JP2012204071A - Lighting device and headlight - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高輝度光源として機能する照明装置および当該照明装置を備えた前照灯に関するものである。 The present invention relates to an illumination device that functions as a high-intensity light source and a headlamp that includes the illumination device.
近年、励起光源として発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）や半導体レーザ（ＬＤ；Laser Diode）等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる照明装置の研究が盛んになってきている。 In recent years, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) are used as excitation light sources, and excitation light generated from these excitation light sources is emitted to light emitting units including phosphors. Studies of lighting devices that use fluorescent light generated as a result of illumination have become active.
このような照明装置の一例が特許文献１に開示されている。この照明装置では、高輝度光源を実現するために、励起光源として、４５０ｎｍ以下のレーザ光を出射するＧａＮ系半導体レーザを用いている。一般に、半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。
An example of such an illumination device is disclosed in
また、特許文献１には、励起光源として、上記ＧａＮ系半導体レーザの代わりに、ＧａＮ系発光ダイオードを用いた照明装置が開示されている。この発光ダイオードは、コンタクト層やクラッド層などから構成される積層体を含み、その積層体には凹部が設けられている。そして、その凹部に蛍光体を充填することにより、蛍光の取り出し効率の向上が図られている。
しかしながら、特許文献１では、励起光源として、上記の半導体レーザあるいは発光ダイオードを用い、高輝度光源の実現あるいは蛍光の取り出し効率の向上を図っているが、照明光の色温度を調整するといった技術的思想については一切開示されていない。これは、特許文献１においては、その色温度調整の必要性については認識されていなかったためである。
However, in
ここで、紫外領域から青紫色領域（３５０〜４０５ｎｍ近傍）の発振波長を有する励起光を青色蛍光体に照射することにより照明光の色温度を高めることは、理論的には可能である。しかし、発光効率が高く、レーザ光源を備える照明装置に適した青色蛍光体は希少であるため、この方法で照明光の色温度を高めることは困難であった。 Here, it is theoretically possible to increase the color temperature of the illumination light by irradiating the blue phosphor with excitation light having an oscillation wavelength from the ultraviolet region to the blue-violet region (around 350 to 405 nm). However, it is difficult to increase the color temperature of the illumination light by this method because the blue phosphors that have high luminous efficiency and are suitable for illumination devices including a laser light source are rare.
また、例えば、４０５ｎｍ近傍の発振波長を有する励起光源とともに、当該励起光により励起される蛍光体（青緑発光蛍光体＋赤色発光蛍光体）を使用し、当該蛍光体においてその励起光が全て蛍光に変換される場合、照明光としては白色光が出射される。しかし、この場合、青色蛍光体を使用した場合に比べ、蛍光体から出射される蛍光に含まれる青味成分は少なくなるので、その青味成分が少ない分、その白色光の色度範囲、すなわち「所謂白色」にできる範囲が狭くなってしまう。 Further, for example, together with an excitation light source having an oscillation wavelength near 405 nm, a phosphor excited by the excitation light (blue-green emission phosphor + red emission phosphor) is used, and the excitation light is all fluorescent in the phosphor. White light is emitted as the illumination light. However, in this case, the blue component contained in the fluorescence emitted from the phosphor is reduced compared to the case where the blue phosphor is used. Therefore, the chromaticity range of the white light, that is, the amount of the blue component is small, that is, The range that can be “white” becomes narrow.
したがって、４０５ｎｍ近傍の発振波長を有する励起光により励起される青緑発光蛍光体及び赤色発光蛍光体を使用して、照明光として白色光を出射する従来の照明装置において、照明光の色温度を高めることは困難であった。 Therefore, in a conventional lighting device that emits white light as illumination light using a blue-green phosphor and a red light-emitting phosphor excited by excitation light having an oscillation wavelength near 405 nm, the color temperature of the illumination light is set. It was difficult to increase.
なお、「所謂白色」と呼ばれる色度範囲の一例としては、図８に示す６つの点３５で囲まれた範囲が挙げられる。図８は、車両用前照灯に要求される白色の色度範囲を示すグラフ（色度図）である。同図において、点３５で囲まれた範囲が法律で規定された車両用前照灯に要求される白色の色度範囲であり、曲線３３は色温度（Ｋ：ケルビン）を示している。
An example of a chromaticity range called “so-called white” is a range surrounded by six
また、上記の青緑発光蛍光体の一例としてはＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体、赤色発光蛍光体の一例としてはＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体が挙げられる。また、図８では、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体（色度点３１）及びＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体（色度点３２）を使用した場合に照明光が取り得る色度範囲は直線３０で示されている。
An example of the blue-green light-emitting phosphor is a Caα-SiAlON: Ce phosphor, and an example of a red light-emitting phosphor is a CASN: Eu phosphor. In FIG. 8, the chromaticity range that the illumination light can take when using the Caα-SiAlON: Ce phosphor (chromaticity point 31) and the CASN: Eu phosphor (chromaticity point 32) is shown by a
したがって、従来の照明装置では、色温度の高い照明光の実現が困難であったため、そもそも色温度の調整を行うことが困難であった。このため、このような照明装置を用いて、様々なニーズ及びユーザの嗜好にあわせたアプリケーション開発を行うことも困難であった。 Therefore, since it is difficult to realize illumination light with a high color temperature in the conventional illumination device, it is difficult to adjust the color temperature in the first place. For this reason, it has also been difficult to develop applications that meet various needs and user preferences using such lighting devices.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明光の色温度を調整することが可能な照明装置などを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an illumination device capable of adjusting the color temperature of illumination light.
本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する第１光源と、上記第１光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、上記励起光とは異なる波長領域を有する第２の光を出射する第２光源とを備え、上記発光部から出射された蛍光および上記第２光源から出射された第２の光を照明光として出射することを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, an illumination device according to the present invention includes a first light source that emits excitation light, a light-emitting unit that emits fluorescence upon receiving excitation light emitted from the first light source, and the excitation light. A second light source that emits second light having a wavelength region different from that of the first light source, and emitting the fluorescence emitted from the light emitting section and the second light emitted from the second light source as illumination light. It is a feature.
上記構成によれば、第２光源は、第１光源から出射された励起光とは異なる波長領域を有する第２の光を出射する。この第２の光は、第１光源から出射された励起光を受けて発光部が発した蛍光とともに、照明光として出射される。 According to the above configuration, the second light source emits the second light having a wavelength region different from that of the excitation light emitted from the first light source. The second light is emitted as illumination light together with the fluorescence emitted from the light emitting unit upon receiving the excitation light emitted from the first light source.
それゆえ、本発明の照明装置は、発光部が発した蛍光とは異なる第２の光を照明光として利用できるので、例えば励起光としてのレーザ光が外部に漏れることを防ぎ、蛍光のみを照明光として用いるように設計された従来の照明装置においては困難であった色温度の調整を行うことができる。 Therefore, the illumination device of the present invention can use the second light different from the fluorescence emitted from the light emitting unit as the illumination light. For example, the laser light as the excitation light is prevented from leaking outside, and only the fluorescence is illuminated. It is possible to adjust the color temperature, which has been difficult in a conventional lighting device designed to be used as light.
また、本発明に係る照明装置では、上記第１光源は、紫外領域から青紫色領域の発振波長を有する光を上記励起光として出射し、上記第２光源は、青色領域の発振波長を有する光を上記第２の光として出射することが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, the first light source emits light having an oscillation wavelength from an ultraviolet region to a blue-violet region as the excitation light, and the second light source emits light having an oscillation wavelength in a blue region. Is preferably emitted as the second light.
第１光源が紫外領域から青紫色領域の発振波長を有する光を励起光として出射する場合、その励起光から得られる蛍光の青味成分はほとんどないか、あってもわずかである。上記構成によれば、第２光源が青色領域の発振波長を有する光（青色光）を第２の光として出射するので、蛍光の青味成分をその第２の光により補填できる。このため、照明装置は、照明光の色温度を高めることができる。 When the first light source emits light having an oscillation wavelength from the ultraviolet region to the blue-violet region as excitation light, there is little or no fluorescence bluish component obtained from the excitation light. According to the above configuration, since the second light source emits the light having the oscillation wavelength in the blue region (blue light) as the second light, the blue light component of the fluorescence can be compensated by the second light. For this reason, the illuminating device can raise the color temperature of illumination light.
また、本発明に係る照明装置では、上記発光部は、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲に光の吸収ピーク波長を有する第１蛍光体を含むことが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, it is preferable that the light emitting portion includes a first phosphor having an absorption peak wavelength of light in a wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less.
また、本発明に係る照明装置では、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を受けたときの上記第１蛍光体の吸収率は、７０％以上であることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, the first phosphor preferably has an absorptance of 70% or more when receiving excitation light in a wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less.
また、本発明に係る照明装置では、上記第１蛍光体は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体であることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, the first phosphor is preferably a Caα-SiAlON: Ce phosphor.
第１蛍光体は、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲に光の吸収ピーク波長を有しているので、第１蛍光体の吸収率は、他の波長範囲における吸収率よりも高い。特に、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲に発振波長を有する励起光を受けたときの第１蛍光体（特にＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体）の吸収率は７０％以上である。 Since the first phosphor has an absorption peak wavelength of light in a wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less, the absorption rate of the first phosphor is higher than the absorption rate in other wavelength ranges. In particular, the absorption rate of the first phosphor (particularly Caα-SiAlON: Ce phosphor) when receiving excitation light having an oscillation wavelength in the wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less is 70% or more.
逆に言えば、上記他の波長範囲にピーク波長を有する光についての第１蛍光体の吸収率は低い。つまり、４２０ｎｍ以下の波長範囲ではない、例えば青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上の波長範囲にピーク波長）を有する第２の光が発光部に照射されたとき、その第２の光の発光部における吸収率は低い。 Conversely, the absorption rate of the first phosphor with respect to light having a peak wavelength in the other wavelength range is low. That is, when the light emitting unit is irradiated with second light that is not in the wavelength range of 420 nm or less, for example, has a blue region oscillation wavelength (peak wavelength in a wavelength range of 440 nm or more), the light emitting unit of the second light Absorption rate is low.
このため、発光部において第２の光が吸収されにくいので、発光部における第２の光の減衰を抑制できる。それゆえ、本発明の照明装置は、第２の光を効率よく色温度調整に利用できる。 For this reason, the second light is not easily absorbed by the light emitting unit, so that the attenuation of the second light in the light emitting unit can be suppressed. Therefore, the illumination device of the present invention can efficiently use the second light for color temperature adjustment.
また、本発明に係る照明装置では、上記発光部は、６３０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する蛍光を発する第２蛍光体を含むことが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, it is preferable that the light emitting unit includes a second phosphor that emits fluorescence having a peak wavelength in a wavelength range of 630 nm to 650 nm.
また、本発明に係る照明装置では、上記第２蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体又はＳｒＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体であることが好ましい。 In the lighting device according to the present invention, the second phosphor is preferably a CaAlSiN 3 : Eu phosphor or a SrCaAlSiN 3 : Eu phosphor.
上記構成によれば、第２蛍光体を、すなわち赤色で発光する赤色発光蛍光体（特に、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体又はＳｒＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体）を第１蛍光体と混合することにより、演色性の高い発光部を実現できる。 According to the above configuration, the second phosphor, that is, the red light-emitting phosphor that emits red light (particularly, the CaAlSiN 3 : Eu phosphor or the SrCaAlSiN 3 : Eu phosphor) is mixed with the first phosphor, thereby rendering the color. A highly light-emitting part can be realized.
また、本発明に係る照明装置では、上記第２光源は、上記第２の光としてレーザ光を出射し、上記第２光源が出射したレーザ光を拡散する拡散部をさらに備えることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, it is preferable that the second light source further includes a diffusion unit that emits laser light as the second light and diffuses the laser light emitted from the second light source.
上記構成によれば、第２の光としてのレーザ光は、拡散部に照射されることにより拡散される。これにより、第２光源がレーザ光源であっても、拡散部によってレーザ光の発光点サイズを拡大することができるので、人体に与える影響を抑制しつつ第２の光を照明光として利用できる。 According to the said structure, the laser beam as 2nd light is spread | diffused by irradiating a diffusion part. Thereby, even if the second light source is a laser light source, the light emitting point size of the laser light can be increased by the diffusing unit, so that the second light can be used as illumination light while suppressing the influence on the human body.
また、本発明に係る照明装置では、上記発光部は、上記拡散部として機能するものであり、上記第２光源が出射したレーザ光は、上記発光部によって拡散されることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, it is preferable that the light emitting unit functions as the diffusing unit, and the laser light emitted from the second light source is diffused by the light emitting unit.
上記構成によれば、第２の光としてのレーザ光を拡散させるために、励起光を蛍光に変換する発光部を利用できる。このため、拡散のための部材を別途備える必要がないので、その分安価に照明装置を製造できる。 According to the said structure, in order to diffuse the laser beam as 2nd light, the light emission part which converts excitation light into fluorescence can be utilized. For this reason, since it is not necessary to provide the member for diffusion separately, an illuminating device can be manufactured cheaply that much.
また、レーザ光はコヒーレント性が高いので、第２の光を発光部に照射させるために発光部を大きくする必要がない（すなわち、発光部を小さくできる）。このため、第２光源を備えた本発明の照明装置においても高輝度な照明装置を実現できる。 In addition, since the laser light is highly coherent, it is not necessary to enlarge the light emitting unit in order to irradiate the light emitting unit with the second light (that is, the light emitting unit can be reduced). For this reason, a high-luminance illumination device can be realized even in the illumination device of the present invention including the second light source.
また、本発明に係る照明装置では、上記第１光源は、レーザ光源であることが好ましい。 In the illumination device according to the present invention, the first light source is preferably a laser light source.
上記構成によれば、第１光源が高出力かつコヒーレント性の高いレーザ光を出射するので、発光部を小さくしても、その発光部に対する励起光の照射効率を高く、かつ発光部を強く励起できるため、従来と同様の光度を得ることができる。すなわち、第１光源がレーザ光源である場合、発光部を小さくできるので、高輝度な照明装置を実現できる。 According to the above configuration, since the first light source emits a high-output and highly coherent laser beam, even if the light emitting unit is made small, the irradiation efficiency of the excitation light to the light emitting unit is high and the light emitting unit is strongly excited. Therefore, the same luminous intensity as the conventional one can be obtained. That is, when the first light source is a laser light source, the light emitting unit can be made small, so that a high-luminance lighting device can be realized.
また、本発明に係る照明装置では、上記励起光を遮断する遮断フィルタを備えることが好ましい。 Moreover, in the illuminating device which concerns on this invention, it is preferable to provide the cutoff filter which interrupts | blocks the said excitation light.
上記構成によれば、遮断フィルタを備えることにより、蛍光に変換されなかった（あるいは散乱されなかった）励起光が外部に出射されることを確実に防ぐことができる。それゆえ、励起光の発光点サイズが非常に小さく、かつ高出力光である、あるいは励起光が可視光領域以外の波長範囲に属していても、その励起光が外部に漏れ出て人体に与える影響を抑制できる。 According to the said structure, it can prevent reliably that the excitation light which was not converted into fluorescence (or was not scattered) is radiate | emitted outside by providing a cutoff filter. Therefore, even if the emission point size of the excitation light is very small and the output power is high, or the excitation light belongs to a wavelength range other than the visible light region, the excitation light leaks to the outside and is given to the human body. The influence can be suppressed.
また、本発明に係る前照灯は、上記に記載の照明装置を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the headlamp which concerns on this invention is provided with the illuminating device as described above.
上記構成によれば、前照灯は、上記照明装置を備えているので、当該照明装置と同様、励起光とは異なる第２の光を照明光として利用できるので、照明光の色温度を調整できる。 According to the above configuration, since the headlamp includes the illumination device, the second light different from the excitation light can be used as the illumination light, as with the illumination device, so that the color temperature of the illumination light is adjusted. it can.
本発明に係る照明装置は、以上のように、励起光を出射する第１光源と、上記第１光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、上記励起光とは異なる波長領域を有する第２の光を出射する第２光源とを備え、上記発光部から出射された蛍光および上記第２光源から出射された第２の光を照明光として出射する構成である。 As described above, the illumination device according to the present invention includes a first light source that emits excitation light, a light-emitting unit that emits fluorescence by receiving excitation light emitted from the first light source, and a wavelength different from that of the excitation light. A second light source that emits second light having a region, and emits fluorescence emitted from the light emitting unit and second light emitted from the second light source as illumination light.
それゆえ、本発明の照明装置は、例えば励起光としてのレーザ光が外部に漏れることを防ぎ、蛍光のみを照明光として用いるように設計された従来の照明装置においては困難であった色温度の調整を行うことができるという効果を奏する。 Therefore, the lighting device of the present invention prevents, for example, laser light as excitation light from leaking to the outside, and has a color temperature that has been difficult in a conventional lighting device designed to use only fluorescence as illumination light. There is an effect that adjustment can be performed.
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
[Embodiment 1]
The following describes one embodiment of the present invention with reference to FIGS. Here, as an example of the illumination device of the present invention, an automotive headlamp (headlamp) 1 will be described as an example. However, the lighting device of the present invention may be realized as a headlamp of a vehicle other than an automobile or a moving object (for example, a human, a ship, an aircraft, a submersible craft, a rocket), or may be realized as another lighting device. Also good. Examples of other lighting devices include a searchlight, a projector, and a home lighting device.
ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。
The
＜ヘッドランプ１の構成＞
図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、メイン光源（第１光源、レーザ光源）２、サブ光源（第２光源）３、非球面レンズ４、光ファイバー５、フェルール６、発光部７、反射鏡８、遮断フィルタ９、ハウジング１０、エクステンション１１およびレンズ１２を備えている。メイン光源２、サブ光源３、光ファイバー５、フェルール６および発光部７によって発光装置の基本構造が形成されている。
<Configuration of
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the
（メイン光源２）
メイン光源２は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子であり、半導体レーザまたはＬＥＤである。以下では、メイン光源２は半導体レーザであるとして説明する。半導体レーザである場合には、高出力かつコヒーレント性の高いレーザ光を発光部７に照射できるので発光部７を小さくでき、高輝度なヘッドランプ１を実現できる。図１には、メイン光源２が２個図示されているが、メイン光源２を複数設ける必要は必ずしもなく、１つのみ設けてもよい。しかし、高出力の励起光を得るためには、複数のメイン光源２を用いる方が容易である。
(Main light source 2)
The main
メイン光源２は、例えば、１チップに１つの発光点を有するものであり、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。
The main
ただし、パッケージは直径５．６ｍｍのものに限定されず、例えば、直径３．８ｍｍや直径９ｍｍ、あるいはそれ以外であってもよく、熱抵抗がより小さいパッケージを選択することが好ましい。また、メイン光源２は、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。
However, the package is not limited to the one having a diameter of 5.6 mm, and may be, for example, a diameter of 3.8 mm, a diameter of 9 mm, or other, and it is preferable to select a package having a smaller thermal resistance. The main
メイン光源２が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光、すなわち紫外領域から青紫色領域を含む波長範囲に発振波長を有するレーザ光であればよい。
The laser light oscillated by the main
メイン光源２は、４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光を出射することも可能である。しかし、本実施の形態では、サブ光源３から出射される青色領域の発振波長を有する光（第２の光）を照明光として利用する。このため、その光が効率よく照明光として利用されるためには、発光部７において吸収されにくいことが好ましく、これを考慮すれば、メイン光源２が発振するレーザ光のピーク波長は４２０ｎｍ以下であることが好ましい。また、発光部７がＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋蛍光体（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体）を含む場合の発光部７における励起光の吸収率について考慮すれば、当該ピーク波長が４２０ｎｍ以下であることが好ましい。この吸収率については図３を用いて後述する。
The main
なお、発光部７において、サブ光源３から出射される光を拡散する必要がない、又は発光部７以外の部材（例えば、実施の形態２の拡散部７１）において当該光を拡散させる場合には、メイン光源２が発振するレーザ光のピーク波長は、３５０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であってもよい。
When light emitted from the
（サブ光源３）
サブ光源３は、メイン光源２から出射されるレーザ光とは異なる波長領域を有する光を出射する半導体レーザである。より具体的には、サブ光源３は、青色領域（波長４４０〜４６０ｎｍ）の発振波長を有する光（青色レーザ光と称する）を発光部７に対して照射する。
(Sub light source 3)
The
発光部７に照射された青色レーザ光は、発光部７において拡散され、コヒーレント性が低下した後に、照明光としてヘッドランプ１の外部に出射される。それゆえ、青色レーザ光の人体に与える影響を抑制した上で当該青色レーザ光を照明光の一部として利用できる。つまり、発光部７から出射される蛍光とともに、当該青色レーザ光が照明光として出射されるので、蛍光のみを照明光として出射するよう設計されてきた従来の照明装置では困難であった照明光の色温度の調整を行うことができる。また、サブ光源３がコヒーレント性の高いレーザ光を出射する場合には、青色レーザ光の照射のために発光部７を大きくする必要がないので、高輝度な発光特性を維持したまま色温度の調整を行うことができる。
The blue laser light irradiated to the
なお、サブ光源３は、青色領域にピーク波長を有する光を出射可能な構成であればよく、例えばＬＥＤであってもよい。以下では、サブ光源３は半導体レーザであるとして説明する。
The
（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、メイン光源２またはサブ光源３から発振されたレーザ光を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５１ｂ〜５３ｂに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４の形状および材質は特に限定されないが、４０５ｎｍ近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
(Aspherical lens 4)
The
（光ファイバー５）
光ファイバー５は、メイン光源２およびサブ光源３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、メイン光源２から出射されたレーザ光を受け取る入射端部５１ｂ・５２ｂと、これらの入射端部から入射したレーザ光を出射する出射端部５１ａ・５２ａ（図２参照）とを有する光ファイバーを含んでいる。また、光ファイバー５は、サブ光源３から出射されたレーザ光を受け取る入射端部５３ｂと、これらの入射端部から入射したレーザ光を出射する出射端部５３ａ（図２参照）とを有する光ファイバーを含んでいる。
(Optical fiber 5)
The
図２は、出射端部５１ａ〜５３ａと発光部７との位置関係を示す図である。図２に示すように、複数の出射端部５１ａ〜５３ａは、発光部７のレーザ光照射面（受光面）７ａにおける互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。この構成により、発光部７にレーザ光が局所的に照射されないので、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship between the
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
The
なお、実施の形態２において示すように、導光部材として光ファイバー以外の部材を用いてもよく、導光部材の種類は限定されない。また、導光部材を用いずに、メイン光源２およびサブ光源３からのレーザ光を、光学レンズ等を用いて発光部７に集光してもよい。
In addition, as shown in
また、メイン光源２からのレーザ光とサブ光源３からのレーザ光とを発光部７の同一の面に照射する必要は必ずしもない。例えば、メイン光源２からのレーザ光をレーザ光照射面７ａに照射し、サブ光源３からのレーザ光をレーザ光照射面７ａに対する側面に照射してもよい。
Further, it is not always necessary to irradiate the same surface of the
（フェルール６）
図２に示すように、フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５１ａ〜５３ａを発光部７のレーザ光照射面７ａに対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５１ａ〜５３ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５１ａ〜５３ａを挟み込むものでもよい。
(Ferrule 6)
As shown in FIG. 2, the ferrule 6 holds the plurality of
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡８に対して固定されていればよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。
The ferrule 6 may be fixed to the reflecting
（発光部７）
発光部７は、メイン光源２から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。発光部７は、例えば、封止材の内部に蛍光体が分散されているものである。封止材と蛍光体との割合（重量比）は、１００：５程度である。封止材として、例えば、１Ｗ／ｍＫ程度の無機ガラスを用いることができる。
(Light Emitting Unit 7)
The
なお、封止材は、無機ガラスに限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスやシリコーン樹脂等の樹脂材料であってもよい。ただし、封止材として無機ガラスを用いた場合には、熱耐性が高まるとともに発光部７の熱抵抗を下げるという効果が得られるため、無機ガラスが好ましい。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。
The sealing material is not limited to inorganic glass, and may be a resin material such as so-called organic-inorganic hybrid glass or silicone resin. However, when inorganic glass is used as the sealing material, the effect of increasing the heat resistance and lowering the thermal resistance of the
上記蛍光体は、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコーン樹脂に分散されている。メイン光源２は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
The phosphor is of an oxynitride type, and blue, green and red phosphors are dispersed in a silicone resin. Since the main
発光部７の形状および大きさは、例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
The shape and size of the
発光部７は、直方体でなくてもよく、レーザ光照射面７ａが楕円である筒状であってもよい。
The
また、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、反射したレーザ光を制御するためには、レーザ光照射面７ａは平面を有していることが好ましい。レーザ光照射面７ａが曲面の場合、少なくとも曲面への入射角度が大きく変わるため、レーザ光が照射される場所によって、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。そのため、レーザ光の反射方向を制御することが困難な場合がある。これに対してレーザ光照射面７ａが平面であれば、レーザ光の照射位置が若干ずれたとしても反射光の進む方向はほとんど変わらないため、レーザ光が反射する方向を制御しやすい。場合によっては反射光が当たる場所にレーザ光の吸収材を置くなどの対応がとり易くなる。
Further, the laser light irradiation surface 7a of the
なお、レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直である必要は必ずしもない。レーザ光照射面７ａがレーザ光の光軸に対して垂直な場合、反射したレーザ光はレーザ光源の方向に戻るため、場合によってはレーザ光源にダメージを与える可能性もある。 The laser light irradiation surface 7a is not necessarily perpendicular to the optical axis of the laser light. When the laser light irradiation surface 7a is perpendicular to the optical axis of the laser light, the reflected laser light returns in the direction of the laser light source, and in some cases, the laser light source may be damaged.
また、発光部７は、図１では遮断フィルタ９の内側の面に固定されているが、発光部７の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材によって発光部７の位置を固定してもよい。
In addition, the
また、発光部７は、レーザ光を拡散する機能を有している。この機能は、発光部７に含まれる封止材と蛍光体との屈折率の差を利用することで実現できる。そのために、サブ光源３が発振したレーザ光を十分に拡散できる体積（特に厚み）を有するように発光部７を設計する。
The
また、発光部７の拡散機能をさらに高めるため、または、発光部７を小型化するために、発光部７に拡散粒子を含ませてもよい。拡散粒子として酸化ジルコニウム、ダイヤモンドなどの粒子を用いることができる。これら以外の粒子を用いてもよいが、発光部７の発熱に耐えられる粒子であることが好ましい。
Further, in order to further enhance the diffusion function of the
発光部７が上記の拡散機能を有しているので、サブ光源３がレーザ光源であっても、ヘッドランプ１は、サブ光源３から出射されるコヒーレント性が高く発光点サイズの極めて小さな青色レーザ光を、人体への影響がほとんどない発光点サイズの大きな光に変換し、照明光として出射できる。すなわち、ヘッドランプ１は、安全性を確保した上でサブ光源３から出射された青色レーザ光を照明光として利用できる。また、実施の形態２のように拡散部７１（図８参照）を設ける必要がないので、その分ヘッドランプ１を安価に製造できる。
Since the
発光部７に含まれる蛍光体の詳細については後述する。
Details of the phosphor included in the
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。
(Reflector 8)
The reflecting
また、反射鏡８は、半球面ミラーに限定されず、楕円面ミラーやパラボラミラーまたはそれらの部分曲面を有するミラーあってもよい。すなわち、反射鏡８は、回転軸を中心として図形（楕円、円、放物線）を回転させることによって形成される曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいるものであればよい。
The reflecting
（遮断フィルタ９）
遮断フィルタ９は、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過するとともに、メイン光源２およびサブ光源３からのレーザ光を遮断する。遮断フィルタ９としては、例えば五鈴精工硝子社製のＩＴＹ４１８を使用できる。
(Blocking filter 9)
The blocking filter 9 transmits white light (incoherent light) generated by converting the laser light in the
発光部７によってコヒーレント性の高いレーザ光は、そのほとんどが蛍光体に吸収されインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、遮断フィルタ９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。これにより、レーザ光（励起光）の発光点サイズが非常に小さく、かつ高出力光である、あるいはレーザ光が可視光領域以外の波長範囲に属していても、レーザ光が外部に漏れ出て人体に与える影響を抑制できる。
Most of the highly coherent laser light is absorbed by the phosphor and converted into incoherent white light by the
なお、メイン光源２がＬＥＤの場合であっても、紫外領域（３５０ｎｍ以上、３８０ｎｍ以下あるいは４００ｎｍ以下）の励起光を出射する場合には、皮膚や目など人体に影響を与える可能性がある。したがって、遮断フィルタ９としては、４００ｎｍ以下の光を遮断できるものが選択されることが好ましい。
Even when the main
また、メイン光源２が４００ｎｍよりも長い波長の光を出射する場合には、その光が必ずしも遮断フィルタ９によって遮断される必要はない。しかしながら、レーザ光の場合には、その発光点サイズを拡大させ、人体の眼に対して安全な光とするために、当該レーザ光の大部分が発光部７において蛍光に変換されるか、複数回散乱あるいは拡散される必要がある。
When the main
（レーザ光利用時の安全性確保について）
小さな発光点サイズを有する光源から高いエネルギーを有する光が出射され、当該光が人間の眼に入射した場合、網膜上では、その小さな発光点サイズにまで光源像が絞られるため、結像箇所におけるエネルギー密度が極めて高くなってしまうことがある。例えば、レーザ光源（半導体レーザ）から出射されるレーザ光は、スポットサイズが１０μｍ角よりも小さい場合がある。そのような光源から出射されるレーザ光が、直接眼に入射、あるいはレンズや反射鏡といった光学部材を介したとしても小さな発光点が直接見える形で眼に入射すると、網膜上の結像箇所が損傷してしまうことがある。
(Ensuring safety when using laser light)
When light having high energy is emitted from a light source having a small light emitting spot size and the light enters the human eye, the light source image is narrowed down to the small light emitting spot size on the retina. The energy density can be very high. For example, laser light emitted from a laser light source (semiconductor laser) may have a spot size smaller than 10 μm square. When laser light emitted from such a light source is directly incident on the eye or is incident on the eye in such a way that a small light emitting point can be seen directly even through an optical member such as a lens or a reflecting mirror, the imaged portion on the retina is It can be damaged.
典型的な高出力の半導体レーザにおける発光点サイズは、例えば１μｍ×１０μｍである。すなわち、当該半導体レーザの出射面積は１０μｍ２＝１．０×１０−５ｍｍ２である。このため、半導体レーザが出射する光が、例えば発光点サイズが１ｍｍ２の光源と同じエネルギーを有する光であったとしても、半導体レーザの場合の網膜上での結像箇所のエネルギー密度は、発光点サイズが１ｍｍ２の光源の場合よりも１０５倍も高くなってしまう。 The emission point size in a typical high-power semiconductor laser is, for example, 1 μm × 10 μm. That is, the emission area of the semiconductor laser is 10 μm 2 = 1.0 × 10 −5 mm 2 . For this reason, even if the light emitted from the semiconductor laser is, for example, light having the same energy as that of a light source having a light emitting point size of 1 mm 2 , the energy density of the image formation location on the retina in the case of the semiconductor laser is light emission. point size is increased even 105 times higher than the case of the 1 mm 2 light sources.
これを回避するためには、発光点サイズをある程度の大きさ（有限のサイズ）（具体的には例えば１ｍｍ×１ｍｍ以上）に拡大させる必要がある。発光点サイズを拡大させることにより、網膜上での結像サイズを拡大させることができるようになるため、同じエネルギーの光が眼に入射した場合であっても、網膜上のエネルギー密度を低減させることが可能となる。 In order to avoid this, it is necessary to enlarge the light emitting spot size to a certain size (finite size) (specifically, for example, 1 mm × 1 mm or more). By enlarging the emission point size, the image size on the retina can be enlarged, so even if light of the same energy is incident on the eye, the energy density on the retina is reduced. It becomes possible.
発光点サイズを拡大させるためには、光源そのものの発光点を視認できないようにする必要がある。このため、本実施の形態では、上述のように発光部２に拡散機能を持たせ、メイン光源２及びサブ光源３の発光点サイズを拡大させることにより、人体に対する安全性、特に人間の眼に対する安全性を確保している（アイセーフ化）。
In order to increase the emission point size, it is necessary to make the emission point of the light source itself invisible. For this reason, in the present embodiment, as described above, the
なお、発光点サイズの拡大については、レーザ光源に限らず、ＬＥＤ光源においても考慮する必要がある。但し、レーザ光は、ＬＥＤ光源から出射される光よりも単色性、すなわち波長が揃っているため、波長の違いによる網膜上での結像のボケ（いわゆる色収差）がなく、当該光よりも危険である。このため、レーザ光源から出射された光を照明光として利用する照明装置においては発光点サイズの拡大について、よりしっかりと考慮することが好ましい。 In addition, it is necessary to consider not only a laser light source but the LED light source about expansion of a light emission point size. However, since the laser light is more monochromatic than the light emitted from the LED light source, that is, the wavelength is uniform, there is no blurring of the image on the retina (so-called chromatic aberration) due to the difference in wavelength, and it is more dangerous than the light It is. For this reason, in an illuminating device that uses light emitted from a laser light source as illumination light, it is preferable to more firmly consider the expansion of the emission point size.
（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、メイン光源２およびサブ光源３は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザは、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することによりメイン光源２およびサブ光源３を効率良く冷却することが可能となる。
(Housing 10)
The
また、メイン光源２およびサブ光源３は、万一故障した時のことを考慮して、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、メイン光源２およびサブ光源３をハウジング１０の内部に収納してもよい。
Moreover, it is preferable to install the main
（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
(Extension 11)
The
（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
(Lens 12)
The
＜発光部７の詳細＞
（蛍光体の組成）
上述のように、メイン光源２は、紫外領域から青紫色領域の発振波長を有するレーザ光を出射するものであり、発光部７はこのレーザ光を受けて白色光を出射するために、黄色発光蛍光体または緑色発光蛍光体と、赤色発光蛍光体との混合物であることが好ましい。換言すれば、メイン光源２は、上記領域の発振波長を有するレーザ光を出射してもよく、この場合、白色光を生成するための発光部の材料（蛍光体材料）を容易に選定および製造できる。なお、黄色発光蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色発光蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色発光蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
<Details of the
(Phosphor composition)
As described above, the main
上記蛍光体は、サイアロン蛍光体と通称されるものが好ましい。サイアロンとは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。サイアロン蛍光体は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。 The phosphor is preferably a so-called sialon phosphor. Sialon is a substance in which a part of silicon atoms in silicon nitride is replaced with aluminum atoms and a part of nitrogen atoms is replaced with oxygen atoms. The sialon phosphor can be made by dissolving alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), rare earth elements, and the like in silicon nitride (Si 3 N 4 ).
また、上記蛍光体の別の好適な例としては、III−Ｖ族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を用いることもできる。同一の化合物半導体（例えばインジュウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径を変更させることにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができることが半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つである。例えばＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて評価した。 As another preferred example of the phosphor, a semiconductor nanoparticle phosphor using nanometer-sized particles of a III-V group compound semiconductor can also be used. One of the characteristics of semiconductor nanoparticle phosphors is that even if the same compound semiconductor (for example, indium phosphorus: InP) is used, the emission color can be changed by the quantum size effect by changing the particle diameter. is there. For example, InP emits red light when the particle size is about 3 to 4 nm. Here, the particle size was evaluated with a transmission electron microscope (TEM).
また、この蛍光体は半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、上記半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。発光寿命が短いため、励起光の吸収と蛍光の発光を素早く繰り返すことができる。 In addition, since this phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime, and can quickly radiate excitation light power as fluorescence, so that it is highly resistant to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude smaller than that of a normal phosphor material having a rare earth-based emission center. Since the emission lifetime is short, absorption of excitation light and emission of fluorescence can be repeated quickly.
その結果、強い励起光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱が低減される。よって、光変換部材が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。 As a result, high efficiency can be maintained against strong excitation light, and heat generation from the phosphor is reduced. Therefore, it is possible to further suppress the light conversion member from being deteriorated (discolored or deformed) by heat. Thereby, when using the light emitting element with a high light output as a light source, it can suppress more that the lifetime of a light-emitting device becomes short.
本実施の形態では、メイン光源２が４０５ｎｍ近傍の発振波長を有するレーザ光を出射する。このため、ヘッドランプ１が白色光の出射を実現するために、発光部７の蛍光体としては、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体（第１蛍光体）と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体（ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体、第２蛍光体）とを混合したものが用いられている。
In the present embodiment, the main
Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体は、励起波長が４０５ｎｍのとき、青色から緑色にかけての蛍光を発し、その発光ピークの波長は５１０ｎｍである。また、当該蛍光体の発光効率は６５％（図３参照）であり、発光効率が高い。さらに、この蛍光体は、耐熱性が高いため、高い出力のレーザ光を高い光密度で発光部７に照射しても発光部７が劣化する可能性が少ない。
The Caα-SiAlON: Ce phosphor emits fluorescence from blue to green when the excitation wavelength is 405 nm, and the wavelength of the emission peak is 510 nm. Further, the luminous efficiency of the phosphor is 65% (see FIG. 3), and the luminous efficiency is high. Furthermore, since this phosphor has high heat resistance, there is little possibility that the
また、ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体は、励起波長が４０５ｎｍのとき、赤色の蛍光を発し、その発光ピークの波長は６５０ｎｍである。また、この蛍光体の発光効率は７３％であり、発光効率が高い。さらに、この蛍光体も耐熱性が高いため、高い出力の励起光を高い光密度で発光部７に照射しても発光部７が劣化する可能性が少ない。
The CASN: Eu phosphor emits red fluorescence when the excitation wavelength is 405 nm, and the wavelength of the emission peak is 650 nm. Further, the luminous efficiency of this phosphor is 73%, and the luminous efficiency is high. Furthermore, since this phosphor also has high heat resistance, there is little possibility that the
なお、赤色発光蛍光体として、ＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体の代わりに、ＳｒＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋蛍光体（ＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体、第２蛍光体）を用いてもよい。ＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体は、励起波長が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのとき、赤色の蛍光を発し、そのピーク波長は６３０ｎｍであり、その発光効率は７０％である。 As a red-emitting phosphor, CASN: instead of Eu phosphor, SrCaAlSiN 3: Eu 2+ phosphor (SCASN: Eu phosphor, a second phosphor) may be used. The SCASN: Eu phosphor emits red fluorescence when the excitation wavelength is 350 nm to 450 nm, its peak wavelength is 630 nm, and its luminous efficiency is 70%.
このように、発光部７に、緑色蛍光発光体としてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体、赤色蛍光発光体としてＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体又はＳＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を用いることにより、高輝度・高光束の白色光を出射する照明装置（前照灯）を実現できる。また、この赤色発光蛍光体、すなわち６３０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する蛍光を発する蛍光体を用いることにより、演色性の高い発光部を実現できる。
As described above, by using the Caα-SiAlON: Ce phosphor as the green phosphor and the CASN: Eu phosphor or the SCASN: Eu phosphor as the red phosphor in the
（Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の特性）
本実施の形態においてＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体が用いられる理由のひとつとして、上述したように、メイン光源２から出射された励起光が照射されたときの発光効率が高いことが挙げられる。一方で、このＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体は、サブ光源３から出射された青色レーザ光が照射されたときの発光効率が低い。ここで、図３を用いて、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の特性について説明する。図３に示すグラフにおいては、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の内部量子効率、吸収率及び外部量子効率が示されている。外部量子効率とは、いわゆる発光効率であり、内部量子効率×吸収率により求められる。
(Characteristics of Caα-SiAlON: Ce phosphor)
As described above, one of the reasons why the Caα-SiAlON: Ce phosphor is used in the present embodiment is high luminous efficiency when the excitation light emitted from the main
図示のように、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体は、特に３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲の光については高い吸収率（励起光全体に対する、蛍光体により吸収された励起光の割合）を示している。換言すれば、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体は、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲に光の吸収ピーク波長を有しているといえる。 As shown in the figure, the Caα-SiAlON: Ce phosphor exhibits a high absorptance (ratio of excitation light absorbed by the phosphor with respect to the entire excitation light), particularly for light in the wavelength range of 350 nm to 420 nm. Yes. In other words, it can be said that the Caα-SiAlON: Ce phosphor has an absorption peak wavelength of light in a wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less.
具体的には、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の場合、その吸収率が７０％以上となるときの、メイン光源２から出射されるレーザ光の波長範囲がおよそ４２０ｎｍ以下であることがわかる。また、一般に、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体とは異なる蛍光体であっても、４２０ｎｍ以下に光の吸収ピーク波長を有する蛍光体であれば、メイン光源２から出射されるレーザ光の発振波長がおよそ４２０ｎｍ以下の場合には、その蛍光体における当該レーザ光の吸収率は７０％以上を示す。図示のように、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体の場合、吸収率が７０％のときの外部量子効率（発光効率）は５０％程度であり、高い発光効率を実現している。
Specifically, in the case of a Caα-SiAlON: Ce phosphor, it can be seen that the wavelength range of the laser light emitted from the main
逆に言えば、４２０ｎｍ以下に励起光の吸収ピーク波長を有する蛍光体（特にＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体）に、４２０ｎｍよりも長い波長を有する光が照射された場合には、その吸収率は７０％未満となる。特に４４０ｎｍ以上の波長範囲にピーク波長を有する光（サブ光源３が出射する青色レーザ光）が発光部７に照射された場合には、図示のように、その青色レーザ光の吸収率が５０％よりも低くなる。このため、このときの発光効率は、その吸収率が７０％であるときに比べてさらに低くなる。
In other words, when light having a wavelength longer than 420 nm is irradiated to a phosphor having an absorption peak wavelength of excitation light of 420 nm or less (particularly Caα-SiAlON: Ce phosphor), the absorption rate is Less than 70%. In particular, when light having a peak wavelength in the wavelength range of 440 nm or more (blue laser light emitted from the sub-light source 3) is irradiated to the
具体的には、照射される光の波長が４４０ｎｍであるとき、その吸収率は約４５％であり、その外部量子効率（発光効率）は約３５％である。なお、発明者は、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体に波長４４５ｎｍの青色レーザ光を照射した場合には、当該蛍光体がほとんど蛍光を発していないことを確認している。なお、波長４４５ｎｍの光が照射されたときの発光効率は約３０％である（図３参照）。 Specifically, when the wavelength of the irradiated light is 440 nm, the absorptance is about 45%, and the external quantum efficiency (light emission efficiency) is about 35%. The inventor has confirmed that when the Caα-SiAlON: Ce phosphor is irradiated with blue laser light having a wavelength of 445 nm, the phosphor hardly emits fluorescence. The light emission efficiency when irradiated with light having a wavelength of 445 nm is about 30% (see FIG. 3).
つまり、発光部７に、３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の波長範囲に光の吸収ピーク波長を有し、メイン光源２から出射されるレーザ光が照射されるときの吸収率が７０％以上である蛍光体を用いた場合には、サブ光源３から出射された青色レーザ光は発光部７においてほとんど吸収されない。よって、当該青色レーザ光の発光部７における減衰を抑制できるので、ヘッドランプ１は、以下に述べるように、効率よく照明光の色温度を調整できる。
That is, the phosphor having a light absorption peak wavelength in the wavelength range of 350 nm or more and 420 nm or less on the
（発光部７から出射される光のスペクトル）
次に、発光部７から出射される光のスペクトルについて説明する。メイン光源２だけを使用した場合のスペクトルについては図４を用いて、メイン光源２及びサブ光源３を使用した場合のスペクトルについては図５を用いて説明する。
(Spectrum of light emitted from the light emitting unit 7)
Next, the spectrum of the light emitted from the
図４及び図５では、メイン光源２が４０５ｎｍ近傍の発振波長を有するレーザ光を出射し、発光部７のＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体及びＣＡＳＮ：Ｅｕ蛍光体を励起している。また、これらの蛍光体の重量比は３：１であり、メイン光源２の光出力は５Ｗである。
4 and 5, the main
また、図５では、サブ光源３が４６０ｎｍ近傍の発振波長を有する青色レーザ光を発光部７に照射しており、サブ光源３の光出力は０．５Ｗである。
In FIG. 5, the
図４では、発光部７は、４０５ｎｍ近傍の発振波長を有するレーザ光に加え、５００〜７００ｎｍ程度の波長を有する蛍光（白色光）を出射している。ヘッドランプ１は、このレーザ光を遮断フィルタ９で遮断することにより、皮膚や目など人体に対して障害を与えないようにした上で照明光を出射できる。
In FIG. 4, the
一方、図５では、発光部７は、４６０ｎｍ近傍の発振波長を有する青色レーザ光も出射している。上述のとおり、発光部７にＣａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ蛍光体を用いているので、発光部７における青色レーザ光の吸収率は低い。つまり、図５に示すように、サブ光源３から青色レーザ光が出射されることにより、図４の場合に比べて発光部７から出射される青色領域（４６０ｎｍ近傍）の光の光量が増加している。
On the other hand, in FIG. 5, the
このため、メイン光源２が出射する３５０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の発振波長を有するレーザ光から得られる蛍光の青味成分は少ないが、その青味成分を上記の青色領域の光にて補填することができる。すなわち、サブ光源３から出射される青色レーザ光を拡散した上で照明光として利用することにより、上記青味成分を補填でき、照明光の色温度を高めることができる。
For this reason, although the blue component of the fluorescence obtained from the laser light having an oscillation wavelength of 350 nm or more and 420 nm or less emitted from the main
また、拡散後の青色レーザ光を照明光として利用することにより、蛍光のみを照明光として利用するよう設計されてきた従来の照明装置では困難であった照明光の色温度の調整を行うことができる。また、その青色レーザ光は発光部７により蛍光に変換されにくいので、拡散後の青色レーザ光を照明光として効率よく利用できる。すなわち、色温度の調整に効率よく利用できる。
In addition, by using the blue laser light after diffusion as the illumination light, it is possible to adjust the color temperature of the illumination light, which has been difficult with the conventional illumination device designed to use only fluorescence as the illumination light. it can. Further, since the blue laser light is difficult to be converted into fluorescence by the
＜半導体レーザの構造＞
次に、メイン光源２及びサブ光源３に用いられる半導体レーザの基本構造について説明する。図６（ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、図６（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザは、カソード電極１９、基板１８、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極１７がこの順に積層された構成である。
<Structure of semiconductor laser>
Next, the basic structure of the semiconductor laser used for the main
基板１８は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはＧａＮ、サファイア、ＳｉＣを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
The
アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。
The
カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。
The
活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。
The
また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。
As the material for the
また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。
The
さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。
Further, the
ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。
However, unlike a mirror that completely reflects light, a part of the light amplified by stimulated emission is obtained by cleaving the front side cleaved
なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることができる。
Note that a reflective film (not shown) for laser oscillation is formed on the back side cleaved
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極１７及びカソード電極１９に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
The
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１などの各半導体層との膜形成については、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。
As for film formation with each semiconductor layer such as the
（発光部７の発光原理）
次に、メイン光源２から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
(Light emission principle of the light emitting unit 7)
Next, the light emission principle of the phosphor by the laser light oscillated from the main
まず、メイン光源２から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
First, the laser light oscillated from the main
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。 Since this excited state is unstable, the energy state of the electrons in the phosphor is changed to the original low energy state after a certain time (the energy state of the ground level or the level between the excited level and the ground level). Transition to a stable level energy state).
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。 In this way, the phosphors emit light when electrons excited to the high energy state transition to the low energy state.
白色光は、等色の原理を満たす３つの色の混色、または補色の関係を満たす２つの色の混色で構成でき、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。 White light can be composed of a mixture of three colors that satisfy the principle of equal colors, or a mixture of two colors that satisfy the relationship of complementary colors, and based on this principle and relationship, the color and fluorescence of laser light oscillated from a semiconductor laser. White light can be generated by combining the color of light emitted by the body as described above.
＜ヘッドランプ１の効果＞
ヘッドランプ１は、発光部７から出射された蛍光およびサブ光源３から出射された青色レーザ光を、例えば発光部７において拡散させた上で照明光として出射する。これにより、ヘッドランプ１は、メイン光源２から出射されたレーザ光により発光部７を励起させて蛍光を得ることにより高輝度な発光特性を維持しつつ、当該蛍光とともに拡散後の青色レーザ光を照明光として利用することにより照明光の色温度の調整も実現できる。
<Effect of
The
なお、サブ光源３が半導体レーザでない場合には、サブ光源３から出射される光を発光部７において拡散させることなく、そのまま照明光として利用できる。
When the
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. In addition, about the member similar to
本実施の形態のヘッドランプ２０は、上述のヘッドランプ１とは異なり、サブ光源３が出射した青色レーザ光を拡散する拡散部７１を備えている。また、ヘッドランプ２０は、メイン光源２からの励起光を発光部７へ導く導光部材として導光部５１を備えるとともに、サブ光源３からの青色レーザ光を拡散部７１へ導く導光部５２を備えている。
Unlike the
（拡散部７１）
拡散部７１は、例えば、レーザ光を拡散させる拡散粒子が母材中に分散されているものである。
(Diffusion part 71)
The
拡散部７１に対して高出力のレーザ光が照射される場合も想定されるため、拡散部７１は耐熱性であることが好ましい。この点を考慮すれば、上記母材として、無機ガラスを用いることが好ましい。
Since it is assumed that the diffusing
一方、拡散粒子として、例えば、フュームドシリカ、Ａｌ２Ｏ３、酸化ジルコニウムまたはダイヤモンドを用いることができる。これらの微粉末（直径１０ｎｍ〜５μｍ程度）が重量比１０〜３０％程度で無機ガラスに混合されている。 On the other hand, for example, fumed silica, Al 2 O 3 , zirconium oxide, or diamond can be used as the diffusing particles. These fine powders (diameter of about 10 nm to about 5 μm) are mixed with inorganic glass at a weight ratio of about 10 to 30%.
無機ガラスの屈折率は、１．５〜１．８程度であるのに対して、酸化ジルコニウムおよびダイヤモンドの屈折率は、約２．４である。それゆえ、無機ガラスと拡散粒子との屈折率の差が大きくなるため、拡散効果を高めることができる。 Inorganic glass has a refractive index of about 1.5 to 1.8, while zirconium oxide and diamond have a refractive index of about 2.4. Therefore, the difference in refractive index between the inorganic glass and the diffusing particles becomes large, so that the diffusion effect can be enhanced.
また、酸化ジルコニウムの融点は２７１５℃であり、ダイヤモンドの融点は３５５０℃であるので、通常の無機ガラスの溶融温度程度では融けたり変質したりすることはなく、拡散粒子として無機ガラス中に分散させる材料として好適である。 Further, since the melting point of zirconium oxide is 2715 ° C. and the melting point of diamond is 3550 ° C., it does not melt or change at the melting temperature of ordinary inorganic glass, and is dispersed in the inorganic glass as diffusion particles. Suitable as a material.
上述した拡散部７１の材質はあくまで一例であり、青色レーザ光を拡散可能なものであれば、拡散部７１の材質は特に限定されない。また、拡散部７１の形状および大きさ（厚み）についても、その拡散効率を考慮して、十分に青色レーザ光を拡散できる形状および大きさを設定すればよい。
The material of the
拡散部７１形状および大きさは、発光部７と同程度で良いが発光部７を覆うように形成されることが好ましい。また、発光部７および拡散部７１は、反射鏡８の焦点位置の近傍に配置されることが好ましい。
The shape and size of the diffusing
このように、サブ光源３から出射される青色レーザ光を拡散部７１において拡散させることにより、青色レーザ光の発光点サイズを拡大することができるので、安全性を確保した上で、当該青色レーザ光を照明光として利用することができる。
As described above, the blue laser light emitted from the
（導光部５１・５２）
導光部５１・５２は、円錐台状の導光部材であり、非球面レンズ４を介して（または、直接的に）メイン光源２およびサブ光源３と光学的に結合している。
(
The light guides 51 and 52 are frustoconical light guide members, and are optically coupled to the main
導光部５１・５２は、メイン光源２またはサブ光源３が出射したレーザ光を受光する光入射面と当該光入射面において受光したレーザ光を出射する光出射面とを有している。
The light guides 51 and 52 have a light incident surface that receives the laser light emitted from the main
光出射面の面積は、光入射面の面積よりも小さいため、光入射面から入射した各レーザ光は、導光部５１・５２の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面から出射される。
Since the area of the light emitting surface is smaller than the area of the light incident surface, each laser beam incident from the light incident surface is converged by traveling forward while being reflected on the side surfaces of the
導光部５１・５２は、ＢＫ７、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面および光出射面は、平面形状であっても曲面形状であってもよい。 The light guides 51 and 52 are made of BK7, quartz glass, acrylic resin, or other transparent material. Further, the light incident surface and the light emitting surface may be planar or curved.
なお、導光部５１・５２は、角錐台状であってもよく、その形状は限定されない。 The light guides 51 and 52 may have a truncated pyramid shape, and the shape is not limited.
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図９〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１・２と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In addition, about the member similar to
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。レーザダウンライト２００は、メイン光源２から出射されたレーザ光を発光部７に照射することによって蛍光と、サブ光源３から出射され、発光部７で拡散された青色レーザ光とを照明光として用いるものである。
Here, the
なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
Note that an illuminating device having the same configuration as that of the
図９は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図１０は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１１は、レーザダウンライト２００の断面図である。図９〜図１１に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（例えば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the appearance of the
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１１に示すように、筐体２１１、光ファイバー５、発光部７および透光板２１３を備えている。
(Configuration of light emitting unit 210)
As shown in FIG. 11, the
筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。
A
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａと発光部７との位置関係は上述したものと同様である。
In addition, a
透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、遮断フィルタ９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
The
図９では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。
In FIG. 9, the
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
In the downlight, unlike a headlamp, an ideal point light source is not required, and a level of one light emitting point is sufficient. Therefore, there are fewer restrictions on the shape, size and arrangement of the
（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、メイン光源２、サブ光源３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。
(Configuration of LD light source unit 220)
The LD
光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、メイン光源２およびサブ光源３から発振されたレーザ光はそれぞれ、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。
The incident end 5b, which is one end of the
図１１では、ＬＤ光源ユニット２２０の内部に、一対のメイン光源２および非球面レンズ４と一対のサブ光源３および非球面レンズ４とが備えられ、それぞれの非球面レンズ４から延びる光ファイバーの束が１つの発光ユニット２１０に導かれている。すなわち、図１１では、一対のメイン光源２および非球面レンズ４と一対のサブ光源３および非球面レンズ４とからなる１セットの光源が、１つの発光ユニット２１０用の光源として機能している。なお、メイン光源２およびサブ光源３が１つずつである必要はなく、その個数は、１光源あたりの出力量や、レーザダウンライト２００で実現する照明光の色温度、あるいはその調整幅などを考慮して決定されればよい。
In FIG. 11, a pair of main
また、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバーの束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に上記の１セットの光源が複数収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。
Further, when there are a plurality of light emitting
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１２は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を強力な粘着テープ等を使って天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
(Example of changing the installation method of the laser downlight 200)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modified example of the installation method of the
（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図９に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
(Comparison between
As shown in FIG. 9, the
これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
On the other hand, since the
図１３は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。同図に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the ceiling where the
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
Such a configuration causes the following problems. First, since there is a light source (LED chip) and a power source that are heat sources between the
また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
Further, the
また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
Moreover, since the housing | casing 302 is comparatively large, the problem that it is often difficult to arrange | position the
これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
On the other hand, in the
また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
Further, since it is not necessary to provide a power source and a cooling unit for each
また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、天板裏側のスペースもほとんど必要ないためにＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
Further, since the
図１４は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
FIG. 14 is a diagram for comparing the specifications of the
また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所（高さ）に設置できるため、メイン光源２およびサブ光源３が故障した場合でも、手軽にこれらの光源を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数のメイン光源２および複数のサブ光源３を一括管理できる。そのため、複数のメイン光源２および複数のサブ光源３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
Further, since the LD
なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
In the case of a type using a high color rendering phosphor in the
以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射するメイン光源２および青色レーザ光を出射するサブ光源３を少なくとも１つずつ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、当該レーザ光および青色レーザ光が照射される発光部７を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０とを備える。そして、メイン光源２から出射されたレーザ光を受けて発光部７から出射された蛍光と、サブ光源３から出射された青色レーザ光（発光部７で拡散された青色レーザ光）とを照明光として出射する。
As described above, the
それゆえ、レーザダウンライト２００は、発光部７が発した蛍光とは異なる青色レーザ光を照明光として利用できるので、励起光としてのレーザ光が外部に漏れることを防ぎ、蛍光のみを照明光として用いるように設計された従来の照明装置においては困難であった色温度の調整を行うことができる。
Therefore, since the
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のようにも表現できる。
[Another expression of the present invention]
The present invention can also be expressed as follows.
すなわち、本発明に係る照明装置（固体照明光源）は、蛍光体発光部と、発振波長が４０５ｎｍ近傍の青紫領域、または３５０ｎｍから４００ｎｍの紫外線から青紫領域にある半導体レーザまたはＬＥＤを励起光源と、からなる固体照明光源に関するものである。この照明装置の第一の側面は、蛍光体発光部の少なくとも一部を構成する蛍光体として、Ｃａα−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ３＋を用いていることである。また、照明装置の第二の側面は、照明光の色温度を上げる目的として青色半導体レーザ（４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下にレーザ発振のピークを有する）を有することである。そして、この照明装置は、前記青色半導体レーザから発せられるレーザ光を前記蛍光体発光部に照射し、前記蛍光体発光部で散乱させてレーザ光の発光点サイズを拡大させることによりアイセーフ化させて、発光部から出射される照明光の青色光成分を補填する。 That is, the illumination device (solid-state illumination light source) according to the present invention includes a phosphor light-emitting unit, a semiconductor laser or an LED having an oscillation wavelength in the vicinity of 405 nm, or a semiconductor laser or LED in the ultraviolet to blue-violet region of 350 to 400 nm as an excitation light source, It is related with the solid-state illumination light source which consists of. The 1st side surface of this illuminating device is using Ca (alpha) -SiAlON: Ce3 + as a fluorescent substance which comprises at least one part of a fluorescent substance light emission part. A second aspect of the illumination device is to have a blue semiconductor laser (having a laser oscillation peak at 440 nm to 460 nm) for the purpose of increasing the color temperature of the illumination light. The illumination device is made eye-safe by irradiating the phosphor light emitting portion with the laser light emitted from the blue semiconductor laser, and scattering the phosphor light emitting portion to enlarge the emission point size of the laser light. The blue light component of the illumination light emitted from the light emitting unit is compensated.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
例えば、サブ光源３の出力をユーザが変化させることにより、色温度の調整をユーザの嗜好に合わせて調整することができる。すなわち、この場合には、ユーザによる色温度のカスタマイズが可能となる。
For example, the user can change the output of the
また、発光部７で用いられる蛍光体は、実施の形態１に記載の組成に限られない。例えば、発光部７で用いられる蛍光体が黄色発光蛍光体だけからなる構成であってもよい。この場合、メイン光源２の出力は３〜４Ｗとし、サブ光源３の出力を０．３〜０．４Ｗとすることができる。また、赤色発光蛍光体だけを用いた場合には、メイン光源２の出力を３．５〜５Ｗとすることができる。
Further, the phosphor used in the
すなわち、発光部７における蛍光体の組成の変更により、メイン光源２及びサブ光源３の出力は適宜変更できる。また、サブ光源３から出射される光を照明光として利用することにより、色温度の調整あるいは向上させることができればよく、照明光が白色光に限定されるものではない。
That is, the outputs of the main
本発明は、照明光の色温度を調整でき、特に車両用等のヘッドランプなどに好適である。 The present invention can adjust the color temperature of illumination light, and is particularly suitable for a headlamp for vehicles and the like.
１ ヘッドランプ（照明装置、前照灯）
２ メイン光源（第１光源、レーザ光源）
３ サブ光源（第２光源）
７ 発光部（拡散部）
９ 遮断フィルタ
７１ 拡散部
1 Headlamp (lighting device, headlamp)
2 Main light source (first light source, laser light source)
3 Sub-light source (second light source)
7 Light emitting part (diffusion part)
9 Blocking
Claims (12)
上記第１光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する発光部と、
上記励起光とは異なる波長領域を有する第２の光を出射する第２光源とを備え、
上記発光部から出射された蛍光および上記第２光源から出射された第２の光を照明光として出射することを特徴とする照明装置。 A first light source that emits excitation light;
A light emitting unit that emits fluorescence in response to excitation light emitted from the first light source;
A second light source that emits second light having a wavelength region different from that of the excitation light,
An illuminating device that emits fluorescence emitted from the light emitting unit and second light emitted from the second light source as illumination light.
上記第２光源は、青色領域の発振波長を有する光を上記第２の光として出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。 The first light source emits light having an oscillation wavelength from an ultraviolet region to a blue-violet region as the excitation light,
The lighting device according to claim 1, wherein the second light source emits light having an oscillation wavelength in a blue region as the second light.
上記第２光源が出射したレーザ光を拡散する拡散部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。 The second light source emits laser light as the second light,
The illuminating device according to claim 1, further comprising a diffusion unit that diffuses the laser light emitted from the second light source.
上記第２光源が出射したレーザ光は、上記発光部によって拡散されることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。 The light emitting unit functions as the diffusion unit,
The illumination device according to claim 8, wherein the laser light emitted from the second light source is diffused by the light emitting unit.
A headlamp comprising the lighting device according to any one of claims 1 to 11.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017059396A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | ウシオ電機株式会社 | Fluorescent light source device and lighting device |
| CN109282233A (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-29 | 欧司朗有限公司 | For providing heterogeneous light optical module, headlamp and method |
| US10416373B2 (en) | 2013-10-17 | 2019-09-17 | Nanosys, Inc. | Light emitting diode (LED) devices |
| JP2021507212A (en) * | 2017-12-13 | 2021-02-22 | ソラア レイザー ダイオード インク | IDAR system with laser light source containing gallium and nitrogen |
| JP2021118163A (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-10 | 京セラ株式会社 | Illuminating device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007258019A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nichia Chem Ind Ltd | Light-emitting device |
| JP2007335760A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Fujifilm Corp | Photoelectric converting film, and solar battery photoelectric converting element, or imaging element including same |
| JP2009224053A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Sharp Corp | Headlamp and vehicular infrared night vision apparatus employing the headlamp as light source |
| JP2010225793A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Stanley Electric Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor light emitting device |
| JP2011165521A (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Sharp Corp | Light emitting device, lighting system, and vehicle headlight |
-
2011
- 2011-03-24 JP JP2011066131A patent/JP2012204071A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007258019A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nichia Chem Ind Ltd | Light-emitting device |
| JP2007335760A (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Fujifilm Corp | Photoelectric converting film, and solar battery photoelectric converting element, or imaging element including same |
| JP2009224053A (en) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Sharp Corp | Headlamp and vehicular infrared night vision apparatus employing the headlamp as light source |
| JP2010225793A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Stanley Electric Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor light emitting device |
| JP2011165521A (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Sharp Corp | Light emitting device, lighting system, and vehicle headlight |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10416373B2 (en) | 2013-10-17 | 2019-09-17 | Nanosys, Inc. | Light emitting diode (LED) devices |
| JP2017059396A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | ウシオ電機株式会社 | Fluorescent light source device and lighting device |
| CN109282233A (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-29 | 欧司朗有限公司 | For providing heterogeneous light optical module, headlamp and method |
| JP2021507212A (en) * | 2017-12-13 | 2021-02-22 | ソラア レイザー ダイオード インク | IDAR system with laser light source containing gallium and nitrogen |
| US11841429B2 (en) | 2017-12-13 | 2023-12-12 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Distance detecting systems for use in mobile machine applications |
| US11867813B2 (en) | 2017-12-13 | 2024-01-09 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Distance detecting systems for use in mobile machines including gallium and nitrogen containing laser diodes |
| JP2021118163A (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-10 | 京セラ株式会社 | Illuminating device |
| JP7361618B2 (en) | 2020-01-29 | 2023-10-16 | 京セラ株式会社 | lighting equipment |
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