(57)【要約】【課題】一定の光量のレーザ光を蛍光体に照射すれば、一定光量の光が得られ、一定の方向には一定量の光量が放射される照明装置及び車両用前照灯を提供する。【解決手段】照明装置（１０）は、レーザ光を出力するレーザ光源（１１）と、レーザ光を平行化するコリメータレンズ（１２）と、平行化されたレーザ光を反射するとともに所定の周期で揺動可能な走査用ミラー（１３）と、反射されたレーザ光の照射位置で蛍光を生じる発光部（１４）と、前記発光部の発光側に対向して設けられ、開口部から前記走査用ミラーから前記発光部に照射されたレーザ光による前記蛍光を反射するリフレクタ（１５）を備える。前記発光部は、中央部に比べて周辺部のほうが蛍光物質の密度を薄く塗布される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
レーザ光を平行化する平行化部と、
平行化されたレーザ光を反射するとともに所定の周期で揺動可能な走査部と、
反射されたレーザ光の照射位置で蛍光を生じる発光部と、
前記発光部の発光側に対向して設けられ、開口部から前記走査部から前記発光部に照射されたレーザ光による前記蛍光を反射する凹面鏡と、
を備え、
前記発光部は、中央部に比べて周辺部のほうが蛍光物質の密度を薄く形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記凹面鏡は、底部の頂点部分に平板部を設け、前記開口部から前記走査部からのレーザ光を前記発光部に照射す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】
前記発光部は、中央部が凹曲面で形成され、その部分の励起光が前記凹面鏡の前記平板部に照射され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】
前記レーザ光源は、前記走査部の走査タイミングと同期させてレーザ光の強度を変えて、前記凹面鏡からの所定の方向の光強度を変えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの照明装置を備えたことを特徴とする車両用前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を蛍光体上の所定の位置に選択的に照射することで所望の方向を照らす照明装置及び車両用前照灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低消費電力且つ高効率で均一な放射が可能な照明装置が望まれており、レーザ光を蛍光体に照射して蛍光を生じさせ可視光を得る照明装置が提案されている。たとえば、特許文献１には、レーザ光を照射して蛍光体を発光させるヘッドランプが開示されている。
【０００３】
図１０は、従来のヘッドランプの構造を示す概略図である。特許文献１（特に〔変形例１０〕参照）に記載されているように、ヘッドランプ２００は、半導体レーザなどのレーザ素子２０１、レーザ光を平行光とするレンズ２０２、２軸方向に揺動可能なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー２０３、蛍光体からなる発光部２０４、凹面鏡であるリフレクタ２０５を備えている。
【０００４】
レーザ素子２０１を発したレーザ光は、レンズ２０２で平行光とされて走査用ミラー２０３に達し、走査用ミラー２０３により発光部２０４に導光される。走査用ミラー２０３は、２軸（ｘ、ｙ軸）が独立して回転運動が可能な微小光反射鏡であり、反射したレーザ光を走査させながら任意の場所に照射可能である。発光部２０４は、凹面鏡であるリフレクタ２０５の内側に配置されている。走査用ミラー２０３で反射したレーザ光は、リフレクタ２０５の底面部付近の開口部から発光部２０４に照射される。発光部２０４はレーザ照射箇所で励起して蛍光し、その光はリフレクタ２０５で反射されて前方（図の右側方向）に放射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようにＭＥＭＳミラー２０３でレーザ光を発光部２０４に対して走査させる場合、走査速度は発光部２０４上で常に一定ではない。発光部２０４の中央部では最も速く、周辺部で遅くなる。従って、蛍光体が一定の厚さで塗布されていた場合は、中央部に照射された場合は発光が弱く、周辺部に行くに従い、だんだん光が強くなり、一定輝度が得られないという問題があった。
【０００７】
また、ヘッドライトなどのように、前方の一定方向にはある程度の光が放射されるようにした方がよい。しかし、発光部２０４への照射位置を限定することによって、照明装置の放射される領域を限定できるが（たとえばロービームとハイビーム）、光が放射される領域では、光の強度は一律となってしまう。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、一定の光量のレーザ光を蛍光体に照射すれば、一定光量の光が得られ、一定の方向には一定量の光量が放射される照明装置及び車両用前照灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光を平行化する平行化部と、平行化されたレーザ光を反射するとともに所定の周期で揺動可能な走査部と、反射されたレーザ光の照射位置で蛍光を生じる発光部と、前記発光部の発光側に対向して設けられ、開口部から前記走査部から前記発光部に照射されたレーザ光による前記蛍光を反射する凹面鏡と、を備え、
前記発光部は、中央部に比べて周辺部のほうが蛍光物質の密度を薄く形成されることを特徴とする照明装置である。
【００１０】
前記凹面鏡は、底部の頂点部分に平板部を設け、前記開口部から前記走査部からのレーザ光を前記発光部に照射することを特徴とする。
【００１１】
前記発光部は、中央部が凹曲面で形成され、その部分の励起光が前記凹面鏡の前記平板部に照射されることを特徴とする。
【００１２】
前記レーザ光源は、前記走査部の走査タイミングと同期させてレーザ光の強度を変えて、前記凹面鏡からの所定の方向の光強度を変えることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記照明装置を備えたことを特徴とする車両用前照灯である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の照明装置によると、中央部に比べて周辺部のほうが蛍光物質の密度を薄く形成されるので、走査部によるレーザ光の走査速度が周辺部で遅くなるが、中央部と比べて強度が変わらない光が得られる。また、凹面鏡の底部頂点には平板部を設けて、所定の方向の光を強めることができる。この場合には、発光部の中央部に凹曲面を形成し、平板部に光が向かうようにすれば、さらに平板部からの反射光の強度を強めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における照明装置を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における走査用ミラー（ＭＥＭＳミラー）を示す図である。
【図３】ラスタ走査とリサージュ走査を示す図である。
【図４】第１実施形態における発光部を示す図である。
【図５】第１実施形態における照明装置を示すブロック図である。
【図６】走査用ミラーのラスタ走査の動作を示す説明図である。
【図７】走査用ミラーのリサージュ走査の動作を示す説明図である。
【図８】第２実施形態におけるヘッドライトのハイビームとロービームを示す説明図である。
【図９】第３実施形態におけるスポットライトを示す図である。
【図１０】従来のヘッドランプの構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載のある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態における照明装置の構造を示す概略図である。
照明装置１０は、レーザ光源１１と、コリメータレンズ（平行化部）１２と、走査用ミラー（走査部）１３と、発光部１４と、リフレクタ（凹面鏡）１５とを備える構成である。
【００１８】
レーザ光源１１は、例えば半導体レーザであり、放出されるレーザ光の波長は、例えば４０５ｎｍ（青紫色）である。レーザ光の波長は、これに限定されるものではなく、発光する発光部１４に応じて適宜選択される。レーザ光源１１は、一つであるが、複数用いても構わない。また、レーザ光源１１は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。
【００１９】
レーザ光は、励起光として高輝度な光であるので、後述する発光部１４の蛍光体を効率的に励起して、従来の光源よりも輝度の高い照明光を生成することができ、さらに、発光部１４自体のサイズを小径化することができる。また、レーザ光源１１は高輝度光源であるため、効率良く、発光部１４の照射領域を絞ることが可能となり、その結果、配光角の狭い投光が可能となる。
【００２０】
コリメータレンズ１２は、レーザ光を略平行化する機能を有し、例えば長軸０．７ｍｍ、短軸０．３ｍｍの楕円形状の平行光に成形される。この長軸や短軸のサイズは、これに限定されるものではなく、発光する発光部１４に応じて適宜選択される。
【００２１】
走査用ミラー１３は、例えばＭＥＭＳミラーであり、２軸（ｘ、ｙ軸）が独立して回転運動が可能な微小光反射鏡である。図２に示すように、ミラー２１、駆動プレート２２、固定フレーム２３を備える。ミラー２１と駆動プレート２２、駆動プレート２２と固定フレーム２３は、それぞれ櫛状に対向した電極２４が設けられており、電極間に電圧を印加することで電極間に斥力と引力が交互に作用することで所定の周期で揺動する。本実施例では、ミラー２１と駆動プレート２２の間に１００Ｖ、２０ｋＨｚを印加し、駆動プレート２２と固定フレーム２３の間に８０Ｖ、１．２ｋＨｚを印加して、主走査方向（図中Ｘ）に±１０度、副走査方向（図中Ｙ）に±５度の揺動角が得られるように設定されている。
【００２２】
なお、走査用ミラー１３０は、図２に示すような静電気的な斥力と引力で揺動制御する他に、コイルと磁石による電磁駆動や圧電素子の変位により揺動駆動する方法をとることもできる。
【００２３】
また、副走査方向の駆動周波数が、例えば６０Ｈｚ程度と遅い場合には、図３（ａ）のようなラスタ走査方式を使うことができる。これは１次元的に水平方向に走査して、一段垂直方向に下がって水平方向に走査して２次元の面で走査を行う方式である。副走査方向の駆動周波数が、例えば１．２ｋＨｚと高い場合には図３（ｂ）のようにリサージュ走査方式を使うこともできる。これは、垂直方向及び水平方向の双方に対してそれぞれ共振駆動させることで、リサージュ図形を描くように走査させる方式である。
【００２４】
発光部１４は、アルミニウムなどの金属板と、その表面に形成された励起可能な蛍光体で構成されている。コリメータレンズ１２により平行化されたレーザビームが、走査用ミラー１３で反射して、発光部１４の面上を走査する。走査用ミラー１３の走査位置に応じてレーザ光源１１を点灯制御すると、レーザ光（たとえば波長４０５ｎｍ）を照射された部分が蛍光を発する。
【００２５】
発光部１４は、例えば、封止材の内部に蛍光体の粒子が分散されているもの（封止型）、蛍光体の粒子を固めたもの、または、熱伝導率の高い材質からなる基板上に蛍光体の粒子を塗布した（堆積させた）もの（薄膜型）、などの蛍光体を含有した発光体である。
このような蛍光体を含む発光部１４を用いることにより、照明光を生成することが可能となる。
【００２６】
この発光部１４は、金属ベース７の上かつリフレクタ１５における略焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した光は、リフレクタ１５の反射面に反射することによりその光路が制御される。
【００２７】
本実施の形態では、発光部４の蛍光体として、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）、ＢＳＯＮ（Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ）、Ｅｕ−α（Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）等、複数種類の蛍光体を混合して用いている。しかし、上記蛍光体は、これらに限定されるものではなく、例えば、自動車用にヘッドランプ１が使用される場合、ヘッドランプ１の照明光が、法律により規定されている所定の範囲の色度を有する白色となるように適宜選択されればよい。また、照明等の用途であれば、適宜必要な色度が出るように、蛍光体を単独で用いてもよいし、又は複数種類の蛍光体を適宜混合して用いてもよい。
【００２８】
図４は、第１実施形態における発光部を示す図である。
発光部１４は、前述のように蛍光物質がアルミニウムなどの金属板の上に蛍光物質を塗布したものである。図３に示した発光部１４は、周辺部３３は他の部分３２より蛍光物質を薄く塗布されている。走査用ミラー１３による発光部１４への走査速度は、中央部３１が最も速く周辺部３３は遅くなる。走査速度が遅くなると、レーザ照射を受ける時間が長くなってしまうため、周辺部３３は輝度が上がってくる。
【００２９】
従って、周辺部３３には、他の部分３２と輝度が同じになるように蛍光物質を薄く塗布すると、レーザ光がどこに照射されても一定の輝度が得られるようになる。塗布量は、レーザ光の出力と、発光部１４の発光の関係から求めることができる。また、周辺部３３でレーザ光の走査速度が遅くなると、それだけ熱も多く発生するが、周辺部３３の蛍光物質の厚さが薄いため、蛍光物質を支持する金属板上に熱が伝わりやすく、発熱を抑えることができる。
【００３０】
更に、発光部１４は、中央部３１に凹面部が形成されている。この凹面部で発光した光の大部分は、所定の方向に放射される。
【００３１】
リフレクタ１５は、反射面の少なくとも一部が楕円形状である凹面鏡からなり、レーザ光が入射される側に第１焦点を有しており、第１焦点近傍に発光部１４が設置されている。リフレクタ１５は、その底部の頂点部分に平板部１６を設け、底部の頂点（平板部１６が配置された位置）の近傍に開口部１７を設けて、該開口部１７から前記走査用ミラー１３からのレーザ光を発光部１４に照射する。発光部１４で発光した光は、リフレクタ１５で反射されて、前方（図１の左方向）へ放射される。リフレクタ１５の曲面部では入射角度に応じた方向に反射されるが、平板部１６では入射角度がほぼ一定となり、反射した光は、ほとんどが所定の方向に反射されることになる。
【００３２】
図５は、第１実施形態における照明装置を示すブロック図である。
これは、光源ユニット５０と制御ユニット６０からなる構成である。
光源ユニット５０は、図１に示したように、レーザ光源１１、コリメータレンズ１２と、走査用ミラー１３、発光部１４、リフレクタ１５を備える。制御ユニット６０は、点灯制御部６１、レーザ駆動部６２、主走査制御部６３、主走査駆動部６４、副走査制御部６５、副走査駆動部６６を備えている。
【００３３】
点灯制御部６１は、レーザ光源１１の点灯を制御するものであり、レーザ駆動部６２は点灯制御部６１の点灯制御信号によりレーザ光源をオンオフする。また、点灯制御部６１は、レーザ光源１１のレーザ光の強度も制御する。
【００３４】
主走査制御部６３は、走査用ミラー１３による主走査を制御するものであり、主走査駆動部６４は主走査制御信号により、走査用ミラー１３を主走査駆動する。また、副走査制御部６５は、走査用ミラー１３による副走査を制御するものであり、副走査駆動部６６は副走査制御信号により、走査用ミラー１３を副走査駆動する。
【００３５】
レーザ光源１１の点灯制御について説明する。
光源ユニット５０のレーザ光源１１は、制御ユニット６０の点灯制御部６１によりオンオフ制御をされる。このとき、点灯制御部６１は、走査用ミラー１３の主走査駆動部６４を駆動制御する主走査制御部６３と副走査駆動部６６を駆動制御する副走査制御部６５とも同期をとっている。走査用ミラー１３の２次元的な走査にともなって発光部１４の所定の位置にレーザ光を照射してその部分を発光させる。発光した光はリフレクタ１５によって反射されて、リフレクタの開口部から前方に投光される。
【００３６】
図６は、走査用ミラーのラスタ走査の動作を示す説明図である。
ここで（Ｘ）は主走査方向の走査用ミラー１３の動きを、（Ｙ）は副走査方向の走査用ミラー１３の動きを示している。たとえば、主走査方向の走査用ミラー１３の動き（Ｘ）に同期してＸ−１とＸ＋１の期間でレーザ光源１１を点灯する。Ｘ−１とＸ＋１での点灯により、発光部１４に対し水平方向の端から端までの走査を行うことになる。また、その間に副走査方向の走査用ミラー１３の動き（Ｙ）に同期してＹ−１とＹ＋１の期間でもレーザ光源１１を点灯する。Ｙ−１とＹ＋１の点灯により、発光部１４の垂直方向の端から端までの走査を行うことになる。こうして、走査用ミラー１３により、レーザ光を発光部１４の全体に対して、図３（ａ）のラスタ走査を行うことで、全体を発光させる。
【００３７】
また、図７には、走査用ミラーのリサージュ走査の動作を示す説明図である。
この場合も、主走査方向の走査用ミラー１３の動き（Ｘ）に同期してＸ−１とＸ＋１の期間でレーザ光源１１を点灯する。また、その間に副走査方向の走査用ミラー１３の動き（Ｙ）に同期してＹ−１とＹ＋１の期間でもレーザ光源１１を点灯する。Ｘ−１とＸ＋１の期間とＹ−１とＹ＋１の期間でレーザ光源１１を点灯することによって、レーザ光を発光部１４の全体に対して、図３（ｂ）のリサージュ走査を行うことで、全体を発光させる。
【００３８】
いずれの走査方式においても、主走査方向と副走査方向の動作に同期してレーザ光源１１の発光タイミングを制御することで発光部１４の所定の領域のみを発光させることができる。点灯制御部６１により、走査用ミラーの動きに合わせてレーザ光源１１の点灯タイミングを図ると、発光部１４の任意の位置にレーザ光を照射可能となる。
【００３９】
さて、発光部１４全面を一定強度のレーザ光で走査すると、走査速度に応じて一定強度の光が発するように蛍光物質の層厚を決定し、塗布してある。従って、走査用ミラー１３の反射により発光部１４をレーザ光で走査しても、どこの場所でもほぼ一定の輝度の光を得ることができる。
【００４０】
図３に示す発光部１４を使用すると、中央部３１が凹曲面となっており、ここを発光する光はある場所に集められることになる。この実施形態では、発光部１４の中央部３１を発した光は、リフレクタ１５の平板部１６にある程度の光が集まるように調整されているので、平板部１６には光が常に集まる。平板部１６を反射した光は、所定の方向１８に放射される。所定の方向１８は、平板部１６の傾き、発光部１４の傾き、走査用ミラー１３からの発光部１４に対する光の入射角度などによって決まるものであり、調整が可能である。
【００４１】
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、自動車用ヘッドライトのハイビームとロービームの切り替えに関するものである。図８は、第２実施形態におけるヘッドライトのハイビームとロービームを示す説明図である。このヘッドライト１０−１の構造は、第１実施形態の照明装置と同じである。
【００４２】
制御ユニット６０の点灯制御部６１は、走査用ミラー１３の主走査駆動部６４を駆動制御する主走査制御部６３と副走査駆動部６６を駆動制御する副走査制御部６５とも同期をとりながら、レーザ光源１１の点灯を制御する。ここでは、発光部１４への走査方式は、図３（ａ）のラスタ走査である。
【００４３】
（１）ロービーム
図８（ａ）はロービームの場合のヘッドライト１０−１を示している。この場合は、レーザ光は発光部１４の上半分を走査して発光部１４を発光させる。この場合、主走査制御部６３及び副走査制御部６５は、Ｘ−１〜Ｘ＋１及びＹ＋１〜Ｙ０の走査を行うように走査用ミラー１３を制御する。点灯制御部６１は、この間はレーザ光源１１を点灯させる。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、リフレクタ１５で反射した光は、水平よりも下方に光が放射される。このとき、リフレクタ１５の平板部１６を反射した光は、水平より下方に放射され、地面を照らすことになる。発光部１４の中央部３１は凹曲面となっており、ここを発光した光は平板部１６の方向に向かうように設定されている。従って、水平からやや下側方向に地面を照らす光の光量が増すことになる。
【００４５】
（２）ハイビーム
図８（ｂ）はハイビームの場合のヘッドライトを示している。この場合は、レーザ光は発光部１４の下半分を走査して発光させる。この場合、主走査制御部６３及び副走査制御部６５は、Ｘ−１〜Ｘ＋１及びＹ０〜Ｙ−１の走査を行うように走査用ミラー１３を制御する。点灯制御部６１は、この間はレーザ光源１１を点灯させる。
【００４６】
図８（ｂ）に示すように、リフレクタ１５で反射した光は、ほぼ水平方向から上側に光が放射される。このとき、リフレクタ１５の平板部１６を反射した光は、水平方向からやや下側に放射され、前方遠くまで照らすことになる。発光部１４の中央部３１は凹曲面となっており、平板部１６の方向に発光した光が向かうようになっている。従って、平板部１６を反射した光は、光量が増すことになる。
【００４７】
ロービームやハイビームにかかわらず、最大光量を得る場合には蛍光体表面の全ての軌跡上で半導体レーザの出力を最大とすることで、最大光量を得ることができる。さらに、蛍光体表面の上半分や左半分をレーザが走査するタイミングでレーザを点灯することで蛍光体の上半分や左半分を光源とすることができる。
【００４８】
こうして、下半分のみの発光を行った場合、図に示すように上方投射となる。このとき平板部１６にはある程度の光が集まり、前方平行の光となるので、より遠方までを明るく照らすことが可能となる。
【００４９】
また、上半分のみの発光を行った場合、図に示すように下方投射となる。このとき平板部１６にはある程度の光が集まり、前方下方の路面を照らす光となるので、路面を明るく照らすことが可能となる。
【００５０】
ここでは、ハイビームとロービームについて説明したが、左と右の場合も同様である。右半分、左半分にレーザ光がそれぞれ照射されるようにすれば、カーブを曲がるときに、より、そのカーブの方向にヘッドライトの光が照射されるように制御できる。
【００５１】
［第３実施形態］
第３実施形態は、人物などへの照明を行うスポットライトを示す。図９は、第３実施形態におけるスポットライトを示す図である。このスポットライト１０−２の構造は、第１実施形態の照明装置と同じである。
【００５２】
リフレクタ１５の底部頂点に設置した平板部１６を反射した光が人物７０の顔の部分となるようにスポットライト８０を調整する。発光部１４の中央部３１が凹曲面を形成して、この部分の発光が平板部１６方向に向かう。したがって、平板部１６を反射した光が強い光となる。他の部分３２は、弱い光となって人物７０に照射される。
【００５３】
人物７０から見て眩しくない照明を実現もできる。この場合は、点灯制御部６１により、発光部１４の中央部３１へのレーザ光を弱めることにより実現できる。また、点灯制御部６１は、人物の部位によって光の強度を変えることができる。これは、走査用ミラー１３の走査タイミングと同期させてレーザ強度を変えることにより、スポットライトの照射領域の光強度を変えることができる。
【符号の説明】
【００５４】
７        ：金属ベース
１０      ：照明装置
１０−１  ：ヘッドライト
１０−２  ：スポットライト
１１      ：レーザ光源
１２      ：コリメータレンズ
１３      ：走査用ミラー
１４      ：発光部
１５      ：リフレクタ
１６      ：平板部
１７      ：開口部
１８      ：方向
２１      ：ミラー
２２      ：駆動プレート
２３      ：固定フレーム
２４      ：電極
３１      ：中央部
３２      ：部分
３３      ：周辺部
５０      ：光源ユニット
６０      ：制御ユニット
６１      ：点灯制御部
６２      ：レーザ駆動部
６３      ：主走査制御部
６４      ：主走査駆動部
６５      ：副走査制御部
６６      ：副走査駆動部
７０      ：人物
８０      ：スポットライト
１３０    ：走査用ミラー
【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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