JP6111805B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

この発明は、光源として半導体型光源を使用するいわゆるプロジェクタタイプの車両用灯具に関するものである。

この種の車両用灯具は、従来からある（たとえば、特許文献１、特許文献２）。特許文献１の車両用灯具は、光源と、回転楕円面系の反射面を備えたリフレクタと、投影レンズと、を含んでいて、リフレクタの長軸が第二の焦点から後方下側に傾斜して配置されていて、光源が傾斜したリフレクタの長軸に伴って後方に向かって傾斜して配置されているものである。特許文献１の車両用灯具は、光源およびリフレクタが後向きに傾斜して配置することにより、光源から出射した光が高い利用効率でリフレクタに反射されて投影レンズに入射することができる。

特許文献２の車両用灯具は、ＬＥＤ光源と、楕円系反射面と、投影レンズと、を含み、反射面の長軸が後方に向かって下方に傾斜して配置され、ＬＥＤ光源が後方に向かって下方に傾斜して配置されているものである。特許文献２の車両用灯具は、ＬＥＤ光源の指向特性性能が有効に利用することができる。

特開２００６−３５１４２５号公報 特開２００８−２８８１１３号公報

ところが、特許文献１の車両用灯具および特許文献２の車両用灯具は、光源、ＬＥＤ光源およびリフレクタ、反射面をただ単に後向きに傾斜して配置するものである。このために、リフレクタ、反射面が投影レンズのレンズ軸に対して下側に大きくずれる。これにより、上下寸法が大きくなる場合がある。

この発明が解決しようとする課題は、従来の車両用灯具では、上下寸法が大きくなる場合がある、という点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、楕円を基調とする反射面を有するリフレクタと、発光面の中心が反射面の第１焦点もしくはその近傍に配置されている半導体型光源と、レンズ焦点が反射面の第２焦点もしくはその近傍に位置する投影レンズと、を備え、投影レンズのレンズ軸が、発光面の中心に対して上側もしくは下側にずれていて、反射面が、発光面の中心もしくはその近傍を中心として上側にもしくは下側に回転されていて、発光面が、発光面の中心もしくはその近傍を中心として反射面と対向するように上側にもしくは下側に回転されていて、発光面の回転角度が、反射面の回転角度よりも大きい、ことを特徴とする。

この発明（請求項２にかかる発明）は、楕円を基調とする反射面を有するリフレクタと、発光面の中心が反射面の第１焦点もしくはその近傍に配置されている半導体型光源と、レンズ焦点が反射面の第２焦点もしくはその近傍に位置する投影レンズと、を備え、第２焦点およびレンズ焦点が、第１焦点よりも上側もしくは下側に位置し、反射面の光軸と、投影レンズのレンズ軸とが、第２焦点あるいはレンズ焦点もしくはその近傍において交差し、発光面と光軸とが、第１焦点あるいは発光面の中心もしくはその近傍において交差し、発光面の延長線とレンズ軸とのなす角度が、光軸とレンズ軸とのなす角度よりも大きい、ことを特徴とする。

この発明の車両用灯具は、半導体型光源の発光面の回転角度がリフレクタの反射面の回転角度よりも大きい。すなわち、半導体型光源の発光面の延長線と投影レンズのレンズ軸とのなす角度がリフレクタの反射面の光軸と投影レンズのレンズ軸とのなす角度よりも大きい。このために、リフレクタを回転させる角度を小さくすることができるので、リフレクタの反射面が投影レンズのレンズ軸に対して下側もしくは上側にずれる寸法を、従来の車両用灯具と比較して、小さくすることができる。この結果、上下寸法をコンパクトにすることができる。しかも、この発明の車両用灯具は、リフレクタを回転させる角度を小さくする一方、半導体型光源を回転させる角度をリフレクタの回転角度よりも大きくすることにより、上下寸法をコンパクトにすることができる一方、半導体型光源からの光を高効率に有効利用することができる。

図１は、この発明にかかる車両用灯具の実施形態１を示す一部概略縦断面図（一部概略垂直断面図）である。 図２は、リフレクタと、半導体型光源と、投影レンズとの相対関係を示す説明図である。 図３は、この発明にかかる車両用灯具の実施形態２を示す一部概略縦断面図（一部概略垂直断面図）である。

以下、この発明にかかる車両用灯具の実施形態（実施例）の２例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。この明細書および別紙の特許請求の範囲において、前、後、上、下、左、右とは、この発明にかかる車両用灯具を車両に装備した際の前、後、上、下、左、右である。

（実施形態１の構成の説明）
図１、図２は、この発明にかかる車両用灯具の実施形態１を示す。以下、この実施形態１における車両用灯具の構成について説明する。この例は、たとえば、自動車用前照灯のヘッドランプについて説明する。

（車両用灯具１の説明）
図１において、符号１は、この実施形態１における車両用灯具である。前記車両用灯具１は、車両の前部の左右両側にそれぞれ搭載されている。前記車両用灯具１は、図１に示すように、ランプハウジング（図示せず）と、ランプレンズ（図示せず）と、半導体型光源２と、投影レンズ３と、リフレクタ４と、ヒートシンク部材５と、を備える。

前記ランプハウジングおよび前記ランプレンズ（たとえば、素通しのアウターレンズなど）は、灯室（図示せず）を画成する。前記半導体型光源２および前記投影レンズ３および前記リフレクタ４および前記ヒートシンク部材５は、プロジェクタタイプのランプユニットを構成する。前記ランプユニット２、３、４、５は、前記灯室内に配置されていて、かつ、上下方向用光軸調整機構（図示せず）および左右方向用光軸調整機構（図示せず）を介して前記ランプハウジングに取り付けられている。

前記半導体型光源２の発光面２０は、上側に向いている。前記リフレクタ４は、前記半導体型光源２に対して上側に配置されている。前記半導体型光源２および前記リフレクタ４は、前記投影レンズ３に対して後側に配置されている。

（ヒートシンク部材５の説明）
前記ヒートシンク部材５は、たとえば、樹脂や金属製ダイカスト（アルミダイカスト）などの熱伝導率が高い材料からなる。前記ヒートシンク部材５は、板形状の取付部と、フィン形状の放熱部と、から構成されている。前記ヒートシンク部材５は、前記半導体型光源２および前記投影レンズ３および前記リフレクタ４を取り付ける取付部材を兼用する。

（リフレクタ４の説明）
前記リフレクタ４は、たとえば、樹脂部材や金属製ダイカスト（アルミダイカスト）などの熱伝導率が高くかつ光不透過性の材料からなる。前記リフレクタ４は、前記ヒートシンク部材５に取り付けられている。前記リフレクタ４は、前側部分および下側部分が開口し、かつ、後側部分および上側部分および左右両側部分が閉塞した中空形状をなす。前記リフレクタ４の閉塞部分の凹内面には、回転楕円面（楕円）を基本（基調）とした自由曲面からなる反射面（収束型反射面）４０が設けられている。前記反射面４０は、前記半導体型光源２からの光Ｌ１を反射光（Ｌ１）として前記投影レンズ３側に反射させるものである。なお、前記反射面４０としては、単なる回転楕円面からなる反射面であっても良い。

前記反射面４０は、自由曲面から構成されている。このために、前記反射面４０の第１焦点Ｆ１および第２焦点（もしくは第２焦線）Ｆ２においては、厳密な意味での単一の焦点を有していないが、複数の反射面相互の焦点距離の差異が僅少であり、ほぼ同一の焦点を共有している。そこで、この明細書および図面においては、ただ単に第１焦点および第２焦点と称する。

前記反射面４０は、前記第１焦点Ｆ１と前記第２焦点Ｆ２とを結ぶ光軸Ｚ２を有する。前記反射面４０の前記光軸Ｚ２においては、厳密な意味での単一の光軸を有していないが、複数の反射面相互の光軸の差異が僅少であり、ほぼ同一の光軸を共有している。そこで、この明細書および図面においては、ただ単に光軸と称する。

前記第２焦点Ｆ２は、前記第１焦点Ｆ１よりも上側に位置する。すなわち、前記反射面４０は、前記半導体型光源２側の前記第１焦点Ｆ１もしくはその近傍を中心として、前記投影レンズ３側の前記第２焦点Ｆ２を上側に回転移動させてなる。この結果、前記反射面４０の前記光軸Ｚ２は、前側が上側に後側が下側に傾斜している。

なお、通常のプロジェクタタイプのランプユニット（以下、「通常の車両用灯具（１）」と称する）における反射面の光軸Ｚ２０は、図２（Ａ）に示すように、水平である。すなわち、通常の車両用灯具（１）における第２焦点Ｆ２０は、第１焦点Ｆ１と同じ高さの水平線上に位置しているので、光軸Ｚ２０は、水平である。

（半導体型光源２の説明）
前記半導体型光源２は、たとえば、ＬＥＤ、ＯＥＬまたはＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などの自発光半導体型光源である。前記半導体型光源２は、前記光Ｌ１を放射する前記発光面２０を有する。前記半導体型光源２は、前記ヒートシンク部材５に取り付けられている。前記半導体型光源２の前記発光面２０の中心Ｏは、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記第１焦点Ｆ１もしくはその近傍に位置する。

前記半導体型光源２の前記発光面２０は、上に向いていて、前記リフレクタ４の前記反射面４０に対向する。前記半導体型光源２の前記発光面２０は、前記発光面２０の前記中心Ｏもしくはその近傍を中心として、前側が上側に後側が下側に傾斜している。

（投影レンズ３の説明）
前記投影レンズ３は、たとえば、ＰＣ材、ＰＭＭＡ材、ＰＣＯ材などの樹脂製のレンズからなるものである。すなわち、前記半導体型光源２から放射される前記光Ｌ１は、高い熱を持たないので、前記投影レンズ３として樹脂製のレンズを使用することができる。前記投影レンズ３は、ホルダ（図示せず）を介して前記ヒートシンク部材５に取り付けられている。

前記投影レンズ３は、前記半導体型光源２からの前記光Ｌ１であって、所定のメイン配光パターンたとえばハイビーム配光パターン（図示せず）を、外部すなわち車両の前方に照射する。前記投影レンズ３は、非球面を基本とする投影レンズである。前記投影レンズ３は、後面の入射面３０と、前面の出射面３１と、から構成されている。前記入射面３０は、前記リフレクタ４の前記反射面４０と対向する。前記入射面３０は、平面もしくは非球面のほぼ平面（前記反射面４０に対して凸面あるいは凹面）をなす。前記出射面３１は、非球面の凸面をなす。

前記投影レンズ３のレンズ焦点Ｆ３（物空間側の焦点面であるメリジオナル像面）は、前記反射面４０の前記第２焦点Ｆ２に一致もしくはほぼ一致する。これにより、前記レンズ焦点Ｆ３は、前記第１焦点Ｆ１よりも上側に位置する。この結果、前記投影レンズ３は、前記反射面４０の前記第２焦点Ｆ２の上側への回転移動量に対応して上側に移動する。すなわち、前記投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１は、前記反射面４０の前記第２焦点Ｆ２の上側への回転移動量に対応して上側に移動する。これにより、前記光軸Ｚ２と、前記レンズ軸Ｚ１とは、前記第２焦点Ｆ２あるいは前記レンズ焦点Ｆ３もしくはその近傍において交差する。

ここで、前記半導体型光源２の前記発光面２０から放射される光Ｌ１であって、前記リフレクタ４の前記反射面４０において反射光Ｌ１のうち、前記投影レンズ３のうち前記レンズ軸Ｚ１もしくはその近傍を透過する光（図１中の実線矢印を参照）は、主に、ハイビーム配光パターンの中央部分に照射される。

なお、通常の車両用灯具（１）におけるレンズ軸Ｚ１０は、図２（Ａ）に示すように、光軸Ｚ２０と一致もしくはほぼ一致する。すなわち、通常の車両用灯具（１）における第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２０とレンズ焦点Ｆ３０とは、同じ高さの水平線上に位置しているので、レンズ軸Ｚ１０は、光軸Ｚ２０と同様に水平であって、光軸Ｚ２０と一致もしくはほぼ一致する。

（リフレクタ４と、半導体型光源２と、投影レンズ３との相対関係の説明）
以下、前記リフレクタ４と、前記半導体型光源２と、前記投影レンズ３との相対関係を図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）中の通常の車両用灯具（１）においては、前記車両用灯具１と同一部品について、同一の符号に（）を付す。

まず、図２（Ａ）に示すように、通常の車両用灯具（１）の反射面（４０）の光軸Ｚ２０が水平である。すなわち、通常の車両用灯具（１）の第２焦点Ｆ２０が第１焦点Ｆ１と同じ高さの水平線上に位置しているので、光軸Ｚ２０が水平である。また、通常の車両用灯具（１）のレンズ軸Ｚ１０が光軸Ｚ２０と一致もしくはほぼ一致する。すなわち、通常の車両用灯具（１）の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２０とレンズ焦点Ｆ３０とが同じ高さの水平線上に位置しているので、レンズ軸Ｚ１０が光軸Ｚ２０と同様に水平であって、光軸Ｚ２０と一致もしくはほぼ一致する。

これに対して、図２（Ｂ）に示すように、前記車両用灯具１の前記投影レンズ３の前記レンズ軸Ｚ１は、前記発光面２０の前記中心Ｏに対して上側にずれている。すなわち、図２（Ｂ）中の実線にて示すように、前記車両用灯具１の前記投影レンズ３は、通常の車両用灯具（１）の投影レンズ（３）（図２（Ｂ）中の二点鎖線を参照）に対して、前記発光面２０の前記中心Ｏに対して上側にずれている。ここで、前記投影レンズ３の前記レンズ軸Ｚ１と前記発光面２０の前記中心Ｏとの間のずれている距離は、この例では、約５ｍｍである。

また、図２（Ｂ）中の実線にて示すように、前記車両用灯具１の前記リフレクタ４の前記反射面４０は、通常の車両用灯具（１）のリフレクタ（４）の反射面（４０）（図２（Ｂ）中の二点鎖線を参照）に対して、前記発光面２０の前記中心Ｏもしくはその近傍を中心として、上側に回転されている。

さらに、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記車両用灯具１の前記半導体型光源２の前記発光面２０は、通常の車両用灯具（１）の半導体型光源（２）の発光面（２０）に対して、前記発光面２０の前記中心Ｏもしくはその近傍を中心として、前記反射面４０と対向するように、上側にもしくは下側に（前側が上側に後側が下側に）回転されている。

そして、図１、図２（Ｃ）に示すように、前記半導体型光源２の前記発光面２０の回転角度θ１（この例では、約２５°）は、前記リフレクタ４の前記反射面４０の回転角度θ２（この例では、約１５°）よりも大きい。すなわち、通常の車両用灯具（１）のレンズ軸Ｚ１０および光軸Ｚ２０と前記発光面２０の延長線Ｌ２とのなす角度θ１は、通常の車両用灯具（１）のレンズ軸Ｚ１０および光軸Ｚ２０と前記反射面４０の前記光軸Ｚ２とのなす角度θ２よりも大きい。

すなわち、図１、図２（Ｂ）に示すように、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記第２焦点Ｆ２および前記投影レンズ３の前記レンズ焦点Ｆ３は、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記第１焦点Ｆ１よりも上側に位置する。また、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記光軸Ｚ２と、前記投影レンズ３の前記レンズ軸Ｚ１とは、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記第２焦点Ｆ２あるいは前記投影レンズ３の前記レンズ焦点Ｆ３もしくはその近傍において交差する。さらに、前記半導体型光源２の前記発光面２０と前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記光軸Ｚ２とは、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記第１焦点Ｆ１あるいは前記半導体型光源２の前記発光面２０の前記中心Ｏもしくはその近傍において交差する。そして、図１、図２（Ｃ）に示すように、前記車両用灯具１の前記レンズ軸Ｚ１と通常の車両用灯具（１）のレンズ軸Ｚ１０とは、平行である。このために、前記半導体型光源２の前記発光面２０の前記延長線Ｌ２と前記投影レンズ３の前記レンズ軸Ｚ１とのなす角度θ１は、前記リフレクタ４の前記反射面４０の前記光軸Ｚ２と前記投影レンズ３の前記レンズ軸Ｚ１とのなす角度θ２よりも大きい。

（実施形態１の作用の説明）
この実施形態１における車両用灯具１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

半導体型光源２を点灯発光させる。すると、半導体型光源２の発光面２０から放射された光Ｌ１は、リフレクタ４の反射面４０で投影レンズ３側に反射する。その反射光Ｌ１は、投影レンズ３を透過して所定の配光パターンこの例ではハイビーム配光パターンとして、外部すなわち車両の前方に照射される。

このとき、半導体型光源２の発光面２０から放射される光Ｌ１のうち、半導体型光源２の発光面２０の中心Ｏに対して垂直もしくはほぼ垂直な光（図１中の実線矢印を参照）は、その他の光（図１中の破線矢印を参照）に比較して、強い（光度、照度、光量などが大きいもしくは高い）。この強い光は、投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１もしくはその近傍を透過する。このために、ハイビーム配光パターンの中央部分の高光度帯（ホットゾーン）を形成するのに適している。

また、半導体型光源２において発生する熱は、ヒートシンク部材５を介して外部に放射される。

（実施形態１の効果の説明）
この実施形態１における車両用灯具１は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態１における車両用灯具１は、図２（Ｃ）に示すように、半導体型光源２の発光面２０の回転角度θ１がリフレクタ４の反射面４０の回転角度θ２よりも大きい。すなわち、半導体型光源２の発光面２０の延長線Ｌ２と投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１とのなす角度θ１がリフレクタ４の反射面４０の光軸Ｚ２と投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１とのなす角度θ２よりも大きい。このために、リフレクタ４を回転させる角度θ２を小さくすることができるので、リフレクタ４の反射面４０が投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１に対して下側にずれる寸法を、従来の車両用灯具と比較して、小さくすることができる。この結果、上下寸法をコンパクトにすることができる。

しかも、この実施形態１における車両用灯具１は、リフレクタ４を回転させる角度θ２を小さくする一方、半導体型光源２を回転させる角度θ１をリフレクタ４の回転角度θ２よりも大きくすることにより、上下寸法をコンパクトにすることができる一方、半導体型光源２からの光Ｌ１を高効率に有効利用することができる。すなわち、半導体型光源２の発光面２０から放射される光Ｌ１のうち、半導体型光源２の発光面２０の中心Ｏに対して垂直もしくはほぼ垂直な光（図１中の実線矢印を参照）は、その他の光（図１中の破線矢印を参照）に比較して、強い（光度、照度、光量などが大きいもしくは高い）。この強い光は、投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１もしくはその近傍を透過する。このために、ハイビーム配光パターンの中央部分の高光度帯（ホットゾーン）を形成するのに適している。

（実施形態２の構成、作用、効果の説明）
図３は、この発明にかかる車両用灯具の実施形態２を示す。図中、図１、図２と同符号は、同一のものを示す。以下、この実施形態２における車両用灯具１００について説明する。

前記の実施形態１における車両用灯具１は、半導体型光源２の発光面２０が上側に向いていて、かつ、リフレクタ４が半導体型光源２に対して上側に配置されているものである。これに対して、この実施形態２における車両用灯具１００は、半導体型光源２の発光面２０が下側に向いていて、かつ、リフレクタ４が半導体型光源２に対して下側に配置されているものである。

この実施形態２における車両用灯具１００は、投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１が発光面２０の中心Ｏに対して下側にずれていて、反射面４０が発光面２０の中心Ｏもしくはその近傍を中心として下側に回転されていて、発光面２０が発光面２０の中心Ｏもしくはその近傍を中心として反射面４０と対向するように下側に回転されていて、発光面２０の回転角度θ１が反射面４０の回転角度θ２よりも大きい。

すなわち、この実施形態２における車両用灯具１００は、第２焦点Ｆ２およびレンズ焦点Ｆ３が第１焦点Ｆ１よりも下側に位置し、反射面４０の光軸Ｚ２と投影レンズ３のレンズ軸Ｚ１とが第２焦点Ｆ２あるいはレンズ焦点Ｆ３もしくはその近傍において交差し、発光面２０と光軸Ｚ２とが第１焦点Ｆ１あるいは発光面２０の中心Ｏもしくはその近傍において交差し、発光面２０の延長線Ｌ２とレンズ軸Ｚ１とのなす角度θ１が光軸Ｚ２とレンズ軸Ｚ１とのなす角度θ２よりも大きい。

この実施形態２における車両用灯具１００は、以上のごとき構成からなるので、前記の実施形態１の車両用灯具１とほぼ同様の作用効果を達成することができる。

（実施形態１、２以外の例の説明）
なお、この実施形態１、２においては、ハイビーム配光パターンを照射するヘッドランプについて説明するものである。ところが、この発明においては、ハイビーム配光パターン以外の配光パターンたとえばロービーム配光パターンを照射するものであっても良い。この場合においては、図２（Ｃ）中の二点鎖線にて示すように、半導体型光源２およびリフレクタ４と投影レンズ３との間にシェード６を配置して、かつ、シェード６の上端のエッジを第２焦点Ｆ２あるいはレンズ焦点Ｆ３もしくはその近傍に配置する。ここで、シェード６に付加反射面（図示せず）を設けて、ロービーム配光パターンに対して付加配光パターンを追加しても良い。

１、１００ 車両用灯具
２ 半導体型光源
２０ 発光面
３ 投影レンズ
３０ 入射面
３１ 出射面
４ リフレクタ
４０ 反射面
５ ヒートシンク部材
６ シェード
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２、Ｆ２０ 第２焦点
Ｆ３、Ｆ３０ レンズ焦点
Ｌ１ 光
Ｌ２ 延長線
Ｏ 中心
Ｚ１、Ｚ１０ レンズ軸
Ｚ２、Ｚ２０ 光軸

Claims (2)

1. 楕円を基調とする反射面を有するリフレクタと、
   発光面の中心が前記反射面の第１焦点もしくはその近傍に配置されている半導体型光源と、
   レンズ焦点が前記反射面の第２焦点もしくはその近傍に位置する投影レンズと、
   を備え、
   前記投影レンズのレンズ軸は、前記発光面の中心に対して上側もしくは下側にずれていて、
   前記反射面は、前記発光面の中心もしくはその近傍を中心として上側にもしくは下側に回転されていて、
   前記発光面は、前記発光面の中心もしくはその近傍を中心として前記反射面と対向するように上側にもしくは下側に回転されていて、
   前記発光面の回転角度は、前記反射面の回転角度よりも大きく、
   前記反射面の第１焦点と第２焦点との距離は、前記投影レンズの入射面と前記レンズ焦点との距離よりも長く設定されると共に、前記反射面の光軸が前記投影レンズを通過する、
   ことを特徴とする車両用灯具。
2. 楕円を基調とする反射面を有するリフレクタと、
   発光面の中心が前記反射面の第１焦点もしくはその近傍に配置されている半導体型光源と、
   レンズ焦点が前記反射面の第２焦点もしくはその近傍に位置する投影レンズと、
   を備え、
   前記第２焦点および前記レンズ焦点は、前記第１焦点よりも上側もしくは下側に位置し、
   前記反射面の光軸と、前記投影レンズのレンズ軸とは、前記第２焦点あるいは前記レンズ焦点もしくはその近傍において交差し、
   前記発光面と前記光軸とは、前記第１焦点あるいは前記発光面の中心もしくはその近傍において交差し、
   前記発光面の延長線と前記レンズ軸とのなす角度は、前記光軸と前記レンズ軸とのなす角度よりも大きく、
   前記反射面の第１焦点と第２焦点との距離は、前記投影レンズの入射面と前記レンズ焦点との距離よりも長く設定されると共に、前記光軸が前記投影レンズを通過する、
   ことを特徴とする車両用灯具。

Images