JP5251209B2 - 半導体光源を用いた車両用反射型灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体光源を用いた車両用反射型灯具ユニットに係り、特に半導体光源が発光する光の利用効率が高い薄型、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットに関する。

従来、ＬＥＤ等の半導体光源を用いた車両用反射型灯具が知られている（例えば特許文献１参照）。

図２５は、従来のＬＥＤ等の半導体光源を用いた車両用反射型灯具の構成を説明するための図である。

図２５に示すように、従来のＬＥＤ等の半導体光源を用いた車両用反射型灯具は、その発光面が下向きに配置されたＬＥＤ光源１０´、そのＬＥＤ光源１０´の下方に配置されたリフレクタ２０´等を備えている。この車両用反射型灯具においては、ＬＥＤ光源１０´が発光する光の利用効率を高める等の観点より、高さＨ´が比較的高い（すなわち反射面積が比較的大きい）リフレクタ２０´が用いられている。すなわち、この車両用反射型灯具においては、ＬＥＤ光源１０´から車両前後方向に照射される光（図２５中、θ´で示す円錐範囲の光束）を、一つのリフレクタ２０´で捕捉して車両前方に向けて反射し（一回反射）、所定配光パターンを形成する構成となっている。

ところで、車両用灯具の分野においては、車両デザインの自由度を高める等の観点より、新規見栄えの灯具が要望されており、この新規見栄えの灯具として、例えば、リフレクタ２０´の高さＨ´を低くすることにより、薄型の車両用反射型灯具を構成することが考えられる。上記従来の車両用反射型灯具においては、リフレクタ２０´の高さＨ´を低くするには、リフレクタ２０´の反射面積を小さくするか、あるいは、焦点距離を短くする必要がある。
特開２００５−１４１９１９号公報

しかしながら、リフレクタ２０´の反射面積を単に小さくしただけではＬＥＤ光源１０´が発光する光の利用効率が低下することとなり、また、リフレクタ２０´の焦点距離を単に短くしただけでは光の利用効率は維持できるが車両用前照灯として有効な配光が利用できない。

このため、リフレクタ２０´の反射面積を単に小さくするか、あるいは、焦点距離を単に短くするだけでは、半導体光源が発光する光の利用効率が高い薄型、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具を構成することが極めて困難であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ等の半導体光源が発光する光の利用効率が高い薄型、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両に搭載され、所定配光パターンを形成する車両用反射型灯具ユニットにおいて、発光面を灯具正面視上又は下に向けて配置された半導体光源と、前記半導体光源から発光面前方に向けて照射される光のうちの、主に前記半導体光源に対して灯具正面視左右いずれか一方の側に向かう光を二回反射し、前記所定配光パターンの一部である第１配光パターンを形成する二回反射光学系と、前記半導体光源から発光面前方に向けて照射される光のうちの、主に前記半導体光源に対して前記一方の側とは反対の他方の側に向かう光を一回反射し、前記所定配光パターンの一部である第２配光パターンを形成する一回反射光学系と、を備え、前記二回反射光学系は、第１反射面及び第２反射面を含み、前記第１反射面は焦点が前記半導体光源近傍に設定された放物面系の反射面であり、前記第２反射面は焦点が前記第１反射面の準線上に設定された放物面系の反射面であり、前記半導体光源は、灯具光軸に対して水平方向に若干傾いた軸方向を長手方向として配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、半導体光源から発光面前方に向けて照射される光を、一つのリフレクタではなく、二回反射光学系と一回反射光学系それぞれで捕捉して反射し、所定配光パターン（例えば、ヘッドランプ用配光パターン）を形成する構成となっている。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、二回反射光学系（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、該二回反射光学系が反射しない半導体光源からの光については、一回反射光学系が捕捉して反射する構成となっている。

このため、請求項１に記載の発明によれば、二回反射光学系（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、半導体光源が発光する光の利用効率は殆ど低下しない。

従って、請求項１に記載の発明によれば、ＬＥＤ等の半導体光源が発光する光の利用効率が高い（従来のプロジェクタ型灯具が４０％程度の光利用率であるのに対して、７０％程度の光利用率）極めて薄型、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットを提供することが可能となる。

本発明によれば、ＬＥＤ等の半導体光源が発光する光の利用効率が高い薄型、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態である半導体発光素子を用いた車両用反射型灯具ユニットについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の車両用反射型灯具ユニットの斜視図である。

本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００は、自動車のヘッドランプ等の車両用前照灯、補助前照灯に適用されるものであり、図１に示すように、半導体光源１０、第１反射面２１を有する第１リフレクタ２０、第２反射面３１及び第３反射面３２を有する第２リフレクタ３０、導光部材４０、さらに、図２に示すように灯具上面に取り付けられるヒートシンク５０等を備えている。図２は、図１に示す構成にヒートシンク５０を取り付けた車両用反射型灯具ユニット１００の斜視図である。

半導体光源１０は、例えば、半導体発光素子としての複数のＬＥＤチップ１１（例えば、疑似白色等の単色のＬＥＤチップ又はＲＧＢ３色のＬＥＤチップ）がパッケージ化されたＬＥＤパッケージである。

複数のＬＥＤチップ１１は、図１等に示すように、その発光面１０ａを灯具正面視斜め右下（つまり、車両進行方向に向かって斜め左下）に向けた状態で、かつ、図１に示すように、直線上（灯具光軸ＡＸ方向に対して水平方向に若干傾いた軸上）に配置されている。図１は、四つのＬＥＤチップ１１を直線上（灯具光軸ＡＸ方向に対して水平方向に若干傾いた軸上）に配置した例である。

第１反射面２１及び第２反射面３１は、半導体光源１０からの照射光を二回反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である所定配光パターンを形成するための二回反射光学系を構成する。

また、第３反射面３２は、半導体光源１０からの照射光を一回反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である所定配光パターンを形成するための一回反射光学系を構成する。

〔二回反射光学系〕
二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１は、図３に示すように、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される照射光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向（図３中紙面に直交する方向）に対して灯具正面視左側（図３中左側。つまり、車両進行方向に向かって右側）に向かう光を、図４に示すように二回反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンを形成する光学系である。

複数のＬＥＤチップ１１の配置方向（図３中紙面に直交する方向）に対して灯具正面視左側（図３中左側。つまり、車両進行方向に向かって右側）に向かう光とは、図３に示すように、半導体光源１０の光軸０°に対して図３中α（０〜７０°）で示す円錐範囲の光束×四つのＬＥＤチップ１１（四つのＬＥＤチップ１１から照射される光量の７〜８割程度）分の、比較的高輝度の光束のことである。

以下、第１反射面２１及び第２反射面３１の詳細について説明する。

〔第１反射面２１の構成〕
第１反射面２１は、図１、図５等に示すように、中央に配置された中央反射面２１ｃ、その中央反射面２１ｃの両側にそれぞれ配置された両側反射面２１Ｒ、２１Ｌから構成されている。

〔中央反射面２１ｃの構成〕
図１、図３等に示すように、中央反射面２１ｃは、半導体光源１０の発光面１０ａ前方に、該半導体光源１０に近接した状態で配置されている。

中央反射面２１ｃは、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される照射光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視左側（図３中左側。つまり、車両進行方向に向かって右側）に向かう光を、第２反射面３１に向けて水平方向に拡散反射する反射面である。

具体的には、中央反射面２１ｃは、図６、図７に示すように、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に延びる焦点ラインＦ_Ｌ１（複数の焦点が集まったライン。焦線又は母線ともいう）及びＦ_１が半導体光源１０近傍に設定された放物柱面系の反射面である。図６は、半導体光源１０を含む鉛直面で切断した中央反射面２１ｃの断面図である。図７は、図６中の矢印Ａで示す方向から見た中央反射面２１ｃの上面図である。

中央反射面２１ｃは、図４、図６に示すように、半導体光源１０からの照射光（半導体光源１０の光源像）を、上下方向には拡散させず（すなわち、上下方向の位置関係を維持したまま）、第２反射面３１に向けて水平方向に拡散反射（又は投影）する。中央反射面２１ｃからの反射光は、図６に示すように、あたかも中央反射面２１ｃの準線２１ｃ_ｄ（虚像のライン、焦点ラインともいう）上の点から出射しているかのように見える。

中央反射面２１ｃからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、半導体光源１０の光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して平行となるように投影される光源像となる。このため、中央反射面２１ｃからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、ヘッドランプ用配光パターン（水平のカットオフライン）を形成するのに都合がよい。

中央反射面２１ｃからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、図４に示すように、第２反射面３１により、集光しすぎないように水平方向にのみ拡散されて、後述のように、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ１（カットオフラインＣＬ１を有し、かつ、スポット部ＳＰを含む配光パターンＰ１。図１１参照）を形成することとなる。

〔両側反射面２１Ｒ、２１Ｌの構成〕
図１、図５等に示すように、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌは、中央反射面２１ｃ（本発明の第１反射面に相当）の左右両側それぞれに配置されている。

両側反射面２１Ｒ、２１Ｌは、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される照射光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視左側（図３中左側。つまり、車両進行方向に向かって右側）に向かう光を、第２反射面３１に向けて拡散反射する反射面である。

なお、図１、図５等では、中央反射面２１ｃと両側反射面２１Ｒ、２１Ｌの境界をエッジで仕切った例を示しているが、このエッジを形成することなく、中央反射面２１ｃと両側反射面２１Ｒ、２１Ｌとを、滑らかに連続させてもよい。

具体的には、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌは、図８に示すように、焦点Ｆ_２が半導体光源１０近傍に設定された回転放物面系の反射面である。

両側反射面２１Ｒ、２１Ｌは、図８に示すように、半導体光源１０からの照射光（半導体光源１０の光源像）を、第２反射面３１に向けて拡散反射（又は投影）する。

両側反射面２１Ｒ、２１Ｌからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、形状が整っておらず、半導体光源１０の光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して傾斜するように投影される光源像となる（中央反射面２１ｃのように、光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して平行となるとは限らない）。このため、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、ヘッドランプ用配光パターン（上下方向にワイドな配光パターン）を形成するのに都合がよい。

両側反射面２１Ｒ、２１Ｌからの反射光（半導体光源１０の光源像）は、図８に示すように、第２反射面３１により、水平方向にのみ拡散されて、後述のように、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ２（カットオフラインＣＬ２を有する上下方向にワイドな配光パターンＰ２。図１３参照）を形成することとなる。

〔第２リフレクタ３０の構成〕
上記第１反射面２１（中央反射面２１ｃ、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）を備える第１リフレクタ２０は、図１に示すように、固定部２２に形成されたネジ穴２２ａに、ネジＮ（第２リフレクタ３０に形成されたネジ穴３３に挿入されたネジＮ）をネジ止めすることにより、第２リフレクタ３０に固定されている。

この固定された状態で、半導体光源１０と第１リフレクタ２０（第１反射面２１）との間には、図１、図３に示すように、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される照射光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光が通過するスペースＳ１が形成される。

〔第２反射面３１の構成〕
図１、図９に示すように、第２リフレクタ３０は、第２反射面３１及び第３反射面３２を備えている。

第２反射面３１は、図１に示すように、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視左側（図３中左側。つまり、車両進行方向に向かって右側）に配置されている。

第２反射面３１は、第１リフレクタ２０（中央反射面２１ｃ、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）からの反射光を水平方向に拡散反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ１、Ｐ２（図１１、図１３参照）を形成する反射面である。

具体的には、第２反射面３１は、図９等に示すように配置された複数の円柱面３１ａを備えており、全体として、図４、図８に示すように、焦点Ｆ_３が中央反射面２１ｃの準線２１ｃ_ｄ上（半導体光源１０の虚像の位置）に設定された放物面系の反射面である。例えば、第２反射面３１として、半導体光源の虚像のライン（集合）を焦点ラインとする放物柱を形成する。

〔配光パターンＰ１〕
第２反射面３１は、焦点Ｆ_３が中央反射面２１ｃの準線２１ｃ_ｄ上に設定された放物面系の反射面であるので、中央反射面２１ｃからの反射光を水平方向に拡散反射し、図１１に示すように、前方所定位置に配置された垂直スクリーン上に、光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して平行となるように投影された半導体光源１０の光源像１０Ａ（図４、図１０参照）によって規定されるカットオフラインＣＬ１を有し、かつ、スポット部ＳＰを含む配光パターンＰ１（すなわち、光源像１０Ａの輪郭又は稜線（長手方向）が水平線Ｈに対して平行となるので、ヘッドランプ用配光パターンのカットオフラインを形成するのに適した配光パターンＰ１。図１０、図１１参照）を形成することが可能となる（本発明の第１配光パターンに相当）。

半導体光源１０からの照射光（半導体光源１０の光源像）は中央反射面２１ｃで上下、第２反射面３１で左右について集光（拡散度合いを制御）されることになる。このため、配光パターンＰ１は、ムラのないほぼ均一な配光パターンとなる。

〔配光パターンＰ２〕
また、第２反射面３１は、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌからの反射光を水平方向に拡散反射し、図１３に示すように、前方所定位置に配置された垂直スクリーン上に、光源像の輪郭又は稜線（光源像の長手方向）が水平線に対して傾斜するように投影された半導体光源１０の光源像１０Ｂ、１０Ｃ（図８、図１２参照）によって規定されるカットオフラインＣＬ２を有する配光パターンＰ２（すなわち、光源像１０Ｂ、１０Ｃの輪郭又は稜線（長手方向）が水平線Ｈに対して傾斜するので、ヘッドランプ用配光パターンに適した上下方向にワイドな配光パターンＰ２。図１２、図１３参照）を形成することが可能となる（本発明の第１配光パターンに相当）。

〔一回反射光学系〕
一回反射光学系としての第３反射面３２は、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される照射光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向（図３中紙面に直交する方向）に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光を、図１４に示すように一回反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンを形成する光学系である。

複数のＬＥＤチップ１１の配置方向（図３中紙面に直交する方向）に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光とは、図３に示すように、半導体光源１０の光軸０°に対して図３中β（０〜１５°）で示す円錐範囲の光束×四つのＬＥＤチップ１１（四つのＬＥＤチップ１１から照射される光量の２割程度）分の、比較的まとまった光束のことである。この複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光は、半導体光源１０と第１リフレクタ２０（第１反射面２１）との間に形成されたスペースＳ１（図１、図３等参照）を通過することとなる。

以下、第３反射面３２の詳細について説明する。

〔第３反射面３２の構成〕
第３反射面３２は、図１、図９等に示すように配置された右反射面３２Ｒ及び左反射面３２Ｌから構成されている。

〔右反射面３２Ｒの構成〕
右反射面３２Ｒ（本発明の第３反射面に相当）は、図１、図９に示すように、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視手前側に配置されている。

右反射面３２Ｒは、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視手前側に向かう光を反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ３（図１６参照）を形成する反射面である。

具体的には、右反射面３２Ｒは、図１４に示すように、焦点Ｆ_４が半導体光源１０近傍に設定された放物面系（ほぼ回転放物面に近い形）の反射面である。

〔配光パターンＰ３〕
右反射面３２Ｒ（本発明の第３反射面に相当）は、焦点Ｆ_４が半導体光源１０近傍に設定された回転放物面系の反射面であるので、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視手前側に向かう光を反射し、図１６に示すように、前方所定位置に配置された垂直スクリーン上に、光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して平行となるように投影された半導体光源１０の光源像１０Ｄ（図１４、図１５参照）によって規定されるカットオフラインＣＬ３を有し、かつ、水平線Ｈよりも上に突出するエルボー部ＥＢを含む配光パターンＰ３（すなわち、光源像１０Ｄの輪郭又は稜線（長手方向）が水平線Ｈに対して平行となるので、ヘッドランプ用配光パターンのカットオフラインを形成するのに適した配光パターンＰ３。図１５、図１６参照）を形成することが可能となる（本発明の第２配光パターンに相当）。

右反射面３２Ｒが反射する半導体光源１０からの照射光（複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して図３中右側（つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光）は、上記のように比較的まとまった光である。このため、右反射面３２Ｒによって形成される配光パターンＰ３は、比較的シャープな配光パターンとなる。このため、遠方視認性を向上させることが可能となる。

なお、右反射面３２Ｒは、左反射面３２Ｌと比べて、半導体光源１０から遠い位置に位置しているため、投影される半導体光源１０の光源像１０Ｄは、比較的小さな光源像となる。

〔左反射面３２Ｌの構成〕
左反射面３２Ｌは、図１、図９に示すように、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視奥側に配置されている。

左反射面３２Ｌは、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視奥側に向かう光を反射し、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ４（図１８参照）を形成する反射面である。

具体的には、左反射面３２Ｌは、図１４に示すように、焦点Ｆ_５が半導体光源１０近傍に設定された放物面系（ほぼ回転放物面）の反射面である。

〔配光パターンＰ４〕
左反射面３２Ｌは、焦点Ｆ_５が半導体光源１０近傍に設定された回転放物面系の反射面であるので、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される光のうちの、主に複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して灯具正面視右側（図３中右側。つまり、車両進行方向に向かって左側）かつ灯具正面視奥側に向かう光を反射し、図１８に示すように、前方所定位置に配置された垂直スクリーン上に、光源像の輪郭又は稜線（長手方向）が水平線に対して平行となるように投影された半導体光源１０の光源像１０Ｅ（図１４、図１７参照）によって規定されるカットオフラインＣＬ４を有する配光パターンＰ４（すなわち、光源像１０Ｅの輪郭又は稜線（長手方向）が水平線Ｈに対して平行となるので、ヘッドランプ用配光パターンのカットオフラインを形成するのに適した配光パターンＰ４。図１７、図１８参照）を形成することが可能となる（本発明の第２配光パターンに相当）。

左反射面３２Ｌが反射する半導体光源１０からの照射光（複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して図３中右側（つまり、車両進行方向に向かって左側）に向かう光）は、上記のように比較的まとまった光である。このため、左反射面３２Ｌによって形成される配光パターンＰ４は、比較的シャープな配光パターンとなる。このため、遠方視認性を向上させることが可能となる。

なお、左反射面３２Ｌは、右反射面３２Ｒと比べて、半導体光源１０から近い位置に位置しているため、投影される半導体光源１０の光源像１０Ｅは、比較的大きな光源像となる。このため、左反射面３２Ｌには半導体光源１０の光源像を小拡散させるための反射面を用いている。また、左反射面３２Ｌによれば、斜めに配置された光源像も観察されるが、該光源像の大きさが小さいため、小拡散としている。

以上説明したように、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１は、半導体光源１０が発光した光（半導体光源１０の光源像）のうちの、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して図３中左側（つまり、車両進行方向に向かって右側）に向かう光（半導体光源１０の光源像）を二回反射することにより、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ１、Ｐ２（カットオフラインＣＬ１を有し、かつ、スポット部ＳＰを含む配光パターンＰ１、ヘッドランプ用配光パターンに適した上下方向にワイドな配光パターンＰ２）を形成する。

また、一回反射光学系としての第３反射面３２は、複数のＬＥＤチップ１１の配置方向に対して図３中右側（つまり、車両進行方向に対して左側）に向かう光（半導体光源１０の光源像）を一回反射することにより、ヘッドランプ用配光パターンの一部である配光パターンＰ３、Ｐ４（カットオフラインＣＬ３を有し、かつ、水平線Ｈよりも上に突出するエルボー部ＥＢを含む配光パターンＰ３、カットオフラインＣＬ４を有する配光パターンＰ４）を形成する。

以上説明した各光源像１０Ａ〜１０Ｅは、実際には、図１９に示すように、重畳された光源像となり、また、各配光パターンＰ１〜Ｐ４は、実際には、図２０に示すように、重畳された配光パターン（ヘッドランプ用配光パターン）となる。

以上のように、本実施形態の車両反射型灯具ユニット１００によれば、半導体光源１０から発光面前方に向けて照射される光を、一つのリフレクタではなく、二回反射光学系と一回反射光学系それぞれで捕捉して反射し、所定配光パターン（ヘッドランプに適した配光パターンＰ１〜Ｐ４）を形成する構成となっている。

すなわち、本実施形態の車両反射型灯具ユニット１００によれば、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、該二回反射光学系が反射しない半導体光源からの光については、一回反射光学系としての第３反射面３２が捕捉して反射する構成となっている。

このため、本実施形態の車両反射型灯具ユニット１００によれば、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、半導体光源１０が発光する光の利用効率は殆ど低下しない。

従って、本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００によれば、複数のＬＥＤチップ１１が発光する光の利用効率が高い（従来のプロジェクタ型灯具が４０％程度の光利用率であるのに対して、７０％程度の光利用率）極めて薄型（例えば高さＨ＝３０ｍｍ程度、横幅Ｗ＝１００〜１５０ｍｍ程度。図１参照）、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットを提供することが可能となる。

本実施形態では、半導体光源１０の光利用効率をさらに向上させるため、導光部材４０を備えている。

図１、図２１に示すように、導光部材４０は、透明又は半透明の合成樹脂材料等を用いて形成された薄型の導光レンズ（図１、図２１では導光板を例示）であって、第２リフレクタ３０の一方の上端にネジ止め固定される第１固定部４１、第２リフレクタ３０の他方の上端にネジ止め固定される第２固定部４２、第１固定部４１と第２固定部４２の間の灯具正面視左右方向に延びる横長の開口形成部４３等を備えている。導光部材４０（主に開口形成部４３）は、第１固定部４１及び第２固定部４２をそれぞれ第２リフレクタ３０の上端にネジ止め固定することにより、図１に示すように、第１反射面２１及び第２反射面３１による二回反射光、第３反射面３２による一回反射光が通過する灯具正面視左右方向に延びる横長の開口Ｋの一部（灯具上面の一部）を構成する。

導光部材４０は、上記のように第２リフレクタ３０にネジ止め固定されることにより、半導体光源１０の側方（図３に５０〜９０°で示す範囲）に近接した状態で配置される入射面４４を備えている。このように入射面４４を半導体光源１０に近接した状態で配置したとしても、半導体光源１０は赤外成分が極めて少ない可視光を発光するため、入射面４４は、半導体光源１０の発光に伴う発熱の影響を殆ど受けない。

半導体光源１０が発光した光のうち該半導体光源１０の側方に向かう光（図３に５０〜９０°で示す範囲中右側に向かうθの範囲の光束×四つのＬＥＤチップ１１。四つのＬＥＤチップ１１から照射される光の１割程度）は、この入射面４４から入射し、内部反射を繰り返して屈曲部４５に向かい、該屈曲部４５において反対方向に折り返された後、横に長く伸びた横長の開口形成部４３に導かれる。この導光レンズ作用により、導光部材４０はその開口形成部４３を含む全体が発光する（ほんのりと光る）。

この導光部材４０により、半導体光源１０の光利用効率がさらに向上する。また、この導光部材４０（特に灯具正面視左右方向に延びる横長の開口形成部４３）により、車両用反射型灯具ユニット１００の薄型感、横長感（すなわち、半導体光源を用いた灯具独特の雰囲気）をさらに強調することが可能となる。この効果は薄暮時に特に有効である。また、導光部材４０は、太陽の光が当たり易い（出っ張った）位置（車両前端）に位置することになるので、日中であっても太陽の光を受けて輝き易いという効果もある。なお、導光部材４０は、開口形成部４３付近で全反射条件が崩れるように、例えば、図２１に示すように、背面４３ａに連続するカットを形成したり、前面４３ｂを梨地にしてもよい。

本実施形態では、半導体光源１０の発光に伴う発熱を放熱するために、図２に示すように、ヒートシンク５０を備えている。図２２は、ヒートシンク５０の側面図である。

図２、図２２に示すように、ヒートシンク５０は、アルミ等の金属材料を用いて形成された薄型の放熱部材であって、第２リフレクタ３０の中央上面３４（図１参照）にネジ止め固定される固定部５１、放熱フィン５２等を備えている。ヒートシンク５０（放熱フィン５２）は、固定部５１を第２リフレクタ３０の中央上面３４にネジ止め固定することにより、図２に示すように、灯具上面の一部を構成する。なお、放熱フィン５２は、図１、図２２に示すように、第２リフレクタ３０の背後の隙間Ｓ２（半導体光源１０の左右方向に存在する隙間Ｓ２）に配置される。

このように、ヒートシンク５０は灯具背面を除いた灯具上下左右のうち少なくとも一の側に配置されるため、灯具背面にヒートシンクを設けた従来の車両用反射型灯具ユニットと比較して、車両用反射型灯具ユニット１００の車両前後方向の長さを短くすることが可能となる。また、ヒートシンク５０は灯具背面を除いた灯具上下左右のうち少なくとも一の側に配置されるため、ヒートシンク５０（特に放熱フィン５２）を主熱源であるエンジンから遠ざけることが可能となる。これにより、ヒートシンクの放熱性能を向上させ、ジャンクション温度を適正値以下に保つことが可能となる。すなわち、エンジンやその周囲部品等の影響を受けて高温下に曝される条件下のスペース（車両前後方向の長さが比較的短いスペース。）であっても、車両用反射型灯具ユニット１００を配置することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００によれば、半導体光源１０からその発光面１０ａ前方に向けて照射される光を、一つのリフレクタではなく、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１と一回反射光学系としての第３反射面３２それぞれで捕捉して反射し、所定配光パターン（例えば、ヘッドランプ用配光パターン）を形成する構成となっている。

すなわち、本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００によれば、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、該二回反射光学系が反射しない半導体光源からの光については、一回反射光学系としての第３反射面３２が捕捉して反射する構成となっている。

このため、本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００によれば、二回反射光学系としての第１反射面２１及び第２反射面３１（従来のリフレクタ２０´に相当）の高さを低くすることに伴って該二回反射光学系が補足して反射する半導体光源からの光が少なくなったとしても、半導体光源が発光する光の利用効率は殆ど低下しない。

従って、本実施形態の車両用反射型灯具ユニット１００によれば、複数のＬＥＤチップ１１が発光する光の利用効率が高い（従来のプロジェクタ型灯具が４０％程度の光利用率であるのに対して、７０％程度の光利用率）極めて薄型（例えば高さＨ＝３０ｍｍ程度、横幅Ｗ＝１００〜１５０ｍｍ程度。図１参照）、かつ、新規見栄えの車両用反射型灯具ユニットを提供することが可能となる。

また、本実施形態の車両用反射型ユニット１００によれば、二回反射光学系としての第１反射面２１（中央反射面２１ｃ、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）、第２反射面３１、一回反射光学系としての第３反射面３２（右反射面３２Ｒ、左反射面３２Ｌ）を備えている。

このため、本実施形態の車両用反射型ユニット１００によれば、単独であっても、第１反射面２１（中央反射面２１ｃ、両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）及び第２反射面３１の二回反射により形成される配光パターンＰ１、Ｐ２（カットオフラインＣＬ１を有し、かつ、スポット部ＳＰを含む配光パターンＰ１、ヘッドランプ用配光パターンに適した上下方向にワイドな配光パターンＰ２）、第３反射面（右反射面３２Ｒ、左反射面３２Ｌ）の一回反射により形成される配光パターンＰ３、Ｐ４（カットオフラインＣＬ３を有し、かつ、水平線Ｈよりも上に突出するエルボー部ＥＢを含む配光パターンＰ３、カットオフラインＣＬ４を有する配光パターンＰ４）の合成配光パターンであるヘッドランプ用配光パターンを形成することが可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、車両用反射型灯具ユニット１００を自動車等のヘッドランプに適用し、ヘッドランプ用配光パターンを形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両用反射型灯具ユニット１００をフォグランプ等の補助前照灯に適用し、該補助前照灯用配光パターンを形成することも可能である。

また、上記実施形態では、第１反射面２１は、図１、図５等に示すように、中央に配置された中央反射面２１ｃ、その中央反射面２１ｃの両側にそれぞれ配置された両側反射面２１Ｒ、２１Ｌから構成されているように説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、第１反射面２１は、中央に配置された中央反射面２１ｃのみで構成することも可能である。

また、上記実施形態では、半導体光源１０は、半導体発光素子としての複数のＬＥＤチップ１１であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両用反射型灯具ユニット１００をヘッドライトとして用いる場合、ヘッドランプとして機能させるのに充分な光量を確保できるのであれば１つのＬＥＤチップ（その投影像に直線状の輪郭又は稜線（上記実施形態の長手方向に相当する輪郭又は稜線）が現れる１つのＬＥＤ光源）のみを用いてもよい。

また、上記実施形態では、車両用反射型灯具ユニット１００を１つ用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、図２３、図２４に示すように、要求光度・光束に応じて、複数の車両用反射型灯具ユニット１００を組み合わせて用いてもよい。図２３は、複数の車両用反射型灯具ユニット１００を２段に組み合わせた例（側面図）であり、図２４は、図２３に示した複数の車両用反射型灯具ユニット１００の上面図である。

複数の車両用反射型灯具ユニット１００を組み合わせて用いる場合、複数の第２リフレクタ３０（複数の第２反射面３１と複数の第３反射面３２）を一括成形（一体成形）で形成しておき、これに、第１リフレクタ（第１反射面２１）を必要個数設置（さらに必要に応じて導光部材４０を設置）するようにすれば、個々の第２反射面３１及び第３反射面３２間の光軸合わせを省略することが可能となる。なお、この一括成形する方式においては、ユニット１００組合せの場合に拡散ユニット・スポット光ユニットなど、配光の異なった種類のユニットを準備する必要は生じず、従来手法に準じて一括成形すれば良い。

また、上記実施形態では、導光部材４０の開口形成部４３によって形成される開口Ｋは開放されているように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、該開口Ｋを覆うレンズ（図示せず）を設け、該レンズを介して第１反射面２１及び第２反射面３１による二回反射光、第３反射面３２による一回反射光を照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、半導体光源１０（ＬＥＤチップ１１）は、灯具正面視斜め右下に向けた状態で配置されているように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、半導体光源１０（ＬＥＤチップ１１）は、灯具正面視斜め左下に向けた状態で配置されていてもよい。あるいは、半導体光源１０（ＬＥＤチップ１１）は、灯具正面視斜め右上又は左上に向けた状態で配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１リフレクタ２０（第１反射面２１）と導光部材４０は、それぞれ、別体の部品であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１リフレクタ２０と導光部材４０とを透明樹脂にて一括成形してもよい。これにより、製造が容易になる。また、部品組み付け工数も低減される。また、この一括成形によって、第１リフレクタ２０の取り付け精度が向上する。これは、第１リフレクタ２０下端部・左端部・右端部の３箇所にて保持されることになるからである。

また、上記実施形態では、灯具正面視左右方向に照射される光のうちの、所定配光パターン（例えば、ヘッドランプ用配光パターン）の形成に適した輝度の光（例えば、図３に０〜５０°で示す円錐範囲中左側に向かうαの範囲の光束×複数のＬＥＤチップ１１。７〜８割程度。図３に０〜１５°で示す円錐範囲中右側に向かうβの範囲の光束×複数のＬＥＤチップ１１。ＬＥＤチップ１１から照射される光量の２割程度）を有効利用するように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、この割合を基準として、幾つか組合せ使用する各ユニットのスポット・フラッド比率を調整することが可能である。特に、近年の左右スラント傾斜が大きいランプ（〜４５°、〜６０°にも回り込んだランプ）の場合、角度の大きなユニットでは拡散比率が高まり、中央寄りのユニットに於いては、スポット比率が高まることは自明である。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

本実施形態の半導体光源を用いた車両用反射型灯具ユニット（ヒートシンク無し）の斜視図である。 本実施形態の半導体光源を用いた車両用反射型灯具ユニット（ヒートシンク有り）の斜視図である。 第２リフレクタ３０を灯具正面から見た図である。 二回反射光学系としての第１反射面２１（中央反射面２１ｃ）及び第２反射面３１により投影される半導体光源１０の光源像１０Ａを説明するための図である。 第１リフレクタ２０の斜視図である。 半導体光源１０を含む鉛直面で切断した中央反射面２１ｃの断面図である。 図６中の矢印Ａで示す方向から見た中央反射面２１ｃの上面図である。 二回反射光学系としての第１反射面２１（両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）及び第２反射面３１により投影される半導体光源１０の光源像１０Ｂ、１０Ｃを説明するための図である。 第２リフレクタ３０の斜視図である。 二回反射光学系としての第１反射面２１（中央反射面２１ｃ）及び第２反射面３１により投影される半導体光源１０の光源像１０Ａを説明するための図である。 図１０に示した光源像１０Ａにより形成される配光パターンＰ１を説明するための図である。 二回反射光学系としての第１反射面２１（両側反射面２１Ｒ、２１Ｌ）及び第２反射面３１により投影される半導体光源１０の光源像１０Ｂ、１０Ｃを説明するための図である。 図１２に示した光源像１０Ｂ、１０Ｃにより形成される配光パターンＰ２を説明するための図である。 一回反射光学系としての第３反射面３２により投影される半導体光源１０の光源像１０Ｄ、１０Ｅを説明するための図である。 一回反射光学系としての第３反射面３２（右反射面３２Ｒ）により投影される半導体光源１０の光源像１０Ｄを説明するための図である。 図１５に示した光源像１０Ｄにより形成される配光パターンＰ３を説明するための図である。 一回反射光学系としての第３反射面３２（左反射面３２Ｌ）により投影される半導体光源１０の光源像１０Ｅを説明するための図である。 図１７に示した光源像１０Ｅにより形成される配光パターンＰ４を説明するための図である。 二回反射光学系及び一回反射光学系それぞれにより投影される光源像１０Ａ〜１０Ｅを重畳した状態を説明するための図である。 図１９に示した光源像１０Ａ〜１０Ｅにより形成される配光パターンＰ１〜Ｐ４（ヘッドランプ用配光パターン）を説明するための図である。 導光部材４０の斜視図である。 ヒートシンク５０の側面図である。 複数の車両用反射型灯具ユニット１００を２段に組み合わせた例（側面図）である。 図２３に示した複数の車両用反射型灯具ユニット１００の上面図である。 従来の半導体光源を用いた車両用反射型灯具を説明するための図である。

符号の説明

１００…車両用反射型灯具ユニット、１０…半導体光源、１１…ＬＥＤチップ、２０…第１リフレクタ、２１…第１反射面、２１ａ…反射面、２１ｂ…反射面、２２…ネジ穴、３０…第２リフレクタ、３１…第２反射面、３１ａ…円柱面、３２…第３反射面、３２ａ…反射面、３２ｂ…反射面、３３…ネジ穴、４０…導光部材、４１…固定部、４２…固定部、４３…開口形成部、４４…入射面、４５…屈曲部、５０…ヒートシンク、５１…固定部、５２…放熱フィン

Claims (1)

1. 車両に搭載され、所定配光パターンを形成する車両用反射型灯具ユニットにおいて、
   発光面を灯具正面視上又は下に向けて配置された半導体光源と、
   前記半導体光源から発光面前方に向けて照射される光のうちの、主に前記半導体光源に対して灯具正面視左右いずれか一方の側に向かう光を二回反射し、前記所定配光パターンの一部である第１配光パターンを形成する二回反射光学系と、
   前記半導体光源から発光面前方に向けて照射される光のうちの、主に前記半導体光源に対して前記一方の側とは反対の他方の側に向かう光を一回反射し、前記所定配光パターンの一部である第２配光パターンを形成する一回反射光学系と、を備え、
   前記二回反射光学系は、第１反射面及び第２反射面を含み、前記第１反射面は焦点が前記半導体光源近傍に設定された放物面系の反射面であり、前記第２反射面は焦点が前記第１反射面の準線上に設定された放物面系の反射面であり、前記半導体光源は、灯具光軸に対して水平方向に若干傾いた軸方向を長手方向として配置されていることを特徴とする半導体光源を用いた車両用反射型灯具ユニット。

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