JP5152563B2

JP5152563B2 - 車両用前照灯

Info

Publication number: JP5152563B2
Application number: JP2007309480A
Authority: JP
Inventors: 喜昭中矢
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009134963A

Description

本発明は、灯具用レンズ及び車両用前照灯に係り、特に射出面を大きくして視認性を向上させても、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化が可能な灯具用レンズ及び車両用前照灯に関する。

従来、自動車等の車両においては、車体前部のオーバーハングの短縮化、空力性能を高めるために車体四隅を丸めて絞り込んだ形状の採用、扁平率が大きい幅広のタイヤや大径のホイールの採用等による前照灯設置スペースの減少に対応するべく、バルブを車両進行方向に対して縦向きではなく、横向きに配置することにより、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化を行っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、近年、歩行者や対向車からの視認性を向上させるために、前照灯を構成するレンズ面（発光面）を大きくしたいとの要望がある。
特開２００４−１２７８３０号公報特開２００５−１００７６６号公報

しかしながら、レンズ面を大きくするとレンズ肉厚が増加して焦点距離が長くなる。このため、レンズ面を大きくすると、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化が困難とな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、レンズ面を大きくして視認性を向上させても、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化が可能な灯具用レンズ、及び、該灯具用レンズを用いた車両用前照灯を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの凸レンズ面である射出面とその反対側の面であって光源からの光が入射する入射面とを備える灯具用レンズと、前記入射面側に配置された光源と、第１焦点が前記光源近傍に設定されるとともに、第２焦点が前記投影レンズ部分の所定焦点に設定された楕円系反射面であって、前記光源が発光した光のうち前記灯具用レンズに対して後方に照射される光を反射し、前記楕円系反射面の第２焦点に集光させた後、前記少なくとも１つの入射面から前記投影レンズ部分に入射させ、前記射出面から照射することにより、ロービーム用配光パターンを形成する第１反射面と、第１焦点が前記光源近傍に設定されるとともに、第２焦点が灯具の光軸から見て側方に設定された楕円系反射面であって、前記光源が発光した光のうち前方に照射される光を反射し、前記楕円系反射面の第２焦点に集光させた後、側方に向けて照射する第２反射面と、焦点が前記第２反射面の第２焦点近傍に設定された放物面系反射面であって、前記第２反射面からの反射光を反射し、平行光に調整した後、前記少なくとも１つの他の入射面から前記拡散レンズ部分に入射させ、前記射出面から照射することにより、所定配光パターンを形成する第３反射面と、を備え、前記入射面は複数に区画されており、該複数に区画された入射面のうちの少なくとも１つの入射面と前記射出面の間のレンズ部分は、前記射出面から入射した平行光が前記少なくとも１つの入射面から照射され前記少なくとも１つの入射面側の所定焦点に集光する投影レンズ部分であり、前記複数に区画された入射面のうちの少なくとも１つの他の入射面と前記射出面の間のレンズ部分は、前記少なくとも１つの他の入射面から入射した平行光を拡散光として照射する拡散レンズ部分であり、前記入射面は中心角３６０／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の略扇形領域に区画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、レンズ全体ではなく、複数に区画された入射面のうちの少なくとも１つの入射面と射出面の間のレンズ部分（投影レンズ部分）に焦点が設定されているので、同一サイズの従来の投影レンズ（光軸上に１つの焦点が設定されている）と比較して、焦点距離を短くすることが可能となる。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、射出面を大きくして視認性を向上させても、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化が可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、射出面側には複数に区画された入射面の境界線が現れるので、射出面側に視点をおいた場合、複数に区画された入射面の境界線が現れる新規見栄えの単眼レンズを有する車両用前照灯を提供することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、複数に区画された入射面の境界線が現れる新規見栄えの単眼レンズに、投影レンズとしての機能及び拡散レンズとしての機能を持たせた車両用前照灯を提供することが可能となる。

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、前記第１反射面と前記投影レンズ部分の間に設けられた遮光板をさらに備え、前記投影レンズ部分の所定焦点は、前記遮光板の上縁近傍に設定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有するロービーム用配光パターンを形成することが可能な車両用前照灯を提供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に記載の発明において、前記投影レンズ部分又は前記拡散レンズ部分の少なくとも一部がフレネル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に記載の発明によれば、投影レンズ部分又は拡散レンズ部分の少なくとも一部をフレネルレンズとして構成することにより、前照灯の光軸方向の奥行きのさらなる短縮化が可能となる。

本発明によれば、射出面を大きくして視認性を向上させても、前照灯の光軸方向の奥行きの短縮化が可能な灯具用レンズを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態である灯具用レンズ及びこの灯具用レンズが適用され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灯具用レンズ及びこの灯具用レンズが適用された車両用前照灯の斜視図である。図２（ａ）は、図１に示した車両用前照灯のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）は、図１に示した車両用前照灯の正面図である。図２（ｃ）は、図１に示した車両用前照灯のＢ−Ｂ断面図である。

車両用前照灯１００は、灯具用レンズ１０、上部反射面３１Ｕ、下部反射面３１Ｄ、右部反射面３２Ｒ及び左部反射面３２Ｌを有する第１リフレクタ３０、右部反射面４１Ｒ及び左部反射面４１Ｌを有する第２リフレクタ４０、遮光板５０等を備えている。

図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、灯具用レンズ１０は、例えば正面からみてほぼ円形であり、１つの凸レンズ面（一定曲率の球面又は異なる曲率が連続する非球面）である射出面１１とその反対側の面であって光源２０からの光が入射する入射面１２とを備えるレンズである。灯具用レンズ１０は、例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料を射出成形することにより一体的に形成される。

図２（ｂ）に示すように、灯具用レンズ１０の入射面１２は、中心角９０度の４つの略扇形領域（上部入射面１２Ｕ、下部入射面１２Ｄ、右部入射面１２Ｒ、左部入射面１２Ｌ）に区画されている。なお、本実施形態において、図２（ａ）の正面図からみた上下左右をいうものとする。

図２（Ｃ）、図３に示すように、上部入射面１２Ｕは、射出面１１から平行光を入射させた場合、該平行光が上部入射面１２Ｕから照射され、上部入射面１２Ｕ側の所定焦点Ｆ１に集光するように設計されている。すなわち、上部入射面１２Ｕと射出面１１の間の上部レンズ部分１０Ｕ（以下、投影レンズ部分１０Ｕという）は、上部入射面１２Ｕ側に１つの焦点Ｆ１を持つ投影レンズとして構成されている。

同様に、下部入射面１２Ｄは、射出面１１から平行光を入射させた場合、該平行光が下部入射面１２Ｄから照射され、下部入射面１２Ｄ側の所定焦点Ｆ２に集光するように設計されている。すなわち、下部入射面１２Ｄと射出面１１の間の下部レンズ部分１０Ｄ（以下、投影レンズ部分１０Ｄという）は、下部入射面１２側に１つの焦点Ｆ２を持つ投影レンズとして構成されている。

上部及び下部入射面１２Ｕ、１２Ｄは、例えば、射出面１１の形状（一定曲率の球面又は異なる曲率が連続する非球面）及び所定焦点を予め定め、既存プログラムを用いて所定演算を行うことで定めることが可能である。なお、上部及び下部入射面１２Ｕ、１２Ｄは、必ずしも正面視が丸形の輪郭でなくてよく、光が入射する必要範囲の中で、ある程度自由に切り出し、デザインすることが可能である。

このように、灯具用レンズ１０は、レンズ１０全体ではなく、複数に区画された入射面１２のうちの上部入射面１２Ｕ及び下部入射面１２Ｄと射出面１１の間のレンズ部分（すなわち、投影レンズ部分１０Ｕ及び投影レンズ部分１０Ｄ）に焦点が設定されているので、同一サイズの従来の投影レンズ（光軸上に１つの焦点が設定されている）と比較して、焦点距離を短くすることが可能となる。すなわち、射出面１１を大きくして視認性を向上させても、前照灯１００の光軸方向の奥行きの短縮化が可能となる。また、射出面１１側に視点をおいた場合、複数に区画された入射面１２の境界線が現れる新規見栄えのレンズ１０を提供することが可能となる。

図４に示すように、右部入射面１２Ｒは、該右部入射面１２Ｒから入射した平行光が射出面１１から拡散光として照射されるように設計されている。すなわち、右部入射面１２Ｒと射出面１１の間の右部レンズ部分１０Ｒ（以下、拡散レンズ部分１０Ｒという）は、焦点を持たない拡散レンズとして構成されている。同様に、左部入射面１２Ｌは、該左部入射面１２Ｌから入射した平行光が射出面１１から拡散光として照射されるように設計されている。すなわち、左部入射面１２Ｌと射出面１１の間の左部レンズ部分１０Ｌ（以下、拡散レンズ部分１０Ｌという）は、焦点を持たない拡散レンズとして構成されている。

右部及び左部入射面１２Ｒ、１２Ｌは、例えば、射出面１１の形状（一定曲率の球面又は異なる曲率が連続する非球面）、平行光の入射範囲の始点及び終点、並びに、始点に入射した平行光の拡散角度（例えば０度）及び終点に入射した光の拡散角度（例えば４５度）を予め定め、既存プログラムを用いて所定演算を行うことで定めることが可能である。なお、右部及び左部入射面１２Ｒ、１２Ｌは、必ずしも正面視が丸形の輪郭でなくてよく、光が入射する必要範囲の中で、ある程度自由に切り出し、デザインすることが可能である。

光源２０は、ＨＩＤ等の長手方向に延びた細長形状のバルブであり、レンズ１０の主光軸ＡＸ上に発光点が位置するように横向きに配置されている。

次に、投影光学系について説明する。

図３に示すように、光源２０の後方（照射方向とは反対側）には、投影光学系を構成する上部反射面３１Ｕ及び下部反射面３１Ｄが横向きに配置された光源２０を覆うように配置されている。

上部反射面３１Ｕは、第１焦点が光源２０の発光点近傍に設定され、かつ、第２焦点が上部レンズ部分１０Ｕの焦点Ｆ１近傍に設定された楕円系反射面であり、光源２０から後方上部に向けて照射される比較的強い強度の光を、上部入射面１２Ｕに向けて反射するように設計されている。従って、光源１０が発光する光の有効利用が可能となっている。上部反射面３１Ｕと上部レンズ部分１０Ｕの間には、図５に示す形状の上部遮光板５０Ｕが配置されている。上部遮光板５０Ｕの上縁近傍には、上部レンズ部分１０Ｕの焦点Ｆ１が位置している。従って、この上部投影光学系においては、光源２０が発光した光のうち主に後方上部に向けて照射される比較的強度の強い光は、図３に示すように、上部反射面３１Ｕで反射され、第２焦点に集光し、上部遮光板５０Ｕで一部カットされた後、入射面１２Ｕから上部レンズ部分１０Ｕに入射し、射出面１１から略平行光として照射され、図６（ａ）に示すロービーム用配光パターンＰ１を形成する。

下部反射面３１Ｄは、第１焦点が光源２０の発光点近傍に設定され、かつ、第２焦点が下部レンズ部分１０Ｄの焦点Ｆ２近傍に設定された楕円形反射面であり、光源２０から後方下部に向けて照射される比較的強い強度の光を、下部入射面１２Ｄに向けて反射するように設計されている。従って、光源１０が発光する光の有効利用が可能となっている。下部反射面３１Ｄと下部レンズ部分１０Ｄの間には、図５に示す形状の下部遮光板５０Ｄが配置されている。下部遮光板５０Ｄの上縁近傍には、下部レンズ部分１０Ｄの焦点Ｆ２が位置している。従って、この下部投影光学系においては、光源２０が発光した光のうち主に後方下部に向けて照射される比較的強度の強い光は、図３に示すように、下部反射面３１Ｄで反射され、第２焦点に集光し、下部遮光板５０Ｄで一部カットされた後、入射面１２Ｄから下部レンズ部分１０Ｄに入射し、射出面１１から略平行光として照射され、図６（ｂ）に示すロービーム用配光パターンＰ２を形成する。

次に、拡散光学系について説明する。

図４に示すように、光源２０の前方であって上部反射面３０Ｕ及び下部反射面３０Ｄからの反射光と干渉しない位置には（図３参照）、拡散光学系を構成する右部反射面４１Ｒ及び左部反射面４１Ｌが光源２０を覆うように配置されている。

右部反射面４１Ｒは、第１焦点が光源２０の発光点近傍に設定され、かつ、第２焦点が左部反射面４１Ｌに形成された開口４２Ｌ（例えば３φ程度の開口）近傍に設定された楕円系反射面である。開口４２Ｌの外側には、左部反射面３２Ｌが配置されている。左部反射面３２Ｌは、焦点が右部反射面４１Ｒの第２焦点近傍に位置し、かつ、右部反射面４１Ｒからの反射光を、平行光に調整し左部入射面１２Ｌに向けて反射するように設計された放物面系反射面である。従って、この拡散光学系においては、光源２０が発光した光のうち主に前方右部に向けて照射される比較的強度の強い光は、図４に示すように、右部反射面４１Ｒで反射され、第２焦点に集光し、開口４２Ｌを通過した後、さらに、放物面系反射面３２Ｌで反射され、平行光に調整された後、入射面１２Ｌから左側の拡散レンズ部分１０Ｌに入射し、射出面１１から水平方向の拡散光として照射され、図６（ｃ）に示す配光パターンＰ３を形成する。

左部反射面４１Ｌは、第１焦点が光源２０の発光点近傍に設定され、かつ、第２焦点Ｆ３が右部反射面４１Ｒに形成された開口４２Ｒ（例えば３φ程度の開口）近傍に設定された楕円系反射面である。開口４２Ｒの外側には、右部反射面３２Ｒが配置されている。右部反射面３２Ｒは、焦点が左部反射面４１Ｌの第２焦点Ｆ３近傍に位置し、かつ、左部反射面４１Ｌからの反射光を、平行光に調整し右部入射面１２Ｒに向けて反射するように設計された放物面系反射面である。従って、この拡散光学系においては、光源２０が発光した光のうち主に前方左部に向けて照射される比較的強度の強い光は、図４に示すように、左部反射面４１Ｌで反射され、第２焦点Ｆ３に集光し、開口４２Ｒを通過した後、さらに、放物面系反射面３２Ｒで反射され、平行光に調整された後、入射面１２Ｒから右側の拡散レンズ部分１０Ｒに入射し、射出面１１から水平方向の拡散光として照射され、図６（ｃ）に示す配光パターンＰ３を形成する。

なお、本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、各配光パターンＰ１〜Ｐ３を重畳した配光パターンが得られる。

なお、投影レンズ部分１０Ｕ、１０Ｄ又は拡散レンズ部分１０Ｒ、１０Ｌの少なくとも一部をフレネルレンズとして構成することにより、前照灯１００の光軸方向の奥行きのさらなる短縮化が可能となる。

以上説明したように、本実施形態の灯具用レンズ１０によれば、レンズ１０全体ではなく、複数に区画された入射面１１のうちの上部入射面１２Ｕ及び下部入射面Ｄと射出面１１の間のレンズ部分（上部投影レンズ部分１０Ｕ及び下部投影レンズ部分）に焦点が設定されているので、同一サイズの従来の投影レンズ（光軸上に１つの焦点が設定されている）と比較して、焦点距離を短くすることが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、射出面１１を大きくして視認性を向上させても、前照灯１００の光軸方向の奥行きの短縮化が可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０によれば、射出面１１側には複数に区画された入射面１２の境界線が現れるので、射出面１１側に視点をおいた場合、複数に区画された入射面１２の境界線が現れる新規見栄えの単眼レンズを提供することが可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０によれば、複数に区画された入射面の境界線が現れる新規見栄えの単眼レンズ１０に、投影レンズとしての機能及び拡散レンズとしての機能を持たせることが可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０を適用した車両用前照灯１００によれば、光源２０を横向きに配置し、光源２０からの光を前照灯１００の光軸からずらして上下左右に振り分けるようにしたので、前照灯１００の光軸方向の奥行きの短縮化が可能となった。また、本実施形態の灯具用レンズ１０を適用したことで、前照灯１００の光軸方向の奥行きのさらなる短縮化が可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０を適用した車両用前照灯１００によれば、横向きに配置された光源２０がほぼ余すところなく全周反射面３１Ｕ、３１Ｄ、４１Ｒ、４１Ｌで覆われているので、光源２０から照射される光をほぼ全て反射させて、灯具用レンズ１０に入射させることが可能となる。これにより、従来と同等以上の光利用率を達成することが可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０を適用した車両用前照灯１００によれば、レンズ直径を約１００ｍｍ程度まで拡大し、一般的なプロジェクターレンズのφ６０〜７０のものと比べて、面積比で２倍程度大きくすることが可能となる。すなわち、射出面１１を大きくして視認性を向上させても、前照灯１００の光軸方向の奥行きの短縮化が可能となる。

また、本実施形態の灯具用レンズ１０を適用した車両用前照灯１００によれば、光源２０から照射された光を上下左右に分配することで、照射熱も分散される。このため、レンズ１０にかかる熱が緩和され、レンズ１０を樹脂材料で形成することが可能となった。レンズ１０の樹脂化により、軽量化や形状精度の向上を期待できる。また、レンズ１０を固定するマウント部を一体で成形することで、部品点数を少なくすることも可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、灯具用レンズ１０の入射面１２は、中心角９０度の４つの略扇形領域（上部入射面１２Ｕ、下部入射面１２Ｄ、右部入射面１２Ｒ、左部入射面１２Ｌ）に区画されているように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、灯具用レンズ１０の入射面１２は、中心角３６０／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の略扇形領域に区画されていてもよい。また、入射面１２は格子状又は円状に区画されていてもよい。

上記実施形態では、投影レンズ部分は、上下に設けるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、投影レンズ部分は、上下左右のいずれかにのみ設けてもよい。又は、全ての区画領域に、投影レンズ部分を設けてもよい。

上記実施形態では、拡散レンズ部分は、左右に設けるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、拡散レンズ部分は、上下左右のいずれかにのみ設けてもよい。又は、全ての区画領域に、拡散レンズ部分を設けてもよい。

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。

本発明の一実施形態である灯具用レンズ及びこの灯具用レンズが適用される車両用前照灯の斜視図である。（ａ）図１に示した車両用前照灯のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）図１に示した車両用前照灯の正面図である。（ｃ）図１に示した車両用前照灯のＢ−Ｂ断面図である。図１に示した車両用前照灯のＢ−Ｂ断面図である。図１に示した車両用前照灯のＡ−Ａ断面図である。遮光板を説明するための図である。本発明の一実施形態である灯具用レンズが適用された車両用前照灯の配光パターンを説明するための図である。

符号の説明

１００…車両用前照灯、１０…灯具用レンズ、１０Ｕ…上部レンズ部分、１０Ｄ…下部レンズ部分、１０Ｒ…右部レンズ部分、１０Ｌ…左部レンズ部分、１１…射出面、１２Ｕ…上部入射面、１２Ｄ…下部入射面、１２Ｒ…右部入射面、１２Ｌ…左部入射面、２０…光源、３０…第１リフレクタ、３１Ｕ…上部反射面、３１Ｄ…下部反射面、３２Ｒ…右部反射面、３２Ｌ…左部反射面、４０…第２リフレクタ、４１Ｒ…右部反射面、４１Ｌ…左部反射面、５０…遮光板

Claims

少なくとも１つの凸レンズ面である射出面とその反対側の面であって光源からの光が入射する入射面とを備える灯具用レンズと、
前記入射面側に配置された光源と、
第１焦点が前記光源近傍に設定されるとともに、第２焦点が前記投影レンズ部分の所定焦点に設定された楕円系反射面であって、前記光源が発光した光のうち前記灯具用レンズに対して後方に照射される光を反射し、前記楕円系反射面の第２焦点に集光させた後、前記少なくとも１つの入射面から前記投影レンズ部分に入射させ、前記射出面から照射することにより、ロービーム用配光パターンを形成する第１反射面と、
第１焦点が前記光源近傍に設定されるとともに、第２焦点が灯具の光軸から見て側方に設定された楕円系反射面であって、前記光源が発光した光のうち前方に照射される光を反射し、前記楕円系反射面の第２焦点に集光させた後、側方に向けて照射する第２反射面と、
焦点が前記第２反射面の第２焦点近傍に設定された放物面系反射面であって、前記第２反射面からの反射光を反射し、平行光に調整した後、前記少なくとも１つの他の入射面から前記拡散レンズ部分に入射させ、前記射出面から照射することにより、所定配光パターンを形成する第３反射面と、
を備え、
前記入射面は複数に区画されており、該複数に区画された入射面のうちの少なくとも１つの入射面と前記射出面の間のレンズ部分は、前記射出面から入射した平行光が前記少なくとも１つの入射面から照射され前記少なくとも１つの入射面側の所定焦点に集光する投影レンズ部分であり、
前記複数に区画された入射面のうちの少なくとも１つの他の入射面と前記射出面の間のレンズ部分は、前記少なくとも１つの他の入射面から入射した平行光を拡散光として照射する拡散レンズ部分であり、
前記入射面は中心角３６０／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の略扇形領域に区画されていることを特徴とする車両用前照灯。
前記第１反射面と前記投影レンズ部分の間に設けられた遮光板をさらに備え、
前記投影レンズ部分の所定焦点は、前記遮光板の上縁近傍に設定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。
前記投影レンズ部分又は前記拡散レンズ部分の少なくとも一部がフレネルレンズとして構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。