JP2011238524A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】平面状の発光面を有する光源から発せられる光を利用してロービーム用配光パターンを適切に形成する。
【解決手段】車両用前照灯１０において、発光素子４４は、平面状の発光面４４ａが灯具光軸と略平行となるよう配置されている。第１中継リフレクタ６０および第２中継リフレクタ６２は、発光素子４４から発せられる光を反射して、水平方向に延在する拡散配光パターンを形成する。第２リフレクタ５０は、発光素子４４から発せられる光を反射してホットゾーン用配光パターンを形成する。第１中継リフレクタ６０は、発光面から発せられる光のうち出射角が４５度以下の光の一部を第２中継リフレクタ６２に向けて反射して拡散配光パターンを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用前照灯に関し、特に、平面状の発光面を有する光源を備えた車両用前照灯に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を用いた車両用灯具の開発が進められている。ここで、それぞれＬＥＤ光源を有する複数の灯具ユニットを有し、これら複数の灯具ユニットの各々が、水平方向に拡散する拡散配光パターンや、ホットゾーンを形成するためのホットゾーン用配光パターンなどを形成する車両用前照灯が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）

特開２００４−９５４８０号公報 特開２００９−１１７２７９号公報

ＬＥＤの技術開発が進むにしたがって、単一のＬＥＤでも高輝度、高光束の光を出射することが可能となってきている。構造を簡素にしてコストを抑制するためには、このような単一のＬＥＤで拡散配光パターンおよびホットゾーン用配光パターンの双方を形成できることが望ましい。しかしながら、例えば出射面が平面状に形成されたＬＥＤ光源では、出射面からの出射角によって光の強さが異なる。このため、どの出射角の光をどの配光パターンの形成に用いるかは、形成すべき配光パターンに応じて適切に決定する必要がある。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、平面状の発光面を有する光源から発せられる光を利用してロービーム用配光パターンを適切に形成することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用前照灯は、平面状の発光面を有する光源から発せられる光を反射して、水平方向に延在する拡散配光パターンを形成する第１リフレクタと、光源から発せられる光を反射して、拡散配光パターンよりも水平方向の長さが短いホットゾーン用配光パターンを拡散配光パターンの略中央に形成する第２リフレクタと、を備える。第１リフレクタは、発光面から発せられる光のうち出射角が４５度以下の光の少なくとも一部を反射して拡散配光パターンを形成する。

一般的に拡散配光パターンは、ホットゾーン用配光パターンよりも広い照射面積を有する。このため、光度の低い光を利用して拡散配光パターンを形成すると、その全体を高い照度で形成することが困難となる。一方、平面状の発光面から発せられる光は、発光面に垂直な方向、すなわち出射角がゼロ度の方向が最も光度が強く、出射角が大きくなるにしたがって光度が低下する。この態様によれば、光度が大きい光を利用して拡散配光パターンを形成することができる。このため、照射面積の広い拡散配光パターンを高い照度で形成することができ、ロービーム用配光パターンを適切に形成することができる。

第１リフレクタは、発光面から発せられる光のうち出射角が３０度以下の光の少なくとも一部を反射して拡散配光パターンを形成してもよい。

発明者による研究開発の結果、出射角が３０度以下の光を利用することにより、拡散配光パターンを適切な照度で形成することができることが判明した。したがってこの態様によれば、拡散配光パターンをより適切に形成することができる。

光源は、発光面が灯具光軸と略平行となるよう配置されていてもよい。この態様によれば、発光面から灯具前方に直接向かう光の光度を抑制すると共に、リフレクタによって反射されて灯具前方に向かう光の光度を高めることができる。このため、拡散配光パターンおよびホットゾーン用配光パターンを高い照度で適切に形成することができる。

第１リフレクタは、第１中継リフレクタと、第２中継リフレクタとを有してもよい。第１中継リフレクタは、光源から発せられる光を第２中継リフレクタに向けて反射し、第２中継リフレクタは、第１中継リフレクタから入射した光を灯具前方に反射して拡散配光パターンを形成してもよい。

この態様によれば、光源が発した光をリフレクタが反射して拡散配光パターンを直接形成する場合に比べ、光源とリフレクタとの距離を短くすることができる。このため、灯具のサイズを抑制することができる。

第２中継リフレクタは、上端に近づくほど、反射光が灯具光軸に対して大きな角度で下向きに進むよう形成されてもよい。この態様によれば、第２中継リフレクタをより第１中継リフレクタに近づけて配置することができる。このため、灯具のサイズを抑制することができる。

本発明によれば、平面状の発光面を有する光源から発せられる光を利用してロービーム用配光パターンを適切に形成することができる。

第１の実施形態係る車両用前照灯の構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す断面図である。 灯具ユニットによって仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用配光パターンＰＬを示す図である。 第２の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る光学ユニットの構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態係る車両用前照灯１０の構成を示す断面図である。車両用前照灯１０は、ハウジング１２、アウターカバー１４、および灯具ユニット１６を有する。以下、図１において矢印Ａが向く方向を灯具前方として説明する。また、灯具前方にみて右側を灯具右側、左側を灯具左側という。図１は、灯具ユニット１６の光軸Ｘを含む鉛直平面によって切断された車両用前照灯１０を灯具右側から見た断面を示している。なお、車両用前照灯１０が車両に装着される場合、車両には互いに左右対称に形成された車両用前照灯１０が車両左前方および右前方のそれぞれに設けられる。図１は、左右いずれかの車両用前照灯１０の構成を示している。

ハウジング１２は開口を有する箱状に形成される。アウターカバー１４は透光性を有する樹脂またはガラスによって椀状に形成される。アウターカバー１４は、縁部がハウジング１２の開口部に取り付けられる。こうして、ハウジング１２とアウターカバー１４とによって覆われる領域に灯室が形成される。

灯室内には、灯具ユニット１６が設けられる。灯具ユニット１６は、ロービーム用配光パターンを形成するロービーム用光源として用いられる。灯具ユニット１６は、支持プレート２２、光学ユニット２４、放熱フィン２６、および冷却ファン２８を有する。灯具ユニット１６は、ともに灯具前方に光を照射するよう灯室内に配置される。

支持プレート２２は、コーナー部の各々がエイミングスクリュー１８によってハウジング１２に固定される。光学ユニット２４は、この支持プレート２２の前方の面に固定される。放熱フィン２６は、支持プレート２２の後方の面に取り付けられ、主に光学ユニット２４に含まれる発光素子が発した熱を放熱する。冷却ファン２８は、放熱フィン２６に取り付けられ、放熱フィン２６にエアを吹き付けることにより放熱フィン２６による放熱を促す。

下方のエイミングスクリュー１８は、レベリングアクチュエータ２０が作動することにより回転するよう構成されている。このため、レベリングアクチュエータ２０を作動させることで、灯具ユニット１６の光軸を上下方向に移動することが可能となっている。

図２は、第１の実施形態に係る光学ユニット２４の構成を示す斜視図である。光学ユニット２４は、投影レンズ４２、発光素子４４、シェード４６、第１リフレクタユニット４８、および第２リフレクタ５０を有する。光源である発光素子４４は、支持プレート５２を介して上述の支持プレート２２に固定されている。第１リフレクタユニット４８は、第１中継リフレクタ６０と第２中継リフレクタ６２とを有する。投影レンズ４２、第１リフレクタユニット４８、および第２リフレクタ５０は、発光素子４４が発した光を灯具前方に向けて集光する光学部材として機能する。

図３は、第１の実施形態に係る光学ユニット２４の構成を示す断面図である。図３は、投影レンズ４２の光軸Ｘと発光素子４４の発光面４４ａの中心を通る垂線とを含む平面による断面を灯具右側から見た図を示している。投影レンズ４２は、灯具前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。投影レンズ４２は、後述するように拡散配光パターンを形成するための光との干渉を避けるため、光軸Ｘより下方の水平面によって下部が切り取られた形状に形成される。

発光素子４４は、平面状の発光面４４ａを有する。発光素子４４は、発光面４４ａが光軸Ｘと略平行となるよう配置されている。これにより、発光面４４ａから発せられ光軸Ｘと平行に向かう光の光度を抑制することができる。第１の実施形態では、発光素子４４の発光面４４ａは正方形に形成されている。なお、発光面４４ａは正方形以外の矩形に形成されていてもよく、他の形状に形成されていてもよい。例えば発光素子４４は、細長い矩形に設けられ、水平方向に延在するよう配置されてもよい。

第１の実施形態では、発光素子４４は、白色光を発するよう設けられている。具体的には、発光素子４４は、半導体発光素子（図示せず）と、半導体発光素子を覆うように配置された蛍光体（図示せず）を有する。半導体発光素子には、主として青色光を発する青色ＬＥＤが採用されている。また、蛍光体は、青色光を黄色光に波長変換するものが採用されている。半導体発光素子が発光すると、半導体発光素子が発する青色光と、蛍光体によって波長変換された黄色光とが加法混色され、発光素子４４の発光面から白色光が発せられる。このように半導体発光素子および蛍光体は公知であるため、詳細についての説明は省略する。

なお、発光素子４４が白色光を発するものに限定されないことは勿論であり、薄い黄色光や薄い青色光など他の色を発するものであってもよい。また、半導体発光素子は、例えば紫外光など青色以外の他の波長の光を主として発するものであってもよい。

第１リフレクタユニット４８は、発光素子４４から発せられる光を反射して、水平方向に延在する拡散配光パターンを形成する。第２リフレクタは、発光素子４４から発せられる光を反射して、ホットゾーン用配光パターンを形成する。以下、図４に関連して、拡散配光パターンＰＡおよびホットゾーン用配光パターンＰＢについて詳細に説明する。

図４は、灯具ユニット１６によって仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用配光パターンＰＬを示す図である。ロービーム用配光パターンＰＬは、非平行に延在することにより互いに角度を持って交わる第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２を有する。第１カットオフラインＣＬ１は、消点から上下方向に伸びる鉛直線（Ｖ−Ｖ線）よりも右側において水平線（Ｈ−Ｈ線）よりもわずかに下方に水平方向に延在する。第２カットオフラインＣＬ２は、第１カットオフラインＣＬ１とＶ−Ｖ線との交点から左に進むほど高くなるよう傾斜して延在する。

ロービーム用配光パターンＰＬは、拡散配光パターンＰＡとホットゾーン用配光パターンＰＢとが重畳されて形成される。拡散配光パターンＰＡは、上端縁が第１カットオフラインＣＬ１と概ね重なり水平方向に延在するよう、第１リフレクタユニット４８の反射光によって形成される。なお拡散配光パターンＰＡは、上端縁が第１カットオフラインＣＬ１より僅かに下方において水平方向に延在するよう形成されてもよい。

ホットゾーン用配光パターンＰＡは、ロービーム用配光パターンＰＬのうち、照度を高くすべきホットゾーンを含むよう、拡散配光パターンＰＡの略中央に形成される。ホットゾーン用配光パターンＰＢは、上端縁が第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２の各々に重なり、拡散配光パターンＰＡよりも水平方向の長さが短くなるよう形成される。

図３に戻る。第１中継リフレクタ６０は、発光素子４４から発せられる光を第２中継リフレクタ６２に向けて反射する。第２中継リフレクタ６２は、第１中継リフレクタ６０から入射した光を灯具前方に反射して拡散配光パターンＰＡを形成する。

第１中継リフレクタ６０は、発光素子４４の鉛直上方から灯具前方に延在するよう配置される。第１中継リフレクタ６０は、発光面４４ａから発せられる出射角θ１が４５度以下の光のうち、鉛直上方から灯具前方に延在する所定の領域を通過する光を第２中継リフレクタ６２に向けて反射することにより、拡散配光パターンＰＡを形成する。なお、第１中継リフレクタ６０は、発光面４４ａから発せられる光のうち出射角θ１が４５度以下の光の他の一部の光を第２中継リフレクタ６２に向けて反射することにより拡散配光パターンＰＡを形成してもよい。

上述のように、拡散配光パターンＰＡは水平方向に広い範囲にわたって形成される。このため光度の低い光を利用して拡散配光パターンを形成すると、その全体を高い照度で形成することが困難となる。また、発光面４４ａから発せられる光は、発光面４４ａに対する出射角θ１がゼロ度の方向が最も光度が強く、出射角θ１が大きくなるにしたがって光度が低下する。このように出射角θ１が４５度以下の光を利用することで、光度が大きい光を利用して拡散配光パターンＰＡを高い照度で適切に形成することができる。

なお、発明者による研究開発の結果、発光面４４ａから発せられる光のうち出射角θ１が３０度以下の光を利用することで、ロービーム用配光パターンＰＬにおける照度などの基準を満たすよう拡散配光パターンＰＡを形成可能であることが判明した。このため第１リフレクタユニット４８は、発光面４４ａから発せられる光のうち出射角θ１が３０度以下の光の少なくとも一部を反射して拡散配光パターンＰＡを形成してもよい。

第１中継リフレクタ６０は、図３に示す断面形状が楕円状となるよう形成される。第１中継リフレクタ６０は、一方の楕円焦点が発光面４４ａの中心の点Ｐ１に位置し、他方の楕円焦点が、Ｐ１より灯具前方且つ光軸Ｘより下方の点Ｐ２に位置するよう配置される。なお、第１中継リフレクタ６０は、一方の楕円焦点が点Ｐ１近傍に位置するよう配置されてもよい。

第２中継リフレクタ６２は、第１中継リフレクタ６０と光軸Ｘを挟むように第１中継リフレクタ６０の下方に配置される。第２中継リフレクタ６２は、水平面によって略中央において分割されており、上方の第１分割リフレクタ７０と下方の第２分割リフレクタ７２によって構成されている。

第１分割リフレクタ７０は、上端に近づくほど、反射光の灯具光軸に対する角度θ２が大きく且つ下向きとなるよう形成される。これにより、第１分割リフレクタ７０をより第１中継リフレクタ６０に近づけて配置することができる。このため、光学ユニット２４のサイズを抑制することができる。また、投影レンズ４２の切り欠き部分の大きさも抑制することができる。なお、第１分割リフレクタ７０は、下端に近づくほど反射光の灯具光軸に対する角度θ２がゼロに近づく、すなわち水平に近づくよう形成されている。

第２分割リフレクタ７２は、図３に示す断面形状が放物線状となるよう形成される。第２分割リフレクタ７２は、点Ｐ２に放物焦点が位置するよう配置される。このときこのように点Ｐ２に放物焦点が位置するよう第２分割リフレクタ７２を配置することにより、簡易な構成で光軸Ｘと略平行に進むよう光を反射することができる。なお第２分割リフレクタ７２は、点Ｐ２近傍に放物焦点が位置するよう配置されてもよい。

シェード４６は、発光素子４４と投影レンズ４２との間に配置される。シェード４６は、ホットゾーン用配光パターンＰＢにおいて第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２を形成するための縁部４６ａを有する。シェード４６は、投影レンズ４２の後方焦点面上に縁部４６ａが延在するよう形成される。シェード４６は、第２リフレクタ５０からの反射光の一部を遮ることにより、ホットゾーン用配光パターンＰＢにおいて、縁部４６ａの反射像として第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２を形成する。

シェード４６は、側面４６ｂおよび底面４６ｃをさらに有する。側面４６ｂは、縁部４６ａから下方に延在する。このためシェード４６は、縁部４６ａに沿った曲面となる。底面４６ｃは、投影レンズ４２に近づくほど下方に傾斜する平面であり、側面４６ｂの下方端縁に接続される。このように底面４６ｃを傾斜させることにより、第１分割リフレクタ７０によって反射され投影レンズ４２より下方に進む光との干渉を回避している。側面４６ｂおよび底面４６ｃは、投影レンズ４２の後方の面近傍まで延在し、第２中継リフレクタ６２から投影レンズ４２に入射する光を遮る。したがってシェード４６は、第２中継リフレクタ６２から投影レンズ４２へ入射する光を遮る遮光部材としても機能する。

第２リフレクタ５０は、発光素子４４の発光面４４ａより上方の領域において発光面４４ａの周囲を囲うように配置される。第２リフレクタ５０は、図３に示す断面形状が楕円状に形成され、一方の楕円焦点が点Ｐ１に位置し、他方の楕円焦点がシェード４６の縁部４６ａに位置するよう配置される。このように他方の楕円焦点が縁部４６ａに位置するよう第２リフレクタ５０を配置することで、下方から第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２に近づくにしたがって照度が高くなる拡散配光パターンＰＡを形成することができる。なお、第２リフレクタ５０は、一方の楕円焦点が点Ｐ１近傍に位置するよう配置されてもよく、他方の楕円焦点がシェード４６の縁部４６ａ近傍に位置するよう配置されてもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す斜視図である。なお、光学ユニット２４に代えて光学ユニット１００が設けられた以外は、第２の実施形態に係る車両用前照灯の構成は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。光学ユニット１００は、投影レンズ１０２、発光素子４４、シェード１０６、第１リフレクタ１０８、および第２リフレクタ１１０を有する。投影レンズ１０２、第１リフレクタ１０８、および第２リフレクタ１１０は、発光素子４４が発した光を灯具前方に向けて集光する光学部材として機能する。

図６は、第２の実施形態に係る光学ユニット１００の構成を示す断面図である。図６は、投影レンズ１０２の光軸Ｙと発光素子４４の発光面４４ａの中心を通る垂線とを含む平面による断面を灯具右側から見た図を示している。投影レンズ１０２は、灯具前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。投影レンズ１０２は、拡散配光パターンＰＡを形成するための光との干渉を避けるため、光軸Ｙより上方の水平面によって上部が切り取られた形状に形成される。

第１リフレクタ１０８は、発光素子４４の発光面４４ａから発せられる光を反射して、拡散配光パターンＰＡを形成する。第２リフレクタ１１０は、発光素子４４の発光面４４ａから発せられる光を反射して、ホットゾーン用配光パターンＰＢを拡散配光パターンＰＡの略中央に形成する。

第１リフレクタ１０８は、発光素子４４の鉛直上方から灯具前方に延在するよう配置される。第１リフレクタ１０８は、発光素子４４から発せられる光を灯具前方に反射して拡散配光パターンＰＡを形成する。

第１リフレクタ１０８は、発光面４４ａから発せられる出射角θ１が４５度以下の光のうち、鉛直上方から灯具前方に延在する所定の領域を通過する光を反射して拡散配光パターンＰＡを形成する。なお、第１リフレクタ１０８は、発光面４４ａから発せられる光のうち出射角θ１が４５度以下の光の他の一部の光を反射して拡散配光パターンＰＡを形成してもよい。上述のように、出射角θ１が４５度以下の光を利用することで、光度が大きい光を利用して拡散配光パターンＰＡを高い照度で適切に形成することができる。なお、第１リフレクタ１０８は、第１の実施形態と同様に、発光面４４ａから発せられる光のうち出射角θ１が３０度以下の光の少なくとも一部を反射して拡散配光パターンＰＡを形成してもよい。

シェード１０６は、発光素子４４と投影レンズ１０２との間に配置される。シェード１０６は、ホットゾーン用配光パターンＰＢにおいて第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２を形成するための縁部１０６ａを有する点は、第１の実施形態に係るシェード４６と同様である。

シェード１０６は、側面１０６ｂおよび底面１０６ｃをさらに有する。側面１０６ｂおよび底面１０６ｃは、第１の実施形態に係る側面４６ｂおよび底面４６ｃの各々と同様に形成される。側面１０６ｂおよび底面１０６ｃは、投影レンズ１０２の後方の面近傍まで延在し、第２リフレクタ１１０以外から投影レンズ１０２に入射する光を遮る。したがってシェード１０６は、第２リフレクタ１１０以外から投影レンズ１０２へ入射する光を遮る遮光部材としても機能する。

第２リフレクタ１１０は、発光素子４４の発光面４４ａより上方の領域において発光面４４ａの周囲を囲うように配置される。第２リフレクタ１１０は、図３に示す断面形状が楕円状に形成され、一方の楕円焦点が点Ｐ１に位置し、他方の楕円焦点がシェード１０６の縁部１０６ａに位置するよう配置される。なお、第２リフレクタ１１０は、一方の楕円焦点が点Ｐ１近傍に位置するよう配置されてもよく、他方の楕円焦点がシェード１０６の縁部１０６ａ近傍に位置するよう配置されてもよい。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ 車両用前照灯、 １６ 灯具ユニット、 ２４ 光学ユニット、 ４２ 投影レンズ、 ４４ 発光素子、 ４４ａ 発光面、 ４６ シェード、 ４６ａ 縁部、 ４８ 第１リフレクタユニット、 ５０ 第２リフレクタ、 ６０ 第１中継リフレクタ、 ６２ 第２中継リフレクタ、 １００ 光学ユニット、 １０２ 投影レンズ、 １０６ シェード、 １０６ａ 縁部、 １０８ 第１リフレクタ、 １１０ 第２リフレクタ。

Claims (5)

1. 平面状の発光面を有する光源から発せられる光を反射して、水平方向に延在する拡散配光パターンを形成する第１リフレクタと、
   前記光源から発せられる光を反射して、前記拡散配光パターンよりも水平方向の長さが短いホットゾーン用配光パターンを前記拡散配光パターンの略中央に形成する第２リフレクタと、
   を備え、
   第１リフレクタは、前記発光面から発せられる光のうち出射角が４５度以下の光の少なくとも一部を反射して前記拡散配光パターンを形成することを特徴とする車両用前照灯。
2. 第１リフレクタは、前記発光面から発せられる光のうち出射角が３０度以下の光の少なくとも一部を反射して前記拡散配光パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記光源は、前記発光面が灯具光軸と略平行となるよう配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用前照灯。
4. 第１リフレクタは、第１中継リフレクタと、第２中継リフレクタとを有し、
   第１中継リフレクタは、前記光源から発せられる光を第２中継リフレクタに向けて反射し、
   第２中継リフレクタは、第１中継リフレクタから入射した光を灯具前方に反射して前記拡散配光パターンを形成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車両用前照灯。
5. 第２中継リフレクタは、上端に近づくほど、反射光が灯具光軸に対して大きな角度で下向きに進むよう形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両用前照灯。

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