JP2016162752A - 車両ランプ用レーザー光学系 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の励起光源をハウジングに固定して設置し、ハウジング自体が反射部の役割をするように構成し、光伝達媒介体である導光部を削除することによって、製造原価を節減し、全体的な光学系のサイズの縮小と重量の減少とを図ることができる車両ランプ用レーザー光学系を提供する。【解決手段】 レーザービームを出力する複数の励起光源と、励起光源が固定され励起光源への電流供給を制御するＰＣＢ基板と、励起光源から出力された光と反応して白色光を出力する発光部と、励起光源から出力された光を発光部に反射させる複数の反射部と、ＰＣＢ基板及び発光部が固定結合されたハウジングと、を含み、励起光源と発光部とは、レーザービームの出力方向と白色光の出力方向とが互いに反対方向になるようにハウジングに結合され、レーザービームの出力方向と対面するハウジングの内面が反射部になることを特徴とする。【選択図】 図６

Description

本発明は、車両ランプ用レーザー光学系に係り、より詳しくは、励起光の増大による光量の確保、及び光学系のサイズの縮小を図ることができる車両ランプ用レーザー光学系に関する。
車両のヘッドランプ（ヘッドライト）は、運転者の前方視界確保のために前方を照明するランプであり、通常、ハロゲン、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、又はＬＥＤダイオードを励起光源として使用している。
最近、環境親和的でありながら寿命が長く、また光効率が高いレーザーダイオードを励起光源として使用するヘッドランプが開発されており、特に励起光量の増大による光量確保のために、複数の励起光源を使用した技術が開発されている。
複数の励起光源を使用した従来のレーザー光学系は、図１に示すように、複数の励起光源１、励起光源１で出力された光を集光する非球面レンズ２、非球面レンズ２を介して集光された励起光源１の光を伝達する導光部（光ファイバ）３、導光部３を介して伝達された励起光源１の光と反応して蛍光を出力する発光部４、及び発光部４に入射されたのち後方に散乱した光を発光部４に反射させる反射部５を含んだ構成になっている。
励起光源１は、ブルー（ｂｌｕｅ）波長帯のレーザービームを生成するレーザーダイオードであり、発光部４は、レーザーダイオードから出力された光と反応して白色光を出力する蛍光体となる。
しかし、前記のような従来のレーザー光学系は、励起光源１が、ハウジング６を挟んでハウジング６の外部に位置し、発光部４を含む反射部５が、ハウジング６の内部に位置する構成であり、励起光源１の光を発光部４に伝達するために、光伝達媒体である導光部３を使用することにより費用が上昇するという短所があり、特に全体的な光学系のサイズが大きくなることにより重量が重くなって原価が上昇するという問題点がある。
未説明の図面符号７は、白色光が出力される透明板である。
前記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景についての理解推進のためのものであって、この技術分野で通常の知識を有する者に既に知られた従来技術に該当することを認めることとして受け入れられてはならない。
特開２０１２−０８９４７９号公報
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであって、複数の励起光源をハウジングに固定して設置し、ハウジング自体が反射部の役割をするように構成して、光伝達媒体である導光部を削除することによって製造原価を節減すると共に、全体的な光学系のサイズの縮小によって重量の減少を図ることができる車両ランプ用レーザー光学系を提供するところにその目的がある。
上記の目的を達成するための本発明の車両ランプ用レーザー光学系は、レーザービームを生成する複数の励起光源と、励起光源が固定結合され、励起光源へ電流供給を制御するＰＣＢ基板（プリント基板）と、励起光源から出力された光と反応して白色光を出力する発光部と、励起光源から出力された光を発光部に反射させる複数の反射部と、ＰＣＢ基板と発光部とが固定結合されたハウジングと、を含み、励起光源と発光部とは、レーザービームの出力方向と白色光の出力方向とが互いに反対方向になるようにハウジングに結合され、レーザービームの出力方向と対面するハウジングの内面が反射部になることを特徴とする。
前記励起光源と発光部とで発生した熱を、外部に伝達して放熱する放熱部を更に含むことを特徴とする。
前記放熱部は、一体に構成され、上記一体に構成された放熱部を利用して複数の励起光源及び発光部の熱を放熱することを特徴とする。
前記発光部は一つで構成され、上記一つの発光部は、複数の励起光源の中心に位置することを特徴とする。
前記複数の励起光源は、発光部を中心に互いに交差配列されるように、発光部を中心とする円周に沿って等間隔に配置されたことを特徴とする。
前記複数の反射部は、励起光源と同一の個数で構成され、励起光源と反射部とは、各々一つずつが互いにマッチングするよう構成されたことを特徴とする 。
発光部の入射面の中心と、全ての反射部の焦点位置とは、互いに一致することを特徴とする
前記全ての反射部は、互いにマッチングされた一つの励起光源の出力面の中心（Ｆ１）と、発光部の入射面の中心（Ｆ２）と、を焦点とする楕円（Ｍ１）で形成され、中心（Ｆ１，Ｆ２）を通る軸（Ｌ１）を中心に真円（Ｍ２）で形成されることを特徴とする。
前記反射部の表面は、反射効率を高めるためにアルミニウムが蒸着されるか、または銀で反射コーティング処理されたことを特徴とする。
前記ハウジングは、上側が開放され、内部底面が反射部になるローカバーと、ローカバーに結合されて上側の開放部を密閉し、励起光源が反射部に向かうようにＰＣＢ基板が内側の内面に結合され、発光部が結合され、外側の外面に放熱部が形成されたアッパーカバーと、を含むことを特徴とする。
ローカバーに固定され、励起光源の前方に一つずつ位置し、励起光源で出力された光を集光する集光レンズ、を更に含むことを特徴とする。
前記ハウジングの外部に位置するようにアッパーカバーの外側外面に結合され、発光部を介して出力された白色光を方向自在に再反射させる補助反射部を更に含むことを特徴とする。
前記反射部は、発光部の出力面の中心を焦点として有する放物反射面、又は直射型プロジェクションであることを特徴とする。
本発明は、複数の励起光源の光を一つの発光部に集光して励起光を増大させることによって光効率を増大させる構造において、励起光源、発光部、及び反射部の全てがハウジング内に備えられ、励起光源で出力された光が、ハウジングの反射部を介して発光部に反射されることにより、原価の節減及び重量の減少を図ることができ、全体的な光学系のサイズを縮小することができるという効果がある。
また本発明は、一体化されたの放熱部を利用して複数の励起光源及び発光部の熱を放熱することによって、原価の節減及びレイアウトの縮小による光学系のサイズの縮小をすることができるという効果もある。
従来の車両ランプ用レーザー光学系の図である。 本発明に係る車両ランプ用レーザー光学系の斜視図である。 図２の分解斜視図である。 本発明に係る励起光源の配置状態を説明するための図である。 本発明に係る励起光源の配置状態を説明するための図である。 本発明に係る反射部を説明するための図面で、図２のＩ−Ｉ線の断面図である。 本発明に係る反射部を説明するための図面で、図６のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 本発明に係る補助反射部を説明するための図である。 本発明に係る補助反射部を説明するための図である。
以下に、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例に係る車両ランプ用レーザー光学系について詳細に説明する。
本発明に係る車両ランプ用レーザー光学系は、図２〜図９に示すように、レーザービームを出力する複数の励起光源１０と、前記励起光源１０が固定結合され、励起光源１０への電流供給を制御するＰＣＢ基板２０と、前記励起光源１０から出力された光と反応して白色光を出力する発光部３０と、前記励起光源１０から出力された光を発光部３０に反射させる複数の反射部４０と、前記ＰＣＢ基板２０と発光部３０が固定結合されたハウジング５０と、を含む。
前記励起光源１０は、ブルー（ｂｌｕｅ）波長帯のレーザービームを生成するレーザーダイオードであり、前記発光部３０は、レーザーダイオードで出力された光と反応して白色光を出力する蛍光体である。
本発明に係る励起光源１０と発光部３０とは、レーザービームの出力方向Ａ１（図６参照）と白色光の出力方向Ｂ１（図６参照）とが互いに反対方向になるように、ハウジング５０に結合される。
また、前記レーザービームの出力方向Ａ１と対向するハウジング５０の内面が、反射部４０になる。
したがって、本発明に係る車両ランプ用レーザー光学系は、複数の励起光源１０の光を一つの発光部３０に集光して出力する構成であり、励起光の増大によって大きな光量を確保できるようにすることによって、光効率を大きく増大させることができる。
また、励起光源１０、発光部３０、及び反射部４０の全てがハウジング５０内に備えられることにより、全体的な光学系のサイズを縮小することができる。
特に、本発明は、励起光源１０の光を発光部３０に伝達するために従来のような光伝達媒介体である導光部（光ファイバ）を使用しない構成であるから、これによって原価の節減及び重量減少を図ることができると共に、全体的な光学系のサイズを縮小することができるという特徴がある。
また、本発明は、励起光源１０で出力された光を集光するために従来のような別途の非球面レンズ（集光レンズ）を使用しない構成であるから、これによって原価の節減及び重量の減少を図ることができる。
本発明は、前記励起光源１０と発光部３０とで発生した熱を外部に伝達して放熱する放熱部（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）６０を更に含む。
前記放熱部６０によって励起光源１０、ＰＣＢ基板２０、及び発光部３０の寿命を延長させ、耐久性を向上させることができるようになる。
前記放熱部６０は一体に構成され、上記一体に構成された放熱部６０を利用して複数の励起光源１０及び発光部３０の熱を放熱させる構造であるので、これによって原価の節減
及びレイアウトの縮小による光学系のサイズの縮小ができる。
上記一つの発光部３０を、複数の励起光源１０の中心に位置させることによって、最大限に多くの光量を確保することができるようになる。
一つの発光部３０を複数の励起光源１０の中心に配置する構造において、前記複数の励起光源１０は、半導体ダイオードの特性を考慮して、発光部３０を中心として互いに交差配列されるように、発光部３０が中心となる円周に沿って等間隔に配置される。
一例として、図４に示すように、励起光源１０が４つである場合は、４つの励起光源１０が、発光部３０を中心とした円周に沿って９０度の間隔をおいて配置され、図５に示すように、励起光源１０が３つである場合は、３つの励起光源１０が、発光部３０を中心とした円周に沿って１２０度の間隔で配置される。
前記複数の反射部４０は、励起光源１０と同じ個数で構成され、励起光源１０と反射部４０とは互いに一つずつマッチングされた構成になる。
即ち、励起光源１０一つと反射部４０一つとが一対をなす構成であり、何れか一つの励起光源１０で出力された光は、対をなす何れか一つの反射部４０を介して発光部３０に向かって反射される構造になる。
前記発光部３０の入射面の中心と、全ての反射部４０の焦点位置とは、互いに一致する構造である。即ち全ての反射部４０を介して反射された励起光源１０の光は、全て発光部３０の入射面の中心に集束される構造であり、これによって最大限多くの光量を確保することができるようになる。
発光部３０の入射面の中心と、全ての反射部４０の焦点位置と、が互いに一致するための条件として、図６及び図７に示すように、全ての反射部４０は、互いにマッチングされた一つの励起光源１０の出力面の中心Ｆ１と発光部３０の入射面の中心Ｆ２とを焦点とする楕円Ｍ１で形成され、前記中心Ｆ１、Ｆ２を通る軸Ｌ１を中心に真円Ｍ２で形成された構造になる。
前記反射部４０の表面は、反射効率を高めるために反射性能が優れたアルミニウムが蒸着されるか、または銀によって反射コーティング処理されたことを特徴とする。
必要に応じて銀の反射フィルムが使用されることもできる。
前記ハウジング５０は、上側が開放され内部の底面が反射部４０となるローカバー５１と、前記ローカバー５１に結合されて上側の開放部を密閉し、励起光源１０が反射部４０に向かうようにＰＣＢ基板２０が内側の内面に結合され、発光部３０が結合され、外側の外面に放熱部６０が形成されたアッパーカバー５２と、を含む。
前記ローカバー５１の内部は、アッパーカバー５２の結合によって密閉される構造であり、これによって漏光を防止できるので、光効率の極大化を図ることができるようになる。
本発明は、必要に応じて集光レンズ７０を更に含んで構成することができる。
前記集光レンズ７０は、励起光源１０の前方に一つずつ位置するようにローカバー５１に固定され、励起光源１０で出力された光を集光することにより、光量の確保を助けることができる。
しかし本発明は、励起光源１０、発光部３０、及び反射部４０の全てがハウジング５０に備えられて漏光及び光の損失を最小限にすることにより、光量の確保の極大化を図ることができる構造であるから、集光レンズ７０を使用することによる費用の上昇に比べて、追加される光量確保の効果が大きくないのであれば、集光レンズ７０を使用しなくてもよく、これによって原価節減を図ることができるようになる。
また、本発明は、前記ハウジング５０の外部に位置してアッパーカバー５２の外側外面に結合され、発光部３０から出力される白色光を望む方向に再反射させる補助反射部８０を更に含むことができる。補助反射部８０を使用する場合は、前記補助反射部８０が、図８に示すように、発光部８０の出力面の中心を焦点として有する放物線反射面か、または図９に示すように、直射型のプロジェクションであることを特徴とする。
以上に説明したように、本発明に係る実施例は、複数の励起光源１０の光を一つの発光部３０に集光して出力し、励起光を増大させ、大きな光量を確保することにより、光効率を大きく増大させることができるという特徴がある。
また、励起光源１０、発光部３０、及び反射部４０の全てがハウジング５０内に備えられ、特に励起光源１０で出力された光を、従来のような光伝達媒介体である導光部（光ファイバ）を使用して伝達するのではなく、ハウジング５０の反射部４０を介して発光部３０に反射させる構成であるから、これによって原価の節減及び重量の減少を図ることができ、且つ全体的な光学系のサイズを縮小することができるという特徴がある。
また、励起光源１０で出力された光を集光するために、従来のような別途の非球面レンズ（集光レンズ）を使用しなくてもよい構成であり、これによって原価の節減及び重量を減少させることがができるという特徴がある。
また、一体化された放熱部６０を利用して、複数の励起光源１０及び発光部３０の熱を放熱するようにすることにより、原価の節減及びレイアウトの縮小による光学系のサイズの縮小することができるという特徴もある。
また、一つの発光部３０が複数の励起光源１０の中心に位置するように配置されたことにより、最大限多くの光量を確保することができるという特徴がある。
また、発光部３０の入射面の中心と、全ての反射部４０の焦点位置と、が互いに一致する構造で、全ての反射部４０を介して反射した励起光源１０の光が全て発光部３０の入射面の中心に集束される構造であり、これによって最大限の多くの光量を確保することができるという特徴もある。
本発明は特定の実施例に関して示して説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない限度内で、本発明が多様に改良及び変化されることができるということは、当業界で通常の知識を有する者においては自明なことである。
１０ 励起光源
２０ ＰＣＢ基板
３０ 発光部
４０ 反射部
５０ ハウジング
６０ 放熱部
７０ 集光レンズ
８０ 補助反射部

Claims (13)

  1. レーザービームを生成する複数の励起光源と、
    前記励起光源が固定結合され、励起光源へ電流供給を制御するＰＣＢ基板（プリント基板）と、
    前記励起光源から出力された光と反応して白色光を出力する発光部と、
    前記励起光源から出力された光を発光部に反射させる複数の反射部と、
    前記ＰＣＢ基板と発光部とが固定結合されたハウジングと、
    を含み、
    前記励起光源と発光部とは、レーザービームの出力方向と白色光の出力方向とが互いに反対方向になるようにハウジングに結合され、
    前記レーザービームの出力方向と対面するハウジングの内面が反射部になることを特徴とする車両ランプ用レーザー光学系。
  2. 前記励起光源と発光部とで発生した熱を、外部に伝達して放熱する放熱部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  3. 前記放熱部は、一体に構成され、
    上記一体に構成された放熱部を利用して複数の励起光源及び発光部の熱を放熱することを特徴とする請求項２に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  4. 前記発光部は一つで構成され、
    上記一つの発光部は、複数の励起光源の中心に位置することを特徴とする請求項１に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  5. 前記複数の励起光源は、発光部を中心に互いに交差配列されるように、発光部を中心とする円周に沿って等間隔に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  6. 前記複数の反射部は、励起光源と同一の個数で構成され、励起光源と反射部とは、各々一つずつが互いにマッチングするよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  7. 前記発光部の入射面の中心と、全ての反射部の焦点位置とは、互いに一致することを特徴とする請求項５に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  8. 前記全ての反射部は、互いにマッチングされた一つの励起光源の出力面の中心（Ｆ１）と、発光部の入射面の中心（Ｆ２）と、を焦点とする楕円（Ｍ１）で形成され、前記中心（Ｆ１，Ｆ２）を通る軸（Ｌ１）を中心に真円（Ｍ２）で形成されることを特徴とする請求項７に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  9. 前記反射部の表面は、反射効率を高めるためにアルミニウムが蒸着されるか、または銀で反射コーティング処理されたことを特徴とする請求項１に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  10. 前記ハウジングは、上側が開放され、内部底面が反射部になるローカバーと、
    前記ローカバーに結合されて上側の開放部を密閉し、励起光源が反射部に向かうようにＰＣＢ基板が内側の内面に結合され、発光部が結合され、外側の外面に放熱部が形成されたアッパーカバーと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  11. 前記ローカバーに固定され、励起光源の前方に一つずつ位置し、励起光源で出力された光を集光する集光レンズ、を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  12. 前記ハウジングの外部に位置するようにアッパーカバーの外側外面に結合され、発光部を介して出力された白色光を方向自在に再反射させる補助反射部を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の車両ランプ用レーザー光学系。
  13. 前記補助反射部は、発光部の出力面の中心を焦点として有する放物反射面、又は直射型プロジェクションであることを特徴とする請求項１２に記載の車両ランプ用レーザー光学系。

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