JP2020123486A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】光源と、該光源からの光を制御する光学部材を備える車両用灯具において、光源および光学部材を好適に冷却するとともに、小型化を図る。【解決手段】車両用灯具100は、LED12と、LED12からの光を制御するマイクロミラーアレイ14と、LED12を冷却する光源用ヒートシンク16と、マイクロミラーアレイ14を冷却する光学部材用ヒートシンク18と、光学部材用ヒートシンク18と光源用ヒートシンク16との間に送風路20を形成するダクト22と、送風路20を介して、光学部材用ヒートシンク18から光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れを作り出すファン24とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、車両用灯具に関する。
従来、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子と、該半導体発光素子からの光を制御するマイクロミラーアレイ等の光学部材とを備えた車両用灯具が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2016−115582号公報
一般に、半導体発光素子は、高出力を得るために大きな電流を供給すると発熱が増えるが、発熱によって素子が高温になると発光効率が低下する。そのため、半導体発光素子を冷却する必要がある。また、マイクロミラーアレイ等の光学部材も、半導体発光素子からの光等により加熱されるため、冷却が必要である。
半導体発光素子および光学部材を冷却する場合、それぞれにヒートシンクとファンを設ける方法が考えられる。この場合、効果的な冷却を行うことができるものの、灯具の構成が大型化する可能性がある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源と、該光源からの光を制御する光学部材を備える車両用灯具において、光源および光学部材を好適に冷却するとともに、小型化を図ることのできる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源と、光源からの光を制御する光学部材と、光源を冷却する光源用ヒートシンクと、光学部材を冷却する光学部材用ヒートシンクと、光学部材用ヒートシンクと光源用ヒートシンクとの間に送風路を形成するダクトと、送風路を介して、光学部材用ヒートシンクから光源用ヒートシンクに向かう空気の流れを作り出すファンとを備える。
ファンは、光学部材用ヒートシンクの周辺の空気を吸い込んでダクト内に排気することで、空気の流れを作り出すように配置されてもよい。
ファンは、光源用ヒートシンクの周辺の空気を吸い込むことで、空気の流れを作り出すように配置されてもよい。
光源と異なる第2の光源と、第2の光源を冷却する第2の光源用ヒートシンクとをさらに備えてもよい。ダクトは、光学部材用ヒートシンクと第2の光源用ヒートシンクとの間にも送風路を形成するよう構成されてもよい。
光源と第2の光源は、同時に点灯しないように構成され、光源と第2の光源のうち点灯している方に空気が流れるように送風路を開閉する送風弁をさらに備えてもよい。
本発明によれば、光源と、該光源からの光を制御する光学部材を備える車両用灯具において、光源および光学部材を好適に冷却するとともに、小型化を図ることができる。
本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具の光学系を説明するための図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具の概略断面図である。 図6(a)および(b)は、第1送風弁および第2送風弁の開閉動作を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。なお、本明細書において「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「内」、「外」等の方向を表す用語が用いられる場合、それらは車両用灯具が車両に装着されたときの姿勢における方向を意味する。また、以下の実施形態では、同一または対応する構成要素については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用灯具100の概略断面図である。図1に示すように、車両用灯具100は、前面が開放した樹脂製のランプボディ102と、透光性材料により形成され、ランプボディ102の前面を気密的に覆うアウターレンズ104とを含んで構成された灯室106内に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニット10が収容された構成となっている。
灯具ユニット10は、光源としてのLED12と、LED12からの光を制御する光学部材としてのマイクロミラーアレイ14と、投影レンズ26とを備える。
LED12は、LEDチップ12aが回路基板12b上に実装された白色LEDである。LEDチップ12aは、回路基板12bに形成された配線パターンを介して給電される。
マイクロミラーアレイ14は、LED12から送出された光を配光する配光デバイスである。マイクロミラーアレイ14は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーやDMD(Digital Mirror Device)ミラーなどが用いられ、複数の微小なミラー素子が個別に傾動制御可能に設けられている。また、マイクロミラーアレイ14に代えて、反射型液晶素子からなるLCOSデバイスを使用することもできる。
投影レンズ26は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、マイクロミラーアレイ14からの光を灯具前方に投影する。本実施形態に係る灯具ユニット10によれば、マイクロミラーアレイ14の各ミラー素子を傾動制御することにより、灯具前方に所望の配光パターンを形成することができる。
灯具ユニット10はさらに、LED12を冷却する光源用ヒートシンク16と、マイクロミラーアレイ14を冷却する光学部材用ヒートシンク18とを備える。
光源用ヒートシンク16は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、平板状のベース部16aと、ベース部16aの一方の主面上に所定の間隔で立設された複数の平板状の放熱フィン16bとから成る。ベース部16aの他方の主面上にはLED12が配置される。
同様に、光学部材用ヒートシンク18は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、平板状のベース部18aと、ベース部18aの一方の主面上に所定の間隔で立設された複数の平板状の放熱フィン18bとから成る。ベース部18aの他方の主面上にはマイクロミラーアレイ14が配置される。
灯具ユニット10はさらに、ダクト22と、ファン24とを備える。ファン24は、軸流ファンであり、吸気口24aおよび排気口24bを有する。ファン24は、吸気口24aが光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン18bに面するように配置される。
ダクト22は、光学部材用ヒートシンク18と光源用ヒートシンク16との間に送風路20を形成する。ダクト22の一方の端部はファン24の排気口24bに接続されている。ダクト22は、排気口24bからの空気を光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bに導くように延在している。ファン24は、光学部材用ヒートシンク18の周辺の空気を吸気口24aから吸い込んで排気口24bからダクト22内に排気することで、送風路20に光学部材用ヒートシンク18から光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れを作り出す。
以上のように構成された車両用灯具100における放熱作用について説明する。図1において、白抜き矢印は空気の流れを表している。LED12から発生した熱は、光源用ヒートシンク16のベース部16aに伝熱され、ベース部16aから放熱フィン16bに伝熱される。また、LED12が放出した光からマイクロミラーアレイ14が受けた熱およびマイクロミラーアレイ14の動作により生じた熱は、光学部材用ヒートシンク18のベース部18aに伝熱され、ベース部18aから放熱フィン18bに伝熱される。
ファン24が駆動されると、吸気口24aから光学部材用ヒートシンク18周辺の空気が吸い込まれ、排気口24bからダクト22内に排気される。ファン24により吸い込まれる空気は、放熱フィン18bの間を通る。この空気の流れにより、放熱フィン18bが冷却される。
ファン24の吸気口24aから排気された空気は、ダクト22内の送風路20を通って、光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bに送られる。空気は、放熱フィン16bの間を通って灯室106中に放出される。この空気の流れの間により放熱フィン16bが冷却される。
以上のような放熱作用により、LED12およびマイクロミラーアレイ14の熱が灯室106中に放熱され、LED12およびマイクロミラーアレイ14を効果的に冷却することができる。
本実施形態においては、光学部材用ヒートシンク18のみにファン24を設けており、光源用ヒートシンク16にはファンを設けていない。従って、光源用ヒートシンク16と光学部材用ヒートシンク18にそれぞれファンを設けた場合と比較して、部品点数を少なくできるので、灯具ユニット10の小型化および低コスト化を図ることができる。
一般的に、マイクロミラーアレイの耐熱温度は、LEDよりも低い。このような点を考慮し、本実施形態では、送風路20の上流側にマイクロミラーアレイ14を配置し、下流側にLED12を配置している。これにより、耐熱温度の低いマイクロミラーアレイ14を優先して冷却することができる。このように本実施形態では、1つのファン24のみを用いながらも、効率的な冷却を行うことができる。
図2は、本発明の別の実施形態に係る車両用灯具200の概略断面図である。本実施形態に係る車両用灯具200は、ファン24の位置が上述の車両用灯具100と異なる。車両用灯具200では、ファン24は、吸気口24aが光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bに面するように配置される。また、車両用灯具200では、ダクト22は、光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン18bと光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bとの間に送風路20を形成する。ファン24は、光源用ヒートシンク16の周辺の空気を吸い込むことで、送風路20に光学部材用ヒートシンク18から光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れを作り出す。
以上のように構成された車両用灯具200における放熱作用について説明する。図2において、白抜き矢印は空気の流れを表している。LED12から発生した熱は、光源用ヒートシンク16のベース部16aに伝熱され、ベース部16aから放熱フィン16bに伝熱される。また、LED12が放出した光からマイクロミラーアレイ14が受けた熱およびマイクロミラーアレイ14の動作により生じた熱は、光学部材用ヒートシンク18のベース部18aに伝熱され、ベース部18aから放熱フィン18bに伝熱される。
ファン24が駆動されると、吸気口24aから光源用ヒートシンク16周辺の空気が吸い込まれ、排気口24bから灯室106中に排気される。これにより、ダクト22内が負圧となるので、光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン18b間から灯室106内の空気が吸い込まれ、光学部材用ヒートシンク18から光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れが生じる。この空気の流れにより、光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン18bおよび光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bが冷却される。
以上のような放熱作用により、LED12およびマイクロミラーアレイ14の熱が灯室106中に放熱され、LED12およびマイクロミラーアレイ14を効果的に冷却することができる。
本実施形態においては、光源用ヒートシンク16のみにファン24を設けており、光学部材用ヒートシンク18にはファンを設けていない。従って、本実施形態においても、光源用ヒートシンク16と光学部材用ヒートシンク18にそれぞれファンを設けた場合と比較して、部品点数を少なくできるので、灯具ユニット10の小型化および低コスト化を図ることができる。
本実施形態においても、送風路20の上流側にマイクロミラーアレイ14を配置し、下流側にLED12を配置している。これにより、耐熱温度の低いマイクロミラーアレイ14を優先して冷却することができる。このように本実施形態においても、1つのファン24のみを用いながらも、効率的な冷却を行うことができる。
図3は、本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具300の概略断面図である。本実施形態に係る車両用灯具300は、LED12と異なる第2の光源としてのレーザダイオード30と、レーザダイオード30を冷却する第2の光源用ヒートシンク32とをさらに備える点で、上述の車両用灯具100と異なる。以下では、LED12を「第1の光源」とし、LED12を冷却する光源用ヒートシンク16を「第1の光源用ヒートシンク」とする。
第2の光源用ヒートシンク32は、アルミ等の高熱伝導率の金属によって形成され、平板状のベース部32aと、ベース部32aの一方の主面上に所定の間隔で立設された複数の平板状の放熱フィン32bとから成る。ベース部32aの他方の主面上にはレーザダイオード30が配置される。
本実施形態に係る車両用灯具300では、第1の光源としてのLED12からの光と、第2の光源としてのレーザダイオード30からの光は、共通のマイクロミラーアレイ14により配光制御される。マイクロミラーアレイ14を共通とすることにより、LED12およびレーザダイオード30のそれぞれにマイクロミラーアレイを設ける場合と比較して、小型化および低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態に係る車両用灯具300では、ダクト22は、光学部材用ヒートシンク18と第1の光源用ヒートシンク16の間に加えて、光学部材用ヒートシンク18と第2の光源用ヒートシンク32の間にも送風路20を形成するよう構成される。すなわち、ダクト22は、排気口24bからの空気を第1の光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bに導くように延在するとともに、排気口24bからの空気を第2の光源用ヒートシンク32の放熱フィン32bに導くように延在している。光学部材用ヒートシンク18から光源用ヒートシンク16へのダクト22の延在方向と、光学部材用ヒートシンク18から第2の光源用ヒートシンク32へのダクト22の延在方向は、互いに異なる方向(図3では上下方向)である。ファン24は、光学部材用ヒートシンク18の周辺の空気を吸気口24aから吸い込んで排気口24bからダクト22内に排気することで、送風路20に、光学部材用ヒートシンク18から第1の光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れと、光学部材用ヒートシンク18から第2の光源用ヒートシンク32に向かう空気の流れとを作り出す。
以上のように構成された車両用灯具300における放熱作用について説明する。図3において、白抜き矢印は空気の流れを表している。LED12から発生した熱は、第1の光源用ヒートシンク16のベース部16aに伝熱され、ベース部16aから放熱フィン16bに伝熱される。また、レーザダイオード30から発生した熱は、第2の光源用ヒートシンク32のベース部32aに伝熱され、ベース部32aから放熱フィン32bに伝熱される。また、LED12、レーザダイオード30が放出した光からマイクロミラーアレイ14が受けた熱およびマイクロミラーアレイ14の動作により生じた熱は、光学部材用ヒートシンク18のベース部18aに伝熱され、ベース部18aから放熱フィン18bに伝熱される。
ファン24が駆動されると、吸気口24aから光学部材用ヒートシンク18周辺の空気が吸い込まれ、排気口24bからダクト22内に排気される。ファン24により吸い込まれる空気は、放熱フィン18bの間を通る。この空気の流れにより、放熱フィン18bが冷却される。
ファン24の吸気口24aから排気された空気は、ダクト22内の送風路20を通って、第1の光源用ヒートシンク16の放熱フィン16bおよび第2の光源用ヒートシンク32の放熱フィン32bに送られる。空気は、放熱フィン16b、32bの間を通って灯室106中に放出される。この空気の流れの間により放熱フィン16b、32bが冷却される。
以上のような放熱作用により、LED12、レーザダイオード30およびマイクロミラーアレイ14の熱が灯室106中に放熱され、LED12、レーザダイオード30およびマイクロミラーアレイ14を効果的に冷却することができる。本実施形態においては、光学部材用ヒートシンク18のみにファン24を設けており、第1の光源用ヒートシンク16および第2の光源用ヒートシンク32にはファンを設けていない。従って、第1の光源用ヒートシンク16、第2の光源用ヒートシンク32および光学部材用ヒートシンク18にそれぞれファンを設けた場合と比較して、部品点数を少なくできるので、灯具ユニット10の小型化および低コスト化を図ることができる。
本実施形態においても、送風路20の上流側にマイクロミラーアレイ14を配置し、下流側にLED12、レーザダイオード30を配置している。これにより、耐熱温度の低いマイクロミラーアレイ14を優先して冷却することができる。このように本実施形態においても、1つのファン24のみを用いながらも、効率的な冷却を行うことができる。
図4は、本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具400の光学系を説明するための図である。この光学系は、マイクロミラーアレイ14と、第1の光源としての第1LED40と、第2の光源としての第2LED42と、第1LED40からの光をマイクロミラーアレイ14に向けて反射する第1リフレクタ44と、第2LED42からの光をマイクロミラーアレイ14に向けて反射する第2リフレクタ46とを備える。第1LED40は低出力であり、第2LED42と比較して発熱が小さい。第2LED42は高出力光源であり、第1LED40と比較して発熱が大きい。
本実施形態に係る車両用灯具400では、第1の光源としての第1LED40からの光と、第2の光源としての第2LED42からの光は、共通のマイクロミラーアレイ14により配光制御される。マイクロミラーアレイ14を共通とすることにより、第1LED40および第2LED42のそれぞれにマイクロミラーアレイを設ける場合と比較して、小型化および低コスト化を図ることができる。
車両用灯具400はさらに、第1LED40を冷却する第1の光源用ヒートシンク48と、第2LED42を冷却する第2の光源用ヒートシンク49と、マイクロミラーアレイ14を冷却する光学部材用ヒートシンク18と、ダクト22と、ファン24とを備える。
車両用灯具400においては、図4に示すように、光学部材用ヒートシンク18、第1の光源用ヒートシンク48および第2の光源用ヒートシンク49は、ダクト22により直列に接続されている。すなわち、ファン24が配置された光学部材用ヒートシンク18を送風路20の上流とすると、光学部材用ヒートシンク18の下流側に第1の光源用ヒートシンク48が配置され、第1の光源用ヒートシンク48のさらに下流に第2の光源用ヒートシンク49が配置されている。
以上のように構成された車両用灯具400における放熱作用について説明する。図4において、白抜き矢印は空気の流れを表している。第1LED40から発生した熱は、第1の光源用ヒートシンク48の放熱フィンに伝熱される。また、第2LED42から発生した熱は、第2の光源用ヒートシンク49の放熱フィンに伝熱される。また、第1LED40および第2LED42が放出した光からマイクロミラーアレイ14が受けた熱およびマイクロミラーアレイ14の動作により生じた熱は、光学部材用ヒートシンク18の放熱フィンに伝熱される。
ファン24が駆動されると、吸気口から光学部材用ヒートシンク18周辺の空気が吸い込まれ、排気口から光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン間に排気される。排気された空気は、光学部材用ヒートシンク18の放熱フィン18b間を通過し、ダクト22により形成される送風路20を通って第1の光源用ヒートシンク48の放熱フィン間に入る。その後、空気は第1の光源用ヒートシンク48の放熱フィン間を通過し、再び送風路20を通って第2の光源用ヒートシンク49のフィン間に入る。その後、空気は第2の光源用ヒートシンク49の放熱フィン間を通過し、灯室中に放出される。このような空気の流れにより、光学部材用ヒートシンク18、第1の光源用ヒートシンク48および第2の光源用ヒートシンク49が冷却される。
本実施形態においては、光学部材用ヒートシンク18のみにファン24を設けており、第1の光源用ヒートシンク48および第2の光源用ヒートシンク49にはファンを設けていない。従って、第1の光源用ヒートシンク48、第2の光源用ヒートシンク49および光学部材用ヒートシンク18にそれぞれファンを設けた場合と比較して、部品点数を少なくできるので、小型化および低コスト化を図ることができる。
図5は、本発明のさらに別の実施形態に係る車両用灯具500の概略断面図である。本実施形態に係る車両用灯具500は、ダクト22内に、送風路20を開閉可能な第1送風弁50および第2送風弁52が設けられている点で、図3に示す車両用灯具300と異なる。
第1送風弁50は、ファン24の排気口24bよりも光源用ヒートシンク16側に配置される。第1送風弁50は、送風弁駆動源54により開閉される。送風弁駆動源54は、モータやソレノイドを用いたものであってよい。
一方、第2送風弁52は、ファン24の排気口24bよりも第2の光源用ヒートシンク32側に配置される。第2送風弁52は、第1送風弁50の開閉により生じるダクト22内の圧力変動により、開閉される。
また、本実施形態に係る車両用灯具500では、第1の光源としてのLED12と第2の光源としてのレーザダイオード30は、同時に点灯しないように構成される。第1送風弁50および第2送風弁52は、LED12とレーザダイオード30のうち点灯している方に空気が流れるように送風路20を開閉する。
図6(a)および(b)は、第1送風弁50および第2送風弁52の開閉動作を説明するための図である。
図6(a)は、LED12が点灯し、レーザダイオード30が消灯しているときの第1送風弁50および第2送風弁52の開閉状態を示す。このとき、送風弁駆動源54は、第1送風弁50を開状態に制御する。この状態でファン24の排気口24bからダクト22内に空気が排気されると、ダクト22内が負圧となり、第2送風弁52が閉状態となる。その結果、光学部材用ヒートシンク18から第1の光源用ヒートシンク16に向かう空気の流れが作り出される。
図6(b)は、LED12が消灯し、レーザダイオード30が点灯しているときの第1送風弁50および第2送風弁52の開閉状態を示す。このとき、送風弁駆動源54は、第1送風弁50を閉状態に制御する。この状態でファン24の排気口24bからダクト22内に空気が排気されると、ダクト22内が陽圧となり、第2送風弁52が開状態となる。その結果、光学部材用ヒートシンク18から第2の光源用ヒートシンク32に向かう空気の流れが作り出される。
このように、第1の光源と第2の光源が同時に点灯しない光源の場合には、本実施形態のように点灯している方の光源のヒートシンクにファン24から空気を流すことで、より効率的な冷却を行うことができる。部品点数を少なくできるので灯具ユニット10の小型化および低コスト化を図ることができることは、図3に示す車両用灯具300と同様である。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 灯具ユニット、 12 LED、 14 マイクロミラーアレイ、 16 光源用ヒートシンク、 18 光学部材用ヒートシンク、 20 送風路、 22 ダクト、 24 ファン、 30 レーザダイオード、 40 第1LED、 42 第2LED、 50 第1送風弁、 52 第2送風弁、 54 送風弁駆動源、 100,200,300,400,500 車両用灯具。

Claims (5)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を制御する光学部材と、
    前記光源を冷却する光源用ヒートシンクと、
    前記光学部材を冷却する光学部材用ヒートシンクと、
    前記光学部材用ヒートシンクと前記光源用ヒートシンクとの間に送風路を形成するダクトと、
    前記送風路を介して、前記光学部材用ヒートシンクから前記光源用ヒートシンクに向かう空気の流れを作り出すファンと、
    を備えることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記ファンは、前記光学部材用ヒートシンクの周辺の空気を吸い込んで前記ダクト内に排気することで、前記空気の流れを作り出すように配置されることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記ファンは、前記光源用ヒートシンクの周辺の空気を吸い込むことで、前記空気の流れを作り出すように配置されることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  4. 前記光源と異なる第2の光源と、前記第2の光源を冷却する第2の光源用ヒートシンクと、をさらに備え、
    前記ダクトは、前記光学部材用ヒートシンクと前記第2の光源用ヒートシンクとの間にも送風路を形成するよう構成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  5. 前記光源と前記第2の光源は、同時に点灯しないように構成され、
    前記光源と前記第2の光源のうち点灯している方に空気が流れるように前記送風路を開閉する送風弁をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
JP2019014562A 2019-01-30 2019-01-30 車両用灯具 Active JP7216558B2 (ja)

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