JP5571532B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯に関する。

従来、自動車用ヘッドライトなどの車両用前照灯として、例えば特許文献１に記載のように、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせて用いるものが知られている。この特許文献１に記載の車両用前照灯は、半導体発光素子からの励起光を受けて蛍光体が出射した可視光を、反射鏡によって前方へ反射させて所定の配光パターンを形成している。

特許第４０４７２６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の車両用前照灯では、蛍光体の発光態様や反射鏡の反射態様が一定であるため、単一の配光パターンしか形成することができない。
この点、いわゆるカラーホイールのように、複数の蛍光体を切り替え可能に構成して複数の配光パターンを形成可能にすることも考えられる。しかしながら、このような構成では、意図しない光が複数の蛍光体の間から漏れないように当該複数の蛍光体間を遮光しなければならないところ、そのための遮光部材が光束密度の高い半導体発光素子からの光によって熱変形してしまう恐れがある。そのため、半導体発光素子からの光は、遮光されることなく常時蛍光体に照射されていることが望ましい。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、半導体発光素子からの光を遮光することなく、複数の配光パターンを形成することのできる車両用前照灯の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された励起光を受けて可視光を出射する複数の蛍光体と、
前記複数の蛍光体から出射された前記可視光を車両前方へ投影する投影レンズと、
を備える車両用前照灯において、
前記複数の蛍光体は、前記投影レンズの光軸上に位置するとともに当該光軸に直交する回動軸を中心に回動可能な回動部材の周面に周方向に沿って配列され、正面から見た外形がそれぞれ異なるように形成されており、
前記半導体発光素子は、前記複数の蛍光体のうち前記投影レンズの後面に対向する一の蛍光体に前記励起光を照射することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用前照灯において、
前記複数の蛍光体は、当該蛍光体からの前記可視光によって形成される配光パターンのうちの照度がより高い部分に投影される表面部分ほど、前記半導体発光素子からの前記励起光がより鋭角に入射するように、表面が凹凸面状に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用前照灯において、
前記半導体発光素子は、レーザーダイオードであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用前照灯において、
前記蛍光体は、拡散材を含有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数の蛍光体のうち投影レンズの後面に対向する一の蛍光体に向けて半導体発光素子から励起光が照射され、当該一の蛍光体から可視光が出射されて投影レンズによって車両前方へ投影される。このとき、複数の蛍光体は、投影レンズの光軸上に位置するとともに当該光軸に直交する回動軸を中心に回動可能な回動部材の周面に周方向に沿って配列され、正面から見た外形がそれぞれ異なるように形成されているので、回動部材を回動させることによって、投影レンズの後面に対向する蛍光体を外形の異なるものに切り替えることができ、ひいては投影レンズから投影される発光形状を変化させることができる。したがって、半導体発光素子からの光を遮光することなく、回動部材を回動させるだけで複数の配光パターンを形成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の蛍光体は、当該蛍光体からの可視光によって形成される配光パターンのうちの照度がより高い部分に投影される表面部分ほど、半導体発光素子からの励起光がより鋭角に入射するように、表面が凹凸面状に形成されているので、蛍光体の表面形状に応じた照度分布の配光パターンが形成される。したがって、蛍光体の表面を適切に形成するだけで、所望の照度分布を有する配光パターンを形成することができる。

実施形態における車両用前照灯の平面図である。 実施形態における車両用前照灯の側面図である。 図２の（ａ）Ａ矢視図，（ｂ）Ｂ矢視図，（ｃ）Ｃ矢視図，（ｄ）Ｄ矢視図である。 図２の（ａ）ＰＯ線での断面図，（ｂ）ＱＯ線での断面図，（ｃ）ＲＯ線での断面図，（ｄ）ＳＯ線での断面図である。 蛍光体の表面から出射される光の密度を説明するための図である。 実施形態における車両用前照灯が形成する各配光パターンを車両側から見た図である。 実施形態における車両用前照灯が形成する各配光パターンを上方から見た図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態における車両用前照灯１の平面図であり、図２は、車両用前照灯１の側面図である。
これらの図に示すように、車両用前照灯１は、レーザーダイオード（以下、ＬＤという）２と、発光部材３と、投影レンズ４とを備えている。

このうち、ＬＤ２は、本発明に係る半導体発光素子であり、青色のレーザー光を右斜め後方の発光部材３に向かって出射する。より詳しくは、ＬＤ２は、発光部材３の周面に配列された後述する複数の蛍光体３１，…のうち、投影レンズ４の後面に対向する１つの蛍光体３１に向けて青色光を照射する。

発光部材３は、例えば左右方向に延在する円柱状の回動部材３０を有している。この回動部材３０は、回動角を制御可能なアクチュエータ（図示せず）と端部で接続されており、左右方向に沿った回動軸を中心に回動可能となっている。なお、回動部材３０の形状は回動可能なものであれば特に限定されない。
回動部材３０の周面には、４つの蛍光体３１，…が当該回動部材３０の周方向に沿って中心角９０度のピッチで配列されている。この蛍光体３１，…は、ＬＤ２から出射された青色光を受けることで励起されて黄色光を発する蛍光材料から形成されている。そのため、この蛍光体３１が青色光を受けると、当該蛍光体３１で散乱した青色光が黄色光と混色される結果、白色光が放射状に出射される。ここで、蛍光体３１は、実質的に発光面として（擬似的に光源として）機能するものであるため、その表面だけに蛍光材料を塗布する構成としてもよい。この蛍光体３１を形成する蛍光材料には、希土類添加のＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）など、種々のものを用いることができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、図２のＡ矢視図〜Ｄ矢視図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は、図２のＰＯ線〜ＳＯ線での断面図である。但し、図３（ａ）〜（ｄ）は、当該各図で正面視した蛍光体３１を前方に向けた状態で発光部材３を前方から見た図である。
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、４つの蛍光体３１，…は、それぞれ形状の異なる第１蛍光体３１Ａ〜第４蛍光体３１Ｄとなっている。これら第１蛍光体３１Ａ〜第４蛍光体３１Ｄは、回動部材３０の外径方向から見た正面視での外形がそれぞれ異なるように形成されており、何れの外形もそれぞれが形成する配光パターンの外形となっている。具体的には、第１蛍光体３１Ａの外形がすれ違いビームの外形となっており、第２蛍光体３１Ｂの外形が走行ビームの外形となっており、第３蛍光体３１Ｃの外形が高速走行用ビームの外形となっており、第４蛍光体３１Ｄの外形が市街地走行用ビームの外形となっている。

また、第１蛍光体３１Ａ〜第４蛍光体３１Ｄは、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、表面が凹凸面状に形成されている。この表面の凹凸は、各蛍光体３１からの白色光によって形成される配光パターンの照度分布を決定している。これは、図５に示すように、蛍光体３１のうち、ＬＤ２からの青色光Ｌｂが当該蛍光体３１の表面に対してより鋭角に入射する部分ほど、高密度に白色光Ｌｗを出射させ、高輝度に発光することを利用したものである。そのため、第１蛍光体３１Ａ〜第４蛍光体３１Ｄの表面は、各蛍光体３１からの白色光によって形成される配光パターンのうちの照度がより高い部分に投影される表面部分ほど、ＬＤ２からの青色光がより鋭角に入射するように、凹凸面状に形成されている。具体的には、第１蛍光体３１Ａの表面がすれ違いビームの照度分布に対応し、第２蛍光体３１Ｂの表面が走行ビームの照度分布に対応し、第３蛍光体３１Ｃの表面が高速走行用ビームの照度分布に対応し、第４蛍光体３１Ｄの表面が市街地走行用ビームの照度分布に対応するように、各表面が凹凸面状に形成されている。

投影レンズ４は、例えば前面が凸面の平凸レンズであり、前後方向に沿った光軸Ａｘ上に発光部材３（回動部材３０）が位置するように当該発光部材３の前方に配置されている。この投影レンズ４は、その後面に対向する蛍光体３１の近傍に位置する物側焦点を有しており、当該蛍光体３１から前方へ出射された白色光を上下及び左右に反転させつつ車両前方へ投影する。

図６（ａ）〜（ｄ）は、車両用前照灯１によって形成される各配光パターンを車両側から見た図であり、図７（ａ）〜（ｄ）は、当該各配光パターンを上方から見た図である。
車両用前照灯１では、ＬＤ２から出射された青色光（励起光）が投影レンズ４の後面に対向する蛍光体３１に照射され、当該蛍光体３１で白色光とされて前方に出射された後、投影レンズ４で上下及び左右に反転されつつ車両前方へ投影される。

このとき、第１蛍光体３１Ａが投影レンズ４の後面に対向している場合には、この第１蛍光体３１Ａの外形が反転投影されるとともに当該第１蛍光体３１Ａが表面の凹凸に応じた輝度分布で発光することにより、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、第１蛍光体３１Ａの外形が上下及び左右に反転された外形と第１蛍光体３１Ａの表面の凹凸に応じた照度分布とを有するすれ違いビームＰａが車両前方に形成される。
また、この状態から発光部材３を回動させて第２蛍光体３１Ｂを投影レンズ４の後面に対向させた場合には、この第２蛍光体３１Ｂの外形が反転投影されるとともに当該第２蛍光体３１Ｂが表面の凹凸に応じた輝度分布で発光することにより、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、第２蛍光体３１Ｂの外形が上下及び左右に反転された外形と第２蛍光体３１Ｂの表面の凹凸に応じた照度分布とを有する走行ビームＰｂが車両前方に形成される。
同様にして、第３蛍光体３１Ｃを投影レンズ４の後面に対向させた場合には、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す高速走行用ビームＰｃが形成され、第４蛍光体３１Ｄを投影レンズ４の後面に対向させた場合には、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示す市街地走行用ビームＰｄが形成される。

以上の車両用前照灯１によれば、発光部材３（回動部材３０）を回動させることによって、投影レンズ４の後面に対向する蛍光体３１を外形の異なるものに切り替えることができ、ひいては投影レンズ４から投影される発光形状を変化させることができる。したがって、ＬＤ２からの光を遮光することなく、回動部材３０を回動させるだけで複数の配光パターンを形成することができる。

また、蛍光体３１は、当該蛍光体３１からの白色光によって形成される配光パターンのうちの照度がより高い部分に投影される表面部分ほど、ＬＤ２からの青色光がより鋭角に入射するように、表面が凹凸面状に形成されているので、当該蛍光体３１の表面形状に応じた照度分布の配光パターンが形成される。したがって、蛍光体３１の表面を適切に形成するだけで、所望の照度分布を有する配光パターンを形成することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、上記実施形態では、本発明に係る半導体発光素子としてレーザーダイオード（ＬＤ２）を用いることとしたが、発光ダイオードを用いることとしてもよい。但し、蛍光体３１への集光性の点からは、レーザーダイオードを用いることが好ましい。また、ＬＤ２から出射される青色光は、蛍光体３１に対してコリメートされることが好ましい。

また、蛍光体３１には、ＬＤ２から出射された青色光を拡散させる拡散材を含有させてもよい。拡散材としては、炭酸カルシウムや酸化チタン，アルミナなどを用いることができる。この場合、蛍光材料と拡散材とは、樹脂などのバインダーを用いて混合材とするのではなく、焼結によって一体化させることが耐久性・耐熱性の点から好ましい。

また、ＬＤ２が青色光を出射し、蛍光体３１が当該青色光により黄色光を発することとしたが、これに限定されず、白色光が得られる他の構成（励起光と蛍光材料との組合せ）であってもよいし、白色光以外の可視光が得られる構成であってもよい。例えば、励起光を青色光とし、赤色光と緑色光とを発する各蛍光材料を混在させてもよいし、励起光を紫外光とし、赤色光と緑色光と青色光とを発する各蛍光材料を混在させてもよい。なお、後者の場合に、紫外光が漏れると不都合が生じるのであれば、蛍光体３１には拡散材を含有させない方がよい。

また、ＬＤ２は、右斜め後方に向けて青色光を出射させることとしたが、他の方向から青色光を出射させることとしてもよい。但し、この青色光の出射方向を変更した場合に、蛍光体３１の表面の凹凸形状も適宜変更する必要があるのは勿論である。

また、蛍光体３１の大きさは、当該蛍光体３１を点光源に近づけるためには極力小さいことが好ましいものの、加工性やハンドリング性を損ねない程度のサイズであることが好ましい。

また、蛍光体３１は、当該蛍光体３１を形成する蛍光材料や拡散材の密度によって輝度が変化するため、例えば中心付近の密度を高くするなどのように、所望の配光パターンの照度分布に応じて蛍光材料や拡散材の密度分布を調整してもよい。

また、回動部材３０は、蛍光体３１のストークス損による発熱を逃がすための放熱部材でもあることから、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属製であることが好ましい。

１ 車両用前照灯
２ ＬＤ（半導体発光素子）
３ 発光部材
４ 投影レンズ
３０ 回動部材
３１ 蛍光体
３１Ａ 第１蛍光体
３１Ｂ 第２蛍光体
３１Ｃ 第３蛍光体
３１Ｄ 第４蛍光体
Ａｘ 光軸
Ｌｂ 青色光（励起光）
Ｌｗ 白色光（可視光）
Ｐａ すれ違いビーム
Ｐｂ 走行ビーム
Ｐｃ 高速走行用ビーム
Ｐｄ 市街地走行用ビーム

Claims (4)

1. 半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子から出射された励起光を受けて可視光を出射する複数の蛍光体と、
   前記複数の蛍光体から出射された前記可視光を車両前方へ投影する投影レンズと、
   を備える車両用前照灯において、
   前記複数の蛍光体は、前記投影レンズの光軸上に位置するとともに当該光軸に直交する回動軸を中心に回動可能な回動部材の周面に周方向に沿って配列され、正面から見た外形がそれぞれ異なるように形成されており、
   前記半導体発光素子は、前記複数の蛍光体のうち前記投影レンズの後面に対向する一の蛍光体に前記励起光を照射することを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記複数の蛍光体は、当該蛍光体からの前記可視光によって形成される配光パターンのうちの照度がより高い部分に投影される表面部分ほど、前記半導体発光素子からの前記励起光がより鋭角に入射するように、表面が凹凸面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記半導体発光素子は、レーザーダイオードで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。
4. 前記蛍光体は、拡散材を含有す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。

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