JP6239577B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置が備える発光部およびその製造方法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光を発する白色ＬＥＤ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。

自動車用ヘッドランプには、自動車が夜間でも安全に走行できるように、自車から所定の距離にある障害物を確認できる等の、保安基準を満たすことが要求される。

特に、すれ違い用前照灯（ロービーム）においては、発せられた光が対向車の交通の妨げになることを防ぐために、複雑な配光特性が要求される。そこで、特許文献３に記載されているように、光源の前方に遮光板を配し、光源からの光の一部を遮ることで、要求される配光特性を実現していた。

また、特許文献４に記載の車両用前照灯では、複数の発光素子（蛍光体層を有する青色発光ダイオード）を、車両用配光パターンと略相似な配光パターンを有するように配置することで、上記配光特性を実現している。この発明では、一部の発光素子の形状を他の発光素子と異ならせたり、一部の発光素子の大きさを他の発光素子と異ならせたりすることにより所望の配光特性を実現している。

また、特許文献５および６に記載の車両用前照灯では、励起光源としてのＬＥＤを、車両用配光パターンと略相似な配光パターンを示す発光面を有するように形成することにより、所望の配光特性を実現している。なお、これらの発明では、蛍光体層の形状とＬＥＤの発光面の形状とは一致していない。

また、ヘッドランプ以外の発光装置であって、所望の投影像を形成する投影装置として、特許文献７に記載のレーザビームサインおよび特許文献８に記載の投写型表示装置を挙げることができる。

特許文献７に記載のレーザビームサインでは、半導体レーザから出射された可視光レーザを、矢印形状に開口した透光部を通して外部に照射することにより、矢印形状の投影像を形成している。

また、特許文献８に記載の投写型表示装置では、ハロゲンランプなどの光源から出射された光を、液晶パネルユニットを通して外部に照射することにより、当該液晶パネルユニットの画像に対応した投影像を形成している。

このように、従来の投影装置では、ハロゲンランプ・水銀ランプなどの光源からの光を、画像または映像が記録されたスライドやフィルム、あるいは画像を表示させた液晶パネルなどを透過させることによってフィルタリングし、所望の投影像を得ていた。

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） 特開２００４−８７４３５号公報（２００４年３月１８日公開） 特開２００５−８５５４８号（２００５年３月３１日公開） 特開２００５−８５５４９号（２００５年３月３１日公開） 特開２００５−８５８９５号（２００５年３月３１日公開） 特開平８−２２７０１号公報（１９９６年１月２３日公開） 特開平８−１１１１０７号公報（１９９６年４月３０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、従来のヘッドランプでは、光源から発せられる光の一部を遮光板によって遮るため、光の利用効率が低下するという問題が生じる。また、従来の投影装置でも、光源からの光を、透光部材を透過させることによって投影像を形成しているため、透光部材を透過させることにより光のロスが生じ、光の利用効率が低下するという問題が生じる。

また、特許文献４に記載の車両用前照灯では、複数の発光素子を配光パターンに対応する特定のパターンに配置する必要が生じるため、製造工程が複雑になるという問題が生じる。

また、特許文献５〜６に記載の車両用前照灯では、励起光源としてのＬＥＤの形状を、車両用配光パターンと略相似な配光パターンを示すように成形する必要が生じるため、製造工程が複雑になるという問題が生じる。

また、特許文献４〜６に記載の車両用前照灯では、発光素子の配置または形状が複雑であるため、小さな発光素子を形成することは非常に困難である。特に、ＬＥＤの形状を配光パターンに対応する形状にするためには、ＬＥＤをある程度以上の大きさのものにせざるを得ない。そのため、配光パターンに対応する形状を有する小さなＬＥＤを形成することは困難である。それゆえ、小型化によって高輝度な前照灯を製造することは困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、所望の形状の投影像を形成することが可能な発光部、および当該発光部の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、所望の形状の投影像を形成する照明装置であって、励起光により発光する発光部を備え、上記発光部は、上記所望の形状に対応した形状を有する型に蛍光体を注入し、上記蛍光体を焼成することにより形成され、上記励起光を受光する受光面の全面にわたって上記励起光を照射されるように配置される。

また、本発明の一態様に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、所望の形状の投影像を形成する照明装置であって、励起光により発光する発光部を備え、上記発光部は、上記所望の形状に対応する形状となるように、蛍光体を含む液滴を吐出し、上記蛍光体を焼成することにより形成され、上記励起光を受光する受光面の全面にわたって上記励起光を照射されるように配置される。

また、本発明の一態様に係る発光部は、所望の形状の投影像を形成する照明装置が備える発光部であって、上記所望の形状に対応した形状を有する型に蛍光体を注入することにより形成されたものである。

また、本発明の一態様に係る発光部は、所望の形状の投影像を形成する照明装置が備える発光部であって、上記所望の形状に対応する形状となるように、蛍光体を含む液滴を吐出することにより形成されたものである。

本発明の一態様に係る発光部の製造方法は、以上のように、所望の形状の投影像を形成することが可能な発光部を製造することを可能とする。

また、本発明の一態様に係る発光部は、以上のように、所望の形状の投影像を形成することを可能とする。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るヘッドランプが備える発光部の形状を示す斜視図であり、（ｂ）は発光部のレーザ光照射面に対する出射端部の配置パターンを示す図である。 上記ヘッドランプの構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプが備える光ファイバーの出射端部と発光部との位置関係を示す図である。 発光部の位置決め方法の変更例を示す断面図である。 凸レンズ、遮光板および発光部の位置関係を示す斜視図である。 （ａ）は自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図であり、（ｂ）は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。 （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、（ｂ）は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。 本発明の別の形態に係るヘッドランプが備える半導体レーザの構成を示す斜視図である。 本発明の別の形態に係るヘッドランプが備える遮光部の形状を示す斜視図である。 上記ヘッドランプが備える発光部、遮光部および凸レンズの位置関係および光路を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のさらに別の形態に係るヘッドランプが備える発光部の形状、および当該発光部のレーザ光照射面に対する出射端部の配置パターンの一例を示す斜視図である。 本発明の一形態に係る投影装置の構成を示す断面図である。 上記投影装置が備える発光部の構成を示す斜視図である。 複数の発光部を、１つの遮光部にはめ込む構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、発光部の製造方法を説明するための図である。 発光部の別の製造方法を示す図である。 発光部としての描画パターンの一例を示す図である。 半導体レーザおよび導光部の変更例を示す斜視図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図７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、自動車用のすれ違い用前照灯であるヘッドランプ１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、配光特性基準が示されている照明装置であれば、自動車以外の車両のヘッドランプ（車両用前照灯）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。

（ヘッドランプ１の構成）
図２は、プロジェクタ型のヘッドランプであるヘッドランプ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（保持部）６、発光部７、反射鏡８、透明板９、ハウジング１０、エクステンション１１、レンズ１２、遮光板（遮光部）１３、凸レンズ１４およびレンズホルダ１６を備えている。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によって発光装置の基本構造が形成されている。なお、ヘッドランプ１は、プロジェクタ型のヘッドランプであるため、凸レンズ１４を備えている。その他のタイプのヘッドランプ（例えば、セミシールドビームヘッドランプ）に本発明を適用してもよく、その場合には凸レンズ１４を省略できる。

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３参照）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。換言すれば、複数の出射端部５ａは、発光部７の互いに異なる部分に対してレーザ光を出射する。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、僅かに間隔を置いて配置されてもよい。

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。

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。

図３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。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。なお、図３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。出射端部５ａの数および配置様式の詳細については後述する。

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、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。

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。換言すれば、半導体レーザ３は、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する励起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。

また、発光部７は、後述する反射鏡８の第１焦点の近傍に配置され、図２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。

図４は、発光部７の位置決め方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、反射鏡８の中心部を貫いて延びる筒状部１５の先端に発光部７を固定してもよい。この場合には、筒状部１５の内部に光ファイバー５の出射端部５ａを通すことができる。また、この構成において透明板９を省略することも可能である。

反射鏡８は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であり、発光部７から出射した光を反射することにより、当該光をその焦点に収束させる。ヘッドランプ１は、プロジェクタ型のヘッドランプであるため、反射鏡８は、楕円を基本形状とするものである。反射鏡８には、第１焦点と第２焦点とが存在し、第２焦点は、第１焦点よりも反射鏡８の開口部に近い位置に存在している。後述する凸レンズ１４は、その焦点が第２焦点の近傍に位置するように配置されており、反射鏡８によって第２焦点に収束された光を前方に投射する。

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。なお、透明板９として樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。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を省略することができる。

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おり、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発した光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。

図５は、凸レンズ１４、遮光板１３および発光部７の位置関係を示す斜視図である。凸レンズ１４は、発光部７から出射された光を集光し、集光した光をヘッドランプ１の前方へ投影する。凸レンズ１４の焦点は、反射鏡８の第２焦点の近傍であり、その光軸は、発光部７が有する発光面７ｂのほぼ中央に位置している。この凸レンズ１４は、レンズホルダ１６によって保持され、反射鏡８に対する相対位置が規定されている。

遮光板１３は、発光部７から出射される光の一部および反射鏡８に反射した光の一部を遮ることにより、当該光が到達する領域を制限する。換言すれば、遮光板１３は、発光部７から出射される光の投影像の一部の形状を規定する。この遮光板１３は、反射鏡８の第２焦点の近傍に配置される。

ここで、遮光板１３を設ける意義について説明する。後述するように発光部７は、配光特性基準が規定する明領域を効率良く照らすことができる形状を有している。発光部７の大きさが無限に小さく、その発光部７が凸レンズ１４の光軸に位置していれば、発光部７の発光面７ｂから出射された光の投影像は、発光面７ｂの形状と一致する。しかし、発光部７は大きさを有しているため、凸レンズ１４の光軸から離れた部分に関しては、その投影像がぼやけてしまう。その結果、発光部７から出射した光の一部が、上記明領域外の領域に照射されてしまう可能性がある。また、発光部７からの光が反射鏡８に反射することによって生じる反射光の一部は、発光部７の形状にかかわらず、明領域以外の領域に照射されてしまう可能性がある。これらの理由により、遮光板１３を設けることが好ましい。遮光板１３と発光部７との位置関係の詳細については、後述する。

（ヘッドランプ１に要求される配光特性）
次に、図６を参照しながら、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性について説明する。

図６（ａ）は、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図である（道路運送車両の保安基準の細目を定める告示〔２００８.１０．１５〕別添５１（前照灯の装置形式指定基準）より抜粋）。この図は、自動車の前方２５ｍの位置に垂直に設置したスクリーンにすれ違い用前照灯からの光を照射した場合の、上記スクリーンに投影される光の像を示している。

図６（ａ）において、ゾーンＩとは、水平方向の基準直線である直線ｈｈの下方７５０ｍｍに位置する水平直線より下方の領域である。このゾーンＩの任意の点では、０．８６Ｄ−１．７２Ｌの点における実測値の２倍以下の照度であることが求められる。

ゾーンＩＩＩとは、白抜きの領域（明領域と称する）よりも上方の領域である。このゾーンＩＩＩの任意の点では０．８５ｌｘ（ルクス）以下あることが求められている。つまり、このゾーンＩＩＩは、光線が他の交通の妨げとならないように、所定の照度以下に照度を抑えることが求められている領域（暗領域）である。このゾーンＩＩＩと明領域との境界線は、直線ｈｈに対して１５度の角度をなす直線２１、および直線ｈｈに対して４５度の角度をなす直線２２を含んでいる。

ゾーンＩＶとは、直線ｈｈの下方３７５ｍｍに位置する水平直線、直線ｈｈの下方７５０ｍｍに位置する水平直線および垂直方向の基準直線である直線ＶＶの左右２２５０ｍｍに位置する２本の鉛直直線の計４直線で囲まれる領域である。このゾーンＩＶの任意の点では３ｌｘ以上の照度であることが求められる。つまりゾーンＩＶは、ゾーンＩとゾーンＩＩＩとの間の領域である明領域のうちの、より明るい領域である。

図６（ｂ）は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。同図に示すように、点０．６Ｄ−１．３Ｌおよび点０．８６Ｄ−１．７２Ｌの２点においては、周囲よりも高い照度が要求される。これら２点は自車の真正面付近に相当し、これら２点では夜間でも進行方向にある障害物等を確認できることが求められている。

（発光部７の形状）
図１（ａ）は、発光部７の形状を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する出射端部５ａの配置パターンを示す図である。

発光部７は、図１（ａ）に示すように、例えば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体の一部を削ったものである。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よりも小さい。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。

発光部７は、レーザ光照射面７ａとは反対側に位置する発光面７ｂを備えている。この発光面７ｂの外縁の一部は、図６（ａ）に示した暗領域（ゾーンＩＩＩ）の形状に対応した切り欠き形状を有している。

より詳細には、図１（ａ）および図５に示すように、発光面７ｂの外縁は、その長軸と１５度の角度をなす斜辺７１および上記長軸と４５度の角度をなす斜辺７２を有している。斜辺７１は、図６（ａ）に示す直線２１に対応しており、斜辺７２は、直線２２に対応している。このように、発光面７ｂの外縁の形状は、暗領域の形状に対応した２つの斜辺７１および７２を有しており、これら２つの斜辺７１・７２は、発光面７ｂの長軸方向に対して互いに異なる角度をなしている。

別の観点から表現すれば、図５に示すように、発光面は７ｂ、その長軸方向における第１端部７３と、長軸方向において第１端部７３とは反対側に位置する第２端部７４とを有している。そして、第１端部７３の、上記長軸方向に対して垂直な短軸方向における幅は、第２端部７４の上記短軸方向における幅よりも広い。

発光面７ｂをこのような形状にすることにより、配光特性基準が規定する明領域の形状に対応した光線束を出射することができる。換言すれば、暗領域を照らす光線束を発光部７から出射しないようにすることができる。それゆえ、従来の構成よりも光の利用効率を高めることができる。

（発光部７の成形方法）
発光部７は、半導体レーザ３とは分離しているため、半導体レーザ３とは独立に成形される。そのため、半導体レーザ３の大きさおよび形状とは無関係に発光部７の形状を所望の形状に規定できる。そのため、発光部７の設計自由度は非常に高く、発光部７を小型化することが容易である。発光部７を小型化すれば、ヘッドランプ１の輝度を高めることができる。

発光部７を上述の形状とするために、直方体である発光部７を物理的または化学的に削り、暗領域の形状に対応する切り欠き部を形成してもよい。また、発光部７の形状を規定する鋳型（金型）に、蛍光体を含む樹脂を流し込んで発光部７を成形してもよい。

（発光部７と遮光板１３との位置関係）
次に、発光部７と遮光板１３の位置関係について図５を参照しつつ説明する。同図に示すように、発光部７、遮光板１３および凸レンズ１４は、この順番で並んでおり、発光部７の発光面７ｂは、凸レンズ１４と対向している。発光面７ｂから出射した光は、遮光板１３によりその一部が遮られた後、凸レンズ１４に到達する。光が凸レンズ１４を通過すると当該光の像の上下左右が逆転するため、発光面７ｂから出射され、凸レンズ１４を通過した光は、図６（ａ）に示した像に対応する形状の投影像を形成する。

遮光板１３の、発光部７と対向する面の外縁は、発光面７ｂの斜辺７１に対応する斜辺４１、および発光面７ｂの斜辺７２に対応する斜辺４２を有している。発光面７ｂは、凸レンズ１４の光軸に対してほぼ垂直に配置されており、遮光板１３の最も広い面は、発光面７ｂに対して平行に配置されている。そして、凸レンズ１４の光軸方向から見た場合に、斜辺７１と斜辺４１と、および斜辺７２と斜辺４２とが僅かに重なるか、または隣接するように発光部７と遮光板１３とが配置されている。

この構成により、発光面７ｂから出射される光線束の一部を遮光板１３で遮ることにより、当該光線束によって形成される投影像を、配光特性基準が規定する明領域の形状により確実に近づけることができる。

（出射端部５ａの配置様式）
図１（ｂ）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に対して配置するパターンの一例を示す図である。同図では、出射端部５ａがレーザ光照射面７ａに接触している（または対向している）位置を円で示している。複数の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して所定のパターンで配列されている。例えば、複数の出射端部５ａをレーザ光照射面７ａの全面にわたってほぼ均等に配置することにより、発光部７を効率良く励起することができる。

また、レーザ光照射面７ａの特定の部分（例えば、中央部）のみ出射端部５ａを密に配置してもよい。すなわち、レーザ光照射面７ａに対して配置された複数の出射端部５ａの密度は、レーザ光照射面７ａにおいて偏っていてもよい。この構成により、出射端部５ａの密度が高い部分が他の部分よりも強く光るため、図６（ｂ）を用いて説明した、点０．６Ｄ−１．３Ｌおよび点０．８６Ｄ−１．７２Ｌにおける照度を高めることができる。

（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７（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７（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、ある程度増幅されると、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５のうちのどちらか一方（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。

（ヘッドランプ１の効果）
以上のように、発光部７が有する発光面７ｂの外縁の一部は、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性基準が規定する暗領域（ゾーンＩＩＩ）の形状に対応した切り欠き形状を有している。

それゆえ、暗領域を照らさない光線束を発光面７ｂから出射することができ、遮光板によって光照射領域を限定していた従来の構成よりも、光の利用効率を高めることができる。

また、光ファイバー５の出射端部５ａから出射されるレーザ光の少なくとも一部は、発光部７のレーザ光照射面７ａにおける互いに異なる領域に対して照射される。換言すれば、複数の出射端部５ａからのレーザ光は、レーザ光照射面７ａに対して一箇所に集中することなく、２次元平面的に分散して、マイルドに照射される。

それゆえ、レーザ光が発光部７の一箇所に集中的に照射されることによって発光部７が著しく劣化する可能性を低減できる。このとき、発光部７から出射される光の光束を低下させずに発光部７の劣化を防止でき、すれ違い用前照灯に要求される輝度を実現しつつ、長寿命のヘッドランプを実現できる。

さらに、発光部７が長寿命になることにより、発光部７を取り換えるための手間および費用を削減することができる。

また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、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、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する複数の出射端部５ａの配置様式を設定することにより、発光部７からの光によって照らされる領域の照度を、当該領域内において変化させることができる。

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。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８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。

半導体レーザ３は、１つのチップに１つの発光点を有するものであるか、ヘッドランプ１の励起光源として、１つのチップに複数の発光点を有するものを用いてもよい。

図８は、半導体レーザ３０の構成を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３０は、１つのチップに５つの発光点３１を有している。各発光点３１は、波長４０５ｎｍのレーザ光を発振し、その出力は１Ｗ、１チップから発振される光の総和は５Ｗである。発光点３１は０．４ｍｍの間隔で設けられている。

このような半導体レーザ３０を用いる場合には、半導体レーザ３０の発光点３１が存在する面と対向する位置にロッド状レンズ３２を配置する。このロッド状レンズ３２は、発光点３１から発振されるレーザ光を光ファイバー５の入射端部５ｂへ入射させる。発光点３１のそれぞれに非球面レンズ４を設けてもよいが、ロッド状レンズ３２を用いることにより半導体レーザの構成を簡単にすることができる。

光ファイバー固定具３３は、複数の入射端部５ｂに発光点３１からのレーザ光が入射するように入射端部５ｂを位置決めするものである。発光点３１の間隔が０．４ｍｍであるため、入射端部５ｂも０．４ｍｍの間隔で光ファイバー固定具３３によって固定される。そのために光ファイバー固定具３３には、０．４ｍｍピッチの溝が切られている。

光ファイバー５の出射端部５ａ側の構成は、実施の形態１と同様である。

このように半導体レーザ３０を用いることにより、励起光源の構造を簡単にすることができ、励起光源の製造コストを下げることができる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施形態について図９〜図１０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。

図９は、本実施形態のヘッドランプ（照明装置）５０が備える遮光部５１の形状を示す斜視図である。図１０は、ヘッドランプ５０が備える発光部７、遮光部５１および凸レンズ５２の位置関係および光路を示す図である。

図９および１０に示すように、ヘッドランプ５０は、遮光板１３の代わりに遮光部５１を、片凸レンズである凸レンズ１４の代わりに両凸レンズである凸レンズ５２を備えている。発光部７は、実施の形態１と同様に反射鏡８の第１焦点の近傍に配置されているが、遮光部５１の位置は、遮光板１３の位置とは異なっている。

遮光部５１は、発光部７の切り欠き部と嵌合する切り欠き部を有している。また、ヘッドランプ５０の光軸方向における遮光部５１の厚みは、当該光軸方向における発光部７の厚みよりも大きく、遮光部５１は、発光部７よりも光出射方向（励起光源である半導体レーザ２から遠ざかる方向）に延出している。この遮光部５１の延出部分が、発光部７の発光面７ｂから出射した光の一部を遮光することにより、当該光が到達する領域を制限する。換言すれば、遮光部５１は、発光部７から出射される光の投影像の一部の形状を規定する。

遮光部５１の材質は光を透過しないものであればよく、特に限定されないが、熱伝導性の良いものが好ましい。遮光部５１を例えば金属で形成することができる。遮光部５１を熱伝導性の良い物質で形成することにより、発光部７を効果的に冷却することができる。その結果、発光部７の寿命を延ばすことができる。図９に示す遮光部５１は、発光部７の切り欠き部を形成する側面のみを覆っているが、より冷却効果を高めるために、４つの側面全てを覆ってもよい。

遮光部５１は、透明板９に結合されていてもよいし、筒状部１５など、反射鏡８から延出する部材によって保持されていてもよい。

以上のように、ヘッドランプ５０は、発光部７の発光面７ｂから出射される光の一部を遮るとともに、発光部７と当接することにより発光部７の熱を逃がす遮光部５１を備えている。それゆえ、発光面７ｂから出射される光の投影像の形状をより厳密に規定することができるとともに発光部７を冷却することができる。

（投影像形成の原理）
図１０に示すように、発光部７から出射した光は、その一部が遮光部５１によって遮光され、凸レンズ５２を透過する。このとき上記光によって形成される像は、凸レンズ５２によって上下左右が逆転され、照射対象６０に投影される。遮光部５１によって発光部７の出射光の一部を遮ることにより、投影像が有する切り欠き形状をより鮮明にすることができる。

なお、実施の形態１のように遮光板１３を設けるか、本実施の形態のように遮光部５１を設けるかは、ヘッドランプの構造等に応じて適宜選択されればよい。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。実施の形態１は、本発明を自動車用のすれ違い用前照灯に適用した場合の例であるが、本発明を自動車用の走行用前照灯（ハイビーム）に適用してもよい。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のヘッドランプが備える発光部の形状、および当該発光部のレーザ光照射面に対する出射端部の配置パターンの一例を示す斜視図である。

走行用前照灯を実現する場合、発光部を、図１１（ａ）に示すように水平方向に長い直方体形状である発光部７５としてもよい。走行用前照灯から出射される光の配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いことが好ましい。この配光パターンは、道路の遠方を照らし、かつ、両脇の歩道を照らすことができる配光パターンである。発光部７を水平方向に長い直方体にすることにより、上記配光パターンを実現できる。

レーザ光を出射する複数の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して均一に配置されてもよいし、レーザ光照射面７ａの長軸方向における中央部分に密に配置されてもよい。この構成により、発光部７５の中央部（出射端部５ａの密度が高い部分）が他の部分よりも強く光るため、ヘッドランプ１によって照射される領域の中央部（自動車の前方かつ中央）の照度を高めることができる。

道路運送車両の保安基準が示す配光特性基準では、所定の照射領域における光度を他の照射領域よりも高く設定している。この配光特性基準を満たすように出射端部５ａの配置を決定すればよい。

また、図１１（ｂ）に示す発光部７６のように、レーザ光照射面７ａおよび発光面７ｂの長軸方向における中央部分の幅を、その両端部よりも広くし、その広くした部分（幅広部と称する）にも出射端部５ａを配置してもよい。換言すれば、発光部７６が有する発光面７ｂの短軸方向における幅は、発光面７ｂの長軸方向における中央部分において、その両端部よりも広い。

また、幅広部の形状は、図１１（ｂ）に示すように、レーザ光照射面７ａ（発光面７ｂ）の中央部が突出した形状の他に、図１１（ｃ）に示す発光部７７のように、中央部分に近づくほどレーザ光照射面７ａの幅が徐々に広くなるものでもよい。

これらの構成により、ヘッドランプによって照射される領域の中央部の照度を高めることができ、走行用前照灯に求められる配光特性基準により適合したヘッドランプを実現できる。

〔実施の形態５〕
本発明の他の実施形態について図１２〜図１８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１〜４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、本発明の投影装置の一例として、星型などの所望の形状の投影像を投影する投影装置（投射装置）８０を挙げて説明する。

（投影装置８０の構成）
図１２は、投影装置８０の構成を示す断面図である。同図に示すように、投影装置８０は、半導体レーザアレイ２、非球面レンズ４、光ファイバー５、フェルール６、発光部８１、遮光部８２、反射鏡８、凸レンズ８３、支持棒８４およびレンズホルダ１６を備えている。

半導体レーザアレイ２、非球面レンズ４、光ファイバー５、フェルール６、反射鏡８およびレンズホルダ１６は、実施の形態１〜４におけるものと同様のものでもよいし、後述するように変更してもよい。

発光部８１および遮光部８２は、反射鏡８の第１焦点の近傍に配置され、反射鏡８の表面から延出する金属性の支持棒８４によって、反射鏡８との相対位置が固定されている。遮光部８２および支持棒８４を熱伝導性の良い物質で形成することにより、発光部８１を効果的に冷却することができる。その結果、発光部８１の寿命を延ばすことができる。

（発光部８１の詳細）
図１３は、発光部８１の構成を示す斜視図である。発光部８１は、発光部７と同様の材質（例えば、無機ガラスに蛍光体を分散させたもの）からなり、出射端部５ａから出射されたレーザ光をレーザ光照射面に受け、当該レーザ光を可視光に変換し、発光面８１ｂから出射する。図１３に示すように、発光面８１ｂは星型をしているため、発光部８１から出射された光によって形成される投影像９０（図１２参照）は星型になる。

発光部７に含まれる蛍光体は、励起光源である半導体レーザ３の励起光が照射されると黄色の光を放射するものを使用した。このような発光部８１が凸レンズ８３および反射鏡８からなる（プロジェクション）光学系と組み合わされ、発光部８１の形状を反映した星型のパターンが照射対象（スクリーン、あるいは壁など）に黄色く投影される。

（遮光部８２の詳細）
発光部８１は、アルミニウム等の金属性の遮光部８２にはめ込まれている。換言すれば、遮光部８２は、発光部８１のレーザ光照射面および発光面以外の側面を覆っている。この遮光部８２は、発光部８１から出射される光の一部を遮るとともに、発光部８１と当接することにより当該発光部８１の熱を逃がす。

また、遮光部８２は、遮光部５１と同様に、発光面８１ｂよりも光出射方向に延出していることが好ましい。この遮光部８２の延出部分が、発光面８１ｂから出射した光の一部を遮光することにより、発光部７から出射される光の投影像の少なくとも一部の形状を規定する。さらに、遮光部８２のレーザ光照射面（発光面８１ｂの反対側の面）からも光が出射される場合があるため、遮光部８２は、発光部８１のレーザ光照射面および発光面８１ｂの両側からそれぞれ反対方向へ延出していてもよい。

遮光部８２の外形は、例えば、円筒であり、その直径は２ｍｍである。また、発光部８１の星形の発光面８１ｂの１辺の長さは、例えば１．４ｍｍである。遮光部８２の材質は、アルミに限られず、遮光性がある材質であればどのようなものでも使用可能である。ただし、アルミや銀、銅といった熱伝導性の良い材料を用いれば、発光部８１が発光する時の熱を効果的に冷却することができる。

なお、図２に示したように、遮光部８２に替えて、反射鏡８の第２焦点の近傍に遮光板を配置してもよい。

（発光部８１の変形例）
上述した発光部８１に含まれる蛍光体は黄色単色であった。当該蛍光体を白色、赤色、緑色など所望の発色をする蛍光体材料に置き換えることはもちろん可能である。蛍光体を白色とする場合、励起光源からの光と励起光の補色となる蛍光体との組み合わせ（例えば青色光源と黄色蛍光体との組み合わせ）により白色（擬似白色）とすることや、赤色、緑色、青色の蛍光体を混合させることにより白色を得ることなどが可能である。

また、発光面８１ｂの形状は、星型に限定されず、ハート型、三日月型など、他の形状でもよい。また、発光面８１ｂの形状は、特定のキャラクターを表現したものでもよいし、ロゴマークを示すものでもよい。

また、図１４に示すように、投影装置８０に形状の互いに異なる複数の発光部８１を備え、レーザ光の照射対象となる（すなわち、発光する）発光部８１を切り換える切り換え機構を設けてもよい。この場合、光ファイバー５の出射端部５ａから出射されるレーザ光を受光できる位置に配置された発光部８１のみが発光する。

図１４には、ハート型、星型、三日月型の複数の発光部８１を、１つの遮光部８２にはめ込む構成を示している。複数の発光部８１を切り換える機構として、例えば、複数の発光部８１が長軸方向に沿って配列された矩形の遮光部８２を長軸方向にスライドさせる機構または複数の発光部８１が円周方向に沿って配置された円形（または円の一部）の遮光部８２を回転させる機構を挙げることができる。

また、１つの発光部８１を１つの遮光部８２にはめ込んだものを複数設け、これら嵌合体の配置を変更することにより、発光する発光部８１を切り換えるようにしてもよい。

このように発光部８１を複数設ける構成では、発光部８１に使用される蛍光体をパターン毎に変えて、例えばハート型はピンク色に発光する蛍光体、星型は青色蛍光体、三日月は黄色蛍光体としてもよい。

（発光部８１の製造方法）
次に、発光部８１の製造方法について説明する。図１５（ａ）および（ｂ）は、発光部８１の製造方法を説明するための図である。まず、図１５（ａ）に示すように、石英などの透明板８５上にインクジェットプリント技術を応用して、蛍光体を分散させた分散液で所望のパターンを描写し、焼成を行って、透明板８５上に蛍光体を定着させることにより発光部８１を形成する。

その後、図１５（ｂ）に示すように、発光部８１と同じ形をくりぬいたアルミ板（遮光部８２）を、発光部８１が定着した透明板８５に貼り付けることにより、遮光部８２が配された発光部８１が完成する。

また、上述のように１つの発光部８１につき１種類の蛍光体を用いる場合は、必ずしもインクジェットプリント法を用いる必要は無く、型とその型に蛍光体を注入するためのシリンジを用いて製造しても良い。図１６は、発光部８１の別の製造方法を示す図である。同図に示すように、例えば、星の形をした型８６を透明板上に置き、蛍光体材料を封入したシリンジ８７などの注入器で、型８６の中に蛍光体８８を注入し、焼成した後、型８６を外すことにより製造できる。

なお、発光部８１を透明板に定着させた状態で遮光部８２を嵌め込む必要は必ずしもなく、発光部８１を透明板から分離した後に、発光部８１を遮光部８２に嵌め込んでもよい。透明板を励起光が透過する時に多少のロスが生じるため、励起光の利用効率を少しでも高めるためには、透明板から分離した発光部８１を遮光部８２に嵌め込む方が好ましい。いずれの製造方法を用いるかは、励起光の利用効率と製造の容易さとを考慮して決めればよい。

図１７は、発光部８１としての描画パターンの一例を示す図である。インクジェットプリント法を用いると次のような発光部も製造可能である。すなわち、例えば図１７に示す顔パターン８９において、目の部分を青色蛍光体、顔全体は黄色蛍光体、口のラインは赤色蛍光体といったように、所望の部分の色を所望の蛍光体で再現させることによりフルカラーの映像を投影することが可能である。すなわち、互いに異なる色を発する複数の蛍光体を用いて描画された所望のパターンを発光部８１として用いてもよい。

この場合、発光部８１の製造方法は、透明板８５に対して蛍光体を含む液滴を吐出することにより所望の形状の像を形成する吐出工程と、吐出工程において吐出された蛍光体を透明板８５上に定着させる定着工程とを含む。定着工程では、吐出された蛍光体を焼成する処理を行う。また、吐出工程において互いに異なる色の蛍光体を含む複数種類の液滴を使用する。

さらにつきつめると、１ドット単位で蛍光体を形成し分ける（赤・青・緑色の蛍光体を打ち分ける）ことで、自然な色彩を有する映像を投影することも可能となる。すなわち、光の３原色を発する３つの蛍光体を用いて点描画された所望のパターンを発光部８１として用いてもよい。すなわち、発光部８１は、光の３原色を発する３種類の蛍光体をそれぞれ含む３種類の液（赤色、青色、緑色の蛍光体の液）を用いて点描画することにより形成されたものであってもよい。

この場合、上記吐出工程では、光の３原色を発する３種類の蛍光体をそれぞれ含む３種類の液を用いて点描画する。

（励起光源および導光部の変更例）
図１８は、半導体レーザ３および導光部の変更例を示す斜視図である。

励起光源としての半導体レーザ３は、１つでもよく、１つのチップに１つの発光点を有するものでも、１つのチップに複数の発光点を有するものでもよい。例えば、半導体レーザ３は、発振波長が４０５ｎｍであり、１チップに１０個の発光点を有し、出力１１．２Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流６・４Ａ、φ９ｍｍステムに実装されたものである。このような半導体レーザ３を１個使用する。この場合、半導体レーザ素子光源の１１．２Ｗ光出力時の消費電力は３２Ｗである。

また、導光部として光ファイバー以外の部材を用いてもよい。この導光部は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を受け取る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出射端部とを有するものであればよい。

例えば、導光部は、入射端部から出射端部へと光を導くものであり、半導体レーザ３からのレーザ光を受光および集光するために、入射端部の断面積よりも出射端部の断面積の方が小さい円錐台形状または角錐台形状の部材でもよい。図１８に示すように、導光部を円錐台形状（先細りの円柱形状）の導光部９１にする場合には、例えば、入射端部としての底部９２の直径は１０ｍｍであり、出射端部としての頂部９３の直径は２ｍｍである。

導光部９１の材質は、例えば、石英（ＳｉＯ_２）（屈折率：１．４５）である。また、導光部９１の内部側面には、屈折率１．３５のフッ素系樹脂（ポリテトラフロオロエチレン）がコーティングされており、半導体レーザ３の導光部９１に対する光結合効率は９０％である。

半導体レーザ３から放射されるレーザ光は、非球面レンズ４（例えばロッドレンズ）を介してＦＦＰ（Far Field Pattern）のアスペクト比をなるべく真円に近いように補正したのち、底部９２から入射され、頂部９３から出射される。ここで、ＦＦＰとは、レーザ光源の発光点から離れた面における光の強度分布を指す。通常、半導体レーザ３が出射するレーザ光は、回折現象によって活性層の発光強度分布の角度が広がり、そのＦＦＰが楕円形状となる。このため、ＦＦＰを真円に近くするには補正が必要となる。

なお、導光部の出射端部が１つの場合には、フェルール６を省略することができる。ただし、励起光としてのレーザ光の利用効率を高めることを考慮すれば、発光部８１のレーザ光照射面に無駄なくレーザ光を照射することが好ましい。そのためには、図１１に示すように、複数の出射端部５ａを発光部８１のレーザ光照射面に対して配置する方が好ましい。

また、上述のような変更例を実施の形態１〜４に適用してもよい。例えば、発光部８１の製造方法を発光部７に適用してもよい。また、すれ違い用前照灯に使用する発光部７と走行用前照灯に使用する発光部７とを切り換える構成にしてもよい。この構成により、すれ違い用前照灯と走行用前照灯とを１つのヘッドランプで実現できる。

（投影装置８０の効果）
以上のように、投影装置８０は、所望の形状の投影像を投影する投影装置であって、
励起光を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から出射された励起光により発光する発光部８１とを備えている。この発光部８１は、半導体レーザ３とは別体として形成されており、上記投影像の形状に対応した形状の発光面を備えている。

上記の構成によれば、所望される投影像の形状に対応した形状の発光面から光が出射される。そのため、投影像の形状を既定するための、遮光板、透光フィルタなどの遮光部材を用いなくても所望の投影像を形成できる。従って、遮光部材を用いることによって生じる光のロスを抑えることができ、光の利用効率を高めることができる。

また、発光部８１は、半導体レーザ３とは別々に形成されるものであるため、半導体レーザ３の形状を変更することなく発光部８１の形状のみを投影像の形状に対応した形状にすることができる。それゆえ、所望の形状の投影像を投影する小型で高輝度の投影装置を簡単な製造工程で実現できる。

また、本発明の発光部の製造方法は、所望の形状の投影像を投影する投影装置（または、配光特性基準が示されている照明装置）が備える発光部であり、励起光源から出射された励起光により発光する発光部の製造方法であって、上記所望の形状（または、上記配光特性基準に対応する形状）を有する型に蛍光体を注入する注入工程と、注入した蛍光体を焼成する工程とを含むことを特徴としている。

上記の構成により、投影像の形状に対応する形状の型に蛍光体を注入することで、発光部を所望の形状にすることができる。このように半導体レーザ３とは独立して、発光部７を形成できるため、小型の発光部を形成できる。

また、本発明の発光部の製造方法は、励起光源から出射された励起光により発光する発光部の製造方法であって、透明板に対して蛍光体を含む液滴を吐出することにより所望の形状の像を形成する吐出工程と、上記吐出工程において吐出された蛍光体を上記透明板上に定着させる定着工程とを含むことを特徴としている。

上記の構成によれば、吐出工程において、透明板に対して蛍光体を含む液滴を吐出し、所望の形状の像を形成する。そして、定着工程において、透明板上に吐出された蛍光体を当該透明板上に定着させる。

それゆえ、インクジェット法などの液滴吐出方法を利用して透明板上に所望の形状の発光部を容易に形成することができる。

また、上記液滴として、互いに異なる色の光を発する蛍光体を含む複数の液滴を使用することが好ましい。

上記の構成によれば、透明板上に形成した発光部を、複数の色の蛍光体を含むものにすることができる。その結果、複数の色を有する投影像を形成することができる発光部を容易に製造できる。

また、上記吐出工程は、光の３原色を発する蛍光体をそれぞれ含む３種類の液を用いて点描画する工程を含むことが好ましい。

上記の構成によれば、光の３原色（赤色、緑色、青色）の蛍光体を用いて点描画することにより、多彩な色および形状の投影像を形成することができる発光部を製造できる。

（変更例）
本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。

なお、本発明は、以下のようにも表現できる。

すなわち、本願高輝度光源は、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、水平方向に長い略矩形形状かつ、ロービームに要求される配光特性に対して効率よく発光するための形状を有し、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、略矩形形状の発光部を効率よく、ムラ無く（一部に偏らず）励起するための導光部材を有している。

前記導光部材は、一つまたは複数の励起光源に光学的に結合され、他端が複数の光出射端を有する導光部材であって、前記複数の光出射端が前記略矩形形状の発光部の一面（略矩形面）に対して、（密に）整列している。

〔本発明の別表現〕
なお、本発明は、以下のようにも表現され得る。

すなわち、本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、配光特性基準が示されている照明装置に適用される発光装置であって、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、上記励起光源とは別体として形成されており、上記配光特性基準が規定する光照射領域の形状に対応した形状の発光面を有していることを特徴としている。

照明装置に対して示された配光特性基準が規定する光照射領域を照らし、それ以外の領域を照らさないために、従来の照明装置では、遮光板を設けることにより光の出射範囲を制限している。この構成では、遮光板に遮られた光が無駄になる可能性が高い。

これに対して、上記の構成によれば、励起光源が出射した励起光が発光部に照射されると発光部が発光し、発光面から光が出射される。この発光面は配光特性基準が規定する光照射領域の形状に対応した形状を有している。そのため、光照射領域の形状に対応した光線束を出射することができる。

したがって、配光特性基準が規定する光照射領域を効率良く照らすことができる。換言すれば、光照射領域以外の領域を照らす光線束を出射しないようにすることができる。それゆえ、従来の構成よりも光の利用効率を高めることができる。

また、発光部は、励起光源とは別体として（独立に）形成されているため、励起光源の形状に関わりなく、発光部の形状を独自に簡単に成形できる。そのため、発光部を小型にすることにより、発光装置を小型にすることが容易にでき、従来よりも小型で高輝度の発光装置を実現できる。

また、上記照明装置は、自動車のすれ違い用前照灯であり、上記発光面は、自動車のすれ違い用前照灯に対して示される配光特性基準が規定する所定の照度以下の領域である暗領域の形状に対応した切り欠き形状を有していることが好ましい。

自動車のすれ違い用前照灯に対して示される配光特性基準では、対向車の交通の妨げにならないように、所定の照度以下に維持すべき領域（暗領域と称する）が規定されている。

上記の構成によれば、発光面には、暗領域の形状に対応した切り欠き形状が形成されている。換言すれば、発光面のうち、暗領域に到達する光線束を出射する部分が削られている。それゆえ、暗領域を照らさない光線束を発光面から出射することができ、本発明を自動車のすれ違い用前照灯に好適に適用できる。

また、上記発光面の外縁の形状は、上記暗領域の形状に対応した２つの斜辺を有しており、上記２つの斜辺は、上記発光面の長軸方向に対して互いに異なる角度をなしていることが好ましい。

すれ違い用前照灯に対して示される配光特性基準では、光照射する領域（明領域）と所定の照度以下に維持すべき暗領域との境界線を「カットオフ」として規定している。この「カットオフ」には、水平方向に対して４５度と１５度との角度をなす２つの斜辺が含まれている。

上記の構成によれば、発光面の外縁の形状は、「カットオフ」の形状と対応する形状を有している。それゆえ、当該発光面から出射される光線束の断面形状の一部を、「カットオフ」の形状と対応する形状にすることができ、暗領域を照らさない光線束を発光面から出射することができる。

また、上記発光面は、その長軸方向における第１端部と、上記長軸方向において当該第１端部とは反対側に位置する第２端部とを有し、上記第１端部の、上記長軸方向に対して垂直な短軸方向における幅は、上記第２端部の上記短軸方向における幅よりも広いことが好ましい。

自動車のすれ違い用前照灯に要求される配光特性基準が規定する光照射領域は、歩道を確実に照らすために、歩道側においては、鉛直方向における光照射角度の範囲が広い。これに対して、対向車道側では、対向車を照らさないために、鉛直方向における光照射角度の範囲が狭い。

上記の構成によれば、発光体の発光面は、その長軸方向において第１端部と、第２端部とを有している。第２端部は、長軸方向において第１端部とは反対側に位置している。そして、第１端部の短軸方向における幅は、第２端部の短軸方向における幅よりも広い。

それゆえ、自動車のすれ違い用前照灯に要求される配光特性基準が示す光照射領域を効率良く照らすことができる。

また、上記発光装置は、上記励起光源が出射した励起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励起光を出射する複数の出射端部とを有する導光部をさらに備え、上記複数の出射端部は、上記発光部における互いに異なる部分に対して上記励起光を出射することが好ましい。

上記の構成によれば、導光部は、励起光源が出射した励起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励起光を出射する複数の出射端部とを有している。これら複数の出射端部は、発光部における互いに異なる部分に対して励起光を出射する。

それゆえ、発光部の一箇所に励起光を集中的に照射するよりも効率良く発光部を発光させることができる。

また、上記発光部は、上記出射端部から出射される励起光を受光する受光面を有しており、上記複数の出射端部は、上記受光面に対して所定のパターンで配列されていることが好ましい。

上記の構成によれば、複数の出射端部からの出射光によって形成される受光面における複数の投影像は、所定のパターンを形成する。この所定のパターンを適切に設定することにより、配光特性基準を満たす、発光部からの光線束を実現することが容易になる。例えば、自動車のすれ違い用前照灯に要求される配光特性基準では、自車の真正面付近を他の箇所よりも明るくすることが規定されている。そこで、出射端部を受光面の中央部分に対して密に配置することにより上記配光特性基準を満たすことができる。

また、上記発光装置は、上記発光面から出射される光の一部を遮るとともに、上記発光部と当接することにより当該発光部の熱を逃がす遮光部をさらに備えることが好ましい。

上記の構成により、発光面から出射される光の投影像の形状をより厳密に規定することができるとともに発光部を冷却することができる。

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反射鏡とを備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、発光部から出射した光は、反射鏡によって反射され、例えば、所定の立体角内を進む光線束が形成される。発光面は、照明装置に要求される配光特性基準が示す光照射領域の形状に対応した形状を有しているため、光照射領域の形状に対応した光線束を出射することができる。それゆえ、光利用効率の高い照明装置を実現できる。

また、発光部は、励起光源とは別体として（独立に）形成されているため、励起光源の形状に関わりなく、発光部の形状を独自に簡単に成形できる。そのため、発光部を小型にすることにより、発光装置を小型にすることが容易にでき、従来よりも小型で高輝度の照明装置を実現できる。

また、上記発光装置と、当該発光装置が備える発光部から出射した光を反射する反射鏡とを備える車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る投影装置は、上記の課題を解決するために、所望の形状の投影像を投影する投影装置であって、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、上記励起光源とは別体として形成されており、上記投影像の形状に対応した形状の発光面を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、所望される投影像の形状に対応した形状の発光面から光が出射される。そのため、投影像の形状を既定するための、遮光板、透光フィルタなどの遮光部材を用いなくても所望の投影像を形成できる。従って、遮光部材を用いることによって生じる光のロスを抑えることができ、光の利用効率を高めることができる。

また、発光部は、励起光源とは別体として（独立に）形成されているため、励起光源の形状に関わりなく、発光部の形状を独自に簡単に成形できる。そのため、発光部を小型にすることにより、投影装置を小型にすることが容易にでき、従来よりも小型で高輝度の投影装置を実現できる。

また、上記投影装置は、複数の上記発光部を備え、上記励起光の照射対象となる発光部を切り換える切り換え機構をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成により、励起光の照射対象となる発光部を切り換えることができ、１つの投影装置で複数の投影像を投影することができる。

また、上記投影装置は、上記発光面から出射される光の一部を遮るとともに、上記発光部と当接することにより当該発光部の熱を逃がす遮光部をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成により、発光面から出射される光の投影像の形状をより厳密に規定することができるとともに発光部を冷却することができる。

また、上記発光部は、透明板に蛍光体を定着させたものであることが好ましい。

上記の構成によれば、インクジェット法などの液滴吐出方法を利用して透明板上に所望の形状の発光部を容易に形成することができる。

また、上記発光部は、上記透明板に複数の色の蛍光体を定着させたものであることが好ましい。

上記の構成により、インクジェット法などの液滴吐出方法を利用して透明板上に形成した発光部を、複数の色の蛍光体を含むものにすることができ、複数の色を有する投影像を形成することができる。

また、上記発光部は、光の３原色を発する蛍光体をそれぞれ含む３種類の液を用いて点描画することにより形成されたものであることが好ましい。

上記の構成によれば、光の３原色（赤色、緑色、青色）の蛍光体を用いて点描画することにより、多彩な色および形状の発光部を形成できる。その結果、多彩な色および形状の投影像を形成することができる。

以上のように、本発明に係る発光装置は、配光特性基準が示されている照明装置に適用される発光装置であって、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、上記励起光源とは別体として形成されており、上記配光特性基準が規定する光照射領域の形状に対応した形状の発光面を有している構成である。

それゆえ、配光特性基準が規定する光照射領域を効率良く照らすことができ、従来の構成よりも光の利用効率を高めることができるとともに、従来よりも小型で高輝度の発光装置を実現できるという効果を奏する。

本発明に係る投影装置は、所望の形状の投影像を投影する投影装置であって、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、上記励起光源とは別体として形成されており、上記投影像の形状に対応した形状の発光面を備える構成である。

それゆえ、遮光部材を用いることによって生じる光のロスを抑えることができ、光の利用効率を高めることができるとともに、従来よりも小型で高輝度の投影装置を実現できるという効果を奏する。

また、本発明は、以下のようにも表現され得る。

すなわち、本発明に係る照明装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、少なくとも上記発光部の発光面を上面としたときの側面のみにおいて遮光部に当接しており、上記発光面の形状に対応する形状の投影像を外部に投影する光学系をさらに有し、上記遮光部は、上記発光部よりも上記光学系側に延出し、上記光学系側から見て上記発光面を覆わないように形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る照明装置において、上記発光面は、配光特性基準が規定する明領域の形状に対応した形状を有していることが好ましい。

また、本発明に係る照明装置において、上記発光部は、切り欠き形状を有し、上記遮光部は、上記発光部の切り欠き形状と嵌合する切り欠き部を有し、上記発光部の切欠き形状と上記遮光部の切欠き部とは、互いに接触していることが好ましい。

また、本発明に係る照明装置において、上記励起光源は、半導体レーザであることが好ましい。

また、本発明に係る照明装置において、上記励起光源と上記発光部とは分離しており、
上記励起光源が出射した上記励起光を上記発光部へ導く導光部を備えることが好ましい。

また、本発明に係る照明装置において、上記導光部は複数の出射端部を有し、複数の上記出射端部は、上記発光部における互いに異なる部分に対して上記励起光を出射することが好ましい。

また、本発明に係る照明装置において、上記発光部は、形状の互いに異なる複数の発光部であり、上記励起光の照射対象となる発光部を切り換える切り換え機構が設けられていることが好ましい。

また、本発明に係る車両用前照灯は、本発明に係る照明装置を備えることが好ましい。

以上のように、本発明に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光により発光する発光部とを備え、上記発光部は、少なくとも上記発光部の発光面を上面としたときの側面において遮光部に当接しており、上記発光面の形状に対応する形状の投影像を外部に投影する光学系をさらに有する。

本発明は、高輝度で長寿命な発光装置、特に車両用等のすれ違い用前照灯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
７ａ レーザ光照射面（受光面）
７ｂ 発光面
８ 反射鏡
３０ 半導体レーザ（励起光源）
５０ ヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）
７５ 発光部
７６ 発光部
７７ 発光部
８０ 投影装置
８１ 発光部
８２ 遮光部
８５ 透明板

Claims (5)

1. 所望の形状の投影像を形成する照明装置であって、
   励起光により発光する発光部を備え、
   上記発光部は、
   上記所望の形状に対応した形状を有する型に蛍光体を注入し、上記蛍光体を焼成することにより形成され、
   上記励起光を受光する受光面の全面にわたって上記励起光を照射されるように配置されることを特徴とする照明装置。
2. 所望の形状の投影像を形成する照明装置であって、
   励起光により発光する発光部を備え、
   上記発光部は、
   上記所望の形状に対応する形状となるように、蛍光体を含む液滴を吐出し、上記蛍光体を焼成することにより形成され、
   上記励起光を受光する受光面の全面にわたって上記励起光を照射されるように配置されることを特徴とする照明装置。
3. 上記発光部の上記受光面、および発光する発光面以外の側面を覆う遮光部を備えており、
   上記遮光部は、上記発光面よりも光出射方向に延出していることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 上記発光部は、直線状の辺を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 上記発光部は、配光特性基準が規定する明領域の形状に対応した形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
   

Images