JP5415463B2 - 車両ヘッドランプ及び車両 - Google Patents

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Description

本発明は、光源を有する車両ヘッドランプに関する。
本発明はまた、ヘッドランプを備える車両にも関する。
そのようなヘッドランプは、自動車、トラック、バス、自転車等の車両、並びに船及び航空機で用いられる。
車両ヘッドランプそれ自体は知られている。車両ヘッドランプは、一般的に、例えば、ハロゲンを含む不活性ガス中に白熱体を備えるランプ（いわゆるハロゲンランプ）、又はイオン化可能ガス中に一対の電極を備えるランプ（いわゆる放電ランプ）を有する。そのようなヘッドランプは、通例、点灯時にいわゆるパッシングビーム(passing beam)又はいわゆる主ビーム(main beam)を生成する二つの光源が組み込まれている。パッシングビーム用の光源及び主ビーム用の光源が単一のランプ容器内に収容されている車両ヘッドランプ（いわゆるＨ４）が知られている。他に、二つの形式の光源、例えば、放電ランプとハロゲンランプとの組み合わせ又は発光ダイオードの輪とハロゲンランプとの組み合わせを用いた車両ヘッドランプが知られている。ランプ容器の外面上に設けられた適宜のコーティングにより一般的にもたらされる有色光を点灯時に生成するヘッドランプも知られている。英国特許出願公開第GB-A 2 200 199号は、第１の（無色白色）光源から色フィルタを備える第２の光源に切り換えることにより光の色が変化する車両ヘッドランプを開示している。
既知の車両ヘッドランプの不利な点は、光源により照射された車両周囲の部分の可視性が不十分であるということである。
本発明の目的は、車両周囲の可視性を改善する冒頭段落に記載の形式の車両ヘッドランプを提供することにある。
この目的を達成するために、本発明による車両ヘッドランプは、前記光源が複数の光電素子を有し、前記光電素子の少なくとも一つの光束が点灯時少なくとも５ルーメン（ｌｍ）であり、前記光源により生成された光ビームのスペクトル特性が該光ビーム内の位置に依存することを特徴とする。
５ルーメン（ｌｍ）以上の光束を持つ、電光素子とも呼ばれる光電素子、例えば、発光ダイオード(LED's)等のエレクトロルミネッセント素子を車両ヘッドランプ用の光源として適宜に用いることができる。かなり高い光束が、周辺光のある状況、例えば、直射日光又は他の車両のヘッドランプから生じた光がある状況下においても、光源より生成された光ビームを距離を隔てて十分にはっきりと観察することができるような十分な光を発生させるために必要とされる。
いわゆるパッシングビーム及び／又はいわゆる主ビームを生成するために、従来の車両ヘッドランプは、国際的に標準化され指定された光ビーム強度に適合させるために６００及び１０００ルーメン（ｌｍ）の間の範囲にある光束を必要とする。光電素子の現行技術、とりわけ、発光ダイオードの現行技術は、可視スペクトルの異なる領域に対して適宜に用いることができる二つの異なる材料系、即ち、青色から緑色の範囲内の光に対するAl In Ga N及び黄色から赤色の範囲内の光に対するAl In Ga Pを産み出している。結果として、いかなる所望のスペクトル特性を、適宜の発光ダイオードを組み合わせることによりもたらすことができる。
かなり高い光束を持つ複数の光電素子を用いることにより、車両の周囲の眺めを改善する車両ヘッドランプを製造することを可能にする。光源により生成された光ビームのスペクトル特性を該光ビーム内の位置に依存させることにより、該光ビームの中央外に位置する対象物がより良好に観察される。この光ビームの中央外の対象物の観察はまた、光ビームの軸上又は軸付近に位置する対象物、言い換えれば、光ビームの中央又は中央近傍に位置する対象物（例えば対向車両）の可視性と呼ばれるいわゆるオンアクシスのビュー(on-axis viewing)と対照的に、オフアクシスのビュー(off-axis viewing)とも呼ばれる。オフアクシスのビューの例は、車両の運転者の視野の端に又は端近傍に位置する対象物、例えば、路肩、車両が走行している道路の端にいる歩行者又はサイクリスト等の（明かりのつけられていない）対象物の観察、及び本発明によるヘッドランプを備える車両が走行している道路と交差する道路上の車両の観察である。
既知の車両ヘッドランプは、二つの形式の光ビーム、即ち、無色白色光又は有色光を持つが、各光ビームは、第１光源から色フィルタを備える第２光源に切り換えることにより生成される。既知の車両ヘッドランプの個々の光ビームは、光ビーム内の位置の関数としてスペクトル特性における実質的な変化を示さない。
本発明による車両ヘッドランプの一実施例は、前記光源が複数の光電素子から構成されることを特徴とする。故に、車両ヘッドランプは、一つの形式の光源から構成される。１０乃至２５０ルーメン（ｌｍ）の範囲にある光束を持つ複数のＬＥＤ又はいわゆるマルチチップパッケージ(multi-chip packages)を組み合わせることにより、２５個のそのような素子の適宜の組み合わせ、又はより少ない、好ましくは１５個のそのような素子の組み合わせ、又はより少ない、例えば４個のそのような素子の組み合わせの光束が、６００及び１０００ルーメン（ｌｍ）の間を範囲とする国際標準規格に適合する。そのようなかなり少数の光電素子を有する車両ヘッドランプの寸法は、従来の車両ヘッドランプの寸法に匹敵する。ＬＥＤを用いる更なる利点は、これら光学素子の耐用寿命が従来の車両ヘッドランプの耐用寿命と比較して非常に長いことである。
本発明による車両ヘッドランプの好ましい実施例においては、前記光ビームが、実質的に異なるスペクトル特性を持つ少なくとも二つのビームセグメントを有する。一般に、車両ヘッドランプにより放射される光ビームの強度は、該光ビーム内の位置の関数として減少する、即ち、強度は、光ビームの中央において最大であり、該光ビームの中央からより遠くの位置に向けて徐々に減少する。結果として、いわゆるオンアクシスのビューに対する光の強度は、いわゆるオフアクシスのビューに対する光の強度よりもかなり高い。
人間の目の感度は光の波長で変化し、一般的に、異なる波長の等量のエネルギが異なる明るさの感覚をもたらすことがよく知られている。言い換えると、スペクトルを考え、（時間の単位毎に）受けたエネルギが全ての波長に対して等しい場合、可視領域の中域が赤色端及び青色端よりも明らかに明るいであろう。光の強度がかなり高い（発光効率≧３．５ｃｄ／ｍ２）である場合、明るさの最大値は、５５５ｎｍの波長（緑色／黄色）、いわゆる明順応視感度曲線に位置する。この波長においては、とりわけ錐状体が人間の目において活性化する。光の強度がかなり低い（発光効率≦０．０３５ｃｄ／ｍ２）である場合、明るさの最大値は、５０７ｎｍの波長（青色／緑色又はシアンブルー）、いわゆる暗順応視感度曲線に位置する。この波長においては、とりわけ桿状体が人間の目において活性化する。
本発明は、光ビームのオンアクシス部分及びオフアクシス部分に対して実質的に異なる光ビームのスペクトル特性をもたらすことが有利であると言うことを認識している。とりわけ、光ビームのオフアクシス部分において、光のスペクトル特性をかなり低い光強度に適合させる。このように、光源により生成された光ビームのスペクトル特性を該光ビーム内の位置に依存させることにより、該光ビームの中央外に位置する対象物の可視性が改善される。
また、実際には、明順応光ビーム及び暗順応光ビームは好ましくは広範なスペクトルを持ち、これら光ビームの両方とも多かれ少なかれ"白色"の様相を持つことに注意されたい。明順応光ビーム及び暗順応光ビームの違いは、高い色温度を持つ光ビーム及び低い色温度を持つ光ビームの違いのように対応する。
上述のビームセグメントは部分的なオーバーラップを呈するセグメントを有する可能性がある。それらビームセグメント間のあり得る非連続的な遷移が、車両の運転者により不快なものとして知覚されるかもしれない。
本発明による車両ヘッドランプの一実施例は、前記ビームセグメントの一つのスペクトル特性が薄明視に適合するように(mesotopically)調整されることを特徴とする。明順応視感度曲線及び暗順応視感度曲線の間の範囲は、薄明視感度曲線（０．０３５≦発光効率≦３．５ｃｄ／ｍ２）と呼ばれる。本発明による車両ヘッドランプの光ビームから生じる光のスペクトル特性、とりわけ、該光ビームのオフアクシス部分における光のスペクトル特性を、かなり低い光強度に適合したスペクトル特性に適合させることにより、該光ビームの中央外に位置する対象物がより良好に観察される。その結果として、車両の運転者は、該車両周囲のより良好な眺めを持つことになる。
本発明による車両ヘッドランプの好ましい実施例においては、第１ビームセグメントが、緑色から黄色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を持ち、第２ビームセグメントが、青色から緑色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を持つ。一方においては、光ビームのオンアクシス部分（第１ビームセグメント）において、明順応視感度曲線に適合した光のスペクトル特性、即ち、緑色から黄色の範囲内の光が豊富な光のスペクトル特性が与えられる。他方においては、光ビームのオフアクシス部分（第２ビームセグメント）において、暗順応視感度曲線に適合した光のスペクトル特性、即ち、青色から緑色の範囲内の光が豊富な光のスペクトル特性が与えられる。
本発明のこれらの及び他の特徴が、以下に記載の実施例を参照して明らかとなるであろう。
本発明によるヘッドランプを備える車両の斜視図である。 図１Ａに示される車両の一部の平面図である。 規則的なパターンに応じて配置された複数の光電素子を有する光源の断面図である。 第１ビームセグメントにより生成されたいわゆるパッシングビームと第２ビームセグメントにより生成されたいわゆるオフアクシス光ビームとの組み合わせを示す。 図３Ａのパッシングビーム及びオフアクシス光ビームといわゆる主ビームとの組み合わせを示す。 主として黄色光からなるかなり幅広の光ビームを示す。 図４Ａのかなり幅広の光ビームと車両のハンドルの位置に依存するサイド光ビームとの組み合わせを示す。
図は、単に図的であり、縮尺通りには描かれていない。とりわけ、明白にするために、ある寸法は大きく誇張されている。これらの図において、同様の参照番号は、できる限り同様の部分を参照している。
図１Ａは、道路１０上に位置し、本発明によるヘッドランプ２、３を備える車両１の非常に図的な斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示される車両１の一部の図的な平面図である。車両ヘッドランプ２には、長手方向９に（発散）光ビーム６，６'を放射する光源４が設けられ、車両ヘッドランプ３には、長手方向９に（発散）光ビーム７，７'を放射する光源５が設けられている。図１Ｂは更に、光ビーム６，６'により放射された光を捕捉するための仮想スクリーン１５を示している。本発明によれば、光源４及び５により生成された光ビーム６，６'及び７，７'のスペクトル特性が、それぞれ、光ビーム６，６'及び７，７'内の位置に依存する。
図１Ｂに示される例においては、車両ヘッドランプ２及び３の光源４及び５の光ビームが、それぞれ、二つのビームセグメント６，６'及び７，７'に細分され、第１ビームセグメント６及び７は、第２ビームセグメント６'及び７'のスペクトル特性と実質的に異なるスペクトル特性を持つ。他の例においては、光ビームは、異なるスペクトル特性を持つ複数のビームセグメント、例えば、３又は４個のビームセグメントからなっても良い。他の例においては、二つ以上のビームセグメントから生じた光がオーバーランプを呈しても良い。光ビームの一般的に拡散する特性の結果として、種々のビームセグメント６，６'や７，７'間のオーバーラップ領域はしばしば不可避なものである。
図２は、規則的なパターンに応じて配置されている複数の光電素子１１，１２，１３及び１４を有する光源４の断面図である。同様に、複数の光電素子が、光源５（図示せず）内に設けられても良い。光電素子が光源４において配列されるパターンは、光源５におけるパターンと異なっても良い。例えば、対照の理由のために、光電素子が光源５において配列されるパターンは、光源４におけるパターンに対して鏡面対照(mirrored-inverted)にされても良い。更に、光源４における光電素子１１，１２，１３及び１４の数は、光源５における数と等しい必要はない。光電素子１１，１２，１３及び１４のアレイは、平坦な基板上に設けられる必要はなく、他の例においては、湾曲した基板上に設けられても良い。光電素子１１，１２，１３及び１４のアレイが設けられる基板の形状は、種々の光電素子１１，１２，１３及び１４により放射される光ビームの所望の方向によりかなりの程度決定される。
本発明によれば、光電素子１１，１２，１３及び１４の少なくとも一つの光束が点灯時少なくとも５ルーメン（ｌｍ）である。好ましくは、点灯時、全ての光電素子１１，１２，１３及び１４が５ルーメン（ｌｍ）を超える光束を持つ。好ましくは、車両ヘッドランプ２、３は、単一の形式の光源４、５から構成される。言い換えれば、光源４及び５は、複数の光電素子１１，１２，１３及び１４から好ましくは排他的に構成される。
５ルーメン（ｌｍ）以上の光束を持つ光電素子を効率良く用いるべき場合、車両ヘッドランプに熱放散手段を設けることが望ましい。例えば、光電素子１１，１２，１３及び１４が設けられる基板が金属又は合金から構成されても良い。結果として、光電素子１１，１２，１３及び１４から基板への良好な熱伝導が達成される。
図２に示される例においては、光源４及び５は、複数の発光ダイオード(LED's)から排他的に構成される。この例においては、８×３個のＬＥＤのアレイである。識別の目的のために、図２においては、行が文字Ａ，Ｂ，Ｃにより示され、列が桁１乃至８により示されている。青色、黄色／橙色、赤色及び緑色光用の１０乃至２５０ルーメン（ｌｍ）範囲内の光束を持つ発光ダイオード(LED's)又はいわゆるマルチチップパッケージ(multi-chip packages)を用いることにより、２５個のそのような素子の適宜の組み合わせ、又はより少ない、好ましくは１５個のそのような素子の組み合わせ、又はより少ない、例えば４個のそのような素子の組み合わせの光束が、６００及び１０００ルーメン（ｌｍ）の間の範囲内である、パッシングビーム及び／又は主ビームの生成に関する国際的に標準化され指定されている強度に適合する。そのようなかなり少数の光電素子１１，１２，１３及び１４を持つ車両ヘッドランプ２及び３の寸法は、従来の車両ヘッドランプの寸法に匹敵するか、該寸法よりかなり小さい。
複数の光電素子１１，１２，１３及び１４を用いることにより、並びに複数の光電素子１１，１２，１３及び１４を選択的にスイッチオン及びオフすることにより、光源４及び５により生成される光ビームを、実質的に異なるスペクトル特性を持つ一つ以上のビームセグメント６，６'及び７，７'にかなり容易に細分することができる。車両１又は車両ヘッドランプ２及び３は、好ましくは、光電素子１１，１２，１３及び１４の光束を互いに対して変化させるための手段（図示せず）を備える。
図２に示される例においては、赤色のＬＥＤが参照番号１１により示され、緑色のＬＥＤが参照番号１２により示され、青色のＬＥＤが参照番号１３により示され、黄色又は白色のＬＥＤが参照番号１４により示されている。ＬＥＤを図２に示されるように配置することにより、あり得る色作用のかなりの低減が、車両ヘッドランプにより放射された光を望む観察者（例えば対向車）に対して達成される。更に、ＬＥＤから生じた色を効果的に混合する光学系が利用可能である。これは、とりわけ、赤色のＬＥＤが制動灯と誤解されないようにするために重要である。
図２に示されるＬＥＤのアレイの例は、少なくとも４個の形式の光ビーム、即ち、パッシングビーム、主ビーム、悪天候用のビーム、及び光の強度がかなり低い領域における使用に特に適合したビームを生成する集積モジュールを表している。
アレイの形態で光電素子１１，１２，１３及び１４を配列すること(ordering)、備え付けること(providing)並びに選択的にスイッチオン及びオフすること自体、発明として見なされても良い。
図３Ａは、第１ビームセグメント６により生成されたいわゆるパッシングビームと第２ビームセグメント６'により生成されたいわゆるオフアクシス光ビーム(off-axis light beam)との組み合わせを示している。ビームセグメント６及び６'から生じた光は、仮想スクリーン１５（図１Ｂ参照）により捕捉されている。この場合、観察者は長手方向９に対向して見ている。図２を参照すると、第１の、いわゆるオンアクシスビームセグメント(on-axis beam segment)６は、ＬＥＤＡ１乃至Ａ８，Ｂ３，Ｂ６及びＢ７から生じた光ビームにより生成され、一方第２の、いわゆるオフアクシスビームセグメント(off-axis beam segment)６'は、ＬＥＤＢ１，Ｂ２，Ｃ１及びＣ２から生じた光ビームにより生成される。図２に示される他のＬＥＤは、かかる照明状況下ではスイッチオフされる。
図３Ｂは、図３Ａのパッシングビーム及びオフアクシスビームに加えて、オンアクシスの観察状況を改善するために主に働くいわゆる主ビームを示している。黄色又は白色のＬＥＤＢ４及びＢ５を付加的にスイッチオンすることにより、第３ビームセグメント６"が得られる。第１ビームセグメント６及び第３ビームセグメント６"のスペクトル特性は異なっても良い。例えば、長距離の可視性を改善するために主ビーム（ビームセグメント６"）においてとりわけ黄色光の量を増加することが望ましいかもしれない。また、主ビーム（ビームセグメント６"）のスイッチオン時、パッシングビーム（ビームセグメント６）の一部及び／又はオフアクシスビーム（ビームセグメント６'）の一部をスイッチオフすることが望ましいかもしれない。
車両１の周囲の眺めを改善するために、実質的に異なる光ビームのスペクトル特性を、該光ビームのオンアクシス部分及びオフアクシス部分の間にもたらす。とりわけ、光ビームのオフアクシスビームセグメント６'及び７'において、光のスペクトル特性をかなり低い光強度に適合させる。かなり低い光強度において良好な観察野(observation field)を得るために、好ましくは、前記ビームセグメントうちの一つ６'，７'のスペクトル特性を薄明視に適合するように調整する(mesotopically tuned)。これは、第１ビームセグメント６及び７並びに第３ビームセグメント６"及び７"に白色又は黄色から橙色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を与え、第２ビームセグメント６'及び７'に青色から緑色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を与えることにより達成することができる。このように光源により生成された光ビームのスペクトル特性を該光ビーム内の位置に依存させることにより、光ビームの中央外に位置する対象物がより良好に観察される。
好ましくない天候、とりわけ霧及び雪の天候において、霧や雪の粒子によりもたらされる後方散乱により可視性が低減される場合、光源４，５により生成される光ビームの構成及びスペクトル成分の両方を、異なるＬＥＤの組み合わせを活性化することにより及び種々のＬＥＤの出力レベルを変化させることにより適合させることができる。これら適合の結果として、光の全体的なスペクトル分布が変更される。そのような適合の例が図４Ａに示されている。ここでは、実質的に黄色光からなるかなり幅広のビーム１６が得られる。可視光における青色成分を省くことにより後方散乱の作用がかなり低減される。
図４Ｂは、図４Ａのかなり幅広のビーム１６と、形状、強度及び位置が車両１のハンドルの位置に依存するサイド光ビーム１６'との組み合わせを示している。このようなサイド光ビーム１６'は、好ましくは、カーブ(bend)を曲がる場合又は横道に入る場合に車両のハンドルが所定の限界角を超えるまでスイッチオンされない。このようにして、車両が位置し、車両が向かっている表面領域及び空間が可能な限り素早く動的に照射される。
一般に、ＬＥＤモジュールは低電圧の直流で動作し、故に、それらモジュールを車両において有利に用いることができる。
本発明の範囲内において多くの変形例が当業者にとって可能であることは明らかであろう。例えば、車両ヘッドランプは、矩形（長方形）、円形、楕円形等種々の異なる形状を持っても良い。また、一つ以上の光電素子が、インジケータ(indicator)として用いるのに適するかもしれない。原則的に、光ビームの寸法は、例えば、車両がより低速にある場合に（路肩を照射する）より幅の広い光ビームを生成することにより、又はかなり高速の場合にビームを狭くすることにより等任意に調整可能である。更に、（排他的に）光電素子を用いることに起因する選択の自由度が大きい結果として、車両ヘッドランプの位置は最早（路面直上で車両前方における）従来の位置に制限されない。車両１のフロントガラス近傍に複数の光電素子の少なくとも一部を設けることが望ましいかもしれない。車両の側面に前記光電素子の他の部分を設けることも可能である。ＬＥＤの効率及び光出力が将来増大することにより、ＬＥＤの数を更に低減することができるであろう。
本発明の保護範囲は、上述の例に制限されない。本発明は、新規の特徴のそれぞれ及び特徴の組み合わせそれぞれに取り入れられる。請求項における参照番号は、本発明の保護範囲を制限するものではない。"有する"なる語を用いることは、請求項に言及される構成要素以外の構成要素の存在を除外するものではない。単数表現される構成要素は、複数のそのような構成要素の存在を除外するものではない。
１ 車両
２，３ 車両ヘッドランプ
４，５ 光源
６，６'，６"，７，７'，７" 光ビーム（ビームセグメント）
１１，１２，１３，１４ 光電素子

Claims (6)

  1. 光源を有する車両ヘッドランプであって、前記光源は複数の光電素子を有し、前記光電素子の少なくとも一つの光束が点灯時少なくとも５ルーメン（ｌｍ）であり、前記光源により生成された光ビームは、実質的に異なるスペクトル特性を持つ少なくとも二つのビームセグメントを有し、第１ビームセグメントが、緑色から黄色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を持ち、第２ビームセグメントが、青色から緑色の範囲内の光が豊富なスペクトル特性を持つ、車両ヘッドランプ。
  2. 前記光源が複数の光電素子から構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両ヘッドランプ。
  3. 前記光ビームは、第３ビームセグメントを有し、前記第３ビームセグメントは、長距離の可視性を改善するために前記第１ビームセグメントに対して黄色の量が増加されていることを特徴とする請求項１に記載の車両ヘッドランプ。
  4. 発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両ヘッドランプ。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッドランプを備える車両。
  6. 当該車両又は前記車両ヘッドランプが前記光電素子の光束を互いに対して変化させる手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の車両。
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