JP2019145361A - 光源装置、車両用灯具及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光が波長変換されたり減光されたりしない状態で外部にもれることを防ぐ。【解決手段】光源装置１は、レーザー光Ｌ１を出射する半導体レーザー素子１０と、半導体レーザー素子１０から出射されたレーザー光Ｌ１の少なくとも一部を波長変換する蛍光体含有層１２と、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層１３と、光量または特定の波長の光を検出する光検出部４０と、光検出部４０の検出結果に基づいて半導体レーザー素子１０を制御する制御部５０とを備える。蛍光体含有層１２および光制限層１３は、半導体レーザー素子１０から出射されるレーザー光Ｌ１の光路に設けられており、光制限層１３は、蛍光体含有層１２よりも当該光路の下流側に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザー素子を光源とする光源装置、この光源装置を備える車両用灯具及びプロジェクタに関する。

レーザー光を出射する半導体レーザー素子を光源とする光源装置には、半導体レーザー素子と、レーザー光を吸収して波長変換する蛍光体含有層とを備えたものがある。このような光源装置には、レーザー光が人の目に直接照射されないようにするというアイセーフティの課題がある。しかし、従来の光源装置に振動等の何らかの外力が加わることにより、蛍光体含有層が欠損または光源装置から脱落して正常な位置からなくなると、波長変換されたり減光されたりしていない状態のレーザー光が光源装置から出射されてしまう。

そこで、特許文献１には、半導体レーザー素子、蛍光体含有層に加え、特定色の光を検出する検出手段と、検出手段を制御する制御手段とを備える車両用灯具が開示されている。特許文献１の車両用灯具では、検出手段が波長変換されなかったレーザー光を検出した場合、制御手段が、検出手段の検出結果に基づいてレーザー光を出射しないように半導体レーザー素子を制御することにより、アイセーフティを図っている。

光源として、レーザー光を出射する光源を用いる装置には、他にもプロジェクタ等があり（例えば特許文献２）、このような装置でもレーザー光は蛍光体で波長変換された後、出射される構成となっているが、上述の灯具と同様にアイセーフティを対策する必要がある。

特開２０１４−１８０８８６号公報 特許第５４０６６３８号

しかし特許文献１のように、検出手段の結果に基づいて半導体レーザー素子を制御する車両用灯具では、半導体レーザー素子がレーザー光を出射し、検出手段が波長変換されなかった光を検出してから、制御手段がレーザー光を遮断させるまでの間にタイムラグが生じる。そのため、このような車両用灯具には、もし蛍光体含有層が欠損または車両用灯具から脱落すると、制御手段がレーザー光を遮断させるまでにレーザー光が波長変換されない状態で出射されてしまうという問題がある。また、上述した従来のプロジェクタにも同様の問題が存在するが、従来のプロジェクタにおいても、アイセーフティの問題については何ら考慮されていない。

本発明の目的は、レーザー光が波長変換されたり減光されたりしない状態で外部にもれることを防ぐことにある。

上記目的を達成するために、本発明の光源装置は、レーザー光を出射する半導体レーザー素子と、半導体レーザー素子から出射されたレーザー光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体含有層と、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層と、光量または特定の波長の光を検出する光検出部と、光検出部の検出結果に基づいて半導体レーザー素子を制御する制御部とを備える。蛍光体含有層および光制限層は、半導体レーザー素子から出射されるレーザー光の光路に設けられており、光制限層は、蛍光体含有層よりも当該光路の下流側に設けられている。

本発明によれば、蛍光体含有層よりも光路の下流側に光制限層を配置することにより、波長変換されたり減光されたりしない状態でレーザー光が外部にもれることを防ぐことができる。

（ａ）〜（ｂ）本発明の光源装置１のブロック図。 （ａ）〜（ｂ）蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の光源装置１のブロック図、（ｃ）光制限層１３に入射する光量と、光制限層１３が吸収する光量との関係を示すグラフ。 本発明の車両用灯具の斜視図。 実施形態１の車両用灯具の断面図。 蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の実施形態１の車両用灯具の断面図。 光源装置の動作例１を示すフローチャート。 光源装置の動作例２を示すフローチャート。 実施形態２の車両用灯具の断面図。 蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の実施形態２の車両用灯具の断面図。 実施形態３の車両用灯具の断面図。 実施形態４のプロジェクタの斜視図。 実施形態４のプロジェクタの断面図。 実施形態４のプロジェクタの変形例の断面図。

本発明の光源装置の一実施形態について説明する。

図１、２は、本発明の光源装置１のブロック図と、光制限層１３に入射する光量と光制限層１３が吸収する光量との関係を示すグラフである。図１に示すように、光源装置１は、レーザー光Ｌ１を出射する半導体レーザー素子（ＬＤ素子）１０と、半導体レーザー素子１０から出射されたレーザー光Ｌ１の少なくとも一部を波長変換する蛍光体含有層１２と、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層１３と、光量または特定の波長の光を検出する光検出部４０と、光検出部４０の検出結果に基づいて半導体レーザー素子１０を制御する制御部５０とを備える。蛍光体含有層１２および光制限層１３は、半導体レーザー素子１０から出射されるレーザー光Ｌ１の光路に設けられており、光制限層１３は、蛍光体含有層１２よりも当該光路の下流側に設けられている。

光源装置１をこのような構成にしたことにより、レーザー光Ｌ１は、蛍光体含有層１２により少なくとも一部が波長変換されて光Ｌ２となり、さらに光Ｌ２の一部が光制限層１３によって吸収されて、光Ｌ３として光源装置１から出射する。ただし、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、蛍光体含有層１２が欠損または光源装置から脱落した場合、光Ｌ２よりも光量の大きなレーザー光Ｌ１が光制限層１３に入射する。しかし、図２（ｃ）に示すように、光制限層１３は、入射する光の光量が増えると吸収する光量も増えるため、制御部５０がレーザー光Ｌ１を遮断させるまでの間、レーザー光Ｌ１が、光制限層１３によって十分に減光された状態で照射される。これにより、光源装置１は、波長変換されたり減光されたりしない状態のレーザー光Ｌ１が外部にもれることを防ぐことができる。以下、本発明の光源装置１を備えた、車両用灯具とプロジェクタの具体的な実施形態について説明する。

（実施形態１の車両用灯具）
図３は、実施形態１、２に共通する車両用灯具の斜視図、図４は実施形態１の車両用灯具の断面図である。これらの図では、図面左側が車両の前方側であり、図面右側が車両後方側である。

本実施形態の車両用灯具は、主として、光源装置１を内蔵する外筒部１Ａと、投影レンズ２６を有して光を外側に出射する前照灯モジュール２と、からなり、前照灯モジュール２は、投影レンズ２６を固定するレンズ保持部２９と、外筒部１Ａとレンズ保持部２９とを接続し、光源装置１から出る光の光路を変更するリフレクタ２８とを備える。

図４に示すように、光源装置１は、レーザー光を出射する半導体レーザー素子１０と、半導体レーザー素子１０から出射されたレーザー光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体含有層１２と、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層１３と、光量または特定の波長の光を検出する光検出部４０と、光検出部４０の検出結果に基づいて半導体レーザー素子１０を制御する制御部５０とを備える。

光源装置１は、外壁が角柱、内壁が円筒の上部に円錐が配置された形状の金属の筒体１Ａ内に、半導体レーザー素子１０と、半導体レーザー素子１０から出射されたレーザー光Ｌ１を集光する集光レンズ１１と、円板状の蛍光体含有層１２と、円板状の光制限層１３とを、下方からこの順で備える。

半導体レーザー素子１０、集光レンズ１１、蛍光体含有層１２、および光制限層１３は、筒体１Ａの内壁に設けられた凹部にそれぞれはめ込まれ、図示しない接着剤で筒体１Ａの内壁の凹部に接着されている。

半導体レーザー素子１０は、所定の波長のレーザー光Ｌ１を出射する半導体発光素子であり、本例では、出力２．３Ｗ、波長４５０ｎｍの青色レーザーダイオードである。半導体レーザー素子１０は、不図示の電源に接続されており、上方にレーザー光Ｌ１を出射するように、保持部材に保持された状態で筒体１Ａ内に固定されている。

集光レンズ１１は、上下が凸面の透明樹脂からなり、その外周縁が筒体１Ａの内壁の凹部にはめ込まれている。なお、集光レンズ１１は省略可能である。

蛍光体含有層１２は、蛍光体粒子を樹脂や無機バインダーに混練・分散させた材料によって形成され、筒体１Ａの上部の円錐状部分に設けられている。蛍光体含有層１２の蛍光体は、半導体レーザー素子１０からのレーザー光Ｌ１により励起されて所望の波長の蛍光を発する蛍光体である。具体的には蛍光体含有層１２の蛍光体には例えば、青色のレーザー光Ｌ１を発する半導体レーザー素子１０の発光により励起されて、黄色蛍光を発する蛍光体（例えばYAG蛍光体等）を用いる。これにより、光源装置１は、青色光と黄色光が混色された白色の光Ｌ２を発する。

光制限層１３は、筒体１Ａの上端部に設けられていて、蛍光体含有層１２を通過した光Ｌ２の一部を吸収する。光Ｌ２はレーザー光Ｌ１よりも光量が小さいが、光制限層１３は、このような光量の小さい光に対しては光の吸収が少ない（図２（ｃ）参照）。そのため、光Ｌ２を光制限層１３が吸収しても、出射光として、十分な光量を確保することができる。一方、蛍光体含有層１２が欠損または光源装置１から脱落した場合（以下、「正常な位置にない場合」という）、レーザー光Ｌ１が直接光制限層１３に入射されると、光制限層１３の光の吸収量が増大するため、光制限層１３を通過する光量は大幅に減少する。これにより、この車両用灯具は、光量の大きなレーザー光の出射量を制限し、アイセーフティを図ることができる。

光制限材料には、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する、金属酸化物または有機系二光子吸収材料のうち少なくともいずれかを、樹脂や無機バインダーに混練・分散させたものを使用する。光制限材料が金属酸化物を含有する場合、金属酸化物には、Ｍｎ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２、ＲｕＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｒｅ_２Ｏ_７、ＯＳｏ_２、ＩｒＯ_２等が使用されることが好ましい。光制限材料が有機系二光子吸収材料を含有する場合、有機系二光子吸収材料には、ローダミン、クマリン、ジチエノチオフェン誘導体、オリゴフェニレンビニレン誘導体等が使用されることが好ましい。なお、光制限材料には、耐熱性の観点から、金属酸化物が使用されることがより好ましい。

光制限層１３は、板状の基材の表面に、光制限材料を印刷、蒸着、スパッタリング、めっき等で覆うことにより形成してもよいし、光制限材料を板状に固化させて形成してもよい。

光検出器４０は、レーザー光Ｌ１の光路において、蛍光体含有層１２よりも下流に配置されている。図２に示す実施形態では、光検出器４０は、リフレクタ２８を上下に貫通する貫通孔Ｈの（外側）端部に固定されており、光源装置１から出て、リフレクタ２８で反射されずに直進する光が入射される。

光検出部４０がこのように配置されているため、光検出部４０は、光源装置１から出射されて投影レンズ２６に向かう光の経路を遮らない。なお、光検出部４０は、リフレクタ２８上に設けられた図示しない保持部によって保持されていてもよいし、光源装置１と前照灯モジュール２を収納する図示しないハウジングに設けられることにより、貫通孔Ｈの上方に設けられてもよい。さらに図示しないが、光検出部４０は、前照灯モジュール２内で、前照灯モジュール２内を通る光の経路を遮らない位置に設けられていてもよい。

光検出器４０としては、受光した光量に応じた電気信号を発生するフォトダイオードや、所定の波長、例えばレーザー発光素子が発する光の波長、の光に対し、感度特性を持たせたフォトダイオードなどを用いることができる。光検出器４０は、所定量以上の光量の光を検出すると或いは所定の波長の光を検出すると光量に応じた電気信号を制御部５０に送信する。

制御部５０は、半導体レーザー素子１０と光検出部４０とに電気的に接続されており、光検出部４０の検出結果に応じた電気信号に基づいて、半導体レーザー素子１０の電源のオン・オフを切り替える。

光検出部４０に、所定の波長帯域の光量を検出できるものを使用した場合、制御部５０は、光検出部４０が検出した光量に応じて半導体レーザー素子１０の電源のオン・オフを切り替える。具体的には、光検出部４０が所定量以上の光量を検出しなかった場合、制御部５０は、半導体レーザー素子１０にレーザー光Ｌ１を出射させ続け、光検出部４０が検出した光量が所定量以上であった場合、制御部５０は、半導体レーザー素子１０にレーザー光Ｌ１を出射させないようにする。

また、光検出部４０に、特定の波長の光を検出できるものを使用した場合、制御部５０は、光検出部４０が特定の波長の光を検出したか否かに応じて半導体レーザー素子１０の電源のオン・オフを切り替える。具体的には、光検出部４０が特定の波長の光を検出した場合、制御部５０は、半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射させた状態を維持させて、光検出部４０が特定の波長の光を検出しなかった場合、制御部５０は、半導体レーザー素子１０にレーザー光Ｌ１を出射させないようにする。

前照灯モジュール２は、光源装置１の上部で投影レンズ２６を支持し、光源装置１を下方から上方に出射した光を投影レンズ２６側に向かわせるものである。前照灯モジュール２は、光源装置１から出射された光を反射して車両前方側に向かわせる反射面２８ａを含むリフレクタ２８と、リフレクタ２８に対して車両前方側に設けられて、投影レンズ２６を保持するレンズ保持部２９と、投影レンズ２６に照射される光の一部を遮光するように、光源装置１と投影レンズ２６との間に配置されたシェード２７を備える。

投影レンズ２６は、光源装置１よりも車両前方側に設けられており、車両前方側に向いた、光の出射面２６ａが凸面で、車両後方側に向いた、光の入射面２６ｂが平面又は凸面の透明樹脂からなる。投影レンズ２６は、光源装置１から出射されて入射面２６ｂ側から入射した光束を拡大して、出射面２６ａから車両前方側に照射する。

リフレクタ２８の反射面２８ａは、光源装置１の上方から車両前方側の上方を覆う湾曲面であり、光源装置１が出射した光を、投影レンズ２６側に向かうように反射させる。リフレクタ２８の、蛍光体含有層１２が正常な位置にない状態で半導体レーザー素子１０から出射されたレーザー光Ｌ１があたる領域には、レーザー光Ｌ１を通過させる貫通孔Ｈが形成されている。

蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合、レーザー光Ｌ１は蛍光体含有層１２により吸収されたり波長変換されたりしないが、貫通孔Ｈがリフレクタ２８に設けられていることにより、光源装置１から出射された光の一部が貫通孔Ｈを通って逃される。そのため、強い光が反射面２８ａで反射されて投影レンズ２６から車両の前方へ照射されることを抑制できる。

レンズ保持部２９は、筒体１Ａの軸方向に直交する軸を有する輪状の孔２９ａを有し、投影レンズ２６の出射面２６ａから車両前方に照射される光の光軸が筒体１Ａ内を通る光の光軸と直交するように、孔２９ａ内で投影レンズ２６を保持する。

（実施形態１の車両用灯具の動作例１）
続いて、図４〜６を参照し、実施形態１の車両用灯具の動作例１（光検出部４０が受光した光量を検出できる場合の動作例）について説明する。図５は、蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の実施形態１の車両用灯具の断面図であり、説明のために蛍光体含有層１２を図示していない。図６は、光検出部４０が受光した光量を検出できる場合の光源装置１の動作例を説明するフローチャートである。なお、図４の光源装置１の動作を図１（ａ）に、図５の光源装置１の動作を図２（ａ）に、簡略化して示しているため、これらの図も必要に応じて参照されたい。

まず、蛍光体含有層１２が正常な位置にある場合の実施形態１の車両用灯具の動作例について説明する。

半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図４に示すように、半導体レーザー素子１０から出射されるレーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光されて、蛍光体含有層１２を局所的に照射する。蛍光体含有層１２に入射したレーザー光Ｌ１（例えば、青色レーザー光）は、一部が蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体に吸収され、蛍光（例えば黄色光）に波長変換される。蛍光体に吸収されなかった光（青色光）と波長変換された蛍光（黄色光）は混合されて光Ｌ２（白色光）となる。この混合した光Ｌ２が、蛍光体含有層１２の上面から出射される。

蛍光体含有層１２の上面から出射された光Ｌ２は、そのまま上方の光制限層１３に入射する。光制限層１３は、入射した光Ｌ２の一部を吸収する（図６のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった光Ｌ３が、光制限層１３から出射される。光制限層１３は、光量の小さい光に対しては光の吸収が少ないため、光Ｌ２を光制限層１３が吸収しても、車両用灯具として、必要な光量を出射することができる。

光制限層１３から出射された光Ｌ３は、反射面２８ａで反射されると、投影レンズ２６を透過して車両前方に照射される。なお、光Ｌ３がシェード２７によってその一部が遮光されると、投影レンズ２６から照射される光は、ロービームとして照射される。

光制限層１３から出射される光Ｌ３の一部は、貫通孔Ｈを通過し、前照灯モジュール２の上方から光検出部４０に入射する。

光検出部４０に入射する光Ｌ３は、蛍光体含有層１２と光制限層１３を通ったことにより、波長変換され、レーザー光Ｌ１よりも光量が小さくなるため、光検出部４０が所定量以上の光量を検出しない（図６のステップＳ３Ａ：ＮＯ）。その結果、制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にあると判断して、半導体レーザー素子１０の電源をオンの状態に保ち、レーザー光Ｌ１を出射させ続ける。

次に、光源装置１に振動等の何らかの外力が加わることにより、蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の、実施形態１の車両用灯具の動作例について説明する。

この場合、半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図５に示すように、レーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光された後、蛍光体含有層１２によって波長変換も減光もされない状態、すなわちレーザー光Ｌ１のまま光制限層１３に入射する。光制限層１３は、蛍光体含有層１２によって波長変換された光Ｌ2よりも強いレーザー光Ｌ1を受光することにより、吸光量が増加する。そのため、光制限層１３は、入射したレーザー光Ｌ１を十分に吸収して減光する（図６のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった青色の光Ｌ４は、光制限層１３から出射される。光Ｌ４が反射面２８ａで反射されると、投影レンズ２６を透過して車両前方に照射される。

本例では、光制限層１３には、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときに入射した光Ｌ２よりも光量の大きなレーザー光Ｌ１が入射するため、光制限層１３は、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて強い光を吸収する。そのため、投影レンズ２６から車両前方に照射される光は、蛍光体含有層１２によって波長変換も減光もされていないが、光制限層１３によって十分に減光されているため、アイセーフティを図ることができる。

光Ｌ４の一部が、貫通孔Ｈを通過すると、前照灯モジュール２の上方から出射されて光検出部４０に入射する。

蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合、蛍光体含有層１２がレーザー光Ｌ１を吸収しないため、光検出部４０には、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて大きな量の光が入射する。そのため、光検出部４０が、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて大きな光量を検出した場合、すなわち、光検出部４０が所定量以上の光量を検出した場合（図６のステップＳ３Ａ：ＹＥＳ）、制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にないと判断する。そして、制御部５０は、レーザー光を出射させないように、半導体レーザー素子１０の電源をオフにする（ステップＳ４）。またこのとき、制御部５０は、図示しない表示部に警告表示をさせる。なお、警告は、表示に限られず、警告音を発する、警告ランプを点灯するなどであってもよい。

（実施形態１の車両用灯具の動作例２）
続いて、図４、５、７を参照し、実施形態１の車両用灯具の動作例２（光検出部４０が特定の波長の光を検出できる場合の動作例）について説明する。図７は、光検出部４０が特定の波長の光を検出できる場合の光源装置１の動作例を説明するフローチャートである。

まず、蛍光体含有層１２が正常な位置にある場合の実施形態１の車両用灯具の動作例について説明する。

半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図４に示すように、青色のレーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光されて、蛍光体含有層１２に入射する。蛍光体含有層１２は、入射したレーザー光Ｌ１の一部を吸収し、蛍光（黄色光）に波長変換する。蛍光体に吸収されなかった光（青色光）と波長変換された蛍光が混合されると光Ｌ２（白色光）となり、蛍光体含有層１２が光Ｌ２を出射する。

光Ｌ２が光制限層１３に入射すると、光制限層１３が、入射した光Ｌ２の一部を吸収する（図７のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった光Ｌ３が、光制限層１３から出射される。

光制限層１３から出射された光Ｌ３は、反射面２８ａで反射されると、投影レンズ２６を透過して車両前方に照射される。光制限層１３から出射される光Ｌ３の一部は、貫通孔Ｈを通過し、前照灯モジュール２の上方から光検出部４０に入射する。

光検出部４０が、蛍光体含有層１２により波長変換された光、すなわち、特定の波長の光（この例では、白色の波長）を検出した場合（図７のステップＳ３Ｂ：ＹＥＳ）制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にあると判断して、レーザー光Ｌ１を出射させ続ける。

次に、蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の、実施形態１の車両用灯具の動作例について説明する。

この場合、半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図５に示すように、青色のレーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光され、蛍光体含有層１２によって波長変換されない状態、すなわち青色レーザー光のまま光制限層１３に入射する。光制限層１３は、入射した青色レーザー光（蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて強い光）を受光することにより、光制限層１３の吸光量が増加するため、入射した青色レーザー光を十分に吸収して減光する（図７のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった青色の光Ｌ４が、光制限層１３から出射される。

光Ｌ４は、反射面２８ａで反射されると、投影レンズ２６を透過して車両前方に照射される。投影レンズ２６から車両前方に照射される光は、蛍光体含有層１２によって波長変換も減光もされていないが、光制限層１３によって十分に減光されているため、アイセーフティを図ることができる。

光Ｌ４の一部が、貫通孔Ｈを通過して前照灯モジュール２の上方から出射されると、光検出部４０に入射する。

蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合、光検出部４０には、特定の波長の光（白色光）は入射しない。そのため、光検出部４０が、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて異なる波長の光Ｌ４を検出し、特定の波長の光Ｌ３を検出しない。光検出部４０が、特定の波長の光Ｌ３を検出しなかった場合（図７のステップＳ３Ｂ：ＮＯ）、制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にないと判断して、レーザー光Ｌ１を出射させないように半導体レーザー素子１０を制御するとともに警告を行う（ステップＳ４）。

上述した動作例１、２で示した通り、蛍光体含有層１２が欠損または光源装置１から脱落しても、光検出部４０の検出結果に応じて制御部５０がレーザー光Ｌ１を出射させないようにする。さらに、半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射してから、制御部５０がレーザー光Ｌ１を遮断させるまでの間にタイムラグが生じても、レーザー光Ｌ１は、光制限層１３により吸収される。よって、レーザー光Ｌ１が、減光されずに投影レンズ２６を透過して車両前方へ照射されることを防ぐことができる。

（実施形態２の車両用灯具）
続いて、実施形態２の車両用灯具を図８を用いて説明する。この車両用灯具は、投影レンズ２６に光制限層１３が設けられている点で、実施形態１の車両用灯具と異なる。以下、実施形態２の車両用灯具と実施形態１の車両用灯具とで異なる構成を中心に説明する。他の構成は、実施形態１の車両用灯具と同様であるので、説明を省略する。

本例の光制限層１３は、円板状に形成されていて、投影レンズ２６の入射面２６ｂの全体に接着されている。なお、光制限層１３は、蛍光体含有層１２から出射されてから投影レンズ２６により照射されるまでの光を遮る位置、すなわち、蛍光体含有層１２よりも光源装置１から出射された光の光路の下流側に、設けられていればよい。そのため、光制限層１３は、投影レンズ２６の出射面２６ａの表面に設けられていてもよいし、光制限材料が投影レンズ２６の材料に混練されて光制限層１３が形成されていてもよい。さらに、光制限層１３は、前照灯モジュール２内の投影レンズ２６から離間した位置に、蛍光体含有層１２から出射されて投影レンズ２６に向かう光を遮るようにして設けられていてもよい。

また、本例の蛍光体含有層１２は、筒体１Ａの上端に設けられている。さらに、本例の貫通孔Ｈには、光を透過させる樹脂等で形成された透過部材Ｈ２がはめ込まれている。

（実施形態２の車両用灯具の動作例１）
続いて、図６〜９を参照し、実施形態２の車両用灯具の動作例について説明する。なお、この動作例では、光検出部４０が、受光した光量を検出できる場合と、特定の波長の光を検出できる場合とについてまとめて説明する。図９は、蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の実施形態２の車両用灯具の断面図であり、説明のために蛍光体含有層１２を図示していない。なお、図８の光源装置１の動作は、図１（ｂ）に、図９の光源装置１の動作は、図２（ｂ）に、簡略化して示しているため、これらの図も必要に応じて参照されたい。

まず、蛍光体含有層１２が正常な位置にある場合の実施形態２の車両用灯具の動作例について説明する。

半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図８に示すように、レーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光されて、蛍光体含有層１２に入射する。蛍光体含有層１２は、入射したレーザー光Ｌ１を光２に変換し、光Ｌ２を出射する。

反射面２８ａで反射された光Ｌ２は、投影レンズ２６に向かい、光制限層１３に入射する。光制限層１３は、入射した光Ｌ２の一部を吸収する（図６、７のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった光が、光制限層１３から出射されて、投影レンズ２６を透過して車両前方に照射される。

光Ｌ２の一部は、透過部材Ｈ２を透過し、前照灯モジュール２の上方から光検出部４０に入射する。光検出部４０に、受光した光量を検出することのできるものを使用した場合、光検出部４０が、所定量以上の光量を検出しない（図６のステップＳ３Ａ：ＮＯ）。その結果、制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にあると判断して、レーザー光Ｌ１を出射させ続ける。

光検出部４０に、特定の波長の光を検出することのできるものを使用した場合、光検出部４０が蛍光体含有層１２により波長変換された光、すなわち、特定の波長の光Ｌ２を検出すると（図７のステップＳ３Ｂ：ＹＥＳ）制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にあると判断して、レーザー光Ｌ１を出射させ続ける。

次に、蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合の、実施形態２の車両用灯具の動作例について説明する。

この場合、半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図９に示すように、レーザー光Ｌ１は、集光レンズ１６で集光され、レーザー光Ｌ１のまま筒体１Ａの上端から出射される。

レーザー光Ｌ１は、透過部材Ｈ２を通過して光検出部４０に入射する。もし、レーザー光Ｌ１が投影レンズ２６に向かったとしても、光制限層１３が、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときと比べて強い光を受光することにより、光制限層１３の吸光量が増加するため、光制限層１３は、入射したレーザー光Ｌ１を十分に吸収して減光する（ステップＳ２）。

蛍光体含有層１２が正常な位置にない場合、光検出部４０は、蛍光体含有層１２が正常な位置にないことを検出できる（図６のステップＳ３Ａ：ＹＥＳまたは図７のステップＳ３Ｂ：ＮＯ）。制御部５０は、蛍光体含有層１２が正常の位置にないと判断して、レーザー光Ｌ１を出射させないように半導体レーザー素子１０を制御するとともに、警告を行う（ステップＳ４）。

実施形態２の車両用灯具では、投影レンズ２６に光制限層１３が設けられているため、実施形態１の車両用灯具で得られた効果に加え、光制限層１３が何らかの外力が加わることで正常な位置からなくなることを防ぐことができる。

（実施形態３の車両用灯具）
続いて、実施形態３の車両用灯具を図１０を用いて説明する。この車両用灯具は、光源装置１と前照灯モジュール２がハウジング９２内に収納されている点と、ハウジング９２には、光が出射される側の少なくとも一部に光制限層１３が設けられている点が、上述した実施形態と異なる。以下、実施形態３の車両用灯具と上述した実施形態の車両用灯具とで異なる構成を中心に説明する。他の構成は、実施形態１の車両用灯具と同様であるので、説明を省略する。

ハウジング９２の前面には、投影レンズ２６から出射される光を車両の前方に照射する前面レンズ９１が設けられており、前面レンズ９１の投影レンズ２６側に、板状の光制限層１３が接着されている。

本例の光制限層１３は、投影レンズ２６から前面レンズ９１に向かい、前面レンズ９１から照射されるまでの間を通過する光を遮る位置に設けられていればよい。そのため、光制限層１３は、前面レンズ９１の表面の車両前方側または後方側に塗布されていてもよいし、板状の光制限層１３が、前面レンズ９１の表面の車両前方側に接着されていてもよい。また、光制限材料が前面レンズ９１の材料に混練されることにより光制限層１３が形成されていてもよいし、ハウジング９２の全面にわたって光制限層１３が設けられていてもよい。さらに、光制限層１３が板状の部材の場合、前面レンズ９１に接着されていなくても、ハウジング９２内に、投影レンズ２６から出射されて、前面レンズ９１から照射されるまでの間を通過する光を遮るようにして設けられていてもよい。

実施形態３の車両用灯具の動作例は実施形態２の車両用灯具と同じであり、実施形態３の車両用灯具では、実施形態２の車両用灯具と同様の効果を得ることができる。

（実施形態４のプロジェクタ）
続いて、実施形態４のプロジェクタを図１１、１２を用いて説明する。図１１は、実施形態４のプロジェクタの斜視図であり、図１２はその光学系の拡大断面図である。実施形態４のプロジェクタは、光源として半導体レーザー素子と発光素子とを備え、半導体レーザー素子から出射されるレーザー光Ｌ１と、発光素子から出射される光Ｌ５を合成し、合成した光Ｌ６の一部を光制限層が吸収した光Ｌ７を、プロジェクタの外部に投影するものである。なお、本例における前後とは光の進行方向に対する前後方向を示す。

図１１に示すように、上述した２つの光源（半導体レーザー素子と発光素子）は、略直方体形状の本体ケース６０に収納されており、本体ケース６０は、前方の投影口６２ｂから光Ｌ７を照射する。投影口６２ｂは、レンズカバー６２で覆われている。

本体ケース６０の上面には、操作表示部６３が設けられており、操作表示部６３は、電源スイッチキーや、蛍光体含有層１２が正常の位置にないときに報知をするランプ等を有する。

図１２は、このプロジェクタの前方を紙面下方に向けた状態で示しており、このプロジェクタは、光源装置１Ｂと、表示素子７７とを有する。光源装置１Ｂは、複数の半導体レーザー素子１０と、蛍光体含有層１２としての蛍光ホイール１２Ｂと、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層１３と、光検出部４０と、制御部５０とを備える。光源装置１Ｂはさらに、レーザー光Ｌ１の光軸方向と同方向の光Ｌ５（例えば、赤色発光ダイオード等の赤色光）を出射する発光素子１００を備える。表示素子７７は、入射した光Ｌ６を画素ごとに吸収または反射するように制御されて、光Ｌ６を投影光に変換するデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）等の素子である。

本体ケース６０内にはさらに、レーザー光Ｌ１を反射してその光軸方向を９０度変換する反射ミラー群１０２と、レーザー光Ｌ１及び光Ｌ５の光軸を一致させて表示素子７７に集光する集光光学系（ダイクロイックミラー１５１ａ、１５１ｄ、ミラー１５１ｂ、１５１ｃ）と、集光光学系により光軸が一致されて表示素子７７を反射した光Ｌ６を投影口６２ｂに向けて集光させるレンズやミラーを備える。

半導体レーザー素子１０は、平面状に複数配置されており、レーザー光Ｌ１を、投影口６２ｂから出射される光Ｌ７とは反対方向に出射する。反射ミラー群１０２は、レーザー光Ｌ１を蛍光体ホイール１２Ｂに向けて反射させる。

蛍光ホイール１２Ｂは、ホイールモータ１２ｍにより回転される円板状の部材であって、蛍光ホイール１２Ｂが回転することにより、レーザー光Ｌ１を透過させたり反射させたりする。蛍光ホイール１２Ｂは、その回転軸が反射ミラー群１０２で反射されたレーザー光Ｌ１の光軸と平行になるように、レーザー光Ｌ１の光路に配置されている。蛍光ホイール１２Ｂの外周縁部には、図示しないが、透光性を有してレーザー光Ｌ１を拡散する拡散領域と、反射面の表面に透明の保護膜が形成されてさらにこの保護膜の表面に蛍光体層を有する蛍光発光領域と、が周方向に並設されている。

蛍光ホイール１２Ｂの拡散領域は、入射した光を透過するものである。半導体レーザー素子１０からの指向性の高いレーザー光Ｌ１が蛍光ホイール１２Ｂの拡散領域に照射されると、指向性の低い拡散光に変換されて蛍光体ホイール１２Ｂの裏面側から光Ｌ２として出射される。

一方、蛍光ホイール１２Ｂの蛍光発光領域は、入射した光を反射させるものである。この蛍光発光領域は、金属材料等の表面に銀蒸着等によって反射面が形成され、この反射面の表面にスパッタによってフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等の透明の保護膜が形成され、さらにこの保護膜の表面に蛍光体層が設けられている。蛍光体層は、蛍光体粒子を耐熱性が高くかつ透光性の高い樹脂や無機バインダーに混練・分散させた材料によって形成されている。また、蛍光体層の蛍光体は、半導体レーザー素子１０からの光をレーザー光Ｌ１として所望の波長の蛍光（例えば、緑色光）を発する蛍光体を用いる。具体的には例えば、蛍光体層の蛍光体には、セリウム賦活ガーネット構造蛍光体のＹ３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を使用することが好ましい。

本例の光制限層１３は、レンズカバー６２の投影口６２ｂ側の入射面に塗布されており、表示素子７７で投影口６２ｂに向けて反射された光Ｌ６の一部を吸収する。光Ｌ６はレーザー光Ｌ１よりも光量が小さいが、光制限層１３は、このような光量の小さい光に対しては光の吸収が少ない（図２（ｃ）参照）。そのため、光Ｌ６を光制限層１３が吸収しても、出射光として、十分な光量を確保することができる。一方、蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にない場合、レーザー光Ｌ１が直接光Ｌ５と合成されて光制限層１３に入射される。そのため、光制限層１３の光の吸収量が増大し、光制限層１３を通過する光量は大幅に減少する。これにより、このプロジェクタは、光量の大きな光の出射量を制限し、アイセーフティを図ることができる。

光制限層１３に使用される光制限材料については、実施形態１〜３の車両用灯具と同じであり、実施形態１の車両用灯具で説明したため、その詳細な説明は省略する。

光検出部４０は、レンズカバー６２の前方に、プロジェクタから投影される光の経路を遮らないようにして設けられている。なお、光検出部４０は、蛍光体ホイール１２Ｂから出射されて、投影口６２ｂに向かうまでの光路上であれば、本体ケース６０内の、光路を遮らない位置に設けられていてもよい。

（実施形態４のプロジェクタの動作例）
続いて、図６、７、１２を参照し、実施形態４のプロジェクタの動作例について説明する。なお、この動作例では、光検出部４０が受光した光Ｌ７の光量を検出できる場合と、特定の波長の光を検出できる場合とについて、まとめて説明する。まず、蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にある場合について説明する。

半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射しているとき（ステップＳ１）、図１２に示すように、反射ミラー群１０２で反射されたレーザー光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１５１ａを透過し、蛍光ホイール１２Ｂの蛍光発光領域や拡散領域に照射される。

蛍光体ホイール１２Ｂの蛍光体層に照射されたレーザー光Ｌ１（例えば、青色レーザー光）は、一部が蛍光体層に含まれる蛍光体に吸収され、蛍光（例えば緑色光）に波長変換される。蛍光体に吸収されなかった光（青色光）と波長変換された蛍光（緑色光）は混合され、この混合光は、ダイクロイックミラー１５１ａ側に反射される。

蛍光体ホイール１２Ｂを反射した混合光は、ダイクロイックミラー１５１ａで、発光素子１００から出射された光Ｌ５（例えば赤色光）と合成されて、ミラー１５１ｃで反射した後、ダイクロイックミラー１５１ｄに入射する。

一方、蛍光ホイール１２Ｂの拡散領域に照射されたレーザー光Ｌ１は、拡散することにより減光され、減光された光Ｌ２は、蛍光ホイール１２Ｂの裏面側に透過される。光Ｌ２は、ミラー１５１ｂで反射し、ダイクロイックミラー１５１ｄを透過する。

これにより、ダイクロイックミラー１５１ｄにおいて、蛍光体ホイール１２Ｂを反射して光Ｌ５と合成した光は、蛍光体ホイール１２Ｂにより減光された光Ｌ２と合成される。

ダイクロイックミラー１５１ｄで合成された光Ｌ６は、表示素子７７で投影光に変換され、投影口６２ｂに向けて進む。投影口６２ｂを通過した光Ｌ６は、光制限層１３に入射する。光制限層１３は、入射した光Ｌ６の一部を吸収する（図６、７のステップＳ２）。光制限層１３に入射して光制限層１３によって吸収されなかった光Ｌ７が、光制限層１３から出射される。光制限層１３は、光量の小さい光に対しては光の吸収が少ないため、光Ｌ６を光制限層１３が吸収しても、プロジェクタとして、必要な光量を出射することができる。

光Ｌ７は、レンズカバー６２を通ってスクリーン等のプロジェクタの外部に投影される。光Ｌ７の一部は、光検出部４０に入射する。

光検出部４０に、受光した光量を検出することのできるものを使用した場合、光検出部４０が、所定量以上の光量を検出しない（図６のステップＳ３Ａ：ＮＯ）。その結果、制御部５０は、蛍光体ホイール１２Ｂが正常の位置にあると判断して、レーザー光Ｌ１を出射し続けるように半導体レーザー素子１０を制御する。

光検出部４０に、特定の波長の光を検出することのできるものを使用した場合、光検出部４０が、蛍光体ホイール１２Ｂにより波長変換された光、すなわち、特定の波長の光を検出すると（図７のステップＳ３Ｂ：ＹＥＳ）制御部５０は、蛍光体ホイール１２Ｂが正常の位置にあると判断して、レーザー光Ｌ１を出射し続けるように半導体レーザー素子１０を制御する。

蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にない場合、レーザー光Ｌ１は発光素子１００からの光Ｌ５と混合された状態で投影口６２ｂに向かうが、投影口６２ｂに配置された光制限層１３は、蛍光体含有層１２が正常な位置にあるときに受光した光よりも強い光を受光する。これにより、光制限層１３の吸光量が増加する。そのため、光制限層１３は、レーザー光Ｌ１を十分に減光する（ステップＳ２）。

また、蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にない場合、光検出部４０は、蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にないことを検出できる（図６のステップＳ３Ａ：ＹＥＳまたは図７のステップＳ３Ｂ：ＮＯ）。制御部５０は、光検出部４０の検出結果に基づいて蛍光体ホイール１２Ｂが正常の位置にないと判断すると、レーザー光を出射させないように半導体レーザー素子１０を制御する（図６、７のステップＳ４）。またこのとき、制御部５０は、操作表示部６３により警告表示をさせる。なお、警告は、ランプの点灯などによる表示に限られず、警告音を発する、文字などで警告を表示するなどであってもよい。

半導体レーザー素子１０がレーザー光Ｌ１を出射してから、制御部５０がレーザー光Ｌ１を遮断させるまでの間にタイムラグが生じても、レーザー光Ｌ１は、光制限層１３により十分に吸収される。よって、実施形態４のプロジェクタでも、レーザー光Ｌ１が減光も波長変換もされずにレンズカバー６２を透過して外部にもれることを防ぐことができる。

なお、光制限層１３は、レンズカバー６２の投影口６２ｂ側の入射面に塗布される例に限られない。光制限層１３は、蛍光体ホイール１２Ｂから出射されてから、レンズカバー６２からプロジェクタの外部に投影されるまでの間を通過する光を遮る位置、すなわち、蛍光体ホイール１２Ｂよりも光源装置１Ｂから出射された光の光路の下流側に、設けられていればよい。そのため、光制限層１３は、レンズカバー６２の投影口６２ｂとは反対側の出射面に塗布されていてもよいし、板状の光制限層１３が、レンズカバー６２の表面に接着されていてもよい。また、光制限材料は、レンズカバー６２の材料に混練されて成形加工されていてもよい。

特に、図１３に示す実施形態４のプロジェクタの変形例のように、光制限層１３を、蛍光体ホイール１２Ｂとダイクロイックミラー１５１ｄの間に配置すると、光制限層１３は、蛍光体ホイール１２Ｂを透過した光Ｌ２の一部を、発光素子１００から出射された光Ｌ５に合成される前に吸収する。そのため、合成された光Ｌ６の一部を光制限層１３が吸収する実施形態４のプロジェクタと比べ、実施形態５のプロジェクタでは、検出部４０が、蛍光体ホイール１２Ｂが正常な位置にあるかないかを正確に検出することができる。

なお、上述した実施形態１〜４において、半導体レーザー素子１０には、出力２．３Ｗ、波長４５０ｎｍの青色レーザーダイオードを使用したが、これに限られず、例えば、半導体レーザー素子１０の波長は、近紫外域（４０５ｎｍ程度）であってもよいし、それ以外の波長であってもよい。また、蛍光体含有層１２に使用する蛍光体は、上述した例に限られず、半導体レーザー素子１０が出射するレーザー光の波長に対応して変更することが好ましく、例えば、レーザー光の波長が近紫外域（４０５ｎｍ程度）の場合、青、緑、赤の３色の蛍光体、または、青、黄色の２色の蛍光体を用いることができる。

１・・・光源装置、２・・・前照灯モジュール、１０・・・半導体レーザー素子、１２・・・蛍光体含有層、１３・・・光制限層、４０・・・光検出部、５０・・・制御部

Claims (13)

1. レーザー光を出射する半導体レーザー素子と、前記半導体レーザー素子から出射されたレーザー光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体含有層と、入射する光の光量によって光の吸収量が変化する光制限材料を含有する光制限層と、光量または特定の波長の光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記半導体レーザー素子を制御する制御部とを備え、
   前記蛍光体含有層および前記光制限層は、前記半導体レーザー素子から出射されるレーザー光の光路に設けられており、
   前記光制限層は、前記蛍光体含有層よりも当該光路の下流側に設けられていることを特徴とする光源装置。
2. 前記制御部は、前記光検出部が所定量以上の光量を検出した場合、レーザー光を出射しないように前記半導体レーザー素子を制御する請求項１に記載の光源装置。
3. 前記制御部は、前記光検出部が特定の波長の光を検出しない場合、レーザー光を出射しないように前記半導体レーザー素子を制御する請求項１に記載の光源装置。
4. 前記光検出部が、前記蛍光体含有層よりも前記光路の下流側に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。
5. 前記光制限材料は、金属酸化物または有機系二光子吸収材料のうち、少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を光源として用いることを特徴とする車両用灯具。
7. 前記光源装置から出射された光を投影する投影レンズをさらに備え、
   前記光制限層が、前記投影レンズよりも前記光路の上流側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
8. 前記光源装置から出射された光を投影する投影レンズをさらに備え、
   前記光制限層が、前記投影レンズの表面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
9. 前記光制限層が、前記光源装置から出射された光を投影する投影レンズを形成していることを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
10. 前記光源装置から出射された光を投影する投影レンズと、
    前記投影レンズを前記光源装置の上部で支持する前照灯モジュールと、
    前記光源装置及び前記前照灯モジュールを収納するハウジングを備え、
    前記ハウジングには、当該ハウジングから前記光が出射される側の少なくとも一部に前記光制限層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
11. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光源装置を光源として用いることを特徴とするプロジェクタ。
12. 前記光制限層が、前記光源装置を収納する本体ケースの投影口を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクタ。
13. 特定の波長の光を出射する発光ダイオードをさらに備え、
    前記光制限層が、前記発光ダイオードから出射された光及び前記半導体レーザー素子から出射されたレーザー光を合成するミラーよりも前記光路の上流側に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクタ。

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