JP5567435B2

JP5567435B2 - 車両用灯具

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Publication number: JP5567435B2
Application number: JP2010199113A
Authority: JP
Inventors: 裕之石田; 直樹内田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012059409A; CN102434833A; CN102434833B; US8696180B2; US20120057363A1

Description

本発明は車両用灯具に関し、特に車両用前照灯において、半導体発光素子の光を灯具前方側に配置された光学素子によって灯具前方に所定の配光パターンを形成する車両用灯具に関する。

近年、車両用灯具の光源としては、平面発光部を有する発光ダイオード等の半導体発光素子が多く用いられている。この半導体発光素子からの光をリフレクタ（反射面）と凸レンズを用いて拡散反射制御することにより、上端部に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構成された車両用前照灯が知られている。しかし、凸レンズが厚肉で且つ焦点位置までの距離が長いため灯具奥行きが大きくなってしまう。

灯具ユニットを薄型に構成するために、一辺が直線状に延びる発光チップを有する半導体発光素子と、この半導体発光素子の光を入射させるように配置された光学素子とを備えた灯具ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記灯具ユニットにおいて、光源である半導体発光素子は、発光チップの一辺をその下端部に位置させた状態で該一辺を灯具ユニットの光軸と直交させるようにして前向きに配置されている。その光学素子は、半導体発光素子からの入射光をその表面で内面反射させた後、その裏面で再度内面反射させてその表面から出射させるように構成されている。

光学素子の表面は、光軸と直交する平面で構成されるとともに、該光学素子の裏面は、回転放物面を基準面として形成された所定の光反射制御面で構成されている。この光学素子の中央領域には、半導体発光素子からの光を内面反射させるための鏡面処理が施されている。

特開２００９−２２４３０３号

しかしながら、上記特許文献１に記載の灯具ユニットの場合、一つの仕様形態に対応させた光反射制御面が形成されるため、仕様毎に光学素子裏面の光反射制御面の構成を変える必要があり、異なる仕様での光学素子の共通化を図ることができなかった。
また、仕様形態に適用した所定の配光パターンを形成する場合、光源からの光の利用効率を向上させることが難しかった。

本発明の目的は、上記課題を解消することに係り、光学素子の複数仕様への共通化を可能にして汎用性の向上を図ることができるとともに、光源からの光の利用効率を向上させることができる車両用灯具を提供することである。

本発明の上記目的は、灯具前方へ向けて配置された半導体発光素子と、該半導体発光素子の灯具前方側に配置された第１光学素子と、該第１光学素子の前方側に配置された第２光学素子と、を備えた車両用灯具であって、第１光学素子は、少なくとも表面と裏面の２面を有し、表面が灯具前後方向に延びる灯具光軸を中心とした中央部の反射面処理を施した中央反射部と、その外周に形成された外側反射部とから構成され、半導体発光素子からの光を裏面側へ内面反射させ、裏面が表面で内面反射した光を再び外側反射部へ向けて内面反射させ、表面から前方へ出射させるとともに、第２光学素子は、第１光学素子の表面近傍に配置され、第１光学素子からの光を拡散させて所定の配光パターンを車両前方に形成することを特徴とする車両用灯具により達成される。

上記構成の車両用灯具によれば、半導体発光素子の灯具前方側に配置された第１光学素子と、第１光学素子の表面近傍に配置された第２光学素子とを備え、第２光学素子によって、第１光学素子からの光を拡散させて所定の配光パターンを形成する。これにより、第１光学素子の複数仕様への共通化を可能とし、第２光学素子を適宜変更することで異なる仕様に対応することができ、汎用性の向上を図ることができる。

また、第１光学素子の表面の中央部に反射面処理を施した中央反射部と、その外周に外側反射部とを備え、半導体発光素子の光を裏面側に内面反射させ、裏面で再び内面反射され外側反射部から出射された光を、第２光学素子によって所定の配光パターン、例えばロービーム配光を形成する。これにより、半導体発光素子の光を内面反射させて所定の配光パターンを効率良く形成することができ、第１光学素子のみでの光の利用効率と比較して、光源である半導体発光素子からの光の利用効率を向上させることができる。

上記構成の車両用灯具において、第１光学素子の斜め反射領域から投影された光の少なくとも一部は、第２光学素子で斜め方向へ拡散されるとともに、第１光学素子の水平及び垂直領域から投影された光は、第２光学素子で水平方向へ拡散されることが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、第２光学素子によって所定のロービーム用配光パターンを適宜形成することができる。

また、上記構成の車両用灯具において、第１光学素子の表面の少なくとも外側反射部が、灯具光軸を中心に半径方向断面において第２光学素子側に突出した曲面であることが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、遮光領域を狭くでき、無発光部を減らすことができる。

本発明に係る車両用灯具によれば、半導体発光素子の灯具前方側に配置された第１光学素子と、第１光学素子の表面近傍に配置された第２光学素子とを備え、第２光学素子によって第１光学素子からの光を拡散させて所定の配光パターンを形成する。これにより、第１光学素子の複数仕様への共通化を可能とし、第２光学素子を適宜変更することで異なる仕様に対応することができ、汎用性の向上を図ることができる。
また、半導体発光素子の光を、第１光学素子で内面反射させてから第２光学素子によって拡散させることで所定の配光パターンを形成するので、光源からの光の利用効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用灯具の正面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図２の灯具ユニットの要部拡大図である。灯具ユニットから前方へ照射される光により仮想鉛直スクリーン上に形成される一部の配光パターンを透視的に示す説明図である。第２光学素子の別の形態例を示す正面図である。本発明の第２実施形態に係る灯具ユニットの要部拡大図である。

以下、本発明に係る車両用灯具の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る車両用灯具は、例えば車両の前端部分に取り付けられる前照灯である。車両用前照灯１０は、ランプボディ１１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１２とで形成される灯室内に、灯具ユニット１５と、該灯具ユニット１５を支持するユニットホルダ１３とが収容された構成となっている。

ユニットホルダ１３は、透光カバー１２の外形形状に略沿って形成された板状部材であって、図示しないエイミング機構を介してランプボディ１１に上下方向及び左右方向に傾動可能に支持されている。このユニットホルダ１３には、灯具ユニット１５に対応する位置に円形開口部１４が形成されており、この円形開口部１４の周囲４箇所には後方へ突出するボス１６が形成されている。これら４箇所のボス１６に対して灯具ユニット１５が複数のネジで締付け固定されている。

本実施形態の灯具ユニット１５は、灯具前方へ向けて配置された発光ダイオード等の半導体発光素子である光源２３と、この光源２３からの光を入射させるように該光源２３前方側に配置された第１の光学素子である第１透光部材２０と、この第１透光部材２０の前方側に配置された第２の光学素子である第２透光部材３０とを備えている。

光源２３は、長方形の発光チップ２４が半球状の封止樹脂部材２４ｂによって封止され、基板を介して支持ブロック２５によって支持されている。

第１透光部材２０は、アクリル樹脂成形品等の透明な合成樹脂成形品からなり、表面２１と裏面２２の２面を有している。第１透光部材２０の表面２１は、光軸Ａｘと直交する平面で構成されており、灯具前後方向に延びる灯具光軸Ａｘを中心とした光軸近傍の円形領域にアルミニウム蒸着等による鏡面処理２８を施した中央反射部２７と、その外周に形成された外側反射部２９とから構成されている。中央反射部２７の外周縁の位置は、光源２３からの光の表面２１に到達する入射角が臨界角θ０と略同じ値となる位置に設定されている（図３参照）。

第１透光部材２０の裏面２２は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘを回転中心とする略回転放物面Ｐｒが形成されており、その全域にわたってアルミニウム蒸着等による鏡面処理２８が施されている（図３参照）。また、光源２３の発光中心を囲む半球状凹部には、エポキシ樹脂等の透明部材２６が充填されているか、または大気である。また、第１透光部材２０の外周部には、不図示のネジ挿通孔が形成された複数の取付用タブが形成されており、各ネジ挿通孔にネジを挿通させることで各取付用タブを第２透光部材３０側の各ボス３５に締付け固定できる。

本実施形態の第２透光部材３０は、アクリル樹脂成形品等の透明な合成樹脂成形品からなり、第１透光部材２０の表面２１近傍に配置され、第１透光部材２０からの光を拡散させて所定の配光パターンを車両前方に形成する。前面３１には、複数の配光素子である所定のレンズパターン３３が形成されている。後面３２は、光軸Ａｘと直交する平面で構成されている。なお、第２透光部材３０は、第１透光部材２０の全面にかかる必要はなく、拡散を必要としない部分には、第２透光部材３０を配置しなくても良い。

レンズパターン３３は、第１透光部材２０の斜め反射領域から投影された光を、第２透光部材３０で斜め方向へ拡散させる。また、第１透光部材２０の水平及び垂直領域（十字領域）から投影された光を、第２透光部材３０で水平方向へ拡散させる。なお、ここで云う十字領域は、灯具正面視において光軸Ａｘを中心として第１透光部材２０の水平及び垂直方向に延びる反射領域であり、斜め反射領域は、十字領域以外の反射領域である。

第２透光部材３０の外周部には、ネジ挿通孔３４が形成された複数の取付用タブが形成されており、取付用タブの後面側には第１透光部材２０用のボス３５が形成されている。上述したユニットホルダ１３のボス１６への灯具ユニット１５の取り付け時は、第２透光部材３０のネジ挿通孔３４をボス１６に位置合わせしてから、第１透光部材２０のネジ挿通孔をボス３５に位置合わせして、ネジ挿通孔３４にネジを挿通させることで第１透光部材２０及び第２透光部材３０をユニットホルダ１３に締付け固定できる。これにより、第１透光部材２０の発光チップ２４が水平方向に延びるように位置決めされた状態で、第２透光部材３０と共にユニットホルダ１３に取り付けられる。

図３に示すように、本実施形態に係る灯具ユニット１５において、光源２３から第１透光部材２０に入射した光α１〜α３は表面２１に到達する。この内、光軸Ａｘ寄りの光軸近傍領域（入射角が臨界角θ０より小さい）に向かった光α１は、鏡面処理が施された中央反射部２７で内面反射して、第１透光部材２０の裏面２２に入射する。

また、光軸Ａｘから大きく離れた領域（入射角が臨界角θ０より大きい）に向かった光α２，α３は、外側反射部２９で内面反射して、第１透光部材２０の裏面２２に入射する。このように、第１透光部材２０の表面２１に到達した光α１〜α３は、殆んど表面２１から漏れることなく内面反射して裏面２２に入射する。

即ち、第１透光部材２０の表面２１は光軸Ａｘと直交する平面で構成されているので、第１透光部材２０の裏面２２への反射光は、第１透光部材２０の表面２１に対して発光チップ２４と対称の光軸Ａｘ上の位置を仮想光源とする発散光となる。そして、第１透光部材２０の裏面２２は、仮想光源の位置を焦点とする回転放物面Ｐｒで構成されているので、その裏面２２で再び内面反射して表面２１の外側反射部２９から平行光として出射される。

このように、第１透光部材２０は、その光源２３が発光ダイオードで構成されており、この光源２３から光を内部で２回内面反射させて前方へ出射させるように構成されているので、薄型に構成することができる。

また、第１透光部材２０の表面２１の鏡面処理２８が施された中央反射部２７が円形に形成されており、その外周縁の位置が光源２３からの光の臨界角θ０と略同じ値となる位置に設定されているか、若しくは臨界角θ０よりも若干大きな値となる位置に設定されている。この中央反射部２７によって第１透光部材２０の裏面２２からの反射光を必要以上に遮蔽してしまうことなく、光源２３からの光の利用効率を高めることができる。

第１透光部材２０の表面２１の外側反射部２９から出射された光α１〜α３は、第２透光部材３０の平面である後面３２から入射して、所定のレンズパターン３３が形成されている前面３１から拡散出射される。このとき、レンズパターン３３が複数の配光素子から形成されているので、第１透光部材２０の斜め反射領域から投影された光をレンズパターン３３で斜め方向へ拡散させる。また、第１透光部材２０の十字領域から投影された光をレンズパターン３３で水平方向へ拡散させるように配光制御される。したがって、例えば、所定のロービーム用配光パターンをこの第２透光部材３０によって形成することができる。

図４は、車両用前照灯１０から前方へ照射される光により灯具前方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一部の配光パターンＰを透視的に示す図であり、図１に示した第２透光部材３０のレンズパターン３３によって形成される配光パターンＰである。

この配光パターンＰは、上端部に水平方向に延びる水平カットオフラインＣＬ１及び水平カットオフラインＣＬ１から所定の角度θ１で左上方に延びる斜めカットオフラインＣＬ２を有する左配光のロービーム用配光パターンである。この水平カットオフラインＣＬ１と斜めカットオフラインＣＬ２との交点であるエルボ点Ｅの左下近傍に高光度領域であるホットゾーンＨＺが形成されている。

また、このロービーム用配光パターンＰは、水平カットオフライン形成用パターンＰ１と、斜めカットオフライン形成用パターンＰ２と、拡散領域形成用パターンＰ３との合成配光パターンとして形成される。

上述したように本実施形態の車両用灯具によれば、光源２３の灯具前方側に配置された第１透光部材２０と、この第１透光部材２０の表面２１近傍に配置された第２透光部材３０とを備え、第２透光部材３０によって、第１透光部材２０からの光を拡散させて所定の配光パターンを形成する。これにより、第１透光部材２０の複数仕様への共通化を可能とし、第２透光部材３０を適宜変更することで異なる仕様に対応することができ、汎用性の向上を図ることができる。

例えば、図１に示した第２透光部材３０に換えて、図５（ａ）に示した前面４１にレンズパターン４３を有する第２透光部材４０を取り付けることで、例えば左ハンドル仕様の右配光用灯具ユニットに変更することができる。また、図５（ｂ）に示した前面５１にレンズパターン５３を有する第２透光部材５０を取り付けることで、更に別仕様の灯具ユニットに変更することができる。

また、第１透光部材２０の表面２１の光軸Ａｘ近傍領域に鏡面処理２８を施した中央反射部２７と、その外周に外側反射部２９とを備え、光源２３の光を裏面２２側に内面反射させ、裏面２２で再び内面反射され外側反射部２９から出射された光を、第２透光部材３０によって所定の配光パターン、例えばロービーム配光を形成する。これにより、光源２３の光を内面反射させて所定の配光パターンを効率良く形成することができ、光源２３からの光の利用効率を向上させることができる。

第１透光部材２０の斜め反射領域から投影された光は、第２透光部材３０で斜め方向へ拡散されるとともに、第１透光部材２０の水平及び垂直領域から投影された光は、第２透光部材３０で水平方向へ拡散される。これにより、第２透光部材３０によって所定のロービーム用配光パターンを適宜形成することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る車両用灯具を図６に基づいて説明する。なお、上記第１実施形態と同じ構成部分には同一符号を付すことで説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の灯具ユニット６５は、第１透光部材７０の構成が上記第１実施形態の第１透光部材２０と異なっている。第１透光部材７０は、表面７１側の中央反射部７３及び外側反射部７４が、灯具光軸Ａｘを中心に半径方向断面において第２透光部材３０側に突出した曲面形状である。

第１透光部材７０は、中央反射部７３及び外側反射部７４を連続した凸面形状にすることで、円環状の外側反射部７４の反射面積（全反射領域）を増やすことができ、その分光軸近傍領域の中央反射部７３の反射面積（遮光領域）を小さくすることができる。これにより、表面７１上の無発光部を減らすことができる。なお、表面７１を曲面形状にすることで、第１透光部材７０の投影像の傾き方向は変わるが、第２透光部材３０と第１透光部材７０の裏面７２側の形状を変更することで所定の配光パターンを形成することができる。

尚、本発明の車両用灯具は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の形態を採りうることは勿論である。例えば、上記実施形態の灯具ユニット１５，６５においては、ロービーム配光について説明したが、ハイビーム配光にも適用することができる。

また、上記実施形態の灯具ユニット１５，６５においては、光源２３からの光を前方へ反射する反射面を第１透光部材２０，７０の裏面２２，７２に形成した鏡面処理２８により構成したが、車両前後方向に延びる光軸Ａｘを回転中心とする略回転放物面を基準面として形成されたリフレクタの反射面により構成しても良い。この場合、回転放物面の焦点に位置する光源２３の平面発光部がリフレクタの反射面に正対して配置されると、光源２３の光を有効に利用することができる。

また、上記実施形態の灯具ユニット１５，６５においては、第１透光部材２０，７０の表面２１，７１の光軸近傍領域の中央反射部２７，７３を鏡面処理２８により構成したが、小型レンズに変更することも可能である。この場合、遮光領域がなくなり、光源２３の光を光軸近傍領域から前方へ投影することができる。
更に、上記実施形態の灯具ユニット１５，６５においては、１個の光源２３によって単一ユニットの構成であったが、小型の複数の光源を用いて複数ユニットで、例えばロービーム配光を形成することも可能である。

１０車両用前照灯
１１ランプボディ
１２透光カバー
１３ユニットホルダ
１５，６５灯具ユニット
２０，７０第１透光部材（第１光学素子）
２１，７１表面
２２，７２裏面
２３光源（半導体発光素子）
２４発光チップ
２７，７３中央反射部
２８鏡面処理
２９，７４外側反射部
３０第２透光部材（第２光学素子）
３３レンズパターン
Ａｘ灯具光軸

Claims

一辺が直線状に延びる発光チップを有する半導体発光素子と、
少なくとも一部が前記半導体発光素子よりも前方に配置された第１光学素子と、
前記第１光学素子よりも前方に配置された第２光学素子と、
を備えており、
前記第１光学素子は、
光軸を回転中心とする回転放物面を含む後面と、
前記後面よりも前方に配置された前面と、
を有しており、
前記前面は、
前記発光チップから出射され前記光軸に対する角度が臨界角以下の角度で入射する光を前記後面に向けて内面反射する中央反射部と、
前記発光チップから出射され前記光軸に対する角度が前記臨界角よりも大きい角度で入射する光を前記後面に向けて内面反射する外側反射部と、
を含んでおり、
前記後面は、入射した光を内面反射して前記第２光学素子に向けて前記外側反射部を通過させ、
前記第２光学素子は、
入射した光を水平方向に拡散する第１レンズパターンと、
入射した光を斜め方向に拡散する第２レンズパターンと、
を備えており、
前記第１レンズパターンは、前記第２光学素子を前方から見て、前記光軸に直交するとともに水平方向および垂直方向に延びる十字領域を含む領域に配置されており、
前記第２レンズパターンは、前記第２光学素子を前方から見て、前記十字領域を避けて配置されていることを特徴とする車両用灯具。
前記第１光学素子の前記外側反射部は、前記第２光学素子に向かって突出した曲面を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。