JP4836209B2 - Ｌｅｄヘッドランプシステム - Google Patents

Description

（関連出願との相互参照）
本発明の出願者等は、ＬＥＤヘッドランプシステムについて２００５年８月３１日に出願した仮出願番号６０／７１２，７７２の利益をここに主張する。

本発明は光源、より詳細には固体光源の技術分野に関する。更に詳細には、本発明は白色光の配光パターンを模倣するためにヘッドランプで採用されうる固体光源の技術分野に関する。更に詳細には、本発明は自動車のヘッドランプの照明としての使用に適した固体光源の技術分野に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、効率性と耐久性を得るために現在多様な照明の用途で使用されている。最も難しい照明用途の一つは自動車ヘッドの照明であり、寿命及び耐久性が長いという理由からヘッドランプにＬＥＤを使用する流れがある。良好な輝度が必要とされるが、タングステンハロゲンフィラメント又はアーク放電に比べると、ＬＥＤはかなり輝度が低い。従って、複数のＬＥＤを用いて要求された総ルーメン数を生成しなければならない。これは、複数のＬＥＤをまとめることで達成されてよいが、分散光源を光学的に統合することは難しく、自動車の前方照明は優れたビーム方向を必要とする。よって十分なルーメン及び良好なビーム構造を備えたＬＥＤヘッドランプシステムが必要となる。ＬＥＤを広領域に分散させることによりヘッドライト機能を達成することができる。これは、過剰加熱の問題の解決に役立つが、異なる方向からのビームアラインメントを要求するためビーム形成及び光学的問題を強調してしまう。また筺体及び支持体構造を大きくし、扱いにくくし、高価にしてしまう。よって光学的に小型のＬＥＤヘッド照明システムが必要である。

従って、本発明は先行技術の不利益を取り除くことを課題とする。

本発明の他の課題は、ＬＥＤヘッドランプを改善することである。

これらの課題は、本発明の一の態様において、軸のほぼ周囲に光を照射するように配列した複数のＬＥＤ部を備える固体光源を提供することにより解決される。光透過ライトガイドは、各ＬＥＤ部は対応する一の入力ウインドウに対向する複数の入力ウインドウを有する。各ウインドウは横方向に前記軸を遮って前記複数のＬＥＤ部からの光を受光する。一の共通出力ウインドウは、該入力ウインドウと軸方向に並んでいる。ライトガイドは、前記複数の入力ウインドウと前記出力ウインドウとの間を伸びる滑らかな側壁を有する。レンズは前記出力ウインドウと軸方向に並んでおり、且つ照射される領域に向けられた好ましいビームパターンへ前記出力ウインドウから受光した光を屈折させるために、前記出力ウインドウと相対的な位置に焦点を有する。電気コネクタは、電力を外部源から供給し、前記複数のＬＥＤ部の動力源となる。ハウジングは、前記複数のＬＥＤ部、ライトガイド、複数のレンズ及び電気コネクタを適切な関係に保つ

本発明をよりよく理解するために、その他の更なる課題、その利益、及び可能性とともに、以下の図面と合わせて次の開示及び添付の請求項を参照する。

ここでより詳細な図面を参照して、図１に、軸１４のほぼ周囲に光を照射するように配列した複数のＬＥＤ部１２を備えた固体光源１０を示す。各ＬＥＤ部１２は多数のＬＥＤを例えば５つまで備えることができる。それらは全て単一色を発してよく、又は特異的効果があるように多数の色を組み合わせることもできる。光透過ライトガイド１６はＬＥＤ部１２と関連づけられており、複数の入力ウインドウ１８を有する。各ＬＥＤ部１２は夫々の入力ウインドウ１８に対向し、各ウインドウ１８は横方向に軸１４を遮り、ＬＥＤ部１２からの光を受光する。入力ウインドウ１８は、該入力ウインドウ１８と軸方向に並んだ共通の出力ウインドウ２０につながっている。ライトガイド１６は、入力ウインドウ１８と出力ウインドウ２０との間を伸びてライトガイド１６における総内部反射を高める滑らかな側壁２２を有する。

レンズ２４は、出力ウインドウ２０と軸方向に並んでおり、照射される領域に向けられた好ましいビームパターンへ出力ウインドウ２０から受光した光を屈折させるために、出力ウインドウと相対的な位置に焦点を有する。

電気コネクタ２６は、電力を外部源から供給し、ＬＥＤ部の動力源となる。

ヒートシンクとしても機能できるハウジング２８は、複数のＬＥＤ部１２、ライトガイド１６、レンズ２４及び電気コネクタ２６を適切な関係に保つ。ヒートシンク機能を増加させるために、複数の放熱フィン２９をハウジング２８上に設けてよい。

本発明の好適な実施例では、出力ウインドウ２０は４０平方ミリメートルよりも小さい領域を有する。

図５に模式的に示された車両ランプシステム３０は、複数の固体光源１０を備えてよく、異なる光源は異なる光出力を行うように形成される。例えばある光源１０はハイビームを供給し、ある光源はロービームを供給することができる。

更に、これらの光源はビーム広がり機能、ホットスポットビーム機能等を提供するように構成できる。

ＬＥＤ部１２は、プリント基板上に直接設けられたセラミック固定具内に含めることができる。ＬＥＤ部１２は、図２及び図３に示すように、好ましくは一列又は二列に配列される。

ライトガイド１６は、光透過材料から形成される。ガラス、又はポリカーボネート等のプラスチックが用いられてよい。材料は、安価に好ましい光学形態をとるように成形可能であることが好ましい。ライトガイドは、横方向にビーム軸１４を遮る一以上の入力ウインドウ１８を有しており、ＬＥＤ部１２に対向し、該一以上のＬＥＤからの光を受光する。好適な実施例では、各ＬＥＤ部１２に対して一のライトガイド入力ウインドウ１８が存在する。必要に応じて、二以上のＬＥＤ部１２を特別入力ウインドウ１８に向けてもよい。そして好適な個々の入力ウインドウ１８は、夫々、対応するＬＥＤ部の出力領域にまたがって、照射光の実質的な部分を捕獲する。ビーム機能アレイにおいて例えば５つのＬＥＤ部１２がある場合、５つの別個の入力ウインドウ１８が夫々接近した位置で存在し、対応するＬＥＤ部の発光領域にまたがっている。或いは、入力ウインドウはアレイの全ＬＥＤにまたがってもよい。例えば、５つのＬＥＤ部がハイビーム広がり機能の水平バンドを構成する場合、一の入力ウインドウはＬＥＤ部幅の５倍よりわずかに大きな水平幅とともに、隣接ＬＥＤ部間の差を有しており、これにより、５つのＬＥＤ部の出力領域に広がっている。

ライトガイド１６は、一又は複数の入力ウインドウ１８と軸方向に並んで複数の入力ウインドウにまたがる共通出力ウインドウ２０を含む。好適な実施例では、共通出力ウインドウ２０は、入力ウインドウ領域よりも大きな領域を有するが、フィラメントを模倣する程度の大きさであることが好ましい。一般に、できるだけ小さな出力ウインドウを備えることが望ましく、最後には理想的な光学点源が作成されることになる。残念ながら、小さな出力ウインドウは通過する光量を遮断してしまい、また伝送は光学サイズとの釣り合いを保たねばならない。ライトガイド１６は、入力ウインドウと出力ウインドウとの間に滑らかな側壁を有するので、総内部反射を高めることができる。

複数の支持脚３２は、ハウジング２８上の適所に、例えば複数のボルト３６を受けとめる複数のフランジ３４の近くに、ライトガイド１６を位置付ける。ライトガイド１６は、複数のＬＥＤ１２の橋かけさせるために形成されてよい。そしてハウジング２８に対して、脚３２によって、複数ＬＥＤ１２に隣接する入力ウインドウ１８を安全及び正確に固定するように支えられる。好適な実施例は、複数の入力ウインドウ、一の出力ウインドウ及び支持体（複数の脚３２）を備えたライトガイドは、ＬＥＤアレイを支持する基板に固定された光透過材料から成形された一体型物体であり、よって入力ウインドウを夫々のＬＥＤと向かい合わせて正確に固定できる。

全体として、これにより好ましいライトガイドには夫々の光供給ＬＥＤ部１２に対向する狭い入力ウインドウ１８を備えた複数のテーパ部分の形態が提供され、広い出力端部は単一の出力ウインドウ２０として統合される。対応する入力ウインドウから共通出力ウインドウまでの側壁角度は、特定のビーム機能に対するビーム角度に対応することが好ましい。ハイ及びロービームホットスポット角度とハイ及びロービーム広がり角度を有するライトガイドが存在してよい。同様に、曲がりビーム機能、即ち、動的旋回照明（dynamic turning lighting）又は高度前方照明（advance forward lighting）システム照明向けのライトガイドが存在してよい。またフォグランプ、シグナル伝達、昼間点灯（daylight running）、マーカー、又は所望のビームの広がり（高さ及び幅角度）がライトガイド構造で開始されるその他の機能のライトガイドが存在してよい。ヘッドランプの外観を滑らかにし、隙間を埋めるその他のビーム特性を含むことも望ましい。これらの異なる機能の全ては、複数の光源集合体に含めることができる。

本発明の好適な実施例と現在考えられるものについて図示及び説明したが、請求の範囲から読み取れる発明の範囲から逸脱せずに、多様の変更及び変形が可能であることは当業者には明白であろう。

図２の１−１線に沿った、本発明の実施例を示す概略正面図である。 図１の実施例を示す概略側面図である。 図１の３−３線に沿った、本発明の実施例を示す平面図である。 ライトガイドを適所に備えた図３の実施例を示す側面図である。 自動車ヘッドランプの実施例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 固体光源１２
１２ ＬＥＤ部
１４ 軸
１６ 光透過ライトガイド
１８ 入力ウインドウ
２０ 出力ウインドウ
２４ レンズ
２８ ハウジング
２９ 放熱フィン

Claims (19)

1. 軸のほぼ周囲に光を照射するように配列した複数のＬＥＤ部と、
   複数の入力ウインドウと該入力ウインドウと軸方向に並んだ一の共通出力ウインドウとを有し、且つ前記複数の入力ウインドウと前記出力ウインドウとの間を伸びる滑らかな側壁を有する光透過ライトガイドであって、各ＬＥＤ部は対応する一の入力ウインドウに対向し、各ウインドウは横方向に前記軸を遮って前記複数のＬＥＤ部からの光を受光し、前記複数の入力ウインドウ、前記側壁、及び前記出力ウインドウは、前記複数の入力ウインドウの夫々から前記出力ウインドウまでの前記ライトガイド内部に直線経路を提供するように配列される光透過ライトガイドと、
   前記出力ウインドウと軸方向に並んでおり、且つ照射される領域に向けられた好ましいビームパターンへ前記出力ウインドウから受光した光を屈折させるために、前記出力ウインドウと相対的な位置に焦点を有するレンズと、
   電力を外部源から供給し、前記複数のＬＥＤ部の動力源となる電気コネクタと、
   前記複数のＬＥＤ部、ライトガイド、複数のレンズ及び電気コネクタを適切な関係に保つハウジングと、
   を備えることを特徴とする固体光源。
2. 前記出力ウインドウは４０平方ミリメートルよりも小さい領域を有することを特徴とする請求項１に記載の固体光源。
3. 複数の固体光源を備えた自動車ランプシステムであって、各光源は、
   軸のほぼ周囲に光を照射するように配列した少なくとも一のＬＥＤを含む少なくとも一のＬＥＤ部と、
   一以上のＬＥＤ部に対向して該一以上のＬＥＤからの光を受光するように横方向に前記軸を遮る複数の入力ウインドウと、該入力ウインドウと軸方向に並んだ一の共通出力ウインドウとを有し、且つ前記入力ウインドウと前記出力ウインドウとの間を伸びる滑らかな側壁を有する光透過ライトガイドであって、前記複数の入力ウインドウ、前記側壁、及び前記出力ウインドウは、前記複数の入力ウインドウの夫々から前記出力ウインドウまでの前記ライトガイド内部に直線経路を提供するように配列される光透過ライトガイドと、
   を備え、
   前記自動車ランプシステムは更に
   前記複数の出力ウインドウと軸方向に並んでおり、且つ照射される領域に向けられた好ましいビームパターンへ前記出力ウインドウから受光した光を屈折させるために、前記出力ウインドウと相対的な位置に焦点を有するレンズと、
   電力を外部源から供給し、前記複数のＬＥＤ部の動力源となる電気コネクタと、
   前記複数のＬＥＤ部、ライトガイド、複数のレンズ及び電気コネクタを適切な関係に保つハウジングと、
   を含むことを特徴とする自動車ランプシステム。
4. 少なくとも一の光源はハイビーム機能を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
5. 少なくとも一の光源はロービーム機能を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
6. 少なくとも一の光源は広がりビーム機能を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
7. 少なくとも一の光源はホットスポットビーム機能を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
8. 少なくとも一の光源は曲がりビーム機能を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
9. 軸のほぼ周囲に光を照射するように基板上に配列した複数のＬＥＤ部と、
   複数の入力ウインドウと該入力ウインドウと軸方向に並んだ一の共通出力ウインドウとを有し、且つ前記複数の入力ウインドウと前記出力ウインドウとの間を伸びる滑らかな側壁を有し、且つ前記複数の入力ウインドウを夫々のＬＥＤとの固定関係を保持して設置させるように前記基板に相対的に固定された支持体を有する光透過ライトガイドであって、各ＬＥＤ部は対応する一の入力ウインドウに対向し、各ウインドウは横方向に前記軸を遮って前記複数のＬＥＤ部からの光を受光し、前記複数の入力ウインドウ、前記側壁、及び前記出力ウインドウは、前記複数の入力ウインドウの夫々から前記出力ウインドウまでの前記ライトガイド内部に直線経路を提供するように配列される一体型光透過ライトガイドと、
   を備えることを特徴とする固体光源。
10. 前記出力ウインドウと軸方向に並んでおり、且つ照射される領域に向けられた好ましいビームパターンへ前記出力ウインドウから受光した光を屈折させるために、前記出力ウインドウと相対的な位置に焦点を有するレンズと、
    電力を外部源から供給し、前記複数のＬＥＤ部の動力源となる電気コネクタと、
    前記複数のＬＥＤ部、ライトガイド、複数のレンズ及び電気コネクタを適切な関係に保つハウジングと、
    を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の固体光源。
11. 前記ライドガイドの側壁は平面的であることを特徴とする請求項１に記載の固体光源。
12. 前記入力ウインドウのうちの一の入力ウインドウと前記出力ウインドウとを相互接続させる前記側壁の各組に対して、対向する側壁は互いに平行であることを特徴とする請求項１１に記載の固体光源。
13. 前記側壁の各組に対して、前記対向する側壁は当該側壁の全長に沿って平面的であり、前記出力ウインドウに垂直であることを特徴とする請求項１２に記載の固体光源。
14. 前記ライドガイドの側壁は平面的であることを特徴とする請求項３に記載の自動車ランプシステム。
15. 前記入力ウインドウのうちの一の入力ウインドウと前記出力ウインドウとを相互接続させる前記側壁の各組に対して、対向する側壁は互いに平行であることを特徴とする請求項１４に記載の自動車ランプシステム。
16. 前記側壁の各組に対して、前記対向する側壁は当該側壁の全長に沿って平面的であり、前記出力ウインドウに垂直であることを特徴とする請求項１５に記載の自動車ランプシステム。
17. 前記ライドガイドの側壁は平面的であることを特徴とする請求項９に記載の固体光源。
18. 前記入力ウインドウのうちの一の入力ウインドウと前記出力ウインドウとを相互接続させる前記側壁の各組に対して、対向する側壁は互いに平行であることを特徴とする請求項１７に記載の固体光源。
19. 前記側壁の各組に対して、前記対向する側壁は当該側壁の全長に沿って平面的であり、前記出力ウインドウに垂直であることを特徴とする請求項１８に記載の固体光源。

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