JP2013012358A - 照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を高めることができる照明装置を提供する。
【解決手段】ヘッドランプ１は、蛍光体発光部４と、蛍光体発光部４から出射された出射光を反射し、外部へ投光するリフレクタ５と、上記出射光のうち、リフレクタ５に向かわない出射光の少なくとも一部をリフレクタ５の略焦点位置に配置された蛍光体発光部４が有する所定の面に向けて反射するミニミラー８とを備えている。ミニミラー８の光軸は、上記所定の面の法線に対して傾いている。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射鏡を用いて照明光を投光する照明装置および車両用前照灯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照明装置の研究が盛んになってきている。

また、環境問題の観点からエネルギー消費量を抑制するという目的を達成するために、照明装置の発光素子（ＬＥＤ、ＬＤ、蛍光体発光部など）から出射される光の利用効率（以下、単に「光の利用効率」と称する）を高めることが求められている。

特許文献１に記載された光源装置では、蛍光体にレーザ光を照射することで自然放出光（可視光）が発生し、発生した可視光を照明光として利用している。この光源装置では、蛍光体の前方にレーザ光反射鏡である紫外線反射鏡が設けられており、蛍光体内で吸収されなかったレーザ光は、紫外線反射鏡に反射することで、再び蛍光体に照射される。この構成により、蛍光体によって可視光に変換されなかったレーザ光が外部に出射されることを防止している。また、紫外線反射鏡で反射し、再び蛍光体に入射したレーザ光は、蛍光体で自然放出光に変換されるため、レーザ光の利用効率を高めることが可能となる。

特開２００３−２９５３１９号公報（２００３年１０月１５日公開）

ところが、上記特許文献１では、レーザ光の利用効率を高めることは可能だが、蛍光体が発生させた可視光の利用効率を高めるための構成については開示されていない。

ここで、蛍光体が発生させた光の利用効率について具体的に説明する。

図１０には、従来の照明装置５０の構成が示されている。この照明装置５０は、蛍光体発光部４から出射した光をリフレクタ５によって配光制御し、照明光として出射する。この照明光は、リフレクタ５の光軸に対して略平行な光である。

蛍光体発光部４から出射する光は、四方八方に進行するため、リフレクタ５に反射せずにリフレクタ５の開口部から外部へ出射する光も存在する。例えば、リフレクタ５に反射せずに、リフレクタ５によって規定される所定の立体角から外れて斜め上方向に出射した光（図１０における光線５２）は、所望の照射領域には到達しないため、無駄になってしまう。特許文献１には、このような蛍光体発光部から出射された光についての問題点は、記載されておらず、それゆえ、その解決手段も開示されていない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、光の利用効率を高めることができる照明装置を提供することにある。

本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、
発光素子と、
上記発光素子から出射された出射光を反射し、外部へ投光する反射鏡と、
上記出射光のうち、上記反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部を上記反射鏡の略焦点位置に配置された上記発光素子が有する所定の面に向けて反射する光学部材とを備え、
上記光学部材の光軸は、上記所定の面の法線に対して傾いていることを特徴としている。

上記の構成によれば、発光素子から出射された出射光のうち、反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部は、光学部材によって、発光素子が有する所定の面に向けて反射される。発光素子は、反射鏡の略焦点位置に配置されているため、上記所定の面に向けて反射された光の少なくとも一部は、略焦点位置から出射して反射鏡に向かい、反射鏡によって配光制御される。

それゆえ、発光素子から出射した光に対する、反射鏡によって配光制御される光の割合を効果的に高めることができ、照明装置における光の利用効率を高めることができる。

なお、略焦点位置とは、数学的に厳密な焦点位置を基準として規定される範囲に含まれる位置であって、実際の製品において許容される所定の誤差を考慮して規定された範囲に含まれる位置である。

また、上記所定の面は、上記反射鏡の反射面と対向する部分を有する面であることが好ましい。

上記の構成によれば、光学部材が反射した光は、発光素子の面のうち、反射鏡の反射面と対向する部分を有する面に照射される。つまり、所定の面の全体が、反射鏡の反射面と対向している必要は必ずしもなく、所定の面の少なくとも一部が反射鏡の反射面と対向していればよい。

この構成により、光学部材が反射した光が、発光素子の所定の面で反射し、反射鏡へ向かう可能性を高めることができる。

本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、
発光素子と、
上記発光素子から出射された出射光を反射し、外部へ投光する反射鏡と、
上記出射光のうち、上記反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部を上記反射鏡の略焦点位置に向けて反射する光学部材とを備え、
上記発光素子は、上記略焦点位置に配置されており、当該発光素子の、上記反射鏡の反射面と対向する面において、上記光学部材が反射した光を受けることを特徴としている。

上記の構成によれば、発光素子から出射された出射光のうち、反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部は、光学部材によって、反射鏡の略焦点位置に向けて反射される。発光素子は、上記略焦点位置に配置されており、当該発光素子が有する面のうち、反射鏡の反射面と対向する面（対向面と称する）において、光学部材が反射した光を受ける。光学部材が反射した光を対向面で受けることにより、当該光を効率良く反射鏡へ向けて反射することができる。

それゆえ、発光素子から出射した光に対する、反射鏡によって配光制御される光の割合を効果的に高めることができ、照明装置における光の利用効率を高めることができる。

また、上記光学部材によって上記略焦点位置に戻された出射光の少なくとも一部の成分は、上記反射鏡に向けて反射されることが好ましい。

上記の構成により、反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部の成分（例えば、蛍光など照明光として利用される光）を反射鏡に向かわせることができ、出射光の少なくとも一部の成分の利用効率を高めることができる。

また、上記照明装置は、励起光を出射する励起光源を備え、
上記発光素子は、上記励起光を受けて蛍光を発する蛍光物質を含み、
蛍光に変換されなかった励起光が、上記光学部材によって上記発光素子に戻された後、上記蛍光物質によって蛍光に変換されることが好ましい。

上記の構成によれば、蛍光に変換されなかった励起光を光学部材によって発光素子に戻すことにより、当該励起光を蛍光に変換することができる。それゆえ、励起光の蛍光への変換効率を高めることができる。

また、上記励起光はレーザ光であってもよい。

レーザ光を励起光として利用することにより、高輝度光源を実現できる。また、蛍光に変換されなかったレーザ光は光学部材によって発光素子に戻され、当該レーザ光は蛍光に変換される。それゆえ、人の眼に有害なレーザ光が照明装置の外部に漏れる可能性を低減することができる。

また、上記光学部材は、上記蛍光を反射し、上記レーザ光を吸収する層を有していることが好ましい。

上記の構成により、蛍光に変換されなかったレーザ光を光学部材によって吸収することができ、レーザ光が照明装置の外部に漏れる可能性を低減することができる。また、蛍光については、略焦点位置に戻すことにより蛍光の利用効率を高めることができる。

また、上記光学部材は、上記蛍光を透過し、上記レーザ光を反射する層を有していることが好ましい。

上記の構成により、蛍光に変換されなかったレーザ光を光学部材によって反射し、蛍光物質を含む発光素子に戻すことによりレーザ光の利用効率を高めることができる。

また、上記光学部材は、上記略焦点位置と上記反射鏡の開口部の縁とを通る直線、および上記略焦点位置と上記反射鏡の頂点とを通る直線と交差していることが好ましい。

上記の構成により、発光素子から出射された出射光のうち、反射鏡に向かわない出射光のほとんどを発光素子に戻すことができる。それゆえ、光の利用効率を顕著に高めることができる。

また、上記光学部材と上記焦点位置との間の距離は、上記焦点位置と上記反射鏡との間の最短距離よりも短いことが好ましい。

光学部材が大きいと、反射鏡によって配光制御された光を光学部材が遮ってしてしまう可能性があるため、光学部材はできるだけ小さい方が好ましい。そのため、光学部材を発光素子に、できるだけ近づけることが好ましい。その目安のひとつとして、光学部材と反射鏡の焦点位置との間の距離は、上記焦点位置と反射鏡との間の距離よりも短いことが好ましい。

また、上記光学部材は、凹球面ミラーを含むことが好ましい。

光学部材の少なくとも一部として凹球面ミラーを用いることにより、発光素子から出射された光を反射鏡の焦点位置に集光することが容易になる。

また、上記反射鏡は、楕円、円または放物線の対称軸を回転軸として当該楕円、円または放物線を回転させることによって形成される曲面を、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反射面として有しており、
上記反射面と対向する対向面を有するとともに、当該対向面において上記発光素子を支持する支持部材をさらに備え、
上記光学部材は、上記対向面に配置されていることが好ましい。

上記の構成によれば、共通の基板上に発光素子および光学部材を設けることにより、発光素子と光学部材との位置関係を安定的かつ精度よく規定することが容易になる。

また、支持部材の対向面において発光素子を支持することにより、当該発光素子の放熱を支持部材によって促進することが可能となる。それゆえ、熱によって発光素子が機能低下することを抑制でき、照明装置の信頼性を高めることができる。

また、上記照明装置を含む車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明によれば、発光素子から出射した光に対する、反射鏡によって配光制御される光の割合を効果的に高めることができ、照明装置における光の利用効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドランプの概略構成を示す断面図である。 図２（ａ）〜（ｂ）は、上記ヘッドランプが備えるミニミラーの配置および構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプの構造をより詳細に示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 上記ヘッドランプが備えるミニミラーの変更例を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。 本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、本発明の照明装置の一例としてヘッドランプ（車両用前照灯）を挙げて説明する。しかし、本発明の照明装置は、ヘッドランプのみならず、その他の照明装置に適用されてもよい。

本発明の照明装置の一例として、ダウンライトを挙げることができる。ダウンライトは、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置である。その他にも、本発明の照明装置は、車両以外の移動物体（例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど）のヘッドランプとして実現されてもよいし、サーチライト、プロジェクタ、ダウンライト以外の室内照明器具（スタンドランプなど）として実現されてもよい。

＜ヘッドランプ１の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ１の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、ヘッドランプ１は、レーザ素子（励起光源）２、レンズ３、蛍光体発光部（発光素子）４、リフレクタ（反射鏡）５、金属ベース（支持部材）７、ミニミラー（光学部材）８を備えている。

本実施形態のヘッドランプ１では、蛍光物質を含む蛍光体発光部に励起光としてのレーザ光を照射することにより当該蛍光体発光部において蛍光を発生させ、その蛍光を照明光として利用する。ただし、ヘッドランプ１においてレーザ素子２に換えてＬＥＤを励起光源として用いてもよい。

（レーザ素子２）
レーザ素子２は、励起光を出射する励起光源として機能する半導体レーザである。このレーザ素子２は、複数設けられていてもよい。この場合、複数のレーザ素子２のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。レーザ素子２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、複数のレーザ素子２を用いる方が容易である。

レーザ素子２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。レーザ素子２のレーザ光の波長は、例えば、４０５ｎｍ（青紫色）または４５０ｎｍ（青色）であるが、これらに限定されず、蛍光体発光部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。

（レンズ３）
レンズ３は、レーザ素子２から出射したレーザ光が蛍光体発光部４に適切に照射されるように、当該レーザ光の照射範囲を調節するためのレンズであり、レーザ素子２のそれぞれに配設されている。

（蛍光体発光部４）
蛍光体発光部４は、レーザ素子２から出射されたレーザ光を受けて蛍光（出射光）を出射する発光素子であり、レーザ光を受けて発光する蛍光体（蛍光物質）を含んでいる。本願明細書では、「蛍光体発光部４から光を出射する」とは、蛍光体発光部４の位置から光が出ていくことを意味する。蛍光体発光部４から出ていく光は、蛍光体発光部４の内部において生成された光であってもよく、蛍光体発光部４の外部から入射し、蛍光体発光部４の表面で反射した光であってもよい。

具体的には、蛍光体発光部４は、封止材の内部に蛍光体が分散されているもの、または蛍光体を固めたものである。蛍光体発光部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。蛍光体発光部４の表面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。

この蛍光体発光部４は、金属ベース７の表面（リフレクタ５の反射面と対向する対向面）かつリフレクタ５のほぼ焦点位置に配置されている。そのため、蛍光体発光部４から出射した蛍光は、リフレクタ５の反射面に反射することで、その光路が制御される。

また、後述するように、蛍光体発光部４は、リフレクタ５の反射面と対向する上面において、ミニミラー８が反射した蛍光を受ける。この蛍光は、蛍光体発光部４の表面で反射するか、または、蛍光体発光部４を透過して金属ベース７の表面で反射し、リフレクタ５の反射面へ向かう。そして、当該蛍光は、リフレクタ５によって配光制御されて照明光として出射される。

また、蛍光に変換されなかったレーザ光が蛍光体発光部４から出射してしまった場合には、当該レーザ光の少なくとも一部は、ミニミラー８によって蛍光体発光部４に戻された後、蛍光体発光部４が有する蛍光物質によって蛍光に変換される。

（蛍光体発光部４の組成）
蛍光体発光部４の蛍光体の組成は限定されない。蛍光体発光部４の蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体、酸窒化物蛍光体（例えば、サイアロン蛍光体）、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）、窒化物蛍光体などを用いることができる。また、レーザ素子など高い出力（および／または光密度）の励起光源を使用する場合には、蛍光体は、レーザ光に対しての熱耐性が高いものが最適である。

また、ヘッドランプの照明光は、所定の範囲の色度を有する白色にしなければならないことが、法律により規定されている。そのため、蛍光体発光部４には、照明光が白色となるように選択された蛍光体が含まれている。

例えば、青色、緑色および赤色の蛍光体を蛍光体発光部４に含め、４０５ｎｍのレーザ光を照射すると白色光が発生する。または、黄色の蛍光体（または緑色および赤色の蛍光体）を蛍光体発光部４に含め、４５０ｎｍ（青色）のレーザ光（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる青色近傍のレーザ光）を照射することでも白色光が得られる。

ただし、本発明をヘッドランプ以外の照明装置として実現する場合には、照明光を白色にする必要は必ずしもない。

蛍光体発光部４の封止材は、例えば、ガラス材（無機ガラス、有機無機ハイブリッドガラス）、シリコーン樹脂等の樹脂材料である。封止材は、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。

また、電気泳動法を用いて、電極として機能する金属基板に蛍光体粒子を層状に堆積させることにより蛍光体発光部４を形成してもよい。このときに、蛍光体粒子どうしを付着するためにバインダーを使用してもよい。このバインダーは、例えば、エタノールに、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）またはＴＥＭＯＳ（テトラメトキシシラン）、水および酸（例えば濃塩酸）を添加し、加水分解することにより得られ、乾燥、焼成を経ることで最終的にはシリカとなる。

（蛍光体発光部４の形状・大きさ）
蛍光体発光部４の形状は、特に限定されず、直方体であってもよいし、円柱形状であってもよく、蛍光体発光部４の大きさも特に限定されない。

また、蛍光体発光部４は薄いことが好ましい。「蛍光体発光部４が薄い」とは、蛍光体発光部４の上面よりも側面の方が十分に面積が小さく、蛍光の大部分が上方に（すなわち、リフレクタ５の反射面に向けて）放出されることを意味する。

（リフレクタ５）
リフレクタ５は、蛍光体発光部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。すなわち、リフレクタ５は、蛍光体発光部４から出射された出射光を反射し、外部へ投光する。このリフレクタ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。

リフレクタ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曲面（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。

ただし、リフレクタ５は、放物曲面を含むものに限定されず、楕円ミラーまたは球面ミラーであってもよい。すなわち、リフレクタ５は、円または楕円を、その対称軸を回転軸として回転させることによって形成される曲面を、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てもよい。

このような形状のリフレクタ５は、蛍光体発光部４の上面を覆う位置に配置されている。蛍光体発光部４の上面とは、リフレクタ５の反射面と対向する部分を有する面である。より詳細には、蛍光体発光部４の上面（所定の面）とは、その面の任意の箇所に立てた複数の法線の少なくとも一部の法線がリフレクタ５の反射面と交差する面である。

また、レーザ素子２は、リフレクタ５の外部に配置されており、リフレクタ５には、レーザ光を透過または通過させる窓部６が形成されている。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、蛍光体発光部４からの蛍光を反射するフィルターを有する透明部材を窓部６として設けてもよい。この構成では、蛍光体発光部４の蛍光が窓部６から漏れることを防止できる。

複数のレーザ素子２を設ける場合、窓部６は、複数のレーザ素子２に共通のものが１つ設けられていてもよいし、各レーザ素子２に対応した複数の窓部６が設けられていてもよい。

（金属ベース７）
金属ベース７は、リフレクタ５の反射面と対向する表面（対向面と称する）を有するとともに、当該対向面において蛍光体発光部４を支持する支持部材である。また、金属ベース７の対向面には、ミニミラー８も配設されており、蛍光体発光部４とミニミラー８とが共通の基板上に配設されている。それゆえ、蛍光体発光部４に対するミニミラー８の相対位置を安定的かつ厳密に規定することが容易になる。

また、金属ベース７は、金属（銅や鉄やアルミニウムなど）からなっており、それゆえ、熱伝導性が高く、蛍光体発光部４の発熱を効率的に放熱することができる。

なお、蛍光体発光部４を支持する部材は、金属からなるものに限定されず、金属以外の熱伝導性が高い物質（ガラス、サファイアなど）を含む部材でもよい。また、金属ベース７の対向面は反射面として機能することが好ましい。上記対向面が反射面であることにより、蛍光体発光部４の上面から入射したレーザ光が蛍光に変換された後に、当該反射面で反射させてリフレクタ５へ向かわせることができる。

（ミニミラー８）
ミニミラー８は、好ましくは凹球面ミラーであり、蛍光体発光部４から出射された出射光（蛍光および／またはレーザ光）のうち、リフレクタ５に向かわない出射光の少なくとも一部を、リフレクタ５の略焦点位置に配置された蛍光体発光部４が有する上面に向けて反射する。そして、焦点位置に戻された出射光（蛍光および／またはレーザ光）の少なくとも一部の成分（蛍光）は、リフレクタ５に向けて出射される。

ミニミラー８の曲率中心は、リフレクタ５の焦点位置と略一致している。そのため、ミニミラー８によって反射された光は、リフレクタ５の略焦点位置に集光される。

ここで、略焦点位置とは、数学的に厳密な焦点位置を基準として規定される範囲に含まれる位置であって、実際の製品において許容される所定の誤差を考慮して規定された範囲に含まれる位置である。

ミニミラー８を凹球面ミラーとすることにより、蛍光体発光部４から出射された出射光をリフレクタ５の焦点位置に集光することが容易になる。

また、ミニミラー８は、金属ベース７の表面（対向面）に固定されている。ミニミラー８の固定方法は特に限定されない。例えば、ミニミラー８の縁から延出する突起部を設け、当該突起部を介して金属ベース７にミニミラー８を固定してもよい。

また、ミニミラー８が反射する光を厳密にリフレクタ５の焦点位置に集光する必要はなく、当該光を上記略焦点位置に集光するか、または戻せばよい。

図２（ａ）〜（ｂ）は、ミニミラー８の配置および構成を示す断面図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ミニミラー８の光軸８ｂは、蛍光体発光部４の上面４ａの法線４ｂに対して傾いている。すなわち、ミニミラー８の光軸８ｂは、法線４ｂと平行ではない。なお、ミニミラー８の光軸とは、ミニミラー８によって反射される光線の中心軸とする。換言すれば、ミニミラー８によって反射される光線のうちの中心の光線が通る仮想的な線を光軸とする。また、ミニミラー８の光軸とは、当該ミニミラー８の内壁の中心（頂点）と曲率中心とを通る直線であるとも表現できる。

ミニミラー８の光軸８ｂが、蛍光体発光部４の上面４ａの法線４ｂに対して傾いていることにより、ミニミラー８で反射した光が上面４ａに照射され、当該上面４ａでさらに反射してミニミラー８へ向かうことを防止できる。つまり、ミニミラー８と蛍光体発光部４の上面４ａとの間で光が反射を繰り返すことを防止できる。

なお、蛍光体発光部４の上面とは、リフレクタ５の反射面と対向する部分を有する面である。より厳密には、上記上面とは、当該上面の任意の複数箇所に立てた法線のうちの少なくとも一部の法線がリフレクタ５の反射面と交差する面である。つまり、蛍光体発光部４の上面の全ての部分がリフレクタ５の反射面と対向している必要は必ずしもなく、その一部がリフレクタ５の反射面と対向していればよい。

また、ミニミラー８が反射した光の全てが蛍光体発光部４の上面に照射される必要はなく、当該光の少なくとも一部が上記上面に照射されればよい。

（ミニミラー８の材質）
ミニミラー８の材質は、リフレクタ５の材質と同様のものでもよく、特に限定されない。ミニミラー８は、例えば、アルミニウム製であってもよく、樹脂の表面をアルミニウム、銀など反射率の高い金属でコートしたものであってもよい。

また、ミニミラー８の反射面に、レーザ光を反射するレーザ光反射層８ｃを形成してもよい。図２（ａ）に示すようにレーザ光反射層８ｃのみでミニミラー８を形成してもよいし、ミニミラー８が有する複数の層の１つをレーザ光反射層８ｃとしてもよい。レーザ光反射層８ｃは、蛍光を透過するものであってもよく、蛍光を反射するものであってもよい。レーザ光反射層８ｃが蛍光を透過するものである場合においては、リフレクタ５の頂点付近の反射面で反射され、配光制御された蛍光をレーザ光反射層８ｃが透過するため、照明装置として光の利用効率を高めることができる。また、レーザ光反射層８ｃを凹球面形状の基層の表面に形成してもよい。

また、ミニミラー８にレーザ光を吸収するレーザ光吸収層８ｄを設けてもよい。レーザ光吸収層８ｄは、蛍光を透過するものであってもよく、蛍光を反射するものであってもよい。

レーザ光吸収層８ｄが蛍光を透過する場合には、図２（ｂ）に示すように、レーザ光吸収層８ｄよりも外側（蛍光体発光部４から遠い位置）に蛍光を反射する反射層８ｅを設けることが好ましい。反射層８ｅは、例えば、銀やアルミニウムの層（コート）である。

可視光（蛍光を含む）を透過し、紫外光を吸収する層として、例えば、五鈴精工硝子社製の紫外線吸収フィルター（ＩＴＹシリーズ）を用いることができる。レーザ光に紫外領域の波長を使用した場合は、この紫外線吸収フィルターを凹球面鏡の反射面の前面に設けることで、蛍光を反射し、レーザ光を吸収するミニミラー８を実現できる。

レーザ光吸収層８ｄにおいてレーザ光を吸収することにより、蛍光については、その利用効率を高めることができるとともに、レーザ光がヘッドランプ１の外部に漏れる可能性を低減できるため、安全性を高めることができる。

（ミニミラー８の配置および大きさ）
図３は、ヘッドランプ１の構造をより詳細に示す断面図である。ここでは、具体的な数値を用いてヘッドランプ１の構造を説明する。ただし、図３に記載された数値はあくまで一例であり、本発明はこれらの数値によって限定されない。

ミニミラー８は、リフレクタ５の略焦点位置と当該リフレクタ５の開口部５ａの縁とを通る直線（図３における焦点位置を始点とする半直線Ａ）、および上記略焦点位置とリフレクタ５の頂点５ｂとを通る直線（図３における頂点５ｂを始点とする半直線Ｂ）と交差している。この構成により、蛍光体発光部４から出射し、リフレクタ５に向かわない出射光のほとんどを蛍光体発光部４に戻すことができる。

具体的に説明すると、蛍光体発光部４から出射し、リフレクタ５に向かわない出射光は、図３に示す断面においては、半直線Ａと半直線Ｂとによって形成される５３°の範囲内を通過する。３次元的に説明すれば、半直線Ｂを回転軸として半直線Ａを回転させることで形成される曲面と、金属ベース７の対向面とで囲まれる範囲内を、リフレクタ５に向かわない出射光が通過する。ミニミラー８は、この範囲を横断しているため、リフレクタ５に向かわない出射光のほとんどを反射し、蛍光体発光部４に戻すことができる。

また、半直線Ａおよび半直線Ｂと交差するという条件を満たした状態でミニミラー８の大きさを任意に変更でき、ミニミラー８を蛍光体発光部４に近づけるほどミニミラー８を小さくすることができる。図３では、ミニミラー８の高さ（金属ベース７からミニミラー８の、リフレクタ５側の端部までの距離）は、５．６ｍｍである。リフレクタ５の高さ（リフレクタ５の開口部によって規定される半円の半径）は、６０ｍｍであり、ミニミラー８の高さは、リフレクタ５の高さの１０％よりも低い。

ミニミラー８が大きいと、リフレクタ５によって配光制御された蛍光をミニミラー８が反射してしまう可能性があるため、ミニミラー８はできるだけ小さい方が好ましい。そのため、ミニミラー８を蛍光体発光部４に、できるだけ近づけることが好ましい。

具体的な目安としては、ミニミラー８の金属ベース７における設置位置とリフレクタ５の焦点位置との間の距離は、上記焦点位置とリフレクタ５との間の最短距離よりも短いことが好ましい。図３では、金属ベース７の表面において、ミニミラー８とリフレクタ５の焦点位置との間の距離は７ｍｍであり、焦点位置とリフレクタ５との間の最短距離は１５ｍｍである。

（ヘッドランプ１の作用効果）
ヘッドランプ１では、蛍光体発光部４から出射した出射光（蛍光および／またはレーザ光）のうち、リフレクタ５の反射面に向かわない出射光は、ミニミラー８によってリフレクタ５の略焦点位置に向けて反射され、略焦点位置において再び出射されることで、少なくともその一部はリフレクタ５の反射面へ向かう。それゆえ、蛍光体発光部４から出射した光に対する、リフレクタ５によって配光制御される光の割合を効果的に高めることができ、蛍光体発光部４から出射した出射光の利用効率を高めることができる。

また、ミニミラー８の光軸８ｂが、蛍光体発光部４の上面４ａの法線４ｂに対して傾いていることにより、ミニミラー８と蛍光体発光部４の上面４ａとの間で光が反射を繰り返し、減衰することを防止できる。それゆえ、光の利用効率をより効果的に高めることができる。

また、蛍光体発光部４から出射する光に、蛍光に変換されなかったレーザ光が含まれている場合には、当該レーザ光の少なくとも一部は、レーザ光吸収層８ｄによって吸収されるか、または、ミニミラー８によって蛍光体発光部４に戻された後、蛍光体発光部４が有する蛍光物質によって蛍光に変換される。

それゆえ、レーザ光がヘッドランプ１の外部に漏れる可能性を低減できるため、安全性を高めることができる。

さらに、ヘッドランプ１では、ミニミラー８が蛍光体発光部４の近傍かつリフレクタ５の開口部側に設けられているため、蛍光体発光部４が外部から見えにくく、安全性を高めることができる。

さらに、図３のような位置関係でミニミラー８を配置することにより、より外部から見えにくくなるため、安全性をさらに高めることができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図４〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材、同様の機能を有するものに関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。この点は、後述する実施の形態３〜６についても同様である。

ヘッドランプ１では、蛍光体発光部４の上面４ａに対してレーザ素子２からのレーザ光を、リフレクタ５の窓部６を通して照射しているが、レーザ光の照射方法として別の方法を用いてもよい。

図４は、本発明の別の実施形態に係るヘッドランプ１０の構成を示す断面図である。図４に示すように、ヘッドランプ１０では、金属ベース７に開口部７ａが設けられており、この開口部７ａを通して、蛍光体発光部４の底面（上面４ａに対向する面）からレーザ光を照射する。

それゆえ、リフレクタ５に窓部６を形成する必要がなくなり、リフレクタ５の反射面の面積を実質的に増やすことができ、制御できる蛍光の量を増やすことができる。

なお、蛍光体発光部４は、図４に示すように金属ベース７の開口部７ａよりも大きく、当該開口部７ａを覆うように配置されていてもよく、開口部７ａとほぼ同じ大きさの蛍光体発光部４が当該開口部７ａにはめ込まれていてもよい。

図５は、本発明の別の実施形態に係るヘッドランプ２０の構成を示す断面図である。図５に示すように、レーザ素子２からのレーザ光は、光ファイバー９などの導光手段を介して蛍光体発光部４に照射されてもよい。導光部材として光ファイバーを用いることにより、リフレクタ５の配光制御に影響が少ない場所から導光することが可能となるため、配光制御できる光の量を増やすことができる。

また、光ファイバーの替わりに、円錐台状または角錐台状の導光部材を用いてもよい。これらの導光部材は、レーザ素子２が出射したレーザ光を受光する光入射面と当該光入射面において受光したレーザ光を蛍光体発光部４へ出射する光出射面とを有している。光出射面の面積を、光入射面の面積よりも小さくすることで、光入射面から入射した各レーザ光は、導光部材の側面に反射しつつ前進することにより収束されて光出射面から出射される。

また、金属ベース７の裏側に、放熱用のフィン１１などの熱交換機構を設けてもよい。フィン１１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るものである。金属ベース７を放熱させる機構は、放熱または冷却機能を有するものであればく、ヒートパイプ、水冷方式や、空冷方式のものであってもよい。

このような熱交換機構を設けることにより、レーザ光の照射によって蛍光体発光部４が発熱したときに、その熱を効率良く放熱させることで、当該熱によって蛍光体発光部４の機能が低下することを防止できる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図６は、本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプ３０の構成を示す断面図である。なお、図６では、レーザ素子２などの部材は省略されている。

ヘッドランプ３０では、金属ベース７の表面に傾斜部７１が形成されている。この傾斜部７１は、蛍光体発光部４の上面４ａの角度を、金属ベース７の表面に対して所定の角度に維持する角度維持部として機能する。

図６に示す例では、蛍光体発光部４の上面４ａの任意の複数箇所に立てた法線のうちの一部の法線がリフレクタ５の反射面と交差している。すなわち、上面４ａの一部は、リフレクタ５の反射面と対向しておらず、ミニミラー８と対向している。図６では、上記法線がリフレクタ５の開口側に向くように傾斜させているが、リフレクタ５の頂点側に傾斜させてもよい。

本発明では、リフレクタ５の反射面と対向する部分を一部でも含む面に向けてミニミラー８の反射光を照射すればよく、図６に示す構成も本願の技術的範囲に含まれる。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本発明の照明装置は、閉じた円形の開口部を有するリフレクタまたはその一部を備えるものであってもよい。ここでは、その具体例について説明する。

図７は、本発明のさらに別の実施形態に係るヘッドランプ４０の構成を示す断面図である。ヘッドランプ４０は、図７に示すように、複数のレーザ素子２とレンズ１２とのセット、集光レンズ１３、反射ミラー１４、蛍光体発光部４、ミニミラー８、リフレクタ（反射鏡）５１および金属板（支持部材）１５を備えている。

リフレクタ５１は、回転放物面を反射曲面として有し、閉じた円形の開口部を有している。すなわち、リフレクタ５１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曲面の少なくとも一部をその反射面に含んでいる。

金属板１５は、銀メッキされた銅製の板であり、リフレクタ５１の頂点付近を貫いて当該リフレクタ５１の内部に伸びている。この金属板１５の両表面に蛍光体発光部４が配置されており、金属板１５の表側および裏側に配置された蛍光体発光部４のそれぞれに対してレーザ光が照射される。蛍光体発光部４は、リフレクタ５１の略焦点位置に配置されている。

レーザ素子２から発振されたレーザ光は、レンズ１２によって平行光に成形され、集光レンズ１３によって、蛍光体発光部４の上面のサイズまで絞られる。その後、レーザ光は、反射ミラー１４によって反射され、リフレクタ５１の窓部５１ａを通して蛍光体発光部４に照射される。

レーザ素子２、レンズ１２、集光レンズ１３および反射ミラー１４のセットは、２つの蛍光体発光部４のそれぞれにレーザ光を照射するために２セット設けられている。また、リフレクタ５１には、窓部６と同様の窓部５１ａが上記セットに対応するように２つ設けられている。

金属板１５は、蛍光体発光部４およびミニミラー８を支持するとともに、蛍光体発光部４の熱を放熱する機能を有している。また、金属板１５の他方の端部に放熱用のフィンなどの熱交換機構を設けてもよい。

蛍光体発光部４とミニミラー８との位置関係およびミニミラー８の作用効果は、ヘッドランプ１と同様である。

〔実施の形態５〕
図８は、ミニミラー８の変更例を示す断面図である。本発明の照明装置が備えるミニミラー（光学部材）は、凹球面ミラーに限定されず、複数の光学部材の組み合わせであってもよい。図８に示す例では、ミニミラー８に相当する光学部材は、集光レンズ（光学部材）１６と反射鏡（光学部材）１７との組み合わせからなっている。

反射鏡１７は、蛍光体発光部４から出射された光を蛍光体発光部４に向けて反射するミラーであり、パラボラミラー、楕円ミラーまたは平面ミラーであってもよい。反射鏡１７の形状は、集光レンズ１６との関係において適宜規定されればよい。

集光レンズ１６は、反射鏡１７が反射した光の少なくとも一部を蛍光体発光部４の上面４ａに集光する。より具体的には、集光レンズ１６の光軸１６ａは、リフレクタ５の略焦点位置を通っており、反射鏡１７が反射した光の少なくとも一部は、上記略焦点位置に集光される。

このように複数の光学部材を用いて、蛍光体発光部４から出射された光を蛍光体発光部４に戻してもよい。

〔実施の形態６〕
本発明の照明装置は、レーザ素子と蛍光体発光部との組み合わせの代わりに、励起光源としてのＬＥＤチップと蛍光体とを備えるＬＥＤを備えていてもよい。図９は、本発明の照明装置における光源としてのＬＥＤ４１の構成を示す断面図である。

図９に示すように、ＬＥＤ４１は、ＬＥＤチップ４２を備え、ＬＥＤチップ４２の周囲に蛍光体粒子４３が散在されている。これらＬＥＤチップ４２および蛍光体粒子４３は、封止材４４によって封止されている。蛍光体粒子４３および封止材４４の材質は、蛍光体発光部４を構成する蛍光体および封止材の材質と同様のものでよく、特に限定されない。

ＬＥＤチップ４２には、金細線４６およびリード線４７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。

便宜上、ＬＥＤチップ４２、蛍光体粒子４３および封止材４４を１つの部材として見なし、発光部４５と称する。この発光部４５は、蛍光体発光部４と同様にリフレクタ５の略焦点位置に配置される。また、発光部４５、金細線４６およびリード線４７は、透明樹脂４８によって互いに固定されている。

ＬＥＤチップ４２から出射した励起光が蛍光体粒子４３に照射されることによって蛍光が発生し、その蛍光が発光部４５から出射される。発光部４５から出射された出射光（蛍光および／または励起光）のうち、リフレクタ５に向かわない出射光の少なくとも一部は、ミニミラー８によって略焦点位置に向けて反射された後、略焦点位置において再び出射されることで、リフレクタ５に向かう。

また、発光部４５から出射された光に、蛍光に変換されなかった励起光が含まれている場合には、ミニミラー８によって略焦点位置に向けて反射された後、略焦点位置に配置された発光部４５の蛍光体粒子４３によって蛍光に変換され、出射される。

それゆえ、ＬＥＤ４１を備える構成においても、光の利用効率を効果的に高めることができる。

（その他の変更例）
本発明をプロジェクタ用の照明系光源として実現する場合には、リフレクタ５として楕円ミラー（楕円面鏡）を用い、蛍光体発光部４を楕円ミラーの第１焦点位置に配置し、楕円ミラーの第２焦点位置にロッドレンズを配置してもよい。より詳細には、ロッドレンズの一方の端部に形成された光入射面を楕円ミラーの第２焦点位置に配置する。ミニミラー８は、楕円ミラーに向かわない出射光の少なくとも一部を蛍光体発光部４に向けて反射できる位置に配置される。蛍光体発光部４とミニミラー８との位置関係は、上述の実施形態と同様である。

楕円ミラーによって反射された蛍光は、ロッドレンズの光入射面に入射し、ロッドレンズの内部を導光した後、他方の端部に形成された光出射面から出射される。

上記ロッドレンズは、オプティカルインデレクターとして機能するものであり、光束の角度成分を混ぜ合わせることによって照度むら、色むら、ちらつきなどを低減できる。上記ロッドレンズは、円柱状でも角柱状でもよく、所望される照明光のスポットの形状に合わせて選択すればよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができ、照明装置における光の利用効率を高めることができる。

１ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
２ レーザ素子（励起光源）
４ 蛍光体発光部
４ａ 上面（所定の面）
４ｂ 法線
５ リフレクタ（反射鏡）
５ａ 開口部
７ 金属ベース（支持部材）
７ａ 開口部
８ ミニミラー（光学部材）
８ｂ 光軸
８ｃ レーザ光反射層
８ｄ レーザ光吸収層
１０ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
１５ 金属板（支持部材）
１６ 集光レンズ（光学部材）
１７ 反射鏡（光学部材）
２０ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
３０ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
４０ ヘッドランプ（照明装置、車両用前照灯）
５１ リフレクタ（反射鏡）

Claims (13)

1. 発光素子と、
   上記発光素子から出射された出射光を反射し、外部へ投光する反射鏡と、
   上記出射光のうち、上記反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部を上記反射鏡の略焦点位置に配置された上記発光素子が有する所定の面に向けて反射する光学部材とを備え、
   上記光学部材の光軸は、上記所定の面の法線に対して傾いていることを特徴とする照明装置。
2. 上記所定の面は、上記反射鏡の反射面と対向する部分を有する面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 発光素子と、
   上記発光素子から出射された出射光を反射し、外部へ投光する反射鏡と、
   上記出射光のうち、上記反射鏡に向かわない出射光の少なくとも一部を上記反射鏡の略焦点位置に向けて反射する光学部材とを備え、
   上記発光素子は、上記略焦点位置に配置されており、当該発光素子の、上記反射鏡の反射面と対向する面において、上記光学部材が反射した光を受けることを特徴とする照明装置。
4. 上記光学部材によって上記略焦点位置に戻された出射光の少なくとも一部の成分は、上記反射鏡に向けて反射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 励起光を出射する励起光源を備え、
   上記発光素子は、上記励起光を受けて蛍光を発する蛍光物質を含み、
   蛍光に変換されなかった励起光が、上記光学部材によって上記発光素子に戻された後、上記蛍光物質によって蛍光に変換されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 上記励起光はレーザ光であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 上記光学部材は、上記蛍光を反射し、上記レーザ光を吸収する層を有していることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 上記光学部材は、上記蛍光を透過し、上記レーザ光を反射する層を有していることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 上記光学部材は、上記略焦点位置と上記反射鏡の開口部の縁とを通る直線、および上記略焦点位置と上記反射鏡の頂点とを通る直線と交差していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. 上記光学部材と上記焦点位置との間の距離は、上記焦点位置と上記反射鏡との間の最短距離よりも短いことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 上記光学部材は、凹球面ミラーを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 上記反射鏡は、楕円、円または放物線の対称軸を回転軸として当該楕円、円または放物線を回転させることによって形成される曲面を、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反射面として有しており、
    上記反射面と対向する対向面を有するとともに、当該対向面において上記発光素子を支持する支持部材をさらに備え、
    上記光学部材は、上記対向面に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の照明装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。

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