JP2017212037A - 車両用前照灯 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンの両方を構成するロービーム用配光パターンと、ハイビーム配光パターンのみを構成するハイビーム用配光パターンとの間に暗部領域を生じない車両用前照灯を実現することにある。
【解決手段】第1光源1からの出射光を反射する第1反射面11を有するリフレクタ10と、第1反射面11による反射光の一部を反射する第2反射面21及び第2光源2からの出射光を導光する導光部22を有する導光反射体20と、投影レンズ40とを備え、第1光源1の点灯によって、第1反射面11による反射光の一部が投影レンズ40の下側を透過してロービーム用配光パターンを形成し、第1光源1と第2光源2の同時点灯によって更に導光部22による導光光が中央側を透過してハイビーム用配光パターンを形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両用前照灯に関するものであり、詳しくは、すれ違いビーム用(ロービーム用)配光パターンと、走行ビーム用(ハイビーム用)配光パターンを構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としては、例えば、特許文献1に「車両用前照灯」の名称で開示されたものがある。
開示された車両用前照灯は図13にあるように、ランプボディ80とアウターカバー81とで形成された灯室82内に、光源(第1半導体発光素子)83と光源83から上方に向けて出射された光を前方に位置する投影レンズ84に向けて反射するリフレクタ(第1リフレクタ)85とを有する光学系(第1光学系)86と、光源(第2半導体発光素子)87と光源87から下方に向けて出射された光の一部を前方に位置する投影レンズ84に向けて反射するリフレクタ(第2リフレクタ)88とを有する光学系(第2光学系)89と、光源(第2半導体発光素子)87と光源87から下方に向けて出射された光の一部を前方に位置するアウターカバー81に向けて反射するリフレクタ(第3リフレクタ)90とを有する光学系(第3光学系)91とを備えている。
そして、第1光学系86を経て投影レンズ84を透過してアウターカバー81から出射した出射光により第1配光パターンLP1が形成され、第2光学系89を経て投影レンズ84を透過してアウターカバー90から出射した出射光により第2配光パターンLP2が形成され、第3光学系91を経て投影レンズ84を通さないで直接アウターカバー81から出射した出射光により第3配光パターンLP3が形成される(図14参照)。
このとき、第1光学系86を駆動して得られる第1配光パターンLP1によってロービーム用配光パターンが形成され、第1光学系86及び第2光学系89を同時に駆動して得られる第1配光パターンLP1及び第2配光パターンLP2の合成配光パターンによってハイビーム用配光パターンが形成される。更に、第1配光パターンLP1と第2配光パターンLP2との合成配光パターンによるハイビーム用配光パターンに対し、第1配光パターンLP1と第2配光パターンLP2との間の暗部Dが生じやすい領域に第3光学系91を駆動して得られる第3配光パターンLP3の照射光を照射することにより、暗部Dの発生を抑制してハイビーム用配光パターンの形成時の視認性の向上を図っている。
特開2013−239362号
ところで、上記構成からなる車両用前照灯は、ハイビーム用配光パターンの形成時に生じる第1配光パターンLP1と第2配光パターンLP2との間の暗部Dの発生を抑制する第3配光パターンLP3の形成に寄与する第3リフレクタ90が第2リフレクタ88の下方に配置されている。
そのため、車両用前照灯の寸法が縦方向に延びて大型化を招き、重量の増加や製造コストの増大等と共に、車両の搭載スペースに対する設計の自由度に制約が生じる。
また、第1配光パターンLP1と第2配光パターンLP2との間に発生する暗部Dは、ロービーム用配光パターンのカットオフラインCLを形成するために設けられたシェード(遮光部材)92の前端縁の厚みによるところが大きい。
そこで、遮光部材92の前端縁の厚みを極力薄くして暗部Dの発生を抑制することが考えられるが、前端縁の厚みをゼロにすることは不可能であり暗部Dの発生は避けられない問題である。
それでも、遮光部材92の前端縁の厚みを極力薄くして暗部Dの発生を抑制しようとすると、前端縁の薄型化には高い加工精度が必要となるために前端縁の厚みに加工バラツキが生じて厚みの再現性が確保できず、暗部Dの幅の再現性にも悪影響を与えるおそれがある。
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、ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンの両方を構成する第1配光パターンと、ハイビーム配光パターンのみを構成する第2配光パターンとによって形成するハイビーム配光パターンの形成時に、第1配光パターンと第2配光パターンとの間に暗部領域を生じない車両用前照灯を実現することにある。
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、第1光源と、第2光源と、前記第1光源からの出射光を前方斜め下方に向けて反射する第1反射面を有するリフレクタと、前記第1反射面で反射された光の一部を前方斜め上方に向けて反射する第2反射面及び第2光源からの出射光を導光して前方方向に向けて出射する導光部の2つの光学機能部を有する導光反射体と、前記第1反射面による反射光の一部が下側を透過し、前記第2反射面による反射光が上側を透過すると共に前記導光部による導光光が中央側を透過する投影レンズとを備え、前記第1光源の点灯時に、前記投影レンズの下側透過光によりロービーム配光パターンが形成され、前記第1光源と前記第2光源の同時点灯時に、前記投影レンズの中央側透過光により形成されるハイビーム用配光パターンが加わってハイビーム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反射面は、前記第1光源の位置及び前記投影レンズの焦点位置の夫々を焦点とすると共に前記夫々の焦点位置を通る長軸を回転軸とする回転楕円面を基調とする回転楕円系反射面からなってい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1又は請求項2のいずれかにおいて、前記導光反射体は、上方に延びる垂直導光部及び前記垂直導光部から前方に延びる水平導光部を有する屈曲形状を呈し、前記垂直導光部の直下に前記第2光源が配置され、前記水平導光部の上面に前記第2反射面が形成されると共に該第2反射面の前端の形状がロービーム用配光パターンのカットオフラインを形成するための形状を有している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、前記第2反射面の前端の中央位置近傍に前記投影レンズの焦点が位置する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3又は請求項4のいずれかにおいて、前記反射面は金属反射膜で構成され、膜厚が1μm未満であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項6に記載された発明は、請求項1〜請求項5のいずれかにおいて、前記第1光源及び前記第2光源はいずれも半導体発光素子であることを特徴とするものである。
本発明によれば、第1光源の点灯時に、投影レンズの下側透過光によりロービーム配光パターンが形成され、第1光源と第2光源の同時点灯時に、投影レンズの中央側透過光により形成されるハイビーム用配光パターンが加わってハイビーム配光パターンが形成される。
これにより、夜間のハイビーム走行時に、第1光源1とリフレクタ10の第1反射面11とによって構成された反射光学系を経て形成されたロービーム用配光パターンと、第2光源2と導光反射体20とによって構成された導光光学系を経て形成されたハイビーム用配光パターンとが連続的に繋がった配光パターンを形成するため、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との間に照射光が照射されない領域が存在せず、暗部の発生が防止される。そのため、運転者に対して夜間走行時の視認性の向上に寄与する。
実施形態の車両用前照灯の分解斜視図である。 実施形態の車両用前照灯の車両前後方向に沿う縦断面図である。 導光反射体の上面図である。 図3のA−A断面図である。 導光反射体を斜め前方上方から見た斜視図である。 導光反射体を斜め後方上方から見た斜視図である。 第1光源点灯時の光路図である。 第1光源点灯時の配光パターンである。 第2光源点灯時の光路図である。 第2光源点灯時の配光パターンである。 第1光源及び第2光源点灯時の配光パターンである。 導光反射体の他の例を示す縦断面図である。 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12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は実施形態の車両用前照灯の分解斜視図、図2は実施形態の車両用前照灯の車両搭載時における車両前後方向に沿う縦断面図である。
なお、以下の説明で用いる「ロービーム用配光パターン」及び「高照度帯の配光パターン」は、ロービーム走行時のロービーム配光パターンとハイビーム走行時のハイビーム配光パターンの両方を構成するものであり、「ハイビーム用配光パターン」はハイビーム走行時のハイビーム配光パターンのみを構成するものである。
本発明の車両用前照灯(以下、「前照灯」と略称する)50は、第1光源1と、第2光源2と、第1光源1からの出射光を車両搭載状態における車両前方斜め下方に向けて反射する反射面(以下、「第1反射面」と呼称する)11を有するリフレクタ10と、第1光源1から出射して前記第1反射面11で反射された光の一部を前方斜め上方に向けて反射する反射面(以下、「第2反射面」と呼称する)21及び第2光源2からの出射光を導光して前方方向に向けて出射する導光部22の2種類の光学機能部を有する導光反射体20と、リフレクタ10及び導光反射体20の前方に位置して、リフレクタ10の第1反射面11による反射光の一部、導光反射体20の第2反射面21による反射光及び導光部22による導光光の夫々を透過して前照灯50の前方斜め上方から前方斜め下方までの方向に向けて出射する投影レンズ40を備えている。
上記構成部材のうち、第1光源1とリフレクタ10の第1反射面11とによって反射光学系が構成され、第1光源1は前記反射光学系において実質的にほぼ点光源と見なすことができる大きさを有する半導体発光素子(例えば、レーザあるいはLED等)が用いられる。また、第2光源2と導光反射体20とによって導光光学系が構成され、第2光源2は前記導光光学系において実質的にほぼ点光源と見なすことができる大きさを有する半導体発光素子(例えば、レーザあるいはLED等)が用いられる。
第1光源1は、前照灯50の車両搭載状態における車両前後方向に延びる中心軸Zの下方近傍に配置され、第1光源1の光出射面1a側の上方に第1光源1を覆うように内面に第1反射面11を有するリフレクタ10が配置されている。
リフレクタ10の第1反射面11は、中心軸Zを含む水平面の上側に位置しており、焦点F1近傍の位置に第1光源1を有し、焦点F1の前方側の中心軸Zの近傍に焦点F2を有すると共に、焦点F1の位置と焦点F2の位置を通る長軸を回転軸とする回転楕円面を基調とした回転楕円系反射面からなっている。
これにより、焦点F1近傍の位置に位置する第1光源1からリフレクタ10の第1反射面11に向けて出射された光は、第1反射面11で焦点F2の位置及びその近傍(前後方向)に向けて反射される。
次に、導光反射体20について図3〜図6を参照して説明する。なお、図3は上面図、図4は図3のA−A断面図、図5は斜め前方上方から見た斜視図、図6は斜め後方上方から見た斜視図である。
導光反射体20は透明部材で形成され、上下方向に延びる複数(本実施形態においては3つ)の略逆錐台形状の垂直導光部23が一体的に並設されてなる垂直多連導光部24と、垂直多連導光部24の上底部から該垂直多連導光部24に一体的に前方方向に水平に延びる略平板状の水平導光部25とを有している。
各垂直導光部23は、略逆錐台形状の下底部側に略円筒状の凹部26を有し、凹部26の底面が光入射面28として機能する。
凹部26の光入射面28は、下方に位置する第2光源2の直上に位置し、焦点F3の位置に第2光源2を有すると共に焦点F3を通り鉛直方向に延びる沿直軸Yを回転軸とする、第2光源2側に凸の回転双曲面からなっている。
これにより、焦点F3の位置に位置する各第2光源2から凹部26の光入射面28に向けて出射された光は、光入射面28で平行光に屈折されて夫々の垂直導光部23に入射し、垂直導光部23内を沿直軸Yに沿う平行光となって上方に向かって導光される。
水平導光部25の、各垂直導光部23の上方位置には、水平導光部25の面方向に対して前方に向かって斜め上方に、比較的小さい曲率で外側に凸状に傾斜する傾斜湾曲面からなる内部反射面(全反射面)31を有している。この場合、各内部反射面31は、中央の内部反射面31aに対して外側に位置する内部反射面31b、31cが内側(中心軸Z側)を向くように設定されている。実施形態の第2光源と垂直導光部と内部反射面はそれぞれ3つあるが、夫々2つでもよく、その場合両側の内部反射面を実施形態の内部反射面31b、31cのように内側に向くように設定すればよい。
水平導光部25の内部反射面31に対向する側(前方側)は、上部前端32の形状が、ロービーム用配光パターンのカットオフラインを形成するための形状(カットオフライン対応形状)を有していると共に、上部前端32を下方斜め前方に向かってトレースした形状の光出射面33を有している。
また、水平導光部25の上面には、金属反射膜による鏡面反射面からなる第2反射面21が設けられている。第2反射面21は1μm未満の膜厚に設定されている。
そして、上記構成の導光反射体20が、第2反射面21の中心軸Zを含む水平面と同一平面上に位置させると共に、上部前端32と中心軸Zの交点近傍に焦点F2が位置するように配置されている。
図1及び図2に戻って、投影レンズ40は、後面の光入射面41及び前面の光出射面42の夫々が外側に凸の湾曲面を有する両凸レンズからなり、光入射面41側の焦点F2の位置を焦点位置として焦点F2及びその近傍を通って光入射面41を介して投影レンズ40内に入射する光をほぼ平行光として導光して光出射面42から前方方向に向けて出射する。
そこで(図7の光線図参照)、焦点F1の位置近傍に位置する第1光源1からリフレクタ10の回転楕円系反射面からなる第1反射面11に向けて出射された光は、第1反射面11で前方斜め下方に位置する焦点F2の位置及びその近傍(前後方向)に向けて反射される。
第1反射面11による反射光のうち、導光反射体20の水平導光部25の上面に設けられた鏡面反射面からなる第2反射面21に向かう光L1aは、第2反射面21で中心軸Zを含む水平面の上側に向けて反射されて投影レンズ40の光入射面41の上側に照射され、投影レンズ40内の上側を導光されて光出射面42からそのまま上側をほぼ中心軸Zに沿って前方方向に出射される。
このとき、投影レンズ40の光出射面42から出射された光L1aは、図8(仮想スクリーン)に示すように、前照灯前方に想定した仮想スクリーン上において、カットオフライン及びカットオフラインの下方に位置し垂直基準線V−Vを含んで左右方向に延びる領域(a)に投影するスポット光による配光パターン(A)を形成する。この配光パターン(A)は、垂直基準線V−Vと水平基準線H−Hが交差するカットオフライン付近を高照度にできるため、車両遠方を明るくなり、運転手の視界確保に役立つ。
また、第1反射面11による反射光のうち、導光反射体20の水平導光部25の第2反射面21の前方(焦点F2の前方)に向かう光L1bは、第2反射面21の前方(焦点F2の前方)を通過して投影レンズ40の光入射面41の下側に照射され、投影レンズ40内の下側を導光されて光出射面42からそのまま下側をほぼ中心軸Zに沿って前方方向に出射される。
このとき、投影レンズ40の光出射面42から出射された光L1bは、図8に示すように、仮想スクリーン上において、水平基準線H−Hの下側に位置し垂直基準線V−Vを含んで左右方向に延びる領域(b)に投影する配光パターン(B)を形成する。この配光パターン(B)は、上端部をカットオフラインとする主配光パターンとなるロービーム用配光パターンの機能を有している。
一方(図9の光線図参照)、各焦点F3の位置に位置する夫々の第2光源2から導光反射体20の垂直導光部23の凹部26の回転双曲面からなる光入射面28に向けて出射された光L2は、光入射面28で平行光に屈折されて垂直導光部23に入射し、垂直導光部23内を沿直軸Yに沿う平行光となって上方に向かって導光され、上方に位置する内部反射面31で前方に向けて内部反射(全反射)されて反射光が水平導光部25内を前方の光出射面33に向けて導光され、光出射面33から前方に位置する投影レンズ40の光入射面41の中心軸Zを含む中央領域に照射され、投影レンズ40内の中央部を導光されて光出射面42からそのまま中央部をほぼ中心軸Zに沿って前方方向に出射される。
このとき、投影レンズ40の光出射面42から出射された光L2は、図10(仮想スクリーン)に示すように、仮想スクリーン上において、水平基準線H−H及び垂直基準線V−Vの交点を含んで左右方向及び上下方向に延びる領域(c)に投影する配光パターン(C)を形成する。この配光パターンは、主配光パターンとなるハイビーム用配光パターンの機能を有している。
そして、図11(仮想スクリーン)に示すように、第1光源1のみを点灯することにより領域(a)に高照度帯の配光パターン(A)が形成されると共に領域(b)にロービーム用配光パターン(B)が形成され、更に第2光源2を点灯することにより領域(c)にハイビーム用配光パターン(C)が形成される。
したがって、夜間のロービーム走行時には、第1光源1を点灯することによって形成された高照度帯の配光パターン(A)及びロービーム用配光パターン(B)によってロービーム配光パターン(LB)が形成され(図8参照)、ハイビーム走行時には、第1光源1と第2光源2の両方の光源を点灯することによって形成された、高照度帯の配光パターン(A)及びロービーム用配光パターン(B)とハイビーム用配光パターン(C)とを重畳した配光パターンによってハイビーム配光パターン(HB)が形成される(図11参照)。
その結果、夜間のハイビーム走行時に、第1光源1とリフレクタ10の第1反射面11とによって構成された反射光学系を経て形成されたロービーム用配光パターン(B)と、第2光源2と導光反射体20とによって構成された導光光学系を経て形成されたハイビーム用配光パターン(C)とが連続的に繋がった配光パターンを形成するため、ロービーム用配光パターン(B)とハイビーム用配光パターン(C)との間に照射光が照射されない領域が存在せず、暗部の発生が防止される。そのため、運転者に対して夜間走行時の視認性の向上に寄与する。
つまり、ロービーム配光パターンにおけるカットオフラインの形成に際して、従来の厚みを持ったシェード(遮光部材)の代わりに導光反射体20の上面に設けた膜厚1μm未満の金属反射膜の薄膜による反射面(第2反射面)21にその機能を持たせると共に、導光反射体20の導光光によってハイビーム用配光パターンを形成することにより、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とが連続的に繋がる視認性の良好なハイビーム配光パターンを形成することが可能となった。
ところで、上記導光反射体20においては、導光反射体20に対する光入射面28が、垂直導光部23の凹部26の底面からなることが述べられているが、図12に示すように、光入射面28の上縁部から該光入射面28を囲むように下方に延びる略円筒状の内側面を光入射面35とすることも可能である。この場合、各垂直導光部23の外側面に内部反射面(全反射面)36としての機能を持たせる。
これにより、焦点F3の位置に位置する各第2光源2から凹部26の光入射面28に向けて出射された光は、光入射面28で平行光に屈折されて夫々の垂直導光部23に入射し、垂直導光部23内を沿直軸Yに沿う平行光となって上方に向かって導光される。同時に、第2光源2から凹部26の光入射面35に向けて出射された光は、光入射面35で屈折されて垂直導光部23に入射して垂直導光部23内を内部反射面36に向かって導光され、内部反射面36で平行光に内部反射(全反射)されて垂直導光部23内を沿直軸Yに沿う平行光となって上方に向かって導光される。
したがって、光入射面28から垂直導光部23に入射した光と、光入射面35から垂直導光部23に入射して内部反射面36で内部反射した光は、互いに平行光となって上方に向かって導光され、上方に位置する内部反射面31で前方に向けて内部反射されて内部反射光が光出射面33から投影レンズ40に向けて出射される。
これにより、第2光源2からの出射光が前照灯の照射光として有効に利用されて光の利用効率が高められ、明るく視認性が良好な前照灯を実現することができる。
1… 第1光源
1a… 光出射面
2… 第2光源
10… リフレクタ
11… 第1反射面
20… 導光反射体
21… 第2反射面
22… 導光部
23… 垂直導光部
24… 垂直多連導光部
25… 水平導光部
26… 凹部
28… 光入射面
31… 内部反射面(全反射面)
31a… 内部反射面(全反射面)
31b… 内部反射面(全反射面)
31c… 内部反射面(全反射面)
32… 上部前端
33… 光出射面
35… 光入射面
36… 内部反射面(全反射面)
40… 投影レンズ
41… 光入射面
42… 光出射面
50… 車両用前照灯

Claims (6)

  1. 第1光源と、
    第2光源と、
    前記第1光源からの出射光を前方斜め下方に向けて反射する第1反射面を有するリフレクタと、
    前記第1反射面で反射された光の一部を前方斜め上方に向けて反射する第2反射面及び第2光源からの出射光を導光して前方方向に向けて出射する導光部の2つの光学機能部を有する導光反射体と、
    前記第1反射面による反射光の一部が下側を透過し、前記第2反射面による反射光が上側を透過すると共に前記導光部による導光光が中央側を透過する投影レンズとを備え、
    前記第1光源の点灯時に、前記投影レンズの下側透過光によりロービーム配光パターンが形成され、
    前記第1光源と前記第2光源の同時点灯時に、前記投影レンズの中央側透過光により形成されるハイビーム用配光パターンが加わってハイビーム配光パターンが形成されることを特徴とする車両用前照灯。
  2. 前記第1反射面は、前記第1光源の位置及び前記投影レンズの焦点位置の夫々を焦点とすると共に前記夫々の焦点位置を通る長軸を回転軸とする回転楕円面を基調とする回転楕円系反射面からなっていることを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯。
  3. 前記導光反射体は、上方に延びる垂直導光部及び前記垂直導光部から前方に延びる水平導光部を有する屈曲形状を呈し、前記垂直導光部の直下に前記第2光源が配置され、前記水平導光部の上面に前記第2反射面が形成されると共に該第2反射面の前端の形状がロービーム用配光パターンのカットオフラインを形成するための形状を有していることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の車両用前照灯。
  4. 前記第2反射面の前端の中央位置近傍に前記投影レンズの焦点が位置することを特徴とする請求項3に記載の車両用前照灯。
  5. 前記反射面は金属反射膜で構成され、膜厚が1μm未満であることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれかに記載の車両用前照灯。
  6. 前記第1光源及び前記第2光源はいずれも半導体発光素子であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の車両用前照灯。
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