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發光裝置、照明裝置以及車輛用前照燈.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510530935.5

申請日:

2013.01.14

公開號:

CN105156961A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F21S 8/10申請日:20130114|||公開
IPC分類號: F21S8/10; F21V13/00; F21W101/10(2006.01)N 主分類號: F21S8/10
申請人: 夏普株式會社
發明人: 高平宜幸; 高橋幸司; 前村要介; 貴島洋史
地址: 日本國大阪府大阪市阿倍野區長池町22番22號545-8522
優先權: 2012-008479 2012.01.18 JP
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司11021 代理人: 雒運樸
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510530935.5

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.01.13|||2015.12.16

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種發光裝置、照明裝置及車輛用前照燈。其中,前燈(1)具備了吸收激光元件(2)射出的激勵光而發出熒光的發光部(4),照射到發光部(4)的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。

權利要求書

權利要求書
1.  一種發光裝置,其特征在于:
具備:
第1光學部件,其具有使激勵光源射出的激勵光穿過、且供所述激勵光射出的出射面;
發光部,其吸收從所述出射面射出的激勵光而發出熒光;和
第2光學部件,其位于所述出射面與所述發光部之間,
并且,所述出射面和所述激勵光的光點為光學共軛關系。

2.  根據權利要求1所述的發光裝置,其特征在于:
在所述出射面所述激勵光穿過的區域,至少具有一個直線狀的緣部。

3.  根據權利要求1或2所述的發光裝置,其特征在于:
所述出射面是平面狀。

4.  根據權利要求1~3中任一項所述的發光裝置,其特征在于:
所述第1光學部件是多模光纖或光學棒。

5.  一種照明裝置,其包括權利要求1至4中任一項所述的發光裝置。

6.  一種車輛用前照燈,其包括權利要求5所述的照明裝置。

說明書

說明書發光裝置、照明裝置以及車輛用前照燈
本申請是申請人于2013年01月14日提出的申請號為201310012838.8的、發明名稱為發光裝置、照明裝置以及車輛用前照燈的分案申請。
技術領域
本發明涉及一種利用熒光體被激勵光照射所產生的熒光的發光裝置、照明裝置以及車輛用前照燈。
背景技術
近年,有一種發光裝置正得到廣泛研究。在該發光裝置中,發光二極管(LED:LightEmittingDiode)以及半導體激光器(LD:LaserDiode)等半導體發光元件被用作激勵光源,這些激勵光源產生的激勵光照向含熒光體的發光部而產生用作照明光的熒光。
作為此類發光裝置的一個例子,有專利文獻1中揭示的車輛用燈具。在該車輛用燈具中,LED模塊或LD模塊被用作激勵光源,激勵光照向直徑0.5mm以下的小點狀的熒光體而產生白光。
[現有技術文獻]
專利文獻1:日本國專利申請公開公報“特開2004-241142號公報”;2004年8月26日公開。
發明內容
[本發明所要解決的課題]
然而,熒光體的轉換效率最多也不過90%左右,而未能轉換成熒光的激勵光便會轉為熱能。因此,隨著激勵光密度的增高,熒光體的溫度上升,這便會導致熒光體的轉換效率下降。
尤其是當用高斯光束狀的激勵光(例如激光)來進行激勵時,存在以下問題:由于激勵時會出現被光束的峰域(頂端)部分照射的區域、以及被光束的底域部分照射的區域,所以被光束的峰域部分照射的區域的轉換效率較低,這導致整體上的轉換效率下降。
然而這樣的問題,憑專利文獻1的發明是無法解決的。
本發明是為解決上述課題而研發的,目的在于提供一種能防止因激勵光的熱量而導致熒光體轉換效率下降的發光裝置。
[用以解決課題的技術方案]
為解決上述的課題,本發明的一個實施方式中的發光裝置的特征在于:具備發光部,上述發光部吸收激勵光源射出的激勵光而發出熒光;照射到上述發光部的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。
[本發明的效果]
如上所述,本發明的發光裝置具備吸收激勵光源射出的激勵光而發出熒光的發光部,照射到上述發光部的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。
因此本發明的效果在于:發光部不會局部性地受到高能量強度的激勵光的激勵,從而能降低因局部性高溫而導致溫度猝滅的可能性。
附圖說明
圖1是本發明一實施方式中的激光元件的結構概略圖。
圖2是激勵光的光強度空間分布的類型圖。
圖3是本發明一實施方式中的前燈的概略結構的截面圖。
圖4是發光部的激光照射面上的激光點的形狀例圖。
圖5的(a)以及(b)是發光部的激光照射面上的激光點的其他形狀例圖。
圖6是本發明其他實施方式中的激光元件的結構概略圖。
圖7是本發明另一實施方式中的激光元件的結構概略圖。
圖8是本發明又一實施方式中的激光元件的結構概略圖。
圖9是本發明又一實施方式中的激光元件的結構概略圖。
[附圖標記說明]
1前燈
2激光元件(激勵光源)
3透鏡(第2光學部件)
4發光部
20激光元件(激勵光源)
21激光芯片(激勵光源)
23光學棒(第1光學部件)
23a入射面
23b出射面
24AR覆膜(防反射構造體)
29第1光學部件
29a入射端部
29b出射端部
29c內面
24aAR覆膜(防反射膜)
31多模光纖(第1光學部件)
31a入射面
31b出射面
32第1透鏡(第1光學部件)
33第2透鏡(第1光學部件)
40激光元件(激勵光源)
41激光點
50激光元件(激勵光源)
60激光元件(激勵光源)
具體實施方式
〔實施方式1〕
以下根據圖1~圖5來說明本發明的一實施方式。
<本發明的技術思想>
首先,參照圖2來說明本發明的技術思想。圖2是激勵光的光強度空間分布的類型圖。
在聚光光學系統中,聚光點的尺寸取決于激勵光源的發散角和激勵光源的尺寸。因此激勵光源的尺寸在聚光光學系統中是很重要的。
將半導體激光器用作激勵光源時,半導體激光器射出的激光的光強度空間分布一般呈高斯分布(圖2中最左側的光束類型)。高斯分布中,被光束的峰域(頂端)部分照射的區域的能量強度,不同于被光束的底域部分照射的區域的能量強度。
相比之下,其他光強度空間分布例如有“平頂(tpo-hat)型分布”(圖2中央的光束類型)。所謂“平頂型分布”是指,激勵光在其所照射的面上的能量強 度分布幾乎呈均等的分布。
高斯分布中,在光量相同且光束寬度相同的情況下,被激勵光的峰域部分照射的區域上的光強度比“平頂型分布”時的光強度高5倍。
由于未能轉換成熒光的激勵光會轉為熱能,因此隨著激勵光密度的提高,熒光體的溫度也會上升。若熒光體的溫度上升,則會因溫度猝滅而導致熒光體的轉換效率下降。因此,在照射呈高斯分布的激勵光時,被峰域部分照射的區域就可能發生轉換效率的下降,從而導致整體上的轉換效率下降。其結果是,獲得的全部熒光束有可能反而比用“平頂型分布”的激勵光來照射時還低(變暗)。
為解決該問題,在本發明中,將平頂型分布的光束作為照向含熒光體的發光部的激勵光,由此來防止因激勵光的熱量而導致熒光體的轉換效率下降。
另外,高斯光束的曲線中由于拖帶有底部,因此受激勵的部分與未受激勵的部分之間的對比度較低,因此存在光學設計難且無法在光學上利用底域部分的光成分的問題。
而通過照射平頂型分布的激勵光,便能解決這一問題。
另外,將高斯型分布的光束強度換算成平頂型分布的光束強度,并取相同的光束寬來進行了比較(圖2中最右側的光束類型),結果發現換算后的放射光束反而降低到了換算前的60%。而且此時,所要的光源尺寸上大出的部分所射出的激勵光,會在聚光光學系統中成為雜散光,導致發生不必要的成像。這就需要額外地設置用以遮斷雜散光的狹縫等光學部件。出于這些理由,優選照射平頂型分布的激勵光。
<前燈1的結構>
在此,以滿足機動車行駛用前照燈(遠光燈)的配光特性基準的前燈(車輛用前照燈)1為例,對本發明一實施方式中的發光裝置或照明裝置進行說明。但本發明一實施方式中的照明裝置也可以是對向行駛用前照燈(近光燈),還可以用作機動車以外的車輛/移動物(例如人、船舶、飛機、潛艇、火箭等)的前燈,也可以用作其他照明裝置。關于其他照明裝置,例如有探照燈、投影器、家用照明器具、商業用照明裝置、室外照明裝置。
圖3是本發明一實施方式中的前燈(車輛用前照燈)1的概略結構的截面圖。如圖3所示,前燈1具備激光元件(激勵光源)2、透鏡(第2光學部件)3、發光部4、拋物面反射鏡(投射部件、反射器(reflector))5、金屬襯底7、散熱槽8。
在前燈1中,來自激光元件2的激勵光照在發光部4上而產生熒光,該熒光被用作照明光。該前燈1中,照向發光部4的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。
(激光元件2)
激光元件2是作為射出激勵光的激勵光源來發揮功能的發光元件,其例如是半導體激光器。嚴密而言,也可以說激光元件2所具備的激光芯片21(參照圖1)才是激勵光源。該激光元件2具有光學棒23(第1光學部件),該光學棒23通過其內部的多重反射而將激光的能量強度分布轉變成平頂型分布。激光元件2的詳細結構將后述。
激光元件2可以設有多個。此時,多個激光元件2各自激振出作為激勵光的激光。可以僅使用1個激光元件2,但為了獲得高輸出的激光,較容易的方法是使用多個激光元件2。
另外,在激光元件2中,1個芯片可以具有1的發光點,也可以具有多個發光點。激光元件2的激光的波長例如為405nm(藍紫色)或450nm(藍色),但并不限定于此,可以按照發光部4所含的熒光體的種類來適當選擇波長。
作為前燈1的激勵光源,可以采用LED。但相比于LED,半導體激光器相對于光學棒23的耦合效率較好,因此優選將半導體激光器用作激勵光源。
(透鏡3)
透鏡3是使自激光元件2的光學棒23射出的激光照向發光部4的第2光學部件,其用以調整該激光的光點尺寸,并使該激光照向發光部4。
通過設置透鏡3,便能使光學棒23的出射面23b與照向發光部4的激勵光的光點構成光學共軛關系,從而能容易地控制照向發光部4的激勵光的光點尺寸。
通過改變透鏡3的曲面設計或改變透鏡3與發光部4之間的距離,便能改變照射在發光部4的激光照射面4a上的激光點的尺寸。
該透鏡3例如是凸透鏡。對每個激光元件2均配設有透鏡3。通過規定透鏡3與激光元件2之間的位置關系,來使光學棒23的出射面23b位于透鏡3的一方的焦點位置上。通過規定透鏡3與發光部4之間的位置關系,來使發光部4的激光照射面4a位于透鏡3的另一方的焦點位置上。
如后述的,自光學棒23射出的激光具有平頂型的光強度空間分布。透鏡3使該激光照向發光部4。
也可以不使用透鏡3,而是將凹面鏡等用作前燈1具備的第2光學部件。第2光學部件只要能控制激光的光點尺寸即可,其無特別限定。
(發光部4)
發光部4吸收從激光元件2射出的激光而發出熒光,其包含吸收激光而發光的熒光體(熒光物質)。具體為,發光部4是在封裝材的內部散布有熒光體的部件,或是型壓在一起的熒光體。發光部4由于能將激光轉換成熒光,因此也稱波長轉換元件。
該發光部4配置在金屬襯底7上,且幾乎位于拋物面反射鏡5的焦點位置上。因此,從發光部4射出的熒光被拋物面反射鏡5的反射曲面反射,由此光路得到控制。發光部4的激光照射面4a上也可以形成防止激光反射的防反射構造體。
作為發光部4中的熒光體,例如可以采用氧氮化物熒光體(例如塞隆熒光體)、氮化物熒光體(例如CASN(CaAlSiN3)熒光體)、或III-V族化合物型半導體納米顆粒熒光體(例如磷化銦(InP))。但發光部4的熒光體并不限于是上述例舉的熒光體,也可以是其他熒光體。
按照日本法規,前燈的照明光必須是色度落在規定范圍內的白光。因此發光部4中含有選定的熒光體,以使照明光達到規定的白色。
例如,通過使發光部4含有藍光、綠光以及紅光的熒光體,且向發光部4照射405nm的激光,便能產生白光。另外,通過使發光部4含有黃光熒光體(或,綠光熒光體及紅光熒光體),且向發光部4照射450nm(藍色)的激光(或,峰值波長落在440nm以上490nm以下的波長范圍內的所謂的近藍激光),便也能獲得白光。
發光部4的封裝材料例如可以是玻璃材料(無機玻璃、有機無機混成玻璃)、硅酮樹脂等樹脂材料。作為玻璃材料,可以采用低熔點玻璃。封裝材料優選具有高透明性。若激光為高功率輸出,則封裝材料優選具有高耐熱性。
(拋物面反射鏡5)
拋物面反射鏡5是用以反射發光部4發出的熒光,并形成出在規定立體角內前進的光束(照明光)的一例投射部件。該拋物面反射鏡5例如可以是表面上形成有金屬薄膜的部件,其也可以是金屬制部件。
拋物面反射鏡5的反射面包含下述局部拋物面的至少一部分。即,使拋物線以其對稱軸為旋轉軸來旋轉而獲得曲面(拋物面),然后以該旋轉軸的所在平面將該曲面切開,從而獲得局部拋物面,拋物面反射鏡5的反射面就包含了該局 部拋物面的至少一部分。
另外,激光元件2配置在拋物面反射鏡5的外部。拋物面反射鏡5上形成有供激光透射或穿過的窗部6。該窗部6可以是開口部,也可以包含能供激光透射的透明部件。例如,可以將設有能供激光透射且能反射白光(發光部4的熒光)的濾光片的透明板,作為窗部6。通過該方案,便能防止發光部4的熒光從窗部6漏出。
可以設置供多個激光元件2共用的1個窗部6,也可以設置分別與各激光元件2對應的多個窗部6。
拋物面反射鏡5的一部分也可以包含非拋物面部分。本發明一實施方式的發光裝置所具有的反射鏡(反射器)可以包含:具有封閉圓形開口部的拋物面反射鏡、或該反射鏡的一部分。另外,上述反射鏡并不限于是拋物面反射鏡,也可以是橢圓面反射鏡、自由曲面反射鏡、復合面反射鏡等。
作為將包含發光部4發出的熒光在內的照明光投射至期望方向的投射部件,可以采用透鏡。該透鏡是使熒光透射且折射,從而將熒光投射向規定的投射方向的光學系統。
發光部4受到平頂型能量強度分布的激光的激勵后,發出平頂型能量強度分布的熒光。若用上述投光部件(例如拋物面反射鏡5)來投射該熒光,便幾乎能全部利用發光部4發出的熒光光束,從而能實現高效率的投射系統。
(金屬襯底7)
金屬襯底7是支撐發光部4的板狀支撐部件,其由金屬(例如鋁、銅等)構成。因此,金屬襯底7具有高熱傳導率,能有效地釋放發光部4發出的熱。
支撐發光部4的部件并不限于是金屬部件,其也可以是含有金屬以外的高熱傳導率物質(碳化硅、氮化鋁等)的部件。但金屬襯底7的與發光部4相抵接的表面優選具備反射面的功能。上述表面為反射面時,射入發光部4的激光照射面4a的激光被轉換成熒光后,產生的熒光便被該反射面反射而能照向拋物面反射鏡5。另外,還能通過上述反射面來反射射入發光部4的激光照射面4a的激光,從而使激光重返發光部4的內部來轉換成熒光。
(散熱槽8)
散熱槽8作為冷卻金屬襯底7的冷卻部(散熱機構)而發揮功能。該散熱槽8具有多個散熱片,以增加與空氣的接觸面積,從而提高散熱效率。冷卻金屬襯底7的冷卻部只要具有冷卻(散熱)功能即可,其可以是散熱管,或是水冷卻 式、空氣冷卻式的部件。
<激光元件2的詳細內容>
圖1是本實施方式的激光元件2的結構的概略圖。如圖1所示,激光元件2具備激光芯片(激勵光源)21、副支架22、光學棒23、AR(AntiReflection:抗反射)覆膜24、蓋子25、管座26、以及引線端子27。
(激光芯片21等)
激光芯片21是芯片狀的半導體激光元件,其射出作為激勵光的激光。激光芯片21的結構(例如半導體層的材料)并無特別限定。激光芯片21固定在副支架22上,副支架22固定在管座26上。
副支架22具備散熱器的功能,以散出激光芯片21驅動時發生的熱。因此將氮化鋁及SiC這些高熱傳導率材料用作副支架22。
關于用于構成管座26的材料,可以采用鍍金的鐵、或鍍金的銅等。從散去激光芯片21驅動時發生的熱的觀點而言,優選管座26也由高熱傳導率的金屬構成。
引線端子27介由金細線(未圖示)而與激光芯片21相連。外部的電源經由這些布線來向激光芯片21供電。
(光學棒23)
光學棒23是將激光芯片21射出的激光的能量強度分布轉變成平頂型分布的光學部件(第1光學部件)。該光學棒23具備受激光照射的入射面23a、以及供激光射出的出射面23b。入射面23a形成在光學棒23的一方的端部,而出射面23b形成在光學棒23的另一方的端部。
入射面23a配置在激光芯片21的發光點附近,自發光點射出的激光從入射面23a射入光學棒23的內部。
自發光點射出的激光起先是高斯分布型光強度空間分布的光,但其在穿過光學棒23內部的期間,經數次反射而會轉變成平頂型光強度空間分布的光。
出射面23b所在的出射端部貫穿出蓋子25,而延伸到激光元件2的外部。出射面23b配置在透鏡3的一方的焦點位置上,因此自出射面23b射出的激光經由透鏡3而被有效地照向發光部4的激光照射面4a。
另外,入射面23a上配設有防反射膜即AR覆膜(防反射構造體)24。因此能防止激光在入射面23a上反射,從而能降低激光在射入光學棒23內部時所發生的損失。也可以在出射面23b上設置AR覆膜24。在此,AR覆膜24僅是防 反射構造體的一個例子。入射面23a上也可以設置具有蛾眼構造等的其他防反射構造體。
出射面23b所在的出射端部未必得一定要延伸到激光元件2的外部,也可以將出射面23b容納進蓋子25的內部,并在蓋子25上設置供出射面23b所射出的激光穿出的蓋玻片(窗部)。至于出射面23b所在的出射端部是否延伸到激光元件2的外部,這取決于在將激光轉變成平頂型光強度空間分布的光時所需要的光學棒23的長度。
在圖1所示的例中,光學棒23的長度為20mm,棒徑為0.4mm。但光學棒23的尺寸并不限定于此。
圖4是發光部4的激光照射面4a上的激光點41的形狀例圖。光學棒23例如是四角柱狀,其出射面23b為四邊形(例如長方形、正方形等)。激光點41的形狀所反應的是出射面23b的形狀。因此,通過改變出射面23b的形狀,便能將激光點41的形狀控制成期望的形狀。
若要將多個光學棒23或多個激光點41以彼此鄰接的方式配置,那么通過將光學棒23的出射面23b的形狀設計成多角形,便能減小光學棒23彼此間或激光點彼此間的間隙。其結果是能提高激光的照射密度,并能進行有效的照射。
圖5的(a)以及(b)是發光部4的激光照射面4a上的激光點41的其他形狀例圖。如圖5的(a)所示,可以將出射面23b設計成較復雜的多角形,從而使得激光點41也成為較復雜的多角形。另外,如圖5的(b)所示,激光點41的形狀中也可以含彎曲部和角部。
自前燈1射出的照明光的照明光點具有與發光部4上的激光聚光點41的形狀相對應的形狀。
圖5的(a)以及(b)所示的激光點41具有與對向行駛用前照燈(近光燈)的配光特性相對應的形狀。通過將激光點41的形狀(換而言之,即出射面23b的形狀)控制成與上述配光特性相對應的形狀,便能實現與對向行駛用前照燈(近光燈)的配光特性相對應的配光圖案。
也就是說,光學棒23具有供激光射出的出射面23b,而出射面23b的形狀與期望的配光圖案相對應。這個技術思想也能適用于后述的第1光學部件29、多模光纖31。
以往,為了實現特定的配光圖案,均是用掩模(遮光板)或反射鏡阻擋片來遮擋一部分照明光的。然而這種方案會導致照明光的損失。通過將出射面23b 的形狀設計成與期望的配光特性相對應的形狀,便不會出現照明光的損失,并實現期望的配光特性。
(蓋子25)
蓋子25是用以封包或封裝激光芯片21等部件的部件。尤其是,蓋子25用以固定激光芯片21與光學棒23之間的相對位置。蓋子25的內側可以是空洞,也可以充填有樹脂或低熔點玻璃等物質。另外,蓋子25整體也可以用低熔點玻璃來形成。
<前燈1的效果>
在前燈1中,針對激光元件2而設有光學棒23,該光學棒23將激光芯片21射出的激光的空間能量強度分布轉變成平頂型分布。而后,平頂型分布的激光經由透鏡3而照向發光部4的激光照射面4a。
由此,激光以幾乎均勻的光強度,照射到激光照射面4a。其結果是能防止因激光照射面4a的一部分受激光照射而局部升溫,且導致該部位中的熒光體的轉換效率下降。
在高斯分布型的光強度空間分布中,激光照射面4a上的照射范圍是自激光照射強度高的區域起,連續地延續到激光照射強度低的區域的。因此,受激光激勵的部位與未受激光激勵的部位之間的對比度較低。與此相比,通過向發光部4的激光照射面4a照射平頂型光強度空間分布的激光,便能提高受激光激勵的部位與未受激光激勵的部位之間的對比度。因此能容易地進行前燈1的光學設計,且能有效地利用光束。
另外,根據照向發光部4的激光的照射方向與發光部4射出的熒光的出射方向之間的關系,發光部4可分為2種類型。
激光元件2射出的激光照射到發光部4的激光照射面4a后,所得的熒光若主要射向激光照射面4a的反側,則將該類發光部在本發明中稱為“透射型發光部”。在采用了透射型發光部的方案中,例如發光部4配置在具有開口的基板上,照在發光部4上的激光轉換成熒光后,該熒光主要從與激光元件2的所處側相反的一側射出。
就透射型發光部而言,激光在發光部4的內部發生漫射,從而光強度空間分布得以擴大。因此,有時也未必一定要設置用于實現平頂型光強度空間分布的光學部件。但即使不設置該光學部件,所維持的仍是高斯分布狀的光強度空間分布,這并不代表實現了平頂型光強度空間分布。
另一方面,激光元件2射出的激光照射到發光部4后,所得的熒光若主要射向激光元件2所處的一側,則將該類發光部在本發明中稱為“反射型發光部”。在圖3所示的反射型發光部4中,就以發光部4所載置的平面(金屬襯底7的頂面)來分出兩個空間而言,發光部4發出的熒光的最強分布區域包含在發光部4上受激光照射的激光照射面4a所處的那一空間內。通過在發光部4與第1光學部件即光學棒23之間設計出間隙,便能實現反射型發光部。
另外,關于反射型發光部,預計其一部分激光也會穿透發光部4。但即使有這種情況,若熒光主要是射向激光元件2所在的一側,便仍稱為反射型發光部。
如上所述,在透射型發光部中,預計光強度空間分布會隨著激光的漫射而擴大。因此,通過使本發明一實施方式的發光裝置具有反射型發光部,就能加深本發明的技術意義。但本發明也可以以實現平頂型光強度空間分布為目的,而采用具有透射型發光部的發光裝置。
另外,在透射型發光部中,激光在穿過發光部4時會發生散射,因此有時難以形成具有期望形狀的激光點41。因此,若需要將出射面23b的形狀設計成與期望的配光特性相對應的形狀,則相比于具備透射型發光部的方案,本發明優選實現為具有反射型發光部的發光裝置。
〔實施方式2〕
以下根據圖6來說明本發明的其他實施方式。關于與實施方式1相同的部件,賦予其同一標記,并省略說明。
在本實施方式中,前燈1具備了取代激光元件2的激光元件20。其他結構均與實施方式1相同。
<激光元件20的結構>
圖6是能適用于前燈1的其他激光元件20的結構概略圖。在激光元件20中,光學棒23的側面上包覆有鋁膜28。
因此能防止激光在穿過光學棒23內部時從光學棒23的側面漏出。
包覆在光學棒23側面上的膜并不限于是鋁膜,也可以是由其他高反射率材料構成的反射膜。
〔實施方式3〕
以下根據圖7來說明本發明的其他實施方式。關于與實施方式1及2相同的部件,賦予其同一標記,并省略說明。
在本實施方式中,前燈1具備了取代激光元件2的激光元件40。其他結構 均與實施方式1及2相同。
<激光元件40的結構>
圖7是能適用于前燈1的其他激光元件40的結構概略圖。激光元件40具備了取代光學棒23的第1光學部件29。本實施方式中的第1光學部件29是中空部件,其具有多個作為反射面的內面29c。
本實施方式中的第1光學部件29的材料以及構造并無特別限定,例如可以是形成有多個鏡面的中空方柱(例如四方柱)。
該第1光學部件29的長度例是20mm,出射端部29b的邊長例如是0.4mm。但第1光學部件29的長度及截面積并不限定于此。
激光從第1光學部件29的一方的端部即入射端部29a射入。射入的激光一邊被第1光學部件29的內面29c反射,一邊前進,最后從另一方的端部即出射端部29b射出。
從出射端部29b射出的激光受到透鏡3的控制。通過設置透鏡3,第1光學部件29的出射端部29b與照射到發光部4的激勵光的光點便構成了光學共軛關系。因此,從出射端部29b射出的激光通過透鏡3而以良好的效率照至發光部4的激光照射面4a。另外,通過設置透鏡3,便能容易地對照射在發光部4上的激勵光的光點尺寸進行控制。
從激光芯片21的發光點射出的激光起先是高斯分布型光強度空間分布的光,但其在第1光學部件29內部經反復反射而會轉變成平頂型光強度空間分布的光。
出射端部29b位于蓋子25的內側。從出射端部29b射出的激光穿過設置在蓋子25上的蓋玻片30,而射到激光元件40的外部。
在出射端部29b與蓋玻片30之間配設有AR覆膜24a。通過設置AR覆膜24a,便能防止激光被蓋玻片30的表面反射回第1光學部件29的內部,從而能防止出射效率的下降。
<激光元件40的效果>
在激光元件40中,通過使從激光芯片21射出的激光穿過第1光學部件29,便能將該激光的光強度空間分布轉變成平頂型分布。
其結果是,激光幾乎能以均勻的光強度照在激光照射面4a上,從而能防止熒光體的轉換效率因激光的熱量而下降。
另外,由于能在激光幾乎不從第1光學部件29漏出的情況下傳送該激光, 因此能提高能量效率。
另外,第1光學部件29與激光之間的光學結合的容許度非常大,因此無需嚴密的校準,且還具有抗震性強的優點。
〔實施方式4〕
以下根據圖8來說明本發明的其他實施方式。關于與實施方式1~3相同的部件,賦予其同一標記,并省略說明。
在本實施方式中,前燈1具備了取代激光元件2的激光元件50。其他結構均與實施方式1~3相同。
<激光元件50的結構>
圖8是能適用于前燈1的其他激光元件50的結構概略圖。激光元件50具備了取代光學棒23的多模光纖(第1光學部件)31。多模光纖31是傳送的光的模式有多個的光纖。其中心的纖芯被折射率低于該纖芯的包層所包覆,從而成為雙層構造。纖芯的主成分例如是幾乎無激光吸收損耗的石英玻璃(氧化硅)。包層的主成分例如是折射率低于纖芯的石英玻璃或合成樹脂材料。
多模光纖31的長度例如為20mm,其口徑例如為0.4mm。但多模光纖31的長度以及粗細并不限定于此。
激光從位于多模光纖31的一方端部的入射面31a射入。射入的激光一邊在多模光纖31的纖芯內進行反射,一邊前進,最后從位于另一方端部的出射面31b射出。
從出射面31b射出的激光受到透鏡3的控制。通過設置透鏡3,多模光纖的出射面31b與照射到發光部4的激勵光的光點便構成了光學共軛關系。因此,能以良好的效率使從出射面31b射出的激光照向發光部4的激光照射面4a。另外,通過設置透鏡3,能容易地對照射在發光部4上的激勵光的光點尺寸進行控制。
從激光芯片21的發光點射出的激光起先是高斯分布型光強度空間分布的光,但其在多模光纖31的纖芯內部經反復反射而會轉變成平頂型光強度空間分布的光。
另外,與激光元件2同樣,多模光纖31的入射面31a上也可以設置AR覆膜24。
<激光元件50的效果>
在激光元件50中,從激光芯片21射出的激光穿過多模光纖31,從而該激 光的光強度空間分布能轉變成平頂型分布。
其結果是,激光幾乎能以均勻的光強度照在激光照射面4a上,從而能防止熒光體的轉換效率因激光的熱量而下降。
另外,與采用光學棒23或第1光學部件29(一般選用10mm~20mm)的方案相比,采用多模光纖31時,能容易地形成較長(例如是1m~5m)的光學部件。若采用較長的光學部件,則激光在該光學部件內部的反射次數就會增加,從而強度分布能得到均勻化,由此能實現分布更為均勻的平頂型光強度空間分布。此外,還有能提高激光元件的配置自由度的利點。
〔實施方式5〕
以下根據圖9來說明本發明的其他實施方式。關于與實施方式1~4相同的部件,賦予其同一標記,并省略說明。
在本實施方式中,前燈1具備了取代激光元件2的激光元件60。其他結構均與實施方式1~4相同。
<激光元件60的結構>
圖9是能適用于前燈1的其他激光元件60的結構概略圖。激光元件60具備了第1透鏡(第1光學部件)32以及第2透鏡(第1光學部件)33,以取代光學棒23。
第1透鏡32將激光芯片21射出的激光聚集到第2透鏡33的主面上,而第2透鏡33使第1透鏡32所聚集的激光照射到發光部4的激光照射面4a。也就是構成如下的光學配置:激光芯片21的出射端面與第2透鏡33介由第1透鏡32而構成共軛關系,而第1透鏡32與發光部4介由第2透鏡33而構成共軛關系。
第1透鏡32通過由低熔點玻璃構成的固定部34而固定在蓋子25上,第2透鏡33通過由低熔點玻璃構成的固定部35而固定在蓋子25上。但固定第1透鏡32以及第2透鏡33的固定方法并不限于上述的方法,可以是任意的方法。
第1透鏡32以及第2透鏡33也可以是凸透鏡組。
封裝于激光元件60的透鏡的數量并不限于是2個,也可以是3個以上。
另外,第2透鏡33也可以處于激光元件60的外部。即,在構成第1光學部件的多個透鏡當中,一部分透鏡可以配置在激光元件60的內部,而剩下的透鏡可以配置在激光元件60的外部。
在設置有第1透鏡32以及第2透鏡33的結構中,未必一定要設置透鏡3。 至于是否要設置透鏡3,可以視第1透鏡32以及第2透鏡33的透鏡特性以及配置情況來定。
另外,第2透鏡33可以與第1透鏡32大小相同,也可以比第1透鏡32大。
<激光元件60的效果>
在激光元件60中,通過第1透鏡32以及第2透鏡33,激光芯片21射出的激光的光強度空間分布便能轉變成平頂型分布。
其結果是,激光幾乎能以均勻的光強度照在激光照射面4a上,從而能防止熒光體的轉換效率因激光的熱量而下降。另外,與使用光學棒23等的方案相比,通過將第1透鏡32以及第2透鏡33用作第1光學部件,便能實現廉價的激光元件以及前燈1。
(總結)
本發明的一個實施方式中的發光裝置的特征在于:具備發光部,上述發光部吸收激勵光源射出的激勵光而發出熒光;照射到上述發光部的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。
在上述方案中,照射到發光部的激勵光的能量強度分布為平頂型分布。所謂“平頂型分布”是指能量強度分布幾乎呈均等的分布。因此,能防止發光部局部性地受到高能量強度的激勵光的激勵,從而能降低因局部性高溫而導致溫度猝滅的可能性。其結果是能提高從激勵光向熒光的轉換效率。
此外還能提高受激勵的部分與未受激勵的部分之間的對比度,因此能容易地進行光學設計。
另外,作為優選:上述光學裝置還具備將上述激勵光的能量強度分布轉變成平頂型分布的第1光學部件。
通過上述方案,例如當從激勵光源射出的激勵光的能量強度分布為高斯分布時,能通過第1光學部件來將該能量強度分布轉變成平頂型分布。
另外,在上述第1光學部件與上述發光部之間優選有間隙。
通過上述方案,當從第1光學部件射出的激勵光照射到發光部時,能朝激勵光的入射側射出熒光,從而能實現上述的“反射型發光部”。
另外,作為優選:上述發光裝置還具備投射部件,上述投射部件使包括從上述發光部獲得的熒光在內的照明光投射向期望的方向。
另外,上述投射部件也可以是反射器。
通過上述方案,能朝期望的方向投射包括從發光部獲得的熒光在內的照明 光。另外,發光部受到平頂型能量強度分布的激勵光的激勵后,發出平頂型能量強度分布的熒光。若用投射部件來投射該熒光,便幾乎能全部利用發光部發出的熒光光束,從而能實現高效率的投射系統。
在此,如果用高斯分布的激勵光來激勵發光部,那么發光部上被與高斯分布的底域相對應的激勵光成分所激勵的部位,就無法發出光束充足的熒光。而與上述底域相對應的光成分所激發出的熒光卻無法有效利用,從而成為雜散光。
另外,作為優選:上述發光裝置還具備第2光學部件,上述第2光學部件對從上述第1光學部件射出的激勵光的光點尺寸進行控制且使該激勵光照射至上述發光部。
通過上述方案,能對照射至發光部的激勵光的光點尺寸進行控制,因此能改變照明光的照射范圍。
另外,作為優選:上述第1光學部件具有供激勵光射出的出射面;上述出射面的形狀為多邊形。
在上述方案中,光學部件的出射面的形狀為多邊形(例如四邊形),因此在將多個光學部件或多個激勵光光點以彼此鄰接的方式配置時,能減小光學部件彼此間或激勵光光點彼此間的間隙。
另外,作為優選:上述第1光學部件具有供激勵光射出的出射面;上述出射面的形狀與期望的配光圖案相對應。
在上述方案中,通過將上述出射面的形狀設計成與期望的配光圖案相對應的形狀,便能將照明光的配光圖案控制成期望的圖案。
另外,上述第1光學部件可以包括多模光纖、光學棒、或具備作為內面的反射面的中空部件。
通過上述方案,例如當從激勵光源射出的激勵光的能量強度分布為高斯分布時,能通過第1光學部件來將該能量強度分布轉變成平頂型分布。
另外,作為優選:上述第1光學部件包括第1透鏡以及第2透鏡;上述激勵光源與上述第2透鏡介由上述第1透鏡而構成共軛關系;上述第1透鏡與上述發光部介由上述第2透鏡而構成共軛關系。
通過上述方案,能容易地對照射至發光部的激勵光的光點尺寸進行控制。
另外,作為優選:上述第1光學部件具有受上述激勵光照射的入射面;上述入射面上設有防反射構造體。
在上述方案中,光學部件的入射面上設有防反射構造體(例如防反射膜(AR 覆膜)),因此能防止激勵光被入射面反射。其結果是能降低激勵光射入光學部件時所出現的損耗。
另外,作為優選:對于以上述發光部所載置的平面來分出的兩個空間而言,上述發光部發出的熒光的最強分布區域包含在上述發光部上受上述激勵光照射的面的所在空間內。
在上述方案中,熒光射向激勵光的入射側(此結構在本發明中稱“反射型發光部”)。若熒光是主要射向與受激勵光照射的發光部的面相反的一側(此結構在本發明中稱“透射型發光部”),那么在激勵光穿過發光部時,雖然發出的熱量會分散,但能量強度分布也會擴大。而反射型發光部就不存在該問題。因此尤其優選結合反射型發光部來使用上述光學部件。
具備上述發光裝置的車輛用前照燈、以及具備上述發光裝置的照明裝置也包含在本發明的技術范圍內。
另外,作為優選:上述發光裝置還具備將上述激勵光的能量強度分布轉變成平頂型分布的第1光學部件;上述第1光學部件具有供激勵光射出的出射面;上述出射面的形狀與車輛用前照燈類中的對向行駛燈的配光圖案相對應。
通過上述方案,能使車輛用前照燈的配光圖案與法定的近光燈的配光圖案相吻合。
(附記事項)
本發明并不限于上述各實施方式,可以根據權利要求所示的范圍進行各種變更,適當地組合不同實施方式中各自揭示的技術方案而得到的實施方式也包含在本發明的技術范圍內。
例如,也可以用復眼透鏡來形成平頂型的激光分布。復眼透鏡是多個透鏡(雙凸透鏡或單凸透鏡)以矩陣方式配置而成的透鏡。
[產業上的利用可能性]
本發明能適用于發光裝置、照明裝置等,尤其能適用于車輛等的前燈。

關 鍵 詞:
發光 裝置 照明 以及 車輛 用前照燈
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