JP2014157736A - 車両用前照灯 - Google Patents

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Abstract

【課題】投影レンズから出射して前方に照射される光源からの光を、投影レンズの光軸に対して略均等に拡散させることができる車両用前照灯を提供する。
【解決手段】第1焦点F1と第2焦点F2とを含む反射面12aと、車両前方側の出射面20と、車両後方側の入射面22と、前記入射面側の焦点とを含む非回転対称形状の投影レンズ14であって、前記出射面20は、前記投影レンズ14の焦点を通って車両前後方向に延びる前記投影レンズ14の光軸に対して傾斜した面とされ、前記入射面22は、当該入射面22から出射する前記複数の光線が前記投影レンズ14の焦点に集光する面とされ、前記反射面12aは、前記出射面20から出射して前方に照射される前記光源16からの光が前記投影レンズ14の光軸に対して均等となるように、前記第1焦点F1と第2焦点F2とを通る光軸が前記投影レンズ14の光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置されている。
【選択図】図4

Description

本発明は、車両用前照灯に係り、特に、プロジェクタ型の車両用前照灯に関する。
従来、車両用前照灯の分野においては、プロジェクタ型の車両用前照灯が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図10(a)は特許文献1に記載のプロジェクタ型の車両用前照灯200の縦断面図、図10(b)は上面図である。
図10(a)に示すように、プロジェクタ型の車両用前照灯200は、投影レンズ230の光軸AX上に配置された光源210からの光を、リフレクタ220(反射面220a)により前方へ向けて投影レンズ230の光軸AX寄りに集光反射させ、この反射光をリフレクタ220(反射面220a)の前方に設けられた投影レンズ230を介して灯具前方へ照射するように構成されている。投影レンズ230は、出射面232が凸面で入射面234が平面の回転対称形状の平凸レンズである(図10(a)、図10(b)参照)。投影レンズ230の光軸AXとリフレクタ220(反射面220a)の光軸AXとは一致している。
上記構成のプロジェクタ型の車両用前照灯200によれば、投影レンズ230から出射して前方に照射される光源210からの光は、投影レンズ230の光軸AXに対して左右略均等に拡散する(図10(b)参照)。
特許第4080780号公報
しかしながら、上記構成のプロジェクタ型の車両用前照灯200においては、投影レンズ230として、出射面232が投影レンズ230の光軸AXに対して傾斜した非回転対称形状の投影レンズを用いると、当該投影レンズ230から出射して前方に照射される光源210からの光が、投影レンズ230の光軸AXに対して左右(及び/又は上下)いずれかに偏って拡散するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、出射面が投影レンズの光軸に対して傾斜した非回転対称形状の投影レンズを用いた車両用前照灯において、投影レンズから出射して前方に照射される光源からの光を、投影レンズの光軸に対して略均等に拡散させることができる車両用前照灯を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、第1焦点と第2焦点とを含む回転楕円系の反射面と、車両前方側の出射面と、車両後方側の入射面と、前記入射面側の焦点と、を含む非回転対称形状の投影レンズであって、前記焦点が前記第2焦点又はその近傍に位置した状態で、前記反射面の前方に配置された投影レンズと、前記第1焦点又はその近傍に配置され、前記反射面で反射され、前記入射面から前記投影レンズ内部へ入射し、前記出射面から出射して前方に照射される光を放出する光源と、を備えており、前記出射面は、前記投影レンズの焦点を通って車両前後方向に延びる前記投影レンズの光軸に対して傾斜した面とされており、前記入射面は、前記投影レンズの光軸に対して平行な複数の光線を前記出射面から前記投影レンズ内部へ入射させた場合、当該入射面から出射する前記複数の光線が前記投影レンズの焦点に集光する面とされており、前記反射面は、前記出射面から出射して前方に照射される前記光源からの光が前記投影レンズの光軸に対して均等となるように、前記第1焦点と第2焦点とを通る光軸が前記投影レンズの光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置されていることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、出射面が投影レンズの光軸に対して傾斜した非回転対称形状の投影レンズを用いた車両用前照灯において、投影レンズ(出射面)から出射して前方に照射される光源からの光を、投影レンズの光軸に対して略均等(例えば、左右略均等及び/又は上下略均等)に拡散させることが可能となる。これは、出射面から出射して前方に照射される光源からの光が投影レンズの光軸に対して均等(例えば、左右略均等及び/又は上下略均等)となるように、反射面を、その光軸(第1焦点と第2焦点とを通る光軸)が投影レンズの光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置したことによるものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記投影レンズと前記光源との間には、前記出射面から出射して前方に照射される前記光源からの光のうち上方へ向かう光を遮る遮光部材が配置されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、カットオフラインを含むロービーム用配光パターンに適した配光パターンを形成することが可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の複数の車両用前照灯を含むことを特徴とする。
請求項3に記載の発明によれば、出射面が投影レンズの光軸に対して傾斜した非回転対称形状の投影レンズを用いた車両用前照灯において、投影レンズ(出射面)から出射して前方に照射される光源からの光を、投影レンズの光軸に対して略均等(例えば、左右略均等及び/又は上下略均等)に拡散させることが可能となる。これは、出射面から出射して前方に照射される光源からの光が投影レンズの光軸に対して均等(例えば、左右略均等及び/又は上下略均等)となるように、反射面を、その光軸(第1焦点と第2焦点とを通る光軸)が投影レンズの光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置したことによるものである。
なお、請求項3に記載の発明において、複数の車両用前照灯それぞれの投影レンズは、物理的に分離した投影レンズとして構成してもよいし、一体化し、複数の車両用前照灯それぞれの投影レンズの出射面として機能する共通で一枚の出射面を含む複合レンズ体として構成してもよい。
本発明によれば、出射面が投影レンズの光軸に対して傾斜した非回転対称形状の投影レンズを用いた車両用前照灯において、投影レンズから出射して前方に照射される光源からの光を、投影レンズの光軸に対して略均等に拡散させることができる車両用前照灯を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態である車両用前照灯10の斜視図である。 車両用前照灯10の分解斜視図である。 車両用前照灯10の縦断面である。 車両用前照灯10の、リフレクタ12を透視した上面図(反射面12aの光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜)である。 (a)図5(b)に示した投影レンズ14のA−A断面図、(b)投影レンズ14の正面図、(c)図5(b)に示した投影レンズ14のB−B断面図である。 車両用前照灯10の、リフレクタ12を透視した上面図(反射面12aの光軸AXと投影レンズ14の光軸AXとが一致)である。 車両用前照灯10の縦断面(変形例)である。 車両用前照灯10の斜視図(変形例)である。 車両用前照灯10の上面図(変形例)である。 (a)特許文献1に記載のプロジェクタ型の車両用前照灯200の縦断面図、(b)上面図である。
以下、本発明の一実施形態である車両用前照灯について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態である車両用前照灯10の斜視図、図2は分解斜視図(リフレクタ12省略)、図3は縦断面図、図4はリフレクタ12を透視した上面図(反射面12aの光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜)である。
本実施形態の車両用前照灯10は、車両前部の左右両側にそれぞれ配置されている。
左側に配置された車両用前照灯10と右側に配置された車両用前照灯10とは、左右対称で実質的に同一の構成である。このため、以下、左側に配置された車両用前照灯10を中心に説明し、右側に配置された車両用前照灯10の説明は省略する。
車両用前照灯10は、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プロジェクタ型の灯具ユニットで、図1から図4に示すように、反射面12aを含むリフレクタ12、投影レンズ14、光源16、これらを保持する保持部材18等を備えている。
リフレクタ12の反射面12aは、光源16からの光を前方へ向けて投影レンズ14の光軸AX寄りに反射させて投影レンズ14の焦点F近傍に集光させる反射面である。具体的には、反射面12aは、その光軸AXを含む断面形状が、第1焦点F1と第2焦点F2とを含む楕円形状で、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定された回転楕円系反射面(回転楕円面又はこれに類する自由曲面等)である。リフレクタ12は、その周縁下端部において保持部材18に固定されている。
投影レンズ14の光軸AXは焦点Fを通って車両前後方向に延びており、反射面12aの光軸AXは第1焦点F1と第2焦点F2とを通っている。反射面12aの光軸AXは、一般的なプロジェクタ型の車両用前照灯とは異なり、投影レンズ14の光軸AXと一致しておらず、後述のように投影レンズ14の光軸AXに対して所定角度傾斜している(図4参照)。なお、本実施形態では、投影レンズ14の光軸AXと車両用前照灯10の灯具光軸とは一致している。
図3に示すように、反射面12a(鉛直断面)で反射された光源16からの光は、第2焦点F2(投影レンズ14の焦点F)に集光した後、投影レンズ14を透過し、その光軸AXに対してほぼ平行な光として、前方に照射される。一方、図4に示すように、反射面12a(水平断面)で反射された光源16からの光は、第2焦点F2(投影レンズ14の焦点F)に集光することなく、投影レンズ14を透過し、第2焦点F2(投影レンズ14の焦点F)の前方位置において交差し、水平方向に拡散する光として、前方に照射される。
図5(a)は図5(b)に示した投影レンズ14のA−A断面図、図5(b)は投影レンズ14の正面図、図5(c)は図5(b)に示した投影レンズ14のB−B断面図である。
図5(a)から図5(c)に示すように、投影レンズ14は、車両前方側の出射面20、車両後方側の入射面22、入射面22側の焦点Fを含む非回転対称形状の投影レンズであって、例えば、図3に示すように、焦点Fが第2焦点F2(又はその近傍)に位置した状態で保持部材18に固定されて、反射面12aの前方に配置されている。
図4、図5(a)に示すように、投影レンズ14の出射面20は、デザイン性(見栄え等)を考慮して設計された面(例えば、平面でも球面でもない、車両前方に向かって凸の自由曲面)で、車両前方に向かって右側(又は左側)の端部が左側(又は右側)の端部よりも前方に位置するように、投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜して配置されている。また、投影レンズ14の出射面20は、デザイン性(見栄え等)を考慮して正面視で矩形の形状とされている(図5(c)参照)。
出射面20の傾斜角度は、求められるデザインに応じて適宜の角度とすることができる(例えば、図9参照)。また、出射面20の面形状も、車両前方に向かって凸の自由曲面に限られず、求められるデザインに応じて適宜の形状とすることができる。また、出射面20の外形形状も、正面視で矩形に限られず、求められるデザインに応じて適宜の形状とすることができる。
図5(a)、図5(c)に示すように、投影レンズ14の入射面22は、投影レンズ14の光軸AXに対して平行な複数の光線Rayを上記のように設計した出射面20から投影レンズ14内部へ入射させた場合、入射面22から出射する複数の光線Rayが一点(すなわち、投影レンズ14の焦点F)に集光するように設計された面(例えば、水平断面形状及び鉛直断面形状が、光源16に向かって凸の自由曲面)である。
光源16は、図3、図4に示すように、反射面12aで前方へ向けて投影レンズ14の光軸AX寄りに反射され、入射面22から投影レンズ14内部へ入射し、出射面20から出射して前方に照射される光を放出する光源で、第1焦点F1(又はその近傍)に配置されている。
光源16は、例えば、LED(例えば、1mm角の発光面を含む発光ダイオード×4)等の半導体発光素子で、セラミック製(又は金属製)基板24(図2参照)の表面に所定間隔をおいて一列に実装されて、横長矩形の発光面16aを構成している。
光源16(半導体発光素子)は、発光色が青系のLEDチップ(又はレーザーダイオード)とこれを覆う黄色系の蛍光体(例えば、YAG蛍光体)とを組み合わせた構造の半導体発光素子であってもよいし、RGB三色のLEDチップ(又はレーザーダイオード)を組み合わせた構造の半導体発光素子であってもよいし、その他構造の半導体発光素子であってもよい。なお、光源16(半導体発光素子)は、1以上であればよい。また、半導体発光素子は、LD(レーザーダイオード)であってもよい。
光源16(半導体発光素子)は、図2、図3に示すように、横長矩形の発光面16aが上向きで、横長矩形の発光面16aの長辺と反射面12aの光軸AXとが直交(又は略直交)し、かつ、横長矩形の発光面16aと投影レンズ14の焦点Fとが一致(又は略一致)した状態で基板24が保持部材18に固定されて、投影レンズ14の光軸AX近傍に配置されている。
反射面12aは、上向き(半球方向)に放出される光源16(横長矩形の発光面16a)からの光が入射するように、光源16の側方から上方にかけての範囲(但し、反射面12aからの反射光が通過する車両前方側領域を除く)をドーム状に覆っている(図1、図3参照)。
保持部材18は、投影レンズ14の焦点Fから光源16に向かって延びるミラー面26を含んでいる。ミラー面26の前端縁26aは、ロービーム用配光パターン中のカットオフラインを明瞭なものとする観点から、直線ではなく、湾曲した形状とされている。例えば、ミラー面26は、その前端縁26aがサジタル焦点群に沿った形状とされ、かつ、当該前端縁26aをサジタル焦点群に沿わせた状態で配置されている。
サジタル焦点群とは、所定配光パターン(本実施形態では、ロービーム用配光パターン)から出射面20に到達する複数の仮想水平光線のうち、投影レンズ14の光軸AXに対する傾斜角度が異なる複数の鉛直面それぞれに含まれる複数の仮想水平光線を、出射面20から投影レンズ14内部に入射させた場合に、入射面22から出射する複数の仮想水平光線が、投影レンズ14の光軸AXを含む水平面上に形成する焦点群のことである(例えば、特開2009−277368号公報参照)。
ミラー面26に入射した光源16からの光は、上向きに反射されて、投影レンズ14で屈折してカットオフライン以下に照射される。すなわち、上向きに反射される光源16からの光が前端縁26a(カットオフライン)を境に折り返される形となる。これにより、ロービーム用配光パターン中のカットオフラインを、明瞭なものとすることが可能となる。
図6は、車両用前照灯10の、リフレクタ12を透視した上面図(反射面12aの光軸AXと投影レンズ14の光軸AXとが一致)である。
上記のように出射面20が投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜した(車両前方に向かって右側の端部が左側の端部よりも前方に位置するように傾斜した)非回転対称形状の投影レンズ14を用いた車両用前照灯において、図6に示すように、反射面12aの光軸AXと投影レンズ14の光軸AXとを一致させると、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が、投影レンズ14の光軸AXに対して左右いずれかに偏って拡散してしまう。
これを防止する観点から、反射面12aは、図4に示すように、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が投影レンズ14の光軸AXに対して左右略均等となるように、その光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して所定角度傾斜した状態(例えば、水平面内において所定角度傾斜した状態)で配置されている。
反射面12aの光軸AXをどの程度傾斜させれば、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が投影レンズ14の光軸AXに対して左右略均等となるかは、出射面20が投影レンズ14の光軸AXに対してどの程度傾斜しているか等の条件によって異なるため、具体的な角度で表すのは困難である。
しかしながら、例えば、反射面12aの光軸AXの、投影レンズ14の光軸AXに対する傾斜角度を徐々に変更し、変更するごとに光線追跡することで、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が、投影レンズ14の光軸AXに対して左右略均等となる傾斜角度を見出すことができる。
なお、反射面12aを部分的に調整することで、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光を、投影レンズ14の光軸AXに対して「より」左右均等に拡散させることができる。このように反射面12aを部分的に調整すると、反射面12aは、その光軸AXに対して左右非対称の形状となる。
以上説明したように、本実施形態の車両用前照灯10によれば、出射面20が投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜した(車両前方に向かって右側(又は左側)の端部が左側(又は右側)の端部よりも前方に位置するように傾斜した)非回転対称形状の投影レンズ14を用いた車両用前照灯10において、投影レンズ14(出射面20)から出射して前方に照射される光源16からの光を、投影レンズ14の光軸AXに対して略均等(例えば、左右略均等)に拡散させることが可能となる。これは、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が投影レンズ14の光軸AXに対して左右略均等となるように、反射面12aを、その光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して所定角度傾斜した状態(例えば、水平面内において所定角度傾斜した状態)で配置したことによるものである。
次に、変形例について説明する。
上記実施形態では、投影レンズ14の出射面20が、車両前方に向かって右側(又は左側)の端部が左側(又は右側)の端部よりも前方に位置するように、投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜して配置されている例(図4参照)について説明したが、本発明は、これに限定されない。
図7は、車両用前照灯10の縦断面(変形例)である。
例えば、図7に示すように、投影レンズ14の出射面20は、デザイン性(見栄え等)を考慮して設計された面(例えば、平面でも球面でもない、車両前方に向かって凸の自由曲面)で、下側(又は上側)の端部が上側(又は下側)の端部よりも前方に位置するように、投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜した面であってもよい。
上記のように出射面20が投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜した(下側の端部が上側の端部よりも前方に位置するように傾斜した)非回転対称形状の投影レンズ14を用いた車両用前照灯において、図6に示すように、反射面12aの光軸AXと投影レンズ14の光軸AXとを一致させると、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が、投影レンズ14の光軸AXに対して上下いずれかに偏って拡散してしまう(特に、ミラー面26を省略し、反射面12aを適宜に調整することで、本発明の車両用前照灯を、ハイビーム用配光パターンを形成するプロジェクタ型の車両用前照灯に適用した場合)。
これを防止する観点から、本変形例の反射面12aは、図7に示すように、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が投影レンズ14の光軸AXに対して上下略均等となるように、その光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して所定角度傾斜した状態(例えば、鉛直面内において所定角度傾斜した状態)で配置されている。
本変形例の車両用前照灯10によっても、出射面20が投影レンズ14の光軸AXに対して傾斜した(下側(又は上側)の端部が上側(又は下側)の端部よりも前方に位置するように傾斜した)非回転対称形状の投影レンズ14を用いた車両用前照灯10において、投影レンズ14(出射面20)から出射して前方に照射される光源16からの光を、投影レンズ14の光軸AXに対して略均等(例えば、上下略均等)に拡散させることが可能となる。これは、出射面20から出射して前方に照射される光源16からの光が投影レンズ14の光軸AXに対して上下略均等となるように、反射面12aを、その光軸AXが投影レンズ14の光軸AXに対して所定角度傾斜した状態(例えば、鉛直面内において所定角度傾斜した状態)で配置したことによるものである。
また、上記実施形態では、車両用前照灯10が一つの例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
図8は車両用前照灯10の斜視図(変形例)、図9は車両用前照灯10の上面図(変形例)である。
例えば、図8、図9に示すように、複数の車両用前照灯10を組み合わせて車両用前照灯を構成してもよい。
複数の車両用前照灯10を組み合わせて車両用前照灯を構成する場合、当該複数の車両用前照灯10それぞれの投影レンズ14は、図8に示すように、物理的に分離した投影レンズとして構成してもよいし、あるいは、図9に示すように、一体化し、複数の車両用前照灯10それぞれの投影レンズ14の出射面20として機能する共通で一枚の出射面28を含む複合レンズ体30として構成してもよい。
また、上記実施形態では、本発明の車両用前照灯を、ロービーム用配光パターンを形成するプロジェクタ型の車両用前照灯10に適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、ミラー面26を省略し、反射面12aを適宜に調整することで、本発明の車両用前照灯を、ハイビーム用配光パターンを形成するプロジェクタ型の車両用前照灯に適用してもよい。
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
10…車両用前照灯、12…リフレクタ、12a…反射面、14…投影レンズ、16…光源、16a…発光面、18…保持部材、20…出射面、22…入射面、24…基板、26…ミラー面、26a…前端縁、28…出射面、30…複合レンズ体

Claims (5)

  1. 第1焦点と第2焦点とを含む回転楕円系の反射面と、
    車両前方側の出射面と、車両後方側の入射面と、前記入射面側の焦点と、を含む非回転対称形状の投影レンズであって、前記焦点が前記第2焦点又はその近傍に位置した状態で、前記反射面の前方に配置された投影レンズと、
    前記第1焦点又はその近傍に配置され、前記反射面で反射され、前記入射面から前記投影レンズ内部へ入射し、前記出射面から出射して前方に照射される光を放出する光源と、
    を備えており、
    前記出射面は、前記投影レンズの焦点を通って車両前後方向に延びる前記投影レンズの光軸に対して傾斜した面とされており、
    前記入射面は、前記投影レンズの光軸に対して平行な複数の光線を前記出射面から前記投影レンズ内部へ入射させた場合、当該入射面から出射する前記複数の光線が前記投影レンズの焦点に集光する面とされており、
    前記反射面は、前記出射面から出射して前方に照射される前記光源からの光が前記投影レンズの光軸に対して略均等となるように、前記第1焦点と第2焦点とを通る光軸が前記投影レンズの光軸に対して所定角度傾斜した状態で配置されていることを特徴とする車両用前照灯。
  2. 前記投影レンズと前記光源との間には、前記出射面から出射して前方に照射される前記光源からの光のうち上方へ向かう光を遮る遮光部材が配置され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。
  3. 請求項1又は2に記載の複数の車両用前照灯を含むことを特徴とする車両用前照灯。
  4. 前記複数の車両用前照灯それぞれの前記投影レンズは、物理的に分離した投影レンズとして構成されていることを特徴とする請求項3に記載の車両用前照灯。
  5. 前記複数の車両用前照灯それぞれの前記投影レンズは、一体化された複合レンズ体として構成されており、
    前記複合レンズ体は、前記複数の車両用前照灯それぞれの前記投影レンズの出射面として機能する共通で一枚の出射面を含んでいることを特徴とする請求項3に記載の車両用前照灯。
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