JP2012164585A

JP2012164585A - 車両用灯具

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Publication number: JP2012164585A
Application number: JP2011025529A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nakazato; 嘉昭中里
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: JP5688989B2

Abstract

【課題】配光パターンの色ムラを抑制する。
【解決手段】車両用灯具１は、ＬＤ１１と、ＬＤ１１から出射された青色光を受けて白色光を出射する蛍光体１４と、蛍光体１４の後方から上方に掛けて当該蛍光体１４を覆うように配設され、当該蛍光体１４から出射された光を前方へ反射させる反射面１５１とを備える。蛍光体１４は、青色光を前方斜め上方から受けるように配設されるとともに、当該青色光のうち当該蛍光体１４の表面で正反射されたものを後方へ向かわせて反射面１５１の後端部に入射させるように表面が傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

従来、自動車用ヘッドライトなどの車両用灯具として、光源に半導体発光素子と蛍光体を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の車両用灯具では、半導体発光素子から蛍光体へ励起光（例えば青色光）を照射することによって、蛍光体が励起されて発する光（例えば黄色光）と励起光とを混色させて可視光（例えば白色光）を出射させ、この可視光を投影レンズ等の光学系によって車両前方へ投影している。

特許第４１２４４４５号公報

しかしながら、上記従来の車両用灯具において、蛍光体の光取り出し方向から当該蛍光体に励起光を入射させる場合、一部の励起光が蛍光体の表面で正反射されて、所定の色に混色されることなくそのまま投影レンズ等から出射されてしまうため、投影像である配光パターンに部分的な色ムラが生じてしまう。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、配光パターンの色ムラを抑制することのできる車両用灯具の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された励起光を受けて可視光を出射する蛍光体と、
前記蛍光体の後方から上方に掛けて当該蛍光体を覆うように配設され、当該蛍光体から出射された光を前方へ反射させる反射面と、
を備える車両用灯具において、
前記蛍光体は、
前記励起光を前方斜め上方から受けるように配設されるとともに、
当該励起光のうち当該蛍光体の表面で正反射されたものを後方へ向かわせて前記反射面の後端部に入射させるように、表面が傾斜していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用灯具において、
前記反射面は、前記蛍光体の表面で正反射された励起光の全てが当該反射面に入射するように、後端部が前記蛍光体よりも下側まで形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用灯具において、
前記反射面の後端部には、前記蛍光体の表面で正反射された励起光を前記蛍光体へ集光させつつ反射させる集光反射面が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用灯具において、
前記半導体発光素子はレーザー光を出射するものであることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体に入射した励起光のうち可視光とされなかった一部の励起光は、前方斜め上方から蛍光体の表面へ入射して当該表面で後方へ正反射され、反射面の後端部で前方へ反射されて再び蛍光体に入射する。したがって、蛍光体の表面で正反射された励起光が配光パターン上に投影されることを防止でき、ひいては配光パターンの色ムラを抑制することができる。

第一の実施形態における車両用灯具の側断面図である。第一の実施形態における車両用灯具での光路を説明するための図である。第一の実施形態における車両用灯具の変形例を示す側断面図である。第二の実施形態における車両用灯具の側断面図である。第二の実施形態における車両用灯具での光路を説明するための図である。第二の実施形態における車両用灯具の変形例を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、「上」「下」「前」「後」「左」「右」との記載を、各実施形態における車両用灯具から見た方向を指すものとして、図面の記載と対応させて用いることとする。

［１第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態における車両用灯具１の側断面図である。
この図に示すように、車両用灯具１は、いわゆるプロジェクタ型の灯具であり、レーザーダイオード（以下、ＬＤという）１１と、集光レンズ１２と、ミラー１３と、蛍光体１４と、リフレクタ１５と、シェード１６と、投影レンズ１７とを備えている。
このうち、ＬＤ１１は、本発明に係る半導体発光素子であり、蛍光体１４の励起光としての青色のレーザー光を上方へ向けて出射する。

集光レンズ１２は、ＬＤ１１の直上に配置され、当該ＬＤ１１から上方へ出射された青色光を、更に上方に配置されたミラー１３を介して蛍光体１４の表面（上面）に集光させる。より詳しくは、集光レンズ１２は、ＬＤ１１からの青色光を、蛍光体１４の表面を通じてその厚さ方向の略中心に集光させる。

ミラー１３は、集光レンズ１２の上方に配置されるとともに、下面に形成された平面状の反射面１３１を有している。反射面１３１は、前後方向に対して２２．５度の角度をなして後方向きに傾斜しており、集光レンズ１２を介してＬＤ１１から上方へ出射された青色光を４５度の伏角（指向軸の角度）で後方斜め下方へ反射させる。

蛍光体１４は、ミラー１３の後方斜め下方（伏角４５度の方向）であって集光レンズ１２の後方やや上方に配置されるとともに、表面（上面）が前後方向に対して２２．５度の角度をなして後方向きに傾斜している。この蛍光体１４は、ＬＤ１１から出射された青色光を受けることで励起されて黄色光を発する蛍光材料である。そのため、蛍光体１４が青色光を受けると、当該蛍光体１４で散乱した青色光が黄色光と混色される結果、当該蛍光体１４から白色光が出射される。また、蛍光体１４の表面の面積は、集光レンズ１２によって集光される青色光の集光スポットの面積と略同一となっている。これにより、蛍光体１４は、青色光の集光スポットと略同サイズの点光源のごとく白色光を出射する。また、蛍光体１４は、当該蛍光体１４と同様に傾斜した金属平板１８の上面に支持されている。この金属平板１８の上面は、アルミ蒸着が施された鏡面となっており、蛍光体１４から下方へ出射された白色光を上方へ反射させる。

リフレクタ１５は、下方斜め前方に開口する湾曲板状に形成されて、蛍光体１４の上方を覆うように配設されている。このリフレクタ１５の下面は、蛍光体１４から出射された光を前方へ反射させる反射面１５１となっている。
反射面１５１は、蛍光体１４の位置を第１焦点とする回転楕円面が基調とされた自由曲面であり、離心率が鉛直断面から水平断面に向かって徐々に大きくなるように形成されている。この反射面１５１は、蛍光体１４の後方から上方に掛けて当該蛍光体１４を覆うように配設されており、この蛍光体１４から出射された白色光を、鉛直断面ではシェード１６の前端近傍に集光させ、水平断面に向かうにつれて徐々に前方に集光させるように反射させる。また、反射面１５１は、後端部（下端部）が蛍光体１４よりも下側まで形成されており、後述するように、蛍光体１４の表面で後方へ正反射された青色光の全てが当該反射面１５１の後端部に入射するように構成されている。

シェード１６は、蛍光体１４の前方に配置された遮光部材である。このシェード１６は、リフレクタ１５の反射面１５１で反射された白色光の一部を遮光して、すれ違いビームのカットオフラインを形成する。また、シェード１６の上面は、後述する投影レンズ１７の光軸Ａｘを含む水平面（上下方向に直交する面）と略一致する高さとされるとともに、金属平板１８の上面と同様にアルミ蒸着が施されており、反射面１５１で反射されて当該上面に入射した白色光を前方の投影レンズ１７に向けて反射させる。

投影レンズ１７は、前面が凸面の非球面平凸レンズであり、前後方向に沿った光軸Ａｘ上にシェード１６の上面及び蛍光体１４が位置するように蛍光体１４及びリフレクタ１５の前方に配置されている。この投影レンズ１７は、シェード１６の前端近傍に位置する物側焦点を有しており、リフレクタ１５の反射面１５１で反射されて当該投影レンズ１７に入射した白色光を車両前方へ反転投影する。

図２（ａ），（ｂ）は、車両用灯具１での光路を説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、車両用灯具１では、ＬＤ１１から青色光が出射されると、当該青色光は集光レンズ１２で集光されつつミラー１３の反射面１３１で反射された後に、蛍光体１４の表面に前方斜め上方から入射する。すると、蛍光体１４に入射した青色光は、その殆どが白色光とされて上方へ放射状に出射されるものの、一部が白色光とされずに蛍光体１４の傾斜した表面で正反射され、光軸Ａｘに沿って後方へ向かう。蛍光体１４から後方へ向かった青色光は、リフレクタ１５の反射面１５１の後端部に入射し、当該後端部で前方へ反射されて再び蛍光体１４に入射して白色光とされる。このとき、反射面１５１の後端部が蛍光体１４よりも下側まで形成されているため、蛍光体１４の表面で正反射されてから光軸Ａｘを中心に広がるように後方へ向かう青色光の全てを漏れなく当該反射面１５１の後端部に入射させ、蛍光体１４へ向けて反射させることができる。
蛍光体１４から上方へ出射された白色光は、図２（ｂ）に示すように、リフレクタ１５の反射面１５１で前方へ反射されて投影レンズ１７から車両前方へ照射される。このとき、投影レンズ１７の下部へ入射する白色光の一部がシェード１６によって遮光されることにより、カットオフラインより上方への照射光が遮られたすれ違いビームが形成される。

以上のように、車両用灯具１によれば、前方斜め上方から蛍光体１４に入射した青色光のうち白色光とされなかった一部の青色光が、傾斜した蛍光体１４の表面で後方へ正反射された後、反射面１５１の後端部で前方へ反射され、再び蛍光体１４に入射して白色光とされる。したがって、蛍光体１４の表面で正反射された青色光が配光パターン（すれ違いビーム）上に投影されることを防止でき、ひいては配光パターンの色ムラを抑制することができる。

また、レーザー光である青色光が灯具外へ出射されることを防止できるので、最大許容露光量（ＭＰＥ）を確保する点においても好ましい。

また、蛍光体１４の表面で正反射された青色光を反射面１５１の後端部に入射させているので、当該青色光を反射面の中央側部分に入射させて蛍光体へ再反射させる場合と異なり、後端部を除く部分としてまとまった反射面１５１内の領域によって白色光を反射させて配光パターン（すれ違いビーム）を形成することができる。つまり、反射面１５１のうち、配光パターンを形成するための反射面１５１本来の機能が付与された部分を、分割させることなくまとめることができるため、反射面１５１の設計を容易にし、ひいては配光パターンの形成を容易にすることができる。

また、一度は蛍光体１４で白色光とされずに正反射されてしまった青色光を再び蛍光体１４へ入射させて白色光とすることができるため、当該青色光がそのまま灯具外へ出射されていた従来の車両用灯具に比べ、光束利用率を高めることができる。

なお、図３に示すように、反射面１５１の後端部に、蛍光体１４の表面で正反射された青色光を蛍光体１４へ集光させつつ反射させる集光反射面１５１ａを形成してもよい。このような集光反射面１５１ａを設けることにより、蛍光体１４で正反射された青色光を蛍光体１４へ集光させてより確実に白色光とすることができるため、より確実に光束利用率を高めることができる。

［２第二の実施形態］
続いて、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、上記第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、本発明の第二の実施形態における車両用灯具２の側断面図である。
この図に示すように、車両用灯具２は、いわゆるパラボラ型の灯具であり、上記第一の実施形態と同様に構成されたＬＤ１１及び集光レンズ１２の他、ミラー２３と、蛍光体２４と、リフレクタ２５とを備えている。

このうち、ミラー２３は、集光レンズ１２の上方に配置されるとともに、下面に形成された平面状の反射面２３１を有している。反射面２３１は、前後方向に対して１７．５度の角度をなして後方向きに傾斜しており、集光レンズ１２を介してＬＤ１１から上方へ出射された青色光を５５度の伏角（指向軸の角度）で後方斜め下方へ反射させる。

蛍光体２４は、ミラー２３の後方斜め下方（伏角５５度の方向）であって集光レンズ１２の後方やや上方に配置されるとともに、表面（上面）が前後方向に対して２７．５度の角度をなして後方向きに傾斜している。この点以外の蛍光体２４の構成は、上記第一の実施形態における蛍光体１４の構成と同様である。

リフレクタ２５は、下方斜め前方に開口する湾曲板状に形成されて、蛍光体２４の上方を覆うように配設されている。このリフレクタ２５の下面は、蛍光体２４から出射された光を前方へ反射させる反射面２５１となっている。
反射面２５１は、蛍光体２４の位置を焦点とする回転放物面が基調とされた自由曲面であり、蛍光体２４の後方から上方に掛けて当該蛍光体２４を覆うように配設されている。また、反射面２５１は、後端部（下端部）が蛍光体２４よりも下側まで形成されており、後述するように、蛍光体２４の表面で後方へ正反射された青色光の全てが当該反射面２５１の後端部に入射するように構成されている。

図５（ａ），（ｂ）は、車両用灯具２での光路を説明するための図である。
図５（ａ）に示すように、車両用灯具２では、ＬＤ１１から青色光が出射されると、当該青色光は集光レンズ１２で集光されつつミラー２３の反射面２３１で反射された後に、蛍光体２４の表面に前方斜め上方から入射する。すると、蛍光体２４に入射した青色光は、その殆どが白色光とされて上方へ放射状に出射されるものの、一部が白色光とされずに蛍光体２４の傾斜した表面で正反射されて後方へ向かう。蛍光体２４から後方へ向かった青色光は、リフレクタ２５の反射面２５１の後端部に入射し、当該後端部で前方へ反射されて再び蛍光体２４に入射して白色光とされる。このとき、反射面２５１の後端部が蛍光体２４よりも下側まで形成されているため、蛍光体２４の表面で正反射されてから広がるように後方へ向かう青色光の全てを漏れなく当該反射面２５１の後端部に入射させ、蛍光体２４へ向けて反射させることができる。
蛍光体２４から上方へ出射された白色光は、図５（ｂ）に示すように、リフレクタ２５の反射面２５１で前方へ反射されて車両前方へ照射され、所定の配光パターン（例えばすれ違いビーム）を形成する。

以上の車両用灯具２によっても、上記第一の実施形態における車両用灯具１と同様の効果を奏することができる。
なお、図６に示すように、反射面２５１の後端部には、上記第一の実施形態における反射面１５１と同様に、蛍光体２４の表面で正反射された青色光を蛍光体２４へ集光させつつ反射させる集光反射面２５１ａを形成してもよい。

なお、本発明は上記第一及び第二の実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、本発明に係る半導体発光素子としてＬＤ１１を挙げて説明したが、当該半導体発光素子はレーザーダイオードに限定されるものではなく、発光ダイオードなどであってもよい。

また、ＬＤ１１が青色光を出射し、蛍光体１４，２４が当該青色光により黄色光を発することとしたが、これに限定されず、白色光が得られる他の構成（励起光と蛍光体との組合せ）であってもよい。更に、蛍光体１４，２４から出射される光は白色光に限定されず、他の色の可視光であってもよい。

１，２車両用灯具
１１ＬＤ（半導体発光素子）
１２集光レンズ
１３，２３ミラー
１４，２４蛍光体
１５，２５リフレクタ
１５１，２５１反射面
１５１ａ，２５１ａ集光反射面
１６シェード
１７投影レンズ
Ａｘ光軸

Claims

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された励起光を受けて可視光を出射する蛍光体と、
前記蛍光体の後方から上方に掛けて当該蛍光体を覆うように配設され、当該蛍光体から出射された光を前方へ反射させる反射面と、
を備える車両用灯具において、
前記蛍光体は、
前記励起光を前方斜め上方から受けるように配設されるとともに、
当該励起光のうち当該蛍光体の表面で正反射されたものを後方へ向かわせて前記反射面の後端部に入射させるように、表面が傾斜していることを特徴とする車両用灯具。
前記反射面は、前記蛍光体の表面で正反射された励起光の全てが当該反射面に入射するように、後端部が前記蛍光体よりも下側まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記反射面の後端部には、前記蛍光体の表面で正反射された励起光を前記蛍光体へ集光させつつ反射させる集光反射面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
前記半導体発光素子はレーザー光を出射するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用灯具。