(57)【要約】【課題】  光学設計における複雑な計算や、複雑な形状の光学部材を用いることなく、簡便な光学設計、及び簡素な光学部材で良好な配光パターンを形成できる車両用灯具を得、車両用灯具の簡素化及びコスト低減を図る。【解決手段】  投影レンズ３と、互いに離間配置された陽極及び陰極と、蛍光物質からなり、投影レンズ３の焦点近傍に配置された蛍光体とを備え、陰極から放出された電子が陽極及び陰極間の電界により陽極に向かって加速され、電子により蛍光体の蛍光物質が励起されて光を出射し、光が投影レンズ３により前方に投影される車両用灯具１であって、蛍光体の発光面を、前方に投影される配光パターンに応じて形成した。【選択図】図１
2006324152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズと、
互いに離間配置された陽極及び陰極と、
蛍光物質からなり、前記投影レンズの焦点近傍に配置された蛍光体と、を備え、
前記陰極から放出された電子が前記陽極及び陰極間の電界により前記陽極に向かって加速され、前記電子により前記蛍光体の前記蛍光物質が励起されて光を出射し、前記光が前記投影レンズにより前方に投影される車両用灯具であって、
前記蛍光体の発光面は、前方に投影される配光パターンに応じて形成されていることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記蛍光体の発光面の少なくとも一辺は、水平部と傾斜部とを備えたカットオフラインを有し、
前記カットオフラインの水平部と傾斜部の接続部近傍に前記投影レンズの焦点が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記蛍光体は、前記接続部近傍において発光輝度が高く、前記カットオフラインから離れるにしたがい発光輝度が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯等に用いて好適な車両用灯具に関し、特に、光源として電界放出ランプを用いた車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には夜間走行時の前方視認性を高めるために車両前照灯が設けられ、この前照灯にはプロジェクタ型のものがある（例えば、特許文献１参照）。
プロジェクタ型前照灯は、図９に示すように、車両前後方向に延びる灯具光軸Ａｘ上に設けられた光源１０２と、この光源１０２からの光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ寄りに反射させるリフレクタ１０４と、このリフレクタ１０４の前方側に設けられた集光レンズ１０６とを備えている。
【０００３】
さらに、このプロジェクタ型前照灯をすれ違いビーム用前照灯として用いる場合には、同図に示すように、集光レンズ１０６とリフレクタ１０４との間に、該リフレクタ１０４からの反射光の一部を遮蔽して上向き照射光を除去する遮光板１０８が設けられ、これにより明暗境界線を有するすれ違いビーム用配光パターンを形成するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７６５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プロジェクタ型前照灯は、上記のように、すれ違いビームの形成などから配光が重要な問題となる。特に、明暗境界線を得るために遮光板の一辺に形成される遮蔽部形状（カットオフライン）の形成は必須となる。従来では、このカットオフラインによって形成される配光パターンを、リフレクタや集光レンズなど光学部材の組み合わせ設計によって得ていた。このため、光学系エネルギー出力（照度、光度、輝度、集光効率）の計算を行いながら、照明光学系シミュレータによって光線追跡を行うなど、複雑な設計・計算や解析が必要になるとともに、複雑な形状の部品が必要となり、車両用灯具が高価かつ複雑となる問題があった。また、リフレクタや遮光板などの配光制御要素を備える必要があったため、車両用灯具の小型・軽量化の障害となる問題もあった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光学設計における複雑な計算や、複雑な形状の光学部材を用いることなく、簡便な光学設計、及び簡素な光学部材で良好な配光パターンを形成できる車両用灯具を提供し、もって、車両用灯具の簡素化及びコスト低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  投影レンズと、
互いに離間配置された陽極及び陰極と、
蛍光物質からなり、前記投影レンズの焦点近傍に配置された蛍光体と、を備え、
前記陰極から放出された電子が前記陽極及び陰極間の電界により前記陽極に向かって加速され、前記電子により前記蛍光体の前記蛍光物質が励起されて光を出射し、前記光が前記投影レンズにより前方に投影される車両用灯具であって、
前記蛍光体の発光面は、前方に投影される配光パターンに応じて形成されていることを特徴とする車両用灯具。
（２）  前記蛍光体の発光面の少なくとも一辺は、水平部と傾斜部とを備えたカットオフラインを有し、
前記カットオフラインの水平部と傾斜部の接続部近傍に前記投影レンズの焦点が配置されたことを特徴とする（１）に記載の車両用灯具。
（３）  前記蛍光体は、前記接続部近傍において発光輝度が高く、前記カットオフラインから離れるにしたがい発光輝度が低いことを特徴とする（１）または（２）に記載の車両用灯具。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、投影レンズと、陽極及び陰極と、蛍光体とを備え、電子により蛍光体の蛍光物質を励起して光を出射し、光を投影レンズにより前方に投影する車両用灯具において、光源となる蛍光体の発光面を、前方に投影される配光パターンに応じて形成したので、光源自身で配光設計に対応することができ、光学設計における複雑な計算や、複雑な形状の光学部材を用いることなく、簡便な光学設計、及び簡素な光学部材で良好な配光パターンを形成することができる。この結果、車両用灯具の構造を簡素化し、かつコストを低減することができる。また、光源自身で配光設計に対応することができるので、配光制御要素などの器具がほとんど不要になり、車両用灯具を小型・軽量化することもできる。
【０００９】
また、本発明によれば、蛍光体の発光面の少なくとも一辺が、水平部と傾斜部とを備えたカットオフラインを有し、
、このカットオフラインの水平部と傾斜部の接続部近傍に投影レンズの焦点を配置したので、平面発光する蛍光体発光面のカットオフライン形状を、投影レンズで路面へ直接的に投影することができる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、蛍光体の発光輝度を、前記接続部近傍において高く、カットオフラインから離れるにしたがって低くしたので、カットオフライン形状を持つ路面配光を最適、すなわち、良好な遠方視認性で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る車両用灯具の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る実施形態の車両用灯具１を示す全体断面図である。
本実施形態の車両用灯具１は、ＦＥＬ（Field Emission light）型の車両用灯具であって、すれ違いビーム用前照灯として好適に用いることができる。車両用灯具１は、例えばランプボディ２と投影レンズ３によって覆われる灯室１ａ内に、光を出射する灯具ユニット４が配置されて構成される。
【００１２】
灯具ユニット４は、例えば灯具ユニット４の光軸Ａｘを調整可能とした、エイミング機構５，５を介してランプボディ２に取り付けられている。エイミング機構５，５には可動プレート６が設けられ、可動プレート６は光源保持部７を有している。灯具ユニット４は、光を出射する光源ユニット（光源）８を備えている。光源保持部７には開口部７ａが形成され、この開口部７ａに光源ユニット８が挿入される。
【００１３】
本実施形態の光源ユニット８は、ＦＥＬ型の光源である。この光源ユニット８は、開口部７ａに固定される基部８ａ上に、ガラス等の光透過性部材から構成される真空容器９が固定されたものである。
【００１４】
図２は図１に示した光源ユニットを示す全体断面図である。
光源ユニット８の真空容器９内部に形成される内部空間１０には陽極（アノード：Anode）１１と、陰極（カソード：Cathode）１２とが離間配置されている。陽極１１の表面には蛍光物質からなる蛍光体１３が被着されている。本実施形態の光源ユニット８は、陰極１２から電子ｅ-が放出さ、陽極１１及び陰極１２間の電界により陽極１１に向かって加速され、蛍光体１３の蛍光物質を励起して発光する。
【００１５】
陰極１２の陽極側表面上には、冷陰極部材１４が配置されている。この冷陰極部材１４は、ナノオーダーの微細な表面構造を有するカーボンナノチューブ等で構成されており、冷陰極部材１４の表面近傍に形成される電界によって、電子を放出する。冷陰極部材１４を構成する物質としては、カーボンナノチューブの他にも、例えば、シリコンを尖らせてエッチングを施したもの等、アスペクト比が高い微細構造を有する表面形状を有するものであればよい。
【００１６】
陽極１１は、冷陰極部材から引き出された電子をさらに加速させる電子加速用の電界（第１の電界）を形成する電極である。陽極１１の陰極側表面上には、蛍光物質からなる上記の蛍光体１３が配置されている。蛍光体１３を構成する蛍光物質は、電子が入射することにより所定以上のエネルギーを受け取ると励起して励起状態に遷移し、この励起状態となった蛍光物質が基底状態に戻るときに励起状態と基底状態の差分のエネルギーを光として放出することにより発光する。尚、蛍光体１３に電子が入射可能であれば、陽極１１と蛍光体１３の位置が逆になっていてもよい。
【００１７】
本実施形態では、陰極１２側から陽極１１に向かう電子が蛍光体１３の蛍光物質を励起状態に遷移させ、基底状態に戻るときの発光光が車両前方（図２では、上方）に照射される。すなわち、基本的には、陰極１２の冷陰極部材１４から電子を出射させて蛍光体１３に衝突させて発光する構成によりＦＥＬ型光源が構成されている。蛍光体１３にて発光した光は、真空容器９を透過して光源ユニット８の外部に出射し、投影レンズ３を介して車両用灯具１から前方に照射される。
【００１８】
陽極１１は、この発光光を前方に透過させる必要があるため、例えばＩＴＯ等の光透過性の物質から構成される。その他、陽極１１を構成するものとしては、例えば、金属製の素材を網目状に構成したメッシュや、ガラス等の基材状に金属を蒸着させたものであっても良い。なお、図２中、１８は、陽極１１を真空容器９内に支持するための光透過性基材を示す。
【００１９】
また、陰極１２の近傍には第３の電極（ゲート電極）１５を対向配置させている。ゲート電極１５と陰極１２との間には、光源ユニット８の外部に設けられた電源１６によって電圧Ｖｇが印加される。この電圧Ｖｇによってゲート電極１５と陰極１２の間に形成される電界により、陰極１２の冷陰極部材１４から電子が引き出され、ゲート電極１５側に加速されながら導かれる。ゲート電極１５は、例えば透孔を有する微細なメッシュ構造を有しており、ゲート電極１５の厚さ方向、すなわち陰極１２から陽極１１に向かう方向に電子を通過させることが可能となっている。
【００２０】
図３は電極材料に抵抗成分を持たせた陽極の模式図である。
ところで、本実施の形態では、上記の蛍光体１３の発光面１３ａは、前方に投影される配光パターンに応じて形成されている。すなわち、陽極１１若しくは発光面１３ａは、その一辺２０に、カットオフライン形状を有している。カットオフライン形状は、蛍光体１３の発光面１３ａの少なくとも一辺２０に、二つの水平部２１、２２と、この二つの水平部２１，２２を接続する傾斜部２３とを有してなる。そして、カットオフライン形状の水平部２１，２２と傾斜部２３の接続部（エルボ点）２３ａ近傍には投影レンズ３の焦点２５（図４（ｂ）参照）が配置されている。
【００２１】
図４は投影レンズの作用を（ａ）（ｂ）に表した説明図、図５は図３に示した陽極の輝度分布を表す模式図である。
投影レンズ３は、図４（ａ）に示すように、物体２４を拡大投影する機能を有している。また、図４（ｂ）に示すように、一点から放出された光を、平行光とする働きもある。これらの働きを利用して、発光面１３ａに対して十分に大きな径の投影レンズ３を用いることで、発光面１３ａの配光パターンそのものを、一つの投影レンズ３で路面へ投影することが可能となる。この際、発光面１３ａは、極力小さくすることが好ましい。これにより、発光面１３ａが大きくなることによる投影レンズ３の直径の増大が抑止される。具体的な発光面１３ａの寸法としては、例えば図３に示す高さｈの方向の寸法が１ｃｍ程度以下となることが望ましい。
【００２２】
投影レンズ３は、図４（ｂ）に示すように、焦点２５が、カットオフライン形状の傾斜部２３近傍に配置されることで、平面発光する蛍光体発光面１３ａのカットオフライン形状を、路面へ投影するようになっている。
【００２３】
また、発光面１３ａは、カットオフライン形状を形成することに加え、カットオフライン近傍において発光輝度が高く、カットオフラインから離れるにしたがい発光輝度が低くなる構成とすることが好ましい。発光面１３ａに、このような輝度分布を持たせることで、それを投影レンズ３で拡大投影することにより、路面へ投影する配光パターンを、同様にカットオフライン近傍で明るくすることができる。
【００２４】
発光面１３ａにおける輝度分布のつくり方としては、例えば傾斜部２３を中心に、同心楕円状に陽極１１を細分化し、中央部を高く、周縁へ向かうほど低くなるように電圧を印加する構成が考えられる。また、陽極１１の電極材料に、抵抗成分を持ったものを使用し、中心付近に配線２６（図３参照）を接続する構成としてもよい。このような構成では、電子が陽極１１に到達し、電流が流れることで、電極材料の有する抵抗成分Ｒによって、中心付近に比べ、周縁の電圧が下がり、図５に示す輝度ｃｄの分布（ｃｄ５＞ｃｄ４＞ｃｄ３＞ｃｄ２＞ｃｄ１）で蛍光体１３の発光面１３ａを発光させることが可能となる。
【００２５】
図６は輝度分布をつくる電極構成の変形例を表す模式図である。
この他、輝度分布のつくり方としては、電子の集束される電極を用い、中心付近に多くの電子を集める構成としてもよい。また、図６に示すように、陽極１１の陰極側面１１ａを、陰極１２に向かって凸面状となるように湾曲させ、陽極１１の中心付近における陰極間距離と、周縁における陰極間距離とを変えることで、中心付近に電子ｅ-の集まりやすい電界分布を与える構成としてもよい。
【００２６】
これらの構成によって、蛍光体１３の発光輝度を、カットオフライン近傍において高く、カットオフラインから離れるにしたがって低くすることで、カットオフライン形状を持つ路面配光を最適、すなわち、中心部の明るい良好な遠方視認性で形成することができるようになる。
【００２７】
本実施の形態による光源ユニット８では、真空容器９の内部空間１０に主要部品である上記した陽極１１，陰極１２，ゲート電極１５が密封されている状態となっている。また、内部空間１０は、予め真空引きがなされて減圧された状態となっている。本実施形態では、この内部空間１０は、１０-5ｔｏｒｒ以下となるように真空引きされていることが好ましく、また１０-7ｔｏｒｒ以下となるように真空引きされていることがさらに好ましい。
【００２８】
次に、上記の構成を有する光源ユニット８の作用を説明する。
図７は本実施形態に係る車両用灯具の発光分布で照射されたすれ違いビームの配光パターンを表す模式図である。
光源ユニット８では、陽極１１と陰極１２との間に、外部に設けられた電源２７（図２参照）によって電圧Ｖａが印加される。この電圧によって陽極１１と陰極１２との間に形成される電界により、冷陰極部材１４から電子が引き出されてゲート電極１５を通過した電子ｅ-は、さらに陽極１１に向かって加速されながら導かれ、陽極１１に到達する。
【００２９】
これにより、電子の到達によって陽極１１には電流が流れるが、抵抗成分を持った電極材料で陽極１１が形成されていることで、陽極１１では中心付近に比べ、周縁の電圧が下がる。したがって、蛍光体１３を構成する蛍光物質は、中心付近に比べ、周縁で受け取るエネルギーが低いことで、図５に示す輝度ｃｄの分布で蛍光体１３の発光面１３ａが発光することとなる。
【００３０】
このようにして、カットオフライン形状の中心付近が高輝度で発光された光は、図７に示すように、投影レンズ３によって投影されることですれ違いビーム２８となり、発光面１３ａの配光パターンそのものが路面へ配光パターン２９として投影されることとなる。
【００３１】
したがって、上記の車両用灯具１によれば、投影レンズ３と、陽極１１及び陰極１２と、蛍光体１３とを備え、電子により蛍光体１３の蛍光物質を励起して光を出射し、光を投影レンズ３により前方に投影する車両用灯具１において、光源となる蛍光体１３の発光面１３ａを、前方に投影される配光パターン２９に応じて形成したので、光源自身で配光設計に対応することができ、光学設計における複雑な計算や、複雑な形状の光学部材を用いることなく、簡便な光学設計、及び簡素な光学部材で良好な配光パターン２９を形成することができる。
この結果、車両用灯具１の構造を簡素化し、かつコストを低減することができる。
また、光源自身で配光設計に対応することができるので、配光制御要素などの器具（例えば、遮光板、リフレクタ）がほとんど不要となり、車両用灯具１を小型・軽量化することもできる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、蛍光体１３の一辺２０が、二つの水平部２１、２２と、この二つの水平部２１，２２を接続する傾斜部２３とから形成されるカットオフラインを有するとしたがこれに限られることはない。例えば、図８に示す蛍光体１１３のように、一辺１２０が、一つの水平部１２１と、この水平部１２１に接続される傾斜部１２３とから形成されるカットオフラインを有していてもよい。この場合には、カットオフライン形状の水平部１２１と傾斜部２３の接続部（エルボ点）１２３ａ近傍に、投影レンズ３の焦点を配置するようにしても、前方にカットオフラインを備えた配光パターンを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る車両用灯具を示す全体断面図である。
【図２】図１に示した光源ユニットを示す全体断面図である。
【図３】電極材料に抵抗成分を持たせた陽極の模式図である。
【図４】投影レンズの作用を（ａ）（ｂ）に表した説明図である。
【図５】図３に示した陽極の輝度分布を表す模式図である。
【図６】輝度分布をつくる電極構成の変形例を表す模式図である。
【図７】本実施形態に係る車両用灯具の発光分布で照射されたすれ違いビームの配光パターンを表す模式図である。
【図８】蛍光体の別例を示す模式図である。
【図９】従来の車両用灯具の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  車両用灯具
３  投影レンズ
１１  陽極
１２  陰極
１３  蛍光体
１３ａ  発光面
２１，２２  二つの水平部
２３  傾斜部
２５  投影レンズの焦点
【図１】
2006324152.tif 000003
【図２】
2006324152.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006324152.tif 000008
【図７】
2006324152.tif 000009
【図８】
2006324152.tif 000010
【図９】
2006324152.tif 000011