JP2013030444A - 照射装置、発光装置、照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光等の励起光をアイセーフ化した後に、そのアイセーフ化された励起光を発光部に照射する。
【解決手段】本発明の照射装置１１は、レーザ光を散乱させる散乱部材１と、散乱部材１から散乱されたレーザ光を発光部４に向けて照射する照射部材２とを備え、半導体レーザ３および照射部材２の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、照射部材２の発光点サイズが半導体レーザ３の発光点サイズよりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光等の励起光を利用する照射装置、並びに、この照射装置を備えた発光装置、照明装置および車両用前照灯に関するものである。

近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起
光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。

特に、半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を、例えば、励起光として無駄なく集光し、利用することができる。それゆえ、このような特性を持つ半導体レーザを用いた様々な発光装置が提案されて来ている。

このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された光源装置がある。この光源装置では、高輝度光源を実現するために、半導体レーザから出射されるレー光をその光源として用いている。レーザ光はそのまま外部に照射されることがないように、光散乱部材による光散乱機能によって、レーザ光の発光点サイズが拡大される。これにより、この光源装置はアイセーフ化された光を外部に照射することができる。

すなわち、この光源装置は、半導体レーザから出射されるレーザ光をアイセーフ化した後、そのアイセーフ化されたレーザ光をその外部に照射するものである。この光源装置は、高出力な半導体レーザを用いても、人の眼に安全で、且つ、高い光取り出し効率を得ることができる。

また、他の例として特許文献２に開示された光源装置がある。この光源装置でも、特許文献１に開示された光源装置と同様、半導体レーザから出射されるレー光をその光源として用いている。この光源装置においても、レーザ光はそのまま外部に照射されることがないように、レーザ光が外部空間に至るまでの領域の一部に、光散乱領域を設けている。この光散乱領域による光散乱機能によって、レーザ光の発光点サイズが拡大され、その後、外部に照射される。

このように、この光源装置も、特許文献１に開示された光源装置と同様、半導体レーザから出射されるレーザ光をアイセーフ化した後、そのアイセーフ化されたレーザ光をその外部に照射するものである。

特開２００６−３５２１０５号公報（２００６年１２月２８日公開） 特開２００６−３２８８５号公報（２００６年２月２日公開）

ところで、半導体レーザを用い、その半導体レーザから出射されるレーザ光を励起光とし、蛍光体などの発光部を発光させ、照明光を得る発光装置がある。このような発光装置は、発光部に含まれる蛍光体を適宜選択することにより、様々な色の光を実現することが
できる。半導体レーザは、上述したとおり、容易に集光可能であり、発光部に含まれる蛍光体を励起させるための励起光として用いるのに非常に有効である。

しかしながら、特許文献１および２のいずれにおいても、各々から出射されるレーザ光を用いて、発光部に含まれる蛍光体を励起し、発光させる点については何ら開示も示唆もない。

また、特許文献１および２に開示された、いずれの光源装置においても、半導体レーザを包含するように光散乱部材が配置し、半導体レーザから出射されたレーザ光が、その出射後にそのまま光散乱部材に進入する。レーザ光を光散乱部材により確実に散乱させる観点からは好ましいと言えるものの、半導体レーザと光散乱部材との配置構成の自由度はかなり低いものとなる。このことは、各種の大きさや形状を持つ、任意の発光部に好適な励起光を照射することを目的とする照射装置においては、致命的な欠点となる。半導体レーザと光散乱部材との配置構成の自由度の低さは、それらを搭載する照射装置の大きさや、照射方向を任意に設定することを阻害する要因の一つであるからである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、レーザ光等の励起光を用いた場合であっても、その励起光をアイセーフ化した後に、そのアイセーフ化された励起光を発光部に照射する照射装置、発光装置、照明装置および車両用前照灯を提供することにある。

本発明に係る照射装置は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射された励起光を散乱させる散乱部材と、上記散乱部材を内部に収納し、且つ、上記散乱部材から散乱された励起光である散乱光を発光部に向かって照射する照射部材とを備え、上記励起光源および上記照射部材の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、上記照射部材の発光点サイズが上記励起光源の発光点サイズよりも大きい。

上記構成によれば、励起光源から出射される励起光は、先ず、散乱部材に照射される。散乱部材は、自身に照射された励起光を放射状に散乱させる。この散乱光を、照射部材は、自身の外部にある発光部に向かって、照射する。

ここで、一般に、小さなスポットの光源から放射された高いエネルギーの光が人間の眼に入射した場合、網膜上では、その小さなスポットのサイズにまで光源像が絞られるため、結像個所におけるエネルギー密度が極めて高くなってしまうことがある。例えば、半導体レーザ素子から放射されるレーザ光は、スポットサイズが１０μｍ角よりも小さい場合があり、そのような光源から放射される光が、直接に、あるいはレンズやミラーといった光学部材を介したとしても小さな発光点が直接に見える形で目に入射すると、網膜上の結像個所が損傷してしまうことがある。

これを回避するためには、発光点のサイズを、或る有限のサイズ以上（当然、光出力にも依存するが、具体的には、例えば１ｍｍ×１ｍｍ以上）に拡大する必要がある。

典型的な高出力の半導体レーザにおける発光点のサイズは、例えば１μｍ×１０μｍである。面積としては１０μｍ^２＝１．０×１０^−５ｍｍ^２となる。すなわち、発光点が１ｍｍ^２の光源と比較すると、同じエネルギーの光であったとしても、網膜上に結像される領域のエネルギー密度は、１０^５倍も高くなってしまう。

一方、発光点のサイズを拡大させることにより、網膜上の結像サイズを拡大させることができるようになるため、同じエネルギーの光が眼に入射した場合であっても、網膜上の
エネルギー密度を低減させることが可能となる。

発光点のサイズを拡大させる際には、光源そのものの発光点を視認できないようにする必要がある。

このような観点から、上記構成では、励起光源から出射された励起光を、一旦、散乱部材に照射し、散乱部材を中心に放射状に散乱させる。この散乱によって、小さい発光点としてみなすことができる励起光源からの励起光の発光点は、大きく広げられることになる。このようにして発光点が広げられた励起光は、照射部材によって、照射部材の外部に配置された発光部に照射されることになる。

すなわち、上記構成では、励起光源および照射部材の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、照射部材の発光点サイズが励起光源の発光点サイズよりも大きくなる。

したがって、上記構成によれば、例えば、発光部に照射される励起光を、その発光点のサイズを予め拡大させ、発光部に照射することができる。このため、利用者に発光点サイズの小さい励起光が利用者の眼に入射してしまうことを効果的に防止することができる。

それゆえ、安全性の高い高出力光源を実現することができる。

上記照射部材は、上記散乱光を反射し、一方向に導き出す反射面を内部に有することが好ましい。

上記構成によれば、散乱部材から散乱された散乱光は、照射部材の反射面により反射する。それゆえ、散乱光を一方向に向かって効率よく導き出すことができる。

上記反射面の形状は、上記散乱光を、上記照射部材の外部に配置された発光部に向かって、導き出すように構成されることが好ましい。

上記構成によれば、散乱部材から散乱された励起光を、発光部に効率よく照射することができる。それゆえ、発光部の発光に利用される、励起光の利用効率を高めることができる。

上記照射部材の、上記散乱光が向かう方向側に、配置された光学部材をさらに備え、上記光学部材は、自身を透過する上記散乱光を、上記照射部材の外部に配置された発光部に向かって、進行させることが好ましい。

上記構成によれば、散乱部材から散乱された散乱光は、光学部材を通過する際、その進行方向が発光部に向けられる。それゆえ、発光部の発光に利用される、励起光の利用効率を高めることができる。

励起光を出射する励起光源と、上記励起光源、上記散乱部材および上記照射部材を内部に格納する筐体とをさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、筐体に励起光源、散乱部材および照射部材を収め、外見的に一体化された照射装置を実現することができる。このような照射装置は取り扱いが容易であり、発光部との位置関係を精度良く設定することができ、励起光の利用効率も向上する。

上記励起光源は、上記照射部材の内部に収納され、且つ、上記散乱部材に向かって、励
起光を出射することが好ましい。

上記構成によれば、励起光源から出射された励起光のうち、散乱部材に照射されなかった励起光があっても、照射部材により、照射部材の外部にある発光部に照射される。励起光源が照射部材の外部にあった場合、散乱部材に照射されなかった励起光は迷光となってしまう。

それゆえ、上記構成によれば、励起光の利用効率を向上させることができる。

上記励起光源は、上記照射部材の外部に配置されており、上記照射部材は、上記励起光源から上記散乱部材に向かう励起光が通過する通過部を有することが好ましい。

照射部材の内部に励起光源が配置された場合、散乱部材から散乱された散乱光が外部に向かう際、励起光源に衝突し、その進行が妨げられる。この場合、照射部材からの散乱光の照射効率が低下してしまう。

上記構成によれば、励起光源は照射部材の外部に配置されており、散乱部材から散乱された散乱光の進行を妨げることはない。

それゆえ、励起光の利用効率を向上させることができる。

上記散乱部材と、上記照射部材から上記散乱光が照射される発光部との間において、上記散乱部材の、上記照射部材から上記発光部に上記散乱光が照射される方向である照射方向への投影面積と、上記発光部の、上記照射方向とは反対の方向への投影面積とは、同一であることが好ましい。

ただし、散乱部材により励起光の発光点サイズを拡大した場合、例えば反射鏡やレンズ等を用いて集光したとしても、散乱部材の大きさよりも小さく集光することはできない。

上記構成によれば、散乱部材を発光部と同一の投影面積とすることにより、散乱部材からの散乱光を、照射部材を用いて、発光部に効率よく照射することができる。

上記励起光源から出射される励起光は、４２０ｎｍ以上の波長範囲にピーク波長を有することが好ましい。

ここで、「４２０ｎｍ以上の波長範囲にピーク波長を有する」励起光は、青色（４５０ｎｍ）のレーザ光、あるいは、青色近傍（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光を含むものである。

上記構成においては、照射部材から発光部に向けて照射されるとき、励起光源から出射された励起光のうち、発光部に照射されない励起光、あるいは、発光部に照射されるものの、蛍光励起に利用されずに発光部から再び出射される励起光が存在する場合がある。

上記構成によれば、このような励起光であっても、発光点サイズが拡大されているので、発光部から発光された光とともに、照明光として、安全に利用することができる。

上記照射部材の、上記散乱光が出射される開口部に配置された発光部をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、照射部材の、散乱光が向かう方向側に、発光部が配置されるので、
発光部への散乱光の照射を効果的に行なうことができる。

本発明に係る発光装置は、上記照射装置を備えることが好ましい。

上記構成によれば、上記照射装置を備えることにより、安全性の高い高出力の発光装置を実現することができる。

本発明に係る照明装置は、上記発光装置を備えることが好ましい。

上記構成によれば、上記発光装置を備えることにより、安全性の高い高出力の照明装置を実現することができる。

本発明に係る車両用前照灯は、上記発光装置を備えることが好ましい。

上記構成によれば、上記照射装置を備えることにより、安全性の高い高出力の車両用前照灯を実現することができる。

本発明に係る照射装置は、以上のように、励起光源から出射された励起光を散乱させる散乱部材と、上記散乱部材を内部に収納し、且つ、上記散乱部材から散乱された励起光である散乱光を発光部に向かって照射する照射部材とを備え、上記励起光源および上記照射部材の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、上記照射部材の発光点サイズが上記励起光源の発光点サイズよりも大きい。

それゆえ、レーザ光等の励起光を用いた場合であっても、その励起光をアイセーフ化した後に、そのアイセーフ化された励起光を発光部に照射することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る照射装置の概略構成を示す図である。 上記照射装置の変形例の概略構成を示す図である。 上記照射装置の変形例の概略構成を示す図である。 上記照射装置の変形例の概略構成を示す図である。 上記照射装置の変形例の概略構成を示す図である。 上記照射装置の変形例の概略構成を示す図である。 （ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。

本発明の実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明に係る照射装置からアイセーフ化された光が照射され、その照射光により発光する発光部を備えた、発光装置を例として説明する。なお、このような発光装置は、例えば、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプである。

（発光装置の構成）
本実施形態に係る照射装置を用いた発光装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る照射装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る照射装置１１は、散乱部材１と、照射部材２と、半導体レーザ（励起光源）３と、を備えている。照射装置１１は、発光部４に向けて、後述するように、アイセーフ化
されたレーザ光を照射する。このアイセーフ化されたレーザ光の照射により、発光部４に含まれた後述の蛍光体が励起される。発光部４は、この蛍光体の励起により、蛍光を発光する。例えば、この発光装置が上述した自動車用の走行用前照灯であれば、この発光部からの蛍光が、その前照灯から出射される照明光となる。

（散乱部材１）
散乱部材１は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を散乱させることにより、自身を中心にそのレーザ光を放射状に放射する。散乱部材１は、半導体レーザ３から出射された、コヒーレント光であるレーザ光を、自身の散乱機能により、インコヒーレント光であるレーザ光に変換する。照射装置１１は、この散乱部材１によるこの変換により、人の眼に対する安全性を確保している。

すなわち、散乱部材１は、半導体レーザ３の発光点サイズを拡大させる機能を有するものであると言える。

散乱部材１は、例えば、分散材としてのガラス中に、散乱材としての、アルミナやダイヤモンド粉末、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、ジルコニウム等、を分散させたものを用いることができる。

また、上述したアルミナやダイヤモンド粉末等は、基本的に高融点（＞＞１０００℃）であり、それゆえ、分散材としてのガラスについても、比較的信頼性の低い、低融点ガラスを用いる必要はない。分散材としてのガラスとしては、ある程度融点が高い通常のガラス（融点が１０００℃前後）を用いることができ、これにより、散乱部材１の信頼性を向上させ、長寿命化することができる。

上述した分散材と散乱材との間における屈折率差は、少なくとも０．２以上、好ましくは０．３以上であることが好ましい。このような値以下である場合、散乱部材１の散乱効果を十分に得ることができず、延いては、レーザ光の発光点サイズを十分に拡大させることができないおそれがあるからである。

（照射部材２）
照射部材２は、散乱部材１により散乱され、散乱部材１を中心に放射状に散乱・放射されたレーザ光を、照射装置１１の外部に向けて、照射する。具体的には、照射部材２は、照射装置１１の外部に配置された、発光部４に向けて、散乱部材１により散乱されたレーザ光を照射する。

照射部材２は、その内部に、散乱部材１を収納するものである。図示はしないが、散乱部材１は、例えば、照射部材２の内部の内壁から延びる、支持部材に固定され、配置される。散乱部材１は、半導体レーザ３からのレーザ光の照射により、熱を発生させる場合がある。このため、このような熱を効率よく、照射装置１１の外部に伝導させるためには、散乱部材１を固定、支持する支持部材は、金属等の高熱伝導率の材料を用いれば良い。

照射部材２は、具体的には、散乱部材１を収納する内部の内壁に、散乱部材１から放射されるレーザ光（散乱光）を反射し、照射装置１１の外部に導き出す反射面を有している。

この反射面は、公知の楕円反射鏡を実現する反射面である。このような反射面は、対になった２つの焦点を持ち、その一方が照射部材２の内部に、他方が照射部材２の外部に位置する。一方の焦点からの光は、反射後にもう一方の焦点を通り、高い集光率を得ることができる。

照射部材２では、その内部に位置する焦点上に散乱部材１が配置され、その外部に位置する焦点上に発光部４が配置されている。このような配置構成により、照射部材２は、散乱部材１から放射状に散乱されるレーザ光を、再び、発光部４に集光し、効率よく照射することができる。

なお、照射部材２は、半導体レーザ３から散乱部材１に向かうレーザ光が通過する開口である通過部を有している。

（半導体レーザ３）
半導体レーザ３は、レーザ光を出射する励起光源として機能するものである。半導体レーザ３からレーザ光（励起光）が発振される。もちろん、半導体レーザ３は複数設けられていてもよい。その場合、複数の半導体レーザ３のそれぞれからレーザ光が発振される。

半導体レーザ３から出射されるレーザ光は、コヒーレント性を有するコヒーレント光である。コヒーレント光は、一般的には、空間的および時間的に位相がそろっている光とされており、その波長は単一波長である。

半導体レーザ３は、１チップに１０個の発光点（１０ストライプ）を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１１．２Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流６．４Ａのものであり、直径１５ｍｍのステムに実装されているものである。半導体レーザ３を上で述べた１１．２Ｗでレーザ光を出力させれば、その消費電力は３２Ｗ（５Ｖ×６．４Ａ）となる。もちろん、半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。

また、半導体レーザ３は、４２０ｎｍ以上の、例えば青色（４５０ｎｍ）のレーザ光、または青色近傍（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であってもよい。この場合、半導体レーザ３が発振する青色（または青色近傍）のレーザ光の発光点サイズが拡大される。これにより、照明光の一部として安心して、半導体レーザ３のレーザ光を使用することができるようになる。

例えば、照射部材２から発光部４に向けて照射されたとき、半導体レーザ３から出射されたレーザ光のうち、発光部４に照射されないレーザ光、あるいは、発光部４に照射されるものの、蛍光励起に利用されずに発光部４から再び出射されるレーザ光が存在する場合がある。この場合、このようなレーザ光が、上述したような発光点サイズが拡大された、青色（または青色近傍の）レーザ光であれば、発光部４の蛍光とともに、照明光として、安全に利用することが可能となる。

図７（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図７（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。

基板２２は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外のレーザ光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅ
Ｏ_２等の酸化物絶縁体、ならびに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。

アノード電極２１は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。

カソード電極２３は、基板２２の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行なう。

活性層１１１は、クラッド層１１３およびクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。

また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外のレーザ光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。

また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２およびクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。

さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。

ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、レーザ光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。

なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４よりレーザ光Ｌ０の大部分を発光点１１６から照射されるようにすることができる。

クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、およびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ならびに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極２１およびカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。

クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。

（発光部４）
発光部４は、照射部材２から照射される、インコヒーレント光であるレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。

発光部４は、蛍光体保持物質としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部４は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂に限定されず、有機無機ハイブリッドガラス（ＨＢＧ）や無機ガラスであってもよい。

上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系、または窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部４に当該レーザ光が照射されると白色光が発生する。それゆえ、発光部４は、波長変換材料であるといえる。

なお、半導体レーザ３は、上述したように４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。

上記蛍光体は、サイアロンと通称されるものを用いることができる。サイアロンとは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。

蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。

半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した。

また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、レーザ光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーのレーザ光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。

さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高い変換効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。

よって、発光部４が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、発光装置の寿命を延ばすことができる。

（散乱部材１と発光部４との大きさについて）
上述したように、散乱部材１によりレーザ光の発光点サイズが拡大された場合、例えば反射鏡やレンズ等を用いて再び集光したとしても、散乱部材１の大きさよりも小さく集光することはできない。

したがって、散乱部材１と発光部４とを同一の大きさとすることにより、散乱部材１により散乱されたレーザ光を、照射部材２を用いて、発光部４に効率よく照射することができる。

また、散乱部材１の大きさよりも小さく集光することができないということは、逆に、光が照射される領域のごく一部だけを強く励起することがないということでもある。したがって、発光部４をむらなく均一に励起できるという効果も併せて奏することができる。

ここで、「同一の大きさ」の「同一」は、完全に同一であることに限られること無く、実質的に同一であればよいことを意味する。具体的には、例えば、散乱部材と発光部との大きさの違いとして、発光部４の照射部材２側にある光照射面の面積を１としたとき、散乱部材１の半導体レーザ３側にある光照射面の面積が０．８以上、１．２以下であれば、同一であると言える。

これらの数値は、散乱部材１および発光部４が矩形である場合、その縦および横の各長さがともに１０％の大きさの違いを許容する程度である。一方、散乱部材１および発光部４が円形である場合、その直径が±１０％程度の違いを許容する程度である。

なお、散乱部材１および発光部４の大きさとは、それぞれの投影面積を表わすものである。具体的には、散乱部材１に関しては、照射部材２から発光部４に光が照射される方向への投影面積であり、発光部４に関しては、照射部材２から発光部４に光が照射される方向とは反対の方向への投影面積のことである。

（照射装置１１の効果）
照射装置１１によれば、散乱部材１に照射されたレーザ光が散乱部材１によって散乱されることによって、コヒーレント性が高く発光点サイズの極めて小さなレーザ光を、人体（特に眼）への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換する。発光部４は、この発光点サイズの大きな光が照射され、発光する。

すなわち、照射装置１１は、発光部４に照射される光に関し、その光の発光点サイズを予め大きくし、その発光点サイズが大きくなった光を再び、集光し、発光部４に照射する。これにより、発光点サイズの小さい、コヒーレント光であるレーザ光が、そのまま出射され、人の眼に到達してしまうことを確実に防止することができる。

言い換えれば、半導体レーザ３および照射部材２の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、照射部材２の発光点サイズが半導体レーザ３の発光点サイズよりも大きくなると言える。

それゆえ、照射部材２から光が照射される発光部４を備えた発光装置のアイセーフティを向上させることができる。

（変形例１）
図２は、図１に示した照射装置１１の変形例１の概略構成を示す図である。以下、照射装置１１と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この変形例１である照射装置１２においては、図２に示すように、照射部材２ａの内部
に、散乱部材１に加え、さらに、半導体レーザ３も収納する。

照射部材２ａは、図１の照射部材２と同様、散乱部材１を収納する内部の内壁に、散乱部材１から放射されるレーザ光を反射し、照射装置１１の外部に導き出す反射面を有している。この反射面は、照射装置１１と同様、公知の楕円反射鏡を実現する反射面である。すなわち、照射部材２と照射部材２ａとが異なる点は、その内部に、半導体レーザ３を収納するか否かの違いである。また、照射部材２ａでは、照射部材２のような、半導体レーザ３から散乱部材１に向かうレーザ光を通過させる通過部は不要となる。

照射部材２ａによれば、仮に、半導体レーザ３から出射されたレーザ光のうち、散乱部材１に照射されなかったレーザ光があったとしても、その反射面により、照射部材２ａの外部に照射される。

このため、半導体レーザ３からのレーザ光の利用効率を向上させることができる。

（変形例２）
図３は、図１に示した照射装置１１の変形例２の概略構成を示す図である。以下、照射装置１１と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この変形例２である照射装置１３と、図１の照射装置１１とが異なる点は、散乱部材１、照射部材２および半導体レーザ３を格納する筐体５を備える点である。

筐体５は、その内部に、散乱部材１、照射部材２および半導体レーザ３を格納し、封止している。筐体５の内部には、例えば、ドライエア（乾燥空気）が封入されている。そして、このドライエアの露点温度は、例えば−３５℃であり、散乱部材１および半導体レーザ３の温度上昇を抑制している。

筐体５は、照射部材２から照射されるレーザ光を透過する材質で形成された前面部を有している。この前面部は、照射部材２の開口部と対向しており、照射部材２から照射されるレーザ光を透過する。このレーザ光を透過するという観点からいえば、筐体５の前面部は、照射部材２から照射されるレーザ光が通過する領域だけが上記の透過材質で形成されていてもよい。

筐体５の前面部は透明であればどのような材質であってもよく、それによって、その前面部を低コストで、且つ、容易に製造することが可能となる。

筐体５は、上で述べた前面部を除き、レーザ光を遮光する遮光部材で構成すればよい。そうすることにより、散乱部材１により散乱されること無く、照射部材２から漏れ出してくるレーザ光を遮断することができる。

照射装置１３によれば、筐体５に、散乱部材１、照射部材２および半導体レーザ３を収め、外見的に一体化された照射装置を実現することができる。このような照射装置１３は取り扱いが容易であり、発光部４との位置関係を精度良く設定することができ、レーザ光の利用効率も向上する。

（変形例３）
図４は、図１に示した照射装置１１の変形例３の概略構成を示す図である。以下、照射装置１１と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この変形例３である照射装置１４と、図１の照射装置１１とが異なる点は、照射部材２
に代えて、照射部材２ｂおよび集光レンズ（光学部材）６を備える点である。

照射部材２ｂは、照射部材２と同様、散乱部材１により散乱され、散乱部材１を中心に放射状に放射されたレーザ光を、照射装置１４の外部に向けて、照射する。具体的には、照射部材２ｂは、照射装置１４の外部に配置された、発光部４に向けて、散乱部材１により散乱されたレーザ光を照射する。

照射部材２ｂは、その内部に、散乱部材１を収納する。散乱部材１は、例えば、照射部材２ｂの内部の内壁から延びる、支持部材に固定され、配置される。散乱部材１からの熱を効率よく、照射装置１４の外部に伝導させるためには、散乱部材１を固定、支持する支持部材は、金属等の高熱伝導率の材料を用いれば良い。

照射部材２ｂは、照射部材２と同様、散乱部材１を収納する内部の内壁に、散乱部材１から放射されるレーザ光を反射し、照射装置１４の外部に導き出す反射面を有している。

但し、照射部材２とは異なり、照射部材２ｂの反射面は、公知の放物面反射鏡を実現する反射面である。このような反射面は、一般に、光源からの放射光を焦点に集め、軸に平行なコリメートされたビームとして反射する。

照射部材２ｂでは、その内部に位置する焦点上に散乱部材１が配置されている。このような配置構成により、照射部材２ｂは、散乱部材１から放射状に散乱されるレーザ光を、発光部４側に向かう、平行なコリメートされたレーザ光を照射することができる。

このような平行なコリメートされたレーザ光は、集光レンズ６を通り、発光部４に集光される。

（変形例４）
図５は、図４に示した照射装置１４の変形例（変形例４）の概略構成を示す図である。以下、照射装置１１および照射装置１４と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この変形例４である照射装置１５と、図４の照射装置１４とが異なる点は、照射部材２ｂの開口部に発光部４ａを配置した点にある。

この照射装置１５によれば、発光部４ａは、照射部材２ｂの開口部に配置されるので、照射部材２ｂから照射されるレーザ光を確実に発光部４ａに照射することができる。

したがって、照射部材２ｂから照射されるレーザ光の利用効率が向上し、発光部４ａへのレーザ光の照射を効果的に行なうことができる。それゆえ、発光部４ａから発光される蛍光７の発光量を増大させることができる。

（変形例５）
図６は、図４に示した照射装置１４の変形例（変形例５）の概略構成を示す図である。以下、照射装置１１および照射装置１４と同様の部分については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この変形例５である照射装置１６と、図４の照射装置１４とが異なる点は、集光レンズ６に代えて、反射部材８を備えた点にある。

反射部材８は、例えば、その照射部材２ｂ側に、照射部材２ｂからの平行なコリメート
されたレーザ光を反射し、集光する反射面を有している。この反射面は、公知の軸外し放物面反射鏡を実現する反射面である。

この照射装置１６によれば、照射部材２ｂが、散乱部材１から放射状に散乱されるレーザ光を、照射部材２ｂの外部に向かう、平行なコリメートされたレーザ光とし、反射部材８が、この平行なコリメートされたレーザ光を、発光部４に向けて、集光し、照射することができる。

（本発明における集光の定義）
本発明における「集光」の意義は、「光を狭める」や「一点に集める」に限られるものではない。本発明における「集光」の意義は、要は、「所望の照射領域に光が照射されるようにする」ことのみであり、「光を狭める」や「一点に集める」といった意義のみならず、「光を広げる」、より具体的には、「一点から広げる」といった意義や、「光の進行方向を変化させない」といった意義も含むものである。

（発光装置のその他の構成例）
本発明の照射装置を備える発光装置は、自動車のすれ違い用前照灯（ロービーム）や、その他の照明装置に適用されてもよい。本発明の照明装置の一例として、ダウンライトを挙げることができる。ダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両および他の移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、サーチライト、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具（スタンドランプなど）として実現されてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、高輝度かつ高光束でありながら、従来の発光装置よりも小さな発光装置であり、車両用のヘッドランプ、プロジェクタなどに適用することができる。

１１、１２、１３、１４、１５、１６ 照射装置
２、２ａ、２ｂ 照射部材
３ 半導体レーザ（励起光源）
４、４ａ 発光部
５ 筐体
６ 集光レンズ（光学部材）
８ 反射部材

Claims (13)

1. 励起光源から出射された励起光を散乱させる散乱部材と、
   上記散乱部材を内部に収納し、且つ、上記散乱部材から散乱された励起光である散乱光を発光部に向かって照射する照射部材と
   を備え、
   上記励起光源および上記照射部材の各々を、光を発する１つの発光点としてみなしたとき、上記照射部材の発光点サイズが上記励起光源の発光点サイズよりも大きいことを特徴とする照射装置。
2. 上記照射部材は、上記散乱光を反射し、一方向に導き出す反射面を内部に有することを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
3. 上記反射面の形状は、上記散乱光を、上記照射部材の外部に配置された発光部に向かって、導き出すように構成されることを特徴とする請求項２に記載の照射装置。
4. 上記照射部材の、上記散乱光が向かう方向側に、配置された光学部材をさらに備え、
   上記光学部材は、自身を透過する上記散乱光を、上記照射部材の外部に配置された発光部に向かって、進行させることを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
5. 励起光を出射する励起光源と、
   上記励起光源、上記散乱部材および上記照射部材を内部に格納する筐体と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照射装置。
6. 上記励起光源は、上記照射部材の内部に収納され、且つ、上記散乱部材に向かって、励起光を出射することを特徴とする請求項５に記載の照射装置。
7. 上記励起光源は、上記照射部材の外部に配置されており、
   上記照射部材は、上記励起光源から上記散乱部材に向かう励起光が通過する通過部を有することを特徴とする請求項５に記載の照射装置。
8. 上記散乱部材と、上記照射部材から上記散乱光が照射される発光部との間において、
   上記散乱部材の、上記照射部材から上記発光部に上記散乱光が照射される方向である照射方向への投影面積と、上記発光部の、上記照射方向とは反対の方向への投影面積とは、同一であることを特徴とする請求項２または３に記載の照射装置。
9. 上記励起光源から出射される励起光は、４２０ｎｍ以上の波長範囲にピーク波長を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照射装置。
10. 上記照射部材の、上記散乱光が出射される開口部に配置された発光部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の照射装置と、
    上記照射装置から出力される光により発光する発光部と
    を備えることを特徴とする発光装置。
12. 請求項１１に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１１に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用前照灯。

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