JP2014235992A - 照明装置および投光器 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラが低減された高輝度光源としての照明装置および投光器を実現する。
【解決手段】本実施形態のヘッドランプ（１０ａ）は、複数の投光器（１ａ）を備え、各投光器（１ａ）からの光を照射先（Ｒ）に向けて投光し、照射先（Ｒ）において互いに重ね合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置および投光器に関する。

近年、励起光源としてＬＥＤ（light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）など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、蛍光物質を含む発光部に照射してインコヒーレントな照明光を発生させる発光装置の研究が行われている。

中でも、高輝度光源が望まれる灯具や照明装置では、励起光源として半導体レーザが用いられた構成が提案されている。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、指向性が高く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光して、励起光として利用することができる。

特許文献１には、半導体発光素子と、半導体発光素子から出射された青色光を受けて白色光を車両前方へ投影する投影レンズとを備え、投影レンズの後面には、蛍光体から当該投影レンズに入射した青色光を拡散させる拡散部が形成されている、車両用灯具が開示されている。また、特許文献２には、可視領域の色帯のレーザ光により蛍光体を励起し、レーザ光と蛍光体から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得る照明装置において、蛍光体の表面に、光混合層を設けたことを特徴とする照明装置が開示されている。
また、特許文献３には、レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を波長変換した蛍光を、照明光として発する発光部と、発光部が発した照明光に含まれるレーザ光および蛍光を混合する拡散板と、を備えるヘッドランプシステムが開示されている。つまり、特許文献１〜３に記載の技術は、レーザ光あるいは投光された光を散乱させることにより、照明光の色の均一性を向上させている点で共通している。

特開２０１２−１１９１７３号公報（２０１２年６月２１日公開） 特開２０１２−０５４０８４号公報（２０１２年３月１５日公開） 特開２０１３−０２６１６１号公報（２０１３年２月０４日公開）

しかしながら、上述のような従来技術は、レーザ光、あるいは投光する光を拡散させて混合することによって投光する光の色の均一性を向上させるため、投光される光の広がりは大きくなり、見かけ上の光源サイズが大きくなってしまう、という問題がある。

すなわち、特許文献１〜３に記載の技術では、投光する光の色の均一性を向上させる代わりに、蛍光体を励起する励起光としてレーザ光を利用することで小さな光源あるいは狭い投光での高輝度光源を実現できるというメリットが損なわれる。

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高輝度光源を用いた照明装置および投光器であり、色ムラが低減されたものを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る照明装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、上記発光部が発した光を外部へ放射する光学系と、を有する投光器を備え、上記投光器は、上記発光部に含まれる上記蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数存在し、複数の上記投光器から投光された光が互いに重なり合うように外部へ光を放射する。

また、本発明の一態様に係る投光器は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を複数の光放射面から外部へ放射する光学系と、を備え、複数の上記光放射面から放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光する。

また、本発明の一態様に係る投光器は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を反射する反射鏡と、を備え、上記反射鏡の反射面は、複数の反射構造を有しており、複数の上記反射構造にて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光する。

また、本発明の一態様に係る投光器は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を外部へ放射する投光レンズと、を備え、上記投光レンズは、上記発光部が発した光が入射する入射面に複数の屈折構造を有しており、複数の上記屈折構造にて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光する。

上記の構成によれば、レーザ光を励起光として利用し、かつ、投光される光の色の均一性が向上した高輝度光源としての照明装置および投光器を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るヘッドランプに用いる投光器の構造の一例を示す断面図である。 （ａ）は半導体レーザの回路図を模式的に示す図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るヘッドランプに用いる投光器の構造の一例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る投光器の構造の一例を示す断面図である。 図６に示す投光器のリフレクタの基本構造と保持部材の配置とを示す正面図である。 図７に示すリフレクタの形状例を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る投光器の構造の一例を示す断面図である。 図９に示す投光器のリフレクタに設けられた微小反射構造の例を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る投光器の構造の一例を示す断面図である。 図１１に示した投光器の投光レンズに設けられた微小屈折構造の例を示す断面図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施の形態について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図１では、本発明の照明装置の一例として、複数の投光器１ａを組み合わせて構成される自動車用のヘッドランプ（車両用前照灯）１０ａ（照明装置）を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（例えば、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、その他の照明装置として実現されてもよい。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・懐中電灯・家庭用照明器具などが挙げられる。また、本発明の投光装置は、照明装置と同様に、自動車以外の車両・移動物体のヘッドランプとして利用されてもよいし、その他の照明装置として利用されてもよい。

また、ヘッドランプ１０ａは、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすものでもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たすものでもよい。

（ヘッドランプ１０ａの概略構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１０ａの概略構成を説明する。図１の（ａ）は、複数の投光器１ａから構成されるヘッドランプ１０ａを、ヘッドランプ１０ａを備えて地上を走行中の車両の上方から見た場合の概略構成例を示している。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すヘッドランプ１０ａを構成する投光器１ａの配置を、ヘッドランプ１０ａの斜め前方から見たときの様子を示す斜視図である。

図１の（ａ）に示すように、ヘッドランプ１０ａは、方向Ａ（車両の前方など）に向けて、破線で示すように光Ｌを投光する複数の投光器１ａを備えている。各投光器１ａは、ヘッドランプ１０ａから所定の距離だけ前方の、照射先Ｒを照射するように光Ｌを投光する。各投光器１ａは、各投光器１ａから投光される光Ｌが、照射先Ｒにおいて互いに重なり合うように構成されている。その結果、複数の投光器１ａから投光される光が、照射先Ｒにおいて互いに重なり合うことで混合されるため、照射先Ｒを照らす光の色ムラは低減され、色の均一性の高い照射光を得ることができる。

なお、ここでは、ヘッドランプ１０ａを構成する投光器１ａの数が５つ水平に配置された場合について示しているが、ヘッドランプ１０ａを構成する投光器１ａの数はこれに限定されず、任意の数の投光器１ａを組み合わせてもよい。例えば、投光を互いに重ね合わせる投光器１ａの数が多いほど照射光の色の均一度は向上するので、投光を互いに重ね合わせる投光器１ａの数に上限はない。

一方、投光を互いに重ね合わせる投光器１ａは少なくとも２つあればよい。ただし、投光器１ａに用いる蛍光体の種類の数と同数の投光器１ａから投光される光Ｌを重ねることで、照射先Ｒを照らす光の色ムラが低減し、光の色の均一性がより効果的に向上することが確認された。更には、投光器１ａに用いる蛍光体の種類の数より１つ以上多い投光器１ａからの光Ｌを重ねることで、光の色の均一性がより好ましいことが分かった。

したがって、光の色ムラの低減のためには、照射先Ｒにおいて互いに重なり合うように光を投光する投光器１ａの数は、投光器１ａに用いる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数であることが望ましい。光の色ムラの低減のためには、更には、投光器１ａに用いる蛍光体の種類の数より１つ以上多いことがより好ましい。

なお、各投光器１ａから射出される光Ｌを重ね合わせた光が、照射先Ｒを照射する所望の光度となるように、各投光器１ａから射出される光Ｌの光度を調節し得る。例えば、図１のヘッドランプ１０ａの場合、５つの投光器１ａの各々が発する光Ｌの光量は、照射先Ｒを照射するのに要する光量の１／５とすればよい。

（投光器１ａの構造）
次に、ヘッドランプ１０ａを構成する投光器１ａの基本構造について、図２を参照しながら説明する。図２は、ヘッドランプ１０ａに用いる投光器１ａの構造の一例を示す断面図である。図２に示すように、投光器１ａは、半導体レーザ素子３（レーザ光源）、集光レンズ４、発光部７、リフレクタ８（光学系）、およびベース１３を備えている。また、図２には、レーザ光を発振させるための電気系Ｅが一部のみ図示されている。

本実施形態の投光器１ａは、発光部７の、レーザ光受光面から発せられる光を主として利用する構成である。

（半導体レーザ素子３）
半導体レーザ素子３は、励起光として利用されるレーザ光を発振する。半導体レーザ素子３は、１チップに１つの発光点を有し、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力２Ｗであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されている。半導体レーザ素子３が発振するレーザ光の波長は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上、４７０ｎｍ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よい。半導体レーザ素子３の構成については、後に詳述する。

なお、３８０ｎｍより短波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザ素子３を作製することが可能であれば、本実施形態の半導体レーザ素子３として、３８０ｎｍより短波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを適用することも可能である。
（半導体レーザ素子３の構成）
次に、半導体レーザ素子３の基本構造について説明する。図３（ａ）は、半導体レーザ素子３を駆動する回路を示す模式図であり、図３（ｂ）は、半導体レーザ素子３の基本構造を示す斜視図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、半導体レーザ素子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、蛍光体を励起するための青色〜紫外の励起光を得る場合、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からカソード電極２３の方向に順方向バイアスをかけて行う。

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〜紫外の励起光を得る場合、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よい。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（本実施形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光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より励起光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からカソード電極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。

（集光レンズ４）
図２に記載の集光レンズ４は、半導体レーザ素子３から発振されたレーザ光を発光部７上に集光するための非球面のレンズである。上述の機能を有するレンズであれば、集光レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の波長領域の光の透過性が高く、かつ、耐熱性が高い材料で形成されていることが好ましい。

（発光部７）
発光部７は、集光レンズ４により集光されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光によって励起されて発光する蛍光体を含んでいる。図２に示すように、発光部７は、レーザ光が照射される側の面と対向する側の面で、ベース１３の一部と接触して固定される。

なお、図２に示す発光部７と接するベース１３の面は、発光部７のレーザ光が照射される側の面の延長線（図中の破線）がリフレクタ８の方向Ａにおける開口部の最外部と交差するように傾けられている。これにより、発光部７から発せられる光をリフレクタ８で反射して、光Ｌとして無駄なく利用することができるという効果がある。さらに、投光器１ａの発光部７上の発光点からの光が直接外部に射出されないので、Ａの方向から投光器１ａを見る人が眩惑されることを抑制することもできる。

発光部７は、後述するリフレクタ８の形状が回転放物面である場合には、該回転放物面の焦点付近に配置され、該発光部７の中心部がレーザ光により励起される。

発光部７は、蛍光体の粉末を焼結させ、薄片状に形成されたものである。発光部７の形状および大きさは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍおよび厚さ０．２ｍｍの直方体である。白色で発光するように、発光体７は、例えば、赤色、緑色、および青色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上が焼結されている。半導体レーザ素子３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され、白色光が発生する。

発光部７は、例えば、下記の（１）、（２）、および（３）の３種類の蛍光体を混合して焼結させることで、形成され得る。
（１）ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ：赤色の蛍光を発する蛍光体
（２）β‐ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ：緑色の蛍光を発する蛍光体
（３）（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ：青色の蛍光を発する蛍光体
しかし、発光部７に用いられる蛍光体は、これらに限定されず、さまざまな蛍光体が発光部７に利用され得る。また、混合する蛍光体の種類も、３種類に限定されず、半導体レーザ素子３が発振するレーザ光の波長に応じて、適宜、変更すればよい。例えば、半導体レーザ素子３が、４５０ｎｍ、または、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発振する場合、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を混合すればよい。

ここで、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。なお、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。青色の蛍光体とは、４５０ｎｍ以下の可視光領域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。

なお、発光体７は、蛍光体保持物質（封止剤）としての透明部材の内部に蛍光体が分散されているものであってもよい。この場合、蛍光体保持物質としては、無機ガラスなどの材料が用いられるが、これに限定されない。レーザ光により蛍光体が励起されることにより発生する高熱に耐えることのできる耐熱性と、発生した熱を例えばベース１３などに伝導する熱伝導性とを有する材料であれば、蛍光体保持物質は、樹脂、有機無機ハイブリッドガラスであってもよい。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。

（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ素子３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。

まず、半導体レーザ素子３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。

その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。

このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。

白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色などで構成でき、この原理・関係に基づき、複数の蛍光体が発する光の色を、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。

（リフレクタ８）
リフレクタ８は、発光部７が発する蛍光を方向Ａに向けて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、リフレクタ８は、発光部から放射された光を反射することにより、投光器１ａの前方へ進む光線束を含む光Ｌを形成する。

リフレクタ８は、例えば、樹脂で形成された回転放物面などの曲面形状（カップ形状）の内側の表面に、アルミニウムなどの金属薄膜が形成された部材である。また、リフレクタ８には、半導体レーザ素子３からのレーザ光が発光部７に照射されるように、貫通穴６が適当な場所に設けられ得る。なお、貫通穴６は、必ずしも穴である必要はなく、リフレクタ８の一部分が光透過性を有するように構成された箇所であってもよい。

このリフレクタ８の内面の形状は、回転放物面を原型として形成され得るものであり、発光部７からの光を反射して所望の方向に進む光線束となるように自由曲面で構成されてよい。リフレクタ８の形状およびサイズは、例えば、光Ｌが投光される方向Ａの側に設けられた前面開口部が半径１０ｍｍの半円形の形状で、前面開口部からの奥行きが８．３ｍｍである。

（ベース１３）
ベース１３は、リフレクタ下部に配され、発光部７を固定する機能を有する部材である。なお、図２では、発光部７および半導体レーザ素子３がベース１３の上に設置される例を示しているが、半導体レーザ素子３の設置位置はベース１３上に限定されない。例えば、投光器１ａの外部に備えられた半導体レーザ素子３から発振されるレーザ光を、光ファイバなどを利用して投光器１ａが備える発光部７へと導くことも可能である。

ベース１３は、半導体レーザ素子３および発光部７において発生した熱を受け取る高い熱伝導性を有する、アルミニウムなどの金属で形成された部材であることが好ましい。これにより、半導体レーザ素子３および発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されることで、半導体レーザ素子３および発光部７で発生した熱を投光器１ａの外部へ放熱することができる。

（ヘッドランプ１０ａの効果）
投光器１ａは、半導体レーザ素子３から発振される、高い光密度のレーザ光を発光部７に照射して、発光部７に含まれる蛍光体を励起する。これにより、発光部７上の励起光を受けて光を発する発光点のサイズは小さく、かつ、高輝度の光を発光部７から得ることができる。このように、小さい発光点から高輝度の発光を得ることにより、投光器１ａを小さく設計することが可能である。

高い光密度のレーザ光を発光部７に照射するため、発光部７に含まれる蛍光体粒子の発熱が大きくなるので、蛍光体粒子に生じる熱を効率よく放熱する必要がある。そこで、発光部７の熱伝導性を向上させるために、発光部７としては、蛍光体粒子が密に詰まっていて、蛍光体粒子間の距離が短いものが望ましい。さらに、発光部７を薄い板状に形成して、レーザ光を受ける発光部７の面上の発光点と、発光部７のレーザ光を受ける面と対向する面であってベース１３と接する面と、の間の距離を短くすることで、効果的に、発光部７の放熱ができるようにすることが望ましい。

しかし、発光部７のレーザ光を受ける面上の発光点のサイズが小さくなる一方で、該発光点のサイズに対する発光部７に含まれる蛍光体粒子のサイズが相対的に大きくなれば、発光部７の発光点における蛍光体粒子の分布が、発光部７から発せられる光の色の不均一性が生じる原因となり得る。さらに、発光部７を薄く形成すれば、各蛍光体粒子からの発光が発光部７の発光点において十分に混色されないまま放出されるために、発光部７の表面における光の色ムラが生じてしまう原因となり得る。

そこで、本実施形態のヘッドランプ１０ａは、複数の投光器を備え、各投光器１ａからの光を照射先Ｒに向けて投光し、照射先Ｒにおいて互いに重ね合わせる。これにより、各投光器１ａが発する光の色ムラは、投光先である照射先Ｒを照射する光において低減される。

以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１０ａは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子３と、半導体レーザ素子３が出射し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、発光部７が発した光を外部へ放射するリフレクタ８（光学系）と、を有する投光器１ａを備え、投光器１ａは、発光部７に含まれる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数存在し、複数の投光器１ａから投光された光が互いに重なり合うように外部へ光を放射する構成を備えている。

レーザ光を受けて蛍光を発する発光部７に含まれる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数の投光器１ａを備えることにより、当該複数の投光器１ａから外部へ投光された光は互いに重なり合う。これにより、ヘッドランプ１０ａからの光の色ムラを低減することができる。

更には、蛍光体の種類の数より１つ以上多い投光器１ａからの光Ｌを互いに重なり合わせることで、より効果的に投光先での光の色ムラを低減させることができる。例えば、発光部７に３種類の蛍光体を用いる場合、少なくとも３つの投光器１ａ、より好ましくは４つ以上の投光器１ａを用いて、該投光器１ａから投光される光Ｌを重ね合わせることで、ヘッドランプ１０ａから外部へ照射される光Ｌの均一性を向上させることができる。

それゆえ、本実施形態によれば、投光される光Ｌの色の均一性が向上した高輝度光源としてのヘッドランプ１０ａを実現することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４および図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態１にて説明した部材と同様の部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（ヘッドランプ１０ｂの概略構成）
ここでは、本発明の照明装置の一例として、複数の投光器１ｂを組み合わせて構成される自動車用のヘッドランプ（車両用前照灯）１０ｂ（照明装置）の別の実施形態について説明する。

ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（例えば、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、その他の照明装置として実現されてもよい。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・懐中電灯・家庭用照明器具などが挙げられる。なお、本発明の投光装置は、投光装置１ａと同様に、自動車以外の車両・移動物体のヘッドランプとして利用されてもよいし、その他の照明装置として利用されてもよい。

図４の（ａ）は、複数の投光器１ｂから構成されるヘッドランプ１０ｂを、ヘッドランプ１０ｂを備えて地上を走行中の車両の上方から見た場合の概略構成例を示している。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示すヘッドランプ１０ｂを構成する投光器１ｂの配置を、ヘッドランプ１０ｂの斜め前方から見たときの様子を示す斜視図である。実施形態１の投光器１ａと異なり、本実施形態の投光器１ｂは、光Ｌを出射する側に投光レンズ１５を備えている。この投光レンズ１５については、投光器１ｂの構造と共に後に詳述する。

図４の（ａ）に示すように、ヘッドランプ１０ｂは、方向Ａ（車両の前方など）に対して破線で示すように光Ｌを投光する投光器１ｂを備えている。なお、ここでは、ヘッドランプ１０ｂを構成する投光器１ｂの数が４つ水平に配置された場合について示しているが、ヘッドランプ１０ｂを構成する投光器１ｂの数はこれに限定されず、任意の数の投光器１ｂを組み合わせてもよい。

図４の（ａ）に例示されたヘッドランプ１０ｂでは、４つの投光器１ｂは、照射先Ｒ１において互いに重なり合う光Ｌを照射する２つの投光器１ｂと、照射先Ｒ２において互いに重なり合う光Ｌを照射する２つの投光器１ｂとを含んでいる。すなわち、照射先Ｒ１および照射先Ｒ２を照射する光は、２つの投光器１ｂから投光される光を互いに重なり合わせて混合されるため、照射先Ｒ１および照射先Ｒ２を照らす光の色ムラが低減され、色の均一性の高い照射光となる。

例えば、同じ照射範囲に光Ｌを射出する投光器１ｂの数が多いほど照射光の色の均一度は向上するので、光Ｌを互いに重ね合わせる投光器１ｂの数に上限はない。

一方、光Ｌを互いに重ね合わせる投光器１ｂの数は少なくとも２つあればよい。ただし、投光器１ｂに用いる蛍光体の種類の数と同数の投光器１ｂから投光される光Ｌを重ねることで、照射先Ｒ１および照射先Ｒ２を照らす光の色ムラが低減し、光の色の均一性がより効果的に向上することが確認された。更には、投光器１ｂに用いる蛍光体の種類の数より１つ以上多い投光器１ｂからの光Ｌを重ねることで、光の色の均一性がより好ましいことが分かった。

なお、各投光器１ｂから射出される光Ｌを重ねあわせた光が、ヘッドランプ１０ｂとして規定された投光先を照射する所望の光度となるように、各投光器１ｂから射出される光Ｌの光度を調節し得る。例えば、図４のヘッドランプ１０ｂの場合、４つ備えられた投光器１ｂのうち照射先Ｒ１を照射する２つの投光器１ｂの各々が発する光Ｌの光量は、照射先Ｒ１を照射するのに要する光量の１／２とすればよい。

（投光部１ｂの構造）
次に、本実施形態の照明装置１０ｂを構成する投光器１ｂの基本構造について、図５を参照しながら説明する。図５は、投光器１ｂの構造の一例を示す断面図である。図５に示すように、投光器１ｂは、半導体レーザ素子３、集光レンズ４、発光部７、保持部材９、ケース１１、および投光レンズ１５を備えている。また、図５には、レーザ光を発振させるための電源回路Ｅが一部のみ図示されている。

本実施形態の投光器１ｂは、発光部７の、レーザ光を受ける面と対向する面から発せられる光を主として利用する構成である。

（半導体レーザ素子３）
半導体レーザ素子３は、励起光として利用されるレーザ光を発振する。半導体レーザ素子３は、１チップに１つの発光点を有し、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力２．５Ｗであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されている。半導体レーザ素子３が発振するレーザ光の波長は、４０５ｎｍに限定されない。また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザ素子３を用いるが、半導体レーザ素子３の代わりに、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることも可能である。

（発光部７）
発光部７は、蛍光体の粒子を焼結させ、薄片状に形成されたものである。発光部７の形状および大きさは、例えば、直径１ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍの円板形状である。白色で発光するように、発光体７は、例えば、黄色および青色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上が焼結されている。半導体レーザ素子３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され、白色光が発生する。

発光部７は、例えば、下記の（１）および（２）の２種類の蛍光体を混合して焼結させることで、形成され得る。
（１）α‐ＳｉＡｌＯＮ：黄色の蛍光を発する蛍光体
（２）（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ：青色の蛍光を発する蛍光体
しかし、発光部７に用いられる蛍光体は、これらに限定されず、さまざまな蛍光体が発光部７に利用され得る。また、混合する蛍光体の種類も、２種類に限定されず、半導体レーザ素子３が発振するレーザ光の波長に応じて、適宜、変更すればよい。

（保持部材９）
保持部材９は、円形の板の中心に発光部７を保持するための穴が設けられた透明な材料で形成されており、投光器１ｂの内部において発光部７を保持する部材である。保持部材９は、例えば、図５に示すように、発光部７のレーザ光を受ける面と隣接する側面と接している。しかし、保持部材９が発光部７を保持する様式には、特に限定されない。すなわち、発光部７にレーザ光が入射するように保持され、発光部７のレーザ光を受ける面と対向する面から発せられる光が投光器１ｂの外部へ投光される構成であれば、いかなる保持様式であってもよい。

なお、保持部材９は、発光部７に生じる熱を放熱するために、熱伝導性の高い材料で形成されていることが望ましい。

（ケース１１）
ケース１１は、投光器１ｂの各部材を投光器内に格納して、投光器１ｂを構成する部材である。ケース１１は、例えば、金属などを用いて形成される。

（投光レンズ１５）
投光レンズ１５は、発光部７から出射した蛍光を含む光Ｌを、方向Ａに向けて投光するためのレンズである。投光レンズ１５は、例えば、樹脂製の凸レンズであり、所望の照射先Ｒ１あるいは照射先Ｒ２への投光を実現するために、自由曲面で構成され得る。投光レンズ１５のサイズおよび形状の一例としては、直径２０ｍｍの円形状である。

（ヘッドランプ１０ｂの効果）
以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１０ｂは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子３と、半導体レーザ素子３が出射し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、発光部７が発した光を外部へ放射する投光レンズ１５（光学系）と、を有する投光器１ｂを備え、投光器１ｂは、発光部７に含まれる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数存在し、複数の投光器１ｂから投光された光が互いに重なり合うように外部へ光を放射する構成を備えている。

レーザ光を受けて蛍光を発する発光部７に含まれる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数の投光器１ｂを備えることにより、当該複数の投光器１ｂから外部へ投光された光は互いに重なり合う。これにより、ヘッドランプ１０ｂからの光の色ムラを低減することができる。

更には、蛍光体の種類の数より１つ以上多い投光器１ｂからの光Ｌを互いに重なり合わせることで、より効果的に投光先での光の色ムラを低減させることができる。例えば、発光部７に２種類の蛍光体を用いる場合、少なくとも２つの投光器１ｂ、より好ましくは３つ以上の投光器１ｂを用いて、該投光器１ｂから投光される光Ｌを重ね合わせることで、ヘッドランプ１０ｂから外部へ照射される光Ｌの均一性を向上させることができる。

それゆえ、本実施形態によれば、投光される光Ｌの色の均一性が向上した高輝度光源としてのヘッドランプ１０ｂを実現することができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図６〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態１にて説明した部材と同様の部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

以下では、自動車用の走行用前照灯（いわゆる、ハイビーム）として、車両の右前方、あるいは左前方に設置されて用いられる投光器１ｃを例に挙げて説明する。なお、投光装置１ｃは、自動車以外の車両・移動物体のヘッドランプとして利用されてもよいし、その他の照明装置として利用されてもよい。

（投光器１ｃの構造）
ここでは、本実施形態に係る投光器１ｃについて、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る投光器１ｃの構造の一例を示す断面図である。図６に示すように、投光器１ｃは、半導体レーザ素子アレイ２（レーザ光源）、集光レンズ４、光ファイバ５、発光部７、リフレクタ８（光学系）、保持部材９ａ、ケース１１、透明カバー１２、および凸レンズ１４を備えている。

本実施形態の投光器１ｃは、発光部７の、レーザ光を受ける面から発せられる光を主として利用する構成である。

（半導体レーザ素子アレイ２／半導体レーザ素子３）
半導体レーザ素子アレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数（例えば、８つ）の半導体レーザ３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。

なお、励起光源として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つのみ用いてもよいが、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を用いる方が容易である。

半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有し、例えば、４００ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振する。

半導体レーザ素子アレイ２、集光レンズ４、半導体レーザ素子に生じる熱を放熱するためのヒートシンク（図示せず）、および各半導体レーザ素子３からそれぞれ所望の出力でレーザ光を発振させるための電気系Ｅと配線（図示せず）を、レーザモジュール部としてパッケージングしてもよい。

（光ファイバ５）
光ファイバ５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバの束である。この光ファイバ５は、各半導体レーザ素子３からの上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、該入射端部５ｂを束ねてすべてのレーザ光を入射させ、導光して、出射する１本の光ファイバ５とを有している。光ファイバ５は、発光部７のレーザ光照射面に対してレーザ光を出射する。

なお、光ファイバ５は、１本の光ファイバである必要は必ずしもなく、出射端部を複数有する構成であって良い。例えば、複数の出射端部を備えることにより、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることが無くなり、発光部７の一部の著しい劣化を防止できる。

（光ファイバ５の材質および構造）
光ファイバ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層構造をしている。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５の構造、太さ、および材質は上述のものに限定されない。例えば、光ファイバ５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。

また、光ファイバ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できる。したがって、光ファイバ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。

それゆえ、半導体レーザ３を、冷却し易い位置または交換し易い位置に設置できるなど、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と光ファイバ５の出射端部との位置関係を容易に変更することができ、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。さらには、本実施形態によるヘッドランプ１を搭載する自動車の設計の自由度も高めることが可能となる。

なお、導光部材として光ファイバ以外の部材、または光ファイバと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有するロッド状の導光部材、または円錐台形状（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よい。

（発光部７）
発光部７は、蛍光体の粉末を含む薄層が、保持部材９ａの表面に一部に形成されたものである。発光部７は、後述するリフレクタ８の形状のベースとして用いられた回転放物面の焦点付近に配置され、例えば、該発光部７の中心部がレーザ光により励起される。

発光部７の形状および大きさは、例えば、直径１ｍｍおよび厚さ０．１ｍｍの円板形状である。白色で発光するように、発光体７は、例えば、赤色、緑色、および青色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上が焼結されている。半導体レーザ素子３は、４００ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され、白色光が発生する。

発光部７は、例えば、下記の（１）、（２）、および（３）の３種類の蛍光体を混合して焼結させることで、形成され得る。
（１）ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ：赤色の蛍光を発する蛍光体
（２）β‐ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ：緑色の蛍光を発する蛍光体
（３）（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ：青色の蛍光を発する蛍光体
しかし、発光部７に用いられる蛍光体は、これらに限定されず、さまざまな蛍光体が発光部７に利用され得る。また、混合する蛍光体の種類も、３種類に限定されず、半導体レーザ素子３が発振するレーザ光の波長に応じて、適宜、変更すればよい。

（透明カバー１２）
透明カバー１２は、ケース１１と同様に、投光器１ｃの各部材を投光器内に格納して密閉し、投光器１ｃを構成する部材である。ケース１１は、光透過性の高い透明な材料を用いて形成される。

（凸レンズ１４）
光ファイバ５の出射端部から出射したレーザ光を、リフレクタ内の発光部７へ照射するための光学系部材である。

（リフレクタ８）
リフレクタ８は、発光部７が発する蛍光を方向Ａに向けて光反射面８ａにおいて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、リフレクタ８は、発光部から放射された光を反射することにより、投光器１ｃの前方へ進む光線束を含む光Ｌを形成する。

リフレクタ８は、例えば、樹脂で形成された回転放物面の曲面形状（カップ形状）の内側の光反射面８ａとなる表面に、アルミニウムなどの金属薄膜が形成された部材である。また、リフレクタ８には、半導体レーザ素子３からのレーザ光が発光部７に照射されるように、貫通穴６が適当な場所に設けられ得る。なお、貫通穴６は、必ずしも穴である必要はなく、リフレクタ８の一部分が光透過性を有するように構成された箇所であってもよい。

このリフレクタ８の光反射面８ａの形状は、回転放物面に基づいて形成され得るものであり、発光部７からの光を光反射面８ａにおいて反射して所望の方向に進む光線束となるように自由曲面で構成されてよい。ただし、リフレクタ８の光反射面８ａには、複数の部分領域であるセグメントＳ（光放射面）が設けられており、各セグメントＳは、当該回転放物面と異なる形状の面を有している。このリフレクタ８の光反射面８ａが備えるセグメントＳの構造の例と、その効果については、後に詳述する。

図７は、図６に示す投光器のリフレクタ８の基本構造と保持部材９ａの配置とを示す正面図である。図７に例示するように、リフレクタ８は、投光器１ｃを方向Ａから正対して見ると、略円形である。そして、図６および図７に示すように、発光部７のレーザ光を受ける面が、光ファイバ５の出射端部から出射したレーザ光を受けるように、保持部材９ａは、細い柱状の部材であり、リフレクタ８のほぼ中央部まで伸びている。発光部７のレーザ光を受ける面から発せられる光は、該面と対向するように設けられたリフレクタ８の光反射面８ａの略前面において反射され、方向Ａに向けて光Ｌが投光される。

（リフレクタ８の光反射面８ａの構造）
ここでは、リフレクタ８の光反射面８ａの構造について、図８を参照しながら説明する。図８は、リフレクタ８に設けられたセグメントＳの構造の例を示す断面図である。

上述のように、光反射面８ａに設けられたセグメントＳは、光反射面８ａの形状の基準の形状として利用された回転放物面とは異なる曲面を有している。すなわち、リフレクタ８の光反射面８ａは、全体としては、図８の（ａ）に示す回転放物面をベースとして用いた自由曲面である。しかし、リフレクタ８の光反射面８ａは、複数のセグメントＳに分割され、かつ、各セグメントＳにおける光反射面８ａはベースとなっている回転放物面と異なる曲面あるいは平面であるように構成される。

例えば、図８の（ｂ）に示す光反射面８ａでは、各セグメントＳは平面で構成されており、図８の（ｃ）に示す光反射面８ａでは、各セグメントＳは回転放物面とは異なる曲面で構成されている。なお、すべてのセグメントＳの形状を回転放物面とは異なる曲面で構成しなければならないのではなく、例えば、一部のセグメントＳが回転放物面と同じ曲面を有するようにしてもよい。

（投光器１ｃの効果）
例えば、リフレクタ８の光反射面８ａの形状が回転放物面である場合、該回転放物面の焦点近傍に配置された発光部７から発せられる光は、光反射面８ａにおいて反射して、図２に示したような、方向Ａに向かって照射される光Ｌとなる。

これに対して、本実施形態のリフレクタ８の光反射面８ａは、複数のセグメントＳに分割されており、その各セグメントＳが回転放物面とは異なる面を有している。そのため、光反射面８ａにおいて反射して、方向Ａに照射される光Ｌ（図６参照）は、図２に示された光Ｌと比較して照射範囲が広くなる。すなわち、あるセグメントＳにおいて反射した光Ｌと、他のセグメントにおいて反射した光Ｌとの少なくとも一部が重なり合い、方向Ａに向けて投光される。

なお、光反射面８ａが備えるセグメントＳの数、曲面形状、および配置は、投光される光の色の均一性が向上するように設計することが可能である。例えば、各セグメントＳにおいて反射する光の向き、および広がりを調節して、任意の形状として設計すればよい。各セグメントで反射した光が、他のセグメントで反射した光と重なり合う程度は、各セグメントＳの数、曲面の形状、および配置を設定することにより、調節できる。

このように、リフレクタ８の光反射面８ａに複数のセグメントＳを設けることにより、セグメントＳにおいて反射した光Ｌは、互いに重なり合って投光先に照射される。これにより、投光器１ｃが発する光Ｌの色ムラは、投光先を照らす光Ｌにおいて低減される。

以上のように、本実施形態に係る投光器１ｃは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子３と、半導体レーザ素子３が出射したレーザ光により発光する発光部７と、上記発光部が発した光を複数のセグメントＳから外部へ放射するリフレクタ８と、を備え、複数のセグメントＳから放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成を備えている。

この構成により、本実施形態に係る投光器１ｃは、複数のセグメントＳそれぞれから放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、投光器１ｃは、複数のセグメントＳに分割されたリフレクタ８を備えることにより、複数の投光器１ｃを用いることなく、自投光器のみで色ムラを低減することができる。

（変形例）
前述の実施形態２に示したように、発光部７の、レーザ光を受ける面と対向する面から発せられる光を主として利用する構成を備える投光器１ｃに対しても、光Ｌの広がりを大きくして互いに重ね合わせるという本実施形態のセグメントＳが適用され得る。

例えば、図５に示された投光器１ｃが備える投光レンズ１５の、発光部７からの光を含む光Ｌが入射する側の面、および光Ｌが出射する側の面の表面の少なくともいずれか一方を、複数のセグメントＳに分割すればよい。これにより、投光レンズ１５の互いに異なるセグメントＳを通って、方向Ａに向けて出射される光Ｌが互いに重なり合うので、複数の投光器を用いることなく、自投光器１ｃのみで色ムラを低減することができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図９および図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

以下では、自動車用の走行用前照灯（いわゆる、ハイビーム）として、車両の右前方、あるいは左前方に設置されて用いられる投光器１ｄを例に挙げて説明する。なお、投光装置１ｄは、自動車以外の車両・移動物体のヘッドランプとして利用されてもよいし、その他の照明装置として利用されてもよい。

（投光器１ｄの構成）
ここでは、本実施形態に係る投光器の一例としての投光器１ｄについて、図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る投光器１ｄの構造の一例を示す断面図である。図９に示すように、投光器１ｄは、半導体レーザ素子アレイ２（レーザ光源）、集光レンズ４、光ファイバ５、発光部７、リフレクタ８（反射鏡）、保持部材９ａ、ケース１１、透明カバー１２、および凸レンズ１４を備えている。

基本的な構成は、実施形態３の投光器１ｄと同じであり、本実施形態の投光器１ｄは、発光部７の、レーザ光を受ける面から発せられる光を主として利用する構成である。

（リフレクタ８）
リフレクタ８は、発光部７が発する蛍光を方向Ａに向けて光反射面８ａにおいて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、リフレクタ８は、発光部から放射された光を反射することにより、投光器１ｄの前方へ進む光線束を含む光Ｌを形成する。

リフレクタ８は、例えば、樹脂で形成された回転放物面の曲面形状（カップ形状）の内側の光反射面８ａとなる表面に、アルミニウムなどの金属薄膜が形成された部材である。

図９に示すように、実施形態３に係る投光器１ｄと異なり、本実施形態に係る投光器１ｄが備えるリフレクタ８は、複数のセグメントに分割されていない。その代わり、本実施形態に係る投光器１ｄが備えるリフレクタ８の光反射面８ａには、反射性を有する複数の小さな凹凸構造（微小反射構造）が設けられている。この光反射面８ａの微小反射構造については、以下に詳述する。

（リフレクタ８の光反射面８ａの微小反射構造）
ここでは、リフレクタ８の光反射面８ａに設けられた微小反射構造について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、リフレクタ８の光反射面８ａに設けられた微小反射構造の例を示す断面図である。

このリフレクタ８の光反射面８ａの形状は、図１０の（ａ）に示すような、回転放物面に基づいて形成される。そして、リフレクタ８の光反射面８ａには、微小反射構造が形成されている。

図１０の（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）に示すリフレクタ８は、いずれも図１０の（ａ）に示す回転放物面をベースとして、それらの光反射面８ａにそれぞれ形状の異なる微小反射構造を有している。

以下では、図１０の（ｂ）に示す微小反射構造を例に挙げて説明する。図１０の（ｂ）は、光反射面８ａに、円錐形の凸部Ｔ１（反射構造）が複数設けられたリフレクタ８の断面図である。なお、図１０の（ｂ）〜（ｄ）に示す円で囲まれた図は、微小反射構造の形状を説明するためにリフレクタ８の断面を拡大した様子を示す。

図１０の（ｂ）に示す光反射面８ａには、図１０の（ａ）に示す回転放物面上に凸部Ｔ１が設けられている。すなわち、光反射部８ａ上の面の一部が、凸部Ｔ１に属している。一方、凸部Ｔ１に属さない面である面Ｂ１（反射構造）は、図１０の（ａ）に示す回転放物面に沿った面である。したがって、面Ｂ１は、回転放物面に相当する部分の面であり、光反射部８ａ上の面に設けられた凸部Ｔ１に対して、相対的に凹んだ面を構成する。

発光部７からの光が光反射面８ａに入射する場合、凸部Ｔ１によって反射される光と面Ｂ１によって反射される光とが生じる。

面Ｂ１において反射された光は、方向Ａに向けて放射され、走行用前照灯として必要な配向パターンを実現する。一方、凸部Ｔ１において反射された光は、面Ｂ１において反射された光とは異なる方向に反射される。その結果、面Ｂ１からの反射光の一部と、微小反射構造である凸部Ｔ１からの反射光の一部とが重ね合される。

これにより、図９で示した、方向Ａに向けて投光される光Ｌにおける色ムラは低減される。

図１０の（ｃ）では、凸部Ｔ２が円錐台形である場合を示し、図１０の（ｄ）では、凸部Ｔ３が半球形である場合を示している。このように、図１０の（ｂ）に示す例では、微小反射構造の形状は、これに限定されない。なお、図１０の（ｃ）に示す面Ｂ２、図１０の（ｄ）に示す面Ｂ３も、面Ｂ１と同様に、図１０の（ａ）に示す回転放物面に相当する部分の面である。

また、微小反射構造は、図１０の凸部Ｔ１〜Ｔ３のように凸部であることに限定されず、凹部であってもよいし、凸部と凹部とを混在させたものであってもよい。また、各微小反射構造の形状、サイズ、ほぼ均一に揃っている必要はなく、適宜、さまざまな微小反射構造を形成すればよい。

さらに、光反射面８ａにおける微小反射構造の密度も均一である必要はなく、適宜、調節して設けることができる。例えば、色ムラが大きい発光部７と色ムラが小さい発光部７とが存在する場合、色ムラが大きい発光部７から発せられる光を主に反射する光反射面８ａの領域では、微小反射構造の密度を他の領域よりも高くして設ければよい。例えば、図１０の（ａ）に示す凸部Ｔ１の密度を高くすれば、それだけ、凸部Ｔ１により反射される光の量が多くなる。これにより、面Ｂ１からの反射光の一部と重なり合う凸部Ｔ１からの光の量が増加するので、光の色の均一性をより向上させることができる。

反対に、色ムラが小さい発光部７から発せられる光を主に反射する光反射面８ａの領域では、微小反射構造の密度を他の領域よりも低くして設ければよい。

（投光器１ｄの効果）
以上のように、本実施形態に係る投光器１ｄは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子３と、半導体レーザ素子３が出射したレーザ光により発光する発光部７と、発光部７が発した光を反射するリフレクタ８と、を備え、リフレクタ８の光反射面８ａは、複数の微小反射構造を有しており、複数の微小反射構造にて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成である。

上記の構成によれば、投光器１ｄは、複数の微小反射構造それぞれにて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、複数の微小反射構造の形状、サイズ、密度を調整することにより、投光先の光の色ムラの程度を制御することができる。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図１１および図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

以下では、自動車用の走行用前照灯（いわゆる、ハイビーム）として、車両の右前方、あるいは左前方に設置されて用いられる投光器１ｅを例に挙げて説明する。なお、投光装置１ｅは、自動車以外の車両・移動物体のヘッドランプとして利用されてもよいし、その他の照明装置として利用されてもよい。

（投光器１ｅの構成）
ここでは、本実施形態に係る投光器の一例としての投光器１ｅについて、図１１を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態に係る投光器１ｅの構造の一例を示す断面図である。図１１に示すように、投光器１ｅは、半導体レーザ素子３、集光レンズ４、光ファイバ５、発光部７、リフレクタ８、保持部材９ａ、ケース１１、透明カバー１２、凸レンズ１４、および投光レンズ１５を備えている。また、図５には、レーザ光を発振させるための電源回路Ｅが一部のみ図示されている。

本実施形態の投光器１ｅは、発光部７の、レーザ光を受ける面から発せられる光を主として利用する構成である。

（発光部７、リフレクタ８、および投光レンズ１５の配置）
本実施形態に係る投光器１ｅを構成する発光部７、リフレクタ８、および投光レンズ１５の配置について、図１１を用いて以下に説明する。

リフレクタ８は、回転楕円面形状の光反射面８ａを有し、該光反射面８ａは、発光部７が発する光を反射する。該回転楕円面の２つの焦点のうち、レーザ光が射出される側に近い方の焦点に発光部７が配置される。これにより、光反射面８ａにおいて反射した光は、同回転楕円面のもう一方の焦点Ｆで結像される。

（投光レンズ１５）
投光レンズ１５は、リフレクタ８の光反射面８ａにおいて反射された光を、方向Ａに向けて投光するためのレンズであり、上記焦点Ｆと同じ位置が基準点（または、主点ともいう）となるように設置される。投光レンズ１５の材質としては、例えば、光透過性の良い樹脂やガラスなどが用いられる。投光レンズ１５は、平凸レンズをベースとした形状をしている。方向Ａの側から投光レンズ１５を見れば、ほぼ円形をしている。

なお、ここでは、投光レンズ１５を、平凸レンズをベースとする形状のレンズとして示したが、所望の投光パターンが得られるように自由曲面で構成すればよく、平凸レンズの形状に限定されない。また、方向Ａの側から投光レンズ１５を見たときの形状についても、円形に限定されない。

投光レンズ１５には、光を屈折させる性質を有する複数の小さな凹凸（微小屈折構造）が設けられている。この投光レンズ１５の微小屈折構造については、以下に詳述する。

（投光レンズ１５の微小屈折構造）
ここでは、投光レンズ１５に設けられた微小屈折構造について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、微小屈折構造が投光レンズ１５の光入射面１５ａ（入射面）に設けられた場合の例を示す断面図である。

この投光レンズ１５の形状は、図１２の（ａ）に示すような、平凸レンズの形状に基づいて形成される。そして、投光レンズ１５の光入射面１５ａには、微小屈折構造が形成されている。

図１２の（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）に示す投光レンズ１５は、いずれも図１２の（ａ）に示す平凸レンズの形状をベースとして、それらの光入射面１５ａにそれぞれ形状の異なる微小屈折構造を有している。

以下では、図１２の（ｂ）に示す微小屈折構造を例に挙げて説明する。図１２の（ｂ）は、光入射面１５ａに、円錐形の凸部Ｔ１（屈折構造）が複数設けられた投光レンズ１５の断面図である。なお、図１２の（ｂ）〜（ｄ）に示す円で囲まれた図は、微小屈折構造の形状を説明するために投光レンズ１５の断面を拡大した様子を示す。

図１２の（ｂ）に示す光入射面１５ａには、図１２の（ａ）に示すように凸部Ｔ１が設けられている。すなわち、光入射面１５ａ上の面の一部が、凸部Ｔ１に属している。一方、凸部Ｔ１に属さない面である面Ｂ１（屈折構造）は、図１２の（ａ）に示す光入射面１５ａに沿った面である。したがって、面Ｂ１は、光入射面１５ａに相当する部分の面であり、光入射面１５ａ上の面に設けられた凸部Ｔ１に対して、相対的に凹んだ面を構成する。

発光部７からの光が光入射面１５ａに入射する場合、凸部Ｔ１によって屈折される光と面Ｂ１によって屈折される光とが生じる。

面Ｂ１において屈折した光は、方向Ａに向けて放射され、走行用前照灯として必要な配向パターンを実現する。一方、凸部Ｔ１において屈折した光は、面Ｂ１において屈折した光とは異なる方向に屈折する。その結果、面Ｂ１からの屈折光の一部と、微小屈折構造である凸部Ｔ１からの屈折光の一部とが重ね合される。

これにより、方向Ａに向けて投光される光Ｌ（図１１参照）における色ムラは低減される。

図１２の（ｃ）では、凸部Ｔ２が円錐台形である場合を示し、図１２の（ｄ）では、凸部Ｔ３が半球形である場合を示している。このように、図１２の（ｂ）に示す例では、微小屈折構造の形状は、これに限定されない。なお、図１２の（ｃ）に示す面Ｂ２、図１２の（ｄ）に示す面Ｂ３も、面Ｂ１と同様に、図１２の（ａ）に示す光入射面１５ａと同じ面に相当する部分である。

また、微小屈折構造は、図１２の凸部Ｔ１〜Ｔ３のように凸部であることに限定されず、凹部であってもよいし、凸部と凹部とを混在させたものであってもよい。また、各微小屈折構造の形状、サイズ、ほぼ均一に揃っている必要はなく、適宜、さまざまな微小屈折構造を形成すればよい。

さらに、微小屈折構造の密度も均一である必要はなく、適宜、調節して設けることができる。例えば、色ムラが大きい発光部７と色ムラが小さい発光部７とが存在する場合、色ムラが大きい発光部７から発せられる光を主に屈折させる光入射面１５ａの領域では、微小屈折構造の密度を他の領域よりも高くして設ければよい。例えば、図１２の（ａ）に示す凸部Ｔ１の密度を高くすれば、それだけ、凸部Ｔ１により屈折する光の量が多くなる。これにより、面Ｂ１からの屈折光の一部と重なり合う凸部Ｔ１からの光の量が増加するので、光の色の均一性をより向上させることができる。

反対に、色ムラが小さい発光部７から発せられる光を主に屈折させる光入射面１５ａの領域では、微小屈折構造の密度を他の領域よりも低くして設ければよい。

なお、ここでは、投光レンズ１５の光入射面１５ａに微小屈折構造を設ける構成を示したが、これに限定されない。例えば、投光レンズ１５の光入射面１５ａと光出射面（投光器１ｅから外部へ放射される光が出射される側の面）との少なくとも一方の面に、微小屈折構造を設けてもよい。

（投光器１ｅの効果）
以上のように、本実施形態に係る投光器１ｅは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子３と、半導体レーザ素子３が出射したレーザ光により発光する発光部７と、発光部７が発した光を外部へ放射する投光レンズ１５と、を備え、投光レンズ１５は、発光部７が発した光が入射する光入射面１５ａに複数の微小屈折構造を有しており、複数の屈折構造にて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成である。

上記の構成によれば、投光器１ｅは、複数の微小屈折構造それぞれにて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、複数の微小屈折構造の形状、サイズ、密度を調整することにより、投光先の光の色ムラの程度を制御することができる。

〔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、あるいは構成要素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。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る照明装置（ヘッドランプ１０ａ、１０ｂ）は、レーザ光を出射するレーザ光源（半導体レーザ素子３）と、上記レーザ光源が出射し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、上記発光部７が発した光を外部へ放射する光学系（リフレクタ８、投光レンズ１５）と、を有する投光器（投光器１ａ、１ｂ）を備え、上記投光器は、上記発光部７に含まれる上記蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数存在し、複数の上記投光器から投光された光が互いに重なり合うように外部へ光を放射する構成を備えている。

上記の構成によれば、本発明に係る照明装置は、レーザ光を受けて蛍光を発する発光部に含まれる蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数の投光器を備え、当該複数の投光器から外部へ投光された光は互いに重なり合って放射される。これにより、本発明に係る照明装置は、光の色ムラを低減することができる。

本発明の態様２に係る照明装置は、上記態様１において、上記投光器は、上記発光部７に含まれる上記蛍光体の種類の数よりも１つ以上多くてもよい。

上記の構成によれば、本発明に係る照明装置は、より効果的に色ムラを低減することができる。

本発明の態様３に係る投光器（投光器１ｃ）は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を複数の光放射面（セグメントＳ）から外部へ放射する光学系（リフレクタ８）と、を備え、複数の上記光放射面から放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成であってもよい。

上記の構成によれば、本発明に係る投光器は、複数の光放射面それぞれから放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、本発明に係る投光器は、上記光学系を備えることにより、複数の投光器を用いることなく、自投光器のみで色ムラを低減することができる。

本発明の態様４に係る投光器（投光器１ｄ）は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を反射する反射鏡（リフレクタ８）と、を備え、上記反射鏡の反射面（光反射面８ａ）は、複数の反射構造（凸部Ｔ１〜Ｔ３および面Ｂ１〜Ｂ３）を有しており、複数の上記反射構造にて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成であってよい。

上記の構成によれば、本発明に係る投光器は、複数の反射構造それぞれにて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、複数の反射構造の形状、サイズ、密度を調整することにより、投光先の光の色ムラの程度を制御することができる。

本発明の態様５に係る投光器（投光器１ｅ）は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、上記発光部が発した光を外部へ放射する投光レンズと、を備え、上記投光レンズは、上記発光部が発した光が入射する入射面（光入射面１５ａ）に複数の屈折構造（凸部Ｔ１〜Ｔ３および面Ｂ１〜Ｂ３）を有しており、複数の上記屈折構造にて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光する構成であってよい。

上記の構成によれば、本発明に係る投光器は、複数の屈折構造それぞれにて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光するため、色ムラを低減することができる。また、複数の屈折構造の形状、サイズ、密度を調整することにより、投光先の光の色ムラの程度を制御することができる。

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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、高輝度で小型の発光装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。

１ａ〜１ｅ 投光器
２ 半導体レーザ素子アレイ
３ 半導体レーザ素子（レーザ光源）
４ 集光レンズ
５ 光ファイバ
７ 発光部
８ リフレクタ（光学系）
８ａ 光反射面
９ 保持部材
１０ａ、１０ｂ ヘッドランプ（照明装置）
１１ ケース
１２ 透明カバー
１３ ベース
１４ 凸レンズ
１５ 投光レンズ（光学系）
１５ａ 光入射面（入射面）
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 照射先
Ｓ セグメント（光放射面）
Ｔ１〜Ｔ３ 凸部（反射構造、屈折構造）
Ｂ１〜Ｂ３ 面（反射構造、屈折構造）

Claims (5)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源が出射したレーザ光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、上記発光部が発した光を外部へ放射する光学系と、を有する投光器を備え、
   上記投光器は、上記発光部に含まれる上記蛍光体の種類の数と同数以上、かつ、複数存在し、
   複数の上記投光器から投光された光が互いに重なり合うように外部へ光を放射することを特徴とする照明装置。
2. 上記投光器は、上記発光部に含まれる上記蛍光体の種類の数よりも１つ以上多いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、
   上記発光部が発した光を複数の光放射面から外部へ放射する光学系と、を備え、
   複数の上記光放射面から放射された光を互いに重ね合わせて外部へ投光することを特徴とする投光器。
4. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、
   上記発光部が発した光を反射する反射鏡と、を備え、
   上記反射鏡の反射面は、複数の反射構造を有しており、
   複数の上記反射構造にて反射した光を互いに重ね合わせて外部へ投光することを特徴とする投光器。
5. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   上記レーザ光源が出射したレーザ光により発光する発光部と、
   上記発光部が発した光を外部へ放射する投光レンズと、を備え、
   上記投光レンズは、上記発光部が発した光が入射する入射面に複数の屈折構造を有しており、
   複数の上記屈折構造にて屈折させた光を互いに重ね合わせて外部へ投光することを特徴とする投光器。

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