JP2012099419A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ型ランプの投射レンズにおける有効領域を拡大して配光における光度の向上を図った車両用灯具を提供する。
【解決手段】光源４と、光源４から出射した光を集光状態に反射するリフレクタ１と、リフレクタ１で反射した光を入射して前方に向けて照射する投射レンズ３とを備える車両用灯具であって、投射レンズ３（メインレンズ３１）の非有効領域にサブレンズ３２を設ける。サブレンズ３２は焦点が光源４に一致され、光源４からの直接光を配光の中央領域に向けて照射する。投射レンズ３の非有効領域を有効領域として利用して配光の光度を向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は光源から出射した光をリフレクタで反射し、投射レンズを通して照射する車両用灯具に関し、特に光源から出射した光の利用効率を高めた車両用灯具に関するものである。

光源から出射した光をリフレクタで反射して集光し、この集光した光を投射レンズを通して車両の前方に向けて照射して所望の配光を得るようにした自動車用ランプとして、いわゆるプロジェクタ型のランプが提供されている。このプロジェクタ型ランプは第１焦点と第２焦点を有する回転楕円型のリフレクタを有しており、第１焦点に光源を配置し、第２焦点を投射レンズの後側焦点に一致させている。このプロジェタク型ランプではリフレクタで反射された光が均一な光量で投射レンズを透過しない特性があることが知られている。この特性については後述するが、投射レンズの中央寄りの領域は配光に寄与する光を透過する領域であり、周辺領域、例えば四隅領域は配光に寄与する程度の低い領域となっている。特に、周辺領域の一部には殆ど光が入射せず配光に全く寄与しない領域が存在する。ここで、光源からの光が入射して投射レンズでの透過光量が大で配光に有効な光を透過する領域を有効領域と称し、光源からの光が殆ど入射せず投射レンズでの透過光量が小で配光にあまり寄与しない光を透過する領域を非有効領域と称する。特許文献１ではこの特性を利用して、投射レンズの非有効領域にランプの内外を連通する開口を設け、この開口を通してランプ内の高温の空気を外部に逃がすように構成することでランプの過熱を防止する技術を提案している。

特開２００８−１６３８２号公報

このようにプロジェクタ型ランプは投射レンズに非有効領域が存在しており、投射レンズの有効領域に入射する光のみが配光に寄与することとなり、投射レンズの全面を有効利用した光照射を行っていない。そのため、ランプを小型化して投射レンズのサイズを小さく設計した場合には高い光度での配光を得ることが難しいものとなっている。また、その裏返しとして所望の光度の配光を得るためには投射レンズを大型化する必要があり、ランプを小型化する上での障害になっている。特許文献１では非有効領域を利用してランプの放熱効果を高めているが、有効領域を拡大したものではないため配光の光度を高めるには至っていない。

本発明の目的は投射レンズにおける実質的な有効領域を拡大して配光における光度の向上を図った車両用灯具を提供するものである。

本発明は、光源と、光源から出射した光を反射するリフレクタと、リフレクタで反射した光を入射して前方に向けて照射する投射レンズとを備える車両用灯具であって、投射レンズの非有効領域に、光源から入射された直接光を所望の方向に向けて照射するサブレンズを備えることを特徴とする。

ここで投射レンズは、リフレクタで反射される光が入射されるメインレンズを備え、このメインレンズの光入射面の一部領域にサブレンズが配設される。このサブレンズはリフレクタで反射された光がメインレンズに入射されない領域または配光に寄与しない光が入射される領域に配設され。また、サブレンズは入射側の焦点位置が光源に一致されている。

本発明の車両用灯具によれば、投射レンズの非有効領域にサブレンズを配設し、光源から出射して直接投射レンズに入射される光をサブレンズを通して前方に照射し、この光を配光に利用するので、投射レンズの非有効領域を利用して配光に寄与する光照射が実現でき、投射レンズにおける実質的な有効領域を拡大し、配光の光度の向上が実現できる。

また、本発明の車両用灯具によれば、投射レンズをメインレンズと、このメインレンズの非有効領域に配設したサブレンズとで構成することで既存の灯具の投射レンズを本発明の投射レンズに置き換えるだけで容易に本発明が実現できる。特に、サブレンズの入射側の焦点位置を光源に一致させることで、サブレンズを通して照射される光をランプ光軸に沿った領域に向けることができ、配光の中央領域の光度を高めることが可能になる。

本発明の実施形態１の部分分解斜視図。 実施形態１のランプ光軸に沿った縦断面図と投射レンズの正面図。 実施形態１の光路図と配光図。 実施形態２のランプ光軸に沿った縦断面図と投射レンズの正面図。 実施形態２の光路図と配光図。 実施形態３のハイビーム配光の光路を併せて示す概略縦断面図。 実施形態３のロービーム配光の光路を併せて示す概略縦断面図。

（実施形態１）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車のヘッドランプ、特にハイビーム配光用のプロジェクタ型ランプユニットとして構成した実施形態１の部分分解斜視図、図２（ａ）はランプ光軸Ｌｘに沿った縦断面図である。このランプユニットＬＵ１はリフレクタ１、ホルダ２、投射レンズ３を備えており、リフレクタ１内には光源としてここではバルブ（電球）４が内装されている。前記リフレクタ１はランプ光軸Ｌｘ上に配置した第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を有する楕円をランプ光軸Ｌｘ回りに回転した回転楕円面をランプ光軸Ｌｘ方向のほぼ中央で短軸方向に２つに切断した容器状に形成されており、内面はアルミニウム蒸着処理等によって光反射面１ａとして形成されている。前記リフレクタ１の後面にはランプ光軸Ｌｘに沿ってバルブ取付穴１１が開口されており、このバルブ取付穴１１に内挿されたバルブソケット５により前記バルブ４が支持されている。このバルブ４は白熱バルブあるいは放電バルブで構成されており、当該バルブ４の発光点は前記リフレクタ１の第１焦点Ｆ１に位置決めされている。

前記ホルダ２は前記リフレクタ１の前面開口径にほぼ等しい径寸法の円筒状に形成され、リフレクタ１の前面開口にネジ等により取着され、前記投射レンズ３を保持している。前記投射レンズ３は周縁に外径方向に突出したフランジ３ａが一体に設けられ、このフランジ３ａにおいて円環状のリテーナ２１により当該ホルダ２の前面開口に一体的に取着されている。この投射レンズ３は投射レンズ３の大部分を占めるメインレンズ３１と、このメインレンズ３１と一体的に設けられたサブレンズ３２からなる複合レンズとして構成されている。

前記投射レンズ３のメインレンズ３１は所要の曲率の球面を有する片凸レンズとして形成されており、そのレンズ光軸（レン中心軸）は前記ランプ光軸Ｌｘに一致されるとともに入射側の焦点、すなわち後側焦点は前記リフレクタ１の第２焦点Ｆ２に一致するように位置決めされている。また、図２（ｂ）に正面図を示すように、メインレンズ３１の円周に沿った上下、左右の４つの各縁部領域には周縁部から中心方向に向けてそれぞれ略Ｕ字型の切欠き３１ａが形成され、これらの切欠き３１ａ内にそれぞれサブレンズ３２が配設されている。これら４つの領域、すなわち切欠き３１ａを形成した領域は、同図に破線Ｕで囲った投射レンズ３の有効領域Ａｕの外側の非有効領域Ａｎとなる領域であるが、この詳細については後述する。

前記サブレンズ３２はいずれも片凸レンズの一部で構成されており、この片凸レンズはそのレンズ光軸がランプ光軸Ｌｘに一致されるとともに、後側焦点は前記バルブ４の発光点、すなわちリフレクタ１の第１焦点Ｆ１に一致されている。そして、前記サブレンズ３２は接着剤等により前記メインレンズ３１の切欠き３１ａ内に一体的に接着固定されている。ここではサブレンズ３２はメインレンズ３１と同一の光透過材料で形成されているので、レンズ面の曲率半径はメインレンズ３１の曲率半径よりも大きな球面に形成されており、このことから投射レンズ３は非球面レンズとして構成されることになる。なお、投射レンズ３を球面レンズとして構成することも可能であるが、その場合にはサブレンズ３２にはメインレンズ３１よりも光屈折率の小さい光透過材料を使用することになる。

この実施形態１のランプユニットＬＵ１では、図３（ａ）に示すように、バルブ４を発光すると当該バルブ４から出射された光の多くはリフレクタ１により反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、集光された後に投射レンズ３に入射され、投射レンズ３を透過して前方に向けて照射される。このとき、リフレクタ１は完全な回転楕円形状ではなく多少水平方向に偏平な形状をしていること、並びに放電バルブ４の発光点が完全な点光源ではなくリフレクタ１の第１焦点Ｆ１に対して広がりを有していることから、リフレタク１で反射された光が第２焦点Ｆ２に集光されるときには完全な点状に集光しない。そのため、第２焦点Ｆ２から投射レンズ３に入射される光はランプ光軸Ｌｘを中心とした真円形にはならず、図２（ｂ）に破線Ｕで示した領域Ａｕ内に入射される。この概ね四葉状をした領域Ａｕが投射レンズ３の有効領域である。また、この有効領域Ａｕの外側領域Ａｎ、ここでは投射レンズ３の上下、左右の各縁部の領域はリフレクタ１からの光が入射されず、あるいは入射光量の少ない非有効領域Ａｎとなる。前記有効領域Ａｕはメインレンズ３１に設定されているのでメインレンズ３１に入射されかつ透過される光ａはランプ光軸Ｌｘに沿った方向に照射され、この照射光ａで図３（ｂ）に示すハイビーム配光Ｈｉを構成する。

一方、バルブ４からランプユニットＬＵ１の前方に向けて出射される光、すなわちリフレクタ１で反射されない光は直接光として投射レンズ３に入射される。この直接光のうち、メインレンズ３１に入射された光は、メインレンズ３１の後側焦点とバルブ４の発光点とが一致していないため、メインレンズ３１を透過した後はハイビーム配光Ｈｉの周辺領域に向けて照射されることになり、ハイビーム配光Ｈｉに対する寄与度が少ない光、あるいは無効な光となる。しかし、バルブ４から直接投射レンズ３に入射された直接光のうち、メインレンズ３１の上下、左右の各縁部に一体化したサブレンズ３２に入射された光は、サブレンズ３２の後側焦点が第１焦点Ｆ１、すなわちバルブ４の発光点に一致しているため、サブレンズ３２を透過した後はランプ光軸Ｌｘに沿った方向に向けて照射される光ｂになる。このランプ光軸Ｌｘに沿った光ｂは図３（ｂ）のようにハイビーム配光Ｈｉのランプ光軸Ｌｘを含むその近傍領域を照射するため、この領域の光度を高めることになる。これにより、バルブ４から出射された光のうちリフレクタ１で反射されない光の一部をハイビーム配光Ｈｉに重畳してハイビーム配光Ｈｉの中央領域の光度を高めることになり、ハイビーム配光Ｈｉにおけるバルブ光、すなわち光源光の有効利用の効率を高め、運転者における視認性の向上を図るとともにランプの小型化が実現できるようになる。

（実施形態２）
図４（ａ）は本発明を自動車のロービーム配光用のプロジェクタ型ランプユニットＬＵ２として構成した実施形態１の縦断面図である。実施形態１と同一または等価な部分には同一符号を付してある。このランプユニットＬＵ２はリフレクタ１、ホルダ２、投射レンズ３Ａを備えており、リフレクタ１内に光源としてのバルブ４を内装し、ホルダ２内にシェード６を内装している。前記リフレクタ１、ホルダ２、バルブ４は実施形態１と同じであるので説明は省略する。シェード６はリフレクタ１の第２焦点Ｆ２、すなわち投射レンズ３Ａの後側焦点の近傍位置に配設されており、リフレクタ１で反射した光のうち投射レンズ３Ａのランプ光軸Ｌｘよりも上側の領域に入射する光を遮光してロービーム配光のカットラインを形成するように構成されている。このシェード６は既に広く知られているものを使用しているので詳細な説明は省略する。

前記投射レンズ３Ａはメインレンズ３１とサブレンズ３２を一体化した複合型レンズとして構成されていることは実施形態１と同じであるが、図４（ｂ）に投射レンズ３Ａの正面図を示すように、ここではメインレンズ３１の上縁部領域において上縁部から下方向に向けて略Ｕ字型の１つの切欠き３１ａが形成されており、この切欠き３１ａ内に１つのサブレンズ３２が埋設状態に配設されている。このサブレンズ３２を配設した領域は、同図に破線Ｕで囲まれるメインレンズ３１の有効領域Ａｕの外側の非有効領域Ａｎの一部領域であることも実施形態１と同じである。このサブレンズ３２は片凸レンズの一部で構成されており、この片凸レンズはレンズ光軸がランプ光軸Ｌｘに一致されるとともに、後側焦点はリフレクタ１の第１焦点Ｆ１、すなわち前記バルブ４の発光点に一致され、接着剤等により前記メインレンズ３１に一体的に接着固定されている。

この実施形態２のランプユニットでは、図５（ａ）に示すように、バルブ４を発光すると当該バルブ４から出射された光の殆どはリフレクタ１により反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、集光された後に投射レンズ３Ａに入射されるが、投射レンズ３Ａのランプ光軸Ｌｘよりも上側領域に入射されようとする光はシェード６によって遮光される。そのため、投射レンズ３Ａのランプ光軸Ｌｘよりも下側領域に入射された光が投射レンズ３Ａの有効領域Ａｕを透過して前方に向けて照射される。この有効領域Ａｕはメインレンズ３１の領域であり、したがってメインレンズ３１に入射された光は透過した後ランプ光軸Ｌｘに沿った方向に照射される光ｃとなり、この照射光ｃで図５（ｂ）に示すようなロービーム配光Ｌｏを構成する。

一方、バルブ４からランプユニットＬＵ２の前方に向けて出射された光のうちリフレクタ１で反射されない直接光は投射レンズ３Ａに向けられるが、ランプ光軸Ｌｘの下側領域に向けられた直接光はシェード６によって遮光され投射レンズ３Ａに入射されることはない。他方、当該バルブ４から出射された直接光のうちランプ光軸Ｌｘの上側領域に向けられた直接光はシェード６で遮光されることなく投射レンズ３Ａのサブレンズ３２に入射される。サブレンズ３２に入射された光は、サブレンズ３２の後側焦点が第１焦点Ｆ１、すなわちバルブ４の発光点に一致しているため、サブレンズ３２を透過するとほぼランプ光軸Ｌｘに沿った方向に向けて照射される光ｄになる。このランプ光軸Ｌｘに沿った光ｄは図５（ｂ）のようにロービーム配光Ｌｏのランプ光軸Ｌｘの近傍領域を照射する光ｄであるため、この光ｄが照射される領域の光度を高めることになる。これにより、バルブ４から出射された光のうちリフレクタ１で反射されない光の一部をロービーム配光Ｌｏに重畳してロービーム配光Ｌｏの中央領域の光度を高めることになり、ロービーム配光Ｌｏにおける光源光の有効利用の効率を高め、運転者における視認性の向上を図るとともにランプの小型化が実現できる。

（実施形態３）
図６は本発明をＬＥＤ等の発光素子を光源とし、ハイビーム配光とロービーム配光の切り替えが可能なランプユニットＬＵ３に適用した実施形態３の構成を示す断面図である。なお、この断面図はランプユニットＬＵ３を構成する主要部のみの構成を模式的に示した図である。このランプユニットＬＵ３は、光源とリフレクタと投射レンズを備えていることは実施形態１，２と同じである。ここでは光源は、ロービーム配光用光源としての第１ＬＥＤ４Ａと、ハイビーム配光用光源としての第２ＬＥＤ４Ｂを備えている。これらのＬＥＤ４Ａ，４Ｂはそれぞれ基板７Ａ，７Ｂに搭載した状態でランプユニットＬＵ３内に支持されている。リフレクタは第１ＬＥＤ４Ａから出射した光を反射する第１リフレクタ１Ａと、第２ＬＥＤ４Ｂから出射した光を反射する第２リフレクタ１Ｂを備えている。第１ＬＥＤ４Ａはランプ光軸Ｌｘ上に配置されて上方に向けて光を出射するように構成されており、第１リフレクタ１Ａは第１ＬＥＤ４Ａを第１焦点Ｆ１１とし、ランプ光軸Ｌｘ上に第２焦点Ｆ２を有する回転楕円面の一部で形成され、反射面を下方に向けて第１ＬＥＤ４Ａの上側領域を覆うように配設されている。第２ＬＥＤ４Ｂは第１リフレクタ１Ｂの前方位置に配置されて下方に向けて光を出射するように構成されており、第２リフレクタ１Ｂは第２ＬＥＤ４Ｂを第１焦点Ｆ１２とし、前記第２焦点Ｆ２を共通の第２焦点とする回転楕円面の一部で構成され、反射面を上方に向けてランプ光軸Ｌｘの下側領域に配設されている。前記第１リフレクタ１Ａと第２リフレクタ１Ｂの共通する第２焦点Ｆ２はランプ光軸Ｌｘ上において投射レンズ３Ｂの後側焦点に一致されている。

前記投射レンズ３Ｂはメインレンズ３１と、このメインレンズ３１の上縁部と下縁部にそれぞれ設けられた２つのサブレンズ３２（３２ｕ，３２ｄ）とで構成されている。すなわち、この投射レンズ３Ｂの図示は省略するが図２（ｂ）に示した実施形態１の投射レンズ３において上側と下側のサブレンズ３２のみを備えた構成と同様な構成である。メインレンズ３１は投射レンズ３Ｂの有効領域を含む領域に延在され、その後側焦点は前記各リフレクタ１Ａ，１Ｂの共通する第２焦点Ｆ２に一致されている。２つのサブレンズ３２はメインレンズ３１の非有効領域に配設されるとともにそれぞれレンズ光軸をランプ光軸Ｌｘと平行な方向に向けられ、上側のサブレンズ３２ｕは後側焦点が前記第１ＬＥＤ４Ａの発光点に一致され、下側のサブレンズ３２ｄは後側焦点が前記第２ＬＥＤ４Ｂの発光点に一致されている。

この実施形態３のランプユニットＬＵ３では、図６に示したように、第１ＬＥＤ４Ａと第２ＬＥＤ４Ｂの両方を発光すると、第１ＬＥＤ４Ａから出射した光は第１リフレクタ１Ａで反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、投射レンズ３Ｂのランプ光軸Ｌｘよりも下側領域に入射される。また、第２ＬＥＤ４Ｂから出射した光は第２リフレクタ１Ｂで反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、投射レンズ３Ｂのランプ光軸Ｌｘよりも上側領域に入射される。そして、これらの光は投射レンズ３Ｂの有効領域、すなわちメインレンズ３１を透過した上でほぼランプ光軸Ｌｘに沿って前方に照射される光ｅになり、図３（ｂ）に示したと同様なハイビーム配光Ｈｉでの照射となる。また、これと同時に第１ＬＥＤ４Ａから出射した直接光は上側サブレンズ３２ｕに入射され、第２ＬＥＤ４Ｂから出射した直接光は下側サブレンズ３２ｄに入射される。上側のサブレンズ３２ｕは後側焦点が第１ＬＥＤ４Ａの発光点に一致され、下側のサブレンズ３２ｄは後側焦点が第２ＬＥＤ４Ｂの発光点に一致されているため、各サブレンズ３２ｕ，３２ｄを透過された光はランプ光軸Ｌｘに沿った方向の光ｆ，ｇとなり、ハイビーム配光Ｈｉの中央領域を照射することになる。すなわち、図３（ｂ）に示した実施形態１の配光に対応させると、光ｅは光ａに対応し、光ｆ，ｇは光ｂに対応する。このように、第１ＬＥＤ４Ａ及び第２ＬＥＤ４Ｂから出射された光の一部をハイビーム配光に重畳してハイビーム配光の中央領域の光度を高めることになり、ハイビーム配光における光源光の有効利用の効率を高め、運転者における視認性の向上を図るとともにランプの小型化が実現できる。

一方、図７に示すように第１ＬＥＤ４Ａのみを発光すると、第１ＬＥＤ４Ａから出射した光は第１リフレクタ１Ａで反射されて第２焦点Ｆ２に集光され、投射レンズ３Ｂに入射される。第１リフレクタ１Ａはランプ光軸Ｌｘの上側に配置されているので、第２焦点Ｆ２に集光した光は投射レンズ３Ｂのランプ光軸Ｌｘよりも下側領域のメインレンズ３１に入射され、メインレンズ３１の有効領域を透過した光はランプ光軸Ｌｘよりも下向きで照射される光ｈになり、図５（ｂ）に示したと同様なロービーム配光Ｌｏでの照射となる。これと同時に、第１ＬＥＤ４Ａから出射した光の一部は第１リフレクタ１Ａで反射されることなく直接上側サブレンズ３２ｕに入射される。上側サブレンズ３２ｕは後側焦点が第１ＬＥＤ４Ａの発光点に一致されているため、上側サブレンズ３２ｕを透過された光はランプ光軸Ｌｘに沿った方向に向けられ、ロービーム配光Ｌｏの中央領域を照射する光ｉになる。すなわち、図５（ｂ）に対応させると、光ｈは光ｃに対応し、光ｉは光ｄに対応する。このように、第１ＬＥＤ４Ａから出射された光の一部をロービーム配光に重畳してロービーム配光の中央領域の光度を高めることになり、ロービーム配光における光源光の有効利用の効率を高め、運転者における視認性の向上を図るとともにランプの小型化が実現できる。

実施形態１ではメインレンズの４箇所にサブレンズを配設し、実施形態２ではメインレンズの１箇所にサブレンズを配設し、実施形態３ではメインレンズの２箇所にサブレンズを配設しているが、リフレクタの構成によってメインレンズにおける有効領域が実施形態１〜３の場合と相違する場合には、この有効領域の違いに対応してサブレンズの個数や位置を適宜に変更して投射レンズを構成することが可能である。また、実施形態１〜３ではサブレンズを透過した光でランプ光軸に沿った領域を照明する例を示したが、ランプに要求される配光に応じて任意の領域を照射するように構成することも可能である。

実施形態１〜３ではサブレンズをメインレンズに接着して一体化しているが、レンズ加工が可能であれば１つの光学材料でメインレンズとサブレンズを一体成形し、あるいは削り出した投射レンズとして構成してもよい。また、メインレンズとサブレンズは必ずしも一体化する必要はなく、別体に構成したメインレンズとサブレンズをそれぞれランプユニット内に支承した構成としてもよい。また、実施形態１〜３ではメインレンズとサブレンズの後側の平坦面を一致するように投射レンズを構成しているが、メインレンズとサブレンズの前側の曲面が滑らかに連続するように投射レンズを構成してもよい。

実施形態１，２はハイビームランプとロービームランプをそれぞれ個別のランプとして構成しているが、ロービームランプに設けたシェードを機械的に可動制御することでハイビーム配光とロービーム配光を切り替えるようにしたランプに適用することも可能である。

本発明は光源から出射した光をリフレクタで反射し、投射レンズにて集光して照射を行うランプ、特にプロジェクタ型ランプに採用することが可能である。

１ １Ａ，１Ｂ リフレクタ
２ ホルダ
３，３Ａ，３Ｂ 投射レンズ
４ バルブ（光源）
６ シェード
３１ メインレンズ
３２，３２ｕ，３２ｄ サブレンズ
ＬＵ１，ＬＵ２，ＬＵ３ ランプユニット
Ｆ１，Ｆ１１，Ｆ１２ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点

Claims (4)

1. 光源と、光源から出射した光を反射するリフレクタと、前記リフレクタで反射した光を入射して前方に向けて照射する投射レンズとを備える車両用灯具であって、前記投射レンズの非有効領域に、前記光源から入射される直接光を所望の方向に向けて照射するサブレンズを備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記投射レンズは、前記リフレクタで反射される光が入射されるメインレンズを備え、このメインレンズの光入射面の一部領域に前記サブレンズが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記サブレンズは前記リフレクタで反射された光が前記メインレンズに入射されない領域または配光に寄与しない光が入射される領域に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記サブレンズは入射側の焦点位置が前記光源に一致されてい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灯具。
   
   

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