JP2017123348A - 前照灯モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で簡単な構成で、ロービーム機能とハイビーム機能とを備えた前照灯モジュールを提供する。
【解決手段】前照灯モジュール130は、第1の光を発する光源1と、第2の光を発する光源4と、第1の光を反射する反射面32及び反射面32で反射された反射光を出射する出射面33を備える光学素子3とを備える。反射面32は、第1の光を基に形成される第1の配光パターンのカットオフラインを形成する。光源4は、反射面32の裏面側に配置される。出射面33は、第1の配光パターンと第2の光を基に形成される第2の配光パターンとを投影する。
【選択図】図14

Description

本発明は、車体の前方を照射する前照灯モジュールに関する。
前照灯装置は、道路交通規則等によって定められる所定の配光パターンを満たさなければならない。「配光」とは、光源の空間に対する光度分布をいう。つまり、光源から出る光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を,その微小立体角で割ったものである。
道路交通規則の1つとして、例えば、自動車用ロービームに関する所定の配光パターンは、上下方向が狭い横長の形状をしている。そして、対向車を眩惑させないために、配光パターンの上側の光の境界線(カットオフライン)は明瞭であることを要求される。つまり、カットオフラインの上側(配光パターンの外側)が暗く、カットオフラインの下側(配光パターンの内側)が明るい明瞭なカットオフラインを要求される。
ここで、「カットオフライン」とは、前照灯の光を壁やスクリーンに照射した場合にできる光の明暗の区切り線のことで、配光パターンの上側の区切り線のことである。つまり、配光パターンの上側の光の明暗の境界線のことである。配光パターンの上側の光の明るい領域(配光パターンの内側)と暗い領域(配光パターンの外側)との境界線のことである。カットオフラインは、すれ違い用の前照灯の照射方向を調節する際に用いられる用語である。すれ違い用の前照灯は、ロービームとも呼ばれる。
そして、カットオフラインの下側(配光パターンの内側)の領域が最大照度となるように要求される。この最大照度の領域を「高照度領域」とよぶ。ここで、「カットオフラインの下側の領域」とは、配光パターンの上部を意味し前照灯装置では遠方を照射する部分に相当する。このような明瞭なカットオフラインを実現するためには、カットオフラインに大きな色収差又はぼやけ等が生じてはならない。「カットオフラインにぼやけが生じる」とは、カットオフラインが不鮮明になることである。
このような複雑な配光パターンを実現するためには、リフレクタ、遮光板及び投射レンズの組み合わせを用いた光学系の構成が一般的である(例えば、特許文献1)。そして、遮光板は投射レンズの焦点位置に配置される。
特許文献1に開示された前照灯は、回転楕円面のリフレクタの第1焦点に半導体光源を配置している。半導体光源から出射された光は、第2焦点に集光する。そして、特許文献1に開示された前照灯は、シェード(遮光板)で光の一部を遮光された後に、投影レンズによって並行光を出射している。
道路交通規則の1つとして、車両用ハイビームに関する所定の配光パターンは、上下方向が狭い横長の形状をしている。そして、ドライバーの視認性を向上させるためにすれ違い用の前照灯に比べて自動車の前方の遠方(例えば、最低100m以上)の路面を照明する。
したがって、ハイビームは、すれ違い用の前照灯の配光パターンのカットオフラインよりも上側も照明する必要がある。つまり、すれ違い用の前照灯と走行用の前照灯とはそれぞれ照明する領域が異なるため、配光パターンが異なる。走行用の前照灯は、ハイビームとも呼ばれる。
特開2009−199938号公報
本発明は、小型で簡単な構成で、ロービーム機能とハイビーム機能とを備えた前照灯モジュールを提供することを目的とする。
前照灯モジュールは、車両に用いられる前照灯モジュールであって、第1の光を発する第1の光源と、第2の光を発する第2の光源と、前記第1の光を反射する第1の反射面及び前記第1の反射面で反射された反射光を出射する出射面を備える光学素子とを備え、前記第1の反射面は、前記第1の光を基に形成される第1の配光パターンのカットオフラインを形成し、前記第2の光源は、前記第1の反射面の裏面側に配置され、前記出射面は、前記第1の配光パターンと前記第2の光を基に形成される第2の配光パターンとを投影する。
本発明によれば、小型で簡単な構成で、ロービーム機能とハイビーム機能とを備えた前照灯モジュールを提供できる。
実施の形態1に係る前照灯モジュール100の構成を示す構成図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の斜視図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光位置PHを説明する説明図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光位置PHを説明する説明図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光位置PHを説明する説明図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の反射面32の形状を説明する図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の照度分布を示すコンター表示で示した図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の照度分布を示すコンター表示で示した図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子30の斜視図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の共役面PC上での断面形状を示した模式図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光光学素子2の形状を示した図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール110の構成を示す構成図である。 実施の形態1に係る前照灯モジュール120の構成を示す構成図である。 実施の形態2に係る前照灯モジュール130の構成を示す構成図である。 実施の形態2に係る前照灯モジュール140の構成を示す構成図である。 実施の形態3に係る前照灯モジュール150の構成を示す構成図である。 自動二輪車の配光パターン103を示す模式図である。 自動二輪車94の車体が傾いた状態を示した模式図である。 実施の形態3に係る前照灯モジュール150により配光パターンが修正された場合を示す模式図である。 実施の形態4に係る前照灯モジュール160の構成を示す構成図である。 前照灯モジュール100の損失光LOを説明する図である。 実施の形態4に係る前照灯モジュール160の導光投射光学素子300の斜視図である。 実施の形態4に係る前照灯モジュール160の反射面37の発散角の制御を説明する説明図である。 実施の形態4に係る前照灯モジュール160の構成を示す構成図である。 実施の形態4に係る前照灯モジュール160の構成を示す構成図である。 実施の形態5に係る前照灯モジュール170の構成を示す構成図である。 実施の形態6に係る前照灯装置10の構成を示した構成図である。
道路交通規則等を順守するための配光パターンを生成するためには、遮光板は投射レンズの焦点位置に対して高い精度で配置される必要がある。つまり、特許文献1の光学系の構成では、カットオフラインを生成するために、投射レンズに対する遮光板の高い配置精度が要求される。そして、一般的には、光学系を小型化すれば、リフレクタ、遮光板及び投射レンズに要求される配置精度は高くなる。これらのため、前照灯装置の製造性は低下する。また、前照灯装置を小型化する際には、製造性はさらに低下する。
また、特許文献1の光学系の構成では、遮光板を利用してカットオフラインを生成しているため、光利用効率が低下する。つまり、光源から発せられた光の一部は、遮光板で遮光されて投射光として利用されない。「光利用効率」は光の利用効率のことである。
本発明の実施の形態は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光利用効率の低下を抑えて製造性を向上した前照灯装置を提供することを目的の一つとする。
本発明の実施の形態によれば、光利用効率の低下を抑えて製造性を向上した前照灯装置を提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例を説明する。なお、以下の実施の形態の説明においては、説明を容易にするためにXYZ座標を用いて説明する。車両の左右方向をX軸方向とする。車両前方に対して右側を+X軸方向とし、車両前方に対して左側を−X軸方向とする。ここで、「前方」とは、車両の進行方向をいう。つまり、「前方」とは、前照灯が光を照射する方向である。車両の上下方向をY軸方向とする。上側を+Y軸方向とし、下側を−Y軸方向とする。「上側」とは空の方向であり、「下側」とは地面(路面等)の方向である。車両の進行方向をZ軸方向とする。進行方向を+Z軸方向とし、反対の方向を−Z軸方向とする。+Z軸方向を「前方」とよび、−Z軸方向を「後方」とよぶ。つまり、+Z軸方向は前照灯が光を照射する方向である。
上述のように、以下の実施の形態では、Z−X平面は、路面に平行な面とした。これは、通常考える場合には、路面は「水平面」であるからである。このため、Z−X平面は、「水平面」として考えている。「水平面」とは、重力の方向に直角な平面である。しかし、路面は、車両の走行方向に対しては傾くことがある。つまり、登り坂又は下り坂などである。これらの場合には、「水平面」は、路面に平行な面として考える。つまり、「水平面」は、重力の方向に対して垂直な平面ではない。
一方、一般的な路面が車両の走行方向に対して左右方向に傾いていることは稀である。「左右方向」とは、走路の幅方向である。これらの場合には、「水平面」は、重力方向に対して直角な面として考える。例えば、路面が左右方向に傾き、車両が路面の左右方向に対して垂直であったとしても、車両が「水平面」に対して左右方向に傾いた状態と同等として考える。
なお、以下の説明を簡単にするために、「水平面」は、重力方向に垂直は平面として説明する。つまり、Z−X平面は、重力方向に垂直は平面として説明する。
本発明の光源として、例えば、白熱電球、ハロゲンランプ又は蛍光ランプ等の管球光源を用いてもよい。また、本発明の光源として、例えば、発光ダイオード(以下、LED(Light Emitting Diode)とよぶ。)又はレーザーダイオード(以下、LD(Laser Diode)とよぶ。)等の半導体光源を用いてもよい。つまり、本発明の光源は、特に限定されることなく、いかなる光源を用いてもよい。
ただし、二酸化炭素(CO)の排出と燃料の消費を抑えるといった環境への負荷を軽減する観点から、前照灯装置の光源としては、半導体光源の採用が望ましい。半導体光源は、従来のハロゲンバルブ(ランプ光源)に比べて発光効率が高い。
また、小型化、軽量化の観点からも、半導体光源の採用が望ましい。半導体光源は、従来のハロゲンバルブ(ランプ光源)に比べて指向性があり、光学系を小型化、軽量化できる。
したがって、本発明の以下の説明では、光源は半導体光源の1つであるLEDであるとして説明する。
また、「配光パターン」とは、光源から放射される光の方向に起因する光束の形状及び光の強度分布を示している。「配光パターン」を以下に示す照射面9上での照度パターンの意味としても使用する。また、「配光分布」とは、光源から放射される光の方向に対する光の強度の分布である。「配光分布」を以下に示す照射面9上での照度分布の意味としても使用する。
本発明は、前照灯装置のロービーム又はハイビームなどに適用される。また、本発明は、自動二輪車用の前照灯装置のロービーム又はハイビームなどに適用される。また、本発明は、三輪又は四輪等のその他の前照灯装置についても適用される。
しかし、以下の説明では、自動二輪車用の前照灯のロービームの配光パターンを形成する場合を例として説明する。自動二輪車用の前照灯のロービームの配光パターンは、カットオフラインが車両の左右方向(X軸方向)に水平な直線である。また、カットオフライン下側(配光パターンの内側)領域が最も明るい。
三輪の車両としては、例えば、ジャイロと呼ばれる自動三輪車が挙げられる。「ジャイロと呼ばれる自動三輪車」とは、前輪が一輪で、後輪が一軸二輪の三輪でできたスクーターである。日本では原動機付自転車に該当する。車体中央付近に回転軸を持ち、前輪及び運転席を含む車体のほとんどを左右方向に傾けることができる。この機構によって、自動二輪車と同様に旋回の際に内側へ重心を移動することができる。
実施の形態1.
図1(A)及び図1(B)は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の構成を示す構成図である。図1(A)は、車両前方に対して右側(+X軸方向)から見た図である。図1(B)は、上側(+Y軸方向)から見た図である。
図1(A)及び図1(B)に示すように、実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、光源1及び導光投射光学素子3を備える。実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、集光光学素子2を備えることができる。なお、前照灯モジュール100は、集光光学素子2を光源1に取り付けて一体とした場合を含む。
光源1及び集光光学素子2は、光軸を−Y軸方向に角度aだけ傾けて配置される。「光軸を−Y軸方向に傾ける」とは、+X軸方向から見て、X軸を回転軸として、Z軸に平行な光軸を時計回りに回転させることである。
光源1及び集光光学素子2について説明を容易にするために、新たな座標系としてX座標を用いる。X座標は、XYZ座標を+X軸方向から見て、X軸を回転軸として時計回りに角度aだけ回転した座標である。
なお、実施の形態1では、集光光学素子2の光軸Cは、Z軸に平行である。また、集光光学素子2の光軸Cは、光源1の光軸と一致している。
<光源1>
光源1は、発光面11を備える。光源1は、発光面11から車両の前方を照明するための光を出射する。
光源1は、集光光学素子2の−Z軸側に位置している。光源1は、導光投射光学素子3の−Z軸側(後方)に位置している。そして、光源1は、導光投射光学素子3の+Y軸側(上側)に位置している。
図1では、光源1は、+Z軸方向に光を出射している。光源1は、その種類を特に限定していないが、上述の説明の通り以下の説明では、光源1がLEDであるとして説明する。
<集光光学素子2>
集光光学素子2は、光源1の+Z軸側に位置している。また、集光光学素子2は、導光投射光学素子3の−Z軸側に位置している。集光光学素子2は、導光投射光学素子3の−Z軸側(後方)に位置している。そして、集光光学素子2は、導光投射光学素子3の+Y軸側(上側)に位置している。
集光光学素子2は、光源1から発せられた光を入射する。集光光学素子2は、前方(+Z軸方向)の任意の位置に光を集光させる。集光光学素子2は、集光機能を有する光学素子である。集光光学素子2の集光位置に関しては、図3及び図4を用いて説明する。
図1では、集光光学素子2が正のパワーを有する光学素子として示している。
また、実施の形態1で示す集光光学素子2は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
図1では、集光光学素子2は、1つの光学素子で構成されているが、複数の光学素子を用いることもできる。しかし、複数の光学素子を用いる場合には、各光学素子の位置決め精度を確保するなど、製造性を低下させることになる。
光源1及び集光光学素子2は、導光投射光学素子3の上側(+Y軸方向側)に配置されている。また、光源1及び集光光学素子2は、導光投射光学素子3の後方(−Z軸方向側)に配置されている。
光源1及び集光光学素子2は、反射面32に対して、反射面32の光を反射する側に位置している。つまり、光源1及び集光光学素子2は、反射面32に対して、反射面32の表面側に位置している。光源1及び集光レンズ2は、反射面32の法線方向であって、反射面32に対して、反射面32の表面側に位置している。集光光学素子2は、反射面32に対向する方向に配置されている。
図1では、光源1の光軸は、集光光学素子2の光軸と一致している。そして、光源1及び集光光学素子2の光軸は、反射面32上に交点を有している。入射面31で光が屈折する場合には、集光光学素子2から出射された中心光線が、反射面32上に到達する。つまり、集光光学素子2の光軸又は中心光線は、反射面32上に交点を有している。
集光光学素子2は、例えば、入射面211,212、反射面22及び出射面231,232を備える。
集光光学素子2は、光源1の直後に配置される。ここで、「後」とは、光源1から出射された光の進行方向側のことである。ここでは、「直後」なので、発光面11から出射した光は、すぐに集光光学素子2に入射する。
発光ダイオードは、ランバート配光の光を出射する。「ランバート配光」とは、発光面の輝度が見る方向によらず一定となる配光である。つまり、発光ダイオードの配光の指向性は広い。このため、光源1と集光光学素子2との距離を短くすることで、より多くの光を集光光学素子2に入射させることができる。
集光光学素子2は、例えば、透明樹脂、硝子又はシリコーン材で製作されている。集光光学素子2の材料は、透過性を有すれば材質は問わず、透明な樹脂等でも構わない。しかし、光利用効率の観点から、集光光学素子2の材料は、透過性の高い材料が適している。また、集光光学素子2が、光源1の直後に配置されることから、集光光学素子2の材料は、耐熱性に優れた材料が好ましい。
入射面211は、集光光学素子2の中心部分に形成された入射面である。「集光レンズ2の中心部分」とは、集光光学素子2の光軸Cが入射面211上に交点を有していることである。
また、入射面211は、例えば正のパワーを有する凸面形状である。入射面211の凸面形状は、−Z軸方向に凸の形状をしている。パワーは、「屈折力」ともよばれる。入射面211は、例えば、光軸Cを回転軸とする回転対称の形状をしている。
入射面212は、例えば、楕円の長軸又は短軸を回転軸として回転させた回転体の表面形状の一部をしている。楕円の長軸又は短軸を回転軸として回転させた回転体を「回転楕円体」という。この回転楕円体の回転軸は、光軸Cと一致している。入射面212は、回転楕円体の回転軸方向の両端を切断した表面形状をしている。つまり、入射面212は、筒形状をしている。
入射面212の筒形状の一端(+Z軸方向側の端)は、入射面211の外周に接続されている。入射面212の筒形状は、入射面211に対して光源1側(−Z軸方向)に形成されている。つまり、入射面212の筒形状は、入射面211に対して光源1側に形成されている。
反射面22は、X−Y平面上の断面形状が、例えば、光軸Cを中心とした円形状をした筒形状をしている。反射面22の筒形状は、−Z軸方向側の端のX−Y平面上の円形状の直径が、+Z軸方向側の端のX−Y平面上の円形状の直径よりも小さい。つまり、反射面22は、−Z軸方向から+Z軸方向に向けて直径が大きくなっている。
例えば、反射面22は、円錐台の側面の形状をしている。中心軸を含む面上での円錐台の側面の形状は直線形状をしている。しかし、光軸Cを含む面上での反射面22の形状は曲線形状であっても構わない。「光軸Cを含む面」とは、面上に光軸Cの線を描けることである。
反射面22の筒形状の一端(−Z軸方向側の端)は、入射面212の筒形状の他端(−Z軸方向側の端)に接続している。つまり、反射面22は、入射面212の外周側に位置している。
出射面231は、入射面211の+Z軸方向側に位置している。出射面231は、正のパワーを有する凸面形状である。出射面231の凸面形状は、+Z軸方向に凸の形状をしている。集光光学素子2の光軸Cは、出射面231上に交点を有している。出射面213は、例えば、光軸Cを回転軸とする回転対称の形状をしている。
出射面232は、出射面231の外周側に位置している。出射面232は、例えば、X−Y平面に平行な平面形状をしている。出射面232の内周及び外周は、円形状をしている。
出射面232の内周は、出射面231の外周に接続している。出射面232の外周は、反射面22の筒形状の他端(+Z軸方向側の端)に接続している。
発光面11から出射された光のうち、出射角度の小さい光線は、入射面211に入射する。出射角度の小さい光線は、例えば、発散角が60度以内である。出射角度の小さい光線は、入射面211から入射され、出射面231から出射される。出射面231から出射された出射角度の小さい光線は集光されて、集光光学素子2の前方(+Z軸方向)の任意の位置に集光される。上述のように、集光位置に関しては後述する。
発光面11から出射された光のうち、出射角度の大きい光線は、入射面212に入射する。出射角度の大きい光線は、例えば、発散角が60度よりも大きい。入射面212から入射された光線は、反射面22で反射される。反射面22で反射された光線は、+Z軸方向に進行する。反射面22で反射された光線は、出射面232から出射される。出射面232から出射された出射角度の大きい光線は集光されて、集光光学素子2の前方(+Z軸方向)の任意の位置に集光される。上述のように、集光位置に関しては後述する。
以下の各実施の形態で説明する集光光学素子2は、一例として、以下の機能を有する光学素子として説明する。つまり、集光光学素子2は、光源1から出射された出射角度の小さい光線を屈折により集光する。また、集光光学素子2は、光源1から出射された出射角度の大きい光線を反射により集光する。
例えば、出射面231から出射された光の集光位置は、光源1のパターン(発光面11の形状)と相似形状になる。このため、光源1の発光面11の形状が投影されることで配光ムラを生じることがある。このような場合には、上述のように、出射面231から出射された光の集光位置と、出射面232から出射された光の集光位置を異ならせることで、出射面231から出射された光による配光ムラを緩和させることが可能となる。
出射面232から出射された光線の集光位置と、出射面231から出射された集光位置とは、一致する必要はない。例えば、出射面231から出射された光の集光位置よりも、出射面232から出射された光の集光位置の方が、集光光学素子2に近い位置でも良い。
また、実施の形態1においては、集光光学素子2の入射面211,212、反射面22及び出射面231,232の各々は、すべて光軸C中心の回転対称な形状としている。しかし、光源1から出射された光を集光できれば、回転対称な形状に限らない。
例えば、反射面22のX−Y平面上の断面形状を楕円形状にすることで、集光位置における集光スポットも楕円形状にすることができる。そして、前照灯モジュール100は、幅広い配光パターンを生成しやすくなる。
また、光源1の発光面11の形状が矩形形状の場合にも、例えば、反射面22のX−Y平面上の断面形状を楕円形状する方が、集光光学素子2を小型にできる。
また、集光光学素子2は全体として正のパワーを有していればよい。入射面211,212、反射面22及び出射面231,232の各々は、それぞれ任意のパワーを有することができる。
なお、上述のように、光源1に管球光源を採用した場合には、集光光学素子として反射鏡を用いることができる。
<導光投射光学素子3>
導光投射光学素子3は、集光光学素子2の+Z軸方向に位置している。導光投射光学素子3は、集光光学素子2の+Z軸側に位置している。そして、導光投射光学素子3は、集光光学素子2の−Y軸側に位置している。
導光投射光学素子3は、集光光学素子2から出射された光を入射する。導光投射光学素子3は、前方(+Z軸方向)に光を出射する。
なお、導光投射光学素子3は、反射面32により光を導光する機能を有する。また、導光投射光学素子3は、出射面33により光を投射する機能を有する。このため、光学素子3を説明する際には、理解を容易にするために、導光投射光学素子3として説明する。
図2は、導光投射光学素子3の斜視図である。導光投射光学素子3は、反射面32及び出射面33を備える。導光投射光学素子3は、入射面31を備えることができる。導光投射光学素子3は、入射面34を備えることができる。
導光投射光学素子3は、例えば、透明樹脂、硝子又はシリコーン材等で製作されている。
また、実施の形態1で示す導光投射光学素子3は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
入射面31は、導光投射光学素子3の−Z軸方向側の端部に設けられている。入射面31は、導光投射光学素子3の+Y軸方向側の部分に設けられている。
図1(A)、図1(B)及び図2では、導光投射光学素子3の入射面31は曲面形状をしている。入射面31の曲面形状は、例えば、水平方向(X軸方向)及び垂直方向(Y軸方向)がともに正のパワーを有する凸面形状である。
曲面形状をした入射面31に入射した光は、その発散角が変化する。入射面31は、光の発散角を変化させることで、配光パターンを成形することができる。つまり、入射面31は、配光パターンの形状を成形する機能を有する。つまり、入射面31は、配光パターン形状成形部として機能する。
また、例えば、入射面31に集光機能を持たせることで、集光光学素子2を省くことも考えられる。つまり、入射面31は、集光部として機能する。
入射面31は、配光パターン形状成形部の一例として考えられる。また、入射面31は、集光部の一例として考えられる。
しかし、入射面31は曲面形状に限らず、例えば、平面形状でも構わない。
本実施の形態1では、まず、導光投射光学素子3の入射面31の形状が正のパワーを有する凸面形状の場合について説明する。
反射面32は、入射面31の−Y軸方向側の端部に設けられている。つまり、反射面32は、入射面31の−Y軸方向側に配置されている。そして、反射面32は、入射面31の+Z軸方向側に配置されている。実施の形態1では、反射面32の−Z軸方向側の端部は、入射面31の−Y軸方向側の端部に接続している。
反射面32は、反射面32に到達した光を反射する。つまり、反射面32は、光を反射する機能を有する。つまり、反射面32は、光反射部として機能する。反射面32は、光反射部の一例として考えられる。
反射面32は、+Y軸方向に面した面である。つまり、反射面32の表面は、+Y軸方向に面した面である。反射面32の表面は、光を反射する面である。反射面32の裏面は、−Y軸方向に面した面である。
反射面32は、Z−X平面に対して、X軸に平行な軸を中心として、+X軸方向から見て時計回りに回転した面である。図1では、反射面32は、Z−X平面に対して、角度bだけ回転した面となっている。
図1では、反射面32は平面で示されている。しかし、反射面32は、平面である必要はない。反射面32は、曲面形状でも構わない。
反射面32は、ミラー蒸着をすることでミラー面としても良い。しかし、反射面32は、ミラー蒸着をせずに全反射面として機能させることが望ましい。なぜなら、全反射面はミラー面よりも反射率が高く、光利用効率の向上に寄与するからである。また、ミラー蒸着の工程をなくすことで、導光投射光学素子3の製造工程を簡素化することができる。そして、導光投射光学素子3の製造コストの低減に寄与する。特に、実施の形態1に示す構成では、反射面32への光線の入射角が浅いため、ミラー蒸着をしなくても反射面32を全反射面とすることができる特徴がある。「入射角が浅い」とは、入射角が大きいということである。
入射面34は、例えば、X−Y平面に平行な面をしている。しかし、入射面34は、曲面形状をすることができる。入射面34を曲面形状とすることで、入射する光の配光を変更することができる。
入射面34は、反射面32の−Y軸方向側に配置されている。つまり、入射面34は、反射面32の裏面側に配置されている。図1では、入射面34の+Y軸方向側の端部は、反射面32の+Z軸方向側の端部に接続している。
入射面34は、図1では、照射面9と光学的に共役の位置にある。「光学的に共役」とは、1つの点から発した光が他の1つの点に結像する関係のことをいう。つまり、入射面34上及びその延長上にある共役面PC上の光の形状が、照射面9に投影される。図1では、入射面34からは光は入射されていない。このため、入射面31から入射した光の共役面PC上の形状が、照射面9に投影される。
なお、共役面PC上の光の像は、導光投射光学素子3内の共役面PC上の一部に形成される。つまり、導光投射光学素子3内の共役面PC上の範囲内で、配光パターンを前照灯モジュール100に適した形状に形づくることができる。特に、後述するように、複数の前照灯モジュールを用いて1つの配光パターンを形づくる場合には、各前照灯モジュールの役割に応じた配光パターンを形づくることになる。
ここで、照射面9は、車両の前方の所定の位置に設定される仮想の面である。照射面9は、X−Y平面に平行な面である。車両の前方の所定の位置は、前照灯装置の光度又は照度を計測する位置で、道路交通規則等で規定されている。例えば、欧州では、UNECE(United Nations Economic Commission for Europe)が定める自動車用の前照灯装置の光度の計測位置は光源から25mの位置である。日本では、日本工業標準調査会(JIS)が定める光度の計測位置は光源から10mの位置である。
稜線部321は反射面32の−Y軸方向側の辺である。稜線部321は反射面32の+Z軸方向側の辺である。そして、稜線部321は、照射面9と光学的に共役の位置にある。
「稜線」とは、一般的には、面と面との境界線のことである。しかし、ここでは、「稜線」は面の端部を含む。実施の形態1では、稜線部321は、反射面32と入射面34とを接続する部分である。つまり、反射面32と入射面34との接続する部分が稜線部321である。
しかし、例えば、導光投射光学素子3の内部が空洞となっていて、入射面34が開口部となっている場合には、稜線部321は反射面32の端部となる。つまり、稜線部321は、面と面との境界線を含む。また、稜線部321は、面の端部を含む。なお、上述のように実施の形態1では、導光投射光学素子3は、内部が屈折材で満たされている。
また、「稜線」は直線に限らず曲線等も含まれる。例えば、稜線は後述する「立ち上がりライン」の形状とすることもできる。実施の形態1では、稜線部321は、直線形状である。実施の形態1では、稜線部321は、X軸に平行な直線形状をしている。
また、実施の形態1では、稜線部321は入射面34の+Y軸方向側の辺である。稜線部321も入射面34上にあるため、照射面9と光学的に共役の位置にある。
また、実施の形態1では、稜線部321は、導光投射光学素子3の光軸Cと交差している。稜線部321は、投射レンズ4の光軸と直角に交差している。
光軸Cは、出射面33の面頂点を通る法線である。図1の場合では、光軸Cは、出射面33の面頂点を通るZ軸に平行な軸となる。つまり、出射面33の面頂点がX―Y平面でX軸方向又はY軸方向に平行移動する場合には、光軸Cも同様にX軸方向又はY軸方向に平行移動する。また、出射面33が、X−Y平面に対して傾斜する場合には、出射面33の面頂点の法線もX−Y平面に対して傾斜するため光軸CもX−Y平面に対して傾斜する。
稜線部321は、配光パターンのカットオフライン91の形状となる。なぜなら、稜線部321は照射面9と光学的に共役の位置にあるからである。このため、照射面9上の配光パターンは、稜線部321を含む共役面PC上の配光パターンと相似形になる。従って、稜線部321は、カットオフライン91の形状にすることが好ましい。
「カットオフライン」とは、前照灯の光を壁又はスクリーンに照射した場合にできる光の明暗の区切り線のことで、配光パターンの上側の区切り線のことである。つまり、「カットオフライン」は、配光パターンの輪郭部にできる明部と暗部との境界線の部分である。「カットオフライン」は、配光パターンの上側の光の明部と暗部との境界線のことである。つまり、カットオフラインの上側(配光パターンの外側)が暗く、カットオフラインの下側(配光パターンの内側)が明るい。
カットオフラインは、すれ違い用の前照灯の照射方向を調節する際に用いられる用語である。すれ違い用の前照灯は、ロービームとも呼ばれる。「カットオフライン」は、明瞭であることを要求される。ここで「明瞭」とは、カットオフラインに大きな色収差又はぼやけ等が生じてはならないことを意味している。
出射面33は、導光投射光学素子3の+Z軸方向側の端部に設けられている。出射面33は、正のパワーを有する曲面形状をしている。出射面33は、+Z軸方向に突出した凸面形状をしている。
<光線の挙動>
図1に示すように、集光光学素子2によって集光された光は、入射面31から導光投射光学素子3内に入射される。
入射面31は、屈折面である。入射面31に入射された光は、入射面31で屈折される。入射面31は、−Z軸方向に突出した凸面形状である。
ここで、入射面31のX軸方向の曲率は、路面に対して水平方向の「配光の幅」に寄与する。また、入射面31のY軸方向の曲率は、路面に対して垂直方向の「配光の高さ」に寄与する。
<Z−X平面上の光線の挙動>
Z−X平面で見ると、入射面31は、凸面形状である。つまり、入射面31は、水平方向(X軸方向)について正のパワーを有している。ここで、「Z−X平面で見る」とは、Y軸方向から見るという意味である。つまり、Z−X平面に投影して見るということである。このため、入射面31に入射された光は、導光投射光学素子3の入射面31で更に集光されて伝播する。ここで「伝播」とは、導光投射光学素子3の中を光が進行するという意味である。
Z−X平面で見ると、導光部品3内を伝播する光は、図1(B)に示すように、集光光学素子2及び導光投射光学素子3の入射面31により、導光部品3の内部にある任意の集光位置PHに集光される。図1(B)において、集光位置PHは、破線で示されている。また、図1(B)において、稜線部321の位置が共役面PCの位置である。
また、図1(A)に示すように、共役面PCは集光位置PHよりも+Z軸方向側に位置している。従って、集光位置PHを通過した後の光は発散する。そのため、共役面PCからは、集光位置PHよりも水平方向(X軸方向)に広がりを持った光が出射される。
共役面PCは、照射面9と共役の位置にある。このため、共役面PCにおける水平方向の光の広がりは、照射面9における「配光の幅」に相当する。つまり、入射面31の曲面形状の曲率を変化させることで、共役面PC上のX軸方向の光束の幅を制御することができる。これにより、前照灯モジュール100が出射する配光パターンの幅を変化させることができる。
また、前照灯モジュール100は、導光投射光学素子3内の稜線部321の手前側(−Z軸側)に、必ずしも集光位置PHを設ける必要はない。図3及び図4は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光位置PHを説明する説明図である。
図3では、集光位置PHは、入射面31よりも手前側(−Z軸方向側)に位置している。つまり、集光位置PHは、集光光学素子2と導光投射光学素子3との間の空隙に位置している。「空隙」とは、隙間のことである。
図3の構成では、図1の構成と同様に、集光位置PHを通過した後の光は発散する。発散した光は、入射面31で発散角が小さくなる。しかし、集光位置PHから共役面PCまでの距離を大きく取れるので、共役面PC上のX軸方向の光束の幅を制御することができる。そのため、共役面PCからは、水平方向(X軸方向)に広がりを持った光が出射される。
図4では、集光位置PHは、稜線部321の後ろ側(+Z軸方向側)に位置している。図4では、共役面PCは集光位置PHよりも−Z軸方向側に位置している。つまり、集光位置PHは、稜線部321(共役面PC)と出射面33との間に位置している。
共役面PCを透過した光は、集光位置PHで集光する。共役面PCから集光位置PHまでの距離を制御することで、共役面PC上のX軸方向の光束の幅を制御することができる。そのため、共役面PCからは、水平方向(X軸方向)に広がりを持った光が出射される。
図5は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光位置PHを説明する説明図である。しかし、図5に示すように、前照灯モジュール100は、集光位置PHを有していない。
図5に示す前照灯モジュール100は、例えば、入射面31の水平方向(X軸方向)の曲面を、負のパワーを有する凹面としている。こうすることで、稜線部321で水平方向の光を広げることができる。つまり、図5に示す前照灯モジュール100は、集光位置PHを有していない。
このために、共役面PC上の光束の幅が入射面31上の光束の幅よりも大きくなる。凹面の入射面31は、共役面PC上でのX軸方向の光束の幅を制御することができる。そして、照射面9において、水平方向に幅広い配光パターンを得ることができる。
なお、集光位置PHは、X−Y平面上において単位面積あたりの光の密度が高いことを意味する。このため、集光位置PHと共役面PC(稜線部321のZ軸方向の位置)とが一致する場合には、照射面9における配光の幅は、最も狭くなる。そして、照射面9における配光の照度は、最も高くなる。
また、集光位置PHが共役面PC(稜線部321のZ軸方向の位置)から遠ざかるほど、照射面9における配光の幅は広くなる。そして、照射面9における配光の照度は低くなる。「照度」とは、平面状の物体に照射された光の明るさを表す物理量のことである。単位面積あたりに照射された光束に等しい。
<Z−Y平面上の光線の挙動>
一方、入射面31から入射した光をY−Z平面で見れば、入射面31で屈折された光は導光投射光学素子3内を伝播して、反射面32に導かれる。ここで「伝播」とは、導光部品3の中を光が進行するという意味である。
導光投射光学素子3に入射して反射面32に到達する光は、導光投射光学素子3に入射して、反射面32に直接到達している。「直接到達する」とは、他の面等で反射されることなく、到達するという意味である。導光投射光学素子3に入射して反射面32に到達する光は、他の面等で反射されることなく、反射面32に到達する。つまり、反射面32に到達する光は、導光投射光学素子3内で最初の反射をする。
また、反射面32で反射された光は、直接、出射面33から出射されている。つまり、反射面32で反射された光は、他の面等で反射されることなく、出射面33に到達する。つまり、反射面32で最初の反射をした光は、この一度の反射で出射面33に到達する。
図1では、集光光学素子2の出射面231,232の内、集光光学素子2の光軸Cより+Y軸方向側から出射される光は、反射面32に導かれている。また、集光光学素子2の出射面231,232の内、集光光学素子2の光軸Cより−Y軸方向側から出射される光は、反射面32で反射されることなく出射面33から出射される。
つまり、導光投射光学素子3に入射した光のうち、一部の光が反射面32に到達する。反射面32に到達した光は、反射面32で反射されて、出射面33から出射される。
なお、光源1及び集光光学素子2の傾斜角度aの設定により、集光光学素子2から出射される全ての光を反射面32で反射させることができる。また、反射面32の傾斜角度bの設定により、集光光学素子2から出射される全ての光を反射面32で反射させることができる。
また、光源1及び集光光学素子2の傾斜角度aの設定により、導光投射光学素子3の光軸C方向(Z軸方向)の長さを短くすることができる。そして、光学系の奥行き(Z軸方向の長さ)を短くできる。ここで「光学系」とは、実施の形態1では、集光光学素子2及び導光投射光学素子3を構成要素に持つ光学系である。
また、光源1及び集光光学素子2の傾斜角度aの設定により、集光光学素子2から出射した光を、反射面32に導くことが容易になる。このため、効率的に共役面PC上で稜線部321の内側(+Y軸方向側)の領域に光を集めやすくなる。
つまり、集光光学素子2から出射した光を、反射面32の共役面PC側に集めることで、稜線部321の+Y軸方向の領域から出射する光の出射量を多くすることができる。この場合には、集光光学素子2から出射される中心光線と反射面32と交点は、反射面32の共役面PC側に位置している。
従って、照射面9に投影される配光パターンのカットオフライン91の下側の領域を明るくすることが容易になる。また、導光投射光学素子3の光軸方向(Z軸方向)の長さが短くなることで、導光投射光学素子3の光の内部吸収が少なくなり光利用効率が向上する。「内部吸収」とは、導光部品(本実施の形態では導光投射光学素子3)を光が透過する際の、表面反射の損失を除く、材料内部での光損失のことである。内部吸収は導光部品の長さが長いほど増加する。
一般的な導光素子では、光は導光素子の側面で反射を繰り返して導光素子の内部を進行する。これにより、光の強度分布は均一化される。本願では、導光投射光学素子3に入射した光は、反射面32で1回反射されて、出射面33から出射されている。この点で、本願の導光投射光学素子3の使用方法は、従来の導光素子の使用方法と相違する。
道路交通規則等に定められる配光パターンは、例えば、カットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域が最大照度となっている。上述のように、導光投射光学素子3の稜線部321は、照射面9と共役の関係にある。このため、カットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域を最大の照度とするには、導光投射光学素子3の稜線部321の上側(+Y軸方向側)の領域の光度を最も高くすれば良い。「光度」とは、光源からどのくらい強い光が出ているかを表す物理量である。
なお、稜線部321が直線でない場合には、例えば、稜線部321と光軸Cとの交わる位置(点Q)でのX−Y平面に平行な面(共役面PC)が、照射面9と共役の関係にある。なお、必ずしも、辺321と投射レンズ4の光軸とは交わる必要はない。
カットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域が最大照度となるような配光パターンを生成するには、図1(A)に示すように、Y−Z平面上で見て、導光投射光学素子3の入射面31から入射した光の一部を反射面32によって反射させることが有効である。
なぜなら、入射面31から入射した光のうち、反射面32で反射せずに稜線部321の+Y軸方向側に到達した光と、反射面32上で反射された光とが、共役面PC上で重畳されるからである。
つまり、照射面9上の高照度領域に対応する共役面PC上の領域で、反射面32で反射せずに共役面PCに到達した光と、反射面32上で反射されて共役面PCに到達した光とを重畳する。このような構成により、稜線部321の上側(+Y軸方向側)の領域の光度を、共役面PC上の光度の中で最も高くすることができる。
反射面32で反射せずに共役面PCに到達した光と、反射面32で反射されて共役面PCに到達した光とを、共役面PC上で重畳することで、光度の高い領域を形成している。共役面PC上での光度の高い領域の位置の変更は、反射面32上での光の反射位置を変更することで可能である。
反射面32上での光の反射位置を共役面PCに近づけることで、共役面PC上の稜線部321の近くを光度の高い領域とすることができる。つまり、照射面9上でのカットオフライン91の下側を照度の高い領域とすることができる。
また、この重畳された光の量は、水平方向の配光の幅を調整する場合と同様に、入射面31の垂直方向(Y軸方向)の曲率を任意に変化させることで調整することができる。「重畳された光の量」とは、反射面32で反射せずに稜線部321の+Y軸方向側に到達した光(共役面PC上)と、反射面32上で反射された光との重畳された光の量である。
この様に、入射面31の曲率を調整することで、配光を調整することができる。つまり、入射面31の曲率を調整することで、所望の配光を得ることができる。ここで「所望の配光」とは、例えば、道路交通規則等によって定められる所定の配光等のことである。または、後述するように、複数の前照灯モジュールを用いて、1つの配光パターンを形成する場合には、「所望の配光」とは、各前照灯モジュールに要求される配光のことである。
また、集光光学素子2と導光投射光学素子3との幾何学関係を調整することで、配光を調整することができる。つまり、集光光学素子2と導光投射光学素子3との幾何学関係を調整することで、所望の配光を得ることができる。ここで「所望の配光」とは、例えば、道路交通規則等によって定められる所定の配光等のことである。または、後述するように、複数の前照灯モジュールを用いて、1つの配光パターンを形成する場合には、「所望の配光」とは、各前照灯モジュールに要求される配光のことである。
「幾何学関係」とは、例えば、集光光学素子2及び導光投射光学素子3の光軸方向の位置関係である。集光光学素子2から導光投射光学素子3までの距離が短くなると、反射面32で反射する光の量が少なくなり、配光の垂直方向(Y軸方向)の寸法が短くなる。つまり、配光パターンの高さが低くなる。反対に、集光光学素子2から導光投射光学素子3までの距離が長くなると、反射面32で反射する光の量が増えて、配光の垂直方向(Y軸方向)の寸法が長くなる。つまり、配光パターンの高さが高くなる。
また、重畳された光の位置は、反射面32で反射される光の位置を調整することで変化させることができる。「重畳された光の位置」とは、反射面32で反射せずに稜線部321の+Y軸方向側(共役面PC上)に到達した光と、反射面32上で反射された光とが共役面PC上で重畳される位置である。つまり、共役面PC上での高光度領域の範囲である。高光度領域は、照射面9上の高照度領域に対応する共役面PC上の領域である。
また、反射面32で反射される光の集光位置を調整することで、出射面33上での高光度領域の高さを調整することができる。つまり、集光位置が共役面PCに近いと、高光度領域の高さ方向の寸法は短くなる。反対に、集光位置が共役面PCから遠いと、高光度領域の高さ方向の寸法は長くなる。
上述では、高照度領域は、カットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域と説明している。これは、照射面9上の配光パターンの高照度領域の位置である。
後述するように、例えば、複数の前照灯モジュールを用いて、照射面9上に1つの配光パターンを形成す場合がある。このような場合には、各前照灯モジュールの共役面PC上での高光度領域は、稜線部321の+Y軸方向側の領域とは限らない。共役面PC上で、各前照灯モジュールの配光パターンに適した位置に、高光度領域を形成する。
上述のように、水平方向の集光位置PHを調整することで、配光パターンの幅を制御することができる。また、垂直方向の集光位置を調整することで、高照度領域の高さを制御することができる。このように、水平方向の集光位置PHと垂直方向の集光位置とは、必ずしも一致している必要はない。水平方向の集光位置PHと垂直方向の集光位置とを独立して設定することで、配光パターンの形状又は高照度領域の形状を制御することができる。
また、導光投射光学素子3の稜線部321の形状を変更することで、カットオフライン91の形状を、容易に形成できる。つまり、カットオフライン91は、導光投射光学素子3の稜線部321をカットオフライン91の形状とすることで容易に形成できる。このため、従来の遮光板を用いて形成する場合と比べて、光利用効率が高いという利点も有する。なぜなら、光を遮光することなくカットオフライン91を形成することができるからである。
共役面PC上に形成された配光パターンの像は、導光投射光学素子3によって車両の前方の照射面9に拡大して投影される。
出射面33の焦点位置は、光軸C上の稜線部321の位置(Z軸方向の位置)に一致している。つまり、出射面33の焦点位置は、稜線部321と光軸Cとの交点上にある。
または、出射面33の焦点のZ軸方向(光軸C方向)の位置は、稜線部321のZ軸方向の位置に一致している。
従来の前照灯では、遮光板と投射レンズとを用いるために、部品間の位置のばらつきによるカットオフラインの変形又は配光のばらつき等の変化が発生した。しかし、導光投射光学素子3は、1つの部品の形状精度で、出射面33の焦点位置を光軸C方向で稜線部321の位置に一致させることができる。
これにより、前照灯モジュール100は、カットオフラインの変形又は配光のばらつき等の変化を抑えることができる。なぜならば、一般に2つの部品間の位置精度よりも1つの部品の形状精度の方が容易に向上できるからである。
図6(A)及び図6(B)は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の反射面32の形状を説明する図である。図6(A)及び図6(B)は、導光投射光学素子3の入射面31から共役面PCまでの部分を抜き出して表わしている。
図6(A)は、比較のために、反射面32がZ−X平面に対して傾斜していない場合を示している。図6(B)は、導光投射光学素子3の反射面32の形状を表している。
図6(B)に示す導光投射光学素子3の反射面32は、Z−X平面に対して平行な面ではない。例えば、図6(B)に示すように、反射面32は、Z−X平面に対してX軸を回転軸とした傾斜した平面である。導光投射光学素子3の反射面32は、+X軸方向から見て、X軸を回転軸として、時計回りに回転した面である。図6(B)では、反射面32は、Z−X平面に対して角度fだけ回転した面となっている。つまり、反射面32の入射面31側の端部は、共役面PC側の端部よりも+Y軸方向に位置する。
図14(A)に示す導光投射光学素子3の反射面32は、X−Z平面に平行な平面である。入射面31から入射した光は、反射面32で反射して、共役面PCに到達する。
光の反射面32への入射角は、入射角Sである。そして、光の反射面32での反射角は、反射角Sである。反射の法則から、反射角Sは、入射角Sに等しい。反射面32の垂線mは、図6(A)中に一点鎖線で示されている。
光は共役面PCに対して入射角Sで入射する。光は共役面PCから出射角Sout1で出射する。出射角Sout1は、入射角Sに等しい。共役面PCの垂線mは、図6(A)中に一点鎖線で示されている。共役面PCの垂線mは、光軸Cに対して平行である。
光は入射面31で大きく屈折するため、共役面PCから出射する光の出射角Sout1は大きくなる。出射角Sout1が大きくなると、それに伴って、出射面33の口径は大型化する。なぜなら、出射角Sout1の大きな光は、出射面33上で光軸Cから離れた位置に到達するからである。
一方、図6(B)に示す導光投射光学素子3の反射面32は、X−Z平面に対して傾斜している。反射面32の傾斜方向は、+X軸方向から見て、X−Z平面に対して時計回りに回転する方向である。
つまり、反射面32は、光の進行方向(+Z軸方向)に対して、導光投射光学素子3内の光路が広がる方向に傾斜している。反射面32は、光の進行方向(+Z軸方向)に向けて、導光投射光学素子3内の光路が広がるように傾斜している。ここで、光の進行方向は、導光投射光学素子3内の光の進行方向である。そのため、光の進行方向は、導光投射光学素子3の光軸に平行な方向である。
反射面32は、出射面33の光軸Cの方向において、出射面33側を向くように傾斜している。「出射面33側を向く」とは、出射面33側(+Z軸方向側)から見て、反射面32が見えるということである。
入射面31から入射した光は、反射面32で反射して、共役面PCに到達する。
光の反射面32への入射角は、入射角Sである。そして、光の反射面32での反射角は、反射角Sである。反射の法則から、反射角Sは、入射角Sに等しい。反射面32の垂線mは、図6(B)中に一点鎖線で示されている。
光は共役面PCに対して入射角Sで入射する。光は共役面PCから出射角Sout2で出射する。出射角Sout2は、入射角Sに等しい。共役面PCの垂線mは、図6(B)中に一点鎖線で示されている。共役面PCの垂線mは、光軸Cに対して平行である。
反射面32の傾斜により、入射角Sは入射角Sより大きい。また、反射角Sは反射角Sより大きい。そのため、入射角Sは入射角Sより小さくなる。つまり、共役面PCから出射される際の光軸Cに対する光の傾斜角度を比較すると、出射角Sout2は出射角Sout1より小さくなる。
反射面32を、光の進行方向(+Z軸方向)に向けて、導光投射光学素子3内の光路が広がるように傾斜させることで、出射面33の口径を小さくすることができる。
反射面32は、出射面33の光軸の方向において、出射面33側を向くように傾斜させることで、出射面33の口径を小さくすることができる。
なお、出射角Sout2を出射角Sout1より小さくするために、反射面32を曲面形状とすることも可能である。つまり、反射面32は、光の進行方向(+z軸方向)に向けて光路が広がるような曲面で形成されている。
反射面32は、出射面33の光軸の方向において、出射面33側を向くような曲面で形成されている。
反射面32の傾斜は、反射面32で反射した光が共役面PCから出射するときの出射角Soutを小さくするように作用する。したがって、反射面32の傾斜により、出射面33の口径を小さくすることができる。そして、前照灯モジュール100を小型化できる。特に、前照灯モジュール100の高さ方向(Y軸方向)の薄型化に貢献する。
<配光パターン>
自動二輪車用の前照灯装置のロービームの配光パターンでは、カットオフライン91は水平な直線形状をしている。つまり、カットオフライン91は、車両の左右方向(X軸方向)に延びる直線形状をしている。
また、自動二輪車用の前照灯装置のロービームの配光パターンは、カットオフライン91の下側の領域が最も明るくなければならない。つまり、カットオフライン91の下側の領域は、高照度領域である、
導光投射光学素子3の共役面PCと照射面9とは、光学的に共役の関係にある。稜線部321は、共役面PC上の光が透過する領域の中で最も下端(−Y軸方向側)に位置する。このため、稜線部321は、照射面9におけるカットオフライン91に対応する。
実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、共役面PC上に形成された配光パターンを照射面9上に直接投影する。このため、共役面PC上の配光分布は、そのまま照射面9上に投影される。従って、カットオフライン91の下側の領域が最も明るくなる配光パターンを実現するには、共役面PC上で稜線部321の+Y軸方向側の領域の光度が最も高い光度分布とならなければならない。
図7及び図8は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の照度分布をコンター表示で示した図である。図7は、図2に示す導光投射光学素子3を用いた場合の照度分布である。図8は、図9に示す導光投射光学素子30を用いた場合の照度分布である。この照度分布は、25m前方(+Z軸方向)の照射面9に投影された照度分布である。また、この照度分布は、シミュレーションにより求めたものである。「コンター表示」とは、等高線図で表示することである。「等高線図」とは、同じ値の点を線で結んで表した図である。
図7から分かるように、配光パターンのカットオフライン91は明瞭な直線である。つまり、カットオフライン91の下側では、等高線の幅が短い。そして、配光分布は、カットオフライン91から短い距離で、最高照度の領域(高照度領域)93となっている。
図7では、高照度領域93の中心は配光パターンの中心よりも+Y軸方向側に位置している。図7では、高照度領域93は配光パターンの中心よりも+Y軸方向側に納まっている。配光パターンの中心は、配光パターンの幅方向の中心で、配光パターンの高さ方向の中心である。
配光パターンのカットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域92が最も明るいことがわかる。つまり、配光パターンのカットオフライン91の下側の領域92に、配光パターンの中の最も明るい領域93が含まれている。
図9は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子30の斜視図である。図9に示す導光投射光学素子30の入射面31は、水平方向(X軸方向)が負のパワーである。つまり、入射面31は、水平方向(X軸方向)が凹面形状をしている。また、入射面31は、垂直方向(Y軸方向)が正のパワーである。つまり、入射面31は、垂直方向(Y軸方向)が凸面形状をしている。
図8は、図9に示す導光投射光学素子30を用いて求めた照度分布をコンター表示で示した図である。入射面31の水平方向は、負のパワーを有している。このため、図7に示す配光パターンの場合と比べて、図8に示す配光パターンは配光の幅(X軸方向)が広くなっている。
また、図8に示す配光パターンは、カットオフライン91は、明瞭な直線である。つまり、カットオフライン91の下側では、等高線の幅が短い。そして、配光分布は、カットオフライン91から短い距離で、最高照度の領域(高照度領域)93となっている。
図8では、高照度領域93の中心は配光パターンの中心よりも+Y軸方向側に位置している。図8では、高照度領域93は配光パターンの中心よりも+Y軸方向側に納まっている。
そして、図8に示す配光パターンは、カットオフライン91の下側(−Y軸方向側)の領域92が最も明るく照明されている。つまり、配光パターンのカットオフライン91の下側の領域92に、配光パターンの中の最も明るい領域93が含まれている。
図7及び図8では、カットオフライン91の下側の領域92は、配光パターンの中心とカットオフライン91との間に位置している。
このように、導光投射光学素子3の入射面31の曲面形状を変化させることで、配光パターンを容易に形成することができる。特に、明瞭なカットオフライン91を維持したまま、カットオフライン91の下側の領域を最も明るくすることができる。
つまり、前照灯モジュール100は、従来の前照灯装置のように、カットオフライン91を生成するために、光利用効率の低下を招く遮光板を用いる必要がない。また、前照灯モジュール100は、配光パターンに高照度領域を設けるために、複雑な光学系の構成を必要としない。つまり、前照灯モジュール100は、小型で簡易な構成で光利用効率を向上した前照灯装置を実現することができる。
本発明の実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、自動二輪車用の前照灯装置のロービームを例として説明した。しかし、本発明は、これに限るものではない。例えば、前照灯モジュール100は、自動三輪車用の前照灯装置のロービーム又は四輪の自動車用の前照灯装置のロービームにも適用が可能である。
図10は、導光投射光学素子3の共役面PC上での断面形状の一例を示した模式図である。稜線部321の形状は、例えば、図10に示すような段差のある形状にすることができる。つまり、図10に示す稜線部321の形状は、上述した屈曲線形状をしている。
後方(−Z軸方向)から見て、左側(−X軸方向側)の稜線部321は、右側(+X軸方向側)の稜線部321よりも高い位置(+Y軸方向)にある。
共役面PCと照射面9とは、光学的に共役の関係にある。このため、共役面PC上の配光パターンの形状は、上下方向及び左右方向が反転して照射面9上に投影される。つまり、照射面9上で、車両の進行方向の左側のカットオフラインは高く、右側のカットオフラインは低い。
これにより、歩行者の識別及び標識の識別のために、歩道側(左側)の照射を立ち上げる「立ち上がりライン」を容易に形成することができる。なお、車両が道路の左側を走行する場合で説明している。
また、車両の中には、複数の前照灯モジュールを並べて、各モジュールの配光パターンを足し合わせて配光パターンを形成する場合がある。つまり、複数の前照灯モジュールを並べて、各モジュールの配光パターンを足し合わせて配光パターンを形成する場合がある。この様な場合でも、実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、容易に適用できる。
前照灯モジュール100は、導光投射光学素子3の入射面31の曲面形状を調整することで、配光パターンの幅及び高さを変化させることができる。そして、配光分布も変化させることができる。
また、前照灯モジュール100は、集光光学素子2と導光投射光学素子3との光学的な位置関係又は導光投射光学素子3の入射面31の形状を調整することで、配光パターンの幅及び高さを変化させることができる。そして、配光分布も変化させることができる。
また、反射面32を用いることで、配光分布の変化も容易にできる。例えば、反射面32の傾斜角度bを変化させることで、高照度領域の位置を変化させることができる。
また、前照灯モジュール100は、導光投射光学素子3の稜線部321の形状で、カットオフライン91の形状を規定することができる。つまり、導光投射光学素子3の形状により配光パターンを形成できる。
このため、複数の前照灯モジュール間で、特に、集光光学素子2の形状等を変更する必要がない。つまり、集光光学素子2を共通部品とできる。このため、部品の種類を削減でき、組立性を改善して、製造コストを低減することができる。
また、この様な配光パターンの幅及び高さを任意に調整する機能と、配光分布を任意に調整する機能とは、前照灯モジュール100の全体で発揮できれば良い。前照灯モジュール100の光学部品は、集光光学素子2及び導光投射光学素子3を備える。つまり、これらの機能を、前照灯モジュール100を構成する集光光学素子2又は導光投射光学素子3のいずれかの光学面に分散することも可能である。
例えば、導光投射光学素子3の反射面32を曲面形状にしてパワーを持たせ、配光を形成することも可能である。
しかし、反射面32については、必ずしも全ての光が反射面32に到達する必要は無い。このため、反射面32に形状を持たせた場合には、配光パターンの成形に寄与できる光の量は限られる。つまり、反射面32で反射することで、配光パターンに反射面32の形状の作用を与えられる光の量は限られる。したがって、全ての光に対して光学的に作用を与えて、容易に配光パターンを変化させるためには、入射面31にパワーを持たせて配光を形成させることが好ましい。
前照灯モジュール100は、光源1、集光光学素子2及び導光投射光学素子3を備える。光源1は、光を出射する。集光光学素子2は、光源1から出射された光を集光する。導光投射光学素子3は、集光光学素子2から出射された光を入射面31から入射して、入射されたこの光を反射面32で反射して出射面33から出射する。入射面31は、入射した光の発散角を変化させる曲面で形成される。
前照灯モジュール100は、光源1及び光学素子3を備える。光源1は、光を発する。光学素子3は、光源1から発せられた光を反射する反射面32及び反射面32で反射された反射光を出射する出射面33を含む。出射面33は、正の屈折力を有する。出射面33の光軸C方向において、反射面32の出射面33側の端部321は、出射面33の焦点位置に位置する点Qを含む。
実施の形態1では、光学素子3は、一例として、導光投射光学素子3として示されている。また、端部321は、一例として、稜線部321として示されている。
反射面32の反射光の進行方向の端部321は、出射面33の光軸C方向において、出射面33の焦点位置に位置する点Qを含む。
反射面32で反射される反射光は、光学素子3に入射して、反射面32で最初の反射をする。
反射面32で反射された反射光は、反射面32における一度の反射で出射面33に到達する。
前照灯モジュール100は、光学素子3に入射した光のうち、反射面32で反射された反射光と、反射面32で反射された光以外の光とが、端部321上の焦点位置に位置する点Qを通り出射面33の光軸Cに垂直な平面PC上で重畳することで、平面PC上における高光度領域を形成する。
反射面32は、光軸Cの方向において、出射面33側を向くように傾斜している。
光学素子3は、光源1から発せられた光を入射する入射部31を含む。入射部31は、屈折力を有する。
入射部31は、屈折力を有する屈折面31を含む。
入射部31は、一例として、入射面31として示されている。
反射面32で反射された反射光は、出射面33に直接到達する。
反射面32は全反射面である。
入射部34は、前記端部321に接続されている。
入射部34は、一例として、入射面34として示されている。
光学素子3の内部は、屈折材で満たされている。
<変形例1>
また、本発明の実施の形態1に係る前照灯モジュール100では、集光光学素子2の出射面232は、集光光学素子2の光軸Cに垂直な平面に対して平行な平面として示した。しかし、出射面232の形状は、集光光学素子2の光軸Cに垂直な平面に対して平行な平面に限らない。
図11(A)及び図11(B)は、集光光学素子2の形状を示した図である。図12は、前照灯モジュール110の構成を示す構成図である。図12は、図11(B)に示された集光光学素子2を例として示している。そのため、図12の構成に、図11(A)に示された集光光学素子2を採用してもよい。図11(A)、図11(B)及び図12では、光軸CはZ軸に平行で、光軸Cに垂直な面は、X−Y平面である。
例えば、図11(A)に示すように、出射面232の全面を光軸Cに垂直な面に対して傾斜させても良い。また、図11(B)に示すように、出射面232の一部の面を光軸Cに垂直な面に対して傾斜させても良い。
図11(A)では、集光光学素子2の出射面232は、同一平面上に形成されている。その同一平面上の出射面232を、集光光学素子2の光軸Cに対して角度cだけ傾けている。図11(A)の出射面232は、−Y軸方向を向くように、傾斜している。つまり、出射面232は、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、時計回りに角度cだけ回転している。なお、図11(A)中の破線は、X−Y平面に平行な面を表している。X−Y平面は、集光光学素子2の光軸Cに垂直な面である。
図11(B)では、集光光学素子2の出射面232は、同一平面上に形成されていない。出射面232は、領域232及び領域232を備える。
出射面232の領域232は、光軸Cに対して垂直な平面で形成されている。領域232は、例えば、光軸Cに対して出射面232の+Y軸方向側の領域である。
領域232をより限定的にいうと、領域232が光軸Cに対して垂直な平面である場合に、領域232から出射された光は、反射面32の表面側に到達する。反射面32の表面で反射した光は、出射面33から出射する。また、出射面232から出射された光は、入射面31に到達する。
反射面32の表面は、反射面32の光を反射する面のことである。反射面32の表面は、反射面32の垂線の方向において、集光光学素子2の位置する方向の面である。
一方、出射面232の領域232は、光軸Cに垂直な平面に対して角度dだけ傾斜した平面で形成されている。
領域232は、例えば、光軸Cに対して出射面232の−Y軸方向側の領域である。
領域232をより限定的にいうと、領域232が光軸Cに対して垂直な平面である場合に、領域232から出射された光は、反射面32の裏面側に到達する。また、出射面232から出射された光は、入射面31に到達しない。
反射面32の裏面は、反射面32の光を反射する面の裏面側の面のことである。反射面32の裏面は、反射面32の垂線の方向において、集光光学素子2の位置する方向と反対側の面である。
出射面232の−Y軸方向の領域232は、−Y軸方向に向くように、傾斜している。つまり、出射面232の−Y軸方向の領域232は、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、時計回りに角度dだけ回転している。なお、図11(B)中の破線は、X−Y平面に平行な面を表している。X−Y平面は、集光光学素子2の光軸Cに垂直な面である。
例えば、図1のように光源1及び集光光学素子2は、各光軸がZ軸に対して−Y軸方向に傾くように配置されている。つまり、光源1及び集光光学素子2は、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、時計回りに回転して配置されている。なお、実施の形態1では、説明を簡単にするために、光源1の光軸と集光光学素子2の光軸Cとは、同一軸としている。つまり、光源1の光軸と集光光学素子2の光軸Cとは一致している。
このような場合には、集光光学素子2の領域232に相当する領域から出射される光を、全て導光投射光学素子3に入射させることは困難である。なぜなら、例えば、図1の場合では、領域232に相当する領域の−Y軸方向側の端部のY軸方向の位置は、反射面32の−Z軸方向側の端部のY軸方向の位置よりも−Y軸方向側に位置しているからである。領域232は、光軸Cに対して出射面232の−Y軸方向側の領域である。領域232は、集光光学素子2の下端部(−Y軸方向の端部)に位置する領域である。
しかし、図12に示すように、集光光学素子2の領域232を光軸Cに対して傾斜させることで、光は+Y軸方向に屈折される。つまり、領域232から出射された光の集光位置は、領域232から出射された光の集光位置よりも短くなる。「集光位置」とは、出射面から出射された光の光束が最も小さくなる位置のことである。
つまり、集光光学素子2の出射面232のうち、反射面33の表面側に位置する出射面232(領域232)から出射した光の集光位置は、反射面33の裏面側に位置する出射面232(領域232)から出射した光の集光位置よりも集光光学素子2からの距離が短い。
そして、領域232を設けなかった場合に導光投射光学素子3に入射しなかった光を、導光投射光学素子3に入射させることができる。したがって、光利用効率を向上することができる。
なお、本変形例1における領域232は、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、時計回りに角度dだけ回転している。しかし、これに限らず、領域232は、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、反時計回りに角度dだけ回転していても良い。
例えば、領域232の−Y軸方向側の端部のY軸方向の位置が、反射面32の−Z軸方向側の端部のY軸方向の位置よりも+Y軸方向側に位置している場合を考える。つまり、領域232の−Y軸方向側の端部が、反射面32の−Z軸方向側の端部よりも+Y軸方向側に位置している場合を考える。
多くの光を反射面32に当てて光利用効率を向上させるためには、領域232を、+X軸方向から見て、X軸に平行な軸を回転軸として、反時計回りに角度dだけ回転させなければならない。なぜなら、光が領域232を出射する際に−Y軸方向に屈折するために、多くの光が反射面32に到達するからである。
前照灯モジュール100は、光源1から出射された光を集光する集光光学素子2を備えている。集光光学素子2から光学素子3に入射する際の光束のうち、反射面32の法線方向において、反射面32の表面側の端の第1の光線についての集光光学素子2の焦点距離が、第1の光線と反対側の端の第2の光線についての集光光学素子2の焦点距離よりも長い。
実施の形態1では、光学素子3は、一例として、導光投射光学素子3として示されている。また、光源1から光学素子3に入射する際の光束は、一例として、入射面31から入射している。
そして、実施の形態1では、反射面32の表面は、光を反射する面である。また、変形例1では、第1の光線は領域232の+Y軸方向の端部から出射する光線として示されている。第2の光線は領域232の−Y軸方向の端部から出射する光線として示されている。
<変形例2>
また、本発明の実施の形態1に係る前照灯モジュール100は、1つの前照灯モジュールに1つの光源1及び1つの集光光学素子2を備える場合について説明した。しかし、光源1は1つの前照灯モジュールに1個に限定するものではない。また、集光光学素子2も1つの前照灯モジュールに1個に限定するものではない。光源1及び集光光学素子2をまとめて光源モジュール15とよぶ。
図13は、実施の形態1に係る前照灯モジュール120の構成を示す構成図である。図13は、前照灯モジュール120を+Y軸方向から見た図である。
例えば、図13に示す前照灯モジュール120は、光源モジュール15を3つ備えている。光源モジュール15は、光源1及び集光光学素子2を備えている。光源モジュール15は、光源1及び集光光学素子2を備えている。光源モジュール15は、光源1及び集光光学素子2を備えている。
光源モジュール15,15,15をまとめて、光源モジュール15と表わす。また、光源モジュール15,15,15に共通することを示す場合にも、光源モジュール15と表わす。
Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸C上に、光源1及び集光光学素子2が配置されている。なお、X軸方向から見た場合には、集光光学素子2の光軸Cは、光軸Cに対して傾いているので、光源1及び集光光学素子2は光軸C上には配置されていない。光源1及び集光光学素子2は、光源モジュール15の構成要素である。
光源1の−X軸方向に、光源1が配置されている。また、集光光学素子2の−X軸方向に、集光光学素子2が配置されている。光源1及び集光光学素子2は、光源モジュール15の構成要素である。つまり、光源モジュール15の−X軸方向に、光源モジュール15が配置されている。
光源1の+X軸方向に、光源1が配置されている。また、集光光学素子2の+X軸方向に、集光光学素子2が配置されている。光源1及び集光光学素子2は、光源モジュール15の構成要素である。つまり、光源モジュール15の+X軸方向に、光源モジュール15が配置されている。
光源1から出射された光は、集光光学素子2を透過して、入射面31から導光投射光学素子3に入射する。光が入射する入射面31上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cの位置に一致している。入射面31から入射した光は、反射面32で反射される。反射面32で反射され光は出射面33から出射する。光が出射する出射面33上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cの位置に一致している。
光源1から出射された光は、集光光学素子2を透過して、入射面31から導光投射光学素子3に入射する。光が入射する入射面31上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cに対して−X軸方向である。入射面31から入射した光は、反射面32で反射される。反射面32で反射された光は出射面33から出射する。光が出射する出射面33上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cに対して+X軸方向である。
光源1から出射された光は、集光光学素子2を透過して、入射面31から導光投射光学素子3に入射する。光が入射する入射面31上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cに対して+X軸方向である。入射面31から入射した光は、反射面32で反射される。反射面32で反射され光は出射面33から出射する。光が出射する出射面33上のX軸方向の位置は、Y軸方向から見て、導光投射光学素子3の光軸Cに対して−X軸方向である。
つまり、図13に示す構成は、共役面PCを透過する光束を水平方向(X軸方向)に広げることができる。共役面PCと照射面9とは共役の関係であるので、配光パターンの水平方向の幅を広げることができる。
この様な構成にすることで、複数の前照灯モジュール100,110を備えることなく、光量を増すことができる。つまり、前照灯モジュール120は、前照灯装置10の全体の大きさを小型化できる。また、前照灯モジュール120は、水平方向に幅広い配光の生成を容易に実現できる。
また、図13では、複数の光源モジュール15を水平方向(X軸方向)に並べている。しかし、複数の光源モジュール15を垂直方向(Y軸方向)に並べることもできる。例えば、Y軸方向に光源モジュール15を二段に並べる。これにより、前照灯モジュール120の光量を増すことができる。
また、光源1,1,1を個別に点灯させる制御又は消灯させる制御をすることで、車両前方を照明する領域を選択できる。これにより、前照灯モジュール120に配光可変機能を持たせることができる。つまり、前照灯モジュール120は、配光を変化させる機能を有することができる。
例えば、車両が交差点で右折又は左折をする場合には、通常のロービームの配光よりも車両が曲がる方向に広い配光が必要である。このような場合にも、光源1,1,1を個別に点灯又は消灯させて制御をすることで走行状況に応じた最適な配光を得ることができる。運転者は、前照灯モジュール120の配光を変化させることで、進行方向に対して、より良い視界を得ることができる。
実施の形態2.
図14は本発明の実施の形態2に係る前照灯モジュール130の構成を示す構成図である。図1と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。図1と同じ構成要素は、光源1、集光光学素子2、導光投射光学素子3である。
図14に示すように、実施の形態2に係る前照灯モジュール130は、光源1、導光投射光学素子3及び光源4を備える。また、前照灯モジュール130は、集光光学素子2又は集光光学素子5を備えることができる。つまり、実施の形態2に係る前照灯モジュール130は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100に対して光源4及び集光光学素子5を備える点で相違する。
なお、前照灯モジュール130は、集光光学素子2を光源1に取り付けて一体とした場合を含む。また、前照灯モジュール130は、集光光学素子5を光源4に取り付けて一体とした場合を含む。
道路交通規則の1つとして、車両用ハイビームに関する所定の配光パターンは、上下方向が狭い横長の形状をしている。そして、ドライバーの視認性を向上させるためにすれ違い用の前照灯に比べて自動車の前方の遠方(例えば、最低100m以上)の路面を照明する。
したがって、ハイビームは、すれ違い用の前照灯の配光パターンのカットオフライン91よりも上側(+Y軸方向側)も照明する必要がある。つまり、すれ違い用の前照灯と走行用の前照灯とはそれぞれ照明する領域が異なるため、配光パターンが異なる。走行用の前照灯は、ハイビームとも呼ばれる。
上記の説明の通り、ロービームとハイビームとでは配光パターンが異なるため、別々の光学系を必要とする。つまり、ロービームとハイビームとで別々の前照灯モジュールが必要となる。このため前照灯装置が大型化する。
実施の形態2に係る前照灯モジュール130は、このような問題を解決するものである。前照灯モジュール130は、小型で簡単な構成で、ロービーム機能とハイビーム機能とを備えた前照灯モジュールを実現する。
光源4及び集光光学素子5は、光軸を+Y軸方向に角度eだけ傾けて配置される。「光軸を+Y軸方向に傾ける」とは、+X軸方向から見て、X軸を回転軸として、光軸を反時計回りに回転させることである。
光源4と集光光学素子5について説明を容易にするために新たな座標系としてX座標を用いる。X座標は、XYZ座標を+X軸方向から見て、X軸を回転軸として反時計回りに角度eだけ回転した座標である。
<光源4>
光源4は、発光面41を備える。光源4は、発光面41から車両の前方を照明するための光を出射する。
光源4は、集光光学素子2の−Z軸側に位置している。光源1は、導光投射光学素子3の−Z軸側(後方)に位置している。そして、光源1は、導光投射光学素子3の−Y軸側(下側)に位置している。
図14では、光源4は、+Z軸方向に光を出射している。光源4は、その種類を特に限定していないが、上述の説明の通り以下の説明では、光源4がLEDであるとして説明する。
<集光光学素子5>
集光光学素子5は、光源4の+Z軸側に位置している。また、集光光学素子5は、導光投射光学素子3の−Z軸側に位置している。集光光学素子5は、導光投射光学素子3の−Z軸側(後方)に位置している。そして、集光光学素子5は、導光投射光学素子3の−Y軸側(下側)に位置している。
集光光学素子5は、光源4から発せられた光を入射する。集光光学素子5は、前方(+Z軸方向)に光を集光させる。図14では、集光光学素子5が正のパワーを有する集光光学素子5として示している。
また、実施の形態2で示す集光光学素子5は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
図14では、集光光学素子5は、1つの集光光学素子5で構成されているが、複数の光学部品を用いることもできる。しかし、複数の光学素子を用いる場合には、各光学素子の位置決め精度を確保するなど、製造性を低下させることになる。
集光光学素子5は、例えば、入射面511,512、反射面52及び出射面531,532を備える。
実施の形態2では、集光光学素子5の光軸Cは、Z軸に平行である。また、集光光学素子5の光軸Cは、光源4の光軸と一致している。
集光光学素子5の詳細な構成及び機能は集光光学素子2と同様である。そのため、実施の形態1での集光光学素子2の説明で、集光光学素子5の説明を代用する。ただし、集光光学素子5の焦点距離等の光学性能は、集光光学素子2に対して異なる値を取りえる。
光源4及び集光光学素子5は、導光投射光学素子3の下側(−Y軸方向側)に配置されている。また、光源4及び集光光学素子5は、導光投射光学素子3の後方(−Z軸方向側)に配置されている。つまり、実施の形態2に係る前照灯モジュール130では、図14に示すように、集光光学素子5は、集光光学素子2の下側(−Y軸方向側)に配置されている。また、前照灯モジュール130では、光源4は、光源1の下側(−Y軸方向側)に配置されている。
<光線の挙動>
図14に示すように、集光光学素子5によって集光された光は、導光投射光学素子3の入射面34に入射される。入射面34は、屈折面である。また、図14では、入射面34は、平面形状で示している。入射面34に入射された光は、入射面34で屈折される。入射面34に入射した光は、出射面33から出射される。
なお、実施の形態2で示す導光投射光学素子3は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
入射面34は照射面9と共役の関係にある。つまり、入射面34は、照射面9と光学的に共役の位置にある。従って、入射面34上に集光光学素子5によって形成された配光パターンの像は、導光投射光学素子3によって車両の前方の照射面9に拡大して投影される。
入射面34は稜線部321よりも下側(−Y軸方向側)に配置されている。このため、入射面34上に形成された配光パターンの像は、照射面9上ではカットオフライン91よりも上側(+Y軸方向側)に投影される。したがって、光源4及び集光光学素子5は、ハイビームで照明される領域を照明することができる。
また、図14に示すように集光光学素子5から出射される光の集光位置を調整することで、ハイビームの配光を変更することができる。また、集光光学素子5と導光投射光学素子3との幾何学関係を調整することで、ハイビームの配光を変更することができる。
「幾何学関係の調整」とは、例えば、集光光学素子5と導光投射光学素子3との光軸C方向(Z軸方向)の位置関係を調整することである。集光光学素子5と導光投射光学素子3との光軸C方向の位置関係が異なれば、集光光学素子5によって集光された入射面34上の集光スポットのサイズが変わる。つまり、集光光学素子5によって集光された光の入射面34上の光束径が変わる。そして、それに応じて、照射面9上の配光は変化する。
上述の例では、入射面34を共役面PC上に配置した。しかし、入射面34を共役面PCより−Z軸方向側に配置することができる。つまり、共役面PCは入射面34の+Z軸側に存在する。共役面PCは導光投射光学素子3の内部に存在する。
このような構成の場合には、共役面PCの稜線部321より下側(−Y軸方向側)に形成される配光パターンの像を、入射面34の形状で制御することができる。
例えば、入射面34は正のパワーを有する曲面形状である。そして、集光光学素子5から出射された光は稜線部321に集光する。このような場合には、カットオフライン91の上側(+Y軸側)の領域が最も明るく照明される配光パターンとなる。
この様に、入射面34の面の形状を変化させることで、容易にハイビームの配光パターンを制御することができる。
以上のように、実施の形態2に係る前照灯モジュール130は、ロービームの配光パターンとハイビームの配光パターンとの両方を同一の前照灯モジュールで容易に形成することができる。つまり、ハイビーム用の前照灯モジュールとロービーム用の前照灯モジュールとをそれぞれ別々に用意する必要がない。このため、従来の前照灯装置に比べて小型の前照灯装置を実現することができる。
なお、実施の形態2に係る前照灯モジュール130では1つの前照灯モジュールに1つの光源4及び1つの集光光学素子5を備える場合について説明した。しかし、光源4は1つのモジュールに1個に限定するものではない。また、集光光学素子5も1つのモジュールに1個に限定するものではない。実施の形態1に係る変形例2の前照灯モジュール120の場合と同様に、光源4と集光光学素子5とを複数配置することが可能である。
この様な光源4と集光光学素子5とを複数配置する構成とすることで、複数の前照灯モジュール130を備えることなく、光量を増すことができる。つまり、前照灯装置10の全体の大きさを小型化できる。光源4と集光光学素子5とを複数配置する構成は、実施の形態1と同様に、水平方向(X軸方向)又は垂直方向(Y軸方向)を選択できる。
また、前照灯モジュール130は、光源4と集光光学素子5とを水平方向(X軸方向)に複数配置する構成によって、水平方向に幅広い配光の生成を容易に実現できる。
また、光源4を個別に点灯させる制御又は消灯させる制御をすることで、車両前方を照明する領域を選択できる。これにより、前照灯モジュール130にADB(Adaptive Driving Beam)の機能を持たせることができる。「ADB」とは、対向車などが車両の前方に出現した際に、車載カメラ等で前方の車両の位置を検知して、その領域のみを照射せず、他の領域はハイビームで照射する前照灯である。ADBは、対向車又は先行車に眩しさを与えず、道路の両側にいる歩行者を認識しやすくする。ADBを使用すると、対向車からは普通のロービームと同じようにみえるため、眩しくない。
前照灯モジュール130は、前照灯モジュール100に加えて、光を発する光源4を備える。光学素子3は、反射面32の裏面側に配置された入射部34を含む。光源4から出射された光は、入射部34から光学素子3に入射する。
実施の形態2では、光学素子3は、一例として、導光投射光学素子3として示されている。また、入射部34は、一例として、入射面34として示されている。
入射部34は、前記端部321に接続されている。
端部321は、一例として、稜線部321として示されている。
<変形例>
また、本発明の実施の形態2に係る前照灯モジュール130では、導光投射光学素子3の入射面34を光軸Cに対して垂直な平面に平行な平面としている。しかし、入射面34の形状はこのような形状に限らない。
図15は、実施の形態2に係る前照灯モジュール140の構成を示す構成図である。図15は、前照灯モジュール140を+X軸方向から見た図である。
例えば、図15に示す前照灯モジュール140の導光投射光学素子300は、入射面34と反射面35とを備えている。
図15では、反射面35は、反射面32の−Y軸方向側に配置されている。つまり、反射面35は、反射面32の裏面側に配置されている。
反射面35は、−Y軸方向に面した面である。つまり、反射面35の表面は、−Y軸方向に面した面である。このため、反射面35と反射面32とは、互いに裏面どうしが向き合っている。
反射面35は、Z−X平面に対して、+X軸方向から見て反時計回りに回転する方向に傾斜している。
図15では、反射面35の+Z軸方向の端部は、稜線部321に接続している。また、反射面35の+Y軸方向の端部は、稜線部321に接続している。
入射面34は、導光投射光学素子300の−Z軸方向側の端部に設けられている。入射面34は、導光投射光学素子300の−Y軸方向側の部分に設けられている。
図15では、入射面34は、X−Y平面に対して、+X軸方向から見て反時計回りに回転する方向に傾斜している。
図15では、入射面34の+Y軸方向の端部は、反射面35の−Y軸方向の端部に接続している。また、入射面34の+Y軸方向の端部は、反射面35の−Z軸方向の端部に接続している。また、入射面34の−Z軸方向の端部は、反射面35の−Z軸方向の端部に接続している。また、入射面34の−Z軸方向の端部は、反射面35の−Y軸方向の端部に接続している。
図15に示すように、集光光学素子5を透過した光は、入射面34に入射する。光が入射する入射面34上のX軸方向の位置は、例えば、Y軸方向から見て、導光投射光学素子300の光軸Cの位置に一致している。
入射面34から入射した光は、反射面35で反射される。反射面35で反射される光は、入射面34から入射した光の一部でもよい。また、反射面35で反射される光は、入射面34から入射した全ての光でもよい。
反射面35で反射された光は出射面33から出射する。光が出射する出射面33上のX軸方向の位置は、例えば、Y軸方向から見て、導光投射光学素子300の光軸Cの位置に一致している。
つまり、図15に示す前照灯モジュール140の構成は、共役面PCの稜線部321より下側(−Y軸方向側)に形成される配光パターンの像を、入射面34の形状と反射面35の形状とで制御することができる。
例えば、入射面34は正のパワーを有する曲面形状である。そして、集光光学素子5から出射された光は稜線部321に集光する。このような場合には、カットオフライン91の上側(+Y軸側)の領域が最も明るく照明される配光パターンとなる。このように、入射面34に加えて、反射面35を設けることで、配光分布の制御が容易になる。
この様に、導光投射光学素子300に入射面34及び反射面35を設けて、それぞれの面の形状を変化させることで、容易にハイビームの配光パターンを制御することができる。
なお、これまでの説明では導光投射光学素子3,300の稜線321は法規で定められるカットオフラインの形状とした。しかし、稜線321はこれに限るものではない。
例えば、前照灯モジュール130,140において、光源4でカットオフライン91よりも下側(−Y軸側)の領域を照明したい場合には、導光投射光学素子3,300の稜線321を法規で定められるカットオフライン91の位置に対応した位置よりも+Y軸方向側に配置すれば良い。
こうすることで、ハイビーム用の光源4でもロービームで照明される領域を照明することができる。このため、ハイビームで走行する際に、もともとロービームで照明されていた路面が更に明るく照明される。このため、ドライバーの視認性を更に高めることができる。
光学素子300は、反射面32の裏面側に配置された反射面35を含む。入射部34から入射した光は、反射面35で反射される。
実施の形態2では、光学素子300は、一例として、導光投射光学素子300として示されている。また、入射部34は、一例として、入射面34として示されている。
実施の形態2では、裏面側は−Y軸方向として示されている。
反射面35は、前記端部321に接続されている。
端部321は、一例として、稜線部321として示されている。
実施の形態3.
図16は本発明の実施の形態3に係る前照灯モジュール150の構成を示す構成図である。図1と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。図1と同じ構成要素は、光源1、集光光学素子2、導光投射光学素子3である。
図16に示すように、実施の形態3に係る前照灯モジュール150は、光源1、導光投射光学素子3、回転機構7及び制御回路6を備える。前照灯モジュール150は集光光学素子2を備えることができる。
回転機構7は、導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させる。または、回転機構7は、光源1、集光光学素子2及び導光投射光学素子3を一体として光軸Cまわりに回転させる。つまり、実施の形態3に係る前照灯モジュール150は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100に対して回転機構7及び制御回路6を備える点で相違する。
回転機構7は、導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させる。また、光源1及び集光光学素子2を導光投射光学素子3に対して固定することで、回転機構7は、導光投射光学素子3と同時に、光源1及び集光光学素子2を光軸Cまわりに回転させることができる。
<車体の傾斜と配光パターンの傾き>
一般的に、自動二輪車でコーナーを走行する際に車体が傾いた場合には、前照灯装置は車体とともに傾いてしまう。このため、運転者の視線が向くコーナー領域が満足に照明されないという問題がある。
「コーナー領域」とは、車両が曲がる際の車両の進行方向の照明領域である。コーナー領域は、運転者の視線が向く進行方向の領域である。通常、車両が直進する際の照射領域の左側の領域又は右側の領域である。
コーナー領域は、車両が左に曲がる場合には、車両が直進する際の照射領域の左側の領域である。また、コーナー領域は、車両が右に曲がる場合には、車両が直進する際の照射領域の右側の領域である。
図17(A)及び図17(B)は、自動二輪車の配光パターン103,104を示す模式図である。図17(A)は、自動二輪車が車体を傾斜させずに走行している状況での配光パターン103を示している。つまり、図17(A)は、自動二輪車が直進している状況での配光パターン103を示している。図17(B)は、自動二輪車が車体を左側に傾斜させて走行している状況での配光パターン104を示している。つまり、図17(B)は、自動二輪車が左に曲がる状況での配光パターン104を示している。
図17(A)及び図17(B)では、自動二輪車は、左側の車線を走行している。線H−Hは、地平線を表している。線V−Vは、車体のある位置での線H−H(地平線)に垂直な線を表している。自動二輪車は、左側の車線を走行しているので、センターライン102は、線V−Vの右側に位置している。また、線101は路面の左側の端の部分及び右側の端の部分を示している。図17(B)に示す自動二輪車は、線V−Vに対して左側に傾斜角度kだけ車体を傾斜させてコーナーを走行している。
図17(A)に示す配光パターン103は、水平方向に幅広く、所定の領域を無駄なく照らしている。ここで「所定の領域」とは、例えば、道路交通規則等によって定められる配光領域等のことである。しかしながら、図17(B)に示す配光パターン104は、左側が下がり右側が上がるように傾斜した状態で照射される。このとき、運転者の視線が向く進行方向の領域は、コーナー領域105である。図17(B)では、コーナー領域105は、線V−Vの左側で、線H−Hの下側に接する位置にある。図17(B)では、コーナー領域105は破線で表されている。
通常の前照灯装置は、車体に固定されている。このため、車両がコーナーを曲がる際には、進行方向の路上(図17(B)では左側)では、路面よりも低い位置を照射する。このため、コーナー領域105は、十分に照明されず、暗くなってしまう。
また、車両がコーナーを曲がる際の進行方向の反対側の路上(図17(B)では右側)では、通常の前照灯装置は、路面よりも高い位置を照明する。このため、前照灯装置は、対向車両に対して眩しい光をあててしまう恐れがある。
図18は車体の傾斜角度kについて示す説明図である。図18は、自動二輪車94の車体が傾いた状態を自動二輪車94の前方から見た模式図である。自動二輪車94は車輪95の地面に接する位置98を回転中心として、左方向又は右方向に回転する。なお、自動二輪車の線V−Vに対する車体の傾斜角度kをバンク角という。また、車体の傾斜方向をバンク方向ともよぶ。
図18では、自動二輪車94が進行方向に対して右側に傾斜角度kだけ傾いた状態を示している。つまり、図18では、自動二輪車94は車輪95の地面に接する位置98を回転中心として、+Z軸方向から見て反時計回りに角度kだけ回転している。この場合に、前照灯装置10も傾斜角度kだけ傾斜していることが分かる。
実施の形態3に係る前照灯モジュール150は、このような問題を小型で簡単な構成で解決するものである。
<前照灯モジュール150の構成>
実施の形態3に係る前照灯モジュール150の回転機構7は、図16に示すように、光軸Cを回転軸として導光投射光学素子3を回転可能に支持している。
回転機構7は、例えば、ステッピングモーター71、歯車72,73及び軸74を備えている。なお、ステッピングモーター71は、例えば、DCモーターなどでも構わない。
制御回路6は、ステッピングモーター71に制御信号を送っている。制御回路6は、ステッピングモーター71の回転角度及び回転速度を制御する。
制御回路6は、自動二輪車94の傾斜角度kを検出する車体傾斜検出部65に接続されている。車体傾斜検出部65は、例えば、ジャイロ等のセンサーなどである。
制御回路6は、車体傾斜検出部65が検出した車体の傾斜角度kの信号を受け取る。制御回路6は、この検出信号を基に演算してステッピングモーター71を制御する。
ここで、自動二輪車94の傾斜が傾斜角度kであれば、制御回路6は、導光投射光学素子3を、車体の傾斜方向と逆方向に角度kだけ回転させる。つまり、導光投射光学素子3を回転させる方向は、車体の傾斜方向と逆向きである。
歯車73は、導光投射光学素子3を取り囲むように導光投射光学素子3に取り付けられている。つまり、歯車73は、導光投射光学素子3の周囲に配置されている。図16では、歯車73は、導光投射光学素子3を取り囲むように配置されている。しかし、歯車73は、導光投射光学素子3の周囲の一部に配置されても構わない。
歯車73の回転軸は、導光投射光学素子3の光軸Cと一致している。
軸74は、ステッピングモーター71の回転軸と一致している。軸74は、ステッピングモーター71の回転軸に取り付けられている。軸74は、導光投射光学素子3の光軸Cと平行に配置されている。
歯車72は、軸74に取り付けられている。歯車72の回転軸は、軸74と一致している。歯車72は、歯車73とかみ合っている。
回転機構7は、このように構成されているので、ステッピングモーター71の回転軸が回転すると、軸74が回転する。軸74が回転すると、歯車72が回転する。歯車72が回転すると、歯車73が回転する。歯車73が回転すると、導光投射光学素子3が光軸Cまわりに回転する。導光投射光学素子3の回転角度は、歯車72,73の歯数等によって設定される。
なお、回転機構7は、上記の構成に限定されず、他の回転機構でも良い。
導光投射光学素子3の共役面PCは、照射面9と光学的に共役の関係である。したがって、導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させれば、照射面9を照明する配光パターンも、導光投射光学素子3の回転量と同じ回転量だけ回転する。また、配光パターンの回転方向は、導光投射光学素子3の回転方向と同じである。
従って、車体の傾斜方向と逆向きに傾斜角度kと同量だけ導光投射光学素子3を回転させれば、自動二輪車94の車体の傾きによる配光パターンの傾きを正確に補正することができる。
図19(A)及び図19(B)は、前照灯モジュール150により配光パターンが修正された場合を示す模式図である。図19(A)は、左車線を走行して左側に曲がるコーナーの場合を示している。図19(B)は、左車線を走行して右側に曲がるコーナーの場合を示している。上述の通り、制御回路6は、車体の傾斜角度kに応じて、例えば、図17(B)に示す配光パターン104を回転させる。
図19(A)の配光パターン106は、図17(B)に示す配光パターン104を進行方向に向かって時計回りに傾斜角度kだけ回転されている。
図19(B)の配光パターン106は、配光パターン104を進行方向に向かって反時計回りに傾斜角度kだけ回転されている。なお、図19(B)に示す場合の配光パターン104は、導光投射光学素子3を回転させる前には、図17(B)とは逆に、右側が下がり左側が上がるように傾斜した状態で照射されていた。
前照灯モジュール150は、車体が左方向又は右方向のいずれに傾いても、結果的に車体が傾斜していない場合と同じ配光パターン106を実現することができる。
このように、本実施の形態3に係る前照灯モジュール150は、導光投射光学素子3を車体の傾斜角度kに応じて回転させている。これにより、傾斜している共役面PC上の配光パターンは、導光投射光学素子3の回転軸を中心として回転する。
実施の形態3では、導光投射光学素子3の回転軸は、導光投射光学素子3の光軸Cと一致している。
導光投射光学素子3の出射面33は、回転した配光パターン106の光を拡大して投射する。照射面9上の配光パターン104は、共役面PC上の配光パターンに対応して回転する。
これにより、前照灯モジュール150は、運転者の視線が向く進行方向の領域(コーナー領域105)を照明することができる。また、従来の光学部品と比べて、比較的に小さな導光投射光学素子3を回転させるので、従来の前照灯装置に設けられた光源と大きなレンズとを回転させる場合に比べて小さな駆動力で駆動することができる。さらに、大きな直径をもつレンズを回転可能に支持する必要がなくなる。これらから、回転機構7を小型化することができる。
また、本実施の形態3に係る前照灯モジュール150は、車体の傾斜角度kに応じて傾斜方向と逆方向に角度kだけ導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させている。しかし、これに限らず、回転角度を車体の傾斜角度k以外の角度とすることもできる。
例えば、傾斜角度kよりも大きい角度で導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させることができる。これにより、配光パターンを、常に水平ではなく、必要に応じて意図的に傾けることができる。
例えば、コーナー領域105側の配光を高くするように配光パターンを傾斜させることで、運転者が車両の進行方向を確認しやすくすることができる。また、例えば、左回りのコーナーの場合には、コーナー領域105側と反対側の配光を低くするように配光パターンを傾斜させることで、投射光による対向車の幻惑を低減することができる。
実施の形態3では、導光投射光学素子3を光軸Cまわりに回転させている。しかし、光軸C以外の軸を中心に導光投射光学素子3を回転させることができる。
例えば、回転軸の一端は、出射面33を通ることができる。また、回転軸の他端は、入射面31、反射面32及び入射面34で形成される面を通ることができる。このように、導光投射光学素子3の光軸C方向の両端に位置する面を通る軸を回転軸とすることができる。つまり、この回転軸は、光軸Cに対して傾いている。
だだし、回転軸と光軸Cとを一致させた方が、配光パターンの回転軸を光軸Cとできるため、配光の制御が容易になる。
実施の形態3では、実施の形態1の前照灯モジュール100に回転機構7及び制御回路6を加えた例で説明してきた。しかし、他の実施形態で説明している前照灯モジュール110,120,130,140,160,170,180,190に回転機構7及び制御回路6を加えることができる。
実施の形態3では、車両が二輪車であるとして説明してきた。しかし、前照灯モジュール150は、前輪及び運転席を含む車体のほとんどを左右方向に傾けることができる三輪の車両にも適用できる。
また、四輪の車両においても、前照灯モジュール150を適用することができる。例えば、コーナーを左方向に曲がる際には、車体は右方向に傾く。また、コーナーを右方向に曲がる際には、車体は左方向に傾く。これは、遠心力によるものである。この点で、二輪車とバンク方向が逆になる。しかし、四輪の車両も、車体のバンク角を検出して、照射領域を修正することができる。また、片輪側だけが障害物などに乗り上げるなどして車体が傾いた場合に、車体の傾きがないときと同じ照射領域を得ることも可能である。
実施の形態4.
図20は本発明の実施の形態4に係る前照灯モジュール160の構成を示す構成図である。図1と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。図1と同じ構成要素は、光源1及び集光光学素子2である。
図20に示すように、実施の形態4に係る前照灯モジュール160は、光源1及び導光投射光学素子301を備える。また、前照灯モジュール160は、集光光学素子2を備えることができる。つまり、前照灯モジュール160は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100に対して導光投射素子3が導光投射素子301に置き換わった点で相違する。導光投射素子301は、導光投射素子3と形状が異なる。
<損失光LO>
前照灯モジュール100では、導光投射素子3の入射面31から入射した光の一部または全部が反射面32で反射され、出射面33から出射された。このとき、入射面31から入射した光のうち1部の光のみが反射面32で反射されるとした場合には、入射面31から入射した他の光は、反射面32で反射せずに直接出射面33から出射される必要がある。ここで、「他の光」とは、反射面32で反射されない光である。
しかし、入射面31から入射した他の光が出射面33に到達するためには、出射面33の直径を大きくする必要がある。出射面33の直径が小さい場合には、入射面31から入射した他の光は、導光投射光学素子の底面39に到達する。そして、反射面32で反射されない光のうち、底面39を透過するなど、出射面33から出射されない光は損失光となる。
図21は、前照灯モジュール100の損失光LOを説明する図である。図21に示すように、反射面32の+Z軸方向の端部(稜線321)よりも+Z軸方向側と通過する光の一部は、底面39に到達する。または、反射面32の+Z軸方向の端部(稜線321)よりも+Z軸方向側と通過する光は、底面39に到達する。
このような、底面39に到達する光の発生は、出射面33の高さ(Y軸方向の長さ)が十分でない場合に生じる。なぜなら、出射面33の口径が大きければ、反射面32の+Z軸方向の端部(稜線321)よりも+Z軸方向側と通過する光は、底面39に到達せずに出射面33から出射されるからである。
この出射面33に到達する前に底面39に到達する光は、出射面33から出射されないため、損失光LOとなる。つまり、出射面33に到達する前に底面39に到達する光は、前照灯の配光に有効な光とならない。
損失光LOは、例えば、底面39を透過した光である。また、損失光LOは、例えば、底面39で反射されて、出射面33以外の箇所から出射する光である。
実施の形態4に係る前照灯モジュール160は、このような問題を解決するものである。前照灯モジュール160は、小型で簡単な構成で、損失光LOを低減し光利用効率の高い前照灯モジュールを実現する。
<導光投射素子301>
図22は、導光投射光学素子301の斜視図である。導光投射光学素子301は、反射面32、出射面33、反射面36及び反射面37を備える。導光投射光学素子301は、入射面31、出射面38又は底面39を備えることができる。
反射面36は、反射面36及び反射面36をまとめて表わしている。反射面37は、反射面37及び反射面37をまとめて表わしている。出射面38は、出射面38及び出射面38をまとめて表わしている。
導光投射光学素子301は、導光投射光学素子3の形状に、反射面36、反射面37及び出射面38を付加した形状である。よって、導光投射光学素子3と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。導光投射光学素子3と同じ構成要素は、入射面31,34、反射面32及び出射面33である。また、導光投射光学素子3の説明では説明されていないが、導光投射光学素子301の底面39も導光投射光学素子3の底面39と同様である。なお、導光投射光学素子301の入射面31については、例として、パワーを有さない平面として説明する。
また、実施の形態4は、実施の形態2の変形例で説明した導光投射光学素子300にも適用できる。
導光投射光学素子301は、集光光学素子2から出射された光を入射する。導光投射光学素子301は、入射した光を前方(+Z軸方向)に出射する。
導光投射光学素子301は、透明樹脂、硝子又はシリコーン材等で製作されている。
また、実施の形態4で示す導光投射光学素子301は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
反射面36は、導光投射光学素子301の底面39をくり抜いた凹形状をしている。つまり、反射面36は、−Y軸方向から見て凹形状をしている。
反射面36は、例えば、稜線部361を挟む2つの面(反射面36,36)で形成されている。反射面36の2つの面(反射面36,36)及び底面39は、Z軸方向から見ると、三角形形状をしている。2つの面(反射面36,36)は、三角形形状の2つの辺に相当する。そして、稜線部361は、2つの辺に挟まれた頂点に相当する。
図22では、2つの面(反射面36,36)のX軸方向の長さは等しい。つまり、図22では、反射面36の2つの面(反射面36,36)及び底面39は、Z軸方向から見ると、二等辺三角形形状をしている。ただし、上記形状に限らず反射面36の2つの面(反射面36,36)はそれぞれ形状及び大きさが異なっても良い。また、2つの面(反射面36,36)は曲面であっても良い、
反射面37は、例えば、導光投射光学素子301の側面395に形成された反射面である。「側面」とは、導光投射光学素子301のX軸方向側に形成された面である。つまり、底面39に対向する面を上面390とすると、側面395は、光軸C方向に延びている面であって、底面39と上面390とをつなぐ面である。
反射面37は、導光投射光学素子301の−X軸方向の側面395に形成された反射面である。反射面37は、導光投射光学素子301の+X軸方向の側面395に形成された反射面である。
また、反射面37は、光軸C方向において、入射面31と出射面33との間に配置されている。
また、反射面37は、光軸C方向において、稜線部321と出射面33との間に配置されている。
反射面37は、例えば、Z−X断面で見て放物線形状をしている。つまり、反射面37は+Z軸方向に進むにつれて光軸Cからの距離が大きくなる形状である。光軸Cは、出射面33の光軸である。
反射面36,37は、ミラー蒸着をすることでミラー面としても良い。しかし、反射面36,37は、ミラー蒸着をせずに全反射面として機能させることが望ましい。なぜなら、全反射面はミラー面よりも反射率が高く光利用効率の向上に寄与する。また、ミラー蒸着の工程をなくすことで、導光投射光学素子301の製造工程を簡素化することができる。そして、導光投射光学素子301の製造コストの低減に寄与する。
出射面38は、反射面37で反射された光が導光投射光学素子301から出射する面である。出射面38は、例えば、X−Y平面に平行な平面形状である。
出射面38の光軸C側の端部は、側面395に接続している。出射面38の光軸C側と反対側の端部は、反射面37の+Z軸側の端面に接続している。
出射面38は、導光投射光学素子301の−X軸方向の側面に形成された出射面である。出射面38の+X軸側の端部は、−X軸側の側面395に接続している。出射面38の−X軸側の端部は、反射面37の+Z軸側の端面に接続している。
出射面38は、導光投射光学素子301の+X軸方向の側面に形成された出射面である。出射面38の−X軸側の端部は、+X軸側の側面395に接続している。出射面38の+X軸側の端部は、反射面37の+Z軸側の端面に接続している。
<光線の挙動>
導光投射光学素子301の反射面32で反射される光線の挙動は、実施の形態1での導光投射光学素子3と同様である。そのため、実施の形態1での集光光学素子3の説明で代用する。従って、ここでは集光光学素子の反射面32で反射しない光線の挙動について説明する。
図20に示すように、集光光学素子2によって集光された光は、導光光学素子301の入射面31に入射される。例えば、図20では、入射面31は屈折面である。入射面31に入射された光は、入射面31で屈折される。実施の形態4では、入射面31は、平面形状である。
入射面31から入射した光のうち、反射面32で反射されない光の一部は、反射面36に到達する。つまり、反射面32の+Z軸方向の端部(稜線部321)よりも+Z軸方向側を通過する光の一部は、反射面36に到達する。
反射面36は、反射面36に導かれた光を導光投射光学素子301の側面395の方向へ反射する。反射面36は、光を−X軸方向の側面395に向けて反射する。反射面36は、光を+X軸方向の側面395に向けて反射する。つまり、反射面36は、稜線361を中心に、入射する光を2つに分ける。
反射面36で反射された光は、反射面37に到達する。反射面36で反射された光は、反射面37に到達する。反射面36で反射された光は、反射面37に到達する。
そして、反射面37で反射された光線は、前方(+Z軸方向)に向けて進行する。つまり、反射面37で反射された光は、出射面38から車両前方(+Z軸方向)に出射される。
反射面37で反射された光は、出射面38に到達する。出射面38に到達した光は、出射面38から車両前方(+Z軸方向)に出射される。反射面37で反射された光は、出射面38に到達する。出射面38に到達した光は、出射面38から車両前方(+Z軸方向)に出射される。
図20(B)に示すように、光線は反射面37で所望の発散角に制御される。ここで、「所望の発散角」とは、照射面9上で適切な配光パターンを形成するための発散角のことである。「適切」とは、例えば、道路交通規則等に定められる配光パターンのことである。
図23(A)及び図23(B)は、反射面37の発散角の制御を説明する説明図である。図23(A)及び図23(B)に示すように、反射面37の曲率を変化させることで光線の発散角を任意に制御することが可能である。
図23(A)は、発散角を0度にした例である。つまり、図23(A)は光を略平行光化した例である。
図23(B)は、発散角を持たせた場合の例を示している。図23(B)では、反射面37で反射された光線は、出射面38から出射された後で集光している。そして、その後、集光した光は、発散している。
図20(B)、図23(A)及び図23(B)では、反射面37は曲面形状である。しかし、反射面38は、平面形状であってもよい。また、反射面38は、Y軸方向から見て、多角形形状であってもよい。
図20(A)に示すように、例えば、出射面38から出射された光を、照射面9上のカットオフライン91よりも上側(+Y軸側)に照射させることができる。つまり、カットオフライン91よりも上側を弱い光で照射することができる。
道路交通規則等に定められる配光パターンでは、頭上標識(以下、オーバーヘッドサインという。)用の配光を形成することが要求されている。「オーバーヘッドサイン用の配光」とは、夜間の頭上の標識の視認性を高めるためにカットオフラインよりも上方に弱い光を照射するものである。
実施の形態4に係る前照灯モジュール160は、例えば、オーバーヘッドサイン用の配光を容易に形成することができる。
また、出射面38はX−Y平面に平行な平面形状として説明した。しかし、これに限るものではない。
光学素子301は、反射面36及び反射面37を含む。反射面36は、光源1から発せられた光のうち、端部321の出射面33側を通過した光を反射する。反射面37は、反射面32と出射面33との間に位置し、反射面36で反射された光を反射する。
実施の形態4では、光学素子301は、一例として、導光投射光学素子301として示されている。また、端部321は、一例として、稜線部321として示されている。
光学素子301は、反射面37で反射された光を出射する出射面38を含む。出射面38は、屈折力を有する。
<変形例1>
図24は、前照灯モジュール170の構成を示す構成図である。図24に示すように、例えば、出射面38から出射された光を、照射面9上において、カットオフライン91よりも下側を照射することができる。そして、カットオフライン91よりも下側の配光の光量を増すことができる。
例えば、図24に示す導光投射光学素子302のように、出射面38をX−Y平面に対して、+X軸方向から見て反時計回りに傾斜させた平面形状とすることもできる。このようにすることで、Y−Z平面上で見ると、光線は出射面38で−Y軸方向へ屈折される。出射面38から出射した光は、照射面9上の配光パターンに対して下側の配光となる。
出射面38をX−Y平面に対して、+X軸方向から見て反時計回りに傾斜されることで、光は、出射面38の垂線の+Y軸方向側から出射面38に到達する。屈折の法則(スネルの法則)から、光が出射面38に到達する際の入射角よりも、光が出射面38から出射する際の出射角は大きくなる。このため、光は出射面38で−Y軸方向へ屈折される。
また、この様な出射面38から出射される光の配光パターンの高さを任意に調整する機能は、前照灯モジュール170の導光投射光学素子302全体で発揮できれば良い。つまり、これらの機能を導光投射光学素子302のいずれかの光学面に分散することも可能である。例えば、反射面37の傾きを調整することで、任意に配光パターンの高さを制御することができる。
出射面38は、出射面33の光軸Cに垂直な平面に対して傾斜している。
<変形例2>
図25は、前照灯モジュール180の構成を示す構成図である。上述では、出射面38は平面形状として説明した。しかし、図24に示す導光投射光学素子303のように、出射面38を曲面形状とすることができる。例えば、図25では、+X軸方向から見て、出射面38は+Z軸方向に凸形状をしている。出射面38を図25に示すような曲面とすることができる。
図25では、例えば、出射面38をY軸方向のみに正のパワーを有するシリンドリカル面形状としている。つまり、図25に示す前照灯モジュール180は、出射面38においてY軸方向に正のパワーを持たせている。
図25では、照射面9上において垂直方向(Y軸方向)の配光の高さを小さくした例を示している。「配光の高さ」とは、照射面9上において、配光パターンの垂直方向(Y軸方向)の長さである。「配光の高さ」は、「配光の厚み」とも呼ばれる。つまり、図25に示す前照灯モジュール180は、照射面9上での配光の高さを圧縮している。
また、出射面38をX軸方向のみに正のパワーを有するシリンドリカル面形状とすることもできる。
出射面38が正のパワーを有する場合には、出射面38から出射した光は、車両前方の任意の位置に集光する。出射面38の近くに集光位置を設けた場合には、集光位置よりも車両の前方(+Z軸方向)では、光は発散する。このため、配光の幅又は高さを大きくすることができる。一方、照射面9の付近に集光位置を設けた場合には、光は照射面9の近くで集光する。このため、配光の幅又は高さを小さくすることができる。つまり、出射面38から遠くの位置に集光位置を設けた場合には、出射面38の近くに集光位置を設けた場合よりも、配光の幅又は高さを小さくすることができる。
図25に示した例とは逆に、出射面38をY軸方向のみに負のパワーを有するシリンドリカル面形状とすることができる。つまり、前照灯モジュール180は、出射面38においてY軸方向に負のパワーを持つことができる。これにより、前照灯モジュール180は、照射面9上の配光の高さを大きくすることができる。
同様に、出射面38をX軸方向のみに負のパワーを有するシリンドリカル面形状とすることもできる。これにより、前照灯モジュール180は、照射面9上の配光の幅を大きくすることができる。「配光の幅」とは、照射面9上において、配光パターンの水平方向(X軸方向)の長さである。
このように、図25に示す前照灯モジュール180は、出射面38から出射される光の垂直方向(Y軸方向)の配光の高さを制御する。つまり、前照灯モジュール180は、出射面38の面形状を曲面とすることで、照射面9上における垂直方向(Y軸方向)の配光パターンの高さを任意に制御する。
また、前照灯モジュール180は、照射面9上における水平方向(X軸方向)の配光パターンの幅を任意に制御することができる。
また、この様な出射面38から出射される光の配光パターンの幅又は高さを任意に調整する機能は、前照灯モジュール180の導光投射光学素子303全体で発揮できれば良い。つまり、これらの機能を導光投射光学素子303のいずれかの光学面に分散することも可能である。
例えば、反射面37の曲率を調整することで、配光パターンの幅及び高さを任意に制御することができる。しかし、出射面38を曲面形状とすることで、容易及び正確に配光を制御することができる。
導光投射光学素子301,302,303は、小型で簡単な構成で損失光LOを低減し光利用効率を向上させることができる。また、導光投射光学素子302は、反射面37,38の傾きを調整することで、任意に配光パターンを制御することができる。また、導光投射光学素子303は、出射面37,38の曲率を調整することで、任意に配光パターンを制御することができる。
実施の形態5.
図26は、本発明の実施の形態5に係る前照灯モジュール190の構成を示す構成図である。図1と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。図1と同じ構成要素は、光源1である。
図26に示すように、実施の形態5に係る前照灯モジュール190は、光源1及び導光投射光学素子304を備える。実施の形態5に係る前照灯モジュール190は、実施の形態1に係る導光投射光学素子3の集光光学素子2と導光投射光学素子3とが一体の形状となっている点で相違する。
導光投射光学素子3と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。導光投射光学素子3と同じ構成要素は、入射面34、反射面32及び出射面33である。なお、入射面311は、入射面31と同様に正のパワーを有している。ただし、入射面311は、入射面31の一部の領域に形成されている点で実施の形態1と相違する。
一般的に、光学部品は部品点数が増えれば増えるほど光利用効率は低下する。屈折材料の場合には、その大きな一因は、フレネル反射による損失である。「フレネル反射」とは、屈折率が異なる媒質の境界面で生じる反射現象のことである。つまり、光学部品の数が増えると、空気と屈折材料との境界面が増える。このため、フレネル反射による損失が増加する。そして、結果として、光利用効率が低下する。
実施の形態5に係る前照灯モジュール190は、このような問題を解決するものである。前照灯モジュール190は、小型で簡単な構成で、光利用効率の高い前照灯モジュールを実現する。
導光投射光学素子304は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光光学素子2と導光投射光学素子3との間に空隙を設けず、一体とした形状である。「空隙」とは、物と物との間のすき間のことである。
導光投射光学素子304は、入射面311,312、反射面313,32及び出射面33を備える。入射面311,312及び反射面313を、集光光学部350とよぶ。
また、実施の形態5で示す導光投射光学素子304は、例えば、内部が屈折材で満たされている。
光源1と集光光学部350について説明を容易にするためにX座標を用いる。X座標は、XYZ座標を+X軸方向から見て、X軸を回転軸として時計回りに角度aだけ傾けた座標である。
実施の形態5では、集光光学部350の光軸Cは、Z軸に平行である。また、集光光学部350の光軸Cは、光源1の光軸と一致している。
入射面311は、集光光学素子2の入射面211に相当する。つまり、入射面311は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光光学素子2の入射面211と同様の機能を有する。
入射面311は、入射面211に置き換えて考えることができる。実施の形態1での集光光学素子2の説明のうち、入射面211の説明は、入射面311の説明の代わりに用いられる。そのため、実施の形態1における入射面211に関する説明を入射面311に関する説明に代用する。
ただし、実施の形態5では、出射面231,232は存在しないため、出射面231,232との関係に関する記載は代用しない。
また、入射面311の光学性能は、集光光学素子2の入射面211の光学性能に対して異なる値を取りえる。
入射面311は、集光光学部350の中心部分に形成された入射面である。「集光光学部350の中心部分」とは、集光光学部350の光軸Cが入射面311上に交点を有していることである。
入射面311は、例えば、正のパワーを有する。つまり、入射面311は凸面形状である。パワーは、屈折力とも言われる。
上述のように、実施の形態5に係る前照灯モジュール190は、実施の形態1に係る導光投射光学素子3の集光光学素子2と導光投射光学素子3とが一体の形状となっている点で相違する。そのため、導光投射光学素子304と実施の形態1にかかる前照灯モジュール100の集光光学素子2と比べると、導光投射光学素子304は、集光光学素子2の出射面231に相当する面を備えていない。
しかしながら、出射面231の機能は、導光投射光学素子304の入射面311に付与することができる。つまり、入射面311のパワーを強めれば良い。こうすることで、入射面311,312及び反射面313で、実施の形態1にかかる前照灯モジュール100の集光光学素子2の機能を達成することができる。
入射面312は、集光光学素子2の入射面212に相当する。つまり、入射面312は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光光学素子2の入射面212と同様の機能を有する。
入射面312は、入射面212に置き換えて考えることができる。実施の形態1での集光光学素子2の説明のうち、入射面212の説明は、入射面312の説明の代わりに用いられる。そのため、実施の形態1における入射面212に関する説明を入射面312に関する説明に代用する。
また、入射面312の光学性能は、集光光学素子2の入射面212の光学性能に対して異なる値を取りえる。
入射面312は、例えば、楕円の長軸又は短軸を回転軸として回転させた回転体の表面形状の一部をしている。楕円の長軸又は短軸を回転軸として回転させた回転体を「回転楕円体」という。この回転楕円体の回転軸は、光軸Cに一致している。
入射面312は、回転楕円体の回転軸方向の両端を切断した表面形状をしている。つまり、入射面312は、筒形状をしている。
入射面312の筒形状の一端(+Z軸方向側の端)は、入射面311の外周に接続されている。入射面312の筒形状は、入射面311に対して光源1側(−Z軸方向)に形成されている。
反射面313は、集光光学素子2の反射面22に相当する。つまり、反射面313は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の集光光学素子2の反射面22と同様の機能を有する。
反射面313は、反射面21に置き換えて考えることができる。実施の形態1での集光光学素子2の説明のうち、反射面22の説明は、反射面313の説明の代わりに用いられる。そのため、実施の形態1における反射面22に関する説明を入射面313に関する説明に代用する。
反射面313の光学性能は、集光光学素子2の反射面22の光学性能に対して異なる値を取りえる。
反射面313は、X−Y平面上の断面形状が、例えば、光軸Cを中心とした円形状をした筒形状をしている。反射面313の筒形状は、−Z軸方向側の端のX−Y平面上の円形状の直径が、+Z軸方向側の端のX−Y平面上の円形状の直径よりも小さい。つまり、反射面313は、−Z軸方向から+Z軸方向に向けて直径が大きくなっている。
例えば、反射面313は、円錐台の側面の形状をしている。中心軸を含む面上での円錐台の側面の形状は直線形状をしている。しかし、光軸Cを含む面上での反射面313の形状は曲線形状であっても構わない。
反射面313の筒形状の一端(−Z軸方向側の端)は、入射面312の筒形状の他端(−Z軸方向側の端)に接続している。つまり、反射面313は、入射面312の外周側に位置している。
入射面311,312は、光源1から発せられた光を入射する。反射面313は、入射面312から入射した光を反射する。
反射面32は、入射面311,312又は反射面313によって集光された光を反射する。反射面32は、実施の形態1にかかる前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の反射面32と同様の機能を有する。このため、実施の形態5の反射面32は、実施の形態1の反射面32に置き換えて考えることができる。
そのため、実施の形態1での導光投射光学素子3の反射面32の説明は、実施の形態5の反射面32の説明の代わりに用いられる。ただし、実施の形態5の反射面32の光学性能は、導光投射光学素子3の反射面32の光学性能に対して異なる値を取りえる。
出射面33は、光を車両の前方へ投射する。実施の形態5の出射面33は、実施の形態1に係る前照灯モジュール100の導光投射光学素子3の出射面33と同様の機能を有する。このため、実施の形態5の出射面33は、実施の形態1の出射面33に置き換えて考えることができる。
そのため、実施の形態1での導光投射光学素子3の出射面33の説明は、実施の形態5の出射面33の説明の代わりに用いられる。ただし、実施の形態5の出射面33の光学性能は、導光投射光学素子3の出射面33の光学性能に対して異なる値を取りえる。
以上の説明のように実施の形態5に係る前照灯モジュール190は、実施の形態1にかかる前照灯モジュール100の集光光学素子2及び導光投射光学素子3の機能を、導光投射光学素子304のみで達成することができる。従って、光学部品の数とともに増加するフレネル反射による損失を低減する。そして、光利用効率が高く小型の前照灯モジュールを実現することができる。
光学素子304は、光源1から発せられた光を入射する入射部350を含む。入射部350は、屈折力を有する屈折面311,312を含む。
実施の形態5では、光学素子304は、一例として、導光投射光学素子304として示されている。入射部350は、一例として、集光光学部350として示されている。屈折面311,312は、一例として、入射面311,312として示されている。
入射部350は、反射面313を含む。
反射面313は、全反射面である。
実施の形態6.
実施の形態6では、実施の形態1から5で説明した前照灯モジュール100,110,120,130,140,150,160,170,180,190を用いた前照灯装置10について説明する。
実施の形態1から5では、前照灯モジュール100,110,120,130,140,150,160,170,180,190の実施の形態を説明した。図27は、前照灯モジュール100,110,120,130,140,150,160,170,180,190を実装した前照灯装置10の構成を示した構成図である。
図27では、前照灯モジュール100を搭載した例を示している。前照灯モジュール100の全部又は一部を、前照灯モジュール100,110,120,130,140,150,160,170,180,190に置きかえることができる。
<前照灯装置10の構成>
前照灯装置10は、筐体97を備える。また、前照灯装置10は、カバー96を備えることができる。
筐体97の内部には、前照灯モジュール100が収められている。図27では、例として、3個の前照灯モジュール100が収められている。なお、前照灯モジュール100の個数は、3個に限定されない。前照灯モジュール100の個数は、1個でも良く、3個以上でも良い。
また、図27では、箱形状の筐体97の内部に前照灯モジュール100を収めている。しかし、筐体97は、箱形状である必要はない。特に四輪の自動車等の場合には、筐体97は、フレーム等で構成されており、そのフレームに前照灯モジュール100が固定される構成を採用しても良い。なぜなら、四輪の自動車等の場合には、筐体97は車体の内部に配置されているからである。このフレーム等は、車体を構成する部品であってもよい。この場合には、筐体97は車体を構成する一部の筐体部となる。
前照灯モジュール100は、筐体97の内部に、X軸方向に並べて配置されている。なお、前照灯モジュール100の並べ方は、X軸方向に並べる方法に限らない。デザイン又は機能等を考慮して、前照灯モジュール100をY軸方向又はZ軸方向にずらして配置しても良い。
自動二輪車の場合には、筐体97は、ハンドルの近くに配置されている。四輪の自動車の場合には、筐体97は、車体の内部に配置されている。
カバー96は透明な材料で作製されている。そして、カバー96は、車体の表面部分に配置されて、車体の外部に表れている。カバー96は、筐体97の+Z軸方向に配置されている。
カバー96は、前照灯モジュール100を風雨又は塵埃等から守るために設けられている。しかし、導光投射光学素子3の出射面33の部分が前照灯モジュール100の内部の部品を風雨又は塵埃等から守る構造の場合には、特にカバー96を設ける必要はない。
前照灯モジュール100から出射された光は、カバー96を透過して、車両の前方に出射される。図27では、カバー96から出射された光は、隣り合う前照灯モジュール100から出射された光と重なり合って、1つの配光パターンを形成している。
以上のように説明したように、複数の前照灯モジュール100を備える場合には、前照灯装置10は、前照灯モジュール100の集合体である。また、1個の前照灯モジュール100を備える場合には、前照灯装置10は、前照灯モジュール100と等しくなる。つまり、前照灯モジュール100が前照灯装置10である。
<付記>
以上の各実施の形態を基にして、以下の内容を付記として記載する。
<付記1>
第1の光を発する第1の光源と、
前記第1の光源から出射された第1の光を集光して集光光とする集光光学素子と、
前記集光光を入射する第1の入射面、入射した前記第1の光を反射する第1の反射面及び前記第1の反射面で反射された反射光を出射する第1の出射面を備える光学素子と
を備え、
前記集光光学素子は、前記第1の光の発散角を変化させることで、配光パターンを成形し、
前記反射光と、前記反射光以外の光とが、前記第1の出射面の光軸の方向において前記第1の出射面の焦点位置に位置する点を含み前記光軸に垂直な第1の平面上で重畳することで、前記第1の平面上において、前記配光パターン内に高光度領域を形成し、
前記第1の出射面は、正の屈折力を有し、前記第1の平面上に形成された前記配光パターンを投影する前照灯モジュール。
<付記2>
第1の光を発する第1の光源と、
前記第1の光を入射する第1の入射面、入射した前記第1の光を反射する第1の反射面及び前記第1の反射面で反射された反射光を出射する第1の出射面を備える光学素子と
を備え、
前記第1の入射面は、前記第1の光の発散角を変化させることで、配光パターンを成形し、
前記反射光と、前記反射光以外の光とが、前記第1の出射面の光軸の方向において前記第1の出射面の焦点位置に位置する点を含み前記光軸に垂直な第1の平面上で重畳することで、前記第1の平面上において、前記配光パターン内に高光度領域を形成し、
前記第1の出射面は、正の屈折力を有し、前記第1の平面上に形成された前記配光パターンを投影し、
前記光軸を含み前記第1の反射面に垂直な平面を第1の投影面とし、
前記第1の入射面は、前記第1の投影面上で見ると、正の屈折力を有する前照灯モジュール。
<付記3>
前記第1の光源から発せられた第1の光を集光して集光光とする集光光学素子を備え、
前記集光光は、前記第1の入射面から前記光学素子に入射する付記2に記載の前照灯モジュール。
<付記4>
前記光軸を含み前記第1の反射面に垂直な平面を第1の投影面とし、
前記第1の入射面は、前記第1の投影面上で見ると、正の屈折力を有する付記1に記載の前照灯モジュール。
<付記5>
前記光軸を含み前記第1の投影面に垂直な平面を第2の投影面とし、
前記第1の入射面は、前記第1の投影面上で第1の集光位置を有し、前記第2の投影面上で見ると正の屈折力を有することで第2の集光位置を有し、
前記光学素子が光を出射する方向において、前記第2の集光位置は、前記第1の集光位置とは異なる位置である付記2から4のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記6>
前記光軸を含み前記第1の投影面に垂直な平面を第2の投影面とし、
前記第1の入射面は、前記第2の投影面上で見ると、負の屈折力を有する付記2から4のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記7>
車両に用いられる前照灯モジュールであって、
第1の光を発する第1の光源と、
前記第1の光を入射する第1の入射面、入射した前記第1の光を反射する第1の反射面及び前記第1の反射面で反射された反射光を出射する第1の出射面を備える光学素子と
を備え、
前記第1の入射面は、前記第1の光の発散角を変化させることで、配光パターンを成形し、
前記反射光と、前記反射光以外の光とが、前記第1の出射面の光軸の方向において前記第1の出射面の焦点位置に位置する点を含み前記光軸に垂直な第1の平面上で重畳することで、前記第1の平面上において、前記配光パターン内に高光度領域を形成し、
前記第1の出射面は、正の屈折力を有し、前記第1の平面上に形成された前記配光パターンを投影し、
前記第1の入射面は、前記車両の垂直方向に対応する方向で正の屈折力を有する前照灯モジュール。
<付記8>
前記第1の光源から発せられた第1の光を集光して集光光とする集光光学素子を備え、
前記集光光は、前記第1の入射面から前記光学素子に入射する付記7に記載の前照灯モジュール。
<付記9>
車両に用いられる前照灯モジュールであって、
前記第1の入射面は、前記車両の垂直方向に対応する方向で正の屈折力を有する付記1に記載の前照灯モジュール。
<付記10>
前記第1の入射面は、前記車両の垂直方向に対応する方向で第1の集光位置を有し、前記車両の水平方向に対応する方向で正の屈折力を有することで第2の集光位置を有し、
前記光学素子が光を出射する方向において、前記第2の集光位置は、前記第1の集光位置とは異なる位置である付記7から9のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記11>
前記第1の入射面は、前記車両の水平方向に対応する方向で負の屈折力を有する付記7から9のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記12>
前記第1の反射面の前記第1の出射面側の端部は、前記光軸に垂直で、前記第1の出射面の焦点を含む面上に位置する点を含む付記1から11のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記13>
前記反射光は、前記光学素子に入射して前記第1の反射面で最初の反射をした反射光である付記1から12のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記14>
前記反射光は、前記第1の反射面における一度の反射で前記第1の出射面に到達する付記1から12のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記15>
前記第1の反射面は、前記光学素子の内部で入射した前記第1の光が進行する方向に向けて、前記光学素子内の光路が広がるように傾斜している付記1から14のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記16>
前記第1の光源は、指向性を有する半導体光源である付記1から15のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記17>
前記第1の光源の発光面の形状が投影される付記16に記載の前照灯モジュール。
<付記18>
第2の光を発する第2の光源を備え、
前記光学素子は、前記第1の反射面の裏面側に配置された第2の入射面を備え、
前記第2の光源から出射された前記第2の光は、前記第2の入射面から前記光学素子に入射する付記1から17のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記19>
前記光学素子は、前記第1の反射面の裏面側に配置された第2の反射面を備え、
前記第2の入射面から入射した前記第2の光は、前記第2の反射面で反射される付記18に記載の前照灯モジュール。
<付記20>
前記第2の反射面は全反射面である付記19に記載の前照灯モジュール。
<付記21>
前記光学素子は、第3の反射面及び第4の反射面を備え、
前記第3の反射面は、前記第1の光のうち、前記第1の反射面の前記第1の出射面側を通過した光を反射し、
前記第4の反射面は、前記第1の反射面と前記第1の出射面との間に位置し、前記第3の反射面で反射された光を反射する付記1から20のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記22>
前記光学素子は、前記第4の反射面で反射された光を出射する第2の出射面を備え、
前記第2の出射面は、屈折力を有する付記21に記載の前照灯モジュール。
<付記23>
前記第1の反射面は全反射面である付記1から22のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記24>
前記光学素子を回転させる回転機構を備え、
前記回転機構は、前記光学素子を、前記光学素子の前記光軸方向の両端に位置する面を通る軸を回転軸として回転させる付記1から23のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記25>
前記光学素子を回転させる回転機構を備え、
前記回転機構は、前記光学素子を、前記光軸を中心に回転させる付記1から23のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
<付記26>
付記1から25のいずれか1項に記載の前照灯モジュールを備えた車両用前照灯装置。
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係又は部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載した場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
10 前照灯装置、 100,110,120,130,140,150,160,170 前照灯モジュール、 1,1,1,1,4 光源、 11,41 発光面、 15,15,15,15 光源モジュール、 2,5 集光光学素子、 20 集光レンズ、 211,212,511,512 入射面、 22,52 反射面、 231,232,531,532 出射面、 232,232 領域、 3,30,300,301,302 導光投射光学素子、 31,34,311,312 入射面、 32,35,36,37,37,37,313,320 反射面、 321,321,321,361 稜線部、 33,38,38,38,330 出射面、 39 底面、 350 集光光学部、 6 制御回路、 65 車体傾斜検出部、 7 回転機構、 71 ステッピングモーター、 72,73 歯車、 74 軸、 9 照射面、 91 カットオフライン、 94 自動二輪車、 95 車輪、 95 地面に接する位置、 96 カバー、 97 筐体、 101 線、 102 センターライン、 103,104,106 配光パターン、 105 コーナー領域、 a,b,c,d,e 角度、 C,C,C 光軸、 k 傾斜角度、 m,m,m,m 垂線、 PH 集光位置、 PC 共役面、 S,S,S,S 入射角、 S,S, 反射角、 Sout,Sout1,Sout2 出射角、 H−H,V−V 線、 Q 点。

Claims (9)

  1. 車両に用いられる前照灯モジュールであって、
    第1の光を発する第1の光源と、
    第2の光を発する第2の光源と、
    前記第1の光を反射する第1の反射面及び前記第1の反射面で反射された反射光を出射する出射面を備える光学素子と
    を備え、
    前記第1の反射面は、前記第1の光を基に形成される第1の配光パターンのカットオフラインを形成し、
    前記第2の光源は、前記第1の反射面の裏面側に配置され、
    前記出射面は、前記第1の配光パターンと前記第2の光を基に形成される第2の配光パターンとを投影する前照灯モジュール。
  2. 前記第1の配光パターンは、前記第1の反射面の表面側に形成され、前記第2の配光パターンは、前記第1の反射面の裏面側に形成される請求項1に記載の前照灯モジュール。
  3. 前記光学素子は、前記第1の反射面の裏面側に配置された第2の入射面を備え、
    前記第2の光源から出射された前記第2の光は、前記第2の入射面から前記光学素子に入射する請求項1または2に記載の前照灯モジュール。
  4. 前記第2の入射面は屈折力を有し、
    前記第2の配光パターンは、前記第2の入射面の形状で制御される請求項3に記載の前照灯モジュール。
  5. 前記光学素子は、前記第1の反射面の裏面側に配置され、前記第2の光を反射する第2の反射面を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
  6. 前記第2の反射面の前記出射面側の端部は、前記第1の反射面の前記出射面側の端部に接続している請求項5に記載の前照灯モジュール。
  7. 前記第2の配光パターンは、前記第2の反射面の形状で制御される請求項5または6に記載の前照灯モジュール。
  8. 前記第2の反射面は全反射面である請求項5から7のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
  9. 前記第1の反射面は全反射面である請求項1から8のいずれか1項に記載の前照灯モジュール。
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