JP2018147745A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高品質の照明装置を提供する。
【解決手段】 第１の色のレーザ光を複数の方向に出射する第１フォトニック結晶レーザと、第１の色と異なる第２の色のレーザ光を複数の方向に出射する第２フォトニック結晶レーザと、第１フォトニック結晶レーザ及び第２フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第１制御装置とを有する照明装置を提供する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、照明装置、たとえば車両用前照灯に関する。
ＡＤＢ(adaptive driving beam)車両用前照灯は、照明光を動的に制御可能なヘッドランプの一例である。一般的に、動的に制御される照明には、車両用前照灯に要求される基本的な照明のほか、特定の対象物に向けられる照明、路面などに情報表示を行う照明等が含まれる。それらの基本技術は光の空間変調であり、たとえば広く普及しているプロジェクタと共通する。ＬＣＤ(liquid crystal display)パネル、ＬＣＯＳ(liquid crystal on silicon)パネル、ＤＬＰ(digital light processing)、ＭＥＭＳ(microelectromechanical systems)ミラー等によって動的な照明光制御を行うことができる。たとえば光の利用効率の観点からは、ＭＥＭＳミラー等、入射光に対する傾きを変更可能なミラーを用いることが好ましい。ＭＥＭＳミラー等のミラーを使用し、光源から出射された光を反射して照明光を形成する方法には、たとえば照明に必要な光ビームを、直接、車両前方に向けて走査しながら出射し、所望の照明光パターンを形成する方法と、光の波長変換作用をもつパネル（蛍光体パネル等）上に、光ビームを走査して所望の照明光対応パターンを形成し、それをレンズによって車両前方に投影する方法とがある。
前照灯に関する種々の発明が知られている（たとえば特許文献１及び２参照）。特許文献１には、大型化の抑制、消費電力の低減を実現するとともに、照明光パターンに所望の濃淡を形成することのできる前照灯の発明が記載されている。特許文献２には、高い演色性を有し、かつ、任意の投光パターンを実現可能な前照灯の発明の記載がある。
特許文献１に記載される前照灯においては、レーザ光の出射方向の制御（レーザ光の走査）に、２枚の可動ミラーが用いられる。機械的可動部を伴うため、前照灯の大きさ、重量、配光精度、信頼性、寿命等に課題がある。
また、レーザ光の出射を制御するレーザドライバに加え、２枚の可動ミラーの動作を制御するドライバが必要となる。更に、可動ミラーを出射するレーザ光の出射方向を監視する構成が必要となる場合もある。
ミラーの反射率も問題となる。反射率の低下は照明光の輝度低下につながるだけでなく、ミラー自体への熱的ストレスとなって、その信頼性や寿命に大きく影響する。
また、一本のレーザ光で照明領域を走査するため照明領域が広くなるほど、照明領域の中央部にレーザ光が入射する時間密度が低下する。このため配光（照明範囲）の中央部が周辺部に比べて暗くなる場合もありうる。なお、所定範囲を走査するにあたっては、部分的な走査に対応することが困難となる場合もある。
なお、通常のレーザ光源から出射したレーザ光は、ある角度の広がりをもつため、走査器に入射させる前に、レンズ等の光学系を用いてコリメートすることが必要となる場合がある。
フォトニック結晶レーザの研究がなされている（たとえば特許文献３及び４参照）。特許文献３には、最大４５°の傾斜角で安定してレーザビーム（傾斜ビーム）を出射可能なフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。特許文献４には、レーザビーム出射の傾斜角を大きくすることができ、２次元フォトニック結晶層の設計自由度が高いフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。
特開２０１１−１５７０２２号公報 特開２０１３−２３２３９０号公報 特許第５７９４６８７号公報 特開２０１３−２１１５４２号公報
本発明の目的は、高品質の照明装置を提供することである。
本発明の一観点によると、第１の色のレーザ光を複数の方向に出射する第１フォトニック結晶レーザと、前記第１の色と異なる第２の色のレーザ光を複数の方向に出射する第２フォトニック結晶レーザと、前記第１フォトニック結晶レーザ及び前記第２フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第１制御装置とを有する照明装置が提供される。
本発明によれば、高品質の照明装置を提供することができる。
図１Ａ〜図１Ｃは、フォトニック結晶レーザの構造例を示す概略的な断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３から出射されるレーザ光α、βを示す概略図であり、図２Ｃは、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３から出射されるレーザ光を示す概略図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、レーザ光α、β、及び、出射方位面Ｐｓを示す概略図である。 図４は、レーザ光の出射制御例を示す概略図である。 図５は、レーザ光を同時照射する制御例を示す概略図である。 図６Ａ〜図６Ｄは、フォトニック結晶レーザ４１のＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の構成を示す概略的な平面図である。 図７Ａ、図７Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の配置例を示す概略的な平面図であり、図７Ｃは、方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフである。 図８Ａ、図８Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の他の配置例を示す概略的な平面図である。 図９Ａ、図９Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の、更に別の配置例を示す概略的な平面図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４２、４３が方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフである。 図１１Ａは、実施例による照明装置の基本的構成を示す概略図であり、図１１Ｂは、フォトニック結晶レーザ３０を示す概略図であり、図１１Ｃは、赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを出射した赤色光、緑色光、青色光を示す概略図である。 図１２Ａは、実施例による車両用前照灯を示す概略図であり、図１２Ｂは、ビーム整形回折素子３１を示す概略的な斜視図であり、図１２Ｃは、複数のフォトニック結晶レーザモジュールを備える構成を示す概略図である。 図１３は、実施例による照明装置の応用例を示す概略図である。
フォトニック結晶レーザは、たとえば２次元フォトニック結晶のバンド端における群速度零効果を利用して、面内で定在波共振状態を形成し、その一部を面内方向と垂直な方向に回折させることで出力を得るレーザである。端面発光を行う通常の半導体レーザやＶＣＳＥＬ(vertical cavity surface emitting laser)のような面発光レーザとは異なる構造をもち、出力やビーム品質に優れる。
実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザについて説明する。
図１Ａは、フォトニック結晶レーザの一構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ４１は、たとえば赤色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
フォトニック結晶レーザ４１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板１、及び、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に順に積層された、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層４、ＡｌＧａＩｎＰガイド層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７の積層構造を有する。ｎ型ＧａＡｓ基板１の、積層構造と反対側の面にはｎ側電極９が配置される。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７の、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６と反対側の面にはｐ側電極８が配置される。
フォトニック結晶レーザ４１は、たとえば以下の方法で製造することができる。
まず、有機金属化学気相成長(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)法を用い、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２及びＡｌＧａＩｎＰ層を成長させる。
プラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition)法を用い、ＡｌＧａＩｎＰ層上にＳｉＮｘ膜を成膜する。ＳｉＮｘ膜上に、スピンコートでレジスト（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ５２０Ａ）を塗布する。
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。
露光後、現像液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＤ−Ｎ５０）を用いて現像する。
パターニングされたレジストをマスクとして、ＳｉＮｘ膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをＳｉＮｘ膜に転写する。
レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ）を、剥離液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＤＭＡＣ）を用いて除去する。
ＳｉＮｘ膜をマスクとして、ドライエッチングによりＡｌＧａＩｎＰ層に空孔を形成する。
ＳｉＮｘ膜をバッファードＨＦ（フッ酸）で除去する。
再びＭＯＣＶＤ装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。
この工程まででＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が形成される。
そのままＭＯＣＶＤ装置中で、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層４（井戸層：ＧａＩｎＰ、障壁層：ＡｌＧａＩｎＰ）、ＡｌＧａＩｎＰガイド層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７を成長させる。
ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、電極８、９等を形成し、チップに切り出す。
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ４１が製造される。
上述の方法は、再成長による製造方法である。たとえばｐ型ＧａＡｓ基板を用い、ｎ型ＧａＡｓ基板とｐ型ＧａＡｓ基板の間に積層構造を配置する構成のフォトニック結晶レーザを、２枚の基板の融着（貼り合わせ）による方法を用いて製造することもできる。なお、融着による製造方法では結晶欠陥の発生が多くなるため、再成長法を用いて製造することが好ましい。
また、図１Ａに示す構成では、フォトニック結晶層３をｎ側に設けたが、ｐ側に配置してもよい。この場合、積層構造は、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板１側から順に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ結晶層、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層となる。
更に、半導体層はＭＯＣＶＤ法でなく、他の方法、たとえば分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy; MBE)法を用いて成長させてもよい。
また、ＳｉＮｘ膜でなく、ＳｉＯ２膜としてもよい。プラズマＣＶＤ法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。
フォトニック結晶レーザ４１の電極８、９間に電圧を印加し、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層４に電流を供給することにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１側からレーザ光（レーザビーム）が出射される。出射されるレーザ光は、たとえば波長６５０ｎｍ（赤色の波長領域）の光である。なお、赤色光を発光するレーザ構造であれば、基板や積層構造等は他の材料で形成してもよい。
本願明細書及び図面においては、フォトニック結晶レーザの面内（フォトニック結晶層の面内）にＸ軸及びＹ軸を規定する。また、フォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）と平行な方向にＺ軸を規定し、レーザ光が出射される側をＺ軸正方向とする。
図１Ｂは、フォトニック結晶レーザの他の構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ４２は、たとえば緑色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
フォトニック結晶レーザ４２は、たとえばｎ型ＧａＮ基板１０、及び、ｎ型ＧａＮ基板１０上に順に積層された、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１３、ノンドープＧａＮ層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７の積層構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板１０の、積層構造と反対側の面にはｎ側電極１９が配置される。ｐ型ＧａＮコンタクト層１７の、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６と反対側の面にはｐ側電極１８が配置される。
フォトニック結晶レーザ４２は、たとえば以下の方法で製造することができる。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用い、ｎ型ＧａＮ基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１及びｎ型ＧａＮ層を成長させる。
プラズマＣＶＤ法を用い、ｎ型ＧａＮ層上にＳｉＮｘ膜を成膜する。ＳｉＮｘ膜上に、スピンコートでレジスト（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ５２０Ａ）を塗布する。
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。
露光後、現像液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＤ−Ｎ５０）を用いて現像する。
パターニングされたレジストをマスクとして、ＳｉＮｘ膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをＳｉＮｘ膜に転写する。
レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ）を、剥離液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＤＭＡＣ）を用いて除去する。
ＳｉＮｘ膜をマスクとして、ドライエッチングによりＧａＮ層に空孔を形成する。
ＳｉＮｘ膜をバッファードＨＦ（フッ酸）で除去する。
再びＭＯＣＶＤ装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。
この工程まででｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が形成される。
そのままＭＯＣＶＤ装置中で、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１３（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＩｎＧａＮ）、ノンドープＧａＮ層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７を成長させる。
ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、電極１８、１９等を形成し、チップに切り出す。
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ４２が製造される。
図１Ｂに示す構成では、フォトニック結晶層１２をｎ側に設けたが、ｐ側に配置してもよい。
また、半導体層はＭＯＣＶＤ法でなく、他の方法、たとえばＭＢＥ法を用いて成長させることもできる。
更に、ＳｉＮｘ膜でなく、ＳｉＯ２膜としてもよい。プラズマＣＶＤ法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。
なお、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１３を、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＧａＮ）としてもよい。
フォトニック結晶レーザ４２の電極１８、１９間に電圧を印加し、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１３に電流を供給することにより、ｎ型ＧａＮ基板１０側からレーザ光（レーザビーム）が出射される。出射されるレーザ光は、波長５６０ｎｍ（緑色の波長領域）の光である。なお、緑色光を発光するレーザ構造であれば、他の材料を用いる等してもよい。たとえば、ｎ型ＧａＮ基板１０上の積層構造を、ｎ型ＧａＮ基板１０側から順に、ｎ型ＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮフォトニック結晶層、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層、ＩｎＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ型ＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層とすることができる。
図１Ｃは、フォトニック結晶レーザの、更に別の構造例を示す概略的な断面図である。本図に示すフォトニック結晶レーザ４３は、たとえば青色波長領域の光を出射するチップ状のフォトニック結晶レーザである。
フォトニック結晶レーザ４３は、たとえばｎ型ＧａＮ基板２０、及び、ｎ型ＧａＮ基板２０上に順に積層された、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層２２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層２３、ノンドープＧａＮ層２４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７の積層構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板２０の、積層構造と反対側の面にはｎ側電極２９が配置される。ｐ型ＧａＮコンタクト層２７の、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６と反対側の面にはｐ側電極２８が配置される。
フォトニック結晶レーザ４３は、たとえば以下の方法で製造することができる。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用い、ｎ型ＧａＮ基板２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１及びｎ型ＧａＮ層を成長させる。
プラズマＣＶＤ法を用い、ｎ型ＧａＮ層上にＳｉＮｘ膜を成膜する。ＳｉＮｘ膜上に、スピンコートでレジスト（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ５２０Ａ）を塗布する。
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。
露光後、現像液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＤ−Ｎ５０）を用いて現像する。
パターニングされたレジストをマスクとして、ＳｉＮｘ膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをＳｉＮｘ膜に転写する。
レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ）を、剥離液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＤＭＡＣ）を用いて除去する。
ＳｉＮｘ膜をマスクとして、ドライエッチングによりＧａＮ層に空孔を形成する。
ＳｉＮｘ膜をバッファードＨＦ（フッ酸）で除去する。
再びＭＯＣＶＤ装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。
この工程まででｎ型ＧａＮフォトニック結晶層２２が形成される。
そのままＭＯＣＶＤ装置中で、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層２３（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＧａＮ）、ノンドープＧａＮ層２４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層２５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２６、ｐ型ＧａＮコンタクト層２７を成長させる。
ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、電極２８、２９等を形成し、チップに切り出す。
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザ４３が製造される。
図１Ｃに示す構成では、フォトニック結晶層２２をｎ側に設けたが、ｐ側に配置してもよい。
また、半導体層はＭＯＣＶＤ法でなく、他の方法、たとえばＭＢＥ法を用いて成長させることもできる。
更に、ＳｉＮｘ膜でなく、ＳｉＯ２膜としてもよい。プラズマＣＶＤ法でなく、スパッタ法や蒸着法を用いて形成することもできる。
なお、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層２３を、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＩｎＧａＮ）としてもよい。
フォトニック結晶レーザ４３の電極２８、２９間に電圧を印加し、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層２３に電流を供給することにより、ｎ型ＧａＮ基板２０側からレーザ光（レーザビーム）が出射される。出射されるレーザ光は、波長４５０ｎｍ（青色の波長領域）の光である。なお、青色光を発光するレーザ構造であれば、他の材料を用いる等してもよい。
図２Ａにフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３から出射されるレーザ光α、βを示す。フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３においては、一つのレーザ光出射位置Ｏから同時に２本のレーザ光（双ビーム）α、βが出射される。レーザ光αの出射方向とフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内方向の法線方向（フォトニック結晶層３、１２、２２の法線方向）とがなす角と、レーザ光βの出射方向とフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内方向の法線方向（フォトニック結晶層３、１２、２２の法線方向）とがなす角とは相互に等しい。以下、この角度を傾斜角θと呼ぶ。傾斜角θは、レーザ光α、βの出射方向がフォトニック結晶層３、１２、２２の法線に対してなす傾斜角である。
また、レーザ光αとレーザ光βの出力は相互に等しい。
図２Ａとともに、図２Ｂを参照する。レーザ光α、βの出射方向は、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３出射面（フォトニック結晶層３、１２、２２面）と直交する一つの平面Ｐｓ内の方向である。レーザ光出射位置Ｏを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内方向の法線方向（フォトニック結晶層３、１２、２２の法線方向）がすべて平面Ｐｓの面内方向であるということもできる。図２Ａ及び図２Ｂに示す例においては、レーザ光α、βの出射方向は、レーザ光出射位置Ｏを含む、ＸＺ平面に平行な平面Ｐｓの面内方向である。以下、レーザ光出射位置Ｏを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内方向の法線方向（フォトニック結晶層３、１２、２２の法線方向）をすべて面内方向とする平面Ｐｓを出射方位面Ｐｓと呼ぶ。
図２Ｃを参照する。フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３のレーザ光は、たとえばフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内における数百μｍ×数百μｍの範囲内から出射される。１本のレーザ光の広がり角はたとえば約１°である。２本のレーザ光（双ビーム）の合計出力は、たとえば１Ｗ〜１０Ｗである。また、たとえば量子井戸活性層４、１３、２３に供給する電流のオン、オフを繰り返すことにより、数百ＭＨｚの繰り返し周波数（パルス変調可能周波数）までのパルス波（パルスレーザビーム）を出射することができる。なお、電流の供給を間断なく続けた場合には、連続波のレーザ光が出射される。
後述の実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３は、上記の特徴をもつとともに、たとえば以下のレーザ光制御（出射ビーム制御）が可能である。
図３Ａを参照する。傾斜角θは、０°≦θ≦４５°の範囲で任意に変化させることができる。
図３Ｂを参照する。出射方位面Ｐｓは、レーザ光出射位置Ｏを通り、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の面内方向と直交する直線（フォトニック結晶層３、１２、２２の法線方向と平行な直線）を軸として、その周囲に任意の角度で回転させることができる。
傾斜角θの変化と、出射方位面Ｐｓの回転角度の変化を組み合わせると（傾斜角θと出射方位面Ｐｓの回転角度をともに制御すると）、レーザ光出射位置Ｏを頂点とする円錐内におけるレーザ光走査（任意の位置へのレーザ光照射）が可能となり、たとえば楕円状領域内の任意の範囲を照明することができる。
レーザ光の走査（往復や回転等）とともに、たとえばレーザ光のパルス幅制御(pulse width modulation; PWM)や点滅周波数（パルスの繰り返し周波数）制御(pulse frequency modulation; PFM)を行ってもよい。出力（強度）制御等も可能である。
図４に示す例においては、たとえば楕円状領域内を走査（照明）する場合に、楕円の中心部に照射するレーザ光の出力ｐ２を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の出力ｐ１よりも大きくする（ｐ１＜ｐ２）。これとは別に、またはこれとあわせて、楕円の中心部に照射するレーザ光の周波数ｆ２を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の周波数ｆ１よりも小さくする（ｆ２＜ｆ１）。このように、たとえば入射位置に応じ、レーザ光の出力や周波数等を制御する。なお、たとえば車両用前照灯においては、照射範囲の中心部に入射させるレーザ光の出力ｐ２を、左右領域に入射させるレーザ光の出力ｐ１よりも大きくすることが好ましい。周波数ｆ１、ｆ２は、中心部と左右領域で等しくてよい。
レーザ光の出射を制御する（傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等の制御を行う）ことで、たとえば照明領域（照明範囲）の形状や、照明光の強度分布を制御することができる（照明パターンの動的な形成）。レーザ光の出射制御は、後述するように、たとえば電極への電圧の印加態様（電圧を印加する電極の選択を含む。）の制御によって行う。
更に、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３においては、複数の双ビームを独立に制御することが可能である。たとえば２組の双ビームを同時に出射し、各組について傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を独立に変化させることができる。
なお、厳密には、傾斜角θや出射方位面Ｐｓの回転角度が異なるレーザ光は同一の出射位置から出射されるわけではなく、θやＰｓに応じた出射位置の変位がある。そのような変位は、たとえばｎｍからμｍオーダー程度であり、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５（後述）のような図では表現できないくらいの大きさである。しかも、本件の前照灯（後述）のような、レーザ光の到達位置の制御による照明装置では、そのような変位は問題とならない。
図５に、相互に傾斜角θが異なる複数組（４組）の双ビームを同時に出射する例を示した。４組の双ビームの出射方向はすべて平面Ｐｓの面内方向である。複数の双ビームを同時に出射することで、同時多点照射が可能となる。同時照射による効果で、帯状領域にレーザ光を照射することができる。なお、同時点灯させたままで、レーザ光の出力制御を行うこともできる。点滅周波数制御、パルス幅制御等を行うことも可能である。
レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Ｐｓの回転角度制御について詳細に説明する。
図６Ａ〜図６Ｄは、フォトニック結晶レーザ４１のＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の構成を示す概略的な平面図である。レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Ｐｓの回転角度制御は、たとえば特許文献４に記載される２次元フォトニック結晶層の構成と同様の構成を採用して行うことができる。
ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３は、層状の母材（ＡｌＧａＩｎＰ層）内に空孔（母材とは屈折率が異なる領域）が配置されて構成され、光共振状態形成用フォトニック結晶構造を形成する光共振状態形成用格子３ａ（図６Ａ参照）、及び、光出射用フォトニック結晶構造を形成する光出射用格子３ｂ（図６Ｂ参照）を有する。
図６Ａを参照する。光共振状態形成用格子３ａは、格子定数ａを有する正方格子からなり、格子点３ａ１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って間隔ａで並ぶ。
図６Ｂを参照する。光出射用格子３ｂ（格子点３ｂ１）では、（ｒ１，１）ａ及び（ｒ２，１）ａの基本並進ベクトルを有する斜方格子が構成される。
図６Ｃ及び図６Ｄを参照する。ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３は、光共振状態形成用格子３ａと光出射用格子３ｂを重ね合わせた構造とする。このフォトニック結晶の格子３ｃの格子点３ｃ１に空孔３ｄを配置する。
フォトニック結晶レーザ４１からは、たとえば波長６５０ｎｍの赤色レーザ光α、βが出射される。また、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の有効屈折率ｎｅｆｆは、母材を形成するＡｌＧａＩｎＰの屈折率及び空孔３ｄが母材内に占める割合により定まる。空孔３ｄの面積を調整することで、たとえば有効屈折率ｎｅｆｆ＝３．６とした。
フォトニック結晶レーザ４１からは、格子点３ｂ１の位置を示すパラメータｒ１及びｒ２が以下の式（１）及び（２）を満たす方向にレーザ光が出射される。
Figure 2018147745
Figure 2018147745
ここで方位角φは、出射されるレーザ光（傾斜ビーム）のＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３に平行な面への射影の該面内での向きを表す方位角（Ｘ軸方向を基準とする方位角）を表す。
なお、格子定数ａ、有効屈折率ｎｅｆｆ、出射されるレーザ光の波長λの間には、以下の式（３）の関係がある。

Figure 2018147745
たとえば式（１）、（２）より、ｒ１、ｒ２が変化すれば、傾斜角θ、方位角φが変化することがわかる。したがって一例として、ｒ１、ｒ２が異なる領域を形成し、レーザ光の出射方向（傾斜角θ、方位角φ）を変化させることができる。所望の傾斜角θ、方位角φで、フォトニック結晶レーザ４１の外部にレーザ光を取り出すことも可能である。
図７Ａ〜図７Ｃを参照し、傾斜角θの制御例について説明する。
図７Ａ、図７Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の配置例を示す概略的な平面図である。図７Ａに示すように、ｎ側電極９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図７Ｂに示す例においては、ｐ側電極８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極８ａ〜８ｄを含んで構成される。
ｐ側電極８ａ〜８ｄのうちの単数または複数とｎ側電極９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極８ａ〜８ｄとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ〜８ｄに対応する位置の量子井戸活性層４）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極９に囲まれた領域（窓９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ４１の外部に向けて出射される。
図７Ｂに示す例においては、各ｐ側電極８ａ〜８ｄとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ〜８ｄに対応する位置の量子井戸活性層４）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極８ａ〜８ｄに対応する位置の）ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極８ａ〜８ｄに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が作製されている。一例として、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３は、ｐ側電極８ａに対応する領域から、ｐ側電極８ｄに対応する領域に向かって、傾斜角θを連続的に変化させるよう、式（１）、（２）に従い、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように設計されている。
図７Ｂに示す例においては、ｐ側電極８ａに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極８ｂ、８ｃ、８ｄに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。すなわち、たとえばｐ側電極８ａとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ４１からは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極８ｂ、８ｃ、８ｄとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ４１からは、それぞれ（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば相互に隣接する電極８ａ〜８ｄに印加する電圧値（ｐ側電極８ａ〜８ｄに対応する位置の量子井戸活性層４に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
一例として電極８ａ、９間及び電極８ｂ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ａ、９間に印加する電圧値と電極８ｂ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、０°＜θ＜１０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極８ｂ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
また、電極８ｂ、９間及び電極８ｃ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｂ、９間に印加する電圧値と電極８ｃ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、１０°＜θ＜２０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極８ｃ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
同様に、電極８ｃ、９間及び電極８ｄ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｃ、９間に印加する電圧値と電極８ｄ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、２０°＜θ＜３０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極８ｄ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
図７Ｂに示す構成においては、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
図７Ｃは、方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフである。グラフの横軸は、傾斜角θを単位「°」で表し、縦軸はｒ１及びｒ２を表す。本設計の場合、ｒ１＝ｒ２となる。なお、レーザ光の波長は６５０ｎｍ、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の有効屈折率ｎｅｆｆは３．６とした。
グラフから、たとえばｒ１及びｒ２を連続的に変化させてＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３を作製することで、傾斜角θを連続的に変化させてレーザ光を出射可能であることがわかる。
図７Ａ〜図７Ｃに示したのは、φ＝０°とする１つの出射方位面内においてレーザ光の出射方向（傾斜角θ）を変化させる例であり、レーザ光は１軸方向に走査される。図８Ａ及び図８Ｂを参照し、複数の出射方位面内においてレーザ光の出射方向（傾斜角θ）を変化させる制御例を説明する。図８Ａ及び図８Ｂに示す例においては、レーザ光は２軸方向に走査される。
図８Ａ、図８Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の他の配置例を示す概略的な平面図である。図８Ａは、図７Ａと同図であり、ｎ側電極９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図８Ｂに示す例においては、ｐ側電極８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極８ａ〜８ｇを含んで構成される。
ｐ側電極８ａ〜８ｇのうちの単数または複数とｎ側電極９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極８ａ〜８ｇとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ〜８ｇに対応する位置の量子井戸活性層４）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極９に囲まれた領域（窓９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ４１の外部に向けて出射される。
図８Ｂに示す例においては、各ｐ側電極８ａ〜８ｇとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ〜８ｇに対応する位置の量子井戸活性層４）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極８ａ〜８ｇに対応する位置の）ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極８ａ〜８ｇに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が作製されている。一例として、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３は、ｐ側電極８ａに対応する領域から、ｐ側電極８ｄに対応する領域に向かって、図７Ｂに示す場合と同様に、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように設計されている。また、ｐ側電極８ａに対応する領域から、ｐ側電極８ｇに対応する領域に向かって、ｐ側電極８ａ〜８ｄとは異なる方位角φで、傾斜角θを連続的に変化させるように、式（１）、（２）に従い、ｒ１は連続的に大きくなるように、ｒ２は連続的に小さくなるように設計されている。
図８Ｂに示す例においては、ｐ側電極８ａに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極８ｂ、８ｃ、８ｄに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。更に、ｐ側電極８ｅ、８ｆ、８ｇに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，９０°）、（２０°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。
たとえばｐ側電極８ａとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ４１からは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、それぞれ（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）、（１０°，９０°）、（２０°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば相互に隣接する電極８ａ〜８ｇに印加する電圧値（ｐ側電極８ａ〜８ｇに対応する位置の量子井戸活性層４に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
たとえばＸ軸方向に配列された電極８ａ〜８ｄに関しては、図７Ｂを参照して行った説明と同様である。
Ｙ軸方向に配列された電極８ａ、８ｅ〜８ｇに関しては、一例として電極８ａ、９間及び電極８ｅ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ａ、９間に印加する電圧値と電極８ｅ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、０°＜θ＜１０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極８ｅ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
また、電極８ｅ、９間及び電極８ｆ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｅ、９間に印加する電圧値と電極８ｆ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、１０°＜θ＜２０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極８ｆ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
同様に、電極８ｆ、９間及び電極８ｇ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｆ、９間に印加する電圧値と電極８ｇ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、２０°＜θ＜３０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極８ｇ、９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
図８Ｂに示す構成においては、φ＝０°、９０°となる２つの出射方位面内において、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
図９Ａ及び図９Ｂを参照し、傾斜角θ及び方位角φの制御例について説明する。
図９Ａ、図９Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４１におけるｎ側電極９、ｐ側電極８の、更に別の配置例を示す概略的な平面図である。図９Ａは、図７Ａと同図であり、ｎ側電極９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図９Ｂに示す例においては、ｐ側電極８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌを含んで構成される。
ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌのうちの単数または複数とｎ側電極９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ、８ｈ〜１８ｌに対応する位置の量子井戸活性層４）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極９に囲まれた領域（窓９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザ４１の外部に向けて出射される。
図９Ｂに示す例においては、各ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌとｎ側電極９との間の量子井戸活性層４（各ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌに対応する位置の量子井戸活性層４）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌに対応する位置の）ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３が作製されている。
一例として、ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３は、ｐ側電極８ａに対応する領域から、ｐ側電極８ｉに対応する領域に向かって、図８Ｂに示す場合と同様に、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように作製されている。また、ｐ側電極８ａに対応する領域から、ｐ側電極８ｋに対応する領域に向かって、ｒ１は連続的に大きくなるように、ｒ２は連続的に小さくなるように作製されている。更に、ｐ側電極８ｌに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、ｐ側電極８ｊに対応する領域よりも、ｒ１、ｒ２がともに大きく、かつ、ｐ側電極８ｈに対応する領域よりも、ｒ１は大きく、ｒ２は小さく作製されている。
図９Ｂに示す例においては、ｐ側電極８ａに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極８ｈ、８ｉに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１５°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。更に、ｐ側電極８ｊ、８ｋに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１５°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極８ｌに対応するＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層３の領域は、たとえば（θ、φ）＝（１５°，４５°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。
たとえばｐ側電極８ａとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ４１からは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極８ｈ、８ｉ、８ｊ、８ｋ、８ｌとｎ側電極９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザ４１からは、それぞれ（θ、φ）＝（１５°，０°）、（３０°，０°）、（１５°，９０°）、（３０°，９０°）、（１５°，４５°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば電極８ａ、８ｈ〜８ｌに印加する電圧値（ｐ側電極８ａ、８ｈ〜８ｌに対応する位置の量子井戸活性層４に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ及び方位角φ方向にレーザ光を出射することが可能である。
たとえばＸ軸方向に配列された電極８ａ、８ｈ、８ｉに関しては、図７Ｂを参照し、電極８ａ〜８ｄに関して行った説明と同様である。また、たとえばＹ軸方向に配列された電極８ａ、８ｊ、８ｋに関しては、図８Ｂを参照し、電極８ａ、８ｅ〜８ｇに関して行った説明と同様である。図９Ｂに示す構成においても、図８Ｂに示した構成と同様に、φ＝０°、９０°となる２つの出射方位面内において、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
更に、図９Ｂに示す構成においては、たとえば電極８ｈ、９間及び電極８ｌ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｈ、９間に印加する電圧値と電極８ｌ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ＝１５°、０°＜φ＜４５°の方向にレーザ光を出射させることができる。
また、たとえば電極８ｌ、９間及び電極８ｊ、９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極８ｌ、９間に印加する電圧値と電極８ｊ、９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ＝１５°、４５°＜φ＜９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。
このように、図９Ｂに示す構成においては、出射方位面を回転させるような態様で、レーザ光を出射させることができる。
更に、図９Ｂに示す構成においては、たとえば電極８ａ、８ｈ、８ｌ、８ｊに印加する電圧値（ｐ側電極８ａ、８ｈ、８ｌ、８ｊに対応する位置の量子井戸活性層４に供給する電流値）のバランスにより、傾斜角θが０°≦θ≦１５°、方位角φが０°≦φ≦９０°となる方向にレーザ光を出射することが可能である。
図７Ａ〜図９Ｂを参照し、３つの構成例について説明したが、構成はこれらに限られず、傾斜角θ及び方位角φの範囲は任意に設定することができる。
なお、図７Ａ〜図９Ｂにおいては、理解の容易のために電極数を少なくしたが、中間の角度の精度を高めるには、より多くの電極を用いることが好ましい。
図６Ａ〜図９Ｂを参照し、赤色光を出射するフォトニック結晶レーザ４１について説明したが、緑色光、青色光を出射するフォトニック結晶レーザ４２、４３についても同様である。フォトニック結晶レーザ４２、４３（図１Ｂ、図１Ｃ参照）のｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２も、たとえば図６Ａ〜図６Ｄに示すように構成される。ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２の有効屈折率ｎｅｆｆは、それぞれたとえば２．４、２．５とすることができる。フォトニック結晶レーザ４２、４３では、それぞれたとえば波長５６０ｎｍ、４５０ｎｍの緑色、青色レーザ光が発光され、パラメータｒ１及びｒ２が式（１）及び（２）を満たす方向に出射される。フォトニック結晶レーザ４２、４３においても、格子定数ａ、有効屈折率ｎｅｆｆ、出射されるレーザ光の波長λの間には、式（３）の関係がある。
フォトニック結晶レーザ４２、４３においても、たとえばｒ１、ｒ２が異なる領域をもつｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２が形成され、所望の傾斜角θ、方位角φで、レーザ光が取り出される。フォトニック結晶レーザ４２、４３のｐ側電極１８、２８、ｎ側電極１９、２９は、フォトニック結晶レーザ４１のｐ側電極８ａ〜８ｌ、ｎ側電極９と同様の構成とすることができる。ｐ側電極１８、２８に対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２の領域は、式（１）、（２）に従い、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）、（１０°，０°）、（２０°，０°）等の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２を規定して、形成される。傾斜角θ、方位角φの制御もフォトニック結晶レーザ４１の場合と同様に行うことが可能である（図７Ａ〜図９Ｂ参照）。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれフォトニック結晶レーザ４２、４３が方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフであり、フォトニック結晶レーザ４１について示した図７Ｃに対応する。図１０Ａ、図１０Ｂともに、グラフの横軸は、傾斜角θを単位「°」で表し、縦軸はｒ１及びｒ２を表す。また、ｒ１＝ｒ２としたときの関係を示す。レーザ光の波長は、５６０ｎｍ（図１０Ａ）、４５０ｎｍ（図１０Ｂ）とし、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２の有効屈折率ｎｅｆｆは２．４（図１０Ａ）、２．５（図１０Ｂ）とした。
グラフから、フォトニック結晶レーザ４２、４３においても、たとえばｒ１及びｒ２を連続的に変化させてｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、２２を作製することで、傾斜角θを連続的に変化させてレーザ光を出射可能であることがわかる。
図１１Ａは、実施例による照明装置（車両用前照灯）の基本的構成を示す概略図である。実施例による車両用前照灯は、たとえば自動車の前照灯であり、フォトニック結晶レーザ３０及び第１制御装置６０を含む。
フォトニック結晶レーザ３０は、たとえばチップ状のフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３を含む。チップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３は、前述のように、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のレーザ光α、βを複数の方向に、具体的には任意の傾斜角θ（θ≦４５°）及び方位角φで出射することができる。
第１制御装置６０は、フォトニック結晶レーザ３０（４１、４２、４３）からのレーザ光の出射を制御する。
フォトニック結晶レーザ３０を出射したレーザ光は、照明光として車両前方に自動車前照灯照明パターンを形成する。
図１１Ｂは、フォトニック結晶レーザ３０を示す概略図である。フォトニック結晶レーザ３０は、たとえばＸ軸方向、Ｙ軸方向に沿って規則的に交互に配置される赤色光出射部３０Ｒ、緑色光出射部３０Ｇ、及び、青色光出射部３０Ｂを備える。
赤色光出射部３０Ｒは、単数のチップ状フォトニック結晶レーザ４１により、または複数のフォトニック結晶レーザ４１を、一例としてブロック状に配置して形成される。同様に、緑色光出射部３０Ｇ、青色光出射部３０Ｂは、それぞれ単数のチップ状フォトニック結晶レーザ４２、４３により、または複数のフォトニック結晶レーザ４２、４３を、一例としてブロック状に配置して形成される。
図１１Ｃに示すように、たとえば赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを出射した赤色光α、緑色光α、青色光αは、ビームスポットを重畳されて（同一領域に照射されて）白色光を形成する。赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを出射した赤色光β、緑色光β、青色光βも同様である。なお、レーザ光α、βの出射方向制御においても、赤色光、緑色光、青色光は、たとえば重畳された状態を維持される。
図１２Ａを参照する。実施例による車両用前照灯は、更に、ビーム整形回折素子３１、第２制御装置６３、センシング機器６４等を備えてもよい。
図１２Ｂは、ビーム整形回折素子３１を示す概略的な斜視図である。本図には、２次元的に繰り返し配置される赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ（図１１Ｂ参照）の各々が、それぞれ単数のチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３により形成される場合を示した。
ビーム整形回折素子３１は、たとえば赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ（チップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３）のレーザ光出射面側に密着して配置される。また、たとえば２次元的に繰り返し配置されたチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の各々に対応する、２次元的なビーム整形回折パターンを備える。ビーム整形回折素子３１は、赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ（チップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３）の各々から出射されたビーム（赤色光、緑色光、青色光）の出射方向を維持し、その形状及びサイズを揃える機能を有する。
なお、レーザ光の透過率は低下するが、ビーム整形回折素子３１に、光散乱機能をもたせることも可能である。光透過率は、ホログラフィックビーム整形ディフーザで８５％程度となる。
再び、図１２Ａを参照する。
第２制御装置６３では、たとえば配光制御ソフトウェアが用いられる。
センシング機器６４は、たとえばカメラ、レーダ等である。
なお、第１制御装置６０は、たとえばレーザ駆動回路６１及びビーム走査演算回路６２を含んで構成される。
センシング機器６４は、一例として、車両前方をセンシングし、歩行者、対向車、先行車、障害物等の車両周辺情報を入手する。また、配光（照明光）をモニタする配光モニタカメラを含む。入手されたセンシング情報は、第２制御装置６３の配光制御ソフトウェアに入力される。配光制御ソフトウェアは、入力されたセンシング情報等に基づき、たとえば最適な配光（照明光）パターンを決定する。
なお、配光制御ソフトウェアは、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。配光制御ソフトウェアのプログラムを書き換えることで、一つの照明装置、たとえば実施例による車両用前照灯が種々の照明目的に使用可能となる。
第２制御装置６３の配光制御ソフトウェアで決定された配光パターンの情報（配光パターンの形状や輝度分布等）は第１制御装置６０に出力される。
第１制御装置６０は、第２制御装置６３から入力された配光パターンの情報に基づき、フォトニック結晶レーザ３０からのレーザ光の出射を制御する。具体的には、たとえばチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の各々について、傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅、同時出射等の制御を行う。すべてのチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３について等しい制御を行ってもよいし、複数のチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３のうちの一部について等しい制御を実施してもよい。
傾斜角θは、たとえば図７Ａ〜図９Ｂを参照して行った説明と同様に制御することができる。出射方位面Ｐｓの回転角度は、たとえば図９Ａ及び図９Ｂを参照して行った説明と同様に制御することが可能である。レーザ光出力は、電極８（１８、２８）、９（１９、２９）間に印加する電圧値（量子井戸活性層４（１３、２３）に供給する電流値）の大小や、印加電圧波形（供給電流波形）のデューティ比の高低で制御することができる。点滅周波数は、印加電圧（供給電流）のオン、オフの回数で制御可能である。パルス幅は、印加電圧（供給電流）のオン期間の長短で制御することができる。同時出射は、たとえば赤色光の場合、一例としてｐ側電極８ａ〜８ｌのうちの複数とｎ側電極９の間への電圧印加を同時に行うことにより実現され、たとえば図５を参照して説明した効果等を得ることができる。電圧を印加するｐ側電極８ａ〜８ｌの数で、１つのチップ状フォトニック結晶レーザ４１から出射されるレーザ光の数を制御可能である。緑色光、青色光の同時出射制御も同様に行うことができる。
ビーム走査演算回路６２は、たとえば最適配光パターンを実現するレーザ光（ＲＧＢ双ビーム）の、傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を演算して求める。レーザ駆動回路６１は、求められた傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等で、フォトニック結晶レーザ３０からレーザ光（ＲＧＢ双ビーム）を出射させる。出射された赤色、緑色、青色のレーザ光が重畳して車両前方に投射され、自動車前照灯照明パターンが形成される。
形成された自動車前照灯照明パターンは、たとえばセンシング機器６４の配光モニタカメラで確認され、第２制御装置６３で決定された配光パターンに合致するようにフィードバックがかけられる。
なお、たとえばセンシング機器６４で得られる情報は逐次更新される。第２制御装置６３は、所定の時間間隔で繰り返し、更新された情報に基づいて、たとえば最適な配光パターンを決定し、決定された最適配光パターンの情報を第１制御装置６０に出力する。
図１２Ｃを参照する。図１２Ａに示す車両用前照灯は、１つのフォトニック結晶レーザモジュール（図１２Ａでは赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ、ビーム整形回折素子３１、及び、レーザ駆動回路６１で構成される部分）を有する構成であるが、図１２Ｃに示すように複数のフォトニック結晶レーザモジュールを備える構成としてもよい。
ビーム走査演算回路６２は、第２制御装置６３から入力された配光パターンの情報に基づき、たとえば最適配光パターンを実現するレーザ光（ＲＧＢ双ビーム）の、傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を演算して求める。求められた結果は、各フォトニック結晶レーザモジュールのレーザ駆動回路６１に出力され、求められた傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等で、各フォトニック結晶レーザモジュールからレーザ光（ＲＧＢ双ビーム）が出射される。出射されたレーザ光（ＲＧＢ双ビーム）により、車両前方に自動車前照灯照明パターンが形成される。
図１２Ｃに示す構成においては、各フォトニック結晶レーザモジュールの出力が低い場合であっても、複数のフォトニック結晶レーザモジュールから出射されたレーザ光の合成により、目的の配光を実現することができる。また、たとえばフォトニック結晶レーザモジュールの不具合に対するフェイルセーフが図られる。更に、通常のＡＤＢ機能だけではなく、複数の対象物への独立した照明や、隠蔽物を回避した照明など、多彩な配光制御に対応することができる。
実施例による照明装置には、レーザ光源として、通常のレーザ発振器とは異なる構造と制御機能をもつフォトニック結晶レーザ３０（チップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３）が用いられる。実施例による照明装置においては、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３のビーム制御機能（傾斜角θ制御、出射方位面Ｐｓの回転角度制御、レーザ光出力制御、点滅周波数制御、パルス幅制御、同時出射制御等）を活用し、所望の自動車前照灯照明パターン（たとえば第２制御装置６３で決定された最適配光パターン）が形成可能である。フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３から出射される赤色光、緑色光、青色光の重ね合わせによる動的な前照灯配光が実現される（ソフトウェア配光制御）。また、照明パターンを多彩に変化させることができる。照明パターンは、文字、図形等の情報を含むものであってもよい。
たとえば単純なラスター走査制御とは異なり、水平、垂直方向から傾いた明暗境界や所定の輝度分布の形成においても、滑らかな配光（離散的な点灯制御による輝度段差や、輝度の不連続部分（暗線等）の生じない滑らかな配光）を実現することができる。また、たとえばＬＥＤ(light emitting diode)アレイを用いる照明システムのように、解像度が光源のハードウェアに依存しない。
また、実施例による照明装置においては、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３のビーム出射特性が活用され、たとえばスペースを必要とする投影レンズが不要である。このため、半導体パッケージレベルサイズの照明システムとすることができる。したがって設置個数、設置場所等、設置の自由度が高い。
更に、実施例による照明装置は、半導体発光素子を製造する設備と同程度の設備で製造することができる。このため、照明装置の精度や信頼性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することが可能である。
また、フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３を用いて照明装置を構成すると、レーザ光の出射制御をたとえば電極への電圧の印加態様の制御によって行うことができる。機械的可動部をもつＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等を使用しないため、たとえば小型、軽量、高配光精度、高信頼性、長寿命の照明装置とすることができる。また、ＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等を使用する照射装置よりも、多彩な制御を行うことが可能である。
このように実施例による照明装置は、高品質の照明装置である。
なお、たとえば自動車前照灯照明パターンの全体にわたって走査（フォトニック結晶レーザ３０によるレーザ光照射）を行うのではなく、非走査型の照明（従来の照明装置を含む固定的な配光をもつ照明）との組み合わせにより、動的な配光制御が必要な部分だけ走査を行ってもよい。また、固定配光の照明に、照明範囲の中心部の高輝度領域の照射を分担させることもできる。
更に、フォトニック結晶レーザ３０に、センシング用の波長領域の光（たとえば近赤外線）を出射するレーザ光源を加えてもよい。センシングのための独立した制御を行い、ＴＯＦ(time of flight)センサやＬＩＤＡＲ(laser imaging detection and ranging)の光源としての機能を含めることができる。
図１３を参照する。実施例による照明装置の構成を、たとえば街路灯に応用することができる。通常の街路照明だけを行う街路灯ではなく、照明光に照射面（路面）への表示機能をもたせた街路灯とすることが可能である。たとえば積雪時に車線ラインや横断歩道、警告等を表示し、歩行者、車両等へ情報を提供する。特定の対象物への照明を行う等の機能をもたせてもよい。
以上、実施例等に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
たとえば実施例においては、ビーム整形回折素子３１を、チップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３のレーザ光出射面側に密着して配置したが、ビーム整形回折素子３１の代わりにカバーガラスまたはビーム整形機能を有しないディフーザを用いてもよい。
また、実施例においては、赤色光、緑色光、青色光の混色（照射領域での重ね合わせ）により白色光を得る構成を示したが、複数の色のレーザ光を用いる構成であればこれに限られない。フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の独立制御により、色度の制御を行うことができるし、それに限らず、たとえば複数の色のレーザ光の混色により所望の照明色を得る構成とすることができる。第１の色のレーザ光を出射する第１のフォトニック結晶レーザと、第１の色と異なる第２の色のレーザ光を出射する第２のフォトニック結晶レーザを用いればよい。
更に、複数のチップ状フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３をブロック状に配置して赤色、緑色、青色光出射部３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを構成する点について言及したが、ライン状に配置して構成してもよい。
なお、実施例のように、同数のフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３を用いて、フォトニック結晶レーザ３０を構成するのではなく、各フォトニック結晶レーザ４１、４２、４３の出力や照明装置の用途に応じ、照明色の合成に必要な数や割合でフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３を用いることができる。
また、実施例においては、たとえばフォトニック結晶レーザ４１、４２、４３を形成する材料を異ならせて複数の色のレーザ光を得たが、第２高調波発生(second harmonic generation; SHG)等を利用して複数の色のレーザ光を得てもよい。また、緑色フォトニック結晶レーザ４２の代わりに、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層を有する赤外線波長の第２高調波発生を利用してもよい。
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
実施例による、動的な配光制御機能（情報提示機能を含む。）を有する照明装置は、たとえば車両用灯具、一例として自動車用前照灯として好適に利用可能である。また、車両用灯具に限らず、種々の照明器具等に好適に利用できる。
自動車用前照灯は、極端な明暗領域のある特徴的な配光分布をもち、潜在的に動的な配光制御を必要とする。たとえば実施例では、自動車用前照灯として用いられる照明装置を説明したが、照明装置は、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。したがって、実施例による照明装置は、プログラムを書き換えることで一般照明を含む種々の照明目的や、文字、図形等による情報表示にも使用可能なプログラマブル照明装置ということができる。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３ ＡｌＧａＩｎＰフォトニック結晶層
３ａ 光共振状態形成用格子
３ａ１ 格子点
３ｂ 光出射用格子
３ｂ１ 格子点
３ｃ 格子
３ｃ１ 格子点
３ｄ 空孔
４ ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層
５ ＡｌＧａＩｎＰガイド層
６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
８、８ａ〜８ｌ ｐ側電極
９ ｎ側電極
９ａ 窓
１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１２ ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層
１３ ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層
１４ ＧａＮ層
１５ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８、１８ａ〜１８ｄ ｐ側電極
１９ ｎ側電極
２０ ｎ型ＧａＮ基板
２１ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２２ ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層
２３ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層
２４ ＧａＮ層
２５ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
２６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２８、２８ａ〜２８ｄ ｐ側電極
２９ ｎ側電極
３０ フォトニック結晶レーザ
３０Ｒ 赤色光出射部
３０Ｇ 緑色光出射部
３０Ｂ 青色光出射部
３１ ビーム整形回折素子
４１、４２、４３ フォトニック結晶レーザ
６０ 第１制御装置
６１ レーザ駆動回路
６２ ビーム走査演算回路
６３ 第２制御装置
６４ センシング機器

Claims (10)

  1. 第１の色のレーザ光を複数の方向に出射する第１フォトニック結晶レーザと、
    前記第１の色と異なる第２の色のレーザ光を複数の方向に出射する第２フォトニック結晶レーザと、
    前記第１フォトニック結晶レーザ及び前記第２フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第１制御装置と
    を有する照明装置。
  2. 更に、前記第１、第２フォトニック結晶レーザのレーザ光出射面側に配置され、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されたレーザ光の出射方向を維持し、形状及びサイズを揃える回折素子を備える請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の傾斜角θを制御する請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の出射方位面Ｐｓの回転角度φを制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の出力を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の点滅周波数を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
  7. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光のパルス幅を制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
  8. 前記第１制御装置は、前記第１、第２フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の数を制御する請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
  9. 更に、センシング情報に基づいて配光パターンを決定する第２制御装置を含み、
    前記第１制御装置は、前記第２制御装置で決定された配光パターンの情報に基づいて、前記第１、第２フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
  10. 前記第２制御装置では、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する配光制御ソフトウェアが用いられる請求項９に記載の照明装置。
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