JP5381351B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は車両用灯具に係り、特にＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする光学ユニット（灯具ユニット）を複数備えた車両用灯具に関する。

近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源として用いた各種灯具が利用され始めている。ＬＥＤは、高輝度化が可能であるとともに、消費電力が小さいことから、次世代の車両用灯具の光源として期待されている。

特許文献１には、ＬＥＤを光源とする図１１、図１２のようなロービーム用の車両用前照灯が提案されている。尚、図１１は、車両用前照灯の正面図、図１２は、車両用前照灯の縦断面図（図１１のII−II線断面図）である。同図の車両用前照灯１００は、車両前端部右側（すなわち、左車線走行における対向車線側）に設けられる灯具であって、ランプボディ１０２とその前端開口部に取り付けられた素通し状の透光カバー１０４とで形成される灯室内において、ＬＥＤを光源とする６つの光学ユニット（灯具ユニット）１１０、１１０、１１０、１１０、１１２、１１２が支持ブラケット１２０に固定されて上下２段で３つずつ配置されている。

透光カバー１０４は、ランプボディ１０２の前端開口部全体を覆うようにしてランプボディ１０２に取り付けられており、灯室内には、透光カバー１０４に沿ってインナパネル１０６が設けられている。このインナパネル１０６における各光学ユニット１１０、１１０、１１０、１１０、１１２、１１２に対応する位置には、これらを囲む筒状開口部１０６ａ、１０６ａ、１０６ａ、１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｂが形成されている。

６つの光学ユニット１１０、１１０、１１０、１１０、１１２、１１２は、それらからの光照射により、ロービーム（いわゆるすれ違い光）用の配光パターンを形成しており、光学ユニット１１０、１１０、１１０、１１０は、正面照射用灯具ユニットとして車両正面方向へ向けて配置され、光学ユニット１１２、１１２は、側方照射用灯具ユニットとして車両正面方向に対して所定角度車幅方向外側へ向けて配置されている。

詳細は省略するが、正面照射用の各光学ユニット１１０は、プロジェクタ型の灯具ユニットであって、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１３２と、この投影レンズ１３２後方の光軸Ａｘ上に配置された半導体発光素子１３０と、この半導体発光素子１３０を上方側から覆うように配置されたリフレクタ１３４と、半導体発光素子１３０と投影レンズ１３２との間に配置された光制御部材１３６とを備えている。

半導体発光素子１３０は、例えば、発光チップを有する白色発光ダイオードであり、半導体発光素子１３０から上方に出射された光がリフレクタ１３４によって前方に向けて光軸Ａｘ寄りに反射され、投影レンズ１３２を介して光学ユニット１１０前方を照射するようになっている。投影レンズ１３２の後方側焦点近傍には光制御部材１３６の前端縁１３６ａが配置されており、この前端縁１３６ａよりも下側を通過して投影レンズ１３２に入射する光が遮断され、投影レンズ１３２から前方やや下向きに出射される光の上端縁に明暗境界線（カットオフライン）が形成されるようにないっている。

側方照射用の光学ユニット１１２は、リフレクタ型（パラボラ型）の灯具ユニットであって、車幅方向に配列された３つの半導体発光素子１５０、１５０、１５０と、これらの半導体発光素子１５０の下方側に配置された放物柱状のリフレクタ１５２とを備えている。

半導体発光素子１５０は、例えば、発光チップを有する白色発光ダイオードであり、半導体発光素子１５０から下方に出射された光がリフレクタ５４によって前方に反射されて光学ユニット１５０前方を照射するようになっている。また、リフレクタ１５２の反射面は、やや下向きの放物柱状曲面で構成されていることから、鉛直方向（上下方向）に関してはやや下向きの平行光となり、左右方向に関しては左右両側に大きく拡散されるようになっている。

特許第４１１５９２１号公報

従来、半導体発光素子を光源として用いた光学ユニットでは、１つの光学ユニットでは十分な照度で広範囲の領域を照明することができないため、車両用灯具では、上下左右に複数の光学ユニットを配置して必要な照度の配光パターンが得られるように構成されている。

ところで、光学ユニットを上下に複数段配置した車両用灯具では、次のような照度ムラ（配光ムラ）の問題がある。特許文献１のように光学ユニットが上下に２段に配置され、上段と下段の光学ユニットの間に隙間がある場合、図１２と同様に上段の光学ユニット１１０と下段の光学ユニット１１２の縦断面を示した図１３のように前方の同じ角度（水平方向よりやや下向き）に上端縁の明暗境界線が形成されるように各光学ユニットを設計しても、取り付け高さが異なるために、各光学ユニットからの光を合成した全体の配光パターンに明暗の段差ができる。そのため、性能低下、照度ムラの原因になるという問題がある。

例えば、光学ユニットが上下２段に配置された車両用灯具により灯具前方２５ｍの仮想鉛直スクリーンを照明した場合の配光パターンを図１４に示す。同図の配光パターンは、上段の光学ユニットにより形成される３つの配光パターンＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３と、下段の光学ユニットに形成される配光パターンＰＬ４とで合成されたもので、同図のように上段の光学ユニットにより形成される配光パターンＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３の上端縁における水平の明暗境界線ＣＬ１よりも、下段の光学ユニットにより形成される配光パターンＰＬ４の上端縁における水平の明暗境界線ＣＬ２の方が光学ユニットの取り付け高さ分だけ低い位置に形成される。そのため、鉛直方向（上下方向）の照度断面が図１５に示すように照度値が周辺部分よりも小さくなる極小点が生じてしまい、上下方向の照度分布に明暗の段差が生じる。

図１６は路面照度分布を示すもので、図１６（Ａ）のように車両の前照灯からロービームの光を照射した場合、図１６Ｂのように運転者からの距離が遠くなるほど路面照度が滑らかに減少する分布が理想的である。一方、上記のように光学ユニットが上下２段に配置された車両用灯具を前照灯として使用した場合、図１６Ｃのように前方の一部において遠近両側よりも照度値が低くなる部分が発生する。そのため、路面に凹凸があるように見えてしまうという問題がある。

一方、光学的には、例えば灯具前方２５ｍ先の仮想鉛直スクリーンにおいて一点に焦点を結ぶように各光学ユニットを設定し、上記のような照度ムラを無くすようにすることもできるが、その場合、各光学ユニットの発光範囲の下側の部分から上向きの光が出ることになり、対向車に対して眩しさによる幻惑を招く恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、半導体発光素子を光源として用いた複数の光学ユニットにより構成される車両用灯具において、照度ムラを低減することができる車両用灯具を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る車両用灯具は、半導体発光素子を光源とする複数の光学ユニットを備え、各光学ユニットから出射される光により形成される各光学ユニットごとの配光パターンを重ね合わせることによってロービーム用の配光パターンを形成する車両用灯具において、前記複数の光学ユニットは、光学ユニットから光が出射される範囲を示す発光範囲が鉛直方向に重ならないように車幅方向に配列されるとともに、車両用灯具の正面視において異なる高さに配置され、前記各光学ユニットの発光範囲は、最も高い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、最も低い位置に配置される光学ユニットの発光範囲とが鉛直方向に連続して形成されるように構成され、又は、最も高い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、最も低い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、それぞれの発光範囲の間の高さに位置する光学ユニットの発光範囲とにより、鉛直方向に連続した範囲を形成するように構成され、前記各光学ユニットからの配光パターンは、光学ユニットの異なる高さに応じて異なる高さに配置されるとともに、鉛直方向に連続して大きくなり、前記各光学ユニットの配光パターンは、光が照射される範囲と光が照射されない範囲の境界となる明暗境界線が形成される境界範囲であって最も上向きの出射角度で発光範囲から出射される光が照射される境界範囲と、境界範囲以外の光が照射される配光範囲とからなり、前記各光学ユニットの配光パターンにおける境界範囲が鉛直方向に連続した１つの範囲を形成することを特徴としている。

本発明によれば、複数の光学ユニットの発光範囲が鉛直方向（上下方向）に重ならないように配置されるため従来のように上下に光学ユニットを配置した場合の発光範囲の鉛直方向の隙間によって生じる照度ムラが発生しないようになる。また、光学ユニットの発光範囲が鉛直方向に連続した１つの範囲を形成するように配置されるため、各光学ユニットから出射される光を鉛直方向に繋げることができる。特に各光学ユニットにより形成されるロービーム用の配光パターンの明暗境界線のボケの範囲を繋げることができるため、照度ムラが生じず、また、明暗境界線付近に光を集めることができるため、遠方視認性を向上することができる。

本発明によれば、半導体発光素子を光源として用いた複数の光学ユニットにより構成される車両用灯具において、照度ムラを低減することができる。

本願発明が適用されるロービーム用の車両用前照灯の第１の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図。 プロジェクタ型の光学ユニットを例示した縦断面図。 リフレクタ型の光学ユニットを例示した縦断面図。 図１の車両用前照灯により形成される配光パターンと鉛直方向の照度分布を示した図。 １つの光学ユニットにより形成される配光パターンを例示した図。 本願発明が適用されるロービーム用の車両用前照灯の第２の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図。 図６の車両用前照灯により形成される配光パターンと鉛直方向の照度分布を示した図。 本願発明が適用されるロービーム用の車両用前照灯の第３の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図。 図８の車両用前照灯により形成される配光パターンと鉛直方向の照度分布を示した図。 車両用前照灯の第３の実施の形態の変形例を示した正面図。 従来における車両用前照灯の構成を示した正面図。 従来における車両用前照灯の構成を示した縦断面図。 従来における車両用前照灯の構成を示した縦断面図。 図１１乃至図１３に示した車両用前照灯により形成される配光パターンを示した図。 図１４の配光パターンにおける鉛直方向の照度分布を示した図。 従来における車両用前照灯による路面照度分布と理想の路面照度分布とを比較して示した図。 本発明が適用可能な配光パターンであって、一般的なロービーム用の配光パターンを示した図。 各光学ユニットから出射される光線のうち配光パターンの上端を形成する光線が、同一位置の路面を照射する出射角度となるように設定する場合の説明に使用した説明図。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る車両用灯具を実施するための形態について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されたロービーム用の車両用前照灯の第１の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図である。同図の車両用前照灯１０は、例えば、車両前端部右側（すなわち、左車線走行における対向車線側）に設けられる灯具であり、半導体発光素子（ＬＥＤ）を光源とする光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが車幅方向（左右水平方向）に同じ高さで横一列に配置されている。

各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄを示した四角範囲は、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄから光が出射される範囲（発光範囲と称す）を簡易的に示したものであり、本実施の形態では、全ての光学ユニット１２〜１２Ｄの発光範囲の形状、大きさは等しいものとしている。

また、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの種類は、特に限定されないが、例えば、図１１、図１２に示したようなプロジェクト型の光学ユニット１１０やリフレクタ型（パラボラ型）の光学ユニット１１２を採用することが可能である。ここで、プロジェクト型の光学ユニットとリフレクタ型の光学ユニットについて説明する。

図２は、図１１、図１２に示した光学ユニット１１０と同一のプロジェクト型の光学ユニットであり、図１１、図１２と同一部材には同一符号を付している。この光学ユニット１１０は、支持ブラケット１２０に支持されており、車両前後方向（灯具前後方向）に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１３２と、この投影レンズ１３２の後方の光軸Ａｘ上に配置された半導体発光素子１３０と、この半導体発光素子１３０を上方側から覆うように配置されたリフレクタ１３４と、半導体発光素子１３０と投影レンズ１３２との間に配置された光制御部材１３６とを備えている。

半導体発光素子１３０は、０．３〜１ｍｍ四方程度の大きさの発光チップ１３０ａを有する白色発光ダイオードであって、その発光チップ１３０ａが光軸Ａｘ上において鉛直上向きになるように配置されている。尚、白色発光ダイオードの代わりにレーザーダイオード（ＬＤ）を使用することも可能である。

投影レンズ１３２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸レンズで構成されており、その焦点距離ｆ１は比較的短い値に設定されている。

リフレクタ１３４は、半導体発光素子１３０からの光を前方に向けて反射させて投影レンズ１３２の後方側焦点Ｆ近傍に略収束させるように構成されている。具体的には、このリフレクタ１３４の反射面１３４ａ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。そして、この反射面１３４ａは、半導体発光素子１３０からの光を後方側焦点Ｆのやや前方位置に略収束させるようになっている。

光制御部材１３６は、光制御部１３６Ａと、この光制御部１３６Ａの前端部から前方へ延長形成されたレンズホルダ部１３６Ｂとから構成されている。光制御部１３６Ａの上面１３６ａは、投影レンズ１３２の後方側焦点Ｆから後方に延びており、この上面１３６ａの前端縁１３６ａ１は、投影レンズ１３２の後方側焦点Ｆの焦点面に沿って略円弧状に形成されている。この上面１３６ａにはアルミニウム蒸着等による反射面処理が施されており、これにより該上面１３６ａは反射面として構成されている。そして、この光制御部１３６Ａは、上面１３６ａにおいてリフレクタ１３４の反射面１３４ａからの反射光の一部の直進を阻止してこれを上向きに反射させるようになっている。

レンズホルダ部１３６Ｂは、光制御部１３６Ａの前端部から下方へ湾曲するようにして前方へ延びており、その前端部において投影レンズ１３２を支持するようになっている。

この光学ユニット１１０によれば、半導体発光素子１３０から出射され、リフレクタ１３４で反射して投影レンズ１３２の後方側焦点Ｆを通過する光線は投影レンズ１３２により略平行な光線を形成して前方に出射される。また、投影レンズ１３２の後方側焦点Ｆを通過しない光線は、少なくとも後方側焦点Ｆより上側を通過し、後方側焦点Ｆを通過する光線よりも前方下向きの角度で投影レンズ１３２から出射され、後方側焦点Ｆを通過する光線よりも上向きの光が光学ユニット１１０から出射されないようになっている。

図３は、図１１、図１２に示した光学ユニット１１２と同一のリフレクタ型の光学ユニットであり、図１１、図１２と同一部材には同一符号を付している。この光学ユニット１１２は、支持ブラケット１２０に支持されており、車幅方向（左右水平方向）に所定間隔をおいて配列された３つの半導体発光素子１５０、１５０、１５０（図１１参照）と、半導体発光素子１５０の下方側に配置されたリフレクタ１５２とを備えている。

リフレクタ１５２は、車幅方向に延びる焦線ＦＬを有する放物性柱状曲面からなる反射面１５２ａを有しており、この反射面１５２ａの両側には１対の側面壁が形成されている。焦線ＦＬは、光学ユニット１１２の中心軸Ａｘ１と直交する方向に延びるように設定されており、中心軸Ａｘ１は、リフレクタ１５２の反射面１５２ａにおける放物柱状曲面の鉛直断面を構成する放物線の軸となっている。１対の側壁面は中心軸Ａｘ１に関して左右対称形状で前方に向けて拡がる鉛直壁として形成されている。

３つの半導体発光素子１５０、１５０、１５０は、焦線ＦＬに沿って所定間隔をおいて配置されており、中央に位置する半導体発光素子１５０は、中心軸Ａｘ１に位置し、その両側に位置する半導体発光素子１５０は、中心軸Ａｘ１に関して対称な位置に配置されている。これらの半導体発光素子１５０、１５０、１５０は、いずれも０．３〜１ｍｍ四方程度の大きさの発光チップ１５０ａを有する白色発光ダイオードであって、その発光チップ１５０ａが焦線ＦＬ状において鉛直下向きになるように配置されている。尚、白色発光ダイオードの代わりにレーザーダイオード（ＬＤ）を使用することも可能である。

この光学ユニット１１２によれば、３つの半導体発光素子１５０、１５０、１５０から出射された光がリフレクタ１５２によって平行光として反射され、光学ユニット１１２の前方に向けて出射される。また、リフレクタ１５２の反射面１５２ａがやや下向きの放物柱曲面で構成されており、上下方向に関してはやや下向きの平行光として、左右方向に関しては中心軸Ａｘ１を中心にして左右両側に大きく拡散した光として光学ユニット１１２から出射されるようになっている。

尚、本願発明は、図１の光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄとして、図２、図３に示したプロジェクタ型、リフレクタ型の光学ユニットに限らず、説明を省略するライトガイド型の光学ユニット等の他の種類の光学ユニットを採用することができ、半導体発光素子を光源とした任意の種類、構成の光学ユニットを採用することができる。また、全ての光学ユニットが同一種類、同一構成のものでなくてもよい。

図４（Ａ）は、図１の車両用前照灯１０から照射される光により、灯具前方の所定距離（たとえば２５ｍ）の位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示した図である。車両用前照灯１０の各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄからは、灯具前後方向に関して少なくともロービーム用の配光として法規で定められている出射角度以下の光が出射されるようになっている。たとえば、水平方向に対して下向き０．５７度以下の光が出射され、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにおいて、各々から出射される光線のうち上端を形成する光線の出射角度がいずれも下向き０．５７度となるように設定されている。

なお、以下の本実施の形態において、配光パターンは、例えば図４（Ａ）に示すように上方の明暗境界線が水平線にほぼ平行なものを便宜的に用いているが、本発明で形成する配光パターンはこれに限られない。すなわち、本発明は、図１７に示すような一般的なロービーム用の配光パターンにも適用可能である。

このとき各光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに対応した配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤが、車両用前照灯１０の高さを示す水平ラインＨよりも低い位置に形成され、それらの配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤを合成したものが車両用前照灯１０全体の配光パターンとして得られるようになっている。

ここで、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤの例として図５において光学ユニット１２Ａにより得られる配光パターンＰＬＡのみを示す。同図に示すように配光パターンＰＬＡは、上端縁において光が照射される範囲と光が照射されない範囲の境界となる明暗境界線が形成される境界範囲ＰＬＡａと、境界範囲ＰＬＡａ以外の光が照射される配光範囲ＰＬＡｂとから形成される。

境界範囲ＰＬＡａは、明暗境界線が明瞭ではない（いわゆるボケた）状態で投影された範囲に相当しており、光学ユニット１２Ａから出射される光のうち、最も上向きの角度で発光範囲から出射される平行光が照射される範囲であり、鉛直方向に関して光学ユニット１２Ａの発光範囲と同一の高さを有している。この境界範囲ＰＬＡａでは、境界範囲ＰＬＡａの上端縁から境界範囲ＰＬＡａの下端縁まで照度値が徐々に増加する分布を示す。

一方、配光範囲ＰＬＡｂは、光学ユニット１２Ａの設計によって自由にその配光パターン（形状、大きさ、照度）を制御できる範囲である。

他の光学ユニット１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤについても上記配光パターンＰＬＡと同様に各々、図４（Ａ）に示すように光学ユニット１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの発光範囲の上下方向の高さと同一の高さを有する境界範囲ＰＬＢａ、ＰＬＣａ、ＰＬＤａと、自由に配光パターンを制御できる配光範囲ＰＬＢｂ、ＰＬＣｂ、ＰＬＤｂとから形成されている。

そして、図１に示した光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの配置の場合、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲の高さが一致しており、また、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄから出射される上端の光線（配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤの上端縁を形成する光線）の出射角度が一致しているため、それらの境界範囲ＰＬＡａ、ＰＬＢａ、ＰＬＣａ、ＰＬＤａが鉛直方向の同じ位置で重ね合わされるようになっている。

これにより得られる車両用前照灯１０全体の配光パターンは、車両用前照灯１０の左右中心位置を示すＶライン上において、図４（Ｂ）の照度断面図のような照度分布を示す。これによれば、上下の周辺部よりも照度値が低くなる極小値は存在せず、照度ムラ（配光ムラ）が生じていない理想的な配光パターンが形成されている。すなわち、各光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤの明暗境界線のボケの範囲となる境界範囲ＰＬＡａ、ＰＬＢａ、ＰＬＣａ、ＰＬＤａが重ね合わせられるため、照度ムラが発生せず、また、車両用前照灯１０全体としての配光パターンの明暗境界線のボケの範囲も最小にすることができる。

尚、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄが受け持つ配光範囲は、上記の場合と異なっていてもよいし、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤは上記実施の形態で示したものでなくてもよい。また、いずれかの光学ユニットの配光範囲が水平方向に関して正面以外の角度方向となるようにしてもよい。

また、上記第１の実施の形態では、車両用前照灯１０が４つの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄを有し、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲が同一の形状及び大きさの場合について説明したが、車両用前照灯１０の光学ユニットの数が４以外の複数の場合や、各光学ユニットの発光範囲が同一でない場合の構成を含めて第１の実施の形態は以下の条件（第１の実施の形態の条件）を満たすように各光学ユニットの発光範囲が配置されたものである。すなわち、車両用前照灯１０に配置される複数（任意の数）の光学ユニットの発光範囲のうち、鉛直方向に最も高さの大きい発光範囲が配置される鉛直方向の位置範囲（高さ範囲）内に他の光学ユニットの発光範囲が配置されるように構成する。たとえば、各光学ユニットの発光範囲の上端、下端、又は、中心位置が同じ高さとなるように配置することが考えられる。

次に、本願発明が適用されたロービーム用の車両用前照灯の第２の実施の形態について説明する。図６は、車両用前照灯の第２の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図である。同図の車両用前照灯２０は、図１の車両用前照灯１０と同等の光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより構成される一方、それらの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの配置が図１の車両用前照灯１０と異なり、異なる高さに配置されている。すなわち、左端の光学ユニット１２Ａが最も高い位置に配置され、右端の光学ユニットＤまで順に左側の光学ユニットより低い位置に配置されている。

また、最も高い位置に配置される光学ユニット１２Ａの発光範囲の下端縁の位置と最も低い位置に配置される光学ユニット１２Ｄの発光範囲の上端縁との高さが一致するように配置されており、光学ユニット１２Ｂ、１２Ｃの発光範囲が、光学ユニット１２Ａの発光範囲の上端縁と、光学ユニット１２Ｄの発光範囲の下端縁との間の範囲内となるように配置されている。

図７（Ａ）は、図６の車両用前照灯２０から照射される光により、灯具前方の所定距離（たとえば２５ｍ）の位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示した図である。車両用前照灯２０の各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄからは、灯具前後方向に関して少なくともロービーム用の配光として法規で定められている出射角度以下の光が出射されるようになっている。たとえば、水平方向に対して下向き０．５７度以下の光が出射され、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにおいて、各々から出射される光線のうち上端を形成する光線の出射角度がいずれも下向き０．５７度となるように設定されている。

このとき各光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに対応して、図４（Ａ）に示した配光パターンと同様の配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤが、車両用前照灯２０の高さを示す水平ラインＨよりも低い位置に形成されるとともに、光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの発光範囲の高さの違いに対応して、配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤも光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの発光範囲の高さの相違分だけ異なる高さに形成される。

また、光学ユニット１２Ａにより形成される配光パターンＰＬＡの境界範囲ＰＬＡａの下端縁と、光学ユニット１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＤの境界範囲ＰＬＤａの上端縁とが同じ高さに形成され、境界範囲ＰＬＡａと境界範囲ＰＬＤａの範囲内に光学ユニット１２Ｂ、１２Ｃにより形成される配光パターンＰＬＢ、ＰＬＣの境界範囲ＰＬＢａ、ＰＬＣａが形成される。

これにより得られる車両用前照灯２０全体の配光パターンは、車両用前照灯２０の左右中心位置を示すＶライン上において、図７（Ｂ）の照度断面図のような照度分布を示す。これによれば、上下の周辺部よりも照度値が低くなる極小値は存在せず、照度ムラ（配光ムラ）が生じていない配光パターンが形成されている。

尚、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄが受け持つ配光範囲は、上記の場合と異なっていてもよいし、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤは上記実施の形態で示したものでなくてもよい。また、いずれかの光学ユニットの配光範囲が水平方向に関して正面以外の角度方向となるようにしてもよい。

また、上記第２の実施の形態では、車両用前照灯２０が４つの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄを有し、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲が同一の形状及び大きさの場合について説明したが、車両用前照灯２０の光学ユニットの数が４以外の複数の場合や、各光学ユニットの発光範囲が同一でない場合の構成を含めて第２の実施の形態は以下の条件（第２の実施の形態の条件）を満たすように各光学ユニットの発光範囲が配置されたものである。すなわち、車両用前照灯１０に配置される複数（任意の数）の光学ユニットの発光範囲のうち、上端が最も高い位置に配置される発光範囲（最上端の発光範囲）と、下端が最も低い位置に配置される発光範囲（最下端の発光範囲）が、鉛直方向に連続した範囲を形成するように配置され、他の光学ユニットの発光範囲がその連続した範囲内に配置されるように構成する。この条件のうち第１の実施の形態の条件を満たす範囲を除いた範囲が第２の実施の形態の条件となる。尚、最上端の発光範囲の下端の位置が、最下端の発光範囲の上端の位置よりも低い位置となる場合、又は、それらの位置が一致する場合には、それらの発光範囲が鉛直方向に連続した範囲を形成しているものとする。

第２の実施の形態の条件を満たすように複数の光学ユニットの発光範囲を配置した場合、第１の実施の形態に比べると車両用前照灯２０全体の配光パターンにおける明暗境界線のボケの範囲が大きくなるが、各光学ユニットによる配光パターンのボケの範囲が重ね合わせられるため、照度ムラが発生しない。

次に、本願発明が適用されたロービーム用の車両用前照灯の第３の実施の形態について説明する。図８は、車両用前照灯の第３の実施の形態における光学ユニットの配置を示した正面図である。同図の車両用前照灯３０は、図１、図６の車両用前照灯１０、２０と同等の光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより構成され、それらの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの配置が図６の車両用前照灯２０と同様に異なる高さに配置されている。すなわち、左端の光学ユニット１２Ａが最も高い位置に配置され、右端の光学ユニット１２Ｄまで順に左側の光学ユニットより低い位置に配置されている。

一方、図６の車両用前照灯２０とは光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの配置の条件が異なり、最も高い位置に配置される光学ユニット１２Ａの発光範囲と、最も低い位置に配置される光学ユニット１２Ｄの発光範囲とが鉛直方向に関して連続していない。

しかしながら、光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲が、鉛直方向に関して連続するように配置されており、光学ユニット１２Ａの発光範囲の下端縁と、光学ユニット１２Ｂの発光範囲の上端縁の高さが一致し、光学ユニット１２Ｂの発光範囲の下端縁と、光学ユニット１２Ｃの発光範囲の上端縁の高さが一致し、光学ユニット１２Ｃの発光範囲の下端縁と、光学ユニット１２Ｄの発光範囲の上端縁の高さが一致している。

図９（Ａ）は、図８の車両用前照灯３０から照射される光により、灯具前方の所定距離（たとえば２５ｍ）の位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示した図である。車両用前照灯３０の各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄからは、灯具上下方向に関して少なくともロービーム用の配光として法規で定められている出射角度以下の光が出射されるようになっている。たとえば、水平方向に対して下向き０．５７度以下の光が出射され、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにおいて、各々から出射される光線のうち上端を形成する光線の出射角度がいずれも下向き０．５７度となるように設定されている。

このとき各光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに対応して、図４Ａに示した配光パターンと同様の配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤが、車両用前照灯３０の高さを示す水平ラインＨよりも低い位置に形成されるとともに、光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの発光範囲の高さの違いに対応して、配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤも光学ユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの発光範囲の高さの相違分だけ異なる高さに形成される。

また、配光パターンＰＬＡの境界範囲ＰＬＡａの下端縁と、配光パターンＰＬＢの境界範囲ＰＬＢａの上端縁とが同じ高さに形成され、配光パターンＰＬＢの境界範囲ＰＬＢａの下端縁と、配光パターンＰＬＣの境界範囲ＰＬＣａの上端縁とが同じ高さに形成され、配光パターンＰＬＣの境界範囲ＰＬＣａの下端縁と、配光パターンＰＬＤの境界範囲ＰＬＤａの上端縁とが同じ高さに形成される。

これにより得られる車両用前照灯２０全体の配光パターンは、車両用前照灯３０の左右中心位置を示すＶライン上において、図９（Ｂ）の照度断面図のような照度分布を示す。これによれば、照度値にうねりが生じるが、上下の周辺部よりも照度値が低くなる極小値は存在せず、照度ムラ（配光ムラ）が生じていない配光パターンが形成されている。

尚、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄが受け持つ配光範囲は、上記の場合と異なっていてもよいし、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄにより形成される配光パターンＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤは上記実施の形態で示したものでなくてもよい。また、いずれかの光学ユニットの配光範囲が水平方向に関して正面以外の角度方向となるようにしてもよい。

また、上記第３の実施の形態では、車両用前照灯２０が４つの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄを有し、各光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲が同一の形状及び大きさの場合について説明したが、車両用前照灯２０の光学ユニットの数が４以外の複数の場合や、各光学ユニットの発光範囲が同一でない場合の構成を含めて第３の実施の形態は以下の条件（第３の実施の形態の条件）を満たすように各光学ユニットの発光範囲が配置されたものである。すなわち、車両用前照灯１０に配置される複数（任意の数）の光学ユニットの発光範囲が、鉛直方向に連続する１つの範囲を形成するように配置される。ただし、この条件のうち第２の実施の形態の条件を満たす範囲を除いた範囲が第３の実施の形態の条件となる。たとえば、図１０の車両用前照灯４０に示すように４つの光学ユニット１２Ａ〜１２Ｄの発光範囲の鉛直方向の幅が異なる場合であっても、それらの発光範囲を鉛直方向に連続する１つの範囲を形成するように配置することによって照度ムラを生じさせないようにすることができる。

この第３の実施の形態の条件を満たすように複数の光学ユニットの発光範囲を配置した場合、第１及び第２の実施の形態に比べると車両用前照灯３０（又は車両用前照灯４０）全体の配光パターンにおける明暗境界線のボケの範囲が大きくなるが、各光学ユニットによる配光パターンのボケの範囲が鉛直方向に離間することがないため、照度ムラが発生しない。

以上、上記実施の形態で説明した車両用前照灯の構成は、二輪車、四輪車、電車等の任意の種類の車両の前照灯の構成として適用することができ、また、前照灯に限らず、フォグランプ等の任意の種類の車両用灯具の構成としても適用できる。

また、上記実施の形態では、車両用灯具として配置される複数の光学ユニットの各々から出射される光線のうち配光パターン（各光学ユニットが形成する配光パターン）の上端を形成する光線（最も上向きの光線）が全て同一の出射角度であるものとしたが、これに限らず、各光学ユニットから出射される光線のうち配光パターンの上端を形成する光線が、任意の距離、たとえば、灯具前方５０〜８０ｍ程度の所定距離に位置する路面を照射する出射角度となるように各光学ユニットの発光範囲が配置される路面からの高さに基づいて各光学ユニットごとに配光パターンの上端を形成する光線の出射角度を設定するようにしてもよい。すなわち、図１８に示すように、配光パターンの上端への寄与が最も高い光学ユニットの発光範囲が配置される高さをａ（ｍ）とし、その光学ユニットにおいて配光パターンの上端を形成する光線が路面を照射する位置までの距離をＩ（ｍ）、その光線の出射角度をｍとすると、発光範囲が配置される高さｂ（ｍ）の光学ユニットにおいて配光パターンの上端を形成する光線の出射角度ｘが、次式、
ｘ＝ｍ−arctan{(ａ−ｂ)／Ｉ}
により求められる角度（水平方向に対する下向き角度）となるように設定するようにし、各光学ユニットにより形成される配光パターンの明暗境界線のボケの範囲が灯具前方の距離Ｉの路面上で重なり合うようにしてもよい。

１０、２０、３０…車両用前照灯、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１１０、１１２…光学ユニット、１３０、１５０…半導体発光素子、１３２…投影レンズ、１３４、１５２…リフレクタ、１３６…光制御部材、ＰＬＡ、ＰＬＢ、ＰＬＣ、ＰＬＤ…配光パターン、ＰＬＡａ、ＰＬＢａ、ＰＬＣａ、ＰＬＤａ…境界範囲、ＰＬＡｂ、ＰＬＢｂ、ＰＬＣｂ、ＰＬＤｂ…配光範囲

Claims (1)

1. 半導体発光素子を光源とする複数の光学ユニットを備え、各光学ユニットから出射される光により形成される各光学ユニットごとの配光パターンを重ね合わせることによってロービーム用の配光パターンを形成する車両用灯具において、
   前記複数の光学ユニットは、光学ユニットから光が出射される範囲を示す発光範囲が鉛直方向に重ならないように車幅方向に配列されるとともに、車両用灯具の正面視において異なる高さに配置され、
   前記各光学ユニットの発光範囲は、最も高い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、最も低い位置に配置される光学ユニットの発光範囲とが鉛直方向に連続して形成されるように構成され、又は、最も高い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、最も低い位置に配置される光学ユニットの発光範囲と、それぞれの発光範囲の間の高さに位置する光学ユニットの発光範囲とにより、鉛直方向に連続した範囲を形成するように構成され、
   前記各光学ユニットからの配光パターンは、光学ユニットの異なる高さに応じて異なる高さに配置されるとともに、鉛直方向に連続して大きくなり、
   前記各光学ユニットの配光パターンは、光が照射される範囲と光が照射されない範囲の境界となる明暗境界線が形成される境界範囲であって最も上向きの出射角度で発光範囲から出射される光が照射される境界範囲と、境界範囲以外の光が照射される配光範囲とからなり、
   前記各光学ユニットの配光パターンにおける境界範囲が鉛直方向に連続した１つの範囲を形成することを特徴とする車両用灯具。