JP2016072205A - ヘッドランプ用レーザ光学系 - Google Patents

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Abstract

【課題】光損失の最小化によって光効率を増大させるとともに、光学系のサイズの縮小によってデザイン自由度を高めることのできるヘッドランプ用レーザ光学系を提供する。【解決手段】レーザダイオード１０と、レーザダイオードから出力されたレーザビームを拡散させるとともに、レーザビームの幅および高さを所望の形状に特定できるように、表面にマイクロパターンが形成されたパターンフィルムと、パターンフィルムを通して拡散したレーザビームが通過するようにフィルムホールが形成された反射フィルム３０と、反射フィルムを通過したレーザビームと反応して白色光を出力するもので、フィルム状に形成された蛍光体フィルムと、蛍光体フィルムを透過した白色光を集光して前方に照射する非球面レンズ５０とを含む。レーザダイオード１０から非球面レンズ５０まで一列に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッドランプ用レーザ光学系に係り、より詳しくは、光損失の最小化によって光効率を増大させるとともに、光学系のサイズの縮小によってデザイン自由度を高めることのできるヘッドランプ用レーザ光学系に関する。
車両のヘッドランプ（前照灯）は、運転者の前方の視界確保のために前方を照明するランプであって、通常、ハロゲン、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、又はＬＥＤダイオードを光源として用いる。
しかし、ハロゲン、ＨＩＤ、ＬＥＤダイオードなどは消費電力が高いので、光効率が低い欠点があり、特に、光源とレンズを含む光学系全体のサイズが大きく、デザイン自由度が低く、重量が重いという欠点がある。
最近は、環境に優しく、かつ寿命が長く、また、光効率が高いレーザダイオードを光源として用いるヘッドランプの開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
従来のヘッドランプ用レーザ光学系は、図１に示したとおり、ブルー（ｂｌｕｅ）の波長帯のレーザビームを生成するレーザダイオード１と、レーザダイオード１から出力された光と反応して白色光を出力するイエロー（ｙｅｌｌｏｗ）蛍光体２と、イエロー蛍光体２から出力された白色光を前方に反射させる反射体３と、反射体３の前方に位置し、反射体３により反射した白色光を集光および拡散して前方に照射する非球面レンズ４と、ロービームの実現のために、反射体３と非球面レンズ４との間に位置するシールド５とを含む構成となっている。
しかし、従来のレーザ光学系は、レーザダイオード１から出力された光がイエロー蛍光体２に入射して励起された後、反射体３の反射によって非球面レンズ４がある前方に出力される構成であり、反射体３の前方は白色光の出射のために開口しており、これによって、レーザダイオード１から出力された光が蛍光体２に励起された後、反射体３の外部に出射する光損失区間Ａ１が発生し、全体的に光学系の光損失が大きくなり、光効率が減少する欠点がある。
つまり、従来の構造は、白色光の前方出射のために反射体３を用いる構成であり、反射体３を用いると、反射体３の外部に白色光が出射する光損失区間Ａ１が発生するため、全体的に光学系の光損失が大きくなり、光効率が減少する欠点があった。
また、体積の大きい反射体３を用いるため、重量が重くなり、光学系のサイズも大きくなることによってデザイン自由度が小さくなり、さらに、コストが上昇するという欠点があった。
特開２００９−２２４０５３号公報 特開２０１４−１５７８４２号公報 特開２０１２−００９３５４号公報
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、レーザダイオードから出力されたレーザビームが蛍光体に励起された後、直接非球面レンズに出射することで、従来使用されていた反射体を用いない構成にすることにより、反射体の使用に伴う光損失区間を無くすことができ、光損失の最小化および光効率の向上を図り、特に、光学系のサイズの縮小を図ることで重量減少とコスト低減、およびデザイン自由度を高めることのできるヘッドランプ用レーザ光学系を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明のヘッドランプ用レーザ光学系は、レーザダイオードと、レーザダイオードから出力されたレーザビームを拡散させるとともに、レーザビームの幅および高さを所望の形状に特定できるように、表面にマイクロパターンが形成されたパターンフィルムと、パターンフィルムを通して拡散したレーザビームが通過するようにフィルムホールが形成された反射フィルムと、反射フィルムを通過したレーザビームと反応して白色光を出力するもので、フィルム状に形成された蛍光体フィルムと、蛍光体フィルムを透過した白色光を集光して前方に照射する非球面レンズとを含み、レーザダイオードから非球面レンズまで一列に配置されたことを特徴とする。
パターンフィルムと反射フィルムとが互いに対面するように結合される後方ホルダと、反射フィルムの前方に蛍光体フィルムが位置するように蛍光体フィルムが結合される前方ホルダと、後方ホルダおよび前方ホルダを連結する複数のホルダブラケットとをさらに含むことを特徴とする。
蛍光体フィルムと対面する反射フィルムの前面に結合されたもので、蛍光体フィルムに励起されずに後方に散乱したレーザビームをさらに前方に再反射させて、光効率を向上させる反射コーティングをさらに含むことを特徴とする。
マイクロパターンは、ロービームの実現のために、楕円形突起から形成されたことを特徴とする。
マイクロパターンは、ハイビームの実現のために、正円形突起から形成されたことを特徴とする。
フィルムホールは、マイクロパターンの形状と同じ形状に形成されたことを特徴とする。
ロービームを実現する場合、蛍光体フィルムと対面するように前方ホルダに結合されるもので、カットオフラインが形成されたシールドをさらに含むことを特徴とする。
反射コーティングは、レーザダイオードの非点灯時に蒸着による隠し（ｈｉｄｄｅｎ）効果を実現できるように、銀色からなる銀反射コーティングであることを特徴とする。
本発明によると、レーザダイオードから出力されたレーザビームが蛍光体フィルムに励起された後、白色光が直接非球面レンズを通して前方に出力される構成にすることにより、光学系の光損失を最小化することが可能になり、これにより、光効率の増大を図ることができ、また、光学系のサイズの縮小によって重量減少およびコスト低減を図ることができ、さらに、デザイン自由度を高めることができる効果がある。
従来のヘッドランプ用レーザ光学系を説明するための図である。 本発明に係るヘッドランプ用レーザ光学系の斜視図である。 本発明に係るヘッドランプ用レーザ光学系の分解斜視図である。 本発明に係るマイクロパターンを説明するための図である。 本発明に係る楕円形突起から形成されるマイクロパターンの図である。 本発明に係る正円形突起から形成されるマイクロパターンの図である。 本発明に係る反射フィルムおよび反射コーティングを説明するための図である。
以下、添付した図面を基に、本発明の好ましい実施形態に係るヘッドランプ用レーザ光学系について説明する。
本発明に係るヘッドランプ用レーザ光学系は、図２〜図７に示したとおり、ブルー（ｂｌｕｅ）の波長（通常、４５０ｎｍ帯の短波長）帯のレーザビームＬ１を生成するレーザダイオード１０と、レーザダイオード１０から出力されたレーザビームＬ１を拡散させるとともに、レーザビームの幅および高さを所望の形状に特定できるように、表面にマイクロパターン２１が形成されたパターンフィルム２０と、パターンフィルム２０を通して拡散したレーザビームＬ２が通過するようにフィルムホール３１が形成された反射フィルム３０と、反射フィルム３０を通過したレーザビームと反応して白色光Ｌ３を出力するもので、フィルム状に形成された蛍光体フィルム４０と、蛍光体フィルム４０を透過した白色光を集光して前方に照射する非球面レンズ５０とを含み、レーザダイオード１０から非球面レンズ５０まで一列に配置された構造が特徴である。
ここで、パターンフィルム２０と反射フィルム３０および蛍光体フィルム４０は、ホルダを介して固定されて設けられ、ホルダは、光学系をなすハウジングに固定されて設けられることから、ホルダは、パターンフィルム２０と反射フィルム３０とが互いに対面するように結合される後方ホルダ６０と、反射フィルム３０の前方に蛍光体フィルムが位置するように蛍光体フィルム４０が結合される前方ホルダ７０と、後方ホルダ６０および前方ホルダ７０を連結する複数のホルダブラケット８０とから構成される。
また、本発明は、蛍光体フィルム４０と対面する反射フィルム３０の前面に結合されたもので、レーザダイオード１０の点灯時に蛍光体フィルム４０に励起されずに後方に散乱したレーザビームをさらに前方に再反射させて、光効率を向上させる反射コーティング９０をさらに含む（図７のＬ４参照）。
つまり、レーザダイオード１０から出力されたレーザビームＬ１は、パターンフィルム２０を通過しながら特定形状に拡散したレーザビームＬ２となり、拡散したレーザビームＬ２は、反射フィルム３０のフィルムホール３１を通過した後、大部分が蛍光体フィルム４０に励起されて、白色光Ｌ３を出力する。
しかし、一部の拡散したレーザビームＬ２は蛍光体フィルム４０に励起されずに反射フィルム３０のある後方に散乱する現象が発生する。本発明に係る反射コーティング９０は、後方に散乱したレーザビームをさらに蛍光体フィルム４０に再反射させる役割を果たすもので、これによって後方に散乱したレーザビームによる光損失を大きく低減できる。追加的に光量の確保が可能になることにより、全体的なヘッドランプの光効率を大きく向上させることができる。
一方、本発明に係る反射コーティング９０は、レーザダイオード１０の非点灯時に蒸着による隠し（ｈｉｄｄｅｎ）効果を実現することにより、ランプの高級感を実現するのに大きく役立てるものが好ましい。反射コーティング９０は、銀反射コーティングであることが好ましい。
本発明に係るマイクロパターン２１は、ロービームの実現の際には、図５のとおり、左右に長い形状の楕円形突起２１ａから形成されるか、またはハイビームの実現の際には、図６のとおり、正円形突起２１ｂから形成されてよい。
そして、反射フィルム３０に形成されたフィルムホール３１は、マイクロパターン２１のパターン形状と同じ形状に形成されたものが好ましく、これによって特定形状のビームパターンを形成することができる。
一方、本発明に係る光学系を用いてロービームを実現しようとする場合には、カットオフライン１０１が形成されたシールド１００をさらに含む。シールド１００は、蛍光体フィルム４０と対面するように前方ホルダ７０の前面部に一体に結合される。
しかし、本発明に係る光学系を用いてハイビームを実現する場合、シールド１００は適用しないことを原則とする。
また、本発明に係るヘッドランプ用レーザ光学系は、図面に示していないが、レーザダイオード１０への電流供給を制御するＰＣＢ基板と、レーザダイオード１０と蛍光体フィルム４０で発生した熱を外部に伝達して放熱するヒートシンクなどをさらに含んで構成される。
以上説明したとおり、本発明に係るヘッドランプ用レーザ光学系は、レーザダイオード１０から出力されたレーザビームが蛍光体フィルム４０に励起された後、白色光として直接非球面レンズ５０を通して前方に出力される構成で、従来使用されていた反射体を用いないため、反射体の使用に伴う光損失区間を無くすことができ、これによって光損失の最小化および光効率の向上を図ることができる。
また、本発明は、反射体を用いないため、すべての構成要素が一列に位置する構成で、これによって光学系のサイズの縮小が可能になり、重量減少とコスト低減、およびデザイン自由度を高めることができる。
さらに、本発明は、蛍光体フィルム４０に励起されずに後方に散乱した一部のレーザビームが反射コーティング９０によって蛍光体フィルム４０に再反射して、蛍光体フィルム４０によって励起された後、白色光として出力されることから、後方に散乱したレーザビームによる光損失を大きく低減できる。これによって追加的に光量の確保が可能になり、その結果、全体的なヘッドランプの光効率を大きく向上させることができる。
またさらに、本発明に係る反射コーティング９０は、レーザダイオード１０の非点灯時に蒸着による隠し（ｈｉｄｄｅｎ）効果を実現することにより、ヘッドランプの高級感を実現するのに大きく役立てる利点もある。
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を有する者なら、本発明の技術的範囲内で多くの修正と変形ができることはいうまでもない。
１，１０：レーザダイオード
２：イエロー蛍光体
３：反射体
４，５０：非球面レンズ
５，１００：シールド
２０：パターンフィルム
２１：マイクロパターン
２１ａ：楕円形突起
２１ｂ：正円形突起
３０：反射フィルム
３１：フィルムホール
４０：蛍光体フィルム
６０：後方ホルダ
７０：前方ホルダ
８０：ホルダブラケット
９０：反射コーティング
１０１：カットオフライン
Ａ１：光損失区間
Ｌ１：レーザビーム
Ｌ２：拡散したレーザビーム
Ｌ３：白色光
Ｌ４：再反射されたレーザビーム

Claims (8)

  1. レーザダイオードと、
    前記レーザダイオードから出力されたレーザビームを拡散させるとともに、レーザビームの幅および高さを所望の形状に特定できるように、表面にマイクロパターンが形成されたパターンフィルムと、
    前記パターンフィルムを通して拡散したレーザビームが通過するようにフィルムホールが形成された反射フィルムと、
    前記反射フィルムを通過したレーザビームと反応して白色光を出力するもので、フィルム状に形成された蛍光体フィルムと、
    前記蛍光体フィルムを透過した白色光を集光して前方に照射する非球面レンズとを含み、
    前記レーザダイオードから前記非球面レンズまで一列に配置されたことを特徴とするヘッドランプ用レーザ光学系。
  2. 前記パターンフィルムと前記反射フィルムとが互いに対面するように結合される後方ホルダと、
    前記反射フィルムの前方に前記蛍光体フィルムが位置するように前記蛍光体フィルムが結合される前方ホルダと、
    前記後方ホルダおよび前方ホルダを連結する複数のホルダブラケットとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  3. 前記蛍光体フィルムと対面する前記反射フィルムの前面に結合されたもので、前記蛍光体フィルムに励起されずに後方に散乱したレーザビームをさらに前方に再反射させて、光効率を向上させる反射コーティングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  4. 前記マイクロパターンは、ロービームの実現のために、楕円形突起から形成されたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  5. 前記マイクロパターンは、ハイビームの実現のために、正円形突起から形成されたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  6. 前記フィルムホールは、前記マイクロパターンの形状と同じ形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  7. ロービームを実現する場合、前記蛍光体フィルムと対面するように前記前方ホルダに結合されるもので、カットオフラインが形成されたシールドをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
  8. 前記反射コーティングは、前記レーザダイオードの非点灯時に蒸着による隠し（ｈｉｄｄｅｎ）効果を実現できるように、銀色からなる銀反射コーティングであることを特徴とする請求項３に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
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