JP2010212148A - 車両用前照灯 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の投影型光学ユニットで構成されたすれ違いビーム用光源ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンが形成される車両用前照灯において、運転者にとって視認性が良好で対向車にとって眩惑がなく、且つ薄型小型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することにある。
【解決手段】複数の光源からなる光源群６と投影レンズ７により投影型の光学系が形成された複数の光学ユニット４ａ〜４ｄを、互いに隣り合う光学ユニット同士が等角度となるように車幅方向に配置してすれ違いビーム用光源ユニット４を構成した。各光学ユニット４ａ〜４ｄで形成される夫々の配光パターンは投影レンズ７の曲率を変えることで設定され、それら配光パターンの合成によってすれ違いビーム用配光パターンが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用前照灯に関するものであり、詳しくは、半導体発光素子を発光源とする複数の光学ユニットによりロービーム（すれ違いビーム）用配光パターンを形成する車両用前照灯に関する。
従来、この種の車両用前照灯には、図１１〜図１５に示す構成のものが提案されている。
そのうち図１１のものは、互いに平行に並設された複数のプロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２とリフレクタ型の光学ユニット５３の組み合わせで構成され、各光学ユニット５０〜５３で形成される夫々の配光パターンの重畳により垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインと走行車線側の斜めカットオフラインを有するロービーム（すれ違いビーム）配光パターンを形成するものである。
具体的には、プロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２により水平カットオフライン、斜めカットオフライン及び両カットオフライン近傍の高照度領域を形成し、リフレクタ型の光学ユニット５３により広範囲に亘る照射領域を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
また図１２のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット６０〜６３が互いに所定の角度を持って配設され、各光学ユニット６０〜６３で形成される夫々の配光パターンの合成により曲路用配光パターンを形成するものである。
この場合、各光学ユニット６０〜６３はいずれも夫々の光軸Ｚ６０〜Ｚ６３に対して略同一の配光パターンを有しており、所定のピッチを保って形成された各配光パターンの光量制御を夫々独立して行うことにより照射範囲を変えることなくホットゾーンの位置のみを変えることができるものである（例えば、特許文献２参照。）。
また図１３のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット７０〜７４をブラケット７５に回動可能に保持し、車両の走行状況に応じて回動する各光学ユニット７０〜７４により照射光の照射方向や照射範囲を追従変化させるＡＦＳを構成するものである（例えば、特許文献３参照。）。
また図１４のものは、夫々発光素子８０を備えたリフレクタ８１からなる複数の光学ユニット８２〜８６の該リフレクタ８１の前方に車幅方向に延びるシリンドリカルレンズ８７が配設され、各光学ユニット８２〜８６からの照射光によりシリンドリカルレンズ８７を介して配光パターンを形成するものである。
このとき、光学ユニット８２〜８６のうち互いに平行に並設された光学ユニット８４〜８６により水平カットオフライン、斜めカットオフライン及び両カットオフライン近傍の高照度領域が形成され、互いに所定の角度を持って配設された光学ユニット８２、８３により走行車線側に大きく広がる照射領域が形成されている（例えば、特許文献４参照。）。
また図１５のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３と複数のリフレクタ型の光学ユニット９４、９５によって構成され、車両の正面方向に向けて配設されたプロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３により配光パターンの水平カットオフライン及び斜めカットオフラインが形成され、互いに所定の角度を持って車幅方向側方側に向かって配設されたリフレクタ型の光学ユニット９４、９５により水平カットオフラインの下方近傍から車幅方向外側に延びる横長の配光パターンが形成される。
これにより、車体後方へ回り込んだ形状の車両用灯具であっても薄型化が可能であると共に、各光学ユニットからの照射光が隣接する光学ユニットに遮蔽されることがないために光利用効率が良好で照射範囲の広い配光パターンを形成することができる（例えば、特許文献５参照。）。
特開２００８−１３０１４号公報 特開２００６−１７２８２９号公報 特開２００７−５１８２号公報 特開２００５−２９４１７６号公報 特開２００５−１４１９１９号公報
半導体発光素子を発光源とする車両用前照灯（特に、ロービーム用配光パターンを形成する車両用前照灯）は、法規で規定された配光規格を満足させるためにリフレクタやレンズを用いて半導体発光素子からの出射光の配光制御が行われる。
例えば、リフレクタとレンズの組み合わせにより配光制御を行う、所謂プロジェクタ型の光学ユニットは前照灯の薄型化に伴う厚み（車両に搭載したときの奥行方向の厚み）制限により発光源とレンズとの距離に制約が加わり、車両前方の左右４０°程度の範囲しか照射することができない。そのため、車両前方の遠方を高照度で照らすには適しているが、車両前方の横方向の照明には適するものとはいえない。 一方、主にリフレクタにより配光制御を行う、所謂リフレクタ型の光学ユニットは広範囲の照明が可能であるが配光パターンの各カットオフラインを形成することが困難である。
そこで、特許文献１に記載された車両用前照灯は、プロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２とリフレクタ型の光学ユニット５３とを組み合わせることにより夫々の利点を生かした前照灯を実現したものである。
しかしながら、このような構成の前照灯は、プロジェクタ型とリフレクタ型の異なる形状の光学ユニットで構成されるため車両前方から前照灯を観視したときのデザインに違和感を感じる人もある。また、リフレクタ型の光学ユニット５３は非点灯時に光源が直接見えるため、光源が半導体発光素子と蛍光体とで構成された場合に蛍光体色の黄色部分が目立って見え、見栄えの悪いものとなってしまう。つまり、前照灯としては意匠性に乏しいものとなってしまう。
また、特許文献２に記載された車両用前照灯は、前照灯を構成する複数の光学ユニット６０〜６３の夫々がほぼ同一の配光パターンを有しているため、すれ違いビーム配光パターンに特有のエルボーや種々のカットオフラインを形成することが不可能である。更に、各光学ユニット６０〜６３が所定の角度を持って配設されているため、各光学ユニット６０〜６３からの光は上限垂直線ＶＵ−ＶＤに対して前方右方向に、例えば夫々１０°、１５°、２０°、３０°、４０°の角度で照射される。
そのため、互いに隣接して配設された光学ユニット６０〜６３の照射光で形成される夫々の配光パターンを結ぶ中間部に低輝度領域が生じることになり、前照灯の配光パターンとしては高輝度領域と低輝度領域が交互に存在する輝度むらを有するものとなってしまう。
また、特許文献３に記載された車両用前照灯は、車両の走行状況に応じて照射光の照射方向や照射範囲を変化させるため、常時広範囲を照射することは不可能である。
また、特許文献４に記載された車両用前照灯は、夫々発光素子８０を備えたリフレクタ８１からなる複数の光学ユニット８２〜８６と１つのシリンドリカルレンズ８７により構成されているため、各光学ユニット８２〜８６からの出射光の配光を１つのシリンドリカルレンズ８７で個別に制御することは不可能であり、前照灯としての所望の配光パターンを自在に得ることができない。
また、特許文献５に記載された車両用前照灯は、プロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３とリフレクタ型の光学ユニット９４、９５とで構成されるため、特許文献１と同様に意匠性に乏しいものとなってしまう。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、夫々半導体発光素子を発光源とする略同一形状の複数の光学ユニットで構成し、車両の左右方向を広範囲に亘って高輝度で且つ輝度むらの少ない照射光で照射すると共に、すれ違いビーム配光パターンに特有のエルボーや種々のカットオフラインを明瞭に形成することが可能な薄型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、光源と前記光源から出射された光の光路を制御して前方に投影する投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットが構成され、前記複数の光学ユニットは、車両の車幅方向に、互いに隣り合う光学ユニット同士が前記車幅方向に対して所定の角度をなすように配置され、前記複数の光学ユニットのうち少なくとも、車両の最も中央側に位置する第１の光学ユニットは前記車両の前後方向に沿った中心線と略平行に向き且つ車幅方向の照射範囲が最も狭く、前記第１の光学ユニットの隣に位置する第２の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第１の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広く、前記第２の光学ユニットの隣に位置する第３の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第２の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広いことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第１の光学ユニットの投影レンズは前記第２の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さく、前記第２の光学ユニットの投影レンズは前記第３の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さいことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１において、前記互いに隣り合う光学ユニット同士は、車両の側方側に位置する光学ユニットが車両の中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くないことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記互いに隣り合う光学ユニット同士の投影レンズは、車両の側方側に位置する光学ユニットの投影レンズが車両の中央側に位置する光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さくないことを特徴とするものである。
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記複数の光学ユニットにおいて、互いに隣り合う光学ユニット同士が車幅方向に対してなす角度は全て略同一であることを特徴とするものである。
本発明の車両用前照灯は、光源と投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットを構成し、互いに隣り合う光学ユニット同士が所定の角度を有し且つ車両の測方側に位置する光学ユニットが中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くならないような配置とした。
その結果、運転者にとって視認性が良好で対向車にとって眩惑がなく、且つ小型薄型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することができた。
本発明に係る実施形態の斜視図である。 光源の説明図である。 光学ユニットの説明図である。 光学ユニットによる投影図である。 スクリーン上に投影されたすれ違い配光パターンを示す図である。 光学ユニットの説明図である。 スクリーン上に投影されたすれ違い配光パターンを示す図である。 スクリーン上に投影されたすれ違い配光パターンを示す図である。 光学ユニットの説明図である。 図９のＡ矢視図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１０を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明の車両用前照灯（以下、前照灯と略称する）の斜視図である。以下に説明する前照灯は、車両の左右に搭載された一対の前照灯のうち、左側通行の車両の、運転手から見て左側に位置する前照灯とする。
前照灯３０の基本構成は図１に示すように、ハウジング１とアウターレンズ２で囲まれた内部空間３にすれ違いビーム（ロービーム）用光源ユニット４と走行ビーム（ハイビーム）用光源ユニット５が配設されている。このうち、すれ違いビーム用光源ユニット４は第１の光学ユニット４ａ、第２の光学ユニット４ｂ、第３の光学ユニット４ｃ及び第４の光学ユニット４ｄからなる４つの光学ユニットで構成され、走行ビーム用光源ユニット５は第５の光学ユニット５ａからなる１つの光学ユニットで構成されている。
る。
そして、４つの光学ユニット４ａ〜４ｄで構成されたすれ違いビーム用光源ユニット４によってすれ違いビーム用配光パターンが形成され、１つの光学ユニット５ａで構成された走行ビーム用光源ユニット５によって走行ビーム用配光パターンが形成される。
そのうち、光学ユニット４ａ〜４ｄは、夫々複数の光源（本実施形態では４つの光源６ａ〜６ｄ）からなる光源群６と該光源群６からの出射光の光路制御を行って前方に投影する投影レンズ７との組み合わせにより光学系が構成されている。
光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄは、例えば図２に示すように、半導体発光素子８を発光源とし、基材９上に実装された各半導体発光素子８の上面（光出射面）を覆うように封止樹脂１０が配設されている。本実施形態においては半導体発光素子８として例えばＬＥＤ素子が用いられ、封止樹脂１０として例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が用いられる。
また、前照灯の照射光として半導体発光素子８の光源光とは異なる色調の光（例えば、白色光）を得る場合は、透光性樹脂に１種あるいは複数種の蛍光体を分散してなる封止樹脂１０により半導体発光素子８の光出射面を樹脂封止することもある。
図１に戻って、投影レンズ７は両面（対向する面）が互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２を有し、一方の三次元自由曲面１１にはアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１３による反射面１３ａが形成されると共に反対側の三次元自由曲面１２は全反射面１２ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面を兼ねている。
このとき、各三次元自由曲面１１、１２は、いずれも互いに直交する方向の曲率が大きく異なり、三次元自由曲面１１と三次元自由曲面１２の曲率が大きい方向（曲率が小さい方向）同士は略同一方向となっている。
次に、夫々の光学ユニット４ａ〜４ｄの光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄと投影レンズ７との位置関係及びそれらによる光路形成について図３（断面図）および図４（投影図）を参照して説明する。なお、各光学ユニット４ａ〜４ｄは後述するように夫々異なる配光パターンを形成するようにレンズ設計されている。そこで本説明では、４つの光学ユニット４ａ〜４ｄのうち、前照灯の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン２０上に投影される配光パターンが、少なくとも３つのカットラインを有する第１の配光パターン２１ａとなる第１の光学ユニット４ａを用いる。
図３より、両面を互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２とする投影レンズ７の、反射膜１３が設けられた側の前記投影レンズ７の中央部に所定の配置で複数の光源６ａ〜６ｄが配設されており、それら光源６ａ〜６ｄの近傍に該光源６ａ〜６ｄを覆うように投影レンズ７の光入射面１４が位置している。光源６ａ〜６ｄは投影レンズ７の三次元自由曲面１１、１２の曲率が大きい方向と同一方向Ｘに略直線状に配設されている。
そこで、例えば、光源６ａの一点から出射した光線Ｌ１は投影レンズ７の光入射面１４から投影レンズ７内に入射し、投影レンズ７内を導光されて三次元自由曲面１２に至る。投影レンズ７よりも屈折率が小さい大気との界面を形成する三次元自由曲面１２に投影レンズ７側から入射した光線Ｌ１は、該三次元自由曲面１２に対する入射角θが臨界角以上の角度となるため三次元自由曲面１２が全反射面１２ａとなって全反射されて投影レンズ７側に戻る。
投影レンズ７側に戻った光線Ｌ１は三次元自由曲面１１側に向けて投影レンズ７内を導光され、三次元自由曲面１１を介して反射膜１３による反射面１３ａに至り、反射面１３ａで反射されて三次元自由曲面１１を介して再度投影レンズ７側に戻る。
投影レンズ７側に戻った光線Ｌ１は三次元自由曲面１２側に向けて投影レンズ７内を導光され、三次元自由曲面１２を光出射面１２ｂとして該光出射面１２ｂで屈折されて投影レンズ７外に出射される。この出射光線Ｌ１により、図４のような第１の配光パターン２１ａの部分Ａが形成される。
このように、光源６ａから出射して投影レンズ７に入射した光線Ｌ１は、投影レンズ７内を導光されて該投影レンズ７の光出射面１２ｂから外部に出射されて仮想鉛直スクリーン２０上の所定の位置Ａに至るまでの光路中で、投影レンズ７の全反射面１２ａによる全反射及び反射膜１３の反射面１３ａによる反射の２回の反射と、投影レンズ７の光出射面１２ｂによる１回の屈折が行われる。
つまり、光線Ｌ１の光路は、投影レンズ７の全反射面１２ａと光出射面１２ｂ、及び反射膜１３の反射面１３ａの夫々における光線Ｌ１の到達点の極小面の方向によって制御される。
そこで、光学ユニット４ａの光源群６からの光で仮想鉛直スクリーン２０上に図４に示す第１の配光パターン２１ａを形成するために、光源群６の光出射面全面から所定範囲内の方向に向けて出射される光線の一本一本についてその光線が形成する配光パターン２１ａの部分を設定し、その設定に基づく三次元の光線追跡計算によって光路中における投影レンズ７の全反射面１２ａと光出射面１２ｂ、及び反射膜１３の反射面１３ａの夫々の到達点の極小面の方向を算出する。但し、全反射面１２ａと光出射面１２ｂは同一面であることが光線追跡計算の要件として設定される。
そして、光源群６からの全光線の光線追跡計算で得られた夫々の極小面を繋ぎ合せることにより、投影レンズの、全反射面１２ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面を兼ねる三次元自由曲面１２及び反射膜１３の反射面１３ａが接する三次元自由曲面１１の形状が得られる。
同様の手法によって、第２の光学ユニット４ｂ、第３の光学ユニット４ｃ及び第４の光学ユニット４ｄについても、図５（ａ）に示すように夫々第２の配光パターン２１ｂ、第３の配光パターン２１ｃ及び第４の配光パターン２１ｄが形成されるように光学設計がなされる。
そこで、各配光パターン２１ａ〜２１ｄを比較すると、夫々の配光パターン２１ａ〜２１ｄはいずれも垂直基準線Ｖの走行車線側の水平カットオフラインＣＬ１と斜めカットオフラインＣＬ２、及び、垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインＣＬ３を有しており、車両の車幅方向に対する照射範囲は第４の光学ユニット４ｄによる配光パターン２１ｄが最も広く、以下第３の光学ユニット４ｃによる配光パターン２１ｃ、第２の光学ユニット４ｂによる配光パターン２１ｂ及び第１の光学ユニット４ａによる配光パターン２１ａの順に広くなっている。
つまり、各光学ユニットの車幅方向に対する照射範囲は、前照灯の車両側方側に位置する光学ユニットほど広範囲とされている。
この照射範囲の設定は上述のように、主に投影レンズの全反射面と光出射面の２つの光学機能面を兼ねる三次元自由曲面１２の車幅方向の曲率を変えることにより行われ、照射範囲の広い光学ユニットほど光出射面１２ｂの曲率を大きくしている。つまり、各光学ユニットの三次元自由曲面１２の車幅方向の曲率は、前照灯の車両側方側に位置する光学ユニットほど大きく設定されている。
また、各光学ユニット４ａ〜４ｄは、互いに隣り合う光学ユニット同士が所定の角度を保って配設されており、各光学ユニット４ａ〜４ｄの夫々の光軸をＺａ〜Ｚｄとすると、車両の前後方向に沿った中心線Ｚの方向に対して車両の幅方向の側方側に向かってＺａは０、Ｚｂはα、Ｚｃは２α、Ｚｄは３αの角度をなしている（図１参照）。
つまり、光学ユニット４ａは車両の正面を向き、各光学ユニット４ａ〜４ｄのうちの互いに隣り合う光学ユニット同士はいずれも車両の幅方向の測方側に向かってαの角度を保って配置されている。
また、各光学ユニット４ａ〜４ｄが形成する配光パターン２１ａ〜２１ｄの夫々の中央側端部を形成する照射光は、各光学ユニット４ａ〜４ｄの配置方向及び照射範囲の違いに基づいて、該光学ユニット４ａ〜４ｄの夫々から車両の中心線Ｚの方向に対して略同一角度となるように設定されている。
これにより、仮想鉛直スクリーン２０上に形成される配光パターン２１ａ〜２１ｄの夫々の中央側端部は垂直基準線Ｖに平行な略直線Ｖ１上に位置している。
更に、各配光パターン２１ａ〜２１ｄは、垂直基準線Ｖの対向車線側の照射光が対向車を眩惑しないように少なくとも水平カットオフラインＣＬ３の高さが水平基準線Ｈの下側で一致するように調整されている。ここでいう一致とは、本発明の前照灯の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン２０上で、垂直基準線Ｖ（０°）に対して対向車線側の１．５°、２．５°、３．５°の各直線上において高さ方向に０．０５°間隔で前照灯の光度を測定したときに、各測定値から得られるＧ値が最大となる高さが一致することを意味する。
ここで、Ｇ値とはカットオフラインの定義として使用され、スクリーン光度の垂直断面を切ったときの各ポイントでの傾きを表し、以下の式で表わされる。
Ｇ＝（ｌｏｇＥβ−ｌｏｇＥ（β＋０．１°）） β：垂直角度（°）
Ｇが大きいほどカットオフラインが明瞭であることを示す。
このように、各光学ユニット４ａ〜４ｄが形成する配光パターン２１ａ〜２１ｄを合成することによりすれ違いビーム用配光パターン２１が形成される。この場合のすれ違いビーム用配光パターン２１からわかるように、第１の光学ユニット４ａで形成された第１の配光パターン２１ａを覆うように第２の光学ユニット４ｂで形成された第２の配光パターン２１ｂが位置し、第２の光学ユニット４ｂで形成された第２の配光パターン２１ｂを覆うように第３の光学ユニット４ｃで形成された第３の配光パターン２１ｃが位置し、第３の光学ユニット４ｃで形成された第３の配光パターン２１ｃを覆うように第４の光学ユニット４ｄで形成された第４の配光パターン２１ｄが位置しており、各光学ユニット４ａ〜４ｄ毎の照射範囲の違いによる明暗差を運転者に感じさせることがなく、運転者にとって違和感のない、照射領域の広い、視認性の良好な前照灯を実現することが可能となる。
また、各光学ユニット４ａ〜４ｄにより形成される配光パターン２１ａ〜２１ｄはいずれも垂直基準線Ｖの走行車線側の水平カットオフラインＣＬ１と斜めカットオフラインＣＬ２、及び、垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインＣＬ３を有すると共にそれらカットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３毎に略同一線上に位置しており、そのため合成配光パターンからなるすれ違いビーム用配光パターン２１は各カットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３の夫々が明瞭に形成され、特に垂直基準線Ｖの対向車線側は配向パターンの上限が所定の位置に設定されて対向車を眩惑することのない前照灯を実現することが可能となっている。
走行ビーム用光源ユニット５を構成する第５の光学ユニット５ａは、光学ユニット４ａ〜４ｄと同様に投影型の光学ユニットであり、図６のように、光源４０と、該光源４０を囲むように配置された反射面を有するリフレクタ４１と、前記リフレクタ４１前方に位置する投影レンズ４２と、該投影レンズ４２を支持するレンズホルダ４３を備えている。これにより、走行ビーム用配光パターンが形成される。
なお、第５の光学ユニット５ａは、前照灯を構成する他の光学ユニット４ａ〜４ｄよりも車両中央側に位置し、その光軸Ｚｅは車両の前後方向に沿った中心線Ｚの方向と略同一方向を向いている（図１参照）。
図５（ｂ）に示す配光パターンは、運転手から見て右側に位置する前照灯で形成される配光パターンを示したものである。
この場合、５つの光学ユニットは図示しないが、上述の前照灯における光学ユニットを車両の前後方向に沿った中心線Ｚに対して対称に配置した構成とされており、車両中央側に１つの光学ユニットで構成された走行ビーム用光源ユニットが位置し、その側方側に４つの光学ユニットで構成されたすれ違いビーム用光源ユニットが位置している。
そして、すれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットが形成する配光パターン２２ａ〜２２ｄを合成することによりすれ違いビーム用配光パターン２２が形成され、走行ビーム用光源ユニットを構成する光学ユニットにより走行ビーム用配光パターン（図示せず）が形成される。
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の前照灯の他の実施形態による配光パターンを示している。本実施形態は上記実施形態に対して、すれ違いビーム用光源ユニットを構成する４つの光学ユニットの夫々の投影レンズ形状を変えたことのみが異なる。
図７（ａ）において、配光パターン２３ａ〜２３ｄは運転手から見て左側に位置する前照灯のすれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットで形成され、すれ違いビーム用配光パターン２３は各配光パターン２３ａ〜２３ｄの合成により形成されている。
本実施形態と上記実施形態の配光パターンの違いは、本実施形態においては各配光パターン２３ａ〜２３ｄを形成する複数の光学ユニットに、斜めカットオフラインＣＬ２を有する配光パターン２３ａ〜２３ｃを形成する複数の光学ユニットと、斜めカットオフラインを有しないフラットな配光パターン２３ｄを形成する光学ユニットが混在している点にある。
この場合、斜めカットオフラインＣＬ２を有する配光パターン２３ａ〜２３ｃの全ての斜めカットオフラインＣＬ２は略同一線上に位置し、その他の全てのカットオフラインＣＬ１、ＣＬ３もそれらカットオフラインＣＬ１、ＣＬ３毎に略同一線上に位置しており、そのため合成配光パターンからなるすれ違いビーム用配光パターン２３は各カットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３の夫々が明瞭に形成され、特に垂直基準線Ｖの対向車線側は配向パターンの上限が所定の位置に設定されて対向車を眩惑することのない前照灯を実現することが可能となっている。
また、各光学ユニットが形成する配光パターン２３ａ〜２３ｄの夫々の中央側端部を形成する照射光は、各光学ユニットの配置方向及び照射範囲の違いに基づいて、該光学ユニットの夫々から車両の中心線Ｚの方向に対して略同一角度となるように設定されている。
これにより、仮想鉛直スクリーン２０上に形成される配光パターン２３ａ〜２３ｄの夫々の中央側端部は垂直基準線Ｖに平行な略直線Ｖ１上に位置している。
なお、図７（ｂ）において、配光パターン２４ａ〜２４ｄは運転手から見て右側に位置する前照灯のすれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットで形成され、すれ違いビーム用配光パターン２４は各配光パターン２４ａ〜２４ｄの合成により形成されているが、基本構成は運転者から見て左側に位置する上記前照灯と同一であるので説明は省略する。
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の前照灯の他の実施形態による配光パターンを示している。本実施形態は上記２例の実施形態に対して、すれ違いビーム用光源ユニットを構成する４つの光学ユニットの夫々の投影レンズ形状を変えたことのみが異なる。
図８（ａ）において、配光パターン２５ａ〜２５ｄは運転手から見て左側に位置する前照灯のすれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットで形成され、すれ違いビーム用配光パターン２５は各配光パターン２５ａ〜２５ｄの合成により形成されている。
具体的には、各配光パターン２５ａ〜２５ｄを形成する複数の光学ユニットに、斜めカットオフラインＣＬ２を有する配光パターン２５ａを形成する光学ユニットと、斜めカットオフラインを有しないフラットな配光パターン２５ｂ〜２５ｄを形成する複数の光学ユニットが混在している。
この場合、斜めカットオフラインＣＬ２を有する配光パターン２５ａを形成する光学ユニットは、各光学ユニットのうち最も車両中央側に位置して車両の前後方向に沿った中心線Ｚの方向と略同一方向を向いており、最も照射範囲を狭くして高光度化が図られている。 そのため、運転者にとって遠方の視認性が向上すると共に明瞭なＺパターン（カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３で形成されるパターン）も形成することが可能となる。
また、各光学ユニットのカットオフラインＣＬ３同士は水平基準線Ｈの下側で一致するように調整されている。ここでいう一致とは、ここでいう一致とは、本発明の前照灯の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン２０上で、垂直基準線Ｖ（０°）に対して対向車線側の１．５°、２．５°、３．５°の各直線上において高さ方向に０．０５°間隔で前照灯の光度を測定したときに、各測定値から得られるＧ値が最大となる高さが一致することを意味する。
そこで、各光学ユニット４ａ〜４ｄのカットオフラインＣＬ３同士は略同一線上に位置しており、そのため合成配光パターンからなるすれ違いビーム用配光パターン２５は各カットオフラインＣＬ３の夫々が明瞭に形成され、特に垂直基準線Ｖの対向車線側は配向パターンの上限が所定の位置に設定されて対向車を眩惑することのない前照灯を実現することが可能となっている。
また、各光学ユニットが形成する配光パターン２５ａ〜２５ｄの夫々の中央側端部を形成する照射光は、各光学ユニットの配置方向及び照射範囲の違いに基づいて、該光学ユニットの夫々から車両の中心線Ｚの方向に対して略同一角度となるように設定されている。
これにより、仮想鉛直スクリーン２０上に形成される配光パターン２５ａ〜２５ｄの夫々の中央側端部は垂直基準線Ｖに平行な略直線Ｖ１上に位置している。
なお、図８（ｂ）において、配光パターン２６ａ〜２６ｄは運転手から見て右側に位置する前照灯のすれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットで形成され、すれ違いビーム用配光パターン２６は各配光パターン２６ａ〜２６ｄの合成により形成されているが、基本構成は運転者から見て左側に位置する上記前照灯と同一であるので説明は省略する。
ところで、これまでの説明では、すれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットは４つの光学ユニットからなる構成としたが、必ずしもこの構成数に限られるものではなく、複数の光学ユニットで構成することにより本発明の実施が可能となる。
また、すれ違いビーム用光源ユニットを構成する複数の光学ユニットで形成される夫々の配光パターンのうち、斜めカットオフラインを有しないフラットな配光パターンは必ずしも必要とはされない。言い換えると、複数の配光パターンのなかの少なくとも１つが斜めカットオフラインを有する配光パターンであればよい。これにより、車両用前照灯の所定の配光規格を満足することが可能となる。
ところで、すれ違いビーム用光源ユニット４を構成する光学ユニット４ａ〜４ｄの投影レンズ７は上述の形状あるいは構成に限られるものではなく、種々のものが考えられる。
例えば、図９及び図１０（図９のＡ矢視図）のように、投影レンズ７が両面（対向する面）が互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２を有するものとし、一方の三次元自由曲面１１にはアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１３による反射面１３ａが形成されると共に、反対側の三次元自由曲面１２には同様にアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１５による反射面１５ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面が分離して形成されているものとしてもよい。
このとき、各三次元自由曲面１１、１２は、いずれも互いに直交する方向の曲率が大きく異なり、三次元自由曲面１１と三次元自由曲面１２の曲率が大きい方向（曲率が小さい方向）同士は略同一方向となっている。
光源６ａ〜６ｄで構成された光源群６は投影レンズ７の下方に位置し、光源６ａ〜６ｄから出射して投影レンズ７の斜め下方向から光入射面１４を介して投影レンズ７内に入射した光線Ｌ１は、投影レンズ７内を導光されながら順次反射面１５ａ及び反射面１３ａに反射されて光出射１２ｂから外部に出射される。
つまり、上述の投影レンズ７における三次元自由曲面１２の全反射面１２ａを本投影レンズ７における三次元自由曲面１２の反射膜１５による反射面１５ａに置き換えたものであり、全反射面１２ａ及び反射面１５ａのいずれも光の反射機能を持たせたことに変わりはない。したがって、この投影レンズ７による配光パターンの形成手法は上述の投影レンズ７による配光パターンの形成手法と光学的には同じである。
また、このような形状及び構成の投影レンズ７に対して、反射膜１５による反射面１５ａの替わりに反射膜を用いない、臨界角に起因する全反射面とすることも可能である。
以上説明したように本発明の車両用前照灯は、夫々半導体発光素子を発光源とする光源と投影レンズにより投影型の光学系が形成された複数の光学ユニットによって、すれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットを構成した。
そして、各光学ユニットは該光学ユニットを構成する投影レンズの三次元自由曲面からなる表面の曲率を変えることにより夫々所望の配光パターンを形成すると共に、互いに隣り合う光学ユニット同士を所定の等角度を保った状態で配置するようにした
その結果、各光学ユニットの厚みを薄くすることができたことにより互いに隣り合う光学ユニット同士を狭い間隔で且つ大きな角度をもって配置することが可能となり、薄型小型で且つ投影型でありながら車両の左右方向を広範囲に亘って高輝度で且つ輝度むらの少ない照射光で照射できる車両用前照灯が実現できた。
また、複数の投影型の光学ユニットが夫々等角度をもって配置されると共に、各光学ユニットの投影レンズが車両の中央部から側方側に位置するにつれて曲率を大きくなるように設定されており、各光学ユニット及び各投影レンズの規則的な配置による優れた意匠性を実現している。
更に、車両の最も中央側に位置する光学ユニットの照射範囲を狭くして高光度化を図ると共に外側に位置するにつれて照射範囲を広くして光束拡散化を図り、同時に各光学ユニットで形成される夫々の配光パターンのカットオフライン同士を略同一線上に位置させている。そのため、各光学ユニットで形成された配光パターンを合成して得られたすれ違いビーム用配光パターンは対向車にとって眩惑がなく且つ運転者にとって遠方及び広範囲の視認性が良好なものとなる。
１ ハウジング
２ アウターレンズ
３ 内部空間
４ すれ違いビーム（ロービーム）用光源ユニット
４ａ 第１の光学ユニット
４ｂ 第２の光学ユニット
４ｃ 第３の光学ユニット
４ｄ 第４の光学ユニット
５ 走行ビーム（ハイビーム）用光源ユニット
５ａ 第５の光学ユニット
６ 光源群
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 光源
７ 投影レンズ
８ 半導体発光素子
９ 基材
１０ 封止樹脂
１１ 三次元自由曲面
１２ 三次元自由曲面
１２ａ 全反射面
１２ｂ 光出射面
１３ 反射膜
１３ａ 反射面
１４ 光入射面
１５ 反射膜
１５ａ 反射面
２０ 仮想鉛直スクリーン
２１ すれ違いビーム用配光パターン
２１ａ 第１の配光パターン
２１ｂ 第２の配光パターン
２１ｃ 第３の配光パターン
２１ｄ 第４の配光パターン
２２ すれ違いビーム用配光パターン
２２ａ 第１の配光パターン
２２ｂ 第２の配光パターン
２２ｃ 第３の配光パターン
２２ｄ 第４の配光パターン
２３ すれ違いビーム用配光パターン
２３ａ 第１の配光パターン
２３ｂ 第２の配光パターン
２３ｃ 第３の配光パターン
２３ｄ 第４の配光パターン
２４ すれ違いビーム用配光パターン
２４ａ 第１の配光パターン
２４ｂ 第２の配光パターン
２４ｃ 第３の配光パターン
２４ｄ 第４の配光パターン
２５ すれ違いビーム用配光パターン
２５ａ 第１の配光パターン
２５ｂ 第２の配光パターン
２５ｃ 第３の配光パターン
２５ｄ 第４の配光パターン
２６ すれ違いビーム用配光パターン
２６ａ 第１の配光パターン
２６ｂ 第２の配光パターン
２６ｃ 第３の配光パターン
２６ｄ 第４の配光パターン
３０ 車両用前照灯
４０ 光源
４１ リフレクタ
４２ 投影レンズ
４３ レンズホルダ

Claims (5)

  1. 光源と前記光源から出射された光の光路を制御して前方に投影する投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットが構成され、
    前記複数の光学ユニットは、車両の車幅方向に、互いに隣り合う光学ユニット同士が前記車幅方向に対して所定の角度をなすように配置され、前記複数の光学ユニットのうち少なくとも、車両の最も中央側に位置する第１の光学ユニットは前記車両の前後方向に沿った中心線と略平行に向き且つ車幅方向の照射範囲が最も狭く、前記第１の光学ユニットの隣に位置する第２の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第１の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広く、前記第２の光学ユニットの隣に位置する第３の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第２の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広いことを特徴とする車両用前照灯。
  2. 前記第１の光学ユニットの投影レンズは前記第２の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さく、前記第２の光学ユニットの投影レンズは前記第３の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さいことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
  3. 前記互いに隣り合う光学ユニット同士は、車両の側方側に位置する光学ユニットが車両の中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くないことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
  4. 前記互いに隣り合う光学ユニット同士の投影レンズは、車両の側方側に位置する光学ユニットの投影レンズが車両の中央側に位置する光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さくないことを特徴とする請求項３に記載の車両用前照灯。
  5. 前記複数の光学ユニットにおいて、互いに隣り合う光学ユニット同士が車幅方向に対してなす角度は全て略同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
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