JP5053415B2 - 発光装置、照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度光源として機能する発光装置、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯に関するものである。

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発光装置の研究が盛んになってきている。

このような発光装置に関する技術の例として特許文献１および２に開示された灯具がある。これらの灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。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。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置（ＬＤ発光装置と称する）を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。

一方、インコヒーレントな白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて車両用ヘッドランプを実現する技術の例としては、非特許文献１に開示された車両用ヘッドランプがある。

なお、この非特許文献１には、車両用ヘッドランプの発光部から発生する光の配光パターン（配光分布）を、鉛直方向に狭く、水平方向に広くすることが記載されている。

特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開） 特開２００３−２９５３１９号公報（２００３年１０月１５日公開）

佐々木 勝、「白色ＬＥＤの自動車照明への応用」、応用物理学会誌、２００５年、第７４巻、第１１号、ｐ．１４６３―１４６６

ところが、蛍光体を含む微小な発光部をハイパワーの励起光で励起すると（すなわち高いパワー密度で発光部を励起すると）、発光部が激しく劣化するという問題が生ずることを発明者は見出した。

発光部を劣化させる原因の１つとして、励起光が照射される当該発光部における照射領域とその近傍の領域（昇温領域と称する）とでの温度上昇が挙げられる。この場合、半導体レーザから高出力の励起光（レーザ光）が発光部に照射されると、当該発光部の昇温領域だけが局所的に極めて高温になるため、当該昇温領域が急速に劣化してしまうという問題が生じる。なお、シミュレーションにおいては、この領域に対して放熱処理が行われない場合、昇温領域の温度が、励起光の照射直後から摂氏５００度を超えてしまうという結果が出ている。

従って、蛍光体を含む微小な発光部をハイパワーの励起光で励起する構成において、発光部の劣化を防ぎ、明るく長寿命な光源を実現するためには、上記照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域の温度上昇を抑制することが望まれる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、励起光が照射される発光部における昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる発光装置、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯を提供することにある。

本発明に係る発光装置は、上記の問題点を解決するために、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源が出射した励起光を受け取る入射端部と当該入射端部から入射した励起光を出射する出射端部とを有する導光部と、上記出射端部から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記励起光が照射される上記発光部における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域を冷却する冷却部と、を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、励起光源が出射した励起光は、導光部の入射端部に入り、導光部の出射端部から出射される。この励起光が発光部に照射されると当該発光部が発光する。出射端部からの励起光が発光部に照射されると、その照射領域とその近傍の領域とを含む領域が昇温される（すなわちこの領域が昇温領域となる）が、冷却部によりこの昇温領域が冷却される。

従って、発光装置は、冷却部を備えているので、励起光が照射される発光部における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、発光装置は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。

さらに、本発明に係る発光装置は、上記冷却部は、上記昇温領域に送風するための風を発生させる送風部と、上記送風部が発生させた風が送入される送入部と、当該送入部から送入された風が送出される送出部とを有する導風部と、を備え、上記送出部は、上記昇温領域の近傍に位置することが好ましい。

上記構成によれば、送風部が発生させた風は、導風部の送入部に入り、昇温領域の近傍に位置する導風部の送出部から送出される。これにより、発光装置は、送風部が発生させた風を昇温領域まで到達させることができるので、当該風によって当該昇温領域を冷却することができる。

さらに、本発明に係る発光装置は、上記発光部は、上記送出部において支持されていることが好ましい。

上記構成によれば、発光装置は、発光部が送出部において支持されるので、導風部を、送風部が発生させた風を昇温領域まで運ぶだけでなく、発光部の支持部材として有効利用することができる。

さらに、本発明に係る発光装置は、上記導光部の出射端部は、上記導風部の内部に挿入されていることが好ましい。

上記構成によれば、導光部の出射端部が導風部の内部に挿入されているため、導光部および導風部を別体に設ける構成に比べ、省スペース化を図ることができる。

また、上記構成によれば、送風部が発生させた風を送出する送出部と、励起光源が出射した励起光を出射する出射端部とを一体に設けた構成である。従って、例えば導風部の長さ、送出部と発光部（励起光が照射される面）との距離、当該発光部（昇温領域）に対する風の入射角度を考慮した導風部の向きなどを考慮した設計を、導光部と導風部とが別体に設けられる場合に比べ簡易に行うことが可能となる。

さらに、本発明に係る発光装置は、上記導風部は、可撓性を有していることが好ましい。

上記構成によれば、導風部は可撓性を有するので、送入部と送出部との位置関係を容易に変更することができ、送風部と発光部との位置関係を容易に変更することができる。したがって、発光装置の設計自由度を高めることができる。

さらに、本発明に係る照明装置は、上記発光装置と、上記発光部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反射鏡とを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、発光部から出射した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束が形成される。それゆえ、車両用ヘッドランプやサーチライトに適した照明装置を実現できる。

さらに、本発明に係る照明装置は、上記発光装置と、上記発光部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反射鏡と、を備え、上記反射鏡は、上記光線束の進む方向が開口した開口部を有する曲面形状となっており、上記発光装置は、上記反射鏡と、当該反射鏡の開口部を覆う、上記光線束が透過する透明部材とで囲まれた空間に配置されており、上記反射鏡には、上記空間内に滞留した風を放出するための孔部が、少なくとも１つ形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、照明装置は、光線束の進む方向が開口した開口部を有する曲面形状の反射鏡と、当該反射鏡を覆う透明部材とで囲まれた空間に配置されている。このため、送風部で発生させた風が導風部の送出部から昇温領域へと送出される場合、その風は、当該昇温領域で温められて上記空間内に滞留することとなり、結果として冷却効果が薄れてしまう可能性がある。

従って、照明装置は、上記空間内に滞留した風を放出するための孔部が、反射鏡に少なくとも１つ形成されていることにより、昇温領域により温められた風を、当該孔部から逃がすことができるので、上記空間内での当該風の滞留を防ぐことができる。これにより、照明装置は、昇温領域における冷却効果を損なう可能性を低減させることができる。

本発明に係る車両用前照灯は、上記発光装置と、上記発光部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反射鏡とを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、発光部から出射した光は、反射鏡によって反射され、所定の立体角内を進む光線束が形成される。それゆえ、小型で高輝度かつ長寿命の車両用前照灯を実現できる。

本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源が出射した励起光を受け取る入射端部と当該入射端部から入射した励起光を出射する出射端部とを有する導光部と、上記出射端部から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記励起光が照射される上記発光部における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域を冷却する冷却部と、を備える構成である。

それゆえ、本発明に係る発光装置は、励起光が照射される発光部における照射領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプの出射端部と発光部との位置関係を示す図である。 一定強度の励起光を照射した発光部に用いられる各蛍光体の発光強度に関する温度特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプの別構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドランプのさらに別構成を示す断面図である。 （ａ）は半導体レーザの回路図を模式的に示す図であり、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。 上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。 上記レーザダウンライトの断面図である。 上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。 上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。 上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。

〔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（車両用前照灯）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。

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。

また、以下では、図１に示す光ファイバー５が複数の束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）であるものとして説明しているが、これに限らず、光ファイバー５が１つのみ（すなわち出射端部５ａが１つのみ）からなっていてもよい。

（ヘッドランプ１の構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。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、半導体レーザアレイ（励起光源）２、非球面レンズ４、光ファイバー（導光部）５、フェルール６、発光部７、反射鏡８、透明板（透明部材）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。

半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（半導体レーザ素子）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ（励起光源）３のそれぞれからレーザ光が発振される。励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３を１つのみ用いてもよい。しかし、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ３を用いることが好ましい。

半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、例えば、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。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。

非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂ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。

光ファイバー５は、半導体レーザ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、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面（受光面）７ａ（図２参照）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。より詳細には、複数の出射端部５ａから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、発光部７の互いに異なる部分に対して照射される。

ここで、１つの出射端部５ａから出射されたレーザ光は、所定の角度で広がりつつレーザ光照射面７ａに到達する。また、複数の出射端部５ａからレーザ光が出射されると、レーザ光照射面７ａには複数の照射領域が形成される。そのため、複数の光ファイバー５の出射端部５ａが、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されていたとしても、これら出射端部５ａからのレーザ光によって形成される照射領域が、互いに重なることがある。

このような場合でも、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されれば、レーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。

すなわち、複数の出射端部５ａのうちの１つから出射されたレーザ光が発光部７に照射されることによって形成される投影像において最も光強度が大きい部分である最大光強度部分の位置が、他の出射端部５ａに由来する投影像の最大光強度部分の位置と異なっていればよい。それゆえ、照射領域を互いに完全に分離する必要は必ずしもない。

なお、出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面７ａと間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面７ａに全て照射されるように定められることが好ましい。例えばレーザ光照射面７ａが楕円である筒状の場合には、円錐状に拡がるレーザ光が、その短軸を超えない距離となるように、出射端部５ａと発光部７との位置関係を定めることが好ましい。

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。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａのレーザ光照射面７ａに対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、レーザ光照射面７ａの形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光をレーザ光照射面７ａの全面にわたってマイルドに照射することができる。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。

それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できるなど、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。この導光部材は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受け取る少なくとも１つの入射端部と当該入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有するものであればよい。例えば、少なくとも１つの入射端部を有する入射部、および複数の出射端部を有する出射部を光ファイバーとは別の部材として形成し、これら入射部および出射部を光ファイバーの両端部に接続してもよい。

次に、図２を参照しながら、出射端部５ａと発光部７との位置関係について説明する。図２は、出射端部５ａと発光部７との位置関係を示す図である。同図に示すように、フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａ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５ａ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５ａを挟み込むものでもよい。

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。なお、図１では、便宜上、出射端部５ａを３つ示しているが、出射端部５ａの数は３つに限定されない。

発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。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。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂に限定されず、無機ガラス材料をはじめとするガラス材料であってもよいし、有機・無機ハイブリッド材料であっても良い。

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。半導体レーザ３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。

なお、半導体レーザ３は、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、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。緑色の蛍光体とは、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。赤色の蛍光体とは、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。

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（Ｓｉ_３Ｎ_４）にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。

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例示することができる。

半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、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、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、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点である。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）。

また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、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、この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。

さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。

よって、発光部７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（基本構造のついては後述）の寿命が短くなるのをより抑制することができる。

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。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面７ａの面積は、３ｍｍ^２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。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（長軸が例えば０．１ｍｍから３ｍｍ）である筒状であってもよい。また、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、レーザ光の反射を制御するためには、レーザ光照射面７ａは、レーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。

また、発光部７は、図１に示すように、透明板９の内側（出射端部５ａが位置する側）の面において、出射端部５ａと対向する位置に固定されている。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。

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。

透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部７を保持している。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、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）を透過する材質で形成することが好ましく、樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどが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、透明板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。なお、このような効果を期待せず、かつ透明板９以外の部材によって発光部７を保持する場合には、透明板９を省略することが可能である。

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、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２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半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。また、半導体レーザ３は、故障する可能性があるため、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、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。

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。

レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられている。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。

さらに、ヘッドランプ１は、冷却器（冷却部、送風部）２０、ノズル（冷却部、導風部）２１およびノズル２３を備えるとともに、反射鏡８の一部には孔部２２が形成されている。上述した半導体レーザアレイ２、光ファイバー５、フェルール６および発光部７に、冷却器２０およびノズル２１を加えた構成によって発光装置の基本構造が形成されている。また、冷却器２０およびノズル２１によって冷却部の基本構造が形成されている。

冷却器２０は、ハウジング１０に収納された、レーザ光が照射される発光部７における照射領域（レーザ光出射面６ａに対向するレーザ光照射面７ａにおける領域）とその近傍の領域とを含む昇温領域を冷却するものである。冷却器２０は、例えば、昇温領域に送風するための風を発生させることにより当該昇温領域を冷却するものであり、一般的な扇風機の構造を有する送風器が挙げられる。この場合、冷却器２０は、シャフトと、シャフトに固着された羽根車と、シャフトを回転させるための磁石と、シャフトを駆動するための駆動回路と、を備えており、例えば特開２００９−１９５７３号公報に挙げられるような扇風機の構造となっている。なお、シャフト、磁石および駆動回路が、一般的なモーターとしての機能を実現している。

また、冷却器２０の別の構成としては、昇温領域を冷却するための冷風を作り出す場合には、例えば一般的なエアーコンディショナーの構造を有する送風器が挙げられる。エアーコンディショナーは、冷媒としての液体（例えばフロンガス）が蒸発するときに気化熱を発生させることを利用して、冷風を発生させるものである。この場合、冷却器２０は、例えば蒸発器、送風用ファン、配管、圧縮器、凝縮器、冷却用ファンおよび電磁弁を備えている。

蒸発器は、凝縮器から配管を介して送られるフロンガスを蒸発させるものであり、例えばＡｌからなるフィンを備えており、フロンガスが蒸発するときに発生する気化熱によって冷やされる。送風用ファンは、例えば上記の扇風機と同様の構造となっており、シャフトに固着された羽根車を回転させることによって発生させた風を蒸発器に送る。これにより、冷却器２０は、気化熱によって冷やされた蒸発器周辺の空気を冷風としてノズル２１に送ることができる。

配管は、蒸発器と、凝縮器または圧縮器とを結ぶフロンガスが通る管であり、上述のように凝縮器から蒸発器へフロンガスを通すとともに、蒸発器が蒸発させ、気体となったフロンガスを圧縮器へ通すものである。

凝縮器は、圧縮器によって気体であるフロンガスが圧縮され、このとき高温になったフロンガスが送られてくる筐体であり、例えばＡｌからなるフィンを備えている。高温になったフロンガスは、凝縮器において冷却用ファンにより冷却されると、当該凝縮器から、フロンガスの圧力を調整する電磁弁に送られることにより液体となる。そして、電磁弁により液体となったフロンガスは、配管を通して蒸発器に送られる。

なお、高温のフロンガスが冷却用ファンにより冷却されるため、凝縮器からは温風が放出される。このため、凝縮器の温風が放出される放出領域に、温風をヘッドランプ１の外部に放出するためのノズル（図示せず）が設けられていてもよい。また、凝縮器（またはその放出領域）がヘッドランプ１の外部となるように、冷却器２０がヘッドランプ１に設けられる構成であってもよい。

ノズル２１は、昇温領域を冷却するものであり、冷却器２０が発生させた風（冷風）を当該昇温領域まで送るための管である。ノズル２１は、反射鏡８が形成した光線束を透過可能なように、例えば透明性の高い石英を用いて作られた筒状の管である。また、ノズル２１は、例えば直径（内径）２ｍｍ（０．５〜４ｍｍ程度であればよい）である。なお、ノズル２１の材質が金属である場合には、昇温領域にて温められた風（空気）を冷却器２０側に放熱させることも可能である。

また、ノズル２１は、冷却器２０が発生させた風を受け取る送入部２１ｂと、送入部２１ｂから送入した風を送出する送出部２１ａとを有している。図２に示すように、送出部２１ａは、フェルール６のレーザ光出射面６ａと対向するレーザ光照射面７ａの昇温領域に、冷却器２０からの風が到達するような位置および向き（ノズル２１の長軸方向の延長上に昇温領域が存在するような向き）に設置されている。

言い換えれば、ノズル２１は、冷却器２０が発生させた風が送入される送入部２１ｂと、送入部２１ｂから送入された風が送出される送出部２１ａとを有するものであり、送出部２１ａが昇温領域の近傍に位置するように設置されているものである。これにより、ヘッドランプ１は、冷却器２０が発生させた風を昇温領域まで到達させることができるので、当該風によって当該昇温領域を冷却することができる。

なお、図２では、ノズル２１は、直線形状（棒状）となっているが、これに限らず、光ファイバー５と同様、その形状を変形することが可能な（湾曲可能な）可撓性を有する管であってもよい。

ノズル２１が可撓性を有している場合、冷却器２０と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、ノズル２１の長さを調整することにより、冷却器２０を発光部７から離れた位置に設置することができる。この場合、図２に示すような、冷却器２０がハウジング１０に収納される構成に限らず、光ファイバー５と同様、ノズル２１がハウジング１０を貫くことにより、冷却器２０がハウジング１０の外部に設置することも可能となる。

それゆえ、冷却器２０が故障した場合に修理または交換しやすい位置に設置することができ、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。

孔部２２は、昇温領域に到達した風（すなわち昇温領域において温められた風（空気））が、反射鏡８および透明板９で囲まれた空間内に滞留するのを防ぐ（すなわち、当該風を当該空間内から逃がす）ために、反射鏡８の一部に少なくとも１つ形成されている。孔部２２の大きさは、例えば直径３ｍｍ（１〜５ｍｍ程度であればよい）であればよい。

言い換えれば、発光部７が、光線束の進む方向が開口した開口部を有する曲面形状である反射鏡８と、反射鏡８の開口部を覆う、光線束が透過する透明板９とで囲まれた空間に配置されており、反射鏡８には、当該空間内に滞留した風を放出するための孔部２２が、少なくとも１つ形成されているといえる。これにより、昇温領域により温められた風を、孔部２２から逃がすことができるので、上記空間内での当該風の滞留を防ぐことができる。このため、ヘッドランプ１は、昇温領域における冷却効果を損なう可能性を低減させることができる。

また、孔部２２が形成される位置は、反射鏡８のどの位置でもよいが、例えば送出部２１ａから送出された風が、レーザ光照射面７ａの昇温領域に到達した後に、反射鏡８に到達する位置に設けられていることが好ましい。例えばその位置としては、ノズル２１が反射鏡８を貫通している位置および向きと、光ファイバー５の長軸に関して対称となる位置および向きが挙げられる。

ノズル２３は、孔部２２から入り込む風を、上記空間の外部に放出するために孔部２２に挿入された管であり、例えばテフロン（登録商標）樹脂やシリコーン樹脂を用いて作られた、直径３ｍｍ（１〜５ｍｍ程度であればよい）の筒状の管である。また、ノズル２３の内径は、２ｍｍ（０．５〜４ｍｍ程度であればよい）である。

なお、ノズル２３の孔部２２に挿入された端部と逆の送出端部（すなわち、ノズル２３に送入された風が放出される方の端部）には、ノズル２３に送入された風を吸引するための空気吸引器が設けられていてもよい。

また、ノズル２３の送出端部は、レンズ１２の表面（透明板９と対向する面（ヘッドランプ１の内部側の面）であっても、その面と逆の面であってもよい）に風を送出できるような位置に設けられていてもよい。また、ノズル２３の送出端部に空気吸引器が設けられた構成の場合には、当該空気吸引器にノズル２３とは異なる別のノズルが設けられており、当該ノズルの送出端部が、レンズ１２の表面に風を送出できるような位置に設けられていてもよい。この場合、ヘッドランプ１は、昇温領域にて温められた風を、上記空間の外部に放出することができるとともに、レンズ１２の表面の凍結を防止することができる。

以上のように、本実施形態に係るヘッドランプ１は、レーザ光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３が出射したレーザ光を受け取る入射端部５ｂと入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する出射端部５ａとを有する光ファイバー５と、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光する発光部７と、レーザ光が照射される発光部７における照射領域とその近傍の領域とを含む昇温領域を冷却する冷却器２０およびノズル２１と、を備えた構成である。

ここで、発光部をハイパワーのレーザ光を用い、かつ高いパワー密度で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。励起光としてＬＥＤからの出射光を用いてもハイパワーであれば同様の問題が生じると考えられる。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む物質（例えば、シリコーン樹脂）の劣化によって主に引き起こされる。上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって蛍光体を取り囲む物質が劣化すると考えられる。

上記問題を考慮して、ヘッドランプ１は、上記構成を備えることにより、昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、ヘッドランプ１は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。

（発光部の発光強度について）
次に、発光部の発光強度について図３を用いて説明する。図３は、一定強度の励起光を照射した発光部に用いられる各蛍光体の発光強度に関する温度特性を示す図である。図３では、（ａ）は化学式Ｃａ_０．９８Ｅｕ_０．０２ＡｌＳｉＮ_３のサイアロン蛍光体Ａ、（ｂ）は化学式Ｃａ_０．９５Ｅｕ_０．０５ＡｌＳｉＮ_３のサイアロン蛍光体Ｂ、（ｃ）はアルミン酸イットリウム（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：ＹＡＧ）に付活剤としてセリウムＣｅ^３＋を導入したＹＡＧ：Ｃｅ^３＋蛍光体（化成オプトニクス製、製品番号Ｐ４６−Ｙ３）を示している。また、図３では、縦軸が「規格化された発光強度（Normalized Intensity(a.u.)）」、横軸が「摂氏温度（Temperature(℃)）」を示している。

同図の（ｃ）ように、ＹＡＧ：Ｃｅ^３＋蛍光体を用いた場合、約１５０度に達したときの発光部の発光強度は、室温（摂氏３０度）時の発光強度の約６０％となっている。一方、同図の（ａ）ように、サイアロン蛍光体ＡおよびＢを用いた場合、約１５０度に達したときの発光部の発光強度は、それぞれ室温（摂氏３０度）時の発光強度の約９０％および約８３％となっている。つまり、発光部に用いられる蛍光体としては、励起光の照射による温度上昇に対する発光強度の低下が少ないサイアロン蛍光体が好ましいといえる。

しかし、同図のように、発光部にサイアロン蛍光体を用いた場合であっても、温度上昇に伴い発光強度（発光効率）が低下する。特に、本実施形態で励起光として用いられるレーザ光の強度（単位：ワット）並びにパワー密度（単位：ワット／ｍｍ^２）は高いので、サイアロン蛍光体を用いた発光部７の温度上昇が著しいといえる。つまり、発光部７であっても、著しい温度上昇に伴い発光効率が低下し、ひいては発光部７の劣化を引き起こすものと考えられる。

そこで、本実施形態に係るヘッドランプ１は、冷却器２０およびノズル２１を用いて発光部７の昇温領域を冷却して、発光部７の温度上昇を抑制することにより、サイアロン蛍光体の発光効率の低下（ひいては発光部７の劣化）を防いでいる。

（ヘッドランプ１の別構成）
次に、図４を参照しながら、ヘッドランプ１の別構成について説明する。図４は、ヘッドランプ１の別構成を示す断面図である。なお、図１に示すヘッドランプ１と同様の構成については、上述したのでその説明を省略する。

図４に示すヘッドランプ１は、反射鏡８の中心部を貫いて延びる筒状部材の先端に発光部７を固定されている。この筒状部材は、冷却器２０からの風を昇温領域に運ぶ機能を有するノズル２１であり、送出部２１ａにおいて発光部７を支持する構成となっている。

また、図示のように、ノズル２１の内部に光ファイバー５の出射端部５ａを通す（光ファイバー５とノズル２１とを同軸に設ける）ことができる。この場合、半導体レーザ３から延びる光ファイバー５をノズル２１の内部に通すための孔部が設けられている。

言い換えれば、図４に示すヘッドランプ１は、ノズル２１が、光ファイバー５の出射端部５ａを少なくとも含む構成であるといえる。これにより、光ファイバー５およびノズル２１を別体に設ける構成に比べ、省スペース化を図ることができるとともに、例えばノズル２１の長さ、送出部２１ａとレーザ光照射面７ａとの距離、ノズル２１の向きなどを考慮した設計を簡素に行うことが可能となる。

なお、レーザ光照射面７ａに到達した、昇温領域にて温められた風（空気）を、ノズル２１の内部から逃がすために、ノズル２１のレーザ光照射面７ａの近傍に、少なくとも１つの孔部２４が形成されていてもよい。孔部２４の大きさは、例えば直径２ｍｍ（１〜３ｍｍ程度であればよい）の円形や、１ｍｍ×３ｍｍの矩形であり、昇温領域にて温められた風を効率よくその外部に逃がすことができ、かつ、発光部７の支持に耐え得る強度を確保できる程度であればよい。

また、孔部２２は、孔部２４から放出された、昇温領域にて温められた風を、反射鏡８および透明板９で囲まれた空間内に滞留するのを防ぐのに適切な位置に形成されていればよく、この場合、例えば孔部２２の中心と孔部２４の中心との間に直線を結ぶことが可能な位置に設けられていればよい。

さらに、図５を参照しながら、ノズル２１が、送出部２１ａにおいて発光部７を支持する別構成について説明する。図５は、ヘッドランプ１のさらに別構成を示す断面図である。

同図に示すように、ノズル２１（送出部２１ａ）の先端部には、発光部７を固着することにより支持するための、支持部材としての突出部２５が形成されている。突出部２５は、発光部７を固着可能な程度の大きさおよび形状であればよく、例えば１枚の扇状の板状部材であっても、複数の棒状部材であってもよい。さらに、突出部２５は、ノズル２１から突出するように成形されたものであっても、ノズル２１とは別体としてノズル２１に付設されたものであってもよい。

以上のように、図４および図５に示すヘッドランプ１では、発光部７が送出部２１ａにおいて支持されている構成である。これにより、ヘッドランプ１は、ノズル２１を、冷却器２０が発生させた風を昇温領域まで運ぶだけでなく、発光部７の支持部材として有効利用することができる。すなわち、ヘッドランプ１は、昇温領域を冷却するために設けられたノズル２１を有効利用することができる。

（冷却器２０の別構成）
上記では、冷却器２０は、昇温領域に風を吹き付ける構成として説明したが、これに限らず、例えば昇温領域付近の空気をノズル２１を通して吸引する空気吸引器であってもよい。この場合、孔部２２およびノズル２３を設ける必要はない。なお、空気吸引器のとしての冷却器２０は、空気の吸引に適した例えばシロッコファンを有する構成である。

また、昇温領域付近の空気を少なくとも冷却器２０の外部に放出するために、冷却器２０には、ノズル２１とは異なる別のノズルが設けられ、当該ノズルの送出端部が、レンズ１２の表面に風を送出できるような位置に設けられていてもよい。これにより、ヘッドランプ１は、昇温領域にて温められた空気を、反射鏡８と透明板９とで囲まれた空間の外部に放出することができるとともに、レンズ１２の表面の凍結を防止することができる。

この構成であっても、ヘッドランプ１は、昇温領域の温度上昇を抑制することで、長寿命な光源を実現することができる。すなわち、ヘッドランプ１は、高い信頼性を有する高輝度光源を実現することができる。

なお、冷却器２０は、自動車の特定の部材を冷却するための冷却装置と共有した構成であってもよい。

また、冷却器２０は、半導体レーザ３からレーザ光が出射されているときのみ稼動する（例えば風を発生させる）構成であってもよい。さらに、冷却器２０は、発光部７に照射されるレーザ光の強さ、または、昇温領域の温度が一定値以上になったときのみ稼動する構成であってもよい。また、ヘッドランプ１は、自動車の走行により発生する風を発光部７まで導くように設計された場合には、自動車の速度に応じて冷却器２０の稼動／非稼動の制御を行ってもよい。

（半導体レーザ３の構造）
次に半導体レーザ３の基本構造について説明する。図６（ａ）は、半導体レーザ３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３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３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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３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。

まず、半導体レーザ３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。

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。

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。

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。

上述の半導体レーザ３を１０個設け、各半導体レーザ３から４０５ｎｍのレーザ光を受けた場合、発光部７から１５００ルーメンの光束が放射される。この場合の輝度は８０カンデラ／ｍｍ^２である。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図７〜図１２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。

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り、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７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ものである。

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。

図７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８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９は、レーザダウンライト２００の断面図である。図７〜図９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、ノズル２１を介して発光ユニット２１０へ発光部７を冷却するための風を供給する冷却器２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０および冷却器２０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および冷却器２０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およびノズル２１によってそれぞれ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。

（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図９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。

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。

また、筐体２１１には、光ファイバー５およびノズル２１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およびノズル２１がそれぞれ発光部７まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａおよびノズル２１の送出部２１ａと、発光部７との位置関係は上述したものと同様である。

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、透明板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。

図７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。

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。

（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。

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、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、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。

図９に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、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５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に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対（または、複数の半導体レーザ３と１つのロッド状レンズ（不図示）との対）が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。

（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１０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およびノズル２１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。

（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７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。

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。

図１１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。

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。

また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源が必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。

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。

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。

また、発光ユニット２１０ごとに電源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。

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、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。

図１２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。

また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。同様に、冷却器２０もユーザの手が容易に届く所に設置できるため、冷却器２０内部の冷却機構が故障した場合でも、手軽に修理を行うことができる。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、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。

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。

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半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５と、発光ユニット２１０の発光部７のそれぞれを冷却するための冷却器２０とを含んでいる。また、レーザダウンライト２００は、冷却器２０が風を発生させるものであり、冷却器２０が発生させた風を各発光部７へ送風するためのノズル２１を含んでいる構成であってもよい。

それゆえ、レーザダウンライト２００において、レーザ光が照射される発光部７における照射領域の温度上昇を抑制できる。その結果、長寿命のレーザダウンライト２００を実現できる。

（本発明の別の表現）
なお、本発明は、以下のように表現してもよい。

本発明に係る発光装置（高輝度光源）は、高出力の発振が可能な半導体レーザからなる励起光源と、前記励起光源からの励起光により発光する発光部を有しており、前記発光部において前記励起光が照射される領域に気体（ガス）が吹き付けられる機構を有する構成である。

さらに、本発明に係る発光装置は、励起光源としては、半導体レーザだけでなく、高出力発光ダイオードでもよい。

さらに、本発明に係る発光装置は、一つの励起光源に対して一つのレーザ光出射端を持つような半導体レーザだけでなく、一つの励起光源に対して複数のレーザ光出射端を持つ半導体レーザであってもよい。

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。

例えば、励起光源として高出力のＬＥＤを用いてもよい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。

また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザ、例えば高出力の発振が可能な発光ダイオードを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。

本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。

１ ヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ（励起光源）
３ 半導体レーザ（励起光源）
５ 光ファイバー（導光部）
５ａ 出射端部
５ｂ 入射端部
７ 発光部
８ 反射鏡
９ 透明板（透明部材）
２０ 冷却器（冷却部、送風部）
２１ ノズル（冷却部、導風部）
２１ａ 送出部
２１ｂ 送入部
２２ 孔部
２００ レーザダウンライト（照明装置）

Claims (8)

1. 励起光を出射する励起光源と、
   上記励起光源が出射した励起光を受け取る入射端部と当該入射端部から入射した励起光を出射する出射端部とを有する導光部と、
   上記出射端部から出射された励起光を受けて発光する発光部と、
   上記励起光が照射される上記発光部の照射面における昇温領域を冷却する冷却部と、を備え、
   上記励起光は、上記発光部に照射されることで当該発光部の発光強度を低下させるパワー密度を有することを特徴とする発光装置。
2. 上記冷却部は、
   上記昇温領域に送風するための風を発生させる送風部と、
   上記送風部が発生させた風が送入される送入部と、当該送入部から送入された風が送出される送出部とを有する導風部と、を備え、
   上記送出部は、上記昇温領域の近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記発光部は、上記送出部において支持されていることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 上記導光部の出射端部は、上記導風部の内部に挿入されていることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。
5. 上記導風部は、可撓性を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置と、
   上記発光部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反射鏡と、を備えることを特徴とする照明装置。
7. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置と、
   上記発光部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反射鏡と、を備え、
   上記反射鏡は、上記光線束の進む方向が開口した開口部を有する曲面形状となっており、
   上記発光装置は、上記反射鏡と、当該反射鏡の開口部を覆う、上記光線束が透過する透明部材とで囲まれた空間に配置されており、
   上記反射鏡には、上記空間内に滞留した風を放出するための孔部が、少なくとも１つ形成されていることを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置と、
   上記発光部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反射鏡と、を備えることを特徴とする車両用前照灯。

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