JP6868864B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置、たとえば車両用前照灯に関する。
ＡＤＢ(adaptive driving beam)車両用前照灯は、照明光を動的に制御可能なヘッドランプの一例である。一般的に、動的に制御される照明には、車両用前照灯に要求される基本的な照明のほか、特定の対象物に向けられる照明、路面などに情報表示を行う照明等が含まれる。それらの基本技術は光の空間変調であり、たとえば広く普及しているプロジェクタと共通する。ＬＣＤ(liquid crystal display)パネル、ＬＣＯＳ(liquid crystal on silicon)パネル、ＤＬＰ(digital light processing)、ＭＥＭＳ(microelectromechanical systems)ミラー等によって動的な照明光制御を行うことができる。たとえば光の利用効率の観点からは、ＭＥＭＳミラー等、入射光に対する傾きを変更可能なミラーを用いることが好ましい。ＭＥＭＳミラー等のミラーを使用し、光源から出射された光を反射して照明光を形成する方法には、たとえば照明に必要な光ビームを、直接、車両前方に向けて走査しながら出射し、所望の照明光パターンを形成する方法と、光の波長変換作用をもつパネル（蛍光体パネル等）上に、光ビームを走査して所望の照明光対応パターンを形成し、それをレンズによって車両前方に投影する方法とがある。
車両用前照灯に関する種々の発明が知られている（たとえば特許文献１〜３参照）。特許文献１には、多様な照明光パターンを形成する、コンパクトな車両用前照灯の発明が記載されている。特許文献２には、照明光に乗せられた情報の視認性を向上させる車両用前照灯の発明の記載がある。特許文献３には、適度な大きさをもち、柔軟性が改善されたヘッドランプの発明が開示されている。
図１６Ａは、車両用前照灯の従来例を示す概略図である。
レーザ光源９０から、たとえば青色の波長領域のレーザ光９０ａが出射される。レーザ光９０ａはＭＥＭＳミラー９１で出射方向を変化され、蛍光体パネル９２に入射する。蛍光体パネル９２は、蛍光体材料を含み、光の波長変換作用を備える。蛍光体パネル９２に入射するレーザ光９０ａのうち、蛍光体材料に入射したレーザ光９０ａは、異なる波長の光、たとえば黄色の波長領域の光に変換されて蛍光体パネル９２を透過する。残部のレーザ光９０ａは、蛍光体材料に入射することなく蛍光体パネル９２を透過する。蛍光体材料に入射し、波長変換されて蛍光体パネル９２を透過する黄色光と、蛍光体材料に入射せず、蛍光体パネル９２を透過する青色光とで白色光が得られる。蛍光体パネル９２を出射したレーザ光９０ａは、投影レンズ９３を透過し、照明光として投射される。
レーザドライバ９４は、レーザ光源９０からのレーザ光９０ａの出射を制御する。ＭＥＭＳドライバ９５は、ＭＥＭＳミラー９１の動作を制御する。制御システム９６は、レーザドライバ９４及びＭＥＭＳドライバ９５を含んで構成される。
ＭＥＭＳミラー９１を駆動し、蛍光体パネル９２上にレーザ光９０ａを走査することで、照明光対応パターンが形成される。投影レンズ９３は、蛍光体パネル９２の位置のレーザ光９０ａの像を車両前方に投影する。蛍光体パネル９２上の照明光対応パターンは、投影レンズ９３によって車両前方に投影され、所定の輝度分布を有する照明光（配光）パターンが形成される。
図１６Ａに示す車両用前照灯の蛍光体パネル９２は、入射光を透過する透過型の蛍光体パネルであるが、入射光を反射する反射型の蛍光体パネルを使用することもできる。
図１６Ｂに、反射型の蛍光体パネル９２を用いる車両用前照灯の例を示した。反射型の蛍光体パネル９２は、反射部材を備え、入射光を反射して出射する。図１６Ｂに示す車両用前照灯においても、ＭＥＭＳミラー９１で出射方向を変化され、蛍光体パネル９２に入射するレーザ光９０ａのうち、蛍光体材料に入射したレーザ光９０ａは、異なる波長の光、たとえば黄色の波長領域の光に変換されて蛍光体パネル９２を出射する。残部のレーザ光９０ａは、蛍光体材料に入射することなく蛍光体パネル９２を出射する。蛍光体材料に入射し、波長変換されて出射する黄色光と、蛍光体材料に入射することなく、蛍光体パネル９２を出射する青色光とで白色光が得られる。図１６Ｂに示す車両用前照灯は、蛍光体パネル９２に入射するレーザ光９０ａが反射されて出射する点以外は、図１６Ａに示す車両用前照灯と同様である。
図１６Ａ及び図１６Ｂに示す車両用前照灯においては、レーザ光９０ａの走査に、機械的可動部をもつＭＥＭＳミラー９１が用いられる。このため、前照灯の大きさ、重量、配光精度、信頼性、寿命等に課題がある。
また、レーザ光９０ａの出射を制御するレーザドライバ９４に加え、ＭＥＭＳミラー９１の動作を制御するＭＥＭＳドライバ９５が必要となる。更に、ＭＥＭＳミラー９１を出射するレーザ光９０ａの出射方向を監視する構成が必要となる場合もある。
ミラーの反射率も問題となる。反射率の低下は照明光の輝度低下につながるだけでなく、ミラー自体への熱的ストレスとなって、その信頼性や寿命に大きく影響する。
図１６Ａ及び図１６Ｂに示す車両用前照灯においては、一本のレーザ光９０ａで、蛍光体パネル９２の所定範囲（照明光対応パターン）を走査する。したがって走査範囲が広くなるほど、蛍光体パネル９２の中央部にレーザ光９０ａが入射する時間密度が低下する。このため配光（照明範囲）の中央領域が周辺領域に比べて暗くなる場合もありうる。なお、所定範囲を走査するにあたっては、部分的な走査に対応することが困難となる場合もある。
更に、通常のレーザ光源９０から出射したレーザ光９０ａは、ある角度の広がりをもつため、ＭＥＭＳミラー９１に入射させる前に、レンズ等の光学系を用いてコリメートすることが必要となる場合がある。
フォトニック結晶レーザの研究がなされている（たとえば特許文献４及び５参照）。特許文献４には、最大４５°の傾斜角で安定してレーザビーム（傾斜ビーム）を出射可能なフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。特許文献５には、レーザビーム出射の傾斜角を大きくすることができ、２次元フォトニック結晶層の設計自由度が高いフォトニック結晶レーザの発明が開示されている。
特許第５５７７１３８号公報 特開２０１６−１１０３９号公報 特開２０１４−２４０２７０号公報 特許第５７９４６８７号公報 特開２０１３−２１１５４２号公報
本発明の目的は、高品質の照明装置を提供することである。
本発明の一観点によると、レーザ光を出射するフォトニック結晶レーザと、前記フォトニック結晶レーザを出射したレーザ光の光路上に配置され、入射したレーザ光の一部の波長を変換する波長変換部材と、前記波長変換部材を出射したレーザ光の光路上に配置され、前記波長変換部材の位置の前記レーザ光の像を投影する投影レンズと、前記フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第１制御装置を有し、前記フォトニック結晶レーザは、光共振状態形成用フォトニック結晶構造と光出射用フォトニック結晶構造とが形成されているフォトニック結晶層を有し、さらに前記フォトニック結晶レーザ構造は、相互に電気的に分離された複数の電極を備え、複数の前記電極に対応する前記フォトニック結晶層の複数の領域はそれぞれ所定の方向に前記レーザ光が出射されるように規定され、
前記第１制御装置は複数の前記電極に印加される電圧のバランスを制御することで前記レーザ光の傾斜角θおよび出射方位面Ｐｓの回転角度φを変化させ、前記レーザ光は楕円状領域内を走査する車両用前照灯が提供される。
本発明によれば、高品質の照明装置を提供することができる。
図１Ａは、フォトニック結晶レーザの一構造例を示す概略的な断面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは、フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光α、βを示す概略図であり、図１Ｄは、フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光を示す概略図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、レーザ光α、β、及び、出射方位面Ｐｓを示す概略図である。 図３は、レーザ光の出射制御例を示す概略図である。 図４は、レーザ光を同時照射する制御例を示す概略図である。 図５Ａ〜図５Ｄは、図１Ａに示すフォトニック結晶レーザのｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の構成を示す概略的な平面図である。 図６Ａ、図６Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の配置例を示す概略的な平面図であり、図６Ｃは、方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフである。 図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の他の配置例を示す概略的な平面図である。 図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の、更に別の配置例を示す概略的な平面図である。 図９は、第１実施例による照明装置（車両用前照灯）の基本的構成を示す概略図である。 図１０Ａは、蛍光体パネル３１の一例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｂは概略的な断面図であり、図１０Ｃは、蛍光体パネル３１の他の例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｄは概略的な断面図であり、図１０Ｅは、蛍光体パネル３１の、更に別の例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｆは概略的な断面図である。 図１１Ａは、第１実施例による車両用前照灯を示す概略図であり、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、第１実施例による車両用前照灯の変形例を示す概略図である。 図１２は、第２実施例による照明装置（車両用前照灯）の基本的構成を示す概略図である。 図１３Ａは、蛍光体パネル３２の一例を示す概略的な平面図であり、図１３Ｂは概略的な断面図であり、図１３Ｃは、蛍光体パネル３２の、他の例を示す概略的な平面図であり、図１３Ｄは概略的な断面図である。 図１４は、第２実施例による車両用前照灯の変形例を示す概略図である。 図１５は、実施例による照明装置の応用例を示す概略図である。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、車両用前照灯の従来例を示す概略図である。
フォトニック結晶レーザは、たとえば２次元フォトニック結晶のバンド端における群速度零効果を利用して、面内で定在波共振状態を形成し、その一部を面内方向と垂直な方向に回折させることで出力を得るレーザである。端面発光を行う通常の半導体レーザやＶＣＳＥＬ(vertical cavity surface emitting laser)のような面発光レーザとは異なる構造をもち、出力やビーム品質に優れる。
実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザについて説明する。
図１Ａは、フォトニック結晶レーザの一構造例を示す概略的な断面図である。フォトニック結晶レーザは、たとえばｎ型ＧａＮ基板１０、及び、ｎ型ＧａＮ基板１０上に順に積層された、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層１３、ノンドープＧａＮ層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７の積層構造を有する。ｎ型ＧａＮ基板１０の、積層構造と反対側の面にはｎ側電極１９が配置される。ｐ型ＧａＮコンタクト層１７の、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６と反対側の面にはｐ側電極１８が配置される。
図１Ａに示すフォトニック結晶レーザは、たとえば以下の方法で製造することができる。
まず、有機金属化学気相成長(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD)法を用い、ｎ型ＧａＮ基板１０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１及びｎ型ＧａＮ層を成長させる。
プラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition)法を用い、ｎ型ＧａＮ層上にＳｉＮｘ膜を成膜する。ＳｉＮｘ膜上に、スピンコートでレジスト（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ５２０Ａ）を塗布する。
電子線描画を用い、所望のフォトニック結晶パターンを露光する。
露光後、現像液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＥＤ−Ｎ５０）を用いて現像する。
パターニングされたレジストをマスクとして、ＳｉＮｘ膜をドライエッチャーでエッチングし、パターンをＳｉＮｘ膜に転写する。
レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ）を、剥離液（たとえば日本ゼオン株式会社製のＺＤＭＡＣ）を用いて除去する。
ＳｉＮｘ膜をマスクとして、ドライエッチングによりＧａＮ層に空孔を形成する。
ＳｉＮｘ膜をバッファードＨＦ（フッ酸）で除去する。
再びＭＯＣＶＤ装置に投入し、空孔を残すように埋め込み再成長を行う。
この工程まででｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が形成される。
そのままＭＯＣＶＤ装置中で、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層１３（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＧａＮ）、ノンドープＧａＮ層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７を成長させる。
ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、電極１８、１９等を形成し、チップに切り出す。
このような工程を経て、フォトニック結晶レーザが製造される。
半導体層はＭＯＣＶＤ法でなく、他の方法、たとえば分子線エピタキシ(molecular beam epitaxy; MBE)法を用いて成長させてもよい。
また、ＳｉＮｘ膜でなく、ＳｉＯ２膜としてもよい。
なお、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層１３を、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸活性層（井戸層：ＩｎＧａＮ、障壁層：ＩｎＧａＮ）とすることもできる。
図１Ａに示すフォトニック結晶レーザの電極１８、１９間に電圧を印加し、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層１３に電流を供給することにより、ｎ型ＧａＮ基板１０側からレーザ光（レーザビーム）が出射される。出射されるレーザ光は、紫色〜青色の波長領域の光である。
本願明細書及び図面においては、フォトニック結晶レーザの面内（フォトニック結晶層の面内）にＸ軸及びＹ軸を規定する。また、フォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）と平行な方向にＺ軸を規定し、レーザ光が出射される側をＺ軸正方向とする。
図１Ｂにフォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光α、βを示す。フォトニック結晶レーザにおいては、一つのレーザ光出射位置Ｏから同時に２本のレーザ光（双ビーム）α、βが出射される。レーザ光αの出射方向とフォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）とがなす角と、レーザ光βの出射方向とフォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）とがなす角とは相互に等しい。以下、この角度を傾斜角θと呼ぶ。傾斜角θは、レーザ光の出射方向がフォトニック結晶層の法線に対してなす傾斜角である。
図１Ｂとともに、図１Ｃを参照する。レーザ光α、βの出射方向は、フォトニック結晶レーザ出射面（フォトニック結晶層面）と直交する一つの平面Ｐｓ内の方向である。レーザ光出射位置Ｏを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）がすべて平面Ｐｓの面内方向であるということもできる。図１Ｂ及び図１Ｃに示す例においては、レーザ光α、βの出射方向は、レーザ光出射位置Ｏを含む、ＸＺ平面に平行な平面Ｐｓの面内方向である。以下、レーザ光出射位置Ｏを起点とするレーザ光α、βの出射方向及びフォトニック結晶レーザの面内方向の法線方向（フォトニック結晶層の法線方向）をすべて面内方向とする平面Ｐｓを出射方位面Ｐｓと呼ぶ。
図１Ｄを参照する。フォトニック結晶レーザのレーザ光は、たとえばフォトニック結晶レーザの面内における数百μｍ×数百μｍの範囲内から出射される。１本のレーザ光の広がり角はたとえば約１°である。２本のレーザ光（双ビーム）の合計出力は、たとえば１Ｗ〜１０Ｗである。また、たとえば量子井戸活性層に供給する電流のオン、オフを繰り返すことにより、数百ＭＨｚの繰り返し周波数（パルス変調可能周波数）までのパルス波（パルスレーザビーム）を出射することができる。なお、電流の供給を間断なく続けた場合には、連続波のレーザ光が出射される。
後述の実施例による照明装置に用いられるフォトニック結晶レーザは、上記の特徴をもつとともに、たとえば以下のレーザ光制御（出射ビーム制御）が可能である。
図２Ａを参照する。傾斜角θは、０°≦θ≦４５°の範囲で任意に変化させることができる。
図２Ｂを参照する。出射方位面Ｐｓは、レーザ光出射位置Ｏを通り、フォトニック結晶レーザの面内方向と直交する直線（フォトニック結晶層の法線方向と平行な直線）を軸として、その周囲に任意の角度で回転させることができる。
傾斜角θの変化と、出射方位面Ｐｓの回転角度の変化を組み合わせると（傾斜角θと出射方位面Ｐｓの回転角度をともに制御すると）、レーザ光出射位置Ｏを頂点とする円錐内におけるレーザ光走査（任意の位置へのレーザ光照射）が可能となり、たとえば楕円状領域内の任意の範囲を照明することができる。
レーザ光の走査とともに、たとえばレーザ光のパルス幅制御(pulse width modulation; PWM)や点滅周波数（パルスの繰り返し周波数）制御(pulse frequency modulation; PFM)を行ってもよい。出力（強度）制御等も可能である。
図３に示す例においては、たとえば楕円状領域内を走査（照明）する場合に、楕円の中心部に照射するレーザ光の出力ｐ２を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の出力ｐ１よりも大きくする（ｐ１＜ｐ２）。これとは別に、またはこれとあわせて、楕円の中心部に照射するレーザ光の周波数ｆ２を、楕円の左右領域に照射するレーザ光の周波数ｆ１よりも小さくする（ｆ２＜ｆ１）。このように、たとえば入射位置に応じ、レーザ光の出力や周波数等を制御する。なお、たとえば車両用前照灯においては、照射範囲の中心部に入射させるレーザ光の出力ｐ２を、左右領域に入射させるレーザ光の出力ｐ１よりも大きくすることが好ましい。周波数ｆ１、ｆ２は、中心部と左右領域で等しくてよい。
レーザ光の出射を制御する（傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等の制御を行う）ことで、たとえば照明領域（照明範囲）の形状や、照明光の強度分布を制御することができる（照明パターンの動的な形成）。レーザ光の出射制御は、後述するように、たとえば電極への電圧の印加態様（電圧を印加する電極の選択を含む。）の制御によって行う。
更に、フォトニック結晶レーザにおいては、複数の双ビームを独立に制御することが可能である。たとえば２組の双ビームを同時に出射し、各組について傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を独立に変化させることができる。
なお、厳密には、傾斜角θや出射方位面Ｐｓの回転角度が異なるレーザ光は同一の出射位置から出射されるわけではなく、θやＰｓに応じた出射位置の変位がある。そのような変位は、たとえばｎｍからμｍオーダー程度であり、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４（後述）のような図では表現できないくらいの大きさである。しかも本件のような蛍光体面でのレーザ光の照射位置制御を利用した照明装置（後述）ではそのような変位は問題とならない。
図４に、相互に傾斜角θが異なる複数組（４組）の双ビームを同時に出射する例を示した。４組の双ビームの出射方向はすべて平面Ｐｓの面内方向である。複数の双ビームを同時に出射することで、同時多点照射が可能となる。同時照射による効果で、帯状領域にレーザ光を照射することができる。なお、同時点灯させたままで、レーザ光の出力制御を行うこともできる。点滅周波数制御、パルス幅制御等を行うことも可能である。
レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Ｐｓの回転角度制御について詳細に説明する。
図５Ａ〜図５Ｄは、図１Ａに示すフォトニック結晶レーザのｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の構成を示す概略的な平面図である。レーザ光の傾斜角θ制御、及び、出射方位面Ｐｓの回転角度制御は、たとえば特許文献５に記載される２次元フォトニック結晶層の構成と同様の構成を採用して行うことができる。
ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２は、層状の母材（ｎ型ＧａＮ層）内に空孔（母材とは屈折率が異なる領域）が配置されて構成され、光共振状態形成用フォトニック結晶構造を形成する光共振状態形成用格子１２ａ（図５Ａ参照）、及び、光出射用フォトニック結晶構造を形成する光出射用格子１２ｂ（図５Ｂ参照）を有する。
図５Ａを参照する。光共振状態形成用格子１２ａは、格子定数ａを有する正方格子からなり、格子点１２ａ１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って間隔ａで並ぶ。
図５Ｂを参照する。光出射用格子１２ｂ（格子点１２ｂ１）では、（ｒ１，１）ａ及び（ｒ２，１）ａの基本並進ベクトルを有する斜方格子が構成される。
図５Ｃ及び図５Ｄを参照する。ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２は、光共振状態形成用格子１２ａと光出射用格子１２ｂを重ね合わせた構造とする。このフォトニック結晶の格子１２ｃの格子点１２ｃ１に空孔１２ｄを配置する。
図１Ａに示すフォトニック結晶レーザからは、たとえば波長４５０ｎｍの青色レーザ光α、βが出射される。また、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の有効屈折率ｎｅｆｆは、母材を形成するｎ型ＧａＮの屈折率及び空孔１２ｄが母材内に占める割合により定まる。空孔１２ｄの面積を調整することで、たとえば有効屈折率ｎｅｆｆ＝２．５とした。
図１Ａに示すフォトニック結晶レーザからは、格子点１２ｂ１の位置を示すパラメータｒ１及びｒ２が以下の式（１）及び（２）を満たす方向にレーザ光が出射される。
Figure 0006868864
Figure 0006868864
ここで方位角φは、出射されるレーザ光（傾斜ビーム）のｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２に平行な面への射影の該面内での向きを表す方位角（Ｘ軸方向を基準とする方位角）を表す。
なお、格子定数ａ、有効屈折率ｎｅｆｆ、出射されるレーザ光の波長λの間には、以下の式（３）の関係がある。
Figure 0006868864
たとえば式（１）、（２）より、ｒ１、ｒ２が変化すれば、傾斜角θ、方位角φが変化することがわかる。したがって一例として、ｒ１、ｒ２が異なる領域を形成し、レーザ光の出射方向（傾斜角θ、方位角φ）を変化させることができる。所望の傾斜角θ、方位角φで、フォトニック結晶レーザの外部にレーザ光を取り出すことも可能である。
図６Ａ〜図６Ｃを参照し、傾斜角θの制御例について説明する。
図６Ａ、図６Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の配置例を示す概略的な平面図である。図６Ａに示すように、ｎ側電極１９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図６Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極１８ａ〜１８ｄを含んで構成される。
ｐ側電極１８ａ〜１８ｄのうちの単数または複数とｎ側電極１９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極１８ａ〜１８ｄとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｄに対応する位置の量子井戸活性層１３）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極１９に囲まれた領域（窓１９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザの外部に向けて出射される。
図６Ｂに示す例においては、各ｐ側電極１８ａ〜１８ｄとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｄに対応する位置の量子井戸活性層１３）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｄに対応する位置の）ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極１８ａ〜１８ｄに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が作製されている。一例として、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２は、ｐ側電極１８ａに対応する領域から、ｐ側電極１８ｄに対応する領域に向かって、傾斜角θを連続的に変化させるよう、式（１）、（２）に従い、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように作製されている。
図６Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８ａに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。すなわち、たとえばｐ側電極１８ａとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、それぞれ（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば相互に隣接する電極１８ａ〜１８ｄに印加する電圧値（ｐ側電極１８ａ〜１８ｄに対応する位置の量子井戸活性層１３に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
一例として電極１８ａ、１９間及び電極１８ｂ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ａ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｂ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、０°＜θ＜１０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極１８ｂ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
また、電極１８ｂ、１９間及び電極１８ｃ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｂ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｃ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、１０°＜θ＜２０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極１８ｃ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
同様に、電極１８ｃ、１９間及び電極１８ｄ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｃ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｄ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、２０°＜θ＜３０°、φ＝０°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極１８ｄ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
図６Ｂに示す構成においては、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
図６Ｃは、方位角φ＝０°の出射方位面内でレーザ光を出射する場合における、傾斜角θとパラメータｒ１、ｒ２の関係を示すグラフである。グラフの横軸は、傾斜角θを単位「°」で表し、縦軸はｒ１及びｒ２を表す。本設計の場合、ｒ１＝ｒ２となる。なお、レーザ光の波長は４５０ｎｍ、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の有効屈折率ｎｅｆｆは２．５とした。
グラフから、たとえばｒ１及びｒ２を連続的に変化させてｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２を作製することで、傾斜角θを連続的に変化させてレーザ光を出射可能であることがわかる。
図６Ａ〜図６Ｃに示したのは、φ＝０°とする１つの出射方位面内においてレーザ光の出射方向（傾斜角θ）を変化させる例であり、レーザ光は１軸方向に走査される。図７Ａ及び図７Ｂを参照し、複数の出射方位面内においてレーザ光の出射方向（傾斜角θ）を変化させる制御例を説明する。図７Ａ及び図７Ｂに示す例においては、レーザ光は２軸方向に走査される。
図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の他の配置例を示す概略的な平面図である。図７Ａは、図６Ａと同図であり、ｎ側電極１９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図７Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極１８ａ〜１８ｇを含んで構成される。
ｐ側電極１８ａ〜１８ｇのうちの単数または複数とｎ側電極１９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極１８ａ〜１８ｇとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｇに対応する位置の量子井戸活性層１３）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極１９に囲まれた領域（窓１９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザの外部に向けて出射される。
図７Ｂに示す例においては、各ｐ側電極１８ａ〜１８ｇとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｇに対応する位置の量子井戸活性層１３）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極１８ａ〜１８ｇに対応する位置の）ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極１８ａ〜１８ｇに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が作製されている。一例として、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２は、ｐ側電極１８ａに対応する領域から、ｐ側電極１８ｄに対応する領域に向かって、図６Ｂに示す場合と同様に、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように設計されている。また、ｐ側電極１８ａに対応する領域から、ｐ側電極１８ｇに対応する領域に向かって、ｒ１は連続的に大きくなるように、ｒ２は連続的に小さくなるように設計されている。
図７Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８ａに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。更に、ｐ側電極１８ｅ、１８ｆ、１８ｇに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１０°，９０°）、（２０°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。
たとえばｐ側電極１８ａとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、それぞれ（θ、φ）＝（１０°，０°）、（２０°，０°）、（３０°，０°）、（１０°，９０°）、（２０°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば相互に隣接する電極１８ａ〜１８ｇに印加する電圧値（ｐ側電極１８ａ〜１８ｇに対応する位置の量子井戸活性層１３に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ方向にレーザ光を出射することが可能である。
たとえばＸ軸方向に配列された電極１８ａ〜１８ｄに関しては、図６Ｂを参照して行った説明と同様である。
Ｙ軸方向に配列された電極１８ａ、１８ｅ〜１８ｇに関しては、一例として電極１８ａ、１９間及び電極１８ｅ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ａ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｅ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、０°＜θ＜１０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。この場合、電極１８ｅ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
また、電極１８ｅ、１９間及び電極１８ｆ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｅ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｆ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、１０°＜θ＜２０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極１８ｆ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
同様に、電極１８ｆ、１９間及び電極１８ｇ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｆ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｇ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、２０°＜θ＜３０°、φ＝９０°の方向にレーザ光を出射させることが可能である。電極１８ｇ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、傾斜角θは大きくなる。
図７Ｂに示す構成においては、φ＝０°、９０°となる２つの出射方位面内において、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
図８Ａ及び図８Ｂを参照し、傾斜角θ及び方位角φの制御例について説明する。
図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ図１Ａに示すフォトニック結晶レーザにおけるｎ側電極１９、ｐ側電極１８の、更に別の配置例を示す概略的な平面図である。図８Ａは、図６Ａと同図であり、ｎ側電極１９は、Ｚ軸に沿って見たとき、たとえば窓枠状に形成される。図８Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８は、相互に電気的に分離された複数のｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌを含んで構成される。
ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌのうちの単数または複数とｎ側電極１９との間に電圧を印加すると、たとえば電圧を印加されたｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに対応する位置の量子井戸活性層１３）に電流が供給され、その位置からレーザ光が発光される。発光されたレーザ光は、窓枠状のｎ側電極１９に囲まれた領域（窓１９ａ）を通り、傾斜角θ、方位角φでフォトニック結晶レーザの外部に向けて出射される。
図８Ｂに示す例においては、各ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌとｎ側電極１９との間の量子井戸活性層１３（各ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに対応する位置の量子井戸活性層１３）で発光された光が入射する位置の（各ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに対応する位置の）ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が、式（１）、（２）に従って設計されている。すなわち、各ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域に対応して、ｒ１、ｒ２が規定され、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２が作製されている。
一例として、ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２は、ｐ側電極１８ａに対応する領域から、ｐ側電極１８ｉに対応する領域に向かって、図７Ｂに示す場合と同様に、ｒ１、ｒ２がともに連続的に大きくなるように設計されている。また、ｐ側電極１８ａに対応する領域から、ｐ側電極１８ｋに対応する領域に向かって、ｒ１は連続的に大きくなるように、ｒ２は連続的に小さくなるように設計されている。更に、ｐ側電極１８ｌに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、ｐ側電極１８ｊに対応する領域よりも、ｒ１、ｒ２がともに大きく、かつ、ｐ側電極１８ｈに対応する領域よりも、ｒ１は大きく、ｒ２は小さく設計されている。
図８Ｂに示す例においては、ｐ側電極１８ａに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、たとえば（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極１８ｈ、１８ｉに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１５°，０°）、（３０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。更に、ｐ側電極１８ｊ、１８ｋに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、それぞれたとえば（θ、φ）＝（１５°，９０°）、（３０°，９０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。また、ｐ側電極１８ｌに対応するｎ型ＧａＮフォトニック結晶層１２の領域は、たとえば（θ、φ）＝（１５°，４５°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射されるようにｒ１、ｒ２が規定され、形成されている。
たとえばｐ側電極１８ａとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、（θ、φ）＝（０°，０°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。同様に、各ｐ側電極１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌとｎ側電極１９との間のみに電圧を印加すると、フォトニック結晶レーザからは、それぞれ（θ、φ）＝（１５°，０°）、（３０°，０°）、（１５°，９０°）、（３０°，９０°）、（１５°，４５°）の方向に（方向を中心に）レーザ光が出射される。
たとえば電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに印加する電圧値（ｐ側電極１８ａ、１８ｈ〜１８ｌに対応する位置の量子井戸活性層１３に供給する電流値）のバランスにより、中間の傾斜角θ及び方位角φ方向にレーザ光を出射することが可能である。
たとえばＸ軸方向に配列された電極１８ａ、１８ｈ、１８ｉに関しては、図６Ｂを参照し、電極１８ａ〜１８ｄに関して行った説明と同様である。また、たとえばＹ軸方向に配列された電極１８ａ、１８ｊ、１８ｋに関しては、図７Ｂを参照し、電極１８ａ、１８ｅ〜１８ｇに関して行った説明と同様である。図８Ｂに示す構成においても、図７Ｂに示した構成と同様に、φ＝０°、９０°となる２つの出射方位面内において、０°≦θ≦３０°の範囲で連続的に傾斜角θを制御することができる。
更に、図８Ｂに示す構成においては、たとえば電極１８ｈ、１９間及び電極１８ｌ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｈ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｌ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ＝１５°、０°＜φ＜４５°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極１８ｌ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、方位角φは大きくなる。
また、たとえば電極１８ｌ、１９間及び電極１８ｊ、１９間のみに電圧を印加するという条件のもと、電極１８ｌ、１９間に印加する電圧値と電極１８ｊ、１９間に印加する電圧値との割合を変更することにより、θ＝１５°、４５°＜φ＜９０°の方向にレーザ光を出射させることができる。電極１８ｊ、１９間に印加する電圧値の割合を増加させると、方位角φは大きくなる。
このように、図８Ｂに示す構成においては、出射方位面を回転させるような態様で、レーザ光を出射させることができる。
更に、図８Ｂに示す構成においては、たとえば電極１８ａ、１８ｈ、１８ｌ、１８ｊに印加する電圧値（ｐ側電極１８ａ、１８ｈ、１８ｌ、１８ｊに対応する位置の量子井戸活性層１３に供給する電流値）のバランスにより、傾斜角θが０°≦θ≦１５°、方位角φが０°≦φ≦９０°である任意の方向にレーザ光を出射することが可能である。
図６Ａ〜図８Ｂを参照し、３つの構成例について説明したが、構成はこれらに限られず、傾斜角θ及び方位角φの範囲は任意に設定することができる。
なお、図６Ａ〜図８Ｂにおいては、理解の容易のために電極数を少なくしたが、中間の角度の精度を高めるには、より多くの電極を用いることが好ましい。
図９は、第１実施例による照明装置（車両用前照灯）の基本的構成を示す概略図である。第１実施例による車両用前照灯は、たとえば自動車の前照灯であり、フォトニック結晶レーザ３０、蛍光体パネル３１、及び、投影レンズ３３を含む。
フォトニック結晶レーザ３０は、たとえば図１Ａ〜図８Ｂを参照して説明したフォトニック結晶レーザを含む。たとえば図１Ａに示す構造を有し、図６Ａ〜図８Ｂを参照して説明したレーザ光出射制御が可能なチップ状のフォトニック結晶レーザを多数備える。チップ状フォトニック結晶レーザの各々は、レーザ光α、βを複数の方向に、具体的には任意の傾斜角θ（θ≦４５°）及び方位角φで出射することができる。レーザ光α、βは一例として、青色の波長領域の光である。
蛍光体パネル３１は、フォトニック結晶レーザ３０を出射したレーザ光α、βの光路上に配置される、入射光の一部の波長を変換して出射可能な波長変換部材である。第１実施例においては、蛍光体パネル３１は光透過型の構成を備える。
投影レンズ３３は、蛍光体パネル３１を出射したレーザ光α、βの光路上に配置され、蛍光体パネル３１の位置のレーザ光α、βの像を車両前方に投影する。
フォトニック結晶レーザ３０を出射したレーザ光α、βは、蛍光体パネル３１、投影レンズ３２を経由して照明光として出射され、車両前方に自動車前照灯照明パターンを形成する。
図１０Ａは、蛍光体パネル３１の一例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｂは概略的な断面図である。
蛍光体パネル３１は、たとえばガラスまたはシリコン製の枠体４１に形成された複数の孔部４１ａ内に、蛍光体４２が配置された構成を有する。孔部４１ａは、枠体４１を厚さ方向に貫通する。複数の孔部４１ａは、平面視上、枠体４１にマトリクス状に配置されている。
蛍光体４２は、たとえばフォトニック結晶レーザ３０を出射し、蛍光体パネル３１に入射する青色レーザ光α、βを受けて励起され、黄色光を出射する蛍光体材料を用いて形成される。
蛍光体パネル３１に入射したレーザ光α、βのうち、蛍光体材料に入射したレーザ光α、βは、黄色光に変換されて蛍光体パネル３１を透過する。残部のレーザ光α、βは、蛍光体材料に入射することなく蛍光体パネル３１を透過する。蛍光体材料に入射し、波長変換されて蛍光体パネル３１を透過する黄色光と、蛍光体材料に入射せず、蛍光体パネル３１を透過する青色光とで白色光が得られる。
図１０Ｃは、蛍光体パネル３１の他の例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｄは概略的な断面図である。孔部４１ａは、枠体４１を厚さ方向に貫通しない孔部であってもよい。
図１０Ｅは、蛍光体パネル３１の、更に別の例を示す概略的な平面図であり、図１０Ｆは概略的な断面図である。孔部間の仕切り部分を除き、ガラスまたはシリコン製の枠体４３に大きく開口した凹部４３ａを備える蛍光体パネル３１としてもよい。蛍光体４２は、凹部４３ａ内に配置される。
図１１Ａを参照する。第１実施例による車両用前照灯は、更に、筐体５０、第１制御部（第１制御装置）６０、第２制御部（第２制御装置）６３、センシング機器６４等を備えてもよい。
フォトニック結晶レーザ３０、蛍光体パネル３１、投影レンズ３３等は筐体５０内に配置することができる。
第１制御部６０は、たとえばレーザ駆動部（レーザ駆動回路）６１及びビーム走査演算部（ビーム走査演算回路）６２を含んで構成される。
第２制御部６３では、たとえば配光制御ソフトウェアが用いられる。
センシング機器６４は、たとえばカメラ、レーダ等である。
センシング機器６４は、一例として、車両前方をセンシングし、歩行者、対向車、先行車、障害物等の車両周辺情報を入手する。入手されたセンシング情報は、第２制御部６３の配光制御ソフトウェアに入力される。配光制御ソフトウェアは、入力されたセンシング情報等に基づき、たとえば最適な配光（照明光）パターンを決定する。
なお、配光制御ソフトウェアは、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。配光制御ソフトウェアのプログラムを書き換えることで、一つの照明装置、たとえば実施例による車両用前照灯が種々の照明目的に使用可能となる。
第２制御部６３の配光制御ソフトウェアで決定された配光パターンの情報（配光パターンの形状や輝度分布等）は第１制御部６０に出力される。
なお、たとえばセンシング機器６４で得られるセンシング情報は逐次更新される。第２制御部６３は、所定の時間間隔で繰り返し、更新されたセンシング情報に基づいて、たとえば最適な配光パターンを決定し、決定された最適配光パターンの情報を第１制御部６０に出力する。
第１制御部６０は、第２制御部６３から入力された配光パターンの情報に基づき、フォトニック結晶レーザ３０からのレーザ光の出射を制御する。具体的には、たとえばチップ状フォトニック結晶レーザの各々について、傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅、同時出射等の制御を行う。すべてのチップ状フォトニック結晶レーザについて等しい制御を行ってもよいし、複数のチップ状フォトニック結晶レーザのうちの一部について等しい制御を実施してもよい。
傾斜角θは、たとえば図６Ａ〜図８Ｂを参照して行った説明と同様に制御することができる。出射方位面Ｐｓの回転角度は、たとえば図８Ａ及び図８Ｂを参照して行った説明と同様に制御することが可能である。レーザ光出力は、電極１８、１９間に印加する電圧値（量子井戸活性層１３に供給する電流値）の大小や、印加電圧波形（供給電流波形）のデューティ比の高低で制御することができる。点滅周波数は、印加電圧（供給電流）のオン、オフの回数で制御可能である。パルス幅は、印加電圧（供給電流）のオン期間の長短で制御することができる。同時出射は、たとえばｐ側電極１８ａ〜１８ｌのうちの複数とｎ側電極１９の間への電圧印加を同時に行うことにより実現され、たとえば図４を参照して説明した効果等を得ることができる。電圧を印加するｐ側電極１８ａ〜１８ｌの数で、１つのチップ状フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の数を制御可能である。
ビーム走査演算部６２は、たとえば最適配光パターンを実現するレーザ光（単数または複数の双ビーム）の、傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等を演算して求める。レーザ駆動部６１は、求められた傾斜角θ、出射方位面Ｐｓの回転角度、レーザ光出力、点滅周波数、パルス幅等で、フォトニック結晶レーザ３０からレーザ光（単数または複数の双ビーム）を出射させる。
フォトニック結晶レーザ３０から出射されたレーザ光（単数または複数の双ビーム）は、蛍光体パネル３１上に照射される。フォトニック結晶レーザ３０のビーム制御機能（傾斜角θ制御、出射方位面Ｐｓの回転角度制御、レーザ光出力制御、点滅周波数制御、パルス幅制御、同時出射制御等）が活用され、蛍光体パネル３１上に所望の自動車前照灯照明パターン（たとえば第２制御部６３で決定された最適配光パターン）に対応する輝度分布を有する光源像が形成される。動的で自在な照明対応パターン形成が、蛍光体パネル３１上で可能である（ソフトウェア配光制御）。
蛍光体パネル３１の位置のレーザ光の像（蛍光体パネル３１の透過光として形成された光源像）が、投影レンズ３３によって投影され、所望の自動車前照灯照明パターン（たとえば第２制御部６３で決定された最適配光パターン）が車両前方に実現される。
なお、第１実施例においては、青色光を出射するフォトニック結晶レーザ３０と、青色光を黄色光に変換する蛍光体４２を用いるが、紫外光を出射するフォトニック結晶レーザと、紫外光に合わせた多色の蛍光体、たとえば紫外光を受け、赤色、緑色、青色の各色光を発する３種類の蛍光体を有する蛍光体パネルとすることもできる。
図１１Ｂを参照する。図１１Ａに示す車両用前照灯は、１つのフォトニック結晶レーザ３０を有する構成であるが、図１１Ｂに示すように複数のフォトニック結晶レーザ３０を備える構成としてもよい。各々のフォトニック結晶レーザ３０は、同じ色（青色）のレーザ光を出射する。第１制御部６０は、複数のフォトニック結晶レーザ３０からのレーザ光の出射を制御する。たとえばフェイルセーフや多彩な配光制御を目的とする場合に好適である。
図１１Ｃを参照する。フォトニック結晶レーザ３０、蛍光体パネル３１、投影レンズ３３、第１制御部６０、第２制御部６３を、たとえば筐体５０内に一体化して配置してもよい。なお、更にたとえば放熱機構をフォトニック結晶レーザ３０の後方（筐体５０の後面）に配置することもできる。
図１２は、第２実施例による照明装置（車両用前照灯）の基本的構成を示す概略図である。第２実施例による車両用前照灯も、たとえば自動車の前照灯である。透過型の蛍光体パネル３１ではなく、反射型の蛍光体パネル３２を使用する点で第１実施例と異なる。他の構成は、第１実施例と同様とすることができる。蛍光体パネル３２も、フォトニック結晶レーザ３０を出射したレーザ光α、βの光路上に配置される、入射光の一部の波長を変換して出射可能な波長変換部材である。レーザ光α、βは、反射されて蛍光体パネル３２を出射し、投影レンズ３３を経由して、照明光として車両前方に投射される。投影レンズ３３は、蛍光体パネル３２の位置のレーザ光α、βの像を車両前方に投影する。
図１３Ａは、蛍光体パネル３２の一例を示す概略的な平面図であり、図１３Ｂは概略的な断面図である。
蛍光体パネル３２は、たとえば高反射率を有する金属製の枠体（反射部材）４４に形成された複数の孔部４４ａ内に、蛍光体４２が配置された構成を有する。孔部４４ａは、枠体４４を厚さ方向に貫通しない孔部である。複数の孔部４４ａは、平面視上、枠体４４にマトリクス状に配置されている。
蛍光体４２は、たとえばフォトニック結晶レーザ３０を出射し、蛍光体パネル３２に入射する青色レーザ光α、βを受けて励起され、黄色光を出射する蛍光体材料を用いて形成される。
蛍光体パネル３２に入射したレーザ光α、βのうち、蛍光体材料に入射したレーザ光α、βは、黄色光に変換されて蛍光体パネル３２を出射する。残部のレーザ光α、βは、蛍光体材料に入射することなく蛍光体パネル３２を出射する。蛍光体材料に入射し、波長変換されて蛍光体パネル３２を出射する黄色光と、蛍光体材料に入射せず、蛍光体パネル３２を出射する青色光とで白色光が得られる。
図１３Ｃは、蛍光体パネル３２の、他の例を示す概略的な平面図であり、図１３Ｄは概略的な断面図である。孔部間の仕切り部分を除き、高反射率を有する金属製の枠体４５に大きく開口した凹部４５ａを備える蛍光体パネル３２としてもよい。蛍光体４２は、凹部４５ａ内に配置される。
図１４を参照する。第２実施例による車両用前照灯も、更に、筐体５０、第１制御部（第１制御装置）６０、第２制御部（第２制御装置）６３、センシング機器６４等を備えてもよい。第１制御部６０、第２制御部６３、センシング機器６４等の構成及び機能は、第１実施例におけるそれらと同様である。
フォトニック結晶レーザ３０、蛍光体パネル３２、投影レンズ３３等を筐体５０内に配置することができる点、更に、第１制御部６０、第２制御部６３を含めて筐体５０内に一体化して配置してもよい点、その場合、たとえば放熱機構をフォトニック結晶レーザ３０の後方（筐体５０の後面）に配置することもできる点、また、紫外光を出射するフォトニック結晶レーザと、紫外光に合わせた多色の蛍光体を有する蛍光体パネルとすることもできる点、同じ色の光（青色光）を出射する複数のフォトニック結晶レーザ３０を備える構成としてもよく、その場合、第１制御部６０は、複数のフォトニック結晶レーザ３０からのレーザ光の出射を制御する点等についても第１実施例と同様である。
なお、図１４には、２つのフォトニック結晶レーザ３０を用いる例を示した。
フォトニック結晶レーザ３０から出射された出射されたレーザ光（単数または複数の双ビーム）は、蛍光体パネル３２上に照射される。フォトニック結晶レーザ３０のビーム制御機能（傾斜角θ制御、出射方位面Ｐｓの回転角度制御、レーザ光出力制御、点滅周波数制御、パルス幅制御、同時出射制御等）が活用され、蛍光体パネル３２上に所望の自動車前照灯照明パターン（たとえば第２制御部６３で決定された最適配光パターン）に対応する輝度分布を有する光源像が形成される。動的で自在な照明対応パターン形成が、蛍光体パネル３２上で可能である（ソフトウェア配光制御）。
蛍光体パネル３２の位置のレーザ光の像（蛍光体パネル３２の反射光として形成された光源像）が、投影レンズ３３によって投影され、所望の自動車前照灯照明パターン（たとえば第２制御部６３で決定された最適配光パターン）が車両前方に実現される。
実施例による照明装置は、レーザ光を励起光として蛍光体パネルに照射し、その変換光で所望の光源像を形成する。蛍光体パネルで形成される光源像を、投影レンズで投影することにより、自動車の前照灯に要求される照明パターンを生成することができる。照明パターンは、文字、図形等の情報を含むものであってもよい。
実施例による照明装置には、レーザ光源として、通常のレーザ発振器とは異なる構造と制御機能をもつフォトニック結晶レーザが用いられる。光源像を、レーザ光の照射制御（走査）により動的に変化させることができる。フォトニック結晶レーザのもつ、出射ビームの空間的走査機能、強度・時間変調機能、同時出射機能等を利用して、多彩なビーム照射制御が可能である。動的制御により、たとえばカメラやレーダ等から得られたセンシング情報に基づき、照明パターンを変化させることができる。また、レーザ光の輝度の高さとビームの収束性から、たとえば遠方視認性の高い照明装置とすることができる。ＬＣＤを用いたシステムのように、一部の偏光成分だけを利用するのではないため、光の利用効率が高い。ＬＥＤ(light emitting diode)アレイを用いる照明システムに生じるような、照明領域における輝度の不連続部分（暗線等）は生じない。
また、フォトニック結晶レーザを用いて照明装置を構成すると、レーザ光の出射制御をたとえば電極への電圧の印加態様の制御によって行うことができる。機械的可動部をもつＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等を使用しないため、たとえば小型、軽量、高配光精度、高信頼性、長寿命の照明装置とすることができる。また、ＭＥＭＳミラーやポリゴンミラー等を使用する照射装置よりも、多彩な制御を行うことが可能である。
なお、実施例による照明装置において、光源像の形成に区分的な発光が必要であれば、蛍光体からの発光領域を限定するために（発光におけるクロストーク防止）、蛍光体パネルの内部または外部に、区分的な発光を可能とする任意形状の隔壁やマイクロレンズなどの光学的機能を付与してもよい。隔壁を配置する必要がない場合はもとより、隔壁を適切に設計、配置することで、たとえば水平、垂直方向の境界を有する画素単位の動的制御とは異なり、水平、垂直方向から傾いた明暗境界や所定の輝度分布の形成においても、滑らかな配光（離散的な点灯制御による輝度段差や、輝度の不連続部分の生じない滑らかな配光）を実現することができる。
このように実施例による照明装置は、高品質の照明装置である。
図１５を参照する。実施例による照明装置の構成を、たとえば街路灯に応用することができる。通常の街路照明だけを行う街路灯ではなく、照明光に照射面（路面）への表示機能をもたせた街路灯とすることが可能である。たとえば積雪時に車線ラインや横断歩道、警告等を表示し、歩行者、車両等へ情報を提供する。特定の対象物への照明を行う等の機能をもたせてもよい。
以上、実施例、変形例、応用例等に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
実施例等による、動的な配光制御機能（情報提示機能を含む。）を有する照明装置は、たとえば車両用灯具、一例として自動車用前照灯として好適に利用可能である。また、車両用灯具に限らず、種々の照明器具等に好適に利用できる。
自動車用前照灯は、極端な明暗領域のある特徴的な配光分布をもち、潜在的に動的な配光制御を必要とする。たとえば実施例では、自動車用前照灯として用いられる照明装置を説明したが、照明装置は、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する。したがって、実施例等による照明装置は、プログラムを書き換えることで一般照明を含む種々の照明目的や、文字、図形等による情報表示にも使用可能なプログラマブル照明装置ということができる。
１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１２ ｎ型ＧａＮフォトニック結晶層
１２ａ 光共振状態形成用格子
１２ａ１ 格子点
１２ｂ 光出射用格子
１２ｂ１ 格子点
１２ｃ 格子
１２ｃ１ 格子点
１２ｄ 空孔
１３ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性層
１４ ＧａＮ層
１５ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１８、１８ａ〜１８ｌ ｐ側電極
１９ ｎ側電極
１９ａ 窓
３０ フォトニック結晶レーザ
３１、３２ 蛍光体パネル
３３ 投影レンズ
４１ 枠体
４１ａ 孔部
４２ 蛍光体
４３ 枠体
４３ａ 凹部
４４ 枠体
４４ａ 孔部
４５ 枠体
４５ａ 凹部
５０ 筐体
６０ 第１制御部
６１ レーザ駆動部
６２ ビーム走査演算部
６３ 第２制御部
６４ センシング機器
９０ レーザ光源
９０ａ レーザ光
９１ ＭＥＭＳミラー
９２ 蛍光体パネル
９３ 投影レンズ
９４ レーザドライバ
９５ ＭＥＭＳドライバ
９６ 制御システム

Claims (8)

  1. レーザ光を出射するフォトニック結晶レーザと、
    前記フォトニック結晶レーザを出射したレーザ光の光路上に配置され、入射したレーザ光の一部の波長を変換する波長変換部材と、
    前記波長変換部材を出射したレーザ光の光路上に配置され、前記波長変換部材の位置の前記レーザ光の像を投影する投影レンズと、
    前記フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する第１制御装置を有し、
    前記フォトニック結晶レーザは、光共振状態形成用フォトニック結晶構造と光出射用フォトニック結晶構造とが形成されているフォトニック結晶層を有し、
    さらに前記フォトニック結晶レーザ構造は、相互に電気的に分離された複数の電極を備え、複数の前記電極に対応する前記フォトニック結晶層の複数の領域はそれぞれ所定の方向に前記レーザ光が出射されるように規定され、
    前記第１制御装置は複数の前記電極に印加される電圧のバランスを制御することで前記レーザ光の傾斜角θおよび出射方位面Ｐｓの回転角度φを変化させ、
    前記レーザ光は楕円状領域内を走査する車両用前照灯。
  2. 前記第１制御装置は、前記フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の出力を制御する請求項１に記載の車両用前照灯。
  3. 前記第１制御装置は、前記フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の点滅周波数を制御する請求項１に記載の車両用前照灯。
  4. 前記第１制御装置は、前記フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光のパルス幅を制御する請求項１に記載の車両用前照灯。
  5. 前記第１制御装置は、前記フォトニック結晶レーザから出射されるレーザ光の数を制御する請求項１に記載の車両用前照灯。
  6. 更に、センシング情報に基づいて配光パターンを決定する第２制御装置を含み、
    前記第１制御装置は、前記第２制御装置で決定された配光パターンの情報に基づいて、前記フォトニック結晶レーザからのレーザ光の出射を制御する請求項１に記載の車両用前照灯。
  7. 前記第２制御装置では、書き換え可能なプログラムによって、任意の配光を動的に制御する配光制御ソフトウェアが用いられる請求項６に記載の車両用前照灯。
  8. 前記第１制御装置は、
    前記楕円状領域の中心部を照射する前記レーザ光の出力を、左右領域を照射する前記レーザ光の出力よりも大きくなるように制御すること、
    もしくは、前記楕円状領域の中心部を照射する前記レーザ光の周波数を、左右領域を照射する前記レーザ光の周波数より小さくするように制御すること、
    のいずれか一方を行う、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
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