(57)【要約】【課題】投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供する。【解決手段】ヘッドランプ１は、励起光を出射するレーザチップ１１と、蛍光体を分散させた蛍光体含有ガラス層を有する発光部４とを備える。レーザチップ１１から発光された励起光を発光部４の透明分散層にて導光させることにより発光部４での輝度分布である発光パターンＰ２を形成する。発光部４の形状・厚さ・蛍光体の濃度等の形態により輝度分布のエッジが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する発光素子と、蛍光体を分散させた透明分散層を有する発光部とを備えた発光装置において、
上記発光素子から発光された励起光を上記発光部の透明分散層にて導光させることにより上記発光部での輝度分布を形成すると共に、上記発光部の形態により輝度分布のエッジが形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光部の透明分散層の下に、該発光部の一部の端部に向けて厚さが次第に薄く形成された発光部導光部材を有していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光部の透明分散層は、該発光部の一部の端部に向けて蛍光体の濃度が次第に高くなっていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子からの光は、前記発光部の表面内において、該発光部の一部の端部に向けて斜めに照射されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子からの光は、前記発光部の一部の端部に向けて、該発光部の一部の端部とは反対側の端部における側面へ照射されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子と発光部との間には、該発光素子からの入射光を導光して該発光部に出射する導光部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の投光パターンで照明光を照射する発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。このような技術は、車両用前照灯等の照明装置にも適用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された車両前照灯１００は、図２４に示すように、金属板１１１と、金属板１１１の表面に配置され、青色レーザ光により励起されて発光する蛍光体１１２と、蛍光体１１２に入射する青色レーザ光を放射する図示しないレーザ光源と、蛍光体１１２の周囲の金属板１１１の表面を覆うように配置され、レーザ光源から入射する青色レーザ光の反射を抑制する反射抑制部材１１３とを備えている。これにより、レーザ光源から放射された青色レーザ光が蛍光体１１２周囲の金属板１１１の表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）するようになっている。
【０００４】
さらに、例えば特許文献２に開示された車両前照灯２００では、図２５に示すように、光を発生する半導体発光素子２０１と、半導体発光素子２０１から離間して設けられた蛍光体２０２と、半導体発光素子２０１が発生する光を、蛍光体２０２に集光するレンズ２１０と、蛍光体２０２が設けられている位置に光学的中心を有し、レンズ２１０により集光された光に応じて蛍光体２０２が発生する光を、車両前照灯２００の外部に照射する反射鏡２２０とを備えている。上記反射鏡２２０は、図２６（ａ）に示すように、斜め反射面２２１及び水平反射面２２２を有している。これにより、図２６（ｂ）に示すように、車両前照灯２００の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム配光パターンとして、略水平方向の明暗境界を定める水平カットライン２３１、及び水平方向に対して１５°程度の角度をなす所定の斜め方向の明暗境界を定める斜めカットライン２３２を有する配光パターン２３０を形成するようになっている。この反射鏡２２０は、マルチファセットミラーと通称されているものである。
【０００５】
また、例えば特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００は、図２７（ａ）（ｂ）に示すように、励起光３０１を射出する半導体レーザ３１０と、半導体レーザ３１０から射出された励起光３０１を導波する単ファイバ３２０と、単ファイバ３２０から射出された励起光３０１を受光して励起光３０１とは異なる波長の蛍光を発する蛍光体ユニット３３０と、蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光の一部を少なくとも導波するファイバ束３４０とを有している。光ファイバ照明装置３００はさらに、蛍光体ユニット３３０で発生した反射散乱光及び蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光のうち、ファイバ束３４０の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部をファイバ束３４０の入射領域に向けて反射させる反射体３５０を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８１３８１号公報（２０１１年９月１５日公開）
【特許文献２】特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献３】特開２００９−０４３６６８号公報（２００９年２月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の発光装置、車両用前照灯及び照明装置では、照明光のロスが生じ、投光効率が低下するという問題点を有している。
【０００８】
具体的には、特許文献１に開示された車両前照灯１００では、明瞭なエッジを有する照明パターンを得るために、反射抑制部材１１３にて蛍光体１１２の周囲における金属板１１１の表面を覆っている。この結果、レーザ光源から入射する青色レーザ光の一部を遮蔽していることになる。したがって、照明光のロスが生じ、投光効率が低下している。また、金属板１１１の表面での散乱を起因とする迷光により、エッジでのコントラストが悪くなる。さらには、金属板１１１での光吸収により、金属板の温度が上がり、蛍光体１１２の特性に色度変化及び強度変化等の影響を与えるといった問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された車両前照灯２００では、反射鏡２２０にマルチファセットミラーを使用している。この結果、マルチファセットミラーでは明瞭なエッジを有する照明パターンを得ることは困難であり、さらに大きな反射鏡２２０が必要となる。さらに、空等の不要な領域への迷光が発生するつまり効率も低下するといった問題もあった。
【００１０】
一方、特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００では、照明光のロスが生じるのを防止するために、蛍光体ユニット３３０で発生した反射散乱光及び蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光のうち、ファイバ束３４０の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部をファイバ束３４０の入射領域に入射させるために、反射体３５０を有している。しかし、特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００は、内視鏡への適用について開示しているので、照射パターンに関する記載がない。したがって、車両用前照灯への適用には不十分である。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、励起光を出射する発光素子と、蛍光体を分散させた透明分散層を有する発光部とを備えた発光装置において、上記発光素子から発光された励起光を上記発光部の透明分散層にて導光させることにより上記発光部での輝度分布を形成すると共に、上記発光部の形態により輝度分布のエッジが形成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記の発明によれば、発光素子にて出射された励起光は、発光部に入射される。そして、発光部では、透明分散層にて導光されることにより、蛍光体により蛍光が発せられ、輝度分布が形成されて、投光面に投光パターンとして投光される。
【００１４】
ここで、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを形成するために、従来では、所望の投光パターンを得るべく、導光部材の出射光における発光部での照射領域を該発光部よりも大きくした後、該発光部を所望の投光パターンの相似形に遮蔽したり、マルチファセットミラーを介して投光面に投光させたりしていた。この結果、照明光のロスが発生するという問題を有していた。
【００１５】
本発明では、発光部は蛍光体を分散させた透明分散層を有してなっているので、透明分散層は導光作用を有している。このため、発光素子から発光部に入射した光を、導光作用によって該発光部の端部に導光して該端部から出射させることが可能である。
【００１６】
ここで、本発明では、発光部の形態により輝度分布のエッジが形成されている。この結果、発光部に入射された光は、発光部の形態により輝度分布のエッジが形成されて、光強度が高くなった状態で出射される。したがって、発光部における輝度分布のエッジが投光パターンのエッジに反映される。これにより、投光面における投光パターンの端部に明瞭なエッジを形成することができる。
【００１７】
それゆえ、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の発光装置では、前記発光部の透明分散層の下に、該発光部の一部の端部に向けて厚さが次第に薄く形成された導光部材を有しているとすることができる。
【００１９】
すなわち、発光部の透明分散層の下に、該発光部の一部の端部に向けて厚さが次第に薄く形成された導光部材を有することにより、発光部における一部の端部から投光面に投光される投光パターンの光強度を高めることができる。
【００２０】
したがって、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンのより明瞭なエッジを形成することができる。
【００２１】
本発明の発光装置では、前記発光部の透明分散層は、該発光部の一部の端部に向けて蛍光体の濃度が次第に高くなっているとすることができる。
【００２２】
すなわち、発光部の透明分散層において、該発光部の一部の端部に向けて蛍光体の濃度を次第に高くすることにより、発光部における一部の端部から投光面に投光される投光パターンの光強度を高めることができる。
【００２３】
したがって、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンのより明瞭なエッジを形成することができる。
【００２４】
本発明の発光装置では、前記発光素子からの光は、前記発光部の表面内において、該発光部の一部の端部に向けて斜めに照射されるとすることができる。
【００２５】
これにより、該発光素子からの光は、発光部の透明分散層に入射され、発光部の一部の端部に向けて導光される。
【００２６】
この結果、発光部における一部の端部から投光面に投光される投光パターンの光強度を高めることができ、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンのより明瞭なエッジを形成することができる。
【００２７】
本発明の発光装置では、前記発光素子からの光は、前記発光部の一部の端部に向けて、該発光部の一部の端部とは反対側の端部における側面へ照射されるとすることができる。
【００２８】
これにより、発光素子からの光は、発光部の一部の端部とは反対側の端部における側面から、該発光部の透明分散層に入射され、発光部の一部の端部に向けて導光される。
【００２９】
この結果、発光部における一部の端部から投光面に投光される投光パターンの光強度を高めることができ、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンのより明瞭なエッジを形成することができる。
【００３０】
本発明の発光装置では、前記発光素子と発光部との間には、該発光素子からの入射光を導光して該発光部に出射する導光部材が設けられているとすることができる。
【００３１】
これにより、導光距離を長くすることができるので、発光素子から発光部までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。
【００３２】
したがって、発光装置を車両用前照灯に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに発光素子を配置することができるので、設計の自由度が広がる。
【００３３】
本発明の車両用前照灯は、上記課題を解決するために、前記記載の発光装置を備えていることを特徴としている。
【００３４】
上記の発明によれば、車両用前照灯の照明光の光分布形状を、法的に定められたすれ違い灯等の車両用前照灯の光分布形状に適合させることができる。
【００３５】
したがって、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えた車両用前照灯を提供することができる。
【００３６】
本発明の照明装置は、上記課題を解決するために、前記記載の発光装置を備えていることを特徴としている。
【００３７】
上記の発明によれば、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えた照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の発光装置は、以上のように、上記発光素子から発光された励起光を上記発光部の透明分散層にて導光させることにより上記発光部での輝度分布を形成すると共に、上記発光部の形態により輝度分布のエッジが形成されているものである。
【００３９】
本発明の車両用前照灯は、以上のように、前記記載の発光装置を備えているものである。
【００４０】
本発明の照明装置は、以上のように、前記記載の発光装置を備えているものである。
【００４１】
それゆえ、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は、本発明における発光装置を備えた車両用前照灯としてのヘッドランプにおける実施の一形態を示すものであって、レーザ出射端部の光強度分布を示す正面図であり、（ｂ）は発光部における照射パターンの光強度分布を示す正面図であり、（ｃ）は発光部における発光パターンの光強度分布を示す正面図であり、（ｄ）は投光面における投光パターンの光強度分布を示す正面図である。
【図２】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図３】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプの変形例を示すものであって、ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図４】上記光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプの他の変形例を示すものであって、ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図５】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプのさらに他の変形例を示すものであって、ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図６】２組の光源部を備え、かつ光源部と発光部との間に導光部材を備えた上記ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図７】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。
【図８】光源部と発光部との間に導光部材を備えた上記ヘッドランプにおける光源部の構成を示す断面図である。
【図９】上記ヘッドランプにおける発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の一例を示す正面図である。
【図１０】光源部と発光部との間に導光部材を備えた上記ヘッドランプにおける光源部の変形例の構成を示す断面図である。
【図１１】光源部と発光部との間に導光部材を備えた上記ヘッドランプにおける光源部の他の変形例の構成を示す断面図である。
【図１２】光源部と発光部との間に導光部材を備えた上記ヘッドランプにおける光源部のさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【図１３】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける変形例の構成を示す断面図である。
【図１４】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける光源部の変形例の構成を示す断面図である。
【図１５】光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける光源部の他の変形例の構成を示す断面図である。
【図１６】上記ヘッドランプの発光部におけるレーザ光スポットを示す正面図である。
【図１７】上記ヘッドランプの発光部における発光パターンを示す正面図である。
【図１８】（ａ）は理想的なガウシアン分布からなる光強度分布を示す分布図であり、（ｂ）は光強度分布のトップ幅が大きい光強度分布を示す分布図である。
【図１９】（ａ）は光強度分布におけるエッジの定義を示す分布図であり、（ｂ）は定義によりエッジを構成する場合及び定義によりエッジを構成しない場合の一例を示す分布図である。
【図２０】上記ヘッドランプの発光部における内部構成を示す断面図である。
【図２１】上記ヘッドランプの発光部における他の内部構成を示す断面図である。
【図２２】上記ヘッドランプの発光部における蛍光体の濃度を変更することにより発光部からの発光パターンの光強度分布を変更するときの構成を示す断面図である。
【図２３】上記ヘッドランプの発光部における蛍光体の濃度を変更することにより発光部からの発光パターンの光強度分布を変更するときの他の構成を示す断面図である。
【図２４】従来の車両前照灯の構成を示す斜視図である。
【図２５】従来の他の車両前照灯の構成を示す断面図である。
【図２６】（ａ）は上記従来の車両前照灯に設けられたマルチファセットミラーの構成を示す正面図であり、（ｂ）は上記車両前照灯の照射面の配光パターンに示す斜視図である。
【図２７】（ａ）は従来のさらに他の車両前照灯の構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記車両前照灯の発光部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について図１〜図２３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４４】
本実施の形態では、本発明の発光装置を備えた自動車用のすれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たす車両用前照灯としてのヘッドランプを例に挙げて説明する。ただし、必ずしもこれに限らず、本発明の発光装置は、例えば、走行用前照灯（ハイビーム）であってもよく、又は自動車以外の車両若しくは移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケット等）のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置としては、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋外照明装置を挙げることができる。
【００４５】
ここで、本明細書において、投光パターンとは、投光面における光強度分布のことであり、発光部が発する光強度分布をいう。また、投光面とは、投光パターンを見るための仮想面のことである。
【００４６】
＜ヘッドランプの構成＞
本実施の形態の車両用前照灯としてのヘッドランプの構成について、図２〜図７に基づいて説明する。図２〜図７は各種のヘッドランプの全体を示す概略構成図である。尚、図７は、図１７のＡ−Ａ’線断面図でもある。
【００４７】
本実施の形態のヘッドランプ１は、図２に示すように、光源部１０、レンズ３、発光部４、リフレクタ５、金属ベース７及びフィン８を備えている。
【００４８】
ヘッドランプ１は、光源部１０からの励起光を発光部４に照射することによって発光部４にて蛍光を発生させ、その蛍光を照明光として利用するものである。
【００４９】
ここで、ヘッドランプ１の構成は、必ずしもこれに限らず、例えば、図３に示すように、光学部品であるレンズ３と光源部１０のキャップ１５とが一体になっている構造とすることが可能である。レンズ３と光源部１０のキャップ１５とが別体となっている構成の場合、キャップ１５とレンズ３との間にスペースが必要となる、そのため、大きな光学部品してのレンズ３が必要なる、また、部品点数も多くなるので、コストが増大する。さらに、光軸合わせが煩雑となる。しかし、レンズ３と光源部１０のキャップ１５とが一体となった構成の場合には、レンズ３を、レーザチップを含む光源部１０と一体化することにより省スペース化が図れる。また、レーザチップとレンズ３の光軸調整（アライメント）も容易となり、よりカップリング効率を上げることが可能となる。
【００５０】
しかしながら、図３に示す構成では、発光部４とのアライメントがされていない。実際には、発光部４及び光源部１０のいずれについても放熱させる必要がある。このような構成の場合、図示しない放熱グリス又は放熱シートを介して、各パーツを放熱部材に設置させるが、光学的アライメントと放熱性とを両立させることは難しい。そのため、半田等を用いて、アライメント後にダイボンドすることが望ましい。また、発光部４へ照射される励起光の密度が高いため、励起光である紫外光の集塵効果により、発光部４が汚れ、徐々に発光効率が悪くなるという問題もある。さらに、本実施の形態で用いているレーザ光は高出力であるため、人間の目に入らないように、カットする必要がある。そして、なるべく小スペース化することが要求される。
【００５１】
そこで、図４に示すように、レンズ３の代わりに集光ミラー１８を使用し、キャップ１５の内部にレーザチップ１１を有する光源部１０、発光部４及び集光ミラー１８一体化し、さらに、発光部４をドライエアにて機密封止したパッケージ内収納型とすることが可能である。この場合、キャップ１５の窓部には、レーザ光をカットし、かつ発光部４からの光のみを取り出すハイパスフィルタを用いる。尚、ハイパスフィルタとしては、フィルタの劣化を防止する観点からすると反射型が望ましい。ただし、これに限らず、吸収型とすることも可能である。
【００５２】
尚、図４に示すヘッドランプ１では、リフレクタ５を使用していたが、図５に示すように、このリフレクタ５に代えてプロジェクションレンズを用いることも可能である。
【００５３】
また、図６に示すように、光源部１０とレンズ３との間に導光部材１３を設けたヘッドランプ１とすることも可能である。
【００５４】
（光源部）
上記光源部１０は、励起光を出射する発光素子を有しており、本実施の形態では例えば半導体レーザが使用される。尚、必ずしもこれに限らず、ＬＥＤを用いることも可能である。ただし、半導体レーザの方がＬＥＤよりも導光部材１３に対するカップリング効率が良いため、半導体レーザを励起光源として用いる方が好ましい。
【００５５】
上記光源部１０は、図６に示すように、複数設けられていてもよい。この場合、複数の光源部１０のそれぞれから励起光としてのレーザ光が放射される。光源部１０を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の光源部１０を用いることが好ましい。尚、図６では、光源部１０、レンズ３のそれぞれのセットは発光部４の別の箇所を照射しているが、同一箇所を照射するように設定してもよい。
【００５６】
さらに、光源部１０は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。光源部１０のレーザ光の波長は、例えば３９５ｎｍ（青紫色）又は４５０ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、４０５ｎｍ等、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択されればよい。尚、光源部１０の詳細については後述する。
【００５７】
（レンズ）
上記レンズ３は、光源部１０の光学ロッド１３Ａから出射されたレーザ光を発光部４に対して照射するものであり、レーザ光のスポットの大きさを制御して発光部４に照射する。
【００５８】
レンズ３を設けることにより、図６に示すように、導光部材出射端面としての出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光の照射領域としてのレーザ光スポット４ｂとを光学的共役関係にすることができ、発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂの大きさを制御することが容易になる。
【００５９】
レンズ３の曲面の設計を変更するか、又はレンズ３と発光部４との間の距離を変更することにより、発光部４のレーザ光照射面４ａにおけるレーザ光スポットの大きさを変更することができる。
【００６０】
レンズ３は、例えば凸レンズからなっている。レンズ３は、光源部１０のそれぞれに対して配設されて出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂとが略光学的共役関係となるように、出射端面１３ｂ、レンズ３及び発光部４の位置関係が規定されている。
【００６１】
尚、レンズ３は、例えば凹面鏡等に変更することが可能である。また、複数のレンズを用いたマルチエレメントレンズでもよいし、光路を制御するためにプリズム、ミラー又はキューブ等が入っていてもよい。すなわち、レンズ３は、レーザ光のスポットの大きさを制御できるものであれば、特に限定されない。
【００６２】
（発光部）
上記発光部４は、本実施の形態では、大まかなサイズは、発光面の面積が横幅２０００μｍ×縦幅５００μｍであり、厚さが１００μｍとなっている。
【００６３】
上記発光部４は、光源部１０から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体つまり蛍光物質を含んでいる。具体的には、発光部４は、蛍光体含有ガラス層等の透明分散層の内部に蛍光体が分散されているものである。発光部４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。
【００６４】
この発光部４は、金属ベース７の上かつリフレクタ５における略焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した蛍光は、リフレクタ５の反射曲面に反射することによりその光路が制御される。発光部４のレーザ光照射面４ａにレーザ光の反射を防止する反射防止構造が形成されていてもよい。
【００６５】
本実施の形態では、発光素子としてのレーザチップ１１によって発振された波長３９５ｎｍのレーザ光を受けて、白色の自然放出光（蛍光）を発するように、発光部４の蛍光体として、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）、ＢＳＯＮ（Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ）、Ｅｕ−α（Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）等、複数種類の蛍光体を混合して用いている。しかし、上記蛍光体は、これらに限定されるものではなく、例えば、自動車用にヘッドランプ１が使用される場合、ヘッドランプ１の照明光が、法律により規定されている所定の範囲の色度を有する白色となるように適宜選択されればよい。また、照明等の用途であれば、適宜必要な色度が出るように、蛍光体を単独で用いてもよいし、又は複数種類の蛍光体を適宜混合して用いてもよい。
【００６６】
例えば、他の酸窒化物蛍光体（例えば、ＪＥＭ（ＬａＡｌ（ＳｉＡｌ）６Ｎ９Ｏ：Ｃｅ）、β-ＳｉＡｌＯＮ等のサイアロン蛍光体）、窒化物蛍光体（例えば、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）蛍光体、ＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）蛍光体）、Ａｐａｔａｉｔｅ（（Ｃａ，Ｓｒ)５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ(（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｍｎ）系蛍光体、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。
【００６７】
例えば、青色、緑色及び赤色の蛍光体を発光部４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。或いは、黄色の蛍光体（又は緑色及び赤色の蛍光体）を発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（又は４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。
【００６８】
発光部４の透明分散層は、例えば、無機ガラス、有機無機ハイブリッドガラス等のガラス材である。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。透明分散層は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。
【００６９】
また、透明分散剤であるガラスの主成分として、蛍光体と略同じ屈折率である例えばＺｒＯ２を用いることにより、全反射臨界角を小さくしている。これによって、励起光は、発光部４内に閉じ込め易くなり、蛍光体からの発光が発光部４から出易くなる。したがって、蛍光体濃度の分布をつけることにより、蛍光濃度分布に応じて、発光体における輝度分布を形成することが可能となる。尚、屈折率が重要であり、ＺｒＯ２以外のガラスでもよいが、ＺｒＯ２はゾルゲル法によりガラス形成が可能であるため、低温でガラス形成が可能である。尚、本効果が小さくなるが、ＺｒＯ２の代わりにＴｉＯ２ 、ＡｌＯｘ ，ＳｉＯｘ 等を用いてもよいが、屈折率が蛍光体よりも高い物質を用いると、光取出し効率が悪くなる。
【００７０】
そこで、例えば、図７に示すように、蛍光体により散乱される励起光のロスを抑え、発光部４内で励起光の吸収効率を上げるために、励起光進行方向に蛍光体濃度を上げることが好ましい。尚、入射側の蛍光体が濃い場合、所望の輝度分布となるよう蛍光体濃度を制御することが難しく、量産に向かないからである。
【００７１】
本実施の形態においては、励起光を発光部４にカップリングさせ、発光部４の形状及び蛍光体濃度によりエッジを形成している。
【００７２】
しかし、側面からの漏れ光が発生してしまうため、特にエッジを形成したい部分においては、ＨＲ（High Reflection）コート（誘電体多層膜やＡｌ等の高反射金属膜）を施すことにより、漏れ光を抑制することができ、コントラストの高いエッジを形成可能となる。
【００７３】
さらに、効率向上という観点では、発光部４の励起光入射端面にはＡＲ（Anti Reflection）コート(λ／４膜)を施し、それ以外の側面にはＨＲコートを施すことが望ましい。
【００７４】
また、発光部４の底面側には、発光部４からの放熱を目的とする金属ベース７が存在しているが、金属ベース７での不要吸収を減らす目的で、底面側にもＨＲコートをしてもよい。この場合、励起光の導波におけるミラーロスを防止するため、誘電体多層膜構造であることが望ましい。
【００７５】
尚、蛍光が発光部４の内部で平面方向に導波することにより、投影されたエッジのコントラストが下がってしまうことを防止するために、発光部４は薄いことが望ましい。具体的には、発光部４のレーザ光照射面４ａに形成する照射パターン（光強度分布）の半値幅の１／２以下の厚さであることが望ましい。
【００７６】
（放熱部）
上記金属ベース７は、発光部４を支持する板状の支持部材であり、例えばアルミニウム又は銅等の金属からなっている。それゆえ、金属ベース７は熱伝導性が高く、発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。
【００７７】
尚、発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、例えば炭化珪素又は窒化アルミニウム等の金属以外の熱伝導性が高い物質を含む部材でもよい。発光部４と当接する金属ベース７の表面は反射面としてもよい。上記表面が反射面であることにより、発光部４のレーザ光照射面４ａから入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、発生した蛍光を当該反射面で反射させてリフレクタ５へ向かわせることができる。尚、反射面は、エッジを損ねないように適切に設計される必要がある。
【００７８】
上記フィン８は、金属ベース７を冷却する冷却部つまり放熱機構として機能する。このフィン８は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース７を冷却する冷却部は、放熱により冷却する機能を有するものであればよく、ヒートパイプ、水冷方式又は空冷方式のものであってもよい。
【００７９】
（リフレクタ）
上記パリフレクタ５は、発光部４が発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する投光部材の一例である。このリフレクタ５は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。
【００８０】
また、リフレクタ５は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される放物曲面を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。
【００８１】
さらに、リフレクタ５には窓部６が形成されている。この理由は、光源部１０がリフレクタ５の外部に配置されているので、光源部１０からのレーザ光をリフレクタ５の窓部６を通して透過又は通過させるためである。この窓部６は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、発光部４の蛍光である白色光を反射するフィルタを設けた透明板を窓部６として設けてもよい。この構成では、発光部４の蛍光が窓部６から漏れることを防止できる。
【００８２】
窓部６は、複数の光源部１０に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各光源部１０に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。
【００８３】
尚、リフレクタ５は、この他、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラー等のプロジェクションミラーであってもよく、軸外しパラボラミラー等のパラボラ形状を含むものでもよい。また、リフレクタとして楕円ミラーとプロジェクションレンズとを組み合わせたプロジェクション光学系等の投光光学系を利用することも可能である。
【００８４】
尚、発光部４における照射パターンを上述したような単純な形状の投光光学系を用い、投光ロスなくエッジ形状を投光できることに特徴があるが、マルチファセットミラー等の投光光学系の使用を排除するものではない。
【００８５】
リフレクタ５は、発光部４における投光パターンを投光投影する光学系であればよく、楕円形状、自由曲面形状、又はマルチファセット化されたマルチリフレクタ等も適切に設計すれば用いることができる。尚、その場合、照射パターンと投光パターンとの関係は必ずしも単純な形状変形とはならない場合がある。しかし、投光パターンに投光効率よくエッジを形成するという意味合いで、照射パターンにエッジを形成することは有効である。
【００８６】
（光源部詳細）
次に、光源部１０の詳細について、図８〜図１５に基づいて説明する。図８は、光源部と発光部との間に導光部材を備えたヘッドランプにおける光源部の構成を示す断面図である。図９は、ヘッドランプにおける発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の一例を示す正面図である。図１０は光源部と発光部との間に導光部材を備えたヘッドランプにおける光源部の変形例の構成を示す断面図であり、図１１は、ヘッドランプにおける光源部の他の変形例の構成を示す断面図であり、図１２は、光源部と発光部との間に導光部材を備えたヘッドランプにおける光源部のさらに他の変形例の構成を示す断面図である。図１３は光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける変形例の構成を示す断面図であり、図１４は光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける光源部の変形例の構成を示す断面図であり、図１５は光源部と発光部との間に導光部材を備えていない上記ヘッドランプにおける光源部の他の変形例の構成を示す断面図である。尚、図８、図１０〜図１２については、導光部材を備えているものについて説明すると共に、図１３〜図１５については、導光部材を備えていないものについて説明する。
【００８７】
光源部１０は、図８に示すように、発光素子としてのレーザチップ１１、サブマウント１２、導光部材としての光学ロッド１３Ａ、ＡＲ（Anti Reflection）コート膜１４、キャップ１５、ステム１６及びリード端子１７を備えている。
【００８８】
（レーザチップ）
上記レーザチップ１１は、励起光としてのレーザ光を出射するチップ形状の半導体レーザ素子である。本実施の形態のレーザチップ１１は、窒化物系の半導体レーザであり、その発振波長は、３９５ｎｍである。ただし、レーザチップ１１は、窒化物系の半導体レーザに限定されず、また、その発振波長も３９５ｎｍに限定されるものではなく、所望の色度を得るために後述する発光装置１の発光部４を構成する蛍光材料との関係で適宜選択すればよい。
【００８９】
また、レーザチップ１１の構成、例えば半導体層の材質は、特に限定されない。
【００９０】
さらに、レーザチップ１１は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。レーザチップ１１のレーザ光の発振波長は、３６５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲内にあることが好ましく、本実施の形態の発振波長３９５ｎｍの他、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）又は４５０ｎｍ（青色）等、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択すればよい。尚、レーザチップ１１のレーザ光の発振波長は、より好ましくは、３５０ｎｍ〜４１５ｎｍ（紫外光領域）の波長範囲内にあることが好ましい。
【００９１】
（サブマウント）
レーザチップ１１は、レーザチップと金属からなるステム１６との間での熱膨張係数差が大きいため、応力による特性劣化や剥がれを考慮して、サブマウントではサブマウント１２と呼ばれる放熱部材に半田で固定し、さらに、そのサブマウントをステムに固定する。サブマウントの素材は、熱膨張係数がレーザチップに近く熱伝導率が高い素材が選択される。
【００９２】
本実施の形態のサブマウント１２の構成材料は、ＡｌＮであるが、これに限定されない。例えば、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、ＣｕＷ、Ｃｕ、ダイヤモンド、又はＳｉ等を用いることができる。
【００９３】
尚、ステム１６をレーザチップと熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率の高いＡｌＮ等のセラミックとした場合、サブマウントはなくてもよい。
【００９４】
（ステム）
ステム１６は、鉄及び銅を含む心材を金でコーティングしたものからなっている。ステム１６の心材は、銅又は鉄のみでもよいし、コーティングは、Ａｇ、Ｐｔ、ＰｔＲｄ等でもよく、耐候性が問題にならない使用条件であれば、コーティングがされていなくてもよい。
【００９５】
部材コスト及び部材の加工性、レーザチップ１１において生じる熱を排熱する観点からは、ステム１６は熱伝導率の高い金属で構成されていることが好ましい。しかし、金属に限ったのもではなく、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックとしてもよい。
【００９６】
リード端子１７は、外部の電源から電力を供給するための端子である。
【００９７】
レーザチップ１１には、図示しない金細線を介してリード端子１７が接続されており、これらの配線を介して外部の電源から電力が供給される。
【００９８】
（光学ロッド）
上記光学ロッド１３Ａは、例えばガラス、アクリル又はポリカーボネート等の透明材料からなっており、レーザチップ１１から出射されたレーザ光の略ガウシアン分布からなる光強度分布を所定の分布に変換する導光部材からなる光学部材である。この光学ロッド１３Ａは、レーザ光を受光する入射端面１３ａ及びレーザ光を出射する出射端面１３ｂを備えている。入射端面１３ａは、光学ロッド１３Ａの一方の端部に形成されており、出射端面１３ｂは、光学ロッド１３Ａの他方の端部に形成されている。
【００９９】
入射端面１３ａは、レーザチップ１１の発光点の近傍に配置され、発光点から出射されたレーザ光が入射端面１３ａから光学ロッド１３Ａの内部へ入射する。この場合、例えば、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布として、エッジを形成するために、トップハット形状の分布にすることが考えられる。尚、光学ロッド１３Ａに入射する光は、１つのレーザチップからの光に限ったものではなく、複数のレーザチップからの光でもよい。また、光学ロッド１３Ａとレーザチップとの間にレンズ又はミラー等の光学部材が入っていてもよい。
【０１００】
しかしながら、本実施の形態のヘッドランプ１のように、すれ違い用前照灯（ロービーム）に適用する場合には、投光面における投光パターンの上側において明瞭なコントラストを形成する必要がある。その他にも、対向車にグレア感を与えないように障害物等の危険因子を照らす照明、又はスポットライトに代表される舞台照明等、明暗のコントラストをつける必要がある照明は多い。したがって、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布として、必ずしもトップハット形状の分布を有する必要はなく、少なくとも一部に、エッジを有していればよい。
【０１０１】
次に、図８に示すように、光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂが形成された出射端部は、キャップ１５を貫通して光源部１０の外部に延出しており、出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂとが略光学的共役関係となるように、出射端面１３ｂ、レンズ３及び発光部４の位置関係が規定されている。レンズの開口率ＮＡが、光学ロッド１３Ａの開口率ＮＡよりも大きく設定されているため、効率良く発光部４においてレーザ光照射面４ａに照射される。
【０１０２】
また、入射端面１３ａには、反射防止膜であるＡＲコート膜１４が配されている。そのため、入射端面１３ａにおいてレーザ光が反射することを防止でき、レーザ光が光学ロッド１３Ａの内部へ入射するときの損失を低減できる。ＡＲコート膜１４を出射端面１３ｂに設けてもよい。また、ＡＲコート膜１４は、反射防止構造の一例であり、モスアイ構造等を含む他の反射防止構造を入射端面１３ａに設けてもよい。
【０１０３】
尚、光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂが形成された出射端部を光源部１０におけるキャップ１５の外部に延出させる必要は必ずしもなく、出射端面１３ｂをキャップ１５の内部に収納し、出射端面１３ｂから出射するレーザ光を透過する窓部としてキャップガラスをキャップ１５に設けてもよい。出射端面１３ｂが形成された出射端部を光源部１０におけるキャップ１５の外部に延出させるかどうかは、レーザ光を所定形状の光強度分布の光に変換するために必要となる光学ロッド１３Ａの長さに依存する。
【０１０４】
図８に示す例では、光学ロッド１３Ａの長さは例えば２０ｍｍであり、ロッド径は０．４ｍｍである。ただし、光学ロッド１３Ａの大きさはこれに限定されない。
【０１０５】
ここで、本実施の形態の光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂの形状を、例えば多角形に形成することが可能である。ただし、必ずしもこれに限らず、一般的な円形又は楕円形でもよい。これにより、例えば、出射端面１３ｂの形状を例えば長方形又は正方形等の四角形とした場合、つまり、光学ロッド１３Ａの立体形状を四角柱とした場合、発光部４のレーザ光照射面４ａにおける照射領域としてのレーザ光スポット４ｂの形状は、図９に示すように、出射端面１３ｂの長方形又は正方形等の四角形を反映したものとなる。この結果、出射端面１３ｂの形状を変更することにより、レーザ光スポット４ｂの形状を所望の形状にすることができる。
【０１０６】
ところで、上記の図８では、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａの形状は、出射端面１３ｂの形状と同一形状となっている。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１０に示すように、入射端面１３ａ側の形状を出射端面１３ｂ側と異なる形状にしてもよい。例えば、入射端面１３ａ側の形状を複合放物面集光器（Compound Parabolic Concentrator：ＣＰＣ）形状（入射端面がレーザ素子の発光面積よりも大きく、その後、導波方向に略放物線形状で拡大していく形状）とすることが可能である。これにより、レーザチップ１１からのレーザ光を効率よくカップリングすることが可能である。
【０１０７】
また、上記の図８及び図１０では、光学ロッド１３Ａとレーザチップ１１とは突き合せて接続されている。これにより、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとは、直接的に接続されるので、例えば、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとの間に両者を光学的に接続させるレンズ等を設ける必要がなく、構造が簡単である。
【０１０８】
しかしながら、必ずしもこれに限らず、図１１に示すように、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ｂとは、互いに離間して設けることも可能である。尚、この場合には、レーザチップ１１からの出射光を光学ロッド１３Ｂに結合させるために、光源部１０にカップリングレンズ１８が必要となる。これにより、レーザチップ１１を有する光源部１０を光学ロッド１３Ｂと別体の設けることが可能となる。この結果、光源部１０の取り付け位置の自由度を向上させることができる。
【０１０９】
また、本実施の形態では、光学ロッド１３Ａ・１３Ｂは、例えばアクリル又はガラス等の透明材料からなっているが、必ずしもこれに限らず、図１２に示すように、マルチモードファイバからなる光学ロッド１３Ｃとすることも可能である。
【０１１０】
すなわち、光ファイバはコア（core）と呼ばれる芯とその外側のクラッド（clad）と呼ばれる部分、そしてそれらを覆う被覆の３重構造になっており、クラッドよりもコアの屈折率を高くすることによって、全反射や屈折によりできるだけ光を中心部のコアにだけ伝搬させる構造となっている。光ファイバは、光ファイバの中を伝播する光の経路によってモードが分かれる。つまり、光の経路が一つ（＝群速度が一つ、モードが一つ）となるファイバがシングルモードファイバであり、それ以外がマルチモードファイバである。マルチモードファイバは、シングルモードファイバに比べて、コア径が太く曲げに強い、光ファイバ同士の接続や光ファイバと機器との接続が比較的容易であり、伝送損失等が大きく長距離伝送に向かないが安価であるという特徴を有している。
【０１１１】
この結果、マルチモードファイバを用いた光学ロッド１３Ｃとすることにより、例えば、光ファイバでないものを利用するよりも安価であり、また、導光距離を長くすることができる。このため、光源部１０から発光部４までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。
【０１１２】
したがって、発光装置をヘッドランプ１に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに光源部１０を配置することができるので、設計の自由度が広がる。また、マルチモードファイバには、ファイバ出力端における光分布設計の自由度が高いというメリットもある。
【０１１３】
尚、マルチモードファイバを用いた光学ロッド１３Ｃを用いる場合、コアの直径は例えば０．４ｍｍとすることができる。
【０１１４】
（キャップ）
上記キャップ１５は、図８に示すように、レーザチップ１１等の部材を封入又は封止するための部材である。特に、キャップ１５によって、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとの相対位置が固定される。キャップ１５の内側は空洞になっていてもよく、樹脂又は低融点ガラス等の物質によって充填されていてもよい。また、キャップ１５の全体を低融点ガラスで形成してもよい。
【０１１５】
＜投光パターンの明瞭なエッジを形成するための構成＞
本実施の形態の形態のヘッドランプ１において、光源部１０と発光部４との間に導光部材が存在しない場合には、図１３に示すように、発光素子としてのレーザチップ１１にて出射された励起光は、レンズ３により発光部４の端面に集光される。尚、この場合、図１４に示すように、レンズ３の代わりに集光ミラー１８を用いて、光源部１０、集光ミラー１８及び発光部４が一体となったモジュール構成としてもよい。
【０１１６】
また、図１５に示すように、励起光を集光せず、発光部４とレーザチップ１１とを直接的に突き合せ接続してもよい。
【０１１７】
尚、レンズ３や集光ミラー１８を用いる場合は、レーザチップ１１及び発光部４のそれぞれの表面に対する法線ベクトルが同一平面内となるようにレーザチップ１１と発光部４とを配置する方が、カップリング効率がよい。ただし、図１５に示すように、突き合せ接続する場合は、レーザチップ１１と発光部４とのそれぞれの表面に対する法線ベクトルが直交するように配置した方がカップリング効率がよい。
【０１１８】
一方、本実施の形態の形態のヘッドランプ１において、光源部１０と発光部４との間に導光部材が存在する場合には、図８に示すように、発光素子としてのレーザチップ１１にて出射された励起光は導光部材としての光学ロッド１３Ａに入射され、この励起光は光学ロッド１３Ａにて導光され、さらに、光学ロッド１３Ａからの出射光は発光部４に入射される。そして、発光部４では蛍光体により蛍光が発せられ、図１（ｃ）（ｄ）に示すように、該蛍光は投光面に投光パターンＰ３として投光される。
【０１１９】
ここで、投光面における投光パターンＰ３の明瞭なエッジを形成するために、従来では、所望の照射パターンを得るべく、導光部材の出射光における発光部での照射領域を該発光部よりも大きくした後、発光部を所望の照射パターンの相似形に遮蔽したり、マルチファセットミラーを介して照射面に照射させたりしていた。この結果、照明光のロスが発生するという問題を有していた。
【０１２０】
そこで、この問題を解決するために、本実施の形態の発光装置及びヘッドランプ１では、以下の構成を有している。これらの構成について、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）、及び、図１６〜図２３に基づいて説明する。図１（ａ）はレーザ出射端部の光強度分布を示す正面図であり、図１（ｂ）は発光部における照射パターンＰ１の光強度分布を示す正面図であり、図１（ｃ）は発光部における発光パターンＰ２の光強度分布を示す正面図であり、図１（ｄ）は投光面における投光パターンＰ３の光強度分布を示す正面図である。図１６は、ヘッドランプ１の発光部４におけるレーザ光スポット４ｂの構成を示す正面図である。図１７は、上記ヘッドランプの発光部における発光パターンを示す正面図である。図１８（ａ）は理想的なガウシアン分布からなる光強度分布を示す分布図であり、図１８（ｂ）は光強度分布のトップ幅が大きい光強度分布を示す分布図である。図１９（ａ）は光強度分布におけるエッジの定義を示す分布図であり、図１９（ｂ）は定義によりエッジを構成する場合及び定義によりエッジを構成しない場合の一例を示す分布図である。図２０は、発光装置を備えた車両用前照灯としてのヘッドランプ１における発光部４の内部構成を示す断面図である。図２１は、上記ヘッドランプの発光部における他の内部構成を示す断面図である。図２２は、上記ヘッドランプの発光部における蛍光体の濃度を変更することにより発光部からの発光パターンの光強度分布を変更するときの構成を示す断面図である。図２３は、上記ヘッドランプの発光部における蛍光体の濃度を変更することにより発光部からの発光パターンの光強度分布を変更するときの他の構成を示す断面図である。
【０１２１】
尚、図２０〜図２３は、図１７のＡ−Ａ’線断面図でもある。また、以下の説明では、導光部材としての光学ロッド１３Ａについて説明する。ただし、導光部材としての光学ロッド１３Ｂ・１３Ｃについても同様に適用することが可能であり、導光部材を備えていないヘッドランプ１にも適用することができる。
【０１２２】
本実施の形態の発光装置では、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び図１６に示すように、光学ロッド１３Ａの出射光における発光部４での照射領域であるレーザ光スポット４ｂは、発光部４のレーザ光照射面４ａよりも小さい。このため、光学ロッド１３Ａからの出射光における全光量がその形状にて発光部の一部の領域に入射されるので、発光部４では光学ロッド１３Ａの出射光における全光量を利用することができ、効率がよい。
【０１２３】
ところで、発光部４は蛍光体を分散させた透明分散層を有してなっているので、透明分散層は導光作用を有している。このため、光学ロッド１３Ａから発光部４の照射領域に入射した光を、導光作用によって該発光部４の端部４ｃに導光して該端部４ｃから出射させることが可能である。
【０１２４】
ここで、本実施の形態では、図１６に示すように、発光部４の一部の端部４ｃにおける形状は、投光パターンの一部の端部における形状に形成されている。この結果、図１（ｂ）に示すように、光学ロッド１３Ａから発光部４の照射領域に照射パターンＰ１として入射された光は、発光部４での導光作用により、投光パターンＰ３の一部の端部における形状と同一に形成されている発光部４の一部の端部４ｃにおいて、図１（ｃ）及び図１７に示すように、光強度が高くなった状態で発光パターンＰ２として出射される。したがって、発光部４の該端部４ｃのエッジ形状が、投光面の投光パターンＰ３のエッジ形状に反映される。これにより、投光面における投光パターンＰ３の端部に明瞭なエッジを形成することができる。
【０１２５】
それゆえ、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。
【０１２６】
ここで、投光面における投光パターンの明瞭なエッジとは、理想的には、不連続な光強度分布のことをいう。したがって、投光面における投光パターンの明瞭なエッジが無いとは、図１８（ａ）に示すように、光強度分布が連続的に変化することをいう。このように、理想的なガウシアン分布では、エッジは形成されない。しかし、図１８（ａ）に示す光強度分布と同じ光強度勾配を有していても、図１８（ｂ）に示すように、光強度分布のトップ幅が大きい場合には、図１８（ｂ）に示す光強度勾配はエッジに該当する。
【０１２７】
このように、エッジとは、ガウシアン分布における光強度減衰プロファイルよりもきつい光強度減衰プロファイルである光強度分布のことをいうが、このエッジは、光強度分布の幅に影響される。そこで、本実施の形態では、エッジとは、詳細には、図１９（ａ）に示すように、ピーク光強度の８０％の位置とピーク光強度の１／（ｅ２ ）となる位置との間隔が半値幅の１／２以下の間隔となっている場合をいう。すなわち、エッジは、光強度分布の幅を考慮すべく半値幅と関連して定義するのが正しい。この半値幅を考慮した場合、例えば、図１９（ｂ）に示す光強度分布において、左側の光強度勾配はエッジであるが、右側の光強度勾配はエッジではない。尚、このエッジは、必ずしも裾部分の光強度が０になっていなくてもよい。
【０１２８】
本実施の形態の発光装置では、図２０に示すように、前記光学ロッド１３Ａの出射光は、発光部４の表面内において、発光部４の一部の端部４ｃに向けて斜めに照射される。尚、発光部４の表面には、反射防止膜４ｄが設けられている。
【０１２９】
これにより、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧは透明部材にてなっているので、この透明部材自体が導光部材として機能する。このため、光学ロッド１３Ａの出射光を、発光部４の表面内において、該発光部４の一部の端部４ｃに向けて斜めに照射することにより、該光学ロッド１３Ａの出射光は発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧに入射され、発光部４の一部の端部４ｃに向けて導光される。
【０１３０】
この結果、発光部４における一部の端部４ｃから投光面に投光される投光パターンＰ３の光強度を高めることができ、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１３１】
また、本実施の形態の発光装置では、図２１に示すように、蛍光体含有ガラス層ＦＧの下に、蛍光体含有ガラス層ＦＧよりも屈折率の高い発光部導光部材としてのガラス導光部ＬＧが形成された構造となっている。端部４ｅ側は、蛍光体含有ガラス層ＦＧの厚さが薄く、輝度を高くしたい側の端部４ｃは、蛍光体含有ガラス層ＦＧの厚さが厚い。また、この構成においては、発光部４の一部の端部４ｃに向けて、発光部４の一部の端部４ｃとは反対側の端部４ｅにおける側面に照射する。尚、端部４ｅにはＡＲコート膜４ｆが設けられており、端部４ｃにはＡＲコート膜４ｇが設けられている。
【０１３２】
これにより、ガラス導光部ＬＧに入った励起光は、当初全反射するが、徐々に全反射条件が破れ、蛍光体含有ガラス層ＦＧに漏れ出していく。
【０１３３】
この結果、発光部４における一部の端部４ｃから投光面に投光される前記投光パターンＰ３の光強度を高めることができ、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１３４】
さらに、本実施の形態の発光装置では、図２２に示すように、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧは、発光部４の一部の端部４ｃに向けて蛍光体Ｌの濃度が次第に高くなっているとすることができる。
【０１３５】
すなわち、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧは透明部材にてなっているので、この透明部材自体が導光部材として機能する。この結果、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧにおいて、発光部４の一部の端部４ｃに向けて蛍光体Ｌの濃度を次第に高くすることにより、発光部４における一部の端部４ｃから投光面に投光される投光パターンＰ３の光強度を高めることができる。
【０１３６】
したがって、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１３７】
尚、図２２においては、発光部４の表面に励起光を照射しているが、必ずしもこれに限らず、例えば、図２３に示すように、発光部４の側面から励起光を照射しても同様の効果が得られる。
【０１３８】
このように、本実施の形態の発光装置は、励起光を出射するレーザチップ１１と、蛍光体Ｌを分散させた蛍光体含有ガラス層ＦＧを有する発光部４とを備え、レーザチップ１１から発光された励起光を発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧにて導光させることにより発光部４での輝度分布を形成すると共に、発光部４における端部形状・厚さ・蛍光体の濃度等の形態により輝度分布のエッジが形成されている。
【０１３９】
したがって、投光面における投光パターンＰ３の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態の発光装置では、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧは、該発光部４の一部の端部４ｃに向けて厚さが薄く形成されている。したがって、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１４１】
また、本実施の形態の発光装置では、発光部４の蛍光体含有ガラス層ＦＧは、該発光部４の一部の端部４ｃに向けて蛍光体の濃度が高くなっているとすることができる。したがって、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１４２】
また、本実施の形態の発光装置では、レーザチップ１１からの光は、発光部４の表面内において、該発光部４の一部の端部４ｃに向けて斜めに照射されるとすることができる。この結果、発光部４における一部の端部４ｃから投光面に投光される投光パターンＰ３の光強度を高めることができ、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態の発光装置では、レーザチップ１１からの光は、発光部４の一部の端部４ｃに向けて、該発光部４の一部の端部４ｃとは反対側の端部における側面へ斜めに照射されるとすることができる。この結果、発光部４における一部の端部４ｃから投光面に投光される投光パターンＰ３の光強度を高めることができ、投光面における投光パターンＰ３のより明瞭なエッジを形成することができる。
【０１４４】
また、本実施の形態の発光装置では、レーザチップ１１と互いに離間して設けられた光学ロッド１３Ｂを用いることができる。これにより、レーザチップ１１を収納した光源部１０を光学ロッド１３Ｂと別体の設けることが可能となるので、レーザチップ１１を収納した光源部１０の取り付け位置の自由度を向上させることができる。
【０１４５】
また、本実施の形態の発光装置では、レーザチップ１１と発光部４との間には、レーザチップ１１からの入射光を導光して発光部４に出射する導光部材としての光学ロッド１３Ａ・１３Ｂ・１３Ｃが設けられているとすることができる。
【０１４６】
また、本実施の形態の発光装置では、マルチモードファイバからなる光学ロッド１３Ｃを用いることができる。これにより、光ファイバでない特注品を利用するよりも安価であり、また、導光距離を長くすることができる。このため、レーザチップ１１から発光部４までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。また、マルチモードファイバには、ファイバ出力端における光分布設計の自由度が高いというメリットもある。
【０１４７】
したがって、発光装置をヘッドランプ１に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに光源部１０を配置することができるので、設計の自由度が広がる。
【０１４８】
また、本実施の形態のヘッドランプ１は、本実施の形態の発光装置を備えている。この結果、ヘッドランプ１の投光パターンＰ３の光分布形状を、法的に定められたすれ違い灯等の車両用前照灯の光分布形状に適合させることができる。
【０１４９】
したがって、投光面における投光パターンＰ３の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えたヘッドランプ１を提供することができる。
【０１５０】
さらに、本実施の形態の照明装置は、本実施の形態の発光装置を備えている。それゆえ、投光面における投光パターンＰ３の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えた照明装置を提供することができる。
【０１５１】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、励起光を出射する発光素子と、蛍光体を分散させた透明分散層を有する発光部とを備え、発光素子から発光された励起光を発光部に入射し、発光部から蛍光を投光面に投光パターンＰ３として投光させる発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものであり、ヘッドランプ等の車両用前照灯に適用することができる。また、照明装置は、すれ違い用前照灯（ロービーム）であってもよく、又は自動車以外の車両若しくは移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケット等）のヘッドランプとして適用することが可能である。さらに、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋外照明装置等の照明装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１        ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
３        レンズ
４        発光部
４ａ      レーザ光照射面
４ｂ      レーザ光スポット（照射領域）
４ｃ      端部（一部の端部）
４ｄ      反射防止膜
４ｅ      端部（一部の端部とは反対側の端部）
４ｆ      ＡＲコート膜
５        リフレクタ
１０        光源部
１１        レーザチップ（発光素子）
１３Ａ      光学ロッド（導光部材）
１３Ｂ      光学ロッド（導光部材）
１３Ｃ      光学ロッド（導光部材）
１３ａ      入射端面
１３ｂ      出射端面
１４        ＡＲコート膜
１５        キャップ
１６        ステム
１７        リード端子
１８        カップリングレンズ
ＦＧ      蛍光体含有ガラス層（透明分散層）
Ｌ        蛍光体
ＬＧ      ガラス導光部（発光部導光部材）
Ｐ１      照射パターン
Ｐ２      発光パターン
Ｐ３      投光パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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