JP5883114B2 - 発光装置、車両用前照灯および照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を蛍光体（発光部）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、該発光装置を含む車両用前照灯およ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た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に関する技術の一例として特許文献１および２に開示された灯具がある。特許文献１および２に記載された灯具では、単一もしくは複数の励起光源から発生する励起光をレンズを用いて単一の小さな蛍光体に集光させている。
しかしながら、上記特許文献１および２に開示された灯具では、励起光源として半導体レーザを用いた場合、レンズを用いてレーザ光を発光部上に集光させるので、例えば、図９（ａ）に示すように、発光部上に集光レンズＬの焦点Ｆがあるような場合、焦点Ｆの位置におけるレーザ光の光密度が高くなり過ぎる可能性があるという問題点がある。
また、このような問題点を解決するために、発光部上のレーザ光の光密度を下げるように焦点Ｆから距離ｇだけずらして発光部を配置（図９（ｂ）参照）したとしても、振動や経年劣化により、半導体レーザと発光部との光学的配置にずれ等が生じた場合に、容易に発光部上のレーザ光の光密度が大きく変動する。また、例えば、焦点Ｆが発光部に近づく方向に光学的配置がずれた場合、結局、発光部上のレーザ光の光密度が過度に高くなり過ぎる可能性がある。
一方、発光部上のレーザ光の光密度が高くなり過ぎると、発光部に含まれる蛍光体の粒子そのもの、あるいはその周囲の封止材に、熱または光による復元不可能な損傷（劣化）が生じる。
また、熱または光による復元不可能な損傷が生じない場合でも、蛍光体の粒子の熱による温度上昇により、発光効率の低下(温度消光)が生じ、発光部の発光効率が低下してしまう。
本発明の目的は、発光部の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止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、上記課題を解決するために、レーザ光を発する光照射ユニットと、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記光照射ユニットは、レーザ光を出射するレーザチップと、上記レーザチップを格納するレーザパッケージと、上記レーザパッケージのキャップ部の先端側に設けられたレンズとを有し、上記レーザチップおよび上記レンズは、上記レーザパッケージに対して固定されていることを特徴としている。
本発明に係る発光装置は、以上のように、レーザ光を発する光照射ユニットと、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記光照射ユニットは、レーザ光を出射するレーザチップと、上記レーザチップを格納するレーザパッケージと、上記レーザパッケージのキャップ部の先端側に設けられたレンズとを有し、上記レーザチップおよび上記レンズは、上記レーザパッケージに対して固定されているものである。
それゆえ、レーザチップとレンズとの相対的位置関係がずれることを抑制して、発光部の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止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ついて図１〜図１１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。
〔１．ヘッドランプ１０の構成〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態であるヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）１０の概略構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１０の構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、ヘッドランプ１０は、光照射ユニット（光照射部、レーザ素子）１、発光部４、ハーフパラボラミラー（反射鏡）５、窓部６、金属ベース（熱伝導部材）７、フィン８を備えている。
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態であるヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）１０の概略構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１０の構成を概略的に示す断面図である。図１に示すように、ヘッドランプ１０は、光照射ユニット（光照射部、レーザ素子）１、発光部４、ハーフパラボラミラー（反射鏡）５、窓部６、金属ベース（熱伝導部材）７、フィン８を備えている。
（光照射ユニット１）
光照射ユニット１は、（レーザ光の）伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を発光部４の光照射面（不図示）に照射するものである。よって、光照射ユニット１によれば、発光部４の光照射面上で、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。これにより、発光部４の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止することができる。なお、「光照射面」は、発光部４を構成する複数の表面のうちの１つの面であっても良いし、複数の面であっても良い。
光照射ユニット１は、（レーザ光の）伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を発光部４の光照射面（不図示）に照射するものである。よって、光照射ユニット１によれば、発光部４の光照射面上で、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。これにより、発光部４の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止することができる。なお、「光照射面」は、発光部４を構成する複数の表面のうちの１つの面であっても良いし、複数の面であっても良い。
本実施形態のヘッドランプ１０では、図１に示すように、光照射ユニット１を２個設けている。しかしながら、光照射ユニット１の数はこれに限定されず、１個だけであっても良いし、３個以上設けても良い。但し、光照射ユニット１は、複数設けることが好ましい。この場合、複数の光照射ユニット１のそれぞれからレーザ光が発振される。なお、高出力のレーザ光を得るためには、複数の光照射ユニット１を用いる方が容易である。
ここで、「ビーム径」は、光強度が最大強度の１／ｅ２以下となる領域の最大径である。また、「伝播方向に対してビーム径が単調に増加する」とは、光路上の任意の位置において、レーザ光の伝播距離に対するビーム径の増加率の値が、正または０（但し、すべての位置において常に０となる場合は除く）であれば良く、光路上の任意の位置において一定値となる必要はない。
また、本実施形態の光照射ユニット１は、レーザパッケージ（筐体）２と拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）３とを備える。
（レーザパッケージ２）
レーザパッケージ２は、その内部に後述するレーザチップＬＣ（レーザ光源）を格納して保護するものであるが、その詳細については後述する。
レーザパッケージ２は、その内部に後述するレーザチップＬＣ（レーザ光源）を格納して保護するものであるが、その詳細については後述する。
また、レーザパッケージ２のキャップ部の先端側には、拡大レンズ３が装着され、レーザパッケージ２と拡大レンズ３とは一体化されている。レーザパッケージ２と拡大レンズ３とは必ずしも一体化する必要はないが、一体化しておけば、光照射ユニット１の振動／経年劣化等により、レーザチップＬＣと拡大レンズ３との相対的位置関係がずれることがない。また、光照射ユニット１の部品点数を少なくし、光照射ユニット１全体のサイズを小さくすることもできる。
（拡大レンズ３）
ここで、図１０および図１１に基づき、集光レンズＬを用いてレーザ光を発光部４上に集光させた場合の問題点について説明する。以下で説明する（１）および（２）の問題点は、本願発明者らがはじめて見出した問題点であり、上記特許文献１および２を含む従来の技術では指摘されていなかった問題点である。
ここで、図１０および図１１に基づき、集光レンズＬを用いてレーザ光を発光部４上に集光させた場合の問題点について説明する。以下で説明する（１）および（２）の問題点は、本願発明者らがはじめて見出した問題点であり、上記特許文献１および２を含む従来の技術では指摘されていなかった問題点である。
（１）まず、図１０（ａ）に示すように、上述した光照射ユニット１と、発光部４との間に集光レンズＬを配置して、発光部４の光照射面上に実際にレーザ光を照射したときの、光密度と発光部４の光照射面の状態との関係について調べた。
このとき、光密度２０００ｍＷ／ｍｍ２以上のレーザ光が照射された部分で発光部４に復元不可能なダメージが発生することがわかった（但し、この特性は発光部４の材料に依存する）。
（２）次に、図１０（ｂ）に発光部４の光照射面上の光密度と発光強度（照度）との関係について調べた例を示す。
図１０（ｂ）に示すように、発光強度は、発光部４の光照射面上の光密度が８００ｍＷ／ｍｍ２に達するまでは単調に増加し、その後は、光照射面上の光密度が大きくなるにつれて発光強度は、単調に減少することがわかった。これは、発光部４に含まれる蛍光体の粒子の熱による温度上昇により、発光効率の低下(温度消光)が起こるからであると考えられる。なお、この特性は発光部４の材料に依存する。
以上の問題点を踏まえ、本実施形態の拡大レンズ３は、レーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させてレーザ光を出射できるレンズ（発散レンズ）を採用している。これにより、レーザチップＬＣおよび発光部４間の距離と、発光部４の光照射面の面積とに併せて、出射した後のビーム径の増加率を小さくすることで、光照射面に対するレーザ光の照射面積が光照射面の面積よりも大きくなってしまうことを防止することができる。
拡大レンズ３の形状としては、本実施形態では、両凸レンズであるがこれに限られない、例えば、その他、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ等も例示できる。
その他のレンズとしては、ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens：屈折率勾配変化型レンズ）も例示できる。
なお、ＧＲＩＮレンズは、レンズが凸又は凹の形状をしていなくても、レンズ内部の屈折率勾配によってレンズ作用が生じるレンズである。
よって、ＧＲＩＮレンズを用いれば、ＧＲＩＮレンズの端面を平面としたままでレンズ作用を生じさせることができる。
なお、発光部４の光照射面における任意の位置でのレーザ光の光密度は、２０００ｍＷ／ｍｍ２よりも小さいことが好ましい。
上述したように、この例では、発光部４の光照射面における任意の位置でのレーザ光の光密度が、２０００ｍＷ／ｍｍ２以上となる場合、そのレーザ光が照射された箇所に復元不可能な損傷（劣化）が生じる可能性がある。よって、上記構成のように、発光部４の光照射面における任意の位置でのレーザ光の光密度が、２０００ｍＷ／ｍｍ２よりも小さければ、発光部４の劣化を確実に防止できる。
また、発光部４における光照射面の任意の位置でのレーザ光の光密度は、５００ｍＷ／ｍｍ２以上、１３００ｍＷ／ｍｍ２以下であることがより好ましい。
発光部４の光照射面における任意の位置でのレーザ光の光密度が、５００ｍＷ／ｍｍ２未満であるか、１３００ｍＷ／ｍｍ２を超えると、発光部の発光効率が最大のときの８５％以下となってしまう可能性がある。
よって、上記構成のように、発光部４の光照射面における任意の位置でのレーザ光の光密度が、５００ｍＷ／ｍｍ２以上、１３００ｍＷ／ｍｍ２以下であれば、発光部の劣化および発光部の温度上昇による発光効率の低下を確実に防止できる。
なお、拡大レンズ３の材質はＢＫ（ボロシリケート・クラウン）７を採用し、レンズ表面にはＡＲ（Anti-Reflection）コーティングを施している。
次に、図２に基づき、本実施形態のヘッドランプ１０（特に光照射ユニット１）の機能について説明する。
図２は、ヘッドランプ１０（特に光照射ユニット１）の機能を説明するための模式図であり、図２の（ａ）は、通常の使用状態のとき（正常状態のとき）の様子を示し、図２の（ｂ）は、振動等により発光部と光照射部との相対的位置関係がずれたとき（異常状態のとき）の様子を示す。
図２の（ａ）に示すように、光照射ユニット１は、レーザチップＬＣから拡大レンズ３に入射するレーザ光のスポットの面積（照射面積）が、発光部４の光照射面の面積よりも小さい。
これにより、拡大レンズ３を透過した後のレーザ光が発散し、発光部４の光照射面上の広い照射面積でレーザ光が照射されるので、光照射面上でレーザ光が集光されることはなく、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所は生じない。
また、図２の（ａ）の正常状態から図２の（ｂ）の異常状態に移行したとしても、拡大レンズ３を透過した後のレーザ光を発散させているので、発光部４の光照射面上で光密度が過度に高くなる箇所が生じる可能性はない。
以上より、ヘッドランプ１０（特に光照射ユニット１）によれば、発光部４の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止することができることがわかる。
なお、拡大レンズ３に替えて、コリメータレンズでコリメートしたレーザ光（コリメート光）を発光部４に照射することも考えられる。しかしながら、万一の場合にもコリメート光が外部に漏れることは好ましくないため、本願の光照射ユニット１のように、レーザ光はコリメートさせず、発散させながら使う方が良い。
（発光部４）
発光部４は、光照射ユニット１から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発生するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。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は、光照射ユニット１から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発生するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。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。
ヘッドランプ１０では、発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
発光部４の形状は、本実施形態では、底面の円の直径が２ｍｍφの円柱形状（円盤状）であるが、そのサイズおよび形状は、これに限定されず、任意のサイズおよび様々な形状を選択できる。円盤状以外の形状としては、角柱状、楕円柱状などを例示できる。
この発光部４は、金属ベース７の上かつハーフパラボラミラー５のほぼ焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した蛍光は、ハーフパラボラミラー５の反射曲面（反射面）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（紙面に対して上）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。
次に、発光部４の蛍光体としては、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、光照射ユニット１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、ヘッドランプ１０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１０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）や、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。
（ハーフパラボラミラー５）
ハーフパラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光を反射面で反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する。このハーフパラボラミラー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。
ハーフパラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光を反射面で反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する。このハーフパラボラミラー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。
ハーフパラボラミラー５の開口部（紙面に対して右側）は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行き（紙面に対して左右方向の幅）は３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
また、ハーフパラボラミラー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回転放物面（パラボラ）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反射面として有している。これにより、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、パラボラの残り半分に相当する部分に、パラボラ以外の構造体を配置できる。
さらに、ハーフパラボラミラー５によれば、反射面で制御できなかった蛍光のほとんどがパラボラ側に出射される。この特性を利用して、ヘッドランプ１０のパラボラ側の広い範囲を照らすこともできる。
（窓部６）
次に、光照射ユニット１は、ハーフパラボラミラー５の外部に配置されており、ハーフパラボラミラー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。
次に、光照射ユニット１は、ハーフパラボラミラー５の外部に配置されており、ハーフパラボラミラー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。
以上の構成によれば、ハーフパラボラミラー５の外部から、ハーフパラボラミラー５に設けられた窓部６を通して発光部４にレーザ光を照射できる。それゆえ、光照射ユニット１の配置の自由度を高めることができ、例えば、発光部４の光照射面に対するレーザ光の照射角度を好ましい角度に設定することが容易になる。
次に、窓部６は、複数の光照射ユニット１に共通のものが１個設けられていても良いし、各光照射ユニット１に対応した複数の窓部６が設けられていても良い。
なお、本実施形態のハーフパラボラミラー５では、反射鏡の形状の一例として、パラボラを、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であるハーフパラボラ形状としたが、反射鏡の形状はこれに限定されない。
例えば、反射鏡の形状は、パラボラであっても良いし、回転楕円面の一部の部分曲面や半球面であってもよい。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出来る。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ハーフパラボラミラー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、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出来る。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ハーフパラボラミラー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。
本実施形態のヘッドランプ１０では、金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。その裏側には、長さ３０ｍｍ、後述する幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
金属ベース７は、ハーフパラボラミラー５によって覆われているため、金属ベース７は、ハーフパラボラミラー５の反射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、ハーフパラボラミラー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。
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。
（光照射ユニット１の詳細）
次に、図３および４に基づき、上述した光照射ユニット１の詳細について説明する。図３は、光照射ユニット１の構成を示す図であり、図３の（ａ）は、光照射ユニット１の外観を示す斜視図であり、図３の（ｂ）は、光照射ユニット１のキャップ部の構成を示す断面図である。
次に、図３および４に基づき、上述した光照射ユニット１の詳細について説明する。図３は、光照射ユニット１の構成を示す図であり、図３の（ａ）は、光照射ユニット１の外観を示す斜視図であり、図３の（ｂ）は、光照射ユニット１のキャップ部の構成を示す断面図である。
図３の（ｂ）に示すように、光照射ユニット１は、５．６ｍｍφのレーザパッケージ２のキャップ部の先端側に、拡大レンズ３を装着したものである。
また、レーザパッケージ２の内部には、ステムＳＴ上に固定されたレーザチップＬＣが存在している。なお、レーザチップＬＣは、レーザ光を出射するレーザ光源として機能する半導体レーザ素子である。このレーザチップＬＣは、１チップに１個の発光点Ｐを有するものであってもよく、１チップに複数の発光点Ｐを有するものであってもよい。レーザチップＬＣの発振波長は、４０５ｎｍであり、出力は１Ｗである。
拡大レンズ３は、上述した底面の円の直径が２ｍｍφの発光部４を励起するのに適したレンズを選択すれば良い。なお、拡大レンズ３のレンズ径ｄは、１．５ｍｍであり、レンズ有効径ｅｒは、１．０ｍｍである。
ここで、距離ｄ１は、キャップボトムＢからレーザチップＬＣの発光点Ｐまでの距離であり、１．５ｍｍである。また、距離ｄ２は、発光点Ｐから拡大レンズ３のレンズ中心Ｃまでの距離であり、１．５ｍｍである。なお、当然ながら、レーザチップＬＣと拡大レンズ１３とは光軸調整を行っている。なお、キャップ高さｈは、３．０ｍｍであり、キャップの厚さｔは、０．１２ｍｍである。
次に、図４に基づき、光照射ユニット１の機能について説明する。
光照射ユニット１は、図４に示すように、レーザ光が徐々に拡がりながら（ビーム径が単調に増加しながら）レーザ光が放出され、距離Ｄ＝６０ｍｍ離れた地点においても、Ｗ＝２ｍｍφの小さな領域を照射することができることがわかった。
この場合、レーザチップＬＣからの光出力の９０％以上のエネルギーを６０ｍｍ離れた２ｍｍφの領域に到達させることができ、非常に効率が高いものであることがわかる。
以上の光照射ユニット１では、正常状態か異常状態かに関わらず、図１０に示すような集光レンズＬを使う場合と異なり、過度にレーザ光が発光部４に集光されることがない。
また、光照射ユニット１では、製造時のレーザチップＬＣと拡大レンズ３との位置合わせや、光軸調整を高精度で行うことができる。
例えば、製造時（キャップのアライメント時）に、レーザ光を弱く光らせながら、拡大レンズ３を通して出てくる光のスポット径や位置をモニターしながらレンズ付きキャップの位置を決めるアクティブアライメントを用いた製造方法を採用すれば、レーザチップＬＣとキャップに設けた拡大レンズ３との位置関係をより精密に決めることができる。
なお、光照射ユニット１では、発光部４の光照射面に照射されるレーザ光のスポットの面積（照射面積）が、レーザ光を出射するレーザチップＬＣの発光点Ｐの発光面積よりも大きいことが好ましい。
特に、本実施形態の発光部４は、直径２ｍｍφの円を底面とする円柱形状であるから、発光部４の光照射面に照射されるレーザ光のスポットの面積（照射面積）は、０．１ｍｍφ以上、２ｍｍφ以下であることが好ましい。
これにより、発散したレーザ光が発光部４の光照射面に照射されるので、発光部４の光照射面上でレーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。
また、拡大レンズ３は、レーザチップＬＣから出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであり、レンズを透過した後のレーザ光のビーム径が単調に増加することが好ましい。これにより、レンズを透過した後のレーザ光が発散するので、発光部４の光照射面上でレーザ光が集光されることはなく、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所は生じない。
また、光照射ユニット１では、レーザチップＬＣから拡大レンズ３に入射するレーザ光のスポットの面積（レンズ表面に対する照射面積）が、発光部４の光照射面の面積よりも小さいことが好ましい。これにより、拡大レンズ３を透過した後のレーザ光が発散するので、発光部４の光照射面上でレーザ光が集光されることはなく、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所は生じない。
〔２．ヘッドランプ２０の構成〕
次に、図５は、本発明の他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）２０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ２０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
次に、図５は、本発明の他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）２０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ２０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
図５の（ｂ）に示すように、ヘッドランプ２０は、主として（１）上述した光照射ユニット１の数を合計８個備えている点、（２）紙面に対して左側から３個−２個−３個の配置（以下、３段配置という）で最密充填した立体配置としている点がヘッドランプ１０と異なっている。なお、本実施形態のヘッドランプ２０では、ヘッドランプ１０が備えるフィン８を設けていないが、フィン８を設けるか否かは適宜選択できる。
（光照射ユニット１の詳細）
光照射ユニット１は、上述したように、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
光照射ユニット１は、上述したように、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
光照射ユニット１は、拡大レンズ３を介して、窓部６を通してレーザ光を発光部４に照射する。より具体的には、レーザ光は、後述する発光部４のほぼ中央付近（ハーフパラボラミラー５の焦点位置）を、２ｍｍΦの面積で照射されるように光スポットが拡大される。３段配置の各光照射ユニット１から出射されるレーザ光は、窓部６を通して入射角３０〜７０°の範囲で発光部４に照射される。
（発光部４の詳細）
発光部４は、白色で発光するように、３種類のＲＧＢ蛍光体が混合されている。赤色蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、緑色蛍光体は、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕであり、青色蛍光体は（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕである。
発光部４は、白色で発光するように、３種類のＲＧＢ蛍光体が混合されている。赤色蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであり、緑色蛍光体は、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕであり、青色蛍光体は（ＢａＳｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕである。
これらの蛍光体の粉末が樹脂（例えば、シリコーン樹脂）に均一に混ぜ込まれて金属ベース７上に塗布されている。
発光部４の形状は、例えば、底面の円の直径１０ｍｍΦ×厚さ０．１ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
（ハーフパラボラミラー５の詳細）
ハーフパラボラミラー５の開口部（紙面に対して右側）は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行き（紙面に対して左右方向の幅）は３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
ハーフパラボラミラー５の開口部（紙面に対して右側）は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行き（紙面に対して左右方向の幅）は３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
(金属ベース７の詳細)
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース７で発光部４を冷却でき、発光部４の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース７で発光部４を冷却でき、発光部４の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。
（ヘッドランプ２０の効果）
ヘッドランプ２０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
ヘッドランプ２０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
なお、この場合でも、発光部４の側面から出射した蛍光（側方出射蛍光）は制御できす、正面以外に投光される可能性が高い。
しかしながら、発光部４の光照射面の面積がレーザ光のスポットの面積より大きいため、側方出射蛍光が少なくなる。それゆえ、上記構成により、ハーフパラボラミラー５により制御できない蛍光を低減でき、蛍光の利用効率を高めることができる。
また、ハーフパラボラミラー５の外部から、ハーフパラボラミラー５に設けられた窓部６を通して発光部４にレーザ光を照射できる。それゆえ、光照射ユニット１の配置の自由度を高めることができ、例えば、発光部４の光照射面に対するレーザ光の照射角度を好ましい角度に設定することが容易になる。
〔３．ヘッドランプ３０の構成〕
次に、図６は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）３０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ３０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
次に、図６は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）３０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ３０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
図６の（ｂ）に示すように、ヘッドランプ３０は、主として（１）上述した光照射ユニット１の数を合計５個備えている点、（２）ハーフパラボラミラー５の外面に沿って（紙面に対して上側から下側に向けて）各光照射ユニット１が配置され、複数の窓部６を通して発光部４にレーザ光を照射している点が、上述したヘッドランプ１０と異なっている。
（光照射ユニット１の詳細）
光照射ユニット１は、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計５個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は５Ｗとなる。
光照射ユニット１は、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計５個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は５Ｗとなる。
光照射ユニット１は、拡大レンズ３を介して、各光照射ユニット１に対応する合計５個の窓部６を通してレーザ光を発光部４に照射する。より具体的には、レーザ光は、後述する発光部４のほぼ中央付近（ハーフパラボラミラー５の焦点位置）を、底面の円の直径が２ｍｍΦの円柱形状の発光部４の全体に照射されるように光スポットが拡大される。
（発光部４の詳細）
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。
本実施形態のヘッドランプ２０の発光部４の形状およびサイズは、例えば、底面の円の直径２ｍｍΦ×厚さ０．１ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
（ハーフパラボラミラー５の詳細）
本実施形態のヘッドランプ２０のハーフパラボラミラー５の開口部（紙面に対して右側）は、半径２５ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行き（紙面に対して左右方向の幅）は４５ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
本実施形態のヘッドランプ２０のハーフパラボラミラー５の開口部（紙面に対して右側）は、半径２５ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行き（紙面に対して左右方向の幅）は４５ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
（金属ベース７の詳細）
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。また、その裏側には、長さ２５ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。これにより、発光部４からの熱や、レーザ光由来の熱を放熱する。
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。また、その裏側には、長さ２５ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。これにより、発光部４からの熱や、レーザ光由来の熱を放熱する。
これにより、金属ベース７で発光部４を冷却でき、発光部４の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
（ヘッドランプ３０の効果）
ヘッドランプ３０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
ヘッドランプ３０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
また、ヘッドランプ３０では、他方向から発光部４の全体にレーザ光を照射するので、発光部４の発光効率をより高めることができる。
また、ハーフパラボラミラー５の外部から、ハーフパラボラミラー５に設けられた窓部６を通して発光部４にレーザ光を照射できる。それゆえ、光照射ユニット１の配置の自由度を高めることができ、例えば、発光部４の光照射面に対するレーザ光の照射角度を好ましい角度に設定することが容易になる。
〔４．ヘッドランプ４０の構成〕
次に、図７は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）４０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ４０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
次に、図７は、本発明のさらに他の実施形態であるヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）４０の構成を示す模式図である。ヘッドランプ４０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
図７に示すように、ヘッドランプ４０は、光照射ユニット（光照射部）１ａ、発光部４、ハーフパラボラミラー５、金属ベース７およびフィン８を備えている。
また、光照射ユニット１ａは、複数のＬＤ（レーザ素子）２ａと集光レンズ１１とのセット、複数の光ファイバー１２、拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）１３、反射ミラー１４を備える。本実施形態の光照射ユニット１ａは、複数の光学部品で、光照射部を構成した場合の一例である。本実施形態の光照射ユニット１ａのように、拡大レンズ３は、ＬＤ２ａからのレーザ光を直接受けるものに限定されるものではなく、発光部４に照射されるレーザ光を制御するものであれば良い。
集光レンズ１１は、ＬＤ２ａから発振されたレーザ光を、光ファイバー１２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。ＬＤ２ａと集光レンズ１１とのセットは、複数の光ファイバー１２のそれぞれと一対一で対応付けられている。すなわち、ＬＤ２ａは、集光レンズ１１を介して光ファイバー１２と光学的に結合されている。
光ファイバー１２は、ＬＤ２ａが発振したレーザ光を発光部４へと導く導光部材である。この光ファイバー１２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層構造を有しており、入射端部から入射したレーザ光は、光ファイバー１２の内部を通り、他方の端部である出射端部から出射する。光ファイバー１２の出射端部はフェルール等により束ねられている。
光ファイバー１２の出射端部から出射から出射したレーザ光は、拡大レンズ１３によって、直径２ｍｍΦの光照射面を有する発光部４の全体に照射されるように拡大される。拡大されたレーザ光は、反射ミラー１４によって反射されることで光路を変更し、ハーフパラボラミラー５の窓部６を通って発光部４へ導かれる。なお、レーザ光は、４５°の角度で発光部４に照射される。
（ＬＤ２ａの詳細）
ＬＤ２ａは、上記光照射ユニット１のキャップ部の先端部に設けられていた拡大レンズ３が装着されていない通常の５ｍｍΦの半導体レーザパッケージである。また、ＬＤ２ａは、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
ＬＤ２ａは、上記光照射ユニット１のキャップ部の先端部に設けられていた拡大レンズ３が装着されていない通常の５ｍｍΦの半導体レーザパッケージである。また、ＬＤ２ａは、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計８個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は８Ｗとなる。
（発光部４の詳細）
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。発光部４の形状およびサイズは、例えば、直径２ｍｍΦで、厚さ０．２ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。発光部４の形状およびサイズは、例えば、直径２ｍｍΦで、厚さ０．２ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
（ハーフパラボラミラー５の詳細）
ハーフパラボラミラー５の開口部は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
ハーフパラボラミラー５の開口部は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
（金属ベース７の詳細）
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース７で発光部４を冷却でき、発光部４の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。金属ベース７の裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
金属ベース７は、銅からなるものであり、発光部４が配置される側の表面にアルミニウムが蒸着されている。これにより、金属ベース７で発光部４を冷却でき、発光部４の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。金属ベース７の裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
（ヘッドランプ４０の効果）
ヘッドランプ４０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
ヘッドランプ４０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
また、ハーフパラボラミラー５の外部から、ハーフパラボラミラー５に設けられた窓部６を通して発光部４にレーザ光を照射できる。それゆえ、光照射ユニット１ａの配置の自由度を高めることができ、例えば、発光部４の光照射面に対するレーザ光の照射角度を好ましい角度に設定することが容易になる。
〔５．ヘッドランプ５０の構成〕
次に、図８は、本発明のさらに他の実施形態のヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）５０を示す模式図である。ヘッドランプ５０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
次に、図８は、本発明のさらに他の実施形態のヘッドランプ（車両用前照灯、照明装置）５０を示す模式図である。ヘッドランプ５０は、発光部４から発生する蛍光を投光する照明装置である。
図８に示すように、ヘッドランプ５０は、光照射ユニット（光照射部）１ｂ、発光部４、ハーフパラボラミラー５および金属ベース７を備えている。
また、光照射ユニット１ｂは、合計１０個のＬＤ２ａと集光レンズ１１とのセット、１０個の光ファイバー１２、拡大レンズ１３および反射ミラー１４を備えている。
ヘッドランプ５０では、金属ベース７に開口部７ａが設けられており、この開口部７ａを通して、発光部４の紙面に対して底面側からレーザ光を照射する。
それゆえ、ハーフパラボラミラー５に窓部６を形成する必要がなくなり、ハーフパラボラミラー５の反射面の面積を実質的に増やすことができ、制御できる蛍光の量を増やすことができる。本実施形態の光照射ユニット１ｂのように、発光部４の光照射面は、ハーフパラボラミラー５に対向する面だけでなく、ハーフパラボラミラー５側からは見えない、隠れた面であっても良い。
なお、発光部４は、図８に示すように金属ベース７の開口部７ａよりも大きく、当該開口部７ａを覆うように配置されていてもよいし、開口部７ａとほぼ同じ大きさの発光部４が当該開口部７ａにはめ込まれていてもよい。
集光レンズ１１および光ファイバー１２については、上述したとおりである。
光ファイバー１２の出射端部から出射から出射したレーザ光は、拡大レンズ１３を介して、開口部７ａを通してレーザ光を発光部４に照射される。より具体的には、レーザ光は、後述する発光部４のほぼ中央付近（ハーフパラボラミラー５の焦点位置）を、２ｍｍΦの面積で照射されるように光スポットが拡大される。
拡大されたレーザ光は、反射ミラー１４によって反射されることで光路を変更し、金属ベース７の開口部７ａを通って発光部４へ導かれる。なお、レーザ光は、９０°の角度で発光部４に照射される。
なお、本実施形態のヘッドランプ５０では、発光部４の光照射面の面積がレーザ光のスポットの面積より大きいため、側方出射蛍光が少なくなる。それゆえ、上記構成により、ハーフパラボラミラー５により制御できない蛍光を低減でき、蛍光の利用効率を高めることができる。
（ＬＤ２ａの詳細）
ＬＤ２ａは、上述したキャップ部に拡大レンズ１３が装着されていない５ｍｍΦの通常の半導体レーザパッケージである。また、ＬＤ２ａは、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計１０個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は１０Ｗとなる。
ＬＤ２ａは、上述したキャップ部に拡大レンズ１３が装着されていない５ｍｍΦの通常の半導体レーザパッケージである。また、ＬＤ２ａは、４０５ｎｍのレーザ光を出射する１Ｗ出力のものであり、合計１０個設けられている。そのため、レーザ光の総出力は１０Ｗとなる。
（発光部４の詳細）
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。発光部４の形状およびサイズは、例えば、直径５ｍｍΦで、厚さ０．１ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
発光部４の構成材料は、ヘッドランプ２０で説明したものと同じであるが、発光部４のサイズが異なっている。発光部４の形状およびサイズは、例えば、直径５ｍｍΦで、厚さ０．１ｍｍの円柱形状（円盤状）である。
発光部４は、蛍光体を焼結させて固めている。
（ハーフパラボラミラー５の詳細）
ハーフパラボラミラー５の開口部は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
ハーフパラボラミラー５の開口部は、半径３０ｍｍの半円であり、ハーフパラボラミラー５の奥行きは３０ｍｍである。発光部４は、ハーフパラボラミラー５の焦点位置に配置されている。
（金属ベース７の詳細）
金属ベース７は、表面が銀コーティングされた金属製ミラーである。金属ベース７の裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
金属ベース７は、表面が銀コーティングされた金属製ミラーである。金属ベース７の裏側には、長さ３０ｍｍ、幅１ｍｍのフィン８が、５ｍｍ間隔で設けられている。なお、金属ベース７とフィン８とは、一体として形成されていていてもよい。
（ヘッドランプ５０の効果）
ヘッドランプ４０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
ヘッドランプ４０では、発光部４の上部を覆うようにハーフパラボラミラー５が設置されていることにより、発光部４から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができ、発光部４からの蛍光の大部分をハーフパラボラミラー５で制御することができる。
また、ハーフパラボラミラー５にレーザ光を透過させる開口部を形成する必要がなくなり、ハーフパラボラミラー５の反射面の面積を実質的に増やすことができ、制御できる蛍光の量を増やすことができる。
〔付記事項〕
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。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置は、レーザ光を発する光照射ユニットと、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記光照射ユニットは、レーザ光を出射するレーザチップと、上記レーザチップを格納するレーザパッケージと、上記レーザパッケージのキャップ部の先端側に設けられたレンズとを有し、上記レーザチップおよび上記レンズは、上記レーザパッケージに対して固定されていることを特徴としている。
本発明の態様１に係る発光装置は、レーザ光を発する光照射ユニットと、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、上記光照射ユニットは、レーザ光を出射するレーザチップと、上記レーザチップを格納するレーザパッケージと、上記レーザパッケージのキャップ部の先端側に設けられたレンズとを有し、上記レーザチップおよび上記レンズは、上記レーザパッケージに対して固定されていることを特徴としている。
また、本発明の態様２に係る発光装置では、上記態様１において、上記光照射ユニットを複数備え、複数の上記光照射ユニットから発せられた複数のレーザ光を、上記発光部上の一つの領域に照射してもよい。
また、本発明の態様３に係る発光装置では、上記態様１また２において、上記レンズは、上記レーザチップから出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて出射してもよい。
また、本発明の態様４に係る発光装置では、上記態様１〜３において、上記発光部から発生した蛍光を投光する投光部材をさらに備えてもよい。
本発明の態様５に係る車両用前照灯は、上記態様１〜４の発光装置を含むことを特徴としている。
本発明の態様６に係る照明装置は、上記態様１〜４の発光装置を含むことを特徴としている。
〔補足〕
なお、本願発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の発光装置は、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を上記発光部の光照射面に照射する光照射部とを備えていることを特徴とする。
なお、本願発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の発光装置は、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を上記発光部の光照射面に照射する光照射部とを備えていることを特徴とする。
上記構成によれば、（レーザ光の）伝播方向に対してビーム径が単調に増加するレーザ光を発光部の光照射面に照射する。よって、発光部の光照射面上で、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。これにより、発光部の劣化および温度上昇による発光効率の低下を防止することができる。
なお、「光照射面」は、発光部を構成する複数の表面のうちの１つの面であっても良いし、複数の面であっても良い。「ビーム径」は、光強度が最大強度の１／ｅ２以下となる領域の最大径である。「伝播方向に対してビーム径が単調に増加する」とは、光路上の任意の位置において、レーザ光の伝播距離に対するビーム径の増加率の値が、正または０（但し、すべての位置において常に０となる場合は除く）であれば良く、光路上の任意の位置において一定値となる必要はない。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記発光部の上記光照射面に照射されるレーザ光のスポットの面積が、上記レーザ光を出射するレーザ光源の発光点の発光面積よりも大きいことが好ましい。
上記構成では、発光部の光照射面に照射されるレーザ光のスポットの面積（照射面積）が、レーザ光源の発光点の発光面積よりも大きい。これにより、発散したレーザ光が発光部の光照射面に照射されるので、発光部の光照射面上で、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所が生じない。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記光照射部は、上記レーザ光源から出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて出射する増加率変更素子を備えていても良い。
上記構成によれば、レーザ光源および発光部間の距離と、発光部の光照射面の面積とに併せて、出射した後のビーム径の増加率を小さくすることで、光照射面に対するレーザ光の照射面積が光照射面の面積よりも大きくなってしまうことを防止することができる。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記増加率変更素子は、上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであり、上記レンズを透過した後のレーザ光のビーム径が単調に増加することが好ましい。
上記構成によれば、レンズを透過した後のレーザ光が発散するので、発光部の光照射面上でレーザ光が集光されることはなく、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所は生じない。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記レーザ光源から上記レンズに入射するレーザ光のスポットの面積が、上記発光部の上記光照射面の面積よりも小さいことが好ましい。
上記構成によれば、レンズを透過した後のレーザ光が発散するので、発光部の光照射面上でレーザ光が集光されることはなく、レーザ光の光密度が高くなりすぎる箇所は生じない。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記光照射部は、上記レーザ光源を格納する筐体を備え、上記筐体と上記増加率変更素子とが一体化されていても良い。
上記構成によれば、光照射部の振動／経年劣化等によりレーザ光源と増加率変更素子との相対的位置関係がずれることがない。また、光照射部の部品点数を少なくし、光照射部全体のサイズを小さくすることもできる。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記発光部から発生した蛍光を反射する反射鏡を備え、上記発光部における上記光照射面の上方に上記反射鏡の一部が配置されており、上記発光部の上記光照射面に照射された上記レーザ光のスポットの面積が上記光照射面よりも小さくても良い。
上記構成によれば、発光部の光照射面が反射鏡と対向しているため、発光部から出射した蛍光のうち、その進路を制御できる蛍光の割合を高めることができる。
なお、この場合でも、発光部の側面から出射した蛍光（側方出射蛍光）は制御できす、正面以外に投光される可能性が高い。
しかしながら、光照射面の面積がレーザ光のスポットの面積より大きいため、側方出射蛍光が少なくなる。それゆえ、上記構成により、反射鏡により制御できない蛍光を低減でき、蛍光の利用効率を高めることができる。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記反射鏡は、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回転放物面を、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反射面として有していても良い。
上記構成によれば、反射鏡は、回転放物面（パラボラ）を、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一部を反射面として有しているので、発光部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、パラボラの残り半分に相当する部分に、パラボラ以外の構造体を配置できる。
さらに、上記構成では、反射鏡で制御できなかった蛍光のほとんどがパラボラ側に出射される。この特性を利用して、発光装置のパラボラ側の広い範囲を照らすこともできる。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記レーザ光源は、上記反射鏡の外部に配置されており、上記レーザ光を透過または通過させる窓部が上記反射鏡に設けられていても良い。
上記構成によれば、反射鏡の外部から、反射鏡に設けられた窓部を通して発光部にレーザ光を照射できる。それゆえ、レーザ光源の配置の自由度を高めることができ、例えば、発光部の光照射面に対するレーザ光の照射角度を好ましい角度に設定することが容易になる。
なお、上記窓部は、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有するものであってもよい。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記発光部は、熱伝導部材によって支持されていても良い。
上記構成によれば、熱伝導部材によって発光部を冷却でき、発光部の発光効率がレーザ光による温度上昇によって低下することを防止できる。
また、本発明の発光装置は、上記構成に加えて、上記熱伝導部材には、開口部が形成されており、上記レーザ光は、当該開口部を通して上記発光部に照射されても良い。
上記構成によれば、反射鏡にレーザ光を透過させる開口部を形成する必要がなくなり、反射鏡の反射面の面積を実質的に増やすことができ、制御できる蛍光の量を増やすことができる。
また、上記発光装置を含む車両用前照灯および照明装置も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、本発明のレーザ素子は、レーザ光を出射するレーザ光源と、上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであって、上記レンズを透過した後のレーザ光の伝播方向に対するビーム径が単調に増加するレンズとを備えていることを特徴とする。
伝播方向に対するビーム径が単調に増加する（発散する）レーザ光を出射できるレーザ素子を提供できるので、上記発光装置に好適な部品となる。
また、本発明のレーザ素子は、上記構成に加えて、上記レーザ光源を格納する筐体を備え、上記筐体と上記レンズとが一体化されていることが好ましい。
上記構成によれば、レーザ素子の振動／経年劣化等によりレーザ光源とレンズとの相対的位置関係がずれることがない。また、レーザ素子の部品点数を少なくし、レーザ素子全体のサイズを小さくすることができる。
〔補足２〕
また、本願発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の態様７に係る発光装置は、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、上記発光部から発生した蛍光を反射する曲面を内壁に有する反射鏡とを備え、上記発光部における、上記レーザ光が照射される光照射面と反対側の面である光出射面と対向する位置に上記反射鏡の一部が配置されており、上記光照射面側には上記反射鏡が配置されていないことを特徴とする。
また、本願発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の態様７に係る発光装置は、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部と、上記発光部から発生した蛍光を反射する曲面を内壁に有する反射鏡とを備え、上記発光部における、上記レーザ光が照射される光照射面と反対側の面である光出射面と対向する位置に上記反射鏡の一部が配置されており、上記光照射面側には上記反射鏡が配置されていないことを特徴とする。
また、本発明の態様８に係る発光装置では、上記態様７において、上記光照射面に照射される上記レーザ光は、該レーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率の値が正である構成であってもよい。
また、本発明の態様９に係る発光装置では、上記態様８において、レーザ光源から出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させて出射する増加率変更素子をさらに備えていてもよい。
また、本発明の態様１０に係る発光装置では、上記態様９において、上記増加率変更素子は、上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光路上に配置されたレンズであってもよい。
また、本発明の態様１１に係る発光装置は、上記態様７〜１０において、上記発光部は、熱伝導部材によってその周囲が支持されていてもよい。
本発明の態様１２に係る車両用前照灯は、上記態様７〜１１における発光装置を含んでいてもよい。
本発明の態様１３に係る照明装置は、上記態様７〜１１における発光装置を含んでいてもよい。
本発明のレーザ素子および発光装置は、車両用前照灯のみならず、その他の照明装置に適用することができる。その他の照明装置の一例としては、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。さらに、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。
１ 光照射ユニット（光照射部、レーザ素子）
１ａ 光照射ユニット（光照射部）
１ｂ 光照射ユニット（光照射部）
２ レーザパッケージ（筐体）
２ａ ＬＤ（レーザ素子）
３ 拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）
４ 発光部
５ ハーフパラボラミラー（反射鏡）
６ 窓部
７ 金属ベース（熱伝導部材）
７ａ 開口部
１０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
１３ 拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）
２０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
３０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
４０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
５０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
ＬＣ レーザチップ（レーザ光源）
Ｐ 発光点
１ａ 光照射ユニット（光照射部）
１ｂ 光照射ユニット（光照射部）
２ レーザパッケージ（筐体）
２ａ ＬＤ（レーザ素子）
３ 拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）
４ 発光部
５ ハーフパラボラミラー（反射鏡）
６ 窓部
７ 金属ベース（熱伝導部材）
７ａ 開口部
１０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
１３ 拡大レンズ（増加率変更素子、レンズ）
２０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
３０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
４０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
５０ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
ＬＣ レーザチップ（レーザ光源）
Ｐ 発光点
Claims (6)
- レーザ光を発する光照射ユニットと、
レーザ光が照射されることにより蛍光を発生する発光部とを備え、
上記光照射ユニットは、
レーザ光を出射するレーザチップと、
上記レーザチップを格納するレーザパッケージと、
上記レーザパッケージのキャップ部の先端側に設けられたレンズとを有し、
上記レーザチップおよび上記レンズは、上記レーザパッケージに対して固定されていることを特徴とする発光装置。 - 上記光照射ユニットを複数備え、
複数の上記光照射ユニットから発せられた複数のレーザ光を、上記発光部上の一つの領域に照射することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - 上記レンズは、上記レーザチップから出射されたレーザ光の伝播方向に対するビーム径の増加率を減少させるとともに、上記レーザ光の上記ビーム径を単調に増加させて出射す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。
- 上記発光部から発生した蛍光を投光する投光部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の発光装置。
- 請求項１から４までのいずれか一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。
- 請求項１から４までのいずれか一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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