JP2005235707A - プロジェクタ型車両用灯具 - Google Patents

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和則 岩崎
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Abstract

【課題】 灯具全体のコンパクト化および重量の軽減を図ることができること。
【解決手段】 光源は、複数個の小プロジェクタ型灯具10a〜10jの各々に小凹面鏡7の第1焦点F1の近傍に1個ずつ設定される複数個のLED11で構成されている。小リフレクタ14は、樹脂製で、小凹面鏡7と小凹面鏡7の第2焦点位置に位置するシェード4とを一体に形成して構成されている。シェード4は、起立壁4cと、起立壁4cの上端に略水平面状に延設される反射面4bと、起立壁4cに設けられLED11の下方向の直射光L1を透過させる窓部4dとら構成されている。小リフレクタ14の前開口部は、樹脂製の小凸レンズ6で覆われている。複数個の小プロジェクタ型灯具を1個のハウジング20内に組み込んだ。窓部4dの透過光は、配光パターンのオーバーヘッドゾーンを照射する光aとなる。
【選択図】 図10

Description

本発明は、例えばヘッドランプとして適用される、光源としてLED(発光ダイオード)を用いたプロジェクタ型車両用灯具に関する。
図11は、この種のプロジェクタ型車両用灯具100を示す(例えば、特許文献1参照)。この車両用灯具100は、凹面鏡1の第1焦点の近傍に設けられる光源バルブ2と、光源バルブ2から出射して凹面鏡1で反射された光束をほぼ平行な光束に調光して灯具前方に出射する凸レンズ3とを備えて大略構成されている。
詳しくは、車両用灯具100は、光源バルブ2と凸レンズ3との間にシェード4が設けられており、このシェード4によりすれ違い用のビームとして好適なカットラインを有する配光パターンを得ることができる。
光源バルブ2は、そのフィラメントを凹面鏡1の第1焦点に位置させると共に、その電気接続部を筒状開口部1aに嵌着して取り付けられている。凹面鏡1の開放端にはフレーム5が取り付けられており、フレーム5には凸レンズ3が固着されると共に、シェード4を支承している。
さらに車両用灯具100は、図12に示すように、凹面鏡1の光源バルブ2の装着用の筒状開口部1aに直近の上方に換気用の透孔1bが、同じく直近の下方に換気用の透孔1cがそれぞれ設けられている。
そして車両用灯具100は、点灯時光源バルブ2の周辺が高温になるが、その熱はこれら透孔1b、1c間で生じる熱対流により放熱されるので、光源バルブ2の周辺の昇温が抑制される。
実願平4−76322号(実開平6−41010号)のマイクロフィルム
しかしながら、車両用灯具100においては、光源バルブ2の出射光が高い熱エネルギーを持っているので、凸レンズ3はガラスで形成しなければならず、そのため灯具重量の増大を招く、という課題を有している。
また、車両用灯具100は、部品点数が多く、これにより部品管理が煩雑で、組み付け工数も増大し、ひいてはコスト高を招く、という課題を有している。
また、車両用灯具100は、透孔1b、1cが設けられた、凹面鏡1の中央部付近の反射性能が低下し、ひいては配光パターン中央部のホットゾーンの照度が低下する、という課題を有している。
さらには、車両用灯具100は、プロジェクタ型なので、配光パターンのカットライン上方のオーバーヘッドゾーンの光度値が、リフレクタ方式のものに比べて極端に低い、という課題をも有している。
そこで、本発明は、灯具重量の軽減および部品点数の削減を図ることができると共に、配光パターンのホットゾーンおよびのオーバーヘッドゾーンの充分な照度を得ることが可能なプロジェクタ型車両用灯具を提供することを目的としている。
前記した目的を達成するため、請求項1記載の発明は、凹面鏡の第1焦点の近傍に設けられる光源と、前記光源から出射して前記凹面鏡で反射された光束をほぼ平行な光束に調光して灯具前方に出射する凸レンズとを備えたプロジェクタ型車両用灯具であって、
前記光源は、複数個の小リフレクタの各々に回転楕円曲面あるいは回転楕円を基本にした自由曲面として形成される小凹面鏡の第1焦点の近傍に、前記小凹面鏡に発光部を対向させて1個ずつ設定される複数個のLEDで構成されており、
前記小リフレクタおよび該小リフレクタの前開口部を覆う小凸レンズは、樹脂で形成されており、
前記小リフレクタは、後側の上部内面に形成される前記小凹面鏡と前記小凹面鏡の第2焦点位置に位置するシェードとを一体に形成して構成されており、
前記シェードは、前記小リフレクタの内面に前記小凸レンズに対向させて立設する起立壁と、該起立壁の上端に前記小凸レンズとは反対方向に略水平面状に延設される反射面と、前記起立壁に設けられる前記LEDの下方向の直射光を透過させる窓部とを有して構成されており、
前記小凸レンズを前記小リフレクタの前開口部に取り付けると共に、前記LEDを前記小凹面鏡に発光部を対向させて小凹面鏡の第1焦点の近傍に取り付けることによって前記小リフレクタ毎に小プロジェクタ型灯具が構成されており、
前記複数個の小リフレクタで構成される複数個の小プロジェクタ型灯具を1個のハウジング内に組み込んだことを特徴とする。
このため、請求項1記載の発明では、LEDの光は、各小プロジェクタ型灯具毎に、小凹面鏡に向かって出射すると共に、この小凹面鏡で反射されて小凸レンズに達し、かつ小凸レンズを通過することによって、平行な光束に調光されて車両用灯具の前方へ出射し、所望の配光パターンを奏することができる。
また、光源として適用したLEDは、それ自体小型であるので、取付に要するスペースを節約することができ、かつその出射光の熱エネルギーもフィラメント付き光源に比べて小さいので、灯室の過度の温度上昇を避けることができると共に、小凸レンズおよび小リフレクタを樹脂製にすることができる。
また、シェードの一構成要素である略水平面状の反射面は、LEDの光を反射させて配光パターンのホットゾーンの照度を向上させることができると共に、他構成要素である窓部は、LEDの下方向の直射光を透過させると共に該透過光を小凸レンズを介して前方に出射させることにより、配光パターンのオーバーヘッドゾーンの照度を向上させることができる。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のプロジェクタ型車両用灯具であって、
前記窓部は、前記小凸レンズの中心部位と前記第1焦点とを結ぶ光軸に対し、前記第1焦点から10〜15°の角度で下方へ出射する前記LEDの直射光を下限として透過する位置で、かつ該透過光が前記小凸レンズに直接入射可能な位置に形成されていることを特徴とする。
このため、請求項2記載の発明では、LEDの直射光の内、光軸に対し下方向へ10〜15°の角度範囲内の直射光は、窓部を透過して小凸レンズに達し、小凸レンズを介して、配光パターンのオーバーヘッドゾーンを照射する光となって前方へ出射される。
また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のプロジェクタ型車両用灯具であって、
前記LEDは、その発光部をドーム状のレンズカバーで覆って構成されていることを特徴とする。
このため、請求項3記載の発明では、LEDの光は、ドーム状のレンズカバーにより、適度に拡散させて出射させることができると共に、乱反射の度合いも拡大されて、その出射範囲を光軸以下まで拡大する。この光軸以下の光束は、シェードの窓部を介して有効利用できる。
以上、詳述したように、請求項1記載の発明によれば、光源として適用したLEDは、それ自体小型であるので、取付に要するスペースを節約して小リフレクタを小型化することができ、かつその出射光の熱エネルギーもフィラメント付き光源に比べて小さいので、灯室の過度の温度上昇を避けることができると共に、小凸レンズおよび小リフレクタを樹脂製にすることができ、総じて車両用灯具全体のコンパクト化および重量の軽減を図ることができる。
また、請求項1記載の発明によれば、部品点数が少ないので、部品管理も容易で、容易に組み立てることができ、ひいてはコストの低減化をも図ることができる。
さらに、請求項1記載の発明によれば、シェード形成される略水平面状の反射面および窓部により、それぞれ配光パターンのホットゾーンおよびオーバーヘッドゾーンの照度を向上させることができるので、総じて配光性能を向上させることができる。
また、請求項2記載の発明によれば、配光パターンのオーバーヘッドゾーンを照射する光を確実に発生させることができ、これにより請求項1記載の発明の効果に加えて、高度の配光性能を有する車両用灯具を品質上安定して得ることができる。
また、請求項3記載の発明によれば、ドーム状のレンズカバーにより、LEDの光を、適度に拡散させて出射させることができると共に、乱反射の度合いも拡大されて、その出射範囲を光軸以下まで拡大することができるので、配光パターンのホットゾーンおよびオーバーヘッドゾーンを照射する各光を増大させることができ、これにより請求項1または2記載の発明の効果に加えて、高度の配光性能を有する車両用灯具を品質上安定して得ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図11、図12に開示したものと同一機能を奏する構成要素は、同一符号を付して説明する。
図1〜図3は、本発明のプロジェクタ型車両用灯具Aを示す。この車両用灯具Aは、LED11を光源とする複数個の小プロジェクタ型灯具10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10jを1個のハウジング20内に組み込んで大略構成されている。なお、小プロジェクタ型灯具は、以下代表例で示すときは、符号10で示す。
ハウジング20は、前部を開口したケーシング22と、ケーシング22の開口部を覆う素通しガラス21とから構成されている。そして、複数個の小プロジェクタ型灯具10a〜10jは、取付具23を介してケーシング22に固着されることによってハウジング20内に組み込まれている。このとき、取付具23は、図外の2個のアジャストスクリュウとピボット構造とにより、複数個の小プロジェクタ型灯具10a〜10jの全体を上下左右に光軸調整可能にケーシング22に支持されている。なお、図1および図2中、符号26、27は、それぞれクリアランスランプ、フロントターンランプである。
また、小プロジェクタ型灯具10a〜10jは、その取付位置によって、例えば次の配光パターンが得られるように設計される。
図6は、その配光パターンで、(a)は水平拡散タイプ(第1配光パターン)、(b)は集光フラットタイプ(第2配光パターン)、(c)はすれ違いビームのカットラインを有する水平拡散タイプ(第3配光パターン)、(d)はすれ違いビームのカットラインを有する集光フラットタイプ(第4配光パターン)をそれぞれ示す。
そして、小プロジェクタ型灯具10a〜10j中、小プロジェクタ型灯具10a、10c、10d、10gは、第3配光パターン(図6(c)参照)が得られるように設計され、小プロジェクタ型灯具10b、10e、10fは、第4配光パターン(図6(d)参照)が得られるように設計され、小プロジェクタ型灯具10h、10i、10jは、第1配光パターン(図6(a)参照)が得られるように設計される。そして車両用灯具Aは、総じて、図9に示す、すれ違いビームに適した配光パターンLPを奏することができる。
詳しくは、車両用灯具Aにおいては、光源は、図7に示すように、複数個の小リフレクタ14の各々に回転楕円曲面あるいは回転楕円を基本にした自由曲面として形成される小凹面鏡7の第1焦点F1の近傍に、小凹面鏡7に発光部11aを対向させて1個ずつ設定される複数個のLED11(図4、図5参照)で構成されている。
LED11は、図4および図5に示すように、取付板9に固着されてサブアッシされており、取付板9を上部リフレクタ12の後側の略半部分に設けた光源固定部19にねじ24で結合することにより、その発光部11aを小凹面鏡7に対向させて取り付けられる。図4および図5中、符号25は4本のリード線で、内2本がLED11のリード線で、他の2本が冷却素子用である。
本実施形態では、LED11は、その発光部11aを、小凸レンズ6の中心部位と第1焦点F1を通る灯具10の光軸Zに対して略直交方向に配置して設置されている。図8は、LED11の発光部11aから出射される光の出射パターンL0を示しており、図7(b)の破線は、その出射パターンL0の光の小凹面鏡7への入射状態を示している。
また、小プロジェクタ型灯具10は、前部側を開口した第1樹脂材製の小リフレクタ14と、小リフレクタ14の前開口部を覆って灯室14aを構成する第2樹脂材製の小凸レンズ6とを備えて構成されている。このとき、第1樹脂材としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、(樹脂名を追加してください)が用いられ、第2樹脂材としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、(樹脂名を追加してください)が用いられる。
また、小リフレクタ14は、図7に示すように、小凸レンズ6の上側固定部15aと小凹面鏡7と光源固定部19とを一体に形成した上部リフレクタ12と、小凸レンズ6の下側固定部16aとシェード4とを一体に形成し上部リフレクタ12に下側から結合する下部リフレクタ13とを有して構成されている。
上部リフレクタ12は、その後部側に小凹面鏡7を形成すると共に、小凹面鏡7の両側のフランジ部12aの裏面側に光源固定部19を形成し、かつ小凹面鏡7の前端部分に連続させて小凹面鏡7よりも大径の上部ケーシング部15が形成されると共に、さらにこの上部ケーシング部15の前端の内周に沿って上側固定部15aが溝状に形成されており、かつ内面に反射部材を蒸着することによって全体構成されている。光源固定部19は、中央にねじ孔を有する突起として形成されている。LED11のサブアッシ部材を、この光源固定部19を介して上部リフレクタ12に固定することによって、LED11の発光部11aが小凹面鏡7の第1焦点F1の近傍に位置するようになる。
また、下部リフレクタ13は、シェード4と下部ケーシング部16とを備えて構成されている。
シェード4は、下部リフレクタ13の内面に小凸レンズ6に対向させて立設する起立壁4cと、起立壁4cの上端に小凸レンズ6とは反対方向に略水平面状に延設される反射面4bと、起立壁4cに設けられるLED11の直射光を透過させる窓部4dとを有して逆L字状の断面を呈して構成されている。起立壁4cは、下部ケーシング部16の後端部分に立設させて形成されており、上部の折曲エッジ部4aがメリジオナル像面に沿って形成されると共に、その反射面4bが、図6の第1〜第4配光パターンにしたがって、図9のカットラインCLの相似形状に形成されたり、あるいは平坦面に形成されたりする。
下部ケーシング部16の前端部分には、その内周に沿って下側固定部16aが溝状に形成されている。さらに、下部リフレクタ13は、シェード4を含めた内面(反射面4bの上面も含めて)に反射部材を蒸着することによって全体構成されている。
そして、小リフレクタ14は、図4、および図7に示すように、両リフレクタ12、13をそれぞれの外周部に形成したフランジ部12a、13aを当接させて結合手段により結合することにより構成される。これにより、小リフレクタ14は、前側の略半部分が両ケーシング部15、16により閉鎖断面に構成されており、後側の略半部分が上部リフレクタ12の小凹面鏡7のみによる略半円形断面に構成されており、かつ下部リフレクタ13に一体に設けられたシェード4の折曲エッジ部4aは、小凹面鏡7の第2焦点F2の付近に位置することになる。
このときの結合手段は、ねじ8と、上部リフレクタ12のフランジ部12aに穿設したねじ孔17と、下部リフレクタ13に一体に設けられた結合ボス部18とにより構成されており、ねじ8を、ねじ孔17(図7(a)参照)を透通させて結合ボス部18(図4参照)に螺合させることによって、両12、13を結合することができる。
また、小凸レンズ6は、薄肉状の外周フランジ部6aを有する非球面レンズで構成されており、両リフレクタ12、13の結合の際に、その外周フランジ部6aを両固定部15a、16aに嵌着させて取り付けられている。
このように構成された小リフレクタ14は、図7に示すように、前側灯室14aが小凸レンズ6と上部ケーシング部15と下部ケーシング部16とにより形成されており、その後側灯室14bが小凹面鏡7と小凹面鏡7の前側の下部を部分的に覆うシェード4の反射面4bと、光源固定部19に固定されたLED11のサブアッシ部材とにより構成されている。LED11のサブアッシ部材を、光源固定部19を介して上部リフレクタ12に固定することによって、LED11の発光部11aが小凹面鏡7の第1焦点F1の近傍に位置するようになる。
本実施形態の車両用灯具Aは、複数個の小プロジェクタ型灯具10a〜10jを、小プロジェクタ型灯具10で構成するものであり、図3および図4に示すように、第1取付具23a、第2取付具23b、および第3取付具23cからなる取付具23を適宜用いて、小凸レンズ6を素通しガラス21に対向させると共に、上部および下部リフレクタ12および13をそれぞれ上側および下側になるようにしてケーシング22に取り付けられる。
車両用灯具AにおけるLED11の光Lは、図7(b)および図10に示すように、その発光部11aから小凹面鏡7の反射面に向かって出射すると共に、小凹面鏡7の反射面で反射された後、小凹面鏡7の第2焦点F2の位置に形成したシェード4に集光し、集光した光の内一部がシェード4に遮られると共に他の一部は反射面4bで反射されて、大部分の光がカットラインを備えた配光パターンLPとなって車両用灯具Aの前方に投光される。
このとき、LED11の下方向の直射光L1は、シェード4の窓部4dを透過して小凸レンズ6に達し、小凸レンズ6により配光パターンLPのオーバーヘッドゾーンを照射する光a(図10参照)となって前方へ出射される。
図9は、このときの配光パターンLPを示しており、この配光パターンLPは、カットラインCLの形成により、すれ違い用のビームとして好適なものとなっている。その上、小凹面鏡7に温度調整用の孔を穿設する必要がないので、小凹面鏡7の反射性能を最大限発揮することができ、反射面4bの反射と相俟ってホットゾーンLP1の照度を向上させることができ、かつ光aにより、配光パターンLPのオーバーヘッドゾーンの照度を向上させることができる。
また、光源として適用したLED11は、それ自体小型であるので、取付に要するスペースを節約して小リフレクタ14を小型化することができ、かつその出射光Lの熱エネルギーもフィラメント付き光源(図11の光源バルブ2参照)に比べて小さいので、灯室の過度の温度上昇を避けることができると共に、小凸レンズ6および小リフレクタ14を樹脂製にすることができ、総じて灯具Aのコンパクト化および重量の軽減を図ることができる。
さらに、小プロジェクタ型灯具10は、部品点数が少ないので、部品管理も容易で、容易に組み立てることができ、ひいてはコストの低減化をも図ることができる。
また、好ましくは、窓部4dは、図10に示すように、小凸レンズ6の中心部位と第1焦点F1とを結ぶ光軸Zに対し、第1焦点F1から10〜15°の角度θで下方へ出射するLED11の直射光L1を下限として透過する位置で、かつ該透過光が小凸レンズ6に直接入射可能な位置に形成される。すなわち、窓部4dは、小凸レンズ6と起立壁4cとの距離d1と、起立壁4cの基端部からの高さd2とにより決定される起立壁4c内の位置に形成される。
この構成によれば、LED11の直射光の内、光軸Zに対し下方向へ10〜15°の角度θの範囲内の直射光L1は、窓部4dを透過して小凸レンズ6に達し、小凸レンズ6を介して、配光パターンLPのオーバーヘッドゾーンを照射する光aとなって前方へ出射され、これによりオーバーヘッドゾーン(配光パターンLPの水平より2〜4度上方位置)の照度を確実に向上させることができる。
さらに、好ましくは、LED11は、図10に示すように、その発光部11aをドーム状のレンズカバー30で覆って構成される。
この構成によれば、LED11の光は、ドーム状のレンズカバー30により、適度に拡散させて出射させることができると共に、乱反射の度合いも拡大されて、その出射範囲を光軸Z以下まで拡大する。この光軸Z以下の光束L1は、シェード4の窓部4dを介して、オーバーヘッドゾーンの照度向上に有効利用できる。
本発明の実施形態としてのプロジェクタ型車両用灯具の全体の正面図である。 図1のプロジェクタ型車両用灯具のII−II線に沿う断面図である。 図1のプロジェクタ型車両用灯具のIII−III線に沿う断面図である。 図1のプロジェクタ型車両用灯具に適用される小プロジェクタ型灯具の分解側面図である。 図4の小プロジェクタ型灯具の光源に適用されるLEDのサブアッシの斜視図である。 図1のプロジェクタ型車両用灯具を構成する複数個の小プロジェクタ型灯具の各々の配光パターンで、(a)は水平拡散タイプ、(b)は集光フラットタイプ、(c)はカットラインを有するすれ違いビーム用水平拡散タイプ、(d)はカットラインを有するすれ違いビーム用集光フラットタイプをそれぞれ示す。 本発明のプロジェクタ型車両用灯具を構成する一実施形態としての小プロジェクタ型灯具で、(a)はその平面図、(b)は(a)のVIIb−VIIb線に沿う断面図、(c)は前方から見た正面図である。 図7の小プロジェクタ型灯具に適用したLEDの出射光の出射パターンを示すグラフである。 図7の小プロジェクタ型灯具で構成されるプロジェクタ型車両用灯具の配光パターンを示すグラフである。 図7の小プロジェクタ型灯具の光路説明図である。 従来のプロジェクタ型車両用灯具の中央従断面図である。 図12のプロジェクタ型車両用灯具に適用された凹面鏡の正面図である。
符号の説明
4 シェード
4b 反射面
4c 起立壁
4d 窓部
6 小凸レンズ
7 小凹面鏡
10 小プロジェクタ型灯具
10a、〜、10j 小プロジェクタ型灯具
11 LED
11a 発光部(LEDの)
12 上部リフレクタ
13 下部リフレクタ
14 小リフレクタ
14a 灯室
15a 上側固定部
16a 下側固定部
19 電源固定部
20 ハウジング
a 光(オーバーヘッドゾーンを照射する光)
A プロジェクタ型車両用灯具
F1 第1焦点(小凹面鏡の)
F2 第2焦点(小凹面鏡の)
L1 直射光(下方向の)

Claims (3)

  1. 凹面鏡の第1焦点の近傍に設けられる光源と、前記光源から出射して前記凹面鏡で反射された光束をほぼ平行な光束に調光して灯具前方に出射する凸レンズとを備えたプロジェクタ型車両用灯具であって、
    前記光源は、複数個の小リフレクタの各々に回転楕円曲面あるいは回転楕円を基本にした自由曲面として形成される小凹面鏡の第1焦点の近傍に、前記小凹面鏡に発光部を対向させて1個ずつ設定される複数個のLEDで構成されており、
    前記小リフレクタおよび該小リフレクタの前開口部を覆う小凸レンズは、樹脂で形成されており、
    前記小リフレクタは、後側の上部内面に形成される前記小凹面鏡と前記小凹面鏡の第2焦点位置に位置するシェードとを一体に形成して構成されており、
    前記シェードは、前記小リフレクタの内面に前記小凸レンズに対向させて立設する起立壁と、該起立壁の上端に前記小凸レンズとは反対方向に略水平面状に延設される反射面と、前記起立壁に設けられ前記LEDの下方向の直射光を透過させる窓部とを有して構成されており、
    前記小凸レンズを前記小リフレクタの前開口部に取り付けると共に、前記LEDを前記小凹面鏡に発光部を対向させて小凹面鏡の第1焦点の近傍に取り付けることによって前記小リフレクタ毎に小プロジェクタ型灯具が構成されており、
    前記複数個の小リフレクタで構成される複数個の小プロジェクタ型灯具を1個のハウジング内に組み込んだことを特徴とするプロジェクタ型車両用灯具。
  2. 請求項1記載のプロジェクタ型車両用灯具であって、
    前記窓部は、前記小凸レンズの中心部位と前記第1焦点とを結ぶ光軸に対し、前記第1焦点から10〜15°の角度で下方へ出射する前記LEDの直射光を下限として透過する位置で、かつ該透過光が小凸レンズに直接入射可能な位置に形成されていることを特徴とするプロジェクタ型車両用灯具。
  3. 請求項1または2記載のプロジェクタ型車両用灯具であって、
    前記LEDは、その発光部をドーム状のレンズカバーで覆って構成されていることを特徴とするプロジェクタ型車両用灯具。
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