JP2009301980A - 灯具ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】全体のサイズを抑制しつつプロジェクタ光学系とパラボラ光学系とを組み合わせた灯具ユニットを提供する。
【解決手段】灯具ユニット10において、投影レンズ12は、第1光源素子20の照射光による配光パターンを形成する。パラボラ光学系リフレクタ24bは、第2光源素子22の照射光を反射する。近軸外周部12cは、自身の第1光軸X方向に見て他の少なくとも一部の外周部より第1光軸Xの近くに形成される。パラボラ光学系リフレクタ24bは、反射光が近軸外周部12cに近接する空間を通過するように第2光源素子22の照射光を反射する。プロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bは第1光軸Xの下方に形成され、第1光源素子20および第2光源素子22はヒートシンク18の下面に配置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、灯具ユニットに関する。
投影レンズを介して光源からの照射光を投影することにより投影像を形成するプロジェクタ光学系、および光源からの照射光がリフレクタによって反射された光をそのまま出射させるパラボラ光学系が従来より知られている。ここで、ホットゾーン配光を照射するプロジェクタ光学系と拡散配光を照射するパラボラ光学系を組み合わせた車両用灯具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−134810号公報
このようにプロジェクタ光学系とパラボラ光学系とを組み合わせて灯具ユニットを構成する場合、各々の光学系を構成する部品によって灯具ユニットのサイズが増大するおそれがある。これに対して、車両などでは内部スペースの有効活用を図るべく灯具ユニットによる占有スペースの増大を抑制することが大きな課題となっている。
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、全体のサイズの増大を抑制しつつプロジェクタ光学系とパラボラ光学系とを組み合わせた灯具ユニットを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の灯具ユニットは、第1光源と、第1光源の照射光による配光パターンを形成する投影レンズと、第2光源と、第2光源の照射光を反射するパラボラ光学系リフレクタと、を備える。投影レンズは、自身の第1光軸方向に見て他の少なくとも一部の外周部より第1光軸に近い近軸外周部を有する。パラボラ光学系リフレクタは、反射光が近軸外周部に近接する空間を通過するように第2光源の照射光を反射する。
この態様によれば、投影レンズの近軸外周部周辺の空間を、パラボラ光学系の光路として利用することができる。このため、例えば光軸に見て外周が円形の投影レンズ周辺をパラボラ光学系の光路として利用する場合に比べ、パラボラ光学系の光路を投影レンズの光軸により近づけることが可能となる。したがって、プロジェクタ光学系とパラボラ光学系とを組み合わせることによる灯具ユニット全体のサイズを抑制することができる。
第1光源の照射光を投影レンズに向けて反射するプロジェクタ光学系リフレクタと、ヒートシンクと、をさらに備えてもよい。第1光源は、第1半導体発光素子を有してもよい。第2光源は、第2半導体発光素子を有してもよい。パラボラ光学系リフレクタおよびプロジェクタ光学系リフレクタは、第1光軸に対して近軸外周部と同じ周方向位置に配置され、第1半導体発光素子および第2半導体発光素子は、パラボラ光学系リフレクタまたはプロジェクタ光学系リフレクタに対向するヒートシンクの外面に取り付けられてもよい。
この態様によれば、第1半導体発光素子と第2半導体発光素子とをヒートシンクの同一方向に向く外面に取り付けることができる。このため、複数の半導体発光素子をヒートシンクの別方向に向く外面に取り付ける場合に比べ、ヒートシンクにおいて放熱に利用できる部分を多く設けることができ、ヒートシンクによる放熱効率を向上させることができる。
プロジェクタ光学系リフレクタは、パラボラ光学系リフレクタよりも第1光軸に近い位置に配置されてもよい。この態様によれば、パラボラ光学系リフレクタよりも第1光軸から遠い位置に配置された場合に比べ、プロジェクタ光学系リフレクタによる反射光の投影レンズへの入射角度を低減させることができる。このため、投影レンズの設計を容易なものとすることができる。
プロジェクタ光学系リフレクタは、第1光軸方向において、パラボラ光学系リフレクタよりも投影レンズから離間する位置に配置されてもよい。この態様によれば、プロジェクタ光学系リフレクタからの反射光が投影レンズに到達するまでの空間を、例えば第2光源からの照射光がパラブラ光学系リフレクタに到達するまでの空間としても利用することが可能となる。このため、プロジェクタ光学系リフレクタがパラボラ光学系リフレクタよりも投影レンズに近接する位置に配置されている場合に比べ、灯具ユニット全体のサイズを容易に抑制することができる。
第1半導体発光素子は、第1光軸方向において、第2半導体発光素子よりも投影レンズから離間する位置に配置されてもよい。この態様によれば、第1半導体発光素子が第2半導体発光素子よりも投影レンズから近接する位置に配置された場合に比べ、第1光源による照射光をより多くプロジェクタ光学系リフレクタに照射させることができる。また、第2光源による照射光をより多くパラボラ光学系リフレクタに照射させることもできる。このため、光源からの照射光のより効率的な利用が可能となる。
本発明によれば、全体のサイズを抑制しつつプロジェクタ光学系とパラボラ光学系とを組み合わせた灯具ユニットを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(以下、実施形態という)について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る灯具ユニット10の正面図であり、図2は、図1のP−P断面図である。以下、図1および図2の双方に関連して灯具ユニット10の構成について詳細に説明する。
本実施形態において灯具ユニット10は、自動車などの車両に搭載される前照灯として利用される。灯具ユニット10は、車両前面のうち右側に配置される右前照灯および左側に配置される左前照灯の各々に灯具ユニット10が設けられる。このとき、複数の灯具ユニット10が右前照灯および左前照灯の各々に設けられてもよい。
灯具ユニット10は、投影レンズ12、ホルダ14、光源ユニット16、および複合リフレクタ24を有する。投影レンズ12は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなる。以下、前方側の凸面を出射面12a、後方側の平面を入射面12bという。投影レンズ12は、自身の後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。以下、例えば車両前方25メートル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投影像を基準に説明する。なお、投影像が形成されるものとする仮想面はこのような鉛直な面に限られないことは勿論であり、例えば路面を想定した水平面であってもよい。
投影レンズ12は、自身の第1光軸Xを残して平面によって下方が切り取られた形状に形成されている。投影レンズ12がこのように切り取られることによって形成される平面を近軸外周部12cとする。図1では、もとの投影レンズが第1光軸X方向に見て外形が円形であったとしたときにその投影レンズから切り取られて削除された部分をレンズ削除個所13として示す。
このように形成された近軸外周部12cは、第1光軸Xが向かう方向に見て他の外周部より第1光軸Xに近接している。投影レンズ12は、入射面12b側の外周にフランジ部12dが設けられている。フランジ部12dは、近軸外周部12cの入射面12b側の外周にも設けられている。
ホルダ14は、フランジ把持部14aおよび平面支持部14bを有する。フランジ把持部14aは、フランジ部12dの外面と同一形状の内面を有し、フランジ部12dを把持して投影レンズ12を支持する。平面支持部14bは、近軸外周部12cと同一形状の平面部を有し、近軸外周部12cの当接して投影レンズ12を支持する。フランジ把持部14aおよび平面支持部14bの内面には、光の反射を抑制する表面処理が施されている。
光源ユニット16は、ヒートシンク18、第1光源素子20、および第2光源素子22を有する。ヒートシンク18は、アルミニウム材料など、放熱性に優れた材料によって形成される。ヒートシンク18は、投影レンズ12の後方且つ第1光軸Xより上方に配置される。
第1光源素子20および第2光源素子22の各々は、発光チップ(図示せず)および薄膜を有する。発光チップは、1mm角程度の正方形の発光面を有する半導体発光素子である白色発光ダイオードによって構成される。なお、発光チップはこれに限られないことは勿論であり、例えばレーザダイオードなど略点状に面発光する他の素子状の光源であってもよい。薄膜は、この発光チップの発光面を覆うように設けられる。本実施形態では、第1光源素子20および第2光源素子22の双方において、この薄膜は半球状に形成される。
第1光源素子20は、ヒートシンク18の下面における第1光軸X方向の略中央に取り付けられる。このとき、第1光源素子20は、内部の発光チップが第1光軸X上に位置するよう配置される。
ヒートシンク18の下面には、第1光源素子20が取り付けられた個所より投影レンズ12に近い個所において上方に向けて削り取られたような段差が設けられている。第2光源素子22は、ヒートシンク18の下面のうちこの段差部に取り付けられることで、第1光源素子20より上方に配置される。なお、第2光源素子22は、第1光源素子20と同様に第1光軸Xの鉛直上方に配置される。
複合リフレクタ24は、プロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bを有する。プロジェクタ光学系リフレクタ24aの内面は、断面が楕円の一部を構成するよう形成される。プロジェクタ光学系リフレクタ24aは、一方の楕円焦点が第1光源素子20の発光チップの配置個所に位置し、他方の楕円焦点が第1光源素子20より前方の第1光軸X上に位置するよう配置される。プロジェクタ光学系リフレクタ24aは、第1光源素子20の照射光を投影レンズ12の入射面12bに向けて反射する。投影レンズ12は、プロジェクタ光学系リフレクタ24aによる反射光を透過し、仮想鉛直スクリーンに第1光源素子20の照射光による配光パターンを形成する。以下、第1光源素子20、プロジェクタ光学系リフレクタ24a、および投影レンズ12によって構成される光学系をプロジェクタ光学系30いう。
パラボラ光学系リフレクタ24bは、プロジェクタ光学系リフレクタ24aの前方下端部からさらに前方且つ下方に延在するよう、プロジェクタ光学系リフレクタ24aと一体的に形成される。パラボラ光学系リフレクタ24bは、その内面によって第2光源素子22の照射光を前方に向けてそのまま反射し、仮想鉛直スクリーンに第2光源素子22の照射光による配光パターンを形成する。以下、第2光源素子22およびパラボラ光学系リフレクタ24bによって構成されるパラボラ光学系32という。
ここで、パラボラ光学系リフレクタ24bは、反射光が投影レンズ12の近軸外周部12cに近接する空間を通過するように第2光源素子22の照射光を反射する。すなわち、パラボラ光学系リフレクタ24bは、レンズ削除個所13を通過するよう第2光源素子22の反射光を反射する。これにより、レンズ削除個所13が削除されていない投影レンズの周辺をパラボラ光学系の光路として利用する場合に比べ、パラボラ光学系の光路を投影レンズの光軸により近づけることが可能となる。このため、例えばパラボラ光学系リフレクタ24bをより第1光軸Xに近づけることが可能となり、灯具ユニット10全体のサイズを抑制することができる。
また、図1および図2に示すように、プロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bは、双方とも第1光軸Xより下方に配置される。このため、第1光源素子20および第2光源素子22は、それぞれプロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bに向けて光を照射すべくヒートシンク18の下面に取り付けられる。
このように第1光源素子20および第2光源素子22がヒートシンク18の外面のうち同一方向に向く面に取り付けられることで、これらの光源素子が互いに異なる方向に向く外面にそれぞれ取り付けられる場合に比べ、ヒートシンク18において放熱に利用できる部分を多く設けることができる。このため、ヒートシンク18による放熱効率を向上させることができ、温度上昇による第1光源素子20および第2光源素子22による照射光の光度変動を抑制することができる。
また、このように第1光源素子20および第2光源素子22がヒートシンク18の下面に取り付けられることで、これらの光源素子が発する熱を上方のヒートシンク18に逃がし易くすることができる。このため、これらの光源素子が他の外面に取り付けられる場合に比べ、ヒートシンク18による放熱効率をさらに向上させることができる。
なお、プロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bの配置個所が第1光軸Xの下方に限られないことは勿論であり、また、第1光源素子20および第2光源素子22のヒートシンク18における配置個所が下面に限られないことは勿論である。例えば、プロジェクタ光学系リフレクタ24aおよびパラボラ光学系リフレクタ24bは、第1光軸Xの下方ではなく、第1光軸Xに対して近軸外周部12cと同じ周方向位置に配置されてもよい。このとき、第1光源素子20および第2光源素子22は、パラボラ光学系リフレクタ24bまたはプロジェクタ光学系リフレクタ24aに対向するヒートシンクの外面に取り付けられてもよい。
また、上述のように、プロジェクタ光学系リフレクタ24aは、パラボラ光学系リフレクタ24bよりも第1光軸Xに近い位置に配置される。これにより、プロジェクタ光学系リフレクタ24aがパラボラ光学系リフレクタ24bよりも第1光軸Xに遠い位置に配置された場合に比べ、プロジェクタ光学系リフレクタ24aによる反射光の投影レンズ12への入射角度を低減させることができる。このため、投影レンズ12の設計を容易なものとすることができる。
さらに、プロジェクタ光学系リフレクタ24aは、第1光軸X方向において、パラボラ光学系リフレクタ24bよりも投影レンズ12から離間する位置に配置される。また、第1光源素子20は、第1光軸X方向において、第2光源素子22よりも投影レンズ12から離間する位置に配置される。これにより、プロジェクタ光学系リフレクタ24aから投影レンズ12へ反射光が通過する空間を、第2光源素子22からパラボラ光学系リフレクタ24bへの照射光の経路として利用することができる。このため、灯具ユニット10全体のサイズを抑制することができる。
なお、上述のように、ヒートシンク18の下面に段差を設け、上方の段差部に第2光源素子22を配置することで第2光源素子22を第1光源素子20よりも上方に配置している。これにより、プロジェクタ光学系リフレクタ24aから投影レンズ12への反射光の経路から第2光源素子22を上方に退避させている。
図3は、本実施形態に係る灯具ユニット10のプロジェクタ光学系30によって形成される第1配光パターンP1を示す図である。第1配光パターンP1は、右前照灯および左前照灯の各々に搭載された灯具ユニット10のプロジェクタ光学系30からの照射光が重畳されて第1配光パターンP1が形成される。なお、上述のように右前照灯および左前照灯の各々に複数の灯具ユニット10が設けられてもよい。この場合、複数の灯具ユニット10の各々におけるプロジェクタ光学系30は、第1配光パターンP1のうち互いに非同一である一部を形成してもよく、これにより複数の灯具ユニット10全体で第1配光パターンP1を形成してもよい。図3に示すように、灯具ユニット10のプロジェクタ光学系30は、H−H線とV−V線との交点、すなわち灯具ユニット10の前方における消点であるH−V点を中心に水平方向に伸びる楕円形の第1配光パターンP1を形成する。
図4は、本実施形態に係る灯具ユニット10のパラボラ光学系32によって形成される第2配光パターンP2を示す図である。第2配光パターンP2は、右前照灯および左前照灯の各々に搭載された灯具ユニット10のパラボラ光学系32からの照射光が重畳されて第2配光パターンP2が形成される。なお、上述のように右前照灯および左前照灯の各々に複数の灯具ユニット10が設けられてもよい。この場合、灯具ユニット10の各々におけるパラボラ光学系32は、第2配光パターンP2のうち互いに非同一である一部を形成してもよく、これにより複数の灯具ユニット10全体で第2配光パターンP2を形成してもよい。
図4に示すように、灯具ユニット10のパラボラ光学系32は、高さが略同一のままH−H線と平行に伸びる楕円形の第2配光パターンP2を形成する。第2配光パターンP2は、H−H線より上方の領域の方が、H−H線から下方の領域より広くなるよう形成される。
図5は、本実施形態に係る灯具ユニット10によって形成されるハイビーム用配光パターンPHを示す図である。ハイビーム用配光パターンPHは、第1配光パターンP1および第2配光パターンP2の双方が重畳されることによって形成される。したがって、第1配光パターンP1を形成するプロジェクタ光学系30および第2配光パターンP2を形成するパラボラ光学系32は、共にハイビーム用配光パターンPHを形成するロービーム用光源として機能する。このとき、第1配光パターンP1と第2配光パターンP2とは互いに一部において重畳してハイビーム用配光パターンPHを形成する。
第2配光パターンP2は、第1配光パターンP1より水平方向に長く延在する。また、第2配光パターンP2は、第1配光パターンP1よりもH−H線に対してより高い位置まで形成される。一方、第1配光パターンP1は、第2配光パターンP2よりもH−H線に対してより低い位置まで形成される。したがって、第1配光パターンP1および第2配光パターンP2は、H−V点周辺において重畳される。
このように第1配光パターンP1および第2配光パターンP2を重畳させてハイビーム用配光パターンPHを形成することにより、H−V点周辺に強い光を照射することができ、車両前方の遠方視認性を向上させることができる。
プロジェクタ光学系は、一般的にパラボラ光学系よりもより集光した配光パターンを良好に形成することができる。一方、パラボラ光学系は、一般にプロジェクタ光学系よりも光を拡散させた配光パターンを良好に形成することができる。本実施形態に係る灯具ユニット10では、このようにH−V点周辺において、プロジェクタ光学系30が光を集光させて第1配光パターンP1を形成する。また、パラボラ光学系32が拡散光を照射して第1配光パターンP1の周囲を補完するよう広い範囲にわたった第2配光パターンP2を形成する。これにより、プロジェクタ光学系およびパラボラ光学系のそれぞれの特質を活かして適切なハイビーム用配光パターンPHを形成することができる。
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
ある変形例では、灯具ユニット10は、車両の右前端部近傍および左前端部近傍または車両の右後端部近傍および左後端部近傍に配置され、車両のクリアランスランプ、すなわち車幅灯として機能する。このときも、プロジェクタ光学系30は、H−V点周辺において光を集光させて配光パターンを形成し、パラボラ光学系32は拡散光を照射してプロジェクタ光学系30による配光パターンの周囲を補完するよう広い範囲にわたった配光パターンを形成する。これにより、車両前方または後方の遠い位置からの視認性を向上させることができ、対向車や先行車などの前走車または後続車に車両の幅や車間距離などをより的確に認識させることができる。
ある別の変形例では、灯具ユニット10は、車両前部または後部に配置され、車両のDRL(Daytime Running Lamp)、すなわち昼間灯として機能する。このときも、プロジェクタ光学系30は、H−V点周辺において光を集光させて配光パターンを形成し、パラボラ光学系32は拡散光を照射してプロジェクタ光学系30による配光パターンの周囲を補完するよう広い範囲にわたった配光パターンを形成する。これにより、昼間において前走車または後続車に自車両をより的確に認識させることができる。
ある別の変形例では、灯具ユニット10は、車両前部に配置される。灯具ユニット10の第1光源素子20および第2光源素子22は、赤外線を照射する赤外LEDを含みIR(赤外線)灯具ユニットとして機能する。これにより、夜間において前走車に与えるグレアを抑制しつつ歩行者などの存在および位置を検出することが可能となる。車両前方に赤外線を照射することによって歩行者などの存在および位置を検出する技術は公知であるため説明を省略する。
ある別の変形例では、灯具ユニット10は、いわゆるロービーム用配光パターンを形成する。このときも、プロジェクタ光学系30は、H−H線周辺にカットオフラインを形成し、且つ高光度領域であるホットゾーンを含む配光パターンを形成する。パラボラ光学系32は、プロジェクタ光学系30による配光パターンの左右および下方の領域を補完するよう、プロジェクタ光学系30による配光パターンより水平方向に長く且つ下方に延在する配光パターンを形成する。
なお、図1および図2に記載される灯具ユニット10の構成では、投影レンズ12の後方焦点周辺を第2光源素子22による照射光が通過するため、カットオフラインを形成するためのシェードを配置することが困難となる。このため、プロジェクタ光学系リフレクタ24aとパラボラ光学系リフレクタ24bとが分離されてもよい。第2光源素子22およびパラボラ光学系リフレクタ24bは、第1光源素子20およびプロジェクタ光学系リフレクタ24aよりも後方、すなわち投影レンズ12から離間して配置されてもよい。これにより、投影レンズ12の後方焦点周辺に第2光源素子22の照射光が通過することを回避することができ、投影レンズ12の後方焦点周辺にシェードを配置することが可能となる。
ある変形例では、灯具ユニット10におけるプロジェクタ光学系は第1配光パターンP1ではなくロービーム用配光パターンを形成する。また、灯具ユニット10におけるパラボラ光学系は、ロービーム用配光パターンの周囲を補完するようにロービーム用配光パターンとは別の配光パターンを形成する。このとき灯具ユニット10におけるパラボラ光学系は、いわゆるハイビーム用配光パターンを形成してもよい。このような態様によっても、プロジェクタ光学系およびパラボラ光学系の両者の特質を活かした光の照射を実現することができる。
本実施形態に係る灯具ユニットの正面図である。 図1のP−P断面図である。 本実施形態に係る灯具ユニットのプロジェクタ光学系によって形成される第1配光パターンを示す図である。 本実施形態に係る灯具ユニットのパラボラ光学系によって形成される第2配光パターンを示す図である。 本実施形態に係る灯具ユニットによって形成されるハイビーム用配光パターンを示す図である。
符号の説明
10 灯具ユニット、 12 投影レンズ、 12a 出射面、 12b 入射面、 12c 近軸外周部、 13 レンズ削除個所、 14 ホルダ、 16 光源ユニット、 18 ヒートシンク、 20 第1光源素子、 22 第2光源素子、 24 複合リフレクタ、 24a プロジェクタ光学系リフレクタ、 24b パラボラ光学系リフレクタ。

Claims (5)

  1. 第1光源と、
    前記第1光源の照射光による配光パターンを形成する投影レンズと、
    第2光源と、
    前記第2光源の照射光を反射するパラボラ光学系リフレクタと、
    を備え、
    前記投影レンズは、自身の第1光軸方向に見て他の少なくとも一部の外周部より第1光軸に近い近軸外周部を有し、
    前記パラボラ光学系リフレクタは、反射光が前記近軸外周部に近接する空間を通過するように前記第2光源の照射光を反射することを特徴とする灯具ユニット。
  2. 前記第1光源の照射光を前記投影レンズに向けて反射するプロジェクタ光学系リフレクタと、
    ヒートシンクと、
    をさらに備え、
    前記第1光源は、第1半導体発光素子を有し、
    前記第2光源は、第2半導体発光素子を有し、
    前記パラボラ光学系リフレクタおよび前記プロジェクタ光学系リフレクタは、第1光軸に対して前記近軸外周部と同じ周方向位置に配置され、
    前記第1半導体発光素子および前記第2半導体発光素子は、前記パラボラ光学系リフレクタまたは前記プロジェクタ光学系リフレクタに対向する前記ヒートシンクの外面に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の灯具ユニット。
  3. 前記プロジェクタ光学系リフレクタは、前記パラボラ光学系リフレクタよりも第1光軸に近い位置に配置されることを特徴とする請求項2に記載の灯具ユニット。
  4. 前記プロジェクタ光学系リフレクタは、第1光軸方向において、前記パラボラ光学系リフレクタよりも前記投影レンズから離間する位置に配置されることを特徴とする請求項3に記載の灯具ユニット。
  5. 前記第1半導体発光素子は、第1光軸方向において、前記第2半導体発光素子よりも前記投影レンズから離間する位置に配置されることを特徴とする請求項4に記載の灯具ユニット。
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