JP4809635B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つの発光素子を利用した車両前照灯を含む車両用灯具に適した灯具に関するものである。

近年の白色ＬＥＤの発光効率の向上に伴って、光源として白色ＬＥＤを使用した車両前照灯が、種々提案されている。
このようなＬＥＤを使用した車両前照灯は、例えば図２に示すように、構成されている。

即ち、図２において、車両前照灯１は、所謂プロジェクタ型の車両前照灯であって、少なくとも一つのＬＥＤから成る光源２と、この光源からの光を前方に向かって反射させるリフレクタ３と、このリフレクタ３による反射光を集束させる投影レンズ４と、すれ違い配光のためのカットオフを形成する遮光部５と、から構成されている。

上記光源２は、基板２ａ上に実装された少なくとも一個のＬＥＤ２ｂから構成されている。
上記基板２ａは、その表面が車両前照灯１即ち投影レンズ４の前方に向かってほぼ水平に延びる光軸に沿って配置されている。

また、上記基板２ａは、図２に示すように片面にＬＥＤ２ｂが実装されたものが二枚背中合わせに配置され、あるいは両面基板の両面にＬＥＤ２ｂが実装されることにより、構成されている。
上記各ＬＥＤ２ｂは、その中心軸（発光光軸）がそれぞれ基板２ａの表面に対してほぼ垂直になるように基板２ａ上に実装されている。

上記リフレクタ３は、例えば回転楕円面から構成されており、その長軸が、車両前照灯１の光軸Ｏと一致するように、さらにその第一の焦点位置Ｆ１付近に上記光源２のＬＥＤ２ａの発光中心が配置されている。

上記投影レンズ４は、例えば非球面凸レンズから構成されており、その光源側の焦点位置が、上記リフレクタ３の第二の焦点位置Ｆ２付近に位置するように配置されている。

上記遮光部５は、上記投影レンズ４の光源側の焦点位置即ち上記リフレクタ３の第二の焦点位置Ｆ２付近に配置されており、その上縁５ａが、例えばすれ違いビームのカットオフラインを形成するようになっている。

このような構成の車両前照灯１によれば、光源２から出射した光が、リフレクタ３で反射されて、このリフレクタ３の第二の焦点Ｆ２に向かって進み、その後投影レンズ４により集束されて、前方に向かって照射される。
その際、遮光部５によりカットオフを形成されることによって、所謂すれ違いビームの配光パターンの範囲を照明するようになっている。

ところで、これらの車両前照灯１においては、上述したようにリフレクタ３の長軸が投影レンズ４の光軸Ｏと一致しているので、リフレクタ３から前方に向かう反射光を妨げないように、リフレクタ３の反射面が前後方向に関して比較的短く形成されている。

従って、リフレクタ３の前縁付近で反射された光Ｌ１に関して、光源２からリフレクタ３の反射位置までの距離Ａ１に対して、この反射位置から遮光部５までの距離Ｂ２が比較的長くなってしまう。
これにより、投影レンズ４を介して前方に投影される光源２の投影像が、図３にて符号Ｘ１で示すように拡大されることになるため、集光範囲が比較的広くなってしまう。このため、このような構成の車両前照灯１は、スポット的に中心に集光した集光特性を得るためには不適であった。

また、上記光源２のＬＥＤ２ｂは、基板２ａ上にて光軸Ｏに対して直角方向に整列している。
ところで、一般に、ＬＥＤは、その中心軸上の出射光量が多い。従って、上述した構成では、ＬＥＤから出射した光が有効に投影レンズ４に導かれず、ＬＥＤ２ｂからの光の利用効率が低下してしまう。

このような問題は、光源２が、ＬＥＤに限らず、光源中心から鉛直方向の一側に発光する、他の種類の発光素子を使用している場合についても、同様に発生する。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、比較的狭い集光範囲内に光を照射することができるようにした、光源として発光素子を使用した車両用灯具等の灯具を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、少なくとも一つの発光素子が基板上に実装された光源と、前記光源からの光を前方に向かって反射させるように、その第一の焦点が前記光源の発光中心付近に位置し、その第二の焦点が前記第一の焦点より前方に位置すると共に、その中心軸より一側のみに形成された一つの連続した回転楕円系反射面と、その光源側の焦点位置が前記回転楕円系反射面の第二の焦点位置付近に位置し、その光軸が前方に向かってほぼ水平に延びる凸レンズから成る投影レンズと、を含んでいて、前記光源の基板が、前記回転楕円系反射面の長軸に沿って配置されている、車両用前照灯であって、前記回転楕円系反射面の長軸が前記第二の焦点位置から後方に向かって他側に傾斜して配置されていると共に、前記光源の基板が、傾斜した前記回転楕円系反射面の長軸に伴って、その表面が後方に向かって傾斜するように配置され、前記回転楕円系反射面が、当該回転楕円系反射面の前端付近の反射位置から前記第二の焦点位置までの距離より前記光源から前記回転楕円系反射面の前端付近の反射位置までの距離が長くなるように、その前端が前方に向かって延びており、前記回転楕円系反射面の前端付近で反射される前記光源からの光が前記投影レンズのうち下端寄りを透過するように、前記回転楕円系反射面の長軸が前記第二の焦点位置から後方に向かって他側に傾斜して配置されていることを特徴とする車両用前照灯により、達成される。

本発明による灯具は、好ましくは、上記投影レンズが、非球面レンズから構成されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記リフレクタから投影レンズに向かう光の一部を上端縁により遮断して、所定の配光パターンに適したカットオフを形成するように、上記リフレクタの第二の焦点付近に配置された遮光部を備えている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記一側が上側であって、上記他側が下側である。

本発明による灯具は、好ましくは、上記一側が左側または右側であって、上記他側が右側または左側である。

本発明による灯具は、好ましくは、上記灯具が、車両用灯具、特に車両前照灯であって、上記遮光部が、すれ違いビームの配光パターンに対応したカットオフを形成する。

上記構成によれば、光源から出射した光は、リフレクタにより反射されて、その第二の焦点に向かって集束しながら進む。そして、この第二の焦点即ち投影レンズの光源側の焦点を通過した光は、発散しながら、投影レンズに入射し、この投影レンズにより屈折され集束することにより、前方に向かって照射される。

この場合、光源及びリフレクタが後側に斜めに傾斜して配置されていることにより、リフレクタの前縁が、光軸方向に関して比較的長く形成され得ることになる。従って、光源からの光のうち、リフレクタで反射される光の光束が増大することになるので、前方に向かって照射される光の利用効率が向上することになる。

上記リフレクタは、上記光源から上記リフレクタの前端付近の反射位置までの距離が、この反射位置から第二の焦点位置までの距離より長くなるように、その前端が前方に向かって延びている場合には、投影レンズに入射する光源１１からの光による光源の虚像が投影レンズから後側により遠く位置することから、上記リフレクタで反射されて投影レンズにより前方に向かって投影される光源の投影像がより小さく形成され得ることになるので、より小さなスポット配光を得ることが可能である。

上記投影レンズが、非球面レンズから構成されている場合には、投影レンズにより前方に投影される光源の投影像の収差が少なくなり、所望の投影像が得られることになる。

上記リフレクタから投影レンズに向かう光の一部を上端縁により遮断して、所定の配光パターンに適したカットオフを形成するように、上記リフレクタの第二の焦点付近に配置された遮光部を備えている場合には、上記リフレクタで反射されて投影レンズに向かう光の一部が、上記遮光部によりカットオフを形成されることになり、この遮光部によるカットオフラインが、投影レンズにより集束されて前方に投影される。これにより、上記カットオフラインの像が、前方の所定距離の位置で結像されることにより、所定の配光パターン例えばすれ違いビーム用配光パターンで光の照射が行なわれることになる。

上記一側が上側であって、上記他側が下側である場合には、リフレクタ及び光源が下側に傾斜して配置されることになるので、左右方向に関して小型化が容易である。

上記一側が左側または右側であって、上記他側が右側または左側である場合には、リフレクタ及び光源が左側または右側に傾斜して配置されることになるので、全体として比較的扁平な配置となり、上下方向に関して容易に小型化され得ることになる。

上記灯具が、車両用灯具、特に車両前照灯であって、上記遮光部が、すれ違いビームの配光パターンに対応したカットオフを形成する場合には、光源としてＬＥＤを利用して、小型で且つ色分離のない車両前照灯を構成することができる。

このようにして、本発明によれば、発光素子から成る光源から前方に向かって出射する光に関して、より多くの光をリフレクタにより反射させて、投影レンズに入射させると共に、光源からリフレクタの前縁付近までの光路長を、リフレクタの前縁付近で反射された光の第二の焦点付近までの光路長より長くすることによって、前方に投影される光源の投影像を小型化して、より小さく、高光度のスポット配光を実現することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明を適用した車両用灯具の一実施形態の構成を示している。
即ち、図１において、車両前照灯１０は、所謂プロジェクタ型の車両前照灯であって、少なくとも一つのＬＥＤから成る光源１１と、この光源１１からの光を前方に向かって反射させるリフレクタ１２と、このリフレクタ１２による反射光を集束させる投影レンズ１３と、すれ違い配光のためのカットオフを形成する遮光部１４と、から構成されている。

上記光源１１は、基板１１ａ上に実装された少なくとも一個のＬＥＤ１１ｂから構成されている。
ここで、上記基板１１ａは、車両前照灯１０即ち投影レンズ１３の前方に向かってほぼ水平に延びる光軸Ｏに対して、後述するように、後側が下方に下がるように傾斜角θだけ傾斜して配置されている。
また、上記各ＬＥＤ１１ｂは、その中心軸（発光光軸）がそれぞれ基板１１ａの表面に対してほぼ垂直になるように基板１１ａ上に実装されている。

上記リフレクタ１２は、例えば回転楕円面から構成されており、その長軸１２ａが上記光軸Ｏに対して後側が下方に下がるように、そしてその第一の焦点Ｆ１付近に上記光源１１のＬＥＤ１１ｂの発光中心が位置すると共に、その第二の焦点Ｆ２が上記光軸Ｏ上に位置するように、配置されている。

また、上記リフレクタ１２は、上記長軸１２ａの上側のみに形成されており、その前縁は、リフレクタ１２で反射されて前方に向かう光を妨げないように、切り欠かれているが、長軸１２ａが後側で下方に傾斜していることにより、比較的前方まで延び得るようになっている。

さらに、上記リフレクタ１２は、光源１１から出射してその前縁付近で反射された光Ｌ２に関して、光源１１から反射位置までの距離Ａ２が、この反射位置からリフレクタ１２の第二の焦点Ｆ２までの距離Ｂ２より長くなるように、形成されている。

上記投影レンズ１３は、例えば非球面凸レンズから構成されており、その光源側の焦点位置が、上記リフレクタ１２の第二の焦点位置Ｆ２付近に位置するように配置されている。

上記遮光部１４は、少なくともその表面が不透光性材料から構成されており、その上縁１４ａが、上記投影レンズ１３の光源側の焦点位置即ち上記リフレクタ１２の第二の焦点位置Ｆ２付近に位置するように、配置されている。
そして、上記遮光部１４は、その上縁１４ａが、所望の配光パターン、即ち例えばすれ違いビームのカットオフラインを形成するようになっている。

本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、光源１１の各ＬＥＤ１１ｂが給電されて発光することにより、光源１１から出射した光は、リフレクタ１２で反射されて、その第二の焦点Ｆ２に向かって進む。
その際、光源１１及びリフレクタ１２がやや後向きに傾斜して配置されていることにより、光源１１から出射した光は、比較的高い利用効率で、リフレクタ１２により反射され、投影レンズ１３に入射し得ることになる。

そして、上記第二の焦点Ｆ２を通過した光は、投影レンズ１３で集束されながら、前方に向かって照射されることになる。
その際、上記リフレクタ１２から投影レンズ１３に向かう光の一部が、遮光部１４により遮断されることにより、カットオフを形成されて、その像が第二の反射面１３により前方に向かって投影され、所定距離の位置で結像されるので、例えばすれ違いビームの配光パターンを備えることになる。

ここで、前述したように、上記光源１１から上記リフレクタ１２の前端付近の反射位置までの距離Ａ１が、この反射位置から第二の焦点位置Ｆ２までの距離Ｂ２より長いので、リフレクタ１２から投影レンズ１３に入射する光源１１からの光による光源の虚像が投影レンズ１３から後側により遠くに位置することになる。
従って、上記リフレクタ１２で反射されて投影レンズ１３により前方に向かって投影される光源の投影像がより小さく形成され得ることになるので、図３にて符号Ｘ２で示すように、より小さなスポット配光を得ることが可能である。

このようにして、本発明による車両用灯具１０によれば、光源１１のＬＥＤ１１ｂからの光をリフレクタ１２により反射させて、その第二の焦点Ｆ２即ち投影レンズ１３の光源側の焦点付近に向かって照射し、投影レンズ１３により前方に向かって集束して照射すると共に、リフレクタ１２から投影レンズ１３に向かう光の一部を遮光部１４により遮断することにより、この遮光部１４の上縁１４ａの形状即ちカットオフラインを、投影レンズ１３により前方の所定距離の位置に結像させることによって、比較的小さなスポット配光により、所定の配光パターン、例えばすれ違いビームの配光パターンを形成することができる。

以上のように、本実施の形態に係る車両用灯具１０は、光源１１を傾斜して配置し、光源からリフレクタ１２に反射する点までの距離Ａ２がリフレクタ１３から投影レンズ１３の焦点（リフレクタ１２の第二焦点）付近までの距離Ｂ２より長い、を特徴とする。
図１に示すように、車両用灯具１０は、投影レンズ１３から照射される光を、図３のようにコンパクトで密度の高い光度が得られる（スポット的な配光が得られる）ようにすること、及び単方向に発光するＬＥＤ光源の特性に着目したものである。
まず、スポット的な配光が得られるようにするためには、遮光部１４付近で焦点を結んだ投影レンズ１３に入射する光と、投影レンズ１３の光軸Ｏとの角度４５°以下にすることが望ましい。また、スポット的配光に適した強い光度の光を得るには、従来の灯具１のように光軸Ｏと同軸に光源２を配置した場合には、リフレクタ２の大きさを大きくとることで距離Ａ１を大きくしてスポット的配光を得ようとしていた。
しかし、そのように構成すると、従来の技術ではリフレクタ２が大きくなり、かつリフレクタ２から投影レンズ４の焦点付近までの距離Ｂも長くなってしまうため、灯具全体の構成が幅および奥行き方向ともに大きくなってしまっていた。すなわち、従来のハロゲン灯やＨＩＤのような両面発光する光源を用いたプロジェクタ灯具ではスポット的な配光を得る本実施の形態のような構造を採ることができず、図２に示したような構造をとるため、図３に示すＸ１のように集光性が劣り遠方視認性が不足した配光しか得られなかった。
そこで、本発明では、ＬＥＤという片面発光の光源を用いることで、投影レンズ１３（光軸Ｏ）に対して光源１１を傾けて（角度をつけて）配置することができ、リフレクタ１２の径を大きくすることなくＢ２よりＡ２の距離を長く採りつつ灯具全体の構成をコンパクトにすることができる。また、Ｂ２よりＡ２の距離を長くとることにより、車両用灯具１０は、一回反射で投影レンズ１３に光を導くということが可能になるため、強い光度の光によりＸ２のようなスポット的な配光を得ることができる。
また、本実施の形態のような構成を採ることにより、車両用灯具は、車両搭載時の配置の自由度も向上するため、例えばＬＥＤ用のヒートシンクの熱が逃げやすいように図１とは逆に光源を上に配置すること、あるいはグリルから導入される空気を取り込みやすいように配置することも可能になる。

上述した実施形態においては、光源１１を構成する発光素子としてＬＥＤが使用されているが、これに限らず、例えばレーザー素子等の他の種類の発光素子を使用した小型の光源であってもよい。

また、上述した実施形態においては、光源１１及びリフレクタ１２が、投影レンズ１３の光軸Ｏに対して、後ろが下方に傾斜して配置されているが、これに限らず、光源１１及びリフレクタ１２が、投影レンズ１３の光軸に対して、後ろが左方または右方に傾斜して配置されていてもよい。
この場合、この傾斜方向に対応して、リフレクタ１２は、傾斜方向とは反対側のみに形成されると共に、光源１１は、傾斜方向とは反対側に向かう発光光軸を備えるようにＬＥＤ１１ｂが配置されることになる。

さらに、上述した実施形態においては、単に車両前照灯１０について説明しているが、これに限らず、車両前照灯としては、例えばヘッドランプやベンディングランプ等に利用可能であると共に、フォグランプ等の補助前照灯等の車両用灯具や、その他一般の照明等のための灯具にも本発明を適用し得ることは明らかである。

本発明による車両前照灯の一実施形態の構成を示す概略側面図である。 従来の車両前照灯の一例の構成を示す概略側面図である。 図１及び図２の車両前照灯による配光パターンを示すグラフである。

符号の説明

１０ 車両用灯具
１１ 光源
１１ａ 基板
１１ｂ ＬＥＤ
１２ リフレクタ
１３ 投影レンズ
１４ 遮光部
１４ａ 上縁

Claims (6)

1. 少なくとも一つの発光素子が基板上に実装された光源と、前記光源からの光を前方に向かって反射させるように、その第一の焦点が前記光源の発光中心付近に位置し、その第二の焦点が前記第一の焦点より前方に位置すると共に、その中心軸より一側のみに形成された一つの連続した回転楕円系反射面と、
   その光源側の焦点位置が前記回転楕円系反射面の第二の焦点位置付近に位置し、その光軸が前方に向かってほぼ水平に延びる凸レンズから成る投影レンズと、を含んでいて、
   前記光源の基板が、前記回転楕円系反射面の長軸に沿って配置されている、車両用前照灯であって、
   前記回転楕円系反射面の長軸が前記第二の焦点位置から後方に向かって他側に傾斜して配置されていると共に、
   前記光源の基板が、傾斜した前記回転楕円系反射面の長軸に伴って、その表面が後方に向かって傾斜するように配置され、
   前記回転楕円系反射面が、
   当該回転楕円系反射面の前端付近の反射位置から前記第二の焦点位置までの距離より前記光源から前記回転楕円系反射面の前端付近の反射位置までの距離が長くなるように、その前端が前方に向かって延びており、
   前記回転楕円系反射面の前端付近で反射される前記光源からの光が前記投影レンズのうち下端寄りを透過するように、前記回転楕円系反射面の長軸が前記第二の焦点位置から後方に向かって他側に傾斜して配置されていることを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記投影レンズが、非球面レンズから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記リフレクタから投影レンズに向かう光の一部を上端縁により遮断して、所定の配光パターンに適したカットオフを形成するように、前記リフレクタの第二の焦点付近に配置された遮光部を備え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. 前記一側が上側であって、前記他側が下側であることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の車両用前照灯。
5. 前記一側が左側または右側であって、前記他側が右側または左側であることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の車両用前照灯。
6. 前記遮光部が、すれ違いビームの配光パターンに対応したカットオフを形成することを特徴とする、請求項３に記載の車両用前照灯。

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