JP6939854B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関する。

レーザー光（レーザー光線とも呼ばれる）を蛍光体に照射し励起することで、当該蛍光体が発する蛍光を外部に放射する装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許第４０５４５９４号公報 特開２００４−３５４４９５号公報 特許第５９４７３５０号公報 特許５３３６５６４号公報

ところで、レーザー光源の出力はＬＥＤ等の発光素子に比べて小さい。
そこで、照明装置の光源にレーザー光源が用いられる場合、例えば上記特許文献２〜４のように、照明装置が備えるレーザー光源の数を増やすことで、発光素子を光源とした場合と同等の出力が得られる。

一方、照明装置は、通常、照明光を制御するための反射鏡やレンズなどの光学部材を備え、光学部材は、所定の光点を基準に光学設計される。
また、レーザー光を蛍光体に照射して発生させた蛍光を光学部材で制御する照明装置が構成される場合、蛍光体の発光箇所、すなわちレーザー光の照射箇所は、光学部材の基準となった上記所定の光点に配置される。

しかしながら、照明装置が複数のレーザー光源を備える場合、レーザー光源のそれぞれのレーザー光が蛍光体の上記所定の光点に向けて照射されるものの、それぞれのレーザー光の照射箇所にズレが生じたり、それぞれの照射スポット形状がばらついたりすると、光学部材による照明光の制御の誤差が大きくなり、照明品質や効率が低下する、という問題がある。

本発明は、光学部材による制御の誤差を抑えることができる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザー光を出射する複数のレーザー光出射手段と、前記レーザー光によって励起され蛍光を発する蛍光体と、前記蛍光を制御する光学部材と、を備え、前記光学部材によって制御された蛍光によって照明する照明装置において、前記蛍光体は平面反射面に保持されており、前記レーザー光出射手段のそれぞれが、前記光学部材の光軸上に配置された前記蛍光体からみて、前記光軸に対する入射角が同じ角度、かつ同じ距離で前記光学部材の光軸の周りに配置されている、ことを特徴とする。

本発明は、上記照明装置において、前記レーザー光出射手段が出射するレーザー光は、光束断面形状が短手方向を有し、前記レーザー光出射手段のそれぞれは、前記蛍光体の照射箇所への斜投影により前記光束断面形状が前記短手方向に伸びる姿勢で配置されている、ことを特徴とする。
本発明は、上記照明装置において、前記複数のレーザー光出射手段のそれぞれのレーザー光による前記蛍光体における発光サイズは、１つのレーザー光を照射したときの発光サイズと同程度であることを特徴とする。

本発明によれば、光学部材による制御の誤差を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 投光装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は底面図である。 図２（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 図２（Ａ）において反射鏡ユニットを除いた状態の投光装置を示す図である。 反射鏡ユニット、レーザー光源、及び蛍光部材のレイアウト図である。 レーザー光源ユニットのレーザー光の光束断面形状と、照射スポット形状との関係を説明するための図である。 投光装置のビーム角特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 投光装置の反射面の一部を切欠した斜視図である。 反射鏡ユニット、レーザー光源ユニット、及び蛍光部材のレイアウト図である。 本発明の第３実施形態に係る反射鏡ユニットの構成をレーザー光源ユニットとともに示す背面図である。 図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面線図である。 投光装置から数メートル離れた箇所での照度分布をシミュレーション解析した結果を示す図であり、（Ａ）は底部側反射領域の反射による照度分布を示し、（Ｂ）は開放端側反射領域の反射による照度分布を示し、（Ｃ）は反射面の反射による照度分布を示す。また（Ｄ）は開放端側反射領域がオフセットしていない反射面の反射による照度分布を示す。 被照射面の色度分布を示す図であり、（Ａ）は本実施形態の投光装置の色分布を示し、（Ｂ）は反射面において開放端側反射領域がオフセットしていない場合の色分布を示す。 本発明の第４実施形態に係る投光装置の構成を示す斜視図である。 レーザー光源から蛍光体の間のレーザー光の光束断面形状の変化を概略的に示す図であり、（Ａ）は垂直断面Ｃ１をレーザー光の進行方向から視た図である。 反射面の構成を模式的に示す図である。 蛍光体を支持バーとともに模式的に示す図である。 本発明の第１の変形例に係る投光装置の構成を示す図である。 本発明の第２の変形例に係る投光装置の反射鏡ユニット、レーザー光源、及び蛍光部材のレイアウト図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、照明装置の一態様として投光装置を例示する。

［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る投光装置１の構成を示す斜視図である。図２は投光装置１の構成を示す図であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は背面図、図２（Ｃ）は側面図、図２（Ｄ）は底面図である。
投光装置１は、照射対象に照明光をあてて投光照明する照明装置であり、装置本体２と、当該装置本体２を支持する取付アーム４と、を備えている。
装置本体２は、出射口６Ａが正面（前面）に開口した概略円筒状の筐体６と、当該出射口６Ａを覆う前面カバー８と、を備えている。本実施形態では、筐体６は、熱伝導率が高い例えばアルミニウムを用いたダイキャスト成型によって形成されている。筐体６の背面部６Ｂは、図２（Ｃ）に示すように、背後に向かって膨出し、その表面には多数の通気孔９が形成されている。
取付アーム４は、投光装置１の設置箇所に取り付けられ、また装置本体２を傾動自在に支持することで、投光装置１の取付角度が変更自在になっている。

図３は図２（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。図４は図２（Ａ）において反射鏡ユニット１０を除いた状態の投光装置１を示す図である。
投光装置１は、図３、及び図４に示すように、反射鏡ユニット１０と、複数のレーザー光源ユニット１２と、蛍光部材１４と、が装置本体２に設けられている。
反射鏡ユニット１０は、凹状の反射面１０Ａを有する反射型光学部材である。本実施形態では、反射面１０Ａは焦点ｆを基準に光学設計された放物面であり、焦点ｆから出る光を、反射面１０Ａの光軸Ｋに平行に反射する。本実施形態の反射鏡ユニット１０は、底部側が分離可能に構成されているが、これについては後述する。

レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、レーザー光Ｒ（図５）を出射するレーザー光出射手段であり、レーザー光源１７と、レンズ１８と、放熱部材１９と、を備えている。
レーザー光源１７は、レーザー光Ｒを出射する部材であり、本実施形態のレーザー光源１７には、青色のレーザー光Ｒを出力する半導体レーザー（いわゆるレーザーダイオード（ＬＤ））が用いられている。
レンズ１８は、レーザー光源１７のレーザー光Ｒを制御する光学素子である。本実施形態のレンズ１８は、反射面１０Ａの焦点ｆにレーザー光Ｒを集光する。
放熱部材１９は、レーザー光源１７の熱を放熱するヒートシンク部材であり、多数の放熱フィンを備えている。
これらのレーザー光源ユニット１２は、図４に示すように、筐体６の通気孔９に放熱部材１９を対面させた状態で配置され、レーザー光源１７が効率良く冷却されるようになっている。
なお、レーザー光源１７のそれぞれには、ファイバーレーザーを用いてもよい。また、レーザー光源１７のそれぞれには、１つのレーザー光源のレーザー光を複数に分岐する光分岐回路の各分岐路の出射端を用いることもできる。

蛍光部材１４は、図５に示すように、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体２０と、この蛍光体２０を保持する蛍光保持部２２と、を備え、蛍光体２０を反射面１０Ａの焦点ｆに位置させて配置されている。
本実施形態の蛍光体２０には、ＹＡＧ−Ｃｅ単結晶が用いられている。ＹＡＧ−Ｃｅ単結晶は、Ｃｅが添加されたＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）単結晶であり、青色の励起光によって励起されて黄色の蛍光を発する蛍光体である。ＹＡＧ−Ｃｅ単結晶は、温度変化に対する蛍光光量の変化（特に、温度上昇に伴う蛍光光量の低下）が小さな特性を有する。したがって、複数のレーザー光Ｒの照射によって蛍光体２０の温度が上昇した場合でも、照明に十分な蛍光光量が維持される。

蛍光保持部２２は薄い円筒状を成し、蛍光保持部２２に保持されている。この蛍光保持部２２は、反射鏡ユニット１０（反射面１０Ａ）の開放面１０Ｂに沿って延びる細い棒状の支持バー２６（図４）に支持されている。この支持バー２６は、高熱伝導性材（本実施形態では、アルミニウム材）から形成されており、その端部２６Ａは、反射鏡ユニット１０の開放縁部１０Ｃに設けられた支持部材取付部２８に保持されている。この支持部材取付部２８も、支持バー２６と同様に、高熱伝導性材（本実施形態では、アルミニウム材）から形成されている。

この蛍光保持部２２は、平面状の反射面である平面反射面２２Ａを有し、この平面反射面２２Ａに蛍光体２０が保持されている。蛍光体２０にレーザー光Ｒが励起光として照射された場合、蛍光体２０のレーザー照射箇所Ｅ（図６）では、蛍光体２０を透過したレーザー光Ｒが平面反射面２２Ａによって反射面１０Ａの側に反射される。この結果、反射面１０Ａの側に平面反射面２２Ａによって反射されたレーザー光Ｒと蛍光との混合光がレーザー照射箇所Ｅから発せられることになる。本実施形態では、レーザー光Ｒが青色であり、蛍光が黄色なので、混合光は白色光となる。また、この蛍光部材１４では、レーザー照射箇所Ｅが発する白色光の配光は、蛍光体２０へのレーザー光の入射角α（図５）によらず、概ねランバート配光となっている。

また、図４に示すように、光軸Ｋの方向からみたレーザー光源ユニット１２の配置は、レーザー光源ユニット１２のいずれについても、反射面１０Ａの光軸Ｋを挟んだ対向位置Ｍに他のレーザー光源ユニット１２が位置しない配置となっている。
この配置により、蛍光部材１４の平面反射面２２Ａで反射面１０Ａの側に正反射されたレーザー光Ｒによって、いずれかのレーザー光源ユニット１２が照射されてしまうことがない。

図５は、反射鏡ユニット１０、レーザー光源ユニット１２、及び蛍光部材１４のレイアウト図である。なお、同図において、レーザー光源ユニット１２が備える放熱部材１９を省略している。

同図に示すように、反射鏡ユニット１０は、内側に上記反射面１０Ａが設けられたカップ状（凹体形状）に形成されており、レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、蛍光部材１４からみて反射面１０Ａの裏側の位置（反射面１０Ａに隠れた位置）に配置されている。反射鏡ユニット１０の反射面１０Ａの内には、図１、及び図５に示すように、表裏に貫通する孔部１６が形成されている。孔部１６は、レーザー光源ユニット１２から焦点ｆに向かって照射されたレーザー光Ｒを通す光透過部である。本実施形態では、孔部１６は、図１、及び図２（Ａ）に示すように、光軸Ｋを中心とした円環のスリット状に形成されている。なお、本実施形態の反射鏡ユニット１０は、この円環のスリット状の孔部１６によって分離可能に分割されている。

焦点ｆには、上述の通り、蛍光部材１４の蛍光体２０が配置されており、また、各レーザー光源ユニット１２が焦点ｆにレーザー光Ｒを照射する。これにより、蛍光体２０のレーザー照射箇所Ｅ、すなわち焦点ｆにおいて、ランバート配光の白色光の発光が生じる。そして、焦点ｆに生じた白色光が反射面１０Ａに入射し、当該反射面１０Ａによって制御されることで光軸Ｋに略平行な平行光となり、この平行光が照明光として出射される。

一般に、焦点ｆでの発光が点光源に近くなるほど、照明光の平行度が高くなり、例えば１００メートル以上先といった遠方での照明光の拡がりが抑えられるので、当該遠方の照射対象を高照度で照明することが可能になる。そこで本実施形態では、次のようにして、焦点ｆでの発光を点光源に近付け、遠方での拡がりを抑えている。

すなわち、レーザー光源ユニット１２のそれぞれには、上述の通り、レンズ１８が設けられている。レンズ１８は、焦点ｆにレーザー光Ｒを集光する集光レンズである。本実施形態のレンズ１８は、焦点ｆでの照射スポット径を、光学設計において点光源とみなせる大きさ以下としており、焦点ｆでの発光が、光学設計において点光源とみなせるようになっている。

さらに、図５に示すように、レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、反射面１０Ａの光軸Ｋに垂直な同一の平面Ｑに配置されている。この配置によれば、焦点ｆから同じ距離、及び、同じ角度でレーザー光源ユニット１２のそれぞれが配置される。
これにより、焦点ｆでのレーザー光源ユニット１２のそれぞれの照射スポット形状Ｇ（図６）のばらつきが抑えられる。そして、焦点ｆでは、略同一形状の照射スポット形状Ｇ、及び照射スポット径でレーザー光Ｒが重なるので、これらが重なってできる照射スポット形状Ｇのぼけも抑えられ、レーザー光Ｒの重なりによって照射スポット径が拡がってしまう事もない。すなわち、複数のレーザー光源ユニット１２のレーザー光が焦点ｆに照射されても、焦点ｆでの照射スポット径の拡がりが抑えられるので、焦点ｆでの発光のサイズは、１つのレーザー光Ｒを照射したときの発光のサイズと同程度に抑えられる。これにより、焦点ｆでの発光のサイズが、点光源とみなせる程度の大きさに維持される。
また、本実施形態のレーザー光源ユニット１２の配置によれば、レンズ１８のそれぞれにも同一のものが用いられるので、コスト削減も図られる。

ここで、反射面１０Ａの焦点ｆに配置された蛍光部材１４には、レーザー光Ｒが光軸Ｋに対し所定の入射角αで入射される。入射角αは、ゼロ度に近づくほど、レーザー光源ユニット１２が光軸Ｋに集まって配置され、入射角αが１０度以下になると、これらの配置が困難となる。一方で入射角αが大きくなるほど、レーザー照射箇所Ｅでの照射スポット形状Ｇが延びるので発光のサイズが大きくなり、入射角αが６０度以上になると、発光のサイズが、光学設計において点光源とみなせる大きさを超えてしまう。
そこで、投光装置１では、レーザー光Ｒが１０度〜６０度の範囲の入射角α（本実施形態では、入射角α＝４５度）で蛍光部材１４に照射されている。

図６は、レーザー光源ユニット１２のレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔと、照射スポット形状Ｇとの関係を説明するための図である。
本実施形態のレーザー光源ユニット１２が出射するレーザー光Ｒは、光束断面形状Ｔが真円ではなく、図６に示すように、短手方向Ｄ１を有した形状になっている。なお、光束断面形状Ｔは、レーザー光Ｒの進行方向に垂直な垂直断面Ｃ１内における当該レーザー光Ｒのビーム形状である。
一方、レーザー光Ｒを蛍光体２０に入射角αで斜めに入射させた場合、レーザー照射箇所Ｅには光束断面形状Ｔが斜投影されるので、照射スポット形状Ｇは、レーザー光Ｒの進行方向からみて光軸Ｋが位置する方向Ｈに光束断面形状Ｔが伸びるように変形した形状となる。このとき、光束断面形状Ｔが短手方向Ｄ１に伸びれば、他の方向（特に、光束断面形状Ｔの長手方向Ｄ２）に伸びる場合よりも、照射スポット形状Ｇの短手方向の長さが、長手方向の長さに近付けられるので、レンズ１８で集光したときの照射スポット径を小さくできる。
そこで、本実施形態では、蛍光体２０の照射箇所への斜投影によりレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔが短手方向Ｄ１に変形する姿勢でレーザー光源ユニット１２のそれぞれが配置されている。

さて、上述の通り、本実施形態の反射鏡ユニット１０は、円環のスリット状の孔部１６によって分割され、底部が分離可能に構成されている。具体的には、図３に示すように、反射鏡ユニット１０は、底部側の底部側ユニット５２と、開放縁部１０Ｃを含む上部側ユニット５４とに分割されている。底部側ユニット５２の背後には、光軸Ｋに平行に引き出し操作自在な操作バー５６が連結されている。
この操作バー５６を背後側に引き出すことで、底部側ユニット５２が光軸Ｋに沿って、装置本体２の背面部６Ｂの側、すなわち、焦点ｆから遠ざかる方向に移動する。底部側ユニット５２が焦点ｆから遠ざかることで、この底部側ユニット５２の反射面１０Ａで反射する光は非平行光となり、照明光の配光が可変される。

本実施形態では、反射面１０Ａが放物面なので、底部側ユニット５２の背後側への移動量が大きくなるほど、この底部側ユニット５２の反射面１０Ａで反射した光は、光軸Ｋに対して大きなビーム角で拡がる光となる。これにより、照明光のビーム角を、略平行光から所定の角度の間で可変することができようになる。

図７は、投光装置１の配光特性として、当該投光装置１のビーム角特性を示す図である。なお、同図では、ビーク角特性として、投光装置１の１／２照度角度、及び１／１０照度角度が用いられている。
同図に示すように、本実施形態の投光装置１は、反射鏡ユニット１０の底部側ユニット５２の移動量がゼロ（ｍｍ）の場合、１／２照度角度が１．０（度）であり、略平行光に近い照明光が得られている。そして、底部側ユニット５２の背後側への移動量が大きくなるほど、１／２照度角度、及び１／１０照度角度も大きくなり、移動量が５（ｍｍ）のときには１／２照度角度は１４．５（度）まで拡げられる。

ところで、反射鏡ユニット１０の反射面１０Ａに占める底部側ユニット５２の割合が小さいほど、すなわち、反射面１０Ａにおいて、円環スリット状の孔部１６の形成位置が焦点ｆの側から遠ざかるほど、底部側ユニット５２の移動によって可変される光量が小さくなる。そして、蛍光部材１４からみて光軸Ｋに対する孔部１６の角度（すなわち、入射角α）が３０度を下回ると、底部側ユニット５２で制御される光量が小さくなり過ぎて、十分な照明光の配光変化が得られない。
一方、蛍光部材１４からみて光軸Ｋに対する孔部１６の角度（すなわち、入射角α）が６０度以上になると、蛍光部材１４での照射スポット径が大きくなり、発光が点光源とみなせなくなる。
そこで、投光装置１では、レーザー光Ｒの入射角αが、上述した１０度〜６０度よりも更に範囲が狭い３０度〜６０度の範囲に設定されている（本実施形態では、上述の通り、入射角α＝４５度）。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。

本実施形態の投光装置１では、レーザー光源ユニット１２のそれぞれが、蛍光体２０からみて同じ角度、かつ同じ距離に配置されている。
これにより、複数のレーザー光Ｒの重なりによる照射スポット形状Ｇのぼけが抑えられ、また、照射スポット径が拡がってしまう事もない。したがって、蛍光体２０での発光のサイズが、光学設計において点光源とみなせる大きさに維持されるので、反射面１０Ａでの制御に生じる誤差も抑えられる。また、蛍光体２０には、複数の方向からレーザー光Ｒが照射されて重ねられるので、照明光の照度ムラが抑えられる。さらに、レンズ１８のそれぞれには同一のものが用いられるので、コスト削減も図られる。

本実施形態の投光装置１では、レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、蛍光体２０からみて反射面１０Ａの裏側であり、かつ反射面１０Ａの光軸Ｋに垂直な同一の面Ｑに配置され、反射鏡ユニット１０を表裏に貫通した孔部１６を通じて蛍光体２０にレーザー光Ｒを照射する構成とした。
この構成によれば、反射面１０Ａの裏側に複数のレーザー光源ユニット１２の配置が配置されるので、投光装置１のコンパクト化が図られる。

本実施形態の投光装置１では、反射面１０Ａの光軸Ｋに対し、レーザー光Ｒを１０度〜６０度の入射角αで蛍光体２０に照射する構成とした。
この構成によれば、レーザー光源ユニット１２を光軸Ｋの周りに配置可能しつつ、蛍光体２０での発光のサイズを、光学設計において点光源とみなせる大きさに抑えることができる。

本実施形態の投光装置１では、レーザー光源ユニット１２は、反射面１０Ａの光軸Ｋを挟んだ対向位置に他のレーザー光源ユニット１２が位置しないように配置されている。
この配置により、蛍光部材１４の平面反射面２２Ａで反射面１０Ａの側に正反射されたレーザー光Ｒによって、いずれかのレーザー光源ユニット１２が照射されてしまうことがない。

本実施形態の投光装置１では、反射面１０Ａの底部側の底部側ユニット５２が分離可能であり、反射面１０Ａの光軸Ｋに沿って焦点ｆから遠ざかる方向に移動する操作バー５６が底部側ユニット５２に連結されている。
これにより、投光装置１の照明光のビーム角を可変できる。
また本実施形態の投光装置１では、孔部１６が円環スリット状に形成され、当該円環スリット状の孔部によって底部側ユニット５２が分離される。これにより、底部側ユニット５２を分離するためのスリットが孔部１６と兼用されるので、底部側ユニット５２に孔部１６を開口させる必要がなく、当該底部側ユニット５２の反射面１０Ａの面積が孔部１６によって減少してしまうことがない。

本実施形態の投光装置１では、反射面１０Ａの光軸Ｋに対し、レーザー光Ｒを３０度〜６０度の入射角αで蛍光体２０に照射する構成とした。
この構成によれば、底部側ユニット５２の移動によって十分な照明光の配光変化を実現しつつ、蛍光部材１４での発光を、光学設計において点光源とみなせる大きさに維持できる。

本実施形態の投光装置１では、蛍光体２０は、平面反射面２２Ａに保持されている。
これにより、レーザー光Ｒと蛍光とを混合させた光を照明光に利用できるので、レーザー光Ｒ、及び蛍光体２０を適宜に選択することで、照明光の色を任意に変更できる。

本実施形態の投光装置１では、レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、蛍光体２０のレーザー照射箇所Ｅ（すなわち、焦点ｆ）への斜投影により光束断面形状Ｔの短手方向Ｄ１が伸びる姿勢で配置されている。
これにより、照射スポット形状Ｇの短手方向の長さが、長手方向の長さに近付けられるので、レンズ１８で集光したときの照射スポット径を小さくできる。

［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る投光装置１００の構成を示す斜視図である。図９は、投光装置１００の反射面１０Ａの一部を切欠した斜視図である。なお、これらの図において、第１実施形態で説明した部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の投光装置１００は、蛍光部材１４、及び、レーザー光源ユニット１２の組が反射鏡ユニット１１０に対して移動することで、照明光の配光が可変される。

詳述すると、図８に示すように、投光装置１００の装置本体１０６には、反射面１０Ａが形成された反射鏡ユニット１１０が設けられており、この反射鏡ユニット１１０は、第１実施形態の反射鏡ユニット１０とは異なり、分割されておらず、かつ、筐体６に不動状態で固定されている。

図１０は、反射鏡ユニット１１０、レーザー光源ユニット１２、及び蛍光部材１４のレイアウト図である。
図９、及び図１０に示すように、レーザー光源ユニット１２のそれぞれは、反射面１０Ａの裏側に配置されている。具体的には、反射鏡ユニット１１０の裏側には、これらレーザー光源ユニット１２が取り付けられる取付部１７０を備えている。
この取付部１７０には、反射面１０Ａの光軸Ｋと同軸に延び、当該反射面１０Ａの底部を表裏に貫通する貫通軸部１７２が設けられている。そして、貫通軸部１７２の先端には、反射面１０Ａの前面の開放面１０Ｂに向かって延びる複数本の支持棒１７４が設けられ、これらの支持棒１７４が蛍光部材１４を反射面１０Ａの焦点ｆで支持している。これら貫通軸部１７２、及び支持棒１７４は、高熱電導性材である例えばアルミニウム材によって形成されている。

また取付部１７０の背後には、光軸Ｋに平行に移動自在な操作バー１５６が連結されている。この操作バー１５６が移動することで、取付部１７０と一体となって、レーザー光源ユニット１２、及び、蛍光部材１４が、反射面１０Ａに対して相対的に移動する。反射面１０Ａには、レーザー光源ユニット１２のレーザー光Ｒを通す孔部１１６が、光軸Ｋからみて反射面１０Ａの径方向に延びたスリット状に形成されている。これにより、操作バー１５６の移動に伴って、レーザー光源ユニット１２が移動しても、レーザー光が反射面１０Ａに遮られることなく、孔部１１６を通って蛍光部材１４に照射される。

また、操作バー１５６の移動に伴って、蛍光部材１４と反射面１０Ａとの距離が可変され、照明光の配光も第１実施形態と同様に可変される。

本実施形態の投光装置１００によれば、次のような効果を奏する。

すなわち、本実施形態の投光装置１００では、反射面１０Ａの光軸Ｋに沿って、当該反射面１０Ａに対し、蛍光体２０、及びレーザー光源ユニット１２が相対的に移動する。
これにより、照明光の配光が可変できる。また、蛍光体２０とレーザー光源ユニット１２との相対的位置関係は変わらないので、照射スポット形状Ｇ、及び照射スポット径が変わることもない。

また、本実施形態の投光装置１００では、孔部１１６は、光軸Ｋからみて反射面１０Ａの径方向に延びるスリット状なので、レーザー光源ユニット１２が光軸Ｋに沿って移動した場合でも、レーザー光Ｒが反射面１０Ａに遮られることがない。

［第３実施形態］
本実施形態では、第１実施形態または第２実施形態の投光装置１、１００において、反射鏡ユニット１０、１１０の構成を異にした投光装置を説明する。
図１１は本実施形態に係る反射鏡ユニット４１０の構成をレーザー光源ユニット１２とともに示す背面図であり、図１２は図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面線図である。なお、図１１では、構成の把握を容易にするために、１組のレーザー光源ユニット１２及び孔部４１６を示しているが、実際には、本実施形態の投光装置には、第２実施形態と同様に、複数組のレーザー光源ユニット１２及び孔部４１６が設けられている。また図１１、及び図１２において、第１実施形態または第２実施形態で既に説明した部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１１、及び図１２に示すように、反射鏡ユニット４１０の反射面４１０Ａは凹状を成し、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、反射面４１０Ａの裏面の側にレーザー光源ユニット１２が配置され、正面の側に蛍光体２０が配置され、また反射面４１０Ａにレーザー光源ユニット１２のレーザー光Ｒを通す孔部４１６が形成されている。

また反射面４１０Ａは、図１２に示すように、当該凹状の底部側に配置された底部側反射領域４１１Ａと、凹状の開放縁部４１０Ｃ（開放端）の側に配置された開放端側反射領域４１１Ｂとの２つの反射領域を有している。
これら底部側反射領域４１１Ａ、及び開放端側反射領域４１１Ｂは共に、同一の焦点ｆ、及び曲率を有する放物面であり、換言すれば、同一の放物面を底部側と開放端側とに２分したものに相当する。
そして、反射面４１０Ａでは、底部側反射領域４１１Ａの焦点ｆに上記蛍光体２０が配置される一方で、開放端側反射領域４１１Ｂが、この焦点ｆの側に光軸Ｋの方向に距離δだけ底部側反射領域４１１Ａよりもオフセットした（ずれた）位置に配置されている。

図１３は本実施形態の投光装置から数メートル離れた箇所での照度分布をシミュレーション解析した結果を示す図であり、図１３（Ａ）は底部側反射領域４１１Ａの反射による照度分布を示し、図１３（Ｂ）は開放端側反射領域４１１Ｂの反射による照度分布を示し、図１３（Ｃ）は反射面４１０Ａの反射による照度分布を示す。また図１３（Ｄ）は開放端側反射領域４１１Ｂがオフセットしていない反射面（すなわち第１実施形態及び第２実施形態の反射面１０Ａ）の反射による照度分布を示す図である。なお、それぞれの照度分布は、その分布における最大照度を基準にした相対値で示されている。

本実施形態の反射面４１０Ａでは、底部側反射領域４１１Ａの焦点ｆに上記蛍光体２０が配置されているため、図１２に示すように、底部側反射領域４１１Ａの反射光Ｌ１が略平行光となる。このため、底部側反射領域４１１Ａの反射光Ｌ１の照度分布は、図１３（Ａ）に示すように、光軸Ｋを中心した中心部Ｇ１が高くなる分布（すなわち、蛍光体２０の輝度分布が投影された分布）となる。

一方、開放端側反射領域４１１Ｂは焦点ｆから僅かにずれて配置されているため、この開放端側反射領域４１１Ｂの反射光Ｌ２は、図１２に示すように、光軸Ｋに対し所定角度θで拡げる。このため、開放端側反射領域４１１Ｂの反射光Ｌ２の照度分布は、図１３（Ｂ）に示すように、光軸Ｋを中心した中心部Ｇ１よりも、当該中心部Ｇ１を囲む環状の外周部Ｇ２で高くなる分布となる。

したがって、反射面４１０Ａの反射による照度分布は、図１３（Ｃ）に示すように、中心部Ｇ１から周辺部Ｇ２の広い範囲に亘って照度が略均一（いわゆるフラットトップ）な分布となる。
一方、開放端側反射領域４１１Ｂがオフセットしてない場合、反射面での反射光は全て平行光になるため、図１３（Ｄ）に示すように、反射光の照度分布は、蛍光体２０の照度分布にしたがい、中心部Ｇ１よりも更に狭い範囲Ｇ３に照度が集中した分布となる。

図１４は被照射面の色度分布を示す図であり、図１４（Ａ）は本実施形態の投光装置の色分布を示し、図１４（Ｂ）は反射面４１０Ａにおいて開放端側反射領域４１１Ｂがオフセットしていない場合の色分布を示す。なお、これらは色彩輝度計によって測定されたものである。
投光装置では、蛍光体２０にレーザー光Ｒを入射して白色光を得ているものの、蛍光体２０の粒子径等の影響により、白色光に色ムラが生じてる場合があり、この場合、図１４（Ｂ）に示すように、白色光の色ムラが被照射面にも投影される。
これに対し、本実施形態の反射面４１０Ａでは、底部側反射領域４１１Ａの反射光Ｌ１と開放端側反射領域４１１Ｂの反射光Ｌ２との混光によって被照射面が照明されるので、図１４（Ａ）に示すように、色ムラが打ち消されることとなる。

このように、本実施形態によれば、反射面４１０Ａが、同一の放物面を底部側と開放端側とに分けて成る底部側反射領域４１１Ａと開放端側反射領域４１１Ｂとを有し、開放端側反射領域４１１Ｂが、反射光Ｌ２が拡がるように底部側反射領域４１１Ａに対して光軸Ｋの方向にオフセットした（ずれた）位置に配置されている。
これにより、フラットトップな照度分布が得られ、広い範囲を均一な照度で照明することができ、また被照射面の色ムラも抑えられる。これにより、高品位な照明が実現できる。

［第４実施形態］
図１５は、本実施形態に係る投光装置５００の構成を示す斜視図である。なお、同図において、第１〜第３実施形態のいずれかで説明した部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
同図に示すように、投光装置５００は、第１実施形態の投光装置１が複数本の支持バー２６を備えているのに対し、１本の支持バー５２６を備えている。支持バー５２６は、高熱伝導性材から形成され、第１実施形態の支持バー２６よりも幅広な細長い板状に形成されている。反射面１０Ａの開放縁部１０Ｃには、一対の支持部材取付部５２８が設けられており、支持バー５２６の両方の端部５２６Ａが、これら支持部材取付部５２８に固定されている。

図１６は、レーザー光源１７から蛍光体２０の間のレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔの変化を概略的に示す図である。また同図において、図１６（Ａ）は垂直断面Ｃ１をレーザー光Ｒの進行方向から視た図である。
前掲図６、及び図１６に示すように、レーザー光Ｒの光束断面形状Ｔは、蛍光体２０の直前の垂直断面Ｃ１において、長手方向Ｄ２と短手方向Ｄ１とを有した形状（略矩形、或いは略楕円形）となっている。

詳述すると、本実施形態において、レーザー光源１７であるレーザーダイオードは、レーザー光の出射面が略矩形状に形成されている。このため、図１６に示すように、この出射面から出射された直後の垂直断面Ｃ２では、出射面の形状がレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔに反映され、当該光束断面形状Ｔが長手方向Ｄｂ及び短手方向Ｄａを有する形状となる。また、レーザー光源ユニット１２は、上述の通り、レンズ１８を備え、レーザー光源１７のレーザー光Ｒが当該レンズ１８によって蛍光体２０に集光される。図１６では、垂直断面Ｃ３の光束断面形状Ｔが、レンズ１８から出射された直後のレーザー光Ｒの断面形を示している。

ここで、レンズ１８には、非球面レンズが用いられており、レーザー光Ｒの光束断面形状Ｔが長手方向Ｄｂ及び短手方向Ｄａを有し、また、レーザー光Ｒの長手方向Ｄｂ及び短手方向Ｄａは拡がり角が異なり、短手方向Ｄａの拡がり角は長手方向Ｄｂの拡がり角よりも大きいため、非点収差が生じる。本実施形態では、レーザー光Ｒの長手方向Ｄｂに合わせてレンズ１８の焦点ｆが設定されているため、短手方向Ｄａの光成分Ｒａについては焦点ｆがずれており、蛍光体２０よりも手前の位置Ｐで当該光成分Ｒａが焦点を結んでいる。
このため、レーザー光Ｒの長手方向Ｄｂ及び短手方向Ｄａは、蛍光体２０の直前の垂直断面Ｃ１において逆転し、長手方向Ｄｂが短手方向Ｄ１となり、短手方向Ｄａが長手方向Ｄ２となる。

本実施形態では、図１６（Ａ）に示すように、レンズ１８の焦点距離、またはレーザー光源１７とレンズ１８との離間距離は、レーザー光源１７から出射された直後のレーザー光Ｒの長手方向Ｄｂの長さΔＤｂが、蛍光体２０において当該蛍光体２０の径Ｎよりも小さくなるように設定されている。この場合、蛍光体２０の径Ｎの大きさによっては、レーザー光源１７から出射された直後のレーザー光Ｒの短手方向Ｄａの長さΔＤａが、蛍光体２０において当該蛍光体２０の径Ｎよりも大きくなることがあり、何ら対策を施さなければ、レーザー光Ｒの一部のレーザー光成分Ｒ１（図１６（Ａ））が蛍光体２０に収まらずに、直接外部に出射されてしまう、という問題がある。
そこで本実施形態の投光装置５００では、蛍光体２０を支持する支持バー５２６が、蛍光体２０に収まりきらないレーザー光成分Ｒ１を遮蔽しており、係る構成について以下に詳述する。

図１７は反射面１０Ａの構成を模式的に示す図であり、図１８は蛍光体２０を支持バー５２６とともに模式的に示す図である。
本実施形態では、反射面１０Ａは、レーザー光Ｒの短手方向Ｄａが焦点を結ぶ位置Ｐよりもレンズ１８の側に反射面１０Ａが配置されており、この反射面１０Ａの孔部５１６に裏側から入射するレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔは、垂直断面Ｃ３における光束断面形状Ｔと同様に、長手方向Ｄｂ及び短手方向Ｄａを有した形状となっている。そして、複数のレーザー光源ユニット１２のそれぞれは、図１７に示すように、孔部５１６を通るときのレーザー光Ｒの長手方向Ｄｂが同一方向に揃う姿勢で配置されており、この結果、図１８に示すように、蛍光体２０においては、各レーザー光Ｒの長手方向Ｄ２が同一の方向Ｆに揃うようになっている。

一方、支持バー５２６は、少なくとも蛍光体２０の径Ｎが収まる幅Ｗを有し、なおかつ、蛍光体２０においてレーザー光Ｒの長手方向Ｄ２が延びる方向Ｆに延在している。
これにより、全てのレーザー光Ｒにおいて、蛍光体２０の径Ｎに収まらないレーザー光成分Ｒ１が支持バー５２６によって遮蔽されるので、レーザー光成分Ｒ１が被照射面に出射されることはなく、当該レーザー光成分Ｒ１による輝点が被照射面に発生することがない。

また、本実施形態では、図１７に示すように、反射面１０Ａの孔部５１６が、そこを通るレーザー光Ｒの長手方向Ｄｂに長い矩形状（図示例では角丸四角形）であって、レーザー光Ｒの光束断面形状Ｔよりも一回り大きな（すなわち、レーザー光Ｒを遮蔽しない大きさの）開口によって形成されている。これにより、例えば孔部５１６の形状を、レーザー光Ｒの長手方向Ｄｂの長さに合わせた径の円形とした場合よりも孔部５１６の開口面積を減らせるので、反射面１０Ａの反射面積の減少が抑えられ、光の利用効率の低下を抑制できる。

このように、本実施形態によれば、支持バー５２６は、蛍光体２０が収まる幅Ｗを有し、かつ、蛍光体２０におけるレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｄ２に延在してする構成とした。
これにより、蛍光体２０の径Ｎに収まらないレーザー光成分Ｒ１が支持バー５２６によって遮蔽されるので、レーザー光成分Ｒ１が被照射面に出射されることはなく、当該レーザー光成分Ｒ１による輝点が被照射面に発生することがない。

また本実施形態によれば、複数のレーザー光源ユニット１２のそれぞれは、レーザー光源１７が出射するレーザー光Ｒの長手方向Ｄｂが同一方向に揃う姿勢で配置されているので、これら全てのレーザー光Ｒのレーザー光成分Ｒ１を同じ１本の支持バー５２６で遮蔽することができる。これにより、反射面１０Ａを横断する支持バー５２６の数が抑えられ、当該支持バー５２６による照明光の遮蔽を抑えることができる。

また本実施形態では、レーザー光源ユニット１２ごとに設けられた孔部５１６は、そこを通過するレーザー光Ｒの光束断面形状Ｔの長手方向Ｄｂに延び、当該レーザー光Ｒを遮蔽しない大きさの矩形状に形成されている。
これにより、反射面１０Ａの反射面積の減少が抑えられ、光の利用効率の低下が抑えられる。

なお、上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の要旨の範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

上述した第１実施形態において、蛍光部材１４が前面カバー８に設けられてもよい。

上述した第１〜第４実施形態において、レーザー光源ユニット１２のそれぞれが放熱部材１９を備える構成を例示したが、これに限らない。すなわち、図１９に示す投光装置２００のように、レーザー光源ユニット１１２が１つの放熱部材２８０に設けられてもよい。

上述した第１〜第４実施形態において、レーザー光源ユニット１２のそれぞれが、反射面１０Ａの光軸Ｋに垂直な同一の平面Ｑに配置された場合を例示した。しかしながら、レーザー光源ユニット１２は、図２０に示す投光装置３００のように、反射面１０Ａの光軸Ｋに垂直な複数の平面Ｑ１、Ｑ２・・・の面上のそれぞれに、複数のレーザー光源ユニット１２が配置されてもよい。
これにより、投光装置３００の高出力化が可能になる。

また、本発明は、投光装置に限らず、任意の照明装置に適用できる。

１、１００、２００、３００、５００ 投光装置
８ 前面カバー
１０、１１０、４１０ 反射鏡ユニット（光学部材、反射鏡）
１０Ａ、４１０Ａ 反射面
４１１Ａ 底部側反射領域
４１１Ｂ 開口端側反射領域
１０Ｂ 開放面
１２、１１２ レーザー光源ユニット（レーザー光出射手段）
１４ 蛍光部材
１６、１１６、４１６、５１６ 孔部
１７ レーザー光源
１８ レンズ
２０ 蛍光体
２２ 蛍光保持部
２２Ａ 平面反射面
２６、５２６ 支持バー（支持部材）
２８ 支持部材取付部
５２ 底部側ユニット
５６、１５６ 操作バー（移動手段）
１１０ 反射鏡（光学部材）
１７０ 取付部
１７２ 貫通軸部
１７４ 支持棒（支持部材）
Ｄ１、Ｄａ 短手方向
Ｄ２、Ｄｂ 長手方向
Ｅ レーザー照射箇所
Ｇ 照射スポット形状
Ｋ 光軸
Ｍ 対向位置
Ｑ、Ｑ１、Ｑ２ 平面
Ｒ レーザー光
Ｔ 光束断面形状
ｆ 焦点
α 入射角

Claims (3)

1. レーザー光を出射する複数のレーザー光出射手段と、
   前記レーザー光によって励起され蛍光を発する蛍光体と、
   前記蛍光を制御する光学部材と、を備え、
   前記光学部材によって制御された蛍光によって照明する照明装置において、
   前記蛍光体は平面反射面に保持されており、
   前記レーザー光出射手段のそれぞれが、前記光学部材の光軸上に配置された前記蛍光体からみて、前記光軸に対する入射角が同じ角度、かつ同じ距離で前記光学部材の光軸の周りに配置されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記レーザー光出射手段が出射するレーザー光は、前記蛍光体の照射箇所での光束断面形状が短手方向を有し、
   前記レーザー光出射手段のそれぞれは、前記蛍光体の照射箇所への斜投影により前記光束断面形状が前記短手方向に伸びる姿勢で配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記複数のレーザー光出射手段のそれぞれのレーザー光による前記蛍光体における発光サイズは、１つのレーザー光を照射したときの発光サイズと同程度である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。

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