JP5681513B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯に関する。

従来、車両前後方向に延びる光軸上の所定点の近傍において前方へ向けて配置された発光素子からの光を、その前方側に配置された透光部材により前方へ出射させるように構成された車両用前照灯が知られている（特許文献１参照）。

この車両用前照灯においては、発光素子から出射した光を、透光部材に入射させてその前面で内面反射させた後、その後面で再度内面反射させてその前面から出射させるように構成されている。その際、この透光部材の前面における中央領域には、発光素子からの光を内面反射させるための鏡面処理が施されている。

このような構成を採用することにより、車両用前照灯を薄型に構成することが可能となり、その際、発光素子を、その発光面の下端縁が光軸と直交する水平線上に位置するように配置すれば、上端部に水平カットオフラインを有する配光パターンを形成することが可能となる。

特許文献１に記載された車両用前照灯において、１つの灯具ユニットからの照射光により形成することができるカットオフラインは、一直線状に延びる水平カットオフラインのみである。このため、この車両用前照灯を用いて、ヘッドランプのロービーム用配光パターンを形成しようとした場合には、水平カットオフラインを形成するための灯具ユニットと、これと同様の構成で傾斜して配置された、斜めカットオフラインを形成するための灯具ユニットとを、併用することが必要となる。つまり、特許文献１に記載された車両用前照灯は、複数の灯具ユニットが必要となるため、部品点数の増大による製造コストや組立てコストの上昇を招く一因となりうる。

そこで、水平カットオフラインおよび斜めカットオフラインを有するロービーム用配光パターンを１つの灯具で実現する車両用前照灯が考案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−１１７０４号公報 特開２０１０−１５３０７６号公報

しかしながら、前述の車両用灯具は、透光部材の前面における中央領域に、発光素子からの光を内面反射させるための鏡面処理が施されている。この中央領域で内面反射された光の一部は、光源像の投影に寄与しない場合があり、灯具の光束利用率を低下させる一因となる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光束利用率の更なる向上が図ら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、本発明のある態様の車両用前照灯は、水平カットオフラインと該水平カットオフラインに対して所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインとを有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影する車両用前照灯であって、車両前後方向の前方へ向けて配置された光源と、光源の前方側に配置された透光部材と、を備える。光源は、下端縁が直線状に延びる発光面を有するとともに、該発光面の下端縁を灯具前後方向と略直交する水平線上に位置させるようにして配置されており、透光部材は、光源から出射した光を入射させて該透光部材の前面で内面反射させた後、該透光部材の後面で再度内面反射させて該透光部材の前面から出射させるように構成されており、透光部材の前面は、透光部材に入射した光源からの光の少なくとも一部を内面で全反射する自由曲面で構成されており、透光部材の後面は、自由曲面を基準面として形成された所定の光反射制御面で構成されている。

この態様によると、透光部材の前面が平面な場合と比較して、透光部材に入射した光源からの光を透光部材の内面で全反射させる領域を広げることができる。換言すれば、透光部材の前面で全反射できない光源の光を反射させるために必要な処理、例えば鏡面処理、が施された領域を少なくできる。

透光部材の前面は、その中央部が光源に向かって凹んでいてもよい。これにより、透光部材に入射した光源からの光を透光部材の内面で全反射させる領域を更に広げることができる。換言すれば、透光部材の前面で全反射できない光源の光を反射させるために必要な処理、例えば鏡面処理、が施された領域を更に少なくできる。なお、「中央部」とは、例えば、透光部材の前面のうち回転対称軸（あるいは光源の光軸）と交差する、ある広がりを持った領域ということができる。また、透光部材の前面のうち回転対称軸とは交差しないがその近傍の領域を「中央部」と称することもある。

透光部材の前面は、光軸を中心とする所定範囲内の中央領域上に、光源からの光を後面に向かって反射する反射部が形成されていてもよい。

透光部材は、一部の領域がアプラナチックレンズとして機能してもよい。

一部の領域は、透光部材の外周から中心に向かって所定の幅をもって形成されている領域（外周領域）であってもよい。また、一部の領域は、透光部材の前面の中央部を含む所定の中央領域であってもよい。このように、例えば、透光部材の前面の外周領域または中央領域をアプラナチックレンズとして機能させることで、光源像の傾きは正方向または負方向のいずれかとなるため、光源像の傾きの制御が容易となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光束利用率の更なる向上が図られた車両用前照灯を提供することができる。

本実施の形態に係る車両用前照灯を示す正面図である。 図２（ａ）は、図１のＸ−Ｘ断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＹ方向から見た正面図である。 車両用前照灯から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された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を透視的に示す図である。 外周から中心に向かう所定の幅を持った第４領域Ｚ４がアプラナチックレンズとして機能する自由曲面で構成されているとした場合において、この第４領域Ｚ４上の複数の位置から繰り返し反射光により形成される発光面の光源像を示す図である。 図５（ａ）は、実施の形態に適当な自由曲面を有する、透光部材の一例を説明するための要部断面図、図５（ｂ）は、実施の形態に適当でない自由曲面を有する、透光部材の一例を示す要部断面図である。

以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

はじめに、本実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を示す。図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯１０を示す正面図である。図２（ａ）は、図１のＸ−Ｘ断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＹ方向から見た正面図である。図２（ａ）に示す矢印Ｓは、車両前後方向の前方（灯具前後方向の前方）を示している。車両用前照灯は、車両の左前部および右前部の各々に一つずつ設けられる。以下の説明では、一つの車両用前照灯１０の構成を説明する。図３は、車両用前照灯から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された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を透視的に示す図である。

なお、以下では、図２（ａ）に示す矢印Ｓが、仮想の光軸とほぼ一致しているとして説明する。光軸とは、例えば、光源の出射光の光度分布において光束の出射量が最も大きい方向と捉えることができる。また、光源がＬＥＤの場合、発光面の垂線を光軸と捉えることもできる。また、レンズなどの透光部材を備える光学系においては、系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を光軸と捉えてもよい。また、透光部材の回転対称軸を光軸と捉えても良い。例えば、一般的な凹凸レンズでは、前後二つの面の曲率中心を結ぶ直線を光軸として定義することができる。

本実施の形態で用いられる「光軸」という言葉は、少なくとも前述のいずれかの解釈をとりうるが、必ずしもそれらの解釈に限定されるわけではなく、本願発明を逸脱しない範囲で適宜他の解釈もとりうる。以下では、一例として、透光部材の回転対称軸を光軸と捉えて説明する。

これらの図に示すように、本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上の所定点Ａの近傍において前方へ向けて配置された光源としての発光素子１２と、この発光素子１２に対して前方側に配置された透光部材１４と、発光素子１２を支持する金属製の支持プレート１６と、この支持プレート１６の後面に固定された金属製のヒートシンク１８とを備えている。

車両用前照灯１０は、図示しないランプボディ等に対して光軸調整可能に組み込まれた状態で用いられるようになっており、この光軸調整が完了した状態では、その光軸Ａｘが車両正面方向に対して０，５〜０．６°程度下向きに延びるようになっている。そして、この車両用前照灯１０からの照射光により、図３に示すような左配光のロービーム用配光パターンＰＬが形成される。なお、右配光のロービーム用配光パターンであっても作用効果は同様である。

発光素子１２は、白色発光ダイオードであって、水平方向に直列で配置された４つの発光チップ１２ａと、これらを支持する基板１２ｂとからなっている。

４つの発光チップ１２ａは、互いに略密着するようにして配置された状態で、その前面が薄膜により封止されており、これにより灯具正面視において横長矩形状に発光する発光面１２ｃを構成している。その際、各発光チップ１２ａは１×ｌｍｍ程度の正方形の外形形状を有しており、これにより発光面１２ｃは１×４ｍｍ程度の外形形状を有するものとなっている。

発光素子１２は、その発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１を、光軸Ａｘと所定点Ａにおいて直交する水平線上に配置されている。また、発光素子１２は、下端縁１２ｃ１における自車線側（灯具正面視において右側）の端点Ｂが、光軸Ａｘよりも自車線側でかつ光軸Ａｘの近傍（具体的には、例えば光軸Ａｘから０．３〜１．０ｍｍ程度離れた位置）に位置するように配置されている。つまり、発光素子１２は、下端縁１２ｃ１が直線状に延びる発光面１２ｃを有するとともに、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１を光軸Ａｘと略直交する水平線上に位置させるようにして配置されている。

透光部材１４は、アクリル樹脂成形品等の透明な合成樹脂成形品からなり、灯具正面視において円形の外形形状を有している。透光部材１４の外径寸法は、φ１００ｍｍ程度の値に設定されている。そして、この透光部材１４は、発光素子１２から出射した光を透光部材１４に入射させて、その前面１４ａで内面反射させた後、その後面１４ｂで再度内面反射させて、その前面１４ａから前方へ出射させるように構成されている。後面１４ｂは、アルミニウム等によるメッキや蒸着による鏡面処理が施されている。

透光部材１４の前面１４ａは、透光部材１４に入射した発光素子１２からの光の少なくとも一部を内面で全反射する自由曲面で構成されている。また、透光部材１４の後面１４ｂは、自由曲面を基準面として形成された所定の光反射制御面で構成されている。

また、透光部材１４の前面１４ａは、光軸Ａｘを中心とする所定範囲内の中央領域上に、発光素子１２からの光を後面１４ｂに向かって反射する円形の前面反射部２０が形成されている。前面反射部２０は、その中央部が発光素子１２側に向かって凹んでいるとともに、アルミニウム蒸着等による鏡面処理が施されている。ここで、「中央部」とは、透光部材１４の前面１４ａのうち光軸Ａｘと交差する、ある広がりを持った領域である。なお、発光素子１２の光軸を、透光部材１４の光軸Ａｘ（回転対称軸）に対して傾けて配置する場合がある。この場合には、透光部材１４の前面１４ａのうち、透光部材１４の回転対称軸とは交差しないが、発光素子１２の光軸とは交差する、ある広がりをもった領域を「中央部」と称することもある。

円形の前面反射部２０の外周縁の位置は、図２（ａ）に示すように、透光部材１４の前面１４ａに到達した発光素子１２からの光（正確には所定点Ａからの光）の入射角が臨界角αとなる位置に設定されている。そのため、透光部材１４は、透光部材１４の前面１４ａに到達した発光素子１２からの光を、鏡面処理された前面反射部２０においては内面反射させるとともに、前面反射部２０よりも外側の周辺領域１４ａ１においては全反射により内面反射させるように構成されている。

このように、本実施の形態に係る透光部材１４は、その中央部が発光素子１２側に向かって凹んでいるため、透光部材の前面が平面な場合と比較して、透光部材１４に入射した光源からの光を透光部材１４の内面で全反射させる領域を広げることができる。換言すれば、透光部材１４の前面１４ａで全反射できない発光素子１２の光を反射させるために必要な処理、例えば鏡面処理、が施された前面反射部２０の面積を少なくできる。

また、透光部材の前面が平面な場合、発光素子から光軸Ａｘ方向に出射した光は、そのまま発光素子側に戻ってしまう。そのため、発光素子から出射する光のうち、方向によってはうまく外部に取り出せないことがあり、一部の光はグレアの原因となる。本実施の形態に係る透光部材１４は、発光素子１２の正面に設けられている前面反射部２０が曲面であるため、発光素子１２から光軸Ａｘ方向に出射した光は、前面反射部２０で反射されても発光素子１２側にほとんど戻らない。

その結果、前面反射部２０で光線が複数回反射することが抑制され、透光部材１４に閉じこめられる光や配光パターンの形成に寄与せずにグレアとなる光の発生が抑制されることで、透光部材１４から出射されて配光パターンの形成に寄与する光束を更に増加させることができる。

透光部材１４の前面１４ａおよび後面１４ｂの形状は、自由曲面などの非回転対称面で構成されている。自由曲面の形状は、前面反射部２０で反射された光および周辺領域１４ａ１で全反射された光が、再度後面１４ｂで反射されてそのまま前方へ照射した場合に、平行光として透光部材１４から出射するように構成されている。

透光部材１４の後面１４ｂは、光軸Ａｘを環状に囲むようにして形成されており、この後面１４ｂの内周側には、その中心に発光素子１２を囲む空間部１４ｃが形成されている。空間部１４ｃは、その前端面が、所定点Ａを中心とする半球面状に形成されており、これにより、発光素子１２からの出射光（正確には所定点Ａからの出射光）を、屈折させることなく透光部材１４に入射させるようになっている。なお、透光部材１４を構成する材料と屈折率が近い材料で空間部１４ｃを充填してもよい。また、ヒートシンク１８は、その後面に複数の放熱フィン１８ａが形成された構成となっている。

次に、透光部材１４の後面１４ｂの、光反射制御面としての具体的な構成について図１などを参照して説明する。なお、図１に示す、種々の四角形の像は、発光素子から各方向へ出射した光が透光部材から前方へ出射する際の各領域における光源像（例えば、Ｉ１〜Ｉ１４）を模式的に示すものである。

図１に示すように、透光部材１４の後面１４ｂは、光軸Ａｘに関して対向車線側の斜め上方に位置する第１領域Ｚ１と、光軸Ａｘを含む水平面の近傍に位置する第２領域Ｚ２と、光源Ａｘを含む鉛直面の近傍に位置する第３領域Ｚ３と、光軸Ａｘに関して自車線側の第２領域Ｚ２の上方側に位置する第４領域Ｚ４と、光軸Ａｘに関して対向車線側の第２領域Ｚ２の下方側に位置する第５領域Ｚ５と、光軸Ａｘに関して自車線側の第２領域Ｚ２の下方側に位置する第６領域Ｚ６とからなっている。

第１領域Ｚ１は、上記基準面上に複数の拡散反射素子１４ｓ１が形成された構成となっている。そして、第１領域Ｚ１は、各拡散反射素子１４ｓ１において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して左右両側へ拡散反射させるようになっている。

第２領域Ｚ２は、光軸Ａｘに関して自車線側および対向車線側の側方において、光軸Ａｘを含む水平面を中心にして横長帯状に延びている。その際、この第２領域Ｚ２の上下幅は、５〜１０ｍｍ程度の値に設定されている。

この第２領域Ｚ２は、上記基準面上に偏向反射素子１４ｓ２が形成された構成となっている。そして、この第２領域Ｚ２は、その偏向反射素子１４ｓ２において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して対向車線側または自車線側へ偏向反射させるようになっている。

第３領域Ｚ３は、光軸Ａｘに関して上方または下方において、光軸Ａｘを含む鉛直面を中心にして縦長帯状に延びている。その際、この第３領域Ｚ３の左右幅は、５〜１０ｍｍ程度の値に設定されている。

この第３領域Ｚ３は、上記基準面上に偏向反射素子１４ｓ３が形成された構成となっている。そして、この第３領域Ｚ３は、その偏向反射素子１４ｓ３において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して対向車線側または自斜線側へ偏向反射させるようになっている。

第４領域Ｚ４は、上記基準面上に複数の偏向反射素子１４ｓ４が形成された構成となっている。この第４領域Ｚ４は、各偏向反射素子１４ｓ４において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して自車線側へ偏向反射させるようになっている。なお、各偏向反射素子１４ｓ４で反射された複数の光源像により、自車線側へ向けて所定の傾斜角（例えば１５°）で斜め上方へ延びるカットオフラインを有する配光パターンが形成される。

第５領域Ｚ５は、上記基準面上に複数の偏向反射素子１４ｓ５が形成された構成となっている。この第５領域Ｚ５は、各偏向反射素子１４ｓ５において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して自車線側へ偏向反射させるようになっている。なお、各偏向反射素子１４ｓ５で反射された複数の光源像により、自車線側へ向けて所定の傾斜角（例えば１５°）で斜め上方へ延びるカットオフラインを有する配光パターンが形成される。

第６領域Ｚ６は、上記基準面上に複数の拡散反射素子１４ｓ６が形成された構成となっている。そして、第６領域Ｚ６は、各拡散反射素子１４ｓ６において、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して左右両側へ拡散反射させるようになっている。

次に、図３を参照して本実施の形態に係る車両用前照灯１０により形成されるロービーム用配光パターンについて詳述する。車両用前照灯１０は、水平カットオフラインと該水平カットオフラインに対して所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインとを有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影することができる。

図３に示すロービーム用配光パターンＰＬは、上述したように左配光のロービーム用配光パターンであって、その上端部に水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２を有している。その際、車両正面方向の消点であるＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線に対して、対向車線側に水平カットオフラインＣＬ１が形成されるとともに、自車線側に１５°の傾斜角度を有する斜めカットオフラインＣＬ２が形成されており、両カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２の交点であるエルボ点Ｅは、Ｈ−Ｖの０．５〜０．６°程度下方に位置している。なお、エルボ点ＥがＨ−Ｖの０．５〜０．６°程度下方に位置しているのは、車両用前照灯１０の光軸Ａｘが車両正面方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びていることによるものである。

このロービーム用配光パターンＰＬは、６つの配光パターンＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５、ＰＺ６を重畳させた合成配光パターンとして形成されている。

その際、配光パターンＰＺ１〜ＰＺ６は、透光部材１４の前面１４ａおよび後面１４ｂで繰り返し反射した後に出射した光（以下「繰り返し反射光」という）により形成される配光パターンであって、それぞれ第１領域Ｚ１〜第６領域Ｚ６からの繰り返し反射光により形成される配光パターンである。

ロービーム用配光パターンＰＬの水平カットオフラインＣＬ１は、配光パターンＰＺ１〜ＰＺ３、ＰＺ６の上端縁によって形成され、その際、配光パターンＰＺ２、ＰＺ３の上端縁によって特に鮮明に形成されるようになっている。

また、ロービーム用配光パターンＰＬの斜めカットオフラインＣＬ２は、配光パターンＰＺ４、ＰＺ５の上端縁によって形成される。

以下、各配光パターンＰＺ１〜ＰＺ６について詳細に説明する。

まず、配光パターンＰＺ４、ＰＺ５について説明する。

この配光パターンＰＺ４、ＰＺ５は、斜めカットオフラインＣＬ２に沿って延びる略楔形の配光パターンであって、その上端縁は明瞭な明暗境界縁として形成されている。以下、その理由について説明する。なお、配光パターンＰＺ４および配光パターンＰＺ５は、ほぼ同じ形状であるため、以下では、主として配光パターンＰＺ４について説明する。

本実施の形態に係る透光部材１４は、一部の領域がアプラナチックレンズとして機能するように形状が定められている。ここで、一部の領域は、透光部材１４の外周から中心に向かって所定の幅をもって形成されている外周部Ｘである。そのため、図１に示すように、透光部材１４の環状の外周部Ｘでの各光源像（例えば、Ｉ１、Ｉ４〜Ｉ１４）は、発光素子１２の発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１に対して平行な上端縁を有しており、繰り返し反射による傾きがほとんどない。

図４は、外周から中心に向かう所定の幅を持った第４領域Ｚ４がアプラナチックレンズとして機能する自由曲面で構成されているとした場合において、この第４領域Ｚ４上の複数の位置から繰り返し反射光により形成される発光面１２ｃの光源像を示す図である。つまり、図４は、図１に示す３つの反射点Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の位置からの繰り返し反射光により形成される発光面１２ｃの光源像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を示している。

図４に示すように、これら各光源像Ｉ１〜Ｉ３は、エルボ点Ｅの下方近傍から自車線側へ向けて斜め上向きに延びる細長い像として形成されている。

これら各光源像Ｉ１〜Ｉ３の上端縁は、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１の光源像として形成されるが、この下端縁１２ｃ１は光軸Ａｘと所定点Ａにおいて直交する水平線上に位置しているので、これら各光源像Ｉ１〜Ｉ３の上端縁は、エルボ点Ｅを通る比較的鮮明な明暗境界線として形成されることとなる。

また、これら各光源像Ｉ１〜Ｉ３の対向車線側の端縁は、Ｖ−Ｖ線よりもやや対向車線側に位置しているが、これは、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１の端点Ｂが、その光軸Ａｘよりも自車線側でかつ該光軸Ａｘの近傍に位置していることによるものである。

そして、最も自車線側に位置する反射点Ｒ１からの繰り返し反射光により形成される光源像Ｉ１が最も傾斜が小さく、その上端縁はほぼ水平な像になり、反射点Ｒ２、Ｒ３の順で対向車線側に変位するに従って、光源像Ｉ２、Ｉ３の傾斜の度合いが徐々に大きくなる。

その際、反射点Ｒ３からの繰り返し反射光により形成される光源像Ｉ３は、その上端縁の傾斜角度が１５°となり、エルボ点Ｅから自車線側へ向けて１５°の傾斜角度で延びる斜めカットオフラインＣＬ２と一致する。また、外周部Ｘと反射点Ｒ３の間に位置する反射点Ｒ２からの繰り返し反射光により形成される光源像Ｉ２は、その上端縁の傾斜角度が１５°よりも小さくなる。

図１、図４に示すように、本実施の形態に係る透光部材１４は、外周部Ｘがアプラナチックレンズとして機能しており、外周部Ｘにおける各光源像（例えば、Ｉ１、Ｉ４〜Ｉ１４）は発光素子１２の発光面１２ｃの形状と比較してほぼ傾いていない。一方、外周部Ｘよりも内側領域は非アプラナチックな形状になっており、この内側領域における光源像Ｉ２、Ｉ３は、光源像Ｉ１に対して同じ回転方向（図４ではエルボ点Ｅを中心に時計回り）に傾いており、しかもその傾斜角度は透光部材１４の中心（光軸Ａｘ）に近付くにつれて大きくなる傾向がある。このような傾向は、透光部材１４のいずれの径方向においても同様である。

特に、配光パターンＰＺ４の形成に寄与する第４領域Ｚ４における光源像と、主として配光パターンＰＺ５の形成に寄与する第５領域Ｚ５における各光源像は、傾き方向が同じ（正方向または負方向のいずれか）である。そのため、図４に示すように、ロービーム用配光パターンＰＬにおける斜めカットオフラインＣＬ２を複数の光源像を重ね合わせて形成する際の光源像の傾きの制御が容易となる。

なお、本実施の形態に係る透光部材１４は、外周部Ｘをアプラナチックレンズとして機能する形状とし、それよりも内側の領域を非アプラナチックな形状としているが、透光部材の前面の中央部を含む所定の中央領域をアプラナチックレンズとして機能する形状とし、それよりも外側の領域を非アプラナチックな形状としてもよい。このような構成であっても、光源像の傾きは正方向または負方向のいずれかとなるため、光源像の傾きの制御が容易となる。

次に、配光パターンＰＺ２について説明する。

この配光パターンＰＺ２は、水平カットオフラインＣＬ１に沿って細長く延びる配光パターンであって、その上端縁は明瞭な明暗境界線として形成されている。これは、以下の理由によるものである。

すなわち、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１が、光軸Ａｘを含む水平面上に位置しており、また、第２領域Ｚ２が、光軸Ａｘの側方において光軸Ａｘを含む水平面を中心にして横長帯状に延びているので、仮に上記基準面自体で構成されていたとすると、この第２領域Ｚ２からの繰り返し反射光により形成される光源像Ｉ４や光源像Ｉ８などは、その上端縁が同一水平面上に位置するようにして、Ｖ−Ｖ線よりもやや対向車線側に形成されることとなる。

実際には、第２領域Ｚ２には、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して対向車線側へ偏向反射させる偏向反射素子１４ｓ２が形成されているので、光源像Ｉ４や光源像Ｉ８は、対向車線側に変位した位置に形成される。

次に、配光パターンＰＺ３について説明する。

この配光パターンＰＺ３は、水平カットオフラインＣＬ１に沿って細長く延びる配光パターンであって、その上端縁は明瞭な明暗境界線として形成されている。これは、以下の理由によるものである。

すなわち、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１が、光軸Ａｘを含む水平面上に位置しており、また、第３領域Ｚ３が、光軸Ａｘの上方または下方において光軸Ａｘを含む鉛直面を中心にして縦長帯状に延びているので、仮に上記基準面自体で構成されていたとすると、この第３領域Ｚ３からの繰り返し反射光により形成される光源像Ｉ５や光源像Ｉ１１などは、その上端縁が同一水平面上に位置するようにして、Ｖ−Ｖ線よりもやや対向車線側に形成されることとなる。

実際には、第３領域Ｚ３には、該領域に入射する前面１４ａからの内面反射光を光軸Ａｘと平行な方向に対して対向車線側へ偏向反射させる偏向反射素子１４ｓ３が形成されているので、光源像Ｉ５や光源像Ｉ１１は、対向車線側に変位した位置に形成される。

次に、図３に示す配光パターンＰＺ１、ＰＺ６について説明する。

配光パターンＰＺ１は、第１領域Ｚ１からの繰り返し反射光により形成される配光パターンであり、配光パターンＰＺ６は、第６領域Ｚ６からの繰り返し反射光により形成される配光パターンであり、これらは互いに略同一形状の配光パターンとして形成される。

これら各配光パターンＰＺ１、ＰＺ６は、水平カットオフラインＣＬ１に沿って水平方向に細長く延びる、配光パターンＰＺ２（ＰＺ３）よりも大きい配光パターンとして形成されており、その上端縁に比較的明瞭な明暗境界線を有している。

これは、第１領域Ｚ１および第６領域Ｚ６の各々からの繰り返し反射光が、上下方向に関しては、発光面１２ｃの下端縁１２ｃ１からの光が光軸Ａｘと平行な光となり、発光面１２ｃの他の部位からの光が光軸Ａｘに対して下向きの光となり、また、水平方向に関しては、発光面１２ｃからの光が複数の拡散反射素子１４ｓ１、１４ｓ６により左右両側に拡散することによるものである。

そして、上述したように、これら配光パターンＰＺ１、ＰＺ６の上端縁により、水平カットオフラインＣＬ１が補助的に形成されるようになっている。

本実施の形態に係る透光部材は、その形状がアプラナチックな領域と非アプラナチックな領域を含んでおり、また、後面が複数の反射素子からなる光反射制御面として機能するため、様々な傾きを持った光源像が必要なロービーム用配光パターンの形成に適している。

そのため、本実施の形態によれば、発光素子１２からの光を、その前方側に配置された透光部材１４により前方へ出射させるように構成された車両用前照灯１０において、その照射光により水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２を有するロービーム用配光パターンＰＬを形成することができ、かつ、これら水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２を鮮明に形成することができる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の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の形態も本発明の範囲に含まれうる。

透光部材１４の後面１４ｂの形状は、複数の反射素子に区分けされたステップリフレクタ状であってもよい。また、透光部材１４の前面１４ａは、非回転対称面であってもよい。また、透光部材１４の前面１４ａは、スラント形状であってもよい。また、光源は、光軸を中心に回転させて配置してもよい。つまり、光源の発光面の下端や上端が水平方向に対して斜めになるように光源を配置してもよい。

また、上述の実施の形態では、透光部材の内面を反射面とした２回の反射を利用してアプラナチックな構成を実現しているが、必ずしもこれに限られず、前面および後面を屈折面として利用してアプラナチックな構成を実現できる透光部材であってもよい。また、屈折面と反射面とを組み合わせてアプラナチックな構成を実現できる透光部材であってもよい。

光源としては、小型で低消費電力（発熱量が小さい）のＬＥＤが好ましい１つの例であるが、発光面の少なくとも一辺を直線状にできるのであれば、光源の種類はＬＥＤなどに限定されない。ただし、小型で発熱量の小さいＬＥＤを光源として用いることで、透光部材の材料（例えば樹脂レンズ）の選択の幅が広がるとともに、光源と透光部材をより近付けることが可能となるため、灯具自体の小型化や設計の自由度の向上が図られる。

なお、一般的な「自由曲面」とは、例えば、２次曲線（面）や３次曲線（面）など決まった式で表すことができない曲面と捉えることができる。前述の透光部材１４の前面１４ａおよび後面１４ｂの少なくとも一部を構成する自由曲面は、前述の作用効果を満たす構成であれば特に限定されない。このような曲面の一例として、以下の条件を満たす曲面を採用することができる。

図５（ａ）は、実施の形態に適当な自由曲面を有する、透光部材の一例を説明するための要部断面図、図５（ｂ）は、実施の形態に適当でない自由曲面を有する、透光部材の一例を示す要部断面図である。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態に適当な自由曲面を有する前面１４ａで反射された光線は、後面１４ｂ近傍の領域Ｆにおいて交差しない。一方、図５（ｂ）に示すような、本実施の形態に適当でない自由曲面を有する前面１１４ａで反射された光線は、後面１１４ｂ近傍の領域Ｇにおいて交差する。

また、図５（ａ）に示すように、本実施の形態に適当な自由曲面を有する後面１４ｂは、反射した各光線が前面１４ａを通過する際の屈折により平行となるように反射面の形状が設定されている。なお、図５（ａ）に示す自由曲面は、少なくとも２次曲線（面）では実現できない。

１０ 車両用前照灯、 １２ 発光素子、 １２ａ 発光チップ、 １２ｂ 基板、 １２ｃ 発光面、 １４ 透光部材、 １４ａ 前面、 １４ｂ 後面、 １６ 支持プレート、 １８ ヒートシンク、 ２０ 前面反射部。

Claims (4)

1. 水平カットオフラインと該水平カットオフラインに対して所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインとを有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影する車両用前照灯であって、
   車両前後方向の前方へ向けて配置された光源と、
   前記光源の前方側に配置された透光部材と、を備え、
   前記光源は、下端縁が直線状に延びる発光面を有するとともに、該発光面の下端縁を灯具前後方向と略直交する水平線上に位置させるようにして配置されており、
   前記透光部材は、前記光源から出射した光を入射させて該透光部材の前面で内面反射させた後、該透光部材の後面で再度内面反射させて該透光部材の前面から出射させるように構成されており、
   前記透光部材の前面は、透光部材に入射した光源からの光の少なくとも一部を内面で全反射する自由曲面で構成されており、
   前記透光部材の後面は、自由曲面を基準面として形成された所定の光反射制御面で構成されており、
   前記透光部材は、一部の領域がアプラナチックレンズとして機能する、
   ことを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記透光部材の前面は、その中央部が光源に向かって凹んで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. 前記透光部材の前面は、光軸を中心とする所定範囲内の中央領域上に、光源からの光を前記後面に向かって反射する反射部が形成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. 前記一部の領域は、前記透光部材の外周から中心に向かって所定の幅をもって形成されている領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用前照灯。

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