JP4251941B2 - ヘッドランプ - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両の前照灯として使用されるヘッドランプに関し、特にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とするヘッドランプに関する。

従来、ＬＥＤを光源として利用したヘッドランプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このヘッドランプは、相互に並列な複数の光束を発光するように設けられた複数の電子発光素子から成る２次元のアレイと、焦点距離内でアレイ面に対してほぼ平行に配置されアレイからの光を受信する集光レンズと、発光素子を選択的に個々またはグループごとに発光させるために設けられた発光素子用の駆動電子回路とを備えている。

また、他のヘッドランプとして、仮想焦点が１個のＬＥＤを用い、その仮想焦点を反射鏡の焦点と一致させた車両用灯具が知られている（例えば、特許文献２参照）。この車両用灯具は、照射方向側に開口部を有する反射鏡と、反射鏡の焦点に仮想焦点を略一致させ発光方向を反射鏡側とするＬＥＤランプと、ＬＥＤランプを照射方向側から覆うフードと開口部を覆うレンズとから構成されている。この構成により、反射鏡の中心部にソケット、電球などが存在することをなくし、斜め方向から車両用灯具を覗き込んだときにも、スッキリした斬新な印象を与えることを可能にしている。

特開２００３−４５２１０号公報 特開２００３−１４１９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車両ヘッドランプは、集光レンズ（凸レンズ）から成る光学系を用いているので、構造が複雑で、部品点数が多く、高価になるという課題があった。また、ＬＥＤから成る光源モジュールが光学系の奥、つまり、車両のエンジンに近い位置に設置されるため、周囲温度が高く、ＬＥＤが発生する熱を放出し難いという課題があった。

また、特許文献２に開示された車両用灯具は、１個のＬＥＤで必要な明るさを得るように構成されているが、現時点のＬＥＤの技術では、１個のＬＥＤでヘッドランプに利用できる明るさを発生できるものは存在しない。従って、現時点においては、特許文献２に開示された技術をヘッドランプに応用するのは困難であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、第１の目的は、小型且つ安価であり、また放熱特性に優れたヘッドランプを提供するものである。

この発明に係るヘッドランプは、凹面鏡と、複数のＬＥＤを面状に並べて形成した発光面を凹面鏡に対向させて凹面鏡の光軸の外に配置すると共に凹面鏡の焦点に対して凹面鏡の反対側に配置し、凹面鏡に向かって射出された光が凹面鏡で反射されることにより所定方向を照射する面光源とで構成されているものである。

この発明は、凹面鏡と複数のＬＥＤを面状に並べて形成された面光源とから構成されており、集光レンズ（凸レンズ）から成る光学系は使用されていないので、構造が簡単であり、部品点数も少ない。従って、小型且つ安価なヘッドランプを構成できる効果がある。

この発明は、光源を構成する複数のＬＥＤは放熱フィンが設けられたヒートシンクに固着され、放熱フィンがヘッドランプケースの外部になるように配置されるので、熱放散を効率よく行うことができる放熱特性に優れたヘッドランプを構成できる効果がある。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では、この発明に係るヘッドランプが自動車のヘッドライトとして使用される場合を例に挙げて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るヘッドランプは、複数のＬＥＤを面状に並べて形成された面光源から射出された光を、凹面鏡で反射させて前方を照射するものである。

図１は、この発明の実施の形態１に係るヘッドランプの構造を概略的に示す側断面図である。このヘッドランプは、ヘッドランプケース１０、凹面鏡２０、光源モジュール３０及びカバーレンズ４０から構成されている。

ヘッドランプケース１０は、傾斜した開口面１１を有する箱状に構成されている。このヘッドランプケース１０の内部には、凹面鏡２０の反射面（鏡面）がヘッドランプケース１０の開口面１１に対向するようにして、凹面鏡２０が収容されている。凹面鏡２０は、回転放物面の凹面側を鏡面とする凹面鏡から構成されている。

ヘッドランプケース１０の上部には、光源モジュール３０（詳細は後述する）が取り付けられている。また、ヘッドランプケース１０の開口面１１には、光を透過するためのカバーレンズ４０が取り付けられている。このカバーレンズ４０は、凹面鏡２０及び光源モジュール３０の保護カバーとしての機能が主であるが、レンズとしての機能を持たせてもよい。

図２は、光源モジュール３０の構造を示す外観斜視図である。この光源モジュール３０は、セラミック基板３１上に面状に並べて固着された複数のＬＥＤ（以下、「面発光ＬＥＤ」という）３２と、セラミック基板３１を所定の角度を有するように固着するヒートシンク３３と、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤの電源として使用される電源回路３４と、面発光ＬＥＤ３２と電源回路３４とを接続するリード線３５とから構成されている。ヒートシンク３３の裏面（面発光ＬＥＤ３２が固着されている面の反対側の面）には、放熱フィン３６が形成されている。面発光ＬＥＤ３２は、この発明の面光源に対応する。

以上のように構成される光源モジュール３０は、図１に示すように、面発光ＬＥＤ３２がヘッドランプケース１０の内部に露出すると共に、ヒートシンク３３の放熱フィン３６がヘッドランプケース１０の外部に露出するようにしてヘッドランプケース１０に取付られる。この際、光源モジュール３０は、面発光ＬＥＤ３２が、凹面鏡２０の焦点ｆを含む光軸より上側になるように配置される。

今、面発光ＬＥＤ３２を凹面鏡２０の正面の光軸上に配置したと仮定すると、凹面鏡２０からの反射光の一部は面発光ＬＥＤ３２によって遮られ、光学系としては非効率的である。しかし、上述したように、面発光ＬＥＤ３２を凹面鏡２０の焦点ｆを含む光軸より上側に配置して、凹面鏡２０からの反射光を遮らないように構成することにより、面発光ＬＥＤ３２で発生された光の殆どが凹面鏡２０で反射されて面発光ＬＥＤ３２の像がヘッドランプの前方の道路に実像として投影されるので、効率的な光学系を有するヘッドランプを構成できる。

上記のように構成されるヘッドランプは、バンパー５０とボンネット６０との間に配置される。ボンネット６０は、この発明のカバーに対応する。ボンネット６０とヘッドランプケース１０の上面との間には、通風口７０が形成されている。自動車が走行すると、この通風口７０から冷却風（走行風）が導入され、ヘッドランプケース１０の上面から突出するように設けられたヒートシンク３３の放熱フィン３６に送られる。これにより、放熱フィン３６による放熱が促進され、面発光ＬＥＤ３２が冷却される。

以上説明したように、この実施の形態１に係るヘッドランプによれば、面発光ＬＥＤ３２の像を、簡単な構造を有する光学系を通して道路に実像として映し出すことが可能であり、面発光ＬＥＤ３２による明暗のはっきりした照明が可能である。

また、光源として複数のＬＥＤを面状に並べて形成された面発光ＬＥＤ３２を使用したので、１個のＬＥＤでヘッドランプに利用できる明るさを発生できなくても、ヘッドランプとして十分な明るさを得ることができる。

また、凹面鏡２０の光軸より上側に光源モジュール３０の面発光ＬＥＤ３２を配置したので、凹面鏡２０の有効な面は下側だけとなり、ヘッドランプの開口面１１を狭くできる。その結果、ヘッドランプを小型化することができる。また、上記配置により面発光ＬＥＤ３２が外部から直接見えなくなるので、自動車のデザインを損なわないヘッドランプを構成できる。

また、光源モジュール３０を、凹面鏡２０の光軸より上側、つまり、ヘッドランプの上部に配置したので、面発光ＬＥＤ３２で発生される熱を上側に伝導させて廃熱することが容易になっている。加えて、光源モジュール３０にヒートシンク３３を設けて、面発光ＬＥＤ３２で発生される熱をヒートシンク３３に伝導し、ヘッドランプケース１０の外部に露出されたヒートシンク３３の放熱フィン３６を用いて放熱するように構成したので、ヘッドランプの内部に熱がこもるのを回避することができ、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤを適切な温度環境で使用することができる。

また、ヘッドランプの周囲、具体的には、ヘッドランプケース１０とボンネット６０との間に通風口７０を設けたので、走行中には、前方から通風口７０に風が流入し、ヘッドランプケース１０の上部に突出したヒートシンク３３の放熱フィン３６に導かれる。これにより、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤを効率よく冷却することができる。

更に、面発光ＬＥＤ３２、ヒートシンク３３及び電源回路３４は一体化された光源モジュール３０としてモジュール化されているので、組立が容易になり、製造コストを低減することができる。

なお、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤを複数のグループに分け、グループ毎に点灯を制御するように構成すれば、任意の方向に光を照射する配光が可能になる。例えば、図１に示すように、面発光ＬＥＤ３２を第１グループのＬＥＤ３２ａと第２グループのＬＥＤ３２ｂとに分け、第１グループのＬＥＤ３２ａだけを点灯させることにより、その像を前方向の近くに実像として映し出して、所謂ロービームでの照明を行い、又は、第２グループのＬＥＤ３２ｂだけを点灯させることにより、その像を前方向の遠くに実像として映し出して、所謂ハイビームでの照明を行うように構成できる。このように、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤのグループ分け及び点灯制御を任意に行うことにより、走行用の正面を照らす配光や、すれ違い用の路面のみを照射する配光、側道を広く照らす配光等といった自動車の走行に合わせた配光を実現できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るヘッドランプは、自動車の停車中は面発光ＬＥＤに通電する電流を減少させて、面発光ＬＥＤ３２が発生する熱を抑制し、過熱を防止するものである。

図３は、実施の形態２に係るヘッドランプの駆動回路の構成を示すブロック図である。このヘッドランプの駆動回路は、電源１、ライティングスイッチ２、車速センサ３及び制御回路５から構成されている。なお、図３中の温度センサ４は、後述する実施の形態３で使用されるものであるが、便宜上、図３に含めて描かれている。

電源１は、例えば自動車の各部に直流電力を供給するバッテリから構成されている。この電源１の出力は、ライティングスイッチ２を介して電源回路３４に供給される。ライティングスイッチ２は、ヘッドライトの点灯及び消灯を制御するためのスイッチである。

電源回路３４は、例えば、電源１からライティングスイッチ２を介して送られてくる直流電圧を、面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤの駆動に適した直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータから構成されている。この電源回路３４の出力は、リード線３５を介して、面発光ＬＥＤ３２に供給される。

車速センサ３は、自動車の走行速度を検出する。この車速センサ３で検出された走行速度を表す速度信号は、制御回路５に送られる。

制御回路５は、車速センサ３から送られてくる速度信号が、車速がゼロであることを表している場合に、電源回路３４に電流制限信号を送る。電源回路３４は、この電流制限信号に応答して、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を小さくする。その結果、面発光ＬＥＤ３２で発生する光が弱くなると共に、発熱が抑制される。

自動車が停止すれば、通風口７０から走行風が流入しなくなって放熱効果が悪くなる。しかしながら、この実施の形態２に係るヘッドランプによれば、停車中は面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を低下させるので、面発光ＬＥＤ３２の発熱を抑えることができる。

なお、ヘッドランプは走行中の視界を確保するためのものであるので、停車中には本来の意味での点灯は必要ない。しかしながら、停車中に消灯すると、対向車に対する自己主張が少なくなり、自車の存在感喪失により危険を招くことがある。従って、停車中であっても、幾らかの光は残した方が好ましい。

また、停車と同時に電流を小さくせずに、時限的要素をもって（幾らかの時間をおいた後に）、小さくするように構成することもできる。更に、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を小さくするかどうかの判断を、エンジン回転数がアイドリングの回転数であるかどうか、及び／又は、パーキングブレークが操作されているかどうかを加味して行うように構成すれば、走行中に車速センサ３の異常が発生しても電流が低減されないように構成できるので、ヘッドランプの減光に伴う危険性を回避できる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るヘッドランプは、面発光ＬＥＤが所定の温度以上に過熱した時に、面発光ＬＥＤに供給する電流を減少させて発熱を抑制し、加熱を防止するものである。

図３は、実施の形態３に係るヘッドランプの駆動回路の構成を示すブロック図である。このヘッドランプの駆動回路は、電源１、ライティングスイッチ２、温度センサ４及び制御回路５から構成されている。なお、図３中の車速センサ３は、上述した実施の形態２で使用されるものであるが、便宜上、図３に含めて描かれている。以下で、実施の形態２と同じ構成部分の説明は省略又は簡略化する。

温度センサ４は、例えばサーミスタから構成されている。この温度センサ４は、面発光ＬＥＤ３２の近傍に配置されている。

制御回路５は、温度センサ４から送られてくる温度信号が、所定温度（例えば８５℃）以上であることを表している場合に、電源回路３４に電流制限信号を送る。電源回路３４は、この電流制限信号に応答して、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を小さくする。その結果、面発光ＬＥＤ３２で発生する光が弱くなると共に、発熱が抑制される。

半導体であるＬＥＤの使用温度には限界があり、例えば、定格電流での使用温度の上限は８５℃である。従って、ＬＥＤが８５℃以上の環境におかれている場合に、定格電流を供給すると、過熱によって特性の劣化を招く虞がある。

しかしながら、この実施の形態３に係るヘッドランプによれば、面発光ＬＥＤ３２の温度が所定の温度を越えた場合は、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を低下させてその発熱を抑えることができるので、面発光ＬＥＤ３２を構成するＬＥＤの特性劣化を防止できる。

なお、この実施の形態３に係る機能と上述した実施の形態２に係る機能とを組み合わせてヘッドランプを構成することができる。この場合、制御回路５は、車速センサ３から送られてくる速度信号が車速がゼロであることを表している場合、又は温度センサ４から送られてくる温度信号が所定温度（例えば８５℃）以上であることを表している場合に、電源回路３４に電流制限信号を送るように構成できる。この構成により、より確実に面発光ＬＥＤ３２の発熱を抑えることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るヘッドランプは、面発光ＬＥＤが所定の温度以上に過熱した時に、面発光ＬＥＤに供給する電流を減少させて発熱を抑制し、加熱を防止するものである。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るヘッドランプは、面発光ＬＥＤを構成するＬＥＤの順方向電圧効果を測定して面発光ＬＥＤの温度を検出するものである。

図４は、実施の形態５に係るヘッドランプの駆動回路の構成を示すブロック図である。このヘッドランプの駆動回路は、電源１、ライティングスイッチ２、車速センサ３及び制御回路５’から構成されている。面発光ＬＥＤ３２を構成する複数のＬＥＤの少なくとも１つである被測定ＬＥＤの両端子（アノード及びカソード）が制御回路に接続されている。なお、実施の形態３及び実施の形態４と同一の構成要素には実施の形態３及び実施の形態４と同じ符号を付して説明を省略する。

制御回路５’は、この発明の電圧センサに対応し、被測定ＬＥＤの両端からの信号に基づいて、その順方向電圧を検出する。この被測定ＬＥＤの順方向電圧は、その温度に対して比例などの相関がある。制御回路５’は、検出された順方向電圧に対応する温度が所定温度（例えば８５℃）以上である場合に、電源回路３４に電流制限信号を送る。電源回路３４は、この電流制限信号に応答して、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を小さくする。その結果、面発光ＬＥＤ３２で発生する光が弱くなると共に、発熱が抑制される。

また、制御回路５’は、車速センサ３から送られてくる速度信号が、車速がゼロであることを表している場合に、電源回路３４に電流制限信号を送る。電源回路３４は、この電流制限信号に応答して、面発光ＬＥＤ３２に供給する電流を小さくする。その結果、面発光ＬＥＤ３２で発生する光が弱くなると共に、発熱が抑制される。

この実施の形態５に係るヘッドランプによれば、面発光ＬＥＤ３２の温度を検出するための温度センサを必要としないので、ヘッドランプの構造を簡単にすることができ、また、ヘッドランプを安価に構成できる。

なお、この実施の形態５では、制御回路５’は、車速センサ３から送られてくる速度信号が車速がゼロであることを表している場合、又は制御回路５’で検出された温度が所定温度（例えば８５℃）以上である場合に、電源回路３４に電流制限信号を送るように構成したが、車速センサ３を除去し、実施の形態５に係るヘッドランプと同様に、面発光ＬＥＤ３２が所定の温度以上に過熱したことのみを検出し、以て加熱を防止するように構成することもできる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るヘッドランプは、発熱源との間に遮熱部材を設けたものである。

図５は、この発明の実施の形態６に係るヘッドランプの構造を概略的に示す側断面図である。このヘッドランプは、図１に示した実施の形態１に係るヘッドランプに、遮熱部材としての遮熱板８１及び遮熱シート８２が追加されて構成されている。

遮熱板８１は、自動車のエンジンルームからの熱を遮断するように、ヘッドランプケース１０の裏面（開口面１１の反対側の面）に取り付けられている。また、遮熱シート８２は、ボンネット６０の裏面に貼られている。

ＬＥＤの点灯していない状態での保存温度は、例えば１２５℃である。ＬＥＤは、この保存温度を超えると寿命が短くなる危険性がある。

ヘッドランプを点灯しない昼間において、ボンネット６０を照らす真夏の日光によってボンネット６０が高温になり、その熱により、ヘッドランプが暖められ、保存温度を越えることが想定される。遮熱シート８２は、ボンネット６０の熱がヘッドランプに伝わらないように、ボンネット６０の裏面に設けられている。この遮熱シート８２により、ヘッドランプがＬＥＤの保存温度を超えることを回避できる。

同様に、遮熱板８１は、昼夜を問わずに発生するエンジン（図示しない）の熱がヘッドランプに伝わらないように、エンジンルームとヘッドランプケースの裏面との間に設けられている。この遮熱板８１により、ヘッドランプがＬＥＤの保存温度を超えることを回避できる。

この発明の実施の形態１に係るヘッドランプの構造を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１に係るヘッドランプの光源モジュールの構造を示す外観斜視図である。 この発明の実施の形態２及び実施の形態３に係るヘッドランプで使用される駆動回路の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態５に係るヘッドランプで使用される駆動回路の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態６に係るヘッドランプの構造を示す側断面図である。

符号の説明

１ 電源、２ ライティングスイッチ、３ 車速センサ、４ 温度センサ、５ 制御回路、５’ 制御回路（電圧センサ）、１０ ヘッドランプケース、１１ 開口面、２０ 凹面鏡、３０ 光源モジュール、３１ セラミック基板、３２ 面発光ＬＥＤ（面光源）、３３ ヒートシンク、３４ 電源回路、３５ リード線、３６ 放熱フィン、４０ カバーレンズ、５０ バンパー、６０ ボンネット、７０ 通風口、８１ 遮熱板、８２ 遮熱シート。

Claims (12)

1. 凹面鏡と、複数のＬＥＤを面状に並べて形成した発光面を有する面光源とを備え、この面光源を前記凹面鏡に対向させて該凹面鏡の光軸の外に配置すると共に前記面光源を前記凹面鏡の焦点に対して前記凹面鏡の反対側に配置し、前記凹面鏡に向かって前記面光源から射出された光が該凹面鏡で反射されることにより所定方向を照射することを特徴とするヘッドランプ。
2. 開口面を有し、凹面鏡の反射面が開口面に対向するように該凹面鏡を収容するヘッドランプケースを備え、
   面光源は、放熱フィンを有するヒートシンクに固着され、前記放熱フィンが前記ヘッドランプケースの外部に突出するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のヘッドランプ。
3. ヘッドランプケースを覆うカバーを備え、
   前記カバーと前記ヘッドランプケースとの間に、放熱フィンに向けて送風するための通風口を有することを特徴とする請求項２記載のヘッドランプ。
4. 複数のＬＥＤを面状に並べて形成した発光面を有する面光源を備え、前記面光源を所定の角度を有するように保持する光源モジュールを設けたことを特徴とする請求項１記載のヘッドランプ。
5. 面光源を構成する複数のＬＥＤに電流を供給する電源と、
   速度を検出する速度センサと、
   前記速度センサにより速度がゼロであることが検出された場合に前記電源から前記複数のＬＥＤへ供給する電流を減少させる制御回路
   とを備えたことを特徴とする請求項１記載のヘッドランプ。
6. 電源から複数のＬＥＤに供給する電流はゼロより大きいことを特徴とする請求項５記載のヘッドランプ。
7. 電源から複数のＬＥＤに供給する電流は時限的要素を持って減少させることを特徴とする請求項５記載のヘッドランプ。
8. エンジン回転数あるいはパーキングブレーキに基づいて走行中を判断すると共に走行中と判断した時は電源から複数のＬＥＤに供給する電流を低減する制御を禁止することを特徴とする請求項５記載ヘッドランプ。
9. 面光源の温度を検出する温度センサを備え、
   前記温度センサにより所定以上の温度が検出された場合に電源から複数のＬＥＤへ供給する電流を減少させる制御回路
   とを備えたことを特徴とする請求項１記載のヘッドランプ。
10. 温度センサは、
    複数のＬＥＤの近傍に設けられたサーミスタから成ることを特徴とする請求項９記載のヘッドランプ。
11. 複数のＬＥＤの少なくとも１つの順方向電圧降下を検出する電圧センサから成ることを特徴とする請求項９記載のヘッドランプ。
12. ヘッドランプケースの周囲に遮熱部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載ヘッドランプ。

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