JP6410964B2 - 光源装置、照明装置及び車両用灯具 - Google Patents

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Description

半導体発光素子と、波長変換部材とを備える光源装置、照明装置及び車両用灯具に関する。
従来、半導体発光素子、蛍光体および波長選択フィルタを備える光源装置が知られている。半導体発光素子は、蛍光体の励起光源である。半導体発光素子とは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などが挙げられる。例えば、特許文献１では、車両用灯具において、蛍光体および波長選択フィルタを用いることで光の利用効率を向上できる車両用灯具が提案されている。
特許文献１に記載の手法によれば、車両用灯具は、青色光（励起光）を蛍光体（蛍光体素子）に照射し、蛍光体から等方的に放射される黄色光（変換光）を得ている。ここで、変換光は蛍光体の発する蛍光である。蛍光体から光路進行方向とは逆側へ放射される黄色光は、波長選択フィルタ（波長選択部材）を用いて光路進行方向へ反射される。これによって、光利用効率の向上が可能となる。また、蛍光体は、全ての青色光（励起光）を黄色光（変換光）に変換せず、一部の青色光（励起光）を透過させる特性を有する。このため、黄色光（変換光）の波長および青色光（励起光）の波長が混合された白色光を得ることができる。
「光路進行方向」とは、光源装置または車両用灯具等の発する光が進行する方向である。つまり、「光路進行方向」とは、光路上での光の進行方向である。
特開２００９−２６６４３７号公報
しかしながら、蛍光体から光路進行方向とは逆側へ放射された黄色光（変換光）は、波長選択フィルタによって光路進行方向へ反射される。また、蛍光体の光路進行方向とは逆側へ放射された青色光（励起光）は、波長選択フィルタを透過する。
そのため、蛍光体の光路進行方向とは逆側へ放射されて、波長選択フィルタによって反射される光は、黄色光（変換光）の波長のみを有する反射光となる。一方、合成光（白色光）は、青色光（励起光）と黄色光（変換光）とで合成された光である。つまり、合成光（白色光）は、反射光と異なる波長を有することとなる。ここで、異なる波長は、青色光（励起光）の波長である。
また、特許文献１に記載された手法では、波長選択フィルタで反射された反射光において、波長選択フィルタで反射されるときの反射角が大きい光線は、蛍光体上の広い領域に到達する。このとき、反射光が蛍光体上に形成する光源像の大きさは、合成光が蛍光体上に形成する光源像の大きさに比べて大きくなる。つまり、蛍光体上に形成される光源像は、中心に合成光の波長を有し、その周りに反射光の波長を有する。例えば、蛍光体の中心からは白色光が放射され、周辺からは黄色光が放射される。よって、車両用灯具の照射面上で、色ムラが表れる。
ここで、「光源像」とは、蛍光体の光路進行方向側の光の出射領域を示している。つまり、蛍光体から出射される合成光の領域よりも、反射光の領域の方が大きいことを示している。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、光利用効率を向上し、色ムラを低減する光源装置および車両用灯具を提供するものである。
本発明に係る光源装置は、励起光を出射する光源と、前記励起光が第１の領域に照射され、当該第１の領域から前記励起光と異なる波長の変換光を放射する波長変換部材と、前記変換光を前記第１の領域に向けて反射する再帰反射性光学部材とを備え、前記第１の領域は、前記波長変換部材の一部の領域であり、前記再帰反射性光学部材は、前記変換光を再帰反射する球体レンズと前記球体レンズを保持する固定材とを備え、前記固定材は、前記球体レンズを保持する凹部を備え、前記固定材は、前記波長変換部材から前記光源側に放射された変換光を囲むように形成され、当該変換光を囲むように形成された前記固定材の面上に前記球体レンズが配置されている。
本発明によれば、光利用効率を向上しつつ、色ムラの発生を抑制できる光源装置及び車両用灯具を提供することが可能となる。
本発明に係る実施の形態１における車両用灯具の主要構成を概略的に示す構成図である。 実施の形態１における構成および光線経路を示す概略図である。 実施の形態１における再帰反射性光学部材の構成図である。 実施の形態１における再帰反射性光学部材の変形例を示す説明図である。 特許文献１に記載の実施例におけるパターン１での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 特許文献１に記載の実施例におけるパターン２での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態１におけるパターン１での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態１におけるパターン２での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 本発明に係る実施の形態２における車両用灯具の主要構成を概略的に示す構成図である。 実施の形態２における再帰反射構造の詳細図である。 実施の形態２における再帰反射構造の別の例を示す構成図である。 実施の形態２におけるパターン１での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態２におけるパターン２での光線シミュレーション結果を示す説明図である。 本発明に係る実施の形態３における車両用灯具の主要構成を概略的に示す構成図である。 本発明に係る実施の形態３における再帰反射性光学部材の構成図である。 本発明に係る実施の形態３における再帰反射性光学部材の変形例を示す説明図である。 本発明に係る実施の形態１における楕円形状の集光スポットを形成した場合の車両用灯具の主要構成を概略的に示す構成図である。
以下の各実施の形態において、車両用灯具を例として説明する。しかし、後述のように、本願の光源装置は、一般の照明装置としても用いられる。特に、照明範囲を一部の領域に限った部分照明などに用いることができる。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１における車両用灯具１の主要構成を概略的に示す構成図である。以下において、図面を参照して、本発明の実施の形態１を説明する。
以下の実施の形態の説明においては、説明を容易にするためにＸＹＺ座標を用いて説明する。Ｘ軸は車両用灯具１の光路進行方向を見て左右方向である。＋Ｘ軸方向は、車両用灯具１の光路進行方向を見て左側であり、−Ｘ軸方向は右側である。Ｙ軸は、車両用灯具１の上下方向である。＋Ｙ軸方向は上側であり、−Ｙ軸方向は下側である。ここで、「上側」とは、例えば、空の方向であり、「下側」とは地面の方向である。Ｚ軸は車両用灯具１の前後方向である。＋Ｚ軸方向は前方向で、−Ｚ軸方向は後方向である。＋Ｚ軸方向は、光路進行方向である。なお、以下に説明する他の実施の形態に係る光源装置１０００，１０９０の説明においても、説明を容易にするために上述のＸＹＺ座標系を用いる。
本実施の形態１における光源装置１０００は、図１に示されるように、半導体発光素子２、集光光学部材５、再帰反射性光学部材９および波長変換部材４を備える。車両用灯具１は、光源装置１０００及び投射光学部材６を備える。
「再帰反射」とは、入射した光に対して、光が入射してきた方向に光を反射することである。つまり、「再帰反射」とは、入射した光が再び入射してきた方向に反射されることである。例えば、ガラスビーズに入射角Ａｉｎで入った光は、表面で屈折し、ガラスビーズ内で反射をして、再び表面で屈折をしてガラスビーズから出て行く。最終的に、入射角Ａｉｎと出射角Ａｏｕｔとが等しくなるので、光が入射してきた方向に光を返すことになる。
＜車両用灯具１および光源装置１０００の構成＞
半導体発光素子２は、波長変換部材４の励起用光源である。半導体発光素子２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）またはレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などである。半導体発光素子２は、励起光５０を発する。励起光５０は、例えば、４３５ｎｍから４８０ｎｍの中心波長を有する青色の光である。または、励起光５０は、例えば、３５５ｎｍから４０５ｎｍの中心波長を有する紫外光でも構わない。
波長変換部材４は、蛍光体部４ａを備える。また、波長変換部材４は、蛍光体支持部材４ｂを備えることができる。図１では、例えば、波長変換部材４は、Ｘ−Ｙ平面に平行な板形状をしている。
蛍光体部４ａは、励起光５０によって励起される。励起された蛍光体部４ａは、変換光５１を放射する。変換光５１は、蛍光である。
励起光５０は、半導体発光素子２から放射される。変換光５１は、励起光５０とは異なる波長を有する。変換光５１ａは、変換光５１のうち蛍光体部４ａから＋Ｚ軸方向に放射された光である。変換光５１ｂは、変換光５１のうち蛍光体部４ａから−Ｚ軸方向に放射された光である。
励起光５０として青色光を放射する半導体発光素子２を用いた場合には、青色光によって励起され黄色光を放射する蛍光体が蛍光体部４ａに用いられる。これによって、変換光５１は、例えば、５００ｎｍから６００ｎｍの中心波長を有する黄色光となる。黄色は青色の補色である。
このとき、黄色の蛍光体の代わりに、緑色の蛍光体および赤色の蛍光体を混合した蛍光体を用いても構わない。また、紫外光を発する半導体発光素子２を用いる場合には、青色、緑色および赤色の３種の蛍光体を混合した蛍光体を用いても構わない。
蛍光体部４ａは、励起光５０を全て変換光５１に変換しなくても構わない。つまり、蛍光体部４ａは、励起光５０の一部を変換光５１に変換する。
また、蛍光体部４ａは、励起光５０の一部を透過させる。蛍光体部４ａは、透過する励起光５０を散乱させる。蛍光体部４ａは、励起光５０の一部を拡散透過する。このとき、励起光５０の波長と変換光５１の波長とを混合した光が得られる。
車両用灯具１は、例えば、色温度２５００Ｋを有する黄色光（変換光５１）から色温度６５００Ｋを有する白色光を出力することができる。なお、黄色光（変換光５１）から白色光を出力するには、例えば、青色光（励起光５０）を必要とする。つまり、励起光５０は、変換光５１よりも波長が短い。
蛍光体支持部材４ｂは、蛍光体部４ａを塗布するための支持部材である。図１では、蛍光体支持部材４ｂは、蛍光体部４ａの−Ｚ軸側に配置されている。つまり、励起光５０は、蛍光体支持部材４ｂを透過して蛍光体部４ａに到達する。
蛍光体支持部材４ｂは、高い透過性を持つ。つまり、蛍光体支持部材４ｂは、励起光５０および変換光５１を透過する。
また、蛍光体支持部材４ｂは、耐熱性を有することが望ましい。例えば、蛍光体支持部材４ｂは、耐熱硝子である。
蛍光体部４ａを側面から保持する場合には、蛍光体支持部材４ｂは、無くても構わない。また、板形状の蛍光体部４ａを用いる手段を取る場合には、蛍光体支持部材４ｂは、無くても構わない。
集光光学部材５は、励起光５０を蛍光体部４ａに集光させる光学系である。集光光学部材５は、例えば、レンズである。つまり、集光光学部材５は、例えば、集光レンズである。
集光光学部材５は、光束が集光光学部材５に到達した際の入射領域よりも、集光された光束が波長変換部材４に到達した際の入射領域を小さくする。集光光学部材５は、光束が集光光学部材５に到達した際の入射領域よりも、集光された光束が蛍光体部４ａに到達した際の入射領域を小さくする。光束が円形状の場合には、集光光学部材５は、光束が集光光学部材５に到達した際の光束径よりも、集光された光束が蛍光体部４ａに到達した際の光束径を小さくする。
図１では、集光光学部材５は、半導体発光素子２の＋Ｚ軸側に配置されている。また、集光光学部材５は、波長変換部材４の−Ｚ軸側に配置されている。集光光学部材５は、後述する再帰反射性光学部材９の−Ｚ軸側に配置されている。つまり、集光光学部材５は、半導体発光素子２と再帰反射性光学部材９との間に配置されている。
集光光学部材５は、半導体発光素子２から出射された励起光５０を入射する。集光光学部材５は、波長変換部材４に向けて励起光５０を出射する。集光光学部材５は、励起光５０を集光された光に変換する。集光光学部材５によって集光された光は、蛍光体部４ａに到達する。
図１における集光光学部材５は、簡略化のため平凸形状のレンズとしている。集光光学部材５は、両凸形状のレンズでも構わない。また、集光光学部材５は、レンズを複数枚用いた構成でもよい。また、集光光学部材５は、レンズを用いなくても構わない。例えば、集光光学部材５は、リフレクタ、反射鏡またはライトパイプ等を用いた構成でもよい。
なお、ライトパイプを用いる場合には、励起光５０を蛍光体部４ａに集光させるのではなく、励起光５０を蛍光体部４ａに導光することになる。「導光」とは、光を離れた位置に導くことである。つまり、集光光学部材５は、励起光５０を蛍光体部４ａに導く導光部材である。つまり、集光光学部材５は、励起光５０を蛍光体部４ａ上の集光スポット８の位置に導いている。
なお、例えば、ライトパイプは、ライトパイプの内部で光を反射させることで、光を離れた位置に導いている。ライトパイプは、多角柱または多角錐の側面で複数回光を反射させることで均一な面光源を得るために使用される光学素子である。ライトパイプは、ホモジナイザーとも呼ばれる。ライトパイプには、内部を中空にして側面をミラーで構成したものと、ガラスなどの透明な物質で多角柱を作成して側面での全反射を利用するものとがある。前者はライトトンネルと呼ばれ、後者はロッドと呼ばれることもある。
集光光学部材５は、励起光５０を集光して、蛍光体部４ａ上に集光スポット８を形成する。集光スポット８の大きさが小さければ小さいほど投射光学系のサイズも小さくすることが可能となる。例えば、集光スポット８の大きさは、直径０．２ｍｍから直径２．０ｍｍまでが好ましい。また、必ずしも、集光点が蛍光体部４ａ上にある必要はない。例えば、集光点を光軸上で移動させることで、集光スポット８の大きさを変えることができる。
集光スポット８が波長変換部材４上に形成される光源像となる。
集光スポット８は、円形形状である必要はない。例えば、集光光学部材５のＸ軸方向のパワーとＹ軸方向のパワーとを異なる値とすることができる。つまり、集光光学部材５をトロイダルレンズとすることができる。または、集光光学部材５をシリンドリカルレンズとすることができる。集光光学部材５から出射される際の励起光５０の発散角が、集光光学部材５の光軸に垂直で互いに直交する２つの方向において異なるようにすることができる。または、例えば、集光光学部材５をＸ軸方向のパワーとＹ軸方向のパワーとが異なる非球面レンズとすることができる。Ｙ軸方向のパワーは、Ｘ軸方向のパワーよりも大きい。
トロイダルレンズは、樽の表面やドーナツの表面のように、直交する２つの軸方向の曲率が異なる面を持つレンズである。シリンドリカルレンズは、１つの方向（第１の方向）に曲率を有し、その方向（第１の方向）に垂直な方向（第２の方向）に曲率を有さない。シリンドリカルレンズに光を入射させると、一方向だけの集光または発散が行われる。凸形状のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を、焦線という。なお、トロイダルレンズは、シリンドリカルレンズを含む。
また、例えば、ライトパイプの出射面の形状を円形形状または正方形形状以外の形状とすることができる。つまり、例えば、ライトパイプの出射面の形状を楕円形状または矩形形状などとすることができる。
これらによって、投射光学部材６によって投影される発光パターンの形状を変更することができる。発光パターンは、光線が出射される蛍光体部４ａ上の領域の形状である。蛍光体部４ａから出射される光線は、励起光５０および変換光５１である。実施の形態では、蛍光体部４ａに形成される領域を、例えば、集光スポット８として示している。
蛍光体部４ａ上に配光パターンを形成することによって、例えば、車両用灯具に用いられる配光パターンを容易に形成することができる。
車両用灯具に用いられる配光パターンは、例えば、水平方向に長く、垂直方向に短い形状をしている。そのため、蛍光体部４ａ上に、例えば、矩形形状の発光領域を形成することで、車両用灯具として用いることができる。また、蛍光体部４ａ上に、例えば、楕円形状の発光領域を形成することで、車両用灯具として用いることができる。
また、さまざまな形状の配光パターンを形成することで、照射領域を限定した照明にも容易に利用できる。例えば、蛍光体部４ａ上に形成された配光パターンを投影することで、壁の一部を照明する照明装置を、容易に実現できる。
図１７は、楕円形状の集光スポット８を形成した場合の車両用灯具１１９の主要構成を概略的に示す構成図である。
図１７では、一例として、図９に示す車両用灯具１０９の集光光学部材５を変更している。車両用灯具１１９の集光光学部材５ａは、集光光学部材５ａから出射される際の励起光５０の発散角が、集光光学部材５ａの光軸に垂直で互いに直交する２つの方向において異なっている。図１７では、Ｘ軸方向の発散角は、Ｙ軸方向の発散角よりも大きい。集光光学部材５ａは、例えば、トロイダルレンズである。
蛍光体部４ａ上に形成される集光スポット８は、楕円形状である。図１７では、Ｘ軸方向が長軸であり、Ｙ軸方向が短軸である。蛍光体部４ａ上に形成された楕円形状の発光パターンは、投射光学部材６によって、照射面７上に投影される。
なお、半導体発光素子２がレーザー素子などの場合において、励起光５０を集光する必要が無い場合には、集光光学部材５を省くことができる。
投射光学部材６は、蛍光体部４ａを透過した励起光５０と、蛍光体部４ａから放射された変換光５１とを照射面７に投影する光学系である。投射光学部材６は、例えば、投射レンズである。
励起光５０は、例えば、蛍光体部４ａを透過する際に拡散される。変換光５１は、例えば、蛍光体部４ａから等方的に放射される。「等方的」とは、ある対象の性質や分布が方向に依存しないとことである。ここでは、変換光５１の放射量が方向に依存しないとことである。つまり、変換光５１の配光はランバート配光である。ランバート配光は、配光の指向性は広く、発光面の輝度は見る方向によらずほとんど一定である。
例えば、蛍光体部４ａの発光面と照射面７とは、光学的に共役の位置にある。つまり、投射光学部材６の焦点のＺ軸方向の位置は、蛍光体部４ａのＺ軸方向の位置と一致している。投射光学部材６の焦点は、蛍光体部４ａの＋Ｚ軸側の面４ａｏを含む面上に位置している。蛍光体部４ａのＺ軸方向の位置は、例えば、蛍光体部４ａの＋Ｚ軸側の面４ａｏの位置である。蛍光体部４ａの＋Ｚ軸側の面４ａｏは、蛍光体部４ａの出射面である。この場合には、蛍光体部４ａの光源像が照射面７上に映し出される。
図１における投射光学部材６は、簡略化のため平凸形状のレンズとしている。しかし、投射光学部材６は、両凸形状のレンズでも構わない。また、投射光学部材６は、レンズを複数枚用いた構成でもよい。
照射面７は、車両の前方の所定の位置に設定される仮想の面である。照射面７は、例えば、ＸＹ平面に平行な面である。
車両用灯具の場合には、例えば、車両の前方の所定の位置（照射面７）は、車両用灯具の光度又は照度を計測する位置である。照射面７の位置は、道路交通規則等で規定されている。例えば、欧州では、ＵＮＥＣＥ（Ｕｎｉｔｅｄ Ｎａｔｉｏｎｓ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｕｒｏｐｅ）が定める自動車用灯具の光度の計測位置は光源から２５ｍの位置である。日本では、日本工業標準調査会（ＪＩＳ）が定める光度の計測位置は光源から１０ｍの位置である。
照明装置の場合には、照射面７は、例えば、壁または床などである。そのため、必ずしも、照明装置の光軸に対して垂直な平面とは限らない。
再帰反射性光学部材９は、再帰反射部９ａと透過部９ｂとを備える。再帰反射部９ａは、蛍光体部４ａから−Ｚ軸方向に放射された変換光５１ｂを再帰反射する部分である。透過部９ｂは、半導体発光素子２から出射された励起光５０を透過する部分である。
再帰反射性光学部材９は、例えば、集光光学部材５と波長変換部材４との間に配置される。「集光光学部材５と波長変換部材４との間」とは、励起光５０が集光光学部材５から波長変換部材６に到るまでの光路間を指す。
また、励起光５０を、再帰反射性光学部材９と波長変換部材４との間の側面方向から蛍光体部４ａに照射することができる。ここで、側面方向は、Ｚ軸に垂直な方向である。例えば、励起光５０は、波長変換部材４に対して、斜め方向から照射される。また、例えば、再帰反射性光学部材９と波長変換部材４との間に反射部材を配置する。そして、側面方向から照射された励起光５０を反射部材で反射して蛍光体部４ａに照射することができる。反射部材は、例えば、再帰反射性光学部材９の＋Ｚ軸側の面上に配置することができる。そして、反射部材は、例えば、図１の透過部９ｂの位置に配置することができる。
また、例えば、再帰反射性光学部材９は、波長変換部材４の入射面４ｂｉに密着して配置される。または、図１に示すように、再帰反射性光学部材９は、波長変換部材４から離れて配置される。
励起光５０の集光スポット８は、励起光５０が集中するために、局所的に高温となる。そのため、熱による再帰反射光学部材９の劣化を防ぐために、再帰反射性光学部材９は、波長変換部材４から離して配置されることが好ましい。これによって、再帰反射性光学部材９は、変換光５１ｂを広い領域で受けることができる。
また、波長変換部材４の温度消光および劣化を防ぐために、再帰反射性光学部材９を、熱伝導率の高い放熱部材を用いて作製して、波長変換部材４の入射面４ｂｉと接して配置する。その場合には、再帰反射性光学部材９を用いて、局所的に高温となる集光スポット８の熱を放熱することができる。なお、「温度消光」とは、温度が上昇することで、波長変換部材４の蛍光発光量が低下する現象である。
再帰反射部９ａは、蛍光体部４ａ上の集光スポット８から放射された変換光５１のうち、−Ｚ方向へ放射された変換光５１ｂを、集光スポット８に再帰反射させる光学部分である。また、図１では再帰反射部９ａを平面形状で示しているが、再帰反射部９ａは曲面形状を有しても構わない。
−Ｚ方向へ放射された変換光５１ｂは、例えば、等方的に放射される。その場合には、再帰反射部９ａは、波長変換部材４を覆うドーム形状で構成されることが好ましい。これによって、再帰反射部９ａは、変換光５１ｂの漏れ光がないように、効率良く再帰反射することができる。ドーム形状は、例えば、集光スポット８の位置を中心とする球面形状である。
なお、「漏れ光」とは、灯具の光源から出射された光のうち、その目的とする照明対象の範囲外に照射された光のことを指す。例えば、漏れ光は、車両用灯具１から−Ｚ軸方向に照射された光などである。また、漏れ光は、照射面７上の照射領域外に照射された光などである。
透過部９ｂは、励起光５０の波長を有する光を透過する。透過部９ｂは、励起光５０を透過する。励起光５０は、透過部９ｂを通り抜ける。
また、透過部９ｂは、励起光５０の波長を有する光を透過し、変換光５１の波長を有する光を反射する波長選択部材と置き換えてもよい。透過部９ｂは、変換光５１を透過することができる。その場合には、変換光５１ｂのうち、集光スポット８から透過部９ｂに向かって放射される変換光５１ｂを有効に利用できるため、光利用効率が高くなる。
また、透過部９ｂは、例えば、再帰反射部９ａに設けられた穴であってもよい。また、透過部９ｂは、例えば、再帰反射部９ａに設けられた穴に、励起光５０を透過させる部材または上述の波長選択部材を配置して形成されてもよい。
また、透過部９ｂは、変換光５１を再帰反射する領域を設けない領域とすることができる。再帰反射する領域は、例えば、図３に示す球体レンズ１００３ａまたは反射膜１００３ｄなどが配置された領域である。この場合には、例えば、図３に示す再帰反射部９のレンズ固定材１００３ｂおよび基材１００３ｃは、励起光５０を透過する部材で形成されている。
球体レンズ１００３ａは、球形状をしている。球体レンズ１００３ａは、例えば、ガラス玉をレンズに用いたものである。また、球体レンズは、ボールレンズとも呼ばれる。
光利用効率を向上させるために、透過部９ｂには、透過率の高い部材を用いることが好ましい。透過部９ｂの大きさは、励起光５０が透過部９ｂを透過するときのビーム径と等しい。または、透過部９ｂの大きさは、設計上生じる公差を含めた分だけ、励起光５０のビーム径よりも大きい。
再帰反射性光学部材９によって、−Ｚ軸方向に放射された変換光５１ｂは、＋Ｚ軸方向に再帰反射される。このため、光源装置１０００は、光利用効率が高くなる。また、車両用灯具１は、光利用効率が高くなる。
＜色ムラの発生要因＞
図２は、実施の形態１における光源装置１０００の内部での光線経路を示す概略図である。図２（Ａ）は、波長選択部材３を用いた光源装置１００１の場合を示す。図２（Ｂ）は、再帰反射性光学部材９を用いた光源装置１０００の場合を示す。
図２（Ａ）の概略図を用いて、色ムラの発生要因を詳細に説明する。なお、図２（Ａ）は、従来技術である。
図２（Ａ）中の波長選択部材３は、集光スポット８から等方的に放射された変換光５１のうち、−Ｚ方向へ放射された変換光５１ｂを、＋Ｚ方向へ反射する。このとき、反射された変換光５１ｂで形成される集光スポット８ａの直径Ｄ２は、集光スポット８の直径Ｄ１よりも大きくなる。この直径の差が、照射面７上で色ムラとなって表れる。
図２（Ｂ）の構成によれば、図２（Ａ）の構成で発生する色ムラを抑制することができる。
図２（Ｂ）中の再帰反射性光学部材９は、変換光５１ｂを再帰反射する。反射された変換光５１ｂで形成される集光スポット８ａの直径Ｄ３は、集光スポット８の直径Ｄ１とほぼ同等の大きさである。直径Ｄ３は、直径Ｄ２よりも小さい。つまり、光源装置１０００は、蛍光体部４ａ上に形成される光源像の大きさの差に起因する色ムラの発生を抑制することができる。
また、蛍光体部４ａから＋Ｚ方向へ放射された変換光５１ａと、再帰反射光学部材９から再帰反射され＋Ｚ方向へ放射された変換光５１ｂとは、同じ放射角を有する。つまり、変換光５１ａ及び変換光５１ｂの合成光５１ｃが有する放射角と、元々の変換光５１ａが有する放射角とは同じである。そのため、光源装置１０００の構成によれば、励起光５０が形成する光源像（集光スポット８）の大きさと変換光５１ｂが形成する光源像の大きさとは同等である。
このため、高輝度な光源が得られる。また、光源装置１０００から出射される光の光度ムラを抑えることができる。そして、照射面７上での照度ムラが抑制される。
＜再帰反射性光学部材９の構成＞
図３は、実施の形態１における再帰反射性光学部材９の構成図である。
図３（Ａ）は、再帰反射性光学部材９の全体構成の概略図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す再帰反射性光学部材９を切断面Ｓ上で見た構成図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す再帰反射性光学部材９を切断面Ｓ上で見た別の構成図である。図３（Ｄ）は、球体レンズ１００３ａの屈折率と焦点距離との関係を示す説明図である。
再帰反射性光学部材９は、再帰反射部９ａと透過部９ｂとを備えている。
再帰反射部９ａは、例えば、球体レンズ１００３ａ及びレンズ固定材１００３ｂを備えている。再帰反射部９ａは、基材１００３ｃ及び反射膜１００３ｄを備えることができる。再帰反射部９ａには、例えば、高屈折率を有する球体レンズ１００３ａが埋め込まれている。
図３（Ｂ）では、球体レンズ１００３ａと反射膜１００３ｄとは接している。この場合には、屈折率をｎとすると、球体レンズ１００３ａの屈折率は、例えば、１．８＜ｎ＜２．０の範囲にあることが好ましい。これによって、球体レンズ１００３ａの焦点が球体レンズ１００３ａの表面上に存在する。このとき、それぞれの球体レンズ１００３ａが同様の屈折率ｎを有するならば、それぞれの球体レンズ１００３ａの大きさは異なっていてもよい。
図３（Ｂ）において、光線５１ｂは、再帰反射部９ａによって再帰反射された光の光路を示している。球体レンズ１００３ａに入射した光線５１ｂは、球体レンズ１００３ａの中心側に向けて屈折する。球体レンズ１００３ａの中を進行した光線５１ｂは、反射膜１００３ｄで反射される。反射膜１００３ｄで反射された光線５１ｂは、球体レンズ１００３ａの中を進行して、球体レンズ１００３ａから出射される。光線５１ｂは、球体レンズ１００３ａから出射される際に、球体レンズ１００３ａに入射する際の光線５１ｂと平行となるように屈折する。
レンズ固定材１００３ｂは、球体レンズ１００３ａを固定するための固定材である。レンズ固定材１００３ｂは、球体レンズ１００３ａを固定するための球面形状の凹部を備えている。また、レンズ固定材１００３ｂの凹部には、例えば、アクリルまたはシリコーン等の樹脂性の接着剤が塗布されている。
レンズ固定材１００３ｂは、光吸収性を有する素材で構成されてもよい。これによって、レンズ固定材１００３ｂ上の球体レンズ１００３ａ以外の領域に入射した光が拡散するのを避けることができる。
図３に示す球体レンズ１００３ａは、平面で形成されたレンズ固定材１００３ｂの面上に配置されている。しかし、球体レンズ１００３ａの配置される面は、平面とは限らない。
例えば、レンズ固定材１００３ｂは、集光スポット８を囲むように形成されることができる。つまり、レンズ固定材１００３ｂは、波長変換部材４から−Ｚ軸方向に放射される変換光５１ｂを囲むように形成されている。そして、Ｚ軸方向に放射される変換光５１ｂを囲むように形成された面上に、球体レンズ１００３ａが配置されている。例えば、実施の形態２で説明する凹面のような形状である。
これによって、波長変換部材４から−Ｚ軸方向に放射される変換光５１ｂを、集光スポット８の方向に反射することができる。そして、光利用効率を向上させることができる。
なお、変換光５１ｂの反射される方向は、球体レンズ１００３ａによって決まる。そのため、実施の形態２と異なり、変換光５１ｂの反射を考慮して、実施の形態２に示す凹面の形状を決める必要はない。
また、後述するマイクロプリズムおよび微小鏡の場合も球体レンズ１００３ａと同様に、固定材は、波長変換部材４から−Ｚ軸方向に放射される変換光５１ｂを囲むように形成されている。
基材１００３ｃは、例えば、アルミニウム等の金属で作製されている。または、基材１００３ｃは、例えば、アクリル等の樹脂材で作製されている。
再帰反射性光学部材９が熱源の近くに配置される場合には、基材１００３ｃは熱伝導率の高い素材で作製されることが好ましい。ここで、熱源は、例えば、図１中の半導体発光素子２、または、波長変換部材４等である。
反射膜１００３ｄは、レンズ固定材１００３ｂの凹部の面上に形成されている。また、反射膜１００３ｄは、基材１００３ｃ上の凹部以外の面上に形成されることができる。
反射膜１００３ｄは、例えば、４８０ｎｍから７００ｎｍの波長域で高い反射性を有することが好ましい。反射膜１００３ｄは、例えば、アルミニウムまたは金などの金属膜である。また、反射膜１００３ｄは、例えば、酸化アルミニウム又は酸化チタン等の誘電体が多層で構成された多層反射膜である。
レンズ固定材１００３ｂの凹部に塗布される接着剤は、例えば、反射膜１００３ｄ上に塗布される。接着剤を用いる場合には、変換光５１の透過特性の高い接着剤を選択することが望ましい。変換光５１の透過率の高い接着剤を採用することが望ましい。
図３（Ｃ）では、再帰反射性光学部材９は、レンズ封入タイプである。図３（Ｂ）では、球体レンズ１００３ａの入射面がレンズ固定材１００３ｂから露出している。つまり、球体レンズ１００３ａは、レンズ固定材１００３ｂから突出している。しかし、図３（Ｃ）に示すように、球体レンズ１００３ａは透明樹脂１００３ｅによって封入されてもよい。つまり、球体レンズ１００３ａは、透明樹脂１００３ｅの中に沈む状態で配置されている。
また、図３（Ｃ）では、球体レンズ１００３ａと反射膜１００３ｄとの間には、隙間が設けられている。球体レンズ１００３ａと反射膜１００３ｄとの間には、透明樹脂１００３ｅが充填されている。
なお、図３（Ｂ）に示す再帰反射性光学部材９は、図３（Ｃ）に示す透明樹脂１００３ｅを備えていない。一方、図３（Ｃ）に示す再帰反射性光学部材９は、図３（Ｂ）に示すレンズ固定材１００３ｂを備えていない。
また、球体レンズ１００３ａが透明樹脂１００３ｅによって封入されることを考慮すると、図３（Ｃ）の場合には、球体レンズ１００３ａの屈折率ｎは、例えば、上述した屈折率ｎが２．０の場合よりも高いことが好ましい。
図３（Ｄ）を用いて、球体レンズ１００３ａの屈折率ｎを導出することができる。
距離ＢＦＬは、焦点距離ＥＦＬと球体レンズ１００３ａの半径ｒとを用いて、下記の式（１）のように表される。距離ＢＦＬは、球体レンズ１００３ａの中心と焦点位置とを結ぶ直線上において、球体レンズ１００３ａの変換光５１ｂの出射面から焦点までの距離である。ここで、出射面は、凹形状の反射膜１００３ｄの面と対向する球体レンズ１００３ａの面である。図３（Ｃ）では、焦点は反射膜１００３ｄ上に位置する。焦点距離ＥＦＬは、球体レンズ１００３ａの焦点距離である。つまり、焦点距離ＥＦＬは、球体レンズ１００３ａの中心から焦点までの距離である。半径ｒは、球体レンズ１００３ａの半径である。
Figure 0006410964
また、焦点距離ＥＦＬは、透明樹脂１００３ｅの屈折率ｎ１と球体レンズ１００３ａの屈折率ｎ２とを用いて、下記の式（２）のように表される。
Figure 0006410964
具体的な屈折率ｎの算出を行う。
例えば、距離ＢＦＬを２０μｍとし、球体レンズ１００３ａの半径ｒを５０μｍとし、透明樹脂１００３ｅが有する屈折率ｎ１を１．５とする。この場合には、式（１）および式（２）を用いて算出すると、球体レンズ１００３ａの屈折率ｎ２は２．３３となる。つまり、上記の条件下では、屈折率ｎ２が２．３３となる硝材を選択すればよい。
また、図３（Ｂ）に示すように、球体レンズ１００３ａがレンズ固定材１００３ｂから露出し、球体レンズ１００３ａと反射膜１００３ｄとが接している場合には、屈折率ｎ１を真空の屈折率１．０とし、焦点距離ＥＦＬの値を球体レンズ１００３ａの半径ｒと等しくすることで式（２）を解くことができる。この場合には、球体レンズ１００３ａの屈折率ｎ２は２．０となる。
図４は、実施の形態１における再帰反射性光学部材９の変形例を示す構成図である。変形例では、球体レンズ１００３ａの代わりに、マイクロプリズムをアレイ状に並べている。マイクロプリズムは、ごく細かいプリズムで、例えば、光学ガラスを精密加工した微小プリズムである。マイクロプリズムの代わりに、同様の反射面を備える微小鏡をアレイ状に並べることもできる。微小鏡は、例えば、多面体形状とすることができる。また、微小鏡は、例えば、ドーム形状とすることができる。また、微小鏡は、例えば、球面形状とすることができる。
図４（Ａ）は、三角錐体のマイクロプリズムをアレイ状に並べた再帰反射性光学部材９０４を＋Ｚ軸方向から見た構成図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の一部を拡大した概略図である。図４（Ｃ）は、立方体内の１つの角を模してプリズム加工を施した再帰反射性光学部材９０４を−Ｚ軸方向から見た構成図である。図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）の一部を拡大した概略図である。
マイクロプリズムの反射面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃは、鏡面である。または、反射面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃは、反射加工が施された面である。つまり、反射面９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃは、反射面である。
以下において、図４（Ｂ）を用いて変換光５１ｂの光路を説明する。
変換光５１ｂは、まず、反射面９０４ａで反射される。反射面９０４ａで反射された変換光５１ｂは、反射面９０４ｂで反射される。反射面９０４ｂで反射された変換光５１ｂは、反射面９０４ｃで反射される。反射面９０４ｃで反射された変換光５１ｂは、再帰反射性光学部材９０４から出射する。反射面９０４ｃで反射された変換光５１ｂは、反射面９０４ａに入射した変換光５１ｂに対して平行である。
最終的に、再帰反射性光学部材９０４は、マイクロプリズムに入射した光と平行の光を出射する。つまり、再帰反射性光学部材９０４は、３回の反射によって再帰反射を実現することができる。図４（Ｄ）における光路および反射の仕組みは、図４（Ｂ）と同様である。
マイクロプリズムおよび微小鏡は、例えば、上述の球体レンズ１００３ａと同様に、固定材の面上に配置される。ここで、固定材は、レンズ固定材１００３ｂに相当する。
＜光線追跡シミュレーション＞
波長変換部材３又は再帰反射性光学部材９を用いた場合において、光線追跡シミュレーションを行った結果を説明する。
以下のシミュレーションにおいて、各構成要素の条件は次のとおりである。
波長変換部材４の蛍光体部４ａのＺ軸方向の厚さＢ１は、０．１ｍｍである。波長変換部材４の蛍光体支持部材４ｂのＺ軸方向の厚さＢ２は、０．５ｍｍである。また、蛍光体支持部材４ｂの硝材は、屈折率１．７６５である。
再帰反射性光学部材９は、図３（Ｂ）に示した、球体レンズ１００３ａの入射面がレンズ固定材１００３ｂから露出しているものである。球体レンズ１００３ａの半径ｒは、５０μｍである。再帰反射性光学部材９の硝材の屈折率ｎは、１．９０２である。
また、励起光５０の集光スポット８ａの直径Ｄ１は０．６ｍｍである。
シミュレーションにおいて、評価面は、蛍光体部４ａの出射面４ａｏ（＋Ｚ軸側の面）である。蛍光体部４ａの出射面４ａｏは、例えば、図２（Ａ）または図２（Ｂ）において、蛍光体部４ａの＋Ｚ軸側の面である。出射面は、例えば、ＸＹ平面に平行な面である。
また、シミュレーションでは、集光スポット８から等方的に放射される変換光５１のうち、−Ｚ方向へ放射され、波長選択部材３、または、再帰反射性光学部材９によって、＋Ｚ方向へ反射される変換光５１ｂのみを評価している。
また、シミュレーションに使用する波長変換部材４の構成は、下記の４つのパターンを用いる。
パターン１は、以下の条件である。波長変換部材４は、蛍光体支持部材４ｂを備えていない。例えば、波長変換部材４は、蛍光体部４ａのみから構成される。また、変換光５１ｂは、波長選択部材３によって反射される。
波長選択部材３の＋Ｚ軸方向側の面から蛍光体部４ａの−Ｚ軸方向側の面までの距離は０．５ｍｍである。つまり、波長選択部材３と波長変換部材４との隙間は０．５ｍｍである。ここでの隙間は、図２（Ａ）の厚さＢ２に相当する。ただし、上述のように蛍光体支持部材４ｂは存在しない。
パターン２は、以下の条件である。波長変換部材４は、蛍光体部４ａおよび蛍光体支持部材４ｂを備えている。また、変換光５１ｂは、波長選択部材３によって反射される。
波長選択部材３の＋Ｚ軸方向側の面から蛍光体支持部材４ｂの−Ｚ軸方向側の面までの距離は０．５ｍｍである。つまり、波長選択部材３と波長変換部材４との隙間は０．５ｍｍである。パターン２は、図２（Ａ）と異なり、波長選択部材３は、波長変換部材４から離れて配置されている。
パターン３は、以下の条件である。波長変換部材４は、蛍光体支持部材４ｂを備えていない。例えば、波長変換部材４は、蛍光体部４ａのみから構成される。また、変換光５１は、再帰反射性光学部材９によって反射される。
再帰反射性光学部材９の＋Ｚ軸方向側の端部から蛍光体部４ａの−Ｚ軸方向側の面までの距離は０．５ｍｍである。この端部は、球体レンズ１００３ａの＋Ｚ軸側の先端である。つまり、再帰反射性光学部材９と波長変換部材４との隙間は０．５ｍｍである。再帰反射性光学部材９と蛍光体部４ａとの隙間は０．５ｍｍである。
パターン４は、以下の条件である。波長変換部材４は、蛍光体部４ａおよび蛍光体支持部材４ｂを備えている。また、変換光５１は、再帰反射性光学部材９によって反射される。
再帰反射性光学部材９の＋Ｚ軸方向側の端部から蛍光体支持部材４ｂの−Ｚ軸方向側の面（入射面４ｂｉ）までの距離Ｇは０．５ｍｍである。この端部は、球体レンズ１００３ａの＋Ｚ軸側の先端である。つまり、再帰反射性光学部材９と波長変換部材４との隙間は０．５ｍｍである。再帰反射性光学部材９と蛍光体支持部材４ｂとの隙間は０．５ｍｍである。
図５は、パターン１の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。図６は、パターン２の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。図７は、パターン３の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。図８は、パターン４の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。
図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）及び図８（Ａ）は、評価面における照度値の等高線を平面的に表している。図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）及び図８（Ａ）において、横軸はＸ軸方向の距離［ｍｍ］を示し、縦軸はＹ軸方向の距離［ｍｍ］を示す。図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）及び図８（Ａ）において、中央部の照度値が最も高い。
図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）は、評価面における照度値の等高線を立体的に表している。図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）において、Ｘ軸方向の距離およびＹ軸方向の距離に加えて、縦軸は放射量［Ｗ／ｍｍ２］を示している。
各シミュレーションにおける、評価面における変換光５１ｂの集光スポット８ａの直径は下記のとおりである。なお、集光スポット８の直径は、Φ０．６ｍｍである。
パターン１の結果は、図５に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ１．０ｍｍである。パターン２の結果は、図６に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ２．０ｍｍである。パターン３の結果は、図７に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ０．８ｍｍである。パターン４の結果は、図８に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ１．０ｍｍである。
以上の結果から、次のことが分かる。
第１に、波長選択部材３を用いた場合（パターン１、２）に比べて、再帰反射性光学部材９を用いた場合（パターン３、４）の方が、集光スポット８ａの直径を集光スポット８に近づけることができる。つまり、色ムラを抑えることができる。
第２に、再帰反射性光学部材９を用いた場合（パターン３、４）には、波長変換部材４のＺ軸方向の厚さが集光スポット８ａの直径に及ぼす影響は少ない。つまり、集光スポット８ａの直径は、再帰反射性光学部材９から蛍光体部４ａまでの距離の影響を受け難い。
実施の形態２．
図９は、本発明に係る実施の形態２における車両用灯具１０９の主要構成を概略的に示す構成図である。以下において、図面を参照して、本発明の実施の形態２を説明する。
実施の形態２は、再帰反射性光学部材９０９の構成において、実施の形態１と相違する。実施の形態１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
実施の形態１と同一の構成要素は、半導体発光素子２、集光光学部材５、波長変換部材４及び投射光学部材６である。波長変換部材４は、蛍光体部４ａ及び蛍光体支持部材４ｂを含んでいる。
＜再帰反射性光学部材９０９の構成＞
再帰反射性光学部材９０９の構成を説明する。
再帰反射性光学部材９０９は、透過部９０９ｂ及び波長選択性コーティング９０９ａを備える。透過部９０９ｂは、励起光５０が有する波長の光を透過する。つまり、透過部９０９ｂは、励起光５０を透過する。透過部９０９ｂの出射面側（＋Ｚ軸側）には、凹面形状が形成されている。以下において、凹面形状を「凹面」という。
また、凹面の表面には、波長選択性コーティング９０９ａが形成されている。波長選択性コーティング９０９ａは、励起光５０が有する波長の光を透過する。そして、波長選択性コーティング９０９ａは、変換光５１が有する波長の光を反射する。つまり、波長選択性コーティング９０９ａは、励起光５０を透過する。そして、波長選択性コーティング９０９ａは、変換光５１を反射する。
図９では、例えば、再帰反射性光学部材９０９は、蛍光体支持部材４ｂに接して配置されている。再帰反射性光学部材９０９は、蛍光体支持部材４ｂの−Ｚ軸側に配置されている。
図１０および図１１は、本実施の形態２における再帰反射構造の構成図である。図１０（Ａ）は、波長変換部材４が蛍光体支持部材４ｂを備えていない場合の構成図である。例えば、波長変換部材４が蛍光体部４ａのみから構成される場合の構成図である。図１０（Ｂ）は、波長変換部材４が蛍光体部４ａおよび蛍光体支持部材４ｂを備えている場合の構成図である。図１１は、再帰反射性光学部材９０９の別の構成例を示す構成図である。
図１０（Ａ）に示す構成の凹面について説明する。
励起光５０は、集光光学部材５によって、蛍光体部４ａに集光される。また、励起光５０は、蛍光体部４ａによって、変換光５１に変換される。変換光５１は、例えば、集光スポット８から等方的に放射される。
このとき、透過部９０９ｂの凹面の直径Ｄ４は、集光スポット８の直径Ｄ１よりも大きい。Ｄ４＞Ｄ１の関係であることで、−Ｚ軸方向に放射された変換光５１ｂの多くを、凹面によって、集光スポット８に向けて再帰反射させることができる。つまり、Ｄ４＞Ｄ１の関係は、光利用効率の観点上において好ましい。
また、凹面の曲率は、再帰反射された変換光５１ｂの焦点Ｆが、集光スポット８に位置するように決められる。図１０（Ａ）では、例えば、凹面を球面形状で示している。凹面の半径は、例えば、半径ｒである。しかし、凹面は、非球面形状、または、楕円形状などであっても構わない。
凹面の焦点は、蛍光体部４ａの位置に配置される。これによって、再帰反射された変換光５１ｂを集光スポット８の領域内に戻すことができる。なお、図１０（Ｂ）に示すように、蛍光体支持部材４ｂによって再帰反射された変換光５１ｂが屈折する場合には、この変換光５１ｂの屈折を考慮に入れた焦点の位置とする。
図１０（Ｂ）に示す構成の凹面について説明する。
図１０（Ｂ）に示す構成は、図１０（Ａ）に示す構成に対して、蛍光体支持部材４ｂを有する点で相違する。蛍光体支持部材４ｂのＺ軸方向の厚さｄによって、変換光５１ｂの光路は異なる。また、蛍光体支持部材４ｂの屈折率ｎによって変換光５１ｂの光路は異なる。
集光スポット８から−Ｚ軸方向へ放射された変換光５１ｂは、蛍光体支持部材４ｂから再帰反射性光学部材９０９に向けて放射される。このとき、蛍光体支持部材４ｂの−Ｚ軸側の面で、変換光５１ｂの光束の直径Ｄ５は、集光スポット８の直径Ｄ１よりも大きくなる。直径Ｄ５と直径Ｄ１との差は、変換光５１ｂが、蛍光体支持部材４ｂに入射してから出射するまでの光路長によって決まる。つまり、直径Ｄ５と直径Ｄ１との差は、蛍光体支持部材４ｂのＺ軸方向の厚みｄ及び蛍光体支持部材４ｂの屈折率ｎによって決まる。
このとき、透過部９０９ｂの凹面の直径Ｄ４は、直径Ｄ５よりも大きい。Ｄ４＞Ｄ５の関係であることで、−Ｚ軸方向に放射された変換光５１ｂの多くを、凹面によって、集光スポット８に向けて再帰反射させることができる。蛍光体支持部材４ｂから凹部に向けて出射されるスポットの直径は、直径Ｄ５である。つまり、Ｄ４＞Ｄ５の関係は、光利用効率の観点上において好ましい。
なお、直径Ｄ４は、半径ｒの２倍である（Ｄ４＝２ｒ）。つまり、図１０（Ａ）では、凹部の球面形状の中心（焦点Ｆ）は、蛍光体部４ａの−Ｚ軸側の面上に位置している。なお、凹部の球面形状の中心（焦点Ｆ）は、蛍光体部４ａの内部にあっても構わない。
以上より、直径Ｄ１、直径Ｄ４及び直径Ｄ５の関係は、Ｄ４＞Ｄ５＞Ｄ１となることが好ましい。
図１０（Ｂ）に示す構成の凹面の曲率について説明する。
凹面が球面形状の場合には、半径ｒの凹面の曲率（平均曲率）は、曲率１／ｒとなる。また、距離ｒ２は、ｄ／ｎと表わすことができる。つまり、距離ｒ２は、蛍光体支持部材４ｂの厚さｄを、蛍光体支持部材４ｂの屈折率ｎで割った値である。
距離ｒ２は、焦点Ｆから蛍光体支持部材４ｂの−Ｚ軸方向側の面までの最短距離である。屈折率ｎは、蛍光体支持部材４ｂの屈折率である。厚さｄは、蛍光体支持部材４ｂのＺ軸方向の厚さである。半径ｒは下記の式（３）で与えられる。
Figure 0006410964
このとき、距離ｒ１は、可変値である。距離ｒ１の値に応じて、半径ｒおよび凹面の直径Ｄ４の値も変化する。しかし、直径Ｄ５と凹面の直径Ｄ４とが、Ｄ５＜Ｄ４の関係となる半径ｒの値をとるように、距離ｒ１の値を設定することが光利用効率の観点で好ましい。
図１０（Ｂ）では、例えば、凹面を球面形状で示している。しかし、凹面は、非球面形状、または、楕円形状などであっても構わない。
その場合でも、球面形状の場合と同様に、蛍光体支持部材４ｂの厚さｄおよび屈折率ｎから焦点Ｆの位置を求める。そして、凹面の曲率は、焦点Ｆに集光する値に設定される。または、凹面は、焦点Ｆに集光する形状とされる。凹面の形状には、例えば、トロイダル面またはシリンドリカル面を採用することができる。これらの形状を採用することによって、集光スポット８を楕円形状とすることができる。
図１０において、再帰反射性光学部材９０９の励起光５０の入射面９０９ｃは、例えば、平面で示されている。励起光５０の入射面９０９ｃは、再帰反射性光学部材９０９の−Ｚ軸方向側の面である。また、励起光５０の入射面９０９ｃは、例えば、ＸＹ平面に平行である。
しかし、励起光５０が平行光で入射する場合には、図１０（Ａ）に示す励起光５０ｂのように、凹面上で広がるように屈折する。凹面には、波長選択性コーティング９０９ａがコーティングされている。結果的に、集光スポット８の直径Ｄ１は大きくなる。
この場合には、図１１に示すように、再帰反射性光学部材９０９の−Ｚ軸方向側の入射面９０９ｃを凸面形状にする。そして、再帰反射性光学部材９０９をメニスカスレンズの形状とする。
図１１は、実施の形態２における再帰反射構造の別の例を示す構成図であり、再帰反射性光学部材９０９がメニスカスレンズの形状である場合の一例を示す。
再帰反射性光学部材９０９の励起光５０を入射する面９０９ｃは、正のパワーのレンズ面を備えている。透過部９０９ｂの入射面９０９ｃは、正のパワーのレンズ面を備えている。
図１１において、励起光５０ａは、光束の中心部分の光線である。励起光５０ｂは、光束の周辺部分の光線である。励起光５０ａと励起光５０ｂとは、平行である。
入射面９０９ｃの凸面部を透過する際に、励起光５０ａは屈折しない。また、凹面部を透過する際に、励起光５０ａは屈折しない。一方、入射面９０９ｃの凸面部を透過する際に、励起光５０ｂは、励起光５０ａに近づく方向に屈折する。また、凹面部を透過する際に、励起光５０ａは、励起光５０ａと平行となる方向に屈折する。
励起光５０ａ，５０ｂが透過する領域をメニスカスレンズの形状とすることで、集光スポット８の直径Ｄ１の広がりを緩和することができる。「メニスカスレンズ」とは、片面が凸面で片面が凹面の三日月型のレンズである。
図１０（Ａ）の構成を実施の形態２のパターン１とする。また、図１０（Ｂ）の構成を実施の形態２のパターン２とする。
図１２は、パターン１の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。図１３は、パターン２の条件で光線追跡シミュレーションを行った結果を示す説明図である。
図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）は、評価面における照度値の等高線を平面的に表している。図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）において、横軸はＸ軸方向の距離[ｍｍ]を示し、縦軸はＹ軸方向の距離[ｍｍ]を示す。図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）において、中央部の照度値が最も高い。
図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）は、評価面における照度値の等高線を立体的に表している。図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）において、Ｘ軸方向の距離[ｍｍ]およびＹ軸方向の距離[ｍｍ]に加えて、縦軸は放射量[Ｗ／ｍｍ２]を示している。
パターン１の凹面は、曲率中心を凹面の焦点Ｆとし、曲率半径を０．４ｍｍとし、曲率を２．５とした。曲率中心は曲率円の中心である。この条件により、直径Ｄ１と直径Ｄ４との関係は、Ｄ４＞Ｄ１の条件を満たす。
パターン２の凹面は、曲率中心を凹面の焦点Ｆとし、曲率半径（図１０（Ｂ）中のｒ）を０．７ｍｍとし、曲率を１．４３とした。また、蛍光体支持部材４ｂは、屈折率ｎを１．７６５とし、Ｚ方向への厚さｄを０．５ｍｍのサファイア基材としている。ｒ２＝ｄ／ｎの関係から、距離ｒ２は０．２８３ｍｍとなる。そして、凹面の焦点位置Ｆを導出することができる。上記の条件では、直径Ｄ１、直径Ｄ４及び直径Ｄ５の関係は、Ｄ４＞Ｄ５＞Ｄ１の条件を満たす。
各シミュレーションにおける、評価面における変換光５１ｂの集光スポット８ａの直径は下記のとおりである。なお、集光スポット８の直径は、Φ０．６ｍｍである。
パターン１の結果は、図１２に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ０．８ｍｍである。パターン２の結果は、図１３に示すように、集光スポット８ａの直径は、Φ１．０ｍｍである。
つまり、図５および図６で示したシミュレーション結果と、図１２および図１３で示した実施の形態２のシミュレーション結果とを比べると、図１２及び図１３の結果は、図５及び図６の結果よりも、集光スポット８ａの直径の広がりを抑えている。
また、再帰反射性光学部材９０９を用いた場合には、波長変換部材４のＺ軸方向の厚さが集光スポット８ａの直径に及ぼす影響は少ない。
実施の形態２で述べたように、図９の構成によれば、集光スポット８から放射される変換光５１のうち、−Ｚ方向に放射された変換光５１ｂを、再帰反射性光学部材９０９によって集光スポット８に再帰反射させることができる。そして、光源装置１０９０又は車両用灯具１０９の光利用効率を向上させることができる。変換光５１は、例えば、蛍光体部４ａから等方的に放射される。
また、図９の構成によれば、照射面７上に生じる色ムラを低減することができる。上述のように、照射面７上に生じる色ムラは、再帰反射性光学部材９０９によって＋Ｚ方向に再帰反射された変換光５１ｂの一部が、集光スポット８の周辺部から放射されることによって生じる。
また、図９の構成によれば、蛍光体部４ａ上で、励起光５０が形成する光源像（集光スポット８）の大きさと変換光５１ｂが形成する光源像（集光スポット８ａ）の大きさとは同等である。
また、蛍光体部４ａ上で、変換光５１ｂの放射角は、変換光５１ａの放射角と同等である。変換光５１は、蛍光体部４ａから等方的に放射される。
そして、蛍光体部４ａの発光面と照射面７とは光学的に共役の位置にある。投射光学部材６の焦点は、蛍光体部４ａの発光面を含む面上に位置する。この場合には、蛍光体部４ａの光源像が照射面７上に映し出される。
このため、高輝度な光源装置１０９０が得られる。このため、照射面７上に生じる色ムラを低減することができる。
実施の形態３．
図１４は、本発明に係る実施の形態３における車両用灯具１１３の主要構成を概略的に示す構成図である。以下において、図面を参照して、本発明の実施の形態３を説明する。
実施の形態３は、再帰反射性光学部材９１３の構成において、実施の形態２と相違する。実施の形態２の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
実施の形態２と同一の構成要素は、半導体発光素子２、集光光学部材５、波長変換部材４及び投射光学部材６である。波長変換部材４は、蛍光体部４ａ及び蛍光体支持部材４ｂを含んでいる。
再帰反射性光学部材９１３の構成を説明する。
再帰反射性光学部材９１３は、波長選択性コーティング９１３ａ、透過部９１３ｂおよび入射面９１３ｃを備える。
透過部９１３ｂは、励起光５０が有する波長の光を透過する。つまり、透過部９１３ｂは、励起光５０を透過する。透過部９１３ｂの出射面側（＋Ｚ軸側）には、凹面が形成されている。また、凹面の表面には、波長選択性コーティング９１３ａが形成されている。透過部９１３ｂの入射面９１３ｃ側（−Ｚ軸側）には、凸面が形成されている。入射面９１３ｃの凸面は、励起光５０が再帰反射性光学部材９１３に入射する面である。例えば、図１３では、入射面９１３ｃは、凸面形状を備えている。
透過部９１３ｂは、図１１で示した透過部９０９ｂと同一の構成である。また、波長選択性コーティング９１３ｂは、図９で示した波長選択性コーティング９１３ｂと同一である。そのため、透過部９１３ｂと、波長選択性コーティング９１３ａとの説明を省略する。
図１４では、例えば、再帰反射性光学部材９１３は、波長変換部材４に接して配置されている。再帰反射性光学部材９１３は、蛍光体支持部材４ｂに接している。
実施の形態３における効果を説明する。
図１５は、本実施の形態３における再帰反射性光学部材９１３の構成図である。なお、図１５は、実施の形態２の図１１と同様の構成である。図１５では、波長変換部材４は、蛍光体支持部材４ｂを備えていない。例えば、波長変換部材４は、蛍光体部４ａのみから構成されている。
図１０において、再帰反射性光学部材９０９の励起光５０の入射面９０９ｃは、平面で示されている。励起光５０の入射面９０９ｃとは、再帰反射性光学部材９０９の−Ｚ軸方向側の面である。また、励起光５０の入射面９０９ｃは、例えば、ＸＹ平面に平行である。
しかし、励起光５０が平行光で入射する場合には、図１０（Ａ）に示す励起光５０ｂのように、凹面上で広がるように屈折する。凹面には、波長選択性コーティング９０９ａがコーティングされている。結果的に、集光スポット８の直径Ｄ１は、入射する平行光の径と比べて大きくなる。
この場合には、図１５に示す再帰反射性光学部材９１３のように、−Ｚ軸方向側の入射面９１３ｃを凸面形状にする。つまり、入射面９１３ｃは、凸面形状を備えている。
図１５では、例えば、入射面９１３ｃの凸面形状を球面形状で示している。しかし、凸面形状は、非球面形状、または、楕円面形状であっても構わない。また、凸面形状のシリンドリカル形状であっても構わない。シリンドリカル形状は、１方向のみに光を集光または発散させる形状である。また、楕円面は、３つの座標平面に平行な平面による切口が常に楕円である二次曲面である。
入射面９１３ｃを凸面形状とすることで、集光スポット８の直径Ｄ１の拡がりを緩和することができる。つまり、蛍光体部４ａ上で、高輝度な光源を得ることができる。
図１６は、本実施の形態３における再帰反射性光学部材の変形例を示す説明図である。図１６では、波長変換部材４は、蛍光体支持部材４ｂを備えていない。例えば、波長変換部材４は、蛍光体部４ａのみから構成されている。
例えば、図１６では、励起光５０は集光するように再帰反射性光学部材９１３に入射する。この場合には、図１６に示す再帰反射性光学部材９１３のように、−Ｚ軸方向側の入射面９１３ｃを凹面形状にする。つまり、入射面９１３ｃは、凹面形状を備えている。
再帰反射性光学部材９０９の励起光５０を入射する面９０９ｃは、負のパワーのレンズ面を備えている。透過部９０９ｂの入射面９０９ｃは、負のパワーのレンズ面を備えている。
図１６では、例えば、入射面９１３ｃの凹面形状を球面形状で示している。しかし、凹面形状は、非球面形状、または、楕円面形状であっても構わない。また、凹面形状のシリンドリカル形状であっても構わない。
励起光５０が集光するように再帰反射性光学部材９１３に入射する場合には、入射面９１３ｃを凹面形状とすることで、集光スポット８の直径Ｄ１の拡がりを緩和することができる。つまり、蛍光体部４ａ上で、高輝度な光源を得ることができる。
以上より、実施の形態３で述べたように、図１５または図１６に示す再帰反射性光学部材９１３の構成によって、励起光５０が形成する集光スポット８の拡がりを緩和することができる。つまり、蛍光体部４ａ上で、高輝度な光源を得ることができる。
また、図１５または図１６に示す再帰反射性光学部材９１３の構成によって、励起光５０が集光スポット８で形成する強度分布を調整することができる。例えば、入射面９１３ｃの形状により、ガウシアンビームをトップハットビームにすることができる。
ここで、ガウシアンビームは、光の強度分布が近似的にガウス分布となる。つまり、ガウシアンビームは、強度分布の中心が最もエネルギー密度が高い。トップハットビームは、光の強度分布が均一な分布となる。つまり、トップハットビームは、強度分布のエネルギー密度が均一である。
励起光５０をトップハットビームとなるよう調整することで、蛍光体部４ａ上でのエネルギー密度を均一にすることができる。つまり、蛍光体部４ａでの発熱を抑えることができる。よって、蛍光体部４ａの熱による損傷を防ぐことができる。また、熱による蛍光体部４ａが発する光量の低下を防ぐことができる。
このため、高輝度な光源装置１１３０が得られる。また、光源装置１１３０の信頼性を向上することができる。
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」、「上側」又は「下側」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
以上の各実施の形態を基にして、以下に発明の内容を付記（１）及び付記（２）として記載する。付記（１）と付記（２）とは、各々独立して符号を付している。そのため、例えば、付記（１）と付記（２）との両方に、「付記１」が存在する。
＜付記（１）＞
＜付記１＞
励起光を照射する半導体発光素子と、
前記励起光を集光する集光光学部材と、
前記集光光学部材で集光される前記励起光が照射され、前記励起光と異なる波長を有する変換光を放射する波長変換部材と、
前記集光光学部材と前記波長変換部材との間に配置され、再帰反射性を有する再帰反射性光学部材とを備え、
前記再帰反射性光学部材は、前記波長変換部材の前記励起光が照射された領域から前記再帰反射性光学部材に向けて放射された前記変換光を前記領域に向けて反射する
ことを特徴とする光源装置。
＜付記２＞
付記１に記載の光源装置および投射光学部材を備え、前記投射光学部材により、前記励起光および前記変換光を投射する
ことを特徴とする車両用灯具。
＜付記３＞
励起光を照射する半導体発光素子と、
前記励起光を集光する集光光学部材と、
前記集光光学部材で集光される前記励起光が照射され、前記励起光と異なる波長を有する変換光を放射する波長変換部材と
前記集光光学部材と前記波長変換部材との間に配置され、再帰反射性を有する再帰反射性光学部材とを備え、
前記再帰反射性光学部材は、前記励起光の出射面が凹面で形成され、前記凹面の表面には前記励起光を透過し前記変換光を反射する性質を持つ波長選択性コーティングが形成され、前記波長変換部材の前記励起光が照射された領域から前記再帰反射性光学部材に向けて放射された前記変換光を前記領域に向けて反射する
ことを特徴とする光源装置。
＜付記４＞
前記再帰反射性光学部材は、前記励起光の入射面が凸面で形成されることにより、メニスカス形状を有する
ことを特徴とする付記３に記載の光源装置。
＜付記５＞
付記３または付記４に記載の光源装置および投射光学部材を備え、前記投射光学部材により、前記励起光および前記変換光を投射する
ことを特徴とする車両用灯具。
＜付記（２）＞
＜付記１＞
励起光を出射する光源と、
前記励起光が第１の領域に照射され、当該第１の領域から前記励起光と異なる波長の変換光を放射する波長変換部材と、
前記変換光を前記第１の領域に向けて反射する再帰反射性光学部材と
を備え、
第１の領域は、前記波長変換部材の一部の領域である光源装置（１０００）。
＜付記２＞
前記再帰反射性光学部材は、前記変換光を再帰反射する球体レンズを備える付記１に記載の光源装置。
＜付記３＞
前記球体レンズを保持する固定材を備え、
前記保持する固定材は、前記球体レンズを保持する凹部を備える付記２に記載の光源装置。
＜付記４＞
前記凹部には、反射膜が形成されている付記３に記載の光源装置。
＜付記５＞
前記固定材は、前記波長変換部材から前記光源側に放射された変換光を囲むように形成され、
当該変換光を囲むように形成された前記固定材の面上に前記球体レンズが配置されている付記３または４に記載の光源装置。
＜付記６＞
前記再帰反射性光学部材は、前記変換光を再帰反射するアレイ状に並べられたマイクロプリズムを備える付記１に記載の光源装置。
＜付記７＞
前記マイクロプリズムを保持する固定材を備え、
前記保持する固定材は、前記マイクロプリズムを保持する凹部を備える付記６に記載の光源装置。
＜付記８＞
前記固定材は、前記波長変換部材から前記光源側に放射された変換光を囲むように形成され、
当該変換光を囲むように形成された前記固定材の面上に前記マイクロプリズムが配置されている付記７に記載の光源装置。
＜付記９＞
前記再帰反射性光学部材は、アレイ状に並べられ、前記変換光を再帰反射する微小鏡を備える付記１に記載の光源装置。
＜付記１０＞
前記微小鏡は、多面体形状である付記９に記載の光源装置。
＜付記１１＞
前記微小鏡は、ドーム形状である付記９に記載の光源装置。
＜付記１２＞
前記微小鏡は、球面形状である付記９に記載の光源装置。
＜付記１３＞
前記微小鏡を保持する固定材を備える付記９から１２のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記１４＞
前記固定材は、前記波長変換部材から前記光源側に放射された変換光を囲むように形成され、
当該変換光を囲むように形成された前記固定材の面上に前記微小鏡が配置されている付記１３に記載の光源装置。
＜付記１５＞
前記固定材は、前記励起光を通り抜けさせる第１の透過部を備える付記３、４、５、７、８および１３、１４のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記１６＞
前記光源から出射された前記励起光は、前記第１の透過部と通り抜けて前記波長変換部材に到達する付記１５に記載の光源装置。
＜付記１７＞
前記第１の透過部は、穴である付記１５または１６に記載の光源装置。
＜付記１８＞
前記第１の透過部は、前記励起光を透過する部材で形成されている付記１５または１６に記載の光源装置。
＜付記１９＞
前記再帰反射性光学部材は、前記励起光を再帰反射する凹面形状を備える付記１に記載の光源装置。
＜付記２０＞
前記再帰反射性光学部材は、前記励起光を通り抜けさせる第２の透過部を備え、
前記凹面形状は、前記第２の透過部に形成されている付記１９に記載の光源装置。
＜付記２１＞
前記凹面形状には、前記励起光を通り抜けさせて、前記変換光を反射する波長選択性膜が形成されている付記１９または２０に記載の光源装置。
＜付記２２＞
前記第２の透過部の前記励起光を入射する第２の領域には、正のパワーのレンズ面を備える付記１９から２１のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記２３＞
前記第２の透過部に入射する前記励起光は、平行光である付記２２に記載の光源装置。
＜付記２４＞
前記第２の透過部の前記励起光を入射する第２の領域には、負のパワーのレンズ面を備える付記１９から２１のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記２５＞
前記第２の透過部に入射する前記励起光は、集光された光である付記２４に記載の光源装置。
＜付記２６＞
前記凹面形状は、球面形状である付記１９から２５のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記２７＞
前記球面形状の焦点は、前記波長変換部材の領域であって、前記励起光を前記変換光に変換する領域に位置する付記２６に記載の光源装置。
＜付記２８＞
前記再帰反射性光学部材は、前記光源と前記波長変換部材との間に配置されている付記１から２７のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記２９＞
前記光源から出射された前記励起光を集光する集光光学部材を備える付記１から２８のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記３０＞
前記集光光学部材は、光束が前記集光光学部材に到達した際の入射領域よりも、集光された光束が前記波長変換部材に到達した際の入射領域を小さくする付記２９に記載の光源装置。
＜付記３１＞
前記光束および前記集光された光束の断面は円形状であり、
前記光束が前記集光光学部材に到達した際の光束径よりも、前記集光された光束が前記波長変換部材に到達した際の光束径を小さくする付記３０に記載の光源装置。
＜付記３２＞
前記波長変換部材は、蛍光体部４ａである付記３０または３１に記載の光源装置。
＜付記３３＞
前記集光光学部材から出射される際の前記励起光の発散角は、前記集光光学部材の光軸に垂直で互いに直交する２つの方向において異なる付記２９から３２のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記３４＞
前記集光光学部材は、トロイダルレンズである付記３３に記載の光源装置。
＜付記３５＞
前記集光光学部材は、前記光源と前記再帰反射性光学部材との間に配置されている付記２９から３４のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記３６＞
前記集光光学部材は、集光レンズである付記２９から３５のいずれか１つに記載の光源装置。
＜付記３７＞
付記１から３６のいずれか１つに記載の光源装置と、
前記波長変換部材上に形成される発光パターンを投影する投射光学部材と
を備える照明装置。
＜付記３８＞
前記発光パターンは、蛍光体部の出射面側に形成される付記３７に記載の照明装置。
＜付記３９＞
付記３７または３８に記載の照明装置を備えた車両用灯具。
１，１０９，１１３ 車両用灯具、 １０００，１００１，１０９０，１１３０ 光源装置、 ２ 半導体発光素子、 ３ 波長選択部材、 ４ 波長変換部材、 ４ａ 蛍光体部、 ４ａｏ 出射面、 ４ｂ 蛍光体支持部材、 ４ｂｉ 入射面、 ５，５ａ 集光光学部材、 ６ 投射光学部材、 ７ 照射面、 ８，８ａ 集光スポット、 ９，９０４，９０９，９１３ 再帰反射性光学部材、 ９ａ 再帰反射部、 ９０９ａ，９１３ａ 波長選択性コーティング、 ９ｂ，９０９ｂ，９１３ｂ 透過部、 ９０９ｃ，９１３ｃ 入射面、 ５０，５０ａ，５０ｂ 励起光、 ５１，５１ａ，５１ｂ 変換光、 ５１ｃ 合成光、 １００３ａ 球体レンズ、 １００３ｂ レンズ固定材、 １００３ｃ 基材、 １００３ｄ 反射膜、 １００３ｅ 透明樹脂、 Ｂ１，Ｂ２ 厚さ、 Ｇ 距離、 Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５ 直径、 ＢＦＬ，ＥＦＬ， 距離、 Ｆ 焦点、 ｎ 屈折率、 ｒ 半径、 ｒ１，ｒ２ 距離、 Ｓ 切断面。

Claims (8)

  1. 励起光を出射する光源と、
    前記励起光が第１の領域に照射され、当該第１の領域から前記励起光と異なる波長の変換光を放射する波長変換部材と、
    前記変換光を前記第１の領域に向けて反射する再帰反射性光学部材と
    を備え、
    前記第１の領域は、前記波長変換部材の一部の領域であり、
    前記再帰反射性光学部材は、前記変換光を再帰反射する球体レンズと前記球体レンズを保持する固定材とを備え、
    前記固定材は、前記球体レンズを保持する凹部を備え、
    前記固定材は、前記波長変換部材から前記光源側に放射された変換光を囲むように形成され、
    当該変換光を囲むように形成された前記固定材の面上に前記球体レンズが配置されている光源装置。
  2. 前記固定材は、前記励起光を通り抜けさせる透過部を備える請求項１に記載の光源装置。
  3. 励起光を出射する光源と、
    前記励起光が第１の領域に照射され、当該第１の領域から前記励起光と異なる波長の変換光を放射する波長変換部材と、
    前記変換光を前記第１の領域に向けて反射する再帰反射性光学部材と
    を備え、
    前記第１の領域は、前記波長変換部材の一部の領域であり、
    前記再帰反射性光学部材は、前記変換光を再帰反射する凹面形状を備え、
    前記再帰反射性光学部材は、前記励起光を通り抜けさせる透過部を備え、
    前記凹面形状は、前記透過部に形成されている光源装置。
  4. 前記光源から出射された前記励起光を集光する集光光学部材を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
  5. 前記集光光学部材は、光束が前記集光光学部材に到達した際の入射領域よりも、集光された光束が前記波長変換部材に到達した際の入射領域を小さくする請求項４に記載の光源装置。
  6. 前記集光光学部材から出射される際の前記励起光の発散角は、前記集光光学部材の光軸に垂直で互いに直交する２つの方向において異なる請求項４または５に記載の光源装置。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光源装置と、
    前記波長変換部材上に形成される発光パターンを投影する投射光学部材と
    を備える照明装置。
  8. 請求項７に記載の照明装置を備えた車両用灯具。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11231569B2 (en) * 2018-06-13 2022-01-25 Panasonic Corporation Light-emitting device and illumination device
CN117570393A (zh) * 2018-06-21 2024-02-20 市光工业株式会社 车辆用灯具的光源单元以及车辆用灯具
DE102018127831A1 (de) * 2018-11-07 2020-05-07 Schott Ag Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise mit einstellbarem oder eingestelltem Farbort, und ihre Verwendung sowie Verfahren zur Einstellung des Farborts einer Beleuchtungseinrichtung
JP6888638B2 (ja) * 2019-01-22 2021-06-16 オムロン株式会社 光源装置およびこれを備えた測距センサ
CN110929375B (zh) * 2019-10-17 2021-08-31 中国科学院电子学研究所 基于二维矩量法和射线追迹法的透镜高效仿真、优化方法
WO2021136236A1 (zh) * 2020-01-03 2021-07-08 市光法雷奥（佛山）汽车照明***有限公司 光学***和车辆
JP7495702B2 (ja) 2020-06-18 2024-06-05 国立大学法人東北大学 照明装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0112347B1 (de) * 1982-06-25 1988-11-23 OEHLER, Oscar, Dr. Lichtsammel-vorrichtung und deren anwendung für spektroskopische zwecke
JPH05325908A (ja) * 1992-05-27 1993-12-10 Iwasaki Electric Co Ltd メタルハライドランプ装置
JP4341011B2 (ja) 2003-06-09 2009-10-07 スタンレー電気株式会社 灯具
CN100371768C (zh) * 2003-09-08 2008-02-27 三星电子株式会社 照明器
JP5019289B2 (ja) 2007-08-10 2012-09-05 オリンパス株式会社 光ファイバ照明装置
JP5271590B2 (ja) * 2008-04-22 2013-08-21 株式会社小糸製作所 車両用灯具
JP4991001B2 (ja) 2009-12-28 2012-08-01 シャープ株式会社 照明装置
JP5510646B2 (ja) * 2010-03-18 2014-06-04 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
JP5521259B2 (ja) 2010-03-02 2014-06-11 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
US20110216550A1 (en) 2010-03-02 2011-09-08 Teruo Koike Vehicle light
JP2012089316A (ja) * 2010-10-19 2012-05-10 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
JP2012108213A (ja) * 2010-11-16 2012-06-07 Koito Mfg Co Ltd 再帰反射鏡及びその製造方法
CN104880899B (zh) * 2011-12-04 2017-06-20 深圳市光峰光电技术有限公司 发光装置及其应用的投影***
JP6108666B2 (ja) * 2012-02-13 2017-04-05 キヤノン株式会社 画像投射装置
JP2013222646A (ja) * 2012-04-18 2013-10-28 Seiko Epson Corp 照明装置、電子機器及び投射型表示装置
KR101543084B1 (ko) 2013-10-17 2015-08-07 현대자동차주식회사 차량용 헤드램프
KR101484238B1 (ko) * 2013-10-29 2015-01-16 현대자동차 주식회사 자동차의 헤드 램프
KR101592649B1 (ko) 2013-12-24 2016-02-12 현대자동차주식회사 헤드램프용 레이저 광학계

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