JP5675306B2 - 発光装置、車両用前照灯及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、励起光を蛍光体に照射することで発生する蛍光を照明光として利用する発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものである。

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生じた励起光を、蛍光体を含む発光部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。

このような発光装置の一例として特許文献１に開示された車両用灯具がある。蛍光体と、異なる複数の方向から蛍光体に励起光を照射する半導体発光素子とを備えている。半導体発光素子が蛍光体に光を照射することにより、蛍光体が蛍光（白色光）を生成することができる。

特開２００４−２４１１４２号公報（２００４年８月２６日公開）

励起光の照射により、蛍光体を含む発光部の表面に照射領域（ビームスポット）が形成されるが、複数の方向から発光部に励起光が照射されるので、照射領域も多数形成される。このため、複数の方向からの励起光が発光部の表面において局所的に照射されると、多数の照射領域が重なることによりその箇所において発熱が生じ、当該箇所が高温にさらされる。

この発熱によって、発光部の発光効率が低下してしまう可能性があり、また、発光部を形成する蛍光体及び蛍光体を封止する封止材が劣化する可能性がある。本発明の発明者は、蛍光体又は封止材が劣化した場合（すなわち発光部の一部が劣化した場合）には、その劣化した蛍光体の発光効率が低下し、そのために発光部全体としての発光効率が低下してしまう可能性があることを実験によって確認している。

ところが、このような発光部の劣化および発光部における発光効率の低下を抑制するための構成については、特許文献１には開示も示唆もされていない。

本発明の目的は、発光部の劣化及び発光部における発光効率の低下を抑制することができる発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する出射層を有する複数の励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受光する受光面を有し、当該受光面において当該励起光を受けて発光する発光部と、を備え、上記出射層を含む第１平面それぞれと上記受光面を含む第２平面とがなす交線どうしが完全には重ならないことを特徴としている。

上記構成によれば、複数の励起光源それぞれが有する出射層から出射された励起光が、発光部の受光面に照射される。すなわち、励起光源の出射層における励起光を出射する部分が発光部の受光面に向くように、励起光源及び発光部が配置されている。このため、出射層を含む第１平面と受光面を含む第２平面とがなす交線を、励起光源ごとに形成することができる。

また、上記の励起光源及び発光部の配置により、その交線は、受光面に励起光が照射されたときに形成される照射領域に含まれる。このため、交線どうしが完全に重なっているという状況は、個々の励起光源から出射された励起光が形成する照射領域の重なる部分が大きくなっていることを意味する。１つの励起光源からの励起光であっても照射領域において発熱を生じさせるので、複数の励起光源からの励起光が形成する照射領域が重なれば、その重なった部分での発熱量は大きくなり、その熱により発光部を劣化させてしまう可能性がある。

本発明の発光装置では、上記交線どうしが完全には重ならないので、複数の励起光源から出射された励起光が形成する照射領域どうしの重なり部分を小さくすることができる。このため、励起光が発光部の一箇所に局所的に照射されることを防ぐことにより、発光部の発熱を抑制することができる。それゆえ、本発明の発光装置では、その発熱による発光部の劣化及び発光部における発光効率の低下を抑制することができる。

本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する出射層を有する複数の励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受光する受光面を有し、当該受光面において励起光を受けて発光する発光部と、を備え、上記出射層を含む第１平面それぞれと上記受光面を含む第２平面とがなす交線のうちから選択される２つの交線どうしが、０°よりも大きく１８０°よりも小さい角度で交差することを特徴としている。

上記構成によれば、複数の励起光源それぞれが有する出射層から出射された励起光が、発光部の受光面に照射される。上述のように、励起光源と発光部との配置の関係から、出射層を含む第１平面と受光面を含む第２平面とがなす交線を、励起光源ごとに形成することができる。

また、上記の励起光源及び発光部の配置により、その交線は、受光面に励起光が照射されたときに形成される照射領域に含まれる。このため、複数の交線のうちから選択される２つの交線どうしが０°あるいは１８０°の角度で交差する（すなわち、交線どうしが完全に重なる）という状況は、２つの励起光源から出射された励起光が形成する照射領域の重なる部分が大きくなっていることを意味する。

本発明の発光装置では、上記２つの交線どうしが０°よりも大きく１８０°よりも小さい角度で交差するので、複数の励起光源から出射された励起光が形成する照射領域どうしの重なり部分を小さくすることができる。このため、励起光が発光部の一箇所に局所的に照射されることを防ぐことにより、発光部の発熱を抑制することができる。それゆえ、本発明の発光装置では、その発熱による発光部の劣化及び発光部における発光効率の低下を抑制することができる。

また、本発明に係る発光装置は、隣接する２つの励起光源が形成する交線どうしのなす角をθとしたとき、θ＝１８０°／上記励起光源の個数を満たすように、上記励起光源が配置されることが好ましい。

隣接する２つの励起光源が形成する交線どうしのなす角が一定でない場合には、発光部の受光面において、照射領域が密に重なっている部分（例えば図９（ｂ）の領域４１）と疎な重なり部分（例えば図９（ｂ）の領域４２）とが形成される。密な重なり部分ではその発熱量が大きくなるので、他の領域に比べ劣化し易い。

上記構成によれば、交線どうしのなす角が一定、すなわち交線が均一に形成されるように励起光源及び発光部が配置されるので、励起光源それぞれから出射された励起光が形成する照射領域は、受光面において均等に形成される。このため、照射領域が密に重なる部分をなくすことができるので、局所的な発熱による発光部の劣化を抑制することができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における照射領域の範囲を調節する両凸レンズを備え、上記励起光源は、上記両凸レンズの一方の焦点位置に配置され、上記発光部は、上記両凸レンズの他方の焦点位置側で、かつ、上記照射領域の長軸の長さが上記受光面の外周上の最も離れた２点間の長さと略一致する位置に配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、両凸レンズを備えているので、励起光源から出射された励起光を適切に受光面に照射させることができる。

また、両凸レンズの２つの焦点位置のうち、一方の焦点位置に励起光源を配置しているので、励起光源から出射された励起光の光強度分布を分散させず、その光強度の大きさを維持したまま（例えばガウシアン分布を維持したまま）、励起光を発光部に照射することができる。このため、１個の励起光源あたりの発光部での発光効率を高めることができる。

そして、２つの焦点位置のうち、他方の焦点位置側で、かつ、上記２つの長さが略一致する位置に発光部を配置しているので、受光面の大きさよりも小さい領域にだけ励起光が照射されたり、発光部以外の領域に励起光が照射されたりすることを防ぐことができる。このため、発光部の励起効率の低下及び励起光の受光面に対する照射効率の低下を防ぐことができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における上記励起光の光強度分布がガウシアン分布よりも分散されていることが好ましい。

上記構成によれば、励起光の光強度分布がガウシアン分布よりも分散されているので、その励起光の最大の光密度はガウシアン分布であるときの最大の光密度に比べて小さい。このため、励起光による受光面での発熱を、励起光源ごとに抑制することができる。それゆえ、発光部全体としての発熱をさらに抑制することができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における照射領域の範囲を調節する両凸レンズを備え、上記励起光源と上記両凸レンズとの距離が当該両凸レンズの焦点距離よりも短くなるように、当該励起光源あるいは両凸レンズが配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、受光面における励起光の光強度分布をガウシアン分布よりも分散させることができる（例えば図１５（ｂ）参照）。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における上記励起光の光強度分布において複数のピークが形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、受光面における励起光の光強度分布において複数のピークが形成されることにより、その光強度分布をガウシアン分布よりも分散させることができる（例えば図１９（ｂ）参照）。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における照射領域の範囲を調節する両凸レンズを備え、上記励起光源と上記両凸レンズとの距離が当該両凸レンズの焦点距離よりも長くなるように、当該励起光源あるいは両凸レンズが配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、受光面における励起光の光強度分布において、ガウシアン分布よりも分散された複数のピークを形成することができる。

また、本発明に係る発光装置は、上記受光面における照射領域の長軸の長さが、上記受光面の外周上の最も離れた２点間の長さと略一致していることが好ましい。

上記構成によれば、上記２つの長さが略一致しているので、受光面の大きさよりも小さい領域にだけ励起光が照射されたり、発光部以外の領域に励起光が照射されたりすることを防ぐことができる。このため、発光部の励起効率の低下及び励起光の受光面に対する照射効率の低下を防ぐことができる。

また、本発明に係る車両用前照灯及び照明装置は、上記に記載の発光装置を含む構成である。このため、上記の発光装置と同様、発光部の劣化及び発光部における発光効率の低下を抑制することが可能な車両用前照灯及び照明装置を実現することができる。

以上のように、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する出射層を有する複数の励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受光する受光面を有し、当該受光面において当該励起光を受けて発光する発光部と、を備え上記出射層を含む第１平面と上記受光面を含む第２平面とがなす交線どうしが完全には重ならない構成である。

それゆえ、発光部の劣化及び発光部における発光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に係るヘッドランプのレーザ素子からレーザ光が出射されたときに受光面に形成される照射領域の様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその断面図である。 レーザ素子の基本構造を説明するための図であり、（ａ）はレーザ素子の回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）はレーザ素子の基本構造を示す斜視図である。 レーザ素子、レンズ及び発光部の位置関係を示す図である。 パラボラミラーの回転放物面を示す概念図であり、 （ａ）はパラボラミラーの上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 レーザ素子からレーザ光が出射される様子の一例を示す図であり、（ａ）は、レーザ素子ごとに設けられる基準面と第１平面とがなす交線が、基準面に設けられたｘ軸に平行となる場合を示したものであり、（ｂ）は、基準面と第１平面とがなす交線が傾きを有する場合を示したものである。 レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面に形成する照射領域と、その光強度分布とを示す図である。 ３個のレーザ素子が配置されたときの基準面における交線の位置の一例、第２平面における交線及び照射領域の位置の一例を示すものであり、（ａ）は基準面における軸と交線それぞれとのなす角を示すものであり、（ｂ）は第２平面に形成される交線及び照射領域それぞれの位置を示すものである。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプの上面図の別例を示すものである。 ４個のレーザ素子が配置されたときの基準面における交線の位置の一例、第２平面における交線及び照射領域の位置の一例を示すものであり、（ａ）は基準面における軸と交線それぞれとのなす角を示すものであり、（ｂ）は第２平面に形成される交線及び照射領域それぞれの位置を示すものである。 両凸レンズの模式図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプが備えるレーザ素子、レンズ及び発光部の位置関係の一例を示すものであり、（ａ）は発光部をレンズの焦点距離よりも短い位置に配置した場合を示すものであり、（ｂ）は発光部をレンズの焦点距離よりも長い位置に配置した場合を示すものである。 本発明の他の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面に形成する照射領域と、その光強度分布とを示す図であり、（ａ）はレーザ素子が焦点位置に配置されている場合、（ｂ）はレーザ素子が焦点位置からずれている場合を示すものである。 本発明の他の実施形態に係るヘッドランプが備えるレーザ素子、レンズ及び発光部の位置関係の一例を示すものであり、（ａ）は発光部をレンズの焦点距離よりも短い位置に配置した場合を示すものであり、（ｂ）は発光部をレンズの焦点距離よりも長い位置に配置した場合を示すものである。 本発明の他の実施形態に係るヘッドランプにレーザ素子及びレンズが配置されたときの、第２平面に形成される交線及び照射領域それぞれの位置を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面に形成する照射領域と、その光強度分布とを示す図であり、（ａ）はレーザ素子が焦点位置に配置されている場合、（ｂ）はレーザ素子が焦点位置からずれている場合を示すものである。 レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面に形成する照射領域と、その光強度分布とを示す図であり、照射領域が受光面以外の領域にも照射される場合を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るヘッドランプにレーザ素子及びレンズが配置されたときの、第２平面に形成される交線及び照射領域それぞれの位置を示す。 ヘッドランプの配設方向を示す概念図である。

〔実施形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

＜ヘッドランプ１の構成＞
図２は、本発明の一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り、（ａ）はその上面図、（ｂ）はその断面図である。図２（ｂ）に示すように、ヘッドランプ１は、レーザ素子（励起光源、半導体レーザ）２、レンズ３、発光部４、パラボラミラー（反射鏡）５、金属ベース（熱伝導性部材、支持部材）７、フィン（冷却部）８を備えている。

（レーザ素子２）
レーザ素子２は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子である。このレーザ素子２は複数設けられており、複数のレーザ素子２のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、本実施形態では、レーザ素子２が複数存在する場合には、便宜上、個々のレーザ素子に対して符号２ａ、２ｂ、２ｃ、…を付す場合がある。

レーザ素子２は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。１チップに複数の発光点を有する場合には、チップ内のレーザ素子２の活性層１１１の向きは同じ向きであることが好ましい。この活性層１１１の向き（第１平面３１においてレーザ光の光軸Ｌと垂直な軸方向）については図７を用いて後述する。また、活性層１１１を含むレーザ素子２の基本構造については図３を用いて後述する。

レーザ素子２のレーザ光の波長は、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）または４４５ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択されればよい。

また、励起光源（発光素子）として、レーザ素子の代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも可能である。

（レーザ素子２の構造）
ここで、レーザ素子２の基本構造について説明する。図３はレーザ素子２の基本構造を説明するための図であり、（ａ）はレーザ素子２の回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）はレーザ素子２の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、レーザ素子２は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１（出射層）、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、レーザ素子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、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及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。換言すれば、レーザ素子２は、レーザ光を出射する活性層１１１を有する構成である。

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。一般にレーザ素子の活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、ＰＮ、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。

（発光部４の発光原理）
次に、レーザ素子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、レーザ素子２から発振されたレーザ光が発光部４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、この高エネルギー状態の電子は、分子同士の衝突により一部エネルギーが奪われて振動遷移を起こし、最終的に、励起状態から低エネルギー状態（基底状態）に遷移する。

このように、高エネルギー状態に励起されて振動遷移を起こした電子が、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、レーザ素子２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の組み合わせにより、白色光を発生させることができる。

（レンズ３）
レンズ３は、レーザ素子２から出射したレーザ光が発光部４に適切に照射されるように、当該レーザ光の照射領域３４（レーザ光のビームスポット、励起スポット）（図９（ｂ）参照）の範囲を調節（例えば、拡大）するためのレンズであり、レーザ素子２のそれぞれに配設されている。レンズ３は、レーザ素子２から出射されたレーザ光をほぼ平行光（ほぼコリメート光）として出射するものでも、当該レーザ光を集光するものであってもよい。

本実施形態では、主として、レンズ３によりレーザ光がほぼ平行光となって発光部４に照射される場合について説明する。この場合、レンズ３としては、平凸レンズ、両凸レンズ、非球面レンズ等が用いられ、レーザ素子２、レンズ３及び発光部４の位置関係は例えば図４のようになる。

レンズ３の焦点位置Ａに、レーザ素子２が配置される。具体的には、焦点位置Ａに、レーザ素子２の発光点１０３（図３参照）と一致するようにレーザ素子２が配置される。図４では、レンズ３の主点におけるレーザ光の幅ｌ１が１．５ｍｍ、レーザ光が発光部４の受光面４ａに照射されるときのレーザ光の幅ｌ２が２．０ｍｍであり、また、レンズ３と発光部４との距離ｌ３が５０ｍｍとなるようにそれぞれ配置される。同図では、距離ｌ３は、レーザ光の幅ｌ１、ｌ２よりも十分に長いので、ほぼ平行光であるとみなすことができる。

なお、レンズ３が両凸レンズであり、その両凸レンズによりレーザ光が発光部４側において集光されてもよい。この場合については、図１３を用いて後述する。

（発光部４）
発光部４は、レーザ素子２から出射されたレーザ光を受光する受光面４ａを有し、受光面４ａにおいてレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体（蛍光物質）を含んでいる。具体的には、発光部４は、封止材の内部に蛍光体が分散されているもの、または蛍光体を固めたものである。発光部４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。

発光部４の形状は、直径２ｍｍ、高さ（厚み）０．２ｍｍの円柱構造となっている。発光部４の直径及び高さは、蛍光の利用効率、所定の光量および放射効率を考慮して決定されることが好ましい。本実施形態では、受光面４ａにおける照射領域３４の長軸が２ｍｍ、すなわち受光面４ａの直径と同じとなるように、それぞれのレーザ素子２、レンズ３及び発光部４の配置位置が決定されている。具体的には、レンズ３の焦点位置付近にレーザ素子２を配置した後、照射領域３４の長軸の長さを受光面４ａの直径となるように、発光部４がパラボラミラー５の焦点位置に配置される。換言すれば、照射領域３４の長軸の長さが、受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さ（本実施形態では受光面４ａの直径）と略一致するように上記の配置位置が決定されている。

この場合、照射領域３４の長軸の長さが受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さよりも短い場合には、略一致している場合に比べ照射領域３４が小さくなるので、その分、不必要に光密度が高くなってしまい、発光部４での異常な発熱が懸念される。本実施形態では、上記２つの長さが略一致しているので、発光部４が異常に発熱する恐れがない。

一方、照射領域３４の長軸の長さが受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さよりも長い場合には、レーザ光が受光面４ａ以外の不要な領域（例えば金属ベース７）にも照射されるので、その領域に照射される分の励起光を利用して発光部４に含まれる蛍光体を励起させることができない。本実施形態では、上記２つの長さが略一致しているので、発光部４の発光に無駄なくレーザ光を利用することができ、レーザ光の受光面４ａに対する照射効率の低下を防ぐことができる。

つまり、本実施形態では、照射領域３４の長軸の長さが受光面４ａの直径（２ｍｍ）となるようにレーザ素子２等の配置が決定されているが、発光部４の励起効率の低下及びレーザ光の受光面４ａに対する照射効率の低下を防ぐことができるように、その配置が決定されていればよい。すなわち、その励起効率及び照射効率の低下を防ぐことが可能であれば、照射領域３４の長軸の長さが、受光面４ａの直径と同じでなく、例えばその直径よりも若干短くなるようにレーザ素子２等が配置されてもよい。すなわち、その励起効率及び照射効率の低下を防ぐことが可能な程度に、上記２つの長さが「略一致」していればよい。さらに換言すれば、照射領域３４の長軸の長さが、受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さと一致する必要はなく、照射領域３４が全て含まれるように発光部４のサイズが決められておればよく、照射領域３４の長軸の長さが、受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さ以下であればよい。

また、パラボラミラー５からの光の放射角が所望の角度となるように照射領域３４が決定され、その照射領域３４が全て含まれるように発光部４のサイズが決められる。

この発光部４は、金属ベース７の上かつパラボラミラー５のほぼ焦点位置に配置されている。換言すれば、発光部４の中心はパラボラミラー５の焦点位置とほぼ一致している。そのため、発光部４から出射した蛍光は、パラボラミラー５の反射曲面に反射することで、その光路が制御される。発光部４の上面にレーザ光の反射を防止する反射防止構造が形成されていてもよい。

発光部４の蛍光体として、例えば、酸窒化物系蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。これらの蛍光体は、レーザ素子２から発せられた高い出力（および／または光密度）のレーザ光に対しての熱耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。ただし、発光部４の蛍光体は、上述のものに限定されず、窒化物蛍光体など、その他の蛍光体であってもよい。

また、ヘッドランプの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法律により規定されている。そのため、発光部４には、照明光が白色となるように選択された蛍光体が含まれている。

例えば、青色、緑色および赤色の蛍光体を発光部４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。または、黄色の蛍光体（または緑色および赤色の蛍光体）を発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。

発光部４の封止材は、例えば、ガラス材（無機ガラス、有機無機ハイブリッドガラス）、シリコーン樹脂等の樹脂材料である。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。封止材は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。

（パラボラミラー５）
パラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する。このパラボラミラー５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よい。

図５は、パラボラミラー５の回転放物面を示す概念図であり、図６（ａ）はパラボラミラー５の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、図面をわかりやすく例示するよう直方体の部材の内部をくり抜くことでパラボラミラー５を形成した例を示している。

図５に示すように、パラボラミラー５は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される曲面（放物曲面）を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。図６（ａ）および（ｃ）において、符号５ａで示す曲線が放物曲面を示している。また、図６（ｂ）に示すように、パラボラミラー５を正面から見た場合、その開口部５ｂ（照明光の出口）は半円である。

このような形状のパラボラミラー５が、発光部４の、側面よりも面積の広い上面の上方にその一部が配置されている。すなわち、パラボラミラー５は、発光部４の上面を覆う位置に配置されている。別の観点から説明すれば、発光部４の側面の一部は、パラボラミラー５の開口部５ｂの方向を向いている。

発光部４とパラボラミラー５との位置関係を上述のものにすることで、発光部４の蛍光を狭い立体角内に効率的に投光することができ、その結果、蛍光の利用効率を高めることができる。

また、レーザ素子２は、パラボラミラー５の外部に配置されており、パラボラミラー５には、レーザ光を透過または通過させる窓部６が形成されている。この窓部６は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、白色光（発光部４の蛍光）を反射するフィルターを設けた透明板を窓部６として設けてもよい。この構成では、発光部４の蛍光が窓部６から漏れることを防止できる。

窓部６は、複数のレーザ素子２に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各レーザ素子２に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。

なお、パラボラミラー５の一部にパラボラではない部分を含めてもよい。また、本発明の発光装置が有する反射鏡は、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よい。また、上記反射鏡は、パラボラミラーに限定されず、楕円面ミラーや半球面ミラーであってもよい。すなわち、上記反射鏡は、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よい。

（金属ベース７）
金属ベース７は、発光部４を支持する板状の支持部材であり、金属（例えば、銅や鉄）からなっている。それゆえ、金属ベース７は熱伝導性が高く、発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。なお、発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質（ガラス、サファイアなど）を含む部材でもよい。ただし、発光部４と当接する金属ベース７の表面は反射面として機能することが好ましい。上記表面が反射面であることにより、発光部４の上面から入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、当該反射面で反射させてパラボラミラー５へ向かわせることができる。または、発光部４の上面から入射したレーザ光を上記反射面で反射させて、再度発光部４の内部に向かわせて蛍光に変換することができる。

金属ベース７は、パラボラミラー５によって覆われているため、金属ベース７は、パラボラミラー５の反射曲面（放物曲面）と対向する面を有していると言える。金属ベース７の発光部４が設けられている側の表面は、パラボラミラー５の回転放物面の回転軸と概ね平行であり、当該回転軸を概ね含んでいることが好ましい。

（フィン８）
フィン８は、金属ベース７を冷却する冷却部（放熱機構）として機能する。このフィン８は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース７を冷却する冷却部は、冷却（放熱）機能を有するものであればよく、ヒートパイプ、水冷方式や、空冷方式のものであってもよい。

＜受光面４ａにおけるレーザ光の照射位置＞
次に、本実施形態に係る発光部４の受光面４ａにおけるレーザ光の照射位置について、図１、図２（ａ）、図７〜図９に基づいて説明する。

（交線３３が形成する交点３５について）
まず、図１は、レーザ素子２ａ及び２ｂからレーザ光が出射されたときに受光面４ａに形成される照射領域３４ａ及び３４ｂの様子を示す図である。図１では、説明を簡略化するために、レーザ素子２ａ及び２ｂの２つが配置されている場合を例として説明するが、３個以上のレーザ素子２が配置されている場合についても同様に説明することができる。また、図１では、レーザ素子２ａ及び２ｂの構成として、同図の説明に必要な活性層１１１のみを示している。

また、レーザ素子２ａ、２ｂ、…が備える活性層１１１を含む第１平面に対して、それぞれ符号３１ａ、３１ｂ、…を付すものとする。また、第１平面３１ａ、３１ｂ、…と、受光面４ａを含む第２平面３２とがなす交線に対して、それぞれ符号３３ａ、３３ｂ、…を付すものとする。また、レーザ素子２ａ、２ｂ、…から出射されるレーザ光が受光面４ａに形成する照射領域に対して、それぞれ符号３４ａ、３４ｂ、…を付すものとする。なお、第１平面、照射領域及び交線が複数存在することを区別しない場合には、それぞれに対して符号３１、３３及び３４を付すものとする。

図１では、レーザ素子２ａ及び２ｂがそれぞれ活性層１１１を含み、それぞれの活性層１１１を含む第１平面３１ａ及び３１ｂと、受光面４ａを含む第２平面３２とが交線３３ａ及び３３ｂを形成している。レーザ素子２ａ及び２ｂと、受光面４ａとは、レーザ素子２ａ及び２ｂそれぞれの活性層１１１から出射されたレーザ光が受光面４ａに照射されるように、すなわち活性層１１１の発光点１０３が受光面４ａを向くように配置されている。その配置により、第１平面３１と第２平面３２とがなす交線３３を、レーザ素子２ごとに形成することができる。

なお、活性層１１１には実際厚みがあるが５ｎｍと非常に薄いため、その厚みがないものとして、すなわち第１平面３１が活性層１１１を含むものとして説明する。活性層１１１の厚みを考慮すれば、表側へき開面１１４（出射面）と垂直で、かつ、活性層１１１の一部を含む（その一部を通る）平面を、第１平面３１とすればよい。

ここで、上記のように、発光点１０３が受光面４ａを向くように配置されているので、その受光面４ａにはレーザ素子２から出射されたレーザ光の照射領域３４が形成される。この場合、レーザ素子２ａ及び２ｂが形成する交線３３どうしが完全に重なっているという状況は、個々のレーザ素子２から出射されたレーザ光の照射領域３４が重なる部分が大きくなっていることを意味する。そして、その部分では発熱量が大きくなってしまうので、発光部４を劣化させてしまう可能性がある。

本実施形態では、図１に示すように、第１平面３１ａ及び３１ｂ（第１平面３１それぞれ）と第２平面３２とがなす交線３３ａ及び３３ｂが、１つの交点３５のみで重なっている。換言すれば、複数の交線３３から選択される２つの交線３３どうしが、０°よりも大きく１８０°よりも小さい角度で交差しており、交線３３どうしが完全には重なっていない。交点３５以外の箇所において交線３３ａ及び３３ｂが重なることがないので、照射領域３４ａ及び３４ｂの重なり部分を小さくすることができる。このため、レーザ光が発光部４（受光面４ａ）の一箇所に局所的に照射されることを防ぐことができ、発光部４での急激な発熱を抑制することができる。それゆえ、その発熱による発光部４の劣化を抑制することができるので、発光部４の長寿命化を図ることができる。また、その発熱による発光部４の発光効率の低下を抑制することができるので、高出力の励起光源を利用したヘッドランプ１においても、そのヘッドランプ１で要求される所望の光量を有する照明光の出射を実現することができる。

ここで、複数の第１平面３１と第２平面３２とがなす交線３３がそれぞれ平行となるようにレーザ素子２を配置することも考えられるが、この場合、発光部４の発光効率が低下してしまう可能性がある。その理由は以下のとおりである。

本実施形態の受光面４ａは円形状となっている。例えばその直径と照射領域３４の長軸とを略一致させた場合には、直径ではない位置にレーザ光が照射されると、受光面４ａ以外の部分にレーザ光が照射されることになるので、当該部分に照射されるレーザ光を蛍光の変換に利用することができない。

一方、受光面４ａを矩形（発光部４を直方体）とした場合には、円形状の場合とは異なり、各レーザ光の所定の長軸を有する照射領域３４のすべてが受光面４ａ内に収まるように、各レーザ光を照射することができる。しかし、本実施形態では、パラボラミラー５に効率よく蛍光を照射するために、受光面４ａを直径２ｍｍの円形状としている。このため、円形状の場合に蛍光の変換に利用できず、矩形の場合にその変換に利用できる部分については、蛍光を発生させたとしても、パラボラミラー５に対してその蛍光を適切に照射することができない可能性がある。つまり、ヘッドランプ１が出射すべき所定の範囲内に出射されない蛍光を発生させることになるため、蛍光の利用効率を低下させてしまう可能性がある。

このため、受光面４ａの形状を考慮すれば、交線３３どうしが平行になるようにレーザ素子２を配置することは好ましくないといえる。

（レーザ素子２の向きについて）
ここで、レーザ素子２の向きについて図７を用いて説明する。図７は、レーザ素子２からレーザ光が出射される様子の一例を示す図であり、（ａ）は、レーザ素子２ごとに設けられる基準面３６と第１平面３１とがなす交線３７が、基準面３６に設けられたｘ軸に平行となる場合を示したものであり、（ｂ）は、基準面３６と第１平面３１とがなす交線３７が傾きを有する場合を示したものである。上記ｘ軸は、受光面４ａに対して並行な軸であり、交線３７のｘ軸に対する傾きは、交線３７の受光面４ａに対する傾きと等しい。

レーザ素子２は、図３を用いて説明したように複数の層からなり、その層のうち活性層１１１が発光することにより、レーザ光を出射する。このため、レーザ素子２の配置位置が決まっても、その位置でレーザ素子２が光軸Ｌを中心に回転してしまうと、第１平面３１もその回転に従い回転することになる。例えば、図７（ａ）では、レーザ素子２の表側へき開面１１４（出射面）と平行な基準面３６を設けた場合に、活性層１１１を含む第１平面３１と基準面３６とがなす交線３７の、基準面３６における傾きは０（ｘ軸と平行）である。一方、図７（ｂ）では、レーザ素子２が、図７（ａ）の状態から光軸Ｌを中心に回転することにより、基準面３６における交線３７の傾きが−１となっている。つまり、レーザ素子２の回転により、受光面４ａに形成される交線３３の向き（照射領域３４の向き）が変わってしまうことになる。

このため、複数のレーザ素子２を異なる位置に配置したとしても、その活性層１１１の向きにばらつきがあると、そのばらつきによっては、交線３３どうしが完全に重なってしまうことになる。この場合、照射領域３４どうしも重なる部分が大きくなるため、発光部４としての発熱量が大きくなってしまう。

したがって、交線３３が第２平面３２にて完全に重ならず交点３５を形成するように、活性層１１１それぞれの向きを考慮してレーザ素子２それぞれの配置を決定する必要がある。本実施形態では、受光面４ａの上から見たときに、受光面４ａの中心とレーザ素子２それぞれの配置される位置とのなす角が等しくなるようにレーザ素子２を配置した上で、基準面３６における交線３７それぞれの傾き（それぞれの活性層１１１の向き）が、交線３３どうしが完全に重ならず交点３５を形成するように調整されている。これに限らず、基準面３６における交線３７それぞれの傾きを一定とした上で、各レーザ素子２の配置位置を調整することにより、交線３３どうしが完全に重ならず交点３５を形成するようにしてもよい。

（交線３３の位置関係）
次に、受光面４ａに形成される交線３３（照射領域３４）それぞれの位置関係について、図２、図８及び図９を用いて説明する。図８は、レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面４ａに形成する照射領域３４と、その光強度分布とを示す図である。また、図９は、図２に示すように３個のレーザ素子２ａ〜２ｃが配置されたときの交線３７、交線３３及び照射領域３４の位置の一例を示すものであり、（ａ）は軸ａと交線３７それぞれとのなす角を示すものであり、（ｂ）は第２平面３２に形成される交線３３及び照射領域３４それぞれの位置を示すものである。

本実施形態では、レンズ３の焦点位置にレーザ素子２が配置されるので、図８に示すように、受光面４ａに形成される照射領域３４は矩形で、かつ、照射領域３４におけるレーザ光の光強度がｙ軸方向に対してガウシアン分布（鋭いピークを有する光強度分布）となる。図８では、照射領域３４の面積は２×０．５ｍｍ^２である。

図２（ａ）のレーザ素子２ａ〜２ｃ内の矢印は、第２平面３２におけるレーザ素子２ａ〜２ｃそれぞれの活性層１１１の投影像であり、基準面３６における交線３７それぞれの傾きを示している。このようにレーザ素子２ａ〜２ｃが配置された場合、図９（ａ）に示すように、レーザ素子２ａ〜２ｃそれぞれが形成する基準面３６を重ね合わせたときの交線３７のそれぞれは、任意の軸ａからそれぞれθ１、θ２及びθ３（θ１≠θ２≠θ３）の位置に形成されている。

このため、受光面４ａにおける照射領域３４ａ、３４ｂ及び３４ｃの位置関係は、図９（ｂ）に示すようになる。つまり、レーザ素子２ａ〜２ｃそれぞれが形成する第１平面３１と、受光面４ａを含む第２平面３２とがなす交線３３ａ、３３ｂ及び３３ｃは、任意の軸ａからそれぞれθ１、θ２及びθ３（θ１≠θ２≠θ３）の位置に、すなわち隣接する交線３３どうしのなす角が０°あるいは１８０°（π）でない角度となるように形成される。

つまり、図２（ａ）に示すようにレーザ素子２ａ〜２ｃを配置することにより、図９（ｂ）に示すように、交線３３ａ〜３３ｃが交点３５で重なるが、その他の箇所では重ならないようにすることができる。つまり、レーザ素子２ａ〜２ｃそれぞれから出射されたレーザ光が形成する照射領域３４ａ〜３４ｃを、交点３５付近以外の箇所において重ならないようにすることができ、局所的にレーザ光が照射されることによる発熱を回避することができる。

なお、図２（ａ）及び（ｂ）では、レーザ素子２が３個の場合について説明したが、交線３３どうしが完全に重ならず交点３５を形成するようにレーザ素子２の配置あるいは活性層１１１の向き（交線３７の傾き）が調整されるのであれば、レーザ素子２の個数は、２個であっても、以下の別例のように４個であっても、あるいはそれ以上の個数であってもよい。

また、本実施形態では、交線３３どうしが形成する交点３５が受光面４ａの略中心になるように、レーザ素子２、レンズ３及び発光部４が配置されているが、これに限らず、交線３３どうしが完全に重なることがないように配置されていればよい。

（交線３３の位置関係の別例）
次に、受光面４ａに形成される交線３３（照射領域３４）それぞれの位置関係の別例について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、ヘッドランプ１の上面図の別例を示すものである。また、図１１は、図１０に示すように４個のレーザ素子２ａ〜２ｄが配置されたときの交線３７、交線３３及び照射領域３４の位置の一例を示すものであり、（ａ）は軸ａと交線３７それぞれとのなす角を示すものであり、（ｂ）は第２平面３２に形成される交線３３及び照射領域３４それぞれの位置を示すものである。

図１０のようにレーザ素子２ａ〜２ｄが配置され、それぞれの活性層１１１の向きが調整されている場合、図１１（ａ）に示すように、レーザ素子２ａ〜２ｄそれぞれが形成する基準面３６を重ね合わせたときの交線３７のそれぞれは、任意の軸ａからそれぞれ０（軸ａとレーザ素子２ａの交線３７とが同一軸）、θ２、θ３及びθ４（０≠θ２≠θ３≠θ４）の位置に形成されている。また、それぞれの交線３７どうしがなす角が等しくなるように、その活性層１１１の向きが調整されている。図１１（ａ）では、交線３７どうしのなす角すべてがθ２となっている。

このため、受光面４ａにおける照射領域３４ａ〜３４ｄの位置関係は、図１１（ｂ）に示すようになる。つまり、レーザ素子２ａ〜２ｄそれぞれが形成する第１平面３１と、受光面４ａを含む第２平面３２とがなす交線３３ａ〜３３ｄのうち、隣接する交線３３どうしのなす角θが、
θ（図１１（ａ）のθ２）＝１８０°／レーザ素子２の個数
を満たすように、活性層１１１の向きを考慮してレーザ素子２ａ〜２ｄが配置されている。図１１（ｂ）では、交線３３どうしのなす角θ２＝４５°となっている。

上述した図２（ａ）のようにレーザ素子２を配置した場合、図９（ｂ）に示すように、隣接する交線３３どうしのなす角が一定でないので、受光面４ａにおいて照射領域３４が密に重なる領域４１と、疎に重なる領域４２とが形成される。この場合、領域４１では、発光部４の他の領域に比べ、発熱量が大きくなるのでその分劣化し易い。

図１０のようにレーザ素子２を配置し、交線３７（すなわち交線３３）どうしのなす角を一定にすることにより、図１１（ｂ）に示すように、受光面４ａにおいて照射領域３４それぞれが均一に（交点３５に対して点対称に）形成されることになる。このため、照射領域３４が密に重なる部分をなくすことができるので、受光面４ａでの光強度の偏りを抑制し、局所的な発熱による発光部４の劣化を抑制することができる。つまり、図１０の場合には、図２（ａ）のように交線３３どうしのなす角を考慮しない場合に比べ、発光部４の劣化を抑制することができる。

＜発光部４の配置位置＞
上述の図４では、レーザ素子２がレンズ３の焦点位置Ａに配置された場合には、レンズ３を透過したレーザ光がほぼ平行光として直進することを説明した。しかし、レンズ３の両凸レンズの場合には、レンズ３を透過したレーザ光が集光することもある。ここでは、レンズ３の両凸レンズで、かつ、レンズ３を透過したレーザ光が集光する場合の発光部４の配置位置の決定方法について、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、両凸レンズの模式図である。図１３は、レーザ素子２、レンズ３及び発光部４の位置関係の一例を示すものであり、（ａ）は発光部４をレンズ３の焦点距離よりも短い位置に配置した場合を示すものであり、（ｂ）は発光部４をレンズ３の焦点距離よりも長い位置に配置した場合を示すものである。

図１２の両凸レンズは、レンズ３として用いられるものであり、透過した光を両凸レンズの焦点位置に集光させるものである。この両凸レンズは、直径（Φ）１．５ｍｍ、レーザ素子２側となる凸レンズの曲率半径（Ｒ_ＬＤ）が１．４ｍｍ、発光部４側となる凸レンズの曲率半径（Ｒ_ＰＨ）が１．０ｍｍ、その厚みＴが１．６ｍｍ、屈折率が１．７である。

図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、レーザ素子２がこの両凸レンズ（レンズ３）の一方の焦点位置Ａに配置されると、光強度分布がガウシアン分布（ガウシアン形状）のレーザ光は、レンズ３を透過しても、その光強度分布を分散させずガウシアン分布を維持したまま発光部４に照射される。この場合、受光面４ａには光強度の高いレーザ光が照射されるので、個々のレーザ素子２による発光部４での発光効率を高めることができる。

しかし、他方の焦点位置である焦点位置Ｂに発光部４を配置した場合には、照射領域３４の長軸の長さＳ２が受光面４ａの直径Ｓ１よりも短くなってしまうので、その分発光効率が低下してしまう。

そこで、受光面４ａの直径Ｓ１と照射領域３４の長軸の長さＳ２とを略一致させるために、図１３（ａ）ではレンズ３の主点と焦点位置Ｂとの間に発光部４を配置し、図１３（ｂ）ではレンズ３から見て焦点位置Ｂよりも遠い側に発光部４を配置している。換言すれば、発光部４は、レンズ３の他方の焦点位置Ｂ側で、かつ、照射領域３４の長軸の長さが受光面４ａの外周上の最も離れた２点間の長さと略一致する位置に配置されている。このため、上述したように、発光部４の励起効率及びレーザ光の受光面４ａに対する照射効率の低下を防ぐことができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について図１４〜図１７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態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。本実施形態では、個々のレーザ素子２がレンズ３の焦点位置に配置されていないヘッドランプ１ａについて説明する。

まず、図１４に示すヘッドランプ１ａは、活性層１１１それぞれの向き（活性層１１１の矢印方向）と、レーザ素子２ａ〜２ｃ及びレンズ３の相対的位置とが、図２に示すヘッドランプ１と異なっている。また、ヘッドランプ１ａでは、図１２に示す両凸レンズがレンズ３として用いられている。

なお、実施形態１と同様、交線３３どうしが完全に重なることがないように、活性層１１１それぞれの向きを考慮してレーザ素子２ａ〜２ｃが配置されている。また、発光部４の励起効率の低下及びレーザ光の受光面４ａに対する照射効率の低下を防ぐために、照射領域３４の長軸の長さを受光面４ａの直径（２ｍｍ）と一致するようにレーザ素子２、レンズ３及び発光部４が配置されている。

ここで、レーザ素子２及びレンズ３の相対的位置と、レーザ光の照射領域３４との関係について、図１５を用いて説明する。図１５は、レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面４ａに形成する照射領域３４と、その光強度分布とを示す図であり、（ａ）はレーザ素子２が焦点位置に配置されている場合、（ｂ）はレーザ素子２が焦点位置からずれている場合を示すものである。

レーザ素子２がレンズ３の焦点位置に配置されている場合には、図１５（ａ）のように、実施形態１と同様、受光面４ａには矩形の照射領域３４が形成され、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布はガウシアン分布となる。なお、本実施形態における照射領域３４の大きさは２×１．７５ｍｍと、実施形態１の大きさよりも若干大きくなるようにレーザ素子２等が配置されている。

一方、図１４に示すように、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄが焦点距離よりも短くなるようにこれらの部材が配置され、かつ、レンズ３として両凸レンズが用いられている場合には、図１５（ｂ）のように、照射領域３４が上記の矩形よりも面積の大きい形状（例えば楕円形状）となる。つまり、このような配置とすることにより、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布をガウシアン分布よりも分散させることができる（ガウシアン分布を崩すことができる）。そして、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布はガウシアン分布よりも分散されることにより、個々のレーザ素子２から出射されたレーザ光が形成する照射領域３４における発熱を抑制することができる。

図１４では、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄは、ｄ＝焦点距離−０．４ｍｍである。すなわち、レーザ素子２とレンズ３とは、焦点距離よりも０．４ｍｍだけ短くなるように配置されている。このような距離ｄとなるようにレーザ素子２及びレンズ３を配置する場合、レンズ３の焦点位置にレーザ素子２を配置した後（ジャストフォーカス位置に配置した後）、レンズ３をレーザ素子２側に動かして配置しても、レーザ素子２をレンズ３側に動かして配置してもよい。図１６（ａ）には、レンズ３をレーザ素子２側に動かすことによって、ガウシアン分布のレーザ光が、発光部４においてガウシアン分布よりも分散されたレーザ光となる様子が示されている。

なお、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄを焦点距離よりも短くしすぎると、照射領域３４の面積が大きくなりすぎて、金属ベース７等の不要な部材にレーザ光が照射されてしまうことになり、レーザ光の利用効率が低下してしまう。このため、この点を考慮すれば、図１６（ａ）に示すジャストフォーカス位置から２ｍｍ以上レンズ３を動かさない（又は２ｍｍ以上ジャストフォーカス位置にレーザ素子２に近づけない）ようにすることが好ましい。

図１７は、本実施形態のようにレーザ素子２及びレンズ３が配置されたときの、第２平面３２に形成される交線３３及び照射領域３４それぞれの位置を示す図である。照射領域３４ａ〜３４ｃは矩形ではなく、それよりも広い面積を有する楕円形状となっているが、実施形態１の図９（ｂ）又は図１１（ｂ）と同様、交線３３ａ〜３３ｃは交点３５を形成している。このため、本実施形態においても、照射領域３４ａ〜３４ｃが交点３５付近で重なるが、その他の箇所では重ならないようにすることができる。

また、本実施形態の場合には、発光部４におけるレーザ光の光強度分布がガウシアン分布よりも分散されているので、個々の照射領域３４の発熱量を抑制することができる。したがって、本実施形態では、個々の照射領域３４における発熱量の低減と、複数の照射領域３４が重ならないように形成されることによる発熱量の低減とを図ることができるので、実施形態１の場合に比べ、発光部４全体の発熱量をさらに低減させることができる。

なお、本実施形態では、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布をガウシアン分布よりも分散させることが可能であれば、図１２に示す両凸レンズに限らず、他形状の両凸レンズ（例えば両凸面の曲率半径が一致しているレンズ）をレンズ３として用いてもよい。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について図１６及び図１８〜図２１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１または２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。本実施形態では、個々のレーザ素子２がレンズ３の焦点位置に配置されていないヘッドランプ１ｂについて説明する。

まず、図１８に示すヘッドランプ１ｂは、レーザ素子２ａ〜２ｃ及びレンズ３の相対的位置が、図１４に示すヘッドランプ１ａと異なり、レンズ３の焦点距離よりもレーザ素子２及びレンズ３の距離ｄが長くなっている。なお、それ以外の構成については、実施形態２と同様である。

ここで、レーザ素子２及びレンズ３の相対的位置と、レーザ光の照射領域３４との関係について、図１９を用いて説明する。図１９は、レーザ素子１個から出射されたレーザ光が受光面４ａに形成する照射領域３４と、その光強度分布とを示す図であり、（ａ）はレーザ素子２が焦点位置に配置されている場合、（ｂ）はレーザ素子２が焦点位置からずれている場合を示すものである。なお、図１９（ａ）は図１５（ａ）と同じであるため、その説明は省略する。

図１８に示すように、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄが焦点距離よりも長くなるようにこれらの部材が配置されている場合には、図１９（ｂ）のように、照射領域３４が図１９（ａ）に示す矩形の照射領域３４の面積よりも大きく、図１５（ｂ）とは異なる形状となる。

具体的には、図１９（ｂ）では、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布をガウシアン分布よりも分散されており、かつ、その光強度分布において光強度の大きい部分３８が２箇所、照射領域３４の周辺部に存在している。この場合、ガウシアン分布よりも分散されているので、個々のレーザ素子２から出射されたレーザ光が形成する照射領域３４における発熱を抑制することができる。

換言すれば、ヘッドランプ１ｂでは、光強度の大きい部分３８が照射領域３４の異なる位置に存在するようなレーザ光の照射を実現するために、レンズ３として両凸レンズが用いられ、かつ、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄがレンズ３の焦点距離よりも長くなるようにこれらの部材が配置されている。

なお、本実施形態では、光強度の大きい部分３８が２箇所、照射領域３４の周辺部に形成される場合について説明するが、これに限らず、光強度の大きい部分３８が複数存在していてもよい。換言すれば、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布において複数のピーク（光強度の大きい部分３８）が形成されていればよい。例えばレンズ３の形状やレーザ素子２及びレンズ３の相対的位置等を変更することにより実現される。

また、レーザ素子２及びレンズ３の距離ｄが焦点距離よりも長くしすぎると、図２０に示すような光強度分布となってしまい、金属ベース７等の不要な部材にレーザ光が照射されてしまうことになり、レーザ光の利用効率が低下してしまう。このため、この点を考慮すれば、図１６（ｂ）に示すジャストフォーカス位置から２ｍｍ以上レンズ３を動かさない（又は２ｍｍ以上ジャストフォーカス位置からレーザ素子２に遠ざけない）ようにすることが好ましい。

図１８では、レーザ素子２とレンズ３との距離ｄは、ｄ＝焦点距離＋０．２ｍｍである。すなわち、レーザ素子２とレンズ３とは、焦点距離よりも０．２ｍｍだけ長くなるように配置されている。実施形態２と同様、このような距離となるようにレーザ素子２及びレンズ３を配置する場合、レーザ素子２をジャストフォーカス位置に配置した後、レンズ３を発光部４側に動かして配置しても、レーザ素子２をレンズ３から遠ざけるように動かして配置してもよい。図１６（ｂ）には、レンズ３を発光部４側に動かすことによって、ガウシアン分布のレーザ光が、発光部４においてガウシアン分布よりも分散され、かつ、その光強度分布において光強度の大きい部分３８が２箇所存在するレーザ光となる様子が示されている。

図２１は、本実施形態のようにレーザ素子２及びレンズ３が配置されたときの、第２平面３２に形成される交線３３及び照射領域３４それぞれの位置を示す図である。照射領域３４ａ〜３４ｃは矩形ではなく、それよりも広い面積を有する形状となっているが、実施形態１の図９（ｂ）、図１１（ｂ）又は図１７と同様、交線３３ａ〜３３ｃは交点３５を形成している。このため、照射領域３４ａ〜３４ｃが交点３５付近で重なるが、その他の箇所では重ならないようにすることができる。

また、実施形態１及び２とは異なり、受光面４ａにおけるレーザ光の光強度分布において複数の光強度の大きい部分３８が形成されるので、図２１に示すように、交線３３が１つの交点３５のみで重なっていたとしても、その部分が交点３５付近で一点に重なることはない。このため、光強度の大きい部分３８が複数の位置で重なることになるので、実施形態１及び２の場合に比べ、発光部４全体の発熱量をさらに低減させることができる。

〔その他〕
以下、ヘッドランプ１、１ａ及び１ｂの適用例などについて説明する。

＜ヘッドランプ１の配設方法＞
図２２は、ヘッドランプ１、１ａ及び１ｂを自動車（車両）１０の前照灯に適用した場合の、ヘッドランプ１の配設方向を示す概念図である。図２２に示すように、ヘッドランプ１は、パラボラミラー５が鉛直下側に位置するように自動車１０のヘッドに配設されてもよい。この配設方法では、上述のパラボラミラー５の投光特性により、自動車１０の正面が十分に明るく照らされるとともに、自動車１０の前方下側も明るくなる。

なお、ヘッドランプ１、１ａ及び１ｂを自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）に適用してもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）に適用してもよい。

＜本発明の適用例＞
本発明の発光装置は、車両用前照灯のみならず、その他の照明装置に適用されてもよい。本発明の照明装置の一例として、ダウンライトを挙げることができる。ダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両以外の移動物体（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、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具（スタンドランプなど）として実現されてもよい。

＜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、本発明に係る発光装置は、蛍光体を励起するため２個以上のレーザと、レーザを発光体表面に集光するレンズを備え、それぞれレーザの設置角度の差が０とπにならない構成である。

また、本発明に係る発光装置は、隣接するレーザがθ_step＝１８０°／レーザ個数の角度をなす構成である。

また、本発明に係る発光装置は、発光体上面でのビームスポットの長軸が、発光体サイズと一致する構成である。

また、本発明に係る発光装置は、レンズの焦点位置にＬＤを設置した状態で、発光体サイズとビームスポットの長軸とが一致するように、発光体位置を決定する構成である。

また、本発明に係る発光装置は、発光体上面でのＬＤの光強度分布が、ガウシアン分布とならない構成である。

また、本発明に係る発光装置は、焦点が合った状態から、レンズをＬＤ側へずらす構成である。

また、本発明に係る発光装置は、焦点が合った状態から、ＬＤをレンズ側へずらす構成である。

また、本発明に係る発光装置は、発光体上面でのＬＤの光強度において、ピークがビームスポット周辺側で得られる構成である。

また、本発明に係る発光装置は、焦点が合った状態から、レンズをＬＤと反対側へずらす構成である。

また、本発明に係る発光装置は、焦点が合った状態から、ＬＤをレンズ反対側へずらす構成である。

本発明は上述した実施形態および各実施例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、異なる実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、発光装置や、その発光装置を備える照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができ、発光装置が備える発光部の劣化及び発光部における発光効率の低下を抑制することができる。

１、１ａ、１ｂ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯、照明装置）
２ レーザ素子（励起光源）
３ レンズ（両凸レンズ）
４ 発光部
４ａ 受光面
３１ 第１平面
３２ 第２平面
３３ 交線
３４ 照射領域
３８ 光強度の大きい部分（ピーク）
１１１ 活性層（出射層）
ｄ レーザ素子とレンズとの距離（励起光源と両凸レンズとの距離）
Ａ 一方の焦点位置
Ｂ 他方の焦点位置
Ｓ１ 受光面の直径（受光面の外周上の最も離れた２点間の長さ）
Ｓ２ 照射領域の長軸の長さ

Claims (7)

1. 励起光としてのレーザ光を出射する出射層を有する複数の励起光源と、
   上記励起光源から出射された励起光を受光する受光面を有し、当該受光面において励起光を受けて発光する発光部と、を備え、
   上記出射層を含む第１平面それぞれと上記受光面を含む第２平面とがなす交線どうしが完全には重ならず、
   上記受光面における１つの上記レーザ光の光強度分布において複数のピークが形成され、
   上記複数の励起光源から出射された上記レーザ光が上記受光面において形成する照射領域のそれぞれは、他の照射領域と重ならない領域を有していることを特徴とする発光装置。
2. 励起光としてのレーザ光を出射する出射層を有する複数の励起光源と、
   上記励起光源から出射された励起光を受光する受光面を有し、当該受光面において励起光を受けて発光する発光部と、を備え、
   上記出射層を含む第１平面それぞれと上記受光面を含む第２平面とがなす交線のうちから選択される２つの交線どうしが、０°よりも大きく１８０°よりも小さい角度で交差しており、
   上記受光面における１つの上記レーザ光の光強度分布において複数のピークが形成され、
   上記複数の励起光源から出射された上記レーザ光が上記受光面において形成する照射領域のそれぞれは、他の照射領域と重ならない領域を有していることを特徴とする発光装置。
3. 隣接する２つの励起光源が形成する交線どうしのなす角をθとしたとき、
   θ＝１８０°／上記励起光源の個数
   を満たすように、上記励起光源が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 上記受光面における上記励起光の光強度分布がガウシアン分布よりも分散されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 上記受光面における照射領域の範囲を調節する両凸レンズを備え、
   上記励起光源と上記両凸レンズとの距離が当該両凸レンズの焦点距離よりも長くなるように、当該励起光源あるいは両凸レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置を含むことを特徴とする照明装置。

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