JP5372474B2 - 車両用灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、所謂プロジェクタ型の車両用灯具ユニットに関するものであり、特に、半導体発光素子を光源とする灯具ユニットからの光照射により所定の配光パターンを形成するように構成された車両用灯具ユニットに関する。

一般に、プロジェクタ型の車両用灯具ユニットは、車両前後方向に延びる光軸上に配置された光源からの光をリフレクタにより前方へ向けて光軸寄りに反射させ、この反射光をリフレクタの前方に設けられた投影レンズを介して灯具前方へ照射するように構成されている。

そして、このプロジェクタ型の車両用灯具ユニットをロービーム（すれ違いビーム）照射用の車両用前照灯として構成する場合には、投影レンズとリフレクタとの間にリフレクタからの反射光の一部を遮蔽して上向き照射光を除去するシェードを設けることにより、所定のカットオフラインを有するロービーム配光パターンで前方へビーム照射を行うようになっている。その為、例えばリフレクタの下方に入射し、シェードにより遮られた光は、前方に投影される配光に寄与しないロス光となってしまう。特に、光源として半導体発光素子を用いた場合には、照射光量が不足し易い。

そこで、光源からの直接光を前方に向けて光軸寄りに反射させる第１反射面を有する主リフレクタと、凸レンズ（投影レンズ）と光源の中間に配設され凸レンズの光軸に沿う略平坦状の第２反射面を有するシェード機構を備えた副リフレクタと、を備えたプロジェクタ型の灯具ユニットが提案されている（例えば、特許文献１）。
このような灯具ユニットによれば、副リフレクタの第２反射面で主リフレクタからの反射光の一部分を上方側へ反射させることにより、遮蔽されて無駄になっていた光がカットオフライン下側のビーム照射用として有効に活用できる

特開２００６−１０７９５５号公報

しかしながら、上記特許文献１の前照灯ユニットにおける副リフレクタの第２反射面では、ロービーム配光パターン内の照度分布を調整することが難しく、良好な視認性を得難かった。
即ち、例えば主リフレクタの第１反射面で拡散ゾーン形成パターンを形成し、副リフレクタの第２反射面でホットゾーン形成パターンを形成した場合には、副リフレクタの第２反射面では十分な光量の出射光を得ることができず、ホットゾーンの照射光量が不足するので、遠方視認性が低下し易い。

一方、主リフレクタの第１反射面でホットゾーン形成パターンを形成し、副リフレクタの第２反射面で拡散ゾーン形成パターンを形成した場合には、副リフレクタの第２反射面では十分な拡散光を得ることができず、照射範囲の狭いロービーム配光パターンとなってしまうので、自車直前の視認性が低下し易い。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、配光パターン内の照度分布を容易に調整することができる視認性の良好な車両用灯具ユニットを提供することである。

本発明の上記目的は、車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方側焦点よりも後方に配置された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの直接光を前方に向けて前記光軸寄りに反射させるリフレクタと、
前記投影レンズと前記半導体発光素子との間に配置されて前記リフレクタからの反射光の一部及び前記半導体発光素子からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するシェードと、
を備えた車両用灯具ユニットであって、
前記リフレクタの反射面は、車両後方側の後方反射面と車両前方側の前方反射面とに二分割されており、
前記リフレクタの後方反射面が集光度の高い集光パターンを形成する集光系反射面とされると共に、前記リフレクタの前方反射面が前記集光系反射面よりも集光度の低い拡散パターンを形成する拡散系反射面とされ、
前記後方反射面と前記前方反射面の境界部には、前記半導体発光素子からの直接光が入射できない非反射平面を有する段差部を設けることを特徴とする車両用灯具ユニットにより達成される。

上記構成の車両用灯具ユニットによれば、リフレクタの反射面が、集光系反射面から成る後方反射面と拡散系反射面から成る前方反射面とに二分割して形成されている。
そこで、後方反射面と前方反射面の集光度をそれぞれ設定することで、配光パターン内の照度分布を容易に調整することができる。
更に、上記構成のリフレクタの反射面は、後方の集光系反射面から前方の拡散系反射面にかけて徐々に集光度を変化させたリフレクタの反射面のように、最大光度が低下してしまうことがない。
また、後方反射面と前方反射面の境界部には、非反射平面を有する段差部が設けられているので、後方反射面と前方反射面の境界部によるムラ（光のスジ）が配光パターン上に現れるのを防止できる。

尚、上記構成の車両用灯具ユニットにおいて、前記後方反射面が、少なくとも前記半導体発光素子の光軸上に配置されることが望ましい。
この様な構成の車両用灯具ユニットによれば、集光系反射面から成る後方反射面が、指向性が高い半導体発光素子の光軸上に配置されることにより、半導体発光素子の直接光を配光パターンのホットゾーン（高輝度部）に効率良く利用することができる。

本発明に係る車両用灯具ユニットによれば、集光系反射面から成る後方反射面と拡散系反射面から成る前方反射面の集光度をそれぞれ設定することで、配光パターン内の照度分布を容易に調整することができる。また、後方反射面と前方反射面の境界部には、非反射平面を有する段差部が設けられているので、後方反射面と前方反射面の境界部によるムラが配光パターン上に現れるのを防止できる。
従って、配光パターン内の照度分布を容易に調整することができる視認性の良好な車両用灯具ユニットを提供することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る車両用灯具ユニット及び車両用灯具の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る車両用灯具の縦断面図であり、図２は図１に示した灯具ユニットの要部拡大断面図、図３は図２に示したリフレクタの下方斜視図、図４は図２に示したシェードの上方斜視図、図５は図２に示した灯具ユニットからの光照射により灯具前方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すれ違いビーム用配光パターンを透視的に示す図である。

本実施形態に係る車両用灯具１００は、すれ違いビーム用の前照灯であって、素通し状の透光カバー１１とランプボディ１３とで形成される灯室内に、灯具ユニット４０が収容された構成となっている。

灯具ユニット４０は、ランプボディ１３に不図示のフレームを介して支持されており、このフレームは不図示のエイミング機構を介して、ランプボディ１３に支持されている。
エイミング機構は、灯具ユニット４０の取付位置及び取付角度を微調整するための機構で、エイミング調整した段階では、灯具ユニット４０のレンズ中心軸Ａｘは、車両前後方向に対して、０．５〜０．６度程度下向きの方向に延びるようになっている。

後述するように、灯具ユニット４０は、光源としての半導体発光素子と、その前方側に設けられた投影レンズとからなるプロジェクタ型の灯具ユニットとして構成されており、すれ違いビーム用配光パターンＰＬを形成する（図５参照）。

本実施形態の灯具ユニット４０は、図１及び図２に示すように、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ４５と、投影レンズ４５の後方側焦点Ｆよりも後方に配置された半導体発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）２５と、ＬＥＤ２５からの直接光を前方に向けて光軸Ａｘ寄りに反射させるリフレクタ４７と、投影レンズ４５とＬＥＤ２５との間に配置されてリフレクタ４７からの反射光の一部及びＬＥＤ２５からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するシェード４９と、を備えている。

ＬＥＤ２５は、例えば１ｍｍ四方程度の大きさの単一の発光チップ２５ａを有する白色発光ダイオードであって、投影レンズ４５の後方側焦点Ｆよりも後方に配置されると共に、基板３３に支持された状態で光軸Ａｘ上において鉛直方向上方へ向けて配置されている。

リフレクタ４７は、図２及び図３に示すように、ＬＥＤ２５の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該ＬＥＤ２５からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに反射させる反射面を有している。
この反射面は、車両後方側の後方反射面４７ａと車両前方側の前方反射面４７ｂとに二分割されており、後方反射面４７ａが集光度の高い集光パターンを形成する集光系反射面とされ、前方反射面４７ｂが集光系反射面よりも集光度の低い拡散パターンを形成する拡散系反射面とされる。更に、後方反射面４７ａと前方反射面４７ｂの境界部には、ＬＥＤ２５からの直接光が入射できない非反射平面４８ａを有する段差部４８が設けられている。

ＬＥＤ２５の光軸上に配置される後方反射面４７ａは、光軸Ａｘを中心軸とする略楕円球面形状に形成されている。具体的には、この後方反射面４７ａは、光軸Ａｘを含む鉛直断面が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。

ただし、これら各断面を形成する楕円の後方側頂点は同一位置に設定されており、ＬＥＤ２５はこの後方反射面４７ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点に配置されている。これにより、後方反射面４７ａは、ＬＥＤ２５からの光Ｌ１を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させ、その際、光軸Ａｘを含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点に略収束させるようになっている。

前方反射面４７ｂは、ＬＥＤ２５からの光を前方へ向けて後方反射面４７ａより集光度を低く拡散反射させる略楕円球面形状に形成されている。具体的には、この前方反射面４７ｂは、光軸Ａｘを含む鉛直断面が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。

ただし、これら各断面を形成する楕円の後方側頂点は同一位置に設定されており、ＬＥＤ２５はこの反射面４７ｂの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点に配置されている。これにより、反射面４７ｂは、ＬＥＤ２５からの光Ｌ２を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させ、その際、光軸Ａｘを含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点に略収束させるようになっている。
尚、前方反射面４７ｂは、リフレクタ４７の後方反射面４７ａにおける有効反射面よりも前方側に設けられており、後方反射面４７ａに対する影響を最小限とすることができる。

更に、リフレクタ４７の後方反射面４７ａと前方反射面４７ｂとの境界部に設けられた非反射平面４８ａは、ＬＥＤ２５からの直接光が入射できない略平面形状に形成されている。具体的には、この非反射平面４８ａは、該非反射平面４８ａを含む平面が、ＬＥＤ２５よりも前方において光軸Ａｘと交差するように設定されており、非反射平面４８ａにはＬＥＤ２５の直接光が入射できないように設定されている。

投影レンズ４５は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸レンズで構成されている。この投影レンズ４５は、図２に示すように、その後方側焦点Ｆがリフレクタ４７の後方反射面４７ａの第２焦点に位置するようにして光軸Ａｘ上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆを含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。

本実施形態の場合、シェード４９は、図２及び図４に示すように、投影レンズ４５の支持枠を兼ねるブロック（塊）状であり、投影レンズ４５とＬＥＤ２５との間に配置される。そして、シェード４９は、前端縁４９ｃが投影レンズ４５の後方側焦点Ｆ近傍に位置してリフレクタ４７からの反射光の一部を遮蔽することにより左側配光パターンのカットオフラインを形成すると共に、前端縁４９ｃから後方へ延びる上表面４９ａがリフレクタ４７からの反射光の一部を上方側へ反射させる。上表面４９ａには、反射面処理が施された光制御面３６が形成されている。

即ち、このシェード４９は、図２及び図４に示すように、その光制御面３６においてリフレクタ４７からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、投影レンズ４５から上向きに出射されるべき光の大半を該投影レンズ４５から下向きに出射する光Ｌ３に変換する制御を行い、これによりＬＥＤ２５からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。

具体的には、この光制御面３６は、略光軸Ａｘから車両右方向（図４中左方向）へ水平に延びる水平カットオフ形成面３７ａと、略光軸Ａｘから左方向（図４中右方向）へ斜め１５°下向きに延びる斜めカットオフ形成面３７ｂと、斜めカットオフ形成面３７ｂから左方向（図４中右方向）へ水平に延びる水平カットオフ形成面３７ｃとからなり、前端縁（すなわち光制御面３６とシェード４９の前端面４９ｂとの間の稜線）４９ｃが、投影レンズ４５の後方側焦点Ｆを通るように形成されている。

そして、ＬＥＤ２５からの出射光のうち、リフレクタ４７の後方反射面４７ａで反射した光は、その一部がシェード４９の光制御面３６に入射し、その残りはそのまま投影レンズ４５に入射する。その際、光制御面３６に入射した光は、この光制御面３６で上向きに反射して投影レンズ４５に入射し、この投影レンズ４５から下向き光Ｌ３として出射する。

なお、シェード４９の前端縁４９ｃは、投影レンズ４５の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した前端縁４９ｃは、投影レンズ４５の焦点群と一致する。すなわち、シェード４９は、前端縁４９ｃが投影レンズ４５の焦点群に沿って形成され、その前端縁４９ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。
そして、前端縁４９ｃが投影レンズ４５の後方側焦点Ｆ近傍に位置してリフレクタ４７からの反射光の一部を遮蔽することにより、左側配光パターンのカットオフラインを形成する。

そして、図５に示すように、灯具ユニット４０の前方反射面４７ｂによる拡散ゾーン形成パターンＷＺは、その上端縁に水平な自車線側のカットオフラインＣＬ１及び対向車線側のカットオフラインＣＬ３と、斜めのカットオフラインＣＬ２を有するすれ違いビームの左側通行用配光パターンである。

また、灯具ユニット４０の後方反射面４７ａによるホットゾーン形成パターンＨＺは、拡散ゾーン形成パターンＷＺと重なるようにして形成され、拡散ゾーン形成パターンＷＺよりも集光度の高いホットゾーン形成パターンである。
したがって、これら拡散ゾーン形成パターンＷＺ及びホットゾーン形成パターンＨＺは、図示したように重畳されることで、車両用灯具１００のすれ違いビーム用配光パターンＰＬを合成配光パターンとして形成している。

即ち、本実施形態に係る車両用灯具１００の車両用灯具ユニット４０によれば、リフレクタ４７の反射面が、集光系反射面から成る後方反射面４７aと拡散系反射面から成る前方反射面４７ｂとに二分割して形成されている。
そこで、後方反射面４７ａと前方反射面４７ｂの集光度をそれぞれ設定することで、すれ違いビーム用配光パターンＰＬ内におけるホットゾーン形成パターンＨＺ及び拡散ゾーン形成パターンＷＺの照度分布をそれぞれ容易に調整することができる。

その結果、ホットゾーン形成パターンＨＺの照射光量が不足して遠方視認性が低下したり、拡散ゾーン形成パターンＷＺの照射範囲が狭くなって自車直前の視認性が低下したりすることがない良好な車両用灯具１００を得ることができる。

更に、上記実施形態のリフレクタ４７の反射面は、後方の集光系反射面から前方の拡散系反射面にかけて徐々に集光度を変化させた従来のリフレクタの反射面のように、最大光度が低下してしまうことがない。

また、後方反射面４７ａと前方反射面４７ｂの境界部には、非反射平面４８ａを有する段差部４８が設けられているので、後方反射面４７ａと前方反射面４７ｂの境界部によるムラ（光のスジ）がすれ違いビーム用配光パターンＰＬ上に現れるのを防止できる。
更に、本実施形態の車両用灯具ユニット４０によれば、後方反射面４７ａが、指向性の高いＬＥＤ２５の光軸上に配置されているので、ＬＥＤ２５の直接光をすれ違いビーム用配光パターンＰＬのホットゾーン形成パターンＨＺに効率良く利用することができる。

尚、本発明の車両用灯具ユニットは、上述した実施形態の構成に何ら限定されるものではなく、その趣旨に基づいて種々の形態を採り得るものであることは云うまでもない。
例えば、上記実施形態の車両用灯具１００は、単一の灯具ユニットにより構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の灯具ユニットを灯室内に横並びに収容した構成としても良い。また、半導体発光素子もＬＥＤに限らず、半導体レーザなどを用いることもできる。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具の縦断面図である。 図１に示した灯具ユニットの要部拡大断面図である。 図２に示したリフレクタの下方斜視図である。 図２に示したシェードの上方斜視図である。 図２に示した灯具ユニットからの光照射により灯具前方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すれ違いビーム用配光パターンを透視的に示す図である。

符号の説明

２５…ＬＥＤ（半導体発光素子）
３６…光制御面
４０…灯具ユニット（車両用灯具ユニット）
４５…投影レンズ
４７…リフレクタ
４７ａ…後方反射面
４７ｂ…前方反射面
４８…段差部
４８ａ…非反射平面
４９…シェード
４９ａ…上表面
４９ｃ…前端縁
１００…車両用灯具
Ａｘ…光軸
ＣＬ…カットオフライン
ＣＬ１…自車線側のカットオフライン
ＣＬ２…斜めのカットオフライン
ＣＬ３…対向車線側のカットオフライン
Ｆ…後方側焦点

Claims (2)

1. 車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
   前記投影レンズの後方側焦点よりも後方に配置された半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子からの直接光を前方に向けて前記光軸寄りに反射させるリフレクタと、
   前記投影レンズと前記半導体発光素子との間に配置されて前記リフレクタからの反射光の一部及び前記半導体発光素子からの直接光の一部を遮蔽して配光パターンのカットオフラインを形成するシェードと、
   を備えた車両用灯具ユニットであって、
   前記リフレクタの反射面は、車両後方側の後方反射面と車両前方側の前方反射面とに二分割されており、
   前記リフレクタの後方反射面が集光度の高い集光パターンを形成する集光系反射面とされると共に、前記リフレクタの前方反射面が前記集光系反射面よりも集光度の低い拡散パターンを形成する拡散系反射面とされて、前記集光パターンと前記拡散パターンを重畳させて前記カットオフラインを有するすれ違いビーム用配光パターンを形成し、
   前記後方反射面と前記前方反射面の境界部には、前記半導体発光素子からの直接光が入射できない非反射平面を有する段差部を設けることを特徴とする車両用灯具ユニット。
2. 前記後方反射面が、少なくとも前記半導体発光素子の光軸上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具ユニット。

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