JP2014123458A

JP2014123458A - Ｌｅｄヘッドランプ

Info

Publication number: JP2014123458A
Application number: JP2012278344A
Authority: JP
Inventors: Shoji Miyamoto; 尚司宮本; Susumu Kato; 将加藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】ロービーム用配光パターの形成時及びハイビーム用配光パターンの形成時のいずれにおいても光の利用効率が高く、配光性能に優れたＬＥＤヘッドランプを提供することにある。
【解決手段】投影レンズ４０の略光軸Ｘ_Ｌ上に光源１を設けて投影レンズ４０と光源１の間に回動遮光ミラー３０を上下方向回動自在に配置し、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側に光源１及び回動遮光ミラー３０を覆うように第１リフレクタ１０を配置すると共に水平面の下側に回動遮光ミラー３０を覆うように第２リフレクタ２０を配置し、回動遮光ミラー３０を回動することにより、光源１からの放射光を無駄なく用いたロービーム用配光パターンの形成とハイビーム用配光パターンの形成の切り替えを行うようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤヘッドランプに関するものであり、詳しくは、ＬＥＤを光源とし、ロービーム用配光パターンとハイビーム用配光パターンを回動遮光ミラーによって切り替える方式のＬＥＤヘッドランプに関する。

従来、この種のＬＥＤヘッドランプとしては、例えば、「特開２０１１−１１９１８４号公報（特許文献１）」に車両用前照灯として提案されたものがある（図７及び図８参照）。

特許文献１の車両用灯具は、光源８０、リフレクタ８５、可動ミラー９０及び投影レンズ９５で光学系が構成されている。

リフレクタ８５は、投影レンズ９５の光軸Ｘ_Ｌ上に位置する光源８０の位置を共通の第一焦点ｆ１の位置とし、第二焦点ｆ２ａとする回転楕円系曲面からなる主反射面８６ａと第二焦点ｆ２ｂとする回転楕円系曲面からなる副反射面８６ｂとが連設されてなる複合楕円系反射面８６を備えており、光源８０を上方側から覆うように配設されている。

可動ミラー９０は平面反射面９０ａ有し、該平面反射面９０ａはロービーム用配光パターンを形成する場合は、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面上に位置すると共に端部近傍の同一位置に主反射面８６ａの第二焦点ｆ２ａと投影レンズ９５の焦点ｆ３が位置する。すると、第一焦点ｆ１の位置に位置する光源８０から発せられて主反射面８６ａで反射された光は、直接主反射面８６ａの第二焦点ｆ２ａに向かう光と、第二焦点ｆ２ａ近傍の平面反射面９０ａで反射されて該第二焦点ｆ２ａに向かう光とに分かれ、いずれの光も第二焦点ｆ２ａで集束した後発散して投影レンズ９５を介して灯具外に照射される（図７参照）。

また、平面反射面９０ａはハイビーム用配光パターンを形成する場合は、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面に対して所定の角度で前方に向けて下方に傾斜させた状態に位置すると共に主反射面８６ａの第二焦点ｆ２ａの位置と副反射面８６ｂの第二焦点ｆ２ｂの位置が平面反射面９０ａを対称面とする面対称の位置関係となる。すると、第一焦点ｆ１の位置に位置する光源８０から発せられて主反射面８６ａで反射された光は、第二焦点ｆ２ａに集束した後発散して投影レンズ９５を介して灯具外に照射され、光源８０から発せられて副反射面８６ｂで反射された光は、副反射面８６ｂの第二焦点ｆ２ｂに向かう途中で平面反射面９０ａで反射されて該第二焦点ｆ２ｂの仮想焦点の位置にある主反射面８６ａの第二焦点ｆ２ａに集束した後発散して投影レンズ９５を介して灯具外に照射される（図８参照）。

特開２０１１−１１９１８４号公報

ところで、上記構成による光学系を備えた車両用前照灯は、ロービーム用配光パターン形成時に、光源８０から発せられて副反射面８６ｂで反射された光は、平面反射面９０ａで反射されて再度副反射面８６ｂ側に戻る。そのため、副反射面８６ｂからの反射光は投影レンズ９５に投影されることはなく、ロービーム用配光パターンの形成になんら影響を及ぼすものとはならない。

つまり、ロービーム用配光パターン形成時に、光源８０から副反射面８６ｂに向かう光は配光パターンの形成には寄与せず、光の利用効率が悪く配光性能に劣るものとなる。

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、ロービーム用配光パターの形成時及びハイビーム用配光パターンの形成時のいずれにおいても光の利用効率が高く、配光性能に優れたＬＥＤヘッドランプ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、投影レンズと、前記投影レンズの略光軸上に位置する光源と、前記光源と前記投影レンズの間に配置すると共に前記光軸を含む水平面に沿った位置又は前記水平面に対して所定の角度をもって前記光源方向に向けて上方に傾斜した位置をとる回動自在の第３反射面と、前記水平面の上側に位置し前記光源及び前記第３反射面を覆うように配置された第１反射面と、前記水平面の下側に位置し前記第３反射面を覆うように配置された第２反射面を備え、前記第３反射面が前記水平面に沿った位置にあるときは、前記光源から前記第１反射面に向けて放射された光は、前記第１反射面で反射されてその反射光は全て前記投影レンズの前記水平面の下側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の下側領域から外部に出射されてロービーム用配光パターンが形成され、前記第３反射面が前記傾斜位置にあるときは、前記光源から前記第１反射面に向けて放射された光は、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズに向かう光と、前記第１反射面で反射されて前記第３反射面に向かう光と、前記光源から直接前記第３反射面に向かう光に分かれ、前記投影レンズに向かう光は前記投影レンズの前記水平面の下側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の下側領域から外部に出射され、前記第３反射面に向かう光は前記第３反射面で反射されて前記第２反射面に向かい該第２反射面で反射されてその反射光が前記投影レンズの前記水平面の上側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の上側領域から外部に出射されてハイビーム用配光パターンが形成される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反射面、前記第２反射及び第３反射面はいずれも回転楕円面を基調とする自由曲面反射面からなる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２において、前記第１反射面の基調の回転楕円反射面を第一反射面とし、前記第２反射面の基調の回転楕円反射面を第二反射面とし、前記第３反射面の基調の回転楕円反射面を第三反射面とすると、前記第３反射面が前記傾斜位置にある状態においては、前記第一反射面が、第１焦点の位置を光源の位置とすると共に第２焦点の位置を前記第三反射面と前記投影レンズとの間の位置とし、第三反射面が、第１焦点の位置を前記第一反射面の第１焦点と同一位置である光源の位置とすると共に第２焦点の位置を前記第三反射面と前記第二反射面との間の位置とし、前記第二反射面が、第１焦点の位置を前記第三反射の第２焦点の位置と同一位置とすると共に第２焦点を前記第一反射面の第２焦点の位置と同一位置とすることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤヘッドランプは、光源、投影レンズ、第１反射面及び第２反射面で構成された光学系に回動自在の第３反射面を設け、第３反射面の回動により光源からの放射光を無駄なく用いたロービーム用配光パターンの形成とハイビーム用配光パターンの形成の切り替えを行うようにした。

その結果、ロービーム用配光パターの形成時及びハイビーム用配光パターンの形成時のいずれにおいても光の利用効率が高く、配光性能に優れたＬＥＤヘッドランプを実現することができた。

実施形態のＬＥＤヘッドランプの説明図である。回動遮光ミラーの説明図である。ＬＥＤヘッドランプのロービーム用配光パターン形成時の説明図である。ＬＥＤヘッドランプのハイビーム用配光パターン形成時の説明図である。他の実施形態のＬＥＤヘッドランプのロービーム用配光パターン形成時の説明図である。ＬＥＤヘッドランプのハイビーム用配光パターン形成時の説明図である。従来例の説明図である。同じく、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〜図６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。

本発明のＬＥＤヘッドランプは図１（ＬＥＤヘッドランプの説明図）に示すように、光源１、第１リフレクタ１０、第２リフレクタ２０、回動遮光ミラー３０及び投影レンズ４０により光学系が構成されている。

光源１は、光学系において点光源としてみなすことができる半導体発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）を発光源とすると共に投影レンズ４０の光軸Ｘ_Ｌ上に位置している。同時に、光源１は、基板２に実装されて該基板２がメタルプレート３に搭載され、該メタルプレート３がヒートシンク４に取付けられている。

光源１と投影レンズ４０との間に回動遮光ミラー３０が設けられ、第１リフレクタ１０が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側に且つ光源１及び回動遮光ミラー３０を上方から覆うように配置され、第２リフレクタ２０が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側に且つ回動遮光ミラー３０を下方から覆うように配置されている。

投影レンズ４０は、光源１側の面（光入射面）４０ａが略平坦な平面で構成され、反対側の面（光出射面）４０ｂが凸状の非球面のレンズカットで構成されている。

回動遮光ミラー３０は図２（回動遮光ミラーの説明図）に示すように、平面部３１と平面部３１の一端部から立ち上がって平面部３１の仮想延長面の一方の側に凸状に湾曲した湾曲部３２を有しており、立ち上がり部分に回動支持部３３が設けられている。また、少なくとも湾曲部３２の凹状内面は回転楕円面を基調とする自由曲面からなる反射面（以下、「第３反射面」と呼称する）３２ａとなっている。

図１に戻って、上記回動遮光ミラー３０は、回動支持部３３が光軸Ｘ_Ｌの下方近傍に位置すると共に該回動支持部３３を回動軸として平面部３１と湾曲部３２が互いに上下反対方向に回動自在に配設されている。回動遮光ミラー３０の回動位置は、ロービーム用配光パターン形成時の位置（図中に直線で示される（Ａ）の位置）とハイビーム用配光パターン形成時の位置（図中に破線で示される（Ｂ）の位置）のいずれかの位置に規定される。

回動遮光ミラー３０がロービーム用配光パターン形成時の（Ａ）の位置にある場合は、平面部３１が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面に対して略平行に且つその上面３１ａが水平面に対して略同一面上に位置し、湾曲部３２が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面に沿って位置している。

一方、回動遮光ミラー３０がハイビーム用配光パターン形成時の（Ｂ）の位置にある場合は、平面部３１が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面に対して所定の角度をもって前方（投影レンズ４０方向）に向けて下方（水平面から下方に離れる方向）に傾斜した位置となり、湾曲部３２が光軸Ｘ_Ｌを含む水平面に対して所定の角度をもって後方（光源１方向）に向けて上方（水平面から上方に離れる方向）に傾斜した位置となる。

第１リフレクタ１０は、光源１に対向する側の面を、光軸Ｘ_Ｌを回転軸とすると共に前方に向けて光軸Ｘ_Ｌから離れる方向に開いた回転楕円面を基調とする自由曲面からなる反射面（以下、「第１反射面」と呼称する）１０ａとし、第２リフレクタ２０は光源１に対向する側の面を、光軸Ｘ_Ｌを回転軸とすると共に前方に向けて光軸Ｘ_Ｌから離れる方向に開いた回転楕円面を基調とする自由曲面からなる反射面（以下、「第２反射面」と呼称する）２０ａとしている。

そこで、図３(ロービーム用配光パターン形成時に係わる説明図)に示すように、回動遮光ミラー３０がロービーム用配光パターン形成時の（Ａ）の位置にある場合、第１反射面１０ａの焦点が回動遮光ミラー３０の平面部３１の先端３１ｂよりも投影レンズ４０側にあり、そのため、光源１から第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａに向けて放射された光は、第１反射面１０ａで反射されてその反射光が回動遮光ミラー３０に遮られることなく投影レンズ４０の光入射面４０ａの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域に照射され、投影レンズ４０内を導光されて光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射される。これにより、投影レンズ４０から上記方向に出射された光は、ロービーム用配光パターンを形成する。

一方、図４(ハイビーム用配光パターン形成時に係わる説明図)に示すように、回動遮光ミラー３０がハイビーム用配光パターン形成時の（Ｂ）の位置にある場合は、光源１から第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａに向けて放射された光のうち、光源１に最も近い領域（以下、「第１領域」と呼称する）１０ａａに向かう光は第１領域１０ａａで反射されてその反射光が回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａに向かい、光源１から最も遠い領域（以下、「第３領域」と呼称する）１０ａｃに向かう光は途中で回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａで遮られて光源１から直接第３反射面３２ａに向かう光となる。

そして、光源１から放射されて第１反射面１０ａの第１領域１０ａａで反射されて第３反射面３２ａに向かう光及び光源１から直接第３反射面３２ａに向かう光はいずれも、第３反射面３２ａで反射されてその反射光が第２リフレクタ２０の第２反射面２０ａに向かい、第２反射面２０ａで反射されてその反射光が投影レンズ４０の光入射面４０ａの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側領域に照射され、投影レンズ４０内を導光されて光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側領域から水平面と略平行あるいは水平面より上方に向けて出射される。

また、光源１から第１反射面１０ａの、光源１から第１領域１０ａａまでの距離と第３領域１０ａｃまでの距離との中間の距離の領域（以下、「第２領域」と呼称する）１０ａｂに向けて放射された光は、第２領域１０ａｂで反射されてその反射光が投影レンズ４０の光入射面４０ａの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域に照射され、投影レンズ４０内を導光されて光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射される。

このように、投影レンズ４０の光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側領域及び下側領域から出射した光によって、ハイビーム用配光パターンが形成される。

なお、第１反射面１０ａ、第２反射面２０ａ及び第３反射面３２ａの夫々が基調とする回転楕円面の反射面は、第１反射面１０ａが、第１焦点の位置を光源１の位置とすると共に第２焦点の位置を回動遮光ミラー３０と投影レンズ４０との間の位置とし、第３反射面３２ａが、第１焦点の位置を第１反射面１０ａの第１焦点の位置でもある光源１の位置とすると共に第２焦点の位置を第３反射面３２ａと第２反射面２０ａとの間の位置とし、第２反射面２０ａが、第１焦点の位置を第３反射面３２ａの第２焦点の位置と同一位置とすると共に第２焦点を第１反射面１０ａの第２焦点の位置と同一位置とする。

以上のように、本発明のＬＥＤヘッドランプは、光源１と投影レンズ４０との間に設けられると共に上側を第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａで覆われ且つ下側を第２リフレクタ２０の第２反射面２０ａで覆われた回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａを、該回動遮光ミラー３０に設けられた回動支持部３３を回動軸として回動するだけで、ロービーム用配光パターンとハイビーム用配光パターンの切り替えを容易に行うことができる。

その場合、ロービーム用配光パターンの形成時には、光源１から第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａに向けて放射されて該第１反射面１０ａで反射された反射光は全て、回動遮光ミラー３０に遮られることなく投影レンズ４０を介して該投影レンズ４０の光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射され、その照射光によってロービーム用配光パターンが形成される。

また、ハイビーム用配光パターンの形成時には、光源１から第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａに向けて放射されて該第１反射面１０ａで反射された反射光は、第１反射面１０ａに到達する光と第１反射面１０に向かう途中で回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａで遮られる光とに分かれ、第１反射面１０ａに到達して該第１反射面１０で反射されて投影レンズの光入射面に向かう光は更に、回動遮光ミラー３０に遮られることなく投影レンズ４０の光入射面４０ａに到達する光と投影レンズ４０の光入射面４０ａに向かう途中で回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａで遮られる光とに分かれる。

そのうち、回動遮光ミラー３０に遮られることなく投影レンズ４０の光入射面４０ａに到達する光は、上記ロービーム用配光パターンの形成時と同様に該投影レンズ４０の光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射される。

また、光源１から放射して回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａで遮られた光及び第１反射面１０ａで反射して回動遮光ミラー３０の第３反射面３２ａで遮られた光はいずれも、該第３反射面３２ａで反射されて反射光が更に第２反射面２０ａで反射されてその反射光が投影レンズ４０の光入射面４０ａに到達し、光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射される。

このように、投影レンズ４０の光出射面４ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の上側領域及び下側領域から出射された照射光によってハイビーム用配光パターンが形成される。

以上のことより、光源からの放射光は、ハイビーム用配光パターン形成時及びロービーム用配光パターン形成時のいずれにおいて利用効率が高く、配光性能に優れたＬＥＤヘッドランプが実現できる。

図５及び図６は他の実施形態のＬＥＤヘッドランプを示しており、図５は回動遮光ミラー３０を（Ａ）の位置に回動してロービーム用配光パターンを形成する状態を示し、図６は回動遮光ミラー３０を（Ｂ）の位置に回動してハイビーム用配光パターンを形成する状態を示している。

本実施形態は上述の実施形態し対して、投影レンズ４０の凸状の非球面の光出射面４０ｂの外側（図中では下側）に、該光出射面４０ｂの外縁部から延びる、レンズカットが施されていない素通し部４０ｃを有すると共に第２リフレクタ２０の第２反射面２０ａを、光軸Ｘ_Ｌを回転軸とすると共に前方に向けて光軸Ｘ_Ｌから離れる方向に開いた回転放物面を基調とする自由曲面からなる反射面としている。

そこで、回動遮光ミラー３０が（Ａ）の位置にある場合は、投影レンズ４０に素通し部４０ｃが設けられていない上述のＬＥＤヘッドランプ（図３参照）と同様の光路形成が行われる。つまり、光源１から第１リフレクタ１０の第１反射面１０ａに向けて放射されて該第１反射面１０ａで反射された反射光は全て、回動遮光ミラー３０に遮られることなく投影レンズ４０の光入射面４０ａの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域に照射され、投影レンズ４０内を導光されて光出射面４０ｂの、光軸Ｘ_Ｌを含む水平面の下側領域から水平面と略平行あるいは水平面より下方に向けて出射され、その照射光によってロービーム用配光パターンが形成される。したがって、光源１から放射した光のうち投影レンズ４０の素通し部４０ｃを透過して外部に照射される光はほとんどない（図５参照）。

一方、回動遮光ミラー３０が（Ｂ）の位置にある場合は、投影レンズ４０に素通し部４０ｃが設けられていない上述のＬＥＤヘッドランプ（図４参照）に対して、光源１から放射されて回動反射ミラー３０の第３反射面３２ａ及び第２リフレクタ２０の第２反射面２０ａで順次反射された光を、投影レンズ４０の凸状非球面の光出射面４０ｂの下側に設けられた素通し部４０ｃを透過して外部に照射する（図６参照）。

この照射光は、特に路面を照射するものとなり、ハイビーム用配光パターンの照射光で夜間走行するときに、運転者に対対して前方視認性を向上させるものとなる。

１… 光源
２… 基板
３… メタルプレート
４… ヒートシンク
１０… 第１リフレクタ
１０ａ… 第１反射面
１０ａａ… 第１領域
１０ａｂ… 第２領域
１０ａｃ… 第３領域
２０… 第２リフレクタ
２０ａ… 第２反射面
３０… 回動遮光ミラー
３１… 平面部
３１ａ… 上面
３１ｂ… 先端
３２… 湾曲部
３２ａ… 第３反射面
３３… 回動支持部
４０… 投影レンズ
４０ａ… 光入射面
４０ｂ… 光出射面
４０ｃ… 素通し部

Claims

投影レンズと、
前記投影レンズの略光軸上に位置する光源と、
前記光源と前記投影レンズの間に配置すると共に前記光軸を含む水平面に沿った位置又は前記水平面に対して所定の角度をもって前記光源方向に向けて上方に傾斜した位置をとる回動自在の第３反射面と、
前記水平面の上側に位置し前記光源及び前記第３反射面を覆うように配置された第１反射面と、
前記水平面の下側に位置し前記第３反射面を覆うように配置された第２反射面を備え、
前記第３反射面が前記水平面に沿った位置にあるときは、前記光源から前記第１反射面に向けて放射された光は、前記第１反射面で反射されてその反射光は全て前記投影レンズの前記水平面の下側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の下側領域から外部に出射されてロービーム用配光パターンが形成され、
前記第３反射面が前記傾斜位置にあるときは、前記光源から前記第１反射面に向けて放射された光は、前記第１反射面で反射されて前記投影レンズに向かう光と、前記第１反射面で反射されて前記第３反射面に向かう光と、前記光源から直接前記第３反射面に向かう光に分かれ、前記投影レンズに向かう光は前記投影レンズの前記水平面の下側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の下側領域から外部に出射され、前記第３反射面に向かう光は前記第３反射面で反射されて前記第２反射面に向かい該第２反射面で反射されてその反射光が前記投影レンズの前記水平面の上側領域に到達し、前記投影レンズの前記水平面の上側領域から外部に出射されてハイビーム用配光パターンが形成されることを特徴とするＬＥＤヘッドランプ。
前記第１反射面、前記第２反射及び第３反射面はいずれも回転楕円面を基調とする自由曲面反射面からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤヘッドランプ。
前記第１反射面の基調の回転楕円反射面を第一反射面とし、前記第２反射面の基調の回転楕円反射面を第二反射面とし、前記第３反射面の基調の回転楕円反射面を第三反射面とすると、前記第３反射面が前記傾斜位置にある状態においては、前記第一反射面が、第１焦点の位置を光源の位置とすると共に第２焦点の位置を前記第三反射面と前記投影レンズとの間の位置とし、第三反射面が、第１焦点の位置を前記第一反射面の第１焦点と同一位置である光源の位置とすると共に第２焦点の位置を前記第三反射面と前記第二反射面との間の位置とし、前記第二反射面が、第１焦点の位置を前記第三反射の第２焦点の位置と同一位置とすると共に第２焦点を前記第一反射面の第２焦点の位置と同一位置とすることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤヘッドランプ。