JP2013058488A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を用いた線状光源を利用した、車両用前照灯を提供する。
【解決手段】複数個の発光素子が直線状に所定間隔離れて配置された複数個の発光素子と、矩形状に覆う波長変換材料層を有するアレイモジュール光源と、当該アレイモジュール光源からの光を前方に向かって反射して前方において所定の配光パターンを形成する反射部材を備えた車両用前照灯であって、前記アレイモジュール光源からの出射光が下向きに配置され、前記アレイモジュール光源の直線状の一側縁が、前記反射部材の反射面の焦点上もしくはその近傍にあり、前記反射面は、前記アレイモジュール光源の長手方向と直交する方向の断面における前記一側縁と反対側の側縁から出射した光が、所定距離前方に設けたスクリーン上において、前記一側縁から出射した光よりも下方に進むように形成されている車両用前照灯である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源として発光ダイオードを用いた車両用前照灯または補助前照灯に関する。

従来、例えば自動車の前照灯は、光源と、光源からの光を前方に向かって反射させる例えば回転放物面から成る主反射面と、拡散レンズカットと、から構成されており、光源からの光を主反射面によりほぼ平行光に変換して、前方に向かって照明光を照射するようになっている。そして、上記光源は、例えばハロゲンバルブ，放電灯バルブ等のバルブが使用されている。ここで、このようなバルブは、発光部がミクロ的には線状あるいは矩形状に形成されているが、マクロ的には点光源として扱われる。

特表２０００−５１３２９３号公報

ところで、線状光源を使用した車両用灯具は、例えばＬＥＤアレイを所謂ハイマウントストップランプとして使用するものが知られている。しかしながら、このようなハイマウントストップランプは、ＬＥＤアレイをそのまま自動車の後部に配置しただけの構成であり、反射部材により反射光を利用するようには構成されていない。このため、線状光源であるＬＥＤアレイからの光の利用効率が低くなって、照射光が暗くなってしまう。さらに、自動車の前照灯だけでなく、自動車の補助前照灯やテールランプ，ドライビングランプ，バックアップランプ等の信号灯や、各種照明灯等においても、線状光源を利用した灯具は実際に使用されていない。

本発明は、以上の点から、発光素子を用いた線状光源を利用した、車両用前照灯を提供することを目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明は以下の手段とした。

すなわち、本発明は、基板と、基板上に載置され、一側縁が直線により構成された複数個の発光素子であって前記複数個の発光素子それぞれの一側縁が連続する直線により構成されるように、前記複数個の発光素子が直線状に所定間隔離れて配置された複数個の発光素子と、前記複数個の発光素子の周囲を縦横比横長の一つの矩形状に覆う波長変換材料層を有するアレイモジュール光源と、前記アレイモジュール光源の後方に配設され当該アレイモジュール光源からの光を前方に向かって反射して前方において所定の配光パターンを形成する反射部材と、を備えた車両用前照灯であって、前記配パターンが、前記アレイモジュール光源から出射した光を、前記前照灯の所定距離前方に設けたスクリーン上における水平拡散配光であり、前記反射部材は、前記灯具前方の水平軸をｚ方向としたとき、当該ｚ方向に向かって凹状の反射面を有しており、前記波長変換材料層は、凹部内にて、前記ｚ方向及び前記灯具の上下方向と直交する横方向を長手方向として並んで実装された前記複数個の発光素子を覆い、反対側の面にはレンズが当該波長変換材料層と隙間を生じないように配置され、前記反射面は、前記一側縁から出射した光により前記スクリーン上において水平線側の明暗境界線を形成し、前記レンズは前記長手方向垂直な方向の断面において同一外形とされ、当該レンズの長手方向に垂直な断面における前記レンズの中心から出射する光は、当該レンズの長手方向に垂直な方向における屈折効果を受けずに直進して前記反射面にて反射され、前記アエリモジュールの前記一側縁の反対側の側縁から出射した光は、前記レンズの長手方向に垂直な方向の屈折効果を受けた後、前記反射面にて反射されて、前記スクリーン上において、前記一側縁から出射した光よりも下方を照射する、ことを特徴とする車両用前照灯である。

前記アレイモジュール光源が、法線方向に対して傾斜した指向特性の中心軸を有して光を出射し、前記反射面は、前記指向特性の中心軸の光を反射するように照射方向に配置していてもよい。

また、前記レンズは、長手方向に延びる半円筒形としたときの、半円筒状の半径をＲ、前記半導体発光素子の一辺の長さをＤ，臨界角をαとしたとき、Ｒ≧√２・Ｄ／ｓｉｎαの関係であってもよい。

また、前記一側縁が前記レンズの中心に配置されていてもよい。

また、本発明は、線状光源が、後方に向かって傾斜するように配置されていてもよい。

上記線状光源が、後方に向かって傾斜するように配置されている場合には、線状光源から反射部材の第一の反射面に入射する光の入射効率が向上することになり、前方に向かって反射される光による照度が上昇すると共に、同じ照度を得るためには、反射部材の第一の反射面が小型に構成され得ることになる。

さらに本発明は、上記車両用前照灯を複数個備えており、各灯具からの照明光を互いに重畳させてもよい。

以上のように、本発明によれば、発光素子を用いた線状光源を利用した、車両用前照灯を提供することができる。

本発明による車両用灯具の第一の実施形態を示す概略斜視図である。 図１の車両用灯具におけるＬＥＤアレイの構成を示す（Ａ）斜視図，（Ｂ）平面図及び（Ｃ）側面図である。 図１の車両用灯具を示す概略側面図である。 図１の車両用灯具を示す概略平面図である。 図１の車両用灯具の動作を示す概略斜視図である。 図１の車両用灯具による配光パターンを示す概略図である。 図１の車両用灯具の第一の変形例を示す概略側面図である。 図１の車両用灯具におけるＬＥＤアレイの指向特性を示すグラフである。 図１の車両用灯具におけるＬＥＤアレイと第一の反射面との関係を示す拡大断面図である。 図１の車両用灯具の第二の変形例を示す概略側面図である。 図１の車両用灯具の第三の変形例を示す概略側面図である。 図１０の車両用灯具におけるＬＥＤアレイと第一の反射面との関係を示す拡大断面図である。 本発明による車両用灯具の第二の実施形態を示す概略斜視図である。 図１３の車両用灯具の反射部材の（Ａ）第三の反射面による配光パターン及び（Ｂ）反射部材全体による配光パターンを示す概略図である。 図１３の車両用灯具における第三の反射面の構成及び配置を示す概略斜視図である。 図１５の反射面を示す拡大斜視図である。 本発明による車両用灯具の第三の実施形態を示す概略斜視図である。 本発明による車両用灯具の第四の実施形態を示す概略斜視図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図１９を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明を車両用灯具に適用した一実施形態の構成を示している。図１において、車両用灯具１０は、所謂すれ違いビーム用の自動車の前照灯の水平線より下向きの配光、即ち水平拡散配光を実現する灯具であって、線状光源としてのＬＥＤアレイ１１と、ＬＥＤアレイ１１の後側に配設された反射部材２０と、から構成されている。

上記ＬＥＤアレイ１１は、図２に示すようなＬＥＤアレイモジュール１２を長手方向に沿って複数個並べることにより、構成されている。ここで、ＬＥＤアレイモジュール１２は、図２に示すように、基板１３の凹部１３ａ内にて長手方向に並んで実装された複数個、例えば５乃至１０個（図示の場合、５個）のＬＥＤチップ１４と、ＬＥＤチップ１４を覆うように配置された蛍光体層１５と、基板１３の表面のほぼ全体を覆うように形成されたシリコンゲル１６と、基板１３の表面全体を覆うように形成されたレンズ１７と、から構成されている。

上記ＬＥＤチップ１４は、例えば一辺の長さＤ（＝１．０ｍｍ）のチップサイズの青色ＬＥＤとして構成されており、凹部１３ａの壁面１３ｂにその一辺を当接させることにより、各ＬＥＤチップ１４が基板１３の長手方向の中心から距離Ｄ／２だけ側方にずれて配置されることによって、その長手方向の一側縁１４ａが、基板１３の長手方向の中心に沿って整列して配置されている。

上記蛍光体層１５は、例えばＹＡＧ蛍光体から構成されており、ＬＥＤチップ１４からの照射光により励起されて白色光を出射するようになっている。上記シリコンゲル１６は、ＬＥＤチップ１４及び蛍光体１５を保護すると共に、レンズ１７との間での隙間の発生を防止して、光の取出し効率が低下しないようにするものである。

上記レンズ１７は、長手方向に延びる半円筒状の外形を有しており、その中心軸が、上記各ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａとほぼ一致するように形成されている。ここで、レンズ１７の半円筒状の半径をＲ，ＬＥＤチップ１４の一辺の長さをＤ，臨界角をαとすると、以下の式Ｒ≧√２・Ｄ／ｓｉｎαに従って、半径Ｒを決定することにより、レンズ１７の内面反射を低減させて、例えばＤ＝１．０ｍｍ，α＝４２．５度，Ｒ＝２．１ｍｍとすると、ＬＥＤチップ１４から出射する光に関して、計算上、約８０％の取出し効率で有効光を取出すことができる。

上記反射部材２０は、ＬＥＤアレイ１１からの光を反射して、前方に向かって反射させるように、前方に向かって凹状の第一の反射面２１と、第一の反射面２１の両側に設けられた第二の反射面２２と、を有している。

ＬＥＤアレイ１１の長手方向をｘ方向，灯具前方の水平軸をｚ方向，長手方向に対して垂直な上下方向をｙ方向とする直交座標系としたとき、上記第一の反射面２１は、ｙｚ平面の断面（ＬＥＤアレイ１１の長手方向に対して垂直な断面）にて、楕円反射面として形成されている。

ここで、楕円反射面は、図３（Ｂ）の概略図に示したように、ｚ方向において第一焦点（Ｆ１）及び第二焦点（Ｆ２）を有する楕円を構成する楕円曲線にて表現可能な断面曲線、即ち一平面上で二定点Ｆ１，Ｆ２からの距離の和（Ｆ１Ｐ＋Ｆ２Ｐ）が一定であるような点Ｐの軌跡の曲線から成る反射面をいう。しかしながら、本明細書においては、楕円反射面として、前述した狭義の楕円反射面だけでなく、厳密には第一焦点及び第二焦点を有する楕円曲線に一致しないが、この楕円断面に近似可能な断面曲線から成る反射面も含む。従って、第一焦点及び第二焦点も、狭義の楕円曲線により実現可能な断面曲線における第一焦点及び第二焦点だけでなく、各々の反射面に近似する楕円曲線の第一焦点及び第二焦点を含む。

また、上記第一の反射面２１は、ＬＥＤアレイ１１の発光面と平行な角度を０度としたとき、角度ψが０度から１２０度の範囲内に入るように形成されている。尚、図１において、第一の反射面２１は、何れのｙｚ平面断面においても同じ形状を有するように、所謂かまぼこ型に形成されているが、これに限らず、ｘ方向に関して曲率を有するように形成されていてもよい。

そして、第一の反射面２１は、図３（Ａ）に示すように、その第一の焦点位置２１ａが上向きに配置されたＬＥＤアレイ１１のレンズ１７の中心付近に位置するように、また第二の焦点位置２１ｂが第一の焦点位置２１ａの例えば２５ｍ前方のスクリーン上の光軸Ｏ（ｚ軸）より約０．５度下方に位置するように、配設されており、前照灯としての法規を満足するようにしている。ここで、上記ＬＥＤアレイ１１は、図３に示すように、そのＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａが、第一の反射面２１の第一の焦点位置２１ａと一致し、且つ全体が第一の焦点位置２１ａより前方に位置するように、配置されている。

これにより、ＬＥＤアレイ１１の各ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａが、レンズ１７の中心に沿って且つ第一の反射面２１の第一の焦点位置２１ａ付近に位置しており、各ＬＥＤチップ１４全体がこの第一の焦点位置２１ａから前方に配置されていることから、各ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａから出射した光Ｌ１は、レンズ１７のｙｚ平面断面における屈折作用を受けずに、第一の反射面２１により反射され、第二の焦点位置２１ｂに向かって進むことになる。

また、各ＬＥＤチップ１４の全体は、一側縁１４ａよりも前方に位置するように配置されているので、ＬＥＤチップ１４からの光は、レンズ１７により屈折された後、第一の反射面２１により反射され、光Ｌ１よりも下方に向かって進むことになる。例えば最も前方側となる他の側縁から出射した光Ｌ２は、第二の焦点位置２１ｂよりも常に下向きに反射される。従って、ＬＥＤチップ１４そして蛍光体層１５から出射して第一の反射面２１で反射された光は、前方に向かって水平線より下側の、第二の焦点位置２１ｂよりも下方に向かって照射される。このとき、ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａから出射した光Ｌ１はレンズ１７の長手方向（ｘ方向）に対して垂直な断面（ｙｚ平面）における屈折作用を受けないので、第一の反射面２１で反射され前方に向かって水平線以下に照射される光の水平線における照射領域と非照射領域との境界を照射し、これによりコントラストが良好となる。

これに対して、反射部材２０の第二の反射面２２は、図４に示すように、ｘｚ平面（長手方向及び光軸方向に垂直な断面）にて、放物反射面として形成されている。ここで、本明細書において、放物反射面とは、特に断わりのない限り反射面の垂直断面において放物曲線にて表現可能な断面曲線となる放物反射面だけでなく、この放物面に近似可能な反射面、例えば放物曲線に近似するが厳密には放物曲線の軸を有していないベジエ曲線から成る擬似放物曲線反射面を含めて放物反射面と定義する。上記放物反射面は、第一の反射面２１の両側にて（図４では一側のみが示されている）、ＬＥＤアレイ１１の反対側の端縁１１ａから出射して第一の反射面２１により反射された最大拡散角θ（例えば４５度）の光を反射させ、前方スクリーン上にて所定の配光パターンを得るための目標点に向かって照射し得るように、例えば中心軸Ｏ（ｚ軸）の真下の目標点Ａ、例えば２５ｍ前方のスクリーンにて約０．５度下の点（図５参照）を焦点位置とし、目標点Ａから中心軸Ｏに対して角度θだけ傾斜した軸Ｂを軸とし、さらに第一の反射面２１の一側の端部２１ａを始点とする放物線Ｃから構成されており、当該放物線Ｃをｙ方向にスイープした、すなわちｘｚ平面断面において放物線Ｃが現われる反射面としている。

そして、上記放物反射面の終点２２ａは、ＬＥＤアレイ１１の反対側の端縁から出射して第一の反射面２１により反射された最大拡散角θの光が入射する位置として、軸Ｂを中心に放物線Ｃを回転させた回転放物面反射面とする。これにより、ＬＥＤアレイ１１から最大拡散角θ以上の角度で拡散する光は、第二の反射面２２により反射され、目標点Ａに向かって、ほぼ水平の下向きに反射されるようになっており、中心付近の照度を向上させる。

本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、ＬＥＤアレイ１１の各ＬＥＤチップ１４が図示しない駆動回路により給電されて発光することにより、ＬＥＤアレイ１１から出射した光は、反射部材２０の第一の反射面２１及び第二の反射面２２で反射されることにより、前方に向かって照射される。

ここで、ＬＥＤアレイ１１から出射した光は、図５に示すように、反射部材の第一の反射面２１により反射される際に、第一の反射面２１の形状に基づいて垂直方向に関して制御されることにより、水平線Ｈより僅かに下方の照射領域Ｄ’向かって照射される。また、第一の反射面２１により反射される光のうちの一部、照射領域Ｄ’の両端に向かって照射される光は、第二の反射面２２により反射され、第二の反射面２２の形状に基づいて水平方向に関して制御されて、第一の反射面２１による照射領域Ｄ’の両端領域に相当する光が、中心軸Ｏの下方の領域を照射して中心部の照度をより明るくして、全体として最大拡散角θに制限された照射領域Ｄを形成する。これにより、図６に示すような所謂すれ違いビームにおける水平拡散配光に適した配光パターンが得られることになる。

尚、上述した車両用灯具１０においては、ＬＥＤアレイ１１は、光軸Ｏ上にてＬＥＤチップ１４が基板１３の上面に、即ち上向きに配置され、反射部材２０が光軸Ｏの上側に配置されているが、これに限らず、図７に示すように、ＬＥＤアレイ１１が光軸Ｏ上にて下向きに配置され、反射部材２０が光軸Ｏの下側に配置されるようにしてもよい。この場合、ＬＥＤアレイ１１は、そのＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａが、第一の反射面２１の第一の焦点位置２１ａと一致し、且つ全体が第一の焦点位置２１ａより後方に位置するように、配置されている。これにより、図３に示した配置の場合と同様に、ＬＥＤアレイ１１から出射した光が、反射部材２０の第一の反射面２１により反射されることにより、光軸Ｏより僅かに下方に向かって照射されることになる。

尚、一般的にＬＥＤチップから出射する光は、指向特性を有する。上述したように、ＬＥＤアレイ１１の各ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａがレンズ１７の中心軸とほぼ一致するように、且つ他の側縁がレンズ１７の中心から外れた位置に整列するように配置された線光源を用いると、ＬＥＤアレイ１１の指向特性は、図８に示すように、ＬＥＤチップ１４をシフトさせた側とは反対方向（図８にて左方）に傾斜した指向特性を示すものとなる。尚、図８において、法線方向を０度とし、左方をマイナス方向，右方をプラス方向としている。そして、後述する第一の反射面２１は、この傾斜した指向特性の中心軸の光を反射するように、照射方向即ち図面左方に配置する。ここで、光の利用効率を高く、且つ灯具全体を小型化するためには、ＬＥＤアレイの指向特性の中心軸が２０乃至５０度の範囲に位置するような大きさのＬＥＤ光源となるように、ＬＥＤチップの大きさ及び前述した数式１に従って求めたレンズ１７の大きさを決定することが望ましい。

さらに、第一の反射面２１は、図９に示すように、少なくとも０乃至１００度の範囲とすると、上述した図８に示す指向特性を備えたＬＥＤアレイ１１から照射される光に対する利用効率を高めることができる。実用的には、上記線状光源からの光のうち、６０％以上の光を有効に反射させることができるように配置することが望ましく、第一の反射面２１を０乃至１２０度の範囲とすると、第一の反射面２１の断面方向にてほぼ８０％以上の光を有効に反射させることが可能となる。

さらに、上述した車両用灯具１０においては、ＬＥＤアレイ１１は、図３または図７に示すように、その基板１３の表面が光軸Ｏに沿って延びるように配置されているが、これに限らず、図１０または図１１に示すように、光軸Ｏに対して後方に向かって傾斜角φ、例えば図１０または図１２に示すように１０度だけ、傾斜して配置されていてもよい。これらの場合には、第一の反射面２１で反射するＬＥＤアレイ１１から出射した光Ｌを増大させることが可能となり、より効率良く反射部材２０の第一の反射面２１及び第二の反射面２２で反射され、前方に向かって照射されることになり、配光パターンの照度が向上することになる。従って、同じ照度を得るためには、反射部材２０が小型に構成され得ることになる。

図１３は、本発明による車両用灯具の第二の実施形態の構成を示している。図１３において、車両用灯具３０は、所謂すれ違いビーム用の自動車の前照灯であって、図１乃至図４に示した車両用灯具１０とほぼ同様の構成であるから、同じ構成部品には同じ符号を付して、その説明を省略する。

上記車両用灯具３０は、反射部材２０が第一の反射面２１及び第二の反射面２２に加えて、さらに第三の反射面３１を備えている点でのみ異なる構成になっている。上記第三の反射面３１は、図１３に示すように、第一の反射面２１及び第二の反射面２２の間の領域に配置されている。

上記第三の反射面３１は、複数の反射面から成る複合反射面として構成され、各々の反射面３１ａが回転楕円面から構成されている。各反射面３１ａは、ＬＥＤアレイ１１からの光を反射させることにより、目標点Ａから左側にて左上がり１５度の線Ｅ（図１４（Ａ）参照）より下方を照射するように、形成されており、このカットオフラインＥに沿って線状光源１１の各ＬＥＤチップ１４の一側縁１４ａから出射した光が、レンズ１７の屈折作用を受けずに進行してカットオフラインＥに沿って、配光パターンの照射領域と非照射領域との境界のコントラストを明瞭にすることができる。

ここで、上記第三の反射面３１について、図１５及び図１６を参照しながら説明する。図１５に示すように、線状光源１１上の点を第一焦点Ｆ１とし、２５ｍ前方のスクリーン上にて、ｚ軸より約０．５度だけ−ｙ方向の目標点Ａを第二焦点Ｆ２とする楕円曲線を求める。Ｆ１及びＦ２を結ぶ直線を回転軸として楕円曲線を回転させて回転楕円面を作成する。このようにして得られた回転楕円面から成る反射面においては、第一焦点Ｆ１がスクリーン上に投影された点Ｆ２を中心として線状光源１１による投影像が回転して得られる。この光源像が回転する性質を利用して左上がり１５度の線Ｅまでの範囲の領域を照射する回転楕円反射面の一部を反射面３１ａとする。このようにして得られた回転楕円反射面の形状を図１６に示す。図１６にて、手前の面が回転楕円反射面３１ａである。尚、図１５においては、説明を理解しやすくするために、線状光源１１の中心点の位置をＦ１とした場合の例を示しているが、各々の反射面３１ａにおいては、線状光源１１上の中心点ではなく、線状光源１１上の任意の位置であって、各反射面にて反射する光源に対応する位置をそれぞれＦ１として各反射面３１ａを形成している。これにより、図１４（Ａ）に示すように、目標点Ａから左側にて左上がり１５度の線Ｅよりも下方に照射する配光パターンを得ることができる。

このような構成の車両用灯具３０によれば、前述した車両用灯具１０と同様にして、ＬＥＤアレイ１１から出射した光は、反射部材２０の第一の反射面２１及び第二の反射面２２により反射され、前方に向かって照射されることにより、図６に示すと同様の水平線Ｈより僅かに下方にて広がった水平拡散配光パターンを形成する。さらに、ＬＥＤアレイ１１からの光は、反射部材２０の第三の反射面３１により反射され、前方に向かってやや左側斜め上方に照射されることにより、図１４（Ａ）に示すように、目標点Ａから左側にて水平線Ｈよりやや上側にて左上がり１５度の線Ｅより下方を照射する。

従って、図１４（Ｂ）に示すように、水平線Ｈより僅かに下方に形成した図６の配光パターンと、光軸Ｏから左側にて水平線Ｈよりやや上側に左上がり１５度より下方に形成した図１４（Ａ）の配光パターンとが重畳された配光パターンが、灯具前方のスクリーン上に形成される。これにより、車両用灯具３０を搭載した場合には、照射領域の中心部においては、反射面２１，反射面２２及び反射面３１の各々の反射面による照射光が重畳され、高い照度を得ることができる。このようにして、自動車の前方左側にて路肩の縁石や歩行者，そして道路標識等を明るく照明するので、左側通行の車両の安全性をより一層確保することができる。また、照射領域と非照射領域との境界である水平線方向のカットオフラインＦ及び左上斜めのカットオフラインＥが明確になるので、眩惑光等を低減することができる。

尚、本実施形態では、前方左上がり１５度の線Ｅより下方を照明するようにしているが、右側通行の場合には、右上がり１５度とすればよい。また、楕円曲線から成る反射面により斜め照射領域を形成しているが、楕円曲線に限らず、他の円錐曲線を使用した回転反射面を採用してもよい。ただし、回転楕円反射面の場合には、集光性の配光パターンを容易に得ることができるが、他の円錐曲線の場合には、拡散性の配光パターンとなりやすいので、円錐曲線としては楕円曲線を使用することが好ましい。

図１７は、本発明による車両用灯具の第三の実施形態の構成を示している。図１７において、車両用灯具４０は、所謂すれ違いビーム用の自動車の前照灯であって、第二の実施形態にて説明した車両用灯具３０とほぼ同様の構成であるから、同じ構成部品には同じ符号を付して、その説明を省略する。

上記車両用灯具４０は、線状光源４３が第一の反射面２１の前方に配置された第一線状光源部４１と、第三の反射面３１の前方に配置された第二線状光源部４２と、から構成されている点でのみ異なる構成になっており、線状光源４３は、上述したように、ＬＥＤチップが基板の長手方向の中心から距離Ｄ／２だけ側方にずれて配置されることにより、その長手方向の一側縁が、基板の長手方向の中心に沿って整列して配置されている。

第二線状光源部４２は、図１７に示すように、複合反射面から成る第三の反射面３１の各反射面３１ａに対応して配設されており、各反射面３１ａの間の領域には形成されていない。各反射面３１ａと各第二線状光源部４２は、ＬＥＤチップの一側縁から出射した光がレンズ１７の長手方向に垂直な方向の屈折作用を受けずに各々の反射面３１により反射され、その反射光が、図１４（Ａ）に示した前方左上がり１５度のカットオフラインＥを照射するようにして、第二線状光源部４２から出射した光が、カットオフラインＥの下方を照射するようになっている。このとき、第三の反射面３１の各反射面３１ａに対応して配設される各々の第二線状光源部４２は、その長さを適宜に制御することにより、１５度斜め方向における照射幅を所定の領域のみに制限して、極端に上方または下方を照射する光が生じないようにしている。

このような構成の車両用灯具４０によれば、前述した車両用灯具３０と同様にして、図１４（Ｂ）に示すような所謂すれ違いビーム用の自動車の前照灯に適した配光パターンを形成することができ、線状光源４１による配光パターンの形成効率を向上させると共に、第二線状光源部４２の第三の反射面３１の各反射面間に対応する領域に形成しないことにより、その分の光源の設置及び消費電力を低減させて、コストを削減することができる。尚、線状光源４３は、第一線状光源部４１及び各々の第二線状光源部４２をそれぞれ別体に形成することも可能であるが、上述したＬＥＤアレイ１１において、非発光領域に対応するＬＥＤチップ１６を配設しないようにして、互いに一体化して構成することが望ましい。

図１８は、本発明による車両用灯具の第四の実施形態の構成を示している。図１８において、車両用灯具５０は、所謂すれ違いビーム用の自動車の前照灯であって、図１にて示した車両用灯具１０の上に、図１３に示した車両用灯具３０を重ねた構成であるから、同じ構成部品には同じ符号を付して、その説明を省略する。

このような構成の車両用灯具５０によれば、前述した車両用灯具１０による水平線Ｈより僅かに下方の領域に広がる図６に示した配光パターンと、車両用灯具３０による左斜め上方向のカットオフラインＥ及び水平線方向カットオフラインＦを有する図１４（Ｂ）に示した配光パターンとが、カットオフラインＦより下方の位置にて重なるようにして、各灯具ユニットを並設することにより、より高い照度の配光パターンを得ることができる。

尚、所望の配光パターン及び明るさを得るために、さらに別の灯具ユニットを使用したり、各灯具ユニットにおける複合反射面の照射領域を適宜の割合に組み合わせたり、各灯具ユニットによる照射領域を適宜の範囲に制限して複数の灯具ユニットの組合せによって所定の配光を得るようにしてもよい。複数の灯具ユニットを使用する場合には、上下に並設するものに限らず、左右に並設したり、大きさの異なる灯具ユニットを組み合わせるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、ＬＥＤアレイ１１を構成するＬＥＤモジュール１２は、半円筒状のレンズ１７を備えているが、これに限らず、個々のＬＥＤチップ１４を覆う半球状のレンズを備えていてもよい。ただし、光源長手方向とほぼ平行な方向において広がる配光パターンを得ようとする場合には、長手方向に対して垂直な断面において同一な断面形状が現われるようなレンズ、例えば半円またはこれに近似する曲線を長手方向に向かって平行移動させて現われるレンズ形状とすると、ＬＥＤチップから出射した光は、長手方向において同様の拡散を示すので、光源長手方向とほぼ平行な方向において均一な配光を得易くなり、好ましい。尚、上述した実施形態において、楕円反射面及び放物反射面として、各反射面に近似する擬似楕円反射面及び擬似放物反射面を使用した場合、上述した配光パターンは厳密には異なるものとなるが、近似する楕円反射面または放物反射面による配光パターンと近似した配光パターンが得られるので、実用上問題とはならない範囲内で、このような近似面を使用することができる。

また、上述した実施形態の説明においては理解しやすいように、ｚ方向において第一焦点及び第二焦点を有する楕円を構成する楕円曲線にて表現可能な断面曲線から成る反射面、及び厳密には第一焦点及び第二焦点を有する楕円曲線に一致しないがこの楕円断面に近似可能な断面曲線から成る反射面を含めた楕円反射面を基に説明したが、広義には、断面形状が二次の有理Ｂｅｚｉｅｒ曲線（＝円錐曲線）を使用したものをいい、ＮＵＲＢＳ（鳥谷浩志著；３次元ＣＡＤの基礎と応用；共立出版（株）発行）のような自由曲線により円錐曲線を近似した曲線を含む楕円反射面の定義により表現できる反射面を使用することもできる。例えば、灯具による照射領域と非照射領域との境界のコントラストを強調するのであれば、狭義の楕円反射面とすることが好ましいが、誇張して示した反射面が、図１９（Ａ）に示すような複数の円錐曲線を組み合わせたｙｚ断面形状や、図１９（Ｂ）に示すような変曲点を有する自由曲線を使用したｙｚ断面形状を備え、ｘ方向にかかる断面曲線をそのままスイープした反射面、即ちｙｚ平面における断面がすべて同一断面曲線となる反射面とすることもできる。これらの反射面を使用すれば、ｘ方向にスイープした反射面であることから、水平方向における光線の軌跡はすべて同じとなり、水平方向においてほぼ均一な配光パターンが得られ、上下方向に関しては、図示した反射面に基づいて反射光線軌跡の分布に粗密を設けた反射パターンが得られ、このような反射面を使用した実施形態も本願発明に包含される。

さらに、上述した実施形態においては、複数のＬＥＤチップを並設したＬＥＤアレイとしての基台を使用したが、長手方向に延びて形成したＥＬ（エレクトロルミネセンス素子）等の面発光素子を光源として使用してもよい。また、自動車のすれ違いビーム用の前照灯としての車両用灯具１０に使用する灯具用線状光源１１，３０について説明したが、これに限らず、本発明は、自動車の走行ビーム用の前照灯、あるいは自動車用補助灯（フォグランプ，ドライビングランプ，バックアップランプ等）や自動車用信号灯（テールランプ，ターンランプ，ストップランプ等）、あるいは自動車用以外の例えば交通標識灯，交通信号灯，一般照明灯，作業灯，一般表示灯，一般信号灯等の各種灯具に使用するための灯具用線状光源に対して本発明を適用し得ることは明らかである。

［実施例の効果］
以上述べたように、本発明によれば、線状光源、好ましくはＬＥＤアレイまたは線状に形成された面発光素子から成る線状光源から出射した光は、直接にまたは反射部材の第一の反射面により反射されて、前方に向かって進むことになる。これにより、線状光源から出射した光の一部が、反射部材の第一の反射面により反射されて、前方に向かって照射され、前方領域を照明することになる。従って、線状光源から出射した光の利用効率が向上し、明るい照明光が得られることになる。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、線状光源を利用して、反射部材により線状光源からの光の利用効率を向上させるようにした、極めて優れた灯具が提供され得る。

［その他の実施例］
本発明は、以下に記載する構成の実施例によっても実現できる。

本発明の第一の構成によれば、横方向に延びるように配設された線状光源と、上記線状光源からの光を前方に向かって反射させるように、線状光源の後方に配設された反射部材と、から構成されており、上記反射部材が、上記線状光源の長手方向に沿って後方に配設された凹状の第一の反射面を備え、上記第一の反射面が、線状光源の長手方向に垂直な断面にて、楕円反射面であって、上記線状光源が、上記第一焦点付近に位置するように配設されていることを特徴とする、灯具により、達成される。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、第一の反射面の側方前方の領域に配設された第二の反射面を備え、上記第二の反射面が、放物反射面である。

本発明による灯具は、好ましくは、上記第一の反射面が、上記線状光源からの角度が０度から１２０度の範囲内に配設されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記第一の反射面の長手方向の長さが、線状光源の長さの０．７乃至１．５倍である。

本発明による灯具は、好ましくは、上記線状光源が、長手方向に垂直な断面にて同一外形のレンズを備えており、上記線状光源の長手方向に延びる一側縁が、上記レンズの中心に配置されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、光軸より上側にのみ配置されており、上記線状光源が、光軸上にて上向きに、且つ上記一側縁が反射部材の第一の反射面の第一焦点位置付近に、そして線状光源全体がこの第一焦点位置付近から前方領域に配置されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、光軸より下側にのみ配置されており、上記線状光源が、光軸上にて下向きに、且つ上記一側縁が反射部材の第一の反射面の第一焦点位置付近に、そして線状光源全体がこの第一焦点位置付近から後方領域に配置されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記線状光源が、後方に向かって傾斜するように配置されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、上記線状光源の長手方向に沿って後方に配設された第三の反射面を備え、上記第三の反射面が、前方左側もしくは前方右側にて水平線よりやや上側に光を反射させるように構成されている。

また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、横方向に延びるように配設された線状光源と、上記線状光源からの光を前方に向かって反射させるように、線状光源の後方に配設された反射部材と、から構成されており、上記反射部材が、上記線状光源の長手方向に沿って後方に配設された凹状の反射面から構成されていて、上記反射面が、照射方向の目標点及び光源上の点を通る軸を中心とした円錐曲線の回転体により形成される反射面であって、上記線状光源の投影像が上記目標点を中心に回転した斜め方向の領域を照射するように配設されていることを特徴とする、灯具により、達成される。

本発明による灯具は、好ましくは、上記円錐曲線の回転体により形成される反射面が、回転楕円反射面であり、その第一焦点が上記線状光源上に位置し、且つ第二焦点がｚ軸方向前方の斜め照射領域を形成する目標点に位置するように配設されており、さらに、上記反射面が、線状光源を回転軸周りに所定角度だけ回転させて、前方一側にて水平線よりもやや斜め上方向に光を反射させるように構成されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記線状光源が、ＬＥＤアレイである。

本発明による灯具は、好ましくは、上記線状光源が、線状に形成された面発光素子である。

さらに、上記目的は、本発明によれば、さらに上記灯具を複数個備え、各灯具からの照明光を互いに重畳させるようにした照明器具により、達成される。

上記第一の構成によれば、線状光源、好ましくはＬＥＤアレイまたは線状に形成された面発光素子から成る線状光源から出射した光は、直接にまたは反射部材の第一の反射面により反射されて、前方に向かって進むことになる。これにより、線状光源から出射した光の一部が、反射部材の第一の反射面により反射されて、前方に向かって照射され、前方領域を照明することになる。従って、線状光源から出射した光の利用効率が向上し、明るい照明光が得られることになる。

上記反射部材が、第一の反射面の側方前方の領域に配設された第二の反射面を備え、上記第二の反射面が、放物反射面である場合には、線状光源、好ましくはＬＥＤアレイまたは線状に形成された面発光素子から成る線状光源から出射した光のうち、線状光源の両端面の領域にて、両側に向かって進む光が、第二の反射面により反射されて、前方に向かって進むことになる。これにより、線状光源から出射した光の一部が、反射部材の第二の反射面により反射されて、前方に向かって照射され、前方領域を照明することになる。従って、線状光源から出射した光の利用効率が向上し、明るい照明光が得られることになる。

上記第一の反射面が、上記線状光源からの角度が０度から１２０度の範囲内に配設されている場合には、線状光源から出射した光のほぼ８０％以上の光が第一の反射面で反射されるので、線状光源から出射した光の利用効率がより一層向上することになり、より明るい照明光が得られることになる。

上記第一の反射面の長手方向の長さが、線状光源の長さの０．７乃至１．５倍である場合には、線状光源から出射した光が、第一の反射面により効率良く反射され、前方に向かって進むので、より明るい照明光が得られることになる。

上記線状光源が、長手方向に垂直な断面にて同一外形のレンズを備えており、上記線状光源の長手方向に延びる一側縁が、上記レンズの中心に配置されている場合には、この一側縁からの光が、長手方向に垂直な断面にて、レンズの中心から出射することになるので、レンズの長手方向に垂直な方向の屈折効果を受けずに、直進することになる。従って、反射部材の第一の反射面により反射され前方に向かって照射される光の配光パターンの照射領域と非照射領域との境界のコントラストが良好となる。また、レンズが長手方向に関して同一外形を備えていることにより、長手方向に関してほぼ均一な配光特性が得られることになる。

上記反射部材が、光軸より上側にのみ配置されており、上記線状光源が、光軸上にて上向きに、且つ上記一側縁が反射部材の第一の反射面の第一の焦点位置付近に、そして線状光源全体がこの第一焦点位置付近から前方領域に配置されている場合には、線状光源から出射する光が、第一の反射面により反射され前方に向かって進む際に、水平線より下方に照射されることになる。

上記反射部材が、光軸より下側にのみ配置されており、上記線状光源が、光軸上にて下向きに、且つ上記一側縁が反射部材の第一の反射面の第一焦点位置付近に、そして線状光源全体がこの第一焦点位置付近から後方領域に配置されている場合には、線状光源から出射する光が、第一の反射面により反射され前方に向かって進む際に、水平線より下方に照射されることになる。

上記線状光源が、後方に向かって傾斜するように配置されている場合には、線状光源から反射部材の第一の反射面に入射する光の入射効率が向上することになり、前方に向かって反射される光による照度が上昇すると共に、同じ照度を得るためには、反射部材の第一の反射面が小型に構成され得ることになる。

上記反射部材が、上記線状光源の長手方向に沿って後方に配設された第三の反射面を備え、上記第三の反射面が、前方左側もしくは前方右側にて水平線よりやや上側に光を反射させるように構成されている場合には、この第三の反射面によって、線状光源からの光が、前方に向かって左側にてやや上側に照射されることにより、路肩や歩行者等を照明することができる。

上記第二の構成によれば、線状光源、好ましくはＬＥＤアレイまたは線状に形成された面発光素子から成る線状光源から出射した光は、直接にまたは反射部材の反射面により反射されて、前方に向かって進む。これにより、線状光源から出射した光が、反射部材の反射面により反射されることにより、光軸の周りに回転した線状光源の像を形成することになるため、前方に向かって一側（左側通行の場合には左側、右側通行の場合には右側）にてやや上側に照射されることにより、すれ違いビームとして、路肩や歩行者等を照明することができる。

上記円錐曲線の回転体により形成される反射面が、回転楕円反射面であり、その第一焦点が上記線状光源上に位置し、且つ第二焦点がｚ軸方向前方の斜め照射領域を形成する目標点に位置するように配設されており、さらに、上記反射面が、線状光源を回転軸周りに所定角度だけ回転させて、前方一側にて水平線よりもやや斜め上方向に光を反射させるように構成されている場合には、線状光源から出射した光が、反射面により反射されることにより、第二の焦点に向かって収束し、且つ光軸の周りに回転した線状光源の像を形成することになる。

さらに、上記灯具を複数個備え、各灯具からの照明光を互いに重畳させるようにした照明器具によれば、複数の灯具からの照明光を集中させることにより、より一層明るい照明光が得られることになる。

１０…車両用灯具、１１…ＬＥＤアレイ（線状光源）、１２…ＬＥＤモジュール、１３…基板、１４…ＬＥＤチップ、１５…蛍光体、１６…シリコンゲル、１７…レンズ、２０…反射部材、２１…第一の反射面、２２…第二の反射面、３０…車両用灯具、３１…第三の反射面、４０，５０…車両用灯具、４１…第一線状光源部、４２…第二線状光源部、４３…線状光源

Claims (4)

1. 基板と、
   基板上に載置され、一側縁が直線により構成された複数個の発光素子であって前記複数個の発光素子それぞれの一側縁が連続する直線により構成されるように、前記複数個の発光素子が直線状に所定間隔離れて配置された複数個の発光素子と、
   前記複数個の発光素子の周囲を縦横比横長の一つの矩形状に覆う波長変換材料層を有するアレイモジュール光源と、
   前記アレイモジュール光源の後方に配設され当該アレイモジュール光源からの光を前方に向かって反射して前方において所定の配光パターンを形成する反射部材と、を備えた車両用前照灯であって、
   前記配パターンが、前記アレイモジュール光源から出射した光を、前記前照灯の所定距離前方に設けたスクリーン上における水平拡散配光であり、
   前記反射部材は、前記灯具前方の水平軸をｚ方向としたとき、当該ｚ方向に向かって凹状の反射面を有しており、
   前記波長変換材料層は、凹部内にて、前記ｚ方向及び前記灯具の上下方向と直交する横方向を長手方向として並んで実装された前記複数個の発光素子を覆い、反対側の面にはレンズが当該波長変換材料層と隙間を生じないように配置され、
   前記反射面は、前記一側縁から出射した光により前記スクリーン上において水平線側の明暗境界線を形成し、
   前記レンズは前記長手方向垂直な方向の断面において同一外形とされ、
   当該レンズの長手方向に垂直な断面における前記レンズの中心から出射する光は、当該レンズの長手方向に垂直な方向における屈折効果を受けずに直進して前記反射面にて反射され、
   前記アエリモジュールの前記一側縁の反対側の側縁から出射した光は、前記レンズの長手方向に垂直な方向の屈折効果を受けた後、前記反射面にて反射されて、前記スクリーン上において、前記一側縁から出射した光よりも下方を照射する、ことを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記アレイモジュール光源が、法線方向に対して傾斜した指向特性の中心軸を有して光を出射し、
   前記反射面は、前記指向特性の中心軸の光を反射するように照射方向に配置し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. 前記レンズは、長手方向に延びる半円筒形としたときの、半円筒状の半径をＲ、前記半導体発光素子の一辺の長さをＤ，臨界角をαとしたとき、
   Ｒ≧√２・Ｄ／ｓｉｎαの関係あることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用前照灯。
4. 前記一側縁が前記レンズの中心に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の車両用前照灯。

Images