(57)【要約】【課題】  単一波長のレーザー光を用いて複数色の照明光を発生させることが可能であるとともに、信頼性を向上させることが可能な照明装置を提供する。【解決手段】  照明装置は、レーザー光を発光するレーザー光源１１と、レーザー光源１１からのレーザー光を透過するとともに、レーザー光を屈折させる液晶素子１３と、液晶素子１３からのレーザー光を受け、レーザー光を波長変化して照明光を放射し、第１色の第１蛍光体と、第１色と異なる第２色の第２蛍光体とを含む蛍光体ユニット１４とを含む。液晶素子１３は、レーザー光の角度を制御し、第１蛍光体及び第２蛍光体の１つを選択する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発光するレーザー光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光を透過するとともに、前記レーザー光を屈折させる液晶素子と、
前記液晶素子からのレーザー光を受け、前記レーザー光を波長変化して照明光を放射し、第１色の第１蛍光体と、前記第１色と異なる第２色の第２蛍光体とを含む蛍光体ユニットと
を具備し、
前記液晶素子は、前記レーザー光の角度を制御し、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体の１つを選択する
照明装置。
【請求項２】
前記液晶素子は、屈折率の勾配を形成することによって前記レーザー光を偏向させる
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記液晶素子は、
０次回折光と±１次回折光とを出射する回折格子であり、
第１電極が設けられた第１領域と、第２電極が設けられた第２領域とを含み、前記第１領域と前記第２領域との位相差を変化させることによって前記０次回折光と前記±１次回折光との強度比率を変化させる
請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１蛍光体は、前記０次回折光を受けるように配置され、
前記第２蛍光体は、前記±１次回折光の１つを受けるように配置される
請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記蛍光体ユニットは、前記第１色と異なる第３色の第３蛍光体をさらに具備し、
前記第３蛍光体は、前記±１次回折光の他の１つを受けるように配置される
請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記蛍光体ユニットの前記液晶素子と反対側に設けられた第１反射部材と、
前記蛍光体ユニットから放射されかつ前記第１反射部材によって反射された照明光を、前記レーザー光の進行方向に向けて反射する第２反射部材と
をさらに具備する
請求項１乃至５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記第１反射部材は、平面鏡であり、
前記第２反射部材は、凹面鏡である
請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記蛍光体ユニットから放射された照明光を、前記レーザー光の進行方向と反対方向に向けて反射する第１反射部材をさらに具備する
請求項１乃至５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
前記第１反射部材は、凹面鏡である
請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記液晶素子と前記蛍光体ユニットとの間に設けられ、前記レーザー光源の光軸と平行にレーザー光を屈折させるテレセントリック光学系をさらに具備する
請求項１乃至９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、照明装置に係り、特に液晶素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明の明るさや色が与える心理的効果が広く知られるようになり、状況に応じて発光色や明るさが変更できる、調色、調光機能付照明が家庭、オフィス、又は店舗などに採用され始めている。調色機能を有する照明装置は、ほとんどの場合、異なる発光色の発光素子を組み合わせて使用することで調色の効果を得ている。
【０００３】
照明として用いられるランプは、フィラメント球や蛍光灯などから、デザイン性や配光性に優れ、長寿命、低消費電力のＬＥＤ（light-emitting diode）やレーザーダイオードを用いた光源に移り変わりつつある。
【０００４】
室内照明としては、白色ＬＥＤの性能向上や近年の環境問題への関心の高まりもあり、急速にＬＥＤへの切り替えが進んでいる。自動車のランプについても、ＬＥＤの採用が進んでおり、特に電気を動力源に用いる電気自動車では、各種ランプの消費電力が航続可能距離に直接的に影響することもあり、消費電力の少ないＬＥＤが多く採用されている。
【０００５】
ＬＥＤは、電流密度が高くなると発光効率が低下するドループ現象が発生するため、高い光量を得るには、複数のＬＥＤを平面もしくは立体的に配列させる必要がある。一方で、レーザー光源は、ドループ現象が起きず、高出力でも高効率を維持することができる。また、レーザー光を蛍光体に集光させることにより、高輝度の点光源が得られ、照明装置の小型化や点光源であることを活かした設計が可能となる。
【０００６】
現状では、ＬＤ（レーザーダイオード）の価格はＬＥＤと比較して高価であり、照明装置としてコストを抑えるためにも、使用するＬＤは少数であることが望ましい。多数のＬＤを組み合わせることで調色効果を得ようとすると、装置価格が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１３４６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、単一波長のレーザー光を用いて複数色の照明光を発生させることが可能であるとともに、信頼性を向上させることが可能な照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る照明装置は、レーザー光を発光するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を透過するとともに、前記レーザー光を屈折させる液晶素子と、前記液晶素子からのレーザー光を受け、前記レーザー光を波長変化して照明光を放射し、第１色の第１蛍光体と、前記第１色と異なる第２色の第２蛍光体とを含む蛍光体ユニットとを具備する。前記液晶素子は、前記レーザー光の角度を制御し、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体の１つを選択する。
【００１０】
本発明の一態様に係る照明装置において、前記液晶素子は、屈折率の勾配を形成することによって前記レーザー光を偏向させる。
【００１１】
本発明の一態様に係る照明装置において、前記液晶素子は、０次回折光と±１次回折光とを出射する回折格子である。前記液晶素子は、第１電極が設けられた第１領域と、第２電極が設けられた第２領域とを含み、前記第１領域と前記第２領域との位相差を変化させることによって前記０次回折光と前記±１次回折光との強度比率を変化させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、単一波長のレーザー光を用いて複数色の照明光を発生させることが可能であるとともに、信頼性を向上させることが可能な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る照明装置の断面図。
【図２】図１に示した蛍光体ユニットを中心に説明する断面図。
【図３】第１実施形態に係る照明装置のブロック図。
【図４】図１に示した光偏向素子の断面図。
【図５】図４に示した１つの液晶パネルの平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネルの断面図。
【図７】他の構成例に係る光偏向素子の断面図。
【図８】図７に示した１つの液晶パネルの平面図。
【図９】図８のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネルの断面図。
【図１０】光偏向素子の配線構造を示す模式図。
【図１１】光偏向素子の偏向動作を説明する模式的な断面図。
【図１２】図７に示した光偏向素子の偏向動作を説明する模式的な断面図。
【図１３】第２実施形態に係る照明装置の断面図。
【図１４】第３実施形態に係る照明装置の断面図。
【図１５】図１４に示したテレセントリック光学系を中心に説明する断面図。
【図１６】第４実施形態に係る照明装置の断面図。
【図１７】第５実施形態に係る照明装置の断面図。
【図１８】図１７に示した蛍光体ユニットを中心に説明する断面図。
【図１９】第５実施形態に係る照明装置のブロック図。
【図２０】図１７に示した回折格子の平面図。
【図２１】図２０のＡ−Ａ´線に沿った回折格子の断面図。
【図２２】回折格子の配線構造を示す模式図。
【図２３】±１次回折光を用いた回折格子の回折動作を説明する断面図。
【図２４】０次回折光、及び±１次回折光を用いた回折格子の回折動作を説明する断面図。
【図２５】第６実施形態に係る照明装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１５】
［第１実施形態］
自動車に使用されるヘッドランプの色温度に関しては、デザイン性から高色温度が好まれる傾向にあるが、人の眼には暗く感じられるため視認性としては劣る。視認性を高めるためには色温度６，０００Ｋ程度の純白色が適しており、一方で雨天時は色温度が低いほうが水滴の乱反射が抑えられ、優れた視認性が得られると言われている。
【００１６】
また、ヘッドランプの発光色を自由に変化させることができれば、前方の車両に対する強力な警告信号として用いることが可能になる。例えば、警察車両、救急車、又は消防車等の緊急車両に採用することで、前方車両に対してより効果的に緊急車両の位置を知らせることが可能となる。
【００１７】
上記の点から、状況に応じてヘッドランプの発光色を変化させることによって、デザイン性、安全性、及び注意喚起の効果を高めることが期待できる。従来のヘッドランプに用いられているハロゲンランプやＬＥＤなどの発光素子は、調色機能を備えておらず、複数の色調を表現する場合、２つ以上の発光素子が必要である。本実施形態では、レーザー光源、液晶光偏向素子、及び複数の蛍光体を用いることで、単一のレーザー光源による調色可能な照明装置について説明する。
【００１８】
［１］  照明装置１０の構成
［１−１］  照明装置１０の断面構成
図１は、第１実施形態に係る照明装置１０の断面図である。照明装置１０は、レーザー光源１１、コリメータ１２、光偏向素子１３、蛍光体ユニット１４、反射部材（平面鏡）１５、反射部材（凹面鏡）１６、及び透過フィルター１７を備える。なお、図１では、レーザー光源１１、コリメータ１２、光偏向素子１３、蛍光体ユニット１４、反射部材１５、反射部材１６、及び透過フィルター１７を固定する固定部材の図示を省略しているが、これらのモジュールは、図１に示す位置に複数の固定部材（図示せず）によって固定される。
【００１９】
レーザー光源１１は、単波長のレーザー光を発光する。レーザー光源１１は、例えばレーザーダイオードで構成される。レーザー光の波長は、広範囲の可視光に蛍光させるため、青紫色（３６０ｎｍ程度）から青色（４６０ｎｍ程度）までの間の波長を用いることが好ましい。本実施形態では、波長λ＝４５０ｎｍ程度のＧａＮ系半導体レーザーを用いることが可能である。レーザー光源１１は、蛍光体に対応した波長を持つものであれば材料や方式に制限はないが、現状では、小型かつ比較的安価で高出力が実現されているＧａＮ系の半導体レーザーが好ましい。
【００２０】
コリメータ１２は、レーザー光源１１からのレーザー光の光軸上に配置される。コリメータ１２は、レンズで構成され、入射光を平行な光線に整形する。コリメータ１２から出射されるレーザー光は、高い指向性を有し、コヒーレンス（可干渉性）を持つレーザー光である。なお、レーザー光源１１が指向性の高いレーザー光を出射する場合は、コリメータ１２は不要である。
【００２１】
光偏向素子１３は、レーザー光源１１からのレーザー光の光軸上に配置される。光偏向素子１３は、例えば、後述する反射部材１６に固定される。光偏向素子１３の入射面は、コリメータ１２からのレーザー光の進行方向に対して概略垂直になるように配置される。光偏向素子１３は、液晶層を備える液晶素子から構成される。光偏向素子１３は、コリメータ１２を透過したレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を偏向させる。光偏向素子１３は、複数の液晶パネルが積層されて構成される。光偏向素子１３の具体的な構成については後述する。
【００２２】
レーザー光源１１から出射されるレーザー光は、ある偏光軸で振動する直線偏光である。光偏向素子１３の偏光方向（偏光軸）は、レーザー光の偏光方向と平行に設定される。光偏向素子１３の偏光軸とは、液晶分子の長軸（ダイレクタ）が電界に応じて動く面と平行な方向である。
【００２３】
蛍光体ユニット１４は、互いに色温度の異なる複数の蛍光体を備える。蛍光体ユニット１４は、図１に示すように、例えば５個の蛍光体を備える。各蛍光体は、レーザー光を波長変換して、所望の色の照明光（可視光）を放射する。具体的には、蛍光体は、レーザー光を吸収して励起状態となった後、もとの基底状態に戻る過程で光（蛍光）を放射する。蛍光体ユニット１４は、例えば、反射部材１５に固定される。
【００２４】
反射部材１５は、蛍光体ユニット１４のレーザー光源１１と反対側の面に設けられる。反射部材１５は、例えば平面形状を有し、例えば平面鏡で構成される。平面鏡１５は、蛍光体ユニット１４を透過した照明光を反射する。平面鏡１５の蛍光体の反対側の面には、蛍光体の発熱を抑えるための放熱板を設置してもよい。
【００２５】
反射部材１６は、平面鏡１５によって反射された照明光を、レーザー光源１１からのレーザー光の進行方向と同じ方向に反射する。また、反射部材１６は、平面鏡１５によって反射された照明光を略平行な光線として放射する。反射部材１６は、例えば凹面鏡で構成される。前述した蛍光体ユニット１４は、凹面鏡１６の焦点付近に配置される。凹面鏡１６は、光偏向素子１３から出射されたレーザー光を通すための開口部１６Ｂを備える。
【００２６】
凹面鏡１６は、曲面からなる反射面１６Ａを有する。立体的に見ると、凹面鏡１６は、お椀形の反射面１６Ａを有する。凹面鏡１６は、例えば、樹脂などで構成された基材の凹面に、光を反射する金属膜（例えばアルミニウム）を形成して構成することができる。
【００２７】
透過フィルター１７は、励起光に紫外波長を用いた場合、蛍光体ユニット１４で波長変換された光を透過し、紫外線を透過しない性質を有する。透過フィルター１７は、人体への悪影響や部材の劣化を招く紫外光がランプ外に漏れるのを防ぐ役割を担う。レーザー光源の波長をそのまま照明光の一部に用いる場合は、透過フィルターは不要である。
【００２８】
なお、図１に示すように、励起レーザーの入射方向と、照明としての照射方向とは必ずしも一致している必要性はなく、照明装置の光学特性や装置サイズなどの要求される仕様によって、適した配置に設計することができる。
【００２９】
［１−２］  蛍光体ユニット１４の構成
次に、蛍光体ユニット１４の構成について説明する。図２は、図１に示した蛍光体ユニット１４を中心に説明する断面図である。図２は、レーザー光源１１から出射されたレーザー光が蛍光体ユニット１４に入射する様子も示している。
【００３０】
蛍光体ユニット１４は、前述したように、蛍光色の異なる複数の蛍光体を備える。例えば、図２では、蛍光体ユニット１４は、赤色光を放射する蛍光体１４−Ｒ、緑色光を放射する蛍光体１４−Ｇ、青色光を放射する蛍光体１４−Ｂ、電球色を放射する蛍光体１４−Ｌ、及び白色光を放射する蛍光体１４−Ｗを示している。蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体、サイアロン系蛍光体、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系蛍光体、量子ドット蛍光体、ペロブスカイト蛍光体、及びＫＳＦ（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋）蛍光体などを用いることができる。
【００３１】
なお、蛍光体の配置、及び蛍光体が設けられる反射部材１５の形状は必ずしも平面である必要はなく、蛍光の強度分布を制御するため湾曲形状や段差形状を持たせてもよい。湾曲形状や段差形状は、平面鏡上に透明な樹脂を用いて形成できる。
【００３２】
図２に示すように、レーザー光源１１から出射されたレーザー光は、光偏向素子１３によって偏向角が制御され、蛍光体１４−Ｒ、１４−Ｇ、１４−Ｂ、１４−Ｌ、１４−Ｗのいずれかに入射する。蛍光体１４−Ｒ、１４−Ｇ、１４−Ｂ、１４−Ｌ、１４−Ｗはそれぞれ、レーザー光を波長変換して、所望の色の照明光を放射する。
【００３３】
［１−３］  照明装置１０のブロック構成
次に、照明装置１０のブロック構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る照明装置１０のブロック図である。照明装置１０は、レーザー光源１１、光偏向素子１３、駆動回路２０、電圧発生回路２１、制御回路２２、及び入力部２３を備える。
【００３４】
後述するように、光偏向素子１３は、液晶層の配向を制御するための複数の電極を備える。駆動回路２０は、光偏向素子１３が備える複数の電極に電気的に接続される。駆動回路２０は、光偏向素子１３に複数の電圧を印加することで、光偏向素子１３を駆動する。具体的には、駆動回路２０は、光偏向素子１３に含まれる液晶層の配向を制御する。
【００３５】
電圧発生回路２１は、外部電源を用いて、照明装置１０の動作に必要な複数の電圧を発生する。電圧発生回路２１により発生された電圧は、照明装置１０内の各モジュール、特に駆動回路２０に供給される。
【００３６】
入力部２３は、外部から入力信号を受ける。この入力信号は、照明光の色を選択するための選択信号を含む。入力部２３は、入力信号を制御回路２２に送る。
【００３７】
制御回路２２は、照明装置１０の動作を統括的に制御する。制御回路２２は、入力部２３から送られた入力信号に基づいて、駆動回路２０及び電圧発生回路２１を制御することが可能である。
【００３８】
［１−４］  光偏向素子１３の構成
次に、光偏向素子１３の構成について説明する。図４は、図１に示した光偏向素子１３の断面図である。
【００３９】
光偏向素子１３は、複数の液晶パネル３０が積層されて構成される。図４では、一例として、７個の液晶パネル３０−１〜３０−７を示している。液晶パネル３０−１〜３０−７は、例えば、透明な接着材を用いて積層される。
【００４０】
図５は、図４に示した１つの液晶パネル３０の平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネル３０の断面図である。
【００４１】
液晶パネル３０は、透過型の液晶素子である。液晶パネル３０は、対向配置された基板３１、３２と、基板３１、３２間に挟持された液晶層３３とを備える。基板３１、３２の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板）から構成される。例えば、基板３１は、レーザー光源１１側に配置され、レーザー光源１１からのレーザー光は、基板３１側から液晶層３３に入射する。
【００４２】
液晶層３３は、基板３１、３２間に充填される。具体的には、液晶層３３は、基板３１、３２と、シール材３４とによって包囲された領域内に封入される。シール材３４は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板３１又は基板３２に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。
【００４３】
液晶層３３を構成する液晶材料は、基板３１、３２間に印加された電圧（電界）に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶パネル３０は、例えばホモジニアスモードである。すなわち、液晶層３３として正の誘電率異方性を有するポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、電圧（電界）を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に配向する。ホモジニアスモードでは、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が概略水平方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が垂直方向に向かって傾く。液晶分子の傾斜角は、印加される実効電圧に応じて変化する。液晶層３３の初期配向は、液晶層３３を挟むようにして基板３１、３２にそれぞれ設けられた２つの配向膜によって制御される。
【００４４】
なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いてもよい。ＶＡモードでは、電界を印加しない時に液晶分子の長軸が概略垂直方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が水平方向に向かって傾く。
【００４５】
基板３１の液晶層３３側には、それぞれがＹ方向に延びる複数の電極３５、及び複数の電極３６が設けられる。複数の電極３５と複数の電極３６とは、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って、交互に配置される。複数の電極３５は、同じ幅を有する。複数の電極３６は、同じ幅を有する。図５及び図６では、一例として、４個の電極３５−１〜３５−４と、４個の電極３６−１〜３６−４とを示している。複数の電極３５と複数の電極３６とは、互いの間隔が同じであり、例えば、この間隔は、電極を加工する際の製造工程に起因する最小加工寸法である。
【００４６】
１つの電極３５と１つの電極３６との対が繰り返し単位３７を構成する。図５及び図６には、４個の繰り返し単位３７−１〜３７−４が示される。１つの繰り返し単位３７の幅（周期幅）をＷとする。液晶パネル３０−１〜３０−７は、同じ周期幅Ｗを有する。
【００４７】
基板３１、及び電極３５、３６上には、液晶層３３の初期配向を制御する配向膜３８が設けられる。
【００４８】
基板３２の液晶層３３側には、１つの共通電極３９が設けられる。共通電極３９は、基板３２全面に平面状に設けられる。基板３２、及び共通電極３９上には、液晶層３３の初期配向を制御する配向膜４０が設けられる。なお、基板３１に共通電極３９を配置し、基板３２に電極３５、３６を配置してもよい。
【００４９】
電極３５、３６、及び共通電極３９はそれぞれ、透明電極から構成され、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
【００５０】
図４には、一例として、４個の繰り返し単位３７−１〜３７−４を示している。前述したように、液晶パネル３０−１〜３０−７は、同じ繰り返し単位３７の幅（周期幅Ｗ）を有する。図４では、図面が煩雑になるのを避けるために、液晶パネル３０に含まれる電極３５、３６を抽出して示しているが、実際の断面構造は、図５に示す通りである。図４では、液晶パネル３０のうち、電極３５が占める領域をドットハッチングで示し、電極３６が占める領域にはハッチングを付していない。
【００５１】
液晶パネル３０−１〜３０−７において、同じ列の７個の繰り返し単位３７に含まれる７個の電極３５は、液晶パネル３０−１〜３０−７の順に長くなる。液晶パネル３０−１〜３０−７において、同じ列の７個の繰り返し単位３７に含まれる７個の電極３６は、液晶パネル３０−１〜３０−７の順に短くなる。
【００５２】
換言すると、同じ列の７個の電極３５は、逆階段状に形成される。７個の電極３５の増加分は一定である。同じ列の７個の電極３５は、それらの左端が揃うように配置される。例えば、最小の電極３５（液晶パネル３０−１の電極３５）の幅が最小値５０μｍ、最大の電極３５（液晶パネル３０−７の電極３５）の幅が最大値３５０μｍであり、液晶パネル３０ごとに５０μｍずつ大きくなる。
【００５３】
同じ列の７個の電極３６は、階段状に形成される。７個の電極３６の減少分は一定である。同じ列の７個の電極３６は、それらの右端が揃うように配置される。例えば、最大の電極３６（液晶パネル３０−１の電極３６）の幅が最大値３５０μｍ、最小の電極３６（液晶パネル３０−７の電極３６）の幅が最小値５０μｍであり、液晶パネル３０ごとに５０μｍずつ小さくなる。
【００５４】
なお、液晶パネル３０−１〜３０−７の積層順序は、図４の通りでなくてもよく、任意に入れ替えることが可能である。すなわち、順に幅が広くなる７個の電極３５と、順に幅が狭くなる７個の電極３６とをそれぞれ有する液晶パネル３０−１〜３０−７を光偏向素子１３が備えていればよく、階段状に電極に並べなくてもよい。
【００５５】
液晶パネル３０として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式を用いた透過型液晶素子（透過型ＬＣＯＳ）を用いてもよい。透過型ＬＣＯＳを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の液晶パネル３０を実現できる。透過型ＬＣＯＳでは、シリコン基板（又は透明基板上に形成されたシリコン層）が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光（赤外線を含む）を透過するため、ＬＣＯＳを透過型液晶素子として使用することができる。ＬＣＯＳを使用することにより、セル電極がより小さい液晶素子を実現することができるため、液晶素子を小型化することが可能となる。
【００５６】
［１−５］  光偏向素子１３の他の構成例
次に、光偏向素子１３の他の構成例について説明する。図７は、他の構成例に係る光偏向素子１３の断面図である。
【００５７】
光偏向素子１３は、複数の液晶パネル３０が積層されて構成される。図７では、一例として、７個の液晶パネル３０−１〜３０−７を示している。液晶パネル３０−１〜３０−７は、例えば、透明な接着材を用いて積層される。
【００５８】
図８は、図７に示した１つの液晶パネル３０の平面図である。図９は、図８のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネル３０の断面図である。
【００５９】
基板３１の液晶層３３側には、それぞれがＹ方向に延びる複数の電極３５、及び複数の電極３６が設けられる。複数の電極３５と複数の電極３６とは、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って、交互に配置される。複数の電極３５、及び複数の電極３６はそれぞれ、同じ幅を有する。図８及び図９では、一例として、４個の電極３５−１〜３５−４と、４個の電極３６−１〜３６−４とを示している。複数の電極３５と複数の電極３６とは、互いの間隔が同じである。
【００６０】
図７において、液晶パネル３０−７に含まれる複数の電極３５及び複数の電極３６は、電極ピッチＰ１を有する。液晶パネル３０−７の電極パターンをパターン“ａ”と呼ぶ。図７では、図面が煩雑になるのを避けるために、液晶パネル３０に含まれる電極３５、３６を抽出しているが、実際の断面構造は、図８に示す通りである。図７では、液晶パネル３０のうち、電極３５が占める領域をドットハッチングで示し、電極３６が占める領域にはハッチングを付していない。
【００６１】
２個の液晶パネル３０−５、３０−６は、同じ構造を有する。液晶パネル３０−５に含まれる複数の電極３５及び複数の電極３６は、電極ピッチＰ２を有する。液晶パネル３０−６も、電極ピッチＰ２を有する。液晶パネル３０−５、３０−６の電極パターンをパターン“ｂ”と呼ぶ。パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２倍である。
【００６２】
４個の液晶パネル３０−１〜３０−４は、同じ構造を有する。液晶パネル３０−１に含まれる複数の電極３５及び複数の電極３６は、電極ピッチＰ３を有する。液晶パネル３０−２〜３０−４も、電極ピッチＰ３を有する。液晶パネル３０−１〜３０−４の電極パターンをパターン“ｃ”と呼ぶ。パターン“ｃ”の電極ピッチＰ３は、パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２の２倍である。
【００６３】
最大の電極幅を有する液晶パネル３０−１において、１つの電極３５と１つの電極３６との対が繰り返し単位３７であり、繰り返し単位３７は、周期幅Ｗを有する。周期幅Ｗごとに、屈折率の勾配が繰り返される。図７では、液晶パネル３０−１が４個の繰り返し単位３７−１〜３７−４を備える場合を例示している。
【００６４】
光偏向素子１３が７個の液晶パネル３０−１〜３０−７を備える構成例である場合、パターン“ａ”、“ｂ”、“ｃ”の３種類の液晶パネルを用いて、光偏向素子１３を構成することができる。
【００６５】
積層される液晶パネル３０の数がさらに増えた場合でも、上記と同様の電極ピッチ及び電極パターンの関係が適用される。例えば、光偏向素子１３が１５個の液晶パネル３０を備える構成例である場合、４種類の電極パターンをそれぞれ有する４種類の液晶パネルを用いて、光偏向素子１３を構成することができる。
【００６６】
一般化すると、最小パターンであるパターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２（ｎ−１）倍の電極ピッチを有する液晶パネルの枚数は、２（ｎ−１）である。“ｎ”は、１から連続する自然数である。また、“ｎ”は、最低で２まで増分（インクリメント）される。上記関係を満たすように、液晶パネルを積層することで、光偏向素子１３に屈折率の勾配を形成できる。
【００６７】
具体的には、パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２倍であるため、パターン“ｂ”の液晶パネルの数は２個である。パターン“ｃ”の電極ピッチＰ３は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の４倍であるため、パターン“ｃ”の液晶パネルの数は４個である。液晶パネル３０の積層数が３個以上であれば、上記関係が成り立つ。液晶パネル３０−７の電極ピッチＰ１＝５０μｍとした場合、液晶パネル３０−５、３０−６の電極ピッチＰ２＝１００μｍ、液晶パネル３０−１〜３０−４の電極ピッチＰ３＝２００μｍである。
【００６８】
なお、パターン“ａ”、“ｂ”、“ｃ”それぞれの液晶パネルの枚数が規定した通りであればよく、積層順序は、図７と同じでなくてもよい。すなわち、同じパターンの液晶パネルを連続して積層しなくてもよい。
【００６９】
［１−６］  光偏向素子１３の配線構造
次に、光偏向素子１３の配線構造について説明する。図１０は、光偏向素子１３の配線構造を示す模式図である。
【００７０】
前述したように、光偏向素子１３は、複数の液晶パネル３０（例えば７個の液晶パネル３０−１〜３０−７）が積層されて構成される。また、各液晶パネル３０は、複数の電極３５（例えば４個の電極３５）と、複数の電極３６（例えば４個の電極３６）とを備える。液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３５はサイズが異なり、液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３６はサイズが異なる。１つの電極３５と、１つの電極３６とは、１つの繰り返し単位３７を構成する。
【００７１】
液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３５は、配線４１に共通接続される。液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３６は、配線４２に共通接続される。配線４１、４２は、駆動回路２０にも接続される。すなわち、液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３５には、同じ電圧が印加され、液晶パネル３０−１〜３０−７に含まれる複数の電極３６には、同じ電圧が印加される。
【００７２】
［２］  動作
次に、上記のように構成された照明装置１０の動作について説明する。
【００７３】
図１に示すように、制御回路２２による制御に応じて、レーザー光源１１は、所望の波長を有するレーザー光を発光する。レーザー光源１１からのレーザー光は、コリメータ１２を透過し、コリメータ１２は、レーザー光を平行な光線に整形する。
【００７４】
コリメータ１２を透過したレーザー光は、光偏向素子１３に垂直に（入射角＝０で）入射する。制御回路２２による制御に応じて、光偏向素子１３は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。具体的には、図２に示すように、光偏向素子１３は、蛍光体ユニット１４に含まれる複数の蛍光体（例えば、蛍光体１４−Ｒ、１４−Ｇ、１４−Ｂ、１４−Ｌ、１４−Ｗ）のうち１つを選択する。そして、光偏向素子１３によって偏向されたレーザー光は、蛍光体ユニット１４に含まれる複数の蛍光体の１つに入射する。蛍光体ユニット１４は、所望の色の照明光（可視光）を放射する。
【００７５】
蛍光体ユニット１４から放射された照明光は、平面鏡１５によって反射される。平面鏡１５によって反射された照明光は、凹面鏡１６によって反射されるとともに、概略平行な光線として出射される。凹面鏡１６によって反射されたレーザー光は、透過フィルター１７を透過して外部に出射される。
【００７６】
次に、光偏向素子１３の偏向動作についてより詳細に説明する。図１１は、光偏向素子１３の偏向動作を説明する模式的な断面図である。図１１は、光偏向素子１３がレーザー光を右側に偏向角θで偏向させる例を示している。図１１では、電極３５（図示せず）が占める領域をドットハッチングで示し、電極３６（図示せず）が占める領域にはハッチングを付していない。
【００７７】
駆動回路２０は、光偏向素子１３に含まれる全ての電極３５に電圧Ｖ１を印加し、全ての電極３６及び全ての共通電極３９に電圧Ｖ２（＜Ｖ１、例えばＶ２＝０Ｖ）を印加する。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは、所定時間毎に極性反転され、すなわち、交流駆動される。
【００７８】
これにより、電極３５が占める領域では、液晶層に電界が印加され、液晶層の屈折率が低くなる。一方、電極３６が占める領域では、液晶層に電界が印加されず、液晶層の屈折率が高いままである。図１１において、ハッチングがない領域は、液晶層の屈折率が相対的に高くなり、ドットハッチングの領域は、液晶層の屈折率が相対的に低くなる。
【００７９】
光偏向素子１３の各周期幅Ｗは、右に向かって順に高くなる屈折率の勾配を有する。周期幅Ｗにおいて、最も左側の領域は、屈折率が低い領域が最も多く、最も右側の領域は、屈折率が高い領域が最も多い。屈折率が低い領域は、光が進む速度が速く、屈折率が高い領域は、光が進む速度が遅い。すなわち、屈折率が最も低い領域を透過したレーザー光と、屈折率が最も高い領域を透過したレーザー光とは、所定の位相差を有する。よって、図１１の例では、光偏向素子１３は、レーザー光を右側に偏向させることができる。レーザー光を左側に偏向させる場合は、電極３５と電極３６との電圧関係を図１１と逆にすればよい。
【００８０】
また、０Ｖ以外に１種類の電圧を用いるのみで、光偏向素子１３に屈折率の勾配を形成することができる。すなわち、制御回路２２の電圧制御を容易にすることができる。また、電極３５に印加する電圧Ｖ１のレベルを変化させることで、屈折率の勾配の大きさを変化させることができる。これにより、光偏向素子１３の偏向角θを制御することができ、また、レーザー光の光路を切り替えることができる。
【００８１】
また、光偏向素子１３が複数の蛍光体を高速で切り替えて選択することによって、中間的な色調を表現することも可能である。
【００８２】
図１２は、図７に示した光偏向素子１３の偏向動作を説明する模式的な断面図である。電極３５、及び電極３６の電圧制御は、図１１の場合と同じである。図７に示した光偏向素子１３においても、上記同様の偏向動作が実現できる。
【００８３】
偏向角θ、繰り返し単位の周期幅をＷ、周期幅Ｗ内の位相差（リタデーション）をＲｅ、液晶層の屈折率異方性をΔｎ、全ての液晶パネルの液晶ギャップの合計をｄ、電極幅の変化ピッチをpとする。液晶ギャップとは、液晶パネルの２つの基板間の距離、又は液晶層の厚さを意味する。本実施形態では、７個の液晶パネル３０−１〜３０−７の液晶ギャップの合計が“ｄ”である。液晶パネルの液晶分子はホモジニアス配向とし、励起レーザーの偏光軸は液晶分子のダイレクタに平行になるように入射される。偏向角θは以下の式（１）で表され、リタデーションＲｅは以下の式（２）で表される。
θ＝ａｓｉｎ（Ｒｅ／（Ｗ−ｐ））        ・・・（１）
Ｒｅ＝Δｎ・ｄ        ・・・（２）
ａｓｉｎは、アークサインを意味する。
【００８４】
例えば、波長λ＝４５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ＝０．２、各液晶パネル３０のギャップが７μｍ、各液晶パネル３０のリタデーションが１，７５０ｎｍ、電極幅の変化ピッチp＝５０μｍ、周期幅Ｗ＝４００μｍであるとすると、式（１）、（２）から、片側の最大偏向角は２度（°）と計算される。
【００８５】
光偏向素子１３による偏向角が±２度であるので、光偏向素子１３と蛍光体ユニット１４との距離が１０ｃｍである場合、約±０．３５ｃｍ（全体で０．７ｃｍ）の範囲で蛍光体ユニット１４の入射領域を選択することができる。蛍光体ユニット１４に含まれる１つの蛍光体の幅を１，０００μｍとすると、７個の蛍光体の中から１つを選択することができる。
【００８６】
なお、光偏向素子における液晶ギャップ、液晶材料、及び電極ピッチなどを調整することで、最大偏向角や応答速度を要求される仕様に調整することができる。
【００８７】
［３］  第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、照明装置１０は、レーザー光を発光するレーザー光源１１と、レーザー光源１１からのレーザー光を透過するとともに、レーザー光を屈折させる光偏向素子（液晶素子）１３と、光偏向素子１３からのレーザー光を受け、レーザー光を波長変化して照明光を放射し、互いに色温度の異なる複数の蛍光体を含む蛍光体ユニット１４とを備える。そして、制御回路２２の制御に基づいて、光偏向素子１３は、レーザー光の角度を制御し、複数の蛍光体の１つを選択する。また、光偏向素子１３は、屈折率の勾配を形成することによってレーザー光を偏向させるようにしている。
【００８８】
従って第１実施形態によれば、単一波長のレーザー光を用いて複数色の照明光を発生させることが可能である。これにより、照明装置１０のコストを低減できる。また、色調制御可能なレーザー照明装置を実現できる。レーザー照明として、特に期待されている用途として、自動車のヘッドランプが挙げられる。レーザー照明の特性を活かすことで、低消費電力で照射距離に優れた照明効果が得られる。
【００８９】
また、高価な電子部品及び光学部品を使用せず、液晶素子を用いて照明装置１０を構成することができる。これにより、照明装置１０のコストを低減できる。また、照明装置１０の消費電力を低減できる。
【００９０】
また、機械動作を行う部品を使用しないため、照明装置１０の信頼性を向上させることができる。また、照明装置１０のサイズ、及び重量が増大するのを防ぐことができる。
【００９１】
［第２実施形態］
第２実施形態は、レーザー光源１１を凹面鏡１６の反射面側に配置する構成例である。図１３は、第２実施形態に係る照明装置１０の断面図である。
【００９２】
レーザー光源１１、コリメータ１２、光偏向素子１３、及び蛍光体ユニット１４の配置は、図１と同じである。光偏向素子１３は、例えば、透過フィルター１７に固定される。透過フィルター１７は、光偏向素子１３から出射されたレーザー光を通す開口部１７Ａを有する。
【００９３】
凹面鏡１６は、蛍光体ユニット１４のレーザー光源１１とは反対側に配置される。凹面鏡１６は、蛍光体ユニット１４を透過した照明光を反射する。凹面鏡１６によって反射された照明光は、透過フィルター１７を透過して外部に出射される。
【００９４】
レーザー光源１１及び光偏向素子１３を制御する回路構成は、第１実施形態と同じである。
【００９５】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。また、第２実施形態では、第１実施形態で示した平面鏡１５が不要であり、部品点数を削減できる。
【００９６】
［第３実施形態］
第３実施形態は、第１実施形態の変形例である。図１４は、第３実施形態に係る照明装置１０の断面図である。照明装置１０は、図１の構成に加えて、テレセントリック光学系５０を備える。
【００９７】
テレセントリック光学系５０は、光偏向素子１３と凹面鏡１６との間に配置される。テレセントリック光学系５０は、例えば、凹面鏡１６に固定される。テレセントリック光学系５０は、入射した光線を、レーザー光源１１の光軸と平行な光線に屈折させる。具体的には、テレセントリック光学系５０は、機能の異なる複数のレンズの組み合わせで構成される。
【００９８】
図１５は、図１４に示したテレセントリック光学系５０を中心に説明する断面図である。光偏向素子１３は、レーザー光を偏向させる。光偏向素子１３から出射されたレーザー光は、テレセントリック光学系５０により、レーザー光源１１の光軸と平行な光線に屈折する。テレセントリック光学系５０を透過したレーザー光は、蛍光体ユニット１４に含まれる蛍光体１４−Ｒ、１４−Ｇ、１４−Ｂ、１４−Ｌ、１４−Ｗの１つに概略垂直に入射する。
【００９９】
第３実施形態では、テレセントリック光学系５０を用いることで、レーザー光をより狭い領域に集光することが可能である。これにより、蛍光体の面積を縮小することができる。結果として、コストを低減することが可能であり、また、点光源の特性を活かす設計が可能となる。
【０１００】
［第４実施形態］
第４実施形態は、第２実施形態の変形例である。図１６は、第４実施形態に係る照明装置１０の断面図である。照明装置１０は、図１３の構成に加えて、テレセントリック光学系５０を備える。
【０１０１】
テレセントリック光学系５０は、光偏向素子１３と透過フィルター１７との間に配置される。テレセントリック光学系５０は、例えば、透過フィルター１７に固定される。テレセントリック光学系５０の機能は、第３実施形態と同じである。
【０１０２】
第４実施形態でも、テレセントリック光学系５０を用いることで、レーザー光をより狭い領域に集光することが可能である。これにより、第３実施形態と同じ効果を得ることが可能である。
【０１０３】
［第５実施形態］
第５実施形態は、レーザー光を偏向させる素子として、液晶層を有する回折格子を用いる。そして、回折格子から出射される複数次数の回折光を用いて、複数の蛍光体を選択するようにしている。
【０１０４】
［１］  照明装置１０の構成
［１−１］  照明装置１０の断面構成
図１７は、第５実施形態に係る照明装置１０の断面図である。
【０１０５】
照明装置１０は、レーザー光源１１、コリメータ１２、回折格子（液晶回折格子）５１、蛍光体ユニット１４、反射部材（平面鏡）１５、反射部材（凹面鏡）１６、及び透過フィルター１７を備える。なお、図１７では、レーザー光源１１、コリメータ１２、回折格子５１、蛍光体ユニット１４、反射部材１５、反射部材１６、及び透過フィルター１７を固定する固定部材の図示を省略しているが、これらのモジュールは、図１７に示す位置に複数の固定部材（図示せず）によって固定される。レーザー光源１１、コリメータ１２、平面鏡１５、凹面鏡１６、及び透過フィルター１７の構成は、第１実施形態と同じである。
【０１０６】
回折格子５１は、レーザー光源１１からのレーザー光の光軸上に配置される。回折格子５１は、例えば、後述する凹面鏡１６に固定される。回折格子５１の入射面は、コリメータ１２からのレーザー光の進行方向に対して概略垂直になるように配置される。回折格子５１は、液晶層を備える液晶素子から構成される。回折格子５１は、コリメータ１２を透過したレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を回折させる。回折格子５１の具体的な構成については後述する。
【０１０７】
レーザー光源１１から出射されるレーザー光は、ある偏光軸で振動する直線偏光である。回折格子５１の偏光方向（偏光軸）は、レーザー光の偏光方向と平行に設定される。回折格子５１の偏光軸とは、液晶分子の長軸（ダイレクタ）が電界に応じて動く面と平行な方向である。
【０１０８】
蛍光体ユニット１４は、互いに色温度の異なる複数の蛍光体を備える。蛍光体ユニット１４は、図１７に示すように、例えば３個の蛍光体を備える。蛍光体ユニット１４は、例えば、平面鏡１５に固定される。
【０１０９】
レーザー光の波長は、広範囲の可視光に蛍光させるため、青色から青紫までの間の波長を用いることが好ましい。本実施形態では、波長λ＝４５０ｎｍ程度のＧａＮ系半導体レーザーを用いる。
【０１１０】
［１−２］  蛍光体ユニット１４の構成
次に、蛍光体ユニット１４の構成について説明する。図１８は、図１７に示した蛍光体ユニット１４を中心に説明する断面図である。図１８は、レーザー光源１１から出射されたレーザー光が蛍光体ユニット１４に入射する様子も示している。
【０１１１】
蛍光体ユニット１４は、前述したように、色温度の異なる複数の蛍光体を備える。蛍光体ユニット１４は、少なくとも、低色温度の蛍光体、及び高色温度の蛍光体を備える。例えば、図１８では、蛍光体ユニット１４は、色温度３，０００Ｋの温白色を放射する蛍光体１４−１、色温度１０，０００Ｋの青みがかった白色を放射する蛍光体１４−２、１４−３を備える。
【０１１２】
蛍光体１４−１は、回折格子５１から出射される０次回折光を受けることが可能な位置に配置される。蛍光体１４−２は、回折格子５１から出射される＋１次回折光を受けることが可能な位置に配置される。蛍光体１４−３は、回折格子５１から出射される−１次回折光を受けることが可能な位置に配置される。
【０１１３】
なお、蛍光体の配置、及び蛍光体が設けられる反射部材１５の形状は必ずしも平面である必要はなく、蛍光の強度分布を制御するため湾曲形状や段差形状を持たせてもよい。湾曲形状や段差形状は、平面鏡上に透明な樹脂を用いて形成できる。
【０１１４】
［１−３］  照明装置１０のブロック図
図１９は、第５実施形態に係る照明装置１０のブロック図である。照明装置１０は、レーザー光源１１、回折格子５１、駆動回路２０、電圧発生回路２１、制御回路２２、及び入力部２３を備える。
【０１１５】
後述するように、回折格子５１は、液晶層の配向を制御するための複数の電極を備える。駆動回路２０は、回折格子５１が備える複数の電極に電気的に接続される。駆動回路２０は、回折格子５１に複数の電圧を印加することで、回折格子５１を駆動する。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【０１１６】
［１−４］  回折格子５１の構成
次に、回折格子５１の構成について説明する。図２０は、図１７に示した回折格子５１の平面図である。図２１は、図２０のＡ−Ａ´線に沿った回折格子５１の断面図である。回折格子５１の構造は、基本的には、第１実施形態で説明した１つの液晶パネル３０（図５及び図６）と同じである。
【０１１７】
回折格子５１は、透過型の液晶素子である。回折格子５１は、対向配置された基板３１、３２と、基板３１、３２間に挟持された液晶層３３と、シール材３４と、複数の電極３５と、複数の電極３６と、配向膜３８、４０と、共通電極３９とを備える。
【０１１８】
基板３１の液晶層３３側には、それぞれがＹ方向に延びる複数の電極３５、及び複数の電極３６が設けられる。複数の電極３５と複数の電極３６とは、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って、交互に配置される。複数の電極３５、及び複数の電極３６はそれぞれ、同じ幅を有する。図２０及び図２１では、一例として、３個の電極３５−１〜３５−３と、３個の電極３６−１〜３６−３とを示している。複数の電極３５と複数の電極３６とは、互いの間隔が同じであり、例えば、この間隔は、電極を加工する際の製造工程に起因する最小加工寸法である。
【０１１９】
隣接する１つの電極３５と１つの電極３６とは、繰り返し単位３７を構成する。図２０には、一例として、３個の繰り返し単位３７−１〜３７−３を示している。１つの繰り返し単位３７は、周期幅ｄを有する。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【０１２０】
［１−５］  回折格子５１の配線構造
次に、回折格子５１の配線構造について説明する。図２２は、回折格子５１の配線構造を示す模式図である。
【０１２１】
複数の繰り返し単位３７に含まれる複数の電極３５は、配線４１に共通接続される。複数の繰り返し単位３７に含まれる複数の電極３６は、配線４２に共通接続される。配線４１、４２は、駆動回路２０にも接続される。すなわち、複数の繰り返し単位３７に含まれる複数の電極３５には、同じ電圧が印加され、複数の繰り返し単位３７に含まれる複数の電極３６には、同じ電圧が印加される。
【０１２２】
［２］  動作
次に、上記のように構成された照明装置１０の動作について説明する。
【０１２３】
図１７に示すように、制御回路２２による制御に応じて、レーザー光源１１は、所望の波長を有するレーザー光を発光する。レーザー光源１１からのレーザー光は、コリメータ１２を透過し、コリメータ１２は、レーザー光を平行な光線に整形する。
【０１２４】
コリメータ１２を透過したレーザー光は、回折格子５１に垂直に（入射角＝０で）入射する。制御回路２２による制御に応じて、回折格子５１は、レーザー光を回折させる。回折格子５１により回折されたレーザー光は、蛍光体ユニット１４に含まれる蛍光体１４−１〜１４−３の少なくとも１つに入射する。蛍光体ユニット１４は、所望の色の照明光（可視光）を放射する。
【０１２５】
蛍光体ユニット１４から放射された照明光は、平面鏡１５によって反射される。平面鏡１５によって反射された照明光は、凹面鏡１６によって反射されるとともに、概略平行な光線として出射される。凹面鏡１６によって反射されたレーザー光は、透過フィルター１７を透過して外部に出射される。
【０１２６】
次に、回折格子５１の回折動作についてより詳細に説明する。回折格子５１に入射されたレーザー光は、回折格子５１内に等間隔に形成された屈折率のパターンにより、複数次数の回折光に変換され、複数の回折スポットを生成する。
【０１２７】
前述した図１８には、０次回折光を用いた回折格子５１の回折動作が示される。駆動回路２０は、回折格子５１に含まれる全ての電極３５、全ての電極３６、及び共通電極３９に、電圧Ｖ２＝０Ｖを印加する。この場合、液晶層３３の全領域には、電界が印加されず、液晶層３３の全領域において屈折率が同じである。よって、レーザー光に干渉は生じず、回折格子５１は、０次回折光を出射する。
【０１２８】
蛍光体１４−１は、回折格子５１の０次回折光が入射可能な領域（０次スポット）に配置される。蛍光体１４−１は、０次回折光を波長変換して、色温度３，０００Ｋの照明光を放射する。
【０１２９】
図２３は、±１次回折光を用いた回折格子５１の回折動作を説明する断面図である。駆動回路２０は、回折格子５１に含まれる全ての電極３５に電圧Ｖ１（＞Ｖ２）を印加し、全ての電極３６及び全ての共通電極３９に電圧Ｖ２＝０Ｖを印加する。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは、所定時間毎に極性反転され、すなわち、交流駆動される。
【０１３０】
これにより、電極３５が占める領域は、液晶層に電界が印加され、液晶層の屈折率が低くなる。一方、電極３６が占める領域は、液晶層に電界が印加されず、液晶層の屈折率が高いままである。電圧印加領域と無電圧印加領域との位相差がλ／２になるように、電圧Ｖ２、Ｖ１が設定される。この場合、０次スポットの光強度は波面が打ち消しあうことによって低下するが、−１次回折光及び＋１次回折光は、干渉が強くなり、光強度が強くなる。この場合、回折格子５１は、±１次回折光を出射する。
【０１３１】
蛍光体１４−２は、回折格子５１の＋１次回折光が入射可能な領域（＋１次スポット）に配置される。蛍光体１４−３は、回折格子５１の−１次回折光が入射可能な領域（−１次スポット）に配置される。蛍光体１４−２は、＋１次回折光を波長変換して、色温度１０，０００Ｋの照明光を放射する。蛍光体１４−３は、−１次回折光を波長変換して、色温度１０，０００Ｋの照明光を放射する。
【０１３２】
図２４は、０次回折光、及び±１次回折光を用いた回折格子５１の回折動作を説明する断面図である。駆動回路２０は、回折格子５１に含まれる全ての電極３５に電圧Ｖ３を印加し、全ての電極３６及び全ての共通電極３９に電圧Ｖ２＝０Ｖを印加する。電圧Ｖ３は、“Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２”の関係を有する。電圧Ｖ３と電圧Ｖ２とは、所定時間毎に極性反転され、すなわち、交流駆動される。
【０１３３】
この場合、電圧印加領域と無電圧印加領域との位相差がλ／２より小さくなる。よって、回折格子５１は、０次回折光、及び±１次回折光の３種類の回折光を出射する。蛍光体１４−１は、赤色の照明光を放射し、蛍光体１４−２、１４−３は、緑色の照明光を放射する。これにより、照明装置１０は、赤色と緑色とが混色した照明光を出射する。
【０１３４】
電圧Ｖ３のレベルを変化させることで、０次回折光の強度、及び±１次回折光の強度を変化させることができる。これにより、照明光の色を変化させることができる。
【０１３５】
レーザー光が回折格子５１に入射する入射角α、±１次回折光の回折角β、回折光の次数ｍ、レーザー光の波長λ、電極３５と電極３６とによって形成される位相分布の周期幅ｄとする。回折角βは、以下の式（３）で表される。
ｄ（ｓｉｎα−ｓｉｎβ）＝ｍ・λ        ・・・（３）
本実施形態では、電極３５、電極３６の幅をそれぞれ７μｍで、電極間の隙間を３μｍ、電極３５及び電極３６によって形成される位相分布の周期幅d＝２００μｍとする。液晶パネルの液晶分子はホモジニアス配向とし、励起レーザーの偏光軸は液晶分子のダイレクタに平行になるように入射される。波長λ＝４５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ＝０．２５、液晶パネルのギャップは１μｍとする。
【０１３６】
このとき、回折格子に対して垂直にレーザー光を入射した場合に生じる、０次回折光の出射角は０度であり、±１次回折光の出射角は±１．２９度である。０次回折光が照射される部分（０次スポット）に低色温度３，０００Ｋの蛍光体を配置し、±１次回折光が照射される部分（±１次スポット）にそれぞれ高色温度１０，０００Ｋの蛍光体を配置する。これにより、回折格子の電極３５の印加電圧を制御することで、低色温度と高色温度との強度の比率が変化し、状況に応じた色味の照明が実現できる。
【０１３７】
［３］  第５実施形態の効果
以上詳述したように第５実施形態では、照明装置１０は、レーザー光を発光するレーザー光源１１と、レーザー光源１１からのレーザー光を透過するとともに、レーザー光を屈折させる回折格子（液晶素子）５１と、回折格子５１からのレーザー光を受け、レーザー光を波長変化して照明光を放射し、互いに色温度の異なる複数の蛍光体を含む蛍光体ユニット１４とを備える。制御回路２２の制御に基づいて、回折格子５１は、レーザー光の角度を制御し、複数の蛍光体の１つを選択する。また、回折格子５１は、０次回折光と±１次回折光とを出射することが可能である。そして、回折格子５１は、電極３５が設けられた第１領域と、電極３６が設けられた第２領域とを含み、第１領域と第２領域との位相差を変化させることによって０次回折光と±１次回折光との強度比率を変化させるようにしている。
【０１３８】
従って第５実施形態によれば、単一波長のレーザー光を用いて複数色の照明光を発生させることが可能である。これにより、照明装置１０のコストを低減できる。また、色調制御可能なレーザー照明装置を実現できる。
【０１３９】
また、第５実施形態では、第１実施形態と比べて、液晶素子の構造を簡単にできる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
【０１４０】
なお、第５実施形態では、０次回折光、及び±１次回折光を用いて照明光を発生しているが、±１次より高次の回折光を用いるようにしてもよい。
【０１４１】
また、第５実施形態に第３実施形態のテレセントリック光学系５０を適用してもよい。すなわち、回折格子５１と凹面鏡１６との間に、テレセントリック光学系５０を配置してもよい。これにより、第３実施形態と同じ効果を得ることができる。
【０１４２】
［第６実施形態］
第６実施形態は、レーザー光源１１を凹面鏡１６の反射面側に配置する構成例である。図２５は、第６実施形態に係る照明装置１０の断面図である。
【０１４３】
レーザー光源１１、コリメータ１２、回折格子５１、及び蛍光体ユニット１４の配置は、図１７と同じである。回折格子５１は、例えば、透過フィルター１７に固定される。透過フィルター１７は、回折格子５１から出射されたレーザー光を通す開口部１７Ａを有する。
【０１４４】
凹面鏡１６は、蛍光体ユニット１４のレーザー光源１１とは反対側に配置される。凹面鏡１６は、蛍光体ユニット１４を透過した照明光を反射する。凹面鏡１６によって反射された照明光は、透過フィルター１７を透過して外部に出射される。
【０１４５】
レーザー光源１１及び回折格子５１を制御する回路構成は、第５実施形態と同じである。
【０１４６】
第６実施形態によれば、第５実施形態と同じ効果を得ることができる。また、第６実施形態では、第５実施形態で示した平面鏡１５が不要であり、部品点数を削減できる。
【０１４７】
なお、第６実施形態に第４実施形態のテレセントリック光学系５０を適用してもよい。すなわち、回折格子５１と透過フィルター１７との間に、テレセントリック光学系５０を配置してもよい。これにより、第４実施形態と同じ効果を得ることができる。
【０１４８】
本明細書において、「平行」とは、完全に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に平行と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。また、「垂直」とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。
【０１４９】
上記各実施形態で説明した照明装置は、車両のヘッドランプ以外の様々な照明機器に適用できる。例えば、家庭、オフィス、又は店舗で使用する照明装置に適用でき、また、調色、調光機能付の照明装置に適用できる。
【０１５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…照明装置、１１…レーザー光源、１２…コリメータ、１３…光偏向素子、１４…蛍光体ユニット、１５…平面鏡、１６…凹面鏡、１７…透過フィルター、２０…駆動回路、２１…電圧発生回路、２２…制御回路、２３…入力部、３０…液晶パネル、３１，３２…基板、３３…液晶層、３４…シール材、３５…電極、３６…電極、３８，４０…配向膜、３９…共通電極、４１，４２…配線、５０…テレセントリック光学系、５１…回折格子
【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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