JP5442463B2

JP5442463B2 - 車両用ヘッドランプ

Info

Publication number: JP5442463B2
Application number: JP2010003564A
Authority: JP
Inventors: 隆之八木
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: EP2525141A4; EP2525141A1; CN102713420B; EP2525141B1; WO2011086969A1; CN102713420A; JP2011146133A

Description

本発明は自動車等の車両の前照灯に関し、特にＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子を光源に用いたヘッドランプ（前照灯）に関するものである。

ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源に用いた自動車のヘッドランプとして既に種々のものが提案されているが、近年この種ヘッドランプのさらなる小型化や軽量化が要求されている。このような要求に対応するためにＣＰＣ（Compound Parabolic Concentrator：複合放物面反射鏡）を用いてヘッドランプを構成することが考えられている。このＣＰＣは特許文献１にも記載されているように、稜線が放物線ないしはこれに近い形状をした円錐筒型のリフレクタとして構成されており、小径の後端開口内にＬＥＤを配設し、ＬＥＤから出射した光をＣＰＣの内面で反射させ、大径の前端開口から出射させるようにしたものである。このＣＰＣを用いることにより、ＬＥＤから出射した光を高い効率で投射することができるようになり、全体を小型化しても光度の高い照明を実現することが可能になる。

特開２００７−２３５０７９号公報

本発明者がこのようなＣＰＣを用いて自動車のヘッドランプを構成したところ、ＣＰＣの反射特性により光軸を中心にした所定の領域に対して高い光度で光を照射することが可能とされ、小型化と軽量化の目的を達成する上では有効であった。しかし、ＣＰＣによる光の放射特性は集光性が高くかつ均一特性であるため、ＣＰＣから投射される光をレンズを透して投射するように構成した場合でも光の照射領域は円形配光になるとともに、照射領域と非照射領域との境界に円形をした明確な明暗境界部が生じ易い。そのため、このＣＰＣを用いて自動車のロービーム配光を構成しようとする場合に、上下方向に狭く、左右方向に広い配光を得ることが難しいとともに、明暗境界部をいわゆる照射領域の上縁に沿ったカットラインとして利用することが難しく、明暗境界部が自車の直前領域にも生じてしまい、当該明暗境界部よりも自車側の領域の照明が不十分なものになり、自動車のヘッドランプとして適用するにはこれらの点で解決すべき課題があることが明らかになった。

本発明の目的はＣＰＣ、またはこれに近い形状をしたリフレクタを用い、車両の前方照明用として好適な配光を得ることが可能な小型かつ軽量な車両用ヘッドランプを提供するものである。

本発明は、前端開口が後端開口よりも大きな寸法をした角錘筒型に形成されたリフレクタと、このリフレクタの後端開口に配設される発光素子と、リフレクタの前端開口に対向配置される投影レンズとで構成され、リフレクタは軸方向の断面がそれぞれ発光素子を焦点とする放物線形状をした上下、左右の反射面で構成され、前端開口から出射される光は左右方向の出射角度が上下方向の出射角度よりも大きくなるように構成され、リフレクタの上反射面には前端縁から後方に向けて切欠きが形成されることを特徴とする。

本発明において、リフレクタの下反射面の前端縁はロービーム配光のカットオフラインに対応した形状に形成され、投影レンズの後側焦点は当該前端縁の近傍位置に配置された構成とすることが好ましい。

本発明によれば、上下方向よりも左右方向に照射範囲の広い配光パターンでの照明が可能になり、車両の前方を照明するのに適した配光のヘッドランプが構成できる。特に、リフレクタの下反射面の前端縁をカットオフラインに対応した形状とし、投影レンズの後側焦点を当該前端縁の近傍に配置することで、所要のカットオフラインを有するロービーム配光が可能なヘッドランプが構成できる。さらに、リフレクタの上反射面に切欠きを形成することで、近前方の照明に明確な明暗境界が生じることなく光度が抑制されて光度勾配が緩和された配光のヘッドランプが構成できる。

本発明の実施形態のランプユニットのランプ光軸に沿った縦断面図。ランプユニットの要部の外観斜視図。リフレクタの拡大斜視図と正面図。リフレクタの垂直断面図と水平断面図及び光路図。ロービーム配光とハイビーム配光のパターン図。切欠きの変形例を示す平面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を自動車のヘッドランプ、特にロービーム配光のヘッドランプに適用した実施形態の概略構成を示すランプ光軸に沿った縦断面図である。図には示していないが容器状をしたランプボディと、このランプボディの前面開口に取着した透明な前面カバーとでランプハウジングが構成され、このランプハウジング内に図１に示すランプユニットＬＵが内装されている。ランプユニットＬＵは光源１とリフレクタ２と投影レンズ３とを備えて構成されており、光源か１ら出射した光をリフレクタ２で反射し、さらに投影レンズ３で屈折して前面カバーを透して自動車の前方領域に向けて照射するように構成されている。この投影レンズ３は光を集光する機能を有しているが、ここでは上下方向に集光する機能を有し、左右方向は拡散する機能を有するシリンドリカルに近い形状のレンズとして構成している。

図２はランプユニットＬＵの要部の外観斜視図であり、図１及び図２を参照すると、金属板等で構成されるユニットベース４を備えており、このユニットベースの後側壁４１に前記光源１が支持され、後側水平壁４２上にリテーナ４３によりリフレクタ２が支持されている。また、ユニットベース４の前側水平壁４４に前記投影レンズ３がレンズ枠４５により支持されている。ユニットベース４の後側壁４１の後面には光源１で発生した熱を放熱するためのヒートシンク４６が一体に設けられている。前記光源１はＬＥＤで構成されているが、ここでは発光面が矩形をした面発光型のＬＥＤで構成されている。前記リフレクタ２は、図３（ａ）に拡大斜視図を示すように、正面から見て上下、左右の各４面の反射面２ｕ，２ｄ，２ｌ，２ｒを備え、前端開口２１が後端開口２２よりも大きな寸法をした角錘筒型に形成されており、当該後端開口２２はＬＥＤ１の外形寸法にほぼ等しく形成されるとともに前記ＬＥＤ１が取着されている。前記投影レンズ３は凸レンズで構成されており、前記リフレクタ２の前端開口２１に対向されている。

前記リフレクタ２２について詳細に説明すると、正面から見て上下寸法よりも左右寸法が大きな横長の長方形に形成されている。このリフレクタ２を構成している上下の２つの反射面２ｕ，２ｄはリフレクタ２の中心軸、すなわちリフレクタ光軸Ｒｘに対して線対称であり、垂直方向に切断したときの形状は図４（ａ）に示すように、いずれも放物線として形成されている。そして、上反射面２ｕは後側開口２２の下縁を焦点Ｆｕとする放物線として形成され、下反射面２ｄは後側開口２２の上縁を焦点Ｆｄとする放物線として形成され、それぞれ水平左右方向に反射面を延長した構成とされている。また、左右の２つの反射面２ｌ，２ｒは同じくリフレクタ光軸Ｒｘに対して線対称で水平方向に切断したときの形状は図４（ｂ）に示すように、いずれも放物線として形成されている。そして、左反射面２ｌは後側開口２１に配設されるＬＥＤ１の右端部を焦点Ｆｌとする放物線として形成され、右反射面２ｒはＬＥＤ１の左端部を焦点Ｆｒとする放物線として形成され、それぞれ垂直上下方向に反射面を延長した構成とされている。また、左右の反射面２ｌ，２ｒはリフレクタ光軸Ｒｘに対する傾き角が大きく、後述するようにＬＥＤ１からの光を反射したときには上下の反射面２ｕ，２ｄよりも大きな角度で反射するように構成されている。

前記リフレクタ２は、図３（ｂ）に前記前端開口２１の正面から見たときに、下反射面２ｄの前端縁が左右方向のほぼ中心位置を境にして右縁部ｒが左縁部ｌよりも低くなるように左右縁部の高さが異なる高さで形成されるとともに、この中央位置を含む中央縁部ｃは左上がりの斜めに傾斜されている。この中央縁部ｃの傾斜形状により、下反射面２ｄの左右方向中央位置には前端開口２１から後方に向けてリフレクタ光軸Ｒｘに沿って延びる段部２ｄｄが形成されることになる。これはロービーム配光での照明を行うときの、いわゆるカットオフラインを構成することになる。さらに、前記リフレクタ２の上反射面２ｕには前端開口２１から後方に向けて円弧状の切欠き２３が形成されている。この切欠き２３の形状、寸法は後述する説明から判るように設計しようとするロービーム配光の配光特性に従って決められることになる。

その上で、前記ＬＥＤ１は発光面の中心が前記リフレクタ光軸Ｒｘと一致するようにして前記リフレクタ２の後端開口２２内に配置されている。また、前記投影レンズ３はレンズ中心軸、すなわちレンズ光軸が前記リフレクタ光軸Ｒｘに対して垂直下方に平行にずれる位置に設定されるとともに、投影レンズ３の後側焦点Ｆｐは前記リフレクタ２の前端開口２１の下反射面２ｄの前端縁の前記中央縁部ｃに一致、ないしほぼ一致するように配置されている。なお、このレンズ光軸はランプユニットのランプ光軸Ｌｘとなる。

この構成のランプユニットＬＵによれば、図４（ｂ）に水平方向の光路を示すように、ＬＥＤ１が発光するとＬＥＤ１の発光面から出射した光の一部は左反射面２ｌと右反射面２ｒにそれぞれ投射され、これら左反射面２ｌと右反射面２ｒは後端開口２２のＬＥＤ１の左右端部Ｆｌ，Ｆｒを焦点とする放物面として構成されているので、それぞれ平行光束となって反射され、リフレクタ２の前端開口２１から投影レンズ３に向けて出射される。またＬＥＤ１から出射した光の他の一部は直接光として前端開口２１を通って投影レンズ３に向けて出射される。リフレクタ２のリフレクタ光軸Ｒｘに沿った方向の長さと前端開口２１の左右方向の開口寸法を適切に設計することで、前記反射光が出射する角度θ２と前記直接光が出射する角度θ２１を等しくすることができる。これにより、これらの光は入射角がθ２（＝θ２１）以内の光束として投影レンズ３に入射され、ここで屈折されて前方に向けて投射されるため、当該入射角θ２と投影レンズ３の焦点距離や屈折率等によって計算される水平広がり角度の照明光となる。例えば、左右それぞれ４５°の領域に照射される。

一方、図４（ａ）に垂直方向の光路を示すように、ＬＥＤ１の発光面から出射した光の一部は上反射面２ｕと下反射面２ｄにそれぞれ投射され、これら上反射面２ｕと下反射面２ｄは後端開口２２の下縁と上縁をそれぞれ焦点Ｆｕ，Ｆｄとした放物面であるので、それぞれ平行光束となって反射され、リフレクタ２の前端開口２１から投影レンズ３に向けて出射される。またＬＥＤ１から出射した光の他の一部は直接光として前端開口２１を通って投影レンズ３に向けて出射される。リフレクタ２のリフレクタ光軸Ｒｘに沿った方向の長さと前端開口２１の上下方向の開口寸法を適切に設計することで、前記反射光が出射する角度θ１と前記直接光が出射する角度θ１１を等しくすることができる。これにより、これらの光は入射角がθ１（＝θ１１）以内の光束として投影レンズ３に入射され、ここで屈折されて前方に向けて投射される。例えば、上下それぞれ２２°の領域に照射される。しかし、上反射面２ｕには前端開口２１から後方に向けて前記切欠き２３が形成されているため、この切欠き２３を通過する光はθ１よりも大きな入射角θ１２で出射され、投影レンズ３の上部領域に入射されることになる。

リフレクタ２の前端開口２１から出射される光は投影レンズ３によって前方に照射されて所定の配光パターンを形成することになるが、前端開口２１から出射された光のうち配光パターンの上限領域の光、すなわち投影レンズ３によって上下反転される前のリフレクタ２の下反射面２ｄの前端縁に沿って出射される光は、前端縁の左右縁部ｒ，ｌの高さが相違しかつ中央縁部ｃが傾斜された形状であり、しかもこの前端縁は投影レンズ３の後側焦点ｆｐの近傍位置に配置されているので、この前端縁の形状に対応した光パターンとして投影レンズ３のレンズ光軸上、換言すればランプ光軸Ｌｘ上に照射されることになる。これにより、図５（ａ）に配光パターンを示すように、上限の明暗境界は前端縁の形状に対応したカットオフラインＣＯＬを有するロービーム配光パターンＬｏが形成されることになる。

また、前端開口２１から出射された光のうち投影レンズ３の上部領域に入射される光、すなわちリフレクタ２の上反射面２ｕの前端縁に沿って出射される下反射面２ｄで反射した光及びＬＥＤ１から上方に向けて出射された直接光は、前端縁に切欠き２３が形成されているため、この切欠き２３を通して上方に向けて出射され、前記入射角θ１よりも大きな角度θ１２で投影レンズ３の上部領域に入射される。この切欠き２３を通過した光は投影レンズ３によってレンズ光軸、すなわちランプ光軸Ｌｘの下側の領域に照射されることになり、図５（ａ）に示したロービーム配光パターンＬｏの下側の照明領域、すなわち車両の近前方領域をより車両の近前方領域Ａｎまで拡大するとともに、明暗境界が強調されることなく明るさの勾配が緩和された配光パターンが形成される。

このように実施形態のランプユニットＬＵで得られるロービーム配光パターンＬｏは、上下方向には狭く、左右方向には広い領域を照明する車両の前方照明に好適な配光となる。また、遠前方領域を照明するランプ光軸Ｌｘの近傍領域では明暗境界が明確な所要のカットオフライン形状となり、近前方領域を照明する下側領域は明るさの勾配が緩和されしかも広い範囲にわたる照明となる。これにより、遠前方領域を明るく照明する一方で先行車や対向車に対する眩惑を防止し、近前方領域は過度に明るくない適切な明るさで広い範囲にわたって照明することができ、好適なロービーム配光を得ることが可能になる。そして、このランプユニットＬＵでは、ＬＥＤ１から出射した光の全てがロービーム配光に利用され、光の利用効率を高めることができるので、小型あるいは低消費電力のＬＥＤを用いても高い光度で照明を行う配光パターンを得ることができる。また、ロービーム配光パターンを得るためのシェードが不要であり、ランプユニットの小型化、軽量化が実現できる。

ここで、リフレクタ２の下反射面２ｄの前端縁の形状は実施形態の形状に限られるものではなく、図示は省略するが前端縁の左右中心位置よりも左側の左縁部を単純に傾斜した形状にしてもよい。この場合には図５（ｂ）のように、ランプ光軸Ｌｘよりも左側領域が斜め左上方に傾斜したカットオフラインＣＯＬを有するロービーム配光パターンＬｏ２が得られる。

また、リフレクタ２の上反射面２ｕに形成する切欠きは実施形態の円弧状に限られるものではなく、図６（ａ）に平面図を示すような矩形の切欠き２３Ａ、あるいは図６（ｂ）のように三角形の切欠き２３Ｂにしてもよく、近前方を照明する際の光度や広さに応じて適宜な形状に設計できる。また、図６（ｃ）のように、中央領域の切欠き量を少なくした切欠き２３Ｃにしてもよい。特に、この図６（ｃ）の切欠き２３Ｃの場合には、図５（ａ）に破線で示す自車の直前領域Ａｎｎの照射光度を幾分低下させ、当該直前領域Ａｎｎが明る過ぎることによる視認性の低下を防止する。特に、雨天時等における路面反射光による視認性の低下や他車の眩惑防止に有利になる。

実施形態ではロービーム配光に適用した例を示しているが、リフレクタ２の下反射面２ｄの前端縁の形状を単純な直線形状にするとともに、投影レンズ３の後側焦点Ｆｐの位置を適宜に調節することで、図５（ｂ）に配光パターンを示すように、ランプ光軸Ｌｘよりも上方領域を含み、上縁領域カットオフラインが存在しないハイビーム配光Ｈｉを実現することも可能である。この場合でもリフレクタ２の上反射面２ｕに切欠き２３を形成すれば、近前方領域Ａｎは明暗境界が生じない明るさ勾配の緩和した照明が可能になる。

本発明における発光素子はＬＥＤに限定されるものではなく、レーザダイオード等の半導体発光素子であれば本発明のヘッドランプの光源として適用することが可能である。

本発明は発光素子を光源とした小型のヘッドランプに採用することが可能である。

１光源（ＬＥＤ）
２リフレクタ
３投影レンズ
４ユニットベース
２１前端開口
２２後端開口
２３切欠き
２ｕ上反射面
２ｄ下反射面
２ｒ右反射面
２ｌ左反射面
Ｒｘリフレクタ光軸
Ｌｘランプ光軸（レンズ光軸）

Claims

前端開口が後端開口よりも大きな寸法をした角錘筒型に形成されたリフレクタと、このリフレクタの後端開口に配設される発光素子と、前記リフレクタの前端開口に対向配置される投影レンズとで構成され、前記リフレクタは軸方向の断面がそれぞれ前記発光素子を焦点とする放物線形状をした上下、左右の反射面で構成され、前記前端開口から出射される光は左右方向の出射角度が上下方向の出射角度よりも大きくなるように構成され、前記リフレクタの上反射面には前端縁から後方に向けて切欠きが形成されていることを特徴とする車両用ヘッドランプ。
前記リフレクタの下反射面の前端縁はロービーム配光のカットオフラインに対応した形状に形成され、前記投影レンズの後側焦点は当該前端縁の近傍位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドランプ。
前記リフレクタ、発光素子及び投影レンズは一体的に組み立てられてランプユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドランプ。