專利名稱：光投射單元和光投射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光投射單元和光投射裝置，更具體地，涉及包括激光所引向的熒光部件的光投射單元和光投射裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，包括激光所引向的熒光部件的光投射裝置是已知的。作為常規(guī)示例的光投射裝置輸出激光的激光發(fā)生器；熒 光部件，該熒光部件包括照射表面，從激光發(fā)生器輸出的激光被引向照射表面，該熒光部件將激光轉(zhuǎn)換成熒光并輸出熒光；以及反射從熒光部件輸出的熒光的反射部件。在普通熒光部件中，熒光沿所有方向輸出。換句話說，熒光從照射表面、后表面(與照射表面相反的表面)以及設(shè)置在照射表面和后表面之間的側(cè)表面輸出。并且，從熒光部件輸出的一部分光由反射部件向前反射。在這里，例如，在JP-A-1995-318998中公開了包括激光發(fā)生器、熒光部件和反射部件的光投射裝置。然而，在作為常規(guī)示例的上述光投射裝置中，從熒光部件輸出的一部分光經(jīng)由反射部件出射到外部，而從熒光部件輸出的其余光則直接輸出到外部，而未被反射部件反射。因此，反射部件不能控制的光增加，使得到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的光減少。因此，存在的問題是，難以有效地照射目標(biāo)區(qū)域以及難以改善光(熒光)使用效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題已經(jīng)做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供能夠改善光使用效率的光投射單元和光投射裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的光投射單元是一種用于沿預(yù)定方向投射光的光投射單元，包括熒光部件，該熒光部件包括照射表面，激光被引向照射表面，該熒光部件將激光的至少一部分轉(zhuǎn)換成熒光并且主要從照射表面輸出熒光；和反射部件，該反射部件包括第一反射表面，第一反射表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相對并反射從熒光部件輸出的熒光；其中熒光部件的照射表面相對于所述預(yù)定方向傾斜，使得照射表面朝向與光投射方向相反的方向。在這里，表述“主要從照射表面輸出熒光”是指從熒光部件輸出的熒光的大約90%以上從照射表面輸出的情況，并包括激光在照射表面的表面附近轉(zhuǎn)換成熒光并從照射表面輸出的情況，以及熒光部件的后表面(與照射表面相反的表面)直接安裝在反射表面上且基本上不從后表面輸出突光的情況。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光投射單元設(shè)置有主要從照射表面輸出熒光的熒光部件和包括反射從熒光部件輸出的熒光的第一反射表面的反射部件。因此，從熒光部件輸出的光(熒光)中的大部分由反射部件反射。此外，如上所述，熒光部件的照射表面相對于所述預(yù)定方向傾斜，使得照射表面朝向與光投射方向相反的方向，從而能夠減少從熒光部件輸出的光在未被反射部件反射的情況下而直接出射到外部。在上述光投射單元中，優(yōu)選地，熒光部件的照射表面相對于所述預(yù)定方向傾斜大于0度至30度以下的角度。在上述光投射單兀中，優(yōu)選地,從突光部件輸出的突光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布(Lambertian distribution)。根據(jù)該結(jié)構(gòu),從突光部件輸出的光的光強(qiáng)度在照射表面的垂線方向上高，并且光強(qiáng)度在平行于照射表面的方向上幾乎變?yōu)榱?。因此，能夠減少從熒光部件輸出的光在未被反射部件反射的情況下而直接出射到外部。在上述光投射單元中，優(yōu)選地，將熒光部件的照射表面的中心和第一反射表面沿所述預(yù)定方向的端部彼此連接的線相對于熒光部件的照射表面的垂線沿所述預(yù)定方傾斜60度以上。在從熒光部件輸出的熒光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布的上述光投射單元中，優(yōu)選·地，熒光部件的厚度為照射表面的兩端之間尺寸的十分之一或更小。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠容易地將從熒光部件輸出的熒光的光強(qiáng)度分布獲得為朗伯分布。在這里，表述“兩端之間尺寸”例如是指圓形形狀的直徑；橢圓形形狀的長軸直徑或短軸直徑；矩形形狀的長邊或短邊長度。在從熒光部件輸出的熒光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布的上述光投射單元中，優(yōu)選地，熒光部件的照射表面充分大于引向照射表面的激光的光斑區(qū)域。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠容易地將從熒光部件輸出的熒光的光強(qiáng)度分布獲得為朗伯分布。上述光投射單元優(yōu)選地還包括金屬安裝部件，熒光部件安裝在該金屬安裝部件上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠有效地散發(fā)由熒光部件產(chǎn)生的熱量，從而能夠減輕熒光部件升高至高溫。因此，能夠減輕熒光部件由于熱量而退化以及熒光部件的光發(fā)射效率變低。上述光投射單元優(yōu)選地還包括包含安裝表面的安裝部件，熒光部件安裝在該安裝表面上；其中安裝表面相對于所述預(yù)定方向沿與光投射方向相反的方向傾斜。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，例如，即使熒光部件的厚度均勻，也能夠容易地相對于預(yù)定方向沿與光投射方向相反的方向傾斜熒光部件的照射表面。此外，熒光部件的厚度可以均勻地形成，從而能夠容易地制造熒光部件。在上述光投射單元中，優(yōu)選地，第一反射表面形成為包括拋物面和橢圓面中任一個(gè)的至少一部分。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過將熒光部件定位在第一反射表面的焦點(diǎn)處，能夠容易地準(zhǔn)直或聚集從光投射單元輸出的光(照射光)。在該情況中，優(yōu)選地，第一反射表面形成如下形狀，該形狀是通過由與將拋物面和橢圓面中一個(gè)的焦點(diǎn)與拋物面和橢圓面中所述一個(gè)的頂點(diǎn)彼此連接的軸線相交的表面對拋物面和橢圓面中所述一個(gè)分割以及通過由與將所述焦點(diǎn)和所述頂點(diǎn)彼此連接的所述軸線平行的表面對拋物面和橢圓面中所述一個(gè)分割而獲得的。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)反射部件和光投射單元的尺寸降低。上述光投射單兀優(yōu)選地還包括集光部件,該集光部件包括光入射表面和光輸出表面，激光從光入射表面輸入，光輸出表面具有小于光入射表面的面積并將激光輸出至突光部件；其中集光部件具有在集光部件的內(nèi)部改變從光入射表面進(jìn)入的激光的傳播方向并將激光引導(dǎo)至光輸出表面的功能。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，從光入射表面進(jìn)入的激光以傳播方向改變的方式在集光部件中傳播，并以均勻的光強(qiáng)度分布從光輸出表面輸出。
此外，集光部件的光輸出表面具有小于光入射表面的面積，使得激光被聚集并以聚集的狀態(tài)從光輸出表面輸出。在包括集光部件的上述光投射單元中，優(yōu)選地集光部件還包括第二反射表面，第二反射表面反射從光入射表面進(jìn)入的激光并將激光引導(dǎo)至光輸出表面。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠容易地在集光部件的內(nèi)部改變從光入射表面進(jìn)入的激光的傳播方向并將激光引導(dǎo)至光輸出表面。因此，能夠以均勻的光強(qiáng)度分布從光輸出表面輸出激光。在包括集光部件的上述光投射單元中，優(yōu)選地，集光部件的光輸出表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相距預(yù)定距離。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠減少從熒光部件的照射表面輸出的光從集光部件的光輸出表面進(jìn)入(返回至集光部件的光輸出表面)。在集光部件的光輸出表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相距預(yù)定距離的上述光投射單元中，優(yōu)選地，集光部件的光輸出表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相距0. 3_以上至I. Imm以下的距離。在包括集光部件的上述光投射單元中，優(yōu)選地，集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線傾斜。從熒光部件輸出的光的光強(qiáng)度在照射表面的垂線方向上最高；因此，通過使集光部件相對于照射表面的垂線傾斜，能夠減少從熒光部件的照射表面輸出的光從集光部件的光輸出表面進(jìn)入。在該情況中，優(yōu)選地，集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線沿與所述預(yù)定方向相反的方向傾斜。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠減少由反射部件反射以沿預(yù)定方向傳播的光進(jìn)入集光部件。換句話說，能夠減少集光部件設(shè)置在由反射部件反射的光的光路上。在集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線傾斜的上述光投射單元中，優(yōu)選地，集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線傾斜10度以上至30度以下。在包括集光部件的上述光投射單元中，優(yōu)選地，從多個(gè)激光發(fā)生器輸出的激光從集光部件的光入射表面輸入。通過采用這種集光部件，能夠容易地聚集從所述多個(gè)激光發(fā)生器輸出的激光。因此，在所述多個(gè)激光發(fā)生器用作光源的情況中使用這種集光部件是特別有效的。在上述光投射單元中，優(yōu)選地，熒光部件包括熒光體；并且熒光部件中熒光體的體積占有百分比為90%或更大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在熒光部件的厚度小的情況中，也能夠減少穿過熒光部件的激光并有效地將激光轉(zhuǎn)換成熒光。此外，引向熒光部件的激光容易在熒光部件的照射表面附近轉(zhuǎn)換成熒光。因此，能夠容易地主要從熒光部件的照射表面輸出熒光。根據(jù)本發(fā)明的光投射裝置包括具有上述結(jié)構(gòu)的光投射單元；和將激光輸出至光投射單元的激光發(fā)生器。



圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括光投射單元的光投射裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光投射裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置和散熱器的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件安裝到激光發(fā)生裝置上的狀態(tài)的透視圖。圖7是用于描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例從半導(dǎo)體激光裝置輸出的激光的視圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的結(jié)構(gòu)的頂視圖。圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖11是用于描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)入集光部件的激光的傳播的側(cè)視圖。圖12是用于描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)入集光部件的激光的傳播的頂視圖。
圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體激光裝置的配置方向的改型的頂視圖。圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的改型的頂視圖。圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的改型的透視圖。圖16是不出了根據(jù)圖15中實(shí)施例的集光部件的光輸出表面的正視圖。圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集光部件的改型的透視圖。圖18是用于描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例激光在集光部件的光輸出表面處的光強(qiáng)度分布的視圖。圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熒光部件的周邊部分的結(jié)構(gòu)的視圖。圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例從熒光部件輸出的熒光的視圖。圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例從熒光部件輸出的熒光的光強(qiáng)度分布的視圖。圖22是示出了從厚度大于直徑十分之一的熒光部件輸出的熒光的視圖。圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反射部件的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖24是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反射部件的結(jié)構(gòu)的正視圖。圖25是用于描述一試驗(yàn)的視圖，該試驗(yàn)被執(zhí)行來針對熒光部件兩端之間的尺寸獲得熒光部件的優(yōu)化厚度。圖26是不出了突光部件的厚度和從突光部件輸出的突光的光強(qiáng)度分布之間的關(guān)系的視圖。圖27是示出了在相對于照射表面垂線的預(yù)定角度范圍內(nèi)輸出的光量占從熒光部件輸出的光總量的百分比的視圖。圖28是示出了能夠通過反射部件反射從熒光部件輸出的所有熒光的結(jié)構(gòu)示例的視圖。圖29是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反射部件的反射表面沿光投射方向延伸的狀態(tài)的視圖。圖30是用于描述一試驗(yàn)的視圖，該試驗(yàn)被執(zhí)行來獲得集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線的優(yōu)化傾斜角。圖31是示出了集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線的傾斜角和最大照度點(diǎn)處照度之間的關(guān)系的視圖。圖32是用于描述一試驗(yàn)的視圖，該試驗(yàn)被執(zhí)行來獲得熒光部件的照射表面相對于光投射方向的優(yōu)化傾斜角。圖33是示出了熒光部件的照射表面相對于光投射方向的傾斜角和最大照度點(diǎn)處照度之間的關(guān)系的視圖。
圖34是從集光部件的光輸出表面到熒光部件的照射表面的距離和最大照度點(diǎn)處照度之間的關(guān)系的視圖。圖35是示出了根據(jù)本發(fā)明第一改型的光投射裝置的結(jié)構(gòu)的視圖。圖36是示出了根據(jù)本發(fā)明第二改型的光投射裝置的結(jié)構(gòu)的視圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照

本發(fā)明的實(shí)施例。在這里，為了容易理解，存在即使在剖視圖中也不應(yīng)用陰影線的情況以及甚至在剖視圖之外的視圖中也應(yīng)用陰影線的情況。首先，參照圖I至圖24，描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光投射裝置I的結(jié)構(gòu)。在這里，為了簡化附圖，以省略其中一些的方式示出了半導(dǎo)體激光裝置11。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光投射裝置I例如用作照亮汽車前方的前照燈等。如圖I和2所示，光投射裝置I包括用作激光源(激發(fā)光源)的激光發(fā)生裝置10 ;和使用從激光發(fā)生裝置10輸出的激光以預(yù)定方向(A方向)投射光的光投射單元20。在這里，在圖2中，為了容易理解，省略了光投射單元20的安裝部24c、濾光部件25和支撐板26，它們將在隨后描述。如圖3所示，激光發(fā)生裝置10包括多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11 (激光發(fā)生器)；散熱器12，這多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11安裝在散熱器12上；和容納這些部件的金屬殼體部件13。散熱器12例如由氮化鋁制成的平板形成，并且焊接到殼體部件13的底面。此外，如圖4所示，散熱器12具有例如大約15mm的寬度(W12)，大約Imm的厚度(T12)和大約2mm的深度(L12)。此外，在散熱器12的安裝表面上，形成細(xì)長形狀的電極圖案12a和12b。在該電極圖案12a上，多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11按直線狀排列和安裝。在本實(shí)施例中，例如，總共13個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11安裝和布置在大約IOmm的寬度(W12a)范圍內(nèi)。在這里，希望該寬度(W12a)小于光投射單元20的集光部件21 (隨后描述)的光入射表面21a的寬度(W21a)(參見圖 9)。半導(dǎo)體激光裝置11例如是板面型(board area type)激光器,并且輸出用作激發(fā)光的激光。此外，半導(dǎo)體激光裝置11被配置成輸出中心波長例如為大約405nm的藍(lán)紫激光。此外，如圖5所示，半導(dǎo)體激光裝置11具有例如大約200 iim的寬度(Wll)，大約IOOiim的厚度(Tll)和大約1000 u m的長度(Lll)。此外，半導(dǎo)體激光裝置11包括基板11a，該基板Ila由n型GaN形成并且具有大約100 u m的厚度；和依次形成在基板Ila上的以下各層由n型GaN形成并具有大約0. 5iim層厚的緩沖層lib ^nMAlatl5Gaa95N形成并具有大約2 y m層厚的下覆層Ilc ;由InGaN多量子阱形成的有源層I Id ;和由p型Ala05Ga0.95N形成并具有大約0. 5 y m層厚(最厚部分的厚度)的上覆層He。此外，在上覆層lie的預(yù)定位置上，形成有在Z方向(半導(dǎo)體激光裝置11的長度方向)上延伸的脊。在該脊上，形成有接觸層Ilf和電極llg，其中接觸層Ilf由p型GaN形成并具有大約0. I ii m的層厚，電極Ilg由Pd形成。此外，由SiO2形成的絕緣膜Ilh形成為覆蓋上覆層Ile的上表面以及接觸層Ilf和電極Ilg的側(cè)表面。此外，在絕緣膜Ilh上的預(yù)定區(qū)域上，形成焊盤電極11 i，該焊盤電極11 i覆蓋脊并且與電極11g歐姆接觸。此夕卜，在基板Ila的下表面上，形成有后表面電極llj，后表面電極Ilj由Hf/Al形成。
并且，如圖4所示，每個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11的焊盤電極Ili通過Au線14電連接到散熱器12的電極圖案12b。此外，每個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11的后表面電極Ilj (參見圖5)通過未圖示的焊接層等電連接到電極圖案12a。在這里，上覆層lie的脊寬度(圖5的Wlla)確定半導(dǎo)體激光裝置11的光發(fā)射部llk(參見圖7)的寬度，該脊寬度設(shè)定成例如7 iim。在此情況中，光發(fā)射部Ilk的寬度為大約7iim。此外，如圖3所示，殼體部件13形成為盒形，在激光的輸出側(cè)上具有開口部。此外，用于向半導(dǎo)體激光裝置11供電的電極插針15a和15b插到殼體部件13中。這些電極插針15a和15b通過金屬線16分別電連接到散熱器12的電極圖案12a和12b。此外，未圖示的玻璃板安裝在殼體部件13的開口部上，且惰性氣體密封在殼體部件13內(nèi)。此外，例如，殼體部件13可以設(shè)置有散熱片等(未圖示)等，殼體部件13可以被氣冷。在這里，如圖6所示，光投射單元20的集光部件21 (稍后說明)通過透明粘附層固定到玻璃板的預(yù)定位置。因此，從多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光進(jìn)入集光部件21。此外，當(dāng)在半導(dǎo)體激光裝置11的焊盤電極Ili和后表面電極Ilj之間施加直流電流時(shí)，如圖7所示，在X方向(半導(dǎo)體激光裝置11的寬度方向)和Y方向(半導(dǎo)體激光裝置11的厚度方向)上擴(kuò)展成橢圓形狀的激光從光發(fā)射部I Ik輸出。投射在垂直于激光的傳播方向(Z方向)的XY平面上的橢圓形光的光強(qiáng)度分布在X方向和Y方向上都變?yōu)楦咚狗植?。光?qiáng)度分布在X方向上的半值全寬(0x)是大約10°，在Y方向上的半值全寬(0y)是大約20° ;激光的擴(kuò)展角(spread angle)在Y方向上大約是在X方向上的兩倍。因此，該激光傳播時(shí)沿作為短軸方向的X方向和作為長軸方向的Y方向擴(kuò)展。在這里，在大約57W的電功率供應(yīng)到激光發(fā)生裝置10時(shí)，激光發(fā)生裝置10的輸出變?yōu)榇蠹s9. 4W。此時(shí)，光投射裝置I前方25m處的最大照度點(diǎn)的照度為大約1501ux(lx)；通過稍后說明的反射部件23輸出到外部的光通量變?yōu)榇蠹s533流明(Im)。如圖I所示，光投射單元20設(shè)置在激光發(fā)生裝置10 (半導(dǎo)體激光裝置11)的激光輸出側(cè)上，并包括集光部件21，該集光部件21收集和引導(dǎo)來自激光發(fā)生裝置10的激光；熒光部件22，該熒光部件22將從集光部件21輸出的激光的至少一部分轉(zhuǎn)換成熒光并且輸出該熒光；反射部件23，該反射部件23在預(yù)定方向(A方向)上反射來自熒光部件22的熒光；安裝部件24，熒光部件22固定到該安裝部件24上；和濾光部件25，該濾光部件25設(shè)置在反射部件23的開口部處。集光部件21由具有光透射特性的部件形成。例如，玻璃如硼硅冕光學(xué)玻璃(BK7)、合成石英等，樹脂等可以作為集光部件21的材料。此外，如圖8所示，集光部件21包括光入射表面21a,從所述多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光從該光入射表面21a輸入；光輸出表面21b,激光從該光輸出表面21b輸出；設(shè)置在光入射表面21a和光出射表面21b之間的上表面21c、下表面21d和一對側(cè)表面21e。在這里,上表面21c、下表面21d和該對側(cè)表面21e是本發(fā)明的“第二反射表面”的示例。光入射表面21a例如由具有大致矩形的平坦表面形成。光輸出表面21b例如由具有大致方形(矩形)的平坦表面形成，并且其面積小于光入射表面21a的面積。具體地，如圖9和10所示，光入射表面21a具有大約2. 24mm的高度(H21a)和大約11. Omm的寬度(W21a)。此外，光輸出表面21b具有大約I. 03mm的高度(H21b)和大約I. 03mm的寬度(W21b)。換言之，集光部件21在寬度方向和厚度方向上均逐漸變細(xì)。此外，在光入射表面、21a和光輸出表面21b上,可以形成未圖不的抗反射(AR)膜。此外，光輸出表面21b可以被加工為毛玻璃形粗糙表面或者所謂的蛀眼形表面。在此情況中，當(dāng)通過光輸出表面21b從集光部件21的內(nèi)部輸出激光到外部時(shí)，能夠顯著地增強(qiáng)輸出效率。在光輸出表面21b是平坦表面的情況中，當(dāng)激光在集光部件21內(nèi)到達(dá)光輸出表面21b時(shí),產(chǎn)生由光輸出表面21b的內(nèi)表面反射且未輸出到外部的激光分量。相反，通過將光輸出表面21b加工為毛玻璃形粗糙表面或所謂的蛀眼形表面，消除了光輸出表面21b的內(nèi)表面處的反射，并且能夠有效地將光輸出到外部。上表面21c和下表面21d形成為彼此相 同的形狀，該對側(cè)表面21e形成為彼此相同的形狀。上表面21c、下表面21d和該對側(cè)表面21e中的每一個(gè)具有大約50mm的長度(L21)。此外，上表面21c和下表面21d相對于光入射表面21a的角度(0 21c和0 21d)大于側(cè)表面21e相對于光入射表面21a的角度(0 21e)。在這里，現(xiàn)在將簡要說明進(jìn)入集光部件21的激光的傳播。如圖11和12所示，從半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光傳播時(shí)在長軸方向和短軸方向上擴(kuò)展，并且從集光部件21的光入射表面21a進(jìn)入。并且,激光在上表面21c、下表面21d和該對側(cè)表面21e處重復(fù)全反射，并且因此被收集和引導(dǎo)到光輸出表面21b,并且從光輸出表面21b輸出到外部。換言之，集光部件21具有在集光部件21內(nèi)改變從光入射表面21a進(jìn)入的激光的傳播方向和引導(dǎo)該激光到光輸出表面21b的功能。在這里，從半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光在長軸方向上的擴(kuò)展角大于在短軸方向上的擴(kuò)展角，使得變得難以在上表面21c和下表面21d滿足全反射條件。因此，通過使上表面21c和下表面21d相對于光入射表面21a的角度(0 21c和0 21d)(參見圖10)大于側(cè)表面21e相對于光入射表面21a的角度(9 21e)(參見圖9),避免在上表面21c和下表面21d處不滿足全反射條件。此外，如圖13所示，當(dāng)半導(dǎo)體激光裝置11被配置成使得激光的輸出方向(激光的光軸方向)朝向集光部件21的光輸出表面21b的中心時(shí)，變得更容易在該對側(cè)表面21e處滿足全反射條件，因此，這是特別有效的。在這里，在半導(dǎo)體激光裝置11被配置成使得激光的輸出方向朝向光輸出表面21b的中心時(shí),如圖14所不,光入射表面21a可以形成為使得每一激光的輸出方向與光入射表面21a成直角。因此，能夠減少激光進(jìn)入集光部件21的入射效率的降低。此外，如圖15-17所示，集光部件21的邊緣可以被倒角。換句話說，集光部件21的垂直于其光引導(dǎo)方向的橫截面可以形成為多邊形，該多邊形的角部被倒角。在此情況中，如圖15和16所示，例如，集光部件21的邊緣(橫截面的角部)可以被C-倒角CO. 3mm。此夕卜，如圖17所示，集光部件21的邊緣可以是R-倒角，以將光輸出表面21b形成大致圓形形狀。如上所述，當(dāng)集光部件21垂直于光引導(dǎo)方向的橫截面形成其角部被倒角的多邊形形狀時(shí)，能夠減少激光在集光部件21的邊緣(橫截面的角部)處散射。因此，能夠減少激光從集光部件21泄漏，以便能夠改善激光使用效率。在這里，集光部件21的光引導(dǎo)方向是從光入射表面21a的中心延伸到光輸出表面21b的中心的方向。并且，在本實(shí)施例中，如圖18所示，在集光部件21的光輸出表面21b處激光的光強(qiáng)度分布變得均勻。換言之，從光輸出表面21b輸出的激光的光強(qiáng)度分布不是高斯分布。此外，如圖19所示，集光部件21的中心軸線021相對于熒光部件22的照射表面22a(稍后說明)的垂線P22、沿B方向(與光投射方向相反(預(yù)定方向，A方向))傾斜10度以上至30度以下的角度a I(例如30度)。此外，在集光部件21的光輸出表面21b和突光部件22的照射表面22a之間形成有間隙(空間)。具體地,集光部件21的光輸出表面21b設(shè)置成與熒光部件22的照射表面22a相距一距離Dl (預(yù)定距離)，該距離Dl為大約0. 3mm以上至大約I. Imm以下。在這里，集光部件21的中心軸線021是通過光入射表面21a的中心和光輸出表面21b的中心的軸線,并且也是垂直于光入射表面21a和光輸出表面21b的軸線。此外,光投射方向例如是延伸至最遠(yuǎn)在光投射裝置I前方25m處預(yù)期被照射的點(diǎn)的方向，即，例如是從反射表面23a的開口部的中心延伸至前方25m處最大光照度點(diǎn)的方向。此外，在本實(shí)施例中，光投射方向是平行于安裝部件24的上表面24a(稍后說明)的方向(水平方向)，并且也是垂直于反射部件23的開口表面(在A方向上的端面)的方向。熒光部件22具有照射表面22a，激光被引向該照射表面22a。此外，熒光部件22 的后表面(與照射表面22a相反的表面)與由鋁形成的支撐板26接觸。熒光部件22通過例如電泳沉積和形成在支撐板26上。該支撐板26具有大約IOmm的寬度(兩端之間的尺寸)，大約IOmm的長度(兩端之間的尺寸)和大約Imm的厚度。此外，熒光部件22具有大約IOmm的寬度，大約IOmm的長度和大約0. Imm的均勻厚度。因此，熒光部件22的厚度為熒光部件22兩端之間的尺寸的十分之一或更小。此外，熒光部件22的厚度為被引向熒光部件22的照射表面22a的激光的光斑直徑(如，2 mm Cp)的十分之一或更小。此外，熒光部件22的照射表面22a足夠大于激光的光斑區(qū)域。因此，如圖20所示，從熒光部件22輸出的熒光主要從照射表面22a輸出，并且從突光部件22輸出的突光的光強(qiáng)度分布變?yōu)槔什植?如圖21所不。換句話說，對于從突光部件22輸出的突光,光強(qiáng)度在照射表面22a的垂線方向上最高,在平行于照射表面22a的方向上光強(qiáng)度幾乎變?yōu)榱?。在這里，當(dāng)使熒光部件22的厚度大于直徑(兩端之間的尺寸)的十分之一，并且將激光引向照射表面22a的大致整個(gè)表面時(shí)，熒光以圖22中示出的狀態(tài)從熒光部件22輸出。換句話說，熒光也從熒光部件22的側(cè)表面輸出，從熒光部件22輸出的突光的光強(qiáng)度分布并不變?yōu)槔什植?。此外，通過采用三種類型的熒光體顆粒形成熒光部件22，這三種類型的熒光體顆粒例如將藍(lán)紫光(激發(fā)光)分別轉(zhuǎn)換成紅光、綠光和藍(lán)光。作為將藍(lán)紫光轉(zhuǎn)換成紅光的熒光體，例如有CaAlSiN3:Eu。作為將藍(lán)紫光轉(zhuǎn)換成綠光的熒光體，例如有0_SiAlON:Eu。作為將藍(lán)紫光轉(zhuǎn)換成藍(lán)光的熒光體，例如有(Ba，Sr)MgAlltlO17:Eu。這些熒光體通過無機(jī)粘結(jié)劑(例如二氧化硅或TiO2)結(jié)合。并且，從熒光部件22輸出的紅熒光、綠熒光和藍(lán)熒光彼此混合以獲得白光。在這里，紅光是例如中心波長為大約640nm的光；綠光是例如中心波長為大約520nm的光。此外，藍(lán)光是例如中心波長為大約450nm的光。此外，熒光部件22包含高密度的熒光體。具體地，熒光部件22中熒光體的體積占有百分比為大約90%或更高。此外，熒光體以大約90%或更高(按質(zhì)量計(jì))的比率包含在熒光部件22中。因此，即使在熒光部件22的厚度小的情況中，也能夠減少激光穿過熒光部件22，并且能夠有效地將激光轉(zhuǎn)換成熒光。此外，引向熒光部件22的照射表面22a的激光在照射表面22a的附近容易轉(zhuǎn)換成熒光，并且熒光容易從照射表面22a輸出。在這里，希望前述體積占有百分比和質(zhì)量百分比為大約99%或更高。
此外，如圖I所示，熒光部件22設(shè)置在包括反射部件23的反射表面23a (第一反射表面)的焦點(diǎn)F23的區(qū)域，熒光部件22的照射表面22a的中心與反射表面23a的焦點(diǎn)F23基本一致。在這里，熒光部件22可以設(shè)置在反射部件23的反射表面23a的焦點(diǎn)F23附近。此外，如圖19所不,突光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)、沿B方向傾斜。換句話說，熒光部件22的照射表面22a沿當(dāng)從反射部件23的開口部一側(cè)觀看時(shí)照射表面22a變得不可見的方向傾斜。具體地，熒光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)、沿B方向傾斜大于0度至30度以下的角度P 1(例如,大約27度)。因此,如圖23所示，將照射表面22a的中心和反射部件23的反射表面23a沿光投射方向(A方向)的端部連接在一起的線Q22相對于照射表面22a的垂線P22沿光投射方向傾斜60度或更大(如，63. 9度)。反射部件23的反射表面23a設(shè)置成與熒光部件22的照射表面22a相對。此外，反射表面23a形成為包括例如拋物面的一部分。具體地，反射表面23a形成為如下形狀，該 形狀是借助于與將拋物面的頂點(diǎn)V23和焦點(diǎn)F23彼此連接的軸線以直角相交(交叉)的表面將拋物面分割以及借助于平行于將頂點(diǎn)V23和焦點(diǎn)F23彼此連接的軸線的平面將拋物面分割而獲得的。并且，如圖23和24所示，當(dāng)從光投射方向(A方向)觀看時(shí)，反射表面23a形成大致半圓形形狀，該半圓形形狀具有大約30mm的深度(在B方向上的長度)和大約30mm的半徑。此外，反射表面23a具有將來自熒光部件22的光轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)直光并在預(yù)定方向(A方向)上反射該準(zhǔn)直光的功能。然而，實(shí)際上，激光在照射表面22a上的光斑區(qū)域(照射區(qū)域)具有預(yù)定尺寸；因此，從反射部件23輸出的光并不完全是準(zhǔn)直光；然而，在本說明書中，為了簡化說明，存在從反射部件23輸出準(zhǔn)直光這樣的說明。此外，穿過反射部件23相對于熒光部件22的中心在B方向上的一部分，形成通孔23b。集光部件21的頂端部插入該通孔23b中。在這里，反射部件23可以由金屬形成，或者可以通過在樹脂表面上布置反射膜而形成。安裝部件24固定到反射部件23。優(yōu)選的是，安裝部件24的上表面24a形成為具有反射光的功能。安裝部件24例如由諸如Al或Cu之類的具有良好導(dǎo)熱率的金屬形成，并具有散發(fā)熒光部件22所產(chǎn)生的熱量的功能。此外，用于固定熒光部件22和支撐板26的安裝部24b與安裝部件24的上表面24a —體形成。此外，如圖19所示，安裝部24b的安裝表面24c相對于光投射方向(A方向)、沿B方向傾斜大于0度至30度以下的角度(=角度3 1)。在這里，優(yōu)選的是，散熱片(未圖示)設(shè)置在安裝部件24的下表面上。此外，如圖I所示，在反射部件23的開口部(在A方向上的端部)處設(shè)置有濾光部件25，其阻擋(吸收或反射)激發(fā)光(波長為大約405nm的光)，并且透射由熒光部件22進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的熒光(紅光、綠光和藍(lán)光)。具體地，例如可以通過采用諸如下述材料之類的玻璃材料來形成濾光部件25 :來自Isuzu Glass有限公司的ITY-418，其吸收波長為大約418nm以下的光，并且透射波長大于大約418nm的光；來自HOYA CORPORATION的L42，其吸收波長為大約420nm以下的光，并且透射波長大于大約420nm的光，等等。接下來，參照圖25和26，說明將熒光部件22的厚度形成為熒光部件22的兩端之間尺寸的十分之一或更小的原因。本申請的發(fā)明人進(jìn)行了以下試驗(yàn)，以獲得熒光部件22針對熒光部件22兩端之間尺寸的優(yōu)化厚度。在該試驗(yàn)中，如圖25所示，激光被引向圓柱形熒光部件22的照射表面22a的整個(gè)表面，從熒光部件22輸出的熒光的光強(qiáng)度分布通過仿真獲得。此外，在該試驗(yàn)中，為了弄清突光部件22的形狀和突光的光強(qiáng)度分布之間的關(guān)系,獲得突光部件的光強(qiáng)度分布,在該突光部件中熒光體的體積占有百分比為大約幾十個(gè)百分比(按體積計(jì))。并且，獲得直徑D22為2mm且厚度T22分別為0. lmm、0. 2mm、0. 5mm、0. 8mm和I. Omm的五種突光部件22的光強(qiáng)度分布。仿真結(jié)果在圖26中示出。在這里，在圖26中，進(jìn)行歸一化，其中從每個(gè)熒光部件22輸出的熒光的光強(qiáng)度分布的最大值設(shè)為I。如圖26所示，在熒光部件22的厚度T22為0. Imm和0. 2mm的情況(熒光部件22的厚度為兩端之間尺寸(直徑)的十分之一或更小的情況)中，從熒光部件22輸出的光強(qiáng)度分布為朗伯分布。另一方面，在熒光部件22的厚度T22為0. 5mm、0. 8mm和I. Omm的情況(熒光部件22的厚度為兩端之間尺寸(直徑)的四分之一或更大的情況)中，從熒光部件22輸出的光強(qiáng)度分布不是朗伯分布。此外，與熒光部件22的厚度設(shè)置為兩端之間尺寸的四·分之一或更大的情況相比，當(dāng)熒光部件22的厚度設(shè)置為兩端之間尺寸的十分之一或更小·時(shí)，從熒光部件22輸出的熒光的方向性變高。在這里，從各個(gè)熒光部件22輸出的熒光的總光量(總光通量)彼此相同；因此，與熒光部件22的厚度設(shè)為兩端之間尺寸的四分之一或更大的情況相比，當(dāng)熒光部件22的厚度設(shè)為兩端之間尺寸的十分之一或更小時(shí)，光強(qiáng)度分布的最大值變大。換句話說，在熒光部件22的照射表面22a的垂線方向上輸出的熒光量增加?；谏鲜鼋Y(jié)果，將熒光部件22的厚度設(shè)為兩端之間尺寸的十分之一或更小。此外，由于相同的原因，將熒光部件22的照射表面22a形成為足夠大于激光的光斑區(qū)域。換句話說，當(dāng)將熒光部件22的照射表面22a形成為大于激光的光斑區(qū)域時(shí)，從熒光部件22的照射表面22a輸出的熒光的光強(qiáng)度分布變?yōu)槔什植?。因此，在本?shí)施例中，將熒光部件22的照射表面22a形成為足夠大于激光的光斑區(qū)域，使得從熒光部件22的照射表面22a輸出的突光的光強(qiáng)度分布變?yōu)槔什植?。在這里，當(dāng)熒光部件22的厚度形成為兩端之間尺寸的十分之一或更小或者照射表面22a形成為足夠大于激光的光斑區(qū)域時(shí),能夠容易地將從突光部件22輸出的突光的光強(qiáng)度分布改變?yōu)槔什植?。接下?參照圖27至圖29，描述將照射表面22a的中心和反射部件23的反射表面23a沿光投射方向的端部彼此連接的線Q22(參見圖23)相對于照射表面22a的垂線P22傾斜60度或更大角度的原因。在從突光部件22輸出的突光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布的情況(圖21和圖26中0. Imm和0. 2mm的情況)中，如圖27所示，在相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22成-90度以上至90度以下的范圍內(nèi)輸出熒光的總光量(總光通量)。因此，如果試圖由反射部件23反射所有的熒光，則需要將反射部件23形成為覆蓋熒光部件22的-90度以上至90度以下的范圍。作為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的結(jié)構(gòu)，圖28中示出的結(jié)構(gòu)是可以想到的。然而，據(jù)本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，通過圖28中示出的結(jié)構(gòu)難以充分地散發(fā)由熒光部件22產(chǎn)生的熱量，并且難以使散熱特性和熒光使用效率彼此協(xié)調(diào)。并且，在深入研究之后，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，例如，通過將反射表面23a形成為拋物面的大致一半；將熒光部件22設(shè)置在反射表面23a的焦點(diǎn)F23處；使熒光部件23的厚度??；將熒光部件22安裝在具有良好散熱特性的安裝部件24上；以及相對于光投射方向(A方向)傾斜熒光部件22的照射表面22a，能夠在確保熒光部件22的散熱特性的同時(shí)顯著地改善熒光使用效率。在這里，如圖27所示，約87%的總光量被限制在相對于照射表面22a的垂線P22成-60度以上至60度以下的范圍內(nèi)；因此，如果采用一種結(jié)構(gòu)以使反射表面23a反射-60度以上至60度以下范圍內(nèi)的熒光，則可以說這在實(shí)際使用中是足夠有效的。在這里，約90%以上的總光量被限制在相對于照射表面22a的垂線P22成約63. 9度的范圍內(nèi)。
因此，反射表面23a形成為使得將照射表面22a的中心和反射表面23a沿光投射方向的端部彼此連接的線Q22相對于照射表面22a的垂線P22傾斜60度以上。在這里，如圖29所示，如果反射表面23a沿光投射方向延伸使得線Q22相對于垂線P22傾斜90度以上，則能夠由反射表面23a反射從熒光部件22a輸出的總光量。換句話說，如果反射表面23a沿光投射方向進(jìn)一步延伸到超出照射表面22a的延長線Q22a，則能夠由反射表面23a反射從熒光部件22a輸出的總光量。接下來，參照圖30和圖31，描述集光部件21的中心軸線021相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22傾斜10度以上至30度以下的角度的原因。本申請的發(fā)明人進(jìn)行下述試驗(yàn)以獲得集光部件21的中心軸線021相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22的優(yōu)化傾斜角。在該試驗(yàn)中，如圖30所示，熒光部件22被設(shè)置為使照射表面22a與光投射方向(A方向)平行；集光部件21的中心軸線021相對于照射表面22a的垂線P22傾斜a I ( = 0度至75度)；并且通過仿真獲得光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度。結(jié)果在圖31中示出。如圖31所示，當(dāng)集光部件21的中心軸線021相對于照射表面22a的垂線P22的傾斜角a I為約10度至約30度時(shí)，光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度變?yōu)樽畲蟆？梢韵氲剑@是由于下述原因。當(dāng)傾斜角a I變?yōu)榇笥诩s30度時(shí)，激光在照射表面22a上的光斑區(qū)域變大。因此，從偏離反射表面23a的焦點(diǎn)F23的位置處激發(fā)并發(fā)射的光增加，作為準(zhǔn)直光投射的光減少。因此，可以想到光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度變低。另一方面，當(dāng)傾斜角a I變?yōu)樾∮诩s10度(接近0度)時(shí)，則在從熒光部件22輸出的光中，進(jìn)入(返回至)集光部件21的光增加，到達(dá)反射表面23a的光減少。因此，可以想到從反射表面23a投射的光減少，且光投射裝置I前方25處最大照度點(diǎn)處的照度變低?；谏鲜鼋Y(jié)果，集光部件21的中心軸線021相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22傾斜10度以上至30以下的角度。在這里，由于下述原因，集光部件21的中心軸線021相對于照射表面22a的垂線P22沿B方向(與光投射方向相反)傾斜。如果集光部件21的中心軸線021相對于照射表面22a的垂線P22沿A方向傾斜，則集光部件21設(shè)置在由反射表面23a反射的光的光路上。因此，由反射表面23a反射的光的一部分進(jìn)入集光部件21，從而光使用效率變低。接下來，參照圖32和圖33，描述熒光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)傾斜大于0度至30度以下的角度的原因。本申請的發(fā)明人進(jìn)行下述試驗(yàn)以獲得熒光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)的優(yōu)化傾斜角。
在該試驗(yàn)中，如圖32所示，集光部件21的傾斜角a I設(shè)為75度；熒光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)傾斜角度P I ( = 0度至60度)；光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度通過仿真獲得。結(jié)果在圖33中示出。如圖33所示，當(dāng)熒光部件22的照射表面22a相對于光投射方向(A方向)的傾斜角@ I為0度至約30度以下時(shí)，光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度變?yōu)樽畲蟆＞唧w地，當(dāng)傾斜角P I為0度時(shí)，最大照度點(diǎn)處的照度變?yōu)樽畲?；?dāng)傾斜角P I變大時(shí),最大照度點(diǎn)處的照度趨于變小。此外，與傾斜角P I為0度的情況相比，在傾斜角￠1處于約30度以下的范圍的情況中，照度降低被抑制到約10%。下述原因可以認(rèn)為是當(dāng)傾斜角P I變大時(shí)，最大照度點(diǎn)處的照度變低的原因。反射表面23a的曲率在頂點(diǎn)V23處大(參見圖23)，并且曲率朝向開口部變小。 在激光的光斑區(qū)域可以被視為點(diǎn)的情況中，在反射表面23a的頂點(diǎn)V23附近反射的光以及在開口部附近反射的光變?yōu)闇?zhǔn)直光。然而，實(shí)際上，光斑區(qū)域具有一定尺寸(如,2 mm cp);光也從稍微偏離反射表面23a的焦點(diǎn)F23的位置輸出并由反射表面23a反射。此時(shí)，頂點(diǎn)V23附近的曲率大；因此，在頂點(diǎn)V23附近反射的光比在開口部附近反射的光更不可能變?yōu)闇?zhǔn)直光，并且不可能到達(dá)最大照度點(diǎn)。并且當(dāng)傾斜角P I變大時(shí)，在反射表面23a的開口部附近反射的光減少，從而可以想到最大照度點(diǎn)處的照度變低。然而，當(dāng)傾斜角P I變小時(shí)，未被反射部件22反射而直接輸出到外部的光增加。換句話說，能夠由反射部件22控制的光減少。因此，光投射裝置I前方預(yù)定區(qū)域中的照度總體上變低?；谏鲜鼋Y(jié)果，優(yōu)選的是傾斜角P I大于0度且在30度以下。接下來，參照圖19和圖34,描述集光部件21的光輸出表面21b設(shè)置為與突光部件22的照射表面22a相距約0. 3m以上m至約I. Imm以下距離的原因。本申請的發(fā)明人進(jìn)行下述試驗(yàn)以獲得從集光部件21的光輸出表面21b到熒光部件22的照射表面22a的優(yōu)化距離。在該試驗(yàn)中，如圖19所示，集光部件21的傾斜角a I設(shè)為30度；熒光部件22的傾斜角P I設(shè)為27度；光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度通過仿真獲得。結(jié)果在圖34中示出。如圖34所示，當(dāng)從集光部件21的光輸出表面21b到熒光部件22的照射表面22a的距離Dl為約0. 3mm以上至約I. Imm以下時(shí)，最大照度點(diǎn)處的照度最高。此外，當(dāng)距離Dl在約0. 3mm以上至約I. Imm以下的范圍內(nèi)時(shí)，照度降低被抑制到約10%。下述原因可以認(rèn)為是當(dāng)距離Dl小于約0.3mm時(shí)以及當(dāng)大于約I. Imm時(shí)，最大照度點(diǎn)的照度變低的原因。當(dāng)距離Dl變小時(shí)，在從熒光部件22輸出的光中，進(jìn)入(返回至)集光部件21的光增加，到達(dá)反射表面23a的光減少。因此，可以想到從反射表面23a投射的光減少，光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度變低。此外，當(dāng)距離Dl變大時(shí)，激光在照射表面22a上的光斑區(qū)域變大。因此，從偏離反射表面23a的焦點(diǎn)F23的位置處激發(fā)并發(fā)射的光增加，作為準(zhǔn)直光投射的光減少。因此，可以想到光投射裝置I前方25m處最大照度點(diǎn)處的照度變低。基于上述結(jié)果，集光部件21的光輸出表面21b設(shè)置為與熒光部件22的照射表面22a相距約0. 3mm以上至約I. Imm以下的距離。在本實(shí)施例中，如上所述，通過設(shè)置主要從照射表面22a輸出熒光的熒光部件22，能夠由反射部件23反射從熒光部件22輸出的光(熒光)中的大部分。換句話說，能夠由反射部件23控制從熒光部件22輸出的光中的大部分。因此，能夠增加到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的光，以便能夠有效地照射目標(biāo)區(qū)域。因此，能夠改善光(熒光)使用效率。此外，如上所述，突光部件22的照射表面22a相對于預(yù)定方向(A方向)沿B方向傾斜。換句話說，熒光部件22的照射表面22a沿預(yù)定方向(A方向)傾斜，使得照射表面22a朝向與光投射方向(A方向)相反的方向。因此,能夠減少從突光部件22輸出的光在未被反射部件23反射的情況下直接出射到外部。換句話說，能夠減少不能由反射部件23控制的光。因此，能夠減輕到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的光減少，以便能夠有效地照射目標(biāo)區(qū)域。此外，能夠減少從光投射單元20外部可看到的熒光部件22的照射表面22a(光斑區(qū)域)，以便能夠減少到達(dá)行人、前方車輛、對向車輛等的眩光。此外，如上所述，通過相對于預(yù)定方向(A方向)沿B方向傾斜安裝表面24c，即使熒光部件22和支撐板26的厚度均勻，也能夠相對于預(yù)定方向(A方向)沿B方向容易地傾斜熒光部件22的照射表面22a。此外，熒光部件22和支撐板26的厚度形成為均勻的，以便容易制造熒光部件22和支撐板26。 此外，如上所述，通過將熒光部件22中熒光體的體積占有百分比設(shè)為90%以上，即使在熒光部件22的厚度小的情況中，也能夠減少穿過熒光部件22的激光，并且能夠有效地將激光轉(zhuǎn)換為熒光。此外，引向熒光部件22的激光變得容易在熒光部件22的照射表面22a附近轉(zhuǎn)換為熒光。因此，能夠容易地主要從熒光部件22的照射表面22a輸出熒光。此外，如上所述，從突光部件22輸出的突光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布。因此,對于從突光部件22輸出的光,光強(qiáng)度在照射表面22a的垂線方向上最高,并且在平行于照射表面22a的方向上光強(qiáng)度幾乎變?yōu)榱?。因此，能夠減少從熒光部件22輸出的光在未被反射部件23反射的情況下直接出射到外部。換句話說，能夠在更大程度上減少不能由反射部件控制的光，并且能夠減輕到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的光減少。此外，如上所述，熒光部件22的厚度為照射表面22a兩端之間尺寸(寬度、長度)的十分之一或更小。此外，熒光部件22的照射表面22a足夠大于引向照射表面22a的激光的光斑區(qū)域。因此，能夠容易地將從熒光部件22輸出的熒光的光強(qiáng)度分布改變?yōu)槔什植?。此外，如上所?設(shè)置集光部件21,其包括光入射表面21a,激光從光入射表面21a輸入；光輸出表面21b,光輸出表面21b具有小于光入射表面21a的面積,并且激光從光輸出表面21b輸出；上表面21c、下表面21d和該對側(cè)表面21e，其反射從光入射表面21a進(jìn)入的光并將該光引導(dǎo)至光輸出表面21b。因此,從光入射表面21a進(jìn)入的激光在集光部件21中傳播時(shí)由上表面21c、下表面21d和該對側(cè)表面21e反射，以均勻的光強(qiáng)度分布從光輸出表面21b輸出。換句話說,從光輸出表面21b輸出的激光的光強(qiáng)度分布不是高斯分布。因此，能夠減少在熒光部件22的照射表面22a中出現(xiàn)光強(qiáng)度變得太高的部分。因此，能夠減輕熒光部件22中包含的熒光體和粘合劑由于熱量而退化，并減少熒光體和粘合劑由于光而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并退化。此外，該集光部件21與光聚集透鏡等不同，不具有焦點(diǎn)(光聚集點(diǎn))。換句話說，從集光部件21輸出的激光未被聚集在一點(diǎn)。因此,即使在由于振動(dòng)和時(shí)間相關(guān)變化而在半導(dǎo)體激光裝置11、集光部件21或熒光部件22中出現(xiàn)位置偏移的情況中，也能夠減少熒光部件22的照射表面22a中光強(qiáng)度的明顯變化。因此，能夠減少在熒光部件22中出現(xiàn)光強(qiáng)度變得太高的部分。此外，即使在半導(dǎo)體激光裝置11相對于集光部件21偏移的情況中，激光在照射表面22a上的光斑位置(照射位置)也幾乎不變。因此，不需要以高精度來相對于集光部件21定位半導(dǎo)體激光裝置11，從而能夠容易地進(jìn)行光投射裝置I的組裝。此外,集光部件21的光輸出表面21b具有小于光入射表面21a的面積,使得激光被聚集并從光輸出表面21b輸出。因此，能夠使激光在熒光部件22的照射表面22a中的光斑區(qū)域變窄，從而能夠使熒光部件22的光發(fā)射區(qū)域變窄。因此，能夠有效地照射目標(biāo)區(qū)域。此外，通過將集光部件21的光輸出表面21b設(shè)置為與熒光部件22的照射表面22a相距預(yù)定距離D1，能夠減少從熒光部件22的照射表面22a輸出的光從集光部件21的光輸出表面21b進(jìn)入(返回至集光部件21的光輸出表面21b)。因此，能夠減輕光使用效率變低。此外，如上所述，集光部件21相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22傾斜。從熒光部件22輸出的光的光強(qiáng)度在照射表面22a的垂線方向上最高；因此，通過使集光部 件21相對于照射表面22a的垂線P22傾斜，能夠在更大程度上減少從熒光部件22的照射表面22a輸出的光進(jìn)入集光部件21的光輸出表面21b。因此，能夠減輕光使用效率變低。此外,如上所述,集光部件21相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22沿B方向傾斜。因此，能夠減少由反射部件23反射以沿預(yù)定方向(A方向)傳播的光進(jìn)入集光部件21。換句話說，能夠減少集光部件21被設(shè)置在由反射部件23反射的光的光路。因此，能夠更大程度地減輕光使用效率變低。此外，通過使用上述集光部件21，能夠容易地聚集從多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光。因此，在多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置11用作光源的情況中采用上述集光部件21是特別有效的。此外，如上所述，通過將熒光部件22安裝在金屬安裝部件24上，能夠有效地散發(fā)由熒光部件22產(chǎn)生的熱量。因此，能夠減輕熒光部件22升高至高溫，從而能夠減輕熒光部件22由于熱量而退化以及熒光部件22的光發(fā)射效率變低。此外，如上所述，反射表面23a形成為包括拋物面的一部分。因此，通過將熒光部件22定位在反射表面23a的焦點(diǎn)F23處，能夠容易地將從光投射單元20輸出的光(照射光)發(fā)射為準(zhǔn)直光。此外，如上所述，反射表面23a形成為如下形狀，該形狀是通過由與將拋物面的焦點(diǎn)F23和拋物面的頂點(diǎn)V23彼此連接的軸線相交的表面對拋物面分割和通過由平行于將焦點(diǎn)F23和頂點(diǎn)V23彼此連接的軸線的表面對拋物面分割而獲得的。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)反射部件23和光投射單元20的尺寸降低。此外，如上所述，突光部件22的照射表面22a相對于預(yù)定方向(A方向)傾斜大于0度至30度以下的角度01。因此，能夠減輕目標(biāo)區(qū)域的照度變低，總體上，減輕目標(biāo)區(qū)域中最大照度點(diǎn)處的照度變低。此外，如上所述，將熒光部件22的照射表面22a的中心和反射表面23a沿A方向的端部彼此連接的線Q22相對于照射表面22a的垂線P22沿A方向傾斜60度或更大角度。因此，能夠由反射表面23a反射更多的熒光，并能夠在更大程度上改善熒光使用效率。在這里，通過將反射表面23a形成為使得線Q22相對于垂線P22成90度或更大的角度，能夠由反射表面23a反射所有的熒光。在該情況中，從光投射單元20的外部看不到照射表面22a，從而能夠減少到達(dá)行人、前方車輛、對向車輛等的眩光。此外，如上所述，集光部件21的光輸出表面21b設(shè)置為與熒光部件22的照射表面22相距約0. 3mm以上至約I. Imm以下的距離Dl。因此，能夠增加目標(biāo)區(qū)域中最大照度點(diǎn)處的照度。此外，如上所述，集光部件21相對于熒光部件22的照射表面22a的垂線P22傾斜10度以上至30度以下的角度。因此，能夠增加目標(biāo)區(qū)域中最大照度點(diǎn)處的照度。在這里，應(yīng)當(dāng)考慮到，此時(shí)公開的實(shí)施例在所有方面是示例性的，而并非是限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍不是由以上對實(shí)施例的描述表示，而是由權(quán)利要求表示，并且涵蓋在權(quán)利要求保護(hù)范圍以及權(quán)利要求等同意義之內(nèi)的所有修改。例如，在上述實(shí)施例中，描述了根據(jù)本發(fā)明的光投射裝置用于汽車前照燈的示例；然而，本發(fā)明不限于此。根據(jù)本發(fā)明的光投射裝置可以用于飛機(jī)、輪船、機(jī)器人、腳踏車、自行車或其它移動(dòng)體的前照燈。此外，在上述實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的光投射裝置應(yīng)用于前照燈；然而，本發(fā)明不限于此。根據(jù)本發(fā)明的光投射裝置可以應(yīng)用于頂燈、聚光燈或其它光投射裝置。此外，在上述實(shí)施例中，描述了激發(fā)光轉(zhuǎn)換成可見光的示例；然而，本發(fā)明不限于此，激發(fā)光可以被轉(zhuǎn)換為可見光之外的其他光。例如，在激發(fā)光被轉(zhuǎn)換成紅外光的情況中，本發(fā)明可適用于安全CCD相機(jī)的夜間照明裝置等。此外，在上述實(shí)施例中，描述了以輸出白光的方式構(gòu)造激發(fā)光源(半導(dǎo)體激光裝置)和熒光部件的示例；然而，本發(fā)明不限于此。可以以輸出白光之外的其他光的方式構(gòu)造激發(fā)光源和熒光部件。此外，在上述實(shí)施例中，描述了半導(dǎo)體激光裝置用作輸出激光的激光發(fā)生器的示例；然而，本發(fā)明不限于此，可以使用半導(dǎo)體激光裝置之外的其他激光發(fā)生器。此外，上述實(shí)施例中示出的數(shù)值是示例，并且不限制每個(gè)數(shù)值。此外，在上述實(shí)施例中，描述了從半導(dǎo)體激光裝置輸出的激光由集光部件收集并引向熒光部件的示例；然而，本發(fā)明不限于此。例如，如圖35所示在根據(jù)本發(fā)明第一改型的光投射裝置中，從半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光可以通過透鏡101、成束光纖102、光聚集透鏡103和反射鏡104引向熒光部件22。此外，如圖36所示在根據(jù)本發(fā)明第二改型的光投射裝置中，從半導(dǎo)體激光裝置11輸出的激光可以通過透鏡101和成束光纖102a引向熒光部件22。此外，如圖35和圖36所示，多個(gè)散熱片105可以設(shè)置在安裝部件24的下表面上。此外，能夠適當(dāng)?shù)馗淖兩鲜鰧?shí)施例中從半導(dǎo)體激光裝置輸出的激光的中心波長和構(gòu)成熒光部件的熒光體種類。例如，通過使用輸出中心波長為約450nm的藍(lán)色激光的半導(dǎo)體激光裝置以及將藍(lán)色激光的一部分轉(zhuǎn)換成黃光的熒光體，可以獲得白光。在該情況中，可以不設(shè)置阻擋激發(fā)光的濾光部件。在這里，作為將藍(lán)色激光的一部分轉(zhuǎn)換成黃光的熒光體，例如有(YnyGdxCey) 3A15012(0. I ^ x ^ 0. 55,0. 01 ^0. 4)等。此外，不限于此，可以從紫外光到可見光的范圍中任意選擇從半導(dǎo)體激光裝置輸出的激光的中心波長。此外，在上述實(shí)施例中，描述了反射部件的反射表面由拋物面的一部分形成的示例；然而，本發(fā)明不限于此，反射表面可以由橢圓面的一部分形成。在該情況中，通過將熒光部件定位在反射表面的焦點(diǎn)處，能夠容易地聚集從光投射單元輸出的光。此外，反射表面可、以由包括多個(gè)曲面(如，拋物面)的多重反射器、連續(xù)地設(shè)置多個(gè)微小表面的非彎曲表面反射器等形成。此外，在上述實(shí)施例中，描述了反射部件和安裝部件分別設(shè)置的示例；然而，本發(fā)明不限于此，反射部件和安裝部件可以彼此一體形成。此外，在上述實(shí)施例中，描述了多個(gè)半導(dǎo)體激光裝置用作激發(fā)光源的示例；然而，本發(fā)明不限于此。作為激發(fā)光源，可以使用一個(gè)半導(dǎo)體激光裝置。此外，作為激發(fā)光源，可以使用包括多個(gè)光發(fā)射部的所謂半導(dǎo)體激光器陣列。此外，在上述實(shí)施例中，描述了集光部件固定至激光發(fā)生裝置的示例；然而，本發(fā)明不限于此。集光部件可以固定至反射部件、安裝部件、支撐部件或熒光部件。此外,在上述實(shí)施例中，描述了在集光部件的光輸出表面和突光部件的照射表面之間形成由間隙(空間)的示例；然而，本發(fā)明不限于此。樹脂、玻璃等可以設(shè)置在集光部件 的光輸出表面和熒光部件的照射表面之間，或者反射部件的反射表面的內(nèi)部可以由樹脂、玻璃等填充。此外，在上述實(shí)施例中，描述了激光在熒光部件的照射表面的表面附近轉(zhuǎn)換為熒光并從照射表面輸出的不例。換句話說，描述了激光和突光未到達(dá)突光部件后側(cè)的不例；然而，本發(fā)明不限于此。熒光部件的后表面所接觸的支撐板的表面可以由反射表面形成，使得熒光基本上不會(huì)從熒光部件的后表面輸出。在該情況中，熒光體可以不像上述實(shí)施例那樣具有高密度。然而，當(dāng)激光不到達(dá)熒光部件的后側(cè)且在照射表面的表面附近轉(zhuǎn)換為熒光時(shí)，光發(fā)射效率高，從而優(yōu)選的是熒光體具有高密度。此外，在上述實(shí)施例中，描述了熒光部件形成在支撐板上的示例；然而，本發(fā)明不限于此。例如，熒光部件可以直接形成在安裝部件的安裝部上。此外，例如，可以不設(shè)置支撐板和安裝部，并且相當(dāng)于支撐板和安裝部的部分可以由熒光部件形成。然而，在該情況中，熒光部件的厚度變大，且散熱特性變低，從而優(yōu)選的是設(shè)置安裝部以使熒光部件的厚度變小。此外，在上述實(shí)施例中，描述了集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線沿與光投射方向相反的方向傾斜的示例；然而，本發(fā)明不限于此。集光部件可以相對于熒光部件的照射表面的垂線沿另一方向傾斜。此外，在上述實(shí)施例中，描述了熒光部件的照射表面具有大致方形形狀或大致圓形形狀的示例；然而，本發(fā)明不限于此。熒光部件的照射表面例如可以具有橢圓形形狀、矩形形狀或多邊形形狀。此外，在上述實(shí)施例中，描述了集光部件的光輸出表面由平坦表面形成的示例；然而，本發(fā)明不限于此，光輸出表面可以平坦表面之外的其他表面形成。此外，在上述實(shí)施例中，描述了光投射方向例如為水平方向的示例；然而，本發(fā)明不限于此，光投射方向可以不是水平方向。此外，在上述實(shí)施例中，描述了安裝部件的上表面是水平的示例；然而，本發(fā)明不限于此，安裝部件的上表面可以不是水平的。此外，在上述實(shí)施例中，描述了反射部件的開口表面垂直于光投射方向的不例；然而，本發(fā)明不限于此。反射部件的開口表面可以不垂直于光投射方向。此外，例如，反射部件的開口表面可以為曲面(波紋曲面)。
此外，在上述實(shí)施例中，描述了從集光部件的光入射表面進(jìn)入的激光由第二反射表面(上表面、下表面和側(cè)表面)反射并被引導(dǎo)至光輸出表面的示例；然而，本發(fā)明不限于此。例如，通過如漸變折射率光纖中那樣使折射率從內(nèi)部朝向外部平滑地或階梯式變小來形成集光部件，可以在集光部件的 內(nèi)部改變激光的傳播方向以將激光引導(dǎo)至光輸出表面。
權(quán)利要求
1.一種用于沿預(yù)定方向投射光的光投射単元，包括 熒光部件，該熒光部件包括照射表面，激光被引向所述照射表面，該熒光部件將激光的至少一部分轉(zhuǎn)換成熒光并且主要從所述照射表面輸出熒光；和 反射部件，該反射部件包括第一反射表面，所述第一反射表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相對并反射從熒光部件輸出的熒光；其中 熒光部件的照射表面相對于所述預(yù)定方向傾斜，使得照射表面朝向與光投射方向相反的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，其中 熒光部件的照射表面相對于所述預(yù)定方向傾斜大于O度至30度以下的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，其中 從突光部件輸出的突光的光強(qiáng)度分布為朗伯分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，其中 將熒光部件的照射表面的中心和第一反射表面沿所述預(yù)定方向的端部彼此連接的線相對于熒光部件的照射表面的垂線沿所述預(yù)定方傾斜60度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光投射単元，其中 熒光部件的厚度為照射表面的兩端之間尺寸的十分之ー或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光投射単元，其中 熒光部件的照射表面充分大于引向照射表面的激光的光斑區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，還包括金屬安裝部件，熒光部件安裝在所述金屬安裝部件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，還包括安裝部件，所述安裝部件包括安裝表面，熒光部件安裝在所述安裝表面上；其中 安裝表面相對于所述預(yù)定方向沿與光投射方向相反的方向傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，其中 第一反射表面形成為包括拋物面和橢圓面中任ー個(gè)的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光投射単元，其中 第一反射表面形成如下形狀，所述形狀是通過由與將拋物面和橢圓面中ー個(gè)的焦點(diǎn)與拋物面和橢圓面中所述ー個(gè)的頂點(diǎn)彼此連接的軸線相交的表面對拋物面和橢圓面中所述ー個(gè)分割、以及通過由與將所述焦點(diǎn)和所述頂點(diǎn)彼此連接的所述軸線平行的表面對拋物面和橢圓面中所述ー個(gè)分割而獲得的。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，還包括集光部件，該集光部件包括光入射表面和光輸出表面，激光從所述光入射表面輸入，所述光輸出表面具有小于光入射表面的面積并將激光輸出至熒光部件；其中 所述集光部件被配置為在集光部件的內(nèi)部改變從光入射表面進(jìn)入的激光的傳播方向并將激光引導(dǎo)至光輸出表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光投射単元，其中 集光部件還包括第二反射表面，第二反射表面反射從光入射表面進(jìn)入的激光并將激光引導(dǎo)至光輸出表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光投射単元，其中集光部件的光輸出表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相距預(yù)定距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光投射単元，其中 集光部件的光輸出表面設(shè)置為與熒光部件的照射表面相距O. 3mm以上至I. Imm以下的距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光投射単元，其中 集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線傾斜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光投射単元，其中 集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線沿與所述預(yù)定方向相反的方向傾斜。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光投射単元，其中 集光部件相對于熒光部件的照射表面的垂線傾斜10度以上至30度以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光投射単元，其中 從多個(gè)激光發(fā)生器輸出的激光從集光部件的光入射表面輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元，其中 熒光部件包括熒光體；并且 熒光部件中熒光體的體積占有百分比為90%或更大。
20.ー種光投射裝置，包括 根據(jù)權(quán)利要求I所述的光投射単元；和 輸出激光到光投射単元的激光發(fā)生器。
全文摘要
提供了能夠改善光使用效率的光投射單元。該光投射單元包括熒光部件，該熒光部件包括照射表面，激光被引向照射表面，該熒光部件將激光的至少一部分轉(zhuǎn)換成熒光并且主要從照射表面輸出熒光；和反射部件，該反射部件包括第一反射表面，第一反射表面反射從熒光部件輸出的熒光。熒光部件的照射表面相對于預(yù)定方向傾斜，使得照射表面朝向與光投射方向相反的方向。
文檔編號F21V7/00GK102759015SQ201210122709
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者大衛(wèi)·蒙哥馬利, 詹姆斯·撒克林, 高平宜幸, 高橋幸司 申請人:夏普株式會(huì)社