JP2006216251A - 車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電灯を光源とする灯具ユニットを備えた車両用前照灯装置において、放電灯の起動後に始動時間を短縮するための電力制御等を行わなくとも、半導体発光素子の瞬時点灯性を利用してロービーム用配光パターンの形成に支障を来たさないようにする。
【解決手段】 車両用前照灯装置１は、放電灯３を光源とする第１の灯具ユニット２Ａ及び半導体発光素子５を光源とする第２の灯具ユニット２Ｂを有する。第１及び第２の灯具ユニットの点灯をほぼ同時に開始させるとともに、放電灯３が定常点灯状態に移行するまでの間に、第２の灯具ユニット２Ｂが点灯することで過渡期での光量不足を補う。そしてて、複数の灯具ユニットによる照射光を合成してロービーム用配光が得られるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた灯具ユニット及び放電灯を光源とする灯具ユニットを用いた車両用前照灯装置において、放電灯の始動時間を短縮化するために過渡電力制御時に大負荷をかけることなく、半導体発光素子の瞬時点灯性を利用して、ロービーム用配光が得られるようにするための技術に関する。

発光ダイオードを光源とする複数の灯具ユニットを備えた車両用前照灯が知られており、光学的構成を異にする各種の灯具ユニットによって形成される配光パターンを合成してロービーム（すれ違いビーム）用配光を得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、メタルハライドランプ等の高圧放電灯を光源に用いた車両用前照灯においては、該放電灯の始動性の向上に関して、例えば、下記に示す方法が知られている。

（Ａ）放電灯が起動してから安定点灯状態に移行するまでの過渡期間中に、白熱電球等の補助光源を点灯させて光量不足を補う方法
（Ｂ）放電灯の予熱用回路を設け、スモールランプスイッチの投入又は車両周囲の光の低下を検知して予熱を行うことで、放電灯が起動してから安定点灯状態に至るまでの時間を短縮する方法（例えば、特許文献２参照。）
（Ｃ）点灯初期の過渡電力制御において、放電灯の定格電力を上回る電力を一時的に投入して放電灯の発光を促進した後に、定常点灯状態へと移行させる方法。

特開２００４−９５４８０号公報 特開平３−３０１８６号公報

ところで、上記（Ａ）乃至（Ｃ）については、例えば、下記のような解決すべき問題が挙げられる。

先ず、上記（Ａ）では、放電灯以外に白熱電球等の補助光源を追加することが必要であり、コスト面での問題や、放電灯が安定点灯状態に達した後では補助光源を点灯させる必要がなくなるので、光源の利用率が低い等の問題がある。あるいは、フォグランプ等の補助前照灯の光源を一時的に点灯させることで代用光源とする方法も考えられるが、当該光源の使用頻度が増える等の問題がある。

また、上記（Ｂ）では予熱に伴う消費電力の増加や、予熱用回路の付設による回路構成の複雑化やコスト上昇等が懸念される。

上記（Ｃ）では、過渡電力制御によって放電灯の急速な発光を促すために、制御回路の構成が複雑化し、又は電極径を太くする等のバルブ構造への配慮が必要となる。換言すれば、寿命等への影響を考慮した場合において、過渡電力制御によって放電灯に過大な負荷がかかった状態で点灯が開始されるよりは、始動時間が多少かかったとしても定格電力値又は該定格電力値を基準とした許容範囲内で電力制御を行うことが好ましい。

そこで、本発明は、放電灯を光源とする灯具ユニットを備えた車両用前照灯装置において、放電灯の起動後に始動時間を短縮するための電力制御等を行わなくとも、半導体発光素子の瞬時点灯性を利用してロービーム用配光パターンの形成に支障を来たさないようにすることを課題とする。

本発明は、放電灯を光源とする第１の灯具ユニット及び半導体発光素子を光源とする第２の灯具ユニットを含む複数の灯具ユニットを備えた車両用前照灯装置であって、第１及び第２の灯具ユニットの点灯がほぼ同時に開始された時点から放電灯が定常点灯状態に移行するまでに要する時間よりも、第２の灯具ユニットの点灯に要する時間の方が短くされるとともに、各灯具ユニットによる照射光を合成してロービーム用配光が得られるように構成したものである。

従って、本発明では、第１及び第２の灯具ユニットの点灯が開始されて、先に第２の灯具ユニットが瞬時に点灯した後で第１の灯具ユニットが定常点灯状態に移行する。放電灯の始動時間を短くするための過渡電力制御時に定格電力を超える電力を投入する必要がなくなり、また、半導体発光素子は点消灯時の応答が速く、放電灯の始動時における光量不足を補う光源に適している。そして、第１及び第２の灯具ユニットによる各照射光を用いてロービーム用配光を得ることができるので、光源利用率の低下を伴うことがない（半導体発光素子を一時的に点灯させるのではなく、放電灯と併用して配光パターンを形成する。）。

本発明によれば、半導体発光素子の瞬時点灯性に着目し、放電灯の点灯状態が安定するまでの過渡状態において、光量不足を防ぐことができる。また、起動直後の放電灯に対して一時的に過大な電力を投入して該放電灯を急速に安定させるための制御が不要であり、回路構成の簡素化や放電灯の劣化等の防止に有効である。そして、バルブ構造の簡素化や仕様の緩和等により、低コスト化に寄与し、また、半導体発光素子を用いることで灯具全体のコンパクト化や小型化に有効である。

高輝度で光量の多い放電灯を用いた第１の灯具ユニットは、ロービーム用配光パターンにおいて車両前方の遠方域に向かう集光性パターンの形成に有効である。つまり、第１の灯具ユニット又は第１の灯具ユニット及び第２の灯具ユニットの点灯時に発する光が、車両前方の遠方域に向けて照射されるように構成することが好ましい。例えば、主として第１の灯具ユニットの点灯時に発する光が、車両前方の遠方域に向かって照射される構成形態において、第２の灯具ユニットの点灯時に発する光が、水平方向に拡散されて照射されるように構成する（半導体発光素子を用いた灯具ユニットは、ロービーム用配光パターンにおいて水平方向に拡がった拡散性パターンの形成に有効である。）。

また、第１及び第２の灯具ユニットの点灯開始時に開閉されるスイッチと、直流入力電圧を受けて放電灯を点灯させるための第１の点灯回路と、直流入力電圧を受けて上記半導体発光素子を点灯させるための第２の点灯回路とを備え、該スイッチが閉じられた場合に、第１の点灯回路の出力電圧を放電灯に供給して車両前部に設けられた第１の灯具ユニットの点灯を開始させるとともに、第２の点灯回路の出力電圧を半導体発光素子に供給して車両前部において第１の灯具ユニットとは別の場所に設けられた第２の灯具ユニットの点灯を開始させるようにした構成では、各灯具ユニットを独立させて車両前部に配置する場合に、半導体発光素子を用いた第２の灯具ユニットの小型化に適する他、その設置場所に関して自由な配置が可能であり、車両デザイン上の自由度が高い（例えば、空気抵抗の低減に寄与する灯具配置やグレア防止に有効な位置選定等が可能である。）。

放電灯の点灯回路が、該放電灯に起動用信号を供給するための起動回路と、放電灯への投入電力を制御するための制御回路を有する構成では、放電灯の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、該放電灯への投入電力値が定格電力値以下又は定常点灯状態で供給される電力値以下となるように電力制御を行うことにより、負荷軽減等に有用である。つまり、放電灯の始動時間を短縮化するための過渡電力制御時にかかる負荷が少なくなり、寿命等に及ぼす影響がなくなり又は緩和される。また、放電灯の点灯回路の構成が簡素化され又は放電灯の構造や仕様等への技術的要求が緩和され、コスト低減等に有利となる。

半導体発光素子として白色発光ダイオードを使用する場合に、その色温度が４０００乃至６５００Ｋの範囲内であって、放電灯の色温度を４０００乃至５０００Ｋの範囲内とすることが好ましい。つまり、白色発光ダイオードを用いた構成において、その色温度が放電灯の色温度に近く、違和感の少ない合成パターンを得ることができる。また、白熱電球との比較において発光ダイオードの寿命は長いので、放電灯の寿命を含めた灯具全体での使用可能時間を延ばすことができる（光源等の交換頻度が少なくて済む。）。

図１は、本発明に係る車両用前照灯装置の基本構成例を示した概念図である。

車両用前照灯装置１はロービーム照射時に使用され、複数の灯具ユニット２Ａ、２Ｂを用いて構成される。そのうちの第１の灯具ユニット２Ａは、放電灯（あるいは放電バルブ）を光源とし、また、第２の灯具ユニット２Ｂは、発光ダイオード等の半導体発光素子を光源とする。

第１の灯具ユニット２Ａの光源には、ＨＩＤランプ（High Intensity Discharge Lamp)、例えば、メタルハライドランプが用いられ、放電灯３の色温度が４０００乃至５０００Ｋ（ケルビン）の範囲内とされる。一般に、放電灯は輝度が高いが、起動後に明るさが安定するまでにやや時間がかかる。

灯具ユニット２Ａには放電灯３の光を前方に照射するための光学部材４（反射鏡やレンズ等）が設けられている。

第２の灯具ユニット２Ｂの光源には、半導体発光素子５、例えば、白色発光ダイオードが用いられ、その色温度が４０００乃至６５００Ｋの範囲内である。該発光ダイオードはその色温度がＨＩＤランプの色温度に近く、放電灯の光との合成により配光パターンを形成しても違和感が少ない。但し、放電灯との比較において発光ダイオードの輝度は低く、所定の光束を得るために複数の灯具ユニットが必要である。

灯具ユニット２Ｂには半導体発光素子５の光を前方に照射するための光学部材６（反射鏡やレンズ等）が設けられている。

各灯具ユニットを点灯させるための回路装置には、直流電源７、スイッチ８、点灯回路９、１０が含まれる。

第１の点灯回路９は、第１の灯具ユニット２Ａに対してその放電灯３を点灯させる回路であり、例えば、スイッチ８（点灯スイッチ）が閉じられた状態において、直流電源７からの直流入力電圧を受けて該電圧を交流に変換した上で放電灯３に供給する。

また、第２の点灯回路１０は、第２の灯具ユニット２Ｂに対してその半導体発光素子５を点灯させるための回路であり、例えば、スイッチ８が閉じられた状態において、直流電源７からの直流入力電圧を受けて安定化された出力電圧を半導体発光素子５に供給する。本例では、図示のように、複数の灯具ユニット２Ｂ、２Ｂ、…に対して共通の点灯回路１０が用いられる。

スイッチ８を閉じたときに、これらの点灯回路によって各灯具ユニット（２Ａ、２Ｂ）の点灯がほぼ同時に開始されるが、点灯開始時点から放電灯３が定常点灯状態に移行するまでに要する時間よりも、第２の灯具ユニット２Ｂの点灯に要する時間の方が短い。これは半導体発光素子５の瞬時点灯性に依るもので、第１及び第２の灯具ユニットの点灯が開始された場合に、第２の灯具ユニット２Ｂが先に点灯した後で、第１の灯具ユニット２Ａが定常点灯状態に移行して明るさが安定する。

灯具ユニット２Ａの照射光（図１の「ＬＢ１」参照）と灯具ユニット２Ｂの照射光（図１の「ＬＢ２」参照）が、車両前方への照射光として合成され、所謂カットオフラインとして明暗境界が限定されたロービーム用配光が得られる。

図２は、灯室内に設けられた第１の灯具ユニットの構成例１１を示したものである。

透明材料で形成されたカバー１２と、合成樹脂製のランプボディ１３とで形成される灯室内に反射鏡１４が配置されており、該反射鏡は光軸調整機構（支点、左右調整点及び上下調整点を構成する各支持部を含む。）１５を用いてランプボディ１３に取り付けられている。尚、図には、光軸調整機構１５を構成する支持部１５ａと、上下方向の光軸調整に用いる駆動用のアクチュエータ１５ｂを示している。

反射鏡１４の反射面１４ａには、例えば、回転放物面又は該回転放物面を基本面とする自由曲面、複数の小反射面（セグメント）を組み合わせた複合反射面等が用いられる。

放電灯としてのメタルハライドランプ１６（例えば、光束約３０００ｌｍ、輝度約１２０００ｃｄ／ｃｍ²、色温度４０００〜５０００Ｋ）が反射鏡１４に取り付けられており、その発光管１６ａの発光中心が反射面１４ａの焦点又は基準点に設定されている。尚、メタルハライドランプ１６のやや前方に遮光部材（シェード）１７が配置されている。

図３は、第１の灯具ユニットについて別例を示すものであり、所謂プロジェクタ型の構成例を示している。

灯具ユニット１８は、反射鏡１９、投影レンズ２０を備えており、これらの間にはシェード（遮光部）２１が位置されている。

反射鏡１９の反射面１９ａには、例えば、回転楕円面又は該回転楕円面を基本面とする自由曲面等が用いられる。

反射鏡１９には、メタルハライドランプ１６が取り付けられており、その発光管１６ａの発光中心が反射面１９ａの焦点（第１焦点）又は基準点に設定されている。

シェード２１は、その上縁形状によって、ロービーム特有の明暗境界を規定するものであり、反射鏡１９からの光の一部がシェード２１で遮られずに投影レンズ２０を透過して前方に出射される。

投影レンズ２０には、平凸レンズ等が用いられる。

反射鏡１９、シェード２１、投影レンズ２０は、一体的に結合されたユニットを構成しており、図示は省略するが、ランプボディと透明カバーとで画成される灯室内に配置され、上下及び左右方向の光軸調整機構を用いて灯具本体（ランプボディ）に支持されている。

尚、上記の光軸調整機構は、各灯具ユニットの光軸方向を水平面内又は鉛直面内において変化させることにより、照射方向を調整し又は変更するために設けられており、例えば、灯具ユニット毎にそれぞれの光軸調整機構を設けた構成や、複数の灯具ユニットに対して共通の光軸調整機構を設けた構成が挙げられる。

図４乃至図７は第２の灯具ユニットの構成例を示したものである。

自車両前方の遠方域に向かう集光性の照射パターンを形成するための構成には、例えば、下記に示す形態が挙げられる。

・光学部材としてレンズのみを用いた直射光タイプ（図４参照）
・光学部材として反射鏡及びレンズを用いた反射光タイプ（図５参照）。

図４は、発光ダイオードの直射光を利用した灯具ユニット２２について鉛直断面構成例を概略的に示したものである。

光源部２３には、白色発光ダイオード２３ａ（例えば、１チップ当たり光束が約１００ｌｍ、輝度約２０００ｃｄ／ｃｍ²、色温度４０００〜６５００Ｋ）が用いられる。尚、１ユニット当たり１個のＬＥＤチップを用いる形態と、１ユニット当たり２個以上のＬＥＤチップを用いる形態が挙げられる。

発光ダイオード２３ａの前方には遮光部２３ｂが設けられており、さらに所定の距離をもって投影レンズ２４が位置されている。

ロービーム照射時には、発光ダイオード２３ａが点灯し、その白色光の一部が投影レンズ２４を透過して外部に出射される。

図５は、発光ダイオードから発した後に反射鏡にて反射した光を利用した灯具ユニット２５について鉛直断面構成例を示している。

光源部２６には、白色発光ダイオード２６ａが用いられ、その発光部が反射鏡２７の反射面２７ａのほぼ焦点に位置されている。

投影レンズ２８が光源部２６の前方に配置されており、その後方焦点位置が、反射光の集光点近傍に設定されている。投影レンズ２８及び光源部２６は支持部材２９に取り付けられて支持されている。例えば、支持部材２９は、その断面形状がクランク状をしており、その後端寄りの部分に反射鏡２７が固定され、前端寄りの部分に投影レンズ２８が固定されている。

ロービーム照射時には発光ダイオード２６ａから発した光が、反射面２７ａ（例えば、回転楕円面）で反射されて一旦集光した後に、投影レンズ２８を透過して外部に出射される。

自車両前方の近距離域又は中距離域を主として照射するために、水平方向に拡散されたパターンを形成するには、放物柱状面や双曲面、あるいは基本反射面に凹凸形状を付与した拡散面、あるいは自由曲面や複合反射面等を用いる構成形態が挙げられる。

図６及び図７は、発光ダイオードから発した後に反射鏡（放物柱状面の反射鏡）にて反射した光を利用した灯具ユニット３０を概略的に例示したものであり、図６が鉛直断面構成を示し、図７が斜視図である。

光源部３１には白色発光ダイオード３１ａが用いられ、本例では、下向きの状態で支持部３１ｂに取り付けられている。

反射鏡３２の反射面３２ａは、シリンドリカル形状、例えば、鉛直断面形状が放物線をなし、該放物線を水平方向に動かした場合の軌跡として形成される放物柱状の曲面とされる。該放物線の焦点位置（放物柱面の焦線上）に１個又は複数個の発光ダイオード３１ａの発光部が位置されており、ロービーム照射時に該ダイオードから発した光は、反射面３２ａで反射する。その際、光軸を含む鉛直面において、反射光が該光軸に平行な光線とされ、光軸を含む水平面に平行な平面内において左右に拡散された光線となって外部に出射される。

尚、上記した各灯具ユニットによる出射光は図示しないカバーを透過して灯具外に照射される。また、各灯具ユニットの光軸調整機構が各別に又は共通の機構として設けられる。

実施態様としては、各タイプのユニットを単独で用いるか、又は各種タイプのユニットを複数個組み合わせた構成が挙げられ、これによって、所望の配光性能を得ることが可能である。

図８及び図９は、車両用前照灯への適用例を示したものであり、図８が正面図、図９がロービーム用配光パターンを概略的に示した図である。

車両用前照灯３３は、透明カバー３４とランプボディ３５とによって画成された灯室内に複数の灯具ユニット３６乃至３９を備えている。

灯具ユニット３６は、放電灯を光源とした構成（図２、図３参照）とされ、ロービーム照射時に点灯する。

また、灯具ユニット３７は、ハイビーム照射時に点灯され、その光源種（白熱電球又は放電灯、発光素子等）の如何は問わない。

これらの灯具ユニットの間には、灯具ユニット３８、３９が配置されていて、これらは発光ダイオードを光源とし、ロービーム照射時に点灯される。つまり、灯具ユニット３８が上方に位置され、灯具ユニット３９が下方に位置されるが、いずれも、集光性の照射パターンを形成するための構成を有する（図４、図５参照）。

図９は、ロービーム照射光の配光パターン４０を示しており、「Ｈ−Ｈ」線が水平線を表し、「Ｖ−Ｖ」線が鉛直線を表している。

パターン４１は灯具ユニット３６の点灯により形成される照射パターンを示しており、「ＣＬ１」は自車線側においてＨ−Ｈ線に対して所定の角度をもって傾斜したカットオフラインを表し、また、「ＣＬ２」は対向車線側において、Ｈ−Ｈ線に沿って平行に延び、かつこれよりもやや下がったカットオフラインを表している。該パターン４１は、その範囲が全体的に水平方向に拡がっている。

これに対して、パターン４２は、灯具ユニット３８、３９の点灯により形成される照射パターンを示しており、主として車両前方の遠方域に向けて照射される。つまり、該パターン４２は、パターン４１の中心部とともに配光パターン４０の光度中心部（所謂ホットゾーン）の形成に寄与する。尚、灯具ユニット３８、３９の各光軸がＨ−Ｈ線よりもやや下向きとなるように設定又は調整されている。

このように、ロービーム照射時には、灯具ユニット３６、３８、３９の点灯が同時に開始され、パターン４１、４２が合成された配光（すれ違い用配光）が得られる。

図１０及び図１１は、車両用前照灯に適用した場合の別例を示したものであり、図１０が正面図、図１１がロービーム用配光パターンを概略的に示した図である。

車両用前照灯４３は、透明カバー４４とランプボディ４５とによって画成された灯室内に複数の灯具ユニット４６乃至４９を備えている。

灯具ユニット４６は、放電灯を光源とした構成（図２、図３参照）とされ、ロービーム照射時に点灯する。

また、灯具ユニット４７は、ハイビーム照射時に点灯され、その光源種の如何は問わない。

灯具ユニット４６の下方には、灯具ユニット４８、４９が配置されていて、これらは発光ダイオードを光源とし、ロービーム照射時に点灯される。灯具ユニット４８、４９は、いずれも、水平拡散性の照射パターンを形成するための構成を有する（図６、図７参照）。

図１１はロービーム照射光の配光パターン５０を示している（図中の「Ｈ−Ｈ」線、「Ｖ−Ｖ」線の意味は既述の通りである。）。

パターン５１は灯具ユニット４６の点灯により形成される照射パターンを示しており、前記したように「ＣＬ１」、「ＣＬ２」はロービーム固有のカットオフラインを表している。

パターン５２は、灯具ユニット４８、４９の点灯により形成される照射パターンを示しており、上記パターン５１に比して水平方向に拡散されたパターンとされ、自車両前方の近距離域及び中距離域に向けて照射される。尚、灯具ユニット４８、４９の各光軸がＨ−Ｈ線よりもやや下向きとなるように設定又は調整されている。

このように、ロービーム照射時には、灯具ユニット４６、４８、４９の点灯が同時に開始され、パターン５１、５２が合成された配光（すれ違い用配光）が得られる。

以上のように、放電灯を用いた灯具ユニットの点灯時又は放電灯を用いた灯具ユニット及び半導体発光素子を用いた灯具ユニットの点灯時に発する光が、車両前方の遠方域に向けて照射される。即ち、高輝度で光量の多い放電灯を用いた灯具ユニットは、ロービーム用配光パターンにおいて車両前方の遠方域に向かう集光性パターンの形成に有効である。

そして、半導体発光素子を用いた灯具ユニットに関しては、ロービーム用配光パターンにおいて水平方向に拡がった拡散性パターンの形成に有効であり、図１０及び図１１に示したように、主として、放電灯を用いた灯具ユニットの点灯時に発する光が、車両前方の遠方域を含む範囲に向けて照射されるとともに、半導体発光素子を用いた灯具ユニットの点灯時に発する光が水平方向に拡散されて照射されるようにした構成が好ましい。あるいは、ロービーム照射時に半導体発光素子を用いた灯具ユニット及び放電灯を用いた灯具ユニットの点灯時に発する光が、水平方向に拡散されて照射される構成形態でも構わない。このように、放電灯を光源とする灯具ユニットについては、その輝度の高さから主として集光性パターンの形成に用い、また、発光ダイオードを光源とする灯具ユニットについては、主として水平方向に拡がった拡散性パターンの形成に用いることによって、両パターンの組み合わせにより所望のロービーム用配光を実現することができる。

図１２は、車両用前照灯装置を構成する点灯回路について一例５３を示した図である。

本例では、直流電源５４からスイッチＳＷａを介して点灯回路５５に直流電源電圧が供給されるとともに、直流電源５４からスイッチＳＷｂを介して点灯回路５６に直流電源電圧が供給される。尚、各スイッチＳＷａ、ＳＷｂは上記第１及び第２の灯具ユニットの点灯開始時に開閉されるスイッチ（点灯スイッチ）であり、同期して開閉されるが、このような構成に限らず、点灯回路５５、５６に対して共通の点灯スイッチを１つだけ設けて両回路への電源投入及び切断を行えるようにした構成でも構わない。

点灯回路５５は、ロービーム照射時に放電灯５７（前記第１の灯具ユニットの光源に相当する。）を点灯させるための回路であり、例えば、直流電源回路５８、直流−交流変換回路５９、起動回路６０、制御回路６１を備えている。

直流電源５４からスイッチＳＷａを介して入力される直流電圧が、直流電源回路５８に供給されて所望の電圧レベルに変換される。直流電源回路５８は、例えば、半導体スイッチング素子を用いたスイッチングレギュレータの構成を有しており、チョッパー型やフライバック型等のＤＣ−ＤＣコンバータが用いられ、制御回路６１からの制御信号を受けてその出力電圧が制御される。

直流−交流変換回路５９は直流電源回路５８の後段に設けられ、該回路からの直流入力電圧を受けて交流変換を行う。例えば、２対の半導体スイッチング素子を用いたフルブリッジ型回路とその駆動回路を備えており、放電灯５７に対して矩形波電圧を出力する。

起動回路６０は、放電灯５７に起動用信号を供給するために設けられており、例えば、起動パルス生成回路６０ａの出力がトランス６０ｂにて昇圧されて、これが交流電圧に重畳されて放電灯５７に印加される。

制御回路６１は、放電灯５７への投入電力を制御し、また、該放電灯や回路の異常状態等を検出して安全対策を講じるための回路であり、例えば、直流電源回路５８の出力電圧や出力電流を検出するために設けられた検出部６２からの信号が供給される。該制御回路６１は、直流電源回路５８に対して制御信号を送出してその出力電圧を制御したり、直流−交流変換回路５９に対して制御信号を送出してその駆動制御を行うが、放電灯５７の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、放電灯の発光を促進させる制御は行わない。即ち、放電灯の始動時間を短縮する目的で一時的に過大な電力を投入する必要はなく、過渡期間において該放電灯への投入電力値が定格電力値以下とされるか又は定常点灯状態で供給される電力値以下とされる。

尚、放電灯５７の光量又は光量変化を検出する構成では、光センサ「ＬＳ」が設けられ、その検出信号が制御回路６１や点灯回路５６（の制御回路）に送出される。また、本発明の適用においては、直流−交流変換回路を用いない構成も可能である。

点灯回路５６は、直流電源５４からスイッチＳＷｂを介した直流入力電圧を受けて半導体発光素子６３、６３、…（前記第２の灯具ユニットの光源に相当する。）を点灯させるための回路である。

直流電源回路６４は、半導体発光素子６３、６３、…に対して直流電圧供給を行う部分であり、制御回路６５からの信号を受けて制御される。

制御回路６５は直流電源回路６４の出力電圧や、直流入力電圧等を検出するとともに、直流電源回路６４に係る定電流制御や、半導体発光素子６３の調光、減光等の制御を行う。この他、半導体発光素子６３に係る不点灯判別や回路保護等の役目を有する。尚、上記した光センサ「ＬＳ」の検出信号が制御回路６５に送出される形態では、放電灯５７の明るさに応じて半導体発光素子６３の調光制御を行うことができる（例えば、点灯開始時点から放電灯の光束が所定値に達して安定するまでの間、発光素子を明るくして、該放電灯の明るさが安定した後に減光を行う等）。

本例では、複数の半導体発光素子６３、６３、…が直列に接続されて直流電源回路６４からの出力電圧が供給される構成を示しているが、各半導体発光素子を並列に接続した構成でも構わない。

また、図８や図１０に示した構成では、各灯具ユニットを同一の灯室内に配置したが、これに限らず、それぞれの灯具ユニットを車両前部において異なる場所に設置した構成も可能である。

例えば、図１３に示すように、放電灯を用いた灯具ユニットを含むヘッドランプ６６、６６を車両前部に設けるとともに、それらのやや下方に、発光素子を用いた灯具ユニット又は該ユニットを含むランプ６７、６７を設けた実施形態が挙げられる。あるいは、同図に破線で示すように、発光素子を用いた灯具ユニット又は該ユニットを含むランプ６７′、６７′を車両前部の高所に設けることで、グレア防止対策等を講じることができる。

このような構成では、例えば、図１２に示すスイッチＳＷａ、ＳＷｂが閉じられた場合に、点灯回路５５の出力電圧がヘッドランプ６６の放電灯に供給されることで該放電灯を用いた灯具ユニットが点灯を開始するとともに、点灯回路５６の出力電圧が半導体発光素子６３に供給されることで、ヘッドランプ６６とは別の場所に設けられた灯具ユニット又は該ユニットを含むランプ６７（又は６７′）の点灯が開始される。

次に、放電灯の点灯初期（過渡期）における投入電力と、光束の立ち上がり特性、光束維持率の変化について説明する。

図１４は、横軸に点灯開始時点を基準とする点灯時間（単位：秒）をとり、縦軸に放電灯（定格電力値３５Ｗ）に供給される電力（単位：Ｗ）をとって投入電力の時間的変化を例示したグラフ図である。尚、図中の破線のグラフ線「Ｇ１」は、放電灯の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、定格電力値を大幅に上回る電力制御を行ってから、投入電力が定格電力値に漸近していく様子を示す。また、実線のグラフ線「Ｇ２」は、そのような電力制御を行わずに、過渡期間中の投入電力が定格電力値を超えないようにした場合を示している。

図１５は、横軸に点灯開始時点を基準とする点灯時間（任意単位）をとり、縦軸に放電灯（定格電力値３５Ｗ）の光束（任意単位）をとって光束の立ち上がり変化を例示したグラフ図である。尚、図中の破線のグラフ線「Ｌ１」は、放電灯の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、定格電力値を大幅に上回る電力制御を行ってから、投入電力を定格電力値に漸近させた場合の光束変化を示す。また、実線のグラフ線「Ｌ２」は、そのような電力制御を行わない場合の光束変化を示している。

過渡期間中の投入電力制御の相違から明らかなように、グラフ線「Ｌ１」ではオーバーシュートの後に定格光束値へと速やかに収束していくのに対して、グラフ線「Ｌ２」では、光束の立ち上がりが遅く、定格値に到達するまでに時間がかかる。

図１６は、横軸に放電灯を初めて使用した時点を基準とする使用時間（任意単位）をとり、縦軸に放電灯の光束維持率（初期値を「１００」とする相対値）をとって例示したグラフ図である。尚、図中の破線のグラフ線「ｇ１」は、放電灯の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、定格電力値を大幅に上回る電力制御を常に行う場合を示す。また、実線のグラフ線「ｇ２」は、そのような電力制御を一切行わない場合を示している。

両者の比較から明らかなように、使用時間が長くなるにつれてグラフ線「ｇ１」では光束維持率が相対的に低下して行き、グラフ線「ｇ２」との差が拡がっていくことが分かる。

以上のように、放電灯の点灯初期に過大な電力投入を行わなくて済む場合には、放電灯の寿命等への影響に関して、光束維持率の低下を抑制し、使用時間を延ばすことができる。例えば、図１２において、制御回路６１が、図１４のグラフ線「Ｇ２」に従って電力制御を行う構成の場合、検出部６２によって検出される電圧と電流から演算される電力値又はその近似値と、所定の定格電力値とを比較して、両者の差がゼロになるように制御信号を生成して直流電源回路５８に送出することで、フィードバック制御が行われる（定電力制御）。あるいは、放電灯の定格電力よりも小さい電力値、つまり、係数パラメータを「α」（「０＜α＜１」であり、例えば、α≒０．７）と記し、定格電力を「Ｐｃ」と記すとき、「α・Ｐｃ」での定電力制御を行う構成にすれば、放電灯の寿命や劣化等への影響に関して好ましい作用効果を齎す。

放電灯の過渡電力制御において大きな電力を要しないことは、回路構成の簡素化やコスト面で有利である。例えば、図１２において、直流電源回路５８の規模やコスト上昇は投入電力が大きくなる程に顕著になるため、過渡期において放電灯への投入電力を抑えることができれば、安価であって耐圧や耐熱性等の要求が厳しくない部品を使用できるようになり、また、小型化やコンパクト化に寄与する。そして、制御回路の構成が簡素化され（始動時間短縮化のための過渡電力制御の構成部分が不要となる。）、例えば、該制御回路をＬＳＩチップとして搭載する形態において該チップの小型化に有効であり、使用する素子や周辺部品等の点数を削減することができる。

以上に説明した構成によれば、放電灯を用いた灯具ユニットと、半導体発光素子を用いた灯具ユニットとを組み合わせた車両用前照灯装置において、点灯開始時直後には半導体発光素子による光束が瞬時に立ち上がることによって最低限必要なレベルの光量及び配光を確保するとともに、その後に放電灯の点灯状態が安定した時点で各灯具ユニットの照射パターンが合成されてロービーム用配光が得られることになる。

そして、自動車用ヘッドランプ等への適用において、以下に示すような各種の利点が得られる。

・放電灯の点灯回路の構成が簡単になり、低コスト化に寄与すること
・放電灯の負荷軽減に有効であり、発光ダイオードが長寿命であることと相俟って灯具システム全体の使用可能時間が延びること
・発光ダイオードの色温度と放電灯の色温度が近く、両者の光を混ぜ合わせて配光パターンを形成しても違和感が少ないこと
・発光ダイオードの瞬時点灯性を利用して、放電灯の立ち上がり特性の遅さを補うとともに、発光ダイオードを用いることで灯具全体の小型化が可能になること
・発光ダイオードによる照射光を常に配光パターンの形成に使用すること（発光ダイオードを一時的な代用光源としてビーム照射に用いるのではなく、よって、光源利用率が高い。）。

本発明に係る車両用前照灯装置の基本構成例を示す概念図である。 第１の灯具ユニットの構成例を示す図である。 第１の灯具ユニットについて別の構成例を示す図である。 第２の灯具ユニットの構成例を示す図である。 第２の灯具ユニットについて別の構成例を示す図である。 図７とともに、発光ダイオードから発した後の反射光を利用した灯具ユニットの構成を概略的に例示したものであり、本図は鉛直断面構成を示す図である。 斜視図である。 図９とともに車両用前照灯への適用例を示したものであり、本図は灯具の正面図である。 ロービーム用配光パターンを概略的に示した図である。 図１１とともに車両用前照灯に適用した別例を示したものであり、本図は灯具の正面図である。 ロービーム用配光パターンを概略的に示した図である。 点灯回路の構成を例示した図である。 各灯具ユニットの配置例を示す説明図である。 放電灯への投入電力の時間的変化を例示したグラフ図である。 放電灯光束の立ち上がり変化を例示したグラフ図である。 初期値を１００（％）とした光束維持率の変化を例示したグラフ図である。

符号の説明

１…車両用前照灯装置、２Ａ…第１の灯具ユニット、２Ｂ…第２の灯具ユニット、３…放電灯、５…半導体発光素子、８…スイッチ、９…第１の点灯回路、１０…第２の点灯回路、５５…第１の点灯回路、５６…第２の点灯回路、５７…放電灯、６１…制御回路、６３…半導体発光素子

Claims (5)

1. 放電灯を光源とする第１の灯具ユニット及び半導体発光素子を光源とする第２の灯具ユニットを含む複数の灯具ユニットを備えた車両用前照灯装置であって、
   上記第１及び第２の灯具ユニットの点灯がほぼ同時に開始された時点から上記放電灯が定常点灯状態に移行するまでに要する時間よりも、上記第２の灯具ユニットの点灯に要する時間の方が短くされるとともに、各灯具ユニットによる照射光を合成してロービーム用配光が得られるように構成した
   ことを特徴とする車両用前照灯装置。
2. 請求項１に記載した車両用前照灯装置において、
   上記第１の灯具ユニット又は上記第１の灯具ユニット及び上記第２の灯具ユニットの点灯時に発する光が、車両前方の遠方域に向けて照射される
   ことを特徴とする車両用前照灯装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載した車両用前照灯装置において、
   上記第１及び第２の灯具ユニットの点灯開始時に開閉されるスイッチと、
   直流入力電圧を受けて上記放電灯を点灯させるための第１の点灯回路と、
   直流入力電圧を受けて上記半導体発光素子を点灯させるための第２の点灯回路とを備え、
   上記スイッチが閉じられた場合に、上記第１の点灯回路の出力電圧が上記放電灯に供給されることで車両前部に設けられた上記第１の灯具ユニットが点灯を開始するとともに、上記第２の点灯回路の出力電圧が上記半導体発光素子に供給されることで、車両前部において第１の灯具ユニットとは別の場所に設けられた第２の灯具ユニットが点灯を開始する
   ことを特徴とする車両用前照灯装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載した車両用前照灯装置において、
   上記放電灯の点灯回路が、上記放電灯に起動用信号を供給するための起動回路と、上記放電灯への投入電力を制御するための制御回路を有し、
   上記放電灯の点灯開始時点から該放電灯が定常点灯状態に移行するまでの過渡期間において、該放電灯への投入電力値が定格電力値以下又は定常点灯状態で供給される電力値以下とされる
   ことを特徴とする車両用前照灯装置。
5. 請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載した車両用前照灯装置において、
   上記半導体発光素子が白色発光ダイオードとされ、その色温度が４０００乃至６５００Ｋの範囲内であり、
   上記放電灯の色温度が４０００乃至５０００Ｋの範囲内である
   ことを特徴とする車両用前照灯装置。
   

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