JP2014017096A - 発光装置、車両用前照灯および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヘッドランプ1は、複数の励起光を導光する、可撓性を有する複数の光ファイバ41と、光ファイバ41が導光した励起光を導光するマルチモードファイバ5と、マルチモードファイバ5が導光した励起光を受けて蛍光を発する発光部8とを備え、1つのマルチモードファイバ5に対して複数の光ファイバ41が光学的に結合されている。
【選択図】図1
Description
また、上記第2導光部は、マルチモードファイバ、光学ロッド、および、反射面である内面を有する中空部材のうちいずれか1つを含むことが好ましい。
(ヘッドランプ1の構成)
本実施形態では、発光装置の一例として、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、本発明の発光装置は、すれ違い用前照灯(ロービーム)であってもよく、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。また、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具、商業用照明装置、屋外照明装置を挙げることができる。
レーザ素子2は、励起光を出射する発光素子であり、例えば、半導体レーザである。図1に示すように、ヘッドランプ1は、励起光源として複数のレーザ素子2を備えている。複数のレーザ素子2のそれぞれから励起光であるレーザ光が出射される。複数のレーザ素子2を用いることによって、1つのレーザ素子2を用いる場合と比較して、容易に高出力の励起光を得ることが可能である。図1には、5つのレーザ素子2を備えるヘッドランプ1を示しているが、ヘッドランプ1が備えるレーザ素子2の数は限定されるものではない。所望の励起光の出力などに基づいて、設計者は、レーザ素子2の数を適宜定めることができる。
放熱部11は、複数のレーザ素子2を保持する保持部11a、および、複数のレーザ素子2が発する熱を放熱する放熱フィン11bを備える。保持部11aおよび放熱フィン11bは、銅、アルミニウムなどに代表される高い熱伝導率を有する金属により構成されることが好ましい。
レンズ3は、レーザ素子2から出射された励起光を光ファイバ41が有する入射部41aに対して照射する光学部材である。レンズ3は、励起光のスポットサイズを制御して入射部41aに照射する。すなわち、レンズ3は、レーザ素子2と入射部41aとを光学的に結合する光学部材である。レンズ3を介することによって、入射部41aに入射する励起光のスポット径、および、入射角を制御することができる。したがって、レーザ素子2と入射部41aとを高い結合効率で結合することができ、励起光を効率よく利用できる。
図2は、バンドルファイバ4の出射部4b、および、後述するマルチモードファイバ5の入射部5aの形状を示す図である。
図1に示すように、第2導光部であるマルチモードファイバ5は、バンドルファイバ4が導光する励起光を受光する入射部5aと、励起光を出射する出射部5bとを備えている。図2に示すように、入射部5aの形状が円形であるマルチモードファイバ5を用いて説明するが、入射部5aの形状は円形に限定されるものではない。また、入射部5aおよび出射部5bは互いに異なる形状であってもよい。図2に示すように、直径D5はマルチモードファイバ5の直径を表し、直径D5’はマルチモードファイバ5が備えるコアの直径を表す。
発光部8は、バンドルファイバ4およびマルチモードファイバ5を介して、レーザ素子2から出射された励起光を受けて蛍光を発するものである。以下において、発光部8における励起光を照射される領域を励起光照射面と表現する。発光部8は、励起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8は、封止材の内部に蛍光体が分散されているもの、または蛍光体を固めたものである。発光部8は、短い波長を有する励起光を、より長い波長を有する蛍光に変換する波長変換素子であると言える。
バンドルファイバ4から出射されるような強度分布が不均一な励起光を発光部8に照射すると、発光部8の一部が局所的に強く励起される虞がある。発光部8において、局所的に強く励起された領域の温度は著しく高くなり、その結果として、発光部8の発光効率が低下する、発光部8の寿命が短くなる、などの弊害を生じる虞がある。
金属ベース7は、発光部8を支持するくさび状または板状の支持部材であり、熱伝導率が高い金属(例えば、アルミニウムや銅)からなっている。それゆえ、金属ベース7は、発光部8が励起光を受けることによって発する熱を効率的に放熱する。
図1に示すミラー9は、発光部8が発する蛍光を反射し、所定の立体角内を進む光線束(照明光)を形成する。このミラー9は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された部材であってもよいし、金属製の部材であってもよい。すなわち、発光部8が発する蛍光に対して高い反射率を有する部材であればよい。
図1に示すフィルタ10は、例えば、励起光の波長(例えば405nm)近傍の光、および、短波長側の光を遮断する短波長カットフィルタである。当該構成によれば、なんらかの理由により励起光、または、励起光の波長近傍の光がヘッドランプ1の外側へ照射され得る状態においても、フィルタ10が当該光を遮断し、ヘッドランプ1の外側へ照射されることを防止する。なお、意図的に励起光の一部をヘッドランプ1の外側に出射する場合、たとえば、青色の励起光で黄色の蛍光体(または緑色および赤色の蛍光体)を励起して白色光を出射する場合には、フィルタ10は配置しない。
本実施形態では、図3を参照しながらヘッドランプ21について説明する。図3は、ヘッドランプ21の構成を示す概略図である。図3において、励起光をLEXと記載し、照明光(またはその一部)として利用される蛍光をLPLと記載している。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。ヘッドランプ21は、ヘッドランプ1と比較して、マルチモードファイバ5の出射部5bと発光部28との相対位置関係を固定するための構造が異なる。
図3に示すように、ミラー29は、放物曲面を備えるフルミラーである。ミラー29の開口部には、図示しない透光板が設置されており、ミラー29および当該透光板によって閉空間が形成されている。ミラー29の一部には穴が設けられており、マルチモードファイバ5は、当該穴から上記閉空間に導入される。
ミラー29の焦点位置に、金属ベース27を介して発光部28は配設されている。より具体的には、金属ベース27の形状は円筒であり、その中心線と、ミラー29における回転軸とが一致するように金属ベース27は配設されている。以下において、上記回転軸の延伸方向を回転軸方向と定義する。さらに、金属ベース27には回転軸方向に貫通する空洞部が設けられている。発光部28は、当該空洞部の内部に密接して配設されている。
発光部28は、出射部5bから入射する励起光を受け、白色の蛍光を発する。この際、発光部28の回転軸方向と平行な面は金属ベース27と密接しているため、蛍光は、蛍光出射面のみからミラー29が備える開口部の方向へ進む。蛍光のうち一部は、ミラー29によって反射されることなくミラー29の開口部からヘッドランプ21の外部に出射される。また、残りの蛍光は、ミラー29によって反射された後に、ミラー29の開口部からヘッドランプ21の外部に出射される。このようにして、所定の立体角内を進む光線束が形成される。
図4および5を参照しながら、実施の形態1・2に記載したヘッドランプ1・21の別の形態について説明する。図4は、ヘッドランプ1・21が備えるバンドルファイバ4’の出射部4b’を出射端から見た際の形状を表す図である。図5の(a)は、ヘッドランプ1・21が備えるマルチモードファイバ5’の入射部5a’を入射端から見た際の形状を示す図であり、(b)はマルチモードファイバ5’の出射部5b’を出射端から見た際の形状を示す図である。本実施形態において、ヘッドランプ1・21は、バンドルファイバ4の代わりに、バンドルファイバ4’を備えている。また、マルチモードファイバ5の代わりに、マルチモードファイバ5’を備えている。
図6を参照しながら、実施の形態1・2に記載したヘッドランプ1・21の別の形態について説明する。図6は、ヘッドランプ1・21が備えるバンドルファイバ4’の出射部4b”を出射端から見た際の形状を示す図である。本実施形態において、ヘッドランプ1・21は、バンドルファイバ4の代わりにバンドルファイバ4”を備え、マルチモードファイバ5の代わりにマルチモードファイバ5’を備えている。ヘッドランプ1・21が、マルチモードファイバ5’を備えているため、ヘッドランプ21から所望の投光パターンの照明光が出射されることは上述した通りである。
実施の形態1・2に記載したヘッドランプ1・21は、いずれも、1つのレーザ素子2と1本の光ファイバ41とが光学的に結合する構成である。しかし、複数のレーザ素子と1本の光ファイバとが結合する構成であってもよい。以下に、ヘッドランプ1・21の更に別の形態について説明する。図7は、ヘッドランプ1・21が備える励起光源および第1導光部の構成を示す概略図である。より具体的には、2つのレーザ素子102aおよび102bがそれぞれ出射する励起光が、バンドルファイバ4を構成する複数の光ファイバ41のうちの1本に入射する様子を示している。
実施の形態1に記載のヘッドランプ1・21の別の形態について、図8を参照しながら説明する。図8は、ヘッドランプ1・21が備える励起光源および第1導光部の構成を示す概略図である。より具体的には、3つのレーザ素子112a、112bおよび112cがそれぞれ出射する励起光が、バンドルファイバ4を構成する複数の光ファイバ41のうちの1本に入射する様子を示している。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
2 レーザ素子(励起光源)
3 レンズ
4 バンドルファイバ
4b 出射部
41 光ファイバ(第1導光部)
41a 入射部
5 マルチモードファイバ(第2導光部)
5a 入射部
5b 出射部
6 反射板
7 金属ベース
8 発光部
9 ミラー
10 フィルタ
11 放熱部
11a 保持部
11b 放熱フィン
Claims (11)
- 複数の励起光源から出射された励起光を導光する、可撓性を有する複数の第1導光部と、
上記複数の第1導光部が導光した励起光を導光する第2導光部と、
上記第2導光部が導光した励起光を受けて蛍光を発する発光部とを備え、
1つの上記第2導光部に対して上記複数の第1導光部が光学的に結合されていることを特徴とする発光装置。 - 上記第2導光部は、上記第1導光部から入射した複数の励起光を混合し、上記発光部における励起光照射面において連続したなめらかな強度分布を有する励起光を生成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 上記第2導光部は、マルチモードファイバ、光学ロッド、および、反射面である内面を有する中空部材のうちいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 上記第1導光部は、光ファイバを含み、当該光ファイバの出射端でバンドルされていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記第2導光部は、マルチモードファイバであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記第1導光部は、導光した励起光を出射する出射部を備え、
上記第2導光部は、上記第1導光部が出射した励起光を受光する入射部を備え、
上記第1導光部の出射部と、上記第2導光部の入射部とは、直接結合されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記第2導光部は、所望の投光パターンに対応する断面形状を有していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記第1導光部の出射部の形状は多角形であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 上記励起光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする車両用前照灯。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置を含むことを特徴とする照明装置。
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