JP5944617B2 - 灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、灯具ユニットに関し、特に車両用前照灯に用いられる灯具ユニットに関する。

従来、上端部にカットオフラインを有する配光パターンを形成するように構成された車両用前照灯用の灯具ユニットとして、半導体発光素子からなる光源と、その光源からの光が入射され、灯具前方へ透過させる透光部材とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この灯具ユニットにおいては、透光部材が、光源からの入射光を透光部材の前面で反射させた後に透光部材の後面で再度反射させて、透光部材の前面から出射す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、半導体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。また、透光部材の後面は、そのほぼ全域に、前面からの反射光を再度反射するための鏡面処理が施されている。

特開２００５−１１７０４号公報

しかしながら、光源からの光が直接透光部材の後面に入射すると、その反射光によって所望の配光パターン以外の領域が照射され得る。その場合、その領域に存在する歩行者や車両の乗員に対してグレアを感じさせる可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、グレアの発生が抑制された配光パターンを形成可能な灯具ユニット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灯具ユニットは、上端部に所定のカットオフラインを有する配光パターンを形成するための灯具ユニットであって、光源と、光源からの光が後方から入射され、前方に配光パターンを投影する透光部材と、光源と透光部材との間に設けられ、光源から出射した光の一部を遮光する遮光部と、を備える。透光部材は、後方から該透光部材の内部に入射した入射光を、該透光部材の前面で後方に向けて反射させた後に該透光部材の後面で前方に向けて再度反射させて、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、遮光部は、光源から透光部材の後面へ直接向かう光を遮光するように構成されている。

この態様によると、光源から透光部材の後面へ直接向かう光が遮光されるため、グレアの発生が抑制される。

遮光部は、光源と透光部材の後面との間に設けられていてもよい。

遮光部は、光源からの光が透光部材へ入射する入射面に形成されていてもよい。これにより、遮光部の位置決めが容易となる。

本発明の別の態様もまた、灯具ユニットである。この灯具ユニットは、上端部に所定のカットオフラインを有する配光パターンを形成するための灯具ユニットであって、光源と、光源からの光が後方から入射され、前方に配光パターンを投影する透光部材と、を備える。透光部材は、後方の入射面から該透光部材の内部に入射した入射光を、該透光部材の前面で後方に向けて反射させた後に該透光部材の後面で前方に向けて再度反射させて、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、入射面は、光源から透光部材の後面へ直接向かう光を該入射面において透光部材の前面に向けて屈折するように構成されている。

この態様によると、光源から透光部材の後面へ直接光が向かわないため、グレアの発生が抑制される。

遮光部は、光源からの光を前方へ反射する反射面を有していてもよい。これにより、光源から透光部材の後面へ直接向かう光を遮光するだけでなく、その光を前方へ反射することが可能となり、灯具ユニットとして光束の利用率が向上する。

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、グレアの発生が抑制された配光パターンを形成できる。

第１の実施の形態に係る灯具ユニットの光軸Ｘを含む垂直断面図である。 第１の実施の形態に係る灯具ユニットを用いた車両用前照灯の断面図である。 本実施の形態に係る灯具ユニットから前方に照射された光により、灯具前方の所定の位置（例えば２５ｍ）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を示す図である。 灯具ユニットを正面から観察したときの平面図である。 透光部材の後面が回転放物面であると仮定したときに、車両用前照灯により仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す図である。 グレアの発生を説明するための模式図である。 第１の実施の形態に係る灯具ユニットの収納空間近傍の拡大図である。 第２の実施の形態に係る遮光部近傍の拡大図である。 第３の実施の形態に係る遮光部近傍の拡大図である。 図１０（ａ）は、第４の実施の形態に係る灯具ユニットの正面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す灯具ユニットの光軸Ｘを含む断面図である。 変形例に係る透光部材の収納空間近傍の拡大図である。

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。

本発明の灯具ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。以下では、車両用灯具のうち車両用前照灯に本発明の灯具ユニットを適用した場合について説明する。また、以下の各実施の形態に係る灯具ユニットは、上端部に所定の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できる。

（第１の実施の形態）
はじめに、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０の概略構成を示す。図１は、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０の光軸Ｘを含む垂直断面図である。灯具ユニット１０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、一つの灯具ユニット１０の構成を説明する。

灯具ユニット１０は、主に発光部１６、放熱フィン１８、透光部材２０、後面反射部２２、および前面反射部２４を含む。

発光部１６は、長方形状のＬＥＤ等の発光素子１２を光源として用いる。発光素子１２は回路基板上に配置され、半球状の封止樹脂によって封止されている。後述するように、発光素子１２は、長方形の一つの角が光軸Ｘ上に位置するように配置される。発光素子１２から発せられた光は、透光部材２０の前面で反射された後にさらに後面で反射されて、透光部材２０の前面から出射する。

透光部材２０は、アクリル樹脂等の透明な合成樹脂成形品であり、発光素子１２からの光が後方から入射され、前方に配光パターンを投影する。透光部材２０の前面２０ａは、光軸Ｘと直交する平面で構成されている。透光部材２０の後面２０ｂは、前面２０ａに関して、発光素子１２と光軸Ｘの交点である発光中心Ａと対称の位置を焦点Ｆとするとともに、光軸Ｘを中心軸とする回転放物面を基準面として形成された光反射制御面として構成されている。したがって、前面２０ａは、発光中心Ａと焦点Ｆから等距離に位置する平面となる。

透光部材２０の前面２０ａには、発光素子１２から発せられた光を後面２０ｂに内面反射させるための前面反射部２４が形成されている。前面反射部２４は、光軸Ｘを中心とする円形の領域であり、アルミニウム蒸着等によって鏡面処理が施されている。前面反射部２４の外周縁は、透光部材２０の前面２０ａに入射する発光素子１２からの光の入射角が透光部材２０の臨界角と略等しくなる位置に設定される。これによって、発光素子１２から発せられた光は、鏡面処理が施された前面反射部２４によって内面反射されるとともに、前面反射部２４に覆われていない外周側では全反射によって内面反射される。

つまり、透光部材２０は、後方から透光部材の内部に入射した入射光を、透光部材の前面２０ａで後方に向けて反射させた後に透光部材の後面２０ｂで前方に向けて再度反射させて、透光部材の前面２０ａから出射させるように構成されている。

透光部材２０の後面側には、発光部１６が取り付けられている。また、透光部材２０の後面側には、発光素子１２を取り囲む収納空間１４が形成されている。収納空間１４は、発光中心Ａを中心とする半球面状に形成されており、さらに収納空間１４内はエポキシ樹脂等の透明樹脂で充填されている。これによって、発光素子１２からの出射光を半球面で屈折させることなく透光部材２０に入射させるようになっている。なお、収納空間１４は、後述する遮光部を設ける場合には、封止樹脂を用いずに空洞にしてもよい。

透光部材２０の後面２０ｂ上には、前面反射部２４による反射光を車両前方への出射光として反射させるための後面反射部２２が形成されている。後面反射部２２は、凹部２０ｃを除く後面２０ｂの全域に渡り、アルミニウム蒸着等によって鏡面処理が施されている。

図２は、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０を用いた車両用前照灯１００の断面図である。車両用前照灯１００は、図２に示すように、灯具ユニット１０の前方に開口された凹部を有するランプボディ２６と、ランプボディ２６の開口面を閉塞するカバー２８とを備え、ランプボディ２６とカバー２８によって形成された内部空間が灯室２９として形成されている。灯具ユニット１０は、灯室２９内に配置されている。なお、複数の灯具ユニット１０を灯室２９内に配置してもよい。

図２に示すように、灯具ユニット１０は、支持部材３１を介してランプボディ２６に取り付けられている。灯具ユニット１０は、その光軸Ｘが車両前後方向を向くように配置されている。

図３は、本実施の形態に係る灯具ユニット１０から前方に照射された光により、灯具前方の所定の位置（例えば２５ｍ）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３０を示す図である。

ロービーム用配光パターン３０は、その上端縁にカットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３を有する。カットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３は、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線を境にして左右段違いで水平方向に延在する。第１水平カットオフラインＣＬ１は、Ｖ−Ｖ線より右側かつＨ−Ｈ線より下方において水平方向に延在する。傾斜カットオフラインＣＬ３は、第１水平カットオフラインＣＬ１の左端部から左上方に向かってα°（例えば、α≦１５°）の傾斜角で斜めに延在する。第２水平カットオフラインＣＬ２は、傾斜カットオフラインＣＬ３とＨ−Ｈ線との交点から左側においてＨ−Ｈ線上に延在する。第１水平カットオフラインＣＬ１と傾斜カットオフラインＣＬ３の交点であるエルボ点Ｅの近傍に、高光度領域であるホットゾーンが形成される。

ロービーム用配光パターン３０は、水平カットオフライン形成パターンＰ１、Ｐ２と、傾斜カットオフライン形成パターンＰ３と、拡散領域形成パターンＰ４の合成配光パターンとして形成される。このうち、水平カットオフライン形成パターンＰ１の上端縁が第１水平カットオフラインＣＬ１を形成し、水平カットオフライン形成パターンＰ２の上端縁が第２水平カットオフラインＣＬ２を形成し、傾斜カットオフライン形成パターンＰ３の上端縁が傾斜カットオフラインＣＬ３を形成する。

図４は、灯具ユニット１０を正面から観察したときの平面図である。図４では、透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面を説明するために、前面反射部２４を省略して示している。以下の説明では、光軸を通過する水平線および垂直線で光反射制御面を４分割し、図中右上から反時計回りに領域Ｉ〜領域ＩＶと呼ぶことにする。

発光素子１２は、光軸Ｘを通り水平線に対して傾斜カットオフラインの傾斜角αと等しい角度で延びる線Ｌに沿って発光素子の長方形の下辺１２ａが位置するように配置されている。発光素子１２の下端の角は、光軸Ｘ上に配置される。

図５は、透光部材２０の後面２０ｂが回転放物面であると仮定したときに、図４に示す領域Ｚからの反射光により仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す。上述のように、発光素子１２を水平線に対して傾斜角αだけ傾けることで、基本配光パターンも同角度だけ傾くことになる。また、基本配光パターンの上端部の輪郭は、傾斜方向に延びる発光素子１２の下辺１２ａの反転像として、傾斜カットオフラインＣＬ３として形成される。本実施の形態では、このような基本配光パターンをもとにして透光部材２０光反射制御面を調整することで、図３に示したようなロービーム用配光パターンを作り出す。

図４に戻り、透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面の中央部には、傾斜カットオフラインの傾斜角αと等しい角度だけ水平線に対して傾斜された帯状の領域Ｚが形成される。この帯状の領域Ｚは、傾斜カットオフラインＣＬ３を形成するための領域（以下、「傾斜ライン形成領域」と呼ぶ）Ｚである。傾斜ライン形成領域Ｚは、発光素子１２および発光素子１２の下端線の延長線であるＬの近傍に設定される。傾斜ライン形成領域Ｚの上下の境界線Ｃ１、Ｃ２間の幅は、仮想鉛直スクリーン上に形成されるホットゾーンの大きさに応じて決定される。境界線Ｃ１とＣ２の幅を広げると、ホットゾーンに到達する光束が増加し、逆に幅を狭めるとホットゾーンの光束が減少する。

光反射制御面のうち領域ＩおよびＩＩＩには、それぞれ水平カットオフラインを形成するための領域（以下、「水平ライン形成領域」と呼ぶ）Ｓ２、Ｓ１が設定される。

水平ライン形成領域Ｓ１は、中心に向けて凸状に形成された曲線Ｃ４、傾斜ライン形成部の境界線Ｃ２および垂直線によって囲まれた略三角形の境界である。水平ライン形成領域Ｓ１は、中心に向けて凸状に形成された曲線Ｃ３、傾斜ライン形成部の境界線Ｃ１および垂直線によって囲まれた略三角形の境界である。水平ライン形成領域Ｓ１は、仮想鉛直スクリーン上で水平カットオフライン形成パターンＰ１を形成し、水平ライン形成領域Ｓ２は、水平カットオフライン形成パターンＰ２を形成する。

曲線Ｃ３、Ｃ４は、透光部材２０の後面２０ｂが回転放物面で構成されている場合、この面による反射光によって形成される発光素子の像が、仮想鉛直スクリーン上の水平カットオフラインＣＬ２、ＣＬ１と等しい上端縁を有する像となるような位置をつなぐことで設定される。より具体的には、発光素子１２から発せられ透光部材２０の前面２０ａで反射された光を後面２０ｂで反射し、前面で屈折して仮想鉛直スクリーン上に投影される光の上端の角度を計算する。そして、この角度が略水平になる回転放物面上の位置を決定し、その領域をつなぐことで曲線Ｃ３、Ｃ４を設定する。

透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面のうち、傾斜ライン形成領域Ｚおよび水平ライン形成領域Ｓ１、Ｓ２以外の領域Ｄ１〜Ｄ４は、複数の反射素子が縦長の格子状に形成されて構成される。これら各反射素子は、発光素子１２から発せられ透光部材２０の前面２０ａで反射された光を拡散反射させる。各反射素子は、回転放物面に対する水平方向の曲率を変えることで拡散角度を調整可能であり、仮想鉛直スクリーン上で拡散領域形成パターンＰ４を形成するように設定される。

以上説明したように、本実施の形態では、発光素子を傾斜して配置するとともに、透光部材の光反射制御面を、傾斜カットオフラインを形成する傾斜ライン形成領域と、水平カットオフラインを形成する水平ライン形成領域とに分割することにした。これによって、左右一組の灯具ユニット１０で、ロービーム用配光パターンを形成することができる。

ところで、本発明者らは、上述の灯具ユニット１０がグレアを発生しうることに想到した。図６は、グレアの発生を説明するための模式図である。図６に示すように、発光中心Ａから出射した光のうち、前面２０ａで反射した後にさらに後面２０ｂで反射し、透光部材２０の前面２０ａから出射する光Ｌ１，Ｌ２は、光反射制御面である後面２０ｂによって制御された光として所望の配光パターンを形成する。しかしながら、発光中心Ａから出射した光のうち、前面２０ａで反射されることなく、直接後面２０ｂで反射された光Ｌ３は、光反射制御面である後面２０ｂでの制御が困難となり、車両前方の前走車や歩行者へグレアを与える一因となりうる。

そこで、本実施の形態では、図１に示す灯具ユニット１０の収納空間１４に遮光部（図１では不図示）を設けている。遮光部は、発光中心Ａから発した光が図６に示す網点領域Ｂに直接向かわないように構成されている。

図７は、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０の収納空間１４近傍の拡大図である。なお、一部の部材については図示を適宜省略してある。

本実施の形態に係る遮光部３２は、発光素子１２と透光部材２０の後面２０ｂとの間に設けられ、発光素子１２から出射した光の一部を遮光する。遮光部３２は、椀状であり、底部に発光素子１２を配置するための配置部３２ａが設けられている。遮光部３２は、発光素子１２から透光部材２０の後面２０ｂへ直接向かう光Ｌ３、つまり、図６に示す網点領域Ｂに直接向かう光を遮光するように構成されている。これにより、発光素子１２から透光部材２０の後面２０ｂへ直接向かう光が遮光されるため、グレアの発生が抑制される。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係る遮光部近傍の拡大図である。本実施の形態に係る遮光部３４は、発光素子１２の光が透光部材２０へ入射する入射面２０ｄに形成されている。遮光部３４は、例えば、蒸着等によって入射面２０ｄ上に膜を形成したり、予め作製した部材を入射面２０ｄに貼り付けたりすることで実現できる。これにより、収納空間１４内の発光素子１２近傍に遮光部を設ける場合と比較して、遮光部の位置決めが容易となる。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係る遮光部近傍の拡大図である。本実施の形態に係る遮光部３６は、第１の実施の形態に係る遮光部３２と類似の構成であるが、内面３６ａが反射処理されている点が大きな相違点である。つまり、内面３６ａが反射面として機能する。これにより、発光素子１２から透光部材２０の後面２０ｂへ直接向かう光についても車両前方へ反射することが可能となり、配光パターンの形成にも寄与するため、灯具ユニットとして光束の利用率が向上する。

（第４の実施の形態）
図１０（ａ）は、第４の実施の形態に係る灯具ユニット７０の正面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す灯具ユニット７０の光軸Ｘを含む断面図である。灯具ユニット７０は、発光素子１２が傾斜して配置されることは上述の実施の形態と同様であるが、透光部材８０、前面反射部８２および後面反射部８４の形状が異なる。

前面８０ａおよび前面反射部８２の上半分は、前面反射部８２と後面反射部８４との間で複数回の反射が起こらない限界の位置である前面８０ａ上の位置Ｈと、発光中心Ａとを結んだ直線をＧとしたとき、直線Ｇを軸とした放物線を光軸Ｘの回りに回転させた回転放物面形状に形成されている。前面８０ａおよび前面反射部８２の下半分は、光軸Ｘを含む水平面に対して上半分と対称に形成されている。さらに、透光部材８０の光反射制御面としての後面反射部８４のうち、回転放物面である前面反射部８２で反射された光が到達する自由曲面領域８０ｂについては、光を平行光として反射する自由曲面に形成され、外側の残りの放物面領域８０ｃについては上述の実施の形態と同様の放物面として形成される。つまり、前面反射部８２で反射された光は後面反射部８４の自由曲面領域８０ｂで反射され、透光部材の前面８０ａで反射された光は後面反射部８４の放物面領域８０ｃで反射される。これにより、後面反射部８４からの反射光のすべてが平行光として反射される。

図１０に示すような構成とすることで、透光部材の前面が平らな場合と比較して、発光素子１２から発せられた光は、前面反射部８２によって、光軸Ｘからより離れる方向に反射される。そのため、後面反射部８４による再反射光が前面反射部８２に再度入射することが抑制される。つまり、前面と後面との間での光線の複数回反射が抑制されるため、出射される光束をさらに増加させることができる。なお、前面反射部８２や後面反射部８４の全面を自由曲面としてもよい。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各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各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各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。

上述の実施の形態では、透光部材２０の入射面２０ｄは、半球状であるため、中心からの光は屈折せずにそのまま透過してしまう。そのため、遮光部が必要となる。一方、上述の実施の形態に係る灯具ユニット１０において、遮光部を設けることなく発光素子１２から透光部材２０の後面２０ｂへ光が直接向かわないようにすることもできる。

図１１は、変形例に係る透光部材の収納空間１１４近傍の拡大図である。変形例に係る透光部材１２０は、発光素子１２から透光部材１２０の後面１２０ｂへ直接向かう光が入射面１２０ｄにおいて透光部材１２０の前面に向けて屈折するように、入射面の形状が構成されている。これにより、光源から透光部材の後面へ直接向かう光が屈折されるため、遮光部を設けることなくグレアの発生が抑制される。

１０ 灯具ユニット、 １２ 発光素子、 １４ 収納空間、 １６ 発光部、 １８ 放熱フィン、 ２０ 透光部材、 ２０ａ 前面、 ２０ｂ 後面、 ２０ｃ 凹部、 ２０ｄ 入射面、 ２２ 後面反射部、 ２４ 前面反射部、 ２６ ランプボディ、 ２８ カバー、 ２９ 灯室、 ３０ ロービーム用配光パターン、 ３１ 支持部材、 ３２ 遮光部、 ３２ａ 配置部、 １００ 車両用前照灯。

Claims (3)

1. 上端部に所定のカットオフラインを有する配光パターンを形成するための灯具ユニットであって、
   灯具ユニットを正面から観察したときに長方形状となる発光部を有する光源と、
   前記発光部からの光が後方から入射され、前方に前記配光パターンを投影する透光部材と、
   前記透光部材の後面の一部を凹部とすることによって形成されており、該凹部に前記発光部が位置している収納部と、
   前記収納部の内部に設けられ、前記発光部から出射した光の一部を遮光する遮光部と、を備え、
   前記透光部材は、前記凹部から該透光部材の内部に入射した入射光を、該透光部材の前面で後方に向けて反射させた後に、該透光部材の前記凹部以外の後面に形成されている後面反射部で前方に向けて再度反射させて、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、
   前記遮光部は、前記発光部と前記収納部における後面との間に設けられており、前記発光部から前記透光部材の前記後面反射部へ直接向かう光を遮光するように構成されている、
   ことを特徴とする灯具ユニット。
2. 前記遮光部は、前記光源からの光が前記透光部材へ入射する入射面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
3. 前記遮光部は、光源からの光を前方へ反射する反射面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の灯具ユニット。

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