(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを生成するレーザーダイオードと、
前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体と、
前記蛍光体から出力された白色光を前方向に反射させるメイン反射体と、
前記メイン反射体で反射された白色光を前方向に照射する非球面レンズと、
前記蛍光体の前面に直接接触しており、前記蛍光体に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体から出力される白色光の放射角を減らすビームレンズとを含み、
前記蛍光体と前記ビームレンズが前記メイン反射体の内側空間に位置し、
前記レーザーダイオードは、前記レーザーダイオードの中心が、前記蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致し、前記レーザービームが、前記前方向と略垂直な方向において前記蛍光体に入射し、前記蛍光体から出力される前記白色光が、前記メイン反射体の内側の側面へ放射される、ように設置されていることを特徴とする、ヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項２】
前記ビームレンズの直径が、前記ビームレンズのレンズ面に入射されるレーザービームの直径よりも大きく、前記メイン反射体よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項３】
前記レーザーダイオードが前記メイン反射体の外部空間に位置することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項４】
前記ビームレンズが非球面レンズまたは凸面レンズであることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項５】
レーザービームを生成するレーザーダイオードと、
前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体と、
前記蛍光体から出力された白色光を前方向に反射させるメイン反射体と、
前記メイン反射体で反射された白色光を前方向に照射する非球面レンズと、
前記蛍光体の前面に直接接触しており、前記蛍光体に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体から出力される白色光の放射角を減らすビームレンズと、
前記レーザーダイオードから出力されたレーザービームを前記ビームレンズへ反射させるビーム反射体とを含み、
前記蛍光体と前記ビームレンズが前記メイン反射体の内側空間に位置し、
前記ビーム反射体で反射されたレーザービームの経路は、前記蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致し、
前記ビーム反射体で反射されたレーザービームの経路は、前記レーザービームを、前記前方向と略垂直な方向において前記蛍光体に入射させ、前記蛍光体から出力される前記白色光が、前記メイン反射体の内側の側面へ放射される、ように調整されることを特徴とする、ヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項６】
前記ビームレンズの直径が、前記ビームレンズのレンズ面に入射されるレーザービームの直径よりも大きく、前記メイン反射体よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項７】
前記レーザーダイオードと前記ビーム反射体が前記メイン反射体の外部空間に位置することを特徴とする、請求項５に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項８】
前記ビームレンズが非球面レンズまたは凸面レンズであることを特徴とする、請求項５に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【請求項９】
前記ビーム反射体がミラーであることを特徴とする、請求項５に記載のヘッドランプ用レーザー光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドランプ用レーザー光学系に係り、より詳しくは、光損失の最小化によって光効率を増大させるとともに、光学系のサイズ縮小によってデザイン自由度を高めることが可能なヘッドランプ用レーザー光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のヘッドランプ（前照灯）は、運転者の前方視界を確保するために前方を照明するランプであり、通常、ハロゲン、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、ＬＥＤダイオードを光源として使用している。
【０００３】
ところが、ハロゲン、ＨＩＤ、ＬＥＤダイオードなどは、消費電力が高いため、光効率が低いという欠点があり、特に光源とレンズを含む光学系の全体サイズが大きくてデザイン自由度が低く、重量が重いという欠点がある。
【０００４】
最近では、環境に優しく、寿命が長く、かつ光効率が高いレーザーダイオードを光源として用いるヘッドランプが開発されている趨勢である。
【０００５】
従来のヘッドランプ用レーザー光学系は、図１および図２に示すように、青色（ｂｌｕｅ）波長帯のレーザービームを生成するレーザーダイオード１と、前記レーザーダイオード１から出力された光と反応して白色光を出力する蛍光体２と、前記蛍光体２から出力された白色光を前方に反射させる反射体３と、前記反射体３の前方に位置し、前記反射体３で反射された白色光を集光および拡散させて前方に照射する非球面レンズ４とを含んでいる。
【０００６】
ところが、前述したような従来のレーザー光学系は、レーザーダイオード１が蛍光体２の入射面２ａに垂直な基準線Ｌ１に対して一定の角度ａ１傾くように設置された構成であって、前述したようにレーザーダイオード１が一定の角度ａ１傾くように設置されると、蛍光体２に入射されるレーザービームの直径ａ２が大きくなり、前記直径ａ２が大きくなると、蛍光体２で励起された後に反射体２へ出射される白色光の出射角、すなわち有効放射角ａ３が大きくなるため、前記有効放射角ａ３が大きくなる分だけ、反射体３の外へ白色光が出射される光損失領域ａ４も大きくなることにより、全体として光学系の光損失が大きくなり且つ光効率が減少するという欠点がある。
【０００７】
また、レーザー光学系は、光損失の最小化のためにレーザーダイオード１から出力されたレーザービームはすべて蛍光体２に入射されることが好ましいが、従来のように、レーザーダイオード１が一定の角度ａ１で傾くように設置され、蛍光体２に入射されるレーザービームの直径ａ２が大きくなると、蛍光体２の大きさａ５もレーザービームをすべて入射させるためにその分だけ大きくなるため、光学系のサイズが全体的に大きくなることにより、重量増加、コストアップおよびデザイン自由度に不利であるという欠点もある。
【０００８】
前述の背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に既に知られている従来の技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−０９９２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、前述した欠点を解消するためになされたものであり、その目的は、蛍光体に入射されるレーザービームの直径を減少させることを可能とすることにより、蛍光体で励起された後に反射体へ出射されるレーザービームの出射角、すなわち有効放射角を減らすことができるようにし、それにより光損失の最小化および光効率の向上を図ることができるようにし、特に光学系のサイズ縮小を図って重量減少、コストダウンおよびデザイン自由度の向上を実現することが可能なヘッドランプ用レーザー光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、レーザービームを生成するレーザーダイオードと、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体と、前記蛍光体から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体と、前記メイン反射体で反射された白色光を前方に照射する非球面レンズと、前記蛍光体の前面に設置され、前記蛍光体に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体から出力される白色光の放射角を減らすビームレンズとを含み、前記レーザーダイオードは、前記レーザーダイオードの中心が、前記蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致するように設置されていることを特徴とする。
【００１２】
前記ビームレンズの直径は、前記ビームレンズのレンズ面に入射されるレーザービームの直径よりも大きく、前記メイン反射体のそれよりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
前記蛍光体と前記ビームレンズは前記メイン反射体の内側空間に位置し、前記レーザーダイオードは前記メイン反射体の外部空間に位置することを特徴とする。
【００１４】
前記ビームレンズは非球面レンズまたは凸面レンズであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、レーザービームを生成するレーザーダイオードと、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体と、前記蛍光体から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体と、前記メイン反射体で反射された白色光を前方に照射する非球面レンズと、前記蛍光体の前面に設置され、前記蛍光体に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体から出力される白色光の放射角を減らすビームレンズと、前記レーザーダイオードから出力されたレーザービームを前記ビームレンズへ反射させるビーム反射体とを含み、前記ビーム反射体で反射されたレーザービームの経路は、前記蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致することを特徴とする。
【００１６】
前記蛍光体と前記ビームレンズは、前記メイン反射体の内側空間に位置し、前記レーザーダイオードと前記ビーム反射体は前記メイン反射体の外部空間に位置することを特徴とする。
【００１７】
前記ビーム反射体はミラーであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の別の実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、レーザービームを生成するレーザーダイオードと、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体と、前記蛍光体から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体と、前記メイン反射体で反射された白色光を前方に照射する非球面レンズとを含み、前記レーザーダイオードは、前記レーザーダイオードの中心が、前記蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致するように設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のヘッドランプ用レーザー光学系は、レーザーダイオードから出力されたレーザービームが、蛍光体の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体の中心を貫通する基準線と一致する経路を有する構成であって、光学系の光損失を最小化させることができることにより、光効率の増大を図ることができ、蛍光体の大きさを大幅減らすことができることにより、光学系のサイズ縮小、重量減少およびコストダウンを図ることができ、ひいてはデザイン自由度を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のヘッドランプ用レーザー光学系を説明するための図である。
【図２】従来のヘッドランプ用レーザー光学系を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系について説明する。
【００２２】
本発明の一実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、図３および図４に示すように、青色波長（通常、４５０ｎｍ帯の短波長）帯のレーザービームを生成するレーザーダイオード１０と、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体２０と、前記蛍光体２０から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体３０と、前記メイン反射体３０の前方に位置し、前記メイン反射体３０で反射された白色光を集光および拡散させて前方に照射する非球面レンズ４０と、前記蛍光体２０の前面に設置され、前記蛍光体２０に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体２で励起された後に出力される白色光の放射角を減らすビームレンズ５０とを含み、前記レーザーダイオード１０は、前記レーザーダイオード１０の中心が、前記蛍光体２０の入射面２１に垂直であり且つ前記蛍光体２０の中心を貫通する基準線Ｌ３と一致するように設置されている構造が特徴である。
【００２３】
前記蛍光体２０、メイン反射体３０およびビームレンズ５０は光学系をなすハウジング６０に固定されるように設置された構造であり、前記非球面レンズ４０はハウジング６０にホルダー（図示せず）を媒介としてメイン反射体３０の前方に位置するように設置された構造であり、前記メイン反射体３０は断面円弧状に形成された構造であり、前記蛍光体２０とビームレンズ５０は前記メイン反射体３０の内側空間に位置し、前記レーザーダイオード１０は前記メイン反射体３０の外部空間に位置するように設置された構造である。
【００２４】
また、本発明に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、図示してはいないが、前記レーザーダイオード１０への電流供給を制御するＰＣＢ基板、および前記レーザーダイオード１０と前記蛍光体２０から発生した熱を外部へ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ている。
【００２５】
一方、前記ビームレンズ５０の直径Ｄ１は、前記ビームレンズ５０のレンズ面５１に入射されるレーザービームの直径Ｄ２より大きいことが好ましいが、これはレーザーダイオードＤ１から出力されたレーザービームが損失することなく全てビームレンズ５０を介して入射されるようにするためであり、それにより光損失を無くすうえ、光効率を向上させることができるようにするためである。
【００２６】
また、前記ビームレンズ５０の直径Ｄ１は前記メイン反射体３０のそれよりも小さいことが好ましいが、これは、ビームレンズ５０の中心（蛍光体の中心）がメイン反射体３０の焦点に位置するため、ビームレンズ５０の直径Ｄ１がメイン反射体３０の焦点距離より大きい必要がないためである。
【００２７】
本発明に係る前記ビームレンズ５０は、入射されるレーザービームを集光および屈折させて蛍光体２０への入射を可能とし、かつ、蛍光体２０で励起された後にメイン反射体３０へ出力される白色光の放射角を縮小させることを可能とするために、非球面レンズまたは凸面レンズであることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２８】
前述したように、本発明の一実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系は、蛍光体２０の入射面２１に垂直であり且つ蛍光体２０の中心を貫通する基準線Ｌ３にレーザーダイオード１０の中心が一致するように前記レーザーダイオード１０が設置された構成であって、前述したようにレーザーダイオード１０の中心と基準線Ｌ３とが一致するようにレーザーダイオード１０が設置されると、ビームレンズ５０のレンズ面５１に入射されるレーザービームの直径Ｄ２を従来の構造と比較して大幅減らすことができる（ａ２＞Ｄ２）。
【００２９】
本発明に係るビームレンズ５０は、レンズ面５１を介して入射されるレーザービームを集光および屈折させて蛍光体２０への入射を可能とするものであり、これにより蛍光体２０に入射されるレーザービームの直径も大幅減らすことができる。
【００３０】
また、本発明に係るビームレンズ５０は、入射されたレーザービームが蛍光体２０で励起された後にメイン反射体３０へ出力されるときに白色光の出射角、すなわち有効放射角ｂ１を減らす役割を一緒に果たすものであり（ａ３＞ｂ１）、前述したように有効放射角ｂ１が従来の構造と比較して減少すると、メイン反射体３０の外へ白色光が出射される光損失領域ｂ２も大幅減らすことができるため、全体として光学系の光損失を最小化させることができ、ひいては光効率の増大を図ることができる。
【００３１】
また、メイン反射体３０へ出力される白色光の有効放射角ｂ１を減らすことができれば、単位面積当たり光量の増大を図ることができることにより、光学系の輝度を大幅高めることができるという利点もある。
【００３２】
前述したように、レーザーダイオード１０の中心と基準線Ｌ３とが一致するようにレーザーダイオード１０が設置され、特に蛍光体２０の前面にビームレンズ５０を設置し、蛍光体２０に入射されるレーザービームの直径を減らすことができれば、従来の構造と比較して蛍光体２０の大きさｂ３を大幅減らすことができるため（ａ５＞ｂ３）、これにより光学系の全体サイズの縮小を図ることができることにより、重量減少、コストダウンおよびデザイン自由度の向上を実現することができるという利点もある。
【００３３】
図５には本発明の他の実施形態に係るヘッドランプ用レーザー光学系が示されている。図５のレーザー光学系は、レーザービームを生成するレーザーダイオード１０と、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体２０と、前記蛍光体２０から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体３０と、前記メイン反射体３０で反射された白色光を前方に照射する非球面レンズ４０と、前記蛍光体２０の前面に設置され、前記蛍光体２０に入射されるレーザービームを集光し、前記蛍光体２０から出力される白色光の放射角を減らすビームレンズ５０と、前記レーザーダイオード１０から出力されたレーザービームを前記ビームレンズ５０へ反射させるビーム反射体７０とを含み、前記ビーム反射体７０で反射されたレーザービームの経路ｃ１は、前記蛍光体２０の入射面に垂直であり且つ前記蛍光体２０の中心を貫通する基準線Ｌ３と一致する構造である。
【００３４】
すなわち、図５に示したヘッドランプ用レーザー光学系は、図３および図４に示した光学系にビーム反射体７０がさらに追加され、ビーム反射体７０で反射されたレーザービームの経路ｃ１が前記基準線Ｌ３と一致する構造であって、これによりレーザーダイオード１０の設置位置を基準線Ｌ３以外の位置に変更することができることにより、光学系のデザイン自由度を高めることができるという利点がある構成である。
【００３５】
前記蛍光体２０、メイン反射体３０、非球面レンズ４０およびビームレンズ５０の構成は、図３および図４に示した光学系と同様であるため、これについての説明を省略する。
【００３６】
ここで、前記蛍光体２０とビームレンズ５０はメイン反射体３０の内側空間に位置し、前記レーザーダイオード１０とビーム反射体７０は前記メイン反射体３０の外部空間に位置する構造であって、前記ビーム反射体７０は、ハウジング６０に固定された構造が好ましく、必要に応じては別途のアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）を介してビーム反射体７０の角度を調節することが可能な構成も可能である。
【００３７】
前記ビーム反射体７０は、レーザービームの反射効率を高めるためにミラーを使用することができ、一面に反射フィルムを貼り付けた構成としてもよい。
【００３８】
本発明の別の実施形態としては、図３の構成からビームレンズ５０のみを除去した状態にヘッドランプ用レーザー光学系を構成することもできる。すなわち、レーザービームを生成するレーザーダイオード１０と、前記レーザービームと反応して白色光を出力する蛍光体２０と、前記蛍光体２０から出力された白色光を前方に反射させるメイン反射体３０と、前記メイン反射体３０で反射された白色光を前方に照射する非球面レンズ４０とを含み、前記レーザーダイオード１０は、前記レーザーダイオード１０の中心が、前記蛍光体２０の入射面２１に垂直であり且つ前記蛍光体２０の中心を貫通する基準線Ｌ３と一致するように設置されている構造である。
【００３９】
前記構成は、図３から、レーザーダイオード１０から出力されたレーザービームを集光および屈折させて蛍光体２０への入射を可能とし、且つメイン反射体３０から出力される白色光の放射角を縮小させることを可能とするビームレンズ５０を除去した構成であって、ビームレンズ５０を除去しても、レーザーダイオード１０の中心が前記基準線Ｌ３と一致するようにレーザーダイオード１０が設置された構造である。よって、図３および図４を参照して説明した一実施形態に係る光学系の利点、すなわち図１および図２に示した従来の光学系と比較して蛍光体２０に入射されるレーザービームの直径を減らすことができ、レーザービームが蛍光体２０で励起された後にメイン反射体３０へ出力されるときに白色光の出射角、すなわち有効放射角ｂ１を減らすことができ、これにより全体として光学系の光損失を最小化させることができ、ひいては光効率の増大を図ることができるという利点を発揮することができる。
【００４０】
また、従来の構造と比較して蛍光体２０の大きさｂ３を大幅減らすことができるという利点と、これにより光学系のサイズ縮小、重量減少、コストダウン、およびデザイン自由度の向上を図ることができるという利点もある。
【００４１】
本発明は特定の実施形態について図示および説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術思想から逸脱することなく、本発明に様々な改良および変化を加え得るのは、当該分野における通常の知識を有する者にとって自明なことである。
【符号の説明】
【００４２】
１０    レーザーダイオード
２０    蛍光体
３０    メイン反射体
４０    非球面レンズ
５０    ビームレンズ
６０    ハウジング
７０    ビーム反射体
【図１】
0006545445.tif 000002
【図２】
0006545445.tif 000003
【図３】
0006545445.tif 000004
【図４】
0006545445.tif 000005
【図５】
0006545445.tif 000006