JP4622959B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば、ヘッドランプやフォグランプなどであって、所定の配光パターンを車両（自動車）の前方に照射するプロジェクタタイプの車両用前照灯に関するものである。

この種のプロジェクタタイプの車両用前照灯は、従来からある（たとえば、特許文献１参照）。以下、従来の車両用前照灯について説明する。従来の車両用前照灯は、光源と、ほぼ楕円形の主反射鏡と、付加反射鏡と、レンズと、を備えるものである。

以下、従来の車両用前照灯の作用について説明する。光源を点灯すると、この光源からの光が主反射鏡で反射され、主配光パターンとしてレンズから車両の前方に照射される。一方、光源からの光の位置が付加反射鏡で反射され、付加配光パターンとしてレンズから車両の前方であって、主配光パターンの側方であって路肩に照射される。この従来の車両用前照灯は、付加反射鏡により、光源からの光を有効に利用するものである。

ところが、従来の車両用前照灯は、付加反射鏡で光源からの光をただ単に有効に利用するものであり、光源からの光をさらに有効に利用することについては考慮されていない。

特開２０００−１９５３１１号公報

この発明が解決しようとする問題点は、従来の車両用前照灯では、付加反射鏡で光源からの光を有効に利用しているがさらに光源からの光を有効に利用することについては考慮されていないという点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、光源と、その光源からの光を反射させる主反射面を有する主リフレクタと、その主リフレクタの主反射面からの反射光を所定の主配光パターンとして車両の前方に投影する投影レンズと、光源からの光を所定の補助配光パターンとして車両の前方に反射させる補助反射面を有する補助リフレクタと、を備え、補助反射面が、焦点がほぼ一致し、かつ、焦点距離がそれぞれ異なる放物もしくは放物を基準とする多段の反射面からなり、多段の補助反射面の光軸が、主反射面の光軸に対して自走行車線側に向いていて、補助反射面が、補助配光パターンを主配光パターンに対して自走行車線側に配置させる、ことを特徴とする。

また、この発明（請求項２にかかる発明）は、多段の補助反射面が光の反射方向に配列されており、その多段の補助反射面の焦点距離が光の反射方向側に行くに従って小さい、ことを特徴とする。

さらに、この発明（請求項３にかかる発明）は、補助リフレクタが主リフレクタの上側下側のうちすくなくともいずれか１つに配置されており、この補助リフレクタの多段の補助反射面が補助配光パターンを主配光パターンに対して自走行車線側に配置させる、ことを特徴とする。

この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、補助反射面が、焦点がほぼ一致し、かつ、焦点距離がそれぞれ異なる放物もしくは放物を基準とする多段の反射面からなるので、従来の車両用前照灯の付加反射鏡、たとえば、単一の補助反射面と比較して、光源からの光が入射する立体角を大きくすることができる。その結果、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、多段の補助反射面により、光源からの光をさらに有効に利用することができる。しかも、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、多段の補助反射面の光軸が主反射面の光軸に対して自走行車線側に向いているので、多段の補助反射面が補助配光パターンを主配光パターンに対して自走行車線側に配置させる。これにより、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、自走行車線側において、広い範囲に亘って照明することができ、かつ、光量を上げることができる配光パターンが得られる。

また、この発明（請求項２にかかる発明）の車両用前照灯は、前記の課題を解決するための手段により、多段の補助反射面を常に光源に近い位置に配置させることができるので、光源からの光が入射する立体角をさらに大きくすることができる。その結果、この発明（請求項２にかかる発明）の車両用前照灯は、光源からの光をさらに有効に利用することができ、主配光パターンと補助配光パターンとが合成された良好な配光パターンを得ることができる。

さらに、この発明（請求項３にかかる発明）の車両用前照灯は、前記の課題を解決するための手段により、主配光パターンと補助配光パターンとが合成された配光パターンの自走行車線側の光量（光度、照度、光束など）を上げることができる。その結果、この発明（請求項３にかかる発明）の車両用前照灯は、自走行車線の視認性が向上されて、交通安全に貢献することができる。

以下、この発明にかかる車両用前照灯の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。図面において、符号「ＶＵ−ＶＤ」は、スクリーンの上下の垂直線を示す。符号「ＨＬ−ＨＲ」は、左右の水平線、および、スクリーンの左右の水平線を示す。

以下、この実施例にかかる車両用前照灯の構成について説明する。図１および図２において、符号１は、この実施例にかかる車両用前照灯である。前記車両用前照灯１は、車両（車両）の前部の左右にそれぞれ装備される、たとえば、プロジェクタタイプのヘッドランプである。また、前記車両用前照灯１は、図１および図２に示すように、光源としての放電灯２と、主リフレクタ３と、投影レンズ（集光レンズ、凸レンズ）４と、シェード５と、フレーム部材８と、補助リフレクタ１１と、補助レンズ１２と、ランプハウジング（図示せず）と、図示しないランプレンズ（たとえば、素通しのアウターレンズなど）と、を備えるものである。

前記放電灯２および前記主リフレクタ３および前記投影レンズ４および前記シェード５および前記フレーム部材８および前記補助リフレクタ１１および前記補助レンズ１２は、ランプユニットを構成する。前記ランプユニットは、前記ランプハウジングおよび前記ランプレンズにより区画されている灯室（図示せず）内に、たとえば光軸調整機構（図示せず）を介して配置されている。

前記放電灯２は、いわゆる、メタルハライドランプなどの高圧金属蒸気放電灯、高輝度放電灯（ＨＩＤ）などである。前記放電灯２は、前記主リフレクタ３にソケット機構６を介して着脱可能に取り付けられている。前記放電灯２は、発光部７を有する。なお、光源としては、前記放電灯２以外に、ハロゲン電球、白熱電球でも良い。

前記主リフレクタ３は、前記フレーム部材８に固定保持されている。前記主リフレクタ３は、前側（前記車両用前照灯１の光の照射方向側）が開口し、かつ、後側が閉塞した中空の凹形状をなす。前記主リフレクタ３の後側の閉塞部の中央には、前記放電灯２が挿入されるための円形の透孔９が設けられている。

前記主リフレクタ３の内凹面には、アルミ蒸着もしくは銀塗装などが施されていて、主反射面１０が形成されている。前記主反射面１０は、前記放電灯２の前記発光部７からの光を前記シェード５および前記投影レンズ４側に反射させるものである。前記主反射面１０は、楕円もしくは楕円を基本とする自由曲面（ＮＵＲＢＳ曲面）などの主反射面（図１の垂直断面が楕円面をなし、かつ、図示しない水平断面が放物面ないし変形放物面をなす主反射面）からなる。このために、前記主反射面１０は、第１焦点Ｆ１と、第２焦点（水平断面上の焦線）Ｆ２と、回転軸すなわち光軸Ｚ１−Ｚ１と、を有する。前記第１焦点Ｆ１は、前記放電灯３の発光部７もしくはその近傍に位置する。前記主反射面１０の自由曲面（ＮＵＲＢＳ曲面）は、「Mathematical Elemennts for Computer Graphics」（Devid F. Rogers、J Alan Adams）に記載されているＮＵＲＢＳの自由曲面（Non-Uniform Rational B-Spline Surface）である。

前記シェード５は、製造コストが安価である板構造（この例では、平板の薄鋼板構造）からなる。前記シェード５は、前記主反射面１０から前記投影レンズ４に向かう反射光の一部を遮蔽してカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有する所定の配光パターン、たとえば、図６に示すすれ違い用配光パターンＬＰを形成するものである。前記カットオフラインは、斜めカットオフラインＣＬ１と、前記斜めカットオフラインＣＬ１の上端から水平方向に延びる上水平カットオフラインＣＬ２と、前記斜めカットオフラインＣＬ１の下端から水平方向に延びる下水平カットオフラインＣＬ３と、からなる。

前記シェード５の上端のエッジは、前記すれ違い用配光パターンＬＰのカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を形成するものであって、前記投影レンズ４のレンズ焦点Ｆ３もしくはその近傍、あるいは、前記主反射面１０の第２焦点Ｆ２もしくはその近傍に沿って位置する。前記シェード５は、前記フレーム部材８に固定保持されている。

前記投影レンズ４は、非球面レンズの凸レンズである。前記投影レンズ４の前方側は、凸非球面をなし、一方、前記投影レンズ４の後方側は、平非球面をなす。前記投影レンズ４は、前記フレーム部材８に固定保持されている。前記投影レンズ４は、レンズ焦点（物空間側の焦点面であるメリジオナル像面）Ｆ３と、光軸Ｚ２−Ｚ２と、を有する。前記投影レンズ４の焦点Ｆ３と前記主反射面１０の第２焦点Ｆ２とは、ほぼ一致し、もしくは、相互に近傍に位置する。前記投影レンズ４の光軸Ｚ２−Ｚ２と、前記主反射面１０の光軸Ｚ１−Ｚ１とは、図２に示すように、ほぼ一致している。なお、前記投影レンズ４の光軸Ｚ２−Ｚ２と、前記主反射面１０の光軸Ｚ１−Ｚ１とは、左右にずれていても良い。前記投影レンズ４は、前記主リフレクタ３の前記主反射面１０からの反射光であって、前記シェード５によりカットオフされた残りの反射光を所定の主配光パターン、すなわち、図６に示すすれ違い用配光パターンＬＰとして、車両の前方に投影するものである。

前記補助リフレクタ１１は、前記フレーム部材８に固定保持されている。前記補助リフレクタ１１は、この例では、前記主リフレクタ３および前記シェード５の上側であって、前記主リフレクタ３と前記投影レンズ４との間に配置されている。

前記補助リフレクタ１１の内側面（前面）には、アルミ蒸着もしくは銀塗装などが施されていて、補助反射面１３が形成されている。前記補助反射面１３は、図３（Ａ）および図５に示すように、前記放電灯２の前記発光部７からの光Ｌ１を、図７に示す補助配光パターンＳＰとして、車両の前方の側方、この例では、自走行車線側に反射させるものである。

前記補助レンズ１２は、前記フレーム部材８に固定保持されている。前記補助レンズ１２は、前記補助リフレクタ１１の前方に配置されている。前記補助レンズ１２は、図３（Ａ）および図５に示すように、前記補助反射面１３からの反射光Ｌ２を図７に示す補助配光パターンＳＰとして、車両の前方の側方、この例では、自走行車線側に照射するものである。

前記補助リフレクタ１１の前記補助反射面１３は、図５に示すように、焦点Ｆ４がほぼ一致し、かつ、焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６がそれぞれ異なる放物（回転放物面）もしくは放物（回転放物面）を基準とする自由曲面（ＮＵＲＢＳ曲面）などの多段の反射面からなる。すなわち、焦点距離ｆ１の回転放物面Ｆ４１の一部を第１補助反射面１３１とし、焦点距離ｆ２の回転放物面Ｆ４２の一部を第２補助反射面１３２とし、焦点距離ｆ３の回転放物面Ｆ４３の一部を第３補助反射面１３３とし、焦点距離ｆ４の回転放物面Ｆ４４の一部を第４補助反射面１３４とし、焦点距離ｆ５の回転放物面Ｆ４５の一部を第５補助反射面１３５とし、焦点距離ｆ６の回転放物面Ｆ４６の一部を第補助反射面１３６とする。前記焦点Ｆ４は、前記放電灯２の発光部７もしくはその近傍に位置する。前記補助反射面１３の自由曲面（ＮＵＲＢＳ曲面）は、前記主反射面１０の自由曲面（ＮＵＲＢＳ曲面）と同様に、「Mathematical Elemennts for Computer Graphics」（Devid F. Rogers、J Alan Adams）に記載されているＮＵＲＢＳの自由曲面（Non-Uniform Rational B-Spline Surface）である。

多段の前記補助反射面１３（１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６）は、前記放電灯２の前記発光部７からの光Ｌ１を反射させる方向（すなわち、光の反射方向）に配列されている。多段の前記補助反射面１３（１３１〜１３６）の焦点距離ｆ１〜ｆ６は、光の反射方向側、この例では、自走行車線側（図５中の左側）に行くに従って小さい。

前記補助リフレクタ１１の多段の前記補助反射面１３（１３１〜１３６）の回転軸すなわち光軸Ｚ３−Ｚ３は、前記主リフレクタ３の前記主反射面１０の光軸Ｚ１−Ｚ１に対して自走行車線側（図５中の左側）に向いている。この結果、前記補助リフレクタ１１の多段の前記補助反射面１３（１３１〜１３６）は、前記補助配光パターンＳＰを前記主配光パターンＬＰに対して自走行車線側に配置させる。これにより、図８に示す配光パターンＬＰ１が得られる。

この実施例にかかる車両用前照灯１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

まず、放電灯２を点灯する。すると、この放電灯２の発光部７から光が放射される。この光のうち主に上方に放射される光は、主リフレクタ３の主反射面１０でシェード５および投影レンズ４側に反射される。この反射光の一部は、シェード５により遮蔽され、残りの反射光で図６に示すカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するすれ違い用配光パターンＬＰが形成される。この残りの反射光は、投影レンズ４側に進み、投影レンズ４を透過して、すれ違い用配光パターンＬＰとして、車両の前方に投影（放射、照射）される。

また、放電灯２の発光部７から放射される光のうち主に斜め前上方に放射される光（直射光）Ｌ１は、補助リフレクタ１１の多段の補助反射面１３（１３１〜１３６）で、車両の前方の側方、すなわち、自走行車線側に反射される。この反射光Ｌ２は、補助レンズ１２を透過して図７に示す補助配光パターンＳＰとして、車両の前方の側方、すなわち、自走行車線側に照射される。

この結果、図６に示すカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するすれ違い用配光パターンＬＰと、図７に示す補助配光パターンＳＰ、すなわち、すれ違い用配光パターンＬＰに対して自走行車線側に配置される補助配光パターンＳＰとが合成されることにより、図８に示す配光パターンＬＰ１が得られる。この配光パターンＬＰ１は、図６に示すすれ違い用配光パターンＬＰと同様に、カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するすれ違い用配光パターンである。このすれ違い用配光パターンＬＰ１は、図８に示すように、自走行車線側、すなわち、左側において、水平線ＨＬ−ＨＲから下約１０°までの上下幅で、かつ、垂直線ＶＵ−ＶＤから左約４５°までの左右幅で、広い範囲に亘って照明することができ、かつ、光量を上げることができる。

この実施例にかかる車両用前照灯１は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施例にかかる車両用前照灯１は、補助反射面１３（１３１〜１３６）が、焦点Ｆ４がほぼ一致し、かつ、焦点距離ｆ１〜ｆ６がそれぞれ異なる回転放物面Ｆ１〜Ｆ６の多段の反射面からなるので、従来の車両用前照灯の付加反射鏡、たとえば、単一の補助反射面と比較して、放電灯２からの光Ｌ１が入射する立体角を大きくすることができる。

すなわち、この実施例にかかる車両用前照灯１は、図３（Ａ）に示すように、放電灯２からの光Ｌ１を、多段の補助反射面１３（１３１〜１３６）で捕捉する。一方、従来の車両用前照灯は、図３（Ｂ）に示すように、放電灯２からの光Ｌ１を、付加反射鏡、たとえば、単一の補助反射面（単一の焦点距離の単一の回転放物面からなる反射面）１３０で捕捉する。この結果、図４に示すように、この実施例にかかる車両用前照灯１の多段の補助反射面１３（１３１〜１３６）で立体角計算時に利用される反射面（実線で示されているエリア）Ｅ１のほうが、従来の車両用前照灯の付加反射鏡である単一の補助反射面１３０で立体角計算時に利用される反射面（二点鎖線で示されるエリア）Ｅ２よりも広い。この結果、この実施例にかかる車両用前照灯１は、多段の補助反射面１３（１３１〜１３６）により、放電灯２の発光部７からの光Ｌ１をさらに有効に利用することができる。

また、この実施例にかかる車両用前照灯１は、多段の補助反射面１３（１３１〜１３６）を常に放電灯２の発光部７に近い位置に配置させることができるので、放電灯２の発光部からの光Ｌ２が入射する立体角をさらに大きくすることができる。この結果、この実施例にかかる車両用前照灯１は、放電灯２の発光部７からの光Ｌ１をさらに有効に利用することができ、主配光パターンすなわち図６に示すすれ違い用配光パターンＬＰと図７に示す補助配光パターンＳＰとが合成された良好な図８に示すすれ違い用配光パターンＬＰ１を得ることができる。

さらに、この実施例にかかる車両用前照灯１は、主配光パターンすなわち図６に示すすれ違い用配光パターンＬＰと図７に示す補助配光パターンＳＰとが合成された図８に示すすれ違い用配光パターンＬＰ１の自走行車線側の光量を上げることができる。この結果、この実施例にかかる車両用前照灯１は、自走行車線の視認性が向上されて、交通安全に貢献することができる。

以下、上記の実施例以外の例について説明する。前記の実施例においては、車両用前照灯としてヘッドランプについて説明するものである。ところが、この発明においては、車両用前照灯としてヘッドランプ以外のランプ、たとえば、フォグランプなどであっても良い。

また、前記の実施例においては、所定の配光パターンＬＰとしてカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するすれ違い用配光パターンＬＰ１が得られるプロジェクタタイプのヘッドランプについて説明するものである。ところが、この発明においては、得られる所定の配光パターンとしては特に限定されない。たとえば、所定の配光パターンとしては、たとえば、カットオフラインを有する高速道路用配光パターンであっても良い。また、カットオフラインが無い走行用の配光パターンや濡路用配光パターンや悪天候用配光パターンであっても良い。

この発明にかかる車両用前照灯の実施例を示すランプユニットの正面図である。 同じく、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図（縦断面図、垂直断面図）である。 同じく、補助反射面で光源からの光を捕捉する立体角の大小を示す説明図である。 同じく、補助反射面で立体角計算時に利用される反射面（エリア）の大小を示す説明図である。 同じく、多段の補助反射面の構造を示す概略説明図である。 同じく、主反射面で得られるすれ違い用配光パターンを示す説明図である。 同じく、多段の補助反射面で得られる補助配光パターンを示す説明図である。 同じく、図６に示すすれ違い用配光パターンと図７に示す補助配光パターンとを合成したすれ違い用配光パターンを示す説明図である。

符号の説明

１ 車両用前照灯
２ 放電灯（光源）
３ 主リフレクタ
４ 投影レンズ
５ シェード
６ ソケット機構
７ 発光部
８ フレーム部材
９ 透孔
１０ 主反射面
１１ 補助リフレクタ
１２ 補助レンズ
１３ 多段の補助反射面
１３１ 第１補助反射面
１３２ 第２補助反射面
１３３ 第３補助反射面
１３４ 第４補助反射面
１３５ 第５補助反射面
１３６ 第６補助反射面
１３０ 単一の回転放物面の反射面
Ｆ１〜Ｆ６ 回転放物面
ｆ１〜ｆ６ 焦点距離
ＬＰ、ＬＰ１ すれ違い用配光パターン
ＳＰ 補助配光パターン
Ｅ１ 多段の補助反射面で立体角計算時に利用される反射面（エリア）
Ｅ２ 単一の回転放物面の反射面で立体角計算時に利用される反射面（エリア）
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３ カットオフライン
ＨＬ−ＨＲ 左右の水平線
ＶＵ−ＶＤ 上下の垂直線
Ｚ１−Ｚ１ 主反射面の光軸
Ｚ２−Ｚ２ 投影レンズの光軸
Ｚ３−Ｚ３ 多段の補助反射面の光軸
Ｆ１ 主反射面の第１焦点
Ｆ２ 主反射面の第２焦点
Ｆ３ 投影レンズの焦点
Ｆ４ 多段の補助反射面の焦点

Claims (3)

1. 所定の配光パターンが車両の前方に照射されるプロジェクタタイプの車両用前照灯において、
   光源と、
   第１焦点が前記光源もしくはその近傍に位置する楕円もしくは楕円を基準とし前記光源からの光を反射させる主反射面を有する主リフレクタと、
   前記主リフレクタの前記主反射面からの反射光を所定の主配光パターンとして車両の前方に投影する投影レンズと、
   前記光源からの光を所定の補助配光パターンとして車両の前方に反射させる補助反射面を有する補助リフレクタと、
   を備え、
   前記補助リフレクタの前記補助反射面は、焦点がほぼ一致し、かつ、焦点距離がそれぞれ異なる放物もしくは放物を基準とする多段の反射面からなり、
   前記補助リフレクタの多段の前記補助反射面の光軸は、前記主リフレクタの前記主反射面の光軸に対して自走行車線側に向いていて、
   前記補助リフレクタの前記補助反射面は、前記補助配光パターンを前記主配光パターンに対して自走行車線側に配置させる、
   ことを特徴とする車両用前照灯。
2. 多段の前記補助反射面は、光の反射方向に配列されており、
   多段の前記補助反射面の焦点距離は、光の反射方向側に行くに従って小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記補助リフレクタは、前記主リフレクタの上側下側のうちすくなくともいずれか１つに配置されており、
   前記補助リフレクタの多段の前記補助反射面は、前記補助配光パターンを前記主配光パターンに対して自走行車線側に配置させる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用前照灯。

Images