JP4526256B2 - 光源モジュールおよび該光源モジュールを具備する灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具など焦点を有する反射鏡を採用した灯具に関するものであり、詳細には光源としてＬＥＤを採用した灯具の構成に係るものである。
従来のＬＥＤランプを光源とする車両用灯具としては、それぞれの光軸が円錐の頂点に向かうように複数のＬＥＤランプを配置するとともに、それぞれのＬＥＤランプには円筒状の導光路を取付けておき、前記頂点に全てのＬＥＤランプからの光が収束するものとしておき、この頂点近傍に回転双曲面の反射面を設けることで、複数のＬＥＤランプからの光をあたかも一点から放射される光のように変換し、回転放物面などとした主反射面での配光パターンの形成を可能とするとともに、ＬＥＤランプの１個では光量が不足する点を補うものがある。
特開２００２−１００２１７号公報
しかしながら、上記した従来の構成では、ＬＥＤチップの１個ごとにケースなどが取付けられ、更には導光路も取付けられたＬＥＤランプをリング状に配置するものであるので、集積できるＬＥＤランプの数には限りがあり、依然として光量は不足気味であり、例えばヘッドライトなど更に大光量が要求される車両用灯具の実現は困難である問題点を生じていた。
また、導光路と回転双曲面の反射面とを組み立てるときの相互の位置精度、回転双曲面の反射面と主反射面とを組み立てるときの相互の位置精度のともに高い精度が要求されるものとなるので、組立工程が煩雑化し車両用灯具がコストアップする問題点も生じている。
本発明は、上記した課題を解決するための具体的手段として、複数のモジュール用ＬＥＤが組合わされて灯具の光源とされる光源モジュールと反射鏡とを備える灯具であって、 前記複数のモジュール用ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、ベース部と、レンズ部とからそれぞれ構成され、前記複数のモジュール用ＬＥＤの各レンズ部は前記ベース部よりも後方の所定距離の位置に前記ＬＥＤチップの仮想光源像を形成する一つの焦点を持っており、前記反射鏡の焦点に複数の前記モジュール用ＬＥＤの前記仮想光源像を重ね合わせて当該モジュール用ＬＥＤを組み込み、この仮想光源像から光が放射されるように前記モジュール用ＬＥＤからの光線が制御されることで1つの光源として機能し、前記反射鏡は、前記モジュール用ＬＥＤから放射される光を灯具光軸前方に照射して所定の配光パターンを形成し、前記光源モジュールには、前記レンズ部が、仮想光源像距離を同一とし口径を異なるものとした少なくとも２種類のモジュール用ＬＥＤが採用されていることを特徴とする灯具を提供することで課題を解決するものである。
仮想光源像を有するＬＥＤを形成し、このＬＥＤの複数を前記仮想光源像を重ね合わせるようにして、例えばリング状に組合わせることで、全周方向に光を放射する１つの仮想光源が得られるものとなるので、背景技術に比較して配置できるＬＥＤの数に自由度が高く、よって、従来の配置の自由度が低く光量が不足気味であった問題点を解決する効果がある。
また、仮想光源の位置を反射鏡の焦点に一致させるのみで、所望の反射光が得られるものとなるので、導光路なども不要となり、灯具としての構成が単純化して、生産性の向上、コストダウンなどを可能とすると共に、所望の配光特性も容易に得られるものとして、性能向上にも優れた効果を奏するものである。
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものはモジュール用ＬＥＤであり、このモジュール用ＬＥＤ１は所定の数を組合わせることで、灯具２０の反射鏡２１に対して１つの光源として機能する光源モジュール１０が得られる（図４参照）ものとされている。
前記モジュール用ＬＥＤ１は、ＬＥＤチップ２と、ベース部３と、レンズ部４とから構成されているものであり、前記ＬＥＤチップ２は、リードフレームなどにより構成された前記ベース部３上にダイマウントされ、後に説明する灯具２０への取り付け、および、ＬＥＤチップ２への給電が行えるようにしている。
そして、前記ＬＥＤチップ２を覆っては、エポキシ樹脂など透明部材でレンズ部４が形成されていて、このＬＥＤチップ２から広い放射角で放射される光を収束し、適宜な放射角（例えば３０°）として外部に射出するものとしている構成である点は、ＬＥＤランプと称され、市場に供給されているものと同様である。
ここで、本発明では、前記レンズ部４の形状を適正化することで、このモジュール用ＬＥＤ１を、実際のＬＥＤチップ２の位置よりも遠い位置に仮想光源像Ｑが得られるものとして、このモジュール用ＬＥＤ１の複数を組合せることで１つの光源と同じ機能を有する光源モジュール１０を形成するのに適するものとしている。
上記の目的を達成するために、本発明では、前記ＬＥＤチップ２の中心、或いは、その近傍の一点からレンズ部４の内面（大気との境界面）に向かう光線を想定し、この光線が前記内面に達し大気中に屈折されて放出された光線Ｐの、光線の戻り側の延長線が前記ＬＥＤチップ２よりも遠方の一点である仮想光源像Ｑに収束するように、前記レンズ部４の曲率を設定するのである。このようにすることで、モジュール用ＬＥＤ１から大気中に放射されている光線Ｐは、仮想光源像Ｑから放射されているのと同等となる。
図２は、前記モジュール用ＬＥＤ１の別な実施形態であり、このモジュール用ＬＥＤ１の発光色に白色が要求される場合には、青色発光のＬＥＤチップ２を採用し、このＬＥＤチップ２の発光方向を適量の黄色発光の蛍光体５で覆う。このようにすることで、ＬＥＤチップ２から放射される青色光と、この青色光が蛍光体５を励起して発せられる黄色光とが混合され、レンズ部４から外部に放射される光は白色光となる。
また、上記白色光のモジュール用ＬＥＤ１は、近紫外〜紫外発光のＬＥＤチップ２と、このＬＥＤチップ２を覆うＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、三波長の蛍光体５との組合せであっても良い。何れの場合であっても、レンズ部４の形状は上記に説明したＬＥＤチップ２のみのモジュール用ＬＥＤ１の場合と同様に、ＬＥＤチップ２と蛍光体５とで構成される発光部の中心、或いはその近傍の一点からレンズ部４の内面に向かう光線を想定し、その光線に対してレンズ部４の曲率を設定し、仮想光源像Ｑを設定するものである。
図３は、上記説明の手段により形成されたモジュール用ＬＥＤ１の複数により構成された光源モジュール１０の第一実施形態を示すものであり、この第一実施形態では、それぞれの辺に前記モジュール用ＬＥＤ１を取付けたときには、中心線に前記仮想光源像Ｑが重なり合う寸法とした断面が正８角形状としたブロック部２２を形成し、このブロック部２２の各辺に前記モジュール用ＬＥＤ１を取付ける。
尚、このときには、前記ブロック部２２は前記モジュール用ＬＥＤ１に対する給電も兼ねるようにされている。また、前記ブロック部２２は、前記モジュール用ＬＥＤ１が取付けられる部位にアルミニウムまたは銅など熱伝導性に優れる部材を採用しておけば、点灯したときのＬＥＤチップ２の発熱を伝導させ放散させるのに有効である。
上記のように構成された本発明の光源モジュール１０は、それぞれのモジュール用ＬＥＤ１が仮想光源像Ｑの位置に重なり合わせられているものとなるので、全てのモジュール用ＬＥＤ１から放射される光線は、前記仮想光源像Ｑの位置から放射されるものとみなせるものとなり、１つの発光源から放射される光と等価のものとなる。
よって、図４に示すように回転楕円面など楕円系として形成した反射鏡２１の第一焦点に前記仮想光源像Ｑを一致させれば、それぞれの前記モジュール用ＬＥＤ１から放射される光の全ては前記反射鏡２１の第二焦点ｆ２に収束するものとなり、投影レンズ２３、遮蔽板２４などを備えれば、前記光源モジュール１０は、車両のヘッドライトなどとして用いられているプロジェクタ型とした灯具２０の光源として使用できるものとなる。
図５は、本発明に係る光源モジュール１０の第二実施形態を示すものであり、この第二実施形態においても、光源モジュール１０は、ブロック部２２上にモジュール用ＬＥＤの複数が仮想光源像Ｑを重なり合わせるようにして配置されているものである点は、前の実施形態のものと同様である。
ここで、この第二実施形態では、前記光源モジュール１０に使用されるモジュール用ＬＥＤ１に、発光色が異なる２色のモジュール用ＬＥＤを採用するものであり、この実施形態では白色光を発光するモジュール用ＬＥＤ１ｗと、赤外光を発光するモジュール用ＬＥＤ１ｒとが用いられている。このようにすることで、白色光側のモジュール用ＬＥＤ１ｗの光により車両の運転者は視覚により進路の確認が行えるものとなると共に、赤外光側のモジュール用ＬＥＤ１ｒと赤外線撮像装置とを用いた暗視装置（ナイトビジョン）によりモニター上でも進路の確認が行えるものとなり、即ち、灯具２０は可視光投射用と赤外光投射用とが兼用できるものとなる。
尚、上記の２色は白色光と赤外光とに限定されるものではなく、例えば白色光と黄色光との２色のモジュール用ＬＥＤ１を採用すると共に、その二色を切り替え可能とするように点灯回路の配線しておき、通常は白色光で点灯させ、霧発生時には黄色光で点灯させる補助前照灯用の灯具２０とするなども可能である。更に、白色光と黄色光を同時に点灯させ、それぞれのＬＥＤに投入する電流を調整することで、色の調光を可能とする。
図６は、本発明に係る光源モジュール１０の第三実施形態を示すものであり、前の第一実施例による光源モジュール１０も、第二実施形態による光源モジュール１０も、発光色が異なることがあっても、前記モジュール用ＬＥＤ１としては同一形状のものが採用されていたが、この第三実施形態においては、第一、第二実施形態と同じモジュール用ＬＥＤ１に対して、ベース部３から仮想光源像Ｑまでの距離（以下、仮想光源像距離と称する）を同一とし、レンズ部４の口径を小さくしたモジュール用ＬＥＤ１ｎを組合わせている。
よって、同じ仮想像距離で口径が小さく設定されたモジュール用ＬＥＤ１ｎの場合には、当然に光の放射角も狭くなるが、同時にレンズ部４の曲率が小さくなるので、レンズとしての収束度が高くなり、面積あたりの光量は増加するものとなる。また、図６でも明らかなように、口径が小さくなった分だけモジュール用ＬＥＤ１ｎは設置数を増すことができるので、この部分の光束密度は、標準のモジュール用ＬＥＤ１が配置された部分に比較して増加するものとなる。
このようにすることで、小口径としたモジュール用ＬＥＤ１ｎが配置された方向に光束密度の高い光線が照射されるものとなる。よって、車両の正面方向など、配光特性上で照度が要求される部分に光を配布する反射鏡２１の部分に対応させて小口径としたモジュール用ＬＥＤ１ｎを配置すれば、その目的を達することが容易となる。
図７は、本発明に係る光源モジュール１０の第四実施形態を示すものであり、この第四実施形態では、レンズ部４の口径を変えることはなく、ベース部３から仮想光源像Ｑまでの距離（仮想光源像距離）を変えている。尚、この第四実施形態では仮想光源像距離を短く設定したモジュール用ＬＥＤ１ｗｘと、標準のモジュール用ＬＥＤ１とを組合わせたときの例で示してある。
このようにすることで、仮想光源像Ｑはレンズ部４の仮想光源像距離（焦点距離）の長短により拡大率が相違するものとなり、図７中に示すように縦横比の異なる扁平な形状であると見なせるものとなる。そして、この形状が第二焦点の位置に結像されるものとなり、投影レンズ２３により投影される（図４参照）ものとなるので、反射鏡２１が回転楕円面などであっても、車両用灯具の配光特性として好ましい、水平方向に広く、垂直方向には狭い形状が得られるものとなる。
以上に説明したように、本発明によれば複数のモジュール用ＬＥＤにより１つの仮想光源を得るものであるので、光量の増強に対してはＬＥＤの数のみを増やせば良く、高密度の配置が可能であって、灯具の小型化が可能となる。また、複数のＬＥＤを使用しているにも拘わらず、総合的には１つの光源を得るものであるので、反射鏡との位置合わせなども明確であり、構成も単純化される。
また、このようにしたことで、ＬＥＤに二色以上の発光色の組合せも可能として、複数の用途に使用可能なものとして、兼用による灯具数の低減なども可能とし、更に加えては、モジュール用ＬＥＤのレンズ部を変化させることで、より理想的な配光特性の実現を可能とするなどの効果も奏するものとなる。
本発明に係る光源モジュールの要部であるモジュール用ＬＥＤの実施形態を示す説明図である。 同じくモジュール用ＬＥＤの別の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る光源モジュールの第一実施形態を示す正面図である。 本発明に係る光源モジュールを具備する灯具の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源モジュールの第二実施形態を示す正面図である。 本発明に係る光源モジュールの第三実施形態を示す正面図である。 本発明に係る光源モジュールの第四実施形態を示す正面図である。
符号の説明
１、１ｒ、１ｗ、１ｗｘ…モジュール用ＬＥＤ
２…ＬＥＤチップ
３…ベース部
４…レンズ部
５…蛍光体
１０…光源モジュール
２０…灯具
２１…反射鏡
２２…ブロック部
２３…投影レンズ
２４…遮蔽板

Claims (4)

  1. 複数のモジュール用ＬＥＤが組合わされて灯具の光源とされる光源モジュールと反射鏡とを備える灯具であって、
    前記複数のモジュール用ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、ベース部と、レンズ部とからそれぞれ構成され、
    前記複数のモジュール用ＬＥＤの各レンズ部は前記ベース部よりも後方の所定距離の位置に前記ＬＥＤチップの仮想光源像を形成する一つの焦点を持っており、前記反射鏡の焦点に複数の前記モジュール用ＬＥＤの前記仮想光源像を重ね合わせて当該モジュール用ＬＥＤを組み込み、この仮想光源像から光が放射されるように前記モジュール用ＬＥＤからの光線が制御されることで1つの光源として機能し、
    前記反射鏡は、前記モジュール用ＬＥＤから放射される光を灯具光軸前方に照射して所定の配光パターンを形成し、
    前記光源モジュールには、前記レンズ部が、仮想光源像距離を同一とし口径を異なるものとした少なくとも２種類のモジュール用ＬＥＤが採用されていることを特徴とする灯具。
  2. 複数のモジュール用ＬＥＤが組合わされて灯具の光源とされる光源モジュールと反射鏡とを備える灯具であって、
    前記複数のモジュール用ＬＥＤは、ＬＥＤチップと、ベース部と、レンズ部とからそれぞれ構成され、
    前記複数のモジュール用ＬＥＤの各レンズ部は前記ベース部よりも後方の所定距離の位置に前記ＬＥＤチップの仮想光源像を形成する一つの焦点を持っており、前記反射鏡の焦点に複数の前記モジュール用ＬＥＤの前記仮想光源像を重ね合わせて当該モジュール用ＬＥＤを組み込み、この仮想光源像から光が放射されるように前記モジュール用ＬＥＤからの光線が制御されることで１つの光源として機能し、
    前記反射鏡は、前記モジュール用ＬＥＤから放射される光を灯具光軸前方に照射して所定の配光パターンを形成し、
    前記光源モジュールには、前記レンズ部が、仮想光源像距離を異なるものとした少なくとも２種類のモジュール用ＬＥＤが採用されていることを特徴とする灯具。
  3. 前記光源モジュールには、紫外、赤外領域を含み少なくとも２種類の発光色の異なるモジュール用ＬＥＤが使用されていることを特徴とする請求項1または２に記載の灯具。
  4. 前記光源モジュールは、前記モジュール用ＬＥＤが取付けられるブロック部が略多角形状の断面を有する略柱状として熱伝導性に優れる部材で形成され、該ブロック部により前記モジュール用ＬＥＤに対する放熱機能が行われていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の灯具。
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