(57)【要約】【課題】従来の発光装置よりも小型の、高輝度かつ高光束の発光装置を実現する。【解決手段】ヘッドランプ（１）は、励起光であるレーザ光を出射する励起光源としての半導体レーザ（３）と、励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部（７）と、発光部（７）が出射した光を反射または屈折し、所定の立体角内を進む光線束を形成する投射部と、を備え、励起光源の光出力は、６Ｗ以上かつ３０Ｗ以下であり、発光部（７）を正面から見たときの当該発光部（７）のサイズは、蛍光体の粒子のサイズの１０倍以上であり、投射部の光軸に対して垂直な平面に発光部（７）を投影したときの投影像の面積は、上記投射部の開口面積の１／１００以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光であるレーザ光を出射する励起光源としての半導体レーザと、
上記励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部と、
上記発光部が出射した光を反射または屈折し、所定の立体角内を進む光線束を形成する投射部と、を備え、
上記励起光源の光出力は、６Ｗ以上かつ３０Ｗ以下であり、
上記発光部を正面から見たときの当該発光部のサイズは、上記蛍光体の粒子のサイズの１０倍以上であり、
上記投射部の光軸に対して垂直な平面に上記発光部を投影したときの投影像の面積は、上記投射部の開口面積の１／１００以下であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記発光部は、鉛直方向により狭く、水平方向により広い断面を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記発光部および上記投射部は、ハウジングの内部に設けられており、
上記励起光源は、上記ハウジングの外部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
上記蛍光体は酸窒化物系蛍光体であり、
上記投影像の面積は、０．２ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
蛍光体はナノ粒子蛍光体であり、
上記投影像の面積は、１００μｍ２以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする車両用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置および当該発光装置を備えた照明装置およびプロジェクタ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。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（ＬＤ発光装置と称する）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体レーザからの赤外光を粉末の波長変換材料に照射することにより、可視光を発生させる可視光光源装置が記載されている。この特許文献２には、粉末の波長変換材料を用いることにより効率的に赤外光を可視光に変換することができ、小型であるにもかかわらず高光度の光源が得られると記載されている。
【０００５】
また、ＬＤ発光装置の他の例として特許文献３に開示された発光装置を挙げることができる。この発光装置における発光部として、青色、緑色および赤色の蛍光体に加え、黄色の蛍光体を用いることにより、演色性の良好な発光装置を実現している。このＬＤ発光装置では、３Ｗ出力の半導体レーザ３個（合計９Ｗ）を用いて、光束が１２００ルーメン（ｌｍ）程度で、輝度が２５ｃｄ／ｍｍ２程度というハロゲンランプ並みの性能を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開平７−３１８９９８号公報（１９９５年１２月８日公開）
【特許文献３】特開２００７−２９４７５４号公報（２００７年１１月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１および２には、蛍光体発光部から放射される光の光束量、発光装置の光学系面積など一切開示されていない。そのため、発光装置の大きさについては不明であり、どの程度発光装置を小型化できるのかについて記載も示唆もない。
【０００８】
また、特許文献３の発明の主たる目的は、発光効率および演色性の良い発光装置を実現することであり、発光装置を小型化できるとの記載は無く、発光部の具体的な大きさについても記載されていない。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、高輝度かつ高光束の光源としての機能を維持しつつ、従来の発光装置よりも小さい発光装置、および当該発光装置を備えた照明装置、車両用ヘッドランプおよびプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光であるレーザ光を出射する励起光源としての半導体レーザと、上記励起光を受けて発光する蛍光体を含む発光部と、上記発光部が出射した光を反射または屈折し、所定の立体角内を進む光線束を形成する投射部と、を備え、上記励起光源の光出力は、６Ｗ以上かつ３０Ｗ以下であり、上記発光部を正面から見たときの当該発光部のサイズは、上記蛍光体の粒子のサイズの１０倍以上であり、上記投射部の光軸に対して垂直な平面に上記発光部を投影したときの投影像の面積は、上記投射部の開口面積の１／１００以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光装置によれば、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の発光装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）は半導体レーザの回路図を模式的に示す図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す図である。
【図６】上記ヘッドランプが備える光ファイバーの出射端部と発光部との位置関係を示す図である。
【図７】発光部の位置決め方法の変更例を示す断面図である。
【図８】（ａ）は自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図であり、（ｂ）は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置として、自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たすヘッドランプ１を例に挙げて説明する。
【００１４】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、本実施形態に係るヘッドランプ１の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザ（励起光源）３、非球面レンズ４、導光部２１、発光部７、反射鏡８および透明板９を備えている。半導体レーザ３、導光部２１および発光部７によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００１５】
（半導体レーザ３）
半導体レーザ３は、励起光を出射する励起光源として機能するものである。この半導体レーザ３は複数設けられており、複数の半導体レーザ３のそれぞれからレーザ光（励起光）が発振される。
【００１６】
半導体レーザ３は、１チップに６つの発光点（６ストライプ）を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力５．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流２．８Ａのものであり、直径９ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。
【００１７】
図１に示すように、３つの半導体レーザ３が実装されているので、半導体レーザ３全体としての光出力（放射束）が１５Ｗ、消費電力が４２Ｗ（＝５Ｖ×２．８Ａ×３個）となる。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよい。しかし、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いることが好ましい。
【００１８】
非球面レンズ４は、各半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、導光部２１の一方の端部である光入射面２１１に入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１  ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
【００１９】
（導光部２１）
導光部２１は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を集光して発光部７（発光部７のレーザ光照射面７ａ）へと導く角錐台状の導光部材であり、非球面レンズ４を介して半導体レーザ３と光学的に結合している。導光部２１は、複数の半導体レーザ３が出射したレーザ光を受光する光入射面２１１（入射端部）と当該光入射面２１１において受光したレーザ光を発光部７へ出射する光出射面２１２（出射端部）とを有している。
【００２０】
なお、半導体レーザ３と導光部２１の光入射面２１１（入射端部）とを十分に近づけて設置できるときには、非球面レンズ４を設けなくても良い場合がある。この様な構成とすることによって、構造がより単純化されるとともに、励起光を減衰させる要素が一つなくなるため、励起光の出射効率をより向上させることができる。
【００２１】
光出射面２１２の面積は、光入射面２１１の面積よりも小さい。そのため、光入射面２１１から入射した各レーザ光は、側面２１３に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面２１２から出射される。
【００２２】
光出射面２１２は、光入射面２１１と光出射面２１２とを結ぶ軸に対して垂直な方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズとなっている。すなわち、光出射面２１２が曲面形状になっている。そのため、レーザ光は、所定の角度で広がりながら光出射面２１２から出射される。これにより、光出射面２１２から出射されたレーザ光をレーザ光照射面７ａの一点に集中して照射させずに分散して照射させるため、レーザ光が一点に集中して照射されることによって発光部７が劣化することを防止できる。従って、高光束・高輝度かつ長寿命なヘッドランプ１を実現できる。
【００２３】
なお、本実施形態では、光出射面２１２がシリンドリカルレンズとして機能するが、光出射面２１２に、シリンドリカルレンズが別体として備えられていてもよい。この場合、シリンドリカルレンズは、光出射面２１２と発光部７との間に設けられる。また、場合によっては、シリンドリカルレンズとして機能する部分を設けず、あるいは別体のシリンドリカルレンズを使用せず、平坦な光出射面２１２のまま発光部７を密着して設置してもよい。
【００２４】
導光部２１は、ＢＫ７、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面２１１は、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００２５】
非球面レンズ４および導光部２１の結合効率（半導体レーザ３から出射されるレーザ光の強度に対する、導光部２１の光出射面２１２から出射されるレーザ光の強度の割合）は９０％である。このため、半導体レーザ３から出射された１５Ｗのレーザ光は、非球面レンズ４および導光部２１を通過すると、光出射面２１２から１３．５Ｗのレーザ光として出射される。
【００２６】
また、励起光源の光出力が６Ｗ以上３０Ｗ以下であり、非球面レンズ４および導光部２１の結合効率が５０〜１００％であるとすると、半導体レーザ３から出射され、発光部７に照射される励起光の放射束は３Ｗ以上３０Ｗ以下であるといえる。
【００２７】
（発光部７）
発光部７は、光出射面２１２から出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。この発光部７は、透明板９の内側（光出射面２１２が位置する側）の面において、反射鏡８の焦点位置またはその近傍に固定されている。発光部７の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材によって発光部７の位置を固定してもよい。発光部７の詳細については後述する。
【００２８】
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７が出射したインコヒーレント光（以下、単に「光」と称する）を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。
【００２９】
反射鏡８を正面から見たときの反射鏡８の面積を反射鏡８の開口面積と称する。この開口面積は、反射鏡８の光軸に対して垂直な平面に反射鏡８を投影したときの投影像の面積である。さらに換言すれば、反射鏡８の開口部によって囲まれる面（図１において符号８ａで示す面）の面積である。開口面積が小さいことは反射鏡８が小さいことを意味し、ひいては、ヘッドランプ１が小さいことを意味する。ヘッドランプ１を小さくするために、反射鏡８の開口面積は、３００ｍｍ２以上２０００ｍｍ２以下であることが好ましい。この下限値は、後述する発光部７の正面面積が３ｍｍ２の場合であり、正面面積をさらに小さくすれば、反射鏡８の開口面積を３００ｍｍ２よりも小さくできる。
【００３０】
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部７を保持している。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレント光）を透過する材質で形成することが好ましく、樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。
【００３１】
発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。なお、このような効果を期待せず、かつ透明板９以外の部材によって発光部７を保持する場合には、透明板９を省略することが可能である。
【００３２】
（発光部７の組成）
発光部７は、蛍光体保持物質としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。
【００３３】
上記蛍光体は、例えば、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００３４】
なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、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）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００３５】
上記蛍光体は、サイアロン蛍光体と通称されるものが好ましい。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコーン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。
【００３６】
蛍光体の別の好適な例としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。
【００３７】
半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した。
【００３８】
また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。
【００３９】
さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高い変換効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。
【００４０】
よって、発光部７が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、ヘッドランプ１の寿命を延ばすことができる。
【００４１】
（発光部７の形状・大きさ）
発光部７は、例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面７ａおよびレーザ光が変換された白色光が出射される発光面７ｂの面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００４２】
なお、発光部７は、直方体でなくてもよく、レーザ光照射面７ａおよび発光面７ｂが円または楕円である筒状であってもよい。また、発光面７ｂは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。
【００４３】
さらに、レーザ光照射面７ａおよび発光面７ｂの面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であることが好ましい。発光部７が直方体である場合には、レーザ光照射面７ａおよび発光面７ｂの面積は同じであるが、これらの面積が異なる場合も考えられる。この場合のために、発光部７を正面から見た場合の発光部７の面積を正面面積と称する。より厳密には、正面面積とは、反射鏡８の光軸に対して垂直な平面に、発光部７を投影したときの投影像の面積である。この正面面積が、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であることが好ましい。この理由については後述する。
【００４４】
また、レーザ光照射面７ａと発光面７ｂとの間の、発光部７の厚みは１ｍｍでなくともよい。上記厚みは、レーザ光が発光部７において全て白色光に変換されるか、またはレーザ光が発光部７において十分に散乱される厚みであればよい。つまり、人体の特に眼に対して有害なコヒーレント光の強度が、安全なレベルにまで低くなるか、あるいは、無害なインコヒーレント光に変換されるだけの厚みを発光部７が有していればよい。
【００４５】
ここで必要とされる発光部７の厚みは、発光部７における蛍光体保持物質と蛍光体との割合に従って変化する。発光部７における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部７の厚みを薄くできる。
【００４６】
なお、発光部７をはさんでレーザ光照射面７ａの反対側に反射鏡を設けてもよい。この場合、発光部７の厚みはレーザ光が発光部７において十分に散乱される厚みの半分でよくなる。
【００４７】
（発光部７の正面面積および半導体レーザ３の光出力の意義）
本発明の発明者は、反射鏡８を正面から見たときの反射鏡８の面積である開口面積が発光部７の正面面積の１００倍よりも小さくなると、反射鏡８の反射効率が極端に悪化することを実験により見出した。換言すれば、開口面積は、発光部７の正面面積の１００倍以上であることが好ましい。これは、開口面積に対し、正面面積が相対的に大きくなることで、反射鏡８によって反射する光線束の一部を発光部７が遮ることによる損失が大きくなることに起因する。
【００４８】
それゆえ、発光部７を小型化することができれば、反射効率の低減を避けつつ反射鏡８を小型化することが可能となる。
【００４９】
また、発光部７に含まれる蛍光体がサイアロン蛍光体などの酸窒化物系蛍光体である場合、発光部７の正面面積は０．２ｍｍ２以上であることが好ましい。酸窒化物系蛍光体の粒子サイズは、発光効率（＝（励起光の）吸収率×内部効率）の面から、数μｍ〜数１０μｍが最適であるという結果が実験から得られており、典型的には２０μｍ程度である。そのような蛍光体粒子を使う場合、面積０．２ｍｍ２の範囲（例えば１ｍｍ×２００μｍの範囲）には、５０個×１０個の粒子を敷き詰められることとなる。
【００５０】
このように、発光部７の面積があまりに小さい、もしくは、縦および横の辺のどちらかだけでも非常に短いと、蛍光体粒子が１〜数個しか含まれない発光部７が製造される事態も考えられる。そのような場合は、十分な励起光が得られなくなるおそれがある。発光部７の正面面積は０．２ｍｍ２以上が好ましいのはこのためである。
【００５１】
なお、以上の説明は、粒子サイズが大きい酸窒化物系蛍光体のときの話であり、ナノ粒子蛍光体を発光部７の蛍光体として使用する場合には、数ｎｍ程度の粒子を使用するため、上記のような問題は生じにくい。この場合、発光部７の正面面積は０．２ｍｍ２よりも小さくできる。
【００５２】
典型的なナノ粒子蛍光体のサイズは数ｎｍ（一桁の前半）であるので、例えば直径２ｎｍのナノ粒子蛍光体を用いて１μｍ×１μｍ×１μｍの立方体に最密充填（充填率７４％）された発光部を作成すれば、その中にはおよそ１×１０６個程度のナノ粒子蛍光体を含めることができる。
【００５３】
このようなナノ粒子蛍光体を用いた発光部７の正面面積が、例えば１０μｍ×１０μｍ（１００μｍ２）、すなわち０．０００１ｍｍ２あれば、励起光を９０％程度吸収できるような発光部７が実現できるので、ヘッドランプとして十分な光束を有する超高輝度光源を作製可能である。それゆえ、ナノ粒子蛍光体を用いる場合、発光部７の正面面積の下限値は、１００μｍ２であってもよい。
【００５４】
ただし、１０μｍ×１０μｍサイズの超微小発光部を励起するためには、励起光をこのサイズに絞る必要がある。光を絞る際、その光がいわゆる自然光（インコヒーレント光）であれば、その光源がもつ有限の大きさ（サイズ）に制限されてしまうので、μｍオーダーまで絞る事は不可能に近いと言える。
【００５５】
また、励起光源としてのＬＥＤチップと発光部とを密着させれば、励起光を集光する必要がないが、十分大きな出力が可能であり、かつ、サイズが１０μｍ角のＬＥＤチップを作ることは困難である。
【００５６】
一方、レーザ光（コヒーレント光）ならば光源の光学系の限界性能（回折限界）まで絞ることが容易に可能である。したがって、励起光源としてレーザ光源を用いることで、上述のような超微小発光部を励起することが可能である。
【００５７】
よって、発光部７の正面面積を、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下にすれば、反射鏡の反射効率を低下させることなく、開口面積が３００ｍｍ２という従来よりも小さい反射鏡を実現できる。
【００５８】
一方、ヘッドランプ１において半導体レーザ３の合計出力（複数の半導体レーザ３の出力の合計）を変化させた場合、合計出力３〜６Ｗで３００〜６００ｌｍ、出力１５〜３０Ｗで１５００〜３０００ｌｍの光束の光が実現されることが、本発明の発明者によって明らかにされている。
【００５９】
半導体レーザ３から出力されたレーザ光が最終的に白色光となってヘッドランプ１の外部へ出射されるまでの出射効率は、反射鏡８の反射効率、透明板９の透過率および非球面レンズ４と導光部２２との結合効率などにより左右される。この出射効率は、約±２０％の範囲で変動するため、一定の光束を実現する半導体レーザ３の出力にも幅が生じる。
【００６０】
それゆえ、６Ｗ以上３０Ｗ以下の合計出力があれば、６００〜３０００ｌｍの光束の光を実現することができる。そのため、法的に定められたヘッドランプの最低限の光度（２９５００ｃｄ）を実現することができる。
【００６１】
これに対して、従来のハロゲンランプおよびＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプでは、発光部の正面面積を３ｍｍ２以下にすることは困難であり、反射鏡８の開口面積を１５００ｍｍ２以下にすることは困難である。
【００６２】
それゆえ、ヘッドランプ１は、従来よりも小型の、高輝度かつ高光束のヘッドランプであると言える。
【００６３】
（半導体レーザ３の構造）
ここで、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図２（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
【００６４】
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
【００６５】
アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
【００６６】
カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
【００６７】
活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。
【００６８】
また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。
【００６９】
また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
【００７０】
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
【００７１】
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
【００７２】
なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることができる。
【００７３】
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極１７及びカソード電極１９に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【００７４】
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
【００７５】
（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
【００７６】
まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
【００７７】
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。
【００７８】
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。
【００７９】
白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色で構成でき、この原理に基づき、半導体レーザ３から発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。
【００８０】
（ヘッドランプ１の効果）
以上の構成を備えるヘッドランプ１では、発光部７の正面面積が３ｍｍ２の場合、反射鏡８の開口面積が１０００ｍｍ２であり、放射される光束が約１９００ｌｍであり、発光部７の輝度が５０ｃｄ／ｍｍ２となる。それゆえ、ヘッドランプ１は、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型のヘッドランプであると言える。
【００８１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
図３は、本実施形態に係るヘッドランプ２０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４、導光部２２、発光部７、反射鏡８および透明板９を備えている。半導体レーザ３、導光部２２および発光部７によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００８３】
半導体レーザ３は、１チップに１０個の発光点（１０ストライプ）を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１１．２Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流６．４Ａのものであり、直径９ｍｍのパッケージに封入されているものである。また、パッケージに封入された半導体レーザ３は、１つであり、上記出力のときの消費電力は３２Ｗである。
【００８４】
非球面レンズ４は、各半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、導光部２２の一方の端部である光入射面２２１に入射させるためのレンズである。本実施形態では、非球面レンズ４として、ロッドレンズを使用している。
【００８５】
導光部２２は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を集光して発光部７へと導く導光部材であり、非球面レンズ４を介して半導体レーザ３と光学的に結合している。この導光部２２は、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受け取る光入射面２２１（入射端部）と当該光入射面２２１から入射したレーザ光を発光部７へ出射する光出射面２２２（出射端部）とを有している。
【００８６】
導光部２２は、先細りの円錐台形状の石英（ＳｉＯ２）製導光部材（屈折率：１．４５）である。また、光入射面２２１の直径は１０ｍｍであり、光出射面２２２の直径は１．５ｍｍである。さらに、導光部２２の側面には、屈折率１．３５の熱可塑性フッ素樹脂（ポリテトラフロオロエチレン：ＰＴＦＥ）がコーティングされている。なお、光入射面２２１および光出射面２２２の形状は、光入射面２１１および光出射面２１２と同様、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００８７】
また、導光部２２は、ＦＦＰ（Far Field Pattern）のアスペクト比がなるべく真円に近くなるように補正されたものである。ここで、ＦＦＰとは、レーザ光源の発光点から離れた面における光の強度分布を指す。通常、半導体レーザ３や端面発光型ダイオードのような半導体発光素子が出射するレーザ光は、回折現象によって活性層の発光強度分布の角度が広がり、そのＦＦＰが楕円形状となる。このため、ＦＦＰを真円に近くするには補正が必要となる。
【００８８】
なお、導光部２２の形状は、円錐台に限定されず、楕円錐台などその他の柱状であってもよい。
【００８９】
非球面レンズ４および導光部２２の結合効率は８５％である。このため、半導体レーザ３から出射された１１．２Ｗのレーザ光は、非球面レンズ４および導光部２２を通過すると、光出射面２２２から約９．５Ｗのレーザ光として出射される。
【００９０】
発光部７は、光出射面２２２から出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、上述したような蛍光体を含んでいる。この発光部７は、直径１．６ｍｍ、厚さ１ｍｍの円柱形状である。それゆえ、発光部７のレーザ光照射面および発光面の面積は、約２ｍｍ２である。
【００９１】
（ヘッドランプ２０の効果）
以上の構成を備えるヘッドランプ２０では、発光部７の正面面積が約２ｍｍ２の場合、反射鏡８の開口面積が７００ｍｍ２であり、放射される光束が約１５００ｌｍであり、発光部７の輝度が６０ｃｄ／ｍｍ２となる。それゆえ、ヘッドランプ２０は、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型のヘッドランプであると言える。
【００９２】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜２と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
図４は、本実施形態に係るヘッドランプ３０の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヘッドランプ３０は、半導体レーザ３、複数のライトガイド（導光部）２３、発光部７、反射鏡８および透明板９を備えている。半導体レーザ３、ライトガイド２３および発光部７によって発光装置の基本構造が形成されている。
【００９４】
半導体レーザ３は、１チップに５つの発光点（５ストライプ）を有するものであり、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力３．３Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流２．２２Ａのものであり、直径９ｍｍのパッケージに封入されているものである。図４に示すように、３つの半導体レーザ３が実装されているので、半導体レーザ３全体としての出力が約１０Ｗ、消費電力が３３．３Ｗ（＝５Ｖ×２．２２Ａ×３個）となる。
【００９５】
ライトガイド２３は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受光して発光部７のレーザ光照射面７ａへと導く導光部材である。ライトガイド２３は、半導体レーザ３毎に設けられており、半導体レーザ３と光学的に結合している。このライトガイド２３は、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受け取る光入射面２３１（入射端部）と当該光入射面２３１から入射したレーザ光を発光部７へ出射する光出射面２３２（出射端部）とを有している。上述の導光部材と同様、光出射面２３２の断面積は、光入射面２３１の断面積よりも小さいので、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を、光出射面２３２に集光することができる。
【００９６】
また、図４に示すように、３本のライトガイド２３の光出射面２３２は、発光部７のレーザ光照射面に接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。ただし、各光出射面２３２から出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、発光部７の互いに異なる部分に対して照射されることが好ましい。この構成により、レーザ光が一点に集中することにより発光部７が著しく劣化することを防止できる。
【００９７】
ライトガイド２３は、熱可塑性フッ素樹脂（ポリテトラフロオロエチレン：ＰＴＦＥ）からなる先細りの円錐形状のチューブであり、その内部に熱硬化性アクリル樹脂（メタクリル酸メチル樹脂）が充填されている。ＰＴＦＥの屈折率は、１．３５であり、メタクリル酸メチル樹脂の屈折率は、１．４９である。また、光入射面２３１の直径は７ｍｍであり、光出射面２３２の直径は１ｍｍである。なお、光入射面２３１および光出射面２３２の形状は、光入射面２１１および光出射面２１２と同様、平面形状であっても曲面形状であってもよい。
【００９８】
また、ライトガイド２３の結合効率（半導体レーザ３から出射されるレーザ光の強度に対する、ライトガイド２３の光出射面２３２から出射されるレーザ光の強度の割合）は９０％である。このため、半導体レーザ３から出射された３．３Ｗ（約１０Ｗ）のレーザ光は、ライトガイド２３を通過すると、３つの光出射面２３２からそれぞれ約３Ｗ（合計約９Ｗ）のレーザ光として出射される。
【００９９】
（ヘッドランプ３０の効果）
以上の構成を備えるヘッドランプ３０では、発光部７の正面面積が約３ｍｍ２の場合、反射鏡８の開口面積が１２６０ｍｍ２であり、放射される光束が約１３５０ｌｍであり、発光部７の輝度が３６ｃｄ／ｍｍ２となる。それゆえ、ヘッドランプ３０は、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型のヘッドランプであると言える。
〔実施の形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１〜３と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１００】
（ヘッドランプ４０の構成）
まず、本実施形態に係るヘッドランプ（照明装置）４０の構成について図５を用いて説明する。図５は、プロジェクタ型のヘッドランプであるヘッドランプ４０の構成を示す断面図である。このヘッドランプ４０は、プロジェクタ型のヘッドランプである点、並びに、導光部２１、導光部２２およびライトガイド２３の代わりに光ファイバー５を備えた点でヘッドランプ１とは異なる。
【０１０１】
同図に示すように、ヘッドランプ４０は、半導体レーザアレイ（励起光源）２、非球面レンズ４、光ファイバー（導光部）５、フェルール６、発光部７、反射鏡８、透明板９、ハウジング１０、エクステンション１１、レンズ１２、凸レンズ１４およびレンズホルダ１６を備えている。半導体レーザアレイ２、光ファイバー５、フェルール６および発光部７によって発光装置の基本構造が形成されている。
【０１０２】
ヘッドランプ４０は、プロジェクタ型のヘッドランプであるため、凸レンズ１４を備えている。その他のタイプのヘッドランプ（例えば、セミシールドビームヘッドランプ）に本発明を適用してもよく、その場合には凸レンズ１４を省略できる。
【０１０３】
（半導体レーザアレイ２）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（半導体レーザ素子）３を基板上に備えるものである。なお、半導体レーザ３の構成については、ヘッドランプ１が備える半導体レーザ３と同じであるので、ここではその説明を省略する。
【０１０４】
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。
【０１０５】
（光ファイバー５）
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。
【０１０６】
複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面（受光面）７ａ（図６参照）における互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。換言すれば、複数の出射端部５ａは、発光部７の互いに異なる部分に対してレーザ光を出射する。より詳細には、複数の出射端部５ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分（最大光強度部分）が、発光部７の互いに異なる部分に対して照射される。この構成により、レーザ光が一点に集中することにより発光部７が著しく劣化することを防止できる。出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。
【０１０７】
なお、複数の出射端部５ａのうちの１つから出射されたレーザ光により形成される投影像の最大光強度部分の位置が、他の出射端部５ａに由来する投影像の最大光強度部分の位置と異なっていることが好ましい。この構成により、複数の出射端部５ａからのレーザ光の照射領域が互いに重なっていても、発光部７の劣化を防止できる。
【０１０８】
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【０１０９】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。この導光部材は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受け取る少なくとも１つの入射端部と当該入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有するものであればよい。例えば、少なくとも１つの入射端部を有する入射部、および複数の出射端部を有する出射部を光ファイバーとは別の部材として形成し、これら入射部および出射部を光ファイバーの両端部に接続してもよい。
【０１１０】
（フェルール６）
図６は、出射端部５ａと発光部７との位置関係を示す図である。同図に示すように、フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面７ａに対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。なお、図６では、半導体レーザ３の個数（すなわち光ファイバー５の個数）にあわせて出射端部５ａを３つ示しているが、出射端部５ａの数は３つに限定されない。
【０１１１】
（発光部７）
発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。また、発光部７は、後述する反射鏡８の第１焦点の近傍に配置され、図５に示すように、透明板９の内側（出射端部５ａが位置する側）の面において、出射端部５ａと対向する位置に固定されている。
【０１１２】
本実施の形態において、発光部７は、ほぼ１×１×１ｍｍ２の立方体であり、その正面面積は約１ｍｍ２である。
【０１１３】
図７は、発光部７の位置決め方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、反射鏡８の中心部を貫いて延びる筒状部１５の先端に発光部７を固定してもよい。この場合には、筒状部１５の内部に光ファイバー５の出射端部５ａを通すことができる。また、この構成において透明板９を省略することも可能である。
【０１１４】
（反射鏡８）
反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であり、発光部７から出射した光を反射することにより、当該光をその焦点に収束させる。ヘッドランプ４０がプロジェクタ型のヘッドランプであるため、反射鏡８の基本形状は、反射した光の光軸方向に平行な断面が楕円形状となっている。反射鏡８には、第１焦点と第２焦点とが存在し、第２焦点は、第１焦点よりも反射鏡８の開口部に近い位置に存在している。後述する凸レンズ１４は、その焦点が第２焦点の近傍に位置するように配置されており、反射鏡８によって第２焦点に収束された光を前方に投射する。
【０１１５】
（凸レンズ１４）
凸レンズ１４は、発光部７から出射された光を集光し、集光した光をヘッドランプ１の前方へ投影する。凸レンズ１４の焦点は、反射鏡８の第２焦点の近傍であり、その光軸は、発光部７が有する発光面のほぼ中央を貫いている。この凸レンズ１４は、レンズホルダ１６によって保持され、反射鏡８に対する相対位置が規定されている。反射鏡の開口部に集光レンズとしての凸レンズ１４が設けられている場合には、凸レンズ１４を正面から見たときの当該凸レンズ１４の面積が上記開口面積となる。換言すれば、開口面積とは、反射鏡の光軸に対して垂直な平面に凸レンズ１４を投影したときの投影像の面積である。
【０１１６】
（その他の部材）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部７を保持している。すなわち、発光部７は、反射鏡８の第１焦点近傍に設置されるように透明板９によって保持されている。
【０１１７】
ハウジング１０は、ヘッドランプ４０の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。また、半導体レーザ３は、故障する可能性があるため、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
【０１１８】
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ４０の内部構造を隠して見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
【０１１９】
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ４０を密封している。発光部７が発した光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
【０１２０】
（ヘッドランプ４０の効果）
以上の構成を備えるヘッドランプ３０では、発光部７の正面面積が約１ｍｍ２の場合、凸レンズ１４の開口面積が３００ｍｍ２であり、放射される光束が約１２６０ｌｍであり、発光部７の輝度が１００ｃｄ／ｍｍ２となる。それゆえ、ヘッドランプ４０は、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型のヘッドランプであると言える。
【０１２１】
〔ヘッドランプ１、２０、３０および４０の変形例〕
上述した実施の形態１〜４のヘッドランプ１、２０、３０および４０は、ハイビームの配光特性基準を満たすものとして説明したが、自動車用のすれ違い用前照灯（ロービーム）として用いられてもよい。
【０１２２】
この場合、ヘッドランプ１、２０、３０および４０は、自動車用のすれ違い用前照灯の配光特性基準を満たすように構成されていればよく、例えば、この配光特性基準が規定する光照射領域の形状に対応した形状の発光面を有する発光部を備えていてもよい。
【０１２３】
また、ヘッドランプ４０のようなプロジェクタ型のヘッドランプの場合には、発光部と、この発光部が発した光（反射鏡で反射された光）を車両前方へ投影する凸レンズ１４との間に、すれ違い用前照灯に要求される配光特性基準を満たすように成形された遮光板が備えられていてもよい。なお、ヘッドランプ４０が、上記形状の発光面を有する発光部と遮光板との両方を備えている場合には、凸レンズ１４の光軸から離れた部分において投影像がぼやけることを防ぐことが可能である。
【０１２４】
次に、図８を参照しながら、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性について説明する。
【０１２５】
図８（ａ）は、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図である（道路運送車両の保安基準の細目を定める告示〔２００８.１０．１５〕別添５１（前照灯の装置形式指定基準）より抜粋）。この図は、自動車の前方２５ｍの位置に垂直に設置したスクリーンにすれ違い用前照灯からの光を照射した場合の、上記スクリーンに投影される光の像を示している。
【０１２６】
図８（ａ）において、ゾーンＩとは、水平方向の基準直線である直線ｈｈの下方７５０ｍｍに位置する水平直線より下方の領域である。このゾーンＩの任意の点では、０．８６Ｄ−１．７２Ｌの点における実測値の２倍以下の照度であることが求められる。
【０１２７】
ゾーンＩＩＩとは、白抜きの領域（明領域と称する）よりも上方の領域である。このゾーンＩＩＩの任意の点では０．８５ｌｘ（ルクス）以下あることが求められている。つまり、このゾーンＩＩＩは、光線が他の交通の妨げとならないように、所定の照度以下に照度を抑えることが求められている領域（暗領域）である。このゾーンＩＩＩと明領域との境界線は、直線ｈｈに対して１５度の角度をなす直線３１、および直線ｈｈに対して４５度の角度をなす直線３２を含んでいる。
【０１２８】
ゾーンＩＶとは、直線ｈｈの下方３７５ｍｍに位置する水平直線、直線ｈｈの下方７５０ｍｍに位置する水平直線および垂直方向の基準直線である直線ＶＶの左右２２５０ｍｍに位置する２本の鉛直直線の計４直線で囲まれる領域である。このゾーンＩＶの任意の点では３ｌｘ以上の照度であることが求められる。つまりゾーンＩＶは、ゾーンＩとゾーンＩＩＩとの間の領域である明領域のうちの、より明るい領域である。
【０１２９】
図８（ｂ）は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。同図に示すように、点０．６Ｄ−１．３Ｌおよび点０．８６Ｄ−１．７２Ｌの２点においては、周囲よりも高い照度が要求される。これら２点は自車の真正面付近に相当し、これら２点では夜間でも進行方向にある障害物等を確認できることが求められている。
【０１３０】
ヘッドランプ１、２０、３０および４０は、このような自動車用のすれ違い用前照灯の配光特性基準を満たすように構成され、自動車用のすれ違い用前照灯として実現されてもよい。
【０１３１】
〔変更例〕
本発明をプロジェクタに適用してもよい。その場合には、上述のヘッドランプ４０の構成を用いることができる。
【０１３２】
〔補足〕
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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
【０１３３】
例えば、励起光源として高出力のＬＥＤを用いてもよい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。また、この場合のＬＥＤは、本発明に係る照明装置が備える半導体レーザと同程度以上の出力を有する必要がある。
【０１３４】
また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザ、例えば高出力の発振が可能な発光ダイオードを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。
【０１３５】
さらに、半導体レーザ３からのレーザ光が発光部７のレーザ光照射面７ａに適切に照射されるように半導体レーザ３と発光部７とを一体に封止した構成（導光部材を必要としない構成）であってもよい。
【０１３６】
なお、本発明は、以下のようにも表現され得る。
【０１３７】
すなわち、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源を複数備え、複数の励起光源の出力を合計することで上記励起光の出力を高め、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であり、上記反射鏡を正面から見たときの当該反射鏡の面積である開口面積は、上記投影像の面積の１００倍以上であり、上記複数の励起光源からの励起光を集光して上記発光部に導く導光部をさらに備え、１つの上記導光部に対して上記複数の励起光源が配置されている。
【０１３８】
また、本発明に係る発光装置において、上記導光部は、上記複数の励起光源からの励起光を受光する入射端部と、当該入射端部において受光した励起光を上記発光部に出射する出射端部とを備える。
【０１３９】
また、本発明に係る発光装置において、上記複数の励起光源の光出力の合計は、６Ｗ以上３０Ｗ以下である。
【０１４０】
また、本発明に係る車両用ヘッドランプは、本発明に係る発光装置を備える。
【０１４１】
また、本発明に係るプロジェクタは、本発明に係る発光装置を備える。
【０１４２】
また、本発明に係る照明装置は、本発明に係る発光装置を備える。
【０１４３】
また、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源から出射され、上記発光部に照射される励起光の放射束は、３Ｗ以上３０Ｗ以下であり、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であり、上記反射鏡を正面から見たときの当該反射鏡の面積である開口面積は、上記投影像の面積の１００倍以上であり、上記励起光源を複数備え、複数の励起光源の出力を合計することで上記励起光の出力を高め、上記複数の励起光源からの励起光を集光して上記発光部に導く導光部をさらに備え、１つの上記導光部に対して上記複数の励起光源が配置されている。
【０１４４】
さらに、本発明は、以下のようにも表現され得る。
【０１４５】
すなわち、本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源の光出力は、６Ｗ以上３０Ｗ以下であり、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であることを特徴としている。
【０１４６】
ここで、反射鏡を正面から見たときの当該反射鏡の面積を反射鏡の開口面積と称する。この開口面積は、反射鏡の光軸に対して垂直な平面に反射鏡を投影したときの投影像の面積である。さらに換言すれば、反射鏡の開口部によって囲まれる面の面積である。
【０１４７】
また、反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積を発光部の正面面積と称する。つまり、発光部の正面面積とは、反射鏡を正面から見た場合の発光部の面積である。
【０１４８】
本発明の発明者は、反射鏡の開口面積が発光部の正面面積の１００倍よりも小さくなると、反射鏡の反射効率が極端に悪化することを実験により見出した。換言すれば、開口面積は、正面面積の１００倍以上であることが好ましいことを見出した。
【０１４９】
これは、開口面積に対して正面面積が相対的に大きくなることで、発光部が光線束を遮ることによる損失が大きくなることに起因する。それゆえ、発光部を小型化することができれば、反射効率の低減を避けつつ反射鏡を小型化することが可能となる。
【０１５０】
上記の構成によれば、励起光源が出射した励起光が発光部に照射されることにより当該発光部が発光する。発光部が出射した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束となって発光装置の前方へ出射される。
【０１５１】
また、反射鏡の光軸に対して垂直な平面に発光部を投影したときの投影像の面積、すなわち、発光部の正面面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下である。それゆえ、反射効率を低下させることなく、開口面積が３００ｍｍ２という従来よりも小さい反射鏡を実現できる。
【０１５２】
一方、上記の構成によれば、光出力（放射束）が６Ｗ以上３０Ｗ以下である励起光源からの励起光が発光部に照射される。その結果、高光束の光が発光部において生成される。
【０１５３】
それゆえ、これらの構成要素を組み合わせることで、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の発光装置を実現できる。
【０１５４】
なお、発光部の正面面積が小さくなりすぎると発光装置として十分な光束を実現できなくなる。そのため、発光部の正面面積は、例えば、発光部の蛍光体としてサイアロン蛍光体を用いる場合には、０．２ｍｍ２以上である。
【０１５５】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源から出射され、上記発光部に照射される励起光の放射束は、３Ｗ以上３０Ｗ以下であり、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であることを特徴としている。
【０１５６】
上記の構成によれば、励起光源が出射した励起光が発光部に照射されることにより当該発光部が発光する。発光部が出射した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束となって発光装置の前方へ出射される。
【０１５７】
また、反射鏡の光軸に対して垂直な平面に発光部を投影したときの投影像の面積、すなわち、発光部の正面面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下である。それゆえ、反射効率を低下させることなく、開口面積が３００ｍｍ２という従来よりも小さい反射鏡を実現できる。
【０１５８】
一方、上記の構成によれば、放射束が３Ｗ以上３０Ｗ以下である励起光が発光部に照射される。その結果、高光束の光が発光部において生成される。
【０１５９】
それゆえ、これらの構成要素を組み合わせることで、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の発光装置を実現できる。
【０１６０】
また、上記発光装置は、上記励起光源を複数備え、上記複数の励起光源からの励起光を１つの上記発光部に導く少なくとも１つの導光部をさらに備え、上記複数の励起光源の光出力の合計が６Ｗ以上３０Ｗ以下であることが好ましい。
【０１６１】
上記の構成によれば、複数の励起光源からそれぞれ励起光が出射され、複数の励起光は、少なくとも１つの導光部によって発光部に導かれる。そして、複数の励起光源の光出力の合計が６Ｗ以上３０Ｗ以下である。
【０１６２】
それゆえ、複数の励起光源を用いることにより高出力の励起光を実現でき、高出力の励起光源を用いる必要がなくなる。さらに、励起光源の数を増やすことにより、１つの励起光源では実現困難な高出力の励起光を実現できる。
【０１６３】
また、上記導光部は、上記複数の励起光源からの励起光を受光する入射端部と、当該入射端部において受光した励起光を上記発光部に出射する出射端部とを備えることが好ましい。
【０１６４】
上記の構成によれば、入射端部において複数の励起光源からの励起光を集光し、集光した励起光を出射端部から発光部へ出射する。
【０１６５】
それゆえ、１つの導光部によって、複数の励起光源からの励起光を集めて発光部へ導くことができ、複数の導光部によって、複数の励起光源からの励起光をそれぞれ個別に発光部へ導く構成よりも簡単な構成の発光装置を実現できる。
【０１６６】
本発明の車両用ヘッドランプは、上記発光装置を備えることを特徴としている。
【０１６７】
上記の構成により、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の車両用ヘッドランプを実現できる。
【０１６８】
本発明のプロジェクタは、上記発光装置を備えることを特徴としている。
【０１６９】
上記の構成により、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型のプロジェクタを実現できる。また、発光部は、励起光源から出射された励起光を受けて発光するものであるため、水銀ランプ等を用いた従来のプロジェクタよりも瞬時点等性に優れている。
【０１７０】
本発明の照明装置は、上記発光装置を備えることを特徴としている。
【０１７１】
上記の構成により、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の照明装置を実現できる。上記照明装置として、例えば、サーチライト、スポットライト、家庭用照明器具を挙げることができる。
【０１７２】
本発明に係る発光装置は、以上のように、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源の光出力は、６Ｗ以上３０Ｗ以下であり、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であるという構成である。
【０１７３】
また、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡とを備え、上記励起光源から出射され、上記発光部に照射される励起光の放射束は、３Ｗ以上３０Ｗ以下であり、上記反射鏡の光軸に対して垂直な平面に、発光部を投影したときの投影像の面積は、１００μｍ２以上３ｍｍ２以下であるという構成である。
【０１７４】
それゆえ、高輝度かつ高光束でありながら、従来よりも小型の発光装置を実現できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明は、高輝度かつ高光束でありながら、従来の発光装置よりも小さな発光装置であり、車両用のヘッドランプ、プロジェクタなどに適用することができる。
【符号の説明】
【０１７６】
１  ヘッドランプ
３  半導体レーザ（励起光源）
５  光ファイバー（導光部）
７  発光部
８  反射鏡
２０  ヘッドランプ
２１  導光部
２２  導光部
３０  ヘッドランプ
４０  ヘッドランプ
２１１  光入射面（入射端部）
２１２  光出射面（出射端部）
【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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