JP2017076558A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等の入射した光を選択的に反射する反射装置を含む灯具において、DMD等の熱信頼性の問題を解決した灯具を提供する。
【解決手段】DMD6を含むランプユニットLU1と、光源を搭載した光源ユニットLSUと、光源ユニットLSUから出射される光をランプユニットLU1にまで導光する導光手段(光ファイバ)1とで構成されており、ランプユニットLU1はランプハウジング100の内部に配設され、光源ユニットLSUはランプハウジング100の外部に配設される。
【選択図】 図2

Description

本発明はDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等の入射した光を選択的に反射可能な反射装置を用いた車両用灯具に関し、特に当該反射装置の熱信頼性を高めた車両用灯具に関するものである。
自動車の車両用灯具として、DMDを用いて配光制御を行うヘッドランプ(前照灯)が検討されている。DMDは集積回路上に多数の可動式のマイクロミラーが配列形成されており、このDMDをヘッドランプの光路の一部に組み込んでマイクロミラーを駆動制御することにより、光源から出射された光をマイクロミラーで選択的に反射させ、所望の配光パターンでの光照射が実現できる。
しかし、一般に提供されているDMDは耐熱性の高いものが少なく、光度の高い光源が要求される自動車用のヘッドランプに適用したときには、当該光源で発生する熱によりDMDが熱ダメージを受け易く、熱的信頼性の問題が生じる。耐熱性の高いDMDも存在するが、大型でかつ高価であるため、自動車用のヘッドランプへの適用は難しい。
特許文献1には、灯体部と光源部を別体に構成し、両者を光ファイバで光学的に連結する技術が提案されている。この技術によれば、光源を独立した形態で冷却することが可能になり、冷却効率を高めることが可能になると考えられる。
特開2015−138727号公報
特許文献1の技術は、光源部の冷却効果を高めるための技術であって、灯体部の温度上昇を防止することを目的としたものではなく、また灯体部の温度上昇を抑制するための技術思想の開示もない。そのため、DMDを適用したヘッドランプにおいて、特許文献1の技術を適用した場合に、DMDの温度上昇を防止する上で有効であるか否かは明確ではなく、DMDにおける熱信頼性の問題を解決することは難しい。このような問題はDMDに限らず、他の構成の入射した光を選択的に反射可能な反射装置についても言える。
本発明の目的は、入射した光を選択的に反射可能な反射装置における熱信頼性の問題を解決した車両用灯具を提供するものである。
本発明の車両用灯具は、入射した光を選択的に反射する反射装置を含むランプユニットと、光源を搭載した光源ユニットと、光源ユニットから出射される光をランプユニットにまで導光する導光手段とで構成されており、ランプユニットはランプハウジングの内部に配設され、光源ユニットはランプハウジングの外部に配設されることを特徴としている。
本発明において、ランプユニットは、例えば、入射した光を選択的に反射する反射装置と、導光手段で導光された光源ユニットからの光を当該反射装置に投射させる第1光学手段とを備える構成である。また、本発明において、光源ユニットはランプユニットの直下領域を除いた領域に配設される。入射した光を選択的に反射する反射装置はランプハウジング内の下部領域に配置されることが好ましい。
本発明においては、ランプハウジングの内部にはランプユニットと共に少なくとも1つの他のランプユニットが配設され、導光手段はランプユニットに加えて、他のランプユニットのうちの少なくとも1つの他のランプユニットに対して導光する構成とされてもよい。
本発明によれば、入射した光を選択的に反射する反射装置を含むランプユニットはランプハウジングの内部に配設され、ランプユニットの光源としての光源ユニットはランプハウジングの外部に配設されるので、光源ユニットで発生した熱はランプハウジングで遮熱され、ランプユニットないし入射した光を選択的に反射する反射装置における温度上昇が抑制でき、当該反射装置の熱信頼性が向上できる。
実施形態1のヘッドランプを自動車に装備した状態の概略斜視図。 実施形態1のヘッドランプの概略正面図。 実施形態1におけるDMDユニットと光源ユニットの斜視図。 実施形態1のDMDユニットの縦断面図。 実施形態2のヘッドランプの概略正面図。 実施形態2におけるDMDユニットの縦断面図。 実施形態3のヘッドランプの概略正面図。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明を適用した実施形態1の自動車のヘッドランプを自動車に装備した状態の概略斜視図である。このヘッドランプHL1は自動車CARの車体BDの右前部に装備される右ヘッドランプ(R−HL)として構成されており、当該車体BDのエンジンルームERの前部に固定支持されるランプハウジング100と、このランプハウジング100の内部に配設された3つのランプユニットLU1,LU2,LU3を備えている。
図2は前記ヘッドランプHL1の一部を破断した概略正面図である。容器状をしたランプボディ101の前面開口に透光性のある前面カバー102が取着されて前記ランプハウジング100が構成されている。このランプハウジング100内に前記ランプユニットLU1,LU2,LU3が横方向に配列配置されており、図2における右側のランプユニットLU1は本発明において入射した光を選択的に反射する反射装置として、ここではDMDを備えるランプユニット(以下、DMDユニットと称する)であり、中央のランプユニットLU2は本発明における他のランプユニットとしてのロービームユニットである。左側のランプユニットLU3は本発明とは直接的な関連が少ないが、本発明における他のランプユニットの1つとしてのクリアランスユニットである。
前記DMDユニットLU1は詳細を後述するように、DMDの制御により配光を任意の配光パターンに設定可能なランプユニットとして構成されている。前記ロービームユニットLU2は、ここではいわゆるプロジェクタ型ランプで構成されており、詳細な説明は省略するが、光源、反射ミラー、投影レンズ、さらには遮光用のシェード等を備えたロービーム配光での光照射を行うランプユニットである。前記クリアランスユニットLU3は、光源と反射ミラーで構成されており、標識灯の1つとしてのクリアランスランプ(車幅灯)として機能する。
図3は前記DMDユニットLU1と、このDMDユニットLU1に光ファイバ1により光学的に連結されている光源ユニットLSUの外観斜視図である。導光部材からなる光ファイバ1の一端部11が光源ユニットLSUに連結され、他端部12が前記DMDユニットLU1に連結されている。そして、光源ユニットLSUから出射された光は光ファイバ1の一端部11に入射され、光ファイバ1内を導光されて他端部12から前記DMDユニットLU1に入射されるようになっている。
前記光源ユニットLSUは、光源としてLD(レーザダイオード)やLED(発光ダイオード)等の発光素子2を備えている。この発光素子、ここではLED2は、発光回路を構築している回路基板21に搭載されており、当該発光回路から所定の電力が給電されることにより発光される。前記回路基板21にはヒートシンク22が一体的に設けられており、LED2で発生する熱を当該ヒートシンク22により放熱することが可能とされている。また、前記回路基板21に対向する位置には光コネクタ23が配設されており、前記光ファイバ1の一端部11がこの光コネクタ23によって光学的に結合される。この光コネクタ23によりLED2から出射された光は光ファイバ1の一端部11に入射される。前記回路基板21には電気コード24が接続され、車載バッテリ等の外部電力が給電される。
前記光源ユニットLSUは、前記DMDユニットLU1ないしランプハウジング100の直下の領域ではない領域に配設されている。例えば、図1に示したように、自動車CARの前記エンジンルームER内において、前記ランプハウジング100の後方の位置に配設されている。この例では、当該エンジンルームERに配設されているラジエーターRaの後方位置に配設されている。
前記DMDユニットLU1は、図3に示すように、所定の形状に加工されたベース体3を基体として構成されており、このベース体3に光入射部4、第1光学部5、DMD6、第2光学部7が一体的に組み付けられている。そして、前記第2光学部7の光軸、ここではレンズ光軸Oxは自動車CARの直進方向、すなわち前記ヘッドランプHL1のランプ光軸(図示せず)と平行に向けられている。
図4は前記DMDユニットLU1の内部構成の概略縦断面図である。前記光入射部4はDMDユニットLU1の最も高い位置に配設されており、前記光ファイバ1の他端部12が連結される光コネクタ41を備えている。この光コネクタ41には前記光ファイバ1の他端部12が光結合され、当該光ファイバ1を他端部12にまで導光されてきた光を入射し、入射した光を第1光学部5に向けて投射させる。
前記第1光学部5は光入射部4から投射された光をDMD6に向けて反射させるために設けられており、前記光ファイバ1から入射された光の入射点をほぼ焦点としたパラボラ面状の光反射面51を有するパラボラ反射鏡として構成されている。このパラボラ反射鏡5は前記光入射部4に対してレンズ光軸Oxに沿った前方向の幾分斜め下に対向配置されており、前記光入射部4から発散状に出射された光はパラボラ反射鏡5によってほぼ平行な光束として反射され、DMD6に投射される。
前記DMD6は前記光入射部4の下側位置で前記第1光学部5に対してレンズ光軸Oxに沿った後方向の斜め下に対向配置され、前記パラボラ反射鏡5で反射された光を受光する。DMD6は、前記したように集積回路に入力させる信号を制御することによって多数のマイクロミラーを選択的にオン・オフ駆動することが可能とされている。図3と図4にはこれらのマイクロミラーで構成されるマイクロミラー構体を符号61で概念的に示している。このマイクロミラー構体61では、オン駆動されたマイクロミラーは前記パラボラ反射鏡5で反射された光を第2光学部7に向けて反射する。オフ駆動の状態のマイクロミラーに投射された光は第2光学部7に向けて反射されることはない。前記DMD6は、ここでは民生用として提供されたものが適用されており、そのため耐熱性はそれほど高いものではない。
前記第2光学部7は円環状のレンズ枠71内に支持された凸レンズ系の投影レンズで構成されており、そのレンズ光軸OxがヘッドランプHL1のランプ光軸と平行に向けられるとともに、一方の焦点が前記DMD6のマイクロミラー構体61の近傍位置となるように配置されている。この投影レンズ7は、オン駆動されたマイクロミラーにより反射された光による光束をランプ前方領域に照射することにより、DMD6のマイクロミラー構体61で形成された光反射パターンを前方領域に投影する。
このように構成されたDMDユニットLU1は、前記ランプハウジング100内に配設され、ランプボディ101に支持される。さらに、光入射部4には光コネクタ41により光ファイバ1の他端部12が連結される。ランプハウジング100内に内装されたDMDユニットLU1は、ランプハウジング100の気密性によってパラボラ反射鏡5、DMD6のマイクロミラー、投影レンズ7に外部環境に存在する塵埃等が付着することが防止され、かつ防水性が得られる。これにより、外部環境に対するDMDユニットLU1の信頼性が確保される。
この実施形態1のヘッドランプHL1では、DMDユニットLU1の点灯時、すなわち光源ユニットLSUの発光時には、LED2から出射された光は光ファイバ1を介してDMDユニットLU1にまで導光される。導光されて光入射部4に入射された光はパラボラ反射鏡5で反射されてDMD6に投射され、DMD6のマイクロミラー構体61によって所望の光パターンとして反射される。この反射された光パターンは投影レンズ7によってランプ前方に向けて投影され、所望の配光パターンでの光照射が行われる。
ここで、光源ユニットLSUの発光時には、発光したLED2において熱が発生する。この熱は回路基板21を支持しているヒートシンク22に伝熱され、ここから放熱される。一方、発生した熱は輻射により光源ユニットLSUの近傍の部材に温度上昇を生じさせる。この輻射熱はランプハウジング100に対しても影響することになるが、その殆どはランプハウジング100によって遮熱されるため、DMDユニットLU1にまで伝熱されることは少ない。
特に、この実施形態1では、光源ユニットLSUはランプハウジング100の後方の位置に配設されており、DMDユニットLU1の直下の領域、ないしはランプハウジング100の直下の領域には配設されていないので、光源ユニットLSUで発生した熱による上方への暖気の対流によってDMDユニットLU1が加熱されることは殆どない。また、光源ユニットLSUをこの位置に配設することより、光源ユニットLSUで発生した熱の一部はエンジンルームERを覆っているボンネット(図示せず)に伝熱され、ここから放熱されるので、放熱効果を高めることも期待できる。
光源ユニットLSUをランプハウジング100の直下領域に配設することが余儀なくされる場合には、なるべくランプハウジング100の下面から離れた位置に配設することが好ましい。この場合、図1に示したように、エンジンルームER内のラジエーターRaの近傍に配置し、ラジエーター冷却ファン(図示せず)によってラジエーターRaに生じる空気流を利用して放熱効果が得られるようにしてもよい。
さらに、この実施形態1では、DMDユニットLU1のDMD6はDMDユニットLU1内の低い位置に配置されているので、DMDユニットLU1がランプハウジング100に内装されたときに、DMD6はランプハウジング100内の下部領域に位置されることになる。すなわち、ランプハウジング100内を鉛直上下方向に上部領域と下部領域に二分したとき、あるいは鉛直上下方向に上部領域、中間領域、下部領域と三分したとき、さらにこれよりも多くの数で区分したときに、ランプハウジング100内の最も下側ないしその近傍に区分される下部領域に位置される。
したがって、ランプハウジング100内の温度が上昇したとき、例えばDMDユニットLU1と共にランプハウジング100内に内装されているロービームユニットLU2の光源が発光したときに熱が発生し、この熱でランプハウジング100内の温度が上昇した場合でも、昇温されたランプハウジング100内の空気は対流によって上部領域に流動されて滞留されるので、下部領域に配置されているDMD6への熱の影響を抑制することができる。このことからも、ランプハウジング100内でのDMD6の温度上昇が抑制でき、DMD6の熱信頼性をさらに高めることができる。
このように、実施形態1のヘッドランプHL1では、光源ユニットLSUで発生した熱によるDMDの温度上昇が防止できるので、DMDユニットLU1を構成しているDMDに耐熱性の低いDMDを適用した場合でもDMDの熱信頼性を高めることができる。換言すれば、耐熱性の高い高価なDMDを適用する必要がなく、低コスト化を図る上でも有利になる。
図5は実施形態2のヘッドランプHL2の概略正面図であり、図6はこのヘッドランプHL2に適用されるDMDユニットLU1Aの縦断面図である。実施形態1のDMDユニットLU1と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態2は、DMDユニットLU1Aがランプハウジング100に内装され、光源ユニットLSUがランプハウジング100の外部に配置され、両者が光ファイバ1で光学的に連結されていることは実施形態1と同じであるが、DMDユニットLU1Aを構成している光入射部4、第1光学部5、DMD6の上下方向の相互位置を逆にした構成としている。
すなわち、光入射部4はDMDユニットLU1Aの最も下側に配置されており、これとレンズ光軸Oxに沿った方向に対向配置されるパラボラ反射鏡(第1光学部)5は光入射部4よりもやや高い位置に配置される。さらにパラボラ反射鏡5に対してレンズ光軸Oxに沿った方向に対向配置されるDMD6は当該パラボラ反射鏡5よりもやや高い位置で前記光入射部4の上側に配置されている。
このDMDユニットLU1Aは、光源ユニットLSUに連結されている光ファイバ1を導光された光が光入射部4から入射され、第1光学部5、DMD6、第2光学部7によってランプ前方領域に所望の配光パターンでの光照射を行うことは実施形態1と同じである。また、DMDユニットLU1Aがランプハウジング100に内装され、光源ユニットLSUがランプハウジング100の外部に配設されていることにより、光源ユニットLSUで発生した熱がランプハウジング100で遮熱され、DMDユニットLU1Aの加熱が抑制されることも同じである。
一方、実施形態2では、DMDユニットLU1AのDMD6は、DMDユニットLU1A内の高い位置、すなわち前記したランプハウジング100内の上部領域、あるいは中間領域に配置される。したがって、仮に、光源ユニットLSUがDMDユニットLU1Aの直下領域、ないしはランプハウジング100の直下領域に配設することが余儀なくされ、光源ユニットLSUによってランプハウジング100の下面が加熱される状況となった場合でも、当下底面からDMD6までの距離を稼具ことができ、下面からの輻射熱の影響が緩和できる。これにより、DMD6の温度上昇が抑制でき、DMD6の熱信頼性をさらに高めることができる。
図7は実施形態3のヘッドランプHL3の概略正面図である。実施形態2と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態3では、DMDユニットLU1Aと共にランプハウジング100に内装されているロービームユニットLU2の光源が取り外され、当該ロービームユニットLU2についても前記光源ユニットLSUに対して光ファイバ1Aで光学的に連結した構成とされている。
ここでは、前記光源ユニットLSUに連結されている光ファイバ1に光分配器14が介在されており、この光分配器14によって分岐された光ファイバ1Aが接続されている。一方の光ファイバ1は実施形態2と同様にDMDユニットLU1Aに連結され、他方の光ファイバ1AはロービームユニットLU2に連結されている。この光ファイバ1Aの他端部をロービームユニットLU2に連結する構造はDMDユニットLU1Aへの連結と同様に光コネクタを利用した連結が可能である。
実施形態3では、光源ユニットLSUが発光されたときには、光源ユニットLSUから出射される光は光ファイバ1を導光され、その途中の光分配器14によって光ファイバ1Aにも分配され、各光ファイバ1,1AによってDMDユニットLU1AとロービームユニットLU2にそれぞれ入射される。入射された光はDMDユニットLU1Aからランプ前方領域に照射され、ロービームユニットLU2では、プロジェクタ構造を構成している反射ミラーや投影レンズにより所要の配光でランプ前方領域に照射される。
実施形態3では、ロービームユニットLU2が点灯されても、ロービームユニットLU2から熱が発生することがないので、ランプハウジング100内の空気が加熱されることがなく、DMDユニットLU1AのDMD6の温度上昇が防止される。特に、実施形態2のようにDMDユニットLU1AのDMDがランプハウジング100内の上部領域や中間領域に配設され、ランプハウジング100内における暖気の対流による温度上昇を考慮する必要がある場合には有効である。
実施形態3は、実施形態1,2に比較すると、ロービームユニットLU2が点灯したときに発生する熱によるDMD6の熱ダメージが防止でき、DMD6のさらなる熱信頼性を高めることができる。実施形態3は実施形態1のDMDユニットLU1についても同様に適用できる。
なお、DMDユニットLU1,LU1AとロービームユニットLU2を独立して点灯制御することが要求される場合には、光源ユニットLSUにそれぞれ独立して発光可能な複数の光源を設けておき、各光源と各ユニットをそれぞれ独立した光ファイバで光学的に連結するようにすればよい。あるいは、光分配器14にシャッターを内蔵して、光ファイバ1,1Aに対して選択的に光を導光させるように構成してもよい。
また、図7に仮想線で示すように、ヘッドランプHL3のクリアランスユニットLU3についても光ファイバ1Bで光源ユニットLSUを光学的に連結し、当該光源ユニットLSUによってクリアランスユニットLU3を点灯させるようにしてもよい。クリアランスユニットLU3は単独で点灯させる状況が多いので、光ファイバ1Bは光ファイバ1,1Aとは独立して光源ユニットLSUに連結させることが好ましい。
実施形態3に示したように、ランプハウジング100内に、DMDユニットと共に少なくとも1つの他のランプユニットが配設されているヘッドランプでは、この他のランプユニットうちの少なくとも1つのランプユニットについても導光手段を介して光源ユニットに連結される構成であってもよい。
本発明におけるDMDユニットは前記各実施形態に記載した構成に限られるものではない。例えば、第1光学部(第1光学手段)は反射鏡ではなく、レンズ系であってもよく、第2光学部(第2光学手段)はレンズ系ではなく反射鏡で構成されてもよい。また、本発明における導光手段は光ファイバに限られるものではなく、光を導光することが可能な棒状をした透光性の部材、あるいはプリズムのような部材であってもよい。
本発明における光源ユニットは、DMDユニットとは独立した別体の構成であり、ランプハウジングの外部に配設されるものであれば、前記実施形態に記載した構成に限られるものではない。また、光源の種類も発光素子(半導体発光素子)に限られるものではなく、白熱電球や放電電球を適用することも可能である。
本発明におけるランプハウジングは、少なくともDMDユニットを内装するハウジング構造であれば、DMDユニットのみを内装するランプハウジングとして、あるいは他の複数のランプユニットを共に内装するランプハウジングとして構成されていてもよい。DMDユニットのみをランプハウジングに内装したときには、当該DMDユニットはハイビーム配光、ロービーム配光、その他の配光での光照射が可能なDMD制御を行う構成とされてもよい。
本発明が適用される車両用灯具は、DMD等の入射した光を選択的に反射する反射装置を備えるランプユニットを含む灯具であれば、ヘッドランプ以外の照明用ランプ、あるいは標識用ランプに適用することができる。
1 光ファイバ(導光手段)
2 LED(光源:発光素子)
3 ベース体
4 光入射部
5 第1光学部(第1光学手段:パラボラ反射鏡)
6 DMD(入射した光を選択的に反射する反射装置)
7 第2光学部(第2光学手段:投影レンズ)
100 ランプハウジング
HL(R−HL),HL1,HL2 ヘッドランプ(車両用灯具)
LU1 DMDユニット(ランプユニット)
LU2 ロービームユニット(他のランプユニット)
LU3 クリアランスランプユニット(他のランプユニット)
LSU 光源ユニット
CAR 自動車
BD 車体
ER エンジンルーム
Ra ラジエーター

Claims (5)

  1. 入射した光を選択的に反射する反射装置を含むランプユニットと、光源を搭載した光源ユニットと、前記光源ユニットから出射される光を前記ランプユニットにまで導光する導光手段とで構成されており、前記ランプユニットはランプハウジングの内部に配設され、前記光源ユニットは前記ランプハウジングの外部に配設されることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記ランプユニットは、入射した光を選択的に反射する反射装置と、前記導光手段で導光された前記光源ユニットからの光を前記反射装置に投射させる第1光学手段とを備える請求項1に記載の車両用灯具
  3. 前記光源ユニットは前記ランプユニットの直下領域を除いた領域に配設されている請求項1又は2に記載の車両用灯具。
  4. 前記入射した光を選択的に反射する反射装置は前記ランプハウジング内の下部領域に配置されている請求項1ないし3のいずれかに記載の車両用灯具。
  5. 前記ランプハウジングの内部には前記ランプユニットと共に少なくとも1つの他のランプユニットが配設されており、前記導光手段は前記ランプユニットに加えて、前記他のランプユニットのうちの少なくとも1つの他のランプユニットに対して導光する構成である請求項1ないし4のいずれかに記載の車両用灯具。

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