JP4884354B2 - Automotive headlamp - Google Patents
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Description
この発明は、車両の前照灯として使用される車載用ヘッドランプに関し、特に面光源を使用してヘッドランプを構成する技術に関する。 The present invention relates to an in-vehicle headlamp used as a headlamp for a vehicle, and more particularly to a technique for forming a headlamp using a surface light source.
車載用ヘッドランプによる照明が一般の照明と異なるところは、運転するドライバの前方の走行方向および歩道側の歩行者または交通標識などを明確に視認できるような充分な明るさが要求されるとともに、対向車を運転するドライバを照らさない、つまり対向車を運転するドライバが幻惑されない暗さも要求されるといった特異な配光特性を有する点である。 Where the lighting by the in-vehicle headlamp is different from general lighting, the driving direction in front of the driver to drive and sufficient brightness to clearly see pedestrians or traffic signs on the sidewalk are required, It has a unique light distribution characteristic that does not illuminate the driver who drives the oncoming vehicle, that is, the driver who drives the oncoming vehicle also requires darkness that is not dazzled.
従来の車載用ヘッドランプに用いられる光源の変遷の過程においては、電球(タングステンフィラメント使用)の充填ガスが工夫され、ハロゲンを封入するに至り、さらには、フィラメントが存在しない放電灯(HIDランプ)をも光源としてきたように、一方で充分な明るさを実現するために光源の発光量を増大(高光束化)し、他方で暗さ(特異な配光)を実現するために光源を1点に集中(点光源化)するべく数々の改良がなされて進展が遂げられてきた。もちろん、灯具としてのレンズまたは反射鏡なども同様な目的で進展が遂げられている。 In the process of the transition of the light source used in conventional headlamps for vehicles, the filling gas of the light bulb (using tungsten filament) is devised, leading to the inclusion of halogen, and furthermore, a discharge lamp (HID lamp) that does not have a filament On the other hand, the light emission amount of the light source is increased (high luminous flux) to realize sufficient brightness, and on the other hand, the light source is set to 1 to realize darkness (specific light distribution). A number of improvements have been made to concentrate on the point (use of a point light source) and progress has been made. Of course, a lens or a reflector as a lamp has been developed for the same purpose.
将来、車載用ヘッドランプの光源が、発光ダイオード(LED)を含む種々の発光原理による光源に変遷しても、車載用ヘッドランプには、上述した特異な配光が要求され、また、常に機構的に簡素かつ安価であることが求められる。そのため、車載用ヘッドランプの光源は、究極的には、1個の明るい点光源になるものと考えられる。 In the future, even if the light source of the in-vehicle headlamp is changed to a light source based on various light emission principles including a light emitting diode (LED), the in-vehicle headlamp will be required to have the above-mentioned specific light distribution, and it will always be a mechanism. Simple and inexpensive. For this reason, it is considered that the light source of the in-vehicle headlamp ultimately becomes one bright point light source.
最近は、LEDの高光束化が進み、車載用ヘッドランプの光源が放電灯から寿命の長いLEDに移り変わろうとしているが、現状の点光源としてのLEDは、車載用ヘッドランプの光源として充分な発光量を確保できるほど高光束ではない。 Recently, LED light flux has been increased and the light source of the in-vehicle headlamp is changing from a discharge lamp to a long-life LED. However, the LED as the current point light source is sufficient as the light source of the in-vehicle headlamp. The luminous flux is not high enough to secure the amount of light emission.
したがって、当分の間は点光源としては不十分な発光量のLEDを1チップLED照明ユニットとして車両の前方に複数並べて車載用ヘッドランプとして使用するか、灯具側のレンズまたは反射鏡を適切な構成にして、LEDチップを複数並べた擬似的な面光源を車載用ヘッドランプの光源として使用せざるを得ない。 Therefore, for the time being, a plurality of LEDs having a light emission amount that is insufficient as a point light source are arranged as a one-chip LED lighting unit in front of the vehicle and used as an in-vehicle headlamp, or a lamp-side lens or reflector is appropriately configured. Thus, a pseudo surface light source in which a plurality of LED chips are arranged must be used as the light source of the in-vehicle headlamp.
特許文献1および特許文献2は、複数のLEDチップを並べた擬似的な面光源を使用する技術を開示している。これらの技術は、いずれも小さなLEDチップを複数並べて、擬似的に面光源を構成したものであり、面光源としては複雑な構成であるので、必然的に高価にならざるを得ない。また、LEDチップの配置密度によって、発光面の各部の発光量が異なり、発光の斑が生じる。
また、特許文献3、特許文献4および特許文献5は、LEDに面光源の要素を持たせた技術を開示している。これらの技術は、いずれも単独のLEDチップの発光窓に遮光部を設けて面光源を構成したものであり、個々のLEDに光学系を備えて構成した発光ユニットの各々がヘッドランプの配光を担う。しかしながら、現状においては、LEDの1個あたりの発光量が少ないため、複数の発光ユニットを備えなければ充分な明るさを確保することができない。したがって、車載用ヘッドランプとしては複雑な構成となり、必然的に高価にならざるを得ない。これら特許文献3、特許文献4および特許文献5に開示された技術では、投入電力を増加して光源の個々の発光量を増加すると、LEDチップ部での発熱および蛍光体部での発熱が増加し、両者の過熱による高温で、寿命を損ねる可能性がある。
また、特許文献6および特許文献7は、LEDの自らの発熱に対する耐熱性、自らの発光に対する耐光性を向上させる技術を開示している。これらの技術では、発熱するLEDチップと蛍光体を分離し、上述した特許文献1〜特許文献5に開示された技術のように、LEDと蛍光体が同時に過熱されることがなく、高温による劣化が少なく、寿命を伸ばすことができる。しかし、特許文献6に開示された技術では、光源のLEDと蛍光体が完全に分離した別部品であり、構成が複雑となり、光源としては高価になってしまう。
また、特許文献7に開示された技術では、光源のLEDに対向して光を出力する蛍光体に結晶化ガラスを用い、LEDおよび蛍光体を封止する基本部材に樹脂を使用せずに高温使用時の耐久性を向上させ、広い板状のガラス蛍光体に複数のLEDによって励起光が照射されるように構成されているが、結晶化ガラスによる蛍光体を使用するために光源としては高価になることは否めない。
In the technique disclosed in
この発明は、上述した諸問題を解消するためになされたものであり、その課題は、十分な明るさで、かつ好適な配光で前方を照らすことができる安価な車載用ヘッドランプを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an inexpensive in-vehicle headlamp capable of illuminating the front with sufficient brightness and suitable light distribution. There is.
この発明に係る車載用ヘッドランプは、上記課題を解決するために、光または電子を放射する複数の励起素子を備えた励起部と、励起部から放射される光または電子により励起されて光を発する面状の蛍光体による発光部と、励起部と発光部とを収納するケースと、発光部が発した面状の光の配光を調節する配光調節部と、発光部が発した光を車両前方に照射する光学部材を備え、励起部の複数の励起素子は、車両前方に照射する照射光の明るさを調節するために、疎密を有するように配置され、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置されている。 In order to solve the above-described problem, an in-vehicle headlamp according to the present invention includes an excitation unit including a plurality of excitation elements that emit light or electrons, and light that is excited by light or electrons emitted from the excitation unit. A light-emitting unit made of a planar phosphor that emits light, a case that houses the excitation unit and the light-emitting unit, a light distribution adjusting unit that adjusts the light distribution of the planar light emitted by the light-emitting unit, and light emitted by the light-emitting unit The plurality of excitation elements of the excitation unit are arranged so as to be sparse or dense in order to adjust the brightness of the irradiation light irradiated to the front of the vehicle, or with the phosphor. It arrange | positions so that it may have a distance difference between.
この発明に係る車載用ヘッドランプによれば、1個の蛍光体(波長変換素子)の後方に個々には励起エネルギの小さい複数の励起素子を、疎密を有するように、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置して励起部を構成し、励起部から放射される光または電子を蛍光体に斑なく照射することによって、蛍光体の発光面から斑のない白色光を発生させ、さらに、配光を調節してドライバから見て、対向車線側は対向車を運転するドライバに直接光が届かないように上部に光を漏らすことなく路面を照らし、歩道側は路面および歩道側の状態を視認できるように対向車線側より上部も照らし、そして、ドライバが注視すべき中央遠方を最も明るく照らすように構成したので、十分な明るさで、かつ好適な配光で前方を照らすことができる。 According to the in-vehicle headlamp according to the present invention, a plurality of excitation elements having small excitation energy are individually arranged behind one phosphor (wavelength conversion element) so as to be dense or dense, or The excitation unit is configured so that there is a difference in distance between them, and the phosphor emits light or electrons emitted from the excitation unit without any spots. In addition, adjust the light distribution and look at the driver, the opposite lane side illuminates the road surface without leaking light so that the driver does not directly reach the driver driving the oncoming vehicle, the sidewalk side is the road surface and sidewalk The upper side of the opposite lane is illuminated so that the side can be seen, and the driver is illuminated the farthest center far away from the center of the vehicle. It is possible .
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図であり、図1(a)は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、図1(b)は、その側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the structure of an in-vehicle headlamp according to
この車載用ヘッドランプは、面光源1、光学部材としての凸レンズ2、ヒートパイプ3、制御回路4、および、これらを収納するヘッドランプケース5から構成されている。ヘッドランプケース5の前面側の一部には、図1(b)に示すように、前面レンズ6が形成されている。
This in-vehicle headlamp is composed of a
面光源1は、面状の光を発生する。面光源1としては、以下に代表される光源を使用することができるが、下記以外の光源であってもかまわない。
(1)電子エネルギを可視光に変換するタイプ
・VFD(蛍光表示管:Vacuum Fluorescent Display)
・CRT(ブラウン管:Cathode Ray Tube)
・FED(電界放出ディスプレイ:Field Emission Display)
(2)紫外光のエネルギを可視光に変換するタイプ
・HCFL(蛍光灯:Hot Cathode Fluorescent Lamp)
・CCFL(冷陰極放電灯:Cold Cathode Fluorescent Lamp)
・LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)
(3)青色光のエネルギを黄色に変換するタイプ
・LED(LEDの青色光に蛍光体の発する黄色光を混合して白色光または白色に近い光(以下、単に「白色光」という)とする)
The
(1) Type that converts electron energy into visible light ・ VFD (Vacuum Fluorescent Display)
・ CRT (Cathode Ray Tube)
・ FED (Field Emission Display)
(2) Type that converts ultraviolet light energy into visible light • HCFL (Hot Cathode Fluorescent Lamp)
・ CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp)
・ LED (Light Emitting Diode)
(3) A type that converts the energy of blue light into yellow. LED (white light or near-white light (hereinafter simply referred to as “white light”) obtained by mixing the blue light of an LED with yellow light emitted by a phosphor) )
以下、各光源について簡単に説明する。VFDは、図2に示すように、通電によって加熱されたフィラメントから発生された熱電子が蛍光体に照射され、熱電子が照射された蛍光体の面から光を発生する。同様に、CRTは、図3に示すように、加熱されたフィラメントから発生された熱電子が蛍光体に照射され、熱電子が照射された面の裏面から光を発生する。FEDは、図4に示すように、電極の突起部から発生された電子が蛍光体に照射され、電子が照射された面の裏面から光を発生する。 Hereinafter, each light source will be briefly described. As shown in FIG. 2, in the VFD, thermoelectrons generated from a filament heated by energization are irradiated to the phosphor, and light is generated from the surface of the phosphor irradiated with the thermoelectrons. Similarly, in the CRT, as shown in FIG. 3, the phosphors are irradiated with thermionic electrons generated from the heated filament, and light is generated from the back surface of the surface irradiated with the thermoelectrons. As shown in FIG. 4, the FED emits light from the back surface of the surface irradiated with electrons by irradiating the phosphor with electrons generated from the protrusions of the electrodes.
HCFLは、図5に示すように、フィラメントから発生された熱電子が水銀に衝突することにより発生された紫外光が蛍光体に照射され、紫外光が照射された面の裏面から光を発生する。CCFLは、図6に示すように、電極から発生された電子が水銀に衝突させることにより発生された紫外光が蛍光体に照射され、紫外光が照射された面の裏面から光を発生する。 As shown in FIG. 5, the HCFL irradiates phosphors with ultraviolet light generated when the thermoelectrons generated from the filament collide with mercury, and generates light from the back surface of the surface irradiated with the ultraviolet light. . As shown in FIG. 6, the CCFL irradiates phosphors with ultraviolet light generated when electrons generated from electrodes collide with mercury, and generates light from the back surface of the surface irradiated with ultraviolet light.
LEDは、図7に示すように、LEDチップで発生された紫外光または青色光が蛍光体に照射され、紫外光または青色光が照射された面の裏面から光を発生させる。なお、LEDを用いて白色光を発生する光源としては、次の2種類がある。すなわち、1つは、青色発光LEDの発する青色光を、黄色を発光する蛍光体(波長変換素子)に照射して、蛍光体の発生する黄色光と元の青色光と混合して白色光として出カする。他は、紫外光発光LEDの発する紫外光を、赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体の発光色を混合して白色光として出力する。 As shown in FIG. 7, the LED emits light from the back surface of the surface irradiated with ultraviolet light or blue light by irradiating the phosphor with ultraviolet light or blue light generated by the LED chip. There are the following two types of light sources that generate white light using LEDs. That is, one is to irradiate a phosphor (wavelength conversion element) emitting yellow light with blue light emitted from a blue light emitting LED, and mix the yellow light generated by the phosphor with the original blue light as white light. Output. Others irradiate phosphors that emit red, blue, and green light with ultraviolet light emitted by ultraviolet light-emitting LEDs, and mix the emission colors of the phosphors to output white light.
図8は、LEDを用いた面光源1の詳細な構造を示す図であり、図8(a)は正面図、図8(b)は側面図である。面光源1は、複数の励起素子としての複数のLEDチップ11が基板12に配置されて成る励起部と、この励起部(複数のLEDチップ11)から所定距離だけ離して配置された面状の蛍光体13から成る発光部と、これら複数のLEDチップ11が配置された基板12および蛍光体13を収納するケース14と、このケース14の裏面(基板13が取り付けられる面と反対の面)に設けられた放熱部15を備えている。
FIG. 8 is a diagram showing a detailed structure of the
複数のLEDチップ11は、基板12上に疎密を有するように、具体的には、図中の上側(B部)が「疎」となり、下側(A部)になるにしたがって「密」となるように配置されている。また、基板12のA部の右側には、図8(a)に示すように、LEDチップが搭載されない領域16が設けられており、この領域16は、蛍光体13の発光面の形状を形成し、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。このように、基板12上にLEDチップが搭載されない領域16を設けるだけという簡単な構成で、車載用ヘッドランプに必要な配光を実現できる。
Specifically, the plurality of
また、ケース14の蛍光体13側の端部は、蛍光体13の周縁を覆うように折り曲げられて枠14aが形成されており、その枠のA部の一部分は、基板12のLEDチップが搭載されない領域16を覆うように幅広になっている。この枠14aにより、発光面の開口部17が形成されている。枠14aの幅広になっている部分は、蛍光体13からの光を遮蔽する遮光部14bであり、これも車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。蛍光体13の発光する部分と蛍光体13の発光しない部分の境界が不明瞭または機械的な位置精度が確保されない時には、この遮光部14bで遮光することにより、境界の位置および明暗を明確にすることができる。このように、枠14aの一部を幅広にして遮光部14bとするだけという簡単な構成で、車載用ヘッドランプに必要な配光を実現できる。
Further, the end portion of the
また、遮光部14bは、凸レンズ2の色収差による照射光の分光(プリズム効果)を抑制するために、所定の厚さCを有するように構成されている。すなわち、一般には、凸レンズ2の色収差を考慮すると、焦点距離が短くなる青色を発光する蛍光体13を凸レンズ2に接近させ、焦点距離が長くなる赤色を発光する蛍光体13は凸レンズ2から遠ざけるように配置することが好ましい。凸レンズ2がガラスであれば、両者の距離の差は、その焦点距離の2〜3%である。そこで、蛍光体13の発光面の辺部の形状と遮光部14bの遮光境界線の形状と略同じにして、発光面から遮光部14bの凸レンズ2側の面までの長さCを、凸レンズ2の焦点距離の3%以上にしている。
Further, the
さらに、凸レンズ2の焦点面の湾曲を補正するために、蛍光体13の発光面の外側を凸レンズ2に近付けるように湾曲させれば、ヘッドランプの左右に広がる照射光に対しても焦点面の湾曲の影響による配光の明暗境界線の不鮮明さを軽減することができる。
Furthermore, in order to correct the curvature of the focal plane of the
同様に、図9に示すように、遮光部14bの厚さを、光軸部で薄く、周囲を厚くするように構成できる。なお、図9(a)は上面図、図9(b)は側面図である。この構成によれば、配光の明暗境界線が不鮮明になる凸レンズ2の焦点面の湾曲による影響も補正できる。
Similarly, as shown in FIG. 9, the thickness of the
さらに、凸レンズ2を小径化するために、図10に示すように、面光源1の近傍に、小径化用凸レンズ2a、および、湾曲および色収差補正用の衝立2bを追加するように構成できる。なお、図10(a)は上面図、図10(b)は側面図である。この構成によれば、凸レンズ2を小径化できるとともに、凸レンズ2の色収差およびその焦点面の湾曲による影響も補正できる。
Furthermore, in order to reduce the diameter of the
なお、上述した凸レンズ2および凸レンズ2aは、樹脂またはガラス製であって、片面が平面の凸レンズや、厚さを削減するためにフレネル式のレンズを使用することができる。また、上下の配光を確保しつつ左右方向を広く照らし出すために、凸レンズ2を球面以外の形状にしたり、光が通過しない部分を削除した形状にしたりすることもできる。
The
放熱部15は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、複数のLED11が発生した熱を放出する。この構成により、複数のLED11の温度上昇を抑制でき、複数のLED11の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。この場合、放熱部15の各フィンは、複数のLEDチップ11の疎密に応じて、放熱容量が異なるように、例えば、図13の説明に詳細を示し、本図においては図示を省略しているが、図中の上側(B部)のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側(A部)になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース14の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
The
ヒートパイプ3は、この発明の拡散部に対応する。プロジェクタタイプの車載用ヘッドランプの面光源1は、エンジンに近い奥まった位置に配置され、また、凸レンズ2などの光学部材が空間を占拠し、車載用ヘッドランプの内部を循環する対流による気体の流れが阻害されるため、面光源1で発生される熱が車載用ヘッドランプの内部にこもり易い。
The
車載用ヘッドランプの内部にファンを設け、強制空冷することも可能であるが、面光源1の過熱を避けるために、面光源1において発生する熱をヒートパイプ3によって車載用ヘッドランプの前面レンズ6に導き、前面レンズ6の近傍に廃熱することにより、面光源1を冷却する。この構成によれば、可動部分が存在せず、構造が簡素になるという利点がある。
Although it is possible to provide a fan inside the in-vehicle headlamp for forced air cooling, in order to avoid overheating of the
なお、車載用ヘッドランプの前面レンズ6側は、奥に収納された面光源1側より空間が広いので気体が流れ易く、ヒートパイプ3によって空間に熱を運べば、車載用ヘッドランプの内部の気体が加温され、この加温された気体によって前面レンズ6が加温されるため、車載用ヘッドランプの前面レンズ6に雪が付着することを防ぐという効果も奏する。
The
制御回路4は、面光源1に適切な励起エネルギを供給して点灯させるための制御を行う。具体的には、複数のLED11に所定の電圧を印加して電流を流す制御を行う。この制御回路4は、ヘッドランプケース5と一体に構成されている。これにより、車両側の配線の引き回しが不要となり、車両側のスペース効率を向上させることができるとともに、部品を削減できる。なお、この制御回路4には、面光源1の過熱時に供給電力を低減する制御、車両が停車中は供給電力を低減する制御などを行う機能を追加するように構成できる。
The
上記のように構成される面光源1において、複数のLEDチップ11は、青色光または紫外光を発生し、複数のLEDチップ11と蛍光体13との間に形成された空間に拡散させる。この空間を形成するケース14の内側は反射面になっており、複数のLEDチップ11の各々から放射された青色光または紫外光は混合され、また、一部は反射面で反射されて蛍光体13に照射される。
In the
蛍光体13は、複数のLEDチップ11からの青色光または紫外光を受けて励起されることにより白色光を発生する。この場合、蛍光体13の発光量は、LEDチップ11が密に配置されている部分に対応するA部が最も多く、B部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体13で発生された光は、蛍光体13が露出した開口部17を発光面として、凸レンズ2に向けて放射される。
The
凸レンズ2は、この発明の光学部材に対応し、面光源1の発光面からの光を、前面レンズ6を介して車両の前方路面に投影する。これにより、前方路面上に面光源の実像が形成され、プロジェクタタイプの車載用ヘッドランプとして機能する。この場合、面光源1のA部から発せられた明るい光は、車両の前方正面の遠い部分(SA部)に投影され、面光源1のB部から発せられた比較的暗い光は、車両の前方正面の近い部分(SB部)に投影される。これにより、車載用ヘッドランプとして不可欠な、正面の遠方を明るく、近傍を比較的暗く照らすという配光が実現されている。
The
また、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光は、配光調節部によって調節される。すなわち、配光調節部によって遮光される部分は、車両の前方正面の遠い部分(SA部)の右側、つまり、対向車線側であり、これにより、対向車線側は対向車を運転するドライバに直接光が届かないように上部に光を漏らすことなく路面を照らし、歩道側は路面および歩道側の状態を視認できるように対向車線側より上部も照らすことができ、そして、ドライバが注視すべき中央遠方を最も明るく照らすことができる。 Moreover, the shape of the light / dark boundary part of the irradiation light irradiated to the front of the vehicle, that is, the light distribution in the front left / right direction of the vehicle is adjusted by the light distribution adjusting unit. That is, the portion shielded by the light distribution adjusting portion is the right side of the far front portion (SA portion) of the front side of the vehicle, that is, the oncoming lane side, so that the oncoming lane side directly meets the driver driving the oncoming vehicle. Illuminate the road surface without leaking light so that light does not reach, the sidewalk side can also illuminate the upper side from the opposite lane side so that the state of the road surface and sidewalk side can be seen, and the center where the driver should watch The farthest can be illuminated the brightest.
VFD、CRTおよびFEDは、フィラメントまたは電極といった電子放射素子によって放出された電子を、赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体が電子のエネルギを得て発する各発光色を混合して白色光として出力する。 VFD, CRT and FED irradiate phosphors emitting light of red, blue and green with electrons emitted by an electron emitting element such as a filament or an electrode, and each phosphor obtains and emits energy of electrons. The emission colors are mixed and output as white light.
図11は、VFDを用いた面光源1の詳細な構造を示す図であり、図11(a)は正面図、図11(b)は側面図である。面光源1は、複数の励起素子としての複数のフィラメント18がガラス板19の裏側に配置されて成る励起部と、この励起部(複数のフィラメント18)から所定距離だけ離して配置された面状の蛍光体13と、これら複数のフィラメント18および蛍光体13を収納するケース14と、ケース14の裏面(蛍光体13が取り付けられる面と反対の面)に設けられた放熱部15を備えている。
FIG. 11 is a diagram showing a detailed structure of the
複数のフィラメント18は、ガラス板19の裏側に疎密を有するように、具体的には、図中の上側(B部)が「疎」となり、下側(A部)になるにしたがって「密」となるように配置されている。また、蛍光体13(開口部門と略同形状)のA部の右側の一部は、図11(a)に示すように、切り取られており、この切り取られた領域16が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース14のガラス板19側の端部は、ガラス板19の周縁を覆うように折り曲げられて枠14aが形成されており、この枠14aにより、発光面の開口部17(蛍光体と略同形状)が形成されている。
Specifically, the plurality of
放熱部15は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、蛍光体13が発生した熱を放出する。この構成により、蛍光体13の温度上昇を抑制でき、蛍光体13の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。なお、蛍光体13を放熱部15に直接に貼り付けて、放熱部15をアノード電極の一部としながらケース14の外壁にすることもできる。この場合、放熱部15の各フィンは、蛍光体13の位置に応じて放熱容量が異なるように、例えば、図13の説明に詳細を示し、本図においては図示を省略しているが、図中の上側(B部)のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側(A部)になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース14の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
The
上記のように構成される面光源1において、複数のフィラメント18は、電流の通電によって発熱し、一定の高電圧が印加されることにより熱電子を放出する。複数のフィラメント18の各々から放出された熱電子は蛍光体13に照射される。蛍光体13は、赤、青および緑の各色を発光する蛍光物質から成り、複数のフィラメント18からの熱電子が衝突して励起されることにより発生した各発光色を混合して白色光として出力する。この場合、蛍光体13の発光量は、フィラメント18が密に配置されている部分に対応するA部が最も多く、B部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体13で発生された光は、ガラス板18が露出した開口部17から、凸レンズ2に向けて放射される。以下、上述したLEDを用いた面光源1と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
In the
なお、上述したVFDを用いた面光源1では、複数のフィラメント18を、B部が「疎」となり、A部になるにしたがって「密」となるように配置したが、複数のフィラメント18を一定間隔で配置し、B部のフィラメントには低電圧を印加し、A部になるにしたがって印加する電圧を高くするように構成することもできる。または、一定の高電圧が印加される複数のフィラメント18を一定間隔で配置し、B部におけるフィラメント18と蛍光体13の距離を大きくし、A部になるにしたがって距離を近づけるように構成することもできる。これらの場合も、複数のフィラメント18を疎密に配置する場合と同様の作用および効果を奏する。
In the
HCFLおよびCCFLは、フィラメントまたは電極といった電子放射素子によって放出された電子を、内部の内封ガスに衝突させて励起することにより紫外光を発生させ、この発生された紫外光を赤、青および緑の各色を発光する蛍光体に照射して、各蛍光体が紫外光のエネルギを得て発する各発光色を混合して白色光として出力する。 The HCFL and CCFL generate ultraviolet light by exciting electrons emitted by an electron-emitting device such as a filament or an electrode by colliding with an internal encapsulated gas, and the generated ultraviolet light is red, blue and green. The phosphors emitting the respective colors are irradiated with each other, and the respective emission colors emitted from the phosphors by obtaining energy of ultraviolet light are mixed and output as white light.
図12は、バリア放電形のCCFLを用いた面光源1の詳細な構造を示す側面図である。面光源1は、ガラス板19の表面に取り付けられた透明電極20と、このガラス板19の裏面に取り付けられた板状の蛍光体13と、これらガラス板19、透明電極20および蛍光体13を収納するケース14の一部に形成された電極21と、この電極21に取り付けられた放熱部15を備えている。この発明の励起部は、透明電極20および電極21により構成されている。
FIG. 12 is a side view showing a detailed structure of the
透明電極20と電極21は、それらの間隔が、図中の上側(B部)が広くなり、下側(A部)になるにしたがって狭くなるように配置され、所謂、楔型の空間が形成されている。また、電子の衝突により発生した紫外光を有効に蛍光体13に照射するために、電極21の表面21aは鏡面にされている。さらに、図示は省略するが、図11(a)に示したVFDを用いた面光源1と同様に、蛍光体13のA部の右側の一部は切り取られており、この切り取られた領域が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース14のガラス板19側の端部は、ガラス板19の周縁を覆うように折り曲げられて枠14aが形成されており、この枠14aにより、発光面の開口部17が形成されている。
The
放熱部15は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、電極21が発生した熱を放出する。この構成により、電極21の温度上昇を抑制でき、電極21の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。この場合、放熱部15の各フィンは、蛍光体13の位置に応じて放熱容量が異なるように、例えば、図中の上側(B部)のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側(A部)になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース14の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
The
電極21は、透明電極20との間に一定の高周波の高電圧が印加されることにより電子を放出する。この放出された電子は、封入ガスに衝突して励起することにより紫外光を発生させる。この発生された紫外光が蛍光体13に照射されて蛍光体13が励起されることにより白色光が出力される。この場合、蛍光体13の発光量は、透明電極20と電極21との間隔が近いA部が最も多く、B部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体13で発生された光は、ガラス板19上の透明電極20が露出した開口部17を発光面として、凸レンズ2に向けて放射される。以下、上述したLEDを用いた面光源1と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
The
なお、電子による励起によって蛍光体を発光させる場合は、LED(CRTおよびFEDも同様)を用いた面光源1と同様に、励起面の裏面から光を発するように構成できるし、または、VFDを用いた面光源1のように電子の照射方向に反射して光を発するように構成することもできる。
In addition, when making a fluorescent substance light-emit by excitation by an electron, it can comprise so that light may be emitted from the back surface of an excitation surface similarly to the
図13は、FEDを用いた面光源1の詳細な構造を示す図であり、図13(a)は正面図、図13(b)は側面図である。FEDの構造は、白色光を反射によって発光する構造であれば、図4に示すような、蛍光体を電極に平行に対向させる構造に限定されない。図13に示す面光源1は、微細な突起部を有する励起部としての電極22と、この電極22に対して45°の傾斜を有するように配置された板状の蛍光体13と、これら電極22および蛍光体13を収納するケース14と、ケース14の外側の一面(蛍光体13と反対の面)に取り付けられた放熱部15と、ケース14の開口部17に設けられたガラス板19を備えている。
13A and 13B are diagrams showing a detailed structure of the
電極21から蛍光体13までの距離は、図中の上側(B部)が遠くなり、下側(A部)になるにしたがって近くなる。また、図13(a)に示すように、蛍光体13のA部の右側の一部は切り取られており、この切り取られた領域16が、車両前方に照射する照射光の明暗境界部の形状、つまり車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。また、ケース14のガラス板19側の端部は、蛍光体13の周縁を覆うように折り曲げられて枠14aが形成されており、その枠14aのA部の一部分は、幅広になっている。この枠14aにより、発光面の開口部17が形成されている。ケース14の端部に形成された枠の幅広になっている部分は、蛍光体13からの光を遮蔽する遮光部14bであり、これも車両の前方左右方向の配光を調節する配光調節部として機能する。
The distance from the
放熱部15は、複数のフィンを備えたヒートシンクから構成されており、蛍光体13が発生した熱を放出する。この構成により、蛍光体13の温度上昇を抑制でき、蛍光体13の劣化を抑えて寿命を伸ばすことができる。なお、蛍光体13を放熱部15に直接に貼り付けて、放熱部15をアノード電極の一部としながらケース14の外壁にすることもできる。この場合、放熱部15の各フィンは、蛍光体13の位置に応じて、放熱容量が異なるように、例えば、図中の上側(B部)のフィンを短くして放熱容量を小さくし、下側(A部)になるにしたがってフィンを長くして放熱容量が大きくなるように構成することができる。この構成により、発光量の多い部分は、励起する電流の密度が高く、必然的に発熱量が多くなるが、発熱量の多い部分の放熱容量が大きくなるので、ケース14の温度を均衡化でき、局部的な過熱による部分的な劣化を抑制することができる。
The
電極22は、一定の高電圧が印加されることにより突起部から電子を放出する。この放出された電子によって蛍光体13が励起されることにより白色光が出力される。この場合、蛍光体13の発光量は、電極22と蛍光体13との距離が近いA部が最も多く、B部に近づくにしたがって徐々に減少する。この蛍光体13で発生された光は、ガラス板19が露出した開口部17から凸レンズ2に向けて放射される。以下、上述したLEDを用いた面光源1と同様に、車載用ヘッドランプとして不可欠な配光で、車両の前方路面が照射される。
The
なお、電極22と蛍光体13とが接近している部分は、開口部17から奥まった位置になり、開口部17から離れるため、凸レンズ2を使用したときに発生する色収差の問題を解消することができ、車載用ヘッドランプの設計の自由度が高くなる。
In addition, since the part where the
以上説明したように、この発明の実施の形態1に係る車載用ヘッドランプによれば、蛍光体13による発光部と、LEDまたは電子放射素子などによる励起部とを分離して配置するように構成したので、両者の発する熱を互いに伝わり難くすることができ、相互に影響して両者が過熱し劣化するという問題を回避できる。
As described above, the on-vehicle headlamp according to the first embodiment of the present invention is configured such that the light emitting part by the
また、発光部を、面積を有する面光源で構成したので、蛍光体13の単位面積当たりの発光量を適切な(低い)値に留めることができる。その結果、過度に発光させる必要がないので発熱を抑えることができ、蛍光体の発光効率の低下または発光する色度の変化などといった蛍光体の劣化を抑制し、発光部の寿命を長くすることができる。
In addition, since the light emitting unit is composed of a surface light source having an area, the light emission amount per unit area of the
また、例えば、特許文献1に開示されているような砲弾形のLEDを並べることによって面光源を形成すれば、個々のLEDが発する光が指向性を持ち、個々のLEDの中央軸線上がスポット状に明るくなるため、照射面の明るさは斑になりやすい。これに対し、この発明の実施の形態1に係る車載用ヘッドランプによれば、個々のLEDが発する光または電子放射素子が放射する電子を蛍光体に適切に照射することができるので、従来のLEDを並べた擬似面光源より、発光量および発光色ともに斑のない面光源を実現することができ、良好な車載用ヘッドランプの照射光を実現できる。
For example, if a surface light source is formed by arranging bullet-shaped LEDs as disclosed in
また、例えば、特許文献3、特許文献4および特許文献5に開示されているような個々のLEDに備えた凸レンズの色収差による照射光の色斑、個々のLEDに備えた蛍光体を通過する励起光は中央が多く(励起光が青色ならば透過する青色光が強く青色が勝る)、周辺部では少ない(励起光が青色ならば蛍光発光する黄色光が強く黄色が勝る)ため、個々の発光色の中にも色斑が存在し、生成された発光面の色斑が顕在化しやすいが、この実施の形態1に係る車載用ヘッドランプによれば、このような問題も生じない。
Further, for example, color spots of irradiated light due to chromatic aberration of convex lenses provided in individual LEDs as disclosed in
また、同じ発光量のLEDの面状に配置しただけでは車載用ヘッドランプとして必要な正面遠方を照らす明るい発光を斑なく実現することは困難であるが、この実施の形態1に係る車載用ヘッドランプによれば、個々のLEDチップが発する青色光または紫外光、または、電子放射素子が発する電子は拡散状態になるので、発光源または電子放射源を接近させて複数並べて蛍光体を励起すれば、隣接して照射された光や電子は互いに混合して蛍光体を発光させるので、斑のない照射面を構成できる。
In addition, it is difficult to realize bright light emission that illuminates a distant front, which is necessary as a vehicle-mounted headlamp, simply by arranging the LEDs with the same light emission amount, but the vehicle-mounted head according to
なお、発光面を複数に分割し、車載用ヘッドランプの配光を「走行用の配光」、「高速道路用の配光」、「すれ違い用の配光」または「コーナリング用の配光」というように、車両の状態に応じて、適宜選択または切り替えるように構成することもできる。 In addition, the light-emitting surface is divided into a plurality of parts, and the light distribution of the on-vehicle headlamp is “light distribution for driving”, “light distribution for highways”, “light distribution for passing” or “light distribution for cornering”. In this way, it may be configured to appropriately select or switch according to the state of the vehicle.
さらに、車載用ヘッドランプに必要な光度(単位cd)または照度(単位lx)を得るためには、LEDを使用する場合は、1個あたりの光束(単位lm)が少ないので複数点灯して必要な光束を確保する必要がある。例えば、D2タイプの放電灯(35W)の光束は約3000lmであり、車載用ヘッドランプの光として発光量の1/2を使用するとして、実質的に1500lmの光束が車載用ヘッドランプとして使用されている。放電灯方式の車載用ヘッドランプと同等の明るさをLEDによって得るためには、個々のLEDが発生する光束を75lmとすれば、20個のLEDを同時に点灯する必要がある。すなわち、点光源の放電灯であっても、20個のLEDチップを用いた光源であっても、さらに広い面積の面光源であっても、実質的に1500lmの光束があれば、同等な性能の車載用ヘッドランプを構成できる。 Furthermore, in order to obtain the light intensity (unit cd) or illuminance (unit lx) required for a vehicle headlamp, when using an LED, the number of luminous flux (unit lm) per unit is small, so a plurality of lights are required. It is necessary to secure a sufficient luminous flux. For example, the luminous flux of a D2 type discharge lamp (35 W) is about 3000 lm, and assuming that half of the light emission amount is used as the light of the vehicle-mounted headlamp, a luminous flux of substantially 1500 lm is used as the vehicle-mounted headlamp. ing. In order to obtain the same brightness as that of the in-vehicle headlamp of the discharge lamp type by using LEDs, if the luminous flux generated by each LED is 75 lm, it is necessary to turn on 20 LEDs simultaneously. That is, even if it is a discharge lamp of a point light source, a light source using 20 LED chips, or a surface light source of a larger area, it has an equivalent performance as long as it has a luminous flux of substantially 1500 lm. The vehicle-mounted headlamp can be configured.
また、蛍光体(波長変換素子)が青色光または紫外光を吸収して異なった色(波長)の光を発するときは変換損失が生じ、この損失により熱を発生する。したがって、小さな面積で大量に発光(波長変換)するときには小さな蛍光体に発熱が集中して過熱する。この過熱は、ストレスとなって蛍光体を劣化させ、寿命が短縮する。 Further, when the phosphor (wavelength conversion element) absorbs blue light or ultraviolet light and emits light of a different color (wavelength), a conversion loss occurs, and heat is generated by this loss. Therefore, when a large amount of light is emitted (wavelength conversion) in a small area, heat is concentrated on a small phosphor and overheats. This overheating causes stress to deteriorate the phosphor and shorten the lifetime.
しかしながら、LEDチップを用いた面光源の蛍光体(隣接するLEDチップの間に対応する部分にも蛍光体が存在する)の面積は、小さな砲弾形LEDの中に収納された蛍光体(LEDチップの面積と略同サイズ)の総面積より広いため、面光源の蛍光体の単位面積当たりの発光量は、LEDチップ内蛍光体の発光量より低くできる。つまり、1面の蛍光体による面光源にすれば、蛍光体の青色光または紫外光を白色光に変換するための単位面積当たりの負荷を軽減することができるので、変換による単位面積当たりの発熱を低下させることができ、蛍光体の寿命を伸ばすことができる。 However, the area of the phosphor of the surface light source using the LED chip (the phosphor also exists in the corresponding part between the adjacent LED chips) is the phosphor (LED chip) housed in a small bullet-shaped LED. The light emission amount per unit area of the phosphor of the surface light source can be made lower than the light emission amount of the phosphor in the LED chip. In other words, if the surface light source is a single-surface phosphor, the load per unit area for converting the blue light or ultraviolet light of the phosphor into white light can be reduced. Can be reduced, and the lifetime of the phosphor can be extended.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る車載用ヘッドランプは、光学部材として、凸レンズの代わりに、凹面鏡を用いたものである。
The in-vehicle headlamp according to
図14は、この発明の実施の形態2に係る車載用ヘッドランプの構造を示す図であり、図14(a)は、右側の車載用ヘッドランプの上面図、図14(b)は、その側面図である。この車載用ヘッドランプは、面光源1、光学部材としての凹面鏡7、ヒートパイプ3、制御回路4、および、これらを収納するヘッドランプケース5から構成されている。ヘッドランプケース5の前面側の一部には、図1(b)に示すように、前面レンズ6が形成されている。以下、実施の形態1と相違する部分を中心に説明する。
14A and 14B are diagrams showing the structure of an in-vehicle headlamp according to
凹面鏡7は、この発明の光学部材に対応し、面光源1の発光面からの光を反射させ、前面レンズ6を介して車両の前方路面に投影する。これにより、前方路面上に面光源の実像が形成され、反射鏡(パラボラ)タイプの車載用ヘッドランプとして機能する。
The
面光源1は、凹面鏡7の前方であって、ヘッドランプケース5の一部を形成する前面レンズ6の下方側に配置されている。この反射鏡タイプの車載用ヘッドランプにおいては、面光源1を前面レンズ6の下部に配置することが可能であり、この配置により、車載用ヘッドランプの内部の気体に対流が発生し、この対流による気体の流れによって面光源1を冷却することができる。なお、対流の上昇気流によって伝えられる熱によって直上の前面レンズ6が加温され、前面レンズ6に雪が付着することを防ぐという効果も奏する。
The
また、ヒートパイプ3による冷却も効果的であり、前後方向の奥行きより左右方向が長い車載用ヘッドランプにおいて、ヒートパイプ3の敷設による熱の運搬と内部空間の加温によって、面光源1の冷却効率と、前面レンズ6の加温効率を同時に高めることができる。
In addition, cooling by the
1 面光源、2,2a 凸レンズ(光学部材)、2b 衝立、3 ヒートパイプ、4 制御回路、5 ヘッドランプケース、6 前面レンズ、7 凹面鏡(光学部材)、11 LEDチップ(励起部)、12 基板、13 蛍光体(発光部)、14 ケース、14a 枠、14b 遮光部(配光調節部)、15 放熱部、16 領域、17 開口部、18 フィラメント(励起部)、19 ガラス板、20 透明電極(励起部)、21 電極(励起部)、21a 電極の表面、22 電極(励起部)。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記励起部から放射される光または電子により励起されて光を発する面状の蛍光体による発光部と、
前記励起部と前記発光部とを収納するケースと、
前記発光部が発した面状の光の配光を調節する配光調節部と、
前記発光部が発した光を車両前方に照射する光学部材を備え、
前記励起部の複数の励起素子は、前記車両前方に照射する照射光の明るさを調節するように、疎密に配置され、または、蛍光体との間に距離差を有するように配置されている
車載用ヘッドランプ。 An excitation unit having a plurality of excitation elements that emit light or electrons;
A light emitting part by a planar phosphor that emits light when excited by light or electrons emitted from the excitation part;
A case housing the excitation unit and the light emitting unit;
A light distribution adjusting unit for adjusting the light distribution of the planar light emitted from the light emitting unit;
An optical member that irradiates the front of the vehicle with the light emitted by the light emitting unit;
The plurality of excitation elements of the excitation unit are arranged sparsely or so as to have a difference in distance from the phosphor so as to adjust the brightness of the irradiation light applied to the front of the vehicle. Automotive headlamp.
ことを特徴とする請求項1記載の車載用ヘッドランプ。 The in-vehicle headlamp according to claim 1, wherein a shape of a light / dark boundary portion of irradiation light irradiated to the front of the vehicle is formed by a shape of a phosphor functioning as a light distribution adjusting portion.
ことを特徴とする請求項1記載の車載用ヘッドランプ。 The shape of the light / dark boundary part of the irradiation light irradiated to the front of the vehicle is formed by shielding a part of the light emitted from the phosphor by a light shielding part provided as a light distribution adjusting part. The in-vehicle headlamp described.
ことを特徴とする請求項1記載の車載用ヘッドランプ。 The in-vehicle headlamp according to claim 1, wherein the case is provided with a heat radiating portion for releasing the generated heat.
ことを特徴とする請求項4記載の車載用ヘッドランプ。 The in-vehicle unit according to claim 4, wherein the heat dissipating part is formed to have a different heat dissipating capacity in accordance with a density of a plurality of exciter elements in the exciter part or an arrangement having a distance difference from the phosphor. Headlamp.
ことを特徴とする請求項1記載の車載用ヘッドランプ。 2. The in-vehicle headlamp according to claim 1, wherein the optical member comprises a convex lens that projects the light emitting surface of the light emitting portion toward the front of the vehicle.
ことを特徴とする請求項6記載の車載用ヘッドランプ。 The light blocking unit provided as the light distribution adjusting unit has a predetermined thickness in order to block a part of the planar light emitted by the phosphor and to suppress the spectrum of the irradiated light due to the chromatic aberration of the convex lens. The in-vehicle headlamp according to claim 6.
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の車載用ヘッドランプ。 The in-vehicle headlamp according to claim 1, further comprising a diffusion portion for diffusing heat generated by the case.
ことを特徴とする請求項1記載の車載用ヘッドランプ。 2. The in-vehicle headlamp according to claim 1, wherein the optical member is a concave mirror that projects the light emitting surface of the light emitting unit to the front of the vehicle.
ことを特徴とする請求項9記載の車載用ヘッドランプ。 The case is disposed in front of a concave mirror and below a front lens that forms a part of a headlamp case that houses the case, the light distribution adjusting unit, and the optical member. Automotive headlamps.
前記制御回路は、前記ケース、配光調節部および光学部材を収納するヘッドランプケースと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項記載の車載用ヘッドランプ。 It has a control circuit that controls the lighting of the light emitting part,
11. The vehicle-mounted device according to claim 1, wherein the control circuit is formed integrally with a headlamp case that houses the case, the light distribution adjusting unit, and the optical member. head lamp.
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