JP4382642B2

JP4382642B2 - 灯具ユニット及び車両用前照灯

Info

Publication number: JP4382642B2
Application number: JP2004338874A
Authority: JP
Inventors: 勝佐々木; 裕之石田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP2006143114A; US7370998B2; US20060109672A1

Description

本発明は、白色発光ダイオードや赤外発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた灯具ユニット及びこれを用いた車両用前照灯において、半導体発光素子の放熱対策や、ハイビーム照射時の配光及びロービーム照射時の赤外配光の形成に好適な技術に関する。

夜間走行中での可視光照明では察知し難い障害物等について、赤外線を用いて視認可能にするための赤外線暗視カメラシステムが知られており、アクティブ型装置では赤外線投光器が用いられる。

赤外線投光器を車両用前照灯とは別の灯具ユニットとして構成するとユニット数の増加や大型化等が問題となるため、白色光源と赤外光源とを１つにパッケージ化した光源を有する灯具ユニットを用いた構成が知られている。

例えば、可視光用、赤外光用に発光ダイオード（ＬＥＤ）をそれぞれ用いるとともに反射鏡を備えた構成形態において、可視光用ＬＥＤと該素子の近傍に設けられた赤外光用ＬＥＤとを有し、これらの素子から発した可視光及び赤外光が反射鏡によって前方に反射される（例えば、特許文献１参照）。

車両用前照灯の照明では、ハイビーム（あるいは走行用ビーム）照射とロービーム（あるいはすれ違い用ビーム）照射があり、それぞれの機能別に灯具ユニットを区分する構成形態において、例えば、下記に示す構成が挙げられる。

（１）ロービーム照射用発光素子と赤外発光素子とをパッケージ化した構成形態
（２）ハイビーム照射用発光素子と赤外発光素子とをパッケージ化した構成形態。

先ず、形態（１）では、例えば、ロービーム照射用の白色光ＬＥＤを基板上に配置し、該素子の近傍に赤外光ＬＥＤを配置する。そして、それらを光源とする灯具ユニットにおいてロービーム照射時に両素子を同時に点灯させる。

また、上記形態（２）では、例えば、ハイビーム照射用の白色光ＬＥＤを基板上に配置し、該白色光ＬＥＤの近傍に赤外光ＬＥＤを配置する。そして、それらを光源とする灯具ユニットにおいてハイビーム照射時に白色光ＬＥＤだけを点灯させ、ロービーム照射時に赤外光ＬＥＤだけを点灯させる。

特開２００４−２４１１３８号公報

しかしながら、上記形態（１）、（２）には車両用前照灯への適用上、下記に示すような解決すべき問題がある。

例えば、上記形態（１）では、ロービーム照射時に２つのＬＥＤが同時に点灯し、よって両者の放熱に必要な構造や部材（ヒートシンク等）が大掛かりなものとなる。

また、上記形態（２）では、ハイビーム照射用の白色光ＬＥＤに係る配光と、ロービーム照射時の赤外光ＬＥＤに係る配光とが同じであることに問題がある。つまり、これらのＬＥＤの発光中心を同じ位置に規定することができないため、両者の一方を基準とすると他方に位置ずれの影響が生じ、あるいは両者の中間的な位置を基準として各ＬＥＤの発光位置を設定すると両方に位置ずれの影響が生じる（同じ配光を、同一基板上の異なる位置に設定した個々のＬＥＤ光源にて形成することは光学設計上困難であるか又は複雑な構成を余儀なくされる。）。

そこで、本発明は、白色光の発光素子と赤外光の発光素子を用いた灯具ユニット及び車両用前照灯において、両発光素子の同時点灯を回避するとともに、車両用配光パターン及び赤外配光の形成に支障を来たさないようにすることを課題とする。

本発明は、車両用前照灯のハイビーム照射時に白色光を出射し、ロービーム照射時に赤外光を出射する灯具ユニット及び該灯具ユニットを用いた車両用前照灯において、白色光を発光する第１の半導体発光素子及び赤外光を発光する第２の半導体発光素子を含む光源部と、第１の半導体発光素子又は第２の半導体発光素子からの光を前方に照射するための光学部材と、第１及び第２の半導体発光素子に係る光軸方向を鉛直面内で変化させるための光軸調整手段とを備えたものである。

従って、本発明では、第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子とが同時に点灯することがなく、また、これらの素子に係る光軸方向を鉛直面内で変化させるための光軸調整手段を設けることによって灯具ユニットの照射方向を調整して車両用として必要な配光を得ることができる。

本発明によれば、両発光素子の同時点灯を回避することで総発熱量が大きくならないようにするとともに、上記第１及び第２の半導体発光素子に係る光軸方向の調整によってハイビーム照射時の白色光を所定の方向に向けて照射することができる。従って、光学的な構成の複雑化等を伴うことがなく、コスト低減等に有利である。

そして、第１及び第２の半導体発光素子に発光ダイオードを用いた形態において、同一基板上にて第１の半導体発光素子を第２の半導体発光素子の近傍であって当該素子に対して相対的に上方に位置させ、白色光又は赤外光がレンズを透過して前方に出射されるように構成し、ハイビーム照射時の光軸方向をロービーム照射時の光軸方向に比べて上向きに調整することで、発光ダイオードの直射光を利用した簡易な構成を実現することができる。

車両用前照灯への適用においては、ハイビーム照射時に白色光を出射し、ロービーム照射時に赤外光を出射する第１の灯具ユニットと、ハイビーム照射時及びロービーム照射時に用いられる第２の灯具ユニットを備えた構成を採用し、ハイビーム照射時に第２の灯具ユニットの照射光軸を上向き変化させるためのレべリング手段（照射光軸を含む鉛直面内での方向調整手段）を設ける。そして、上記光軸調整手段とレべリング手段とを兼用し、ハイビーム照射時に第１の半導体発光素子の光軸及び第２の灯具ユニットの照射光軸を、ロービーム照射時に比して上向きとなるように傾動させれば、両調整について同時かつ同一の動作及び調整量で行えるので、機構の簡単化や部品点数の削減等に効果的である。

図１は、本発明に係る車両用前照灯の基本構成例を示した概念図である。

車両用前照灯１は、第１の灯具ユニットを構成する光源部２、２、…及び第２の灯具ユニットを構成する光源部３、３、…と、光軸調整手段４を有する。

光源部２、２、…は、ハイビーム照射時に白色光線（図中に「Ｈｉ」で示す。）を出射し、ロービーム照射時に赤外光線（図中に「ＩＲ」で示す。）を出射する。つまり、光源部２は、白色光源２ａ及び赤外光源２ｂを備え、各光源にはＬＥＤ等の半導体発光素子が用いられる。また、各光源からの光を前方に照射するための光学部材２ｃが設けられている。

光源部３、３、…は、ロービーム照射時及びハイビーム照射時に白色光線（図中に「Ｌｏ」、「Ｌｏｕ」で示す。）を出射する。その光源３ａとしてＬＥＤ等の半導体発光素子が用いられ、該光源の光を前方に照射するための光学部材３ｂが設けられている。

光軸調整手段４は、各灯具ユニットの光軸方向を鉛直面内において変化させることにより、照射方向を変更するために設けられており、例えば、下記に示す構成形態が挙げられる。

（Ｉ）各光源部に対してそれぞれの光軸調整機構を設けた構成
（ＩＩ）光源部２、２、…に対して共通の光軸調整機構を設けるとともに、光源部３、３、…に対して共通の光軸調整機構を設けた構成
（ＩＩＩ）光源部２、２、…及び３、３、…に対して共通の光軸調整機構を設けた構成。

上記（Ｉ）では、各光源部に対して個々の光軸調整機構を備えており、各機構と光源部とを組み合わた構成が灯具ユニットに包含される。

また、上記（ＩＩ）では、２種類の光源部毎に共通の光軸調整機構が設けられ、該機構と複数の光源部とを組み合わせた構成が灯具ユニットに包含される。

上記（ＩＩＩ）では全光源部と１つの光軸調整機構により灯具ユニットが構成される。

尚、構成の簡単化を図るには（ＩＩＩ）の構成が好ましく、具体的には後述のレベリング手段が用いられる。また、光源部３、３、…についてはその全部を可動とする必要はないので、一部を固定式とし残りを可動式の構成とする実施態様が可能である。

本構成において、ロービーム照射時には、光源部２の赤外光（「ＩＲ」参照）及び光源部３の白色光（「Ｌｏ」参照）が出射され、両者が合成された配光パターン（すれ違い用配光及び遠方照射用赤外配光）が車両前方において形成される。

また、ハイビーム照射時には、光源部２の白色光（「Ｈｉ」参照）及び光源部３の白色光（「Ｌｏｕ」参照）が出射され、両者が合成された配光パターン（走行用配光）が車両前方に形成される。その際には、光軸調整手段４によって光源部２及び３の白色光に関してロービーム照射時の基準方向よりもやや上向きに照射方向が変更される。

つまり、第１の灯具ユニットを構成する光源部２はハイビーム照射とロービーム照射時の赤外照射に使用され、第２の灯具ユニットを構成する光源部３はハイビーム照射及びロービーム照射に使用される。

図２は、車両用前照灯の構成例５を示した概略図である。

灯具ユニット６Ａ、６Ａ、…及び６Ｂ、６Ｂ、…は、二点鎖線で示すアウターレンズ（前面レンズ）７とランプボディ８とで形成される灯室内に配置されている。

例えば、車両用前照灯５の正面からみて最下段の横一列に第１の灯具ユニット６Ａ、６Ａ、…が配置され、矩形枠「Ａ」内に図示するように、白色光源９及び赤外光源１０とレンズ１１を備えている。

また、正面からみて上段及び中段の各列に第２の灯具ユニット６Ｂ、６Ｂ、…が配置され、矩形枠「Ｂ」内に図示するように、白色光源１２とシェード１３、レンズ１４を備えている。

図３及び図４は各灯具ユニットについての構成を概略的に例示したものであり、いずれも直射型の構成を示している。

図３は灯具ユニット６Ａの鉛直断面構成を示しており、白色光源及び赤外光源を含む光源部１５と投影レンズ１６を有する。

光源部１５には、白色光を発光する第１の半導体発光素子１５ａと、赤外光を発光する第２の半導体発光素子１５ｂが設けられている。これらの半導体発光素子には発光ダイオードが用いられ、同一の基板１５ｃ上において両素子が所定の距離「ｄ」をおいて近接して配置される。そして、第１の半導体発光素子１５ａは、その近傍に位置する第２の半導体発光素子１５ｂよりも相対的に上方に位置されている。尚、図には、簡略化のため、各素子のＬＥＤチップだけを示しており、封止樹脂等の部材は一切省略している。

半導体発光素子１５ａ又は１５ｂから発した光は、光源部１５の前方（照射方向）に設けられた投影レンズ１６を透過して出射される。

ロービーム照射時には、下側の半導体発光素子１５ｂだけが点灯し、図の光線（破線参照）に示すように当該素子から発した赤外光が投影レンズ１６を透過して外部に出射される。

また、ハイビーム照射時には、上側の半導体発光素子１５ａだけが点灯し、図の光線（実線参照）に示すように当該素子から発した白色光が投影レンズ１６を透過して外部に出射される。その際には、灯具ユニット６Ａの光軸が、図中に一点鎖線で示す状態から実線で示すように所定の角度「θ」をもって上向きの方向に変更される（ほぼ水平方向を向く。）。つまり、ハイビーム照射時にはレべリング動作が行われる。

図４は灯具ユニット６Ｂの鉛直断面構成を示しており、白色光源を含む光源部１７と投影レンズ１８を有する。

光源部１７には、白色光を発光する半導体発光素子１７ａが設けられ、発光ダイオードが用いられる。尚、図には、簡略化のためにＬＥＤチップだけを示しており、封止樹脂等の部材は一切省略している。

半導体発光素子１７ａと投影レンズ１８との間には、ロービーム配光に特有のカットライン（あるいはカットオフ）を形成するための遮光部１７ｂが位置されている。本例では、該遮光部１７ｂを光源部１７と一体に形成することにより部品点数の削減を図っている。

半導体発光素子１７ａから発した光の一部が、遮光部１７ｂによって遮られるが、その上縁によって配光パターン上でのカットラインが規定される。つまり、ロービーム照射時には、半導体発光素子１７ａが点灯し、当該素子から発した白色光の一部が投影レンズ１８を透過して外部に出射される。

また、ハイビーム照射時には、灯具ユニット６Ｂの光軸が、図中に一点鎖線で示す状態から実線で示すように所定の角度「θ」をもって上向きの方向に変更される（ほぼ水平方向を向く。）。つまり、ハイビーム照射時にはレべリング動作が行われ、上方への光軸の傾動によって照射方向の変更を受けた光と、前記灯具ユニット６Ａによる白色光との合成によって配光パターンが形成される。

尚、各灯具ユニットの構成については、このような直射型に限らず、反射型の構成を用いることができ、あるいは両者の灯具ユニットを複数個組み合わせることにより所望の配光パターンを得ることができる。

図５及び図６は、車両用前照灯への適用例を示したものであり、図５が正面図、図６が縦断面構成を示す図である。尚、下記に示す灯具ユニットについては前記した灯具ユニット（６Ａ、６Ｂ）で説明した各部と同様の部分に対して既に使用した符号と同じ符号を用いることにする。

車両用前照灯１９において、複数の灯具ユニットがアウターレンズ２０とランプボディ２１とで形成される灯室２２内に配置されている。

アウターレンズ２０はガラス又は透明合成樹脂を用いて形成され、例えば、レンズステップを形成しない素通しの透明部材とする形態等が挙げられる。

被覆用部材（エクステンション）２３はアウターレンズ２０の内側に位置されており、灯具内の構造が外観に露呈しないように隠蔽するための部材である。

灯具ユニット６Ａ、６Ｂは金属製の支持部材２４に取り付けられている。本例では上下３段構成とされ、その最下段に灯具ユニット６Ａが取り付けられ、中段及び最上段に灯具ユニット６Ｂがそれぞれ取り付けられている。つまり、支持部材２４において階段状に形成された複数の台座部２４ａ、２４ａ、…に各灯具ユニットが取り付けられる。尚、各灯具ユニットを構成する発光ダイオードの点灯時に発生する熱は、各台座部２４ａの下に設けられたヒートシンク２４ｂ、２４ｂ、…に伝達されて放熱される。

支持部材２４の姿勢を変化させることで、該支持部材に取り付けられた灯具ユニット群全体の照射方向を変更するためのレべリング手段２５が設けられている。該手段は、支持部材２４を鉛直面内において傾動可能な状態で支持するとともに、該支持部材２４をランプボディ２１に取り付けるための部材２５ａ、２５ａ（支持軸の役目をもち、図６にはその１つだけを示す。）と、レべリング調整用のアクチュエータ２５ｂを用いて構成されている。

つまり、支持部材２４の後面に形成された連結部２４ｃが、上記アクチュエータ２５ｂの可動部（螺軸部を含む。）２５ｃを用いて該アクチュエータの本体部（モータ等の駆動部を含む。）に取り付けられており、図示しない制御回路からの指令によって該アクチュエータの駆動量を変化させることで、全灯具ユニットを搭載した支持部材２４の傾動姿勢を変更できるように構成されている。従って、レべリング制御において、各灯具ユニットは同一の制御量をもって同時に照射方向が変更される。

図７及び図８は車両用前照灯１９による配光パターンの形成について概略的に例示したものであり、図７がロービーム照射（赤外光照射を含む。）時の様子を示し、図８がハイビーム照射時の様子を示している。尚、これらの図において、「Ｈ−Ｈ」線が水平線を示し、「Ｖ−Ｖ」線が垂直線（あるいは鉛直線）を示しており、点「ＨＶ」が両者の交点を表している。

図７では、灯具ユニット６Ｂの点灯によってロービーム特有のカットラインをもったパターン２６が形成されるとともに、灯具ユニット６Ａの赤外光ＬＥＤの点灯によって赤外光パターン２７が形成される。

赤外光パターン２７に係る照射範囲は、点「ＨＶ」を含んで主として遠方域を包含しており、暗視カメラシステムにおいて利用される。

尚、図３で説明したように、半導体発光素子１５ｂが半導体発光素子１５ａよりもやや下方に位置されているので、赤外光パターン２７については投影レンズ１６の投影による像反転から明らかなように水平線「Ｈ−Ｈ」に対してやや上向きの光により形成される（このときに半導体発光素子１５ａを仮に点灯させたとした場合に前方に投影されるパターンよりも、赤外光パターン２７の方が上方に位置する。）。

図８では、上記パターン２６をレべリング制御によって上方に移動させたパターン２８と、灯具ユニット６Ａの半導体発光素子１５ａ（白色光ＬＥＤ）の点灯により形成されるパターン２９とが合成されてハイビーム全体の配光パターンが形成される。

半導体発光素子１５ａの点灯により得られるパターン２９については、上記のようにレべリング制御によって照射方向が上向きに調整され、その照射範囲は、図示のように点「ＨＶ」を中心とした所定の拡がりをもち、遠方域を包含している。

以上のように、ハイビーム用の白色発光素子と、ロービーム照射時に用いる赤外発光素子とを１つにパッケージ化した構成とすることにより、両素子が同時に点灯しないように回避できる。その結果、放熱設計において、ヒートシンク等の容量を大きくする必要がない（各素子の発熱量の総和を想定した設計が不要であり、発熱量の大きい方の素子に基づいて放熱設計を行えば済む。）。

そして、ハイビーム照射時には、上記白色発光素子を含む灯具ユニット６Ａに係るレベリング制御と、灯具ユニット６Ｂに係るレベリング制御を同時に行うことによって、ハイビーム全体の配光パターンを得ることができる。つまり、両灯具ユニットのレベリング制御に関して同じ可動機構を用いる場合には、ロービーム照射の状態を基準として両ユニットの照射方向を同じ変化量で調整すれば済むため、機構が非常に簡単である。

本発明に係る車両用前照灯の基本構成を示す概念図である。本発明に係る車両用前照灯の構成例を示す概略図である。白色光源及び赤外光源を含む灯具ユニットの構成例を示す図である。白色光源を含む灯具ユニットの構成例を示す図である。図６とともに車両用前照灯への適用例を示したものであり、本図は正面図である。縦断面構成を示す図である。ロービーム照射時の配光パターンの形成に係る説明図である。ハイビーム照射時の配光パターンの形成に係る説明図である。

符号の説明

１…車両用前照灯、２…光源部、２ｃ…光学部材、４…光軸調整手段、５…車両用前照灯、６Ａ…第１の灯具ユニット、６Ｂ…第２の灯具ユニット、１１…レンズ、１５…光源部、１５ａ…第１の半導体発光素子、１５ｂ…第２の半導体発光素子、１９…車両用前照灯、２５…レベリング手段

Claims

車両用前照灯のハイビーム照射時に白色光を出射し、ロービーム照射時に赤外光を出射する灯具ユニットであって、
上記白色光を発光する第１の半導体発光素子及び上記赤外光を発光する第２の半導体発光素子を含む光源部と、
上第第１の半導体発光素子又は上記第２の半導体発光素子からの光を前方に照射するための光学部材と、
上記第１及び第２の半導体発光素子に係る光軸方向を鉛直面内で変化させるための光軸調整手段とを備えた
ことを特徴とする灯具ユニット。
請求項１に記載した灯具ユニットにおいて、
上記第１及び第２の半導体発光素子に発光ダイオードが用いられ、同一基板上において該第１の半導体発光素子が該第２の半導体発光素子の近傍であって当該素子に対して相対的に上方に位置されており、
上記白色光又は赤外光がレンズを透過して前方に出射されるとともに、ハイビーム照射時にロービーム照射時の光軸方向よりも上向きに方向調整される
ことを特徴とする灯具ユニット。
ハイビーム照射時に白色光を出射し、ロービーム照射時に赤外光を出射する第１の灯具ユニットと、ハイビーム照射時及びロービーム照射時に用いられる第２の灯具ユニットを備えた車両用前照灯において、
上記第１の灯具ユニットが、
上記白色光を発光する第１の半導体発光素子及び上記赤外光を発光する第２の半導体発光素子を含む光源部と、
上第第１の半導体発光素子又は上記第２の半導体発光素子からの光を前方に照射するための光学部材と、
上記第１及び第２の半導体発光素子に係る光軸方向を鉛直面内で変化させるための光軸調整手段とを備えており、
ハイビーム照射時に上記第２の灯具ユニットの照射光軸をロービーム照射時よりも上向きに変化させるためのレべリング手段が設けられている
ことを特徴とする車両用前照灯。
請求項３に記載した車両用前照灯において、
上記光軸調整手段とレべリング手段とを兼用し、ハイビーム照射時に上記第１の半導体発光素子の光軸及び上記第２の灯具ユニットの照射光軸を上向きに傾動させる
ことを特徴とする車両用前照灯。