JP6225346B2 - ヘッドランプ用ｌｅｄ光源 - Google Patents

Description

本発明は、一種の光源に係り、さらに詳しくは、一種の車両のヘッドランプ用ＬＥＤ光源に関する。

公知の技術によれば、世界的に開発されたＬＥＤ車両ヘッドランプのうち、比較的に先進的であり、且つ、実用価値のある構造は、下記のように帰納することができる。

１．マルチレンズグループ型
一つの集光レンズと一つのＬＥＤから一つのレンズグループを構成したものであり、一つの光束を投射すれば、スクリーンに一つの光点が照明される。上向きビーム若しくは下向きビームの要求標準によって、要求される照度分布に見合うように多数のレンズグループを通じて生成された光点を結んで光バンドを形成するが、このような構造は体積が大きく、コストが高く、しかも、工程の難易度が高い。

２．自由面透光レンズ型
ヘッドランプを一つの集光レンズと一つのＬＥＤから構成するが、光束の投射によって形成された光点が照度の要求標準に見合うように集光レンズの屈折光面をそれ以上回転曲面ではなく、自由曲面に設計したものである。このような構造は非常に高いＬＥＤ発光密度が求められ、発光密度は、すなわち、発光面上のＬｍ／ｍｍ^２値であって、下向きビームには使用可能であるが、上向きビームには使用し難い。

３．半反射鏡−透光レンズ型
このような構造は、透光レンズ型ＨＩＤランプと同様であるが、ＬＥＤを軸線に沿って切り取った片方のＨＩＤランプとしてのみ使用しないため、下向きビームにしか適用できない。

以上の構造は設計概念にＬＥＤが点光源であるという考え方が含まれているため、ＨＩＤランプを使用し続ける場合に、結果的に満足のいく結果が得られないことを示唆している。

ＬＥＤ光源は典型的な面光源であり、これまで単一のＬＥＤの最高発光密度は１００Ｌｍ／ｍｍ^２であって、２００Ｌｍ／ｍｍ^２以上に達することはほとんど不可能である。ＨＩＤの発光密度は１０００Ｌｍ／ｍｍ^２以上であり、ハロゲンランプの発光密度もまた４００Ｌｍ／ｍｍ^２以上である。

このため、前記構造はＬＥＤを光源として使用する構造において、構造が複雑であり、光エネルギーの利用率が低い。

上述した問題点を解決するために本発明は一種のヘッドランプ用ＬＥＤ光源を提供するものであり、省エネ性能に優れており、コストを節減することができ、しかも、光エネルギーの利用率を向上させるところにその目的がある。

前記目的を達成するために本発明のヘッドランプ用ＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤ光源は、連続して発光する光バンドであることを特徴とする。

光バンドの各ポイント当たりの発光密度の公式は、Ａ×Ｅ１×Ｆ^２＝Ｅ２×Ｌ^２であり、ここで、Ａは、イメージングレンズの集光係数であり、Ｆは、イメージングレンズの焦点距離であり、Ｌは、投射距離であり、Ｅ１は、光バンド発光ポイントの発光密度であり、Ｅ２は、Ｅ１の発光店が検出スクリーン上のイメージポイント標準要求に対応する照度である。光バンド上の発光ポイントの座標公式は、Ｘ，Ｙ＝実際のイメージポイントの座標／拡大倍率であり、拡大倍率＝照明距離／集光レンズの焦点距離である。

光バンドが下向きビーム光源であるとき、光バンドは曲面である。

光バンドは一体型である。

光バンドは分離型であり、繋ぎ部位に発光死角地帯がない。

光バンドの発散角は６０°よりも小さく、且つ、０°よりも大きい。

光バンドが上向きビーム光源であるとき、光バンドは平面である。

光バンドが下向きビームと上向きビームとの組み合わせ光源であるとき、上向きビーム光源は下向きビーム光源の中心に配設される。

下向きビームと上向きビームとの組み合わせ光源であるとき、上向きビーム光源として作動する必要がある場合に上向きビーム光源に合わせて発光ポイントの発光照度を制御し、且つ、下向きビーム光源であるとき、中心の上向きビーム光源が下向きビーム光源の発光照度に合わせて作動するように制御する。

本発明は、図１に示すように、イメージング原理を用いて光源を面光源である光バンドとして設計することから、構造が簡単であり、ヘッドランプの部品点数が減少してコストが低く、実施し易く、照明効果も良好である。たとえ発光密度が低く、安価であるとしても、容易に実現可能である。

本発明をヘッドランプ照明に応用した構成図である。 国家標準ＧＢ２１２５９−２００７規定による下向きビーム照明領域の照度要求図である。 本発明を展開した後、図２に対応付けた照度要求図である。 本発明の形状説明図である。 本発明の分離型説明図である。 国家標準ＧＢ２１２５９−２００７規定による上向きビーム照明領域の照度要求図である。 本発明の上向きビーム照明を図６に対応付けた光バンドの照度要求図である。 本発明の下向きビームと上向きビームの一体図である。

以下、実施例と添付図面を結び付けて本発明の技術方案についてより詳細に説明する。

実施例１
本発明によるヘッドランプ用ＬＥＤ光源は、ＬＥＤ光源が連続して発光する光バンドであり、光バンドの各ポイント当たりの発光密度の公式はＡ×Ｅ１×Ｆ^２＝Ｅ２×Ｌ^２であり、ここで、Ａは、イメージングレンズの集光係数であり、Ｆは、イメージングレンズの焦点距離であり、Ｌは、投射距離であり、Ｅ１は、光バンド発光ポイントの発光密度であり、Ｅ２は、Ｅ１の発光点が検出スクリーン上のイメージポイント要求標準に対応する照度である。光バンド上の発光ポイントの座標公式は、Ｘ，Ｙ＝実際のイメージポイントの座標／拡大倍率であり、拡大倍率＝照明距離／イメージングレンズの焦点距離であり、光バンドが下向きビーム光源であるとき、光バンドは曲面であり、光バンドは一体形であり、光バンドの発散角は４５°である。照明領域Ｐ２部分の照度Ｅ２（単位Ｌｘ）は光バンド上の共役点Ｐ１部分の発光密度Ｅ１（単位Ｌｍ／ｍｍ^２）と対応する。

図２は、２５メートル離れている照明領域の検出スクリーンにおいてテストしたものであり、国家標準テストによる各ポイントの照度要求は、表１の通りである。

図２における寸法単位はｃｍであり、ｈ−ｈとｖ−ｖ線は、下向きビームの基準軸線を通過する水平及び垂直面と互いに交差し、各Ｈ３−ＨＶ−ｈは、４５°である。ｈ−ＨＶ−Ｈ３−Ｈ４は、下向きビーム照明のカットオフラインである。ｈ−ｈは、上向きビーム照明領域の水平中心線である。ａは、図示の寸法が比率に準拠していないことを示すものである。国家標準ＧＢ２１２５９−２００７規定によれば、表１中のＨＶのイメージポイントの照度は１Ｌｘ未満であり、テストポイント４のイメージポイントの照度は２０Ｌｘ未満であり、テストポイント５のイメージポイント照度は３０Ｌｘ未満であり、表１中の残りのテストポイントはいずれも表１の各数値よりも小さくない。

イメージングレンズＦ＝４０ｍｍを例に取ると、図２に示す照明領域上の検出ポイントを光バンドに対応付けた発光ポイント座標は、図３に示す通りである。

図２における検出ポイント３の座標は（５０，２５）であり、図３に示すように、公式による光バンド上の発光ポイントの座標公式は、Ｘ，Ｙ＝実際のイメージポイントの座標／拡大倍率、拡大倍率＝照明距離／集光レンズの焦点距離である。図３において、ｖ−ｖとｈ−ｈとの交差点の座標を（０，０）としたが、ｖ−ｖ線は光バンドの垂直中心線であり、ｈ−ｈは水平中心線である。そうすれば、光バンド上の発光ポイント３の座標は、下記の通りである。拡大倍率＝２５０００／４０＝６２５、Ｘ，Ｙ＝（５０，−２５）／６２５＝（０．８，−０．４）であり、単位はｍｍである。

このように類推すれば、発光ポイント４の座標はＸ，Ｙ＝（−２．４，−０．６）であり、発光ポイント５の座標はＸ，Ｙ＝（−２．４，−１．２）である。発光ポイント６の座標はＸ，Ｙ＝（０，−０．６）である。発光ポイント７の座標はＸ，Ｙ＝（１．２，−０．６）である。発光ポイント８の座標はＸ，Ｙ＝（−６．３３６，−１．２）である。発光ポイント９の座標はＸ，Ｙ＝（６．３３６，−１．２）である。発光ポイント１０の座標はＸ，Ｙ＝（−１０．７２，−１．２）である。発光ポイント１１の座標はＸ，Ｙ＝（１０．７２、−１．２）である。発光ポイント１２の座標はＸ，Ｙ＝（−１４．５６，−２）である。発光ポイント１３の座標はＸ，Ｙ＝（１４．５６，−２）である。全体の光バンドの投影長さは２９．１２ｍｍであり、幅は３．５ｍｍである。

光バンド上の各発光ポイントの発光密度は、公式によれば、各ポイント当たりの発光密度の公式は、Ａ×Ｅ１×Ｆ^２＝Ｅ２×Ｌ^２であって、表２に示す数値を取得することができる。単位はＬｍ／ｍｍ^２であり、イメージングレンズの集光係数Ａは０．４５である。

取得された発光ポイントは、下記の条件を満たさなければ、国家要求標準を通過することができない。表２における数値は臨界値であり、発光ポイントｈｖの発光密度は０．８６Ｌｍ／ｍｍ^２未満であり、発光ポイント４の発光密度は１７．４Ｌｍ／ｍｍ^２未満であり、発光ポイント５の発光密度は２６Ｌｍ／ｍｍ^２未満であり、表２中の残りの発光ポイントは、表２中の各数値よりも小さくない。

実施例２
実施例１における光バンドは分離型であり、図４及び図５に示すように、８本の光バンドを繋ぎ、且つ、繋ぎ部位に発光死角地帯がなく、光バンドの発散角は５５°である。その他は、実施例１と同様である。

実施例３
実施例１における光バンドの発散角は、５°である。その他は、実施例１と同様である。

実施例４
実施例１における光バンドの発散角は、３０°である。その他は、実施例１と同様である。

実施例５
実施例１の光バンドが上向きビーム光源であるとき、光バンドは平面であり、国家標準に従い、２５メートル離れた照明領域においてテストした。図６中の寸法単位はｃｍであり、ｈ−ｈとｖ−ｖ線は水平中心線と垂直中心線であり、ＨＶは中心であり、ＨＶ各側の２つの検出ポイントは、ＨＶとの間隔がそれぞれ１１２．５ｃｍと２２５ｃｍである。光バンドの発散角は、５０°である。

図７に示すように、イメージングレンズＦ＝５６ｍｍを例に取ると、図６中の５つの検出ポイントが上向きビーム光バンド上の５つの発光ポイントに対応する座標はそれぞれ（０，０）、（２．５，０）、（５，０）、（−２．５，０）、（−５，０）である。国家標準による５つの検出ポイントの照度は、ＨＶが７０−１８０Ｌｘであり、ＨＶ左右両側は４０Ｌｘよりも大きく、最外側の両ポイントは１０Ｌｘよりも大きい。公式によれば、光バンド上の５つの発光ポイントに対応する発光密度は、下記の通りである。上向きビーム光バンドの発光ポイント（０，０）は３１−−８０Ｌｍ／ｍｍ^２であり、発光ポイント（２．５，０）と（−２．５，０）は１８Ｌｍ／ｍｍ^２であり、（５，０）と（−５，０）は４．５Ｌｍ／ｍｍ^２である。図７における寸法単位はｍｍである。

実施例６
図８に示すように、光バンドが下向きビームと上向きビームとの組み合わせ光源であるとき、上向きビームの光バンドは下向きビーム光バンドの中心に配設される。下向きビームと上向きビームとの組み合わせ光源であるとき、上向きビーム光源として作動する必要がある場合、上向きビーム光源に合わせて発光ポイントの発光照度を制御し、且つ、下向きビーム光源として作動する場合、中心の上向きビーム光源が下向きビーム光源の発光照度に応じて作動するように制御する。ｈ、ＨＶ、Ｈ３、Ｈ４は下向きビームのカットオフラインであり、ｈ、ＨＶ、Ｈ３、Ｈ４の下部領域が下向きビーム照明光源であり、下向きビーム光源要求に合わせて製作する。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ以内は、上向きビーム照明領域である。Ａ、Ｂ、Ｊ、Ｈ３、ＨＶ、Ｇは、上向きビーム照明光源と下向きビーム照明光源との重合領域である。カットオフライン、上向きビーム照明領域、下向きビーム照明領域の３つの部分を一緒にパッケージングする。下向きビームをオンにした途端にカットオフラインが現れ、上向きビームをオンにすれば上向きビームと下向きビームが同時に照明される。

１：光バンド
２：イメージングレンズ
３：照明領域

Claims (3)

1. 各発光ポイントの発光密度がＡ×Ｅ１×Ｆ^２＝Ｅ２×Ｌ^２の公式となるように、ＬＥＤ光源が面光源である光バンドとして設計され、イメージングレンズを介して投射されるヘッドランプ用ＬＥＤ光源であって、
   前記光バンドは、曲面形状の光バンドからなる下向きビームと、平面形状の光バンドからなる上向きビームとの組み合わせ光源であり、
   前記上向きビーム光源は、前記下向きビーム光源の中心に配設されている、
   ここで、Ａは、イメージングレンズの集光係数であり、Ｆは、イメージングレンズの焦点距離であり、Ｌは、投射距離であり、Ｅ１は、光バンドの発光ポイントの発光密度であり、Ｅ２は、Ｅ１の発光点が検出スクリーン上のイメージポイント要求標準に対応する照度であり、光バンド上の発光ポイントの座標公式は、Ｘ、Ｙ＝実際のイメージポイントの座標／拡大倍率であり、拡大倍率＝照明距離／イメージングレンズの焦点距離である、ことを特徴するヘッドランプ用ＬＥＤ光源。
2. 請求項１に記載のヘッドランプ用ＬＥＤ光源であって、
   前記上向きビーム光源として作動する場合に、当該上向きビーム光源に合わせて発光ポイントの発光照度を制御し、
   前記下向きビーム光源として作動する場合に、当該下向きビーム光源の中心に配設された前記上向きビーム光源が前記下向きビーム光源の発光照度に合わせて作動するように制御する、
   ヘッドランプ用ＬＥＤ光源。
3. 請求項１又は２に記載のヘッドランプ用ＬＥＤ光源であって、
   前記下向きビームは、複数の前記光バンドを繋いで構成されており、繋ぎ部位に発光死角地帯がなく形成されている、
   ヘッドランプ用ＬＥＤ光源。