JP2011086580A

JP2011086580A - 車両用前照灯

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Publication number: JP2011086580A
Application number: JP2009240533A
Authority: JP
Inventors: Norikatsu Myojin; 紀勝明神
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP5486894B2

Abstract

【課題】複数の投影型光学ユニットで構成されたすれ違いビーム用光源ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンが形成される車両用前照灯において、運転者にとって視認性が良好で対向車にとって眩惑がなく、且つ薄型小型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することにある。
【解決手段】複数の光源からなる光源群６と投影レンズ７ａ〜７ｃにより投影型の光学系が形成された複数の光学ユニット４ａ〜４ｃを、互いに隣り合う光学ユニット同士が等角度となるように車幅方向に配置してすれ違いビーム用光源ユニット４を構成した。各光学ユニット４ａ〜４ｃで形成される夫々の配光パターンは投影レンズ７ａ〜７ｃの材質及びその曲率を変えることで設定され、それら配光パターンの合成によってすれ違いビーム用配光パターンが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用前照灯に関するものであり、詳しくは、半導体発光素子を発光源とする複数の光学ユニットによりロービーム（すれ違いビーム）用配光パターンを形成する車両用前照灯に関する。

従来、この種の車両用前照灯には、図１１〜図１５に示す構成のものが提案されている。

そのうち図１１のものは、互いに平行に並設された複数のプロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２とリフレクタ型の光学ユニット５３の組み合わせで構成され、各光学ユニット５０〜５３で形成される夫々の配光パターンの重畳により垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインと走行車線側の斜めカットオフラインを有するロービーム（すれ違いビーム）配光パターンを形成するものである。

具体的には、プロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２により水平カットオフライン、斜めカットオフライン及び両カットオフライン近傍の高照度領域を形成し、リフレクタ型の光学ユニット５３により広範囲に亘る照射領域を形成している（例えば、特許文献１参照。）。

また図１２のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット６０〜６３が互いに所定の角度を持って配設され、各光学ユニット６０〜６３で形成される夫々の配光パターンの合成により曲路用配光パターンを形成するものである。

この場合、各光学ユニット６０〜６３はいずれも夫々の光軸Ｚ６０〜Ｚ６３に対して略同一の配光パターンを有しており、所定のピッチを保って形成された各配光パターンの光量制御を夫々独立して行うことにより照射範囲を変えることなくホットゾーンの位置のみを変えることができるものである（例えば、特許文献２参照。）。

また図１３のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット７０〜７４をブラケット７５に回動可能に保持し、車両の走行状況に応じて回動する各光学ユニット７０〜７４により照射光の照射方向や照射範囲を追従変化させるＡＦＳを構成するものである（例えば、特許文献３参照。）。

また図１４のものは、夫々発光素子８０を備えたリフレクタ８１からなる複数の光学ユニット８２〜８６の該リフレクタ８１の前方に車幅方向に延びるシリンドリカルレンズ８７が配設され、各光学ユニット８２〜８６からの照射光によりシリンドリカルレンズ８７を介して配光パターンを形成するものである。

このとき、光学ユニット８２〜８６のうち互いに平行に並設された光学ユニット８４〜８６により水平カットオフライン、斜めカットオフライン及び両カットオフライン近傍の高照度領域が形成され、互いに所定の角度を持って配設された光学ユニット８２、８３により走行車線側に大きく広がる照射領域が形成されている（例えば、特許文献４参照。）。

また図１５のものは、複数のプロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３と複数のリフレクタ型の光学ユニット９４、９５によって構成され、車両の正面方向に向けて配設されたプロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３により配光パターンの水平カットオフライン及び斜めカットオフラインが形成され、互いに所定の角度を持って車幅方向側方側に向かって配設されたリフレクタ型の光学ユニット９４、９５により水平カットオフラインの下方近傍から車幅方向外側に延びる横長の配光パターンが形成される。

これにより、車体後方へ回り込んだ形状の車両用灯具であっても薄型化が可能であると共に、各光学ユニットからの照射光が隣接する光学ユニットに遮蔽されることがないために光利用効率が良好で照射範囲の広い配光パターンを形成することができる（例えば、特許文献５参照。）。

特開２００８−１３０１４号公報特開２００６−１７２８２９号公報特開２００７−５１８２号公報特開２００５−２９４１７６号公報特開２００５−１４１９１９号公報

半導体発光素子を発光源とする車両用前照灯（特に、ロービーム用配光パターンを形成する車両用前照灯）は、法規で規定された配光規格を満足させるためにリフレクタやレンズを用いて半導体発光素子からの出射光の配光制御が行われる。

例えば、リフレクタとレンズの組み合わせにより配光制御を行う、所謂プロジェクタ型の光学ユニットは前照灯の薄型化に伴う厚み（車両に搭載したときの奥行方向の厚み）制限により発光源とレンズとの距離に制約が加わり、車両前方の左右４０°程度の範囲しか照射することができない。そのため、車両前方の遠方を高照度で照らすには適しているが、車両前方の横方向の照明には適するものとはいえない。一方、主にリフレクタにより配光制御を行う、所謂リフレクタ型の光学ユニットは広範囲の照明が可能であるが配光パターンの各カットオフラインを形成することが困難である。

そこで、特許文献１に記載された車両用前照灯は、プロジェクタ型の光学ユニット５０〜５２とリフレクタ型の光学ユニット５３とを組み合わせることにより夫々の利点を生かした前照灯を実現したものである。

しかしながら、このような構成の前照灯は、プロジェクタ型とリフレクタ型の異なる形状の光学ユニットで構成されるため車両前方から前照灯を観視したときのデザインに違和感を感じる人もある。また、リフレクタ型の光学ユニット５３は非点灯時に光源が直接見えるため、光源が半導体発光素子と蛍光体とで構成された場合に蛍光体色の黄色部分が目立って見え、見栄えの悪いものとなってしまう。つまり、前照灯としては意匠性に乏しいものとなってしまう。

また、特許文献２に記載された車両用前照灯は、前照灯を構成する複数の光学ユニット６０〜６３の夫々がほぼ同一の配光パターンを有しているため、すれ違いビーム配光パターンに特有のエルボーや種々のカットオフラインを形成することが不可能である。更に、各光学ユニット６０〜６３が所定の角度を持って配設されているため、各光学ユニット６０〜６３からの光は上限垂直線ＶＵ−ＶＤに対して前方右方向に、例えば夫々１０°、１５°、２０°、３０°、４０°の角度で照射される。

そのため、互いに隣接して配設された光学ユニット６０〜６３の照射光で形成される夫々の配光パターンを結ぶ中間部に低輝度領域が生じることになり、前照灯の配光パターンとしては高輝度領域と低輝度領域が交互に存在する輝度むらを有するものとなってしまう。

また、特許文献３に記載された車両用前照灯は、車両の走行状況に応じて照射光の照射方向や照射範囲を変化させるため、常時広範囲を照射することは不可能である。

また、特許文献４に記載された車両用前照灯は、夫々発光素子８０を備えたリフレクタ８１からなる複数の光学ユニット８２〜８６と１つのシリンドリカルレンズ８７により構成されているため、各光学ユニット８２〜８６からの出射光の配光を１つのシリンドリカルレンズ８７で個別に制御することは不可能であり、前照灯としての所望の配光パターンを自在に得ることができない。

また、特許文献５に記載された車両用前照灯は、プロジェクタ型の光学ユニット９０〜９３とリフレクタ型の光学ユニット９４、９５とで構成されるため、特許文献１と同様に意匠性に乏しいものとなってしまう。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、夫々半導体発光素子を発光源とする略同一形状の複数の光学ユニットで構成し、車両の左右方向を広範囲に亘って高輝度で且つ輝度むらの少ない照射光で照射すると共に、すれ違いビーム配光パターンに特有のエルボーや種々のカットオフラインを明瞭に形成することが可能な薄型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、光源と前記光源から出射された光の光路を制御して前方に投影する投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットが構成され、前記複数の光学ユニットは、車両の車幅方向に、互いに隣り合う光学ユニット同士が前記車幅方向に対して所定の角度をなすように配置され、前記複数の光学ユニットのうち少なくとも、車両の最も中央側に位置する第１の光学ユニットは前記車両の前後方向に沿った中心線と略平行に向き且つ車幅方向の照射範囲が最も狭く、前記第１の光学ユニットの隣に位置する第２の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第１の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広く、前記複数の光学ユニットのうち、少なくとも１つの光学ユニットは、ＰＭＭＡ樹脂で形成された投影レンズを備え、少なくとも１つの光学ユニットは、ＰＭＭＡ樹脂よりも屈折率の高い部材で形成された投影レンズを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第１の光学ユニットはＰＭＭＡ樹脂で形成された投影レンズを備え、前記第２の光学ユニット及び前記第３の光学ユニットはポリカーボネート樹脂で形成された投影レンズを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２のいずれか１項において、前記第１の光学ユニットの投影レンズは前記第２の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さく、前記第２の光学ユニットの投影レンズは前記第３の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さいことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１又は２のいずれか１項において、前記互いに隣り合う光学ユニット同士は、車両の側方側に位置する光学ユニットが車両の中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項４において、前記互いに隣り合う光学ユニット同士の投影レンズは、車両の側方側に位置する光学ユニットの投影レンズが車両の中央側に位置する光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さくないことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記複数の光学ユニットにおいて、互いに隣り合う光学ユニット同士が車幅方向に対してなす角度は全て略同一であることを特徴とするものである。

本発明の車両用前照灯は、光源と異なる材料で形成された投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットを構成し、互いに隣り合う光学ユニット同士が所定の角度を有し且つ車両の測方側に位置する光学ユニットが中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くならないような配置とした。

その結果、運転者にとって視認性が良好で対向車にとって眩惑がなく、且つ小型薄型で意匠性に優れた車両用前照灯を提供することができた。

本発明に係る実施形態の斜視図である。光源の説明図である。屈折率のグラフである。透過率のグラフである。光学ユニットの説明図である。光学ユニットによる投影図である。スクリーン上に投影されたすれ違い配光パターンを示す図である。光学ユニットの説明図である。光学ユニットの説明図である。図９のＡ矢視図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１０を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。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、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の車両用前照灯（以下、前照灯と略称する）の斜視図である。以下に説明する前照灯は、車両の左右に搭載された一対の前照灯のうち、左側通行の車両の、運転手から見て左側に位置する前照灯とする。

前照灯３０の基本構成は図１に示すように、ハウジング１とアウターレンズ２で囲まれた内部空間３にすれ違いビーム（ロービーム）用光源ユニット４と走行ビーム（ハイビーム）用光源ユニット５が配設されている。このうち、すれ違いビーム用光源ユニット４は第１の光学ユニット４ａ、第２の光学ユニット４ｂ及び第３の光学ユニット４ｃからなる３つの光学ユニットで構成され、走行ビーム用光源ユニット５は第５の光学ユニット５ａからなる１つの光学ユニットで構成されている。
る。

そして、３つの光学ユニット４ａ〜４ｃで構成されたすれ違いビーム用光源ユニット４によってすれ違いビーム用配光パターンが形成され、１つの光学ユニット５ａで構成された走行ビーム用光源ユニット５によって走行ビーム用配光パターンが形成される。

そのうち、光学ユニット４ａ〜４ｃは、夫々複数の光源（本実施形態では４つの光源６ａ〜６ｄ）からなる光源群６と該光源群６からの出射光の光路制御を行って前方に投影する投影レンズ７ａ〜７ｃとの組み合わせにより光学系が構成されている。

光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄは、例えば図２に示すように、半導体発光素子８を発光源とし、基材９上に実装された各半導体発光素子８の上面（光出射面）を覆うように封止樹脂１０が配設されている。本実施形態においては半導体発光素子８として例えばＬＥＤ素子が用いられ、封止樹脂１０として例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が用いられる。

また、前照灯の照射光として半導体発光素子８の光源光とは異なる色調の光（例えば、白色光）を得る場合は、透光性樹脂に１種あるいは複数種の蛍光体を分散してなる封止樹脂１０により半導体発光素子８の光出射面を樹脂封止することもある。

図１に戻って、投影レンズ７ａ〜７ｃは透明樹脂材料で形成され、そのうち投影レンズ７ａはメタクリル樹脂またはＰＭＭＡ樹脂（以下、ＰＭＭＡ樹脂とする）、投影レンズ７ｂ、７ｃはポリカーボネート樹脂で形成されている。投影レンズ７ａと投影レンズ７ｂ、７ｃを異なる種類の樹脂で形成したのは、光学ユニット４ａ〜４ｃの夫々に求められる光学特性を良好に実現するためである。

そこで、ＰＭＭＡ樹脂とポリカーボネート樹脂の光学特性を比較すると、複屈折については、例えば、円板状の部材において複屈折値をΔｎ、光学弾性係数をｃ、部材の半径方向に生じる応力をσ_１、σ_１に垂直な方向に生じる応力をσ_２、光路長をｔとすると、複屈折値Δｎ＝ｃ（σ_１−σ_２）ｔで表わされ、光学弾性係数ｃはＰＭＭＡが−５．９×１０^−７、ポリカーボネートが７１×１０^−７である。つまり、複屈折はＰＭＭＡ樹脂がポリカーボネート樹脂よりもはるかに小さい。

また、色収差については、屈折率の波長依存性を比較すると図３にあるように、可視領域の短波長４５５ｎｍの光に対する屈折率はＰＭＭＡが１．５００、ポリカーボネートが１．６０３であり、可視領域の長波長６８０ｎｍの光に対する屈折率はＰＭＭＡが１．４８８、ポリカーボネートが１．５７７である。よって、４５５ｎｍの光に対する屈折率と６８０ｎｍの光に対する屈折率の差はＰＭＭＡが０．０１２、ポリカーボネートが０．０２６である。つまり、屈折率差はポリカーボネートがＰＭＭＡの２倍以上である。これより、色収差はＰＭＭＡ樹脂がポリカーボネート樹脂よりもはるかに小さい。

また、透過率については、図４にあるように、ＰＭＭＡは波長依存性が小さく４５０〜８００ｎｍの波長領域に亘って約９０％の透過率を有するのに対し、ポリカーボネートは波長依存性が大きく、４５０〜８００ｎｍの波長領域において約８０〜９０％の透過率の変化を有している。

そこで、後述するような、配光パターンのホットゾーン及びカットオフラインを形成する光学ユニット４ａの投影レンズ７ａを、カットオフを明瞭にし、かつ高照度帯の配光精度を高めるために複屈折及び色収差が小さく、且つ波長依存性が小さく透過率の大きいＰＭＭＡ樹脂で形成した。

同様に後述するような、広い照射範囲からなる配光パターンを形成する光学ユニット４ｂ、４ｃの夫々の投影レンズ７ｂ、７ｃを、ポリカーボネート樹脂で形成した。

この場合、上述したようにポリカーボネート樹脂は透過率に波長依存性があり、且つブルーイングが施されているため、同一の光源を用いると、光学ユニット４ａからの出射光と光学ユニット４ｂ、４ｃからの出射光との間に色調の差が生じてしまい、光学ユニット４ａで形成される配光パターンと光学ユニット４ｂ、４ｃで形成される配光パターンが異なる色調となり、運転者にとって違和感を感じるものとなる。

そこで、このような違和感を感じさせないように、光学ユニット４ａと光学ユニット４ｂ、４ｃの夫々から出射される光の色調を合わせるようにした。具体的には、光学ユニット４ａの光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄの夫々の封止樹脂１０に分散される蛍光体と光学ユニット４ｂ、４ｃの光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄの夫々の封止樹脂１０に分散される蛍光体の量を変え、光学ユニット４ａの各光源６ａ〜６ｄの光源光の色度をｘ：０．３１１、ｙ：０．３１２とし、光学ユニット４ｂ、４ｃの各光源６ａ〜６ｄの光源光の色度をｘ：０．３１５、ｙ：０．３１７とした。その結果、光学ユニット４ａ、４ｂ、４ｃからはほぼ同じ色調の出射光が得られるようになり、違和感のない配光パターンが得られるようになった。

一方、ポリカーボネートはＰＭＭＡに対して耐熱性が高いという有利な特性を備えており、この特性を利用して光学ユニット４ａの各光源６ａ〜６ｄを５Ｗの電力で駆動するのに対し光学ユニット４ｂ、４ｃの各光源６ａ〜６ｄを１０Ｗの電力で駆動するようにした。

このように、光学ユニットを異なる駆動電力により駆動したことで、例えば、光源６ａ〜６ｄ点灯時の投影レンズ７ａの温度は９０℃、投影レンズ７ｂ、７ｃの温度は１００℃でいずれも長時間点灯においても変形を生じない温度範囲で広い照射範囲からなる配光パターンを形成する光学ユニット４ｂ、４ｃからの出射光量の増大を図ることが可能となった。

投影レンズ７ａ〜７ｃは両面（対向する面）が互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２を有し、一方の三次元自由曲面１１にはアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１３による反射面１３ａが形成されると共に反対側の三次元自由曲面１２は全反射面１２ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面を兼ねている。

このとき、各三次元自由曲面１１、１２は、いずれも互いに直交する方向の曲率が大きく異なり、三次元自由曲面１１と三次元自由曲面１２の曲率が大きい方向（曲率が小さい方向）同士は略同一方向となっている。

次に、夫々の光学ユニット４ａ〜４ｃの光源群６を構成する各光源６ａ〜６ｄと投影レンズ７ａ〜７ｃとの位置関係及びそれらによる光路形成について図５（断面図）および図６（投影図）を参照して説明する。なお、各光学ユニット４ａ〜４ｃは後述するように夫々異なる配光パターンを形成するようにレンズ設計されている。そこで本説明では、３つの光学ユニット４ａ〜４ｃのうち、前照灯の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン２０上に投影される配光パターンが、少なくとも３つのカットラインを有する第１の配光パターン２１ａとなる第１の光学ユニット４ａを用いる。

図５より、両面を互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２とする投影レンズ７ａの、反射膜１３が設けられた側の前記投影レンズ７ａの中央部に所定の配置で複数の光源６ａ〜６ｄが配設されており、それら光源６ａ〜６ｄの近傍に該光源６ａ〜６ｄを覆うように投影レンズ７ａの光入射面１４が位置している。光源６ａ〜６ｄは投影レンズ７ａの三次元自由曲面１１、１２の曲率が大きい方向と同一方向Ｘに略直線状に配設されている。

そこで、例えば、光源６ａの一点から出射した光線Ｌ１は投影レンズ７ａの光入射面１４から投影レンズ７ａ内に入射し、投影レンズ７ａ内を導光されて三次元自由曲面１２に至る。投影レンズ７ａよりも屈折率が小さい大気との界面を形成する三次元自由曲面１２に投影レンズ７ａ側から入射した光線Ｌ１は、該三次元自由曲面１２に対する入射角θが臨界角以上の角度となるため三次元自由曲面１２が全反射面１２ａとなって全反射されて投影レンズ７ａ側に戻る。

投影レンズ７ａ側に戻った光線Ｌ１は三次元自由曲面１１側に向けて投影レンズ７ａ内を導光され、三次元自由曲面１１を介して反射膜１３による反射面１３ａに至り、反射面１３ａで反射されて三次元自由曲面１１を介して再度投影レンズ７ａ側に戻る。

投影レンズ７ａ側に戻った光線Ｌ１は三次元自由曲面１２側に向けて投影レンズ７ａ内を導光され、三次元自由曲面１２を光出射面１２ｂとして該光出射面１２ｂで屈折されて投影レンズ７ａ外に出射される。この出射光線Ｌ１により、図６のような第１の配光パターン２１ａの部分Ａが形成される。

このように、光源６ａから出射して投影レンズ７ａに入射した光線Ｌ１は、投影レンズ７ａ内を導光されて該投影レンズ７ａの光出射面１２ｂから外部に出射されて仮想鉛直スクリーン２０上の所定の位置Ａに至るまでの光路中で、投影レンズ７ａの全反射面１２ａによる全反射及び反射膜１３の反射面１３ａによる反射の２回の反射と、投影レンズ７ａの光出射面１２ｂによる１回の屈折が行われる。

つまり、光線Ｌ１の光路は、投影レンズ７ａの全反射面１２ａと光出射面１２ｂ、及び反射膜１３の反射面１３ａの夫々における光線Ｌ１の到達点の極小面の方向によって制御される。

そこで、光学ユニット４ａの光源群６からの光で仮想鉛直スクリーン２０上に図６に示す第１の配光パターン２１ａを形成するために、光源群６の光出射面全面から所定範囲内の方向に向けて出射される光線の一本一本についてその光線が形成する配光パターン２１ａの部分を設定し、その設定に基づく三次元の光線追跡計算によって光路中における投影レンズ７ａの全反射面１２ａと光出射面１２ｂ、及び反射膜１３の反射面１３ａの夫々の到達点の極小面の方向を算出する。但し、全反射面１２ａと光出射面１２ｂは同一面であることが光線追跡計算の要件として設定される。

そして、光源群６からの全光線の光線追跡計算で得られた夫々の極小面を繋ぎ合せることにより、投影レンズ７ａの、全反射面１２ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面を兼ねる三次元自由曲面１２及び反射膜１３の反射面１３ａが接する三次元自由曲面１１の形状が得られる。

同様の手法によって、第２の光学ユニット４ｂ及び第３の光学ユニット４ｃについても、図７（ａ）に示すように夫々第２の配光パターン２１ｂ及び第３の配光パターン２１ｃが形成されるように光学設計がなされる。

そこで、各配光パターン２１ａ〜２１ｃを比較すると、配光パターン２１ａは垂直基準線Ｖの走行車線側の水平カットオフラインＣＬ１と斜めカットオフラインＣＬ２、及び、垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインＣＬ３を有しており、配光パターン２１ｂ及び配光パターン２１ｃはいずれも斜めカットオフラインを有しないフラットな配光パターンを形成している。車両の車幅方向に対する照射範囲は第３の光学ユニット４ｃによる配光パターン２１ｃが最も広く、以下、第２の光学ユニット４ｂによる配光パターン２１ｂ及び第１の光学ユニット４ａによる配光パターン２１ａの順に広くなっている。

つまり、各光学ユニットの車幅方向に対する照射範囲は、前照灯の車両側方側に位置する光学ユニットほど広範囲とされている。

それと同時に、第２の光学ユニット４ｂによる配光パターン２１ｂ及び第３の光学ユニット４ｃによる配光パターン２１ｃの夫々の水平カットオフラインＣＬ４が第１の光学ユニット４ａによる配光パターン２１ａの水平カットオフラインＣＬ３の下方に位置するように設定されている。

これにより、複屈折が大きいポリカーボネート樹脂で形成された投影レンズ７ｂを有する第２の光学ユニット４ｂによって形成された配光パターン２１ｂ、及び投影レンズ７ｃを有する第３の光学ユニット４ｃによって形成された配光パターン２１ｃの夫々の水平カットオフラインＣＬ４が複屈折及び色収差によってぼけ、それによってＰＭＭＡ樹脂で形成された投影レンズ７ａを有する第１の光学ユニット４ａによって形成された配光パターン２１ａの明瞭な明暗境界線からなる水平カットオフラインＣＬ３がぼけるといった不具合が生じることがないように考慮されている。

この照射範囲の設定は上述のように、主に投影レンズの全反射面と光出射面の２つの光学機能面を兼ねる三次元自由曲面１２の車幅方向の曲率を変えることにより行われ、照射範囲の広い光学ユニットほど光出射面１２ｂの曲率を大きくしている。つまり、各光学ユニットの三次元自由曲面１２の車幅方向の曲率は、前照灯の車両側方側に位置する光学ユニットほど大きく設定されている。

また、各光学ユニット４ａ〜４ｃは、互いに隣り合う光学ユニット同士が所定の角度を保って配設されており、各光学ユニット４ａ〜４ｃの夫々の光軸をＺａ〜Ｚｃとすると、車両の前後方向に沿った中心線Ｚの方向に対して車両の幅方向の側方側に向かってＺａは０、Ｚｂはα、Ｚｃは２αの角度をなしている（図１参照）。

つまり、光学ユニット４ａは車両の正面を向き、各光学ユニット４ａ〜４ｃのうちの互いに隣り合う光学ユニット同士はいずれも車両の幅方向の測方側に向かってαの角度を保って配置されている。

また、各光学ユニット４ａ〜４ｃが形成する配光パターン２１ａ〜２１ｃの夫々の中央側端部を形成する照射光は、各光学ユニット４ａ〜４ｃの配置方向及び照射範囲の違いに基づいて、該光学ユニット４ａ〜４ｃの夫々から車両の中心線Ｚの方向に対して略同一角度となるように設定されている。

これにより、仮想鉛直スクリーン２０上に形成される配光パターン２１ａ〜２１ｃの夫々の中央側端部は垂直基準線Ｖに平行な略直線Ｖ１上に位置している。

更に、各配光パターン２１ａ、２１ｂ〜２１ｃは、垂直基準線Ｖの対向車線側の照射光が対向車を眩惑しないように少なくとも水平カットオフラインＣＬ３、ＣＬ４が水平基準線Ｈの下側に位置し、特に配光パターン２１ａは水平カットオフラインＣＬ３の高さが水平基準線Ｈの下側で一致するように調整されている。ここでいう一致とは、本発明の前照灯の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン２０上で、垂直基準線Ｖ（０°）に対して対向車線側の１．５°、２．５°、３．５°の各直線上において高さ方向に０．０５°間隔で前照灯の光度を測定したときに、各測定値から得られるＧ値が最大となる高さが一致することを意味する。

ここで、Ｇ値とはカットオフラインの定義として使用され、スクリーン光度の垂直断面を切ったときの各ポイントでの傾きを表し、以下の式で表わされる。
Ｇ＝（ｌｏｇＥ_β−ｌｏｇＥ_{（β＋０．１°）}） β：垂直角度（°）
Ｇが大きいほどカットオフラインが明瞭であることを示す。

このように、各光学ユニット４ａ〜４ｃが形成する配光パターン２１ａ〜２１ｃを合成することによりすれ違いビーム用配光パターン２１が形成される。この場合のすれ違いビーム用配光パターン２１からわかるように、第１の光学ユニット４ａで形成された第１の配光パターン２１ａの一部を覆うように第２の光学ユニット４ｂで形成された第２の配光パターン２１ｂが位置し、第１の光学ユニット４ａで形成された第１の配光パターン２１ａの一部及び第２の光学ユニット４ｂで形成された第２の配光パターン２１ｂを覆うように第３の光学ユニット４ｃで形成された第３の配光パターン２１ｃが位置しており、各光学ユニット４ａ〜４ｃ毎の照射範囲の違いによる明暗差を運転者に感じさせることがなく、運転者にとって違和感のない、照射領域の広い、視認性の良好な前照灯を実現することが可能となる。

また、光学ユニット４ａにより形成される配光パターン２１ａは垂直基準線Ｖの走行車線側の水平カットオフラインＣＬ１と斜めカットオフラインＣＬ２、及び、垂直基準線Ｖの対向車線側の水平カットオフラインＣＬ３を有すると共に光学ユニット４ｂ、４ｃにより形成される配光パターン２１ｂ、２１ｃはいずれも垂直基準線Ｖの走行車線側及び対向車線側の両側にまたがる水平カットオフラインＣＬ４を有しており、明瞭な明暗境界線からなる水平カットオフラインＣＬ３に対して多少ぼけた水平カットオフラインＣＬ４をその下方に位置するように設定されている。そのため合成配光パターンからなるすれ違いビーム用配光パターン２１は各カットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３の夫々が明瞭に形成され、特に垂直基準線Ｖの対向車線側は配向パターンの上限が所定の位置に設定されて対向車を眩惑することのない前照灯を実現することが可能となっている。

走行ビーム用光源ユニット５を構成する第５の光学ユニット５ａは、光学ユニット４ａ〜４ｃと同様に投影型の光学ユニットであり、図８のように、光源４０と、該光源４０を囲むように配置された反射面を有するリフレクタ４１と、前記リフレクタ４１前方に位置する投影レンズ４２と、該投影レンズ４２を支持するレンズホルダ４３を備えている。これにより、走行ビーム用配光パターンが形成される。

なお、第５の光学ユニット５ａは、前照灯を構成する他の光学ユニット４ａ〜４ｃよりも車両中央側に位置し、その光軸Ｚｅは車両の前後方向に沿った中心線Ｚの方向と略同一方向を向いている（図１参照）。

図７（ｂ）に示す配光パターンは、運転手から見て右側に位置する前照灯で形成される配光パターンを示したものである。

この場合、４つの光学ユニットは図示しないが、上述の前照灯における光学ユニットを車両の前後方向に沿った中心線Ｚに対して対称に配置した構成とされており、車両中央側に１つの光学ユニットで構成された走行ビーム用光源ユニットが位置し、その側方側に３つの光学ユニットで構成されたすれ違いビーム用光源ユニットが位置している。

そして、すれ違いビーム用光源ユニットを構成する各光学ユニットが形成する配光パターン２２ａ〜２２ｃを合成することによりすれ違いビーム用配光パターン２２が形成され、走行ビーム用光源ユニットを構成する光学ユニットにより走行ビーム用配光パターン（図示せず）が形成される。

ところで、これまでの説明では、すれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットは３つの光学ユニットからなる構成としたが、必ずしもこの構成数に限られるものではなく、複数の光学ユニットで構成することにより本発明の実施が可能となる。

ところで、すれ違いビーム用光源ユニット４を構成する光学ユニット４ａ〜４ｃの夫々の投影レンズ７ａ〜７ｃは上述の形状あるいは構成に限られるものではなく、種々のものが考えられる。

例えば、図９及び図１０（図９のＡ矢視図）のように、投影レンズ７が両面（対向する面）が互いに外側に向かって凸状に湾曲した三次元自由曲面１１、１２を有するものとし、一方の三次元自由曲面１１にはアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１３による反射面１３ａが形成されると共に、反対側の三次元自由曲面１２には同様にアルミニウム等の反射材料を蒸着法等の方法で成膜してなる反射膜１５による反射面１５ａと光出射面１２ｂの２つの光学機能面が分離して形成されているものとしてもよい。

光源６ａ〜６ｄで構成された光源群６は投影レンズ７の下方に位置し、光源６ａ〜６ｄから出射して投影レンズ７の斜め下方向から光入射面１４を介して投影レンズ７内に入射した光線Ｌ１は、投影レンズ７内を導光されながら順次反射面１５ａ及び反射面１３ａに反射されて光出射１２ｂから外部に出射される。

つまり、上述の投影レンズ７における三次元自由曲面１２の全反射面１２ａを本投影レンズ７における三次元自由曲面１２の反射膜１５による反射面１５ａに置き換えたものであり、全反射面１２ａ及び反射面１５ａのいずれも光の反射機能を持たせたことに変わりはない。したがって、この投影レンズ７による配光パターンの形成手法は上述の投影レンズ７による配光パターンの形成手法と光学的には同じである。

また、このような形状及び構成の投影レンズ７に対して、反射膜１５による反射面１５ａの替わりに反射膜を用いない、臨界角に起因する全反射面とすることも可能である。

以上説明したように本発明の車両用前照灯は、夫々半導体発光素子を発光源とする光源と投影レンズにより投影型の光学系が形成された複数の光学ユニットによって、すれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットを構成した。

そして、各光学ユニットは該光学ユニットを構成する投影レンズの三次元自由曲面からなる表面の曲率を変えることにより夫々所望の配光パターンを形成すると共に、互いに隣り合う光学ユニット同士を所定の等角度を保った状態で配置するようにした

その結果、各光学ユニットの厚みを薄くすることができたことにより互いに隣り合う光学ユニット同士を狭い間隔で且つ大きな角度をもって配置することが可能となり、薄型小型で且つ投影型でありながら車両の左右方向を広範囲に亘って高輝度で且つ輝度むらの少ない照射光で照射できる車両用前照灯が実現できた。

また、複数の投影型の光学ユニットが夫々等角度をもって配置されると共に、各光学ユニットの投影レンズが車両の中央部から側方側に位置するにつれて曲率を大きくなるように設定されており、各光学ユニット及び各投影レンズの規則的な配置による優れた意匠性を実現している。

更に、車両の最も中央側に位置する光学ユニットの照射範囲を狭くして高光度化を図ると共に外側に位置するにつれて照射範囲を広くして光束拡散化を図り、同時に各光学ユニットで形成される夫々の配光パターンのカットオフライン同士を略同一線上に位置させている。そのため、各光学ユニットで形成された配光パターンを合成して得られたすれ違いビーム用配光パターンは対向車にとって眩惑がなく且つ運転者にとって遠方及び広範囲の視認性が良好なものとなる。

１ハウジング
２アウターレンズ
３内部空間
４すれ違いビーム（ロービーム）用光源ユニット
４ａ第１の光学ユニット
４ｂ第２の光学ユニット
４ｃ第３の光学ユニット
５走行ビーム（ハイビーム）用光源ユニット
５ａ第５の光学ユニット
６光源群
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ光源
７投影レンズ
７ａ、７ｂ、７ｃ投影レンズ
８半導体発光素子
９基材
１０封止樹脂
１１三次元自由曲面
１２三次元自由曲面
１２ａ全反射面
１２ｂ光出射面
１３反射膜
１３ａ反射面
１４光入射面
１５反射膜
１５ａ反射面
２０仮想鉛直スクリーン
２１すれ違いビーム用配光パターン
２１ａ第１の配光パターン
２１ｂ第２の配光パターン
２１ｃ第３の配光パターン
２２すれ違いビーム用配光パターン
２２ａ第１の配光パターン
２２ｂ第２の配光パターン
２２ｃ第３の配光パターン
３０車両用前照灯
４０光源
４１リフレクタ
４２投影レンズ
４３レンズホルダ

Claims

光源と前記光源から出射された光の光路を制御して前方に投影する投影レンズを備えた複数の投影型の光学ユニットによりすれ違いビーム用配光パターンを形成するすれ違いビーム用光源ユニットが構成され、
前記複数の光学ユニットは、車両の車幅方向に、互いに隣り合う光学ユニット同士が前記車幅方向に対して所定の角度をなすように配置され、前記複数の光学ユニットのうち少なくとも、車両の最も中央側に位置する第１の光学ユニットは前記車両の前後方向に沿った中心線と略平行に向き且つ車幅方向の照射範囲が最も狭く、前記第１の光学ユニットの隣に位置する第２の光学ユニットは前記中心線に対して側方側を向き且つ前記第１の光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が広く、前記複数の光学ユニットのうち、少なくとも１つの光学ユニットは、ＰＭＭＡ樹脂で形成された投影レンズを備え、少なくとも１つの光学ユニットは、ＰＭＭＡ樹脂よりも屈折率の高い部材で形成された投影レンズを備えていることを特徴とする車両用前照灯。
前記第１の光学ユニットはＰＭＭＡ樹脂で形成された投影レンズを備え、前記第２の光学ユニット及び前記第３の光学ユニットはポリカーボネート樹脂で形成された投影レンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
前記第１の光学ユニットの投影レンズは前記第２の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さく、前記第２の光学ユニットの投影レンズは前記第３の光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さいことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
前記互いに隣り合う光学ユニット同士は、車両の側方側に位置する光学ユニットが車両の中央側に位置する光学ユニットよりも車幅方向の照射範囲が狭くないことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の車両用前照灯。
前記互いに隣り合う光学ユニット同士の投影レンズは、車両の側方側に位置する光学ユニットの投影レンズが車両の中央側に位置する光学ユニットの投影レンズよりも光出射面の車幅方向の曲率が小さくないことを特徴とする請求項４に記載の車両用前照灯。
前記複数の光学ユニットにおいて、互いに隣り合う光学ユニット同士が車幅方向に対してなす角度は全て略同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用前照灯。