JP5157883B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

この発明は、半導体型光源を光源とし、カットオフラインを有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターン（すれ違い用配光パターン）を車両の前方に照射する車両用前照灯に関するものである。

この種の車両用前照灯は、従来からある（たとえば、特許文献１）。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、ＬＥＤ光源と、投影レンズと、遮蔽部材と、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。ＬＥＤ光源を点灯すると、ＬＥＤ光源からの光の一部が遮蔽部材でカットオフされ、遮蔽部材でカットオフされなかった光が投影レンズを透過してカットオフラインを有する配光パターンとして車両の前方に照射（投影）される。

ところが、従来の車両用前照灯は、ＬＥＤ光源と、投影レンズと、遮蔽部材とを備えるものであるから、部品点数が多く、その分、小型化、軽量化、コスト軽減化に課題がある。しかも、従来の車両用前照灯は、ＬＥＤ光源と光学素子との部品数関係がＬＥＤ光源の１構成部品と光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材との部品数関係（１：２）となる。このために、従来の車両用前照灯は、光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材においてばらつきの組み合わせの誤差が生じ、光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材の組付精度に課題がある。

また、発光ダイオードと、レンズと、を備える車両用照明灯具がある（たとえば、特許文献２）。ところが、前記の車両用照明灯具は、コーナリングランプであって、車両が左あるいは右に旋回走行する際に、横長配光パターンを車両の左斜め前方あるいは右斜め前方の路面を照射するものである。すなわち、前記の車両用照明灯具は、横長配光パターンを照射するものであって、カットオフラインを有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターン（すれ違い用配光パターン）を車両の前方に照射するものではない。

特許第４１８２１２６号公報 特開２００７−１８４２３９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、小型化、軽量化、コスト軽減化に課題があり、しかも、光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材の組付精度に課題があるという点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、発光チップを有する半導体型光源と、レンズと、を備え、発光チップの中心が、レンズの基準焦点もしくはその近傍に位置し、かつ、レンズの基準軸上もしくはその近傍に位置し、発光チップの発光面が、レンズの基準軸の前方向に向き、発光チップの長辺が、レンズの基準軸と直交する水平軸と平行でありもしくは水平軸に対して傾斜し、レンズの入射面が、円錐曲面からなり、レンズの出射面が、レンズの出射面から出射される発光チップの投影像が配光パターンのスクリーン配光上のカットオフラインから上方向に突出しないように、発光チップの投影像の一部が前記カットオフラインにほぼ接するように曲面制御されている自由曲面からなり、レンズの出射面の自由曲面が、正面視でレンズの基準軸を原点として、原点を通り相互に直交する鉛直軸と水平軸とにより分割された第１象限、第２象限、第３象限、第４象限とし、鉛直軸に関して第１象限と前記第２象限とを対称の位置関係で比較した場合、第１象限の約１／３以上の部分がレンズの基準軸の前方向において第２象限よりも高く、かつ、水平軸に関して第１象限と第４象限とを対称の位置関係で比較した場合、第１象限の約１／３以上の部分がレンズの基準軸の前方向において第４象限よりも低い、自由曲面からなる、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、半導体型光源およびレンズが、配光パターンのスクリーン配光上のほぼ中央部分のスポット配光を機能するスポット配光用半導体型光源およびレンズと、配光パターンのスクリーン配光上の全体部分の拡散配光を機能する拡散配光用半導体型光源およびレンズと、を備える、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、配光パターンのカットオフラインが、エルボー点から走行車線側にかけて上り勾配の斜めカットオフラインと、斜めカットオフラインから走行車線側にかけて水平な上水平カットオフラインと、エルボー点から対向車線側にかけて水平な下水平カットオフラインと、からなり、スポット配光用半導体型光源の発光チップの長辺が、レンズの基準軸を中心として、水平軸に対して走行車線側が対向車線側よりも上になるように、約５°回転させて、水平軸に対して傾斜し、拡散配光用半導体型光源の発光チップの長辺が、水平軸と平行であり、スポット配光用レンズおよび拡散配光用レンズの出射面の第１象限および第４象限から出射される発光チップの投影像が、主に配光パターンのスクリーン配光上のエルボー点から走行車線側の配光を形成し、スポット配光用レンズおよび拡散配光用レンズの出射面の第２象限および第３象限から出射される発光チップの投影像が、主に配光パターンのスクリーン配光上のエルボー点から対向車線側の配光を形成する、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、前記の課題を解決するための手段により、半導体型光源の発光チップを点灯発光させると、発光チップから放射される光がレンズの入射面から入射してレンズの出射面から出射する際に、配光パターンのスクリーン配光上のカットオフラインから上方向に突出しないようにカットオフラインにほぼ接する発光チップの投影像として出射するので、半導体型光源とレンズとにより、カットオフラインを有する配光パターンを得ることができる。

その上、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、半導体型光源とレンズとからなるので、従来の車両用前照灯と比較して、部品点数が少なくて済み、その分、小型化、軽量化、コスト軽減化を図ることができる。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、光源と光学素子との部品数関係が半導体型光源の１構成部品と光学素子のレンズの１構成部品との部品数関係（１：１）となる。この結果、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、光源と光学素子との部品数関係が光源の１構成部品と光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材との部品数関係（１：２）となる従来の車両用前照灯と比較して、光学素子側のばらつきの組み合わせの誤差がなくなり、光学素子側のレンズの組付精度を向上させることができる。

さらに、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、半導体型光源とレンズとからなるので、リフレクタの反射式の車両用前照灯と比較して、リフレクタの反射面の反射材表面処理が不要となる。この結果、この発明（請求項１にかかる発明）の車両用前照灯は、リフレクタの反射面の反射材表面処理の製造ばらつきによる配光制御のばらつきがなく、その分、配光を精度良くかつ簡単に制御することができる。

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、中央部分の光度（照度、光量）が最も高く、中央部分から周辺部分に移行するに従って光度（照度、光量）が徐々に低くなる配光パターンが得られるので、カットオフラインを有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンを得るのに適している。しかも、この発明（請求項２にかかる発明）の車両用前照灯は、半導体型光源およびレンズをスポット配光機能の半導体型光源およびレンズと拡散配光機能の半導体型光源およびレンズとにそれぞれ分担させるので、半導体型光源の発光出力が小さくても、十分な配光パターンの光度（照度、光量）、特に、配光パターンの中央部分において十分な光度（照度、光量）のスポット配光が得られる。

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、走行車線側の上水平カットオフラインと走行車線側の斜めカットオフラインと対向車線側の下水平カットオフラインとからなるカットオフライン（Ｚカットオフライン）を有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンを得るのに最適である。しかも、この発明（請求項３にかかる発明）の車両用前照灯は、スポット配光用半導体型光源の発光チップの長辺を水平軸に対して傾斜させ、かつ、拡散配光用半導体型光源の発光チップの長辺を水平軸と平行にさせるので、スポット配光を斜めカットオフラインに沿わせ、かつ、拡散配光を上水平カットオフラインおよび下水平カットオフラインに沿わせることができ、Ｚカットオフラインを有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンを確実に得ることができる。

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、スクリーンの左右の水平線を示す。図１２〜図１７は、コンピュータのシミュレーションで得られたスクリーン上の発光チップの投影像（出射像）もしくは投影像群（出射像群）を示す説明図である。なお、この明細書および特許請求の範囲において、「上、下、前、後、左、右」とは、この発明にかかる車両用前照灯を車両（自動車）に取り付けた際の車両の「上、下、前、後、左、右」である。なお、図６〜図９においては、説明を明瞭にするために、ハッチングを省略してある。

以下、この実施例における車両用前照灯の構成について説明する。図中、符号１は、この実施例における車両用前照灯（自動車用前照灯）ある。前記車両用前照灯１は、左側走行車線用の車両用前照灯である。なお、右側走行車線用の車両用前照灯は、左側走行車線用の前記車両用前照灯１の構成などにおいて、左右が逆となる。また、図２において、Ｘ、Ｙ、Ｚは、直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系）を構成する。Ｘ軸は、左右方向の水平軸であって、対向車線側、すなわち、この実施例において、右側Ｒが＋方向であり、左側Ｌが−方向である。また、Ｙ軸は、上下方向の鉛直軸であって、この実施例において、上側Ｕが＋方向であり、下側Ｄが−方向である。さらに、Ｚ軸は、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸と直交する前後方向の軸であって、この実施例において、前側Ｆが＋方向であり、後側Ｂが−方向である。

前記車両用前照灯１は、図１８に示すように、エルボー点Ｅから走行車線側（左側）にかけて上り勾配の斜めカットオフラインＣＬ１と、斜めカットオフラインＣＬ１から走行車線側にかけて水平な上水平カットオフラインＣＬ２と、エルボー点Ｅから対向車線側（右側）にかけて水平な下水平カットオフラインＣＬ３と、からなるカットオフライン（Ｚカットオフライン）を有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターン（すれ違い用配光パターン）ＬＰを車両（図示せず）の前方に照射するものである。なお、前記斜めカットオフラインＣＬ１とスクリーンの水平線ＨＬ−ＨＲとのなす角度は、約１５°である。また、前記エルボー点Ｅは、上下垂直線ＶＵ−ＶＤ上であって、左右水平線ＨＬ−ＨＲよりも下方のであり、前記斜めカットオフラインＣＬ１と前記下水平カットオフラインＣＬ３との交点である。

前記車両用前照灯１は、図２に示すように、スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓと、拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗと、ヒートシンク部材４と、図示しないランプハウジングおよびランプレンズ（たとえば、素通しのアウターレンズなど）と、から構成されている。

前記ヒートシンク部材４は、前面（正面）に円形の固定面を有する円板形状の前部５と、中間部から後部にかけてフィン形状の後部６と、から構成されている。前記ヒートシンク部材４は、たとえば、熱伝導率が高い樹脂部材もしくは金属部材から構成されている。

前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓと前記拡散配光用の半導体型光源２Ｗ（以下、単に「半導体型光源２Ｓ、２Ｗ」と称する）は、前記ヒートシンク部材４の前部５の固定面の上下方向の中間部の左右にそれぞれ固定されている。一方、前記スポット配光用のレンズ３Ｓと前記拡散配光用のレンズ３Ｗ（以下、単に「レンズ３Ｓ、３Ｗ」と称する）は、一体に構成されていて、前記半導体型光源２Ｓ、２Ｗの前側Ｆに配置されていて、前記ヒートシンク部材４の前部５の側面に固定されている。

前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓおよび前記拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗおよび前記ヒートシンク部材４は、ランプユニットを構成する。前記ランプユニット２Ｓ、３Ｓ、２Ｗ、３Ｗ、４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内に、たとえば光軸調整機構を介して水平軸回りに上下にかつ垂直軸回りに左右に光軸調整可能に配置されている。なお、前記灯室内には、前記ランプユニット２Ｓ、３Ｓ、２Ｗ、３Ｗ、４以外に、フォグランプ、コーナリングランプ、クリアランスランプ、ターンシグナルランプなどの他のランプユニットが配置されている場合がある。

前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓは、図１８に示す前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上のほぼ中央部分のスポット配光ＳＰを形成する機能を有している。また、前記拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗは、図１８に示す前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の全体部分の拡散配光ＷＰを形成する機能を有するものである。

前記半導体型光源２Ｓ、２Ｗは、図３に示すように、基板７Ｓ、７Ｗと、前記基板７Ｓ、７Ｗに設けられている発光チップ８Ｓ、８Ｗと、前記発光チップ８Ｓ、８Ｗを封止する薄い直方体形状の封止樹脂部材（レンズ部材）９Ｓ、９Ｗと、から構成されている。なお、前記封止樹脂部材９Ｓ、９Ｗの表面は、凸曲面をなしている。前記半導体型光源２Ｓ、２Ｗは、ホルダもしくは固定枠を介して前記ヒートシンク部材４の前部５の固定面にそれぞれ固定されている。

前記発光チップ８Ｓ、８Ｗは、図１０、図１１に示すように、平面矩形形状（平面長方形状）をなす。すなわち、５個の正方形のチップをＸ軸方向（水平方向）に配列してなるものである。なお、１個の長方形のチップを使用しても良い。

前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの中心ＯＳ、ＯＷは、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準焦点ＦＳ、ＦＷもしくはその近傍に位置し、かつ、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準軸（光軸）ＺＳ、ＺＷ上もしくはその近傍に位置する。前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準軸ＺＳ、ＺＷは、前記Ｚ軸と平行であって、前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの中心ＯＳ、ＯＷを通る法線である。また、前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの中心ＯＳ、ＯＷには、前記Ｘ軸が通っている。なお、図１０、図１１において、ＹＳ、ＹＷは、前記Ｙ軸と平行であり、かつ、前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの中心ＯＳ、ＯＷを通るスポット配光用の鉛直軸（Ｙ軸）、拡散配光用の鉛直軸（Ｙ軸）である。

前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの発光面は、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準軸ＺＳ、ＺＷの前側Ｆ（前方向）に向いている。また、前記拡散配光用の半導体型光源２Ｗの前記発光チップ８Ｓの長辺は、図１０に示すように、前記レンズ３Ｗの基準軸ＺＷと直交する前記Ｘ軸（水平軸）と平行である。一方、前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓの前記発光チップ８Ｓの長辺は、図１１に示すように、前記Ｘ軸に対して走行車線側（この例では、左側Ｌ）が対向車線側（この例では右側Ｒ）よりも上になるように、前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓの前記発光チップ８Ｓを、前記レンズ３Ｓの基準軸ＺＳを中心としてθ°（たとえば、約５°）回転させて、前記Ｘ軸に対して傾斜している。

なお、前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓの前記発光チップ８Ｓの長辺を、前記拡散配光用の半導体型光源２Ｗの前記発光チップ８Ｓの長辺と同様に、前記Ｘ軸と平行にさせても良い。また、前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓの前記発光チップ８Ｓの長辺を、前記スポット配光用の半導体型光源２Ｓの前記発光チップ８Ｓの長辺と同様に、前記Ｘ軸に対して傾斜させても良い。

前記スポット配光用のレンズ３Ｓと前記拡散配光用のレンズ３Ｗとは、一体に構成されている。前記レンズ３Ｓ、３Ｗの左右両側部には、固定部１０が一体に設けられている。前記固定部１０は、前記ヒートシンク部材４の全部５の左右両側面にスクリューなどにより固定されている。この結果、前記レンズ３Ｓ、３Ｗは、前記ヒートシンク部材４に固定されることとなる。

前記レンズ３Ｓ、３Ｗは、前記半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光チップ８Ｓ、８Ｗからの光が入射する入射面１１Ｓ、１１Ｗと、前記レンズ３Ｓ、３Ｗ中に入射した光が出射する出射面１２Ｓ、１２Ｗと、を備える。

前記レンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗは、円錐曲面（たとえば、楕円、円、放物、双曲などの曲線、あるいは、平面、などの２次曲面）からなる。なお、この例では、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗは、鉛直断面（垂直断面、縦断面）において、中央部が周辺部に対して後側Ｂに突出した凸面（円柱面）をなす。前記レンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗは、凸面となすことが好ましいが、鉛直断面において、中央部が周辺部に対して前側Ｆに凹んだ凹面をなすものであっても良いし、また、平面でも良い。前記レンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗには、前記半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光チップ８Ｓ、８Ｗの中心ＯＳ、ＯＷ（前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準軸ＺＳ、ＺＷ）からθ１°（たとえば、約５０°以上で、この例では、約６０°）までの光が入射する。

前記レンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗは、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗから出射される前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの投影像が前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＬＣ３から上方向に突出しないように、前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの投影像の一部が前記カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３にほぼ接するように曲面制御されている自由曲面からなる。

以下、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの出射面１２Ｓの曲面制御について、図４、図１２〜図１５を参照して説明する。

まず、前記スポット配光用の前記半導体型光源２Ｓと前記レンズ３Ｓとを、前記の構成の通りに配置させる。前記レンズ３Ｓの入射面１１Ｓの円錐曲面を固定させる。一方、前記レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの自由曲面を初期の自由曲面とする。

つぎに、前記半導体型光源２Ｓの発光チップ８Ｓを点灯発光させる。すると、前記発光チップ８Ｓの投影像群がスクリーンに投影（出射）される。ここで、図４に示す前記レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの４つの標本点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から出射される前記発光チップ８Ｓの投影像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４について説明する。前記発光チップ８Ｓの投影像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、図１２、図１３に示すようにスクリーンに投影（出射）される。このとき、前記レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの自由曲面は、初期の自由曲面であるから、スクリーンに投影された投影像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の一部（半分もしくは半分以上の部分）は、前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＬＣ３から上方向に突出している。

それから、図１２、図１３に示す投影像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を、図１４、図１５に示す投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０に、設計修正する。設計修正された投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０の一部Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０、Ｐ４０は、前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＬＣ３にほぼ接していて、設計修正された投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０は、前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＬＣ３から上方向に突出していない。

そして、設計修正された投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０が得られるように、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの出射面１２Ｓの自由曲面の曲面を制御する。以上のようにして、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの出射面１２Ｓの自由曲面が得られる。さらに、同様にして、前記拡散配光用のレンズ３Ｗの出射面１２Ｗの自由曲面が得られる。

前記のようにして曲面制御された前記レンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗの自由曲面は、下記の特徴を有している。すなわち、図４〜図７に示すように、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗの自由曲面を、正面視（前側Ｆから見た状態）で前記レンズ３Ｓ、３Ｗの基準軸ＺＳ、ＺＷを原点として、前記原点を通り相互に直交する鉛直軸ＹＳ、ＹＷと水平軸のＸ軸とにより、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３、第４象限Ｑ４に分割する。ここで、前記スポット配光用のレンズ３Ｓにおいて、前記鉛直軸ＹＳに関して前記第１象限Ｑ１と前記第２象限Ｑ２とを対称の位置関係で比較した場合。すなわち、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの前記第１象限Ｑ１と前記第２象限Ｑ２とを、前記第１標本点Ｐ１と前記第２標本点Ｐ２とを通る前記水平軸のＸ軸と平行な水平面で切断したときに得られる、前記第１標本点Ｐ１と前記第２標本点Ｐ２とを通る前記第１象限Ｑ１における断面カーブＣ１２と、前記第２象限Ｑ２における断面カーブであって前記鉛直軸ＹＳを境に反転させた前記第１象限Ｑ１における前記第２象限Ｑ２の反転断面カーブＣ２２と、を比較した場合。前記第１象限Ｑ１の約１／３以上の部分（この例では、全部の部分）が前記レンズ３Ｓの基準軸ＺＳの前方向（前側Ｆ）において前記第２象限Ｑ２よりも高い。たとえば、図６に示すように、前記第１象限Ｑ１における前記第１標本点Ｐ１と、前記第１象限Ｑ１における前記第２象限Ｑ２の前記第２標本点Ｐ２の反転点Ｐ２１と、を比較した場合、前記第１象限Ｑ１における前記第１標本点Ｐ１が、前記第１象限Ｑ１における前記第２象限Ｑ２の前記第２標本点Ｐ２の反転点Ｐ２１よりも前側Ｆに寸法Ｔ１分高い。前記第１象限Ｑ１の前記第２象限Ｑ２よりも高くなる部分ＴＨは、約３分の１から全部（１／３＜ＴＨ≦１）である。前記高くなる部分ＴＨは、図８に示すように、前記レンズ３Ｓの縁から始まって良いし、また、図９に示すように前記レンズ３Ｓの中央から始まっても良いし、さらに、図に示さないが前記レンズ３Ｓの縁と中央との間の中間から始まっても良い。なお、図８、図９において、ＴＴは、前記第１象限Ｑ１の前記第２象限Ｑ２と同じ高さの部分である。

また、前記スポット配光用のレンズ３Ｓにおいて、前記水平軸のＸ軸に関して前記第１象限Ｑ１と前記第４象限Ｑ４とを対称の位置関係で比較した場合。すなわち、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの前記第１象限Ｑ１と前記第４象限Ｑ４とを、前記第１標本点Ｐ１と前記第４標本点Ｐ４とを通る前記鉛直軸ＹＳと平行な鉛直面で切断したときに得られる、前記第１標本点Ｐ１と前記第４標本点Ｐ４とを通る前記第４象限Ｑ４における断面カーブＣ１４と、前記第１象限Ｑ１における断面カーブであって前記水平軸のＸ軸を境に反転させた前記第４象限Ｑ４における前記第１象限Ｑ１の反転断面カーブＣ１１と、を比較した場合。前記第１象限Ｑ１の約１／３以上の部分（この例では、全部の部分）が前記レンズ３Ｓの基準軸ＺＳの前方向（前側Ｆ）において前記第４象限Ｑ４よりも低い。たとえば、図７に示すように、前記第４象限Ｑ４における前記第４標本点Ｐ４と、前記第４象限Ｑ４における前記第１象限Ｑ１の前記第１標本点Ｐ１の反転点Ｐ１４と、を比較した場合、前記第４象限Ｑ４における前記第１象限Ｑ１の前記第１標本点Ｐ１の反転点Ｐ１４が、前記第４象限Ｑ４における前記第４標本点Ｐ４よりも前側Ｆに寸法Ｔ２分低い。前記第１象限Ｑ１の前記第４象限Ｑ４よりも低くなる部分は、約３分の１から全部である。前記低くなる部分は、前記レンズ３Ｓの縁から始まって良いし、また、前記レンズ３Ｓの中央から始まっても良いし、さらに、前記レンズ３Ｓの縁と中央との間の中間から始まっても良い。

一方、前記拡散配光用のレンズ３Ｗの出射面１２Ｗの自由曲面も、前記スポット配光用のレンズ３Ｓの出射面１２Ｓの自由曲面と同様の特徴を有する。すなわち、前記拡散配光用のレンズ３Ｗの出射面１２Ｗの自由曲面は、前記鉛直軸ＹＷに関して前記第１象限Ｑ１と前記第２象限Ｑ２とを対称の位置関係で比較した場合、前記第１象限Ｑ１の約１／３以上の部分が前記レンズ３Ｗの基準軸ＺＷの前方向において前記第２象限Ｑ２よりも高く、かつ、前記水平軸のＸ軸に関して第１象限Ｑ１と第４象限Ｑ４とを対称の位置関係で比較した場合、前記第１象限Ｑ１の約１／３以上の部分が前記レンズ３Ｗの基準軸ＺＷの前方向において前記第４象限Ｑ４よりも低い、自由曲面からなる。

ここで、前記レンズ３Ｓ、３Ｗの曲面制御された出射面１２Ｓ、１２Ｗの４つの標本点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から出射される前記発光チップ８Ｓ、８Ｗの投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０は、図１２、図１３の状態から図１４、図１５の状態に設計修正される。

この結果、図１６（Ｂ）に示すように、前記スポット配光用レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの前記第１象限Ｑ１から出射される前記発光チップ８Ｓの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから走行車線側（左側）の配光を形成する。

また、図１６（Ｃ）に示すように、前記スポット配光用レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの前記第２象限Ｑ２から出射される前記発光チップ８Ｓの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから対向車線側（右側）の配光を形成する。

さらに、図１６（Ｄ）に示すように、前記スポット配光用レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの前記第３象限Ｑ３から出射される前記発光チップ８Ｓの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから対向車線側（右側）の配光を形成する。

さらにまた、図１６（Ｅ）に示すように、前記スポット配光用レンズ３Ｓの出射面１２Ｓの前記第４象限Ｑ４から出射される前記発光チップ８Ｓの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから走行車線側（左側）の配光を形成する。

そして、図１６（Ｂ）に示す配光と、図１６（Ｃ）に示す配光と、図１６（Ｄ）に示す配光と、図１６（Ｅ）に示す配光とを、合成すると、図１６（Ａ）に示す前記ロービーム用配光パターンＬＰのスポット配光ＳＰが形成される。

一方、図１７（Ｂ）に示すように、前記拡散配光用レンズ３Ｗの出射面１２Ｗの前記第１象限Ｑ１から出射される前記発光チップ８Ｗの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから走行車線側（左側）の配光を形成する。

また、図１７（Ｃ）に示すように、前記拡散配光用レンズ３Ｗの出射面１２Ｗの前記第２象限Ｑ２から出射される前記発光チップ８Ｗの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから対向車線側（右側）の配光を形成する。

さらに、図１７（Ｄ）に示すように、前記拡散配光用レンズ３Ｗの出射面１２Ｗの前記第３象限Ｑ３から出射される前記発光チップ８Ｗの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから対向車線側（右側）の配光を形成する。

さらにまた、図１７（Ｅ）に示すように、前記拡散配光用レンズ３Ｗの出射面１２Ｗの前記第４象限Ｑ４から出射される前記発光チップ８Ｗの投影像群は、主に前記ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上の前記エルボー点Ｅから走行車線側（左側）の配光を形成する。

そして、図１７（Ｂ）に示す配光と、図１７（Ｃ）に示す配光と、図１７（Ｄ）に示す配光と、図１７（Ｅ）に示す配光とを、合成すると、図１７（Ａ）に示す前記ロービーム用配光パターンＬＰの拡散配光ＷＰが形成される。

以下、この実施例における車両用前照灯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、車両用前照灯１の半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光チップ８Ｓ、８Ｗを点灯発光させる。すると、半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光チップ８Ｓ、８Ｗから光が放射される。この光は、レンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗから入射してレンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗから出射する。この際に、発光チップ８Ｓ、８Ｗの投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０は、ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上のカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３から上方向に突出しないようにかつカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３にほぼ接するように出射する。

この結果、図１６に示すロービーム用配光パターンＬＰのスポット配光ＳＰと、図１７に示すロービーム用配光パターンＬＰの拡散配光ＷＰとが、それぞれ得られ、かつ、それらが合成されて、図１８に示すロービーム用配光パターンＬＰが得られる。

以上のようにして、図１８に示すロービーム用配光パターンＬＰが車両の前方に照射される。

この実施例における車両用前照灯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。

この実施例における車両用前照灯１は、半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光チップ８Ｓ、８Ｗを点灯発光させると、発光チップ８Ｓ、８Ｗから放射される光がレンズ３Ｓ、３Ｗの入射面１１Ｓ、１１Ｗから入射してレンズ３Ｓ、３Ｗの出射面１２Ｓ、１２Ｗから出射する際に、ロービーム用配光パターンＬＰのスクリーン配光上のカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３から上方向に突出しないようにカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３にほぼ接する発光チップ８Ｓ、８Ｗの投影像Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０として出射するので、半導体型光源２Ｓ、２Ｗとレンズ３Ｓ、３Ｗとにより、カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有するロービーム用配光パターンＬＰを得ることができる。

その上、この実施例における車両用前照灯１は、半導体型光源２Ｓ、２Ｗとレンズ３Ｓ、３Ｗとからなるので、従来の車両用前照灯と比較して、部品点数が少なくて済み、その分、小型化、軽量化、コスト軽減化を図ることができる。しかも、この実施例における車両用前照灯１は、光源と光学素子との部品数関係が半導体型光源２Ｓ、２Ｗの１構成部品と光学素子のレンズ３Ｓ、３Ｗの１構成部品との部品数関係（１：１）となる。この結果、この実施例における車両用前照灯１は、光源と光学素子との部品数関係が光源の１構成部品と光学素子の２構成部品の投影レンズおよび遮蔽部材との部品数関係（１：２）となる従来の車両用前照灯と比較して、光学素子側のばらつきの組み合わせの誤差がなくなり、光学素子側のレンズ３Ｓ、３Ｗの組付精度を向上させることができる。

さらに、この実施例における車両用前照灯１は、半導体型光源とレンズとからなるので、リフレクタの反射式の車両用前照灯と比較して、リフレクタの反射面の反射材表面処理が不要となる。この結果、この実施例における車両用前照灯１は、リフレクタの反射面の反射材表面処理の製造ばらつきによる配光制御のばらつきがなく、その分、配光を精度良くかつ簡単に制御することができる。

また、この実施例における車両用前照灯１は、スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズと３Ｓによりスポット配光ＳＰが得られ、また、拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗにより拡散配光ＷＰが得られる。このために、この実施例における車両用前照灯１は、中央部分の光度（照度、光量）が最も高く、中央部分から周辺部分に移行するに従って光度（照度、光量）が徐々に低くなる配光パターンが得られるので、カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３を有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンＬＰを得るのに適している。しかも、この実施例における車両用前照灯１は、半導体型光源およびレンズをスポット配光機能の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓと拡散配光機能の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗとにそれぞれ分担させるので、半導体型光源２Ｓ、２Ｗの発光出力が小さくても、十分な配光パターンの光度（照度、光量）、特に、ロービーム用配光パターンＬＰの中央部分において十分な光度（照度、光量）のスポット配光が得られる。

さらに、この実施例における車両用前照灯１は、スポット配光用の半導体型光源２Ｓの発光チップ８Ｓの長辺を水平軸のＸ軸に対して傾斜させ、また、拡散配光用の半導体型光源２Ｗの発光チップ８Ｗの長辺を水平軸のＸ軸と平行にさせるので、スポット配光ＳＰを斜めカットオフラインＣＬ１に沿わせ、かつ、拡散配光ＷＰを上水平カットオフラインＣＬ２および下水平カットオフラインＣＬ３に沿わせることができ。このために、この実施例における車両用前照灯１は、走行車線側（左側）の上水平カットオフラインＣＬ２と走行車線側（左側）の斜めカットオフラインＣＬ１と対向車線側（右側）の下水平カットオフラインＣＬ３とからなるカットオフライン（Ｚカットオフライン）を有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンＬＰを得るのに最適であり、しかも、Ｚカットオフラインを有する配光パターンたとえばロービーム用配光パターンＬＰを確実に得ることができる。

なお、前記の実施例においては、配光パターンとしてロービーム用配光パターンＬＰについて説明するものである。ところが、この発明おいては、配光パターンとして、ロービーム用配光パターンＬＰ以外の配光パターン、たとえば、高速道路用配光パターン、フォグランプ用配光パターンなど、カットオフラインを有する配光パターンであれば良い。

また、前記の実施例においては、カットオフラインとして、斜めカットオフラインＣＬ１と、上水平カットオフラインＣＬ２と、下水平カットオフラインＣＬ３とからなるＺカットオフラインである。ところが、この発明においては、カットオフラインとして、Ｚカットオフライン以外のカットオフライン、たとえば、単に水平なカットオフライン、あるいは、エルボー点を境に、走行車線側の斜めカットオフラインと、対向車線側の水平カットオフラインとからなるカットオフラインでも良い。

さらに、前記の実施例においては、左側走行車線用の車両用前照灯１について説明する。ところが、この発明においては、右側走行車線用の車両用前照灯についても適用することができる。

さらにまた、前記の実施例においては、スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓと、拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３ＷとがＸ軸方向に並列状態で配置されている。ところが、この発明においては、スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓと、拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗとを、上下方向に位置したり、上下左右斜め方向に配置したり、前後に互い違いに配置したりしても良い。

さらにまた、前記の実施例においては、スポット配光用の半導体型光源２Ｓおよびレンズ３Ｓからなるランプユニットと、拡散配光用の半導体型光源２Ｗおよびレンズ３Ｗからなるランプユニットとから構成されているものである。ところが、この発明においては、１個の半導体型光源および１個のレンズからなる１個のランプユニットで、カットオフラインを有する配光パターンを形成するものであっても良いし、また、３個以上のランプユニットによりカットオフラインを有する配光パターンを形成するものであっても良い

この発明にかかる車両用前照灯の実施例を示す要部の斜視図である。 同じく、要部を示す分解斜視図である。 同じく、スポット配光用の半導体型光源およびレンズと、拡散配光用の半導体型光源およびレンズを示す平面図である。 同じく、スポット配光用のレンズと、拡散配光用のレンズを示す正面図である。 同じく、スポット配光用のレンズを示す斜視図である。 同じく、スポット配光用のレンズを示す図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 同じく、スポット配光用のレンズを示す図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 同じく、スポット配光用のレンズの変形例を示す図７に対応する断面図である。 同じく、スポット配光用のレンズの変形例を示す図７に対応する断面図である。 同じく、拡散配光用の半導体型光源の発光チップを示す説明図である。 同じく、スポット配光用の半導体型光源の発光チップを示す説明図である。 同じく、スポット配光用のレンズの出射面が初期状態のときの第１象限と第４象限から出射されるスポット配光用の半導体型光源の発光チップの投影像を示す説明図である。 同じく、スポット配光用のレンズの出射面が初期状態のときの第２象限と第３象限から出射されるスポット配光用の半導体型光源の発光チップの投影像を示す説明図である。 同じく、スポット配光用のレンズの出射面が曲面制御されたときの第１象限と第４象限から出射されるスポット配光用の半導体型光源の発光チップの投影像を示す説明図である。 同じく、スポット配光用のレンズの出射面が曲面制御されたときの第２象限と第３象限から出射されるスポット配光用の半導体型光源の発光チップの投影像を示す説明図である。 同じく、スポット配光用の半導体型光源およびレンズからなるランプユニットにより得られるスポット配光（スポット配光用の半導体型光源の発光チップの投影像群）を示す説明図である。 同じく、拡散配光用の半導体型光源およびレンズからなるランプユニットにより得られる拡散配光（拡散配光用の半導体型光源の発光チップの投影像群）を示す説明図である。 同じく、図１６のスポット配光と図１７の拡散配光とを合成して得られるロービーム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
２Ｓ スポット配光用の半導体型光源
３Ｓ スポット配光用のレンズ
２Ｗ 拡散配光用の半導体型光源
３Ｗ 拡散配光用のレンズ
４ ヒートシンク部材
５ 前部
６ 後部
７Ｓ、７Ｗ 基板
８Ｓ、８Ｗ 発光チップ
９Ｓ、９Ｗ 封止樹脂部材
１０ 固定部
１１Ｓ、１１Ｗ 入射面
１２Ｓ、１２Ｗ 出射面
ＶＵ−ＶＤ スクリーンの上下の垂直線
ＨＬ−ＨＲ スクリーンの左右の水平線
Ｘ Ｘ軸（水平軸）
Ｙ Ｙ軸（鉛直軸）
Ｚ Ｚ軸
Ｒ 右側
Ｌ 左側
Ｕ 上側
Ｄ 下側
Ｆ 前側
Ｂ 後側
Ｅ エルボー点
ＣＬ１ 斜めカットオフライン
ＣＬ２ 上水平カットオフライン
ＣＬ３ 下水平カットオフライン
ＬＰ ロービーム用配光パターン
ＳＰ スポット配光
ＷＰ 拡散配光
ＯＳ、ＯＷ 発光チップの中心
ＦＳ、ＦＷ レンズの基準焦点
ＺＳ、ＺＷ レンズの基準軸
ＹＳ、ＹＷ 発光チップの中心を通る鉛直軸
θ° スポット配光用の半導体型光源の発光チップの傾斜角度
θ１° レンズの入射面に入射する光の半導体型光源の発光チップの中心からの角度
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４ 出射面が初期状態のときの発光チップの投影像
Ｉ１０、Ｉ２０、Ｉ３０、Ｉ４０ 出射面が曲面制御されたときの発光チップの投影像
Ｑ１ 第１象限
Ｑ２ 第２象限
Ｑ３ 第３象限
Ｑ４ 第４象限
Ｐ１ 第１標本点
Ｐ２ 第２標本点
Ｐ３ 第３標本点
Ｐ４ 第４標本点
Ｃ１２ 第１標本点と第２標本点とを通る断面カーブ
Ｃ２２ 第１象限における第２象限の反転断面カーブ
Ｃ１４ 第１標本点と第４標本点とを通る断面カーブ
Ｃ１１ 第４象限における第１象限の反転断面カーブ
Ｔ１ 高い分の寸法
Ｔ２ 低い分の寸法
ＴＨ 高くなる部分
ＴＴ 同じ高さの部分

Claims (3)

1. 半導体型光源を光源とし、カットオフラインを有する配光パターンを車両の前方に照射する車両用前照灯において、
   平面矩形形状の発光チップを有する半導体型光源と、
   前記半導体型光源の前記発光チップからの光を、カットオフラインを有する配光パターンとして、前方に照射するレンズと、
   を備え、
   前記発光チップの中心は、前記レンズの基準焦点もしくはその近傍に位置し、かつ、前記レンズの基準軸上もしくはその近傍に位置し、
   前記発光チップの発光面は、前記レンズの基準軸の前方向に向き、
   前記発光チップの長辺は、前記レンズの基準軸と直交する水平軸と平行でありもしくは前記水平軸に対して傾斜し、
   前記レンズの入射面は、円錐曲面からなり、
   前記レンズの出射面は、前記レンズの出射面から出射される前記発光チップの投影像が前記配光パターンのスクリーン配光上の前記カットオフラインから上方向に突出しないように、前記発光チップの投影像の一部が前記カットオフラインにほぼ接するように曲面制御されている自由曲面からなり、
   前記レンズの出射面の自由曲面は、正面視で前記レンズの基準軸を原点として、前記原点を通り相互に直交する鉛直軸と水平軸とにより分割された第１象限、第２象限、第３象限、第４象限とし、前記鉛直軸に関して前記第１象限と前記第２象限とを対称の位置関係で比較した場合、前記第１象限の約１／３以上の部分が前記レンズの基準軸の前方向において前記第２象限よりも高く、かつ、前記水平軸に関して前記第１象限と前記第４象限とを対称の位置関係で比較した場合、前記第１象限の約１／３以上の部分が前記レンズの基準軸の前方向において前記第４象限よりも低い、自由曲面からなる、
   ことを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記半導体型光源および前記レンズは、前記配光パターンのスクリーン配光上のほぼ中央部分のスポット配光を機能するスポット配光用半導体型光源およびレンズと、前記配光パターンのスクリーン配光上の全体部分の拡散配光を機能する拡散配光用半導体型光源およびレンズと、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記配光パターンの前記カットオフラインは、エルボー点から走行車線側にかけて上り勾配の斜めカットオフラインと、前記斜めカットオフラインから走行車線側にかけて水平な上水平カットオフラインと、エルボー点から対向車線側にかけて水平な下水平カットオフラインと、からなり、
   前記スポット配光用半導体型光源の前記発光チップの長辺は、前記レンズの基準軸を中心として、前記水平軸に対して走行車線側が対向車線側よりも上になるように、約５°回転させて、前記水平軸に対して傾斜し、
   前記拡散配光用半導体型光源の前記発光チップの長辺は、前記水平軸と平行であり、
   前記スポット配光用レンズおよび前記拡散配光用レンズの出射面の前記第１象限および前記第４象限から出射される前記発光チップの投影像は、主に前記配光パターンのスクリーン配光上の前記エルボー点から走行車線側の配光を形成し、
   前記スポット配光用レンズおよび前記拡散配光用レンズの出射面の前記第２象限および前記第３象限から出射される前記発光チップの投影像は、主に前記配光パターンのスクリーン配光上の前記エルボー点から対向車線側の配光を形成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。