JP2016192260A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学効率の低下を抑制し、明瞭なカットオフラインを形成する小型な照明装置を提供する。【解決手段】この照明装置は、光を発生する光源と、前記光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズから出射された前記光の光路幅の一部を占める光路の向きまたは位置を変え、集光する機能を有する光路シフト部材と、前記光路シフト部材により光路を変えた前記光と、前記光の光路幅の他部を通過した前記光とを蛍光に変換する蛍光体と、前記蛍光体から発された前記蛍光を投光する投光部材と、を具備する構成を採る。【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置に関する。

近年、効率の良さ及び指向性の高さから、照明装置としての自動車用ヘッドライトの光源にレーザー光源を適用することが注目されている。レーザー光源を用いることにより、自動車のヘッドライトの自由配光と小型化を実現することができる。このようなヘッドライトとして、特許文献１〜３に開示のものが知られている。

特許文献１には、水平反射部の前縁が車両の略左右方向に延伸する略直線状であり、投影レンズが水平反射部の前縁形状に基づいて、カットオフラインを形成するヘッドライトが開示されている。

特許文献２には、蛍光体の発した光を、カットオフラインの少なくとも一部を形成するように配置された複数セグメントを有する反射鏡が車両前方に反射するヘッドライトが開示されている。

特許文献３には、複数のレンズでレーザー光の光強度分布を形成し、光強度分布に応じた強さでレンズの焦点位置の周辺部分を励起し、投光パターンを自在に制御するヘッドライトが開示されている。

特開２００４−２４１１４２号公報 特開２００５−１５００４１号公報 特開２０１２−１０９２０９号公報

しかしながら、すれ違いビーム（ロービーム）のカットオフラインを形成するには、上述した特許文献１〜３には以下のような課題がある。

特許文献１に開示のヘッドライトでは、光源光束の一部を遮る必要があるため、光学効率が低下する。また、特許文献２に開示のヘッドライトでは、複数のセグメントを有した反射鏡が小型化を妨げる要因となる。さらに、特許文献３のヘッドライトでは、明瞭なカットオフラインを形成できない。

本発明の目的は、光学効率の低下を抑制し、明瞭なカットオフラインを形成する小型な照明装置を提供することである。

本発明の一態様に係る照明装置は、光を発生する光源と、前記光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズから出射された前記光の光路幅の一部を占める光路の向きまたは位置を変え、集光する機能を有する光路シフト部材と、前記光路シフト部材により光路を変えた前記光と、前記光の光路幅の他部を通過した前記光とを蛍光に変換する蛍光体と、前記蛍光体から発された前記蛍光を投光する投光部材と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、光路シフト部材が、コリメータレンズから出射された光の光路幅の一部を占める光路の向きまたは位置を変え、集光する機能を有することから、１つの光路を分割して一方の光路の向きまたは位置を変え、向きまたは位置を変えた光路の光と、他方の光路の光を集光するので、明瞭なカットオフラインを形成することができる。また、光源から発生した光が、光路の途中で遮られることがないので、光学効率の低下を抑制することができる。さらに、これらの結果、小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る車両の正面図 図１のヘッドライトの構成を示す斜視図 図１のヘッドライトの側面図 図１のヘッドライトの上面図 レーザー光源から蛍光体までの光路を示す模式図 図２の蛍光体の構成を示す模式図 （ａ）コリメータレンズ出射光の強度分布図、（ｂ）蛍光体上の強度分布図、（ｃ）投光レンズ出射光の強度分布図 法規で定められるヘッドライトの照射領域と光度を示す図 本発明の実施の形態に係るヘッドライトを制御するための構成を示すブロック図 図９の制御部における制御手順を示すフロー図 ヘッドライトが形成する路面照射パターンを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１の正面図である。図１において、車両１の本体ボディの前部の左右両側には、ヘッドライト２が配置されている。ヘッドライト２は、光の照射方向が車両の前方を向いて配置される。

図２は、図１のヘッドライト２の構成を示す斜視図であり、図３は、図１のヘッドライト２の側面図であり、図４は、図１のヘッドライト２の上面図である。

レーザー光源１１は、レーザーダイオードであり、レーザー光を発する。

コリメータレンズ１２は、平行光を得るために収差補正されたレンズであり、レーザー光源１１から発されたレーザー光を平行光に変換する。ただし、平行光は、照射する光束の照射角度がすべて同じで揃っているものを指すが、厳密にすべての光束の照射角度が揃っている必要はなく、光束の大部分が後段のレンズとの組合せにより蛍光体に照射するようになっていれば平行光とする。

光路シフト板１３は、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１４との間であって、上面から見て、光路の幅の半分を占める位置に配置される。また、光路シフト板１３は、側面から見て、鉛直方向に対して斜めに傾いて配置される。光路シフト板１３は、空気との屈折率差によって、コリメータレンズ１２から出射された光の一部の光路を鉛直方向に変更し、光路の向きまたは位置を変える。これにより、光路シフト板１３を通らない光の光軸と、光路シフト板１３を通った光の光軸とがずれることになる。光路シフト板の材料としては、使用するレーザー光に対して透過率の高いガラス、または石英を用いるとよい。また、レーザー光の通過面には、レーザー光のエネルギー損失を防止するための反射防止膜を形成しておくとよい。

シリンドリカルレンズ１４（集光レンズに相当）は、一方が平面で、他方が凸面のレンズであり、このレンズに光を入射させると、一方向だけの集光、または発散が行われる。シリンドリカルレンズ１４は、凸面に平行光を入射させると、少なくとも１軸に集光する。シリンドリカルレンズ１４は、光路シフト板１３から出射された光の光軸が凸面の中心に入射するように配置される。なお、光路シフト板１３及びシリンドリカルレンズ１４をあわせた機能を、本発明に係る光路シフト部材が有するものとする。

蛍光体１５は、シリンドリカルレンズ１４を経由したレーザー光が照射され、白色光を生じる。ここでは、蛍光体１５は、青色のレーザー光を白色光に変換し、白色光源となる。すなわち、蛍光体１５は、青色のレーザー光を青色の拡散光と黄色の蛍光に変換し、白色光を発生する。また、レーザー光が青紫色の場合には、蛍光体１５は、青色の蛍光と黄色の蛍光を発生することで白色光源となる。なお、蛍光体１５は、レーザー光を白色光に限らず、淡黄色光、オレンジ光などに変換してもよい。

投光レンズ１６は、蛍光体１５によって発せられた白色光を集光して、車両前方を照射する。

図５は、レーザー光源１１から蛍光体１５までの光路を示す模式図である。図５では、蛍光体上での励起光の光強度分布図及び強度プロファイルも示す。図５（ａ）は、光路シフト板１３を設けない側の光路を示す側面図であり、図５（ｂ）は、光路シフト板１３を設けた側の光路を示す側面図である。

図５（ａ）は、光路シフト板１３を設けておらず、レーザー光の光軸をシリンドリカルレンズ１４の中心からずらして入射する様子を示す。このように、光路シフト板１３、シリンドリカルレンズ１４及び蛍光体１５を配置することにより、蛍光体１５の一端が最も明るく、他端に向けて徐々に暗くなる。すなわち、投光レンズ１６から照射された光は、カットオフライン付近に偏って最も明るく発光する。よって、ヘッドライト２に好ましい配光を実現することができる。

これに対して、図５（ｂ）は、光路シフト板１３を設けており、光路シフト板１３によって光路がずれたことにより、レーザー光の光軸がシリンドリカルレンズ１４の中心に入射する様子を示す。これにより、投光レンズ１６から照射された光は均一な強度となる。また、図５（ａ）に示す最も明るく発光する部分が偏っているのに対して、蛍光体１５の中心から外側付近にわたって発光する。

このように、ヘッドライト２は、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１４との間に光路シフト板１３を配置するという簡易な構成により、コリメータレンズ１２から出射された平行光の光路の幅を２分割し、一方の光路の向きを変える。すなわち、ヘッドライト２は、１つのレーザー光源１１から照射されたレーザー光の１つの光路から２つの異なる光路を形成する。これにより、ヘッドライト２は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す特性を両方とも兼ね備え、ヘッドライトに適した配光を実現し、かつ、省スペース化に寄与して、小型化を図ることができる。

図６は、図２の蛍光体１５の構成を示す模式図である。図６において、網掛け部Ｈ１はレーザー照射領域であり、網掛け部Ｈ２は蛍光体であり、網掛け部Ｈ３は遮光材である。

蛍光体１５は、カットオフラインに沿ってパターニングされ、蛍光体１５の外側に遮光材が配置される。これにより、通常、蛍光体１５の中では光が散乱し、蛍光体１５への入射パターンに対して出射パターンがぼけるが、カットオフラインがぼけるのを防止することができる。また、車両の振動で蛍光体１５に照射するレーザー光の位置が変動したとしても、カットオフラインは遮光材の位置と形状で規制できるため、カットオフラインが揺れることを防止できる。また、カットオフライン以外は、遮光材から少し離れた部分がレーザー照射領域の端となる。これにより、カットオフライン以外はぼけさせることにより、自然な配光とすることができる。

図７（ａ）は、コリメータレンズ出射光の強度分布図であり、図７（ｂ）は、蛍光体上の強度分布図であり、図７（ｃ）は、投光レンズ出射光の強度分布図である。

図７（ｂ）に示す領域Ｒ１は、図７（ａ）に示す強度分布が光路シフト板１３を経由せずに形成され、図７（ｂ）に示す領域Ｒ２は、図７（ａ）に示す強度分布が光路シフト板１３を経由して形成される。

また、図７（ｃ）に示す領域Ｒ３、Ｒ４は、蛍光体１５から発された光を投光レンズ１６にて上下左右に反転したものであり、図７（ｂ）に示す領域Ｒ２、Ｒ１にそれぞれ対応する。図７（ｃ）に示す領域Ｒ３、Ｒ４によって、カットオフラインを形成していることが分かる。すなわち、光路シフト板１３によって光路を変えたレーザー光と、光路シフト板１３を介さない光路を通るレーザー光とによって、明瞭なカットオフラインを形成する。また、レーザー光源１１から照射されたレーザー光は、光路の途中で遮光されることがないので、レーザー光のエネルギーの損失が抑えられ、光学効率の低下を抑制することができる。

図８は、法規で定められるヘッドライトの照射領域と光度を示す図である。ただし、図８は、ヨーロッパにおける配光要件であり、日本では左右が逆になる。

図８では、ヘッドライトを照射する垂直スクリーン上の所定の点を原点として、縦軸を垂直方向に、横軸を水平方向に定義する。また、図中、正方形の１マスは、縦横それぞれ１°を表している。

図８において、ゾーン１は、例えば、最大１７６００カンデラ、ゾーン３は、最大６２５カンデラ、ゾーン４は、例えば、最小１７００カンデラなどが定義され、ゾーン２とゾーン３との境界がカットオフラインである。

本実施の形態に係るヘッドライト２は、図７（ｃ）に示すように照射し、法規で定められる照射領域と光度を満たすことができる。

図９は、本発明の実施の形態に係るヘッドライト２を制御するための構成を示すブロック図である。操作部２１は、ヘッドライト２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチである。

制御部２２は、操作部２１がヘッドライト２をＯＮに切り替えたら、ＯＮ信号の入力を受けて、レーザー光源１１の出力を制御する。

レーザー光源１１は、制御部２２の制御に従って、レーザー光の出力を切り替える。

図１０は、図９の制御部２２における制御手順を示すフロー図である。ステップＳ０１において、制御部２２は、操作部２１からヘッドライト２がＯＮであることを示すＯＮ信号を入力したか否かを判定する。ＯＮ信号を入力した場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２に移行し、ＯＮ信号を入力していない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）、制御部２２の処理を終了する。

ステップＳ０２において、制御部２２は、レーザー光源１１をＯＮにし、ステップＳ０３において、レーザー光源１１の出力を制御する。

ステップＳ０４において、制御部２２は、操作部２１からヘッドライト２がＯＦＦであることを示すＯＦＦ信号を入力したか否かを判定する。ＯＦＦ信号を入力した場合（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、ステップＳ０５に移行し、ＯＦＦ信号を入力していない場合（ステップＳ０４：ＮＯ）、ステップＳ０３に戻る。

ステップＳ０５において、制御部２２は、レーザー光源１１をＯＦＦにし、制御手順の処理を終了する。

図１１は、ヘッドライト２が形成する路面照射パターンを示す図である。図１１に示すように、車両１の前方左側は、車両から距離Ａ（例えば、Ａは９０ｍ）となる長い照射領域を形成し、車両１の前方右側は、車両から距離Ｂ（例えば、Ｂは４９ｍ））となる短い照射領域を形成している。これにより、車両１の前方左側を通行する歩行者を離れた位置から照らすことができる一方、車両１の前方右側を対向する車両に対して眩惑を防止することができる。

このように、本実施の形態によれば、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１４との間であって、両者間の光路の半分に光路シフト板１３を配置し、光路シフト板１３がコリメータレンズ１２から出射された光の光路の向きを変えることにより、明瞭なカットオフラインを形成することができる。また、レーザー光源１１から発した光をほぼ全て照射することができるので、光学効率の低下を抑制することができる。また、リフレクタを用いることなく、ヘッドライトを構成できるので、小型化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、投光レンズを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、反射鏡を用いてもよい。

また、本実施の形態では、光路シフト板１３は、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１４とを結ぶ光路の幅の半分を占める位置に配置されると説明したが、本発明はこれに限らず、コリメータレンズ１２とシリンドリカルレンズ１４とを結ぶ光路の幅の一部を占める位置に配置されればよい。

本発明は、光学効率の低下を抑制し、明瞭なカットオフラインを形成し、かつ、小型化を図るのに有用である。

１ 車両
２ ヘッドライト
１１ レーザー光源
１２ コリメータレンズ
１３ 光路シフト板
１４ シリンドリカルレンズ
１５ 蛍光体
１６ 投光レンズ
２１ 操作部
２２ 制御部

Claims (9)

1. 光を発生する光源と、
   前記光を平行光に変換するコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズから出射された前記光の光路幅の一部を占める光路の向きまたは位置を変え、集光する機能を有する光路シフト部材と、
   前記光路シフト部材により光路を変えた前記光と、前記光の光路幅の他部を通過した前記光とを蛍光に変換する蛍光体と、
   前記蛍光体から発された前記蛍光を投光する投光部材と、
   を具備する照明装置。
2. 前記光路シフト部材は、前記光の光路幅の水平方向の一部を占める位置に配置され、前記コリメータレンズから出射された前記光の光路を鉛直方向に変更する、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光路シフト部材により光路を変えた前記光と、前記光の光路幅の他部を通過した前記光とが、カットオフラインを形成する、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光路シフト部材は、
   光路シフト板と、
   前記光路シフト板により光路を変えた前記光と、前記光の光路幅の他部を通過した前記光とを１軸方向に集光する集光レンズと、
   を備える請求項１に記載の照明装置。
5. カットオフライン付近が最も明るくなるように前記光路シフト板及び前記集光レンズが配置される、
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記蛍光体は、一部の形状がカットオフラインと相似である、
   請求項１に記載の照明装置。
7. 前記光源は、半導体レーザーである、
   請求項１に記載の照明装置。
8. 前記投光部材は、投光レンズである、
   請求項１に記載の照明装置。
9. 前記投光部材は、反射鏡である、
   請求項１に記載の照明装置。