JP2012190551A - 灯具ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】高さ寸法が従来よりも短く、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを提供する。
【解決手段】車両用前照灯に用いられるプロジェクタ型の灯具ユニット１０において、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の上面に配置され、前記半導体発光素子から入射する光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部材と、を含む発光部と、前記発光部から放射された光が入射するように前記発光部の上方に配置され、前記光軸寄りに集光する光として反射する第１反射面１２と、前記第１反射面で反射された光が透過するように配置された投影レンズ１３と、前記投影レンズと前記第１反射面との間に配置され、前記発光部から入射した光を、前記発光部に回帰し、前記波長変換部材の上面で反射されて前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射する第２反射面１４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、灯具ユニット、特に、従来と比べて高さ寸法が短い灯具ユニットに関する。

従来、車両用灯具の分野においては、上方に配置されたプロジェクタ光学系、下方に配置されたリフレクタ光学系を備えた灯具ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４に示すように、特許文献１に記載の車両用灯具９０は、略上向きに光を放射する姿勢で配置されたＬＥＤ光源９１、ＬＥＤ光源９１から放射された光が入射するようにＬＥＤ光源９１の上方に配置され、ＬＥＤ光源９１から入射した光を光軸ＡＸ寄りに集光する光として反射する第１反射面９２、第１反射面９２で反射された光が透過するように第１反射面９２の前方に配置された投影レンズ９３、ＬＥＤ光源９１から放射された光の一部を遮光する遮光部材９４、投影レンズ９３の下方に配置された第２反射面９５、ＬＥＤ光源９１から放射された光が入射するように投影レンズ９３と第１反射面９２との間に配置され、ＬＥＤ光源９１から入射した光を、第２反射面９５に入射しかつ当該第２反射面９５で反射されて前方に照射される光として反射する第３反射面９６等を備えている。

上記構成の車両用灯具９０によれば、リフレクタ光学系（第２反射面９５、第３反射面９６）の作用により、ＬＥＤ光源９１から放射された光のうちプロジェクタ光学系（第１反射面９２、投影レンズ９３、遮光部材９４）で用いられない光束の利用が可能となる。

特開２０１０−１２３３０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用灯具９０においては、光束利用効率を高めることが可能であるものの、プロジェクタ光学系の発光部（投影レンズ９３）とリフレクタ光学系の発光部（第２反射面９５）とを上下に配置した構成であるため、その分、高さ寸法が長くなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズだけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、車両用前照灯に用いられるプロジェクタ型の灯具ユニットにおいて、略上向きに光を放射する姿勢で前記灯具ユニットの略光軸上に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように前記半導体発光素子の上面に配置され、前記半導体発光素子から入射する光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部材と、を含む発光部と、前記発光部から放射された光が入射するように前記発光部の上方に配置され、前記発光部から入射する光を前記光軸寄りに集光する光として反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光が透過するように前記第１反射面の前方かつ前記光軸上に配置された投影レンズと、前記発光部から放射された光が入射するように前記投影レンズと前記第１反射面との間に配置され、前記発光部から入射した光を、前記発光部に回帰し、前記波長変換部材の上面で反射されて前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射する第２反射面と、を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第２反射面で反射された光（発光部への回帰光）が、発光部（波長変換部材）の上面及び第１反射面で反射されて投影レンズを透過する構成であるため、第１反射面に相当する反射面で直接反射された光のみが投影レンズを透過する構成である従来と比べ、光束利用効率を高めることが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、従来のリフレクタ光学系の発光部（第２反射面９５）に相当する反射面が不要となるため、従来と比べ、灯具ユニットの高さ寸法を短くすることが可能となる。これにより、意匠性、レイアウトの自由度が飛躍的に向上した灯具ユニットを構成することが可能となる。

以上のように、請求項１に記載の発明によれば、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズだけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを構成することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２反射面は、中心が前記発光部に設定された球面形状又は楕円面形状の反射面であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第２反射面で反射された光（発光部への回帰光）が、発光部（波長変換部材）の上面及び第１反射面で反射されて投影レンズを透過する構成であるため、第１反射面に相当する反射面で直接反射された光のみが投影レンズを透過する構成である従来と比べ、光束利用効率を高めることが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、従来のリフレクタ光学系の発光部（第２反射面９５）に相当する反射面が不要となるため、従来と比べ、灯具ユニットの高さ寸法を短くすることが可能となる。これにより、意匠性、レイアウトの自由度が飛躍的に向上した灯具ユニットを構成することが可能となる。

以上のように、請求項２に記載の発明によれば、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズだけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを構成することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記投影レンズの後方側焦点付近に配置され、前記発光部から放射された光の一部を遮光する遮光部材をさらに備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、遮光部材が半導体発光素子から放射された光の一部を遮光することにより、明瞭なカットオフラインを含むすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記発光部は、前記半導体発光素子及び前記波長変換部材から放射される光が透過するように前記波長変換部材の上面に配置された光透過性部材をさらに含んでおり、前記第２反射面は、前記発光部から入射した光を、前記発光部に回帰し、前記光透過性部材の上面で反射されて前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、第２反射面で反射された光（発光部への回帰光）が、発光部（光透過性部材）の上面及び第１反射面で反射されて投影レンズを透過する構成であるため、第１反射面に相当する反射面で直接反射された光のみが投影レンズを透過する構成である従来と比べ、光束利用効率を高めることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、従来のリフレクタ光学系の発光部（第２反射面９５）に相当する反射面が不要となるため、従来と比べ、灯具ユニットの高さ寸法を短くすることが可能となる。これにより、意匠性、レイアウトの自由度が飛躍的に向上した灯具ユニットを構成することが可能となる。

以上のように、請求項４に記載の発明によれば、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズだけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを構成することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、前記発光部の周囲に配置され、前記第２反射面から入射した光を、前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射する第３反射面をさらに備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、半導体発光素子等の部品の位置ずれや第２反射面等の精度に起因して発光部（光透過性部材等）に回帰できず第３反射面に入射した光が、第３反射面及び第１反射面で反射されて投影レンズを透過する構成であるため、第１反射面に相当する反射面で直接反射された光のみが投影レンズを透過する構成である従来と比べ、光束利用効率を高めることが可能となる。

本発明によれば、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズだけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態である灯具ユニットの縦断面図である。 光源ユニットの縦断面図である。 （ａ）第１反射面１２に直接入射した光Ｒａｙ１により形成される主配光パターンＰ１の例、（ｂ）光源モジュール１１の発光部Ａに回帰した光Ｒａｙ２により形成される付加配光パターンＰ２の例である。 従来の車両用灯具ユニットの縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態である灯具ユニットについて図面を参照しながら説明する。

本実施形態の灯具ユニット１０は、プロジェクタ型の灯具ユニットであり、車両前部の左右両側にそれぞれ配置されて車両用前照灯を構成する。

図１に示すように、本実施形態の灯具ユニット１０は、光源モジュール１１、光源モジュール１１の上方に配置された第１反射面１２、第１反射面１２の前方かつ光軸ＡＸ上に配置された投影レンズ１３、投影レンズ１３と第１反射面１２との間に配置された第２反射面１４、投影レンズ１３の後方側焦点Ｆ付近に配置された遮光部材１５等を備えている。

図２に示すように、光源モジュール１１は、例えば、半導体発光素子１１ａ、波長変換部材１１ｂ、光透過性部材１１ｃからなる発光部Ａ等を備えている。

半導体発光素子１１ａは、例えば、青色光を放射するＬＥＤチップである。半導体発光素子１１ａは、例えば、セラミック製壁部１１ｄが外周に沿って配置されたセラミック製基板１１ｅ上の中央に配置されている。半導体発光素子１１ａは、バンプ１１ｇによりセラミック製基板１１ｅ上の配線に電気的に接続されている。

波長変換部材１１ｂは、半導体発光素子１１ａから入射する光の少なくとも一部を波長変換するための部材であり、例えば、シリコン系樹脂に混合されたＹＡＧ蛍光体である。波長変換部材１１ｂは、半導体発光素子１１ａから放射される光が入射するように半導体発光素子１１ａの上面（発光面上）に配置（又は塗布）されている。

光透過性部材１１ｃは、例えば、上面が平坦なガラス板又はレンズ（例えば、厚み：１００μ程度）である。光透過性部材１１ｃは、半導体発光素子１１ａ及び波長変換部材１１ｂから放射された光が透過するように波長変換部材１１ｂの上面に配置されている。光透過性部材１１ｃは、波長変換部材１１ｂ等を保護する保護カバーとしても機能する。

発光部Ａとセラミック製壁部１１ｄとの間のスペースには、白色樹脂１１ｆが充填されている。白色樹脂１１ｆのうち上面１１ｆ１は、これに入射する光を拡散する拡散反射面（本発明の第３反射面に相当）として機能する。なお、白色樹脂１１ｆの上面１１ｆ１に、さらに反射層をコーティングしてもよい。白色樹脂１１ｆのうち発光部Ａとの境界面１１ｆ２は、これに入射する光を光透過性部材１１ｃに向けて反射する反射面として機能する。この境界面１１ｆ２の作用により、光の取り出し効率が向上する。

上記構成の光源モジュール１１は、半導体発光素子１１ａから放射された青色光（境界面１１ｆ２で反射された青色光を含む）と波長変換部材１１ｂの作用により波長変換された黄色光（境界面１１ｆ２で反射された黄色光を含む）との混色による白色光を、光透過性部材１１ｃを介して放射する。

光源モジュール１１（半導体発光素子１１ａ）は、図１に示すように、略上向きに光を放射する姿勢で略光軸ＡＸ上に配置されている。

第１反射面１２は、光源モジュール１１から放射された光Ｒａｙ１が入射するように光源モジュール１１の上方に配置されている。第１反射面１２は、光軸ＡＸを含む断面形状が略楕円形状に設定されるとともに、その離心率が鉛直断面から水平断面にむけて徐々に大きくなるように設定されている。

上記構成の第１反射面１２は、光源モジュール１１から入射する光Ｒａｙ１を光軸ＡＸ寄りに集光する光として反射する。すなわち、第１反射面１２は、光源モジュール１１から入射する光を、鉛直断面内においては後方側焦点Ｆのやや前方に略収束し、かつ、水平断面においては鉛直断面に比べ更に前方の位置で略収束する光として反射する。

投影レンズ１３は、例えば、車両前方側表面及び車両後方側表面が凸の非球面レンズである。投影レンズ１３は、第１反射面１２で反射された光が透過するように第１反射面１２の前方かつ光軸ＡＸ上に配置されている。投影レンズ１３は、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として投影する。これにより、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上に配光パターンが形成される。

第２反射面１４は、光源モジュール１１から放射された光Ｒａｙ２が入射するように投影レンズ１３と第１反射面１２との間に配置されている。第２反射面１４は、第１反射面１２と一体であってもよいし、別体であってもよい。第２反射面１４は、例えば、中心が光源モジュール１１の発光部Ａ（例えば、光透過性部材１１ｃの上面近傍）に設定された球面形状又は楕円面形状の反射面である。

上記構成の第２反射面１４は、光源モジュール１１から入射した光Ｒａｙ２を、光源モジュール１１の発光部Ａに回帰し、かつ、光源モジュール１１の発光部Ａ（光透過性部材１１ｃ）の上面で反射されて第１反射面１２に入射する光として反射する。

遮光部材１５は、光源モジュール１１から放射された光（第１反射面１２で反射された光等）の一部を遮光するための部材であり、投影レンズ１３と光源モジュール１１との間（投影レンズ１３の後方側焦点Ｆ付近）に配置されている。

遮光部材１５は、すれ違いビームのカットオフを形成し、光を折り返して配光を重畳させるように投影レンズ１３の後方側焦点Ｆから光源モジュール１１方向に延びるミラー面とされている。

遮光部材１５が光源モジュール１１から放射された光の一部を遮光することにより、明瞭なカットオフラインを含むすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。

上記構成の灯具ユニット１０によれば、光源モジュール１１から放射された光のうち第１反射面１２に直接入射した光Ｒａｙ１は、第１反射面１２で反射され、投影レンズ１３の後方側焦点Ｆ近傍で収束した後、投影レンズ１３を透過して前方に照射される。これにより、投影レンズ１３に正対する仮想鉛直スクリーン上に、遮光部材１５により規定されるカットオフラインを含むすれ違いビームに適した主配光パターンＰ１（図３（ａ）参照）が形成される。

一方、光源モジュール１１から放射された光のうち第２反射面１４に入射した光Ｒａｙ２は、第２反射面１４で反射され、光源モジュール１１の発光部Ａに回帰する。この回帰した光Ｒａｙ２は、光源モジュール１１の発光部Ａ（光透過性部材１１ｃ）の上面で反射されて第１反射面１２に入射し、第１反射面１２で反射され、投影レンズ１３を透過して前方に照射される。これにより、投影レンズ１３に正対する仮想鉛直スクリーン上に、主配光パターンに重畳される付加配光パターンＰ２（図３（ｂ）参照）が形成される。

ところで、半導体発光素子等の部品の位置ずれや第２反射面１４等の精度に起因して第２反射面１４で反射された光（発光部Ａへの回帰光）の一部が発光部Ａ（光透過性部材１１ｃ）に回帰できず発光部Ａの周囲に配置された白色樹脂１１ｆの上面１１ｆ１に入射することがある。この場合、白色樹脂１１ｆの上面１１ｆ１に入射した光は、白色樹脂１１ｆの上面１１ｆ１で反射されて第１反射面１２に入射し、第１反射面１２で反射され、投影レンズ１３を透過して前方に照射される。これにより、投影レンズ１３に正対する仮想鉛直スクリーン上に、主配光パターンに重畳される付加配光パターン（図３（ｂ）と同等の配光パターン）が形成される。

以上のように、本実施形態によれば、第２反射面１４で反射された光（発光部Ａへの回帰光）が、発光部Ａ（光透過性部材１１ｃ）の上面及び第１反射面１２で反射されて投影レンズ１３を透過する構成であるため、第１反射面１２に相当する反射面（図３に示す第１反射面９２参照）で直接反射された光のみが投影レンズを透過する構成である従来と比べ、光束利用効率を高めることが可能となる。

また、本実施形態によれば、従来のリフレクタ光学系の発光部Ａ（図３に示す第２反射面９５参照）に相当する反射面が不要となるため、従来と比べ、灯具ユニット１０の高さ寸法を短くすることが可能となる。これにより、意匠性、レイアウトの自由度が飛躍的に向上した灯具ユニット１０を構成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、光源モジュール１１の発光部Ａは上面が平坦な透明板である光透過性部材１１ｃで保護されているため、第２反射面１４から入射する光（回帰光線）の入射角度がより小さくなるように第２反射面１４を配置することで、表面反射する光の量（すなわち、第１反射面１２に入射する光の量）を増加させることが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、高さ寸法が従来よりも短く（すなわち、発光部が投影レンズ１３だけで）、なおかつ、従来と同等以上の光束利用効率を実現することが可能な灯具ユニット１０を構成することが可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、半導体発光素子１１ａ、波長変換部材１１ｂ及び光透過性部材１１ｃからなる発光部Ａを備えた光源モジュール１１を用いて灯具ユニット１０を構成した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、光透過性部材１１ｃを省略し、半導体発光素子１１ａ及び波長変換部材１１ｂからなる発光部を備えた光源モジュール１１を用いて灯具ユニット１０を構成してもよい。

この場合、第２反射面１４は、光源モジュール１１から入射した光を、光源モジュール１１の発光部に回帰し、かつ、光源モジュール１１の発光部（波長変換部材１１ｂ）の上面で反射されて第１反射面１２に入射する光として反射する。

また、例えば、波長変換部材１１ｂを省略し（又は省略することなく）、半導体発光素子１１ａ及び光透過性部材１１ｃ（少なくとも一部に波長変換部材１１ｂを含む）からなる発光部を備えた光源モジュールを用いて灯具ユニット１０を構成してもよい。

本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

なお、半導体発光素子１１ａと波長変換部材１１ｂとは、シリコン等の透明な接着層で接着することが可能である。

また、上記実施形態では、発光部Ａの周囲に配置する反射面（本発明の第３反射面に相当）が白色樹脂１１ｆの上面ｆ１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、発光部Ａの周囲に配置する反射面は、白色樹脂１１ｆの上面ｆ１以外の反射率が高い反射面（例えばアルミ蒸着された鏡面）であってもよい。

また、上記実施形態では、灯具ユニット１０は、カットオフラインを含むすれ違いビームに適した配光パターンを形成するすれ違いビーム用の灯具ユニットであるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮光部材１５を取り除き、第１反射面１２を走行ビームに適した配光パターンを形成する反射面として構成することで、走行ビーム用の灯具ユニットを構成することが可能である。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１０…灯具ユニット、１１…光源モジュール、１１ａ…半導体発光素子、１１ｂ…波長変換部材、１１ｃ…光透過性部材、１１ｄ…セラミック製壁部、１１ｅ…セラミック製基板、１１ｆ…白色樹脂、１１ｆ１…上面、１１ｆ２…境界面、１１ｇ…バンプ、１２…第１反射面、１３…投影レンズ、１４…第２反射面、１５…遮光部材

Claims (5)

1. 車両用前照灯に用いられるプロジェクタ型の灯具ユニットにおいて、
   略上向きに光を放射する姿勢で前記灯具ユニットの略光軸上に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放射される光が入射するように前記半導体発光素子の上面に配置され、前記半導体発光素子から入射する光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部材と、を含む発光部と、
   前記発光部から放射された光が入射するように前記発光部の上方に配置され、前記発光部から入射する光を前記光軸寄りに集光する光として反射する第１反射面と、
   前記第１反射面で反射された光が透過するように前記第１反射面の前方かつ前記光軸上に配置された投影レンズと、
   前記発光部から放射された光が入射するように前記投影レンズと前記第１反射面との間に配置され、前記発光部から入射した光を、前記発光部に回帰し、前記波長変換部材の上面で反射されて前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射する第２反射面と、
   を備えていることを特徴とする灯具ユニット。
2. 前記第２反射面は、中心が前記発光部に設定された球面形状又は楕円面形状の反射面であることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
3. 前記投影レンズの後方側焦点付近に配置され、前記発光部から放射された光の一部を遮光する遮光部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の灯具ユニット。
4. 前記発光部は、前記半導体発光素子及び前記波長変換部材から放射される光が透過するように前記波長変換部材の上面に配置された光透過性部材をさらに含んでおり、
   前記第２反射面は、前記発光部から入射した光を、前記発光部に回帰し、前記光透過性部材の上面で反射されて前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射す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ユニット。
5. 前記発光部の周囲に配置され、前記第２反射面から入射した光を、前記第１反射面に入射し、かつ、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズを透過する光として反射する第３反射面をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の灯具ユニット。

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