JP6684602B2

JP6684602B2 - 光走査装置

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Publication number: JP6684602B2
Application number: JP2016011933A
Authority: JP
Inventors: 貴一松野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-01-25
Also published as: EP3205929B1; EP3205929A2; EP3287692A1; JP2017134133A; EP3205929A3

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器を備える光走査装置に関する。

ＭＥＭＳの光偏向器と、蛍光体パネルとを備える車両前照灯が知られている（例：特許文献１）。該車両前照灯では、光偏向器からの出射光は、蛍光体を収納する蛍光体パネルの入射光面を走査し、入射光面とは反対側にある出射光面から出射する。光は、蛍光体パネルを通過する際、蛍光体パネル内の蛍光体により所望の周波数（色）に変更される。

特許第５５７７１３８号公報

蛍光体の蛍光寿命について、概略的に説明する。蛍光体は、レーザ光等の光を照射されると、蛍光分子の電子が励起されて、電子の振動レベルが直ちに基底状態から励起状態に遷移する。その後、電子の過剰なエネルギーが散逸し、電子の振動レベルは第１励起状態の最低次の振動レベルまで落ちる。そして、電子が、該最低次の振動レベルから基底状態のレベルまで戻る過程で、蛍光体から蛍光が発せられる。

蛍光寿命とは、蛍光体が励起光により励起開始された時刻から、該蛍光体が発する蛍光強度がピークを越え、さらに、１／ｅ（ただし、１はピーク時の蛍光強度、ｅは自然対数の底。）になるまでの時間と定義される。蛍光寿命は、また、十分に多数のＮ個の蛍光分子から成る蛍光体が励起光により励起開始された時刻から、該Ｎ個の蛍光分子のうち、まだ励起状態に残っている蛍光分子の個数がＮ／ｅなるまでの時間であるとも、把握することができる。

蛍光体は、励起状態にある期間では、励起光を照射されても、励起されない。すなわち、蛍光体を励起するには、蛍光体が基底状態に戻るのを待たなければならない。したがって、励起状態にある蛍光体に励起光を照射することは、励起光のエネルギーが無駄に消費されていることになる。

従来の光走査装置では、蛍光体パネルの入射光面に光偏向器から入射する励起光が蛍光寿命との関係で管理、制御されておらず、蛍光体パネル内の蛍光体の照射時間が蛍光寿命の数倍以上に達している。この結果、光源の光エネルギーの相当量が無駄に消費されている。

本発明の目的は、蛍光体を効率良く発光させる光走査装置を提供することである。

本発明の光走査装置は、
光出射部を有し、該光出射部から光を出射する光源装置と、
蛍光体を収納する光透過部を入射光面及び出射光面の間に有する蛍光体パネルと、
前記蛍光体パネルの前記出射光面から出射されてくる光を調整して照射領域に投影する投影部と、
相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りに往復回動自在となっているミラー部、及び前記ミラー部を前記第１及び第２回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータを有し、前記光源装置の前記光出射部から入射する入射光を前記ミラー部により反射させて、反射光を前記蛍光体パネルの前記入射光面において前記第１及び第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応付けられる第１及び第２走査方向で走査させる光偏向器と、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動が前記ミラー部の固有振動の共振周波数で行われ、前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動が前記共振周波数とは異なる非共振周波数で行われるように、前記アクチュエータの駆動電圧を生成する駆動電圧生成部とを備える光走査装置であって、
前記光偏向器からの反射光により前記蛍光体パネルの前記入射光面上に生成されて前記光透過部の蛍光体を励起する励起光スポットについて相互に直角の２つの径方向のうち、長い方を長径方向、短い方を短径方向とそれぞれ定義し、前記光源装置の前記光出射部は、前記励起光スポットの短径方向が前記入射光面における前記励起光スポットの前記第１走査方向に沿う方向となるように、前記光出射部からの出射光の光軸回りの回転位置が設定され、
前記共振周波数は、前記励起光スポットが、前記第１走査方向に走査するのに伴って、平均粒径の蛍光体の全体を連続照射する時間を全体連続照射時間とするとき、前記全体連続照射時間が蛍光寿命未満になる周波数に、設定されることを特徴とする。

本発明の光走査装置によれば、励起光スポットの短径方向が入射光面における励起光スポットの第１走査方向に沿う方向となるように、光軸回りの光源装置の光出射部の回転位置が設定される。これにより、蛍光体パネルの入射光面において、励起光スポットは、長径方向に多数の蛍光体を照射しつつ、各蛍光体を通過する時間が短縮されるので、蛍光体を効率良く発光させることができる。

本発明の光走査装置において、
前記光源装置と前記光偏向器とを別々に有し、前記蛍光体パネルと前記投影部とを共通とする第１及び第２照射系を含み、
前記第１及び前記第２照射系が励起光スポットの走査領域として前記入射光面にそれぞれ生成する第１及び第２走査領域に対し、
前記第１走査領域は、前記第２走査領域の内側になるように、設定され、
前記第１照射系の励起光スポットの径を前記第２照射系の励起光スポットよりも小さくする径縮小レンズ素子を備えることが好ましい。

この構成によれば、光走査装置は第１及び第２照射系を含み、共通の入射光面において小さい方の第１走査領域における第１照射系の励起光スポットは、大きい方の第２走査領域における第２照射系の励起光スポットより径を小さくされる。これにより、第１照射系の励起光スポットの全体連続照射時間が減少するので、第１照射系の励起光スポットの走査速度を第２照射系の励起光スポットの走査速度よりも大きく増大させることなく、蛍光体を効率良く発光させることができる。

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記第１及び前記第２走査領域は、前記励起光スポットが高速で走査する方の辺が低速で走査する方の辺より長い矩形に設定され、
前記第１及び前記第２走査領域の長辺は相互に等しく、
前記第１及び前記第２走査領域の短辺は前記第１走査領域の方が短くなるように、前記第１及び前記第２照射系の前記光偏向器の前記アクチュエータを介して前記光偏向器のミラー部を制御するミラー制御部を備える。

好ましくは、本発明の光走査装置は、
前記光源装置と前記光偏向器との間に配設され、前記励起光スポットの径を縮小する径縮小レンズ素子を備える。

好ましくは、本発明の光走査装置において、
前記入射光面は、該入射光面を含む平面において前記第１軸方向の前記励起光スポットの走査範囲の全体から、前記全体連続照射時間が蛍光寿命を超える両端範囲を切り落とした走査範囲である。

前照灯ユニットを対称面で２分割したときの一方の半部の斜視図前照灯ユニットを対称面で切ったときの断面図。光偏向器を斜め前方から見た斜視図蛍光寿命の関連説明図であり、図４Ａは蛍光体の電子の振動レベルの変化と振動エネルギーの吸収及び放出との関係についての説明図、図４Ｂ及び図４Ｃはそれぞれ蛍光体が励起されてからの蛍光強度の変化を、ピーク値を１とする相対値及びその自然対数値で示す図。入射光面における光スポットの走査に関連する説明図であり、図５Ａは蛍光体パネルの入射光面を内部アセンブリ側から見た図、図５Ｂは光偏向器の内側アクチュエータに供給する電圧としての第１駆動電圧の波形図、図５Ｃは光偏向器の外側アクチュエータに供給する電圧としての第２駆動電圧の波形図。光スポットと蛍光体との関係についての説明図であり、図６Ａは全体連続照射時間の説明図、図６Ｂは全体連続照射時間が長大であるときの蛍光強度の変化を示すグラフ、図６Ｃは第１回転軸線の回りのミラー部の２つの往復回動周波数について入射光面上に水平軸座標上の連続照射時間を示すグラフ。レーザ光出射装置の出射光部と光スポットとの関係についての説明図であり、図７Ａは細長の光スポットが生成される説明図、図７Ｂ及び図７Ｃは光軸回りのレーザ光出射装置の出射光部の各回転角度に対して入射光面上に生成される光スポットを示す図である。光スポットについて全体連続照射時間の説明図であり、図８Ａ及び図８Ｂはそれぞれ光スポットの長径方向及び短径方向が走査方向に揃えられたとき全体連続照射時間の説明図、図８Ｃは光スポットの短径方向を走査方向に揃えて光スポットＳｐを走査している時の説明図。全体連続照射時間を減少させる別の実施形態に使用する入射光面を内部アセンブリ側から見た図。縦長走査と幅狭の入射光面とを採用したときの効果について説明図であり、図１０Ａは、縦長走査と幅狭の入射光面とを採用して、全体連続照射時間の減少効果を示すグラフ、図１０Ｂは入射光面上の光スポットの走査において全体連続照射時間＜蛍光寿命が達成されることを示す図。２つの前照灯ユニットが蛍光体パネルの入射光面に生成する光スポット走査領域を示す図。図１１の光スポット走査領域に対しレーザ光出射装置から出射するレーザ光の強度制御を付加して光スポット走査領域の水平軸方向の実質的な位置及び実質的な幅を変更した図であり、図１２ＡはＳＰＯＴが標準位置にあるときを示す図、図１２ＢはＳＰＯＴが一方の側に変位した位置にあるときを示す図。別の前照灯ユニットの構成図。１つの車両前照灯内の２つの前照灯ユニットが蛍光体パネルの入射光面に生成する光スポット走査領域を示す図。

図１は、前照灯ユニット１を対称面で２分割したときの一方の半部の斜視図であり、図２は、前照灯ユニット１を対称面で切ったときの断面図である。

この前照灯ユニット１は、車両の左右の車両前照灯（ヘッドライト）に２つずつ装備される。したがって、車両は、全体としては前照灯ユニット１を４つ装備する。各前照灯ユニット１は、後述するように２つの照射系１３ａ，１３ｂを装備する。したがって、車両全体としては、照射系は計８つ装備される。各照射系は照射領域を個々に設定することができる。計８つの照射系による照射領域間の関係については、所定の複数の照射領域が部分的に重なる場合、一の照射領域が他の照射領域の内側に含まれる場合、又は別の所定の複数の照射領域が一致する場合があり得るとする。

図１及び図２において、前照灯ユニット１は、図示しない車体の前部の設けられた車両前照灯の配設凹所に形成されたユニット取付孔の前端部に装着される前部アセンブリ２と、該ユニット取付孔の奥に装着される後部アセンブリ３とを含む。前部アセンブリ２と後部アセンブリ３とは、中心線をユニット取付孔の中心線に揃えて、配置される。

前部アセンブリ２は、レンズホルダ７、環状キャップ８及びレーザホルダ９を備える。環状キャップ８は、その内周部をレンズホルダ７の前端部の外周部に螺合させて、レンズホルダ７に組み付けられる。レーザホルダ９は、レンズホルダ７の後端部の外周部位に前端部の内周部位を螺合して、レンズホルダ７に組み付けられる。

前照灯ユニット１は、独立に照射領域を設定できる照射系１３ａ，１３ｂをそれぞれ上側及び下側の位置関係で有している。照射系１３ａは、レーザホルダ９の後端内周の上部に固定されたレーザ光出射装置１４ａと、レーザ光出射装置１４ａの出射部に装着された集光レンズ１６ａと、後部アセンブリ３の前面中央部の上側傾斜面に固定された光偏向器１５ａとを含む。照射系１３ｂは、レーザホルダ９の後端内周の下部に固定されたレーザ光出射装置１４ｂと、レーザ光出射装置１４ｂの出射部に装着された集光レンズ１６ｂと、後部アセンブリ３の前面中央部の下側傾斜面に固定された光偏向器１５ｂとを含む。

投影レンズ１９ａ〜１９ｄは、レンズホルダ７の内周側に、中心線を揃えて前後方向一列に前から順番に配置される。投影レンズ１９ａは、その周縁を環状キャップ８によりレンズホルダ７の前端に固定されている。その他の投影レンズ１９ｂ〜１９ｄは、レンズホルダ７の内周側の段部や嵌着リング等によりレンズホルダ７の中心線方向に位置決めされて、レンズホルダ７の内周側に固定されている。

蛍光体パネル２０は、矩形の平板型に形成され、中心線を前部アセンブリ２の中心線に揃えて、周縁をレーザホルダ９の中心部の矩形開口部に装着されている。蛍光体パネル２０は、厚み方向の両側の１対の透明板と、該１対の透明板の間に形成されて粒状の蛍光体を収納する光透過部とを備える。蛍光体パネル２０の入射光面４１（図５Ａ）は、後部アセンブリ３に対峙する方の後ろ側の透明板に形成される。蛍光体パネル２０の出射光面は、投影レンズ１９ｄの後面に対峙する方の前側の透明板に形成される。

照射系１３ａにおいて、レーザ光出射装置１４ａから出射した光（例：青色の光）は、光路２２ａで光偏向器１５ａに入射する。光偏向器１５ａは、入射光を反射し、反射光は、光路２３ａで蛍光体パネル２０の入射光面４１（図５）に入射する。照射系１３ｂにおいて、レーザ光出射装置１４ｂから出射した光（レーザ光出射装置１４ａからの出射光と同一色）は、光路２２ｂで光偏向器１５ｂに入射する。光偏向器１５ｂは、入射光を反射し、反射光は、光路２３ｂで蛍光体パネル２０の入射光面４１に入射する。

投影レンズ１９ａ〜１９ｄ及び蛍光体パネル２０は、照射系１３ａ，１３ｂに共通の素子を構成する。蛍光体パネル２０の前面としての出射光面から出射した光は、投影レンズ１９ａ〜１９ｄの配列を後ろ側から前側へ順番に通過し、投影レンズ１９ａの前面から車両の前方の所定の照射領域に向けて出射される。

以降、照射系１３ａ，１３ｂについて特に区別しないときは、「照射系１３」と総称する。同様に、レーザ光出射装置１４ａ，１４ｂについて特に区別しないときは、「レーザ光出射装置１４」と総称する。光偏向器１５ａ，１５ｂについて特に区別しないときは、「光偏向器１５」と総称する。集光レンズ１６ａ，１６ｂについて特に区別しないときは、「集光レンズ１６」と総称する。光路２２ａ，２２ｂについて特に区別しないときは、「光路２２」と総称する。光路２３ａ，２３ｂについて特に区別しないときは、「光路２３」と総称する。

レーザ光出射装置１４は、例えば、レーザダイオード（Laser Diode）を光源とするものである。光路２２の中心線は、レーザ光出射装置１４から出射光の光軸となる。光路２３の中心線は、光偏向器１５からの出射光又は蛍光体パネル２０への入射光の光軸となる。なお、出射光及び入射光は、同一の光が、出射する側の素子を基準にすれば、出射光となり、入射する側の素子を基準にすれば、入射光になる。例えば、光路２２上の光は、レーザ光出射装置１４を基準にすれば、出射光であり、光偏向器１５を基準にすれば、入射光である。

図３は光偏向器１５を斜め前方から見た斜視図である。ＭＥＭＳデバイスとしての光偏向器１５は、中心に回動自在に配置されるミラー部３２、ミラー部３２を外側から包囲する内側矩形枠３３、及び内側矩形枠３３を外側から包囲する外側矩形枠３４を備えている。光偏向器１５は、レーザ光出射装置１４から光路２２で入射してきた光をミラー部３２のミラー面３２ａで反射し、ミラー面３２ａからの反射光を光路２３で蛍光体パネル２０へ向かって出射する。

ここで、光偏向器１５の構成を説明する便宜のために、光偏向器１５について、相互に直交する横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び厚み方向Ｚを定義する。横方向Ｘ及び縦方向Ｙは、それぞれ外側矩形枠３４の長辺及び短辺に対して平行な方向とする。厚み方向Ｚは、外側矩形枠３４の厚み方向とする。光偏向器１５は、ＭＥＭＳ技術で製造されるので、積層構造を有する。光偏向器１５の厚み方向Ｚは、光偏向器１５の積層構造の積層方向に一致する。

光偏向器１５の正面側とは、厚み方向Ｚにおいて、光偏向器１５にレーザ光出射装置１４からの入射光が入射する側（＝蛍光体パネル２０への反射光が出射する側）をいい、光偏向器１５の背面側とは、厚み方向Ｚにおいて正面側とは反対側をいうものとする。横方向Ｘ及び縦方向Ｙの正の向きは、光偏向器１５の正面視でそれぞれ右側及び上側とする。厚み方向Ｚの正の向きは、光偏向器１５の背面側から正面側の向きとする。

１対のトーションバー（弾性梁）３５ａ，３５ｂは、縦方向Ｙにミラー部３２の一側（光偏向器１５の正面視で上側）及び他側（光偏向器１５の正面視で下側）に配設され、ミラー部３２と内側矩形枠３３とを結合している。

内側アクチュエータ３６ａ，３６ｂは、縦方向Ｙにはミラー部３２に対して共に一側に、また、横方向Ｘにはトーションバー３５ａに対してそれぞれ一側（光偏向器１５の正面視で左側）及び他側（光偏向器１５の正面視で右側）に配設されている。内側アクチュエータ３６ｃ，３６ｄは、縦方向Ｙにはミラー部３２に対して共に他側に、また、横方向Ｘにはトーションバー３５ｂに対してそれぞれ一側及び他側に配設されている。

以下、トーションバー３５ａ，３５ｂについて特に区別しないときは、「トーションバー３５」と総称する。内側アクチュエータ３６ａ〜３６ｄについて特に区別しないときは、「内側アクチュエータ３６」と総称する。内側アクチュエータ３６は、横方向Ｘに延在して、トーションバー３５と内側矩形枠３３とを結合している。内側アクチュエータ３６は、ユニモルフカンチレバーとして構成されている圧電アクチュエータである。

外側アクチュエータ３７ａ，３７ｂは、横方向Ｘに内側矩形枠３３に対して一側及び他側にそれぞれ配設されるとともに、内側矩形枠３３と外側矩形枠３４との間に介在して、内側矩形枠３３と外側矩形枠３４とを結合している。外側アクチュエータ３７ａ，３７ｂについて特に区別しないときは、「外側アクチュエータ３７」と総称する。外側アクチュエータ３７は、複数のユニモルフ圧電カンチレバーをミアンダライン（蛇腹状ライン）に沿って直列に結合したものとなっている。

複数の電極パッド３８ａ，３８ｂは、外側矩形枠３４の横方向Ｘの一側及び他側の短辺部の表面にそれぞれ形成され、光偏向器１５の表面に沿って形成された配線（図示せず）や光偏向器１５内に埋め込まれている配線層（図示せず。典型的にはグランド配線）を介して内側アクチュエータ３６等における電気構造部の電極に接続されている。電極パッド３８ａ，３８ｂは、また、光偏向器１５の外において、内側アクチュエータ３６及び外側アクチュエータ３７の駆動電圧（アクチュエータが備える圧電膜への印加電圧）を生成する駆動電圧生成部（図示せず）に接続されている。以下、電極パッド３８ａ，３８ｂについて特に区別しないときは、「電極パッド３８」と総称する。

レーザ光出射装置１４から光偏向器１５のミラー部３２のミラー面３２ａへの入射光は、ミラー部３２の回動角に関係なく、固定の光路２２でミラー部３２に入射する。ミラー部３２は、内側アクチュエータ３６の作動によりトーションバー３５の軸線としての第１回転軸線５０（図８Ｃ）の回りに往復回動自在となっている。ミラー部３２は、外側アクチュエータ３７の作動により、第１回転軸線５０に直交しかつミラー部３２のミラー面３２ａに対して平行な第２回転軸線５１（図８Ｃ）の回りに往復回動自在になっている。ミラー部３２が真正面を向いている時は、第１及び第２回転軸線５０，５１は、それぞれ縦方向Ｙ及び横方向Ｘにほぼ平行となるとともに、ミラー面３２ａの法線が厚み方向Ｚに平行になる。

例えば、第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動の周波数は１６ｋＨｚであり、第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の往復回動の周波数は６０Ｈｚである。高周波数での往復回動としての第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動の周波数としての共振周波数で駆動する共振駆動となる。共振駆動における内側アクチュエータ３６への供給電圧としての第１駆動電圧（図５Ｂ）は、周波数がミラー部３２の固有振動の周波数（共振周波数）で、かつ正弦波の波形に設定される。これにより、ミラー部３２は、内側アクチュエータ３６により駆動されて、第１回転軸線の回りに共振周波数で安定的に往復回動する。

これに対し、低周波数での往復回動としての第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動を利用しない非共振駆動になる。非共振駆動における内側アクチュエータ３６への供給電圧としての第２駆動電圧（図５Ｃ）は、周波数がミラー部３２の固有振動の周波数（共振周波数）とは異なる非共振周波数となり、例えば鋸波形になる。なお、内側アクチュエータ３６への供給電圧としての第２駆動電圧の波形は、第２駆動電圧が１サイクル内に単調増加の範囲と単調減少の範囲とを１つずつ含むものであれば、任意の波形、例えば正弦波の波形や三角波の波形であってもよい。なお、第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動の共振周波数は、ミラー部３２及びトーションバー３５の寸法、重量、材質等により決まる。

光偏向器１５から蛍光体パネル２０の入射光面４１（図５Ａ）に入射した光は、入射光面４１において水平軸Ｈの方向及び垂直軸Ｖの方向に走査する。入射光面４１における入射光の水平軸Ｈ方向の走査には、光偏向器１５における内側アクチュエータ３６による第１回転軸線５０（図８Ｃ）の回りのミラー部３２の往復回動が対応付けられ、垂直軸Ｖ方向の走査には、光偏向器１５における外側アクチュエータ３７による第２回転軸線５１（図８Ｃ）の回りのミラー部３２の往復回動が対応付けられるように、光偏向器１５の横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び厚み方向Ｚ（図３）が入射光面４１の水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖに関連付けられて、光偏向器１５は後部アセンブリ３に取付けられる。

蛍光体パネル２０の入射光面４１に入射した光は、蛍光体パネル２０の蛍光体を収納する光透過部を経て、蛍光体パネル２０の出射光面から出射する。そして、投影レンズ１９ａ〜１９ｄの配列を後ろ側から前側に進行し、入射光面４１の光跡は投影レンズ１９ａから前照灯ユニット１の前方の所定の照射領域に投影される。

図４は蛍光寿命の関連説明図である。図４Ａは、蛍光体の電子の振動レベルの変化と振動エネルギーの吸収及び放出との関係についての説明図である。蛍光体の電子の振動レベルについて、Ｓ_０は基底状態、Ｓ_１は第１励起状態、及びＳ_２は第２励起状態を示している。蛍光体の電子は、基底状態、第１励起状態及び第２励起状態のそれぞれにおいて３つの次数の振動レベルを有する。図４Ａにおいて、「吸収」及び「放出（蛍光）」は、それぞれ蛍光体の電子が振動エネルギーの吸収及び放出していることを示す。蛍光体は、振動エネルギーの放出時に蛍光を発する。

蛍光体は、励起光を照射されると、その電子の振動レベルがＳ_０からＳ_１又はＳ_２に上昇する。このとき、励起光の励起エネルギーが蛍光体の振動エネルギーに変換される。蛍光体が励起光の励起エネルギーを吸収して、電子の振動レベルが基底状態から励起状態に遷移する所要時間は、わずかフェムト秒のオーダである。

その後、第１励起状態Ｓ_１の最低次の振動レベルの蛍光体分子は、過剰なエネルギーを散逸して第１励起状態Ｓ_１の最低次の振動レベルまで落ちる。この状態は、励起過程で最も安定であり，最低次の振動レベルでの滞在時間は数十から数ナノ秒である。そして、蛍光体の電子がＳ_１の最低次の振動レベルから基底状態の振動レベルに戻る過程で、蛍光体は、エネルギーを放出する。その時の放出エネルギーは、蛍光に変換される。一般に、該蛍光は、レーザ光出射装置１４の出射光（例：青色）より波長の低い光（例：白色）である。

図４Ｂ及び図４Ｃは蛍光体が励起されてからの蛍光強度の変化を示している。図４Ｂ及び図４Ｃにおいて、横軸は共に時間ｔを示している。縦軸は、図４Ｂでは、蛍光強度を、ピーク値を１とする相対値で示し、図４Ｃでは、図４Ｂの相対値を自然対数値に変換したもので示している。「ｅ」は、自然対数の底を意味する。

図４Ｂ及び図４Ｃによれば、ｔ＝０で、蛍光体に励起光を照射すると、蛍光強度は、急激にピーク値まで上昇し、その後、緩やかに下降する。蛍光強度が、ｔ＝０から、ピーク値に達し、さらに、ｔ＝ｔａで１／ｅになる。蛍光寿命τはｔ＝０からｔ＝ｔａまでの時間であると定義される。

蛍光寿命τは、また、十分に大きな数Ｎ個の蛍光体がｔ＝０で励起開始されると、ｔ＝０から蛍光寿命τ経過後のｔ＝ｔａでは、蛍光体全体の蛍光体分子の総数Ｎのうちの約３７％（１／ｅ）の個数の蛍光体分子が励起状態であり、残りの約６３％（１−１／ｅ）の個数の蛍光体分子は基底状態に戻っていることを意味する。

図５は入射光面４１における光スポットＳｐの走査に関連する説明図である。なお、図５及び図６は、光偏向器１５について、光スポットＳｐの走査を蛍光体寿命とは無関係に実施したときの問題点を指摘するものであり、本発明の実施形態からは除外される。ただし、図５Ｂの第１駆動電圧及び図５Ｃの第２駆動電圧は本発明の実施形態にも適用される。

図５Ａは蛍光体パネル２０の入射光面４１を後部アセンブリ３側から見た図である。入射光面４１は矩形に設定されている。Ｈ及びＶは、座標軸としての水平軸及び垂直軸を示している。入射光面４１の長辺及び短辺は、それぞれ水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖに平行に設定されている。入射光面４１の長辺及び短辺は、光スポットＳｐが高速及び低速で走査する辺に相当する。

原点Ｏは、入射光面４１の中心（矩形の入射光面４１の対角線の交点）に設定されている。水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖは原点Ｏにおいて直交している。原点Ｏは、水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖの座標系の原点として基準位置（０，０）となる。入射光面４１の長辺及び短辺の長さは、例えばそれぞれ１９ｍｍ及び２．４ｍｍである。

図５Ａにおいて、Ｋｒは入射光面４１上の光スポットＳｐのトラック（光跡）を示している。Ｓｐは、光偏向器１５から入射光面４１に入射する入射光が、入射光面４１において生成する光スポットを示している。

トラックＫｒは、水平軸Ｈ方向の入射光面４１の両端間を行き来しつつ、垂直軸Ｖ方向の入射光面４１の一端から他端へ進んでいる。光スポットＳｐは、光偏向器１５のミラー部３２の第１及び第２回転軸線５０，５１の回りの往復回動に伴い、入射光面４１上をトラックＫｒに沿って移動する。

光偏向器１５からの入射光が入射光面４１に照射されると、光の強度が、照射中心が最大で、照射中心から離れるに連れて、漸減し、最終的に０（ゼロ）になる照射領域が入射光面４１上に生成される。

光スポットＳｐは、該照射領域の全部ではなく、該照射領域のうち、蛍光体パネル２０の蛍光体を励起可能な光（励起光）として作用する照射領域部分を全部の照射領域から抜き出した部分として定義される。補足すると、光偏向器１５からの入射光が入射光面４１に照射されると、明るく光る照射領域が生じるが、光スポットＳｐは、該照射領域のうち蛍光体の励起光として作用する部分を指し、該照射領域のうち光スポットＳｐの外側の部分は、所定の照度（＞０）を有するものの、蛍光体を励起することはできない。

光偏向器１５のミラー部３２の第１及び第２回転軸線５０，５１の回りの往復回動を引き起こす駆動電圧について図５Ｂ及び図５Ｃにおいて説明する。図５Ｂは光偏向器１５外のミラー制御部（駆動電圧生成部を兼ねる）が光偏向器１５の内側アクチュエータ３６に出力する電圧としての第１駆動電圧の波形を示している。第１駆動電圧は正弦波形となっている。内側アクチュエータ３６は、第１駆動電圧を受けて、ミラー部３２を第１回転軸線５０の回りに往復回動させる。第１駆動電圧は例えば１６ｋＨｚである。第１駆動電圧の周波数は、第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の固有振動の周波数としての共振周波数となるように、設定される。ミラー部３２が、第１回転軸線の回りに往復回動するのに伴い、光スポットＳｐは、入射光面４１において水平軸Ｈ方向に往復回動し、トラックＫｒの水平軸Ｈ方向の往復経路部分を形成する。

図５Ｃは光偏向器１５の外側アクチュエータ３７に供給する電圧としての第２駆動電圧の波形を示している。第２駆動電圧は鋸波形となっている。すなわち、第２駆動電圧は、時間経過と共に漸増し、ピークに達すると、一気に立ち下がり、これを例えば６０Ｈｚで繰り返す。

第１駆動電圧及び第２駆動電圧は、図示しないミラー制御部から内側アクチュエータ３６及び外側アクチュエータ３７に供給されるようになっている。該ミラー制御部は、電源装置を含み、一般的には前照灯ユニット１に内蔵される。しかしながら、ミラー制御部は、前照灯ユニット１の外付けのミラー制御部として設けられ、ミラー制御部の第１駆動電圧及び第２駆動電圧の出力端子と前照灯ユニット１の第１駆動電圧及び第２駆動電圧の入力端子とが配線で接続されるようになっていてもよい。

外側アクチュエータ３７は、第２駆動電圧を受けて、ミラー部３２を第２回転軸線５１の回りに往復回動させる。ミラー部３２が、第２回転軸線５１の回りに往復回動するのに伴い、光スポットＳｐは、入射光面４１において垂直軸Ｖ方向に徐々に下降し、入射光面４１の下辺に達すると一気に上辺に上昇する。

図６は光スポットＳｐと蛍光体４３との関係についての説明図である。図６Ａは全体連続照射時間Ｔの説明図である。Ｈｃは光スポットＳｐの走査方向を示している。走査方向Ｈｃは、図６ＡのトラックＫｒに沿う水平軸Ｈ方向の±の２方向の光スポットＳｐの進行のうち、水平軸Ｈ方向（図５）の＋方向のものを示している。

なお、光スポットＳｐは、入射光面４１において垂直軸Ｖの方向（第２走査方向）にも走査するが、入射光面４１における垂直軸Ｖ方向の走査周波数＝６０Ｈｚに対し、水平軸Ｈ方向（第１走査方向）の走査周波数＝１６ｋＨｚと十分に高い。したがって、走査方向Ｈｃは、わずかに垂直軸Ｖ方向の成分を有するものの、ほぼ水平軸Ｈに平行とみなすことができる。

Ｄａは、走査方向Ｈｃの光スポットＳｐの径を示す。Ｄｂは走査方向Ｈｃの蛍光体４３の粒の平均粒径を示す。スポット径Ｄａ＞粒径Ｄｂとなる。後述の図８で説明するように、光スポットＳｐは詳細には細長の形状であるが、レーザホルダ９へのレーザ光出射装置１４の取付位置を所定のものに設定しないと、Ｄａは最大の４００ｍｍになることがある。一方、蛍光体４３は、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）のｃｅ（セラミック）である。ＹＡＧの蛍光体４３は、粒径Ｄｂ＝２０μｍ、蛍光寿命τは６０ｎｓである。

スポット径Ｄａ＞粒径Ｄｂであるので、光スポットＳｐが入射光面４１において走査方向Ｈｃに走査するのに伴い、蛍光体４３全体が光スポットＳｐの内側に含まれて連続照射される時間（以下、「全体連続照射時間」という）Ｔが存在する。

破線の光スポットＳｐは、その進行方向の前端が蛍光体４３の前端に揃った時としてのｔ＝０の時の入射光面４１上での位置で示されている。実線の光スポットＳｐは、その進行方向の後端が蛍光体４３の後端に揃った時としてのｔ＝ｔ１の時の入射光面４１上での位置で示されている。したがって、全体連続照射時間Ｔ＝Ｔ１（＝ｔ１−０）となる。

図６Ｂは、全体連続照射時間Ｔ＝Ｔ１であるときの蛍光強度の変化を示している。２τ＜Ｔ１＜３τであることを想定している。前述したように、蛍光体は、励起光としての光スポットＳｐを照射されると、直ちに（フェムト秒のオーダの時間で）ピーク値の蛍光強度に達する一方、一旦励起状態になると、基底状態に戻るまで、蛍光体４３は、励起光を照射され続けても、該励起光からエネルギーを吸収することができない。すなわち励起光を蛍光に変換することはできない。

図６Ｂの例では、蛍光体４３からの蛍光の発光回数は３である。図６Ｂにおいて、蛍光体４３は、３つの「励起」と記載されている時刻のみ、励起光からエネルギーを吸収する。したがって、光スポットＳｐが蛍光体４３を照射している全体連続照射時間Ｔ１の光スポットＳｐの照射エネルギーのほとんどが無駄になっている。この無駄は、輝度消光と呼ばれている。また、蛍光体４３は、光スポットＳｐを連続的に長く照射され続けると、温度が上昇し、蛍光の発光の変換効率が低下する。この変換効率の低下は、温度消光と呼ばれている。したがって、Ｔ１≧τであることは、輝度消光及び温度消光の発生の観点から望ましない。

図６Ｃは、スポット径Ｄａを４００μｍ及び粒径Ｄｂを２０μｍにし、かつ第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動周波数を１６ｋＨｚ及び３３ｋＨｚにしたときの入射光面４１上の各位置における全体連続照射時間Ｔを示している。横軸の水平軸方向の座標位置は、−０．５ｍｍ〜９．５ｍｍの範囲を示している。水平軸方向の座標位置＝０は、図５Ａの原点Ｏの位置に対応する。図６Ｃは、図５Ａの入射光面４１のほぼ右半部の全体連続照射時間Ｔを示している。入射光面４１は、垂直軸Ｖに対して対称であるので、図５Ａの入射光面４１の左半部の全体連続照射時間Ｔは、水平軸方向の座標位置＝０の直線に対して図６Ｃの特性線を折り返したものになる。なお、図６ＣにおいてＡ１，Ａ２で示されている特性線は、共に、図７Ａで定義する横長走査で光スポットＳｐを入射光面４１上に走査したときの特性線である。

光スポットＳｐの走査速度は、水平軸Ｈ方向に原点の入射光面４１の中心（図５Ａ参照）、すなわち水平軸Ｈ座標＝０において最大となり、水平軸Ｈ方向の入射光面４１の両端において走査方向の向きの反転のために最小の０となる。したがって、全体連続照射時間Ｔは、水平軸Ｈ方向に入射光面４１の中心において最小となり、水平軸Ｈ方向の入射光面４１の両端において最大となる。

図６Ｃでは、全体連続照射時間Ｔ＝６０ｎｓ（ＹＡＧの蛍光体寿命）の直線を参考に示している。図６Ｃから、前照灯ユニット１のこのままの構造では、光偏向器１５における第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動周波数を１６ｋＨｚからそのほぼ２倍の３３ｋＨｚにしても、入射光面４１上の全ての箇所で全体連続照射時間Ｔ＜６０ｎｓ（ＹＡＧの蛍光体寿命）を達成できないことが分かる。なお、全体連続照射時間Ｔ＜６０ｎｓにするために、第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動周波数を１６ｋＨｚの３倍以上にすることは、光偏向器１５の構造上、無理がある。

図７はレーザ光出射装置１４の出射光部４５と光スポットＳｐとの関係についての説明図である。図７及び図８は、本発明の実施形態における光スポットＳｐの横長走査の意義を説明するものである。

図７Ａは細長の光スポットＳｐが生成される説明図である。レーザ光出射装置１４は半導体レーザであるので、半導体レーザの出射光の断面（光軸方向に対して直角方向に切った断面）は円形でなく、細長の楕円形となる。したがって、レーザ光出射装置１４の出射光部４５は、出射光の細長の断面に合わせて横長に形成されている。

レーザ光出射装置１４の出射光部４５は、円形とは異なる特有の形状を有している。一方、集光レンズ１６がレーザ光出射装置１４と光偏向器１５との間の光路２２上に配設される。このため、入射光面４１上の光スポットＳｐは、円形にならず、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、長径方向に４００μｍ、短径方向に５０μｍの細長形状になる。

図７Ａは、レーザ光出射装置１４の出射光部４５から集光レンズ１６に向かって進行するに連れて出射光が光軸（出射光部４５の中心線に一致する）に対して大きく広がっているが、図示の広がりは実際よりも誇張している。光軸の回りに出射光部４５を回転、すなわちレーザ光出射装置１４を回転することより、光軸回りの光スポットＳｐの回転位置も変化する。なお、図７Ａにおいて、実線及び破線で示される光幅は、それぞれ光スポットＳｐの相互に直交する径方向のうち、短径方向及び長径方向に対応している。

図７Ｂは光軸回りのレーザ光出射装置１４の出射光部４５の回転角度を所定値αとしたときに入射光面４１上に生成される光スポットＳｐを示す。この場合、水平の走査方向Ｈｃ、すなわち固有振動（共振振動）を利用する共振駆動による走査方向が細長形状の光スポットＳｐの長径方向に揃う。これに対し、光軸回りのレーザ光出射装置１４の出射光部４５の回転角度を図７Ｂの所定値αに対して９０°回転させてα＋９０°にして、レーザ光出射装置１４をレーザホルダ９に取り付けている。この結果、図７Ｃに示すように、水平の走査方向Ｈｃ、すなわち固有振動（共振振動）を利用する共振駆動による走査方向に細長形状の光スポットＳｐの短径方向を揃えることができる。

図８は光スポットＳｐについて全体連続照射時間Ｔの説明図である。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ光スポットＳｐの長径方向及び短径方向が走査方向Ｈｃに揃えられたとき全体連続照射時間Ｔの説明図である。光スポットＳｐの長径及び短径については、図７の説明のとき同様に、それぞれ４００μｍ及び５０μｍを想定する。また、蛍光体４３の粒径は２０μｍを想定する。なお、以下、入射光面４１等の蛍光体パネル２０の入射光面において光スポットＳｐの長径方向及び短径方向が走査方向Ｈｃに揃えて走査するときの走査方式をそれぞれ「横長走査」及び「縦長走査」と適宜呼ぶことにする。

図８Ａ及び図８Ｂにおいて、光スポットＳｐ１，Ｓｐ３は、その前端が走査方向Ｈｃに蛍光体４３の前端に揃った時の位置で示されている。光スポットＳｐ２，Ｓｐ４は、その後端が走査方向Ｈｃに蛍光体４３の後端に揃った時の位置で示されている。図８Ａにおいて、Ｃｏ１，Ｃｏ２はそれぞれ走査方向Ｈｃに光スポットＳｐ１，Ｓｐ２の中心を示している。

光スポットＳｐの横長走査のときの全体連続照射時間Ｔは、光スポットＳｐの中心が走査方向ＨｃにＣｏ１−Ｃｏ２間の距離としての３８０μｍ移動する所要時間として計算される。これに対し、光スポットＳｐの短径方向が走査方向Ｈｃに揃えられたときの全体連続照射時間Ｔは、光スポットＳｐの中心が走査方向Ｈｃに光スポットＳｐ３の中心位置−光スポットＳｐ４の中心位置間の距離としての３０μｍ移動する所要時間として計算される。この結果、図７Ｃで説明したように、出射光部４５の回転位置をα＋９０°に設定して、入射光面４１における光スポットＳｐを縦長走査とするときは、全体連続照射時間Ｔが減少し、全体連続照射時間Ｔ＜蛍光寿命τとすることができることが理解できる。

図８Ｃは図８Ａ及び図８Ｂの考察に基づいて入射光面４１において光スポットＳｐの短径方向を走査方向Ｈｃ、すなわち固有振動（共振振動）を利用する共振駆動による走査方向走査方向に揃えて光スポットＳｐを走査している時の説明図である。光偏向器１５において、ミラー部３２は第１回転軸線５０及び第２回転軸線５１の回りに往復回動する。

光スポットＳｐは、第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動に連動して、入射光面４１において水平軸Ｈ方向に往復走査し、第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の往復回動に連動して、入射光面４１において垂直軸Ｖ方向に往復走査する。光スポットＳｐは、水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の往復走査の総合として、走査方向Ｈｃ方向に走査する。したがって、光スポットＳｐの走査方向Ｈｃ方向の走査には、水平軸Ｈ方向の走査成分と垂直軸Ｖ方向の走査成分とを含む。しかしながら、第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の往復回動の周波数は、第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動の周波数より十分低いので、走査方向Ｈｃは、ほぼ共振駆動による走査方向である水平軸Ｈ方向となる。

こうして、光スポットＳｐを縦長走査したときには、入射光面４１上の少なくとも一部の走査領域部分では、光スポットＳｐによる全体連続照射時間Ｔ＜蛍光寿命τの走査が実現され、蛍光体を効率良く発光させることができる。また、光スポットＳｐを縦長走査したときには、横長走査したときよりも垂直軸Ｖ方向に多数の蛍光体を励起することができる。

図９は全体連続照射時間Ｔを減少させる別の実施形態に使用する入射光面４１１を後部アセンブリ３側から見た図である。図９の入射光面４１１は図５Ａの入射光面４１に対して水平軸Ｈの両端範囲を約１５％ずつ切り詰められている。なお、垂直軸Ｖ方向に、入射光面４１１の寸法は、入射光面４１の寸法と等しくなっている。入射光面４１１の水平軸Ｈ方向の両端の原点Ｏから距離は、入射光面４１の水平軸Ｈ方向の両端の原点Ｏから距離の９．５ｍｍから８．０ｍｍに短くされている。

一方、入射光面４１に代えて、入射光面４１１の採用にもかかわらず、光偏向器１５における第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動は、光スポットＳｐを入射光面４１において走査するときと同一のものになるように、前照灯ユニット１が装備される車両前照灯内の図示しないミラー制御部により光偏向器１５の内側アクチュエータ３６の第１駆動電圧が制御される。一方、光スポットＳｐが水平軸Ｈ方向に入射光面４１１の外に生成される期間、すなわち光スポットＳｐが入射光面４１から切り落とされた入射光面４１の両端範囲に生成される期間では、レーザ光出射装置１４は光源制御部により消灯される。こうして、入射光面４１１は、その前面において光スポットＳｐが基準走査速度（後述の図１０Ａの境界線Ｌに対応する走査速度）より高い走査速度で走査されることになる。

図１０は縦長走査と幅狭の入射光面４１１とを採用したときの効果について説明図である。図１０Ａは、縦長走査と幅狭の入射光面４１１とを採用して、全体連続照射時間Ｔの減少効果を示すグラフである。図１０Ａの横軸は、図６Ｃの横軸と同様に、原点Ｏ（図９）に対して水平軸Ｈ方向の座標位置を示す。なお、入射光面４１１は入射光面４１の内側に含まれる範囲であるので、入射光面４１１に対する光スポットＳｐの縦長走査の全体連続照射時間Ｔは、入射光面４１に対する光スポットＳｐの縦長走査の全体連続照射時間Ｔのうち、水平軸Ｈ方向の座標位置＝８．０ｍｍに箇所に引いた境界線Ｌより左側領域のグラフの全体連続照射時間Ｔとして示されることになる。

図１０Ａにおいて、Ｂ１〜Ｂ５（Ｂ３は除く）の「横長」及び「縦長」とは、それぞれ図８Ａの光スポットＳｐの横長走査及び図８Ｂの光スポットＳｐの縦長走査を意味する。１６ｋＨｚ及び３３ｋＨｚは、光偏向器１５における第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の往復回動周数を意味している。Ｂ３は、図６ＣのＡ３と同様に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）のｃｅ（セラミック）のτに相当する全体連続照射時間Ｔである。なお、図１０Ａの特性線Ｂ４，Ｂ５は、光スポットＳｐを横長走査で入射光面４１上を走査したときのものであり、図６Ｃの特性線Ａ１，Ａ２に一致する。

図６Ｃで前述したように、光スポットＳｐの水平軸Ｈ方向の走査範囲において、水平軸Ｈ方向の両端部分では、光スポットＳｐの走査方向の向きの反転のために、走査速度が急激に減少し、全体連続照射時間Ｔの増大原因となる。

そこで、図９の入射光面４１１のように、光スポットＳｐの水平軸Ｈ方向の走査速度が低下する入射光面４１の両端範囲（入射光面４１において図１０Ａの境界線Ｌより右側の水平軸Ｈ座標範囲）は切り落とした入射光面とされる。

図１０Ａにおいて、各特性線Ｂ１〜Ｂ５において水平軸Ｈ方向の各座標位置にける全体連続照射時間Ｔは光スポットＳｐの走査速度に対応する。図１０Ａから、縦長１６ｋＨｚ（Ｂ１）及び縦長３３ｋＨｚ（Ｂ２）における全体連続照射時間Ｔの特性は、境界線Ｌ（水平軸Ｈ方向の入射光面４１１の端）より内側の領域範囲における全体連続照射時間Ｔ（走査速度に対応する）は、蛍光寿命τ（６０ｎｓ）未満になっている。この結果、特性線Ｂ４，Ｂ５において、境界線Ｌに対応する走査速度より高速の走査速度で光スポットＳｐを入射光面４１１に走査するようにすれば、図１０Ｂに示すように、入射光面４１１上の光スポットＳｐの走査において全体連続照射時間Ｔ＜蛍光寿命τが達成されることが分かる。

図１１は２つの前照灯ユニット１が入射光面５３に生成する光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃを示している。入射光面５３は、２つの前照灯ユニット１における入射光面４１１（図９）を合成した入射光面を想定している。これに対し、入射光面５２は、２つの前照灯ユニット１における入射光面４１（図９）を合成した入射光面を想定している。前述したように、前照灯ユニット１を搭載する車両は、左右に前照灯装置を１つずつ装備し、各前照灯装置は、前照灯ユニット１を２個ずつ装備する。

図１１の光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃは、左右一方の側の２つの前照灯ユニット１が全体で生成する光スポット走査領域に相当する。光スポット走査領域５５ａ，５５ｂは、左右一方の側の２つの前照灯ユニット１をそれぞれ第１及び第２前照灯ユニット１と名付けると、第１前照灯ユニット１の２つの照射系１３はそれぞれ光スポット走査領域５５ａ，５５ｂを生成し、第２前照灯ユニット１の２つの照射系１３は、光スポット走査領域５５ｂ，５５ｃを生成する。

図１１では、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃが１つの入射光面５３に記載されているが、第１前照灯ユニット１の入射光面と、第２前照灯ユニット１の入射光面とを１つの入射光面５３に統合し、該入射光面５３上に光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃをまとめて図示したものとなっている。水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の寸法について、入射光面５３は入射光面４１１と同一になっている。

光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃには、対応の照射系１３における光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃがそれぞれ走査される。光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃは、水平軸Ｈ方向の寸法を入射光面５３の水平軸Ｈ方向の寸法と等しく設定されている。また、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃは、その順番に垂直軸Ｖ方向の寸法を増大されている。前照灯ユニット１を装備する車両前照灯からは光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃに対応する走査光が出射され、それら走査光は、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃに対応しかつ図１１の図示の光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃのように重なった照射領域を走査する。光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃに基づいて車両前照灯の前方に生成される照射領域は、それぞれスポット照射領域（ＳＰＯＴ）、中間照射領域（ＭＩＤ）及び広域照射領域（ＷＩＤＥ）に対応する。

入射光面５３上に光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃを生成するために、各照射系１３の光偏向器１５における第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の回動について、その回動周波数及び回動角範囲は、照射系１３に関係なく等しく設定される。これに対し、各照射系１３の光偏向器１５における第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の回動については、回動周波数は、等しいものの、回動角範囲は光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃの順番に大きく設定される。各照射系１３の光偏向器１５における第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の回動角範囲は、第２駆動電圧（図５Ｃ）により調整される。回動角範囲を大きくするときほど、第２駆動電圧のピーク値は増大する。

車両用前照灯においては、車両前方の照射領域について、中心部の照度が高く、周辺部に向かうに連れて低下する照度分布が望ましい。すなわち、蛍光体パネル２０の入射光面４１に照射される励起光としての光スポットＳｐは、蛍光体パネル２０の中心部付近を通過するとき強度を強められる。したがって、色度差の少ない照射光を生成するために、蛍光体パネル２０の中心付近の蛍光体の変換効率を高く維持することが求められる。そして、蛍光体の変換効率を部分的に高く維持するためには、入射光面４１において蛍光体の変換効率を高めたい領域部分を光スポットＳｐが通過する速度、すなわち走査速度を増大すればよい。

これに対し、第１回転軸線の回りのミラー部３２の固有振動の周波数としての共振周波数は、一定であるため、すなわち、同一の走査周波数であれば、走査幅の大きいときには、走査速度を速める必要があるために、入射光面４１における光スポットＳｐの水平軸Ｈ方向の走査、すなわち共振周波数による走査では、水平軸Ｈ方向の走査幅の広い方を、水平軸Ｈ座標＝０付近における走査速度を増大させる。一方、光スポット走査領域５５ａ，５５ｂは、光スポット走査領域５５ｃに対して、垂直軸Ｖ方向の走査幅は狭いものの、水平軸Ｈ方向の走査幅は同一に設定されている。こうして、光スポットＳｐａ，Ｓｐｂは、水平軸Ｈ座標＝０付近において光スポットＳｐｃと等しい高速の走査速度で走査して、入射光面４１の中心部付近における蛍光体の変換効率を高く維持している。

なお、光スポット走査領域５５ａ，５５ｂの水平軸Ｈ方向の両端部においては、レーザ光出射装置１４をオフ（消灯状態）にして、レーザ光出射装置１４から光の出射を中止しても構わない。両端部では、中心部ほど、高い照度が求められないからである。また、変形例として、レーザ光出射装置１４からの出射光の強度制御を実施すれば、水平軸Ｈ方向の光スポット走査領域５５ａ，５５ｂの位置や実質幅を変更する制御が実施可能となる。この制御については、後述の図１２で詳説する。

図１１に戻って、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃは、水平軸Ｈ方向の寸法が等しく、垂直軸Ｖ方向の寸法がその順番に増大しているので、照度は、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃの順番で減少する。光スポット走査領域５５ａは、光スポット走査領域５５ｂ，５５ｃと重なるので、光スポット走査領域５５ａの範囲は照度が特に増大する。

以降、光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃについて特に区別しないときは、「光スポット走査領域５５」と総称する。入射光面４１１について説明したように、入射光面５３においても、各光スポット走査領域５５の光スポットＳｐは縦長走査する。さらに、好ましくは、入射光面５３の水平軸Ｈ方向の両端は、各光スポットＳｐの走査方向Ｈｃの走査速度に対応する全体連続照射時間Ｔが、全体連続照射時間Ｔ＜蛍光寿命τとなる走査範囲の内側（図１０の境界線Ｌ（図１０Ａでは左側の境界線Ｌは省略されている）より水平軸Ｈ方向に原点Ｏ側）になっている。したがって、蛍光体パネル２０内の蛍光体４３に対する光スポットＳｐの励起光エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。

図１２は、図１１の光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃに対し、レーザ光出射装置１４から出射するレーザ光（出射光）の強度制御を付加して、光スポット走査領域５５ａ，５５ｂの水平軸Ｈ方向の実質的な位置及び実質的な幅を変更する制御の説明図である。図１１の光スポット走査領域５５ａ〜５５ｃは、図１２ではそれぞれＳＰＯＴ、ＭＩＤ及びＷＩＤＥで示されている。図１１では、光スポット走査領域５５ａ，５５ｂ（ＳＰＯＴ及びＭＩＤ）は、水平軸Ｈ方向に光スポット走査領域５５ｃ（ＷＩＤＥ）と同一の幅を有していたのに対し、図１２では、水平軸Ｈ方向の幅について、ＭＩＤはＷＩＤＥより縮小され、ＳＰＯＴはＭＩＤよりさらに縮小されている。

図１２において、ＳＰＯＴ及びＭＩＤの境界線が実線の矩形枠で示されている。図１１では、光スポット走査領域５５ａ（ＳＰＯＴ）及び光スポット走査領域５５ｂ（ＭＩＤ）の水平軸Ｈ方向両端の境界線は、光スポット走査領域５５ｃ（ＷＩＤＥ）の境界線と一致しているのに対し、図１２では、光スポットＳｐａ，Ｓｐｂ（図１１）は、水平軸Ｈ方向に図１２の枠外を走査しているときは、対応のレーザ光出射装置１４はオフ（消灯状態）とされ、対応の照射領域への走査光の照射が行われないようになっている。なお、対応のレーザ光出射装置１４は、光スポットＳｐａ，Ｓｐｂが水平軸Ｈ方向に図１２の枠外を走査することになる期間は、オフ（消灯状態）にされることなく、オン（点灯状態）に維持したまま、レーザ光出射装置１４からの出射光の強度を枠内の走査期間より弱めるようにすることもできる。又は、逆に、水平軸Ｈ方向に図１２の枠内を走査している期間は、枠外を走査している期間よりレーザ光出射装置１４からの出射光の強度を強めて、実質的なＳＰＯＴ及びＭＩＤを生成することができる。

図１２では、ＳＰＯＴの変位を分かり易くするために、前照灯ユニット１による照射領域の存在物も示している。７８は、前照灯ユニット１を装備する自車両が、現在走行しているカーブ道路８１の自車レーン８２の前方を先行している先行車両である。

図１２ＡのＳＰＯＴは、その中心が自車両の左右方向中心線上に存在する標準位置で示されている。自車両が直進道路を走行しているときは、ＳＰＯＴは標準位置にある。

図１２ＢのＳＰＯＴは、その中心が自車両の左右方向中心線に対して、カーブ道路８１の内側に所定量Ｋα、変位している。自車両は、カメラや操舵角センサー等を装備する。自車両に対する先行車両７８の相対位置は、カメラの撮像画像に対する周知の解析処理を行って検出する。また、自車両がカーブ道路８１を走行していることを、自車両の運転者により操作されたステアリングホィールの操舵角を検出する操舵角センサーからの検出信号等から検出することができる。

こうして、自車両がカーブ道路８１を走行している期間では、ＳＰＯＴの中心が自車両の左右方向中心からカーブ道路８１の曲率に応じた変位量だけ水平軸Ｈ方向へカーブ道路８１の内側（旋回側）の方へ変位する。この結果、図１２Ｂに示されるように、先行車両７８をＳＰＯＴ内に維持して、カーブ道路８１においても運転者が明確に視認できるようにしている。

なお、図１２において、ＭＩＤについては、車両運転に関する状況に基づく変位制御は行われず、自車両の左右方向中心線に対する相対位置はＷＩＤＥと同様に固定されている。

図１３は別の前照灯ユニットの構成図である。前照灯ユニットにおいて、前照灯ユニット１との相違点は、前照灯ユニットは、前照灯ユニット１に対し、光路２２ａ，２２ｂにそれぞれ径縮小レンズ素子としてのスポット径変更レンズ６２ａ，６２ｂが追加されていることである。以降、スポット径変更レンズ６２ａ，６２ｂについて特に区別しないときは、「スポット径変更レンズ６２」と総称する。

図１４は同一の車両前照灯内の２つの前照灯ユニットが該入射光面５３に生成する光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃを示している。入射光面５３は、図１１の入射光面５３と同様に、２つの入射光面４１１（図９）を合成したことを意味する。

図１４の光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃは、左右一方の側の２つの前照灯ユニットが全体で生成する光スポット走査領域に相当する。左右一方の側の２つの前照灯ユニットをそれぞれ第１及び第２前照灯ユニットと名付けると、第１前照灯ユニットの２つの照射系１３はそれぞれ光スポット走査領域６５ａ，６５ｂを生成し、第２前照灯ユニットの２つの照射系１３は光スポット走査領域６５ｂ，６５ｃを生成する。

図１４では、光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃが１つの入射光面５３に記載されているが、第１前照灯ユニットの入射光面４１（図５Ａ）と、第２前照灯ユニットの入射光面４１（図５Ａ）とを１つの入射光面５３に統合し、該入射光面５３上に光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃをまとめて図示したものとなっている。入射光面５３の水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の寸法は、入射光面４１１（図９）と同一になっている。なお、入射光面５２は、図１１のときと同様に、図９の入射光面４１を統合したものを参考に示したものである。

光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃには、対応の照射系１３における光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃが走査される。光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃは、また、その順番に水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の寸法を増大されている。光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃは、いずれも縦長光スポットになっている。最大の光スポット走査領域６５ｃは、水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の寸法を入射光面５３の水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向の寸法と等しく設定されている。

入射光面５３上に光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃを生成するために、各照射系１３の光偏向器１５における第１回転軸線５０の回りのミラー部３２の回動について、その回動周波数は照射系１３に関係なく等しく設定されるが、回動角範囲は、光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃの順番に増大される。また、各照射系１３の光偏向器１５における第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の回動については、回動周波数は照射系１３に関係なく等しいが、回動角範囲は光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃの順番に大きく設定される。各照射系１３の光偏向器１５における第１回転軸線５０及び第２回転軸線５１の回りのミラー部３２の回動角範囲は、第１駆動電圧（図５Ｂ）及び第２駆動電圧（図５Ｃ）により調整される。回動角範囲を大きくするときほど、第１及び第２駆動電圧のピークピーク値（Peak-to-peak value）は、増大する。

前照灯ユニットを装備する車両前照灯からは光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃに対応する走査光が出射され、それら走査光は、光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃに対応しかつ図１４の図示の光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃのように重なった照射領域を走査する。光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃに基づいて車両前照灯の前方に生成される照射領域は、それぞれスポット照射領域、中間照射領域及び広域照射領域に対応する。

図１４において、光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃは、それぞれ光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃを走査する光スポットＳｐである。以下、光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃについて特に区別しないときは、「光スポットＳｐ」と総称する。光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃについて特に区別しないときは、「光スポット走査領域６５」と総称する。

スポット径変更レンズ６２（図１３）は、それが配備されている照射系に設定される大きさ（径）の光スポットＳｐが対応の光スポット走査領域６５に形成されるように（図１４では、大きい光スポット走査領域６５ほど、大きな光スポットＳｐが形成されている。）、レーザ光出射装置１４からの光の絞り量を調整している。

径の小さい光スポットＳｐほど、全体連続照射時間Ｔが減少する。したがって、光スポットＳｐを、小さい光スポット走査領域６５に対して程、小さくすることは、走査方向Ｈｃに長さの短い光スポット走査領域に対して走査速度をさほど増大しなくても、蛍光体の変換効率を維持することができる。このため、光スポット走査領域６５ａ〜６５ｃの大きさに合わせて、各光スポットＳｐａ〜Ｓｐｃの順番に大きさが増大している。

光スポット走査領域６５ａ，６５ｂの水平軸Ｈ方向寸法と光スポットＳｐａ，Ｓｐｂの走査速度との関係について説明する。光スポット走査領域６５ａの水平軸Ｈ方向寸法と光スポットＳｐａの走査速度との関係は、光スポット走査領域６５ｂの水平軸Ｈ方向寸法と光スポットＳｐｂの走査速度との関係と同一であるので、前者の関係についてのみ説明する。

好ましくは、光スポット走査領域６５ａの水平軸Ｈ方向の両端は、光スポット走査領域６５ａ用の光スポットＳｐａ、入射光面４１１の場合の光スポットＳｐと同様に、走査方向Ｈｃの走査速度に対応する全体連続照射時間Ｔが、全体連続照射時間Ｔ＜蛍光寿命τとなる走査範囲内に含められる。したがって、光スポットＳｐａについて、蛍光体パネル２０内の蛍光体４３に対する光スポットＳｐの励起光エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。このことは、光スポット走査領域６５ｂと光スポットＳｐｂとの関係や、光スポット走査領域６５ｃと光スポットＳｐｃとの関係についても言えることである。

本発明を実施形態について説明したが、本発明は、図示の実施形態に限定されることなく、要旨の範囲内で種々の変形形態を包含する。

実施形態では、前照灯ユニット１が光走査装置の一例として説明されている。本発明の光走査装置は、前照灯ユニット１に限定されることなく、屋外や屋内を照らす照明装置や、映像投影用スクリーン等の領域に画像を生成するプロジェクタ等にも適用することができる。

光出射部を有する光源装置として、実施形態では、出射光部４５を有する青色のレーザ光出射装置１４が備えられている。本発明の光源装置は、青色のレーザ光出射装置１４以外に、青色以外のレーザ光出射装置、ＲＧＢレーザ又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、その他の光源装置を採用することができる。

実施形態では、蛍光体パネルの出射光面から出射されてくる光を調整して照射領域に投影する投影部として、照射領域としての照射領域に光を照射する投影レンズ１９ａ〜１９ｄが設けられている。本発明の投影部は、コリメータレンズであってもよい。また、投影部としての投影レンズの枚数や配置を状況に応じて変更することもできる。

実施形態では、蛍光体の励起源としての励起光スポットである光スポットＳｐは、線対称な形状となっている。本発明の励起光スポットは、長径方向と短径方向とを有すれば、線対称な形状でなくてもよい。

実施形態では、光源装置の点灯及び消灯を制御する光源制御部が、前照灯ユニット１，６１内に配備されている。本発明の光源制御部は、前照灯ユニット１，６１の外に配備されて、配線で前照灯ユニット１，６１のレーザ光出射装置１４に接続される外付け型の光源制御部であってもよい。

実施形態では、平均粒径の蛍光体の全体を連続照射する時間としての全体連続照射時間が、蛍光体の蛍光寿命に等しくなるときの基準走査速度として、図１０Ａの境界線Ｌに対応する走査速度として説明した。図１０Ａの境界線Ｌに対応する走査速度は、固定されず、光走査装置が配備される環境下の蛍光体の種類、レーザ光出射装置１４の配置位置や出射光の種類等によっても種々に変化する。

実施形態では、光スポットＳｐの走査方向に沿う方向としての走査方向Ｈｃがほぼ水平軸Ｈ方向となっている。本発明は、走査方向Ｈｃが、水平軸Ｈに対して所定の傾斜角度の方向である場合や、垂直軸Ｖの方向である場合も含む。

実施形態では、励起光スポットの径を縮小する径縮小レンズ素子として、スポット径変更レンズ６２（図１３）が設けられている。本発明の径縮小レンズ素子は、光路２２の途中ではなく、レーザ光出射装置１４に装着して設けることもできる。

実施形態では、前照灯ユニット１，６１は、第１及び第２照射系として照射系１３ａ，１３ｂを備えている。本発明の光走査装置は、照射系が１つのみや、３つ以上の照射系を含むこともできる。

実施形態では、蛍光体パネル２０の入射光面４１等は、矩形に形成されている。本発明の蛍光体パネルの入射光面は、矩形以外の形状（例：平行四辺形、正方形及びひし形）にも適用可能である。

実施形態では、アクチュエータとしての光偏向器１５の内側アクチュエータ３６及び外側アクチュエータ３７、並びにレーザ光出射装置１４の点灯及び消灯を制御する光源制御部は、別個として説明した。本発明の制御部は、光偏向器のミラー制御部と光源装置の光源制御部とを兼ねたものであってもよい。

実施形態では、光偏向器１５の内側アクチュエータ３６及び外側アクチュエータ３７は、共に、圧電膜への印加電圧の制御により圧電膜を変形させて、圧電膜が固着されているカンチレバー本体の長手方向両端を相対変位させ、この相対変位により被作用対象を変位させる圧電式のアクチュエータになっている。本発明のアクチュエータは、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りにミラー部を往復回動させることができるものであれば、圧電式以外の駆動方式として、例えば電磁式や静電式のアクチュエータを採用することができる。

１・・・前照灯ユニット（光走査装置）、１３・・・照射系、１４・・・レーザ光出射装置（光源装置）、１５・・・光偏向器、１９・・・投影レンズ（投影部）、２０・・・蛍光体パネル、２２・・・光路、３２・・・ミラー部、３６・・・内側アクチュエータ（アクチュエータ）、３７・・・外側アクチュエータ（アクチュエータ）、４１・・・入射光面、４３・・・蛍光体、４５・・・出射光部（光出射部）、５５・・・光スポット走査領域（走査領域）、６１・・・前照灯ユニット、６２・・・スポット径変更レンズ（径縮小レンズ素子）、６３・・・入射光面、６５・・・光スポット走査領域。

Claims

光出射部を有し、該光出射部から光を出射する光源装置と、
蛍光体を収納する光透過部を入射光面及び出射光面の間に有する蛍光体パネルと、
前記蛍光体パネルの前記出射光面から出射されてくる光を調整して照射領域に投影する投影部と、
相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りに往復回動自在となっているミラー部、及び前記ミラー部を前記第１及び第２回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータを有し、前記光源装置の前記光出射部から入射する入射光を前記ミラー部により反射させて、反射光を前記蛍光体パネルの前記入射光面において前記第１及び第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動方向に対応付けられる第１及び第２走査方向で走査させる光偏向器と、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動が前記ミラー部の固有振動の共振周波数で行われ、前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動が前記共振周波数とは異なる非共振周波数で行われるように、前記アクチュエータの駆動電圧を生成する駆動電圧生成部とを備える光走査装置であって、
前記光偏向器からの反射光により前記蛍光体パネルの前記入射光面上に生成されて前記光透過部の蛍光体を励起する励起光スポットについて相互に直角の２つの径方向のうち、長い方を長径方向、短い方を短径方向とそれぞれ定義し、前記光源装置の前記光出射部は、前記励起光スポットの短径方向が前記入射光面における前記励起光スポットの前記第１走査方向に沿う方向となるように、前記光出射部からの出射光の光軸回りの回転位置が設定され、
前記共振周波数は、前記励起光スポットが、前記第１走査方向に走査するのに伴って、平均粒径の蛍光体の全体を連続照射する時間を全体連続照射時間とするとき、前記全体連続照射時間が蛍光寿命未満になる周波数に、設定されることを特徴とする光走査装置。
請求項１記載の光走査装置において、
前記光源装置と前記光偏向器とは別々に有し、前記蛍光体パネルと前記投影部とは共通とする第１及び第２照射系を含み、
前記第１及び前記第２照射系が励起光スポットの走査領域として前記入射光面にそれぞれ生成する第１及び第２走査領域に対し、
前記第１走査領域は、前記第２走査領域の内側になるように、設定され、
前記第１照射系の励起光スポットの径を前記第２照射系の励起光スポットよりも小さくする径縮小レンズ素子を備えることを特徴とする光走査装置。
請求項２記載の光走査装置において、
前記第１及び前記第２走査領域は、前記励起光スポットが高速で走査する方の辺が低速で走査する方の辺より長い矩形に設定され、
前記第１及び前記第２走査領域の長辺は相互に等しく、
前記第１及び前記第２走査領域の短辺は前記第１走査領域の方が短くなるように、前記第１及び前記第２照射系の前記光偏向器の前記アクチュエータを介して前記光偏向器のミラー部を制御するミラー制御部を備えることを特徴とする光走査装置。
請求項１記載の光走査装置において、
前記光源装置と前記光偏向器との間に配設され、前記励起光スポットの径を縮小する径縮小レンズ素子を備えることを特徴とする光走査装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記入射光面は、該入射光面を含む平面において前記第１軸方向の前記励起光スポットの走査範囲の全体から、前記全体連続照射時間が蛍光寿命を超える両端範囲を切り落とした走査範囲であることを特徴とする光走査装置。