JP5329511B2 - 照明装置及び車両用前照灯 - Google Patents

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Description

本発明は、励起光源と当該励起光源からの励起光により蛍光を発する発光部とを備える照明装置、特に車両用前照灯に関するものである。
青色発光ダイオードと蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた車両用前照灯が実用化され始めている。発光ダイオードを用いることにより、従来光源であるハロゲンランプやＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプに比べて圧倒的に長寿命を実現できている。さらに、将来的にはＨＩＤランプよりもさらに低消費電力化できると考えられている。
このような前照灯の一例が特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１及び２に記載の車両用前照灯は、異なる色を発する複数のＬＥＤチップを備えている。特許文献１の技術では、雨天、濃霧、積雪時等の視認性の低下を抑制するため、状況に応じて白色光の光量を低下させ、緑や橙色等の光を出射している。また、特許文献２の技術では、歩行者を迅速に認識することができるように、歩行者を他の対象物から見分けやすい赤色光及び緑色光を出射している。
ところで、人間は、網膜に存在する視細胞において光を感じている。この視細胞には、錐体と桿体という光に対する感度の異なる細胞が含まれている。光量が十分にある状況（明所）での目の視覚を明所視と呼び、この明所視では錐体が働いており、主に色みや形を感じている。一方、暗所での目の視覚を暗所視と呼び、この暗所視では桿体が働いており、主に光の明暗を感じている。
明所視では５５５ｎｍの黄緑色の波長の光に対する感度が最も高いのに対して、暗所視では５０７ｎｍという少し青よりの光に対する感度が最も高い。すなわち、明所視と暗所視とにおいて視感度のピーク波長が異なり、暗所視の方がより短波長側に視感度のピークがシフトする。このような現象は、プルキンエ現象（プルキニェ現象、プルキニエ現象とも称される）と呼ばれている。
このプルキンエ現象を考慮した視線誘導装置が特許文献３に、再帰性反射体が特許文献４に開示されている。
特許文献３に記載の視線誘導装置は、ヘッドランプからの光を検知していないときは、暗所で視認しやすい色の光（短波長の光：青色や緑色等）を発光し、当該光を検知したときは、明所で視認しやすい色の光（長波長の光：赤色や橙色等）を発光する。これにより、ヘッドランプを点灯、消灯しているどちらの車両からも高い視認性を得ることができる。
また、特許文献４に記載の再帰性反射体は、その基材を青色とし、かつ有色透明層を黄緑色とすることにより、日中や薄昏時の明るい時間帯は明所比視感度が高い黄緑色に見え、夜間の暗闇時はヘッドランプの光により暗所比視感度が高い青色（色波長５０７ｎｍ付近）に見えるため、昼夜問わず良好に視線誘導をすることができる。
特開２００６−３５１３６９号公報（２００６年１２月２８日公開） 特開２００９−２８６１９８号公報（２００６年１２月１０日公開） 特開２００９−２３５８６０号公報（２００９年１０月１５日公開） 特開２００４−３０１９７７号公報（２００４年１０月２８日公開）
特許文献１〜３では、車両用前照灯及び視線誘導装置は光源として発光ダイオードを備え、その発光ダイオードから出射された光の一部はそのまま外部に出射され、照明光として利用されている。これは、例えばレーザ光源とは異なり、発光ダイオードがコヒーレントな光を出射しないため、人間が発光ダイオードから出射される光を直視しても、人間の目に損傷を与える可能性は低いからである。一方、レーザ光源から出射されるレーザ光は、その大部分がコヒーレントな成分である。このため、光源がレーザ光源である場合には、レーザ光がそのまま外部に出射されてしまうと、人間の目に損傷を与える可能性が非常に高くなる。
また、レーザ光源を備える照明装置の照明光の色温度を高めるニーズが高まっており、青色蛍光体を利用すればその実現が理論的には可能であるが、発光効率が高く、半導体レーザを備える照明装置に適した青色蛍光体は希少であったため、この方法で照明光の色温度を高めることも困難であった。このため、安全性を考慮してレーザ光源から出射されるレーザ光を遮断した上で、発光部に青色蛍光体を利用して照明光（白色光）の色温度を高めることも困難であった。
特許文献１〜３の技術では、発光ダイオードを光源として利用している。このため、これらの技術においては、当然ながら、レーザ光源から出射されるレーザ光を照明光の一部として利用し、色温度を高めることについて一切考慮されていない。なお、特許文献４に記載の再帰性反射体は、照射された光を反射するにすぎず、光源を備えているわけではない。このため、特許文献４の技術においても、当然ながら、上述の色温度を高めることについて一切考慮されていない。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、外部に出射される照明光の色温度を高めることが可能な照明装置及び車両用前照灯を提供することにある。
本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、青紫色領域の発振波長を有する励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記励起光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過する透過フィルタと、を備えることを特徴としている。
上記構成によれば、励起光源は、青紫色領域の発振波長を有する励起光を出射する。また、透過フィルタは、励起光に含まれるインコヒーレントな成分を透過する。このため、照明装置は、発光部から出射される光に加えて、発光部から漏れ出た（あるいは発光部に出射されなかった）、色温度が高い青紫色領域近傍の波長を有するインコヒーレントな光を出射することができる。それゆえ、照明装置は、照明光の色温度を高めることができる。
また、透過フィルタは、励起光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過する。コヒーレントな成分は人間の目に損傷を与える可能性が非常に高く、インコヒーレントな成分はその可能性が低い。このため、照明光によって人間の目に与えられる損傷を抑制することができる。すなわち、色温度を高める上での安全性を確保することができる。
ただし、透過フィルタは、コヒーレントな成分すべてを遮断し、インコヒーレントな成分すべてを透過するものでなくてもよい。
本発明に係る照明装置では、上記透過フィルタは、上記インコヒーレントな成分のうち、上記コヒーレントな成分よりも長い波長の光を透過することが好ましい。
人間の目は、明所視では、５５５ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなり、暗所視では、５０７ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなる。また、インコヒーレントな成分の波長範囲は、コヒーレントな成分（励起光の波長スペクトルのピークを有する光）の波長範囲の短波長側及び長波長側となる。
上記構成によれば、励起光源が青紫色領域近傍の波長の励起光を出射し、透過フィルタは、その励起光に含まれるインコヒーレントな成分のうち、長波長側のインコヒーレントな成分（コヒーレントな成分よりも長い波長の光）を透過する。このため、短波長側及び長波長側のインコヒーレントな成分のうち、上記の視感度（５５５ｎｍ又は５０７ｎｍ）に近い光を出射することができるので、明所視においても暗所視においても視感度を高めることができる。
本発明に係る照明装置では、上記励起光源は、ゲインガイド構造を有する半導体レーザであることが好ましい。
上記構成によれば、ゲインガイド構造を有する半導体レーザは、例えばリアルガイド構造を有する半導体レーザに比べ励起光の発光領域が広い。このため、励起光源としてゲインガイド構造を有する半導体レーザを用いることにより、その発光強度を高めることなく、インコヒーレントな成分を増加させることができる。
本発明に係る照明装置では、上記励起光源は、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の範囲に発振波長のピークを有する励起光を出射することが好ましい。
上記構成によれば、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の範囲に発振波長のピークを有する励起光を出射することにより、青紫色領域の発振波長を有する励起光の出射を実現することができる。このため、上記透過フィルタをこの励起光が透過することにより、照明装置は、青紫色領域近傍の波長を有する光、すなわち青味成分を有する光を出射することができる。
ここで、励起光源が出射する励起光に含まれるコヒーレントな成分は、主に当該励起光の発振波長のピークの波長範囲に含まれ、その範囲は非常に狭いものである。一方、インコヒーレントな成分は、そのピークの波長範囲の周辺領域に含まれ、ピーク波長範囲に比べブロードである。本発明の照明装置は、この非常に狭い波長範囲に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、その波長範囲の周辺領域に含まれるブロードなインコヒーレントな成分を透過することが可能な透過フィルタを備えることにより、当該インコヒーレントな成分を照明光の一部として利用して、当該照明光の色温度を高めることができる。
なお、特許文献１には、白色光を低下させ、緑色又は青緑色の光を出射する発光ダイオードについての記載があるが、その緑色又は青緑色の波長範囲について具体的な記載はなされていない。
本発明に係る照明装置では、上記発光部は、５１０ｎｍ近傍に発光スペクトルのピークを有する第１蛍光体と、６４０ｎｍ近傍に発光スペクトルのピークを有する第２蛍光体と、を含むことが好ましい。
上記構成によれば、上記青紫色領域の発振波長を有する励起光と、上記２つの蛍光体（ピーク波長が５１０ｎｍ近傍及び６４０ｎｍ近傍の蛍光体）とを組み合わせることにより、白色光を発光する発光部を有する照明装置を実現することができる。
また、人間の目は、暗所視では、５０７ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなる。上記構成によれば、５１０ｎｍ近傍の発光スペクトルのピークを有する蛍光体を用いている。このため、照明装置が、周囲が暗い環境において使用される場合であっても、視感度を高めることができる。
本発明に係る車両用前照灯は、上記に記載の照明装置と、上記発光部から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡と、を備えるものである。
上記構成によれば、反射鏡は、発光部からの光を反射することにより、車両用前照灯の前方へ進む光線束を形成することができる。また、車両用前照灯は、上記照明装置を備えているので、反射鏡が反射した光に加えて、発光部から漏れ出た（あるいは発光部に出射されなかった）、色温度が高い青紫色領域近傍の波長を有する光を出射することができる。したがって、車両用前照灯は、上記照明装置と同様、出射光の色温度を高めることができる。
本発明に係る照明装置は、以上のように、青紫色領域の発振波長を有する励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記励起光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過する透過フィルタと、を備える構成である。
それゆえ、本発明の照明装置は、照明光の色温度を高めることができるという効果を奏する。
本発明の一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。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプが備える半導体レーザが出射するレーザ光の成分を説明するための図であり、（ａ）は３５０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲における、半導体レーザが出射するレーザ光の波長スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は可視光の波長範囲全域を見たときの当該波長スペクトルを示すグラフである。 車両用前照灯に要求される白色の色度範囲を示すグラフである。 （ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示した図であり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 ゲインガイド型半導体レーザの基本構造の別例を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係るヘッドランプが備える光ファイバーの端部と発光部との位置関係を示す図である。
本発明の実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
（本発明の技術的思想）
励起光源から出射される励起光のうち、コヒーレントな成分は人間の目に損傷を与える可能性が非常に高く、インコヒーレントな成分はその可能性が低い。このため、従来の照明装置においては、安全性を考慮してレーザ光源から出射されるレーザ光を遮断するので、レーザ光を利用して照明光の色温度を高めることは困難であった。また、青色蛍光体を利用すれば照明光の色温度を高めることが理論的には可能であるが、発光効率が高く、半導体レーザを備える照明装置に適した青色蛍光体は希少であったため、この方法で照明光の色温度を高めることも困難であった。つまり、励起光源として半導体レーザを備える従来の照明装置では、照明光の色温度を高めることが困難であった。本発明の発明者は、この状況を鑑み、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分を遮断するとともに、発光部から出射される光に加えて、青味成分を有するインコヒーレントな成分を外部に出射することにより、照明光の色温度を高めることができると考えた。
レーザ光源として半導体レーザを用いた場合、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分はレーザ発振のピーク波長近傍（主に発振波長のピークの波長範囲）に限られる一方、インコヒーレントな成分はそのピーク波長近傍の周辺領域に含まれるＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光成分である。例えば、従来構造の半導体レーザであればコヒーレントな成分が含まれる波長範囲はピーク波長の半値幅程度（例えば５ｎｍ以下）である。また、よりブロードなピーク波長（発光ピーク）を有する半導体レーザの場合には、当該ピーク波長の半値幅よりも狭い波長範囲にしかコヒーレントな成分が含まれない場合もありうる。すなわち、コヒーレントな成分は、レーザ発振のピーク波長近傍の波長範囲に含まれるものであり、その波長範囲は非常に狭いものである。
本発明の照明装置は、このような技術的思想に基づいてなされたものであり、青紫色領域の発振波長を有する励起光に含まれ、かつ非常に狭い波長範囲に含まれるコヒーレントな成分を遮断する一方で、当該励起光に含まれ、かつコヒーレントな成分に比べブロードな波長範囲に含まれるインコヒーレントな成分を外部に出射することでき、それにより、照明光の色温度を高めることを可能にしたものである。
ここでは、本発明の照明装置として、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）１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、人間・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、サーチライトなどその他の照明装置として実現されてもよい。
（ヘッドランプ１の構成）
まず、本実施形態に係るヘッドランプ１の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ２（励起光源）、非球面レンズ３、導光部４、発光部５、反射鏡６および透過フィルタ７を備えている。
（半導体レーザ２）
半導体レーザ２は、励起光を出射する励起光源として機能するものである。この半導体レーザ２は１つでもよいし、複数設けられてもよい。また、半導体レーザ２として、１つのチップに１つの発光点を有するものを用いてもよいし、複数の発光点を有するものを用いてもよい。本実施形態では、１チップに１つの発光点を有する半導体レーザ２を用いている。
半導体レーザ２は、例えば、１チップに１つの発光点（１ストライプ）を有し、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、光出力が１．０Ｗ、動作電圧が５Ｖ、電流が０．７Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージ（ステム）に封入されているものである。本実施形態では、半導体レーザ２を１０個用いており、光出力の合計は１０Ｗである。なお、図１には便宜上、半導体レーザ２を１つのみ図示している。
ここで、高出力の励起を行うために複数の半導体レーザ２からなる励起光源が用いられる場合、複数のピーク波長のうち最も長波長のピーク波長近傍以下の波長範囲に含まれるレーザ光を遮断し、最も長波長のピーク波長近傍よりも長い、当該ピーク波長近傍周辺の波長範囲に含まれるレーザ光（インコヒーレントな成分）を外部に出射させることが好ましい。これは、通常、半導体レーザが出力するレーザ光のピーク波長には、半導体レーザ毎に若干の誤差が生じるので、その誤差により、いずれかのピーク波長近傍の波長範囲に含まれるコヒーレントな成分が外部に漏れ出ることを回避するためである。上記のように外部に出射させるピーク波長を選択することにより、励起光源として複数の半導体レーザ２を用い、その半導体レーザ２のピーク波長にずれがある場合であっても、発光部５から出射される光に加えて、青味成分を有するインコヒーレントな成分を外部に出射することにより、照明光の色温度を高めることができる。なお、この場合、後述の透過フィルタ７としては、その最も長波長のピーク波長近傍以下の波長に含まれるレーザ光を遮断するものが選択される。
半導体レーザ２が発振するレーザ光の波長は、４０５ｎｍに限定されず、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下、より好ましくは４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長（発振ピークの波長）を有するものであればよい。換言すれば、半導体レーザ２は、青紫色領域の発振波長を有する励起光を出射するものである。これにより、ヘッドランプ１は、青味成分を有する光を外部に出射することができる。
なお、半導体レーザ２が発振するレーザ光の波長を、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲にピークを有するものとすることにより、白色光を発光する発光部５を形成するために第１蛍光体（ピーク波長が５００ｎｍ以上、５２０ｎｍ以下）と組み合わせる第２蛍光体の選択の幅が広がる。具体的には、６００ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下の範囲に発光スペクトルのピークを有する蛍光体を、第２蛍光体として使用することができるようになる。
本実施形態では、レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分、すなわち青味成分を外部に出射することにより色温度を高めるものである。このため、半導体レーザ２が３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する場合には、インコヒーレントな成分が可視光であることが好ましい。
また、酸窒化物系の蛍光体を発光部５の蛍光体として用いた場合、半導体レーザ２の光出力は、１Ｗ以上２０Ｗ以下であり、発光部５に照射されるレーザ光の光密度は、０．１Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２以下であることが好ましい。この範囲の光出力であれば、車両用のヘッドランプに要求される光束および輝度を実現できるとともに、高出力のレーザ光によって発光部５が極度に劣化することを防止できる。すなわち、高光束かつ高輝度でありながら、長寿命の光源を実現できる。なお、照明光の色温度を高める（インコヒーレントな成分を多く出射する）ためには、励起光全体の光出力を高めることが好ましいが、半導体レーザ２の構造を変更することによっても対応することは可能である。
ただし、後述の半導体ナノ粒子蛍光体を発光部５の蛍光体として用いた場合には、発光部５に照射されるレーザ光の光密度は、５０Ｗ／ｍｍ２よりも大きくてもよい。
ここで、図２を用いて、レーザ光の成分についてより具体的に説明する。図２は、レーザ光の成分を説明するための図であり、（ａ）は３５０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲における、半導体レーザ２が出射するレーザ光の波長スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は可視光の波長範囲全域を見たときの当該波長スペクトルを示すグラフである。
図２（ｂ）では、半導体レーザ２から出射されるレーザ光の発光強度が４０５ｎｍ近傍であるときの波長スペクトルを示している。この場合、４０５ｎｍ近傍における発光強度が非常に高いスペクトル５０が検知される。しかし、図２（ａ）に示すように、レーザ光には、そのスペクトル５０の中央部分にあたり、発光強度が非常に高い範囲である第１波長範囲５１と、そのスペクトル５０の裾野部分にあたり、発光強度が比較的小さい範囲である第２波長範囲５２及び第３波長範囲５３と、が存在する。第１波長範囲５１の光は、人間の目に損傷を与える可能性が非常に高い、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分である。一方、第２波長範囲５２及び第３波長範囲５３の光は、人間の目に損傷を与える可能性が低い、レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分（ＥＬ発光成分）である。また、第１波長範囲５１が青紫色領域であるため、その周囲の第２波長範囲５２及び第３波長範囲５３の光であるインコヒーレントな成分は青味成分を有する。
つまり、半導体レーザ２が出射するレーザ光に含まれるコヒーレントな成分は、主に当該レーザ光の発振波長のピークの波長範囲（ピーク波長近傍）である第１波長範囲５１に含まれ、その範囲は非常に狭いものである。一方、インコヒーレントな成分は、その第１波長範囲５１の周辺領域である第２波長範囲５２及び第３波長範囲５３に含まれ、図２（ａ）に示すように第１波長範囲５１に比べブロードである。ヘッドランプ１は、後述の透過フィルタ７を備えることにより、この非常に狭い第１波長範囲５１に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、その第１波長範囲５１の周辺領域である第２波長範囲５２及び／又は第３波長範囲５３に含まれるブロードなインコヒーレントな成分を外部に出射する。これにより、ヘッドランプ１は、インコヒーレントな成分を発光部５から出射される光に加えて外部に出射することができ、当該照明光の色温度を高めることができる。
（非球面レンズ３）
非球面レンズ３は、各半導体レーザ２から発振されたレーザ光を、導光部４の一方の端部である光入射面４ａに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ３として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ３の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
なお、非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光を収束させ、比較的小さな（例えば、直径１ｍｍ以下）光入射面に導くためのものである。そのため、導光部４の光入射面４ａが、レーザ光を収束させる必要のない程度に大きい場合には、非球面レンズ３を設ける必要はない。
（導光部４）
導光部４は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を集光して発光部５（発光部５のレーザ光照射面）へと導く円錐台状の導光部材であり、非球面レンズ３を介して（または、直接的に）半導体レーザ２と光学的に結合している。導光部４は、半導体レーザ２が出射したレーザ光を受光する光入射面４ａ（入射端部）と当該光入射面４ａにおいて受光したレーザ光を発光部５へ出射する光出射面４ｂ（出射端部）とを有している。
光出射面４ｂの面積は、光入射面４ａの面積よりも小さい。そのため、光入射面４ａから入射した各レーザ光は、導光部４の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面４ｂから出射される。
導光部４は、ＢＫ７（ボロシリケートクラウンガラス）、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面４ａおよび光出射面４ｂは、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
なお、導光部４は、角錐台状であってもよく、光ファイバーであってもよく、半導体レーザ２からのレーザ光を発光部５に導くものであればよい。また、導光部４を設けずに、半導体レーザ２からのレーザ光を非球面レンズ３を介して、または直接に発光部５に照射してもよい。半導体レーザ２と発光部５との間の距離が短い場合には、このような構成が可能になる。
本実施形態では、半導体レーザ２から出射されるレーザ光に含まれるコヒーレントな成分を、後述する透過フィルタ７から透過させている。つまり、当該レーザ光の全てを発光部５において変換あるいは散乱させる必要がないので、レーザ光の全てが発光部５に照射される必要はない。このため、半導体レーザ２と発光部５との間の距離が短くない場合であっても非球面レンズ３及び／又は導光部４を設けなくてもよい。また、光出射面４ｂの面積が、光出射面４ｂに対向する発光部５のレーザ光照射面の面積より大きくてもよい。
（発光部５の組成）
発光部５は、導光部４の光出射面４ｂから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する複数種類の蛍光体が蛍光体保持物質（封止材）の中に分散されたものである。より詳細には、発光部５は、第１蛍光体と当該第１蛍光体とは異なる発光スペクトルのピークを有する第２蛍光体とを含むものである。第１蛍光体は、例えば、５００ｎｍ以上、５２０ｎｍ以下の範囲（特に５１０ｎｍ近傍）に発光スペクトルのピークを有するものであり、第２蛍光体は、例えば、６００ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下の範囲（特に６４０ｎｍ近傍）に発光スペクトルのピークを有するものである。
この構成によれば、半導体レーザ２が出射する青紫色領域の発振波長を有するレーザ光と、第１及び第２蛍光体とを組み合わせることにより、白色光を発光する発光部５を有する照明装置を実現することができる。また、上述したプルキンエ現象によると、人間の目は、暗所視では、５０７ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなる。上記の構成では、発光部５が第１蛍光体として５１０ｎｍ近傍の発光スペクトルのピークを有する蛍光体を用いているため、ヘッドランプ１が、周囲が暗い環境において使用される場合であっても視感度を高めることができる。
第１および第２蛍光体は、酸窒化物系の蛍光体またはIII−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体である。
代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ（silicon aluminum oxynitride））蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。このサイアロン蛍光体は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。第１蛍光体は、例えば、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体）であり、第２蛍光体は、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体）である。
Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の発光効率は、励起波長が４０５ｎｍのとき、青色から緑色にかけての蛍光を発し、その発光ピークの波長は５１０ｎｍである。また、当該蛍光体の発光効率は６５％であり、発光効率が高い。さらに、この蛍光体は、耐熱性が高いため、高い出力のレーザ光を高い光密度で発光部５に照射しても発光部５が劣化する可能性が少ない。ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体は、励起波長が４０５ｎｍのとき、赤色の蛍光を発し、その発光ピークの波長は６５０ｎｍである。また、この蛍光体の発光効率は７３％であり、発光効率が高い。さらに、この蛍光体も耐熱性が高いため、高い出力の励起光を高い光密度で発光部５に照射しても発光部５が劣化する可能性が少ない。それゆえ、第１及び第２蛍光体としてこれらの蛍光体を用いることにより、高輝度・高光束の白色光を出射する前照灯を実現できる。
一方、半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した。
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高い変換効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。よって、発光部５が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、ヘッドランプ１の寿命を延ばすことができる。
封止材は、シリコーン樹脂などの樹脂であってもよいし、ガラス材料（例えば、無機ガラス、有機ハイブリッドガラス）であってもよい。なお、発光部５は、蛍光体のみを押し固めたものであってもよいが、蛍光体が封止材の中に分散されたものであることが好ましい。蛍光体のみを押し固めた場合には、レーザ光が照射されることにより生じる発光部５の劣化が促進される可能性があるからである。
（発光部５の配置および形状）
発光部５は、透過フィルタ７の内側（光出射面４ｂが位置する側）の面において、反射鏡６の焦点位置またはその近傍に固定されている。発光部５の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡６から延出する棒状または筒状の部材によって発光部５の位置を固定してもよい。
発光部５の形状は、特に限定されず、直方体であっても、円柱状であってもよい。本実施形態では、発光部５は、直径２ｍｍ、厚み（高さ）１ｍｍの円柱状である。また、発光部５にレーザ光が照射される面であるレーザ光照射面は、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、レーザ光の反射を制御するためには、レーザ光照射面は、レーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。
また、発光部５の厚みは１ｍｍでなくともよい。また、ここで必要とされる発光部５の厚みは、発光部５における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部５における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部５の厚みを薄くできる。
本実施形態では、ヘッドランプ１は、半導体レーザ２から出射されるレーザ光に含まれるインコヒーレントな成分を外部に出射するものである。このため、上記厚みは、発光部５においてレーザ光の全てが白色光に変換されず、またはレーザ光が発光部５において十分に散乱されずに、インコヒーレントな成分が発光部５から漏れ出る程度にレーザ光が透過する厚みであることが好ましい。なお、発光部５にレーザ光の一部が照射されない構成となっている場合には、インコヒーレントな成分を考慮して当該厚みを決める必要は必ずしもない。また、発光部５を透過するレーザ光の光量は、発光部５の厚みとともに、半導体レーザ２の光出力を調整することで決まる。
（反射鏡６）
反射鏡６は、発光部５が出射したインコヒーレント光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡６は、発光部５からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡６は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。
（透過フィルタ７）
透過フィルタ７は、反射鏡６の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部５を保持している。透過フィルタ７は、半導体レーザ２からのレーザ光に含まれるコヒーレントな成分を遮断するとともに、当該レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分と、発光部５においてレーザ光を変換することにより生成された白色光とを透過する材質で形成されることが好ましい。
人間の目は、明所視では、５５５ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなり、暗所視では、５０７ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなる。また、レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分の波長範囲は、コヒーレントな成分の波長範囲の短波長側（図２（ａ）に示す第２波長範囲５２）及び長波長側（図２（ａ）に示す第３波長範囲５３）となる。
この点を考慮すれば、透過フィルタ７は、インコヒーレントな成分のうち、少なくともコヒーレントな成分よりも長い波長の光を透過することが好ましい。この構成により、レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分のうち、長波長側のインコヒーレントな成分（コヒーレントな成分よりも長い波長の光）を透過する。このため、短波長側及び長波長側のインコヒーレントな成分のうち、上記の視感度（５５５ｎｍ又は５０７ｎｍ）に近い光を出射することができるので、明所視においても暗所視においても視感度を高めることができる。
例えば、透過フィルタ７は、半導体レーザ２が出射するレーザ光のピーク波長が４０５ｎｍであり、半値幅が５ｎｍである場合、４０８ｎｍ以上を透過する（４０８ｎｍ未満を遮断する）ものであればよい。この場合、レーザ光のうち、４０８ｎｍ以上の波長範囲に含まれるインコヒーレントな成分を照明光として利用することができる。このような透過フィルタ７としては、例えば五鈴精工硝子社製のＩＴＹ４１８が挙げられる。
なお、上述したように、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の波長ピークは５１０ｎｍ近傍であり、また、人間の目は暗所視では５０７ｎｍの波長の光に対する感度が最も高くなる。このため、ヘッドランプ１のように周囲が暗い環境で利用される照明装置において、発光部５にＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体を用いることにより、暗所視での視感度を高めることができ、その商品価値をさらに高めることができる。
ここで、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分は人間の目に損傷を与える可能性が非常に高いため、従来の照明装置では、（特に）目に対する安全性を最大限確保するために、励起光源から発せられる励起光が当該照明装置から外部に漏れ出ないように設計されてきた。このため、従来の照明装置においては、安全性を考慮して半導体レーザから出射されるレーザ光を遮断するので、レーザ光を利用して照明光の色温度を高めることは困難であった。
また、青色蛍光体を利用すれば、照明光の色温度を高めることが理論的には可能であるが、発光効率が高く、半導体レーザを備える照明装置に適した青色蛍光体は希少であったため、この方法で照明光の色温度を高めることも困難であった。また、蛍光体の一つとしてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体が用いられる場合には、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体のピーク波長は５００ｎｍを超えたところにあるため、その発光色の青味成分は少なく、色温度の高い白色光の出射を実現することは困難である。
具体的には、上述のように、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体のピーク波長は、励起波長が４０５ｎｍのときに５１０ｎｍであるため、白色光の出射を実現するためには、この蛍光体とともに、例えばピーク波長が６５０ｎｍのＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体が用いられる。ここで、発光部にこれらの蛍光体が用いられる場合において、４０５ｎｍのレーザ光を半導体レーザから照射し、かつ、レーザ光の全てが発光部において変換又は散乱され、発光部からの出射光だけが照明光として利用される場合（半導体レーザから出射されるレーザ光の全てが遮断される場合）を考える。
この場合、その照明光の色（色度）は、図３に示すように、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体のピーク波長を示す点３１と、ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体のピーク波長を示す点３２と、を結ぶ直線３０上の値しか取り得ない。
図３は、車両用前照灯に要求される白色の色度範囲を示すグラフ（色度図）である。同図に示すように車両用前照灯に要求される白色の色度範囲が法律により規定されている。当該色度範囲は、６つの点３５を頂点とする多角形の内部である。また、曲線３３は、色温度（Ｋ：ケルビン）を示すものである。
図示のように、当該多角形の内部の白色光を生成するように発光部における上記２つの蛍光体の割合を調整しても、発光部５は、2000〜3500Ｋ程度の色温度（電球色程度の極めて低い色温度）を有する白色光しか生成することができない。すなわち、レーザ光を励起光として用いる照明装置において、色温度の高い白色光の出射を実現することが困難である。なお、Ｃａα−ＳｉＡlＯＮ：Ｃｅ蛍光体及びＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルがそれぞれ半値幅を有するので、上記の色温度が理論上の値よりも若干広めの幅を有する場合もありうる。
つまり、これらの蛍光体の組み合わせでは照明光の色温度を高めることは困難である。また、上述のように、レーザ光を励起光として用いる場合、照明装置は、人体への安全性を確保するために、レーザ光が外部に漏れ出ないように設計されるので、レーザ光を利用して照明光の色温度を高めることも困難であった。また、例えば自動車用ヘッドランプのように、色温度の高い白色光が所望される分野においては、より色温度の高い白色光が出射可能な照明装置の実現が要求されていた。
本実施形態のヘッドランプ１は、半導体レーザ２から出射される青紫色領域の発振波長を有するレーザ光に含まれるインコヒーレントな成分を透過する透過フィルタ７を備える。この透過フィルタ７を備えることにより、半導体レーザ２から出射されたレーザ光の全てを遮断するのではなく、コヒーレントな成分の波長（当該波長＋α（ｎｍ））だけ遮断する。そして、透過フィルタ７を透過したインコヒーレントな成分（人体に有害ではない程度まで低減されたコヒーレントな成分を含んでもよい）については、照明光の一部として利用する。
このため、ヘッドランプ１は、発光部５から出射される光に加えて、発光部５から漏れ出た（あるいは発光部５に出射されなかった）、色温度が高い青紫色領域近傍の波長を有する光を出射することができる。それゆえ、ヘッドランプ１から出射される白色光の色温度を高めることができる。
また、透過フィルタ７は、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過する。コヒーレントな成分は人間の目に損傷を与える可能性が非常に高く、インコヒーレントな成分はその可能性が低い。このため、ヘッドランプ１から出射される照明光によって人間の目に与えられる損傷を抑制することができる。すなわち、色温度を高める上での安全性を確保することができる。
ただし、透過フィルタ７は、人体に有害なコヒーレントな成分すべてを遮断し、無害なインコヒーレントな成分すべてを透過するものでなくてもよい。すなわち、透過フィルタ７は、人体に有害なコヒーレントな成分の透過量が安全なレベルであれば、その成分全てが遮断できなくてもよく、色温度が十分に高まるだけのインコヒーレントな成分が透過できれば、その全てを透過できなくてもよい。
（半導体レーザ２の構造）
次に半導体レーザ２の基本構造について説明する。図４（ａ）は、半導体レーザ２の回路図を模式的に示したものであり、図４（ｂ）は、半導体レーザ２の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ２は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為には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等の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等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、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１７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１９は、基板１８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１７・カソード電極１９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及びクラッド層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為には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良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等の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及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、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（図示せず）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、及び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等の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１７及びカソード電極１９に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
（半導体レーザ２の構造の具体例）
上述のように、活性層１１１と、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。しかし、表側へき開面１１４において、半導体レーザ２を構成する各層の積層方向（縦方向）にだけ光を閉じ込めるようにしても、その積層方向と垂直な方向（横方向）にも光を閉じ込めるようにしなければ、その光は横方向に広がりを持つので、発光強度の高いレーザ光の出射を実現することができない。そこで、半導体レーザ２では、縦方向の光制御だけでなく、横方向の光制御も行われる。
この横方向の光制御を行う方法としては様々な構造があるが、例えばリアルガイド構造や、ゲインガイド構造が挙げられる。なお、リアルガイドは、「屈折率閉じ込め」等とも称される。また、ゲインガイドは、「利得導波」、「利得閉じ込め」、「電流閉じ込め」等とも称される。
半導体レーザ２がリアルガイド構造を有する半導体レーザ（以降、リアルガイド型半導体レーザと称する）である場合、例えば図４（ｂ）に示すように、クラッド層１１２において、発光点１０３となるべき領域の上部領域である第１領域１１２ａ（リッジ部）と、その両側の領域である第２領域１１２ｂ及び第３領域１１２ｃとの間に屈折率差が設けられる。具体的には、第１領域１１２ａは、上述したクラッド層１１２と同じ材質（ＩＩ−Ｖ属化合物半導体等）で構成されるが、第２領域１１２ｂ及び第３領域１１２ｃには、第１領域１１２ａの材質が有する屈折率よりも小さい屈折率を有する材質（例えばＳｉＯ２や酸化ジルコニウム）で構成される。
リアルガイド型半導体レーザでは、この屈折率差を利用することにより、アノード電極１７から活性層１１１に注入される電流を、クラッド層１１２の第１領域１１２ａのみを透過させることができるので、第１領域１１２ａ直下に光を閉じ込めることができる。このため、発光点１０３を小さくすることができ、かつ、発光点１０３から出射される光の光出力を高めることができる。なお、リアルガイド型半導体レーザは周知の技術であるため、その具体的な説明は割愛する。
また、リアルガイド型半導体レーザの場合、第１領域１１２ａと、第２領域１１２ｂ及び第３領域１１２ｃとの屈折率差を利用して、発光点１０３に光を閉じ込める構成であるので、アノード電極１７は、図４（ｂ）に示すようなストライプ形状である必要はない。なお、リアルガイド型半導体レーザの説明において図４（ｂ）を用いているが、図４（ｂ）に示す半導体レーザは、表側へき開面１１４の横方向の光制御を行うことが可能な様々な構造を包括する半導体レーザ２の基本構造を示すものである。
次に、半導体レーザ２がゲインガイド構造を有する半導体レーザ（以降、ゲインガイド型半導体レーザと称する）である場合、上記のような屈折率差を利用して発光点１０３に光を閉じ込める構成ではない。この場合、アノード電極１７が横方向に幅広く設けられてしまうと、その分活性層１１１に注入される電流も横方向に広がりを持ってしまう（発光点１０３が横方向に広がりを持ってしまう）ため、発光強度の高いレーザ光の出射を実現することができない。
このため、ゲインガイド型半導体レーザの場合、図４（ｂ）に示すように、アノード電極１７を、発光点１０３となるべき領域の横方向と同等の幅（すなわち狭い幅）を有するストライプ形状（電極ストライプ構造）とする。これにより、アノード電極１７から注入される電流を、活性層１１１に光として閉じ込めることができる。なお、この電極ストライプ構造の一例として、特開平５−１７４５５９４号公報に開示された半導体レーザ装置が挙げられる。
また、ゲインガイド型半導体レーザとしては、図５に示すような構造であってもよい。図５は、ゲインガイド型半導体レーザの基本構造の別例を示す斜視図である。
同図に示すように、このゲインガイド型半導体レーザは、クラッド層１１２の上面にリッジ部１１６が設けられ、そのリッジ部１１６の上面に、リッジ部１１６の横方向の長さよりも短いストライプ形状のアノード電極１７が設けられている。一般に、アノード電極１７をストライプ形状にしても、アノード電極１７から流れ出る電流は横方向に広がりを持って活性層１１１に注入される。このため、同図に示す構造のように、活性層１１１よりも横方向の長さが短いリッジ部１１６を設けることにより、アノード電極１７から注入される電流の横方向への広がりを抑制することができる。
半導体レーザ２としては、リアルガイド型半導体レーザ及びゲインガイド型半導体レーザのいずれであってもよく、また、その他の構造（例えばインデックスガイド構造やロスガイド構造）であってもよい。
ここで、上述のように、リアルガイド型半導体レーザは、屈折率差によって横方向の光の閉じ込めを実現しているので、ゲインガイド型半導体レーザに比べ、発光点１０３が小さく、発光強度の高いレーザ光の出射することができる。これは、ゲインガイド型半導体レーザの場合には、アノード電極１７から流れ出た電流の横方向への広がりを抑制することが困難だからである。このため、リアルガイド型半導体レーザは、例えば光ディスクの再生装置が備える光ピックアップ等、様々な分野において現在主として用いられている。
逆に言えば、ゲインガイド型半導体レーザは、電流が横方向へ広がりながら活性層１１１に注入されるので、その広がって注入された領域（発光点１０３の中心から離れた領域）からインコヒーレントな成分を、リアルガイド型半導体レーザよりも多く出射させることができる。
本実施形態のヘッドランプ１は、半導体レーザ２から出射されるレーザ光に含まれるインコヒーレントな成分（青味成分）を照明光の一部として利用することにより、当該照明光の色温度を高めている。このため、レーザ光にインコヒーレントな成分が多く含まれていることが好ましい。この観点から言えば、半導体レーザ２は、ゲインガイド型半導体レーザであることが好ましい。
このように、ゲインガイド型半導体レーザは、リアルガイド型半導体レーザに比べレーザ光の発光領域が広い。このため、半導体レーザ２がゲインガイド型半導体レーザである場合には、その発光強度を高めることなく、インコヒーレントな成分を増加させることができる。
なお、半導体レーザ２がゲインガイド型半導体レーザの場合、その大きさは、例えば、クラッド層１１３の横方向の長さＷ１が２００μｍ、リッジ部１１６の横方向の長さＷ２が３０〜１００μｍ、アノード電極１７の横方向の長さＷ１が１０〜２０μｍである。
また、クラッド層１１２をｎ型半導体とすることが好ましい。これは、ｎ型半導体は、ｐ型半導体よりも移動度（易動度とも称する）が大きいため、活性層１１１において電流が注入される領域が大きくなり、結果としてインコヒーレントな成分を増やすことができるからである。一方、クラッド層１１２をｐ型半導体とする場合には、移動度を考慮して、当該ｐ型半導体をハイドープ（５×１０１７ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３程度）にすることが好ましい。
（発光部５の発光原理）
次に、半導体レーザ２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２から発振されたレーザ光が発光部５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つの色の混色で構成でき、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、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。
〔ヘッドランプの別例〕
本実施形態の別例について図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、ヘッドランプ１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。ここでは、プロジェクタ型のヘッドランプ２０について説明する。
（ヘッドランプ２０の構成）
まず、本実施形態に係るヘッドランプ２０の構成について図６を用いて説明する。図６は、プロジェクタ型のヘッドランプであるヘッドランプ２０の構成を示す断面図である。このヘッドランプ２０は、プロジェクタ型のヘッドランプである点、並びに、導光部４の代わりに光ファイバー４０を備えた点でヘッドランプ１とは異なる。
同図に示すように、ヘッドランプ２０は、半導体レーザ２、非球面レンズ３、光ファイバー（導光部）４０、フェルール９、発光部５、反射鏡６、透過フィルタ７、ハウジング１０、エクステンション１１、レンズ１２、凸レンズ１３およびレンズホルダ８を備えている。半導体レーザ２、光ファイバー４０、フェルール９および発光部５によって発光装置の基本構造が形成されている。
ヘッドランプ２０は、プロジェクタ型のヘッドランプであるため、凸レンズ１３を備えている。その他のタイプのヘッドランプ（例えば、セミシールドビームヘッドランプ）に本発明を適用してもよく、その場合には凸レンズ１３を省略できる。
（非球面レンズ３）
非球面レンズ３は、半導体レーザ２から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー４０の一方の端部である入射端部に入射させるためのレンズである。非球面レンズ３は、光ファイバー４０ａの数だけ設けられている。
（光ファイバー４０）
光ファイバー４０は、半導体レーザ２が発振したレーザ光を発光部５へと導く導光部材であり、複数の光ファイバー４０ａの束である。この光ファイバー４０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、光ファイバー４０は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー４０の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー４０の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
この光ファイバー４０は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部と、入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有している。複数の出射端部は、後述するように、フェルール９によって、発光部５のレーザ光照射面（受光面）に対して位置決めされている。
（フェルール９）
図７は、光ファイバー４０ａの出射端部と発光部５との位置関係を示す図である。同図に示すように、フェルール９は、光ファイバー４０ａの出射端部を発光部５のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール９は、光ファイバー４０ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって光ファイバー４０ａを挟み込むものでもよい。
フェルール９の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。なお、図７では、光ファイバー４０ａを３つ示しているが、光ファイバー４０ａの数は３つに限定されない。また、フェルール９は、反射鏡６から延出する棒状の部材等によって固定されればよい。
フェルール９が光ファイバー４０ａの出射端部を位置決めすることにより、複数の光ファイバー４０ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分（最大光強度部分）が、発光部５の互いに異なる部分に対して照射される。この構成により、レーザ光が一点に集中することにより発光部５が著しく劣化することを防止できる。なお、出射端部は、レーザ光照射面に接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。
なお、各光ファイバー４０ａの出射端部を分散させて配置する必要は必ずしもなく、光ファイバー４０の束をひとまとめにしてフェルール９で位置決めしてもよい。
本実施形態では、半導体レーザ２から出射されるレーザ光を照明光として利用する構成である。このため、複数の光ファイバー４０ａが全て発光部５のレーザ光照射面に照射される必要はなく、例えば光ファイバー４０ａのいくつかから出射されるレーザ光が、直接透過フィルタ７に照射される構成であってもよい。
（発光部５）
発光部５は、上述したものと同様、光ファイバー４０の出射端部から出射されたレーザ光を受けて発光するものである。また、発光部５は、後述する反射鏡６の第１焦点の近傍に配置される。この発光部５は、反射鏡６の中心部を貫いて延びる筒状部の先端に固定されてもよい。この場合には、筒状部の内部に光ファイバー４０を通すことができる。
（反射鏡６）
反射鏡６は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であり、発光部５から出射した光を反射することにより、当該光をその焦点に収束させる。ヘッドランプ２０がプロジェクタ型のヘッドランプであるため、反射鏡６の基本形状は、反射した光の光軸方向に平行な断面が楕円形状となっている。反射鏡６には、第１焦点と第２焦点とが存在し、第２焦点は、第１焦点よりも反射鏡６の開口部に近い位置に存在している。後述する凸レンズ１３は、その焦点が第２焦点の近傍に位置するように配置されており、反射鏡６によって第２焦点に収束された光を前方に投射する。
（透過フィルタ７）
透過フィルタ７は、上述したものと同様、レーザ光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過するものである。この透過フィルタ７を備えることにより、発光部５から出射される光に加えて、レーザ光に含まれるインコヒーレントな成分を外部に出射することができるので、色温度の高い白色光を出射することができる。
（凸レンズ１３）
凸レンズ１３は、発光部５から出射された光を集光し、集光した光をヘッドランプ１の前方へ投影する。凸レンズ１３の焦点は、反射鏡６の第２焦点の近傍であり、その光軸は、発光部５が有する発光面のほぼ中央を貫いている。この凸レンズ１３は、レンズホルダ８によって保持され、反射鏡６に対する相対位置が規定されている。なお、レンズホルダ８を、反射鏡６の一部として形成してもよい。
（その他の部材）
ハウジング１０は、ヘッドランプ２０の本体を形成しており、反射鏡６等を収納している。光ファイバー４０は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザ２を効率良く冷却することが可能となる。また、半導体レーザ２は、故障する可能性があるため、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
エクステンション１１は、反射鏡６の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ２０の内部構造を隠して見栄えを良くするとともに、反射鏡６と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡６と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ２０を密封している。発光部５が発した光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
以上のように、ヘッドランプの構造そのものは、どのようなものであってもよく、本発明において重要なのは、半導体レーザ２から出射されるレーザ光の一部が、発光部５から出射される光とともに白色光として外部に出射されることにより、当該白色光の色温度を高めることができるということである。
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のようにも表現できる。
すなわち、本発明に係る照明装置は、蛍光体発光部と、発振波長が４０５ｎｍ近傍の青紫領域にある半導体レーザを励起光源と、からなるレーザ照明光源に関するものであって、蛍光体発光部の少なくとも一部を構成する蛍光体として、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋を用いることと、半導体レーザ光源の発振波長（ピーク波長）をカットし、発振波長よりも長波長部分の光（コヒーレント光ではなく、いわゆるＥＬ発光成分；ＥＬとはエレクトロ・ルミネッセンスの略）を透過するフィルタを用いることによって、照明光に励起光源から発せられる光のうちの目に対して安全なＥＬ発光による青味成分を加えて、照明光の色温度を上昇させるものである。
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
本発明は、照明光として高い色温度が要求される照明装置や前照灯、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
１ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザ（励起光源）
５ 発光部
６ 反射鏡
７ 透過フィルタ
２０ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）

Claims (6)

  1. 青紫色領域の発振波長を有する励起光を出射する励起光源と、
    上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、
    上記励起光に含まれるコヒーレントな成分を遮断し、インコヒーレントな成分を透過する透過フィルタと、を備え、
    上記励起光源は、ゲインガイド構造を有する半導体レーザであることを特徴とする照明装置。
  2. 上記透過フィルタは、上記インコヒーレントな成分のうち、上記コヒーレントな成分よりも長い波長の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 上記励起光源は、４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の範囲に発振波長のピークを有する励起光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 上記発光部は、５１０ｎｍ近傍に発光スペクトルのピークを有する第１蛍光体と、６４０ｎｍ近傍に発光スペクトルのピークを有する第２蛍光体と、を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 上記発光部に照射される励起光の光密度は、０．１Ｗ／ｍｍ ２ 以上５０Ｗ／ｍｍ ２ 以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置と、
    上記発光部から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡と、を備えることを特徴とする車両用前照灯。
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