JP5937310B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、主に車両用の前照灯に関する。

車両用前照灯の中には、特定の目的を実現するために二つ以上のリフレクタを備えるものがある。例えば特許文献１には、ＬＥＤ実装基板の上部にヒートシンクを配置するために三つのリフレクタを設けたＬＥＤランプユニットが開示されている。

特開２００９−７６３７７号公報

車両用前照灯の投影レンズは車両前面の外観に大きな影響を与える。意匠的な観点から、投影レンズの上下幅を狭く（例えば２０ｍｍ程度）したいという要望も存在する。しかしながら、単に投影レンズの上下幅を狭くするだけでは、投影レンズに入射する光束が減少し光量が低下するという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、凸レンズの上下が所定量切断された形状の投影レンズを備える車両用前照灯において、上下が切断されていない投影レンズを備える車両用前照灯と同等の光量を確保する技術を提供することにある。

本発明のある態様の車両用前照灯は、水平方向の幅よりも鉛直方向の幅が狭い形状の投影レンズと、投影レンズの光軸よりも上方に、出射面が下向きに傾斜した状態で配置される光源と、光源からの出射光を反射する楕円系の反射面を有し、該反射面で反射される光のほぼ全てが投影レンズに入射するように大きさが調整された第１反射鏡と、第１反射鏡の焦点近傍に配置され、投影レンズから投影される配光パターンに水平カットオフラインを形成する遮蔽板と、光源からの出射光のうち第１反射鏡に入射しない光を反射するように配置された第２反射鏡と、遮蔽板の上端より上側の第１反射鏡による反射光と非干渉の位置に配置され、第２反射鏡による反射光を投影レンズに向けて反射する第３反射鏡と、を備える。

この態様によると、第１反射鏡による反射では投影レンズに入射させられない光を、第２反射鏡と第３反射鏡を用いて投影レンズに入射させるようにしたので、凸レンズの上下が所定量切断された形状の投影レンズを備える車両用前照灯であっても通常の投影レンズを備える車両用前照灯と同等の光量を確保することができる。

本発明によれば、凸レンズの上下が所定量切断された形状の投影レンズを備える車両用前照灯において、上下が切断されていない投影レンズを備える車両用前照灯と同等の光量を確保することができる。

従来技術のプロジェクタ型の車両用前照灯の概略断面図である。 図１に示した車両用前照灯の光束不足を補うように構成された車両用前照灯の概略断面図である。 図２に示した車両用前照灯の欠点を補うように構成された車両用前照灯の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用前照灯の概略断面図である。 第１反射鏡により反射される光線の軌跡を示す図である。 第２反射鏡および第３反射鏡により反射される光線の軌跡を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は車両用前照灯によって構成される配光パターンの例を示す図である。

以下、図１ないし３を参照して従来技術の車両用前照灯を説明し、図４以降で本発明の一実施形態に係る車両用前照灯について説明する。なお、図１ないし３は、車両用前照灯の光軸を含む鉛直平面における断面を示している。

図１は、従来技術のプロジェクタ型の車両用前照灯５０の概略断面図である。ＬＥＤ等の光源５２から出射した光がリフレクタ５４によって反射される。リフレクタ５４で反射された光は、その一部がシェード５６によって遮られ、残りが車両前方側に位置する投影レンズ６０（一部を点線で示す）に入射する。このような車両用前照灯５０において、投影レンズ６０の上下を所定量切断して左右方向の幅よりも上下方向の幅を小さくした投影レンズ５８を考える。このような上下幅の狭い投影レンズ５８は、車両前方から観察したときの意匠的な効果を目的としたものである。しかし、上下幅の狭い投影レンズ５８では、リフレクタ５４で反射された光のうち、通常の投影レンズ６０では入射していたレンズの上下部分（図中に点線で示した部分）に光が入射しなくなるため、光束不足になってしまう。

図２は、図１に示した車両用前照灯５０の光束不足を補うように構成された車両用前照灯７０の概略断面図である。車両用前照灯７０では、光源７２から出射した光を第１リフレクタ７４が反射し、車両前方側に位置する投影レンズ７８に入射させる。さらに、第１リフレクタの延長線上に第２リフレクタ７５をさらに配置し、光源７２から出射した光を同様に反射する。この第２リフレクタ７５で反射された光は、シェード７６の上端から離れた位置を通過して投影レンズ７８に入射する。この構成により、投影レンズ７８における光束不足は解消されるものの、シェード７６の上端から離れた位置を通過する光は、路面の手前側つまり車両前方に近い部分に投影されることになる。この結果、路面の手前側が明るくなり過ぎ、視認性の観点からは好ましくないものとなる。

図３は、図２に示した車両用前照灯７０の欠点を補うように構成された車両用前照灯９０の概略断面図である。車両用前照灯９０は、光源９２、第１リフレクタ９４、第２リフレクタ９５、シェード９６および投影レンズ９８を含む。この構成では、図２の第２リフレクタ７５と比較して第２リフレクタ９５をより光軸に近接して配置することで、第２リフレクタ９５による反射光を投影レンズ９８の中心付近に入射させている。この結果、路面の手前側が明るくなり過ぎることを防止できる。しかし、この構成では、第１リフレクタ９４と第２リフレクタ９５との間に不連続部分が生じ、この不連続部分から光が漏れてしまう（図３の矢印Ｂで示す）ため、図１の例と同様に光束不足になってしまう。

図４は、上述の車両用前照灯の欠点を解消する、本発明の一実施形態に係る車両用前照灯１０の概略断面図である。図４は、車両用前照灯１０の光軸Ａｘを含む鉛直平面によって切断された断面を示している。

車両用前照灯１０は、前方開口を有するランプボディ２２と、前方開口部を覆うように配置された投影レンズ２４とによって灯室２６が形成され、灯室２６内に光源および反射鏡等が配置される。

車両用前照灯１０は、光源を点灯することで、例えば車両前方２５メートルの位置に配置される仮想鉛直スクリーン上に所定の配光パターンを形成することができる。本実施形態では、点灯時にロービーム用配光パターンが形成されるように配光制御されているが、ハイビーム用配光パターンなどの他の配光パターンが形成されるように配光制御してもよい。

投影レンズ２４は、その周縁部がランプボディ２２の前端環状溝部２３に保持されて固定される。投影レンズ２４は、前方側表面および後方側表面が凸面の両凸非球面レンズであり、通常の凸面レンズと異なり、鉛直方向の上下部分が所定量だけ切断された形状となっている。したがって、車両前方から見たとき、水平方向の幅よりも鉛直方向の幅が小さく、水平方向に細長い形状として観察される。投影レンズ２４の鉛直方向の長さは、例えば水平方向の長さの約２０〜７０％である。

投影レンズ２４は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に後方焦点Ｆ１を有しており、この後方焦点面上に形成される光源像を仮想鉛直スクリーン上に反転像として投影するように構成される。

光源１２は、第１反射鏡１４に直接光を入射させるように、光軸Ａｘよりも上方に、出射面が下向きに傾斜した状態で灯室２６内に配置される。光源１２は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体光源であることが好ましいが、ハロゲンランプやディスチャージランプなどの任意のランプであってもよい。以下の説明では、光源がＬＥＤであるものとして説明する。光源は図示のように一つのＬＥＤで構成されてもよいし、複数のＬＥＤで構成されてもよい。

第１反射鏡１４は、光源１２の出射面の直下に位置する回転楕円をベースとした楕円系の反射面を有しており、光源１２から出射する光を反射する。第１反射鏡１４は、楕円系反射面の焦点が投影レンズ２４の後方焦点Ｆ１の近傍に位置するように設計されている。したがって、第１反射鏡１４の反射面で反射される光のほぼ全てが投影レンズ２４に入射する。

遮蔽板２０は、第１反射鏡１４の楕円系反射面の焦点近傍にその上端が位置するように配置され、仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンに水平カットオフラインを形成する。

第１反射鏡１４と遮蔽板２０との間に配置される第２反射鏡１６は、光源１２からの出射光のうち第１反射鏡１４に入射しない光を第３反射鏡１８に向けて反射するように構成される。第２反射鏡１６は、第１反射鏡１４の楕円形状の延長線上に配置されることが好ましい。第２反射鏡１６は、楕円系反射面を光源１２側に有しており、楕円系反射面の焦点Ｆ２は光軸Ａｘよりも上方に位置する。

第３反射鏡１８は、第１反射鏡１４による反射光と非干渉の位置に配置され、第２反射鏡１６による反射光を投影レンズ２４に向けて反射する。第３反射鏡１８は回転放物面をベースとした放物系反射面で構成されており、その焦点が第２反射鏡１６の焦点Ｆ２と略一致するように配置される。

光源１２を下向きに配置したことで、図３に示した例のように第１反射鏡と第３反射鏡との間の隙間を考慮する必要がなくなり、かつ第３反射鏡を光軸の近くに配置することが可能になる。第３反射鏡１８を光軸Ａｘに近接させて配置すると、図２に示した例と異なり、第３反射鏡１８による反射光によって路面の手前側に明部ができないようにすることができる。

図５は、第１反射鏡１４により反射される光線の軌跡を示す図である。光源１２から出射した光は、第１反射鏡１４の焦点（または投影レンズ２４の後方焦点）Ｆ１を経由して投影レンズ２４に入射し、投影レンズ２４の略全体から前方に光が出射される。

図６は、第２反射鏡１６および第３反射鏡１８により反射される光線の軌跡を示す図である。光源１２から出射した光のうち、第１反射鏡１４に入射しない光は第２反射鏡１６に入射する。第２反射鏡１６に入射した光は、焦点Ｆ２を経由して第３反射鏡１８に入射し、第３反射鏡１８によって投影レンズ２４の下側に入射する。この光が投影レンズ２４によって投影されると、仮想鉛直スクリーンの水平カットオフラインの近傍を照らすことができる。

図７（ａ）〜（ｄ）は、車両用前照灯１０によって構成される配光パターンの例を示す。図中の実線が第１反射鏡１４によって形成される配光パターンＣ１を表し、点線が第２反射鏡１６および第３反射鏡１８によって形成される配光パターンＣ３を表している。なお、Ｃ２はホットスポットを表す。

図７（ａ）は、第２反射鏡１６による反射光が第３反射鏡１８のうち車両後方側１８ａに集中して入射するように、第２反射鏡１６の楕円系反射面の形状を調整したときの配光パターンを示す。このようにすると、配光パターンＣ３で示すように、水平カットオフラインの近傍に光を集めることができる。

図７（ｂ）は、第３反射鏡１８の車両後方側１８ａから車両前方側１８ｂに向けて、第２反射鏡１６による反射光の光束が減少していくように第２反射鏡１６の楕円系反射面の形状を調整したときの配光パターンを示す。このようにすると、第２および第３反射鏡による配光パターンＣ３を上下方向に均一に拡げることができる。

第２反射鏡１６および第３反射鏡１８の反射面形状を調整して、水平方向における配光パターンを変えることも可能である。図７（ｃ）は、第２反射鏡１６による反射光を水平方向に拡げつつ、第３反射鏡１８のうち車両後方側１８ａに集中して第２反射鏡１６による反射光が入射するように、第２反射鏡１６の楕円系反射面と第３反射鏡１８の放物系反射面の形状を調整したときの配光パターンを示す。このようにすると、図７（ａ）の例と比較して配光パターンＣ３の幅を拡げることができる。

図７（ｄ）は、第２反射鏡１６による反射光を水平方向に拡げつつ、第３反射鏡１８の車両後方側１８ａから車両前方側１８ｂに向けて第２反射鏡１６による反射光の光束が減少していくように、第２反射鏡１６の楕円系反射面と第３反射鏡１８の放物系反射面の形状を調整したときの配光パターンを示す。図示のように、第２および第３反射鏡による反射光で形成される配光パターンＣ３が、第１反射鏡による反射光で形成される配光パターンＣ１よりも水平方向に拡がるようにすると、光源の光量が少ない場合に拡散を少なく済ませることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用前照灯によれば、下向きに配置された光源の直下に第１反射鏡を配置してできるだけ多くの光束を上下方向の幅が狭い投影レンズに入射させるとともに、第１反射鏡による反射では投影レンズに入射させられない光を、第２反射鏡と第３反射鏡を用いて投影レンズに入射させるようにした。これによって、凸レンズの上下が所定量切断された形状の投影レンズを備える車両用前照灯であっても、通常の投影レンズを備える車両用前照灯と同等の光量を確保することができる。また、第３反射鏡を投影レンズの光軸の近傍に配置することで、車両前方の路面手前側が明るくなり過ぎないようにすることができる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

実施の形態で説明した車両用前照灯のみでロービームを構成する代わりに、拡散光学系を追加してロービームを構成してもよい。また、図７（ａ）〜（ｄ）に示した配光パターンを組み合わせて使用してもよい。

１０ 車両用前照灯、 １２ 光源、 １４ 第１反射鏡、 １６ 第２反射鏡、 １８ 第３反射鏡、 ２０ 遮蔽板、 ２４ 投影レンズ、 Ａｘ 光軸、 Ｆ１、Ｆ２ 焦点。

Claims (5)

1. 水平方向の幅よりも鉛直方向の幅が狭い形状の投影レンズと、
   前記投影レンズの光軸よりも上方に、出射面が下向きに傾斜した状態で配置される光源と、
   前記光源からの出射光を反射する楕円系反射面を有し、該反射面で反射される光のほぼ全てが前記投影レンズに入射するように大きさが調整された第１反射鏡と、
   前記第１反射鏡の焦点近傍に配置され、前記投影レンズから投影される配光パターンに水平カットオフラインを形成する遮蔽板と、
   前記光源からの出射光のうち前記第１反射鏡に入射しない光を反射するように配置された第２反射鏡と、
   前記遮蔽板の上端より上側の前記第１反射鏡による反射光と非干渉の位置に配置され、前記第２反射鏡による反射光を前記投影レンズに向けて反射する第３反射鏡と、
   を備えることを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記第２反射鏡は楕円系反射面で、前記第３反射鏡は放物系反射面で構成されており、それぞれの反射面の焦点が前記遮蔽板の上端より上側に位置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. 前記第３反射鏡の全面にわたり反射光が入射するように、前記第２反射鏡の楕円系反射面の形状が調整されることを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。
4. 前記第３反射鏡の車両後方側に集中して反射光が入射するように、前記第２反射鏡の楕円系反射面の形状が調整されることを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。
5. 前記第３反射鏡による反射光で形成される配光パターンが、前記第１反射鏡による反射光で形成される配光パターンよりも水平方向に拡がるように、前記第２反射鏡の楕円系反射面と前記第３反射鏡の放物系反射面の形状が調整されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の車両用前照灯。

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