JP2020202150A

JP2020202150A - 車両用前照灯

Info

Publication number: JP2020202150A
Application number: JP2019110276A
Authority: JP
Inventors: 貴志秋野; Takashi Akino
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2039-06-13
Also published as: JP7292119B2

Abstract

【課題】複数のレーザー光源を用いて高輝度の照明光を得ることを可能とした車両用前照灯を提供する。【解決手段】光源ユニット１１は、第１のレーザー光Ｌ１を出射する第１のレーザー光源２Ａと、第１のレーザー光Ｌ１とは異なる偏光方向を有する第２のレーザー光Ｌ２を出射する第２のレーザー光源２Ｂと、第１のレーザー光Ｌ１及び第２のレーザー光Ｌ２とは異なる波長を有する第３のレーザー光Ｌ３を出射する第３のレーザー光源２Ｃと、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された第１の合成レーザー光Ｌ１２を出射する第１の偏光ビームスプリッタ３Ａと、第１の合成レーザー光Ｌ１２と第３のレーザー光Ｌ３との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された励起光ＢＬを出射するダイクロイックミラー４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用前照灯に関する。

近年、車両用前照灯では、高輝度且つ高出力な光が得られるレーザーダイオード（ＬＤ）などのレーザー光源を用いて、このレーザー光源が発するレーザー光を蛍光体プレート（波長変換部材）に照射することによって、照明光を得ることが行われている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

このような車両用前照灯では、青色レーザー光を出射するレーザー光源と、この青色レーザー光（励起光）に励起されて波長変換された黄色光（蛍光光）を発する蛍光体プレートとを組み合わせて、これら青色光と黄色光との混色により白色光（照明光）を得ることが可能である。

また、このような車両用前照灯では、照明光として、上端にカットオフラインを含むロービーム用配光パターンを形成するすれ違い用ビーム（ロービーム）と、ロービーム用配光パターンの上方にハイビーム用配光パターンを形成する走行用ビーム（ハイビーム）とを車両の前方に向けて照射する。

車両用前照灯では、このようなロービーム用配光パターンやハイビーム用配光パターンなどの各配光パターンに対応した複数の照射領域を蛍光体プレートの面内に設けて、各照射領域にレーザー光を走査しながら照射する。これにより、互いに異なる複数の配光パターンを形成することが可能である。

特開２０１６−１３４３５７号公報

ところで、上述した従来の車両用前照灯では、１つのレーザー光源を用いて、このレーザー光源が発するレーザー光を蛍光体プレートの面内で走査することが行われている。したがって、高輝度の照明光を得るためには、レーザー光源の出力を高める必要がある。

一方、レーザー光源の出力を高めた場合、このレーザー光源からの発熱が問題となる。すなわち、レーザー光源では、高出力になればなるほど発熱量が増加するため、温度上昇と共にレーザー発振に必要な電流密度が大きくなる。また、レーザー光源では、高温になると出力の低下や寿命の短縮化を招くことになる。したがって、１つのレーザー光源の出力を高めて高輝度の照明光を得ることには自ずと限界がある。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、複数のレーザー光源を用いて高輝度の照明光を得ることを可能とした車両用前照灯を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕励起光を出射する光源ユニットと、
前記励起光の照射により励起されて波長変換された蛍光光を発する蛍光体とを備え、
前記励起光と前記蛍光光との混色により得られる照明光を車両の前方に向けて照射する車両用前照灯であって、
前記光源ユニットは、第１のレーザー光を出射する第１のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光とは異なる偏光方向を有する第２のレーザー光を出射する第２のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光及び前記第２のレーザー光とは異なる波長を有する第３のレーザー光を出射する第３のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された第１の合成レーザー光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の合成レーザー光と前記第３のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された前記励起光を出射するダイクロイックミラーとを備えることを特徴とする車両用前照灯。
〔２〕前記第１のレーザー光及び前記第２のレーザー光とは異なる波長を有し、且つ、前記第３のレーザー光とは異なる偏光方向を有する第４のレーザー光を出射する第４のレーザー光源と、
前記第３のレーザー光と前記第４のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された第２の合成レーザー光を出射する第２の偏光ビームスプリッタとを備え、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の合成レーザー光と前記第２の合成レーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された前記励起光を出射することを特徴とする前記〔１〕に記載の車両用前照灯。
〔３〕前記第１の合成レーザー光のピーク波長が、４４０〜４６０ｎｍの範囲にあり、
前記第３のレーザー光又は前記第２の合成レーザー光のピーク波長が、４７０〜４８０ｎｍの範囲にあり、
前記ダイクロイックミラーの透過と反射との境界波長が、前記第１の合成レーザー光のピーク波長と前記第３のレーザー光又は前記第２の合成レーザー光のピーク波長との間にあることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の車両用前照灯。
〔４〕前記励起光を前記蛍光体の面内で走査する励起光走査機構を備えることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の車両用前照灯。
〔５〕前記照明光を車両の前方に向けて投影する投影レンズを備えることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の車両用前照灯。

以上のように、本発明によれば、複数のレーザー光源を用いて高輝度の照明光を得ることを可能とした車両用前照灯を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る車両用前照灯の一例を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る車両用前照灯の他例を示す模式図である。図１又は図２に示す車両用前照灯が備える光源ユニットの構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態として、例えば図１、図２及び図３に示す車両用前照灯１について説明する。
なお、図１は、車両用前照灯１の一例を示す模式図である。図２は、車両用前照灯１の他例を示す模式図である。図３は、図１又は図２に示す車両用前照灯１が備える光源ユニット１１の構成を示す模式図である。

本実施形態の車両用前照灯１は、車両（図示せず。）の前端側の両コーナー部（本実施形態では左前端側のコーナー部）に搭載されるヘッドランプに本発明を適用したものであり、例えば図１又は図２に示すような構成を有している。

なお、以下の説明において、「前」「後」「左」「右」「上」「下」との記載は、特に断りのない限り、車両用前照灯１を正面（車両前方）から見たときのそれぞれの方向を意味するものとする。

具体的に、図１に示す車両用前照灯１は、励起光ＢＬを出射する光源ユニット１１と、励起光ＢＬの照射により励起されて波長変換された蛍光光ＹＬを発する透過型の蛍光体プレート１２Ａと、蛍光体プレート１２Ａに向けて照射される励起光ＢＬを走査する励起光走査機構１３と、励起光走査機構１３により走査された励起光ＢＬを蛍光体プレート１２Ａに向けて反射するリフレクター１４と、照明光ＷＬを車両Ｂの前方に向けて投影する投影レンズ１５とを概略備えている。

光源ユニット１１は、励起光ＢＬとして、例えば青色レーザー光（発光波長が約４５０ｎｍ）を発するレーザーダイオード（ＬＤ）などのレーザー光源を有している。なお、光源ユニット１１については、励起光ＢＬとして、紫外レーザー光を発するレーザー光源を用いてもよい。

蛍光体プレート１２Ａは、励起光ＢＬの照射により励起されて、蛍光光ＹＬとして黄色光を発する黄色蛍光体粒子を含む板状の波長変換部材からなる。本実施形態では、波長変換部材として、例えば、セリウムＣｅ等の付活剤が導入されたＹＡＧとアルミナＡｌ_２Ｏ_３との複合体（焼結体）からなる蛍光体粒子を含有したものを用いている。なお、蛍光体プレート１２Ａは、蛍光体粒子の他にも、照明光ＷＬの配光特性を制御するため、拡散剤を含有した構成であってもよい。

励起光走査機構１３は、光源ユニット１１と蛍光体プレート１２Ａとの間の光路中に配置されたＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical Systems)ミラーからなる。ＭＥＭＳミラーは、ＭＥＭＳ技術を用いた可動式のミラーであり、蛍光体プレート１２Ａの面内で２次元的に走査される励起光ＢＬの走査方向及び走査速度を制御している。

リフレクター１４は、蛍光体プレート１２Ａと励起光走査機構１３との間の光路中に配置されたミラーからなる。リフレクター１４は、ＭＥＭＳミラーで反射された励起光ＢＬを蛍光体プレート１２Ａの背面に向けて反射する。

図１に示す車両用前照灯１では、蛍光体プレート１２Ａの背面に向かって照射された励起光（青色光）ＢＬの一部が拡散しながら蛍光体プレート１２Ａを透過すると共に、励起光ＢＬの照射により蛍光体プレート１２Ａ内の蛍光体粒子が励起されることで、蛍光光（黄色光）ＹＬを発しながら、これら励起光ＢＬと蛍光光ＹＬとの混色により得られる照明光（白色光）ＷＬを前方の投影レンズ１５に向けて出射する。

一方、図２に示す車両用前照灯１は、励起光ＢＬを出射する光源ユニット１１と、励起光ＢＬの照射により励起されて波長変換された蛍光光ＹＬを発する反射型の蛍光体プレート１２Ｂと、蛍光体プレート１２Ｂに向けて照射される励起光ＢＬを走査する励起光走査機構１３と、励起光走査機構１３により走査された励起光ＢＬを蛍光体プレート１２Ｂに向けて反射するリフレクター１４と、照明光ＷＬを車両Ｂの前方に向けて投影する投影レンズ１５とを概略備えている。

すなわち、この図２に示す車両用前照灯１は、上記透過型の蛍光体プレート１２Ａの代わりに、反射型の蛍光体プレート１２Ｂを備えている。また、図２に示す車両用前照灯１は、この蛍光体プレート１２Ｂの配置に合わせて、光源ユニット１１、励起光走査機構１３及びリフレクター１４の配置を変更している。それ以外は、上記図１に示す車両用前照灯１と基本的に同じ構成を有している。

蛍光体プレート１２Ｂは、上記蛍光体プレート１２Ａを構成する波長変換部材の背面側に反射板１６を配置した構成を有している。反射板１６は、蛍光体プレート１２Ｂの正面側から入射した励起光ＢＬ及び蛍光体プレート１２Ｂ内で励起された蛍光光ＹＬを蛍光体プレート１２Ｂの正面側に向けて反射する。

図２に示す車両用前照灯１では、蛍光体プレート１２Ｂの正面に向かって照射された励起光（青色光）ＢＬの一部が拡散しながら蛍光体プレート１２Ｂで反射されると共に、励起光ＢＬの照射により蛍光体プレート１２Ａ内の黄色蛍光体粒子が励起されることで、蛍光光（黄色光）ＹＬを発しながら、これら励起光ＢＬと蛍光光ＹＬとの混色により得られる照明光（白色光）ＷＬを前方の投影レンズ１５に向けて出射する。

このような図１又は図２に示す車両用前照灯１では、照明光ＷＬとして、上端にカットオフラインを含むロービーム用配光パターンを形成するすれ違い用ビーム（ロービーム）と、ロービーム用配光パターンの上方にハイビーム用配光パターンを形成する走行用ビーム（ハイビーム）とを車両の前方に向けて照射する。

車両用前照灯１では、このようなロービーム用配光パターンやハイビーム用配光パターンなどの各配光パターンに対応した複数の照射領域を蛍光体プレートの面内に設けて、各照射領域にレーザー光を走査しながら照射する。これにより、互いに異なる複数の配光パターンを形成することが可能となっている。

ところで、本実施形態の車両用前照灯１は、図３に示す複数（本実施形態では４つ）のレーザー光源２Ａ〜２Ｄを用いた光源ユニット１１を備えている。なお、図３では、上記図１又は図２に示す車両用前照灯１のうち、光源ユニット１１及び蛍光体プレート１２Ａ，１２Ｂ以外の構成を省略して示している。

具体的に、この光源ユニット１１は、第１のレーザー光Ｌ１を出射する第１のレーザー光源２Ａと、第２のレーザー光Ｌ２を出射する第２のレーザー光源２Ｂと、第３のレーザー光Ｌ３を出射する第３のレーザー光源２Ｃと、第４のレーザー光Ｌ４を出射する第４のレーザー光源２Ｄとを備えている。

また、光源ユニット１１は、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２との何れか一方（本実施形態では第１のレーザー光Ｌ１）を透過し、何れか他方（本実施形態では第２のレーザー光Ｌ２）を反射することによって合成された第１の合成レーザー光Ｌ１２を出射する第１の偏光ビームスプリッタ３Ａと、第３のレーザー光Ｌ３と第４のレーザー光Ｌ４との何れか一方（本実施形態では第３のレーザー光Ｌ３）を透過し、何れか他方（本実施形態では第４のレーザー光Ｌ４）を反射することによって合成された第２の合成レーザー光Ｌ３４を出射する第２の偏光ビームスプリッタ３Ｂとを備えている。

また、光源ユニット１１は、第１の合成レーザー光Ｌ１２と第２の合成レーザー光Ｌ３４との何れか一方（本実施形態では第２の合成レーザー光Ｌ３４）を透過し、何れか他方（本実施形態では第１の合成レーザー光Ｌ１２）を反射することによって合成された励起光ＢＬを出射するダイクロイックミラー４を備えている。

また、光源ユニット１１は、第２のレーザー光Ｌ２を第１の偏光ビームスプリッタ３Ａに向けて反射する第１のミラー５Ａと、第４のレーザー光Ｌ４を第２の偏光ビームスプリッタ３Ｂに向けて反射する第２のミラー５Ｂと、第１の合成レーザー光Ｌ１２をダイクロイックミラー４に向けて反射する第３のミラー５Ｃとを備えている。

光源ユニット１１では、このような構成を実現するため、第１のレーザー光Ｌ１及び第２のレーザー光Ｌ２が同一の波長域にある。また、第１のレーザー光Ｌ１と第２のレーザー光Ｌ２とは、第１の偏光ビームスプリッタ３Ａに対する偏光方向が異なっている。

一方、第３のレーザー光Ｌ３及び第４のレーザー光Ｌ４は、同一の波長域にあり、なお且つ、第１のレーザー光Ｌ１及び第２のレーザー光Ｌ２とは異なる波長域にある。また、第３のレーザー光Ｌ３と第４のレーザー光Ｌ４とは、第２の偏光ビームスプリッタ３Ｂに対する偏光方向が異なっている。

本実施形態において、第１の合成レーザー光Ｌ１２（第１のレーザー光Ｌ１及び第２のレーザー光Ｌ２）のピーク波長は、４４０〜４６０ｎｍの範囲にある。一方、第２の合成レーザー光Ｌ３４（第３のレーザー光Ｌ３及び第４のレーザー光Ｌ４）のピーク波長は、４７０〜４８０ｎｍの範囲にある。また、ダイクロイックミラー３の透過と反射との境界波長は、第１の合成レーザー光Ｌ１２のピーク波長と第２の合成レーザー光Ｌ３４のピーク波長との間（４６０〜４７０ｎｍ）にある。

第１〜第４のレーザー光Ｌ１〜Ｌ４は、励起光ＢＬとして、何れも蛍光体プレート１２Ａの黄色蛍光体粒子を励起して蛍光光（黄色光）ＹＬを発することが波長域にあり、励起光ＢＬと蛍光光ＹＬとの混色により照明光（白色光）ＷＬが得られる波長域である。

これにより、本実施形態の光源ユニット１１では、第１〜第４のレーザー光源１Ａ〜１Ｄから出射された第１〜第４のレーザー光Ｌ１〜Ｌ４を合成した励起光ＢＬを蛍光体プレート１２Ａ，１２Ｂに向けて出射することが可能である。また、第１〜第４のレーザー光Ｌ１〜Ｌ４を合成することによって、高出力の励起光ＢＬを得ることが可能である。

したがって、本実施形態の車両用前照灯１では、上述した高出力の励起光ＢＬを用いて、高輝度の照明光ＷＬを得ることが可能である。また、本実施形態の車両用前照灯１では、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄの出力を高めることなく、高出力の励起光ＢＬが得られることから、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄが高温となることを抑えつつ、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄの高寿命化を図ることも可能である。さらに、本実施形態の車両用前照灯１では、比較的安価で小型のレーザー光源１Ａ〜１Ｄを用いて、高出力の励起光ＢＬを得ることも可能である。

また、本実施形態の車両用前照灯１では、図３に示すように、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄが共通の駆動装置２０により駆動される。駆動装置２０は、記憶装置３０と接続されている。記憶装置３０には、第１〜第４のレーザー光Ｌ１〜Ｌ４の合成後の励起光ＢＬの電流値−出力特性のテーブルが記憶されている。

駆動装置２０は、記憶装置３０の電流値−出力特性のテーブルを参照しながら、励起光ＢＬが所望の出力となるように、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄの電流値を制御する。各レーザー光源１Ａ〜１Ｄは、単一の電流値によって駆動される。このため、各光源１Ａ〜１Ｄを別々に制御するための複数の駆動装置を必要としない。

上述した波長域の異なる第１及び第２のレーザー光源１Ａ，１Ｂと、第３及び第４のレーザー光源１Ｃ，１Ｄとは、それぞれ異なる電流値−出力特性を有していても、同じ蛍光体プレート１２Ａの黄色蛍光体粒子を励起することが可能な波長域の光源である。このため、各光源１Ａ〜１Ｄの出力比の変動による合成後の励起光ＢＬのスペクトルの変動は、車両用前照灯１において特に問題は生じない。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記光源ユニット１１では、４つのレーザー光源２Ａ〜２Ｄを備えた構成となっているが、第４のレーザー光源２Ｄ及び第２のミラー５Ｂを省略した構成とすることも可能である。この場合、３つのレーザー光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃから出射された第１〜第３のレーザー光Ｌ１〜Ｌ３を合成した励起光ＢＬを蛍光体プレート１２Ａ，１２Ｂに向けて出射することが可能である。

また、上記車両用前照灯１では、図示を省略するものの、例えば、ヒートシンクや冷却ファンなどを用いて、各レーザー光源１Ａ〜１Ｄが発する熱を外部へと放熱する構成とすることが可能である。

また、上記車両用前照灯１では、上述したロービーム用配光パターンやハイビーム用配光パターンとは別に、路面描画用配光パターンなどを形成する構成であってもよい。路面描画用配光パターンとしては、例えば文字や記号、図形などを挙げることができる。

１…車両用前照灯２Ａ…第１のレーザー光源２Ｂ…第２のレーザー光源２Ｃ…第３のレーザー光源２Ｄ…第４のレーザー光源３Ａ…第１の偏光ビームスプリッタ３Ｂ…第２の偏光ビームスプリッタ４…ダイクロイックミラー５Ａ…第１のミラー５Ｂ…第２のミラー５Ｃ…第３のミラー１１…光源ユニット１２Ａ，１２Ｂ…蛍光体プレート（波長変換部材）１３…励起光走査機構１４…リフレクター１５…投影レンズＢＬ…励起光ＹＬ…蛍光光ＷＬ…照明光Ｌ１…第１のレーザー光Ｌ２…第２のレーザー光Ｌ３…第３のレーザー光Ｌ４…第４のレーザー光Ｌ１２…第１の合成レーザー光Ｌ３４…第２の合成レーザー光

Claims

励起光を出射する光源ユニットと、
前記励起光の照射により励起されて波長変換された蛍光光を発する蛍光体とを備え、
前記励起光と前記蛍光光との混色により得られる照明光を車両の前方に向けて照射する車両用前照灯であって、
前記光源ユニットは、第１のレーザー光を出射する第１のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光とは異なる偏光方向を有する第２のレーザー光を出射する第２のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光及び前記第２のレーザー光とは異なる波長を有する第３のレーザー光を出射する第３のレーザー光源と、
前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された第１の合成レーザー光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の合成レーザー光と前記第３のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された前記励起光を出射するダイクロイックミラーとを備えることを特徴とする車両用前照灯。
前記第１のレーザー光及び前記第２のレーザー光とは異なる波長を有し、且つ、前記第３のレーザー光とは異なる偏光方向を有する第４のレーザー光を出射する第４のレーザー光源と、
前記第３のレーザー光と前記第４のレーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された第２の合成レーザー光を出射する第２の偏光ビームスプリッタとを備え、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の合成レーザー光と前記第２の合成レーザー光との何れか一方を透過し、何れか他方を反射することによって合成された前記励起光を出射することを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
前記第１の合成レーザー光のピーク波長が、４４０〜４６０ｎｍの範囲にあり、
前記第３のレーザー光又は前記第２の合成レーザー光のピーク波長が、４７０〜４８０ｎｍの範囲にあり、
前記ダイクロイックミラーの透過と反射との境界波長が、前記第１の合成レーザー光のピーク波長と前記第３のレーザー光又は前記第２の合成レーザー光のピーク波長との間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
前記励起光を前記蛍光体の面内で走査する励起光走査機構を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用前照灯。
前記照明光を車両の前方に向けて投影する投影レンズを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用前照灯。