(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで光損失を最小限に抑える光学装置を提供する。【解決手段】第１の屈折率を有する第１の光学媒質から形成され、入射光ビーム１を第１の面２３で受けて変換光ビームに変換する波長変換光学材料２１と、変換素子の第１の面の反対側の第２の面２４に位置し、変換光ビームを反射する反射光学素子２２と、第１の屈折率と実質的に同一の第２の屈折率を有する第２の光学媒質から形成される主光学素子３を有する。主光学素子の面３３は、変換素子２１の第１の面２３に近接した位置にあり、主光学素子は、入射光ビーム１を受けて変換素子２１に送るように構成され、主光学素子３の面３４は、変換光ビームを出力するための面をなし、主光学素子の出力面は、変換光ビームの寄生反射を最小限に抑えるように構成される。【選択図】図１
2017022109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する第１の光学媒質から形成され、入射光ビーム（１）を複数の面のうちの第１の面（２３）で受けて前記入射光ビームを変換光ビームに変換するように構成された少なくとも１つの波長変換光学素子（２１）を備える光学装置であって、
前記変換素子の前記複数の面のうちの前記第１の面の反対側の第２の面（２４）に位置し、前記変換光ビームを反射するように構成された反射光学素子（２２）と、
前記第１の屈折率と実質的に同一の第２の屈折率を有する第２の光学媒質から形成された光学素子である主光学素子（３）であって、前記主光学素子の複数の面のうちの第１の面（３３）は、前記変換素子（２１）の前記第１の面（２３）に近接した位置にあり、前記主光学素子は、前記入射光ビームを受けて前記変換素子に送るように構成され、前記主光学素子の前記複数の面のうちの第２の面（３４）は、前記変換光ビームを出力するための前記主光学素子の面をなし、前記変換光ビームの寄生反射を最小限に抑えるように構成された主光学素子（３）とをさらに備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記主光学素子（３）の前記第２の面（３４）は、凸形であることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記主光学素子（３）の前記第２の面（３４）は、実質的に球形キャップの形のものであることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記球形キャップは、前記主光学素子の前記第１の面（３３）に実質的に中心合わせされることを特徴とする、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記主光学素子は、前記入射光ビームを受けるように構成され、前記波長変換光学素子に対して中心からずれた位置にある部分である入力部分（４）を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記主光学素子の前記第２の面は、前記入力部分（４）にて凹形に窪む（４１）、請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記主光学素子の前記第２の面は、前記入力部分にて球形キャップ（４１）の形のものであることを特徴とする、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記主光学素子は、前記変換素子に接合されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記主光学素子（３）は、前記変換素子（２）に、前記変換素子と同じ材料で外側被覆されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記入射光ビーム（１）は単色光であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記入射光ビーム（１）は、レーザ源によって与えられることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記主光学素子（３）の前記第２の面（３４）は、前記第２の面での全内部反射を最小限に抑えるように平坦な微細構造のものであることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学装置を備える光モジュールであって、
前記入射光ビームを供給する光源と、
前記主光学素子（３）の上流に位置する光ビーム走査手段（１３）と、
前記主光学素子の前記第２の面（３４）から出射する光ビームを受ける対物レンズ（５）とをさらに備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】
前記光学装置は請求項７に記載の光学装置であって、前記球形キャップは前記光ビーム走査手段に中心合わせされる、請求項１３に記載の光モジュール。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のモジュールを備えることを特徴とする、照明および／または信号装置、特に、自動車用の照明および／または信号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの波長変換素子を備える光学装置と、該装置を組み込んだ光モジュールと、該モジュールを備える自動車用の前照灯や信号灯などの照明装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の照明分野において、光源としてレーザダイオードを使用する場合、レーザ源によって与えられる単色光を得るために、多くの場合、青色光から白色光を得るために、蛍光体と呼ばれる波長変換光学素子を使用することが知られ慣例的に行われている。レーザビームは、走査や拡散などの光学処理が任意に施された後、変換素子に照射される。その後、変換素子から出射した光ビームは、このような応用の状況において、道路に投影される照射ビームを形成するために光学投影システムに伝送される。
【０００３】
特に発光効率や熱などを考慮して、反射により機能する変換素子を使用することが好ましい場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それでも、このような場合、特に、波長変換素子の入力表面上におけるレーザビームの入射点での寄生反射と、同様に寄生反射であって波長変換素子を形成する材料内でのレーザビームの全内部反射とに関連して損失が生じ、レーザビームの一部が吸収されたり、光学投影システムへの望ましい出力角度から外れて偏向されたりする。このような態様は、レーザビームが波長変換素子に当たるように波長変換素子と光学投影システムとの間の距離を設定する必要があることによりさらに増長される。
【０００５】
本発明の目的は、低コストで光損失を最小限に抑えて照明装置の効率を高めることによって上述した欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明の課題は、第１の屈折率を有する第１の光学媒質から形成され、入射光ビームを複数の面のうちの第１の面で受けて該入射光ビームを変換光ビームに変換するように構成された少なくとも１つの波長変換光学素子を備える光学装置である。
【０００７】
上記光学装置は、
‐波長変換光学素子の複数の面のうちの前記第１の面の反対側の第２の面に位置し、変換光ビームを反射するように構成された反射光学素子と、
‐第１の屈折率と実質的に同一の第２の屈折率を有する第２の光学媒質から形成された光学素子である主光学素子であって、主光学素子の複数の面のうちの第１の面は、変換素子の第１の面に近接した位置にあり、主光学素子は、入射光ビームを受けて波長変換光学素子に送るように構成され、主光学素子の複数の面のうちの第２の面は、変換光ビームを出力するための主光学素子の面をなし、変換光ビームの寄生反射を最小限に抑えるように構成された主光学素子とをさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
このように、本発明により、光ビームが波長変換素子に衝突する前および変換後に通過する主光学素子と呼ばれる光学素子であって、波長変換材料の屈折率にできるだけ近い屈折率を有し、出射方向および好適には入射方向において出力面での光ビームの寄生反射を最小限に抑えるように構成された出力面を有する光学素子が追加される。好適には、外面は実質的に球形の形のものである。
【０００９】
したがって、本発明により、１つの光学部品を追加するコストで、一体化された装置の性能を高めることができる。
【００１０】
以下の特徴を組み合わせまたは別々に含みうる本発明のさまざまな実施形態によれば、
‐主光学素子の第２の面は凸形であり、
‐主光学素子の第２の面は、実質的に球形キャップの形のものであり、
‐球形キャップは、主光学素子の第１の面に実質的に中心合わせされ、
‐主光学素子は、入射光ビームを受けるように構成される部分である入力部分を備え、
‐主光学素子の入力部分は、波長変換光学素子に対して中心からずれた位置にあり、
‐主光学素子の第２の面は、入力部分にて凹形に窪み、
‐主光学素子の第２の面は、入力部分にて球形キャップの形状のものであり、
‐主光学素子の第１の面は、波長変換光学素子の第１の面に実質的に位置づけられ、
‐主光学素子および波長変換光学素子は結合され、
‐主光学素子は波長変換光学素子に接合され、
‐主光学素子は、波長変換光学素子に外側被覆され、
‐主光学素子は、波長変換光学素子と同じ材料で作られ、
‐波長変換光学素子を形成する材料は、特に結合剤に含まれた波長変換を行う粒子を含み、
‐入射光ビームは単色光であり、
‐入射光ビームはレーザ源によって与えられ、
‐主光学素子の第２の面は、第２の面での全内部反射を最小限に抑えるように平坦な微細構造のものである。
【００１１】
また、本発明は、上記に記載した光学装置を備える光モジュールであって、入射光ビームを供給する光源と、主光学素子の上流に位置する光ビーム走査手段と、主光学素子の第２
の面から出射する光ビームを受ける対物レンズとをさらに備える光モジュールに関する。
【００１２】
好適には、主光学素子の入力部分の第２の面を形成する球形キャップは、走査手段に中心合わせされる。
【００１３】
好適には、走査手段は、一次元または二次元の走査を入射ビームに与える、例えば、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）の発振ミラーを備えた装置を備える。
【００１４】
最後に、本発明は、このようなモジュールを備える照明および／または信号装置、特に、自動車用の照明および／または信号装置に関する。
【００１５】
本発明の他の特徴および利点は、例示的に挙げられ、添付の図面に示される以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による照明装置の一実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、単色入射光ビーム１から実質的に白色の光ビームを生成することが意図された波長変換光学素子２を示す。
【００１８】
入射光ビーム１は、例えば、１つ以上のレーザ源、例えばレーザダイオードによって生成され、通常、青色光である。
【００１９】
入射光ビーム１は、波長変換光学素子２に到来する前に、例えば、一次元走査または二次元走査を入射ビームに与える手段、および／または、レーザスポットを拡大する拡散手段を通過するなどしてさまざまな光学処理が施されてもよい。
【００２０】
従来行われているこれらのさまざまな処理のうち、一次元走査または二次元走査を入射光ビーム１に与える、例えばＭＥＭＳ（微小電気機械システム）の発振ミラー１３を備えた装置のみが図示されている。
【００２１】
波長変換光学素子２は、波長変換を行う光学材料２１と、反射材料２２とを備える。
【００２２】
変換材料２１は、任意の既知の方法で、例えば、結合剤２６に含まれた、波長変換を行う粒子２５から形成される。粒子２５は、ユーロピウムガーネットやイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）から形成されてもよい。結合剤は、例えば、シリコーン系材料である。
【００２３】
波長変換光学素子２は、例えば、ウェハの一般的な形をしたものであり、レーザビームは、変換材料２１の第１の面２３と、変換材料２１の第２の面２４であって第１の面２３の反対側に位置づけられた反射材料２２とを介して受けられる。反射材料２２は、好適には、任意の既知の手段、例えば、接着、外側被覆などによって第２の面２４に接合される。接着剤を用いた接合の場合、組み付け材料の屈折率の相乗平均にできるだけ近い屈折率を有する透明接着剤である屈折率整合接着剤が使用される。反射媒体は、例えば、特に熱放散性が良好な材料であるアルミニウムで作られる。
【００２４】
本発明によれば、屈折率が波長変換光学素子２の屈折率と実質的に同一、すなわち、できるだけ近く、好適には、等しい主光学素子と呼ばれる光学素子３が入射光ビーム１の光路に置かれる。主光学素子３は、例えば、層２１の結合剤と同じ材料から形成される。例えば、主光学素子３は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートもしくはシリコーン、またはガラスから作られてもよい。
【００２５】
このような主光学素子３は、波長変換光学素子２のできるだけ近くに近接させて位置づけられ、好ましくは、接合され、例えば、光学接着剤を用いて、波長変換光学素子２および主光学素子３の屈折率と実質的に等しい屈折率を有する光学接着剤を用いて第１の面２３に主光学素子３の複数の面のうちの１つの面３３で接合され、または波長変換光学素子２へ、ひいては、その第１の面２３へ外側被覆される。
【００２６】
主光学素子３は、面３３と実質的に対向する面であって主光学素子の複数の面のうちの別の面３４を介してレーザビーム１を受ける。したがって、レーザビームは、面３４を介して主光学素子３を貫通し、主光学素子を通過して変換材料２１を貫通する。その後、レーザビームは、主光学素子３の面３４の方向において反射光学素子２２によって反射される。変換材料２１内において、レーザビームが粒子２５に衝突することで、粒子の結晶格子による吸収および再入射後、入射ビームを形成する光子の波長が変化する。この現象は、該レーザビームの一定の拡散量によって達成される。
【００２７】
さらに、好適には、装置によってもたらされる危険性があれば排除するように入射光ビームを拡散する機能を有する粒子（図示せず）が、波長変換光学素子２の結合剤２６に添加される。
【００２８】
次いで、主光学素子３から出射するレーザビームは、例えば、自動車の照明用途において道路を照明するためのビーム投影対物レンズ５によって集光される。
【００２９】
２つの矢印１１は、対物レンズ５によって使用可能なように主光学素子３から出射するレーザビームの限界光路を示す。
【００３０】
本発明によれば、主光学素子３の面３４は、この面３４でレーザビームの寄生反射を最小限に抑えるように構成される。
【００３１】
このため、面３４は、例えば、好適には実質的に球形キャップの形に凹形に窪み、このときの球部分は、好ましくは、レーザビームがこの表面に当たる領域１０において面２３と面３３との界面に実質的に中心合わせされる。
【００３２】
このように、素子２および３の屈折率は近いものであり、好ましくは、同一であるため、面２３でのレーザビームの全内部反射を大幅に最小限に抑えるため、光の一部分が使用可能な領域外に出射したり、光が部分的に吸収され、ひいては、光が損失したりしうる変換材料２１における導光現象が回避される。
【００３３】
さらに、点線の矢印１２で図示された、主光学素子の表面３３での入射レーザビームの寄生反射は、同じ理由で最小限に抑えられることで、光の一部分が損失したり、波長変換光学素子を通過せずに対物レンズに直接送られたりする事態が回避される。
【００３４】
さらに、主光学素子３の面３４の形状により、レーザビームの出射時のこの面での反射による損失を大幅に最小限に抑えることができ、レーザビームは、実質的にゼロか、非常に低い入射で表面３４に当たる。
【００３５】
最後に、主光学素子３が存在することと、表面３４の凹形状により、波長変換光学素子によって全方向に拡散された光を対物レンズ５の方へ集束させることができる。
【００３６】
本発明の一変形例によれば、入射レーザビーム１を受ける参照符号４で示された主光学素子３の部分は、面３４がレーザビームを受ける領域において修正を加えるように適応され、ここで、参照符号４１で示されるこの領域は、凹形に窪み、好適には、球形キャップの形のものであり、好ましくは、走査装置１３に中心合わせされる。このように、レーザビームは、実質的にゼロである入射で主光学素子３の部分４に到来し、表面４１での入射レーザビーム１の寄生反射が最小限に抑えられるため、送られる光束が最大化される。
【００３７】
なお、適用可能であれば、領域４１のものを含む面３４の曲率は、従来、対物レンズ５の光学計算値が考慮される必要がある。
【００３８】
さらに、レーザビーム１が主光学素子３に入る部分４は、好ましくは、波長変換光学素子２に対して中心ずれして位置づけられ、すなわち、横方向にシフトされるため、波長変換光学素子によって放出される光を妨げず、投影対物レンズに入りやすい。
【００３９】
本発明の別の変形例（図示せず）によれば、主光学素子３の面３４は、既知の方法で、全内部反射現象を最小限に抑え、光を抽出しやすいようにするために、凸状ではない平坦な微小構造である。
【００４０】
例えば、これらのマイクロ構造は、所与の入射で任意の部分反射を実質的に打ち消すために、レーザビームの波長に調整されたマイクロコーン、マイクロスフィア、ランダム構造、または回折格子であってもよい。
【００４１】
以上、製造が容易で、波長変換光学素子２の機械的保護をさらに行う主光学素子３である光学部品を１つ追加することで、さまざまな構成素子の界面での寄生反射および全内部反射を最小限に抑えるとともに、光学損失を最小限に抑えることで、対物レンズ５の方へ光学装置から出射する光束を最適化し、これを簡潔な方法で達成することが可能な光学装置について記載した。
【図１】
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【外国語明細書】
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