JP2011054530A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】白色ＬＥＤを光源とし、小型化、特に前後サイズの薄型化が可能で、かつ、高性能な車両用前照灯を提供する。
【解決手段】略半楕円形状の第１反射鏡と、略平面であって第１反射鏡の光軸と概ね平行で、その面内近傍に第１反射鏡の光軸が含まれるように前記第１反射鏡と組合わされた第２反射鏡と、第１反射鏡の略半楕円球状の第１焦点位置近傍に配置された白色ＬＥＤ光源と、第１反射鏡及び第２反射鏡よりも車両進行方向に対して後方に設けられて、横方向及び方向で断面の形状が異なる反射鏡であって下記式（１）及び式（２）を満たす第３反射鏡と、を備え、前記白色ＬＥＤ光源は面発光し、その発光面が下記式（３）を満たすように前記第１反射鏡の第１焦点近傍に配置されている車両用前照灯。５３°＜θａ１＜７４°…（１）１０．５°＜θａ２＜１８°…（２）（ＬＥＤ光源の発光面の中心と第１焦点との最短距離）^２＜ＬＥＤ光源の発光面積…（３）
【選択図】図１

Description

本発明は、白色ＬＥＤを光源としかつ複数の反射面を有する車両用前照灯に関する。

近年、環境面への配慮などから小型・軽量なヘッドライトが望まれており、ヘッドライトの光源として白色ＬＥＤを使用することが期待されている。
ヘッドライトに要求される性能の一つに十分な輝度が挙げられる。これはヘッドライトの基本的な性能として欠かすことのできない要件である。十分な輝度を達成するためには、光学系の効率を上げること、光源自体の光量を増加させることの２方向からのアプローチが必要である。
前者のアプローチでは、光学系の構成を工夫して光利用効率の向上を図ることである。ただし、光学系を小型化すると光学系の効率を保つのは困難となるため、光源の光量増加が必須となる。従って後者のアプローチ、すなわち光源自体の光量を増加させる必要があるが、ＬＥＤチップ単体で光量を増加させるには限界があり必要なパワーを確保することが困難であることから、複数個のチップを使用するという形態が一般的に用いられている。
以上のように、ＬＥＤを光源としたヘッドライト光学系では、光学系の小型化が要望されるとともに、複数個のＬＥＤチップを使用する必要があることから、光学系の大きさに対する発光面の面積が相対的に大きくならざるを得ない。このことは、光源が点光源としてみなせないということであり光学系の構成を考える上で、発光位置の空間的な広がりを考慮する必要があることを意味している。

従来より、ヘッドライト用の光学系としては、楕円反射鏡と投影レンズからなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、楕円反射鏡の楕円面で集光し、投影レンズで車両前方にほぼ平行な光を出射する。光源が点光源の場合には、楕円面、投影レンズのパラメータを調整することで、完全な平行光を出射することができる。しかしながら、このような光学系では、光源の面積が光学系の大きさに対して相対的に大きくなった場合に全ての光を平行光として出射できないことや、奥行き方向（車両進行方向）の長さの短縮が難しいといった課題がある。
その他、ヘッドライト用の光学系として、楕円反射鏡と放物面反射鏡とを組み合わせて用いた構成のものが知られている（例えば、特許文献２、３、４参照）。この場合、楕円反射鏡の楕円面の第１焦点に光源を配置し、基本的には楕円面の第２焦点と放物面の焦点を概略一致させ、楕円反射鏡の楕円面で集光し、投影レンズの代わりに放物面で平行光を出射する。このような構成によれば、点光源を使用した場合には楕円面で反射された光を平行光とすることができる。また、特許文献４では、楕円面で反射してから放物面で反射する光路、直接放物面に入射する光路などの光路に応じて、放物面を分割し各領域を最適な形状に設定することで、全ての出射光を略平行光にすることができる構成としている。これらの構成は、楕円反射鏡と投影レンズからなる光学系と比較して、光路を折り曲げているため車両進行方向のサイズを短縮することができるという利点がある。

特開２００８−７７８９０号公報 特開２００８−４１５５７号公報 特開２００８−１４７００３号公報 特開２００８−１７１７２３号公報

しかしながら、上記特許文献２〜４に記載の光学系は、光源が点光源とみなせる場合にはある程度の性能が得られるものの、光学系が小型化されたことで、相対的に光源の面積が大きくなり、実質的に点光源と見做せなくなった場合には完全な平行光とすることは不可能となり、出射光はある程度の拡がり、すなわち配光分布を持つこととなる為、特に自動車等の車両用前照灯（ヘッドライトともいう）のような高い配光性能を要求される技術分野に用いられる場合には問題となる為、改善が求められている。
一方、車両用前照灯の用途においては、要求される光の配光性能が、地面に対して水平な方向（左右方向）と地面と垂直な方向（上下方向）で異なる。具体的には、地面に対して水平な方向の配光分布はある程度の拡がりが許容され、場合によってはある程度の拡がりがあった方が好ましいとされるが、地面と垂直な方向については、配光分布が拡がりを有すると、ハイビームとなり問題となるため、水平方向よりも高い配光性能が求められる。従って、車両用前照灯に用いられる光学系においても、地面と水平な方向と垂直な方向水平方向と垂直方向で最適なミラー形状が異なることとなる。しかしながら、特許文献２〜４では、光源が点光源である前提の下に、ほぼ放物面の反射鏡、もしくは放物面を分割した反射鏡を用いているため、光源面積が光学系に対して相対的に大きくなった場合には配光分布が悪化するとともに、地面と水平方向と垂直方向の配光分布が一様に悪化するため、自動車等の車両用前照灯の用途において必要とされる性能が得られないという問題があった。
また、放物面（もしくはそれに類似の機能を持った反射面）を分割した場合には、影になる部分が存在し、特定の出射角度で出射光線強度が強くなるという課題の他、複数の曲面をつなぎ合わせるため製造が困難であるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、白色ＬＥＤを光源とした車両用前照灯において、小型化、特に車両進行方向のサイズの短縮が可能で、かつ、必要とされる配光性能を満たすことができる車両用前照灯を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、略半楕円形状の第１反射鏡と、略平面であって第１反射鏡の光軸と概ね平行で、その面内近傍に第１反射鏡の光軸が含まれるように前記第１反射鏡と組合わされた第２反射鏡と、第１反射鏡の略半楕円球状の第１焦点位置近傍に配置された白色ＬＥＤ光源と、第１反射鏡及び第２反射鏡よりも車両進行方向に対して後方に設けられて、横方向及び方向で断面の形状が異なる反射鏡であって下記式（１）及び式（２）を満たす第３反射鏡と、を備え、
前記白色ＬＥＤ光源は面発光し、その発光面が下記式（３）を満たすように前記第１反射鏡の第１焦点近傍に配置されていることを特徴とする車両用前照灯が提供される。
５３°＜θａ１＜７４°…（１）
１０．５°＜θａ２＜１８°…（２）
（前記ＬＥＤ光源の発光面の中心と前記第１焦点の最短距離）^２＜前記ＬＥＤ光源の発光面積…（３）
θａ１は、以下のように定義される。
図１におけるＺ方向から本実施態様の車両用前照灯を見た場合の断面図を図２に示す。図２に示すように、本実施態様の車両用前照灯を、Ｚ方向（第１反射鏡１の楕円面の短軸１b方向）から見た断面において、第１反射鏡１の長軸１aから延長した線を第１延長線ｍ１とし、第３反射鏡３の反射面３１のうち車両進行方向に水平で地面（水平方向）に平行な方向Ｘにおける頂点Ｐ１で接するとともに地面（水平方向）に垂直な方向であるＹ方向（縦方向）に引いた線を第１垂線ｍ２とした場合に、第１延長線ｍ１と、第１垂線ｍ２が交差する点を第１交点Ｐ２とする。そして、この第１交点Ｐ２から第３反射鏡３の反射面３１に向けてＸ方向に引いた線を第１水平線ｍ３とし、該第２水平線ｍ３と第３反射鏡３の反射面３１と、が交差する点を第２交点Ｐ３とする。θａ１は、該第２交点Ｐ３を含む反射面３１における第１接線ｍ４と、Ｘ方向の第２水平線ｍ５とがなす角度とする。
θａ２は、以下のように定義される。
図１におけるＹ方向から本実施態様の車両用前照灯を見た場合の、図２の頂点Ｐ１を含む地面に水平な面における断面図を図３に示す。但し、第１反射鏡１、第２反射鏡２及びＬＥＤ光源４については、上方からみた場合の概略図としている。図３に示すように、頂点Ｐ１を含みＹ方向（地面に対して垂直な方向）から見た断面において、白色ＬＥＤ光源４の発光点の中心からＸ方向に反射面３１に向けて引いた線を前記断面に投影した線を第３水平線ｎ１とし、前記光源４の発光面の中心を回転中心として前記断面上で、前記第３水平線ｎ１を３０°回転させた線を傾斜線ｎ２とし、前記傾斜線ｎ２と反射面３１の交点を第３交点Ｐ４とする。また、前記断面において、第３交点Ｐ４を通る反射面３１の接線を第２接線ｎ３とし、頂点Ｐ１を通る接線を第３接線ｎ４とする。θａ２は、前記第２接線ｎ３と、前記第３接線ｎ４とがなす角度とする。

本発明によれば、白色ＬＥＤを光源とし、小型化及び薄型化可能な車両用前照灯を提供することが可能となる。また、光源面積に対して小型な光学系でありながら車両用前照灯として必要な配光性能を満足することができる。

本実施形態における車両用前照灯の概略斜視図である。 本実施形態における車両用前照灯を側方から見た場合における頂点Ｐ１を含む断面図である。 本実施形態における車両用前照灯の第３反射鏡を、上方から見た場合における頂点Ｐ１を含む断面図と、第１反射鏡１、第２反射鏡２及びＬＥＤ光源４を、上方からみた場合の概略図である。 第１反射鏡と第３反射鏡とを側方から見た場合の頂点Ｐ１を含む断面における関係を、模式的に示した断面図である。 光源、第１反射鏡及び第２反射鏡とを側方から見た場合の光源４の発光点の中心を含む断面における関係を模式的に示した断面図である。 出射光の配光分布を得る際の車両用前照灯とスクリーンとの配置関係を示した模式図であり、(a)は上面図、(b)は車両進行方向から見た際の前面図である。 実施例１の出射光の配光分布である。 実施例２の出射光の配光分布である。 実施例３の出射光の配光分布である。 実施例４の出射光の配光分布である。 実施例５の出射光の配光分布である。 実施例６の出射光の配光分布である。 実施例７の出射光の配光分布である。 実施例８の出射光の配光分布である。 実施例９の出射光の配光分布である。 実施例１０の出射光の配光分布である。 実施例１１の出射光の配光分布である。 実施例１２の出射光の配光分布である。 実施例１３の出射光の配光分布である。 実施例１４の出射光の配光分布である。 実施例１５の出射光の配光分布である。 実施例１６の出射光の配光分布である。 実施例１７の出射光の配光分布である。 実施例１８の出射光の配光分布である。 比較例１の出射光の配光分布である。 比較例２の出射光の配光分布である。 比較例３の出射光の配光分布である。 比較例４の出射光の配光分布である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における車両用前照灯の概略斜視図、図２は、図１に示した本実施形態における車両用前照灯を側方から見た場合における頂点Ｐ１を含む断面図、図３は、図１に示した本実施形態における車両用前照灯の第３反射鏡を、上方から見た場合における頂点Ｐ１を含む断面図と、第１反射鏡１、第２反射鏡２及びＬＥＤ光源４を、上方からみた場合の概略図である。
なお、図中、Ｘ方向は、車両の進行方向で地面と水平な方向、Ｙ方向は、地面と垂直な方向（上下方向）、Ｚ方向は、車両の進行方向と垂直で、地面と水平な方向（左右方向）とする。
図１〜図３に示すように、車両用前照灯１００は、白色ＬＥＤ光源４と、第１反射鏡１と、第２反射鏡２と、第３反射鏡３と、を備える。

白色ＬＥＤ光源４は、平板状に形成されて面発光をする。ここで、面発光とは、発光面の面積が０．２５ｍｍ^２以上のものを示す。
白色ＬＥＤ光源４は、具体的には、図示しないが複数個のＬＥＤチップとＬＥＤチップ上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。
なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。

蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長に変換する蛍光体を有している。本実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。

第１反射鏡１は、内部が空洞の楕円球を、長軸１aを含む平面に沿って水平に切断し、さらに、短軸１bを含む平面に沿って垂直に切断された略半楕円形状を有する。但し第１反射鏡１を形成する際に上記のように切断して成形する必要はなく、表面形状が第１反射鏡１で必要とされる略半楕円球状となるように金属を直接成形してもよいし、樹脂基板等を成形した後に表面に金属反射面を形成することで反射鏡としてもよいが、第１反射鏡１の内面１３（白色ＬＥＤ光源４に対向する面）には、例えばＡｌ、Ａｇ等のミラー部材が設けられていることが好ましい。第１反射鏡１としては、特に限定はされないが、光反射性に優れ、ＬＥＤチップからの光に対して劣化しにくい材料を用いるのが好ましい。
このような第１反射鏡１は、楕円球を短軸方向に沿って切断した形状である切断面１１が車両進行方向Ｘの後方を向き、楕円球を長軸方向に沿って切断した形状である切断面１２が縦方向Ｙの下方を向き、かつ、第１反射鏡１の楕円面の第２焦点Ｆ２側が第１焦点Ｆ１側よりも上向きとなるように傾斜して配置されている（図４参照）。

第２反射鏡２は、略平面形状をなしている。第２反射鏡２は、その車両進行方向に対して後方の端部を前方の端部よりも上向きとなるように傾斜して配置され、第１反射鏡１の光軸と概ね平行で、その面内近傍に第１反射鏡１の光軸が含まれるように第１反射鏡１と一体に設けられている。これによって、第２反射鏡２の上面２１が第１反射鏡１の内面１３に対向している。第２反射鏡２の上面２１には、例えばＡｌ、Ａｇ等のミラー部材が設けられていることが好ましい。第２反射鏡２としては、特に限定はされないが、光反射性に優れ、ＬＥＤチップからの光に対して劣化しにくい材料を用いるのが好ましい。
そして、第２反射鏡２の端部における上面２１に、第１反射鏡１の第１焦点Ｆ１近傍となるように白色ＬＥＤ光源４が取り付けられている。

第３反射鏡３は、第１反射鏡１及び第２反射鏡２よりも車両進行方向に対して後方に設けられて、Ｚ方向及びＹ方向では断面の形状が異なる非球面形状（アナモフィック非球面形状）をなしている。第３反射鏡３の反射面３１には、例えばＡｌ、Ａｇ等のミラー部材が設けられていることが好ましい。第３反射鏡３としては、特に限定はされないが、光反射性に優れ、ＬＥＤチップからの光に対して劣化しにくい材料を用いるのが好ましい。

また、第３反射鏡３は下記式（１）〜（３）を満たす。
５３°＜θａ１＜７４°…（１）
１０．５°＜θａ２＜１８°…（２）
θａ１は、以下のように定義される。
図１におけるＺ方向から本実施態様の車両用前照灯を見た場合の断面図を図２に示す。図２に示すように、本実施態様の車両用前照灯を、Ｚ方向（第１反射鏡１の楕円面の短軸１b方向）から見た断面において、第１反射鏡１の長軸１aから延長した線を第１延長線ｍ１とし、第３反射鏡３の反射面３１のうち車両進行方向に水平で地面（水平方向）に平行な方向Ｘにおける頂点Ｐ１で接するとともに地面（水平方向）に垂直な方向であるＹ方向（縦方向）に引いた線を第１垂線ｍ２とした場合に、第１延長線ｍ１と、第１垂線ｍ２が交差する点を第１交点Ｐ２とする。そして、この第１交点Ｐ２から第３反射鏡３の反射面３１に向けてＸ方向に引いた線を第１水平線ｍ３とし、該第１水平線ｍ３と第３反射鏡３の反射面３１と、が交差する点を第２交点Ｐ３とする。θａ１は、該第２交点Ｐ３を含む反射面３１における第１接線ｍ４と、Ｘ方向の第２水平線ｍ５とがなす角度とする。
θａ２は、以下のように定義される。
図１におけるＹ方向から本実施態様の車両用前照灯を見た場合の、図２の頂点Ｐ１を含む地面に水平な面における断面図を図３に示す。但し、第１反射鏡１、第２反射鏡２及びＬＥＤ光源４については、上方からみた場合の概略図としている。図３に示すように、頂点Ｐ１を含みＹ方向（地面に対して垂直な方向）から見た断面において、白色ＬＥＤ光源４の発光点の中心からＸ方向に反射面３１に向けて引いた線を前記断面に投影した線を第３水平線ｎ１とし、前記光源４の発光点の中心を回転中心として前記断面上で、前記第３水平線ｎ１を３０°回転させた線を傾斜線ｎ２とし、前記傾斜線ｎ２と反射面３１の交点を第３交点Ｐ４とする。また、前記断面において、Ｐ４を通る反射面３１の接線を第２接線ｎ３とし、頂点Ｐ１を通る接線を第３接線ｎ４とする。θａ２は、前記第２接線ｎ３と、前記第３接線ｎ４とがなす角度とする。
また、白色ＬＥＤ光源４は、その発光面が第１反射鏡１の焦点近傍（第１焦点Ｆ１近傍）に配置されている。ここで、焦点近傍とは下記の式（３）を満たす範囲内を言う。
（前記ＬＥＤ光源の発光面の中心と前記焦点の最短距離）^２＜前記ＬＥＤ光源の発光面積…（３）

式（１）、式（２）は、第３反射鏡の形状を規定する関係式であって、θａ１は主に車両用前照灯から出射する光線の縦方向の配光分布、θａ２は主に横方向の配光分布に影響するパラメータである。式（１）、式（２）を満たすことにより、光源が面光源であっても、出射光線の縦方向の配光分布と、出射光線の横方向の配光分布を、それぞれ車両用前照灯として好適な範囲に調整することが可能となる

また、本発明の車両用前照灯１００において、第１反射鏡１が下記の式（４）を満たすことが好ましい。
１．５＜第１反射鏡の楕円面の長軸／短軸＜３．１…（４）

式（４）は、第１反射鏡の形状を規定する関係式であり、第１反射鏡を楕円面で近似した際の長軸と短軸の比の範囲を規定している。式（４）の下限を上回ることで、白色ＬＥＤ光源から出射した光線のうち、第１反射鏡で反射された後に第３反射鏡に到達するものの割合が増加し、車両前方に出射される光線が増加する。式（４）の上限を下回ることで、第１反射鏡と第２反射鏡での多重反射による光量の減少を抑制することができる。そのため、第１反射鏡の形状が式（４）を満たすことで、効率の良い光学系を実現することができる。

また、図３に示すように、第１反射鏡１と第３反射鏡３のＺ方向の最大長さの比が下記の式（５）を満たすことが好ましい。
０．２＜第１反射鏡の横方向の長さ／第３反射鏡の横方向の長さ＜０．５…（５）

図４は、第１反射鏡と第３反射鏡とを側方から見た場合の頂点Ｐ１を含む断面における関係を、模式的に示した断面図である。
図４に示すように、第１反射鏡１と第３反射鏡３の位置が下記の式（６）及び式（７）を満たすことが好ましい。
０．４５＜Ｌｙ／（２ｆ・sin(θ)）＜０．８５…（６）
０．１６＜Ｌｚ／（２ｆ・cos(θ)）＜０．９…（７）
θは、第１反射鏡１の楕円面の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とを結ぶ直線である第１延長線ｍ１（長軸１ａ）と、車両進行方向Ｘに対して水平で、第１焦点Ｆ１を含む第４水平線ｍ７とのなす角度である。
ｆは、上記と同様の断面における、第１反射鏡１の楕円面の第１焦点Ｆ１又は第２焦点Ｆ２と、楕円面の中心Ｆ３との距離である。
Ｌｙは、上記と同様の断面における、第３反射鏡３の反射面３１の頂点Ｐ１から前記第４水平線ｍ７までの距離（頂点Ｐ１から第４水平線ｍ７に向けて引いた垂線の長さ）である。
Ｌｚは、上記と同様の断面における、第１反射鏡１の楕円面の第２焦点Ｆ２から前記第４水平線ｍ７に向けて引いた第２垂線ｍ６が、前記第４水平線ｍ７と交差する点を第４交点Ｐ５とし、前記頂点Ｐ１から前記第４水平線ｍ７に向けて引いた第１垂線ｍ２とが前記第４水平線ｍ７と交差する点を第５交点Ｐ６とした場合に、前記第４交点Ｐ５と前記第５交点Ｐ６との距離を表す。

式（６）、式（７）は、第１反射鏡と第３反射鏡の相互の位置関係を規定する関係式であり、式（６）はＹ方向（縦方向）、式（７）はＸ方向（車両進行方向）の関係を規定している。
式（６）の下限を上回ることで、白色ＬＥＤ光源から出射した光線のうち第３反射鏡で反射されるものの割合が増加し、車両前方に出射する光線を増加させることができる。また、第３反射鏡で反射した光線の角度分布が下方に傾くのを抑制することができる。式（６）の上限を下回ることで、第３反射鏡で反射した光線の角度分布が上方に傾くのを抑制することができる。
式（７）の下限を上回ることで、第３反射鏡における反射位置が第１反射鏡に比べて上方になるため、第３反射鏡から出射した光線が第１反射鏡で遮られることがなく、光を有効に活用することができる。また、第３反射鏡で反射した光線の角度分布が上方に傾くのを抑制することができる。式（７）の上限を下回ることで、白色ＬＥＤ光源から出射した光線のうち第３反射鏡で反射されるものの割合が増加し、車両前方に出射する光線を増加させることができる。また、第３反射鏡で反射した光線の角度分布が下方に傾くのを抑制することができる。

図５は、白色ＬＥＤ光源、第１反射鏡及び第２反射鏡とを側方から見た場合の光源４の発光点の中心を含む断面における関係を模式的に示した断面図である。
図５に示すように、白色ＬＥＤ光源４と、第１反射鏡１と、第２反射鏡２とは、下記の式（８）及び式（９）を満たすことが好ましい。
−１０°＜θｓ−θ＜１３°…（８）
−１０°＜θｓ−θｐ＜１３°…（９）
θｓは、前記の断面において、Ｘ方向に対して水平な第４水平線ｍ７と、白色ＬＥＤ光源４の発光面とのなす角度である。
θｐは、前記の断面において、前記第４水平線ｍ７と、第２反射鏡２の平面とのなす角度である。
θは、上記式（６）及び式（７）に記載のθと同様であり、上記と同様の断面における、第１反射鏡１の楕円面の長軸１aと、前記第４水平線ｍ７とのなす角度である。
なお、図５中、２ｆは、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２との間の距離を示している。

式（８）は、白色ＬＥＤ光源と第１反射鏡、式（９）は白色ＬＥＤ光源と第２反射鏡のなす角度を規定する関係式である。
式（８）の下限を上回ることで、第３反射鏡における反射位置が過度に下方になることを防ぐことができるため、第３反射鏡から出射した光線が第１反射鏡で遮られることがなく、光を有効に活用することができる。式（８）の上限を下回ることで、第３反射鏡における反射位置が過度に上方になることを防げるため、第３反射鏡から出射した光線の角度分布が下方に傾くことを抑制することができる。
式（９）の下限を上回ることで、白色ＬＥＤ光源から出射した光線のうち、第１反射鏡で反射された後に第３反射鏡に到達するものの割合が増加し、車両前方に出射される光線が増加する。式（９）の上限を下回ることで、白色ＬＥＤ光源から出射したものの白色ＬＥＤ光源自体に遮られて外部に出射できない光線の割合を低下させ、効率の良い光学系を実現することができる。

また、前記第１反射鏡１の反射面形状をアナモフィック非球面で定義することにより、第１反射鏡１の断面形状をＺ方向とＹ方向で異ならせることができるため、発光面の拡がりにより発生する光路のばらつきに起因して発生する配光分布を、車両用前照灯として好適な範囲に調整することが可能となる。

また、前記第１反射鏡１の反射面形状をｘｙ多項式面で定義することにより、第１反射鏡１の断面形状を、横方向Ｚのうち運転者に対して右方向と左方向で異ならせることができる。そのため、左右の出射光のバランスを制御することができ、対向車側に不要光が出射しないようにすることが出来る。

続いて、車両用前照灯１００の作用について説明する。
白色ＬＥＤ光源４から照射された光は、第１反射鏡１で反射された後、第３反射鏡３に反射されて車両前方に平行光として照射されるか、または、第１反射鏡１で反射されずに直接、第３反射鏡３に反射されて車両前方に平行光として照射される。あるいは、第２反射鏡２で反射された後、第１反射鏡１を介して第３反射鏡３に反射されて車両前方に照射されるか、第２反射鏡２で反射された後、直接、第３反射鏡３に反射されて車両前方に照射されるようになっている。

以上のように、本実施形態では、略半楕円球状の第１反射鏡１と、略平面であって第１反射鏡１の光軸と平行で、その面内に第１反射鏡１の光軸が含まれるように第１反射鏡１と一体に設けられた第２反射鏡２と、第１反射鏡１の略半楕円球状の焦点位置（第１焦点）Ｆ１を含むように配置された白色ＬＥＤ光源４と、第１反射鏡１及び第２反射鏡２よりも車両進行方向に対して後方に設けられて、Ｙ方向とＺ方向で断面の形状が異なる反射鏡であって上記式（１）及び式（２）を満たす第３反射鏡３と、を備え、白色ＬＥＤ光源４は面発光し、その発光面が上記式（３）を満たすように第１反射鏡１の第１焦点Ｆ１近傍に配置されている。そのため、第１反射鏡１と第３反射鏡３の２枚の反射鏡によってＸ方向に光路を折り曲げることで、車両進行方向の光学系サイズを短縮することができる。
また、第１反射鏡１と第２反射鏡２を一体化することによって、白色ＬＥＤ光源４から出射した光を第３反射鏡３に効率的に導くことができ、光学系の効率が向上する。
さらに、第３反射鏡３の断面形状をＺ方向とＹ方向で異ならせることによって、発光面の広がりによる光路のばらつきの影響を効率的に補正することができる。

以下、本発明について実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。
下記表１に示すように、各パラメータを所定値となるように設計した車両用前照灯（実施例１〜実施例１８、比較例１〜比較例４）を用いて光源を照射した場合の性能をシミュレーション結果を、下記表２に示す。このとき、各実施例及び比較例において以下に示す設計性能の評価を行った。

［小型化］
小型化の尺度として、発光面の面積に対する光学系が占める体積の比Ｒを用い、各実施例及び比較例についてＲの値を求めた。Ｒは以下のようにして算出し、その結果を表３に示した。
Ｒ＝Ｖ／Ｓ[ｍｍ]
Ｓ：発光面の面積[ｍｍ^２]
Ｖ：光学系の体積[ｍｍ^３]（光学系の体積は、光学系の横方向の最大長さ×縦方向の最大長さ×車両進行方向の最大長さ）
現行の白色ＬＥＤを用いたヘッドライトでは、Ｓ＝３[ｍｍ^２]、Ｖ＝１２０００００[ｍｍ^３]（横方向の最大長さ：２００[ｍｍ]、縦方向の最大長さ：６０[ｍｍ]、車両進行方向の最大長さ：１００[ｍｍ]）程度が一般的であり、Ｒ＝４０００００[ｍｍ]となる。本発明では、この６．４分の１であるＲ＜６２５００の場合を小型の光学系と定義する。これは、Ｓ＝４[ｍｍ^２]に対し、Ｖ＜２５００００[ｍｍ^３]（横方向の最大長さ：１００[ｍｍ]、縦方向の最大長さ：５０[ｍｍ]、車両進行方向の最大長さ[５０ｍｍ]に相当する。

［高性能］
白色ＬＥＤ光源の発光面積に対して小型な光学系でありながら高性能であるという点については、下記の尺度ηを用い、各実施例及び比較例についてηの値を求めた。ηは以下のようにして算出し、その結果を表３に示した。ここで一般的に要求される性能を満たすためにはη＞１．０Ｅ^−５であることが好ましい。
η＝光学系の効率／Ｒ
光学系の効率＝前方への出射光[Lumen]／光源からの出射光[Lumen]
前方：車両進行方向から横方向に±２０°以内、縦方向で−１０°〜０°以内とする。

表３の結果より、実施例１〜実施例１８は、比較例１〜比較例４に比べて小型化及び高性能の両立を図れることがわかる。

さらに、図６(a)，(b)に示すように、実施例１〜実施例１８及び比較例１〜比較例４の車両用前照灯から前方に１０ｍ離れた位置に、路面に垂直となるように仮想的なスクリーンを設け、車両用前照灯で照射した場合のシミュレーションを行なった。このときの出射光の配光分布を図７〜図２８に示した。なお、配光分布は１つの車両用前照灯を使用した場合である。
図７〜図２８の結果より、実施例１〜実施例１８は、比較例１〜比較例４に比べて明らかに配光分布が優れ、高性能であることが認められる。

１ 第１反射鏡
１a 長軸
１b 短軸
２ 第２反射鏡
３ 第３反射鏡
４ 白色ＬＥＤ光源
３１ 反射面
１００ 車両用前照灯
ｍ１ 第１延長線
ｍ２ 第１垂線
ｍ３ 第１水平線
ｍ４ 第１接線
ｍ５ 第２水平線
ｍ６ 第２垂線
ｍ７ 第４水平線
ｎ１ 第３水平線
ｎ２ 傾斜線
ｎ３ 第２接線
ｎ４ 第３接線
Ｐ１ 頂点
Ｐ２ 第１交点
Ｐ３ 第２交点
Ｐ４ 第３交点
Ｐ５ 第４交点
Ｐ６ 第５交点
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点
Ｆ３ 中心
Ｘ 車両進行方向
Ｙ 縦方向（地面と垂直な方向）
Ｚ 横方向（Ｘ方向及びＹ方向に対して直交する方向）

Claims (7)

1. 略半楕円球状の第１反射鏡と、略平面であって第１反射鏡の光軸と概ね平行で、その面内近傍に第１反射鏡の光軸が含まれるように前記第１反射鏡と組合わされた第２反射鏡と、第１反射鏡の略半楕円球状の第１焦点位置近傍に配置された白色ＬＥＤ光源と、第１反射鏡及び第２反射鏡よりも車両進行方向に対して後方に設けられて、横方向及び縦方向で断面の形状が異なる反射鏡であって下記式（１）及び式（２）を満たす第３反射鏡と、を備え、
   前記白色ＬＥＤ光源は面発光し、その発光面が下記式（３）を満たすように前記第１反射鏡の第１焦点近傍に配置されていることを特徴とする車両用前照灯。
   ５３°＜θａ１＜７４°…（１）
   １０．５°＜θａ２＜１８°…（２）
   （前記ＬＥＤ光源の発光面の中心と前記第１焦点の最短距離）^２＜前記ＬＥＤ光源の発光面積…（３）
   但し、θａ１は、第１反射鏡の楕円面の短軸方向から側面視した際の前記光源の発光面の中心を含む前記車両用前照灯の断面において、第１反射鏡の長軸から延長した第１延長線と、第３反射鏡の反射面のうち車両進行方向における頂点で接するとともに車両進行方向に対して縦方向に垂直な第１垂線と、が交差する点を第１交点とし、この第１交点から第３反射鏡の反射面に向けて車両進行方向に対して水平に延長した第１水平線と、第３反射鏡の反射面と、が交差する点を第２交点とした場合に、第２交点を含む反射面における第１接線と、車両進行方向に対して水平な第２水平線とがなす角度を表し、
   θａ２は、前記車両用前照灯を縦方向から上面視した際の前記第３反射鏡の反射面の頂点を含む断面において、白色ＬＥＤ光源の発光面の中心から車両進行方向に対して水平となるように前記第３反射鏡に向けて引いた線を前記断面上に投影した第３水平線とし、前記光源の発光面の中心を回転中心として前記断面上で、前記第３水平線を３０°回転させた線を傾斜線とし、前記傾斜線と前記第３反射鏡の反射面との交点を第３交点とし、前記第３交点を通る前記第３反射鏡の反射面の接線を第２接線、頂点を通る接線を第３接線とした場合に、前記第２接線と、前記第３接線とがなす角度を表す。
2. 前記第１反射鏡が下記の式（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
   １．５＜第１反射鏡の楕円面の長軸／短軸＜３．１…（４）
3. 前記第１反射鏡と前記第３反射鏡の横方向の最大長さの比が下記の式（５）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
   ０．２＜第１反射鏡の横方向の長さ／第３反射鏡の横方向の長さ＜０．５…（５）
4. 前記第１反射鏡と前記第３反射鏡の位置が、下記の式（６）及び式（７）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
   ０．４５＜Ｌｙ／（２ｆ・sin(θ)）＜０．８５…（６）
   ０．１６＜Ｌｚ／（２ｆ・cos(θ)）＜０．９…（７）
   但し、θは、第１反射鏡と第３反射鏡とを側方から見た場合における第３反射鏡の反射面の頂点を含む断面において、第１反射鏡の楕円面の第１焦点と第２焦点とを結ぶ直線と、車両進行方向に対して水平で前記第１焦点を含む第４水平線とのなす角度を表し、
   ｆは、第１反射鏡の楕円面の第１焦点又は第２焦点と、楕円面の中心との距離を表し、
   Ｌｙは、前記頂点から前記第４水平線までの距離を現し、
   Ｌｚは、前記第１反射鏡の楕円面の第２焦点から前記第４水平線に向けて引いた第２垂線が、前記第４水平線と交差する点を第４交点とし、前記第１垂線とが前記第４水平線と交差する点を第５交点とした場合に、前記第４交点と前記第５交点との距離を表す。
5. 前記第１反射鏡がアナモフィック非球面で定義されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
6. 前記第１反射鏡がｘｙ多項式で定義されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
7. 前記光源と、前記第１反射鏡と、前記第２反射鏡とは、下記の式（８）及び式（９）を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
   −１０°＜θｓ−θ＜１３°…（８）
   −１０°＜θｓ−θｐ＜１３°…（９）
   但し、θｓは、前記白色ＬＥＤ光源、第１反射鏡及び第２反射鏡とを側方から見た場合の前記白色ＬＥＤ光源の発光点の中心を含む断面において、前記第４水平線と、白色ＬＥＤ光源の発光面とのなす角度を表し、
   θｐは、前記の断面における前記第４水平線と、第２反射鏡の平面とのなす角度を表し、
   θは、前記第１反射鏡の楕円面の第１焦点と第２焦点とを結ぶ直線と、前記第４水平線とのなす角度を表す。

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