JP5380476B2 - 発光装置、照明装置および前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、励起光の照射により蛍光を発生する蛍光体含む発光体を備えた発光装置などに関する。

近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から発生した励起光を、蛍光体を含む発光体に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。

このような従来の発光装置の例として特許文献１に開示された光源装置および特許文献２に開示された灯具がある。

この光源装置および灯具では、反射鏡（凹面鏡）の底部付近に開口を少なくとも１つ設け、当該開口を通してレーザ光を蛍光体に照射している。

特開２００３−２９５３１９（２００３年１０月１５日公開） 特開２００５−１５００４１（２００５年０６月０９日公開） 特開２００４−２４１１４２（２００４年０８月２６日公開）

しかしながら、上記特許文献１の光源装置および上記特許文献２の灯具では、蛍光体から発生する蛍光（照明光）の取出し効率が最も高くなる位置を含む凹面鏡の底部付近に開口を設けているため、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率が低下してしまうという問題点がある。特に特許文献２の灯具では、反射鏡の底部付近に複数の開口を設ける構成が開示されているが、このような構成では、開口の数が増加すればする程、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率は低下してしまう。

また、特許文献３に開示された前照灯では、照明光の取出し効率が最も高くなる位置を含む凹面鏡の底部の大部分が存在していない。

なお、上記の説明では、反射鏡において発光体からの光束が最も高密度で入射する（すなわち、最も照度が高い）位置を含む領域の一例として、凹面鏡の底部付近の領域について説明した。しかしながら、このような領域は、反射鏡の形状や、該反射鏡と発光体との位置関係などによって変わり得るので、発光体からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域は、反射鏡の底部付近の領域に限られないことは言うまでも無い。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光体からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる発光装置などを提供することにある。

本発明の発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を発生する励起光源と、上記励起光源から発生した励起光を受けて蛍光を発生する発光体と、上記発光体から発生した蛍光を反射する光反射凹面を有する反射鏡と、を備えた発光装置であって、上記反射鏡の上記光反射凹面において、上記発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置付近の高照度領域の外の領域に貫通孔が設けられており、上記貫通孔に挿通され、上記励起光源から発生する励起光を上記発光体に導光する導光部材を備えていることを特徴とする。

一般に、反射鏡において発光体からの光束が他の部分よりも、より密に入射する（すなわち、照度が高い）領域（高照度領域）における反射をできるだけ無駄にしないことが、装置全体の蛍光の取出し効率の向上につながると考えられる。

また、このような高照度領域の典型例としては、特許文献１の光源装置および特許文献２の灯具のような凹面鏡の底部付近の領域が列挙できるが、これらの技術のように高照度領域に貫通孔を設けた構造にて、そこから導光部材を挿通することを考えた場合、蛍光（照明光）の取出し効率が高い高照度領域の反射を十分に利用できなくなる。

そこで、上記の本発明の構成では、高照度領域の外の領域に貫通孔を設けている。

また、当然ながら、上記の本発明の構成によれば、反射鏡の底部の大部分（高照度領域）が存在していない上記特許文献３の前照灯と比較して、高照度領域からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

なお、上記の説明では、高照度領域の一例として、凹面鏡の底部付近の領域について説明した。しかしながら、反射鏡の形状、該反射鏡と発光体との位置関係によっては、反射鏡の底部付近の領域以外の領域が、発光体からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域となるケースも考えられる。

すなわち、高照度領域は、反射鏡の底部付近の領域に限らず、反射鏡の光反射凹面において、発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置を含む（最も高くなる位置付近の）領域であれば良い。

よって、上記の構成によれば、蛍光の取出し効率が高い高照度領域の反射を十分に利用できるので、発光体からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記高照度領域が、上記発光体からの蛍光の放射密度の、上記光反射凹面および上記発光体の間の距離に対する比が最も高くなる位置を含むことが好ましい。

例えば、発光体からの蛍光の放射密度が等方的な場合（放射密度が一定）は、光反射凹面および発光体の間の距離が最短になる位置が、発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置となる。

すなわち、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記高照度領域が、上記光反射凹面および上記発光体の間の距離が最短となる位置を含んでも良い。

一方、発光体からの蛍光の放射密度が異方的な場合、上記発光体からの蛍光の放射密度の、上記光反射凹面および上記発光体の間の距離に対する比が最も高くなる位置が、上記反射鏡の上記光反射凹面において、上記発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置となる。

本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記高照度領域が、上記反射鏡における上記光反射凹面の底部付近の領域であることが好ましい。

例えば、反射鏡が、一般的なパラボラ型の凹面鏡（以下、単に「パラボラ」という）で、かつ、パラボラの焦点の位置に発光体が配置されている場合、装置の通常の使用状態において、照明光を装置の前方（図１のｚ軸方向参照）に照射するためには、反射鏡の底部付近の領域（以下、単に「底部領域」という場合がある）における反射をできるだけ無駄にしないことが、蛍光の取出し効率の向上につながる。例えば、特許文献１の光源装置および特許文献２の灯具のように反射鏡の底部付近に貫通孔を設けた構造にて、そこから導光部材を挿通することを考えた場合、蛍光（照明光）の取出し効率が高い反射鏡の底部領域の反射を十分に利用できなくなる。

そこで、ここでは、反射鏡における光反射凹面の底部領域の外の領域に貫通孔を設けている。

また、当然ながら、上記の本発明の構成によれば、反射鏡の底部の大部分が存在していない上記特許文献３の前照灯と比較して、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

以上より、上記の構成により、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記貫通孔に対して、当該貫通孔の側から上記発光体の側に向けて挿通される上記導光部材の挿通方向が、通常の使用状態における鉛直方向に沿っていても良い。

ここで、本発明の発光装置を前照灯またはプロジェクターとして使う場合、それぞれ、スクリーン上の水平線よりも上方［図４（ａ）参照］または下方のある程度の角度以上には光線（蛍光）を投光させる必要はない。よって、上記の本発明の構成では、この光線を投光させなくても良い領域に投光される光線が、光反射凹面上で反射されるであろう領域（底部の領域以外の領域）に貫通孔をあけ、導光部材を挿通している。また、上記導光部材の挿通方向が通常の使用状態における鉛直方向に沿っていれば、装置の（前方）真正面を含む照射したい領域に明るく視認性の良い、取出し効率が高い前照灯またはプロジェクターを実現できる。

例えば、導光部材の挿通方向が鉛直方向上向きの場合、自動車、電車、および船舶のように地表上、あるいは海面または水面上の障害物を視認するために設けられる、ほぼ水平かつ若干鉛直下向きに照明光を照射する前照灯において、装置の真正面を含む照射したい領域に明るく視認性の良い照明光を投光させることができる。

また、導光部材の挿通方向を鉛直方向下向きとしても良い。この場合、例えば、スクリーンに投影するために設けられる、ほぼ水平かつ若干鉛直上向きに照明光を投影するプロジェクターにおいて、装置の真正面を含むスクリーン上の照射したい領域に明るく視認性の良い照明光を投影させることもできる。

ところで、例えば、反射鏡の形状がパラボラである場合、仮に貫通孔をパラボラの底部に設け、その貫通孔に対して導光部材を挿通させた場合、装置の真正面を含む照射したい領域に導光部材の影ができてしまう可能性がある。しかしながら、上記の構成のように、光反射凹面の底部の領域の外の領域に貫通孔を設け、導光部材の挿通方向が、通常の使用状態における鉛直方向に沿うようにすれば、装置の真正面を含む照射したい領域に導光部材の影ができてしまうという副次的な問題点も解決することができる。

なお、「挿通方向が、通常の使用状態における鉛直方向に沿っている」とは、挿通方向と鉛直方向とが完全に一致する場合だけでなく、挿通方向と鉛直方向とが若干異なっている場合も含む。

また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記反射鏡に設けられた上記貫通孔に対して、当該貫通孔の側から上記発光体の側に向けて挿通される上記導光部材の挿通方向と、通常の使用状態における鉛直方向とのなす角が１５度以上３０度以下であっても良い。

例えば、日本国および英国などのように左側通行国を例に取ると、ロービームに要求される配光特性は、凡そ図４（ｂ）のようになる（但し、同図は日本国の保安基準によるものである）。すなわち、発光装置の正面に対して左側は若干上方まで照らす必要がある。

よって、例えば、図５で角θ（挿通方向と鉛直方向とのなす角）を１５度以上３０度以下とすれば、ロービームに要求されるカットオフラインの２つの角度［真正面部＝３０度、左側＝１５度、図４（ｂ）参照］の条件を満たすことが可能となる。

なお、右側通行国（米国、独国、仏国など）では、例えば、上述した図５で左右の関係を逆にすれば良い。

また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記反射鏡の上記光反射凹面における開口部の形状が、長軸と短軸との長さが異なる楕円形状であり、上記長軸および上記短軸のそれぞれに垂直な平面で上記光反射凹面を切断したときの断面形状が、それぞれ放物線形状となっており、かつ上記長軸が、通常の使用状態における水平方向に沿っていても良い。

上記の構成によれば、装置の真正面を含む照射したい領域に形成される蛍光（照明光）の光スポットが、短軸方向に狭く、長軸方向に長くなるので、例えば、車両用前照灯に要求される配光特性［図４（ａ）参照］を満たすことが可能となる。

また、本発明の発光装置は、上記導光部材は、屈折率が１よりも高い材料で構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、導光部材は、空気（屈折率＝１）よりも高い屈折率を有する材料から構成されている。よって、導光部材の外面に励起光を反射する反射面などを形成しなくても、屈折率が高い領域に光が閉じ込められる原理により、励起光を導光させることができるため、導光部材の作製が容易となる。

また、本発明の発光装置は、上記の構成に加えて、上記導光部材は、一端の側から入射した励起光を他端の側に導光し、上記他端の側に導光された励起光を上記発光体に照射する部材であり、上記他端の断面積は、上記一端の断面積よりも小さくなっていることが好ましい。

これにより、例えば、励起光源が複数存在している場合でも、複数の励起光源から発生する各励起光を、導光部材の一端の断面積よりも小さい断面積を有する他端に集光させることができる。

よって、導光部材の他端の断面積および発光体のサイズを共に小さくすることにより、励起光源の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光体の小型化が可能となる。

また、上記発光装置を含む照明装置およびも前照灯本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の発光装置は、以上のように、上記反射鏡の上記光反射凹面において、上記発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置付近の高照度領域の外の領域に貫通孔が設けられており、上記貫通孔に挿通され、上記励起光源から発生する励起光を上記発光体に導光する導光部材を備えている構成である。

それゆえ、発光体からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域からの照明光の取出し効率の低下を抑制す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であるヘッドランプを、鉛直方向に沿って切断したときの概要構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプを、正面（紙面に対して手前側を正面とする）から見たときの概要構成を示す正面図である。 （ａ）は、上記ヘッドランプに関し、励起光源の一例（ＬＥＤ）の回路図であり、（ｂ）は、上記ＬＥＤの外観を示す正面図であり、（ｃ）は、上記励起光源の他の一例（ＬＤ）の回路図であり、（ｂ）は、上記ＬＤの外観を示す斜視図である。 （ａ）は、自動車用のヘッドランプ（ロービーム／ハイビーム）に要求される配光パターンを示す図であり、（ｂ）は、自動車用のヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。 本発明の他の実施形態であるヘッドランプを、正面から見たときの概要構成を示す正面図である。 （ａ）は、発光体からの蛍光の放射密度が等方的な場合の高照度領域について説明するための図であり、（ｂ）は、放射密度が異方的な場合の高照度領域について説明するための図である。

本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の項目で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

なお、以下で説明するヘッドランプ（発光装置，照明装置，前照灯）１１０およびヘッドランプ（発光装置,照明装置，前照灯）１２０の各形態は、いずれも前照灯またはプロジェクターの発光装置部（発光部）として説明するが、本発明を具現化した形態はこれらの形態に限られず、前照灯またはプロジェクター以外の照明装置の発光装置部などにも適用することができる。

〔１．ヘッドランプ１１０の概要構成について〕
まず、図１および図２に基づき、本発明の一実施形態であるヘッドランプ１１０の概要構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態であるヘッドランプ１１０を鉛直方向（ｘ-ｚ平面）に沿って切断したときの概要構成を示す断面図である。

また、図２は、ヘッドランプ１１０を、正面（紙面に対して手前側を正面とする）から見たときの概要構成を示す正面図である。

図１および図２に示すように、ヘッドランプ１１０は、合計４つのＬＤチップ（励起光源）１１、角錐台状集光部（導光部材）２１、発光体４０、およびミラー（反射鏡）９０を備えており、照明光（蛍光）Ｌ１をミラー９０の外部に投光する装置である。

（ＬＤチップ１１）
ＬＤチップ１１は、１チップ１ストライプの半導体レーザであり、発振波長が４０５ｎｍで、光出力が１．５Ｗ（ワット）のＧａＮ系の半導体レーザチップをΦ５．６ｍｍのパッケージに実装したものである。

また、本実施形態では、上述のようにＬＤチップ１１は合計４つ用い、図１または図２の白抜きの矢印の先に示すように、４つのＬＤチップ１１を縦横２つずつでマトリクス状に配置している。

なお、ＬＤチップ１１の発振波長は、青紫色領域または青色領域（３４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の発振波長を有するものであれば良い。

また、現在の技術では波長３４０ｎｍ以下の良質な短波長レーザを作るのは困難であるが、将来的には３４０ｎｍ以下で発振するように設計されたＬＤチップ１１も光源として採用しても良い。

これにより、単純計算で合計４つのＬＤチップ１１の合計の光束が、光源全体の光束となるので、単一のＬＤチップ１１のみを用いる場合と比較して光源全体の光束を約４倍程度大きくすることができる。但し、ＬＤチップ１１の性能は均等であるものとする。

なお、本実施形態では、ＬＤチップ１１の数は４つとしているが、ＬＤチップ１１の数はこれに限られず、１〜３つまたは５つ以上のいずれであっても良い。

なお、励起光源としては、本実施形態のＬＤチップ１１のように単一の発光点をもつ１チップ１ストライプ型の半導体レーザチップであっても良いし、複数の発光点をもつ１チップ複数ストライプ型の半導体レーザチップであっても良い。

また、励起光源は、本実施形態のＬＤチップ１１のようにコヒーレントな励起光Ｌ０（レーザ光）を発生するものであっても良いし、後述するＬＥＤチップ（励起光源）１３０のようにインコヒーレントな励起光Ｌ０（ＥＬ光；Electro-luminescence light）を発生するものであっても良い。

また、励起光源を複数用いる場合、ＬＤまたはＬＥＤのみで構成しても良いし、ＬＤおよびＬＥＤを混在させても良い。

（角錐台状集光部２１）
次に、角錐台状集光部２１は、一端の側（ＬＤチップ１１側）から入射した励起光Ｌ０を他端の側（発光体４０側）に導光し、他端の側に導光された励起光Ｌ０を発光体４０に照射する部材である。

本実施形態では、角錐台状集光部２１の形状はいわゆる四角錐台形状であり、一端の側の断面は、２ｍｍ×２ｍｍの矩形であり、他端の側の断面は、１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形であり、一端から他端までの距離（四角錐台の高さ）は、２５ｍｍである。なお、導光部材の形状はこれに限られず、四角錐台形状以外の多角錐台形状、円錐台形状、楕円錐台形状など様々な形状を採用することができる。

また、角錐台状集光部２１の材質は、ＢＫ（ボロシリケート・クラウン）７であり、その屈折率は、１．５２である。なお、角錐台状集光部２１は、屈折率が１よりも高い材料で構成されていることが好ましい。これにより、角錐台状集光部２１の空気（屈折率＝１）との境界面ＳＵＦ２に励起光Ｌ０を反射する反射面などを特に形成しなくても、ある角度以上で入射する光は屈折率の異なる界面で全反射を起こす。このため、角錐台状集光部２１の材料を選択するだけで、角錐台状集光部２１中で励起光Ｌ０を導光させることができるようになるので、角錐台状集光部２１の作製が容易となる。

また、角錐台状集光部２１の他端の断面積は、一端の断面積よりも小さくなっていることが好ましい。

これにより、例えば、本実施形態のように、ＬＤチップ１１が複数存在している場合でも、複数のＬＤチップ１１から発生する各励起光Ｌ０を、角錐台状集光部２１の一端の断面積よりも小さい断面積を有する他端に集光させることができる。

よって、角錐台状集光部２１の他端の断面積および発光体４０のサイズを共に小さくすることにより、ＬＤチップ１１の数に応じた高輝度・高光束の光を発生する発光装置部の小型化が可能となる。

また、ＬＤチップ１１から発振される励起光Ｌ０は、コヒーレントなレーザ光であるため、指向性が強く、ヘッドランプ１１０は、レーザ光を無駄なく集光し、利用することができる。そのため、非常に小さな発光体４０を形成することができ、その結果、小型で超高輝度のヘッドランプ１１０を実現できる。よって、このようなＬＤチップ１１を励起光源として用いたヘッドランプ１１０を車両用のヘッドランプに適用することにより、車両用のヘッドランプを小型化できるなど、種々のメリットが生まれる。

（発光体４０）
次に、発光体４０は、励起光Ｌ０が照射されることにより照明光（蛍光）Ｌ１を発生するものであり、励起光Ｌ０を受けて蛍光を発生する蛍光体を含んでいる。より、具体的には、発光体４０は、封止材としての低融点の無機ガラス（ｎ＝１．７６０）の内部に蛍光体が分散されている。

なお、本実施形態では、発光体４０は、角錐台状集光部２１の他端に設けられた透明固定部材（不図示）によって固定されているものとして説明するが、発光体４０の固定方法はこのような透明固定部材を用いる方法に限られない。例えば、角錐台状集光部２１の他端に発光体４０をそのまま接合しても良い。

次に、発光体４０における無機ガラスと蛍光体との割合は、例えば、１０：１程度であるがこのような割合に限られるものではない。また、発光体４０は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。

なお、封止材は、本実施形態の無機ガラスに限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや、シリコーン樹脂等の樹脂材料であってもよい。

また、蛍光体は、本実施形態では、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ（発光波長ピーク：５１０ｎｍ）とＣａＡｌＳｉＮ_３（ＣＡＳＮ）：Ｅｕ（発光波長ピーク：６５０ｎｍ）とを、重量比でおよそ３：１となるよう混合しているが、蛍光体は、このような形態に限られない。すなわち、蛍光体は、本実施形態のように複数種の蛍光体で構成されていても良いし、単一種の蛍光体のみで構成されていても良い。

なお、本実施形態のヘッドランプ１１０で採用している青緑色で発光するＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体は、発光が非常にブロード（半値幅：１０８ｎｍ）であり、照明用の光源として用いる場合、演色性を高める効果が非常に高い。また、赤色に発光するＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体も発光がブロード（半値幅：９０ｎｍ）で、かつ発光効率も高いという特徴がある。そのため、本実施形態のヘッドランプ１１０は、これらを組合せて使用することで非常に演色性の良い照明光を発する光源を実現するものとなっている。

また、上記のα−ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）は、いわゆるサイアロン蛍光体（酸窒化物系蛍光体）であり、窒化ケイ素と同様に、結晶構造によりα型とβ型とがある。特に、α−サイアロンは，一般式Ｓｉ_{１２−（ｍ＋ｎ）}Ａｌ_{（ｍ＋ｎ）}Ｏ_ｎＮ_１６−ｎ（ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ ，ｎは整数）であらわされる２８原子からなる単位構造の中に２箇所の空隙があり、ここに各種金属を侵入固溶させることが可能である。希土類元素を固溶させることで蛍光体になる。カルシウム（Ｃａ）とユーロピウム（Ｅｕ）とを固溶させると、ＹＡＧ：Ｃｅよりも長波長の黄色から橙色の範囲で発光する特性の良い蛍光体が得られる。

なお、ＹＡＧ：Ｃｅは、セリウム（Ｃｅ）で賦活したイットリウム（Ｙ）−アルミニウム（Ａｌ）−ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体である。

また、サイアロン蛍光体は、青紫領域若しくは青色領域（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の光で励起可能であり、白色ＬＥＤ用の蛍光体などに適している。

その他の蛍光体としては、β−ＳｉＡｌＯＮなどの酸窒化物系蛍光体、Ｓ‐ＣＡＳＮ、およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体などが好ましいが、上述したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などを用いても良い。

ここで、上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を含む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Ｌ０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Ｌ０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、励起光Ｌ０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、発光体４０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、光出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、本実施形態のヘッドランプ１１０や、後述するヘッドランプ１２０の寿命が短くなるのをより抑制することができる。

なお、上述した発光体４０の劣化は、発光体４０に含まれる蛍光体の封止材（例えば、シリコーン樹脂）の劣化が原因であると考えられる。すなわち、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で蛍光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって封止材が劣化すると考えられる。

従って、封止材としては、熱耐性の高い封止材が好ましい。熱耐性の高い封止材としては、例えば、ガラスなどが例示できる。

ところで、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ることが知られているが、この等色、または、補色の原理に基づきＬＤチップ１１から発振された励起光Ｌ０の色と蛍光体が発する照明光Ｌ１の色とを適切に選択することにより白色光を発生させることができる。

例えば、ヘッドランプ１１０の照明光Ｌ１を白色とする１つの方法は、励起光Ｌ０として青紫色領域の発振波長（３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満）のレーザ光を用い、蛍光体として青色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体の組合せを採用すれば良い。

また、もう１つの方法は、励起光Ｌ０として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のレーザ光、黄色蛍光体＋赤色蛍光体、または、緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。

さらに、励起光Ｌ０として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のＬＥＤ光、蛍光体として黄色蛍光体＋赤色蛍光体、または、緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。

なお、黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の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以下の波長を有する光を発する蛍光体である。

（ミラー９０）
ミラー９０は、所定の立体角内を進む光線束（照明光Ｌ１）を形成する。このミラー９０は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であっても良い。

本実施形態では、ミラー９０（光反射凹面ＳＵＦ１）の開口部（図１の紙面に対して右側、図２の紙面に対して手前側）の形状は、長軸の長さＷが３０ｍｍであり、短軸の長さＨが２５ｍｍの楕円形状である。しかしながら、ミラー９０の開口部の形状は、楕円形状に限定されない、例えば、円形状や凸多角形形状などであっても良い。

また、ヘッドランプ１１０は、通常の使用状態においては、図１および２に示すように、ミラー９０の光軸がｙ‐ｚ平面（略水平面）に沿っており、楕円形状の開口部の長軸は、ｙ軸方向（略水平方向）に、短軸は、略鉛直方向（ｘ軸方向）に沿っている。

ここで、例えば、前照灯に必要な光度は約１万〜１０万カンデラである。一方、ＬＤチップ１１の輝度は、１０〜１００カンデラ／ｍｍ^２程度である。このため、ミラー９０の反射率が１００％であると仮定すると、開口部から見たミラー９０の面積は、１００〜１万ｍｍ^２程度であれば良く、開口部の形状は任意である。現実のミラー９０の反射率は有限の値（例えば６０〜８０％）であるから、開口部から見たミラー９０の面積は、１００〜１万ｍｍ^２程度よりも若干大きくなるが、これは、開口部の形状とは関係がない。

上述のように、開口部から見たミラー９０の面積は１００〜１万ｍｍ^２程度である。このとき、例えば、貫通孔９０ｈの面積を仮に７ｍｍ×７ｍｍ＝４９ｍｍ^２程度とすると、特に小さなミラー９０を用いる際には、大きなロスとなる。よって、ミラー９０のサイズが小さければ小さい程、以下で説明するヘッドランプ１１０の効果が顕著になる。

一方、ミラー９０で重要な領域は、発光体４０からの距離が近いところ〔底部領域（高照度領域）ＥＲ〕であり、この底部領域ＥＲでは、発光体４０から出射された蛍光が密に詰まった状態で照射される。このため、そのような密な蛍光が照射されるミラー９０の一部分（底部領域ＥＲ）の反射が利用できないと、ヘッドランプ１１０全体における照明光Ｌ１の取出し効率は低下する。

以上より、ミラー９０のサイズが大きくても、以下で説明するヘッドランプ１１０の効果が得られるものと考えられる。

次に、ミラー９０の奥行きＤ（図１の紙面に対して左右方向の幅）は４０ｍｍである。なお、奥行きＤは、ミラー９０の開口部の開口中心Ｃから、光反射凹面ＳＵＦ１の位置Ｂまでの距離である。また、ミラー９０は、長軸および短軸のそれぞれに垂直な平面で光反射凹面ＳＵＦ１を切断したときの断面形状が、それぞれ放物線形状となっており、かつ長軸が、水平方向（図２のｙ軸の方向）に沿っている、いわゆるパラボラ形状である。

これにより、通常の使用状態においてヘッドランプ１１０の真正面を含む照射したい領域に形成される蛍光（照明光Ｌ０）の光スポットが、短軸方向に狭く、長軸方向に長くなるので、例えば、車両用前照灯に要求される配光特性（図４（ａ）参照）を満たすことが可能となる。

なお、ミラー９０の一部にパラボラではない部分を含めてもよい。また、ミラー９０は、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラーまたはその一部を含むものであっても良い。また、ミラー９０は、パラボラミラーに限定されず、半回転楕円面ミラーや半球面ミラーであっても良い。すなわち、ミラー９０は、回転軸を中心として図形（楕円、円、放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであれば良い。また、ミラー９０は、曲面形状に限られず、複数の平面鏡を組合せた多面体形状としても良いが、光学的な集光点を少なくとも一つ有するような形状が好ましいので、本実施形態では、ミラー９０の形状をパラボラ形状としている。

次に、発光体４は、ミラー９０の位置Ｂから距離ｄ（＝１０ｍｍ）の位置Ｐに設置されている。

また、ミラー９０における光反射凹面ＳＵＦ１の底部領域ＥＲの外の領域には、貫通孔９０ｈが設けられており、角錐台状集光部２１の他端は、貫通孔９０ｈの側から発光体４０の存在する位置Ｐの側に向けて挿通されている。なお、通常の使用状態におけるヘッドランプ１１０では、貫通孔９０ｈは、ミラー９０における光反射凹面ＳＵＦ１の鉛直方向（ｘ軸方向）下部に設けられている。底部領域ＥＲは、光反射凹面ＳＵＦ１の底部付近の領域である。

なお、本実施形態では、底部領域ＥＲは、図２に示すように、ミラー９０の開口部と同様に、ミラー９０の正面から見た底部領域ＥＲの形状は、長軸の長さｗが４．３８ｍｍ程度、短軸の長さｈが３．１３ｍｍ程度の楕円形状であるが、図１に示すように、底部領域ＥＲには奥行きがあり、その奥行きの深さはｄ／２＝５ｍｍ程度である。

装置の通常の使用状態において、照明光Ｌ１を装置の前方（図１のｚ軸方向）に照射するためには、ミラー９０の底部付近（底部領域ＥＲ）における反射をできるだけ無駄にしないことが、蛍光の取出し効率の向上につながる。例えば、特許文献１の光源装置および特許文献２の灯具のように反射鏡の底部付近に貫通孔を設けた構造にて、そこから導光部材を挿通することを考えた場合、蛍光（照明光）の取出し効率が高い反射鏡の底部領域の反射を十分に利用できなくなる。

そこで、ヘッドランプ１１０では、ミラー９０における光反射凹面ＳＵＦ１の底部領域ＥＲの外の領域に貫通孔９０ｈを設けている。

また、当然ながら、反射鏡の底部の大部分が存在していない上記特許文献３の前照灯と比較して、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

よって、上記の構成により、反射鏡の底部付近からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、角錐台状集光部２１の他端の側は、ミラー９０に設けられた貫通孔９０ｈに対して、貫通孔９０ｈの側から発光体４０の側に向けて挿通される。すなわち、後述するｘ軸方向とｔ軸方向（図５参照）とのなす角θは、ほぼ０度である。

ここで、ヘッドランプ１１０を前照灯またはプロジェクターとして使う場合、スクリーン上の水平線よりも上方［図４（ａ）参照］または下方のある程度の角度以上には光線（蛍光）を投光させる必要はない。よって、上記構成では、この光線を投光させなくてもよい領域に投光される光線が、光反射凹面ＳＵＦ１上で反射されるであろう領域（底部領域ＥＲ以外の領域）に貫通孔９０ｈをあけ、角錐台状集光部２１を挿通している。すなわち、角錐台状集光部２１の貫通孔９０ｈに対する挿通方向が鉛直方向（ｘ軸方向）に沿っていれば、装置の真正面を含む照射したい領域に明るく視認性の良い、取出し効率が高い前照灯またはプロジェクターを実現できる。

例えば、図１および図２の例のように、貫通孔９０ｈの側から発光体４０の側に向けて挿通される角錐台状集光部２１の挿通方向が、鉛直方向上向きの場合、自動車、電車、および船舶のように地表上、あるいは海面または水面上の障害物を視認するために設けられる、ほぼ水平かつ若干鉛直下向きに照明光を照射する前照灯において、装置の真正面を含む照射したい領域に明るく視認性の良い照明光を投光させることができる。

また、図１または図２とは逆に、貫通孔９０ｈを光反射凹面ＳＵＦ１の鉛直方向上側に設け、貫通孔９０ｈの側から発光体４０の側に向けて挿通される角錐台状集光部２１の挿通方向を、鉛直方向下向きとしても良い（不図示）。この場合、例えば、スクリーンに投影するために設けられる、ほぼ水平かつ若干鉛直上向きに照明光を投影するプロジェクターにおいて、装置の真正面を含むスクリーン上の照射したい領域に明るく視認性の良い照明光を投影させることもできる。

なお、「挿通方向が、鉛直方向に沿っている」とは、挿通方向と鉛直方向とが完全に一致する場合だけでなく、挿通方向と鉛直方向とが若干異なっている場合も含む。具体的には、挿通方向が、図１のｘ‐ｚ平面内で鉛直方向と異なっている（ずれている）場合、挿通方向が、図２のｘ‐ｙ平面内で鉛直方向と異なっている（ずれている）場合、および、これらの組合せのいずれの場合も含まれる。

以上で説明したように、照明光Ｌ１をヘッドランプ１１０の前方（図２の手前側の）に照射するためには、ミラー９０の一番深いところ近傍（底部領域ＥＲ）の反射をできるだけ無駄にしないことが、蛍光の取出し効率の向上につながる。例えば、特許文献１のようにミラー９０の底部領域ＥＲ内に貫通孔９０ｈを開けた（決して小さな孔ではない）構造にて、そこから角錐台状集光部２１を挿通して発光体４０を励起することを考えた場合、ミラー９０の底部領域ＥＲの反射を十分に利用できなくなる。また、ヘッドランプ１１０を前照灯またはプロジェクターとして使うのであれば、図４（ａ）のスクリーン上の水平線よりも上方または下方のある程度の角度以上には光線（蛍光）を届かせる必要はない。よって、本実施形態のヘッドランプ１１０では、この光線が届かなくても良い領域に対しての発光体４０からの蛍光を反射するであろう領域（底部領域ＥＲ）に貫通孔９０ｈを開け、角錐台状集光部２１を挿通している。これにより、ヘッドランプ１１０の前方の照射したい領域に角錐台状集光部２１の影を作らない明るく視認性の良い、照明光Ｌ１の取出し効率が高い前照灯またはプロジェクターを実現できる。

ところで、仮に貫通孔９０ｈを光反射凹面ＳＵＦ１の底部に設け、その貫通孔９０ｈに対して角錐台状集光部２１を挿通させた場合、装置の真正面を含む照射したい領域に角錐台状集光部２１の影ができてしまう可能性がある。しかしながら、上記の構成のように、ミラー９０において、光反射凹面ＳＵＦ１の底部領域ＥＲの外の領域に貫通孔９０ｈを設け、角錐台状集光部２１の挿通方向を、鉛直方向下向きまたは鉛直方向上向きとした場合、装置の真正面を含む照射したい領域に角錐台状集光部２１の影ができてしまうことを防止することもできる。

（底部領域ＥＲの大きさ）
次に、本実施形態では、ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１の全面積に対する底部領域ＥＲの面積の比は、（ｄ／Ｄ×１／２）^２＝（１／８）^２＝１／６４程度である。

なお、ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１の全面積に対する底部領域ＥＲの面積の比は、１／８１以上１／４以下であることが好ましい。

上記面積の比が、１／８１未満であると、底部領域ＥＲの面積が小さすぎ、ミラー９０の底部付近からの照明光Ｌ１の取出し効率が低下する。

一方、上記面積の比が、１／４を超えると、それに応じて光反射凹面ＳＵＦ１の位置Ｂから発光体４０（位置Ｐ）までの距離も大きくなるので、ミラー９０による照明光Ｌ１の取出し効率が低下する。

また、別の観点では、発光体４０が設けられている位置Ｐから光反射凹面ＳＵＦ１の位置Ｂの方向を見たときに、底部領域ＥＲは、光軸に対する偏角αが２０度以上８０度以下の立体角内に含まれる領域であることが好ましい。なお、図１に示すヘッドランプ１１０では、偏角αは、４５度程度である。

上記の偏角αが２０度よりも小さいと、底部領域ＥＲの面積が小さすぎ、ミラー９０による照明光Ｌ１の取出し効率が低下する。

一方、上記の偏角αが８０度を超えると、装置の真正面を含む照射したい領域に角錐台状集光部２１の影ができないように、貫通孔９０ｈに対して角錐台状集光部２１を挿通することが困難となる。

〔２．本発明の特徴的構成について〕
次に、図６に基づき、本発明の特徴的構成についてもう少し踏み込んで説明する。

一般に、ミラー９０において発光体４０からの光束が他の部分よりも、より密に入射する（すなわち、照度が高い）領域（高照度領域）における反射をできるだけ無駄にしないことが、ヘッドランプ１１０（またはヘッドランプ１２０）の蛍光の取出し効率の向上につながると考えられる。

また、このような高照度領域の典型例としては、上述した底部領域ＥＲを例示することができる。

しかしながら、ミラー９０の形状、ミラー９０と発光体４０との位置関係によっては、ミラー９０の底部付近の領域以外の領域が、発光体４０からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域となるケースも考えられる。

すなわち、高照度領域は、上述した底部領域ＥＲに限らず、ミラー９０の光反射凹面において、発光体４０からの蛍光の照度が最も高くなる位置を含む（最も高くなる位置付近の）領域であれば良い。

よって、ヘッドランプ１１０（またはヘッドランプ１２０）は、例えば、ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１において、発光体４０からの蛍光の照度が最も高くなる位置付近の高照度領域の外の領域に貫通孔９０ｈが設けられていれば良い。

上記の構成によれば、蛍光（照明光）の取出し効率が高い高照度領域の反射を十分に利用できるので、発光体４０からの光束が最も高密度で入射する位置を含む領域（すなわち、高照度領域）からの照明光の取出し効率の低下を抑制することができる。

このような高照度領域は、以下で説明するように、定性的には、発光体４０からの蛍光の放射密度の、光反射凹面ＳＵＦ１および発光体４０の間の距離に対する比が最も高くなる位置を含む領域となるものと考えられる。

なお、光センサの受光面を蛍光の光線に対して垂直にして測定するとき、「放射密度」は、厳密には光センサの出力値を受光面の面積で割った値に比例するが、受光面が十分小さければ、光センサの出力値にほぼ比例するとみなして良い。

すなわち、「放射密度」は、光センサの出力値（測定位置における蛍光の強度）に置き換えることができる。

例えば、図６（ａ）に示すように、発光体４０からの蛍光の放射密度が等方的な場合（放射密度が一定、すなわち、放射密度が「ｒｄ」を定数として常に「１ｒｄ」の場合）は、光反射凹面ＳＵＦ１および発光体４０の間の距離が最短になる位置が、発光体４０からの蛍光の照度が最も高くなる位置となる。

例えば、図１に示すように、光反射凹面ＳＵＦ１がパラボラであり、発光体４０がパラボラの焦点付近の位置Ｐに配置されている場合、発光体４０からの蛍光の照度が最も高くなる位置は、光反射凹面ＳＵＦ１および発光体４０の間の距離が最短になる位置、すなわち、図１に示す位置Ｂとなる。よって、底部領域ＥＲは、上述した高照度領域の典型例であると言える。

次に、図６（ｂ）の基づき、発光体４０からの蛍光の放射密度が異方的な場合について説明する。

図６（ｂ）に示す例では、「１ｒｄ」、「２ｒｄ」、「３ｒｄ」、「４ｒｄ」、「５ｒｄ」は、それぞれ、この順で、発光体４０からの蛍光の放射密度が高くなっていることを示している。

ここで、ミラー９０の一部における位置ｐ１と発光体４０との距離は、「ｄ」を定数として３ｄであり、位置ｐ２と発光体４０との距離２ｄよりも１．５倍大きい。

しかしながら、位置ｐ１における放射密度（４ｒｄ）は、位置ｐ２における放射密度（１ｒｄ）の４倍である。

よって、この場合、発光体４０からの距離が、位置ｐ２よりも大きい位置ｐ１でも、その位置ｐ１における照度は、位置ｐ２における照度よりも高くなると考えられる。

また、発光体４０からの蛍光の放射密度が一定の場合、発光体４０からの蛍光の照度は、発光体４０からの距離が短い程大きくなると考えられる。

一方、発光体４０からの距離が一定の場合、発光体４０からの蛍光の照度は、発光体４０からの蛍光の放射密度が大きい程、高くなると考えられる。

以上のような考察から、定性的には、発光体４０からの蛍光の照度が最も高くなる位置は、発光体４０からの蛍光の放射密度と、光反射凹面ＳＵＦ１および発光体４０の間の距離の逆比と、の積が最も高くなる位置であることが分かる。

すなわち、本発明の特徴的構成は、定性的には、ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１において、発光体４０からの蛍光の放射密度の、光反射凹面ＳＵＦ１および発光体４０の間の距離に対する比が最も高くなる位置を含む高照度領域以外の領域に、貫通孔９０ｈが設けられている点にあると言っても良い。

〔３．励起光源の概要構成について〕
次に、図３（ａ）〜（ｄ）に基づき、励起光源の具体例について説明する。

図３（ａ）は、励起光源の一例であるＬＥＤランプ（励起光源）１３の回路図であり、図３（ｂ）は、ＬＥＤランプ１３の外観を示す正面図であり、図３（ｃ）は、励起光源の他の例であるＬＤチップ１１の回路図であり、図３（ｂ）は、ＬＤチップ１１の外観を示す斜視図である。

図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤランプ１３は、アノード１４とカソード１５に接続されたＬＥＤチップ（励起光源）１３０が、エポキシ樹脂キャップ１６によって封じこめられた構成である。

図３（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１３０は、ｐ型半導体１３１とｎ型半導体１３２とをｐｎ接合し、ｐ型電極１３３にアノード１４が接続され、ｎ型電極１３４にカソード１５が接続される。なお、ＬＤチップ１１は、抵抗Ｒを介して電源Ｅと接続されている。

また、アノード１４とカソード１５とを電源Ｅに接続することにより、回路が構成され、電源ＥからＬＥＤチップ１３０に電力が供給されることによってｐｎ接合附近からインコヒーレントな励起光を発生する。

ＬＥＤチップ１３０の材料としては、発光色が赤色となるＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰなど、発光色が橙色となるＧａＡｓＰ、発色光が黄色となるＧａＡｓＰ、ＧａＰ、発光色が緑となるＧａＰ、発光色が青色となるＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体が例示できる。

なお、ＬＥＤチップ１３０は、約２Ｖ〜４Ｖ程度の低電圧で動作し、小型軽量で、応答速度が速い、長寿命で、低コストといった特徴がある。

次に、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、ＬＤチップ１１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としては、その他には、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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２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およびクラッド層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（レーザ光）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出来る。

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。

〔４．配光特性の基準について〕
次に、図４（ａ）は、自動車用のヘッドランプ（ロービーム／ハイビーム）に要求される配光パターンを示す図である。

図４（ａ）に示すように、自動車用のヘッドランプに要求される配光パターンには、ロービームに要求される配光パターンとハイビームに要求される配光パターンとの２種類がある。

図４（ａ）に示すスクリーン配光は、自動車用のヘッドランプに正対させた鉛直なスクリーンに照射される光の照度分布である。正面方向の最も明るい部分をホットゾーンと呼び、この部分の光度が遠方への到達距離を決定する。

また、ロービームでは、対向車へのグレア（まぶしさ）を抑制するために、水平線の上下で大きな明暗差が要求される。

次に、図４（ｂ）は、自動車用のヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。

図４（ｂ）に示すように斜線領域Ｉと領域ＩＶとの境界、斜線領域ＩＩＩと領域ＩＶとの境界にロービーム特有の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインが形成されている。このロービームに要求される配光特性では、水平線の上下で大きな明暗差が要求されている。

〔５．ヘッドランプ１２０について〕
次に、図５に基づき、本発明の他の実施形態であるヘッドランプ１２０の概要構成について説明する。図５は、ヘッドランプ１２０を、正面から見たときの概要構成を示す正面図である。

図５に示すように、ヘッドランプ１２０は、上述したヘッドランプ１１０と比較して以下の点が異なっており、その他の構成については同様であるので、適宜説明を省略する。
（１）ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１における貫通孔９０ｈの設けられている位置が異なっている点。
（２）角錐台状集光部２１の挿通方向（ｔ軸方向）と通常の使用状態における鉛直方向（ｘ軸方向）とのなす角θが１５度以上３０度以下となっている点。

（貫通孔９０ｈ）
ヘッドランプ１１０では、貫通孔９０ｈは、ミラー９０の光反射凹面ＳＵＦ１の鉛直方向（ｘ軸方向）下部に設けられていたが、本実施形態のヘッドランプ１２０では、貫通孔９０ｈの位置は、通常の使用状態における鉛直方向下部から紙面に対して右側（ｙ軸の正方向側）に少しずれている。

（角錐台状集光部２１の挿通方向とｘ軸方向とのなす角）
次に、角錐台状集光部２１の挿通方向（ｔ軸方向）とｘ軸方向とのなす角θの好ましい範囲について説明する。

角θは、１５度以上３０度以下であることが好ましい。例えば、日本国および英国などのように左側通行国を例に取ると、ロービームに要求される配光特性はおおよそ図４（ｂ）のようになる（但し、同図は日本国の保安基準によるものである）。すなわち、ヘッドランプ１２０の正面に対して左側は若干上方まで照らす必要がある。

よって、例えば、図５のような構成で角θを１５度以上３０度以下とすれば、ロービームに要求されるカットオフラインの２つの角度［真正面部＝３０度、左側＝１５度、図４（ｂ）参照］の条件を満たすことが可能となる。

なお、右側通行国（米国、独国、仏国など）では、例えば、上述した図５の構成において左右の関係を逆にすれば良い。

また、本発明は、以下のように表現することもできる。

すなわち、本発明の前照灯（発光装置、照明装置）は、発光体と、励起光源である半導体レーザとからなる前照灯であって、半導体レーザから発せられた励起光を発光体に照射するための導光部材と、発光体から放射される照明光を所望の方向に収束させる反射鏡と、を有し、導光部材の少なくとも一部が反射鏡内に設置されており、励起光を、発光体から照射される所望の収束方向に対して延びる直線を含む鉛直方向で、かつ上向きに導光部材中を導波させても良い。

これにより、自動車や電車、船舶のように地表上、あるいは海面・水面上の障害物を視認するために設けられるほぼ水平かつ若干下向きに照明光を照射する前照灯において、真正面を含む照射したい領域に導光部材の影を作らない明るく視認性の良い前照灯を実現することができる。

なお、照明光を前照灯の前方（正面）方向に照射するためには、曲面ミラー（反射鏡）の一番深いところ近傍（底部領域）の反射をできるだけ無駄にしないことが、蛍光の取出し効率の向上につながる。例えば、特許文献１のように曲面ミラーの一番深いところ近傍に孔（貫通孔）をあけ（決して小さな孔ではない）、そこから導光部材を差しこんで（挿通して）発光体を励起することを考えた場合、曲面ミラーの一番深いところ近傍の反射を利用できなくなる。また、前照灯として使うのであれば、水平線よりも上方のある程度の角度以上には光線（蛍光）を届かせる必要はない。よって、本発明では、この光線が届かなくても良い領域に対しての発光体からの蛍光を反射するであろう領域（底部領域）に孔（貫通孔）をあけ、導光部材を差し込んでいる。これにより、照射したい領域に導光部材の影を作らない明るく視認性の良い、放射効率が高い前照灯を実現できる。

次に、前照灯に必要な光度は約１万〜１０万カンデラである。一方、光源の輝度は、１０〜１００カンデラ／ｍｍ^２程度である。よって、開口部から見た曲面ミラーの面積は１００〜１万ｍｍ^２程度であれば良い。

このため、曲面ミラーの反射率が１００％であると仮定すると、開口部から見た曲面ミラーの面積は、１００〜１万ｍｍ^２程度であれば良く、開口部の形状は任意である。現実の曲面ミラーの反射率は有限の値（例えば６０〜８０％）であるから、必要な曲面ミラーの面積は、１００〜１万ｍｍ^２程度よりも若干大きくなるが、これは、曲面ミラーの開口部の形状とは関係がない。

上述のように、曲面ミラーとして必要な面積は１００〜１万ｍｍ^２程度である。例えば、導光部材を貫通させる孔が７ｍｍ×７ｍｍだとすると、その面積は４９ｍｍ^２となり、特に小さな曲面ミラーを用いる際には、大きなロスとなる。よって、曲面ミラーのサイズが小さければ小さい程、上述した効果が顕著になる。

一方、曲面ミラーで重要な領域は、発光体から近いところであり、このような領域では、発光体から出射された蛍光が密に詰まった状態で曲面ミラーに当たる。このため、そのような密な蛍光が照射される曲面ミラーの一部分（底部領域）の反射が利用できないと、発光装置全体における蛍光の取出し効率は大きく減退する。

以上より、曲面ミラーのサイズが大きくても、上述した効果が得られるものと考えられる。

〔付記事項〕
なお、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合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、発光装置および照明装置などに適用することができる。例えば、自動車用のヘッドランプ、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）のヘッドランプや、その他の照明装置に適用することができる。また、その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具などにも適用することができる。

１１ ＬＤチップ（励起光源）
２１ 角錐台状集光部（導光部材）
４０ 発光体
９０ ミラー（反射鏡）
９０ｈ 貫通孔
１１０ ヘッドランプ（発光装置，照明装置，前照灯）
１２０ ヘッドランプ（発光装置，照明装置，前照灯）
１３０ ＬＥＤチップ（励起光源）
Ｂ 位置
θ 角（挿通方向と鉛直方向とのなす角）
ＥＲ 底部領域（高照度領域）
Ｌ０ 励起光
Ｌ１ 照明光（蛍光）
ＳＵＦ１ 光反射凹面

Claims (10)

1. 励起光を発生する励起光源と、
   上記励起光源から発生した励起光を受けて蛍光を発生する発光体と、
   上記発光体から発生した蛍光を反射する光反射凹面を有する反射鏡と、を備えた発光装置であって、
   上記反射鏡の上記光反射凹面において、上記発光体からの蛍光の照度が最も高くなる位置付近の高照度領域の外の領域に貫通孔が設けられており、
   上記貫通孔に挿通され、上記励起光源から発生する励起光を上記発光体に導光する導光部材を備えていることを特徴とする発光装置。
2. 上記高照度領域が、上記光反射凹面および上記発光体の間の距離が最短となる位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記高照度領域が、上記反射鏡における上記光反射凹面の底部付近の領域であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 上記貫通孔に対して、当該貫通孔の側から上記発光体の側に向けて挿通される上記導光部材の挿通方向が、通常の使用状態における鉛直方向に沿っていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 上記反射鏡に設けられた上記貫通孔に対して、当該貫通孔の側から上記発光体の側に向けて挿通される上記導光部材の挿通方向と、通常の使用状態における鉛直方向とのなす角が１５度以上３０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
6. 上記反射鏡の上記光反射凹面における開口部の形状が、長軸と短軸との長さが異なる楕円形状であり、上記長軸および上記短軸のそれぞれに垂直な平面で上記光反射凹面を切断したときの断面形状が、それぞれ放物線形状となっており、かつ上記長軸が、通常の使用状態における水平方向に沿っていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光装置。
7. 上記導光部材は、屈折率が１よりも高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の発光装置。
8. 上記導光部材は、一端の側から入射した励起光を他端の側に導光し、上記他端の側に導光された励起光を上記発光体に照射する部材であり、
   上記他端の断面積は、上記一端の断面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の発光装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
10. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする前照灯。

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