JP4335699B2 - プロジェクタ型ヘッドライト - Google Patents

Description

本発明は、車両用のヘッドライトに関するものであり、詳細には、回転楕円など楕円系反射面と、この楕円系反射面の第一焦点の近傍に配置される光源と、前記楕円系反射面の第二焦点の近傍に配置されるシェードと、前記シェードの近傍に焦点を有する投影レンズとを主な構成として形成されているプロジェクタ型のヘッドライトに係るものである。

従来のこの種のプロジェクタ型のヘッドライト９０の基本構成を示すものが、図７であり、長軸を回転軸とした回転楕円面など楕円系反射面９１の第一焦点ｆ１の位置に光源９２が略一致して設置されている。尚、このときには、前記光源９２のフィラメントなど発光源９２ａは長手方向を前記長軸と沿うものとされ、後に説明する第二焦点ｆ２に結像されたときの収束率が高くなり高輝度の光像が得られるものとなって、明るい照射光が得られるようにされている。

このようにすることで、第一焦点に位置している発光源９２ａの像が第二焦点ｆ２の位置に結像するものとなるが、前記第二焦点ｆ２の近傍にはシェード９３が設けられているので、前記楕円系反射面９１の下半部で反射が行われた光は遮蔽され、前記第二焦点ｆ２には楕円系反射面９１の上半部で反射が行われた光のみが結像する。

即ち、前記シェード９３にて成形された後に第二焦点ｆ２の位置に生じる像は基本的に水平から下向きの光線のみで構成されるものであり、その断面形状は上弦の半円状であるので、この形状をシェード９３の近傍に焦点を有する投影レンズ９４で照射方向に拡大投影すれば、上向き光を一切含まないすれ違い配光が得られるものとなる。

以上が、プロジェクタ型のヘッドライト９０の基本的な原理であるが、上記の説明でも明らかなように、光源９２（発光源９２ａ）から放射される光は、結果的には、前記楕円系反射面９１の上半部に達したものが有効に利用されるに過ぎず、極めて、利用効率が低いと言わざるを得ない。

この問題の解決策として、第一焦点が同じ位置にあり、お互いの外殻の近傍に第二焦点があり、ここに収束する光を外部に取り出せるように開口部を設けた一対の楕円系反射面で光源を囲むと共に、前記開口部、即ち、第二焦点に対応して、この第二焦点を焦点とする放物系反射面を設けておき、前記第二焦点に集束する光のほぼ全てを照射光として利用しようと図る構成も提案されている。
特開２００２−３１３１１２号公報

しかしながら、上記に説明した特許文献１に開示された構成のヘッドライトにおいては、確かに、光源に対する光束利用率は格段に向上するものとなり、明るいヘッドライトの実現が可能となったが、従来において、配光形状の設定に非常に有効であった、シェード、投影レンズの有効な使用が困難となったので、正確な配光特性を形成するのが困難であるという問題点を生じている。

また、図７に示した従来例を含む上記の構成では、メタルハライド放電灯などである光源を、車両の前後方向に軸を合わせて装着するものであるので、取付には、エンジンルーム内における奥行きが必要となり、例えば、電子制御化などで部品点数が増え、配線なども煩雑化しているエンジンルーム内への設置も困難なものとしている問題点も生じている。

また、近来は車両の機能向上のために、例えば、ハンドル操作などに応動しヘッドライトの照射方向を可変するなどの手段が採用されることが多いが、このような場合、ヘッドライトの形状としては、極端に奥行きが深いなど、幅と奥行きとの比率が大きいほど回動を行うときに広い場所を必要とし不利となる問題点を生じている。

本発明は上記した課題を解決するための具体的手段として、光源と、主楕円系反射面と、シェードと、投影レンズとから成るプロジェクタ型を基本とする構成を有すると共に、前記光源はその発光源の長手方向を前記主楕円系反射面の長軸と略直交して取付け、前記主楕円系反射面は前記光源から略上半部のものとして設け、前記主楕円系反射面の下方には、それぞれが前記光源を第一焦点とし、下方向で且つ対峙する相手方の外殻近傍に第二焦点を有する一対の第二楕円系反射面を設け、前記主楕円系反射面の前方で且つ前記主楕円系反射面からの反射光の通路の障害と成らない位置には、前記光源を第一焦点とし、前記第二楕円系反射面の第二焦点の近傍に第二焦点を有する第三楕円系反射面を設け、前記第二楕円系反射面、および、前記第三楕円系反射面の第二焦点に対応しては、これら第二焦点に集束する光束を、前記第二楕円系反射面、および、前記第三楕円系反射面で囲まれる空間から外部下方に向けて放出させる開口部を設け、前記第二楕円系反射面の更に下方であり、且つ、前記第二楕円系反射面、および、第三楕円系反射面からの反射光が達する範囲には、これら第二〜第三楕円系反射面の第二焦点の近傍に焦点を有し反射軸をこの灯具の照射方向とする放物系反射面を設けたことを特徴とするプロジェクタ型ヘッドライトを提供することで課題を解決するものである。

本発明では、光源と、主楕円系反射面と、シェードと、投影レンズとからなる従来のプロジェクタ型ヘッドライトの構成に、第二楕円系反射面、第三楕円系反射面、および、放物系反射面を加えることで、配光特性の形成が容易な特性を失うことなく、灯具としての光量を飛躍的に増大させることを可能として、浅奥行型とした灯具の実現を可能とし、例えば、操舵装置との連動も容易とするなど機能性を向上させるものである。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図３に符号１で示すものは、本発明に係るプロジェクタ型ヘッドライトであり、このプロジェクタ型ヘッドライト１は、図２の断面図で明確に理解できるように、従来からのこの種のプロジェクタ型のヘッドライトと同様に、例えば、回転楕円面など楕円系反射面とされた主楕円系反射面２と、この主楕円系反射面２の第一焦点ｆ１に配置され、メタルハライド放電灯などとした光源３と、前記主楕円系反射面２の第二焦点ｆ２の近傍に設置されたシェード４と、前記シェード４の近傍に焦点を有する投影レンズ５とが設けられている。

従って、光源３から発せられる光は、前記主楕円系反射面２で反射し、第二焦点ｆ２に像を形成するものとなるが、その途上に光源３の中心線から下半部を覆うシェード４が設けられているので、上向きとなる光線は全て遮蔽された状態で、照射光として投影レンズ５で照射方向に投影されるものとなる。

尚、実際には、左側通行の場合、左路側帯にある道路標識などの読み取り、確認を容易とするために、図４にも示すように、エルボなどと称せられて、左路側帯方向には適度の上向き光を投射する配光形状にされており、この形状は、前記シェード４の形状を適正化することで得られるものとされている。

通常のプロジェクタ型ヘッドライトにおいては、従来例でも説明したように光源は、そのフィラメントなど発光源を主楕円反射面の長軸に沿わせるもの（図３参照）としているのに対し、本発明のプロジェクタ型ヘッドライト１では、奥行きを浅く設定するために、光源３の発光源３ａを図１にも示すように車両の幅方向と略平行、言い換えれば、主楕円反射面２の長軸と略直交して取付けるものとしている。

このようにすることで、当然に、前記主楕円反射面２の第二焦点ｆ２に収束される光像もピントはずれの部分を生じて大面積のものとなり、投影レンズ５で照射方向に投影される配光特性も、従来例のものと比較して照度が不足するものとなる。但し、前記主楕円反射面２、シェード４、投影レンズ５などを採用したプロジェクタ型として構成した作用・効果は明らかであり従来例と同様なすれ違い配光Ｄ１に適する配光形状（図４参照）が得られるものとなっている。

ここで、発明者は上記の光量不足を補うべく、第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）、第三楕円系反射面７、および、放物系反射面８を設けるものであり、まず、前記第二楕円系反射面６は、図２にも示すように、従来例では、前記主楕円反射面２の下半部が存在した位置であった、前記主楕円反射面２の下方に設けられている。

尚、上記にも説明したように前記主楕円反射面２の下半部は、前記シェード４で遮蔽を行わない場合には、上向き光を生じる部分であるので、本発明のようにすれ違い配光の形成を目的とするプロジェクタ型ヘッドライト１においては、第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）と置換することに対して何らの問題も生じることはない。

図３は、前記第二楕円系反射面６の設置の状態を模式的に示すものであり、この第二楕円系反射面６は、右第二楕円系反射面６Ｒと、左第二楕円系反射面６Ｌとの一対で構成されている。尚、ここでは、左、右は車両に取付けた状態で運転席側から見る状態を基準として説明する。

まず、前記光源３は、プロジェクタ型ヘッドライト１の照射方向Ｚに対して、フィラメントなど発光源３ａが略直交する状態で取付けられている。即ち、本発明においては、光源３は自動車の車体に対して幅（側）方向から挿入して取付けられる構成とされている。そして、前記右第二楕円系反射面６Ｒで前記発光源３ａは右側から下半部が覆われ、前記左第二楕円系反射面６Ｌにより左側から下半部が覆われる状態となっている。

このときに、前記右第二楕円系反射面６Ｒも左第二楕円系反射面６Ｌも共に、前記光源３の近傍に第一焦点ｆ１が設定されている。また、前記右第二楕円系反射面６Ｒの第二焦点ｆ６２ｒは、この右第二楕円系反射面６Ｒと対峙して設けられている前記左第二楕円系反射面６Ｌの下端寄りで且つ外殻近傍に設定されている。

同様に、前記左第二楕円系反射面６Ｌの第二焦点ｆ６２ｌは、前記右第二楕円系反射面６Ｒの下端寄りで且つ外殻近傍に設定されており、これにより、前記右第二楕円系反射面６Ｒは、左第二楕円系反射面６Ｌ方向に光を反射し、その外殻近傍に発光源３ａの像を結ぶものとなり、同様に、前記左第二楕円系反射面６Ｌは、右第二楕円系反射面６Ｒ方向に光を反射し、その外殻近傍に発光源３ａの像を結ぶものとなる。

よって、左第二楕円系反射面６Ｌの外殻あるいは底面の、前記右第二楕円系反射面６Ｒの第二焦点ｆ６２ｒが存在する部分、および、右第二楕円系反射面６Ｒの外殻あるいは底面の、前記左第二楕円系反射面６Ｌの第二焦点ｆ６２ｌが存在する部分に対応しては開口部６ａが設けられ、第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）でふさがれた空間から外部に光を取り出すものとしている。

本発明では、更に光源３に対する光束利用率を向上させるために、第三楕円系反射面７を設けるものであり、この第三楕円系反射面７は主楕円反射面２の略前方に光源３を第一焦点ｆ１とする回転楕円面など楕円系反射面として設けられ、そして、第二焦点ｆ７２は図２にも示すように下方向に設定されているものとされている。尚、第三楕円系反射面７の第二焦点ｆ７２は、上記に説明した第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）の第二焦点ｆ６２（ｒ、ｌ）と近接していることが好ましい。

ここで、前記主楕円反射面２と、第三楕円系反射面７との光源３からの光に対する動作について説明を行うと、まず、主楕円反射面２は光源３を第一焦点ｆ１とし、このプロジェクタ型ヘッドライト１の照射方向、即ち、前方に第二焦点ｆ２が設定されている構成であるので、主楕円反射面２に捕捉される光源３からの光は、第二焦点ｆ２に向かい収束するものとなる。

これに対して、前記第三楕円系反射面７は、主楕円反射面２が光源３からの光を捕捉することのない位置である前方に設けられ、且つ、第二焦点ｆ７２も前記第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）の第二焦点ｆ６２（ｒ、ｌ）の近傍となるように下方に設定され、前記主楕円反射面２とは位置的にも、光学的にも干渉を生じないものとされている。

また、前記第三楕円系反射面７の第二焦点ｆ７２に対応する前記第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）の外殻、あるいは、底面にも開口部が設けられており、前記第三楕円系反射面７で反射して、第二焦点ｆ７２に集束する光も、前記第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）で囲まれた空間から外部に光が取り出されるものとなる。

尚、図１中に符号６ｂで示すものは開口部カバーであり、例えば、前記開口部６ａが第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）の比較的に灯具正面寄りとなる位置に設けることが必要となったとき、あるいは、上方寄りに設けることが必要となったときには、光源３からの直射光などが前記開口部６ａから漏出し、対向車に幻惑を生じさせる要因となることもあるので、その防止のために設けられるものである。

このようにしたことで、第二楕円系反射面６（Ｒ、Ｌ）の外殻、若しくは、底面の近傍には、右第二楕円系反射面６Ｒの第二焦点ｆ６２ｒに生じるフィラメントの像、あるいは、アークの像などの光源像、第二楕円系反射面６Ｌの第二焦点ｆ６２ｌに生じる光源像、および、第三楕円系反射面７の第二焦点ｆ７２に生じる光源像が近接する状態で存在するものとなる。尚、第二楕円系反射面６の第二焦点ｆ６２と第三楕円系反射面７の第二焦点ｆ７２が一致するものでも良く、それらの焦点が部分的に近接するものでも良く、要は両反射面からの光が集まる箇所を設けることが好ましい。

本発明においては、これらの光源像を焦点とし、反射光を照射方向に対してほぼ水平とする回転放物面、自由曲面放物面などとした放物系反射面８を設けるものであり、この放物系反射面８により、図５に示すように車両の前方に略扇状に広がる水平配光Ｄ２を得るものとして、上記した、主楕円反射面２、シェード４、および、投影レンズ５で形成したすれ違い配光Ｄ１（図４参照）と組合わせ、図６に示すような明るい総合配光Ｄ３を有するヘッドライトを得ようとするものである。

尚、上記の説明から明らかなように、放物系反射面８に対しては、右第二楕円系反射面６Ｒからの光源像、左第二楕円系反射面６Ｌからの光源像、および、第三楕円系反射面７からの光源像と３つの光源像が入射するものとなっているので、それぞれの光源像に対応するように中央部、左ブロック、および、右ブロックの３ブロックに分けて形成しても良く、あるいは、自由曲面として形成しても良く、更には、３つの光源像をほぼ１箇所に重ね合わせるようにすることで、一体の放物系反射面８として形成しても良いものである。

更には、図２に示すように、図示は省略するが、前記放物系反射面８は上記の何れかの手法で形成して、大凡に希望の配光形状が得られるものとしておき、加えて、放物系反射面８の全面を覆うレンズ９を設け、このレンズ９にレンズカット９ａを施すなどして、一層に精密な配光形状を得るものとしても良いものである。また、レンズ９、および、レンズカット９ａを設けるのを省略し、前記放物系反射面８自体にレンズカット９ａに相当するカットを設けて所望の拡散を行わせるなども自在である。

尚、図１および図２に符号ＡＸで示したものは、プロジェクタ型ヘッドライト１に設けられた上部軸心ＵＡＸと、下部軸心ＬＡＸとにより、このプロジェクタ型ヘッドライト１を操舵装置などに連動させ照射方向を車両の幅方向に回動させるときの回動軸であり、本発明によれば、光源３の軸をヘッドライトの照射方向と略直交して取付るものとし、ヘッドライト全体の奥行きを浅く設定しているので、可動のためのスペースを小さく、且つ、回動を行う際の重量バランスを良いものとして、小動力で振動も生じることなく照射方向の変更を可能とする。

つぎに、上記の構成とした本発明のプロジェクタ型ヘッドライト１の作用、効果について説明を行えば、まず第一には、この種の車両用灯具（ヘッドライト）において、重要な要素である配光特性の形状を、過去に充分に検証され、実証された技術であるプロジェクタ型により得るものであるので、正確且つ信頼性の高い製品が容易に得られるものとなり、実現性が高い。

また、第二には、本発明により設けられた、第二楕円系反射面６、第三楕円系反射面７、放物系反射面８は、何れも、従来はまったく使用されることのなかった部分の光を捕捉し、照明光として利用するものであるので、本来の配光特性に対しては何らの影響も与えることもなく、よって、従来通りの性能が保証されるものとなる。

また、上記第二楕円系反射面６、第三楕円系反射面７、放物系反射面８により光源３から放射される光のほとんどが照明光として使用できるものとなるので、光源３を車体の幅方向に沿わせて取付ける構成とし、奥行きが浅いヘッドライトを実現しようとしたことで生じた光量低下を充分に補うことができ、例えばハンドル操作に伴い照射方向を変えるヘッドライトの実現の可能性が増すなど、汎用性も向上するものとなる。

本発明に係るプロジェクタ型ヘッドライトの実施形態を一部を分解した状態で示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う略示的な断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う略示的な断面図である。 本発明に係るプロジェクタ型ヘッドライトの主楕円反射面、光源、シェード、投影レンズの部分により得られるすれ違い配光の形状の例を示す説明図である。 本発明に係るプロジェクタ型ヘッドライトの第二楕円反射面、第三楕円系反射面、放物系反射面、および、必要に応じて設けられるレンズの部分により得られる配光の形状の例を示す説明図である。 本発明に係るプロジェクタ型ヘッドライトの総合の配光形状を示す説明図である。 従来のプロジェクタ型ヘッドライトの構成の例を示す断面図である。

符号の説明

１…プロジェクタ型ヘッドライト
２…主楕円反射面
３…光源
３ａ…発光源
４…シェード
５…投影レンズ
６…第二楕円系反射面
６Ｒ…右第二楕円系反射面
６Ｌ…左第二楕円系反射面
６ａ…開口部
６ｂ…開口部カバー
７…第三楕円系反射面
８…放物系反射面
９…レンズ
９ａ…レンズカット

Claims (3)

1. 光源と、主楕円系反射面と、シェードと、投影レンズとから成るプロジェクタ型を基本とする構成を有すると共に、前記光源はその発光源の長手方向を前記主楕円系反射面の長軸と略直交して取付け、前記主楕円系反射面は前記光源から略上半部のものとして設け、前記主楕円系反射面の下方には、それぞれが前記光源を第一焦点とし、下方向で且つ対峙する相手方の外殻近傍に第二焦点を有する一対の第二楕円系反射面を設け、前記主楕円系反射面の前方で且つ前記主楕円系反射面からの反射光の通路の障害と成らない位置には、前記光源を第一焦点とし、前記第二楕円系反射面の第二焦点の近傍に第二焦点を有する第三楕円系反射面を設け、前記第二楕円系反射面、および、前記第三楕円系反射面の第二焦点に対応しては、これら第二焦点に集束する光束を、前記第二楕円系反射面、および、前記第三楕円系反射面で囲まれる空間から外部下方に向けて放出させる開口部を設け、前記第二楕円系反射面の更に下方であり、且つ、前記第二楕円系反射面、および、第三楕円系反射面からの反射光が達する範囲には、これら第二〜第三楕円系反射面の第二焦点の近傍に焦点を有し反射軸をこの灯具の照射方向とする放物系反射面を設けたことを特徴とするプロジェクタ型ヘッドライト。
2. 前記開口部には前記光源からの直射光による幻惑光の発生を防止するための開口部カバーが設けられていることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ型ヘッドライト。
3. 前記放物系反射面の前面にはレンズカットが施されたレンズが設けられるか、または、放物系反射面自体に拡散カットが設けられ、この放物系反射面からの光は水平方向を主方向とする拡散が行われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプロジェクタ型ヘッドライト。

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