CN108307646B - 车辆用灯具以及发光装置 - Google Patents

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Abstract

车辆用灯具(1)具备：半导体激光元件(5)，其构成为发出激光；聚光透镜(7)，其构成为将从半导体激光元件(5)发出的激光聚光；第一荧光体(9)，其构成为通过对被聚光透镜(7)聚光的激光中的至少一部分的激光的波长进行变换来生成白色光；反射镜(60)，其构成为对从第一荧光体(9)发出的白色光进行反射；第二荧光体(21)，其配置在第一荧光体(9)和反射镜(60)之间，并且构成为对从第一荧光体(9)发出的光中的至少一部分的光的波长进行变换。

Description

车辆用灯具以及发光装置
技术领域
本发明涉及将半导体激光元件作为光源的车辆用灯具，特别是具备使用半导体激光元件和荧光体来生成白色光的发光装置的车辆用灯具。另外，本发明涉及用于上述车辆用灯具的发光装置。
背景技术
在汽车的前照灯等车辆用灯具中，尝试使用激光二极管(LD)代替发光二极管(LED)(参照专利文献1)。LD光源由于光变换效率高且发光面积小，因此对灯具的小型化有利。在使用LD光源的车辆用灯具中，从LD元件向作为波长变换元件的荧光体照射蓝色激光。荧光体吸收蓝色激光的一部分并发出黄色荧光。这样，通过使蓝色激光和黄色荧光混合而生成白色光。
激光是方向性高的高能光。因此，在将激光作为车辆的前照灯等的光使用的情况下，如前所述，激光通过荧光体变换为适于路面照射且具有适度的能量的白色光。如果激光没有向荧光体充分地照射的话，激光就保持高能地被反射镜反射，从而使前方的行人、车辆以及路面等被高能的激光照射。为了避免这样的事态，将所述荧光体牢固地固定于安装体从而可靠地防止其脱离或损伤。
为了避免高能的激光向前方的行人等照射，采用了以使荧光体不从安装体脱离或损伤地将荧光体牢固地固定于安装体为首的各种手法，但是，虽然可能性极低，但不能断言能够完全避免荧光体从安装体脱离。为了确认激光向荧光体正常地照射以及散射(反而言之，为了检测车辆用灯具的光学系的异常)，通常在光路的重要部位设置光检测器，通过该光检测器测定光的能量(光的强度)或光的波长，来检查车辆用灯具的光学系是否存在异常。而且在万一检测到异常，高能的激光没有向荧光体照射而被反射镜直接反射的情况下，推定为由于某种原因导致荧光体从安装体脱离或损伤，并使激光元件的驱动停止。
另外，在专利文献1中，公开了以下结构：在反射激光的反射镜中，形成贯通该反射镜的贯通孔或出口。在专利文献1的公开中，提出的方案是在异常时使激光向反射镜的外侧避开，以避免高能的激光从反射镜向前方反射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特开2014－180886号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在光检测器不存在的情况下、在光检测器存在异常的情况下或光检测器不能迅速地工作的情况下，可能存在高能的激光直接被反射镜反射并向前方照射的风险。
当进一步使前述的出口形成于反射镜时，存在在正常运转时到达反射镜的白色光的一部分被浪费的缺点。而且在异常时向反射镜的外侧避开的激光也有被各部件多次反射并最终保持高能地向灯室外照射的可能性。
另外，在蓝色激光或紫色激光的情况下，透过荧光体的光除了包括向四方散射的白色光以外，还包括经过透镜的光轴附近且进入荧光体中的时间较短的具有比较强的能量的蓝色光等、倾斜地进入荧光体中且进入荧光体中的时间较长的具有较弱的能量的黄色光等。即，透过荧光体的光具有由蓝色调强的中央部和其周围的黄色调强的周缘部形成的色相不均性。有着该色相不均性的光可能存在不满足色度标准的风险。进一步地，有着色相不均性的光被反射镜反射并向表面上等照射。
本发明的目的在于，提供一种车辆用灯具，即使在从固定于规定位置的荧光体脱离的情况下或荧光体没有完全发挥正常功能的情况下，也能够防止从半导体激光元件发出并被透镜聚光的激光朝向车辆外部直接照射的状况。本发明的目的还在于，提供一种能够消除透过荧光体的光的色相不均性的车辆用灯具。
用于解决课题的方案
本发明的一个方面的车辆用灯具具备：
半导体激光元件，其构成为发出激光；
聚光透镜，其构成为将从所述半导体激光元件发出的激光聚光；
第一荧光体，其构成为通过对被所述聚光透镜聚光的激光中的至少一部分的激光的波长进行变换来生成白色光；
反射镜，其构成为对从所述第一荧光体发出的白色光进行反射；
第二荧光体，其配置在所述第一荧光体和所述反射镜之间，并且构成为变换从所述第一荧光体发出的光中的至少一部分的光的波长。
根据本发明，能够提供一种车辆用灯具，即使在从固定于规定位置的荧光体脱离的情况下或荧光体没有完全发挥正常功能的情况下，也能够防止从半导体激光元件发出并被透镜聚光的激光朝向车辆外部直接照射的状况。本发明的目的还在于，提供一种能够消除透过荧光体的光的色相不均性的车辆用灯具。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的发光装置的纵剖视图。
图2A是表示具有半导体激光元件的现有的发光装置中的、经过荧光体的前后的激光的光路的概略图，和表示荧光体激光的光束截面的概略图。
图2B是表示图1中所示的发光装置中的、经过第一荧光体和第二荧光体前后的激光的光路的概略图，和表示激光的光束截面的概略图。
图3A是表示本发明的第二实施方式的发光装置的异常状态的纵剖视图。
图3B是表示第二实施方式的发光装置的正常状态的纵剖视图。
图4是表示第一实施方式的车辆用灯具的纵剖视图。
图5是表示第二实施方式的车辆用灯具的纵剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1、图2A、图2B以及图4对本发明的第一实施方式的车辆用灯具1以及发光装置3进行说明。
作为第一实施方式的车辆用灯具1(以下，称为灯具1。)如图4所示，具备反射镜60、投影透镜70、发光装置3。反射镜60、投影透镜70、发光装置3分别配置在由外罩80和壳体90形成的灯室S内。
反射镜60形成为穹顶状，并覆盖发光装置3地配置在发光装置3的上方。反射镜60构成为将从发光装置3出射的光(例如，由第一荧光体9生成的方向性弱的白色光以及由第二荧光体21生成的白色光)朝向投影透镜70反射。发光装置3配置在反射镜60的第一焦点或其附近，投影透镜70配置在反射镜的第二焦点或其附近。从发光装置3出射的光被反射镜60反射，被反射镜60反射的光经过投影透镜70并向灯具1的外部(例如，车辆的前方区域)出射。这样，在车辆的前方区域形成配光图案(例如，近光用配光图案)。
投影透镜70例如由丙烯等透明树脂构成。投影透镜70是前方侧为凸面并且后表面侧为平面的非球面透镜。投影透镜70也可以固定于支架等。投影透镜70的光轴与灯具1的光轴一致。
如图1所示，发光装置3具备半导体激光元件5、聚光透镜7、第一荧光体9、第一收纳部18、第二荧光体21和第二收纳部17。
半导体激光元件5是构成为发出激光的半导体发光元件，例如，构成为发出发光峰值波长为450nm左右的蓝色激光、或发光峰值波长为近紫外域(405nm左右)的近紫外激光。
第一收纳部18形成为圆筒状，并配置在圆板11上。第一收纳部18构成为收纳半导体激光元件5和聚光透镜7。特别是，收纳半导体激光元件5的激光收纳部13收纳在第一收纳部18内，半导体激光元件5收纳于激光收纳部13。激光收纳部13也可以与圆板11一体地形成。
聚光透镜7通过支承于第一收纳部18的内壁面(特别是在半导体激光元件5和第一荧光体9之间延伸的内壁面)而固定于第一收纳部18。聚光透镜7配置于第一收纳部18的大致中央部。半导体激光元件5也可以配置于聚光透镜7的一个焦点的位置。另外，半导体激光元件5、第一荧光体9和第二荧光体21也可以配置在聚光透镜7的光轴上。聚光透镜7构成为将从半导体激光元件5发出的激光聚光。被聚光透镜7聚光的激光向第一荧光体9照射。
第一荧光体9嵌入固定孔15，该固定孔15形成于第一收纳部18。特别是，第一荧光体9通过利用硅酮或低融点玻璃等透明的粘合剂粘合于规定固定孔15的内壁面而固定于第一收纳部18。第一荧光体9和固定孔15的俯视形状一致。第一荧光体9也可以构成为例如矩形或圆形的板状部件。
第一荧光体9构成为通过对被聚光透镜7聚光的激光中的至少一部分的激光的波长进行变换来生成白色光。例如，第一荧光体9通过吸收作为激发光的蓝色激光的至少一部分来发出黄色荧光。这样，通过使蓝色激光和黄色荧光混合而生成白色光。
第一荧光体9也可以由例如导入了铈Ce等催化剂的YAG和氧化铝Al2O3的复合物构成。第一荧光体9也可以形成为具有大致平行配置的下表面和上表面的板状部件或层状部件。第一荧光体9的厚度可以根据目标的色度来适当地选择。
大致半球形的第二收纳部17配置于第一收纳部18的上表面。特别是，第二收纳部17的下端面粘合于第一收纳部18的上表面的周缘部。第二收纳部17具有与固定孔15大致相同形状的固定孔19。
第二荧光体21嵌入固定孔19，该固定孔19形成于第二收纳部17。特别是，第二荧光体21通过利用硅酮或低融点玻璃等透明的粘合剂粘合于规定固定孔19的内壁面而固定于第一收纳部17。第二荧光体21和固定孔19的俯视形状一致。第二荧光体21也可以构成为例如矩形或圆形的板状部件。另外，第二荧光体21也可以由与第一荧光体9相同的材料构成。
第二荧光体21在与聚光透镜7的光轴平行的方向上配置在第一荧光体9和反射镜60之间(换而言之，第二荧光体21配置在第一荧光体9的与聚光透镜7相对置的一侧的相反侧)。第二荧光体21构成为对从第一荧光体9发出的光中的至少一部分的光的波长进行变换。
图2A是表示具有半导体激光元件的现有的发光装置中的、经过荧光体23前后的激光的光路的概略图，和表示激光的光束截面的概略图。图2B是表示图1中所示的发光装置中的、经过第一荧光体9和第二荧光体21前后的激光的光路的概略图，和表示激光的光束截面的概略图。
如图2A所示，现有的这样的透过单个的荧光体23的光包含：经过聚光透镜7的光轴附近且进入荧光体23中的时间较短的具有比较强的能量的蓝色光(图2A的光束截面的黑色部分)、倾斜地进入荧光体23且进入荧光体23中的时间较长的具有较弱的能量的黄色光(图2A的光束截面的点影线部分)、蓝色光和黄色光之间的中间的光(图2A的光束截面的白色部分)。即，透过荧光体23的光具有色相不均性。
与此相对，在第一实施方式中，透过第一荧光体9的白色光与图2A中所示的光束截面相同，具有由蓝色调强的中央部和其周围的黄色调强的周缘部等形成的色相不均性。具有该色相不均性的光向嵌合于第二收纳部17的固定孔19的第二荧光体21入射。经过第一荧光体9的距离短且残存有蓝色调的白色光的中央部透过第二荧光体21而被第二荧光体21散射，并且被波长变换。这样，由于白色光的中央部的方向性充分弱，因此能够得到几乎没有色相不均性的白色光。
在图1以及图2B所示的第一实施方式中，几乎没有色相不均性的白色光被配置于第二荧光体21的上方的反射镜60反射，被反射镜60反射的光经过投影透镜70而向车辆前方照射。
根据本实施方式，在第一荧光体9以及第二荧光体21中的任一方从第一收纳部18或第二收纳部17脱离的情况下或者在第一荧光体9以及第二荧光体21中的任一方损伤从而变得不能完全发挥波长变换功能的情况下，也能够通过另一个荧光体来防止从半导体激光元件5发出并被透镜7聚光了的激光朝向车辆外部直接照射的状况。即，由于即使被聚光的激光不能充分地向一个荧光体照射，激光也能充分地向另一个荧光体照射，因此另一个荧光体作为故障安全防护机构起作用，从而能够防止被聚光的激光不经过荧光体地直接向外部照射的状况。
另外，在本实施方式中，不需要在反射镜60中设置与现有的出口相当的开口部。因为特别是能够避免白色光的一部分经过反射镜60的开口部这样的状况，所以能够提高灯具1的能效。
(第二实施方式)
接下来，参照图3A、图3B以及图5对本发明的第二实施方式的车辆用灯具1A以及发光装置33进行说明。图5是表示第二实施方式的车辆用灯具1A(以下，仅称为灯具1A。)的纵剖视图。图3A是表示第二实施方式的发光装置33的异常状态的纵剖视图。图3B是表示第二实施方式的发光装置33的正常状态的纵剖视图。需要说明的是，在本实施方式中，关于具有与在第一实施方式中已说明的附图标记相同的附图标记的元件不再次说明。
如图5所示，灯具1A具备反射镜60A、投影透镜70和发光装置33。反射镜60A、投影透镜70和发光装置33各自配置在由外罩80和壳体90形成的灯室S内。
如图3B所示，发光装置33具备半导体激光元件35、聚光透镜37、荧光体39(第一荧光体)、第一收纳部38和第二收纳部47。
半导体激光元件35是构成为发出激光的半导体发光元件。聚光透镜37构成为将从半导体激光元件35发出的激光聚光。被聚光透镜37聚光的激光向荧光体39照射。聚光透镜37通过支承于第一收纳部38的内壁面(特别是在半导体激光元件35和荧光体39之间延伸的内壁面)而固定于第一收纳部38。
第一收纳部38形成为圆筒状，并配置在圆板41上。第一收纳部38构成为收纳半导体激光元件35和聚光透镜37。特别是，收纳半导体激光元件35的激光收纳部43收纳在第一收纳部38内，半导体激光元件35收纳于激光收纳部43。激光收纳部43也可以与圆板11一体地形成。
荧光体39嵌入固定孔45，该固定孔45形成于第一收纳部38。特别是，荧光体39通过利用硅酮或低融点玻璃等透明的粘合剂粘合于定义固定孔45的内壁面而固定于第一收纳部38。荧光体39和固定孔45的俯视形状一致。荧光体39也可以构成为例如矩形或圆形的板状部件。
第二收纳部47(激光变色部)覆盖第一收纳部38地配置于圆板41。另外，第二收纳部47配置在荧光体39和反射镜60A之间(换而言之，第二收纳部47配置在荧光体39的与聚光透镜37对置的一侧的相反侧)，并且构成为因激光的照射而部分变色。第二收纳部47形成为圆筒状，并由例如丙烯树脂或聚氨酯树脂等树脂材料构成。在第一收纳部38和第二收纳部47之间设有间隙。构成第二收纳部47的树脂的特性不因透过荧光体39的白色光而变化(不变色)，另一方面，构成第二收纳部47的树脂因透过荧光体39前的激光而变色。需要说明的是，第二收纳部47也可以由两种以上的树脂构成。
作为本实施方式的变形例，也可以在使第二收纳部47由不因激光(透过荧光体39前的激光)而变色的树脂材料构成的同时，在与荧光体39对置的第二收纳部47的表面上形成因激光而变色的激光变色层(激光变色部)。这种情况下，激光变色层配置在荧光体39和反射镜之间，并且构成为因激光的照射而部分变色。进一步地，也可以在使第二收纳部47由因激光而变色的树脂材料构成的同时，在与荧光体39对置的第二收纳部47的表面上设置激光变色层。荧光体39、与荧光体39对置的第二收纳部47的一部分和激光变色层也可以配置在聚光透镜37的光轴上。
构成该激光变色层的材料也可以是通过与规定的波长带(例如，700nm～12000nm)的激光反应而生色的材料。在这样的材料中，有无机材料以及有机材料。作为无机材料，有铁、锌、锡、镍、铜、银以及金等金属、碳酸铜、碳酸镍、硝酸镁、硝酸锰、硝酸铁、硝酸镉、硝酸锌、硝酸钴、硝酸铅以及硝酸镍等金属盐、氢氧化铜、氢氧化铝以及氢氧化镁等金属氢氧化物、以及氧化硅、氧化铝以及氧化铁等金属氧化物。作为有机材料，有荧烷类、吩噻嗪类以及螺吡喃类激光变色染料。
在本实施方式中，如图3A所示，即使在高能的激光因荧光体39从固定孔45脱离而到达第二收纳部47的情况下，由于第二收纳部47由因激光而变色的树脂形成，因此也能够利用因激光而变色的部位防止激光透过第二收纳部47的状况。
例如，在被聚光透镜37聚光的具有高能的激光(蓝色激光或紫色激光)向第二收纳部47照射的情况下，由于被激光照射的第二收纳部的部分会变色(例如，黑化)，因此能够防止激光透过第二收纳部47的状况。此处，第二收纳部47可以构成为完全防止激光的透过，也可以构成为使激光的透过率大幅地降低。
进一步地，通过使第二收纳部47由因激光而变色的树脂构成，并且在与荧光体39相对置的第二收纳部47的表面上设置激光变色层，能够更可靠地防止激光透过第二收纳部47的状况。另外在使第二收纳部47由不因激光而变色的树脂构成的同时，在与荧光体39相对置的第二收纳部47的表面上设置激光变色层，也能够防止激光透过第二收纳部47的状况。
另外，在本实施方式中，也可以在反射镜60A的表面形成构成为使激光散射的散射光形成部62A。特别是，也可以在与聚光透镜37的光轴交叉的反射镜60A的表面形成散射光形成部62A。这种情况下，即使高能的激光的一部分到达反射镜60A的表面，到达了反射镜60A的激光也会被散射光形成部62A漫反射。这样，由于具有方向性的激光被散射光形成部62A变换为低能的散射光，因此能够防止高能的激光向车辆的前方照射的状况。
散射光形成部62A也可以形成为比到达反射镜60A的长圆状的激光稍大的长圆状。作为散射光形成部62A的一个例子，可以是在反射镜60A的表面形成的曲面或凹凸面、扩散剂、与荧光体39相同或不同的辅助荧光体或衍射光栅。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但显然本发明的技术范围不应被本实施方式的说明限定性地解释。本实施方式只是一个例子，本领域技术人员可以理解的是，在专利的权利要求书记载的发明的范围内能够进行各种各样的实施方式的变更。本发明的技术范围应该基于专利的权利要求书所记载的发明的范围以及其均等的范围来确定。
本申请适当引用在2015年4月17日申请的日本国专利申请(特愿2015－084903号)所公开的内容。

Claims (2)

1.一种车辆用灯具，其特征在于，具备：
半导体激光元件，其构成为发出激光；
聚光透镜，其构成为将从所述半导体激光元件发出的激光聚光；
第一荧光体，其构成为通过对被所述聚光透镜聚光的激光中的至少一部分的激光的波长进行变换来生成白色光；
反射镜，其构成为对从所述第一荧光体发出的白色光进行反射；
第二荧光体，其配置在所述第一荧光体和所述反射镜之间，并且构成为对从所述第一荧光体发出的光中的至少一部分的光的波长进行变换，
所述第二荧光体从所述第一荧光体分开地设置，由所述第一荧光体形成的白色光的一部分通过所述第一荧光体和所述第二荧光体之间而朝向所述反射镜。
2.一种发光装置，其特征在于，具备：
半导体激光元件，其构成为发出激光；
聚光透镜，其构成为将从所述半导体激光元件发出的激光聚光；
收纳部，其构成为收纳所述半导体激光元件以及所述聚光透镜；
第一荧光体，其构成为通过对被所述聚光透镜聚光的激光中的至少一部分的激光的波长进行变换来生成白色光，并固定于所述收纳部；
第二荧光体，其配置在所述第一荧光体的与所述聚光透镜对置的一侧的相反侧，并对从所述第一荧光体发出的光中的至少一部分的光的波长进行变换；
所述第一荧光体和所述第二荧光体配置在所述聚光透镜的光轴上，
所述第二荧光体从所述第一荧光体分开地设置，由所述第一荧光体形成的白色光的一部分通过所述第一荧光体和所述第二荧光体之间。
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