(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に光を投光するための投光ユニットであって、
レーザ光が照射される照射面を含むとともに、前記レーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を主として前記照射面から出射する蛍光部材と、
前記蛍光部材の照射面に対向するように配置され、前記蛍光部材から出射した前記蛍光を反射する第１反射面を含む反射部材と、
を備え、
前記蛍光部材の照射面は、前記照射面が投光方向とは反対側を向くように、前記所定の方向に対して傾斜しており、
前記蛍光部材の照射面の中心と前記第１反射面の前記所定の方向側の端部とを結ぶ線は、前記蛍光部材の照射面の垂線に対して９０度以上前記所定の方向側に傾斜していることを特徴とする投光ユニット。
【請求項２】
レーザ光が入射される光入射面と、前記光入射面よりも小さい面積を有するとともに前記レーザ光を前記蛍光部材に向かって出射する光出射面とを含む集光部材をさらに備え、
前記集光部材は前記光入射面に入射した前記レーザ光の進行方向を前記集光部材の内部で変更して前記レーザ光を前記光出射面まで導く機能を有することを特徴とする請求項１に記載の投光ユニット。
【請求項３】
前記蛍光部材の照射面は前記所定の方向に対して０度よりも大きく３０度以下の角度傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の投光ユニット。
【請求項４】
前記蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布はランバーシアン分布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項５】
前記蛍光部材の厚みは前記照射面の差し渡し寸法の１／１０以下であることを特徴とする請求項４に記載の投光ユニット。
【請求項６】
前記蛍光部材の照射面は、前記照射面に照射されるレーザ光のスポット領域よりも十分に大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の投光ユニット。
【請求項７】
前記蛍光部材が取り付けられる金属製の取付部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項８】
前記蛍光部材が取り付けられる取付面を含む取付部材をさらに備え、
前記取付面は前記所定の方向に対して前記投光方向とは反対側に傾斜していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項９】
前記第１反射面は放物面および楕円面の一方の少なくとも一部を含むように形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項１０】
前記集光部材は前記光入射面に入射した前記レーザ光を反射して前記光出射面まで導く第２反射面をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の投光ユニット。
【請求項１１】
前記集光部材の光出射面は前記蛍光部材の照射面から所定の距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項２または１０に記載の投光ユニット。
【請求項１２】
前記集光部材の光出射面は前記蛍光部材の照射面から０．３ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の投光ユニット。
【請求項１３】
前記集光部材は前記蛍光部材の照射面の垂線に対して傾斜していることを特徴とする請求項２、１０〜１２のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項１４】
前記集光部材は前記蛍光部材の照射面の垂線に対して前記所定の方向とは反対側に傾斜していることを特徴とする請求項１３に記載の投光ユニット。
【請求項１５】
前記集光部材は前記蛍光部材の照射面の垂線に対して１０度以上３０度以下傾斜していることを特徴とする請求項１３または１４に記載の投光ユニット。
【請求項１６】
前記集光部材の光入射面には、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光が入射されることを特徴とする請求項２、１０〜１５のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項１７】
前記蛍光部材は蛍光体を含有しており、
前記蛍光部材における蛍光体の体積占有率は９０％以上であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の投光ユニット。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の投光ユニットと、
前記投光ユニットに向かってレーザ光を出射するレーザ発生器と、
を備えることを特徴とする投光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投光ユニットおよび投光装置に関し、特に、レーザ光が照射される蛍光部材を備えた投光ユニットおよび投光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光が照射される蛍光部材を備えた投光装置が知られている。従来の一例による投光装置は、レーザ光を出射するレーザ発生器と、レーザ発生器から出射したレーザ光が照射される照射面を含むとともにレーザ光を蛍光に変換して出射する蛍光部材と、蛍光部材から出射した蛍光を反射する反射部材とを備えている。一般的な蛍光部材では、蛍光は全方向に出射される。すなわち、蛍光は、照射面と、背面（照射面とは反対側の面）と、照射面および背面の間に配置される側面とから出射される。そして、蛍光部材から出射した光の一部が反射部材により前方に反射される。
【０００３】
なお、レーザ発生器、蛍光部材および反射部材を備えた投光装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１８９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の一例による投光装置では、蛍光部材から出射した光の一部は反射部材を介して外部に出射する一方、蛍光部材から出射した光の残りは反射部材を介さずに直接外部に出射する。このため、反射部材で制御されない光が多くなるので、所望の領域に到達する光が少なくなる。これにより、所望の領域を効率的に照明するのが困難であり、光（蛍光）の利用効率を向上させるのが困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、光の利用効率を向上させることが可能な投光ユニットおよび投光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の投光ユニットは、所定の方向に光を投光するための投光ユニットであって、レーザ光が照射される照射面を含むとともに、レーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換し、蛍光を主として照射面から出射する蛍光部材と、蛍光部材から出射した蛍光を反射する第１反射面を含む反射部材と、を備え、蛍光部材の照射面は所定の方向に対して投光方向とは反対側に傾斜している。
【０００８】
なお、「蛍光を主として照射面から出射する」とは、蛍光部材から出射する蛍光の９０％程度以上が照射面から出射する場合のことを意味しており、レーザ光が照射面の表面近傍で蛍光に変換されて照射面から出射する場合や、蛍光部材の背面（照射面とは反対側の面）が反射面に直接取り付けられ、実質的に背面からは蛍光が出射しない場合を含む。
【０００９】
この発明の投光ユニットでは、上記のように、蛍光を主として照射面から出射する蛍光部材を設け、蛍光部材から出射した蛍光を反射する第１反射面を含む反射部材を設ける。これにより、蛍光部材から出射する光（蛍光）の大部分が反射部材で反射される。
【００１０】
また、上記のように、蛍光部材の照射面を所定の方向に対して投光方向とは反対側に傾斜させることによって、蛍光部材から出射した光が反射部材を介さず直接外部に出射するのを抑制することができる。
【００１１】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材が取り付けられる取付面を含む取付部材をさらに備え、取付面は所定の方向に対して投光方向とは反対側に傾斜している。このように構成すれば、例えば蛍光部材の厚みが均一であっても、容易に、蛍光部材の照射面を所定の方向に対して投光方向とは反対側に傾斜させることができる。また、蛍光部材の厚みを均一に形成してもよいので、蛍光部材を容易に製造することができる。
【００１２】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材は蛍光体を含有しており、蛍光部材における蛍光体の体積占有率は９０％以上である。このように構成すれば、蛍光部材の厚みが小さい場合であっても、レーザ光が蛍光部材を透過するのを抑制することができ、レーザ光を効率よく蛍光に変換することができる。また、蛍光部材に照射されたレーザ光は蛍光部材の照射面の表面近傍で蛍光に変換されやすくなる。このため、容易に、蛍光を主として蛍光部材の照射面から出射させることができる。
【００１３】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布はランバーシアン分布である。このように構成すれば、蛍光部材から出射する光は、照射面の垂線方向の光強度が高く、照射面と平行方向の光強度が略ゼロになる。これにより、蛍光部材から出射した光が反射部材を介さず直接外部に出射するのをより抑制することができる。
【００１４】
上記蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布がランバーシアン分布である投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材の厚みは照射面の差し渡し寸法の１／１０以下である。このように構成すれば、蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布を、容易にランバーシアン分布にすることができる。
【００１５】
なお、「差し渡し寸法」とは、例えば、円形状における直径、楕円形状における長径または短径、長方形状における長辺の長さまたは短辺の長さを意味する。
【００１６】
上記蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布がランバーシアン分布である投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材の照射面は、照射面に照射されるレーザ光のスポット領域よりも十分に大きい。このように構成すれば、蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布を、容易にランバーシアン分布にすることができる。
【００１７】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、レーザ光が入射される光入射面と、光入射面よりも小さい面積を有するとともにレーザ光を蛍光部材に向かって出射する光出射面とを含む集光部材をさらに備え、集光部材は光入射面に入射したレーザ光の進行方向を集光部材の内部で変更してレーザ光を光出射面まで導く機能を有する。このように構成すれば、光入射面に入射したレーザ光は、進行方向を変更されながら集光部材内を進行し、均一化された光強度分布で光出射面から出射する。
【００１８】
また、集光部材の光出射面は光入射面よりも小さい面積を有するので、レーザ光は集光された状態で光出射面から出射する。
【００１９】
上記集光部材を備える投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材は光入射面に入射したレーザ光を反射して光出射面まで導く第２反射面をさらに含む。このように構成すれば、容易に、光入射面に入射したレーザ光の進行方向を集光部材の内部で変更してレーザ光を光出射面まで導くことができる。これにより、容易に、レーザ光を均一化された光強度分布で光出射面から出射することができる。
【００２０】
上記集光部材を備える投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の光出射面は蛍光部材の照射面から所定の距離を隔てて配置されている。このように構成すれば、蛍光部材の照射面から出射した光が集光部材の光出射面に入射する（戻る）のを抑制することができる。
【００２１】
上記集光部材の光出射面が蛍光部材の照射面から所定の距離を隔てて配置されている投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の光出射面は蛍光部材の照射面から０．３ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の距離を隔てて配置されている。
【００２２】
上記集光部材を備える投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材は蛍光部材の照射面の垂線に対して傾斜している。蛍光部材から出射する光は照射面の垂線方向の光強度が最も高いので、集光部材を蛍光部材の照射面の垂線に対して傾斜させることによって、蛍光部材の照射面から出射した光が集光部材の光出射面に入射するのを抑制することができる。
【００２３】
この場合、好ましくは、集光部材は蛍光部材の照射面の垂線に対して所定の方向とは反対側に傾斜している。このように構成すれば、反射部材で反射され所定の方向に進行する光が集光部材に入射するのを抑制することができる。すなわち、反射部材で反射された光の光路上に集光部材が配置されるのを抑制することができる。
【００２４】
上記集光部材が蛍光部材の照射面の垂線に対して傾斜している投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材は蛍光部材の照射面の垂線に対して１０度以上３０度以下傾斜している。
【００２５】
上記集光部材を備える投光ユニットにおいて、好ましくは、集光部材の光入射面には、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光が入射される。この集光部材を用いれば、複数のレーザ発生器から出射したレーザ光を容易に集光することができる。このため、複数のレーザ発生器を光源として用いる場合にこの集光部材を用いることは、特に有効である。
【００２６】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材が取り付けられる金属製の取付部材をさらに備える。このように構成すれば、蛍光部材で発生する熱を効率よく放熱させることができるので、蛍光部材が高温になるのを抑制することができる。これにより、蛍光部材が熱により劣化したり、蛍光部材の発光効率が低下するのを抑制することができる。
【００２７】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、第１反射面は放物面および楕円面の一方の少なくとも一部を含むように形成されている。このように構成すれば、蛍光部材を第１反射面の焦点に位置させることにより、投光ユニットから出射する光（照明光）を、容易に平行光にしたり集光することができる。
【００２８】
この場合、好ましくは、第１反射面は放物面および楕円面の一方を、その焦点と頂点とを結ぶ軸に交差する面で分割し、かつ、焦点と頂点とを結ぶ軸に平行な面で分割した形状に形成されている。このように構成すれば、反射部材および投光ユニットを小型化することができる。
【００２９】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材の照射面は所定の方向に対して０度よりも大きく３０度以下の角度傾斜している。
【００３０】
上記投光ユニットにおいて、好ましくは、蛍光部材の照射面の中心と第１反射面の所定の方向側の端部とを結ぶ線は、蛍光部材の照射面の垂線に対して６０度以上所定の方向側に傾斜している。
【００３１】
この発明の投光装置は、上記の構成の投光ユニットと、投光ユニットに向かってレーザ光を出射するレーザ発生器と、を備える。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、蛍光を主として照射面から出射する蛍光部材を設け、蛍光部材から出射した蛍光を反射する第１反射面を含む反射部材を設ける。これにより、蛍光部材から出射する光（蛍光）の大部分が反射部材で反射される。すなわち、蛍光部材から出射する光の大部分を反射部材で制御することができる。このため、所望の領域に到達する光を多くすることができるので、所望の領域を効率的に照明することができる。その結果、光（蛍光）の利用効率を向上させることができる。
【００３３】
また、上記のように、蛍光部材の照射面を所定の方向に対して投光方向とは反対側に傾斜させることによって、蛍光部材から出射した光が反射部材を介さず直接外部に出射するのを抑制することができる。すなわち、反射部材で制御されない光を少なくすることができる。これにより、所望の領域に到達する光が少なくなるのを抑制することができるので、所望の領域をより効率的に照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態の投光ユニットを備えた投光装置の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の投光装置の構造を示した斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態のレーザ発生装置の構造を示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子およびヒートスプレッダの構造を示した斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態のレーザ発生装置に集光部材を取り付けた状態を示した斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態の集光部材の構造を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態の集光部材の構造を示した上面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の集光部材の構造を示した側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための上面図である。
【図１３】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子の配置方向の変形例を示した上面図である。
【図１４】本発明の一実施形態の集光部材の変形例を示した上面図である。
【図１５】本発明の一実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。
【図１６】図１５の一実施形態の集光部材の光出射面を示した正面図である。
【図１７】本発明の一実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。
【図１８】本発明の一実施形態の集光部材の光出射面におけるレーザ光の光強度分布を説明するための図である。
【図１９】本発明の一実施形態の蛍光部材周辺の構造を示した図である。
【図２０】本発明の一実施形態の蛍光部材から出射する蛍光を示した図である。
【図２１】本発明の一実施形態の蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布を示した図である。
【図２２】直径の１／１０よりも大きい厚みを有する蛍光部材から出射する蛍光を示した図である。
【図２３】本発明の一実施形態の反射部材の構造を説明するための断面図である。
【図２４】本発明の一実施形態の反射部材の構造を説明するための正面図である。
【図２５】蛍光部材の差し渡し寸法に対する蛍光部材の最適な厚みを求めるために行った実験を説明するための図である。
【図２６】蛍光部材の厚みと蛍光部材から出射する蛍光の光強度分布との関係を示した図である。
【図２７】照射面の垂線に対して所定の角度範囲内に出射する光量が、蛍光部材から出射する全光量に占める割合を示した図である。
【図２８】蛍光部材から出射する蛍光の全てを反射部材で反射することが可能な構造の一例を示した図である。
【図２９】本発明の一実施形態の反射部材の反射面を投光方向側に延ばした状態を示した図である。
【図３０】蛍光部材の照射面の垂線に対する集光部材の最適な傾斜角度を求めるために行った実験を説明するための図である。
【図３１】蛍光部材の照射面の垂線に対する集光部材の傾斜角度と最大照度点の照度との関係を示した図である。
【図３２】投光方向に対する蛍光部材の照射面の最適な傾斜角度を求めるために行った実験を説明するための図である。
【図３３】投光方向に対する蛍光部材の照射面の傾斜角度と最大照度点の照度との関係を示した図である。
【図３４】集光部材の光出射面から蛍光部材の照射面までの距離と最大照度点の照度との関係を示した図である。
【図３５】本発明の第１変形例による投光装置の構造を示した図である。
【図３６】本発明の第２変形例による投光装置の構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。
【００３６】
まず、図１〜図２４を参照して、本発明の一実施形態による投光装置１の構造について説明する。なお、図面簡略化のために、半導体レーザ素子１１の数を省略して描いている場合がある。
【００３７】
本発明の一実施形態による投光装置１は、例えば自動車などの前方を照明する前照灯として用いられるものである。投光装置１は図１および図２に示すように、レーザ光源（励起光源）として機能するレーザ発生装置１０と、レーザ発生装置１０から出射したレーザ光を利用して所定の方向（Ａ方向）に光を投光する投光ユニット２０とを備える。なお、図２では、理解を容易にするために、投光ユニット２０の後述する取付部２４ｃ、フィルタ部材２５および支持板２６を省略している。
【００３８】
レーザ発生装置１０は図３に示すように、複数の半導体レーザ素子１１（レーザ発生器）と、複数の半導体レーザ素子１１が実装されるヒートスプレッダ１２と、これらを収納する金属製の収納部材１３とを含んでいる。
【００３９】
ヒートスプレッダ１２は例えば窒化アルミニウム製の平板により形成されており、収納部材１３の底面に半田付けされている。また、ヒートスプレッダ１２は図４に示すように、例えば約１５ｍｍの幅（Ｗ１２）と、約１ｍｍの厚み（Ｔ１２）と、約２ｍｍの奥行き（Ｌ１２）とを有する。また、ヒートスプレッダ１２の実装面上には、細長形状の電極パターン１２ａおよび１２ｂが形成されている。この電極パターン１２ａ上には、複数の半導体レーザ素子１１が一直線状に配列されて実装されている。本実施形態では、例えば１３個の半導体レーザ素子１１が実装されており、約１０ｍｍの幅（Ｗ１２ａ）にわたって配置される。なお、この幅（Ｗ１２ａ）は投光ユニット２０の後述する集光部材２１の光入射面２１ｂの幅（Ｗ２１ａ）（図９参照）よりも小さいことが望ましい。
【００４０】
半導体レーザ素子１１は例えばブロードエリア型レーザであって、励起光として機能するレーザ光を出射する。また、半導体レーザ素子１１は、例えば約４０５ｎｍの中心波長を有する青紫色のレーザ光を出射するように構成されている。また、半導体レーザ素子１１は図５に示すように、例えば約２００μｍの幅（Ｗ１１）と、約１００μｍの厚み（Ｔ１１）と、約１０００μｍの長さ（Ｌ１１）とを有する。
【００４１】
また、半導体レーザ素子１１は、ｎ型ＧａＮから成る厚さ約１００μｍの基板１１ａと、基板１１ａ上に順に形成される層厚約０．５μｍのｎ型ＧａＮから成るバッファ層１１ｂ、層厚約２μｍのｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎから成る下クラッド層１１ｃ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸から成る活性層１１ｄ、および、層厚約０．５μｍ（最厚部）のｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎから成る上クラッド層１１ｅとを含んでいる。
【００４２】
また、上クラッド層１１ｅの所定の位置には、Ｚ方向（半導体レーザ素子１１の長さ方向）に延びるリッジが設けられている。このリッジ上には、層厚約０．１μｍのｐ型ＧａＮから成るコンタクト層１１ｆと、Ｐｄから成る電極１１ｇとが形成されている。また、上クラッド層１１ｅの上面と、コンタクト層１１ｆおよび電極１１ｇの側面とを覆うようにＳｉＯ２から成る絶縁膜１１ｈが形成されている。また、絶縁膜１１ｈ上の所定領域には、リッジを覆うとともに、電極１１ｇにオーミック接触するパッド電極１１ｉが形成されている。また、基板１１ａの下面には、Ｈｆ／Ａｌから成る裏面電極１１ｊが形成されている。
【００４３】
そして、図４に示すように、各半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉはＡｕワイヤ１４を介してヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ｂに電気的に接続されている。また、各半導体レーザ素子１１の裏面電極１１ｊ（図５参照）は図示しない半田層などを介して電極パターン１２ａに電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子１１の発光部１１ｋ（図７参照）の幅を規定するのは上クラッド層１１ｅのリッジ幅（図５のＷ１１ａ）であり、このリッジ幅は例えば７μｍに設定される。この場合、発光部１１ｋの幅は約７μｍとなる。
【００４４】
また、収納部材１３は図３に示すように、レーザ光の出射側に開口部を有する箱型に形成されている。また、収納部材１３には、半導体レーザ素子１１に電力を供給するための電極ピン１５ａおよび１５ｂが挿入されている。この電極ピン１５ａおよび１５ｂは、金属線１６を用いてヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ａおよび１２ｂにそれぞれ電気的に接続されている。また、収納部材１３の開口部には図示しないガラス板が取り付けられており、収納部材１３の内部には不活性ガスが封入されている。また、収納部材１３には放熱フィンなど（図示せず）が設けられていてもよく、収納部材１３は例えば空冷されてもよい。なお、図６に示すように、ガラス板の所定の位置には、投光ユニット２０の後述する集光部材２１が透明な接着層を介して固定されている。これにより、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、集光部材２１に入射する。
【００４５】
また、半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉと裏面電極１１ｊとの間に直流電流を印加すると、図７に示すように、Ｘ方向（半導体レーザ素子１１の幅方向）およびＹ方向（半導体レーザ素子１１の厚み方向）に楕円状に広がるレーザ光が発光部１１ｋから出射される。このレーザ光の進行方向（Ｚ方向）に対して垂直なＸＹ面に投影される楕円光の光強度分布は、Ｘ方向およびＹ方向において共にガウス分布となる。Ｘ方向の光強度分布の半値全幅（θｘ）は約１０°で、Ｙ方向（θｙ）は約２０°であり、レーザ光の広がり角は、Ｙ方向がＸ方向より約２倍大きくなっている。このことにより、このレーザ光は、Ｘ方向を短軸方向、Ｙ方向を長軸方向として広がりながら進行する。
【００４６】
なお、レーザ発生装置１０に約５７Ｗの電力を供給した場合、レーザ発生装置１０の出力は約９．４Ｗになる。このとき、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度は、約１５０ルクス（ｌｘ）になり、後述する反射部材２３経由で外部に出射される光束は約５３３ルーメン（ｌｍ）になる。
【００４７】
投光ユニット２０は図１に示すように、レーザ発生装置１０（半導体レーザ素子１１）のレーザ光出射側に配置され、レーザ発生装置１０からのレーザ光を集光しながら導光する集光部材２１と、集光部材２１から出射したレーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材２２と、蛍光部材２２から出射した蛍光を所定の方向（Ａ方向）に向かって反射する反射部材２３と、蛍光部材２２が固定される取付部材２４と、反射部材２３の開口部に設けられるフィルタ部材２５とを含んでいる。
【００４８】
集光部材２１は透光性を有する部材により形成されている。集光部材２１の材料としては、例えばホウケイ酸クラウン光学ガラス（ＢＫ７）または合成石英などのガラスや、樹脂などが挙げられる。また、集光部材２１は図８に示すように、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光が入射される光入射面２１ａと、レーザ光を出射する光出射面２１ｂと、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂの間に配置される上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅとを含んでいる。なお、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅは、本発明の「第２反射面」の一例である。
【００４９】
光入射面２１ａは例えば略長方形状の平坦面により形成されている。光出射面２１ｂは例えば略正方形状（矩形状）の平坦面により形成されているとともに、光入射面２１ａよりも小さい面積を有する。具体的には、図９および図１０に示すように、光入射面２１ａは約２．２４ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１１．０ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは約１．０３ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約１．０３ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。すなわち、集光部材２１は幅方向および厚み方向に対して先細り形状に形成されている。また、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂ上には、図示しない反射防止（ＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））膜が形成されていてもよい。
【００５０】
また、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状にしてもよい。この場合、集光部材２１内部から光出射面２１ｂを通して外部にレーザ光を取り出す際の取り出し効率を大きく向上させることができた。光出射面２１ｂが平坦面である場合には、集光部材２１内部においてレーザ光が光出射面２１ｂに到達した際に、光出射面２１ｂの内側で反射され、外部に取り出すことができないレーザ光成分が生じてしまう。それに対し、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状とすることによって、光出射面２１ｂの内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００５１】
上面２１ｃおよび下面２１ｄは互いに同じ形状に形成されており、一対の側面２１ｅは互いに同じ形状に形成されている。また、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅは約５０ｍｍの長さ（Ｌ２１）を有する。
【００５２】
また、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）は、側面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）よりも大きい。
【００５３】
ここで、集光部材２１に入射したレーザ光の進行について簡単に説明する。図１１および図１２に示すように、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、長軸方向および短軸方向に広がりながら進行し、集光部材２１の光入射面２１ａに入射する。そして、レーザ光は上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅで全反射を繰り返すことにより、集光されながら光出射面２１ｂまで導光され、光出射面２１ｂから外部に出射する。すなわち、集光部材２１は光入射面２１ａに入射したレーザ光の進行方向を集光部材２１の内部で変更してレーザ光を光出射面２１ｂまで導く機能を有する。なお、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は長軸方向の広がり角が短軸方向の広がり角よりも大きいので、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たしにくくなる。このため、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）（図１０参照）を、側面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）（図９参照）よりも大きくすることによって、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たさなくなるのを抑制している。
【００５４】
また、図１３に示すように、レーザ光の出射方向（レーザ光の光軸方向）が集光部材２１の光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置すれば、一対の側面２１ｅにおいて全反射条件をより満たしやすくなるので、特に有効である。なお、レーザ光の出射方向が光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置する場合、図１４に示すように、各レーザ光の出射方向と光入射面２１ａとが直交するように光入射面２１ａを形成してもよい。これにより、レーザ光の集光部材２１への入射効率が低下するのを抑制することが可能である。
【００５５】
また、図１５〜図１７に示すように、集光部材２１のエッジを面取りしてもよい。すなわち、集光部材２１の導光方向に垂直な断面を、コーナー部が面取りされた矩形状にしてもよい。この場合、図１５および図１６に示すように、集光部材２１のエッジ（断面におけるコーナー部）を、例えばＣ０．３ｍｍにＣ面取りしてもよい。また、図１７に示すように、集光部材２１のエッジをＲ面取りし、光出射面２１ｂを略円形状に形成してもよい。このように、集光部材２１の導光方向に垂直な断面をコーナー部が面取りされた矩形状に形成すれば、集光部材２１のエッジ（断面のコーナー部）におけるレーザ光の散乱を抑制することが可能である。これにより、集光部材２１からレーザ光が漏れるのを抑制することが可能であるので、レーザ光の利用効率を向上させることが可能である。なお、集光部材２１の導光方向とは、光入射面２１ａの中心から光出射面２１ｂの中心に向かう方向である。
【００５６】
そして、本実施形態の集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光強度分布は図１８に示すように、均一になる。すなわち、光出射面２１ｂから出射するレーザ光の光強度分布はガウス分布状ではなくなる。
【００５７】
また、図１９に示すように、集光部材２１の中心軸Ｏ２１は、蛍光部材２２の後述する照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して１０度以上３０度以下の角度α１（例えば３０度）だけ、Ｂ方向（投光方向（所定の方向、Ａ方向）とは反対側）に傾斜している。また、集光部材２１の光出射面２１ｂと蛍光部材２２の照射面２２ａとの間には隙間（空間）が形成されている。具体的には、集光部材２１の光出射面２１ｂは、蛍光部材２２の照射面２２ａから約０．３ｍｍ以上約１．１ｍｍ以下の距離Ｄ１（所定の距離）を隔てて配置されている。
【００５８】
なお、集光部材２１の中心軸Ｏ２１は、光入射面２１ａの中心および光出射面２１ｂの中心を通る軸であるとともに、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂに対して垂直な軸である。また、投光方向とは、投光装置１の例えば２５ｍ前方の最も照明したい部分に向かう方向であり、例えば反射面２３ａの開口部の中心から２５ｍ前方の最大照度点に向かう方向である。また、本実施形態では、投光方向は取付部材２４の後述する上面２４ａに平行な方向（水平方向）であるとともに、反射部材２３の開口面（Ａ方向側の端面）に対して垂直な方向である。
【００５９】
蛍光部材２２はレーザ光が照射される照射面２２ａを有する。また、蛍光部材２２の背面（照射面２２ａとは反対側の面）はアルミニウムからなる支持板２６に接触されている。蛍光部材２２は、例えば電気泳動により支持板２６上に堆積されることにより形成されている。この支持板２６は約１０ｍｍの幅（差し渡し寸法）と、約１０ｍｍの長さ（差し渡し寸法）と、約１ｍｍの厚みとを有する。また、蛍光部材２２は約１０ｍｍの幅と、約１０ｍｍの長さと、約０．１ｍｍの均一な厚みとを有する。このため、蛍光部材２２の厚みは蛍光部材２２の差し渡し寸法の１／１０以下である。また、蛍光部材２２の厚みは蛍光部材２２の照射面２２ａに照射されるレーザ光のスポット径（例えば２ｍｍφ）の１／１０以下である。また、蛍光部材２２の照射面２２ａは、レーザ光のスポット領域よりも十分に大きい。
【００６０】
このため、蛍光部材２２から出射する蛍光は図２０に示すように、主として照射面２２ａから出射し、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布は図２１に示すようにランバーシアン分布になる。すなわち、蛍光部材２２から出射する蛍光は、照射面２２ａの垂線方向の光強度が最も高く、照射面２２ａと平行方向の光強度が略ゼロになる。なお、蛍光部材２２の厚みを直径（差し渡し寸法）の１／１０よりも大きくし、照射面２２ａの略全面にレーザ光を照射すると、蛍光は図２２に示した状態で蛍光部材２２から出射する。すなわち、蛍光部材２２の側面からも蛍光が出射し、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布はランバーシアン分布にはならない。
【００６１】
また、蛍光部材２２は、例えば青紫色光（励起光）を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する３種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕが挙げられる。これらの蛍光体は無機のバインダー（シリカやＴｉＯ２など）により繋ぎ止められている。そして、蛍光部材２２から出射する赤色光、緑色光および青色光の蛍光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、赤色光は例えば約６４０ｎｍの中心波長を有する光であり、緑色光は例えば約５２０ｎｍの中心波長を有する光である。また、青色光は例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する光である。
【００６２】
また、蛍光部材２２には蛍光体が高密度で含有されている。具体的には、蛍光部材２２における蛍光体の体積占有率は約９０％以上である。また、蛍光体は約９０質量％以上の比率で蛍光部材２２に含有されている。これにより、蛍光部材２２の厚みが小さい場合であっても、レーザ光が蛍光部材２２を透過するのを抑制することが可能であり、レーザ光を効率よく蛍光に変換することが可能である。また、蛍光部材２２の照射面２２ａに入射したレーザ光は照射面２２ａの表面近傍で蛍光に変換されやすくなり、蛍光は照射面２２ａから出射しやすくなる。なお、上記した体積占有率および質量％は約９９％以上であることが好ましい。
【００６３】
また、蛍光部材２２は図１に示すように、反射部材２３の反射面２３ａ（第１反射面）の焦点Ｆ２３を含む領域に配置されており、蛍光部材２２の照射面２２ａの中心は、反射面２３ａの焦点Ｆ２３と略一致している。なお、蛍光部材２２は、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３の近傍に配置されていてもよい。
【００６４】
また、蛍光部材２２の照射面２２ａは図１９に示すように、投光方向（Ａ方向）に対して、Ｂ方向側に傾斜している。言い換えると、蛍光部材２２の照射面２２ａは、反射部材２３の開口部側から見た時に照射面２２ａが見えなくなる方向に傾斜している。
【００６５】
具体的には、蛍光部材２２の照射面２２ａは、投光方向（Ａ方向）に対して０度よりも大きく３０度以下の角度β１（例えば約２７度）だけ、Ｂ方向側に傾斜している。このため、図２３に示すように、照射面２２ａの中心と反射部材２３の反射面２３ａの投光方向（Ａ方向）側の端部とを結ぶ線Ｑ２２は、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して６０度以上（例えば約６３．９度）投光方向側に傾斜している。
【００６６】
反射部材２３の反射面２３ａは、蛍光部材２２の照射面２２ａに対向するように配置されている。また、反射面２３ａは、例えば放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面２３ａは放物面を、その頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面２３ａは図２３および図２４に示すように、約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約３０ｍｍの半径を有する略半円形状に形成されている。
【００６７】
また、反射面２３ａは蛍光部材２２からの光を平行光にして所定の方向（Ａ方向）に反射する機能を有する。ただし、実際には、照射面２２ａ上のレーザ光のスポット領域（照射領域）は一定の大きさを有しているので、反射部材２３から出射する光は完全な平行光ではないが、本明細書では説明を簡単にするために、反射部材２３から平行光が出射される、と説明する場合がある。
【００６８】
また、反射部材２３のうちの蛍光部材２２の中心よりもＢ方向の部分には、貫通穴２３ｂが形成されている。この貫通穴２３ｂには、集光部材２１の先端部分が挿入される。
【００６９】
なお、反射部材２３は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。
【００７０】
反射部材２３には取付部材２４が固定されている。この取付部材２４の上面２４ａは光を反射する機能を有するように形成されていることが好ましい。取付部材２４は例えばＡｌやＣｕなどの良好な熱伝導性を有する金属により形成されており、蛍光部材２２で発生した熱を放熱する機能を有する。また、取付部材２４の上面２４ａには、蛍光部材２２および支持板２６を固定するための取付部２４ｂが一体的に形成されている。また、図１９に示すように、取付部２４ｂの取付面２４ｃは、投光方向（Ａ方向）に対して０度よりも大きく３０度以下の角度（＝角度β１）だけ、Ｂ方向側に傾斜している。なお、取付部材２４の下面には、放熱フィン（図示せず）が設けられていることが好ましい。
【００７１】
また、図１に示すように、反射部材２３の開口部（Ａ方向の端部）には、励起光（約４０５ｎｍの波長の光）を遮光（吸収または反射）し、蛍光部材２２により波長変換された蛍光（赤色光、緑色光および青色光）を透過するフィルタ部材２５が設けられている。具体的には、フィルタ部材２５は例えば約４１８ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４１８ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、五十鈴精工株式会社製のＩＴＹ−４１８や、例えば約４２０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４２０ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、ＨＯＹＡ株式会社製のＬ４２等のガラス材料を用いて形成することが可能である。
【００７２】
次に、図２５および図２６を参照して、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／１０以下にする理由について説明する。本願発明者は、蛍光部材２２の差し渡し寸法に対する蛍光部材２２の最適な厚みを求めるために、以下の実験を行った。
【００７３】
この実験では、図２５に示すように、円柱形状の蛍光部材２２の照射面２２ａの全面にレーザ光を照射し、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布をシミュレーションにより求めた。また、この実験では、蛍光部材２２の形状と蛍光の光強度分布との関係がより明らかになるように、蛍光体の体積占有率が数十％程度である蛍光部材について光強度分布を求めた。そして、２ｍｍの直径Ｄ２２と、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍの厚みＴ２２とをそれぞれ有する５種類の蛍光部材２２について光強度分布を求めた。その結果を図２６に示す。なお、図２６では、各蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布の最大値を１として規格化を行っている。
【００７４】
図２６に示すように、蛍光部材２２の厚みＴ２２が０．１ｍｍおよび０．２ｍｍの場合（蛍光部材２２の厚みが差し渡し寸法（直径）の１／１０以下の場合）、蛍光部材２２から出射する光強度分布はランバーシアン分布になった。その一方、蛍光部材２２の厚みＴ２２が０．５ｍｍ、０．８ｍｍおよび１．０ｍｍの場合（蛍光部材２２の厚みが差し渡し寸法（直径）の１／４以上の場合）、蛍光部材２２から出射する光強度分布はランバーシアン分布にならなかった。また、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／１０以下にすると、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／４以上にする場合に比べて、蛍光部材２２から出射する蛍光の指向性が高くなった。
【００７５】
なお、各蛍光部材２２から出射する蛍光の全光量（全光束）は同程度なので、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／１０以下にすると、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／４以上にする場合に比べて、光強度分布の最大値が大きくなる。すなわち、蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線方向に出射する蛍光の光量は多くなる。
【００７６】
以上の結果から、蛍光部材２２の厚みを差し渡し寸法の１／１０以下にしている。
【００７７】
また、蛍光部材２２の照射面２２ａをレーザ光のスポット領域よりも十分に大きくすることも同様の理由からである。すなわち、蛍光部材２２の照射面２２ａをレーザ光のスポット領域よりも大きくするにしたがって、蛍光部材２２の照射面２２ａから出射する蛍光の光強度分布はランバーシアン分布になる。このため、本実施形態では、蛍光部材２２の照射面２２ａから出射する蛍光の光強度分布がランバーシアン分布になるように、蛍光部材２２の照射面２２ａをレーザ光のスポット領域よりも十分に大きくしている。
【００７８】
なお、蛍光部材２２の厚みを照射面２２ａの差し渡し寸法の１／１０以下に形成するか、照射面２２ａをレーザ光のスポット領域よりも十分に大きく形成するかのいずれかを行えば、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布を、容易にランバーシアン分布にすることが可能である。
【００７９】
次に、図２７〜図２９を参照して、照射面２２ａの中心と反射部材２３の反射面２３ａの投光方向側の端部とを結ぶ線Ｑ２２（図２３参照）を、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して６０度以上傾斜させる理由について説明する。
【００８０】
蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布がランバーシアン分布である場合（図２１や図２６の０．１ｍｍ、０．２ｍｍの場合）、図２７に示すように、蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して−９０度以上９０度以下の範囲で、蛍光の全光量（全光束）が出射される。このため、蛍光の全てを反射部材２３で反射しようとすると、蛍光部材２２の−９０度以上９０度以下の範囲を覆うように反射部材２３を形成する必要がある。これを実現する構造としては、図２８に示した構造が考えられ得る。しかしながら、本願発明者の検討によると、図２８に示した構造では蛍光部材２２で発生する熱を十分に放熱させるのが困難であり、放熱性および蛍光の利用効率を両立させるのは困難であった。
【００８１】
そして、本願発明者は鋭意検討の結果、反射面２３ａを例えば放物面の略半分により形成し、蛍光部材２２を反射面２３ａの焦点Ｆ２３に配置し、蛍光部材２２の厚みを小さくし、蛍光部材２２を放熱性の良好な取付部材２４に取り付けた上で、蛍光部材２２の照射面２２ａを投光方向（Ａ方向）に対して傾斜させることによって、蛍光部材２２の放熱性を確保しながら、蛍光の利用効率を飛躍的に向上させることが可能であることを見出した。
【００８２】
ここで、図２７に示すように、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して−６０度以上６０度以下の範囲に全光量の約８７％が含まれるので、−６０度以上６０度以下の範囲の蛍光を反射面２３ａで反射させるように構成すれば、実用上十分に効率的であると言える。なお、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して約６３．９度の範囲には、全光量の約９０％以上が含まれる。
【００８３】
このため、照射面２２ａの中心と反射面２３ａの投光方向側の端部とを結ぶ線Ｑ２２が照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して６０度以上傾斜するように、反射面２３ａを形成している。なお、図２９に示すように、線Ｑ２２が垂線Ｐ２２に対して９０度以上になるように反射面２３ａを投光方向側に延ばせば、蛍光部材２２ａから出射する全光量を反射面２３ａで反射させることが可能である。言い換えると、反射面２３ａを照射面２２ａの延長線Ｑ２２ａよりも投光方向側に延ばせば、蛍光部材２２ａから出射する全光量を反射面２３ａで反射させることが可能である。
【００８４】
次に、図３０および図３１を参照して、集光部材２１の中心軸Ｏ２１を蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して１０度以上３０度以下傾斜させる理由について説明する。本願発明者は、集光部材２１の中心軸Ｏ２１の、蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対する最適な傾斜角度を求めるために、以下の実験を行った。
【００８５】
この実験では、図３０に示すように、照射面２２ａが投光方向（Ａ方向）に平行になるように蛍光部材２２を配置し、集光部材２１の中心軸Ｏ２１を照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対してα１（＝０度〜７５度）だけ傾斜させて、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度をシミュレーションにより求めた。その結果を図３１に示す。
【００８６】
図３１に示すように、集光部材２１の中心軸Ｏ２１の、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対する傾斜角度α１が約１０度〜約３０度のときに、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が最も高くなった。これは以下の理由によるものと考えられる。傾斜角度α１が約３０度よりも大きくなるにしたがって、照射面２２ａ上のレーザ光のスポット領域が大きくなる。このため、反射面２３ａの焦点Ｆ２３からずれた位置で励起・発光される光が多くなり、平行光として投光される光が少なくなる。これにより、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が低くなると考えられる。一方、傾斜角度α１が約１０度よりも小さくなる（０度に近づく）にしたがって、蛍光部材２２から出射する光のうちの集光部材２１に入射する（戻る）光が多くなり、反射面２３ａに到達する光が少なくなる。このため、反射面２３ａから投光される光が少なくなり、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が低くなると考えられる。以上の結果から、集光部材２１の中心軸Ｏ２１を蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して１０度以上３０度以下傾斜させている。
【００８７】
なお、集光部材２１の中心軸Ｏ２１を照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対してＢ方向（投光方向とは反対側）に傾斜させるのは、以下の理由による。集光部材２１の中心軸Ｏ２１を照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対してＡ方向に傾斜させると、集光部材２１は反射面２３ａで反射した光の光路上に配置される。これにより、反射面２３ａで反射した光の一部が集光部材２１に入射し、光の利用効率が低下するためである。
【００８８】
次に、図３２および図３３を参照して、蛍光部材２２の照射面２２ａを投光方向（Ａ方向）に対して０度よりも大きく３０度以下の角度だけ傾斜させる理由について説明する。本願発明者は、蛍光部材２２の照射面２２ａの、投光方向（Ａ方向）に対する最適な傾斜角度を求めるために、以下の実験を行った。
【００８９】
この実験では、図３２に示すように、集光部材２１の傾斜角度α１を７５度にし、蛍光部材２２の照射面２２ａを投光方向（Ａ方向）に対して角度β１（＝０度〜６０度）だけ傾斜させて、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度をシミュレーションにより求めた。その結果を図３３に示す。
【００９０】
図３３に示すように、蛍光部材２２の照射面２２ａの投光方向（Ａ方向）に対する傾斜角度β１が０度〜約３０度のときに、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が高くなった。具体的には、傾斜角度β１が０度のときに、最大照度点の照度が最も高くなり、傾斜角度β１を大きくするにしたがって、最大照度点の照度が小さくなる傾向にあった。また、傾斜角度β１が約３０度以下の範囲では、傾斜角度β１が０度のときに比べて、照度の低下が１０％程度に収まった。
【００９１】
傾斜角度β１を大きくするにしたがって最大照度点の照度が低くなるのは、以下の理由によるものと考えられる。反射面２３ａは、その頂点Ｖ２３（図２３参照）付近の曲率が大きく、開口部に近づくほど曲率が小さくなる。レーザ光のスポット領域が点と見なせる程小さい場合には、反射面２３ａの頂点Ｖ２３付近で反射される光も、開口部付近で反射される光も平行光となる。しかしながら実際には、スポット領域はある大きさ（例えば２ｍｍφ）を有しており、反射面２３ａの焦点Ｆ２３に対して少しずれた位置からも光が出射され、反射面２３ａで反射される。このとき、頂点Ｖ２３付近の曲率は大きいので、頂点Ｖ２３付近で反射される光は、開口部付近で反射される光よりも平行光になりにくく、最大照度点に到達しにくい。そして、傾斜角度β１を大きくするにしたがって反射面２３ａの開口部付近で反射される光が少なくなるので、最大照度点の照度が低くなると考えられる。
【００９２】
ただし、傾斜角度β１が小さくなると反射部材２２を経由せずに直接外部に出射する光が多くなる。すなわち、反射部材２２により制御可能な光が少なくなる。これにより、投光装置１の前方の所定の範囲の照度が全体的に低くなる。以上の結果から、傾斜角度β１は０度よりも大きく３０度以下であることが好ましい。
【００９３】
次に、図１９および図３４を参照して、集光部材２１の光出射面２１ｂを蛍光部材２２の照射面２２ａから約０．３ｍｍ以上約１．１ｍｍ以下の距離を隔てて配置する理由について説明する。本願発明者は、集光部材２１の光出射面２１ｂから蛍光部材２２の照射面２２ａまでの最適な距離を求めるために、以下の実験を行った。
【００９４】
この実験では、図１９に示すように、集光部材２１の傾斜角度α１を３０度にし、蛍光部材２２の傾斜角度β１を２７度にし、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度をシミュレーションにより求めた。その結果を図３４に示す。
【００９５】
図３４に示すように、集光部材２１の光出射面２１ｂから蛍光部材２２の照射面２２ａまでの距離Ｄ１が約０．３ｍｍ以上約１．１ｍｍ以下のときに、最大照度点の照度が最も高くなった。また、距離Ｄ１が約０．３ｍｍ以上約１．１ｍｍ以下の範囲では、照度の低下が１０％程度に収まった。
【００９６】
距離Ｄ１が約０．３ｍｍよりも小さいとき、および、約１．１ｍｍよりも大きいときに、最大照度点の照度が低くなるのは、以下の理由によるものと考えられる。距離Ｄ１が小さくなるにしたがって、蛍光部材２２から出射する光のうちの集光部材２１に入射する（戻る）光が多くなり、反射面２３ａに到達する光が少なくなる。このため、反射面２３ａから投光される光が少なくなり、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が低くなると考えられる。また、距離Ｄ１が大きくなるにしたがって、照射面２２ａ上のレーザ光のスポット領域が大きくなる。このため、反射面２３ａの焦点Ｆ２３からずれた位置で励起・発光される光が多くなり、平行光として投光される光が少なくなる。これにより、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度が低くなると考えられる。以上の結果から、集光部材２１の光出射面２１ｂを蛍光部材２２の照射面２２ａから約０．３ｍｍ以上約１．１ｍｍ以下の距離を隔てて配置している。
【００９７】
本実施形態では、上記のように、蛍光を主として照射面２２ａから出射する蛍光部材２２を設けることによって、蛍光部材２２から出射する光（蛍光）の大部分を反射部材２３で反射することができる。すなわち、蛍光部材２２から出射する光の大部分を反射部材２３で制御することができる。このため、所望の領域に到達する光を多くすることができるので、所望の領域を効率的に照明することができる。その結果、光（蛍光）の利用効率を向上させることができる。
【００９８】
また、上記のように、蛍光部材２２の照射面２２ａは所定の方向（Ａ方向）に対してＢ方向側に傾斜している。これにより、蛍光部材２２から出射した光が反射部材２３を介さず直接外部に出射するのを抑制することができる。すなわち、反射部材２３で制御されない光を少なくすることができる。これにより、所望の領域に到達する光が少なくなるのを抑制することができるので、所望の領域をより効率的に照明することができる。また、蛍光部材２２の照射面２２ａ（スポット領域）が投光ユニット２０の外部から見えるのを抑制することができるので、歩行者、先行車および対向車等に与えるグレア光を抑制することができる。
【００９９】
また、上記のように、取付面２４ｃを所定の方向（Ａ方向）に対してＢ方向に傾斜させることによって、蛍光部材２２および支持板２６の厚みが均一であっても、容易に、蛍光部材２２の照射面２２ａを所定の方向（Ａ方向）に対してＢ方向に傾斜させることができる。また、蛍光部材２２および支持板２６の厚みを均一に形成するので、蛍光部材２２および支持板２６を容易に製造することができる。
【０１００】
また、上記のように、蛍光部材２２における蛍光体の体積占有率を９０％以上にすることによって、蛍光部材２２の厚みが小さい場合であっても、レーザ光が蛍光部材２２を透過するのを抑制することができ、レーザ光を効率よく蛍光に変換することができる。また、蛍光部材２２に照射されたレーザ光は蛍光部材２２の照射面２２ａの表面近傍で蛍光に変換されやすくなる。このため、容易に、蛍光を主として蛍光部材２２の照射面２２ａから出射させることができる。
【０１０１】
また、上記のように、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布はランバーシアン分布である。これにより、蛍光部材２２から出射する光は、照射面２２ａの垂線方向の光強度が高く、照射面２２ａと平行方向の光強度が略ゼロになる。このため、蛍光部材２２から出射した光が反射部材２３を介さず直接外部に出射するのをより抑制することができる。すなわち、反射部材で制御されない光をより少なくすることができ、所望の領域に到達する光が少なくなるのをより抑制することができる。
【０１０２】
また、上記のように、蛍光部材２２の厚みは照射面２２ａの差し渡し寸法（幅、長さ）の１／１０以下である。また、蛍光部材２２の照射面２２ａは、照射面２２ａに照射されるレーザ光のスポット領域よりも十分に大きい。これにより、蛍光部材２２から出射する蛍光の光強度分布を、容易にランバーシアン分布にすることができる。
【０１０３】
また、上記のように、レーザ光が入射される光入射面２１ａと、光入射面２１ａよりも小さい面積を有するとともにレーザ光を出射する光出射面２１ｂと、光入射面２１ａに入射したレーザ光を反射して光出射面２１ｂまで導く上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅとを含む集光部材２１を設ける。これにより、光入射面２１ａに入射したレーザ光は、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅで反射されながら集光部材２１内を進行し、均一化された光強度分布で光出射面２１ｂから出射する。すなわち、光出射面２１ｂから出射するレーザ光の光強度分布はガウス分布状ではなくなる。このため、蛍光部材２２の照射面２２ａに光密度が高くなりすぎる部分が発生するのを抑制することができる。これにより、蛍光部材２２に含有される蛍光体やバインダーが熱により劣化したり、光により化学反応を起こし劣化するのを抑制することができる。
【０１０４】
また、この集光部材２１では、集光レンズ等と異なり焦点（集光点）が存在しない。すなわち、集光部材２１から出射するレーザ光は１点に集光されない。このため、振動や経年劣化などにより、半導体レーザ素子１１、集光部材２１または蛍光部材２２に位置ずれが生じた場合であっても、蛍光部材２２の照射面２２ａにおいて光密度が大きく変動するのを抑制することができる。これにより、蛍光部材２２に光密度が高くなりすぎる部分が発生するのを抑制することができる。また、集光部材２１に対して半導体レーザ素子１１を位置ずれさせた場合であっても、照射面２２ａ上のレーザ光のスポット位置（照射位置）はほとんど変化しない。このため、半導体レーザ素子１１を集光部材２１に対して高精度に位置決めする必要がないので、投光装置１の組立を容易に行うことができる。
【０１０５】
また、集光部材２１の光出射面２１ｂは光入射面２１ａよりも小さい面積を有するので、レーザ光は集光された状態で光出射面２１ｂから出射する。これにより、蛍光部材２２の照射面２２ａにおけるレーザ光のスポット領域を狭くすることができるので、蛍光部材２２の発光領域を狭くすることができる。このため、所望の領域をより効率的に照明することができる。
【０１０６】
また、集光部材２１の光出射面２１ｂを蛍光部材２２の照射面２２ａから所定の距離Ｄ１を隔てて配置することによって、蛍光部材２２の照射面２２ａから出射した光が集光部材２１の光出射面２１ｂに入射する（戻る）のを抑制することができる。これにより、光の利用効率が低下するのを抑制することができる。
【０１０７】
また、上記のように、集光部材２１は蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して傾斜している。蛍光部材２２から出射する光は照射面２２ａの垂線方向の光強度が最も高いので、集光部材２１を蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して傾斜させることによって、蛍光部材２２の照射面２２ａから出射した光が集光部材２１の光出射面２１ｂに入射するのをより抑制することができる。これにより、光の利用効率が低下するのをより抑制することができる。
【０１０８】
また、上記のように、集光部材２１は蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対してＢ方向に傾斜している。これにより、反射部材２３で反射され所定の方向（Ａ方向）に進行する光が集光部材２１に入射するのを抑制することができる。すなわち、反射部材２３で反射された光の光路上に集光部材２１が配置されるのを抑制することができる。このため、光の利用効率が低下するのをより抑制することができる。
【０１０９】
また、上記の集光部材２１を用いれば、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光を容易に集光することができる。このため、複数の半導体レーザ素子１１を光源として用いる場合に上記の集光部材２１を用いることは、特に有効である。
【０１１０】
また、上記のように、蛍光部材２２を金属製の取付部材２４に取り付けることによって、蛍光部材２２で発生する熱を効率よく放熱させることができる。これにより、蛍光部材２２が高温になるのを抑制することができるので、蛍光部材２２が熱により劣化したり、蛍光部材２２の発光効率が低下するのを抑制することができる。
【０１１１】
また、上記のように、反射面２３ａは放物面の一部を含むように形成されている。これにより、蛍光部材２２を反射面２３ａの焦点Ｆ２３に位置させることにより、投光ユニット２０から出射する光（照明光）を容易に平行光にすることができる。
【０１１２】
また、上記のように、反射面２３ａは放物面を、その焦点Ｆ２３と頂点Ｖ２３とを結ぶ軸に交差する面で分割し、かつ、焦点Ｆ２３と頂点Ｖ２３とを結ぶ軸に平行な面で分割した形状に形成されている。これにより、反射部材２３および投光ユニット２０を小型化することができる。
【０１１３】
また、上記のように、蛍光部材２２の照射面２２ａは所定の方向（Ａ方向）に対して０度よりも大きく３０度以下の角度β１傾斜している。これにより、所望の領域の最大照度点の照度が低くなるのを抑制しながら、所望の領域の照度が全体的に低くなるのを抑制することができる。
【０１１４】
また、上記のように、蛍光部材２２の照射面２２ａの中心と反射面２３ａのＡ方向側の端部とを結ぶ線Ｑ２２は、照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して６０度以上Ａ方向側に傾斜している。これにより、より多くの蛍光を反射面２３ａで反射することができ、蛍光の利用効率をより向上させることができる。なお、線Ｑ２２を垂線Ｐ２２に対して９０度以上になるように反射面２３ａを形成すれば、全ての蛍光を反射面２３ａで反射することができる。この場合、照射面２２ａは投光ユニット２０の外部から見えないので、歩行者、先行車および対向車等に与えるグレア光をより抑制することができる。
【０１１５】
また、上記のように、集光部材２１の光出射面２１ｂは蛍光部材２２の照射面２２ａから０．３ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の距離Ｄ１を隔てて配置されている。これにより、所望の領域の最大照度点の照度を高くすることができる。
【０１１６】
また、上記のように、集光部材２１は蛍光部材２２の照射面２２ａの垂線Ｐ２２に対して１０度以上３０度以下傾斜している。これにより、所望の領域の最大照度点の照度を高くすることができる。
【０１１７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１１８】
例えば、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態では、本発明の投光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置をダウンライトまたはスポットライトや、その他の投光装置に適用してもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。
【０１２１】
また、上記実施形態では、白色光を出射するように、励起光源（半導体レーザ素子）および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態では、レーザ光を出射するレーザ発生器として、半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子以外のレーザ発生器を用いてもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。
【０１２４】
また、上記実施形態では、半導体レーザ素子から出射したレーザ光を集光部材で集光して蛍光部材に照射した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図３５に示した本発明の第１変形例による投光装置のように、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光を、レンズ１０１、バンドル化された光ファイバ１０２、集光レンズ１０３および反射鏡１０４を用いて蛍光部材２２に照射してもよい。また、例えば図３６に示した本発明の第２変形例による投光装置のように、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光を、レンズ１０１およびバンドル化された光ファイバ１０２ａを用いて蛍光部材２２に照射してもよい。また、図３５および図３６に示すように、取付部材２４の下面に複数の放熱フィン１０５を設けてもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。例えば、約４５０ｎｍの中心波長を有する青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体とを用いて、白色光を得てもよい。この場合、励起光を遮光するフィルタ部材は設けなくてよい。なお、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｙ１−ｘ−ｙＧｄｘＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２（０．１≦ｘ≦０．５５、０．０１≦ｙ≦０．４）などが挙げられる。また、これに限らず、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。
【０１２６】
また、上記実施形態では、反射部材の反射面を放物面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、反射面を楕円面の一部により形成してもよい。この場合、蛍光部材を反射面の焦点に位置させることにより、投光ユニットから出射する光を容易に集光することができる。また、反射面を多数の曲面（例えば放物面）からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。
【０１２７】
また、上記実施形態では、反射部材と取付部材とを別体で設けた例について説明したが、本発明はこれに限らず、反射部材と取付部材とを一体で形成してもよい。
【０１２８】
また、上記実施形態では、励起光源として複数の半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。励起光源として１つの半導体レーザ素子を用いてもよい。また、励起光源として、複数の発光部を備えた、いわゆる半導体レーザアレイを用いてもよい。
【０１２９】
また、上記実施形態では、集光部材をレーザ発生装置に固定した例について示したが、本発明はこれに限らない。集光部材を反射部材、取付部材、支持板または蛍光部材に固定してもよい。
【０１３０】
また、上記実施形態では、集光部材の光出射面と蛍光部材の照射面との間に隙間（空間）が形成されている例について示したが、本発明はこれに限らない。集光部材の光出射面と蛍光部材の照射面との間に樹脂やガラスなどが配置されていてもよく、反射部材の反射面の内側が樹脂やガラスなどにより充填されていてもよい。
【０１３１】
また、上記実施形態では、レーザ光が蛍光部材の照射面の表面近傍で蛍光に変換されて照射面から出射する例について説明した。すなわち、レーザ光や蛍光が蛍光部材の背面側まで到達しない例について説明したが、本発明はこれに限らない。蛍光部材の背面が接触する支持板の表面を反射面により形成し、実質的に蛍光部材の背面からは蛍光が出射しないようにしてもよい。この場合、蛍光体は上記実施形態ほど高密度でなくてもよい。ただし、レーザ光が蛍光部材の背面側まで到達せず、照射面の表面近傍で蛍光に変換される方が発光効率が高いので、蛍光体は高密度である方が好ましい。
【０１３２】
また、上記実施形態では、蛍光部材を支持板上に形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、蛍光部材を取付部材の取付部上に直接形成してもよい。また、例えば、支持板および取付部を設けず、支持板および取付部に相当する部分を蛍光部材で形成してもよい。ただし、この場合、蛍光部材の厚みが大きくなり放熱性が低下するので、取付部を設けて蛍光部材の厚みを小さくする方が好ましい。
【０１３３】
また、上記実施形態では、集光部材を蛍光部材の照射面の垂線に対して投光方向とは反対側に傾斜させた例について示したが、本発明はこれに限らない。集光部材を蛍光部材の照射面の垂線に対して他の方向に傾斜させてもよい。
【０１３４】
また、上記実施形態では、蛍光部材の照射面が略正方形状または円形状である例について示したが、本発明はこれに限らない。蛍光部材の照射面は、例えば楕円形状、長方形状または多角形状であってもよい。
【０１３５】
また、上記実施形態では、集光部材の光出射面が平坦面により形成されている例について示したが、本発明はこれに限らず、光出射面は平坦面以外により形成されていてもよい。
【０１３６】
また、上記実施形態では、投光方向が例えば水平方向である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、投光方向は水平方向でなくてもよい。
【０１３７】
また、上記実施形態では、取付部材の上面が水平である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、取付部材の上面は水平でなくてもよい。
【０１３８】
また、上記実施形態では、反射部材の開口面が投光方向に対して垂直である場合について説明したが、本発明はこれに限らない。反射部材の開口面は投光方向に対して垂直でなくてもよい。また、反射部材の開口面は例えば曲面（凹凸面）であってもよい。
【０１３９】
また、上記実施形態では、集光部材の光入射面に入射したレーザ光を第２反射面（上面、下面、側面）で反射して光出射面まで導光する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、グレーデッドインデックス光ファイバのように、内側から外側に向かって屈折率が滑らかにまたは段階的に小さくなるように集光部材を形成することによって、レーザ光の進行方向を集光部材の内部で変更してレーザ光を光出射面まで導いてもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１  投光装置
１１  半導体レーザ素子（レーザ発生器）
２０  投光ユニット
２１  集光部材
２１ａ  光入射面
２１ｂ  光出射面
２１ｃ  上面（第２反射面）
２１ｄ  下面（第２反射面）
２１ｅ  側面（第２反射面）
２２  蛍光部材
２２ａ  照射面
２３  反射部材
２３ａ  反射面（第１反射面）
２４  取付部材
２４ｃ  取付面
Ｄ１  距離（所定の距離）
Ｆ２３  焦点
Ｐ２２  垂線
Ｑ２２  線
Ｖ２３  頂点
【図１】
0005331156.tif 000002
【図２】
0005331156.tif 000003
【図３】
0005331156.tif 000004
【図４】
0005331156.tif 000005
【図５】
0005331156.tif 000006
【図６】
0005331156.tif 000007
【図７】
0005331156.tif 000008
【図８】
0005331156.tif 000009
【図９】
0005331156.tif 000010
【図１０】
0005331156.tif 000011
【図１１】
0005331156.tif 000012
【図１２】
0005331156.tif 000013
【図１３】
0005331156.tif 000014
【図１４】
0005331156.tif 000015
【図１５】
0005331156.tif 000016
【図１６】
0005331156.tif 000017
【図１７】
0005331156.tif 000018
【図１８】
0005331156.tif 000019
【図１９】
0005331156.tif 000020
【図２０】
0005331156.tif 000021
【図２１】
0005331156.tif 000022
【図２２】
0005331156.tif 000023
【図２３】
0005331156.tif 000024
【図２４】
0005331156.tif 000025
【図２５】
0005331156.tif 000026
【図２６】
0005331156.tif 000027
【図２７】
0005331156.tif 000028
【図２８】
0005331156.tif 000029
【図２９】
0005331156.tif 000030
【図３０】
0005331156.tif 000031
【図３１】
0005331156.tif 000032
【図３２】
0005331156.tif 000033
【図３３】
0005331156.tif 000034
【図３４】
0005331156.tif 000035
【図３５】
0005331156.tif 000036
【図３６】
0005331156.tif 000037