JP2014149975A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、信頼性に有利な利便性の高い照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記の課題を解決する手段として、本発明の照明装置は、光源から出射されるビームを走査することで任意の配光パターンを生成し、対象物を照射する照明装置１００において、ＬＥＤ光源１０１と、ＬＥＤ光源１０１から出射された光を集光、又は平行光に変換する為のコリメータレンズ群１０２、光の光軸方向を変換する角度可変の機構を備えた走査ミラー１０４を備え、上記各部品は、それらを保持する結合部材１０５によって一つの集合体として固定された光源モジュールを成し、その光源モジュール全体が、透明体の光出射窓１０８が付いた封止キャップ１０６と、ＬＥＤ光源１０１が固定された台座１０７とで包み込むように覆われた空間の内部に配置されている事を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光束の光軸方向を制御可能な固体光源を用いた照明装置に関する。

近年、低消費電力で高輝度なことから、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等の固体光源を用いた照明が、多くの分野で提案されている。特に自動車分野に於いては、自動車の電動化に伴い、自動車機器の消費電力を低減させる事が重要となっている。そのため、従来から用いられてきたハロゲンランプやキセノンランプ等からの置き換えが検討されている。

その一方で、照明装置の配光パターンの設計は、光をある決められた領域に対して照明する従来の方法に加えて、光源そのものとミラーやアクチュエータを組み合わせることで、照明領域を任意に変化させられる照明装置が提案されている。

たとえば、（特許文献１）では、光源から発せられた光をＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製された集積ミラーアレイ上に照射し、集積ミラーに配置されたそれぞれのミラー角度を制御することで、照明装置から発せられる配光パターンを制御する構成が提案されている。

他にも、（特許文献２）では、赤色・緑色・青色の各光を発するレーザ光源を用い、レンズやミラーを載せた電磁アクチュエータを用いてレーザビームを走査することで、任意の配光パターンを形成する構成が提案されている。

これら二つの例のように配光パターンを任意に制御する機構を導入することで、特に自動車分野に於いては、対向車のドライバーに対しては眩しさを軽減することが可能になる。その上、歩道など照明が必要な箇所を重点的に照明したり、天候に合わせて照明範囲を変えたり、各種センサーからの情報に合わせて特定の場所を照射したり、ドライバーへの情報を道路上に描画したりすることが可能になるため、運転上の利便性を向上させることが出来ると期待されている。

特許第４０１９９３９号公報 特許第４８８１２５５号公報

しかしながら、固体光源の輝度を維持するためには、光源そのものの温度上昇を抑える必要があり、一般的に放熱フィンなどの冷却部品と組み合わせて使用されるが、輝度を向上するためには、より大きな冷却部品や冷却機構が必要となる。全体の省スペースを実現する為には、相対的に光源を含む導光部をなるべく小型化したい。その上、これまで提案されているような、配光パターンを制御する機構を導入した場合、従来の配光パターン固定の照明装置と比較して、より巨大な照明装置となるため、車両のデザインに制約が生じる、あるいは小型車等には適用できないという課題がある。

また、照明など自動車の外装に近い部分にＭＥＭＳや電磁アクチュエータなどの機構部品を使用した場合、振動や雨水の浸入等による湿度に対する耐性が低いため、長期信頼性の確保が困難という課題がある。

さらに、投射される光は、使用する光源の波長分布、または光源とその蛍光体の組み合わせで決まる波長分布により限定され、発光色の選択肢を広げる為には複数の光源や複数の蛍光体に、複雑な光学系を組み合わせて搭載することになり、装置の大型化とコストの増大を余儀なくされるという課題がある。その上、選択される光は、光源と蛍光体の組み合わせにより限定された、離散的な選択肢しかなく、任意の色は選択できなかった。

以上のように、特に自動車分野に於いて、自動車を運転する上での利便性や性能の向上が期待されているものの、放熱や信頼性、迷光防止性能、多色性能を確保しようとした場合、サイズが大型になる為に、多くの車種に適用しづらくなり、普及の妨げとなっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、小型化が可能で、信頼性に有利な利便性の高い照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源から出射されるビームを走査することで任意の配光パターンを生成し、対象物を照射する照明装置において、光源と、光源から出射された光を集光、又は平行光に変換する為の光学系、光の光軸方向を変換する角度可変の機構を備えた反射鏡を備え、光源と光学系と反射鏡は、それらを保持する結合部材によって一つの集合体として固定された光源モジュールを成し、その光源モジュール全体が、透明体の窓が付いたキャップ材と、光源が固定された台座とで包み込むように覆われた空間の内部に配置されている事を特徴とする照明装置である。

本発明は上記構成により、ハウジングとは別体の前記構成部品を保持する結合部材によって、光学系を構成する部品が近接して一体に固定される事で、振動などの外乱に強い構成となる。同時に、キャップ材で覆うことができる小型の光学系を実現し、照明装置の小型化と製造設備の小型化にも貢献する。また、本発明は、前記キャップで光学系を覆う為に、前記集合体を構成する個々の部材も大きくならず、製品の材料コストの削減にも有利である。さらに、本発明は、光源と光学部品、走査用の機構部品を、前記キャップと光源の台座によって外気と遮断している為、高度な耐環境性能と長期信頼性を実現する事が可能である。

本発明の実施の形態１におけるＬＥＤを光源とした照明装置の構成模式図 本発明の実施の形態１におけるＬＥＤを光源とした照明装置の内部構造を示した構成模式図 本発明の実施の形態１に示したＬＥＤを光源とした照明装置における部材の固定方法を示した模式図 本発明の実施の形態１に示したＬＥＤを光源とした照明装置における気密構造を示した模式図 本発明の実施の形態１に示したＬＥＤを光源とした照明装置における投影方向拡大手法を示した構成模式図 本発明の実施の形態２におけるＬＤを光源とした照明装置の構成模式図 本発明の実施の形態２におけるＬＤを光源とした照明装置の内部構造を示した構成模式図 本発明の実施の形態２における可動蛍光板の機能例を示した構成模式図 本発明の実施の形態３における本願の照明装置を自動車用前照灯に用いた場合の構成模式図

請求項１記載の発明は、光源から出射されるビームを走査することで任意の配光パターンを生成し、対象物を照射する照明装置において、光源と、光源から出射された光を集光、又は平行光に変換する為の光学系、光の光軸方向を変換する角度可変の機構を備えた反射鏡を備え、光源と光学系と反射鏡は、それらを保持する結合部材によって一つの集合体として固定された光源モジュールを成し、その光源モジュール全体が、透明体の窓が付いたキャップ材と、光源が固定された台座とで包み込むように覆われた空間の内部に配置されている事を特徴とする。この結果、ハウジングとは別体の前記構成部品を保持する結合部材によって、光学系を構成する部品が近接して一体に固定される事で、振動などの外乱に強い構成となる。また、本発明は、光学系を近接して配置するため、キャップ材で覆うことができる程度の小型の光学系を実現し、照明装置の小型化と製造設備の小型化にも貢献する。さらに、本発明は、前記キャップで光学系を覆う為に、前記集合体を構成する個々の部材も大きくならず、製品の材料コストの削減にも有利である。さらに本発明は、光源と光学部品、走査用の機構部品を、前記キャップと光源の台座によって外気と遮断している為、高度な耐環境性能と長期信頼性を実現する事が可能である。

請求項２記載の発明は、単色光源から発せられる光の波長を、所定の波長分布に変換する為の蛍光体が、光源モジュールを覆うキャップの内部に内包されている事を特徴とする。この結果、蛍光体が外気に晒されない為、高度な耐環境性能と長期信頼性を実現する事が可能である。

請求項３記載の発明は、蛍光体が、光源モジュールを覆うキャップの一部に形成された透明体の光源側の面上に形成されている事を特徴とする。この結果、蛍光体を形成するための基台となる部材を個別に用意する必要が無くなる為、製品の材料コストの削減が可能である。しかも、蛍光体を前記透明体全体に形成する事で、光源から発せられる光が外部に直接的に漏れだす事はなくなる為、所望の波長分布の制御が容易となる。同時に前記光源がレーザである場合は、キャップ材の外部に向かってコヒーレント光が漏れ出す事も無いことから、装置からの迷光を防止することが出来る。

請求項４記載の発明は、蛍光体は、電気制御により、ビームの入射面に直角な方向の２次元面内において、任意の位置に駆動する事ができる事を特徴とする。この結果、蛍光体上の透過、又は反射位置が、常に同じ位置になる事を避けることができる為、蛍光体の長期信頼性を実現する。さらに、前記可動光学部品によるビームの偏向方向に同期し、蛍光体上のビームの透過、又は反射位置を自由に制御する事が可能となる。

請求項５記載の発明は、蛍光体は反射鏡からの光が入射し、蛍光体駆動用の機構部品が、結合部材に固定されている事を特徴とする。この結果、可動蛍光体の光源に対する組立位置調整が別途必要なくなり、製造コストを削減する事ができると共に、各構成部品の位置関係を長期間に亘って維持しやすくなる為、信頼性特性にとっても有利となる。

請求項６記載の発明は、光源から蛍光体に至るまでの光路が、結合部材又は、それを覆うカバー部材により、光学的に遮蔽された状態で覆われている事を特徴とする。この結果、光源から発せられる光が外部に漏れだす事がなくなる為、迷光が減り、特に光源がレーザである場合には、集合体の外部に向かってコヒーレント光が漏れ出す事も無く、キャップ材による遮蔽の効果も含め、迷光を防止し、不要な部分へ光線が飛散することを防止出来る。

請求項７記載の発明は、蛍光体は、２次元的に分布を持った複数種の蛍光体領域に分かれて形成されることを特徴とする。この結果、可動ミラーによって偏光、走査するビームの前期蛍光体への入射位置を同期させる事で、蛍光体上の透過、又は反射領域を位置制御し、任意の波長分布に変換する事が可能となる。

請求項８記載の発明は、蛍光体の分割領域は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の三原色に対応して変換するための３つの領域に分かれている事を特徴とする。この結果、走査ビームと蛍光体の入射位置とを同期させ、併せて各色の時間占有率を制御する事で、本発明の照明装置による照明色を、フルカラーで表現する事が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。図１〜図５は、光源にＬＥＤを用いた実施の形態１の照明装置を示す。図６〜図８は、光源にＬＤを用いた実施の形態２の照明装置を示す。図９は、照明装置を用いた実施の形態３の自動車用の前照灯を示す。

（実施の形態１）
本実施の形態１では、光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合の構成例について図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤを光源とした照明装置の構成模式図であり、図１（ａ）は照明装置の外観図、図１（ｂ）は照明装置の断面構造を示した図である。

照明装置１００は、ＬＥＤ光源１０１、コリメータレンズ群１０２、蛍光体１０３、走査ミラー１０４とこれらを一体に固定するための結合部材１０５で構成され、これらの１０１〜１０５の部品は、封止キャップ１０６と光源の台座１０７によって覆われた空間内に収められている。封止キャップ１０６の一部もしくは全体には、光を取り出すための光出射窓１０８が設けられている。

本実施の形態１では、ＬＥＤ光源１０１として波長４００〜４１０ｎｍの窒化ガリウム系発光ダイオードを使用している。チップのサイズは２ｍｍ角であるが、光量を増加させたい場合はチップの面積を拡大してもよいし、チップの個数を増やしてもよい。光の利用効率を向上させるためにはチップの個数は一つとし、チップの面積も出来るだけ小さくすることがより望ましい。

ＬＥＤ光源１０１から発せられた光は、ＬＥＤ光源１０１の直上に配置された蛍光体１０３により白色光へ変換される。本実施の形態１では、波長４０５ｎｍ近辺の光で励起することにより、波長４６０ｎｍ近辺の光を発光する酸化物系蛍光体・波長５５０ｎｍ近辺の光を発光する窒化珪素系蛍光体・波長６２０ｎｍ近辺の光を発光する窒化物系蛍光体の３種の蛍光体を混合することにより白色光１０９を得ている。

蛍光体１０３で変換された白色光１０９は、コリメータレンズ群１０２によりビーム整形されると共にＬＥＤ光源１０１の発光面に対して垂直な方向の発光強度を強くする役目を持っており、その結果、光の利用効率や迷光の発生を抑えることができる。

整形された白色光１０９は、走査ミラー１０４のミラー面に照射される。光源にＬＥＤを用いる場合は、光を小さなビーム径に集光することが困難であるため、走査ミラー１０４のミラー面は出来るだけ大きいことが望ましく、かつ走査角度を大きく（１０°以上望ましくは２０°〜３０°）する必要があるため、電磁アクチュエータを用いたミラーであることが望ましい。この走査ミラー１０４により光出射窓１０８から出力される出射光１１０の出射光軸方向を変位させることが可能となる。

走査ミラー１０４によって、その光軸方向を変位させられた出射光１１０は光出射窓１０８から外部に放出される。

以上の構成により、本実施の形態１では、配光パターンを走査ミラーにより任意に変更できる照明装置として機能する。

本実施の形態１における照明装置の特徴は、一つめにＬＥＤ光源１０１、コリメータレンズ群１０２および走査ミラー１０４が放熱機構を兼ねた結合部材によって一体となって固定されていることである。二つめに照明装置１００は、ＬＥＤ光源１０１、コリメータレンズ群１０２、蛍光体１０３、走査ミラー１０４とこれらを固定するための結合部材１０５から構成され、ＬＥＤ光源１０１、コリメータレンズ群１０２、蛍光体１０３、走査ミラー１０４、結合部材１０５は、封止キャップ１０６と光源の台座１０７によって、外気と遮断された空間内に収められていることである。

以下に、本願の特徴を形成する各部の機能とそれを実現するための構造について説明する。

まず、結合部材１０５について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるＬＥＤを光源とした照明装置の内部構造を示した構成模式図であり、結合部材１０５に固定された各部材を図１から抜き出して示した図である。図２（ａ）は外観の透視図であり、図２（ｂ）は断面図である。

本実施の形態１では、蛍光体１０３が配置されたＬＥＤ光源１０１、コリメータレンズ群１０２、走査ミラー１０４について、結合部材１０５により一体化されているが、ＬＥＤ光源１０１とコリメータレンズ群１０２との位置関係が、ビームの形状（コリメート状態）に大きな影響を与える。そのため、常に振動が発生するような環境で使用する場合、ＬＥＤ光源１０１とコリメータレンズ群１０２との位置関係を維持するのに有利な構成が必要となる。

また、光源、レンズ、ミラーが近接して配置されているため、光学系部分の容積を小型化することができる。

また、走査ミラー１０４へ光源からの光が入射する位置や角度が変化した場合も光出射窓の外部にある照射位置に変化を与えることから、位置ずれを極力低減させることが望ましい。

そこで、本実施の形態１では、光源とビームを整形するコリメータレンズ群と走査ミラーを結合部材によって一体構造とすることで、各部の位置ずれを抑制することが出来、照明装置１００自体の調整のみで照明位置を微調整することが可能となる。

また、ＬＥＤ光源だけでなく、走査ミラー、特に電磁駆動の場合については大きな熱を発生することから、結合部材に亜鉛ダイキャスト等の金属部材を用いることで、部材から発せられる熱を効率よく光源の台座へ逃がすことが出来る構造となっている。

図３は、本発明の実施の形態１に示したＬＥＤを光源とした照明装置における部材の固定方法を示した模式図であり、この図を用いながら具体的な組立方法と設計の狙い、それらの効果について説明を行う。なお、図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は結合部材１０５を底面から見た底面図である。

結合部材１０５は、鏡筒部１０５ａとレンズ固定部１０５ｂに２分割されており、鏡筒部１０５ａの内部にコリメータレンズ群１０２を構成するためのレンズを挿入し、レンズ固定部１０５ｂを用いて固定する。その後、レンズ固定部１０５ｂを鏡筒部１０５ｂに接着固定し結合部材が完成する。この際、コリメータレンズ群１０２を構成するためのレンズの大きさを鏡筒部１０５ａに挿入する順番に合わせて大きく設計することで、容易に位置決めを行うことが可能となる。

コリメータレンズの位置決めが行われた結合部材１０５に対し、蛍光体１０３が配置されたＬＥＤ光源１０１を固定する。この際、図３のＡ方向から光の強度分布を観察し、最もピーク強度が大きくなる位置で仮固定する。仮固定を行った後、結合部材１０５とＬＥＤ光源１０１とを半田を用いて固定する。このように結合部材１０５とＬＥＤ光源１０１とを半田１１４で固定することで、樹脂製の接着剤を使用する場合に比べて位置ずれの影響を低減することができる。

最後に、結合部材の基準面１１２に対する光の出射方向を、図３に示したＢ方向から強度分布を観察しながら調整を行う。このような調整工法を実施することで基準面１１２に対する光の出射方向を決められた範囲内に収めることが可能となる。

続いて、気密構造について図４を用いながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１に示したＬＥＤを光源とした照明装置における気密構造を示した模式図、図４（ａ）は外観図、図４（ｂ）は接合部分の拡大図である。

本実施の形態１では、蛍光体１０３を用いて紫色光から白色光を発生させている。前述のように波長４０５ｎｍ近辺の光で励起することにより、波長４６０ｎｍ近辺の光を発光する酸化物系蛍光体・波長５５０ｎｍ近辺の光を発光する窒化珪素系蛍光体・波長６２０ｎｍ近辺の光を発光する窒化物系蛍光体の３種の蛍光体を用い、赤・緑・青の光の３原色を発生させているが、いずれの蛍光体も空気中の水分を吸着することにより特性が劣化する事が知られている。また、走査ミラーについても圧電や静電駆動を採用した場合、空気中の水分によって特性が変化することが知られている。

また、本実施の形態１では、波長が４０５ｎｍ近辺の光で蛍光体を励起しているが、青色光〜紫外光といった波長が短い光を用いる場合、光源本体や光学部品に空気中の埃を固着させる効果がある事が知られている。

以上の対策のため、空気中の水分や埃を遮断する構造として封止キャップ１０６と光源の台座１０７で構成される気密構造を設けている。

気密構造とするために、封止キャップ１０６と光源の台座１０７は溶接や半田付けによるハーメチック構造とすることがより望ましい。また、製造工程を簡略化する手法として封止キャップ１０６と光源の台座１０７との間に、シリコン樹脂などで形成されたパッキン１１５またはＯリングを配置し、ねじ止め等により圧力を掛けた状態で保持しても効果が得られる。

尚、低温環境下で使用する場合には、気密構造内部の結露が問題となるため、露点降下の目的で窒素ガスを充填する。また、長期的な信頼性を更に向上させるためには、気密構造内にモレキュラーシーブなどのゲッターと一緒に密封しておくことが望ましい。

本実施の形態１では、光源にＬＥＤを用いており、レーザ光と比較して、コスト面では有利であるが、光の直進性が劣るため、走査ミラーを使用しても出射光１１０の出射方向変位量が小さいという問題がある。そこで、光出射窓１０８を図５の様にシリンドリカルレンズ型とすることで変位量を大きくすることが出来る。この際、走査ミラー１０４の回転角を中心とした円弧（変位させたい方向）と円筒面を形成する円弧の方向とを同一方向にし、円筒面側を入射側とすることが望ましい。

図５に走査ミラー変位前の主光線（主光線１）と５°変位させた時の主光線（主光線２）との差異を示しているが、光出射窓１０８をシリンドリカルレンズ形状とすることにより、走査ミラーでの変位量を拡大させることが可能なことが分かる。

また、本実施の形態１のように波長が４３０ｎｍ以下の光を使って蛍光体を励起する場合、コリメータレンズ群１０２、光出射窓１０８等、本照明装置に用いる光学部品はガラスを用いることが望ましい。

もしくは、蛍光体１０３に吸収されなかったＬＥＤ光源１０１からの透過光が、蛍光体１０３以降の光学部品に照射されないよう、光学的なフィルタを配置することで、樹脂製の光学部品を使用することが可能となる。

なお、本実施の形態１で使用した走査ミラーの走査周波数は１２０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることが望ましい。走査周波数が１２０Ｈｚ以下の場合、ヒトの目で走査の軌跡が認識できるため、照明領域が認識しづらいという課題が発生する。また、１００ＭＨｚ以上では回路が複雑化する上、不要輻射等により、外部の回路に影響を与える可能性があるため、この範囲の周波数であることが望ましい。また、２００Ｈｚ〜１７ｋＨｚまでの範囲では、たわみやすい部材に走査ミラーを固定した場合、他の部材と共振して大きな音を発する可能性があるため、本願で提案した結合ベースに固定する事で、共振による音の発生を抑制できる。

なお、本実施の形態１では、ＬＥＤ光源１０１上に蛍光体１０３が形成された場合について説明したが、蛍光体１０３が光出射窓１０８上に形成されても同様の効果が得られる。この場合、空気中の水分やゴミなどが付着することによる、特性劣化を防止するため、蛍光体１０３は光出射窓１０８の光源側の面に形成されていることが望ましい。

また、本実施の形態１で述べた基準面の位置やシリンドリカル形状出力窓の曲率などは設計思想によりいかなる態様を取ることも可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態２として、光源にレーザダイオード（以下ＬＤ）を用いた場合の構成例について図６を用いて説明する。

図６は、本発明の実施の形態２におけるＬＤを光源とした照明装置の構成模式図である。

本実施の形態２では、光源をＬＥＤからＬＤにすることにより、より小型な照明装置を提供することが出来る。

照明装置２００は、ＬＤチップ２０１、サブマウント２０２、光源を固定する為の電極の付いた金属製の台座２０３、コリメータレンズ群２０４、走査ミラー２０５、走査ミラー２０５を保持する電磁アクチュエータ２０６、蛍光体２０７、蛍光体２０７を可動する為の電磁アクチュエータ２０８、さらに２０１〜２０８を固定し、保持するための結合部材２０９、これらを気密構造内に封入するための封止キャップ２１０、気密構造から光を取り出すための光出射窓２１１で構成されている。

本実施の形態２では、光源用のＬＤチップ２０１は、波長４００〜４１０ｎｍの窒化ガリウム系ＬＤを使用している。波長が異なる複数の光を出す為に、モノリシック型のＬＤチップや、複数種のＬＤチップを同一サブマウント上にダイボンドするハイブリッド型レーザを使用する事も可能である。ＬＤチップはサブマウントを介して電極の付いた金属製の台座、又はセラミックなどでできた台座に、半田等により固定されている。

ＬＤチップ２０１から発せられた光は、コリメータレンズ群２０４により、走査ミラー２０５の反射面の大きさに適した平行光、または収束光に変換される。

この整形されたレーザ光は、前述の電磁アクチュエータ２０６によって角度を変えることが可能な走査ミラー２０５に照射される。ここでは、走査ミラー２０５と電磁アクチュエータ２０６の機能が一体に集積されたＭＥＭＳミラーを用いることも可能である。

これにより偏向した光束は、走査ミラー２０５と光出射窓２１１の間に配置された蛍光体２０７に入射することで、白色光などの任意の波長分布を持った照射光に変換される。その際、入射側に入射波長を透過し、蛍光板によって変換される波長の光を反射するダイクロイック膜を形成する事で、より変換効率を高めることが可能である。また、蛍光板は、一定の場所にＬＤ光を照射し続けると劣化してしまう為、電磁アクチュエータ２０８や圧電素子などを利用し、入射光の透過位置が定まらない可動体とする事が望ましい。さらに、何種類かの蛍光材料を複数の領域に分けて形成し、走査ミラー２０５の角度と蛍光板の位置を同期させる事で、状況に応じた任意の波長分布を作り出したり、また、蛍光体種の異なる各領域の時間占有率を制御することで、人間の目の残存作用を利用して、任意の色を再現したりする事も可能である。

尚、ＬＤの波長分布をそのまま使用する場合は、蛍光板ではなく、単なる拡散板に代替可能であるが、この場合は信頼性を考慮して可動体にする必要性は無い為、結合部材に配置する方法以外に、実施の形態１と同様に光出射窓に対し拡散板の機能を付与することも可能である。

このように、走査ミラー２０５によって、そのビームの光軸方向を偏向させられたＬＤ光は、蛍光体２０７や、拡散板を経て、インコヒーレントな光に変換され、光出射窓２１１から外部に任意の照射光を放出する。

以上の構成により本実施の形態２の構成は、任意の配光パターンを走査ミラーにより実現できる照明装置として機能する。

本実施の形態２における照明装置の特徴は、一つめにＬＤチップ２０１を含む光源部、コリメータレンズ群２０４および走査ミラー２０５が放熱機構を兼ねた結合部材によって固定されていることである。二つめに照明装置２００は、ＬＤチップ２０１、コリメータレンズ群２０４、走査ミラー２０５、電磁アクチュエータ２０６、蛍光体２０７、電磁アクチュエータ２０８とこれらを固定するための結合部材２０９は、封止キャップ２１０、光源の台座２０３から構成される気密構造内に収められていることである。

以下に本願の特徴を形成する各部の機能とそれを実現するための構造について説明する。

まず結合部材２０９について説明する。図７は、本発明の実施の形態２におけるＬＤを光源とした照明装置の内部構造を示した構成模式図であり、結合部材２０９に固定された各部材を図６から抜き出して示した図面である。

本実施の形態２では、ＬＤチップ２０１とサブマウント２０２から成るＬＤ光源部、コリメータレンズ群２０４、走査ミラー２０５、電磁アクチュエータ２０６、蛍光体２０７、電磁アクチュエータ２０８について結合部材２０９により一体化されているが、ＬＤチップ２０１とコリメータレンズ群２０４との位置関係が、ビームの形状（コリメート状態）や光軸方向に大きな影響を与える。そのため、特に振動が発生するような環境で使用する場合には、ＬＤチップ２０１とコリメータレンズ群２０４との位置関係を維持する構成が必要となる。

また、光源、レンズ、ミラーが近接して配置されているため、光学系部分の容積を小型化することができる。

また、走査ミラー２０５へ光源からの光が入射する位置や角度が変化した場合も光出射窓の外部にある照射位置に変化を与えることから位置ずれを極力低減させることが望ましい。さらに、ＬＤから発せられるコヒーレントな光は、迷光となり不必要な方向へ飛散しやすいため、外部に漏出させない構造とする必要がある。

そこで、本実施の形態２では、光源とビームを整形するコリメータレンズ群と走査ミラーを一体構造とすることで、各部の位置ずれを抑制することが出来、照明装置２００自体の調整のみで照明位置を微調整することが可能となる。

また、ＬＤ光源だけでなく、走査ミラーや可動蛍光体など、特に電磁駆動の場合については熱を発生することから結合部材に亜鉛ダイキャスト等の金属部材を用いることで、部材から発せられる熱を効率よく光源の台座２０３へ逃がすことが出来る構造となっている。

また、ＬＤ光の出射面から、インコヒーレントな光に変換する蛍光体、又は拡散板までの光路を、結合部材２０９で覆うことにより、コヒーレントな光の外部漏出を防止し、封止キャップ２１０と合わせ、不要な領域を照明する迷光を防止可能な構造を提供できる。

尚、照射する対象物までの距離に対応し、照射範囲を最適化する為に、光源から見て光出射窓の先に、拡大レンズを配置する場合が考えられる。この場合は、光出射窓１０８のビーム入射面を凹面にするなどし、窓材に拡大レンズの機能を付与すれば、照明装置から出射した光の偏向角を大きくすることができる為、別個に拡大レンズが不要となる。これにより、照明装置の使用目的に応じた広範な照射範囲を本願の形態だけで実現することができる。

次に蛍光体２０７の機能の一例について説明する。

図８は、本発明の実施の形態２における可動蛍光板の機能例を示した構成模式図であり、結合部材２０９に固定された各部材を図５から抜き出して示した図面である。本願の構成では、蛍光体の種類が、エリア毎に分割されて蛍光板面内に形成されていることで任意の色を表現することができる。

ＬＤチップ２０１から出射されたビームが、コリメータレンズ群２０４で整形され、走査ミラー２０５に入射する。走査ミラー２０５は、所定の配光パターンを実現する為に、電気的に角度が制御され、ビームは意図する方向に偏向する。この時、蛍光体２０７面上のビームの透過位置は、走査ミラー２０５の角度に応じて変化するが、この角度変化に同期させて蛍光体２０７を動かすことで、透過するエリアに形成された蛍光体２０７の種類に応じた波長分布を生成することができる。走査ミラー２０５と蛍光体２０７を、人間の目の時間分解能よりも十分に小さな時間単位で時系列的に制御することで、前記時間単位で選択される波長分布の占有時間に応じて混色された任意の色として人間の目に知覚される。例えば光源を波長４０５ｎｍの紫レーザとした場合、２０７ａに波長６２０ｎｍ近辺の光を発光する窒化物系蛍光体、２０７ｂに波長５５０ｎｍ近辺の光を発光する窒化珪素系蛍光体、２０７ｃに波長４６０ｎｍ近辺の光を発光する酸化物系蛍光体を形成すれば、２０７ａを透過した光は赤色になり、２０７ｂを透過した光は緑色に、２０７ｃを透過した光は青色になる。これら領域のビーム透過時間を、人間の目の時間分解能以下の時間幅の中で任意の割合に制御することで、フルカラーの色表現が可能となる。特に、各エリアの透過時間単位が、人間の目の時間分解能以下の時間幅の中で均等になるように制御すれば、出射ビームの色は白色になる。

なお、本実施の形態１で走査ミラーの走査周波数は１２０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることが望ましいと述べたが、同じ理由によりこの周波数範囲で動作させることが望ましい。また、２００Ｈｚ〜１７ｋＨｚの範囲では、たわみやすい部材に走査ミラーを固定した場合、他の部材と共振して大きな音を発する可能性があるため、本願で提案した結合ベースに固定する事で、共振による音の発生を抑制できる。このことは、実施の形態１と同様である。

さらに蛍光体２０７の動作周波数も同様に１２０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲であることが望ましい。更に共振による音の発生を抑制するためには、前記結合部材１０５と電磁アクチュエータ２０８が一体化されていることが望ましい。

最後に本例の気密構造については、実施の形態１の図４と同等なので、ここでは構造図は割愛する。一般的に、光源が半導体レーザである場合には、レーザーチップ近傍の発光領域が極めて小さい為、異物付着による出力低下の可能性がある。

本実施の形態２では、封止キャップによって外気と遮断された状態で気密封止されている為、照明装置内部に異物が浸入することが無く、異物付着による出力低下の可能性を排除できる。

（実施の形態３）
本実施の形態の例として、照明装置２００を、自動車用前照灯に用いた場合の構成例について、図９を用いて説明する。

車両用前照灯３００は、車体前部の左右二箇所に設置される樹脂製のハウジング３０２を備え、ハウジング３０２の前面は、透光カバー３０３で覆われている。ハウジング３０２には照明装置３０１と放熱フィン３０５が、またハウジング３０２の底部には制御ユニット３０４が配置されている。

本実施の形態３では、ドライバーの運転状況や気象状態に最適な配光パターンと照射光の色をあらかじめ登録しておき、それを再現する車両用前照灯において、必要な配光パターンや色を再現する為に制御される光源、走査ミラー、蛍光体が、あらかじめ一体に集積封止された前術の照明装置２００を使用する為、組立が容易で、品質、耐候性、メンテナンス性、迷光防止特性に優れた自動車用前照灯を実現する事ができる。

本実施の形態３の特徴は、ＬＥＤやＬＤなどの光源部、その出射付近に配置して出射光を整形するレンズ群、ビームを高速で偏向する為の走査ミラーとその駆動用の電磁部品が、結合部材により小型コンパクトに一体化され、それらと蛍光体をキャップで外気と遮断した状態で封止した照明装置をハウジングに固定することで、車両用前照灯として用いる点にある。

一般的に車両用前照灯には、放熱設計やエンジンルーム内の設計自由度をより高める為に、構成部品の省スペース化が強く求められる。また、構成部品が自然環境とエンジンルームからの熱など過酷な使用環境に耐え得る高度な信頼性が要求されている。特に、ＬＤを光源とする場合は、迷光防止特性の確保についても重要な設計ポイントとなる。さらに、光源の寿命交換時や破損時などのメンテナンス作業の容易性が求められる。

そこで、本実施の形態３では、ヘッドランプ用光源用途に特化した小型集積化の設計思想によって、ハウジングに固定する照明装置自体を小型にすることで、省スペース性能を実現する。また、照明装置を構成する光源部、走査ミラー、蛍光体を封止キャップにより外気と遮断し、照明装置を固定するハウジングと透明カバーによっても外気から遮断されることで、走査型照明装置の構成部品が二重に外気から保護される。この結果、より高度な信頼性を実現することができる。さらに、ＬＤを使用する場合の光路は、照明装置の主要構成部品を保持する結合部材によって遮蔽されていることから、コヒーレント光の漏出を防止し、不必要な迷光が飛散することを防止できる。最後に、本願で使用する照明装置２００は、走査型照明装置に必要な全ての構成部品が、あらかじめ一体となってパッケージングされている為、照明装置交換の工数や、調整の工数を大幅に削減する事が可能である。これは、前照灯組立時の工数削減にも大きなメリットとなる。

また、本実施の形態３で使用する透光カバー３０３は、光が透過する部分のみ透明であれば良い為、他の部分は非透明の素材を使用し内部を隠す事も可能である。また、光が透過する部分にレンズ機能を付与することにより、ミラーの走査角度範囲を変換することも可能である。従って、一般的に走査型のヘッドランプでは、比較的小さな光出射部のみを外部に露出した、これまでに困難だったデザインを提案できるが、本願の照明装置２００を用いる場合は、出射される光の光軸方向に対して直角の面内にできる限り薄く設計し、光源の台座の位置を、ビームの出射方向に直行する面内の最適な位置に配置すれば、車両用前照灯の特に奥行き方向の占有面積を小さくすることは容易である。

本発明は、小型化が可能で、信頼性に有利、かつ利便性が高いので、例えば道路照明や室内照明、劇場用ステージ照明、建造物や自然の景観のライトアップ照明、人、商品、美術品、植物など、あらゆる対象物を照射する用途の照明装置に適応可能である。

１００ 照明装置
１０１ ＬＥＤ光源
１０２ コリメータレンズ群
１０３ 蛍光体
１０４ 走査ミラー
１０５ 結合部材
１０６ 封止キャップ
１０７ 台座
１０８ 光出射窓
１０９ 白色光
１１０ 出射光
１１２ 基準面
１１４ 半田
１１５ パッキン
２００ 照明装置
２０１ ＬＤチップ
２０２ サブマウント
２０３ 台座
２０４ コリメータレンズ群
２０５ 走査ミラー
２０６ 電磁アクチュエータ
２０７ 蛍光体
２０８ 電磁アクチュエータ
２０９ 結合部材
２１０ 封止キャップ
２１１ 光出射窓
３００ 車両用前照灯
３０１ 照明装置
３０２ ハウジング
３０３ 透光カバー
３０４ 制御ユニット
３０５ 放熱フィン

Claims (8)

1. 光源から出射されるビームを走査することで任意の配光パターンを生成し、対象物を照射する照明装置において、光源と、前記光源から出射された光を集光、又は平行光に変換する為の光学系、前記光の光軸方向を変換する角度可変の機構を備えた反射鏡を備え、前記光源と前記光学系と前記反射鏡は、それらを保持する結合部材によって一つの集合体として固定された光源モジュールを成し、その光源モジュール全体が、透明体の窓が付いたキャップ材と、前記光源が固定された台座とで包み込むように覆われた空間の内部に配置されている事を特徴とする照明装置。
2. 単色光源から発せられる光の波長を、所定の波長分布に変換する為の蛍光体が、光源モジュールを覆うキャップの内部に内包されている事を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記蛍光体が、光源モジュールを覆うキャップの一部に形成された透明体の光源側の面上に形成されている事を特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記蛍光体は、電気制御により、ビームの入射面に直角な方向の２次元面内において、任意の位置に駆動する事ができる事を特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記蛍光体は前記反射鏡からの光が入射し、前記蛍光体駆動用の機構部品が、前記結合部材に固定されている事を特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源から前記蛍光体に至るまでの光路が、前記結合部材又は、それを覆うカバー部材により、光学的に遮蔽された状態で覆われている事を特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記蛍光体は、２次元的に分布を持った複数種の蛍光体領域に分かれて形成されることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
8. 前記蛍光体の領域は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の三原色に変換する複数の領域に分かれている事を特徴とする請求項７に記載の照明装置。