JP5521259B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に係り、特に青色レーザー光により励起されて発光する蛍光体を用いた車両用灯具に関する。

従来、車両用灯具の分野においては、夜間に充分な強度の光で遠方を照明するために、高輝度の光源が求められている（例えば特許文献１参照）。

本出願の発明者らは、青色レーザー光により励起されて発光する蛍光体（例えばＹＡＧ蛍光体）の輝度がＨＩＤランプ（及び白色ＬＥＤ）よりも高い点に注目し（図１２参照）、当該蛍光体を用いて車両用灯具に適用される光源を試作した。

図１３は、本出願の発明者らが実際に試作した光源２００の構成図である。

図１３に示すように、光源２００は、発光部２１０、レーザー光学系２２０等を備えている。

発光部２１０は、金属板２１１、蛍光体２１２等を備えている。

金属板２１１は、例えばアルミニウム製プレートである（例えばサイズ：縦１．５［ｍｍ］×横７．５［ｍｍ］×厚み：２［ｍｍ］）。金属板２１１の表面には、青色レーザー光により励起されて発光する蛍光体２１２（例えばＹＡＧ蛍光体）が塗布されている（例えばサイズ：縦０．５［ｍｍ］×横２．５［ｍｍ］×厚み０．１［ｍｍ］）。

レーザー光学系２２０は、レーザー光源２２１、レンズ２２２を含んでいる。

レーザー光源２２１は、蛍光体２１２に入射する青色レーザー光（放射束）を放射する光源、例えば、発光サイズ：縦２μｍ×横１０μｍ、光出力：２Ｗ、発光色：青色（４４０ｎｍ）、配光指向特性：ガウシアン分布（横方向３０°×縦方向６０°）の高出力半導体レーザー装置である。

レンズ２２２は、レーザー光源２２１から放射される青色レーザー光を蛍光体２１２のサイズまで集光するレンズ（例えば収束レンズ又はコリメートレンズ）であり、レーザー光源２２１の前方に配置されている。

上記構成の光源２００によれば、レーザー光源２２１から放射された青色レーザー光は、レンズ２２２の作用により蛍光体１２のサイズ（縦０．５［ｍｍ］×横２．５［ｍｍ］）まで集光されて蛍光体１２に照射される（図１３参照）。これにより、蛍光体１２は励起されて発光し白色光を発生する（図１４参照）。図１４中、点線で描いた楕円範囲は蛍光体２１２の塗布範囲を表している。

特開２００５−１５００４１号公報

しかしながら、上記構成の光源２００においては、何らかの理由で、レーザー光学系２２０からの放射束サイズが蛍光体２１２のサイズよりも大きくなった場合（又は、レーザー光学系２００からの青色レーザー光が蛍光体２１２から位置ズレした場合）、その大きくなった（又はズレた）青色レーザー光が蛍光体２１２周囲の金属板２１１表面に入射して（図１５参照）反射され（図１６、図１７（ａ）、図１７（ｂ）参照）、発光色の色ムラや輝度ムラの原因となる（例えば、図１８に示すように、明暗境界線ＣＬ近傍を含む配光パターンＰの周囲が青色に着色される）、という問題がある。なお、図１７（ａ）は、図１４に示した蛍光体２１２及びその周囲の金属板２１１のＣ−Ｃ断面の光の強度分布を表しており、図１７（ｂ）は、図１４に示した蛍光体２１２及びその周囲の金属板２１１のＤ−Ｄ断面の光の強度分布を表している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザー光源から放射された青色レーザー光が蛍光体周囲の金属板表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、金属板と、前記金属板の表面に配置され、青色レーザー光により励起されて発光する光源としての蛍光体と、前記蛍光体に入射する青色レーザー光を放射するレーザー光源と、前記蛍光体の周囲の前記金属板の表面を覆うように配置され、前記レーザー光源から入射する青色レーザー光の反射を抑制する反射抑制部材と、を備え、前記反射抑制部材は、前記蛍光体が配置される開口が形成されたカーボン製プレートであることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、蛍光体周囲の金属板表面が反射抑制部材で覆われているため、仮に何らかの理由で、レーザー光学系からの放射束サイズが蛍光体のサイズよりも大きくなったとしても（又は、レーザー光学系からの青色レーザー光が蛍光体から位置ズレしたとしても）、その大きくなった（又はズレた）青色レーザー光は、蛍光体周囲の金属板表面に入射することなく反射抑制部材に入射し、反射が抑制される。このため、レーザー光源から放射された青色レーザー光が蛍光体周囲の金属板表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、蛍光体周囲の金属板表面はカーボン製プレートで覆われているため、仮に何らかの理由で、レーザー光学系からの放射束サイズが蛍光体のサイズよりも大きくなったとしても（又は、レーザー光学系からの青色レーザー光が蛍光体から位置ズレしたとしても）、その大きくなった（又はズレた）青色レーザー光は、蛍光体周囲の金属板表面に入射することなくカーボン製プレートに入射し、反射が抑制される。このため、レーザー光源から放射された青色レーザー光が蛍光体周囲の金属板表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光源としての蛍光体の光源像を投影してすれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンを形成するように構成された光学系をさらに備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、青色レーザー光により励起されて発光し白色光を発生する蛍光体を用いてすれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンを形成する車両用灯具を構成することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、前記光学系は、前記蛍光体の前方に配置され、かつ、焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定された投影レンズを含んでいることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、青色レーザー光により励起されて発光し白色光を発生する蛍光体を用いていわゆるダイレクトプロジェクション型の車両用灯具を構成することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、前記光学系は、投影レンズと、反射面と、前記投影レンズと反射面との間に配置されたシェードと、を含んでおり、前記反射面は、第１焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定され、第２焦点が前記シェードの上端縁近傍に設定された回転楕円系の反射面であり、前記投影レンズは、焦点が前記シェードの上端縁近傍に設定されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、青色レーザー光により励起されて発光し白色光を発生する蛍光体を用いていわゆるプロジェクタ型の車両用灯具を構成することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、前記光学系は、焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定された回転放物面系の反射面を含んでいることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、青色レーザー光により励起されて発光し白色光を発生する蛍光体を用いていわゆる反射型（パラボラ型）の車両用灯具を構成することが可能となる。
請求項６に記載の発明は、金属板と、前記金属板の表面に配置され、青色レーザー光により励起されて発光する光源としての蛍光体と、前記蛍光体に入射する青色レーザー光を放射するレーザー光源と、前記蛍光体の周囲の前記金属板の表面を覆うように配置され、前記レーザー光源から入射する青色レーザー光の反射を抑制する反射抑制部材と、を備え、前記反射抑制部材は、前記蛍光体が配置される開口が形成されており、前記光源としての蛍光体の光源像を投影してすれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンを形成するように構成された光学系をさらに備えており、前記反射抑制部材の開口は、前記光学系により形成する前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでいることを特徴とする。

以上説明したように、本発明の車両用灯具によれば、レーザー光源から放射された青色レーザー光が蛍光体周囲の金属板表面で反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）することが可能となる。

本発明の一実施形態である車両用灯具１００の側面図である。 図１に示した車両用灯具１００の斜視図である（レーザー光学系２０省略）。 発光部１０の断面図である。 反射抑制部材１３の正面図である。 発光部１０とレーザー光学系２０を説明するための側面図である。 反射抑制部材１３配置後の蛍光体１２の強度分布を説明するための図である。 （ａ）図６に示した蛍光体１２及びその周囲に配置された反射抑制部材１３のＡ−Ａ断面の強度分布を表すグラフ、（ｂ）図６に示した蛍光体１２及びその周囲に配置された反射抑制部材１３のＢ−Ｂ断面の強度分布を表すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）反射抑制部材１３の例である。 車両用灯具１００（変形例１）の断面図である。 車両用灯具１００（変形例２）の断面図である。 車両用灯具１００（変形例２）の反射面５１の面形状を説明するための図である。 青色レーザー光により励起されて発光する蛍光体（例えばＹＡＧ蛍光体）、ＨＩＤランプ、及び、白色ＬＥＤの輝度等を対比させた表である。 本出願の発明者らが試作した光源２００の側面図である。 蛍光体２１２の強度分布を説明するための図である。 本出願の発明者らが試作した光源２００の側面図である。 本出願の発明者らが試作した発光部２１０の側面図である。 （ａ）図１４に示した蛍光体２１２及びその周囲の金属板２１１のＣ−Ｃ断面の強度分布を表すグラフ、（ｂ）図１４に示した蛍光体２１２及びその周囲の金属板２１１のＤ−Ｄ断面の強度分布を表すグラフである。 本出願の発明者らが試作した光源２００により形成される配光パターンの例である。

以下、本発明の一実施形態である車両用灯具について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の車両用灯具１００は、自動車や自動二輪車等の車両のヘッドランプ又はフォグランプに適用されるものであり、図１、図２に示すように、発光部１０、レーザー光学系２０、投影レンズ３０等を備えている。

［発光部１０］
図３に示すように、発光部１０は、金属板１１、蛍光体１２、反射抑制部材１３、ヒートシンク１４等を備えている。

金属板１１は、例えばアルミニウム製プレートである（例えばサイズ：縦１．５［ｍｍ］×横７．５［ｍｍ］×厚み：２［ｍｍ］）。

金属板１１の表面は、蛍光体１２が塗布される領域１１ａと、反射抑制部材１３が配置される領域１１ｂと、を含んでいる。図３に示すように、蛍光体１２が塗布される領域１１ａは、反射抑制部材１３が配置される領域１１ｂよりも一段高い位置に配置されているのが好ましい。このようにすれば、蛍光体１２が発光することにより発生する白色光が反射抑制部材１３で遮光されるのを防止することが可能となるため、発光効率を向上させることが可能となる。金属板１１の裏面には、放熱用のヒートシンク１４が固定されている。また、金属板１１には、反射抑制部材１３装着時の位置精度を確保するためのガイド溝が形成されている（図示せず）。

蛍光体１２は、青色レーザー光により励起されて発光する蛍光体（例えばＹＡＧ蛍光体）である（例えばサイズ：縦０．５［ｍｍ］×横２．５［ｍｍ］×厚み０．１［ｍｍ］）。蛍光体１２は、金属板１１表面のうち領域１１ａに塗布されている。

反射抑制部材１３は、レーザー光学系２０（レーザー光源２１）から入射する青色レーザー光の反射を抑制するための部材であり、図２、図３に示すように、蛍光体１２周囲の金属板１１表面の領域１１ｂを覆うように配置されている。

反射抑制部材１３としては、反射率が極めて低い部材が好ましく、本実施形態では、蛍光体１２が配置される横長の楕円形の開口１３ａが形成されたカーボン製プレート（反射率：１．５％以下）を用いている（例えばサイズ：縦０．６［ｍｍ］×横２．７［ｍｍ］×厚み０．１［ｍｍ］）。なお、反射抑制部材１３としては、カーボンナノチューブ製プレートを用いてもよい。

［レーザー光学系２０］
図５に示すように、レーザー光学系２０は、レーザー光源２１、レンズ２２を含んでいる。

レーザー光源２１は、蛍光体１２に入射する青色レーザー光（放射束）を放射する光源、例えば、発光サイズ：縦２μｍ×横１０μｍ、光出力：２Ｗ、発光色：青色（４４０ｎｍ）、配光指向特性：ガウシアン分布（横方向３０°×縦方向６０°）の高出力半導体レーザー装置である。

レンズ２２は、レーザー光源２１から放射される青色レーザー光を蛍光体１２のサイズまで集光するレンズ（例えば収束レンズ又はコリメートレンズ）であり、レーザー光源２１の前方に配置されている。

なお、レンズ２２により集光されるレーザー照射束サイズは、ガウシアン分布のピーク値に対し１０％までをサイズ範囲として規定した（図５参照）。

上記構成の発光部１０、レーザー光学系２０によれば、レーザー光源２１から放射された青色レーザー光は、レンズ２２の作用により蛍光体１２のサイズ（縦０．５［ｍｍ］×横２．５［ｍｍ］）まで集光されて蛍光体１２に照射される。これにより、蛍光体１２は励起されて発光し白色光（光学特性：ランバシアン分布）を発生する（図６参照）。なお、全入射レーザー光量の損失比は、８．２％程度である。

また、上記構成の発光部１０、レーザー光学系２０によれば、蛍光体１２周囲の金属板１１表面の領域１１ｂが反射抑制部材１３（図２、図３参照）で覆われているため、仮に何らかの理由で、レーザー光学系２０からの放射束サイズが蛍光体１２のサイズよりも大きくなったとしても（又は、レーザー光学系２０からの青色レーザー光が蛍光体１２から位置ズレしたとしても）、その大きくなった（又はズレた）青色レーザー光は、蛍光体１２周囲の金属板１１表面の領域１１ｂに入射することなく反射抑制部材１３に入射し、反射が抑制される（図７（ａ）、図７（ｂ）参照）。なお、図７（ａ）は、図６に示した蛍光体１２及びその周囲に配置された反射抑制部材１３のＡ−Ａ断面の光の強度分布を表しており、図７（ｂ）は、図６に示した蛍光体１２及びその周囲に配置された反射抑制部材１３のＢ−Ｂ断面の光の強度分布を表している。反射抑制部材１３により反射される青色レーザー光のエネルギー比率は、わずか１．２％である。このため、レーザー光源２１から放射された青色レーザー光が蛍光体１２周囲の金属板１１表面の領域１１ｂで反射されることに起因する発光色の色ムラや輝度ムラを防止（又は低減）することが可能となる。

［投影レンズ３０］
投影レンズ３０は、図１、図２に示すように、蛍光体１２の前方、かつ、焦点が蛍光体１２の明暗境界線に対応する辺１２ａ近傍に位置するように配置されている。

上記構成の車両用灯具１００によれば、青色レーザー光により励起されて発光した蛍光体１２は、投影レンズ３０により投影され、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）走行ビーム用配光パターンを形成するいわゆるダイレクトプロジェクション型の車両用灯具を構成することが可能となる。

また、反射抑制部材１３として、図８（ｄ）に示すように、明暗境界線に対応するＺ型の段差辺１２ｂを含んだ蛍光体１２が配置される開口１３ａが形成されたカーボン製プレートを用いることで、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）明瞭な明暗境界線を含むすれ違いビーム用配光パターンを形成するいわゆるダイレクトプロジェクション型の車両用灯具を構成することが可能となる。

次に、変形例について説明する。

［変形例１］
本変形例１の車両用灯具１００は、図９に示すように、発光部１０、レーザー光学系２０、反射面４０等を備えている。

反射面４０は、焦点が蛍光体１２の明暗境界線に対応する辺１２ａ近傍に設定された回転放物面系の反射面である。

本変形例１によれば、反射抑制部材１３として、例えば、図８（ｂ）に示すように、蛍光体１２が配置される横長の楕円形の開口１３ａが形成されたカーボン製プレートを用いることで、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）走行ビーム用配光パターンを形成するいわゆる反射型（パラボラ型）の車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本変形例１によれば、反射抑制部材１３として、例えば、図８（ａ）、図８（ｃ）に示すように、明暗境界線に対応する辺１２ａを含んだ蛍光体１２が配置される開口１３ａが形成されたカーボン製プレートを用いることで、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）明瞭な明暗境界線を含むすれ違いビーム用配光パターンを形成するいわゆる反射型（パラボラ型）の車両用灯具を構成することが可能となる。

［変形例２］
本変形例２の車両用灯具１００は、図１０に示すように、発光部１０、レーザー光学系２０、投影レンズ５０、反射面５１、投影レンズ５０と反射面５１との間に配置されたシェード５２等を備えている。

投影レンズ５０は、焦点がシェード５２の上端縁近傍に設定されている。

反射面５１は、第１焦点が蛍光体１２の明暗境界線に対応する辺１２ａ近傍に設定され、第２焦点がシェード５２の上端縁近傍に設定された回転楕円系の反射面（例えば縦断面に放物線、横断面に楕円弧が現れる反射面）である。

例えば、反射面５２は、図１０中のＹ−Ｚ座標系上の各点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３等における蛍光体１２の像が、図１１中のＹ−Ｚ座標上の各点において示した像Ｐ１´、Ｐ２´、Ｐ３´となるように、その面形状が設定されている。

本変形例２によれば、反射抑制部材１３として、例えば、図８（ｂ）に示すように、蛍光体１２が配置される横長の楕円形の開口１３ａが形成されたカーボン製プレートを用いることで、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）走行ビーム用配光パターンを形成するいわゆるプロジェクタ型の車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本変形例２によれば、反射抑制部材１３として、例えば、図８（ａ）、図８（ｃ）に示すように、明暗境界線に対応する辺１２ａを含んだ蛍光体１２が配置される開口１３ａが形成されたカーボン製プレートを用いることで、色ムラや輝度ムラの無い（又はほとんど無い）明瞭な明暗境界線を含むすれ違いビーム用配光パターンを形成するいわゆるプロジェクタ型の車両用灯具を構成することが可能となる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１００…車両用灯具、１０…発光部、１１…金属板、１２…蛍光体、１３…反射抑制部材、１４…ヒートシンク、２０…レーザー光学系、２１…レーザー光源、２２…レンズ、３０…投影レンズ、４０…反射面、５０…投影レンズ、５１…反射面、５２…シェード

Claims (6)

1. 金属板と、
   前記金属板の表面に配置され、青色レーザー光により励起されて発光する光源としての蛍光体と、
   前記蛍光体に入射する青色レーザー光を放射するレーザー光源と、
   前記蛍光体の周囲の前記金属板の表面を覆うように配置され、前記レーザー光源から入射する青色レーザー光の反射を抑制する反射抑制部材と、
   を備え、
   前記反射抑制部材は、前記蛍光体が配置される開口が形成されたカーボン製プレートであることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記光源としての蛍光体の光源像を投影してすれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンを形成するように構成された光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、
   前記光学系は、前記蛍光体の前方に配置され、かつ、焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定された投影レンズを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、
   前記光学系は、投影レンズと、反射面と、前記投影レンズと反射面との間に配置されたシェードと、を含んでおり、
   前記反射面は、第１焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定され、第２焦点が前記シェードの上端縁近傍に設定された回転楕円系の反射面であり、
   前記投影レンズは、焦点が前記シェードの上端縁近傍に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
5. 前記蛍光体は、前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでおり、
   前記光学系は、焦点が前記蛍光体の前記明暗境界線に対応する辺近傍に設定された回転放物面系の反射面を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
6. 金属板と、
   前記金属板の表面に配置され、青色レーザー光により励起されて発光する光源としての蛍光体と、
   前記蛍光体に入射する青色レーザー光を放射するレーザー光源と、
   前記蛍光体の周囲の前記金属板の表面を覆うように配置され、前記レーザー光源から入射する青色レーザー光の反射を抑制する反射抑制部材と、
   を備え、
   前記反射抑制部材は、前記蛍光体が配置される開口が形成されており、
   前記光源としての蛍光体の光源像を投影してすれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンを形成するように構成された光学系をさらに備えており、
   前記反射抑制部材の開口は、前記光学系により形成する前記すれ違いビーム用配光パターン又は走行ビーム用配光パターンの明暗境界線に対応する辺を含んでいることを特徴とする車両用灯具。