WO2013132530A1 - 前照灯用光源および前照灯 - Google Patents

Abstract

　発光する光の放射方向に指向性があるＬＥＤ２を、当ＬＥＤ２の発光面から発光した光を半円筒状凹レンズ３によって屈折させて前照灯１の光軸の周方向に拡大することで、指向性のない白熱灯や放電灯等の従来光源に対応する光学部材と同様な光学部材によって構成する前照灯に使用しても、車両前方の左右方向を充分な明るさで照らすことができる前照灯用光源として使用できる。

Description

前照灯用光源および前照灯

　この発明は、略平面状の発光面から光を発するＬＥＤ（半導体光源、発光ダイオード）を用いた前照灯用光源と、当光源を使用する前照灯に関する。

　昨今、車載の前照灯（走行灯、すれ違い灯等）の光源には、従来のタングステンフィラメントの白熱灯およびアーク放電による放電灯に代替して、ＬＥＤが普及してきた。当ＬＥＤは、長寿命、かつ、少ない電力で必要な明るさを確保できるうえに、一定の電流を供給する簡単な制御によって安定した明るさを発することができ、車両用灯具の光源としては好適である。

　なお、ＬＥＤは半導体チップの平坦な面から光を発するために、発光面から法線方向への放射が強く、発光面に平行な方向への放射がほとんどないという指向性があり、指向性のない線状光源の白熱灯や放電灯等に対応する従来光源用の光学部材によって構成される前照灯用の光源として、発光部が従来光源と同様の光軸方向に長いＬＥＤを使用しても、車両前方の左右方向を照らす光量が不足するため、ＬＥＤを光源とするときには当従来光源用の光学部材を流用することはできない。従って、現状のＬＥＤを光源とする前照灯用には新規設計のＬＥＤ専用光学部材を使用することが一般的であるが、上記の発光部が光軸方向に長いＬＥＤを使用し、さらに指向性を従来光源のようにすれば、従来光源用の光学部材をこれまで培ってきた技術とともに流用することができ、従来光源との互換性ができ、より好適な前照灯用の光源が実現できる。以下に、ＬＥＤを光源とする灯具の従来例を示す。

　特許文献１に係る車両用灯具は、車両用前照灯として充分な明るさを得るために、点灯するＬＥＤの数量を多くするもので、狭小な空間に多数のＬＥＤを配置すべく、角柱の台座の上下左右方向の面にＬＥＤを配置した構成である。この特許文献１は、光量不足の問題を解決するために配置した多数のＬＥＤが互いの発光の指向性を補うことになり、ＬＥＤの発光の指向性に関する課題が存在しない。
　従って、一方向への発光の指向性を有する発光素子を単独で使用するときの課題を解決するための方策に関する記載はない。

　また、特許文献２に係る車両用前照灯は、車両の左右方向に長い発光面を備えたＬＥＤをプロジェクタ式光学部材に使用しながらも、左右方向の狭い配光を得るために、反射鏡とＬＥＤの間に凹レンズを配置する構成である。この特許文献２は、ＬＥＤ発光面の前後左右方向に凹レンズとして作用する光学部材（一般的な凹レンズ）を備えるものであり、前照灯の光軸方向（車両の前後方向と同方向）に長い長方形のＬＥＤの発光の指向性に関する課題が存在しない。
　従って、光軸方向に長く、かつ略平面状の発光面を持つ発光素子を使用するときの課題を解決するための方策に関する記載はない。

　また、特許文献３に係る車両用前照灯は、ロービーム（すれ違い灯）用の配光パターンを得るために、車両の左右方向に長い発光面を備えたＬＥＤと、パラボラ系自由曲面からなる反射鏡（光学部材）とを使用する構成である。この特許文献３の図８と図９に「半導体型光源のエネルギー分布」が開示されていることから、ＬＥＤの指向性を考慮していると考えられる。しかしながら、車両の左右方向に長い長方形のＬＥＤを組み合わせて前照灯を構成するものであり、光軸方向に長い長方形のＬＥＤの発光の指向性に関する課題が存在しない。
　従って、光軸方向に長く、かつ略平面状の発光面を持つ発光素子を使用するときの課題を解決するための方策に関する記載はない。

　また、特許文献４に係るＬＥＤバルブは、フィラメント方式の光源とＬＥＤ光源の互換性を考慮したものであり、フィラメント方式の光源を使用するヘッドランプに、ＬＥＤ光源を取り付ける構成である。このとき、フィラメント方式の光源と同等の光を当ヘッドランプの凹面反射鏡に放射するために、ＬＥＤの発光面を垂直方向に配置すると共に当ＬＥＤの直前に反射部材を設けて、当ＬＥＤから前方に放射した光を反射部材によって反射して凹面反射鏡に導いている。この特許文献４は、発光面を垂直方向に配置したＬＥＤを光源として使用し、ＬＥＤの直前に設けた反射部材によって当ＬＥＤの発光の指向性を調整するもので、光軸方向に長い発光素子の指向性を調整するものではない。
　従って、光軸方向に長い発光素子を使用するときの課題を解決するための方策に関する記載はない。

特開２００４－３４２５７４号公報 特開２０１１－１９８６５８号公報 特開２０１１－２２２３６７号公報 国際公開第ＷＯ２０１１／１１１４７６号パンフレット

　上述したように、指向性を従来光源のようにしなければ、光軸方向に長い長方形の発光面を持つ発光素子を従来光源用の光学部材によって構成される車両用前照灯の光源として使用しても、車両前方の左右方向に光量不足が生じるという課題がある。しかるに、特許文献１～４には、光軸方向に長い長方形の発光面を持つ発光素子を使用するときの発光の指向性に対応する方策についての記載はない。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、略平面から発光する発光素子と、従来光源用の光学部材を使用しながらも、従来光源を用いた前照灯と同様に車両前方の左右方向に明るい光を照射する前照灯光源および前照灯を提供することを目的とする。

　この発明の前照灯用光源は、前照灯の光軸方向に長い略平面状の発光面を持つ発光素子と、前照灯の光軸と略同方向に焦点軸を持つ半円筒状の凹レンズとを備え、半円筒状の凹レンズは、光学部材と発光素子の間に配置されるようにしたものである。

　また、この発明の前照灯は、上述の前照灯用光源と、当該前照灯用光源の発する光を車両の前方に照射する光学部材とを備えるものである。

　この発明によれば、前照灯の光軸方向に長い発光面を持つ発光素子を使用することにより、車両前方の正面を遠方まで明るく照らすことができ、また、この発光素子の発光面を覆う半円筒状の凹レンズを使用することにより、発光面から発した光が前照灯の光軸を中心として放射状に広がり、車両の左右方向の広い範囲を照らすことができる。従って、略平面状の発光面を持つ前照灯用光源を、白熱灯および放電灯等の従来の線状光源と同等に扱うことができるようになり、従来光源用の光学部材と、設計技術を流用して容易に前照灯を構成できる。

この発明の実施の形態１に係る前照灯の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る前照灯の内部構造を示し、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は路面照射光を表す図である。 実施の形態１に係る前照灯用光源のＬＥＤの構成を示す斜視図である。 半円筒状凹レンズが無い場合の、図２（ａ）のI－I矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 半円筒状凹レンズが無い場合の、図２（ｂ）のII－II矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 実施の形態１に係る前照灯用光源の構成を示す斜視図である。 半円筒状凹レンズによる屈折を説明する図である。 半円筒状凹レンズが有る場合の、図２（ａ）のI－I矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 半円筒状凹レンズが有る場合の、図２（ｂ）のII－II矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 実施の形態１に係る前照灯のすれ違い灯用の配光を形成する例を示し、図１０（ａ）は前照灯の内部構造を示す断面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は路面照射光を表す図、図１０（ｄ）はIII－III矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 実施の形態１に係る前照灯のすれ違い灯用の配光を形成する別の例を示す図である。 実施の形態１に係る前照灯の走行灯用の配光を形成する例を示し、図１２（ａ）は前照灯の内部構造を示す断面図、図１２（ｂ）は路面照射光を表す図、図１２（ｃ）はIV－IV矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 実施の形態１に係る前照灯の内部構造を示し、図１３（ａ）は断面図、図１３（ｂ）は正面図、図１３（ｃ）は路面照射光を表す図、図１３（ｄ）はV－V矢視でのＬＥＤの配光を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る前照灯の内部構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る前照灯の内部構造を示す断面図である。 傾斜付半円筒状凹レンズの構成を示し、図１６（ａ）に前面、図１６（ｂ）に側面、図１６（ｃ）に後面を示す。 この発明の実施の形態４に係る前照灯用光源の構成を示し、図１７（ａ）は正面図、図１７（ｂ）は側面図である。 実施の形態４に係る前照灯用光源の変形例を示し、図１８（ａ）は正面図、図１８（ｂ）は側面図である。 この発明の実施の形態５に係る前照灯の構成を示す断面図である。 実施の形態５に係るパラボラ系反射鏡式の前照灯の内部構造を示し、図２０（ａ）は断面図、図２０（ｂ）は路面照射光を表す図である。 実施の形態５に係るプロジェクタ式の前照灯の内部構造を示し、図２１（ａ）は断面図、図２１（ｂ）は路面照射光を表す図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１および図２に示すように、本実施の形態１に係る前照灯１は、この前照灯１の光軸方向に長い略平面状の発光面を持つＬＥＤ２と、光軸と略同方向に焦点軸を持つ半円筒状凹レンズ３と、ＬＥＤ２の発する光を車両前方に照射する放物面（パラボラ）状の反射鏡４と、ＬＥＤ２のヒートシンクを兼用する補助反射鏡５と、ケース６と、前面レンズ７とを備える。前照灯１の光軸方向は、車両の前後方向と同方向である。

　従来のタングステンフィラメントの赤熱発光による白熱灯（ハロゲンランプ）、およびアーク放電による放電灯（ＨＩＤランプ）等を光源として使用する場合、これらの従来光源は全方向に光を放射する特性のため、車両の正面方向だけでなく左右方向にも充分な光を照射する前照灯１を容易に構成できた。これに対し、半導体チップの平坦な面から光を発するＬＥＤ２の発光の指向性は、従来光源の発光の指向性とは異なるため、ＬＥＤ２を前照灯１の光源に用いる場合にはこの指向性に対応した方策が必要となる。
　なお、本説明においてはタングステンフィラメントやアーク放電の発光部に長さがあるため、当光源を線状光源としている。

　図３にＬＥＤ２の構成例を示す。ＬＥＤ２は、複数の半導体チップ２－１～２－４を直線状に並べたＬＥＤアレイであり、これら半導体チップ２－１～２－４の各発光面を集合させて１つの発光面とみなす。この長方形の発光面の長軸方向が前照灯１の光軸方向と平行に設置される。
　あるいは、長方形の発光面を備えた１個のＬＥＤをＬＥＤ２に用いても構わない。また、発光面の形状も、図３のような略長方形に限定する必要はなく、前照灯１の光軸方向に長い形状であれば、例えば台形および楕円形といった長方形以外の形状であっても構わない。また、所望の光を直接発するＬＥＤの他、青色を発光するＬＥＤに当青色光を他の色に変える蛍光体を付加して所望の光を発するようにしたＬＥＤをＬＥＤ２に用いても構わない。
　なお、当ＬＥＤ２の長方形の発光面の形状は、上記従来光源のタングステンフィラメントやアーク放電によって形成される線状光源の形状に概ね対応している。

　ここで、図４および図５に、半円筒状凹レンズ３が無い場合のＬＥＤ２の配光を示す。図４は、図２（ａ）のI－I矢視での、発光面の長軸方向に対する垂直面方向の指向性を表し、照射光の光度分布を実線で示す。図５は、図２（ｂ）のII－II矢視での、発光面の法線と長軸線のなす面方向の指向性を表し、照射光の光度分布を実線で表す。
　ＬＥＤ２は、発光面の法線方向（車両の上方向）への放射が強く、発光面に平行な方向（車両の前後左右方向）への放射がほとんどないという指向性を備える。従って、発光面を複数の方向に向けたＬＥＤを使用しない前照灯１、あるいは、半円筒状凹レンズ３のような特段の光学部材が無い前照灯１においては、車両の直前から正面方向へは明るい光が照射されても、左右方向には充分な光の照射ができない。換言すれば、車両前方を照らす明るさは充分に得られ、前方は明るくても、左右方向を照らす明るさは充分には得られず、左右方向は暗い。さらに、左右に広がる充分な明るさが無ければ、すれ違い灯に求められるカットオフライン（明暗の境界線）の形成もままならない。

　そこで、本実施の形態１では、略長方形かつ略平面状の発光面を持つＬＥＤ２の発光の指向性を改善して、車両の左右方向に充分な光の照射を行い、すれ違い灯のカットオフラインを鮮明に形成するために、図１および図２に示すようにＬＥＤ２の発光面を半円筒状凹レンズ３によって覆う。この半円筒状凹レンズ３は、光学系の部材であり、可視光に対して透明であることが必須であるため、透明で耐熱温度の高いガラス、または透明で軽量な樹脂によって形成されている。

　図６は、ＬＥＤ２と半円筒状凹レンズ３とから構成される前照灯用光源の斜視図である。車両の左右方向に明るい光を照射するためには、簡単な光学部材を使用する構成の前照灯１においては光軸方向に長い光源が有利であるため、使用するＬＥＤ２の発光面は当光軸方向に長くすることが望ましい。また、半円筒状凹レンズ３は、当前照灯１の光軸に対して垂直となる側に凹レンズとしての光学特性を備えればよい。よって、図６に示すような、前照灯１の光軸と略同方向の焦点軸を持つ半円筒状凹レンズ３を使用する。

　図７は、半円筒状凹レンズ３による屈折を説明する図である。また、図８および図９に、半円筒状凹レンズ３が有る場合のＬＥＤ２の配光を示す。図８の実線は、図２（ａ）のI－I矢視での、発光面の長軸方向に対する垂直面方向の指向性を表す。破線は半円筒状凹レンズ３が無い場合の配光（図４）に相当する。図９の実線は、図２（ｂ）のII－II矢視での、発光面の法線と長軸線のなす面方向の指向性を表す。破線は半円筒状凹レンズ３が無い場合の配光（図５）に相当する。
　図７に実線で示すように、ＬＥＤ２の発光面から発した光を半円筒状凹レンズ３によって屈折して、半円筒状凹レンズ３の焦点軸の周方向（図７および図８に白抜き矢印で示す）に拡大すれば、発光の一部を発光面に平行な方向にも向けることができる。つまり、ＬＥＤ２の発光面を鉛直方向に向けて配置しても、その発光の一部を水平方向に向けることが可能となる。水平方向に広がった光（図２および図８の矢印Ａ）は、前照灯１の反射鏡４に反射して車両の左右方向に照射される。

　ＬＥＤ２の長方形の発光面の一点を、反射鏡４の焦点に合わせて前照灯１内に配置することにより、当該焦点部位から発した光（図１に実線で示す）は前照灯１の光軸に対して平行光となり、車両の前方を遠方まで明るく照らす。また、反射鏡４の焦点から外れた他の部位から発した光は、前照灯１の光軸を中心として放射状に広がり、車両の左右方向の広い範囲を照らす。
　従って、略長方形の面から発光するＬＥＤ２を使用しながらも、車両の前照灯１として好ましい配光を実現できる。

　以上のように、前照灯１の光軸方向に長い略長方形かつ略平坦な発光面から発光するＬＥＤ２に半円筒状凹レンズ３を組み合わせて、一式の前照灯用光源とする。
　この前照灯用光源を使用する前照灯１において、前照灯１の光軸を中心として放射状に１８０度以上広がった照射光を、図示しないシェード等を用いて遮光し、所望のカットオフラインを形成すればよい。
　また、補助反射鏡５は、ヒートシンクとしての機能を兼ねており、ＬＥＤ２の発する熱を放熱すると共に、この熱を反射鏡４に伝え反射鏡４からも放熱する。

　次に、すれ違い灯用の配光を形成する例を説明する。
　図１０（ａ）は前照灯１の内部構造を示す断面図、図１０（ｂ）はその正面図、図１０（ｃ）は路面照射光を表す図、図１０（ｄ）はIII－III矢視でのＬＥＤ２の配光を表す図である。一体に構成した半円筒状凹レンズ３とＬＥＤ２を、前照灯１の光軸を回転軸として回転させた状態で反射鏡４ａ（および図１に示す補助反射鏡５）に固定することで、ＬＥＤ２の発光方向を適切な角度に回転させる。なお、図１０では、ＬＥＤ２と半円筒状凹レンズ３の回転方向に合わせて、反射鏡４ａの左右一方を拡大している。

　例えば左側通行用の配光を行う前照灯１においては、図１０（ｂ）および図１０（ｄ）のようにＬＥＤ２の発光方向を車両前方に向かって例えば７．５度ほど右回転させ、図１０（ｃ）のように正面左側のカットオフラインを１５度ほど高い位置へ回転させる。これにより、左側の歩道を高い位置まで照らすことができ、歩行者および障害物等の発見が容易になる。また、右側の道路への照射を適切な高さに制限することができ、対向車のドライバを照らすことが無く、眩惑させないので、対向車のドライバの運転操作を妨害することはない。
　右側通行用の配光を行う前照灯１においては、図１０の回転方向とは逆に、車両前方に向かって例えば７．５度ほど発光方向を左回転して、ＬＥＤ２と半円筒状凹レンズ３を反射鏡４ａに固定する。
　なお、当構成は、屈折により光の照射範囲をＬＥＤ２の法線に対して左右それぞれ９７.５度に拡大する半円筒状凹レンズ３を使用する例であり、当構成においてはＬＥＤ２の発する照射範囲が都合１９５度に広がっており、当光源を右側に７．５度回転することによって、正面右側のカットオフラインを水平にして、正面左側のカットオフラインを水平から１５度高くなるように回転したものである。

　あるいは、図１１に示すように半円筒状凹レンズ３を変形して、すれ違い灯用の配光を形成することもできる。図１１は、変形半円筒状凹レンズ３ａによる屈折を説明する図である。変形半円筒状凹レンズ３ａの、車両前方に対して右側と左側の焦点距離を異なる値にして、右側と左側へ照射されるそれぞれの光の屈折量を変えることで、ＬＥＤ２の実質的な発光方向を適切な角度に回転させる。ちなみに、図１１においては、紙面に向かって左側の凹レンズを右側より厚くして、発光方向を紙面に向かって左側に回転させている。
　なお、この構成の場合は、半円筒状凹レンズ３を変形半円筒状凹レンズ３ａのように変形することでＬＥＤ２の発光方向を操作するため、図１０のようにＬＥＤ２の発光面を回転する必要はない。

　次に、走行灯用の配光を形成する例を説明する。
　図１２（ａ）は前照灯１の内部構造を示す断面図、図１２（ｂ）は路面照射光を表す図、図１２（ｃ）はIV－IV矢視でのＬＥＤ２の配光を表す図である。図３のような複数の半導体チップ２－１～２－４のうちの任意個数のＬＥＤ２ｂを反射鏡４ａの焦点より前方（反射鏡の開口）側に配置し、残りのＬＥＤ２ｃを反射鏡４ａの焦点より後方（反射鏡）側に配置する。図１２（ｂ）に示すように、反射鏡４ａの焦点より前方側のＬＥＤ２ｂを点灯すれば、発した光が反射鏡４ａで反射してカットオフラインの下方を照らし、すれ違い用の配光が形成できる。一方、反射鏡４ａの焦点の後方側のＬＥＤ２ｃと前方側のＬＥＤ２ｂを同時に点灯すれば、ＬＥＤ２ｃが発した光が反射鏡４ａで反射してカットオフラインの上方を照らすことができ、ＬＥＤ２ｂ，２ｃの両者によって走行灯用の配光を形成することができる。

　なお、白色光を一枚構成の半円筒状凹レンズ３を使用して屈折させると、透過した白色光が色収差によって分光して、照射範囲の縁、即ち明暗の境界部の暗部側近傍に白色光を構成する単色（スペクトル）が分離して現れる。これは、プリズムが白色光を虹色に分解することと同様な作用による。

　図１３（ａ）は前照灯１の内部構造を示す断面図、図１３（ｂ）はその正面図、図１３（ｃ）は路面照射光を表す図、図１３（ｄ）はV－V矢視でのＬＥＤ２の配光を表す図である。上記理由により、前照灯１においては、照らし出す車両前方のカットオフラインの暗部側近傍に、ＬＥＤ２の発する白色光を構成するいくつかの単色（図１３に複数の破線で示す）が分離して視認されることとなる。当分離した照射光は、ドライバの視認性を悪化させるため、前照灯１には当単色光を遮光、あるいは、無害な方向に反射して前方に照射しない機構を備えることが好ましい。

　単色に分離した光を車両前方に照射しないようにする機構の例としては、下記がある。
・単色に分離した光が放射される経路上の反射鏡４を削除する
・単色に分離した光が放射される経路上の反射鏡４を、この反射鏡４とは反射方向の異なる単色光反射鏡８にする
・単色に分離した光が放射される経路上に、単色光遮光部材９を設ける

　以上より、実施の形態１によれば、前照灯用光源は、前照灯１の光軸方向に長い略平面状の発光面を持つＬＥＤ２と、前照灯１の光軸と略同方向に焦点軸を持つ半円筒状凹レンズ３とを備え、半円筒状凹レンズ３を、前照灯１の光学部材である反射鏡４とＬＥＤ２の間に配置する構成にした。このため、車両前方の正面を遠方まで明るく照らしながら、左右方向を広範囲に照らすことができる。発光面が略平面状のＬＥＤ２を使用しながらも、車両の左右方向に充分な光を照射できるようになり、すれ違い灯においては明確なカットオフラインを形成することができる。よって、安全で好適な前照灯１を構成できる。また、発光面が略平面状のＬＥＤ２を用いた前照灯用光源を、白熱灯および放電灯等の従来の線状光源と同等に扱うことができるため、従来光源用の光学部材と、設計技術を流用して容易に前照灯１を構成できる。

　また、実施の形態１によれば、前照灯用光源は、ＬＥＤ２が発する熱を反射鏡４などの構造物に伝える補助反射鏡５を備える構成にした。このため、ヒートシンクを兼ねた補助反射鏡５がＬＥＤ２の発熱を放出することで、ＬＥＤ２が過度の高温になることを回避できる。よって、ＬＥＤ２の劣化を防ぐことができ、寿命を短くすることなく、信頼性の高い光源を実現できる。

　また、実施の形態１によれば、ＬＥＤ２は、任意に点灯できる複数の半導体チップ２－１～２－４から構成するようにした。このため、複数の機能に応じた前照灯１に適用可能な光源を実現することができる。
　例えば、ＬＥＤ２を、反射鏡４の焦点より前部側に配置されるＬＥＤ２ｂと、反射鏡４の焦点より後部側に配置されるＬＥＤ２ｃとから構成することにより、ＬＥＤ２ｂを点灯して車両前方の下部を照らせばすれ違い灯用の配光を形成でき、ＬＥＤ２ｂとＬＥＤ２ｃを点灯して車両前方の下部と上部を同時に照らせば走行灯用の配光を形成できる。

　また、実施の形態１によれば、半円筒状凹レンズ３は、光学的に良好なガラスあるいは樹脂によって形成するようにしたので、簡素で好適な前照灯１を構成できる。

　また、実施の形態１によれば、前照灯１は、前照灯用光源の発する光のうち、明暗境界の暗部側近傍に向かう光を遮光する単色光遮光部材９、あるいは、明暗境界の暗部側近傍に向かう光を前照灯１の前方に照射しない方向へ反射する単色光反射鏡８を備える構成にした。このため、車両前方には白色光のみを照射することができ、視認性の高い前照灯１を実現できる。

実施の形態２．
　図７に示すように、半円筒状凹レンズ３を使用することで、ＬＥＤ２の実際の発光面より半円筒状凹レンズ３側に、ＬＥＤ２の虚像２ａ（見かけ上の発光面）が形成される。そこで、本実施の形態２では、ＬＥＤ２の虚像２ａを前照灯１の光軸または焦点の位置に配置する。

　図１４は、本実施の形態２に係る前照灯１の内部構成を示す断面図である。なお、図１４において図１～図１３と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。ＬＥＤ２の虚像２ａに対応するために、ＬＥＤ２は、前照灯１の光軸に対して、反射鏡４の反対側にオフセットを持って配置される。

　以上より、実施の形態２によれば、前照灯用光源は、ＬＥＤ２の発光面を、前照灯１の光軸に対して、反射鏡４の反対側にずらして配置するように構成した。このため、良好な光学系の前照灯１が構成でき、簡素で好適な前照灯１を実現できる。

実施の形態３．
　図１５は、本実施の形態３に係る前照灯１の内部構造を示す断面図である。図１５において図１～図１４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
　図１６（ａ）は傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂの前面、図１６（ｂ）は側面、図１６（ｃ）は後面である。傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂの焦点距離を、前照灯１の前方側で短くし、前照灯１の後方側で長くする。換言すれば、傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂを構成する透明部材の肉厚を、前照灯１の前方側で薄くし、前照灯１の後方側で厚くする。このように構成することで、半円筒状の凹レンズに、ＬＥＤ２の発する光を反射鏡４ｂ側に屈折させるレンズの効果をさらに付け加える。

　傾斜のない半円筒状の凹レンズを設置した場合のＬＥＤ２の光（図１５に二点鎖線で示す）に比べ、傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂを設置した場合のＬＥＤ２の光（図１５に実線で示す）は、凹レンズ先端側と後端側とでレンズの厚さが異なることにより、前照灯１の後部側へ屈折するようになる。そのため、反射鏡によって反射されること無く直接外部に漏れる光を減らすことができる。また、反射鏡４ｂの奥行きを短くして、前照灯１の前後の長さを短縮することもできる。

　以上より、実施の形態３によれば、傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂの焦点距離を、前照灯１の後部側より前部側で短くする構成にしたので、ＬＥＤ２の発する光を前照灯１の後部側に屈折させることができ、反射鏡４ｂからの漏洩光を減らすことができる。よって、好適な配光の前照灯１を実現できる。あるいは、反射鏡４ｂの奥行きを短くする（即ち、浅い反射鏡４ｂを使用する）ことができるので、前照灯１の前後の長さを短縮して、小形の前照灯１を実現できる。

実施の形態４．
　図１７（ａ）は本実施の形態４に係る前照灯用光源の構成を示す正面図、図１７（ｂ）は側面図である。この前照灯用光源は、ＬＥＤ２および傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂに加え、これらＬＥＤ２および傾斜付半円筒状凹レンズ３ｂを設置する伝熱部材１０と、前照灯１の反射鏡４への固定フランジ１１を設けた固定部１２と、ＬＥＤ２を点灯する点灯回路１３と、点灯回路１３を車両側に接続する接続コネクタ１４とを備える。図１７では前照灯１のケース６および前面レンズ７の図示を省略する。

　伝熱部材１０は、ＬＥＤ２の発する熱を、固定フランジ１１を介して反射鏡４に伝え、反射鏡４から放熱する。あるいは、この前照灯用光源を収容するケース６（図１に示す）に放熱部材が設けられている場合に、ＬＥＤ２の発する熱を伝熱部材１０を介してこの放熱部材へ伝熱する。

　固定部１２は、前照灯用光源を前照灯１の反射鏡４に固定する部位であり、反射鏡４の背面に掛止する固定用フランジ１１が形成されている。この固定用フランジ１１と反射鏡４は、バネやねじ留めなどの着脱自在な取り付け方法で固定される。
　前照灯１内部における前照灯用光源の位置決めは固定用フランジ１１と反射鏡４の掛止によって行われるため、この固定用フランジ１１を基準にして伝熱部材１０の所定位置にＬＥＤ２を設置することにより、ＬＥＤ２の虚像を前照灯１の光軸または焦点の位置に配置できる。なお、図１７の例に限らず、ＬＥＤ２の発光面を前照灯１の光軸または焦点の位置に配置してもよい。

　固定部１２の形状は、従来光源であるタングステンフィラメントの赤熱発光による白熱灯、およびアーク放電による放電灯を固定する部位（口金）の形状と略同形状にする。なお、白熱灯は例えばＨ３、Ｈ４等の形式で示される車載用のハロゲンランプであり、放電灯は例えばＤ１Ｓ、Ｄ３Ｓ等の形式で示される車載用のＨＩＤランプである。
　固定部１２の形状を従来光源の口金の形状と略同形状にすることで、ＬＥＤ２を使用した前照灯用光源と従来光源との互換性ができ、従来光源用に設計された前照灯１において従来光源に代替して図１７の前照灯用光源を使用することができる。

　点灯回路１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび制御回路等を有し、接続コネクタ１４を介して車載バッテリから供給される電源電圧をＬＥＤ２に対応する電圧に昇圧または降圧して、ＬＥＤ２に要求される所定の電流を供給する。

　図１７ではすれ違い灯用の配光を形成可能な前照灯用光源を示したが、図１８に示すように、走行灯用の配光を形成可能な前照灯用光源を構成することも可能である。
　図１８（ａ）は本実施の形態４に係る前照灯用光源の変形例を示す正面図、図１８（ｂ）は側面図である。上記実施の形態１の図１２で説明したように、反射鏡４の焦点より前方側に配置したＬＥＤ２ｂを点灯して、すれ違い灯用の配光を形成し、反射鏡４の焦点より後方側に配置したＬＥＤ２ｃを前方側のＬＥＤ２ｂと同時に点灯して、走行灯用の配光を形成する。

　以上より、実施の形態４によれば、前照灯用光源は、ＬＥＤ２が発する熱を反射鏡４などの構造物に伝える伝熱部材１０を備える構成にした。このため、伝熱部材１０がＬＥＤ２の発熱を放出することで、ＬＥＤ２が過度の高温になることを回避できる。よって、ＬＥＤ２の劣化を防ぐことができ、寿命を短くすることなく、信頼性の高い光源を実現できる。

　また、実施の形態４によれば、前照灯用光源は、ＬＥＤ２を点灯する点灯回路１３を一体に備える構成にした。このため、ＬＥＤ２と点灯回路１３を接続する接続用の配線を省略でき、また当配線が関与する事故を無くすことができ、信頼性の高い光源を実現できる。また、当配線が不要となるため扱いやすい。さらに、当配線が不要となるため、小形の光源が実現でき、前照灯１を小形にすることができる。

　また、実施の形態４によれば、前照灯用光源は、反射鏡４に対して任意に着脱できる固定部１２を備える構成にしたので、前照灯用光源を容易に交換でき、光源のメンテナンスが容易になる。よって、簡素で好適な前照灯１を構成できる。

　また、実施の形態４によれば、固定部１２は、白熱灯または放電灯の固定部（口金）と略同形状に構成した。このため、ハロゲンランプおよびＨＩＤランプ等の従来光源との互換性ができ、従来光源に代替して当前照灯用光源を使用することができる。よって、車両のメンテナンスが容易で、維持費と燃費を改善できる、長寿命で低消費電力のＬＥＤ光源を容易に使用することができる。

実施の形態５．
　本実施の形態５では、上記実施の形態１～４に係る前照灯１の変形例を説明する。
　図１９は、本実施の形態５に係る前照灯１の構成を示す断面図である。なお、図１９において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。上記実施の形態１～４では、代表的な発光素子であるＬＥＤ２を用いて前照灯用光源を構成したが、ＬＥＤ２の他に、図１９のように例えばレーザ発振器２１から可視光線や紫外線を含むレーザ光２２、あるいは、他の励起装置から電磁波や電子などを照射して蛍光体２０の表面から可視光を発する発光素子を使用することもできる。また、無機および有機ＥＬ（エレクトリックルミネッセンス）のような面状の発光素子を使用することもできる。つまりは、前照灯１の光軸方向に長い形状の略平面から光を発する発光素子であれば、上記ＬＥＤに限定されることなく各種の発光メカニズムによる発光素子を使用することができる。
　また、略平面の発光面の形状も、上記の略長方形に限定する必要はなく、前照灯１の光軸方向に長い形状であれば、例えば台形および楕円のような長方形以外の形状であっても構わない。

　以上のように、ＬＥＤ２の他、各種の発光素子を使用する場合にも、上記実施の形態１～４と同様の効果を奏し、適切な配光の前照灯１が構成できる。

　また、上記実施の形態１～４では、ＬＥＤ２と半円筒状凹レンズ３から成る前照灯用光源に対し、ＬＥＤ２の上方を覆う放物面状の反射鏡４を組み合わせて、パラボラ系反射鏡式の前照灯１を構成したが、これ以外の光学部材を組み合わせてもよい。
　例えば図２０（ａ）は、パラボラ系反射鏡式の前照灯１の内部構造を示す断面図であり、図２０（ｂ）は路面照射光を表す図である。図２０の構成例は、ＬＥＤ２の発光面を下方に向け、このＬＥＤ２の下方を半円筒状凹レンズ３および放物面状の反射鏡４で覆うものである。

　また例えば、図２１（ａ）は、プロジェクタ式の前照灯１の内部構造を示す断面図であり、図２１（ｂ）は路面照射光を表す図である。図２１の構成例は、ＬＥＤ２の発光面を上方に向け、このＬＥＤ２の上方を半円筒状凹レンズ３および楕円面状の反射鏡４ｃで覆い、反射光を投影用の凸レンズ３０で屈折させ車両前方へ照射するものである。なお、図２１（ａ）の構成には、カットオフラインを形成するための配光調整用シェード３１を使用している。

　なお、図２、図２０および図２１は前照灯の基本的な構成を示すもので、さらに好適な配光を得るために、反射鏡４～４ｃを含む光学部材は上記の基本構成を変形したものでも構わない。

　以上のように、上記前照灯用光源は、白熱灯や放電灯等の従来光源に対応する従来光源用の光学部材によって構成されるパラボラ系反射鏡式やプロジェクタ式などの、各種方式の光学部材を備えた前照灯１に使用することが可能であるため、従来光源用の光学部材、および設計技術を流用でき、容易に前照灯１の設計ができる。

　上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　以上のように、この発明に係る前照灯用光源は、平面から発光する発光素子を使用しながらも白熱灯や放電灯等の従来光源と同様に車両前方の左右方向に明るい光を照射することが可能なため、従来光源用の光学部材によって構成される前照灯に用いるのに適している。

　１　前照灯、２，２ｂ，２ｃ　ＬＥＤ、２ａ　ＬＥＤ２の虚像、２－１～２－４　半導体チップ、３　半円筒状凹レンズ、３ａ　変形半円筒状凹レンズ、３ｂ　傾斜付半円筒状凹レンズ、４～４ｃ　反射鏡、５　補助反射鏡、６　ケース、７　前面レンズ、８　単色光反射鏡、９　単色光遮光部材、１０　伝熱部材、１１　固定用フランジ、１２　固定部、１３　点灯回路、１４　接続コネクタ、２０　蛍光体、２１　レーザ発振器、２２　レーザ光、３０　凸レンズ、３１　シェード。

Claims (14)

1. 　光を車両の前方に照射する光学部材を備えた前照灯に使用する前照灯用光源であって、
   　前記前照灯の光軸方向に長い略平面状の発光面を持つ発光素子と、
   　前記前照灯の光軸と略同方向に焦点軸を持つ半円筒状の凹レンズとを備え、
   　前記半円筒状の凹レンズは、前記光学部材と前記発光素子の間に配置されることを特徴とする前照灯用光源。
2. 　前記発光素子の発光面は、前記前照灯の光軸に対して、前記光学部材である反射鏡の反対側にずらして配置されることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
3. 　前記発光素子の発光方向は、前記前照灯の光軸方向を回転軸として所定の角度回転して配置されることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
4. 　前記半円筒状の凹レンズの焦点距離は、前記前照灯の後部側より前部側が短いことを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
5. 　前記発光素子が発する熱を他の構造物に伝える伝熱部材を備えることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
6. 　前記発光素子を点灯する点灯回路を一体に備えることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
7. 　前記発光素子は、任意に点灯できる複数の発光素子から構成されることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
8. 　前記発光素子は、前記光学部材である反射鏡の焦点より前部側に配置される第１の発光素子と、当該焦点より後部側に配置される第２の発光素子から構成されることを特徴とする請求項７記載の前照灯用光源。
9. 　前記半円筒状の凹レンズは、ガラスあるいは樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
10. 　前記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
11. 　前記光学部材に対して任意に着脱できる固定部を備えることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光源。
12. 　前記固定部は、車載用白熱灯または放電灯の固定部と略同形状であることを特徴とする請求項１１記載の前照灯用光源。
13. 　前照灯用光源の発する光を車両の前方に照射する光学部材を備えた前照灯であって、
    　前記前照灯用光源は、
    　前記前照灯の光軸方向に長い略平面状の発光面を持つ発光素子と、
    　前記前照灯の光軸と略同方向に焦点軸を持つ半円筒状の凹レンズとを備え、
    　前記半円筒状の凹レンズは、前記光学部材と前記発光素子の間に配置されることを特徴とする前照灯。
14. 　前記前照灯用光源の発する光のうち、前記前照灯が照射する前方の明暗境界の暗部方向に発する光を遮光、あるいは、前記前照灯の前方に照射しない方向へ反射する機構を備えることを特徴とする請求項１３記載の前照灯。

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