JP2010015902A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力で、光の取り出し効率が高く、放射が均一な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、ＬＤ１００と、レンズ１０１と、回転ミラー１１１と、蛍光板１０３とを備える。レンズ１０１は、ＬＤ１００より発生したレーザ光を平行光とする。回転ミラー１１１は可動機構を有しており、レンズ１０１を透過したレーザ光を反射させる。蛍光板１０３は蛍光体を含む。回転ミラー１１１により反射されたレーザ光は、蛍光体に照射されて励起される。可動機構により回転ミラー１１１を移動させることによって、回転ミラー１１１の反射面１１１ａで反射されたレーザ光を走査させる。蛍光体は、蛍光板１０３を走査するレーザ光の軌跡である、レーザ照射領域１０７上に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、半導体レーザを光源として用いた照明装置に関する。

照明装置は、光源の形状により点状、線状および面状に分類される。一般照明に用いられる光源としては、白熱電球や蛍光灯がある。白熱電球は、アルゴンガスなどを充填した真空ガラス球内のフィラメントに電流を流し、白熱したフィラメントからの熱放射により可視光を得る光源である。蛍光灯は、低圧のガラス管内に水銀蒸気を充填し、電極フィラメントからの熱電子が水銀原子に衝突して得られた紫外線を蛍光管内面に塗布した蛍光体に当てて可視光に変換する光源である。

近年、省エネ、環境への関心が高まってきており、照明装置に用いられる光源も、白熱電球から蛍光灯などの消費電力の低い光源への移行が進んでいる。また近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）も、発光効率が上がり消費電力が小さいことで、照明装置用光源として注目されている。照明用光源として用いられる白色ＬＥＤは、青色で発光するＬＥＤと青色光を吸収して黄色の蛍光を放射するＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）などの蛍光体との組み合わせ、または、紫外光を発光するＬＥＤと、紫外光を吸収して可視の蛍光（たとえば、赤、緑、青）を放射する蛍光体との組み合わせによって得られる。

ＬＥＤを用いて線状または面状の照明装置を実現するには、複数の白色ＬＥＤを線状または面状に並べる方法、もしくは導光体を用いる方法などがある。導光体を用いる方法では、ファイバ状または板状の導光体にＬＥＤ光を結合させ、導光体にＬＥＤ光を白色光に変換する蛍光体を含有させることにより、線状または面状の照明装置を実現できる。

また、ＧａＮ系などの半導体レーザ（以下、ＬＤ：Laser Diode）を光源とした白色照明装置も開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、半導体レーザからのレーザ光で蛍光体を励起して照明光を得る照明用光源装置が提案されている。

また半導体レーザは、出力される光が細く絞られて強い指向性を有するという特徴を有する。この特徴を利用して、半導体レーザを光ファイバに結合し、光ファイバのクラッドの周りに蛍光物質を設けることにより、線光源が得られる。たとえば特許文献２では、線状またはファイバ状の導光体構造を用いた発光装置の一例が提案されている。

特許文献２に開示されている線状導光体構造においては、中心のコア部を同心円状に含むようにクラッド層が形成され、さらにその周りが同心円状の被覆部で覆われている。そして蛍光物質がこの被覆部中に分散されている。このような光ファイバの一端面に接続されている半導体レーザ素子に通電すれば、そのファイバ内に導入されたレーザ光によって被覆部内の蛍光物質が励起されて、その蛍光物質から蛍光が空間に放出される。
特開平７−２８２６０９号公報 特開２００２−１４８４４２号公報

白熱電球は、電気エネルギーのほとんどが熱として失われてその一部が光として放射されるので、発光効率が悪く消費電力が大きい。また、線状および面状の照明装置用の光源には均一な発光が必要とされるが、白熱電球は点状光源であり、線状、面状の照明装置には適していない。一方蛍光灯は、有害な水銀を使用している、紫外線が出る、小型化が難しいなどの課題がある。

ＬＥＤを用いた線状および面状照明装置はＬＥＤを並べることで実現可能である。しかし、ＬＥＤ１個あたりの光の強度が弱いため、非常に多数のＬＥＤを並べる必要がある。そのため、各ＬＥＤ素子ごとに特性が異なると、制御回路が煩雑になったり、線または面全体を均一に発光させるのが難しくなったりする。また、ＬＥＤと導光体とを用いた面状、線状の照明装置では、ＬＥＤの光出力が小さく、均一に強い照明光を取り出すことが難しい。

また、特許文献２に記載のＬＤと光ファイバとを結合させた照明装置では、ＬＤにすることによりＬＥＤよりも大きい光出力をファイバに入れることが出来るが、光ファイバから漏れた光により蛍光体を励起するため、光の取り出し効率が悪く、強い照明光を取り出すことができない。また、光ファイバからの漏れ光を大きく設計し、強い照明光を取り出そうとしても、ファイバ内でレーザ光が減衰するため、均一な強い線状照明光を取り出すことが難しい。

また特許文献１に記載の従来の照明用光源装置では、光の取り出し効率が低く、線状または面状の光源も得ることが出来ない。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、低消費電力で、光の取り出し効率が高く、放射が均一な線状または面状の照明装置を提供することである。

本発明に係る照明装置は、半導体レーザ素子と、平行光生成部と、反射部と、蛍光部とを備える。平行光生成部は、半導体レーザ素子より発生したレーザ光を略平行光とする。反射部は可動機構を有しており、平行光生成部を透過したレーザ光を反射させる。蛍光部は蛍光体を含む。反射部により反射されたレーザ光は、蛍光体に照射されて励起される。可動機構により反射部を移動させることによって、反射部で反射されたレーザ光を走査させる。蛍光体は、蛍光部を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている。

ここで、半導体レーザ素子より発振され平行光生成部を透過したレーザ光は、すべての光が平行で同じ方向を向いており拡散することがなければ最も好ましい。しかし、蛍光部を走査するレーザ光の幅が十分に小さくなっており、線状の照明装置の光強度に影響を与えない程度であれば、平行光生成部を透過したレーザ光が完全に平行でなくてもよい。つまり、略平行光とは、平行光生成部を透過したレーザ光がすべて平行である場合を含み、また、平行光生成部を透過したレーザ光が完全には平行でないが平行に近くなっている場合を含むものとする。

上記照明装置において好ましくは、蛍光部は、蛍光体が線状に封入された蛍光板を含む。反射部は、回転可能に設けられた回転鏡を含む。回転鏡は、回転によりレーザ光を走査させて、線状に封入された蛍光体にレーザ光を照射するように設置されている。

好ましくは、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板を含む。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面から放射される。

好ましくは、蛍光板に対して被照射面と反対側に、反射板が設けられている。
好ましくは、照明装置は、蛍光板に対して被照射面側に設けられ、レーザ光が被照射面で反射して照明装置外部へ放出されるのを抑制する、レーザ光カット部をさらに備える。レーザ光カット部は、被照射面に形成され被照射面におけるレーザ光の波長の光の反射を防止する反射防止膜を含んでもよい。またレーザ光カット部は、被照射面から離れて設けられレーザ光の波長の光を遮断するフィルタを含んでもよい。

好ましくは、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板を含む。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面と、被照射面と反対側の裏面との両方から放射される。

好ましくは、反射部から蛍光部に直接照射されたレーザ光の一部が蛍光部で反射される。蛍光部で反射されたレーザ光は、蛍光部に再度照射されて蛍光に変換される。

好ましくは、半導体レーザ素子の発振するレーザ光の波長は４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。

この照明装置によると、低消費電力で均一な放射が可能な、線状または面状の照明装置を提供することができる。つまり、半導体レーザ素子より発生したレーザ光は光の波長が揃っており、平行光生成部を透過させることにより略平行光にすることが可能である。略平行光にすることにより、半導体レーザ素子から離れた地点まで損失なく同じ強度で光が伝わる。略平行光にしたレーザ光を走査させることにより、レーザ光が照射される蛍光部のレーザ光の軌跡上のいかなる点においても強い光強度が得られる。

蛍光部におけるレーザ光の軌跡上に蛍光体を配置することで、均一な放射が可能な、発光の均一性を向上させた線状または面状の照明装置を容易に実現することができる。多数の光源を並べる必要がなく、少ない光源で照明装置を実現できるので、発光効率が高く、照明装置の低消費電力化、回路の簡略化、低コスト化が図れる。蛍光部を変形させることにより、さまざまな形状の照明装置を容易に実現可能である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の照明装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す実施の形態１の照明装置の三面図であって、図２（ａ）は照明装置の平面図、図２（ｂ）は照明装置の正面図、図２（ｃ）は照明装置の左側面図を示す。なお、図１および図２ではわかりやすいように筐体内部を透視して図示している。実施の形態１の照明装置は、蛍光板を透過させて白色光を放射する直線状の照明装置である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の照明装置は、半導体レーザ素子としてのＬＤ１００を備える。ＬＤ１００は窒化物半導体レーザ素子であり、電流を注入することでレーザ発振が起こり、レーザ光が放出される。ＬＤ１００の活性層はＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸より構成され、発振波長は４０５ｎｍである。照明装置はまた、ＬＤ１００より発振されたレーザ光を平行光にする、平行光生成部としてのレンズ１０１を備える。レンズ１０１はコリメートレンズである。

照明装置はまた、レーザ光を反射させる反射部を備える。反射部は、六角柱型の回転ミラー１１１を含む。回転可能に設けられた回転鏡としての回転ミラー１１１は六角柱の回転体で、側面の六面がミラーになっている。照明装置はまた、蛍光体を含有した蛍光部を備える。蛍光部は蛍光板１０３を含む。蛍光体は、蛍光板１０３に線状に封入されている。上記の照明装置の構成は、いずれも筐体１０４の内部に配置されている。

ＬＤ１００より発振されたレーザ光の軌跡１０５について説明する。上述の通り、レーザ光はＬＤ１００に電流を注入することにより発生し、レンズ１０１によって平行光とされる。レンズ１０１を通過したレーザ光は、軌跡１０５ａに示すように、回転ミラー１１１へと至り、回転ミラー１１１の一側面である反射面１１１ａで反射される。反射したレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように、蛍光体を含有した蛍光板１０３に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光を蛍光へ変換する。この蛍光が照明光１０６として前方（照明装置の正面側）へ放射される。

ここで回転ミラー１１１は、モータなどの図示しない可動機構を有しており、可動機構の作用によって回転している。そのため、回転ミラー１１１により反射された光は、直線状に振動する。可動機構により回転ミラー１１１を回転移動させることによって、回転ミラー１１１で反射されたレーザ光を走査させる。レーザ光は、多角柱形の回転ミラー１１１の側面で反射されることにより、直線状に走査される。回転ミラー１１１は、回転によりレーザ光を走査させるように設置されている。

レーザ光の振動する直線状の軌跡上に蛍光体が配置されるように、蛍光板１０３を設置する。蛍光体は、蛍光板１０３を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている。図１および図２に示すレーザ照射領域１０７は、線状に走査されたレーザ光が蛍光板１０３に照射される領域を示す。回転ミラー１１１により反射されたレーザ光が蛍光板１０３に線状に封入された蛍光体に照射されることにより、蛍光体が励起され、レーザ光は蛍光体により蛍光に変換される。このようにして、線状光源が得られる。このとき、レーザ光はレンズ１０１により平行光となっているため、レーザ光は減衰することなく進み、蛍光板１０３のどの位置においても同じレーザ光強度で励起される。そのため、蛍光板上に均一な線状の照明光が得られる。

レーザ光により励起される蛍光体には、赤色の光を発光する蛍光体と緑色の光を発光する蛍光体と青色の光を発光する蛍光体とが混合され分散された、アクリル樹脂板を使用した。赤色の光を発光する蛍光体としてたとえばＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋などを、緑色の光を発光する蛍光体としてたとえばＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌなど、青色の光を発光する蛍光体としてたとえば（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６：Ｅｕ^２＋）などを用いた。

蛍光体材料はこれに限るものではなく、レーザ光の発振波長の光で励起され、赤色、青色、緑色の光を発光する蛍光体であればよい。酸窒化物蛍光体やナノ粒子蛍光体なども使用することが出来る。また、蛍光体の組み合わせも、赤色、青色、緑色の組み合わせに限るものではなく、青緑色と赤色の組み合わせや、青色と黄色の組み合わせなど、さまざまな組み合わせにより白色照明光を得ることが出来る。

レーザ光が照射した蛍光体は、レーザ光の波長よりも大きいエネルギーの光は発光しないため、白色照明光を得るには、レーザ光の波長は、青色（４５０ｎｍ）以下が望ましい。また、レーザ光が紫外線の場合、照明装置の外へレーザ光の一部が漏れると人体に紫外線が照射されることになるため、レーザ光の波長は４００ｎｍ以上が望ましい。つまり、ＬＤ１００の発振するレーザ光の波長は、４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下が望ましい。

図３は、実施の形態１の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図３は図２（ａ）と同様に、照明装置を上面視した図であり、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、矢印Ｒ方向に回転中の回転ミラー１１１を所定の位置で止めたときの図である。具体的には、図３（ａ）は、六角柱状の回転ミラー１１１のある一面である反射面１１１ａの一端にレーザ光がさしかかったときの図である。図３（ｂ）は、回転ミラー１１１が図３（ａ）の位置から少し回転して、反射面１１１ａの途中にレーザ光がさしかかったときの図である。図３（ｃ）は、回転ミラー１１１の反射面１１１ａの上記一端と反対側の他端にレーザ光にさしかかったときの図である。

図３（ａ）では、反射面１１１ａで反射されたレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように蛍光板１０３の図中右端部に照射され、この位置の蛍光体が励起され照明光１０６が放射される。図３（ｂ）では、反射面１１１ａで反射されたレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように図３（ａ）に比べて蛍光板１０３の図中左側の位置に照射され、この位置の蛍光体から照明光１０６が放射される。図３（ｃ）では、反射面１１１ａで反射されたレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように蛍光板１０３の図中左端部に照射され、この位置の蛍光体が励起され照明光１０６が放射される。

そしてさらに回転ミラー１１１が矢印Ｒ方向に回転すると、レーザ光が照射される位置は、反射面１１１ａの隣の六角柱の側面のミラーに移り、図３（ａ）に示す位置になる。このように六角柱状の回転ミラー１１１を高速で回転させることにより、レーザ光が蛍光板１０３を線状にスキャン（走査）し、蛍光板１０３から直線状の照明光１０６を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態１の照明装置では、ＬＤ１００より発生した強度の強いレーザ光は光の波長が揃っており、レンズ１０１を透過させることにより平行光に絞ることが可能である。平行光にすることにより、ＬＤから離れた地点まで損失なく同じ強度で光が伝わる。平行光にしたレーザ光を走査させることにより、蛍光板１０３のレーザ照射領域１０７のいかなる点においても強い光強度が得られる。レーザ照射領域１０７上に蛍光体を配置し直接蛍光体を励起することで、均一な放射が可能な、発光の均一性を向上させた線状の照明装置を容易に実現することができる。多数の光源を並べる必要がなく少ない光源で照明装置を実現でき、発光効率が高く、照明装置の低消費電力化、回路の簡略化、低コスト化が図れる。また蛍光体を線状のレーザ照射領域１０７に封入すればレーザ光を蛍光に変換できるので、蛍光体の必要量を低減することができ、より低コストな照明装置を実現できる。従来のようにレーザ光の漏れ光を利用せず、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光１０６を取り出すことが可能となった。

また、照明装置は回転可能に設けられた回転ミラー１１１を含んでいる。回転ミラー１１１の回転によりレーザ光を走査させて蛍光体にレーザ光を照射しているので、簡単な構造によってレーザ光を走査させて、均一な線状の照明装置を得ることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２の照明装置の構成を示す斜視図である。図５は、図４に示す実施の形態２の照明装置の三面図であって、図５（ａ）は照明装置の平面図、図５（ｂ）は照明装置の正面図、図５（ｃ）は照明装置の左側面図を示す。実施の形態１では蛍光板１０３に照射されて蛍光板１０３を透過したレーザ光を照明光１０６として利用しているのに対し、実施の形態２ではレーザ光が蛍光板１０３に照射された側から蛍光板１０３で反射した光を取り出して照明光１０６として利用している点で、実施の形態１と異なっている。

つまり、実施の形態２の照明装置は、レーザ光が蛍光板１０３に反射した側から白色光を放出する、直線状照明装置である。具体的には、図４および図５に示すように、実施の形態２の照明装置は、八角柱型の回転ミラー１０２を備える。回転ミラー１０２は八角柱の回転体で、側面の八面がミラーになっている。蛍光板１０３は、実施の形態１では筐体１０４の正面に設けられていたのに対し、実施の形態２では筐体１０４の背面に設けられている。また図５（ｂ），（ｃ）に示すように、ＬＤ１００およびレンズ１０１は蛍光板１０３より下方に設置されている。

ＬＤ１００より発振されレンズ１０１を通過したレーザ光は、軌跡１０５ａに示すように、回転ミラー１０２へと至り、回転ミラー１０２の一側面で反射される。反射したレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように、蛍光体を含有した蛍光板１０３に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光を蛍光へ変換して前方（蛍光板１０３にレーザ光が照射される被照射面１０３ａ側）へ放射する。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、蛍光板１０３の被照射面１０３ａから放射され、蛍光板１０３が設置された照明装置の背面１０４ｂ側（後方側）と反対側の正面１０４ａ側（前方側）に設けられた照明光取り出し窓１１５を通って、照明光１０６として照明装置の外部に放出される。

回転ミラー１０２は、実施の形態１の回転ミラー１１１と同様に、レーザ光を直線状に振動させる。レーザ光は、多角柱形の回転ミラー１０２の側面で反射されることにより、直線状に走査される。回転ミラー１０２は八角柱状に形成されているために、実施の形態１と比較して、回転ミラー１０２が一回転する間のレーザ光の振動数が増加し、蛍光板１０３により均一に線状のレーザ光を照射できる。つまり、多角柱形状に形成された回転ミラーでは、底面および天井面を形成する多角形の頂点の数が多いほど、回転ミラーが一回転する間のレーザ光の振動数を増加させることができるので、蛍光板に照射するレーザ光強度の均一性を向上させることができる。

ＬＤ１００およびレンズ１０１は蛍光板１０３より下方に設置されており、レーザ光は上下方向に斜めに照射されている。そのため、ＬＤ１００などが照明光１０６の陰になり照明装置からの光取出しを阻害し取り出し効率を低下させることを回避できる構成とされている。

図６は、実施の形態２の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図３を参照して説明した実施の形態１の照明装置と同様に、八角柱状の回転ミラー１０２を高速で回転させることにより、反射面１０２ａで反射されたレーザ光が蛍光板１０３を線状にスキャン（走査）し、蛍光板１０３から直線状の照明光１０６を得ることができる。なお、図５（ｂ）に示すレーザ照射領域１０７は、蛍光板１０３のレーザ光が照射された領域を示している。

実施の形態１と同様に、強度の強いレーザ光を平行光に絞り直接蛍光体を励起するため、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光１０６を取り出すことが可能となる。実施の形態１では蛍光板１０３のレーザ光照射側と反対側から照明光１０６を取り出していたのに対し、実施の形態２では蛍光板１０３のレーザ光照射側（被照射面１０３ａ側）から照明光１０６を取り出している。両者を比較したところ、蛍光体のレーザ光照射側から照明光１０６を取り出したほうが照明光１０６の取り出し効率が上がり、強い照明光１０６が得られることが分かった。また、レーザ光が走査した線で特に強い照明光１０６が放出し、強くて細い線状光源が得られた。したがって、実施の形態２の照明装置によれば、より光強度の強い線状の照明装置を得ることができる。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３の照明装置の平面図である。実施の形態３の照明装置は、蛍光板１０３の前方側（レーザ光が照射される蛍光板１０３の被照射面１０３ａ側）に反射防止膜１０８が形成されている点で、実施の形態２と異なっている。

半導体レーザを照明装置の光源として使用する際、レーザ光としてそのまま照明装置の外へ放射された場合に、たとえば目にレーザ光が入ると、眼球に損傷を与える可能性がある。そのため、レーザ光は照明装置の外へ放射されないようにすることが望ましい。本実施の形態ではその対策として、蛍光板１０３のレーザ光が照射される被照射面１０３ａに反射防止膜１０８を形成する。反射防止膜１０８は、被照射面１０３ａにおけるレーザ光の波長の光の反射を防止する。反射防止膜１０８は、蛍光板１０３の被照射面１０３ａ側に設けられており、レーザ光が蛍光板１０３の被照射面１０３ａで反射して照明装置外部へ放出するのを抑制する。

反射防止膜１０８は、単層または屈折率の異なる２層以上の薄膜材料を、たとえば真空蒸着により形成することにより実現する。２層以上の薄膜材料で形成する場合は、高屈折率材料と低屈折率材料との組合せで実現できる。低屈折率薄膜材料としてたとえば、ＭｇＦ_２，ＳｉＯ_２などを用いることができる。また、高屈折率薄膜材料として、ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＨｆＯ_２などを用いることができる。

たとえば、反射防止膜１０８を単層で形成する例として、蛍光板にＭｇＦ_２を膜厚７０ｎｍ蒸着して形成する。２層で形成する例として、ＴｉＯ_２を膜厚１００ｎｍおよびＳｉＯ_２を膜厚９０ｎｍの順に蛍光板に蒸着して形成する。３層で形成する例として、Ａｌ_２Ｏ_３を膜厚７５ｎｍ、ＺｒＯ_２を膜厚１２５ｎｍおよびＭｇＦ_２を膜厚９０ｎｍの順に蛍光板に蒸着して形成する。薄膜材料、層数、層厚はこれに限られるものではなく、半導体レーザの波長に対して反射率が低くなるように設計することで適宜最適化して用いられる。

図２４は、反射防止膜が形成された蛍光板の反射率を示すグラフである。図２４の横軸は反射防止膜１０８に入射する光の波長（単位：ｎｍ）を示す。図２４の縦軸は反射防止膜１０８が形成された蛍光板１０３に入射した光の各波長に対する反射率（単位：％）を示す。図２４において、横軸が４０５ｎｍのときの対応する反射率のグラフの縦軸の値はほぼ０％となっている。つまり、半導体レーザの波長４０５ｎｍに対して、蛍光板１０３におけるレーザ光の反射率が低減できていることがわかる。

反射防止膜１０８を使用することで、半導体レーザの反射光が照明装置の外へ放出されるのを防ぎ、目に対する安全性を確保する効果が得られる。つまり、反射防止膜１０８がレーザ光カット部として機能することにより、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。加えて、反射が低下する分、蛍光板１０３へ入射するレーザ光が増加するため、レーザ光をより有効に蛍光に変換することができるようになる。

（実施の形態４）
図８は、実施の形態４の照明装置の平面図である。実施の形態４の照明装置は、蛍光板１０３の後方側（蛍光板１０３のレーザ光が照射される被照射面１０３ａと反対側の裏面１０３ｂ側）に反射板１０９が設けられている点で、実施の形態２と異なっている。

本実施の形態では、蛍光板１０３に対して裏面１０３ｂ側に反射板１０９が設けられており、蛍光板１０３を透過したレーザ光が反射板１０９で反射し、さらに蛍光板１０３に封入された蛍光体を励起する。そのため、実施の形態２と比べて一層強い光を取り出すことが出来た。

（実施の形態５）
図９は、実施の形態５の照明装置の平面図である。実施の形態５の照明装置は、蛍光板１０３が設けられている筐体１０４の背面１０４ｂ側と反対側の正面１０４ａ側に設けられた、蛍光体により励起された蛍光が照明光１０６として外部へ放射される照明光取り出し窓１１５に、フィルタ１１０が設けられている点で、実施の形態２と異なっている。

本実施の形態では、照明装置の照明光取り出し窓１１５に、レーザ光の波長の光が透過しないフィルタ１１０を設けている。フィルタ１１０は、蛍光板１０３の被照射面１０３ａから離れて設けられており、レーザ光の波長の光を遮断する。半導体レーザは波長の線幅が極めて細いため、フィルタ１１０によりその光を遮断させやすい。また、半導体レーザは４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を使用しているため、半導体レーザの光を遮断しても、照明光１０６としての色味や強度は変わらない。

フィルタ１１０は、屈折率の異なる２層以上の薄膜材料をたとえば真空蒸着により形成することにより実現する。薄膜材料として、高屈折率材料と低屈折率材料とを組合せて積層する。低屈折率薄膜材料としてたとえば、ＭｇＦ_２，ＳｉＯ_２などを用いることができる。また、高屈折率薄膜材料として、ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＨｆＯ_２などを用いることができる。

たとえば、ＳｉＯ_２を膜厚３０ｎｍ、（ＴｉＯ_２を膜厚３５ｎｍおよびＳｉＯ_２を膜厚６０ｎｍ）を１０回繰り返し、さらにＴｉＯ_２を膜厚３５ｎｍ、ＳｉＯ_２を膜厚３０ｎｍの順に蒸着して形成する。薄膜材料、層数、層厚はこれに限られるものではなく、半導体レーザの波長に対して透過率が低く、かつ、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの可視光に対して透過率が高くなるように設計することで適宜最適化して用いられる。

図２５は、フィルタへの入射光の波長と入射光がフィルタを透過する透過率との関係を示すグラフである。図２５の横軸はフィルタへ入射する光の波長（単位：ｎｍ）を示す。図２５の縦軸は、フィルタへ入射する各波長の光に対する、光がフィルタを透過する率である透過率（単位：％）を示す。図２５において、横軸が４０５ｎｍの時の対応する透過率のグラフの縦軸の値はほぼ０％となっている。つまり、半導体レーザの波長４０５ｎｍに対しては光がフィルタを透過せず、レーザ光をフィルタによってカットできることがわかる。また、図２５において、横軸が４４０ｎｍ以上の波長に対して対応する透過率のグラフの縦軸の値はほぼ１００％となっている。つまり、照明光として利用する４４０ｎｍ以上の波長に対しては、ほぼ１００％の光がフィルタを透過することがわかる。

このフィルタ１１０により、実施の形態３と同様、レーザ光が蛍光板１０３で反射して照明装置の外へ放出するのを防いでいる。フィルタ１１０は、レーザ光が蛍光板１０３の被照射面１０３ａで反射して照明装置外部へ放出するのを抑制する。このフィルタ１１０がレーザ光カット部として機能することにより、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。

（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６の照明装置の構成を示す斜視図である。図１１は、図１０に示す実施の形態６の照明装置の三面図である。実施の形態１では蛍光板１０３に照射されて蛍光板１０３を透過したレーザ光を照明光１０６として利用しており、実施の形態２ではレーザ光が蛍光板１０３に照射された側から蛍光板１０３で反射した光を取り出して照明光１０６として利用している。これに対し、実施の形態６では、蛍光板１０３の両側から光を取り出して照明光１０６として利用している点で、実施の形態１および２と異なっている。

つまり、実施の形態６の照明装置は、レーザ光が蛍光板１０３に反射した両側（すなわち、蛍光板１０３にレーザ光が照射される被照射面１０３ａ側および被照射面１０３ａと反対側の裏面１０３ｂ側の両側）から白色光を放出する、直線状照明装置である。図１０および図１１に示すように、実施の形態６の照明装置は、円柱型の回転ミラー１１３を備える。回転ミラー１１３は直円柱の回転体で、側面の円柱面がミラーになっており、回転軸１１４は円柱の軸からやや傾いて偏心して回転している。実施の形態２と同様に、蛍光板１０３は筐体１０４の背面に設けられており、ＬＤ１００およびレンズ１０１は蛍光板１０３より下方に設置されている。

ＬＤ１００より発振されレンズ１０１を通過したレーザ光は、軌跡１０５ａに示すように、回転ミラー１１３へと至り、回転ミラー１１３の一側面で反射される。反射したレーザ光は、軌跡１０５ｂに示すように、蛍光体を含有した蛍光板１０３に照射される。蛍光体はレーザ光により励起される。レーザ光が蛍光体により変換された蛍光は、前方（蛍光板１０３にレーザ光が照射される被照射面１０３ａ側）および後方（被照射面１０３ａ側と反対の裏面１０３ｂ側）の両方から放出され、照明光１０６として照明装置の外部へ取り出される。

円柱状の回転ミラー１１３は、偏心傾斜軸である回転軸１１４を中心として回転しているために、レーザ光を直線状に振動させることができる構成とされている。レーザ光は、回転軸１１４を偏心かつ傾斜させた円柱形の回転ミラー１１３の側面で反射されることにより、直線状に走査される。

図１２は、実施の形態６の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図３を参照して説明した実施の形態１の照明装置と同様に、円柱状の回転ミラー１１３を偏心傾斜軸を中心として高速で回転させることにより、反射面で反射されたレーザ光が蛍光板１０３を線状にスキャン（走査）し、蛍光板１０３から直線状の照明光１０６を得ることができる。なお、図１１（ｂ）に示すレーザ照射領域１０７は、蛍光板１０３のレーザ光が照射された領域を示している。

実施の形態１と同様に、強度の強いレーザ光を平行光に絞り直接蛍光体を励起するため、照明装置の発光効率が良く、また強い線状の照明光１０６を取り出すことが可能となる。また、本実施形態では、蛍光体の両側から照明光１０６を取り出しているため、照明光１０６の取り出し効率が向上した。

（実施の形態７）
図１３は、実施の形態７の照明装置の構成を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す実施の形態７の照明装置の三面図である。実施の形態６では蛍光板１０３の両側から光を取り出している。これに対し、本実施の形態では、実施の形態６で照明光取り出し窓１１５が形成されていた位置に反射板１１６を設置し、蛍光板１０３の両側から取り出した照明光１０６の両方を、筐体１０４の蛍光板１０３が設けられた側から取り出している点で、実施の形態６と異なっている。なお、図１３および図１４では、図１０および図１１に対して筐体１０４の正面側および背面側が反転して図示されており、回転ミラー１１３は図１０では図右側に配置されているのに対し図１３では図左側に配置されている。

蛍光板１０３にレーザ光が照射される被照射面側で反射した照明光１０６は、照明装置の蛍光板１０３と反対側に設けられた反射板１１６によって再度反射され、蛍光板１０３の上下に設けた照明光取り出し窓１１５を通って、照明装置の外へ放出される。このように蛍光板１０３を透過した照明光１０６も、被照射面で反射した照明光１０６も同じ方向に取り出すことができ、蛍光板１０３によって発生した照明光１０６を無駄なく同じ方向から取り出すことが出来るようになり、より発光効率が向上した。

（実施の形態８）
図１５は、実施の形態８の照明装置の構成を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す実施の形態８の照明装置の三面図である。実施の形態７では蛍光板１０３の両側から放射された照明光１０６を反射板１１６を用いて筐体１０４の同じ側から取り出している。本実施の形態では、実施の形態７の反射板１１６を曲面状に設計し、蛍光板１０３の両側から放射される照明光１０６を、より効率的に筐体１０４の一方向から照明光１０６として取り出している。

本実施の形態の照明装置は、実施の形態３と同様に、蛍光板１０３の被照射面側に反射防止膜１０８が形成されている。反射防止膜１０８はレーザ光が蛍光板１０３により反射して照明装置の外へレーザ光として放出するのを防いでおり、目に対する安全性を確保している。

実施の形態７と同様に、蛍光板１０３を透過した照明光１０６も、被照射面で反射した照明光１０６も同じ方向に取り出すことができる。加えて実施の形態８では、反射板１１７を曲面で設計しているため、蛍光板１０３によって発生した照明光１０６をより無駄なく同じ方向から取り出すことが出来るようになり、より発光効率が向上した。また、図１６（ｃ）に示す側面視したときの形状を放物線形状とするように反射板１１７を形成し、かつ蛍光板１０３を当該放物線形状の焦点に配置することができ、その場合反射板１１７で反射され照明装置の外部へ放射される照明光１０６を平行光とすることができるので、より好ましい。

（実施の形態９）
図１７は、実施の形態９の照明装置の構成を示す斜視図である。図１８は、図１７に示す実施の形態９の照明装置の三面図である。本実施の形態では、蛍光板１２０の両側から光を放射状に取り出している。

実施の形態９の照明装置は、三角柱型の回転ミラー１１２を備える。回転ミラー１１２は三角柱の回転体で、側面の三面がミラーになっている。回転ミラー１１２の一側面に当たり反射したレーザ光は、蛍光体を含有した蛍光板１２０に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光が蛍光板１２０に反射した両側（すなわち、蛍光板１２０にレーザ光が照射される被照射面側および被照射面と反対側の裏面側の両側）へ、照明光１０６として放出される。

蛍光板１２０の被照射面側より放出された照明光１０６は、蛍光板１２０の周りに設置されたフィルタ１２３を通って、照明装置の外へ放出する。フィルタ１２３はレーザ光の波長の光を遮断する。半導体レーザは４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を使用しているため、半導体レーザの光を遮断しても、照明光１０６の色味や強度は変わらない。

回転ミラー１１２は、可動機構の作用によって回転しているため、回転ミラー１１２により反射された光は線状に走査される。レーザ光の走査される線状の軌跡上に蛍光体が配置されるように蛍光板１２０を設置することにより、線状に配置された蛍光体が励起され、線状光源が得られる。本実施の形態では、蛍光板１２０を曲面形状に形成している。たとえば蛍光板１２０を楕円柱面形状に形成することができる。照明光１０６は、曲面形状の蛍光板１２０に線状に配置された蛍光体から、照明装置外部へ放射状に放射される。

図１９は、実施の形態９の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。三角柱状の回転ミラー１１２を高速で回転させることにより、反射面１１２ａで反射されたレーザ光が蛍光板１２０を線状にスキャン（走査）し、蛍光板１２０から線状の照明光１０６を得ることができる。なお、図１８（ｂ）に示すレーザ照射領域１０７は、蛍光板１０３のレーザ光が照射された領域を示している。

回転ミラー１１２は三角柱状に形成されているために、回転ミラー１１２の所定の一面で反射されるレーザ光の、放射される角度の範囲を大きくすることができ、反射面１１２ａで反射されたレーザ光がスキャンする範囲をより拡大することができる。つまり、多角柱形状に形成された回転ミラーでは、底面および天井面を形成する多角形の頂点の数が少ないほど、回転ミラーが一回転する間のレーザ光の走査領域を拡大することができる。レーザ光の走査領域に合わせて曲面形状に形成された蛍光板１２０を用いることにより、放射される光強度の均一性を向上させた面状光源を得ることができる。

本実施の形態では、蛍光板１２０にレーザ光が照射され、レーザ光の一部が蛍光板１２０で反射されている。蛍光板１２０で一旦反射したレーザ光が、軌跡１０５ｃに示すように蛍光板の１２０の他の領域に照射され、照射された領域でさらにレーザ光が蛍光に変換されている。一次反射光（回転ミラー１１２から蛍光板１２０に直接照射され、蛍光板１２０で一回反射されたレーザ光）は、レーザ光としての強度は低下するものの、蛍光体を励起するのに十分な強度が残っている。

このような一次反射光を蛍光に変換して照明光１０６として取り出すことで、レーザ光の照明光１０６への変換効率が向上するのと同時に、装置外へ放出されるレーザ光強度を適度に低下させて目に対する安全性が向上する。本実施の形態ではさらに、レーザ光の波長が透過しないフィルタ１２３を用い、蛍光体に反射したレーザ光を照明装置の外へ放出するのを防いでおり、更に目に対する安全性を確保している。

レーザ光を平行光に絞り、強度の強いレーザ光により直接蛍光体を励起するため、発光効率が良く、強い線上の照明光を取り出すことが可能となる。また、本実施の形態では、蛍光体の両側から照明光を取り出しているため、照明光１０６の取り出し効率が向上した上、目に安全な線状光源の半導体レーザ照明装置が得られる。蛍光板１２０が変形されて曲面形状に形成されていることにより、曲面形状の照明装置を容易に実現可能である。

（実施の形態１０）
図２０は、実施の形態１０の照明装置の構成を示す斜視図である。図２１は、図２０に示す実施の形態１０の照明装置の平面図である。図２２は、実施の形態１０の各構成部材の分解平面図である。

実施の形態１０の照明装置は、円柱型の回転ミラー１１９を備える。回転ミラー１１９は直円柱の回転体で、円形の頂面１１９ａがミラーになっている。回転ミラー１１９は、円柱の中心軸と回転軸１１４とがずれている。回転軸１１４は円柱の軸からやや傾いて偏心して回転している。

回転ミラー１１９の頂面１１９ａに当たり反射したレーザ光は、蛍光体を含有した蛍光板１２１に照射される。蛍光体はレーザ光により励起され、レーザ光が蛍光板１２１に反射した両側（すなわち、蛍光板１２１にレーザ光が照射される被照射面側および被照射面と反対側の裏面側の両側）へ、照明光１０６として放出される。蛍光板１２１の被照射面側より放出された照明光は、反射板１１８に反射して図２０に示す上方へ放出する。また、蛍光板１２１により反射したレーザ光は、反射板１１８の一部に形成された蛍光板１２２に封入された蛍光体を励起し、蛍光に変換されて照明光１０６として照明装置の外部へ放出される。

円柱状の回転ミラー１１９は、偏心傾斜軸である回転軸１１４を中心として回転しているために、レーザ光は円状に走査される。レーザ光は、回転軸１１４を偏心かつ傾斜させた円柱形の回転ミラー１１９の頂面１１９ａで反射されることにより、円周状に走査される。レーザ光の走査される円状の軌跡上に蛍光体が配置されるように蛍光板１２１を設置することにより、円状に配置された蛍光体がレーザ光の照射により励起され、線（円）状光源が得られる。このとき、レーザ光は平行光となっているため、蛍光板１２１のどの位置においても同じレーザ光強度で励起される。そのため、均一な細い線状の円形照明光が得られる。

図２３は、実施の形態１０の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。図２３（ａ），（ｃ），（ｅ）はそれぞれ、回転軸１１４回りに回転中の回転ミラー１１９を所定の位置で止めたときの図である。説明のため反射板１１８は図示を省略されている。図２３（ｂ），（ｄ），（ｆ）はそれぞれ、図２３（ａ），（ｃ），（ｅ）に対応するときの、照明装置を上方から見た図である。図２３（ｂ），（ｄ），（ｆ）では、蛍光板１２１の下方にある回転ミラー１１９を破線で図示している。

図２３（ａ），（ｂ）に示す回転ミラー１１９の位置においてレーザ光が回転ミラー１１９の頂面１１９ａで反射したとき、反射したレーザ光は蛍光板１２１の図中右端部に照射され、この位置の蛍光体が励起されて照明光１０６が照射される。図２３（ｃ），（ｄ）では回転ミラー１１９が少し回転しており、回転ミラー１１９の頂面１１９ａで反射したレーザ光は蛍光板１２１の図中手前部分に照射されている。図２３（ｅ），（ｆ）では回転ミラー１１９がさらに回転し、回転ミラー１１９の頂面１１９ａで反射したレーザ光は蛍光板１２１の図中左端部に照射されている。

その後さらに回転ミラー１１９が回転すると、図２３（ａ），（ｂ）に示す位置に戻る。このように円柱状の回転ミラー１１９を高速で回転させることにより、レーザ光が蛍光板１２１を円形状にスキャン（走査）し、蛍光板１２１から円形状の照明光１０６を得ることができる。なお、図２１（ｂ）に示すレーザ照射領域１０７は、蛍光板１２１のレーザ光が照射された領域を示している。

本実施の形態では、蛍光部は、蛍光体が封入された蛍光板１２１を含む。また蛍光部は、蛍光板１２１で反射したレーザ光が照射される他の蛍光板としての、蛍光体が封入された蛍光板１２２を含む。蛍光板１２１に照射されたレーザ光の一部は、蛍光板１２１で反射されている。蛍光板１２１で一旦反射したレーザ光が蛍光板１２２に再度照射され、蛍光板１２２でさらにレーザ光が蛍光に変換されている。

一次反射光（回転ミラー１１９から蛍光板１２１に直接照射され、蛍光板１２１で一回反射されたレーザ光）は、レーザ光としての強度は低下するものの、蛍光体を励起するのに十分な強度が残っている。このような一次反射光を蛍光に変換して照明光１０６として取り出すことで、レーザ光の照明光１０６への変換効率が向上するのと同時に、装置外へ放出されるレーザ光強度を適度に低下させて目に対する安全性が向上する。

レーザ光を平行光に絞り、強度の強いレーザ光により直接蛍光体を励起するため、発光効率が良く、強い円形状の照明光を取り出すことが可能となる。また、本実施の形態では、蛍光板１２１の両側から照明光を取り出し、さらに反射板１１８を用いて一方向に照明光を取り出しているため、照明光の取り出し効率が向上した。蛍光板１２１が変形されて曲面形状に形成されていることにより、曲面形状の照明装置を容易に実現可能である。

なお、これまでの説明においては、レーザ光を反射させる反射部が回転ミラーを含んでいる照明装置の例について述べたが、この構成に限られるものではなく、たとえばプリズムなどの他の光学部材を含む反射部を備えてもよく、往復運動してレーザ光を走査させる反射部を備えてもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の照明装置の三面図である。 実施の形態１の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。 実施の形態２の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２の照明装置の三面図である。 実施の形態２の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。 実施の形態３の照明装置の平面図である。 実施の形態４の照明装置の平面図である。 実施の形態５の照明装置の平面図である。 実施の形態６の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態６の照明装置の三面図である。 実施の形態６の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。 実施の形態７の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態７の照明装置の三面図である。 実施の形態８の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態８の照明装置の三面図である。 実施の形態９の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態９の照明装置の三面図である。 実施の形態９の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。 実施の形態１０の照明装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１０の照明装置の平面図である。 実施の形態１０の各構成部材の分解平面図である。 実施の形態１０の照明装置の動作原理を説明するための模式図である。 反射防止膜が形成された蛍光板の反射率を示すグラフである。 フィルタへの入射光の波長と入射光がフィルタを透過する透過率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０１ レンズ、１０２，１１１，１１２，１１３，１１９ 回転ミラー、１０２ａ，１１１ａ，１１２ａ 反射面、１０３，１２０，１２１，１２２ 蛍光板、１０３ａ 被照射面、１０３ｂ 裏面、１０４ 筐体、１０４ａ 正面、１０４ｂ 背面、１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ レーザ光の軌跡、１０６ 照明光、１０７ レーザ照射領域、１０８ 反射防止膜、１０９，１１６，１１７，１１８ 反射板、１１０，１２３ フィルタ、１１４ 回転軸、１１５ 照明光取り出し窓、１１９ａ 頂面。

Claims (10)

1. 半導体レーザ素子と、
   前記半導体レーザ素子より発生したレーザ光を略平行光とする平行光生成部と、
   可動機構を有し、前記平行光生成部を透過したレーザ光を反射させる反射部と、
   前記反射部により反射されたレーザ光が照射されて励起される蛍光体を含む蛍光部とを備え、
   前記可動機構により前記反射部を移動させることによって、前記反射部で反射されたレーザ光を走査させ、
   前記蛍光体は、前記蛍光部を走査するレーザ光の軌跡上に配置されている、照明装置。
2. 前記蛍光部は、前記蛍光体が線状に封入された蛍光板を含み、
   前記反射部は、回転可能に設けられた回転鏡を含み、
   前記回転鏡は、回転によりレーザ光を走査させて、線状に封入された前記蛍光体にレーザ光を照射するように設置されている、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記蛍光部は、前記蛍光体が封入された蛍光板を含み、
   レーザ光が前記蛍光体により変換された蛍光は、前記蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面から放射される、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記蛍光板に対して前記被照射面と反対側に、反射板が設けられている、請求項３に記載の照明装置。
5. 前記蛍光板に対して前記被照射面側に設けられ、レーザ光が前記被照射面で反射して照明装置外部へ放出されるのを抑制する、レーザ光カット部をさらに備える、請求項３に記載の照明装置。
6. 前記レーザ光カット部は、前記被照射面に形成され前記被照射面におけるレーザ光の波長の光の反射を防止する反射防止膜を含む、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記レーザ光カット部は、前記被照射面から離れて設けられレーザ光の波長の光を遮断するフィルタを含む、請求項５に記載の照明装置。
8. 前記蛍光部は、前記蛍光体が封入された蛍光板を含み、
   レーザ光が前記蛍光体により変換された蛍光は、前記蛍光板にレーザ光が照射される側の被照射面と、前記被照射面と反対側の裏面との両方から放射される、請求項１に記載の照明装置。
9. 前記反射部から前記蛍光部に直接照射されたレーザ光の一部が前記蛍光部で反射され、
   前記蛍光部で反射されたレーザ光は、前記蛍光部に再度照射されて蛍光に変換される、請求項１に記載の照明装置。
10. 前記半導体レーザ素子の発振するレーザ光の波長は４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の照明装置。

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