WO2018216601A1 - 灯具 - Google Patents

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WO2018216601A1
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良介 河合
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スタンレー電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a lamp having a plurality of light emitters, which can be used for a vehicle headlight, for example, arranged in a matrix, can control turning on and off of a variable pattern.
  • a headlight system in which a light distribution shape moves in real time according to a traveling direction in conjunction with a steering operation or a navigation system is becoming common.
  • a traveling direction in conjunction with a steering operation or a navigation system is becoming common.
  • a plurality of semiconductor light emitting diodes are arranged in a matrix on a substrate to form a semiconductor light emitting element array, and individual LEDs are electrically connected and disconnected (dots). It is formed by using a configuration that controls the input power (luminance) during turn-off and on / off) in real time (for example, JP2013-54849A, JP2013-54956A).
  • a plurality of LED chips that emit visible light are arranged in a matrix on a substrate to form an LED chip array (light source), and a driving power source that can control turning on / off of the plurality of LED chips is connected.
  • a projection lens for projecting a light emission pattern is arranged in front of the LED chip array, and a predetermined light distribution pattern is formed by projecting lighting patterns of a plurality of LED chips.
  • a headlamp that makes it easier to form an oblique cut-off line by making the sides of the rectangular light emitting element oblique to the vehicle width direction.
  • the projection light becomes divergent light, and the dark part between the LED chips becomes inconspicuous in the light source image.
  • the dark part between the LED chips becomes inconspicuous in the light source image.
  • An image shifter technique has been proposed in which two or more images are formed with respect to one light source, the positions of these images are relatively shifted, and the light source image is expanded by overlapping.
  • a plurality of rectangular light emitting surfaces having opposite sides in the x-axis direction and opposite sides in the y-axis direction are juxtaposed in the x-axis direction and tilted in the opposite direction with respect to the xy plane perpendicular to the optical axis along the z-axis direction.
  • An image shifter triangular cross-sectional shape having various prism surfaces is arranged and refracted in the opposite direction by the two types of prism surfaces to form two types of light beams shifted in the opposite directions in the xz plane.
  • an image stretched in the x direction by a prism can be obtained (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-4661).
  • the stretched image includes a luminance distribution but has a clear outline. Images of adjacent LED chips are stretched, and a projected image having a clear contour can be formed while suppressing a dark portion corresponding to the inter-chip region.
  • the lighting pattern of the LED chips arranged in the xy plane is a rectangular pattern having sides parallel to the vertical (y) direction and the horizontal (x) direction, and a plurality of LED chips are arranged in the vertical (column) direction and horizontal (row).
  • a plurality of dark grids extending in the vertical direction and the horizontal direction are formed.
  • the light beam emitted from each LED chip is, for example, firstly formed into a horizontal, positive, zero, negative amount, parallel translated light beam, and the light beam divided into three in the horizontal direction is positive, zero, It is possible to obtain a projected image in which dark grids in the horizontal and vertical directions are suppressed by forming a light beam divided into three parts in the vertical direction by translating negative amounts and superimposing them on the virtual image plane. is there.
  • both horizontal and vertical directions are formed.
  • FIGS. 9A to 9C schematically show an image shifter of a disk-shaped plate material in which prisms are formed on both sides.
  • 9A is a perspective view of the light incident surface
  • FIG. 9B is a perspective view of the light output surface
  • FIG. 9C is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the prism on one surface.
  • the prism formed on the light incident surface is a triangular columnar prism assembly extending in the horizontal direction
  • the prism formed on the light emitting surface is a triangular columnar prism assembly extending in the vertical direction.
  • the inclination angle of the prism slope with respect to the plate surface is exaggerated.
  • 9D is a cross-sectional view of a prism according to a modified example in which two types of inclination angles are set.
  • the LED of the light source is assumed to have a rectangular shape having opposing sides parallel to the shift direction of the image shifter.
  • An image shifter can also be formed by processing the lens surface of the projection lens (for example, JP-A-2014-207327). For example, when the exit surface of the front projection lens is divided into two regions on the right and left by a vertical dividing line, and the reference lens surface is rotated by a predetermined angle around the dividing line, the two outgoing light beams rotated in the horizontal direction When these light beams are superimposed, a light source image spread in the horizontal direction can be obtained. When the incident surface of the rear projection lens is divided into two upper and lower regions by a horizontal dividing line, and the reference lens surface is rotated by a predetermined angle in the opposite direction around the dividing line, two outgoing light beams rotated in the vertical direction are obtained. When these light beams are superimposed, a light source image spread in the vertical direction can be obtained.
  • the lens surface can be further divided.
  • the lens surface is divided into four regions by the center dividing line having the same direction (for example, vertical) and the side and dividing lines on both sides, and the inner two regions and the outer two regions are rotated at different angles as a pair. If so, four light beams can be formed and superimposed to form a stretched light source image.
  • FIGS. 10A to 10D schematically show the image shifter in which the lens surface is divided and rotated.
  • the exit surface of the front lens is divided into two in the vertical direction on the optical axis.
  • the reference plane indicated by the two-dot broken line is rotated to the position indicated by the solid line in the cross section taken along the line CC in FIG.
  • the incident surface of the rear lens is divided into two in the horizontal direction on the optical axis.
  • the reference plane indicated by the two-dot broken line is rotated to the position indicated by the solid line in the cross section along the line DD in FIG. 10C, and the focal points are separated vertically by using two upper and lower regions as different lenses.
  • FIG. 10E shows a case where vertical division into four is performed instead of vertical division into two in FIG. 10A.
  • FIG. 10F shows a case where horizontal division into four is performed instead of horizontal division into two in FIG. 10C.
  • a via electrode structure is used as an electrode structure in contact with a lower semiconductor layer (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-207327).
  • a p-side electrode is formed on a p-type layer of a semiconductor stack in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are stacked, and a via hole that exposes the n-type layer through the p-type layer and the active layer is formed.
  • An n-side via electrode that contacts the n-type layer is formed.
  • Each LED element of an LED array including LED elements arranged in a matrix generally has a rectangular shape defined by an opposite side in the row direction and an opposite side in the column direction, and the via electrode has a predetermined position in the row direction. They are arranged in a matrix at predetermined positions in the column direction. Since the active layer is removed, the via hole becomes a non-light emitting region.
  • the p-side electrode in surface contact with the p-type semiconductor layer surface and the via electrode in contact with the n-type semiconductor layer can be extracted from the same surface.
  • a light source image is formed using a projection optical system using a light source in which a plurality of semiconductor light emitting elements are arranged in a matrix in order to form a light distribution variable type light source, between adjacent semiconductor light emitting elements in the image plane Corresponding to the non-light emitting region, a dark grid is generated between the semiconductor light emitting element images of the light source image.
  • dark grids extending in the row direction and the column direction are generated.
  • the horizontal and vertical image shifters are used to suppress the vertical and horizontal dark grids.
  • An image shifter that moves an image in the horizontal direction suppresses dark portions between adjacent semiconductor light emitting elements in the horizontal (row) direction, but cannot suppress dark grids between adjacent rows.
  • an object is to form a light distribution pattern that can suppress a dark grid by using only a light source in which a plurality of light emitting elements are arranged in a matrix, a projection optical system, and an image shifter in one direction.
  • a plurality of light emitting elements are regularly arranged in a plane, and the light emitting elements are arranged along a first direction and a second direction intersecting the first direction in the plane;
  • a projection optical system capable of forming an image of each light emitting element of the light source on an image plane located on the optical axis of the light beam emitted from the light source;
  • An image shifter capable of forming a basic image of the plurality of light emitting elements on an image plane and forming a first moving image on the image plane by simultaneously moving the basic image in the first direction and the second direction.
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing an inverted / trapezoidal image shifter and a forward / trapezoidal image shifter
  • FIG. 1C schematically shows a two-dimensional array light source in which a plurality of rectangular LED chips are arranged in a matrix
  • FIG. 1D is a plan view schematically showing a rectangular light source image formed by the light beam after transmission through the image shifter
  • 2A to 2C are a plan view schematically showing an LED array AR including a plurality of LED chips 101 according to the embodiment, a diagram schematically showing an image shift direction of the image shifter IS, and a virtual image plane through the image shifter.
  • 3 is a plan view schematically showing three types of images of an LED array AR projected onto 3A to 3C are plan views of the LED array corresponding to a state where the LED array of FIG. 2A is inclined 45 degrees, a diagram schematically showing the image shift direction of the image shifter IS, and the LED array of FIG. It is a top view which shows roughly three types of images of LED array AR projected on the virtual image surface through the image shifter.
  • 4A and 4B are schematic diagrams showing an outline of two types of imaging in which a light beam emitted from an LED array is projected onto a virtual image plane via two types of projection optical units.
  • FIG. 5A and 5B are plan views schematically showing images obtained by projecting an LED array including the LED chip 101A on a virtual image plane through an image shifter according to two modified examples.
  • 6A is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor LED having via holes
  • FIG. 6B is a schematic plan view showing how the image of the via holes is shifted when the configuration of FIG. 5B has via holes. It is.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing an image of an LED array according to a modified example together with a shift image.
  • FIGS. 8A to 8C are a schematic plan view of a light source including an array of LED arrays according to a modification, a schematic plan view in which only the light emitting surface is taken out, and a schematic plan view showing the image together with a shift image.
  • 9A to 9C are a schematic perspective view and a schematic cross-sectional view schematically showing an image shifter of a disk-shaped plate material in which prisms are formed on both sides
  • FIG. 9D is a schematic cross-sectional view of a prism in which two kinds of inclination angles are set.
  • FIG. 9E is a schematic cross-sectional view of a trapezoidal prism.
  • FIGS. 10A to 10D are a perspective view and a cross-sectional view schematically showing an image shifter obtained by dividing the lens surface into two parts and rotating the divided surfaces separately, and FIGS. 10E and 10F are divided into four parts and rotated separately. It is a perspective view which shows the made image shifter schematically.
  • FIG. 11A is a block diagram illustrating a schematic configuration of the headlamp system
  • FIG. 11B is a block diagram illustrating a schematic configuration of the headlamp.
  • 12A to 12C are a schematic plan view of a light source including an array of LED arrays according to a modification, a schematic plan view in which only the light emitting surface is taken out, and a schematic plan view showing the image together with a shift image.
  • a headlamp system for an in-vehicle lamp is considered. In driving at night, it is necessary to illuminate the road surface ahead and above it in order to provide the driver with sufficient visual sensitivity. However, when there is an oncoming vehicle, it is not preferable to give glare to the driver of the oncoming vehicle.
  • FIG. 11A is a block diagram showing a schematic configuration of the headlamp system.
  • the headlamp system 200 includes left and right vehicle headlamps 100, a light distribution control unit 102, a front monitoring unit 104, and the like.
  • the vehicle headlamp 100 includes a light source 122 including a matrix LED, an image shifter IS that divides light emitted from the light source into a plurality of groups, and gives different shifts, and those lights as an image plane. It has a projection optical system 124 including a projection lens for projecting onto it, and a lamp 126 that houses them.
  • the front monitoring unit 104 to which various sensors such as the in-vehicle camera 108, the radar 110, and the vehicle speed sensor 112 are connected performs image processing on the captured data acquired from the sensors, and forward vehicles (oncoming vehicles and preceding vehicles). ), Other bright objects on the road, and lane markings (lane marks), and data necessary for light distribution control, such as their attributes and positions, are calculated.
  • the calculated data is transmitted to the light distribution control unit 102 and various in-vehicle devices via the in-vehicle LAN.
  • the light distribution control unit 102 to which the vehicle speed sensor 112, the rudder angle sensor 114, the GPS navigation 116, the headlight switch 118, and the like are connected has the attribute of the road shining object (oncoming vehicle, leading vehicle) sent from the front monitoring unit 104.
  • a light distribution pattern (luminance distribution) corresponding to the traveling scene is determined based on the vehicle (reflector, road illumination), its position (front and side) and the vehicle speed.
  • the light distribution control unit 102 determines the control contents (lights on / off, input power, etc.) of each LED of the matrix LED necessary for realizing the light distribution pattern.
  • the driver (driving circuit) 120 converts control amount information from the light distribution control unit 102 into instructions corresponding to the operations of the driving device and the light distribution control element and controls them.
  • the vehicular headlamp needs to form a luminance distribution in which the luminance is high at the center (light distribution center) and decreases toward the periphery.
  • a vehicle headlamp using a semiconductor light emitting element array it is possible to adjust the luminance by controlling the driving power of each semiconductor light emitting element and form a desired luminance distribution.
  • the projection image of the light source in which the rectangular light emitters are arranged in a matrix forms a dark grid along the row direction and the column direction of the matrix.
  • the image of the rectangular illuminant is moved in an oblique direction on the image plane using an image shifter.
  • an image shifter When the corners of the rectangular light emitter are moved obliquely and overlapped, triangular irregularities are generated along the moving direction. In order to reduce the unevenness, it is desirable to superimpose not only the image shifted in the moving direction but also the original image without shift.
  • FIGS. 9A-9D the image shifter by the prism has been described.
  • FIG. 9E when a trapezoidal prism including a flat surface perpendicular to the optical axis (parallel to the surface of the plate-like member) is formed in addition to the inclined surface of the prism, the image shifted in both directions and straightened. You can overlay the original image.
  • FIG. 9E shows a shape in which a forward trapezoidal prism having inclined surfaces falling on both sides of a flat surface and an inverted trapezoidal prism having inclined surfaces rising on both sides of the flat surface are combined. Only one of the forward trapezoidal prism and the inverted trapezoidal prism may be formed, or a flat surface may be added at an arbitrary position of the triangular prism.
  • the lens surface is divided and rotated separately, if the lens surface is divided into three parts and only the lens surfaces on both sides are rotated, the central part forms the original image, so the shifted shifted image And the original image can be superimposed.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing an inverted trapezoidal image shifter IS.
  • the lower surface of the transparent material plate 202 is flat, and incident light is perpendicularly incident.
  • the upper surface is prism-processed in a trapezoidal cross-sectional shape, and a flat surface perpendicular to the optical axis is formed at the center, and slopes rising from the flat surface are formed on the left and right.
  • the flat surface constitutes a flat portion 201a that linearly advances the incident light La, and the left upward slope on the left side of the flat portion constitutes a left upward slope portion 201b that refracts the incident light Lb to the left.
  • This slope constitutes an upward slope part 201c that refracts the incident light Lc to the right.
  • the light La transmitted through the flat part 201a goes straight, the light Lb transmitted through the left rising slope part 201b is displaced to the left side, and the light Lc transmitted through the right upward slope part 201c is displaced to the right side, so that three light beams are transmitted.
  • the cross-sectional shape shown in the figure is continuous in the direction perpendicular to the page, and is repeated in the left-right direction on the page.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view schematically showing a forward trapezoidal image shifter IS.
  • the lower surface of the transparent material plate 202 is flat, and incident light is perpendicularly incident.
  • the upper surface is prism-processed in a trapezoidal cross-sectional shape, and a flat surface perpendicular to the optical axis is formed in the center, and a slope that falls from the flat surface is formed on the left and right.
  • a left descending (upward to the right) slope part 201c is arranged on the left side of the flat part 201a, and a right downward (upward to the left) slope part 201b is arranged on the right side of the flat part 201a to constitute a forward trapezoidal prism 201B.
  • the optical path is slightly changed in the vicinity of the prism, but the basic performance that the prism generates a straight beam, a left refracted beam, and a right refracted beam is common to both prisms.
  • the inverted trapezoidal prism and the forward trapezoidal prism are collectively referred to as a trapezoidal prism.
  • the trapezoidal prism also includes a prism in which flat portions are arranged on both the top side and the bottom side of the slope portion.
  • each chip 101 emits light on the entire surface, and the adjacent chips are separated by a gap G.
  • the light distribution pattern on the virtual image plane reflects the distribution of the chip 101, and a dark portion (low brightness) between each illumination area ( Dark grid) is formed. Therefore, it is considered to move the image of the chip 101 in the diagonal direction using an image shifter.
  • FIG. 1D is a schematic plan view showing a state in which the light emitted from the LED array AR of FIG. 1C is moved and overlapped by an image shifter in a direction along a diagonal line connecting the lower left and upper right vertices.
  • the original image of the light source formed without using the image shifter is indicated by a broken line, and the image moved by the image shifter in the diagonal direction and in both directions is indicated by a solid line.
  • the area indicated by ⁇ is not illuminated. If a dark part occurs in the field of view and there is an object to be recognized in the dark part, the driver may not be able to recognize it.
  • the trapezoidal prism or lens surface that forms a straight traveling image and a moving image on both sides is divided into three, and the straight traveling image and the moving image on both sides are divided. It is preferable to use a split lens surface image shifter that forms
  • 2A and 2B are a plan view schematically showing an LED array AR including a plurality of LED chips 101 according to the embodiment, and an image of the LED array that moves straight, and an image that is moved in two directions along an oblique direction in the LED array. It is a top view which shows roughly the image shifter IS which forms.
  • the LED array AR includes a plurality of chips 101 arranged in a row direction and a column direction with a gap G interposed therebetween.
  • each LED chip has a substantially square shape.
  • FIG. 2B is a plan view schematically showing an image shifter IS that forms an image in the straight direction and moves the image in both directions in an oblique direction. Two images are formed which are moved in both directions in an oblique direction with an image traveling straight in a direction oblique to the row direction and the column direction of the array (for example, in the direction of 45 to 225 degrees in the field of view).
  • the image shifter has a structure having an inclined surface extending in a direction intersecting with the row direction and the column direction as the array direction. It has a trapezoidal prism cross section, and a flat surface and a sloping slope intersect at 45 degrees in the row and column directions.
  • the in-image direction in which the image is moved by the image shifter is a direction orthogonal to the extending direction of the inclined surface.
  • the positional relationship between the array and the image shifter is a positional relationship in a state where the irradiation from the LED array strikes the image shifter, and does not necessarily limit the positional relationship with an actual lamp. It is only necessary that the arrangement direction of the LED array intersects the inclined plane extending direction of the image shifter as described above.
  • the arrangement direction of the LED array intersects the inclined plane extending direction of the image shifter as described above.
  • FIG. 4A since the LED irradiation surface is at a position facing the incident surface of the projection optical system, the array arrangement direction and the inclined plane extending direction of the image shifter actually cross each other.
  • FIG. 4B if the irradiation image of the array is reflected by the mirror surface and passes through the image shifter, the arrangement direction of the array image by the reflected light only needs to intersect the inclined plane extending direction of the image shifter as described above.
  • FIG. 2C is a plan view schematically showing an image of the LED array AR obtained by projecting the light beam emitted from the light source through the image shifter onto the virtual image plane.
  • An original image by a light beam traveling straight and an image shifted to the upper right and lower left of the original image are formed.
  • the dark grids that exist in the vertical and horizontal directions and in the horizontal and vertical directions adjacent to the original image disappear.
  • the image shifted by the gap G on the left and right of the original image and the gap G on the top and bottom is illustrated, the image to be shifted may be a distance that is at least the gap G and the image does not go too far.
  • the shape of the LED chip is a square having opposing sides in the horizontal direction and the vertical direction, and the image shifts in the directions of 45 degrees and 225 degrees.
  • the horizontal direction corresponds to the vehicle width direction for vehicle headlamps.
  • a suitable luminance distribution can be formed by adjusting the luminance in the horizontal and vertical directions.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams corresponding to FIGS. 2A to 2C in the case where the row direction and the column direction of the LED array are oblique directions, and the moving direction of the image by the image shifter is the horizontal direction.
  • FIG. 3A square-shaped LED chips are arranged at regular intervals in the 45-degree direction and the 225-degree direction, and the diagonal directions of the chips are aligned in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the image shifter IS shown in FIG. 3B forms a light beam that travels straight and two light beams that move in the horizontal direction across the straight beam. As shown in FIG.
  • the diagonal lines correspond to each LED chip in the horizontal direction, and three images arranged in the horizontal direction having opposite sides in the 45 ° direction and the 225 ° direction are formed.
  • the shape of the illumination area projected on the virtual image plane becomes a rhombus shape by rotating the light source by 45 degrees.
  • the array direction is the direction in which the sides of the rectangular array face each other. That is, the direction of ⁇ 45 degrees is the array direction.
  • the point that the arrangement direction of the LED array only needs to intersect with the inclined surface extending direction of the image shifter is the same in such an array arrangement.
  • FIG. 3B shows the direction of extending the inclined plane of the image shifter and the direction of shifting the image.
  • the inclined surface extends parallel to the column direction, and the image is shifted parallel to the row direction. Even if the inclined surface is parallel to the row direction and the image is shifted to be parallel to the column direction, the dark portion can be similarly eliminated.
  • FIG. 5A and 5B are plan views schematically showing two examples of the LED array AR according to the modification.
  • the LED chips 101A have a rectangular shape that is long in the height direction, and are arranged along horizontal rows and vertical columns.
  • the shape of the intersection region of the dark grid in the horizontal direction and the vertical direction is a square (FIG. 5A) or a horizontally long rectangle (FIG. 5B) having opposite sides in the horizontal (row) direction and vertical (column) direction.
  • the horizontal dark grid and the vertical dark grid adjacent to the LED chip 101A have a constant width G, and the dark grid intersecting area is a square with one side G.
  • the dark grid intersecting area is a square with one side G.
  • the width (height) of the dark grid in the horizontal direction is G1
  • the intersecting area of the dark grid is a horizontally long rectangle.
  • the diagonal line of the dark grid intersection region can be used as a reference for the shift.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor light emitting diode (LED) chip.
  • the semiconductor stack 21 of the n-type layer 22, the active layer 23, and the p-type layer 24 constitutes a light emitting diode (LED) structure.
  • the semiconductor stack 21 is formed by molecular beam epitaxy (MBE) growth of a GaN-based semiconductor layer on a growth substrate such as sapphire, and the growth substrate is removed after the epitaxial growth.
  • a p-side electrode 25 is formed on the surface of the p-type layer 24.
  • a mask or the like is formed on the p-side electrode 25, and the p-side electrode 25, the p-type layer 24, and the active layer 23 are dug down by etching or the like to form a via hole VH exposing the n-type layer 22.
  • the mask is removed, an insulating layer 28 is deposited, the n-type layer 22 is exposed on the bottom surface of the via hole, and then an n-side electrode 29 is formed.
  • the p-side electrode 25 and the n-side electrode 29 are drawn independently from each other.
  • the via holes VH are arranged side by side in the row direction and the column direction.
  • the rectangular chip 101 is sandwiched between dark grids with narrow top and bottom, and the left and right are sandwiched with wide dark grids, each chip 101 has a via hole VH, and the image shifter crosses the dark grid.
  • the case of moving in the diagonal direction of the area is shown. This corresponds to the case where a plurality of LED chips arranged in the column direction are formed monolithically, and the LED chips arranged in the horizontal direction are formed individually.
  • the via holes VH are arranged at six locations in three rows and two columns.
  • the via hole images are aligned in the horizontal and vertical directions, and the concentration of via holes becomes conspicuous, but the image shifter in the diagonal direction of the dark grid intersection area
  • the original via hole arrangement and the shifted via hole arrangement can be set as completely different standards, and the concentration of the via holes can be prevented even if the shifted via hole SVH is added.
  • FIG. 7 shows a case where the arrangement of the LED array is along the horizontal (row) direction and the vertical (column) direction, but the sides of each LED chip are rotated at an angle from the horizontal direction and the vertical direction.
  • the dark grid has a zigzag shape.
  • the width of the dark grid between adjacent LED chips is G, but the intersecting area of the dark grid has an area of 2G * 2G. If the crossing area of the dark grid is divided into two upper and lower areas, the upper crossing area is occupied by the left lower direction shift of the upper right chip, and the lower crossing area is occupied by the upper right direction shift of the lower left area, The dark grid can disappear.
  • FIG. 12A shows an intermediate element group in which repetitive elements are monolithically formed and arranged on a support substrate, and a plurality of intermediate element groups are arranged in parallel to the horizontal direction that is the vehicle width direction.
  • positioned on a support substrate is shown.
  • the repetitive elements in which the LED chips 101 are arranged in two columns and six rows form the intermediate element 150.
  • the intermediate elements need not be plural rows and plural columns, and the intermediate elements include at least plural rows of light emitting elements.
  • the intermediate elements 150 are arranged in the horizontal (row) direction.
  • the space between adjacent chips in the intermediate element 150 is quite narrow.
  • a non-light emitting region is formed around the repetitive element. Even if the intermediate elements are arranged close to each other, the gap between the intermediate elements is larger than the gap between the continuous bullet elements.
  • FIG. 12B is a diagram in which only the light emission area is extracted from FIG. 12A.
  • the wide dark grid between repetitive elements must disappear. Even if the narrow non-light emitting area between the repetitive elements is narrow, it becomes a dark grid.
  • FIG. 12C shows a state where the light emitting region of the repetitive element shown in FIG. 12B is shifted obliquely in both directions with respect to the horizontal direction and superimposed on the original image.
  • the wide dark grid almost disappears, but there is also a narrow dark grid in the shifted image.
  • images shifted to the lower left are overlapped, images in the width direction and height direction in the continuous element are overlapped, which is effective in eliminating the dark grid in the intermediate element.
  • FIG. 8A shows an intermediate element group in which repetitive elements are monolithically formed and arranged on a support substrate, and a plurality of intermediate element groups inclined obliquely with respect to the horizontal direction that is the vehicle width direction are arranged in the horizontal direction.
  • positioned side by side on a support substrate is shown.
  • the repetitive elements in which the LED chips 101 are arranged in two columns and six rows form the intermediate element 150.
  • the intermediate elements need not be plural rows and plural columns, and the intermediate elements include at least plural rows of light emitting elements.
  • the intermediate elements 150 are arranged in the horizontal (row) direction in an inclined state. The space between adjacent chips in the intermediate element 150 is quite narrow. A non-light emitting region is formed around the repetitive element. Even if the intermediate elements are arranged close to each other, the gap between the intermediate elements is larger than the gap between the continuous bullet elements.
  • FIG. 8B is a diagram in which only the light emitting area is extracted from FIG. 8A.
  • FIG. 8C shows a state in which the light emitting region of the repetitive element shown in FIG. 8B is shifted horizontally and in both directions and is superimposed on the original image.
  • the wide dark grid disappears, but there are dark grids that are narrow in the shifted image.
  • images in the width direction and height direction in the repetitive element are overlapped, which is effective in eliminating the dark grid in the intermediate element.
  • lamps that illuminate the front for example, vehicle headlamps.

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Abstract

車両用ヘッドライトに用いることができ、視野内にダークグリッドが生じることを抑制できる配向パターンを形成できる灯具を提供することを目的とし、複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、発光素子は平面内で第1の方向及び第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、基本像を第１の方向および第２の方向に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターと、を含む灯具を提供する。

Description

灯具
　本発明は、例えば行列状に配列され、可変パターンの点消灯を制御でき、車両用ヘッドライトに用いることができる、複数の発光体を有する灯具に関する。
　近年、自動車用ヘッドライトにおいて、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて、配光形状をリアルタイムで制御する技術が注目されている。この技術によれば、例えばヘッドライトを走行用の配光形状（ハイビーム）とした走行中に対向車を検知した際には、ヘッドライトに照射される領域の内、検知された対向車の領域のみをリアルタイムで遮光する。このため、ドライバーには常にハイビームに近い視界を与え、同時に対向車には眩惑光（グレア）を与えることを防止することができる。
　また、例えばハンドル操作やナビゲーションシステムに連動し、配光形状が進行方向に応じてリアルタイムで移動するヘッドライトシステムが一般化しつつある。進行しようとする方向の視界を広げることにより、状況に応じたより安全な運転が可能になる。
　このような配光可変型のヘッドライトシステムは、例えば基板上に複数の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を行列状に配置して半導体発光素子アレイを形成し、個々のＬＥＤの導通と非導通（点消灯、オン／オフ）、および導通時の投入電力（輝度）をリアルタイムで制御する構成を用いて形成される（例えば、特開２０１３－５４８４９号、特開２０１３－５４９５６号）。例えば、可視光を放射する複数のＬＥＤチップを基板上にマトリクス状に配置してＬＥＤチップアレイ(光源)を構成し、複数のＬＥＤチップの点消灯を制御できる駆動電源を接続する。ＬＥＤチップアレイの前方には発光パターンを投影するための投影レンズを配置し、複数のＬＥＤチップの点灯パターンを投影することで、所定の配光パターンを形成する。矩形発光素子の辺が車幅方向に対して斜めになるようにすることにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる前照灯も提案されている。
　基板上に複数のＬＥＤチップをマトリクス状に配置する場合、ＬＥＤチップ間の間隙をゼロにすることは不可能である。１つの成長基板から複数のＬＥＤチップをモノリシックに形成した場合でも隣接チップ間に１０μｍ程度の間隙、個別に作成したＬＥＤチップをディスクリートに実装した場合には隣接チップ間に１００μｍ程度の間隙が発生してしまう。間隙は非発光領域となるため、ＬＥＤチップアレイの発光パターンをそのまま（仮想）像面上に投影すると、間隙に対応した暗部を有する配光パターンとなってしまう。ＬＥＤチップアレイの発光面上に蛍光体層を配置しても、配光パターンの基本的性質は変わらない。対象物を確実に検出するためには、暗部を抑制することが望まれる。
　ＬＥＤチップアレイの光軸上の位置を、投影レンズの焦点より短距離側に置けば、投影光が発散光となり、ＬＥＤチップ間の暗部が光源像において目立たなくなる。隣接するＬＥＤチップの発光形状が重なるようにすることで、チップ間の間隙に対応する暗部を不明瞭にすることができる。しかし、各ＬＥＤチップの発光形状の輪郭が不明瞭なものとなると、発光エリアと非発光エリアを形成した場合の発光エリアの輪郭も不明瞭なものとなるという問題も発生してしまう。
　１つの光源に対して２つ以上の像を形成し、これらの像の位置を相対的にシフトさせ、重ね合わせることで光源像を広げるイメージシフターの技術が提案されている。例えば、ｘ軸方向対向辺とｙ軸方向対向辺とを有する複数の矩形発光面がｘ軸方向に並置され、ｚ軸方向に沿う光軸に直交するｘｙ面に対して逆方向に傾いた２種類のプリズム面を有する(３角断面形状の)イメージシフターを配置し、２種類のプリズム面で逆方向に屈折させることで、ｘｚ面内で逆方向にシフトした２種類の光ビームを形成し、重ね合わせて投影像を形成すると、プリズムによりｘ方向に引き伸ばされた像を得ることができる（例えば特開２０１７－４６６１号）。引き伸ばされた像は、輝度分布は含んでも、輪郭は明確である。隣接するＬＥＤチップの像がそれぞれ引き伸ばされ、チップ間領域に対応する暗部を抑制しつつ、明確な輪郭を有する投影像を形成することが可能となる。
　ｘｙ面内に配置されたＬＥＤチップの点灯パターンが垂直（ｙ）方向、水平（ｘ）方向に平行な辺を有する矩形パターンであり、複数のＬＥＤチップが垂直(列)方向、水平(行)方向に配列した行列状ＬＥＤチップアレイを形成している場合、垂直方向、水平方向に延在する複数のダークグリッドが形成される。各ＬＥＤチップを発する光ビームを、例えばまず水平方向に正、ゼロ、負の量、平行移動した光ビームを形成し、これら水平方向で３分割された光ビームを、垂直方向に正、ゼロ、負量平行移動して垂直方向にも３分割された光ビームを形成し、仮想像面上で重ね合わせることにより、水平方向、垂直方向のダークグリッド群を抑制した投影像を得ることが可能である。
　１枚の透明板材の片面に垂直方向の稜線を有する３角プリズムを形成し、他面に水平方向の稜線を有する３角プリズムを形成したイメージシフターを形成すると、水平方向、垂直方向の両方向に関して、各光源の像を逆方向に平行移動しそれらを重ねることによって、引き伸ばし、暗部を抑制することが可能となる。同一稜線方向で角度の異なる２種類の３角プリズムを形成してより適切な配光分布を設計することもできる。　
　図９Ａ－９Ｃは、両面にプリズムを形成した円板状板材のイメージシフターを概略的に示す。図９Ａは光入射面の斜視図、図９Ｂは光出射面の斜視図、図９Ｃは一方の面のプリズムの断面形状を示す断面図である。光入射面に形成したプリズムは水平方向に延在する３角柱状プリズム集合体であり、光出射面に形成したプリズムは垂直方向に延在する３角柱状プリズム集合体である。板材表面に対するプリズム斜面の傾斜角度は誇張されている。図９Ｄは傾斜角度が２種類設定されている変形例のプリズムの断面図である。これらのイメージシフターにおいて、光源のＬＥＤは、イメージシフターのシフト方向に平行な対向辺をもつ矩形形状が想定されている。
　投影レンズのレンズ面を加工してイメージシフターを形成することもできる(例えば特開２０１４－２０７３２７号)。例えば、前段投影レンズの出射面を垂直方向の分割線で左右２つの領域に分割し、分割線周りで基準レンズ面を互いに逆方向に所定角度回転すると、水平方向に回転した２つの出射光ビームが得られ、これらの光ビームを重ね合わせると水平方向に広げた光源像を得ることができる。後段投影レンズの入射面を水平方向の分割線で上下２つの領域に分割し、分割線周りで基準レンズ面を互いに逆方向に所定角度回転すると、垂直方向に回転した２つの出射光ビームが得られ、これらの光ビームを重ね合わせると垂直方向に広げた光源像を得ることができる。
　レンズ面をさらに分割することもできる。例えば、方向が同一（例えば垂直）な中心分割線と両側の側部・分割線によってレンズ面を４つの領域に分割し、内側の２つの領域、外側の２つの領域をペアとして異なる角度回転させれば、４つの光ビームを形成し、重ね合わせて、引き伸ばされた光源像を形成できる。
　図１０Ａ－１０Ｄは、レンズ面を分割して回転させたイメージシフターを概略的に示す。図１０Ａに示すように前段レンズの出射面を光軸上で垂直方向に２分割する。図１０Ｂに示すように、図１０ＡのＣ－Ｃ線に沿う断面において、２点破線で示す基準面を実線で示す位置まで回転させ、左右２領域を異なるレンズとして、焦点を左右に分離する。図１０Ｃに示すように後段レンズの入射面を光軸上で水平方向に２分割する。図１０Ｄに示すように、図１０ＣのＤ－Ｄ線に沿う断面において、２点破線で示す基準面を実線で示す位置まで回転させ、上下２領域を異なるレンズとして、焦点を上下に分離する。
　１レンズ面を４分割してもよい。図１０Ｅは、図１０Ａの垂直方向２分割に換え、垂直方向４分割を行う場合を示す。図１０Ｆは、図１０Ｃの水平方向２分割に換え、水平方向４分割を行う場合を示す。
　面発光ＬＥＤチップにおいて、下層半導体層にコンタクトする電極構造としてビア電極構造が用いられている(例えば特開２０１４－２０７３２７号)。例えばｎ型層、活性層、ｐ型層を積層した半導体積層のｐ型層上にｐ側電極を形成し、ｐ型層、活性層を貫通してｎ型層を露出するビア孔を形成し、ｎ型層にコンタクトするｎ側ビア電極を形成する。行列状に配列されたＬＥＤ素子を含むＬＥＤアレイの各ＬＥＤ素子は、通常、行方向の対向辺と列方向の対向辺で画定される矩形形状を有し、ビア電極が行方向の所定位置と列方向の所定位置に行列状に配置される。ビア孔内は活性層が除去されるので非発光領域となる。ｐ型半導体層表面に面接触するｐ側電極とｎ型半導体層に接触するビア電極は同一表面から取り出せる。
　配光可変型の光源を形成するために複数の半導体発光素子を行列状に配置した光源を用い、投影光学系を用いて光源像を形成すると、像面内において、隣接する半導体発光素子の間の非発光領域に対応して、光源像の半導体発光素子像の間にダークグリッドが生じる。複数の発光素子を行列状に配置した光源においては、行方向、列方向に延在するダークグリッドが発生する。
　垂直方向と水平方向とにダークグリッドが生じる場合、従来、水平方向と垂直方向のイメージシフターを用いて垂直方向と水平方向のダークグリッドを抑制している。像を水平方向に移動させるイメージシフターは、水平(行)方向に隣接する半導体発光素子間の暗部を抑制するが、隣接する行間のダークグリッドは抑制できない。
　実施例においては、複数の発光素子が行列状に配置された光源と、投影光学系と、１方向のイメージシフターのみを用いてダークグリッドを抑制できる配光パターンを形成することを目的とする。
　本発明の実施例によれば、
　複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、前記発光素子は前記平面内で第1の方向及び前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、
　前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
　前記複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記第１の方向および前記第２の方向に同時に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターと、
を含む灯具
が提供される。　
　図１Ａ，１Ｂは逆・台形イメージシフターと順・台形形イメージシフターを概略的に示す断面図、図１Ｃは複数の矩形ＬＥＤチップが行列状に配置された２次元アレイ状光源を概略的に示す平面図、図１Ｄはイメージシフター透過後の光ビームが形成する矩形光源像を概略的に示す平面図である。
　図２Ａ－２Ｃは、実施例による複数のＬＥＤチップ１０１を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、イメージシフターＩＳの像シフト方向を概略的に示す線図、およびイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの３種の像を概略的に示す平面図である。
　図３Ａ－３Ｃは、図２ＡのＬＥＤアレイを４５度傾けた状態に相当するＬＥＤアレイの平面図、イメージシフターＩＳの像シフト方向を概略的に示す線図、図３ＡのＬＥＤアレイを図３Ｂのイメージシフターを通して仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの３種の像を概略的に示す平面図である。
　図４Ａ，４Ｂは、ＬＥＤアレイから発する光ビームが２種類の投影光学部を介して、仮想像面上に投影される２種類の結像の概略を示す概略図である。
　図５Ａ，５Ｂは、２つの変形例による、イメージシフターを通してＬＥＤチップ１０１Ａを含むＬＥＤアレイを仮想像面上に投影した像を概略的に示す平面図である。
　図６Ａはビア孔を有する半導体ＬＥＤの構成を概略的に示す断面図、図６Ｂは図５Ｂの構成がビア孔を有する場合ビア孔の像がどのようにシフトされるかを示す概略的平面図である。
　図７は、変形例によるＬＥＤアレイの像をシフト像と共に概略的に示す平面図である。
　図８Ａ－８Ｃは、変形例によるＬＥＤアレイの配列を含む光源の概略平面図、その発光面のみを取り出した概略平面図、その像をシフト像と共に示す概略平面図である。
　図９Ａ－９Ｃは、両面にプリズムを形成した円板状板材のイメージシフターを概略的に示す概略斜視図及び概略断面図、図９Ｄは傾斜角度が２種類設定されているプリズムの概略断面図、図９Ｅは台形プリズムの概略断面図である。
　図１０Ａ－１０Ｄはレンズ面を２分割して分割面を別個に回転させたイメージシフターを概略的に示す斜視図及び断面図であり、図１０Ｅ，１０Ｆはレンズ面を４分割して別個に回転させたイメージシフターを概略的に示す斜視図である。
　図１１Ａは前照灯システムの概略構成を示すブロック図、図１１Ｂは前照灯の概略構成を示すブロック図である。
　図１２Ａ－１２Ｃは、変形例によるＬＥＤアレイの配列を含む光源の概略平面図、その発光面のみを取り出した概略平面図、その像をシフト像と共に示す概略平面図である。
　　２０１ａ　　平坦部、　　２０１ｂ　　右下がり(左上り)斜面部、　　
　　２０１ｃ　　左下がり(右上がり)斜面部、　　２０１Ａ　　逆・台形プリズム、
　　ＩＳ　　イメージシフター、　　２０１Ｂ　　順台形プリズム、　　２０２　　板材、
　　２０３　　オリジナル像、　　２０４，２０５　　シフトした像、
　　ＡＲ　　アレイ、　　Ｇ　　間隙、　　１０１　　チップ、　　ＶＨ　　ビア孔、　
　　ＶＥ　　ビア電極、　　２１　　半導体積層、　　２２　　ｎ型層、
　　２３　　活性層、　　２４　　ｐ型層、　　２５　　ｐ側電極、　
　　２８　　絶縁層、　　２９　　ｎ側電極、　　１００　　車両用前照灯、
　　１０２　　配光制御ユニット、　　１０４　　前方監視ユニット、
　　１０８　　車載カメラ、　　１１０　　レーダー、　　１１２　　車速センサ、
　　１２０　　ドライバー（駆動回路）
　本発明の実施例として、車載用灯具の前照灯システムを考える。夜間の走行において、運転者に十分な視認感度を提供するため、前方の道路面及びその上方を照明する必要がある。但し対向車がある場合対向車の運転者に眩惑光（グレア）を与えることは好ましくない。
　図１１Ａは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。
　図１１Ｂに示すように、車両用前照灯１００は、マトリクスＬＥＤを含む光源１２２と、光源から発した光を複数グループに分割し、異なるシフトを与えるイメージシフターＩＳと、それらの光を像面上に投影するための投影レンズを含む投影光学系１２４と、それらを収容する灯体１２６とを有する。
　図１１Ａに戻って、車載カメラ１０８、レーダー１１０、車速センサ１１２等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等、配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。
　車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターン（輝度分布）を決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な、マトリクスＬＥＤの各ＬＥＤの制御内容（点消灯、投入電力等）を決定する。ドライバー（駆動回路）１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。
　車両用ヘッドランプは、中心部（配光中心）で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。
　矩形発光体が行列状に配置された光源の投影像は、行列の行方向と列方向に沿ったダークグリッドを形成する。行方向のダークグリッドと列方向のダークグリッドとを同時に消滅させる方法として、行方向、列方向両者に交差する斜め方向に像をシフトさせるイメージシフターを用いることを検討する。矩形発光体の行列を行方向（または列方向）に移動させると、列方向のダークグリッドは抑制できるが、行方向（列方向）のダークグリッドは抑制できない。移動方向を行方向、列方向に対して斜め方向にすると、ダークグリッドを抑制することが可能となろう。
　イメージシフターを用いて像面上で矩形発光体の像を斜め方向に移動させる。矩形発光体の角部を斜めに移動させて重ねると、移動方向に沿って三角形状の凹凸が生じることになる。凹凸を小さくするためには、移動方向にシフトさせた像のみでなく、シフト無しのオリジナル像も重ねることが望ましいであろう。
　図９Ａ－９Ｄを参照して、プリズムによるイメージシフターを説明した。図９Ｅに示すように、プリズムの傾斜面に加えて、光軸に垂直な（板状部材の表面に平行な）平坦面を含む台形プリズムを形成すると、両方向にシフトされた像と、直進したオリジナルの像とを重ねることができる。図９Ｅは、平坦面の両側に立ち下がる傾斜面を備えた順台形プリズムと平坦面の両側に立ち上がる傾斜面を備えた逆台形プリズムが結合された形状を示す。順台形プリズムと逆台形プリズムの一方のみを形成してもよく、３角柱状プリズムの任意の箇所に平坦面を追加してもよい。
　レンズ面を分割して別個に回転させたイメージシフターにおいても、レンズ面を３分割し、両側のレンズ面のみを回転させれば、中央部はオリジナルの像を形成するので、移動されたシフト像とオリジナル像とを重ねることが可能となる。
　図１Ａは、逆台形のイメージシフターＩＳを概略的に示す断面図である。透明材料の板材２０２の下側表面は平坦で入射光が垂直入射する。上側表面は台形の断面形状にプリズム加工が施され、中央に光軸に直交する平坦面、左右に平坦面から立ち上がる斜面が形成されている。平坦面は入射光Ｌａを直進させる平坦部２０１ａを構成し、平坦部の左側の左上りの斜面は入射光Ｌｂを左向きに屈折させる左上り斜面部２０１ｂを構成し、平坦部の右側の右上りの斜面は入射光Ｌｃを右向きに屈折させる右上がり斜面部２０１ｃを構成する。平坦部２０１ａと左右の斜面部２０１ｂ、２０１ｃとが、併せて逆台形プリズム２０１Ａのユニットを構成する。
　平坦部２０１ａを透過した光Ｌａは直進し、左上り斜面部２０１ｂを透過した光Ｌｂは左側に変位し、右上がり斜面部２０１ｃを透過した光Ｌｃは右側に変位して、３つの光ビームを形成する。なお、図に示す断面形状は紙面垂直方向に連続し、紙面左右方向に繰り返される。
　図１Ｂは順台形のイメージシフターＩＳを概略的に示す断面図である。透明材料の板材２０２の下側表面は平坦で入射光が垂直入射する。上側表面は台形の断面形状にプリズム加工が施され、中央に光軸に直交する平坦面、左右に平坦面から立ち下がる斜面が形成されている。平坦部２０１ａの左側に左下がり(右上がり)斜面部２０１ｃ、平坦部２０１ａの右側に右下がり(左上り)斜面部２０１ｂが配置されて順台形プリズム２０１Ｂを構成する。
　逆台形プリズム、順台形プリズムにおいて、プリズム近傍で若干の光路の変更は生じるが、プリズムが直進ビーム、左屈折ビーム、右屈折ビームを発生させるという基本的性能は両プリズムに共通である。以下、特に断らない限り逆台形プリズム、順台形プリズムを併せて、台形プリズムと呼ぶ。斜面部の頂部側と底部側の両方に平坦部が配置されたプリズムも台形プリズムに含める。
　図１Ｃに示されるように、複数の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１０１が行列状に配置されてＬＥＤアレイＡＲを構成する。各チップ１０１の平面形状は、ほぼ正方形ないし長方形である。各チップ１０１は全面で発光し、隣接するチップ間は、間隙Ｇだけ離れているとする。このようなＬＥＤアレイを発光させ、出射光をそのまま仮想像面上に投影すると、仮想像面上の配光パターンはチップ１０１の分布を反映したものとなり、各照明領域間に輝度の低い暗部(ダークグリッド)が形成される。そこで、イメージシフターを用いてチップ１０１の像を対角線方向に移動させることを検討する。
　図１Ｄは、図１ＣのＬＥＤアレイＡＲの出射光をイメージシフターで左下と右上の頂点を結ぶ対角線に沿う方向に移動して重ねた状態を示す概略平面図である。イメージシフターを介さずに形成した光源のオリジナル像を破線で示し、イメージシフターで対角線方向、両向きに移動させた像を実線で示す。イメージシフターで移動させた像のみを重ねると、△を付して示した領域は照明されないことになる。視野内に暗部が発生し、暗部内に認識すべき対象が存在すると、運転者は認識できない可能性がある。
　１方向のイメージシフターのみを用いてダークグリッドを消滅しようとする場合は、直進する像と両側に移動する像を形成する台形プリズムないしレンズ面を３分割し、直進する像と両側に移動する像を形成する分割レンズ面イメージシフターを用いることが好ましい。
　図２Ａ，２Ｂは、実施例による複数のＬＥＤチップ１０１を含むＬＥＤアレイＡＲを概略的に示す平面図、および直進するＬＥＤアレイの像と共に、ＬＥＤアレイ内の斜め方向に沿う２方向に移動した像を形成するイメージシフターＩＳを概略的に示す平面図である。
　図２Ａに示すように、ＬＥＤアレイＡＲはギャップＧを介して行方向、列方向に配列された複数のチップ１０１を含む。実施例においては、各ＬＥＤチップはほぼ正方形の形状である。図２Ｂは、直進方向に像を形成すると共に、斜め方向の両向きに像を移動させるイメージシフターＩＳを概略的に示す平面図である。アレイの行方向、列方向に対して斜めの方向（例えば視野内の４５度―２２５度方向）に、直進する像を挟んで斜め方向の両向きに移動させた２つの像を形成する。
　イメージシフターはアレイの配列方向である行方向及び列方向に対し、交差する方向に延伸する傾斜面を有する構造とした。台形プリズム断面を有し、平坦面、量刑斜面が行方向及び列方向に４５度で交差する。イメージシフターにより像が移動される像面内方向は傾斜面の延在方向に対して直交する方向である。
　尚、アレイとイメージシフターの位置関係はLEDアレイからの照射がイメージシフターに当たる状態での位置関係であり、実際の灯具での位置関係を必ずしも限定しない。ＬＥＤアレイの配列方向が上記のごとくイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい。例えば図４Ａであれば投影光学系の入射面に対向する位置にLED照射面があるため、アレイ配列方向とイメージシフターの傾斜面延伸方向とは実際に交差している。図４Ｂのようにアレイの照射像が鏡面で反射されイメージシフターを通過するならば、反射光によるアレイ像の配列方向が上記のごとくイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい。
　図２Ｃは、イメージシフターを通して光源から発した光ビームを仮想像面上に投影したＬＥＤアレイＡＲの像を概略的に示す平面図である。直進する光ビームによるオリジナル像と、オリジナル像の右上方と左下方にシフトした像が形成される。右上がり及び左下がりに移動した２つの像が重ねて形成されることにより、オリジナル像に隣接して、上下行方向、左右列方向に存在したダークグリッドは消滅している。オリジナル像の左右にギャップＧ分、上下にギャップＧ分移動させた像を例示したが、シフトさせる像はギャップＧ分以上、像が行き過ぎない距離であれば良い。
　例えば、ＬＥＤチップの形状が水平方向、垂直方向に対向辺を有する正方形であり、４５度、２２５度方向にイメージシフトする。水平方向を車幅方向に対応させて車両前照灯用とする。水平方向、垂直方向の輝度を調節して、好適な輝度分布を形成できる。
　図３Ａ－３Ｃは、ＬＥＤアレイの行方向、列方向を斜め方向とし、イメージシフターによる像の移動方向を水平方向とした場合の図２Ａ－２Ｃに対応する図である。図３Ａに示すように、正方形形状のＬＥＤチップが、４５度方向、２２５度方向に一定間隔で配列され、水平方向、垂直方向に各チップの対角線方向が並んでいる。図３Ｂに示すイメージシフターＩＳは直進する光ビームと直進ビームを挟む水平方向に移動した２つの光ビームを形成する。図３Ｃに示すように対角線が水平方向の各ＬＥＤチップに対応して、４５度方向と２２５度方向の対向辺をもち、水平方向に並ぶ３つの像を形成する。なお、光源を４５度回転させたことにより仮想像面上に投影される照明領域の形状が菱形的形状となる。
　アレイの配列方向は矩形アレイの辺同士が対向する方向である。すなわち±45度方向がアレイの配列方向となる。ＬＥＤアレイの配列方向がイメージシフターの傾斜面延伸方向と交差していればよい点はこのようなアレイ配置でも同様である。
　図３Ｂはイメージシフターの傾斜面延伸方向と像をシフトさせる方向を示す。傾斜面が列方向に平行に伸びており、行方向に平行に像はシフトされる。尚、傾斜面が行方向に平行で、列方向に平行に像をシフトさせても同様に暗部を消すことができよう。
　図５Ａ、５Ｂは、変形例によるＬＥＤアレイＡＲの２例を概略的に示す平面図である。ＬＥＤチップ１０１Ａが高さ方向に長い長方形の形状を持ち、水平方向の行、垂直方向の列に沿って配列されている。水平方向と垂直方向のダークグリッドの交差領域の形状が、水平（行）方向、垂直(列)方向の対向辺を有し、正方形(図５Ａ)あるいは横長の長方形(図５Ｂ)である。
　図５Ａの場合、ＬＥＤチップ１０１Ａに隣接する水平ダークグリッド、垂直ダークグリッドの幅は共にＧと一定であり、ダークグリッドの交差領域は１辺Ｇの正方形である。このダークグリッドを消滅させるには、水平(行)方向、垂直(列)方向に距離Ｇ以上の移動(シフト)を行えばよい。例えば、図に示すように、右上方４５度の角度、左下方４５度の角度にシフトを生じさせ、オリジナル像と重ねる。
　図５Ｂの場合、水平方向のダークグリッドの幅(高さ)はＧ１であり、垂直方向のダークグリッドの幅はＧ２（＝Ｇ１＊２）であり、ダークグリッドの交差領域は横長の長方形である。オリジナル像に２つのシフト像を重ねてダークグリッドを消滅させるには、水平方向にＧ２以上、垂直方向にＧ１以上の移動(シフト)を行えばよい。いずれの場合も、ダークグリッドの交差領域の対角線をシフトの基準とすることができる。
　図６Ａは、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの構成を概略的に示す断面図である。ｎ型層２２、活性層２３、ｐ型層２４の半導体積層２１が発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を構成する。半導体積層２１は、サファイア等の成長基板の上にＧａＮ系半導体層を分子線エピタキシ（ＭＢＥ）成長することで形成され、エピタキシャル成長後に成長基板は除去する。ｐ型層２４表面上にｐ側電極２５が形成される。ｐ側電極２５上に、マスク等を形成し、ｐ側電極２５、ｐ型層２４、活性層２３をエッチング等で掘り下げ、ｎ型層２２を露出したビア孔ＶＨを形成する。マスクを除去し、絶縁層２８を堆積し、ビア孔底面にｎ型層２２を露出した後、ｎ側電極２９を形成する。ｐ側電極２５とｎ側電極２９とはそれぞれ独立に引き出されている。ビア孔ＶＨは行方向及び列方向に並んで配置されている。
　図６Ｂは、長方形のチップ１０１の上下が幅の狭いダークグリッドで挟まれ、左右が幅の広いダークグリッドで挟まれており、各チップ１０１がビア孔ＶＨを有し、イメージシフターがダークグリッド交差領域の対角線方向に移動を行う場合を示す。列方向に並んだ複数のＬＥＤチップがモノリシックに形成され、水平方向に並んだＬＥＤチップは個別に形成される場合等に該当する。ビア孔ＶＨは３行、２列の６か所に配置されている。
　イメージシフターが水平方向、垂直方向のシフトを行う場合、ビア孔像が水平方向、垂直方向に並び、ビア孔の集中が目立つようになってしまうが、ダークグリッド交差領域の対角線方向にイメージシフターのシフトを行うと、オリジナルのビア孔配置とシフトしたビア孔配置を全く異なる基準とすることが可能となり、シフトしたビア孔ＳＶＨを追加してもビア孔の集中を防止することができる。
　図７は、ＬＥＤアレイの配列が水平(行)方向、垂直(列)方向に沿うものであるが、各ＬＥＤチップの辺が水平方向、垂直方向からある角度回転されたものである場合を示す。ダークグリッドの形状はジグザグ状となる。隣接するＬＥＤチップ間のダークグリッドの幅はＧであるが、ダークグリッドの交差領域は、２Ｇ＊２Ｇの面積となっている。ダークグリッドの交差領域を上下２領域に分割し、右上方チップの左下方向きシフトで上側交差領域を占有し、左下方領域の右上方向きシフトで下側交差領域を占有するようにすれば、ダークグリッドを消滅できる。
　図１２Ａは、連弾素子がモノリシックに形成され、支持基板上に配置される中間素子群を形成し、車幅方向である水平方向に対して平行に、中間素子群が複数個水平方向に並んで支持基板上に配置された構成を示す。図においては、ＬＥＤチップ１０１が２列６行配列された連弾素子が中間素子１５０を形成しているが、複数行、複数列である必要はなく、中間素子は少なくとも複数行の発光素子を含む。中間素子１５０は、水平(行)方向に並んでいる。中間素子１５０内での隣接チップ間間隔はかなり狭い。連弾素子の周囲には非発光領域が形成されている。中間素子を密着に近い状態で並べても中間素子間の間隙は、連弾素子間の間隙より大きい。
　図１２Ｂは、図１２Ａから発光面積のみを取り出した図である。連弾素子間の幅広ダークグリッドは消滅せねばならない。連弾素子間の狭い非発光領域も幅は狭くてもダークグリッドとなる。
　図１２Ｃは、図１２Ｂに示す連弾素子の発光領域を水平方向に対し斜め両向きにシフトさせ、オリジナル像に重ねた状態を示す。右上にシフトした像を重ねると幅広ダークグリッドがほぼ消滅するが、シフトした像内には幅の狭いダークグリッドも存在する。左下にシフトした像も重ねると連弾素子内での幅方向、高さ方向の異なる像が重ねられるので、中間素子内のダークグリッドを消滅させることに有効である。
　図８Ａは、連弾素子がモノリシックに形成され、支持基板上に配置される中間素子群を形成し、車幅方向である水平方向に対して斜めに傾けられた中間素子群が複数個水平方向に並んで支持基板上に配置された構成を示す。図においては、ＬＥＤチップ１０１が２列６行配列された連弾素子が中間素子１５０を形成しているが、複数行、複数列である必要はなく、中間素子は少なくとも複数行の発光素子を含む。中間素子１５０は、斜めに傾いた状態で水平(行)方向に並んでいる。中間素子１５０内での隣接チップ間間隔はかなり狭い。連弾素子の周囲には非発光領域が形成されている。中間素子を密着に近い状態で並べても中間素子間の間隙は、連弾素子間の間隙より大きい。
　図８Ｂは、図８Ａから発光面積のみを取り出した図である。図８Ｃは、図８Ｂに示す連弾素子の発光領域を水平方向かつ両向きにシフトさせ、オリジナル像に重ねた状態を示す。右にシフトした像を重ねると幅広ダークグリッドがほぼ消滅するが、シフトした像内には幅の狭いダークグリッドも存在する。左にシフトした像も重ねると連弾素子内での幅方向、高さ方向の異なる像が重ねられるので、中間素子内のダークグリッドを消滅させるのに有効である。
　以上実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的な意味は持たない。例示した材料、数値などは、特に断らない限り単なる例示にすぎず、制限的なものではない。また、種々の置換、改良、公知部材の追加等が可能であることは当業者に自明であろう。
　前方を照明する灯具、例えば車両用前照灯等に利用可能である。

Claims (13)

  1. 　複数の発光素子が平面内で規則的に配列され、前記発光素子は前記平面内で第1の方向及び前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って配置されている光源と、
    　前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
    　前記複数の発光素子の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記第１の方向および前記第２の方向に同時に移動させた第１移動像を像面上に形成できるイメージシフターと、
    を含む灯具。
  2. 　前記第1の方向は発光素子間の間隔がG1であり、前記第2の方向は発光素子間の間隔はG2であり、前記第1移動像は前記基本像を第1の方向に＋G1以上、前記第2の方向に+G2以上移動させた像であることを特徴とする請求項1に記載の灯具。
  3. 　前記イメージシフターは前記基本像を前記第1の方向及び前記第2の方向に沿ってかつ前記第1移動像とは反対方向に移動させた第2移動像をさらに像面上に形成できることを特徴とする請求項１に記載の灯具。
  4. 　前記イメージシフターは前記第1の方向及び前記第2の方向に対し交差する方向に延伸する傾斜面を有する請求項１に記載の灯具。
  5. 　前記複数の発光素子各々の２次元形状が、第１の対向辺と、第２の対向辺とを有する矩形である請求項１に記載の灯具。
  6. 　前記複数の発光素子が行列状に配置され、隣接する発光素子間の行方向の間隙と隣接する発光素子間の列方向の間隙が交差する交差部を形成する請求項５に記載の灯具。
  7. 　前記イメージシフターが像をシフトする方向は、ほぼ前記交差部の対角線方向に沿う請求項６に記載の灯具。
  8. 　前記灯具が車幅方向に長く、垂直方向に短い領域を照明する車両用前照灯である請求項５～７のいずれか１項に記載の灯具。
  9. 　前記発光素子の２次元形状が前記第１の方向に沿う対向辺と前記第２の方向に沿う対向辺とを有するほぼ正方形である請求項８に記載の灯具。
  10. 　前記車幅方向が前記第１方向、第２方向と約４５度の角度をなし、前記イメージシフターの像移動方向が車幅方向である請求項９記載の灯具。　
  11. 　前記第１方向が車幅方向であり、前記イメージシフターの像移動方向が車幅方向と約４５度の角度をなす請求項９記載の灯具。
  12. 　車幅方向に長い支持基板と、
    　前記支持基板上に複数個配置された中間素子であって、各中間素子が複数行に配置された連弾発光素子を含み、前記車幅方向に対して平行に配置され、複数個の中間素子間に間隙を形成する光源と、
    　前記光源から発する光ビームの光軸上に位置する像面上に前記光源の各発光素子の像を形成できる投影光学系と、
    　前記光源の基本像を像面上に形成すると共に、前記基本像を前記車幅方向に対して斜め両向きに移動させるイメージシフターであって、像のシフト量は前記間隙の幅を越える量であり、間隙の両側からシフトされた像の連弾素子間の境界は異なる位置を有するイメージシフターと、
    を含む灯具。
  13. 　前記各中間素子の連弾素子が複数列に配置された発光素子を含み、前記中間素子間の間隙は前記連弾素子間の間隙より大きい請求項１２に記載の灯具。
     
     
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