JP2004214144A

JP2004214144A - Head light

Info

Publication number: JP2004214144A
Application number: JP2003002296A
Authority: JP
Inventors: Takashi Osawa; 孝大沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: JP4493916B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head light having a long service life and small power consumption for confirming the safety in the traveling direction by mounting the head light on the vehicle front. <P>SOLUTION: A head light 1 comprises a projecting convex lens 2 and a light-emitting surface made of a plurality of LED chips 6 arranged in a rear direction of a backward focal point F of the projecting convex lens 2. A constant current driving circuit 4 executes an on-off control of each LED chip 6. A control circuit (not shown in the figure) lights the LED chips 6 with light timing phases for groups of the LED chips 6 deviated respectively, to take out the predetermined light-emitting quantity from the LED chips 6 constantly. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の前部に設けられて進行方向の安全を確認するための前照灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の前照灯としては、ハロゲンランプや放電ランプを光源としたものが種々知られている。例えば、プロジェクタタイプの前照灯は、投影用凸レンズと、この投影用凸レンズの後方焦点の後方に配置された１つのランプと、このランプからの光を反射して上記投影用凸レンズの後方焦点に集光させる回転楕円形の反射鏡とから概略構成されている。また、放物面タイプの前照灯は、１つの放電ランプと、この放電ランプの後方に配置されかつ前方に向けて放電ランプからの光を反射し投影する放物面状の反射鏡とから概略構成されている。なお、上記従来の前照灯は、いずれも、投影光の一部を遮断して主にすれ違い走行用のロービームを配光するモード（以下、ロービームモードという）と、投影光の遮断を停止して高速道走行用のハイビームを配光するモード（以下、ハイビームモードという）とを採り得る位置に移動可能な衝立（以下、シェードという）を備えている。また、自動車の前照灯の近傍には、コーナリングに際しウィンカーによる指示やハンドルの所定の切り角に対応してコーナを照らすコーナリングビームを配光するコーナリングランプが配設されている。
【０００３】
ところで、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は長寿命かつ低電力で効率の高い光源として知られているが、これまでは発光量が低いために小さな機器の照明用として用いられてきた。
【０００４】
特許文献１は、自動車のテールランプやターンシグナルランプ等のリアランプの光源としてチップタイプのＬＥＤを用いた灯具を開示している。この灯具では、他の自動車や歩行者から確実に視認されることを目的として、水平方向を向く各ＬＥＤによって大きな発光面が形成されている。
【０００５】
昨今においては、発光量の大きな白色のＬＥＤも開発されており、その用途の拡大が期待されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２４３１１０公報（第２頁、図１，図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の前照灯は上述のような構成を有しているので、次のような課題があった。即ち、従来の前照灯では、唯一の光源としてのハロゲンランプや放電ランプの寿命に左右されるため、ランプの寿命をさらに延命化させるという課題や、走行中に突然ハロゲンランプや放電ランプが切れた場合に代替手段がなく、安全走行を確保できないおそれがあるという課題があった。また、従来の前照灯では、ロービームモードでもハイビームモードでも同一の電力を消費しており、すれ違い走行等で多用されるロービームモードにおいてはシェードで遮光されて実際に利用されない光に電力を消費するため、消費電力に無駄があるという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、長寿命かつ低電力の前照灯を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る前照灯は、投影用凸レンズと、該投影用凸レンズの後方焦点の後方に配置される複数の発光ダイオードで構成された発光面とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による前照灯およびその光路を示す概略断面図であり、図２は図１に示した前照灯の発光面を構成する発光ダイオードの配置構成を示す概略正面図であり、図３（ａ）は図１および図２に示した前照灯の定電流駆動回路を示す回路図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した定電流駆動回路による点灯タイミングを示すタイミングチャートである。なお、この実施の形態１では、左側通行を前提として製造された自動車に搭載される前照灯について説明するものとし、この発明を、右側通行を前提として製造された自動車に搭載される前照灯に適用する場合にはロービームの配光方向が右側方となることは言うまでもない。この点については、以下の各実施の形態においても同じである。
【００１１】
図１に示すように、前照灯１は、自動車の前方または左側方を照らす光を配光しかつ前方焦点Ｆ’および後方焦点Ｆを有する投影用凸レンズ２と、この投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆの後方に配置されかつ上記後方焦点Ｆを指向する光を放出する発光ダイオードユニット（以下、ＬＥＤユニットという）３と、このＬＥＤユニット３を駆動する定電流駆動回路４とから概略構成されている。
【００１２】
投影用凸レンズ２としては、透明なガラス製または樹脂製のレンズの使用が可能である。樹脂製レンズの場合には、ガラス製レンズよりも軽量化を図ることができると共に製造コストを抑制することができる利点がある。
【００１３】
ＬＥＤユニット３は、図１に示すように、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆを中心とする球面形状に加工されかつ優れた放熱性を有するアルミニウム等からなる金属を絶縁処理した基板（以下、金属基板という）５と、この金属基板５の内周面（前面）に配設されて投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆを指向する発光面を構成する複数のチップタイプのＬＥＤ（以下、ＬＥＤチップという）６とから概略構成されている。
【００１４】
各ＬＥＤチップ６は、周知のように、それぞれＰ型領域（図示せず）とＮ型領域（図示せず）とを接合したＰＮ接合部（図示せず）を有しており、両領域間に順方向電圧が印加されるとＰＮ接合部から光を放出するものであり、放出光の指向性を高めるためにＰＮ接合部の上部に例えば砲弾形状のカバー（図示せず）を備えている。また、ＬＥＤチップ６は、図２に示すように、ＬＥＤユニット３の金属基板５の内周面に分散配置されている。金属基板５の上側領域Ａには、ロービームＬＢを配光するためのロービームＬＥＤチップ群（第１ブロック）８が配設されており、下側領域Ｂには、ハイビームＨＢを配光するためのハイビームＬＥＤチップ群（第２ブロック）９が配設されている。因みに、ロービームＬＥＤチップ群８は、すれ違い走行等の通常走行や高速道等における走行において点灯され、車両の左前方の安全を確認するために主に前方のうち特に下方向の左側を照らすものであるが、上側領域Ａのうち最下側の右側（右側領域Ｃ２に近い側）に配設された部分により前方のうち左側の上方向をも照らすことが可能な構成となっている。また、ハイビームＬＥＤチップ群９は、高速道等における走行においてのみ点灯され、前方のうち特に上方向の左側を照らすものであるが、下側領域Ｂのうち最上側の左側（左側領域Ｃ１に近い側）に配設された部分により前方のうち右側の下方向をも照らすことが可能な構成となっている。なお、この実施の形態１では、ハイビームＬＥＤチップ群９におけるＬＥＤチップ６の配置密度は、当チップがロービームの発光を加勢する為であるからロービームＬＥＤチップ群８におけるＬＥＤチップ６の配置密度よりも低くなるように構成されている。
【００１５】
さらに、金属基板５の左側領域（図２に向かって右側）Ｃ１および右側領域（図２に向かって左側）Ｃ２には、それぞれコーナリングビームを配光するためのコーナリングビームＬＥＤチップ群（第３ブロック）１０が配設されている。因みに、左側領域Ｃ１に配設されたコーナリングビームＬＥＤチップ群１０は、コーナリングに際しウィンカーによる右方向指示やハンドルの右方向への所定の切り角に対応して発光して右コーナを照らし、逆に、右側領域Ｃ２に配設されたコーナリングビームＬＥＤチップ群１０は、コーナリングに際しウィンカーによる左方向指示やハンドルの左方向への所定の切り角に対応して発光して左コーナを照らすものである。
【００１６】
ＬＥＤユニット３の各ＬＥＤチップ６は、金属基板５の外周面（後面）から突出する配線７を介して定電流駆動回路４に接続されている。定電流駆動回路４は、自動車に搭載されたバッテリ電源の電圧（例えば１２Ｖ）の印加を受けてＬＥＤユニット３を一定の電流で駆動することで、ＬＥＤを過電流から保護し、ＬＥＤユニット３からの放出光の発光量を一定に保持するものである。この定電流駆動回路４では、図３（ａ）に示すように、例えばロービームＬＥＤチップ群８（第１ブロック）における複数のＬＥＤチップ６が例えば４つずつのグループに分けられている。１つのグループ内における４つのＬＥＤチップ６は直列に接続されており、これら４つのＬＥＤチップ６は当該グループ内のチョッパートランジスタ（スイッチング素子）１１により同時にオン／オフ制御される。当該グループ内におけるコイル１２ａおよびフライフォイール用ダイオード１２ｂは４つのＬＥＤチップ６と共に閉回路を構成しており、チョッパートランジスタ１１によるオフ制御時にコイル１２に残るエネルギ（以下、Ｌ成分という）がフライフォイール用ダイオード１２ｂに順方向の電流（矢印Ｄ方向）を発生させ、次のチョッパートランジスタ１１によるオン制御時まで４つのＬＥＤチップ６からの発光を維持するように機能する。フライフォイール用ダイオード１２ｂを設けた理由は、フライフォイール用ダイオード１２ｂを設けない単なるチョッピングにてＬＥＤを点灯させると、発光も点滅状態となり高速で移動する車両のヘッドランプとしては、物体がコマ送りで移動しているように見える為不適である。なお、ハイビームＬＥＤチップ群９（第２ブロック）またはコーナリングビームＬＥＤチップ群１０（第３ブロック）における複数のＬＥＤチップ６についても、ロービームＬＥＤチップ群８における複数のＬＥＤチップ６と同様に、グループ分けされ、グループごとに定電流駆動回路４によりオン／オフ制御される。
【００１７】
定電流駆動回路４内の複数のチョッパートランジスタ１１は、各チョッパートランジスタ１１の動作タイミングを制御する制御回路（図示せず）に接続されている。制御回路（図示せず）は、図３（ｂ）に示すように、前照灯１にとって必要かつ十分な発光量を確保しつつ、各グループ内のＬＥＤチップ６に対するチョッパートランジスタ１１によるオン／オフ制御に基づく通電タイミングの位相をグループごとにずらすように機能する。複数のチョッパートランジスタ１１を設けた理由は、１つのチョッパートランジスタ１１で全てのＬＥＤチップ６をオン／オフ制御すると大電流の通電／停止により発生する電源電流の大きなリップルによりラジオノイズが発生し、自動車に搭載された他の精密機器へ影響を及ぼすことになるため、複数のチョッパートランジスタ１１で小電流の通電／停止を行うことで電源電流のリプルを軽減し、ラジオノイズの発生を軽減するためである。
【００１８】
次に動作について説明する。
まず、すれ違い走行等の通常走行時においては、ロービームＬＥＤチップ群８（第１ブロック）における複数のＬＥＤチップ６が定電流駆動回路４により点灯される。このとき、各ＬＥＤチップ６は制御回路（図示せず）の制御下で各チョッパートランジスタ１１により通電タイミングの位相がグループごとにずらされる。これにより、常に一定の発光量の光が各ＬＥＤチップ６から放出され、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光され、ロービームＬＢとして車両の左前方へ配光されながらも、電源リプルの少ないラジオノイズの小さな前照灯となる。
【００１９】
次に、高速道等における走行時においては、上記ロービームＬＥＤチップ群８における複数のＬＥＤチップ６に加えて、ハイビームＬＥＤチップ群９（第２ブロック）における複数のＬＥＤチップ６も定電流駆動回路４により点灯される。このとき、ハイビームＬＥＤチップ群９における各ＬＥＤチップ６も制御回路（図示せず）の制御下で各チョッパートランジスタ１１により通電タイミングの位相がグループごとにずらされる。これにより、常に一定の発光量の光が各ＬＥＤチップ６から放出され、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光され、ハイビームＨＢとして車両の前方へ配光されながらもロービームと同様電源リプルの少ないラジオノイズの少ない前照灯となる。
【００２０】
また、右コーナを曲がるときには、ウィンカーによる右方向指示やハンドルの右方向への所定の切り角に対応して、ＬＥＤユニット３の左側領域Ｃ１に配設されたコーナリングビームＬＥＤチップ群１０（第３ブロック）に配設されたＬＥＤチップ６は定電流駆動回路４により点灯される。このとき、各ＬＥＤチップ６は制御回路（図示せず）の制御下で各チョッパートランジスタ１１により通電タイミングの位相がグループごとにずらされる。これにより、常に一定の発光量の光が各ＬＥＤチップ６から放出され、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光され、コーナリングビーム（図示せず）として車両の右前方の右コーナへ配光されながらもロー，ハイビームと同様電源リプルの少ないラジオノイズの少ない前照灯となる。
【００２１】
さらに、左コーナを曲がるときには、ウィンカーによる左方向指示やハンドルの左方向への所定の切り角に対応して、ＬＥＤユニット３の右側領域Ｃ２に配設されたコーナリングビームＬＥＤチップ群１０（第３ブロック）に配設されたＬＥＤチップ６は定電流駆動回路４により点灯される。このとき、各ＬＥＤチップ６は制御回路（図示せず）の制御下で各チョッパートランジスタ１１により通電タイミングの位相がグループごとにずらされる。これにより、常に一定の発光量の光が各ＬＥＤチップ６から放出され、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光され、コーナリングビーム（図示せず）として車両の左前方の左コーナへ配光されながらもロー，ハイ，右コーナーランプと同様に、電源リプルの少ないラジオノイズの少ない前照灯となる。
【００２２】
なお、ＬＥＤユニット３を構成する複数のＬＥＤチップ６が点灯したときに発生する熱はＬＥＤユニット３を構成する金属基板５により放散され、各ＬＥＤチップ６が過度に発熱することが抑制され、ＬＥＤチップ６の劣化が防止される。
【００２３】
以上のように、この実施の形態１によれば、投影用凸レンズ２と、この投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆの後方に配置されかつ投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆを指向する複数のＬＥＤチップ６で構成された発光面とを備えるように構成したので、長寿命かつ低電力の前照灯１を得ることができるという効果がある。また、この実施の形態１では、従来の前照灯において、走行中に突然唯一のハロゲンランプや放電ランプが切れた場合に安全走行を確保できない場合と比べて、長寿命のＬＥＤチップ６全てが同時期に機能停止状態に陥る可能性が極めて低く、仮にＬＥＤチップ６の一部が機能停止状態に陥っても他のグループのＬＥＤチップ６が点灯していれば前方が真暗になることは避けられ、走行中の極めて高い安全性を確保することができるという効果がある。さらに、この実施の形態１では、従来の前照灯において必須であったシェードを用いる必要がないので、部品点数を削減する以外に自由に配光を調整することができるという効果がある。
なお１グループのＬＥＤと１ブロック各所に分散させれば、１グループが消灯した時に、暗くなる部分が分散されより好ましい。
【００２４】
この実施の形態１によれば、発光面を、投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆを中心とする球面とするように構成したので、球面状に配設された複数のＬＥＤチップ６からの放出光を投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに効率よく集光させて投影用凸レンズ２により配光して車両の前方の視界を確保することができるという効果がある。また、従来の前照灯において必須であった反射鏡を用いる必要がないので、コンパクト化を図ることをできると共に部品点数を削減して製造コストを低減することができるという効果がある。
【００２５】
この実施の形態１によれば、複数のＬＥＤチップ６を金属基板５上に支持するように構成したので、複数のＬＥＤチップ６が点灯したときに発生する熱を金属基板５により放散し、各ＬＥＤチップ６の過度の発熱を抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止することができるという効果がある。
【００２６】
この実施の形態１によれば、複数のＬＥＤチップ６を、金属基板５上に、ロービームＬＢを配光する第１ブロックと、ハイビームＨＢを配光する第２ブロックとに分けて配置するように構成したので、ロービームモード時にハイビームＨＢを配光する第２ブロックに属するＬＥＤチップ６を点灯する必要がなく、従来の前照灯においてロービームモードでもハイビームモードでも同一の電力を消費する場合と比べて、消費電力を抑制することができるという効果がある。
【００２７】
この実施の形態１によれば、複数のＬＥＤチップ６を、金属基板５上に、コーナリングビーム（図示せず）を配光する第３ブロックとして配置するように構成したので、従来の前照灯のように別途に自動車の前部に設けられていたコーナリングランプを設ける必要がなく、コーナリングビーム配光部としての左側領域Ｃ１または右側領域Ｃ２を前照灯１と一体に設けることができ、コンパクト化を図ることができるという効果がある。
【００２８】
この実施の形態１によれば、複数のＬＥＤチップ６を駆動する定電流駆動回路４を備えるように構成したので、定電流駆動回路４によりＬＥＤに過電流を流し劣化させることなく、複数のＬＥＤチップ６を定電流で駆動して各ＬＥＤチップ６から一定の発光量の放出光を投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光させることができ、一定の発光量の配光でチラツキなく車両の前方を照らすことができ、走行中の極めて高い安全性を確保することができるという効果がある。
【００２９】
この実施の形態１によれば、定電流駆動回路４に、複数のグループに分けられたＬＥＤチップ６をグループごとにオン／オフ制御するチョッパートランジスタ１１と、このチョッパートランジスタ１１による通電タイミングの位相をグループごとにずらす制御回路（図示せず）とを備えるように構成したので、１つのチョッパートランジスタ１１で全てのＬＥＤチップ６をオン／オフ制御した時の大電流の通電／停止により電源電流に大きなリプルが発生して自動車に搭載された他の精密機器へ影響を及ぼすラジオノイズを軽減することができるという効果がある。
【００３０】
この実施の形態１によれば、定電流駆動回路４に、グループごとに設けられかつ当該グループ内の複数のＬＥＤチップ６に対しチョッパートランジスタ１１によるオフ制御時に電流を供給するコイル１２ａを備えるように構成したので、コイル１２ａのＬ成分によりフライフォイール用ダイオード１２ｂに順方向の電流（矢印Ｄ方向）を発生させ、次のチョッパートランジスタ１１によるオン制御時まで４つのＬＥＤチップ６からの発光を維持することができ、前照灯に照された物体がコマ送りで移動するように見えることなく、一定の発光量の配光でチラツキなく車両の前方を照らすことができ、走行中の極めて高い安全性を確保することができるという効果がある。
【００３１】
この実施の形態１によれば、発光ダイオードとしてＬＥＤチップ６を用い、このＬＥＤチップ６を実装する前面を有する金属基板５と一体化してＬＥＤユニット３を構成したので、ＬＥＤユニット３におけるＬＥＤチップ６の実装密度を高めることができ、高い輝度の発光面を確保することができるという効果がある。
【００３２】
なお、この実施の形態１では、各ブロックのＬＥＤチップ６をグループ分けするように構成したので、１つのブロック内における１つのＬＥＤチップ６が機能停止状態に陥っても同一グループ内における他のＬＥＤチップ６も通電されず、発光しなくなるが、同一ブロック内における他のブロックのＬＥＤチップ６が機能を維持していれば、走行に必要な最低量の発光量を供給できるため、車両全方が真暗になる非常事態を回避することができるという効果がある。これは、従来の前照灯において、走行中に突然唯一のハロゲンランプや放電ランプが切れた場合に安全走行を確保できない場合と比べて、長寿命のＬＥＤチップ６全てが同時期に機能停止状態に陥る可能性が極めて低いことも考慮すると、走行中の極めて高い安全性を確保することができるという効果がある。
【００３３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による前照灯およびその光路を示す概略断面図である。なお、この実施の形態２の構成要素のうち実施の形態１と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３４】
この実施の形態２の特徴は、発光面を球面とした実施の形態１と異なり、平面とした点にある。即ち、ＬＥＤユニット３を構成するＬＥＤチップ６は平面状の金属基板５の前面５ａ上に実装されており、この金属基板５は、投影用凸レンズ２の後方焦点ＦにＬＥＤチップ６の放出光を集光する集光用凸レンズ１４の後方に配置されている。集光用凸レンズ１４は球面状の前面１４ａと平面状の後面１４ｂとから概略構成されており、その前方焦点は投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに一致するように設定されている。
【００３５】
また、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂには一対の接続ピン１５が設けられており、定電流駆動回路４には上記接続ピン１５と着脱可能に接続する接続コネクタ１６が設けられている。これにより、ＬＥＤユニット３は定電流駆動回路４に対して着脱可能である。従って、長寿命のＬＥＤチップ６を含むＬＥＤユニット３を交換する頻度は極めて少ないが、仮に、経時的に劣化し、発光量がある程度減衰するなど、交換する必要が生じた場合には、ＬＥＤユニット３を新品と容易に交換することが可能である。なお、バッテリ電源１７は定電流駆動回路４に対し駆動電圧を印加する。
【００３６】
次に動作について説明する。
ＬＥＤユニット３を構成する各ＬＥＤチップ６は、実施の形態１と同様に、定電流駆動回路４によりオン／オフ制御され、制御回路（図示せず）の制御下で各チョッパートランジスタ１１により通電タイミングの位相がグループごとにずらされることで、一定の発光量の光を放出する。ＬＥＤユニット３からの放出光は集光用凸レンズ１４に対し後面１４ｂから入射し、前面１４ａで屈折して集光用凸レンズ１４の前方焦点に一致する投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに向けて出射する。投影用凸レンズ２の後方焦点Ｆに集光した光は投影用凸レンズ２を通過してロービームＬＢまたはハイビームＨＢとして車両の前方に向けて配光される。
【００３７】
以上のように、この実施の形態２によれば、発光面を、投影用凸レンズ２の後方焦点ＦにＬＥＤチップ６からの放出光を集光する集光用凸レンズ１４の後方に配置された平面とするように構成したので、前照灯１に必要な発光量を確保して車両の前方の視界を確保することができるという効果がある。
【００３８】
この実施の形態２によれば、ＬＥＤユニット３を定電流駆動回路４に対し着脱可能に配設するように構成したので、必要に応じてＬＥＤユニット３を新品と容易に交換することができるという効果がある。
【００３９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による前照灯におけるＬＥＤユニットに対する液冷手段の構成を示す概略断面図である。なお、この実施の形態３の構成要素のうち実施の形態１等と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００４０】
この実施の形態３の特徴は、ＬＥＤユニット３の前方に近接して配設された集光用の透明な凸レンズの厚肉部分に空間を設け、その空間Ｓに透明な液体を給排する管状部材２０とを有する液冷手段２１を備えた点にある。即ち、ＬＥＤユニット３における金属基板５上には複数のＬＥＤチップ６が実装されており、ＬＥＤチップ６の点灯時に発生する熱は金属基板５により放散される。さらに、この実施の形態３では、上記金属基板５による放熱効果に加え、ＬＥＤユニット３における熱源であるＬＥＤチップ６側を積極的に冷却する液冷手段２１を採用し、各ＬＥＤチップ６の過熱を確実に抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止する。
【００４１】
液冷手段２１は、凸レンズの厚肉部分に空間を設けた空間Ｓ内の液体とから構成された構造で、ＬＥＤユニット３に対し、実施の形態２における集光用凸レンズ１４と同様の機能を有するものである。このため、凸レンズを構成する平面部材１８および球面部材１９としては、ＬＥＤチップ６からの配光を阻害しない無色透明性を有する必要があり、例えばガラス製または樹脂製の使用が可能である。樹脂製であれば、ガラス製よりも軽量化を図ることができると共に製造コストを抑制することができる利点がある。さらに、冷媒としての液体により十分に冷却されることから、樹脂製であっても、熱による変形もない。
【００４２】
また、液体としては、ＬＥＤユニット３からの熱により高温となる平面部材１８との間で熱交換する冷媒であると共に、ＬＥＤチップ６からの配光を阻害しない無色透明性を有する必要があり、例えば水またはオイルの使用が可能である。
【００４３】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＬＥＤユニット３の前方に近接して配設された透明な平面部材１８と、この平面部材１８の前方に配置された透明な凸レンズの厚肉部分に設けた空間Ｓに液体を給排する管状部材２０とを有する液冷手段２１を備えるように構成したので、ＬＥＤユニット３の金属基板５による放熱効果に加え、ＬＥＤユニット３における熱源であるＬＥＤチップ６側を積極的に冷却して各ＬＥＤチップ６の過熱を確実に抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止することができるという効果がある。
【００４４】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態２による前照灯におけるＬＥＤユニットに対する集光用凸レンズを構成するフレネルレンズの構成を示す概略断面図である。当フレネルレンズは投影用凸レンズとしても有効である。なお、この実施の形態２の構成要素のうち実施の形態１等と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００４５】
この実施の形態４の特徴は、実施の形態２における凸レンズの表面曲率を平行移動したフレネルレンズ２２に代えた点にある。即ち、凸レンズは、図６中の破線で示すように、表面の曲率を得る為に中央には不要な厚肉部分が存在し、前後方向（矢印Ｅ方向）に厚い。この点、フレネルレンズ２２は不要な厚肉部分をそぎ落し、比較的薄く成形されている。
【００４６】
フレネルレンズ２２としては、透明な樹脂製またはガラス製のレンズの使用が可能である。樹脂製レンズの場合には、ガラス製レンズよりも軽量化を図ることができる。また、フレネルレンズ２２の曲面をガラスで製作すると手間がかかるが、樹脂成形で行えばより軽いフレネルレンズ２２を比較的容易に製作することができる利点がある。
【００４７】
以上のように、この実施の形態４によれば、球面部材１９としてフレネルレンズ２２を用いるように構成したので、実施の形態２における集光用凸レンズの厚さを薄くでき、当前照灯のコンパクト化を図ることができるという効果がある。
【００４８】
この実施の形態４によれば、フレネルレンズ２２を樹脂製とするように構成したので、ガラス製と比べて、フレネルレンズ２２を比較的容易に製作することができるという効果がある。
【００４９】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による前照灯におけるＬＥＤユニットの基板を冷却するヒートシンクの構成を示す概略断面図である。なお、この実施の形態５の構成要素のうち実施の形態１等と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００５０】
この実施の形態５の特徴は、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂにヒートシンク２３を配設した点にある。即ち、金属基板５は放熱性に優れており、ＬＥＤユニット３から発生する熱を放散することは可能であるが、金属基板５の後面５ｂにヒートシンク２３を設けることで、放熱面積を拡大して放熱効果を向上させることが可能である。
【００５１】
以上のように、この実施の形態５によれば、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂにヒートシンク２３を配設するように構成したので、金属基板５による放熱効果に加え、ＬＥＤユニット３を効率的に冷却して各ＬＥＤチップ６の過熱を確実に抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止することができるという効果がある。
【００５２】
なお、この実施の形態５では、平面状の金属基板５の後面５ｂにヒートシンク２３を配設するように構成したが、実施の形態１における球面状の金属基板５に対しても同様の配置構成することにより同様の効果を上げることが可能である。
【００５３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による前照灯におけるＬＥＤユニットの基板を冷却する送風手段の構成を示す概略断面図である。なお、この実施の形態６の構成要素のうち実施の形態１等と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００５４】
この実施の形態６の特徴は、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂを冷却するファン（送風手段）２４および駆動モータ（送風手段）２５を備えた点にある。即ち、金属基板５は放熱性に優れており、ＬＥＤユニット３から発生する熱を放散することは可能であるが、金属基板５の後面５ｂに上記送風手段を設けることで、積極的に金属基板５を冷却することが可能である。
【００５５】
以上のように、この実施の形態６によれば、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂを冷却するファン（送風手段）２４および駆動モータ（送風手段）２５を配設するように構成したので、金属基板５による放熱効果に加え、ＬＥＤユニット３を効率的に冷却して各ＬＥＤチップ６の過熱を確実に抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止することができるという効果がある。
【００５６】
なお、この実施の形態６では、平面状の金属基板５の後面５ｂに対して送風手段を配設するように構成したが、実施の形態１における球面状の金属基板５に対しても同様の配置構成することにより同様の効果を上げることが可能である。
【００５７】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による前照灯におけるＬＥＤユニットの基板を冷却するヒートパイプの構成を示す概略断面図である。なお、この実施の形態７の構成要素のうち実施の形態１等と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００５８】
この実施の形態７の特徴は、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂと車体２６とを連絡するヒートパイプ２７を備えた点にある。ヒートパイプ２７の一端２７ａは金属基板５の後面５ｂに達しており、他端２７ｂは車体２６に達している。これにより、ＬＥＤユニットの発熱を、ヒートパイプ２７を経由して車体に放出することが可能である。
【００５９】
以上のように、この実施の形態７によれば、ＬＥＤユニット３の金属基板５の後面５ｂと車体２６とを連絡するヒートパイプ２７を配設するように構成したので、金属基板５による放熱効果に加え、ＬＥＤユニット３を効率的に冷却して各ＬＥＤチップ６の過熱を確実に抑制し、ＬＥＤチップ６の劣化を防止することができるという効果がある。
【００６０】
なお、この実施の形態７では、平面状の金属基板５の後面５ｂに接続するヒートパイプ２７を配設するように構成したが、実施の形態１における球面状の金属基板５に対しても同様の配置構成することにより同様の効果を上げることが可能である。
【００６１】
実施の形態３から実施の形態７までにおける各冷却手段は勿論単独でＬＥＤユニット３に対して使用可能であるが、適宜組み合わせてＬＥＤユニット３の冷却に使用することも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、投影用凸レンズと、該投影用凸レンズの後方焦点の後方に配置される複数の発光ダイオードで構成された発光面とを備えるように構成したので、長寿命かつ低電力の前照灯を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による前照灯およびその光路を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した前照灯の発光面を構成する発光ダイオードの配置構成を示す概略正面図である。
【図３】（ａ）は図１および図２に示した前照灯の定電流駆動回路を示す回路図であり、（ｂ）は（ａ）に示した定電流駆動回路によるスイッチング素子の通電タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による前照灯およびその光路を示す概略断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３による前照灯における発光ダイオードユニットに対する液冷手段の構成を示す概略断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４による前照灯における発光ダイオードユニットに対する液冷手段の一部を構成するフレネルレンズの構成を示す概略断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５による前照灯における発光ダイオードユニットの基板を冷却するヒートシンクの構成を示す概略断面図である。
【図８】この発明の実施の形態６による前照灯における発光ダイオードユニットの基板を冷却する送風手段の構成を示す概略断面図である。
【図９】この発明の実施の形態７による前照灯における発光ダイオードユニットの基板を冷却するヒートパイプの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１前照灯、２投影用凸レンズ、３ＬＥＤユニット、４定電流駆動回路、５金属基板、６ＬＥＤチップ、７配線、８ロービームＬＥＤチップ群（第１ブロック）、９ハイビームＬＥＤチップ群（第２ブロック）、１０コーナリングビームＬＥＤチップ群（第３ブロック）、１１チョッパートランジスタ（スイッチング素子）、１２コイル、１３フライフォイール用ダイオード、１４集光用凸レンズ、１５接続ピン、１６接続コネクタ、１７バッテリ電源、１８平面部材（凸レンズ）、１９球面部材（凸レンズ）、２０管状部材、２１液冷手段、２２フレネルレンズ、２３ヒートシンク、２４ファン（送風手段）、２５駆動モータ（送風手段）、２６車体、２７ヒートパイプ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a headlight provided at a front portion of a vehicle or the like for checking safety in a traveling direction.
[0002]
[Prior art]
Various types of conventional headlights using a halogen lamp or a discharge lamp as a light source are known. For example, a projector type headlamp includes a convex lens for projection, one lamp disposed behind a rear focal point of the convex lens for projection, and a light reflected from the lamp to be focused on a rear focal point of the convex lens for projection. And a spheroidal reflecting mirror for focusing. The parabolic headlamp is composed of one discharge lamp and a parabolic reflector that is disposed behind the discharge lamp and reflects and projects light from the discharge lamp forward. It is schematically configured. Each of the conventional headlamps described above shuts off a part of the projection light and distributes a low beam mainly for passing a vehicle (hereinafter referred to as a low beam mode). A partition (hereinafter, referred to as a shade) that can be moved to a position that can take a mode for distributing a high beam for highway traveling (hereinafter, referred to as a high beam mode). In addition, a cornering lamp that distributes a cornering beam that illuminates the corner in accordance with a turn signal or a predetermined steering angle at the time of cornering is disposed near the headlight of the vehicle.
[0003]
By the way, a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED) is known as a light source having a long life, low power, and high efficiency. However, it has been used for lighting small devices because of its low light emission amount.
[0004]
Patent Literature 1 discloses a lamp using a chip type LED as a light source of a rear lamp such as a tail lamp or a turn signal lamp of an automobile. In this lamp, a large light-emitting surface is formed by each LED that faces in the horizontal direction for the purpose of being surely recognized by other automobiles and pedestrians.
[0005]
In recent years, white LEDs having a large light emission amount have been developed, and their use is expected to be expanded.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-243110 A (Page 2, FIGS. 1 and 3)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional headlight has the above-described configuration, there are the following problems. In other words, the conventional headlamp depends on the life of the halogen lamp or discharge lamp as the only light source.Therefore, there is a problem that the life of the lamp is further prolonged. In such a case, there is no alternative, and there is a problem that safe driving may not be ensured. Further, in the conventional headlight, the same power is consumed in the low beam mode and the high beam mode, and in the low beam mode that is frequently used in passing driving or the like, power is consumed by light shaded by a shade and not actually used. Therefore, there is a problem that power consumption is wasted.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to obtain a long-life, low-power headlamp.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A headlight according to the present invention includes a convex lens for projection and a light emitting surface including a plurality of light emitting diodes disposed behind a rear focal point of the convex lens for projection.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a headlight according to Embodiment 1 of the present invention and its optical path, and FIG. 2 is a schematic view showing the arrangement of light emitting diodes constituting a light emitting surface of the headlight shown in FIG. FIG. 3A is a circuit diagram showing a constant current driving circuit of the headlight shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3B is a circuit diagram showing a constant current shown in FIG. 3A. 5 is a timing chart showing lighting timing by a drive circuit. In the first embodiment, a description will be given of a headlight mounted on a vehicle manufactured on the assumption of left-hand traffic, and the present invention will be described with reference to a headlight mounted on a vehicle manufactured on the assumption of right-hand traffic. When applied to a lamp, it goes without saying that the light distribution direction of the low beam is on the right side. This is the same in the following embodiments.
[0011]
As shown in FIG. 1, a headlight 1 distributes light for illuminating the front or left side of an automobile and has a projection convex lens 2 having a front focal point F ′ and a rear focal point F, and a rear side of the projection convex lens 2. A light emitting diode unit (hereinafter, referred to as an LED unit) 3 disposed behind the focal point F and emitting light directed to the rear focal point F, and a constant current drive circuit 4 for driving the LED unit 3 I have.
[0012]
As the convex lens 2 for projection, a transparent glass or resin lens can be used. In the case of a resin lens, there is an advantage that the weight can be reduced and the manufacturing cost can be suppressed as compared with a glass lens.
[0013]
As shown in FIG. 1, the LED unit 3 is a substrate (hereinafter, referred to as a metal) that is processed into a spherical shape centered on the rear focal point F of the projection convex lens 2 and is insulated from a metal such as aluminum having excellent heat dissipation. A plurality of chip-type LEDs (hereinafter referred to as LED chips) disposed on the inner peripheral surface (front surface) of the metal substrate 5 and forming a light emitting surface for directing the rear focal point F of the projection lens 2. ) 6).
[0014]
As is well known, each LED chip 6 has a PN junction (not shown) in which a P-type region (not shown) and an N-type region (not shown) are joined. When a forward voltage is applied to the PN junction, light is emitted from the PN junction. To improve the directivity of the emitted light, for example, a shell-shaped cover (not shown) is provided above the PN junction. . The LED chips 6 are distributed on the inner peripheral surface of the metal substrate 5 of the LED unit 3 as shown in FIG. A low-beam LED chip group (first block) 8 for distributing the low beam LB is disposed in the upper region A of the metal substrate 5, and a lower beam B for distributing the high beam HB is disposed in the lower region B. A high beam LED chip group (second block) 9 is provided. Incidentally, the low-beam LED chip group 8 is illuminated during normal traveling such as passing and running on a highway, etc., and mainly illuminates the left side of the front, particularly downward, in order to confirm the safety of the left front of the vehicle. However, the upper region A has a configuration in which the portion disposed on the lower right side (the side closer to the right region C2) can also illuminate the upper left region of the front region. The high-beam LED chip group 9 is lit only when traveling on a highway or the like, and illuminates the upper left side of the front area, but the upper left side of the lower area B (closer to the left area C1). Side), it is possible to illuminate the lower right side of the front. In the first embodiment, the arrangement density of the LED chips 6 in the high-beam LED chip group 9 is higher than the arrangement density of the LED chips 6 in the low-beam LED chip group 8 because the chip is to enhance the emission of the low beam. It is configured to be low.
[0015]
Further, a cornering beam LED chip group (third block) for distributing a cornering beam is provided in a left area (right side in FIG. 2) C1 and a right area (left side in FIG. 2) C2 of the metal substrate 5, respectively. ) 10 are provided. Incidentally, the cornering beam LED chip group 10 arranged in the left side area C1 emits light in response to a right direction instruction by a blinker or a predetermined turning angle of a steering wheel rightward at the time of cornering, and illuminates the right corner, and conversely. The cornering beam LED chip group 10 arranged in the right side area C2 emits light to illuminate the left corner in accordance with a leftward instruction by a turn signal or a predetermined leftward turning angle of a steering wheel at the time of cornering.
[0016]
Each LED chip 6 of the LED unit 3 is connected to the constant current drive circuit 4 via a wiring 7 protruding from the outer peripheral surface (rear surface) of the metal substrate 5. The constant current drive circuit 4 protects the LED from overcurrent by driving the LED unit 3 with a constant current in response to the application of a voltage (for example, 12 V) of a battery power source mounted on the vehicle, and from the LED unit 3 Is kept constant. In the constant current drive circuit 4, as shown in FIG. 3A, for example, a plurality of LED chips 6 in a low-beam LED chip group 8 (first block) are divided into, for example, four groups. Four LED chips 6 in one group are connected in series, and these four LED chips 6 are simultaneously turned on / off by chopper transistors (switching elements) 11 in the group. The coil 12a and the flywheel diode 12b in the group form a closed circuit together with the four LED chips 6, and the energy (hereinafter, referred to as L component) remaining in the coil 12 when the chopper transistor 11 is turned off is flywheel. It functions to generate a forward current (in the direction of arrow D) in the diode 12b for the emission and maintain the light emission from the four LED chips 6 until the next chopper transistor 11 is turned on. The reason that the flywheel diode 12b is provided is that if the LED is turned on by simple chopping without the flywheel diode 12b, the light emission also flashes and the object is a frame as a headlamp of a vehicle moving at high speed. It is not suitable because it appears to be moving by feeding. Note that the plurality of LED chips 6 in the high beam LED chip group 9 (second block) or the cornering beam LED chip group 10 (third block) are also grouped similarly to the plurality of LED chips 6 in the low beam LED chip group 8. On / off control is performed by the constant current drive circuit 4 for each group.
[0017]
The plurality of chopper transistors 11 in the constant current drive circuit 4 are connected to a control circuit (not shown) that controls the operation timing of each chopper transistor 11. As shown in FIG. 3B, the control circuit (not shown) controls on / off of the LED chips 6 in each group by the chopper transistor 11 while securing a necessary and sufficient light emission amount for the headlight 1. It functions to shift the phase of the energization timing based on the control for each group. The reason why a plurality of chopper transistors 11 are provided is that when all the LED chips 6 are turned on / off by one chopper transistor 11, radio noise is generated due to a large ripple of a power supply current generated by energization / deactivation of a large current. Since this may affect other precision equipment mounted on the vehicle, a plurality of chopper transistors 11 are turned on / off with a small current to reduce the ripple of the power supply current and to reduce the occurrence of radio noise. is there.
[0018]
Next, the operation will be described.
First, during normal traveling such as passing, the plurality of LED chips 6 in the low-beam LED chip group 8 (first block) are turned on by the constant current drive circuit 4. At this time, the phases of the energization timing of each LED chip 6 are shifted by each chopper transistor 11 under the control of a control circuit (not shown) for each group. As a result, light of a constant light emission amount is always emitted from each LED chip 6 and condensed at the rear focal point F of the convex lens 2 for projection, and is distributed as a low beam LB to the left front of the vehicle, but with little power ripple. It becomes a small headlight of radio noise.
[0019]
Next, when traveling on a highway or the like, in addition to the plurality of LED chips 6 in the low-beam LED chip group 8, the plurality of LED chips 6 in the high-beam LED chip group 9 (second block) are also connected to the constant current drive circuit 4. Is lit. At this time, the energization timing of each LED chip 6 in the high-beam LED chip group 9 is shifted by each chopper transistor 11 under control of a control circuit (not shown) for each group. As a result, a constant amount of light is emitted from each LED chip 6 and collected at the rear focal point F of the convex lens 2 for projection, and while being distributed to the front of the vehicle as a high beam HB, a power ripple similar to the low beam is generated. It becomes a headlight with little radio noise.
[0020]
Also, when turning at the right corner, the cornering beam LED chip group 10 (third terminal) disposed in the left area C1 of the LED unit 3 corresponds to a rightward instruction by a blinker or a predetermined turning angle of the steering wheel to the right. The LED chip 6 disposed in the block) is turned on by the constant current drive circuit 4. At this time, the phases of the energization timing of each LED chip 6 are shifted by each chopper transistor 11 under the control of a control circuit (not shown) for each group. As a result, a constant amount of light is emitted from each LED chip 6 and collected at the rear focal point F of the projection lens 2, and is distributed as a cornering beam (not shown) to the right front corner of the vehicle. However, like the low and high beams, it becomes a headlight with little power ripple and little radio noise.
[0021]
Further, when making a turn at the left corner, the cornering beam LED chip group 10 (third third) disposed in the right area C2 of the LED unit 3 corresponds to a leftward instruction by the turn signal or a predetermined turning angle of the steering wheel to the left. The LED chip 6 disposed in the block) is turned on by the constant current drive circuit 4. At this time, the phases of the energization timing of each LED chip 6 are shifted by each chopper transistor 11 under the control of a control circuit (not shown) for each group. As a result, a constant amount of light is constantly emitted from each LED chip 6 and collected at the rear focal point F of the projection lens 2, and is distributed as a cornering beam (not shown) to the left front corner of the vehicle. However, like the low, high, and right corner lamps, the headlight has little power ripple and little radio noise.
[0022]
Note that heat generated when the plurality of LED chips 6 constituting the LED unit 3 are turned on is dissipated by the metal substrate 5 constituting the LED unit 3, so that each LED chip 6 is prevented from excessively generating heat, and The deterioration of the chip 6 is prevented.
[0023]
As described above, according to the first embodiment, the projection lens 2 and the plurality of LED chips disposed behind the rear focal point F of the projection lens 2 and pointing to the rear focal point F of the projection lens 2 Since the light emitting surface is configured to include the light emitting surface constituted by 6, the headlight 1 having a long life and low power can be obtained. Further, in the first embodiment, in the conventional headlamp, all of the long-life LED chips 6 are used as compared with the case where safe driving cannot be secured when only one halogen lamp or discharge lamp suddenly breaks during driving. It is extremely unlikely that the LED chip 6 will fall out of function at the same time. Even if a part of the LED chip 6 falls into the function stop state, if the LED chips 6 of the other groups are lit, it is avoided that the front becomes dark. Therefore, there is an effect that extremely high safety during traveling can be secured. Further, in the first embodiment, since it is not necessary to use a shade which is indispensable in a conventional headlight, there is an effect that light distribution can be freely adjusted in addition to reducing the number of components.
If one group of LEDs and one block are dispersed, it is more preferable that when one group is turned off, dark portions are dispersed.
[0024]
According to the first embodiment, since the light emitting surface is configured to be a spherical surface centered on the rear focal point F of the convex lens 2 for projection, the light emitted from the plurality of LED chips 6 arranged in a spherical shape. Is efficiently condensed at the rear focal point F of the convex lens 2 for projection, and the light is distributed by the convex lens 2 for projection, so that a field of view ahead of the vehicle can be secured. In addition, since it is not necessary to use a reflecting mirror which is indispensable in a conventional headlamp, there is an effect that the size can be reduced and the number of parts can be reduced to reduce the manufacturing cost.
[0025]
According to the first embodiment, since the plurality of LED chips 6 are configured to be supported on the metal substrate 5, the heat generated when the plurality of LED chips 6 are turned on is radiated by the metal substrate 5, and There is an effect that excessive heat generation of the LED chip 6 can be suppressed and deterioration of the LED chip 6 can be prevented.
[0026]
According to the first embodiment, the plurality of LED chips 6 are arranged on the metal substrate 5 so as to be divided into the first block for distributing the low beam LB and the second block for distributing the high beam HB. With this configuration, it is not necessary to turn on the LED chips 6 belonging to the second block that distributes the high beam HB in the low beam mode, and the conventional headlight consumes the same power in both the low beam mode and the high beam mode. This has the effect of reducing power consumption.
[0027]
According to the first embodiment, the plurality of LED chips 6 are arranged on the metal substrate 5 as the third block for distributing the cornering beam (not shown). It is not necessary to separately provide a cornering lamp provided in the front part of the vehicle as in the above, and the left area C1 or the right area C2 as the cornering beam light distribution unit can be provided integrally with the headlight 1, and the compact There is an effect that it can be achieved.
[0028]
According to the first embodiment, since the constant current drive circuit 4 for driving the plurality of LED chips 6 is provided, the constant current drive circuit 4 does not cause an overcurrent to flow through the LEDs to deteriorate the LEDs. By driving the chip 6 with a constant current, the emitted light of a constant light emission amount from each LED chip 6 can be collected at the rear focal point F of the convex lens 2 for projection, and the light distribution of the constant light emission amount does not cause flickering of the vehicle. There is an effect that the front can be illuminated, and extremely high safety during traveling can be secured.
[0029]
According to the first embodiment, the constant current drive circuit 4 sets the chopper transistor 11 for controlling on / off of the LED chips 6 divided into a plurality of groups for each group and the phase of the energization timing by the chopper transistor 11. Since a control circuit (not shown) for shifting each group is provided, a large current is supplied / stopped when all the LED chips 6 are turned on / off by one chopper transistor 11, so that the power supply current is increased. There is an effect that it is possible to reduce the radio noise that causes ripples and affects other precision equipment mounted on the automobile.
[0030]
According to the first embodiment, the constant current drive circuit 4 is provided with the coil 12a provided for each group and supplying current to the plurality of LED chips 6 in the group when the chopper transistor 11 performs the OFF control. With this configuration, a forward current (in the direction of arrow D) is generated in the flywheel diode 12b by the L component of the coil 12a, and light emission from the four LED chips 6 is maintained until the next chopper transistor 11 is turned on. The object illuminated by the headlight does not seem to move by frame advance, and the light in front of the vehicle can be illuminated without flicker with a light distribution of a constant light emission, which is extremely high safety during traveling There is an effect that the property can be secured.
[0031]
According to the first embodiment, the LED chip 6 is used as the light emitting diode, and the LED unit 3 is configured integrally with the metal substrate 5 having the front surface on which the LED chip 6 is mounted. Has the effect that the mounting density can be increased and a light emitting surface with high luminance can be secured.
[0032]
In the first embodiment, the LED chips 6 in each block are configured to be grouped. Therefore, even if one LED chip 6 in one block is in a function halt state, the other LEDs in the same group are stopped. The chip 6 is also not energized and emits no light. However, if the LED chips 6 of other blocks in the same block maintain their functions, the minimum amount of light required for traveling can be supplied, so that There is an effect that an emergency in which darkness occurs can be avoided. This is because all of the long-life LED chips 6 are out of function at the same time in the conventional headlamp compared to the case where safe driving cannot be secured when the only halogen lamp or discharge lamp suddenly goes out during driving. Considering that the possibility of falling into the vehicle is extremely low, there is an effect that extremely high safety during traveling can be secured.
[0033]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a headlight and its optical path according to a second embodiment of the present invention. Note that among the constituent elements of the second embodiment, those that are common to the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions of those parts will be omitted.
[0034]
The feature of the second embodiment is that, unlike the first embodiment in which the light-emitting surface is spherical, the light-emitting surface is flat. That is, the LED chip 6 constituting the LED unit 3 is mounted on the front surface 5 a of the planar metal substrate 5, and the metal substrate 5 emits the light emitted from the LED chip 6 to the rear focal point F of the projection lens 2. It is arranged behind the converging convex lens 14 for condensing light. The converging convex lens 14 is roughly composed of a spherical front surface 14a and a planar rear surface 14b, and its front focal point is set to coincide with the rear focal point F of the projecting convex lens 2.
[0035]
A pair of connection pins 15 are provided on the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3, and a connection connector 16 is provided in the constant current drive circuit 4 to be detachably connected to the connection pins 15. . Thus, the LED unit 3 is detachable from the constant current drive circuit 4. Therefore, the frequency of replacing the LED unit 3 including the long-life LED chip 6 is extremely low. However, if the LED unit 3 needs to be replaced because it deteriorates with time and the light emission amount is attenuated to some extent, for example. 3 can be easily replaced with a new one. The battery power supply 17 applies a drive voltage to the constant current drive circuit 4.
[0036]
Next, the operation will be described.
Like the first embodiment, each LED chip 6 constituting the LED unit 3 is controlled to be turned on / off by a constant current drive circuit 4 and is energized by each chopper transistor 11 under the control of a control circuit (not shown). Are shifted for each group, thereby emitting light with a constant light emission amount. Light emitted from the LED unit 3 enters the converging convex lens 14 from the rear surface 14b, is refracted on the front surface 14a, and is emitted toward the rear focal point F of the projecting convex lens 2 that matches the front focal point of the converging convex lens 14. I do. The light collected at the rear focal point F of the projection lens 2 passes through the projection lens 2 and is distributed toward the front of the vehicle as a low beam LB or a high beam HB.
[0037]
As described above, according to the second embodiment, the light-emitting surface is formed at the rear focal point F of the projection convex lens 2 by the plane disposed behind the light-converging convex lens 14 that condenses the light emitted from the LED chip 6. Therefore, there is an effect that the amount of light required for the headlight 1 can be secured, and the field of view ahead of the vehicle can be secured.
[0038]
According to the second embodiment, since the LED unit 3 is configured to be detachably mounted on the constant current drive circuit 4, the LED unit 3 can be easily replaced with a new one as necessary. effective.
[0039]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing the configuration of the liquid cooling means for the LED unit in the headlight according to Embodiment 3 of the present invention. Note that among the constituent elements of the third embodiment, those that are common to the first embodiment and the like are given the same reference numerals, and descriptions of those parts are omitted.
[0040]
A feature of the third embodiment is that a tube is provided in a thick portion of a light-converging transparent convex lens disposed close to the front of the LED unit 3 and a transparent liquid is supplied to and discharged from the space S. The liquid cooling means 21 having the member 20 is provided. That is, a plurality of LED chips 6 are mounted on the metal substrate 5 in the LED unit 3, and heat generated when the LED chips 6 are turned on is dissipated by the metal substrate 5. Further, in the third embodiment, in addition to the heat radiation effect of the metal substrate 5, a liquid cooling means 21 for actively cooling the LED chip 6 side, which is a heat source in the LED unit 3, is employed, and the overheating of each LED chip 6 is performed. Is reliably suppressed, and the deterioration of the LED chip 6 is prevented.
[0041]
The liquid cooling means 21 has a structure composed of a liquid in a space S in which a space is provided in a thick part of the convex lens, and has the same function as the condensing convex lens 14 in the second embodiment for the LED unit 3. Have For this reason, the flat member 18 and the spherical member 19 constituting the convex lens need to have colorless and transparent so as not to hinder the light distribution from the LED chip 6, and for example, glass or resin can be used. If it is made of resin, there is an advantage that the weight can be reduced and the manufacturing cost can be suppressed as compared with glass. Furthermore, since it is sufficiently cooled by a liquid as a refrigerant, even if it is made of resin, it is not deformed by heat.
[0042]
In addition, the liquid must be a refrigerant that exchanges heat with the planar member 18 that is heated to a high temperature by the heat from the LED unit 3 and has a colorless and transparent property that does not hinder the light distribution from the LED chip 6. For example, the use of water or oil is possible.
[0043]
As described above, according to the third embodiment, the transparent flat member 18 disposed close to the front of the LED unit 3 and the thick wall of the transparent convex lens disposed in front of the flat member 18 are provided. Since the liquid cooling means 21 having the tubular member 20 for supplying and discharging the liquid to and from the space S provided in the portion is provided, it is a heat source in the LED unit 3 in addition to the heat radiation effect by the metal substrate 5 of the LED unit 3. There is an effect that the LED chips 6 can be actively cooled to reliably suppress overheating of the LED chips 6 and prevent the LED chips 6 from being deteriorated.
[0044]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a configuration of a Fresnel lens constituting a converging convex lens for an LED unit in a headlight according to Embodiment 2 of the present invention. This Fresnel lens is also effective as a convex lens for projection. Components common to the first embodiment and the like among the components of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of those portions will be omitted.
[0045]
The feature of the fourth embodiment resides in that the surface curvature of the convex lens in the second embodiment is replaced with a Fresnel lens 22 which is translated. That is, as shown by the broken line in FIG. 6, the convex lens has an unnecessary thick portion at the center to obtain the curvature of the surface, and is thick in the front-rear direction (the direction of arrow E). In this regard, the Fresnel lens 22 is formed by shaving off unnecessary thick portions and being relatively thin.
[0046]
As the Fresnel lens 22, a transparent resin or glass lens can be used. In the case of a resin lens, the weight can be reduced as compared with a glass lens. Further, if the curved surface of the Fresnel lens 22 is made of glass, it takes time, but if it is made of resin, there is an advantage that the lighter Fresnel lens 22 can be manufactured relatively easily.
[0047]
As described above, according to the fourth embodiment, since the Fresnel lens 22 is used as the spherical member 19, the thickness of the converging convex lens in the second embodiment can be reduced, and the headlight can be made compact. There is an effect that it can be achieved.
[0048]
According to the fourth embodiment, since the Fresnel lens 22 is made of resin, there is an effect that the Fresnel lens 22 can be manufactured relatively easily as compared with glass.
[0049]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a configuration of a heat sink for cooling a substrate of an LED unit in a headlight according to Embodiment 5 of the present invention. The same reference numerals are given to components common to the first embodiment and the like among the components of the fifth embodiment, and the description of those portions will be omitted.
[0050]
The feature of the fifth embodiment is that a heat sink 23 is provided on the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3. That is, the metal substrate 5 is excellent in heat dissipation, and can dissipate the heat generated from the LED unit 3. It is possible to improve the heat radiation effect.
[0051]
As described above, according to the fifth embodiment, since the heat sink 23 is provided on the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3, in addition to the heat radiation effect of the metal substrate 5, the LED unit 3 There is an effect that overheating of each LED chip 6 can be reliably suppressed by efficiently cooling, and deterioration of the LED chip 6 can be prevented.
[0052]
In the fifth embodiment, the heat sink 23 is provided on the rear surface 5b of the flat metal substrate 5. However, the same arrangement and configuration are applied to the spherical metal substrate 5 in the first embodiment. By doing so, a similar effect can be obtained.
[0053]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a configuration of a blowing means for cooling a substrate of an LED unit in a headlight according to a sixth embodiment of the present invention. Note that among the constituent elements of the sixth embodiment, those that are common to the first embodiment and the like are denoted by the same reference numerals, and descriptions of those parts will be omitted.
[0054]
The feature of the sixth embodiment resides in that a fan (blower unit) 24 and a drive motor (blower unit) 25 for cooling the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3 are provided. That is, the metal substrate 5 is excellent in heat dissipation and can dissipate the heat generated from the LED unit 3. However, by providing the above-described blowing means on the rear surface 5 b of the metal substrate 5, 5 can be cooled.
[0055]
As described above, according to the sixth embodiment, the fan (blowing means) 24 and the drive motor (blowing means) 25 for cooling the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3 are provided. In addition to the heat dissipation effect of the metal substrate 5, there is an effect that the LED unit 3 is efficiently cooled, overheating of each LED chip 6 is reliably suppressed, and deterioration of the LED chip 6 can be prevented.
[0056]
In the sixth embodiment, the air blowing means is arranged on the rear surface 5b of the flat metal substrate 5. However, the same applies to the spherical metal substrate 5 in the first embodiment. The same effect can be achieved by arranging and configuring.
[0057]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a configuration of a heat pipe for cooling a substrate of an LED unit in a headlight according to Embodiment 7 of the present invention. Note that among the constituent elements of the seventh embodiment, those that are common to the first embodiment and the like are given the same reference numerals, and descriptions of those parts will be omitted.
[0058]
The feature of the seventh embodiment resides in that a heat pipe 27 for connecting the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3 to the vehicle body 26 is provided. One end 27a of the heat pipe 27 reaches the rear surface 5b of the metal substrate 5, and the other end 27b reaches the vehicle body 26. Thus, the heat generated by the LED unit can be released to the vehicle body via the heat pipe 27.
[0059]
As described above, according to the seventh embodiment, since the heat pipe 27 that connects the rear surface 5b of the metal substrate 5 of the LED unit 3 and the vehicle body 26 is provided, the heat radiation effect of the metal substrate 5 is provided. In addition, there is an effect that the LED unit 3 is efficiently cooled, overheating of each LED chip 6 is surely suppressed, and deterioration of the LED chip 6 can be prevented.
[0060]
In the seventh embodiment, the heat pipe 27 connected to the rear surface 5b of the flat metal substrate 5 is provided. However, the same applies to the spherical metal substrate 5 in the first embodiment. The same effect can be obtained by arranging the configuration.
[0061]
Although the cooling means in the third to seventh embodiments can be used alone for the LED unit 3 as a matter of course, they can be used in combination for cooling the LED unit 3 as appropriate.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the projection lens is configured to include the light-emitting surface including the plurality of light-emitting diodes disposed behind the rear focal point of the projection lens. In addition, there is an effect that a low-power headlight can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a headlight and an optical path thereof according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view showing an arrangement configuration of light emitting diodes constituting a light emitting surface of the headlight shown in FIG.
3A is a circuit diagram showing a constant current driving circuit of the headlight shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3B is a circuit diagram showing the energization of a switching element by the constant current driving circuit shown in FIG. 6 is a timing chart showing timing.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a headlight and an optical path thereof according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration of a liquid cooling unit for a light emitting diode unit in a headlight according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a configuration of a Fresnel lens forming a part of a liquid cooling unit for a light emitting diode unit in a headlight according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a configuration of a heat sink for cooling a substrate of a light emitting diode unit in a headlight according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a configuration of a blowing means for cooling a substrate of a light emitting diode unit in a headlight according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a configuration of a heat pipe for cooling a substrate of a light emitting diode unit in a headlight according to Embodiment 7 of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 headlight, 2 convex lens for projection, 3 LED unit, 4 constant current drive circuit, 5 metal substrate, 6 LED chip, 7 wiring, 8 low beam LED chip group (first block), 9 high beam LED chip group (second Block), 10 cornering beam LED chip group (third block), 11 chopper transistor (switching element), 12 coil, 13 flywheel diode, 14 focusing lens, 15 connection pin, 16 connection connector, 17 battery power supply , 18 planar member (convex lens), 19 spherical member (convex lens), 20 tubular member, 21 liquid cooling means, 22 Fresnel lens, 23 heat sink, 24 fan (blowing means), 25 drive motor (blowing means), 26 vehicle body, 27 heat pipe.

Claims

投影用凸レンズと、該投影用凸レンズの後方焦点の後方に配置される複数の発光ダイオードで構成された発光面とを備えた前照灯。A headlight comprising: a projection convex lens; and a light emitting surface including a plurality of light emitting diodes disposed behind a rear focal point of the projection convex lens.

複数の発光ダイオードは投影用凸レンズを指向する請求項１記載の前照灯。2. The headlight according to claim 1, wherein the plurality of light emitting diodes are directed to a convex lens for projection.

発光面は、投影用凸レンズに放出光を集光させる曲面であることを特徴とする請求項１記載の前照灯。2. The headlight according to claim 1, wherein the light-emitting surface is a curved surface that converges emitted light on the projection convex lens.

発光面は、投影用凸レンズに発光ダイオードからの放出光を集光する集光用凸レンズの後方に配置された平面であることを特徴とする請求項１記載の前照灯。The headlight according to claim 1, wherein the light emitting surface is a flat surface disposed behind the converging convex lens that condenses the light emitted from the light emitting diode onto the projecting convex lens.

複数の発光ダイオードは、金属に絶縁処理された基板上に支持されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の前照灯。The headlight according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of light emitting diodes are supported on a substrate insulated by a metal.

複数の発光ダイオードは、ロービームを配光する第１ブロックと、ハイビームを配光する第２ブロックとに分けて配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の前照灯。5. The light emitting diode according to claim 1, wherein the plurality of light emitting diodes are separately arranged in a first block that distributes a low beam and a second block that distributes a high beam. 6. The headlight described.

複数の発光ダイオードは、ロービーム，ハイビームの他にコーナリングビームを配光する第３ブロックとして配置されたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の前照灯。The headlight according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of light emitting diodes are arranged as a third block that distributes a cornering beam in addition to the low beam and the high beam.

発光面を構成する複数の発光ダイオードと、この複数の発光ダイオードを駆動する定電流駆動回路とを備えた前照灯。A headlight comprising: a plurality of light emitting diodes forming a light emitting surface; and a constant current drive circuit for driving the plurality of light emitting diodes.

定電流駆動回路は、複数のグループに分けられた発光ダイオードをグループごとに定電流制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子による通電タイミングの位相をグループごとにずらす制御回路とを備えたことを特徴とする請求項８記載の前照灯。The constant current drive circuit includes a switching element that performs constant current control on the light emitting diodes divided into a plurality of groups for each group, and a control circuit that shifts the phase of the energization timing by the switching element for each group. The headlight according to claim 8, wherein

定電流駆動回路は、スイッチング素子によるオフ制御時に電流を供給するコイル及びフライフォイール回路を備えたことを特徴とする請求項８または請求項９記載の前照灯。10. The headlight according to claim 8, wherein the constant current drive circuit includes a coil and a flywheel circuit that supply current when the switching element is turned off.

発光ダイオードはチップタイプであり、該チップタイプの発光ダイオードを実装する前面を有する基板と一体化して発光ダイオードユニットを構成したことを特徴とする請求項１記載の前照灯。2. The headlight according to claim 1, wherein the light emitting diode is of a chip type, and the light emitting diode unit is formed integrally with a substrate having a front surface on which the chip type light emitting diode is mounted.

発光ダイオードユニットは、定電流駆動回路に対し着脱可能であることを特徴とする請求項１１記載の前照灯。The headlight according to claim 11, wherein the light emitting diode unit is detachable from the constant current drive circuit.

発光ダイオードユニットの前方に近接して配設された集光用の透明な凸レンズの厚肉部分に空間を設け、その空間に透明な液体を給排する管状部材とを有する液冷手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の前照灯。A liquid cooling means having a space in a thick portion of a transparent convex lens for concentrating light disposed in front of and close to the light emitting diode unit, and a tubular member for supplying and discharging a transparent liquid in the space; The headlight according to claim 11, wherein:

投影用及び集光用凸レンズのどちらか一方あるいは両方がフレネルレンズであることを特徴とする請求項３記載の前照灯。4. The headlight according to claim 3, wherein one or both of the projecting and converging convex lenses are Fresnel lenses.

投影用及び集光用凸レンズのどちらか一方あるいは両方が樹脂製であることを特徴とする請求項１，請求項３，請求項１３または請求項１４記載の前照灯。15. The headlight according to claim 1, wherein one or both of the projecting and converging convex lenses are made of resin.

発光ダイオードユニットの基板の後面にヒートシンクを配設したことを特徴とする請求項３記載の前照灯。The headlight according to claim 3, wherein a heat sink is provided on a rear surface of the substrate of the light emitting diode unit.

発光ダイオードユニットの基板の後面を冷却する送風手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１５のうちのいずれか１項記載の前照灯。The headlight according to any one of claims 1 to 15, further comprising a blower for cooling a rear surface of the substrate of the light emitting diode unit.

発光ダイオードユニットの基板の後面と車体外部とを連絡するヒートパイプを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１６のうちのいずれか１項記載の前照灯。The headlight according to any one of claims 1 to 16, further comprising a heat pipe that connects a rear surface of the substrate of the light emitting diode unit and the outside of the vehicle body.