JP6163703B2 - 車両用灯具及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置、これを用いた車両用灯具及びこれを搭載した車両に係り、特に、車両用灯具の薄型化を実現することが可能な発光装置、これを用いた車両用灯具及びこれを搭載した車両に関する。

従来、車両用灯具の分野においては、ＬＥＤ等の半導体発光素子を用いた車両用灯具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１５は、従来のＬＥＤ等の半導体発光素子を用いた車両用灯具２００の例である。

図１５に示すように、車両用灯具２００は、投影レンズ２１０、ＬＥＤ等の半導体発光素子２２０、第１焦点Ｆ１が半導体発光素子２２０近傍に設定され、第２焦点Ｆ２が投影レンズ２１０の車両後方側焦点Ｆ近傍に設定された回転楕円系の第１反射面２３０ａ、第１反射面２３０ａの前端から前方へ向けて下向き（光軸ＡＸ寄り）に傾斜するように延びる第２反射面２３０ｂ、シェード２４０等を備えている。

図１６は、半導体発光素子２２０の指向特性を説明するための図である。図１６に示すように、半導体発光素子２２０から放出される光の指向特性は略ランバーシアンになる。ランバーシアンとは、半導体発光素子２２０の光軸ＡＸ_２２０から角度θだけ傾いた方向の光度Ｉ（θ）が、光軸上（θ＝０）の光度Ｉ_０に対してＩ（θ）＝Ｉ_０×ｃｏｓθで表される配光特性をいう。これは、半導体発光素子２２０が放出する光の広がりを表している。図１６に示すように、光軸ＡＸ_２２０直上の光度が最大となる。

上記構成の車両用灯具２００においては、半導体発光素子２２０から放出される相対的に高い光度の光（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光。図１６では、半値角＝６０°）のうち第１反射面２３０ａに入射した光ＲａｙＡは、当該第１反射面２３０ａで反射されて投影レンズ２１０の車両後方側焦点Ｆ近傍で集光した後、投影レンズ２１０を透過して前方に照射される。一方、第２反射面２３０ｂに入射した光ＲａｙＢは、当該第２反射面２３０ｂで反射されて第２焦点Ｆ２の上方を通過し、投影レンズ２１０を透過して前方に照射される。以上のようにして、車両前面に正対した仮想鉛直スクリーン（車両前面から約２５ｍ前方に配置されている）上に、所定配光パターンが形成される。

特許第４０８０７８０号公報

上記構成の車両用灯具２００においては、第１反射面２３０ａからの反射光ＲａｙＡに加えて、第２反射面２３０ｂからの反射光ＲａｙＢを投影レンズ２１０の車両後方側焦点Ｆ近傍に集光させることで、高い照度の配光パターンを形成することが可能となるものの、このようにすると、第２反射面２３０ｂからの反射光ＲａｙＢの、投影レンズ２１０の車両後方側焦点Ｆに対する入射角がきつくなり、投影レンズ２１０の鉛直方向寸法が大きくなる（結果として、車両用灯具２００の鉛直方向寸法が大型化する）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、車両用灯具の鉛直方向の薄型化を実現することが可能な発光装置、これを用いた車両用灯具及びこれを搭載した車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、発光の指向特性がランバーシアンの半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出される光の少なくとも一部を反射する反射面と、前記反射面に対して垂直の方向に延びる面と、を備えており、前記半導体発光素子は、前記半導体発光素子の光軸が前記反射面の面内方向と平行になるように前記面に固定されている。

請求項１に記載の発明によれば、反射面の作用により、半導体発光素子から反射面側に放出される光を折り返して反射する構成であるため、光利用効率の高い、車両用灯具の鉛直方向の薄型化に適した発光装置を構成することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記面として前記反射面に対して面直の方向に延びるＮ個（但し、Ｎは３以上の整数）の側面を含むＮ角柱型の支持体をさらに備えており、前記半導体発光素子は、前記Ｎ個の側面のうち少なくとも１つの側面に固定されている。

請求項２に記載の発明によれば、反射面の作用により、半導体発光素子から反射面側に放出される光を折り返して反射する構成であるため、双指向性を半分にした半双指向性の分布を持つ光を放出する、車両用灯具の鉛直方向の薄型化に適した発光装置を構成することが可能となる。

本発明は、車両用灯具の発明として次のように特定することもできる。

請求項１又は２に記載の発光装置と、前記発光装置から放出される光を車両前方に照射するように構成されたプロジェクタ型光学系と、を備える車両用灯具。

請求項１又は２に記載の発光装置と、前記発光装置から放出される光を車両前方に照射するように構成されたリフレクタ型光学系と、を備える車両用灯具。

また、本発明は、車両の発明として次のように特定することもできる。

請求項３又は４に記載の車両用灯具が搭載された車両。

以上説明したように、本発明によれば、車両用灯具の鉛直方向の薄型化を実現することが可能な発光装置、これを用いた車両用灯具及びこれを搭載した車両を提供することが可能となる。

本実施形態の発光装置１０の斜視図である。 発光装置１０の平面図である。 （ａ）半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の指向特性を説明するための図、（ｂ）発光装置１０の指向特性を説明するための図である。 発光装置１０の指向特性を説明するための図である。 本実施形態の車両用灯具ユニット２０の斜視図である。 車両用灯具ユニット２０をその光軸ＡＸ_２０を含む鉛直面で切断した断面図である。 車両用灯具ユニット２０をその光軸ＡＸ_２０を含む水平面で切断した断面図である。 車両用灯具ユニット２０により形成される配光パターンＰ１、Ｐ２の例である。 車両用灯具ユニット２０Ａをその光軸ＡＸ_２０Ａを含む鉛直面で切断した断面図である。 車両用灯具ユニット２０Ａに用いられる一般的な半導体発光素子１４Ａの指向特性（単一指向性）の例である。 車両用灯具ユニット２０Ａにより形成される配光パターンＰ１Ａの例である。 車両用灯具ユニット３０の斜視図である。 車両用灯具ユニット３０をその光軸ＡＸ_３０を含む鉛直面で切断した断面図である。 車両用灯具ユニット３０により形成される配光パターンＰ４の例である。 従来のＬＥＤ等の半導体発光素子を用いた車両用灯具２００の例である。 半導体発光素子２２０の指向特性を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態である車両用灯具ユニット２０について、図面を参照しながら説明する。

まず、車両用灯具ユニット２０に用いられる発光装置１０について説明する。

［発光装置１０］
図１は本実施形態の発光装置１０の斜視図、図２は平面図、図３（ａ）は半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の指向特性を説明するための図、図３（ｂ）、図４は発光装置１０の指向特性を説明するための図である。

図１、図２に示すように、本実施形態の発光装置１０は、支持体１２、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）、平面ミラー部材１６、支持基板１８等を備えている。

支持体１２は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）を支持するための部材で、例えば、プリント基板等の矩形板状部材の２つの角を左右対称に斜めに切断することで、上面、下面及び６つの側面１２ａ〜１２ｆを含む六角柱形状の板状部材とされている。６つの側面１２ａ〜１２ｆは、支持基板１８上に実装された平面ミラー部材１６の上面を覆う反射面１６ａに対して面直（垂直）の方向に延びている。６つの側面１２ａ〜１２ｆのうち、車両前方に向けられる側面１２ｆを除く５つの側面１２ａ〜１２ｅは、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）を実装するための面として用いられる。図２に示すように、５つの側面１２ａ〜１２ｅは、平面視で点Ｏを中心とする円弧Ａに沿って配置されている。

支持体１２は、その下面が、平面ミラー部材１６の上面を覆う反射面１６ａに接着等の公知の手段により固定されている。

半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、白色光を発する半導体発光素子で、矩形の発光面（例えば、高さ寸法：０．５ｍｍ×幅寸法：２ｍｍ）を含んでいる。発光面の形状は、鉛直方向に薄く水平方向（左右方向）に広がりのある配光パターンを形成する観点から、高さ寸法が幅寸法に比べ短い方が望ましい。

半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、例えば、発光色が青系のＬＥＤチップ（又はレーザーダイオード）と黄色系の蛍光体（例えば、ＹＡＧ蛍光体）とを組み合わせた構造の白色光源である。なお、半導体発光素子１４は、法規で規定されたＣＩＥ色度図上の白色範囲を満たす光を出射するものであればよく、ＲＧＢ三色のＬＥＤチップ（又はレーザーダイオード）を組み合わせた構造の半導体発光素子であってもよいし、その他構造の半導体発光素子であってもよい。

半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、支持体１２の５つの側面１２ａ〜１２ｅにそれぞれ固定されている。具体的には、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、矩形の発光面が反射面１６ａに対して垂直となり、かつ、矩形の発光面の下端縁（長辺）が反射面１６ａに接するように、５つの側面１２ａ〜１２ｆにそれぞれ固定されて（図１参照）、平面視で点Ｏを中心とする円弧Ａに沿って配置されている（図２参照）。この結果、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、その光軸が反射面１６ａの面内方向に対して平行になる。なお、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、５つの側面１２ａ〜１２ｆのうち少なくとも１つの側面に固定されていればよい。

５つの半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、電気的に直列に接続されており、支持基板１８と平面ミラー部材１６との間、平面ミラー部材１６と支持体１２との間を電気的に接続する配線パターン（又はワイヤ。図示せず。）等を介して供給される定電流により点灯する。

平面ミラー部材１６の上面は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の発光面の下端縁（長辺）から、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の発光面に対して垂直の方向に拡がる反射面１６ａで覆われている。反射面１６ａは、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から放出される光の少なくとも一部を反射する反射面で、例えば、平面ミラー部材１６の上面に対してアルミや銀等の金属蒸着を施すことで形成された反射層（又は反射面）である。なお、反射面１６ａは、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）が発する光を折り返して反射する反射面（正反射又は鏡面反射する平面ミラーが望ましい）であればよく、平面ミラー部材１６の上面に接着された薄い板状の反射部材であってもよいし、あるいは、平面ミラー部材１６が金属製の場合には、当該平面ミラー部材１６の上面に対して鏡面研磨を施すことで形成された反射面であってもよい。

次に、上記構成の発光装置１０の指向特性について説明する。

まず、半導体発光素子１４の指向特性について説明する。

図３（ａ）中の２つの円は、半導体発光素子１４ａ、１４ｅを、点Ｏを含む鉛直面Ｂ（図２、図４参照）で切断した断面における指向特性（双指向性）を表している。

図３（ａ）に示すように、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から放出される光の指向特性は、略ランバーシアンになる。半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の光度は、その光軸直上の光度が最大となる。例えば、図３（ａ）に示すように、半導体発光素子１４ａの光度は光軸ＡＸ_１４ａ直上の光度が最大となり、半導体発光素子１４ｅの光度は光軸ＡＸ_１４ｅ直上の光度が最大となる。他の半導体発光素子１４ｂ〜１４ｄも同様である。

次に、上記構成の発光装置１０の指向特性について説明する。

半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は、その発光面が反射面１６ａに対して垂直となり、かつ、発光面の長辺が反射面１６ａに接するように、５つの側面１２ａ〜１２ｆにそれぞれ固定されている（図１、図２参照）。従って、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から出射して反射面１６ａに入射した光は、当該反射面１６ａで反射されて折り返されて上方に向かう。

その結果、発光装置１０の、半導体発光素子１４ａ、１４ｅを、点Ｏを含む鉛直面Ｂ（図２、図４参照）で切断した断面における指向特性は、図３（ａ）に示す光軸ＡＸ_１４ａ（及び光軸ＡＸ_１４ｅ）より下半分に描いた半円を光軸ＡＸ_１４ａ（及び光軸ＡＸ_１４ｅ）に沿って折り返した分布（すなわち、双指向性を上半分にした半双指向性の分布）となる（光軸ＡＸ_１４ａ、ＡＸ_１４ｅを含む水平面内の強度が最大となる）。

一方、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）は平面視で点Ｏを中心とする円弧に沿って配置されているため（図２参照）、発光装置１０の上面から見た指向特性は、図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、点Ｏを中心に放射状に広がる分布となる。

図４中の点線は、発光装置１０の指向特性を三次元的に表現したものである。

図４に示すように、発光装置１０の指向特性は、図３（ｂ）に示す光軸ＡＸ_１４ａ（及び光軸ＡＸ_１４ｅ）より上半分に実線で描いた半円を、点Ｏを通る鉛直軸ＡＸ_Ｏを中心に所定角度（例えば、約１８０°）回転させた立体形状の分布となる。この分布は、光軸ＡＸ_１４ａ（及び光軸ＡＸ_１４ｅ）を含む水平面内の強度が最大で水平面から離れるに従って強度が低下する、配光パターン（例えば、ロービーム用配光パターン）の分布に略一致した立体形状の分布となる。

以上説明したように、本実施形態の発光装置１０によれば、反射面１６ａの作用により、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から反射面１６ａ側に放出される光を折り返して反射する構成であるため、光利用効率の高い発光装置を構成することが可能となる。

また、本実施形態の発光装置１０によれば、反射面１６ａの作用により、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から反射面１６ａ側に放出される光を折り返して反射する構成であるため、双指向性（図３（ａ）参照）を半分にした半双指向性（図３（ｂ）参照）の分布を持つ光を放出する発光装置を構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、支持体１２が６つの側面１２ａ〜１２ｆを含む六角柱形状の板状部材であ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、支持体１２は、Ｎ個（但し、Ｎは３以上の整数）の側面を含むＮ角柱形状の板状部材であってもよい。

また、上記実施形態では、半導体発光素子１４の発光面が高さ寸法：０．５ｍｍ×幅寸法：２ｍｍの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、半導体発光素子１４の発光面は、高さ寸法：０．１ｍｍ×幅寸法：０．１ｍｍの正方形であってもよいし、それ以外の形状であってもよい。

［車両用灯具ユニットの構成例１］
次に、上記構成の発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット２０の構成例について説明する。

図５は本実施形態の車両用灯具ユニット２０の斜視図、図６は車両用灯具ユニット２０をその光軸ＡＸ_２０を含む鉛直面で切断した断面図である。

本実施形態の車両用灯具ユニット２０は、自動車等の車両の前面の左右両側に配置されて車両用前照灯を構成する。車両用灯具ユニット２０には、その光軸調整が可能なように公知のエイミング機構（図示せず）が連結されている。

車両用灯具ユニット２０は、ロービーム用配光パターンを形成するように構成されたプロジェクタ型の灯具ユニットであり、図５、図６に示すように、投影レンズ２１、発光装置１０、メイン反射面２２、シェード２３、第１サブ反射面２４、第２サブ反射面２５、ミラーシェード兼保持部材２６等を備えている。

図６に示すように、投影レンズ２１は、アルミ等の金属製ミラーシェード兼保持部材２６に保持されて、車両前後方向に延びる光軸ＡＸ_２０上に配置されている。

投影レンズ２１は、例えば、車両前方側表面が凸面で車両後方側表面が平面の平凸非球面の投影レンズである。

発光装置１０は、その反射面１６ａを、光軸ＡＸ_２０を含む上向きの水平面とした状態で、ミラーシェード兼保持部材２６に固定されている。光軸ＡＸ_２０は点Ｏを通っており、かつ、支持体１２の側面１２ｆは車両前方に向けられている（図２参照）。従って、発光装置１０の指向特性は、図３（ｂ）、図４に示すように、光軸ＡＸ_２０を含む水平面内の強度が最大の半双指向性の分布となる。

図６に示すように、メイン反射面２２は、第１焦点Ｆ１_２２が半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）近傍に設定され、第２焦点Ｆ２_２２が投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１近傍に設定された回転楕円系の反射面（回転楕円面又はこれに類する自由曲面等）である。

図７は、車両用灯具ユニット２０をその光軸ＡＸ_２０を含む水平面で切断した断面図である。

メイン反射面２２は、発光装置１０からの光、すなわち、図４に点線で示す立体形状の分布の光が入射するように、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）を覆っている。具体的には、メイン反射面２２は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の周囲、例えば、車両後方側に延びる光軸ＡＸ_２０に対して左右１２０°（合計２４０°）の範囲（図７参照）から上方に延びて、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の上方を覆っている（図６参照）。メイン反射面２２の下端縁２２ａは、光軸ＡＸ_２０を含む水平面上に位置している（図６参照）。

従って、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から放出される相対的に高い光度の光Ｒａｙ２（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））は、メイン反射面２２のうち光軸ＡＸ_２０を含む水平面近傍の領域２２ｂに入射する（図６参照）。

メイン反射面２２（領域２２ｂ）は鉛直方向では楕円であるため、鉛直方向に関しては、メイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２は、第２焦点Ｆ２_２２に集光し投影レンズ２１でほぼ平行光線となる（図６参照）。一方、メイン反射面２２（領域２２ｂ）は水平方向では楕円ではないため、水平方向に関しては、投影レンズ２１を透過したメイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２は、いったん交差した後、水平方向に拡散される（図７参照）。これにより、図８に示すように、鉛直方向に薄く水平方向（左右方向）に広がりのある高い照度の部分配光パターンＰ１（高照度帯）が形成される。図８は、車両用灯具ユニット２０により形成される部分配光パターンＰ１の例である。

なお、メイン反射面２２は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の周囲に配置されていればよく、光軸ＡＸ_２０に対して左右１２０°（合計２４０°）の範囲に限定されず、適宜の範囲に配置することが可能である。

図６に示すように、シェード２３は、投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１から発光装置１０（半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ））側に延びるミラー面２３ａを含んでいる。シェード２３の前端縁は、投影レンズ２１の車両後方側の焦点面に沿って凹に湾曲している。ミラー面２３ａに入射し上向きに反射される光は投影レンズ２１で屈折して路面方向に向かう。すなわち、ミラー面２３ａに入射した光がカットオフラインを境に折り返されてカットオフライン以下の配光パターンに重畳される形となる。これにより、図８に示すように、ロービーム用配光パターンＰ１の上端縁にカットオフラインＣＬが形成される。

第１サブ反射面２４は、第１焦点Ｆ１_２４が半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）近傍に設定され、第２焦点Ｆ２_２４が第２サブ反射面２５の下方の所定位置に設定された回転楕円系の反射面（回転楕円面又はこれに類する自由曲面等）である。

第１サブ反射面２４は、発光装置１０から前方上向きに放出される光（半双指向性）が入射するように、メイン反射面２２の先端付近から投影レンズ２１に向かって延びて、投影レンズ２１とメイン反射面２２との間に配置されている。なお、第１サブ反射面２４は、その先端が投影レンズ２１に入射するメイン反射面２２からの反射光を遮らない長さとされている。

メイン反射面２２と第１サブ反射面２４とは、金型を用いて一体成形されたリフレクタ基材に対してアルミ蒸着等の鏡面処理を施すことで、一つの部品として構成されている。これにより、各反射面２２、２４を個々の部品として構成する場合と比べ、部品点数の削減、各反射面２２、２４の組み付け工程の簡略化、さらには、各反射面２２、２４の組み付け誤差の低減等が可能となる。なお、メイン反射面２２と第１サブ反射面２４とは、一体成形することなく個々の部品として構成してもよい。

第２サブ反射面２５は、第１サブ反射面２４で反射されて第２焦点Ｆ２_２４で集光する光が入射するように、投影レンズ２１とその車両後方側焦点Ｆ_２１との間に配置されている。

第２サブ反射面２５は、例えば、平面鏡であり、水平面に対して傾斜して配置されている。

上記構成の車両用灯具ユニット２０によれば、発光装置１０から放出される光のうち相対的に高い光度の光Ｒａｙ２（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））は、メイン反射面２２のうち光軸ＡＸ_２０を含む水平面近傍の領域２２ｂに入射する（図６参照）。メイン反射面２２（領域２２ｂ）は鉛直方向では楕円であるため、鉛直方向に関しては、メイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２は、第２焦点Ｆ２_２２に集光し投影レンズ２１でほぼ平行光線となる（図６参照）。一方、メイン反射面２２（領域２２ｂ）は水平方向では楕円ではないため、水平方向に関しては、投影レンズ２１を透過したメイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２は、いったん交差した後、水平方向に拡散される（図７参照）。これにより、図８に示すように、鉛直方向に薄く水平方向（左右方向）に広がりのある高い照度の部分配光パターンＰ１（高照度帯）が形成される。

一方、発光装置１０から放出される光のうち領域２２ｂ以外のメイン反射面２２に入射した光（相対的に低い光度の光。例えば、光度の割合が５０％となる半値角から外の光）は、上記と同様、領域２２ｂ以外のメイン反射面２２で反射されて、仮想鉛直スクリーン（車両前面から約２５ｍ前方に配置されている）上に、鉛直方向及び左右方向に広がりのある部分配光パターンＰ２を形成する（図８参照）。

以上のようにして、部分配光パターンＰ１（高照度帯）と部分配光パターンＰ２とを含む遠方視認性に優れた合成配光パターン（ロービーム用配光パターン）が形成される。

また、発光装置１０から放出されて第１サブ反射面２４に入射する光は、当該第１サブ反射面２４及び第２サブ反射面２５で反射されて投影レンズ２１を透過して、水平面に対して上向きの角度の方向（例えば、２〜４度の範囲）へ照射される。これにより、図８に示すように、仮想鉛直スクリーン（例えば、車両前面から約２５ｍ前方に配置されている）上のオーバーヘッドサイン領域Ａに、オーバーヘッドサイン配光パターンＰ３が形成される。

なお、車両用灯具ユニット２０は、各配光パターンＰ１〜Ｐ３が仮想鉛直スクリーン上の適正範囲を照射するように公知のエイミング機構（図示せず）により光軸調整されている。

本実施形態の車両用灯具ユニット２０によれば、発光装置１０から放出される相対的に高い光度の光Ｒａｙ２（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））がメイン反射面２２のうち光軸ＡＸ_２０を含む水平面近傍の領域２２ｂに入射する構成であるため、鉛直方向寸法が薄型の車両用灯具ユニット２０を構成することが可能となる。

次に、発光装置１０が、車両用灯具（本実施形態の車両用灯具ユニット２０等）の鉛直方向の薄型化に適した発光装置である理由について、車両用灯具ユニット２０Ａと対比して説明する。

図９は、車両用灯具ユニット２０Ａをその光軸ＡＸ_２０Ａを含む鉛直面で切断した断面図である。図１０は、車両用灯具ユニット２０Ａに用いられる一般的な半導体発光素子１４Ａの指向特性（単一指向性）の例である。図１１は、車両用灯具ユニット２０Ａにより形成される配光パターンＰ１Ａの例である。

車両用灯具ユニット２０Ａは、車両用灯具ユニット２０と比べ、発光装置１０に代えて、一般的な半導体発光素子１４Ａを用いている点が相違する。それ以外、車両用灯具ユニット２０と同様の構成である。以下、車両用灯具ユニット２０との相違点を中心に説明し、車両用灯具ユニット２０と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

半導体発光素子１４Ａは、その発光面を上向きにした状態で基板１８Ａ上に実装されている。半導体発光素子１４Ａは、例えば、発光色が青系のＬＥＤチップと黄色系の蛍光体（例えば、ＹＡＧ蛍光体）とを組み合わせた構造の白色光源である。

半導体発光素子１４Ａの指向特性は、その発光面が上向きとされているため、図１０に示すように、一般的なＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）と同様、光軸ＡＸ_１４Ａ上の強度が最大で、光軸ＡＸ_２０Ａを含む水平面内の光が少なくなる（単一指向性）。

上記構成の車両用灯具ユニット２０Ａにおいては、図９に示すように、半導体発光素子１４Ａから放出される相対的に高い光度の光Ｒａｙ３（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光）は、メイン反射面２２のうち光軸ＡＸ_１４Ａ上の領域Ｒｆに入射する。

光軸ＡＸ_１４Ａ上の領域Ｒｆで反射される相対的に高い光度の光Ｒａｙ３の、投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１に対する入射角は、比較的きつくなる。その結果、領域Ｒｆで反射される相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ３を水平線Ｈ付近に充分に集光させることができず、鉛直方向Ｖに厚く左右に広がりのない低い照度の配光パターンＰ１Ａとなる（図１１参照）。

上記構成の車両用灯具ユニット２０Ａにおいては、領域Ｒｆで反射される相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ３を投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１近傍に集光させることで、高い照度の配光パターンを形成することが可能となるものの、このようにすると、領域Ｒｆで反射される反射光Ｒａｙ３の、投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１に対する入射角がきつくなるため、投影レンズ２１の鉛直方向寸法が大きくなる（結果として、車両用灯具ユニット２０Ａの鉛直方向寸法が大型化する）という問題がある。

これに対して、本実施形態の車両用灯具ユニット２０によれば、発光装置１０から放出される相対的に高い光度の光Ｒａｙ２（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））が、メイン反射面２２のうち光軸ＡＸ_２０を含む水平面近傍の領域２２ｂに入射する構成である（図６参照）。このため、メイン反射面２２（領域２２ｂ）で反射される相対的に高い光度の光Ｒａｙ２の、投影レンズ２１の車両後方側焦点Ｆ_２１に対する入射角が比較的浅くなる（図６参照）。その結果、車両用灯具ユニット２０においては、投影レンズ２１の鉛直方向寸法を小さくしても（結果として、車両用灯具ユニット２０の鉛直方向寸法を薄型化しても）、メイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２を水平線Ｈ付近に充分に集光させることが可能となり、鉛直方向Ｖに薄く水平方向（左右方向）に広がりのある高い照度の部分配光パターンＰ１（高照度帯）を形成することが可能となる（図８参照）。

図６では、投影レンズ２１のうちメイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２が透過しない上下端部をカットすることで、投影レンズ２１の鉛直方向寸法を小さくしている（結果として、車両用灯具ユニット２０の鉛直方向寸法を薄型化している）。このように、車両用灯具ユニット２０においては、投影レンズ２１の上下端部を使用していない（カットしている）ため、車両用灯具ユニット２０Ａと比べ、車両用灯具ユニット２０の鉛直方向寸法の小型化が可能となる。加えて、投影レンズ２１の焦点Ｆ_２１付近に配置されたシェード２３端部で発生する投影レンズ２１の色収差を低減することが可能となる。

以上説明したように、上記構成の発光装置１０によれば、車両用灯具ユニット２０を小型化できる。特に、車両用灯具ユニット２０の投影レンズ２１の天地幅（鉛直方向寸法）を小さくできる。

また、上記構成の発光装置１０によれば、メイン反射面２２で制御した光（特に、メイン反射面２２（領域２２ｂ）からの相対的に高い光度の反射光Ｒａｙ２）の多くが、路面遠方（仮想鉛直スクリーン上のＨ線上）付近に集光するため、遠方視認性に優れた配光パターンＰ１、Ｐ２（図８参照）を実現することができる。

また、上記構成の発光装置１０によれば、光の利用率が高く、配光制御性に優れた車両用灯具ユニット２０を実現できる同時に、車両用灯具ユニット２０の天地を小さくでき、意匠性に優れかつ、色収差を低減することが可能となる。

［車両用灯具ユニットの構成例２］
次に、上記構成の発光装置１０を用いた車両用灯具ユニット３０の構成例について説明する。

図１２は車両用灯具ユニット３０の斜視図、図１３は車両用灯具ユニット３０をその光軸ＡＸ_３０を含む鉛直面で切断した断面図、図１４は車両用灯具ユニット３０により形成される配光パターンＰ４の例である。

本実施形態の車両用灯具ユニット３０は、自動車等の車両の前面の左右両側に配置されて車両用前照灯を構成する。車両用灯具ユニット３０には、その光軸調整が可能なように公知のエイミング機構（図示せず）が連結されている。

車両用灯具ユニット３０は、ハイビーム用配光パターンを形成するように構成されたリフレクタ型の灯具ユニットであり、図１２、図１３に示すように、反射面３１、発光装置１０、保持部材３２等を備えている。

発光装置１０は、その反射面１６ａを、光軸ＡＸ_３０を含む上向きの水平面とした状態で、保持部材３２に固定されている。光軸ＡＸ_３０は、点Ｏを通っており、かつ、支持体１２の側面１２ｆが、車両前方に向けられている（図２参照）。従って、発光装置１０の指向特性は、図３（ｂ）に示すように、光軸ＡＸ_３０を含む水平面内の強度が最大の半双指向性の分布となる。

反射面３１は、焦点Ｆ_３１が発光装置１０の半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）近傍に設定され、車両前後方向に延びる光軸ＡＸ_３０（回転軸）を持つ放物面系の反射面（回転放物面又はこれに類する自由曲面等）である。図１２に示すように、反射面３１は、複数の小区画反射面３１ａを含んでいる。反射面３１（各小区画反射面３１ａ）は、発光装置１０から入射する光を予め定められた方向へ反射（配分）して、車両前面に正対した仮想鉛直スクリーン（例えば、車両前方約２５ｍに配置されている）上に、図１４に示すハイビーム用配光パターンＰ４を形成するように設計されている。

反射面３１は、発光装置１０からの光、すなわち、図４に点線で示す立体形状の分布の光が入射するように、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）を覆っている。具体的には、反射面３１は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の周囲、例えば、車両後方側に延びる光軸ＡＸ_３０に対して左右１２０°（合計２４０°）の範囲（図７参照）から上方に延びて、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の上方を覆っている（図１２、図１３参照）。反射面３１の下端縁３１ｂは、光軸ＡＸ_３０を含む水平面上に位置している（図１３参照）。

従って、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）から放出される相対的に高い光度の光（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））は、反射面３１のうち光軸ＡＸ_３０を含む水平面近傍の領域３１ｃ（図１３参照）に入射する。

なお、反射面３１は、半導体発光素子１４（１４ａ〜１４ｅ）の周囲に配置されていればよく、光軸ＡＸ_３０に対して左右１２０°（合計２４０°）の範囲に限定されず、適宜の範囲に配置することが可能である。

上記構成の車両用灯具ユニット３０によれば、発光装置１０から放出される光のうち相対的に高い光度の光（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））は、反射面３１のうち光軸ＡＸ_３０を含む水平面近傍の領域３１ｃに入射し、当該領域３１ｃで反射されて前方に照射される。これにより、図１４に示すように、車両前面に正対した仮想鉛直スクリーン（車両前面から約２５ｍ前方に配置されている）上に、ハイビーム用配光パターンＰ４が形成される。

なお、車両用灯具ユニット３０は、ハイビーム用配光パターンＰ４が仮想鉛直スクリーン上の適正範囲を照射するように公知のエイミング機構（図示せず）により光軸調整されている。

本実施形態の車両用灯具ユニット３０によれば、車両用灯具ユニット２０と同様、発光装置１０から放出される相対的に高い光度の光（例えば、光度の割合が５０％となる半値角から内の光（半双指向性））が反射面３１のうち光軸ＡＸ_３０を含む水平面近傍の領域３１ｃに入射する構成であるため、鉛直方向寸法が薄型の車両用灯具ユニット３０を構成することが可能となる。

以上説明したように、上記構成の発光装置１０によれば、車両用灯具ユニット３０を小型化できる。

また、上記構成の発光装置１０によれば、反射面３１で制御した光（特に、反射面３１（領域３１ｃ）からの相対的に高い光度の反射光）の多くが、路面遠方（仮想鉛直スクリーン上の水平線Ｈと鉛直線Ｖとの交点を含む領域）付近に集光するため、遠方視認性に優れた配光パターンＰ４（図１４参照）を実現することができる。

また、上記構成の発光装置１０によれば、光の利用率が高く、配光制御性に優れた車両用灯具ユニット３０を実現できる同時に、車両用灯具ユニット３０の天地を小さくでき、意匠性に優れた車両用灯具ユニット３０を実現することが可能となる。

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。

１０…発光装置、１２…支持体、１２ａ〜１２ｆ…側面、１４（１４ａ〜１４ｆ）、１４Ａ…半導体発光素子、１６…平面ミラー部材、１６ａ…反射面、１８…支持基板、１８Ａ…基板、２０、２０Ａ…車両用灯具ユニット、２１…投影レンズ、２２…メイン反射面、２２ａ…下端縁、２２ｂ…領域、２３…シェード、２３ａ…ミラー面、２４…第１サブ反射面、２５…第２サブ反射面、２６…ミラーシェード兼保持部材、３０…車両用灯具ユニット、３１…反射面、３１ａ…小区画反射面、３１ｂ…下端縁、３２…保持部材

Claims (3)

1. 発光の指向特性がランバーシアンの半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子から放出される光の少なくとも一部を反射する第１反射面と、
   前記第１反射面に対して垂直の方向に延びる側面が形成された支持体と、
   を有する発光装置と、
   前記発光装置から放出される光を第２反射面で反射し、その反射光を、投影レンズを透過させて車両前方に照射するように構成されたプロジェクタ型光学系と、
   を有する車両用灯具において、
   前記支持体は、前記第１反射面に対して面直の方向に延びるＮ個（但し、Ｎは３以上の整数）の側面を含むＮ角柱型をしており、
   前記半導体発光素子は、前記半導体発光素子の光軸が前記第１反射面の面内方向と平行に、かつ、前記半導体発光素子の発光面の一辺が前記第１反射面に接するように、前記Ｎ個の側面のうち車両前方に向けられる側面を除く少なくとも１つの側面に固定されており、
   前記第２反射面は、回転楕円系の反射面であり、前記半導体発光素子の上方を覆っており、
   前記第１反射面と前記第２反射面の下端縁とは、車両前後方向に延びる光軸を含む水平面上に位置している、車両用灯具。
2. 発光の指向特性がランバーシアンの半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子から放出される光の少なくとも一部を反射する第１反射面と、
   前記第１反射面に対して垂直の方向に延びる側面が形成された支持体と、
   を有する発光装置と、
   前記発光装置から放出される光を第２反射面で反射し、その反射光を車両前方に照射するように構成されたリフレクタ型光学系と、
   を有する車両用灯具において、
   前記支持体は、前記第１反射面に対して面直の方向に延びるＮ個（但し、Ｎは３以上の整数）の側面を含むＮ角柱型をしており、
   前記半導体発光素子は、前記半導体発光素子の光軸が前記第１反射面の面内方向と平行に、かつ、前記半導体発光素子の発光面の一辺が前記第１反射面に接するように、前記Ｎ個の側面のうち車両前方に向けられる側面を除く少なくとも１つの側面に固定されており、
   前記第２反射面は、車両前後方向に延びる光軸をもつ放物面系の反射面であり、前記半導体発光素子の上方を覆っており、
   前記第１反射面と前記第２反射面の下端縁とは、車両前後方向に延びる光軸を含む水平面上に位置している、車両用灯具。
3. 請求項１又は２に記載の車両用灯具が搭載された車両。