JP6071265B2 - 光源装置およびそれを備えた投光装置 - Google Patents

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Description

この発明は、光源装置およびそれを備えた投光装置に関し、特に、２次元状に配置された複数の発光素子部を含む光源装置およびそれを備えた投光装置に関する。
従来、２次元状に配置された複数の発光素子部を備えた投光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、複数のＬＥＤチップと、複数のＬＥＤチップが２次元状に実装された基板と、複数のＬＥＤチップを収納するケースと、ケースの開口部に設けられＬＥＤチップから出射した光が照射される蛍光体（蛍光部材）とを備えた車載用ヘッドランプ（投光装置）が開示されている。複数のＬＥＤチップは、粗密を有するように２次元状に配置されている。ケースの開口部は、ロービーム（すれ違い用前照灯）に要求される投光パターンが得られるように、所定の形状に形成されている。
特開２００９−１２９６８３号公報
ところで、自動車用の前照灯（ヘッドランプ）では、ハイビーム（走行用前照灯）とロービーム（すれ違い用前照灯）とを切り替える必要がある。また、ステアリングの操舵に連動させて、ＡＦＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｒｏｎｔ−Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）のように自動車の曲がる方向を照明する前照灯もある。
しかしながら、上記特許文献１の車載用ヘッドランプでは投光パターンを変更することができないため、この車載用ヘッドランプを用いる場合、ハイビーム用の前照灯を別途設ける必要があるという問題点がある。
さらに、ＡＦＳのように自動車の曲がる方向を照明する場合、機械的動作により光の出射方向を変更する必要があり、前照灯が大型化するという問題点もある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、小型化が可能で、かつ、投光パターンを変更することが可能な光源装置およびそれを備えた投光装置を提供することである。
なお、本明細書において、投光パターンを変更するとは、投光パターンの形状（投光領域の形状）を変更する場合や、投光パターンのサイズ（投光領域のサイズ）を変更する場合や、投光パターンの濃淡を変更する（投光領域内のある領域の明暗を変更する）場合を含む概念である。
上記目的を達成するために、この発明の光源装置は、光を投光する投光装置に用いられる光源装置であって、２次元状に配置され、個別に光量の制御が可能な複数の発光素子部と、複数の発光素子部から出射した光が照射されるとともに、光を拡散させた状態で出射する光拡散部材と、を備え、発光素子部の各々から出射した光の中心軸と光拡散部材との複数の交点は、２次元状に配置され、複数の発光素子部が個別に光量の制御が行われることによって、光拡散部材のうちの光を出射する出射領域の発光形状と、出射領域の発光サイズと、出射領域から出射する光の強度分布との少なくとも１つが変更される。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、投光するとは、所定領域（所定方向）に光を当てて照らすことを言う。また、光量の制御とは、発光素子の光出力を増減させるだけでなく、ＯＮ／ＯＦＦを切り替える場合も含む。また、光量の制御が可能とは、通電制御可能なことで実現される。通電制御可能とは、発光素子部への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるだけでなく、電力供給量を増減する場合も含む概念である。
この発明の光源装置は、上記のように、２次元状に配置される複数の発光素子部と、複数の発光素子部から出射した光が照射される光拡散部材と、を備え、複数の発光素子部が個別に光量の制御が行われることによって、光拡散部材のうちの光を出射する出射領域の発光形状と、出射領域の発光サイズと、出射領域から出射する光の強度分布との少なくとも１つが変更される。これにより、光拡散部材から出射する光のパターンを変更することができるので、投光装置から出射する光の投光パターンを変更することができる。また、必要な投光パターン毎に投光装置を設ける必要がないので、投光装置を小型化することができる。
また、複数の発光素子部を個別に光量の制御を行うだけで、光拡散部材における発光形状と、発光サイズと、光の強度分布との少なくとも１つが変更される。これにより、投光パターンを変更することができるので、投光パターンを変更するための機械的機構が不要となる。すなわち、電気的な制御だけで投光パターンを変更することができる。これにより、光源装置および投光装置を小型化することができるとともに、投光パターンを瞬時に切り替えることができる。
上記光源装置において、好ましくは、光拡散部材は、複数の発光素子部から出射した光が照射されるように、２次元状の拡がりを有する。このように構成すれば、光拡散部材を例えば発光素子部毎に設ける必要がないので、光拡散部材の数が増加するのを抑制することができる。
上記光源装置において、好ましくは、半導体基板上に複数の発光素子部が２次元状に形成された面発光レーザアレイを備える。例えば上記特許文献１のように個片化された複数のＬＥＤチップ（発光素子部）を２次元状に基板上に実装する場合、発光素子部の数の増加に伴って、製造時間および製造コストが大幅に増加するが、面発光レーザアレイを用いれば、製造時間および製造コストが増加するのを抑制することができる。また、複数の発光素子部を高精度で配置することができるとともに、レーザ光源（複数の発光素子部）を小型化することができる。さらに、発光素子部間の電気的特性のばらつきを抑制することができる。このように、面発光レーザアレイを用いることは、個片化された複数の発光素子部を基板上に実装する場合よりもはるかに好ましい。
上記光源装置において、好ましくは、光拡散部材は、発光素子部からの光により励起される蛍光部材を含む。
上記光源装置において、好ましくは、光拡散部材は、発光素子部からの光を波長変換せずに散乱させる。
上記光源装置において、好ましくは、隣接する発光素子部から出射した光による出射領域が互いに重なっている。このように構成すれば、隣接する発光素子部から出射した光による出射領域同士の間に暗部（光が出射しない領域）が形成されるのを抑制することができる。
上記光源装置において、好ましくは、複数の発光素子部は選択的に通電される。このように構成すれば、光拡散部材の出射領域の発光形状や発光サイズを容易に変更することができるので、投光パターンの形状やサイズを容易に変更することができる。
この場合、好ましくは、複数の発光素子部は、グループ分けされており、グループ毎に選択的に通電される。このように構成すれば、発光素子部を駆動するための配線数を低減させることができるので、光量の制御が容易になる。
上記光源装置において、好ましくは、複数の発光素子部の光出射側を覆うように配置され、発光素子部から出射した光を透過する透光性部材を備える。このように構成すれば、発光素子部の表面を保護することができる。また、透光性部材を用いて発光素子部を密封することも可能で、この場合、埃等から発光素子部を保護することができる。
この発明の投光装置は、上記の構成の光源装置と、光拡散部材から出射した光を投光する投光部材と、を備える。このように構成すれば、小型化が可能で、かつ、投光パターンを変更することが可能な投光装置を得ることができる。
上記投光装置において、好ましくは、投光部材は投光レンズを含み、投光レンズは出射領域の発光形状を反映した投光を行う。このように構成すれば、出射領域の発光形状を反映した投光を容易に行うことができる。なお、投光レンズを用いて投光する場合、投光レンズを設けずに光を例えば反射部材により投光する場合に比べて、投光パターンは出射領域の発光形状をより反映しやすくなる。
上記投光装置において、好ましくは、車両用の前照灯に用いられる。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、投光部材は焦点を有し、投光部材の焦点は、出射領域のうちの投光パターンのカットオフラインを投影する部分に配置されている。このように構成すれば、カットオフラインにおいて明暗を急峻に切り替えることができるので、特に効果的である。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、カットオフラインとは、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンの明暗の区切り線のことを言う。カットオフラインでは、明暗が急峻に切り替わることが要求される。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、制御部は、運転者によるロービーム点灯操作またはハイビーム点灯操作に基づいて、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、ロービーム用の投光パターンまたはハイビーム用の投光パターンに容易に切り替えることができる。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、制御部は、車速に基づいて、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、車速に応じた投光パターンに自動で切り替えることができるので、特に効果的である。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、制御部は、運転者によるステアリング操作に基づいて、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、車両の曲がる方向を自動で照明することができるので、特に効果的である。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、制御部は、投光方向周辺の物体を検出するための検出装置の検出結果に基づいて、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、車両の進行方向の状況に応じた照明を行うことができるので、特に効果的である。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、物体とは、人物を含む概念である。
上記制御部および検出装置を備える投光装置において、好ましくは、制御部は、検出装置により対向車が検出された場合に、対向車への投光量が減少するように、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、対向車の運転者に与えるグレア光を抑制することができる。
上記制御部および検出装置を備える投光装置において、好ましくは、制御部は、検出装置により歩行者または軽車両が検出された場合に、歩行者または軽車両へ投光される光の強度が高くなるように、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、歩行者や軽車両が視認されやすくなるので、運転者は歩行者や軽車両の存在に気付きやすくなる。また、歩行者は車両の存在に気付きやすくなる。
上記車両用の前照灯に用いられる投光装置において、好ましくは、発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、制御部は、自車両を目的地まで経路案内するナビゲーション装置からの信号に基づいて、自車両が進むべき方向を示す図形が運転者により視認されるように、発光素子部への通電を制御する。このように構成すれば、運転者は、ナビゲーション装置の表示部を見ることなく、ナビゲーション情報を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、小型化が可能で、かつ、投光パターンを変更することが可能な光源装置およびそれを備えた投光装置を容易に得ることができる。
本発明の第１実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の光源装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 本発明の第１実施形態の面発光レーザアレイのレーザ素子部の構造を示した拡大断面図である。 図３に示した全てのレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の照射領域を示した図である。 図３に示した全てのレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図３に示した全てのレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第１実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図８の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図８の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 自動車のロービームに要求される投光パターンを説明するための図である。 本発明の第１実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図１２の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図１２の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第２実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図１５の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第２実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図１７の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第２実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図１９の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第２実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図２１の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第２実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図２３の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第３実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図２５の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第４実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図２７の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第５実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図２９の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第６実施形態の投光装置から出射する光の投光パターンを示した図である。 本発明の第６実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図３２の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 本発明の第６実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図３４の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図３４の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第７実施形態の投光装置から出射する光の投光パターンを示した図である。 本発明の第７実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図３８の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図３８の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第８実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図４１の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図４１の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第８実施形態の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 図４４の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、蛍光部材の出射領域を示した図である。 図４４の２点鎖線で囲ったレーザ素子部からレーザ光が出射したときの、投光パターンを示した図である。 本発明の第１変形例の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 本発明の第２変形例の面発光レーザアレイの構造を示した正面図である。 本発明の第３変形例の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第４変形例の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第５変形例の光源装置の構造を示した断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による投光装置１の構造について説明する。
本発明の第１実施形態による投光装置１は、例えば自動車（車両）の前方を照明する前照灯（灯具）として用いられるものである。投光装置１は図１に示すように、光源装置１０と、光源装置１０が取り付けられる取付部材２０と、光源装置１０から出射した光を利用して所定の方向に光を投光する投光部材３０と、投光装置１を制御する制御部４０とを備える。
光源装置１０は図２に示すように、複数のレーザ素子部（発光素子部）が半導体基板上に２次元状に形成された所謂面発光レーザアレイ１１と、面発光レーザアレイ１１の背面側が固定される固定部材１２と、面発光レーザアレイ１１を収納する収納部材１３と、面発光レーザアレイ１１の光出射側を覆う透光性部材１４と、面発光レーザアレイ１１から出射した光により励起される蛍光部材１５（光拡散部材）とを含んでいる。面発光レーザアレイ１１は、ウェハプロセスによって、半導体基板上に複数のレーザ素子部が一括して形成されたものである。ここで、蛍光部材１５は、蛍光体を励起する光および蛍光体から出射される蛍光の一部を拡散させて放射するものであり、光拡散部材とも称することにする。
面発光レーザアレイ１１は図３に示すように、約１２００μｍの長さ（Ｌ１１）と、約５５０μｍの幅（Ｗ１１）と、数百μｍの厚みとを有する。面発光レーザアレイ１１の主面１１ａには、個別に光量の制御が可能な複数のレーザ素子部１１ｂ（発光素子部）が２次元状に配置されている。具体的には、レーザ素子部１１ｂは例えば３２（８×４）個形成されている。また、中央上寄りのレーザ素子１１ｂの間隔が狭くなり、左下および右下のレーザ素子部１１ｂの間隔が広くなっている。なお、図３のｐ１００、ｐ１５０、ｐ２００は、レーザ素子部１１ｂの配置ピッチがそれぞれ１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍであることを示している。
レーザ素子部１１ｂは励起光として機能するレーザ光を出射する。レーザ素子部１１ｂから出射するレーザ光の放射角（レーザ光の強度がピーク強度に対して半分になる角度範囲）は、約８°である。また、レーザ素子部１１ｂは、例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する青色のレーザ光を出射するように構成されている。なお、各レーザ素子部１１ｂの最大出力は例えば０．１Ｗである。
レーザ素子部１１ｂは図４に示すように、ｎ型ＧａＮからなる半導体基板１１ｃと、半導体基板１１ｃ上に順に形成されるｎ型ＧａＮからなるバッファ層１１ｄ、２９ペアのＡｌＮ層／ＧａＮ層からなるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１１ｅ、および、ｎ型ＧａＮからなるクラッド層１１ｆとを含んでいる。また、クラッド層１１ｆの所定の位置には、円柱状の凸部が設けられている。この凸部上には、１０ペアのＩｎＧａＮ層／ＧａＮ層からなる多重量子井戸活性層１１ｇと、ｐ+型ＧａＮからなるクラッド層１１ｈとが形成されている。また、クラッド層１１ｈ上の中央部には、１０ペアのＴａ2Ｏ2層／ＳｉＯ2層からなる誘電体ＤＢＲ層１１ｉが形成されている。また、クラッド層１１ｈ上には、誘電体ＤＢＲ層１１ｉの周囲に、窒化珪素からなる絶縁膜１１ｊと、ｐ電極１１ｋとが形成されている。絶縁膜１１ｊは、凸部の側面を覆うように形成されている。また、クラッド層１１ｆ上には、凸部から所定の距離を隔てて、ｎ電極１１ｍが形成されている。
ｐ電極１１ｋおよびｎ電極１１ｍには、図示しない配線層やＡｕワイヤなどが電気的に接続されており、各レーザ素子部１１ｂを個別に駆動できるようになっている。誘電体ＤＢＲ層１１ｉは例えば１０μｍの直径を有する。また、誘電体ＤＢＲ層１１ｉ、クラッド層１１ｈ、多重量子井戸活性層１１ｇ、クラッド層１１ｆおよびＤＢＲ層１１ｅによって共振器が構成されており、ｐ電極１１ｋとｎ電極１１ｍとの間に電圧を印加すると、誘電体ＤＢＲ層１１ｉからレーザ光が出射する。すなわち、レーザ素子部１１ｂを主面１１ａ側から見ると、誘電体ＤＢＲ層１１ｉが発光点となっており、発光点の直径は例えば１０μｍとなる。
収納部材１３は図２に示すように、レーザ光の出射側に開口部を有する箱型に形成されている。収納部材１３は例えばセラミックスや金属により形成されている。
固定部材１２は金属製のヒートシンクであり、収納部材１３の背面から露出している。これにより、面発光レーザアレイ１１で発生する熱を効率よく放熱させることが可能である。透光性部材１４はレーザ光を透過するガラスなどからなり、収納部材１３の開口部を密封している。透光性部材１４の表面には、面発光レーザアレイ１１からのレーザ光が反射するのを抑制する反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜が設けられていてもよい。
蛍光部材１５は図５に示すように、複数のレーザ素子部１１ｂから出射したレーザ光が照射されるように２次元状に拡がっており、約１３００μｍの長さ（Ｌ１５）と、約６５０μｍの幅（Ｗ１５）とを有する。蛍光部材１５は例えば板状のガラス部材に蛍光体が封止されたものである。蛍光部材１５は図２に示すように、面発光レーザアレイ１１の複数のレーザ素子部１１ｂ（図３参照）から出射したレーザ光が照射されるように、透光性部材１４を介してレーザ素子部１１ｂに対向配置されている。蛍光部材１５は透光性部材１４上に固定されていてもよい。なお、蛍光部材１５は、透光性部材１４に接していなくてもよい。蛍光部材１５はレーザ光が照射される照射面１５ａと、光を拡散させた状態で出射する出射面１５ｂとを有する。照射面１５ａは面発光レーザアレイ１１から例えば２．０ｍｍの距離を隔てて配置されている。
蛍光部材１５は、レーザ光（励起光）の一部を蛍光に変換して出射する。蛍光部材１５は、例えば青色光（励起光）を黄色光に変換して出射する蛍光体粒子を用いて形成されている。青色光を黄色光に変換する蛍光体としては、例えばＹＡＧ蛍光体が挙げられる。この光源装置１０では、波長変換されなかった青色光と、波長変換された黄色光とが混色されることによって、白色光が得られる。
また、蛍光部材１５は図１に示すように、投光部材３０の後述する反射部材３１の反射面３１ａの第１焦点Ｆ３１ａを含む領域に配置されている。
蛍光部材１５の照射面１５ａは、各レーザ素子部１１ｂから出射したレーザ光が照射される円形状の複数の照射領域を有する。なお、図５に示すように、各レーザ素子部１１ｂによる照射領域の中心Ｓｏ１は、レーザ素子部１１ｂの各々から出射したレーザ光の中心軸と蛍光部材１５の照射面１５ａとの交点であり、２次元状に配置される。また、蛍光部材１５の出射面１５ｂは図６に示すように、光が出射する円形状の複数の出射領域Ｓ２を有する。なお、出射光の強度がピーク強度に対して半分になる範囲を出射領域Ｓ２としている。ここで、レーザ光とレーザ光によって励起されて発生する蛍光とは蛍光部材１５内で散乱されるが、蛍光部材１５の厚みが極端に大きくなければ、照射面１５ａにおける各レーザ素子部１１ｂによるレーザ光の照射領域と、図６に示される出射面１５ｂにおける出射光の出射領域Ｓ２とは、同程度の大きさになる。
レーザ光は進行方向に対して所定の拡がり角を有した状態で進行し、蛍光部材１５に入射し、出射領域Ｓ２に相当する面積の蛍光部材１５を励起する。この時発生する蛍光は、蛍光部材１５内で蛍光体粒子による散乱を伴いながら出射面１５ｂから出射される。そして、出射領域Ｓ２の直径は例えば２８０μｍになる。このため、隣接する出射領域Ｓ２（隣接するレーザ素子部１１ｂから出射したレーザ光による出射領域Ｓ２）は、互いに重なっている。そして、複数の出射領域Ｓ２が重なり合うことによって、１つの出射領域Ｓが形成される。なお、全てのレーザ素子部１１ｂが通電されて図６に示した出射領域Ｓから光が出射すると、投光装置１の２５ｍ前方の投光パターンＰは図７に示すように楕円形状になる。
光源装置１０には図１に示すように、レーザ素子部１１ｂ（図３参照）に電力を供給する電力供給部（図示せず）を介して、制御部４０が接続されている。制御部４０により、レーザ素子部１１ｂへの通電が個別に制御される。これにより、レーザ素子部１１ｂの出力（光量）が個別に制御される。例えば、制御部４０により、レーザ素子部１１ｂを選択的に通電すれば、蛍光部材１５の出射領域Ｓの発光形状および発光サイズを容易に変更することが可能である。また、制御部４０により、レーザ素子部１１ｂへの通電量を個別に増減すれば、蛍光部材１５の出射領域Ｓから出射する光の強度分布を容易に変更することが可能である。
また、制御部４０は、投光装置１を点灯／消灯するために運転者が操作する主スイッチ（図示せず）と、ロービームおよびハイビームを切り替えるための切替スイッチとに接続されている。そして、制御部４０は、運転者によるロービーム点灯操作またはハイビーム点灯操作に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。また、制御部４０は、車速（自動車の走行速度）を検出するための車速検出器、運転者によるステアリングの操舵角を検出するための舵角検出器、投光方向周辺の物体を検出するための検出装置、または、自車両を目的地まで経路案内するナビゲーション装置などにも必要に応じて接続されている。
図１に示すように、取付部材２０は例えば金属ブロックにより形成されており、光源装置１０で発生した熱を放熱する機能を有する。取付部材２０の表面は、反射面で形成されていてもよい。
投光部材３０は反射部材３１と凸レンズ３２（投光レンズ）とを含んでいる。反射部材３１の反射面３１ａは、光源装置１０の蛍光部材１５の出射面１５ｂに対向するように配置されているとともに、蛍光部材１５からの光を凸レンズ３２に向かって反射する機能を有する。また、反射面３１ａは、楕円面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面３１ａは楕円面を、その第１焦点Ｆ３１ａと第２焦点Ｆ３１ｂとを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、前記軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。なお、第１焦点とは、反射面３１ａの頂点Ｖ３１に近い方の焦点のことを言い、第２焦点とは、反射面３１ａの頂点Ｖ３１から遠い方の焦点のことを言う。
また、反射面３１ａは約２０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１０ｍｍの半径を有する半円形状に形成されている。なお、反射部材３１は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。
凸レンズ３２は反射部材３１の前方に配置されている。凸レンズ３２は約１０ｍｍの半径を有する。凸レンズ３２は反射部材３１により反射された光を透過して投光装置１の外部に出射する。凸レンズ３２の焦点Ｆ３２と反射部材３１の反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂとは略一致している。このため、凸レンズ３２は出射領域Ｓの発光形状、発光サイズ、および、出射領域Ｓから出射する光の強度分布を反映した投光を行う。なお、凸レンズ３２は平凸レンズであってもよいし、両凸レンズやその他の形状であってもよい。
本実施形態では、蛍光部材１５の出射面１５ｂから出射した光は、反射部材３１の反射面３１ａで反射され、反射面３１ａの第２焦点Ｆ３１ｂ（またはその近傍）を通過して凸レンズ３２により投光される。そして、投光装置１の２５ｍ前方の投光パターンＰは、出射領域Ｓの発光形状、および、出射領域Ｓから出射する光の強度分布を凡そ保って投影したものとなる。
なお、上記した投光装置１を自動車の前照灯として用いる場合、投光装置１を例えば５個並べて自動車片側分の前照灯ユニットとした。また、各投光パターンＰが重ね合わさるように、５個の投光装置１を設置した。投光装置１の数は、光源装置１０の出力に応じて適宜設定されるものであり、光源装置１０の出力が十分大きい場合は、１個の投光装置１により自動車片側分の前照灯ユニットを構成してもよい。
次に、図６〜図１４を参照して、投光装置１の動作および投光パターンＰについて説明する。
この投光装置１では、投光装置１を点灯／消灯するための主スイッチが運転者によりオンされると、制御部４０により、図８の２点鎖線Ｌで囲ったレーザ素子部１１ｂが選択的に通電されて駆動される。このとき、図９に示した出射領域Ｓから光が出射する。出射領域Ｓから出射した光は反射部材３１および凸レンズ３２により投光される。そして、投光装置１の２５ｍ前方の投光パターンＰは図１０に示すようになり、ロービーム用の投光パターンＰが得られる。
具体的には、ロービーム用の投光パターンＰは、右上方向には拡がらず、左右方向（水平方向）および下方向に拡がる。なお、右とは、自動車の走行方向に向かって右側（Ｃ方向側）のことを意味し、左とは、自動車の走行方向に向かって左側（Ｃ方向とは反対側）のことを意味する。ロービーム用の投光パターンＰでは、カットオフラインＭ１およびＭ２において明暗が急峻に切り替わっており、カットオフラインＭ１およびＭ２の上側の領域には照明光が照射されない。すなわち、投光パターンＰは右上部分を切り欠いたような形状に形成される。このため、対向車の運転者に与えるグレア光を抑制することが可能である。また、カットオフラインＭ１およびＭ２の交点であるエルボー点Ｅ近傍の領域（自動車の真正面の領域）の光度が最も高くなり、エルボー点Ｅから離れるにしたがって光度が低くなっている。本明細書において、エルボー点Ｅとは、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンＰの左半分および右半分のカットオフラインＭ１およびＭ２の交点のことを言う。
なお、日本などの左側通行の国では自動車のロービームは図１１に示すように、右上部分を切り欠いたような投光パターンＰが要求される。カットオフラインＭ１およびＭ２では、対向車の運転者にグレア光を与えないように、明暗が急峻に切り替わることが必要である。また、カットオフラインＭ１およびＭ２の交点であるエルボー点Ｅ近傍の領域Ｒ１（自動車の真正面の領域）の光度が最も高くなり、領域Ｒ１から離れるにしたがって光度が低くなる。すなわち、領域Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の順に光度が低くなる。
次に、ロービームとハイビームとを切り替えるための切替スイッチが運転者により操作され、ロービームからハイビームに切り替えられると、制御部４０により、図１２の２点鎖線Ｌで囲ったレーザ素子部１１ｂが選択的に通電されて駆動される。このとき、図１３に示した出射領域Ｓから光が出射する。そして、投光パターンＰは図１４に示すようになり、ハイビーム用の投光パターンＰが得られる。
また、必要に応じて、全てのレーザ素子部１１ｂが通電されるように構成されていてもよい。この場合、図６に示した出射領域Ｓから光が出射し、投光パターンＰは図７に示すようになる。これにより、より広い領域を照明することが可能である。
本実施形態では、上記のように、２次元状に配置される複数のレーザ素子部１１ｂと、複数のレーザ素子部１１ｂから出射した光が照射される蛍光部材１５と、を備え、複数のレーザ素子部１１ｂが個別に光量の制御が行われることによって、蛍光部材１５の出射領域Ｓの発光形状と、出射領域Ｓの発光サイズと、出射領域Ｓから出射する光の強度分布との少なくとも１つが変更される。これにより、蛍光部材１５から出射する光のパターンを変更することができるので、投光装置１から出射する光の投光パターンＰを変更することができる。また、必要な投光パターンＰ毎に投光装置１を設ける必要がないので、投光装置１を小型化することができる。
また、複数のレーザ素子部１１ｂを個別に光量の制御を行うだけで、蛍光部材１５における発光形状と、発光サイズと、光の強度分布との少なくとも１つが変更される。これにより、投光パターンＰを変更することができるので、投光パターンＰを変更するための機械的機構が不要となる。すなわち、電気的な制御だけで投光パターンＰを変更することができる。これにより、光源装置１０および投光装置１を小型化することができるとともに、投光パターンＰを瞬時に切り替えることができる。
また、上記のように、蛍光部材１５は、複数のレーザ素子部１１ｂから出射した光が照射されるように、２次元状の拡がりを有する。これにより、蛍光部材１５を例えばレーザ素子部１１ｂ毎に設ける必要がないので、蛍光部材１５の数が増加するのを抑制することができる。
また、上記のように、半導体基板１１ｃ上に複数のレーザ素子部１１ｂが２次元状に形成された面発光レーザアレイ１１を備えている。例えば上記特許文献１のように個片化された複数のＬＥＤチップ（発光素子部）を２次元状に基板上に実装する場合、発光素子部の数の増加に伴って、製造時間および製造コストが大幅に増加するが、面発光レーザアレイ１１を用いれば、製造時間および製造コストが増加するのを抑制することができる。また、複数のレーザ素子部１１ｂを高精度で配置することができるとともに、レーザ光源（複数のレーザ素子部１１ｂ）を小型化することができる。さらに、レーザ素子部１１ｂ間の電気的特性のばらつきを抑制することができる。このように、面発光レーザアレイ１１を用いることは、個片化された複数の発光素子部を基板上に実装する場合よりもはるかに好ましい。
また、上記のように、複数のレーザ素子部１１ｂの光出射側を覆うように配置され、レーザ素子部１１ｂから出射した光を透過する透光性部材１４を備えている。これにより、レーザ素子部１１ｂの表面を保護することができる。また、透光性部材１４を用いてレーザ素子部１１ｂを密封することによって、埃や蛍光部材１５から出るガス等からレーザ素子部１１ｂを保護することができる。
また、上記のように、隣接するレーザ素子部１１ｂから出射した光による出射領域Ｓ２が互いに重なっている。これにより、隣接するレーザ素子部１１ｂから出射した光による出射領域Ｓ２同士の間に暗部（光が出射しない領域）が形成されるのを抑制することができる。
また、上記のように、複数のレーザ素子部１１ｂは選択的に通電される。これにより、蛍光部材１５の出射領域Ｓの発光形状や発光サイズを容易に変更することができるので、投光パターンＰの形状やサイズを容易に変更することができる。
また、上記のように、投光レンズ３２を設けることによって、出射領域Ｓの発光形状を反映した投光を容易に行うことができる。なお、投光レンズ３２を用いて投光する場合、投光レンズ３２を設けずに光を反射部材３１により投光する場合に比べて、投光パターンＰは出射領域Ｓの発光形状をより反映しやすくなる。
また、上記のように、制御部４０は、運転者によるロービーム点灯操作またはハイビーム点灯操作に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、ロービーム用の投光パターンＰまたはハイビーム用の投光パターンＰに容易に切り替えることができる。
（第２実施形態）
この第２実施形態では、図１５〜図２４を参照して、上記第１実施形態に比べて、面発光レーザアレイ１１にレーザ素子部１１ｂがより多く設けられている場合について説明する。
本発明の第２実施形態による投光装置１では図１５に示すように、面発光レーザアレイ１１の主面１１ａにはレーザ素子部１１ｂが例えば８４個形成されている。このため、複数のレーザ素子部１１ｂは、上記第１実施形態に比べて、より密集して配置されている。また、複数のレーザ素子部１１ｂは例えば千鳥状に配置されている。
例えば、複数のレーザ素子部１１ｂのうち、図１５の２点鎖線Ｌで囲まれたレーザ素子部１１ｂが選択的に通電されると、蛍光部材１５の出射領域Ｓは図１６に示すようになる。
出射領域Ｓはロービームの投光パターンＰが投影像となるように左右方向に非対称に形成され、右上部分を切り欠いたような形状になる。また、出射領域Ｓには、投光パターンＰのカットオフラインＭ１、Ｍ２およびエルボー点Ｅが投影像となるラインＳｍ１、Ｓｍ２および点ＳＥが形成される。このラインＳｍ１およびＳｍ２は、出射領域Ｓの縁部の一部を構成している。点ＳＥはラインＳｍ１とラインＳｍ２との交点である。
また、反射部材３１の反射面３１ａの第１焦点Ｆ３１ａは、蛍光部材１５の出射領域Ｓの点ＳＥ（ラインＳｍ１およびＳｍ２の交点）に略一致するように配置されている。言い換えると、第１焦点Ｆ３１ａは、出射領域Ｓのうちの投光パターンＰのエルボー点Ｅを投影する位置に配置されている。
なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
次に、投光装置１の動作および投光パターンＰについて説明する。
この投光装置１では、投光装置１を点灯／消灯するための主スイッチが運転者によりオンされると、制御部４０により、図１５の２点鎖線Ｌで囲ったレーザ素子部１１ｂが選択的に通電されて駆動される。このとき、図１６に示した出射領域Ｓから光が出射する。出射領域Ｓから出射した光は反射部材３１および凸レンズ３２により投光され、ロービーム用の投光パターンＰが得られる。
また、制御部４０により、図１７の２点鎖線Ｌで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動されてもよい。この場合、図１８に示した出射領域Ｓから光が出射し、投光パターンＰのサイズを小さくすることが可能である。
また、制御部４０により、図１９の２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を多くし、２点鎖線Ｌｂで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を少なくしてもよい。この場合、図２０に示した出射領域Ｓａから出射する光の強度が高くなり、出射領域Ｓｂから出射する光の強度が低くなる。すなわち、出射領域Ｓから出射する光の強度分布を変更することにより、投光パターンＰに濃淡を付与することが可能となる。これにより、投光パターンＰを、一般的なロービームの投光パターンに近づけることが可能となる。また、自動車の真正面から外れた領域を不必要に照明するのを抑制することが可能となるので、消費電力を抑制することが可能となる。
投光パターンＰに、さらに濃淡を付与することも可能である。例えば、制御部４０により、図２１の２点鎖線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅでそれぞれ囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を段階的に少なくする。すなわち、２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を最も多くし、２点鎖線Ｌｅで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を最も少なくする。この場合、図２２に示した出射領域Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅからそれぞれ出射する光の強度が段階的に低くなる。これにより、投光パターンＰにさらに濃淡が付与される。
また、ロービームとハイビームとを切り替えるための切替スイッチが運転者により操作され、ロービームからハイビームに切り替えられると、制御部４０により、図２３の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。このとき、制御部４０により、２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を多くし、２点鎖線Ｌｂで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量を少なくしてもよい。この場合、図２４に示した出射領域Ｓａから出射する光の強度が高くなり、出射領域Ｓｂから出射する光の強度が低くなる。そして、ハイビーム用の投光パターンＰに濃淡が付与される。
なお、第２実施形態のその他の動作は、上記第１実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、反射部材３１の反射面３１ａの第１焦点Ｆ３１ａは、出射領域Ｓのうちの投光パターンＰのエルボー点Ｅ（カットオフラインＭ１およびＭ２の交点）を投影する部分（点ＳＥ）に配置されている。これにより、エルボー点Ｅ（カットオフラインＭ１およびＭ２の交点）において明暗を急峻に切り替えることができるので、特に効果的である。また、エルボー点Ｅ近傍を最も明るくすることができる。すなわち、自動車の真正面の領域を最も明るく照らすことができる。
第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
この第３実施形態では、図１９、図２０、図２５および図２６を参照して、上記第２実施形態と異なり、車速に基づいて出射領域Ｓおよび投光パターンＰのサイズが変更される場合について説明する。
本発明の第３実施形態による投光装置１では、制御部４０は、車速を検出するための車速検出器（図示せず）にも接続されている。制御部４０は、車速に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御するように構成されている。
この投光装置１では、市街地等を低速で走行している場合、車速検出器から車速信号が制御部４０に送信され、制御部４０により車速が低速であると判断される。そして、上記第２実施形態で説明したように、制御部４０により、図１９の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図２０に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。
その一方、高速道路等を高速で走行している場合、車速検出器から車速信号が制御部４０に送信され、制御部４０により車速が高速であると判断される。そして、制御部４０により、図２５の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。すなわち、通電されるレーザ素子部１１ｂの数が減らされる。具体的には、自車両近くの左右を照明するためのレーザ素子部１１ｂへの通電が制限され、出射領域Ｓｂの発光サイズが小さくなる。これにより、投光パターンＰのサイズも小さくなる。自動車の真正面から外れた領域を不必要に照明するのを抑制することが可能となるので、消費電力を抑制することが可能となる。
なお、第３実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、制御部４０は、車速に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、車速に応じた投光パターンＰに自動で切り替えることができるので、特に効果的である。
第３実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
（第４実施形態）
この第４実施形態では、図１９、図２０、図２７および図２８を参照して、上記第２および第３実施形態と異なり、左側通行時と右側通行時とで出射領域Ｓおよび投光パターンＰを左右反転させる場合について説明する。
本発明の第４実施形態による投光装置１では、制御部４０は、左側通行用ロービームと右側通行用ロービームとを切り替えるための左右切替スイッチ（図示せず）にも接続されている。制御部４０は、運転者による左右切替スイッチの操作に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御するように構成されている。
この投光装置１では、左側通行である例えばイギリス内を走行する場合、上記第２実施形態で説明したように、制御部４０により、図１９の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図２０に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射し、左側通行用の投光パターンＰが得られる。
次に、イギリスから右側通行である例えばフランスに旅行し、フランス内で走行する場合、運転者により左右切替スイッチが操作され、左側通行用ロービームから右側通行用ロービームに切り替えられる。このとき、制御部４０により、図２７に示すように、図１９とは左右反転した状態でレーザ素子部１１ｂが通電される。そして、図２８に示すように、図２０とは左右反転した状態で出射領域ＳａおよびＳｂが形成される。これにより、投光パターンＰも左右反転し、右側通行用の投光パターンＰが得られる。
なお、第４実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、左側通行用の投光パターンＰと右側通行用の投光パターンＰとを電気的な制御だけで切り替えることができるので、特に効果的である。
第４実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
（第５実施形態）
この第５実施形態では、図１９、図２０、図２９および図３０を参照して、上記第２〜第４実施形態と異なり、運転者のステアリング操作に基づいて、出射領域Ｓおよび投光パターンＰを制御する場合について説明する。
本発明の第５実施形態による投光装置１では、制御部４０は、運転者によるステアリングの操舵角を検出するための舵角検出器にも接続されている。制御部４０は、運転者によるステアリング操作に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御するように構成されている。
この投光装置１では、投光装置１を点灯／消灯するための主スイッチが運転者によりオンされると、舵角検出器からの操舵角信号が制御部４０に送信される。制御部４０により、自動車が直進走行していると判断されると、上記第２実施形態で説明したように、図１９の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図２０に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。
次に、運転者によりステアリングが例えば右折方向に操作されると、制御部４０により、自動車が右折していると判断され、図２９の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。そして、図３０に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。これにより、右折時には、出射領域ＳのラインＳｍ１、Ｓｍ２および点ＳＥが右側に移動し、走行方向に対して右側のより広い範囲が照明される。なお、ステアリングの操舵角が徐々に大きくなると、出射領域ＳのラインＳｍ１、Ｓｍ２および点ＳＥも徐々に移動する。
第５実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、制御部４０は、運転者によるステアリング操作に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、自動車の曲がる方向を自動で照明することができるので、特に効果的である。
第５実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
（第６実施形態）
この第６実施形態では、図３１〜図３６を参照して、上記第２〜第５実施形態と異なり、投光方向（自車両１００の前方）周辺の物体を検出するための検出装置５０の検出結果に基づいて、出射領域Ｓおよび投光パターンＰを制御する場合について説明する。
本発明の第６実施形態による投光装置１では、制御部４０は、投光方向（自車両１００の前方）周辺の物体を検出するための検出装置５０（図３１参照）にも接続されている。なお、投光方向周辺とは、例えば、投光装置１により照明される領域、または、それよりも少し広い領域を言う。検出装置５０は、例えば画像認識が可能な車載カメラにより構成されている。本実施形態の検出装置５０は、投光方向周辺の対向車１０１（図３１参照）を検出する機能を有し、対向車１０１の相対位置（距離および方向）情報を含む信号を制御部４０に送信する。制御部４０は、検出装置５０の検出結果に基づいて、対向車１０１への投光量が減少するように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する機能を有する。
この投光装置１では、対向車１０１が遠く離れている場合、制御部４０により、図３２の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図３３に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。このとき、投光パターンＰは図３１に示すようになる。
そして、対向車１０１が近づいてくると、制御部４０により、図３４の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図３５に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。言い換えると、対向車１０１が存在する領域を照明するためのレーザ素子部１１ｂへの通電が制限され、出射領域Ｓも制限される。そして、投光パターンＰは図３６に示すようになり、対向車１０１への投光が制限される。また、対向車１０１が近づくにしたがって、出射領域ＳのラインＳｍ１、Ｓｍ２および点ＳＥも徐々に移動する。
なお、対向車１０１の一部（例えば下部）を照明し、または、対向車１０１への照明光を減光するように、制御部４０を構成すれば、運転者による対向車１０１の視認性が低下するのを抑制することが可能である。
第６実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、制御部４０は、投光方向周辺の物体を検出するための検出装置５０の検出結果に基づいて、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、自動車の進行方向の状況に応じた照明を行うことができるので、特に効果的である。
また、上記のように、制御部４０は、検出装置５０により対向車１０１が検出された場合に、対向車１０１への投光量が減少するように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、対向車１０１の運転者に与えるグレア光を抑制することができる。
第６実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
（第７実施形態）
この第７実施形態では、図１９、図２０および図３７〜図４０を参照して、上記第６実施形態と異なり、検出装置５０が歩行者や軽車両（図示せず）を検出する場合について説明する。
本発明の第７実施形態による投光装置１では、検出装置５０は投光方向周辺の歩行者や軽車両を検出する機能を有する。制御部４０は、検出装置５０の検出結果に基づいて、歩行者や軽車両へ投光される光の強度が高くなるように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する機能を有する。
この投光装置１では、投光方向周辺に歩行者や軽車両が存在しない場合、上記第２実施形態で説明したように、制御部４０により、図１９の２点鎖線ＬａおよびＬｂで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図２０に示した出射領域ＳａおよびＳｂから光が出射する。このとき、投光パターンＰは図３７に示すようになる。
その一方、投光方向周辺に例えば歩行者１０２（図４０参照）が存在する場合、制御部４０により、歩行者１０２が存在する領域を照明するためのレーザ素子部１１ｂ（図３８の２点鎖線Ｌｃで囲ったレーザ素子部１１ｂ）に通電される。これにより、図３９に示した出射領域Ｓｃからも光が出射し、図４０に示すように歩行者１０２が照明される。すなわち、歩行者１０２へ投光される光の強度が高くなる。このとき、制御部４０により、２点鎖線Ｌｃで囲ったレーザ素子部１１ｂは点滅駆動されることが好ましい。
この点滅の周期は、運転者が歩行者１０２等に気付きやすいように設定される。具体的には、点滅の周波数を１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度とすることが好ましい。より好ましくは、自車両１００が歩行者１０２等に近づくにしたがって、点滅の周期を徐々に短くする。例えば、歩行者１０２等が遠く離れている場合には３Ｈｚ程度で点滅させ、歩行者１０２等が最接近した場合には３０Ｈｚ程度まで点滅の周波数を上げる。このように構成すれば、運転者に危険を注意喚起する効果が向上する。なお、レーザ素子部１１ｂの点滅駆動は、レーザ素子部１１ｂに流す電流を変調することによって行うことが可能である。
なお、第７実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、制御部４０は、検出装置５０により歩行者１０２や軽車両が検出された場合に、歩行者１０２や軽車両へ投光される光の強度が高くなるように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、歩行者１０２や軽車両が視認されやすくなるので、運転者は歩行者１０２や軽車両の存在に気付きやすくなる。また、歩行者１０２は自車両１００の存在に気付きやすくなる。
また、歩行者１０２等が存在する領域を照明するためのレーザ素子部１１ｂ（図３８の２点鎖線Ｌｃで囲ったレーザ素子部１１ｂ）を点滅駆動させることによって、歩行者１０２等がより視認されやすくなる。これにより、運転者は歩行者１０２等の存在に、より気付きやすくなるので、より効果的である。また、歩行者１０２は自車両１００の存在に、より気付きやすくなるので、より効果的である。さらに、歩行者１０２に与えるグレア光を抑制することができる。
第７実施形態のその他の効果は、上記第２および第６実施形態と同様である。
（第８実施形態）
この第８実施形態では、図４１〜図４６を参照して、上記第２〜第７実施形態と異なり、自車両１００が進むべき方向を示す図形を投光する場合について説明する。
本発明の第８実施形態による投光装置１では、制御部４０は、自車両１００を目的地まで経路案内するナビゲーション装置６０（図４３参照）にも接続されている。制御部４０は、ナビゲーション装置６０からの信号に基づいて、自車両１００が進むべき方向を示す図形（例えば矢印）が運転者により視認されるように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する機能を有する。
この投光装置１では、投光装置１を点灯／消灯するための主スイッチが運転者によりオンされると、制御部４０により、図４１の２点鎖線Ｌで囲ったレーザ素子部１１ｂが通電されて駆動される。これにより、図４２に示した出射領域Ｓから光が出射する。このとき、投光パターンＰは図４３に示すようになる。
そして、自車両１００が例えば右折すべき位置に近づくと、ナビゲーション装置６０から信号が制御部４０に送信される。これにより、制御部４０により、図４４の２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂへの通電量が多くされるとともに、２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂが点滅駆動される。そして、図４５で示した出射領域Ｓａから出射する光の強度が高くなるとともに、出射領域Ｓａから出射する光が点滅する。これにより、図４６に示すように、自車両１００が進むべき方向を示す図形（図４６のハッチング領域）が投光パターンＰと重なって投光され、その図形が運転者により視認される。なお、点滅の周期は、上記第７実施形態と同様である。
その後、自車両１００が右折すると、制御部４０は元の光量の制御に戻り、図４３に示した投光パターンＰに戻る。
なお、第８実施形態のその他の構造および動作は、上記第２実施形態と同様である。
本実施形態では、上記のように、制御部４０は、ナビゲーション装置６０からの信号に基づいて、自車両１００が進むべき方向を示す図形が運転者により視認されるように、レーザ素子部１１ｂへの通電を制御する。これにより、運転者は、ナビゲーション装置６０の表示部を見ることなく、ナビゲーション情報を得ることができる。
また、自車両１００が進むべき方向を示す図形を表示するためのレーザ素子部１１ｂ（図４４の２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部１１ｂ）を点滅駆動させることによって、その図形がより視認されやすくなる。これにより、運転者はその図形に、より気付きやすくなるので、より効果的である。
第８実施形態のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。
また、上記実施形態では、本発明の投光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置をダウンライトまたはスポットライトや、その他の投光装置に適用してもよい。
また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、自動車用の夜間運転支援システムであるナイトビジョンや、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。
また、上記実施形態のレーザ素子部から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。例えば約４０５ｎｍの中心波長を有する青紫色のレーザ光を出射するレーザ素子部と、青紫光を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換する３種類の蛍光体とを用いてもよい。この場合、赤色光、緑色光および青色光の蛍光が混色されることにより白色光が得られる。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕが挙げられる。また、これに限らず、レーザ素子部から出射するレーザ光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。
また、上記実施形態では、白色光を出射するように、レーザ素子部および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光以外の光を出射するように、レーザ素子部および蛍光部材を構成してもよい。
また、上記実施形態では、複数のレーザ素子部が半導体基板上に２次元状に形成された面発光レーザアレイを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、レーザ素子部が個々に形成された半導体レーザチップを２次元状に配置してもよい。ただし、面発光レーザアレイを用いる方が、光源装置および投光装置の小型化、製造時間の短縮化、素子特性のばらつきの低減化等の観点から特に有利なので、面発光レーザアレイを用いる方が好ましい。
また、上記実施形態では、励起光としてレーザ光を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、レーザ光以外の励起光を用いてもよい。この場合、発光素子部として例えば発光ダイオード素子部を用いてもよい。
また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。
また、上記実施形態では、レーザ素子部の１つ１つが光量の制御が行われる例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４７に示した本発明の第１変形例の面発光レーザアレイ１１のように、レーザ素子部１１ｂを複数個（例えば３個）ずつにグループ分けし、グループ毎に光量が制御されてもよい。すなわち、グループ毎にレーザ素子部１１ｂを電気的に接続して一斉に点灯／消灯等するように構成してもよい。なお、図４７では２点鎖線Ｌｆで囲った３つのレーザ素子１１ｂ毎にグループが形成されている。このように構成すれば、レーザ素子部１１ｂを駆動するための配線数を低減させることができるので、光量の制御が容易になる。
また、例えば上記第２実施形態の各レーザ素子部１１ｂに対応して複数個ずつ（例えば３個ずつ）レーザ素子部を形成し、レーザ素子部を例えば計２５２（８４×３）個形成してもよい。そして、３個のレーザ素子部を含むグループ毎に光量を制御してもよい。このように構成すれば、各レーザ素子部の出力が小さい場合であっても、蛍光部材を強く励起することができる。
上記の例では、３個のレーザ素子部を１つのグループとしているが、５個、１０個など、任意の数のレーザ素子部を電気的に接続してグループ化することも可能である。例えば図４８に示した本発明の第２変形例の面発光レーザアレイ１１のように、２点鎖線Ｌｇで囲ったレーザ素子１１ｂを電気的に接続して一斉に点灯／消灯するように構成することも効果的である。２点鎖線Ｌｇで囲ったレーザ素子１１ｂは、道路を照明するための光源として機能するので、細かなエリア毎の光量の制御が不要である。このため、これらのレーザ素子部１１ｂは常に通電されていてもよい。
また、上記実施形態では、投光部材として、反射部材と凸レンズとを設けた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４９に示した本発明の第３変形例の投光装置１ａのように、投光部材として、反射部材３１を設けず、凸レンズ３２だけを設けてもよい。この場合、蛍光部材１５を、凸レンズ３２の焦点Ｆ３２を含む領域に配置すれば、投光装置１ａから平行光が得られる。この投光装置１ａは、出射領域Ｓの発光形状をそのまま投光することができ、かつ、構造が単純なので、特に好ましい。なお、凸レンズ３２を用いて光を投光する場合、凸レンズ３２を設けずに光を反射部材３１により投光する場合に比べて、投光パターンＰは出射領域Ｓの発光形状をより反映しやすくなる。
また、例えば図５０に示した本発明の第４変形例の投光装置１ｂのように、投光部材として、凸レンズ３２を設けず、反射部材３１だけを設けてもよい。この場合、反射部材３１の反射面３１ａを放物面の一部により形成し、蛍光部材１５を、反射面３１ａの焦点Ｆ３１を含む領域に配置すれば、投光装置１ｂから平行光が得られる。
また、上記実施形態では、反射部材の反射面を楕円面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。上記第４変形例のように、反射面を放物面の一部により形成してもよい。また、反射面を、多数の曲面（例えば放物面）からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。また、反射面は、投光方向から見て、半円形状以外の形状（例えば、円形状や多角形状）に形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、面発光レーザアレイを蛍光部材の照射面に対向配置し、励起光を蛍光部材の照射面に照射して、照射面とは反対側の出射面から光を取り出す例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図５１に示した本発明の第５変形例の光源装置１０のように、励起光を蛍光部材１５の照射面１５ａに照射して、励起光を照射した面と同じ面（照射面１５ａ）から光を取り出してもよい。この場合、蛍光部材１５の照射面１５ａとは反対側に、不透明な部材を配置することができる。すなわち、蛍光部材１５の照射面１５ａとは反対側に例えば金属からなるヒートシンク１２ａを配置することができるので、蛍光部材１５で発生する熱を効率よく放熱させる可能となる。
また、上記実施形態では、収納部材の開口部を透光性部材により密封している例について示したが、本発明はこれに限らず、透光性部材は収納部材の開口部を密封していなくてもよい。
また、上記実施形態では、光源装置に透光性部材が設けられている例について示したが、本発明はこれに限らず、光源装置に透光性部材が設けられていなくてもよい。
また、上記実施形態では、遮光板を用いることなく、右上部分を切り欠いたような形状に投光パターンを形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、反射部材と投光レンズとの間に遮光板を設けてもよい。このように構成すれば、投光パターンのカットオフラインの明暗をより急峻に切り替えることができる。上記第１実施形態のようにレーザ素子部が密集していない場合は、特に効果的である。なお、レーザ素子部を個別に光量を制御することにより、出射領域および投光パターンの形状を予め設定しておくことができるので、遮光板で遮光される光の量を低減することができる。これにより、光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
また、上記第８実施形態では、２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部への通電量を多くし、かつ、そのレーザ素子部を点滅駆動した例について示したが、本発明はこれに限らない。２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部の通電量を多くするだけでもよいし、２点鎖線Ｌａで囲ったレーザ素子部を点滅駆動するだけでもよい。どちらの場合でも、運転者による視認性が向上する。このことは、上記第７実施形態も同様である。
また、上記実施形態では、光拡散部材として、光の波長を変換する機能を有する蛍光部材を用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。光拡散部材として、波長変換せずに単に光を散乱（拡散）させるだけの機能を有する部材を用いてもよい。例えば、光を拡散させる光拡散粒子が含有されたガラス部材等を用いてもよい。この場合、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する可視光レーザを用いてもよい。
また、例えば上記第８実施形態において、自車両が進むべき方向を示す図形のみ、色を変更することも可能である。これを達成する方法は様々なものが考えられるが１つ例示すると、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ投光する３つの投光装置を設け、これらの投光パターンが重ね合わさるように設置する。そして、色を変更すべき領域を照明するためのレーザ素子部の出力を、投光装置間で調整することによって、所定領域のみ色を変更して視認性をより向上させることができる。このことは、上記第７実施形態も同様である。
また、上記実施形態では、蛍光部材は２次元状の拡がりを有し、複数のレーザ素子部から出射した光が蛍光部材に照射される例について示したが、本発明はこれに限らない。蛍光部材は、レーザ素子部毎に設けられていてもよい。
また、上述した実施形態および変形例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
１、１ａ、１ｂ 投光装置
１０ 光源装置
１１ 面発光レーザアレイ
１１ｂ レーザ素子部（発光素子部）
１１ｃ 半導体基板
１４ 透光性部材
１５ 蛍光部材
３０ 投光部材
３２ 凸レンズ（投光レンズ）
４０ 制御部
５０ 検出装置
６０ ナビゲーション装置
１００ 自車両
１０１ 対向車
１０２ 歩行者
Ｆ３１ 焦点
Ｆ３１ａ 第１焦点
Ｆ３１ｂ 第２焦点
Ｆ３２ 焦点
Ｍ１、Ｍ２ カットオフライン
Ｐ 投光パターン
Ｓ、Ｓ２、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ 出射領域
Ｓｏ１ 中心（交点）

Claims (16)

  1. 車両用の前照灯に用いられる投光装置であって、
    光源装置と、
    投光部材と、
    を備え、
    前記光源装置は、
    ２次元状に配置され、個別に光量の制御が可能な複数の発光素子部と、
    前記複数の発光素子部から出射した光が照射されるとともに、光を拡散させた状態で出射する光拡散部材と、
    を備え、
    前記光拡散部材は、前記複数の発光素子部から出射した光が照射されるように、２次元状の拡がりを有し、
    前記発光素子部の各々から出射した光の中心軸と前記光拡散部材との複数の交点は、２次元状に配置され、
    前記複数の発光素子部が個別に光量の制御が行われることによって、前記光拡散部材のうちの光を出射する出射領域の発光形状と、前記出射領域の発光サイズと、前記出射領域から出射する光の強度分布との少なくとも１つが変更され、
    隣接する前記発光素子部から出射した光による前記出射領域が互いに重なっており、
    前記投光部材は前記光拡散部材から出射した光を投光する
    ことを特徴とする投光装置。
  2. 半導体基板上に前記複数の発光素子部が２次元状に形成された面発光レーザアレイを備えることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
  3. 前記光拡散部材は、前記発光素子部からの光により励起される蛍光部材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の投光装置。
  4. 前記光拡散部材は、前記発光素子部からの光を波長変換せずに散乱させることを特徴とする請求項１または２に記載の投光装置。
  5. 前記複数の発光素子部は選択的に通電されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の投光装置。
  6. 前記複数の発光素子部は、グループ分けされており、グループ毎に選択的に通電される
    ことを特徴とする請求項５に記載の投光装置。
  7. 前記複数の発光素子部の光出射側を覆うように配置され、前記発光素子部から出射した光を透過する透光性部材を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の投光装置。
  8. 前記投光部材は投光レンズを含み、
    前記投光レンズは前記出射領域の発光形状を反映した投光を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の投光装置。
  9. 前記投光部材は焦点を有し、
    前記投光部材の焦点は、前記出射領域のうちの投光パターンのカットオフラインを投影する部分に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の投光装置。
  10. 前記発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、
    前記制御部は、運転者によるロービーム点灯操作またはハイビーム点灯操作に基づいて、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の投光装置。
  11. 前記発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、
    前記制御部は、車速に基づいて、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の投光装置。
  12. 前記発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、
    前記制御部は、運転者によるステアリング操作に基づいて、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の投光装置。
  13. 前記発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、
    前記制御部は、投光方向周辺の物体を検出するための検出装置の検出結果に基づいて、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の投光装置。
  14. 前記制御部は、前記検出装置により対向車が検出された場合に、前記対向車への投光量が減少するように、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１３に記載の投光装置。
  15. 前記制御部は、前記検出装置により歩行者または軽車両が検出された場合に、前記歩行者または前記軽車両へ投光される光の強度が高くなるように、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１３または１４に記載の投光装置。
  16. 前記発光素子部への通電を個別に制御する制御部を備え、
    前記制御部は、自車両を目的地まで経路案内するナビゲーション装置からの信号に基づいて、前記自車両が進むべき方向を示す図形が運転者により視認されるように、前記発光素子部への通電を制御することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の投光装置。
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