JP2010092747A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】 プロジェクタ型の車両用前照灯において、リフレクタから投影レンズへ向かう反射光を遮ることなく照射光量を増大させることができる車両用前照灯を提供する。
【解決手段】 車両用前照灯１０は、光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１１と、投影レンズ１１の後方側に配置された光源バルブ２３と、光源バルブ２３からの光を前方に向けて光軸Ａｘ寄りに反射するリフレクタ２５と、投影レンズ１１と光源バルブ２３との間に配置されてリフレクタ２５からの反射光の一部及び光源バルブ２３からの直接光の一部を遮蔽して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シェード２９と、投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置されたＬＤ１と、入射端３ａに導入したＬＤ１からの光を投影レンズ１１の焦点面近傍に配置された出射端３ｂから投影レンズ１１へ向けて出射する光ファイバー３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所謂プロジェクタ型の車両用灯具ユニットを備えた車両用前照灯に関する。

従来より、車両前後方向に延びる光軸上に配置された光源からの光をリフレクタにより前方へ向けて光軸寄りに集光反射させ、この反射光をリフレクタの前方に設けられた投影レンズを介して灯具前方へ照射するように構成されたプロジェクタ型の灯具ユニットを備えた車両用前照灯が知られている。

この様なプロジェクタ型の灯具ユニットをすれ違いビーム用前照灯として用いる場合には、投影レンズと光源との間にシェードを設け、このシェードによりリフレクタからの反射光の一部及び光源からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するのが一般的である。その為、例えばリフレクタの下方に入射し、シェードにより遮られた光は、前方に投影される配光に寄与しないロス光となってしまう。特に、光源（主光源）として半導体発光素子を用いた場合には、照射光量が不足し易い。

そこで、投影レンズの後側焦点面近傍に、該投影レンズへ向けて光照射を行う複数の第２発光素子（補助光源）が配置されたプロジェクタ型の灯具ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、投影レンズと投影レンズの後側焦点との間に配置された第２発光素子と、該第２発光素子からの光を前方へ向けて反射させる第２リフレクタとを備えたプロジェクタ型の灯具ユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２３４５６２号公報 特開２００７−２８７５２２号公報

しかしながら、上記特許文献１又は特許文献２に記載されたようなプロジェクタ型の灯具ユニットを備えた車両用前照灯の場合、第２発光素子又は第２リフレクタを投影レンズと投影レンズの後側焦点との間に配置しなければならないが、主光源の光を遮らないようにこれら第２発光素子又は第２リフレクタを配置することは困難である。また、投影レンズの後側焦点面近傍や、投影レンズと投影レンズの後側焦点との間に配置された第２発光素子は、例えば放電バルブ等の光源が発生する熱の影響を受け易いという問題がある。

従って、本発明の目的は上記課題を解消すること係り、プロジェクタ型の車両用前照灯において、リフレクタから投影レンズへ向かう反射光を遮ることなく照射光量を増大させることができる車両用前照灯を提供することである。

本発明の上記目的は、ランプボディとカバーで形成された灯室内に、
車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方側に配置された光源と、
前記光源からの光を前方に向けて前記光軸寄りに反射するリフレクタと、
前記投影レンズと前記光源との間に配置されて前記リフレクタからの反射光の一部及び前記光源からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するシェードと、
前記投影レンズの焦点面よりも後方に配置された半導体発光素子と、
入射端に導入した前記半導体発光素子からの光を前記投影レンズの焦点面近傍に配置された出射端から前記投影レンズへ向けて出射する光ファイバーと、
を備えた車両用前照灯により達成される。

上記構成の車両用前照灯によれば、投影レンズの焦点面よりも後方に配置された半導体発光素子からの光が、投影レンズの焦点面近傍に配置された光ファイバーの出射端から投影レンズへ向けて出射される。
そこで、コンパクトな光ファイバーの出射端は、リフレクタから投影レンズへ向かう反射光を遮ることなく、光を投影レンズへ向けて出射することができる。また、投影レンズの焦点面よりも後方に配置され、光ファイバーを介して光を投影レンズへ向けて出射する補助光源としての半導体発光素子は、光源が発生する熱の影響を受け難い位置に配置することができる。

尚、上記構成の車両用前照灯において、前記光ファイバーの出射端が、前記リフレクタにおける有効反射面よりも前方の上部に配置されることが望ましい。
このような構成の車両用前照灯によれば、リフレクタを有効利用して、光ファイバーの出射端を投影レンズの焦点面近傍に容易に配置することができる。
また、リフレクタの上部に配置された光ファイバーの出射端から投影レンズへ向けて出射された光は、車両前方路面を照射することができる。そこで、光源の主配光パターンにおいて、限られた光量で車両遠方を重視にすると弱くなる車両前方の光を半導体発光素子の光により補うことができる。

また、上記構成の車両用前照灯において、前記光ファイバーの出射端が、前記シェードに配置されることが望ましい。
このような構成の車両用前照灯によれば、シェードを有効利用して、光ファイバーの出射端を投影レンズの焦点面近傍に容易に配置することができる。
また、光軸より下方に位置するシェードに配置された光ファイバーの出射端から投影レンズへ向けて出射された光は、オーバーヘッドサイン（ＯＨＳ）を照射することができる。

以上に説明した本発明の車両用前照灯によれば、コンパクトな光ファイバーの出射端は、リフレクタから投影レンズへ向かう反射光を遮ることなく、半導体発光素子の光を投影レンズへ向けて出射することができる。
従って、プロジェクタ型の車両用前照灯において、リフレクタから投影レンズへ向かう反射光を遮ることなく照射光量を増大させることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係る車両用前照灯を詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る車両用前照灯の縦断面図、図２は図１に示した灯具ユニットの動作説明図、図３は図１に示した灯具ユニットから前方に照射される光により灯具前方２５ｍの位置に設置された仮想鉛直スクリーン上に形成される主配光パターンと補助配光パターンを透視的に示す図である。

本第１実施形態の車両用前照灯１０は、図１に示すように、ランプボディ１２とその前方開口部に取り付けられた素通し状の透明カバー（カバー）１４で形成された灯室１６内に、灯具ユニット１８が収容されている。

ロービーム用配光パターンを形成する灯具ユニット１８は、図１に示すように、エイミング機構２２を介してランプボディ１２に支持されている。
エイミング機構２２は、灯具ユニット１８の取付位置及び取付角度を微調整するための機構で、エイミング調整した段階では、灯具ユニット１８のレンズ中心軸（光軸）Ａｘは、車両前後方向に対して、０．５〜０．６度程度下向きの方向に延びるようになっている。

灯具ユニット１８は、図１及び図２に示すように、プロジェクタ型の灯具ユニットであり、車両前後方向に延びるレンズ中心軸（光軸）Ａｘ上に配置された投影レンズ１１と、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２よりも後方に配置された光源バルブ２３と、この光源バルブ２３の光源２３ａから放射された光（直接光）を前方に向けてレンズ中心軸Ａｘ寄りに反射させるリフレクタ２５と、投影レンズ１１と光源２３ａとの間に配置されてリフレクタ２５からの反射光の一部及び光源２３ａからの直接光の一部を遮蔽して主配光による配光パターンのカットオフラインを形成するシェード２９と、投影レンズ１１とリフレクタ２５の前端開口縁との間に介在して両者の連結手段となる略円筒状のホルダ２１と、
投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置された半導体発光素子であるＬＤ（半導体レーザ）１と、入射端３ａに導入したＬＤ１からの光を投影レンズ１１の焦点面近傍に配置された出射端３ｂから投影レンズ１１へ向けて出射する光ファイバー３と、を備えている。

投影レンズ１１は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆ２を含む焦点面状の象を反転象として前方へ投影するようになっている。
光源バルブ２３は、放電発光部を光源２３ａとするメタルハライドバルブ等の放電バルブであって、本実施形態の場合、バルブ軸をレンズ中心軸Ａｘに一致させた向きで、リフレクタ２５の後端部に挿入固定されている。
尚、放電バルブの代わりにハロゲンバルブ等を用いることもでき、バルブ軸をレンズ中心軸Ａｘに略交差させた向きで、リフレクタ２５の側方より光源バルブ２３を挿入固定することもできる。

ここで、上記「略交差させた向き」の概念には、光源バルブ２３の光軸が車両前後方向に延びるレンズ中心軸Ａｘに対し直交して配置される場合が含まれることは勿論であるが、レンズ中心軸Ａｘに対して立体的に交差して配置される場合や、車両幅方向の水平線に対して±１５°程度傾斜させた状態で配置される場合も含む。

リフレクタ２５は、光源２３ａを通るレンズ中心軸Ａｘを中心軸とする略楕円球面状の反射面２５ａを有している。
この反射面２５ａは、レンズ中心軸Ａｘを含む断面形状が光源２３ａの中心位置を第１焦点Ｆ１とすると共に投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２近傍を第２焦点とする略楕円曲面に有効反射面が設定されており、図２に示すように、光源２３ａからの光を前方へ向けてレンズ中心軸Ａｘ寄りに集光反射させるようになっている。また、この反射面２５ａの離心率は、鉛直断面から水平断面に向けて徐々に大きくなるように設定されている。

シェード２９は、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２近傍においてレンズ中心軸Ａｘ近傍に上端縁２９ａが位置するように、ホルダ３１と一体に形成されており、その上端縁２９ａにより、図３に示すように、主配光によるロービーム用配光パターンＰｍのカットオフラインＣＬを形成する。

ホルダ３１は、リフレクタ２５の前端開口部から前方へ向けて延びる筒状に形成されており、該ホルダ３１の前端部にレンズ１１が固定支持されている。ホルダ３１の後端部は複数箇所においてリフレクタ２５にネジ締め固定されている。

補助光源としてのＬＤ１は、ランプボディ１２に内設された不図示の回路ユニットにより点灯制御され、光ファイバー３の一端側に設けられた入射端３ａに光を導入する。入射端３ａは、ＬＤ１からの出射光を光ファイバー３内へ導入する。
光ファイバー３は、入射端３ａに導入した光を他端側に設けられた出射端３ｂから出射する。なお、光ファイバー３は、複数本の光ファイバー心線を束状としたものが用いられる。

本第１実施形態に係る光ファイバー３の出射端３ｂは、図１及び図２に示すように、リフレクタ２５における有効反射面である反射面２５ａよりも前方の上部２５ｂに配置される。そこで、リフレクタ２５を有効利用して、光ファイバー３の出射端３ｂを投影レンズ１１の焦点面近傍に容易に配置することができる。

以上に説明した第１実施形態の車両用前照灯１０によれば、投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置されたＬＤ１からの光ｂ１が、投影レンズ１１の焦点面近傍に配置された光ファイバー３の出射端３ｂから投影レンズ１１へ向けて出射される。そこで、コンパクトな光ファイバー３の出射端３ｂは、リフレクタ２５から投影レンズ１１へ向かう反射光を遮ることなく、光ｂ１を投影レンズ１１へ向けて出射することができる。

そして、リフレクタ２５の上部２５ｂに配置された光ファイバー３の出射端３ｂから投影レンズ１１の略中心へ向けて出射された光ｂ１は、車両前方路面を照射することができる。そこで、図３に示したように、光源バルブ２３の光源２３ａの主配光によるロービーム用配光パターンＰｍにおいて、限られた光量で車両遠方を重視にすると弱くなる車両前方の光をＬＤ１の光ｂ１による補助配光パターンＰｘにより補うことができる。
従って、プロジェクタ型の車両用前照灯１０において、リフレクタ２５から投影レンズ１１へ向かう反射光を遮ることなく照射光量を増大させることができる。

また、投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置され、光ファイバー３を介して光ｂ１を投影レンズ１１へ向けて出射するＬＤ１は、光源バルブ２３の光源２３ａが発生する熱の影響を受け難い位置（例えば、リフレクタ２５の後方）に配置することができる。更に、ＬＤ１が固定されるランプボディ１２にヒートシンク（放熱部材）を設け、ＬＤ１からの発熱を効果的に放熱できる構成とすることもできる。

図４は本発明の第２実施形態に係る車両用前照灯の縦断面図、図５は図４に示した灯具ユニットの動作説明図、図６は図４に示した灯具ユニットから前方に照射される光により灯具前方２５ｍの位置に設置された仮想鉛直スクリーン上に形成される主配光パターンとＯＨＳ配光パターンを透視的に示す図である。

本第２実施形態の車両用前照灯３０は、図４に示すように、ランプボディ３２とその前方開口部に取り付けられた素通し状の透明カバー（カバー）３４で形成された灯室３６内に、灯具ユニット３８が図示しないエイミング機構を介してランプボディ３２に支持された状態で収容されている。

灯具ユニット３８は、図４及び図５に示すように、その光軸Ａｘが車両前後方向に延びるようにして配置されている。この灯具ユニット３８の光軸Ａｘは、正確には水平方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びている。
そして、ロービーム用配光パターンを形成する灯具ユニット３８は、後述するように光源としての半導体発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）３３と、その前方側に設けられた投影レンズ１１とからなるプロジェクタ型の灯具ユニットとして構成されている。

本実施形態の灯具ユニット３８は、図４及び図５に示すように、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１１と、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２よりも後方に発光チップ３３ａが配置されたＬＥＤ３３と、ＬＥＤ３３の発光チップ３３ａを第１焦点とし、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２を第２焦点とする略楕円面形状の反射面３５aを有するリフレクタ３５と、投影レンズ１１とＬＥＤ３３との間に配設されてリフレクタ３５からの反射光の一部を遮蔽することによりロービーム用配光パターンＰｍのカットオフラインＣＬを形成するシェード３９と、投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置された半導体発光素子であるＬＤ１と、入射端３ａに導入したＬＤ１からの光を投影レンズ１１の焦点面近傍に配置された出射端３ｂから投影レンズ１１へ向けて出射する光ファイバー３と、を備えている。

そして、灯具ユニット３８は、ランプボディ３２に不図示のフレームを介して支持されており、このフレームは不図示のエイミング機構を介して、ランプボディ３２に支持されている。

ＬＥＤ３３は、発光チップ３３ａが例えば１×４ｍｍ四方の大きさの長方形の発光面を有する白色発光ダイオードであって、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２よりも後方に配置されると共に、基板に支持された状態で光軸Ａｘ上において鉛直方向上方へ向けて配置されている。また、ＬＥＤ３３は、発光面を覆うカバーレンズを備えている。

リフレクタ３５は、ＬＥＤ３３の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該ＬＥＤ３３からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させる反射面３５ａを有している。
この反射面３５ａは、光軸Ａｘを中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面３５ａは、光軸Ａｘを含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。

ただし、これら各断面を形成する楕円の後方側焦点は同一位置に設定されており、ＬＥＤ３３の発光チップ３３ａはこの反射面３５ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点に配置されている。これにより、反射面３５ａは、ＬＥＤ３３からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させ、その際、光軸Ａｘを含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点（Ｆ２）に略収束させるようになっている。

本第２実施形態のシェード３９は、投影レンズ１１やリフレクタ３５、並びにＬＥＤ３３のホルダを兼ねるブロック（塊）状であり、投影レンズ１１とＬＥＤ３３との間に配置される。
そして、シェード３９は、遮光端縁３９ｃが投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２近傍に位置してリフレクタ３５からの反射光の一部を遮蔽することによりロービーム用配光パターンＰｍのカットオフラインＣＬを形成する。

更に、シェード３９は、遮光端縁３９ｃから光軸Ａｘ方向後方へ向けて延びる上表面３９ａがリフレクタ３５からの反射光の一部を上方側へ反射させる。上表面３９ａには、反射面処理が施された付加反射面４１が形成されている。
即ち、このシェード３９は、遮光端縁（すなわち付加反射面４１とシェード３９の前端面３９ｂとの間の稜線）３９ｃが、投影レンズ１１の後方側焦点Ｆ２を通るように形成されている。
そして、その付加反射面４１においてリフレクタ３５からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、該シェード３９によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これによりＬＥＤ３３からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。

なお、シェード３９の遮光端縁３９ｃは、投影レンズ１１の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁３９ｃは、投影レンズ１１の焦点群と一致する。すなわち、シェード３９は、遮光端縁３９ｃが投影レンズ１１の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁３９ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。

本第２実施形態に係る光ファイバー３の出射端３ｂは、図４及び図５に示すように、シェード３９の前端面３９ｂに配置される。そこで、シェード３９を有効利用して、光ファイバー３の出射端３ｂを投影レンズ１１の焦点面近傍に容易に配置することができる。

以上に説明した第２実施形態の車両用前照灯３０によれば、投影レンズ１１の焦点面よりも後方に配置されたＬＤ１からの光ｂ２が、投影レンズ１１の焦点面近傍に配置された光ファイバー３の出射端３ｂから投影レンズ１１へ向けて出射される。そこで、コンパクトな光ファイバー３の出射端３ｂは、リフレクタ３５から投影レンズ１１へ向かう反射光を遮ることなく、光ｂ２を投影レンズ１１へ向けて出射することができる。

そして、光軸Ａｘより下方に位置するシェード３９の前端面３９ｂに配置された光ファイバー３の出射端３ｂから投影レンズ１１の略中心へ向けて出射された光ｂ２は、投影レンズ１１により前方上向きに偏向して出射される。そこで、図６に示したように、主配光によるロービーム用配光パターンＰｍの上方に、オーバーヘッドサイン照射用の配光パターンＰｏを形成し、オーバーヘッドサイン（ＯＨＳ）を照射することができる。

尚、本発明の車両用前照灯に係るランプボディ、カバー、投影レンズ、光源、リフレクタ、シェード、半導体発光素子及び光ファイバー等の構成は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは云うまでもない。
例えば、上記実施形態においては、半導体発光素子としてＬＤ（半導体レーザ）を用いたが、ＬＥＤ（発光ダイオード）等も採用可能である。

本発明の第１実施形態に係る車両用前照灯の縦断面図である。 図１に示した灯具ユニットの動作説明図である。 図１に示した灯具ユニットから前方に照射される光により灯具前方２５ｍの位置に設置された仮想鉛直スクリーン上に形成される主配光パターンと補助配光パターンを透視的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用前照灯の縦断面図である。 図４に示した灯具ユニットの動作説明図である。 図４に示した灯具ユニットから前方に照射される光により灯具前方２５ｍの位置に設置された仮想鉛直スクリーン上に形成される主配光パターンとＯＨＳ配光パターンを透視的に示す図である。

符号の説明

１ ＬＤ（半導体発光素子）
３ 光ファイバー
３ａ 入射端
３ｂ 出射端
１０ 車両用前照灯
１１ 投影レンズ
１２ ランプボディ
１８ 灯具ユニット
１４ 透明カバー（カバー）
２１ ホルダ
２３光源バルブ（光源）
２５ リフレクタ
２９ シェード
Ａｘ 光軸

Claims (3)

1. ランプボディとカバーで形成された灯室内に、
   車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
   前記投影レンズの後方側に配置された光源と、
   前記光源からの光を前方に向けて前記光軸寄りに反射するリフレクタと、
   前記投影レンズと前記光源との間に配置されて前記リフレクタからの反射光の一部及び前記光源からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するシェードと、
   前記投影レンズの焦点面よりも後方に配置された半導体発光素子と、
   入射端に導入した前記半導体発光素子からの光を前記投影レンズの焦点面近傍に配置された出射端から前記投影レンズへ向けて出射する光ファイバーと、
   を備えた車両用前照灯。
2. 前記光ファイバーの出射端が、前記リフレクタにおける有効反射面よりも前方の上部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記光ファイバーの出射端が、前記シェードに配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。

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