(57)【特許請求の範囲】
【請求項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蛍光体から形成された蛍光部材と、
前記蛍光部材の近傍に位置する物側焦点を有し、前記蛍光部材から出射された前記可視光の発光形状を前方へ投影する投影レンズと、
を備える灯具ユニットにおいて、
前記蛍光部材は、
前記投影レンズの光軸に直交する回動軸を中心に回動可能に構成されるとともに、当該蛍光部材を複数の所定の回動位置に回動させたときに前記投影レンズから見た外形が変化
するような立体形状に形成されており、
前記投影レンズから見た外形が、当該蛍光部材を所定の第１の回動位置に回動させた状態では、所定の第１の配光パターンを上下反転させた外形となり、当該蛍光部材を前記第１の回動位置とは異なる第２の回動位置に回動させた状態では、前方から見て前記第１の配光パターンとは外形が異なる所定の第２の配光パターンを上下反転させた外形となることを特徴とする灯具ユニット。
【請求項２】
所定の移動方向へ移動可能に構成されるとともに、前記移動方向に沿って曲率が変化する可変反射面を有し、前記半導体発光素子から前記蛍光部材までの光路中に配設されて、前記半導体発光素子から出射された励起光を前記可変反射面で反射させて前記蛍光部材へ照射するフレキシブルミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
【請求項３】
前記蛍光部材から前記投影レンズへ前記可視光が出射される部分を除く前記蛍光部材の周囲を覆うとともに、内周面が前記蛍光部材と同心状の反射面とされた反射鏡を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の灯具ユニット。
【請求項４】
前記蛍光部材は、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灯具ユニット。
【請求項５】
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１〜４の何れか一項に記載の灯具ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、灯具ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用前照灯等に用いられる灯具ユニットとして、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に記載の灯具ユニットは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０４７２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の灯具ユニットでは、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。
【０００５】
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灯具ユニットの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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蛍光体から形成された蛍光部材と、
前記蛍光部材の近傍に位置する物側焦点を有し、前記蛍光部材から出射された前記可視光の発光形状を前方へ投影する投影レンズと、
を備える灯具ユニットにおいて、
前記蛍光部材は、
前記投影レンズの光軸に直交する回動軸を中心に回動可能に構成されるとともに、当該蛍光部材を複数の所定の回動位置に回動させたときに前記投影レンズから見た外形が変化するような立体形状に形成されており、
前記投影レンズから見た外形が、当該蛍光部材を所定の第１の回動位置に回動させた状態では、所定の第１の配光パターンを上下反転させた外形となり、当該蛍光部材を前記第１の回動位置とは異なる第２の回動位置に回動させた状態では、前方から見て前記第１の配光パターンとは外形が異なる所定の第２の配光パターンを上下反転させた外形となることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の灯具ユニットにおいて、
所定の移動方向へ移動可能に構成されるとともに、前記移動方向に沿って曲率が変化する可変反射面を有し、前記半導体発光素子から前記蛍光部材までの光路中に配設されて、前記半導体発光素子から出射された励起光を前記可変反射面で反射させて前記蛍光部材へ照射するフレキシブルミラーを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の灯具ユニットにおいて、
前記蛍光部材から前記投影レンズへ前記可視光が出射される部分を除く前記蛍光部材の周囲を覆うとともに、内周面が前記蛍光部材と同心状の反射面とされた反射鏡を備えることを特徴とする。
【０００９】
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灯具ユニットにおいて、
前記蛍光部材は、拡散材を含有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の灯具ユニットにおいて、
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。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、投影レンズに向けて可視光を出射させる蛍光部材が、投影レンズの光軸に直交する回動軸を中心に回動可能に構成されるとともに、回動させたときに投影レンズから見た外形が変化するような立体形状に形成されているので、投影レンズから投影される発光形状を蛍光部材の回動によって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、蛍光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。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、所定の移動方向へ移動可能に構成されるとともに、移動方向に沿って曲率が変化する可変反射面を有し、半導体発光素子から出射された励起光を可変反射面で反射させて蛍光部材へ照射するフレキシブルミラーを備えているので、このフレキシブルミラーの移動に伴って、半導体発光素子からの励起光が入射する可変反射面内の位置を異なる曲率の部分へ移動させ、フレキシブルミラーから蛍光部材への励起光の照射範囲を変化させることができる。これにより、励起光が照射される蛍光部材の被照射範囲を変化させ、ひいては蛍光部材が出射する可視光の輝度分布を変化させて、配光パターンの照度分布を変化させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、蛍光部材から投影レンズへ可視光が出射される部分を除く蛍光部材の周囲を覆うとともに、内周面が蛍光部材と同心状の反射面とされた反射鏡を備えているので、投影レンズ以外に向けて蛍光部材から出射された可視光や、蛍光部材を透過した励起光を、反射面で反射させて蛍光部材へ再入射させ、投影レンズへ向かう有効な可視光とすることができる。したがって、光束利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の実施形態における灯具ユニットの要部を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態におけるフレキシブルミラーの変形例を示す図である。
【図３】第一の実施形態における蛍光部材の形状を説明するための図である。
【図４】第一の実施形態における灯具ユニットでの光路を説明するための図である。
【図５】第二の実施形態における灯具ユニットの要部を示す側面図である。
【図６】第二の実施形態における蛍光部材の形状を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態における灯具ユニット１の要部を示す斜視図である。
灯具ユニット１は、車両に搭載されて車両前方を照らす車両用前照灯であり、図１に示すように、レーザーダイオード（以下、ＬＤという）１１と、フレキシブルミラー１２と、蛍光部材１３と、反射鏡１４と、投影レンズ１５とを備えている。
このうち、ＬＤ１１は、本発明に係る半導体発光素子であり、蛍光部材１３の励起光としての青色のレーザー光を左右方向に沿って出射する。
【００１７】
フレキシブルミラー１２は、ＬＤ１１の右方であって蛍光部材１３の下方に配置されており、ＬＤ１１から出射された青色光を表面の反射面１２ａで反射させて上方の蛍光部材１３へ照射する。このフレキシブルミラー１２は、上下方向へ移動可能に構成されるとともに、前後方向に垂直な断面内での反射面１２ａの曲率が上下方向に沿って変化するように形成されている。そのため、フレキシブルミラー１２を上下方向へ移動させると、反射面１２ａ内でＬＤ１１からの青色光が入射する部分が移動して、その曲率が変化する結果、上方へ反射される青色光の左右方向への照射範囲が変化する。
なお、フレキシブルミラー１２は、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すように、一端を固定端とし他端を自由端として、当該他端が図の矢印方向へ移動するように構成してもよいし、図２（ｃ）に示すように、投影レンズ１５の光軸Ａｘと平行な所定軸を支点とし、両端が移動して両方向へ線対称に曲率が連続的に変化するように構成してもよい。
【００１８】
図３（ａ）は、蛍光部材１３の斜視図であり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、図３（ａ）のＡ矢視図及びＢ矢視図である。
これらの図に示すように、蛍光部材１３は、左右方向に長尺な形状に形成されており、具体的には、左右方向に直交するＡ方向から見ると左右方向に長尺な楕円状の外形となり、左右方向及びＡ方向に直交するＢ方向から見ると左右方向に長尺な楕円状のうち上部の左半部が切り欠かれた外形となるように、立体的な形状に形成されている。より詳しくは、Ａ方向から見た蛍光部材１３の外形が走行ビームを左右反転させた外形となっており、Ｂ方向から見た蛍光部材１３の外形がすれ違いビームを左右反転させた外形となっている。また、蛍光部材１３の大きさは、例えば、直径１ｍｍ×長さ６ｍｍの円柱に内接する程度のサイズである。
【００１９】
この蛍光部材１３は、ＬＤ１１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体から主に形成されている。そのため、この蛍光部材１３が青色光を受けると、当該蛍光部材１３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。この蛍光部材１３を形成する蛍光体には、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。
なお、蛍光部材１３には、ＬＤ１１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、蛍光体と拡散材とは、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。
【００２０】
また、蛍光部材１３は、左右方向に延在する回動軸１６を中心に回動可能に構成されている。回動軸１６は、蛍光部材１３を貫通しておらず、その延長線が蛍光部材１３の中心を通るように、蛍光部材１３の左右両端から左右方向へ延出している。この回動軸１６は、蛍光体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。回動軸１６の先端には、ステッピングモータなどの回動角を制御可能なアクチュエータ（図示せず）が接続されている。
【００２１】
反射鏡１４は、図１に示すように、蛍光部材１３よりも大径で左右方向に長尺な円筒状に形成され、その中心軸を回動軸１６と一致させて蛍光部材１３の周囲を覆うように配設されている。但し、反射鏡１４は、蛍光部材１３から前方の投影レンズ１５へ白色光が出射される範囲の前側の一部が開口しており、当該一部を除いて蛍光部材１３の周囲を覆っている。この反射鏡１４の下部には、フレキシブルミラー１２で上方へ反射された青色光を透過させる透光孔１４ａが形成されている。また、反射鏡１４の内周の円筒面は、その中心軸が回動軸１６と一致して蛍光部材１３と同心状に形成されるとともに、蛍光部材１３から出射された光を反射させる反射面１４ｂとなっている。
【００２２】
投影レンズ１５は、前後方向に沿った光軸Ａｘ上に蛍光部材１３が位置するように、蛍光部材１３及び反射鏡１４の前方に配置されている。この投影レンズ１５は、蛍光部材１３の近傍に位置する物側焦点を有しており、蛍光部材１３から前方へ出射された白色光を上下左右に反転させつつ車両前方へ投影する。
【００２３】
図４は、灯具ユニット１での光路を説明するための図である。
この図に示すように、灯具ユニット１では、ＬＤ１１から出射された青色光（励起光）がフレキシブルミラー１２の反射面１２ａで上方へ反射され、透光孔１４ａを透過して蛍光部材１３に入射した後、当該蛍光部材１３で白色光とされて放射状に出射される。このうち、蛍光部材１３から前方の投影レンズ１５に向かって出射されなかった白色光は、蛍光部材１３を透過してしまった青色光とともに反射鏡１４の反射面１４ｂで反射されて再び蛍光部材１３に入射する。一方、蛍光部材１３から投影レンズ１５へ出射された白色光は、投影レンズ１５で上下左右に反転されつつ車両前方へ投影される。
【００２４】
このとき、蛍光部材１３が、図３（ａ）に示すＡ方向を後方に一致させた状態にある場合には、図３（ｂ）に示すＡ矢視での蛍光部材１３の外形を上下反転させた外形が投影レンズ１５を通じて反転投影され、車両前方に走行ビームが形成される。
また、この状態から蛍光部材１３を９０度回動させて、蛍光部材１３が図３（ａ）に示すＢ方向を後方に一致させた状態（図１に示す状態）にされた場合には、図３（ｃ）に示すＢ矢視での蛍光部材１３の外形を上下反転させた外形が投影レンズ１５を通じて反転投影され、車両前方にすれ違いビームが形成される。
このように、蛍光部材１３を回動させたときに、投影レンズ１５から見た蛍光部材１３の外形、つまり投影レンズ１５によって投影される蛍光部材１３の発光形状が変化するため、走行ビームとすれ違いビームとに配光パターンを変更することができる。
【００２５】
また、図示は省略するが、フレキシブルミラー１２を上下に移動させて、上方へ反射される青色光の左右方向への照射範囲を変化させると、この青色光が照射される蛍光部材１３の左右方向の被照射範囲が変化し、蛍光部材１３が出射する白色光の輝度分布も変化する結果、蛍光部材１３から投影レンズ１５を通じて形成される配光パターンの照度分布が変化する。具体的には、蛍光部材１３の被照射範囲を狭くして当該蛍光部材１３の中心寄りに青色光を集光させた場合には、中心が明るく左右周辺部が暗い配光パターンが形成され、蛍光部材１３の被照射範囲を広くして当該蛍光部材１３の全体に亘って青色光を照射した場合には、より全体的に均一な照度の配光パターンが形成される。
【００２６】
以上の灯具ユニット１によれば、投影レンズ１５から投影される蛍光部材１３の発光形状を当該蛍光部材１３の回動によって変化させることができる。したがって、ＬＤ１１からの光を遮光することなく、蛍光部材１３を回動させるだけで、走行ビーム及びすれ違いビームの２つの配光パターンを形成することができる。
【００２７】
また、フレキシブルミラー１２の移動に伴って、ＬＤ１１からの青色光が入射する反射面１２ａ内の位置を異なる曲率の部分へ移動させ、フレキシブルミラー１２から蛍光部材１３への青色光の照射範囲を変化させることができる。これにより、青色光が照射される蛍光部材１３の被照射範囲を変化させ、ひいては蛍光部材１３が出射する白色光の輝度分布を変化させて、配光パターンの照度分布を変化させることができる。
【００２８】
また、投影レンズ１５以外に向けて蛍光部材１３から出射された白色光や、蛍光部材１３を透過した青色光を、反射鏡１４の反射面１４ｂで反射させて蛍光部材１３へ再入射させ、投影レンズ１５へ向かう有効な白色光とすることができる。したがって、光束利用率を向上させることができる。
【００２９】
また、蛍光部材１３の下方から青色光を入射させて前方へ白色光を出射させており、つまり蛍光部材１３を介して光軸方向を変えているので、コヒーレント光である青色光が蛍光部材１３の拡散材で拡散されることなく当該蛍光部材１３を透過してしまった場合でも、当該青色光が投影レンズ１５を通じて灯具外へ照射されることを防止でき、安全性を確保することができる。
【００３０】
［第二の実施形態］
続いて、本発明の第二の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第二の実施形態における灯具ユニット２の要部を示す側面図である。
灯具ユニット２は、高所から室内を照らす一般照明に用いられる照明灯であり、図５に示すように、ＬＤ２１と、蛍光部材２３と、投影レンズ２５とを備えている。
【００３１】
このうち、ＬＤ２１及び投影レンズ２５は、上記第一の実施形態におけるＬＤ１１及び投影レンズ１５と同様に構成されている。但し、ＬＤ２１は、蛍光部材２３の側方の比較的遠方に配置されて当該蛍光部材２３に直接青色光を照射する。また、投影レンズ２５は、光軸Ａｘが上下方向に沿う向きとされた状態で、この光軸Ａｘ上に蛍光部材２３が位置するように当該蛍光部材２３の下方に配置されている。
【００３２】
図６（ａ）は、蛍光部材２３の斜視図であり、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図６（ａ）のＣ矢視図，Ｄ矢視図，Ｅ矢視図である。
これらの図に示すように、蛍光部材２３は、左右方向に直交するＣ方向から見ると円形の外形となり、左右方向及びＣ方向に直交するＤ方向から見ると一対の対辺が湾曲した略四角形の外形となり、左右方向に直交する方向であってＤ方向と約６０度の角度をなすＥ方向から見ると六角形の外形となるように、立体的な形状に形成されている。この蛍光部材２３の大きさは、例えば、一辺５ｍｍの立方体に内接する程度のサイズである。
【００３３】
また、蛍光部材２３は、左右方向に延在する回動軸２６を中心に回動可能に構成されている。回動軸２６は、その延長線が蛍光部材２３の中心を通るように、蛍光部材２３の左端から左方へ突設されている。その他の回動軸２６の構成は、上記第一の実施形態における回動軸１６と同様である。なお、回動軸２６は、蛍光部材２３内に挿通させてもよいが、その場合には、接着剤を用いずに嵌合によって蛍光部材２３と一体的に構成するのが好ましい。
【００３４】
以上の構成を具備する灯具ユニット２では、ＬＤ２１から出射された青色光（励起光）が蛍光部材２３に入射して白色光とされ、投影レンズ２５を通じて下方へ照射される。
このとき、蛍光部材２３が、図６（ａ）に示すＣ方向を下方に一致させた状態にある場合には、図６（ｂ）に示すＣ矢視での蛍光部材２３の外形が投影レンズ２５を通じて投影され、下方に円形の配光パターンが形成される。
また、この状態から蛍光部材２３を９０度回動させて、蛍光部材２３が図６（ａ）に示すＤ方向を下方に一致させた状態にされた場合には、図６（ｃ）に示すＤ矢視での蛍光部材２３の外形が投影レンズ２５を通じて投影され、下方に略四角形の配光パターンが形成される。
更に、この状態から蛍光部材２３を約６０度回動させて、蛍光部材２３が図６（ａ）に示すＥ方向を下方に一致させた状態にされた場合には、図６（ｄ）に示すＥ矢視での蛍光部材２３の外形が投影レンズ２５を通じて投影され、下方に六角形の配光パターンが形成される。
【００３５】
以上の灯具ユニット２によれば、上記第一の実施形態における灯具ユニット１と同様に、投影レンズ２５から投影される蛍光部材２３の発光形状を当該蛍光部材２３の回動によって変化させることができる。したがって、ＬＤ２１からの光を遮光することなく、蛍光部材２３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。
【００３６】
また、ＬＤ２１が蛍光部材２３の遠方に配置されているので、ＬＤ２１から蛍光部材２３までの青色光の輝線を演出用に利用することができる。加えて、蛍光部材２３から投影レンズ２５以外へ出射される白色光も、天井や壁面等に照射させて演出用に利用することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記第一及び第二の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。
【００３８】
例えば、上記第一及び第二の実施形態では、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（ＬＤ１１，２１）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、蛍光部材１３，２３への集光性の点や、フレキシブルミラー１２による可変照度を実現する点からは、レーザーダイオードを用いることが好ましい。また、ＬＤ１１，２１から出射される青色光はコリメートされることが好ましい。
【００３９】
また、ＬＤ１１，２１が青色光を出射し、蛍光部材１３，２３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（励起光と蛍光体との組合せ）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体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体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、蛍光部材１３，２３には拡散材を含有させない方がよい。
【００４０】
また、蛍光部材１３，２３の大きさは、上述した各サイズに限定されるものではない。但し、この蛍光部材１３，２３の大きさは、当該蛍光部材１３，２３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、過度に小さいと加工性やハンドリング性を損ねるため、縦・横・高さがそれぞれ１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であるのが好ましい。
【００４１】
また、蛍光部材１３，２３は、当該蛍光部材１３，２３を形成する蛍光体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体や拡散材の密度分布を調整してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１，２        灯具ユニット
１１，２１    ＬＤ（半導体発光素子）
１２          フレキシブルミラー
１２ａ        反射面（可変反射面）
１３，２３    蛍光部材
１４          反射鏡
１４ａ        透光孔
１４ｂ        反射面
１５，２５    投影レンズ
１６，２６    回動軸
Ａｘ          光軸
【図１】
0005627992.tif 000002
【図２】
0005627992.tif 000003
【図３】
0005627992.tif 000004
【図４】
0005627992.tif 000005
【図５】
0005627992.tif 000006
【図６】
0005627992.tif 000007