JP5352686B2 - 投光装置、投光ユニットおよび集光部材 - Google Patents

Description

この発明は、投光装置、投光ユニットおよび集光部材に関し、特に、レーザ光が照射される蛍光部材を備えた投光装置、投光ユニットおよびレーザ光を蛍光部材に照射するための集光部材に関する。

従来、レーザ光が照射される蛍光部材を備えた投光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、レーザ光源として機能する紫外線ＬＤ素子と、紫外線ＬＤ素子から出射したレーザ光を可視光に変換する蛍光体（蛍光部材）と、蛍光体から出射した可視光を反射する可視光反射鏡とを備えた光源装置（投光装置）が開示されている。この光源装置では、蛍光体から出射した可視光を反射する可視光反射鏡を設けることによって、光源装置の前方の所定領域が照明される。

特開２００３−２９５３１９号公報

ところで、上記特許文献１の光源装置を例えば自動車用の前照灯として用いる場合、光源装置から出射される光の投光パターンを制御する必要がある。具体的には、投光パターンが横長形状になるように、光源装置を構成する必要がある。上記特許文献１には投光パターンに関する記載はないが、投光パターンは円形状になると推察される。このため、上記特許文献１の光源装置を横長形状の投光パターンが必要な例えば自動車用の前照灯として用いるのは困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、長形状の投光パターンを得ることが可能な投光装置、投光ユニットおよび集光部材を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の投光装置は、励起光により励起される蛍光部材と、蛍光部材から出射した光を反射し、または、透過して外部に出射する投光部材と、を備え、蛍光部材は励起光が照射される照射領域を含み、照射領域の第１方向の長さは、照射領域の第１方向と直交する第２方向の長さよりも大きい。

この発明の投光装置では、上記のように、照射領域の第１方向の長さは、照射領域の第１方向と直交する第２方向の長さよりも大きい。これにより、蛍光部材は第１方向に長く励起される。このため、蛍光部材から出射した光が投光部材により外部に出射される際に、第１方向に長い長形状の投光パターンを得ることができる。

なお、本明細書において、長形状とは、所定方向の長さが所定方向と直交する方向の長さよりも大きい形状を意味し、例えば、楕円形状、長方形状および長円形状などを含む概念であり、上下左右方向に非対称な形状であってもよい。

上記投光装置において、好ましくは、励起光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともに励起光を出射する光出射面を含む集光部材をさらに備え、光出射面の第１方向の長さは光出射面の第２方向の長さよりも大きい。このように、光出射面の第１方向の長さを光出射面の第２方向の長さよりも大きくすることによって、蛍光部材の照射領域の第１方向の長さを照射領域の第２方向の長さよりも容易に大きくすることができる。また、集光部材の光出射面を光入射面よりも小さい面積を有するように形成することによって、光入射面に入射した励起光は、集光された状態で光出射面から出射される。

上記投光装置において、好ましくは、照射領域は長方形状、楕円形状または長六角形状である。

上記投光装置において、好ましくは、照射領域は第１方向に非対称な形状である。このように構成すれば、投光パターンを容易に第１方向に非対称な形状にすることができる。

上記投光装置において、好ましくは、投光部材の焦点は照射領域の縁部に配置されている。このように構成すれば、投光パターンのうちの、投光部材の焦点が配置される照射領域の縁部に対応する部分において、明暗を急峻に切り替えることができる。

上記投光部材の焦点が照射領域の縁部に配置されている投光装置において、好ましくは、投光装置は自動車用の前照灯に用いられ、投光部材の焦点は、照射領域のうちの投光パターンのカットオフラインを投影する縁部に配置されている。このように構成すれば、カットオフラインにおいて明暗を急峻に切り替えることができるので、特に効果的である。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、カットオフラインとは、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンの明暗の区切り線のことを言う。カットオフラインでは、明暗が急峻に切り替わることが要求される。

この場合、好ましくは、投光部材の焦点は、照射領域のうちの投光パターンのエルボー点を投影する位置に配置されている。このように構成すれば、エルボー点近傍において明暗を急峻に切り替えることができるので、より効果的である。また、エルボー点近傍を最も明るくすることができる。すなわち、自動車の真正面の領域を最も明るく照らすことができる。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、エルボー点とは、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンの左半分および右半分のカットオフラインの交点のことを言う。

上記投光装置において、好ましくは、照射領域の第１方向の長さは照射領域の第２方向の長さよりも３倍以上大きい。このように構成すれば、投光パターンの第１方向の長さと第２方向の長さとの比率を約３倍以上にすることができる。例えば、自動車用の前照灯では適切な投光パターンの縦横比は１：３〜１：４程度であるので、投光装置を自動車用の前照灯として用いれば、適切に前方を照明することができる。

上記集光部材を備える投光装置において、好ましくは、光出射面は長方形状、楕円形状または長六角形状に形成されている。このように構成すれば、蛍光部材の照射領域の形状を容易に規定することができる。

上記集光部材を備える投光装置において、好ましくは、光出射面は第１方向に非対称な形状である。このように構成すれば、照射領域を容易に第１方向に非対称な形状にすることができるので、投光パターンを容易に第１方向に非対称な形状にすることができる。

上記光出射面が第１方向に非対称な形状である投光装置において、好ましくは、投光装置は自動車用の前照灯に用いられ、光出射面は、すれ違い用前照灯の投光パターンに対応する形状に形成されている。このように構成すれば、すれ違い用前照灯に必要な投光パターンを容易に実現することができる。

上記集光部材を備える投光装置において、好ましくは、光出射面の第１方向の長さは光出射面の第２方向の長さよりも３倍以上大きい。このように構成すれば、照射領域の第１方向の長さを照射領域の第２方向の長さよりも３倍以上大きくすることができる。これにより、投光パターンの第１方向の長さと第２方向の長さとの比率を約３倍以上にすることができる。例えば、自動車用の前照灯では適切な投光パターンの縦横比は１：３〜１：４程度であるので、投光装置を自動車用の前照灯として用いれば、適切に前方を照明することができる。

上記投光装置において、好ましくは、投光部材は蛍光部材から出射した光を反射して外部に出射する反射部材を含む。このように構成すれば、蛍光部材から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。

上記投光装置において、好ましくは、投光部材は蛍光部材から出射した光を透過して外部に出射するレンズを含む。このように構成すれば、蛍光部材から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。

上記投光部材がレンズを含む投光装置において、好ましくは、投光部材は、蛍光部材から出射した光を反射する反射面を有する反射部材と、レンズとを含み、反射面は楕円面により形成され、反射面の第１焦点は照射領域に配置され、反射面の第２焦点とレンズの焦点とは一致している。このように構成すれば、照射領域から出射した光は、反射面で反射され、反射面の第２焦点を通過してレンズにより投光される。このとき、反射面の第２焦点とレンズの焦点とは一致しているので、レンズにより形成される投光パターンは、照射領域の形状を反映しやすくなる。なお、レンズを用いて投光する場合、レンズを設けずに光を反射部材により投光する場合に比べて、投光パターンは照射領域の形状をより反映しやすくなる。また、反射部材を設けることによって、反射部材を設けずに光をレンズにより投光する場合に比べて、蛍光部材から出射した光をより多く照明光として利用することができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

なお、本明細書および特許請求の範囲において、第１焦点とは、反射面の頂点に近い方の焦点のことを言い、第２焦点とは、反射面の頂点から遠い方の焦点のことを言う。

上記投光部材が反射部材を含む投光装置において、好ましくは、反射部材は蛍光部材から出射した光を反射する反射面を含み、反射面は放物面により形成され、反射面の焦点は照射領域に配置されている。このように構成すれば、反射部材により形成される投光パターンは、照射領域の形状を反映しやすくなる。

上記投光装置において、好ましくは、投光部材は蛍光部材から出射した光を透過して外部に出射するレンズを含み、レンズの焦点は照射領域に配置されている。このように構成すれば、レンズにより形成される投光パターンは、照射領域の形状を反映しやすくなる。なお、レンズを用いて光を投光する場合、レンズを設けずに光を反射部材により投光する場合に比べて、投光パターンは照射領域の形状をより反映しやすくなる。

上記集光部材を備える投光装置において、好ましくは、光出射面が、粗面あるいはモスアイ状である。このように構成すれば、光出射面の内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。

上記投光装置において、好ましくは、励起光はレーザ光を含む。

この発明の投光ユニットは、励起光が入射される光入射面、および、光入射面よりも小さい面積を有するとともに励起光を出射する光出射面を含む集光部材と、集光部材から出射した励起光が照射される蛍光部材と、蛍光部材から出射した光を所定の方向に向かって反射する反射面を含む反射部材と、を備え、蛍光部材は励起光が照射される照射領域を含み、反射面の焦点は照射領域内に配置されており、反射面の焦点から照射領域の第３方向の端部までの長さは、第３方向と直交する第４方向の照射領域の長さの半分よりも小さい。

この発明の投光ユニットでは、上記のように、反射面の焦点から照射領域の第３方向の端部までの長さは、第３方向と直交する第４方向の照射領域の長さの半分よりも小さい。これにより、照射領域の第３方向の端部から反射面の焦点までの距離は、照射領域の第４方向の端部から反射面の焦点までの距離よりも小さくなる。このため、投光パターンの第３方向の長さを投光パターンの第４方向の長さよりも小さくすることが可能である。すなわち、第４方向に長い長形状の投光パターンを得ることができる。

また、上記のように、集光部材の光出射面を光入射面よりも小さい面積を有するように形成することによって、光入射面に入射した励起光は、集光された状態で光出射面から出射される。また、反射部材を設けることによって、蛍光部材から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。

この発明の集光部材は、励起光を集光して蛍光部材に照射するための集光部材であって、励起光が入射される光入射面と、光入射面よりも小さい面積を有するとともに励起光を出射する光出射面と、を備え、光出射面の第１方向の長さは、光出射面の第１方向と直交する第２方向の長さよりも大きい。

この発明の集光部材では、上記のように、光出射面の第１方向の長さを光出射面の第２方向の長さよりも大きくすることによって、蛍光部材の照射領域の第１方向の長さを照射領域の第２方向の長さよりも大きくすることができる。これにより、蛍光部材は第１方向に長く励起される。このため、第１方向に長い長形状の投光パターンを得ることが可能である。また、集光部材の光出射面を光入射面よりも小さい面積を有するように形成することによって、光入射面に入射した励起光は、集光された状態で光出射面から出射される。

この発明の投光ユニットは、上記の構成の集光部材と、集光部材から出射した励起光が照射される蛍光部材とを備える。

以上のように、本発明によれば、長形状の投光パターンを得ることが可能な投光装置、投光ユニットおよび集光部材を容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態の投光ユニットを備えた投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の投光装置の構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態のレーザ発生装置の構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子およびヒートスプレッダの構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態のレーザ発生装置に集光部材を取り付けた状態を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の構造を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の構造を示した上面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の構造を示した側面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための側面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材に入射したレーザ光の進行を説明するための上面図である。 本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子の配置方向の変形例を示した上面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した上面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。 図１５の集光部材の光出射面を示した正面図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の変形例を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の集光部材の光出射面におけるレーザ光の光強度分布を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の蛍光部材周辺の構造を示した図である。 本発明の第１実施形態の蛍光部材の中央部のみにレーザ光を照射した状態を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の蛍光部材の照射領域を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の反射部材の構造を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態の反射部材の構造を説明するための正面図である。 本発明の第１実施形態の投光装置により得られる投光パターンを説明するための図である。 本発明の第２実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第３実施形態の集光部材の構造を示した斜視図である。 本発明の第３実施形態の蛍光部材の照射領域を説明するための図である。 本発明の第３実施形態の蛍光部材上のレーザ光の光強度分布を示した図である。 本発明の第３実施形態の投光装置の２５ｍ前方における蛍光の光強度分布を示した図である。 本発明の第４実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第４実施形態の集光部材の構造を示した斜視図である。 本発明の第４実施形態の蛍光部材の照射領域を説明するための図である。 本発明の第４実施形態の投光装置により得られる投光パターンを説明するための図である。 本発明の第５実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第５実施形態の集光部材の構造を示した斜視図である。 本発明の第５実施形態の蛍光部材の照射領域を説明するための図である。 本発明の第５実施形態の投光装置の２５ｍ前方における投光パターンを説明するための図である。 自動車のロービームに要求される投光パターンを説明するための図である。 本発明の第６実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第６実施形態の集光部材の構造を示した斜視図である。 本発明の第７実施形態の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第１変形例の集光部材の構造を示した斜視図である。 本発明の第２変形例の投光装置のレンズ周辺を示した図である。 本発明の第３変形例の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第４変形例の投光装置の構造を示した断面図である。 本発明の第５変形例の投光装置の構造を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合や、断面図でなくてもハッチングを施す場合がある。

（第１実施形態）
まず、図１〜図２３を参照して、本発明の第１実施形態による投光装置１の構造について説明する。なお、図面簡略化のために、半導体レーザ素子１１の数を省略して描いている場合がある。

本発明の第１実施形態による投光装置１は、例えば自動車などの前方を照明する前照灯として用いられるものである。投光装置１は図１および図２に示すように、レーザ光源（励起光源）として機能するレーザ発生装置１０と、レーザ発生装置１０から出射したレーザ光を利用して所定の方向（Ａ方向）に光を投光する投光ユニット２０とを備える。なお、図２では、理解を容易にするために、投光ユニット２０の後述する取付部２４ｂ、フィルタ部材２５および支持板２６を省略している。

レーザ発生装置１０は図３に示すように、複数の半導体レーザ素子１１（レーザ発生器）と、複数の半導体レーザ素子１１が実装されるヒートスプレッダ１２と、これらを収納する金属製の収納部材１３とを含んでいる。

ヒートスプレッダ１２は例えば窒化アルミニウム製の平板により形成されており、収納部材１３の底面に半田付けされている。また、ヒートスプレッダ１２は図４に示すように、例えば約１５ｍｍの幅（Ｗ１２）と、約１ｍｍの厚み（Ｔ１２）と、約２ｍｍの奥行き（Ｌ１２）とを有する。また、ヒートスプレッダ１２の実装面上には、細長形状の電極パターン１２ａおよび１２ｂが形成されている。この電極パターン１２ａ上には、複数の半導体レーザ素子１１が一直線状に配列されて実装されている。本実施形態では、例えば１３個の半導体レーザ素子１１が実装されており、約１０ｍｍの幅（Ｗ１２ａ）にわたって配置される。なお、この幅（Ｗ１２ａ）は投光ユニット２０の後述する集光部材２１の光入射面２１ａの幅（Ｗ２１ａ）（図９参照）よりも小さいことが望ましい。

半導体レーザ素子１１は例えばブロードエリア型レーザであって、励起光として機能するレーザ光を出射する。また、半導体レーザ素子１１は、例えば約４０５ｎｍの中心波長を有する青紫色のレーザ光を出射するように構成されている。また、半導体レーザ素子１１は図５に示すように、例えば約２００μｍの幅（Ｗ１１）と、約１００μｍの厚み（Ｔ１１）と、約１０００μｍの長さ（Ｌ１１）とを有する。

また、半導体レーザ素子１１は、ｎ型ＧａＮから成る厚さ約１００μｍの基板１１ａと、基板１１ａ上に順に形成される層厚約０．５μｍのｎ型ＧａＮから成るバッファ層１１ｂ、層厚約２μｍのｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎから成る下クラッド層１１ｃ、ＩｎＧａＮの多重量子井戸から成る活性層１１ｄ、および、層厚約０．５μｍ（最厚部）のｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎから成る上クラッド層１１ｅとを含んでいる。

また、上クラッド層１１ｅの所定の位置には、Ｚ方向（半導体レーザ素子１１の長さ方向）に延びるリッジが設けられている。このリッジ上には、層厚約０．１μｍのｐ型ＧａＮから成るコンタクト層１１ｆと、Ｐｄから成る電極１１ｇとが形成されている。また、上クラッド層１１ｅの上面と、コンタクト層１１ｆおよび電極１１ｇの側面とを覆うようにＳｉＯ_２から成る絶縁膜１１ｈが形成されている。また、絶縁膜１１ｈ上の所定領域には、リッジを覆うとともに、電極１１ｇにオーミック接触するパッド電極１１ｉが形成されている。また、基板１１ａの下面には、Ｈｆ／Ａｌから成る裏面電極１１ｊが形成されている。

そして、図４に示すように、各半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉはＡｕワイヤ１４を介してヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ｂに電気的に接続されている。また、各半導体レーザ素子１１の裏面電極１１ｊ（図５参照）は図示しない半田層などを介して電極パターン１２ａに電気的に接続されている。なお、半導体レーザ素子１１の発光部１１ｋ（図７参照）の幅を規定するのは上クラッド層１１ｅのリッジ幅（図５のＷ１１ａ）であり、このリッジ幅は例えば７μｍに設定される。この場合、発光部１１ｋの幅は約７μｍとなる。

また、収納部材１３は図３に示すように、レーザ光の出射側に開口部を有する箱型に形成されている。また、収納部材１３には、半導体レーザ素子１１に電力を供給するための電極ピン１５ａおよび１５ｂが挿入されている。この電極ピン１５ａおよび１５ｂは、金属線１６を用いてヒートスプレッダ１２の電極パターン１２ａおよび１２ｂにそれぞれ電気的に接続されている。また、収納部材１３の開口部には図示しないガラス板が取り付けられており、収納部材１３の内部には不活性ガスが封入されている。また、収納部材１３には放熱フィンなど（図示せず）が設けられていてもよく、収納部材１３は例えば空冷されてもよい。なお、図６に示すように、ガラス板の所定の位置には、投光ユニット２０の後述する集光部材２１が透明な接着層を介して固定されている。これにより、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、集光部材２１に入射する。

また、半導体レーザ素子１１のパッド電極１１ｉと裏面電極１１ｊとの間に直流電流を印加すると、図７に示すように、Ｘ方向（半導体レーザ素子１１の幅方向）およびＹ方向（半導体レーザ素子１１の厚み方向）に楕円状に広がるレーザ光が発光部１１ｋから出射される。このレーザ光の進行方向（Ｚ方向）に対して垂直なＸＹ面に投影される楕円光の光強度分布は、Ｘ方向およびＹ方向において共にガウス分布となる。Ｘ方向の光強度分布の半値全幅（θｘ）は約１０°で、Ｙ方向の光強度分布の半値全幅（θｙ）は約２０°であり、レーザ光の広がり角は、Ｙ方向がＸ方向より約２倍大きくなっている。このことにより、このレーザ光は、Ｘ方向を短軸方向、Ｙ方向を長軸方向として広がりながら進行する。

なお、レーザ発生装置１０に約５７Ｗの電力を供給した場合、レーザ発生装置１０の出力は約９．４Ｗになる。このとき、投光装置１の２５ｍ前方における最大照度点の照度は、約１２０ルクス（ｌｘ）になり、後述する反射部材２３経由で外部に出射される光束は約５３０ルーメン（ｌｍ）になる。

投光ユニット２０は図１に示すように、レーザ発生装置１０（半導体レーザ素子１１）のレーザ光出射側に配置され、レーザ発生装置１０からのレーザ光を集光しながら導光する集光部材２１と、集光部材２１から出射したレーザ光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光部材２２と、蛍光部材２２から出射した蛍光を所定の方向（Ａ方向）に向かって反射する反射部材２３（投光部材）と、蛍光部材２２が固定される取付部材２４と、反射部材２３の開口部に設けられるフィルタ部材２５とを含んでいる。

集光部材２１は透光性を有する部材により形成されている。集光部材２１の材料としては、例えばホウケイ酸クラウン光学ガラス（ＢＫ７）または合成石英などのガラスや、樹脂などが挙げられる。また、集光部材２１は図８に示すように、複数の半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光が入射される光入射面２１ａと、レーザ光を出射する光出射面２１ｂと、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂの間に配置される上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅとを含んでいる。

光入射面２１ａは例えば略長方形状の平坦面により形成されている。光出射面２１ｂは例えば略長方形状の平坦面により形成されているとともに、光入射面２１ａよりも小さい面積を有する。すなわち、集光部材２１は幅方向（Ｃ方向）および厚み方向（Ｄ方向）に対して先細り形状に形成されている。具体的には、図９および図１０に示すように、光入射面２１ａは約０．９６ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１０．５１ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは約０．３４ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約１．１９ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。すなわち、光出射面２１ｂのＣ方向（第１方向）の長さ（＝Ｗ２１ｂ）は、光出射面２１ｂのＤ方向（第２方向）の長さ（＝Ｈ２１ｂ）よりも３倍以上（ここでは約３．５倍）大きい。光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂ上には、図示しない反射防止（ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））膜が形成されていてもよい。なお、第１実施形態では、集光部材２１の光出射面２１ｂや蛍光部材２２の照射領域が長方形状の場合において、長辺の延びる方向を本発明の「第１方向」としている。すなわち、光出射面２１ｂや照射領域を形成する最も長い辺の延びる方向を本発明の「第１方向」としている。別の言い方をすれば、本発明の「第１方向」とは、投光方向（Ａ方向）に対して直交し、かつ、水平な方向であると言える。また、本発明の「第２方向」とは、「第１方向」に対して直交し、かつ、蛍光部材の表面に平行な方向であると言える。

また、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状にしてもよい。この場合、集光部材２１内部から光出射面２１ｂを通して外部にレーザ光を取り出す際の取り出し効率を大きく向上させることができた。光出射面２１ｂが平坦面である場合には、集光部材２１内部においてレーザ光が光出射面２１ｂに到達した際に、光出射面２１ｂの内側で反射され、外部に取り出すことができないレーザ光成分が生じてしまう。それに対し、光出射面２１ｂをすりガラス状の粗面あるいは所謂モスアイ状とすることによって、光出射面２１ｂの内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。

上面２１ｃおよび下面２１ｄは互いに同じ形状に形成されており、一対の側面２１ｅは互いに同じ形状に形成されている。また、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅは約５０ｍｍの長さ（Ｌ２１）を有する。

また、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）は、側面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）よりも大きい。

また、上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅは、光入射面２１ａに入射したレーザ光を反射して光出射面２１ｂまで導く機能を有する。

ここで、集光部材２１に入射したレーザ光の進行について簡単に説明する。図１１および図１２に示すように、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は、長軸方向および短軸方向に広がりながら進行し、集光部材２１の光入射面２１ａに入射する。そして、レーザ光は上面２１ｃ、下面２１ｄおよび一対の側面２１ｅで全反射を繰り返すことにより、集光されながら光出射面２１ｂまで導光され、光出射面２１ｂから外部に出射する。すなわち、集光部材２１は光入射面２１ａに入射したレーザ光の進行方向を集光部材２１の内部で変更してレーザ光を光出射面２１ｂまで導く機能を有する。なお、半導体レーザ素子１１から出射したレーザ光は長軸方向の広がり角が短軸方向の広がり角よりも大きいので、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たしにくくなる。このため、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｃおよびθ２１ｄ）（図１０参照）を、側面２１ｅの光入射面２１ａに対する角度（θ２１ｅ）（図９参照）よりも大きくすることによって、上面２１ｃおよび下面２１ｄにおいて全反射条件を満たさなくなるのを抑制している。

また、図１３に示すように、レーザ光の出射方向（レーザ光の光軸方向）が集光部材２１の光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置すれば、一対の側面２１ｅにおいて全反射条件をより満たしやすくなるので、特に有効である。なお、レーザ光の出射方向が光出射面２１ｂの中心付近を向くように半導体レーザ素子１１を配置する場合、図１４に示すように、各レーザ光の出射方向と光入射面２１ａとが直交するように光入射面２１ａを形成してもよい。これにより、レーザ光の集光部材２１への入射効率が低下するのを抑制することが可能である。なお、集光部材２１は全反射を利用して光を導光するものに限らず、単に反射を利用して光を導光するものであってもよい。

また、図１５〜図１７に示すように、集光部材２１のエッジを面取りしてもよい。すなわち、集光部材２１の導光方向に垂直な断面を、コーナー部が面取りされた矩形状にしてもよい。この場合、図１５および図１６に示すように、集光部材２１のエッジ（断面におけるコーナー部）をＣ面取りしてもよい。また、図１７に示すように、集光部材２１のエッジをＲ面取りしてもよい。なお、集光部材２１の導光方向とは、光入射面２１ａの中心から光出射面２１ｂの中心に向かう方向である。集光部材２１の導光方向に垂直な断面をコーナー部が面取りされた矩形状に形成すれば、集光部材２１のエッジ（断面のコーナー部）におけるレーザ光の散乱を抑制することが可能である。これにより、集光部材２１からレーザ光が漏れるのを抑制することが可能であるので、レーザ光の利用効率を向上させることが可能である。

本実施形態の集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光強度分布は図１８に示すように、均一になる。すなわち、光出射面２１ｂから出射するレーザ光の光強度分布はガウス分布状ではなくなる。このため、蛍光部材２２の後述する照射面２２ａに光密度が高くなりすぎる部分が発生するのを抑制することが可能である。これにより、蛍光部材２２に含有される蛍光体やバインダーが熱により劣化したり、光により化学反応を起こし劣化するのを抑制することが可能である。

また、図１９に示すように、集光部材２１はＢ方向（投光方向（所定の方向、Ａ方向）とは反対側）に傾斜している。また、集光部材２１の光出射面２１ｂと蛍光部材２２の照射面２２ａとの間には隙間（空間）が形成されている。なお、投光方向とは、投光装置１の例えば２５ｍ前方の最も照明したい部分に向かう方向であり、例えば反射面２３ａの開口部の中心から２５ｍ前方の最大照度点に向かう方向である。

蛍光部材２２はレーザ光が照射される照射面２２ａを有する。また、蛍光部材２２の背面（照射面２２ａとは反対側の面）はアルミニウムからなる支持板２６に接触されている。蛍光部材２２は、例えば電気泳動により支持板２６上に堆積されることにより形成されている。この支持板２６は約１０ｍｍの幅と、約１０ｍｍの長さと、約１ｍｍの厚みとを有する。また、蛍光部材２２は約１０ｍｍの幅と、約１０ｍｍの長さと、約０．１ｍｍの均一な厚みとを有する。この蛍光部材２２の照射面２２ａの中央部に図２０に示すように、集光部材２１を通して集光されたレーザ光が照射される。集光部材２１の光出射面２１ｂのＣ方向の長さは光出射面２１ｂのＤ方向の長さよりも３倍以上（ここでは約３．５倍）大きいので、図２１に示すように照射面２２ａの中央部にてレーザ光が照射される照射領域ＳのＣ方向の長さ（Ｌｃ）は照射領域ＳのＤ方向の長さ（Ｌｄ）よりも３倍以上（ここでは約３．５倍）大きくなる。すなわち、蛍光部材２２はＣ方向に長い略長方形状に励起される。言い換えると、反射面２３ａの後述する焦点Ｆ２３を中心として、投光方向（Ａ方向）と直交する方向（Ｃ方向）に拡がった分布で蛍光部材２２が励起される。そして、略長方形状の領域から蛍光が出射する。なお、レーザ光を照射する面積に相当する面積分のみを有する蛍光部材２２を用いて、レーザ光を蛍光部材２２の照射面２２ａの全面に照射してもよい。

また、蛍光部材２２は、例えば青紫色光（励起光）を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する３種類の蛍光体粒子を用いて形成されている。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体としては、例えばＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体としては、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕが挙げられる。これらの蛍光体は無機のバインダー（シリカやＴｉＯ_２など）により繋ぎ止められている。そして、蛍光部材２２から出射する赤色光、緑色光および青色光の蛍光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、赤色光は例えば約６４０ｎｍの中心波長を有する光であり、緑色光は例えば約５２０ｎｍの中心波長を有する光である。また、青色光は例えば約４５０ｎｍの中心波長を有する光である。

また、蛍光部材２２は図１に示すように、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３を含む領域に配置されており、蛍光部材２２の照射面２２ａの中心は、反射面２３ａの焦点Ｆ２３と略一致している。なお、蛍光部材２２は、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３の近傍に配置されていてもよい。また、蛍光部材２２の照射面２２ａは図１９に示すように、投光方向（Ａ方向）に向かって上側に傾斜している。

反射部材２３の反射面２３ａは図２２に示すように、蛍光部材２２の照射面２２ａに対向するように配置されている。また、反射面２３ａは、例えば放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面２３ａは放物面を、その頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割し、かつ、頂点Ｖ２３と焦点Ｆ２３とを結ぶ軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面２３ａは図２２および図２３に示すように、約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約３０ｍｍの半径を有する略半円形状に形成されている。

反射面２３ａは蛍光部材２２からの光を所定の方向（Ａ方向）に反射する機能を有する。なお、蛍光部材２２のうちの反射面２３ａの焦点Ｆ２３から出射した光は反射面２３ａにより平行光にされるが、焦点Ｆ２３から例えばＣ方向にずれた位置から出射した光は反射面２３ａによりＣ方向に拡がった状態で出射される。また、反射部材２３のうちの蛍光部材２２の中心よりもＢ方向の部分には、貫通穴２３ｂが形成されている。この貫通穴２３ｂには、集光部材２１の先端部分が挿入される。

なお、反射部材２３は金属により形成されていてもよいし、樹脂の表面に反射膜を設けることにより形成されていてもよい。

反射部材２３には取付部材２４が固定されている。この取付部材２４の上面２４ａは光を反射する機能を有するように形成されていることが好ましい。取付部材２４は例えばＡｌやＣｕなどの良好な熱伝導性を有する金属により形成されており、蛍光部材２２で発生した熱を放熱する機能を有する。また、取付部材２４の上面２４ａには、蛍光部材２２および支持板２６を固定するための取付部２４ｂが一体的に形成されている。また、図１９に示すように、取付部２４ｂの取付面２４ｃは、投光方向（Ａ方向）に向かって上側に傾斜している。なお、取付部材２４の下面には、放熱フィン（図示せず）が設けられていることが好ましい。

また、図１に示すように、反射部材２３の開口部（Ａ方向の端部）には、励起光（約４０５ｎｍの波長の光）を遮光（吸収または反射）し、蛍光部材２２により波長変換された蛍光（赤色光、緑色光および青色光）を透過するフィルタ部材２５が設けられている。具体的には、フィルタ部材２５は例えば約４１８ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４１８ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、五鈴精工硝子株式会社製のＩＴＹ−４１８や、例えば約４２０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、約４２０ｎｍよりも大きい波長の光を透過する、ＨＯＹＡ株式会社製のＬ４２等のガラス材料を用いて形成することが可能である。反射部材２３の開口部にフィルタ部材２５を設けることによって、レーザ光が外部に漏れるのを抑制することが可能である。

次に、図２４を参照して、投光装置１から出射される光の投光パターンについて説明する。図２４では、投光装置１の２５ｍ前方の位置に仮想スクリーンを配置したと仮定して、その仮想スクリーンに投影される投光パターンＰについて説明する。反射部材２３により投光された蛍光の投光パターンＰは、水平方向（Ｃ方向）の長さ（Ｌｐｃ）が上下方向（Ｄ方向）の長さ（Ｌｐｄ）よりも３〜４倍大きい楕円形状になった。すなわち、投光パターンＰを横長形状にすることができた。この横長形状の投光パターンＰは、投光装置１を自動車の前照灯として用いる場合に、道路の中央と、左右の歩道および道路標識とを効率的に照明するのに必要な形状となる。なお、集光部材２１の光出射面２１ｂのＣ方向の長さとＤ方向の長さを同じにした場合、投光パターンＰは水平方向の長さと上下方向の長さとが同じである円形状になる。

本実施形態では、上記のように、照射領域ＳのＣ方向の長さＬｃは、照射領域ＳのＤ方向の長さＬｄよりも大きい。これにより、蛍光部材２２はＣ方向に長く励起される。このため、蛍光部材２２から出射した光が反射部材２３により外部に出射される際に、Ｃ方向に長い長形状（楕円形状）の投光パターンＰを得ることができる。

また、上記のように、集光部材２１の光出射面２１ｂのＣ方向の長さ（幅Ｗ２１ｂ）を光出射面２１ｂのＤ方向の長さ（高さＨ２１ｂ）よりも大きくすることによって、蛍光部材２２の照射領域ＳのＣ方向の長さＬｃを照射領域ＳのＤ方向の長さＬｄよりも容易に大きくすることができる。また、集光部材２１の光出射面２１ｂを光入射面２１ａよりも小さい面積を有するように形成することによって、光入射面２１ａに入射したレーザ光は、集光された状態で光出射面２１ｂから出射される。このため、集光部材２１から出射するレーザ光を高密度化することができる。

また、上記のように、光出射面２１ｂのＣ方向の長さ（幅Ｗ２１ｂ）は光出射面２１ｂのＤ方向の長さ（高さＨ２１ｂ）よりも３倍以上大きい。これにより、照射領域ＳのＣ方向の長さＬｃを照射領域ＳのＤ方向の長さＬｄよりも３倍以上大きくすることができる。これにより、投光パターンＰのＣ方向の長さ（Ｌｐｃ）とＤ方向の長さ（Ｌｐｄ）との比率を約３倍以上にすることができる。例えば、自動車用の前照灯では適切な投光パターンＰの縦横比は１：３〜１：４程度であるので、投光装置１を自動車用の前照灯として用いれば、適切に前方を照明することができる。

本願では、レーザ光で蛍光部材を励起することによって得られる光を投光するシステムにおいて、蛍光部材を横長（所定の方向に長い形状）に励起することによって横長の投光ができるようにした点が特徴であり、さらにそれを好適に実施するために横長の光出射面を有する導光部材（集光部材）を用いることを提案した点にさらなる特徴がある。

また、上記のように、反射部材２３を設けることによって、蛍光部材２２から出射した光を所定の方向に容易に投光することができる。

また、上記のように、光出射面２１ｂを粗面あるいはモスアイ状に形成すれば、光出射面２１ｂの内側での反射が抑制され、光を効率的に外部に取り出すことができる。

（第２実施形態）
この第２実施形態では、図２５を参照して、上記第１実施形態と異なり、蛍光部材２２の背面（照射面２２ａとは反対側の面）から出射した蛍光を反射部材２３で反射する場合について説明する。

本発明の第２実施形態による投光装置１０１では図２５に示すように、投光ユニット１２０は、集光部材２１と、蛍光部材２２と、反射部材２３と、副反射部材１２７とを含んでいる。

蛍光部材２２は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚みを有しており、蛍光部材２２の照射面２２ａおよび背面は集光部材２１の光出射面２１ｂと同じ大きさに形成されている。蛍光部材２２は集光部材２１の光出射面２１ｂ上に固定されている。このため、蛍光部材２２は上記第１実施形態と同様、Ｃ方向（図２５において紙面に垂直な方向）に長い長方形状に励起される。なお、蛍光部材２２の照射領域（照射面２２ａ全面）のＣ方向の長さは照射領域のＤ方向の長さよりも３倍以上（ここでは約３．５倍）大きくなる。そして、長方形状の領域から蛍光が出射する。

また、本実施形態の蛍光部材２２は上記第１実施形態の蛍光部材２２よりも蛍光体粒子の密度が低く、レーザ光が照射されると背面（照射面２２ａとは反対側の面）から蛍光を出射する。なお、蛍光部材２２の側面（照射面２２ａと背面とを連結する面）からも蛍光が出射してもよい。

反射部材２３の反射面２３ａは放物面を、その頂点と焦点とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割したような形状に形成されている。そして、反射面２３ａは約１５ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する円形状に形成されている。

この投光装置１０１では、上記第１実施形態の投光装置１と同様、反射部材２３により投光された蛍光の投光パターンＰは、水平方向（Ｃ方向）の長さが上下方向（Ｄ方向）の長さよりも３〜４倍大きい楕円形状になる。

副反射部材１２７は蛍光部材２２の前方に配置されている。副反射部材１２７は、球面の一部を用いた形状に形成されているとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約５ｍｍの直径を有する円形状に形成されている。この副反射部材１２７は、反射部材２３に当たらず外部に出射してしまう蛍光や蛍光部材２２を透過したレーザ光を、反射して蛍光部材２２に再度入射させる機能を有する。蛍光部材２２に再度入射した光は、蛍光部材２２により散乱され、または蛍光に変換され、蛍光部材２２から再度出射する。このとき、光は長方形状の領域から出射することになる。

なお、第２実施形態のその他の構造および効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
この第３実施形態では、図２６〜図２９を参照して、上記第１および第２実施形態と異なり、集光部材２１の光出射面２１ｂが長六角形状に形成されている場合について説明する。

本実施形態の集光部材２１では図２６に示すように、光入射面２１ａおよび光出射面２１ｂは長六角形状に形成されている。具体的には、光入射面２１ａは約３ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１５ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは約２ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約６ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。また、上面２１ｃおよび下面２１ｄの光出射面２１ｂ側の端部は、約２ｍｍの幅（Ｗ２１ｃ）を有する。

このため、レーザ光が蛍光部材２２に照射されると、蛍光部材２２の照射領域Ｓは図２７に示すようになり、照射領域ＳのＣ方向の長さ（Ｌｃ）は照射領域ＳのＤ方向の長さ（Ｌｄ）よりも３倍以上（ここでは約３倍）大きくなる。なお、Ｃ方向における蛍光部材２２上のレーザ光の光強度分布は、図２８に示すようになる。

本実施形態の集光部材２１を用いると、投光装置の２５ｍ前方における蛍光の光強度分布は、図２９の実線で示したようになる。なお、図２９の破線は、集光部材２１の光出射面２１ｂを約２ｍｍの高さと約６ｍｍの幅とを有する長方形状に形成した場合における、蛍光の光強度分布を示している。光出射面２１ｂを長六角形状にした場合（図２９の実線の場合）、光出射面２１ｂを長方形状にする場合（図２９の破線の場合）に比べて、正面の２ｍの領域Ｒ１（道路中央の領域）の光強度を高くし、かつ、周辺領域Ｒ２（歩道・街路樹・道路標識等の領域）の光強度を低くすることが可能である。すなわち、光出射面２１ｂを長六角形状にすることにより、投光パターンを水平方向（Ｃ方向）に拡げることができるとともに、周辺領域Ｒ２に無駄に多くの光が分配されるのを抑制することが可能である。

なお、第３実施形態では、光出射面２１ｂや照射領域を横切る最も長い線の延びる方向を本発明の「第１方向」としている。別の言い方をすれば、本発明の「第１方向」とは、投光方向（Ａ方向）に対して直交し、かつ、水平な方向である。また、本発明の「第２方向」とは、「第１方向」に対して直交し、かつ、蛍光部材の表面に平行な方向であると言える。

第３実施形態のその他の構造および効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図３０〜図３３を参照して、本発明の第４実施形態による投光装置２０１の構造について説明する。

本発明の第４実施形態による投光装置２０１では図３０に示すように、投光ユニット２２０は、集光部材２１と、蛍光部材２２と、反射部材２３と、蛍光部材２２を支持する基板２２８とを含んでいる。

本実施形態の集光部材２１では図３１に示すように、光入射面２１ａは長方形状に形成されており、光出射面２１ｂは逆台形状に形成されている。具体的には、光入射面２１ａは約３ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１０ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは約３ｍｍの高さ（Ｈ２１ｂ）と、約３ｍｍの幅（Ｗ２１ｂ）とを有する。また、上面２１ｃの光出射面２１ｂ側の端部は約３ｍｍの幅（Ｗ２１ｃ）を有し、下面２１ｄの光出射面２１ｂ側の端部は約１ｍｍの幅（Ｗ２１ｄ）を有する。

図３０に示すように、蛍光部材２２は反射部材２３の反射面２３ａの頂点から約１．９ｍｍの位置に配置されており、約７．５ｍｍの直径を有する。蛍光部材２２の外周面は反射部材２３の反射面２３ａに接している。蛍光部材２２は図３２に示すように、反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３を含む領域に配置されており、蛍光部材２２の照射面２２ａの中心は、反射面２３ａの焦点Ｆ２３と略一致している。蛍光部材２２は基板２２８上に設けられている。例えば、蛍光部材２２は、蛍光体粒子を含有する樹脂を基板２２８上に塗布して硬化させることによって、形成されている。

図３０に示すように、基板２２８は蛍光部材２２から出射した蛍光を透過する機能を有するとともに、反射部材２３の反射面２３ａに固定されている。

反射部材２３の反射面２３ａは放物面を、その頂点と焦点とを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割したような形状に形成されている。反射面２３ａは約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する略円形状に形成されている。

本実施形態では、レーザ光が蛍光部材２２に照射されると、蛍光部材２２の照射領域Ｓは図３２に示すように逆台形状になる。具体的には、照射領域Ｓは約３ｍｍの高さ（Ｈｓ）を有し、照射領域Ｓの上辺は約３ｍｍの幅（Ｗｓ１）を有し、照射領域Ｓの下辺は約１ｍｍの幅（Ｗｓ２）を有する。

また、照射領域Ｓの中心は反射面２３ａの焦点Ｆ２３からずれた位置に配置されている。具体的には、焦点Ｆ２３から照射領域ＳのＤ方向（第３方向）の端部までの長さ（Ｌｓ１）は、照射領域ＳのＣ方向（第４方向）の長さ（Ｌｓ２（＝Ｗｓ１））の半分よりも小さい。すなわち、照射領域Ｓは焦点Ｆ２３に対して左右方向および下方向（地面方向）に拡がるように形成される。

このため、投光装置２０１の２５ｍ前方の投光パターンＰは、図３３に示すようになる。具体的には、投光パターンＰは、上方向には拡がらず、左右方向（水平方向）および下方向に拡がる。すなわち、空方向（上方向）を無駄に照明するのを抑制しながら、道路周辺も照明することが可能となる。また、正面の直径約２ｍの領域Ｒ１（道路中央の領域）の光強度は高くなり、かつ、周辺領域Ｒ２（歩道・街路樹・道路標識等の領域）の光強度は低くなる。

なお、第４実施形態のその他の構造は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、反射面２３ａの焦点Ｆ２３から照射領域ＳのＤ方向の端部までの長さ（Ｌｓ１）は、Ｄ方向と直交するＣ方向の照射領域Ｓの長さ（Ｌｓ２）の半分よりも小さい。これにより、照射領域ＳのＤ方向の端部から反射面２３ａの焦点Ｆ２３までの距離は、照射領域ＳのＣ方向の端部から反射面２３ａの焦点Ｆ２３までの距離よりも小さくなる。このため、投光パターンＰのＤ方向の長さ（Ｌｐｄ）を投光パターンＰのＣ方向の長さ（Ｌｐｃ）よりも小さくすることが可能である。すなわち、Ｃ方向に長い長形状（楕円形状）の投光パターンＰを得ることができる。

第４実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
次に、図３４〜図３８を参照して、本発明の第５実施形態による投光装置３０１の構造について説明する。

本発明の第５実施形態による投光装置３０１では図３４に示すように、投光ユニット３２０は、集光部材２１と、蛍光部材２２と、反射部材２３と、蛍光部材２２を支持する支持部材３２９と、レンズ（投影レンズ）３３０とを含んでいる。

本実施形態の集光部材２１では図３５に示すように、光入射面２１ａは長方形状に形成されている。光出射面２１ｂは上記実施形態と異なり、左右非対称に形成されており、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンＰに対応する形状に形成されている。具体的には、光入射面２１ａは約３ｍｍの高さ（Ｈ２１ａ）と、約１０ｍｍの幅（Ｗ２１ａ）とを有する。また、光出射面２１ｂは右上部分を切り欠いたような形状に形成されており、左右で異なる高さを有する。なお、左とは、自動車の走行方向に向かって左側（Ｃ方向とは反対側）のことを意味し、図３５では右になる。また、右とは、自動車の走行方向に向かって右側（Ｃ方向側）のことを意味し、図３５では左になる。光出射面２１ｂの左部分は約１．９ｍｍの高さ（ＨＬ２１ｂ）を有し、右部分は約１．５ｍｍの高さ（ＨＲ２１ｂ）を有する。また、下面２１ｄの光出射面２１ｂ側の端部は約６ｍｍの幅（Ｗ２１ｄ）を有する。また、図３５のＷ２１ｅは約３ｍｍの幅を有し、Ｗ２１ｆは約２．６ｍｍの幅を有する。また、Ｗ２１ｇは約０．４ｍｍの幅を有する。

なお、本実施形態の集光部材２１の光出射面２１ｂにおけるレーザ光の光強度分布は、上記第１実施形態と同様、均一である。

蛍光部材２２は図３４に示すように、反射部材２３の反射面２３ａの第１焦点Ｆ２３ａを含む領域に配置されている。蛍光部材２２は例えば金属からなる棒状の支持部材３２９上に設けられている。例えば、蛍光部材２２は、蛍光体粒子を含有する樹脂を支持部材３２９上に塗布して硬化させることによって、形成されている。支持部材３２９は反射部材２３の反射面２３ａに固定されている。なお、支持部材３２９は、蛍光部材２２から出射した光を透過する例えばガラスや樹脂などにより形成されていてもよい。

本実施形態では、レーザ光が蛍光部材２２に照射されると、蛍光部材２２の照射領域Ｓは図３６に示すように左右非対称になる。具体的には、照射領域Ｓは集光部材２１の光出射面２１ｂと同様、ロービーム（すれ違い用前照灯）の投光パターンＰが投影像となるように形成され、右上部分を切り欠いたような形状になる。また、照射領域Ｓには、投光パターンＰの後述するカットオフラインＭ１、Ｍ２およびエルボー点Ｅが投影像となるラインＳｍ１、Ｓｍ２および点Ｓｅが形成される。このラインＳｍ１およびＳｍ２は、照射領域Ｓの縁部の一部を構成している。点ＳｅはラインＳｍ１とラインＳｍ２との交点である。

反射部材２３の反射面２３ａは図３４に示すように、楕円面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面２３ａは楕円面を、その第１焦点Ｆ２３ａと第２焦点Ｆ２３ｂとを結ぶ軸に直交（交差）する面で分割したような形状に形成されている。反射面２３ａは約３０ｍｍの深さ（Ｂ方向の長さ）を有するとともに、投光方向（Ａ方向）から見て約１５ｍｍの半径を有する円形状に形成されている。

反射部材２３の反射面２３ａの第１焦点Ｆ２３ａは、蛍光部材２２の照射領域Ｓの点Ｓｅ（ラインＳｍ１およびＳｍ２の交点）に略一致するように配置されている。言い換えると、第１焦点Ｆ２３ａは、照射領域Ｓのうちの投光パターンＰの後述するエルボー点Ｅを投影する位置に配置されている。

レンズ３３０は反射部材２３の前方に配置されている。レンズ３３０は約１５ｍｍの半径を有する。このレンズ３３０の焦点Ｆ３３０と反射部材２３の反射面２３ａの第２焦点Ｆ２３ｂとは略一致している。なお、レンズ３３０は平凸レンズであってもよいし、両凸レンズやその他の形状であってもよい。

本実施形態では、蛍光部材２２の照射領域Ｓから出射した光は、反射部材２３の反射面２３ａで反射され、反射面２３ａの第２焦点Ｆ２３ｂを通過してレンズ３３０により投光される。そして、投光装置３０１の２５ｍ前方の投光パターンＰは図３７に示すように、照射領域Ｓを反映した形状になる。

具体的には、投光パターンＰは、右上方向には拡がらず、左右方向（水平方向）および下方向に拡がる。この投光パターンＰでは、カットオフラインＭ１およびＭ２において明暗が急峻に切り替わっており、カットオフラインＭ１およびＭ２の上側の領域には照明光が照射されない。すなわち、投光パターンＰは右上部分を切り欠いたような形状に形成される。このため、対向車の運転者に与えるグレア光を抑制することが可能である。また、カットオフラインＭ１およびＭ２の交点であるエルボー点Ｅ近傍の領域Ｒ１０１（自動車の真正面の領域）の照度が最も高くなり、領域Ｒ１０１から離れるにしたがって照度が低くなる。すなわち、領域Ｒ１０１、Ｒ１０２およびＲ１０３の順に照度が低くなる。

なお、日本などの左側走行の国では自動車のロービームは図３８に示すように、右上部分を切り欠いたような投光パターンＰが要求される。カットオフラインＭ１およびＭ２では、対向車の運転者にグレア光を与えないように、明暗が急峻に切り替わることが必要である。

以上のように、本実施形態の投光装置３０１では、自動車のロービームとして要求される投光パターンＰを十分に満たしている。

なお、第５実施形態のその他の構造は、上記第１〜第４実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、光出射面２１ｂは左右方向に非対称な形状である。これにより、照射領域Ｓを容易に左右方向に非対称な形状にすることができるので、投光パターンＰを容易に左右方向に非対称な形状にすることができる。

また、上記のように、反射部材２３の反射面２３ａの第１焦点Ｆ２３ａは、照射領域Ｓのうちの投光パターンＰのカットオフラインＭ１およびＭ２を投影する部分であるラインＳｍ１およびＳｍ２上に配置されている。これにより、カットオフラインＭ１およびＭ２において明暗を急峻に切り替えることができるので、特に効果的である。

また、上記のように、反射部材２３の反射面２３ａの第１焦点Ｆ２３ａは、照射領域Ｓのうちの投光パターンＰのエルボー点Ｅを投影する位置に配置されている。これにより、エルボー点Ｅ近傍において明暗を急峻に切り替えることができるので、より効果的である。また、エルボー点Ｅ近傍を最も明るくすることができる。すなわち、自動車の真正面の領域（領域Ｒ１０１）を最も明るく照らすことができる。また、第１焦点Ｆ２３ａを、照射領域Ｓのうちのエルボー点Ｅを投影する位置（照射領域Ｓの左右方向の中心位置）に配置することによって、投光パターンＰの下側部分を左右方向に略対称に形成することができる。

また、上記のように、照射領域Ｓから出射した光は、反射面２３ａで反射され、反射面２３ａの第２焦点Ｆ２３ｂを通過してレンズ３３０により投光される。このとき、反射面２３ａの第２焦点Ｆ２３ｂとレンズ３３０の焦点Ｆ３３０とは一致しているので、レンズ３３０により形成される投光パターンＰは、照射領域Ｓの形状を反映しやすくなる。なお、レンズ３３０を用いて投光する場合、レンズ３３０を設けずに光を反射部材２３により投光する場合に比べて、投光パターンＰは照射領域Ｓの形状をより反映しやすくなる。また、反射部材２３を設けることによって、反射部材２３を設けずに光をレンズ３３０により投光する場合に比べて、蛍光部材２２から出射した光をより多く照明光として利用することができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第４実施形態と同様である。

（第６実施形態）
次に、図３９および図４０を参照して、本発明の第６実施形態による投光装置４０１の構造について説明する。

本発明の第６実施形態による投光装置４０１では図３９に示すように、投光ユニット４２０は、集光部材２１と、蛍光部材２２と、蛍光部材２２を支持する支持部材３２９と、レンズ３３０とを含んでいる。

支持部材３２９は蛍光部材２２から出射した光を透過するように形成されている。なお、支持部材３２９は励起光だけを遮光（吸収）するように形成されていてもよい。

レンズ３３０は蛍光部材２２の前方に配置されている。このレンズ３３０の焦点Ｆ３３０は、蛍光部材２２の照射領域Ｓの点Ｓｅ（ラインＳｍ１およびＳｍ２の交点）に略一致するように配置されている。

本実施形態の集光部材２１は図４０に示すように、上記第５実施形態の集光部材２１を１８０度回転させたように配置されている。これは、投光装置４０１では蛍光部材２２の照射領域Ｓの形状が１８０度回転して投光パターンＰに反映されるためである。

この投光装置４０１では、蛍光部材２３の背面から出射した光が、レンズ３３０により投光される。

なお、第６実施形態のその他の構造は、上記第５実施形態と同様である。

本実施形態では、上記のように、レンズ３３０の焦点Ｆ３３０は照射領域Ｓに配置されている。これにより、レンズ３３０により形成される投光パターンＰは、照射領域Ｓの形状を反映したものとなる。なお、レンズ３３０を用いて光を投光する場合、レンズ３３０を設けずに光を反射部材２３により投光する場合に比べて、投光パターンＰは照射領域Ｓの形状をより反映しやすくなる。

第６実施形態のその他の効果は、上記第５実施形態と同様である。

（第７実施形態）
次に、図４１を参照して、本発明の第７実施形態による投光装置５０１の構造について説明する。

本発明の第７実施形態による投光装置５０１では図４１に示すように、集光部材２１は上記第６実施形態の集光部材２１と同様に形成されている。

反射部材２３は、上記第１実施形態の反射部材２３と同様に形成されている。

反射部材２３の反射面２３ａの焦点Ｆ２３は上記第５および第６実施形態と同様、蛍光部材２２の照射領域Ｓの点Ｓｅ（ラインＳｍ１およびＳｍ２の交点）に略一致するように配置されている。

本実施形態では、蛍光部材２２の照射領域Ｓから出射した光は、反射部材２３の反射面２３ａで反射されることにより投光される。

なお、第７実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

第７実施形態の効果は、上記第１および第５実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の投光装置を前照灯に適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置をダウンライトまたはスポットライトや、その他の投光装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。

また、上記実施形態では、白色光を出射するように、励起光源（半導体レーザ素子）および蛍光部材を構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。白色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。

また、上記実施形態では、レーザ光を出射するレーザ発生器として、半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子以外のレーザ発生器を用いてもよい。

また、上記実施形態で示した数値は一例であり、各数値は限定されない。

また、上記実施形態の半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材を構成する蛍光体の種類は、適宜変更可能である。例えば、約４５０ｎｍの中心波長を有する青色のレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体とを用いてもよい。また、励起光（レーザ光）が蛍光部材により十分に拡散され安全性が確保できる場合は、励起光を遮光するフィルタ部材は設けなくてよい。この場合、青色光と黄色光とにより白色光が得られる。なお、青色のレーザ光の一部を黄色光に変換する蛍光体としては、例えば（Ｙ_{１−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｘＣｅ_ｙ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２（０．１≦ｘ≦０．５５、０．０１≦ｙ≦０．４）などが挙げられる。また、これに限らず、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の中心波長は、紫外光〜可視光の範囲で任意に選択されてもよい。

また、上記実施形態では、集光部材の光出射面を長方形状や長六角形状などに形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４２に示した本発明の第１変形例による集光部材２１のように、光出射面２１ｂを楕円形状に形成してもよい。また、光出射面を上下左右非対称に形成してもよい。必要な投光パターンが得られるように、光出射面の形状を設定すればよい。

また、上記第５〜第７実施形態では、蛍光部材から所定の距離を隔ててレンズを設けた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４３に示した本発明の第２変形例による投光装置のように、蛍光部材２２を覆うようにレンズ６３０（投光部材）を設けてもよい。このように構成すれば、蛍光部材２２から出射した光はレンズ６３０を透過・屈折して外部に出射し、長形状の投光パターンとなる。また、図４４に示した本発明の第３変形例による投光装置７０１のように、反射部材２３の反射面２３ａの内側に樹脂やガラスなどを充填することによりレンズ７３０を形成してもよい。また、上記第５〜第７実施形態のように、蛍光部材２２の前方に投影レンズ（プロジェクションレンズ）（図示せず）を配置してもよい。また、投光部材として、反射部材やレンズ以外にプリズムなどを用いてもよい。

また、上記実施形態では、反射部材の反射面を放物面の一部または楕円面の一部により形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。反射面を多数の曲面（例えば放物面）からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。

また、例えば上記第５実施形態では、反射部材２３の反射面２３ａが投光方向（Ａ方向）から見て円形状に形成されている例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４５に示した本発明の第４変形例の投光装置８０１のように、反射部材２３の反射面２３ａが、楕円面の一部を含むように形成され、かつ、投光方向から見て略半円形状に形成されていてもよい。この投光装置８０１では、上記第５実施形態と同様、反射部材２３の反射面２３ａの第１焦点Ｆ２３ａは、蛍光部材２２の照射領域Ｓの点Ｓｅに略一致するように配置されている。また、レンズ３３０の焦点Ｆ３３０と反射部材２３の反射面２３ａの第２焦点Ｆ２３ｂとは略一致している。なお、レンズ３３０の上半分は無くてもよい。

また、上記第６実施形態では、反射部材２３を設けない場合に、蛍光部材２２の背面から出射した光をレンズ３３０により投光する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図４６に示した本発明の第５変形例の投光装置９０１のように、レンズ３３０側から蛍光部材２２にレーザ光を照射し、蛍光部材２２の照射面２２ａから出射した光を、反射部材２３を用いずレンズ３３０により投光してもよい。

また、上記第５〜第７実施形態では、遮光板を用いることなく、右上部分を切り欠いたような形状に投光パターンを形成した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、反射部材（または蛍光部材）とレンズとの間に遮光板を設けてもよい。このように構成すれば、投光パターンの縁部の明暗をより急峻に切り替えることができ、または、より複雑な投光パターンを得ることができる。なお、上記第５〜第７実施形態のように集光部材の光出射面を投光パターンに対応する形状に形成することにより、照射領域および投光パターンの形状を予め設定しておくことができるので、遮光板で遮光される光の量を低減することができる。これにより、光の利用効率が低下するのを抑制することができる。

また、上記第５〜第７実施形態では、日本などの左側走行の国で用いる場合を例として、右上部分を切り欠いたような投光パターンを得る例について示したが、本発明はこれに限らない。右側走行の国で用いる場合、集光部材の光出射面の形状を左右反転すれば、左上部分を切り欠いたような投光パターンが得られる。

また、上記実施形態では、励起光源として複数の半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。励起光源として１つの半導体レーザ素子を用いてもよい。また、励起光源として、複数の発光部を備えた、いわゆる半導体レーザアレイを用いてもよい。

また、上記実施形態では、集光部材の光入射面に入射したレーザ光を上面、下面、側面で反射して光出射面まで導光する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、グレーデッドインデックス光ファイバのように、内側から外側に向かって屈折率が滑らかにまたは段階的に小さくなるように集光部材を形成することによって、レーザ光の進行方向を集光部材の内部で変更してレーザ光を光出射面まで導いてもよい。

また、上記実施形態では、蛍光部材を横長（水平方向に長い形状）に励起した例について示したが、本発明はこれに限らない。蛍光部材を、例えば縦長（鉛直方向に長い形状）に励起してもよいし、斜め方向に長い形状に励起してもよい。

また、上述した実施形態および変形例の構成を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、上記第５〜第７実施形態では、長形状の投光パターンを得ることが可能な投光装置において、投光部材の焦点が照射領域の縁部に配置される例について示した。そして、投光パターンのうちの、投光部材の焦点が配置される照射領域の縁部に対応する部分（カットオフライン）において、明暗を急峻に切り替えることができることを説明した。しかしながら、長形状以外の投光パターンを得る投光装置においても、投光部材の焦点を照射領域の縁部（または縁部近傍）に配置すれば、同様の効果が得られる。すなわち、励起光により励起される蛍光部材と、前記蛍光部材から出射した光を反射し、または、透過して外部に出射する投光部材と、を備え、前記蛍光部材は前記励起光が照射される照射領域を含み、前記投光部材の焦点は前記照射領域の縁部または縁部近傍に配置されていることを特徴とする投光装置においては、投光パターンのうちの、投光部材の焦点が配置される照射領域の縁部に対応する部分において、明暗を急峻に切り替えることができる。このことは言うまでもなく、励起光源がレーザ光源以外の光源（例えば発光ダイオードなど）である場合にも言える。

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１ 投光装置
１１ 半導体レーザ素子
２０、１２０、２２０、３２０、４２０ 投光ユニット
２１ 集光部材
２１ａ 光入射面
２１ｂ 光出射面
２２ 蛍光部材
２３ 反射部材（投光部材）
２３ａ 反射面
３３０、６３０、７３０ レンズ（投光部材）
Ｅ エルボー点
Ｆ２３ 焦点
Ｆ２３ａ 第１焦点（焦点）
Ｆ２３ｂ 第２焦点（焦点）
Ｆ３３０ 焦点
Ｈ２１ｂ 高さ（光出射面の第２方向の長さ）
Ｌｃ 長さ（照射領域の第１方向の長さ）
Ｌｄ 長さ（照射領域の第２方向の長さ）
Ｌｓ１ 長さ（焦点から照射領域の第３方向の端部までの長さ）
Ｌｓ２ 長さ（第４方向の照射領域の長さ）
Ｍ１、Ｍ２ カットオフライン
Ｐ 投光パターン
Ｓ 照射領域
Ｗ２１ｂ 幅（光出射面の第１方向の長さ）

Claims (8)

1. 励起光が入射される光入射面、および、前記光入射面よりも小さい面積を有するとともに前記励起光を出射する光出射面を含む集光部材と、
   前記集光部材の光出射面から出射した前記励起光により励起される蛍光部材と、
   前記蛍光部材から出射した光を反射し、または、透過して外部に出射する投光部材と、
   を備え、
   前記蛍光部材は前記励起光が照射される照射領域を含み、
   前記照射領域の第１方向の長さは、前記照射領域の前記第１方向と直交する第２方向の長さよりも大きく、
   前記光出射面の第１方向の長さは前記光出射面の第２方向の長さよりも大きく、
   前記光出射面は前記第１方向に非対称な形状であることを特徴とする投光装置。
2. 自動車用の前照灯に用いられ、
   前記光出射面は、すれ違い用前照灯の投光パターンに対応する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
3. 前記投光部材の焦点は前記照射領域の縁部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の投光装置。
4. 自動車用の前照灯に用いられ、
   前記投光部材の焦点は、前記照射領域のうちの投光パターンのカットオフラインを投影する縁部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の投光装置。
5. 前記投光部材の焦点は、前記照射領域のうちの投光パターンのエルボー点を投影する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の投光装置。
6. 前記照射領域の第１方向の長さは前記照射領域の第２方向の長さよりも３倍以上大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の投光装置。
7. 励起光を集光して蛍光部材に照射するための集光部材であって、
   励起光が入射される光入射面と、
   前記光入射面よりも小さい面積を有するとともに前記励起光を出射する光出射面と、
   を備え、
   前記光出射面の第１方向の長さは、前記光出射面の前記第１方向と直交する第２方向の長さよりも大きく、
   前記光出射面は前記第１方向に非対称な形状であることを特徴とする集光部材。
8. 請求項７に記載の集光部材と、
   前記集光部材から出射した励起光が照射される蛍光部材とを備えることを特徴とする投光ユニット。

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