WO2016051491A1 - 車両用灯具 - Google Patents

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WO2016051491A1
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vehicle
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vehicular lamp
lamp
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平田　浩二
谷津　雅彦
啓之 梶川
中村　浩之
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日立マクセル株式会社
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a vehicular lamp that is attached to a moving body such as an automobile and irradiates light on a traveling road surface when traveling in a dark place such as at night or in a tunnel.
  • the present invention relates to a vehicular lamp using an individual light emitting element as a light source.
  • Patent Document 2 a vehicular lamp using an LED light source having a structure suitable for use as a headlamp instead of a conventional halogen lamp is already known.
  • the vehicular lamp disclosed in the former Patent Document 1 is difficult to be employed as a headlamp attached to the front side of the vehicle.
  • the vehicle lamp to be used uses an LED light source instead of a conventional halogen lamp as its light source, and this does not necessarily exceed the frame of the headlamp in the prior art.
  • the headlamp attached to the front side of the vehicle has a small light emitting point shape of the halogen lamp that is the light source, and is substantially spherical, so that it is roughly used to efficiently capture and use all emitted luminous flux.
  • the shape seen from the entire surface or a part of the shape is close to the shape of the lamp, and thus has been regarded as one of the important constituent elements of the design constituting the front surface of the vehicle.
  • a white LED having high power illumination luminous efficiency is used.
  • a blue LED + phosphor system is used, and a phosphor is arranged on a blue light emitting surface to emit yellow light, and white is emitted by mixing the yellow and blue.
  • this white LED has high luminous efficiency and is energy saving and inexpensive, there is a tendency that the red color of the irradiated object is difficult to see because the energy intensity in the red region near the light wavelength of 660 nm is weak. Since red is used as a color for informing the danger, it is desirable that the red color of the object is easy to see by irradiation with the headlamp of the vehicle.
  • an object of the present invention is to provide a vehicular lamp having a configuration excellent in design.
  • a vehicle lamp that can be attached to the front end of a vehicle, and a light guide formed by molding a translucent resin into a substantially plate shape.
  • a planar light emitting unit that generates irradiation light, an optical system that converts the planar light from the light emitting unit into linear light, and is incident on one side surface of the light guide, and the linear Light that is formed on one side surface of the light guide to which the converted light is incident, and has lens means for condensing or diverging the linear converted light, and is condensed or diverged by the lens means
  • the vehicle lamp is configured such that the light is emitted from the other side facing the one side of the light guide onto the road surface in front of the vehicle, and the light emitting unit emits white light including red. Is provided.
  • the solid light source as a headlamp, it is relatively small and can be manufactured at a low cost. It is possible to provide a vehicular lamp that is extremely useful in practice, that is, it is possible to provide a vehicular lamp having an excellent design.
  • FIG. 1 shows the appearance of an automobile equipped with the vehicle lamp according to the present invention as its headlamp. That is, in this figure, the automobile main body 100 is formed into a so-called streamline shape in order to reduce the air resistance during travel, and the right composite light 101 and the left composite light are respectively provided on both sides of the front surface. 102 is attached.
  • reference numeral 103 denotes a front wheel of the vehicle, and 104 denotes a rear wheel.
  • the vehicular lamp according to the present invention that is, the left and right composite lights 101 and 102 are respectively attached in a line shape at the front end of the automobile body 100.
  • the external shape of such a vehicular lamp it is possible to mount it freely without disturbing the streamline shape of the vehicle body at the front end of the vehicle, compared to a vehicular lamp composed of a conventional halogen lamp or the like.
  • the degree of freedom of design including headlamps in the design of automobiles is greatly improved.
  • the above-described headlamp which is the vehicle lamp according to the present invention, that is, the left and right composite lights 101 and 102, particularly, the left side of the external view of the automobile shown in FIG.
  • the detailed structure of the composite light 101 will be described.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the overall structure of the composite light 101
  • FIG. 3 is a top view of the composite light 101.
  • the composite light 101 is, for example, formed of a light-transmitting resin such as acrylic by mold molding, and has an elongated outer shape and a tapered side surface (substantially vertical triangle).
  • one end surface in the longitudinal direction (in this example, the left end surface) of the compound lens body 3 which is the flat light guide body is configured by individual LEDs, and each has a plurality of different emission colors ( In this example, two light sources 2-1 and 2-2 are attached. Further, a “V” -shaped groove for light separation is formed at the end of the compound lens body 3. That is, as a result, the two inner surfaces of the light guide facing the “V” -shaped grooves function as light reflecting surfaces (3-4 surfaces in the figure), respectively. In this example, a white LED that generates white light is used as one individual light source 2-1, and a yellow LED that generates yellow light is used as the other individual light source 2-2.
  • the compound lens body 3 which is a flat light guide has side surfaces (front side surface and rear side surface in the figure) along the longitudinal direction, and the front side surface thereof. From the light sources 2-1 and 2-2 described above, and light from other light sources to be described later is irradiated toward the front of the vehicle, and the reflecting mirror 1 described below is also provided on the rear side surface thereof. Is arranged. Reference numerals 1-2 in these drawings indicate end portions (reflecting mirror end portions) formed on both sides of the reflecting mirror 1 for installation.
  • a plurality of so-called light diffusing portions 3-5 which are, for example, grooves extending in the longitudinal direction having a substantially “V” cross section, are formed on the front side surface of the composite lens body 3.
  • the light diffusing portions 3-5 which are these grooves, are relatively rough (grooves) in the vicinity of the end portion to which the light sources 2-1 and 2-2 are attached on the front side surface of the composite lens body 3. On the other hand, in the vicinity of the opposite end portion, it is formed relatively densely (the distance between the grooves is small).
  • the light diffusing unit 3-5 is not necessarily limited to the above-described vertical grooves, but may radiate light uniformly as a whole. Other shapes include, for example, point-like grooves and point-like grooves. It may be a protrusion or a protrusion in the vertical direction.
  • a planar light source (light emitting unit) 5 that generates high-intensity white light is disposed below the reflecting mirror 1 instead of a conventional halogen lamp or the like, and the planar light source 5.
  • a lens 4 is provided between the reflecting mirror 1 and the reflecting mirror 1.
  • the planar light source 5 having high emission intensity described above will be described later as an example, but a plurality of composite light sources 5-1 and 5-2 each composed of a plurality of LEDs ( In this example, two are arranged.
  • the lens 4 for example, a lenticular lens having a substantially cylindrical shape is used for condensing planar light into a linear shape and converting the shape of a light beam, and an upper portion of the planar light source 5 is used.
  • the lens 4 has a toroidal shape, an aspherical shape, or a free-form surface shape in order to condense the light beam from the composite light source (planar light source) 5 or to convert the shape thereof. It may be used.
  • the reflector 1 described above has, for example, a spherical or aspherical surface, a paraboloidal shape, or a free-form surface, that is, a curved reflecting surface, as is apparent from the above figure.
  • the light emitted from the light source 5 and converted into a substantially linear shape by the lens 4 is reflected / condensed by the reflecting surface to be incident on the light incident surface which is the rear side surface of the compound lens body 3. Lead.
  • the reflected light from the reflecting mirror 1 is formed in a predetermined shape, so that a desired irradiation surface (on the road surface in front of the vehicle)
  • Optical means for obtaining are provided.
  • a lens surface such as a Fresnel lens or to form a diffraction grating (blazed diffraction grating).
  • the formation of a Fresnel lens or a diffraction grating may be particularly suitable because the composite lens body 3 can be prevented from being thickened and enlarged in size.
  • a plurality of (three in this example) diffraction gratings 3-1, 3-2, and 3-3 are formed as shown by the wavy lines in FIG.
  • the diffraction grating 3-2 is formed so as to overlap the diffraction gratings 3-1, 3-3 on both sides thereof.
  • FIG. 4A shows the details of one composite light source 5-1 among a plurality (two in this example) of composite light sources 5-1 and 5-2 constituting the planar light source 5 described above.
  • the plurality of LED elements can be individually driven by a control line or the like (not shown).
  • the size of each LED element is 0.2 mm ⁇ 0.2 mm, and the distance between the LED elements is 0.04 mm.
  • the M ⁇ N LED elements are arranged close to the light emitting surface side, and one of the openings (left side in the figure) is a unit light source 5-5.
  • a so-called light guide 5-4 for irradiating light from the unit light source 5-5 with a desired light distribution characteristic by opening the other opening (right side in the figure) is shown.
  • the light guide 5-4 may be, for example, a quadrangular pyramid or a conical shape as illustrated.
  • Each of these light guides 5-4 has a function of reflecting a light from the LED light emitting elements arranged opposite to each other and converting a predetermined light beam shape, particularly a light divergence angle, so that the light emitting point thereof Since these light guides 5-4 are arranged three-dimensionally (X-axis-Y-axis-Z-axis) while changing their height, The position of the light emission point of the light from the light source 5 can be adjusted as appropriate.
  • the front side surface of the above-described compound lens body 3 is condensed or diverged by the diffraction gratings 3-1, 3-2, and 3-3 formed on the rear side surface thereof. This is advantageous when setting the light distribution of the illumination obtained by the light emitted from.
  • FIG. 12 shows a light-emitting unit configured as a planar light source by arranging 6 ⁇ 3 high-power LED elements of W and R as unit light sources in a plane (Y-axis-Z-axis) and in a grid shape. A small number of unit light sources R are partially arranged between the unit light sources W arranged in a large number of grids.
  • the unit light source W is a white light emitting LED, and as shown in FIG. 13, two blue LED elements are arranged side by side on a substrate, and a phosphor that emits yellow light using the emitted light from the blue LED element as excitation light on one of them.
  • the white light is output by superimposing and emitting yellow light and combining (mixing) with the emitted light from the blue LED element.
  • white is obtained by mixing the yellow light described above with the blue light emission of the other blue LED element.
  • the unit light source R is a red LED that emits red light, and is configured by arranging LED elements on a substrate as shown in FIG.
  • red means red visible light, or may include near infrared rays and infrared rays in addition to red visible rays depending on applications.
  • desired red light can be obtained by using a phosphor emitting red, near infrared, or infrared light with the emitted light from the blue LED element as excitation light similarly to the white light described above.
  • the emitted light from the blue LED element is used as excitation light to emit green light once, and the obtained green light is used as second excitation light to excite a phosphor emitting red, near infrared or infrared light to produce red light. (Shown as a red light emitting LED in FIG. 13) can also be obtained.
  • red light is emitted from the unit light source R.
  • the entire composite light source has a large amount of white light, white light is generated.
  • the light emission amount of red light is increased. It is also possible to control the color temperature of light such as lowering the color temperature.
  • FIG. 14 shows a configuration in which 3 ⁇ 6 high-power LED elements of W and W ′ as unit light sources are arranged in a plane (Y-axis-Z-axis) and in a grid shape.
  • the unit light source W ′ is used instead of the unit light source R shown in FIG.
  • the unit light source W is a white light emitting LED and has the same configuration as that shown in FIG.
  • the unit light source W ′ is obtained by adding a red LED element to the structure of the unit light source W and arranging it on the substrate.
  • the arrangement ratio of the unit light sources W and W ′ is the same as in FIG.
  • the unit light source W ′ emits reddish white light.
  • the total light amount of the composite light source is overwhelmingly large, white light is generated.
  • the red light included in the irradiation light is reflected by the red portion of the irradiation object.
  • the red portion of the object can be easily visually recognized.
  • the number of the unit light sources R is too large, the lightness becomes reddish and the feeling of brightness is lowered. Therefore, it is preferable that the number of unit light sources R is small if the red portion of the irradiation object can be easily visually recognized.
  • FIG. 16 shows the spectral energy distribution of the light emitting LED
  • the solid line shows the spectral energy distribution of the conventional blue LED + phosphor type white light emitting LED. According to the distribution of the solid line, it can be seen that the relative energy intensity greatly decreases in the vicinity of red color (near the light wavelength of 660 nm), and the red color of the object tends to be difficult to see.
  • the relative energy intensity is near red (near the light wavelength of 660 nm) as shown by the broken line in the first embodiment of the present invention of the spectral energy distribution shown in FIG. ), And the red color of the object is easy to see.
  • the red light emitting LED is configured to emit visible red light, but may be configured to emit infrared rays or near infrared rays selectively or simultaneously.
  • a unit light source including an infrared LED element that emits infrared rays or near infrared rays is newly provided as the unit light source in FIGS. 13 and 15, and is configured to be partially added to the grid-like arrangement.
  • the infrared LED element is wired so that light emission drive control is performed independently of the other LED elements.
  • the spectral energy distribution due to the light emission of the infrared LED element is as shown by the broken line in the second embodiment of the present invention of the spectral energy distribution shown in FIG. That is, the relative energy intensity rises greatly in the light portion having a longer wavelength than in the vicinity of red (near the wavelength of light of 660 nm). Further, in the present invention, a detailed description will be given later, but it is assumed that the characteristic has risen greatly in the vicinity of red near infrared rays or infrared rays (not shown) having a wavelength of 850 nm or more.
  • Near-infrared or infrared LED elements always stop emitting light and are selectively emitted when using an infrared / near-infrared camera.
  • the oncoming vehicle is made dazzling to the driver of the oncoming vehicle by making white light into the low beam at night and irradiating infrared rays and monitoring the reflected light of the infrared rays with the above camera with good sensitivity. It is used as a system for accurately recognizing pedestrians that are difficult to see under the headlights of oncoming vehicles.
  • ⁇ Running lamp function> This is a so-called DRL (Daytime Running Lamp) function in which a part of the headlight of an automobile emits light linearly when the vehicle is running.
  • one light source 2-1 attached to the end face (left end face in the figure) of the composite lens body 3 constituting the headlamp is caused to emit light.
  • the (white) light emitted from the light source 2-1 passes through the inside of a flat rod-shaped light guide formed in a substantially vertical triangular shape constituting the compound lens body 3, as indicated by a dotted arrow in the figure. It propagates and exits to the outside through the light diffusing portion 3-5 and the like in almost the entire region in the longitudinal direction on the front side surface that is the light emitting surface of the composite lens body 3.
  • a DRL Daytime Running Lamp
  • ⁇ Direction lamp function> This is a so-called turn signal lamp function that emits light to indicate the traveling direction of the automobile in a part of the headlight.
  • the other light source 2-2 attached to the end face (left end face in the figure) of the compound lens body 3 constituting the headlamp is caused to emit light.
  • the (yellow) light emitted from the light source 2-2 passes through the inside of a flat rod-shaped light guide formed in a substantially vertical triangular shape constituting the compound lens body 3, as indicated by solid arrows in the figure.
  • the light is emitted to the outside through the light diffusion portion 3-5 formed densely in the vicinity of the other end face (right end face in the figure) of the compound lens body 3.
  • reference numerals 105 and 106 in FIG. 7 a direction indicating lamp function that is turned on to instruct the vehicle to travel is realized at both ends of the headlight of the automobile.
  • the high intensity light from the above-described planar light source 5 that is, two composite light sources 5-1, 5-2. Is guided through the lens 4 and the reflecting mirror 1 (see the reflection points c1 to c6 in FIG. 8) into the light guide body which is the compound lens body 3. At that time, the light is condensed by optical means formed on the rear side surface as the light incident surface (in this example, diffraction gratings 3-1, 3-2, and 3-3: see symbols b1 to b6 in FIG. 9).
  • the light is emitted from the light exit surface which is the front side surface of the light guide, and further diffused by the light diffusion portion 3-5 formed on the light exit surface and irradiated to the front of the vehicle. That is, in the vehicle lamp device according to the present invention, the light distribution characteristics are controlled by the optical means in which the light beam emitted from the planar light source 5 is formed on the lens 4, the reflecting mirror 1, and the composite lens body 3. At this time, the surface of the reflecting mirror 1 is not a mirror surface, but is irradiated as light having a better light distribution characteristic by providing a fine optical pattern in order to control the light distribution characteristic.
  • the desired light distribution characteristic can be obtained by controlling the light emission region and the light emission intensity of the planar light source 5 described above.
  • the irradiation light from the composite lens body 3 is switched between so-called high beam and low beam.
  • a plurality of light-emitting elements constituting the planar light source 5 described above are selectively driven. More specifically, for example, in the case of obtaining a so-called high beam, the light emitting element of the planar light source 5 (two composite light sources 5-1, 5-2 whose configurations are shown in FIG. 4A) is used.
  • the light emitting element of the planar light source 5 two composite light sources 5-1, 5-2 whose configurations are shown in FIG. 4A
  • the light emission corresponding to the lower row is emitted.
  • the device emits light. Furthermore, when obtaining a wide low beam, the number of light emitting elements driven by the planar light source 5 may be increased in the row direction.
  • planar light source 5 by selectively switching the two composite light sources 5-1 and 5-2 constituting the planar light source 5 (when the light source 5 is a single planar body, left and right It is also possible to move the light irradiated to the front of the vehicle from the front side surface of the compound lens body 3 as a light guide in the left-right direction. In other words, a desired light distribution pattern can be obtained by changing the light emission region (pattern) of the planar light source 5.
  • the steering angle detection means attached to the automobile body 100 the amount ⁇ detection means from the course, the traveling speed detection means (however, here, In addition to the above-mentioned selection of the high beam, the low beam, and the wide low beam, the light beam from the headlight is automatically directed in the traveling direction of the vehicle based on the signal detected by the above (not described in detail). It is possible to realize a so-called adaptive headlight.
  • reference numeral 111 denotes a road on which the automobile main body 100 travels
  • 113 denotes a means for detecting a forward field of view, such as a CCD camera, attached to the automobile.
  • FIG. 11 shows the irradiation characteristics obtained by the vehicle lamp (headlight) according to the present invention described above.
  • a normal low beam 115 is shown.
  • the high beam 116-1 is changed to a high beam 116-2 that moves along the steering direction of the vehicle. That is, regarding the caution points (1) and (2) existing in front of the vehicle shown in the figure, the caution point (2) that cannot be detected only by the normal low beam 115 or the high beam 116-1 also moves along the steering direction. According to the high beam 116-2, detection is possible, and safer driving can be supported.
  • an arrangement that enables safer driving is also possible by changing the light emission area (pattern) of the planar light source 5 based on a detection signal from a means for detecting the front field of view such as the CCD camera. It would also be possible to obtain a light pattern. For example, when an oncoming vehicle from the front is detected, the light emitting element in the area where the light beam is generated toward the oncoming vehicle is turned off or the light emission intensity is reduced, or the light distribution direction of the light from the headlamp It is also possible to avoid the occurrence of illusion due to the headlight to the oncoming vehicle by moving the vehicle.
  • the embodiment of the present invention has been described in detail, but according to the present invention, as is apparent from its external shape, it is relatively small and can be freely attached to the tip of the vehicle. It is possible to greatly improve the degree of freedom of vehicle design including the headlamp, and further, it is possible to reduce the manufacturing price by configuring it integrally including the traveling lamp and the direction indicator lamp, or It is possible to realize an excellent vehicle lamp that can simplify the assembling work into the vehicle body.
  • the vehicular lamp according to the present invention has been described in detail particularly with respect to an embodiment in which the vehicular lamp is applied to a headlamp.
  • the present invention is not limited thereto. It can also be used as a tail lamp.
  • a planar light source having high light emission intensity, a reflecting mirror, or the like is not necessary, so that it can be realized with a simpler structure at a low cost.
  • a red LED that generates red light is preferably used as the semiconductor light emitting element.
  • the embodiments of the present invention have been described in detail.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments are described in detail for the entire apparatus in order to easily understand the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • SYMBOLS 101 Composite light, 1 ... Reflection mirror, 2-1, 2-2 ... Light source, 3 ... Composite lens body (light guide), 3-1, 3-2, 3-3 ... Diffraction lens, 3-4 ... (V-shaped groove) reflection surface, 3-5... Light diffusion part, 4... Lens, 5... Planar light source 5-1 5-2.

Abstract

　比較的小型で安価に製造可能で、自動車への搭載性に優れ、ヘッドランプでの照射によって対象物の認知性の優れた車両用灯具である。車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具は、透光性の樹脂を略板状に成形してなる導光体である複合レンズ体と、照射光を発生する面状の発光部と、発光部からの面状の光を線状の光に変換して、導光体の前方側面に入射する光学系と、線状の変換光が入射する導光体の後方側面に形成され、線状の変換光を集光するための回折レンズとを備えており、レンズ手段で集光した光を、導光体の前方側面から車両の前方の路面上に照射し、前記発光部は赤色を含む白色を発光する。

Description

車両用灯具
　本発明は、例えば、自動車等の移動体に取り付けられ、夜間やトンネル内等、所謂、暗所での走行時において走行路面に光を照射するための車両用灯具に関し、特に、ＬＥＤに代表される個体発光素子を光源として利用した車両用灯具に関する。
　近年、ＬＥＤに代表される個体発光素子の発達は目覚ましく、例えば、以下の特許文献１によれば、ヘッドランプとは異なるが、車両の背面側に取り付けられるリアコンビネーションランプの一部に、当該ＬＥＤをその光源として利用した車両用灯具が既に知られている。
　また、以下の特許文献２によれば、従来のハロゲンランプに替えて、ヘッドランプとして使用するに適した構造の、ＬＥＤ光源を利用した車両用灯具も既に知られている。
特開２００７－２２７３５６号公報 特開２０１０－１８２５５４号公報
　しかしながら、上述した従来技術になる車両用灯具では、特に、前者の特許文献１になる車両用灯具は、車両の前面側に取り付けられるヘッドランプとして採用することは難しく、また、後者の特許文献２になる車両用灯具は、その光源として、従来のハロゲンランプに替えて、ＬＥＤ光源を利用するものであり、これでは、必ずしも、従来技術におけるヘッドランプの枠を超えるものではなかった。
　即ち、従来から、車両の前面側に取り付けられるヘッドランプは、その光源であるハロゲンランプの発光点形状が小さく略球状であるため、発光する全光束を効率よく捕捉して利用するために概略、その全面から見た形状又は一部形状は当該ランプの形状に近く、そのため、車両の前面を構成する意匠の重要な構成要件の１つとされていた。
　しかしながら、近年においては、ハイブリッド車や電気自動車等の内燃機関を動力とする車両と異なる動力源を用いた車両が登場し新たな分野を築いており、これに伴い自動車における意匠設計においても、そのヘッドランプを含めた設計の自由度が求められている。
　また、ＬＥＤ光源を利用するものでは、電力照明発光効率が高い白色ＬＥＤが用いられている。白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ＋蛍光体方式が用いられ、青色の発光面に蛍光体を配置して黄色を発光させ、この黄色と青色を混色することにより白色を出している。
　しかし、この白色ＬＥＤは発光効率が高く、省エネルギーで安価であるが、光の波長６６０ｎｍ付近の赤色の領域のエネルギー強度が弱いため、照射された対象物の赤色が見えにくいという傾向があった。赤は危険を知らせる色として用いられるため、車両のヘッドランプでの照射によって対象物の赤色が見易いことが望まれる。
　そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、特に、従来のハロゲンランプに替えて、個体光源をヘッドランプとして使用することに伴い、その特性を十分に生かすことにより、特に、その意匠性にも優れた構成の車両用灯具を提供することをその目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明によれば、まず、車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具であって、透光性の樹脂を略板状に成形してなる導光体と、照射光を発生する面状の発光部と、前記発光部からの面状の光を線状の光に変換して、前記導光体の一の側面に入射する光学系と、前記線状の変換光が入射する前記導光体の一の側面に形成され、当該線状の変換光を集光又は発散するためのレンズ手段とを備えており、前記レンズ手段で集光又は発散した光を、前記導光体の一の側面に対向する他の側面から当該光を前記車両の前方の路面上に照射し、前記発光部は赤色を含む白色を発光するように構成された車両用灯具が提供される。
　上述した本発明によれば、個体光源をヘッドランプとして使用することにより、比較的小型で安価に製造可能で、照射対象物の赤色が見易いことで自動車への搭載性にも優れ、かつ、その意匠性にも優れた構成の車両用灯具を提供することが可能となるという、実用的にも極めて有用な車両用灯具が提供されることとなる。
本発明の一実施の形態になる車両用灯具をヘッドランプとして搭載した自動車の外観を示す図である。 上記車両用灯具である複合ライトの全体構成を示す展開斜視図である。 上記車両用灯具の全体構成を示す上面図である。 上記車両用灯具の面状の光源の詳細な構成を示す図である。 上記車両用灯具が走行ランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する図である。 上記車両用灯具が方向指示ランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する図である。 上記車両用灯具が方向指示ランプとして点灯している状態の自動車の外観を示す図である。 上記車両用灯具がヘッドランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する斜視図である。 上記車両用灯具がヘッドランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する上面図である。 上記車両用灯具による照明光の配光性について説明するための図である。 上記車両用灯具による照明光の配光性について説明するための図である。 上記車両用灯具の単位光源の種類を説明する図である。 上記車両用灯具の単位光源の詳細説明図である。 上記車両用灯具の単位光源の他の種類を説明する図である。 上記車両用灯具の他の単位光源の詳細説明図である。 上記車両用灯具の面状の光源の分光エネルギーの分布を説明する特性図である。
　以下、本発明の実施の形態になる車両用灯具の詳細について、添付の図面を参照しながら説明する。
　まず、添付の図１には、本発明になる車両用灯具をそのヘッドランプとして搭載した自動車の外観が示されている。即ち、この図において、自動車本体１００は、走行時の空気抵抗を低減するために、所謂、流線形状に成形されており、その前面の両側には、それぞれ、右側複合ライト１０１、左側複合ライト１０２が取り付けられている。なお、図中の符号１０３は、当該自動車の前輪を、１０４は、その後輪を、それぞれ示す。
　この図からも明らかなように、本発明になる車両用灯具、即ち、左右の複合ライト１０１、１０２は、それぞれ、自動車本体１００の先端部において、ライン状に取り付けられている。なお、かかる車両用灯具の外観形状によれば、従来のハロゲンランプ等から構成される車両用灯具に比較し、車両先端部における車体の流線形状を乱すことなく、自在に取り付けることが可能となり、これにより、自動車の設計におけるヘッドランプを含めた設計の自由度が大幅に向上することとなる。
　続いて、以下には、本発明になる車両用灯具である上述したヘッドランプ、即ち、上記左右の複合ライト１０１、１０２のうち、特に、図１に示す自動車の外観図に対して向かって左の複合ライト１０１の詳細な構造について説明する。
　図２は、上記の複合ライト１０１の全体構成を示す展開斜視図であり、更に、図３は、当該複合ライト１０１の上面図である。これらの図からも明らかなように、当該複合ライト１０１は、一例として、例えば、アクリル等の透光性の樹脂を金型成型により成形した、外形が細長くその一側面をテーパ状（略垂直三角形状）に形成した、扁平な棒状、又は、板状の５面体以上の多面体形状を有する導光体である、複合レンズ体３を備えている。
　なお、この例では、当該扁平な導光体である複合レンズ体３の長手方向の一端面（本例では、左側端面）には、それぞれが個別のＬＥＤで構成され、発光色の異なる複数（本例では２個）の光源２－１、２－２が取り付けられている。また、上記複合レンズ体３の当該端部には、光分離用の「Ｖ」字状の溝が形成されている。即ち、これにより、当該「Ｖ」字状の溝に対向する導光体の２つの内面がそれぞれ光の反射面（図中３－４面）として機能するようになっている。なお、本例では、一方の個体光源２－１として、白色光を発生する白色ＬＥＤを、他方の個体光源２－２として、黄色光を発生する黄色ＬＥＤを使用している。
　また、図３によっても明らかなように、扁平な導光体である上記複合レンズ体３は、その長手方向に沿った側面（図の前方側面と後方側面）を有しており、その前方側面からは、上述した光源２－１、２－２と共に、後に説明する他の光源からの光を、車両の前方に向かって照射し、そして、その後方側面には、以下にも述べる反射鏡１が配置されている。なお、これらの図における符号１－２は、上記反射鏡１を設置するため、その両側に形成された端部（反射鏡端部）を示している。
　また、上記複合レンズ体３の前方側面には、例えば、断面略「Ｖ」字状の縦方向に延びた溝である、所謂、光拡散部３－５が、複数本、形成されている。なお、これらの溝である光拡散部３－５は、上記複合レンズ体３の前方側面において、上記光源２－１、２－２が取り付けられた端部の近傍では、比較的、粗く（溝間の距離を大きく）、他方、反対側の端部の近傍では、比較的、密に（溝間の距離を小さく）形成されている。なお、この光拡散部３－５は、必ずしも上述した縦方向の溝に限られることなく、全体として光が均等に発散されれば良く、その他の形状として例えば、点状の溝、点状の突起、縦方向の突起部であってもよい。
　更に、当該反射鏡１の下方には、従来のハロゲンランプ等に替えて、高い強度の白色光を発生する面状の光源（発光部）５が配置されていると共に、当該面状の光源５と上記反射鏡１との間には、レンズ４が設けられている。なお、本例では、上記した高い発光強度を備えた面状の光源５を、一例として、後にも述べるが、各々複数のＬＥＤから構成された複合光源５－１、５－２を、複数（本例では２個）を配列することによって構成している。また、上記のレンズ４としては、面状の光を線状に集光及び光束の形状を変換するため、例えば、外形略円柱状のレンチキュラーレンズを用い、そして、上記面状の光源５の上部において発光面全体をほぼ覆うように配置されている。複合光源（面状の光源）５からの光束を集光したり、その形状を変換したりするためレンズ４の形状は前述したレンチキュラーレンズの他にトロイダル形状や、非球面形状、自由曲面形状を用いても良い。
　そして、上述した反射鏡１は、上記の図からも明らかなように、例えば、球面又非球面または放物面状や自由曲面形状の、即ち、湾曲した反射面を有しており、上記面状の光源５から発せられ、かつ、上記のレンズ４によって略線状に変換された光を、その反射面で反射・集光して、上記複合レンズ体３の後方側面である入光面に導く。
　更に、上述した複合レンズ体３の入光面である長手方向の後方側面には、上記反射鏡１からの反射光を所定の形状に形成し、もって、車両前方の路面に所望の照射面（配光性）を得るための光学的手段が設けられている。かかる光学的手段としては、その一例として、フレネルレンズ等のレンズ面を形成し、又は、回折格子（ブレーズ型の回折格子）を形成することが考えられる。特に、フレネルレンズや回折格子を形成することによれば、当該複合レンズ体３の厚肉化や外形の大型化を回避することが出来ることから、特に、好適であろう。なお、本例では、上記図２において波線で示すように、複数（本例では３個）の回折格子３－１、３－２、３－３が形成されており、ここでは、中央部の回折格子３－２は、その両側の回折格子３－１、３－３に重なるように形成されている。
　また、図４（Ａ）には、上述した面状の光源５を構成する複数（本例では２個）の複合光源５－１、５－２のうち、一方の複合光源５－１の詳細を示す。この図では、各複合光源５－１は、複数（本例では、Ｍ行×Ｎ列＝６×３個）の高出力ＬＥＤ素子（半導体発光素子）を平面（Ｙ軸－Ｚ軸）上に、升目状に並べて配置して構成されたものであり、これら複数のＬＥＤ素子は、図示しないが、制御線等により、個別に駆動することが可能である。なお、一例として、各ＬＥＤ素子のサイズは、０．２ｍｍ×０．２ｍｍであり、ＬＥＤ素子間の距離は、０．０４ｍｍである。
　更に、図４（Ｂ）には、上述したＭ×Ｎ個のＬＥＤ素子の発光面側に近接して配置され、その一方の開口部（図の左側）を、それぞれ、単位光源５－５とし、他方の開口部（図の右側）を開放し、もって、単位光源５－５からの光を所望の配光特性で照射するための、所謂、ライトガイド５－４を示す。このライトガイド５－４は、例えば、図示のように、四角錐、又は、円錐形状であってもよい。これらのライトガイド５－４は、それぞれ対向して配置されたＬＥＤ発光素子からの光を反射して所定の光ビーム形状、特に光の発散角を小さく変換する機能を有することから、その発光点を高さ方向に設定することを可能とすることから、これらのライトガイド５－４を立体的に（Ｘ軸－Ｙ軸－Ｚ軸）その高さを変えて配置することにより、上記面状の光源５からの光の発光点の位置を、適宜、調整することが可能となる。特に、上述した構造になる面状の光源によれば、その後方側面に形成した回折格子３－１、３－２、３－３により集光又は発散されて上述した複合レンズ体３の前方側面から出射される光により得られる照明の配光を設定する場合などにおいて有利であろう。
　次に、単位光源５－５の構成について述べる。図１２は、単位光源としてＷとＲの２種類の高出力ＬＥＤ素子を平面（Ｙ軸－Ｚ軸）状に、升目状に６×３個並べて配置して面状に構成した発光部を示し、多数升目状に並べられた単位光源Ｗの間に少ない数の単位光源Ｒが部分的に配置されている。
　単位光源Ｗは白色発光ＬＥＤであり、図１３に示すように、青色ＬＥＤ素子を基板に２個並べて配置し、その一方に青色ＬＥＤ素子からの放射光を励起光として黄色光を発光する蛍光体を重ねて黄色を発光させ、青色ＬＥＤ素子からの放射光と合成（混色）することで白色光を出力する。又は、前述した黄色光に他の一方の青色ＬＥＤ素子の青色の発光と混色することにより白色を得ている。単位光源Ｒは赤色を発光する赤色ＬＥＤであり、図１３に示すように、基板にＬＥＤ素子を配置して構成される。
　ここで、赤色とは、赤色の可視光線の場合、または用途に応じては赤色の可視光線の他に近赤外線および赤外線を含む場合もある。一方、前述した白色光と同様に青色ＬＥＤ素子からの放射光を励起光とし赤色または近赤外または赤外光を発光する蛍光体を併用して所望の赤色光を得ることも出来る。
　更に青色ＬＥＤ素子からの放射光を励起光とし一旦緑色光を発光させ、得られた緑色光を第二の励起光として赤色または近赤外または赤外光を発光する蛍光体を励起し赤色光（図１３中は赤色発光ＬＥＤとして図示）を得ることも出来る。
　上記構成では、単位光源Ｒから赤が発光されるが、複合光源全体としては白色光の光量が多いので白色光となるが、霧中の視認性向上のため赤色光の発光光量を増加させ白色の色温度を下げるなど光の色温度を制御することも出来る。
　単位光源５－５の構成の他の例について述べる。図１４は、単位光源としてＷとＷ´の２種類の高出力ＬＥＤ素子を平面（Ｙ軸－Ｚ軸）状に、升目状に３×６個並べて配置して構成したものであり、図１２に示す単位光源Ｒに代えて、単位光源Ｗ´を用いたものである。単位光源Ｗは白色発光ＬＥＤであって、図１３に示すものと同じ構成である。
　単位光源Ｗ´は、図１５に示すように、単位光源Ｗの構造に赤色ＬＥＤの素子を加えて基板に配置したものである。単位光源ＷとＷ´の配列割合は図１２と同じである。
　上記構成では、単位光源Ｗ´からは赤みを帯びた白色が発光されるが、複合光源全体としては白色光の光量が圧倒的に多いので、白色光となる。
　上記した図１２～図１５に示す各場合において、照射される白色光が車両のヘッドランプとして照射されたとき、照射光に含まれる赤色の光が照射対象物の赤色部分で反射するので、照射対象物の赤色部分を容易に視認することができる。
　単位光源Ｒの数は、多すぎると赤みを帯びた光になって明るさ感が低下するので、照射対象物の赤色部分を容易に視認することができるのであれば、少ないほうが良い。
　図１６に発光ＬＥＤの分光エネルギーの分布を示し、実線は、従来の青色ＬＥＤ＋蛍光体方式の白色発光ＬＥＤの分光エネルギーの分布を示す。実線の分布によれば、相対エネルギー強度が赤色付近（光の波長６６０ｎｍ付近）で大きく減少しており、対象物の赤色が見えにくいという傾向であることが分かる。
　これに対して、図１２～図１５で説明した実施例では、図１６に示す分光エネルギー分布の本願発明の実施例１の破線に示すように、相対エネルギー強度が赤色付近（光の波長６６０ｎｍ付近）で大きく立ち上がっており、対象物の赤色が見易いという傾向であることが分かる。
　上記で説明した実施例では、赤色発光ＬＥＤは可視光線の赤色を発光する構成としているが、赤外線または近赤外線を選択的に、又は、同時に発光するように構成してもよい。この場合、図１３や図１５において単位光源として、赤外線または近赤外線を発光する赤外線ＬＥＤ素子を備えた単位光源を新たに設け、升目状の配列に部分的に加えるように構成する。そして赤外線ＬＥＤ素子は他のＬＥＤ素子とは独立して発光駆動制御がなされるように配線される。
　赤外線ＬＥＤ素子の発光による分光エネルギー分布は、図１６に示す分光エネルギー分布の本発明の実施例２の破線で示すような分布となる。すなわち、相対エネルギー強度が、赤色付近（光の波長６６０ｎｍ付近）より長波長の光部分で大きく立ち上がっている。更に本願発明では後に詳細な説明を行うが波長８５０ｎｍ以上の赤色近赤外線または赤外線（図示せず）付近でも大きく立ち上がった特性としている。
　近赤外線又は赤外線ＬＥＤ素子は常時は発光を停止しており、赤外／近赤外線対応カメラを用いるときに選択的に発光して用いられる。すなわち、夜間に対向車に対して白色光をロービームにするとともに赤外線を照射し、その赤外線の反射光を上記カメラで好感度にとらえてモニタリングするようにして、対向車の運転手に眩しさを与えずに、かつ、対向車のヘッドライトの陰になって見えにくい歩行者を正確に認知するシステムとして用いられる。
　なお、上記の例では、一例として、Ｍ×Ｎ＝６×３個の高出力ＬＥＤ素子（半導体発光素子）を用いたものについて説明したが、各発光素子として、更に、微細なものを配列したものでもよく、要するに、所望の発光強度が得られる面状の光源であればよい。
　続いて、上述した構成になる本発明の車両用灯具、特に、ヘッドランプの機能・動作について、以下に説明する。
＜走行ランプ機能＞
　これは、自動車のヘッドライトの一部において車両の走行時に線状に発光する、所謂、ＤＲＬ(Daytime Running Lamp)機能である。
　この走行ランプ機能時においては、図５にも示すように、上記ヘッドランプを構成する複合レンズ体３の端面（図の左側端面）に取り付けられた一方の光源２－１を発光させる。この光源２－１から発した（白色）光は、図に点線の矢印で示すように、複合レンズ体３を構成する略垂直三角形状に形成された、扁平な棒状の導光体の内部を伝播し、上記光拡散部３－５等を介して、当該複合レンズ体３の発光面である前方側面上の長手方向のほぼ全領域において、その外部に出射する。その結果、上記の図１において符号１０１、１０２で示すように、自動車のヘッドライトの一部において車両の走行時に線状に発光するＤＲＬ(Daytime Running Lamp)機能が実現される。
＜方向指示ランプ機能＞
　これは、ヘッドライトの一部において、自動車の走行方向を指示するために発光する、所謂、ターンシグナルランプ機能である。
　この方向指示ランプ機能時においては、図６にも示すように、上記ヘッドランプを構成する複合レンズ体３の端面（図の左側端面）に取り付けられた他方の光源２－２を発光させる。この光源２－２から発した（黄色）光は、図に実線の矢印で示すように、複合レンズ体３を構成する略垂直三角形状に形成された、扁平な棒状の導光体の内部を伝播し、特に、複合レンズ体３の他の端面（図の右側端面）近傍に密に形成された光拡散部３－５を介して、その外部に出射する。その結果、図７において符号１０５、１０６で示すように、自動車のヘッドライトの両端部において、車両の走行を指示するために点灯する方向指示ランプ機能が実現される。
　なお、上述した走行ランプ機能用に光源２－１から発した（白色）光と、方向指示ランプ機能用に光源２－２から発した（黄色）光は、上記複合レンズ体３の端部に「Ｖ」字状に形成された溝による反射面３－４の働きにより互いに分離されることから、当該複合レンズ体３の導光体の内部で互いに混じり合うことから回避される。
＜ヘッドランプ機能＞
　ヘッドランプの主要な機能である、即ち、走行路面に照明光を照射するための機能である。
　即ち、この場合には、添付の図８及び図９に矢印で示すように、上述した面状の光源５（即ち、２個の複合光源５－１、５－２）からの高強度の光を、上記レンズ４及び反射鏡１を介して（図８の反射点ｃ１～ｃ６を参照）、上記複合レンズ体３である導光体内に導く。その際、その入光面である後方側面の形成した光学的手段（本例では、回折格子３－１、３－２、３－３：図９の符号ｂ１～ｂ６を参照）により集光された後、当該導光体の前方側面である出射面から出射し、更には、当該出射面に形成された光拡散部３－５により拡散されて車両の前方に照射される。すなわち、本願発明の車両灯具装置では、面状の光源５から発した光束をレンズ４、反射鏡１、複合レンズ体３に形成した光学手段により配光特性を制御するものである。この際、反射鏡１の表面を鏡面とするのではなく配光特性を制御するために微細光学パターンを設けることでより優れた配光特性の光として照射される。
　その際、以下にも述べるように、上述した面状の光源５の発光領域や発光強度を制御することによれば、所望の配光特性を得ることが出来る。
　まず、上記複合レンズ体３から照射光を、それぞれ、所謂、ハイビームとロービームの間で切り替える場合について説明する。この場合、例えば、上述した面状の光源５を構成する複数の発光素子を、選択的に駆動する。より具体的には、例えば、所謂、ハイビームを得る場合、面状の光源５（図４（Ａ）にそれぞれの構成を示した２個の複合光源５－１、５－２）の発光素子のうち、例えば、面状の光源５の行方向における中心近傍に位置する素子で、上側の行に対応する発光素子を発光させ、他方、ロービームを得る場合には、下側の行に対応する発光素子を発光させる。更に、ワイドロービームを得る場合には、面状の光源５の駆動する発光素子を行方向に増加すればよい。
　また、例えば、上記面状の光源５を構成する２個の複合光源５－１、５－２を選択的に切り替えることによれば（光源５が１枚の面状体の場合には、左右の領域で切り替える）、導光体である上記複合レンズ体３の前方側面から車両の前方に照射される光を、左右方向に移動することも可能となる。換言すれば、上記面状の光源５の発光領域（パターン）を変えることにより、所望の配光パターンを得ることが可能となる。
　これによれば、例えば、添付の図１０及び１１にも示すように、自動車本体１００に取り付けられたステアリング角度検出手段、進路からのそれ量Δ検知手段、走行速度検知手段（但し、ここでは、これらの詳述はせず）により検出された信号に基づいて、上述したハイビーム、ロービーム、ワイドロービームの選択に加え、ヘッドライトからの光ビームを、自動的に、車両の進行方向に向けるようにする等の機能を実現することができ、所謂、アダプティブヘッドライトを実現することができる。なお、図１０において、符号１１１は、自動車本体１００が走行する道路を、１１３は、当該自動車に取り付けられた、例えば、ＣＣＤカメラ等、前方の視界を検知するための手段を示している。
　また、図１１には、上述した本発明になる車両用灯具（ヘッドライト）により得られる照射特性を示しており、これによれば、車両が直進からカーブに差し掛かる場合において、通常のロービーム１１５又はハイビーム１１６－１から、車両の操舵方向に沿って移動するハイビーム１１６－２に変化する様子が示されている。即ち、図に示した車両前方に存在する注意点（１）及び（２）について、通常のロービーム１１５又はハイビーム１１６－１だけでは検出できない注意点（２）についても、操舵方向に沿って移動するハイビーム１１６－２によれば検知が可能となり、より安全な運転を支援することが可能となる。
　更には、上記ＣＣＤカメラ等の前方の視界を検知する手段からの検出信号に基づいて、上記面状の光源５の発光領域（パターン）を変化することによっても、より安全な運転が可能な配光パターンを得ることも可能となるであろう。例えば、前方からの対向車を検知した場合には、当該対向車に向かって光ビームを発生する領域の発光素子を消灯しあるいは発光強度を低減する、又は、ヘッドランプからの光の配光方向を移動することなどにより、当該対向車へのヘッドライトによる幻惑の発生を回避することも可能となる。
　以上において、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明によれば、その外観形状からも明らかなように、比較的小型であり、車両の先端部に自在に取り付けることが可能で、ヘッドランプを含めた車両設計の自由度を大幅に向上することが可能であり、更には、走行ランプや方向指示ランプをも含めて一体に構成することで、その製造価格を低減し、又は、車体への組み込み作業をも簡素化することを可能とする優れた車両用灯具を実現することができる。
　また、以上では、本発明になる車両用灯具を、特に、ヘッドランプへ適用した実施例について詳細に説明したが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、例えば、車体の後方に取り付けられるテールランプとして利用することも可能であろう。特に、ブレーキランプとして使用する場合等においては、高い発光強度を備えた面状の光源や反射鏡等は不要となることから、より簡潔な構造で安価に実現することが可能となろう。また、その場合、半導体発光素子としては、例えば、赤色光を発生する赤色ＬＥＤなどを用いることが好ましい。
　以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、しかしながら、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１０１…複合ライト、１…反射鏡、２－１、２－２…光源、３…複合レンズ体（導光体）、３－１、３－２、３－３…回折レンズ、３－４…（Ｖ字状溝）反射面、３－５…光拡散部、４…レンズ、５…面状の光源、５－１、５－２…複合光源、５－４…ライトガイド

Claims (6)

  1. 　車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具であって、
    　透光性の樹脂を５面体以上の多面体形状に成形してなる導光体と、
    　照射光を発生する面状の発光部と、
    　前記発光部からの面状の光を非円形形状の光に変換して、前記導光体の１つ側面に入射する光学系と、
    　前記非円形形状の変換光が入射する前記導光体の１つの側面に形成され、前記非円形形状の変換光を集光するためのレンズ手段と、を備え、
    　前記レンズ手段で集光した光を、前記導光体の１つの側面に対向する他の側面から前記車両の前方の路面上に照射し、
    　前記発光部は赤色を含む白色を発光する、車両用灯具。
  2. 　請求項１に記載の車両用灯具において、
    　前記発光部は、白色を発光する白色半導体発光素子と、赤色を発光する赤色半導体発光素子とが、複数個並べられて面状に構成される、車両用灯具。
  3. 　請求項２に記載の車両用灯具であって、
    　前記発光部は、前記白色半導体発光素子と、これより少ない数の赤色半導体発光素子とが、複数個並べられて面状に構成される、車両用灯具。
  4. 　請求項１に記載した車両用灯具であって、
    　前記発光部は、近赤外線または赤外線を含む白色を発光する、車両用灯具。
  5. 　請求項４に記載の車両用灯具であって、
    　前記発光部は、白色の発光と共に、選択的に近赤外線または赤外線を発光する、車両用灯具。
  6. 　請求項５に記載の車両用灯具であって、
    　前記発光部は、赤外／近赤外線対応カメラを用いるときに、近赤外線または赤外線を発光する、車両用灯具。
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