JP2020205206A - 灯具ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】1つの光源基板でロービーム配光と適応ハイビーム配光での照明が可能な小型でかつ低コストの灯具ユニットを提供する。【解決手段】複数の発光素子34(34L,34H)を備える光源部3と、各発光素子34から出射される光を投影する投影レンズ6を備える。光源部3は1枚の平板状の光源基板31の表面一部に傾斜面部36L,36Hが形成され、複数の発光素子34は傾斜面部36L,36Hに搭載される。各発光素子34は各発光面が光源基板31の表面に対して傾斜された状態で搭載され、投影レンズ6の光軸Lxに対してそれぞれ異なる角度方向に向けられている。【選択図】 図4

Description

本発明は自動車の前照灯(ヘッドランプ)に適用して好適な灯具ユニットに関するものである。
自動車のヘッドランプはハイビーム配光とロービーム配光を切り替える構成がとられている。また、ハイビーム配光において、対向車や先行車等の他車に対する眩惑を防止する一方で自車両の前方の視認性を高めるために、他車が存在する領域のみを遮光するようにしたADB(Adaptive Driving Beam)方式あるいはAHS(Adaptive High beam System)方式のハイビーム配光(以下、適応ハイビーム配光と称する)で照明を行うヘッドランプも提供されている。
適応ハイビーム配光のヘッドランプに用いられる灯具ユニットとして、本願の出願人が提案している特許文献1の技術がある。この技術は、光源部としてロービーム配光用の発光素子と、ハイビーム配光用の発光素子を投影レンズの光軸を挟んで上下に配置した構成とされている。すなわち、ロービーム配光用の発光素子を搭載した光源基板(以下、Lo用光源基板)と、適応ハイビーム配光用の発光素子を搭載した光源基板(以下、Hi用光源基板)を所定角度をもって対向するように配置している。また、両光源基板の間に配光パターンを形成するためのシェーパと称される部位を有するリフレクタを配設している。各光源基板の発光素子から出射された光をそれぞれシェーパにより反射し、その反射光を投影レンズにより投影することによりロービーム配光と適応ハイビーム配光での照明を行っている。
特開2018−116869号公報
特許文献1の技術は、1つの灯具ユニットでロービーム配光と適応ハイビーム配光を実現するために、Lo用光源基板とHi用光源基板とが独立した基板として構成され、かつそれぞれ個別にヒートシンクに取り付けられている。また、両光源基板の発光素子に対する給電を行うために、両光源基板をFPC(フレキシブル配線基板)で接続し、車載電源に接続する構成がとられている。あるいは、各光源基板のそれぞれにコネクタを配設する構成も考えられている。
そのため、2つの光源基板が必要であり、またこれら光源基板を電気接続するためのFPCや、各光源基板に配設するコネクタが必要であり、部品点数が多くなるとともに、部品コスト及び組付コストが高くなる。また、2つの光源基板とFPCを配設するためのスペースが必要であり、特に2つの光源基板を所定の角度で対向配置するために、灯具ユニットの光軸方向の寸法が長くなり、小型の灯具ユニットを実現することが難しい。
本発明の目的は1つの光源基板で異なる配光での照明、例えば、ロービーム配光と適応ハイビーム配光での照明が可能な小型でかつ低コストの灯具ユニットを提供する。
本発明は、複数の発光素子を備える光源部と、これら複数の発光素子から出射される光を投影する投影レンズを備える灯具ユニットであって、光源部は1枚の平板状の光源基板に複数の発光素子が搭載されており、複数の発光素子は各発光面が光源基板の表面に対して傾斜された状態で搭載され、さらに投影レンズの光軸に対してそれぞれ異なる角度方向に向けられている。
本発明においては、光源基板の表面一部に傾斜面部が形成され、発光素子はこの傾斜面部に搭載される。例えば、傾斜面部は、光源基板の一部が屈曲され、あるいは当該光源基板の一部がプレス加工されている。また、傾斜面部は、光源基板に取り付けられたサブマウントにより形成されている。
本発明においてADB方式あるいはAHS方式の灯具ユニットを構成するには、複数の発光素子は、ロービーム配光での照明を行う第1の発光素子と、ハイビーム配光での照明を行う第2の発光素子で構成されており、第1の発光素子の発光面は投影レンズの光軸に対して斜め下方に傾斜され、第2の発光素子の発光面は投影レンズの光軸に対して斜め上方に傾斜される。また、第2の発光素子はそれぞれ独立して発光制御される複数の発光素子群として構成される。
本発明によれば、光源部が1枚の平板状の光源基板で構成でき、また電気接続を行うためのFPCが不要になり、部品点数が削減でき、部品コスト及び組付コストが低減できる。
本発明の灯具ユニットを備えるヘッドランプの概略縦断面図。 実施形態1の灯具ユニットの部分分解斜視図。 光源基板の一部の斜視図。 光源部とリフレクタの要部の拡大断面図。 リフレクタと光源部を前方から見た正面図。 ロービームと適応ハイビームの配光パターン図。 実施形態1の変形例の光源部の要部の断面図。 実施形態2の光源部の要部の断面図。
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は本発明の灯具ユニットを適用した自動車用AHS方式のヘッドランプの概略縦断面図である。灯具ユニット1は自動車の車体の左右前部に装着されるヘッドランプHLのランプハウジング100に内装されている。ランプハウジング100はランプボディ101と透光カバー102で構成されている。この灯具ユニット1は、点灯されたときにロービーム配光と適応ハイビーム配光での照明が切り替えられるようになっている。左右の各ヘッドランプの灯具ユニットは、基本的には同じ構成である。
(実施形態1)
図2は実施形態1の灯具ユニット1の部分分解斜視図である。図1と図2において、この灯具ユニット1はヒートシンクを兼ねるユニットボディ2を有しており、このユニットボディ2の前面、すなわち灯具ユニット1の前方に向けられた面に光源部3とリフレクタ4が配設されている。また、前記ユニットボディ2の前面にはレンズホルダ5が連結されており、このレンズホルダ5により投影レンズ6が支持されている。
前記ユニットボディ2は伝熱性の高い材料で形成され、その前面は前記投影レンズ6の光軸Lxに対して垂直な平坦面に形成されている。また、当該ユニットボディ2の後面にはヒートシンクを構成するための複数の放熱フィン21が形成されており、光源部2からユニットボディ2に伝導された熱をこの放熱フィン21から放熱させる。このユニットボディ2の内部には放熱ファンを内装してもよい。
前記光源部3は1枚の平板状の光源基板31を主体に構成されている。図3はこの光源基板31の一部の外観斜視図であり、図4は前記リフレクタ4を含む光源部3の要部の拡大断面図である。前記光源基板31は、銅(Cu)等の金属板32の表面に配線層33が形成されている。この配線層33の詳細な図示は省略するが、前記金属板32の表面に絶縁層が形成され、この絶縁層の表面に導電層が選択的に印刷あるいはエッチングされた導電パターンが形成されている。また、この導電パターンの所要部分、例えば後述する発光素子34やコネクタ35を搭載する領域を除く部分にはレジスト層が形成されている。
前記光源基板31は、図には表れない固定部材により、金属板32の裏面が前記ユニットボディ2の前面に当接された状態で当該ユニットボディ2に固定されている。この固定により光源基板31の表面、すなわち前記配線層33が形成されている側の面が前記投影レンズ6の光軸Lxに対して垂直方向に向けられる。
前記光源基板31の表面、換言すれば前記配線層33の表面には複数個の発光素子34とコネクタ35が搭載されており、当該配線層33を介して発光素子34とコネクタ35は相互に電気接続されている。前記発光素子34は複数個のLED(発光ダイオード)で構成されており、光源基板31の上部領域にロービーム光を発光する複数個(ここでは7個)のLo用LED34Lが搭載され、下部領域にハイビーム光を発光する複数個(ここでは12個)のHi用LED34Hが搭載されている。これらLo用LED34LとHi用LED34Hは所要の間隔をおいて水平方向に並んで配列されている。
前記コネクタ35は2つ設けられており、光源基板31の上部に前記Lo用LED34Lに接続されるコネクタ35Lが搭載され、下部に前記Hi用LED34Hに接続されるコネクタ35Hが搭載されている。これらのコネクタ35L,35Hは、図示は省略するが、車載バッテリにつながる電源コネクタが着脱可能とされている。
前記Lo用LED34LとHi用LED34Hは、前記光源基板31に構成されている点灯制御回路により発光が制御される。Lo用LED34Lは直列接続されて全てのLEDが同時に発光制御される構成とされているが、Hi用LED34Hは並列接続されて適応ハイビーム配光を実現するために各LEDが個別に発光制御されるようになっている。
前記光源基板31は前記Lo用LED34LとHi用LED34Hを搭載する四角形領域の三辺に沿って板厚方向に貫通するスリット31sが形成されている。そして、このスリット31sが囲まれた領域は、残りの一辺において表面側に屈曲されることにより片持ち片状の傾斜面部36L,36Hとして構成されている。前記配線層33はこれら傾斜面部36L,36Hの各表面にも形成されており、各傾斜面部36L,36Hに形成されている導電パターンによりそれぞれ前記LED34L,34Hに対する電気接続が行われる。
前記傾斜面部36L,36Hの屈曲角度、すなわち光源基板31の表面に対してなす角度はそれぞれ直角以下の所定の角度に設定されている。したがって、光源基板31の表面が投影レンズ6の光軸Lxに対して垂直方向に向けられてユニットボディ2に支持されている状態では、Lo用LED34Lの発光面は前方斜め下方に向けられ、Hi用LED34Hの発光面は前方斜め上方に向けられる。すなわち、各LED34L,34Hの発光面は光軸Lxに対して異なる角度方向に向けられている。
前記リフレクタ4は前記光源部3の前方位置において前記ユニットボディ2に固定される。図5はこのリフレクタ4及び光源部3を前方から見た正面図である。前記リフレクタ4は、前記Lo用LED34L及びHi用LED34Hが配設されている領域を囲むように配置される上枠41,下枠42、左枠43,右枠44と、上下方向のほぼ中間位置において水平方向に延長されて両端が左枠43と右枠44に連結された中枠45を備えており、全体として矩形の枠状に形成されている。これにより、上下左右の枠内に構成される開口は中枠45によって上下に区画され、上側にはLo用開口46Lが構成され、下側にはHi用開口46Hが構成される。
前記上枠41と下枠42の枠内方に向けられた面にはそれぞれには上側反射面Ruと下側反射面Rdが形成されている。また、前記左枠43と右枠44の枠内方に向けられた面にはそれぞれ左側反射面Rlと右側反射面Rrが形成されている。さらに、前記中枠45の上面と下面にはそれぞれ中上側反射面Rcuと中下側反射面Rcdが形成されている。この中枠は後述するようにロービーム配光のカットラインを形成するために機能するので、以降はシェーパと称し、その中上側反射面Rcuをシェーパ上側反射面、中下側反射面Rcdをシェーパ下側反射面と称する。
図5においては、分かりやすくするために、これらの反射面の領域を点描している。すなわち、前記Lo用開口46Lは左側反射面Rlと右側反射面Rrの各上側領域と、上側反射面Ruと、シェーパ上側反射面Rcuで囲まれることになり、これらの反射面で第1リフレクタ部としてのLo用リフレクタ部が構成される。同様に、前記Hi用開口46Hは左側反射面Rlと右側反射面Rrの各下側領域と、下側反射面Rdと、シェーパ下側反射面Rcdで囲まれることになり、これらの反射面で第2リフレクタ部としてのHi用リフレクタ部が構成される。
前記した上側反射面Ru、下側反射面Rd、左側反射面Rl、右側反射面Rrはそれぞれ緩やかな曲率をした凹曲面で構成されている。一方、シェーパ45は前方に向けられた前エッジ部45eを頂点とする三角形に近い縦断面形状とされており、シェーパ下側反射面Rcdは凸曲面ないし平坦な面で構成され,シェーパ上側反射面Rcuはこれよりも曲率が大きな凹曲面で構成されている。
前記前エッジ部45eはリフレクタ4の左右方向に延在されているが、その延在方向のほぼ中央位置を境に左右の高さ位置が相違しており、リフレクタ4の前面からみて右側が左側よりも幾分高くされている。また、前エッジ部45eはほぼ中央領域において右上がりの傾斜状態に連続されている。
前記投影レンズ6は、図4に示すように、後方側の焦点Fが前記シェーパ45の前エッジ部45eの近傍に位置するように前記レンズホルダ5によりユニットボディ2に固定される。前記Lo用LED34Lの発光面は前方斜め下方に向けられているが、この発光面の中心を通る法線は当該焦点Fあるいはその近傍に向けられる。同様に、前記Hi用LED34Hの発光面は前方斜め上方に向けられており、その発光面の中心を通る法線はほぼ前記焦点Fに向けられる。
以上の構成の灯具ユニット1では、Lo用LED34LとHi用LED34Hが発光したときには、図4に一部の光線の光路を示すように、各LED34L,34Hから出射される光はリフレクタ4で反射され、投影レンズ6により自動車の前方領域に投影されて照明が行われる。
Lo用LED34Lが発光されると、出射されたロービーム光はLo用リフレクタ部で反射される。すなわち左右方向については左側反射面Rlと右側反射面Rrで反射される。上下方向については、上側反射面Ruとシェーパ上側反射面Rcuで反射される。これらの反射光は投影レンズ6に入射され、投影レンズ6により自動車の前方近傍領域に投影される。図6(a)は投影される配光パターンを示しており、このとき投影される一部の光、特に上方領域に投影される光が遮光される。シェーパ45の前エッジ部45eの高さは左右で相違していることにより、上縁に水平方向に階段状をしたカットラインCLを有するロービーム配光パターンPLが形成される。図6(a)中の破線は7個のLo用LED34Lに対応する領域を示している。
Hi用LED34Hが発光されると、出射されたハイビーム光はHi用リフレクタ部で反射される。すなわち、左右方向については左側反射面Rlと右側反射面Rrで反射される。上下方向については、下側反射面Rdとシェーパ下側反射面Rcdで反射される。これらの反射光はほとんどがシェーパ45により制限を受けることはなく、図6(b)に示すように、投影レンズ6により自動車の前方遠方領域にハイビーム配光PHとして前記ロービーム配光PL上側の領域に照明される。
したがって、Lo用LED34Lを発光してロービーム配光パターンPLでの照明を行い、さらにHi用LED34Hを発光したハイビーム配光PHを当該ロービーム配光パターンPLに合成することにより適応ハイビーム配光パターンAPHの照明が行われる。図6(b)中の破線は7個のLo用LED34Lと4個のHi用LED34Hに対応する領域を示している。
図示は省略するが、適応ハイビーム配光パターンでの照明時に、各Hi用LED34Hの発光を選択的に制御することにより、適応ハイビーム配光照明が実行できる。すなわち、対向車や先行車が存在する領域を照明するHi用LED34Hを消光あるいは減光することにより、当該領域の照明による対向車や先行車に対する眩惑を防止することができる。
以上のように、実施形態1の灯具ユニットは、光源部3が1枚の平板状の光源基板31を主体に構成され、当該光源基板31の一部が屈曲された傾斜面部36L,36Hに発光素子34L,34hが搭載されている。したがって、傾斜面部36L,36Hの屈曲角度を任意に設定することにより、Lo用LED34Lの発光面を所要の前方斜め下方に向け、Hi用LED34Hの発光面を所要の前方斜め上方に向けた光源部を容易に構成することができる。
これにより、光源部3が1枚の光源基板31で構成でき、また電気接続を行うためのFPCが不要になり、部品点数が削減でき、部品コスト及び組付コストが低減できる。また、特許文献1のように2枚の光源基板を異なる角度で対向配置する構成に比較して灯具ユニット1の光軸方向の寸法が長くなり、小型の灯具ユニットが可能になる。
実施形態1では光源基板31の一部を屈曲してLEDを搭載する傾斜面部36L,36Hが形成されているが、図7に光源基板の変形例の断面図を示すように、光源基板31Aをプレス加工して傾斜面部37L,37Hを構成してもよい。なお、実施形態1と等価な部分には同一符号を付してある。
ここでは、金属板32をプレス加工して裏面側から表面側に断面形状が概ね三角形に突出される凸状の傾斜面部37L,37Hを形成し、この傾斜面部37L,37Hの表面にそれぞれLED34L,34Hを搭載している。各傾斜面部37L,37Hの角度は実施形態1の各傾斜面部36L,36Hと同じとする。これにより搭載されたLED34L,34Hの発光面は光源基板31Aの表面に対して所定の角度で傾斜される。
この変形例では、傾斜面部37L,37Hの周囲の光源基板31Aにスリットが存在しないので、傾斜面部37L,37Hの機械的強度が高められるとともに、LED34L,34Hの搭載強度と安定性が高くなる。また、LED34L,34Hが発光したときに発生する熱を光源基板31Aないし金属板32の全周囲方向に伝熱させることができ、放熱効果を高める上で有効である。
(実施形態2)
図8は実施形態2における光源部3の光源基板31Bの断面図である。光源基板31Bは金属板32を主体にした1枚の平板状の光源基板として構成され、その表面にLo用LED34LとHi用LED34Hがそれぞれ搭載されていることは実施形態1と同じである。また、これらLo用LED34LとHi用LED34Hの各発光面が光源基板31Bの表面に対して所定の角度で傾斜されていることも同じである。
実施形態2は、これらLo用LED34LとHi用LED34Hを搭載する傾斜面部としてのサブマウント38L,38Hを備えている。サブマウント38L,38Hは表面が裏面に対して傾斜した断面形状の絶縁部材で構成されており、この絶縁部材の少なくとも表面に図示を省略した導電パターンが形成されている。そして、このサブマウントの裏面が光源基板に固定され、表面の導電パターン上に各LED34L,34Hが搭載されている。
搭載された各LED34L,34Hは導電パターンに電気接続され、この導電パターンは光源基板31Bの配線層33に電気接続される。この電気接続においてはワイヤボンディング技術あるいはスルーホール技術等、任意の構造が採用できる。これにより、サブマウント38L,38Hを介してLED34L,34Hに対する給電が行われる。
前記サブマウント38L,38Hの表面と裏面がなす角度は、実施形態1における傾斜面部36L,36Hの屈曲角度と同じに設定される。これにより、実施形態1と同様に、光源基板31Bの表面が投影レンズ6の光軸Lxに対して垂直方向に向けた状態でユニットボディに固定されたときには、Lo用LED34Lは発光面が前方斜め下方に向けられ、Hi用LED34Hは発光面が前方斜め上方に向けられる。同時に各LED34L,34Hは光軸Lxに対して異なる角度方向に向けられる。
実施形態2においても、実施形態1と同様にロービーム配光パターンと適応ハイビーム配光パターンでの照明が可能であることは言うまでもない。また、光源部が1枚の光源基板31Bで構成できるので、灯具ユニットの構造が簡略化でき、かつ低コスト化、小型化が実現できる。
実施形態2によれば、光源基板31Bに対する切削やプレス等の加工が不要であり、製造が容易になる。また、サブマウント38L,38Hの周囲にスリットが存在しないので、光源基板の機械的強度が高く、LEDの搭載強度と安定性が高くなる。また、サブマウント38L,38Hに熱伝導率の高い部材を用いることにより、LEDが発光したときに発生する熱をユニットボディに向けて好適に伝熱させることができ、放熱効果を高める上で有効である。
本発明にかかる光源部は、複数の発光素子の発光面が投影レンズの光軸に対して異なる角度方向に向けられる構成であるので、光源基板に搭載する複数の発光素子の一方のみを光源基板の表面に対して傾斜させた状態で搭載する構成としてもよい。
実施形態では本発明をAHS方式のヘッドランプに適用した例を説明したが、ロービーム配光とハイビーム配光の切り替えを可能にしたヘッドランプであれば、本発明の灯具ユニットを適用することは可能である。
また、灯具ユニットを構成しているユニットボディ、リフレクタ、投影レンズの構成は実施形態に記載の構成に限られるものではない。
1 灯具ユニット
2 ユニットボディ
3 光源部
4 リフレクタ
5 レンズホルダ
6 投影レンズ
31,31A,31B 光源基板
32 金属板
33 配線層
34 発光素子
34L Lo用LED(第1の発光素子)
34H Hi用LED(第2の発光素子)
35L,35H コネクタ
36L,36H 傾斜面部(屈曲)
37L,37H 傾斜面部(プレス加工)
38L,38H 傾斜面部(サブマウント)
R** 反射面
HL ヘッドランプ

Claims (8)

  1. 複数の発光素子を備える光源部と、前記複数の発光素子から出射される光を投影する投影レンズを備える灯具ユニットであって、前記光源部は1枚の平板状の光源基板に前記複数の発光素子が搭載されており、前記複数の発光素子は各発光面が前記光源基板の表面に対して傾斜された状態で搭載され、さらに前記投影レンズの光軸に対してそれぞれ異なる角度方向に向けられていることを特徴とする灯具ユニット。
  2. 前記光源基板の表面一部に傾斜面部が形成され、前記発光素子はこの傾斜面部に搭載される請求項1に記載の灯具ユニット。
  3. 前記傾斜面部は、前記光源基板の一部が屈曲され、あるいは当該光源基板の一部がプレス加工されている請求項2に記載の灯具ユニット。
  4. 前記傾斜面部は、前記光源基板に取り付けられたサブマウントにより形成されている請求項2に記載の灯具ユニット。
  5. 前記光源基板は面方向が前記投影レンズの光軸に対して垂直方向に向けられて灯具ユニットのユニットボディに固定される請求項1ないし4のいずれかに記載の灯具ユニット。
  6. 前記複数の発光素子は、ロービーム配光での照明を行う第1の発光素子と、ハイビーム配光での照明を行う第2の発光素子で構成され、前記第1の発光素子の発光面は前記投影レンズの光軸に対して斜め下方に傾斜され、前記第2の発光素子の発光面は前記投影レンズの光軸に対して斜め上方に傾斜される請求項1ないし5のいずれかに記載の灯具ユニット。
  7. 前記第2の発光素子はそれぞれ独立して発光制御される複数の発光素子群として構成される請求項6に記載の灯具ユニット。
  8. 前記光源部と前記投影レンズとの間にリフレクタが配設され、このリフレクタは前記第1の発光素子の光を反射する第1リフレクタ部と、前記第2の発光素子の光を反射する第2リフレクタ部が一体に形成されている請求項6又は7に記載の灯具ユニット。

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