JP2011100692A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】左右一組の前照灯で傾斜カットオフラインを有するロービーム用配光パターンを形成する。
【解決手段】車両用前照灯１０は、水平カットオフラインと、所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインと、を有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影する。発光素子１２は、水平線に対して傾斜角に等しい角度だけ傾けて配置される。透光部材２０は、発光素子１２が配置される車両後方側に略回転放物面形状の後面２０ｂを有するとともに、車両前方側に略平面形状の前面を有する。前面反射部は、光源から発せられた光を後面に内面反射させるように前面上に形成される。後面反射部は、前面反射部により反射された光を車両前方への出射光として反射させるように後面上に形成される。透光部材の後面は、出射光が傾斜カットオフラインを形成するように構成される第１領域と、出射光が水平カットオフラインを形成するように構成される第２領域とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光をリフレクタで拡散反射させる車両用前照灯に関する。

従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を用いた光源からの光をリフレクタで拡散反射させて、上端部に所定のカットオフラインを有するロービーム用配光パターンを形成するように構成された車両用前照灯が知られている。特許文献１では、それぞれが異なる部分配光パターンを形成する灯具ユニットを複数組み合わせることで、ロービーム用配光パターンを形成する車両用前照灯が開示されている。

特開２００５−１１７０４号公報

上述の特許文献１では、複数の灯具ユニットが必要となるので、製造コストや設置の手間の点で問題となる。

本発明は上述の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、左右一組の前照灯で傾斜カットオフラインを有するロービーム用配光パターンを形成可能な車両用前照灯を提供することにある。

本発明のある態様は、車両用前照灯である。車両用前照灯は、水平カットオフラインと水平カットオフラインに対して所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインとを有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影し、水平線に対して傾斜角に等しい角度だけ傾けて配置される光源と、車両後方側に略回転放物面形状の後面を有するとともに、車両前方側に略平面形状の前面を有する透光部材と、光源から発せられた光を後面に内面反射させるように透光部材の前面上に形成される前面反射部と、前面反射部により反射された光を車両前方への出射光として反射させるように透光部材の後面上に形成される後面反射部と、を備える。そして、後面反射部は、出射光が傾斜カットオフラインを形成するように構成される第１領域と、出射光が水平カットオフラインを形成するように構成される第２領域とを有する。

この態様によると、車両用前照灯の光源自体を水平線に対して傾けることで、配光パターンの全体が同様に傾斜することになるので、傾斜カットオフラインを容易に形成することができる。このため、後面反射部において傾斜カットオフライン形成用の第１領域を確保しやすくなり、傾斜カットオフラインを鮮明に形成することができる。

第１領域は、当該車両用前照灯を正面から見たとき、光源を内側に含むとともに水平線に対して傾斜角に等しい角度だけ傾けられた平行領域として構成されてもよい。また、平行領域の幅は、ロービーム用配光パターンのホットゾーンの大きさに応じて設定されてもよい。

前面反射部は、光軸を中心としたリング状に形成されてもよい。これによると、光源から透光部材の前面に向かう光のうち、リングの内側部分に到達した光は前面反射部で反射されずに透光部材から直接出射される。この直接光は傾斜カットオフラインを形成するため、後面反射部の第１領域の面積を減らして第２領域他の面積を増やすことができる。また、前面反射部と後面反射部の間で光が複数回反射されることがないので、これによる光の減衰をなくすことができる。その結果、ロービーム用配光パターン全体の照度を増加させることができる。

透光部材の前面と前面反射部は、光源を通る直線を軸とする回転放物面形状の中心部を有してもよい。これによると、透光部材の前面反射部と後面反射部の間で光が複数回反射されることがないので、これによる光の減衰をなくすことができ、さらなる光束増加が可能になる。

本発明によれば、左右一組の前照灯で傾斜カットオフラインを有するロービーム用配光パターンを形成することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用前照灯の概略構成を示す図である。 車両用前照灯から前方に照射される光により灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用配光パターンを示す図である。 車両用前照灯を正面から観察したときの平面図である。 透光部材の後面が回転放物面であると仮定したときに、車両用前照灯により仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す図である。 （ａ）、（ｂ）は変形例の構成を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は別の変形例の構成を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用前照灯１０の概略構成を示す。図１は、車両用前照灯１０の光軸Ｘを含む垂直断面を示している。車両用前照灯１０は、車両の左前部および右前部の各々に一つずつ設けられる。以下の説明では、一つの車両用前照灯１０の構成を説明する。

車両用前照灯１０は、主に発光部１６、放熱フィン１８、透光部材２０、および反射部２２、２４を含む。

発光部１６は、長方形状のＬＥＤ等の発光素子１２を光源として用いる。発光素子１２は回路基板上に配置され、半球状の封止樹脂によって封止されている。後述するように、発光素子１２は、長方形の一つの角が光軸Ｘ上に位置するように配置される。発光素子１２から発せられた光は、透光部材２０の前面で反射された後にさらに後面で反射されて、透光部材２０の前面から出射する。

透光部材２０は、アクリル樹脂等の透明な合成樹脂成形品である。透光部材２０の前面２０ａは、光軸Ｘと直交する平面で構成される。透光部材２０の後面２０ｂは、前面２０ａに関して、発光素子１２と光軸Ｘの交点である発光中心Ａと対象の位置を焦点Ｆとするとともに、光軸Ｘを中心軸とする回転放物面を基準面として形成された光反射制御面として構成される。したがって、前面２０ａは、発光中心Ａと焦点Ｆから等距離に位置する平面となる。

透光部材２０の前面２０ａには、発光素子１２から発せられた光を後面２０ｂに内面反射させるための前面反射部２４が形成される。前面反射部２４は、光軸Ｘを中心とする円形の領域であり、アルミニウム蒸着等によって鏡面処理が施されている。前面反射部２４の外周縁は、透光部材２０の前面２０ａに入射する発光素子１２からの光の入射角が透光部材２０の臨界角と略等しくなる位置に設定される。これによって、発光素子１２から発せられた光は、鏡面処理が施された前面反射部２４によって内面反射されるとともに、前面反射部２４に覆われていない外周側では全反射によって内面反射される。

透光部材２０の後面側には、発光部１６が取り付けられる。透光部材２０の後面側には、発光素子１２を取り囲む収納空間１４が形成されている。この収納空間１４は、発光中心Ａを中心とする半球面状に形成されており、さらに収納空間１４内はエポキシ樹脂等の透明樹脂で充填されている。これによって、発光素子１２からの出射光を半球面で屈折させることなく透光部材２０に入射させるようになっている。

透光部材２０の後面２０ｂ上には、前面反射部２４による反射光を車両前方への出射光として反射させるための後面反射部２２が形成される。後面反射部２２は、凹部２０ｃを除く後面２０ｂの全域に渡り、アルミニウム蒸着等によって鏡面処理が施されている。

車両用前照灯１０の全体は、図示しない透光カバーで前端が覆われた灯室内に配置される。複数の車両用前照灯を一つの灯室内に配置してもよい。

図２は、本実施形態の車両用前照灯１０から前方に照射される光により、灯具前方の所定の位置（例えば２５ｍ）に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用配光パターン３０を示す図である。

ロービーム用配光パターン３０は、その上端縁にカットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３を有する。カットオフラインＣＬ１〜ＣＬ３は、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線を境にして左右段違いで水平方向に延在する。第１水平カットオフラインＣＬ１は、Ｖ−Ｖ線より右側かつＨ−Ｈ線より下方において水平方向に延在する。傾斜カットオフラインＣＬ３は、第１水平カットオフラインＣＬ１の左端部から左上方に向かってα°（例えば、α≦１５°）の傾斜角で斜めに延在する。第２水平カットオフラインＣＬ２は、傾斜カットオフラインＣＬ３とＨ−Ｈ線との交点から左側においてＨ−Ｈ線上に延在する。第１水平カットオフラインＣＬ１と傾斜カットオフラインＣＬ３の交点であるエルボ点Ｅの近傍に、高光度領域であるホットゾーンが形成される。

ロービーム用配光パターン３０は、水平カットオフライン形成パターンＰ１、Ｐ２と、傾斜カットオフライン形成パターンＰ３と、拡散領域形成パターンＰ４の合成配光パターンとして形成される。このうち、水平カットオフライン形成パターンＰ１の上端縁が第１水平カットオフラインＣＬ１を形成し、水平カットオフライン形成パターンＰ２の上端縁が第２水平カットオフラインＣＬ２を形成し、傾斜カットオフライン形成パターンＰ３の上端縁が傾斜カットオフラインＣＬ３を形成する。

図３は、車両用前照灯１０を正面から観察したときの平面図である。図３では、透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面を説明するために、前面反射部２４を省略して示している。以下の説明では、光軸を通過する水平線および垂直線で光反射制御面を４分割し、図中右上から反時計回りに領域Ｉ〜領域ＩＶと呼ぶことにする。

発光素子１２は、光軸Ｘを通り水平線に対して傾斜カットオフラインの傾斜角αど等しい角度で延びる線Ｌに沿って発光素子の長方形の下辺１２ａが位置するように配置される。発光素子１２の下端の角は、光源Ｘ上に配置される。

図４は、透光部材２０の後面２０ｂが回転放物面であると仮定したときに、車両用前照灯により仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す。上述のように、発光素子１２を水平線に対して傾斜角αだけ傾けることで、基本配光パターンも同角度だけ傾くことになる。また、基本配光パターンの上端部の輪郭は、傾斜方向に延びる発光素子１２の下辺１２ａの反転像として、傾斜カットオフラインＣＬ３として形成される。本実施形態では、このような基本配光パターンをもとにして透光部材２０光反射制御面を調整することで、図２に示したようなロービーム用配光パターンを作り出す。

図３に戻り、透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面の中央部には、傾斜カットオフラインの傾斜角αと等しい角度だけ水平線に対して傾斜された帯状の領域Ｚが形成される。この帯状の領域Ｚは、傾斜カットオフラインＣＬ３を形成するための領域（以下、「傾斜ライン形成領域」と呼ぶ）Ｚである。傾斜ライン形成領域Ｚは、発光素子１２および発光素子１２の下端線の延長線であるＬの近傍に設定される。傾斜ライン形成領域Ｚの上下の境界線Ｃ１、Ｃ２間の幅は、仮想鉛直スクリーン上に形成されるホットゾーンの大きさに応じて決定される。境界線Ｃ１とＣ２の幅を広げると、ホットゾーンに到達する光束が増加し、逆に幅を狭めるとホットゾーンの光束が減少する。

光反射制御面のうち領域ＩおよびＩＩＩには、それぞれ水平カットオフラインを形成するための領域（以下、「水平ライン形成領域」と呼ぶ）Ｓ２、Ｓ１が設定される。
水平ライン形成領域Ｓ１は、中心に向けて凸状に形成された曲線Ｃ４、傾斜ライン形成部の境界線Ｃ２および垂直線によって囲まれた略三角形の境界である。水平ライン形成領域Ｓ１は、中心に向けて凸状に形成された曲線Ｃ３、傾斜ライン形成部の境界線Ｃ１および垂直線によって囲まれた略三角形の境界である。水平ライン形成領域Ｓ１は、仮想鉛直スクリーン上で水平カットオフライン形成パターンＰ１を形成し、水平ライン形成領域Ｓ２は、水平カットオフライン形成パターンＰ２を形成する。

曲線Ｃ３、Ｃ４は、透光部材２０の後面２０ｂが回転放物面で構成されている場合、この面による反射光によって形成される発光素子の像が、仮想鉛直スクリーン上の水平カットオフラインＣＬ２、ＣＬ１と等しい上端縁を有する像となるような位置をつなぐことで設定される。より具体的には、発光素子１２から発せられ透光部材２０の前面２０ａで反射された光を後面２０ｂで反射し、前面で屈折して仮想鉛直スクリーン上に投影される光の上端の角度を計算する。そして、この角度が略水平になる回転放物面上の位置を決定し、その領域をつなぐことで曲線Ｃ３、Ｃ４を設定する。

透光部材２０の後面２０ｂである光反射制御面のうち、傾斜ライン形成領域Ｚおよび水平ライン形成領域Ｓ１、Ｓ２以外の領域Ｄ１〜Ｄ４は、複数の反射素子が縦長の格子状に形成されて構成される。これら各反射素子は、発光素子１２から発せられ透光部材２０の前面２０ａで反射された光を拡散反射させる。各反射素子は、回転放物面に対する水平方向の曲率を変えることで拡散角度を調整可能であり、仮想鉛直スクリーン上で拡散領域形成パターンＰ４を形成するように設定される。

以上説明したように、本実施形態では、発光素子を傾斜して配置するとともに、透光部材の光反射制御面を、傾斜カットオフラインを形成する傾斜ライン形成領域と、水平カットオフラインを形成する水平ライン形成領域とに分割することにした。これによって、左右一組の車両用前照灯で、ロービーム用配光パターンを形成することができる。

光反射制御面を水平ライン形成領域と傾斜ライン形成領域とに分割した場合に、発光素子を水平に配置すると、基本配光パターンも水平に広がる形になるので、光反射制御面内で傾斜ライン形成領域を大きくとることができない。そのため、傾斜カットオフライン付近の光束が不足し、ラインを鮮明に形成することができないという問題がある。本実施形態では、発光素子自体が傾斜カットオフラインと同角度だけ傾斜しているので、仮想投影スクリーンに投影される光源像を傾斜カットオフラインの傾斜角に揃えることができる。そのため、光反射制御面上で傾斜ライン形成領域を大きくとることができるので、傾斜カットオフラインを鮮明に形成することができる。

また、一般に、ロービーム用配光パターンでは、ドライバーの遠方視認性を高めるためにエルボ点近傍のホットゾーンの照度を高くする必要があるが、本実施形態では、傾斜ライン形成領域の幅を変化させることでホットゾーンの大きさを調整することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本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本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。

図５は、そのような変形例の一つの構成を示しており、（ａ）は車両用前照灯５０の正面図、（ｂ）は光軸Ｘを含む断面図である。車両用前照灯５０は、発光素子１２が傾斜して配置されること、および光反射制御面の形状は実施の形態と同様であるが、前面反射部５２が光軸Ｘを中心としたリング状に形成される点が異なる。前面反射部５２の外周縁の位置は、上述の実施形態と同様に設定される。前面反射部５２の内周縁の位置は、透光部材２０の前面で反射される光が、後面反射部２２と前面反射部５２との間で複数回の反射が発生しない限界の角度に設定される。この前面反射部５２により、発光素子１２から前面２０ａ中心部付近に到達した光は、内面反射されずに直接前方に出射する。

上述の実施の形態のように前面反射部が円形であるときには、後面反射部２２と前面反射部５２との間で複数回の反射が発生しており、これを制御することができないため無駄になっており、照射効率が悪い。この実施例では、前面反射部をリング状にすることで複数回反射する光がなくなり、この光を直接光として有効利用することができる。この直接光は傾斜カットオフラインを形成するので、透光部材の光反射制御面のうち傾斜ライン形成領域の面積を小さくしても、実施の形態と同程度の光束を確保できる。したがって、光反射制御面において、水平ライン形成領域および拡散光形成領域の面積を増大させることができるので、結果としてロービーム用配光パターン全体の照度を高めることができる。

なお、前面反射部５２の内周部を覆うように、透光部材２０の前面２０ａ上にレンズ５４を配置してもよい。このレンズ５４の前面は楕円球面状の形状をなし、鉛直面に沿った断面形状よりも水平面に沿った断面形状の方が小さい値に設定される。これにより、レンズ５４に到達した発光素子１２からの光を若干拡散して出射することができる。

図６は、別の変形例の構成を示しており、（ａ）は車両用前照灯７０の正面図、（ｂ）は光軸Ｘを含む断面図である。車両用前照灯７０は、発光素子１２が傾斜して配置されることは実施の形態と同様であるが、透光部材８０、前面反射部８２および後面反射部８４の形状が異なる。

前面８０ａおよび前面反射部８２の上半分は、前面反射部８２と後面反射部８４との間で複数回の反射が起こらない限界の位置である前面８０ａ上の位置Ｈと、発光中心Ａとを結んだ直線をＧとしたとき、直線Ｇを軸とした放物線を光軸Ｘの回りに回転させた回転放物面形状に形成される。前面８０ａおよび前面反射部８２の下半分は、光軸Ｘを含む水平面に対して上半分と対称に形成される。さらに、透光部材８０の光反射制御面と後面反射部８４のうち、回転放物面である前面反射部８２で反射された光が到達する領域８０ｂについては、光を平行光として反射する自由曲面に形成され、外側の残りの領域８０ｃについては上述の実施の形態と同様の放物面として形成される。つまり、前面反射部８２で反射された光は後面反射部８４の自由曲面領域８０ｂで反射され、透光部材の前面８０ａで反射された光は後面反射部８４の放物面領域８０ｃで反射される。これにより、後面反射部８４からの反射光の全てが平行光として反射される。

図６のような構成とすることで、発光素子１２から発せられた光は、前面反射部８２によって軸Ｇと平行な方向に反射されて後面反射部２２に達し、一回の反射で前面に出射される。つまり、前面と後面との間での光線の複数回反射が抑制されるため、出射される光束をさらに増加させることができる。

Ｓ１，Ｓ２ 水平ライン形成領域、 １０ 車両用前照灯、 １２ 発光素子、 １４ 収納空間、 １６ 発光部、 １８ 放熱フィン、 ２０ 透光部材、 ２２ 後面反射部、 ２４ 前面反射部、 ５０ 車両用前照灯、 ５２ 前面反射部、 ５４ レンズ、 ７０ 車両用前照灯、 ８０ 透光部材、 Ｆ 焦点、 Ｘ 光軸、 ８２ 前面反射部、 Ｚ 傾斜ライン形成領域。

Claims (5)

1. 水平カットオフラインと該水平カットオフラインに対して所定の傾斜角をなす傾斜カットオフラインとを有するロービーム用配光パターンを車両前方に投影する車両用前照灯であって、
   水平線に対して前記傾斜角に等しい角度だけ傾けて配置される光源と、
   車両後方側に略回転放物面形状の後面を有するとともに、車両前方側に略平面形状の前面を有する透光部材と、
   前記光源から発せられた光を前記後面に内面反射させるように前記透光部材の前面上に形成される前面反射部と、
   前記前面反射部により反射された光を車両前方への出射光として反射させるように前記透光部材の後面上に形成される後面反射部と、を備え、
   前記後面反射部は、前記出射光が傾斜カットオフラインを形成するように構成される第１領域と、前記出射光が水平カットオフラインを形成するように構成される第２領域とを有することを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記第１領域は、当該車両用前照灯を正面から見たとき、前記光源を内側に含むとともに水平線に対して前記傾斜角に等しい角度だけ傾けられた平行領域として構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記平行領域の幅は、ロービーム用配光パターンのホットゾーンの大きさに応じて設定されることを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。
4. 前記前面反射部は、光軸を中心としたリング状に形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用前照灯。
5. 前記透光部材の前面と前記前面反射部は、前記光源を通る直線を軸とする回転放物面形状の中心部を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用前照灯。

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