JP6442238B2 - ヘッドランプ用レーザ光学系 - Google Patents
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Description
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (7)
- 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、前記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、
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記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ヘッドランプ用レーザ光学系。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記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3に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
- 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2に記載のヘッドランプ用レーザ光学系。
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