JP4895224B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、光源としてＬＥＤなどの半導体型光源を使用したプロジェクタタイプの車両用灯具に関する。

半導体型光源を使用したプロジェクタタイプの車両用灯具として、楕円リフレクタの第２焦点に集束された光を投影レンズに向けて反射する平面リフレクタを備えたものが知られている。

これは、投影レンズと該投影レンズのレンズ焦点との間に平面リフレクタをレンズ光軸と交差して配置し、該レンズ光軸と、楕円リフレクタの第１焦点と第２焦点を結ぶ直線とを略直角に交差させることにより、車両用灯具の奥行き方向（光軸方向）の寸法を小さくしようとするものである（特許文献１参照）。
特開２００７−３１１１４１号公報

前記従来の構造では、平面リフレクタで反射されて投影レンズから灯具前方に向けて投射される配光パターンは単一に限られ、例えば、自動車のヘッドランプのように、すれ違い用配光パターン（ロービーム）と走行用配光パターン（ハイビーム）との複数の配光パターンが要求される場合、それぞれの配光パターン用として複数個の灯具ユニットが必要となる。

そこで、本発明は単一の灯具ユニットでも、半導体型光源およびリフレクタの増設を伴うことなく複数の配光パターンを得ることができる車両用灯具を提供するものである。

本発明にあっては、光源として半導体型光源を使用するプロジェクタタイプの車両用灯具において、凹型の反射面を有し、第１焦点と第２焦点とを結ぶ直線が投影レンズのレンズ光軸と直交し、前記半導体型光源からの光を反射する凹面リフレクタと、発光部が凹面リフレクタの第１焦点に位置するように配置された前記半導体型光源と、前記凹面リフレクタからの反射光を反射させる平面状の反射面を有する平面リフレクタと、レンズ光軸が略水平をなし、前記平面リフレクタにより反射された光を灯具前方に向けて投射する前記投影レンズと、を備え、前記平面リフレクタは、前記投影レンズと該投影レンズのレンズ焦点との間にレンズ光軸と交差して配設され、かつ、駆動手段により投影レンズのレンズ光軸方向または凹面リフレクタの第１焦点と第２焦点とを結ぶ直性方向に平行移動可能とされて、前記投影レンズに対する反射光路が可変とされていることを主要な特徴としている。

従って、駆動手段により平面リフレクタを所定方向に所定量移動することによって、該平面リフレクタで反射されて投影レンズに向かう反射光路が変化し、投影レンズから灯具前方に投射される配光パターンの配光方向が変化される。

本発明によれば、平面リフレクタを駆動手段により可変とすることによって、該平面リフレクタの投影レンズに対する反射光路が変化され、該投影レンズから灯具前方に投射される配光パターンの配光方向が変化される。

この結果、平面リフレクタの可変制御により、例えば、ヘッドランプにあってはすれ違い用配光パターン（ロービーム）と、走行用配光パターン（ハイビーム）との複数の配光パターンを得ることができる。

また、半導体型光源およびリフレクタの増設を伴うことなく複数の配光パターンが得られるので、車両用灯具の小型化とコストダウンを実現することができる。

以下、本発明の実施形態を車両用ヘッドランプを例に採って図面と共に詳述する。

図１は本発明に係るヘッドランプの第１実施形態を示す断面説明図、図２は第１実施形態における平面リフレクタが移動した状態を示す断面説明図である。

図１，図２に示す第１実施形態のヘッドランプは車両に搭載された状態の鉛直断面として示している。このヘッドランプは、光源として半導体型光源を使用したプロジェクタタイプとして構成され、半導体型光源１０と、半導体型光源１０から射出された光を反射する凹型の反射面１１ａを有する凹面リフレクタ１１と、凹面リフレクタ１１により反射された光を反射する平面状の反射面１２ａを有する平面リフレクタ１２と、凹面リフレクタ１１と平面リフレクタ１２との間に設けられて所定の配光パターンを形成するシェード１３と、平面リフレクタ１２により反射された光を灯具前方に向けて投射する投影レンズ１４と、半導体型光源１０で発生した熱を拡散するヒートシンク１５と、を備えている。

前記半導体型光源１０，凹面リフレクタ１１，平面リフレクタ１２，シェード１３，投影レンズ１４，およびヒートシンク１５により灯具ユニット１を構成している。

この灯具ユニット１が図外のランプハウジングと素通しのアウターレンズとで形成される灯室内に配設されて、ヘッドランプを構成している。

凹面リフレクタ１１の反射面１１ａは、楕円または楕円を基本とする反射面、例えば、回転楕円面または楕円を基本とした自由曲面からなる。図１の鉛直断面において、凹面リフレクタ１１の反射面１１ａは、例えば楕円をその短軸に沿って半分にした半楕円の形状を有する。

この凹面リフレクタ１１は第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを備え、第１焦点Ｆ１から射出された光は凹面リフレクタ１１の反射面１１ａで反射されて第２焦点Ｆ２に集束する。第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を結ぶ直線Ｚ２は垂直または略垂直を成している。

この凹面リフレクタ１１の第１焦点Ｆ１の位置またはその近傍に前記半導体型光源１０が配置される。これにより、半導体型光源１０から射出される光のうち、凹面リフレクタ１１の反射面１１ａにより反射された光（例えば図１の光路Ｌ１，Ｌ２に示す光線）は、凹面リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２またはその近傍に集光される。

半導体型光源１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機ＥＬおよび無機ＥＬを含むエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）など、半導体に電圧を印加することによって得られるルミネッセンス（発光現像）を利用した光源である。例えば、半導体型光源１０は、基板１０ａの一面に固定された微小な矩形状の光源チップ（半導体チップ）の発光部１０ｂと、発光部１０ｂを覆う光透過部材からなるカバー（図示省略）とを備える。なお、発光部１０ｂの数は１または２以上である。

この半導体型光源１０は、前記基板１０ａを介して前記ヒートシンク１５の前面に該基板１０ａの平面が垂直となるように取付けられている。ヒートシンク１５は熱伝導率が高く、かつ、熱容量の大きな金属材、例えば、アルミダイカスト製からなり、その背面に複数枚の放熱フィン１５ａを備えている。

平面リフレクタ１２は、その前面に平面状の反射面１２ａを有し、投影レンズ１４の略水平なレンズ光軸Ｚ１に対して任意の角度、例えば、本実施形態ではほぼ４５°の傾斜角度で配設されている場合を例にとって説明するが、これ以外の角度であっても構わない。

前記凹面リフレクタ１１およびこの平面リフレクタ１２は、何れも例えば光不透過性の合成樹脂材で形成され、凹面リフレクタ１１の内面および平面リフレクタ１２の前面に、アルミ蒸着や銀塗装を施して前記反射面１１ａ，１２ａが形成される。

投影レンズ１４は、少なくとも何れか一方の側面が球面または略球面の形状を有する凸レンズである。この実施形態では、投影レンズ１４の両側面が凸型の略球面形状を有し、灯具前方側の側面（前面）は灯具後方側の側面（後面）に比べて曲率半径が小さい。投影レンズ１４の形状はこれに限らず、レンズ光軸方向の厚みが中心から外周にかけて薄くなる凸レンズであればよく、例えば、灯具後方側の側面が略平坦な面とされた平凸レンズであってもよい。

この投影レンズ１４は、水平または略水平なレンズ光軸Ｚ１および灯具後方側の焦点ＦＬ１を有し、平面リフレクタ１２は、この投影レンズ１４とレンズ焦点ＦＬ１との間に前述のようにレンズ光軸Ｚ１にほぼ４５°の角度で交差して配置されている。

投影レンズ１４のレンズ焦点ＦＬ１は、図１に示すように平面リフレクタ１２により、その反射面１２ａに対して対称である位置に疑似レンズ焦点ＦＬ２として存在する。この疑似レンズ焦点ＦＬ２は、前記凹面リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２もしくはその近傍に位置している。また、投影レンズ１４の略水平なレンズ光軸Ｚ１は、同じく平面リフレクタ１２の反射面１２ａにより、この略水平なレンズ光軸Ｚ１に対して直交する略垂直な疑似レンズ光軸Ｚ３として存在する。そして、この疑似レンズ光軸Ｚ３は、前記凹面リフレクタ１１の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを結ぶ直線Ｚ２に一致もしくは略一致している。

これにより、凹面リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２またはその近傍に集束した光束（図１の光路Ｌ１，Ｌ２に示す光線を含む光束）は、平面リフレクタ１２の反射面１２ａで反射された後、投影レンズ１４を透過する際にレンズ光軸Ｚ１に対して平行もしくは略平行な光束（ビーム）に集光されて灯具前方へ投射される。

なお、半導体型光源１０はハロゲンランプやＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）に比べて発熱量が小さいため、投影レンズ１４としてガラスレンズ以外にも軽量な合成樹脂製のレンズ、例えばアクリル製レンズが使用される。

シェード１３は、前記凹面リフレクタ１１と平面リフレクタ１２との間に配置されている。このシェード１３は、前記半導体型光源１０から射出されて凹面リフレクタ１１の反射面１１ａで反射された反射光の一部を遮断して、残りの反射光でカットオフラインを有する所定の配光パターン、例えば、すれ違い用配光パターンを形成するものである。この実施形態では、シェード１３は光不透過性の合成樹脂材により平板状に形成され、前記ヒートシンク１５の略垂直な前面に取付けられている。

シェード１３には、前記凹面リフレクタ１２の第２焦点Ｆ２もしくはその近傍の部分に、前記所定の配光パターンのカットオフラインを形成するエッジ１６が、該第２焦点Ｆ２に沿って設けられている。また、このエッジ１６の下側には、アルミ蒸着や銀塗装により所要領域で平面反射面１７が形成される。この平面反射面１７は、前記第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを結ぶ直線Ｚ２上に設けられ、シェード１３により遮断される前記凹面リフレクタ１１からの反射光の一部Ｌ２を、前記平面リフレクタ１２に向けて反射させることにより、半導体型光源１０から射出された光の損失を低減するようにしている。

ヒートシンク１５の前面には前述のように半導体型光源１０が取付けられるため、シェード１３には、この半導体型光源１０を配置するための開窓部１８が設けられている。

前記凹面リフレクタ１１は、周側のフランジ部１１ｂを介してシェード１３の前面に取付けられるが、該凹面リフレクタ１１をシェード１３と一体に形成することもできる。

また、凹面リフレクタ１１とシェード１３の各上側部にはホルダー部１１Ａ，１３Ａが形成されている。

前記平面リフレクタ１２はシェード１３のホルダー部１３Ａに前記傾斜角度に保持される。凹面リフレクタ１１のホルダー部１１Ａ、およびシェード１３のホルダー部１３Ａの前端部は半円筒状に形成され、投影レンズ１４は、凹面リフレクタ１１のホルダー部１１Ａと、シェード１３のホルダー部１３Ａの前端部とで形成される円筒部分の間に上下方向から抱持された状態で固定される。

ここで、前記平面リフレクタ１２は、駆動手段１９により可動構造とされて、前記投影レンズ１４に対する反射光路が可変とされている。

本実施形態にあっては、平面リフレクタ１２はシェード１３のホルダー部１３Ａに灯具前後方向に、つまり、投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１方向に水平に平行移動可能に保持され、例えば、駆動手段としての電動アクチュエータ１９によって前後移動される。電動アクチュエータ１９は、図外のランプスイッチのロービーム，ハイビームの切換え操作により駆動制御される。ランプスイッチのロービーム位置で平面リフレクタ１２が図１の後退位置に牽引作動され、ハイビーム位置で該平面リフレクタ１２が図２の前進位置に押出し作動される。

以上の構成からなる本実施形態のヘッドランプによれば、平面リフレクタ１２が図１に示す後退位置（ランプスイッチのロービーム位置）にある状態では、半導体型光源１０から射出された光は、凹面リフレクタ１１の反射面１１ａにより平面リフレクタ１２に向けて反射される。凹面リフレクタ１１の第２焦点Ｆ２またはその近傍に集束した光束Ｌ１，Ｌ２は、平面リフレクタ１２の反射面１２ａで反射された後、投影レンズ１４を透過する際にレンズ光軸Ｚ１に対して平行もしくは略平行な光束に集光されて灯具前方へ投射される。このとき、凹面リフレクタ１１の反射面１１ａで反射された光の一部がシェード１３により遮断される。従って、前記投影レンズ１４からは、上縁にシェード１３のエッジ１６の形状に特定されたカットオフラインを有するすれ違い用の配光パターン（ロービーム配光パターン）が投射される。

図１に示す状態から図外のランプスイッチをハイビーム位置に切換えると、電動アクチュエータ１９によって平面リフレクタ１２が所定量灯具前方に押出され、図２に示す前進位置に水平に平行移動される。これにより、平面リフレクタ１２の投影レンズ１４に対する反射光路が変化され、図１に示した投影レンズ１４から投射される平行光路Ｌ１，Ｌ２から、レンズ光軸Ｚ１に対して上向きの角度を持った平行光路Ｌ１’，Ｌ２’に配光方向が変化される。この結果、投影レンズ１４から灯具前方に投射される配光パターンの配光方向が上向きに変化され、走行用の配光パターン（ハイビーム配光パターン）が得られる。

また、この平面リフレクタ１２の前進位置では、投影レンズ１４の疑似レンズ焦点ＦＬ２が投影レンズ１４側（灯具前方）にずれるため、シェード１３のエッジ１６により形成される配光パターンのカットオフラインが暈されて明暗差が緩和されたハイビーム配光に相応しい配光パターンが得られる。

このように、本実施形態によれば、投影レンズ１４と該投影レンズ１４のレンズ焦点ＦＬ１との間に配設した平面リフレクタ１２を、駆動手段１９によりレンズ光軸Ｚ１方向に水平に平行移動可能とした簡単な構造によって、ロービーム配光とハイビーム配光との複数の配光パターンを容易に切換え制御することができる。

しかも、半導体型光源１０およびリフレクタ（凹面リフレクタ１１，平面リフレクタ１２）の増設を伴うことなく複数の配光パターンが得られるため、ロービーム配光とハイビーム配光の各専用の灯具ユニットを不要とすることができることと併せて、ヘッドランプの小型化とコストダウンとを実現することができる。

前記実施形態では、平面リフレクタ１２を投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１方向に平行移動するようにしているが、この平面リフレクタ１２を凹面リフレクタ１１の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを結ぶ直線Ｚ２方向、即ち、前記第１実施形態における疑似レンズ光軸Ｚ３方向に平行移動するようにしても前述と同様の作用効果を得ることができる。

図３は本発明の第２実施形態を示すもので、前記第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。

図３は本発明の第２実施形態に係るヘッドランプの灯具ユニット１を示す前記第１実施形態と同様の鉛直断面説明図である。

この第２実施形態における灯具ユニット１を構成する半導体型光源１０、凹面リフレクタ１１、平面リフレクタ１２、シェード１３、投影レンズ１４、およびヒートシンク１５の配置関係は前記第１実施形態と全く同一である。

ここで、本実施形態にあっては、前記平面リフレクタ１２は、例えば電動アクチュエータ等の駆動手段の一構成部材としての回転軸２０を中心に回転移動可能とされている。回転軸２０は投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１と直交する方向に略水平に配置されている。本実施形態では前記回転軸２０による平面リフレクタ１２の回転中心位置は、投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１上で平面リフレクタ１２の反射面１２ａが交差する位置に設定されている。この平面リフレクタ１２の回転中心位置は仕様により、レンズ光軸Ｚ１よりも上方または下方にずれた位置に設定することも可能である。平面リフレクタ１２は、前記回転軸２０により図３に示す実線位置と、同図において反時計方向に所定角度θで回動した破線位置との間で回転移動される。

従って、この第２実施形態の構成によれば、平面リフレクタ１２が図３の実線位置にある状態では、平面リフレクタ１２の反射面１２ａからの反射光Ｌ１，Ｌ２が、投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１と平行もしくは略平行な光束として該投影レンズ１４から灯具前方に投射されてロービーム配光パターンが得られる。そして、平面リフレクタ１２が図３の実線位置から反時計方向に所定角度θで破線位置に回転移動されると、投影レンズ１４から灯具前方に投射される平面リフレクタ１２の反射光路が、レンズ光軸Ｚ１に対して上向きの角度を持った平行光路に変化してハイビーム配光パターンが得られる。

この実施形態では、前記回転軸２０による平面リフレクタ１２の回転中心が、平面リフレクタ１２の反射面１２ａが投影レンズ１４のレンズ光軸Ｚ１と交差する位置に設定されているため、前記ハイビーム配光時には、ロービーム配光時に形成される配光パターンのカットオフラインをほぼ維持したままの配光パターンが得られる。

前記各実施形態では、凹面リフレクタ１１と平面リフレクタ１２との間に配置したシェード１３により、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ようにしているが、平面リフレクタ１２にこのシェード機能を付与することも可能である。また、本発明は前記ヘッドランプに限定されるものではなく、リヤコンビネーションランプやフォグランプ等にも適用することができる。更に、仕様によっては前記実施形態におけるシェード１３を省略してもよく、また、灯具ユニット１を前記実施形態の縦型配置から９０°位相を変えた横型配置として用いることも可能である。

本発明の第１実施形態を示す断面説明図。 図１における平面リフレクタが移動した状態を示す断面説明図。 本発明の第２実施形態を示す断面説明図。

符号の説明

１ 灯具ユニット
１０ 半導体型光源
１１ 凹面リフレクタ
１１ａ 反射面
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点
１２ 平面リフレクタ
１２ａ 反射面
１４ 投影レンズ
Ｚ１ レンズ光軸
１９ 駆動手段
２０ 回転軸

Claims (1)

1. 光源として半導体型光源を使用するプロジェクタタイプの車両用灯具において、
   凹型の反射面を有し、第１焦点と第２焦点とを結ぶ直線が投影レンズのレンズ光軸と略直交し、前記半導体型光源からの光を反射する凹面リフレクタと、
   発光部が凹面リフレクタの第１焦点に位置するように配置された前記半導体型光源と、
   前記凹面リフレクタからの反射光を反射させる平面状の反射面を有する平面リフレクタと、
   レンズ光軸が略水平をなし、前記平面リフレクタにより反射された光を灯具前方に向けて投射する前記投影レンズと、を備え、
   前記平面リフレクタは、前記投影レンズと該投影レンズのレンズ焦点との間にレンズ光軸と交差して配設され、かつ、駆動手段により投影レンズのレンズ光軸方向または凹面リフレクタの第１焦点と第２焦点とを結ぶ直線方向に平行移動可能とされて、前記投影レンズに対する反射光路が可変とされていることを特徴とする車両用灯具。

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