JP2007207687A - 車両用灯具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車両前後方向に水平に延びる光軸上に横向きに配置された光源11と、光源の前方にて光軸の上及び下に配置された第一及び第二の投影レンズ16,17と、光源から後方の上側及び下側に出射する光をそれぞれ反射させて上記第一及び第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束させる第一及び第二の反射面12,13と、光源から前方に出射する光を上記光源の下方領域に反射させる第三の反射面14と、上記光源の下方領域にて第三の反射面からの反射光を上記第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束させる平面鏡15と、を含むように、車両前照灯10を構成する。
【選択図】 図1
Description
即ち、図8において、車両前照灯1は、単眼式の車両前照灯として構成されており、光源としてバルブ2と、上記バルブ2の発光中心が第一の焦点位置F1付近に位置し且つ長軸がバルブ2の光軸と一致するように配置されていて、バルブ2からの光を前方に向かって反射させる楕円系の反射面3と、その光源側の焦点位置が上記反射面3の第二の焦点位置F2付近に位置するように配置され、バルブ2または反射面3からの光を集束させる投影レンズ4と、バルブ2から投影レンズ4への光路中にて上記反射面3の第二の焦点位置F2付近に配置されたカットオフを形成するための遮光シャッタ5と、から構成されている。
このC−8光源は、その強度分布が長手方向である前後端側では比較的弱く、またその垂直方向である上下左右方向では比較的強くなっている。
従って、上記バルブ2は、反射面3の後方から取り付けられ、その垂直方向に出射する光が反射面3で前方に向かって反射されることにより、照射光の光強度を高めるようにしている。
さらに、上記遮光シャッタ5は、上記反射面3とレンズホルダー6との間に取り付けられている。
その際、投影レンズ4に入射する光の一部が遮光シャッタ5によって遮断される。これにより、カットオフが形成され、対向車に幻惑光を与えないように対向車線側で照射距離が短くなるような所望の配光特性(図9参照)が得られ、所謂すれ違いビームが形成されるようになっている。
尚、走行ビーム用の車両前照灯の場合には、上述した遮光シャッタ5が省略されており、バルブ2からの光が反射面3により反射・集束され、さらに投影レンズ4により前方に向かって照射されることにより、走行用ビームが形成されるようになっている。
特に、バルブ2としてHID(High Intensity Discharge)光源を使用する場合には、HID光源を駆動し発光させるための点灯装置の一部が組み込まれた比較的大型の給電用ソケットが必要となることから、HID光源自体の光軸方向の奥行きが約100mm程度になるので、車両前照灯1全体の長さLが約180mm程度になってしまう。
他方、安全性向上や差別化等の観点から、光強度を高めるために、奥行きが大きいHID光源の装着率が高まっており、さらにAFS(Adaptive Front−Lighting System)機能として曲線道路用配光可変型前照灯の使用が認められるようになったことを受けて、発光面の小型化の要請から、プロジェクタタイプの車両前照灯が多く使用されている。
このような構成によれば、バルブが横向きに配置されていることにより、灯具の全長が短縮され得る。
また、このようなプロジェクタタイプの車両前照灯においては、反射面の光軸側方領域が、バルブからの光を反射して投影レンズに導くことにより、配光パターンにおける拡散領域を形成するようになっている。この車両前照灯は、バルブを光軸より下方に配置して側方から灯具内に挿入するために、上述した反射面の光軸側方領域に切欠を設ける必要がない。このため、配光パターンにおける拡散領域の光量が低下せず、十分な光量の拡散領域が形成され得るようになっている。
しかしながら、例えばバルブとしてHID光源を使用する場合、バルブ横置きによる短縮効果は、約50mm程度である。
このため、前述した車両前照灯に対する小型化の要求に対応することは困難であり、より一層の小型化が求められている。
さらに、HID光源の場合には、横向きにすることによって、光軸方向の短縮は、約50mm程度しかなく、大幅な奥行きの短縮を実現することはできなかった。
また、光源から後方の下側に出射した光が、第二の反射面によって反射され、その第二の焦点位置即ち第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束され、さらに第二の投影レンズを介して前方に向かって同様に所定の配光パターンで照射される。
さらに、光源から前側に出射して第三の反射面に入射した光は、第三の反射面により反射されて後方やや下向きに平面鏡に向かって進み、この平面鏡で反射された後、第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束され、第二の投影レンズを介して前方に向かって照射される。
また、第三の反射面及び平面鏡で反射された光が、比較的小さな入射角で第二の投影レンズに入射することから、前方に向かって比較的中心付近に集光して照射される。このため、前方に向かって照射される光の配光パターンの中心付近における最大光度が十分に高められ得ることになる。
従って、各投影レンズの焦点距離を小さくすることによって、車両前照灯全体の光軸方向の長さをより低減することができると共に、各投影レンズの直径を小さくすることによって、車両前照灯全体の高さを低減することができる。
ここで、短冊状楕円面の集成体とは、回転楕円面の一部をあたかも短冊のように細長く切ったようにした反射面を複数組合せたものを指す。
このような短冊状楕円面を設定するには、まず楕円の第一焦点を光源に置き、第二焦点を所望の配光設計(左右拡散角)に合わせて設定する。その後、非球面レンズの出射側から逆に光線を追跡することで、左右拡散角に対応する非球面レンズへの入射位置を定めた非球面レンズの仮想焦点曲線を描き、その仮想焦点曲線上にずらすことで回転楕円面の形状を求める。そして、求めた回転楕円面を所望の形状に(例えば短冊状に細長く)分割したものを組合せたものが短冊状楕円面の集成体となる。
その際、第四の反射面の第二の焦点位置が対応する第一の投影レンズの後側の焦点位置より前側にずれて配置されていることにより、前方に向かって投影される光源像の輪郭がぼける。従って、明暗の境界線がぼやけることになり、標識等のオーバーヘッドサインの視認性が向上することになる。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1〜図2は、本発明による車両前照灯の一実施形態の構成を示している。
図1〜図2において、車両前照灯10は、自動車の左側の前照灯であって、光源としてのバルブ11と、上記バルブ11からの光を前方に向かって反射させる第一の反射面12,第二の反射面13と、上記バルブ11の前方にて後方を向いて配置された第三の反射面14と、上記第三の反射面14からの反射光を前方に向かって反射させる平面鏡15と、第一の投影レンズ16及び第二の投影レンズ17と、第一の遮光シャッタ18及び第二の遮光シャッタ19と、上記第一の反射面12の前方上側に配置された第四の反射面20と、上記第四の反射面20からの反射光を前方上側に向かって反射させる反射板21と、から構成されている。
以下、車両前後方向について、前方向を+Z方向とし、車両鉛直方向について、上方向を+Y方向とし、さらに車両横方向に関して、車両中心から側方に向かって外側を+X方向とする。
図示の場合、上記バルブ11は、例えば長さ約100mmのHID光源が使用されている。
さらに、上記バルブ11は、取付の際に、車両中心の内側即ち−X側から、例えばエンジンルーム内にて、挿入され、固定保持されるようになっている。
そして、上記第一の反射面12は、図2(C)に示すように、上記バルブ11から後方の上側に出射する光を前方(+Z方向)に向かって反射させるように前方に向かって凹状に形成され、その第一の焦点位置F1がバルブ11の発光中心11a付近に位置すると共に、その第二の焦点位置F2aが前側にて上記光軸Oの上方に位置するように、楕円系反射面から構成されている。
ここで、楕円系反射面は、回転楕円面,楕円柱だけでなく、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
これにより、バルブ11からほぼ−Z方向上側に出射した光は、上記第一の反射面12で反射され、後述するように第一の投影レンズ16の後側の焦点位置に向かって進み、さらに第一の遮光シャッタ18を介して第一の投影レンズ16を透過して前方に向かって出射されるようになっている。
従って、バルブ11,第一の反射面12及び第一の投影レンズ16そして第一の遮光シャッタ18により、第一の投影系が構成されることになる。
そして、上記第二の反射面13は、図2(C)に示すように、上記バルブ11から後方の下側に出射する光を前方に向かって反射させるように前方に向かって凹状に形成され、その第一の焦点位置F1がバルブ11の発光中心11a付近に位置すると共に、その第二の焦点位置F2bが前側にて上記光軸Oの下方に位置するように、同様の楕円系反射面から構成されている。
これにより、バルブ11からほぼ−Z方向下側に出射した光は、上記第二の反射面13で反射され、後述するように、第二の投影レンズ17の後側の焦点位置に向かって進み、さらに第二の遮光シャッタ19を介して第二の投影レンズ17を透過して前方に向かって出射されるようになっている。
従って、バルブ11,第二の反射面13及び第二の投影レンズ17そして第二の遮光シャッタ19により、第二の投影系が構成されることになる。
なお、短冊状楕円面の集成体とは、回転楕円面の一部をあたかも短冊のように細長く切ったようにした反射面を複数組合せたものを指す。
このような短冊状楕円面を設定するには、まず楕円の第一焦点を光源に置き、第二焦点を所望の配光設計(左右拡散角)に合わせて設定する。その後、非球面レンズの出射側から逆に光線を追跡することで、左右拡散角に対応する非球面レンズへの入射位置を定めた非球面レンズの仮想焦点曲線を描き、その仮想焦点曲線上にずらすことで回転楕円面の形状を求める。そして、求めた回転楕円面を所望の形状に(例えば短冊状に細長く)分割したものを組合せたものが短冊状楕円面の集成体となる。
すなわち、本発明において短冊状楕円面の集成体と称するものは、上述のような方法により求められた細分化した回転楕円面の一部を複数組合せた楕円面の集成体と言う概念に含まれるといえる。言い換えると、本発明において、細分化した回転楕円面の集成体の形状は、必ずしも短冊状の形状には限定されることなく、様々な形状を設定することができる。
また、上記第一の反射面12及び第二の反射面13は、それぞれ路面照射配光パターンを考慮して、光軸O方向だけでなく、水平方向左右両側への拡散光も生成するように、構成されている。
さらに、図示の場合、第一の反射面12は、そのバルブ11の上方に位置する領域に、所謂ホットゾーン形成用の反射面を備えている。
そして、上記第三の反射面14は、上記バルブ11から前側に出射する光を後方に向かって−Y方向に斜め下方に反射するように後方に向かって凹状に形成され、その第一の焦点位置F1がバルブ11の発光中心11a付近に位置する。また、上記第三の反射面14はその第二の焦点位置F2cが上記平面鏡15による第二の投影レンズ17の後側の焦点位置と共役な位置に位置するような、楕円系反射面から構成されている。
これにより、バルブ11からほぼ+Z方向に出射した光は、上記第三の反射面14で反射され、さらに平面鏡15で反射されて、第二の投影レンズ17の後側の焦点位置に向かって進み、さらに第二の遮光シャッタ19を介して第二の投影レンズ17を透過して前方に向かって出射されるようになっている。
また、上記第三の反射面14は、同様に路面照射配光パターンを考慮して、光軸O方向だけでなく、水平方向左右両側への拡散光も生成するように、構成されている。
そして、上記平面鏡15は、上記第三の反射面14からの反射光を反射して、第二の投影レンズ17の後側の焦点位置に向かって集束するように、その傾斜角度が設定されている。
そして、上記第一の遮光シャッタ18は、その上縁18aが、例えばすれ違いビームの配光パターンにおけるカットオフラインを形成するようになっている。 尚、上記第一の遮光シャッタ18は、その両側が対応する第一の投影レンズ16側に向かって円弧状または楕円形状に湾曲して形成されている。
ここで、上記第一の遮光シャッタ18の湾曲形状は、第一の投影レンズ16により前方に向かって照射される光の水平方向左右における拡散状態を勘案して選定されるようになっている。
また、上記第一の遮光シャッタ18は、平板状に形成されていてもよい。
そして、上記第二の遮光シャッタ19は、その上縁19aが、例えばすれ違いビームの配光パターンにおけるカットオフラインを形成するようになっている。 尚、上記第二の遮光シャッタ19は、第一の遮光シャッタ18と同様にして、その両側が対応する第二の投影レンズ17側に向かって円弧状または楕円形状に湾曲して形成されている。
尚、図示の場合、上記第四の反射面20は、第一の反射面12の上縁前側に一体に形成されている。
そして、上記第四の反射面20は、上記バルブ11から前側上方に出射する光を前方に向かって−Y方向に斜め下方に反射させるように下方に向かって凹状に形成される。また、上記第四の反射面20は、その第一の焦点位置F1がバルブ11の発光中心11a付近に位置すると共に、その第二の焦点位置F3が第一の投影レンズ16の後側の焦点位置より僅かに前側に位置するように、楕円系反射面から構成されている。
これにより、バルブ11から前方上側に出射した光は、上記第四の反射面20で反射された後に反射板21で反射されて、さらに第一の投影レンズ16を透過して前方に向かって出射されるようになっている。
尚、オーバーヘッドサイン領域の輪郭をぼかすために、上記第四の反射面20は、その第二の焦点位置が、第一の投影レンズ16の後側焦点位置より前方(+Z方向)に僅かにずれて配置されている。
即ち、まず図3に示すように、第一の投影系では、バルブ11から後方の上側に出射する光L1は、上記第一の反射面12で反射されて、第二の焦点F2a即ち第一の投影レンズ16の後側の焦点位置付近に向かって進み、さらに第一の遮光シャッタ18を介して第一の投影レンズ16により集束されながら、前方に向かって照射される。
ここで、上記光L3は、平面鏡15が第二の投影レンズ17の光軸O2の領域に位置していることから、第二の投影レンズ17に対して比較的狭い角度範囲で入射することになる。従って、上記光L3は、第二の投影レンズ17により前方に向かって配光パターンの中心領域に照射されることになる。
従って、図4に示すように、下方への光放射強度が大幅に低下することになるので、前述したように、第二の反射面13の下側領域を、上記平面鏡15として形成したとしても、上記光L2による配光パターンはあまり影響を受けることがない。
その際、第四の反射面20の第二の焦点位置が第一の投影レンズ16の後側焦点位置より僅かに前側に位置していることにより、いわゆるオーバーヘッドサイン領域がぼけて投影されることになり、オーバーヘッドサイン領域における明暗境界がぼやける。従って、オーバーヘッドサイン領域の境界に標識等が位置している場合でも、容易に標識等が視認され得ることになる。
これにより、上記光L4は、配光パターンにおけるオーバーヘッドサインを画成することになり、例えば車両前方の上側に位置する標識等を照射して、これら標識等の視認性を高めるようになっている。
従って、配光規格に関して、オーバーヘッドサインとして、自動車の前方上側に位置する標識等を視認することができるように、水平線から4度上までの範囲における最低照度を確実に実現することが容易に可能となる。
これにより、各投影レンズ16,17が小型に構成されるので、車両前照灯10が全体として光軸方向の長さを短く、また上下方向の厚さを小さくすることができ、車両前照灯10全体が小型化され得ることになる。
また、短焦点の投影レンズ16,17を使用することによって、視認範囲の広い配光パターンが得られることになり、安全性がより一層向上する。
従って、楕円系の反射面12,13,14の焦点位置の短縮化と相まって、車両前照灯10は、その全長が100mm以下に短縮され得ることになる。
尚、従来のバルブ横置きで単眼式のプロジェクタタイプの車両前照灯では、奥行きが130mm程度であった。
従って、各投影レンズ16,17における発熱も同様に約半分程度になるので、各投影レンズ16,17をそれぞれ樹脂化することも可能となる。
その際、各投影レンズ16,17をフレネルレンズとして構成することにより、各投影レンズ16,17の光軸方向の厚さが10mm以上低減され得るので、車両前照灯10全体の光軸方向の長さがより一層短縮され得る。
ここで、図6(A)は、第一の投影系において、バルブ11から第一の反射面12により反射されて第一の投影レンズ16を介して前方に出射される光L1及び第四の反射面20及び反射板21により反射されて第一の投影レンズ16を介して前方に出射される光L4による配光パターンを示している。
この場合、第四の反射面20及び反射板21によるオーバーヘッドサイン領域が形成されていることが分かる。
この場合、第三の反射面14及び平面鏡15により配光パターンの中心付近の光度が高められていることが分かる。
さらに、全体の配光パターンは、従来の車両前照灯による左右片側35〜40度の照射範囲に対して、左右片側約58度程度と広い照射範囲が得られることになる。
その際、上記配光パターンは、従来の単眼式の車両前照灯による全体の配光パターンと比較して、同等以上の約1100lmの明るさを得ることができると共に、左右の拡散性も良好であり、オーバーヘッドサインを確保することが可能となる。
この場合、残りの第二の反射面13そして第三の反射面14を拡大することにより、バルブ11からの光の利用効率の低減を補償することが可能である。
11 バルブ(光源)
12 第一の反射面
13 第二の反射面
14 第三の反射面
15 平面鏡
16 第一の投影レンズ
17 第二の投影レンズ
18 第一の遮光シャッタ
19 第二の遮光シャッタ
20 第四の反射面
21 反射板
Claims (9)
- 車両前後方向に水平に延びる光軸上に側方から配置された光源と、
この光源の照射方向前方にて、光軸の上方に配置された凸形の第一の投影レンズと、
この光源の照射方向前方にて、光軸の下方に配置された凸形の第二の投影レンズと、
第一の焦点位置が上記光源の発光点付近に配置されると共に、第二の焦点位置が上記第一の投影レンズの後側の焦点位置付近に配置されていて、この光源から後方の上側に出射する光を反射し上記第一の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束する凹状の楕円系の第一の反射面と、
第一の焦点位置が光源の発光点付近に配置されると共に、第二の焦点位置が上記第二の投影レンズの後側の焦点位置付近に配置されていて、この光源から後方の下側に出射する光を反射して上記第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束させる凹状の楕円系の第二の反射面と、
この光源の前方にて、上記第一及び第二の反射面からそれぞれ対応する第一及び第二の投影レンズに入射する光を妨げない位置にて、光源から前方に出射する光を上記光源の下方領域に向かって反射する第三の反射面と、
上記光源の下方領域にて、上記第三の反射面からの反射光を上記第二の投影レンズの後側の焦点位置に向かって集束する平面鏡と、
を含んでおり、
上記第三の反射面が、その第一の焦点位置が光源の発光点付近に配置されると共に、その第二の焦点位置が上記第三の投影レンズの後側の焦点位置の上記平面鏡による共役位置付近に配置されている、
ことを特徴とする、車両前照灯。 - 上記第一及び第二の反射面の少なくとも一方が、短冊状楕円面の集成体から構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の車両前照灯。
- 上記第一及び第二の反射面の少なくとも一方が、楕円を基本とする自由曲面から構成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の車両前照灯。
- 上記第一及び第二の投影レンズのうち、少なくとも一つの投影レンズに対して、その後側焦点位置付近に配置され、所定の配光パターンを画成するカットオフラインを形成する遮光シャッタを備えていることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の車両前照灯。
- 上記遮光シャッタが、光軸に対して垂直な平面、または光軸から前側に向かって湾曲した円弧状または楕円体状に形成されていることを特徴とする、請求項4に記載の車両前照灯。
- さらに、第一の反射面の前方上側にて、第一の焦点位置が光源の発光点付近に配置されると共に、第二の焦点位置が上記第一の投影レンズの後側の焦点位置付近に配置された遮光シャッタの前側に位置していて、この光源から前方の上側に出射する光を反射して上記遮光シャッタの前側に向かって集束する凹状の楕円系の第四の反射面と、
上記遮光シャッタの前方下側にて、上記第四の反射面からの光を反射させて、オーバーヘッドサインに対応する方向に光を照射する反射板と、
を備えていることを特徴とする、請求項4または5に記載の車両前照灯。 - 上記第四の反射面が、短冊状楕円面の集成体から構成されていることを特徴とする、請求項6に記載の車両前照灯。
- 上記第四の反射面が、楕円を基本とする自由曲面から構成されていることを特徴とする、請求項6に記載の車両前照灯。
- 上記第一及び第二の投影レンズのうち、少なくとも一つの投影レンズがフレネルレンズとして構成されていることを特徴とする、請求項1から8の何れかに記載の車両前照灯。
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