JP5097653B2 - 車両用照明灯具 - Google Patents

Description

本願発明は、発光素子を光源とする車両用照明灯具に関するものである。

近年、車両用照明灯具の光源として、発光ダイオード等の発光素子が多く用いられるようになってきている。

例えば「特許文献１」には、灯具前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、この投影レンズの後側焦点近傍に配置された発光素子とを備えた車両用照明灯具が記載されている。この車両用照明灯具においては、発光素子からの直射光を投影レンズに入射させることにより、その発光面の反転投影像としての配光パターンを、灯具前方に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成するようになっている。

特開２００５−４４６８３号公報

上記「特許文献１」に記載された車両用照明灯具の構成を採用することにより、灯具のコンパクト化を図った上で、明るい配光パターンを形成することができる。

そして、この「特許文献１」に記載された車両用照明灯具において、発光素子の発光面を、複数の発光チップが列状に配置されてなる横長の発光面とすれば、横長の明るい配光パターンを形成することができる。その際、この発光面の下端縁により、配光パターンの上端縁にカットオフラインを形成することも可能となる。ただし、これを実現するためには。横長の発光面を構成する複数の発光チップが、その下端縁の位置を揃えた状態で配置されていることが必要となる。

しかしながら、発光素子の製造工程において、複数の発光チップを、その下端縁の位置を揃えた状態で基板に実装することは容易でなく、したがって鮮明なカットオフラインを形成することも容易でない。

これに対し、これら複数の発光チップの前方近傍にシェードを配置すれば、鮮明なカットオフラインを得ることが可能となる。しかしながら、このようにした場合には、シェードに遮蔽された光が無駄になってしまう、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発光素子を光源とする車両用照明灯具において、灯具のコンパクト化を図るとともに、光源光束の利用効率を高めた上で、鮮明なカットオフラインを有する配光パターンを形成することができる車両用照明灯具を提供することを目的とするものである。

本願発明は、発光素子の配置に工夫を施すとともに、所定のミラー部材およびリフレクタを配置した構成とすることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係る車両用照明灯具は、
灯具前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、この投影レンズの後側焦点近傍に配置された発光素子と、を備えてなる車両用照明灯具において、
上記発光素子が、複数の発光チップが列状に配置されてなる横長の発光面を有しており、この発光面を上記投影レンズの後側焦点よりも後方側において前方へ向けて斜め上向きとなるようにした状態で配置されており、
上記投影レンズの後側焦点と上記発光素子の発光面との間に、上向き反射面を有するミラー部材が、該上向き反射面の前端縁を上記投影レンズの後側焦点面と略同一面上に位置させるとともに該上向き反射面の後端縁を上記発光面の下端縁近傍に位置させるようにして配置されており、
上記発光素子の上方近傍に、該発光素子の発光面からの光を上記投影レンズへ向けて反射させるリフレクタが配置されている、ことを特徴とするものである。

上記「車両用照明灯具」の種類は特に限定されるものではなく、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングランプ、デイタイムランニングランプ等、あるいはその一部を構成する灯具ユニット等が採用可能である。

上記「光軸」は、灯具前後方向に延びる軸線であれば、車両前後方向に延びる軸線と一致していてもよいし一致していなくてもよい。

上記発光素子の「発光面」は、前方へ向けて斜め上向きとなっていれば、その具体的な上向き傾斜角の値は特に限定されるものではない。

上記「ミラー部材」は、その上向き反射面の前端縁を投影レンズの後側焦点面と略同一面上に位置させるとともに、その上向き反射面の後端縁を発光面の下端縁近傍に位置させるようにして配置されたものであれば、その上向き反射面の具体的な反射面形状は特に限定されるものではない。

上記「投影レンズの後側焦点面と略同一面上」に、投影レンズの後側焦点面上が含まれることはもちろんであるが、投影レンズの後側焦点において光軸と略直交する平面また曲面もこれに含まれる。

上記構成に示すように、本願発明に係る車両用照明灯具は、投影レンズの後側焦点近傍に発光素子が配置された構成となっているが、この発光素子は、その横長の発光面を、投影レンズの後側焦点よりも後方側において前方へ向けて斜め上向きにした状態で配置されているので、その横長の発光面の像を反転投影させて、灯具前方に配置された仮想鉛直スクリーン上に、横長の第１の配光パターンを形成することができる。その際、発光面が投影レンズの後側焦点から後方側に変位している分だけ、その反転投影像として形成される第１の配光パターンは、その輪郭が多少ぼやけたものとなるが、十分明るい配光パターンとなる。

また、本願発明に係る車両用照明灯具においては、投影レンズの後側焦点と発光素子の発光面との間に、上向き反射面を有するミラー部材が配置されているので、前方へ向けて斜め上向きに配置された発光面からの光のうちの一部を、ミラー部材の上向き反射面に入射させて、その反射光を投影レンズに入射させることができる。このミラー部材は、その上向き反射面の前端縁を投影レンズの後側焦点面と略同一面上に位置させるとともに、その上向き反射面の後端縁を発光面の下端縁近傍に位置させるようにして配置されているので、この上向き反射面の前端縁の存在により、第１の配光パターンの上端縁に鮮明なカットオフラインを形成することができる。しかも、このカットオフラインは、発光面の下端縁により形成されるわけではないので、複数の発光チップの下端縁の位置が揃っていなくても、鮮明なカットオフラインを確実に形成することができる。

さらに、本願発明に係る車両用照明灯具においては、発光素子の上方近傍に、その発光面からの光を投影レンズへ向けて反射させるリフレクタが配置されているので、発光素子の発光面からの光のうち、投影レンズに直接入射する光およびミラー部材で反射してから投影レンズに入射する光以外の光の大半を、リフレクタで反射させて投影レンズに入射させることができる。そして、このリフレクタからの反射光により、第１の配光パターンよりも大きい第２の配光パターンを形成することができる。その際、このリフレクタからの反射光も、ミラー部材の存在により、その方向が規制されるので、第２の配光パターンを、第１の配光パターンのカットオフラインから上方へはみ出さないように形成することができる。

このように本願発明によれば、発光素子を光源とする車両用照明灯具において、灯具のコンパクト化を図るとともに、光源光束の利用効率を高めた上で、鮮明なカットオフラインを有する配光パターンを形成することができる。

上記構成において、投影レンズの後側焦点から発光素子の発光面の下端縁までの距離を、投影レンズの焦点距離の１／１０以下の値に設定すれば、発光面の反転投影像を比較的鮮明な像とすることができる。そしてこれにより、第１の配光パターンを、鮮明なカットオフラインを有する配光パターンとした上で、できるだけ小さくて明るい配光パターンとして形成することができる。

上記構成において、発光素子の発光面の斜め上向き傾斜角の具体的な値が特に限定されないことは上述したとおりであるが、その発光面が光軸を含む水平面となす角度を、投影レンズにおける後側焦点からの開口角の半角に対して±２０°以下の値に設定すれば、発光素子からの光を、直射光として、またミラー部材で反射した光として、さらにはリフレクタで反射した光として、より多く投影レンズに入射させることができ、これにより光源光束の利用効率を十分に高めることができる。

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

図１は、本願発明の一実施形態に係る車両用照明灯具１０を示す正面図である。また、図２は、図１のII−II線断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る車両用照明灯具１０は、灯具前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１２と、この投影レンズ１２の後側焦点Ｆ近傍に配置された発光素子１４と、この発光素子１４の上方近傍に配置されたリフレクタ１６と、これら投影レンズ１２、発光素子１４およびリフレクタ１６を固定支持するホルダ１８とからなり、図示しないランプボディ等に対して光軸調整可能に組み込まれた状態で、車両用前照灯の灯具ユニットとして用いられるようになっている。

そして、この車両用照明灯具１０は、光軸調整が完了した段階では、その光軸Ａｘが車両前後方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びた状態で配置されるようになっている。

投影レンズ１２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、その後側焦点Ｆを含む後側焦点面上の像を、灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影するようになっている。

この投影レンズ１２は、その焦点距離が４０〜５０ｍｍ程度の値に設定されている。そして、この投影レンズ１２は、その周縁部においてホルダ１８の円筒部１８Ａの前端環状溝部に固定支持されており、この円筒部１８Ａの内径により該投影レンズ１２の有効径が規定されている。その際、この有効径は、φ４０〜５０ｍｍ程度の値に設定されている。

図３は、図２の要部詳細図である。

同図にも示すように、発光素子１４は、白色発光ダイオードであって、横長矩形状の発光面１４Ａを有している。この発光面１４Ａは、基板１４ｂ上に直列で配置された４つの発光チップ１４ａにより構成されている。これら各発光チップ１４ａは、矩形状（具体的には１ｍｍ四方の正方形）の発光面を有しており、互いに略密着した状態で配置されており、その表面が薄膜により封止されている。

そして、この発光素子１４は、その発光面１４Ａを、投影レンズ１２の後側焦点Ｆよりも後方側において、前方へ向けて斜め上向きとなるようにした状態で配置されている。

その際、この発光素子１４は、その発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１が、光軸Ａｘを含む水平面上において、光軸Ａｘと直交する方向に延びるようにした状態で配置されている。また、この発光面１４Ａが光軸Ａｘを含む水平面となす角度θは、投影レンズ１２における後側焦点Ｆからの開口角の半角（具体的には３５〜４５°程度）よりも多少小さい値（具体的には２５〜３５°程度）に設定されている。そして、投影レンズ１２の後側焦点Ｆから発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１までの距離は、２ｍｍ程度の値（すなわち、投影レンズ１２の焦点距離の１／１０以下の値）に設定されている。

リフレクタ１６の反射面１６ａは、光軸Ａｘを含む鉛直面に沿った断面形状が、発光素子１４の発光面１４Ａの発光中心と、この発光中心よりも後方側における光軸Ａｘの上方に位置する点Ａとを１対の焦点とする双曲線形状に設定されている。そしてこれにより、発光面１４Ａの発光中心からの光を、点Ａからの発散光として前方へ反射させるようになっている。この反射面１６ａにおける光軸Ａｘを含む鉛直面以外の平面に沿った断面形状も、上記双曲線形状と同一の曲線形状に設定されている。

このリフレクタ１６の反射面１６ａにおける前端開口部の位置は、発光面１４Ａの発光中心と、投影レンズ１２の後方側表面における円筒部１８Ａの内周縁の位置とを結ぶ直線により形成される円錐面と略同じ位置に設定されている。そしてこれにより、発光面１４Ａから投影レンズ１２に直接入射する光およびミラー部材１８Ｂで反射してから投影レンズ１２に入射する光以外の光の略全量を、反射面１６ａに入射させるようになっている。

投影レンズ１２の後側焦点Ｆと発光素子１４の発光面１４Ａとの間には、上向き反射面１８Ｂａを有するミラー部材１８Ｂが配置されている。

このミラー部材１８Ｂは、ホルダ１８の一部として構成されており、その上向き反射面１８Ｂａは、ミラー部材１８の上面にアルミニウム蒸着等による鏡面処理を施すことにより形成されている。そしてこれにより、このミラー部材１８Ｂは、その上向き反射面１８Ｂａにおいて、発光素子１４の発光面１４Ａからの直射光の一部およびリフレクタ１６からの反射光の一部を上方側へ反射させるようになっている。

このミラー部材１８Ｂは、その上向き反射面１８Ｂａの前端縁１８Ｂａ１を、投影レンズ１２の後側焦点面上に位置させるとともに（すなわち、光軸Ａｘを含む鉛直面内においては後側焦点Ｆに位置させるととも）に、その上向き反射面１８Ｂａの後端縁１８Ｂａ２を、発光素子１４の発光面１４Ａにおける下端縁１４Ａ１の前方近傍に位置させるようにして配置されている。

この上向き反射面１８Ｂａは、図１に示すように、光軸Ａｘよりも自車線側である左側（灯具正面視では右側）に位置する左側領域が、光軸Ａｘを含む水平面で構成されており、光軸Ａｘよりも対向車線側である右側に位置する右側領域が、光軸から斜め下方へ延びる中間斜面を介して左側領域よりも一段低い水平面で構成されている。

図４は、本実施形態に係る車両用照明灯具１０から前方へ照射される光により灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰＡを透視的に示す図である。

同図に示すように、この配光パターンＰＡは、２点鎖線で示すロービーム用配光パターンＰＬの一部として形成される配光パターンであって、第１の配光パターンＰＡ１と第２の配光パターンＰＡ２との合成配光パターンとして形成されている。そして、この配光パターンＰＡと、図示しない他の灯具ユニットから前方へ照射される光により形成される配光パターンとの合成配光パターンとして、ロービーム用配光パターンＰＬが形成されるようになっている。

このロービーム用配光パターンＰＬは、左配光のロービーム用配光パターンであって、その上端部に左右段違いのカットオフラインＣＬを有している。その際、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線に対して、対向車線側にカットオフラインＣＬの下段部が位置し、自車線側にカットオフラインＣＬの上段部が位置している。そして、このカットオフラインＣＬの下段部とＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線との交点であるエルボ点Ｅは、Ｈ−Ｖの０．５〜０．６°程度下方に位置している。そして、このロービーム用配光パターンＰＬにおいては、エルボ点Ｅを囲むようにして高光度領域であるホットゾーンＨＺが形成されている。

配光パターンＰＡにおける第１の配光パターンＰＡ１は、発光素子１４の発光面１４Ａから直射光およびそのミラー部材１８Ｂでの反射光として投影レンズ１２に入射する光により形成される配光パターンである。

この配光パターンＰＡ１は、投影レンズ１２による発光面１４Ａの反転投影像として、横長矩形状の小さい配光パターンとして形成されるが、その際、発光面１４Ａが投影レンズ１２の後側焦点Ｆから後方側に変位している分だけ、配光パターンＰＡ１の輪郭は多少ぼやけたものとなる。ただし、発光素子１４の発光面１４Ａは、投影レンズ１２の後側焦点Ｆから後方側に大きく変位しているわけではないので、十分明るい配光パターンとして形成されている。また、この配光パターンＰＡ１の上端縁には、鮮明なカットオフラインＣＬが形成されている。

この配光パターンＰＡ１において、その上端縁に鮮明なカットオフラインＣＬが形成されるのは、ミラー部材１８Ｂの上向き反射面１８Ｂａにおいて、発光素子１４の発光面１４Ａからの直射光の一部が上方側へ反射し、その際の境界が、投影レンズ１２の後側焦点面上に位置する上向き反射面１８Ｂａの前端縁１４Ａ１により規定されることによるものである。

配光パターンＰＡにおける第２の配光パターンＰＡ２は、リフレクタ１６で反射してから投影レンズ１２に入射する発光素子１４の発光面１４Ａからの光により形成される配光パターンである。

この配光パターンＰＡ２は、リフレクタ１６からの反射光により投影レンズ１２の後側焦点面上に形成される発光面１４Ａの像が、投影レンズ１２により反転投影されることによって形成されるので、配光パターンＰＡ１よりもある程度大きい横長の配光パターンとして形成され、その上端縁は配光パターンＰＡ１のカットオフラインＣＬと一致している。

この配光パターンＰＡ２が横長の配光パターンとして形成されるのは、発光素子１４が横長矩形状の発光面１４Ａを有していることによるものである。また、この配光パターンＰＡ２において、その上端縁が配光パターンＰＡ１のカットオフラインＣＬと一致しているのは、ミラー部材１８Ｂの上向き反射面１８Ｂａにおいて、リフレクタ１６からの反射光の一部が上方側へ反射することによるものである。

以上詳述したように、本実施形態に係る車両用照明灯具１０は、灯具前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１２の後側焦点Ｆ近傍に発光素子１４が配置された構成となっているが、この発光素子１４は、その横長の発光面１４Ａを、投影レンズ１２の後側焦点Ｆよりも後方側において前方へ向けて斜め上向きにした状態で配置されているので、その横長の発光面１４Ａの像を反転投影させて、灯具前方に配置された仮想鉛直スクリーン上に、横長の第１の配光パターンＰＡ１を形成することができる。その際、発光面１４Ａが投影レンズ１２の後側焦点Ｆから後方側に変位している分だけ、その反転投影像として形成される配光パターンＰＡ１は、その輪郭が多少ぼやけたものとなるが、十分明るい配光パターンとなる。

また、本実施形態に係る車両用照明灯具１０においては、投影レンズ１２の後側焦点Ｆと発光素子１４の発光面１４Ａとの間に、上向き反射面１８Ｂａを有するミラー部材１８Ｂが配置されているので、前方へ向けて斜め上向きに配置された発光面１４Ａからの光のうちの一部を、ミラー部材１８Ｂの上向き反射面１８Ｂａに入射させて、その反射光を投影レンズ１２に入射させることができる。このミラー部材１８Ｂは、その上向き反射面１８Ｂａの前端縁１４Ａ１を投影レンズ１２の後側焦点面上に位置させるとともに、その上向き反射面１８Ｂａの後端縁１８Ｂａ２を発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１近傍に位置させるようにして配置されているので、この上向き反射面１８Ｂａの前端縁１４Ａ１の存在により、配光パターンＰＡ１の上端縁に鮮明なカットオフラインＣＬを形成することができる。しかも、このカットオフラインＣＬは、発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１により形成されるわけではないので、この下端縁１４Ａ１を構成する４つの発光チップ１４ａの下端縁の位置が揃っていなくても、この鮮明なカットオフラインＣＬを確実に形成することができる。

さらに、本実施形態に係る車両用照明灯具１０においては、発光素子１４の上方近傍に、その発光面１４Ａからの光を投影レンズ１２へ向けて反射させるリフレクタ１６が配置されているので、発光素子１４の発光面１４Ａからの光のうち、投影レンズ１２に直接入射する光およびミラー部材１８Ｂで反射してから投影レンズ１２に入射する光以外の光の大半を、リフレクタ１６で反射させて投影レンズ１２に入射させることができる。そして、このリフレクタ１６からの反射光により、配光パターンＰＡ１よりも大きい配光パターンＰＡ２を形成することができる。その際、このリフレクタ１６からの反射光も、ミラー部材１８Ｂの存在により、その方向が規制されるので、配光パターンＰＡ２を、配光パターンＰＡ１のカットオフラインＣＬから上方へはみ出さないように形成することができる。

このように本実施形態によれば、発光素子１４を光源とする車両用照明灯具１０において、灯具のコンパクト化を図るとともに、光源光束の利用効率を高めた上で、鮮明なカットオフラインＣＬを有する配光パターンＰＡを形成することができる。

その際、本実施形態においては、投影レンズ１２の後側焦点Ｆから発光素子１４の発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１までの距離が、投影レンズ１２の焦点距離（すなわち４０〜５０ｍｍ程度の値）の１／１０以下の２ｍｍ程度の値に設定されているので、発光面１４Ａの反転投影像を比較的鮮明な像とすることができる。そしてこれにより、配光パターンＰＡ１を、鮮明なカットオフラインＣＬを有する配光パターンとした上で、できるだけ小さくて明るい配光パターンとして形成することができる。

また、本実施形態においては、発光素子１４の発光面１４Ａが光軸Ａｘを含む水平面となす角度θが、２５〜３５°程度の値であり、投影レンズ１２における後側焦点Ｆからの開口角の半角に対して±２０°以下の値に設定されているので、発光素子１４からの光を、直射光として、またミラー部材１８Ｂで反射した光として、さらにはリフレクタ１６で反射した光として、より多く投影レンズ１２に入射させることができ、これにより光源光束の利用効率を十分に高めることができる。

上記実施形態においては、発光素子１４の発光チップ１４ａが、１ｍｍ角程度の正方形の発光面を有しているものとして説明したが、これ以外のサイズや形状の発光面を有するものを用いることも、もちろん可能である。

また、上記実施形態においては、投影レンズ１２の後側焦点Ｆから発光素子１４の発光面１４Ａの下端縁１４Ａ１までの距離が、２ｍｍ程度の値に設定されているものとして説明したが、投影レンズ１２の焦点距離の１／１０以下の値であれば、これ以外の値（例えば１〜３ｍｍの範囲内の適当な値）に設定した場合においても、上記実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。

さらに、上記実施形態においては、リフレクタ１６の反射面１６ａにおける、光軸Ａｘを含む鉛直面に沿った断面形状が、双曲線形状に設定されているものとして説明したが、これ以外の曲線形状に設定することももちろん可能である。

なお、上記実施形態において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。

本願発明の一実施形態に係る車両用照明灯具を示す正面図 図１のII−II線断面図 図２の要部詳細図 上記車両用照明灯具から前方へ照射される光により灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図

符号の説明

１０ 車両用照明灯具
１２ 投影レンズ
１４ 発光素子
１４Ａ 発光面
１４Ａ１ 下端縁
１４ａ 発光チップ
１４ｂ 基板
１６ リフレクタ
１６ａ 反射面
１８ ホルダ
１８Ａ 円筒部
１８Ｂ ミラー部材
１８Ｂａ 上向き反射面
１８Ｂａ１ 前端縁
１８Ｂａ２ 後端縁
Ａ 点
Ａｘ 光軸
ＣＬ カットオフライン
Ｅ エルボ点
Ｆ 後側焦点
ＨＺ ホットゾーン
ＰＡ 配光パターン
ＰＡ１ 第１の配光パターン
ＰＡ２ 第２の配光パターン
ＰＬ ロービーム用配光パターン

Claims (3)

1. 灯具前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、この投影レンズの後側焦点近傍に配置された発光素子と、を備えてなる車両用照明灯具において、
   上記発光素子が、複数の発光チップが列状に配置されてなる横長の発光面を有しており、この発光面を上記投影レンズの後側焦点よりも後方側において前方へ向けて斜め上向きとなるようにした状態で配置されており、
   上記投影レンズの後側焦点と上記発光素子の発光面との間に、上向き反射面を有するミラー部材が、該上向き反射面の前端縁を上記投影レンズの後側焦点面と略同一面上に位置させるとともに該上向き反射面の後端縁を上記発光面の下端縁近傍に位置させるようにして配置されており、
   上記発光素子の上方近傍に、該発光素子の発光面からの光を上記投影レンズへ向けて反射させるリフレクタが配置されている、ことを特徴とする車両用照明灯具。
2. 上記投影レンズの後側焦点から上記発光素子の発光面の下端縁までの距離が、上記投影レンズの焦点距離の１／１０以下の値に設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の車両用照明灯具。
3. 上記発光素子の発光面が上記光軸を含む水平面となす角度が、上記投影レンズにおける上記後側焦点からの開口角の半角に対して±２０°以下の値に設定されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の車両用照明灯具。

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