JP2011129375A - Headlamp for vehicle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To design a headlamp smaller than a conventional one. <P>SOLUTION: The headlamp 1 includes a semiconductor laser 3 to emit laser beams, a light emitting part 7 which receives laser beams emitted from the semiconductor laser 3 and emits light, and a reflecting mirror 8 which reflects light emitted from the light emitting part 7. In the headlamp 1, the luminous flux irradiated from the light emitting part 7 is larger than 600 lm, and the luminance of the light emitting part 7 is stronger than 75 cd/mm<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、従来の灯具に比べて小さく設計することが可能な車両用前照灯に関するものであり、特に走行用前照灯に関する。   The present invention relates to a vehicle headlamp that can be designed to be smaller than a conventional lamp, and more particularly to a traveling headlamp.

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きている。   In recent years, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) are used as excitation light sources, and excitation light generated from these excitation light sources is emitted to light emitting units including phosphors. Research on light-emitting devices that use fluorescence generated by the above as illumination light has become active.

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、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。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(LD発光装置と称する)を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。   An example of a technique related to such a light emitting device is a lamp disclosed in Patent Document 1. In this lamp, a semiconductor laser is used as an excitation light source in order to realize a high-intensity light source. Since the laser light oscillated from the semiconductor laser is coherent light, the directivity is strong, and the laser light can be condensed and used as excitation light without waste. A light-emitting device using such a semiconductor laser as an excitation light source (referred to as an LD light-emitting device) can be suitably applied to a vehicle headlamp.

なお、赤外光を波長変換材料に照射することにより、この波長変換材料が可視光を発光する技術の例として特許文献2に開示された灯具がある。この灯具では、凹面鏡の焦点位置に波長変換材料が設けられており、波長変換材料が発光した可視光を凹面鏡で反射させることことで光源としての機能を発揮している。特許文献2の凹面鏡の焦点位置に波長変換材料を設ける構成は、特許文献1の灯具における放物反射面または楕円反射面と蛍光体との設置に応用されている。   In addition, there is a lamp disclosed in Patent Document 2 as an example of a technique in which the wavelength conversion material emits visible light by irradiating the wavelength conversion material with infrared light. In this lamp, a wavelength conversion material is provided at the focal position of the concave mirror, and the function as a light source is exhibited by reflecting visible light emitted from the wavelength conversion material by the concave mirror. The configuration in which the wavelength conversion material is provided at the focal position of the concave mirror of Patent Document 2 is applied to the installation of the parabolic reflection surface or the elliptical reflection surface and the phosphor in the lamp of Patent Document 1.

また、上記発光装置に関する技術の例として特許文献3に開示された灯具がある。この灯具における発光部には、青色、緑色および赤色の蛍光体に加え、黄色の蛍光体を用いることにより、演色性の良好な発光装置を実現している。なお、特許文献3の灯具は、光束が1200ルーメン(lm)程度で、輝度が25cd/mm程度というハロゲンランプ並みの光束・輝度および演色性を有する光を発光することができる。 Moreover, there exists a lamp disclosed in patent document 3 as an example of the technique regarding the said light-emitting device. A light emitting device having a good color rendering property is realized by using a yellow phosphor in addition to blue, green and red phosphors in the light emitting portion of the lamp. Note that the lamp of Patent Document 3 can emit light having a luminous flux, luminance, and color rendering properties similar to those of a halogen lamp with a luminous flux of about 1200 lumens (lm) and a luminance of about 25 cd / mm 2 .

なお、インコヒーレントな白色LEDを用いて車両用ヘッドランプを実現する技術の例としては、非特許文献1に開示された車両用ヘッドランプがある。   An example of a technique for realizing a vehicle headlamp using an incoherent white LED is a vehicle headlamp disclosed in Non-Patent Document 1.

特開2005−150041号公報(2005年6月9日公開)JP 2005-150041 A (released on June 9, 2005) 特開平7−318998号公報(1995年12月8日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 7-318998 (released on December 8, 1995) 特開2007−294754号公報(2007年11月8日公開)JP 2007-294754 A (published November 8, 2007)

佐々木 勝、「白色LEDの自動車照明への応用」、応用物理学会誌、2005年、第74巻、第11号、p.1463―1466Masaru Sasaki, “Application of White LED to Automotive Lighting”, Journal of Applied Physics, 2005, Vol. 74, No. 11, p. 1463-1466

ところが、特許文献1には、どの程度のレーザ光が出力され発光部に照射されると、どの程度の光束量のインコヒーレントな光が出射されるのかについては一切開示されていない。このため、一定の光度の光を出射する灯具を実現するために、どの程度まで光学系(凹面鏡および凹面鏡に設けられたレンズ)の大きさを小さくすることができるのかについては不明である。   However, Patent Document 1 does not disclose how much laser light is output and how much incoherent light is emitted when the light emitting unit is irradiated. For this reason, it is unclear to what extent the size of the optical system (the concave mirror and the lens provided on the concave mirror) can be reduced in order to realize a lamp that emits light of a constant luminous intensity.

なお、ここでの一定の光度とは、例えば日本国内法で規定されている車両用のハイビームにおける最高光度点の光度を指し、現在は、1灯あたり29500〜112500cd(カンデラ)、かつ車両一台分の灯具(2つまたは4つ)の最大光度の合計が225000cdを超えないことと規定されている。   Here, the constant luminous intensity refers to, for example, the luminous intensity of the highest luminous intensity point in a high beam for vehicles stipulated in Japanese domestic law, and currently, 29500 to 112500 cd (candela) per lamp, It is stipulated that the sum of the maximum luminous intensity of the lamps (2 or 4) per minute does not exceed 225000 cd.

すなわち、特許文献1には、例えば蛍光体を含む微小な発光部をハイパワーの励起光で励起すると、発光部が激しく劣化するという耐久性の問題など、灯具の実用化を考慮した小型化については一切触れられていない。   That is, in Patent Document 1, for example, regarding miniaturization in consideration of practical use of a lamp, such as a durability problem that a light emitting part deteriorates severely when a minute light emitting part including a phosphor is excited with high power excitation light. Is not touched at all.

また、特許文献3には、輝度が25cd/mmより大きい灯具の実現については触れられていない。このため、特許文献3では、高輝度な灯具を実現することにより、灯具の小型化を図ることを想定していないものといえる。なお、特許文献3の灯具は、発光部に用いられる蛍光体に関する発明であり、発光効率および演色性の向上を図ったものである。また、本発明者らは、灯具の小型化において最も重要なファクターが輝度を高めることであることを見出している。 Further, Patent Document 3 does not mention the realization of a lamp having a luminance greater than 25 cd / mm 2 . For this reason, in patent document 3, it can be said that it is not assumed that size reduction of a lamp is achieved by implement | achieving a high-intensity lamp. In addition, the lamp of patent document 3 is invention regarding the fluorescent substance used for a light emission part, and aims at the improvement of luminous efficiency and color rendering property. Further, the present inventors have found that the most important factor in reducing the size of the lamp is to increase the luminance.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、従来の灯具に比べて小さく設計することが可能な車両用前照灯を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a vehicle headlamp that can be designed to be smaller than a conventional lamp.

本発明に係る車両用前照灯は、上記の課題を解決するために、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射する反射鏡と、を備え、上記発光部から放射される光束は、600lmより大きく、上記発光部の輝度は、75cd/mmより大きいことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a vehicle headlamp according to the present invention includes an excitation light source that emits excitation light, a light emitting unit that emits light by receiving excitation light emitted from the excitation light source, and the light emitting unit. And a reflecting mirror that reflects the light emitted from the light emitting portion, the luminous flux emitted from the light emitting portion is larger than 600 lm, and the luminance of the light emitting portion is larger than 75 cd / mm 2 .

例えば従来のハロゲンランプを走行用前照灯として用いた場合、ハロゲンランプの輝度は20〜25cd/mmであるため、国内法などで規定された光度の最小値を満たす光を発するようにするには、反射鏡の開口面(より正確には、自装置の外部に出射される光の進行方向に垂直な反射鏡の開口面)をある一定の面積以上に保つ必要がある。つまり、従来のハロゲンランプでは、上記「一定の面積」が装置の小型化を阻害する要因となっている。 For example, when a conventional halogen lamp is used as a headlight for traveling, the luminance of the halogen lamp is 20 to 25 cd / mm 2 , so that light that satisfies the minimum value of light intensity defined by domestic laws is emitted. In this case, it is necessary to keep the opening surface of the reflecting mirror (more precisely, the opening surface of the reflecting mirror perpendicular to the traveling direction of the light emitted to the outside of the device) at a certain area or more. In other words, in the conventional halogen lamp, the “certain area” is a factor that hinders downsizing of the apparatus.

この点、本発明に係る車両用前照灯は、発光部の輝度が75cd/mmより大きいため、反射鏡の開口面の面積を上記「一定の面積」より格段に小さくしても、上記規定された光度範囲を満たす光を出射することができる。そして、発光部から放射される光束は600lmよりも大きいため、十分な明るさが確保される。つまり、本発明に係る車両用前照灯は、発光部から放射される光束が600lmより大きく、発光部の輝度が75cd/mmより大きいため、従来の灯具(車両用前照灯)に比べて小型化を達成することができる。 In this regard, the vehicular headlamp according to the present invention has a luminance of the light emitting unit greater than 75 cd / mm 2, so that even if the area of the opening surface of the reflecting mirror is significantly smaller than the above-mentioned “certain area”, Light that satisfies the prescribed luminous intensity range can be emitted. And since the light beam radiated | emitted from a light emission part is larger than 600lm, sufficient brightness is ensured. That is, the vehicle headlamp according to the present invention has a luminous flux radiated from the light emitting portion larger than 600 lm and the luminance of the light emitting portion larger than 75 cd / mm 2, so that it is compared with a conventional lamp (vehicle headlamp). And miniaturization can be achieved.

なお、従来の灯具として輝度75cd/mmのHID(High Intensity Discharge)ランプが挙げられる。しかしながら、当該HIDランプには瞬時点灯性に優れないという課題があり、瞬時点灯性が要求される車両用前照灯(例えば走行用前照灯)には適さないことがわかっている。 An example of a conventional lamp is an HID (High Intensity Discharge) lamp having a luminance of 75 cd / mm 2 . However, the HID lamp has a problem that the instantaneous lighting performance is not excellent, and it is known that the HID lamp is not suitable for a vehicle headlamp (for example, a traveling headlamp) that requires instantaneous lighting performance.

さらに、本発明に係る車両用前照灯は、軽量化および省電力化という点においても、従来の灯具と比較して格別な効果を期待できる。   Furthermore, the vehicle headlamp according to the present invention can be expected to have a special effect as compared with a conventional lamp in terms of weight reduction and power saving.

具体的には、本発明に係る車両用前照灯は、従来の灯具に比べて小型化を達成することができる。従って、装置の小型化に伴って装置自体の軽量化も達成でき、その軽量化ゆえに、本発明に係る車両用前照灯を、たとえば車両の走行用前照灯として使用した場合に、車両の燃費を改善することができる。   Specifically, the vehicle headlamp according to the present invention can achieve a reduction in size as compared with a conventional lamp. Accordingly, it is possible to reduce the weight of the device itself with the downsizing of the device. Therefore, when the vehicle headlamp according to the present invention is used as a traveling headlamp for a vehicle, for example, Fuel consumption can be improved.

さらに、本発明に係る車両用前照灯は、従来の灯具に比べて高輝度・高光束を実現している。従って、従来の灯具と同程度の輝度・光束を実現しようとすれば、励起光源の消費電力を下げればよく、消費電力を下げた分だけ省電力化を達成できる。   Furthermore, the vehicle headlamp according to the present invention achieves higher luminance and higher luminous flux than conventional lamps. Therefore, if it is going to implement | achieve the brightness | luminance and luminous flux comparable as the conventional lamp, what is necessary is just to reduce the power consumption of an excitation light source, and can achieve power saving by the part which reduced the power consumption.

このように、本発明に係る車両用前照灯は、装置の軽量化及び省電力化を同時に実現でき、それゆえ、昨今の環境意識の高まりを背景に、本発明に係る車両用前照灯を極めて好適に車両用ヘッドライトに適用することができる。   As described above, the vehicle headlamp according to the present invention can simultaneously realize the weight reduction and power saving of the apparatus. Therefore, against the background of the recent increase in environmental awareness, the vehicle headlamp according to the present invention. Can be applied to a vehicle headlight very suitably.

以上のように、本発明に係る車両用前照灯は、従来の灯具に比べて小型化された照明装置を実現することができ、さらに、装置の軽量化による燃費の改善、及び省電力化をも実現することができる。   As described above, the vehicular headlamp according to the present invention can realize a lighting device that is downsized compared to a conventional lamp, and further improves fuel consumption and reduces power consumption by reducing the weight of the device. Can also be realized.

本発明に係る車両用前照灯は、上記励起光源が出射した励起光を受け取る入射端部と当該入射端部から入射した励起光を上記発光部へ出射する出射端部とを有する導光部を備えることが好ましい。   The vehicle headlamp according to the present invention includes a light guide unit having an incident end that receives excitation light emitted from the excitation light source, and an emission end that emits excitation light incident from the incident end to the light emitting unit. It is preferable to provide.

上記構成によれば、本発明に係る車両用前照灯は、励起光源と発光部との間に、励起光源から出射される励起光を発光部へ導く導光部を備えるので、励起光源を発光部から離して設置することができる。このため、例えば励起光源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など、車両用前照灯の設計自由度を高めることができる。   According to the above configuration, the vehicle headlamp according to the present invention includes the light guide unit that guides the excitation light emitted from the excitation light source to the light emitting unit between the excitation light source and the light emitting unit. It can be installed away from the light emitting part. For this reason, the design freedom degree of the vehicle headlamp can be increased, for example, the excitation light source can be installed at a position where it is easy to cool or replace.

本発明に係る車両用前照灯では、上記励起光源は、400nm以上420nm以下の波長範囲にピーク波長を有する励起光を出射することが好ましい。   In the vehicle headlamp according to the present invention, it is preferable that the excitation light source emits excitation light having a peak wavelength in a wavelength range of 400 nm to 420 nm.

上記構成によれば、励起光源は、400nm以上420nm以下の励起光、すなわち青紫色またはそれに近い色の励起光を出射するので、白色光を生成するための発光部の材料(蛍光体材料)を容易に選定および製造できる。つまり、白色光を容易に生成することが可能な車両用前照灯を実現できる。   According to the above configuration, since the excitation light source emits excitation light of 400 nm or more and 420 nm or less, that is, blue-violet or near-color excitation light, the light emitting part material (phosphor material) for generating white light is used. Easy to select and manufacture. That is, a vehicle headlamp that can easily generate white light can be realized.

本発明に係る車両用前照灯では、上記記励起光源は、440nm以上490nm以下の波長範囲にピーク波長を有する励起光を出射することが好ましい。   In the vehicle headlamp according to the present invention, it is preferable that the excitation light source emits excitation light having a peak wavelength in a wavelength range of 440 nm to 490 nm.

上記構成によれば、励起光源は、440nm以上490nm以下の励起光、すなわち青色またはそれに近い色の励起光を出射するので、白色光を生成するための発光部の材料(蛍光体材料)を容易に選定および製造できる。つまり、白色光を容易に生成することが可能な車両用前照灯を実現できる。   According to the above configuration, the excitation light source emits excitation light of 440 nm or more and 490 nm or less, that is, blue or near-color excitation light, so that it is easy to use a light emitting part material (phosphor material) for generating white light. Can be selected and manufactured. That is, a vehicle headlamp that can easily generate white light can be realized.

本発明に係る車両用前照灯では、自動車の走行用前照灯であることが好ましい。   The vehicle headlamp according to the present invention is preferably a vehicle headlamp.

例えば、従来のハロゲンランプを走行用前照灯として用いた場合、開口面の面積を2000mmよりも小さくすると、上記光度範囲の最小値の光を発することができない可能性がある。また、従来のHIDランプは瞬時点灯性に優れないため、瞬時点灯性が要求される走行用前照灯には適さない。 For example, when a conventional halogen lamp is used as a traveling headlamp, if the area of the opening surface is smaller than 2000 mm 2 , there is a possibility that light having the minimum value in the above-mentioned luminous intensity range cannot be emitted. In addition, since conventional HID lamps are not excellent in instantaneous lighting performance, they are not suitable for traveling headlamps that require instantaneous lighting performance.

従って、本発明の車両用前照灯は、実用性を考慮した上で、従来の灯具に比べて小さい走行用前照灯と実現することができる。   Therefore, the vehicle headlamp of the present invention can be realized as a traveling headlamp that is smaller than a conventional lamp in consideration of practicality.

本発明に係る照車両用前照灯は、以上のように、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、上記発光部が出射した光を反射する反射鏡と、を備え、上記発光部から放射される光束は、600lmより大きく、上記発光部の輝度は、75cd/mmより大きい構成である。 As described above, the headlamp for an illuminated vehicle according to the present invention, the excitation light source that emits the excitation light, the light emitting unit that emits light by receiving the excitation light emitted from the excitation light source, and the light emission unit emitted A light-reflecting mirror that reflects light, and the luminous flux emitted from the light-emitting portion is larger than 600 lm, and the luminance of the light-emitting portion is larger than 75 cd / mm 2 .

それゆえ、従来の灯具に比べて小型化された車両用前照灯を実現することができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that it is possible to realize a vehicular headlamp that is smaller than a conventional lamp.

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図である。It is a figure which shows schematic structure of the headlamp which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る変形例としてのヘッドランプの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the headlamp as a modification which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る別の変形例としてのヘッドランプの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the headlamp as another modified example which concerns on one Embodiment of this invention. 各光源が用いられた車両(自動車)用ヘッドランプの輝度と、当該ヘッドランプの光学系面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the brightness | luminance of the headlamp for vehicles (automobile) using each light source, and the optical system area of the said headlamp. (a)は半導体レーザの回路図を模式的に示す図であり、(b)は半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。(A) is a figure which shows the circuit diagram of a semiconductor laser typically, (b) is a perspective view which shows the basic structure of a semiconductor laser. 本発明の別の形態に係るヘッドランプの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the headlamp which concerns on another form of this invention. 本発明の別の形態に係るヘッドランプが備える光ファイバーの出射端部と発光部との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the output end part and light emission part of an optical fiber with which the headlamp which concerns on another form of this invention is provided. 発光部の位置決め方法の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a change of the positioning method of a light emission part. (a)は自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図であり、(b)は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。(A) is a figure which shows the light distribution characteristic requested | required of the headlight for passing for motor vehicles, (b) is a figure which shows the illumination intensity prescribed | regulated to the light distribution characteristic standard of the headlight for passing. .

〔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。ここでは、本発明の一例として、自動車用の走行用前照灯(ハイビーム)の配光特性基準を満たすヘッドランプ(車両用前照灯)1を例に挙げて説明する。ただし、本発明の車両用前照灯は、上記走行用前照灯の配光特性基準と同様の配光基準特性を満たすヘッドランプであれば、自動車以外の車両・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。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, as an example of the present invention, a headlamp (vehicle headlamp) 1 that satisfies the light distribution characteristic standard of a traveling headlamp (high beam) for automobiles will be described as an example. However, the vehicle headlamp according to the present invention is a vehicle / moving object other than an automobile (for example, human / It may be realized as a headlamp of a ship, an aircraft, a submarine, a rocket, etc.

(ヘッドランプ1の構成)
まず、本実施形態に係るヘッドランプ1の構成について図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るヘッドランプ1の概略構成を示す図である。このヘッドランプ1は、従来のヘッドランプよりも小型化したヘッドランプを実現するための構成の一例である。
(Configuration of headlamp 1)
First, the configuration of the headlamp 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a headlamp 1 according to the present embodiment. The headlamp 1 is an example of a configuration for realizing a headlamp that is smaller than a conventional headlamp.

同図に示すように、ヘッドランプ1は、半導体レーザ(励起光源)3、非球面レンズ4、角錐台状光学部材(導光部)21、発光部7、反射鏡8および透明板9を備えている。半導体レーザ3、角錐台状光学部材21および発光部7によって発光装置の基本構造が形成されている。   As shown in the figure, the headlamp 1 includes a semiconductor laser (excitation light source) 3, an aspherical lens 4, a truncated pyramid shaped optical member (light guide part) 21, a light emitting part 7, a reflecting mirror 8, and a transparent plate 9. ing. The basic structure of the light emitting device is formed by the semiconductor laser 3, the truncated pyramidal optical member 21, and the light emitting unit 7.

なお、ヘッドランプ1は、実施の形態2に係るヘッドランプ1aと同様、ハウジング10、エクステンション11およびレンズ12を備えるものとするが、図1においては図示を省略している。また、本実施形態では、角錐台状光学部材21を例にとって説明するが、光学部材の形状はこれに限られず、円錐台状、楕円錐台など様々な形状を採用することができる。なお、光学部材が円錐台状である場合についての具体的な構成は、ヘッドランプ1の変形例として後述する。   The headlamp 1 includes a housing 10, an extension 11, and a lens 12 as in the headlamp 1a according to the second embodiment, but is not shown in FIG. In this embodiment, the truncated pyramid-shaped optical member 21 will be described as an example. However, the shape of the optical member is not limited to this, and various shapes such as a truncated cone shape and an elliptical truncated cone shape can be employed. A specific configuration in the case where the optical member has a truncated cone shape will be described later as a modified example of the headlamp 1.

半導体レーザ3は、励起光を出射する励起光源として機能するものであり、基板上に備えられることにより半導体レーザアレイを形成していてもよい。半導体レーザ3のそれぞれからレーザ光(励起光)が発振される。   The semiconductor laser 3 functions as an excitation light source that emits excitation light, and may be formed on a substrate to form a semiconductor laser array. Laser light (excitation light) is oscillated from each of the semiconductor lasers 3.

半導体レーザ3は、1チップに6つの発光点(6ストライプ)を有するものであり、例えば、405nm(青紫色)のレーザ光を発振し、出力4.0W、動作電圧5V、電流2.67Aのものであり、直径9mm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く、青紫色およびそれに近い色のレーザ光を発振する場合には、その波長を400nm以上420nm以下とすればよい。この場合、ヘッドランプ1は、白色光を生成するための発光部7の材料(蛍光体材料)を容易に選定および製造できる。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。   The semiconductor laser 3 has six light emitting points (six stripes) in one chip. For example, the semiconductor laser 3 oscillates a laser beam having a wavelength of 405 nm (blue purple) and has an output of 4.0 W, an operating voltage of 5 V, and a current of 2.67 A. It is enclosed in a 9 mm diameter package. The laser beam oscillated by the semiconductor laser 3 is not limited to 405 nm, and may be a laser beam having a peak wavelength in a wavelength range of 380 nm to 470 nm. The wavelength may be 400 nm or more and 420 nm or less. In this case, the headlamp 1 can easily select and manufacture the material (phosphor material) of the light emitting unit 7 for generating white light. If a high-quality semiconductor laser for a short wavelength that oscillates a laser beam having a wavelength smaller than 380 nm can be manufactured, the laser beam having a wavelength smaller than 380 nm is oscillated as the semiconductor laser 3 of this embodiment. It is also possible to use a semiconductor laser designed for the above.

図1に示すように、3つの半導体レーザ3が実装されているので、半導体レーザ3全体としての出力が12W、消費電力が40W(=5V×2.67A×3個)となる。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。しかし、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を用いることが好ましい。   As shown in FIG. 1, since the three semiconductor lasers 3 are mounted, the output of the semiconductor laser 3 as a whole is 12 W, and the power consumption is 40 W (= 5 V × 2.67 A × 3). It is not always necessary to use a plurality of semiconductor lasers 3 as the excitation light source, and only one semiconductor laser 3 may be used. However, in order to obtain a high-power laser beam, it is preferable to use a plurality of semiconductor lasers 3.

非球面レンズ4は、各半導体レーザ3から発振されたレーザ光(励起光)を、角錐台状光学部材21の一方の端部である光入射面211に入射させるためのレンズである。例えば、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。   The aspherical lens 4 is a lens for causing laser light (excitation light) oscillated from each semiconductor laser 3 to enter the light incident surface 211 that is one end of the truncated pyramidal optical member 21. For example, as the aspheric lens 4, FLKN1 405 manufactured by Alps Electric can be used. The shape and material of the aspherical lens 4 are not particularly limited as long as the lens has the above function, but it is preferably a material having a high transmittance near 405 nm and a good heat resistance.

角錐台状光学部材21は、半導体レーザ3が発振したレーザ光を集光して発光部7(発光部7のレーザ光照射面7a)へと導く導光部材であり、非球面レンズ4を介して半導体レーザ3と光学的に結合している。角錐台状光学部材21は、半導体レーザ3が出射したレーザ光を受け取る光入射面211(入射端部)と当該光入射面211から入射したレーザ光を発光部7へ出射する光出射面212(出射端部)とを有している。   The truncated pyramidal optical member 21 is a light guide member that condenses the laser light oscillated by the semiconductor laser 3 and guides it to the light emitting portion 7 (laser light irradiation surface 7 a of the light emitting portion 7). And is optically coupled to the semiconductor laser 3. The truncated pyramid-shaped optical member 21 includes a light incident surface 211 (incident end portion) that receives the laser light emitted from the semiconductor laser 3 and a light emitting surface 212 (emits the laser light incident from the light incident surface 211 to the light emitting portion 7. Output end).

これにより、半導体レーザ3と発光部7とが角錐台状光学部材21を挟むので、半導体レーザ3を発光部7から離して設置することができる。このため、例えば半導体レーザ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など、ヘッドランプ1の設計自由度を高めることができる。   Thereby, since the semiconductor laser 3 and the light emitting unit 7 sandwich the truncated pyramidal optical member 21, the semiconductor laser 3 can be set apart from the light emitting unit 7. For this reason, the design freedom of the headlamp 1 can be increased, for example, the semiconductor laser 3 can be installed at a position where it is easy to cool or replace.

なお、角錐台状光学部材21の底部(励起光入射端部211)と半導体レーザ3とが十分近く設置できる際には、非球面レンズ4を設けなくても良い場合がある。この様な構成とすることによって、構造がより単純化されるとともに、励起光を減衰させる要素が一つなくなるため、より効率を向上させることができる。   When the bottom (excitation light incident end 211) of the truncated pyramidal optical member 21 and the semiconductor laser 3 can be installed sufficiently close, the aspheric lens 4 may not be provided. By adopting such a configuration, the structure is further simplified, and since one element that attenuates the excitation light is eliminated, the efficiency can be further improved.

非球面レンズ4および角錐台状光学部材21の結合効率(半導体レーザ3から出射されるレーザ光の強度を1としたときの、角錐台状光学部材21の光出射面212から出射されるレーザ光の強度)は90%である。このため、半導体レーザ3から出射された12Wのレーザ光は、非球面レンズ4および角錐台状光学部材21を通過すると、光出射面212から10.8Wのレーザ光として出射される。   Coupling efficiency of the aspherical lens 4 and the truncated pyramid shaped optical member 21 (laser light emitted from the light emitting surface 212 of the truncated pyramid shaped optical member 21 when the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser 3 is 1) Strength) is 90%. For this reason, when the 12 W laser light emitted from the semiconductor laser 3 passes through the aspherical lens 4 and the truncated pyramidal optical member 21, it is emitted from the light emitting surface 212 as 10.8 W laser light.

角錐台状光学部材21は、光入射面211から入射した各レーザ光を反射する角錐台側面(光反射側面、囲繞構造)213で囲まれた囲繞構造を有していると共に、光出射面212の断面積は、光入射面211の断面積よりも小さくなっている。角錐台状光学部材21は、光入射面211から入射した各レーザ光を、角錐台側面213により光出射面212に導光する。なお、角錐台状光学部材21は、BK7、石英ガラス、アクリル樹脂その他の透明素材で構成する。また、光入射面211は、平面形状であっても曲面形状であってもよい。   The truncated pyramidal optical member 21 has a surrounding structure surrounded by a truncated pyramid side surface (light reflecting side surface, surrounding structure) 213 that reflects each laser beam incident from the light incident surface 211, and a light emitting surface 212. Is smaller than the cross-sectional area of the light incident surface 211. The truncated pyramid shaped optical member 21 guides each laser beam incident from the light incident surface 211 to the light emitting surface 212 through the truncated pyramid side surface 213. The truncated pyramidal optical member 21 is made of BK7, quartz glass, acrylic resin, or other transparent material. Further, the light incident surface 211 may have a planar shape or a curved surface shape.

これにより、角錐台側面213により、光入射面211から入射した各レーザ光を、光入射面211の断面積よりも小さい断面積を有する光出射面212に導光する、すなわち、各レーザ光を、光出射面212に集光することができる。   Thus, each laser beam incident from the light incident surface 211 is guided to the light emitting surface 212 having a smaller cross-sectional area than the light incident surface 211 by the truncated pyramid side surface 213, that is, each laser beam is The light can be condensed on the light exit surface 212.

また、角錐台側面213の他端には、導光した各レーザ光を発光部7のレーザ光照射面7aに分散して照射する光出射面212が形成されている。光出射面212は、この光出射面212に対して鉛直方向に軸を持つ平凸シリンドリカルレンズを一体化した構造となっている。   In addition, a light emitting surface 212 is formed at the other end of the truncated pyramid side surface 213 so that each of the guided laser beams is distributed and irradiated on the laser light irradiation surface 7 a of the light emitting unit 7. The light exit surface 212 has a structure in which a plano-convex cylindrical lens having an axis in the vertical direction is integrated with the light exit surface 212.

なお、本実施形態では、光出射面212とシリンドリカルレンズとを一体化した構造(すなわち、光出射面212が曲面形状)となっているが、これに限らず、別体に備えられていてもよい。この場合、シリンドリカルレンズは、光出射面212と発光部7との間に設けられる。また、この場合の光出射面212は、平面形状であっても曲面形状であってもよく、曲面形状の場合、凸レンズ形状に限らず、凹レンズ形状または凸レンズと凹レンズとを組み合わせた形状であってもよい。また、このレンズ形状は、球面、非球面、円筒状などであってもよい。さらに、場合によっては、平坦な光出射面のまま発光部7を密着、設置させてもよい。   In the present embodiment, the light emitting surface 212 and the cylindrical lens are integrated (that is, the light emitting surface 212 has a curved shape). However, the present invention is not limited to this, and the light emitting surface 212 may be provided separately. Good. In this case, the cylindrical lens is provided between the light emitting surface 212 and the light emitting unit 7. Further, the light exit surface 212 in this case may be a planar shape or a curved surface shape. In the case of a curved surface shape, the light emitting surface 212 is not limited to a convex lens shape, and is a concave lens shape or a combination of a convex lens and a concave lens. Also good. The lens shape may be spherical, aspherical, cylindrical, or the like. Further, in some cases, the light emitting unit 7 may be closely attached and installed with a flat light emitting surface.

また、各レーザ光は、角錐台側面213に1回だけ反射して光出射面212に導光される場合、角錐台側面213に複数回反射して光出射面212に導光される場合、角錐台側面213に1回も反射することなく光出射面212に導光される場合のいずれかの光路で導光される。   In addition, each laser beam is reflected only once on the truncated pyramid side surface 213 and guided to the light emitting surface 212, or is reflected on the truncated pyramid side surface 213 a plurality of times and guided to the light emitting surface 212. The light is guided by any one of the optical paths in the case of being guided to the light emitting surface 212 without being reflected once on the side surface 213 of the truncated pyramid.

発光部7は、光出射面212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。   The light emitting unit 7 emits light by receiving the laser light emitted from the light emitting surface 212, and includes a phosphor that emits light by receiving the laser light. Specifically, the light emitting unit 7 is a phosphor in which a phosphor is dispersed inside a silicone resin as a phosphor holding substance. The ratio of silicone resin to phosphor is about 10: 1. In addition, the light emitting unit 7 may be formed by pressing a fluorescent material. The phosphor holding substance is not limited to silicone resin, and may be so-called organic-inorganic hybrid glass or inorganic glass.

上記蛍光体は、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体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。   The phosphor is of an oxynitride type, and blue, green and red phosphors are dispersed in a silicone resin. Since the semiconductor laser 3 oscillates 405 nm (blue-violet) laser light, white light is generated when the light emitting unit 7 is irradiated with the laser light. Therefore, it can be said that the light emitting portion 7 is a wavelength conversion material.

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。換言すれば、半導体レーザ3は、440nm以上490nm以下の波長範囲にピーク波長を有する励起光を出射してもよく、この場合、白色光を生成するための発光部の材料(蛍光体材料)を容易に選定および製造できる。なお、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。   The semiconductor laser 3 may oscillate a 450 nm (blue) laser beam (or a so-called “blue” laser beam having a peak wavelength in a wavelength range of 440 nm to 490 nm). The phosphor is a yellow phosphor or a mixture of a green phosphor and a red phosphor. In other words, the semiconductor laser 3 may emit excitation light having a peak wavelength in the wavelength range of 440 nm or more and 490 nm or less. In this case, the light emitting part material (phosphor material) for generating white light is used. Easy to select and manufacture. The yellow phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 560 nm to 590 nm. The green phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more and 560 nm or less. The red phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 600 nm to 680 nm.

上記蛍光体は、サイアロン蛍光体と通称されるものが好ましい。サイアロンとは、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。サイアロン蛍光体は、窒化ケイ素(Si)にアルミナ(Al)、シリカ(SiO)および希土類元素などを固溶させて作ることができる。 The phosphor is preferably a so-called sialon phosphor. Sialon is a substance in which a part of silicon atoms in silicon nitride is replaced with aluminum atoms and a part of nitrogen atoms is replaced with oxygen atoms. The sialon phosphor can be produced by dissolving alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), a rare earth element, and the like in silicon nitride (Si 3 N 4 ).

蛍光体の別の好適な例としては、III−V族化合物半導体のナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を例示することができる。   As another suitable example of the phosphor, a semiconductor nanoparticle phosphor using nanometer-sized particles of a III-V compound semiconductor can be exemplified.

半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体(例えばインジュウムリン:InP)を用いても、その粒子径をナノメータサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、InPでは、粒子サイズが3〜4nm程度のときに赤色に発光する(ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡(TEM)にて評価した)。   One of the features of semiconductor nanoparticle phosphors is that even if the same compound semiconductor (for example, indium phosphorus: InP) is used, the emission color is changed by the quantum size effect by changing the particle diameter to nanometer size. It is a point that can be. For example, InP emits red light when the particle size is about 3 to 4 nm (here, the particle size was evaluated with a transmission electron microscope (TEM)).

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。   In addition, since this semiconductor nanoparticle phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime and can emit the excitation light power as fluorescence quickly, so that it is highly resistant to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude smaller than that of a normal phosphor material having a rare earth as the emission center.

さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光を素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。   Furthermore, as described above, since the emission lifetime is short, the absorption of the laser beam and the emission of the phosphor can be quickly repeated. As a result, high efficiency can be maintained with respect to strong laser light, and heat generation from the phosphor can be reduced.

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(基本構造のついては後述)の寿命が短くなるのをより抑制することができる。   Therefore, it is possible to further suppress the deterioration (discoloration or deformation) of the light emitting unit 7 due to heat. Thereby, when using the light emitting element with a high light output as a light source, it can suppress more that the lifetime of a light-emitting device (it mentions later about a basic structure) becomes short.

発光部7の形状および大きさは、例えば、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7a(光出射面212と対向する発光部7におけるレーザ光の受光面)の面積は、3mm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。発光部7は、直方体でなくてもよく、レーザ光照射面7aが楕円である筒状であってもよい。また、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するためには、レーザ光照射面7aは、レーザ光の光軸に対して垂直な平面であることが好ましい。さらに、レーザ光照射面7aの面積は、1〜3mmであることが好ましい。 The shape and size of the light emitting unit 7 are, for example, a rectangular parallelepiped of 3 mm × 1 mm × 1 mm. In this case, the area of the laser light irradiation surface 7a that receives the laser light from the semiconductor laser 3 (the light receiving surface of the light emitting portion 7 facing the light emitting surface 212) is 3 mm 2 . The light distribution pattern (light distribution) of a vehicle headlamp that is legally regulated in Japan is narrow in the vertical direction and wide in the horizontal direction. By making the cross section substantially rectangular), the light distribution pattern can be easily realized. The light emitting unit 7 does not have to be a rectangular parallelepiped, and may have a cylindrical shape in which the laser light irradiation surface 7a is an ellipse. Further, the laser light irradiation surface 7a is not necessarily a flat surface, and may be a curved surface. However, in order to control the reflection of the laser beam, the laser beam irradiation surface 7a is preferably a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam. Furthermore, the area of the laser light irradiation surface 7a is preferably 1 to 3 mm 2 .

発光部7は、透明板9の内側(光出射面212が位置する側)の面において、光出射面212と対向する位置で、かつ、反射鏡8の焦点位置(もしくはその近傍)となるように固定されている。発光部7の位置の固定方法は、この方法に限定されず、反射鏡8から延出する棒状または筒状の部材によって発光部7の位置を固定してもよい。   The light emitting unit 7 is located on the inner surface of the transparent plate 9 (on the side where the light emitting surface 212 is located) so as to face the light emitting surface 212 and to be the focal position of the reflecting mirror 8 (or the vicinity thereof). It is fixed to. The method for fixing the position of the light emitting unit 7 is not limited to this method, and the position of the light emitting unit 7 may be fixed by a rod-like or cylindrical member extending from the reflecting mirror 8.

このように、ヘッドランプ1は、光出射面212から出射されるレーザ光が、レーザ光照射面7aに水平方向に拡散して照射されるため、発光部7に含まれる蛍光体の全体に亘って低エネルギー状態の電子が高エネルギー状態に効率良く励起する。   Thus, since the headlamp 1 irradiates the laser light emitted from the light emitting surface 212 in the horizontal direction on the laser light irradiation surface 7a, the entire lamp is included in the phosphor 7. The electrons in the low energy state are efficiently excited to the high energy state.

これにより、光出射面212から出射されたレーザ光をレーザ光照射面7a上の一点に集中して照射させず、角錐台状光学部材21を介してレーザ光照射面7aに分散して照射させるので、各半導体レーザ3から出射されたレーザ光が同一点に集中して照射されることによって発光部7が劣化してしまうことを防止することができる。従って、高光束・高輝度かつ長寿命を実現できるヘッドランプ1を提供することができる。   As a result, the laser light emitted from the light emitting surface 212 is not concentrated on one point on the laser light irradiation surface 7a and is distributed and irradiated onto the laser light irradiation surface 7a via the truncated pyramid optical member 21. Therefore, it is possible to prevent the light emitting unit 7 from being deteriorated by irradiating the laser beams emitted from the respective semiconductor lasers 3 at the same point. Therefore, it is possible to provide the headlamp 1 that can realize high luminous flux, high luminance, and long life.

反射鏡8は、発光部7から出射したインコヒーレント光(以下、単に「光」と称する)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、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状(カップ形状)の部材であり、反射した光の進行方向に開口している。   The reflecting mirror 8 reflects incoherent light (hereinafter simply referred to as “light”) emitted from the light emitting unit 7 to form a light bundle that travels within a predetermined solid angle. That is, the reflecting mirror 8 reflects the light from the light emitting unit 7 to form a light beam that travels forward of the headlamp 1. The reflecting mirror 8 is, for example, a curved (cup-shaped) member having a metal thin film formed on the surface thereof, and opens in the traveling direction of the reflected light.

また、本実施形態では、反射鏡8は半球状であり、その中心が焦点位置となる。さらに、反射鏡8の開口部は、反射鏡8にて反射した光の進行方向に対して垂直な平面(反射鏡8の、ヘッドランプ1(自装置)の外部に出射される光の進行方向に垂直な平面)で、かつ、反射鏡8の中心を含む開口面8aを有している。   In the present embodiment, the reflecting mirror 8 is hemispherical, and the center thereof is the focal position. Further, the opening of the reflecting mirror 8 is a plane perpendicular to the traveling direction of the light reflected by the reflecting mirror 8 (the traveling direction of the light emitted from the reflecting mirror 8 to the outside of the headlamp 1 (own device)). And an opening surface 8 a including the center of the reflecting mirror 8.

なお、開口面8aの面積は、300mm以上2000mmより小さく(開口面8aの直径(光学系直径)19.5mm以上50mmより小さく)なっていることが好ましい。すなわち、反射鏡8にて反射した光が出射される方向(車両の真正面)から見たときの反射鏡8の大きさが300mm以上2000mmより小さいといえる。なお、ここでは、開口面8aの面積の上限値(上限に近い値)を2000mmとしたが、1500mm(直径43.7mm)であることがさらに好ましい。また、開口面8aの面積の下限値を300mmとしたが、500mm(直径25.2mm)であることがさらに好ましい。この理由については後述する。 The area of the opening surface 8a is preferably 300 mm 2 or more and less than 2000 mm 2 (the diameter (optical system diameter) of the opening surface 8a is 19.5 mm or more and less than 50 mm). That is, it can be said that the size of the reflecting mirror 8 when viewed from the direction in which the light reflected by the reflecting mirror 8 is emitted (directly in front of the vehicle) is 300 mm 2 or more and less than 2000 mm 2 . Here, although the upper limit of the area of the opening surface 8a (values close to the upper limit) was 2000 mm 2, more preferably from 1500 mm 2 (diameter 43.7 mm). Although the lower limit of the area of the opening surface 8a was 300 mm 2, more preferably from 500 mm 2 (diameter 25.2 mm). The reason for this will be described later.

透明板9は、反射鏡8の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部7を保持している。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く、樹脂板以外に無機ガラス板等も使用できる。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。なお、このような効果を期待せず、かつ透明板9以外の部材によって発光部7を保持する場合には、透明板9を省略することが可能である。   The transparent plate 9 is a transparent resin plate that covers the opening of the reflecting mirror 8, and holds the light emitting unit 7. The transparent plate 9 is preferably formed of a material that blocks the laser light from the semiconductor laser 3 and transmits white light (incoherent light) generated by converting the laser light in the light emitting unit 7. In addition to the resin plate, an inorganic glass plate or the like can also be used. Most of the coherent laser light is converted into incoherent white light by the light emitting unit 7. However, there may be a case where a part of the laser beam is not converted for some reason. Even in such a case, the laser beam can be prevented from leaking to the outside by blocking the laser beam with the transparent plate 9. In addition, when such an effect is not expected and the light emitting unit 7 is held by a member other than the transparent plate 9, the transparent plate 9 can be omitted.

以上のように、半導体レーザ3から高出力のレーザ光が発光部7に照射され、発光部7がこのレーザ光を受けることができるので、発光部7から放射される光束が約2000lm、かつ、発光部7の輝度が100cd/mmという高輝度・高光束のヘッドランプ1を実現することができる。 As described above, since the high-power laser beam is emitted from the semiconductor laser 3 to the light emitting unit 7 and the light emitting unit 7 can receive the laser light, the luminous flux emitted from the light emitting unit 7 is about 2000 lm, and A headlamp 1 having a high luminance and a high luminous flux with a luminance of the light emitting unit 7 of 100 cd / mm 2 can be realized.

〔ヘッドランプ1の変形例(その1)〕
次に、ヘッドランプ1の変形例について図2に基づいて説明する。図2は、本実施形態の変形例としてのヘッドランプ1の概略構成を示す図である。なお、上述したヘッドランプ1と同様の構成については説明を省略する。
[Modification of Headlamp 1 (Part 1)]
Next, a modified example of the headlamp 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a headlamp 1 as a modification of the present embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure similar to the headlamp 1 mentioned above.

同図に示すように、ヘッドランプ1は、半導体レーザ3、非球面レンズ4、円錐台状光学部材(導光部)22、発光部7、反射鏡8および透明板9を備えている。半導体レーザ3、円錐台状光学部材22および発光部7によって発光装置の基本構造が形成されている。   As shown in the figure, the headlamp 1 includes a semiconductor laser 3, an aspheric lens 4, a truncated cone-shaped optical member (light guide part) 22, a light emitting part 7, a reflecting mirror 8, and a transparent plate 9. The basic structure of the light emitting device is formed by the semiconductor laser 3, the truncated cone-shaped optical member 22, and the light emitting unit 7.

半導体レーザ3は、1チップに10個の発光点(10ストライプ)を有するものであり、例えば、405nm(青紫色)のレーザ光を発振し、出力11.2W、動作電圧5V、電流6.4Aのものであり、直径9mmのパッケージに封入されているものである。また、パッケージに封入された半導体レーザ3は、1つであり、上記出力のときの消費電力は32Wである。   The semiconductor laser 3 has 10 light emitting points (10 stripes) in one chip, and oscillates a laser beam of, for example, 405 nm (blue violet), an output of 11.2 W, an operating voltage of 5 V, and a current of 6.4 A. Which is enclosed in a 9 mm diameter package. The number of semiconductor lasers 3 enclosed in the package is one, and the power consumption at the time of the output is 32 W.

非球面レンズ4は、各半導体レーザ3から発振されたレーザ光(励起光)を、円錐台状光学部材22の一方の端部である光入射面221に入射させるためのレンズである。本実施形態では、非球面レンズ4として、ロッドレンズを使用している。   The aspherical lens 4 is a lens for causing laser light (excitation light) oscillated from each semiconductor laser 3 to enter the light incident surface 221 that is one end of the truncated cone-shaped optical member 22. In the present embodiment, a rod lens is used as the aspheric lens 4.

円錐台状光学部材22は、半導体レーザ3が発振したレーザ光を集光して発光部7(レーザ光照射面7a)へと導く導光部材であり、非球面レンズ4を介して半導体レーザ3と光学的に結合している。円錐台状光学部材22は、半導体レーザ3が出射したレーザ光を受け取る光入射面221(入射端部)と当該光入射面221から入射したレーザ光を発光部7へ出射する光出射面222(出射端部)とを有している。   The frustoconical optical member 22 is a light guide member that condenses the laser light oscillated by the semiconductor laser 3 and guides it to the light emitting unit 7 (laser light irradiation surface 7 a), and the semiconductor laser 3 through the aspherical lens 4. And optically coupled. The frustoconical optical member 22 has a light incident surface 221 (incident end portion) that receives the laser light emitted from the semiconductor laser 3 and a light emitting surface 222 (emits the laser light incident from the light incident surface 221 to the light emitting portion 7. Output end).

円錐台状光学部材22は、先細りの円錐形状の石英(SiO)製導光部材(屈折率:1.45)である。また、光入射面221(底部)の直径は10mmであり、光出射面222(頂部)の直径は2mmである。さらに、円錐台状光学部材22の側面には、屈折率1.35の熱可塑性フッ素樹脂(ポリテトラフロオロエチレン:PTFE)がコーティングされている。なお、光入射面221および光出射面222の形状は、光入射面211および光出射面212と同様、平面形状であっても曲面形状であってもよい。 The truncated cone-shaped optical member 22 is a tapered conical quartz (SiO 2 ) light guide member (refractive index: 1.45). The light incident surface 221 (bottom) has a diameter of 10 mm, and the light exit surface 222 (top) has a diameter of 2 mm. Further, the side surface of the truncated cone-shaped optical member 22 is coated with a thermoplastic fluororesin (polytetrafluoroethylene: PTFE) having a refractive index of 1.35. The light incident surface 221 and the light output surface 222 may have a planar shape or a curved surface shape, similar to the light incident surface 211 and the light output surface 212.

また、円錐台状光学部材22は、FFP(Far Field Pattern)のアスペクト比がなるべく真円に近くなるように補正されたものである。ここで、FFPとは、レーザ光源の発光点から離れた面における光の強度分布を指す。通常、半導体レーザ3や端面発光型ダイオードのような半導体発光素子が出射するレーザ光は、回折現象によって活性層の発光強度分布の角度が広がり、そのFFPが楕円形状となる。このため、FFPを真円に近くするには補正が必要となる。   The frustoconical optical member 22 is corrected so that the aspect ratio of FFP (Far Field Pattern) is as close to a perfect circle as possible. Here, FFP refers to the light intensity distribution in a plane away from the light emitting point of the laser light source. In general, laser light emitted from a semiconductor light emitting device such as the semiconductor laser 3 or an edge-emitting diode has an angle of the emission intensity distribution of the active layer due to a diffraction phenomenon, and its FFP has an elliptical shape. For this reason, correction is necessary to make the FFP close to a perfect circle.

非球面レンズ4および円錐台状光学部材22の結合効率(半導体レーザ3から出射されるレーザ光の強度を1としたときの、円錐台状光学部材22の光出射面222から出射されるレーザ光の強度)は90%である。このため、半導体レーザ3から出射された11.2Wのレーザ光は、非球面レンズ4および円錐台状光学部材22を通過すると、光出射面222から約10Wのレーザ光として出射される。   Coupling efficiency of the aspherical lens 4 and the truncated cone-shaped optical member 22 (laser light emitted from the light emitting surface 222 of the truncated cone-shaped optical member 22 when the intensity of the laser beam emitted from the semiconductor laser 3 is 1) Strength) is 90%. For this reason, the 11.2 W laser light emitted from the semiconductor laser 3 is emitted as about 10 W laser light from the light emitting surface 222 after passing through the aspherical lens 4 and the truncated cone-shaped optical member 22.

発光部7は、光出射面222から出射されたレーザ光を受けて発光するものであり、上述したような蛍光体を含んでいる。また、発光部7は、直径1.95mm、厚さ1mmの円柱形状である。   The light emitting unit 7 emits light upon receiving the laser light emitted from the light emitting surface 222, and includes the phosphor as described above. The light emitting unit 7 has a cylindrical shape with a diameter of 1.95 mm and a thickness of 1 mm.

以上のように、変形例においても、半導体レーザ3から高出力のレーザ光が発光部7に照射され、発光部7がこのレーザ光を受けることができる。このため、この変形例では、発光部7から放射される光束が約1600lm、かつ、発光部7の輝度が80cd/mmである高輝度・高光束のヘッドランプ1(図2)を実現することができる。 As described above, also in the modified example, the light emitting unit 7 is irradiated with high-power laser light from the semiconductor laser 3, and the light emitting unit 7 can receive this laser light. Therefore, in this modification, a high-luminance and high-flux headlamp 1 (FIG. 2) is realized in which the luminous flux emitted from the light-emitting section 7 is about 1600 lm and the luminance of the light-emitting section 7 is 80 cd / mm 2 . be able to.

〔ヘッドランプ1の変形例(その2)〕
次に、ヘッドランプ1の別の変形例について図3に基づいて説明する。図3は、本実施形態の別の変形例としてのヘッドランプ1の概略構成を示す図である。なお、上述したヘッドランプ1と同様の構成については説明を省略する。
[Modification of Headlamp 1 (Part 2)]
Next, another modification of the headlamp 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a headlamp 1 as another modification of the present embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure similar to the headlamp 1 mentioned above.

同図に示すように、ヘッドランプ1は、半導体レーザ3、ライトガイド(導光部)23、発光部7、反射鏡8および透明板9を備えている。半導体レーザ3、ライトガイド23および発光部7によって発光装置の基本構造が形成されている。   As shown in the figure, the headlamp 1 includes a semiconductor laser 3, a light guide (light guide unit) 23, a light emitting unit 7, a reflecting mirror 8, and a transparent plate 9. The basic structure of the light emitting device is formed by the semiconductor laser 3, the light guide 23 and the light emitting unit 7.

半導体レーザ3は、1チップに5つの発光点(5ストライプ)を有するものであり、例えば、405nm(青紫色)のレーザ光を発振し、出力3.3W、動作電圧5V、電流2.22Aのものであり、直径9mmのパッケージに封入されているものである。図3に示すように、3つの半導体レーザ3が実装されているので、半導体レーザ3全体としての出力が約10W、消費電力が33.3W(=5V×2.22A×3個)となる。   The semiconductor laser 3 has five light emitting points (5 stripes) in one chip. For example, the semiconductor laser 3 oscillates a laser beam having a wavelength of 405 nm (blue purple) and has an output of 3.3 W, an operating voltage of 5 V, and a current of 2.22 A. It is enclosed in a 9 mm diameter package. As shown in FIG. 3, since the three semiconductor lasers 3 are mounted, the output of the semiconductor laser 3 as a whole is about 10 W, and the power consumption is 33.3 W (= 5 V × 2.22 A × 3).

ライトガイド23は、半導体レーザ3が発振したレーザ光を集光して発光部7(レーザ光照射面7a)へと導く導光部材である。ライトガイド23は、半導体レーザ3毎に設けられており、半導体レーザ3と光学的に結合している。ライトガイド23は、半導体レーザ3が出射したレーザ光を受け取る光入射面231(入射端部)と当該光入射面231から入射したレーザ光を発光部7へ出射する光出射面232(出射端部)とを有している。上述の導光部材と同様、光出射面232の断面積は、光入射面231の断面積よりも小さいので、半導体レーザ3から出射されたレーザ光を、光出射面232に集光することができる。   The light guide 23 is a light guide member that condenses the laser light oscillated by the semiconductor laser 3 and guides it to the light emitting unit 7 (laser light irradiation surface 7a). The light guide 23 is provided for each semiconductor laser 3 and is optically coupled to the semiconductor laser 3. The light guide 23 includes a light incident surface 231 (incident end portion) that receives the laser light emitted from the semiconductor laser 3 and a light emitting surface 232 (exit end portion) that emits the laser light incident from the light incident surface 231 to the light emitting portion 7. ). Similar to the light guide member described above, the cross-sectional area of the light emitting surface 232 is smaller than the cross-sectional area of the light incident surface 231, so that the laser light emitted from the semiconductor laser 3 can be condensed on the light emitting surface 232. it can.

また、図示のように、3本のライトガイド23は、各光出射面232が横一列に整列するように固定されており、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。   Further, as shown in the figure, the three light guides 23 are fixed so that the light emission surfaces 232 are aligned in a horizontal row, and may be in contact with the laser light irradiation surface 7a, or may be slightly spaced from each other. May be arranged.

ライトガイド23は、熱可塑性フッ素樹脂(ポリテトラフロオロエチレン:PTFE)からなる先細りの円錐形状のチューブであり、その内部に熱硬化性アクリル樹脂(メタクリル酸メチル樹脂)が充填されている。PTFEの屈折率は、1.35であり、メタクリル酸メチル樹脂の屈折率は、1.49である。また、光入射面231の直径は7mmであり、光出射面232の直径は1mmである。なお、光入射面231および光出射面232の形状は、光入射面211および光出射面212と同様、平面形状であっても曲面形状であってもよい。   The light guide 23 is a tapered conical tube made of a thermoplastic fluororesin (polytetrafluoroethylene: PTFE), and is filled with a thermosetting acrylic resin (methyl methacrylate resin). The refractive index of PTFE is 1.35, and the refractive index of methyl methacrylate resin is 1.49. The diameter of the light incident surface 231 is 7 mm, and the diameter of the light emitting surface 232 is 1 mm. The light incident surface 231 and the light exit surface 232 may have a planar shape or a curved surface shape, similar to the light incident surface 211 and the light exit surface 212.

また、ライトガイド23の結合効率(半導体レーザ3から出射されるレーザ光の強度を1としたときの、ライトガイド23の光出射面232から出射されるレーザ光の強度)は90%である。このため、半導体レーザ3から出射された3.3W(約10W)のレーザ光は、ライトガイド23を通過すると、光出射面232から約3W(約9W)のレーザ光として出射される。   The coupling efficiency of the light guide 23 (the intensity of the laser light emitted from the light emitting surface 232 of the light guide 23 when the intensity of the laser light emitted from the semiconductor laser 3 is 1) is 90%. For this reason, the 3.3 W (about 10 W) laser light emitted from the semiconductor laser 3 is emitted from the light emitting surface 232 as about 3 W (about 9 W) laser light after passing through the light guide 23.

以上のように、更なる変形例においても、半導体レーザ3から高出力のレーザ光が発光部7に照射され、発光部7がこのレーザ光を受けることができる。このため、この変形例では、発光部7から放射される光束が約1800lm、かつ、発光部7の輝度が80cd/mmである高輝度・高光束のヘッドランプ1(図3)を実現することができる。 As described above, also in a further modified example, the laser light of high output is irradiated from the semiconductor laser 3 to the light emitting unit 7, and the light emitting unit 7 can receive this laser light. Therefore, in this modification, a high-luminance and high-flux headlamp 1 (FIG. 3) is realized in which the luminous flux emitted from the light-emitting portion 7 is about 1800 lm and the luminance of the light-emitting portion 7 is 80 cd / mm 2 . be able to.

〔半導体レーザ3の出力値の範囲について〕
次に、半導体レーザ3の出力値の範囲について説明する。ヘッドランプ1は、上述のように、ハイビームの配光特性基準を満たすものである。また、現在の日本国内法で規定されている車両用のハイビームにおける最高光度点の光度は、29500〜112500cd(1灯あたり)に規定されている。この光度範囲において実現される光学系面積(開口面8aの面積)と必要な光源輝度(発光部7の輝度)とは、以下の表1に示す関係となる。
[Range of output value of semiconductor laser 3]
Next, the output value range of the semiconductor laser 3 will be described. As described above, the headlamp 1 satisfies the high beam distribution characteristic standard. Further, the light intensity at the highest light intensity point in the high beam for vehicles defined by the current Japanese domestic law is defined as 29500 to 112500 cd (per light). The optical system area (area of the opening surface 8a) realized in this luminous intensity range and the necessary light source luminance (luminance of the light emitting unit 7) have the relationship shown in Table 1 below.

Figure 2011129375
Figure 2011129375

なお、光源輝度(cd/mm)=光度(cd)/光学系面積(mm)である。また、表1では、反射鏡8には透明板9およびレンズ12が設けられていないものとする。すなわち、表1の各値は、光学系透過率(反射鏡8が反射した光を1としたときの、ヘッドランプ1の外部に出射される光の割合)が100%であるものとして算出されている。 Note that light source luminance (cd / mm 2 ) = luminous intensity (cd) / optical system area (mm 2 ). In Table 1, the reflecting mirror 8 is not provided with the transparent plate 9 and the lens 12. That is, each value in Table 1 is calculated assuming that the optical system transmittance (the ratio of the light emitted to the outside of the headlamp 1 when the light reflected by the reflecting mirror 8 is 1) is 100%. ing.

表1に示すように、上記光度範囲の光を出射し、かつ、開口面8aの面積2000mmであるヘッドランプ1を実現するためには、発光部7の輝度が、14.8〜56.3cd/mmの間にある必要がある。本発明者らは、この輝度を実現するためには、発光部7から放射される光束の値として、600〜3000lmが必要となることを見出した。この600〜3000lmの幅は、発光部7の大きさによって変わることを考慮したものである。なお、この光束の値は、ヘッドランプ1の外部に放射される光束の値を示すものであり、ヘッドランプ1に透明板9およびレンズ12が設けられ、これら(光学系)を通過する光の透過率(光学系透過率)が70%の場合を想定したものである。 As shown in Table 1, and emits light of the intensity range, and, in order to realize a headlamp 1 is the area of the opening surface 8a 2000 mm 2, the luminance of the light emitting portion 7, from 14.8 to 56. Must be between 3 cd / mm 2 . The inventors of the present invention have found that 600 to 3000 lm is required as the value of the light beam emitted from the light emitting unit 7 in order to realize this luminance. This width of 600 to 3000 lm is taken into consideration that it varies depending on the size of the light emitting portion 7. The value of the luminous flux indicates the value of the luminous flux radiated to the outside of the headlamp 1, and the headlamp 1 is provided with a transparent plate 9 and a lens 12, and the light passing through these (optical system). It is assumed that the transmittance (optical system transmittance) is 70%.

そして、この光束を実現するためには、半導体レーザ3のレーザ光出力(半導体レーザ3が複数ある場合は全体としての出力)としては、光束600lmの場合には3〜6W、3000lmの場合には15〜30Wが必要となる。この出力値は、光学系透過率によって変動するものであり、例えば光学系透過率70%が±20%変動する場合には、±20%の範囲で変動することになる。また、この出力値に伴い、半導体レーザ3の動作電圧、電流などの値が決まる。   In order to realize this light flux, the laser light output of the semiconductor laser 3 (the overall output when there are a plurality of semiconductor lasers 3) is 3 to 6 W in the case of the light flux 600 lm and 3000 lm in the case of 3000 lm. 15-30W is required. This output value varies depending on the optical system transmittance. For example, when the optical system transmittance 70% varies ± 20%, the output value varies within a range of ± 20%. Further, the operating voltage, current, etc. of the semiconductor laser 3 are determined according to this output value.

従って、半導体レーザ3から上記出力値のレーザ光が出力されるので、発光部7は、上記国内法に基づく最高光度点の光度範囲を満たす光を発することができる。   Therefore, since the laser beam having the output value is output from the semiconductor laser 3, the light emitting unit 7 can emit light that satisfies the light intensity range of the highest light intensity point based on the domestic law.

〔開口面8aの面積の上限値および下限値について〕
次に、開口面8aの面積の上限値および下限値について説明する。
[About the upper limit value and the lower limit value of the area of the opening surface 8a]
Next, the upper limit value and lower limit value of the area of the opening surface 8a will be described.

(上限値について)
従来のヘッドランプ1として用いられてきたハロゲンランプの輝度は、20〜25cd/mmである。表1に示すように、上記国内法に基づく最高光度点の光度の最大値112500cd(上限値)を実現するためには、開口面の面積(光学系面積)として、4500〜5625mm以上の大きさが必要となる。また、開口面の面積として、最高光度点の光度の中間値71000cdを実現するためには2840〜3550mm以上の大きさが必要となり、当該中間値よりも小さい50000cdを実現するためには2000〜2500mm以上の大きさが必要となる。なお、ここでは、ハロゲンランプがヘッドランプ1と同様の構成となっているものとする。すなわち、ハロゲンランプの発光部であるフィラメントが発光部7と同じ位置に設けられており、反射鏡により反射した光が出射されているものとする。
(About the upper limit)
The luminance of the halogen lamp that has been used as the conventional headlamp 1 is 20 to 25 cd / mm 2 . As shown in Table 1, in order to realize the maximum value 112500 cd (upper limit value) of the maximum luminous intensity point based on the above domestic law, the area of the aperture (optical system area) is 4500-5625 mm 2 or more. Is needed. Further, as the area of the aperture surface, a size of 2840 to 3550 mm 2 or more is necessary to realize the intermediate value 71000 cd of the maximum luminous intensity point, and 2000 to cd smaller than the intermediate value 2000 to cd. A size of 2500 mm 2 or more is required. Here, it is assumed that the halogen lamp has the same configuration as the headlamp 1. That is, it is assumed that the filament, which is the light emitting part of the halogen lamp, is provided at the same position as the light emitting part 7 and the light reflected by the reflecting mirror is emitted.

ここで、従来のヘッドランプにおける光学系透過率は、一般的には、0.6〜0.75(60〜75%)程度である(非特許文献1のp.1465)。仮に光学系透過率が0.6とした場合には、上述の50000cdは、光学系を通過することで、30000cdとなる。この30000cdは、上記最高光度点の光度の最小値29500cd(下限値)にほぼ等しい値である。すなわち、ハイビーム用のヘッドランプとしてハロゲンランプを用いた場合、上記最高光度点の光度の下限値を実現できる最も小さな開口面の面積が2000mmであることがわかる。従って、ハロゲンランプの場合には、最高輝度である25cd/mmであったとしても、開口面の面積を2000mmより小さくとすると、上記最高光度点の光度範囲を満たすことができなくなってしまう可能性があるといえる。 Here, the optical system transmittance in the conventional headlamp is generally about 0.6 to 0.75 (60 to 75%) (p. 1465 of Non-Patent Document 1). If the optical system transmittance is 0.6, the above-mentioned 50000 cd becomes 30000 cd by passing through the optical system. This 30000 cd is a value substantially equal to the minimum value 29500 cd (lower limit) of the luminous intensity at the highest luminous intensity point. That is, when a halogen lamp is used as a high beam headlamp, the area of the smallest aperture that can realize the lower limit of the luminous intensity at the highest luminous intensity point is 2000 mm 2 . Therefore, in the case of a halogen lamp, even if the maximum luminance is 25 cd / mm 2 , if the area of the opening surface is made smaller than 2000 mm 2 , the luminous intensity range of the highest luminous intensity point cannot be satisfied. It can be said that there is a possibility.

一方、本実施形態に係るヘッドランプ1は、上述のように、発光部7の輝度が少なくとも80cd/mm以上であるため、開口面の面積を2000mmより小さくした場合に、たとえ光学系透過率が60%であっても、上記最高光度点の光度の下限値に満たすことができる。また、発光部7の輝度が100cd/mmの場合には、たとえ光学系透過率が60%であっても、上記最高光度点の光度の上限値を満たすことができる。 On the other hand, in the headlamp 1 according to the present embodiment, as described above, since the luminance of the light emitting unit 7 is at least 80 cd / mm 2 or more, even when the area of the opening surface is smaller than 2000 mm 2 , even if the optical system transmits. Even if the rate is 60%, the lower limit of the luminous intensity at the highest luminous intensity point can be satisfied. Further, when the luminance of the light emitting unit 7 is 100 cd / mm 2 , the upper limit value of the luminous intensity at the highest luminous intensity point can be satisfied even if the optical system transmittance is 60%.

従って、ヘッドランプ1では、従来のハロゲンランプを用いて上記最高光度点の光度範囲を満たすことができない可能性がある開口面の面積、すなわち開口面8aの面積の上限値(上限値に最も近い値)を、2000mmとすることができる。 Accordingly, in the headlamp 1, the area of the aperture surface that may not be able to satisfy the luminous intensity range of the highest luminous intensity point using a conventional halogen lamp, that is, the upper limit value of the area of the aperture surface 8a (closest to the upper limit value). Value) can be 2000 mm 2 .

また、従来のヘッドランプとしてHID(輝度75cd/mm)が用いられる場合もある。このHIDを用いたヘッドランプ(HIDランプ)で、上記最高光度点の光度の上限値を実現するためには、表1に示すように、開口面の面積として、1500mm以上の大きさが必要となる。なお、ハロゲンランプと同様、HIDランプがヘッドランプ1と同様の構成となっているものとする。すなわち、HIDランプの発光部であるアークチューブ(発光管)が発光部7と同じ位置に設けられており、反射鏡により反射した光が出射されているものとする。 Moreover, HID (luminance 75cd / mm < 2 >) may be used as a conventional headlamp. In order to realize the upper limit of the luminous intensity at the highest luminous intensity point with the head lamp (HID lamp) using this HID, as shown in Table 1, the area of the opening surface needs to be 1500 mm 2 or more. It becomes. It is assumed that the HID lamp has the same configuration as the headlamp 1 as with the halogen lamp. That is, it is assumed that an arc tube (light-emitting tube) which is a light-emitting portion of the HID lamp is provided at the same position as the light-emitting portion 7 and light reflected by the reflecting mirror is emitted.

すなわち、従来のHIDランプの場合、開口面の面積を1500mmより小さくすると、上記最高光度点の光度の上限値を満たすことができなくなるといえる。このため、従来のHIDランプの場合を用いて上記最高光度点の光度範囲を満たすことができない可能性がある開口面の面積、すなわち開口面の面積の上限値(上限値に最も近い値)を、1500mmとすることがさらに好ましいといえる。 That is, in the case of a conventional HID lamp, it can be said that if the area of the opening surface is smaller than 1500 mm 2 , the upper limit value of the luminous intensity at the highest luminous intensity point cannot be satisfied. For this reason, using the case of the conventional HID lamp, the area of the aperture surface that may not be able to satisfy the luminous intensity range of the highest luminous intensity point, that is, the upper limit value of the aperture area (the value closest to the upper limit value) It can be said that it is more preferable to set it as 1500 mm < 2 >.

ここで、HIDは、少なくとも石英ガラス製のアークチューブ(発光管)と、そのアークチューブ内部に電流を供給する2つの放電用電極と、を備えた構成である。放電用電極は、アークチューブの両端から発光点の近くまで延出しており、アークチューブ内部には発光物質として例えば水銀、アルゴンガスなどの雰囲気ガスが封じ込められている。HIDは、放電用電極間に電流が流れることにより、発光点において放電作用が生じ、発光物質が発光する。   Here, the HID includes at least an arc tube (arc tube) made of quartz glass and two discharge electrodes that supply current to the inside of the arc tube. The discharge electrode extends from both ends of the arc tube to the vicinity of the light emitting point, and an atmospheric gas such as mercury or argon gas is enclosed in the arc tube as a light emitting substance. In the HID, when a current flows between the discharge electrodes, a discharge action occurs at the light emitting point, and the light emitting material emits light.

HIDは、放電により発光物質を発光させるため、放電が発生する程度にアークチューブが高温にならないと一定光度の光を出射することができない。このため、HIDランプは、点灯用スイッチをオンにしてから一定光度の光が出射されるまでには一定時間(4〜8分程度)かかってしまい、瞬時に点灯させることができない(瞬時点灯性に優れない)。自動車用ヘッドランプに用いられるHIDランプはこの点について改善が進められているが、それでもHIDランプは、点灯/消灯を瞬時に切り替える、いわゆるパッシングを行う必要があるハイビーム用のヘッドランプとしては実用性が低いといえる。   Since HID emits a luminescent material by electric discharge, light with a constant luminous intensity cannot be emitted unless the arc tube is heated to such an extent that electric discharge occurs. For this reason, the HID lamp takes a certain time (about 4 to 8 minutes) from when the lighting switch is turned on until light having a constant luminous intensity is emitted, and cannot be turned on instantaneously (instant lighting property). Not good). HID lamps used in automotive headlamps are being improved in this regard, but HID lamps are still practical as high-beam headlamps that require so-called passing that can be switched on / off instantaneously. Is low.

また、HIDは、少なくともアークチューブおよび2つの放電用電極を備える必要があるため、所定の大きさよりも小さくすることは困難である。このため、HIDランプでは、後述する光の放射効率(光学系の効率)を考慮すると、1500mmよりも小さくすることは困難である。 Moreover, since HID needs to be provided with at least an arc tube and two discharge electrodes, it is difficult to make it smaller than a predetermined size. For this reason, it is difficult for the HID lamp to be smaller than 1500 mm 2 in consideration of the light emission efficiency (efficiency of the optical system) described later.

以上より、ヘッドランプ1における開口面8aの面積は、瞬時点灯性などのHIDが有する特段の課題のないハイビーム用のヘッドランプを実現する場合には、上記最高光度点の光度範囲を満たすために、2000mmより小さくすることが好ましいといえる。また、上記HIDが有する課題を考慮しない場合には、上記最高光度点の光度範囲を満たすために、1500mmより小さくすることが好ましいといえる。 From the above, the area of the opening surface 8a in the headlamp 1 is to satisfy the luminous intensity range of the highest luminous intensity point in the case of realizing a high-beam headlamp that does not have any particular problems of HID such as instantaneous lighting performance. , it would be preferable to be smaller than 2000 mm 2. Moreover, when the problem which the said HID has is not considered, in order to satisfy the luminous intensity range of the said highest luminous intensity point, it can be said that it is preferable to make it smaller than 1500 mm < 2 >.

なお、HIDは、アークチューブおよび2つの放電用電極が発光点において生じる光の通過を遮断する(すなわち、影となる部分ができてしまう)ため、その分輝度が下がってしまう。従って、HIDランプは、HID特有の輝度の高さを生かす構成とすることが困難である。すなわち、HIDランプの輝度は、非特許文献1に記載された60〜80cd/mmよりも実際には小さい値となる。一方、ヘッドランプ1では、構成上、上記のような影となる部分ができないので、得られる輝度を十分に生かすことができる。 In addition, since the arc tube and the two discharge electrodes block the passage of light generated at the light emission point (that is, a shadowed portion is formed), the HID has a corresponding decrease in luminance. Therefore, it is difficult for the HID lamp to have a configuration that takes advantage of the high brightness unique to HID. That is, the luminance of the HID lamp is actually a value smaller than 60-80 cd / mm 2 described in Non-Patent Document 1. On the other hand, since the headlamp 1 does not have a shadowed portion as described above, the obtained luminance can be fully utilized.

また、HIDの場合には当該HIDの点灯を制御するための回路(バラスト)を必要とするが、ヘッドランプ1ではそのような回路を設ける必要がなく、HIDランプよりも安価に製造可能である。   Further, in the case of HID, a circuit (ballast) for controlling lighting of the HID is required, but the headlamp 1 does not need to be provided with such a circuit and can be manufactured at a lower cost than the HID lamp. .

なお、上記説明は、ヘッドランプ1における開口面8aの面積が、従来の照明装置における開口面の面積よりも小さくすることができること、それゆえ、ヘッドランプ1は、従来の照明装置に比べて圧倒的に小型化できることを説明するためのものである。従って、ヘッドランプ1における開口面8aの面積は、上記の面積に限られず、任意に設定することができるのは勿論である。このことは、後述の(下限値について)についても同様である。   In the above description, the area of the opening surface 8a in the headlamp 1 can be made smaller than the area of the opening surface in the conventional lighting device. Therefore, the headlamp 1 is overwhelming compared to the conventional lighting device. This is to explain that the size can be reduced. Therefore, the area of the opening surface 8a in the headlamp 1 is not limited to the above-described area, but can be arbitrarily set. The same applies to the later-described (lower limit value).

(下限値について)
ヘッドランプ1において、レーザ光照射面7aの面積(発光部7の大きさ)が例えば1〜3mmと有限であるため、開口面8aの面積が300mmよりも小さくした場合には、発光部7が反射鏡8に対して相対的に大きくなってしまう。このため、反射鏡8における光の放射効率(光学系の効率)が小さくなってしまう可能性がある。本発明者らは、発光部7の大きさと開口面8aの面積の比が1:100(3mm:300mm)よりも小さくなると、上記放射効率が極端に下がるという実験結果を得ている(本明細書では、分母が小さくなることを「比が小さくなる」とする)。従って、開口面8aの面積は、300mm以上であることが好ましい。
(About the lower limit)
In headlamp 1, since the area of the laser beam irradiated surface 7a (the size of the light emitting portion 7) is, for example, 1 to 3 mm 2 and finite, if the area of the opening surface 8a is smaller than 300 mm 2, the light emitting portion 7 becomes relatively large with respect to the reflecting mirror 8. For this reason, there is a possibility that the light radiation efficiency (efficiency of the optical system) in the reflecting mirror 8 is reduced. The inventors of the present invention have obtained an experimental result that when the ratio of the size of the light emitting portion 7 to the area of the opening surface 8a is smaller than 1: 100 (3 mm 2 : 300 mm 2 ), the radiation efficiency is extremely reduced ( In the present specification, the fact that the denominator becomes small is referred to as “the ratio becomes small”. Therefore, the area of the opening surface 8a is preferably 300 mm 2 or more.

さらに、上記比が1:150以上である場合には、実用性の高い放射効率が得られることがわかっている。このため、レーザ光照射面7aの大きさを3mmとすると、開口面8aの面積が500mm以上であることが好ましいといえる。 Furthermore, it has been found that when the ratio is 1: 150 or more, highly practical radiation efficiency can be obtained. Therefore, when the size of the laser beam irradiated surface 7a and 3 mm 2, it can be said that it is preferable area of the opening surface 8a is 500 mm 2 or more.

なお、表1および開口面8aの面積の下限値より、発光部7の輝度の上限値は、375cd/mm(開口面8aの面積が300mmのとき)であり、225cd/mm(開口面8aの面積が500mmのとき)であることが好ましいといえる。 From Table 1 and the lower limit value of the area of the opening surface 8a, the upper limit value of the luminance of the light-emitting portion 7 is 375 cd / mm 2 (when the area of the opening surface 8a is 300 mm 2 ), and 225 cd / mm 2 (opening) the area of the surface 8a is said that it is preferable that when the 500 mm 2).

(従来のヘッドランプとの比較例)
ここで、従来のヘッドランプとの比較例について図4に基づいて説明する。図4は、各光源が用いられた車両(自動車)用ヘッドランプの輝度と、当該ヘッドランプの光学系面積との関係を示す図である。ここでは、ヘッドランプ(1灯)に必要な光度が100000cd(10万cd)であり、光学系透過率が70%である場合について示したものである。すなわち、図4は、一般的なハイビーム用のヘッドランプ1における比較結果を示すものである。
(Comparison with conventional headlamps)
Here, a comparative example with a conventional headlamp will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the brightness of a vehicle (automobile) headlamp using each light source and the optical system area of the headlamp. Here, the light intensity required for the headlamp (one lamp) is 100,000 cd (100,000 cd), and the optical system transmittance is 70%. That is, FIG. 4 shows a comparison result in a general high beam headlamp 1.

図示のように、輝度25cd/mmのハロゲンランプ(またはLED)の場合、光度100000cdの光の出射を実現するために、開口面の面積を約5000mmとする必要がある。また、輝度75cd/mmのHIDランプの場合には、開口面の面積を2000mmとする必要がある。 As shown in the drawing, in the case of a halogen lamp (or LED) having a luminance of 25 cd / mm 2 , the area of the opening surface needs to be about 5000 mm 2 in order to realize emission of light having a luminous intensity of 100,000 cd. In the case of an HID lamp having a luminance of 75 cd / mm 2 , the area of the opening surface needs to be 2000 mm 2 .

しかし、上述のように、HIDの構成上、輝度の高さを生かすことが困難であるため、実際には75cd/mmという高輝度のHIDを実現できない可能性がある。また、所定の大きさより小さくできないので、光の放射効率(光学系の効率)を考慮すると、場合によっては、開口面の面積を2000mmより小さくできない場合もある。さらに、光学系透過率が60%の場合には、開口面の面積を2222mmとする必要がある。 However, as described above, since it is difficult to make use of the high luminance due to the configuration of the HID, there is a possibility that the high luminance HID of 75 cd / mm 2 cannot actually be realized. In addition, since it cannot be smaller than a predetermined size, the area of the opening surface may not be smaller than 2000 mm 2 depending on the light radiation efficiency (efficiency of the optical system). Furthermore, when the optical system transmittance is 60%, the area of the opening surface needs to be 2222 mm 2 .

つまり、HIDの場合、理論上は開口面の面積を2000mmとすることが可能であるが、必ずしも実現できる値ではないことがわかる。 That is, in the case of HID, it is theoretically possible to set the area of the opening surface to 2000 mm 2 , but it is understood that this is not always a realizable value.

一方、本発明に係るヘッドランプ1では、発光部7の輝度が75cd/mm以上であるため、光度100000cdの光の出射を実現するために、たとえ光学系透過率が60%であっても、開口面8aの面積が2000mmより小さくてよいことがわかる。つまり、ヘッドランプ1では、光学系透過率70%の光学系を用いて、光度100000cdの光の出射を実現する場合には、開口面8aの面積が2000mmより小さくてよいことがわかる。 On the other hand, in the headlamp 1 according to the present invention, since the luminance of the light emitting unit 7 is 75 cd / mm 2 or more, even if the optical system transmittance is 60% in order to realize the emission of light with a luminous intensity of 100,000 cd. It can be seen that the area of the opening surface 8a may be smaller than 2000 mm 2 . In other words, in the headlamp 1, when the emission of light having a luminous intensity of 100000 cd is realized using an optical system having an optical system transmittance of 70%, the area of the opening surface 8a may be smaller than 2000 mm 2 .

以上のように、ヘッドランプ1は、レーザ光を出射する半導体レーザ3と、半導体レーザ3から出射されたレーザ光を受けて発光する発光部7と、発光部7が出射した光を反射する反射鏡8と、を備えた構成である。そして、発光部7の輝度は、25cd/mmよりも大きく、反射鏡8の、ヘッドランプ1の外部に出射される光の進行方向に垂直な開口面の面積は、2000mmより小さい。換言すれば、発光部7の輝度が25cd/mmよりも大きく、反射鏡8が反射した光が投射される反射鏡の像の面積が2000mmよりも小さいともいえる。 As described above, the headlamp 1 includes the semiconductor laser 3 that emits laser light, the light emitting unit 7 that emits light by receiving the laser light emitted from the semiconductor laser 3, and the reflection that reflects the light emitted from the light emitting unit 7. And a mirror 8. The luminance of the light emitting portion 7 is greater than 25 cd / mm 2, the area of the vertical opening surface in the traveling direction of the light emitted in the reflection mirror 8, outside of the headlamp 1 is 2000 mm 2 smaller. In other words, it can be said that the luminance of the light emitting unit 7 is larger than 25 cd / mm 2 and the area of the image of the reflecting mirror onto which the light reflected by the reflecting mirror 8 is projected is smaller than 2000 mm 2 .

例えば従来のハロゲンランプをハイビーム用のヘッドランプとして用いた場合に、上記規定された光度の最小値を満たす光を発した場合に、開口面の面積を2000mmよりも小さくすることができない可能性がある。しかし、ヘッドランプ1では、発光部7の輝度がハロゲンランプで実現できる最大輝度である25cd/mmより大きいため、開口面8aの面積を2000mmより小さくしても、ハイビームとして規定された光度範囲を満たす光を出射することができる。 For example, when a conventional halogen lamp is used as a high-beam headlamp, the area of the opening surface may not be smaller than 2000 mm 2 when emitting light that satisfies the minimum value of light intensity defined above. There is. However, in the headlamp 1, since the luminance of the light emitting unit 7 is larger than 25 cd / mm 2 which is the maximum luminance that can be realized by the halogen lamp, even if the area of the opening surface 8a is smaller than 2000 mm 2 , the luminous intensity defined as a high beam. Light that satisfies the range can be emitted.

つまり、ハロゲンランプをヘッドランプして用い、29500cd付近の光度の光を発する場合には、開口面の面積を2000mmよりも小さくすることができない可能性がある。一方、ヘッドランプ1では、発光部の輝度がハロゲンランプで実現できる最大輝度である25cd/mmより大きいため、開口面の面積を2000mmより小さくしても、例えば29500〜112500cdの光度範囲を満たす光を出射することができる。 That is, when a halogen lamp is used as a headlamp and emits light having a luminous intensity of about 29500 cd, there is a possibility that the area of the opening surface cannot be made smaller than 2000 mm 2 . On the other hand, in the headlamp 1, since the luminance of the light emitting part is larger than 25 cd / mm 2 which is the maximum luminance that can be realized by the halogen lamp, even if the area of the opening surface is smaller than 2000 mm 2 , for example, the luminous intensity range of 29500 to 112500 cd is obtained. Filling light can be emitted.

また、高輝度光源として輝度75cd/mmのHIDランプがあるが、HIDランプには瞬時点灯性に優れないという課題があり、ハイビーム用としてのヘッドランプには適さないことがわかっている。つまり、HIDランプは、瞬時点灯性が要求される車両用前照灯には適さない。 Further, although there is an HID lamp having a luminance of 75 cd / mm 2 as a high-intensity light source, the HID lamp has a problem that it is not excellent in instantaneous lighting performance, and it has been found that it is not suitable for a headlamp for a high beam. That is, the HID lamp is not suitable for a vehicle headlamp that requires instantaneous lighting performance.

従って、ヘッドランプ1は、実用性を考慮した上で、従来の照明装置に比べて圧倒的に小さく設計することができる。すなわち、従来の照明装置よりも小さいヘッドランプ1を実現することができる。   Therefore, the headlamp 1 can be designed to be overwhelmingly smaller than a conventional lighting device in consideration of practicality. That is, the headlamp 1 smaller than the conventional lighting device can be realized.

また、たとえHIDランプをハイビーム用のヘッドランプとして使用した場合であっても、表1より、開口面の面積を1500mmより小さくすると、ハイビームとして規定された光度範囲を満たす光を出射することができなくなってしまう。しかし、ヘッドランプ1では、発光部7の輝度が、HIDランプで実現できる、実用化レベルでの最大輝度である75cd/mmより大きいため、開口面8aの面積を1500mmより小さくしても、ハイビームとして規定された光度範囲を満たす光を出射することができる。すなわち、ヘッドランプ1は、ハイビームとして実用性の低いHIDランプを用いた場合であっても、当該HIDランプには実現できない開口面8aの面積を実現することができる。 Further, even when the HID lamp is used as a high beam headlamp, from Table 1, if the area of the aperture surface is made smaller than 1500 mm 2 , light satisfying the luminous intensity range defined as the high beam can be emitted. It becomes impossible. However, in the headlamp 1, the luminance of the light emitting unit 7 is larger than 75 cd / mm 2, which is a maximum luminance at a practical level that can be realized by an HID lamp, so even if the area of the opening surface 8 a is smaller than 1500 mm 2. It is possible to emit light satisfying the luminous intensity range defined as a high beam. That is, the headlamp 1 can realize the area of the opening surface 8a that cannot be realized by the HID lamp even when the HID lamp having low practicality is used as the high beam.

つまり、表1より、例えばハロゲンランプよりも高輝度なHIDランプをヘッドランプとして用い、例えば29500〜112500cdの光度範囲の光を発する場合には、開口面の面積を1500mmより小さくすると、当該光度範囲を満たす光を出射することができなくなってしまう。一方、ヘッドランプ1は、HIDランプの実用化レベルの最大輝度75cd/mmよりも高い輝度を有するため、開口面の面積を1500mmより小さくしても、上記光度範囲を満たす光を出射することができる。従って、より小さいヘッドランプ1を実現することができる。 That is, from Table 1, for example, when an HID lamp having a higher luminance than a halogen lamp is used as a head lamp and light is emitted in a luminous intensity range of 29500 to 112500 cd, for example, if the area of the aperture is smaller than 1500 mm 2 , the luminous intensity It becomes impossible to emit light satisfying the range. On the other hand, since the headlamp 1 has a brightness higher than the maximum brightness of 75 cd / mm 2, which is a practical level of the HID lamp, even if the area of the opening surface is smaller than 1500 mm 2 , the headlamp 1 emits light that satisfies the luminous intensity range. be able to. Therefore, a smaller headlamp 1 can be realized.

また、ヘッドランプ1がハイビームとして自動車に搭載されることにより、従来よりも小型化したハイビームを実現できるので、自動車の設計自由度を高めることができる。   In addition, since the headlamp 1 is mounted on a vehicle as a high beam, a high beam that is smaller than the conventional one can be realized, and thus the degree of freedom in designing the vehicle can be increased.

ここで、光束が1200ルーメン(lm)程度で、輝度が25cd/mm程度というハロゲンランプ並みの輝度および演色性を有する光を発光する特許文献3の照明装置は、ヘッドランプ1と比較して、光束は劣り、かつ、輝度は1/3以下である。従って、特許文献3の照明装置を用いてハロゲンランプ1と同程度の輝度を達成しようとする場合、少なくとも3基の照明装置を要する。それゆえ、ハロゲンランプ1は、特許文献3の照明装置に比べても、圧倒的に小さいハイビーム用の照明装置を実現していることがわかる。 Here, the illuminating device of Patent Document 3 that emits light having luminance and color rendering properties similar to those of a halogen lamp with a luminous flux of about 1200 lumens (lm) and a luminance of about 25 cd / mm 2 is compared with the headlamp 1. The luminous flux is inferior and the luminance is 1/3 or less. Therefore, in order to achieve the same level of brightness as the halogen lamp 1 using the illumination device of Patent Document 3, at least three illumination devices are required. Therefore, it can be seen that the halogen lamp 1 realizes an overwhelmingly small high-beam illumination device as compared with the illumination device of Patent Document 3.

(ハロゲンランプ1によって実現する省電力化)
ここで、別の観点からヘッドランプ1の利点を説明する。
(Power saving realized by halogen lamp 1)
Here, advantages of the headlamp 1 will be described from another viewpoint.

上述したように、ヘッドランプ1は、従来の照明装置に比べて小型化することができる。そして、照明装置の小型化に伴い、反射鏡8、透明板9等の構成部材の小型化も実現する。つまり、ヘッドランプ1は、従来の照明装置に比べて軽量化も実現することができる。   As described above, the headlamp 1 can be reduced in size as compared with the conventional lighting device. And with miniaturization of an illuminating device, size reduction of structural members, such as the reflective mirror 8 and the transparent plate 9, is also implement | achieved. That is, the headlamp 1 can also be reduced in weight compared to the conventional lighting device.

さらに、ヘッドランプ1は、従来の照明装置に比べて高輝度・高光束も実現している。従って、ヘッドランプ1を使用して従来の照明装置と同程度の輝度・光束を実現しようとすれば、半導体レーザ3の出力を下げればよく、これにより従来の照明装置と同程度の輝度・光束が実現する。つまり、ヘッドランプ1は、消費電力の低減を実現することができる。   Furthermore, the headlamp 1 also achieves higher brightness and higher luminous flux than conventional lighting devices. Therefore, if the headlamp 1 is used to achieve the same level of luminance and luminous flux as that of the conventional illumination device, the output of the semiconductor laser 3 may be lowered, and thereby the luminance and luminous flux equivalent to that of the conventional illumination device. Is realized. That is, the headlamp 1 can realize a reduction in power consumption.

そして、昨今の環境意識の高まりを考慮すると、ヘッドランプ1は、極めて好適に車両用ヘッドライトに適用されうる。つまり、ヘッドランプ1は、小型化・軽量化を実現しているため、利用性に優れ、かつ車両の設計自由度を大幅に高めることができる。また、軽量化ゆえに車両の燃費も改善される。加えて、ヘッドランプ1は、消費電力を低減することができるため、車両における消費電力の低減に大きく寄与することが可能である。   In consideration of the recent increase in environmental awareness, the headlamp 1 can be applied to a vehicle headlight very suitably. That is, since the headlamp 1 has been reduced in size and weight, it is excellent in usability and can greatly increase the degree of freedom in designing the vehicle. In addition, the fuel efficiency of the vehicle is improved due to the weight reduction. In addition, since the headlamp 1 can reduce power consumption, it can greatly contribute to reduction of power consumption in the vehicle.

このように、ヘッドランプ1は、従来の照明装置に比べて小型化しただけでなく、車両用ヘッドライトに適用した場合には、省電力化・燃費の改善といったメリットをも実現することができる。   As described above, the headlamp 1 is not only reduced in size as compared with the conventional lighting device, but also can realize merits such as power saving and improved fuel efficiency when applied to a vehicle headlight. .

(半導体レーザ3の構造)
ここで、半導体レーザ3の基本構造について説明する。図5(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5(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19、基板18、クラッド層113、活性層111、クラッド層112、アノード電極17がこの順に積層された構成である。
(Structure of semiconductor laser 3)
Here, the basic structure of the semiconductor laser 3 will be described. FIG. 5A schematically shows a circuit diagram of the semiconductor laser 3, and FIG. 5B is a perspective view showing a basic structure of the semiconductor laser 3. As shown in the figure, the semiconductor laser 3 has a configuration in which a cathode electrode 19, a substrate 18, a cladding layer 113, an active layer 111, a cladding layer 112, and an anode electrode 17 are laminated in this order.

基板18は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはGaN、サファイア、SiCを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、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、Al、SiO、TiO、CrOおよびCeO等の酸化物絶縁体、並びに、SiNなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。 The substrate 18 is a semiconductor substrate, and it is preferable to use GaN, sapphire, or SiC in order to obtain blue to ultraviolet excitation light for exciting the phosphor as in the present application. In general, as other examples of a substrate for a semiconductor laser, a group IV semiconductor represented by a group IV semiconductor such as Si, Ge and SiC, GaAs, GaP, InP, AlAs, GaN, InN, InSb, GaSb and AlN Group V compound semiconductors, Group II-VI compound semiconductors such as ZnTe, ZeSe, ZnS and ZnO, oxide insulators such as ZnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , CrO 2 and CeO 2 , and SiN Any material of the nitride insulator is used.

アノード電極17は、クラッド層112を介して活性層111に電流を注入するためのものである。   The anode electrode 17 is for injecting current into the active layer 111 through the cladding layer 112.

カソード電極19は、基板18の下部から、クラッド層113を介して活性層111に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極17・カソード電極19に順方向バイアスをかけて行う。   The cathode electrode 19 is for injecting current into the active layer 111 from the lower part of the substrate 18 through the clad layer 113. The current is injected by applying a forward bias to the anode electrode 17 and the cathode electrode 19.

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。   The active layer 111 has a structure sandwiched between the clad layer 113 and the clad layer 112.

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、ZnMgSSeTe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。   As the material for the active layer 111 and the cladding layer, a mixed crystal semiconductor made of AlInGaN is used to obtain blue to ultraviolet excitation light. Generally, a mixed crystal semiconductor mainly composed of Al, Ga, In, As, P, N, and Sb is used as an active layer / cladding layer of a semiconductor laser, and such a configuration may be used. Moreover, you may be comprised by II-VI group compound semiconductors, such as ZnMgSSeTe and ZnO.

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。   The active layer 111 is a region where light emission is caused by the injected current, and the emitted light is confined in the active layer 111 due to a difference in refractive index between the cladding layer 112 and the cladding layer 113.

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。   Further, the active layer 111 is formed with a front side cleaved surface 114 and a back side cleaved surface 115 provided to face each other in order to confine light amplified by stimulated emission, and the front side cleaved surface 114 and the back side cleaved surface 115. Plays the role of a mirror.

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、ある程度増幅されると、活性層111の表側へき開面114・裏側へき開面115のうちのどちらか一方(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。   However, unlike a mirror that completely reflects light, when a part of the light amplified by stimulated emission is amplified to some extent, either the front side cleavage surface 114 or the back side cleavage surface 115 of the active layer 111 is selected. (In this embodiment, it is emitted from the front side cleavage surface 114 for the sake of convenience) and becomes the excitation light L0. Note that the active layer 111 may form a multilayer quantum well structure.

なお、表側へき開面114と対向する裏側へき開面115には、レーザ発振のための反射膜(図示せず)が形成されており、表側へき開面114と裏側へき開面115との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面114より励起光L0の大部分を発光点103から照射されるようにすることができる。   Note that a reflective film (not shown) for laser oscillation is formed on the back side cleaved surface 115 opposite to the front side cleaved surface 114, and the difference in reflectance between the front side cleaved surface 114 and the back side cleaved surface 115 is different. By providing, for example, most of the excitation light L0 can be emitted from the light emitting point 103 from the front-side cleavage surface 114 which is a low reflectance end face.

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17及びカソード電極19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。   The clad layer 113 and the clad layer 112 are made of n-type and p-type GaAs, GaP, InP, AlAs, GaN, InN, InSb, GaSb, and AlN group III-V compound semiconductors, and ZnTe, ZeSe. , ZnS, ZnO, and other II-VI group compound semiconductors, and by applying a forward bias to the anode electrode 17 and the cathode electrode 19, current can be injected into the active layer 111. It has become.

クラッド層113・クラッド層112および活性層111などの各半導体層との膜形成については、MOCVD(有機金属化学気相成長)法やMBE(分子線エピタキシー)法、CVD(化学気相成長)法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。   As for film formation with each semiconductor layer such as the clad layer 113, the clad layer 112, and the active layer 111, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, MBE (molecular beam epitaxy) method, CVD (chemical vapor deposition) method. The film can be formed using a general film forming method such as a laser ablation method or a sputtering method. The film formation of each metal layer can be configured using a general film forming method such as a vacuum deposition method, a plating method, a laser ablation method, or a sputtering method.

(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。
(Light emission principle of the light emitting unit 7)
Next, the light emission principle of the phosphor by the laser light oscillated from the semiconductor laser 3 will be described.

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。   First, the laser light oscillated from the semiconductor laser 3 is irradiated onto the phosphor included in the light emitting unit 7, whereby electrons existing in the phosphor are excited from a low energy state to a high energy state (excited state).

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。   Since this excited state is unstable, the energy state of the electrons in the phosphor is changed to the original low energy state after a certain time (the energy state of the ground level or the level between the excited level and the ground level). Transition to a stable level energy state).

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。   In this way, the phosphors emit light when electrons excited to the high energy state transition to the low energy state.

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、この原理に基づき、半導体レーザ3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。   White light can be composed of a mixture of three colors that satisfy the principle of equal colors, or a mixture of two colors that satisfy the relationship of complementary colors. Based on this principle, the color of the laser light emitted from the semiconductor laser 3 and the phosphor White light can be generated by combining the color of the light emitted by the light as described above.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について図6〜図8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。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In addition, about the member similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

(ヘッドランプ1aの構成)
まず、本実施形態に係るヘッドランプ(車両用前照灯)1aの構成について図6を用いて説明する。図6は、実施の形態1に係るヘッドランプ1の別構成であり、プロジェクタ型のヘッドランプであるヘッドランプ1aの構成を示す断面図である。このヘッドランプ1aは、従来のヘッドランプよりも小型化したヘッドランプを実現するための構成の別例であり、プロジェクタ型のヘッドランプである点、並びに、角錐台状光学部材21、円錐台状光学部材22およびライトガイド23の代わりに光ファイバー5を備えた点でヘッドランプ1とは異なる。
(Configuration of the headlamp 1a)
First, the structure of the headlamp (vehicle headlamp) 1a according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view showing another configuration of the headlamp 1 according to the first embodiment and the configuration of a headlamp 1a which is a projector-type headlamp. This headlamp 1a is another example of a configuration for realizing a headlamp that is smaller than a conventional headlamp, and is a projector-type headlamp, and a truncated pyramid-shaped optical member 21, a truncated cone shape. It differs from the headlamp 1 in that an optical fiber 5 is provided instead of the optical member 22 and the light guide 23.

同図に示すように、ヘッドランプ1aは、半導体レーザアレイ(励起光源)2、非球面レンズ4、光ファイバー(導光部)5、フェルール6、発光部7、反射鏡8、透明板9、ハウジング10、エクステンション11、レンズ12、凸レンズ14およびレンズホルダ16を備えている。半導体レーザアレイ2、光ファイバー5、フェルール6および発光部7によって発光装置の基本構造が形成されている。なお、ヘッドランプ1aは、プロジェクタ型のヘッドランプであるため、凸レンズ14を備えている。その他のタイプのヘッドランプ(例えば、セミシールドビームヘッドランプ)に本発明を適用してもよく、その場合には凸レンズ14を省略できる。また、非球面レンズ4、発光部7、反射鏡8および透明板9の、ヘッドランプ1に備えられた場合と同様の機能を有する部分については、ここではその説明を省略する。   As shown in the figure, the headlamp 1a includes a semiconductor laser array (excitation light source) 2, an aspherical lens 4, an optical fiber (light guide part) 5, a ferrule 6, a light emitting part 7, a reflecting mirror 8, a transparent plate 9, and a housing. 10, an extension 11, a lens 12, a convex lens 14, and a lens holder 16. The semiconductor laser array 2, the optical fiber 5, the ferrule 6 and the light emitting unit 7 form a basic structure of the light emitting device. Since the headlamp 1a is a projector-type headlamp, the headlamp 1a includes a convex lens 14. The present invention may be applied to other types of headlamps (for example, semi-shielded beam headlamps), in which case the convex lens 14 can be omitted. The description of the portions of the aspheric lens 4, the light emitting unit 7, the reflecting mirror 8, and the transparent plate 9 having the same functions as those provided in the headlamp 1 is omitted here.

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(半導体レーザ素子)3を基板上に備えるものである。なお、半導体レーザ3の構成については、ヘッドランプ1が備える半導体レーザ3と同じであるので、ここではその説明を省略する。   The semiconductor laser array 2 functions as an excitation light source that emits excitation light, and includes a plurality of semiconductor lasers (semiconductor laser elements) 3 on a substrate. Note that the configuration of the semiconductor laser 3 is the same as that of the semiconductor laser 3 included in the headlamp 1, and therefore the description thereof is omitted here.

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。   The aspherical lens 4 is a lens for causing laser light (excitation light) oscillated from the semiconductor laser 3 to enter an incident end 5 b that is one end of the optical fiber 5.

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(受光面)7a(図7参照)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。換言すれば、複数の出射端部5aは、発光部7の互いに異なる部分に対してレーザ光を出射する。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。より詳細には、複数の出射端部5aから出射されるレーザ光がそれぞれ有する光強度分布における最も光強度の大きい部分が、発光部7の互いに異なる部分に対して照射される。   The optical fiber 5 is a light guide member that guides the laser light oscillated by the semiconductor laser 3 to the light emitting unit 7 and is a bundle of a plurality of optical fibers. The optical fiber 5 has a plurality of incident end portions 5b that receive the laser light and a plurality of emission end portions 5a that emit the laser light incident from the incident end portion 5b. The plurality of emission end portions 5 a emit laser beams to different regions on the laser beam irradiation surface (light receiving surface) 7 a (see FIG. 7) of the light emitting unit 7. In other words, the plurality of emission end portions 5 a emit laser beams to different portions of the light emitting unit 7. The emission end 5a may be in contact with the laser light irradiation surface 7a, or may be disposed at a slight interval. More specifically, the portions with the highest light intensity in the light intensity distributions of the laser beams emitted from the plurality of emission end portions 5 a are irradiated to the different portions of the light emitting unit 7.

ここで、1つの出射端部5aから出射されたレーザ光は、所定の角度で広がりつつレーザ光照射面7aに到達する。また、複数の出射端部5aからレーザ光が出射されると、レーザ光照射面7aには複数の照射領域が形成される。そのため、複数の光ファイバー5の出射端部5aが、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たとしても、これら出射端部5aからのレーザ光によって形成される照射領域が、互いに重なることがある。   Here, the laser beam emitted from one emitting end portion 5a reaches the laser beam irradiation surface 7a while spreading at a predetermined angle. Further, when laser beams are emitted from the plurality of emission end portions 5a, a plurality of irradiation regions are formed on the laser beam irradiation surface 7a. Therefore, even if the emission end portions 5a of the plurality of optical fibers 5 are arranged side by side in a plane parallel to the laser light irradiation surface 7a, the irradiation region formed by the laser light from these emission end portions 5a , May overlap each other.

このような場合でも、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れば、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。   Even in such a case, the place where the light intensity is the highest in the light intensity distribution of the laser light emitted from the emission end portion 5a (the central portion of the irradiation region formed by each laser light on the laser light irradiation surface 7a (the maximum light intensity portion). )) Is emitted to different portions of the laser light irradiation surface 7a of the light emitting section 7, the laser light can be irradiated to the laser light irradiation surface 7a in a two-dimensionally distributed manner.

すなわち、複数の出射端部5aのうちの1つから出射されたレーザ光が発光部7に照射されることによって形成される投影像において最も光強度が大きい部分である最大光強度部分の位置が、他の出射端部5aに由来する投影像の最大光強度部分の位置と異なっていればよい。それゆえ、照射領域を互いに完全に分離する必要は必ずしもない。   That is, the position of the maximum light intensity portion that is the portion with the highest light intensity in the projection image formed by irradiating the light emitting portion 7 with the laser light emitted from one of the plurality of emission end portions 5a. What is necessary is just to differ from the position of the maximum light intensity part of the projection image originating in the other output end part 5a. Therefore, it is not always necessary to completely separate the irradiated areas from each other.

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。例えば、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。   The optical fiber 5 has a two-layer structure in which an inner core is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core. The core is mainly composed of quartz glass (silicon oxide) having almost no absorption loss of laser light, and the clad is composed mainly of quartz glass or a synthetic resin material having a refractive index lower than that of the core. . For example, the optical fiber 5 is made of quartz having a core diameter of 200 μm, a cladding diameter of 240 μm, and a numerical aperture NA of 0.22. However, the structure, thickness, and material of the optical fiber 5 are limited to those described above. Instead, the cross section perpendicular to the long axis direction of the optical fiber 5 may be rectangular.

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。この導光部材は、半導体レーザ3が発振したレーザ光を受け取る少なくとも1つの入射端部と当該入射端部から入射したレーザ光を出射する複数の出射端部とを有するものであればよい。例えば、少なくとも1つの入射端部を有する入射部、および複数の出射端部を有する出射部を光ファイバーとは別の部材として形成し、これら入射部および出射部を光ファイバーの両端部に接続してもよい。   In addition, you may use what combined members other than an optical fiber, or an optical fiber and another member as a light guide member. The light guide member only needs to have at least one incident end that receives laser light oscillated by the semiconductor laser 3 and a plurality of emission ends that emit laser light incident from the incident end. For example, an incident part having at least one incident end part and an emitting part having a plurality of outgoing end parts may be formed as members different from the optical fiber, and the incident part and the outgoing part may be connected to both ends of the optical fiber. Good.

図7は、出射端部5aと発光部7との位置関係を示す図である。同図に示すように、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7a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。   FIG. 7 is a diagram illustrating a positional relationship between the emission end portion 5 a and the light emitting portion 7. As shown in the figure, the ferrule 6 holds a plurality of emission end portions 5 a of the optical fiber 5 in a predetermined pattern with respect to the laser light irradiation surface 7 a of the light emitting unit 7. The ferrule 6 may be formed with holes for inserting the emission end portion 5a in a predetermined pattern, and can be separated into an upper part and a lower part, and is formed on the upper and lower joint surfaces, respectively. The exit end portion 5a may be sandwiched by a groove.

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などによって反射鏡8に対して固定されていればよい。フェルール6の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。なお、図7では、半導体レーザ3の個数(すなわち光ファイバー5の個数)にあわせて出射端部5aを3つ示しているが、出射端部5aの数は3つに限定されない。   The ferrule 6 may be fixed to the reflecting mirror 8 by a rod-like or cylindrical member extending from the reflecting mirror 8. The material of the ferrule 6 is not specifically limited, For example, it is stainless steel. In FIG. 7, three emission end portions 5a are shown in accordance with the number of semiconductor lasers 3 (that is, the number of optical fibers 5), but the number of emission end portions 5a is not limited to three.

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。また、発光部7は、後述する反射鏡8の第1焦点の近傍に配置され、図6に示すように、透明板9の内側(出射端部5aが位置する側)の面において、出射端部5aと対向する位置に固定されている。   The light emitting section 7 emits light upon receiving the laser light emitted from the emission end 5a, and includes a phosphor that emits light upon receiving the laser light. Further, the light emitting unit 7 is disposed in the vicinity of a first focal point of a reflecting mirror 8 to be described later, and as shown in FIG. 6, on the surface inside the transparent plate 9 (on the side where the emitting end portion 5 a is located), the emitting end is formed. It is fixed at a position facing the portion 5a.

図8は、発光部7の位置決め方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、反射鏡8の中心部を貫いて延びる筒状部15の先端に発光部7を固定してもよい。この場合には、筒状部15の内部に光ファイバー5の出射端部5aを通すことができる。また、この構成において透明板9を省略することも可能である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the positioning method of the light emitting unit 7. As shown in the figure, the light emitting section 7 may be fixed to the tip of a cylindrical section 15 extending through the center of the reflecting mirror 8. In this case, the emission end portion 5 a of the optical fiber 5 can be passed through the cylindrical portion 15. Further, in this configuration, the transparent plate 9 can be omitted.

反射鏡8は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であり、発光部7から出射した光を反射することにより、当該光をその焦点に収束させる。ヘッドランプ1aがプロジェクタ型のヘッドランプであるため、反射鏡8の基本形状は、反射した光の光軸方向に平行な断面が楕円形状となっている。反射鏡8には、第1焦点と第2焦点とが存在し、第2焦点は、第1焦点よりも反射鏡8の開口部に近い位置に存在している。後述する凸レンズ14は、その焦点が第2焦点の近傍に位置するように配置されており、反射鏡8によって第2焦点に収束された光を前方に投射する。   The reflecting mirror 8 is a member having, for example, a metal thin film formed on the surface thereof, and reflects the light emitted from the light emitting unit 7 so as to converge the light at its focal point. Since the headlamp 1a is a projector-type headlamp, the basic shape of the reflecting mirror 8 has an elliptical cross section parallel to the optical axis direction of the reflected light. The reflecting mirror 8 has a first focal point and a second focal point, and the second focal point is located closer to the opening of the reflecting mirror 8 than the first focal point. The convex lens 14 to be described later is arranged so that its focal point is located in the vicinity of the second focal point, and projects the light converged to the second focal point by the reflecting mirror 8 forward.

また、本実施形態では、反射鏡8の開口部は、凸レンズ14から出射される光の進行方向(凸レンズ14の光軸方向)に対して垂直な平面(反射鏡8の、ヘッドランプ1a(自装置)の外部に出射される光の進行方向に垂直な平面)で、かつ、楕円形状の反射鏡8の短軸を含む開口面8bを含む。   In the present embodiment, the opening of the reflecting mirror 8 has a plane perpendicular to the traveling direction of the light emitted from the convex lens 14 (the optical axis direction of the convex lens 14) (the headlamp 1a of the reflecting mirror 8). A plane perpendicular to the traveling direction of the light emitted to the outside of the apparatus) and an opening surface 8b including the minor axis of the elliptical reflecting mirror 8.

透明板9は、反射鏡8の開口部を覆う透明な樹脂板であり、発光部7を保持している。すなわち、発光部7は、反射鏡8の第1焦点近傍に設置されるように透明板9によって保持されることとなる。   The transparent plate 9 is a transparent resin plate that covers the opening of the reflecting mirror 8, and holds the light emitting unit 7. That is, the light emitting unit 7 is held by the transparent plate 9 so as to be installed in the vicinity of the first focal point of the reflecting mirror 8.

ハウジング10は、ヘッドランプ1a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。また、半導体レーザ3は、故障する可能性があるため、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。   The housing 10 forms the main body of the headlamp 1a and houses the reflecting mirror 8 and the like. The optical fiber 5 passes through the housing 10, and the semiconductor laser array 2 is installed outside the housing 10. The semiconductor laser array 2 generates heat when the laser light is oscillated, but the semiconductor laser array 2 can be efficiently cooled by being installed outside the housing 10. Moreover, since the semiconductor laser 3 may break down, it is preferable to install it at a position where it can be easily replaced. If these points are not taken into consideration, the semiconductor laser array 2 may be accommodated in the housing 10.

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1aの内部構造を隠して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。   The extension 11 is provided on the front side of the reflecting mirror 8 to improve the appearance by concealing the internal structure of the headlamp 1a and enhance the sense of unity between the reflecting mirror 8 and the vehicle body. The extension 11 is also a member having a metal thin film formed on the surface thereof, like the reflecting mirror 8.

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1aを密封している。発光部7が発した光は、レンズ12を通ってヘッドランプ1の前方へ出射される。   The lens 12 is provided in the opening of the housing 10 and seals the headlamp 1a. The light emitted from the light emitting unit 7 is emitted to the front of the headlamp 1 through the lens 12.

凸レンズ14は、発光部7から出射された光を集光し、集光した光をヘッドランプ1の前方へ投影する。凸レンズ14の焦点は、反射鏡8の第2焦点の近傍であり、その光軸は、発光部7が有する発光面(凸レンズ14側(透明板9に保持された側)の面)のほぼ中央に位置している。この凸レンズ14は、レンズホルダ16によって保持され、反射鏡8に対する相対位置が規定されている。   The convex lens 14 collects the light emitted from the light emitting unit 7 and projects the collected light to the front of the headlamp 1. The focal point of the convex lens 14 is in the vicinity of the second focal point of the reflecting mirror 8, and its optical axis is substantially the center of the light emitting surface (the surface on the convex lens 14 side (the side held by the transparent plate 9)) of the light emitting unit 7. Is located. The convex lens 14 is held by a lens holder 16 and a relative position with respect to the reflecting mirror 8 is defined.

凸レンズ14における、凸レンズ14の光軸方向と垂直で、かつ、反射鏡8側の断面の大きさは、通常、開口面8bよりも小さくなるようにレンズホルダ16によって保持されているが、これに限られたものではない。すなわち、レンズホルダ16が光軸方向と平行に設けられ、凸レンズ14の断面と開口面8bとの面積が同じであってもよい。   The convex lens 14 is normally held by the lens holder 16 so that the cross-sectional size of the convex lens 14 is perpendicular to the optical axis direction of the convex lens 14 and is smaller than the opening surface 8b. It is not limited. That is, the lens holder 16 may be provided in parallel to the optical axis direction, and the cross section of the convex lens 14 and the area of the opening surface 8b may be the same.

つまり、本実施形態における「反射鏡8の、ヘッドランプ1の外部に出射される光の進行方向に垂直な開口面の面積」とは、凸レンズ14の断面が開口面8bよりも小さい場合には当該断面の面積を指すものとする。すなわち、この場合には、反射鏡8とレンズホルダ16とが一体であるものとし、凸レンズ14が設けられるレンズホルダ16により形成される開口面8c(上記凸レンズ14の断面に相当)を「反射鏡8の開口面」としている。一方、開口面8bと開口面8cとの面積が同じである場合には、「開口面の面積」として開口面8bの面積を指してもよい。つまり、上記「開口面の面積」とは、反射鏡8が反射した光が出射される部分の断面積であるといえる。   That is, “the area of the opening surface of the reflecting mirror 8 perpendicular to the traveling direction of the light emitted to the outside of the headlamp 1” in the present embodiment means that the section of the convex lens 14 is smaller than the opening surface 8b. The area of the cross section shall be indicated. That is, in this case, the reflecting mirror 8 and the lens holder 16 are integrated, and the opening surface 8c (corresponding to the cross section of the convex lens 14) formed by the lens holder 16 on which the convex lens 14 is provided is referred to as “reflecting mirror”. 8 open surfaces ". On the other hand, when the areas of the opening surface 8b and the opening surface 8c are the same, the area of the opening surface 8b may be indicated as “the area of the opening surface”. That is, it can be said that the “area of the opening surface” is a cross-sectional area of a portion where the light reflected by the reflecting mirror 8 is emitted.

本実施形態に係る「開口面の面積」は、開口面8aと同様、300mm以上2000mmより小さく(好ましくは、500mm以上1500mmより小さく)なっており、その下限値が100mmであってもよい。換言すれば、反射鏡8が反射した光が投射される反射鏡8の像の面積が、300mm以上2000mmより小さく(好ましくは、500mm以上1500mmより小さく)、その下限値が100mmであってもよいともいえる。 The “area of the opening surface” according to the present embodiment is 300 mm 2 or more and less than 2000 mm 2 (preferably 500 mm 2 or more and less than 1500 mm 2 ) as in the case of the opening surface 8a, and the lower limit is 100 mm 2. May be. In other words, the area of the image of the reflecting mirror 8 to the light reflecting mirror 8 is reflected is projected is smaller than 300 mm 2 or more 2000 mm 2 (preferably less than 500 mm 2 or more 1500 mm 2), the lower limit of 100 mm 2 It can be said that it may be.

以上のように、本実施形態においても、半導体レーザ3から高出力のレーザ光が発光部7に照射され、発光部7がこのレーザ光を受けることができるので、ヘッドランプ1と同様、発光部7から放射される光束が約2000lm、かつ、発光部7の輝度が100cd/mmという高輝度・高光束のヘッドランプ1aを実現することができる。 As described above, also in the present embodiment, the light emitting unit 7 is irradiated with the high-power laser light from the semiconductor laser 3 and the light emitting unit 7 can receive the laser light. 7 can realize a high-luminance and high-flux headlamp 1a in which the luminous flux emitted from the luminous flux 7 is about 2000 lm and the luminance of the light-emitting portion 7 is 100 cd / mm 2 .

従って、プロジェクタ型のヘッドランプ1aは、実施の形輝度が少なくとも75cd/mmより大きく、実用性を考慮した上で、従来の照明装置に比べて小型化したハイビーム用の照明装置を実現することができる。また、開口面8bまたは開口面8cの面積を1500mmよりも小さくした場合には、ハイビームとして実用性の低いHIDランプを用いた場合であっても、当該HIDランプには実現できない開口面8bまたは開口面8cを実現することができる。つまり、ヘッドランプ1aは、HIDランプの実用化レベルの最大輝度75cd/mmよりも高い輝度を有するため、開口面の面積を1500mmより小さくしても、例えば29500〜112500cdの光度範囲を満たす光を出射することができる。従って、より小さいヘッドランプ1aを実現することができる。 Therefore, the projector-type headlamp 1a has an implementation luminance of at least 75 cd / mm 2 , and in consideration of practicality, realizes a high-beam illumination device that is smaller than a conventional illumination device. Can do. Further, when the area of the opening surface 8b or the opening surface 8c is smaller than 1500 mm 2 , the opening surface 8b that cannot be realized by the HID lamp even if a low practical HID lamp is used as the high beam. The opening surface 8c can be realized. That is, since the headlamp 1a has a brightness higher than the maximum brightness of 75 cd / mm 2 which is a practical level of the HID lamp, even if the area of the opening surface is made smaller than 1500 mm 2 , for example, the light intensity range of 29500 to 112500 cd is satisfied. Light can be emitted. Therefore, a smaller headlamp 1a can be realized.

〔ヘッドランプ1および1aの変形例〕
上述した実施の形態1および2のヘッドランプ1および1aは、ハイビームの配光特性基準を満たすものとして説明したが、自動車用のすれ違い用前照灯(ロービーム)として用いられてもよい。
[Modification of Headlamps 1 and 1a]
Although the above-described headlamps 1 and 1a according to the first and second embodiments have been described as satisfying the high beam light distribution characteristic standard, they may be used as low-light headlights for automobiles.

この場合、ヘッドランプ1および1aは、自動車用のすれ違い用前照灯の配光特性基準を満たすように構成されていればよく、例えば、この配光特性基準が規定する光照射領域の形状に対応した形状の発光面を有する発光部を備えていてもよい。また、ヘッドランプ1aのようなプロジェクタ型のヘッドランプの場合には、発光部と、この発光部が発した光(反射鏡で反射された光)を車両前方へ投影する凸レンズとの間に、すれ違い用前照灯に要求される配光特性基準を満たすように成形された遮光板が備えられていてもよい。なお、ヘッドランプ1aが、上記形状の発光面を有する発光部と遮光板との両方を備えている場合には、凸レンズの光軸から離れた部分において投影像がぼやけることを防ぐことが可能である。   In this case, the headlamps 1 and 1a only need to be configured to satisfy the light distribution characteristic standard of the headlight for passing for automobiles. For example, the headlamps 1 and 1a have the shape of the light irradiation region defined by the light distribution characteristic standard. You may provide the light emission part which has the light emission surface of a corresponding shape. Further, in the case of a projector-type headlamp such as the headlamp 1a, between the light emitting portion and a convex lens that projects light emitted from the light emitting portion (light reflected by the reflecting mirror) to the front of the vehicle, There may be provided a light shielding plate that is molded so as to satisfy the light distribution characteristic standard required for the passing headlamp. In addition, when the headlamp 1a includes both the light emitting portion having the light emitting surface having the above shape and the light shielding plate, it is possible to prevent the projected image from being blurred at a portion away from the optical axis of the convex lens. is there.

次に、図9を参照しながら、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性について説明する。   Next, with reference to FIG. 9, the light distribution characteristic required for a vehicle headlight will be described.

図9(a)は、自動車用のすれ違い用前照灯に要求される配光特性を示す図である(道路運送車両の保安基準の細目を定める告示〔2008.10.15〕別添51(前照灯の装置形式指定基準)より抜粋)。この図は、自動車の前方25mの位置に垂直に設置したスクリーンにすれ違い用前照灯からの光を照射した場合の、上記スクリーンに投影される光の像を示している。   FIG. 9 (a) is a diagram showing the light distribution characteristics required for a vehicle headlight (notification [2008.10.15], Annex 51) that defines the details of safety standards for road transport vehicles. Excerpt from headlamp device type specification criteria). This figure shows an image of light projected on the screen when light from a passing headlamp is irradiated on a screen installed vertically at a position 25 m ahead of the automobile.

図9(a)において、ゾーンIとは、水平方向の基準直線である直線hhの下方750mmに位置する水平直線より下方の領域である。このゾーンIの任意の点では、0.86D−1.72Lの点における実測値の2倍以下の照度であることが求められる。   In FIG. 9A, the zone I is a region below the horizontal straight line located 750 mm below the straight line hh that is a horizontal reference straight line. At an arbitrary point in the zone I, it is required that the illuminance is not more than twice the actual measurement value at the point of 0.86D-1.72L.

ゾーンIIIとは、白抜きの領域(明領域と称する)よりも上方の領域である。このゾーンIIIの任意の点では0.85lx(ルクス)以下あることが求められている。つまり、このゾーンIIIは、光線が他の交通の妨げとならないように、所定の照度以下に照度を抑えることが求められている領域(暗領域)である。このゾーンIIIと明領域との境界線は、直線hhに対して15度の角度をなす直線21、および直線hhに対して45度の角度をなす直線22を含んでいる。   Zone III is an area above a white area (referred to as a bright area). At any point in the zone III, 0.85 lx (lux) or less is required. That is, this zone III is a region (dark region) where it is required to suppress the illuminance below a predetermined illuminance so that the light beam does not interfere with other traffic. The boundary line between the zone III and the bright region includes a straight line 21 that forms an angle of 15 degrees with respect to the straight line hh and a straight line 22 that forms an angle of 45 degrees with respect to the straight line hh.

ゾーンIVとは、直線hhの下方375mmに位置する水平直線、直線hhの下方750mmに位置する水平直線および垂直方向の基準直線である直線VVの左右2250mmに位置する2本の鉛直直線の計4直線で囲まれる領域である。このゾーンIVの任意の点では3lx以上の照度であることが求められる。つまりゾーンIVは、ゾーンIとゾーンIIIとの間の領域である明領域のうちの、より明るい領域である。   The zone IV is a total of 4 horizontal straight lines located 375 mm below the straight line hh, horizontal straight lines located 750 mm below the straight line hh, and two vertical straight lines located 2250 mm to the left and right of the straight line VV which is the vertical reference straight line. It is an area surrounded by a straight line. It is required that the illuminance is 3 lx or more at an arbitrary point in the zone IV. That is, the zone IV is a brighter region among the bright regions that are regions between the zone I and the zone III.

図9(b)は、すれ違い用前照灯の配光特性基準に規定された照度を示す図である。同図に示すように、点0.6D−1.3Lおよび点0.86D−1.72Lの2点においては、周囲よりも高い照度が要求される。これら2点は自車の真正面付近に相当し、これら2点では夜間でも進行方向にある障害物等を確認できることが求められている。   FIG.9 (b) is a figure which shows the illumination intensity prescribed | regulated to the light distribution characteristic reference | standard of the passing headlamp. As shown in the figure, at two points of point 0.6D-1.3L and point 0.86D-1.72L, higher illuminance is required than the surroundings. These two points correspond to the vicinity in front of the host vehicle, and these two points are required to be able to confirm obstacles in the traveling direction even at night.

〔本発明の別表現〕
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
[Another expression of the present invention]
The present invention can also be expressed as follows.

本発明は、従来の車載用ヘッドライトに比べて小型化したヘッドライト(レーザヘッドライト)を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a headlight (laser headlight) that is reduced in size as compared with a conventional in-vehicle headlight.

本発明に係るレーザヘッドライトは、高出力の発振が可能な半導体レーザからなる励起光源と、その励起光源からの励起光により発光する発光部とを組み合わせることで600lmの光束が放射可能で、かつ輝度75cd/mm2を達成したレーザ照明光源と、ミラー・レンズからなる光学系とを組み合わせることにより、従来の車載用ヘッドライトと同等以上の明るさを得つつ、従来に比べて圧倒的に小さなヘッドライト(ハイビーム用)を実現したことを特徴とする。   The laser headlight according to the present invention is capable of emitting a light beam of 600 lm by combining an excitation light source made of a semiconductor laser capable of high-power oscillation and a light emitting unit that emits light by excitation light from the excitation light source, and By combining a laser illumination light source that achieves a luminance of 75 cd / mm 2 and an optical system consisting of a mirror and a lens, the head is overwhelmingly smaller than in the past while obtaining brightness equivalent to or higher than that of a conventional vehicle headlight. It is characterized by realizing light (for high beam).

〔補足〕
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
[Supplement]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、励起光源として高出力のLEDを用いてもよい。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。また、この場合のLEDは、本発明に係る車両用前照灯が備える半導体レーザと同程度以上の出力を有する必要がある。   For example, a high-power LED may be used as the excitation light source. In this case, a light emitting device that emits white light can be realized by combining an LED that emits light having a wavelength of 450 nm (blue) and a yellow phosphor or green and red phosphors. Further, the LED in this case needs to have an output equivalent to or higher than that of the semiconductor laser provided in the vehicle headlamp according to the present invention.

また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザ、例えば高出力の発振が可能な発光ダイオードを用いてもよい。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。   As the excitation light source, a solid-state laser other than a semiconductor laser, for example, a light emitting diode capable of high-power oscillation may be used. However, it is preferable to use a semiconductor laser because the excitation light source can be reduced in size.

さらに、半導体レーザ3からのレーザ光が発光部7のレーザ光照射面7aに適切に照射されるように半導体レーザ3と発光部7とを一体に封止した構成(導光部材を必要としない構成)であってもよい。   Further, a configuration in which the semiconductor laser 3 and the light emitting unit 7 are integrally sealed so that the laser light from the semiconductor laser 3 is appropriately applied to the laser light irradiation surface 7a of the light emitting unit 7 (no light guide member is required). Configuration).

また、反射鏡8の開口面8a、8bは、車両の真正面からみたとき円形であるが、これに限らず、反射鏡8により反射した光が効率よく外部に出射されるのであれば、楕円や矩形などであってもよい。   Further, the opening surfaces 8a and 8b of the reflecting mirror 8 are circular when viewed from the front of the vehicle. However, the present invention is not limited to this. If the light reflected by the reflecting mirror 8 is efficiently emitted to the outside, an ellipse or It may be a rectangle or the like.

本発明は、従来の照明装置に比べて小型化した照明装置であり、特に車両用のヘッドランプに適用することができる。   The present invention is an illuminating device that is reduced in size as compared with a conventional illuminating device, and can be applied particularly to a headlamp for a vehicle.

1、1a ヘッドランプ(車両用前照灯、走行用前照灯)
3 半導体レーザ(励起光源)
5 光ファイバー(導光部)
5a 出射端部
5b 入射端部
7 発光部
8 反射鏡
8a、8b、8c 開口面
21 角錐台状光学部材(導光部)
22 円錐台状光学部材(導光部)
23 ライトガイド(導光部)
211、221、231 光入射面(入射端部)
212、222、232 光出射面(出射端部)
1, 1a Headlamp (vehicle headlamp, traveling headlamp)
3 Semiconductor laser (excitation light source)
5 Optical fiber (light guide)
5a Emission end portion 5b Incident end portion 7 Light emitting portion 8 Reflecting mirror 8a, 8b, 8c Opening surface 21 Frustum-shaped optical member (light guide portion)
22 frustoconical optical member (light guide)
23 Light guide (light guide)
211, 221, 231 Light incident surface (incident end)
212, 222, 232 Light exit surface (exit end)

Claims (5)

励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光を受けて発光する発光部と、
上記発光部が出射した光を反射する反射鏡と、を備え、
上記発光部から放射される光束は、600lmより大きく、
上記発光部の輝度は、75cd/mmより大きいことを特徴とする車両用前照灯。
An excitation light source that emits excitation light;
A light emitting unit that emits light in response to excitation light emitted from the excitation light source;
A reflecting mirror that reflects the light emitted by the light emitting unit,
The luminous flux emitted from the light emitting unit is larger than 600 lm,
The vehicular headlamp characterized in that the luminance of the light emitting unit is greater than 75 cd / mm 2 .
上記励起光源が出射した励起光を受け取る入射端部と当該入射端部から入射した励起光を上記発光部へ出射する出射端部とを有する導光部を備えることを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯。   2. The light guide unit according to claim 1, further comprising an incident end that receives excitation light emitted from the excitation light source, and an emission end that emits excitation light incident from the incident end to the light emitting unit. The vehicle headlamp described. 上記励起光源は、400nm以上420nm以下の波長範囲にピーク波長を有する励起光を出射することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用前照灯。   The vehicle headlamp according to claim 1, wherein the excitation light source emits excitation light having a peak wavelength in a wavelength range of 400 nm or more and 420 nm or less. 上記励起光源は、440nm以上490nm以下の波長範囲にピーク波長を有する励起光を出射することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用前照灯。   The vehicle headlamp according to claim 1 or 2, wherein the excitation light source emits excitation light having a peak wavelength in a wavelength range of 440 nm or more and 490 nm or less. 自動車の走行用前照灯であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の車両用前照灯。   The vehicular headlamp according to any one of claims 1 to 4, wherein the vehicular headlamp is a traveling headlamp for an automobile.
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