JP2012054084A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光と蛍光を混色して照明光を得る照明装置において、照明光の色の均一性を向上する。
【解決手段】可視領域の色帯のレーザ光により蛍光体３を励起し、レーザ光と蛍光体３から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得る照明装置１００において、蛍光体３の表面に、光混合層４を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光により蛍光体を励起してレーザ光と蛍光の混色により可視光を得て、その可視光を照明光として利用する照明装置に関するものである。

従来、青色帯（４４０〜４６０ｎｍ）でレーザ光を発振する半導体レーザ素子を励起光源とし、緑色帯から赤色帯で発光する蛍光体（例えば、黄色に発光するＹＡＧ系蛍光体）を励起し、レーザ光の青色成分と蛍光の緑色から赤色の成分とを混色することにより白色光を得て、この白色光により照明を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。ここで、「蛍光体」とは、蛍光物質の粒子をガラス樹脂などに混ぜて固めたもの、あるいは、蛍光物質の粒子をバインダーに混ぜて塗布したもの、あるいは、蛍光物質の粒子を焼結・プレス成形などで固めたものなど、蛍光物質の粒子を何らかの方法でバルク状に加工したもの、あるいはバルク内に分散させたものを意味する。

特開２００４−３５４４９５号公報（段落［００３０］） 特開２００８−１０８５５３号公報（段落［００５２］）

しかし、蛍光体を、指向性を有するレーザ光で励起すると、蛍光は、蛍光体から等方的（全方位）に出射されるが、レーザ光は、蛍光体表面での鏡面反射成分はもちろん、一旦蛍光体内に入った成分についても元の指向性を保持したまま異方的に出射される。

その結果、見る角度（視角）によって照明光の色が大きく変化する問題がある。例えば、青色レーザで黄色に発光するＹＡＧ蛍光体から成る蛍光体を励起した場合、視角によって青っぽく見えたり黄色っぽく見えたりし、照明光の色が不均一になる問題がある。

本願はこの問題に鑑みてなされたものであり、レーザ光と蛍光を混色して照明光を得る照明装置において、照明光の色の均一性を向上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の照明装置は、可視領域の色帯のレーザ光により蛍光体を励起し、前記レーザ光と前記蛍光体から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得る照明装置において、前記蛍光体の表面に、光混合層を設けたことを特徴としている。

この構成によると、レーザ光および蛍光体から放出される蛍光が光混合層内で多重散乱され、レーザ光も蛍光も蛍光体から等方的に出射される。この結果、レーザ光と蛍光がどの方位でも均一に混色され、照明光の色の均一性が向上する。

また本発明の照明装置は、前記光混合層の表面に、前記レーザ光および前記蛍光の波長よりも大きなサイズの凹凸が表面に形成されたことを特徴としている。この構成によると、レーザ光および蛍光が光混合層の凹凸により乱反射される。よって、レーザ光と蛍光の混色の均一性がさらに向上する。なお、凹凸は不規則に形成されている方が乱反射を起こしやすいので良い。

また本発明の照明装置は、前記レーザ光を、前記光混合層に照射することを特徴としている。これによると、レーザ光は蛍光体に入射する前に光混合層に入射される。よって、レーザ光の一部を光混合層の凹凸で乱反射させることが出来る。

また本発明の照明装置は、前記レーザ光を、前記蛍光体に照射することを特徴としている。これによると、レーザ光は蛍光体に入射した後に光混合層に入射される。よって、蛍光体の励起効率が向上する。

前記光混合層は、透明な材料で形成されるのが好適である。また、前記光混合層は、透明な材料の母材の内部に、母材と屈折率が異なり照明光に対して透明な粒子が分散されたもので形成されても良い。

なお、前記透明な材料は、ガラス、樹脂、窒化アルミニウム、炭化ケイ素またはサファイアを好適に用いることが出来る。

また本発明の照明装置は、金属板上に前記蛍光体が配置されたことを特徴としている。これによると、蛍光体の発熱を、金属板を用いて積極的に放熱することが出来る。

また本発明の照明装置は、前記蛍光体が、凹面に形成された反射面を有する反射部材の焦点に配置されたことを特徴としている。この構成によると、反射部材により照明光を所定の方向に放出することが出来る。

また本発明の照明装置は、前記反射面が、回転放物面に形成されたことを特徴としている。この構成によると、反射部材による放出光を略平行光とすることが出来る。

また本発明の照明装置は、前記反射面が、回転楕円面に形成されたことを特徴としている。この構成によると、反射部材による放出光を他方焦点に集約される光とすることが出来る。

また本発明の照明装置は、前記反射面が、頂点と焦点を結ぶ軸を含む面で分割した形状に形成されたことを特徴としている。この構成によると、反射面の焦点位置へのアクセスが容易になり、反射部材の光学的な効率の向上に寄与する。また、反射部材のサイズを、反射面が回転対称面であるものに対して半分に削減出来るため、照明装置の小型化を実現出来る。

また本発明の照明装置は、前記レーザ光の色帯が青色帯であり、前記蛍光の色帯が緑色帯から赤色帯であることを特徴としている。この構成によると、レーザ光と蛍光の混色による照明光を白色光とすることが出来る。

本発明によると、レーザ光と蛍光がどの方位でも均一に混色され、照明光の色の均一性が向上する。

本発明の第１の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図 第１の実施形態の照明装置に備えられる蛍光体ユニットを示す側断面図 蛍光体ユニットの側断面図であって、光混合層がレーザ光に与える作用を説明する図（ａ）および光混合層が蛍光に与える作用を説明する図（ｂ） 光拡散層がある場合（ａ）と、無い場合（ｂ）との、波長４４５ｎｍ（青色）と波長５７５ｎｍ（黄色）の放射分布を比較して示す図 蛍光体ユニットの側断面図であり、金属板および光混合層が蛍光体から発熱される熱に与える作用を説明する図 本発明の第２の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図 本発明の第３の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図 本発明の第４の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。

本実施の形態による照明装置１００は、図１に示すように、レーザ照射装置２と、レーザ照射装置２からのレーザ光が照射される蛍光体３と、蛍光体３の表面に形成された光混合層４と、凹面に形成された反射面５ａを有する反射鏡（反射部材）５とを備える。

照明装置１００は、可視領域の色帯のレーザ光により蛍光体３を励起し、レーザ光と蛍光体３から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得るものである。この照明装置１００は、例えば、車両用前照灯などに用いられる。

反射鏡５は、照明光を反射面５ａにより前方（図１では、紙面右方）に反射するものであり、反射面は回転放物面に形成されている。反射鏡５の側面には透孔５ｂが設けられており、反射鏡５の外部から透孔５ｂを通して蛍光体３に向けてレーザ光を照射することが出来る。反射鏡５は、樹脂製の本体に、高反射率の金属（例えば、銀やアルミニウム）の薄膜をコーティングしたものを使用することも可能である。なお、コーティングは、本体の表面全体に施される必要はなく、少なくとも反射面５ａに施されていれば足りる。

本実施の形態では、図示のごとく、反射鏡５として反射面５ａの深い放物面鏡を使用している。反射面５ａの深い放物面鏡は、焦点位置が頂点に近づくという特徴を有する。この特徴は、反射鏡５の頂点付近に蛍光体３を配置しても略平行光を効率良く取り出すことが出来るというメリットに繋がる。特に、反射鏡５の頂点に蛍光体３を配置した場合には、反射鏡５自体で蛍光体３を保持できるので、別の保持部材が不要となり、余分な影を反射面５ａに作らなくて良くなる。従って、反射鏡５の光学的なロスが低減される。

その他の特徴として、反射面の頂点からの立ち上がりが急になることがある。この特徴は、反射鏡５の外形を細長くできるというメリットに繋がる。細長い反射鏡５は、側面部の傾きが中心軸Ｚに平行に近いので、側面外部から頂点に向けて入射するレーザ光の入射角を鋭角にするのに役立つ。これにより、図１に示すように、透孔５ｂを反射鏡５の側面に設けることが可能となる。

レーザ照射装置２は、レーザ光を発振する複数の半導体レーザ素子２ａ（例えば、１０個）と、各半導体レーザ素子２ａに対応して設けられ半導体レーザ素子２ａから発振されるレーザ光を集光する複数の集光レンズ２ｂと、各半導体レーザ素子２ａおよび各集光レンズ２ｂに対応して設けられ集光されたレーザ光を導光して出射する複数の光ファイバ２ｄと、複数の光ファイバ２ｄから出射される複数のレーザ光を集光して平行光とするコリメートレンズ２ｅと、平行光とされた光を反射する反射板２ｆと、を有した構成である。

コリメートレンズ２ｅは、結束された光ファイバ２ｄの出射端から出射されたレーザ光の光軸Ｌ１に直交するように配置されている。反射板２ｆは、反射鏡５の透孔５ｂよりも前方に位置している。反射板２ｆの垂直軸からの傾き（図１中に符号αで示す）は、反射されたレーザ光の光軸Ｌ２が反射鏡５の透孔５ｂを通過して反射鏡５の頂点付近を指向するような角度に設定される。

ここで、本願においてレーザ光の「光軸」とは、現実に出射されたレーザ光の軌跡を意味するのではなく、レーザ照射装置２から照射されるレーザ光の軌跡を延長した線を意味する。また、「コリメートレンズ」とは、光学機器の製造、調整に使用される平行光を作る目的の光学要素である。また、「蛍光体」とは、蛍光物質の粒子をガラス樹脂などに混ぜて固めたもの、あるいは、蛍光物質の粒子をバインダーに混ぜて塗布したもの、あるいは、蛍光物質の粒子を焼結・プレス成形などで固めたものなど、蛍光物質の粒子を何らかの方法でバルク状に加工したもの、あるいはバルク内に分散させたものを意味する。

蛍光物質は、例えば、半導体レーザ素子２ａからの波長４４５ｎｍの青色光により励起され、黄色の蛍光を発生する物質（例えば、Y₃Al₅O₁₂:Ce）を用いている。この蛍光物質から発生される黄色の蛍光は、青色のレーザ光と混色されることにより白色となる。蛍光体３の外形は、中心軸周りに対称な形状が理想的であり、円柱形、紡錘形、角柱形などを採用できる。なお、上記の黄色の蛍光を発する蛍光物質は一例であり、他の黄色の蛍光を発生する物質を用いても良いし、赤味成分を付加する為に赤色発光の蛍光物質を添加しても良い。

反射鏡５の頂点及びその周辺には円形の取付孔５ｃが開口し、この取付孔５ｃに、蛍光体３および光混合層４を金属板１３上に一体化して構成される、後述する蛍光体ユニット１４が図示のように取付けられる。

蛍光体３は、金属板１３上に固定され、その蛍光体３の表面を覆うように光混合層４が層状に形成されている。このような金属板１３上に、蛍光体３および光混合層４が一体的に配設された構造を、本実施の形態では、蛍光体ユニット（符号１４で表す）と称する。

次に、蛍光体ユニット１４の構成について、図２を参照して具体的に説明する。

金属板１３の材料としては、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属を好適に使用できる。金属板１３の平面形状は、円形、矩形など任意の形状を採用でき、厚みも特に限定されない。ただし、金属板１３は蛍光体３から発熱される熱を伝熱して空気中に放熱させる機能を有するため、或る程度の面積と厚みが必要である。また、蛍光体３が設置される側の金属板１３の表面の反射率を向上させる（例えば、鏡面加工を施す）ことにより、蛍光体３から金属板１３へ放出される蛍光を反射して再利用することができて好ましい。

蛍光体３の材料としては、上述した蛍光物質の粉末を透明樹脂中に均一分散させたものを好適に使用できる。透明樹脂としては、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤を好適に使用できる。透明樹脂に対する蛍光物質の重量比は、例えば、３０％である。本実施形態においては、接着剤中に蛍光物質の粉末を混合し、金属板１３上に塗り、硬化させた。蛍光体は、例えば、３ｍｍφ×厚み０．２ｍｍとした。なお、蛍光体３の外形は、円柱、円錐等の任意の形状を採用できるが、本実施の形態では、蛍光体３を金属板１３上に固定する必要があることから少なくとも固定面となる平面を持つ形状が望ましい。

光混合層４は、透明な材料で形成される。透明な材料としては、ガラス、樹脂、窒化アルミニウム、炭化ケイ素またはサファイアを好適に使用できる。なお、光混合層４は、透明な材料の母材の内部に、母材と屈折率が異なり照明光に対して透明な粒子が分散されたものでも良い。これによると、母材の内部の微粒子によりレーザ光が散乱され、レーザ光の指向性をより低減することが可能となる。光混合層４は、蛍光体３の表面全体（円柱形の場合は上面および側面）の上に層状に設置される。光混合層４の層厚は、例えば、０．５ｍｍに設定される。

本実施の形態では、蛍光体３表面に層状に形成された光混合層４の外側から蛍光体３に向けてレーザ光を入射し、レーザ光と蛍光体３から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得るものである。よって、光混合層４の表面は、レーザ光と蛍光を乱反射させることが理想的である。このため、図２に示すように、光混合層４の表面全体には、乱反射を促進するための凹凸４ｃが形成されている。

凹凸４ｃのサイズについては、面内における隣接する任意の２つの凸部間の距離（隣接する２つの凹部間の距離）（以下、「凹凸の間隔」と称し、図２に符号ｐで示す）と、凹凸の高低差（図２に符号ｈで示す）の両方が、レーザ光および蛍光の波長よりも大きくなるように設定することが必要である。このようにレーザ光および蛍光の波長よりも大きなサイズの凹凸構造を光混合層４の表面に形成することにより、光混合層４の表面でレーザ光および蛍光を乱反射させることが可能となる。

本実施の形態では、凹凸４ｃのサイズは、間隔ｐおよび高低差ｈが１〜１０μｍ程度としている。一方、レーザ光は４４５ｎｍに強い単一のピーク波長を持つスペクトルであり、蛍光は４２０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に広がったブロードな波長のスペクトルである。従って、上記凹凸４ｃのサイズ例（１〜１０μｍ）は、レーザ光および蛍光の波長よりも十分に大きいものとなる。

凹凸４ｃは不規則（図２中のｐおよびｈの寸法が不揃いのもの）に形成されている方が乱反射を起こしやすくて好ましい。

このような蛍光体ユニット１４の作製方法としては種々考えられるが、一例としては、次のような方法を採用することができる。すなわち、ＵＶ硬化性接着剤に蛍光物質の粉末を混ぜ、金属板１３上に所望の形状（本実施の形態では円柱状）に形作って塗布する。そして、そのＵＶ硬化性樹脂に対して紫外線を照射して硬化させる。これにより、金属板１３上に所望の形状の蛍光体３が固定された構造を簡単に作ることができる。そして、この蛍光体３の露出した表面に、低融点のガラス粉末を乗せて６００°に加熱してガラスを融解し、表面全体にガラスが流動して広がったところで加熱を中止して固化させる。その後、ガラスエッチング材（フッ化水素アンモニウムなど）を用いてガラスの表面に凹凸を付ける。これにより、蛍光体３の表面に光混合層４が層状に形成された構造を簡単に作ることができる。

上記のように構成される蛍光体ユニット１４は、図１に示すように、反射鏡５の後方から取付孔５ｃに蛍光体部分を挿入し、金属板１３の表面が反射鏡５の中心軸Ｚに対して略直交する配置で反射鏡５に対して固定される。反射鏡５への蛍光体ユニット１４の固定は、蛍光体部分の取付孔５ｃへの填め込みや接着を利用しても良いし、金属板部分を反射鏡５の外面部にネジ等の固定部材を用いて固定することも可能である。

本実施の形態では、レーザ光は、光混合層４を透過した後に、蛍光体３を励起することになる。

次に、蛍光体ユニット１４の作用について図３〜図５を参照しながら説明する。図３（ａ）は、本実施の形態の蛍光体ユニットの側断面図であって、光混合層がレーザ光に与える作用を説明する図であり、図３（ｂ）は、光混合層が蛍光に与える作用を説明する側断面図である。図４は、光拡散層がある場合（ａ）と、無い場合（ｂ）との、波長４４５ｎｍ（青色）と波長５７５ｎｍ（黄色）の放射分布を比較して示す図である。図５は、本実施の形態の蛍光体ユニットの側断面図であり、光混合層および光混合層が蛍光体から発熱される熱に与える作用を説明する図である。

図３（ａ）に矢印Ａ１で示すように、レーザ光（本実施の形態では、波長４４５ｎｍの青色帯のレーザ光）は、その光軸が蛍光体３上面の略中央に突き当たる方向に調整される。ここでは、レーザ光の入射角を４５°とする。蛍光体３の表面には層状に形成された光混合層４が存在するので、レーザ光は蛍光体３に直接入射されるではなく、光混合層４の表面からその内部に入射されることになる。この際、光混合層４の表面でレーザ光の一部は反射されるが、光混合層４の表面の凹凸４ｃによって鏡面反射はほとんどなく、同図の矢印Ａ２で示すように、乱反射されて拡散する。

図３（ａ）の矢印Ａ３のように光混合層４の内部に進入したレーザ光は、蛍光体３の表面で反射されたり、蛍光体３に入射した後に蛍光体３に吸収されず放出されるものがある。このようなレーザ光は、同図の矢印Ａ４で示すように、光混合層４内で多重散乱される。そしてレーザ光が光混合層４から外部へ出る際には、同図の矢印Ａ２で示すように、光混合層４の表面の凹凸４ｃにより、乱反射されながら出射される。

一方で蛍光体３では、青色のレーザ光によって励起されることによって、図３（ｂ）のの矢印Ａ５で示すように、黄色の蛍光を放出する。この黄色の蛍光は光混合層４内で、同図の矢印Ａ６に示すように、多重散乱される。そして蛍光が光混合層４から外部へ出る際には、同図の矢印Ａ７で示すように、光混合層４の表面の凹凸４ｃにより、乱反射されながら出射される。

上記のようにして光混合層４から出射される青色のレーザ光と黄色の蛍光が均一に混色されることにより、白色光が得られる。この白色光は、図１に示す反射鏡５により反射され略平行光として前方に放出される。

図４（ａ）に示すように、本発明の光混合層４があることによって青色と黄色との放射分布が概ね一致し、視角によって色味が変化することが無い。これは、光混合層４によって、指向性の強い青色のレーザ光が均一に拡散されるとともに、蛍光体３からの黄色の発光と均一に混色されることによって生じている。

一方、本発明の光混合層４が無い場合には、図４（ｂ）に示すように、蛍光体３の表面でのレーザ光の鏡面反射（＋４５°）が強く出るとともに、蛍光体３の表面での乱反射成分についても強い偏りが生じる。また、蛍光体３からの黄色成分についても、表面形状の影響を強く受けて均一な発光とはならない。このため、視角によって黄色味がかったり青味がかったり、色味が変化することになり、照明用の光源としては好ましくない。

以上説明したように、本実施の形態の照明装置１００によると、レーザ光および蛍光体３から放出される蛍光が光混合層４内で多重散乱され、レーザ光も蛍光も等方的に出射される。この結果、レーザ光と蛍光がどの方位でも均一に混色され、照明光の色の均一性が向上する。

また、本実施の形態の照明装置１００によると、レーザ光および蛍光が光混合層４の表面の凹凸４ｃにより乱反射される。よって、レーザ光と蛍光の混色の均一性がさらに向上する。

また、本願の構成では散乱されたレーザ光と蛍光体からの蛍光とが混色されて白色光となるのであるが、レーザ光の青色成分と蛍光の黄色成分との比率を制御して混色後の白色光の色温度を制御する必要がある。本願の構成においては、特に本実施形態のように蛍光体の一方の面からレーザ光を入力して同じ面から白色光を取り出す構成においては、光混合層の厚さや表面凹凸の形状・深さなどを調整することにより、青色レーザ光のうちで蛍光体に達する成分と散乱されて白色光として寄与する成分の割合を制御することが出来る為、混色後の白色光の色温度の制御が容易となる。

ところで、励起された蛍光体３は、非常に大きな密度での発熱を伴う。特に、照明装置１００として高輝度化を実現するには、蛍光体３を点光源と見なせるほどに小さくする必要があるが、その場合、小さな蛍光体３の温度は数１００℃に達する場合があるため、蛍光体３の熱を効率良く放熱するための放熱構造が必要となる。

本実施の形態では、図５に示すように、蛍光体３の底面は熱伝導性の良い金属板１３に熱的に接触しているため、蛍光体３の熱は、図４に矢印Ｂ１で示すように、金属板１３に伝熱され、金属板１３の表面から空気中に効率良く放熱される。また、蛍光体３の表面を覆う光混合層４の熱伝導率も、金属ほどではないものの空気よりは高いため、矢印Ｂ２に示すように、蛍光体３の熱の一部は光混合層４にも伝熱され、光混合層４を介しても放熱される。すなわち、光混合層４が蛍光体３の放熱に寄与することになる。蛍光体３は十分に薄く作られているため、内部に熱がこもりにくく、効率的に蛍光体３の表面から金属板１３や光混合層４に伝熱させることが可能である。

また、本実施の形態の照明装置１００によると、蛍光体３の発熱を、金属板１３を用いて積極的に放熱するようにしたので、蛍光体３の経年劣化や焦げ付きが抑制される。しかも、金属板１３は反射鏡５の外部の空間に露出しているので、反射鏡５内部に熱がこもりにくく、図１３のように反射面５ａの深い反射鏡５を用いる場合に好適である。

また、本実施の形態の照明装置１００によると、蛍光体３を光混合層４と共に金属板１３上に一体化した蛍光体ユニット１４を用いるため、光混合層４の取り扱いの利便性が増す。また、ユニット単位で部品の分解が行え、部品交換の手間が削減される。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。

図６に示すように、本実施の形態の照明装置２００では、蛍光体ユニット１４を構成する金属板１３の中央部に、透孔１３ａを設けて、コリメートレンズ２ｅにより平行光とされたレーザ光を直接、反射鏡５の後方から透孔１３ａを通過させて蛍光体３に照射するようにしている。

本実施の形態の照明装置２００のその他の構成は、第１の実施形態の照明装置１００と同一である。

この実施の形態の照明装置２００では、上記第１の実施形態の照明装置１００による効果と同様の効果が得られる他に、以下の独特の効果を奏する。

本実施の形態の照明装置２００によると、レーザ光は蛍光体３に入射した後、光混合層４に入射する。このため、第１の実施形態のように、一旦光混合層４に入射した後、蛍光体３に入射するものに比べて蛍光体３の励起効率が良くなる。

また、本実施の形態の照明装置２００によると、レーザ照射装置２は、レーザ光の光軸Ｌ１の向きを変更するための反射板２ｆ（図１参照）を必要としないため、照明装置のコスト削減が図られる。

また、本実施の形態の照明装置２００によると、反射鏡５の側面に透孔５ｂ（図１参照）がないため、反射鏡５の光学的なロスが低減される。

なお、第１の実施形態とは異なり、この第２の実施形態では、レーザ光の青色成分と蛍光の黄色成分との比率の制御は、青色レーザのうちで蛍光体を通過する成分の割合によって制御される。すなわち、蛍光体の厚さと蛍光体中の蛍光物質の濃度により混色後の白色光の色温度が制御される。

＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。

図７に示すように、本実施の形態の照明装置３００では、反射鏡６としてハーフリフレクタと称される、反射面６ａが頂点と焦点を結ぶ軸を含む面で分割した形状に形成されたものを用いている。

また蛍光体ユニット１６は、土台となる金属板１５のサイズが拡大されたものとなっている。そして、この金属板１５上に反射鏡６が設置されている。つまり、金属板１５は反射鏡６の土台も兼ねている。

本実施の形態の照明装置３００のその他の構成は、第１の実施形態の照明装置１００と同一である。なお、６ｂは、反射鏡６の側面に設けられた透孔である。

この実施の形態の照明装置３００では、上記第１の実施形態の照明装置１００と効果と同様の効果が得られる他に、以下の独特の効果を奏する。

本実施の形態の照明装置３００によると、反射面６ａの焦点が金属板１５上に位置するため、焦点位置へのアクセスが容易となり、反射鏡の光学的な効率の向上に寄与する。また、反射鏡のサイズを、反射面が回転対称面であるものに対して半分に削減出来るため、照明装置の小型化を実現出来る。

また、本実施の形態の照明装置３００によると、装置を大型化することなく、蛍光体ユニット１６を構成する金属板１５の表面積を大きく取れるので、蛍光体３の熱の放熱効率が向上する。

＜第４の実施形態＞
図８は、第４の実施形態による照明装置の概略構成を示す側断面図である。

図８に示すように、本実施の形態の照明装置４００では、蛍光体ユニット１６を構成する金属板１５に、透孔１５ａを設けて、反射板２ｆにより反射されたレーザ光を、金属板１５の下方から透孔１５ａを通過させて蛍光体３に照射するようにしている。

本実施の形態の照明装置４００のその他の構成は、第３の実施形態の照明装置３００と同一である。

この実施の形態の照明装置４００では、上記第３の実施形態の照明装置３００と効果と同様の効果が得られる他に、以下の独特の効果を奏する。

本実施の形態の照明装置４００によると、レーザ光は蛍光体３に入射した後、光混合層４に入射する。このため、第３の実施形態のように、一旦光混合層４に入射した後、蛍光体３に入射するものに比べて蛍光体３の励起効率が良くなる。

また、本実施の形態の照明装置４００によると、反射鏡６の側面に透孔６ｂ（図７参照）がないため、反射鏡６の光学的なロスが低減される。

以上、具体的実施の形態を挙げて本発明による照明装置を説明したが、本発明は半導体レーザ素子の種類、波長、出力、蛍光体の種類、蛍光波長、レーザ光を蛍光体に導く方法に依存しないものである。

例えば、上記の実施形態では、ＧａＮ系半導体レーザ素子から発振される青色のレーザ光とこれによって励起されるＹＡＧ蛍光体から発光される黄色の蛍光とを混色することにより白色の照明光を得るものとして記載したが、レーザ光と蛍光の色帯が異なり、これらの混色によって照明光を得るものであれば上記以外の半導体レーザ素子や蛍光体を用いることも可能である。

また、上記の実施形態では、反射部材は、放物面の反射面を有するものとして説明してきたが、本発明が適用される反射部材はこれには限定されず、頂点近傍に焦点を有する深い凹面の反射面を有するものであれば同様に適用が可能である。例えば、反射面が回転楕円面に形成された楕円ミラーを用いることが出来る。楕円ミラーによると、反射部材による放出光を他方焦点に集約される光とすることが出来る。また、放物面を複合した反射面を有する反射部材を用いることも出来る。例えば、ＣＰＣ（Compound Parobora Consentrator）型のミラーを用いることが出来る。

本発明は、レーザ光を蛍光体の励起光源とする照明装置に利用することができ、例えば、高輝度が要求される車両用前照灯などに応用が可能である。

１００、２００、３００、４００ 照明装置
２ レーザ照射装置
２ａ 半導体レーザ素子
２ｂ 集光レンズ
２ｄ 光ファイバ
２ｅ コリメートレンズ
２ｆ 反射板
３ 蛍光体
４ 光混合層
４ｃ 凹凸
５、６ 反射鏡（反射部材）
５ａ、６ａ 反射面
１３、１５ 金属板
１４、１６ 蛍光体ユニット

Claims (15)

1. 可視領域の色帯のレーザ光により蛍光体を励起し、前記レーザ光と前記蛍光体から放出される蛍光とを混色することによって照明光を得る照明装置において、前記蛍光体の表面に、光混合層を設けたことを特徴とする照明装置。
2. 前記光混合層の表面に、前記レーザ光および前記蛍光の波長よりも大きなサイズの凹凸が表面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記凹凸が不規則に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記レーザ光を、前記光混合層に照射することを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
5. 前記レーザ光を、前記蛍光体に照射することを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
6. 前記光混合層は、透明な材料で形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記光混合層は、透明な材料の母材の内部に、母材と屈折率が異なり照明光に対して透明な粒子が分散されたもので形成されること特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
8. 前記透明な材料が、ガラス、樹脂、窒化アルミニウム、炭化ケイ素またはサファイアであることを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
9. 金属板上に前記蛍光体が配置されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記蛍光体が、凹面に形成された反射面を有する反射部材の焦点に配置されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置。
11. 前記反射面が、回転放物面に形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記回転放物面が、複合放物面であることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記反射面が、回転楕円面に形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
14. 前記反射面が、頂点と焦点を結ぶ軸を含む面で分割した形状に形成されたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の照明装置。
15. 前記レーザ光の色帯が青色帯であり、前記蛍光の色帯が緑色帯から赤色帯であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置。

Images