(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ照射装置から照射されるレーザ光により蛍光体を励起して可視光を得て、その可視光を照明光として利用する照明装置において、
前記蛍光体は前記レーザ照射装置から離れた位置に配置され、
前記蛍光体の表面に光散乱材が設けられ、
前記光散乱材は光散乱粒子を含み、
前記レーザ光は、前記光散乱材を透過した後に前記蛍光体を励起し、
前記蛍光体から発せられる前記可視光は、前記光散乱材を透過してから外部に放出されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記蛍光体は、前記レーザ光が照射される側の面と対向する面である底面に設けられた部材を通して放熱し、
前記蛍光体が前記光散乱材と前記部材に接しており、前記蛍光体の前記底面が前記部材に覆われ、前記蛍光体の上面および側面が前記光散乱材で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記部材は金属板であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光散乱材の表面に凹凸が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記光散乱材は、前記光散乱粒子が分散されたガラスまたは樹脂であること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射装置から照射されるレーザ光により蛍光体を励起して可視光を得て、その可視光を照明光として利用する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を利用して信号の送受信を行う通信装置に関して、送信機の外部に出射されるコヒーレンスの高い光による目の危険性を防止する安全対策が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された赤外線通モジュールでは、赤外線通信モジュールの送信装置に使用される光源装置において、半導体レーザ素子の放出光の光路に、動的光散乱系を含む液体または膨潤したゲル（光散乱系を含む領域）を配置することにより、半導体レーザ素子からの放出光が動的光散乱系を含む領域を通過するときに動的光多重散乱（ブラウン運動）により、コヒーレンスの高い光を人間に損傷を与えないインコヒーレントな光に変換されるようにしている。
【０００４】
或いは、特許文献２に記載された光送信デバイスでは、半導体レーザ素子の放出光の光路に、レーザ光を散乱させる光散乱粒子を含む光散乱部材を配置することにより、半導体レーザ素子からの放出光が光散乱部材を通過するときに散乱され、コヒーレンスの高い光を人間に損傷を与えないインコヒーレントな光に変換されるようにすることが記載されている。
【０００５】
また、レーザ照射装置から照射されるレーザ光により蛍光体を励起して可視光を得て、その可視光を反射鏡で平行光線とし、照明光として利用する照明装置も提案されている（特許文献３参照）。このような照明装置でも、外部にコヒーレンスの高い光が漏洩するおそれがあり、目に対する危険性が指摘されている。特許文献３では、蛍光体を完全に吸収しきれずに透過するレーザ光が発生する場合の対策として、蛍光体の前方に副反射鏡を設置し、蛍光体を透過したレーザ光を副反射鏡により反射させて再び蛍光体に入射させることにより、レーザ光を完全に吸収させてしまう構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５８３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−３５２１０５号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ照射装置から照射されるレーザ光により蛍光体を励起して可視光を得て、その可視光を照明光として利用する照明装置において、蛍光体に対する励起光として用いるコヒーレンスの高いレーザ光が、万一漏洩する場合には、人間の目に対する危険性が大きいと考えられる。その原因として、（１）経年による部品の変化／変形、外的な圧力や衝撃になどによりレーザ照射装置の光学要素のアラインメントがズレる、（２）経年による部品の変化／変形、外的な圧力や衝撃などにより蛍光体の位置がズレる、（３）蛍光体で完全に吸収しきれずに透過するレーザ光が発生する、ということが考えられる。
【０００８】
特許文献１や２は、通信装置に関するものであるため、動的光散乱系を含む領域や光散乱部材が、光源である半導体レーザ素子に接触ないしは一体化されて配置すれば良い。しかし、照明装置では、半導体レーザ素子から発信されたレーザ光を蛍光体に照射して蛍光体を励起するので、蛍光体との位置関係を考慮しなければならない。この点、特許文献１、２からはそのような知見が得られない。
【０００９】
また、特許文献３に記載された副反射鏡を用いた構成においては、上記の（３）に対応するために蛍光体を透過したレーザ光を副反射鏡により反射させて再び蛍光体に入射させることが記載されているものの、上記の（１）および（２）の場合については考慮されていない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザ照射装置から照射されるレーザ光のコヒーレンスを低減することにより、目の安全が確保される照明装置を低コストに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、レーザ照射装置から照射されるレーザ光により蛍光体を励起して可視光を得て、その可視光を照明光として利用する照明装置において、前記レーザ光の光軸上およびその周辺部に光散乱材を配置したことを特徴としている。
【００１２】
この光散乱材の配置によると、光散乱材をレーザ光が透過することにより、ランダムな方向に光が散乱し、レーザ光のコヒーレンスが低減されるので、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。また、光散乱材はレーザ光の光軸上およびその周辺部に配置されており、レーザ光の光軸や蛍光体の位置がズレた場合でも確実にレーザ光が光散乱材を透過するので、安全性が向上する。
【００１３】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記レーザ光は、前記蛍光体を励起した後に前記光散乱材を透過することを特徴としている。これによると、レーザ光は蛍光体を励起してコヒーレンスが低減された後、光散乱材を透過することによりランダムな方向に散乱され、コヒーレンスがさらに低減されるので、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。
【００１４】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記レーザ光は、前記光散乱材を透過した後に前記蛍光体を励起することを特徴としている。これによると、レーザ光は光散乱材を透過してランダムな方向に散乱されてコヒーレンスが低減された後、蛍光体を励起してさらにコヒーレンスが低減されるので、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。
【００１５】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材と前記蛍光体は、互いに離隔して配置されたことを特徴としている。この構成によると、レーザ光は、光散乱材を通過し、空間に放出されてから蛍光体を励起することになる。
【００１６】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材と前記蛍光体は、互いに密着して配置されたことを特徴としている。この構成によると、レーザ光は、光散乱材を通過し、空間に放出されることなく蛍光体を励起することになる。
【００１７】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材の表面に、レーザ光の波長よりも小さなサイズの凹凸が形成されたことを特徴としている。これによると、光散乱材の表面で反射するレーザ光を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、金属板上に前記蛍光体が配置されたことを特徴としている。これによると、蛍光体の発熱を、金属板を用いて積極的に放熱することが出来る。
【００１９】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記レーザ照射装置は、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子と、各半導体レーザ素子から発振されるレーザ光を蛍光体上に集光させる集光手段と、を有することを特徴としている。この構成によると、レーザ光の輝度が高くなり、照明装置の照度を高くすることができる。
【００２０】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記レーザ照射装置は、レーザ光を発振する光源と、前記光源から前記蛍光体へ前記レーザ光を導光する導光手段と、を有し、前記導光手段の出射端に密着して前記光散乱材が設けられたことを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、導光手段と光散乱材が一体化されるため、蛍光体の位置がズレたとしても、導光手段から出射されるレーザ光は必ず光散乱材を透過することになる。このため、光源から発振されるレーザ光が、高いコヒーレンスを保ったまま外部に漏れ出ることを確実に防止することができる。
【００２２】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材の外部に密着して蛍光体が設けられたことを特徴としている。
【００２３】
この構成によると、導光手段、光散乱材、蛍光体が一体化されるため、蛍光体の位置がズレたとしても、蛍光体の位置ズレにレーザ光の光軸が追従する形で導光手段および光散乱材もズレ、導光手段から出射されるレーザ光は必ず光散乱材を透過すると共に、蛍光体を励起することになる。このため、光源から発振されるレーザ光が、高いコヒーレンスを保ったまま外部に漏れ出ることをより確実に防止することができる。
【００２４】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材は、光散乱粒子が分散されたガラスまたは樹脂であること特徴としている。これによると、分散媒であるガラスまたは樹脂と分散質である光散乱粒子との屈折率の違いによりレーザ照射装置から照射されるレーザ光が屈折・散乱され、位相がランダムになって外部に出てくることによりコヒーレンスが低減される。
【００２５】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記光散乱材は、光散乱粒子が分散された流動体と、流動体を収める透明容器と、から構成されることを特徴としている。この構成によると、流動体中の光散乱粒子は、ブラウン運動を利用して時間的に揺らすことができるため、動的な揺らぎをもってレーザ光のコヒーレンスを低下させるのに効果的である。
【００２６】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記透明容器を前記蛍光体に密着させたことを特徴としている。この構成によると、励起された蛍光体から熱エネルギーとして放出される熱が透明容器を介して流動体に伝わるため、流動体中の光散乱粒子のブラウン運動を促進することができる。
【００２７】
また、本発明は、上記構成の照明装置において、前記流動体の循環路と、循環路の途中に設けられたポンプと、を備えたことを特徴としている。この構成によると、循環路を循環する流動体は流動によって局所的な屈折率が時間的に揺らぎ、光散乱材を通過するレーザ光の位相を乱すことから、レーザ光のコヒーレンスを低下させるのに効果的である。また、透明容器が蛍光体に密着していることから、循環する流動体を介して蛍光体で発生する熱を輸送することができ、蛍光体の 冷却効果が同時に得られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、光散乱材をレーザ光が透過することにより、ランダムな方向に光が散乱し、レーザ光のコヒーレンスが低減され、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。また、光散乱材はレーザ光の光軸上およびその周辺部に配置されており、レーザ光の光軸や蛍光体の位置がズレた場合でも確実にレーザ光が光散乱材を透過する。従って、目の安全が確保される照明装置を低コストに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による照明装置の構造を概略的に示した側断面図
【図２】本発明の第２の実施形態による照明装置の構造を概略的に示した側断面図
【図３】本発明の第３の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【図４】第３の実施形態による照明装置に用いられる光散乱材を示す斜視図
【図５】本発明の第４の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【図６】第４の実施形態による照明装置に用いられる光散乱材を示す斜視図
【図７】本発明の第５の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【図８】図７の破線で囲んだ部分（Ｐ部）の拡大図
【図９】図８のｘ−ｘ線断面図
【図１０】本発明の第６の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【図１１】図１０の破線で囲んだ部分（Ｑ部）の拡大図
【図１２】図１１のｙ−ｙ線断面図
【図１３】本発明の第７の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【図１４】第７の実施形態の照明装置に備えられる蛍光体ユニットを示す側断面図
【図１５】蛍光体ユニットの側断面図であって、光散乱材が蛍光体を励起する光に与える作用を説明する図（ａ）および光散乱材が蛍光体から発光される光に与える作用を説明する図（ｂ）
【図１６】蛍光体ユニットの側断面図であり、金属板および光散乱材が蛍光体から発熱される熱に与える作用を説明する図
【図１７】本発明の第８の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施の形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。
【００３２】
本発明による照明装置１は、図１に示すように、レーザ照射装置２と、レーザ照射装置２からのレーザ光が照射される蛍光体３と、レーザ光の光軸Ｌ上およびその周辺部に配置された光散乱材４とを有している。照明装置１は、レーザ光により蛍光体３を励起して可視光（例えば、白色光）に変換し、その可視光を照明光として利用するものである。この照 明装置１は、例えば、車両用前照灯などに用いられる。
【００３３】
反射鏡５は、蛍光体３により変換された可視光を前方（図１では、紙面右方）に反射する凹部５ａを有するもので、例えば金属製の放物面鏡である。反射鏡５の頂点周辺領域には複数（本実施の形態では３つ）透孔５ｂが設けられており、反射鏡５の外部から透孔５ｂを通して凹部５ａ内の蛍光体３にレーザ光を照射することができる。反射鏡５は、樹脂製の本体に、高反射率の金属（例えば、銀やアルミニウム）の薄膜をコーティングしたものを使用することも可能である。なお、コーティングは、本体の表面全体に施される必要はなく、少なくとも凹部５ａを形成する面（反射面）に施されていれば足りる。
【００３４】
レーザ照射装置２は、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子２ａ（本実施の形態では３個）と、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、を有した構成である。なお、半導体レーザ素子２ａから良好な平行光線が直接発振される場合は、コリメータレンズ２ｂは必ずしも必要ではない。
【００３５】
ここで、本願においてレーザ光の「光軸」とは、現実に出射されたレーザ光の軌跡を意味するのではなく、レーザ照射装置２から照射されるレーザ光の軌跡を延長した線を意味する。また、「コリメータ」とは、光学機器の製造、調整に使用される光学要素であり、平行光線を作るものである。また、「蛍光体」とは、蛍光物質の粒子をガラス樹脂などに混ぜて固めたもの、あるいは、蛍光物質の粒子をバインダーに混ぜて塗布したもの、あるいは、蛍光物質の粒子を焼結・プレス成形などで固めたものなど、蛍光物質の粒子を何らかの方法でバルク状に加工したもの、あるいはバルク内に分散させたものを意味する。
【００３６】
本実施の形態においては、例えば、１個当たり光出力１Ｗの波長４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振する半導体レーザ素子２ａを３個（総光出力３Ｗ）用い、コリメータレンズ２ｂを通してレーザ光を平行光線にし、蛍光体３の後面上で３本の平行光線を交差させるようにしている。このようにして蛍光体３に高輝度のレーザ光を集中照射して蛍光体３を励起することができる。
【００３７】
蛍光物質は、例えば、Ce3+賦活α-SiAlONとCaAlSiN3:Eu2+の複合材料を用いることができる。蛍光体３の外形は、中心軸周りに対称な形状が理想的であり、円柱形、紡錘形、角柱形などを採用できる。この蛍光体３を４０５ｎｍの青紫色のレーザ光で励起すると、前者の材料は青緑色、後者の材料は赤色に発光し、混ざり合って白色の蛍光が得られる。蛍光体３は、図示しない固定具により反射鏡５の凹部５ａ内の焦点位置に固定され、蛍光体３からの蛍光を反射鏡５によって前方に投射することができる。
【００３８】
反射鏡５の前端面を覆う透明樹脂製のカバー６が、反射鏡５に対して填め込みで取り付けられている。カバー６は、反射鏡５内にホコリなどが侵入する機能を有する。カバー６の形状としては、反射鏡５の前端面の円周に対応させた円盤型が好適であるが、これに限られず任意の形状を採用することができる。
【００３９】
光散乱材４は本発明に特徴的な構成要素であり、ランダムな方向に光を散乱させ、レーザ光のコヒーレンスを低減させる機能を有する。
【００４０】
光散乱材４は、蛍光体３の前方に位置するように、カバー６の後面に接着されている。この光散乱材４の配置によると、レーザ光は蛍光体３を励起してコヒーレンスが低減された後、光散乱材４を透過することによりランダムな方向に散乱され、コヒーレンスがさらに低減されるので、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。接着剤は、固化したときに透明な既知のものを使用することができる。なお、カバー６の前面に光散乱材４を接着しても構わない。カバー６は光散乱材４を保持する役目も兼ねているため、光散乱材４を保持するための部品が不要である。従って、光散乱材４の保持部品が反射鏡５の凹部５ａに余分な影を作り、照明の妨げになるデメリットを防止できる。
【００４１】
さらに、光散乱材４は、レーザ光の光軸Ｌ上およびその周辺部にかけて有効部分が存在するように配置されている。この光散乱材４の配置によると、レーザ光の光軸Ｌや蛍光体３の位置がズレた場合でも、レーザ光が高いコヒーレンスを保ったまま外部に漏れ出ないようにすることが可能となる。従って、目の安全が確保される照明装置１を低コストに提供することができる。
【００４２】
光散乱材４の外形は、レーザ光の光軸Ｌや蛍光体３の位置のズレが垂直面内でどの方向に起きても対処できるよう、中心軸周りに対称な形状が好ましく、例えば、円盤形、角板形などを採用できる。光散乱材４の中心軸に垂直な断面の面積は、蛍光体３がレーザ光の光軸Ｌから外れる位置までズレても対処できるよう、蛍光体３の中心軸に垂直な断面の面積と同程度かそれ以上とし、照明装置１を前方から見て、光散乱材４の内側に蛍光体３が隠れるぐらいのサイズとするのが好ましい。
【００４３】
本実施の形態では、光散乱材４として、高濃度かつ均一に光散乱粒子が分散されたガラスを用いている。光散乱粒子としては、酸化珪素粒子（粒径１μｍ）を好適に用いることができる。このような光散乱粒子を溶融したガラス母材中に分散させ、鋳型で所望の形状に硬化させることで光散乱材４が作製させる。光散乱粒子とガラス母材の重量比は、例えば、３０％である。この光散乱材によると、ガラスと酸化珪素との屈折率の違いによりレーザ照射装置２から照射されるレーザ光が屈折・散乱され、位相がランダムになって外部に出てくることによりコヒーレンスが低減される。
【００４４】
なお、図１に示すように、カバー６の外面には、４０５ｎｍのレーザ光を吸収して白色光を透過するフィルタ７を設けても良い。フィルタ７は、光散乱材４によるレーザ光のコヒーレンスの低減を保証するものである。光散乱材４がないときでもこのフィルタ７により９９％のレーザ光は吸収されるが、１％は外部に漏洩することが避けられない。例えば、レーザ出力が３Ｗであれば、３０ｍＷは漏洩することになり、高いコヒーレンスを保ったまま漏洩すると危険である。本実施の形態では、フィルタ７の後方に光散乱材４が配置されているため、レーザ光は光散乱材４を透過する際に散乱され、コヒーレンスが十分に低減してからフィルタ７を通過することになる。言わば二重の安全対策により、レーザ光の漏洩を１００％防止することが出来る。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図２は、第２の実施の形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。本実施の形態による照明装置において、図１に示す第１の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
本実施の形態による照明装置１は、第１の実施形態の照明装置１におけるカバー６に代えて、反射鏡５の前端の周縁内側にレンズ８を設けている。このレンズ８は、蛍光を投影する際にその立体角を制御する機能の他、反射鏡５内に埃などが侵入するのを防ぐカバーとしての機能も有している。なお、レンズ８の一例として、図２では凸レンズを示しているが、照明装置の用途や目的に応じて凹レンズやその他のレンズを使用可能であることは言うまでもない。
【００４７】
レーザ照射装置２は、第１の実施形態と同様に、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子２ａ（本実施の形態では５個）と、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、を有した構成である。なお、半導体レーザ素子２ａから良好な平行光線が直接発振される場合は、コリメータレンズ２ｂは必ずしも必要ではない。
【００４８】
本実施の形態においては、例えば、１個当たり光出力０．５Ｗの波長４５０ｎｍ（青色）のレーザ光を発振する半導体レーザ素子２ａを５個（総光出力２．５Ｗ）用い、コリメータレンズ２ｂを通してレーザ光を平行光線にし、蛍光体３の後面上で３本の平行光線を交差させるようにしている。このようにして蛍光体３に高輝度のレーザ光を集中照射して蛍光体３を励起することができる。
【００４９】
反射鏡５の頂点周辺領域には複数（本実施の形態では５つ）透孔５ｂが設けられており、反射鏡５の外部から透孔５ｂを通して凹部５ａ内の蛍光体３にレーザ光を照射することができる。
【００５０】
蛍光体３の材料は、例えば、(Y,Gd)3Al5O12:Ceを用いることができる。蛍光体３の外形は、中心軸周りに対称な形状が理想的であり、円柱形、紡錘形、角柱形などを採用できる。この蛍光体３を４５０ｎｍの青色のレーザ光で励起すると、黄色に発光し、余剰の青色と混ざり合って白色の蛍光が得られる。蛍光体３は、図示しない固定具により反射鏡５の凹部５ａ内の焦点位置に固定され、蛍光体３からの蛍光を反射鏡５によって前方に投射することができる。
【００５１】
光散乱材４は、レーザ光の光軸Ｌ上およびその周辺部で、かつ、蛍光体３の前方に位置するように、レンズ８の後面に接着されている。接着剤は、固化したとき透明な既知の接着剤を使用することができる。なお、レンズ８の前面に光散乱材４を固定しても構わない。レンズ８は光散乱材４を保持する役目を兼ねているため、光散乱材４を保持するための部品が不要である。これにより、光散乱材４の保持部品が反射鏡５の凹部５ａに余分な影を作り、照明の妨げになるデメリット を防止できる。
【００５２】
本実施の形態では、光散乱材４として、高濃度かつ均一に光散乱粒子が分散された樹脂を用いている。具体的には、酸化チタン粒子（粒径2μm）が分散されたシリコーン樹脂を好適に使用できる。このような光散乱粒子を溶融したガラス母材中に分散させ、鋳型で所望の形状に硬化させることで光散乱材４が作製させる。光散乱粒子とガラス母材の重量比は、例えば、３０％である。この光散乱材によると、ガラスと酸化チタン粒子との屈折率の違いによりレーザ照射装置２から照射されるレーザ光が屈折・散乱され、位相がランダムになって外部に出てくることによりコヒーレンスが低減される。
【００５３】
本実施の形態の光散乱材４によると、シリコーン樹脂と酸化チタン粒子との屈折率の違いによりレーザ照射装置２から照射されるレーザ光が屈折・散乱され、位相がランダムになって外部に出てくることによりコヒーレンスが低減される。
【００５４】
なお、レンズ８の前面に、第１の実施形態と同様に、レーザ光を吸収する機能を有するフィルタを設けても良い。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
次に、図３、図４を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。図３は第３の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図、図４はその照明装置に用いられる光散乱材を示す斜視図である。本実施の形態による照明装置において、図１に示す第１の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態では、レーザ照射装置２は、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子２ａ（本実施の形態では３個）と、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各コリメータレンズ２ｂに対応して設けられ平行光線とされたレーザ光を集光する集光レンズ２ｃと、を有した構成である。なお、半導体レーザ素子２ａから良好な平行光線が直接発振される場合は、コリメータレンズ２ｂは必ずしも必要ではない。
【００５７】
本実施の形態のレーザ照射装置２では、集光レンズ２ｃでレーザ光を集光するため、集光レンズ２ｃを透過した後は、もはや平行光線ではなく、蛍光体の位置で収束する光線となる。これまでの実施形態とは異なり、蛍光体に照射されるレーザ光は平行光ではなく、レーザ光がもし蛍光体を通過した場合にはレーザ光が広がることになる。本願では、このようにレーザ光が平行光でなくても、コヒーレントな光が広がる範囲を広義での「光軸」との文言で表現する。
【００５８】
反射鏡５の頂点部を含む周辺領域には透孔５ｂが設けられており、反射鏡５の外部から透孔５ｂを通して凹部５ａ内の蛍光体３にレーザ光を照射することができる。
【００５９】
本実施の形態では、光散乱材４として、図３及び図４に示すように、光散乱粒子が分散された流動体４ａと、流動体４ａを収める透明容器４ｂと、から構成されたものを用いている。光散乱粒子が分散された流動体４ａとしては、例えば、酸化珪素粒子を高濃度で含むシリコーンオイルを好適に使用できる。透明容器４ｂとしては、透明な円盤状のガラス容器を好適に使用できる。
【００６０】
光散乱材４は、コヒーレントな光が広がる範囲Ｗおよびその周辺部で、かつ、蛍光体３の前方に位置するように、透明容器４ｂを蛍光体３の前面に密着して配置している。透明容器４ｂと蛍光体３の密着は、反射鏡５の凹部５ａ内に余計な影を作らなくて済むように、接着剤を使用するのが好ましい。接着剤としては、固化したとき透明な既知の接着剤を用いることができる。
【００６１】
本実施の形態の光散乱材４によると、流動体４ａ中の光散乱粒子を、ブラウン運動を利用して時間的に揺らすことができるため、動的な揺らぎをもって光散乱材４を通過するレーザ光のコヒーレンスを低下させるのに効果的である。透明容器４ｂが蛍光体３に密着しているため、励起された蛍光体３から熱エネルギーとして放出される熱が透明容器４ｂを介して流動体４ａに伝わるため、流動体４ａ中の光散乱粒子のブラウン運動を促進することができる。
【００６２】
なお、第１の実施形態と同様に、反射鏡５の前端面にカバーを配設しても良いし、さらにこのカバーにレーザ光を吸収するフィルタを設けても良い。
【００６３】
＜第４の実施形態＞
次に、図５、図６を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。図５は第４の実施の形態による照明装置の概略構成を示す側断面図、図６はその照明装置に用いられる光散乱材を示す斜視図である。本実施の形態による照明装置において、図３、４に示す第３の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６４】
レーザ照射装置２は、第３の実施形態と同様に、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子２ａ（本実施の形態では３個）と、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各コリメータレンズ２ｂに対応して設けられ平行光線とされたレーザ光を集光する集光レンズ２ｃと、を有した構成である。なお、半導体レーザ素子２ａから良好な平行光線が直 接発振される場合は、コリメータレンズ２ｂは必ずしも必要ではない。
【００６５】
本実施の形態のレーザ照射装置２では、集光レンズ２ｃでレーザ光を集光するため、集光レンズ２ｃを透過した後は、もはや平行光線ではなく、蛍光体の位置で収束する光線となる。これまでの実施形態とは異なり、蛍光体に照射されるレーザ光は平行光ではなく、レーザ光がもし蛍光体を通過した場合にはレーザ光が広がることになる。本願では、このようにレーザ光が平行光でなくても、コヒーレントな光が広がる範囲を広義での「光軸」との文言で表現する。
【００６６】
光散乱材４として、第３の実施形態と同様に、図５及び図６に示すように、光散乱粒子が分散された流動体４ａと、流動体４ａを収める透明容器４ｂと、から構成されたものを用いている。光散乱粒子が分散された流動体４ａとしては、例えば、酸化珪素粒子を高濃度で含むシリコーンオイルを好適に使用できる。透明容器４ｂとしては、透明な円盤状のガラス容器を好適に使用できる。
【００６７】
光散乱材４は、コヒーレントな光が広がる範囲Ｗおよびその周辺部で、かつ、蛍光体３の前方に位置するように、透明容器４ｂを蛍光体３の前面に密着して配置 している。透明容器４ｂと蛍光体３の密着は、反射鏡５の凹部５ａ内に余計な影を作らなくて済むように、接着剤を使用するのが好ましい。接着剤は、固化したときに透明な既知のものを用いることができる。
【００６８】
本実施の形態では、図５に示すように、透明容器４ｂの上端及び下端に閉回路を構成するパイプ９を接続することにより、流動体４ａの循環路を形成している。そして循環路４ａの途中に動力源であるポンプ１０を設けて、ポンプ１０の駆動により流動体４ａを循環路内で循環させるようにしている。
【００６９】
本実施の形態の光散乱材４によると、流動体４ａ中の光散乱粒子は、循環路９を循環する流動体４ａの流動によって局所的な屈折率が時間的に揺らぎ、光散乱材４を通過するレーザ光の位相を乱すことから、レーザ光のコヒーレンスを低下させるのに効果的である。また、透明容器４ｂが蛍光体３に密着していることから、循環するシリコーンオイルを介して蛍光体３で発生する熱を輸送することができ、蛍光体３の冷却効果が同時に得られる。従って、蛍光体３の経年変化を抑え、寿命を長期化することが可能となる。
【００７０】
なお、第１の実施形態と同様に、反射鏡５の前端面にカバーを配設しても良いし、さらにカバーにレーザ光を吸収するフィルタを設けても良い。
【００７１】
＜第５の実施形態＞
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。図７は第５の実施の形態による照明装置の概略構成を示す側断面図、図８は図７の破線で囲んだ部分（Ｐ部）の拡大図、図９は図８のｘ−ｘ線断面図である。本実施の形態による照明装置において、図１、２に示す第１の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態による照明装置１は、レーザ照射装置２として、レーザ光を発振する複数（図７の例では３個）の半導体レーザ素子（光源）２ａと、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各コリメータレンズ２ｂに対応して設けられ平行光線とされたレーザ光を導光して出射する光ファイバ２ｄと、を有した構成である。光ファイバ２ｄは、半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を蛍光体３に導光して出射する導光手段の一例であり、導光手段としては光ファイバに限られない。
【００７３】
光ファイバ２ｄとしては、図８、図９に示すように、核となるコア２ｅと、コア２ｅの周囲を覆うクラッド２ｆと、を有する、既知の構造のものを使用することができる。この光ファイバ２ｄの構成において、レーザ光がコア２ｅの一端（入射端）から進入すると、コア２ｅとクラッド２ｆの境界で反射しながらコア２ｅ内部を伝搬し、コア２ｅの他端（出射端）から出射されることになる。
【００７４】
光散乱材４は、図８に示すように、蛍光体３の後方（図７の紙面左側）に位置するように、光ファイバ２ｄの出射端に密着して配置される。この光散乱材の構成によると、レーザ光は光散乱材４を透過してランダムな方向に散乱されてコヒーレンスが低減された後、蛍光体３を励起する。そのため、万一、経年による部品の変化／変形・外的な圧力や衝撃などによりレーザ照射装置の光学要素のアラインメントがズレた場合、経年による部品の変化／変形、外的な圧力や衝撃などにより蛍光体の位置がズレた場合においても、半導体レーザからの励起光のコヒーレンスは低く、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される。
【００７５】
光ファイバ２ｄと光散乱材４の密着は、金属製のフェルール１２を用いるのが好適である。図８では、説明の便宜のため、３本の光ファイバ２ｄは出射端部において縦に並んでいるように示すが、実際は図９に示すように、円筒形のフェルール１２により、ｘ−ｘ線断面で見て俵状をなすように最密に束ねられることになる。このように光散乱材４を光ファイバ２ｄと一体化することにより、半導体レーザ素子２ａから蛍光体３へ確実に導光できる位置への光ファイバ２ｄの固定と共に、光ファイバ２ｄから出射されるレーザ光が光散乱材４を確実に通過する位置への光散乱材４の固定が同時に行える。
【００７６】
光散乱材４は、レーザ光の光軸Ｌ上およびその周辺部にかけて有効部分が存在するように配置されている。本実施の形態では、レーザ光の「光軸」は、各光ファイバ２ｄの出射端部の中心軸の延長線で示される線となり、出射されたレーザ光が現実に進行する軌跡とは必ずしも一致していない。
【００７７】
なお、反射鏡５の凹部５ａ内には、蛍光体３の前方位置に、凹面の副反射鏡１１が図示しない固定具により固定されている。この副反射鏡１１は半球鏡である。これにより、蛍光体３からの前方への蛍光を副反射鏡１１によって再び蛍光体３に戻すことができるため、反射鏡５と逆の方向へ放出される蛍光を再利用することができるようになる。副反射鏡１１は、反射鏡５からの投射光をできるだけ遮断しないようにするため、小型であることが好ましい。
【００７８】
本実施の形態では、光散乱材４は、反射鏡５の凹部５ａ内の焦点位置に保持される蛍光体３に対して離隔配置されており、光ファイバ２ｄから出射されるレーザ光は、光散乱材４を通過し、空間に放出されてから蛍光体３を励起することになる。
【００７９】
光散乱材４としては、上記の実施形態で述べたのと同様に、光散乱粒子が分散されたガラスまたは樹脂や、透明容器内に光散乱粒子が分散された流動体を収めたものを任意に選択して使用することができる。
【００８０】
光ファイバ２ｄを伝搬する光は、基本的に半導体レーザ素子２ａから出射されたレーザ光と同程度の高いコヒーレンスを保っているが、光散乱材４を透過することによりコヒーレンスを低下させることが可能となる。コヒーレンスが低下してもレーザ光の波長に変化はなく、輝度の低下はレーザ半導体素子２ａの個数や光散乱材４の長さを調節することにより抑制できるので、光散乱材４の外部に配置した蛍光体３にレーザ光を照射することにより、十分な蛍光発光を得ることができる。
【００８１】
本実施の形態による照明装置によると、導光手段であるフレキシブルな光ファイバ２ｄを用いて光源である半導体レーザ素子２ａから出射されるレーザ光を蛍光体３に導光しているため、第１〜第４の実施形態のように集光レンズを用いてレーザ光を蛍光体３上に集光する場合に比べ、光学要素のアラインメントの位置精度が要求されないメリットがある。また、照明装置設計上、半導体レーザ素子２ａの配置の自由度が高くなるため、遠隔照明など照明装置の用途拡大が図られる。
【００８２】
なお、第１の実施形態と同様に、反射鏡５の前端面にカバーを配設しても良いし、さらにカバーにレーザ光を吸収するフィルタを設けても良い。
【００８３】
＜第６の実施形態＞
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第６の実施形態を説明する。図１０は第６の実施の形態による照明装置の概略構成を示す側断面図、図１１は図１０の破線で囲んだ部分（Ｑ部）の拡大図、図１２は図１１のｙ−ｙ線断面図である。本実施の形態による照明装置において、図７〜図９に示す第５の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８４】
本実施の形態によるレーザ照明装置１では、第５の実施形態と同様に、レーザ照射装置２として、レーザ光を発振する複数（図７の例では３個）の半導体レーザ素子（光源）２ａと、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各コリメータレンズ２ｂに対応して設けられ平行光線とされたレーザ光を導光して出射する光ファイバ２ｄと、を有した構成である。光ファイバ２ｄは、半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を蛍光体３に導光して出射する導光手段の一例であり、導光手段としては光ファイバに限られない。
【００８５】
反射鏡５の凹部５ａ内の焦点位置に保持された蛍光体３は、図１１、図１２に示すように、後部中央に光散乱材４の外形に対応した空洞部３ａが形成されている。空洞部３ａの軸方向長さは、光散乱材４のそれより長く設定される。
【００８６】
光散乱材４は、図１０、図１１に示すように、光ファイバ２ｄの出射端に密着するように配置される。光ファイバ２ｄと光散乱材４の固定は、光ファイバ２ｄの出射端に密着するように光散乱材４を保持しておき、蛍光体３の空洞部３ａに光ファイバ２ｄと共に差し込むことにより行う。なお、光散乱材４を覆う蛍光体３の外形は、図１１に示すように、周囲のあらゆる方向に均等に蛍光を発することができる球形とするのが望ましいが、中心軸周りに対称な形状でも良く、例えば、円柱形、角柱形などを採用することもできる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、蛍光体３に対する光散乱材４の前後の位置関係が明確ではないようにみえるが、蛍光体３を励起する前のレーザ光のコヒーレンスを低下させる光散乱材４の機能からすれば、第５の実施形態と同様に、光散乱材４は蛍光体３の後方に配置されているものと見ることができる。
【００８８】
本実施の形態では、光散乱材４は、反射鏡５の凹部５ａ内の焦点位置に保持される蛍光体３に対して密着配置されており、光ファイバ２ｄから出射されるレーザ光は、光散乱材４を通過し、空間に放出されることなく蛍光体３を励起することになる。しかも、蛍光体３は光散乱材４の周面から前面にかけての広い範囲を覆っているため、レーザ光を残さず蛍光体３に照射することができる。
【００８９】
光散乱材４としては、上記の実施形態で述べたのと同様に、光散乱粒子が分散されたガラスまたは樹脂や、透明容器内に光散乱粒子が分散された流動体を収めたものを好適に使用できる。
【００９０】
本実施の形態による照明装置によると、光ファイバ２ｄ、光散乱材４、蛍光体３が一体化されており、蛍光体３の位置がズレたとしても、蛍光体３の位置ズレにレーザ光の光軸Ｌが追従する形で光ファイバ２ｄおよび光散乱材４もズレ、光ファイバ２ｄから出射されるレーザ光は必ず光散乱材４を透過すると共に、蛍光体３を励起するので、半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光が、高いコヒーレンスを保ったまま外部に漏れ出ることをより確実に防止することができる。また、万一経年による部品の変化／変形、外的な圧力や衝撃などにより蛍光体３が劣化あるいは消失したとしても、光ファイバ２ｄの出射端に設けられた光散乱材４によりレーザ光は確実にコヒーレンスが低減されており、コヒーレンスの高い光が外部に漏洩することが防止される構成となっている。
【００９１】
＜第７の実施形態＞
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の第７の実施形態を説明する。図１３は第７の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。図１４は、第７の実施形態の照明装置に備えられる蛍光体ユニットを示す側断面図である。本実施の形態による照明装置において、図７〜図９に示す第５の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
本実施の形態では、図１３に示すように、反射鏡５として凹部５ａの深い放物面鏡を使用している。凹部５ａの深い放物面鏡は、焦点位置が頂点に近づくという特徴を有する。この特徴は、反射鏡５の頂点付近に蛍光体３を配置しても平行光線を効率良く取り出すことができるというメリットに繋がる。特に、反射鏡５の頂点に蛍光体３を配置した場合には、反射鏡５自体で蛍光体３を保持できるので、別の保持部材が不要となり、余分な影を凹部５ａ内に作らなくて良くなる。
【００９３】
その他の特徴として、反射面の頂点からの立ち上がりが急になることがある。この特徴は、反射鏡５の外形を細長くできるというメリットに繋がる。細長い反射鏡５は、側面部の傾きが中心軸Ｚに平行に近いので、側面外部から頂点に向けて入射するレーザ光の入射角を鋭角にするのに役立つ。これにより、上記第１〜第６の実施形態では、反射鏡５を貫通する透孔５ｂが蛍光体３の後方に設けられていた（図１、図２、図３、図５、図７、図１０参照）のとは対照的に、本実施の形態では、図１３に示すように、透孔５ｂを蛍光体３の前方に設けることが可能となる。
【００９４】
反射鏡５の頂点及びその周辺には円形の取付穴５ｃが開口し、この取付穴５ｃに、蛍光体３および光散乱材４を金属板１３上に一体化して構成される、後述する蛍光体ユニット１４が図示のように取付けられる。
【００９５】
本実施の形態による照明装置１では、反射鏡５の外部に配置されるレーザ照射装置２は、レーザ光を発振する複数（例えば、１０個）の半導体レーザ素子（光源）２ａと、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を平行光線とする複数のコリメータレンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各コリメータレンズ２ｂに対応して設けられ平行光線とされたレーザ光を導光して出射する複数の光ファイバ２ｄと、複数の光ファイバ２ｄから出射される複数のレーザ光を集光して平行光線とする集光レンズ２ｅと、集光された光を反射する反射板２ｆと、を有した構成である。なお、半導体レーザ素子２ａから良好な平行光線が直接発振される場合は、コリメータレンズ２ｂは必ずしも必要ではない。
【００９６】
集光レンズ２ｅは、結束された光ファイバ２ｄの出射端から出射されたレーザ光の光軸Ｌ１に直交するように配置されている。反射板２ｆは、反射鏡５の透孔５ｂよりも前方に位置している。反射板２ｆの垂直軸からの傾き（図１３中に符号αで示す）は、反射されたレーザ光の光軸Ｌ２が反射鏡５の透孔５ｂを通過して反射鏡５の頂点付近を指向するような角度に設定される。
【００９７】
蛍光体３は、金属板１３上に固定され、その蛍光体３の表面を覆うように光散乱材４が層状に形成されている。このような金属板１３上に、蛍光体３および光散乱材４が一体的に配設された構造を、本実施の形態では、蛍光体ユニット（符号１４で表す）と称する。
【００９８】
次に、蛍光体ユニット１４の構成について、図１４を参照して具体的に説明する。
【００９９】
金属板１３の材料としては、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属を好適に使用できる。金属板１３の平面形状は、円形、矩形など任意の形状を採用でき、厚みも特に限定されない。ただし、金属板１３は蛍光体３から発熱される熱を伝熱して空気中に放熱させる機能を有するため、或る程度の面積と厚みが必要である。また、蛍光体３が設置される側の金属板１３の表面の反射率を向上させる（例えば、鏡面加工を施す）ことにより、蛍光体３から金属板１３へ放出される蛍光を反射して再利用することができて好ましい。
【０１００】
蛍光体３の材料としては、上述した蛍光物質の粉末を透明樹脂中に均一分散させたものを好適に使用できる。透明樹脂としては、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤を好適に使用できる。透明樹脂に対する蛍光物質の重量比は、例えば、３０％である。本実施形態においては、接着剤中に蛍光物質の粉末を混合し、金属板１３上に塗り、硬化させた。蛍光体は、例えば、３ｍｍφ×厚み０．２ｍｍとした。なお、蛍光体３の外形は、円柱、円錐等の任意の形状を採用できるが、本実施の形態では、蛍光体３を金属板１３上に固定する必要があることから少なくとも固定面となる平面を持つ形状が望ましい。
【０１０１】
光散乱材４は、ガラス母材に、光散乱粒子として粒子径１〜５０μｍの酸化チタン粒子が、重量比３０％で均一分散されたものを好適に使用できる。光散乱材４は、蛍光体３の表面全体（円柱形の場合は上面および側面）の上に層状に設置される。光散乱材４の層厚は、例えば、０．５ｍｍに設定される。
【０１０２】
本実施の形態では、図１３に示すように、蛍光体３表面に層状に形成された光散乱材４の外側から蛍光体３に向けてレーザ光を入射し、蛍光体３を励起して得られた蛍光を光散乱材４の表面から取り出すものである。よって、レーザ光と蛍光に対して光散乱材４の表面は無反射であることが理想的である。このため、図１４に示すように、光散乱材４の表面全体には、表面反射を低減するための微小な凹凸４ｃが形成されている。
【０１０３】
凹凸４ｃのサイズについては、面内における隣接する任意の２つの凸部間の距離（隣接する２つの凹部間の距離）（以下、「凹凸の間隔」と称し、図１４に符号ｐで示す）と、凸部の高さ（凹部の深さ）（図１４に符号ｈで示す）の両方が、レーザ光および蛍光の波長よりも小さくなるように設定することが必要である。このような波長よりも小さなサイズの凹凸構造を光散乱材４の表面に形成することにより、光散乱材４の表面で光散乱材の内外の媒質（本実施形態では、それぞれガラスおよび空気）間の屈折率の変化を滑らかな変化とすることが可能となり、表面反射がほとんど生じなくなる。
【０１０４】
本実施の形態では、凹凸の間隔（ｐ）は１００ｎｍ程度であり、凸部の高さ（ｈ）は１５０ｎｍ程度を採用している。一方、レーザ光は４０５ｎｍに強い単一のピーク波長を持つスペクトルであり、蛍光は４２０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に広がったブロードな波長のスペクトルである。従って、上記凹凸４ｃのサイズ例は、レーザ光および蛍光の波長よりも十分に小さいものとなる。
【０１０５】
凹凸４ｃは周期的（図１４中のｐおよびｈの寸法が揃ったもの）であってもランダム（図１４中のｐおよびｈの寸法が不揃いのもの）であっても良い。ただし、凹凸の間隔が非常に小さくなるので、ランダムに形成するよりも周期的に作る方が、レーザ光および蛍光に対して無反射であるという所望の特性を持つ構造を実現しやすい。
【０１０６】
このような蛍光体ユニット１４の作製方法としては種々考えられるが、一例としては、次のような方法を採用することができる。すなわち、ＵＶ硬化性接着剤に蛍光物質の粉末を混ぜ、金属板１３上に所望の形状（本実施の形態では円柱状）に形作って塗布する。そして、そのＵＶ硬化性樹脂に対して紫外線を照射して硬化させる。これにより、金属板１３上に所望の形状の蛍光体３が固定された構造を簡単に作ることができる。そして、この蛍光体３の露出した表面に、低融点のガラス粉末と酸化チタン粒子を乗せて６００°に加熱してガラスを融解し、表面全体にガラスが流動して広がったところで加熱を中止して固化させる。これにより、蛍光体３の表面に光散乱材４が層状に形成された構造を簡単に作ることができる。
【０１０７】
上記のように構成される蛍光体ユニット１４は、図１３に示すように、反射鏡５の後方から取付穴５ｃに蛍光体部分を挿入し、金属板１３の表面が反射鏡５の中心軸Ｚに対して略直交する配置で反射鏡５に対して固定される。反射鏡５への蛍光体ユニット１４の固定は、蛍光体部分の取付孔５ｃへの填め込みや接着を利用しても良いし、金属板部分を反射鏡５の外面部にネジ等の固定部材を用いて固定することも可能である。
【０１０８】
本実施の形態では、第５、第６の実施形態（図７、図１０参照）のように、レーザ光は、光散乱材４を透過した後に、蛍光体３を励起することになる。
【０１０９】
次に、蛍光体ユニット１４の作用について図１５、図１６を参照しながら説明する。図１５（ａ）は、本実施の形態の蛍光体ユニットの側断面図であって、光散乱材が蛍光体を励起する光（以下、「励起光」と称する場合もある）に与える作用を説明する図であり、図１５（ｂ）は、光散乱材が蛍光体から発光される光（以下、「蛍光」と称する場合もある）に与える作用を説明する側断面図である。図１６は、本実施の形態の蛍光体ユニットの側断面図であり、光散乱材および光散乱材が蛍光体から発熱される熱に与える作用を説明する図である。
【０１１０】
図１５（ａ）に矢印Ａ１で示すように、レーザ光（本実施の形態では、波長４０５ｎｍの青紫色のレーザ光）は、その光軸が蛍光体３上面の略中央に突き当たる方向に調整される。蛍光体３の表面には層状に形成された光散乱材４が存在するので、レーザ光は蛍光体３に直接入射されるではなく、光散乱材４の表面からその内部に入射されることになる。この際、光散乱材４の表面には、レーザ光の波長よりも小さなサイズ（すなわち、図１４中のｐおよびｈの寸法がレーザ光の波長より小さい）の凹凸４ｃが設けられているために、レーザ光は光散乱材４の表面ではほとんど反射されず（反射率０．１％未満）、ほぼ全てが光散乱材４の内部に進入する。
【０１１１】
光散乱材４の内部に進入したレーザ光は、図１５（ａ）に矢印Ａ２で示すように、光散乱材４内の散乱粒子により散乱された後に、蛍光体３に入射されることになる。この際、光散乱材４の内部には波長よりも大きなサイズの光散乱粒子（酸化チタン粒子）が分散されているため、光散乱材４の内部に進入したレーザ光は多重散乱される。これにより、レーザ光のコヒーレンスが低下する。この散乱された励起光はコヒーレンスは低下されているが、元のレーザ光の波長は維持している。従って、蛍光体３に入射される励起光により、蛍光体３内部の蛍光物質が励起される。
【０１１２】
蛍光体３は、レーザ光に励起されることによって白色の蛍光を放出する。このとき、図１５（ｂ）に示すように、白色の蛍光は光散乱材４内で光散乱粒子により励起光のときと同様に多重散乱される。この散乱された蛍光は、蛍光体３の上面および側面に配置される光散乱材４の表面に到達する。蛍光体３の底面に向かう蛍光も、大部分、金属板１３により反射され、光散乱材４の表面に到達する。この際、光散乱材４の表面には、レーザ光の波長よりも小さなサイズ（すなわち、図１４中のｐおよびｈの寸法がレーザ光の波長より小さい）の凹凸４ｃが設けられているために、蛍光は光散乱材４の表面ではほとんど反射されず（反射率０．１％未満）、ほぼ全てが光散乱材４の外部に放出される。放出された蛍光は、反射鏡５（図１３参照）により反射され、平行光線として前方に投射される。
【０１１３】
一方、励起された蛍光体３は、非常に大きな密度での発熱を伴う。特に、照明装置１として高輝度化を実現するには、蛍光体３を点光源と見なせるほどに小さくする必要があるが、その場合、小さな蛍光体３の温度は数１００℃に達する場合があるため、蛍光体３の熱を効率良く放熱するための放熱構造が必要となる。
【０１１４】
本実施の形態では、図１６に示すように、蛍光体３の底面は熱伝導性の良い金属板１３に熱的に接触しているため、蛍光体３の熱は、図１６に矢印Ｂ１で示すように、金属板１３に伝熱され、金属板１３の表面から空気中に効率良く放熱される。また、蛍光体３の表面を覆う光散乱材４の熱伝導率も、金属ほどではないものの空気よりは高いため、矢印Ｂ２に示すように、蛍光体３の熱の一部は光散乱材４にも伝熱され、光散乱材４を介しても放熱される。すなわち、光散乱材４が蛍光体３の放熱に寄与することになる。蛍光体３は十分に薄く作られているため、内部に熱がこもりにくく、効率的に蛍光体３の表面から金属板１３や光散乱材４に伝熱させることが可能である。
【０１１５】
本実施の形態の照明装置によると、蛍光体３を励起する前に、微小な凹凸４ｃを有する光散乱材４にレーザ光を入射させるようにしているので、上記第１〜第６の実施形態で述べた光散乱材４内部の光散乱粒子による散乱作用によるコヒーレンスの低減効果に加えて、光散乱材４表面で反射するレーザ光を抑制することができる。従って、確実にレーザ光の漏れが防止され、目に対する安全性が格段に向上する。レーザ光は、図１３に示すように、中心軸Ｚを基準として斜め方向から入射されるが、見かけ上、蛍光体３よりも大きなサイズで、光散乱材４が蛍光体３を覆っていることにより、レーザ照射装置２のアライメントがズレ、レーザ光の光軸Ｌ２が多少ズレた場合にも、レーザ光が反射鏡５に直接反射されてそのまま外に出る確率が少なくなっている。
【０１１６】
また、本実施の形態の照明装置によると、蛍光体３の発熱を、金属板１３を用いて積極的に放熱するようにしたので、蛍光体３の経年劣化や焦げ付きが抑制される。しかも、金属板１３は反射鏡５の外部の空間に露出しているので、凹部５ａ内に熱がこもりにくく、図１３のように凹部５ａの深い反射鏡５を用いる場合に好適である。
【０１１７】
また、本実施の形態の照明装置によると、蛍光体３を光散乱材４と共に金属板１３上に一体化した蛍光体ユニット１４を用いるため、光散乱材４の取り扱いの利便性が増す。また、ユニット単位で部品の分解が行え、部品交換の手間が削減される。
【０１１８】
＜第８の実施形態＞
次に、図１７を参照して、本発明の第８の実施形態を説明する。図１７は第８の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。本実施の形態による照明装置において、図１６に示す第７の実施形態による照明装置と同一の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１１９】
本実施の形態では、図１７に示すように、放物面鏡（図１６参照）を中心軸Ｚを通る平面で半分に分割した形状のハーフリフレクタを使用している。ハーフリフレクタは反射面の面積が半分になるが、中心軸Ｚを通る平面を持つ板状の支持体（図１７の金属板１３参照）に反射鏡５を支持すれば、この支持体上に焦点が位置するので、別の保持部材を用いなくても、焦点に蛍光体３を支持することが容易である。本実施の形態では、支持体として、蛍光体ユニット１４を構成する金属板１３を用いている。
【０１２０】
本実施の形態の照明装置によると、反射鏡５の焦点位置に蛍光体３を配置できるため、平行光線の利用効率が向上する。特に、凹部５ａの深い放物面鏡では、小さな光束で遠方まで広がらずに進むビーム状の光を作るのに有効である。
【０１２１】
また、本実施の形態の照明装置によると、装置を大型化することなく、蛍光体ユニット１４を構成する金属板１３の表面積を大きく取れるので、蛍光体３の熱の放熱効率が向上する。
【０１２２】
以上、具体的実施の形態を挙げて本発明による照明装置を説明したが、本発明は半導体レーザ素子の種類、波長、出力、蛍光体の種類、蛍光波長、レーザ光を蛍光体に導く方法に依存しないものである。
【０１２３】
例えば、上記の実施形態では、複数の半導体レーザ素子は固有波長が同一のもので統一した場合を説明したが、異なる固有波長をもつ半導体レーザ素子を組み合わせて使用し、照明光として必要な色味を実現するようにしてもよい。例えば、半導体レーザ素子として４０５ｎｍ（青紫色）、６５０ｎｍ（赤色）の二種類の固有波長を使用し、蛍光体としてSiAlON（青緑色）を使用し、４０５ｎｍのレーザ光でSiAlON蛍光体を励起して青緑色に発光するが、赤みが足りない分を６５０ｎｍの半導体レーザ素子で補うようなものが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、レーザ光を蛍光体の励起光源とする照明装置に利用することができ、例えば、高輝度が要求される車両用前照灯などに応用が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  照明装置
２  レーザ照射装置
２ａ  半導体レーザ素子
２ｂ  コリメータレンズ
２ｃ、２ｅ集光レンズ
２ｄ  光ファイバ
２ｆ  反射板
３  蛍光体
４  光散乱材
５  凹面鏡
５ａ  凹部
６  カバー
７  フィルタ
８  集光レンズ
９  パイプ
１０  ポンプ
１１  副反射鏡
【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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