JP2014239080A - 発光装置、照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で所望の配光特性を実現する。【解決手段】発光装置１２０は、励起光を発生する複数のＬＤチップ（１０１）と、励起光が照射されることにより光を発生する複数の発光体（４０）と、複数の発光体（４０）から発生した光を投光する一つの投光部とを有している。複数の発光体（４０）は、一つの投光部に対する相対的な位置がそれぞれ異なる。【選択図】図４

Description

本発明は、光源として機能する発光装置および当該発光装置を備えた照明装置、並びに、前記発光装置又は前記照明装置を備えた車両用前照灯に関するものである。

車両用前照灯においては、安全上の観点から、複雑な配光特性が要求される。

このような複雑な配光特性を高い精度で実現するための光学系の設計においては、光源自体の大きさが小さい方が好ましい場合がある。

しかしながら、従来から車両用前照灯に使用されている光源としてのハロゲンランプやＨＩＤ（High Intensity discharge）ランプでは、その光源自体のサイズが大きいので、光学系の設計が複雑化し、適切な配光特性を実現することが困難な場合がある。

一方、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた従来の車両用前照灯では、白色ＬＥＤランプに光学系を設けた複数の光源装置の組合せによって、所望の配光特性を実現するものが存在している。

このような車両用前照灯又は光源装置に関する技術の一例として特許文献１に開示された車両用前照灯がある。

この特許文献１に開示された車両用前照灯では、レーザ光源を複数設け、異なる方向から１つの蛍光体に光を照射することにより、所望の配光特性を実現している。

また、従来の車両用前照灯又は光源装置に関する技術の他の例として特許文献２に開示された光源装置がある。

この特許文献２に開示された光源装置では、凹面鏡、該凹面鏡の焦点に設置された１つの蛍光体、及び鏡面側から蛍光体に赤外光を照射する照射部を備えることで、光源装置の小型化を実現している。

特開２００４−２４１１４２号公報（２００４年８月２６日公開） 特開平７−３１８９９８号公報（１９９５年１２月８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

しかしながら、前記従来の車両用前照灯では、基本的に１つの光源から発生する光を利用して所望の配光特性を実現しようとするものであるため、上述したように反射鏡又はレンズ等の光学系の複雑化を招いてしまうという問題点がある。

一方、上述した白色ＬＥＤに光学系を設けた複数の光源装置によって、所望の配光特性を実現する車両用前照灯では、光源装置を複数使用しているため、車両用前照灯全体が複雑化して大型化し、重量の増大や、コストアップを招いてしまうという問題点がある。

一方、特許文献２に開示された光源装置では、光源装置の小型化という観点は考慮されているものの、複雑な配光特性を実現するための具体的方法等については、全く開示されていない。

本発明は、前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、簡単な構成で所望の配光特性を実現する発光装置などを提供することにある。

本発明の一実施形態の発光装置は、励起光を発生する複数の励起光源と、励起光が照射されることにより光を発生する複数の発光部と、前記複数の発光部から発生した光を投光する一つの投光部とを有し、前記複数の発光部は、前記一つの投光部に対する相対的な位置がそれぞれ異なっている。

簡単な構成で所望の配光特性を実現する発光装置などを提供することができる。

本発明における発光装置の実施の一形態の概要構成を示す模式図である。 （ａ）は、前記発光装置に関し、励起光源の一例（ＬＥＤ）の回路図であり、（ｂ）は、前記ＬＥＤの概観を示す正面図であり、（ｃ）は、前記励起光源の他の例（ＬＤ）の回路図であり、（ｂ）は、前記ＬＤの概観を示す模式図である。 （ａ）は、前記発光装置に関し、励起光源と発光部との結合形態の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、前記結合形態の他の一例を示す模式図であり、（ｃ）は、前記結合形態のさらに他の一例を示す模式図である。 （ａ）は、本発明における発光装置の他の実施形態を示す模式図であり、（ｂ）は、前記発光装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。 （ａ）は、自動車用ヘッドランプ（ロービーム／ハイビーム）に要求される配光パターンを示す模式図であり、（ｂ）は、自動車用ヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。 （ａ）は、前記発光装置における発光部と反射鏡の一例（直方体状発光体と円形型反射鏡）の模式図であり、（ｂ）は、前記発光部と反射鏡の他の一例（円筒状発光体と楕円型反射鏡）の模式図であり、（ｃ）は、前記発光部と反射鏡のさらに他の一例（ロービーム用の複数の発光部と円形型反射鏡）を示す模式図である。 本発明における照明装置（又は車両用前照灯）の実施の一形態の概要構成を示す模式図である。 （ａ）は、前記ＬＤの光出射傾向を示す図であり、（ｂ）は、前記発光装置における発光部の一例を示す斜視図であり、（ｃ）は、導光部材の他端に凸レンズ状曲面が存在しない場合の出射光の一例を示す図であり、（ｄ）は、前記他端に凸レンズ状曲面が存在する場合の出射光の一例を示す図であり、（ｅ）は、導光部材の他端に凹レンズ状曲が存在しない場合の出射光の一例を示す図であり、（ｆ）は、前記他端に凹レンズ状曲面が存在する場合の出射光の他の一例を示す図である。 自動車用のヘッドランプに必要なレンズ直径をランプの種類で比較した様子を示す図である。 （ａ）は、ランプの種類でその性能を比較した図であり、（ｂ）は、従来の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図であり、（ｃ）は、前記発光装置（照明装置，車両用前照灯）を用いた場合の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図である。

本発明の一実施形態について図１〜図１０（ｃ）に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の項目で説明すること以外の構成は、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明する構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

なお、以下で説明する発光装置（照明装置，車両用前照灯）１１０、発光装置（照明装置，車両用前照灯）１２０、発光装置（照明装置，車両用前照灯）１４０及びロービーム用照明装置（発光装置，照明装置，車両用前照灯）１５０などの各形態は、いずれも、主として照明装置又は車両用前照灯の発光装置部に関して説明するが、本発明を具現化した形態はこれらの形態に限られず、照明装置又は車両用前照灯以外の灯具及び照明器具などの発光装置部としても適用することができる。

〔１．発光装置の概要構成について〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態である発光装置１１０の概要構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である発光装置１１０の概要構成を示す模式図である。

図１に示すように、発光装置１１０は、インコヒーレント光（光）Ｌ１を発生するものであり、レーザダイオード群（励起光源）１０、導光部（導光部材）２０、及び３つの円筒状発光体（発光部）４０を備える。

また、レーザダイオード群１０は、３個のＬＤチップ（励起光源）１０１を含んでおり、ＬＤチップ１０１は、３個の発光点（励起光源）１０２を有する１チップ３ストライプの半導体レーザ素子であり、光出力３．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流１．７Ａで、径５．６ｍｍのステムに実装されている。

また、発光点１０２から発生するレーザ光（励起光）Ｌ０の発振波長は、４０５ｎｍである。

なお、発光点１０２から発生するレーザ光Ｌ０の発振波長は、４０５ｎｍに限られず、青紫色領域又は青色領域（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の発振波長を有するものであれば良い。

また、現在の技術では波長３８０ｎｍ以下の良質な短波長レーザを作るのは困難であるが、将来的には３８０ｎｍ以下で発振するように設計されたＬＤチップ１０１も光源として採用しても良い。

このＬＤチップ１０１を３個用いて９Ｗで出力させたときの消費電力は計２５．５Ｗである。

これにより、単純計算で合計３つのＬＤチップ１０１の合計の光束が、光源全体の光束となるので、単一のＬＤチップ１０１のみを用いる場合と比較して光源全体の光束を約３倍程度大きくすることができる。但し、ＬＤチップ１０１の性能は均等であるものとする。

なお、本実施形態では、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１０１の数は３つとしているが、ＬＤチップ１０１の数はこれに限られず、１〜２つ又は４つ以上のいずれであっても良い。

また、励起光源は、本実施形態のＬＤチップ１０１のように複数の励起光源（発光点１０２）を一体化した１チップ複数ストライプの固体素子光源であっても良いし、以下説明するＬＤチップ１１のように１チップ１ストライプの固体素子光源であっても良い。

さらに、励起光源は、光の利用効率の低下を抑える観点からは、本実施形態のＬＤチップ１０１のようにコヒーレントなレーザ光Ｌ０を発生するものが好ましいが、後述するＬＥＤランプ（励起光源）１３のようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。

また、複数の励起光源は、ＬＤ又はＬＥＤのみで構成しても良いし、ＬＤ及びＬＥＤを混在させたものであっても良い。

次に、導光部２０は、レーザダイオード群１０から発生した各レーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光するようになっている。

なお、「複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光する」するとは、レーザダイオード群１０から発生した各レーザ光Ｌ０が導光されない円筒状発光体４０が生じないように、レーザ光Ｌ０を複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光することを意味する。

よって、光の利用効率の低下を防止しつつ、レーザダイオード群１０から発生した各レーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光させることが可能となる。

また、円筒状発光体４０から発生するインコヒーレント光Ｌ１を適宜変換するための導光部２０以外の光学系（例えば、以下で説明する反射鏡９０又は投影レンズ１００等）を、レーザダイオード群１０と複数の円筒状発光体４０との光学的な結合と無関係な要素とすることができる。

よって、導光部２０以外の光学系が、レーザダイオード群１０と複数の円筒状発光体４０との光学的結合に影響しないので、その分だけレーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止することができる。

ところで、上述したように、従来のハロゲンランプ・ＨＩＤランプなどのランプ光源を用いた車両用前照灯では、レンズと反射鏡からなる一光学系内の所望の位置に、複数のランプ光源を設置することが困難であった。

本実施形態の発光装置１１０では、上述したように、レーザダイオード群１０と複数の円筒状発光体４０とを別々の構成要素とし、これらを導光部２０を介して光学的に結合しているので、レーザダイオード群１０（ＬＤチップ１０１）のサイズと、複数の円筒状発光体４０のサイズとは無関係となる。よって、３つの円筒状発光体４０のそれぞれのサイズを小さくすることが可能である。

また、このように円筒状発光体４０のサイズを小さくすることが可能なため、発光装置１１０自体の小型化が可能となると共に、小型化した発光装置１１０内に複数の円筒状発光体４０を備えることが可能となる。よって、複数の円筒状発光体４０のそれぞれの配光特性を適宜組合せることにより、所望の配光特性を実現することが可能となる。

以上より、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を抑制しつつ所望の配光特性を実現し、かつ小型化が可能な発光装置１１０を提供することができる。

また、導光部２０を介して、レーザダイオード群１０と、円筒状発光体４０とを任意の間隔で空間的に分離することができるので、レーザダイオード群１０で発生する熱の影響により、円筒状発光体４０が劣化してしまうことを防止することができる。

次に、ＬＤチップ１０１の各発光点１０２から発振されるレーザ光Ｌ０は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、発光装置１１０は、導光部２０により、レーザ光Ｌ０を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。

そのため、非常に小さな円筒状発光体４０を形成することができ、その結果、小型の発光装置１１０を実現できる。

よって、例えば、このようなＬＤチップ１０１を励起光源として用いた発光装置１１０を各種照明器具などに適用することにより、各種照明器具などを小型化できるなど、種々のメリットが生まれる。

なお、図１に示す導光部２０は、レーザ光Ｌ０を複数の円筒状発光体４０のそれぞれにどの様に導光するかについては、具体的に記載していない。

しかしながら、導光部２０の具体例としては、大きく分けて、４つの形態が例示できる。

第１の形態は、導光部２０を一端から他端までの断面積がほぼ一定で分岐の存在しない複数の導光部材で構成する場合である。

例えば、導光部２０として、以下で説明する複数の光ファイバー（導光部，導光部材）２１や複数の円筒状導光部材（導光部，導光部材）２３などを用いる場合である。

第２の形態は、導光部２０を他端の断面積が一端の断面積よりも小さい、分岐の存在しない複数の導光部材で構成する場合である。

例えば、導光部２０として、以下で説明する円錐台状集光部材（導光部，導光部材）２４などを用いる場合である。

第３の形態は、導光部２０を一端から他端までの断面積がほぼ一定で分岐が存在する少なくとも１つの導光部材で構成する場合である。

例えば、導光部２０として、以下で説明する少なくとも１つの分岐型光ファイバー（導光部，導光部材）２２などを用いる場合である。

第４の形態は、導光部２０を他端の断面積が一端の断面積よりも小さい、分岐が存在する少なくとも１つの導光部材で構成する場合である。

例えば、導光部２０として、分岐が存在する、少なくとも１つの他端の断面積が一端の断面積よりも小さい導光管（導光部，導光部材）などを用いる場合である。

なお、導光部２０のより具体的な形態については後ほど説明する。

次に、円筒状発光体４０は、レーザ光Ｌ０が照射されると、インコヒーレント光Ｌ１を発生する。すなわち、円筒状発光体４０は、少なくともレーザ光Ｌ０が照射されることによりインコヒーレント光Ｌ１を発生する蛍光体を含んでいる。

また、本実施形態の発光装置１１０は、複数の円筒状発光体４０のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する反射鏡（不図示）を備えており、複数の円筒状発光体４０が、上述した光反射凹面の内部に配置されている。

さらに、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、光反射凹面の内部に複数の発光部を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

円筒状発光体４０の大きさ及び形状は、本実施形態では、直径１．９５ｍｍ、厚み１ｍｍであり、円盤状（円筒状）の形態をしている。

なお、本実施形態の円筒状発光体４０のように、３つの発光部の形状やサイズを、それぞれ同一としても良いし、異ならせても良い。また、３つの発光部のうち、１つの発光部の形状やサイズだけ異ならせても良い。

また、発光部の形状としては、この他、例えば、後述する直方体状発光体（発光部）４２、楕円筒状発光体（発光部）４３及び三角柱状発光体（発光部）４４のように、直方体状、楕円筒状、三角柱状など様々な形状を採用することができる。

ここで、円筒状発光体４０は、上述したように、少なくとも蛍光体を含んでいるが、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。

また、円筒状発光体４０は、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。分散媒は固体が好ましいが、光透過性のある円筒状の容器に蛍光体を封じ込めるような場合には、分散媒を液体としても良い。

分散媒としては、透光性の樹脂材料が好ましく、シリコーン樹脂が例示できる。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、重量比で１０：１程度とする。なお、分散媒は、シリコーン樹脂に限定されず、無機ガラス材料をはじめとするガラス材料であってもよいし、有機・無機ハイブリッド材料であっても良い。

また、蛍光体としては、サイアロン蛍光体（酸窒化物系蛍光体）若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体が好ましいが、セリウム（Ｃｅ）で賦活したイットリウム（Ｙ）−アルミニウム（Ａｌ）−ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）蛍光体などを用いても良い。

ここで、サイアロンは、窒化ケイ素と同様に、結晶構造によりα型とβ型とがある。特に、α−サイアロンは、一般式Ｓｉ_{１２−（ｍ＋ｎ）}Ａｌ_{（ｍ＋ｎ）}Ｏ_ｎＮ_１６−ｎ（ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ ，ｎは整数）であらわされる２８原子からなる単位構造の中に２箇所の空隙があり、ここに各種金属を侵入固溶させることが可能である。希土類元素を固溶させることで、蛍光体になる。カルシウム（Ｃａ）とユーロピウム（Ｅｕ）とを固溶させると、ＹＡＧ：Ｃｅよりも長波長の黄色から橙色の範囲で発光する特性の良い蛍光体が得られる。

また、サイアロン蛍光体は、青紫領域若しくは青色領域（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）の光で励起可能であり，白色ＬＥＤ用の蛍光体などに適している。

次に、サイアロン蛍光体の合成手順を示す。組成は、一般式Ｃａ_ｐＳｉ_{１２−（ｍ＋ｎ）}Ａｌ_{（ｍ＋ｎ）}Ｏ_ｎＮ_１６−ｎ：Ｅｕ_ｑ（ｐ ，ｑは、それぞれＣａ，Ｅｕの固溶量、ｍ＋ｎ＜１２，０＜ｍ ，ｎ＜１１；ｍ，ｎは整数）で表される。あらかじめ実験によりＣａの固溶量ｐとＥｕの固溶量ｑの最適値を求め，ｍおよびｎは電荷の中性を保つ条件などから決定する。

また、出発原料として窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３）の各粉末を用い、秤量・混合した後に焼結温度１７００℃で窒素ガス加圧焼結を行う。その後、これを粉末に崩せば、サイアロン蛍光体を得ることができる。

サイアロン蛍光体は、レーザ光Ｌ０に対する劣化耐性が強い蛍光体である。よって、理論的には、円筒状発光体４０をサイアロン蛍光体のみで構成すれば、劣化をより効果的に防止することができる。

また、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、円筒状発光体４０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励起光源として用いる場合に、本実施形態の発光装置１１０、後述する発光装置１２０、発光装置１４０及びロービーム用照明装置１５０などの寿命が短くなるのをより抑制することができる。

なお、円筒状発光体４０の劣化は、円筒状発光体４０に含まれる蛍光体の分散媒（例えば、シリコーン樹脂）の劣化が原因であると考えられる。すなわち、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光Ｌ０が照射されると６０〜８０％の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。この熱によって分散媒が劣化すると考えられる。

よって、円筒状発光体４０の温度は、円筒状発光体４０の劣化の防止の観点からは、１００度（セルシウス温度）以下に抑えることが好ましい。

また、分散媒としては、熱耐性の高い分散媒が好ましい。熱耐性の高い分散媒としては、例えば、ガラスなどが例示できる。

ところで、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ることが知られているが、この等色または補色の原理に基づきＬＤチップ１０１から発振されたレーザ光Ｌ０の色と蛍光体が発する光の色とを適切に選択することにより発光装置１１０の円筒状発光体４０から白色光を発生させることができる。

例えば、発光装置１１０のインコヒーレント光Ｌ１を白色とするには、１つの方法は、励起光として青紫色領域の発振波長（３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ未満）のレーザ光を用い、蛍光体として青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の組合せを採用すれば良い。

また、もう１つの方法は、励起光として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のレーザ光、黄色蛍光体又は緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。

さらに、励起光源として青色領域の発振波長（４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下）のＬＥＤ光、蛍光体として黄色蛍光体又は緑色蛍光体＋赤色蛍光体のいずれかの組合せを採用すれば良い。

なお、黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の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以下の波長を有する光を発する蛍光体である。

ここで、後述する実験結果によれば、単純計算で１Ｗのレーザ光源１つ当たりの、円筒状発光体４０から発光するインコヒーレント光Ｌ１の光束は、約１５０ｌｍ（ルーメン）程度である。

よって、３個の発光点１０２（３．０Ｗ）によるインコヒーレント光Ｌ１の光束は、４５０ｌｍ程度となる。ここで、ＬＤチップ１０１に対する導光部２０の光結合効率は１００％と仮定した。

３つの円筒状発光体４０のそれぞれからほぼ同程度の光束が出射されると仮定すると、発光装置１１０全体としては、約４５０×３＝１３５０ｌｍ程度と見積もれる。

これは、後述する高出力の白色ＬＥＤの４００〜５００ｌｍ程度と比較して３倍程度の値であり、７００〜１５００ｌｍの光束を実現するハロゲンランプに近い値であることが分かる。

以上によれば、高光束を実現することができる発光装置１１０を提供することができる。

〔２．励起光源の概要構成について〕
次に、図２（ａ）〜（ｄ）に基づき、励起光源の具体例について説明する。

図２（ａ）は、励起光源の一例であるＬＥＤランプ１３の回路図であり、図２（ｂ）は、ＬＥＤランプ１３の概観を示す正面図であり、図２（ｃ）は、励起光源の他の例であるＬＤチップ（励起光源）１１の回路図であり、図２（ｂ）は、ＬＤチップ１１の概観を示す模式図である。

図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤランプ１３は、アノード１４とカソード１５に接続されたＬＥＤチップ１３０が、エポキシ樹脂キャップ１６によって封じこめられた構成である。

図２（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ１３０は、ｐ型半導体１３１とｎ型半導体１３２とをｐｎ接合し、ｐ型電極１３３にカソード１５が接続され、ｎ型電極１３４にアノード１４が接続される。なお、ＬＤチップ１０１は、抵抗Ｒを介して電源Ｅと接続されている。

また、アノード１４とカソード１５とを電源Ｅに接続することにより、回路が構成され、電源ＥからＬＥＤチップ１３０に電力が供給されることによってｐｎ接合附近からインコヒーレントな励起光を発生する。

ＬＥＤチップ１３０の材料としては、発光色が赤色となるＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰなど、発光色が橙色となるＧａＡｓＰ、発色光が黄色となるＧａＡｓＰ、ＧａＰ、発光色が緑となるＧａＰ、発光色が青色となるＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体が例示できる。

なお、ＬＥＤチップ１３０は、約２Ｖ〜４Ｖ程度の低電圧で動作し、小型軽量で、応答速度が速い、長寿命で、低コストといった特徴がある。

次に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ＬＤチップ１１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としては、その他には、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＣ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂおよびＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣｒＯ_２およびＣｅＯ_２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。

アノード電極１７は、クラッド層１１２を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。

カソード電極１９は、基板１８の下部から、クラッド層１１３を介して活性層１１１に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極１７・カソード電極１９に順方向バイアスをかけて行う。

活性層１１１は、クラッド層１１３及びクラッド層１１２で挟まれた構造になっている。

また、活性層１１１およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはＡｌＩｎＧａＮから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体によって構成されていてもよい。

また、活性層１１１は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層１１２及びクラッド層１１３との屈折率差により、発光した光が活性層１１１内に閉じ込められる。

さらに、活性層１１１には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が形成されており、この表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５が鏡の役割を果す。

ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層１１１の表側へき開面１１４・裏側へき開面１１５（本実施の形態では、便宜上表側へき開面１１４とする）から出射され、励起光Ｌ０となる。なお、活性層１１１は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。

なお、表側へき開面１１４と対向する裏側へき開面１１５には、レーザ発振のための反射膜（図示せず）が形成されており、表側へき開面１１４と裏側へき開面１１５との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面１１４より励起光Ｌ０の大部分を発光点１０３から照射されるようにすることが出来る。

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。

〔３．励起光源と発光部との結合形態〕
次に、図３（ａ）〜（ｃ）に基づき、本発明の発光装置に関し、励起光源と発光部との結合形態について説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）では、ＬＤチップ１０１が、それぞれ、３つ、２つ、５つ存在している場合を示している。なお、ＬＤチップ１０１の数は、１つであっても良いし、複数であっても良い。

また、上述した導光部２０の具体例である導光部材の一例として光ファイバー２１、分岐型光ファイバー２２を示しているが、これに限られず、後述する円筒状導光部材２３や円錐台状集光部材２４などのように導光管のようなものを採用しても良い。

なお、楕円筒状発光体４１は、長径３ｍｍ、短径１ｍｍ、厚み１ｍｍであり、楕円筒状の形態をしている。

また、図３（ａ）〜（ｃ）に示した各実施形態では、複数の発光部（円筒状発光体４０又は楕円筒状発光体４１）のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する反射鏡（不図示）を備えており、複数の発光部が、上述した光反射凹面の内部に配置されているものとする。

これにより、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、光反射凹面の内部に複数の発光部を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

図３（ｃ）に示す円筒状発光体４０と楕円筒状発光体４１のように、本実施形態で説明した例のように、複数の発光部のうち、少なくとも１つの発光部の形状が、他の発光部の形状と異なっていても良い。

このように、各発光部の形状を異ならせることによって、各発光部が発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状などの、各発光部からの光の配光パターンを異ならせることができる。

よって、本実施形態で説明した例のように、複数の発光部のそれぞれの各発光部の形状を適宜調整することにより、所望の配光パターンを実現することができる。

また、図３（ｃ）に示す円筒状発光体４０と楕円筒状発光体４１のように、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記複数の発光部のうち、少なくとも１つの発光部のサイズが、他の発光部のサイズと異なっていても良い。

ところで、ある発光部のサイズが点光源とみなせる程小さい場合、その発光部からは、発光部の形状による影響を受けない等方的な光が発生する。

例えば、円筒状発光体４０は、楕円筒状発光体４１よりも小さく、その発光部からは、発光部の形状による影響を受けない等方的な光が発生する。

一方、ある発光部のサイズが点光源とみなせない程の大きさを持つ場合、その発光部からの光は、発光部の形状による影響を受けた、上述の等方的な光よりも対称性の低い配光パターンの光が発生する。

例えば、楕円筒状発光体４１は、円筒状発光体４０よりも大きく、発光部の楕円形状による影響を受けた、上述の等方的な光よりも対称性の低い配光パターンの光が発生する。

よって、本実施形態で説明した例のように、各発光部のサイズを異ならせることによって、各発光部の配光パターンを異ならせることができる。

次に、図３（ａ）及び（ｃ）に示す光ファイバー２１は、レーザ光Ｌ０を反射するコアとクラッドとの境界面（光反射側面）で囲まれた囲繞構造を有し、ＬＤチップ１０１のいずれかが発生したレーザ光Ｌ０を１つの一端から入射させると共に、１つの他端から３つの円筒状発光体４０のいずれかに導光している。すなわち、光ファイバー２１は、後述する分岐型光ファイバー２２と異なり、分岐が存在していない光ファイバーである。

よって、レーザ光Ｌ０を反射するコアとクラッドとの境界面により、レーザ光Ｌ０が逃げるのを防ぐことができるので、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止しつつ、ＬＤチップ１０１から発生したレーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光させることが可能となる。

光ファイバー２１は、コア径２００μｍ、クラッド径２４０μｍ、開口数ＮＡ＝０．２２の石英製の光ファイバーである。

なお、図３（ａ）では、ＬＤチップ１０１と同数の３本の光ファイバー２１が存在している様子を示しており、図３（ｃ）では、ＬＤチップ１０１と同数の５本の光ファイバー２１が存在している様子を示している。

一方、図３（ｂ）に示す分岐型光ファイバー２２は、レーザ光Ｌ０を反射するコアとクラッドとの境界面で囲まれた囲繞構造を有し、１つのＬＤチップ１０１が発生したレーザ光Ｌ０を１つの一端から入射させると共に、２つの他端から２つの円筒状発光体４０のそれぞれに導光している。すなわち、分岐型光ファイバー２２は、導光されるレーザ光Ｌ０の光路を２分割する分岐Ｄが存在している。

よって、レーザ光Ｌ０を反射するコアとクラッドとの境界面により、レーザ光Ｌ０が逃げるのを防ぐことができるので、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止しつつ、ＬＤチップ１０１から発生したレーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光させることが可能となる。

分岐型光ファイバー２２は、コア径２００μｍ、クラッド径２４０μｍ、開口数ＮＡ＝０．２２の石英製の光ファイバーである。

以上のように、複数の光ファイバー２１や分岐型光ファイバー２２を用いるという簡便な方法で、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止しつつ、複数のＬＤチップ１０１と複数の円筒状発光体４０とを光学的に結合することができる。

また、光ファイバー２１や分岐型光ファイバー２２の太さと数にも拠るが、通常、複数の光ファイバー２１や分岐型光ファイバー２２を束ねてもその厚さはそれ程大きくならない。

よって、ＬＤチップ１０１と円筒状発光体４０の間に別の光学系（不図示）が存在し、その光学系に穴を空けて複数の光ファイバー２１や分岐型光ファイバー２２の束を通す必要がある場合などでも、その光学系に、多数の穴や、大きな穴を空けなくて済むので、その光学系の機能の劣化を防ぐことができる。但し、光学系の穴に、分岐型光ファイバー２２の束を通す場合には、分岐Ｄの存在に注意する。

次に、励起光源と発光部との結合形態について詳細に説明する。励起光源と発光部との結合形態、すなわち、光ファイバー２１や分岐型光ファイバー２２を用いて複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光するパターンとしては、以下のパターンが例示できる。

まず、第１のパターンは、複数の円筒状発光体４０と同数の光ファイバーを用意できる場合であり、ＬＤチップ１０１から円筒状発光体４０に対して一意対応で光学的に結合するパターンである。

ここで、「一意対応」には、ＬＤチップ１０１と円筒状発光体４０との対応関係が、図３（ａ）に示すように、「ＬＤチップ１１から円筒状発光体４０への一対一対応のみである場合」や、図３（ｃ）に示すように、「ＬＤチップ１０１から円筒状発光体４０への多対一対応（図では三対一対応）と一対一対応との組合せである場合」が含まれる。

また、「一意対応」には、その他、「ＬＤチップ１０１から円筒状発光体４０への多対一対応のみである場合」（不図示）のいずれの場合も含まれる。

なお、「一意対応」では、特定のＬＤチップ１０１は、必ず１つの円筒状発光体４０と、光ファイバー２１を介して光学的に結合され、このＬＤチップ１０１が、その他の円筒状発光体４０と光ファイバー２１を介して光学的に結合することは無いものとする。

例えば、図３（ｃ）に示す例では、ＬＤチップ１０１が５つ存在し、発光部が円筒状発光体４０の２つと楕円筒状発光体４３の１つの計３つ存在し、２つの円筒状発光体４０のそれぞれは、１つのＬＤチップ１０１と一対一対応で光学的に結合され、楕円筒状発光体４３は、残りの３つのＬＤチップ１０１と三対一対応で光学的に結合されることになる。

すなわち、円筒状発光体４０又は楕円筒状発光体４３のいずれか１つの発光部が、５つの励起光源と五対一対応で光学的に結合され、他の発光部が、どのＬＤチップ１０１とも光学的に結合されないような場合などは「一意対応」に含まれない。

次に、第２のパターンは、図３（ｂ）に示すように、複数の円筒状発光体４０の数よりも光ファイバーの数が少ない場合であり、以下のようなパターンである。

なお、光ファイバーの数が少ない場合とは、言い換えれば、複数の円筒状発光体４０の数よりもＬＤチップ１０１の数が少なくＬＤチップ１０１の数と同数だけ光ファイバーを用意しても、光学的に結合されない円筒状発光体４０が生じてしまう場合である。

すなわち、このような場合には、分岐型光ファイバー２２のように、導光されるレーザ光Ｌ０の光路を分割する分岐Ｄが存在していることが必要である。

これにより、上述したように複数の円筒状発光体４０の数よりも光ファイバーの数が少ない場合でも、光学的に結合されない円筒状発光体４０の数だけ、光ファイバーを分岐させることで、光学的に結合されない円筒状発光体４０が生じないようにすることができる。

なお、光ファイバーを分岐させる方法には、１つの光ファイバーだけ分岐させる方法の他、図３（ｂ）に示すように、２以上の光ファイバーのそれぞれ分岐させる方法が含まれる。

また、１つの光ファイバーでは、図３（ｂ）に示すように、導光されるレーザ光Ｌ０の光路を２分割しても良いし、３以上分割しても良い。

以上の、第１のパターン及び第２のパターンのいずれかによれば、ＬＤチップ１０１から発生したレーザ光Ｌ０が導光されない円筒状発光体４０や楕円筒状発光体４３が生じないようにすることができる。

次に、図３（ｃ）に示す例では、円筒状発光体４０は、１つのＬＤチップ１０１と一対一対応で光学的に結合しているが、楕円筒状発光体４１は、１つのＬＤチップ１０１と三対一対応で光学的に結合している。

よって、楕円筒状発光体４１に照射されるレーザ光Ｌ０の光出力は、円筒状発光体４０に照射されるレーザ光Ｌ０の光出力の約３倍となる。

このように、各発光部に照射されるレーザ光Ｌ０の光出力を異ならせることによって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を異ならせることができる。

よって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を適宜調整することにより、所望の配光特性を実現することができる。

〔４．発光装置の具体例について（その１）〕
次に、図４（ａ）に基づき、本発明の他の実施形態である発光装置１２０の概要構成について説明する。

図４（ａ）は、導光部２０の一例として、円筒形状をなした、３つの円筒状導光部材２３を採用した発光装置１２０の構成を示している。

なお、本実施形態では、３つの円筒状導光部材２３を採用したが、複数であれば円筒状導光部材２３を幾つ用いても良い。

また、本実施形態では、円筒状導光部材２３を例にとって説明するが、各導光部材の形状はこれに限られず、多角柱状など様々な形状を採用することができる。

図４（ａ）に示すように、発光装置１２０は、インコヒーレント光Ｌ１を発生するものであり、レーザダイオード群１０、３つの円筒状導光部材２３、及び３つの円筒状発光体４０を備える。

レーザダイオード群１０は、上述したように、３個のＬＤチップ１０１を含んでおり、ＬＤチップ１０１は、３個の発光点１０２を有する１チップ３ストライプの半導体レーザ素子である。

なお、本実施形態では、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１０１の数は３つとしているが、ＬＤチップ１０１の数はこれに限られず、１〜２つ又は４つ以上のいずれであっても良い。

また、本実施形態では、円筒状発光体４０の数は、ＬＤチップ１０１の数と同数であるが、ＬＤチップ１０１の数より少なくても良い。但しこの場合、少なくとも１本の円筒状導光部材２３を分岐させる必要がある。

次に、円筒状導光部材２３は、円筒形状をなしており、光入射面（一端）２３１から入射したレーザ光Ｌ０を反射する円筒側面（光反射側面，囲繞構造）２３３で囲まれた囲繞構造を有している。

よって、レーザ光Ｌ０を反射する光反射側面で囲まれた円筒側面２３３により、レーザ光Ｌ０が逃げるのを防ぐことができるので、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止しつつ、ＬＤチップ１０１から発生したレーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光させることが可能となる。円筒状導光部材２３は、石英（ＳｉＯ_２）製であり、屈折率は、１．４５である。なお、円筒状導光部材２３の材質としては、石英の他、ＢＫ（ボロシリケート・クラウン）７等の光学ガラスやエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの透明樹脂を使用することができる。

また、円筒側面２３３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、ＬＤチップ１０１の円筒状導光部材２３に対する光結合効率は９０％である。よって、３つのＬＤチップ１０１の光出力が９Ｗの時、３つの円筒状発光体４０には約８Ｗのレーザ光が照射される。なお、円筒側面２３３にコーティングする素材としては、円筒状導光部材２３よりも低屈折率の素材であればよく、空気に直接接していてもよい。

光入射面２３１は円形状をなしており、その径は２ｍｍ程度であり、一方、光照射面（他端）２３２も円形状をなしており、その径は２ｍｍ程度である。

すなわち、本実施形態では、光入射面２３１の断面積は、光照射面２３２の断面積と等しくなっており、光入射面２３１から入射したレーザ光Ｌ０を、円筒側面２３３により、光照射面２３２に導光する。

ここで、円筒状導光部材２３は、ＬＤチップ１０１から発生するレーザ光Ｌ０の光路の周囲を取り囲む（囲繞）ように構成する。

「囲繞構造」の例としては、本実施形態のような円筒側面の他、多角柱側面などが例示できる。

以上の構成によれば、複数のＬＤチップ１０１から発生する各レーザ光Ｌ０を複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光することができる。なお、円筒状発光体４０は、上述したものと同じである。

また、本実施形態の円筒状発光体４０のように、３つの発光部の形状やサイズを、それぞれ同一としても良いし、異ならせても良い。また、３つの発光部のうち、１つの発光部の形状やサイズだけ異ならせても良い。

発光部の形状としては、この他、例えば、後述する直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のように、直方体状、楕円筒状、三角柱状など様々な形状を採用することができる。

発光部に含まれる蛍光体としては、上述したサイアロン蛍光体若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体が好ましいが、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などを用いても良い。

発光装置１２０のインコヒーレント光Ｌ１を白色とするには、上述した方法と同じ方法を採用すれば良い。

次に、本実施形態の発光装置１２０は、複数の円筒状発光体４０のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する断面が円形状の反射鏡９０を備えており、複数の円筒状発光体４０が、上述した光反射凹面の内部に配置されている。

さらに、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、反射鏡９０の光反射凹面の内部に複数の円筒状発光体４０を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

また、発光装置１２０は、投影レンズ１００を備えている。

投影レンズ１００は、反射鏡９０の開口部に設けられている。また、円筒状発光体４０から発生し、反射鏡９０によって反射された光は、投影レンズ１００を通って発光装置１２０の前方へ出射される。

ここで、後述する実験結果によれば、単純計算で１Ｗのレーザ光源１つ当たりの、円筒状発光体４０から発光するインコヒーレント光Ｌ１の光束は、約１５０ｌｍ（ルーメン）程度である。

よって、３個の発光点１０２（３．０Ｗ）によるインコヒーレント光Ｌ１の光束は、４５０×０．９＝４０５ｌｍ程度となる。ここで、ＬＤチップ１０１に対する導光部２０の光結合効率は９０％と仮定した。

３つの円筒状発光体４０のそれぞれからほぼ同程度の光束が出射されると仮定すると、発光装置１２０全体としては、約４０５×３＝１２１５ｌｍ程度と見積もれる。

これは、後述する高出力の白色ＬＥＤの４００〜５００ｌｍ程度と比較して３倍程度の値であり、７００〜１５００ｌｍの光束を実現するハロゲンランプに近い値であることが分かる。

以上によれば、高光束を実現することができる発光装置１２０を提供することができる。

〔５．発光装置の具体例について（その２）〕
次に、図４（ｂ）に基づき、本発明のさらに他の実施形態である発光装置１４０の概要構成について説明する。

図４（ｂ）は、導光部２０の一例として、先細りの円柱形状をなした、３つの円錐台状集光部材２４を採用した発光装置１４０の構成を示している。

なお、本実施形態では、３つの円錐台状集光部材２４を採用したが、複数であれば円錐台状集光部材２４を幾つ用いても良い。

また、本実施形態では、円錐台状集光部材２４を例にとって説明するが、導光部材の形状はこれに限られず、楕円錐台、角錐台状など様々な形状を採用することができる。

図４（ｂ）に示すように、発光装置１４０は、インコヒーレント光Ｌ１を発生するものであり、レーザダイオード群１０、３つの円錐台状集光部材２４、及び３つの円筒状発光体４０を備える。

レーザダイオード群１０は、上述したように、３個のＬＤチップ１０１を含んでおり、ＬＤチップ１０１は、上述したものと同じである。

なお、本実施形態では、レーザダイオード群１０を構成するＬＤチップ１０１の数は３つとしているが、ＬＤチップ１０１の数はこれに限られず、１〜２つ又は４つ以上のいずれであっても良い。

また、本実施形態では、円錐台状集光部材２４の数は、ＬＤチップ１０１の数と同数であるが、ＬＤチップ１０１の数より少なくても良い。但しこの場合、少なくとも１本の円錐台状集光部材２４を分岐させる必要がある。

次に、円錐台状集光部材２４は、それぞれ先細りの円柱形状をなしており、光入射面（一端）２４１から入射したレーザ光Ｌ０を反射する円錐台側面（光反射側面，囲繞構造）２４３で囲まれた囲繞構造を有している。

よって、レーザ光Ｌ０を反射する光反射側面で囲まれた円錐台側面２４３により、レーザ光Ｌ０が逃げるのを防ぐことができるので、レーザ光Ｌ０の利用効率の低下を防止しつつ、ＬＤチップ１０１から発生したレーザ光Ｌ０を、複数の円筒状発光体４０のそれぞれに導光させることが可能となる。

円錐台状集光部材２４は、ＢＫ７製であり、屈折率は、１．５１９である。

また、円筒側面２３３は、直接空気と接しており、ＬＤチップ１０１の円筒状導光部材２３に対する光結合効率は９０％である。よって、３つのＬＤチップ１０１の光出力が９Ｗの時、３つの円筒状発光体４０には約８Ｗのレーザ光が照射される。

光入射面２４１は円形状をなしており、その径は７ｍｍ程度であり、一方、光照射面（他端）２４２も円形状をなしており、その径は２ｍｍ程度である。

すなわち、光照射面２４２の断面積は、光入射面２４１の断面積よりも小さくなっており、光入射面２４１から入射したレーザ光Ｌ０を、円錐台側面２４３により、光照射面２４２に導光する。

ここで、円錐台側面２４３は、ＬＤチップ１０１から発生するレーザ光Ｌ０の光路の周囲を取り囲む（囲繞）ように構成する。

「囲繞構造」の例としては、本実施形態のような円錐台側面の他、楕円錐台側面や角錐台側面のような錐台側面が例示できる。

これにより、光入射面２４１から入射したレーザ光Ｌ０を、光入射面２４１の断面積よりも小さい断面積を有する光照射面２４２に導光する、すなわち、レーザ光Ｌ０を、光照射面２４２に集光することができる。

よって、円錐台状集光部材２４の光照射面２４２の断面積を小さくすることにより、その円錐台状集光部材２４に対応する円筒状発光体４０のさらなる小型化が可能となる。

次に、円筒状発光体４０は、上述したものと同じである。

なお、本実施形態の円筒状発光体４０のように、３つの発光部の形状やサイズを、それぞれ同一としても良いし、異ならせても良い。また、３つの発光部のうち、１つの発光部の形状やサイズだけ異ならせても良い。

また、発光部の形状としては、例えば、後述する直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のように、直方体状、楕円筒状、三角柱状など様々な形状を採用することができる。

発光部に含まれる蛍光体としては、上述したサイアロン蛍光体若しくはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体が好ましいが、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などを用いても良い。

発光装置１４０のインコヒーレント光Ｌ１を白色とするには、上述した方法と同じ方法を採用すれば良い。

次に、本実施形態の発光装置１４０は、複数の円筒状発光体４０のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する断面が円形状の反射鏡９０を備えており、複数の円筒状発光体４０が、上述した光反射凹面の内部に配置されている。

さらに、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、反射鏡９０の光反射凹面の内部に複数の円筒状発光体４０を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

また、発光装置１４０は、投影レンズ１００を備えている。

投影レンズ１００は、反射鏡９０の開口部に設けられている。また、円筒状発光体４０から発生し、反射鏡９０によって反射された光は、投影レンズ１００を通って発光装置１４０の前方へ出射される。

ここで、後述する実験結果によれば、単純計算で１Ｗのレーザ光源１つ当たりの、円筒状発光体４０から発光するインコヒーレント光Ｌ１の光束は、約１５０ｌｍ（ルーメン）程度である。

よって、３個の発光点１０２（３．０Ｗ）によるインコヒーレント光Ｌ１の光束は、４５０×０．９＝４０５ｌｍ程度となる。ここで、ＬＤチップ１０１に対する導光部２０の光結合効率は９０％と仮定した。

３つの円筒状発光体４０のそれぞれからほぼ同程度の光束が出射されると仮定すると、発光装置１４０全体としては、約４０５×３＝１２１５ｌｍ程度と見積もれる。

これは、後述する高出力の白色ＬＥＤの４００〜５００ｌｍ程度と比較して３倍程度の値であり、７００〜１５００ｌｍの光束を実現するハロゲンランプに近い値であることが分かる。

以上によれば、高光束を実現することができる発光装置１４０を提供することができる。

〔６．ロービームに適した発光部及び反射鏡の選定について〕
次に、図５（ａ）〜図６（ｃ）に基づき、ハイビーム／ロービームに適した発光部及び反射鏡の選定方法について説明する。

まず、図５（ａ）は、自動車用ヘッドランプに要求される配光パターンを示す模式図である。

図５（ａ）に示すように、ヘッドランプに要求される配光パターンには、ロービームに要求される配光パターンとハイビームに要求される配光パターンとの２種類がある。

図５（ａ）に示すスクリーン配光は、ヘッドランプに正対させた鉛直なスクリーンに照射される光の照度分布である。正面方向の最も明るい部分をホットゾーンと呼び、この部分の光度が遠方への到達距離を決定する。

また、ロービームでは、対向車へのグレア（まぶしさ）を抑制するために、水平線の上下で大きな明暗差が要求される。

図５（ｂ）は、自動車用ヘッドランプのロービームに要求される配光特性を示す図である。

次に、ハイビームに適した発光部及び反射鏡の形態について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、車両用ヘッドランプ（ハイビーム）の配光パターンは、鉛直方向に狭く、左右に広く、発光部の形状は、水平方向に対して横長であることが望ましい。

このような横長の配光パターンを実現するためには、以下で説明する２つの形態が考えられる。

まず、第１の形態は、図６（ａ）に示すように、断面形状が円形状の反射鏡９０と、水平方向に対して横長の直方体状発光体４２を組合せた形態である。

次に、第２の形態は、図６（ｂ）に示すように、断面形状が楕円形状の反射鏡９１と、円筒状発光体４０を組合せた形態である。

このような２つの形態について、横長の配光パターンで照射できる能力（光学系の効率）についてシミュレーション計算を行ったところ、第１の形態の方が、第２の形態よりも能力が高いことが分かった。

これは、従来の車両用前照灯のように、反射鏡の形状等を工夫するよりも、発光部の形状を工夫したほうが、所望の配光パターンを実現するのに有利であることを示している。

以上より、ハイビームに適した発光部及び反射鏡は、第１の形態（図６（ａ））であることが好ましい。

次に、図５（ｂ）及び図６（ｃ）に基づき、ロービームに適した発光部及び反射鏡の形態の一例について説明する。

まず、図５（ｂ）に示すように斜線領域Ｉと領域ＩＶとの境界、斜線領域ＩＩＩと領域ＩＶとの境界にロービーム特有の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインが形成されている。このロービームに要求される配光特性では、水平線の上下で大きな明暗差が要求されている。

そこで、図５（ｂ）に示す配光パターンを１８０度回転させ、その配光パターンのカットラインの形状に基づいて選択した、図６（ｃ）に示すロービームに適した発光部及び反射鏡の形態の一例について説明する。

なお、図５（ｂ）に示す配光パターンを１８０度回転させたのは、インコヒーレント光Ｌ１が投射される際には、上下左右が反転することを考慮したものである。

図６（ｃ）は、ロービーム用の発光部と反射鏡の一例を示す模式図である。なお、図では、発光部の形状、サイズ、配置などをかなり誇張して示している。

実際は、図で示すよりも、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４は、反射鏡９０の極中心Ｏ附近に近接して配置することが好ましい。

図６（ｃ）に示すように、鉛直方向の断面が水平方向に長い矩形形状の直方体状発光体４２と、鉛直方向の断面が水平方向に長い略楕円形状の楕円筒状発光体４３と、鉛直方向の断面が三角形状の三角柱状発光体４４とを備えている。

ここで、水平方向に長い直方体状発光体４２及び楕円筒状発光体４３を選択し、直方体状発光体４２と、楕円筒状発光体４３と、三角柱状発光体４４とをこの順で、左から右へｘ軸（水平方向）に沿って、配列しているのは、全体として横長の配光パターンであるので、上述した第１の形態を考慮した結果である。

このような直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４の組合せにより、水平方向長い照射範囲を有する光を配光することができる。

また、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のように、各発光部の形状を異ならせることによって、各発光部が発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状などの、各発光部からの光の配光パターンを異ならせることができる。

よって、複数の発光部のそれぞれの各発光部の形状を適宜調整することにより、所望の配光パターンを実現することができる。

なお、本実施形態では、ロービームに要求される配光パターンを考慮して、楕円筒状発光体４３は、主として走行車線を照らすためのインコヒーレント光Ｌ１を発するものであり、若干横長の楕円筒形状を採用している。

また、三角柱状発光体４４は、路側、歩道側を照らすためのインコヒーレント光Ｌ１を発するものであり、略三角柱形状を採用している。

さらに、直方体状発光体４２は、対向車線側かつ水平線より下側を照らすためのインコヒーレント光Ｌ１を発するものであり、横長の略直方体形状を採用している。

〔７．ロービーム用照明装置の具体例について〕
次に、図７に基づき、本発明のさらに他の実施形態であるロービーム用照明装置（発光装置，照明装置）１５０の概要構成について説明する。

図７は、導光部２０として複数の光ファイバー２１及び第１レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）３２、第２レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）３３、第３レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）３４の組合せを採用したロービーム用照明装置１５０の構成を示す模式図である。

なお、本実施形態では、第１レンズ３２、第２レンズ３３及び第３レンズ３４のいずれも軸に垂直な断面形状が略楕円形状の凸レンズを採用しているが、必要に応じて、レンズ（又はレンズ状曲面）の形状としては、凹レンズ（又は凹レンズ状曲面）を採用しても良い。

また、凸レンズと凹レンズとを適宜組合せたレンズ（又はレンズ状曲面）を採用しても良い。なお、レンズ状曲面等の具体的な選定方法等については、後述する。

図７に示すように、ロービーム用照明装置１５０は、ＬＤチップ（励起光源）１００１、ロッド状レンズ５０、固定持具６０、合計５本の光ファイバー２１、フェルール７０、第１レンズ３２、第２レンズ３３、第３レンズ３４、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３、三角柱状発光体４４、反射鏡９０及び投影レンズ１００を備える構成である。

なお、図７では、フェルール７０、第１レンズ３２、第２レンズ３３、第３レンズ３４、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のサイズは、かなり誇張して示しているが、実際は、反射鏡９０及び投影レンズ１００と比較してかなり小さい。

ＬＤチップ１００１は、１チップ５ストライプ、すなわち、発光点（励起光源）１００２を５つ持った単一（１チップ）の半導体レーザである。

また、それぞれの発光点１００２の出力は１Ｗ、ＬＤチップ１００１の１チップから放射される光の総和は５Ｗである。ストライプ間隔は０．４ｍｍである。

このように、励起光源群をＬＤチップ１００１で構成すれば、それぞれの発光点１００２が、コヒーレントなレーザ光Ｌ０を発生する。よって、コヒーレントなレーザ光Ｌ０は、インコヒーレントな励起光と比較して、指向性が強いので、光束の損失を最小限に抑えつつ複数の光ファイバー２１の集まりである入射端（一端）２２１に入射させることができる。

また、１チップ５ストライプのＬＤチップ１００１によれば、単一のＬＤチップ１００１が、５つの発光点１００２を持つように構成するので、ＬＤチップ１００１のサイズを小さくすることができる。

また、５つの発光点１００２を持つ単一のＬＤチップ１００１を量産すれば、単一のレーザ光出射端を持つ１チップ１ストライプのＬＤチップ１１を５つ生産するよりも、生産コストを低減させることができる。

なお、本実施形態では、励起光源として発光点１００２を５つ持った１チップ５ストライプの半導体レーザを用いているが、発光点１００２の数は、これに限られず、必要に応じて２〜４つとしても良く、また、６以上設けても良い。

また、励起光源の例としては、ＬＤチップ１００１や上述したＬＤチップ１０１のように、複数の励起光源（発光点１００２や発光点１０２）を一体化したものであっても良いし、上述した複数の１チップ１ストライプのＬＤチップ１１が空間的に分離して存在しているものであっても良い。

なお、励起光源を複数のＬＤチップ１１で構成した場合には、ＬＤチップ１１毎に非球面レンズ（導光部材：例えば、アルプス電気製ＦＬＫＮ１ ４０５：不図示）を設けてレーザ光Ｌ０をコリメートし、対応する光ファイバー２１の一端から入射させれば良い。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ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。

また、励起光源は、ＬＤのようにコヒーレントなレーザ光Ｌ０を発生するものであっても良いし、ＬＥＤのようにインコヒーレントな励起光を発生するものであっても良い。

また、複数の励起光源は、ＬＤ又はＬＥＤのみで構成しても良いし、ＬＤ及びＬＥＤを混在させたものであっても良い。

ＬＤチップ１００１の５つの発光点１００２から発生した各レーザ光Ｌ０は、ロッド状レンズ５０によってコリメートされ、入射端２２１に入射する。

ロッド状レンズ５０の紙面に対して手前側には、０．４ｍｍピッチで光ファイバー２１が５本、配置されている。

光ファイバー２１は、コア径２００μｍ、クラッド径２４０μｍ、開口数ＮＡ＝０．２２の石英製の光ファイバーである。

固定持具６０は、０．４ｍｍピッチの溝が切られており、入射端２２１を固定し、光ファイバー２１のピッチ間隔が保持されている。

なお、本実施形態では、断面が円形の光ファイバー２１を導光部材として用いているが、断面が円形に限らず、正三角形、平行四辺形（正方形・長方形を含む）、及び正六角形など様々な形状を採用しても良い。この光ファイバー２１の一端の集まりは、入射端２２１となっている。

また、光ファイバー２１の他端は、フェルール７０に形成された３つの貫通孔に嵌挿された光ファイバー２１の他端の集まりである出射端２２２を形成している。なお、フェルール７０の材質は特に限定されず、例えばステンレス・スティールである。

次に、ＬＤチップ１００１の３つの発光点１００２から発生した３つのレーザ光Ｌ０は、３本の光ファイバー２１を介してフェルール７０の中央の出射端２２２に導光される。

また、ＬＤチップ１００１の残りの２つの発光点１００２から発生した２つのレーザ光Ｌ０は、それぞれ１本の光ファイバー２１を介してフェルール７０の両端の出射端２２２に導光される。

次に、出射端２２２から出射した各レーザ光Ｌ０は、第１レンズ３２を介して三角柱状発光体４４に、第２レンズ３３を介して楕円筒状発光体４３に、第３レンズ３４を介して直方体状発光体４２のそれぞれに分散して照射される。

直方体状発光体４２の大きさは、横×縦×高さ＝２ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ程度である。

また、楕円筒状発光体４３は、長径×短径×高さ＝２ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍ程度である。

さらに、三角柱状発光体４４は、三角形の底辺×三角形の高さ×厚み＝１ｍｍ×１.５ｍｍ×１ｍｍ程度である。

また、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれは、上述したように、単一種の蛍光体のみで構成されていても良いし、複数種の蛍光体で構成されていても良い。

また、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれは、単一種又は複数種の蛍光体を適当な分散媒に分散させて構成しても良い。分散媒は固体が好ましいが、光透過性のある直方体状の容器に蛍光体を封じ込めるような場合には、分散媒を液体としても良い。

分散媒としては、透光性の樹脂材料が好ましく、シリコーン樹脂が例示できる。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、重量比で１０：１程度とする。なお、分散媒は、シリコーン樹脂に限定されず、無機ガラス材料をはじめとするガラス材料であってもよいし、有機・無機ハイブリッド材料であっても良い。

直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれの材料は、上述したサイアロン蛍光体が好ましい。

また、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。

次に、本実施形態のロービーム用照明装置１５０は、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する断面が円形状の反射鏡９０を備えており、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４が、上述した光反射凹面の内部に配置されている。

さらに、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、反射鏡９０の光反射凹面の内部に直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

また、ロービーム用照明装置１５０は、投影レンズ１００を備えている。投影レンズ１００は、反射鏡９０の開口部に設けられている。

次に、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４から発生したインコヒーレント光Ｌ１は、反射鏡９０によって反射され、投影レンズ１００を通ってロービーム用照明装置１５０の前方に進む。

以上のように、ロービーム用照明装置１５０では、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれに、各レーザ光Ｌ０が分散して照射されるため、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれに含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。

よって、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれからムラなくインコヒーレント光Ｌ１が発生するので、ロービームに要求される配光特性を実現することができる。

すなわち、複数の光ファイバー２１を用いて、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれとＬＤチップ１００１とを光学的に結合しているので、発光点１００２からの光の利用効率の低下を抑えることができる。

また、複数の光ファイバー２１を用いて、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれとＬＤチップ１００１とを光学的に結合しているので、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３及び三角柱状発光体４４のそれぞれの小型化が実現できる。

また、ロービームに要求される配光パターンを考慮して、楕円筒状発光体４３に対応する励起光源を最もハイパワーとし、３Ｗ程度としている。一方、直方体状発光体４２及び三角柱状発光体４４に対応する励起光源は、それぞれ１Ｗ程度としている。

これにより、各励起光源の光出力を異ならせることによって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を異ならせることができる。

よって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を適宜調整することにより、ロービームに要求される配光特性を実現することができる。

以上によれば、励起光源からの励起光の利用効率の低下を抑えつつ、ロービームに要求される配光特性を実現し、かつ小型のロービーム用照明装置１５０を提供することができる。

次に、後述する実験結果によれば、単純計算で１Ｗのレーザ光源１つ当たりの、円筒状発光体４０から発光するインコヒーレント光Ｌ１の光束は、約１５０ｌｍ（ルーメン）程度である。

そこで、直方体状発光体４２、楕円筒状発光体４３、及び三角柱状発光体４４についても同程度であると仮定してロービーム用照明装置１５０の光束を概算した結果を示す。

まず、５個の発光点１００２（５．０Ｗ）によるインコヒーレント光Ｌ１の光束は、７５０×０．９＝６７５ｌｍ程度となる。ここで、ＬＤチップ１０１に対する光ファイバー２１の光結合効率は９０％と仮定した。

これは、後述する高出力の白色ＬＥＤの４００〜５００ｌｍ程度よりも大きい値であり、７００〜１５００ｌｍの光束を実現するハロゲンランプに近い値であることが分かる。

以上によれば、高光束を実現することができるロービーム用照明装置１５０を提供することができる。

〔８．レンズ状曲面の選定方法〕
次に、図８（ａ）〜（ｆ）に基づき、導光部材からの出射光の照射範囲とレンズ状曲面の選定方法との関係について説明する。

まず、図８（ａ）に示すようにＬＤチップ１０１（先端部の大きな直方体の上にある小さな直方体）を水平に設置した時、ＬＤチップ１０１から放射されるレーザ光Ｌ０は、縦（鉛直方向）に長く、横（水平方向）に短い楕円錐状となる光出射傾向を示す。

すなわち、ＬＤチップ１０１から放射されるレーザ光Ｌ０は、縦横比（アスペクト比）が非常に大きい（例えば、水平方向で５度、垂直方向で３０度）。

一方、図８（ｂ）に示すように直方体状発光体４２は、鉛直方向に短く、水平方向に長い直方体形状である。

そうすると、直方体状発光体４２の発光効率を高くするためには、縦に長い楕円錐状に広がるレーザ光Ｌ０を、鉛直方向に短く水平方向に長いレーザ光Ｌ０に変換する光学部品等が必要となる。

次に、導光部材として上述した円錐台状集光部材２４を採用したときの光出射傾向につい説明する。

まず、図８（ｃ）に示す状態は、凸レンズ状曲面（分散照射部，凸面を有する凸レンズ）３０が存在しない場合の円錐台状集光部材２４の出射光の光出射傾向のパターンとして、光照射面２４２（図４（ｂ）参照、以下同様）の水平方向の幅が比較的大きくレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より大きい場合を示している。

このような場合としては、直方体状発光体４２の水平方向の幅よりも光照射面２４２の水平方向の幅が大きい場合などが好例である。

また、光照射面２４２の水平方向の幅が直方体状発光体４２の水平方向の幅よりも小さい場合でも、円錐台状集光部材２４の形状によっては、レーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より大きくなる場合が生じうる。

例えば、光照射面２４２が平坦な面で構成されている場合、光照射面２４２から出射されるレーザ光Ｌ０は、通常平行光であることはあり得ず、若干なりとも拡がって出射される。また、導光部材として光ファイバー２１を用いる場合でも、光ファイバー２１は全反射を利用していることから、やはり若干なりとも拡がって出射される。

よって、光照射面２４２の水平方向の幅と直方体状発光体４２の水平方向の幅の大小関係のみならず、光照射面２４２から直方体状発光体４２までの距離が離れていれば（離して直方体状発光体４２を設置すれば）、レーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より大きくなり得る。

次に、図８（ｅ）に示す状態は、凹レンズ状曲面（分散照射部，凹面を有する凹レンズ）３１が存在しない場合の円錐台状集光部材２４の出射光の光出射傾向のパターンとして、光照射面２４２の水平方向の幅が比較的小さくレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の幅より小さい場合を示している。

このような場合としては、直方体状発光体４２の水平方向の幅よりも光照射面２４２の水平方向の幅が極端に小さい場合などが好例である。

また、直方体状発光体４２の水平方向の幅よりも光照射面２４２の水平方向の幅が極端に小さくなくても、直方体状発光体４２の水平方向の幅が光照射面２４２の水平方向の幅と同程度の大きさである場合に円錐台状集光部材２４の光学設計を工夫することによって光照射面２４２から出射されるレーザ光Ｌ０がほぼ平行光となった場合などにも、レーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より小さくなり得る。

ここで、図８（ｄ）に示す凸レンズ状曲面３０は、鉛直方向（紙面の表裏方向）に軸を持ち、凸部を直方体状発光体４２側に向けた凸レンズ状曲面であり、レーザ光Ｌ０の直方体状発光体４２に対する水平方向の拡がりを小さくする機能を有する。

よって、図８（ｃ）に示すようにレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より大きい場合は、円錐台状集光部材２４と、直方体状発光体４２の間に、凸レンズ状曲面３０を設ければ良い。

一方、図８（ｆ）に示す凹レンズ状曲面３１は、鉛直方向に軸を持ち、凹部を直方体状発光体４２側に向けた凹レンズ状曲面であり、レーザ光Ｌ０の直方体状発光体４２に対する水平方向の拡がりを大きくする機能を有する。

よって、図８（ｅ）に示すようにレーザ光Ｌ０の水平方向の拡がりが、直方体状発光体４２の水平方向の幅より小さい場合は、円錐台状集光部材２４と、直方体状発光体４２の間に、凹レンズ状曲面３１を設ければ良い。

なお、上述した例の他、発光部の形状に応じて、任意の軸を持つ凹面及び凸面を有する複合レンズ状曲面、任意の軸を持つ凸面及び凸面を有する複合レンズ状曲面、任意の軸を持つ凹面及び凹面を有する複合レンズ状曲面などを採用しても良い。

これにより、発光部の形状に応じて適切なレンズ状曲面（又は複合レンズ状曲面）を採用することで、光学系全体の部品点数を少なくし、光学系全体のサイズを小さくしつつ、発光部の形状に応じて発光部の発光効率を高めることができる。

その他、ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens：屈折率勾配変化型レンズ）を光照射面２４２（図４（ｂ）参照）に接合させても良い。

なお、ＧＲＩＮレンズは、レンズが凸又は凹の形状をしていなくても、レンズ内部の屈折率勾配によってレンズ作用が生じるレンズである。

よって、ＧＲＩＮレンズを用いれば、例えば、ＧＲＩＮレンズの端面を平面としたままでレンズ作用を生じさせることができるので、ＧＲＩＮレンズの端面に直方体状発光体４２を隙間無く接合させることができる。

これにより、発光部に照射されないレーザ光Ｌ０を低減できるので、直方体状発光体４２の発光効率をより向上させることができる。

〔９．発光装置の配光特性について〕
次に、１チップ１ストライプの半導体レーザ（発振波長は、４０５ｎｍ）であるＬＤチップ１１を１０個用いて発光装置（以下、試作例という）を試作し、実験を行った。それぞれのＬＤチップ１１の光出力は、１．０Ｗ、動作電圧は、５Ｖ、電流は０．６Ａである。また、発光部として円筒状発光体４０を採用した。

さらに、各ＬＤチップ１１からのレーザ光Ｌ０のすべては、円筒状発光体４０に直接照射されるものとして光結合効率を１００％程度とする。

この試作例にて、配光特性について調べたところ、円筒状発光体４０からは１５００ｌｍ（ルーメン）程度の光束が放射された。

また、このときの円筒状発光体４０の輝度は、５７．２Ｍｃｄ／ｍ^２（メガカンデラ毎平方メートル）程度であった。

この実験結果より、単純計算で、ＬＤチップ１１の１個当たりの光束は、約１５０ｌｍであるから、例えば、１４個以上のＬＤチップ１１を用いれば、円筒状発光体４０は、約２０００ｌｍを超えることが可能であると分かる。

また、１７個のＬＤチップ１１を用いれば、現実には光の放射は等方的ではないため正確な値の算出は困難であるが、発光点から等方的に光が放射されるとして、単純計算で、光度（単位立体角当たりの光束）＝１５０×１７（ｌｍ）／４π≒２５５０（ｌｍ）／４／３．１４≒２０３（ｃｄ）であり、実効口径面積を２．９８ｍｍ^２程度、光学系の透過率を０．７とすると、輝度≒２０３（ｃｄ）／０．７／２．９８（ｍｍ^２）≒９７．３（ｃｄ／ｍｍ^２）≒９７（Ｍｃｄ／ｍ^２）程度となることが分かる。

なお、ＬＤチップ１１の数を調整して同様な実験を行ったところ、実際に、円筒状発光体４０及び直方体状発光体４２は、２０００ｌｍを超える高光束、１００Ｍｃｄ／ｍ^２を超える高輝度の実現が可能であることが分かった（このような高輝度・高光束の発光装置のことを以下、単に「レーザ照明」という）。

〔１０．発光装置と従来のランプとの配光特性の比較〕
次に、図９〜図１０（ｃ）に基づき、上述したレーザ照明と従来のランプとの配光特性の比較結果について説明する。

図９は、自動車用のヘッドランプに必要なレンズ直径をランプの種類で比較した様子を示す図である。

図９に示すように市販のハロゲンランプの輝度は、２５Ｍｃｄ／ｍ^２（メガカンデラ毎平方メートル）程度であり、ＨＩＤランプの輝度は、８０Ｍｃｄ／ｍ^２程度である。

一方、上述したレーザ照明では、１００Ｍｃｄ／ｍ^２程度の高輝度の実現が可能なので、図９に示すように、ハロゲンランプの４倍程度、ＨＩＤランプを超える高輝度を実現することができることが分かる。

すなわち、円筒状発光体４０（又は直方体状発光体４２）が発生するインコヒーレント光Ｌ１の輝度は、８０Ｍｃｄ／ｍ^２以上であることが好ましい。

また、ハロゲンランプは、通常自動車のハイビーム用のヘッドランプに用いられているが、レーザ照明では、例えば、上述した円筒状発光体４０（又は直方体状発光体４２）を用いることによって、ハロゲンランプよりも口面積サイズの小さい円筒状発光体４０（又は直方体状発光体４２）でもハロゲンランプの４倍程度の高輝度を実現できるので、ハイビーム用のヘッドランプの前方に設置するレンズの面積を１／４に縮小することが可能である。

なお、ハロゲンランプの発光フィラメントのサイズは、横×縦×高さ＝５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ程度である。

次に、図１０（ａ）は、ランプの種類でその性能を比較した図であり、図１０（ｂ）は、従来の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図であり、図１０（ｃ）は、レーザ照明を用いた場合の自動車用ヘッドランプの外観構成の一例を示す図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、市販の高出力の白色ＬＥＤの光束は、１モジュールあたり４００〜５００ｌｍ程度が上限であり、車載用のハロゲンランプの光束は、７００〜１５００ｌｍ程度（普通乗用車用のハロゲンランプで通常１０００ｌｍ程度）であり、ＨＩＤランプの光束は、３２００ｌｍ程度である。

ただし、ＨＩＤランプはその構造・形状から３２００ｌｍ全ての光束を全て前照灯の照射光に利用することが困難である。実効的には２０００ｌｍ以下の光束しか利用できていないとされる。また、光学系の設計が困難であるという問題点がある。

一方、実施例のレーザ照明では、２０００ｌｍを超える高光束の実現が可能なので、白色ＬＥＤの４〜５倍程度、ハロゲンランプを超えＨＩＤランプに近い高光束（実効的にはＨＩＤランプを超える高光束）を実現することができる。

すなわち、円筒状発光体４０（又は直方体状発光体４２）が発生するインコヒーレント光Ｌ１の光束が１５００ｌｍ以上、３２００ｌｍ以下であることが好ましい。

また、白色ＬＥＤは、通常自動車のロービーム用のヘッドランプに用いられているが、実施例のレーザ照明によれば、例えば、１灯で白色ＬＥＤの４〜５灯分の高光束を実現することができる。

以上の検討結果から図１０（ｂ）が、従来のヘッドランプの大きさを示しているものとすると、実施例のレーザ照明によれば、例えば、図１０（ｃ）に示すように、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプのそれぞれは、１灯ずつで済み、また、ハイビーム用及びロービーム用のヘッドランプの前方に設置されるレンズの面積もかなり小さくすることが可能である。

また、図１０（ａ）に示すように、レーザ照明では、継続使用による寿命が１００００時間程度であり、白色ＬＥＤと同程度の長寿命となっている。

よって、高輝度・高光束かつ長寿命を実現できる発光装置１１０、発光装置１２０、発光装置１４０などを提供することができる。

なお、本発明は、以下のようにも表現できる。

本発明の発光装置は、前記課題を解決するために、励起光を発生する励起光源と、励起光が照射されることにより光を発生する複数の発光部と、前記励起光源から発生した励起光を前記複数の発光部のそれぞれに導光する導光部と、前記複数の発光部のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する反射鏡とを備えており、前記複数の発光部が、前記光反射凹面の内部に配置されていることを特徴とする。

前記構成によれば、励起光源は、励起光を発生するようになっている。

また、前記構成によれば、発光部は、複数存在しており、それぞれの発光部は、励起光が照射されることにより光を発生するようになっている。よって、これらの発光部は、少なくとも励起光が照射されることにより光を発生する蛍光体を含んでいる。

また、前記構成によれば、導光部は、励起光源から発生した励起光を前記複数の発光部のそれぞれに導光するようになっている。

ところで、従来のハロゲンランプ・ＨＩＤランプ（以下、単に「ランプ光源」という）を用いた車両用前照灯では、ランプ光源そのもののサイズが大きく、また、ランプ光源からの発熱を外部に逃がすための放熱部を、ランプ光源の近傍に直接設置する必要があるため、例えば、車両用前照灯内部の、特にレンズと反射鏡からなる一光学系内の所望の位置に、複数のランプ光源を設置することが困難であった。

本発明の発光装置では、上述したように、励起光源と複数の発光部とを別々の構成要素とし、これらを、導光部を介して光学的に結合しているので、励起光源のサイズと、複数の発光部のサイズとは無関係となる。よって、発光部のそれぞれのサイズを小さくすることが可能である。

また、このように発光部のサイズを小さくすることが可能なため、発光装置自体の小型化が可能となると共に、小型化した発光装置内に複数の発光部を備えることが可能となる。

よって、上述した白色ＬＥＤに光学系を設けた複数の光源装置（発光装置）によって、所望の配光特性を実現する車両用前照灯のように、所望の配光特性を実現するために発光装置を複数使用する必要が無く、単一の発光装置をそのまま車両用前照灯として用いれば良いので、車両用前照灯全体が複雑化して大型化し、重量の増大や、コストアップを招いてしまうということは無い。

また、前記構成によれば、複数の発光部のそれぞれから発生した光を反射する光反射凹面を有する反射鏡を備えており、複数の発光部が、光反射凹面の内部に配置されている。

さらに、これらの複数の発光部の形状、サイズ、配列状態、輝度、光束などの各要素を適宜変更することで、所望の配光特性を実現することが可能となる。

よって、光反射凹面の内部に複数の発光部を配置するという簡単な構成で所望の配光特性を実現することが可能となる。

以上より、簡単な構成で所望の配光特性を実現する発光装置を提供することができる。

ここで、「複数の発光部のそれぞれに導光する」するとは、励起光源から発生した励起光が導光されない発光部が生じないように、励起光を複数の発光部のそれぞれに導光することを意味する。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記複数の発光部のうち、少なくとも１つの発光部の形状が、他の発光部の形状と異なっていても良い。

前記構成によれば、各発光部の形状を異ならせることによって、各発光部が発生する光の配光パターンの明暗境界を定めるカットラインの形状などの、各発光部からの光の配光パターンを異ならせることができる。

よって、複数の発光部のそれぞれの各発光部の形状を適宜調整することにより、所望の配光パターンを実現することができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記複数の発光部のうち、少なくとも１つの発光部のサイズが、他の発光部のサイズと異なっていても良い。

ところで、ある発光部のサイズが点光源とみなせる程小さい場合、その発光部からは、発光部の形状による影響を受けない等方的な光が発生する。

一方、ある発光部のサイズが点光源とみなせない程の大きさを持つ場合、その発光部からの光は、発光部の形状による影響を受けた、前記等方的な光よりも対称性の低い配光パターンの光が発生する。

よって、前記構成によれば、各発光部のサイズを異ならせることによって、各発光部の配光パターンを異ならせることができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記複数の発光部が、水平方向に沿って配列されていても良い。

前記構成によれば、水平方向に沿って配列された複数の発光部により、水平方向長い照射範囲を有する光を配光することができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記複数の発光部のそれぞれの形状、サイズ、及び配置が、自動車用のロービームの配光特性に合せて設定されていても良い。

前記構成によれば、単体で、自動車用のロービームの配光特性を実現できる発光装置を提供することができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記励起光源が複数存在しており、前記導光部は、励起光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、一端から入射した励起光を、前記囲繞構造により他端に導光する少なくとも１つの導光部材を含んでいても良い。

ところで、前記従来の車両用前照灯では、光学系の複雑化に伴い、光源から発する励起光の利用効率が低下してしまうという問題点がある。

しかしながら、前記構成によれば、導光部は、励起光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、一端から入射した励起光を、前記囲繞構造により、他端に導光するようになっている。

よって、励起光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造により、励起光が逃げるのを防ぐことができるので、励起光の利用効率の低下を防止しつつ、励起光源から発生した励起光を、複数の発光部のそれぞれに導光させることが可能となる。

また、前記構成によれば、発光部から発生する光を適宜変換するための導光部以外の光学系（例えば、反射鏡又はレンズ等）を、励起光源と複数の発光部との光学的結合と無関係な要素とすることができる。

よって、導光部以外の光学系が、励起光源と複数の発光部との光学的結合に影響しないので、その分だけ励起光の利用効率の低下を防止することができる。

さらに、前記構成によれば、少なくとも１つの導光部材を用いるという簡便な方法で、励起光の利用効率の低下を防止しつつ、複数の励起光源と複数の発光部とを光学的に結合することができる。

ここで、「複数の励起光源」は、ＬＤ又はＬＥＤのみで構成しても良いし、ＬＤ及びＬＥＤを混在させたものであっても良い。

また、「囲繞」とは、励起光源から発生する励起光の光路の周囲を取り囲むことである。

次に、「囲繞構造により他端に導光する」場合には、光反射側面に１回だけ反射して他端に導光する場合、光反射側面に複数回反射して他端に導光する場合、光反射側面に１回も反射することなく他端に導光する場合のいずれの場合も含まれる。

本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記少なくとも１つの導光部材には、導光される励起光の光路を分割する分岐が存在していても良い。

前記構成によれば、複数の発光部の数よりも導光部材の数が少ない場合でも、光学的に結合されない発光部の数だけ、導光部材を分岐させることで、光学的に結合されない発光部が生じないようにすることができる。

なお、導光部材を分岐させる方法には、１つの導光部材だけ分岐させる方法の他、２以上の導光部材をそれぞれ分岐させる方法が含まれる。

また、１つの導光部材では、導光される励起光の光路を２分割しても良いし、３以上分割しても良い。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記励起光源のいずれかの光出力が、他の励起光源の光出力と異なっていても良い。

前記構成によれば、各励起光源の光出力を異ならせることによって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を異ならせることができる。

よって、複数の発光部のそれぞれの光束や輝度を適宜調整することにより、所望の配光特性を実現することができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記少なくとも１つの導光部材の、前記他端の断面積は、前記一端の断面積よりも小さくなっていても良い。

前記構成によれば、囲繞構造により、少なくとも１つの導光部材の一端から入射した励起光を、前記一端の断面積よりも小さい断面積を有する導光部材の他端に導光する、すなわち、励起光を、少なくとも１つの導光部材の他端に集光させることができる。

よって、少なくとも１つの導光部材の他端の断面積を小さくすることにより、その導光部材に対応する発光部のさらなる小型化が可能となる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記導光部は、前記少なくとも１つの導光部材によって導光された励起光を前記複数の発光部のいずれかに分散して照射する分散照射部を備えていても良い。

前記構成によれば、分散照射部から対応する発光部に励起光が分散して照射されるため、発光部に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。

よって、その発光部からムラなくインコヒーレントな光が発生するので、発光部の高輝度化を実現することができる。

また、前記構成によれば、励起光を発光部の一点に集中して照射せず、分散照射部を介して発光部に分散して照射するので、励起光が同一点に集中して照射されることによって発光部が劣化してしまうことを防止することができる。

ここで、「分散して照射」とは、発光部の一部をピンポイントで励起しないように励起光を、発光部が劣化しない程度の強度で所定の光照射領域の全体に亘って照射することである。なお、発光部が劣化しない程度の強度であれば、励起光が照射される際の光強度分布の強弱はある程度はあっても良い。

なお、「光の分散」は、１つの光からプリズムなどで複数の色相を持つ複数の光に分離することを意味する場合があるが、本願明細書では、このような意味で「分散」という用語を用いないこととする。

また、「分散して照射」は、励起光の照射範囲のサイズと発光部のサイズとが同程度の場合のように照射範囲の照射面積をほぼ一定に保ちつつ、発光部に励起光を照射しても良く、励起光の照射範囲のサイズよりも発光部のサイズが大きい場合のように照射範囲の照射面積を拡げつつ発光部に励起光を照射しても良い。また、励起光の照射範囲のサイズよりも発光部のサイズが小さい場合のように照射範囲の照射面積を縮小しつつ発光部に励起光を照射しても良い。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記分散照射部は、前記複数の発光部のうちのいずれかに対して凹面を有する凹レンズ状曲面であっても良い。

前記構成によれば、前記分散照射部を、複数の発光部のうちのいずれかに対して凹面を有する凹レンズ状曲面で構成すれば、励起光の拡がりが、その発光部のサイズよりも小さくなる場合であっても、その発光部のサイズに合せて、励起光を分散させて発光部に照射させることができる。

よって、その発光部のサイズに合せて励起光が分散して照射されるようにすることができる。

また、本発明の発光装置は、前記構成に加えて、前記分散照射部は、前記複数の発光部のうちのいずれかに対して凸面を有する凸レンズ状曲面であっても良い。

前記構成によれば、前記分散照射部を、複数の発光部のうちのいずれかに対して凸面を有する凸レンズ状曲面で構成すれば、励起光の拡がりが、その発光部のサイズよりも大きくなる場合であっても、その発光部のサイズに合せて、励起光を分散させて発光部に照射させることができる。

よって、その発光部のサイズに合せて励起光が分散して照射されるようにすることができる。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記発光装置のいずれかを備えていることが好ましい。

これにより、簡単な構成で所望の配光特性を実現する照明装置を提供することができる。

また、本発明の車両用前照灯は、前記構成に加えて、前記発光装置のいずれかを備えていることが好ましい。

これにより、簡単な構成で所望の配光特性を実現する車両用前照灯を提供することができる。

本発明のレーザ照明装置（発光装置）は、複数の蛍光体発光部（発光部）と、前記蛍光体発光部それぞれに励起光を導光するために一端に蛍光体発光部が光学的に結合された導光部材と、前記導光部材の他端に半導体レーザからなる励起光源とを有し、前記複数の蛍光体発光部が一光学系内（自装置内）に納められていることを特徴とする。

ここで前記導光部材は、蛍光体発光部と励起光源を一対一に結合させても良く、複数の蛍光体発光部に対して一つの励起光源が結合される様、途中で分岐させてもよい。結果として、励起光源は一つでも複数でもよい。

すなわち、本発明のレーザ照明装置は、励起光源と蛍光体発光部とを導光部材を用いることによって空間的に分離して設置できるようにし、かつ、蛍光体発光部の大きさを小さくできることを利用して、小型光学系内の最適箇所に複数の蛍光体発光部を設置するものである。

これにより、例えば、自動車のすれ違い用前照灯等のように複雑な配光特性を要求される照明装置に対して、複数の光学系を組合せることなく、単一の小型光学系一つであっても最適な配光特性を実現できるようになる。

以上より、光源から放射される光の利用効率を上げ、かつ小型・軽量な発光装置であっても複雑な配光特性を実現できるレーザ照明装置を提供することができる。

なお、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合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、複雑な配光特性を要する発光装置、該発光装置を備えた照明装置、灯具、及び照明器具に広く適用することができる。特に車両用等のヘッドランプへの適用が好適である。

１０ レーザダイオード群（励起光源）
１１ ＬＤチップ（励起光源）
１３ ＬＥＤランプ（励起光源）
２０ 導光部（導光部材）
２１ 光ファイバー（導光部，導光部材）
２２ 分岐型光ファイバー（導光部，導光部材）
２３ 円筒状導光部材（導光部，導光部材）
２４ 円錐台状集光部材（導光部，導光部材）
３０ 凸レンズ状曲面（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）
３１ 凹レンズ状曲面（分散照射部，凹面を有する凹レンズ状曲面）
３２ 第１レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）
３３ 第２レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）
３４ 第３レンズ（分散照射部，凸面を有する凸レンズ状曲面）
４０ 円筒状発光体（発光部）
４１ 楕円筒状発光体（発光部）
４２ 直方体状発光体（発光部）
４３ 楕円筒状発光体（発光部）
４４ 三角柱状発光体（発光部）
１０１ ＬＤチップ（励起光源）
１０２ 発光点（励起光源）
１１０，１２０，１４０ 発光装置（照明装置，車両用前照灯）
１３０ ＬＥＤチップ（励起光源）
１５０ ロービーム用照明装置（発光装置，照明装置，車両用前照灯）
２２１ 入射端（一端）
２２２ 出射端（他端）
２３１ 光入射面（一端）
２３２ 光照射面（他端）
２３３ 円筒側面（光反射側面，囲繞構造）
２４１ 光入射面（一端）
２４２ 光照射面（他端）
２４３ 円錐台側面（光反射側面，囲繞構造）
Ｄ 分岐
Ｌ０ レーザ光（励起光）
Ｌ１ インコヒーレント光（光）

Claims (7)

1. 励起光を発生する複数の励起光源と、
   励起光が照射されることにより光を発生する複数の発光部と、
   前記複数の発光部から発生した光を投光する一つの投光部とを有し、
   前記複数の発光部は、前記一つの投光部に対する相対的な位置がそれぞれ異なることを特徴とする発光装置。
2. 前記複数の発光部は、それぞれの光束あるいは輝度を個別に変化させることが出来ることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の励起光源は、複数の導光部の入射端側に設けられ、前記複数の発光部は前記複数の導光部の出射端側に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記複数の導光部は、複数の光ファイバーであることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記複数の発光部のそれぞれの形状、サイズ、及び配置が、自動車用のロービームの配光特性に合せて設定されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光装置。
6. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする車両用前照灯。

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