特許 7568390 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20210101AFI20241008BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20241008BHJP

   G02B 3/04 20060101ALN20241008BHJP

   G03B 21/14 20060101ALN20241008BHJP

   H01L 33/50 20100101ALN20241008BHJP

   H04N 5/74 20060101ALN20241008BHJP

   H04N 9/31 20060101ALN20241008BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20241008BHJP

【ＦＩ】

H01S5/022

F21S2/00 311

G02B3/04

G03B21/14 A

H01L33/50

H04N5/74 Z

H04N9/31 500

F21Y115:30

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019171453

(22)【出願日】2019-09-20

(65)【公開番号】P2021048354

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-08-22

【審判番号】

【審判請求日】2023-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(72)【発明者】

【氏名】原 章徳

(72)【発明者】

【氏名】山下 利章

【合議体】

【審判長】波多江 進

【審判官】芝沼 隆太

【審判官】藤田 年彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７９５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１９７７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01S 5/00- 5/50

H01L 33/00- 33/64

F21K 9/00- 9/90

F21S 2/00- 45/70

F21V 1/00- 99/00

F21W102/00-131/411

F21Y101/00-115/30

G03B 21/00- 21/30

H04N 5/74

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子のそれぞれから出射された光をコリメートして複数のコリメートビームを出力する光学素子と、
集光点を有する集光部であって、前記複数のコリメートビームを前記集光点に収束する非球面を有する集光部と、
前記複数のコリメートビームが入射する光入射面を含む透光領域、および前記透光領域を囲む反射領域を有する波長変換部であって、前記透光領域は、前記集光部によって前記集光部の前記集光点に収束された前記複数のコリメートビームによって励起される蛍光体を含む、波長変換部と、
を備え、
前記波長変換部は、前記集光部を基準として、前記光学素子の反対側に位置し、
前記複数のコリメートビームは、前記光入射面の端部分に照射される少なくとも一対の外側コリメートビームと、前記外側コリメートビームに挟まれて位置する１以上の内側コリメートビームと、を有する、
発光装置。

【請求項2】

前記透光領域の前記光入射面は、前記集光部の光軸に交差し、前記集光部の前記集光点から外れて位置する、
請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記光学素子から出射され、前記集光部に入射する前記複数のコリメートビームは互いに平行である、
請求項１または２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記複数の半導体発光素子は、前記集光部の光軸に垂直な面に沿って１行以上２列以上または２行以上１列以上の行列状に配列されている、
請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。

【請求項5】

前記透光領域の前記光入射面の形状は、矩形であり、
前記光入射面の前記端部分は前記光入射面の隅であり、
前記集光部は、前記外側コリメートビームを、前記内側コリメートビームよりも発散させる形状である、
請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。

【請求項6】

前記集光部は非球面レンズであり、
前記非球面レンズのコーニック定数ｋは、－１５＜ｋ＜０、又は、０＜ｋ＜＋６である、
請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。

【請求項7】

前記複数の半導体発光素子、前記光学素子、および前記集光部を収容する筐体をさらに備え、
前記筐体は、前記波長変換部を支持する蓋部分であって、前記集光部によって収束された前記複数のコリメートビームを通過させる貫通孔を有する蓋部分を有している、
請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。

【請求項8】

前記複数の半導体発光素子は、複数のレーザダイオードである、
請求項１から７のいずれかに記載の発光装置。

【請求項9】

前記複数のレーザダイオードを気密封止するパッケージをさらに備える、
請求項８に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体発光素子から出射される光と、蛍光体から発せられる蛍光との混合によって得られる混合光を発する多くの発光装置が提案されている。このような発光装置では、例えば、半導体発光素子から出射される青色の光によって黄色い蛍光を発する蛍光体を励起することにより、蛍光体含有部を通過する青色の光と、蛍光体から発せられる黄色い蛍光とを混合して白色の混合光を得る（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１２／１２４３０２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体発光素子から出射される光で蛍光体を照射した場合、蛍光体含有部を通過する半導体発光素子からの光と、蛍光体から発せられる蛍光との混合によって得られる混合光には、色むらが生じる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の発光装置は、一実施形態において、複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子のそれぞれから出射された光をコリメートして複数のコリメートビームを出力する光学素子と、前記複数のコリメートビームを収束する非球面を有する集光部と、前記複数のコリメートビームが入射する光入射面を含む透光領域、および前記透光領域を囲む反射領域を有する波長変換部であって、前記透光領域は、前記集光部によって収束された前記複数のコリメートビームによって励起される蛍光体を含む、波長変換部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示における前述の発光装置によれば、半導体発光素子から出射される光と、蛍光体から発せられる蛍光との混合によって得られる混合光の色むらを抑制する発光装置が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】図１Ａは、蛍光体を含む透光領域４０ｔ、およびそれを囲む反射領域４０ｒを有する波長変換部４０を模式的に示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、球面レンズによって収束された２行５列のコリメートビームの、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１での強度分布の計算結果を示す図である。

【図1C】図１Ｃは、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２から出射される混合光の色の分布を模式的に示す図である。

【図2A】図２Ａは、本開示の実施形態における発光装置１００を模式的に示す斜視図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置１００の内部を模式的に示す斜視図である。

【図3A】図３Ａは、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが非球面レンズ３０によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＸ方向から見た側面図である。

【図3B】図３Ｂは、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが非球面レンズ３０によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＹ方向から見た側面図である。

【図4】図４は、式（１）に示すレンズの曲面をプロットしたグラフである。

【図5】図５は、コーニック定数ｋ＝＋０．５の非球面レンズ３０によって収束された２行５列の照射コリメートビームの強度分布の計算結果を示す図である。

【図6】図６は、様々なコーニック定数のレンズによって収束された２行５列の照射コリメートビームの強度分布の計算結果を示す図である。

【図7A】図７Ａは、図２Ｂに示す光源２０のうち、枠体２２および蓋体２３の記載が省略された図である。

【図7B】図７Ｂは、半導体発光素子２５から出射されたレーザ光が光反射部材２７の反射面２７ｒによって反射され、光学素子２４のコリメートレンズ２４ｌによってコリメートされる様子を模式的に示す、ＹＺ平面における断面図である。

【図7C】図７Ｃは、半導体発光素子２５から出射されたレーザ光が光反射部材２７の反射面２７ｒによって反射され、光学素子２４のコリメートレンズ２４ｌによってコリメートされる様子を模式的に示す、ＸＺ平面における断面図である。

【図8A】図８Ａは、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが、変形例における放物面反射鏡３１によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＹ方向から見た側面図である。

【図8B】図８Ｂは、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが、変形例における放物面反射鏡３１によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＹ方向から見た側面図である。

【図9】図９は、単一波長の励起光のスペクトル、および蛍光のスペクトルを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（蛍光のスペクトル）
本開示の実施形態を説明する前に、レーザ光等のようにスペクトル幅の狭い光（励起光）によって蛍光体を励起した場合における、その蛍光体から発せられる蛍光のスペクトルを説明する。

【0009】

図９は、励起光のスペクトル、および蛍光のスペクトルを模式的に示す図である。図９に示すように、励起光のスペクトル幅は狭いのに対し、蛍光のスペクトル幅は広い。蛍光のスペクトルは、励起光の波長よりも長い波長域にある。実際には、蛍光体を励起光で照射すると、励起光の一部は蛍光体を励起し、残りの部分は、蛍光体を透過する、蛍光体に反射される等によって波長変換されずに蛍光体含有部から取り出される。したがって、蛍光体を透過する励起光と、蛍光体から発せられた蛍光とが混合した光が得られる。例えば、波長４５５ｎｍの青色レーザ光によってＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体を励起すると、この蛍光体は黄色の蛍光を発する。蛍光体を透過する青色レーザ光と、蛍光体から発せられる黄色の蛍光との混合によって白色光が得られる。この白色の混合光は、例えば照明器具に利用することができる。なお、混合光の色として代表的には白色が挙げられるが、これに限らず、混合光の色は励起光と蛍光体の組み合わせで調整することが可能である。

【0010】

（本開示の実施形態の基礎となった知見）
次に、図１Ａから図１Ｃを参照して、本開示の実施形態の基礎となった知見を説明する。蛍光体を励起光で照射することにより、蛍光体を透過する励起光と、蛍光体から発せられた蛍光との混合光を得る場合、蛍光体は以下の形態で用いられ得る。

【0011】

図１Ａは、蛍光体を含む透光領域４０ｔ、およびそれを囲む反射領域４０ｒを有する波長変換部４０を模式的に示す斜視図である。透光領域４０ｔは、露出した互いに平行な光入射面４０ｓ１および光出射面４０ｓ２を含む。透光領域４０ｔは、例えば、蛍光体を含むセラミックス、すなわち蛍光体セラミックスであり得る。蛍光体が発する蛍光は実質的に無配光であるため、蛍光体セラミックスでは、蛍光の一部は反射領域４０ｒに向かい、反射領域４０ｒによって反射される。蛍光体セラミックスは、例えば、無機材料の結着材および蛍光体から形成されている。反射領域４０ｒは、例えば、セラミックスから形成され得る。図１Ａに示す例では、透光領域４０ｔは、ＹＡＧ蛍光体および酸化アルミニウムの結着材を主材料として形成され、反射領域４０ｒは、酸化アルミニウムを主材料として形成されている。同じ酸化アルミニウムを含む透光領域４０ｔおよび反射領域４０ｒは、高い密着性を有する。

【0012】

透光領域４０ｔに含まれるＹＡＧ蛍光体を励起する励起光源として、例えば、複数の青色のコリメートビームを出射する半導体レーザパッケージを利用することができる。複数のコリメートビームを１個の集光レンズによって収束し、収束した複数のビームで透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１を照射すれば、混合光が得られる。コリメートビームとは、ビーム径がビームの進行方向に対して一定となるようにコリメートされたビームのことを意味する。ただし、ビーム径は厳密に一定にはならない場合がある。また、コリメートビームを集光レンズによって収束するとビーム径は徐々に狭くなり、ビームウェストで最小になった後、徐々に拡大していく。本明細書では、説明を簡単にするために、「コリメートビーム」の用語は、コリメートビームが集光レンズを透過した後のビームも含む。

【0013】

図１Ｂは、球面レンズによって収束された２行５列の照射コリメートビームの、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１での強度分布の計算結果を示す図である。図１Ｂでは、光の強度を相対的に示しており、白色を０％、黒色を１００％として、濃淡で強度を示す。以下では、透光領域４０ｔに照射されるコリメートビームの、光入射面４０ｓ１での強度分布を、単に「照射コリメートビームの強度分布」と称する。計算条件の詳細については後述する。黒色の矩形形状の枠によって囲まれた領域は、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１を表す。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１は、球面レンズによって収束されたコリメートビームの集光点から外れて位置する。図１Ｂに示すように、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１のうち、主に中央部分が照射される。複数のコリメートビームは、中央から離れるほど発散するが、図１Ｂに示す例ではその発散度合いがそれほど大きくなく、光入射面４０ｓ１の端部分、特に４つの隅はほとんど照射されない。透光領域４０ｔに入射したコリメートビームによって励起された蛍光体は、蛍光を発する。したがって、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２からは、透光領域４０ｔを通過する青色の光と、ＹＡＧ蛍光体から発せられた黄色の蛍光とが混合された白色光が出射されるはずである。しかし、実際には、この混合光には色むらが生じ得る。

【0014】

図１Ｃは、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２から出射される混合光の色の分布を模式的に示す図である。白色領域は白色光が出射される領域を表し、斜線によって表された領域はそれよりも黄色味の強い光が出射される領域を表す。透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２のうち、中央部分では、白色光が多く出射されるが、端部分、特に４つの隅では、比較的黄色味の強い光が出射され、色むらが大きいことがわかる。これには以下の理由が考えられる。行方向（Ｘ方向）の端にある４つのコリメートビームが照射された箇所で発せられた蛍光の一部は、反射領域４０ｒに向かい、反射領域４０ｒによって反射された後、光出射面４０ｓ２から出射される。反射領域４０ｒのうち、隅では互いに垂直な２つの面によって蛍光が反射される。その結果、青色光の割合より黄色光の割合の方が多くなり、混合光は、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２のうち、端部分、特に４つの隅において黄色くなる。

【0015】

本発明者は、色むらが生じる原因が照射コリメートビームの透光領域の光入射面における強度分布にあると考え、色むらを低減することができる新規な発光装置に想到した。この発光装置は、光源から出射された複数のコリメートビームを収束させる非球面を有する集光部を備える。この非球面の形状は、収束した照射コリメートビームの強度分布が混合光の色むらを低減するように適切に設計される。集光部の詳細については後述する。

【0016】

（実施形態）
本開示における一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するものであって、本発明を限定しない。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。

【0017】

本明細書においては、ある面の上に部材が直接配置される状態、あるいは、その面の上に直接配置された別の物体の上に部材が直接配置される状態のいずれも、「面の上に部材を配置する」と表現する。つまり、その面の上方に部材が配置され、間接物を介してあるいは介さずにその面と部材が物理的に繋がっている状態は、その面の上に部材が配置されている状態と表記する。なお、面の上に部材が直接配置されていることに特定する場合は「直接」の文言を用いて表現する。直接配置されていることに特定されていない場合は、いずれであってもよいことを示している。

【0018】

＜発光装置の構成例＞
まず、図２Ａから図２Ｄを参照して、本開示の実施形態における発光装置の構成例を説明する。

【0019】

図２Ａは、本開示の実施形態における発光装置１００を模式的に示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す発光装置１００の内部を模式的に示す斜視図である。図２Ｂでは、筐体５０の外形が破線によって記載されている。図面には、参考のため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向が示されている。

【0020】

本実施形態における発光装置１００は、主面１０ｓを有する基板１０と、主面１０ｓ上にあり、かつ２行５列のコリメートビームを出射する光源２０と、コリメートビームを収束する凸部３０ｃを有する非球面レンズ３０と、非球面レンズ３０の光軸上に透光領域４０ｔがある波長変換部４０と、光源２０および非球面レンズ３０を収容する筐体５０とを備える。行方向はＸ方向に平行であり、列方向はＹ方向に平行である。なお、本明細書において「上方」とは、基板１０の主面１０ｓを基準にして、光源２０が配置される方向を指す。使用時における発光装置１００の向きは任意である。

【0021】

本実施形態における基板１０は、例えば、ＸＹ平面に対して平行な主面１０ｓを有し、Ｚ方向に厚さを有する。基板１０は、光源２０から発せられた熱を速やかに外部に放出するため、熱伝導率が比較的高い材料から形成されていることが望ましい。基板１０の熱伝導率は、例えば２０Ｗ／ｍＫ以上である。基板１０の主材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏなどの金属、または、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミックスが挙げられる。

【0022】

本実施形態における光源２０は、基部２１と、基部２１の主面上に２行５列に配置された半導体発光素子と、基部２１の主面上に設けられ、かつ、半導体発光素子を囲むリード端子２２ｌ付きの枠体２２と、枠体２２の枠の上に設けられた蓋体２３と、蓋体２３上に設けられた光学素子２４とを備える。光学素子２４は、光源２０内に２行５列に配置された半導体発光素子からそれぞれ出射された光をコリメートして２行５列のコリメートビームを、非球面レンズ３０の光軸に平行な方向（Ｚ方向）に出力する。これらのコリメートビームの進行方向は互いに平行である。ただし、進行方向は、厳密に平行である必要はない。本明細書では、「平行」は、数学的に厳密な「平行」に限定されない。本明細書における「平行」は、例えば、厳密な平行から１．５度以下のずれを許容できる。コリメートビームの本数が複数であれば、複数のコリメートビームで蛍光体を含有する透光領域４０ｔを照射することができる。波長変換部４０における透光領域４０ｔがＹＡＧ蛍光体を含む場合、青色のコリメートビームの波長は、例えば、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。蛍光体の種類に応じて適したコリメートビームの波長が選択される。光源２０のＸ方向およびＹ方向におけるサイズは例えば２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下であり、Ｚ方向における厚さは例えば１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。光源２０の詳細については後述する。

【0023】

本実施形態における非球面レンズ３０は、例えば、凸部３０ｃおよび平板部分３０ｆを有する平凸レンズである。凸部３０ｃおよび平板部分３０ｆの屈折率は、例えば１．４以上２．１以下である。凸部３０ｃは、コリメートビームが入射する側に設けられているが、コリメートビームが入射する側とは反対の側に設けられていてもよい。平板部分３０ｆは必ずしも設ける必要はない。図２Ｂに示す例では、凸部３０ｃが平板部分３０ｆよりも厚いが、平板部分３０ｆが凸部３０ｃより厚くてもよい。本開示における非球面を有する集光部は、例えば非球面レンズ３０であり得る。

【0024】

非球面レンズ３０における凸部３０ｃおよび／または平板部分３０ｆは、例えば、ガラス、石英、サファイアの少なくとも１つから形成され得る。非球面レンズ３０のＸ方向およびＹ方向におけるサイズは例えば２ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、Ｚ方向における厚さは例えば２ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。非球面レンズ３０の上面視形状、すなわちＺ方向から見た場合の形状は、例えば円形である。光源２０と非球面レンズ３０とのＺ方向における隙間は例えば１ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。非球面レンズ３０における凸部３０ｃの表面の非球面形状の詳細については後述する。

【0025】

本実施形態における波長変換部４０については、図１Ａを参照して説明した通りである。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１は矩形形状を有しているが、多角形状、円形状、楕円形状、またはこれらに近似する形状を有していてもよい。

【0026】

波長変換部４０における透光領域４０ｔは、青色光によって励起されて黄色の蛍光を発するＹＡＧ蛍光体を含むが、これに限らず、例えば、青色光によって励起されて黄色または緑色の蛍光を発する第１蛍光体および赤色の蛍光を発する第２蛍光体を含んでいてもよい。このような透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１を青色光で照射することによって、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２から白色の混合光を得ることができる。

【0027】

波長変換部４０における反射領域４０ｒは、酸化アルミニウムの他に、酸化ジルコニウム、または酸化チタンを主材料として形成されていてもよい。反射領域４０ｒは、光透過率を低下させるために、酸化イットリム、酸化ジルコニウム、酸化ルテチウム、または酸化ランタンなどの添加剤を含んでいてもよい。反射領域４０ｒがセラミックスである場合は、反射領域４０ｒの空孔率が高いほど光反射率が向上する傾向にある。このため、反射領域４０ｒのうち、透光領域４０ｔの周辺における空孔率を、それより外側の部分の空孔率よりも高くしてもよい。これにより、透光領域４０ｔ内で発せられ、反射領域４０ｒに向かう蛍光を反射領域４０ｒによって効率よく反射させることができる。反射領域４０ｒは、コリメートビームの照射によって透光領域４０ｔにおいて発せられる熱を外部に放出する機能も有していてよい。これにより、透光領域４０ｔにおける蛍光体の劣化を低減することができる。反射領域４０ｒは、セラミックスを主材料としてもよく、金属を主材料としてもよい。また、波長変換部４０は、少なくとも透光領域４０ｔを有していればよく、反射領域４０ｒを設けなくてもよい。

【0028】

波長変換部４０は、熱を効率よく外部に放出するために、上面および下面の少なくとも一方に放熱部材をさらに備えていてもよい。波長変換部４０と放熱部材との間に隙間があると放熱性が低下するため、グリスや誘電体膜等の、波長変換部４０と放熱部材との間の隙間を埋める部材を設けてもよい。

【0029】

波長変換部４０は、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の側に、コリメートビームを透過させ、かつ、蛍光体から発せられた蛍光を反射させるフィルタをさらに備えていてもよい。これにより、蛍光が非球面レンズ３０に向けて出射される可能性を低減することができるため、蛍光を透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２から効率よく出射させることができる。フィルタは、例えば、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された誘電体多層膜から形成され得る。誘電体多層膜は、特定の波長域の光を略１００％で反射し、それ以外の光を透過させることができる。誘電体多層膜は、この特定の波長域が蛍光のスペクトルの波長域の一部または全部を含むように設計され得る。

【0030】

波長変換部４０における透光領域４０ｔのＸ方向およびＹ方向におけるサイズは例えば０．５μｍ以上１００μｍ以下であり、Ｚ方向における厚さは例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。非球面レンズ３０と波長変換部４０とのＺ方向における隙間は例えば１ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。なお、本明細書において、部品同士の隙間とは、部品同士の最短距離と言い換えてもよい。

【0031】

本実施形態における筐体５０は、例えば、断面が円形状である円筒体であり得る。筐体５０は、断面が多角形状である角筒体、またはドーム体であってもよい。筐体５０のＺ方向における高さは、光源２０の厚さ、光源２０と非球面レンズ３０との隙間、非球面レンズ３０の厚さ、および非球面レンズ３０と波長変換部４０との隙間の合計によって決まる。筐体５０のＺ方向における高さと各部品との関係はこれに限らず、適宜調整できる。例えば、これら以外の部品を筐体５０に収容してもよく、また、反射鏡を配置する等によりコリメートビーム２０ｂの進行方向を途中で変えてもよい。

【0032】

次に、図３Ａおよび図３Ｂを参照する。図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが非球面レンズ３０によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＸ方向およびＹ方向から見た側面図である。図３Ａおよび図３Ｂでは、説明の便宜上、筐体５０の一部が破線によって記載されている。筐体５０が有する蓋部分５０ｃは、非球面レンズ３０によって収束された複数のコリメートビーム２０ｂを通過させる貫通孔５０ｏを有し、かつ、波長変換部４０を支持する。波長変換部４０は、貫通孔５０ｏの縁部分５０ｅによって支持されている。筐体５０が有するサポート５０ｓは、側壁部分から内部に突出し、かつ、非球面レンズ３０を支持する。非球面レンズ３０の平板部分３０ｆの一部が、サポート５０ｓに接合されている。細かい破線によって挟まれた領域は、コリメートビーム２０ｂのビーム幅を表す。図３Ａに示すコリメートビーム２０ｂのビーム幅は列方向（Ｙ方向）において広く、図３Ｂに示すコリメートビーム２０ｂのビーム幅は行方向（Ｘ方向）において狭い。その理由については後述する。白抜きの矢印は、透光領域４０ｔを透過するコリメートビーム２０ｂと、透光領域４０ｔに含まれる蛍光体から発せられた蛍光との混合光を表す。

【0033】

図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、それぞれ、２本および５本のコリメートビーム２０ｂが非球面レンズ３０によって収束され、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する。コリメートビーム２０ｂの光軸の一部が、コリメートビーム２０ｂのビーム幅を表す破線よりも間隔の広い破線によって表されている。非球面レンズ３０の集光点Ｆは、複数のコリメートビーム２０ｂの光軸が収束する点に相当する。ただし、実際には、複数のコリメートビーム２０ｂの位置にはズレが生じたり、複数のコリメートビーム２０ｂのビーム径が異なったりするので、必ずしも１つの点にすべてのコリメートビーム２０ｂが収束するわけではない。また、仮に位置のずれがなく、ビーム径が同じであっても、すべてのコリメートビーム２０ｂを収束することができる幅には光の回折限界があるので、すべてのコリメートビーム２０ｂが図示されているような点に収束することはないと考えてよい。本明細書では、説明の便宜上、集光点Ｆを１つの点に簡略化して記載している。

【0034】

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１は、非球面レンズ３０の光軸に直交し、非球面レンズ３０の集光点Ｆから外れて位置する。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１と集光点Ｆとの距離は例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１が非球面レンズ３０の光軸に対して交差していれば、反射鏡等でコリメートビーム２０ｂの進行方向を変えることなく、収束された複数のコリメートビーム２０ｂで透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１を照射することができる。図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、非球面レンズ３０の集光点Ｆは、非球面レンズ３０と透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１との間に位置する。集光点Ｆから発散する複数のコリメートビーム２０ｂのすべてが、貫通孔５０ｏの縁部分５０ｅに妨げられることなく、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する。集光点Ｆは、透光領域４０ｔ内に位置してもよい。他の例として、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１は、非球面レンズ３０とその集光点Ｆとの間に位置していてもよい。

【0035】

透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１が非球面レンズ３０の集光点Ｆから外れていると、デフォーカスされた複数のコリメートビーム２０ｂで光入射面４０ｓ１を照射することができる。これにより、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１が非球面レンズ３０の集光点Ｆと一致する場合と比較して、光入射面４０ｓ１におけるコリメートビーム２０ｂの光密度を低下させることができる。

【0036】

＜非球面レンズ３０における凸部３０ｃ＞
次に、非球面レンズ３０における凸部３０ｃの表面の非球面形状を説明する。凸部３０ｃの表面の形状はコーニック定数（ｃｏｎｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）によって規定することができる。コーニック定数をｋ、非球面レンズ３０のレンズの頂点での曲率をｃ＝１／Ｒ（Ｒは曲率半径）とすると、非球面レンズ３０のレンズの頂点を原点とするレンズの曲面上の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の式（１）を満たす。

【数1】

【0037】

ｚは、レンズの頂点を含むＸＹ平面と、レンズの曲面とのＺ方向における距離を表し、ｒ＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２は、レンズの曲面と、非球面レンズ３０の光軸とのＸＹ平面における距離を表す。ａ_２ｉ（２ｉ＝２、・・、ｎ）は、非球面係数を表す。

【0038】

まずは、ａ_２ｉ＝０の場合について説明する。この場合、式（１）は以下の式（２）の解の１つに相当する。

【数2】

【0039】

式（２）から、ａ_２ｉ＝０の場合の式（１）は、双曲面、放物面、球面、および楕円面のいずれかの曲面を表すことがわかる。

【0040】

次に、図４を参照する。図４は、ａ_２ｉ＝０の場合の式（１）に示すレンズの曲面をプロットしたグラフである。コーニック定数として、ｋ＝－１．５からｋ＝＋１．５までが０．５刻みで選択された。実線は式（１）の関数を表し、破線は式（２）の関数のうち、式（１）以外の部分を表す。コーニック定数ｋとグラフの曲面との関係は、以下の通りである。グラフの曲面は、ｋ＜－１では双曲面であり、ｋ＝－１では放物面であり、－１＜ｋ＜０ではｒ方向が短軸でありｚ方向が長軸である楕円面であり、ｋ＝０では球面であり、ｋ＞０ではｒ方向が長軸でありｚ方向が短軸である楕円面である。グラフの曲面の曲率半径は、距離ｒが大きくなると、ｋ＜０では曲率半径Ｒよりも大きくなり、ｋ＝０では曲率半径Ｒに等しく、ｋ＞０では曲率半径Ｒよりも小さくなる。非球面レンズ３０のレンズの曲面は、実線によって表された原点を含むグラフの曲面に相当する。本実施形態における非球面レンズ３０の凸部３０ｃは、コーニック定数ｋ＝０以外の曲面を有する。

【0041】

次に、図５を参照して、非球面レンズ３０における凸部３０ｃによって得られる効果を説明する。図５は、コーニック定数ｋ＝＋０．５の凸部３０ｃによって収束された２行５列の照射コリメートビームの強度分布の計算結果を示す図である。計算には、Ｚｅｍａｘ社の光学シミュレーションソフトＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏが用いられた。計算条件は以下の通りである。ただし、本開示は以下の計算条件の発光装置に限定されない。凸部３０ｃに入射する前のコリメートビーム２０ｂのスポットはＸＹ平面において楕円形状を有し、Ｘ方向における短径は１．０ｍｍであり、Ｙ方向における長径は４．９ｍｍである。コリメートビーム２０ｂのスポットは、ピーク強度の１／ｅ^２（ｅはネイピア数）の強度以上である強度範囲の部分で定義した。隣接する２つのコリメートビーム２０ｂの行方向（Ｘ方向）における中心間隔は３．５ｍｍであり、列方向（Ｙ方向）における中心間隔は５．９ｍｍである。非球面レンズ３０のＺ方向における厚さは２０ｍｍである。凸部３０ｃの原点での曲率半径Ｒは２６．６０５ｍｍである。非球面レンズ３０の屈折率はｎ＝１．５２３０８であり、非球面レンズ３０の周囲の屈折率はｎ＝１である。ｋ＝＋０．５の場合の非球面レンズ３０における平板部分３０ｆから集光点Ｆまでの距離は３６．２ｍｍである。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１と、非球面レンズ３０の集光点Ｆとの距離は９．８ｍｍである。集光点Ｆは、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１と非球面レンズ３０との間に位置する。

【0042】

図５に示すように、行方向（Ｘ方向）の端にある４つの照射コリメートビームの強度分布が、それぞれ、矩形形状の透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１のうち、４つの隅に向けて伸びる形状になっていることがわかる。このように、複数のコリメートビーム２０ｂは、光入射面４０ｓ１の隅に照射される少なくとも一対の外側コリメートビームと、外側コリメートビームに挟まれて位置する１以上の内側コリメートビームと、を有する。球面レンズを用いた図１Ｂに示す強度分布と比較して、非球面レンズ３０を用いると、照射コリメートビーム２０ｂの集光度が低下する。言い換えると、非球面レンズ３０は、外側コリメートビームを、内側コリメートビームよりも発散させる形状を有する。前述したように、透光領域４０ｔのうち、端部分、特に４つの隅では反射領域４０ｒでの反射によって蛍光の割合が多くなる。照射コリメートビームの強度分布を、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の端部分、特に４つの隅に分散させると、分散させない場合と比較して、その部分でのコリメートビーム２０ｂの割合が多くなる。その結果、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２の端部分、特に４つの隅において出射する光の色味を、光出射面４０ｓ２の中央部分から出射する光の色味に近付けることができる。これにより、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２から出射される混合光の色むらを低減することができる。外側コリメートビームの発散の度合いは、発散方向のビーム幅について、外側コリメートビームのビーム幅が内側コリメートビームのビーム幅の１．１倍以上となる発散度合いとすることができ、好ましくは１．３倍以上となる発散度合いとする。これにより、色むらをより低減することができる。また、外側コリメートビームは発散するほど光密度が低下するため、発散度合いは外側コリメートビームのビーム幅が内側コリメートビームのビーム幅の２．５倍以下となる程度であることが好ましい。発散方向のビーム幅とは、例えば略楕円形のビームの長軸方向のビーム幅である。ビーム幅の比較対象とする内側コリメートビームは、複数のコリメートビーム２０ｂのうち非球面レンズ通過時に非球面レンズの中心に最も近い位置にあるコリメートビームであることがより好ましい。

【0043】

次に、図６を参照して、レンズのコーニック定数ｋと、照射コリメートビームの強度分布との関係を説明する。図６は、様々なコーニック定数のレンズによって収束された２行５列の照射コリメートビームの強度分布の計算結果を示す図である。コーニック定数として、ｋ＝－１．５（双曲面）、ｋ＝－１．０（放物面）、ｋ＝－０．５（楕円面）、ｋ＝０（球面）、ｋ＝＋１．０（楕円面）、およびｋ＝＋１．５（楕円面）が選択された。コーニック定数ｋ＝０（球面）を基準とすると、照射コリメートビームの強度分布は、コーニック定数が負であり（ｋ＜０）小さいほど透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の中央部分に集まり、コーニック定数が正であり（ｋ＞０）大きいほど透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の端部分、特に４つの隅に分散する。本開示における非球面レンズ３０のコーニック定数ｋは、－１５＜ｋ＜０、又は、０＜ｋ＜＋６の範囲で設計される。

【0044】

前述した例では、非球面レンズ３０の凸部３０ｃの表面の形状は、コーニック定数ｋを変化させて設計されたが、コーニック定数ｋ、曲率ｃ、および非球面係数ａ_２ｉの少なくとも１つを変化させて設計してもよい。

【0045】

照射コリメートビームの強度分布を変調する２つの代表的な方法が考えられる。１つは、ビーム間の中心間距離の少なくとも１つが異なる複数のコリメートビーム２０ｂを球面レンズによって収束する方法である。もう１つは、本開示のように等間隔に配列された複数のコリメートビーム２０ｂを、非球面レンズ３０によって収束する方法である。発明者の分析によれば、後者の方が光源２０のサイズを小さくすることができ、それに伴い非球面レンズ３０のサイズを小さくすることができるため、発光装置１００をより小型化することができる。

【0046】

また、光源２０が、１つのパッケージに複数の半導体発光素子２５を搭載する構成であることによっても、発光装置１００の小型化が可能である。光源２０が複数のパッケージで構成されている場合の隣接する２つのパッケージから出射するコリメートビーム２０ｂの最短距離よりも、１つのパッケージ内における隣接する２つの半導体発光素子２５から出射するコリメートビーム２０ｂの最短距離の方が小さくし易いからである。すなわち、１つのパッケージに複数の半導体発光素子２５を搭載することにより、同数の半導体発光素子２５を複数のパッケージに分割配置する場合と比較して、複数のコリメートビーム２０ｂの照射範囲を小さくすることができる。これにより、非球面レンズ３０のサイズを小さくすることができ、発光装置１００をより小型化することができる。

【0047】

照射コリメートビームの強度分布の望ましい状態は、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の形状に応じて決めることができる。したがって、非球面レンズ３０の凸部３０ｃの表面の非球面形状は、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の形状に応じて適切に設計され得る。例えば、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の形状が、円形状、楕円形状、またはオーバル形状である場合、コーニック定数が負（ｋ＜０）である凸部３０ｃを有する非球面レンズ３０によって混合光の色むらを低減できる可能性がある。オーバル形状とは、円形状または楕円形状に類似する形状であって、交差しない閉曲線であり、少なくとも１箇所で線対称である形状を意味する。コリメートビーム２０ｂを行列状に配置した場合、図６に示す結果から、コーニック定数が負（ｋ＜０）であってその絶対値を大きくするほど行列状のコリメートビーム２０ｂの四隅が中央部に向かって収縮する傾向があるといえる。また、コーニック定数が正（ｋ＞０）であってその絶対値を大きくするほど行列状のコリメートビーム２０ｂの四隅が中央部から離れる方向に拡がる傾向があるといえる。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の形状が、円形状、楕円形状、またはオーバル形状である場合、例えば、凸部３０ｃの表面の非球面形状をコーニック定数が－１．０以下（ｋ≦－１．０）の曲面としてよい。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１の形状が矩形である場合、例えば、凸部３０ｃの表面の非球面形状をコーニック定数が０．５以上（ｋ≧０．５）の曲面とすることができる。

【0048】

非球面レンズ３０の凸部３０ｃの表面の非球面形状を変化させる以外に、照射コリメートビームの強度分布は、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１と、非球面レンズ３０の集光点Ｆとの距離を変化させて変調してもよい。

【0049】

＜光源２０の内部の構成例＞
次に、図７Ａを参照して、光源２０の内部の構成例を説明する。図７Ａは、図２Ｂに示す光源２０のうち、枠体２２および蓋体２３の記載が省略された図である。説明の便宜上、基部２１と光学素子２４とは、距離が実際よりも離れた状態で記載されている。

【0050】

基部２１の主面２１ｓ上には、半導体発光素子２５が、サブマウント２６を介して２行５列に配置されている。一方の行に並ぶ半導体発光素子２５の出射端面は、他方の行に並ぶ半導体発光素子２５の出射端面に対向している。このように、複数の半導体発光素子２５は、非球面レンズ３０の光軸に垂直な面（ＸＹ平面）に沿って１行以上２列以上または２行以上１列以上の行列状に配列されている。サブマウント２６は、半導体発光素子２５のＺ方向における高さを調整することができる。隣接する半導体発光素子２５の中心間距離は、例えば０．８５ｍｍ以上である。これにより、互いの半導体発光素子２５が及ぼす発熱の影響を低減することができる。一方で、光源２０の小型化を考えれば、隣接する半導体発光素子２５の中心間距離は、例えば２．５ｍｍ以下であることが望ましい。図７Ａに示す例では、複数の半導体発光素子２５は、行方向に等間隔に並び、かつ列方向に等間隔に並んでいるが、等間隔でなくてもよい。前述したように、隣接する半導体発光素子２５の中心間距離を調整することによって、照射コリメートビームの強度分布を変調することも可能である。また、複数の半導体発光素子２５の配置としては、１列のみの配置のほか、複数行および複数列のマトリックス状の配置が挙げられる。

【0051】

基部２１の主面２１ｓ上には、光反射部材２７が、２行５列に配置されている。光反射部材２７の斜面に設けられた反射面２７ｒは、半導体発光素子２５の出射端面に対面しており、半導体発光素子２５から出射された光を反射する面である。光反射部材２７における反射面２７ｒと基部２１の主面２１ｓとがなす角度は、半導体発光素子２５および光学素子２４の配置関係によって決まる。図７Ａに示す例では、この角度は４５度であるが、４５度以外の角度でもよい。２行に並ぶ半導体発光素子２５から出射された光は、光反射部材２７における反射面２７ｒによって基部２１の主面２１ｓから離れる方向に反射され、光学素子２４に入射する。２行に並ぶ半導体発光素子２５のうち、一方の行の半導体発光素子２５は、＋Ｙ方向に光を出射し、他方の行の半導体発光素子２５は、－Ｙ方向に光を出射する。＋Ｙ方向は、図７Ａの矢印方向に対応し、－Ｙ方向は、図７Ａの矢印とは反対の方向に対応する。

【0052】

光反射部材２７は、例えば、石英もしくはＢＫ７（硼珪酸ガラス）などのガラス、アルミニウムなどの金属、またはＳｉを主な構成材料とすることができる。光反射部材２７における反射面２７ｒは、半導体発光素子２５が発する光に対する反射率が比較的高い材料から形成されていることが望ましい。この材料は、金属または誘電体多層膜である。反射面２７ｒの光反射率は、例えば、半導体発光素子２５が発する光のピーク波長において、７０％以上とすることができ、９０％としてもよい。光反射部材２７は、複数の光反射面を有していてもよい。光源２０は、光反射部材２７以外に光反射部材をさらに備えてもよい。

【0053】

光学素子２４は、２行５列に配列されたコリメートレンズ２４ｌを備える。コリメートレンズ２４ｌは、半導体発光素子２５から出射された光がそのコリメートレンズ２４ｌを通過する位置に設けられている。光学素子２４は、２行５列に配列されたコリメートレンズ２４ｌから２行５列のコリメートビームを出射する。

【0054】

光学素子２４におけるコリメートレンズ２４ｌは、例えば、ガラス、石英、サファイア、透明セラミックス、およびプラスチックの少なくとも１つから形成されていてもよい。光学素子２４のＸ方向およびＹ方向におけるサイズは例えば１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、Ｚ方向における厚さは例えば２.０ｍｍ以上５.０ｍｍ以下である。

【0055】

なお、半導体発光素子２５の個数および配置関係は図７Ａに示す個数および配置関係に限定されない。半導体発光素子２５の個数は複数とすることができる。光源２０の小型化のために、例えば３０個以下としてもよい。光学素子２４におけるコリメートレンズ２４ｌ、および光反射部材２７についても同様である。

【0056】

半導体発光素子２５は、例えば、レーザダイオードである。レーザダイオードは、コヒーレントな光を出射する。レーザダイオードは、ｎ側クラッド層、活性層、およびｐ側クラッド層がこの順に配置された構造を備える。レーザダイオードは、ｎ側クラッド層側に位置する電極（ｎ側の電極）と、ｐ側クラッド層側に位置する電極（ｐ側の電極）とをさらに備える。電極を透光性導電材料で形成し、クラッド層として用いることもできる。ｎ側の電極とｐ側の電極とに電圧を印加してしきい値以上の電流を流すことにより、レーザダイオードからレーザ光が出射される。図７Ａでは、レーザ光は、半導体発光素子２５の端面からＹ方向に平行な方向に出射される。出射されたレーザ光のスポットは、そのファーフィールドパターンとしてＺ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有する。レーザダイオードは、例えば可視領域におけるいずれかの色のレーザ光を出射することができる。可視領域以外の光を混合光の一部として活用する場合は、レーザダイオードは、紫外等の可視領域以外のレーザ光を出射するものであってもよい。図７Ａに示す複数の半導体発光素子２５のうち、すべてが同じ波長のレーザ光を出射してもよいし、少なくとも１つが異なる波長のレーザ光を出射してもよい。色むらを小さくするためには、複数の半導体発光素子２５からの光のすべてが同じ色であることが好ましい。

【0057】

蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を用いる場合は、例えば青色のレーザ光を出射するレーザダイオードを用いる。青色光の発光ピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内にあることが望ましく、４４０ｎｍ～４６０ｎｍの範囲内にあることがより望ましい。青色のレーザ光を出射するレーザダイオードとしては、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＧａＮを用いることができる。窒化物半導体を含む半導体レーザ素子は、組成を変えることで、紫外から可視領域までの光を発光可能である。

【0058】

半導体発光素子２５は、必要に応じて、パッケージによって気密封止され得る。基部２１、枠体２２、および蓋体２３は、半導体発光素子２５を気密封止するパッケージに相当する。このとき、半導体発光素子２５がレーザダイオードであれば、光源２０は半導体レーザパッケージであると言うことができる。半導体発光素子２５が比較的短波長（例えば約４８０ｎｍ以下の波長）のレーザ光を出射するレーザダイオードである場合、レーザダイオードの出射端面が外気に接していると、集塵効果などにより、動作中に端面劣化が進行していく可能性がある。このような端面劣化は、レーザダイオードの光出力低下を招き得る。レーザダイオードの信頼性を高めて寿命を延ばすため、レーザダイオードは気密封止されることが望ましい。

【0059】

なお、半導体発光素子２５は、インコヒーレントな光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。レンズと組み合わせる際にはレーザ光の方が光の損失を少なくできるため、半導体発光素子２５はレーザダイオードであることが好ましい。

【0060】

基部２１は、発光装置１００における基板１０と同様に、複数の半導体発光素子２５から発せられた熱を速やかに外部に放出するために、熱伝導率が比較的高い材料から形成されていていることが望ましい。同様に、サブマウント２６は、熱伝導率の高い材料から形成されていることが望ましい。基部２１の主材料としては、例えば、Ｃｕなどの金属、または、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミックスが挙げられる。サブマウント２６の主材料としては、窒化アルミニウム、または炭化ケイ素などが挙げられる。

【0061】

半導体発光素子２５は、その下面がサブマウント２６の上面に接合されている。したがって、半導体発光素子２５の側面が光出射面である場合、半導体発光素子２５は、基部２１の主面２１ｓに対して平行方向に光を出射する。例えば、半導体発光素子２５は、金属膜が設けられたサブマウント２６にＡｕ－Ｓｎなどの導電層を介して固定されている。なお、半導体発光素子２５は、直接Ｚ方向に光を出射するように設けられてもよい。このとき、光反射部材２７は必要ない。サブマウント２６のうち半導体発光素子２５が設けられた領域以外では、複数の半導体発光素子２５と枠体２２にあるリード端子２２ｌとのワイヤによる電気的な接続を容易にするために、ワイヤ接続用の導電層が設けられてもよい。

【0062】

次に、図７Ｂおよび図７Ｃを参照して、図３Ａおよび図３Ｂに示すコリメートビーム２０ｂのビーム幅の違いを説明する。ここでは、半導体発光素子２５は、レーザダイオードを含む。図７Ｂおよび図７Ｃは、それぞれ、半導体発光素子２５から出射されたレーザ光が光反射部材２７の反射面２７ｒによって反射され、光学素子２４のコリメートレンズ２４ｌによってコリメートされる様子を模式的に示す、ＹＺ平面およびＸＺ平面における断面図である。蓋体２３は、開口２３ｏを塞ぐ透光部材２３ｔと、透光部材２３ｔおよび光学素子２４との間に隙間を形成するスペーサ２３ｓとを備える。前述したように、半導体発光素子２５から出射されるレーザ光は、Ｚ方向に大きく広がり、Ｘ方向にはそれほど広がらない。したがって、図７Ｂに示すように、Ｚ方向に大きく広がったレーザ光が上方に向けて反射されコリメートされると、コリメートビーム２０ｂのＹ方向におけるビーム幅は広くなる。これに対して、図７Ｃに示すように、Ｘ方向にそれほど広がらないレーザ光が上方に向けて反射されコリメートされると、コリメートビーム２０ｂのＸ方向におけるビーム幅はそれほど広がらない。したがって、光学素子２４からＺ方向に出射されるコリメートビーム２０ｂのスポットは、ＸＹ平面においてＹ方向が長軸でありＸ方向が短軸である楕円形状を有する。なお、半導体発光素子２５から出射されるレーザ光のファーフィールドパターンは、ここで説明した形状に限るものではなく、例えば長軸と短軸が逆であってもよい。

【0063】

（非球面を有する集光部の変形例）
次に、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、本開示における非球面を有する集光部の変形例を説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂが、変形例における放物面反射鏡３１によって収束され、波長変換部４０における透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１に入射する様子を模式的に示すＹ方向から見た側面図である。図８Ａおよび図８Ｂでは、基板１０および筐体５０の記載は省略されている。変形例における放物面反射鏡３１は、放物面形状の反射面３１ｍを有している。反射面３１ｍは、放物面の軸３１ａ（Ｚ方向）に対して平行に進行する光を反射して軸３１ａ上にある集光点Ｆに収束させる。図８Ａおよび図８Ｂに示す反射面３１ｍのすべての部分がある必要はなく、光が当たる部分だけがあればよい。放物面反射鏡３１における反射面３１ｍ以外の部分の形状に制限はない。図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、光源２０は、２行５列に配列されたコリメートビーム２０ｂをＺ方向に出射する。透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１は、放物面反射鏡３１の反射面３１ｍによって反射された５つのコリメートビーム２０ｂのうち、真中のビームの光軸に対して垂直である。

【0064】

図８Ａに示す例では、真中のビームは、反射面３１ｍによってＸ方向に反射される。白抜きの矢印によって表された混合光は、透光領域４０ｔの光出射面４０ｓ２からＸ方向に出射される。図８Ｂに示す例では、図８Ａに示す例と比較して、光源２０が軸３１ａからより離れて位置する。図８Ｂに示す例でも、光源２０から出射されたコリメートビーム２０ｂは、すべて集光点Ｆに収束する。真中のビームは、反射面３１ｍによって斜め上方向に反射される。混合光は、波長変換部４０の光出射面４０ｓ２から斜め上方向に出射される。なお、図８Ａに示す例と比較して、光源２０が軸３１ａのより近くに位置する場合、混合光は、波長変換部４０の光出射面４０ｓ２から斜め下方向に出射される。

【0065】

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、集光点Ｆが、放物面反射鏡３１と透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１との間に位置するが、透光領域４０ｔの光入射面４０ｓ１が、放物面反射鏡３１と集光点Ｆとの間に位置してもよい。集光点Ｆは、透光領域４０ｔの内部に位置してもよい。

【0066】

変形例における反射面３１ｍは、放物面の形状を有している必要はなく、用途によっては、双曲面または楕円面などの非球面の形状を有していてもよい。本開示における非球面を有する集光部が放物面反射鏡３１のような非球面反射鏡であっても、混合光の色むらを低減することができる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本開示の発光装置は、照明器具、自動車などの移動体用ヘッドランプ、プロジェクタ光源、内視鏡用光源など、各種の光源に利用され得る。

【符号の説明】

【0068】

１０ 基板
１０ｓ 基板の主面
２０ 光源
２０ｂ コリメートビーム
２１ 基部
２１ｓ 基部の主面
２２ 枠体
２２ｌ 枠体にあるリード端子
２３ 蓋体
２４ 光学素子
２４ｌ 光学素子におけるコリメートレンズ
２５ 半導体発光素子
２６ サブマウント
２７ 光反射部材
２７ｒ 光反射部材における反射面
３０ 非球面レンズ
３０ｃ 凸部
３０ｆ 平板部分
３１ 放物面反射鏡
３１ａ 放物面の軸
３１ｍ 反射面
４０ 波長変換部
４０ｒ 反射領域
４０ｓ１ 光入射面
４０ｓ２ 光出射面
４０ｔ 透光領域
５０ 筐体
５０ｃ 蓋部分
５０ｅ 縁部分
５０ｏ 貫通孔
５０ｓ サポート
１００ 発光装置

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図9】