が通過する際、レーザー光源を停止する制御を行う。このように、蛍光体上のレーザー光走査領域を変えることで、車両の運転状況に合わせた配光分布を実現することができる。【０００４】
さらに、車両前照灯のような照明装置においては、遠方の照射対象物を明るく照らす必要があるが、これを達成するためには照明光の光束を増やす必要がある。照明光の光束を増やす最も単純な方法は、励起光源である半導体発光素子の出力を上げる方法だが、現在の技術水準で１つの励起光源で出せる最大出力には限界があるため、主に複数の励起光源からの出力を足し合わせて使用する方法が検討されている。【０００５】
複数の半導体発光素子に光偏向部と波長変換部とを組み合わせた走査型照明装置の例として、特許文献１及び特許文献２においては、複数の光源それぞれに対応した可動反射ミラーを用いて、半導体発光素子から出射したレーザー光を蛍光体に照射し、蛍光体より蛍光を発生させ、この蛍光を投射光学系により前方に照射する照明装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２２２３８号公報
【特許文献２】特開２０１４−２９８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いずれの先行技術も、複数の光源に対しそれぞれの光源に対応した同数の光偏向部を具備する構成を用いているが、本構成を用いて可変配光を実現した場合、光偏向部が複数あるために、制御性及びコストの観点で課題がある。【０００８】
例えばＡＤＢを実現するためには、複数の光源の各レーザー光が蛍光体走査軸上の同じ座標に到達するタイミングで複数の光源をＯＮ／ＯＦＦ制御する必要がある。この目的で複数の光偏向部を同じ駆動電圧パターンで動かし、同時に複数の光源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ったとしても、駆動するための磁気回路の個体差及び組立起因の個体差が、光偏向部の動作の時間差となって現れるため、照射エリアと非照射エリアの境界がずれてしまう。このような境界のずれは、投射品質上、無視できない課題となる。一方で、それぞれの光偏向部を個別に制御したとしても、走査座標に応じて微妙に異なる揺動パターンを持つ光偏向部による非照射領域を完全に一致させるのは、非常に困難な調整作業を伴う。【０００９】
さらに、複数の光偏向部を用いることは、装置の体積を増加させる要因となり装置の小型化を妨げるとともに、部品点数の増加及びコストアップを招き、組立を煩雑にする。【００１０】
これら課題の解決方法の一つとして、複数の光源からのレーザー光をあらかじめ同軸に結合することによって１本のビームとし、この１本のビームを一つの光偏向部に入射させ、走査する方法が考えられる。同軸結合の場合は、偏光結合、波長結合、体積ホログラム（ＶＨＧ：Ｖｏｌｕｍｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｇｒａｔｉｎｇ）結合などで実現できるが、いずれも専用の光学部品である、偏向ビームスプリッター、ダイクロイックプリズム、ＶＨＧなどが必要となる。また、専用の光学部品を備えることに付随して装置が大型化し、高価なものになる。同時にそれら光学部品の光学特性（透過率、反射率、回折効率）の影響を受け、レーザー光の利用効率が大きく低下する。その他、同軸調整方法、光学部品の温度特性に起因する影響抑制方法など、対策を講じるべき課題も多い。さらに２本を越えるビームの同軸結合は、各結合方式それぞれに様々な制約があるため、実現の難易度が高い。【００１１】
以上の課題を解決するため、本開示は、複数の光源と、波長変換部と、光偏向部とを備える発光装置であって、出射光の品質が高く、かつ、簡素化された構成を有する発光装置及びそれを備える照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の一形態に係る発光装置は、第一励起光及び第二励起光を出射する光源部と、前記第一励起光及び前記第二励起光を偏向する光偏向部と、前記光偏向部により偏向された前記第一励起光及び前記第二励起光が照射され、前記第一励起光及び前記第二励起光を波長の異なる波長変換光に変換して出射する波長変換部とを備え、前記光偏向部は、前記第一励起光と前記第二励起光とが互いに異なる光軸で入射する１つの可動ミラーを有する。【００１３】
このような構成の発光装置では、第一励起光及び第二励起光を偏向する光偏向部を１つの可動ミラーに集約することで装置の構成を簡素化できるため、装置の小型化、部品点数の削減、コストダウン、及び、組立性の向上が見込める。また発光装置を車両前照灯に用いることで、ＡＤＢに代表される可変配光を実現することができる。この場合、出射光を照射可能な領域の一部を照射しないよう、その領域に対応した波長変換部の座標領域に各励起光が照射される際に光源部を停止（消灯）する制御を行う。ここで、光偏向部の一つの可動ミラーを制御することで、第一励起光及び第二励起光を偏向させることができる。このため、本開示に係る発光装置では、第一励起光及び第二励起光をそれぞれ偏向する二つの光偏向部を用いる場合のように、入力信号に対する各光偏向部における応答特性の個体差を考慮する必要がない。したがって、波長変換部の消灯座標領域に加え、その領域に各励起光が照射される時間的なタイミングも第一励起光及び第二励起光の間で容易に一致させることができる。このため、第一励起光及び第二励起光のそれぞれに対する制御タイミングの合わせ込みが不要となり、複数の光源を同じ駆動回路で同時にまとめて制御することができる。このように、本開示に係る発光装置では、制御システムを簡素化できる。さらに、第一励起光と第二励起光との制御タイミングを一致させることで発光装置の出射光の出力及び品質を向上させることができる。【００１４】
本開示の一形態に係る発光装置において、前記可動ミラーは、回動軸を中心に回動し、前記第一励起光及び前記第二励起光は、前記回動軸を含む平面を通り、互いに同一の入射角で前記可動ミラーに入射してもよい。【００１５】
このような構成の発光装置では、可動ミラーの傾倒に伴う各励起光の偏向角、及び偏向方向が一致する。このため、第一励起光及び第二励起光の光路を容易に制御することができる。【００１６】
本開示の一形態に係る発光装置において、前記第一励起光と前記第二励起光とは、前記可動ミラーから前記波長変換部に至る光路長が互いに等しくてもよい。【００１７】
このような構成の発光装置では、第一励起光及び第二励起光に対する、可動ミラーの単位回転角度当たりの波長変換部における照射スポットの移動量が、第一励起光と第二励起光との間で一致する。その結果、第一励起光及び第二励起光が、波長変換部上の同一座標を、同じタイミングで走査することが可能となる。【００１８】
本開示の一形態に係る発光装置において、前記第一励起光及び前記第二励起光は、前記波長変換部の前記第一励起光及び前記第二励起光が入射する入射面の法線に対して対称な位置に配置された２つの反射部材からそれぞれ反射して前記波長変換部に照射されてもよい。【００１９】
このような構成の発光装置では、第一励起光及び第二励起光が同一位置を走査する場合において、蛍光体上で励起光が走査する領域の重心に対して、対称な走査形状を容易に得ることができるため、蛍光体からの出射光を投射光学系などを使用して前方に照射する際に、照射方向の中心に対して対称な形状の配光分布を実現できる。【００２０】
本開示の一形態に係る発光装置において、前記波長変換部は、蛍光体であってもよい。【００２１】
このような構成の発光装置では、蛍光体において、第一励起光及び第二励起光を波長変換することができる。【００２２】
本開示の一形態に係る照明装置は、上記発光装置と、前記第一励起光及び前記第二励起光が照射された前記波長変換部から放出される前記波長変換光、及び、前記波長変換部により散乱される前記第一励起光及び前記第二励起光を、照明対象に向けて照射するための投射光学系とを備える。【００２３】
このような構成の照明装置では、第一励起光及び第二励起光を光偏向部によって偏向させることで波長変換部上を走査させることにより、車両前照灯、スポット照明などの特定の配光分布を必要とする各種照明装置として利用できる。また、本構成を有する照明装置は、配光を自在に変化させることができる。【００２４】
本開示の一形態に係る照明装置において、前記波長変換部の前記第一励起光及び前記第二励起光が入射する入射面は、前記波長変換部の前記投射光学系に対向する面であってもよい。【００２５】
このような構成の照明装置では、波長変換部の光入射面と光出射面とが同一であり、その面の反対側の面に熱伝導性の高い部材を配置することが可能となるため、放熱性に優れる。このため、光変換効率、熱特性及び耐久性に優れた照明装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２６】
本開示によれば、簡略な構成でコストを抑えた高輝度で小型の発光装置、及びＡＤＢに代表される照明対象の状況に応じて複雑な配光パターンを時間的に変化させながら前方を投射することができる照明装置を、一本の励起光を扱う場合と同じ制御によって実現する。【００２７】
また複数の励起光は、蛍光体まで非同軸で伝送されるため、同軸ビームを作るための構成光学系と同軸調整の手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施の形態に係る発光装置及び照明装置の光学系構成を示す側面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る発光装置の光偏向部近傍の領域の拡大図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る発光装置及び照明装置の光学系構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る発光装置で用いられる半導体発光素子の概略構成と半導体発光素子から出射されるレーザー光の放射パターンとを示す斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る発光装置のシリンドリカルミラーの配置を示す側面図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る蛍光体から外部に出射される光の波長分布を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態に係る投射光学系の焦点距離と投射光のｘ軸方向における放射角との関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態に係る投射光学系の焦点距離と投射光のｙ軸方向における放射角との関係を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態に係る発光装置における可動ミラーの回動角と、蛍光体表面における励起光の照射スポット形状との関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、変形例に係る発光装置及び照明装置の光学系構成を示す側面図である。
【図１０】図１０は、他の変形例に係る発光装置及び照明装置の光学系構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本開示の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、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。
【００３０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。
【００３１】
（実施の形態）
実施の形態に係る発光装置及び照明装置について図面を用いて説明する。
【００３２】
図１は、実施の形態に係る発光装置１及び照明装置２の光学系構成を示す側面図である。図２は、実施の形態に係る発光装置１の光偏向部１４０近傍の領域Ａの拡大図である。図３は、実施の形態に係る発光装置１及び照明装置２の光学系構成を示す斜視図である。図１〜図３において、照明装置２から投射される投射光１９０の光軸方向をｚ軸方向とし、当該光軸方向に垂直で互いに直交する二つの方向をｘ軸方向及びｙ軸方向としている。
【００３３】
実施の形態に係る照明装置２は、投射光１９０を出射する装置であり、図１に示すように、発光装置１と、投射光学系１７０とを備える。発光装置１は、光源部３と、光偏向部１４０と、波長変換部１６０とを備える。発光装置１は、さらに、集光部１０と、固定ミラー１８０、２８０及び２８１とを備える。
【００３４】
光源部３は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を出射する光源であり、半導体レーザー光源１００及び２００を備える。半導体レーザー光源１００及び２００は、それぞれ第一励起光１０１及び第二励起光２０１を出射するレーザー光源である。半導体レーザー光源１００は、主に、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０が固定されるサブマウント１１１とを備える。半導体レーザー光源２００は、主に、半導体発光素子２１０と、半導体発光素子２１０が固定されるサブマウント２１１とを備える。
【００３５】
半導体発光素子１１０は、レーザー光である第一励起光を出射する半導体レーザー素子である。以下、半導体発光素子１１０について、図面を用いて説明する。
【００３６】
図４は、本実施の形態に係る発光装置１で用いられる半導体発光素子１１０の概略構成と半導体発光素子１１０から出射されるレーザー光の放射パターンとを示す斜視図である。図４にはｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の三次元直交座標軸が示されているが、図１に示した三次元直交座標軸と一致する方向に、半導体発光素子１１０が半導体レーザー光源１００に実装されている。ここで、ｘ軸、及びｙ軸は、軸が平行であれば、その向きは正負逆に実装しても構わない。なお、半導体発光素子２１０も、半導体発光素子１１０と同様の構造を有する。
【００３７】
以下、図４を使用して、半導体発光素子１１０の構造について説明する。
【００３８】
半導体発光素子１１０は、例えばＧａＮ等の半導体基板１１３上に、ＡｌＧａＮ等からなるｎ型クラッド層１１４、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層等からなる多重量子井戸の活性層１１５、及び、ＡｌＧａＮ等からなるｐ型クラッド層１１６がエピタキシャル成長によって積層されている。ｐ型クラッド層１１６には、リッジ部１１７が形成されている。ｐ型クラッド層１１６の上面のリッジ部１１７が形成されていない平坦面及びリッジ部１１７の側面には絶縁層１１８が形成され、リッジ部１１７の上面にはｐ側電極１１９が形成されている。半導体基板１１３の下面にはｎ側電極１１２が形成されている。
【００３９】
ｎ側電極１１２及びｐ側電極１１９は、Ａｕをベースとした合金等の蒸着などによって形成されている。ｐ側電極１１９からｎ側電極１１２に電流が流れるようにｐ側電極１１９及びｎ側電極１１２に電圧を加えることにより、リッジ部１１７の下方の活性層１１５の領域で光の誘導放出が発生する。このとき、ｎ型クラッド層１１４とｐ型クラッド層１１６の屈折率は、その間に形成された活性層１１５の屈折率より低いため、光は薄い活性層１１５の中に閉じ込められる。また、ｐ型クラッド層１１６の外側に形成されるｐ側電極１１９は、ストライプ状に形成されており、また、それ以外の領域に絶縁層１１８が形成されているため、電流が流れる範囲がｐ側電極１１９のストライプ幅の範囲に限定される構造になっている。この結果、発光領域の水平方向の大きさが限定される。これら垂直及び水平の両方向に限定された空間で発生する光が、活性層１１５の前後の壁開端面の間で無数に反射を繰り返すことで、光が増幅されてレーザー光となり、外部に放出される。
【００４０】
本実施の形態では、半導体発光素子１１０を備える半導体レーザー光源１００は、波長４５０ｎｍ近傍の青色のレーザー光を出射する。図４のリッジ部１１７の下方に楕円で示された領域(後述するニアフィールドパターン５０１に対応する領域）がレーザー光を出射する発光領域である。一般に半導体発光素子１１０の活性層１１５に垂直な方向はファスト軸、活性層１１５に平行な方向はスロー軸と呼ばれる。半導体発光素子１１０の発光領域に十分に近い位置では、スロー軸方向に延びる長軸を有する楕円となるニアフィールドパターン５０１を形成する。一方、レーザー光は活性層１１５から出射された後、回折によって徐々に楕円のスロー軸方向及びファスト軸）方向の径が拡大する。ここで、ファスト軸方向において、スロー軸方向より急激に径が拡大する。このため、ファスト軸方向に長軸が位置する楕円となるファーフィールドパターン５０２が形成される。以下、レーザー光のファスト軸方向をＡｘ軸、スロー軸方向をＡｙ軸という。
【００４１】
本実施の形態に係る発光装置１は、図４に示す半導体発光素子１１０のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の向きが、図１〜図３に示されるｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の向きと一致するようにサブマウント１１１上に固定される。この時、ｘ軸、ｙ軸の正負の向きは、逆でも構わない。つまり、半導体発光素子１１０のファスト軸及びスロー軸がそれぞれｘ軸方向及びｙ軸方向に平行になるよう配置される。第一励起光１０１は、集光部１０によってファスト軸方向及びスロー軸方向に集光される。これにより、第一励起光１０１は、ニアフィールドパターン５０１を像として再現した焦点位置近傍のビームスポットを形成し、波長変換部１６０に照射される。半導体発光素子２１０から出射される第二励起光２０１についても同様である。
【００４２】
集光部１０は、第一光学系１１と、第二光学系１２とを備える。本実施の形態では、第一光学系１１は、非球面レンズ１２０及び２２０と、シリンドリカルレンズ１３０及び２３０とを備える。第二光学系１２は、シリンドリカルミラー１５０及び２５０を備える。本実施の形態では、シリンドリカルミラー１５０及び２５０は、シリンドリカル凹面ミラーである。また、発光装置１は、第一励起光１０１の光路を偏向させる固定ミラー１８０と、第二励起光２０１を偏向させる固定ミラー２８０及び２８１とをさらに備える。
【００４３】
非球面レンズ１２０及び２２０は、それぞれ半導体発光素子１１０及び２１０から出射されるレーザー光を平行光に変換するコリメーターレンズであり、レーザー光の球面収差が最小となるように最適化されている。
【００４４】
シリンドリカルレンズ１３０及び２３０は、それぞれ半導体発光素子１１０及び２１０のファスト軸に対して曲率を持ち、かつ、波長変換部１６０の位置に焦点があるレンズである。
【００４５】
シリンドリカルミラー１５０及び２５０は、それぞれ半導体発光素子１１０及び２１０のスロー軸に対して曲率を持ち、かつ、波長変換部１６０の位置に焦点がある反射部材である。ここで、シリンドリカルミラー１５０及び２５０の配置について図面を用いて説明する。
【００４６】
図５は、本実施の形態に係る発光装置１のシリンドリカルミラー１５０及び２５０の配置を示す側面図である。図５においては、投射光学系１７０などは省略されている。
【００４７】
図５に示すように、シリンドリカルミラー１５０及び２５０は、波長変換部１６０における第一励起光１０１及び第二励起光２０１が入射する入射面１６０ｉの法線（図５に示される一点鎖線）に対して対称な位置に配置されている。これにより、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、波長変換部１６０の入射面１６０ｉの法線に対して対称な位置に配置された２つのシリンドリカルミラー１５０及び２５０からそれぞれ反射して波長変換部１６０に照射される。これにより、第一励起光１０１及び第二励起光２０１が同一位置を走査する場合において、蛍光体上で励起光が走査する領域の重心に対して対称な走査形状を容易に得ることができるため、蛍光体からの出射光を投射光学系などを使用して前方に照射する際に、照射方向の中心に対して対称な形状の配光分布を実現できる。
【００４８】
例えば、第一励起光１０１は、半導体レーザー光源１００近傍に配置された非球面レンズ１２０によってコリメートされる。続いて、第一励起光１０１は、半導体レーザー光源１００と光偏向部１４０の間に配置されたシリンドリカルレンズ１３０によってファスト軸方向に集光される。さらに、第一励起光１０１は、光偏向部１４０で偏向された後、光偏向部１４０と波長変換部１６０との間に配置されたシリンドリカルミラー１５０によってスロー軸方向に集光される。また、互いに焦点距離が異なるシリンドリカルレンズ１３０及びシリンドリカルミラー１５０は、それぞれ波長変換部に焦点位置が合致するように配置されるため、ニアフィールドパターン５０１を像として再現した焦点位置近傍のビームスポットで波長変換部１６０に照射される。
【００４９】
光偏向部１４０は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を偏向する機器である。光偏向部１４０は、第一励起光１０１と第二励起光２０１とが互いに異なる光軸で入射する１つの可動ミラー１４２を有する。本実施の形態では、可動ミラー１４２は、例えば、磁気回路によって回動軸を中心に周期的に往復傾倒しながら入射光を偏向するミラーである。
【００５０】
波長変換部１６０は、光偏向部１４０により偏向された第一励起光１０１及び第二励起光２０１が照射され、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を波長の異なる波長変換光に変換して出射する。本実施の形態では、波長変換部１６０は蛍光体１６２を備える。蛍光体１６２は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を波長変換光である蛍光に変換する。本実施の形態では、波長変換部１６０の第一励起光１０１及び第二励起光２０１が入射する入射面は、波長変換部１６０の投射光学系１７０に対向する面である。これにより、波長変換部１６０の光入射面と光出射面とが同一であり、その面の反対側の面に熱伝導性の高い部材を配置することが可能となるため、放熱性に優れる。このため、光変換効率、熱特性及び耐久性に優れた照明装置２を実現できる。
【００５１】
蛍光体１６２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を含む。より具体的には、蛍光体１６２として、Ｃｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の単結晶体の他に、Ｃｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の多結晶体、又は、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蛍光体などを用いることができる。
【００５２】
また、固定ミラー１８０、２８０及び２８１は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の光路上に配置され、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の光路のスロー軸方向における位置及び進行方向を調整するために用いられる。
【００５３】
投射光学系１７０は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１が照射された波長変換部１６０から放出される波長変換光、及び、波長変換部１６０により散乱される第一励起光１０１及び第二励起光２０１を、照明対象に向けて照射するための光学系である。本実施の形態では、投射光学系１７０は、波長変換部１６０からランバーシアン分布で放出される波長変換光（蛍光）、及び、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の散乱成分を集光し、かつ、投射するためのレンズである。本実施の形態では、投射光学系１７０は、第一レンズ１７１及び第二レンズ１７２を備える。第一レンズ１７１及び第二レンズ１７２からなる２枚組みの投射光学系１７０は、その合成焦点位置が蛍光体１６２の表面に一致するように配置されている。これにより、投射光学系１７０からコリメートされた光を投射できる。
【００５４】
次に第一励起光１０１及び第二励起光２０１が波長変換部１６０（つまり、蛍光体１６２）に至る光路について図１〜図３を用いて説明する。
【００５５】
半導体レーザー光源１００から出射された第一励起光１０１は、その前方近くに配置された非球面レンズ１２０に入射し、平行光に変換される。次に、第一励起光１０１はｘ軸方向（半導体発光素子１１０のファスト軸方向）に対して曲率を有するシリンドリカルレンズ１３０に入射し、第一励起光１０１のファスト軸方向の成分が収束光に変換される。ここで、第一励起光１０１のスロー軸方向の成分はシリンドリカルレンズ１３０の影響を受けないため、平行光のまま進行する。本実施の形態では、シリンドリカルレンズ１３０から出射した第一励起光１０１の光路を偏向するために、固定ミラー１８０を光路上に挿入している。これにより、図３に示すように第一励起光１０１の光路を偏向し、第一励起光１０１を１つの可動ミラー１４２の回動軸Ａｍ上に入射角α１で入射する。光偏向部１４０において反射した第一励起光１０１は、その反射方向に配置されたシリンドリカルミラー１５０に入射する。シリンドリカルミラー１５０は、第一励起光１０１のスロー軸方向に対して曲率を有し、その第一励起光１０１のスロー軸方向の成分を収束光に変換する。このとき、第一励起光１０１のファスト軸方向の成分はシリンドリカルミラー１５０の影響を受けず、シリンドリカルレンズ１３０によって変換された収束角度のまま波長変換部１６０へ向けて進行する。シリンドリカルレンズ１３０及びシリンドリカルミラー１５０によって収束光に変換された第一励起光１０１は、シリンドリカルレンズ１３０及びシリンドリカルミラー１５０の各焦点位置近傍に配置された波長変換部１６０に入射する。
【００５６】
半導体レーザー光源２００から出射された第二励起光２０１は、その前方近くに配置された非球面レンズ２２０に入射し、平行光に変換される。次に、第二励起光２０１はｘ軸方向（半導体発光素子２１０のファスト軸方向）に対して曲率を有するシリンドリカルレンズ２３０に入射し、第二励起光２０１のファスト軸方向の成分を収束光に変換する。ここで、第二励起光２０１のスロー軸方向の成分はシリンドリカルレンズ２３０の影響を受けないため、平行光のまま進行する。本実施の形態では、シリンドリカルレンズ２３０から出射した第二励起光２０１の光路を偏向するために、固定ミラー２８０を光路上に挿入している。これにより、図３に示すように第二励起光２０１の光路を偏向し、第二励起光２０１を１つの可動ミラー１４２の回動軸Ａｍ上に、第一励起光１０１と同一の方向から同一の入射角α２（＝α１）で、第一励起光１０１とは異なる位置に入射する。つまり、第二励起光２０１は、第一励起光１０１の光路とは異なり、かつ、平行な光路で、可動ミラー１４２の回動軸Ａｍ上に入射する。さらに言い換えると、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、可動ミラー１４２の回動軸Ａｍを含む平面を通り、互いに同一の入射角で可動ミラー１４２に入射する。このような構成の発光装置では、可動ミラー１４２の傾倒に伴う各励起光の偏向角、及び偏向方向が一致する。このため、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の光路を容易に制御することができる。また、本実施の形態では、光学系をｙ−ｚ平面に対して対称な構成とするために、第一励起光１０１及び第二励起光２０１が、反射面の法線がｙ軸と一致する角度（可動ミラー１４２の回転角が０度）の反射面に対し垂直であり、且つ可動ミラー１４２の回動軸Ａｍを含む平面を通り、互いに同一の入射角で、可動ミラー１４２に入射する構成とした。
【００５７】
可動ミラー１４２において反射した第二励起光２０１は、その反射方向に配置された固定ミラー２８１に入射し、第一励起光１０１とは、波長変換部１６０に対して反対側に偏向される。さらに、波長変換部１６０の第二励起光２０１が入射する入射面の走査中心を通る法線に対して、シリンドリカルミラー１５０と対称な位置に配置されたシリンドリカルミラー２５０に入射する。ここで、走査中心とは、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の波長変換部１６０の入射面における入射位置の軌跡の重心となる位置である。
【００５８】
シリンドリカルミラー２５０は、第二励起光２０１のスロー軸方向に対して曲率を有し、第二励起光２０１のスロー軸方向の成分を収束光に変換する。このとき、第二励起光２０１のファスト軸方向の成分はシリンドリカルミラー２５０の影響を受けず、シリンドリカルレンズ２３０によって変換された収束角度のまま波長変換部１６０へ向けて進行する。シリンドリカルレンズ２３０及びシリンドリカルミラー２５０によって収束光に変換された第二励起光２０１は、シリンドリカルレンズ２３０及びシリンドリカルミラー２５０の焦点位置近傍に配置された波長変換部１６０に入射する。
【００５９】
波長変換部１６０を構成する蛍光体１６２は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の一部をより大きな波長の分布を持った波長変換光である蛍光に変換し、外部に放出する。また蛍光に変換されなかった各励起光の残り成分も、蛍光体１６２に含まれる蛍光体粒子及び蛍光体１６２のバインダー、並びに、必要に応じて蛍光体１６２に混入された粒子によって散乱され蛍光体１６２の外部に放出される。蛍光も、励起光の散乱光も、蛍光体１６２の各励起光が入射する入射面に対して垂直な方向にランバーシアン分布で出射される。人の視覚は目に入る蛍光と各励起光の散乱光との混合光を、蛍光と散乱光との比率に応じた色の光として認識するため、その比率を蛍光体１６２の厚さ、蛍光体粒子の密度などを適切に調整することで、白色、又は任意の色に見える波長分布を形成することができる。
【００６０】
図６は、本実施の形態に係る蛍光体１６２から外部に出射される光の波長分布を示すグラフである。本実施の形態では、各励起光として波長が４５０ｎｍ程度である青色光を用い、蛍光体１６２として、各励起光により励起され黄色い蛍光を発するＹＡＧ蛍光体を使用している。
【００６１】
図６において、波長４５０ｎｍにおける光強度のピークは蛍光体１６２で蛍光に変換されずに散乱された励起光によるもので、そのピークよりも大きな波長における光強度は、蛍光体１６２で蛍光に変換された光成分の強度を表す。そして、図６に示すスペクトル分布の光が人の視覚では白色と認識される。
【００６２】
以上の構成によって、半導体レーザー光源１００及び２００からそれぞれ出射した第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、図２に示すように、一つの可動ミラー１４２の回動軸Ａｍ上の異なる２つの位置に同一の方向から同一の入射角度で入射する。つまり、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、可動ミラー１４２の回動軸Ａｍを含む平面を通り、互いに同一の入射角で可動ミラー１４２に入射する。さらに、シリンドリカルレンズ１３０及び２３０、並びに、シリンドリカルミラー１５０及び２５０の作用により、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は蛍光体１６２の同一座標に集光される。ここで、可動ミラー１４２から、蛍光体１６２における各励起光が集光される位置の座標までの各励起光の光路長（図１の点線で示される光路の長さ）が等しくなるように、シリンドリカルミラー１５０及び２５０、蛍光体１６２などが配置されている。
【００６３】
さらに、発光装置１を照明装置２として利用するために、蛍光体１６２の走査中心位置を合成焦点位置とする投射光学系１７０が、蛍光体１６２に対して投射方向側に配置されている。蛍光体１６２上において、各励起光が走査されることで、蛍光体１６２からランバーシアン分布で放出された蛍光、及び、各励起光の散乱成分が投射光学系１７０に入射し、混合されて装置前方に投射される。これにより、蛍光の色と励起光の色とが混色された白色の投射光が得られる。
【００６４】
なお、蛍光体１６２から出射された光をできるだけ多く取り込むために、投射光学系１７０の入射面を蛍光体１６２に近づける必要があり、一方で蛍光体１６２に入射される各励起光が投射光学系１７０に当たらないようにするため、各励起光を大きな入射角で蛍光体１６２に照射し、投射光学系１７０の不要な部分をカットしている。本実施の形態では、図１及び図３に示すように、投射光学系１７０の第一レンズ１７１の蛍光体１６２に対向する面のうち、周縁部に面取り部１７１ｃが形成されている。つまり、第一レンズ１７１の蛍光体１６２に対向する面の周縁部の各励起光と干渉し得る部分が除去されることによって、傾斜面が形成されている。なお、面取り部１７１ｃの形成方法は、面取り部１７１ｃを有さないレンズの一部をカットする方法に限定されない。例えば、予め面取り部１７１ｃを有する形状に第一レンズ１７１を成形してもよい。本実施の形態では、蛍光体１６２への入射角θｉｎは７０度以上８０度以下程度に設計される。これにより、投射光学系１７０において、０．９以上の光取り込みＮＡを実現できる。
【００６５】
本実施の形態では、各励起光は、蛍光体１６２の入射面に対して斜めに照射される。つまり、各励起光の入射角は、０度より大きい。このため、各励起光の光軸に垂直な断面におけるビーム径をｄｙとすると、蛍光体１６２の入射面上における各励起光の照射スポット径はｄｙ／ｃｏｓ（θｉｎ）になる。例えば、７０度〜８０度程度の入射角で各励起光を蛍光体１６２に入射する場合、ｄｙからの拡大率は、およそ２．９倍〜５．８倍になる。投射光の配光制御を精度良く行うためには、照射スポット径は小さいほどよいため、各励起光のスロー軸方向におけるビーム径を、できる限り小さく絞ることが望ましい。
【００６６】
ここで、投射光学系１７０から出射される投射光１９０について図面を用いて説明する。
【００６７】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ本実施の形態に係る投射光学系１７０の焦点距離ｆｐと投射光１９０のｘ軸方向及びｙ軸方向における放射角θｐｘ及びθｐｙとの関係を示す図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいては、投射光学系１７０は一つのレンズとして簡略化されて示されている。
【００６８】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、投射光学系１７０の焦点距離をｆｐとし、その焦点位置に配置された蛍光体１６２のｘ軸方向及びｙ軸方向における発光幅（つまり、励起光の照射スポット径）をそれぞれｄｘ及びｄｙとしたとき、前方に投射される投射光１９０の放射角θｐｘ及びθｐｙは、それぞれ以下のように表される。
【００６９】
【数１】
2018021109.tif 000003
【００７０】
【数２】
2018021109.tif 000004
【００７１】
本実施の形態に係る発光装置１及び照明装置２が、それぞれ走査型発光装置及び走査型照明装置として機能する際、第一励起光１０１及び第二励起光２０１が入射する可動ミラー１４２は、図３に示す回動軸Ａｍを中心に周期的に一定角度範囲内を往復回動する。これに伴い、各励起光は、可動ミラー１４２の傾倒角度に応じて反射方向を変化させながら、波長変換部１６０（つまり、蛍光体１６２）の表面をｘ軸の方向に走査する。図３中の一点鎖線で示す光路の範囲が走査される範囲である。このとき、照明装置に要望される照射角度範囲に対する発光幅、つまり走査範囲は、式１−１及び式１−２に基づき決定することができる。本実施の形態に係る光学系は、第一励起光１０１と第二励起光２０１との間で、蛍光体１６２上のｘ軸座標が、時間的にも位置的にも一致するよう光路設計されている。
【００７２】
図８は、本実施の形態に係る発光装置１における可動ミラー１４２の回動角と、蛍光体１６２の表面における励起光の照射スポット形状との関係の一例を示す図である。図８の画像（ａ）は、半導体レーザー光源１００が出射した第一励起光１０１によって形成された照射スポット形状を示し、画像（ｂ）は、半導体レーザー光源２００が出射した第二励起光２０１によって形成された照射スポット形状を示す。また、画像（ｃ）は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１によって形成された照射スポット形状を示す。
【００７３】
図８に示すように、第一励起光１０１及び第二励起光２０１の走査の時間と位置とを一致させることで、両励起光によって形成される合成照射スポットは、一つの照射スポットとして蛍光体１６２を走査する。したがって、可動ミラー１４２の回動角と同期して、それに入射する複数の励起光のＯＮ／ＯＦＦ（つまり点灯及び消灯）を同時に制御することで、蛍光体１６２上の複数の励起光を走査できる領域において、発光及び非発光、並びに、発光タイミングを制御することができる。さらに、式１−１及び式１−２から、蛍光体１６２の非発光領域に対応した前方の角度範囲に非照射エリアを形成できるため、ＡＤＢのような可変配光を実現できる。
【００７４】
以下、本実施の形態に係る発光装置１及び照明装置２によって得られる効果について説明する。
【００７５】
一般に、レーザー光のビーム品質を表すビームパラメータ積（ＢＰＰ：Ｂｅａｍ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）は、ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるＢＰＰを、それぞれ、ＢＰＰｘ及びＢＰＰｙ、発散角（全角）をθｘ［ｍｒａｄ］及びθｙ［ｍｒａｄ］、ビームウエスト半径をｒｘ［ｍｍ］及びｒｙ［ｍｍ］とすると以下のように定義される。
【００７６】
【数３】
2018021109.tif 000005
【００７７】
【数４】
2018021109.tif 000006
【００７８】
このＢＰＰは保存量であり、収差の無い理想的な光学系で伝送される仮定の下で、不変である。
【００７９】
一方、シリンドリカルレンズ１３０及び２３０の焦点距離をｆｘ、シリンドリカルミラー１５０及び２５０の焦点距離をｆｙ、ｘ軸方向及びｙ軸方向（つまり、ファスト軸方向及びスロー軸方向）における入射ビーム径をＤｘ及びＤｙ、ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるビーム品質を示すビームパラメータ積をＢＰＰｘ及びＢＰＰｙとしたとき、ビームウエストにおけるｘ軸方向及びｙ軸方向のスポット径ｄｘ及びｄｙは、レンズなどの光学系の収差が無いとすれば、以下の式で表すことができる。
【００８０】
【数５】
2018021109.tif 000007
【００８１】
【数６】
2018021109.tif 000008
【００８２】
これらの式から、ビームウエストのスポット径は、ビーム品質と、集光レンズの焦点距離に比例することが理解できる。
【００８３】
本実施の形態で使用する高出力の半導体レーザー素子である半導体発光素子１１０及び２１０は、活性層１１５の厚さ方向であるファスト軸方向においてシングルモードでレーザー発振しており、光閉じ込め幅が活性層１１５の厚さよりも大きくなる方向であるスロー軸方向においてマルチモードでレーザー発振している。このため、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、回折の効果でθｘ＞θｙの関係にあるファーフィールドパターンを形成する。また、発振モードの影響で、ＢＰＰｘ＜ＢＰＰｙである。つまり、ファスト軸がビーム品質の良い側のＡｘ軸となり、スロー軸がビーム品質の悪い側のＡｙ軸となる。一方、半導体発光素子１１０及び２１０から出射した励起光は、それぞれ軸対称なコリメーターレンズである非球面レンズ１２０及び２２０によって平行光に変換される。このため、シリンドリカルレンズ１３０及び２３０への入射ビーム径は、θｘ、θｙに比例し、Ｄｘ＞Ｄｙの関係にある。従って、（ＢＰＰｘ／Ｄｘ）＜（ＢＰＰｙ／Ｄｙ）となり、仮にこのビームを同じ焦点距離、ｆｘ＝ｆｙの１枚の軸対称なレンズで絞った場合には、式３−１及び式３−２からスポット径ｄｘとｄｙとの関係は、ｄｘ＜ｄｙになり、このビーム径比は一定である。
【００８４】
一般に、マルチモード半導体レーザー素子の（ＢＰＰｙ／Ｄｙ）は、（ＢＰＰｘ／Ｄｘ）の数倍〜数十倍になるため、ファスト軸方向はスロー軸方向に比べ、集光性が非常に高い。仮に、本実施の形態のように集光光学系を２軸に分けることで、ｆｘ＞ｆｙとしても、装置スペースの関係からスポット径ｄｘとスポット径ｄｙとの大小関係を逆転させることは難しい。従って、一次元走査する場合には、ビーム品質が良い側のＡｘ軸方向、つまりｘ軸方向に走査することで、ビーム品質が悪いＡｙ軸方向に走査する場合に比べてより細かい描画パターンを表示できる。
【００８５】
車両前照灯のＡＤＢでは、照射光による対向車や歩行者の眩惑防止の目的で、車の進行方向に向かって照射される光のうち、水平方向における一部を消灯することによって光が照射されない消灯領域を形成することが求められる。さらに、車両走行中に時々刻々と変化する運転状況に合わせ、できるだけ細かいピッチで滑らかに消灯領域の位置及び寸法を変化させることが望まれている。このため、スポット径が小さい側の軸方向、つまりｘ軸方向を、励起光走査方向である水平側に一致させる構成がＡＤＢに適している。このため、本実施の形態において一次元走査する水平方向をｘ軸とし、この方向を半導体発光素子のビーム品質が良い側の軸であるファスト軸に一致させている。
【００８６】
以上のように、本実施の形態に係る発光装置１では、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を偏向する光偏向部１４０を１つの可動ミラー１４２に集約することで装置の構成を簡素化できるため、装置の小型化、部品点数の削減、コストダウン、及び、組立性の向上が見込める。また発光装置１を備える照明装置２を車両前照灯に用いることで、ＡＤＢに代表される可変配光を実現することができる。この場合、出射光（投射光１９０）を照射可能な領域の一部を照射しないよう、その領域に対応した波長変換部１６０の座標領域に各励起光が照射される際に光源部３を停止（消灯）する制御を行う。ここで、光偏向部１４０の一つの可動ミラー１４２を制御することで、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を偏向させることができる。このため、本開示に係る発光装置１では、第一励起光１０１及び第二励起光２０１をそれぞれ偏向する二つの光偏向部を用いる場合のように、入力信号に対する各光偏向部における応答特性の個体差を考慮する必要がない。したがって、波長変換部１６０の消灯座標領域に加え、その領域に各励起光が照射される時間的なタイミングも第一励起光１０１及び第二励起光２０１の間で容易に一致させることができる。このため、第一励起光１０１及び第二励起光２０１のそれぞれに対する制御タイミングの合わせ込みが不要となり、複数の光源を同じ駆動回路で同時にまとめて制御することができる。このように、本開示に係る発光装置１では、制御システムを簡素化できる。さらに、第一励起光１０１と第二励起光２０１の制御タイミングを一致させることで発光装置１の出射光の出力及び品質を向上させることができる。
【００８７】
また、本実施の形態では、（ｉ）複数の励起光が可動ミラー１４２の回動軸Ａｍ上に照射され、かつ、（ｉｉ）複数の励起光が一つの可動ミラー１４２に対して同じ方向から同じ入射角で入射され、かつ、（ｉｉｉ）可動ミラー１４２から蛍光体１６２に至る光路長が複数の励起光間で等しい。これら３つの特徴を備えた発光装置１及び照明装置２においては、可動ミラー１４２の単位回動角度あたりの、蛍光体１６２における照射スポット移動量が、複数の励起光間で等しくなる。このため、複数の励起光が同時に蛍光体１６２上の走査軸上の同一座標に到達する。この結果、複数の半導体レーザー光源から出射された複数の励起光の蛍光体１６２への照射位置（座標）及び照射タイミングを一致させながら、複数の励起光を走査することが可能となる。
【００８８】
また、本実施の形態に係る照明装置２は、発光装置１と投射光学系１７０とを備える。このような照明装置２において、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を光偏向部１４０によって偏向させることで波長変換部１６０上を走査させることにより、車両前照灯、スポット照明などの特定の配光分布を必要とする各種照明装置として利用できる。また、照明装置２は、配光を自在に変化させることができる。
【００８９】
（変形例など）
以上、本開示に係る発光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、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００９０】
例えば、本実施の形態では二つの半導体レーザー光源１００及び２００を用いたが、一つの可動ミラー１４２に複数の励起光が入射する条件を満たせば、光源は二つより多くてもよい。また、複数の励起光をあらかじめ同軸に重畳することによって生成した励起光を複数本入射する場合も同様の効果が得られる。以下、光源が二つより多い構成を有する変形例について図面を用いて説明する。
【００９１】
図９は、変形例に係る発光装置１ａ及び照明装置２ａの光学系構成を示す側面図である。本変形例に係る発光装置１ａ及び照明装置２ａは、図９に示すように、半導体レーザー光源１００及び２００に加えて、さらに、半導体レーザー光源３００を備える。半導体レーザー光源３００は、第三励起光３０１を出射する光源であり、主に、半導体発光素子３１０と、半導体発光素子３１０が固定されるサブマウント３１１とを備える。本変形例に係る発光装置１ａ及び照明装置２ａは、さらに、非球面レンズ３２０と、シリンドリカルレンズ３３０と、固定ミラー３８０とを備える。本変形に係る発光装置１ａ及び照明装置２ａにおいても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、光源の個数が四個以上である場合についても同様である。
【００９２】
また、本実施の形態では、ファスト軸側の集光レンズをシリンドリカルレンズ、スロー軸側の集光レンズをシリンドリカルミラーとしたが、本実施の形態で用いる集光レンズは、片側の軸方向に集光パワーを有する光学素子であれば、レンズ及びミラーのいずれの形態でもよい。また、光路上には垂直方向の一定範囲内に光路が収まるように励起光の進行方向を適宜変えるため、固定ミラー１８０、２８０及び２８１が配置されているが、使用する固定ミラーの数量の大小は問わない。これらは、配置可能な空間の状態や、筐体サイズへの制約、投射光学系の形態に合わせ、適宜選択すればよい。
【００９３】
また、本実施の形態では、第一励起光１０１及び第二励起光２０１をファスト軸方向に集光するために、ファスト軸方向に曲率を有する二つのシリンドリカルレンズ１３０及び２３０を用いたが、一つのシリンドリカルレンズ５３０を用いてもよい。このような構成を有する変形例について図面を用いて説明する。
【００９４】
図１０は、本変形例に係る発光装置１ｂ及び照明装置２ｂの光学系構成を示す側面図である。本変形例に係る発光装置１ｂは、集光部１０ｂを備える。集光部１０ｂは、第一光学系１１ｂと、第二光学系１２とを備える。第一光学系１１ｂは、非球面レンズ１２０及び２２０と、シリンドリカルレンズ５３０とを備える。シリンドリカルレンズ５３０は、第一励起光１０１及び第二励起光２０１をファスト軸方向に集光する。本変形例においては、両励起光がシリンドリカルレンズ５３０の同一入射面の異なる位置に、同一の角度で入射するよう設計し、入射ビーム位置とビームサイズから必要となるシリンドリカルレンズ５３０の有効径を設定する。このように、一つのシリンドリカルレンズ５３０によって、第一励起光１０１及び第二励起光２０１を集光することにより、発光装置１ｂ及び照明装置２ｂの構成を簡素化することができる。また、発光装置１ｂ及び照明装置２ｂにおいては、光軸調整などの作業負担を軽減できる。
【００９５】
また、半導体レーザー光源１００及び２００から出射した第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、波長変換部１６０の同一の場所に集光されているとしたが、走査するｘ軸（ファスト軸）方向の座標が一致していれば、ｙ軸（スロー軸）方向の座標は、ずれていてもよい。この場合、両励起光の照射スポットの合成長さに対応した放射角度範囲に、両励起光の合成強度分布に対応した光度分布を有する前方投射配光分布が得られる。この場合、波長変換部１６０を構成する蛍光体１６２に照射される励起光密度は、同じ位置に両励起光を集光している場合に比べて低下するため、投射光の輝度は低下するものの、蛍光体１６２の光飽和、熱飽和、熱消光及び熱破損の発生を抑制できる。
【００９６】
また、シリンドリカルレンズはその焦点位置に蛍光体１６２があるように配置されるが、蛍光体１６２に照射されるスポットがニアフィールドパターンの領域にあれば、多少ずれていても構わない。このずれを利用し、楕円ビームの縦横比の微妙な形状補正をすることができる。
【００９７】
また、第一励起光１０１及び第二励起光２０１は、その前方近くに配置された非球面レンズ１２０に入射し、平行光に変換されるとしたが、弱収束光、又は、弱発散光としてもよい。この場合、各軸のシリンドリカルレンズの作用と合わせ、励起光が最も集光される位置近傍に蛍光体１６２を配置すればよい。
【００９８】
また、本実施の形態では、蛍光体１６２の励起光入射面と照射光出射面とを同一としたが、照射光出射面とは逆側の面側から励起光を入射する構成、つまり、励起光透過型の構成としてもよい。その場合は、投射光学系１７０を避けるために蛍光体１６２への入射角を大きくする必要は無いため、入射角の設計自由度が高まり、構成を単純化することができる。
【００９９】
また、本実施の形態で可動ミラー１４２をｘ軸（ファスト軸）方向のみ線状に走査する一次元走査型としたが、同時にｙ軸（スロー軸）方向も走査できる二次元走査型としても構わない。その場合は、より精細な走査を必要とする方向、又は、照射範囲がより広範になる方向、例えばＡＤＢでは水平照射方向がレーザーのビーム品質が良い側の軸、つまりレーザー光のファスト軸側になるよう配置すればよい。
【０１００】
また、上記実施の形態の照明装置の投射光学系は、２枚のレンズ群としたが、色収差や像面湾曲を補正する目的で枚数を増やしても構わないし、逆に利用効率が低く、多少照射光がボケてもよい場合には、１枚としても構わない。またリフレクター（反射ミラー）を使用しても構わない。例えばリフレクターの形状を回転放物面とし、その焦点位置に蛍光体１６２を配置することで、蛍光体１６２からランバーシアン分布で発生した蛍光、及び励起光の散乱成分を、略平行光として所定方向の遠方に放出することが可能となる。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、光偏向部を磁気回路で駆動する可動ミラーとしたが、圧電効果で駆動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーや、モーターを使用したポリゴンミラーやガルバノミラーなど、蛍光体１６２上の同じ位置を、励起光で繰り返し走査させることが可能であれば、別の手段を使用しても構わない。
【０１０２】
また、上記実施の形態では、波長変換部１６０において蛍光体１６２を用いたが、蛍光体１６２以外の波長変換素子を用いてもよい。
【０１０３】
以上、本開示の発光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、これらの実施の形態に限定されない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本開示の発光装置及び照明装置は、ＡＤＢ機能を備えた車両用前照灯、照射対象物を追尾するスポット照明やサーチライトなど、対象物の動きに合わせ、特定の照射領域を照射、又は非照射する機能を有する高輝度な可変配光照明装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１ａ、１ｂ  発光装置
２、２ａ、２ｂ  照明装置
３  光源部
１０、１０ｂ  集光部
１１、１１ｂ  第一光学系
１２  第二光学系
１００、２００、３００  半導体レーザー光源
１０１  第一励起光
１１０、２１０、３１０  半導体発光素子
１１１、２１１、３１１  サブマウント
１１２  ｎ側電極
１１３  半導体基板
１１４  ｎ型クラッド層
１１５  活性層
１１６  ｐ型クラッド層
１１７  リッジ部
１１８  絶縁層
１１９  ｐ側電極
１２０、２２０、３２０  非球面レンズ
１３０、２３０、３３０、５３０  シリンドリカルレンズ
１４０  光偏向部
１４２  可動ミラー
１５０、２５０  シリンドリカルミラー
１６０  波長変換部
１６２  蛍光体
１７０  投射光学系
１７１  第一レンズ
１７１ｃ  面取り部
１７２  第二レンズ
１８０、２８０、２８１、３８０  固定ミラー
１９０  投射光
２０１  第二励起光
３０１  第三励起光
５０１  ニアフィールドパターン
５０２  ファーフィールドパターン
Ａｍ  回動軸
【図１】
2018021109.tif 000009
【図２】
2018021109.tif 000010
【図３】
2018021109.tif 000011
【図４】
2018021109.tif 000012
【図５】
2018021109.tif 000013
【図６】
2018021109.tif 000014
【図７Ａ】
2018021109.tif 000015
【図７Ｂ】
2018021109.tif 000016
【図８】
2018021109.tif 000017
【図９】
2018021109.tif 000018
【図１０】
2018021109.tif 000019
【国際調査報告】
2018021109.tif 000020
2018021109.tif 000021