発光装置、照明装置および車両用前照灯
【課題】発光部を支持部材に密着させることによって発光部を支持する場合において、発光部からの発熱によって発光部と支持部材との密着性が低下したとしても、発光部を支持部材によって支持し続ける。
【解決手段】ヘッドランプ１は、半導体レーザ３から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部７と、励起光が照射される位置に発光部７を支持する支持部材１３と、発光部７の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と支持部材１３との間に圧力を与え、発光部７を支持部材１３に押しつける透明板９よびネジ１４とを備える。
【解決手段】ヘッドランプ１は、半導体レーザ３から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部７と、励起光が照射される位置に発光部７を支持する支持部材１３と、発光部７の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と支持部材１３との間に圧力を与え、発光部７を支持部材１３に押しつける透明板９よびネジ１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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来ている。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、このため、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。
【０００４】
このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置は、車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。励起光源として半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤでは実現し得なかった高輝度の光源を実現できる。
【０００５】
このようなレーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう。
【０００６】
この問題を解決するために特許文献２の発明では、波長変換部材（発光部に相当）の周囲（外表面）を覆うように配置されるなどして、波長変換部材に熱的に接続された透光性で膜状の熱伝導部材を設け、この熱伝導部材により波長変換部材の発熱を軽減している。更に、例えば凸レンズや凹レンズといった所望の形状のガラスや樹脂等の周囲に高熱伝導物質を被覆させることにより、熱伝導部材を比較的容易に所望の形状とする方法も開示されている。
【０００７】
また、特許文献３の発明では、波長変換部材を円筒形状のフェルールで保持し、このフェルールにワイヤ状の熱伝導部材を熱的に接続することにより波長変換部材の発熱を軽減している。
【０００８】
また、特許文献４の発明では、光変換部材（発光部に相当）の、半導体発光素子が位置する側に、冷媒が流れる流路を有する放熱部材（支持部材に相当）を設け、光変換部材を冷却している。
【０００９】
なお、光源としての高出力ＬＥＤチップ（発光部に相当）の表面に透光性のヒートシンク（支持部材に相当）を熱的に接続し、高出力ＬＥＤチップを冷却する構成が特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開２００７−２７６８８号公報（２００７年２月１日公開）
【特許文献３】特開２００７−３３５５１４号公報（２００７年１２月２７日公開）
【特許文献４】特開２００５−２９４１８５号公報（２００５年１０月２０日公開）
【特許文献５】特表２００９−５１３００３号公報（２００９年３月２６日公表）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上で述べた特許文献２〜５の発明のいずれにおいても、温度上昇を招く波長変換部材や光変換部材、高出力ＬＥＤ（以下、波長変換部材、光変換部材および高出力ＬＥＤを総称して波長変換部材と呼ぶ）を、それらから発生する熱を伝導する熱伝導部材や放熱部材、ヒートシンク（以下、熱伝導部材、放熱部材およびヒートシンクを総称して熱伝導部材と呼ぶ）に熱的に接続することによって、波長変換部材の発熱を低減させるものである。
【００１２】
しかしながら、波長変換部材に励起光の照射が経時的に繰り返されることによって、波長変換部材からの発熱量が非常に大きな値となってしまう場合がある。この場合、熱伝導部材を通して波長変換部材から発生する熱をいくら逃がしたとしても、発生する熱量が逃がす熱量を大きく上回ってしまうと、波長変換部材からの発熱を十分に低減することができない状況が起り得る。
【００１３】
このような状況の下では、波長変換部材と熱伝導部材との間の熱膨張率の違いに起因し、両者の間には熱膨張差が生じてしまう。ところが、波長変換部材と熱伝導部材とは、それらを熱的に接続するために、たとえばグリースといった密着材を用いて密着させており、上で述べた熱膨張差は両者の密着性を低下させるものである。
【００１４】
波長変換部材と熱伝導部材との密着性の低下は、両者の間における熱的な接続の信頼性を損なうことはもちろんであるが、たとえば熱伝導部材を用いて波長変換部材を支持していた場合、波長変換部材を所定の位置に支持し続けることが困難となる。すなわち、波長変換部材の位置変動を招くことになる。
【００１５】
波長変換部材は、半導体レーザ等の励起光源から出射される励起光が効率よく照射されるよう、励起光源に対する相対的な位置決めがなされている。波長変換部材の位置が変動すれば、励起光の照射効率を大きく低下させてしまう。
【００１６】
さらに、波長変換部材を熱伝導部材に密着させることによって、その波長変換部材の位置を固定していた場合、上記のように熱膨張差がその密着性を低下させ、ひいては、波長変換部材の落下という事態を招くおそれもある。
【００１７】
特に、特許文献２の発明では、膜状や層状といった熱伝導部材に波長変換部材を密着されている。このため、このような熱伝導部材に波長変換部材を押しつけ、その圧力を用いて、波長変換部材を熱伝導部材に固定することは困難である。なぜなら、熱伝導部材が膜状や層状といった外力に脆い形状である場合、上記のような圧力が印加されると、その圧力により、熱伝導部材の破壊を招いてしまうからである。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、発光部を支持部材に密着させることによって発光部を支持する場合において、発光部からの発熱によって発光部と支持部材との密着性が低下したとしても、発光部を支持部材によって支持し続けることができる発光装置、照明装置および車両用前照灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構とを備える。
【００２０】
発光部は励起光を受けて発光するが、その発光の際、励起光の照射によって発光部は発熱する。励起光の照射が繰り返されると、発光部からの発熱量は大きくなり、その結果、支持部材と発光部とのそれぞれの熱膨張率の違いにより、互いの熱膨張に差が生じてしまう。
【００２１】
このため、落下防止機構を用いずに、接着剤やグリース等の密着材を用いて発光部を支持部材に密着させ、固定していた場合、上で述べた熱膨張の差による機械的ストレスが支持部材と発光部との間の密着箇所に加わり、その密着箇所の密着性を低下させてしまう。その結果、支持部材は発光部を支持し続けることが困難となり、発光部の落下を招くおそれがある。
【００２２】
そこで、上記の構成では、落下防止機構は発光部の外面の少なくとも１つの部分と接触し、発光部が支持部材から落下することを防止する。
【００２３】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部が支持部材から落下することが防止されるので、発光部は支持部材によって支持し続けられることになる。
【００２４】
前記落下防止機構は、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と前記支持部材との間に圧力を与え、前記発光部を前記支持部材側に押しつける圧力印加機構であることが好ましい。
【００２５】
上記の構成では、圧力印加機構は発光部の外面の少なくとも１つの部分と接触する。そして、圧力印加機構はその少なくとも１つの部分と支持部材との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、発光部は支持部材に押しつけられることになる。
【００２６】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部は支持部材に押しつけられているので、発光部は支持部材によって支持し続けられることになる。
【００２７】
前記圧力印加機構は、前記発光部を挟みこむように前記支持部材と対向し、前記発光部の外面のうち前記支持部材側とは反対側の少なくとも一部の面と接触する対向部材を有し、前記支持部材と前記対向部材との間に圧力を印加することによって、前記支持部材と前記対向部材との間に前記発光部を固定することが好ましい。
【００２８】
上記の構成では、発光部を挟みこむようにして支持部材と対向部材とを対向するように配置する。そして、支持部材と対向部材との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、支持部材と対向部材とは、発光部をその両側から互いに押しつけあうことになる。
【００２９】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００３０】
底部が開口し、前記底部を通して前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる凹部を有し、前記凹部に前記発光部を収納する収納部材をさらに備え、前記収納部材は、前記支持部材と前記対向部材との間に挟みこまれており、前記支持部材と前記対向部材との間隔を維持していることが好ましい。
【００３１】
上記の構成では、発光部は、収納部材の凹部の内部に収納され、収納部材と共に支持部材と対向部材との間に挟みこまれている。そして、凹部の底部は開口しており、励起光源から出射された励起光は、その底部を通って発光部に照射される。
【００３２】
支持部材と対向部材との間には圧力が印加されているが、収納部材を用いないと、その圧力は直接、発光部に加わることになる。そのような圧力が加わり続けると、発光部が押しつぶされ、延いては発光部の破損を招くことも考えられる。
【００３３】
そこで、上記の構成では、支持部材と対向部材との間隔を維持する収納部材に発光部を収納し、支持部材と対向部材との間に印加される圧力が発光部のみに直接加わらないようにしている。
【００３４】
たとえば、収納部材の厚みを、発光部の厚みとほぼ一致させておけば、支持部材と対向部材との間隔が一定に保たれた状態で、発光部が支持部材および対向部材との間に挟みこまれることになる。発光部と収納部材との各々の厚みは、支持部材側から対向部材側へ向かう距離で定義することができる。
【００３５】
そうすることにより、発光部が押しつぶされ、発光部の破損を招くことなく、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００３６】
前記凹部は、前記底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれており、前記傾斜側壁面は前記照明光を反射することが好ましい。
【００３７】
上記の構成では、発光部が励起光を受けて発光する際、発光部を中心に四方八方に照明光が放射される。
【００３８】
そして、発光部を収納する収納部材の凹部は、底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれている。
【００３９】
このため、発光部から放射される光のうち一部を除き傾斜側壁面に到達し、反射することになる。
【００４０】
そうすることにより、発光部を中心に四方八方に放射される照明光から所定の立体角内を進む光線束を形成することができる。
【００４１】
前記対向部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記対向部材を透過した前記照明光を反射する反射部材をさらに備え、前記反射部材は、前記対向部材を介して前記傾斜側壁面と連続し、且つ、前記対向部材から離れるに従って開口面積が広がる、すり鉢状の反射面を有することが好ましい。
【００４２】
上記の構成では、収納部材の凹部を囲む傾斜側壁面に反射部材の反射面を連続させ、凹部の傾斜側壁面と反射部材の反射面とからなる、大きなすり鉢状の反射面が実現されている。
【００４３】
このため、このような大きなすり鉢状の反射面を用いて発光部を取り囲むことができるので、発光部から放射された照明光が反射面で反射する回数を増加させることができる。
【００４４】
そうすることにより、収納部材だけを用いて照明光を反射させる場合よりも小さい立体角内を進む光線束を形成することができる。
【００４５】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、前記圧力印加機構は、前記反射部材および前記透過部材のいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジをさらに有することが好ましい。
【００４６】
上記の構成では、発光部を挟みこんでいる支持部材と対向部材とをさらに、反射部材と透過部材とで挟みこんでいる。そして、反射部材と透過部材とは、それらのうちのいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジを用いて固定されている。
【００４７】
このため、反射部材と透過部材とに挟みこまれている支持部材と対向部材とに圧力が印加される。このような圧力が印加されることにより、反射部材と透過部材とは、支持部材と対向部材とを、その両側から互いに押しつけあうことになる。その結果、支持部材と対向部材とは、発光部をその両側から互いに押しつけあうことになる。
【００４８】
そうすることにより、支持部材と対向部材とに挟みこまれている発光部に一定の圧力を印加し続けることができるので、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００４９】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、前記支持部材および前記透過部材はそれぞれ、前記透過部材と間隙層を介して、密着し、前記落下防止機構は、前記発光部と前記支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、前記発光部と前記透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、前記支持部材および前記透過部材のいずれもが、前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止することが好ましい。
【００５０】
上記の構成では、発光部と支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、発光部と透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、支持部材および透過部材のいずれもが、発光部を支持できなくなったときでも、落下防止機構によって、発光部の落下を防止することができる。
【００５１】
また、上記発光装置を備えている照明装置および車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に係る発光装置は、以上のように、励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構とを備える。
【００５３】
それゆえ、発光部を支持部材に密着させることによって発光部を支持する場合において、発光部からの発熱によって発光部と支持部材との密着性が低下したとしても、発光部を支持部材によって支持し続けることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一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。
【図２】上記ヘッドランプが備える発光部と支持部材とが間隙層およびネジによって密着されている構造を示す図である。
【図３】（ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図４】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図５】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図６】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図７】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概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。
【図９】上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１０】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１１】上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。
【図１２】上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１３】上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。
【図１４】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概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
（実施の形態１）
本発明の実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（たとえば、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、たとえば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
【００５６】
また、ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。
【００５７】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板（落下防止機構、圧力印加機構、対向部材）９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２と、支持部材１３と、ネジ１４（落下防止機構、圧力印加機構）と、間隙層１５とを備えている。
【００５８】
また、図２に示すように、発光部７は、この間隙層１５を用いて支持部材１３に密着しており、支持部材１３によって発光部７の位置が支持されている。
【００５９】
さらに、支持部材１３は、その両端に、たとえば２本のネジ１４を貫通させ、固定している。そして、このネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれている。図２は、発光部７と支持部材１３とが間隙層１５および２本のネジ１４によって密着されている構造を示す図である。なお、間隙層１５は透明接着剤が硬化した層のほか、透明の放熱グリースのように、それ自体は硬化していないものであってもよい。
【００６０】
（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（励起光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３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、複数の半導体レーザ３を用いる方が容易である。
【００６１】
半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、たとえば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。
【００６２】
なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。
【００６３】
また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、ＬＥＤを用いることも可能である。
【００６４】
その場合、励起光源としては高出力のＬＥＤを用いることが好ましい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。
【００６５】
また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。
【００６６】
（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。たとえば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４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。
【００６７】
（光ファイバー５）
（光ファイバー５の配置）
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面７ａにおける互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。
【００６８】
たとえば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００６９】
それゆえ、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。
【００７０】
なお、光ファイバー５は複数の光ファイバーの束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要は必ずしもなく、出射端部５ａは１つであってもよい。
【００７１】
また、出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面７ａと間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面７ａに全て照射されるように定められることが好ましい。
【００７２】
（光ファイバー５の材質および構造）
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。たとえば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【００７３】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、発光部７のレーザ光照射面７ａの形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光を発光部７のレーザ光照射面７ａの全面にわたってマイルドに照射することができる。
【００７４】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。
【００７５】
それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できる等、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００７６】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。たとえば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いてもよい。
【００７７】
（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。
【００７８】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材等によって反射鏡８に対して固定されていてもよいし、支持部材１３に対して固定されていてもよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、たとえばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。
【００７９】
なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。ただし、出射端部５ａのレーザ光照射面７ａに対する相対位置を正確に固定するために、フェルール６を設けることが好ましい。
【００８０】
（発光部７）
（発光部７の組成）
発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質（封止材）としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂等の樹脂材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。
【００８１】
上記蛍光体は、たとえば、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００８２】
なお、半導体レーザ３は、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）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク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以下の波長範囲にピーク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以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００８３】
（蛍光体の種類）
発光部７は、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を含んでいることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ３から発せられた極めて強いレーザ光（出力および光密度）に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。
【００８４】
代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素等を固溶させて作ることができる。
【００８５】
一方、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（たと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。たとえば、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）。
【００８６】
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。
【００８７】
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と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。
【００８８】
よって、発光部７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光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。
【００８９】
（発光部７の形状・サイズ）
発光部７の形状および大きさは、たとえば、直径２ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍの円柱形状であり、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面７ａにおいて受光する。
【００９０】
また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。たとえば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００９１】
さらに、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、レーザ光の反射を制御しやすくするためには、レーザ光照射面７ａは平面であることが好ましい。
【００９２】
また、発光部７は、図１および図２に示すように、支持部材１３の面のうち、レーザ光が照射される側とは反対側の面に間隙層１５によって密着、固定されている。
【００９３】
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、たとえば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。
【００９４】
（透明板９）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
【００９５】
また、透明板９は、支持部材１３に発光部７を押しつけるために用いられてもよい。言い換えれば、発光部７を支持部材１３と透明板９とで挟持してもよい。上で述べたように、支持部材１３には、その両端を貫通する２本のネジ１４が固定されている。そして、このネジ１４は透明板９に埋め込まれており、そうすることで、透明板９は、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加することができる。すなわち、透明板９は、支持部材１３に固定されたネジ１４が埋め込まれることによって、発光部７を支持部材１３に押しつけるための圧力を印加する圧力印加機構として機能する。
【００９６】
透明板９によって発光部７を支持部材１３に押しつけることにより、間隙層１５の密着性が低下した場合でも、発光部７の位置を確実に支持し続けることができる。
【００９７】
このとき、透明板９が、発光部７よりも高い熱伝導率を有しているもの（たとえば、ガラス）であれば、透明板９による発光部７の冷却効果を得ることができる。
【００９８】
また、透明板９が発光部７に接着・接合、または融着されていてもよい。接着・接合、または融着（これらを総称して密着という）することによって、発光部７で発生した熱をより効果的に透明板９に伝えることができるようになる。
【００９９】
（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ２から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷等が防止される。
【０１００】
また、半導体レーザ３は、万一故障した時のことを考慮すると、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
【０１０１】
（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１の見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
【０１０２】
（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
【０１０３】
（支持部材１３）
支持部材１３は、発光部７における励起光が照射される面であるレーザ光照射面７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されている。具体的には、発光部７と支持部材１３とは、図２に示すように、間隙層１５によって密着されている。
【０１０４】
また、支持部材１３は、その両端に、たとえば２本のネジ１４を貫通させ、ネジ１４を固定している。そして、このネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれている。もちろん、ネジ１４の数は２本に限られるものではない。たとえば、支持部材１３の四隅に４本のネジを貫通させ、固定してもよい。そうすることにより、発光部７を支持部材１３により強く押しつけることができる。
【０１０５】
半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、支持部材１３を透過して発光部７に到達する。そのため、支持部材１３は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。
【０１０６】
支持部材１３の材質としては、たとえば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を用いることができる。
【０１０７】
なお、支持部材１３は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部７が密着される部分は、密着の安定性の観点から平面（板状）である方が好ましい。
【０１０８】
支持部材１３の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと発光部７の放熱を十分にできず、発光部７が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の支持部材１３における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。
【０１０９】
（支持部材１３の変更例）
支持部材１３は、透光性を有する部分（透光部）と透光性を有さない部分（遮光部）とを有していてもよい。この構成の場合、透光部は発光部７のレーザ光照射面７ａを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。
【０１１０】
遮光部は、金属（たとえば銅やアルミ）の放熱パーツであってもよいし、アルミや銀その他、照明光を反射させる効果のある膜が透光性部材の表面に形成されているものであってもよい。
【０１１１】
本実施形態では、接着剤の層である間隙層１５を用いて発光部７を支持部材１３に接着させているが、たとえば前述したようにグリースといった密着材を用いて発光部７を支持部材１３に密着させるだけでもよい。なぜなら、上で述べたように、本実施形態では、発光部７を支持部材１３に押しつけるための圧力を、発光部７に印加することができるからである。このため、接着力の強い接着剤を用いる必要性が無く、密着性さえ出せればよいことになる。グリースといった、比較的低価格の密着材を用いることができるので、ヘッドランプ１の製造コストの低減化が実現される。また、上記のグリースの他、例えば、粘性の高いオイルや、透明な基材の両面に粘着材がついたもの（例えば、透明両面テープ）も用いることができる。
【０１１２】
（半導体レーザ３の構造）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図３（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図３（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。
【０１１３】
基板２２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の他の例として、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、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮ等の窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
【０１１４】
アノード電極２１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。
【０１１５】
カソード電極２３は、基板２２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２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行う。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、たとえば、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できる。
【０１２２】
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極２１及びカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１２３】
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１等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、スパッタ法等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、スパッタ法等の一般的な成膜手法を用いて構成できる。
【０１２４】
（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
【０１２５】
まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
【０１２６】
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。
【０１２７】
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。
【０１２８】
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、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。
【０１２９】
（ヘッドランプ１の効果）
発光部７はレーザ光を受けて発光するが、その発光の際、レーザ光の照射によって発熱する。レーザ光の照射が繰り返されると、発光部７からの発熱量は大きくなり、その結果、支持部材１３と発光部７とのそれぞれの熱膨張率の違いにより、互いの熱膨張に差が生じてしまう。
【０１３０】
このため、上で述べたような圧力印加機構である透明板９およびネジ１４を用いずに、接着剤の層からなる間隙層１５やグリース等の密着材を用いて発光部７を支持部材１３に固定していた場合、上で述べた熱膨張の差による機械的ストレスが支持部材１３と発光部７との間の密着箇所に加わり、その密着箇所の密着性を低下させてしまう。その結果、支持部材１３は発光部７を支持し続けることが困難となり、発光部７の落下を招くおそれもある。
【０１３１】
ヘッドランプ１では、透明板９およびネジ１４を用いて発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、発光部７は支持部材１３に押しつけられることになる。
【０１３２】
そうすることにより、支持部材１３と発光部７との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材１３と発光部７との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部７は支持部材１３に押しつけられているので、発光部７は支持部材１３によって支持し続けられることになる。
【０１３３】
（変形例１）
図４に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例１の概略構成を示す。図４に示すように、この変形例１では、透明板９に貫通穴を設け、この透明板９にピン３１（圧力印加機構）を掛着している。円盤形の頭を有するピン３１の首を透明板９の貫通穴に嵌合し、ピン３１を透明板９に嵌着している。
【０１３４】
そして、このピン３１が支持部材１３に形成した貫通穴を遊貫している。この貫通穴から飛び出たピン３１の頭に、バネ３２（圧力印加機構）を挿入し、さらに、この貫通穴から飛び出たピン３１の頭にナット３３（圧力印加機構）を螺合している。
【０１３５】
このように、本変形例１では、透明板９、ピン３１、バネ３２およびナット３３を用いて、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１３６】
なお、ピン３１の数は、上記の実施の形態１のネジ１４と同様、２本であってよいし、４本であってもよいし、もちろん、その他の数であってもよい。
【０１３７】
本変形例１によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１３８】
本変形例１および後述する変形例２、３では、間隙層１５には拡散剤１６が含まれている。レーザ光はコヒーレントな光であり、発光部７において蛍光に変換または拡散されずにそのまま外部に放射されると人体に害を及ぼす可能性がある。間隙層１５に拡散剤１６を含めることにより、光ファイバー５から出射されたレーザ光が拡散される。
【０１３９】
それゆえ、発光部７においてレーザ光が全て蛍光に変換または拡散されない事態が生じても、予めレーザ光を拡散剤１６によって拡散しておくことで、コヒーレントな光が外部にもれる可能性を低減できる。
【０１４０】
さらに、反射膜１７は、間隙層１５の発光部７および支持部材１３と接していない表面の少なくとも一部を覆う光反射性の膜であり、たとえば、金属薄膜（たとえば、アルミニウム薄膜）である。
【０１４１】
間隙層１５が拡散剤１６を含んでいるため、レーザ光が拡散剤１６によって拡散されることで、発光部７に向かわずに、間隙層１５の側面からもれるレーザ光（迷光と称する）が発生する。反射膜１７を間隙層１５の側面に設けることによって、上記迷光が反射膜１７に反射し、間隙層１５の内部にとどまる。それゆえ、レーザ光の利用効率を高めることができる。
【０１４２】
なお、図４に示すように、反射膜１７を間隙層１５の側面のみならず発光部７の側面にも設けてもよい。この構成により、反射膜１７によっても発光部７の冷却効果を得ることができる。反射膜１７を発光部７よりも熱伝導性の高い物質で形成することにより、この効果を高めることができる。
【０１４３】
（変形例２）
図５に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例２の概略構成を示す。図５に示すように、この変形例２では、支持部材１３に貫通穴を設け、この支持部材１３にピン３１ａ（圧力印加機構）を掛着している。円盤形の頭を有するピン３１ａの首を支持部材１３の貫通穴に嵌合し、ピン３１ａを支持部材１３に嵌着している。
【０１４４】
そして、このピン３１ａが透明板９に形成した貫通穴を遊貫している。この貫通穴から飛び出たピン３１ａの頭に、バネ３２ａ（圧力印加機構）を挿入し、さらに、この貫通穴から飛び出たピン３１ａの頭にナット３３ａ（圧力印加機構）を螺合している。
【０１４５】
このように、本変形例２では、透明板９、ピン３１、バネ３２およびナット３３を用いて、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１４６】
本変形例２によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１４７】
（変形例３）
図６に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例３の概略構成を示す。図６に示すように、この変形例３では、支持部材１３に形成した貫通穴３５と、透明板９に形成した貫通穴３６とを共に遊貫したバネ３４（圧力印加機構）によって、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１４８】
本変形例３によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１４９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について図１４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と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５０】
上記の実施形態１では、支持部材１３の両端に、２本のネジ１４を貫通させ、それらネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれていた。
【０１５１】
これに対し、本実施形態では、図１４に示すように、実施形態１のネジ１４に加えて、後述する金属リングや落下防止板、発光部固定構造を用いる実施形態である。このような金属リング等を用いることによって、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７が支持部材１３から落下することを防止できる。なお、図１４では、図面の見易さのため、上記のネジ１４は省略されている。
【０１５２】
例えば、図１４（ａ）では、実施形態１のネジ１４に加えて、金属リング５１（落下防止機構）を設けた構成となっている。この場合、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７は金属リング５１の存在により、その落下が確実に防止される。この金属リング５１は、発光部７の外周のすべてと接触する必要は無く、例えば発光部７が直方体や立方体である場合には、その３点で接していたり、４点で接していたりしてもよい。もちろん、金属リング５１は、支持部材１３と透明板９との間で予め固定されている。
【０１５３】
図１４（ｂ）では、実施形態１のネジ１４に加えて、落下防止板５２（落下防止機構）を設けた構成となっている。この場合、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７は落下防止板５２の存在により、その落下が確実に防止される。発光部７は、落下防止板５２の上面に配置されていればよい。もちろん、落下防止板５２は、支持部材１３と透明板９との間で予め固定されている。
【０１５４】
図１４（ｃ）では、実施形態１のネジ１４と透明板９とに加えて、その下方の端部に凸部を設けた支持部材５３を設けた構成、すなわち、発光部固定構造（落下防止機構）を設けた構成である。支持部材５３は、例えば、上で述べた落下防止板５２と同様の板状の形状を、上記の凸部として、その下方の端部に設けている。この場合、発光部７は、支持部材５３と透明板９とからなる箱の底部に配置されることになる。発光部７と支持部材５３との密着性が低下した場合でも、その落下が確実に防止される。そもそも、この構成であれば、発光部７を支持部材５３に接着する必要性は無く、発光部７は確実に支持部材５３に固定されることになる。
【０１５５】
もちろん、透明板９の下方の端部に上で述べたような凸部を設けた構成であってもよい。
【０１５６】
なお、本実施形態では、実施形態１のネジ１４に加えて、金属リング５１や落下防止板５２、発光部固定構造を用いたが、実施形態１のネジ１４の代わりに、発光部７と支持部材１３との間に間隙層１５を入れたのと同様、発光部と透明板９との間にも間隙層を入れてもよい。この場合、発光部７と支持部材１３、５３との間の間隙層１５の密着性が低下し、且つ、発光部７と透明板９との間の間隙層の密着性が低下し、支持部材５３および透明板９のいずれもが、発光部７を支持できなくなったときでも、上で述べた金属リング５１や落下防止板５２、発光部固定構造によって、発光部７の落下を防止することができる。
【０１５７】
（実施の形態３）
本発明の他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。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５８】
図７は、本実施形態のヘッドランプ３０の構成を示す概略図である。図７に示すように、ヘッドランプ３０は、透明板（圧力印加機構、対向部材）１８、金属リング（収納部材）１９、反射鏡（反射部材）８１、基板８２およびネジ８３（圧力印加機構）を備えている。このヘッドランプ３０では、発光部７は、支持部材１３と透明板１８とによって挟持されている。
【０１５９】
反射鏡８１は、反射鏡８と同様の機能を有するものであるが、その焦点位置近傍で、光軸に対して垂直な平面によって切断された形状を有している。反射鏡８１の材質については特に問われないが、反射率を考えると銅やＳＵＳ（ステンレス鋼）を用いて反射鏡を作製した後、銀メッキおよびクロメートコート等を施すことが好ましい。その他、反射鏡８１をアルミニウムを用いて作製し、酸化防止膜を表面に付与してもよいし、樹脂性の反射鏡本体の表面に金属薄膜を形成してもよい。
【０１６０】
金属リング１９は、反射鏡８１が完全な反射鏡であった場合の、焦点位置近傍の形状を有するすり鉢形状（凹部）のリングであり、すり鉢の底部が開口した形状を有している。金属リング１９のすり鉢形状は、底部から離れるに従って開口面積が広がる傾斜側壁面に囲まれている。この底部の開口部に発光部７が配置されている。
【０１６１】
金属リング１９のすり鉢形状の部分の表面は、反射鏡として機能し、金属リング１９と反射鏡８１とを組み合わせることで完全な形状の反射鏡が形成される。それゆえ、金属リング１９は、反射鏡の一部として機能する部分反射鏡であり、反射鏡８１を第１部分反射鏡と称する場合、焦点位置近傍の部分を有する第２部分反射鏡と称することができる。発光部７から出射された蛍光の一部は、金属リング１９の表面で反射し、照明光としてヘッドランプ３０の前方へ出射される。
【０１６２】
金属リング１９の材質は特に問われないが、放熱性を考えると銀、銅、アルミニウム等が好ましい。金属リング１９が銀やアルミニウムの場合は、すり鉢部を鏡面に仕上げた後、黒ずみや酸化防止のための保護層（クロメートコートや樹脂層等）を設けることが好ましい。また、金属リング１９が銅の場合は、銀メッキ、あるいはアルミニウム蒸着後、前述の保護層を設けることが好ましい。
【０１６３】
発光部７は、上記の実施形態１とは異なり、グリースといった密着材（図示省略）によって支持部材１３に密着されており、金属リング１９も支持部材１３に当接している。金属リング１９が支持部材１３に当接することにより、支持部材１３を冷却する効果が得られる。すなわち、金属リング１９は、支持部材１３の冷却部としても機能する。
【０１６４】
金属リング１９と反射鏡８１との間には透明板１８が挟持されている。この透明板１８は、発光部７のレーザ光照射面７ａとは反対側の面と接しており、発光部７が支持部材１３から剥がれないように抑えつける役割を有している。金属リング１９のすり鉢形状の部分の深さは、発光部７の高さとほぼ一致しているため、透明板１８と支持部材１３との間の距離が一定に保たれた状態で、透明板１８が発光部７に接している。そのため、支持部材１３と透明板１８とによって挟持されることにより発光部７が押しつぶされることはない。
【０１６５】
透明板１８は、少なくとも透光性を有するものであればどのような材質のものでもよい。たとえば、透明板１８はサファイア、窒化ガリウム、マグネシアまたはダイヤモンドを用いることができる。
【０１６６】
支持部材１３および透明板１８の厚さは、厚さは０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度が好ましい。上記厚さが０．３ｍｍ以下になると発光部７と金属リング１９とを挟みこんで固定する強度が得られず、３．０ｍｍ以上になるとレーザ光の吸収を無視できなくなるとともに、部材コストが上昇してしまう。
【０１６７】
基板８２は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を通す開口部８２ａを有する板状の部材であり、この基板８２に対して反射鏡８１がネジ８３によって固定されている。反射鏡８１と基板８２との間には支持部材１３、金属リング１９および透明板１８が配置されており、開口部８２ａの中心と金属リング１９の底部の開口部の中心とはほぼ一致している。そのため、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、基板８２の開口部８２ａを通って、支持部材１３を透過し、金属リング１９の開口部を通って発光部７に到達する。
【０１６８】
なお、金属リング１９を、支持部材１３に対して確実に固定することが好ましい。基板８２と反射鏡８１とをネジ８３によって固定することによって生じる圧力によって金属リング１９を支持部材１３に対してある程度固定できる。しかし、金属リング１９を接着剤で支持部材１３に接着する、支持部材１３を挟んで金属リング１９を基板８２にネジ止めする等の方法により、確実に金属リング１９を固定することで、金属リング１９が動くことによって発光部７が剥離するという危険性を回避できる。
【０１６９】
また、金属リング１９は、上述の部分反射鏡としての機能を有し、かつ、反射鏡８１と基板８２とをネジ８３で固定するときの圧力に耐えられるものであればよく、必ずしも金属である必要はない。たとえば、金属リング１９の代用となる部材は、上記圧力に耐えられる樹脂性リングの表面に金属薄膜が形成されているものであってもよい。
【０１７０】
（実施の形態４）
本発明の他の実施形態について図８〜図１３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と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１７１】
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物等の構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７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ものである。
【０１７２】
なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
【０１７３】
図８は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図９は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１０は、レーザダウンライト２００の断面図である。図８〜図１０に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（たとえば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１７４】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１０に示すように、筐体２１１と、光ファイバー５と、発光部７と、支持部材１３と、対向部材４１と、ピン、バネおよびナット４２（以下、ピン、バネおよびナットを総称してピンと呼ぶ）と、透光板２１３とを備えている。発光部７は、間隙層１５によって支持部材１３に密着されている。
【０１７５】
筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。
【０１７６】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が支持部材１３まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光は、支持部材１３および間隙層１５を透過して発光部７に到達する。
【０１７７】
透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
【０１７８】
対向部材４１およびピン４２は、上記の実施形態１の変形例１および２と同様、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加している。
【０１７９】
図８では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。
【０１８０】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１８１】
（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。
【０１８２】
光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。
【０１８３】
図１０に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。
【０１８４】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１１は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。図１１に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
【０１８５】
この構成では、支持部材１３は、筐体２１１の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体２１１を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって支持部材１３の冷却部として機能させることができる。
【０１８６】
また、この構成では、透明板２１３と、ピン、バネおよびナット４３とが、上記の実施形態１の変形例１および２と同様、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加している。
【０１８７】
（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図８に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
【０１８８】
これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（たとえば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
【０１８９】
これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。たとえば、平均演色評価数Ｒａが９０以上のみならず、特殊演色評価数Ｒ９も９５以上というＬＥＤダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ３の組み合わせにより実現可能である。
【０１９０】
図１２は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。図１２に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。
【０１９１】
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
【０１９２】
また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
【０１９３】
また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
【０１９４】
これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
【０１９５】
また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
【０１９６】
また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
【０１９７】
図１３は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
【０１９８】
また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
【０１９９】
なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
【０２００】
以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。
【０２０１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０３】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ（励起光源）
３ 半導体レーザ（励起光源）
７ 発光部
７ａ レーザ光照射面
９、１８ 透明板（落下防止機構、圧力印加機構、対向部材、透過部材）
１３ 支持部材
１４、８３ ネジ（落下防止機構、圧力印加機構）
１５ 間隙層
１９ 金属リング（収納部材）
３０ ヘッドランプ
５１ 金属リング（落下防止機構）
５２ 落下防止板（落下防止機構）
５３ 支持部材（落下防止機構）
８１ 反射鏡（反射部材）
８２ 基板
２００ レーザダウンライト（発光装置、照明装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度光源として機能する発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置および車両用前照灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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来ている。
【０００３】
このような発光装置に関する技術の例として特許文献１に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、このため、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。
【０００４】
このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置は、車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。励起光源として半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤでは実現し得なかった高輝度の光源を実現できる。
【０００５】
このようなレーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう。
【０００６】
この問題を解決するために特許文献２の発明では、波長変換部材（発光部に相当）の周囲（外表面）を覆うように配置されるなどして、波長変換部材に熱的に接続された透光性で膜状の熱伝導部材を設け、この熱伝導部材により波長変換部材の発熱を軽減している。更に、例えば凸レンズや凹レンズといった所望の形状のガラスや樹脂等の周囲に高熱伝導物質を被覆させることにより、熱伝導部材を比較的容易に所望の形状とする方法も開示されている。
【０００７】
また、特許文献３の発明では、波長変換部材を円筒形状のフェルールで保持し、このフェルールにワイヤ状の熱伝導部材を熱的に接続することにより波長変換部材の発熱を軽減している。
【０００８】
また、特許文献４の発明では、光変換部材（発光部に相当）の、半導体発光素子が位置する側に、冷媒が流れる流路を有する放熱部材（支持部材に相当）を設け、光変換部材を冷却している。
【０００９】
なお、光源としての高出力ＬＥＤチップ（発光部に相当）の表面に透光性のヒートシンク（支持部材に相当）を熱的に接続し、高出力ＬＥＤチップを冷却する構成が特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開２００７−２７６８８号公報（２００７年２月１日公開）
【特許文献３】特開２００７−３３５５１４号公報（２００７年１２月２７日公開）
【特許文献４】特開２００５−２９４１８５号公報（２００５年１０月２０日公開）
【特許文献５】特表２００９−５１３００３号公報（２００９年３月２６日公表）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上で述べた特許文献２〜５の発明のいずれにおいても、温度上昇を招く波長変換部材や光変換部材、高出力ＬＥＤ（以下、波長変換部材、光変換部材および高出力ＬＥＤを総称して波長変換部材と呼ぶ）を、それらから発生する熱を伝導する熱伝導部材や放熱部材、ヒートシンク（以下、熱伝導部材、放熱部材およびヒートシンクを総称して熱伝導部材と呼ぶ）に熱的に接続することによって、波長変換部材の発熱を低減させるものである。
【００１２】
しかしながら、波長変換部材に励起光の照射が経時的に繰り返されることによって、波長変換部材からの発熱量が非常に大きな値となってしまう場合がある。この場合、熱伝導部材を通して波長変換部材から発生する熱をいくら逃がしたとしても、発生する熱量が逃がす熱量を大きく上回ってしまうと、波長変換部材からの発熱を十分に低減することができない状況が起り得る。
【００１３】
このような状況の下では、波長変換部材と熱伝導部材との間の熱膨張率の違いに起因し、両者の間には熱膨張差が生じてしまう。ところが、波長変換部材と熱伝導部材とは、それらを熱的に接続するために、たとえばグリースといった密着材を用いて密着させており、上で述べた熱膨張差は両者の密着性を低下させるものである。
【００１４】
波長変換部材と熱伝導部材との密着性の低下は、両者の間における熱的な接続の信頼性を損なうことはもちろんであるが、たとえば熱伝導部材を用いて波長変換部材を支持していた場合、波長変換部材を所定の位置に支持し続けることが困難となる。すなわち、波長変換部材の位置変動を招くことになる。
【００１５】
波長変換部材は、半導体レーザ等の励起光源から出射される励起光が効率よく照射されるよう、励起光源に対する相対的な位置決めがなされている。波長変換部材の位置が変動すれば、励起光の照射効率を大きく低下させてしまう。
【００１６】
さらに、波長変換部材を熱伝導部材に密着させることによって、その波長変換部材の位置を固定していた場合、上記のように熱膨張差がその密着性を低下させ、ひいては、波長変換部材の落下という事態を招くおそれもある。
【００１７】
特に、特許文献２の発明では、膜状や層状といった熱伝導部材に波長変換部材を密着されている。このため、このような熱伝導部材に波長変換部材を押しつけ、その圧力を用いて、波長変換部材を熱伝導部材に固定することは困難である。なぜなら、熱伝導部材が膜状や層状といった外力に脆い形状である場合、上記のような圧力が印加されると、その圧力により、熱伝導部材の破壊を招いてしまうからである。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、発光部を支持部材に密着させることによって発光部を支持する場合において、発光部からの発熱によって発光部と支持部材との密着性が低下したとしても、発光部を支持部材によって支持し続けることができる発光装置、照明装置および車両用前照灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構とを備える。
【００２０】
発光部は励起光を受けて発光するが、その発光の際、励起光の照射によって発光部は発熱する。励起光の照射が繰り返されると、発光部からの発熱量は大きくなり、その結果、支持部材と発光部とのそれぞれの熱膨張率の違いにより、互いの熱膨張に差が生じてしまう。
【００２１】
このため、落下防止機構を用いずに、接着剤やグリース等の密着材を用いて発光部を支持部材に密着させ、固定していた場合、上で述べた熱膨張の差による機械的ストレスが支持部材と発光部との間の密着箇所に加わり、その密着箇所の密着性を低下させてしまう。その結果、支持部材は発光部を支持し続けることが困難となり、発光部の落下を招くおそれがある。
【００２２】
そこで、上記の構成では、落下防止機構は発光部の外面の少なくとも１つの部分と接触し、発光部が支持部材から落下することを防止する。
【００２３】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部が支持部材から落下することが防止されるので、発光部は支持部材によって支持し続けられることになる。
【００２４】
前記落下防止機構は、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と前記支持部材との間に圧力を与え、前記発光部を前記支持部材側に押しつける圧力印加機構であることが好ましい。
【００２５】
上記の構成では、圧力印加機構は発光部の外面の少なくとも１つの部分と接触する。そして、圧力印加機構はその少なくとも１つの部分と支持部材との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、発光部は支持部材に押しつけられることになる。
【００２６】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部は支持部材に押しつけられているので、発光部は支持部材によって支持し続けられることになる。
【００２７】
前記圧力印加機構は、前記発光部を挟みこむように前記支持部材と対向し、前記発光部の外面のうち前記支持部材側とは反対側の少なくとも一部の面と接触する対向部材を有し、前記支持部材と前記対向部材との間に圧力を印加することによって、前記支持部材と前記対向部材との間に前記発光部を固定することが好ましい。
【００２８】
上記の構成では、発光部を挟みこむようにして支持部材と対向部材とを対向するように配置する。そして、支持部材と対向部材との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、支持部材と対向部材とは、発光部をその両側から互いに押しつけあうことになる。
【００２９】
そうすることにより、支持部材と発光部との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材と発光部との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００３０】
底部が開口し、前記底部を通して前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる凹部を有し、前記凹部に前記発光部を収納する収納部材をさらに備え、前記収納部材は、前記支持部材と前記対向部材との間に挟みこまれており、前記支持部材と前記対向部材との間隔を維持していることが好ましい。
【００３１】
上記の構成では、発光部は、収納部材の凹部の内部に収納され、収納部材と共に支持部材と対向部材との間に挟みこまれている。そして、凹部の底部は開口しており、励起光源から出射された励起光は、その底部を通って発光部に照射される。
【００３２】
支持部材と対向部材との間には圧力が印加されているが、収納部材を用いないと、その圧力は直接、発光部に加わることになる。そのような圧力が加わり続けると、発光部が押しつぶされ、延いては発光部の破損を招くことも考えられる。
【００３３】
そこで、上記の構成では、支持部材と対向部材との間隔を維持する収納部材に発光部を収納し、支持部材と対向部材との間に印加される圧力が発光部のみに直接加わらないようにしている。
【００３４】
たとえば、収納部材の厚みを、発光部の厚みとほぼ一致させておけば、支持部材と対向部材との間隔が一定に保たれた状態で、発光部が支持部材および対向部材との間に挟みこまれることになる。発光部と収納部材との各々の厚みは、支持部材側から対向部材側へ向かう距離で定義することができる。
【００３５】
そうすることにより、発光部が押しつぶされ、発光部の破損を招くことなく、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００３６】
前記凹部は、前記底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれており、前記傾斜側壁面は前記照明光を反射することが好ましい。
【００３７】
上記の構成では、発光部が励起光を受けて発光する際、発光部を中心に四方八方に照明光が放射される。
【００３８】
そして、発光部を収納する収納部材の凹部は、底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれている。
【００３９】
このため、発光部から放射される光のうち一部を除き傾斜側壁面に到達し、反射することになる。
【００４０】
そうすることにより、発光部を中心に四方八方に放射される照明光から所定の立体角内を進む光線束を形成することができる。
【００４１】
前記対向部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記対向部材を透過した前記照明光を反射する反射部材をさらに備え、前記反射部材は、前記対向部材を介して前記傾斜側壁面と連続し、且つ、前記対向部材から離れるに従って開口面積が広がる、すり鉢状の反射面を有することが好ましい。
【００４２】
上記の構成では、収納部材の凹部を囲む傾斜側壁面に反射部材の反射面を連続させ、凹部の傾斜側壁面と反射部材の反射面とからなる、大きなすり鉢状の反射面が実現されている。
【００４３】
このため、このような大きなすり鉢状の反射面を用いて発光部を取り囲むことができるので、発光部から放射された照明光が反射面で反射する回数を増加させることができる。
【００４４】
そうすることにより、収納部材だけを用いて照明光を反射させる場合よりも小さい立体角内を進む光線束を形成することができる。
【００４５】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、前記圧力印加機構は、前記反射部材および前記透過部材のいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジをさらに有することが好ましい。
【００４６】
上記の構成では、発光部を挟みこんでいる支持部材と対向部材とをさらに、反射部材と透過部材とで挟みこんでいる。そして、反射部材と透過部材とは、それらのうちのいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジを用いて固定されている。
【００４７】
このため、反射部材と透過部材とに挟みこまれている支持部材と対向部材とに圧力が印加される。このような圧力が印加されることにより、反射部材と透過部材とは、支持部材と対向部材とを、その両側から互いに押しつけあうことになる。その結果、支持部材と対向部材とは、発光部をその両側から互いに押しつけあうことになる。
【００４８】
そうすることにより、支持部材と対向部材とに挟みこまれている発光部に一定の圧力を印加し続けることができるので、支持部材と対向部材との間に発光部を固定することができる。
【００４９】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、前記支持部材および前記透過部材はそれぞれ、前記透過部材と間隙層を介して、密着し、前記落下防止機構は、前記発光部と前記支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、前記発光部と前記透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、前記支持部材および前記透過部材のいずれもが、前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止することが好ましい。
【００５０】
上記の構成では、発光部と支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、発光部と透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、支持部材および透過部材のいずれもが、発光部を支持できなくなったときでも、落下防止機構によって、発光部の落下を防止することができる。
【００５１】
また、上記発光装置を備えている照明装置および車両用前照灯も本発明の技術的範囲に含まれる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に係る発光装置は、以上のように、励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構とを備える。
【００５３】
それゆえ、発光部を支持部材に密着させることによって発光部を支持する場合において、発光部からの発熱によって発光部と支持部材との密着性が低下したとしても、発光部を支持部材によって支持し続けることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一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。
【図２】上記ヘッドランプが備える発光部と支持部材とが間隙層およびネジによって密着されている構造を示す図である。
【図３】（ａ）は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、（ｂ）は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。
【図４】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図５】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図６】上記ヘッドランプの変形例の構成を示す概略図である。
【図７】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概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のＬＥＤダウンライトの外観を示す概略図である。
【図９】上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１０】上記レーザダウンライトの断面図である。
【図１１】上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。
【図１２】上記ＬＥＤダウンライトが設置された天井の断面図である。
【図１３】上記レーザダウンライトおよび上記ＬＥＤダウンライトのスペックを比較するための図である。
【図１４】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概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
（実施の形態１）
本発明の実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ（発光装置、照明装置、車両用前照灯）１を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体（たとえば、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、たとえば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
【００５６】
また、ヘッドランプ１は、走行用前照灯（ハイビーム）の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯（ロービーム）の配光特性基準を満たしていてもよい。
【００５７】
（ヘッドランプ１の構成）
まず、図１を参照しながら、ヘッドランプ１の構成について説明する。図１は、ヘッドランプ１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ１は、半導体レーザアレイ２と、非球面レンズ４と、光ファイバー５と、フェルール６と、発光部７と、反射鏡８と、透明板（落下防止機構、圧力印加機構、対向部材）９と、ハウジング１０と、エクステンション１１と、レンズ１２と、支持部材１３と、ネジ１４（落下防止機構、圧力印加機構）と、間隙層１５とを備えている。
【００５８】
また、図２に示すように、発光部７は、この間隙層１５を用いて支持部材１３に密着しており、支持部材１３によって発光部７の位置が支持されている。
【００５９】
さらに、支持部材１３は、その両端に、たとえば２本のネジ１４を貫通させ、固定している。そして、このネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれている。図２は、発光部７と支持部材１３とが間隙層１５および２本のネジ１４によって密着されている構造を示す図である。なお、間隙層１５は透明接着剤が硬化した層のほか、透明の放熱グリースのように、それ自体は硬化していないものであってもよい。
【００６０】
（半導体レーザアレイ２／半導体レーザ３）
半導体レーザアレイ２は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ（励起光源）３を基板上に備えるものである。半導体レーザ３のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ３を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ３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、複数の半導体レーザ３を用いる方が容易である。
【００６１】
半導体レーザ３は、１チップに１つの発光点を有するものであり、たとえば、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振し、出力１．０Ｗ、動作電圧５Ｖ、電流０．６Ａのものであり、直径５．６ｍｍのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ３が発振するレーザ光は、４０５ｎｍに限定されず、３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。
【００６２】
なお、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振する良質な短波長用の半導体レーザを作製することが可能であれば、本実施の形態の半導体レーザ３として、３８０ｎｍより小さい波長のレーザ光を発振するように設計された半導体レーザを用いることも可能である。
【００６３】
また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、ＬＥＤを用いることも可能である。
【００６４】
その場合、励起光源としては高出力のＬＥＤを用いることが好ましい。この場合には、４５０ｎｍの波長の光（青色）を出射するＬＥＤと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。
【００６５】
また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。
【００６６】
（非球面レンズ４）
非球面レンズ４は、半導体レーザ３から発振されたレーザ光（励起光）を、光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂに入射させるためのレンズである。たとえば、非球面レンズ４として、アルプス電気製のＦＬＫＮ１ ４０５を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ４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。
【００６７】
（光ファイバー５）
（光ファイバー５の配置）
光ファイバー５は、半導体レーザ３が発振したレーザ光を発光部７へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー５は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部５ｂと、入射端部５ｂから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部５ａとを有している。複数の出射端部５ａは、発光部７のレーザ光照射面７ａにおける互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。
【００６８】
たとえば、複数の光ファイバー５の出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部５ａから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ（各レーザ光がレーザ光照射面７ａに形成する照射領域の中央部分（最大光強度部分））が、発光部７のレーザ光照射面７ａの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部７のレーザ光照射面７ａに対してレーザ光を２次元平面的に分散して照射することができる。
【００６９】
それゆえ、発光部７にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部７の一部が著しく劣化することを防止できる。
【００７０】
なお、光ファイバー５は複数の光ファイバーの束（すなわち複数の出射端部５ａを備えた構成）である必要は必ずしもなく、出射端部５ａは１つであってもよい。
【００７１】
また、出射端部５ａは、レーザ光照射面７ａに接触していてもよいし、僅かに間隔をおいて配置されてもよい。特に、出射端部５ａがレーザ光照射面７ａと間隔をおいて配置される場合、その間隔は、出射端部５ａから出射され円錐状に拡がるレーザ光が、レーザ光照射面７ａに全て照射されるように定められることが好ましい。
【００７２】
（光ファイバー５の材質および構造）
光ファイバー５は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った２層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス（酸化ケイ素）を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。たとえば、光ファイバー５は、コアの径が２００μｍ、クラッドの径が２４０μｍ、開口数ＮＡが０．２２の石英製のものであるが、光ファイバー５の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー５の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
【００７３】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、出射端部５ａの、発光部７のレーザ光照射面７ａに対する配置を容易に変えることができる。それゆえ、発光部７のレーザ光照射面７ａの形状に沿って出射端部５ａを配置することができ、レーザ光を発光部７のレーザ光照射面７ａの全面にわたってマイルドに照射することができる。
【００７４】
また、光ファイバー５は、可撓性を有しているため、半導体レーザ３と発光部７との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー５の長さを調整することにより、半導体レーザ３を発光部７から離れた位置に設置することができる。
【００７５】
それゆえ、半導体レーザ３を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できる等、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。すなわち、入射端部５ｂと出射端部５ａとの位置関係を容易に変更することができ、半導体レーザ３と発光部７との位置関係を容易に変更することができるので、ヘッドランプ１の設計自由度を高めることができる。
【００７６】
なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。たとえば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状（または角錐台形状）の導光部材を１つまたは複数用いてもよい。
【００７７】
（フェルール６）
フェルール６は、光ファイバー５の複数の出射端部５ａを発光部７のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール６は、出射端部５ａを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部５ａを挟み込むものでもよい。
【００７８】
このフェルール６は、反射鏡８から延出する棒状または筒状の部材等によって反射鏡８に対して固定されていてもよいし、支持部材１３に対して固定されていてもよい。フェルール６の材質は、特に限定されず、たとえばステンレススチールである。また、１つの発光部７に対して、複数のフェルール６を配置してもよい。
【００７９】
なお、光ファイバー５の出射端部５ａが１つの場合には、フェルール６を省略することも可能である。ただし、出射端部５ａのレーザ光照射面７ａに対する相対位置を正確に固定するために、フェルール６を設けることが好ましい。
【００８０】
（発光部７）
（発光部７の組成）
発光部７は、出射端部５ａから出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、レーザ光を受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的には、発光部７は、蛍光体保持物質（封止材）としてのシリコーン樹脂の内部に蛍光体が分散されているものである。シリコーン樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度である。また、発光部７は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。蛍光体保持物質は、シリコーン樹脂等の樹脂材料に限定されず、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスであってもよい。
【００８１】
上記蛍光体は、たとえば、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか１つ以上がシリコーン樹脂に分散されている。半導体レーザ３は、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振するため、発光部７に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部７は、波長変換材料であるといえる。
【００８２】
なお、半導体レーザ３は、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）を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク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以下の波長範囲にピーク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以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。
【００８３】
（蛍光体の種類）
発光部７は、酸窒化物系蛍光体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ナノ粒子蛍光体を含んでいることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ３から発せられた極めて強いレーザ光（出力および光密度）に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。
【００８４】
代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）および希土類元素等を固溶させて作ることができる。
【００８５】
一方、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（たと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。たとえば、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）。
【００８６】
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。
【００８７】
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と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。
【００８８】
よって、発光部７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光源として用いる場合に、発光装置の寿命が短くなるのをより抑制することができる。
【００８９】
（発光部７の形状・サイズ）
発光部７の形状および大きさは、たとえば、直径２ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍの円柱形状であり、出射端部５ａから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面７ａにおいて受光する。
【００９０】
また、発光部７は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。たとえば、３ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの直方体である。この場合、半導体レーザ３からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、３ｍｍ２である。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン（配光分布）は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部７の形状を、水平方向に対して横長（断面略長方形形状）にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。
【００９１】
さらに、発光部７のレーザ光照射面７ａは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、レーザ光の反射を制御しやすくするためには、レーザ光照射面７ａは平面であることが好ましい。
【００９２】
また、発光部７は、図１および図２に示すように、支持部材１３の面のうち、レーザ光が照射される側とは反対側の面に間隙層１５によって密着、固定されている。
【００９３】
（反射鏡８）
反射鏡８は、発光部７から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡８は、発光部７からの光を反射することにより、ヘッドランプ１の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡８は、たとえば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状（カップ形状）の部材である。
【００９４】
（透明板９）
透明板９は、反射鏡８の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板９を、半導体レーザ３からのレーザ光を遮断するとともに、発光部７においてレーザ光を変換することにより生成された白色光（インコヒーレントな光）を透過する材質で形成することが好ましい。発光部７によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板９によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
【００９５】
また、透明板９は、支持部材１３に発光部７を押しつけるために用いられてもよい。言い換えれば、発光部７を支持部材１３と透明板９とで挟持してもよい。上で述べたように、支持部材１３には、その両端を貫通する２本のネジ１４が固定されている。そして、このネジ１４は透明板９に埋め込まれており、そうすることで、透明板９は、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加することができる。すなわち、透明板９は、支持部材１３に固定されたネジ１４が埋め込まれることによって、発光部７を支持部材１３に押しつけるための圧力を印加する圧力印加機構として機能する。
【００９６】
透明板９によって発光部７を支持部材１３に押しつけることにより、間隙層１５の密着性が低下した場合でも、発光部７の位置を確実に支持し続けることができる。
【００９７】
このとき、透明板９が、発光部７よりも高い熱伝導率を有しているもの（たとえば、ガラス）であれば、透明板９による発光部７の冷却効果を得ることができる。
【００９８】
また、透明板９が発光部７に接着・接合、または融着されていてもよい。接着・接合、または融着（これらを総称して密着という）することによって、発光部７で発生した熱をより効果的に透明板９に伝えることができるようになる。
【００９９】
（ハウジング１０）
ハウジング１０は、ヘッドランプ１の本体を形成しており、反射鏡８等を収納している。光ファイバー５は、このハウジング１０を貫いており、半導体レーザアレイ２は、ハウジング１０の外部に設置される。半導体レーザアレイ２は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング１０の外部に設置することにより半導体レーザアレイ２を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ２から発生する熱による、発光部７の特性劣化や熱的損傷等が防止される。
【０１００】
また、半導体レーザ３は、万一故障した時のことを考慮すると、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ２をハウジング１０の内部に収納してもよい。
【０１０１】
（エクステンション１１）
エクステンション１１は、反射鏡８の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ１の内部構造を隠して、ヘッドランプ１の見栄えを良くするとともに、反射鏡８と車体との一体感を高めている。このエクステンション１１も反射鏡８と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
【０１０２】
（レンズ１２）
レンズ１２は、ハウジング１０の開口部に設けられており、ヘッドランプ１を密封している。発光部７が発生し、反射鏡８によって反射された光は、レンズ１２を通ってヘッドランプ１の前方へ出射される。
【０１０３】
（支持部材１３）
支持部材１３は、発光部７における励起光が照射される面であるレーザ光照射面７ａの側に配置され、発光部７の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部７と熱的に（すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように）接続されている。具体的には、発光部７と支持部材１３とは、図２に示すように、間隙層１５によって密着されている。
【０１０４】
また、支持部材１３は、その両端に、たとえば２本のネジ１４を貫通させ、ネジ１４を固定している。そして、このネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれている。もちろん、ネジ１４の数は２本に限られるものではない。たとえば、支持部材１３の四隅に４本のネジを貫通させ、固定してもよい。そうすることにより、発光部７を支持部材１３により強く押しつけることができる。
【０１０５】
半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、支持部材１３を透過して発光部７に到達する。そのため、支持部材１３は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。
【０１０６】
支持部材１３の材質としては、たとえば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）やマグネシア（ＭｇＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を用いることができる。
【０１０７】
なお、支持部材１３は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部７が密着される部分は、密着の安定性の観点から平面（板状）である方が好ましい。
【０１０８】
支持部材１３の厚みは、０．３ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下が好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと発光部７の放熱を十分にできず、発光部７が劣化してしまう可能性がある。また、３．０ｍｍを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の支持部材１３における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。
【０１０９】
（支持部材１３の変更例）
支持部材１３は、透光性を有する部分（透光部）と透光性を有さない部分（遮光部）とを有していてもよい。この構成の場合、透光部は発光部７のレーザ光照射面７ａを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。
【０１１０】
遮光部は、金属（たとえば銅やアルミ）の放熱パーツであってもよいし、アルミや銀その他、照明光を反射させる効果のある膜が透光性部材の表面に形成されているものであってもよい。
【０１１１】
本実施形態では、接着剤の層である間隙層１５を用いて発光部７を支持部材１３に接着させているが、たとえば前述したようにグリースといった密着材を用いて発光部７を支持部材１３に密着させるだけでもよい。なぜなら、上で述べたように、本実施形態では、発光部７を支持部材１３に押しつけるための圧力を、発光部７に印加することができるからである。このため、接着力の強い接着剤を用いる必要性が無く、密着性さえ出せればよいことになる。グリースといった、比較的低価格の密着材を用いることができるので、ヘッドランプ１の製造コストの低減化が実現される。また、上記のグリースの他、例えば、粘性の高いオイルや、透明な基材の両面に粘着材がついたもの（例えば、透明両面テープ）も用いることができる。
【０１１２】
（半導体レーザ３の構造）
次に、半導体レーザ３の基本構造について説明する。図３（ａ）は、半導体レーザ３の回路図を模式的に示したものであり、図３（ｂ）は、半導体レーザ３の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ３は、カソード電極２３、基板２２、クラッド層１１３、活性層１１１、クラッド層１１２、アノード電極２１がこの順に積層された構成である。
【０１１３】
基板２２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の他の例として、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、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２およびＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、並びに、ＳｉＮ等の窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。
【０１１４】
アノード電極２１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。
【０１１５】
カソード電極２３は、基板２２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２１・カソード電極２３に順方向バイアスをかけて行う。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、たとえば、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できる。
【０１２２】
クラッド層１１３・クラッド層１１２は、ｎ型およびｐ型それぞれのＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、及びＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体、並びに、ＺｎＴｅ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳおよびＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極２１及びカソード電極２３に印加することで活性層１１１に電流を注入できるようになっている。
【０１２３】
クラッド層１１３・クラッド層１１２および活性層１１１等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、スパッタ法等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、スパッタ法等の一般的な成膜手法を用いて構成できる。
【０１２４】
（発光部７の発光原理）
次に、半導体レーザ３から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
【０１２５】
まず、半導体レーザ３から発振されたレーザ光が発光部７に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態（励起状態）に励起される。
【０１２６】
その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態（基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態）に遷移する。
【０１２７】
このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。
【０１２８】
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、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。
【０１２９】
（ヘッドランプ１の効果）
発光部７はレーザ光を受けて発光するが、その発光の際、レーザ光の照射によって発熱する。レーザ光の照射が繰り返されると、発光部７からの発熱量は大きくなり、その結果、支持部材１３と発光部７とのそれぞれの熱膨張率の違いにより、互いの熱膨張に差が生じてしまう。
【０１３０】
このため、上で述べたような圧力印加機構である透明板９およびネジ１４を用いずに、接着剤の層からなる間隙層１５やグリース等の密着材を用いて発光部７を支持部材１３に固定していた場合、上で述べた熱膨張の差による機械的ストレスが支持部材１３と発光部７との間の密着箇所に加わり、その密着箇所の密着性を低下させてしまう。その結果、支持部材１３は発光部７を支持し続けることが困難となり、発光部７の落下を招くおそれもある。
【０１３１】
ヘッドランプ１では、透明板９およびネジ１４を用いて発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する。このような圧力が印加されることにより、発光部７は支持部材１３に押しつけられることになる。
【０１３２】
そうすることにより、支持部材１３と発光部７との間の熱膨張の差によって機械的ストレスが生じ、上で述べたような支持部材１３と発光部７との間における密着箇所の密着性が低下したとしても、発光部７は支持部材１３に押しつけられているので、発光部７は支持部材１３によって支持し続けられることになる。
【０１３３】
（変形例１）
図４に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例１の概略構成を示す。図４に示すように、この変形例１では、透明板９に貫通穴を設け、この透明板９にピン３１（圧力印加機構）を掛着している。円盤形の頭を有するピン３１の首を透明板９の貫通穴に嵌合し、ピン３１を透明板９に嵌着している。
【０１３４】
そして、このピン３１が支持部材１３に形成した貫通穴を遊貫している。この貫通穴から飛び出たピン３１の頭に、バネ３２（圧力印加機構）を挿入し、さらに、この貫通穴から飛び出たピン３１の頭にナット３３（圧力印加機構）を螺合している。
【０１３５】
このように、本変形例１では、透明板９、ピン３１、バネ３２およびナット３３を用いて、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１３６】
なお、ピン３１の数は、上記の実施の形態１のネジ１４と同様、２本であってよいし、４本であってもよいし、もちろん、その他の数であってもよい。
【０１３７】
本変形例１によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１３８】
本変形例１および後述する変形例２、３では、間隙層１５には拡散剤１６が含まれている。レーザ光はコヒーレントな光であり、発光部７において蛍光に変換または拡散されずにそのまま外部に放射されると人体に害を及ぼす可能性がある。間隙層１５に拡散剤１６を含めることにより、光ファイバー５から出射されたレーザ光が拡散される。
【０１３９】
それゆえ、発光部７においてレーザ光が全て蛍光に変換または拡散されない事態が生じても、予めレーザ光を拡散剤１６によって拡散しておくことで、コヒーレントな光が外部にもれる可能性を低減できる。
【０１４０】
さらに、反射膜１７は、間隙層１５の発光部７および支持部材１３と接していない表面の少なくとも一部を覆う光反射性の膜であり、たとえば、金属薄膜（たとえば、アルミニウム薄膜）である。
【０１４１】
間隙層１５が拡散剤１６を含んでいるため、レーザ光が拡散剤１６によって拡散されることで、発光部７に向かわずに、間隙層１５の側面からもれるレーザ光（迷光と称する）が発生する。反射膜１７を間隙層１５の側面に設けることによって、上記迷光が反射膜１７に反射し、間隙層１５の内部にとどまる。それゆえ、レーザ光の利用効率を高めることができる。
【０１４２】
なお、図４に示すように、反射膜１７を間隙層１５の側面のみならず発光部７の側面にも設けてもよい。この構成により、反射膜１７によっても発光部７の冷却効果を得ることができる。反射膜１７を発光部７よりも熱伝導性の高い物質で形成することにより、この効果を高めることができる。
【０１４３】
（変形例２）
図５に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例２の概略構成を示す。図５に示すように、この変形例２では、支持部材１３に貫通穴を設け、この支持部材１３にピン３１ａ（圧力印加機構）を掛着している。円盤形の頭を有するピン３１ａの首を支持部材１３の貫通穴に嵌合し、ピン３１ａを支持部材１３に嵌着している。
【０１４４】
そして、このピン３１ａが透明板９に形成した貫通穴を遊貫している。この貫通穴から飛び出たピン３１ａの頭に、バネ３２ａ（圧力印加機構）を挿入し、さらに、この貫通穴から飛び出たピン３１ａの頭にナット３３ａ（圧力印加機構）を螺合している。
【０１４５】
このように、本変形例２では、透明板９、ピン３１、バネ３２およびナット３３を用いて、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１４６】
本変形例２によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１４７】
（変形例３）
図６に、上記の一実施形態に係るヘッドランプ１の変形例３の概略構成を示す。図６に示すように、この変形例３では、支持部材１３に形成した貫通穴３５と、透明板９に形成した貫通穴３６とを共に遊貫したバネ３４（圧力印加機構）によって、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加する構造となっている。
【０１４８】
本変形例３によれば、発光部７および支持部材１３の各熱膨張の増減に応じて、より適切な大きさの圧力を印加することが可能となる。
【０１４９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について図１４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と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５０】
上記の実施形態１では、支持部材１３の両端に、２本のネジ１４を貫通させ、それらネジ１４の先端が透明板９に埋め込まれていた。
【０１５１】
これに対し、本実施形態では、図１４に示すように、実施形態１のネジ１４に加えて、後述する金属リングや落下防止板、発光部固定構造を用いる実施形態である。このような金属リング等を用いることによって、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７が支持部材１３から落下することを防止できる。なお、図１４では、図面の見易さのため、上記のネジ１４は省略されている。
【０１５２】
例えば、図１４（ａ）では、実施形態１のネジ１４に加えて、金属リング５１（落下防止機構）を設けた構成となっている。この場合、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７は金属リング５１の存在により、その落下が確実に防止される。この金属リング５１は、発光部７の外周のすべてと接触する必要は無く、例えば発光部７が直方体や立方体である場合には、その３点で接していたり、４点で接していたりしてもよい。もちろん、金属リング５１は、支持部材１３と透明板９との間で予め固定されている。
【０１５３】
図１４（ｂ）では、実施形態１のネジ１４に加えて、落下防止板５２（落下防止機構）を設けた構成となっている。この場合、発光部７と支持部材１３との密着性が低下した場合でも、発光部７は落下防止板５２の存在により、その落下が確実に防止される。発光部７は、落下防止板５２の上面に配置されていればよい。もちろん、落下防止板５２は、支持部材１３と透明板９との間で予め固定されている。
【０１５４】
図１４（ｃ）では、実施形態１のネジ１４と透明板９とに加えて、その下方の端部に凸部を設けた支持部材５３を設けた構成、すなわち、発光部固定構造（落下防止機構）を設けた構成である。支持部材５３は、例えば、上で述べた落下防止板５２と同様の板状の形状を、上記の凸部として、その下方の端部に設けている。この場合、発光部７は、支持部材５３と透明板９とからなる箱の底部に配置されることになる。発光部７と支持部材５３との密着性が低下した場合でも、その落下が確実に防止される。そもそも、この構成であれば、発光部７を支持部材５３に接着する必要性は無く、発光部７は確実に支持部材５３に固定されることになる。
【０１５５】
もちろん、透明板９の下方の端部に上で述べたような凸部を設けた構成であってもよい。
【０１５６】
なお、本実施形態では、実施形態１のネジ１４に加えて、金属リング５１や落下防止板５２、発光部固定構造を用いたが、実施形態１のネジ１４の代わりに、発光部７と支持部材１３との間に間隙層１５を入れたのと同様、発光部と透明板９との間にも間隙層を入れてもよい。この場合、発光部７と支持部材１３、５３との間の間隙層１５の密着性が低下し、且つ、発光部７と透明板９との間の間隙層の密着性が低下し、支持部材５３および透明板９のいずれもが、発光部７を支持できなくなったときでも、上で述べた金属リング５１や落下防止板５２、発光部固定構造によって、発光部７の落下を防止することができる。
【０１５７】
（実施の形態３）
本発明の他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。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５８】
図７は、本実施形態のヘッドランプ３０の構成を示す概略図である。図７に示すように、ヘッドランプ３０は、透明板（圧力印加機構、対向部材）１８、金属リング（収納部材）１９、反射鏡（反射部材）８１、基板８２およびネジ８３（圧力印加機構）を備えている。このヘッドランプ３０では、発光部７は、支持部材１３と透明板１８とによって挟持されている。
【０１５９】
反射鏡８１は、反射鏡８と同様の機能を有するものであるが、その焦点位置近傍で、光軸に対して垂直な平面によって切断された形状を有している。反射鏡８１の材質については特に問われないが、反射率を考えると銅やＳＵＳ（ステンレス鋼）を用いて反射鏡を作製した後、銀メッキおよびクロメートコート等を施すことが好ましい。その他、反射鏡８１をアルミニウムを用いて作製し、酸化防止膜を表面に付与してもよいし、樹脂性の反射鏡本体の表面に金属薄膜を形成してもよい。
【０１６０】
金属リング１９は、反射鏡８１が完全な反射鏡であった場合の、焦点位置近傍の形状を有するすり鉢形状（凹部）のリングであり、すり鉢の底部が開口した形状を有している。金属リング１９のすり鉢形状は、底部から離れるに従って開口面積が広がる傾斜側壁面に囲まれている。この底部の開口部に発光部７が配置されている。
【０１６１】
金属リング１９のすり鉢形状の部分の表面は、反射鏡として機能し、金属リング１９と反射鏡８１とを組み合わせることで完全な形状の反射鏡が形成される。それゆえ、金属リング１９は、反射鏡の一部として機能する部分反射鏡であり、反射鏡８１を第１部分反射鏡と称する場合、焦点位置近傍の部分を有する第２部分反射鏡と称することができる。発光部７から出射された蛍光の一部は、金属リング１９の表面で反射し、照明光としてヘッドランプ３０の前方へ出射される。
【０１６２】
金属リング１９の材質は特に問われないが、放熱性を考えると銀、銅、アルミニウム等が好ましい。金属リング１９が銀やアルミニウムの場合は、すり鉢部を鏡面に仕上げた後、黒ずみや酸化防止のための保護層（クロメートコートや樹脂層等）を設けることが好ましい。また、金属リング１９が銅の場合は、銀メッキ、あるいはアルミニウム蒸着後、前述の保護層を設けることが好ましい。
【０１６３】
発光部７は、上記の実施形態１とは異なり、グリースといった密着材（図示省略）によって支持部材１３に密着されており、金属リング１９も支持部材１３に当接している。金属リング１９が支持部材１３に当接することにより、支持部材１３を冷却する効果が得られる。すなわち、金属リング１９は、支持部材１３の冷却部としても機能する。
【０１６４】
金属リング１９と反射鏡８１との間には透明板１８が挟持されている。この透明板１８は、発光部７のレーザ光照射面７ａとは反対側の面と接しており、発光部７が支持部材１３から剥がれないように抑えつける役割を有している。金属リング１９のすり鉢形状の部分の深さは、発光部７の高さとほぼ一致しているため、透明板１８と支持部材１３との間の距離が一定に保たれた状態で、透明板１８が発光部７に接している。そのため、支持部材１３と透明板１８とによって挟持されることにより発光部７が押しつぶされることはない。
【０１６５】
透明板１８は、少なくとも透光性を有するものであればどのような材質のものでもよい。たとえば、透明板１８はサファイア、窒化ガリウム、マグネシアまたはダイヤモンドを用いることができる。
【０１６６】
支持部材１３および透明板１８の厚さは、厚さは０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度が好ましい。上記厚さが０．３ｍｍ以下になると発光部７と金属リング１９とを挟みこんで固定する強度が得られず、３．０ｍｍ以上になるとレーザ光の吸収を無視できなくなるとともに、部材コストが上昇してしまう。
【０１６７】
基板８２は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光を通す開口部８２ａを有する板状の部材であり、この基板８２に対して反射鏡８１がネジ８３によって固定されている。反射鏡８１と基板８２との間には支持部材１３、金属リング１９および透明板１８が配置されており、開口部８２ａの中心と金属リング１９の底部の開口部の中心とはほぼ一致している。そのため、半導体レーザ３から出射されたレーザ光は、基板８２の開口部８２ａを通って、支持部材１３を透過し、金属リング１９の開口部を通って発光部７に到達する。
【０１６８】
なお、金属リング１９を、支持部材１３に対して確実に固定することが好ましい。基板８２と反射鏡８１とをネジ８３によって固定することによって生じる圧力によって金属リング１９を支持部材１３に対してある程度固定できる。しかし、金属リング１９を接着剤で支持部材１３に接着する、支持部材１３を挟んで金属リング１９を基板８２にネジ止めする等の方法により、確実に金属リング１９を固定することで、金属リング１９が動くことによって発光部７が剥離するという危険性を回避できる。
【０１６９】
また、金属リング１９は、上述の部分反射鏡としての機能を有し、かつ、反射鏡８１と基板８２とをネジ８３で固定するときの圧力に耐えられるものであればよく、必ずしも金属である必要はない。たとえば、金属リング１９の代用となる部材は、上記圧力に耐えられる樹脂性リングの表面に金属薄膜が形成されているものであってもよい。
【０１７０】
（実施の形態４）
本発明の他の実施形態について図８〜図１３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と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１７１】
ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト２００について説明する。レーザダウンライト２００は、家屋、乗物等の構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ３から出射したレーザ光を発光部７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ものである。
【０１７２】
なお、レーザダウンライト２００と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。
【０１７３】
図８は、発光ユニット２１０および従来のＬＥＤダウンライト３００の外観を示す概略図である。図９は、レーザダウンライト２００が設置された天井の断面図である。図１０は、レーザダウンライト２００の断面図である。図８〜図１０に示すように、レーザダウンライト２００は、天板４００に埋設され、照明光を出射する発光ユニット２１０と、光ファイバー５を介して発光ユニット２１０へレーザ光を供給するＬＤ光源ユニット２２０とを含んでいる。ＬＤ光源ユニット２２０は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置（たとえば、家屋の側壁）に設置されている。このようにＬＤ光源ユニット２２０の位置を自由に決定できるのは、ＬＤ光源ユニット２２０と発光ユニット２１０とが光ファイバー５によって接続されているからである。この光ファイバー５は、天板４００と断熱材４０１との間の隙間に配置されている。
【０１７４】
（発光ユニット２１０の構成）
発光ユニット２１０は、図１０に示すように、筐体２１１と、光ファイバー５と、発光部７と、支持部材１３と、対向部材４１と、ピン、バネおよびナット４２（以下、ピン、バネおよびナットを総称してピンと呼ぶ）と、透光板２１３とを備えている。発光部７は、間隙層１５によって支持部材１３に密着されている。
【０１７５】
筐体２１１には、凹部２１２が形成されており、この凹部２１２の底面に発光部７が配置されている。凹部２１２の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部２１２は反射鏡として機能する。
【０１７６】
また、筐体２１１には、光ファイバー５を通すための通路２１４が形成されており、この通路２１４を通って光ファイバー５が支持部材１３まで延びている。光ファイバー５の出射端部５ａから出射されたレーザ光は、支持部材１３および間隙層１５を透過して発光部７に到達する。
【０１７７】
透光板２１３は、凹部２１２の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板２１３は、透明板９と同様の機能を有するものであり、発光部７の蛍光は、透光板２１３を透して照明光として出射される。透光板２１３は、筐体２１１に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。
【０１７８】
対向部材４１およびピン４２は、上記の実施形態１の変形例１および２と同様、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加している。
【０１７９】
図８では、発光ユニット２１０は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット２１０の形状（より厳密には、筐体２１１の形状）は特に限定されない。
【０１８０】
なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が１つというレベルで十分である。それゆえ、発光部７の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。
【０１８１】
（ＬＤ光源ユニット２２０の構成）
ＬＤ光源ユニット２２０は、半導体レーザ３、非球面レンズ４および光ファイバー５を備えている。
【０１８２】
光ファイバー５の一方の端部である入射端部５ｂは、ＬＤ光源ユニット２２０に接続されており、半導体レーザ３から発振されたレーザ光は、非球面レンズ４を介して光ファイバー５の入射端部５ｂに入射される。
【０１８３】
図１０に示すＬＤ光源ユニット２２０の内部には、半導体レーザ３および非球面レンズ４が一対のみ示されているが、発光ユニット２１０が複数存在する場合には、発光ユニット２１０からそれぞれ延びる光ファイバー５の束を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導いてもよい。この場合、１つのＬＤ光源ユニット２２０に複数の半導体レーザ３と非球面レンズ４との対が収納されることになり、ＬＤ光源ユニット２２０は集中電源ボックスとして機能する。
【０１８４】
（レーザダウンライト２００の設置方法の変更例）
図１１は、レーザダウンライト２００の設置方法の変更例を示す断面図である。図１１に示すように、レーザダウンライト２００の設置方法の変形例として、天板４００には光ファイバー５を通す小さな穴４０２だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体（発光ユニット２１０）を天板４００に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト２００の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
【０１８５】
この構成では、支持部材１３は、筐体２１１の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体２１１を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって支持部材１３の冷却部として機能させることができる。
【０１８６】
また、この構成では、透明板２１３と、ピン、バネおよびナット４３とが、上記の実施形態１の変形例１および２と同様、発光部７を支持部材１３に押しつけて固定することで、発光部７と支持部材１３との間に圧力を印加している。
【０１８７】
（レーザダウンライト２００と従来のＬＥＤダウンライト３００との比較）
従来のＬＥＤダウンライト３００は、図８に示すように、複数の透光板３０１を備えており、各透光板３０１からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、ＬＥＤダウンライト３００において発光点は複数存在している。ＬＥＤダウンライト３００において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
【０１８８】
これに対して、レーザダウンライト２００は、高光束の照明装置であるため、発光点は１つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部７の蛍光体を高演色蛍光体（たとえば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ）にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。
【０１８９】
これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。たとえば、平均演色評価数Ｒａが９０以上のみならず、特殊演色評価数Ｒ９も９５以上というＬＥＤダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ３の組み合わせにより実現可能である。
【０１９０】
図１２は、ＬＥＤダウンライト３００が設置された天井の断面図である。図１２に示すように、ＬＥＤダウンライト３００では、ＬＥＤチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体３０２が天板４００に埋設されている。筐体３０２は比較的大きなものであり、筐体３０２が配置されている部分の断熱材４０１には、筐体３０２の形状に沿った凹部が形成される。筐体３０２から電源ライン３０３が延びており、この電源ライン３０３はコンセント（不図示）につながっている。
【０１９１】
このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板４００と断熱材４０１との間に発熱源である光源（ＬＥＤチップ）および電源が存在しているため、ＬＥＤダウンライト３００を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。
【０１９２】
また、ＬＥＤダウンライト３００では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。
【０１９３】
また、筐体３０２は比較的大きなものであるため、天板４００と断熱材４０１との間の隙間にＬＥＤダウンライト３００を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。
【０１９４】
これに対して、レーザダウンライト２００では、発光ユニット２１０には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。
【０１９５】
また、発光ユニット２１０ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト２００を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト２００を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。
【０１９６】
また、レーザダウンライト２００は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット２１０を天板４００の表面に設置することができ、ＬＥＤダウンライト３００よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。
【０１９７】
図１３は、レーザダウンライト２００およびＬＥＤダウンライト３００のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト２００は、その一例では、ＬＥＤダウンライト３００に比べて体積は９４％減少し、質量は８６％減少する。
【０１９８】
また、ＬＤ光源ユニット２２０をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ３が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ３を交換できる。また、複数の発光ユニット２１０から延びる光ファイバー５を１つのＬＤ光源ユニット２２０に導くことにより、複数の半導体レーザ３を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ３を交換する場合でも、その交換が容易にできる。
【０１９９】
なお、ＬＥＤダウンライト３００において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力１０Ｗで約５００ｌｍの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト２００で実現するためには、３．３Ｗの光出力が必要である。この光出力は、ＬＤ効率が３５％であれば、消費電力１０Ｗに相当し、ＬＥＤダウンライト３００の消費電力も１０Ｗであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト２００では、ＬＥＤダウンライト３００と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。
【０２００】
以上のように、レーザダウンライト２００は、レーザ光を出射する半導体レーザ３を少なくとも１つ備えるＬＤ光源ユニット２２０と、発光部７および反射鏡としての凹部２１２を備える少なくとも１つの発光ユニット２１０と、発光ユニット２１０のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー５とを含んでいる。
【０２０１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明は、高輝度で長寿命な発光装置や照明装置、特に車両用等のヘッドランプに適用することができる。
【符号の説明】
【０２０３】
１ ヘッドランプ（発光装置、車両用前照灯）
２ 半導体レーザアレイ（励起光源）
３ 半導体レーザ（励起光源）
７ 発光部
７ａ レーザ光照射面
９、１８ 透明板（落下防止機構、圧力印加機構、対向部材、透過部材）
１３ 支持部材
１４、８３ ネジ（落下防止機構、圧力印加機構）
１５ 間隙層
１９ 金属リング（収納部材）
３０ ヘッドランプ
５１ 金属リング（落下防止機構）
５２ 落下防止板（落下防止機構）
５３ 支持部材（落下防止機構）
８１ 反射鏡（反射部材）
８２ 基板
２００ レーザダウンライト（発光装置、照明装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、
前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、
前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記落下防止機構は、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と前記支持部材との間に圧力を与え、前記発光部を前記支持部材側に押しつける圧力印加機構であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記圧力印加機構は、前記発光部を挟みこむように前記支持部材と対向し、前記発光部の外面のうち前記支持部材側とは反対側の少なくとも一部の面と接触する対向部材を有し、前記支持部材と前記対向部材との間に圧力を印加することによって、前記支持部材と前記対向部材との間に前記発光部を固定することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
底部が開口し、前記底部を通して前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる凹部を有し、前記凹部に前記発光部を収納する収納部材をさらに備え、
前記収納部材は、前記支持部材と前記対向部材との間に挟みこまれており、前記支持部材と前記対向部材との間隔を維持していることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記凹部は、前記底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれており、前記傾斜側壁面は前記照明光を反射することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記対向部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記対向部材を透過した前記照明光を反射する反射部材をさらに備え、
前記反射部材は、前記対向部材を介して前記傾斜側壁面と連続し、且つ、前記対向部材から離れるに従って開口面積が広がる、すり鉢状の反射面を有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、
前記圧力印加機構は、前記反射部材および前記透過部材のいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、
前記支持部材および前記透過部材はそれぞれ、前記透過部材と間隙層を介して、密着し、
前記落下防止機構は、前記発光部と前記支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、前記発光部と前記透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、前記支持部材および前記透過部材のいずれもが、前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項１０】
請求項１〜８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。
【請求項１】
励起光源から出射された励起光により発光し、照明光を放射する発光部と、
前記励起光が照射される位置に前記発光部を支持する支持部材と、
前記支持部材が前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触し、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止する落下防止機構と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記落下防止機構は、前記発光部の外面の少なくとも一部の面と接触すると共に、当該少なくとも一部の面と前記支持部材との間に圧力を与え、前記発光部を前記支持部材側に押しつける圧力印加機構であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記圧力印加機構は、前記発光部を挟みこむように前記支持部材と対向し、前記発光部の外面のうち前記支持部材側とは反対側の少なくとも一部の面と接触する対向部材を有し、前記支持部材と前記対向部材との間に圧力を印加することによって、前記支持部材と前記対向部材との間に前記発光部を固定することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
底部が開口し、前記底部を通して前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる凹部を有し、前記凹部に前記発光部を収納する収納部材をさらに備え、
前記収納部材は、前記支持部材と前記対向部材との間に挟みこまれており、前記支持部材と前記対向部材との間隔を維持していることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記凹部は、前記底部から離れるに従って開口面積が広がるすり鉢状の傾斜側壁面に囲まれており、前記傾斜側壁面は前記照明光を反射することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記対向部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記対向部材を透過した前記照明光を反射する反射部材をさらに備え、
前記反射部材は、前記対向部材を介して前記傾斜側壁面と連続し、且つ、前記対向部材から離れるに従って開口面積が広がる、すり鉢状の反射面を有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、
前記圧力印加機構は、前記反射部材および前記透過部材のいずれか一方を貫通し、他方に埋め込まれたネジをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記支持部材を挟むようにして前記発光部と対向し、前記励起光源から前記発光部に向かう前記励起光を通過させる透過部材をさらに備え、
前記支持部材および前記透過部材はそれぞれ、前記透過部材と間隙層を介して、密着し、
前記落下防止機構は、前記発光部と前記支持部材との間の間隙層の密着性が低下し、且つ、前記発光部と前記透過部材との間の間隙層の密着性が低下し、前記支持部材および前記透過部材のいずれもが、前記発光部を支持できなくなったとき、前記発光部が前記支持部材から落下することを防止することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項１０】
請求項１〜８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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１４２１８７（Ｐ２０１２−１４２１８７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４０９８（Ｐ２０１０−２９４０９８）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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