JP2021030791A - 車両用灯具 - Google Patents

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克彦 井上
鈴木 英治
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英治 鈴木
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Abstract

【課題】車両用灯具において、ハイビーム実現時の消費電力を効率的に低減し、放熱部材の小型化を図る。【解決手段】ロービーム用の複数の第1光源と、ハイビーム用の複数の第2光源と、複数の第1光源と複数の第2光源とに熱的に接続される放熱部材と、複数の第1光源及び複数の第2光源を制御する制御装置とを備え、制御装置は、ロービームを実現する際に、複数の第1光源のすべてを点灯させ、ハイビームを実現する際に、複数の第2光源のすべてを点灯させるとともに、ロービームを実現する際に複数の第1光源により消費される電力よりも小さい電力が消費される態様で複数の第1光源の一部又はすべてを点灯させる、車両用灯具が開示される。【選択図】図2

Description

本発明は車両用灯具に関するものである。
特許文献1には、投影レンズの後方に第1光源ユニット及び第2光源ユニットが配置された車両用照明灯具が開示されている。
特開2012−226860号公報
ところで、ハイビームを実現する際にハイビーム用の光源とともにロービーム用の光源も点灯させる構成では、視認性の観点から有利であるが、ハイビーム実現時の消費電力を効率的に低減することが難しい。ハイビーム実現時の消費電力が比較的大きくなると、放熱部材の小型化を図ることが難しくなる。
そこで、1つの側面では、本発明は、車両用灯具において、ハイビーム実現時の消費電力を効率的に低減し、放熱部材の小型化を図ることを目的とする。
1つの側面では、ロービーム用の複数の第1光源と、
ハイビーム用の複数の第2光源と、
前記複数の第1光源と前記複数の第2光源とに熱的に接続される放熱部材と、
前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、ロービームを実現する際に、前記複数の第1光源のすべてを点灯させ、ハイビームを実現する際に、前記複数の第2光源のすべてを点灯させるとともに、ロービームを実現する際に前記複数の第1光源により消費される電力よりも小さい電力が消費される態様で前記複数の第1光源の一部又はすべてを点灯させる、車両用灯具が提供される。
1つの側面では、本発明によれば、車両用灯具において、ハイビーム実現時の消費電力を効率的に低減し、放熱部材の小型化を図ることが可能となる。
本実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 一実施形態の灯具ユニットの各構成要素の位置関係の説明図である。 基板上の構成を示す概略図である。 灯具ユニットの光源に係る制御系を概略的に示すシステム図である。 ロービームにより実現される配光パターンの一例を示す図である。 均等化方法の一例の説明図である。 図6に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。 ハイビームを実現する際に第2光源のみにより実現される配光パターンを示す図である。 均等化方法の一例の説明図である。 図9に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。 均等化方法の一例の説明図である。 図11に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。 開口を有する場合の基板を示す図である。 他の実施形態の灯具ユニットの説明図である。
以下、添付図面を参照しながら各実施形態について詳細に説明する。なお、添付図面では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。以下、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。なお、「上」、「下」は鉛直方向での「上」、「下」でもあり、「左」、「右」は水平方向での「左」、「右」でもある。また、車両外側とは、車両の左右方向の中心を通る車両の前後軸に対して、車両の左右方向で外側を指し、車両内側とは、車両の左右方向で当該前後軸に近い側を指す。
図1は、本実施形態の車両用灯具(車両用前照灯)を備えた車両102の平面図である。
図1に示すように、本実施形態の車両用灯具は、車両102の前側の左右のそれぞれに設けられる車両用の前照灯(101L、101R)のそれぞれであり、以下では単に車両用灯具と記載する。
本実施形態の車両用灯具は、それぞれ、車両前側に開口したハウジング(図示せず)と開口を覆うようにハウジングに取り付けられるアウターレンズ(図示せず)を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット1(図2参照)等が配置されている。
以下、図2以降を参照して、右側の前照灯101Rの灯具ユニット1について説明するが、特に言及しない限り、左側の前照灯101Lの灯具ユニット1についても同様であってよい。例えば、左側の前照灯101Lの灯具ユニット1は、右側の前照灯101Rの灯具ユニット1に対して左右対称の構成を有する。
図2は、一実施形態の灯具ユニット1の各構成要素の位置関係の説明図であり、当該位置関係を側面視で概略的に示す図である。図3は、基板20上の構成を示す概略図であり、図2の矢視Q1である。
灯具ユニット1は、投影レンズ10と、ロービーム用導光レンズ12と、ハイビーム用導光レンズ14と、シェード16と、ヒートシンク18と、基板20と、ロービーム用光源である第1光源31L〜37L(図3参照)と、ADB(Adaptive Driving Beam)又はハイビーム用光源である第2光源31H〜34H(図3参照)とを含む。
投影レンズ10は、灯具ユニット1における車両前側に位置し、車両前方へと光を出射する。投影レンズ10は、例えば非球面レンズであるが、自由曲面からなる投影レンズでもよい。
ロービーム用導光レンズ12は、投影レンズ10の後方に配置される。ロービーム用導光レンズ12は、第1光源31L〜37Lから入射する光を導光し、導光した光をシェード16(又はシェード16及び投影レンズ10)に向けて出射する。
ハイビーム用導光レンズ14は、投影レンズ10の後方に配置される。ハイビーム用導光レンズ14は、ロービーム用導光レンズ12よりも下方に配置される。ハイビーム用導光レンズ14は、第2光源31H〜34Hから入射する光を導光し、導光した光を投影レンズ10に向けて出射する。
シェード16は、ロービーム用導光レンズ12から出射する光を反射し、反射した光を投影レンズ10に向かわせる。この際、シェード16により、レンズ12から出射する光の一部が遮光される。シェード16は、灯具ユニット1の配光パターンの略水平方向のカットオフラインを形成する機能を有する。
ヒートシンク18は、熱伝導性の高い材料(例えば銅)により形成され、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hに熱的に接続される。ヒートシンク18は、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hで生じる熱を外部に放熱する機能を有する。なお、ヒートシンク18は、フィン(図示せず)を有してもよい。
基板20は、表面上に第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hが実装される。なお、基板20は、表面の法線方向が側面視で斜め下方を向くように配置される。基板20は、ヒートシンク18に熱的に接続される。例えば、基板20は、熱伝導性の高い接着剤やサーマルシート等を介して、ヒートシンク18に接続されてよい。
本実施形態では、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hが実装される基板20は、1つの基板(すなわち共通の基板)である。換言すると、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hは、同一の平面内に実装される。これにより、ヒートシンク18についても共用化が可能となり、複数の基板を利用して第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hを実装する場合に比べて、コスト低減を図ることができる。なお、変形例では、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hがそれぞれ別の基板に実装されてもよい。この場合、それぞれ別の基板は、共通のヒートシンク18に熱的に接続されてもよいし、別々のヒートシンクに熱的に接続されてもよい。
第1光源31L〜37Lは、例えば、それぞれ、LED(Light Emitting Diode)からなる。第1光源31L〜37Lは、例えば、図3に示すように、車両幅方向に、横並びに配列される。
第2光源31H〜34Hは、例えば、それぞれ、LEDからなる。なお、第2光源31H〜34Hは、第1光源31L〜37Lと同じ特性(型番)のLEDであってよい。第2光源31H〜34Hは、例えば、図3に示すように、横並びに配列される。
なお、図3に示す例では、第1光源31L〜37Lは、7つであり、第2光源31H〜34Hは、4つであり、左右方向の中心は共通である。第1光源31L〜37Lの数が比較的多いので、左右方向の広がりを有する配光パターンを形成できる。
図4は、灯具ユニット1の第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hに係る制御系40を概略的に示すシステム図である。
制御系40は、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hに電気的に接続される。図4では、制御系40は、マイクロコンピュータ400(図4には「マイコン」と表記)と、ロービーム用駆動回路401と、ハイビーム用駆動回路402とを含む。なお、ロービーム用駆動回路401(ハイビーム用駆動回路402も同様)は、第1光源31L〜37Lのそれぞれ用の駆動回路を含んでよい。マイクロコンピュータ400、ロービーム用駆動回路401及びハイビーム用駆動回路402は、例えばECU(Electronic Control Unit)として具現化されてもよい。
ロービーム用駆動回路401は、マイクロコンピュータ400からの指令に応じて、第1光源31L〜37Lを駆動する。同様に、ハイビーム用駆動回路402は、マイクロコンピュータ400からの指令に応じて、第2光源31H〜34Hを駆動する。なお、駆動方法は、パルス駆動であり、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hは、それぞれ、例えばパルス駆動のデューティ比が可変となる態様で制御される。
マイクロコンピュータ400は、複数のモードで、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hを制御する。
複数のモードは、ロービームを実現するモードと、ハイビームを実現するモードとを含む。
ハイビームを実現するモードは、通常モードと、例えばADB(Adaptive Driving Beam)のような配光可変制御を実現する特定モードとを含んでよい。特定モードでは、マイクロコンピュータ400は、車両前方を撮像するカメラ50からの撮像画像に基づいて、対向車の運転者にグレアを与えないような配光パターンが実現されるように、第2光源31H〜34Hを制御する。この場合、機械的な可動部を利用せずに配光可変制御を実現できる。ただし、変形例では、ハイビームを実現するモードは、特定モードを含まない構成であってもよい。
以下、ハイビームは、特に言及しない限り、通常モードにおけるハイビームを指す。
マイクロコンピュータ400は、ロービームを実現する際に、第1光源31L〜37Lのすべてを点灯させる。以下では、ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lを駆動するデューティ比を、「DutyL1」であるとし、ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lが消費する電力を、「消費電力WL1」とする。消費電力WL1は、DutyL1に応じて変化する。本実施形態では、DutyL1は、一定(例えば使用範囲内の最大値)であるものとし、従って、消費電力WL1も一定であるとする。
図5は、ロービームにより実現される配光パターンの一例を示す図である。図5では、車両前方における灯具ユニット1の光軸に垂直な平面(スクリーン)上の照度の分布(断面照度)が、配光パターンとして示される。図5(後出の同様の図も同様)において、ラインVはスクリーン上での鉛直基準線(V−Vライン)を示し、ラインHはスクリーン上での水平基準線(H−Hライン)を示す。図5において、等高線L3は、最も照度の高い領域を囲繞する等高線であるが、後出する等高線L1、L2(図7、図10等参照)よりも低い照度領域を表す。すなわち、照度は、L1>L2>L3の関係である。
本実施形態では、ハイビームを実現する際、マイクロコンピュータ400は、ロービームを実現する際に消費される消費電力WL1に比べて消費電力が有意に増加しない態様でハイビームを実現する。
具体的には、マイクロコンピュータ400は、第2光源31H〜34Hのすべてを点灯させる。以下では、ハイビームを実現する際に第2光源31H〜34Hを駆動するデューティ比を、「DutyH2」であるとし、ハイビームを実現する際に第2光源31H〜34Hが消費する電力を、「消費電力WH2」とし、消費電力WL1>消費電力WH2とする。消費電力WH2は、DutyH2に応じて変化する。本実施形態では、DutyH2は、一定(例えば使用範囲内の最大値)であるものとし、従って、消費電力WH2も一定であるとする。DutyH2は、好ましくは、第2光源31H〜34Hから800[lm]以上の光束が形成されるように設定される。
また、ハイビームを実現する際、マイクロコンピュータ400は、消費電力WL1(ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lにより消費される電力)よりも小さい電力が消費される態様で第1光源31L〜37Lの一部又はすべてを点灯させる。
ここで、ハイビームを実現する際に第1光源31L〜37Lを駆動するデューティ比を、「DutyL2」であるとし、ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lが消費する電力を、「消費電力WL2」とする。消費電力WL2は、第1光源31L〜37Lのうちの駆動する光源の数や、駆動時のDutyL2に応じて変化する。
本実施形態では、消費電力WL2は、消費電力WL1(ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lにより消費される電力)よりも小さい。これにより、ハイビームを実現する際に第1光源31L〜37Lによる消費される電力を低減することで、ハイビームを実現する際に灯具ユニット1で消費される電力を効果的に低減できる。
この場合、好ましくは、消費電力WL2は、消費電力WL1から消費電力WH2を差し引いた差に対応する。すなわちWL2=WL1−WH2である。換言すると、好ましくは、ハイビームを実現する際に消費される電力(=WL2+WH2)は、消費電力WL1(ロービームを実現する際に第1光源31L〜37Lにより消費される電力)と同じとされる。この場合、ハイビームを実現する際に消費される電力WhがWh=WL1+WH2となるような比較例(すなわちハイビームを実現する際にも、第1光源31L〜37Lを通常通りDutyL1で駆動する構成)に比べて、ヒートシンク18の放熱機能を過大とすることなく、ハイビームを実現する際に生じる熱を、ヒートシンク18を介して適切に放熱できる。これにより、ハイビームを実現する際に消費される電力WhがWh=WL1+WH2となるような比較例に比べて、ヒートシンク18の小型化を図ることができる。
なお、実際には、各種要因に依存して消費電力WL1等は変動しうるので、WL2=WL1−WH2の関係は、厳密である必要はなく、例えば実測値ベースで、10%程度の誤差を許容する概念である。
このようにして、本実施形態によれば、灯具ユニット1において、ハイビーム実現時の消費電力を効率的に低減し、ヒートシンク18の小型化を図ることができる。
ここで、WL2=WL1−WH2を実現する方法は、任意である。すなわち、ハイビームを実現する際に、第1光源31L〜37Lの消費電力を、ロービームを実現する際の同消費電力よりも低減できるものであれば、任意である。以下では、図6以降を参照して、WL2=WL1−WH2を実現する方法(以下、「均等化方法」と称する)のいくつかの好ましい例について説明する。
図6は、均等化方法の一例の説明図であり、基板20上の第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hを示す平面図である。図6では、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hのうちの、点灯される光源が、ハッチングで強調されている。図7は、図6に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。
図6に示す例では、第1光源31L〜37Lのすべてが点灯されるが、それぞれのDutyL2が、DutyL1よりも低く設定される。具体的には、第1光源31L〜37LのDutyL2は、DutyL1の40%程度とされる。これにより、例えば、WL1=14.3×7[W]であるのに対して、WL2=6.1×7[W]となり、第2光源31H〜34Hの消費電力WH2分だけが低減される。なお、ここでは(以下の図9以降の例についても同様)、DutyH2=DutyL1であるとし、消費電力WH2=14.3×4[W]であるものとする。
図6に示す例によれば、図7に示すように、ロービームの形成の際の配光パターン(図5参照)に比べて横方向の広がりを大きく低減することなく、ハイビームの配光パターンを実現できる。
なお、図8は、参考として、ハイビームを実現する際に第2光源31H〜34Hのみにより実現される配光パターンを示す図である。ハイビームを実現する際は、第1光源31L〜37Lにより実現される配光パターンが、図8に示す配光パターンに重畳されることになる。
図9は、均等化方法の他の一例の説明図であり、基板20上の第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hを示す平面図である。図9では、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hのうちの、点灯される光源が、ハッチングで強調されている。図10は、図9に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。
図9に示す例では、第1光源31L〜37Lのうちの、両端の第1光源31L、37Lのみが消灯され、その他の第1光源32L〜36Lが点灯される。すなわち、第1光源31L、37LのDutyL2は、0%とされる。第1光源32L〜36LのDutyL2は、DutyL1の60%程度とされる。これにより、例えば、WL1=14.3×7[W]であるのに対して、WL2=8.6×5[W]となり、第2光源31H〜34Hの消費電力WH2分だけが低減される。
図9に示す例によれば、図10に示すように、ロービームの形成の際の配光パターン(図5参照)に比べて横方向の広がりが低減されるものの、中央部の明るさが良好なハイビームの配光パターンを実現できる。
図11は、均等化方法の更なる他の一例の説明図であり、基板20上の第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hを示す平面図である。図9では、第1光源31L〜37L及び第2光源31H〜34Hのうちの、点灯される光源が、ハッチングで強調されている。図12は、図11に示す点灯状態で実現されるハイビームの配光パターンの一例を示す図である。
図11に示す例では、第1光源31L〜37Lのうちの、両端の2つの第1光源31L、32L、36L、37Lが消灯され、その他の第1光源33L〜35Lが点灯される。すなわち、第1光源31L、32L、36L、37LのDutyL2は、0%とされる。第1光源33L〜35LのDutyL2は、DutyL1と同じとされる。これにより、例えば、WL1=14.3×7[W]であるのに対して、WL2=14.3×3[W]となり、第2光源31H〜34Hの消費電力WH2分だけが低減される。
図11に示す例によれば、図12に示すように、ロービームの形成の際の配光パターン(図5参照)に比べて横方向の広がりが低減されるものの、中央部の明るさが良好なハイビームの配光パターンを実現できる。
なお、図11に示す例では、第1光源31L〜37Lのうちの、両端の2つの第1光源31L、32L、36L、37Lが消灯され、その他の第1光源33L〜35Lが点灯されるが、これに限られない。例えば、第1光源31L〜37Lのうちの、32L、33L、35L、36Lが消灯され、その他の第1光源31L、34L、37Lが点灯されるといった具合に、他のパターンで実現されてもよい。
以上、各実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施形態の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、通常モードにおける第1光源31L〜37Lの消費電力を制御する方法を説明したが、配光可変制御を実現する特定モードにおいても、配光可変制御の態様に応じて消費電力が変化しないように、第1光源31L〜37Lの消費電力を制御してもよい。例えば、第2光源31H〜34Hの一部を消灯又は減光させる状態では、通常モードにおける第2光源31H〜34Hの消費電力WH2よりも、第2光源31H〜34Hの消費電力が低減される。従って、その低減分だけ通常モードよりも消費電力が高くなるように第1光源31L〜37Lの消費電力を制御してもよい。これにより、灯具ユニット1の全体としての消費電力を一定に保ちつつ、良好な視認性を確保できる。
また、上述した実施例では、基板20には、開口が設けられていないが、これに限られない。例えば、図13に示すように、基板20には、開口22が設けられてもよい。この場合、開口22は、第1光源31L〜37Lと第2光源31H〜34Hとの間に配置され、車両幅方向に長くなる矩形の形態である。ただし、開口22の配置や形状、数等は任意である。また、ヒートシンク18にも基板20の開口22に合わせて開口(図示せず)が設けられてもよい。このように、第1光源31L〜37Lと第2光源31H〜34Hとの間に開口22が設けられる場合、第1光源31L〜37Lの一部又は全部と第2光源31H〜34Hを同時に点灯させたときに、高い温度となる光源から低い温度となる光源への熱干渉(熱による光源の発光効率の低下など)を抑制できる。また、開口22により第1光源31L〜37Lと第2光源31H〜34Hとの間を空気が対流することとなり、放熱性能を向上させることができる。
また、上述した実施例では、図2に示すような特定の構成の灯具ユニット1が例示されているが、灯具ユニット1の構成は、第1光源31L〜37Lのような複数の光源(ロービーム用光源)と、第2光源31H〜34Hのような複数の光源(ハイビーム用光源)とを備える構成であれば任意である。例えば、図14に示すような灯具ユニット1Aにも適用可能である。図14に示す灯具ユニット1Aは、ハイビーム用光源である複数の第1光源38Lとロービーム用光源である複数の第2光源35Hとを有しており、それぞれの光源から放射される光を車両前方であって投影レンズ10Aの後側焦点近傍に向かって反射するハイビーム用リフレクタ60Lとロービーム用リフレクタ60Hが設けられており、投影レンズ10Aはハイビーム用リフレクタ60Lからの反射光をハイビーム配光として照射し、ロービーム用リフレクタ60Hからの反射光を前記焦点近傍に設けられた遮光手段70によって一部を遮光した状態でロービーム配光として車両前方に照射する。なお、図14では、複数の第2光源35Hは、1つのみ図示されているが、車両幅方向に複数並んで設けられる。複数の第2光源35Hも同様である。
1 灯具ユニット
10 投影レンズ
12 ロービーム用導光レンズ
14 ハイビーム用導光レンズ
16 シェード
18 ヒートシンク
20 基板
31H 第2光源
31L 第1光源
32H 第2光源
32L 第1光源
33H 第2光源
33L 第1光源
34H 第2光源
34L 第1光源
35L 第1光源
35H 第2光源
36L 第1光源
37L 第1光源
38L 第1光源
40 制御系
50 カメラ
60L ハイビーム用リフレクタ
60H ロービーム用リフレクタ
70 遮光手段
101L 前照灯
101R 前照灯
102 車両
400 マイクロコンピュータ
401 ロービーム用駆動回路
402 ハイビーム用駆動回路

Claims (5)

  1. ロービーム用の複数の第1光源と、
    ハイビーム用の複数の第2光源と、
    前記複数の第1光源と前記複数の第2光源とに熱的に接続される放熱部材と、
    前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、ロービームを実現する際に、前記複数の第1光源のすべてを点灯させ、ハイビームを実現する際に、前記複数の第2光源のすべてを点灯させるとともに、ロービームを実現する際に前記複数の第1光源により消費される電力よりも小さい電力が消費される態様で前記複数の第1光源の一部又はすべてを点灯させる、車両用灯具。
  2. 前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源は、共通の基板上に実装され、
    前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源は、前記基板を介して前記放熱部材に熱的に接続される、請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記制御装置は、ハイビームを実現する際に、前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源により消費される電力が、ロービームを実現する際に前記複数の第1光源により消費される電力と等しくなるように、前記複数の第1光源の一部又はすべてを点灯させる、請求項1又は2に記載の車両用灯具。
  4. 前記複数の第1光源及び前記複数の第2光源は、同一の特性を有し、
    前記複数の第1光源の数は、前記複数の第2光源の数よりも多い、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の車両用灯具。
  5. 前記複数の第1光源は、横方向に並び、
    前記制御装置は、ハイビームを実現する際に、前記複数の第1光源のうちの、横方向の端の第1光源を消灯する、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の車両用灯具。
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