JP2018116780A - 灯具用光源および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度勾配のある光源および同光源を備える車両用前照灯を提供するものである。【解決手段】複数の励起用光源（８、９）の光を受けて発光する光源本体である波長変換層１６に、複数の励起用光源（８、９）の照射領域（Ｂ１１´、Ｂ１２´）の一部が重なるよう、すなわち、複数の照射領域が重なる領域Ａ２と重ならない領域Ａ１を作ることで、波長変換層１６に輝度勾配を作る。またこの輝度勾配のある波長変換層１６の発光Ｗ１を車両前方に配光して、所定の光度分布を持つ配光パターンを形成する車両用前照灯１を提供する。【選択図】図１

Description

励起光照射領域が発光する波長変換層を備えた灯具用光源および同光源を備えた車両用前照灯に関する。

特許文献１には、複数の励起用光源の光を異なる方向から光源本体である蛍光体に照射して、蛍光体を白色に発光させる光源と、この発光を前方に配置する光学系（リフレクタやレンズ等）とを、左右に複数並列に配置した車両用前照灯が開示されている。

特開２００４−２４１１４２号

特許文献１では、各励起用光源の蛍光体上の照射領域の大きさや形状、さらに照射位置に言及はなく、各励起用光源は蛍光体の同一範囲を照射して、蛍光体は均一な輝度で発光することが前提となっており、中央部を明るくする（ホットゾーン）など、所望の光度分布をもつ配光パターンを形成するために、複数の光源を配置する必要があった。

しかし、光源を複数配置することは、設置スペースの関係上、困難な場合がある。

本願は、上記問題に鑑みて、単一の光源でも所望の光度分布をもつ配光パターンを形成するために、光源本体の輝度勾配を調整できないかという発想のもとになされたものである。これにより、所望の輝度勾配をもつ灯具用光源および同光源を備えた車両用前照灯を提供するものである。

請求項１として、含有する蛍光物質が励起光を受けて発光することで、励起光照射領域が白色に発光する光源本体である波長変換層と、波長変換層に向けて励起光をそれぞれ照射する複数の励起用光源とを備え、波長変換層上の複数の励起光照射領域の一部が重なるように励起用光源を配置して、波長変換層の発光領域に輝度勾配を作ることを特徴とする灯具用光源を提供する。

請求項２として、波長変換層上の複数の励起光源照射領域の内、少なくとも一つが、他の励起光源照射領域とは、大きさ又は形状の少なくともいずれか一方において異なることを特徴とする請求項１に記載の灯具用光源を提供する。

請求項３として、波長変換層上の励起光源照射領域の縦横比が１：２以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の灯具用光源を提供する。

請求項４として、波長変換層上の複数の励起光源照射領域全体の縦横比が１：４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の灯具用光源を提供する。

請求項５として、請求項１〜４のいずれかに記載の灯具用光源と、灯具用光源の発光を前方に配光する光学部材とを備えたことを特徴とする車両用前照灯を提供する。

本開示の構成によれば、所望の輝度勾配をもつ光源および同光源を備えた車両用前照灯を提供できる。

第１の実施形態に係る車両用前照灯の水平断面図。 第１の実施形態に係る波長変換層が照射された範囲についての説明図。 第１の実施形態に係る車両用前照灯が車両前方に形成する配光パターン。 第２の実施形態に係る車両前照灯の水平断面図。 第２の実施形態に係る波長変換層が照射された範囲についての説明図。 第２の実施形態に係る車両用前照灯が車両前方に形成する配光パターン。

以下、本発明に係る車両用前照灯の好ましい実施形態を図面に従って説明する。各図においては、車両用前照灯の各方向を（左方：右方：前方：後方＝Ｌｅ：Ｒｉ：Ｆｒ：Ｒｅ）として説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る車両用前照灯１の水平断面図である。図１に示すように、車両用前照灯１は、ランプボディ２と、前面カバー３、光源装置４、支持部材７、投影レンズ１９、およびエクステンションリフレクター１７を備える。光源装置４は、励起用光源（８、９）、集光レンズ（１１、１２）、反射材（１４、１５）、波長変換層１６、を有する。

ランプボディ２は、車両の前方側に開口部を有する。前面カバー３は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成され、ランプボディ２の開口部に取付けられることによって、内側に灯室Sを形成する。

支持部材７は、左右方向に伸びる板状の基礎板部７ａと、基礎板部７ａから前方に厚みのある左右一対の取付部７ｂと、基礎板部７ａの中央部から前方に取付部７ｂよりの厚みのある固定部７ｃと、後方に奥行きが厚い放熱部７ｄによって形成される。励起用光源（８、９）は取付部７ｂの前面に、集光レンズ（１１、１２）は取付部７ｂ又は固定部７ｃに、反射板（１４、１５）は固定部７ｃに左右に分かれて、波長変換層１６は放熱部７ｄの前面に、それぞれ固定される。励起用光源（８、９）および波長変換層１６の点灯中の熱は、前後に厚く形成されたヒートシンクである放熱部７ｄを介して放熱される。投影レンズ１９は、不図示のホルダーで保持され、ホルダーは支持部材７に固定されている。支持部材７は、ランプボディ２に回動自在に保持された３つのエイミングスクリュー１８を基礎板部７ａに螺着されることにより、ランプボディ２に対して傾動自在に支持される。

励起用光源（８、９）は、青色半導体レーザー光源であり、不図示の制御装置に繋がれ、個別に制御される。

集光レンズ（１１、１２）は、光の出射面を凸形状とした透明又は半透明の平凸レンズである。集光レンズ（１１、１２）は、励起用光源（８、９）の光を集光する。

反射板（１４、１５）は、集光レンズ（１１、１２）と波長変換層１６の両方に対向するように配置され、集光レンズ（１１、１２）で集光された光（Ｂ１１、Ｂ１２）を反射して波長変換層１６へ入射させる。

波長変換層１６は、固定部７ｃの前面に固定されることにより、左右に配置された反射板（１４、１５）に対向するように配置され、双方から光（Ｂ１１、Ｂ１２）を受けることができる。

波長変換層１６は、光源装置４の光源本体であり、含有する蛍光物質が励起光である励起用光源（８、９）の光を受けて発光する。波長変換層１６は、励起用光源（８、９）の発光色に基づいて、白色光を出射するように構成される。本実施形態において、励起用光源（８、９）の発光色は青色であるから、波長変換層１６は励起によって黄色光を発光する蛍光物質を含有する。励起用光源（８、９）の光を浴びて励起し発光した黄色光と、一部の吸収されなかった青色光が混色し、波長変換層１６は白色光Ｗ１を出射する。本実施形態の波長変換層１６は反射型であるため、固定部７ｃに固定される背面に反射面を有する。反射板（１４、１５）で反射し波長変換層１６に入射した光（Ｂ１１、Ｂ１２）は反射面で再反射し、前面から白色光Ｗ１が投影レンズ１９に出射する。

本実施形態では、励起用光源（８、９）の発光色は青色であるが、他の色であってもよい。例えば、励起用光源（８、９）の発光色が紫色である場合、波長変換層１６に含有される蛍光物質は、励起により黄色光および青色光を発光するものか、あるいは赤色光および緑色光および青色光（ＲＧＢ）の少なくとも３色を発光するものであり、これら励起された光が混色して、白色光が出射する。

投影レンズ１９は、灯室Ｓ内に設けられたエクステンションリフレクターの前端開口部１７ａの近傍に配置される。投影レンズ１９は、波長変換層１６の前面中央に焦点を有し、波長変換層１６から出射した白色光Ｗ１を前面カバー３に向けて透過させ、配光する。

エクステンションリフレクター１７は、光源装置４よりも前に配置され、車両前方からこれが見えないように隠蔽している。

ここで、波長変換層１６の発光について詳しく説明する。

図１に示すように、励起用光源（８、９）から出射した光は、集光レンズ（１１、１２）で集光される。集光された光（Ｂ１１、Ｂ１２）は、反射板（１４、１５）で反射し、波長変換層１６に入射する。

図２は、波長変換層１６上の光（Ｂ１１、Ｂ１２）の照射領域を説明する説明図である。図中の符号Ｂ１１´およびＢ１２´は、光Ｂ１１および光Ｂ１２の波長変換層１６上の照射領域（以下、スポットと呼ぶ）である。また符号Ａ２はスポットＢ１１´およびスポットＢ１２´が重なる領域を、符号Ａ１はスポットＢ１１´とスポットＢ１２´が重ならない領域（光Ｂ１１のみが照射した範囲）を示す。

図２に示すように、スポットＢ１１´およびスポットＢ１２´は、どちらも楕円形状であり、中心点は一致しているが、スポットＢ１２´はスポットＢ１１´よりも小さく、スポットＢ１２´をスポットＢ１１´が覆っている。

波長変換層１６に含有される蛍光物質は、励起用光源（８、９）の光（Ｂ１１、Ｂ１２）を受けなければ発光しないため、波長変換層１６は、光（Ｂ１１、Ｂ１２）を受けた領域のみが発光する。本実施形態では、スポットＢ１１´がスポットＢ１２´を全て覆っているため、波長変換層１６の発光する領域はスポットＢ１１´である。

スポットＢ１１´およびスポットＢ１２´が重複する領域Ａ２は、光Ｂ１１と光Ｂ１２の両方を受けるため、光Ｂ１１のみを受ける領域Ａ１よりも輝度が高い。波長変換層１６は、発光領域が楕円形状で、中心部の輝度が高い輝度勾配で発光する。

光源装置４の光源本体である波長変換層１６の発光は、投影レンズ１９を介して前方に配光される。

図３は、車両用前照灯１によって車両前方に形成される配光パターンおよびその光度分布であり、図中の領域Ｒ２は領域Ｒ１よりも明るい。図３に示すように、車両用前照灯１によって、波長変換層１６の発光領域の形状および輝度勾配に対応する中央が明るい配光パターンが形成される。

上記のように、本実施形態によれば、発光領域の形状が楕円で中心部の輝度が高い輝度勾配をもつ光源を提供でき、この光源を用いて、中央が明るい、すなわちホッドゾーンをもつ配光パターンを形成することができる。

このように、複数のスポット（Ｂ１１´、Ｂ１２´）の一部が重なるように、すなわち、スポットが重なる領域Ａ２と重ならない領域Ａ１の両方を作ることで、光源本体である波長変換層４６に所定の輝度勾配を作ることができる。また、波長変換層１６の発光はそのまま車両前方に投影されるため、輝度勾配をもつ波長変換層４６の発光を配光することで、複数の光源装置４を用いることなしに、所定の光度分布を持つ配光パターンを形成することができる。

本実施形態では、スポットＢ１１´とスポットＢ１２´は、形状は同じ楕円形状で大きさは異なり、中心を揃えたが、励起用光源（８、９）や反射板（１４、１５）の配置を調整してスポット（Ｂ１１´、Ｂ１２´）の位置を変更することで、各領域（Ａ１、Ａ２）の位置や大きさを変更できる。また、励起用光源（８、９）の発光面形状や集光レンズ（１１、１２）を調整することで、スポット（Ｂ１１´、Ｂ１２´）の形状および大きさを調整することができる。また、これらを組み合わせて、スポットおよびスポットが重複する領域の細かい調整ができ、波長変換層１６における複雑な発光領域や輝度勾配を形成できる。

＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態に係る車両用前照灯３０の水平断面図である。図４に示すように、ランプボディ２と前面カバー３で形成された灯室Ｓの内側に、光源装置３１、支持部材３４、投影レンズ４８、およびエクステンションリフレクター１７が配置される。光源装置３１は、３つの励起用光源（４０、４１、４２）、３つの集光レンズ（４３、４４、４５）、波長変換層４６、を有する。第１の実施形態と同じ符号を付した構成は、第２の実施形態においても同一の構成、機能を有するため、説明を省略する。

支持部材３４は、左右方向に伸びる板状の基礎板部３４ａと、基礎板部３４ａの左右の前方に左右の端が中央側より厚くなるように前方にむかって斜めに形成された左右一対の取付部３４ｂと、基礎板部３４ａの中央前方で取付部３４ｂに挟まれた固定部３４ｃと、基礎板部３４ａの後方に奥行きが厚い放熱部３４ｄとによって形成される。

３つの励起用光源（４０、４１、４２）は、固定部３４ｃの前方に１つと、左右一対の取付部３４ｂの前方に１つずつ固定され、点灯中の熱はヒートシンクである放熱部３４ｄを介して放熱される。３つの集光レンズ（４３、４４、４５）および波長変換層４６は、取付部３４ｂ又は固定部３４ｃに固定される。投影レンズ４８は、不図示のホルダーで保持され、ホルダーは支持部材３４に固定されている。支持部材３４は、ランプボディ２に回動自在に保持された３つのエイミングスクリュー１８を基礎板部３４ａに螺着されることにより、ランプボディ２に対して傾動自在に支持される。

３つの励起用光源（４０、４１、４２）は、全て青色半導体レーザー光源であり、不図示の制御装置に繋がれ、個別に制御される。

集光レンズ（４３、４４、４５）は、光の出射面を凸形状とした透明又は半透明に平凸レンズである。励起用光源（４０、４１、４２）と波長変換層４６との間に配置され、励起用光源（４０、４１、４２）の光を集光して波長変換層４６へ導く。

波長変換層４６は、３つの励起用光源（４０、４１、４２）に対向するように配置され、これらの発光（Ｂ２１、Ｂ２２、２３）を受けることができる。

波長変換層４６は、第１の実施形態の波長変換層１６と同様、光源装置３１の光源本体であり、励起用光源（４０、４１、４２）の発光色である青色に基づいて、励起によって黄色に発光する蛍光物質を含有する。波長変換層４６は透過型であり、背面から光（Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３）が入射して蛍光物質が励起し、前面から白色光Ｗ２が投影レンズ４８に出射する。

投影レンズ４８は、第１の実施形態の投影レンズ１９と同様、灯室Ｓ内に設けられたエクステンションリフレクターの前端開口部１７ａの近傍に配置される。投影レンズ１９は、波長変換層４６の前面中央に焦点を有し、波長変換層４６から出射した白色光Ｗ２を前面カバー３に向けて透過させ、配光する。

ここで、本実施形態の波長変換層４６の発光について詳しく説明する。

図４に示すように、３つの励起用光源（４０、４１、４２）から出射した光は、それぞれ集光レンズ（４３、４４、４５）で集光される。集光された光（Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３）は、波長変換層４６に入射する。

図５は、波長変換層４６上の光照射領域を説明する説明図である。図中の符号Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´は、それぞれ光Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３の波長変換層４６上のスポットである。符号Ａ１３はスポットＢ２１´、スポットＢ２２´およびスポットＢ２３´の３つのスポットが重複する領域を、符号Ａ１２は、スポットＢ２１´とスポットＢ２２´の２つのスポットが重なる領域（さらにスポットＢ２３´が重なる範囲は含まない）、又はスポットＢ２２´とスポットＢ２３´の２つのスポットが重なる領域（さらにスポットＢ２１´が重なる範囲は含まない）を、符号Ａ１１は、単一の光（Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３）のみが照射する領域（複数のスポットが重なる領域は含まない）を示す。また、符号Ｌ１は各スポットの縦寸法を、符号Ｌ２は各スポットの横寸法を、符号Ｌ３は各スポットを合成した領域の横寸法を、それぞれ示す。

図４に示すように、３つのスポット（Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´）は、どれも同じ大きさで縦横比（Ｌ１：Ｌ２）１：２以上の横長な楕円形状であり、上下方向は揃えられ、一部が重なるよう等間隔に左右方向にずれている。３つのスポット（Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´）を合成した全体の領域の縦横比（Ｌ１：Ｌ３）は１：４である。

第１の実施形態の波長変換層１６と同様、波長変換層４６は、励起用光源（４０、４１、４２）の光（Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３）を受けなければ発光しないため、波長変換層４６は光(Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３)を受けた領域のみ発光する。本実施形態では、３つのスポット(Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´)を合成した領域全体が、波長変換層４６の発光領域である。

２つのスポット(Ｂ２１´とＢ２２´、又はＢ２２とＢ２３´)が重複する領域Ａ１２は、２つの光（Ｂ２１とＢ２２、又はＢ２２とＢ２３）を受けるため、光Ｂ２１、光Ｂ２１、又は光Ｂ２３のみの光を受ける領域Ａ１１よりの輝度が高い。同様に、３つのスポットが重複する領域Ａ１３は、光Ｂ２１、光Ｂ２２、およびＢ２３の３つ全ての光を受けるため、領域Ａ１２よりの輝度が高い。波長変換層４６は、発光領域が３つの楕円を左右に一部重なるよう離して重ねた横長形状であって、左右端から中央へむかうほどおおよそ３段階で輝度が高くなる輝度勾配で発光する。

光源装置３１の光源本体である波長変換層４６の発光は、投影レンズ１９を介して前方に配光される。

図６は、車両用前照灯３０によって車両前方に形成される配光パターンおよびその光度分布であり、図中の領域Ｒ１２は領域Ｒ１１よりも明るく、領域Ｒ１３は領域Ｒ１２よりも明るい。図６に示すように、形状が横長で、中央に向かっておおよそ３段階で明るくなる光度分布をもつ配光パターンが形成される。

上記のように、３つの励起用光源の光(Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３)を波長変換層４６にずらして照射することによって、２つの励起用光源を用いた第１の実施形態よりさらに複雑な輝度勾配をもつ光源を提供できる。また、さらに励起用光源の数を増やすことや各スポットの形状、大きさ、配置などの変更を組み合わせることで、より複雑な輝度勾配を作ることができる。

本実施形態では、３つのスポット(Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´)は全て縦横比（Ｌ１：Ｌ２）１：２以上横長の楕円形状であり、これを組み合わせてさらに横長のスポットの合成形状、すなわち波長変換層４６に横長の発光領域を形成した。車両用前照灯では、車両前方の歩行者や標識を十分に認識できるなど、運転者の前方視認性を確保できるように、左右に大きく拡散した配光が望ましい。横長のスポット(Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´)は、波長変換層４６の発光領域を横長に形成するのに適しており、車両用前照灯に好適な横長の配光パターンを形成できる。

また、本実施形態における各スポット(Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´)を合成した領域、すなわち発光領域の縦横比（Ｌ１：Ｌ３）は１：４である。現在車両用前照灯に使用されている光源（ＬＥＤ光源やハロゲンバルブなど）には、発光領域の縦横比１：４である光源本体（ＬＥＤチップやフィラメントなど）が採用されていることが多い。本実施形態の光源装置３１は、既存の流通している光源と容易に置き換えることができ、車両前照灯の光源以外の構成部品を流用できるため、車両前照灯のトータルの開発コストを抑えることができる。

１、３０ 車両用前照灯
４、３１ 光源装置
８、９、４０、４１、４２ 励起用光源
１１、１２、４３、４４、４５ 集光レンズ
１６、４６ 波長変換層
１９、４８ 投影レンズ
Ａ１、Ａ２、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３ 領域
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３ 光
Ｂ１１´、Ｂ１２´、Ｂ２１´、Ｂ２２´、Ｂ２３´ スポット（照射領域）
Ｌ１ スポットの縦寸法
Ｌ２ スポットの横寸法
Ｌ３ 複数のスポットを合成した領域全体の横寸法

Claims (5)

1. 含有する蛍光物質が励起光を受けて発光することで、前記励起光照射領域が白色に発光する光源本体である波長変換層と、
   前記波長変換層に向けて励起光をそれぞれ照射する複数の励起用光源と、
   を備え、
   前記波長変換層上の前記複数の励起光照射領域の一部が重なるように前記励起用光源を配置して、前記波長変換層の発光領域に輝度勾配を作ることを特徴とする灯具用光源。
2. 前記波長変換層上の前記複数の励起光源照射領域の内、少なくとも一つが、他の励起光源照射領域とは、大きさ又は形状の少なくともいずれか一方において異なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の灯具用光源。
3. 前記波長変換層上の前記励起光源照射領域の縦横比が１：２以上である、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の灯具用光源。
4. 前記波長変換層上の複数の励起光源照射領域全体の縦横比が１：４である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の灯具用光源。
5. 前記請求項１〜４のいずれかに記載の灯具用光源と、
   前記灯具用光源の発光を前方に配光する光学部材と、
   を備えたことを特徴とする車両用前照灯。