JP6785454B2 - 光源装置および投光装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光源装置および投光装置に関し、特に、半導体発光装置から出射した光を波長変換部材に照射することで波長変換部材から放射される光を利用する、投写表示装置などのディスプレイ分野、または、車両用照明や産業用照明、医療用照明などの照明分野に用いられる光源装置およびこの光源装置を用いた投光装置に関する。
半導体レーザなどの半導体発光素子で構成される半導体発光装置を用いた光源装置および投光装置では、高光束の光を放射させるために、半導体発光装置の光が照射されることで波長変換部材から放射される光を効率良く利用することが必要となる。
この種の投光装置として、特許文献1には、半導体レーザ素子と蛍光体とを用いた発光装置が開示されている。図41を用いて特許文献1に開示されている従来の発光装置1001について説明する。
図41は、従来の発光装置1001の構成を説明するための図である。
図41に示すように、従来の発光装置1001は、レーザ光を発振する半導体レーザ素子1002と、半導体レーザ素子1002から発振されたレーザ光の少なくとも一部をインコヒーレントな光に変換する蛍光体1004と、蛍光体1004から放射された光を反射する反射板1005と、コヒーレントなレーザ光が外部に出射することを抑制する安全装置(光検知器1011、制御部1009)とを備える。
半導体レーザ素子1002から出射する青色光のレーザ光は、蛍光体1004で波長が500nmよりも大きい光に波長変換され、放射される。このとき、蛍光体1004が損傷したり欠落したりし、蛍光体1004に異常劣化が生じる場合がある。この場合、例えばレーザ光がそのまま外部に出射される状態等の光変換異常が生じることもある。そこで、図41に示される従来の発光装置1001では、蛍光体1004に異常劣化が生じたことで生じる出力低下を光検知器1011が検知した場合に、半導体レーザ素子1002の出力を停止している。具体的には、制御部1009によって、受光素子1008の出力値が所定値以下と判定された場合に、制御部1009は、半導体レーザ素子1002の駆動を停止させている。これにより、レーザ光が外部に出射することを抑制することができる。
また、特許文献2には、半導体レーザ素子を光源に用いた車両用前照灯において、照明光の光路にリフレクタの反射面を配置し、その反射面で反射された照明光の一部を光検出手段に入射させ、半導体レーザ素子を制御する装置が提案されている。この装置では、レーザ光を波長変換するための部材が脱落した場合、レーザ光を放出しないように半導体レーザ素子を制御することができる。
特開2011−66069号公報 特開2014−180886号公報
しかしながら、従来の投光装置(例えば特許文献1または特許文献2)においては、光検知器へ光を導くことを目的に設けた反射部材または光検知器そのものが、照明光として有効な光が通るエリアに配置されているため、光学効率のロスとなる。この結果、投光装置の光束が低下し、照明光の照射領域に光強度ムラが発生する。
また、従来の投光装置(例えば特許文献1または特許文献2)の構成では、外部環境の光が光検知器に入射されやすく、波長変換部材(蛍光体等)の異常劣化による光変換異常を光検知器で正確に検知しにくい。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、光検出器によって波長変換部材の異常劣化を正確に検知することができるとともに、光検出器を用いたとしても光検出器によって照明光の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる光源装置および投光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る光源装置の一態様は、レーザ光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器とを備え、前記光検出器は、前記波長変換部材から空間に放射する光のうち照明光として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
この構成により、光検出器によって波長変換部材の異常劣化を正確に検知することができるとともに、光検出器を用いたとしても光検出器によって照明光の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。さらに、小型の光源装置を実現できるので、この光源装置を用いた投光装置も小型にすることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、さらに、前記波長変換部材から放射する光のうち照明光として利用されない光の一部を、前記放射利用光が進む方向から離れる方向に反射する第1の反射部材を備え、前記光検出器には、前記第1の反射部材で反射された光が入射するとよい。
この構成により、波長変換部材から放射する光のうち照明光として利用されない光(不要光)を容易に光検出器に入射させることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記放射利用光の光路に透光部材が設けられているとよい。
この構成により、透明部材を透明カバーのような光検出器へのゴミや埃の付着を防止することを目的とした部材とすることにより、光検出器へ光を導くためだけに生じる光学効率のロスはない。
あるいは、本開示に係る光源装置の一態様において、前記放射利用光の光路に透光部材が設けられ、前記透光部材が前記第1の反射部材として機能するとよい。
この構成により、反射部材を用いることなく、照明光として利用されない光(不要光)の一部を反射して光検出器に導くことができる。
また、本開示に係る光源装置の一態様において、さらに、前記波長変換部材を支持する支持部材を備え、前記透光部材が前記支持部材の開口を塞ぐとよい。
この構成により、支持部材に支持された波長変換部材を保護することができる。
あるいは、本開示に係る光源装置の一態様において、前記波長変換部材を支持する支持部材を備え、前記半導体発光装置および前記光検出器は、前記支持部材に取り付けられた回路基板に配置されているとよい。
これにより、半導体発光装置および光検出器を容易に回路基板に実装することができるので、光源装置を簡便に製造することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記支持部材には、前記光検出器に入射する光が通過する開口部が設けられているとよい。
この構成により、開口部を介して波長変換部材から放出される光を光検出器に導くことができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記支持部材には、前記開口部に繋がった凹所が設けられ、前記光検出器は、前記凹所に配置されているとよい。
この構成により、光検出器を保護することができるとともに、所望の光のみを光検出器に入射させることができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記凹所には、前記光検出器よりも前記半導体発光装置に近い位置に温度検知素子が配置されているとよい。
この構成により、温度検知素子によって半導体発光装置近傍の温度を検知することができるので、半導体発光装置の光出力の温度依存性を考慮して、波長変換部材が異常劣化しているかどうかを判別することができる。したがって、波長変換部材の異常劣化をより正確に検出することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記半導体発光装置および前記光検出器が取り付けられる前記回路基板は、同一の回路基板であり、前記同一の回路基板に、前記光検出器に入射した光の強度に基づいて前記半導体発光装置を制御する制御部が取り付けられているとよい。
この構成により、より小型の光源装置を実現することができるとともに、半導体発光装置からのレーザ光が直接外部に出射させない安全機能を、光源装置の外部制御に頼ることなく光源装置自らが行うことができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記制御部は、環境温度による前記半導体発光装置の光出力変化をキャンセルし、前記光検出器の出力の変化率の変動をもとに前記波長変換部材の異常劣化を検出するとよい。
この構成により、半導体発光装置の温度依存性による光出力変化の影響を無視できるので、波長変換部材の異常劣化をより正確に検出することができる。
あるいは、本開示に係る光源装置の一態様において、前記光検出器には、前記半導体発光装置から出射され前記波長変換部材で反射されたレーザ光のうち不要光が入射し、前記制御部は、前記光検出器からの信号により前記波長変換部材の異常劣化を検出してもよい。
これにより、波長変換部材の異常劣化を容易に検出することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記光検出器には、前記放射利用光が進む方向から離れる方向に進む光が入射するとよい。
これにより、光源装置から放射させる照明光の利用効率を低下させずに、波長変換部材の異常劣化を検知することができる。
また、本開示に係る光源装置の一態様において、さらに、前記半導体発光装置から出射するレーザ光を反射する第2の反射部材を備え、前記波長変換部材は、前記第2の反射部材で反射されたレーザ光を入射する面から前記放射利用光を放射するとよい。
これにより、励起光が波長変換部材で反射されて放射光となる構成である反射型の光源装置を実現することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記波長変換部材は、前記レーザ光が入射する面とは反対側の面から前記放射利用光を放射するとよい。
これにより、励起光が波長変換部材を透過して放射光となる構成である透過型の光源装置を実現することができる。
さらに、本開示に係る光源装置の一態様において、前記半導体発光装置と前記波長変換部材との間には、前記レーザ光を集光する光学素子が配置されているとよい。
この構成により、半導体発光装置から出射するレーザ光を波長変換部材の所望の照射エリアに照射させることができる。
また、本開示に係る投光装置の一態様は、光源装置と、前記光源装置から放射された放射利用光を反射する投光部材とからなり、前記光源装置は、レーザ光を出射する半導体発光装置と、前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器とを備え、前記光検出器は、前記波長変換部材から空間に放射する光のうち前記放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
この構成により、照明光の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制しつつ波長変換部材の異常劣化を正確に検知することができ、かつ、小型の光源装置を用いることにより、優れた信頼性を有する小型の投光装置を実現することができる。
また、本開示に係る投光装置の一態様において、前記光源装置は、前記波長変換部材を支持する支持部材と、前記支持部材に取り付けられた回路基板とを備え、前記回路基板には、前記投光部材では反射された光の方向に対して反対側に外部接続部が取り付けられているとよい。
この構成により、投光装置の電気配線を簡易にすることができる。
また、本開示に係る投光装置の一態様において、前記光源装置は、前記波長変換部材を支持する支持部材と、前記支持部材に取り付けられた放熱部材とを備え、前記放熱部材は、前記投光部材で反射された光の方向に対して反対側に放熱フィンを有するとよい。
この構成により、投光装置における放射利用光の光路を制限することを避けて、光源装置で発生した熱を容易に外部(例えば大気中)に放熱させることができる。
また、本開示に係る投光装置の一態様において、前記光源装置は、前記半導体発光装置から出射するレーザ光を前記波長変換部に向けて反射する第2の反射部材を備え、前記第2の反射部材で反射されたレーザ光は、前記投光部材で反射された光の方向に対して反対側に向かうとよい。
これにより、光源装置の動作中に波長変換部材が破損しても、指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が投光装置の部品に照射されて外部に直接放射されることを抑制することができる。したがって、投光装置の安全性を高めることができる。
本開示によれば、光検出器によって波長変換部材の異常劣化を正確に検知することができるとともに、光検出器を用いたとしても光検出器によって照明光の照射領域に光強度ムラが発生することを抑制できる。
図1は、実施の形態1に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図2は、実施の形態1に係る光源装置の回路構成と同光源装置を動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。 図3は、実施の形態1に係る光源装置を搭載した灯具および車両の機能を説明するための概略図である。 図4は、実施の形態1に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。 図5Aは、光源装置から投光部材に放射光が放射される場合に、投光部材の開口数に相当する最大取り込み角に対する光利用効率の関係を示す図である。 図5Bは、実施の形態1に係る光源装置の第1の放射光の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す図である。 図5Cは、実施の形態1に係る光源装置の第2の放射光の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す図である。 図6は、実施の形態1に係る光源装置の波長変換部材の形状の変化と放射光の変化を説明するための図である。 図7は、図6に対応する第1の放射光の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す図である。 図8は、図6に対応する第2の放射光の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す図である。 図9は、実施の形態1に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。 図10は、実施の形態1の変形例に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。 図11は、実施の形態2に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図12は、実施の形態2に係る光源装置のより具体的な構成を示す断面図である。 図13は、実施の形態2に係る光源装置の製造方法を説明するための図である。 図14は、実施の形態2に係る光源装置の製造方法を説明するための図である。 図15は、実施の形態2に係る光源装置を搭載した第1の灯具の構成を示す概略断面図である。 図16は、実施の形態2に係る光源装置を搭載した第2の灯具の構成を示す概略断面図である。 図17は、実施の形態2に係る光源装置を搭載した第3の灯具の構成を示す概略断面図である。 図18は、実施の形態3に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図19は、実施の形態3に係る光源装置の回路構成と同光源装置を動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。 図20は、実施の形態3に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。 図21は、実施の形態3の変形例に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図22は、実施の形態3の変形例に係る光源装置の波長変換部材の形状の変化と放射光の変化を説明するための図である。 図23は、実施の形態4に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図24は、実施の形態4に係る光源装置の回路構成と同光源装置を動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。 図25は、実施の形態5に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図26は、実施の形態5に係る光源装置の製造方法を説明するための図である。 図27は、実施の形態6に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図28は、実施の形態7に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図29は、実施の形態8に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図30は、実施の形態8に係る光源装置における安全機能を説明するための図である。 図31は、実施の形態8の変形例に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図32は、実施の形態8の変形例に係る光源装置における波長変換部材と透明カバー部材と光検出器との位置関係を示す図である。 図33Aは、比較例1に係る光源装置における波長変換部材と透明カバー部材と光検出器との位置関係を示す図である。 図33Bは、比較例2に係る光源装置における波長変換部材と透明カバー部材と光検出器との位置関係を示す図である。 図34は、実施の形態9に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図35は、実施の形態9に係る光源装置の回路構成と同光源装置を動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。 図36は、実施の形態9の変形例に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図37は、実施の形態10に係る光源装置の構成を示す概略断面図である。 図38は、実施の形態10に係る光源装置における安全機能を説明するための図である。 図39は、実施の形態10に係る光源装置における安全機能を説明するための図である。 図40は、変形例に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。 図41は、従来の光源装置の構成を示す断面図である。
本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、工程(ステップ)および工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、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。
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。なお、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。つまり、各図において共通する構成要素については説明を省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
以下、本開示の実施の形態1に係る光源装置101について説明する。
(構成)
まず、実施の形態1に係る光源装置101の構成について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る光源装置101の構成を示す概略断面図である。
図1に示すように、光源装置101は、半導体発光装置1と、波長変換部材4と、光検出器7とを備える。本実施の形態において、光源装置101は、さらに、集光レンズ3と、支持部材20と、反射部材23とを備える。光源装置101は、例えば放熱部材130に取り付けられ、例えば投光レンズなどの投光部材120に向けて照明光を放射する。
半導体発光装置1から出射した出射光11は、集光レンズ3で集光されて波長変換部材4に照射され、波長変換部材4で生成された光が光源装置101の放射光90として空間に放射される。放射光90の一部は、光源装置101の照明光として外部に照射される。
光源装置101において、半導体発光装置1は、第1の配線基板30に接続される。半導体発光装置1は、半導体発光素子10と、半導体発光素子10が実装されたパッケージ12とを有する。パッケージ12は、例えばTO−CANパッケージであり、パッケージ12には、半導体発光素子10に電力を印加させるための配線である一対のリードピン13aおよび13bと、板ガラスなどの透光性部材16が取り付けられた缶15とが設けられている。透光性部材16は、半導体発光素子10から出射する出射光11を透過する。半導体発光素子10は、パッケージ12と缶15とで囲まれる密閉空間内に配置されている。
半導体発光装置1に搭載される半導体発光素子10は、例えば、窒化物半導体の発光層を備える窒化物半導体発光素子であり、本実施の形態では、光導波路が形成された半導体レーザダイオード素子である。したがって、半導体発光装置1は、出射光11としてレーザ光を出射する。半導体発光素子10から出射される出射光11は、例えばピーク波長が380nmから490nmの間にある近紫外から青色の波長の光である。本実施の形態では、半導体発光素子10からは、出射光11として例えばピーク波長450nmの青色レーザ光が出射される。出射光11は、透光性部材16を通過し、半導体発光装置1の外部に放射される。
半導体発光装置1のリードピン13aおよび13bは、第1の配線基板30に接続される。第1の配線基板30は、例えばガラスエポキシを含む基板上に銅箔などで配線が形成されたプリント配線基板(Printed Wiring Board)である。第1の配線基板30には、外部接続手段37として例えばコネクタが実装される。また、外部接続手段37には、外部配線38として例えば電気接続用のケーブルが接続されている。外部配線38から供給される電力は、外部接続手段37を介して第1の配線基板30に供給される。これにより、リードピン13aおよび13bを介して半導体発光装置1に電力が供給されて半導体発光装置1が発光する。
集光レンズ3は、半導体発光装置1から出射する出射光11を波長変換部材4に集光する機能を有する光学部材であり、半導体発光装置1と波長変換部材4との間に配置されている。
集光レンズ3は、1つまたは複数の凸レンズまたは凹反射レンズなどの光学部材からなる光学系によって構成され、出射光11の一部または全部を波長変換部材4の表面の一部または全部に集光する。集光レンズ3は、透光性部材16に対向する位置に配置されており、例えば支持部材20に固定されたレンズホルダ5によって保持されている。本実施の形態において、集光レンズ3は、凸レンズである。集光レンズ3を用いることによって、半導体発光装置1から出射する出射光11を波長変換部材4の所望の照射エリアに照射させることができる。
波長変換部材4は、例えば、少なくとも1種類以上の蛍光体材料を含む蛍光体光学素子である。この場合、波長変換部材4は、入射する光を励起光として蛍光を発する。つまり、半導体発光装置1から出射した出射光11が励起光として波長変換部材4に照射されることで、波長変換部材4からは蛍光が放射する。例えば、波長変換部材4は、波長が380nmから490nmの光を吸収し、波長が420nmから780nmの間の可視光の領域に少なくとも一つのピーク波長がある蛍光を放射する。
本実施の形態において、波長変換部材4は、蛍光体を含む。波長変換部材4は、好ましくは、波長が500nmから650nmの間の少なくとも黄色光から赤色光の波長帯域の光を放射する蛍光体を少なくとも含む。蛍光体としては、例えば、セリウム(Ce)賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系(YAG)の蛍光体などを用いることができる。
放射光90は、波長変換部材4から空間に向けて放射される光である。半導体発光装置1から出射した出射光11の一部または全部が波長変換部材4で吸収され、これにより、波長変換部材4からは、出射光11とは異なる波長の光を含む光として放射光90が放射される。本実施の形態において、放射光90は、光源装置101の外部の空間に向けて放射される。具体的には、放射光90は、波長変換部材4における出射光11が入射する側の面から放射する。
放射光90は、例えば、出射光11の一部が波長変換部材4で吸収されずに散乱して放射される第1の放射光91と、出射光11の他の一部が波長変換部材4で吸収されて蛍光して放射される第2の放射光92とが混合する光である。例えば、半導体発光装置1から出射される出射光11が青色光であり、波長変換部材4の材料が黄色蛍光体である場合、第1の放射光91は青色光で、第2の放射光92は黄色光となり、青色光と黄色光とが混合して生成される白色光が放射光90として放射する。
光検出器7は、例えばフォトダイオードであり、波長変換部材4から放射される光の一部を受光する。つまり、光検出器7には、波長変換部材4から放射する光の一部が入射する。本実施の形態において、光検出器7は、波長変換部材4の表面のうち、出射光11が入射する面から放射される光を受光する。
光検出器7は、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置されている。本実施の形態において、光検出器7は、波長変換部材4から放射される放射光90のうち、投光部材120に入射されない光を受光する。つまり、光検出器7に入射する光は、本来照明光として利用されない光(不要光)であり、光検出器7は、その不要光を受光している。つまり、投光部材120に取り込まれない光を利用して、この光を光検出器7に入射させている。
光検出器7は、第2の配線基板31に接続される。第2の配線基板31は、例えば、ポリイミド等のベースフィルム上に銅箔などで配線が形成されたプレキシブルプリント回路基板(Flexible Printed Circuits)である。また、第2の配線基板31は、第1の配線基板30に接続されている。第1の配線基板30には、光検出器7が受光した際に発生させる電流を電圧に変換させるための電子部品として抵抗素子41などが実装されていてもよい。光検出器7に受光した光の受光量に応じた光検出器7の出力変化に応じて、波長変換部材4の状態を判定することができる。例えば、光検出器7の出力が低下した場合には、波長変換部材4が劣化したと判定することができる。
支持部材20は、波長変換部材4を支持する支持基台であり、例えばアルミニウム等の金属材料によって構成されている。波長変換部材4は、支持部材20によって保持されている。本実施の形態において、支持部材20は、波長変換部材4だけではなく、半導体発光装置1、光検出器7、反射部材23および第1の配線基板30も支持している。また、半導体発光装置1は、レンズホルダ5を介して支持部材20に支持されている。
なお、支持部材20の放熱部材130側の面は放熱面20bとなっており、半導体発光装置1および波長変換部材4で発生した熱は放熱面20bから放熱部材130に放熱される。このとき、支持部材20に、波長変換部材4と光検出器7とを分離するための分離壁20cを設けてもよい。
反射部材23(第1の反射部材)は、波長変換部材4から放射する光の一部を、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用される光(放射利用光)が進む方向から離れる方向に反射する。具体的には、反射部材23は、波長変換部材4から放射される放射光90の一部の光を反射し、光検出器7に導く。つまり、光検出器7には、反射部材23で反射された光が入射する。反射部材23は、支持部材20の保持部20dに固定されることで、支持部材20に支持されている。
このように構成される光源装置101では、半導体発光装置1から出射した出射光11が波長変換部材4に照射されて、波長変換部材4からは放射光90が放射される。
そして、上記のように、放射光90のうち投光部材120に向かって放射する光は、光源装置101の照明光として利用する放射利用光であり、投光部材120に取り込まれる光である。一方、放射光90のうち投光部材120に向かわずに照明光として利用されない不要光の一部は、光検出器7に入射する。
なお、図1において、放射光利用範囲95は、投光部材120で取り込まれる光の範囲を示している。また、図1において破線で示す領域120aおよび120bは、投光部材120がずれたとしても光源装置101から放射される放射光90を取り込めることが可能な範囲を示している。つまり、領域120aおよび120bは、放射光利用範囲95の最大範囲を示している。
(回路)
次に、実施の形態1に係る光源装置101の回路について、図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1に係る光源装置101の回路構成と同光源装置101を動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。
図2に示すように、光源装置101は、半導体発光素子10、光検出器7、外部接続手段37および抵抗素子41を有しており、それぞれ、図2に示すように接続されている。
抵抗素子41は、上述のとおり、光検出器7が光を受けた際に発生させる電流を電圧に変換させる。外部接続手段37は、アノード端子C1、カソード端子C2、第1の電源端子C3、第1のシグナル端子C4、および、第1のグランド端子C5を有する。外部接続手段37は、外部配線38を介して制御部140に接続される。
光源装置101の駆動部は、例えばバッテリーである電源部160と、例えば中央制御部である外部回路150と、制御部140を備える。電源部160、外部回路150および制御部140は、例えば、図3に示すように、自動車などの車両に搭載される。なお、図3は、実施の形態1に係る光源装置101を搭載した前照灯(灯具)および前照灯を備える自動車の機能を説明するための概略断面図である。
図2に示すように、制御部140からは、外部接続手段37のアノード端子C1とカソード端子C2とを使用して、半導体発光素子10を駆動するための電流を半導体発光素子10に供給する。また、制御部140は、光検出器7にも電力を供給し、光検出器7と抵抗素子41とで生成される信号を受け取る。制御部140は、光検出器7に入射した光の強度(受光量)に基づいて半導体発光装置1を制御する。電源部160は、電源電力として制御部140に電圧Vを供給する。外部回路150は、例えば制御部140と通信を行い、制御部140からの情報を得る、あるいは、制御部140に指示を出す。
(動作)
次に、実施の形態1に係る光源装置101の動作について、実際の実験例などもとに、図2および図3を参照しながら、図4を用いて説明する。図4は、実施の形態1に係る光源装置101の制御部140における各信号のタイミングチャートである。なお、図4は、第1の放射光91(青色光)および第2の放射光92(黄色光)のうち第2の放射光92(黄色光)のみを光検出器7で受光した場合の例を示している。第2の放射光92のみを光検出器7で受光する場合、光検出器7の前方に、第1の放射光91の波長をカットするカットフィルタを適宜配置することや、反射部材23として第2の放射光92を主に反射するフィルタを用いることで実現できる。
図3において車両のエンジンをかけるなどして光源装置101の動作準備を行うと、図2に示すように、電源部160から制御部140に電力が供給されて、第1のバックコンバータである降圧回路143により電源電圧Vccに所定の電圧が印加される。このとき、図4に示すように、時間T1において、電源電圧Vccに、電圧Vcc0が印加される。
続いて、図2に示すように、外部回路150から、マイクロコントローラ141に所定の指示信号(Vs)が送られる。これにより、第2のバックコンバータである降圧回路142からは、所定の電流Iop(t)が、外部配線38を通って外部接続手段37のアノード端子C1に流れる。このとき、図4に示すように、時間T2において、Iop(t)=Iの電流が流れる。このとき、センス抵抗(Sence resistance)は、電流量をモニタし、電流Iop(t)を正確な値に設定するために用いられる。
図2に示すように、アノード端子C1からの電流Iop(t)は、外部配線38から外部接続手段37へと供給される。そして、電流Iop(t)は、図1に示すように、第1の配線基板30からリードピン13aおよび13bへと供給され、図示しない金属ワイヤを介して半導体発光素子10に供給される。半導体発光素子10に供給された電流Iop(t)は、光エネルギーに変換されて、半導体発光素子10から出射光11が出射する。
図1に示すように、半導体発光素子10(半導体発光装置1)から出射した出射光11は、集光レンズ3によって集光されて波長変換部材4に入射する。波長変換部材4では、出射光11の一部を散乱して第1の放射光91を放射し、出射光11の他の一部を吸収して第2の放射光92を放射する。そして、第1の放射光91と第2の放射光92とが混合されて、放射光90として光源装置101から放射される。
このとき、放射光90の一部は、反射部材23で反射されて光検出器7に入射する。光検出器7に入射した光は、光電変換素子と抵抗素子41とにより電圧信号V1OUT(t)となり、図2に示すように、第1のシグナル端子C4より出力され、制御部140のマイクロコントローラ141に入力される。
このとき、マイクロコントローラ141に入力される電圧信号V1OUT(t)は、例えば、図4に示すような時間的に変換する電圧信号である信号180が入力される。信号180は、時間T2からTF1まで、光源装置101の連続通電による放射光90の出力低下に応じて時間的に減少する信号であり、波長変換部材4の破損等がなければ破線の信号181に示すように一定の比率で減少する。
したがって、波長変換部材4が破損などしたことによる波長変換部材4の異常劣化を検出するための比較信号としては、図4の閾値信号190のように、時間に応じて変化する電圧値を用いることができる。本実施の形態では、波長変換部材4の経時劣化を考慮して、閾値信号190は、時間的に階段状に減少する値に設定している。具体的には、図4に示すように、例えば時間T2からT3の間は閾値信号Lev4、時間T3からT5は閾値信号Lev3とする。
この閾値信号190と信号180とを比較して、信号180が閾値信号190よりも低くなる場合(図4の時間TF2)、マイクロコントローラ141は、波長変換部材4に異常劣化が生じたと判断し、降圧回路142を制御することで電流IOP(t)を0にし、半導体発光装置1の動作を停止させる。
なお、図4に示すように、半導体発光装置1の動作を停止させると同時に、アラート信号である電圧VALを所定の電圧VAL0にし、図3に示すように、外部回路150に信号を送付して、警告灯170に警告信号を表示させるとよい。
このように、本実施の形態における光源装置101の異常検出方法では、波長変換部材4の経時劣化を考慮した上で、光検出器7の出力による信号180をもとに波長変換部材4の破損等による波長変換部材4の異常劣化を検出している。具体的には、制御部140は、閾値信号190を半導体発光装置1の動作時間に応じて変化させて、この閾値信号190と光検出器7の出力による信号180とを比較することで、波長変換部材4の異常劣化を判定している。これにより、波長変換部材4の経時劣化ではなく波長変換部材4の破損等による波長変換部材4の異常劣化を正確に検出することができる。
ここで、光源装置101において、半導体発光装置1から出射する出射光11が及ぼす波長変換部材4への影響について、実際の設計および実験例に基づいて以下に説明する。
光源装置101から放射される放射光90は、図1に示すように、投光部材120(レンズ)の開口数(NA)に応じて照明光110として利用される。
照明光110をより明るい光にするためには投光部材120の性能に依存する。この場合、投光部材120の開口数を大きくすることで、光利用効率を高くすることができる。具体的には、開口数が高いレンズとしては、例えばBlu−ray(登録商標)用などで開発された開口数(NA)が0.85(最大取り込み角が約58°)のレンズを利用することができる。
図5Aは、光源装置101から放射される放射光90がランバーシアン配光で放射されると仮定した場合に、投光部材120の開口数に相当する最大取り込み角に対する光利用効率の関係を示す図である。
図5Aに示すように、投光部材120として開口数NAが0.85のレンズを用いることで、約70%以上の光を利用できることが分かる。なお、CD用のレンズ(NA=0.45)では、約20%程度しか光を利用することができない。また、DVD用のレンズ(NA=0.6)では、約30%程度しか光を利用することができない。
上記の結果を元に、光源装置101を試作し、放射光90の放射方向および光検出器7の配置などを検討した結果を説明する。
本検討において、半導体発光装置1としては出射光11のピーク波長が450nmであるものを用い、波長変換部材4としてはYAG蛍光体を用いた。放射光90の光強度については、図1に示すように、波長変換部材4の表面に垂直な方向を光軸96として、その光軸96から傾斜した角度(±θ)を出射角として測定した。
また、波長変換部材4への出射光11の入射角度は、光軸96からマイナス70°とした。つまり、出射光11が入射する入射方向と波長変換部材4の表面とのなす角度が20°(θ=70°)となるようにした。光源装置101から放射される放射光90を取り込む投光部材120の開口数はNA=0.85とした。この場合、放射光利用範囲95は、−58°≦θ≦+58°となる。
なお、光源装置101としては、図1における光源装置101において、保持部20dと反射部材23とを備えていないものを用いた。
このときの光源装置101からの放射光(つまり波長変換部材4からの放射光)の光強度を測定したところ、図5Bおよび図5Cに示すような角度依存性を持つ光強度分布の放射光が観測された。図5Bおよび図5Cは、実施の形態1に係る光源装置101の放射光の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す図であり、図5Bは第1の放射光91の角度依存性、図5Cは第2の放射光92の角度依存性を示している。
図5Bに示すように、第1の放射光91は、放射光利用範囲95(−58°≦θ≦+58°)においては、波長変換部材4で散乱されて、ランバーシアン配光分布に近い放射光が観測された。
また、角度θがより大きい範囲(+58°≦θ≦+90°)における第1の放射光91bについては、角度θが70°付近に出射光11の指向性を維持したまま放射される放射光のピークを有する分布が観測された。
一方、半導体発光装置1側の方向に放射される一部の第1の放射光91cは、支持部材20で遮光されるため、角度θが−58°よりも小さい範囲においては、光強度は観測されなかった。このため、図5Bでは、角度θが−58°よりも小さい範囲については、推測される光強度分布を点線で示している。
図5Cに示すように、第2の放射光92は、波長変換部材4に含まれる蛍光体材料で変換される光であるため、角度θが+58°以上の第2の放射光92bにおいても、図5Bに示される第1の放射光91bのような指向性が維持された光は放射されなかった。
ただし、半導体発光装置1側の角度θが小さい範囲では、第1の放射光91cと同様に遮光され光強度が低い第2の放射光92cが観測された。
以上の実験結果によれば、角度θが+58°以上の放射光90、つまり、第1の放射光91bおよび第2の放射光92bは、投光部材120において利用されない不要光となる。したがって、不要光となる角度θが+58°以上の放射光90の一部を反射部材23で反射させて光検出器7に入射させることで、光源装置101から投光部材120を通して放射させる照明光の利用効率は低下しないことが分かる。このため、照明光110の明るさを低下させることなく、波長変換部材4からの放射光90を光検出器7で受光して波長変換部材4の異常劣化を検出することができる。
ここで、図4のタイミングチャートを参照しながら、図6〜図8を用いて、波長変換部材4の異常劣化を正確に検出する制御方法について説明する。図6は、実施の形態1に係る光源装置101の波長変換部材4の形状の変化と放射光の変化を説明するための図である。図7および図8は、図6に対応する放射光90の光強度における光軸からの角度に対する依存性を示す模式図であり、図7は第1の放射光91の角度依存性、図8は第2の放射光92の角度依存性を示している。なお、図7および図8の(a)、(b)および(c)は、それぞれ、図6の(a)、(b)および(c)に対応している。
波長変換部材4の異常劣化は、例えば、波長変換部材4の破損などによって発生する。
図4において、時間TF1に波長変換部材4の破損が始まるとする。図6(a)は、時間TF1以前の波長変換部材4近傍の様子を示している。図6(b)は、時間TF1直後の波長変換部材4近傍の様子を示している。
波長変換部材4は、例えば反射部材4b上に波長変換素子4aが所定の厚みで固着されたものである。具体的には、反射部材4bとしては、シリコン基板の表面に銀合金膜と誘電体多層膜の積層膜からなる反射膜が形成されたものを用いることができる。また、波長変換素子4aとしては、例えば、蛍光体粒子をシリコーンなどのバインダに混合し、所定の厚みで反射部材4bの上に塗布して硬化したものを用いることができる。
図6(a)において、波長変換素子4aに集光して入射される出射光11の一部は、波長変換素子4aの蛍光体粒子で散乱されて第1の放射光91となって波長変換素子4aから放射される。出射光11の他の一部は、蛍光体粒子で吸収されてピーク波長が540nm付近の蛍光である第2の放射光92となって波長変換素子4aから放射される。
このとき、波長変換素子4aにおける出射光11が照射される照射領域4d付近は、出射光11から第2の放射光92に変換される際のエネルギーロスであるストークスロスにより発熱し、局所的に温度が上昇する。
この熱は、反射部材4bを介して支持部材20に放熱されるが、波長変換素子4aへの高エネルギー密度の光の連続照射などによる結晶欠陥の増殖などにより、意図しない波長変換素子4aの温度上昇が発生する場合がある。
この場合、図6(b)に示すように、波長変換素子4aを構成するバインダや蛍光体粒子が急激に温度上昇し、この温度上昇によって波長変換素子4aに局所的なアブレーションなどが発生し、波長変換素子4aに変質部が発生する場合がある。
このような場合、図7(a)と図7(b)との比較に示すように、第1の放射光91bの光強度ピークが増加し、図8(a)と図8(b)との比較に示すように、第2の放射光92の光強度が低下する。
そして、図6(b)の状態で継続動作させて波長変換部材4に出射光11を照射し続けた場合、図6(c)に示すように、出射光11が照射される照射領域4dにおける波長変換素子4aは完全に吹き飛び、出射光11は、反射部材4bに直接照射されることになる。
この場合、図7(c)に示すように、第1の放射光91bの光強度ピークは極端に増加し、図8(c)に示すように、第2の放射光92の光強度は極端に低下する。このような状態においては、光源装置101から出射光11と同様の単色性と指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が放射されるため、危険な状態となる。
このような状態を回避するため、本実施の形態においては、光検出器7は、第2の放射光92の光強度を優先的に検出して、半導体発光装置1の駆動を停止させることとしている。具体的には、以下のようにして行う。
図4に示すように、光検出器7によって検知された第2の放射光92の光強度に対応する信号180は、光源装置101の経年劣化により時間とともに単調に減少する。例えば、第2の放射光92の光強度は、波長変換部材4の経時劣化により漸次減少する。
このとき、光源装置101の保証期間より短い期間で波長変換部材4の破損が起こった場合、例えば図4の時間TF1で波長変換部材4の破損が起こった場合、時間TF1以降、信号180の減少速度が急激に進む。つまり、信号180の直線または曲線の傾きが大きくなる。この結果、信号180は、時間TF2で閾値信号190を下回る。
このときの信号180と閾値信号190との比較処理をマイクロコントローラ141で行い、直後の時間TF3までに降圧回路142に信号を送ることで、駆動電流IOP(t)を0とし、半導体発光装置1の駆動を停止させる。これにより、半導体発光装置1から出射光11が出射しなくなるので、光源装置101から第1の放射光91と同様の単色性と指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が放射される危険な状態を回避することができる。
(効果)
以上、本実施の形態に係る光源装置101によれば、光検出器7が、波長変換部材4から放射する光のうち照明光110として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知することができるので、半導体発光装置1から出射する出射光11と同様の単色性と指向性が高くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101の外部に直接出射することを抑制できる。これにより、安全性の高い光源装置101を実現できる。
しかも、このような光検出器7を用いたとしても、光検出器7が放射利用光の光路から外れた位置に配置されているので、光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。
さらに、小型の光源装置101を実現することもできるので、この光源装置101を用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、光検出器7には、放射利用光が進む方向から離れる方向に進む光が入射する。具体的には、光検出器7には、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用されない光(不要光)が入射する。
これにより、光源装置101から放射させる照明光の利用効率を低下させずに、波長変換部材4の異常劣化を検知することができる。
この場合、本実施の形態では、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用されない光(不要光)の一部を、放射利用光が進む方向から離れる方向に反射する第1の反射部材23を備えており、光検出器7には、反射部材23で反射された光が入射する。
これにより、不要光を容易に光検出器7に入射させることができる。
なお、図4に示す上記実施の形態における波長変換部材4の異常劣化を検出する制御方法については、第2の放射光92(黄色光)を用いて行ったが、これに限るものではない。例えば、第1の放射光91(青色光)を用いて波長変換部材4の異常劣化を検出してもよい。図9は、第1の放射光91(青色光)を用いて波長変換部材4の異常劣化を検出する場合の制御部140における各信号のタイミングチャートである。
第1の放射光91(青色光)を用いる場合は、第2の放射光92(黄色光)とは異なり、図7に示すように、波長変換部材4の異常劣化が生じると、第2の放射光92(黄色光)とは異なり、光検出器7による第1の放射光91b(不要光)の出力が大きくなる。つまり、光検出器7には、半導体発光装置1から出射され波長変換部材4で反射されたレーザ光のうち不要光が入射する。このとき、マイクロコントローラ141は、この光検出器7からの信号により波長変換部材4の異常劣化を検出することができる。具体的には、図9に示すように、信号180よりも値大きい閾値信号191をあらかじめ準備し、閾値信号191と信号180とを比較して、信号180が閾値信号191よりも大きくなる場合(図4の時間TF2)に、マイクロコントローラ141は、波長変換部材4に異常劣化が生じたと判断し、降圧回路142を制御することで電流IOP(t)を0にし、半導体発光装置1の動作を停止させる。
このように、第1の放射光91bを光検出器7で受光することで、波長変換部材4の異常劣化を容易に検出することができる。特に、第1の放射光91bの増加は、すなわち、指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が増加している状態であり、光源装置101としては安全性が低下している状態である。このようにエネルギー密度が大きい第1の放射光91bを直接検出することで、光源装置101の状態を正確に判断することができる。
さらに、本実施の形態において、第1の放射光91bは放射利用光の外の光である。このため、照明光の明るさを低下させることがなく、光源装置101の状態を正確に判断することができる。
なお、第1の放射光91のみを光検出器7で受光する場合、光検出器7の前方に、第2の放射光92の波長をカットするカットフィルタを適宜配置することや、反射部材23として第1の放射光91を主に反射するフィルタを用いることで実現できる。
(実施の形態1の変形例)
図10を用いて実施の形態1の変形例について説明する。図10は、実施の形態1の変形例に係る光源装置の制御部における各信号のタイミングチャートである。
本変形例でも、上記実施の形態1と同様に、制御部140は、光検出器7から出力される電圧信号V1OUT(t)を演算処理することで波長変換部材4の異常劣化を判定する。
本変形例でも、図10の信号180に示されるように、電圧信号V1OUT(t)は、動作電流一定の条件においては、経時劣化に伴う光源装置101の放射光90の光束低下に応じて時間とともに減少するが、本変形例では、光源装置101の放射光90の光束低下が一定の割り合いで変化することを用いて、電圧信号V1OUT(t)の変化率を演算することで波長変換部材4が異常劣化しているかどうかを判別している。
例えば、光源装置101の放射光90の光束が時間tに対して指数関数的に劣化する場合、光束P(t)は、P(t)=P×exp(−β×t)で表すことができる。ここで、Pは、初期の光束であり、βは劣化率であり、tは時間である。
このとき、光検出器7から出力される電圧信号V1OUT(t)は、係数Aを用いて、V1OUT(t)=A×P×exp(−β×t)となる近似式で表すことができる。ここで、演算信号F(V1OUT(t))を、係数Bを用いてF(V1OUT(t))=−B×d/dt[ln(V1OUT(t)/A/P)]と設定すると、F(V1OUT(t))=B×βで表すことができる。これにより、定数である変化率B×βをもとに、波長変換部材4の異常劣化の有無の判定を行うことができる。
あるいは、光源装置101の放射光90の光束が時間tに対して比例して劣化する場合は、光検出器7から出力される電圧信号V1OUT(t)が直線で表すことができ、V1OUT(t)=V1OUT(ini)−F×t(V1OUT(ini)は定数)となる近似式で表すことができる。この場合、演算信号F(V1OUT(t))を、F(V1OUT(t))=−d/dt[V1OUT(t)]と設定することで、定数である変化率Fをもとに、波長変換部材4の異常劣化の有無の判定を行うことができる。
これにより、光検出器7を用いて光源装置101の波長変換部材4の異常劣化を正確に検出することができる。
なお、これらの数式などは、上記実施の形態1にも用いることができる。つまり、図4の各信号に用いることができる。
このように、本変形例における光源装置の異常検出方法においても、波長変換部材4の経時劣化を考慮した上で、光検出器7の出力による信号180をもとに波長変換部材4の異常劣化を検出しているが、本変形例では、制御部140は、光検出器7の出力による変化率の変動をもとに波長変換部材4の異常劣化を判定している。これにより、波長変換部材4の異常劣化を効率良く検出することができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る光源装置101Aについて、図11〜図14を用いて説明する。図11は、実施の形態2に係る光源装置101Aの構成を示す概略断面図である。図12は、同光源装置101Aのより具体的な構成を示す断面図である。図13および図14は、同光源装置101Aの製造方法を説明するための図である。
(構成)
図11に示すように、本実施の形態における光源装置101Aでは、支持部材20に取り付けられた第1の配線基板30に、半導体発光装置1と光検出器7とが配置されている。具体的には、半導体発光装置1および光検出器7は、第1の配線基板30の同一面に実装されている。本実施の形態において、第1の配線基板30には、半導体発光装置1および光検出器7が実装された面に、外部配線38が接続される外部接続手段37および抵抗素子41も実装されている。
第1の配線基板30は、プリント配線基板などの回路基板である。第1の配線基板30は、例えばガラスエポキシ樹脂を含む基板30aの両面に、絶縁層と金属パターンとで構成された配線層30bおよび30cが形成された構成である。配線層30bおよび30cには、例えば銅箔などの金属配線が形成される。
第1の配線基板30には、貫通孔30dおよび30eが設けられている。半導体発光装置1のリードピン13aおよび13bは貫通孔30dおよび30eに挿通され、半田35で配線層30bに接続される。また、第1の配線基板30には、ビア配線30fが設けられている。配線層30bと配線層30cは、ビア配線30fによって電気的に接続される。
光検出器7には、端子7aが設けられている。光検出器7は、端子7aで配線層30cと接続される。
外部接続手段37には、端子37aが設けられている。外部接続手段37は、端子37aで配線層30cと接続される。
第1の配線基板30の半導体発光装置1側には、集光レンズ3と、波長変換部材4と、反射部材23が配置される。本実施の形態において、集光レンズ3は、第1光学素子3aと第2光学素子3bとで構成される。第1光学素子3aは、例えば凸レンズである。第2光学素子3bは、反射機能を有する光学素子であり、例えば凹反射面を有する反射部材によって構成されている。つまり、反射部材23を第1の反射部材とすると、第2光学素子3bは、半導体発光装置1から出射する出射光11を反射する第2の反射部材である。半導体発光装置1から出射した出射光11は、第1光学素子3aと第2光学素子3bとによって波長変換部材4に集光される。
波長変換部材4は、集光レンズ3(第2光学素子3b)で反射された出射光11を入射する面から、照明光として利用される放射利用光を含む放射光90を放射する。波長変換部材4は、支持部材20に固定される。図示されていないが、集光レンズ3と反射部材23とは、支持部材20に固定されていてもよいし、図示しない保持部材により保持されていてもよい。
ここで、図12〜図14を用いて、実施の形態2に係る光源装置101Aのより好ましい構成について説明する。
図12〜図14に示される光源装置101Aにおいて、第1の配線基板30は、例えば、アルミ合金などで構成される支持部材20に固定される。
支持部材20の一方の面には、光源装置101Aで発生した熱を外部に放熱するための放熱面20bが形成されている。支持部材20の放熱面20b側の一段内側には、第1の配線基板30を固定するための取り付け面20fが形成されている。また、支持部材20には、第1の配線基板30を安定的に固定するために、保持部20dが形成されている。保持部20dには、取り付け面20fと対向する取り付け面20eが形成されている。取り付け面20fと取り付け面20eとの間には、光源装置101Aを製造する時に、第1の配線基板30を所定の位置に配置するための開口部20hが形成されている。支持部材20の取り付け面20fには、第1の配線基板30を固定するためのネジ穴20g(図14参照)が形成されている。
さらに、支持部材20には、半導体発光装置1を第1の配線基板30と電気的に接続するための第1の開口部21と、波長変換部材4からの光の一部を光検出器7に導くための第2の開口部22が形成されている。つまり、第2の開口部22には、光検出器7に入射する光が通過する。これにより、第2の開口部22を介して波長変換部材4から放出される光を光検出器7に導くことができる。具体的には、第2の開口部22には、反射部材23で反射させた光が通過する。
また、支持部材20には、第2の開口部22に繋がった凹所(凹部)が設けられており、光検出器7は、この凹所に配置されている。これにより、光検出器7を保護することができるとともに、所望の光のみを光検出器7に入射させることができる。具体的には、波長変換部材4から放射する放射光90のうち投光部材で利用されない光(不要光)のみを光検出器7に容易に入射させることができる。
支持部材20には、半導体発光装置1、波長変換部材4および第1の配線基板30が固定されている。第1の配線基板30には、半導体発光装置1および光検出器7が接続されている。半導体発光装置1と光検出器7は、第1の配線基板30の支持部材20側に配置されている。
(製造方法)
次に、図13および図14を用いて、図12に示す本実施の形態の光源装置101Aの製造方法を説明する。図13および図14において、A1〜A5は組み立て順序を示しており、A1→A2→A3→A4→A5の手順で光源装置101Aの組み立てを行う。
まず、図13のA1に示すように、支持部材20の所定の位置に波長変換部材4を固定する。
続いて、図13のA2およびA3に示すように、光検出器7および外部接続手段37が実装された第1の配線基板30の一部を支持部材20の開口部20hに斜め方向から挿入し、第1の配線基板30の表面が取り付け面20fに密着するように第1の配線基板30を支持部材20に配置する。
続いて、図13のA4に示すように、半導体発光装置1を支持部材20の第1の開口部21の上部に配置し、半導体発光装置1のリードピン13aおよび13bを、支持部材20の第1の開口部21に挿通するとともに、第1の配線基板30の貫通孔30dおよび30eに挿通する。
続いて、図13および図14のA5に示すように、支持部材20の開口部20hから挿入した第1の配線基板30を、支持部材20の保持部20dの上面である取り付け面20eと支持部材20の一段内側の底面である取り付け面20fとに接触するように取り付け、第1の配線基板30のネジ孔30gおよび支持部材20のネジ孔20gにネジ50をねじ込む。これにより、第1の配線基板30を支持部材20に固定することができる。
その後、図12に示すように、半導体発光装置1のリードピン13aおよび13bを第1の配線基板30に半田35を用いて接続する。そして、集光レンズ3と反射部材23とを図示しない保持部材を用いて支持部材20に固定する。
(動作)
次に、実施の形態2に係る光源装置101Aの動作について説明する。
外部接続手段37から入力された電力は、第1の配線基板30の配線層30b、ビア配線30fおよび配線層30cを伝わって半導体発光装置1の半導体発光素子10に入力される。これにより、半導体発光素子10から光が放射される。半導体発光素子10から放射された光は、半導体発光装置1の出射光11として出射する。半導体発光装置1から出射した出射光11は、集光レンズ3により集光されて波長変換部材4に入射する。これにより、波長変換部材4から放射光90が放射される。放射光90は、出射光11が波長変換部材4で波長変換されずに波長変換部材4から放射される第1の放射光91と、出射光11が波長変換部材4で波長変換されて放射される第2の放射光92とを含む。
このとき、波長変換部材4から放射する放射光90のうち投光部材(不図示)で利用されない光(不要光)の一部は、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として投光部材(不図示)で利用される放射光90(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7で受光される。
具体的には、投光部材で利用されない放射光90(不要光)の一部は、反射部材23によって第1の配線基板30側に反射され、支持部材20の第2の開口部22を通って、第1の配線基板30に接続された光検出器7へと導かれて光検出器7で受光される。
光検出器7よって受光された光は、光検出器7で電気信号に変換される。このとき、図2に示す回路において、受光量に比例する電圧信号となり、外部接続手段37から制御部140へと出力される。この電圧信号によって、波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101Aの外部へと出射することを抑制できる。
(効果)
以上、本実施の形態に係る光源装置101Aによれば、実施の形態1と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Aを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Aを実現することもできるので、この光源装置101Aを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、半導体発光装置1および光検出器7が取り付けられる回路基板は、同一の回路基板である。具体的には、半導体発光装置1および光検出器7は、同一の第1の配線基板30に取り付けられている。
これにより、より小型の光源装置101Aを実現することができる。
特に、本実施の形態では、半導体発光装置1および光検出器7だけではなく、外部接続手段37および抵抗素子41などの電気配線を必要とする部材が、同一の第1の配線基板30に接続されている。
これにより、光源装置101Aの電気配線の構成を簡便にすることができるとともに、強い振動や衝撃が加えられる車両などに光源装置101Aが搭載されたとしても配線切れ等の配線不良を低減することができる。さらに、半導体発光装置1および光検出器7が、第1の配線基板30の同一面側に実装されているため、簡便に製造することができる。
また、半導体発光装置1、光検出器7、外部接続手段37、および、抵抗素子41などの電気配線を必要とする部材が同一の第1の配線基板30に接続されていることで、配線不良のない信頼性が高い光源装置を実現できる。
つまり、図41に示す従来の発光装置1001では、光検知器1011と半導体レーザ素子1002が離れているために、光検知器1011、制御部1009、駆動回路1010、および半導体レーザ素子1002を互いに接続するための電気配線が複雑になったりで長くなったりする。例えば、回路基板の配線パターンが複雑化したり長尺化したり、部品同士をリード線で接続したりする必要があるので、これらの電気配線が切れたりショートしたりする可能性がある。この結果、蛍光体1004の光変換異常を検出できないおそれがある。
一方、本実施の形態における光源装置101Aでは、半導体発光装置1および光検出器7などの電気配線を必要とする部材が同一の第1の配線基板30に配置されている。これにより、半導体発光装置1や光検出器7などを接続する電気配線(接続配線)が複雑化したり長尺化したりすることを抑制できる。これにより、電気配線が切れたりショートしたりして配線不良が発生することを抑制できるので、信頼性の高い光源装置を実現できる。しかも、電気配線が簡便になることで、小型の光源装置101Aを実現できる。
また、本実施の形態では、半導体発光装置1から、第1の配線基板30から離れていく方向に出射する出射光11を反射する第2光学素子3bを備えており、波長変換部材4は、第2光学素子3bで反射された出射光11を入射する面から放射利用光を放射している。
これにより、半導体発光装置1から放射された出射光11が、放射光90として光源装置101Aから放射するまで伝搬する光路を折り返しの光学系で実現することができる。このため、光源装置の厚み、つまり図12の上下方向を薄くすることができる。
また、本実施の形態において、第1の配線基板30は、支持部材20の放熱面20bとは異なる取り付け面20fに取り付けられている。
これにより、第1の配線基板30が存在することによって光源装置101Aで発生する熱の放熱性が低下してしまうことを抑制できる。
さらに、本実施の形態では、第1の配線基板30が取り付け面20fと取り付け面20eとに挟まれた状態で支持部材20に固定されている。
これにより、安定した状態で第1の配線基板30が支持部材20に保持される。
特に、本実施の形態では、取り付け面20eが形成された保持部20dが、外部接続手段37の近傍、特に外部接続手段37の下部に設けられている。
これにより、外部配線38を外部接続手段37(コネクタ)に抜き差しなどするときに外部接続手段37に応力が加わった場合でも、第1の配線基板30が曲がったり折れたりなどして変形することを抑制することができる。特に、第1の配線基板30が樹脂基板であると、外部配線38を外部接続手段37に抜き差しする際に、外部接続手段37付近の第1の配線基板30に集中して応力が加わりやすい。このため、支持部材20に保持部20dを設けることで、第1の配線基板30の変形を効果的に抑制できる。さらにこのとき、支持部材20の開口部20h付近の第1の配線基板30において、取り付け面20f、20eに向かう方向に力61、62が印加されるように固定することが好ましい。
さらに、本実施の形態において、第1の配線基板30の表面(外部接続手段37が実装された面)から支持部材20の第1の開口部21を挿通させたリードピン13a、13bを、第1の配線基板30の裏面(外部接続手段37が実装された面とは反対側の面)で半田35により半田付けされる。
これにより、半田35と保持部20dとによって第1の配線基板30を支持部材20に強固に固定することができる。
さらに、第1の配線基板30は、支持部材20の取り付け面20fにネジ50を用いて固定されている。
これにより、第1の配線基板30を支持部材20に安定的に固定することができる。
(灯具)
次に、本実施の形態における光源装置101Aを搭載した灯具201について、図15を用いて説明する。図15は、実施の形態2に係る光源装置101Aを搭載した灯具201の構成を示す概略断面図である。
図15に示すように、灯具201は、投光装置の一例であり、放熱部材130と、放熱部材130に取り付けられた光源装置101Aと、光源装置101Aから放射された光を外部に投光する投光部材120とを備える。
光源装置101Aにおいて、半導体発光装置1から出射された出射光11は、集光レンズ3で波長変換部材4に集光される。集光レンズ3は、支持部材20に固定された保持部材25に保持されている。保持部材25は、集光レンズ3を保持する機能を有するとともに、集光レンズ3の位置を調整する機能を有する。また、反射部材23は、支持部材20に固定された保持部材26に保持されている。
波長変換部材4から放射される放射光90の一部は、反射部材23で反射されて光検出器7に入射する。
放熱部材130としては、例えば、アルミニウム合金を所定の形状に加工して表面をアルマイト処理したものを用いることができる。放熱部材130は、光源装置101Aを取り付けるためのプレート状の取り付け部131と、光源装置101Aで発生した熱を外部の空気へと排熱するための放熱フィン132とを有する。光源装置101Aで発生した熱は、取り付け部131を介して放熱フィン132に伝熱され、外部へと放熱される。
投光部材120は、光源装置101Aの放射光90が放射される側に配置されており、光源装置101Aから放射する放射光90を前方に反射する。本実施の形態において、投光部材120は、例えばプラスチック部材の凹面の表面にアルミニウム膜が形成されたリフレクタ(反射板)である。
灯具201では、光源装置101Aから投光部材120側にランバーシアン配光で放射された放射光90が、投光部材120で略平行光となるように反射され、灯具201の外部へ照明光110として投射される。
このとき、投光部材120から出射される放射光90は、開口制限により放射光利用範囲95で制限された放射光のみが照明光110として灯具201から放射される。
上記構成の灯具から出射される照明光110は指向性が強い光であるが、照明光110の大部分がブロードなスペクトルを有する蛍光で構成されることや、瞳径が大きな投光部材120で略平行光に変換され、単位面積当たりのエネルギー密度の低い光となることにより、出射光11と比較し危険性の十分低い光となる。
一方で、放射光90のうち、放射光利用範囲95以外に放射される放射光のうちの一部は反射部材23によって反射されて、第1の配線基板30に実装された光検出器7で受光される。これにより、波長変換部材4の異常劣化を検知することができる。
このように、放射光利用範囲95以外の放射光を用いて、波長変換部材4からの光を光検出器7から受光することができるため、照明光110の光束低下により波長変換部材4の異常劣化を検知することができるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。
これにより、光源装置101Aが搭載された灯具201では、光源装置101Aが動作している間に波長変換部材4が破損した場合に、光検出器7から放射光90の光強度の変化を検出することにより、外部配線38を用いて制御部140に信号を送付し、半導体発光装置1の動作を停止させることができる。
また、本実施の形態における灯具201では、光源装置101Aの外部接続手段37および外部配線38が、照明光110を外部に放射する方向に対して反対側に取り付けられている。この構成により、灯具201の電気配線を簡易にすることができる。
さらに、上記のように構成された光源装置101Aは小型であるので、灯具201の光源として光源装置101Aを用いることで小型の灯具を実現できる。
さらに、上記のように構成された光源装置101Aには、波長変換部材4と反射部材23と光検出器7があらかじめ備えられ、光源装置101Aに対して投光部材120の位置を調整軸120cの方向に調整する。この調整工程において、波長変換部材4と反射部材23と光検出器7との位置関係は変化しないため、波長変換部材4の発光状態を正確に検出することができる。
また、光源装置101Aの集光レンズ3(反射部材)は、投光部材120よりも半導体発光装置1側に配置され、半導体発光装置1や波長変換部材4と同じ支持部材20に固定されている。そして、波長変換部材4から放射し、投光部材120で反射され外部へ放射される照明光110の光路は、半導体発光装置1を出射し、波長変換部材4に到達する出射光11の光路と交差しない。このため光源装置101Aを発光させながら投光部材120の位置を調整する場合などにおいて、光源装置101A内の光路を固定した状態で、投光部材120に入射する光の光路と投光部材120より放射される光の光路を容易に調整することができる。
また、灯具201は、投光部材120が配置される面と反対の支持部材20の面である放熱面20bに取り付けられる。
これにより、波長変換部材4から放射される放射利用光の光路を制限することを避けて、光源装置101Aで発生した熱を容易に放熱部材130に伝熱させることができる。
そして、光源装置101Aの第1の配線基板30は、投光部材120が配置される面と反対の支持部材20の面であり、かつ放熱面20bとは異なる取り付け面20fに取り付けられている。
これにより、波長光源装置101Aで発生した放熱部材130に伝熱させる際に、第1の配線基板30が存在することによって光源装置101Aで発生する熱の放熱性が低下してしまうことを抑制できる。
さらに放熱フィン132は、放熱部材130の、照明光110を外部に放射する方向に対して反対側の部分に配置される。
この構成により、灯具201における放射利用光の光路を制限することを避けて、光源装置101Aで発生した熱を容易に外部(例えば雰囲気中)に放熱させることができる。
さらに、半導体発光装置1から放射されたレーザ光である出射光11は、投光部材120よりも半導体発光装置1側にある集光レンズ3(反射部材)で反射して波長変換部材4に照射される。そして、集光レンズ3で反射された出射光11は、照明光110を外部に放射する方向に対して反対側の方向に進行するように集光レンズ3で反射される。
これにより、光源装置101Aの動作中に波長変換部材4が破損しても、指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光は、灯具201の部品の一部に必ず照射されるので、灯具201の外部に直接放射されることを抑制することができる。つまり、指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光のエネルギー密度を低減することができる。したがって、灯具201の安全性を高めることができる。
なお、光源装置101Aを用いた投光装置としては、図16に示される灯具301として構成されていてもよい。
図16に示すように、灯具301は、放熱部材130と、放熱部材130の取り付け部131の一方の面側に取り付けられた光源装置101A(第1の光源装置)と、取り付け部131の他方の面側に取り付けられた光源装置300(第2の光源装置)と、投光部材120と、投光部材320とを有する。
光源装置300は、配線基板330上に半導体発光装置304と、配線基板330に外部から電力を供給するための外部接続手段337とが実装された構成である。半導体発光装置304は、例えば白色光を出射する白色LED素子がパッケージに実装されたものである。
投光部材120は、光源装置101Aから放射される放射光90を前方に反射する第1のリフレクタである。投光部材320は、光源装置300から放射される放射光390を、前方に略平行光である照明光310として反射する第2のリフレクタである。
この構成により、2種類の光源装置が取り付けられた小型の灯具を実現することができる。なお、灯具301は、例えば、車両用前照灯であり、光源装置101Aをハイビームとして用い、光源装置300をロービームとして用いることができる。
また、光源装置101Aを用いた投光装置としては、図17に示される灯具401として構成されていてもよい。
図17に示すように、灯具301は、放熱部材130と、放熱部材130に取り付けられた光源装置101Aと、光源装置101Aの前方に配置された投光部材120と、投光部材120に取り付けられたアクチュエータ121とを備える。
投光部材120は、投射レンズであり。具体的には、投光部材120は、例えば、放射光90を平行光の照明光110にするコリメートレンズである。アクチュエータ121は、投光部材120を、照明光110の進行方向に垂直な方向に水平移動させるモータ等である。
図17に示される灯具301では、アクチュエータ121によって投光部材120を移動させることができる。これにより、照明光110の照射エリアを微調整することができる。そして、この調整工程において、光源装置101Aの波長変換部材4と反射部材23と光検出器7との位置関係は変化しないため、波長変換部材4の発光状態を常に正確に検出することができる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る光源装置101Bについて、図18〜図20を用いて説明する。図18は、実施の形態3に係る光源装置101Bの構成を示す概略断面図である。図19は同光源装置101Bの回路構成と同光源装置101Bを動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。図20は、同光源装置101Bの制御部140における各信号のタイミングチャートである。
(構成)
図18に示すように、本実施の形態における光源装置101Bは、実施の形態1における光源装置101において、さらに、温度検知素子42を備える。
温度検知素子42は、半導体発光装置1近傍の温度を検知する。具体的には、温度検知素子42は、支持部材20に形成された凹所(凹部)に配置されている。また、温度検知素子42は、光検出器7よりも半導体発光装置1に近い位置に配置されている。
温度検知素子42は、例えばサーミスタである。本実施の形態では、温度検知素子42として、NTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタを用いているが、これに限るものではない。
温度検知素子42は、半導体発光装置1が実装された第1の配線基板30に実装されている。本実施の形態において、温度検知素子42は、第1の配線基板30の半導体発光装置1が実装された面に実装されている。具体的には、温度検知素子42は、第1の配線基板30と支持部材20との間において、支持部材20に形成された凹所(凹部)に収納されている。
また、光源装置101Bは、抵抗素子43および保護素子44を備える。抵抗素子43は、温度検知素子42の抵抗変化を電圧変化に変換させる。保護素子44は、例えば、ツェナーダイオードである。本実施の形態においては、抵抗素子43および保護素子44は、第1の配線基板30の半導体発光装置1が実装された面とは反対側の面に実装されている。
さらに、光源装置101Bは、透明カバー部材9を備える。透明カバー部材9は、波長変換部材4の前方(放射光90が放射される側)に配置されている。透明カバー部材9は、支持部材20に固定されている。
また、本実施の形態でも、実施の形態1、2と同様に、光検出器7が配置されているが、本実施の形態では、実施の形態1、2と異なり、光検出器7は、支持部材20に固定されている。光検出器7は、第2の配線基板31を経由して第1の配線基板30に電気的に接続されている。第2の配線基板31は、例えば、フレキシブル配線基板である。
光検出器7は、波長変換部材4の近傍に配置されている。本実施の形態において、光検出器7は、受光面が波長変換部材4に向くように配置されている。また、波長変換部材4と光検出器7との間には、例えば、波長500nm以下の波長の光の一部もしくは全部を反射する光学フィルタ8が配置されている。
(動作)
次に、図19および図20を用いて光源装置101Bの動作について説明する。
図19に示すように、制御部140からは、アノード端子C1およびカソード端子C2によって、半導体発光装置1(半導体発光素子10)を駆動するための電流Iop(t)が供給される。また、制御部140は、光検出器7に電源を供給するとともに、光検出器7、抵抗素子41、温度検知素子42および抵抗素子43で生成された信号を受け取る。
図20に示すように、本実施の形態では、制御部140は、光検出器7と抵抗素子41とから出力される電圧信号V1OUT(t)と、温度検知素子42と抵抗素子43とから出力される電圧信号V2OUT(t)とを演算処理することで波長変換部材4の異常劣化を判定する。
本実施の形態でも、図20の信号180a〜180fに示されるように、電圧信号V1OUT(t)は、動作電流一定の条件においては、光源装置101Bの放射光90の光束低下が一定の割り合いで変化することを用いて、電圧信号V1OUT(t)の変化率を演算することで、波長変換部材4が異常劣化しているかどうかを判別しているが、本実施の形態では、半導体発光装置1の光出力の温度依存性を考慮して、波長変換部材4が異常劣化しているかどうかを判別している。以下、具体的に説明する。
光源装置101Bの半導体発光装置1は、通電電流が一定である場合、環境温度が変化すると光出力が変化するという温度依存性を有する。例えば、低温になれば半導体発光装置1の光出力が高くなり、逆に、高温になれば半導体発光装置1の光出力が低くなる。
そこで、制御部140では、半導体発光装置1の温度依存性をあらかじめ測定し、マイクロコントローラ141の演算により、半導体発光装置1の温度依存性による光出力変化分を相殺させる。
図20では、T3からT4の期間およびT5からT6の期間では電圧信号V1OUT(t)の信号180bおよび180dでの減少傾きが大きくなり、T4からT5の期間では電圧信号V1OUT(t)の信号180cでの上昇傾きが大きくなっているが、温度検知素子42から出力される電圧信号V2OUT(t)から判断できるように、T3からT4の期間およびT5からT6の期間では環境温度が上昇していることの影響を受けて光検出器7の光出力が低下し、T4からT5の期間では環境温度が低下していることの影響を受けて光検出器7の光出力が上昇したことが分かる。具体的な環境温度変化としては、上昇については、例えば朝から昼にかけての気温上昇であり、温度低下については、例えば昼過ぎから夜にかけての気温低下などである。そこで、本実施の形態では、これらの温度依存性に光検出器7の光出力変化分を相殺させている。
例えば、光源装置101Bの放射光90の光束をG(V1OUT(t)、V2OUT(t))で演算とすることで、温度依存性に光検出器7の光出力変化分を相殺する処理を行った上で、光源装置101Bの放射光90の光束の時間tに対する変化率Fを算出している。そして、この変化率Fをもとに、波長変換部材4の異常劣化の有無の判定を行っている。具体的には、放射光90の一部を光検出器7で受光し、G(V1OUT(t)、V2OUT(t))がLevB1以上となると、波長変換部材4が異常劣化したと判断して、アノード端子C1に流れる電流を止めることで、半導体発光装置1の動作を停止させる。
また、半導体発光装置1の動作を停止させると同時に、アラート信号である電圧VALを所定の電圧VAL0にして、警告灯に警告信号を表示させるとよい。
このように、本実施の形態における光源装置101Bの異常検出方法でも、波長変換部材4の経時劣化を考慮した上で、光検出器7の出力による信号180をもとに波長変換部材4の異常劣化を検出しているが、本実施の形態では、制御部140は、環境温度による半導体発光装置1の光出力変化をキャンセルして光検出器7の出力による変化率の変動をもとに波長変換部材4の異常劣化を判定している。これにより、半導体発光装置1の温度依存性による光出力変化の影響を無視できるので、波長変換部材4の異常劣化をより正確に検出することができる。
(効果)
以上、本実施の形態に係る光源装置101Bによれば、実施の形態1、2と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Bを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Bを実現することもできるので、この光源装置101Bを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態における光源装置101Bは、光検出器7よりも半導体発光装置1に近い位置に配置された温度検知素子42を有している。
これにより、半導体発光装置1の光出力の温度依存性を考慮して、波長変換部材4が異常劣化しているかどうかを判別することができる。したがって、波長変換部材4の異常劣化をより正確に検出することができる。
さらに、光源装置101Bが温度検知素子42を備え、半導体発光装置1の近傍の温度を検知することができるため、制御部140は、光源装置101Bをより安全に動作させることができる。具体的には、温度検知素子42から得られる温度が所定の温度以上になると、半導体発光装置1に印加する電流量を低減させる。これにより、光源装置101Bの温度上昇を抑えることができるので、半導体発光装置1が劣化することを抑制できる。また、半導体発光装置1の温度が一定以下、例えば0℃以下、になった場合にも半導体発光装置1に印加する電流量を低減させる。これにより、半導体発光装置1からの出射光11の強度が、温度低下により増加し、波長変換部材4に高い光密度の出射光11が照射され、波長変換部材4が破損するのを抑制することができる。
(実施の形態3の変形例)
図21を用いて実施の形態3の変形例について説明する。図21は、実施の形態3の変形例に係る光源装置101B’の構成を示す概略断面図である。
上記実施の形態3における光源装置101Bは、励起光が波長変換部材で反射されて放射光となる構成であったが、本変形例における光源装置101B’は、励起光が波長変換部材を透過して放射光となる構成である。具体的には、上記実施の形態3における光源装置101Bでは、半導体発光装置1から出射する出射光11が波長変換部材4の一方の面に入射して当該一方の面から放射光90が放射されていたが、図21に示すように、本変形例における光源装置101B’では、半導体発光装置1から出射する出射光11が波長変換部材4の一方の面から入射して波長変換部材4の他方の面から放射光90から放射される。つまり、波長変換部材4は、半導体発光装置1からの出射光11が入射する面とは反対側の面から放射光90を放射する。
本変形例において、波長変換部材4は、集光レンズ3を介して半導体発光装置1に対向する位置に配置されている。波長変換部材4は、反射部材23が固定される保持部材26に保持され、保持部材26は支持部材20に固定される。具体的には、波長変換部材4は、保持部材26の貫通孔に嵌め込まれている。
ここで、本変形例における光源装置101B’において、波長変換部材4の劣化を正確に検出する制御方法について図22を用いて説明する。図22は、実施の形態3の変形例に係る光源装置101B’の波長変換部材4の形状の変化と放射光の変化を説明するための図である。
波長変換部材4は、図22(a)に示すように、支持部材4cと、支持部材4cの上方に配置された波長変換素子4aと、支持部材4cと波長変換素子4aとの間に配置された反射部材4bとによって構成されている。
波長変換素子4aは、例えば少なくとも一種類以上の蛍光材料を含む。支持部材4cは、例えばサファイアなどからなる透明部材である。本変形例において、反射部材4bは、出射光11の波長の光を透過し、かつ、波長変換素子4aで生成される蛍光の波長の光を反射するダイクロイックミラーであり、例えば誘電体多層膜によって構成されている。
波長変換素子4aに入射した出射光11は、第1の放射光91と第2の放射光92となる。第1の放射光91と第2の放射光92は、波長変換素子4aの出射光11が入射する面とは反対側の面から外部に放射される。
なお、波長変換素子4aの出射光11が入射する面とは反対側の面からも、第1の放射光91dと第2の放射光92dとを含む放射光90dが放射される。つまり、放射光90dは、半導体発光装置1側に向かって放射して放射する。第1の放射光91dおよび第2の放射光92dは、第1の放射光91および第2の放射光92よりも光強度は小さい。第1の放射光91dと第2の放射光92dとからなる放射光90dは、波長変換部材4から放射する放射光90のうち投光部材で利用されない光(不要光)であり、反射部材23により反射され、光検出器7へと入射する。
このとき、波長変換素子4aにおける出射光11が照射される照射領域付近は、出射光11から第2の放射光92に変換される際のエネルギーロスであるストークスロスにより発熱し、局所的に温度が上昇する。
この熱は、反射部材4bおよび支持部材4cから保持部材26に放熱されるが、波長変換素子4aへの高エネルギー密度の光の連続照射などによる結晶欠陥の増殖などにより、意図しない波長変換素子4aの温度上昇が発生する場合がある。
この場合、図22(b)に示すように、バインダや蛍光体粒子が急激に温度上昇し、この温度上昇によってバインダが局所的に分解・気化して空洞などが発生する場合がある。
そして、図22(b)の状態で継続動作させて波長変換部材4に出射光11を照射し続けた場合、図22(c)に示すように、出射光11が照射される照射領域における波長変換素子4aは完全に吹き飛び、出射光11は、そのまま外部に直接照射されることになる。このような状態においては、光源装置101B’から出射光11と同様の単色性と指向性が強くエネルギーが大きい放射光が放射されるため、危険な状態となる。
このとき、図22(c)の状態においては、半導体発光装置1側(光検出器7側)に放射される放射光90bの光量も変化する。したがって、波長変換部材4から放射される放射光90bを光検出器7によって連続検知することにより、波長変換部材4の状態を正確に検知することができる。具体的には、光検出器7によって検知された放射光90bの光強度に対応する電圧の変化によって、波長変換部材4の異常劣化を検知することができる。そして、波長変換部材4が異常劣化していると判定された場合、半導体発光装置1の駆動を停止させる。
このように、本変形例における光源装置101B’でも、上記実施の形態3における光源装置101Bと同様の効果を奏する。
また、本変形例において、波長変換部材4は、半導体発光装置1からの出射光11が入射する面とは反対側の面から放射光90を放射する。
これにより、励起光が波長変換部材を透過して放射光となる構成の光源装置101B’を実現することができる。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係る光源装置101Cについて、図23および図24を用いて説明する。図23は、実施の形態4に係る光源装置101Cの構成を示す概略断面図である。図24は、同光源装置101Cの回路構成と同光源装置101Cを動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。
図23および図24に示すように、本実施の形態における光源装置101Cでは、支持部材20に半導体発光装置1および波長変換部材4が固定されているとともに、第1の配線基板30上に、半導体発光装置1と光検出器7と温度検知素子42とが配置され、さらに制御部140の一部もしくは全部が配置されている。つまり、本実施の形態における光源装置101Cでは、光検出器7に入射した光の強度に基づいて半導体発光装置1を制御する制御部140の一部もしくは全部が光源装置101Cの内部部品として搭載されている。
具体的には、制御部140を構成する、マイクロコントローラ141、降圧回路142および降圧回路143などの一部もしくは全部が、第1の配線基板30に実装されている。マイクロコントローラ141は、パッケージ化されたIC(Integrated Circuit)によって構成されている。
半導体発光装置1と光検出器7と温度検知素子42は、第1の配線基板30の支持部材20側の面に実装されている。そして、光検出器7と温度検知素子42は、第2の開口部22に開口部に繋がった凹所に配置される。このとき、温度検知素子42は、半導体発光装置1の近傍に配置される。つまり、温度検知素子42は、光検出器7よりも、半導体発光装置1に近い場所に配置される。一方、本実施の形態においては、マイクロコントローラ141が、第1の配線基板30の支持部材20側とは反対側の面に実装された構成で説明する。
なお、第1の配線基板30には、抵抗素子41および43も実装されている。抵抗素子41は、光検出器7が光を受けた際に発生させる電流を電圧に変換させることで信号V1OUT(t)を生成する。抵抗素子43は、温度検知素子42から出力された電圧を分圧させることで信号V2OUT(t)を生成する。
マイクロコントローラ141は、抵抗素子41および43で生成された信号(V1OUT(t)、V2OUT(t))を受け取り、光源装置101Cの状態を判断し、異常があった際には降圧回路142から出力される電流IOP(t)を0アンペアにし半導体発光装置1の駆動を止める。
放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)を受光する。不要光の一部は、反射部材23によって反射され、第2の開口部22を通り、光検出器7へと導かれる。なお、本実施の形態において、反射部材23は、支持部材20の一部であるが、支持部材20と別体であってもよい。
光検出器7よって受光した不要光である放射光90の受光量によって波長変換部材4の異常状態をマイクロコントローラ141で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が高くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101Cの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Cによれば、実施の形態1〜3と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Cを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Cを実現することもできるので、この光源装置101Cを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、制御部140を構成するマイクロコントローラ141や降圧回路などが第1の配線基板30に配置されている。そして、マイクロコントローラ141は、光検出器7に入射した光量や温度検知素子42の温度に関係する信号(V1OUT(t)、V2OUT(t))を受け取り、光源装置101Cの状態を判断し、異常があった際に降圧回路を制御することで電流IOP(t)を0にし、半導体発光装置1の動作を停止させることができる。
また、この構成により、温度検知素子42によって半導体発光装置1近傍の温度を検知することができるので、半導体発光装置1の光出力の温度依存性を考慮して、波長変換部材4が異常劣化しているかどうかを判別することができる。したがって、波長変換部材4の異常劣化をより正確に検出することができる。
このように、本実施の形態に係る光源装置101Cによれば、半導体発光装置1からの出射光11が直接外部に出射させない安全機能を、光源装置101Cの外部制御に頼ることなく光源装置101C自らが行うことができる。
(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る光源装置101Dについて、図25および図26を用いて説明する。図25は、実施の形態5に係る光源装置101Dの構成を示す概略断面図である。図26は、同光源装置101Dの製造方法を説明するための図である。
図25に示される本実施の形態における光源装置101Dは、実施の形態4における光源装置101Cにおいて、第1の配線基板30がメタルコア基板となっている。具体的には、第1の配線基板30の基板30aが、例えば銅またはアルミニウムをベース材料として表面の一部に絶縁膜と金属パターンで構成された配線層30bおよび30cが形成されたメタルコア基板である。
このように構成される光源装置101Dは、図26に示すようにして組み立てることができる。具体的には、支持部材20の一方側に波長変換部材4を取り付け、支持部材20の他方側に、半導体発光装置1と光検出器7と温度検知素子42とが実装された第1の配線基板30を取り付ける。このとき半導体発光装置1は、あらかじめ第1の配線基板30に直接密着するように実装される。第1の配線基板30は、ネジ50によって支持部材20に固定される。
本実施の形態でも、実施の形態4と同様に、放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)を受光する。なお、不要光の一部は、反射部材23によって反射され、第2の開口部22を通り、光検出器7へと導かれる。
そして、光検出器7よって受光した不要光の受光量によって波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101Dの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Dによれば、実施の形態1〜4と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Dを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Dを実現することもできるので、この光源装置101Dを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、第1の配線基板30が、熱伝導に優れたメタルコア基板によって構成されている。そして半導体発光装置1が第1の配線基板30に密着するように実装される。そして、第1の配線基板30の半導体発光装置1が実装される面と反対の面を放熱面30hとする。
これにより、半導体発光装置1の放熱特性に優れた光源装置101Dを実現することができる。
(実施の形態6)
次に、実施の形態6に係る光源装置101Eについて、図27を用いて説明する。図27は、実施の形態6に係る光源装置101Eの構成を示す概略断面図である。
本実施の形態において、波長変換部材4は、熱伝導率が高い透明基板表面に図示しない反射膜を形成してなる反射部材4b上に、例えば蛍光体粒子をシリコーンなどのバインダに混合してなる波長変換素子4aが形成されることによりなる。より具体的には反射部材4bは、例えばサファイアや炭化珪素結晶基板上に誘電体多層膜が形成されたものである。
図27に示すように、本実施の形態における光源装置101Eでも、光検出器7は、波長変換部材4から放射する放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置されているが、本実施の形態において、光検出器7は、投光部材(不図示)に向けて放射される放射利用光とは反対側に放射される放射光90dの一部を、支持部材20の第2の開口部22を通して受光している。
なお、光検出器7に入射する光は、波長変換部材4から放射する放射光90のうち照明光として利用されない光の一部である不要光であり、例えば波長変換部材4の反射部材4bからの漏れ光である。
このように、本実施の形態でも、放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)を受光する。
そして、光検出器7よって受光した光の受光量によって波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の、単色性と指向性が強くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101Eの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Eによれば、実施の形態1〜5と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Eを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Eを実現することもできるので、この光源装置101Eを用いた投光装置も小型にすることができる。
(実施の形態7)
次に、実施の形態7に係る光源装置101Fについて、図28を用いて説明する。図28は、実施の形態7に係る光源装置101Fの構成を示す概略断面図である。
上記実施の形態1における光源装置101Fにおいて、半導体発光素子10は、TO−CANタイプのパッケージ12を用いたパッケージ化されていたが、本実施の形態における光源装置101Fにおいて、半導体発光素子10は、TO−CANタイプ以外のパッケージ12を用いてパッケージ化された半導体発光装置1である。具体的には、バタフライ型と呼ばれるパッケージの構造と同様に、箱型のパッケージ12の側面にリードピン13aが配置される。そして、パッケージ12の底面にサブマウントなどを介して半導体発光素子10が実装される。そしてパッケージ12のリードピン13aが配置されない側面に、例えば凸レンズである集光レンズ3が固定される。
第1の配線基板30は、例えばアルミニウムもしくは銅である基板30aの一方の面のみ配線層30bが形成されたメタルコア基板である。そして、半導体発光装置1は、実施の形態5と異なり、リードピン13aが第1の配線基板30を貫通せずに、波長変換部材4や、光検出器7と同じ面に面実装される。より好ましくは、半導体発光装置1、光検出器7、外部接続手段37が、第1の配線基板30の同一の面に実装され、同一の面で電気的に接続される。そしてさらに、波長変換部材と反射部材も同一の面に配置される。このとき波長変換部材4は、半導体発光素子10側に傾いて固定され、出射光11が容易に波長変換部材4上に集光できるように配置される。
本実施の形態において、半導体発光素子10から出射された出射光11は集光レンズ3で波長変換部材4に集光され、放射光90として上方へ放射される。
このとき、本実施の形態に係る光源装置101Fでも、実施の形態1〜6と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から空間に放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Fを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Fを実現することもできるので、この光源装置101Fを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、半導体発光装置1と、光検出器7と、外部接続手段37とが、第1の配線基板30の同一の面に実装され、同一の面で電気的に接続される。
これにより、光源装置101Fを簡単に構成および製造することができる。
(実施の形態8)
次に、実施の形態8に係る光源装置101Gについて、図29および図30を用いて説明する。図29は、実施の形態8に係る光源装置101Gの構成を示す概略断面図である。図30は、同光源装置101Gにおける安全機能を説明するための図である。
図29に示すように、本実施の形態における光源装置101Gは、実施の形態1における光源装置101において、透明カバー部材9を備える。透明カバー部材9は、支持部材20の開口を塞ぐように波長変換部材4および光検出器7を覆っている。本実施の形態において、透明カバー部材9は、表面が支持部材20の下面と略平行となるように支持部材20に固定されている。透明カバー部材9としては、例えば、表面反射率が例えば0.1%から2%の間にある反射防止膜が両面に形成されたガラス板(カバーガラス)または透明樹脂板を用いることができる。
波長変換部材4から放射する放射光90のうち放射光利用範囲95を通る光は、投光部材120により外部に投影される。放射光利用範囲95は、投光部材120で取り込まれる光の範囲である。
透明カバー部材9は、波長変換部材4の上方に配置された透光部材であり、波長変換部材4から放射される放射光90を透過させる。本実施の形態において、波長変換部材4から放射する放射光90の一部は、透明カバー部材9の表面で反射する。つまり、透明カバー部材9は、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用される光(放射利用光)を透過する透過部材として機能するとともに、波長変換部材4から放射する光のうち照明光として利用されない光(不要光)の一部を反射する反射部材としても機能する。
光検出器7は、透明カバー部材9によって反射した放射光90の一部を受光する。具体的には、光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)を受光する。
このように構成される光源装置101Gでは、透明カバー部材9が外れたり割れたり透明カバー部材9の位置がずれたりなどして透明カバー部材9に不具合が発生すると、光検出器7に入射する放射光90の受光量が変化する。例えば、図30に示すように、透明カバー部材9が外れると、光検出器7に放射光90が入射されなくなるので、光検出器7の受光量が低下する。このように、光検出器7の受光量が変化したことを検知することで、透明カバー部材9が外れたたり割れたたりなどして透明カバー部材9に不具合が発生したと判断して、半導体発光装置1の動作を止める。
本実施の形態でも、放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)として、透明カバー部材9で反射された光を受光する。
そして、光検出器7よって受光した不要光の受光量によって波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が高くエネルギー密度が高い放射光が光源装置101Gの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Gによれば、実施の形態1〜7と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Gを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Gを実現することもできるので、この光源装置101Gを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、透明カバー部材9によって波長変換部材4および光検出器7が保護されている。
これにより、防塵性および防水性に優れた光源装置101Gを実現することができる。特に、透明カバー部材9が光検出器7を保護することにより、光検出器7の表面にゴミ等が付着するのを抑制することができ、波長変換部材4の異常を正確に検出することができる。
しかも、本実施の形態では、光検出器7によって透明カバー部材9が外れたり割れたりするなどの透明カバー部材9の不具合も検出することができる。
これにより、安全機能を確立させるとともに信頼性の高い光源装置101Gを実現することができる。
また、本実施の形態において、透明カバー部材9は、照明光として利用される光(放射利用光)を透過する透過部材として機能するとともに、照明光として利用されない光(不要光)の一部を反射する反射部材としても機能する。
これにより、波長変換部材4および光検出器7を保護しつつ、反射部材23を用いることなく、照明光として利用されない光(不要光)の一部を反射して光検出器7に入射させることができる。したがって、信頼性の高い小型の光源装置101Gを実現できる。
(実施の形態8の変形例)
次に、実施の形態8の変形例に係る光源装置101G’について、図31を用いて説明する。図31は、実施の形態8の変形例に係る光源装置101G’の構成を示す概略断面図である。
上記実施の形態8における光源装置101Gは、透明カバー部材9が支持部材20の下面に略平行となるように配置されていたが、図31に示すように、本実施の形態における光源装置101G’は、透明カバー部材9が支持部材20の下面に対して傾くように配置されている。具体的には、透明カバー部材9は、半導体発光装置1側の端部が上方に位置するように傾けられている。
ここで、透明カバー部材9の傾きと波長変換部材4から光検出器7までの光路長との関係について、図32、図33Aおよび図33Bを用いて説明する。図32、図33Aおよび図33Bは、透明カバー部材9の傾きと波長変換部材4から光検出器7までの光路長との関係を説明するための図である。図32は、実施の形態8の変形例に係る光源装置101G’における波長変換部材4と透明カバー部材9と光検出器7との位置関係を示しており、図33Aおよび図33Bはそれぞれ、比較例1および比較例2における波長変換部材4と透明カバー部材9と光検出器7との位置関係を示している。以降の比較において、出射光11が波長変換部材4の入射角θ1で入射および反射し、その反射した入射光(出射11)が透明カバー部材9に入射光θ2で入射および反射し、その光路に光検出器7を配置した場合について説明する。
図33Aに示す比較例1では、波長変換部材4、透明カバー部材9および光検出器7が互いに平行に配置されている。このとき入射角θ1は入射角θ2とほぼ等しい。また、図33Bに示す比較例2では、透明カバー部材9および光検出器7は平行であるが、波長変換部材4が半導体発光装置1側に傾斜するように配置されており、波長変換部材4が透明カバー部材9および光検出器7に対して傾斜している。このとき入射角θ2は入射角θ1よりも小さい。
図33Aと図33Bとを比較して分かるように、波長変換部材4から光検出器7までの光路長は、図33Aに示す比較例1よりも図33Bに示す比較例2の方が短くなっている。つまり、波長変換部材4を半導体発光装置1側に傾斜させることとで、波長変換部材4から光検出器7までの光路長を短くすることができる。この効果は、光検出器7を透明カバー部材9側に近づけた位置7bに配置しても生じる。
また、図32に示す本実施の形態では、波長変換部材4および光検出器7は平行に配置されているが、透明カバー部材9が波長変換部材4および光検出器7に対して傾斜するように配置されている。
図32と図33Bとを比較して分かるように、波長変換部材4から光検出器7までの光路長は、図33Bに示す比較例2よりも図32に示す本実施の形態の方が短くなっている。つまり、本実施の形態のように、透明カバー部材9が支持部材20の下面に対して傾くように配置されていることで、波長変換部材4から光検出器7までの光路長をより短くすることができる。
以上、本変形例に係る光源装置101G’によれば、実施の形態8と同様の効果を奏することができる。
また、本変形例では、透明カバー部材9が支持部材20の下面に対して傾くように配置されている。
これにより、実施の形態8の光源装置101Gに対して、波長変換部材4から光検出器7までの光路長を短くすることができるので、光源装置の小型化を図ることができる。
(実施の形態9)
次に、実施の形態9に係る光源装置101Hについて、図34および図35を用いて説明する。図34は、実施の形態9に係る光源装置101Hの構成を示す概略断面図である。図35は、同光源装置101Hの回路構成と同光源装置101Hを動作させるための駆動部の回路構成とを示す回路ブロック図である。
図34に示すように、本実施の形態における光源装置101Hは、実施の形態8の変形例における光源装置101G’に対して、さらに、光検出器307を備える。光検出器307は、放射光90の一部を受光する。具体的には、光検出器307は、図5Bおよび図5Cに示される半導体発光装置1側の放射光利用範囲95外の第1の放射光91cおよび第2の放射光92cを受光する。なお、光検出器7は、上記のとおり、図5Bおよび図5Cに示される半導体発光装置1とは反対側の放射光利用範囲95外の第1の放射光91bおよび第2の放射光92bとを受光する。
図35に示すように、本実施の形態では、光検出器7(第1の光検出器)および光検出器307(第2の光検出器)の各々から出力された信号を、例えば差動アンプ46で取り込んで差動信号C4を生成し、その差動信号C4を制御部140に出力することで、波長変換部材4に異常があるのか、透明カバー部材9に異常があるのかを判断して、光源装置101Hの動作を制御している。
このとき、図5Bおよび図5Cに示すように、光検出器307で受光される半導体発光装置1側の放射光利用範囲95外の放射光(第1の放射光91cおよび第2の放射光92c)と、光検出器7で受光される半導体発光装置1とは反対側の放射光利用範囲95外の放射光(第1の放射光91bおよび第2の放射光92b)とを比較することで、波長変換部材4に異常があるのか、透明カバー部材9に異常があるのかを判断することができる。
この結果、図6の(a)〜(c)に示すように、波長変換部材4に破損が発生した場合に、光検出器307と光検出器7との出力比率が変化するため、波長変換部材4に破損をより正確に検知することができる。
本実施の形態でも、放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)として、透明カバー部材9で反射された光を受光する。
そして、光検出器7よって受光した不要光の受光量によって波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が高くエネルギー密度が大きいが光源装置101Hの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Hによれば、実施の形態1〜8と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Hを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Hを実現することもできるので、この光源装置101Hを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、光検出器7だけではなく光検出器307でも放射光90の一部を受光している。
これにより、波長変換部材4の異常劣化をより正確に検知することができるので、さらに安全性の高い光源装置101Hを実現できる。
また、光検出器7および光検出器307を用いた光源装置としては、図36に示す構成の光源装置101H’であってもよい。図36に示される光源装置101H’では、第2の開口部22と開口部322を設けた支持部材20が備えられ、第2の開口部22と開口部322の上方にはそれぞれ反射部材23と反射部材24が図示しない支持部材で固定される。そして、反射部材24は、半導体発光装置1側の放射光利用範囲95外の放射光(第1の放射光91cおよび第2の放射光92c)の一部もしくは全部を反射して、開口部322を通して、第1の配線基板30に実装された光検出器307に導いている。なお、反射部材24は、出射光11と干渉しない位置に配置されている。
この構成により、光検出器7および307の両方を第1の配線基板30上に実装することができるため、光源装置101Hを容易に構成することができる。
(実施の形態10)
次に、実施の形態10に係る光源装置101Iについて、図37〜図39を用いて説明する。図37は、実施の形態10に係る光源装置101Iの構成を示す概略断面図である。図38および図39は、同光源装置101Iにおける安全機能を説明するための図である。
図37に示すように、本実施の形態における光源装置101Iは、実施の形態2における光源装置101Aに対して、さらに、透明カバー部材9と、カバー部材27とを備える。
透明カバー部材9は、支持部材20とカバー部材27と構成される開口を塞ぐように配置され、波長変換部材4を覆っている。透明カバー部材9としては、例えば、ガラス板または透明樹脂板を用いることができる。また、透明カバー部材9の縁は、全周にわたり、支持部材20とカバー部材27とに例えば紫外線硬化樹脂などの接着材36により固定されている。具体的には、支持部材20の一部に設けられた取り付け面20i、カバー部材27に設けられた取り付け面27aに、透明カバー部材9が上方から取り付けられ接着される。そして、出射光11の光路や波長変換部材4は密閉される。
カバー部材27は、保持部材25を覆うように配置されている。保持部材25は、第2光学素子3bを保持する機能を有するとともに、第2光学素子3bの位置を調整する機能を有する。保持部材25は、ネジ52によって支持部材20に固定されている。カバー部材27は、ネジ53によって支持部材20に固定されている。
また、本実施の形態では、透明カバー部材9の一部に反射部材23が設けられている。したがって、光検出器7は、透明カバー部材9に設けられた反射部材23によって反射された放射光90の一部を、支持部材20に設けられた第2の開口部22を通して受光する。
このように構成される光源装置101Iにおいて、光源装置101Iから危険な光が放射される最も危険な破損状態としては、図39に示すよう保持部材25とカバー部材27が支持部材20から外れる場合である。この場合、半導体発光装置1の上方の第2光学素子3bも外れる。この場合は、半導体発光装置1から出射し、第1光学素子3aでコリメートされた出射光11が、そのまま光源装置101Iから放射される。
本実施の形態では、図38および図39に示すように、光源装置101Iが破損したり破壊されたりして第2光学素子3bが外れる場合は、その前に、カバー部材27も支持部材20から外れるため、その結果、透明カバー部材9も外れる。この場合、透明カバー部材9に設けられた反射部材23で反射される放射光90を光検出器7で受光できなくなる。これにより、光検出器7に入射する放射光90の受光量が変化するので、光源装置101Iが破損したり破壊されたりしたことを検知して、半導体発光装置1の動作を止めることが可能となる。
本実施の形態でも、放射光90のうち照明光として利用される光(放射利用光)の光路から外れた位置に配置される光検出器7は、放射光90のうち照明光として利用されない光(不要光)として、透明カバー部材9に設けられた反射部材23で反射された光を受光する。
そして、光検出器7よって受光した不要光の受光量によって波長変換部材4の異常状態を制御部140で判断し、その判断結果により半導体発光装置1のオン/オフを行うことで、半導体発光装置1から出射した出射光11と同様の単色性と指向性が高くエネルギー密度が大きい放射光が光源装置101Iの外部へと出射することを抑制している。
以上、本実施の形態に係る光源装置101Iによれば、実施の形態1〜9と同様に、光検出器7が、波長変換部材4から放射する光のうち照明光110として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置されている。
これにより、光検出器7によって波長変換部材4の異常劣化を正確に検知して安全性の高い光源装置101Iを実現できるとともに、光検出器7を用いたとしても光検出器7によって照明光110の照射領域に光強度ムラが生じることを抑制できる。しかも、小型の光源装置101Iを実現することもできるので、この光源装置101Iを用いた投光装置も小型にすることができる。
また、本実施の形態では、透明カバー部材9によって波長変換部材4が保護されている。また、半導体発光装置1が固定された支持部材20と、カバー部材27と、透明カバー部材9とで、出射光11の光路や波長変換部材4は密閉される。
これにより、防塵性および防水性に優れた光源装置101Iを実現することができる。具体的には、光ピンセット効果により、光源装置101Iの外部から塵などが出射光11の光路に集められ、集光レンズ3の表面に付着し、光源装置101Iの光学特性を低下させることを防止することができる。また、光源装置101Iの外部から埃などが出射光11の光路に侵入し、出射光11を散乱させることを抑制することができる。この散乱を抑制することで、出射光と同様の単色性と指向性が高く、エネルギー密度が大きい放射光を光源装置から放射するのを抑制することができる。
なお本実施の形態においては、透明カバー部材9として、透明カバー部材9の一部に反射部材23を設けたもので説明したが、光源装置の構成はこの限りではない。透明カバー部材9を、両側の表面に反射率0.1から2%の反射防止膜を形成したガラスを用いて、その反射光を用いて光検出を行ってもよい。また、透明カバー部材9と反射部材23をおのおの独立に設けても、密閉性などの効果を実現することができる。
(その他変形例等)
以上、本開示に係る光源装置および投光装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、光検出器7に印加する電源電圧VccはCW駆動(連続発振駆動)による一定電圧としたが、図40に示すように、光検出器7に印加する電源電圧Vccは、パルス駆動(瞬間パルス)によるパルス電圧でもよい。図40は、変形例に係る光源装置の制御部における各信号、光束、ノイズのタイミングチャートの一例である。このように、パルス駆動された電源電圧Vccと光検出器7の受光による信号180とを同期させ、演算することにより、外部のノイズ信号などの影響を除去した信号180bを生成することができる。これにより、より正確に波長変換部材4の異常劣化を検知することができる。また、上記実施の形態において、1つの半導体発光装置を搭載した光源装置について説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、複数の半導体発光装置を搭載した光源装置や、複数の光導波路を有する半導体発光素子が実装された半導体発光装置を搭載した光源装置においても適用できる。
また、上記実施の形態において、光源装置から放射される光は、照明用に用いたが、これに限るものではない。
その他に、各実施の形態および変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
本開示は、半導体発光素子と波長変換部材とを有する光源装置およびこれを用いた投光装置等、種々の光デバイスとして広く利用することができる。
1、304 半導体発光装置
3 集光レンズ
3a 第1光学素子
3b 第2光学素子
4 波長変換部材
4a 波長変換素子
4b 反射部材
4c 支持部材
4d 照射領域
5 レンズホルダ
7、307 光検出器
7a、37a 端子
8 光学フィルタ
9 透明カバー部材
10 半導体発光素子
11 出射光
12 パッケージ
13a、13b リードピン
15 缶
16 透光性部材
20 支持部材
20b、30f 放熱面
20c 分離壁
20d 保持部
20e、20f、20i、27a 取り付け面
20h、322 開口部
21 第1の開口部
22 第2の開口部
23、24 反射部材
25、26 保持部材
27 カバー部材
30 第1の配線基板
30a 基板
30b 配線層
30c 配線層
30d、30e 貫通孔
30f ビア配線
31 第2の配線基板
35 半田
36 接着材
37、337 外部接続手段
38 外部配線
41 抵抗素子
42 温度検知素子
43 抵抗素子
44 保護素子
46 差動アンプ
50、52、53 ネジ
90、90b、90d、390 放射光
91、91b、91c、91d 第1の放射光
92、92b、92c、92d 第2の放射光
95 放射光利用範囲
96 光軸
101、101A、101B、101B’、101C、101D、101E、101F、101G、101G’、101H、101H’、101I、300 光源装置
110、310 照明光
120 投光部材
120a、120b 領域
121 アクチュエータ
130 放熱部材
131 取り付け部
132 放熱フィン
140 制御部
141 マイクロコントローラ
142、143 降圧回路
150 外部回路
160 電源部
170 警告灯
180、180a〜180f 信号
190、191 閾値信号
201、301、401 灯具
320 投光部材
330 配線基板

Claims (8)

  1. レーザ光を出射する半導体発光装置と、
    前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、
    前記波長変換部材から空間に放射する光のうち照明光として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置され、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器と
    前記波長変換部材から放射する光のうち照明光として利用されない光の一部を、前記放射利用光が進む方向から離れる方向に反射する第1の反射部材とを備え、
    前記光検出器には、前記第1の反射部材で反射された光が入射し、
    前記放射利用光の光路に透光部材が設けられ、前記透光部材が前記第1の反射部材として機能する
    光源装置。
  2. 前記放射利用光の光路に透光部材が設けられている
    請求項1に記載の光源装置。
  3. さらに、前記波長変換部材を支持する支持部材を備え、
    前記半導体発光装置および前記光検出器は、前記支持部材に取り付けられた回路基板に配置されている
    請求項1または2に記載の光源装置。
  4. 前記半導体発光装置および前記光検出器が取り付けられる前記回路基板は、同一の回路基板であり、
    前記同一の回路基板に、前記光検出器に入射した光の強度に基づいて前記半導体発光装置を制御する制御部が取り付けられている
    請求項に記載の光源装置。
  5. 前記光検出器には、前記半導体発光装置から出射され前記波長変換部材で反射されたレーザ光のうち不要光が入射し、
    前記制御部は、前記光検出器からの信号により前記波長変換部材の異常劣化を検出する
    請求項に記載の光源装置。
  6. レーザ光を出射する半導体発光装置と、
    前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、
    前記波長変換部材から空間に放射する光のうち照明光として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置され、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器と、
    前記波長変換部材を支持する支持部材とを備え、
    前記半導体発光装置および前記光検出器は、前記支持部材に取り付けられた回路基板に配置されており、
    前記半導体発光装置および前記光検出器が取り付けられる前記回路基板は、同一の回路基板であり、
    前記同一の回路基板に、前記光検出器に入射した光の強度に基づいて前記半導体発光装置を制御する制御部が取り付けられている
    光源装置。
  7. 光源装置と、
    前記光源装置から放射された放射利用光を反射する投光部材とからなり、
    前記光源装置は、
    レーザ光を出射する半導体発光装置と、
    前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、
    前記波長変換部材から空間に放射する光のうち照明光として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置され、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器と、
    前記波長変換部材から放射する光のうち照明光として利用されない光の一部を、前記放射利用光が進む方向から離れる方向に反射する第1の反射部材とを備え、
    前記光検出器には、前記第1の反射部材で反射された光が入射し、
    前記放射利用光の光路に透光部材が設けられ、前記透光部材が前記第1の反射部材として機能する
    投光装置。
  8. 光源装置と、
    前記光源装置から放射された放射利用光を反射する投光部材とからなり、
    前記光源装置は、
    レーザ光を出射する半導体発光装置と、
    前記半導体発光装置から出射したレーザ光が励起光として照射されることで蛍光を放射する波長変換部材と、
    前記波長変換部材から空間に放射する光のうち照明光として利用される放射利用光の光路から外れた位置に配置され、前記波長変換部材から放射する光の一部が入射する光検出器と、
    前記波長変換部材を支持する支持部材とを備え、
    前記半導体発光装置および前記光検出器は、前記支持部材に取り付けられた回路基板に配置されており、
    前記半導体発光装置および前記光検出器が取り付けられる前記回路基板は、同一の回路基板であり、
    前記同一の回路基板に、前記光検出器に入射した光の強度に基づいて前記半導体発光装置を制御する制御部が取り付けられている
    投光装置。
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