JP5990065B2 - 発光装置、車両用前照灯及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、所望の投光パターンで照明光を照射する発光装置、車両用前照灯及び照明装置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。このような技術は、車両用前照灯等の照明装置にも適用されている。

例えば、特許文献１に開示された車両前照灯１００は、図１５に示すように、金属板１１１と、金属板１１１の表面に配置され、青色レーザ光により励起されて発光する蛍光体１１２と、蛍光体１１２に入射する青色レーザ光を放射する図示しないレーザ光源と、蛍光体１１２の周囲の金属板１１１の表面を覆うように配置され、レーザ光源から入射する青色レーザ光の反射を抑制する反射抑制部材１１３とを備えている。これにより、レーザ光源から放射された青色レーザ光が蛍光体１１２周囲の金属板１１１の表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）するようになっている。

さらに、例えば、特許文献２に開示された車両前照灯２００では、図１６に示すように、光を発生する半導体発光素子２０１と、半導体発光素子２０１から離間して設けられた蛍光体２０２と、半導体発光素子２０１が発生する光を、蛍光体２０２に集光するレンズ２１０と、蛍光体２０２が設けられている位置に光学的中心を有し、レンズ２１０により集光された光に応じて蛍光体２０２が発生する光を、車両前照灯２００の外部に照射する反射鏡２２０とを備えている。上記反射鏡２２０は、図１７（ａ）に示すように、斜め反射面２２１及び水平反射面２２２を有している。これにより、図１７（ｂ）に示すように、車両前照灯２００の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム投光パターンとして、略水平方向の明暗境界を定める水平カットライン２３１、及び水平方向に対して１５°程度の角度をなす所定の斜め方向の明暗境界を定める斜めカットライン２３２を有する投光パターン２３０を形成するようになっている。この反射鏡２２０は、マルチファセットミラーと通称されているものである。

また、例えば、特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００は、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、励起光３０１を射出する半導体レーザ３１０と、半導体レーザ３１０から射出された励起光３０１を導波する単ファイバ３２０と、単ファイバ３２０から射出された励起光３０１を受光して励起光３０１とは異なる波長の蛍光を発する蛍光体ユニット３３０と、蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光の一部を少なくとも導波するファイバ束３４０とを有している。光ファイバ照明装置３００はさらに、蛍光体ユニット３３０で発生した反射散乱光及び蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光のうち、ファイバ束３４０の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部をファイバ束３４０の入射領域に向けて反射させる反射体３５０を有している。

特開２０１１−１８１３８１号公報（２０１１年９月１５日公開） 特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開） 特開２００９−０４３６６８号公報（２００９年２月２６日公開）

しかしながら、上記従来の発光装置、車両用前照灯及び照明装置では、照明光のロスが生じ、投光効率が低下するという問題点を有している。

具体的には、特許文献１に開示された車両前照灯１００では、明瞭なエッジを有する投光パターンを得るために、反射抑制部材１１３にて蛍光体１１２の周囲における金属板１１１の表面を覆っている。この結果、レーザ光源から入射する青色レーザ光の一部を遮蔽していることになる。したがって、照明光のロスが生じ、投光効率が低下している。また、金属板１１１の表面での散乱を起因とする迷光により、エッジでのコントラストが悪くなる。さらには、金属板１１１での光吸収により、金属板の温度が上がり、蛍光体１１２の特性に色度変化及び強度変化等の影響を与えるといった問題があった。

また、特許文献２に開示された車両前照灯２００では、反射鏡２２０にマルチファセットミラーを使用している。この結果、マルチファセットミラーでは明瞭なエッジを有する投光パターンを得ることは困難であり、さらに、大きな反射鏡２２０が必要となる。さらに、空等の不要な領域への迷光が発生するつまり効率も低下するといった問題もあった。

一方、特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００では、照明光のロスが生じるのを防止するために、蛍光体ユニット３３０で発生した反射散乱光及び蛍光体ユニット３３０から発せられた蛍光のうち、ファイバ束３４０の入射領域に直接的に入射しなかった光の少なくとも一部をファイバ束３４０の入射領域に入射させるために、反射体３５０を有している。しかし、特許文献３に開示された光ファイバ照明装置３００は、内視鏡への適用について開示しているので、投光パターンに関する記載がない。したがって、車両用前照灯への適用には不十分である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、励起光を出射する発光素子と、蛍光体を含む発光部と、導光部材とを備え、発光素子から発光された励起光を導光部材にて導光し、該導光部材からの出射光が発光部に照射される発光装置において、上記導光部材の出射端面における光強度分布にはエッジが存在しており、上記出射端面と上記発光部との間に凸レンズが配設されることにより、上記出射端面と上記発光部に照射される上記励起光の照射領域とが光学的共役関係になっており、上記出射端面から出射された上記励起光が上記凸レンズを介して上記発光部に照射されることにより、上記発光部の光強度分布にエッジが存在することを特徴としている。尚、エッジとは、理想的には、不連続な光強度分布のことをいうが、本願においては、光強度分布がガウシアン分布における光強度減衰プロファイルよりもきつい光強度減衰プロファイルである光強度分布のことをいう。具体的には、ピーク光強度の８０％の位置とピーク光強度の１／（ｅ^２ ）となる位置との間隔が半値幅の１／２以下の間隔となっている場合をいう。

上記の発明によれば、発光素子にて出射された励起光は導光部材に入射され、この励起光は導光部材にて導光され、さらに、導光部材からの出射光は発光部に照射される。

ここで、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを形成するために、従来では、所望の投光パターンを得るべく、発光部を所望の投光パターンの相似形に遮蔽したり、マルチファセットミラーを介して投光面に照射させたりしていた。この結果、照明光のロスが発生するという問題を有していた。

本発明では、この問題を解決するために、発光部の光強度分布にはエッジが存在している。

すなわち、例えば、導光部材の出射光における光強度分布の一部が一般的なガウシアン分布であってとしても、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を有していれば、発光部の照射面における照射パターンの明瞭なエッジを形成することが可能である。

これにより、例えば、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を、投光面における投光パターンにおける一部の端部のエッジに対応させることにより、投光面における投光パターンの一部の端部に明瞭なエッジを形成することが可能となる。

したがって、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。

本発明の発光装置では、前記発光部の光強度分布に存在するエッジを投影照射すべく、前記導光部材の出射端面における光強度分布にはエッジが存在していることが好ましい。

これにより、発光部の光強度分布にエッジを投影照射することができる。

本発明の発光装置では、前記導光部材の出射光における発光部への照射領域は、該発光部の外形よりも小さいことが好ましい。尚、発光部への照射領域とは、照射パターンの領域面積のことであり、照射パターンにおけるピーク光強度の１/（ｅ^２ ）以上の光強度を有する領域面積のことをいう。ＣＣＤカメラ等を用いて発光部における光強度分布の計測を行うことにより照射パターンを求めることが可能である。また、照射パターンとは、導光部材を経由したレーザ光が発光部に形成するレーザ光の光強度分布のことをいう。

これにより、本発明では、導光部材からの出射光における概ね全光量が照射パターンとして発光部の一部の領域（概ね照射領域）に入射される。そして、発光部では、その発光部の一部の領域（概ね照射領域）から蛍光が投光面に投光パターンとして照射される。

この結果、発光部では、導光部材の出射光における全光量を利用することができ、効率がよい。

したがって、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。

尚、この場合、発光部内における蛍光の導波等の影響により、発光部が受けた照射パターンよりも投光パターンの方が大きくなる。「概ね照射領域」と記述しているのは、そのためである。

本発明の発光装置では、前記発光部の厚さは、該発光部の光強度分布における半値幅の１／２以下であることが好ましい。

これにより、投影されたエッジのコントラストが下がってしまうことを防止することができる。

本発明の発光装置では、前記導光部材と発光部とは、互いに離間して設けられているとすることができる。

これにより、発光部を導光部材とは別体に設けることが可能となるので、発光部の取り付け位置の自由度を向上させることができる。

本発明の発光装置では、前記導光部材は、該導光部材の出射端面における光強度分布を制御すべく調整された屈折率分布を有しているとすることができる。

すなわち、導光部材の内部を導光する光は屈折率が高い部分に集中的に導光されるので、屈折率が高い部分において導光部材の出射光における光強度を大きくすることができる。したがって、導光部材の屈折率分布を調整することによって、照射パターンの光分布形状を制御することができ、延いては、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを形成することが可能となる。

本発明の発光装置では、前記導光部材は、マルチモードファイバからなっているとすることができる。

すなわち、光ファイバはコア（core）と呼ばれる芯とその外側のクラッド（clad）と呼ばれる部分、そしてそれらを覆う被覆の３重構造になっており、クラッドよりもコアの屈折率を高くすることによって、全反射や屈折によりできるだけ光を中心部のコアにだけ伝搬させる構造となっている。光ファイバーは、光ファイバーの中を伝播する光の経路によってモードが分かれる。つまり、光の経路が一つ（＝群速度が一つ、モードが一つ）となるファイバがシングルモードファイバであり、それ以外がマルチモードファイバである。マルチモードファイバは、シングルモードファイバに比べて、コア径が太く曲げに強い、光ファイバー同士の接続や光ファイバと機器との接続が比較的容易であり、伝送損失等が大きく長距離伝送に向かないが安価であるという特徴を有している。

この結果、導光部材をマルチモードファイバにて形成することにより、例えば、光ファイバでないものを利用するよりも安価であり、また、導光距離を長くすることができる。このため、発光素子から発光部までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。

したがって、発光装置を車両用前照灯に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに発光素子を配置することができるので、設計の自由度が広がる。

また、マルチモードファイバには、ファイバ出力端における光分布設計の自由度が高いというメリットもある。

本発明の車両用前照灯は、上記課題を解決するために、前記記載の発光装置を備えた車両用前照灯であって、発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光されることを特徴としている。尚、投光パターンとは、投光面における光強度分布のことであり、発光部が発する光強度分布をいう。また、投光面とは、投光パターンを見るための仮想面のことである。

上記の発明によれば、車両用前照灯の照明光の光分布形状を、法的に定められたすれ違い灯等の車両用前照灯の光分布形状に適合させることができる。

したがって、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えた車両用前照灯を提供することができる。

本発明の照明装置は、上記課題を解決するために、前記記載の発光装置を備えた照明装置であって、発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光されることを特徴としている。

上記の発明によれば、投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を備えた照明装置を提供することができる。

本発明の発光装置は、以上のように、発光部の光強度分布にはエッジが存在している。

本発明の車両用前照灯は、以上のように、前記記載の発光装置を備えた車両用前照灯であって、発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光される。

本発明の照明装置は、以上のように、前記記載の発光装置を備えた車両用前照灯であって、発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光される。

それゆえ、発光部に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンの明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置、車両用前照灯及び照明装置を提供するという効果を奏する。

（ａ）は本発明における発光装置を備えた車両用前照灯としてのヘッドランプにおける実施の一形態を示すものであって、ヘッドランプにおけるレーザチップの出射端面、導光部材の入射端面、導光部材の出射端面、発光部の入射面及び投光面の各光強度分布を示す正面図であり、（ｂ）は上記レーザチップから発光される略ガウシアン分布を有する励起光が導光部材を経由し、発光部に照射されることにより、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を有している光強度分布を示す図である。 上記ヘッドランプの全体を示す概略構成図である。 上記ヘッドランプにおける光源部の構成を示す断面図である。 （ａ）は理想的なガウシアン分布からなる光強度分布を示す分布図であり、（ｂ）は光強度分布のトップ幅が大きい光強度分布を示す分布図である。 （ａ）は光強度分布におけるエッジの定義を示す分布図であり、（ｂ）は定義によりエッジを構成する場合及び定義によりエッジを構成しない場合の一例を示す分布図である。 上記ヘッドランプにおける発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の一例を示す正面図である。 上記ヘッドランプにおける変形例の概略構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプにおける他の変形例の概略構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプにおけるさらに他の変形例の概略構成を示す断面図である。 （ａ）は上記ヘッドランプにおけるさらに他の変形例の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記ヘッドランプにおける光学ロッドの出射端面を示す正面図であり、（ｃ）はエッジ部分のコントラストを示す光強度分布図である。 上記ヘッドランプにおける光学ロッドの構成を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、ヘッドランプにおけるレーザチップの出射端面、導光部材の入射端面、導光部材の出射端面、発光部の入射面の各光強度分布を示す正面図である。 （ａ）はレーザチップの出射端面の光分布を示す正面図であり、（ｂ）は導光部材の入射端面の光分布を示す正面図であり、（ｃ）は導光部材の入射端面の光分布を示す比較例の正面図である。 （ａ）はレーザチップと光学ロッドとを互いに離間して設けたヘッドランプにおける発光部への入射光を示す断面図であり、（ｂ）は光学ロッドの出射端面における光強度分布を示す分布図であり、（ｃ）は発光部の照射面における光強度分布を示す分布図である。 従来の車両前照灯の構成を示す斜視図である。 従来の他の車両前照灯の構成を示す断面図である。 （ａ）は上記従来の車両前照灯に設けられたマルチファセットミラーの構成を示す正面図であり、（ｂ）は上記車両前照灯の投光面の投光パターンを示す斜視図である。 （ａ）は従来のさらに他の車両前照灯の構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記車両前照灯の発光部の構成を示す断面図である。

本発明の一実施形態について図１（ａ）（ｂ）〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態では、本発明の発光装置を備えた自動車用のすれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たす車両用前照灯としてのヘッドランプを例に挙げて説明する。ただし、必ずしもこれに限らず、本発明の発光装置は、例えば、走行用前照灯（ハイビーム）であってもよく、又は自動車以外の車両若しくは移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケット等）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は、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋外照明装置を挙げることができる。

ここで、本明細書において、投光パターンとは、投光面における光強度分布のことであり、発光部が発する光強度分布をいう。また、投光面とは、投光パターンを見るための仮想面のことである。

＜ヘッドランプの構成＞
最初に、本実施の形態の車両用前照灯としてのヘッドランプの構成について、図２に基づいて説明する。図２はヘッドランプの全体を示す概略構成図である。

本実施の形態のヘッドランプ１は、図２に示すように、光源部１０、レンズ３、発光部４、パラボラミラー５、金属ベース７及びフィン８を備えている。

ヘッドランプ１は、光源部１０からの励起光を発光部４に照射することによって発光部４にて蛍光を発生させ、その蛍光を照明光として利用するものである。

（光源部）
上記光源部１０は、励起光を出射する発光素子を有しており、本実施の形態では例えば半導体レーザが使用される。尚、必ずしもこれに限らず、ＬＥＤを用いることも可能である。ただし、半導体レーザの方がＬＥＤよりも導光部材としての光学ロッド１３Ａに対するカップリング効率が良いため、半導体レーザを励起光源として用いる方が好ましい。

上記光源部１０は、複数設けられていてもよい。この場合、複数の光源部１０のそれぞれから励起光としてのレーザ光が放射される。光源部１０を１つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の光源部１０を用いることが好ましい。尚、図２では、光源部１０、レンズ３のセットは２セットであるが、１セットでもよい。また、図２では、光源部１０、レンズ３のそれぞれのセットは発光部４の別の箇所を照射しているが、同一箇所を照射するように設定してもよい。

さらに、光源部１０は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。光源部１０のレーザ光の波長は、例えば、３９５ｎｍ（青紫色）又は４５０ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、４０５ｎｍ等、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択されればよい。尚、光源部１０の詳細については後述する。

（レンズ）
上記レンズ３は、光源部１０の光学ロッド１３Ａから出射されたレーザ光を発光部４に対して照射するものであり、レーザ光のスポットの大きさを制御して発光部４に照射する。

レンズ３を設けることにより、光学ロッド１３Ａの導光部材出射端面としての出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光の照射領域としてのレーザ光スポット４ｂとを光学的共役関係にすることができ、発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂの大きさを制御することが容易になる。

レンズ３の曲面の設計を変更するか、又はレンズ３と発光部４との間の距離を変更することにより、発光部４のレーザ光照射面４ａにおけるレーザ光スポットの大きさを変更することができる。

レンズ３は、例えば凸レンズからなっている。レンズ３は、光源部１０のそれぞれに対して配設されて出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂとが略光学的共役関係となるように、出射端面１３ｂ、レンズ３及び発光部４の位置関係が規定されている。

尚、レンズ３は、例えば凹面鏡等に変更することが可能である。また、複数のレンズを用いたマルチエレメントレンズでもよいし、光路を制御するためにプリズム、ミラー又はキューブ等が入っていてもよい。すなわち、レンズ３は、レーザ光のスポットの大きさを制御できるものであれば、特に限定されない。

（発光部）
上記発光部４は、光源部１０から出射されたレーザ光を受けて蛍光を発するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体つまり蛍光物質を含んでいる。具体的には、発光部４は、樹脂層の内部に蛍光体が分散されているものである。発光部４は、レーザ光を蛍光に変換するため、波長変換素子であると言える。

この発光部４は、金属ベース７の上かつパラボラミラー５における略焦点位置に配置されている。そのため、発光部４から出射した蛍光は、パラボラミラー５の反射曲面に反射することによりその光路が制御される。発光部４のレーザ光照射面４ａにレーザ光の反射を防止する反射防止構造が形成されていてもよい。

本実施の形態では、発光素子としてのレーザチップ１１によって放射された波長３９５ｎｍのレーザ光を受けて、白色の自然放出光（蛍光）を発するように、発光部４の蛍光体として、ＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ）、ＢＳＯＮ（Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ）、Ｅｕ−α（Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）等、複数種類の蛍光体を混合して用いている。しかし、上記蛍光体は、これらに限定されるものではなく、例えば、自動車用にヘッドランプ１が使用される場合、ヘッドランプ１の照明光が、法律により規定されている所定の範囲の色度を有する白色となるように適宜選択されればよい。また、照明等の用途であれば、適宜必要な色度が出るように、蛍光体を単独で用いてもよいし、又は複数種類の蛍光体を適宜混合して用いてもよい。

例えば、他の酸窒化物蛍光体（例えば、ＪＥＭ（ＬａＡｌ（ＳｉＡｌ）_６Ｎ_９Ｏ：Ｃｅ）、β-ＳｉＡｌＯＮ等のサイアロン蛍光体）、窒化物蛍光体（例えば、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）蛍光体、ＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）蛍光体）、Ａｐａｔａｉｔｅ（（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ）系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ（（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ，Ｍｎ）系蛍光体、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、インジュウムリン：ＩｎＰ）を用いることができる。

例えば、青色、緑色及び赤色の蛍光体を発光部４に含め、３９５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。或いは、黄色の蛍光体（又は緑色及び赤色の蛍光体）を発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（又は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）を照射することでも白色光が得られる。

発光部４の樹脂層は、例えば、無機ガラス、有機無機ハイブリッドガラス等のガラス材、又はシリコーン樹脂等の樹脂材料である。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。樹脂層は、透明性の高いものが好ましく、レーザ光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。

尚、蛍光が発光部４の内部で平面方向に導波することにより、投影されたエッジのコントラストが下がってしまうことを防止するために、発光部４は薄いことが望ましい。具体的には、発光部４のレーザ光照射面４ａに形成する照射パターン（光強度分布）の半値幅の１／２以下の厚さであることが望ましい。

（放熱部）
上記金属ベース７は、発光部４を支持する板状の支持部材であり、例えばアルミニウム又は銅等の金属からなっている。それゆえ、金属ベース７は熱伝導性が高く、発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。

尚、発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、例えば炭化珪素又は窒化アルミニウム等の金属以外の熱伝導性が高い物質を含む部材でもよい。発光部４と当接する金属ベース７の表面は反射面としてもよい。上記表面が反射面であることにより、発光部４のレーザ光照射面４ａから入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、発生した蛍光を当該反射面で反射させてパラボラミラー５へ向かわせることができる。尚、反射面は、エッジを損ねないように適切に設計される必要がある。

上記フィン８は、金属ベース７を冷却する冷却部つまり放熱機構として機能する。このフィン８は、複数の放熱板を有するものであり、大気との接触面積を増加させることにより放熱効率を高めている。金属ベース７を冷却する冷却部は、放熱により冷却する機能を有するものであればよく、ヒートパイプ、水冷方式又は空冷方式のものであってもよい。

（リフレクタ）
上記パラボラミラー５は、発光部４が発生させた蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束（照明光）を形成する投光部材の一例である。このパラボラミラー５は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。

また、パラボラミラー５は、放物線の対称軸を回転軸として当該放物線を回転させることによって形成される放物曲面を、上記回転軸を含む平面で切断することによって得られる部分曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。

さらに、パラボラミラー５には窓部６が形成されている。この理由は、光源部１０がパラボラミラー５の外部に配置されているので、光源部１０からのレーザ光をパラボラミラー５の窓部６を通して透過又は通過させるためである。この窓部６は、開口部であってもよいし、レーザ光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。例えば、レーザ光を透過し、発光部４の蛍光である白色光を反射するフィルターを設けた透明板を窓部６として設けてもよい。この構成では、発光部４の蛍光が窓部６から漏れることを防止できる。

窓部６は、複数の光源部１０に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各光源部１０に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。

尚、パラボラミラー５は、この他、閉じた円形の開口部を有するパラボラミラー等のプロジェクションミラーであってもよく、軸外しパラボラミラー等のパラボラ形状を含むものでもよい。また、リフレクタとして楕円ミラーとプロジェクションレンズとを組み合わせたプロジェクション光学系等の投光光学系を利用することも可能である。

尚、発光部４における照射パターンを上述したような単純な形状の投光光学系を用い、投光ロスなくエッジ形状を投光できることに特徴があるが、マルチファセットミラー等の投光光学系の使用を排除するものではない。

パラボラミラー５は、発光部４における投光パターンを投光投影する光学系であればよく、楕円形状、自由曲面形状、又はマルチファセット化されたマルチリフレクタ等も適切に設計すれば用いることができる。尚、その場合、照射パターンと投光パターンとの関係は必ずしも単純な形状変形とはならない場合がある。しかし、投光パターンに投光効率よくエッジを形成するという意味合いで、照射パターンにエッジを形成することは有効である。

（光源部詳細）
次に、光源部１０の詳細について、図１（ａ）（ｂ）及び図３〜図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１（ａ）はヘッドランプ１におけるレーザチップ１１の出射端面、導光部材の入射端面、導光部材の出射端面、発光部の入射面及び投光面の各光強度分布を示す正面図であり、図１（ｂ）は発光部照射面における光強度分布を示す図（図１（ａ）の発光部照射面における光強度分布（照射パターン）をグラフ化したもの）である。上記レーザチップ１１から発光される略ガウシアン分布を有する励起光が導光部材を経由し、発光部に照射されることにより、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を有する光強度分布を有していることを示す図である。図３は、ヘッドランプ１における光源部１０の構成を示す断面図である。図４（ａ）は理想的なガウシアン分布からなる光強度分布を示す分布図であり、図４（ｂ）は光強度分布のトップ幅が大きい光強度分布を示す分布図である。図５（ａ）は光強度分布におけるエッジの定義を示す分布図であり、図５（ｂ）は定義によりエッジを構成する場合及び定義によりエッジを構成しない場合の一例を示す分布図である。図６は、上記ヘッドランプにおける発光部のレーザ光照射面におけるレーザ光スポットの形状の一例を示す正面図である。図７は、上記ヘッドランプにおける変形例の概略構成を示す断面図である。図８は上記ヘッドランプにおける他の変形例の概略構成を示す断面図である。図９は、上記ヘッドランプにおけるさらに他の変形例の概略構成を示す断面図である。図１０（ａ）は上記ヘッドランプにおけるさらに他の変形例の概略構成を示す断面図であり、図１０（ｂ）は上記ヘッドランプにおける光学ロッドの出射端面を示す正面図であり、図１０（ｃ）はエッジ部分のコントラストを示す光強度分布図である。

光源部１０は、図３に示すように、発光素子としてのレーザチップ１１、サブマウント１２、光学ロッド１３Ａ、ＡＲ（Anti Reflection）コート膜１４、キャップ１５、ステム１６及びリード端子１７を備えている。

（レーザチップ）
上記レーザチップ１１は、励起光としてのレーザ光を出射するチップ形状の半導体レーザ素子である。本実施の形態のレーザチップ１１は、窒化物系の半導体レーザであり、その発振波長は、３９５ｎｍである。ただし、レーザチップ１１は、窒化物系の半導体レーザに限定されず、また、その発振波長も３９５ｎｍに限定されるものではなく、所望の色度を得るために後述する発光装置１の発光部４を構成する蛍光材料との関係で適宜選択すればよい。

また、レーザチップ１１の構成、例えば半導体層の材質は、特に限定されない。

さらに、レーザチップ１１は、１チップに１つの発光点を有するものであってもよく、１チップに複数の発光点を有するものであってもよい。レーザチップ１１のレーザ光の発振波長は、３６５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲内にあることが好ましく、本実施の形態の発振波長３９５ｎｍの他、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）又は４５０ｎｍ（青色）等、発光部４に含める蛍光体の種類に応じて適宜選択すればよい。尚、レーザチップ１１のレーザ光の発振波長は、より好ましくは、３５０ｎｍ〜４１５ｎｍ（紫外光領域）の波長範囲内にあることが好ましい。

（サブマウント）
レーザチップ１１は、レーザチップと金属からなるステム１６との間での熱膨張係数差が大きいため、応力による特性劣化や剥がれを考慮して、サブマウントではサブマウント１２と呼ばれる放熱部材に半田で固定し、さらに、そのサブマウントをステムに固定する。サブマウントの素材は、熱膨張係数がレーザチップに近く熱伝導率が高い素材が選択される。

本実施の形態のサブマウント１２の構成材料は、ＡｌＮであるが、これに限定されない。例えば、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、ＣｕＷ、Ｃｕ、ダイヤモンド、又はＳｉ等を用いることができる。

なお、ステム１６をレーザチップと熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率の高いＡｌＮ等のセラミックとした場合、サブマウントはなくてもよい。

（ステム）
ステム１６は、鉄及び銅を含む心材を金でコーティングしたものからなっている。ステム１６の心材は、銅又は鉄のみでもよいし、コーティングは、Ａｇ、Ｐｔ、ＰｔＲｄ等でもよく、耐候性が問題にならない使用条件であれば、コーティングがされていなくてもよい。

部材コスト及び部材の加工性、レーザチップ１１において生じる熱を排熱する観点からは、ステム１６は熱伝導率の高い金属で構成されていることが好ましい。しかし、金属に限ったのもではなく、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックとしてもよい。

リード端子１７は、外部の電源から電力を供給するための端子である。

レーザチップ１１には、図示しない金細線を介してリード端子１７が接続されており、これらの配線を介して外部の電源から電力が供給される。

（光学ロッド）
上記光学ロッド１３Ａは、例えばガラス、アクリル又はポリカーボネート等の透明材料からなっており、レーザチップ１１から出射されたレーザ光の略ガウシアン分布からなる光強度分布を所定の分布に変換する導光部材からなる光学部材である。この光学ロッド１３Ａは、レーザ光を受光する入射端面１３ａ及びレーザ光を出射する出射端面１３ｂを備えている。入射端面１３ａは、光学ロッド１３Ａの一方の端部に形成されており、出射端面１３ｂは、光学ロッド１３Ａの他方の端部に形成されている。

入射端面１３ａは、レーザチップ１１の発光点の近傍に配置され、発光点から出射されたレーザ光が入射端面１３ａから光学ロッド１３Ａの内部へ入射する。この場合、例えば、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布として、エッジを形成するために、トップハット形状の分布にすることが考えられる。尚、光学ロッド１３Ａに入射する光は、１つのレーザチップからの光に限ったものではなく、複数のレーザチップからの光でもよい。また、光学ロッド１３Ａとレーザチップとの間にレンズ又はミラー等の光学部材が入っていてもよい。

しかしながら、本実施の形態のヘッドランプ１のように、すれ違い用前照灯（ロービーム）に適用する場合には、投光面における投光パターンの上側において明瞭なコントラストを形成する必要がある。その他にも、対向車にグレア感を与えないように障害物等の危険因子を照らす照明、又はスポットライトに代表される舞台照明等、明暗のコントラストをつける必要がある照明は多い。すなわち、図１０（ｃ）に示すように、光学ロッド１３Ａの出射光における光強度分布は、少なくとも一部に、エッジを有する。尚、このエッジは、必ずしも裾部分の光強度が０になっていなくてもよい。

これにより、図１（ａ）に示すように、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおいて、エッジを有する光強度分布を形成し、発光部４に投影することにより、照射パターンＰ１に明瞭なエッジを形成することが可能となる。したがって、その照射パターンＰ１を投光投影することにより、投光パターンＰ２に明瞭なコントラストを形成することができる。尚、照射パターンＰ１及び投光パターンＰ２については、後で詳述する。

ここで、エッジとは、理想的には、不連続な光強度分布のことをいう。したがって、光学ロッド１３Ａの出射光における光強度分布においてエッジが無いとは、図４（ａ）に示すように、光強度分布が連続的に変化することをいう。このように、理想的なガウシアン分布では、エッジは形成されない。しかし、図４（ａ）に示す光強度分布と同じ光強度勾配を有していても、図４（ｂ）に示すように、光強度分布のトップ幅が大きい場合には、図４（ｂ）に示す光強度勾配はエッジに該当する。

このように、エッジとは、ガウシアン分布における光強度減衰プロファイルよりもきつい光強度減衰プロファイルである光強度分布のことをいうが、このエッジは、光強度分布の幅に影響される。そこで、本実施の形態では、エッジとは、詳細には、図５（ａ）に示すように、ピーク光強度の８０％の位置とピーク光強度の１／（ｅ^２ ）となる位置との間隔が半値幅の１／２以下の間隔となっている場合をいう。すなわち、エッジは、光強度分布の幅を考慮すべく半値幅と関連して定義するのが正しい。この半値幅を考慮した場合、例えば、図５（ｂ）に示す光強度分布において、左側の光強度勾配はエッジであるが、右側の光強度勾配はエッジではない。

次に、図３に示すように、光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂが形成された出射端部は、キャップ１５を貫通して光源部１０の外部に延出しており、出射端面１３ｂと発光部４に照射される励起光のレーザ光スポット４ｂとが略光学的共役関係となるように、出射端面１３ｂ、レンズ３及び発光部４の位置関係が規定されている。レンズの開口率ＮＡが、光学ロッド１３Ａの開口率ＮＡよりも大きく設定されているため、効率良く発光部４においてレーザ光照射面４ａに照射される。

また、入射端面１３ａには、反射防止膜であるＡＲコート膜１４が配されている。そのため、入射端面１３ａにおいてレーザ光が反射することを防止でき、レーザ光が光学ロッド１３Ａの内部へ入射するときの損失を低減できる。ＡＲコート膜１４を出射端面１３ｂに設けてもよい。また、ＡＲコート膜１４は、反射防止構造の一例であり、モスアイ構造等を含む他の反射防止構造を入射端面１３ａに設けてもよい。

尚、光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂが形成された出射端部を光源部１０におけるキャップ１５の外部に延出させる必要は必ずしもなく、出射端面１３ｂをキャップ１５の内部に収納し、出射端面１３ｂから出射するレーザ光を透過する窓部としてキャップガラスをキャップ１５に設けてもよい。出射端面１３ｂが形成された出射端部を光源部１０におけるキャップ１５の外部に延出させるかどうかは、レーザ光を所定形状の光強度分布の光に変換するために必要となる光学ロッド１３Ａの長さに依存する。

図３に示す例では、光学ロッド１３Ａの長さは例えば２０ｍｍであり、ロッド径は０．４ｍｍである。ただし、光学ロッド１３Ａの大きさはこれに限定されない。

ここで、本実施の形態の光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂの形状は、例えば多角形に形成されている。これにより、例えば、出射端面１３ｂの形状を例えば長方形又は正方形等の四角形とした場合、つまり、光学ロッド１３Ａの立体形状を四角柱とした場合、発光部４のレーザ光照射面４ａにおける照射領域としてのレーザ光スポット４ｂの形状は、図６に示すように、出射端面１３ｂの長方形又は正方形等の四角形を反映したものとなる。この結果、出射端面１３ｂの形状を変更することにより、レーザ光スポット４ｂの形状を所望の形状にすることができる。

具体的には、本実施の形態のヘッドランプ１では、図１（ａ）に示すように、光学ロッド１３Ａにおける光分布形状は、照射面における照射パターンＰ１として投影されている。この照射パターンＰ１は、投光面において投光パターンＰ２として投光される。

すなわち、照射パターンＰ１は、上側の端部が所望のエッジを形成するようになっていればよいので、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂの形状も上側が略水平なエッジを有するものとなっている。ただし、照射パターンＰ１の下側はエッジの形成は要求されない。そのため、所望の照射パターンＰ１を投影できるように光学ロッド１３Ａの屈折率分布を制御し、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布を制御している。本実施の形態では、出射端面１３ｂの外形は、略楕円形に形成されているが、他の形状でもよい。

このように、本実施の形態の光学ロッド１３Ａにおける出射端面１３ｂの形状は、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性に対応した形状である。出射端面１３ｂの形状をこのような形状にすることにより、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性に対応した投光パターンＰ２を実現することができる。

ところで、上記の図３及び図１１では、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａの形状は、出射端面１３ｂの形状と同一形状となっている。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図７に示すように、入射端面１３ａ側の形状を出射端面１３ｂ側と異なる形状にしてもよい。例えば、入射端面１３ａ側の形状を複合放物面集光器（Compound Parabolic Concentrator：ＣＰＣ）形状（入射端面がレーザ素子の発光面積よりも大きく、その後、導波方向に略放物線形状で拡大していく形状）とすることが可能である。これにより、レーザチップ１１からのレーザ光を効率よくカップリングすることが可能である。

また、上記の図３では、光学ロッド１３Ａとレーザチップ１１とは突き合せて接続されている。これにより、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとは、直接的に接続されるので、例えば、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとの間に両者を光学的に接続させるレンズ等を設ける必要がなく、構造が簡単である。

しかしながら、必ずしもこれに限らず、図８に示すように、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ｂとを、互いに離間して設けることも可能である。尚、この場合には、レーザチップ１１からの出射光を光学ロッド１３Ｂに結合させるために、光源部１０にカップリングレンズ１８が必要となる。これにより、レーザチップ１１を有する光源部１０を光学ロッド１３Ｂと別体の設けることが可能となる。この結果、光源部１０の取り付け位置の自由度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、光学ロッド１３Ａ・１３Ｂは、例えばアクリル又はガラス等の透明材料からなっているが、必ずしもこれに限らず、図９に示すように、マルチモードファイバからなる光学ロッド１３Ｃとすることも可能である。

すなわち、光ファイバはコア（core）と呼ばれる芯とその外側のクラッド（clad）と呼ばれる部分、そしてそれらを覆う被覆の３重構造になっており、クラッドよりもコアの屈折率を高くすることによって、全反射や屈折によりできるだけ光を中心部のコアにだけ伝搬させる構造となっている。光ファイバは、光ファイバの中を伝播する光の経路によってモードが分かれる。つまり、光の経路が一つ（＝群速度が一つ、モードが一つ）となるファイバがシングルモードファイバであり、それ以外がマルチモードファイバである。マルチモードファイバは、シングルモードファイバに比べて、コア径が太く曲げに強い、光ファイバー同士の接続や光ファイバと機器との接続が比較的容易であり、伝送損失等が大きく長距離伝送に向かないが安価であるという特徴を有している。

この結果、マルチモードファイバを用いた光学ロッド１３Ｃとすることにより、例えば、光ファイバでないものを利用するよりも安価であり、また、導光距離を長くすることができる。このため、光源部１０から発光部４までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。

したがって、発光装置をヘッドランプ１に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに光源部１０を配置することができるので、設計の自由度が広がる。また、マルチモードファイバには、ファイバ出力端における光分布設計の自由度が高いというメリットもある。

尚、マルチモードファイバを用いる場合においても、出射端面１３ｂの光強度分布形状が、照射パターンＰ１として発光部４に投影されており、その照射パターンＰ１により形成された発光パターンを投光パターンＰ２として投光している。尚、光ファイバの屈折率分布やコア形状は、所望の投光パターンＰ２を投光できるように設計しており、投光パターンＰ２における明瞭なコントラストは、コア形状に起因している。コアの直径は例えば０．４ｍｍとすることができる。

ここで、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、マルチモードファイバを用いた光学ロッド１３Ｃにおいて、出射端面１３ｂにおけるエッジを形成したい部分にはＨＲ（Hight Reflection:高反射）コートを施すことが好ましい。これにより、図１０（ｃ）に示すように、エッジ部分のコントラストがより明瞭なものとなる。尚、ＨＲコートを施さない部分には、ＡＲ（Anti Reflection:反射防止）コートを施すことも可能である。

（キャップ）
上記キャップ１５は、図３に示すように、レーザチップ１１等の部材を封入又は封止するための部材である。特に、キャップ１５によって、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとの相対位置が固定される。キャップ１５の内側は空洞になっていてもよく、樹脂又は低融点ガラス等の物質によって充填されていてもよい。また、キャップ１５の全体を低融点ガラスで形成してもよい。

＜投光パターンの明瞭なコントラストを形成するための構成＞
本実施の形態のヘッドランプ１では、図１（ａ）に示すように、発光素子としてのレーザチップ１１にて出射された励起光は導光部材としての光学ロッド１３Ａに入射され、この励起光は光学ロッド１３Ａにて導光され、さらに、光学ロッド１３Ａからの出射光は照射パターンＰ１にて発光部４に入射される。そして、発光部４では蛍光体により蛍光が発せられ、発光パターンが形成される。該発光パターンは、リフレクタ等により投光パターンＰ２として投光投影される。

ここで、投光面における投光パターンＰ２の明瞭なエッジを形成するために、従来では、所望の投光パターンを得るべく、発光部を所望の投光パターンの相似形に遮蔽したり、マルチファセットミラーを介して投光面に照射させたりしていた。この結果、照明光のロスが発生するという問題を有していた。

そこで、この問題を解決するために、本実施の形態の発光装置及びヘッドランプ１では、以下の構成を有している。これらの構成について、前記図１（ａ）（ｂ）、並びに図１１及び図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図１１は、ヘッドランプ１における光学ロッド１３Ａの構成を示す斜視図である。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布と発光部４における光強度分布とが相似でない場合の一例を示す正面図である。図１３（ａ）はレーザチップ１１の出射端面の光分布を示す正面図であり、図１３（ｂ）は光学ロッド１３Ａの入射端面の光分布を示す正面図であり、図１３（ｃ）は光学ロッド１３Ａの入射端面の光分布を示す比較例の正面図である。図１４（ａ）はレーザチップと光学ロッドとを互いに離間して設けたヘッドランプにおける発光部への入射光を示す断面図であり、図１４（ｂ）は光学ロッドの出射端面における光強度分布を示す分布図であり、図１４（ｃ）は発光部の照射面における光強度分布を示す分布図である。

尚、以下の説明では、導光部材としての光学ロッド１３Ａについて説明するが、導光部材としての光学ロッド１３Ｂ・１３Ｃについてもその効果は同じである。

本実施の形態では、図１（ａ）（ｂ）及び図１１に示すように、光学ロッド１３Ａにおける出射光が出射される導光部材出射端面としての出射端面１３ｂの光強度分布形状は、上述したように、照射パターンＰ１の形状として投影している。相似形となる場合もあるし、相似形とならずに配置により一定方向に拡大又は縮小投影される場合もある。相似形とならない場合として、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、例えば、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂを出射した後、シリンドリカルレンズにて、縦方向に圧縮した場合には、相似形とはならない。このような構成とすることにより、光学ロッド１３Ａへのレーザ光のカップリングが容易となる場合がある。

また、本実施の形態では、光学ロッド１３Ａの出射光における発光部４でのレーザ光スポット４ｂは、発光部４よりも小さい。この結果、本実施の形態では、光学ロッド１３Ａからの射出光の略全光束が光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布を概ね保った状況で、発光部４のレーザ光照射面４ａの一部の領域（概ね照射領域）に照射パターンＰ１にてレーザ光スポット４ｂとして入射される。発光部４では、レーザ光が蛍光に変換され、照射パターンＰ１と略同一形状の発光パターンが形成される。そして、その発光パターンがリフレクタ等の光学デバイスにより投光パターンＰ２として投光投影される。

これにより、投光パターンＰ２の形状を光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂの光強度分布形状にて制御することができ、投光パターンＰ２の明瞭なコントラストを形成することができる。また、発光部４では、光学ロッド１３Ａの出射光における全光量を利用することができ、効率がよい。

したがって、投光面における投光パターンＰ２の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。

また、本実施の形態の発光装置では、光学ロッド１３Ａは、図１（ａ）に示すように、投光パターンＰ２の光分布形状を制御すべく調整された屈折率分布を有している。具体的には、光学ロッド１３Ａは、図１１に示す濃淡分布によって示される屈折率分布を示している。つまり、図１１においては、色が濃い部分である程、屈折率が高いことを示している。

すなわち、光学ロッド１３Ａの内部を導光する光は屈折率が高い部分に集中的に導光されるので、屈折率が高い部分において光学ロッド１３Ａの出射光における光強度を大きくすることができる。したがって、光学ロッド１３Ａの屈折率分布及び形状を調整することによって、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布形状を制御することができ、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂの光分布形状を、発光部４のレーザ光照射面４ａに投影することにより、レーザ光照射面４ａにおける照射パターンＰ１の明瞭なエッジを形成し、さらに照射パターンＰ１の光分布形状を制御することが可能となる。

また、本実施の形態では、図３に示すように、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａの形状は、レーザチップ１１の出射端部の光分布とマッチングし易い方向に設置されている。すなわち、図１３（ａ）に示すように、レーザチップ１１の出射端部の光分布が横方向に長い楕円である場合には、図１３（ｂ）に示すように、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａの形状は横方向に長い形状とし、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａにレーザチップ１１の横方向に長い楕円からなる出射端部の光分布が含まれるように配設する。したがって、図１３（ｃ）に示すように、光学ロッド１３Ａの入射端面１３ａの形状が縦方向に長い形状とはしない。

これにより、レーザチップ１１からの出射光の光学ロッドへのカップリング効率が高まる。

また、本実施の形態のヘッドランプ１では、前述したように、光学ロッド１３Ａの出射光における光強度分布は、エッジを有している。すなわち、例えば、導光部材の入射端における光強度分布が一般的なガウシアン分布であってとしても、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布をエッジを有するものに変換することができ、照射パターンＰ１の明瞭なエッジを形成することが可能である。

これにより、このエッジ部分を、投光面における投光パターンＰ２に対応させることにより、投光面における投光パターンＰ２の一部の端部に明瞭なコントラストを形成することが可能となる。

このように、本実施の形態の発光装置は、励起光を出射するレーザチップ１１と、蛍光体を含む発光部４と、光学ロッド１３Ａとを備え、レーザチップ１１から発光された励起光を光学ロッド１３Ａにて導光し、該光学ロッド１３Ａからの出射光を受けた発光部４から蛍光を投光面に投光パターンＰ２として投光させる。そして、光学ロッド１３Ａ・１３Ｂ・１３Ｃの出射端面１３ｂにおける光強度分布には、エッジが存在している。

すなわち、例えば、光学ロッド１３Ａの出射光における光強度分布の一部が一般的なガウシアン分布であってとしても、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を有していれば、発光部４の照射面における照射パターンＰ１の明瞭なエッジを形成することが可能である。

これにより、光強度が不連続に低下する部分（エッジ）を、投光面における投光パターンＰ２における一部の端部のエッジに対応させることにより、投光面における投光パターンＰ２の一部の端部に明瞭なエッジを形成することが可能となる。

したがって、発光部４に明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンＰ２の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。

また、本実施の形態の発光装置では、発光部４の光強度分布に存在するエッジを投影照射すべく、光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布にはエッジが存在している。これにより、発光部４の光強度分布にエッジを投影照射することができる。

また、本実施の形態の発光装置では、光学ロッド１３Ａの出射光における発光部４への照射領域は、発光部４の外形よりも小さい。

これにより、照射面における照射パターンＰ１の形状を出射端面１３ｂの形状にて制御することができ、照射面における照射パターンＰ１の明瞭なエッジを形成することができる。また、発光部４では、光学ロッド１３Ａの出射光における全光量を利用することができ、効率がよい。

したがって、照射面における照射パターンＰ１の明瞭なエッジを効率よく形成し、延いては投光面における投光パターンＰ２の明瞭なエッジを効率よく形成し得る発光装置を提供することができる。

尚、例えば、図１４（ａ）に示すように、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ｃとを互いに離間して設けた場合には、図１４（ｂ）（ｃ）に示すように、発光部４への照射領域であるレーザ光スポット４ｂは発光部４よりも大きくなる場合がある。すなわち、発光部４におけるレーザ光スポット４ｂからはみ出た部分の光は、無駄になり、迷光の理由にもなる。しかし、発光部４において導波路により、エッジを形成し、この範囲の光束量を下げることにより、従来例に比べた場合には、光学ロッド１３Ａの出射光における光量の利用率は高い。

また、本実施の形態の発光装置では、発光部４の厚さは、照射パターンＰ１の半値幅の１／２以下である。これにより、投影されたエッジのコントラストが下がってしまうことを防止することができる。

また、本実施の形態の発光装置では、光学ロッド１３Ａは、該光学ロッド１３Ａの出射端面１３ｂにおける光強度分布を制御すべく調整された屈折率分布を有している。この結果、光学ロッド１３Ａの屈折率分布を調整することによって、照射パターンＰ１の光分布形状を制御することができ、照射面における照射パターンＰ１の明瞭なエッジを形成することが可能となる。

また、本実施の形態の発光装置では、光学ロッド１３Ａと発光部４とは互いに離間して設けられている。これにより、発光部４を光学ロッド１３Ａとは別体に設けることが可能となるので、発光部４の取り付け位置の自由度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態の発光装置では、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとは、突き合せて接続されているとすることができる。これにより、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとは直接的に接続されるので、例えば、レーザチップ１１と光学ロッド１３Ａとの間に両者を光学的に接続させるレンズ等を設ける必要がなく、構造が簡単となる。

また、本実施の形態の発光装置では、マルチモードファイバからなる光学ロッド１３Ｃを用いることができる。これにより、光ファイバでない特注品を利用するよりも安価であり、また、導光距離を長くすることができる。このため、レーザチップ１１から発光部４までの距離が長くかつ直線では結べない場合等においてメリットがある。

したがって、発光装置をヘッドランプ１に利用する場合に、車両のボンネットの内部において空いているスペースに光源部１０を配置することができるので、設計の自由度が広がる。

また、本実施の形態のヘッドランプ１は、本実施の形態の発光装置を備えている。そして、発光部４におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンＰ１に基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光される。この結果、ヘッドランプ１の照明光の光分布形状を、法的に定められたすれ違い灯等の車両用前照灯の光分布形状に適合させることができる。

したがって、投光面における投光パターンＰ２の明瞭なコントラストを効率よく形成し得る発光装置を備えたヘッドランプ１を提供することができる。

さらに、本実施の形態の照明装置は、本実施の形態の発光装置を備えている。そして、発光部４におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンＰ１に基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光される。それゆえ、投光面における投光パターンＰ２の明瞭なコントラストを効率よく形成し得る発光装置を備えた照明装置を提供することができる。

尚、本発明は、上述した実施の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、本実施の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。

本発明は、励起光を出射する発光素子と、蛍光体を含む発光部と、導光部材とを備え、発光素子から発光された励起光を導光部材にて導光し、該導光部材からの出射光を受けた発光部から蛍光を投光面に投光パターンとして投光させる発光装置、車両用前照灯及び照明装置に関するものであり、ヘッドランプ等の車両用前照灯に適用することができる。また、照明装置は、すれ違い用前照灯（ロービーム）であってもよく、又は自動車以外の車両若しくは移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケット等）のヘッドランプとして適用することが可能である。さらに、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋外照明装置等の照明装置に適用することも可能である。

１ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
３ レンズ
４ 発光部
４ａ レーザ光照射面
４ｂ レーザ光スポット（照射領域）
５ パラボラミラー
１０ 光源部
１１ レーザチップ（発光素子）
１３Ａ 光学ロッド（導光部材）
１３Ｂ 光学ロッド（導光部材）
１３Ｃ 光学ロッド（導光部材）
１３ａ 入射端面
１３ｂ 出射端面
１４ ＡＲコート膜
１５ キャップ
１６ ステム
１７ リード端子
１８ カップリングレンズ
Ｐ１ 照射パターン
Ｐ２ 投光パターン

Claims (7)

1. 励起光を出射する発光素子と、蛍光体を含む発光部と、導光部材とを備え、発光素子から発光された励起光を導光部材にて導光し、該導光部材からの出射光が発光部に照射される発光装置において、
   上記導光部材の出射端面における光強度分布にはエッジが存在しており、
   上記出射端面と上記発光部との間に凸レンズが配設されることにより、上記出射端面と上記発光部に照射される上記励起光の照射領域とが光学的共役関係になっており、
   上記出射端面から出射された上記励起光が上記凸レンズを介して上記発光部に照射されることにより、上記発光部の光強度分布にエッジが存在することを特徴とする発光装置。
2. 前記導光部材の出射光における発光部への照射領域は、該発光部の外形よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光部の厚さは、該発光部の光強度分布における半値幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記導光部材は、該導光部材の出射端面における光強度分布を制御すべく調整された屈折率分布を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記導光部材は、マルチモードファイバからなっていることを特徴とする請求項１〜４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を備えた車両用前照灯であって、
   発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光されることを特徴とする車両用前照灯。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置を備えた照明装置であって、
   発光部におけるエッジが存在する光強度分布の照射パターンに基づいて蛍光体により蛍光が発せられ、投光面に投光パターンとして投光されることを特徴とする照明装置。