JP7000695B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は車両用灯具に関するものである。
特許文献1には、ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンの双方を形成することができる灯具ユニットを備えた車両用灯具であって、ハイビーム配光パターンについては、複数の発光チップを用いて、先行車や対向車の位置に応じて、配光パターンを変化させる可変ハイビーム(Adaptive Driving Beam)制御が可能である車両用灯具が開示されている。
特開2016-39020号公報
ところで、このように多数の発光チップを並べて配置する構成の場合、投影レンズのレンズ焦点から離れた位置にも発光チップが存在することになり、軸外収差のために、その外側に位置する発光チップからの光による配光パターンが配光崩れする場合があるが、特許文献1の車両用灯具では、この軸外収差の問題に関しては考慮されていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンの双方を形成することができる灯具ユニットを備えた車両用灯具であって、配光崩れを抑制した車両用灯具を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
(1)本発明の車両用灯具は、ロービーム配光用の第1発光チップと、ハイビーム配光用の水平方向に並ぶ複数の第2発光チップと、前記第1発光チップ及び前記第2発光チップの光を前方側に照射するレンズと、前記第1発光チップからの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタと、前記リフレクタで反射される光の一部を遮光するシェードと、備え、前記レンズは、前記レンズの後方基本焦点を通る基本光軸から鉛直方向上側の上側入射面と、前記基本光軸から鉛直方向下側の下側入射面と、を備え、前記上側入射面は、前記基本光軸側から前記上側入射面の外側縁部に向かって曲率半径が大きくなる形状を有し、前記下側入射面は、前記水平方向の中央側から水平方向外側に向かって曲率半径が大きくなるとともに、鉛直断面が直線状である形状を有している。
(2)上記(1)の構成において、前記第2発光チップは、前記レンズの前記後方基本焦点より後方側の鉛直方向下側に配置されており、前記第2発光チップは、発光中心を通る発光光軸が前記上側入射面に交わるように、発光面が鉛直方向上側に傾斜して配置されている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記第2発光チップから前記下側入射面に向かって放射される光の一部を鉛直方向上側に反射する第1反射部と、前記第2発光チップから鉛直方向上側に放射される光の一部を鉛直方向下側に反射する第2反射部と、を備えている。
(4)上記(3)の構成において、前記第1反射部は、前記第2発光チップから、直接、前記下側入射面に向かって放射される光のうち、前記下側入射面に入射する光量が1/3から6/7となるように、光を反射している。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記下側入射面及び前記上側入射面に形成され、前記レンズに入射する光を散乱する光拡散構造を備え、前記上側入射面の水平方向中央側に形成される光拡散構造は、前記下側入射面に形成される光拡散構造よりも光の散乱量が大きく設定されている。
(6)本発明の車両用灯具は、ロービーム配光用の第1発光チップと、ハイビーム配光用の水平方向に並ぶ複数の第2発光チップと、前記第1発光チップ及び前記第2発光チップの光を前方側に照射するレンズと、前記第1発光チップからの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタと、前記リフレクタで反射される光の一部を遮光するシェードと、備え、前記レンズは、前記レンズの後方基本焦点を通る基本光軸から鉛直方向上側の上側入射面と、前記基本光軸から鉛直方向下側の下側入射面と、を備え、前記レンズの後方基本焦点を通る基本光軸に沿った鉛直断面において、前記上側入射面の上端部が、前記下側入射面の下端部よりも前方側に位置している。
本発明によれば、ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンの双方を形成することができる灯具ユニットを備えた車両用灯具であって、配光崩れを抑制した車両用灯具を提供することができる。
本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットを前方側から見た平面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの断面図である。 本発明に係る実施形態のレンズの入射面の形状を説明するための図であり、(a)はレンズの後方基本焦点を通る基本光軸に沿った鉛直方向の断面図であり、(b)はレンズの後方基本焦点を通る基本光軸に沿った水平断面図である。 軸外収差による配光崩れを抑制するための入射面の設計方法について説明する図である。 スクリーン上での配光パターンが鉛直方向に分離する場合を示す図である。 本発明に係る実施形態のレンズの出射面の形状を説明するための図であり、(a)はレンズを後方側から見た図であり、(b)はレンズの後方基本焦点を通る基本光軸に沿った鉛直断面図である。 本発明に係る実施形態の第1反射部及び第2反射部を設ける前の状態で形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(a)は上側出射面から照射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、(b)は下側出射面から照射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、(c)は(a)と(b)の配光パターンが多重された第2発光チップからの光が形成する配光パターンを示す図である。 本発明に係る実施形態の入射面に形成された光拡散構造を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の車両用灯具のスクリーン上での配光パターンを示す図であり、(a)は上側出射面から照射される光によって形成される配光パターンであり、(b)は下側出射面から照射される光によって形成される配光パターンであり(c)は(a)と(b)の配光パターンが多重された第2発光チップからの光が形成する配光パターンを示す図である。 図2におけるレンズの後方基本焦点を通る鉛直軸(Y軸)から最も左側(車両内側)に離れた位置に配置されている第2発光チップからの光で形成される配光パターンを示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と称する)について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
また、実施形態及び図中において、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。
本発明に係る実施形態の車両用灯具は、図1に示す車両102の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用前照灯(101R、101L)であり、以下では単に車両用灯具と記載する。
本実施形態の車両用灯具は、車両前方側に開口したハウジング(図示せず)と開口を覆うようにハウジングに取り付けられるアウターレンズ(図示せず)を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット10(図2参照)等が配置されている。
なお、以下の灯具ユニット10の説明では、主に車両右側の車両用灯具を例にして説明を行うが、特に断りがない部分については、左右の車両用灯具で共通である。
(灯具ユニット10)
図2は灯具ユニット10を前方側から見た平面図であり、図3は灯具ユニット10の断面図である。
なお、図2ではレンズ50を省略し内部がわかる図示としており、図3はレンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に沿った鉛直方向の断面図になっている。
図3に示すように、灯具ユニット10は、ヒートシンク20と、第1光源25と、リフレクタ30と、シェード31と、取付部材40と、第2光源43と、給電コネクタ44と、レンズ50と、第1反射部61と、第2反射部62と、を主に備えている。
(ヒートシンク20)
ヒートシンク20は、ベース部21と、ベース部21の鉛直方向下側に一体に形成された鉛直方向下側に延びる複数の放熱フィン22と、を備えている。
また、ベース部21の鉛直方向上側の面には、第1光源25を載置する載置部26が形成されており、第1光源25がホルダ27によって取り付けられるようになっている。
ヒートシンク20は、第1光源25が発生する熱を効率よく、放熱するために熱伝導率のよい金属や樹脂によって形成されることが好ましく、本実施形態では、アルミダイカスト製のヒートシンク20を用いている。
(第1光源25)
第1光源25は、ロービーム配光パターンを形成するための光を放射する光源であり、載置部26上に配置される第1基板23と、光を鉛直方向上側に放射するように第1基板23上に設けられた第1発光チップ24と、を備えている。
本実施形態では、半導体型の発光素子であるLEDチップを第1発光チップ24に用いているが、第1発光チップ24はLEDチップに限定される必要はなく、例えば、半導体型の発光素子であるLDチップ(レーザダイオードチップ)であってもよい。
(リフレクタ30)
リフレクタ30は、第1発光チップ24から鉛直方向上側に放射された光をレンズ50に向けて反射する部材であり、前方側に開口するように、リフレクタ30の反射面30aが第1発光チップ24上を半ドーム状に覆うようにヒートシンク20のベース部21に取り付けられている。
(シェード31)
シェード31は、図3に示すように、第1光源25とレンズ50との間に配置され、リフレクタ30でレンズ50側に反射された光の一部を遮光し、ロービーム配光パターンのカットオフラインを形成する部材である。
より具体的には、図2に示すように、シェード31の前方側の縁部31aがカットオフラインに合わせた形状を有し、レンズ50の後方基本焦点Oが、シェード31の前方側の縁部31aの斜めカットオフラインの上側端部を形成する部分の近傍に位置するように、シェード31は配置されている。
具体的には、図3に示すように、レンズ50の後方基本焦点Oがシェード31の前方側の縁部31aから約1.0mm後方に位置するように、シェード31は配置されている。
(取付部材40)
取付部材40は、シェード31や後述する第2光源43、給電コネクタ44、第1反射部61及び第2反射部62が取り付けられる部材である。
本実施形態では、取付部材40がヒートシンク20と別部材として形成され、ヒートシンク20に対して取付部材40を固定するものとしているが、必ずしも、ヒートシンク20と別部材に構成する必要はなく、ヒートシンク20に一体に取付部材40に対応する構造を作り込むようにしてもよい。
図3に示すように、取付部材40は、前方側に位置する第1面40aが第2光源43を配置する面になっており、理由については後述するが、レンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)に対して、第1面40aが角度θ1で鉛直方向斜め上側に向くように形成されている。
なお、本実施形態では、第1面40aは、角度θ1が約25°となるように鉛直方向斜め上側に傾いた面になっている。
(第2光源43)
第2光源43は、ハイビーム配光パターンを形成するための光を放射する光源であり、図3に示すように、取付部材40の第1面40a上に配置される第2基板41と、第2基板41上に水平方向に並ぶように設けられた複数の第2発光チップ42(図2参照)と、を備えている。
第2発光チップ42も、本実施形態では、第1発光チップ24と同様に、半導体型の発光素子であるLEDチップを用いているが、LEDチップに限定される必要はなく、例えば、半導体型の発光素子であるLDチップ(レーザダイオードチップ)であってもよい。
本実施形態では、図2に示すように、車両前方側から見た正面視で、レンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)を基準に車両外側(図左側)に4個の第2発光チップ42が設けられるとともに、車両内側(図右側)に7個の第2発光チップ42が設けられ、水平方向に並ぶように11個の第2発光チップ42を設けているが、第2発光チップ42の数は、形成するハイビーム配光パターンに求められる水平方向の配光範囲に合わせて増やしてもよく、減らしてもよい。
なお、車両左側の車両用灯具の場合には、図2に示す車両前方側から見た正面視で、レンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)を基準に水平方向左右の第2発光チップ42の配置を逆転させるように配置すればよい。
ただし、車両左側と車両右側とでは、車両の内外の関係も逆転するので、車両内側及び車両外側を基準として第2発光チップ42の配置状態を説明すれば、上述した通り、レンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)を基準に車両外側(図左側)に4個の第2発光チップ42が設けられるとともに、車両内側(図右側)に7個の第2発光チップ42が設けられるものとなる。
また、本実施形態では、最も車両内側(図右側)の2個の第2発光チップ42について、残る9個の第2発光チップ42と水平方向での配置ピッチが異なるように、具体的には、若干ピッチが広くなるようにしているが、第2発光チップ42間の水平方向での配置ピッチは、隣接する第2発光チップ42からの光が形成する配光パターンが、スクリーン上で適切にオーバーラップするように設定すればよい。
さらに、本実施形態では、第2光源43は、1つの共通基板である第2基板41上に複数の第2発光チップ42を設けるようにした場合について示しているが、第2発光チップ42毎に基板を設けるようにして複数の光源を備えた第2光源部のような構成であってもよい。
そして、本実施形態の灯具ユニット10では、先行車や対向車の位置に応じて、第2発光チップ42の点消灯を制御することで、先行車や対向車に対するグレア光の発生を抑制するように、ハイビーム配光パターンを変化させる可変ハイビーム(Adaptive Driving Beam)制御が行えるようになっている。
(給電コネクタ44)
給電コネクタ44は、給電を行うための外部コネクタが接続されるコネクタであり、図3に示すように、第2基板41上に設けられ、第2基板41に形成された第2発光チップ42への導電パターンと電気的に接続されている。
(レンズ50)
レンズ50は、ガラスや樹脂等によって形成され、第1発光チップ24及び第2発光チップ42からの光を前方側に所定の配光パターンを形成するように配光制御して照射する部材であり、レンズホルダ50aを介して、ヒートシンク20に取り付けられている。
なお、レンズ50における具体的な配光制御のための構成については後述する。
レンズ50を形成する材料に関しては、特に限定されるものではないが、成形性が良好である観点で、レンズ50は樹脂で形成されることが好ましい。
例えば、青色分光色の発生を抑制しやすい観点からは、屈折率の波長依存性が小さいアクリル系樹脂が好ましい。
一方、ADB制御を行う場合、第2発光チップ42の数が多くなるため、レンズ50に耐熱性が求められる場合がある。
そのような場合には、耐熱性に優れたポリカーボネート系樹脂を用いるようにすればよい。
(第1反射部61)
第1反射部61は、各第2発光チップ42から鉛直方向下側に向かって放射される光のうちの一部の光を反射する部材であり、取付部材40に取り付けられている。
そして、理由については後述するが、本実施例では、レンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に対して角度θ2が約17°より大きい角度で鉛直方向下側に放射される光を反射するようになっている。
(第2反射部62)
第2反射部62は、各第2発光チップ42から鉛直方向上側に向かって放射される光のうちの一部の光を反射する部材である。
そして、第2反射部62は、シェード31の鉛直方向下側に設けられており、シェード31とともに取付部材40に取り付けられている。
なお、本実施形態では、第2反射部62の反射面が第2発光チップ42の発光中心を通る発光光軸OZとほぼ平行になるように、第2反射部62が配置されている。
次に、配光制御に関連する構成について説明しながら、さらに詳細に説明する。
図4はレンズ50の入射面51の形状を説明するための図であり、図4(a)はレンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に沿った鉛直方向の断面図であり、図4(b)はレンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に沿った水平断面図である。
また、図5は軸外収差による配光崩れを抑制するための入射面の設計方法について説明する図である。
なお、図5に示すレンズLは、レンズ50とするための基本形状を有するレンズの水平断面図を示している。
図5では、レンズLに対してレンズLの光軸Pに平行な光線が一方の面S1から入射し、他方の面S2から出射する状態の一例を示しており、一方の面S1に入射する前の光線の延長線と他方の面S2から出射した後の光線の延長線とを一点鎖線で示し、この延長線が交わる点(一点鎖線の交わる点参照)を点Dとしている。
そして、一方の面S1に入射する光線の入射位置を一方の面S1に沿って変え、上述と同様に点Dを求めていくと、その点Dの軌跡は点線で示すようになっており、この点線で示す軌跡がレンズLの主面SMLである。
また、レンズLの光軸Pと主面SMLが交わる点が、レンズLの主点SPである。
そして、主面SMLが基本焦点BFを中心とする真円(アポロンの円)であるときに、軸外収差が無くなるので、レンズLの軸外収差を抑制するためには、レンズLの基本焦点BFと点Dとの距離Kが焦点距離Fで一定であるように、他方の面S2を形成すればよいことになる。
ここで、軸外収差の程度を表す評価量として、正弦条件違反量OSC=K-Fを定義すると、主面SMLに沿って、正弦条件違反量OSCを求めたときに、それらの値がゼロに近いほど軸外収差が抑制されていることになる。
なお、K=W/sinθ’と表すことができるので、正弦条件違反量OSCは、正弦条件違反量OSC=W/sinθ’-Fと記述することができる。
この正弦条件違反量OSCが小さくなるように、入射面の形状を求めると、レンズ50の後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)が入射面51と交差する点M(図4参照)を基準に放射方向(つまり、レンズ50の外周縁部方向)に向かって、曲率半径が連続的に大きくなる形状となる。
一方、本実施形態のレンズ50は、ロービーム配光パターン用の配光制御と、ハイビーム配光パターン用の配光制御と、を行うことを考慮して、正弦条件違反量OSCに基づいて求めた形状を基本形状として、一部修正を加えたものになっている。
具体的には、図4(a)に示すように、レンズ50は、光が入射する入射面51として、レンズ50の後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)から鉛直方向上側の上側入射面52と、基本光軸(Z軸参照)から鉛直方向下側の下側入射面53と、を備えるものとしており、上側入射面52については、上述したように、基本光軸(Z軸参照)側から上側入射面52の外側縁部に向かって曲率半径が大きくなる形状を有するものとしている。
このため、図4(a)に示す断面で見ると、後方側に向かって突出する曲面形状を有する上側入射面52は、基本光軸(Z軸参照)と入射面51が交差する点M(図4参照)側では、曲率半径Rvcが約150mmであり、鉛直方向上側に向かって連続的に曲率半径が大きくなっていき、上側入射面52の外側縁部側では曲率半径Rvtが約300mmになっている。
一方で、図4(a)に示す断面(鉛直断面)で見ると、下側入射面53に関しては、ロービーム配光パターンへの影響を抑制するために、点Mから下側入射面53の下端(下端部Rvb)に至るまで直線状になっている。
なお、曲率半径が無限大に近づけば、その曲線が限りなく直線に近づくことからも明らかな通り、十分に大きな曲率半径の曲線が直線状であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、レンズ50の直径が約68mmであるから、レンズ50の後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)に沿った鉛直断面で見たときに、下側入射面53の鉛直方向の幅は約34mm前後になっており、下側入射面53は後方側に突出する曲面であっても、基本光軸(Z軸参照)に沿った鉛直断面の下側入射面53の幅に対して、下側入射面53の曲率半径が十分に大きい場合(例えば、下側入射面53の鉛直方向の幅の20倍以上の曲率半径を有する場合)、つまり、下側入射面53が約1000mm程度の一定の曲率半径を有するような十分に緩やかな曲面であれば、その下側入射面53は十分に直線状であるといえる。
そして、上側入射面52及び下側入射面53が、上述のような形状を有していることから、図4(a)に示される通り、レンズの後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)の鉛直断面において、上側入射面52の上端部UEが、下側入射面53の下端部Rvbよりも前方側に位置している。
一方、図4(b)に示す断面(水平断面)では、上側入射面52については、基本光軸(Z軸参照)と入射面51が交差する点M(図4参照)側では、曲率半径Rhcが約250mmであり、水平方向外側に向かって連続的に曲率半径が大きくなっていき、上側入射面52の外側縁部側では曲率半径Rhl及びRhrが共に約450mmになっている。
そして、下側入射面53についても、水平断面は、同様に、外周縁部側に向かって曲率半径が連続的に大きくなっている。
つまり、上側入射面52は、基本光軸(Z軸参照)側から上側入射面52の外側縁部に向かって曲率半径が大きくなる形状(放射状に曲率半径が大きくなる形状)を有している。
一方、下側入射面53は、ロービーム配光パターンへの影響と配光崩れを抑制することを考慮し、水平方向の中央(Z軸)側から水平方向外側に向かって曲率半径が大きくなるとともに、鉛直断面が直線状である形状を有するものとしている。
このような形状を有する上側入射面52と下側入射面53とを備えた後方側に凸形状の自由曲面に入射面51を形成することで軸外収差による配光崩れを抑制することができる。
ところで、図3に示すように、レンズ50の後方基本焦点Oよりも後方側(本例では約2.1mm後方側)で、レンズ50の後方基本焦点Oよりも鉛直方向下側(本例では約1.8mm下側)の位置の点を通る水平線上に第2発光チップ42を並べて、各第2発光チップ42から放射される光がなにものにも邪魔されずに、また、各第2発光チップ42を本実施形態のように鉛直方向斜め上側に傾けない状態として、レンズ50に向けて光を照射すると、各第2発光チップ42から放射される光で形成される配光パターンが鉛直方向に分離したものとなる場合がある。
具体的には、図6に示すスクリーン上での配光パターンのように、鉛直方向に配光パターンが分離するような場合がある。
なお、図6は、図2におけるレンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)の左側(車両内側)に近接して配置された第2発光チップ42からの光を第1反射部61や第2反射部62で反射することなく、また、第2発光チップ42を鉛直方向斜め上側に傾けずに配置して、光を入射面51に向けて照射した場合を模擬したものになっており、図6におけるVU-VL線はスクリーン上での鉛直基準線を示し、HL-HR線はスクリーン上での水平基準線を示している。
また、図6はスクリーン上における配光パターンを等光度線で示したものになっている。
以降においてもスクリーン上での配光パターンを示す図においては、スクリーン上での鉛直基準線をVU-VL線で示し、スクリーン上での水平基準線をHL-HR線で示すものとし、配光パターンを等光度線で示すものとする。
つまり、上側入射面52からレンズ50に入射して前方側に照射された光で形成される配光パターンがスクリーン上の鉛直方向下側に現れるとともに、下側入射面53からレンズ50に入射して前方側に照射された光で形成される配光パターンがスクリーン上の鉛直方向上側に現れ、鉛直方向に分離した配光パターンが形成されることがある。
そこで、本実施形態では、以下で説明するように、第2発光チップ42の光を放射する方向を調整するとともに、さらに、第1反射部61で光量を調節し、レンズ50の光を前方側に照射する出射面54の形状を調節することで、全体に矩形状でより良好な配光パターンが形成できるようにしており、以下、具体的に説明する。
図7はレンズ50の出射面54の形状を説明するための図であり、図7(a)はレンズ50を後方側から見た図(入射面51を正面に見た図)であり、図7(b)はレンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に沿った鉛直断面図である。
レンズ50は、図7(b)に示すように、出射面54として、レンズ50の後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)から鉛直方向上側の上側出射面55と、基本光軸(Z軸参照)から鉛直方向下側の下側出射面56と、を備えている。
また、下側出射面56に関しては、図7(a)に示すように、入射面51側から見て、水平方向中央側の第1下側出射面56aと、水平方向左外側(車両内側)の出射面56bと、水平方向右外側(車両外側)の出射面56cと、を有している。
なお、以降では、出射面56b及び出射面56cをまとめて指す場合に、第2下側出射面56b、56cと記載する場合がある。
つまり、下側出射面56は、水平方向中央側の第1下側出射面56aと、第1下側出射面56aの水平方向外側に位置する2つの第2下側出射面56b、56cと、を有している。
第1下側出射面56aは、ロービーム配光パターンを形成するための光を放射する第1発光チップ24(図3参照)からの光が主に前方側に向かって照射される領域であり、その第1下側出射面56aから水平方向外側の第2下側出射面56b、56cは、第1発光チップ24(図3参照)からの光が前方側に向かってあまり照射されない領域、つまり、ロービーム配光パターンの形成に大きく寄与しない領域になっている。
具体的には、レンズ50の後方基本焦点O(図7(b)参照)に点光源を仮定したときに、その点光源から放射される光の水平方向左右への広がり角度(レンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に対する角度)が28度以内である光が入射面51から入射して前方側に照射される領域を第1下側出射面56aとしており、それよりも水平方向外側の領域を第2下側出射面56b、56cとしている。
このロービーム配光パターンへの寄与度が低い第2下側出射面56b、56cの形状を調整することで、ロービーム配光パターンに影響しないようにしつつ、ハイビーム配光パターンにおける図6に示したような分離を抑制するとともに矩形状の配光パターンに近づけるようにする。
なお、後述するが、同様のことを上側出射面55でも行う。
つまり、第2下側出射面56b、56cについては、図7(a)に示すように、鉛直方向上側の第1下側出射面56a側の位置Q1から外周縁部側ほど、レンズ50の後方基本焦点O(図7(b)参照)に点光源を仮定したときに、その点光源からの光をスクリーン上での鉛直方向下側に照射する形状に形成している。
より具体的に説明すると、位置Q1から水平方向外側の外周縁部の位置を位置Q2とし、位置Q1から鉛直方向下側の外周縁部の位置を位置Q3とし、位置Q2と位置Q3を結ぶ直線を基準として位置Q1、位置Q2及び位置Q3を結んでできる直角三角形を線対称にしたときの位置Q2及び位置Q3以外の直角三角形の頂点となる位置を位置Q4とする。
この4つの位置(位置Q1、位置Q2、位置Q3及び位置Q4)を結ぶ矩形状を仮定したときに、位置Q1から位置Q2に近づくほどスクリーン上での鉛直方向下側に光が照射されるようになっており、位置Q2では、スクリーン上での水平基準線よりも下側1.5度(図7では、下側をマイナスで示している)に向けて光を照射する形状に第2下側出射面56b、56cは形成されている。
同様に、位置Q1から位置Q3に近づくほどスクリーン上での鉛直方向下側に光が照射されるようになっており、位置Q3では、スクリーン上での水平基準線よりも下側1.5度(図7では、下側をマイナスで示している)に向けて光を照射する形状に第2下側出射面56b、56cは形成されている。
また、位置Q1から位置Q4に近づくほどスクリーン上での鉛直方向下側に光が照射されるようになっているが、仮想的に位置Q4の位置までレンズ50があれば、位置Q4では、スクリーン上での水平基準線よりも下側1.5度(図7では、下側をマイナスで示している)に向けて光を照射する形状に第2下側出射面56b、56cは形成されている。
ただし、実際には、位置Q4のところまでレンズ50は存在しないため、実際のレンズ50の端である外周縁部では、下側1.5度には到達していない。
なお、上記では、位置Q1から位置Q2、位置Q3及び位置Q4に向かっての部分について説明したが、位置Q1から位置Q2と位置Q4を結ぶ線上及び位置Q4と位置Q3を結ぶ線上の各点に向かっても同様である。
したがって、第2下側出射面56b、56cについては、図7(a)に示すように、鉛直方向上側の第1下側出射面56a側の位置Q1(つまり、基本光軸Z側(点M側)の位置)から放射状に外周縁部側ほど、レンズ50の後方基本焦点O(図7(b)参照)に点光源を仮定したときに、その点光源からの光をスクリーン上での鉛直方向下側に照射する形状に形成している。
そして、下側出射面56から前方側に照射される光によって、スクリーン上の鉛直方向上側に現れる配光パターンが形成されるが、前述のように、第2下側出射面56b、56cの形状を調整すると、図6に示した上側の配光パターンの上側が下側に位置するように、また、水平方向に若干広がるように配光されるため、矩形状の配光パターンに近づくとともに、スクリーン上に現れる下側の配光パターン側に拡張され、2つの分離した配光パターンが一体化する方向に配光制御される。
一方、上側出射面55から前方側に照射される光によって、スクリーン上の鉛直方向下側に現れる配光パターンが形成されるが、上側出射面55の形状を調整することで、図6に示した下側の配光パターンを上側に拡張しつつ、矩形状に近づけることで、下側出射面56からの光によって形成されたスクリーン上の鉛直方向上側に現れる配光パターンと一体化するとともに、2つの配光パターンが多重されたときの配光パターンをより矩形状に近づけることができる。
以下、上側出射面55について説明する。
図7(b)に示すように、上側出射面55は、鉛直方向上側に向かって、後方基本焦点Oに点光源を仮定したときに、その点光源からの光をレンズ50から前方側に照射するときに、レンズ50の中央側では下側に配光するとともに、レンズ50の上側では上側に配光する形状に形成されている。
より具体的には、上側出射面55の鉛直方向下側(下側出射面56との境界側)では、図7(b)に示す光線L1(Z軸と重なっている)で示すように、ほぼ水平方向に点光源からの光が照射されているが、鉛直方向上側に向かって連続的に鉛直方向下側に点光源からの光を照射する形状に形成されており、最も下側に照射する位置で、光線L2で示すように、スクリーン上での水平基準線より鉛直方向下側の1.2度(図7では、下側をマイナスで示している)に照射するようになっている。
その後、上側出射面55は、更に、鉛直方向上側に向かって連続に点光源からの光を鉛直方向上側に照射する形状に形成されており、上側出射面55の最も鉛直方向上側の位置では、光線L3で示すように、スクリーン上での水平基準線より鉛直方向上側の0.7度に向けて光を照射するようになっている。
このように、上側出射面55の形状を、鉛直方向上側に向かって、後方基本焦点Oに点光源を仮定したときに、その点光源からの光を鉛直方向下側に照射するようにした後に鉛直方向上側に照射する形状とすると、図6に示した下側の配光パターンにおける鉛直方向下側の丸みを帯びた部分を上側に配光するようにして、配光パターンの鉛直方向下側を矩形状に近づけつつ、鉛直方向上側に配光範囲を広げるようにすることができる。
また、このように上側出射面55から照射される光を鉛直方向上側に向かって連続的に鉛直方向下側に配光した後に鉛直方向上側に配光して配光パターンを形成すると、レンズ50の分光の影響を抑制することができ、上側出射面55から照射される光が形成する配光パターンの下端に現れる分光色を抑制することもできる。
そして、上述のような形状を有する下側出射面56と上側出射面55とを備える前方側に凸形状の自由曲面に出射面54を形成するとともに、図3に示すように、上側出射面55から照射される光の光量を高めるように、第2発光チップ42の発光中心を通る発光光軸OZが上側入射面52の鉛直方向の中間部に交わるように、発光面が鉛直方向上側に傾斜するように第2発光チップ42を配置すると、図8に示すような配光パターンが形成されるようになる。
図8は本実施形態における第1反射部61及び第2反射部62を設ける前の状態で形成されるスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図8(a)は上側出射面55から照射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、図8(b)は下側出射面56から照射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、図8(c)は図8(a)と図8(b)の配光パターンが多重された第2発光チップ42からの光が形成する配光パターンを示す図である。
図8を見るとわかる通り、上側出射面55から照射される光によって形成される配光パターン(図8(a)参照)も、下側出射面56から照射される光によって形成される配光パターン(図8(b)参照)も、全体的に矩形状にかなり近い形状となっているとともに、それらの配光パターンが多重されたときに鉛直方向で十分にオーバーラップできる状態になっている。
このため、図8(c)に示すように、図8(a)及び図8(b)に示した配光パターンが多重されて形成される配光パターンは、図6に示したような割れを起こさないものになっているとともに、全体として矩形状にかなり近いものとなっている。
一方、図8(b)の配光パターン見ると、鉛直方向上側に高光度帯があり、このため図8(c)の配光パターンでも若干鉛直方向上側に高光度帯が現れたものになっている。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、主に第1反射部61を設けるようにすることで高光度帯が分離するのを、さらに抑制するようにしている。
具体的には、図3を参照して、先に述べたように、各第2発光チップ42から鉛直方向下側に向かって放射される光のうち、レンズ50の後方基本焦点Oを通る基本光軸(Z軸参照)に対して角度θ2が約17°より大きい角度で鉛直方向下側に放射される光を上側入射面52に向けて反射して、下側入射面53からレンズ50に入射する光を制限するようにしている。
つまり、第1反射部61は、各第2発光チップ42からレンズ50へ照射される光のうち、下側入射面53に向かう光の一部を鉛直方向上側に反射することで、上側入射面52に入射する光のほうが下側入射面53に入射する光よりも多くなるようにしている。
本実施形態では、第1反射部61は、第2発光チップ42から、直接、下側入射面53に向かって放射される光のうち、下側入射面53に入射する光量が半分以下となる(本例では、ほぼ半減する)ように、光を上側入射面52に向けて反射している。
なお、必ずしも、半分以下とする必要はなく、例えば、光量が1/3から6/7程度となるようにするのが好ましい。
このようにすると、下側入射面53からレンズ50に入射して下側出射面56から照射される光によって形成される配光パターン、つまり、スクリーン上の上側に現れる配光パターンの光量を半減することができる。
なお、第1反射部61で反射された光は、図3に示すように、上側出射面55からスクリーン上の水平基準線よりも約5度上側に照射されるようになっており、図8(a)に示す配光パターンの鉛直方向上側の外周に配光されるようになっている。
また、実施形態では、入射面51に光を拡散する光拡散構造を設けるようにして、均一な配光とするようにしている。
図9は入射面51に形成された光拡散構造を説明するための図である。
なお、図9では拡大図として光拡散構造の形状を示す図も併せて図示している。
図9に示すように、光拡散構造は入射面51を4つの領域(第1領域57a、第2領域57b、第3領域57c及び第4領域57d)に分けて光の拡散量を調節している。
各領域(第1領域57a、第2領域57b、第3領域57c及び第4領域57d)に形成されている光拡散構造は、拡大図に示すように、複数の凹凸が形成された構造になっており、光の拡散量を調節するために、それぞれの領域に応じた凹凸量(凹凸の高さ)を設定するようにしている。
なお、本実施形態では、光拡散構造として、丸みを帯びた凹凸が形成されているものを示しているが、光拡散構造は、稜線が長方形やひし形でもよく、また、四角錘の凹あるいは凸構造でもよい。
また、凸部間や凹凸間に入射面51の基本形状のままの部分があってもよく、凸部や凹部と凸部の密度を調整することで光の拡散量を調整してもよい。
具体的には、下側入射面53に対応する第1領域57aでは、ロービーム配光パターンへの影響を考慮して凹凸量を5μmに設定しており、図8(b)に示した配光パターンに暈しが加わり、図8(b)で見られる高光度帯が目立たなくなる。
一方、上側入射面52に対応する領域として、水平方向の中央側になる第2領域57bと、第2領域57bの水平方向右側(車両外側)の第3領域57cと、第2領域57bの水平方向左側(車両内側)の第4領域57dと、の3つの領域を設定し、第2領域57bの凹凸量を6μmとして下側入射面53に形成されている光拡散構造よりも光の拡散量が大きく設定されている。
この第2領域57bの光の拡散量を大きくすることで暈しを強く加えるようにし、図8(a)の配光パターンにおける内側を外側に広げるようにして配光形状をより矩形状に近づけるとともに光量の均一化を図っている。
一方、第2領域57bの水平方向外側に位置する第3領域57c及び第4領域57dは、凹凸量を4μmに留め、暈し量を少なめにしており、配光パターンの矩形状を保つとともに第2領域57bでの暈しと合わせることで配光の均一性を高めることができる。
図10は本実施形態の車両用灯具のスクリーン上での配光パターンを示す図であり、図10(a)は上側出射面55から照射される光によって形成される配光パターンであり、図10(b)は下側出射面56から照射される光によって形成される配光パターンであり、図10(c)は図10(a)と図10(b)の配光パターンが多重された第2発光チップ42からの光が形成する配光パターンを示す図である。
図10に示すように、第1反射部61及び光拡散構造を設けることで、図8(a)よりも図10(a)の配光パターンのほうがさらに矩形状に近づいており、同様に、図8(b)よりも図10(b)の配光パターンのほうがさらに矩形状に近づいている。
そして、図10(c)を見るとわかる通り、それらの配光パターンが多重された配光パターンは、高光度帯が1つであるとともに全体としてきれいな矩形状を有する良好なものになっている。
ところで、これまでの配光パターンは、いずれも図2における車両前方側から見た正面視でレンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)の左側(車両内側)に近接して配置された第2発光チップ42からの光で形成される配光パターンについて示してきたが、軸外収差による配光崩れの影響は、レンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)から最も離れた第2発光チップ42からの光によって形成される配光パターンに現れやすい。
そこで、図11に、図2における車両前方側から見た正面視でレンズ50の後方基本焦点Oを通る鉛直軸(Y軸参照)から最も左側(車両内側)に離れた位置に配置されている第2発光チップ42からの光で形成される配光パターンを示す。
図11を見るとわかるように、本実施形態では、先に説明した通りの形状に入射面51を形成し、軸外収差を抑制するようにしているため、配光パターンはきれいな矩形状をしており、軸外収差による配光崩れが大幅に抑制されている。
以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、図4(a)を参照して説明したように、上側入射面52は点M(図4参照)側の曲率半径Rvcが約150mmであり、鉛直方向上側に向かって連続的に曲率半径が大きくなっていき、外側縁部側の曲率半径Rvtが約300mmであることから、上側入射面52は点Mから外側縁部までの曲率半径を平均した平均曲率半径が、比較的小さい徐変した曲面であった。
これに対して、下側入射面53は、ロービーム配光パターンへの影響を抑制するために、点Mから下端部Rvbに至るまで直線状になっており、点Mから下端部Rvbまでの曲率半径(点Mから下端部Rvbまでが完全な直線(曲率半径無限大)を含む。)を平均した平均曲率半径が上側入射面52の平均曲率半径より大きいものになっている。
そして、下側入射面53は、上側入射面52の平均曲率半径よりも大きい、ロービーム配光パターンへの影響を抑制できる平均曲率半径を有していればよく、下側入射面53は点Mから下端部Rvbに向かって、曲率半径が徐変されたものになっていてもよい。
例えば、下側入射面53は、下側入射面53の点M(図4参照)側の曲率半径Rvcが約150mmで、鉛直方向下側に向かって連続的に曲率半径が大きくなっていき、下端部Rvbで曲率半径が約1000mmになるような曲率半径が徐変された曲面であってもよい。
この場合でも、上記実施形態と同様に、下側入射面53は、上側入射面52よりも大きな平均曲率半径を有していることから、レンズの後方基本焦点O(図3参照)を通る基本光軸(Z軸参照)の鉛直断面において、上側入射面52の上端部UE(図4参照)が、下側入射面53の下端部Rvb(図4参照)よりも前方側に位置するものとなる。
そして、上述のように、下側入射面53を徐変した曲面とすることで、軸外収差の影響が更に抑制され、図11に示した配光パターンよりも、より一層矩形状に近い配光パターンにすることができる。
このように、本発明には、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。
以下に、優先権前の出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、優先権前の出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
ロービーム配光用の第1発光チップと、
ハイビーム配光用の水平方向に並ぶ複数の第2発光チップと、
前記第1発光チップ及び前記第2発光チップの光を前方側に照射するレンズと、
前記第1発光チップからの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタと、
前記リフレクタで反射される光の一部を遮光するシェードと、備え、
前記レンズは、
前記レンズの後方基本焦点を通る基本光軸から鉛直方向上側の上側入射面と、
前記基本光軸から鉛直方向下側の下側入射面と、を備え、
前記上側入射面は、前記基本光軸側から前記上側入射面の外側縁部に向かって曲率半径が大きくなる形状を有し、
前記下側入射面は、
前記水平方向の中央側から水平方向外側に向かって曲率半径が大きくなるとともに、鉛直断面が直線状である形状を有していることを特徴とする車両用灯具。
<請求項2>
前記レンズは、
前記基本光軸から鉛直方向上側の上側出射面と、
前記基本光軸から鉛直方向下側の下側出射面と、を備え、
前記上側出射面は、前記レンズから前方側に照射する光を、レンズの鉛直方向中央側は鉛直方向下側に配光し、レンズの鉛直方向上側は鉛直方向上側に配光する形状に形成されており、
前記下側出射面は、
水平方向中央側の第1下側出射面と、
前記第1下側出射面の水平方向外側に位置する2つの第2下側出射面と、を有し、
前記第2下側出射面は、前記基本光軸側の位置から前記第2下側出射面の外周縁部に向かって、前記第2下側出射面の外周縁部側ほど、前記後方基本焦点からの光を鉛直方向下側に照射する形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
<請求項3>
前記第2発光チップは、前記レンズの前記後方基本焦点より後方側の鉛直方向下側に配置されており、
前記第2発光チップは、発光中心を通る発光光軸が前記上側入射面に交わるように、発光面が鉛直方向上側に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
<請求項4>
前記第2発光チップから前記下側入射面に向かって放射される光の一部を鉛直方向上側に反射する第1反射部と、
前記第2発光チップから鉛直方向上側に放射される光の一部を鉛直方向下側に反射する第2反射部と、を備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用灯具。
<請求項5>
前記第1反射部は、前記第2発光チップから、直接、前記下側入射面に向かって放射される光のうち、前記下側入射面に入射する光量が1/3から2/3となるように、光を反射していることを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
<請求項6>
前記下側入射面及び前記上側入射面に形成され、前記レンズに入射する光を拡散する光拡散構造を備え、
前記上側入射面の水平方向中央側に形成される光拡散構造は、前記下側入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きく設定されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
10 灯具ユニット
20 ヒートシンク
21 ベース部
22 放熱フィン
23 第1基板
24 第1発光チップ
25 第1光源
26 載置部
27 ホルダ
30 リフレクタ
30a 反射面
31 シェード
31a 縁部
40 取付部材
40a 第1面
41 第2基板
42 第2発光チップ
43 第2光源
44 給電コネクタ
50 レンズ
50a レンズホルダ
51 入射面
52 上側入射面
53 下側入射面
54 出射面
55 上側出射面
56 下側出射面
56a 第1下側出射面
56b、56c 第2下側出射面(出射面)
57a 第1領域
57b 第2領域
57c 第3領域
57d 第4領域
61 第1反射部
62 第2反射部
101L、101R 車両用前照灯
102 車両
BF 基本焦点
D 点
F 焦点距離
K 距離
L レンズ
M 点
O 後方基本焦点
OSC 正弦条件違反量
OZ 発光光軸
P 光軸
Q1、Q2、Q3、Q4 位置
S1 一方の面
S2 他方の面
SML 主面
SP 主点
θ1、θ2 角度

Claims (5)

  1. ロービーム配光用の第1発光チップと、
    ハイビーム配光用の水平方向に並ぶ複数の第2発光チップと、
    前記第1発光チップ及び前記第2発光チップの光を前方側に照射するレンズと、
    前記第1発光チップからの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタと、
    前記リフレクタで反射される光の一部を遮光するシェードと、備え、
    前記レンズは、
    前記レンズの後方基本焦点を通る基本光軸から鉛直方向上側の上側入射面と、
    前記基本光軸から鉛直方向下側の下側入射面と、を備え、
    前記上側入射面は、前記基本光軸側から前記上側入射面の外側縁部に向かって曲率半径が大きくなる形状を有し、
    前記下側入射面は、
    前記水平方向の中央側から水平方向外側に向かって曲率半径が大きくなるとともに、
    鉛直断面が直線状である形状を有していることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記第2発光チップは、前記レンズの前記後方基本焦点より後方側の鉛直方向下側に配置されており、
    前記第2発光チップは、発光中心を通る発光光軸が前記上側入射面に交わるように、
    発光面が鉛直方向上側に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記第2発光チップから前記下側入射面に向かって放射される光の一部を鉛直方向上側に反射する第1反射部と、
    前記第2発光チップから鉛直方向上側に放射される光の一部を鉛直方向下側に反射する第2反射部と、を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記第1反射部は、前記第2発光チップから、直接、前記下側入射面に向かって放射される光のうち、前記下側入射面に入射する光量が1/3から6/7となるように、光を反射していることを特徴とする請求項3に記載の車両用灯具。
  5. 前記下側入射面及び前記上側入射面に形成され、前記レンズに入射する光を拡散する光拡散構造を備え、
    前記上側入射面の水平方向中央側に形成される光拡散構造は、前記下側入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きく設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
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