JP4542159B2 - Ｌｅｄヘッドライト装置 - Google Patents

Description

本発明は電気ランプたとえば車両用ヘッドライトに関する。さらに詳しくは、本発明はＬＥＤ光源を備えた車両用ヘッドライトに関する。

背景技術
車両用ヘッドライト装置は、ＬＥＤ光源と１次レンズと２次レンズによって構成することができる。車両用ヘッドライトのビームは、離れた道路中央を照明するために必要とされるホットスポットを有している。さらにこれに加えて、道路の右側および左側ならびに場合によっては信号のために上方を照射する拡散ビームも有している。一般にヘッドライトビームが使われているときには、対向方向でドライバが近づいてくる。そのためどのようなビームフィーチャであれ、接近してくるドライバが眩しくならないように作動させることができなければならない。ハイビームモードではこのような眩しさは回避できず、したがってハイビームモードとロービームモードを設ける必要がある。ハイビームモードは、接近してくるドライバが存在しないことを前提とする。ロービームモードは、接近してくるドライバが存在することを前提としており、したがってホットスポットは下方中央におかれるか、あるいは道路側方におかれなければならない。同様に、拡散ビームは明るすぎたり幅が広すぎたりしてはならない。一般にこれらのフィーチャは、ハイビームフィラメントおよびロービームフィラメントまたはアーク放電のポジションに基づく特殊技術を要する光学的設計によってヘッドライトビームに作り込まれ、その際、光は光学的に規定された反射器により反射されるかまたは、中央レンズを通してプロジェクタビーム型システムに向けて屈折させられる。

ＬＥＤの出現によって、ＬＥＤ光源からヘッドライトビームを形成することに関心が集まっている。一般にＬＥＤ光源は、ヘッドライトビームを形成するのに必要な光すべてを単独で供給するほどには強いものではなく、あるいは十分なルーメン出力を有していない。それゆえ道路視界を向上させるＬＥＤヘッドライトを提供できるならば、この分野に進歩がみられることになる。

発明の開示
したがって本発明の課題は、これまで述べてきた従来技術の欠点を克服することである。さらに本発明の課題は、ＬＥＤヘッドライト装置を向上させることである。

この課題は、本発明の１つの観点によれば車両用ヘッドライトにおいて、ロービーム用ＬＥＤサブセットとハイビーム用ＬＥＤサブセットを有するＬＥＤ光源から成る平坦な第１のＬＥＤアレイと、第１のＬＥＤアレイのロービーム用ＬＥＤサブセットからロービーム光を受け取り該ロービーム光をコリメートする第１の１次光学ライトガイドと、前記コリメートされたロービーム光を該第１の１次光学ライトガイドから受け取り該ロービーム光をロービームホットスポットとして集束させる第１の２次光学ライトガイドが設けられており、前記第１の１次光学ライトガイドは、前記第１のＬＥＤアレイのハイビーム用ＬＥＤサブセットからハイビーム光を受け取り該ハイビーム光をコリメートし、前記第１の２次光学ライトガイドは、前記コリメートされたハイビーム光を前記第１の１次光学ライトガイドから受け取り、該ハイビーム光をハイビームホットスポットとして前記ロービームホットスポットと組み合わせて集束させ、ロービーム用ＬＥＤサブセットとハイビーム用ＬＥＤサブセットを有するＬＥＤ光源から成る平坦な第２のＬＥＤアレイと、該第２のＬＥＤアレイのロービーム用ＬＥＤサブセットからロービーム光を受け取り該ロービーム光をコリメートする第２の１次光学ライトガイドと、前記コリメートされたロービーム光を前記第２の１次光学ライトガイドから受け取り該ロービーム光をロービーム拡散パターンとして拡散させる第２の２次光学ライトガイドが設けられており、前記第２の１次光学ライトガイドは、前記第２のＬＥＤアレイのハイビーム用ＬＥＤサブセットからハイビーム光を受け取り該ハイビーム光をコリメートし、前記第２の２次光学ライトガイドは、前記コリメートされたハイビーム光を前記第２の１次光学ライトガイドから受け取り、該ハイビーム光をハイビーム拡散パターンとして前記ロービーム拡散パターンと組み合わせて拡散させ、前記の第１のＬＥＤアレイと第２のアレイと第１の１次光学ライトガイドと第１の２次光学ライトガイドと第２の１次光学ライトガイドと第２の２次光学ライトガイドを機械的に支持するケーシングが設けられていることにより解決される。

図面の簡単な説明
図１は、ＬＥＤアレイの斜視図である。

図２は、ロービームとハイビームのホットスポット光学系を示す側面図である。

図３は、ロービームとハイビームのホットスポット光学系を上から見た図である。

図４は、ロービームとハイビームの拡散光学系を示す側面図である。

図５は、ロービームとハイビームの拡散光学系を上から見た図である。

図６は、ロービームとハイビームの先進型ホットスポット光学系を示す側面図である。

図７は、ロービームとハイビームの先進型ホットスポット光学系を上から見た図である。

図８は、ヘッドライトを正面から見た図である。

発明を実施するための最良の形態
本発明について、その他の目的や利点ならびに性能ともに理解を深めるために、上述の図面に基づき説明されている以下の開示およびそれに付随する特許請求の範囲を参照されたい。

図１にはＬＥＤアレイ１２の斜視図が示されており、これにはロービームサブセット１４とハイビームサブセット１６が設けられている。ＬＥＤヘッドライト装置２（図８）は、３つのＬＥＤアレイ２２，２４，２６によって構成されている。ＬＥＤを選択的に配線すれば、それぞれ異なるユニットにより特別な照明機能のためにダイナミックに照明が行われるようにすることができるけれども、これらのＬＥＤアレイ各々を同様に構成することができる。第１のアレイ２２は、ロービームとハイビームのホットスポットを成すように構成されている。第２のアレイ２４は、ロービームとハイビームの拡散を成すように構成されている。第３のアレイ２６は、先進型前方照明システムのためにホットスポットあるいはビーム拡散のような付加的なビームフィーチャを形成するように構成されている。有利なＬＥＤは１ｍｍ×１ｍｍのＩｎＧａＮ青色ＬＥＤチップであり、白色を得るためそのチップ上面には燐光体層が設けられており、各々約６０ルーメンの白色光を送出する。このＬＥＤは０．２ｍｍの厚さであり、３．５Ｖにおいて７００ｍＡで動作する。有利にはセラミック支持板１３は窒化アルミニウムから成り、１ｍｍの厚さであって１８０Ｗ／ｍ・Ｋ（メーター・ケルビン）の熱導電率を有している。さらにこのＬＥＤは、高熱伝導率のエポキシによりセラミック支持板に取り付けられている。好ましいエポキシはArctic Silverとして知られており、これは０．１ｍｍの層厚を有しており、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋである。

ＬＥＤアレイは平坦なアレイとしてセラミック支持板１３上に形成されており、たとえば３つのＬＥＤが高さ方向（縦方向）に、５つのＬＥＤが幅方向（横方向）に配置された構造で形成されている。このようなアレイのセラミック支持板への取り付けならびに電気接続は、周知のＬＥＤ組み立て手法によって達成される。ＬＥＤは一般に、セラミック支持板１３から照射すべきフィールドの方向へ前方に向けられている。有利な実施形態によればこのＬＥＤは全体的な光学的効率のため、ならびに材料とスペースを節約する理由で、互いに密にパッケージングされている。セラミック基板の裏側（図示せず）を、放熱性の金属フィンガ、リブ、フィンまたは他の熱分散構造を備えた金属プレートと結合することができる。有利な実施形態によればＬＥＤはＸ＝約１ｍｍ²であり、これらはＹ＝約０．１ｍｍだけ互いに隔てられて配置され、これによっておおよそ（３Ｘ＋２Ｙ）×（５Ｘ＋４Ｙ）ｍｍとなる３×５個のアレイが形成される。光学的な理由でハイビームの列１６は、他の２つのロービームの列１４からさらに離れて延在している。有利な実施形態によればこの隔たりは約２ｍｍまたは約３ｍｍであり、これがＬＥＤアレイの垂直方向の高さに加えられる。

放熱や取り付けならびに他の目的のために、セラミック支持板１３を都合に合わせてもっと大きくしてもよい。また、ＬＥＤをチップ・オン・ボードとして、あるいはＬＥＤモジュールとして取り付けることができる。ＬＥＤは２つの回路セットに配置される。上方の２つの列１４はロービーム動作のために設計されており、下方の列１６はハイビーム動作のために付加的に加えられるように設計されている。ＬＥＤから送出される光は一般に、ロービーム動作のためには上方の２つの列１４によって、ハイビーム動作のためにはすべての３つの列によって、照射すべきフィールドへ向けて前方に配向される。

ホットスポットモジュール２２からＬＥＤにより送出される光は、第１の１次光学系３０によって捕捉される。この１次光学系３０は有利には一体型の光学ライトガイド３１である。これは一般に台形ポリパイプの形状を有している。光学ライトガイド３１は細長い矩形の入射窓３２を有しており、この入射窓３２は光を入射するためＬＥＤと向き合っている。ライトガイド３１は細長い矩形の出射窓３４に向かって前方に延びている。入射窓３２の面積は出射窓３４よりも小さい。ライトガイド３１は平坦な頂部３１ａと底部３１ｂと左右の側壁３１ｃ，３１ｄを有しており、一般にこれらの側壁は各々台形状である。簡単にいえば、比較的小さい入射窓３２が平坦な側壁により囲まれており、これらの側壁は僅かに広い出射窓３４の側壁につながっている。図示されているようにライトガイド３１を、ロービーム用ＬＥＤセットの広がりをもつよう形成された第１の入射窓３１ｅと、ハイビーム用ＬＥＤセットの広がりをもつよう形成され位置決めされた第２の入射窓３１ｆとによって構成することができる。これら第１および第２の入射窓は、前述のように１つの共通の出射窓３４へと導かれている。ロービームとハイビームのホットスポットを形成するために１次光学系をそれぞれ別個に形成し、ついでそれらを隣り合うよう取り付けることができるけれども、有利であるのは、これら２つのユニットを最適なかたちに互いにアライメントしなくてもすむよう、それらを単一のユニットして形成することである。１次光学系３１をモールドされたガラス、プラスチック（ポリカーボネートまたはＰＭＭＩ）あるいは実質的に透明で光を透過させる同様に適切な材料とすることができ、これによって良好な内部反射が得られる。なお、上述のプラスチックのうちＰＭＭＩが有利であり、その理由は他のプラスチックのように黄ばまないことによる。１つの実施形態によれば、ロービームの１次ライトガイドのための入射窓３２は６ｍｍ×２．５ｍｍであり、ハイビームの１次ライトガイドについては６ｍｍ×１．２ｍｍである。両方の光学系のための出射窓３４は３ｍｍ×１８ｍｍである。入射窓３２は、出射窓３４から軸線方向に２５ｍｍだけ隔たっている。

第１のＬＥＤアレイ２２は、ロービームとハイビームのホットスポットを発生させるよう設計されたライトガイド３０につながっている。１次光学ライトガイド３０を通過した後、その光はハイビームまたはロービームのために配向された光源として出射窓３４から送出される。ついでこの光は、２次ライトガイド３８の入射部３６において受光される。この場合、焦点距離ＦＬを７０〜１００ｍｍとするのがよい。２次ライトガイド３８は半球レンズまたは非球面レンズであり、このレンズは１次光学系の出射窓と向き合う直径に沿った平坦面を有している。２次ライトガイドは１次ライトガイド３０からの光をホットスポットターゲットに集束させる。したがって第１のアレイのロービームＬＥＤからの光は、１次ライトガイド３０を通過して２次ライトガイド３８に送られ、これによりロービームホットスポットのところに集束される。第１のアレイのハイビームＬＥＤからの光は１次ライトガイド３０を通過して２次ライトガイド３８に送られ、これによりハイビームホットスポットが形成されるよう付加的に集束される。１つの実施形態によれば、２次ライトガイド３８は直径１００ｍｍの半球である。

第２のＬＥＤアレイ２４は、ロービームとハイビームの拡散パターンを発生させるよう第２の光学系４０につながっている。第２の光学系４０は、ロービームとハイビームの拡散パターンを発生させるよう設計された第２の１次ライトガイド４２を有している。有利な実施形態によれば全体的なコストのために、第２の１次ライトガイド４２を第１の１次光学系と同様に構成するのが有利である。そして第２の１次ライトガイド４２は、コリメートされた光を第２の２次ライトガイド４４へ送出する。この場合も焦点距離ＦＬを７０〜１００ｍｍとするのがよい。第２の２次ライトガイド４４は、水平方向に細長くされた矩形の入射窓４６と垂直方向に湾曲させられた出射窓４８を有しており、たとえば水平方向に配向された円筒区間を有している。入射窓４６は出射窓４８よりも小さく、この場合、入射窓４６から出射窓４８に至るフラットな平坦側面４９，５０が設けられている。有利な第２の２次ライトガイド４４は、第１の２次ライトガイドと同じ入射窓を有している。この場合、光は第２のＬＥＤアレイから第２の１次光学系の入射窓に受光される。この光は第２の２次ライトガイド４４の入射窓４６へ配向され、第２の２次ライトガイド４４の出射窓４８から照射すべきフィールドへダイレクトに送出される。送出された光は水平方向の平面で垂直方向に集束されるが、横方向ないしは左右には集束されない。したがって送出光はホットスポットのところにセンタリングされるけれども、水平方向でホットスポットから左右に拡散し、これによって拡散パターンが形成される。ここでもハイビームＬＥＤのサブセットから送出された光の追加分が、ロービームＬＥＤのサブセットから送出された光に加えられ、これによってロービーム拡散パターンが強められてハイビーム拡散パターンが得られるようになる。

１つの実施形態によれば、第２の２次ライトガイドは８ｍｍ×２０ｍｍの入射窓４６を有している。さらに出射窓４６は、１２０°よりも大きい角度で半径６０ｍｍの円弧区間となっている。この円弧区間は水平方向で２０ｍｍの厚さを有している。

第３のＬＥＤアレイ２６から送出された光は第３の１次ライトガイド５２により受光され、２次ライトガイド５４へ送られる。これは実質的に第１のＬＥＤアレイから送出された光と同様である。第３のＬＥＤアレイ２６から送出された光は、車両が向きを変えたとき、第３のＬＥＤアレイが装備された車両の側方へ向けて水平方向でビームに与えられる。その際にこの付加的な光は、向きを変えた方向の道路を照射するため車両側方に向けてビームパターンを拡げる。第３のＬＥＤアレイ２６は、水平方向に並置された複数のＬＥＤが方向転換の程度や移動速度に応じてスイッチオンされるよう電気的に制御される。このようにして、車両がビームパターンの側方の方向に向きを変えたときにロービームホットスポットがビームパターンの側方まで拡げられる。このとき第３のＬＥＤアレイ２６からの光は、車両が向きを変えて進む方向である比較的に僅かにしか照射されていない領域に注がれることになる。同様にハイビームホットスポットも相応に車両の転回にあたり拡げられる。車両の反対側にも同様のヘッドライトが装備されているが、反対側における第３のＬＥＤアレイは逆に配置されており、反対方向における転回のためにハイビームとロービームのパターンに同様に注がれるよう電気的に接続されている。

第１のＬＥＤアレイ２２における１０個のロービームＬＥＤによってロービームホットスポットのために約６００ルーメンが得られ、さらに付加的な５個のＬＥＤによってハイビームホットスポットのために約３００ルーメンが得られる。

第２のＬＥＤアレイ２４における１０個のロービームＬＥＤによってロービーム拡散パターンのために約６００ルーメンが得られ、さらに付加的な５個のＬＥＤによってハイビーム拡散パターンのために約３００ルーメンが得られる。

第３のＬＥＤアレイ２６における１０個のロービームＬＥＤによって、先進前方照明システムＡＦＳ（advanced forward lighting system）のロービームホットスポットのために約６００ルーメンが得られ、さらに付加的な５個のＬＥＤによって、ＡＦＳのハイビームホットスポットのために約３００ルーメンが得られる。

これらのアレイは、適切な反射器または同様のケーシング６０内に好適に取り付けられる。本発明の有利な実施形態であると現時点でみなしたものについて図示しながら説明してきたが、当業者にとって明らかであるように、これらに対応する特許請求の範囲によって規定された本発明の範囲を逸脱することなく、多様な変更や修正を施すことができる。

ＬＥＤアレイの斜視図 ロービームとハイビームのホットスポット光学系を示す側面図 ロービームとハイビームのホットスポット光学系を上から見た図 ロービームとハイビームの拡散光学系を示す側面図 ロービームとハイビームの拡散光学系を上から見た図 ロービームとハイビームの先進型ホットスポット光学系を示す側面図 ロービームとハイビームの先進型ホットスポット光学系を上から見た図 図８は、ヘッドライトを正面から見た図である。

Claims (3)

1. 車両用ヘッドライトにおいて、
   ロービーム用ＬＥＤサブセットとハイビーム用ＬＥＤサブセットを有するＬＥＤ光源から成る平坦な第１のＬＥＤアレイと、
   該第１のＬＥＤアレイのロービーム用ＬＥＤサブセットからロービーム光を受け取り該ロービーム光をコリメートする第１の１次光学ライトガイドと、
   前記コリメートされたロービーム光を該第１の１次光学ライトガイドから受け取り該ロービーム光をロービームホットスポットとして集束させる第１の２次光学ライトガイドが設けられており、
   前記第１の１次光学ライトガイドは、前記第１のＬＥＤアレイのハイビーム用ＬＥＤサブセットからハイビーム光を受け取り該ハイビーム光をコリメートし、
   前記第１の２次光学ライトガイドは、前記コリメートされたハイビーム光を前記第１の１次光学ライトガイドから受け取り、該ハイビーム光をハイビームホットスポットとして前記ロービームホットスポットと組み合わせて集束させ、
   ロービーム用ＬＥＤサブセットとハイビーム用ＬＥＤサブセットを有するＬＥＤ光源から成る平坦な第２のＬＥＤアレイと、
   該第２のＬＥＤアレイのロービーム用ＬＥＤサブセットからロービーム光を受け取り該ロービーム光をコリメートする第２の１次光学ライトガイドと、
   前記コリメートされたロービーム光を前記第２の１次光学ライトガイドから受け取り該ロービーム光をロービーム拡散パターンとして拡散させる第２の２次光学ライトガイドが設けられており、
   前記第２の１次光学ライトガイドは、前記第２のＬＥＤアレイのハイビーム用ＬＥＤサブセットからハイビーム光を受け取り該ハイビーム光をコリメートし、
   前記第２の２次光学ライトガイドは、前記コリメートされたハイビーム光を前記第２の１次光学ライトガイドから受け取り、該ハイビーム光をハイビーム拡散パターンとして前記ロービーム拡散パターンと組み合わせて拡散させ、
   前記の第１のＬＥＤアレイと第２のアレイと第１の１次光学ライトガイドと第１の２次光学ライトガイドと第２の１次光学ライトガイドと第２の２次光学ライトガイドを機械的に支持するケーシングが設けられていることを特徴とする、
   車両用ヘッドライト。
2. 請求項１記載のヘッドライトにおいて、
   第３のＬＥＤアレイが設けられており、該第３のＬＥＤアレイは、先進型前方照明システム（ＡＦＳ）のハイビーム用およびロービーム用のホットスポット光を第３の１次光学ライトガイドへ供給し、
   該第３の１次光学ライトガイドは、コリメートされた前記先進型前方照明システム（ＡＦＳ）のホットスポット光を第３の２次光学ライトガイドへ供給し、
   該第３の２次光学ライトガイドは、前記先進型前方照明システム（ＡＦＳ）のホットスポット光を、ロービームモードでは水平方向で前記ロービームホットスポットの側方に向かう領域に注ぎ、ハイビームモードでは水平方向で前記ロービームホットと前記ハイビームホットスポットの側方に向かう領域に注ぐことを特徴とするヘッドライト。
3. 請求項３記載のヘッドライトにおいて、
   前記第３のＬＥＤアレイにおける水平方向のＬＥＤサブセットが、制御信号に従う選択的な動作のために電気的に接続されていることを特徴とするヘッドライト。

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