JP2007080637A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でかつ位置ズレに強い車両用灯具を提供する。
【解決手段】 車両用前照灯１０は、車両の前方に取り付けられて前方に光を照射する灯具であり、光源４１と、光源４１から出射した光を反射する放物的楕円反射面２３と、放物的楕円反射面２３による反射光を前方に反射する放物面３３と、を備える。放物的楕円反射面２３は、光源４１からの光を所定の焦線Ｌに向けて反射し、そして放物面３３は、焦線Ｌ近傍を通過した光を略平行光として車両前方に反射する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、すれ違いビームや走行ビーム等を形成する車両用前照灯として好適に用いることができる車両用灯具に関する。

従来の車両用灯具、特に車両用前照灯においては、光源をリフレクタの第１焦点近傍に配置し、光源から出射した光をリフレクタに反射して第２焦点近傍に集光し、そして集光された光を投影レンズにより前方に投影するいわゆるプロジェクタ型車両用前照灯が用いられている。このようなプロジェクタ型車両用前照灯においてすれ違いビーム配光を形成する場合には、第２焦点近傍に所定の端面形状を備えたシェードを用意し、このシェードによって光の一部を遮蔽することにより明暗境界となるカットオフラインを備えた配光パターンを形成するように構成されている。

しかしながら、上述のようなプロジェクタ型車両用前照灯では、シェードによって光の一部を遮蔽することによりカットオフライン形成するため、光の一部が配光に利用されなくなってしまい光の利用効率が低下する。

特許文献１では、この問題を解決するために、一つの楕円系反射面と二つの放物系反射面を組み合わせ、前方に光を投影する光学系を備えた車両用灯具が提案されている。この車両用灯具によれば、楕円形反射面の一方の焦点近傍に光源が配置され、そして他方の焦点近傍に反射板が配置されている。光源から出射し、そして楕円形反射面にて反射された光は、他方の焦点近傍に配置された反射板によって一部の光は反射され一方の放物系反射面にて前方に投影されるとともに、残りの光は反射板に入射せず他方の放物系反射面にて前方に投影される。特許文献１では、このように構成することにより、光源から出射された光を最大限利用するように構成されている。
特開２００２―９３２１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用灯具では、少なくとも３つの反射面及び一つの反射板を必要とするため、構造的に非常に複雑である。また、実際に明確なカットオフラインを備えた光を前方に照射するためには、これらの反射面を精度よく位置決めしなければならず、例えば焦点位置がずれた場合には、カットオフラインがぼやけてしまう可能性がある。

本発明は、簡単な構成でかつ位置ズレに強い車両用灯具を提供することをその目的とする。

本発明は、以下の構成により達成される。
（１） 光源と、
前記光源から出射した光を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面による反射光を灯具前方に反射する第２の反射面と、を備えた車両用灯具であって、
前記第１の反射面は、前記光源からの光を所定の焦線に向けて反射する放物的楕円面であり、
前記第２の反射面は、前記焦線近傍を通過した光を略平行光として反射する放物面であることを特徴とする車両用灯具。
（２） 前記焦線近傍に前記第１の反射面による前記反射光の一部を遮蔽するシェードを備えることを特徴とする（１）に記載の車両用灯具。
（３） 前記光源は、発光部を備えた半導体発光素子であり、
前記発光部を樹脂でモールドするとともに、該樹脂により前記第１の反射面及び第２の反射面が構成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の車両用灯具。
（４） 前記樹脂は、前記第２の反射面にて反射した光を出射する出射面を有することを特徴とする（３）に記載の車両用灯具。
（５） 前記出射面が湾曲していることを特徴とする（４）に記載の車両用灯具。

本発明の車両用灯具は、第１の反射面として、光源からの光を所定の焦線に向けて反射する放物的楕円面を備え、そして第２の反射面として、焦線近傍を通過した光を略平行光として反射する放物面を備える。本発明によれば、このような簡単な構成により、光源から出射された光を効率よく平行光として前方に照射することができる。
また、本発明によれば、焦線を用いて二つの反射面間で光を受け渡し、平行光を形成しているので、焦線の軸方向に取付位置がずれた場合であっても、光が焦線に集光される限り、大きく配光パターンがずれることがない。したがって、製造誤差の影響を受けにくい、すなわち個体間の光学的特性のばらつきが少ない車両用灯具を提供することが可能となる。

また、本発明において、焦線近傍に第１の反射面による前記反射光の一部を遮蔽するシェードを設けた場合には、シェードにより焦線に集光される光の一部を遮蔽し、カットオフラインを備えた配光パターンを形成することが可能となる。したがって、シェードを設けることにより、すれ違いビームを形成する車両用前照灯としても適用することができる。

また、本発明において、光源は発光部を備えた半導体発光素子を用いることができ、この場合には、発光部を樹脂でモールドするとともにこの樹脂により第１の反射面及び第２の反射面を一体成形することができる。したがって、部品点数を減らし、製造コストを抑制するとともに、新規で且つ斬新なデザインを有する車両用灯具を提供することができる。

また、樹脂モールドを施した場合には、第２の反射面にて反射した光が出射する出射面を樹脂により形成すればよい。また、この場合には、出射面を湾曲させることにより、光を水平方向に拡散するように構成することもできる。これにより、光を幅広く前方に投影することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる車両用灯具の実施の形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる車両用灯具の第１実施形態として、車両用前照灯を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の車両用前照灯を示す模式的斜視図であり、図２は、そのＸ軸方向に平行にＺ軸方向に沿って切った断面図であり、図３は、本実施形態の車両用前照灯を上面から見た図である。図４は、放物的楕円面の形状及び特性を説明するための模式図である。

本実施形態の車両用前照灯１０は、例えば車両前方に取り付けられ車両前方視界を確保するための配光を形成する車両用灯具である。
この車両用前照灯１０は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ等から構成される半導体発光部（以下、単に光源）４１を備えた光源チップ４０の一部を樹脂１１でモールドすると同時に、それぞれ反射面を形成する楕円反射部２０と放物反射部３０とを樹脂により一体成形することで構成されている。本実施形態では、この樹脂１１が光を導光する導光体として機能する。

まず、楕円反射部２０について説明する。
楕円反射部２０は、上面２１が放物的楕円面形状を備えた放物的楕円反射面（第１の反射面）２３として構成されている。また、楕円反射部２０の下面２２は、図１に示すＸ−Ｙ平面と平行な平面形状を備えており、下面の前方側の一部が放物反射部３０の上面上に連続的に形成されているとともに、下面２２の後方側には光源チップ４０がその上部に設けられた光源４１が樹脂１１によって覆われるように下方から配置されている。光源４１は、主としてその上面側（楕円反射部２０側）に強度の高い光を出射するように構成されている。

ここで、放物的楕円面（Paraellipsoid）とは、一つの焦点Ｐを備え、焦点Ｐから出射した光をある直線（以下焦線）Ｌ上に平行光線として集光する曲面である。この放物的楕円面を一般的に定義すると、放物的楕円面とは、原点Ｏ＝（０，０，０）に光源を配置したとき、焦線Ｌを（Ａ，０，Ｚ）で表したとき、点Ｐ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）での反射光線がベクトル（Ａ−Ｘ，−Ｙ，０）と平行となるような法線ベクトルを点Ｐでとる曲面である。本実施形態では、この焦点Ｐの近傍に光源チップ４０の光源４１が配置されるように樹脂１１によりモールドされている。

図を用いてより具体的に説明すると、放物的楕円反射面２３は、図１に示すＸ―Ｚ平面においては、図４（ａ）に示すように、焦点Ｐから出射した光が焦線Ｌ（Ｘ−Ｚ平面においては点）に集光するとともに、同じく図１に示すＸ−Ｙ平面においては、図４（ｂ）に示すように、焦点Ｐから出射した光が全て焦線Ｌに垂直に入射するように、光を反射する。

本実施形態では、光源４１（焦点Ｐ）はＸ軸上に配置され、そして焦線Ｌは、Ｘ軸を通過するように配置されている。
したがって、図２及び図３に示すように、光源４１から出射した光は、放物的楕円反射面２３に反射された後、焦線（図２では点）Ｌに集光される。このとき、図３に示すようにＸ−Ｙ平面に正射影されたその軌跡は、互いに平行な平行光としてそのまま直進して放物反射部３０に入射する。一方、図２に示すように、Ｘ−Ｚ平面においては、焦線Ｌへの進入角度に応じて放射状に放物反射部３０に入射する。図３では、光源４１から引き出された光線のうち、実線部分が楕円反射部２０を通過する部位を示し、破線部分が放物反射部３０を通過する部位を示している。

次に、放物反射部３０について説明する。
放物反射部３０は、図１及び図２に示すように、上面３１がＸ軸に平行な平面で構成され、下面３２が放物面３３（第２の反射面）で構成されている。

放物面３３は、図２に示す断面形状をＹ軸方向に平行移動させた軌跡からなるいわゆる放物柱形状を有し、Ｘ―Ｚ平面に平行な面で切った各断面に現れる放物線は、それぞれＸ軸またはＸ軸をＹ軸方向に平行移動した直線を中心軸として有し、各放物線の焦点が全て焦線Ｌ上の一点と略一致するように構成されている。すなわち、各放物線の焦点からなる焦点軸が焦線Ｌと略一致するように構成されている。したがって、放物面３３上の任意の法線ベクトルとＹ軸（または焦線Ｌ）の方向ベクトルとの内積は０となるように設定されている。

焦線Ｌを通過して放物反射部３０に入射する光は、全て焦線Ｌと直交する向きで焦線Ｌを通過する。また厳密に焦線Ｌを通過せずともその近傍を通過した光も、全て焦線Ｌと略直交する向きで焦線Ｌを通過する。したがって、焦線Ｌまたはその近傍を通過して放物反射部３０に入射する光は、図３に示すように、Ｙ軸方向にほとんど変位せず放物反射部３０内を伝搬し、放物面３３上の任意の点（例えば、図３に示すＲ１，Ｒ２，・・・Ｒｎ−１，Ｒｎ）で反射した光も、Ｙ軸方向にほとんど変位せず法物反射部３０内を伝搬する。

放物面３３は、図３に示すように、Ｘ−Ｙ平面に正射影した光線の軌跡では、放物面３３上の反射により、焦線Ｌを通過した光をほとんどＹ軸方向に変位させず互いに平行な平行光の状態を保つ。一方、図２に示すように、Ｘ―Ｚ平面またはＸ−Ｚ平面に平行な面内においては、焦線Ｌを通過した光は、放物面３３上での反射により、互いにＸ軸方向に平行な平行光となる。

以上をまとめると、本実施形態の車両用前照灯１０では、光が楕円反射部２０において反射することにより、光源４１から出射した光の方向ベクトルからＹ軸方向成分が除去され、そして光が放物反射部３０において反射されることによりＺ軸方向成分が除去されて、Ｘ軸方向に平行な平行光となる。その後、互いに平行な平行光とされた光は、放物反射部３０の前端面３４から車両用前照灯１０の前方に出射される。

なお、本実施形態では、出射面である前端面３４は、光がむやみに拡散しないように、Ｘ軸と直交するように設けられていることが好ましい。
また、本実施形態では、光を反射する放物的楕円反射面２３と放物面３３の外表面には、光の反射効率を高めるためにアルミニウム等の金属薄膜が蒸着されていることが好ましい。

図５は、本実施形態の車両用前照灯１０の配光パターンを説明するための図であり、（ａ）が本実施形態の車両用前照灯１０の配光パターンを示す図、（ｂ）は楕円反射部２０と放物反射部３０との位置関係がＹ軸方向にずれた場合の配光パターンを示す図、（ｃ）は、比較例として回転楕円面を有する楕円反射部と回転放物面を有する放物反射部を備えた車両用前照灯が作る配光パターンを示す図、（ｄ）は、比較例の車両用前照灯において、楕円反射部と放物反射部との位置関係がＹ軸方向に（ｂ）の場合と同程度ずれた場合の配光パターンを示す図である。

図５（ａ）に示すように、本実施形態の車両用前照灯１０では、水平方向−５°〜５°程度の範囲に収まる上下方向にバランスのよい配光パターンが得られる。この車両用前照灯１０において、楕円反射部２０と放物反射部３０との位置関係がＹ軸方向にずれた場合には、図５（ｂ）に示すように多少形状が変化するが、大きく配光パターンが崩れることなく前方に投影される。これは、本実施形態の車両用前照灯１０の場合は、楕円反射部２０と放物反射部３０との位置関係がＹ軸方向にずれても、依然として光は焦線Ｌ上に集光されるため、大きく集光光学系が崩れることがないことに起因していると考えられる。

一方、図５（ｃ）に示すように、比較例の車両用前照灯では、原点（０°，０°）近傍では、光が集光されているが、下方に移るにつれ光が意図せず水平方向に拡散してしまっている。この比較例の車両用前照灯において、楕円反射部と放物反射部との位置関係がＹ軸方向にずれた場合には、図５（ｄ）に示すように大きく形状が変化してしまい、当初の形状とは全く異なる左右上下非対称な配光パターンとなって前方に投影される。これは、比較例の車両用前照灯の場合は、楕円反射部と放物反射部との位置関係がＹ軸方向にずれると、互いの焦点が大きくずれてしまい、集光光学系がほぼ成立しなくなり、回転放物面が本来の役割を果たせず、光がばらついてしまうことに起因していると考えられる。

このように、本実施形態の車両用前照灯１０は、すくなくとも焦線Ｌ方向に関する反射面２３，３３間の位置ズレに強く、前方に投影される光のばらつきを抑制することができることがわかる。

以上説明したように、本実施形態の車両用前照灯１０は、光を出射する光源４１と、光源４１から出射した光を反射する放物的楕円反射面２３と、放物的楕円反射面２３による反射光を灯具前方に反射する放物面３３と、を備えている。そして、放物的楕円反射面２３は、光源４１からの光を所定の焦線Ｌに向けて反射し、放物面３３は、焦線Ｌ近傍を通過した光を略平行光として前方に反射する。

したがって、本実施形態によれば、簡単な構成で、車両前方に平行光を出射するヘッドランプとしての車両用前照灯１０を構成することができる。また、この車両用前照灯１０は、従来のプロジェクタ型、リフレクタ型とは異なる新規で斬新なデザインを提供することができ、デザインの幅を広げることも可能である。

また、本実施形態によれば、車両用前照灯１０は、所定位置に配置された光源チップ４０を樹脂モールドすることにより反射面２３，３３が位置決め形成されるので、最小の部材で精度よく光学系を形成することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明にかかる車両用灯具の第２実施形態として、車両用前照灯を例に挙げて説明する。
図６は、本発明の第２実施形態の車両用灯具を示す模式的斜視図であり、図７は、そのＸ軸方向に平行にＺ軸方向に沿って切った断面図であり、図８は、本実施形態の車両用灯具を上面から見た図である。

本実施形態の車両用前照灯５０は、第１実施形態の車両用前照灯にシェード６０を加えるとともに、出射面に相当する前端面を湾曲させた点以外は、第１実施形態と同様である。説明の冗長を避けるため、同一名称の部材には同一の参照番号を付してその説明を省略する。

本実施形態の車両用前照灯５０は、例えば車両前方に取り付けられ車両前方視界を確保するための配光を形成する車両用灯具であって、特にすれ違いビーム形成用の車両用灯具として好適に用いることができるものである。

本実施形態の車両用前照灯５０では、焦線Ｌの位置に応じてシェード６０が設けられている。
このシェード６０は、平板形状を有する薄板部材である。図７に示すように、放物反射部３０の上面３１に沿って前方側から楕円反射部２０に差し込まれ且つ先端６１が焦線Ｌと略一致するような位置となるように、楕円反射部２０に埋め込まれた形で樹脂モールドが行われて車両用前照灯５０が形成される。

このシェード６０は、楕円反射部２０の放物的楕円反射面２３にて反射され焦線Ｌ上に集光される光の一部を遮蔽する。そのため、シェード６０の先端６１の近傍を通過した光のみが放物反射部３０に入射し、そして放物面３３にて反射される。

その後、光は放物反射部３０の出射面である湾曲端面７０を経て、前方に照射される。本実施形態では、第１実施形態と異なり、湾曲端面７０は、図６，８に示すように、Ｙ軸に平行な所定の直線Ｙ１に対してＲを有し湾曲している。この場合、湾曲端面７０にて光は屈折し、水平方向に拡散して前方に投影される。言い換えると、本実施形態では、湾曲端面７０がプリズムと同様の拡散効果をもたらしている。したがって、本実施形態の車両用前照灯５０によれば、水平方向に拡がった配光パターンを得ることができる。

図９は、シェード６０と湾曲端面７０の効果を説明するための配光パターンを示す図であり、（ａ）はシェード６０を設けたときの配光パターンを、そして、（ｂ）はシェード６０に加え湾曲端面７０を設けたときの配光パターンを示す図である。

図９（ａ）に示すように、シェード６０を設けると、意図的に配光パターンの上端部の一部がカットされ、水平な上端縁、いわゆるカットオフラインを備えた配光パターンが得られていることがわかる。
また、図９（ｂ）に示すように、湾曲端面７０を設けると、配光パターンが水平方向に拡散し、図９（ａ）に示す配光パターンと比べて、広範囲に光を照射可能となることがわかる。この場合にも、シェード６０の影響により、カットオフラインが形成されていることがわかる。

このように、本実施形態によれば、シェード６０を備えたので、上方に照射される光の一部がカットされ、カットオフラインを備えた配光パターンを得ることができる。したがって、すれ違いビームとしての配光特性を備えた車両用前照灯を構成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、湾曲端面７０を備えたので、光が水平方向に拡散し、幅広い領域に光を照射することが可能となる。

なお、本実施形態では、全体を樹脂１１によってモールドし、樹脂１１を導光体として用いるとして説明したが、これに限られることなく、放物的楕円反射面２３と放物面３３に相当するリフレクタをそれぞれ別部材として設け、空気中を光が伝搬して前方に照射されるように構成してもよい。この場合、光を拡散させる場合には、放物面３３の前方にプリズムレンズを設けることが好ましい。

本発明の第１実施形態の車両用灯具を示す模式的斜視図である。 第１実施形態において、Ｘ軸方向に平行にＺ軸方向に沿って切った断面図である。 本実施形態の車両用灯具を上面から見た図である。 放物的楕円面の形状及び特性を説明するための模式図である。 本実施形態の車両用前照灯１０の配光パターンを説明するための図であり、 本発明の第２実施形態の車両用灯具を示す模式的斜視図である。 第２実施形態において、Ｘ軸方向に平行にＺ軸方向に沿って切った断面図である。 本実施形態の車両用灯具を上面から見た図である。 シェードと湾曲端面の効果を説明するための配光パターンを示す図である。

符号の説明

１０，５０ 車両用前照灯
１１ 樹脂
２０ 楕円反射部
２３ 放物的楕円反射面（第１の反射面）
３０ 放物反射部
３３ 放物面（第２の反射面）
４１ 光源
６０ シェード
７０ 湾曲端面

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を反射する第１の反射面と、
   前記第１の反射面による反射光を灯具前方に反射する第２の反射面と、を備えた車両用灯具であって、
   前記第１の反射面は、前記光源からの光を所定の焦線に向けて反射する放物的楕円面であり、
   前記第２の反射面は、前記焦線近傍を通過した光を略平行光として反射する放物面であることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記焦線近傍に前記第１の反射面による前記反射光の一部を遮蔽するシェードを備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記光源は、発光部を備えた半導体発光素子であり、
   前記発光部を樹脂でモールドするとともに、該樹脂により前記第１の反射面及び第２の反射面が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
4. 前記樹脂は、前記第２の反射面にて反射した光を出射する出射面を有することを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記出射面が湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
   
   

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