JP7109934B2 - 照明装置及び車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、照明装置及び車両用灯具に関する。
近年、車両用灯具として、レーザ光源から出射されたレーザ光を蛍光体に照射することによって白色光に変換し、白色光を車両の前方へ照射する照明装置を用いることが検討されている。一般的に、所定の強度より高い強度の光が蛍光体に照射されると、蛍光体の温度消光及び輝度飽和が発生することが知られている。このことをふまえ、前述の照明装置では、レーザ光源と蛍光体との間に、レーザ光のエネルギー強度分布（以下、単に「強度分布」という場合もある）を光軸に直交する方向において均一化し、所謂トップハット型に整形する。レーザ光の強度分布をトップハット型に整形することによって、レーザ光の利用効率を大きく低下させずに、レーザ光のピーク強度を所定の強度以下に抑えられる。
例えば特許文献１には、車両用灯具に使用可能な照明装置として、コヒーレントな光を発するレーザ素子と、レーザ素子から出射されたレーザ光の強度分布をトップハット分布に変換する光学ロッドと、光学ロッドから出射されたレーザ光を出斜面と共役関係にある共役面に照射するレンズと、共役面に配置された蛍光体とを備えた照明装置が開示されている。また、特許文献２には、投影装置（照明装置）において、レーザ光源から出射された光の強度分布を均一化する（いわゆる、トップハット型にする）ためのマイクロレンズアレイが開示されている。
特許第６０６７６２９号公報 特開２０１４－１３０２００号公報
特許文献１に記載の照明装置では、ロッドレンズ等の光学ロッドにレーザ光が入射し、レーザ光が光学ロッドの内壁で反射を繰り返すことによって、光学ロッドの放射面におけるレーザ光の強度分布がトップハット型に整形される。しかしながら、レーザ光が光学ロッドの内壁で反射する度に、レーザ光の損失や吸収が発生する。光学ロッドの長さが長い程、出射面におけるレーザ光の強度分布は理想的なトップハット型に近づくが、一方で光学ロッドの内壁で吸収されるレーザ光が増えて効率が低下する。また、光学ロッドの出斜面からレーザ光が大きな放射角で出射するので、光学ロッドの出射面より後段のレンズや蛍光体へのレーザ光の入射効率が低下しやすい。すなわち、特許文献１に記載の照明装置では、レーザ光の利用効率が低いという問題があった。
特許文献１に記載の照明装置におけるレーザ光の利用効率の低下を抑えるためには、光学ロッドやレンズの直径を大きくすることが考えられる。しかしながら、光学ロッドやレンズの直径を大きくすると、照明装置が大型化すると共に照明装置の重量が大幅に増加し、車両用灯具をはじめとする種々の装置への適用が困難になる。すなわち、特許文献１に記載の照明装置でレーザ光の利用効率の低下を抑えようとすると、照明装置が大型になるという問題があった。
また、特許文献１に記載の照明装置におけるレーザ光の利用効率の低下を抑えるためには、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸上に、光学ロッド、レンズ、蛍光体をそれぞれの所定の位置で正確に配置する必要がある。さらに、光学ロッド、レンズ、蛍光体をそれぞれ高精度に位置決め及び調芯する必要がある。すなわち、特許文献１に記載の照明装置は、高精度な調芯機構を必要とし、パッケージ製造で製造しにくく、製造コストがかかるという問題があった。
また、レーザ光の強度分布をトップハット型に整形するために特許文献２に記載のマイクロレンズアレイを用いることも考えられる。この場合、入射したレーザ光はマイクロレンズアレイによって複数に分割され、複数のマイクロレンズのそれぞれから略一定の放射角で出射される。それぞれのマイクロレンズから出射されたレーザ光が複数且つ部分的に重なって投影面に投影されるので、投影面におけるレーザ光の強度分布は均一化される。しかしながら、特許文献２に記載のマイクロレンズアレイでは、光軸に直交する方向において、強度分布がトップハット型に整形された後のレーザ光の照射領域の中央から両端に向かって徐々に強度が減少する現象（裾ひき）が発生する。照射領域内においていわゆる色ムラや色分離が生じるうえに、強度が均一化された部分の割合が減り、結果としてレーザ光の利用効率が低下してしまう。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであって、レーザ光源から出射されたレーザ光の強度分布を均一化するにあたり、レーザ光の利用効率を高め、小型化及び製造コストの低減を容易に図ることができる照明装置、及び該照明装置を備えた車両用灯具を提供することを目的とする。
本発明の一態様に従えば、レーザ光を出射する光源部と、前記光源部に対向配置され、前記光源部から出射された前記レーザ光を光軸に直交する面内で複数の分割レーザ光に分割し、前記複数の分割レーザ光の進行方向を互いに異ならせる光束分割部と、前記光束分割部と一体に形成され、前記光束分割部から出射した前記複数の分割レーザ光を互いに共通の第１照射領域で重ね合わせる光束重畳部とを有するホモジナイザ光学素子と、前記ホモジナイザ光学素子に対向配置され、前記光束重畳部によって前記第１ 照射領域で重ね合わされた前記複数の分割レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、を備え、前記光束分割部は、複数のマイクロレンズ部によって構成され、それぞれの前記マイクロレンズ部は、前記光源部に向かって凸となる凸レンズであり、前記光源部から出射されて前記光束分割部に到達した際の前記レーザ光の前記光軸に直交する第２照射領域は楕円形状をなし、前記複数のマイクロレンズ部は、前記楕円形状の長軸及び短軸の少なくともいずれかの軸を中心として対称性を有するように、かつ、前記長軸及び前記短軸のそれぞれの軸の範囲内に少なくとも２個以上のマイクロレンズ部が配置され、前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面は長方形状をなし、前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部は前記励起面の長方形状と相似である長方形状をなし、前記レーザ光の入射側から見たときに前記第２照射領域の楕円形状の長軸と前記マイクロレンズ部の長辺とのなす狭角は４５°以上９０°以下である照明装置が提供される。
本態様の照明装置では、光源部から拡散しつつ出射されたレーザ光の光束が光束分割部によって、レーザ光の光軸に直交する面で両端間の強度の差が小さい分割レーザ光に分割される。これらの複数の分割レーザ光が、光束重畳部によって、互いに共通する第１照射領域で重なり合うことで、裾引きの発生が抑えられ、トップハット型の強度分布のレーザ光が得られる。また、前述のように単一のホモジナイザ光学素子を用いることによって、高精度な調芯機構が不要になり、パッケージ製造が可能になると共に、照明装置の小型化及び製造コストの低減が容易になる。
また、上記照明装置において、前記光束分割部は、複数のマイクロレンズ部によって構成され、それぞれの前記マイクロレンズ部は、前記光源部に向かって凸となる凸レンズであることが好ましい。
上記構成によれば、光源部から出射されレーザ光が複数のマイクロレンズ部のそれぞれによって、各マイクロレンズ部から拡散する分割レーザ光に分割される。したがって、重ね合わせ領域に位置する蛍光体の励起面がマイクロレンズ部の開口面より大きい場合でも、裾引きの発生が抑えられると共に、ホモジナイザ光学素子と蛍光体との距離が抑えられ、照明装置の小型化が容易になる。
本明細書において、蛍光体の「励起面」とは、分割レーザ光が重なり合って照射される蛍光体における照射面をすべて含み、蛍光体の素材や構成等に合わせて蛍光体の表面であってもよく、蛍光体の内部に存在してもよい。
また、上記照明装置において、前記光源部から出射されて前記光束分割部に到達した際の前記レーザ光の前記光軸に直交する照射領域は楕円形状をなし、前記複数のマイクロレンズ部は、照射領域内で前記楕円形状の長軸及び短軸の少なくともいずれかの軸を中心として対称性を有するように配置されることが好ましい。
上記構成によれば、互いに対称な位置にあるマイクロレンズ部の一方の投影像の強度分布が他方の投影像の強度分布で補完され、互いに共通の照射領域で生成されるレーザ光の強度分布の均一性が高まる。
また、上記照明装置において、前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部の形状は、前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面の形状に対して相似であることが好ましい。
上記構成によれば、第１照射領域で生成されるレーザ光の照射範囲と蛍光体の励起面の形状が略一致し、レーザ光源から出射されたレーザ光が効率よく蛍光体に照射される。
また、上記照明装置において、前記光束重畳部は、前記蛍光体に向かって凸となる単一の非球面レンズ部によって構成されることが好ましい。
上記構成によれば、非球面レンズ部が光源部から出射されるレーザ光の光軸に対する放射角、分割レーザ光の倍率等の設計パラメータに合わせて設計されることで、第１照射領域に位置する蛍光体の励起面に複数の分割レーザ光が高効率に重なり合う。このことによって、第１照射領域において強度分布がトップハット型に整形されたレーザ光の強度がより高くなる。
また、上記照明装置において、前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面は長方形状をなし、前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部は前記励起面の長方形状と相似である長方形状をなし、前記光源部から出射されて前記光束分割部に到達した際の前記レーザ光の前記光軸に直交する第２照射領域は楕円形状をなし、前記レーザ光の入射側から見たときに前記第２照射領域の楕円形状の長軸と前記マイクロレンズ部の長辺とのなす狭角は４５°以上９０°以下であることが好ましい。
上記構成によれば、第１照射領域外に照射されるレーザ光が少なくなり、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光が蛍光体６０の励起面６０ｓに照射される。
また、上記照明装置において、前記光源部は前記光軸に直交する方向において複数設けられ、前記光源部は、レーザ光源と該レーザ光源に連結されたファイバとを有してもよい。
上記構成によれば、光源部が複数設けられることによって、レーザ光が光源部の数に応じて高輝度化されるので、蛍光体に高輝度のレーザ光を照射すると共に、蛍光体６０からより強い蛍光が発せられる。
また、上記照明装置において、前記光束分割部は複数のマイクロレンズ部によって構成され、前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面は長方形状をなし、複数の前記光源部から出射された前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部は前記励起面の長方形状と相似である長方形状をなし、複数の前記光源部から出射された前記レーザ光の入射側から見たときに複数の前記光源部の配列方向と前記マイクロレンズ部の長辺とのなす狭角は４５°以上９０°以下であることが好ましい。
上記構成によれば、単一のレーザ光の入射側から見たときの第２照射領域の形状が楕円形である場合と同様に、第１照射領域外に照射されるレーザ光が少なくなり、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光が蛍光体６０の励起面６０ｓに照射される。
本発明の一態様に従えば、上記照明装置を備えた車両用灯具が提供される。
本態様の車両用灯具によれば、上記照明装置を備えるので、レーザ光源からのレーザ光の利用効率を高め、小型化及び製造コストの低減が容易に図られる。
本発明によれば、レーザ光の利用効率を高め、小型化及び製造コストの低減が容易に図れる照明装置及び車両用灯具が提供される。
第１実施形態に係る車両用灯具の概略構成を示す側面図である。 第１実施形態に係る照明装置の概略構成を示す側面図である。 図２に示す照明装置のレーザ光源の背面図である。 図２に示す照明装置の光束分割部及び蛍光体の正面図である。 図２に示す照明装置の蛍光体の励起面上の照射領域で複数の分割レーザ光が重畳される様子を示す模式図である。 蛍光体に照射されるレーザ光の強度分布を示す模式図である。 第１実施形態に係る照明装置の蛍光体の側面図である。 第２実施形態に係る照明装置の概略構成を示す側面図である。 図８に示す照明装置の光束分割部の正面図であって、併せて光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域及び強度分布を模式的に示す図である。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第１図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第２図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第３図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第４図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第５図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第６図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。 実施例の照明装置が形成するレーザ光について説明する第７図であり、（ａ）は光束分割部及び光束分割部に照射されるレーザ光の照射領域を示し、（ｂ）は第１照射領域におけるレーザ光の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。
次に、図面を参照しつつ、実施形態に係る照明装置及び車両用灯具を説明する。以下で説明する実施形態は一例であって、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限定されない。なお、全図において、同一の機能を有するものは同一の符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る車両用灯具１００の概略構成を示す側面図である。車両用灯具１００の説明に用いる図面では、３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を用いる場合がある。以下、ＸＹＺ座標系において、Ｘ軸方向は車両用灯具を搭載する車両左右方向であり、Ｙ軸方向は車両上下方向であり、Ｚ軸方向は車両前後方向である。
図１に示すように、第１実施形態の車両用灯具１００は、所望の色や強度の光を発する照明装置１０と、照明装置１０から発せられた光をＺ軸方向の前側（図１の紙面左側）に照射するためのリフレクター１１５と、シェード１１７と、投影レンズ１１９とを備える。
本実施形態の照明装置１０は、白色光を生成する蛍光体６０を備える。照明装置１０の詳細の構成については、後述する。
リフレクター１１５は、蛍光体６０に対して上方側に設けられ、具体的には蛍光体６０において白色光ＷＬが強く出射される蛍光面６０ｆに対向する。リフレクター１１５は、蛍光体６０からの白色光ＷＬをＺ軸方向の前側へ集光させつつ反射する反射面１１５ａを有する。
反射面１１５ａは、投影レンズ１１９の入射側焦点Ｆ２と蛍光面６０ｆの中心Ｆ１とを焦点とする楕円面を含む。この楕円面は中心Ｆ１からの光を入射側焦点Ｆ２近傍に向けて反射させる形状となっている。
リフレクター１１５は、透過孔１１６を有する。透過孔１６は、例えば蛍光体６０又は照明装置１０が所定の位置から脱落して蛍光体６０の励起光源（後述するレーザ光源２０であって、例えば半導体レーザ等）からの強い光線が白色光ＷＬに変換されることなく直接出射された場合などに、強い光線を透過させて白色光ＷＬの進路から分離するための孔である。
シェード１１７は、蛍光体６０又はリフレクター１１５からの白色光ＷＬの一部を遮蔽して規制するとともに、Ｚ軸方向の前側へ反射する。具体的には、シェード１１７は、蛍光体６０よりＺ軸方向の前側の位置でＸ軸方向及びＺ軸方向に沿って延在する。シェード１１７は、投影レンズ１１９の入射側焦点Ｆ２の近傍に位置する前端縁１１７ａと、前端縁１１７ａからＺ軸方向の後側に延びる反射面１１７ｃとを含む。
前端縁１１７ａは、蛍光体６０又はリフレクター１１５からの白色光ＷＬの一部を遮光し、前端縁１１７ａのエッジ形状によりすれ違い用ビームの配光パターンにおけるカットオフラインを形成する。反射面１１７ｃは、前端縁１１７ａから光軸１１９Ｃに沿う方向（すなわち、Ｚ軸方向）の後側へ延びる面であり、蛍光体６０及びリフレクター１１５からの白色光ＷＬをＹ軸方向の上側に反射する。
投影レンズ１１９は、リフレクター１１５のＺ軸方向の前側に設けられ、蛍光体６０又はリフレクター１１５からの白色光ＷＬを前側へ照射する。本実施形態において、投影レンズ１１９は、シェード１１７によって規定された形状を含む配光パターンをＺ軸方向の前側へ照射するように配置される。投影レンズ１１９は入射面１１９ａ及び出射面１１９ｂを有する。投影レンズ１１９によって、蛍光体６０から直接又は反射して入射側焦点Ｆ２の近傍に到達した光はＺ軸方向の前側に投影される。
投影レンズ１１９においてＹ軸方向に沿う断面は、入射側焦点Ｆ２を通ってＹ軸方向において異なる角度で入射面１１９ａに入射する光を平行光線として出射するように形成される。投影レンズ１１９においてＸ軸方向に沿う断面は、入射側焦点Ｆ２を通ってＸ軸方向において異なる角度で入射面１１９ａに入射する光を平行光線として出射するように形成される。
上述の構成を備えた車両用灯具１００では、蛍光体６０から出射された白色光ＷＬのうち、リフレクター１１５における透過孔１１６よりＺ軸方向の前側の反射面１１５ａに入射した白色光ＷＬ１は、入射側焦点Ｆ２よりＹ軸方向の上側を通過し、入射側焦点Ｆ２のＺ軸方向の前側に照射され、投影レンズ１１９の光軸１１９Ｃより下側に入射する。
一方、上述の構成を備えた車両用灯具１００では、蛍光体６０から出射された白色光ＷＬのうち、リフレクター１１５における透過孔１６よりＺ軸方向の後側の後部反射面１１６ａに入射した白色光ＷＬ２は、シェード１１７の反射面１１７ｃで反射し、投影レンズ１１９の光軸１１９Ｃより上側に到達する。したがって、車両用灯具１００によれば、投影レンズ１１９から出射された白色光ＷＬ１，ＷＬ２は、不図示の車両の前方２５ｍ先に設定される仮想スクリーン上において、上端に所定のカットオフライン形状を有した配光パターンを形成する。
なお、図１に示す車両用灯具１００は照明装置１０を備えた車両用灯具の一態様であって、照明装置１０を備えた車両用灯具は図１に示す車両用灯具１００に限定されない。照明装置１０以外の車両用灯具の構成として、任意の構成を適用できる。
次いで、第１実施形態の照明装置１０Ａについて説明する。第１実施形態の車両用灯具１００の照明装置１０として、照明装置１０Ａが用いられる。図２は、本実施形態に係る照明装置１０Ａの概略構成を示す側面図である。照明装置１０Ａの説明に用いる図面では、３次元直交座標系としてｘｙｚ座標系を用いる場合がある。以下、ｘｙｚ座標系において、ｘ軸方向は照明装置１０Ａの左右方向であり、ｙ軸方向は照明装置１０Ａの上下方向であり、ｚ軸方向は照明装置１０Ａにおいてレーザ光源２０から出射されるレーザ光Ｌ１の進路に沿う前後方向である。
図２に示すように、本実施形態の照明装置１０Ａは、光源部１５と、ホモジナイザ光学素子３０と、蛍光体６０とを備える。
光源部１５は、光軸を中心に拡散するレーザ光Ｌ１を出射可能な構成である。第１実施形態の光源部１５は、レーザ光源２０で構成される。
レーザ光源２０は、蛍光体６０の励起光源であり、出射面２０ｅから光軸２０Ｃを中心に拡散するレーザ光Ｌ１を出射する。レーザ光源２０の種類は特に限定されないが、レーザ光源２０のｚ軸方向に直交する面内（すなわち、ｘ軸方向及びｙ軸方向を含む面内）の強度分布がガウス型である場合に、後述するホモジナイザ光学素子３０の作用効果が大きく発揮される。ガウス型の強度分布のレーザ光Ｌ１を発するレーザ光源２０には、例えば、端面発光型の半導体レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、フォトニック結晶レーザ（ＰＣＳＥＬ：Photonic Crystal Surface-Emitting Semiconductor Laser）等がある。本実施形態では、レーザ光源２０は端面発光型の半導体レーザであると想定し、以下説明する。
図３は、レーザ光源２０の出射面２０ｅと、出射面２０ｅのビーム形状、所謂ニアフィールド領域におけるレーザ光Ｌ０のビーム形状と、出射面２０ｅから出射された後にｚ軸方向の前側に向かって所定の距離を伝搬した、所謂ファーフィールド領域におけるレーザ光Ｌ１のビーム形状とを示す。図３に示すように、レーザ光源２０は、公知のようにｐ型半導体等からなるクラッド層２１と、ｎ型半導体等からなるクラッド層２２と、Ｙ軸方向においてクラッド層２１，２２の間に挟まれた活性層２３とを有する。出射面２０ｅは、活性層２３のｚ軸方向の前側の端面である。出射面２０ｅから出射直後のレーザＬ０のビーム形状は、長軸がｘ軸方向と平行すると共に短軸がｙ軸方向と平行する長方形状になる。一方、出射面２０ｅからファーフィールド領域まで伝搬したレーザ光Ｌ１のビーム形状は、長軸がｙ軸方向と平行すると共に短軸がｘ軸方向と平行する楕円形状になる。
図２に示すように、ホモジナイザ光学素子３０は、レーザ光源２０よりｚ軸方向の後側でレーザ光源２０に対向配置されている光束分割部４０と、蛍光体６０よりｚ軸方向の後側で蛍光体６０に対向配置されている光束重畳部５０とを有する。光束重畳部５０は、光束分割部４０と一体に形成されている。
光束分割部４０は、出射面２０ｅ（レーザ光源２０）から光軸２０Ｃを中心に拡散しつつ出射されたレーザ光Ｌ１を光軸２０Ｃに直交する面Ｐ１内で複数の分割レーザ光Ｌ２に分割する。光束分割部４０では、所定の面Ｐ１でレーザ光Ｌ１が部分的に切り出され、所定の面Ｐ１内の任意の方向（例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向）で両端間の強度の差が小さい分割レーザ光Ｌ２に分割される。光束分割部４０へのレーザ光Ｌ１の入射方向及び入射角度は所定の面Ｐ１内の位置によって互いに異なるので、複数の分割レーザ光Ｌ２の進行方向は互いに異なる。
図４は、ｚ軸方向の後側から光束分割部４０及び蛍光体６０を見た図である。図４に示すように、本実施形態の光束分割部４０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向において互いに隣接するように配列された複数のマイクロレンズ部Ｍによって構成される。以下では、図４に示すように、ｘ軸方向の後側から前側（図４の紙面の左側から右側）に進むに従って、複数のマイクロレンズ部Ｍの列の番数が増えるとする。また、ｙ軸方向の前側から後側（図４の紙面の上側から下側）に進むに従って、複数のマイクロレンズ部Ｍの行の番数が増えるとする。図４では、ｋ行目及びｈ列目のマイクロレンズ部Ｍをマイクロレンズ部Ｍ（ｋ，ｈ）として示す。ｋ，ｈ（及びこれらに下付きで自然数が付されているもの）は、それぞれ自然数である。また、図１では、マイクロレンズ部Ｍ（ｋ，ｈ）から出射する分割レーザ光Ｌ２を、分割レーザ光Ｌ２（ｋ，ｈ）として示す。本明細書では、複数のマイクロレンズ部Ｍ（１，１）…，Ｍ（ｋ，ｈ）に共通する内容について説明する際には、マイクロレンズ部Ｍ（１，１）…，Ｍ（ｋ，ｈ）をまとめて「マイクロレンズ部Ｍ」と記載する。また、複数の分割レーザ光Ｌ２（１，１）…，Ｌ２（ｋ，ｈ）に共通する内容について説明する際には、分割レーザ光Ｌ２（１，１）…，Ｌ２（ｋ，ｈ）をまとめて「分割レーザ光Ｌ２」と記載する。
所定の面Ｐ１におけるレーザ光Ｌ１の照射範囲（第２照射領域）ＲＢ内に含まれるマイクロレンズ部Ｍの数が多い程、レーザ光Ｌ１が細かく分割され、平均化される。前述のように、レーザ光源２０は端面発光型の半導体レーザであることをふまえると、レーザ光Ｌ１の照射範囲ＲＢの長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２の範囲内に複数のマイクロレンズ部Ｍが収まることが好ましい。具体的には、長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２のそれぞれの軸の範囲内に、少なくとも２個以上のマイクロレンズ部Ｍが収まることが好ましく、例えば３個以上１０個以下のマイクロレンズ部Ｍが収まることが好ましい。
マイクロレンズ部Ｍは、レーザ光源２０に向かって凸となる凸レンズである。凸レンズであるマイクロレンズ部Ｍから出射する分割レーザ光Ｌ２は、所定の面Ｐ１からｚ軸方向の後側に拡散する（図２参照）。このことによって、マイクロレンズ部Ｍは、蛍光体６０に照射する分割レーザ光Ｌ２の形状及び強度分布を整形する。すなわち、マイクロレンズ部Ｍは、レーザ光Ｌ１を所定の面Ｐ１で部分的に切り出し、所定の面Ｐ１の任意の方向で分割レーザ光Ｌ２の両端間の強度の差を小さくする。これと同時に、マイクロレンズ部Ｍは、ｘ軸方向及びｙ軸方向にわたって分割レーザ光Ｌ２を拡げ、光束重畳部５０によって複数の分割レーザ光Ｌ２を重畳した際に裾引きの発生を効果的に抑える。
ｚ軸方向の後側から前側への正面視（以下、単に「正面視」という）において、マイクロレンズＭの形状は、光束重畳部５０によって蛍光体６０の励起面６０ｓに投影され、励起面６０ｓを含む所定の面Ｐ２に照射され且つ複数の分割レーザ光Ｌ２が重畳されたレーザ光Ｌ３の形状と相似する。つまり、レーザ光Ｌ１の入射側から見たときのマイクロレンズ部Ｍの形状は、分割レーザ光Ｌ２の入射側から見た蛍光体６０の励起面６０ｓの形状に対して相似である。
照明装置１０Ａにおいては、正面視において、蛍光体６０の励起面６０ｓの全体にわたって均一なレーザ光Ｌ３が照射されることが好ましい。すなわち、所定の面Ｐ２におけるレーザ光Ｌ３の照射範囲は、励起面６０ｓと略一致することが好ましい。本実施形態では、励起面６０ｓは、長辺がｘ軸方向と平行であると共に短辺がｙ軸方向と平行である長方形状を有すると想定する。レーザ光Ｌ３の照射範囲と励起面６０ｓの形状とを略一致させる観点から、正面視において、複数のマイクロレンズ部Ｍの形状は、励起面６０ｓの形状と相似することが好ましい。具体的には、複数のマイクロレンズ部Ｍの形状は、互いに共通し、長辺Ｍａがｘ軸方向と平行であると共に短辺Ｍｂがｙ軸方向と平行且つ励起面６０ｓの形状と相似する長方形状である。
詳細には、レーザ光源２０の物理的なパラメータ、出射面２０ｅの形状、レーザ光Ｌ１の放射角度等を勘案し、前述の好適な条件を満たすように、それぞれのマイクロレンズ部Ｍの大きさが適宜設定される。
複数のマイクロレンズ部Ｍは、レーザ光Ｌ１の所定の面Ｐ１での照射範囲内で、対称性を有するように配置されることが好ましい。前述のように、複数のマイクロレンズ部Ｍのそれぞれに入射するレーザ光Ｌ１の強度差は、入射する前のレーザ光Ｌ１の全体の強度差より小さくなる。そのため、図４に示すように、レーザ光Ｌ１の所定の面Ｐ１での照射範囲ＲＢ内で長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２を中心として複数のマイクロレンズ部Ｍが線対称且つ点対称となるように配置されれば、互いに対称な位置（すなわち、等価となる位置）にあるマイクロレンズ部Ｍの一方の投影像の強度分布が他方の投影像の強度分布で補完され、レーザ光Ｌ３の強度分布の均一性が高まる。レーザ光Ｌ１の所定の面Ｐ１での照射範囲ＲＢ内で長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２を中心として線対称且つ点対称となるように配置されたマイクロレンズ部Ｍの組み合わせが多い程、レーザ光Ｌ３の強度分布の均一性が高まるが、複数のマイクロレンズ部Ｍは、少なくとも長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２の少なくとも一方を中心として対称性を有するように配置されれば、レーザ光Ｌ３の強度分布の均一性が良好になり、好ましい。
本実施形態のように、所定の面Ｐ１におけるレーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢが長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２を有する場合を含め、照射領域ＲＢが異方性を有する場合、正面視において、長軸Ｓ１又は異方性において長軸に相当する軸方向（すなわち、強度分布が最も広い軸方向）とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角が４５°以上９０°以下であることが好ましく、６７．５°以上９０°以下であることがより好ましく、長軸Ｓ１又は異方性において長軸に相当する軸方向がマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａに対して直交することが最も好ましい。前述のように長軸Ｓ１又は異方性において長軸に相当する軸方向がマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａに対して好適に配置されると、照射領域ＲＡ外に照射される分割レーザ光Ｌ２が少なくなり、後述する光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光が蛍光体６０の励起面６０ｓに照射される。
なお、光束分割部４０は、複数のマイクロレンズ部Ｍに替えて、ｘ軸方向及びｙ軸方向において互いに異なる倍率を有する複数のアナモルフィックレンズ部によって構成されてもよい。複数のアナモルフィックレンズ部が用いられる場合は、アナモルフィックレンズ部の正面視での形状が正方形であっても、複数の分割レーザ光Ｌ２の投影像を、図４に示すように正面視において長方形状を有する励起面６０ｓと相似する長方形に整形し、励起面６０ｓに照射できる。ただし、レーザ光源２０、光束重畳部５０及び蛍光体６０との調芯精度の低下を抑える観点から、光束分割部４０は、正面視において励起面６０ｓの形状と相似する形状を有する複数のマイクロレンズ部Ｍで構成されることが好ましい。
光束重畳部５０は、光束分割部４０から出射した複数の分割レーザ光Ｌ２を互いに共通の照射領域（第１照射領域）ＲＡで重ね合わせる。図２に示すように、本実施形態の光束重畳部５０は、蛍光体６０に向かって凸となる単一の非球面レンズ部Ｑによって構成される。非球面レンズＱのｚ軸方向の前側の曲面は、複数のマイクロレンズ部Ｍの大きさ、分割レーザ光Ｌ２の拡がり角度、照射領域ＲＡの大きさ（すなわち、マイクロレンズ部Ｍの大きさに対する照射領域ＲＡの倍率）等の入射側パラメータ及び出射パラメータが決まることによって、一義的に決まる。
図２に示すように、複数のマイクロレンズ部Ｍによって分割された分割レーザ光Ｌ２は、拡散しつつ非球面レンズ部Ｑに入射する。分割レーザ光Ｌ２は、非球面レンズ部Ｑによってそれぞれの所定の結像点Ｊでいったん結像し、共通の照射領域ＲＡに向かって拡散し、所定の面Ｐ２上の照射領域ＲＡで重なり合う。
図５は、蛍光体６０の励起面６０ｓ上の照射領域ＲＡで分割レーザ光Ｌ２が重畳される様子を示す模式図である。図２及び図５では、複数の分割レーザ光Ｌ２のうち、マイクロレンズ部Ｍ（ｋ１，ｈ１），Ｍ（ｋ２，ｈ２）のそれぞれから出射する分割レーザ光Ｌ２（ｋ１，ｈ１），Ｌ２（ｋ２，ｈ２）を例示し、結像点Ｊ（ｋ１，ｈ１），Ｊ（ｋ２，ｈ２）、分割レーザ光Ｌ２（ｋ１，ｈ１），Ｌ２（ｋ２，ｈ２）が重畳する様子、及び照射領域ＲＡにおける強度分布について示す。
図５に例示するように、所定の面Ｐ２上の照射領域ＲＡでは、複数の分割レーザ光Ｌ２が重なり合うので、複数の分割レーザ光Ｌ２の強度分布が足し合わされると共に互いに補完され、トップハット型の強度分布を有するレーザ光Ｌ３が生成される。前述のように、複数の分割レーザ光Ｌ２のｘ軸方向やｙ軸方向における強度分布内の差は小さいので、レーザ光Ｌ３における裾引きの発生が抑えられる。すなわち、レーザ光Ｌ３の強度分布は、照射領域ＲＡの外周端から鋭く所定の強度に立ち上がり、立ち上がり後は照射領域ＲＡの中央にわたって略均一になる。
図６は、励起面６０ｓにおけるレーザ光Ｌ３の強度分布を示す図である。蛍光体６０は、レーザ光Ｌ３によって励起され且つ白色光をｚ軸方向の前側に向けて発することができれば特に限定されない。本実施形態の蛍光体６０は、例えばＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体粉末が透明媒体に分散されているものを想定する。図７は、蛍光体６０の側面図である。
前述のように、蛍光体６０は、少なくとも励起面６０ｓが正面視において照射領域ＲＡと略同一形状を有することが好ましい。レーザ光Ｌ３が照射された蛍光体６０の内部では、蛍光が生じる。この際、レーザ光Ｌ３及び蛍光の一部がｚ軸方向の前側等に向かって散乱及び伝搬する。蛍光体６０が照射領域ＲＡに対して大きすぎると、照射範囲ＲＡの外側にレーザ光Ｌ３及び蛍光の一部が広がり、白色光において輝度のムラガ生じてしまう。一方、蛍光体６０が照射領域ＲＡより小さすぎると、レーザ光Ｌ３の一部が蛍光体６０に照射されないことによって波長変換されずに蛍光体６０を通過するので、白色光における色ムラが生じる、あるいは白色光の一部を照明装置１０Ａや車両用灯具１００の照明光として利用できなくなり、照明装置１０Ａの光利用効率が低下してしまう。
照明装置１０Ａのように明るい白色光が求められる場合、蛍光体６０のｚ軸方向の厚さは、約５～５０μｍである。このように非常に薄い状態で提供されるため、図７に示すように、蛍光体６０は、支持体６２に支持されることが好ましい。本実施形態では、レーザ光Ｌ３の強度分布がトップハット型に整形されているので、支持体６２は、散乱材として空孔（空気）や屈折率の互いに異なる複数種類の微粒子を混合した支持体６２を用いることができるが、散乱機能を有していなくてもよく、青色光（レーザ光）に対して透明であることが好ましい。すなわち、透明な支持体６２とすることで従来のように蛍光体６０と逆側に散乱されるレーザ光がなくなり、ほぼ全てのレーザ光を蛍光体６０の励起及び照明光として有効利用できる。
また、支持体６２は、放熱性を有し、レーザ光Ｌ３の波長に対する屈折率が高い材料で構成されることが好ましい。例えば、支持体６２の屈折率は、１．５以上３．５以下が好ましい。このような材料には、例えばサファイヤ、ＡＩＮ、ＧａＮ、ＢＮ等の透明高熱伝導性材料の単相体が挙げられる。支持体６２が放熱性を有する材料で構成されることによって、蛍光体６０の過度な温度上昇及び蛍光の効率低下が抑えられる。また、支持体６２が屈折率の高い材料で構成されることによって、図７に破線矢印で示すように、支持体６２のｚ軸方向の後側の表面６２ａに対して斜めに入射した分割レーザ光Ｌ２の進行方向が表面６２ａに対して略垂直に変更され、レーザ光Ｌ３が生成される。このことによって、蛍光体６０へのレーザ光Ｌ３の入射効率が向上する。また、レーザ光Ｌ３の進行方向が表面６２ａに対して略垂直に変更されることによって、蛍光体６０の内部におけるレーザ光Ｌ３の光路長が略一定になり、白色光の色度が均一化される。
さらに、蛍光体６０で生成された蛍光の損失を抑えて蛍光を効率よく蛍光体６０のｚ軸方向の前側に発するようにする観点から、ｚ軸方向において、支持体６２の表面６２ａ、支持体６２と蛍光体６０との間や蛍光体６０のｚ軸方向の前側の蛍光面６０ｆに適当な光学膜を設けてもよい。適当な光学膜としては、例えばダイクロイックミラーや反射防止膜（ＡＲコート）、誘電体多層膜等が挙げられる。
本実施形態の蛍光体６０は前述のようにＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体粉末を含むことから、主に青色（ピーク波長；約４４０ｎｍ～４６０ｎｍ）の光で励起され、黄色（ピーク波長；約７００ｎｍ）を中心とする蛍光を発する。そのため、支持体６２と蛍光体６０との間に、青色の光を透過し、且つ黄色の光を反射するダイクロイックミラー６４が設けられることが好ましい。ダイクロイックミラー６４が設けられることによって、蛍光体６０からｚ軸方向の後側に発せられた後方散乱成分をｚ軸方向の前側（すなわち、照明装置１０Ａの照明方向）に反射させることができる。
蛍光を効率よく蛍光体６０のＺ軸方向の前側に発するようにする観点から、支持体６２の表面６２ａと蛍光体６０の蛍光面６０ｆにも、光学膜としてＡＲコート６６Ａ，６６Ｂが設けられることが好ましい。ダイクロイックミラーではレーザ光Ｌ３又は蛍光の入射角度によって透過率が異なるため、光学膜としてダイクロイックミラーを採用する場合は、ダイクロイックミラー６４のように、レーザ光Ｌ３が支持体６２によってｚ軸方向に略平行化された後に照射される位置にダイクロイックミラーを配置することが好ましい。なお、蛍光体６０が支持体６２に支持される場合は、支持体６２を蛍光体６０の一部（カバー部材）とみなし、光束重畳部５０は支持体６２又は表面６２ａに設けられる光学膜と対向配置されるものとする。
以上述べたように、第１実施形態の照明装置１０Ａは、レーザ光源２０と、光束分割部４０及び光束重畳部５０を有するホモジナイザ光学素子３０と、蛍光体６０とを備える。
本実施形態の照明装置１０Ａでは、レーザ光源２０から拡散しつつ出射されたレーザ光Ｌ１が光束分割部４０によって所定の面Ｐ１で両端間の強度の差が小さい分割レーザ光Ｌ２に分割される。複数の分割レーザ光Ｌ２は、光束重畳部５０によって互いに共通する照射領域ＲＡで重なり合うことで、従来のような裾引きの発生が抑えられ、トップハット型の強度分布のレーザ光Ｌ３が得られる。本実施形態の照明装置１０Ａによれば、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌ１が光束分割部４０に入射し、光束分割部４０と光束重畳部５０が一体化されたホモジナイザ光学素子３０が用いられ、さらにホモジナイザ光学素子３０から出射された分割レーザ光Ｌ２が蛍光体６０に入射する。このことによって、レーザ光源２０から蛍光体６０までの間の光学損失を抑え、レーザ光Ｌ１の利用効率を高くできる。また、単一のホモジナイザ光学素子３０を用いることによって、複数の光学素子同士に求められる高精度な調芯機構を不要とし、照明装置１０Ａの小型化及び製造コストの低減を図ることができる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、光束分割部４０は、複数のマイクロレンズ部Ｍによって構成され、それぞれのマイクロレンズ部Ｍは、レーザ光源２０に向かって凸となる凸レンズであることが好ましい。このような照明装置１０Ａによれば、照射領域ＲＡに位置する蛍光体６０の励起面６０ｓがマイクロレンズ部Ｍの開口面より大きい場合であっても、従来のような裾引きの発生を抑えることができる。また、ホモジナイザ光学素子３０と蛍光体６０との距離を抑え、照明装置１０Ａの小型化を容易に図ることができる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、レーザ光源２０から出射されるレーザ光Ｌ１の光軸２０Ｃに直交する面における強度分布は楕円形状であり、複数のマイクロレンズ部Ｍは、レーザ光Ｌ１の楕円形状の照射領域ＲＢ内で長軸Ｓ１及び短軸Ｓ２の少なくともいずれかの軸を中心として対称性を有するように配置されることが好ましい。このような照明装置１０Ａによれば、互いに対称な位置にあるマイクロレンズ部Ｍの一方の投影像の強度分布によって他方の投影像の強度分布を補完し、照射領域ＲＡで生成されるレーザ光Ｌ３の強度分布の均一性を高くできる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、レーザ光Ｌ１の入射側から見たマイクロレンズ部Ｍの形状は、分割レーザ光Ｌ２の入射側から見た蛍光体６０の励起面６０ｓの形状に対して相似であることが好ましい。このような照明装置１０Ａによれば、照射領域ＲＡで生成されるレーザ光Ｌ３の照射範囲と蛍光体６０の励起面６０ｓの形状が略一致し、レーザ光源２０から出射されたレーザ光Ｌ１を効率よく蛍光体６０に照射できる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、光束重畳部５０は、蛍光体６０に向かって凸となる単一の非球面レンズ部Ｑによって構成されることが好ましい。このような照明装置１０Ａによれば、非球面レンズ部Ｑがレーザ光Ｌ１の光軸２０Ｃに対する放射角、分割レーザ光Ｌ２の倍率等の設計パラメータに合わせて設計されることで、蛍光体６０の励起面６０ｓに複数の分割レーザ光Ｌ２を高効率に重ね合わせることができる。このことによって、強度分布がトップハット型に整形されたレーザ光Ｌ３の強度を向上させることができる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、正面視において、所定の面Ｐ１におけるレーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角が４５°以上９０°以下である。このことによって、照射領域ＲＡ外に照射される分割レーザ光Ｌ２が少なくなり、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光Ｌ３を蛍光体６０の励起面６０ｓに照射できる。
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る照明装置について説明する。図８は、第２実施形態に係る照明装置１０Ｂの側面図である。なお、第２実施形態の照明装置１０Ｂの構成及び部材のうち、第１実施形態と共通の構成及び部材については同じ符号を付し、その説明は省略する。
図８に示すように、第２実施形態の照明装置１０Ｂは、複数の光源部１５と、ホモジナイザ光学素子３０と、蛍光体６０とを備える。第２実施形態の光源部１５は、レーザ光源２０と、レーザ光源２０に接続されたファイバ２５とを有する。
図９は、ｚ軸方向の後側から光束分割部４０を見た正面図であって、光束分割部４０に照射される複数のレーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢ及び強度分布を示す模式図である。図８及び図９では、複数のレーザ光源２０、ファイバ２５のうち、２つのレーザ光源２０Ａ，２０Ｂ、及びファイバ２５Ａ，２５Ｂを例示する。本明細書では、レーザ光源２０Ａ，２０Ｂを含む複数のレーザ光源２０、ファイバ２５Ａ，２５Ｂを含むファイバ２５のそれぞれに共通する内容について説明する際には、それぞれ「（複数の）レーザ光源２０」、「（複数の）ファイバ２５」と記載する。
第２実施形態では、複数のレーザ光源２０はそれぞれ、第１実施形態で説明したレーザ光源２０と同じ構成を備える。図８に示すように、複数のファイバ２５の入射側の端部は、それぞれに対応するレーザ光源２０の出射面２０ｅに連結される。このことによって、レーザ光源２０の出射面２０ｅから出射されたレーザ光Ｌ１は、ファイバ２５のコア（図示略）を伝搬し、出射側の端部２５ｂに到達する。
上述のように、照明装置１０Ｂでは、複数のレーザ光源２０が用いられ、複数のファイバ２５によって複数のレーザ光源２０から出射されるレーザ光Ｌ１を光束分割部４０に近づけることができる。このように複数のレーザ光源２０を用いれば、個々のレーザ光源２０の放射出力を適度に抑えても、レーザ光源２０の数が増えることで光束分割部４０に照射されるレーザ光Ｌ１の光量を多くできる。このことによって、個々のレーザ光源２０への負担が減り、照明装置１０Ｂの故障が防止され、照明装置１０Ｂの長寿命化が期待される。また、レーザ光Ｌ１の導光部材としてファイバ２５が用いられる場合、他の光学素等の構成要素に比べて発熱量の多いレーザ光源２０を他の構成要素から離れた任意の場所や位置に設置できる。
複数のファイバ２５の端部２５ｂは、ｘ軸方向及びｙ軸方向を含む面内において、互いに近づけて配置される。隣り合う端部２５ｂ同士の距離が近い程、複数のレーザ光源２０を疑似的な１つの励起光源とみなした場合の疑似的励起光源の高輝度化を図ることができる。
ファイバ２５は、公知のファイバと同様の構成を備え、コアと、コアの周囲に設けられてコアより低い屈折率を有するクラッドとを備える。コア及びクラッドのｚ軸方向に直交する断面は、略真円である。そのため、複数のファイバ２５の出射側の端部２５ｂから出射されるレーザ光Ｌ１のｚ軸方向に直交する照射領域は、略真円になる。図９に示すように、所定の面Ｐ１において、光束分割部４０の複数のマイクロレンズ部Ｍには、例えば２つのレーザ光源２０Ａ，２０Ｂからのレーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂが照射される。レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂの入射側から見たそれぞれの照射領域ＲＢ１，ＲＢ２は前述のように略真円になるが、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂのそれぞれの強度分布はガウス型になる。ファイバ２５Ａ，２５Ｂの端部２５Ｂ同士のｙ軸方向の離間距離は、数μｍから数十μｍ程度と小さく設定される。このことによって、複数のマイクロレンズ部Ｍには、レーザ光Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂのそれぞれの強度が足し合わされたレーザ光Ｌ１Ｃが照射される。
本実施形態のように、所定の面Ｐ１における複数の照射領域ＲＢ１，ＲＢ２が足し合わされた照射領域が異方性を有する場合、第１実施形態と同様に、正面視において、長軸に相当する軸方向、すなわち、レーザ光Ｌ１の照射分布の配列方向（光源部１５の配列方向）ＤＲとマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角が４５°以上９０°以下であることが好ましく、６７．５°以上９０°以下であることがより好ましく、配列方向ＤＲがマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａに対して直交することが最も好ましい。前述のように配列方向ＤＲがマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａに対して好適に配置されることによって、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光が蛍光体６０の励起面６０ｓに照射される。
以上述べたように、第２実施形態の照明装置１０Ｂは、複数のレーザ光源２０と、複数のファイバ２５と、光束分割部４０及び光束重畳部５０を有するホモジナイザ光学素子３０と、蛍光体６０とを備える。
本実施形態の照明装置１０Ｂでは、複数のレーザ光源２０から拡散しつつ出射されたレーザ光Ｌ１が足し合わされて光束分割部４０に照射され、その後、第１実施形態の照明装置１０Ａと同様に光束分割部４０よって所定の面Ｐ１で両端間の強度の差が小さい分割レーザ光Ｌ２に分割される。複数の分割レーザ光Ｌ２は、光束重畳部５０によって互いに共通する照射領域ＲＡで重なり合うことで、従来のような裾引きの発生が抑えられ、トップハット型の強度分布のレーザ光Ｌ３が得られる。したがって、本実施形態の照明装置１０Ｂによれば、複数のレーザ光源２０から蛍光体６０までの間の光学損失を抑え、レーザ光Ｌ１の利用効率を高くできる。また、単一のホモジナイザ光学素子３０を用いることによって、複数の光学素子同士に求められる高精度な調芯機構を不要とし、照明装置１０Ｂの小型化及び製造コストの低減を図ることができる。また、本実施形態の照明装置１０Ｂによれば、レーザ光源２０及びファイバ２５の組み合わせの数を増やし、疑似的励起光源の高輝度化を図り、蛍光体６０により高輝度のレーザ光を照射すると共に、蛍光体６０からより強い蛍光を生成できる。
また、本実施形態の照明装置１０Ａでは、正面視において、所定の面Ｐ１における複数のレーザ光Ｌ１の配列方向（複数のレーザ光源２０の配列方向）ＤＲとマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角が４５°以上９０°以下である。このことによって、第１実施形態と同様に、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光Ｌ３を蛍光体６０の励起面６０ｓに照射できる。
なお、本発明は、上述の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、光束分割部４０は、複数のマイクロレンズ部Ｍ又はアナモルフィックレンズ部に替えて、複数の回折レンズによって構成されてもよい。また、第２実施形態の照明装置１０Ｂにおいて、複数のファイバ２５に替えて、複数のコアを有する平面光波回路（ＰＬＣ）を用いてもよい。また、照明装置１０Ｂにおいて、複数のレーザ光源２０の出射面２０ｅ同士をｙ軸方向において十分に近接させて配置できれば、ファイバ２５を省略できる。
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
図２に示す照明装置１０Ａを用いて所定の面Ｐ２におけるレーザ光Ｌ３（すなわち、重畳された分割レーザ光Ｌ２）の強度分布を測定した。本実施例では、レーザ光源２０の出射面２０ｅから出射されるレーザ光Ｌ１の光軸２０Ｃを中心とする放射角を長軸Ｓ１側で±２０°、短軸Ｓ２側で±１０°とした。また、蛍光体６０の励起面６０ｓの大きさをｙ軸方向で０．４ｍｍ、ｘ軸方向で０．８ｍｍと想定し、照射領域ＲＡにおけるレーザＬ３の強度分布の目標形状を１：２の長方形とした。また、出射面２０ｅから所定の面Ｐ１までの距離Ｌとホモジナイザ光学素子３０の直径Ｄを（Ｄ／２）／Ｌ＝ｔａｎ２０°の相対関係が成り立つように適宜設定した。
図１０から図１６は、所定の面Ｐ１におけるレーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角θを０°、２２．５°、４５°、５０°、６０°、６７．５°、９０°と変化させた場合の照射領域ＲＡ（図２参照）におけるレーザ光Ｌ３の強度分布を説明する図である。なお、狭角θを上述の７つの角度以外にも変化させて照射領域ＲＡにおけるレーザ光Ｌ３の強度分布を調べたが、本発明の効果をわかりやすく説明するために上述の７つの角度の結果を例示する。図１０から図１６のそれぞれの（ａ）は光束分割部４０及び光束分割部４０に照射されるレーザ光Ｌ１の照射領域を示し、（ｂ）は照射領域ＲＡにおけるレーザ光Ｌ１の２次元強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の２次元強度分布のｙ＝０の位置でｘ軸方向に沿ってみたときの１次元強度分布を示す。
図１０から図１６の（ｂ），（ｃ）に示すように、照明装置１０Ａによれば、所定の面Ｐ２の照射領域ＲＡにおいてコントラストの高いトップハット型のレーザ光Ｌ３が生成されることが確認された。
図１０及び図１１の（ｃ）に示すように、狭角θが０°，２２．５°の場合、レーザ光Ｌ３の強度分布の両端部に強度の盛り上がりが生じた。レーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角θが比較的小さい場合は、レーザ光Ｌ３の強度がｘ＝－０．４ｍｍから＋０．４ｍｍの範囲内で略均一になり、ｘ＝－０．４ｍｍからｘが小さくなる際、及びｘ＝＋０．４ｍｍからｘが大きくなる際に急激に減少した後、わずかに増大し、再び減少する。レーザ光Ｌ３の強度分布の両端部の盛り上がりは、照明装置１０Ａからの照明光のにじみに影響する可能性がある。また、盛り上がりの部分のレーザ光Ｌ３は、照射装置１０Ａの照明光としての有効利用が難しくなると考えられる。
前述したレーザ光Ｌ３の強度分布の両端部の盛り上がりは、狭角θの増大とともに、下降する。図１２及び図１３の（ｃ）に示すように、狭角θが４５°，５０°の場合、レーザ光Ｌ３の強度分布の両端部に強度の段が生じた。すなわち、レーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角θが４５°以上になると、レーザ光Ｌ３の強度がｘ＝－０．４ｍｍからｘが小さくなる際、及びｘ＝＋０．４ｍｍからｘが大きくなる際に急激に減少した後、増加はせず、略一定になった後に、再び減少する。レーザ光Ｌ３の強度分布の両端部の段は、照明装置１０Ａからの照明光のにじみには略影響しないと思われる。また、照射領域ＲＡ外に照射されるレーザ光Ｌ３が少なくなり、好適である。
前述したレーザ光Ｌ３の強度分布の両端部の段は、狭角θの増大とともになくなる。図１４及び図１５の（ｃ）に示すように、狭角θが６０°，６７．５°の場合、レーザ光Ｌ３の強度がｘ＝－０．４ｍｍからｘが小さくなる際、及びｘ＝＋０．４ｍｍからｘが大きくなる際に急激に減少した後、緩やかに減少する。このようなレーザ光Ｌ３によれば、照明装置１０Ａからの照明光のにじみには略なくなると思われる。また、照射領域ＲＡ外に照射されるレーザ光Ｌ３が少なくなり、さらに好適である。
さらに、図１６の（ｃ）に示すように、狭角θが９０°になると、レーザ光Ｌ３の強度分布の両端部に段が略生じず、極めて良好なトップハット型のレーザ光Ｌ３が得られた。すなわち、レーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａが直交する場合は、レーザ光Ｌ３の強度分布の対称性が高く、レーザ光Ｌ３の照射領域が略理想的な長方形になり、レーザ光Ｌ３を照明装置１０Ａの照明光として利用し易くなる。
上述した結果から、正面視において、所定の面Ｐ１におけるレーザ光Ｌ１の照射領域ＲＢの長軸Ｓ１とマイクロレンズ部Ｍの長辺Ｍａとのなす狭角が４５°以上９０°以下であることによって、光束重畳部５０によってより均一且つ裾引きの少ない強度分布を有するレーザ光Ｌ３が照射領域ＲＡで得られることが確認された。
１０…照明装置、１５…光源部、２０…レーザ光源、２０Ｃ…光軸、２５…ファイバ、３０…ホモジナイザ光学素子、４０…光束分割部、５０…光束重畳部、６０…蛍光体、６０ｓ…励起面、１００…車両用灯具、Ｌ１，Ｌ３…レーザ光、Ｌ２…分割レーザ光、Ｍ…マイクロレンズ部、Ｑ…非球面レンズ部、ＲＡ…照射領域（第１照射領域）、ＲＢ…照射領域（第２照射領域）、Ｐ１，Ｐ２…面、Ｓ１…長軸、Ｓ２…短軸

Claims (6)

  1. レーザ光を出射する光源部と、
    前記光源部からのレーザ光を受けて、前記光源部から出射された前記レーザ光を光軸に直交する面内で複数の分割レーザ光に分割し、前記複数の分割レーザ光の進行方向を互いに異ならせる光束分割部と、前記光束分割部と一体に形成され、前記光束分割部から出射した前記複数の分割レーザ光を互いに共通の第１照射領域で重ね合わせる光束重畳部とを有するホモジナイザ光学素子と、
    前記ホモジナイザ光学素子の光束重畳部によって前記第１照射領域で重ね合わされた前記複数の分割レーザ光によって励起されて蛍光を発する蛍光体と、
    を備え、
    前記光束分割部は、複数のマイクロレンズ部によって構成され、
    それぞれの前記マイクロレンズ部は、前記光源部に向かって凸となる凸レンズであり、
    前記光源部から出射されて前記光束分割部に到達した際の前記レーザ光の前記光軸に直交する第２照射領域は楕円形状をなし、
    前記複数のマイクロレンズ部は、前記楕円形状の長軸及び短軸の少なくともいずれかの軸を中心として対称性を有するように、かつ、前記長軸及び前記短軸のそれぞれの軸の範囲内に少なくとも２個以上のマイクロレンズ部が配置され、
    前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面は長方形状をなし、
    前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部は前記励起面の長方形状と相似である長方形状をなし、
    前記レーザ光の入射側から見たときに前記第２照射領域の楕円形状の長軸と前記マイクロレンズ部の長辺とのなす狭角は４５°以上９０°以下である、
    照明装置。
  2. 前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部の形状は、前記分割レーザ光の入射側から見た前記蛍光体の励起面の形状に対して相似である、
    請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記光束重畳部は、前記蛍光体に向かって凸となる単一の非球面レンズ部によって構成される、
    請求項１又は２に記載の照明装置。
  4. 前記光源部は前記光軸に直交する方向において複数設けられ、
    前記光源部は、レーザ光源と該レーザ光源に連結されたファイバとを有する、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 複数の前記光源部から出射された前記レーザ光の入射側から見た前記マイクロレンズ部は前記励起面の長方形状と相似である長方形状をなし、
    複数の前記光源部から出射された前記レーザ光の入射側から見たときに複数の前記光源部の配列方向と前記マイクロレンズ部の長辺とのなす狭角は４５°以上９０°以下である、
    請求項４に記載の照明装置。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置を備えた車両用灯具。
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