JP2014022472A - 発光装置、照明装置および発光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくする。
【解決手段】本発明に係るヘッドランプ１は、レーザ光と蛍光とを混色した照明光を投光するものであり、レーザ光を出射する半導体レーザ３と、レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部７とを備え、半導体レーザ３が出射するレーザ光のピーク波長は、蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を利用した発光装置に関するものであり、より詳細には、レーザ光と当該レーザ光の一部が波長変換された蛍光とを混色して得られた光を照明光として利用する発光装置に関するものである。

近年、レーザ素子（ＬＤ：Laser Diode）を光源として備え、このレーザ素子から発振されたレーザ光を利用して照明などを行う発光装置が提案されている。このようなレーザ光を利用した発光装置においては、人間の目に入射しても損傷を与えないように、外部に出射されるレーザ光の強度を制御することでアイセーフを実現している。

このようなレーザ光を利用した発光装置に関連して、例えば、特許文献１には、レーザ光を投光する投写型ディスプレイにおいて、光変調素子上でのレーザ光の強度Ａ（ｍＷ／ｍｍ^２）が、Ａ＜６８６×Ｂ^２（Ｂ＝照明光学系の像側の開口数）を満たすように、レーザ光源の出力を設定することでアイセーフを実現する技術が開示されている。

また、特許文献２には、レーザ光を蛍光体に照射して発生させた蛍光を利用する蛍光画像表示装置において、レーザ光源から発振されるレーザ光の出力が所定値以上になった場合、レーザ光の射出を停止することでアイセーフを実現する技術が開示されている。

国際公開第２００７／０２３９１６号（２００７年０３月０１日公開） 特開２００２−０４５３２９号公報（２００２年０２月１２日公開）

しかしながら、レーザ光と蛍光とを混色することで所望の照明光を出射する発光装置において、出射する照明光の光束を大きくするためには、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くする必要があり、上述のような従来技術では、安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくすることが困難であった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくすることが可能な発光装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置であって、前記レーザ光源が発振するレーザ光のピーク波長は、前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されていることを特徴とする。

レーザ光と蛍光とを混色することで所望の色度の照明光を出射する発光装置において、出射する照明光の光束を大きくするためには、蛍光体を励起するレーザ光の光出力（強度）を高くすることが考えられる。一方、レーザ光は網膜を損傷させるおそれがあるため、アイセーフの観点からは、外部に放出されるレーザ光の光出力を低くするほうが好ましい。

そのため、レーザ光を含む照明光を出射する発光装置では、外部に放出されるレーザ光の光出力を、アイセーフを実現できる光出力の限界値である放出限界値以下に制限する必要があり、照明光の光束を十分に大きくすることが困難であった。

そこで、本願の発明者らは、鋭意検討の結果、レーザ光を含む照明光を出射する発光装置において、アイセーフを実現しつつ、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くすることで、照明光の光束を大きくする新たな手法を見出した。

一般的に、レーザ光を励起光として用いる場合、蛍光体の発光効率（外部量子効率）の波長依存性を勘案して、外部量子効率が最大となる励起波長が選択される。このとき、照明光の光束の大きさを決定する蛍光体を励起するレーザ光の光出力は、外部に放出されるレーザ光の光出力が上述の放出限界値以下になるように制御される。

これに対して、上記の構成では、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することで、アイセーフを実現しつつ、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くすることを可能にしている。

例えば、人間の目の網膜は、照射される光がレーザ光であるか否か、すなわちコヒーレント光であるかインコヒーレント光であるかとは無関係に、４２５ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光によって最も損傷を受け易く、４２５ｎｍよりも短波長の光、または４５０ｎｍよりも長波長の光では、損傷を受け難くなるという性質を有している。

このように、網膜に対する光の安全性には波長依存性があるため、例えば、４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することによって、照明光に含まれるレーザ光の網膜に対する安全性を高めることができる。そのため、４５０ｎｍのレーザ光を用いて蛍光体を励起する場合に比べてアイセーフを実現できる放出限界値が高くなるため、これに伴い、蛍光体を励起するレーザ光の光出力も高く設定することが可能になる。

また、外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いることによる蛍光体の外部量子効率の低下の割合は、多くて数％程度である一方、アイセーフを実現できる放出限界値の増大幅は数倍にまで達することが分った。つまり、蛍光体の外部量子効率の低下によるデメリットよりも、安全、且つ、より大きな光束の照明光を得ることができるというメリットのほうが遥かに大きいと言える。

したがって、外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することにより、アイセーフを実現しつつ、より大きな光束の照明光を発光装置から出射することが可能になる。

このように、レーザ光源が発振するレーザ光のピーク波長を、発光部に含まれる蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定することにより、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長のレーザ光によって蛍光体を励起する場合に比べて、照明光に含まれるレーザ光の安全性を高めることが可能になる。それゆえ、発光部に照射するレーザ光の光出力を高くしたとしても、照明光の安全性を確保することができる。

したがって、上記の構成によれば、安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくすることが可能な発光装置を実現することができる。

また、本発明に係る発光装置では、前記蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体であり、前記レーザ光のピーク波長は、４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下であることが好ましい。

通常、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長は４５０ｎｍ前後であるため、ＹＡＧ蛍光体の励起には、ピーク波長が４４５ｎｍや４５０ｎｍの光が一般的に用いられる。

このような技術常識に対し、本願の発明者らは、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のレーザ光によってＹＡＧ蛍光体を励起した場合であっても、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率の低下を小さく抑えることができ、高い外部量子効率が維持されることに気付いた。換言すれば、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率が最大となる４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いてＹＡＧ蛍光体を励起した場合にも、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率はさほど低下しないことを本願の発明者らは見出した。

さらに、４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いてＹＡＧ蛍光体を励起することにより、照明光に含まれるレーザ光の網膜に対する安全性をより高くすることができる。そのため、４５０ｎｍのレーザ光を用いてＹＡＧ蛍光体を励起する場合に比べて、アイセーフを実現できる放出限界値を高くすることができるので、アイセーフを実現しつつ、より大きな光束の照明光を発光装置から出射することが可能になる。

この新規な知見に基づけば、ピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下のレーザ光でＹＡＧ蛍光体を励起することにより、従来のように、４４５ｎｍや４５０ｎｍの波長の光によってＹＡＧ蛍光体を励起する場合に比べて、ＹＡＧ蛍光体の高い外部量子効率を維持しつつ、安全性の高い照明光を出射することが可能になることが理解されるであろう。

したがって、上記の構成によれば、同程度の光強度であっても、従来に比べて安全性の高い白色の照明光を出射することができる。

また、本発明に係る発光装置では、前記蛍光体は、ＣＡＳＮ蛍光体であり、前記レーザ光のピーク波長は、４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下であることが好ましい。

通常、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長は４００ｎｍから４５０ｎｍまでであるため、ＣＡＳＮ蛍光体の励起には、ピーク波長が４５０ｎｍの光が一般的に用いられる。

このような技術常識に対し、本願の発明者らは、ピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下のレーザ光によってＣＡＳＮ蛍光体を励起した場合であっても、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率の低下を小さく抑えることができ、高い外部量子効率が維持されることを見出した。換言すれば、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率が最大となる４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いてＣＡＳＮ蛍光体励起した場合にも、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率はさほど低下しないことを本願の発明者らは見出した。

さらに、４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いてＣＡＳＮ蛍光体を励起することにより、照明光に含まれるレーザ光の網膜に対する安全性をより高くすることができる。そのため、４５０ｎｍのレーザ光を用いてＣＡＳＮ蛍光体を励起する場合に比べて、アイセーフを実現できる放出限界値を高くすることができるので、アイセーフを実現しつつ、より大きな光束の照明光を発光装置から出射することが可能になる。

この新規な知見に基づけば、ピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下の波長範囲のレーザ光でＣＡＳＮ蛍光体を励起することにより、従来のように、４５０ｎｍの波長の光によってＣＡＳＮ蛍光体を励起する場合に比べて、ＣＡＳＮ蛍光体の高い外部量子効率を維持しつつ、安全性の高い照明光を出射することが可能になることが理解されるであろう。

したがって、上記の構成によれば、同程度の光強度であっても、従来に比べて安全性の高い白色の照明光を出射することができる。

また、本発明に係る発光装置では、前記レーザ光のピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下のとき、当該レーザ光のピーク波長の±５ｎｍの波長範囲における前記照明光の分光スペクトルの積分強度は、前記レーザ光のピーク波長をλｎｍとしたとき、３．９×１０^−５×Ｃ_３（ここで、Ｃ_３＝１０^{０．０２×（λ−４５０）}）Ｗ以下であることが好ましい。

上記の構成では、レーザ光の波長が４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下のとき、レーザ光の波長に対して±５ｎｍの波長範囲における照明光の分光スペクトルの積分強度は、３．９×１０^−５×Ｃ_３（ここで、Ｃ_３＝１０^{０．０２（λ−４５０）}）Ｗ以下である。すなわち、レーザ光の波長が４５０ｎｍのとき、照明光に含まれるレーザ光の光出力が約３９μＷ以下になるようにレーザ光源の光出力が設定され、レーザ光の波長が５００ｎｍのとき、照明光に含まれるレーザ光の光出力が約３９０μＷ以下になるようにレーザ光源の光出力が設定される。

このように、発振するレーザ光の波長に応じて、レーザ光源の光出力を上記の範囲を満たすように適宜変更することにより、安全性を確保しつつ、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くすることが可能になる。

したがって、上記の構成によれば、照明装置は、安全、且つ、大きな光束の照明光を出射することが可能になる。

また、本発明に係る発光装置では、前記照明光を透過させて、当該照明光に含まれる前記レーザ光の波長成分の一部を除去するフィルタ部材をさらに備えることが好ましい。

上記の構成では、照明光を透過させて、当該照明光に含まれるレーザ光の波長成分の一部を除去するフィルタ部材をさらに備えるため、外部に出射されるレーザ光の光量を任意の値まで低下させることができる。

したがって、上記の構成によれば、外部に出射されるレーザ光の光量を制御して、より安全性の高い照明光を出射することができる。

また、本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、前記発光装置を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、上記発光装置を備えるため、安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくすることが可能な照明装置を実現することができる。

また、本発明に係る発光方法は、上記の課題を解決するために、レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置の発光方法であって、前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側にピーク波長を有するレーザ光によって、前記蛍光体を励起する励起工程を含むことを特徴とする。

上記の方法では、蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側にピーク波長を有するレーザ光によって、蛍光体を励起する励起工程を含んでいる。

そのため、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長のレーザ光によって蛍光体を励起する方法に比べて、照明光に含まれるレーザ光の安全性を高めることができる。それゆえ、発光部に照射するレーザ光の光出力を高くしたとしても、照明光の安全性を確保することが可能になる。

したがって、上記の構成によれば、安全性を確保しつつ、照明光の光束を大きくすることが可能な発光方法を実現することができる。

以上のように、本発明に係る発光装置は、レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置であって、前記レーザ光源が発振するレーザ光のピーク波長は、前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る発光方法は、レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置の発光方法であって、前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側にピーク波長を有するレーザ光によって、前記蛍光体を励起する励起工程を含むことを特徴とする。

それゆえ、本発明によれば、同程度の光強度であっても、従来に比べて安全性の高い照明光を出射することが可能な発光装置および照明方法を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 図２は、図１に示される半導体レーザの回路構造を示す模式図である。 図３は、図２に示される半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 図４（ａ）は、レーザ光の光強度分布の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されるレーザ光を用いて蛍光体を励起した場合に得られる照明光の光強度分布の一例を示すグラフである。 図５は、人間の目の網膜が光を吸収したときに受ける損傷の程度を示すグラフである。 図６は、励起光（レーザ）の波長とアイセーフを実現できるＡＥＬ（放出限界値）との関係を示すグラフである。 図７は、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を示すグラフである。 図８は、本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す斜視図である。 図９は、上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。 図１０は、上記レーザダウンライトを示す断面図である。 図１１は、図１０に示されるレーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。 図１２は、図８に示される従来のＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。 図１３は、図８に示されるレーザダウンライトおよび従来のＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための表である。

〔実施の形態１〕
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。本実施形態では、本発明に係る発光装置を備えた自動車用のヘッドランプ（照明装置）１を例に挙げて説明する。

ただし、本発明に係る発光装置は、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプに適用されても良いし、その他の照明装置に適用されても良い。その他の照明装置としては、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用・屋外用照明器具などを挙げることができる。

［ヘッドランプ１の構成］
まず、図１〜図３を参照して、ヘッドランプ１の構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。図１に示されるように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板（フィルタ）９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２とを備えている。これらのうち、半導体レーザアレイ２、光ファイバー５、フェルール６および発光部７によって発光装置の基本構造が構成されている。

このヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２が備える半導体レーザ３から発振されたレーザ光と、当該レーザ光の一部が波長変換された蛍光とを混色して得られた照明光を出射するものである。

なお、ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていても良いし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていても良い。

以下、図２および図３をさらに参照して、ヘッドランプ１が備える各部の構成について説明する。

（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ（レーザ光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから発振されたレーザ光は、発光部７のレーザ光照射面７ａに照射される。発光部７に照射されたレーザ光は、その一部が発光部７に含まれる蛍光体によって蛍光に変換される。

なお、複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いても良い。ただし、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いることが好ましい。

図２は、図１に示される半導体レーザ３の回路構造を示す模式図であり、図３は、図２に示される半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。図２および図３に示されるように、半導体レーザ３は、カソード電極２３と、基板２２と、クラッド層１１３と、活性層１１１と、クラッド層１１２と、アノード電極２１とが、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、例えば、青色のレーザ光を得るためにはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。なお、他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣなどの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などのＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２などの酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が半導体基板として用いられる。

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われる。

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１１３の材料としては、青色のレーザ光を得るためにはＡｌＩｎＧａＮからなる混晶半導体が用いられる。一般的には、半導体レーザ３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などのＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていても良い。

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）から発振され、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良い。

なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ光を発振するための反射膜（図示省略）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１０３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、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯなどの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。

半導体レーザ３から発振されるレーザ光は、空間的および時間的に位相が揃っており、その波長は単一波長である。そのため、励起光としてレーザ光を用いることで、発光部７に含まれる蛍光体を効率的に励起することが可能になるので、高輝度な照明光を得ることができる。

この半導体レーザ３は、発光部７に含まれる蛍光体の種類に応じて、発振するレーザ光の波長および光出力が適宜設定されるが、例えば、青色レーザ光（４５５ｎｍ）、緑色レーザ光（５２５ｎｍ・５３０ｎｍ）などの波長範囲のレーザ光を選択することが可能である。

ここで、ヘッドランプ１では、半導体レーザ３が発振するレーザ光のピーク波長が、発光部７に含まれる蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されている。これにより、照明光に含まれるレーザ光の安全性を高めることで、発光部７に照射するレーザ光の光出力を高くしたとしても、照明光の安全性を確保することを可能にしている。なお、半導体レーザ３が発振するレーザ光の波長および光出力の設定の詳細については後述する。

（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのものである。非球面レンズ４の形状および材料は特に限定されないが、半導体レーザ３から発振されるレーザ光の透過率が高く、且つ、耐熱性の良い材料からなることが好ましい。

（光ファイバー５）
光ファイバー５は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａにおける互いに異なる領域に向けて、レーザ光を出射する。

例えば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布において最も光強度が大きい部分（各レーザ光がレーザ光照射面７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。

それゆえ、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。

なお、光ファイバー５は、複数の光ファイバーの束（すなわち、複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要はなく、出射端部５ａは１つであっても良い。

この光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造である。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材料は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であっても良い。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する配置を容易に変えることができる。そのため、発光部７のレーザ光照射面７ａの形状に合わせて出射端部５ａを配置することができるので、発光部７のレーザ光照射面７ａの全面にわたってレーザ光を照射することができる。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更することができる。さらに、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。

そのため、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置することができるなど、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することで、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

なお、導光部材として光ファイバー５以外の部材、または光ファイバー５と他の部材とを組み合わせたものを用いても良い。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いても良い。

（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面７ａに対して所定のパターンで保持するものである。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでも良いし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでも良い。

このフェルール６は、例えば、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていれば良い。フェルール６の材料は、特に限定されず、例えば、ステンレススチールなどである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置しても良い。

なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。ただし、出射端部５ａのレーザ光照射面７ａに対する相対位置を正確に固定するために、フェルール６を設けることが好ましい。

（発光部７）
発光部７は、光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７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、例えば、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであっても良い。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであっても良い。

発光部７に含まれる蛍光体は、例えば、ＹＡＧ蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体、または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である。

酸窒化物蛍光体の一例として、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）蛍光体と通称されるものを用いることができる。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコー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。

窒化物蛍光体の例としては、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３）蛍光体およびＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３）蛍光体を挙げることができる。

ＹＡＧ蛍光体、酸窒化物蛍光体および窒化物蛍光体は、その他の蛍光体に比べて熱に対する安定性が高い。そのため、発光部７を作製する時にガラス粉末と蛍光体とを混合して熱処理を行っても、組成が変化することなくガラス中に安定に存在する。結果として発光効率の高い発光部７を得ることができる。

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、ＧａＮ）を用いても、その粒子径をナノメータのオーダーで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。

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、励起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励起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７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、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。

日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならない。そこで、ヘッドランプ１の照明光を白色とするために、レーザ光と蛍光体との組み合わせが適宜選択される。例えば、青色レーザ光を、黄色蛍光体（例えば、ＹＡＧ蛍光体）を含む発光部７に照射することにより、青色レーザ光と黄色蛍光とを混色して、白色の照明光を得ることができる。

また、ヘッドランプ１の配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、法定の配光パターンを実現しやすくなる。そのため、本実施形態では、発光部７の形状および大きさは、例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面７ａの面積は、３ｍｍ^２である。

ただし、発光部７は、直方体でなくてもよく、レーザ光照射面７ａが楕円である筒状であっても良い。また、レーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であっても良い。ただし、レーザ光の反射を制御するためには、レーザ光照射面７ａは、レーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。

この発光部７は、透明板９の内側（出射端部５ａが位置する側）の面において、出射端部５ａと対向する位置に固定されている。発光部７の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材によって発光部７の位置を固定しても良い。

（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から発せられた光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７から発せられた照明光（レーザ光および蛍光）を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその反射曲面に形成された部材であっても良く、金属製の部材であっても良い。

反射鏡８は、閉じた円形の開口部を有するフルパラボラミラーの他、半円形の開口部を有するハーフパラボラミラーなどであっても良い。また、パラボラミラー以外にも、楕円形状や自由曲面形状、或いは、マルチファセット化されたもの(マルチリフレクタ)を用いても良い。さらに、反射鏡８の一部に曲面ではない部分を含めても良い。

（透明板９）
反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部７を保持している。透明板９は、発光部７から発せられた照明光を透過させて、当該照明光に含まれるレーザ光の波長成分の一部を除去する。このように、照明光に含まれるレーザ光の波長成分の一部を除去することにより、外部に出射されるレーザ光の光量を任意の値まで低下させることができる。

したがって、透明板９を設けることで、外部に出射されるレーザ光の光量を制御して、より安全性の高い照明光を出射することができる。

なお、ヘッドランプ１は、レーザ光と蛍光とを混色して所望の色度の照明光を得るものであるため、透明板９は、当該所望の色度が達成できる範囲内で、照明光に含まれるレーザ光を除去する。

（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８などを収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザ３は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザ３を効率良く冷却することが可能になる。したがって、半導体レーザ３から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷などを防止することができる。

（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の開口部側の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１のデザイン性を向上させると共に、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１は、反射鏡８と同様に、金属薄膜がその反射曲面に形成された部材であっても良く、金属製の部材であっても良い。

（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１の内部を密封している。発光部７が発生させて、反射鏡８によって反射された蛍光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ投光される。

［レーザ光の波長および光出力の設定］
次に、図４〜図７を参照して、半導体レーザ３が発振するレーザ光の波長および光出力の設定について説明する。

レーザ光と蛍光とを混色することで所望の色度の照明光を出射するヘッドランプ１において、出射する照明光の光束を大きくするためには、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高く設定することが考えられる。一方、レーザ光は網膜を損傷させるおそれがあるため、アイセーフの観点からは、外部に放出されるレーザ光の光出力を低くするほうが好ましい。

図４（ａ）は、レーザ光の光強度分布の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示されるレーザ光を用いて蛍光体を励起した場合に得られる照明光の光強度分布の一例を示すグラフである。図４（ａ）に示されるように、ピーク波長が４５０ｎｍのレーザ光を用いて任意の蛍光体を励起した場合、レーザ光の一部が蛍光体によって蛍光に変換される。そのため、図４（ｂ）に示されるよう、レーザ光（図中の斜線部）と蛍光とが混色された照明光が得られる。このような光強度分布を有する照明光が外部に出射された場合、後述のように、照明光に含まれるレーザ光が人間の目の網膜を損傷させるおそれがある。

そのため、レーザ光を含む照明光を出射するこれまでの発光装置では、外部に放出されるレーザ光の光出力を、アイセーフを実現できる光出力の限界値である放出限界値以下に制限する必要があり、照明光の光束を十分に大きくすることが困難であった。

そこで、本願の発明者らは、鋭意検討の結果、レーザ光を含む照明光を出射するヘッドランプ１において、アイセーフを実現しつつ、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くすることで、照明光の光束を大きくする新たな手法を見出した。

一般的に、レーザ光を励起光として用いる場合、蛍光体の発光効率（外部量子効率）の波長依存性を勘案して、外部量子効率が最大となる励起波長が選択される。このとき、照明光の光束の大きさを決定する蛍光体を励起するレーザ光の光出力（強度）は、外部に放出されるレーザ光の光出力が上述の放出限界値以下になるように制御される。

これに対して、ヘッドランプ１では、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することで、アイセーフを実現しつつ、蛍光体を励起するレーザ光の光出力を高くすることを可能にしている（励起工程）。

図５は、人間の目の網膜が光を吸収したときに受ける損傷の程度を示すグラフである。図５に示されるように、人間の目の網膜は、照射される光がレーザ光であるか否か、すなわちコヒーレント光であるかインコヒーレント光であるかとは無関係に、４２５ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長の光によって最も損傷を受け易く、４２５ｎｍよりも短波長の光、または４５０ｎｍよりも長波長の光では、損傷を受け難くなるという性質を有している。

このように、網膜に対する光の安全性には波長依存性があるため、例えば、４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することによって、出射される照明光に含まれるレーザ光の網膜に対する安全性を高めることができる。そのため、４５０ｎｍのレーザ光を用いて蛍光体を励起する場合に比べてアイセーフを実現できる放出限界値が高くなるため、これに伴い、蛍光体を励起するレーザ光の光出力も高く設定することが可能になる。

また、外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いることによる蛍光体の外部量子効率の低下の割合は多くて数％程度である。これに対して、アイセーフを実現できる放出限界値の増大幅は数倍にまで達する。

図６は、励起光の波長とアイセーフを実現できるＡＥＬ（放出限界値）との関係を示すグラフである。図６に示されるように、励起波長を４５０ｎｍよりも長波長にすることで、アイセーフを実現できる放出限界値を高くすることができる。これは、４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することによって、照明光に含まれるレーザ光の網膜に対する安全性をより高くすることができるため、その分、放出限界値を高くしても安全性を確保することができるためである。

この放出限界値は、励起波長に対して±５ｎｍの波長範囲における照明光の分光スペクトルの積分強度が、３．９×１０^−５×Ｃ_３（ここで、Ｃ_３＝１０^{０．０２（λ−４５０）}）Ｗ以下となるように設定される。例えば、励起波長が４５０ｎｍのときの放出限界値は約３９μＷである。これに対して、光の波長が５００ｎｍのときの放出限界値は約３９０μＷであり、約１０倍となる。

このように、蛍光体の外部量子効率の低下によるデメリットよりも、安全、且つ、より大きな光束の照明光を得ることができるというメリットのほうが遥かに大きいと言える。

したがって、外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することにより、アイセーフを実現しつつ、より大きな光束の照明光をヘッドランプ１から出射することができる。なお、外部量子効率が最大となる励起波長よりも長波長で、且つ、視感度がピークになる波長以下の波長のレーザ光を用いて蛍光体を励起することにより、励起光の放射束は同じ値であっても、光束としてはより高い光束の照明光を出射することができるようになる。

（具体例１）
発光部７に含まれる蛍光体がＹＡＧ蛍光体（Ｙ_{１−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｘＣｅ_ｙ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２（０．１≦ｘ≦０．５５、０．０１≦ｙ≦０．４）である場合、半導体レーザ３から発振されるレーザ光のピーク波長は４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下であることが好ましい。

図７は、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を示すグラフである。図７に示されるように、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長は４５０ｎｍ前後であるため、ＹＡＧ蛍光体の励起には、ピーク波長が４４５ｎｍや４５０ｎｍの光が一般的に用いられる。

このような技術常識に対し、本願の発明者らは、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のレーザ光によってＹＡＧ蛍光体を励起した場合であっても、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率の低下を小さく抑えることができ、高い外部量子効率が維持されることに着目した。そして、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率が最大となる４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いることにより、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率をさほど低下させることなく、安全性を確保しつつ、より高い光出力のレーザ光でＹＡＧ蛍光体を励起することが可能になることを本願の発明者らは見出した。

したがって、ピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下のレーザ光でＹＡＧ蛍光体を励起することにより、ＹＡＧ蛍光体の外部量子効率をさほど低下させることなく、安全性を確保しつつ、光束の大きくな白色の照明光をヘッドランプ１から出射することが可能になる。

（具体例２）
発光部７に含まれる蛍光体がＣＡＳＮ蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）である場合、半導体レーザ３から発振されるレーザ光のピーク波長は４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下であることが好ましい。

通常、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長は４００ｎｍから４５０ｎｍまでであるため、ＣＡＳＮ蛍光体の励起には、ピーク波長が４５０ｎｍの光が一般的に用いられる。

このような技術常識に対し、本願の発明者らは、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下のレーザ光によってＣＡＳＮ蛍光体を励起した場合であっても、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率の低下を小さく抑えることができ、高い外部量子効率が維持されることに着目した。そして、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率が最大となるＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率が最大となる４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いることにより、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率をさほど低下させることなく、安全性を確保しつつ、より高い光出力のレーザ光でＣＡＳＮ蛍光体を励起することが可能になることを本願の発明者らは見出した。

例えば、ピーク波長が４５０ｎｍよりも長波長のレーザ光を用いてＣＡＳＮ蛍光体を励起することで、ピーク波長が４５０ｎｍのレーザ光を用いて蛍光体を励起する場合に比べて、ＪＩＳ規格で規定されているクラス１のアイセーフを実現できる蛍光体を励起するレーザ光の光出力を大幅に増大させることができる。

ＣＡＳＮ蛍光体を励起するレーザ光のピーク波長は、好ましくは、４５０ｎｍよりも大きく５３０ｎｍ以下であり、より好ましくは４６５ｎｍ以上５３０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは４７０ｎｍである。

また、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率は４５０ｎｍ、４６５ｎｍおよび４７０ｎｍのレーザ光でほぼ同じ値である。一方、上記クラス１のアイセーフを実現できる蛍光体を励起するレーザ光の光出力は、４６５ｎｍのレーザ光では４５０ｎｍのレーザ光の約２倍に増大し、４７０ｎｍのレーザ光では４５０ｎｍのレーザ光の約２．５倍に増大する。

したがって、４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下の波長範囲のレーザ光でＣＡＳＮ蛍光体を励起することにより、ＣＡＳＮ蛍光体の外部量子効率をさほど低下させることなく、安全性を確保しつつ、光束の大きくな白色の照明光をヘッドランプ１から出射することが可能になる。

［ヘッドランプ１の効果］
このように、ヘッドランプ１は、レーザ光を発振する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から発振されたレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部７とを備え、レーザ光および蛍光を含む照明光を出射するものであって、半導体レーザ３が発振するレーザ光のピーク波長は、蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されている。

このように、半導体レーザ３が発振するレーザ光のピーク波長を、発光部７に含まれる蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定することにより、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長のレーザ光によって蛍光体を励起する場合に比べて、レーザ光の安全性を高めることができる。それゆえ、発光部７に照射するレーザ光の光出力を高くしたとしても、照明光の安全性を確保することが可能になる。

したがって、本実施形態によれば、同程度の光強度であっても、従来に比べて安全性の高い照明光を出射することが可能なヘッドランプ１を実現することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、本発明に係る発光装置を備えたレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００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り、半導体レーザ３から発振されたレーザ光と、当該レーザ光の一部が波長変換された蛍光とを混色して得られた照明光を出射するものである。

なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。

図８は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す斜視図であり、図９は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図であり、図１０は、レーザダウンライト２００を示す断面図である。

図８〜図１０に示されるように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。

［発光ユニット２１０の構成］
発光ユニット２１０は、図１０に示されるように、筐体２１１と、光ファイバー５と、発光部７と、透光板（フィルタ）２１３とを備えている。

筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。

また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａと発光部７との位置関係は上述したものと同様である。

透光板２１３は、凹部２１２の開口部を塞ぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７から発せられた照明光を透過させて、当該照明光に含まれるレーザ光の波長成分の一部を除去することで、安全性の高い照明光を外部に出射する。なお、透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されても良い。

図８では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。

なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。

［ＬＤ光源ユニット２２０の構成］
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３と、非球面レンズ４と、光ファイバー５とを備えている。

光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。

図１０に示されるＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いても良い。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対（または、複数の半導体レーザ３と１つのロッド状レンズ３２との対）が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。

［レーザダウンライト２００の設置方法の変更例］
図１１は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。図１１に示されるように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を強力な粘着テープなどを使って天板４００に貼り付けても良い。この場合、レーザダウンライト２００の設置に関する制約が小さくなり、また、工事費用を大幅に削減できるというメリットがある。

［レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較］
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図８に示されるように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。

このように、ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。

これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでも良い。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７に含まれる蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。

図１２は、従来のＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。図１２に示されるように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップと、電源と、冷却ユニットとを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（図示省略）に接続されている。

このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。

また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。

また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。

これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。

また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。

また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、天板裏側のスペースもほとんど必要ないためにＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。

図１３は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための表である。図１３に示されるように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積が９４％減少し、質量が８６％減少する。

また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所（高さ）に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。

なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。

以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出発振する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。

光ファイバー５の複数の出射端部５ａは、発光ユニット２１０が備える１つの発光部７に対して複数配置されており、複数配置された出射端部５ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、配置の対象となる発光部７の互いに異なる部分に対して照射される。

このような、レーザダウンライト２００においても、半導体レーザ３が発振するレーザ光のピーク波長を、発光部７に含まれる蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定することにより、蛍光体の外部量子効率が最大となる励起波長のレーザ光によって蛍光体を励起する場合に比べて、照明光に含まれるレーザ光の安全性を高めることができる。それゆえ、発光部７に照射するレーザ光の光出力を高くしたとしても、照明光の安全性を確保することが可能になる。

したがって、本実施形態によれば、同程度の光強度であっても、従来に比べて安全性の高い照明光を出射することが可能なレーザダウンライト２００を実現することができる。

［その他の変更例］
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。

例えば、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いても良い。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。

〔補足〕
なお、本発明に係る発光装置は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る発光装置は、励起光を発振する励起光源と、励起光を受けて蛍光を発する発光部とからなる発光装置に関するものであって、前記励起光源はレーザ光を発振するレーザ光源であり、前記レーザ光が発光部に照射されて発光部から発せられる蛍光と、発光部により蛍光に変換されなかった前記レーザ光とが混色されて照明光を構成していることを特徴とし、照明光の分光分布スペクトルにおいて前記レーザ光の発振波長のマイナス５ｎｍからプラス５ｎｍの波長範囲のスペクトルを積分したときの積分強度が、前記レーザ光の発振波長が４５０ｎｍ以下の場合３９μＷ以下であり、４５０ｎｍよりも大きく５００ｎｍ以下、さらに好ましくは４５０ｎｍよりも大きく４７０ｎｍ以下の時は３．９×１０^−５×Ｃ_３ （Ｗ）（ここで、Ｃ_３＝１０^{０．０２（λ−４５０）}）以下であることを特徴とする。

本発明は、レーザ光と当該レーザ光の一部が波長変換された蛍光とを混色して得られた照明光を出射する発光装置に好適に利用することができる。

１ ヘッドランプ（発光装置、照明装置）
２ 半導体レーザアレイ（レーザ光源）
３ 半導体レーザ（レーザ光源）
５ 光ファイバー
６ フェルール
７ 発光部
７ａ レーザ光照射面
８ 反射鏡
９ 透明板（フィルタ）
２００ レーザダウンライト（照明装置）
２１３ 透光板（フィルタ）

Claims (7)

1. レーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置であって、
   前記レーザ光源が発振するレーザ光のピーク波長は、前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側に設定されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体であり、
   前記レーザ光のピーク波長は、４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記蛍光体は、ＣＡＳＮ蛍光体であり、
   前記レーザ光のピーク波長は、４５０ｎｍよりも大きく、５３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記レーザ光のピーク波長が４５０ｎｍよりも大きく、５００ｎｍ以下のとき、当該レーザ光のピーク波長の±５ｎｍの波長範囲における前記照明光の分光スペクトルの積分強度は、前記レーザ光のピーク波長をλｎｍとしたとき、３．９×１０^−５×Ｃ_３（ここで、Ｃ_３＝１０^{０．０２×（λ−４５０）}）Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記照明光を透過させて、当該照明光に含まれる前記レーザ光の波長成分の一部を除去するフィルタ部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
7. レーザ光を発振するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から発振された前記レーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部とを備え、
   前記レーザ光および前記蛍光を含む照明光を出射する発光装置の発光方法であって、
   前記蛍光体の外部量子効率が最大となる波長よりも長波長側にピーク波長を有するレーザ光によって、前記蛍光体を励起する励起工程を含むことを特徴とする発光方法。

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