JP5544676B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

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Description

本発明は車両用前照灯に係り、特にローピーム用の配光パターンを形成するプロジェクタ型の車両用前照灯に関する。
ロービーム用の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、発光ダイオード(LED)の半導体発光素子を光源として用いたプロジェクタ型の車両用前照灯が特許文献1に開示されている。これによれば、半導体発光素子の発光面が上方に向けて配置されると共に、半導体発光素子の上側を覆うようにリフレクタが配置され、半導体発光素子から上方に向けて出射された光がリフレクタの反射面で集光させて投影レンズを介して灯具前方へと照射されるように構成されている。また、半導体発光素子から投影レンズに入射する光の一部が光制御部材(シェード)により遮蔽されてロービーム用の配光パターンが形成され、そのシェードの上端縁の反転投影像として配光パターンの明暗境界線となるカットオフラインが形成されることが開示されている。
従来、この種のプロジェクタ型の車両用前照灯では、配光パターンのカットオフラインが明瞭に現れ、カットオフラインより遠方の路面にほとんど光が照射されなくなるため、視認性が悪く、ドライバーにとって運転しづらいという問題があった。
これに対して、特許文献2では、投影レンズに凹凸を形成し、この凹凸によってカットオフラインを形成する光を拡散することによってカットオフラインをぼかし、路面遠方の視認性の向上を図ることが提案されている。
特開2003−317513号 特開2008−262755号
しかしながら、特許文献2のように投影レンズを加工することによって光を拡散すると、カットオフライン近傍の光以外にも影響を与えてしまうため、最大光度の低下やグレアの増大を招くという問題がある。
また、製造面においても、投影レンズ裏面の平面部を最後に研磨加工するガラスレンズでは、裏面に凹凸を形成することが難しいという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プロジェクタ型の車両用前照灯において、容易な加工で必要な場所に対応して適度にぼけた状態のカットオフラインを形成することができる車両用前照灯を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項に係る車両用前照灯は、光源と、前記光源からの光を前方に向けて反射させるリフレクタと、前記光源からの光を集光して前方に照射する投影レンズと、前記光源から前記投影レンズへの光の一部を遮蔽してロービーム用の配光パターンを形成する遮蔽部を有するとともに、前記配光パターンの上端における明暗境界線を示すカットオフラインを形成する前記遮蔽部の上端縁が前記投影レンズの焦点位置近傍に配置されたシェード部材と、を備え、前記シェード部材が、前記上端縁より上側を通過して前記カットオフラインの近傍に照射される光線の一部を消失させる非反射面が前記上端縁より下側の前記投影レンズ側の面に突出して形成されたことを特徴としている。
本発明によれば、シェード部材のカットオフラインを形成する上端縁より下側の投影レンズ側の面に、上端縁の上側を通過する光線の一部を消失させる非反射面を形成したため、カットオフラインより下側を照射する光線の一部が消失してカットオフライン近傍の鉛直方向の照度勾配を緩やかにし、カットオフラインを適度にぼかすことができる。また、投影レンズを加工する必要がなく、シェード部材を加工するだけなので製造が容易であるとともに、カットオフライン付近以外の配光への影響も少ない。つまり、必要な場所だけ加工を施しやすい。
請求項に係る車両用前照灯は、請求項に記載の発明において、前記非反射面は、R形状であることを特徴としている。本発明のようにシェード部材の上記非反射面をR形状で形成することによってカットオフラインを適度にぼかすことができるとともに、技術的にも容易に反射面を形成することができる。
請求項に係る車両用前照灯は、請求項、又は、に記載の発明において、前記非反射面は、前記上端縁の一部の範囲のみに形成されることを特徴としている。本発明は、カットオフラインを必要な部分のみぼかすようにした態様である。
本発明によれば、容易な加工で必要な場所に対応して適度にぼけた状態のカットオフラインを形成することができる。
本発明が適用されたプロジェクタ型の車両用前照灯の概略構成を示した鉛直断面図。 図1におけるシェードを前方斜め上からの視点で示した斜視図。 図1の車両用前照灯により例えば25m先の仮想鉛直スクリーンに形成される配光パターンを示した図。 同図(A)、(B)は、図1における本実施の形態のシェードと従来のシェードの鉛直断面図。 本実施の形態のシェードと従来のシェードとを用いた車両用前照灯においてカットオフライン近傍で得られる配光の光度を鉛直方向の角度に対して示した図。 シェードを前方斜め上からの視点で示した斜視図であり、必要な範囲のカットオフラインのみをぼかすようにした態様を示した図。 図6のシェードにおける配光パターンの説明に使用した図。 本発明が適用されたプロジェクタ型の車両用前照灯の他の実施の形態の概略構成を示した鉛直断面図。 同図(A)、(B)は、図8における他の実施の形態のシェードと従来のシェードの鉛直断面図。 図8の実施の形態のシェードと従来のシェードとを用いた車両用前照灯においてカットオフライン近傍で得られる配光の光度を鉛直方向の角度に対して示した図。 図8の実施の形態の車両用前照灯により例えば25m先の仮想鉛直スクリーンに形成される配光パターンを示した図。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る車両用前照灯具を実施するための形態について詳細に説明する。
図1は、本発明が適用されたプロジェクタ型の車両用前照灯の第1の実施の形態の概略構成を示した鉛直断面図である。同図における車両用前照灯10は、自動車等の車両前端に設置されるロービーム用のヘッドライトであり、半導体光源12、リフレクタ14、投影レンズ16、シェード18とを備えている。
半導体光源12は、例えば、白色に発光する発光ダイオード(LED)であり、発光面を上側やや後方に向けて支持部材19に支持されている。尚、半導体光源12として、レーザーダイオード(LD)等の他の種類の半導体発光素子を用いてもよい。
リフレクタ14は、半導体光源12の上面側を覆うようにして設けられており、リフレクタ14の内側に、鉛直断面形状が略楕円形状であり、水平断面形状が楕円を基本とした自由曲面形状である反射面14aが設けられている。そして、その反射面14aの後側焦点(第1焦点)が半導体光源12の略中心位置となるように配置されており、半導体光源12から出射されてリフレクタ14の反射面14aで反射した光が、反射面14aの前側焦点(第2焦点)寄りに集光されて投影レンズ16に入射するようになっている。
投影レンズ16は、半導体光源12から直接的に入射した光、リフレクタ14の反射面14aで反射して入射した光、及び、後述のシェード18の水平板部18aで反射して入射した光を集光して灯具前方へ向けて出射し、後側焦点Fを含む焦点面上の像を反転像として灯具前方に投影する。また、投影レンズ16の後側焦点Fは、リフレクタ14の反射面14aの前側焦点(第2焦点)の位置に略一致するように配置されている。
シェード18は、リフレクタ14の反射面14aで反射して前方に向う光の一部を遮蔽してロービーム用(すれ違い光用)の配光パターンを形成するもので、水平板部18aと鉛直板部18bとから形成されている。水平板部18aの上側表面には光を反射させるための表面処理(アルミ蒸着、銀塗装等)が施されており、水平板部18aに入射した光も前方に反射されるようになっている。
また、詳細は後述するが、シェード18の水平板部18aの上側表面と鉛直板部18bの前側表面が交差する上端縁18cは、ロービーム用の配光パターンの上端に明暗境界線であるカットオフラインを形成する作用を有しており、その上端縁18cの近傍位置に投影レンズ16の後側焦点Fが配置されるようになっている。
以上の如く構成された車両用前照灯10によれば、半導体光源12から出射された光が、直接的に、又は、リフレクタ14の反射面14a等で反射して、シェード18の上端縁18cの上側を通過して投影レンズ16に入射する。そして、ロービーム用の配光パターンを形成する光として投影レンズ16から灯具前方へと照射される。
続いて、上記シェード18の構成について詳説する。シェード18は、灯具前方斜め上からの視点で示すと、図2のように鉛直板部18bの前面18b1と、水平板部18aの上面18a1の先端となる上端縁18cが、真上から見たときに焦点面に沿って略円弧状に形成されている。即ち、上端縁18c上の点を通る光線が配光パターンにおけるカットオフライン上に照射されるような位置に上端縁18cが配置されている。
また、同図において右側の上端縁18c1は、左側の上端縁18c2よりも高い位置となるように、それらの間の上端縁18c3の部分で水平板部18aに段差が形成されている。これにより、図3(a)に示すように上記車両用前照灯10により形成される配光パターンPLには、灯具正面方向の消点であるH−V点より右側において、灯具正面の高さを示すHラインよりも下側(灯具前後方向の水平角度(0度)に対して約0.57度下向き方向となる高さ)に水平方向の水平カットオフラインCL1が上端縁18c1に対応して形成され、H−V点より左側において、H−V点から斜め方向に立ち上がる斜めカットオフラインCL3と、Hラインと略等しい水平カットオフラインCL2とが各々上端縁18c3、18c2に対応して形成されるようになっている。
また、上記シェード18は、図4(A)の鉛直断面図にも示すように、その上端縁18cよりも鉛直板部18bの前面18b1が全体的に灯具前方側に突出し、上端縁18c(水平板部18aの上面18a1)と鉛直板部18bの前面18b1との交差部分において、R形状(円弧状)のR面20が形成されている。このR面20は、水平板部18aの上面18a1と同様に光を反射する表面処理が施されており、上端縁18cの近傍を通過する光の一部を拡散し、配光パターンPLのカットオフラインCL1〜CL3に対して適度なぼかし効果を与えている。
図4(A)の本実施の形態のシェード18のR面20が配光パターンPLのカットオフラインCL1〜CL3に適度なぼかし効果を与える原理を、図4(B)の鉛直断面図に示す従来のシェード24の形状と比較して説明する。図4(B)に示すにように従来のシェード24は、水平板部24aの上面24a1と鉛直板部24bの前面24b1が略直交し、それらの面が交差する稜線が、上面24a1の先端であり、カットオフラインを形成する上端縁24cを形成している。
ここで、図4(A)の本実施の形態のシェード18と、図4(B)の従来のシェード24において、各々の上端縁18c、24cと、投影レンズ16の焦点Fの位置とが一致しているものとし、各々の上端縁18c、24cよりも少し上側(距離d)の点Mを通過する3つの光線A〜Cに着目する。光線Aは、半導体光源12から出射されてリフレクタ14の反射面14aで反射した光のうち、水平に対して斜め下向きに大きく傾斜した角度で点Mを通過する光線であり、光線Bは水平に近い角度で点Mを通過する光線である。光線Cは、シェード18の水平板部18aの上面18a1で反射して点Mを通過する光線である。
このとき、光線B、Cは、本実施の形態のシェード18と従来のシェード24のいずれも同じように、点Mを通過した後、シェード18、24に接することなく投影レンズ16へと入射する。そして、これらの光線B、Cは、シェード18の上端縁18cと、シェード24の上端縁24cを通過する光線が照射されるカットオフラインの角度方向の位置(0度方向のHライン上の位置)よりも下側の略同一角度方向の位置に向けて投影レンズ16から出射される。
一方、光線Aは、従来のシェード24では光線B、Cと同様に点Mを通過した後、シェード24に接することなく投影レンズ16へと入射し、光線B、Cと略同一角度方向の位置に向けて投影レンズ16から出射される。
これに対して、本実施の形態のシェード18では、光線Aは点Mを通過した後、R面20に接触し、R面20によって前方上向きに反射される。これによって、この光線Aは、上端縁18cよりも下側から投影レンズ16に入射した光線として(上端縁18cの下側を通過した光線の経路を通る光線として)、投影レンズ16から出射されるため、上端縁18cを通過する光線が照射されるカットオフラインの角度方向の位置よりも上側の角度方向の位置に向けて投影レンズ16から出射される。
このように本実施の形態のシェード18において、上端縁18cと点Mとの距離dが近いほど、点Mを通過する光線の方向が水平に対して小さい角度でもR面20で反射されることになるため、カットオフライン近傍に照射される光線に対してR面20の作用が大きく働く。
図5は、本実施の形態のシェード18を用いた場合と、従来のシェード24を用いた場合とにおいて、カットオフライン近傍で得られる配光の光度を鉛直方向の角度に対して示したものである。同図において点線は従来のシェード24により得られる光度を示し、カットオフラインの角度方向(0度)の近傍において、光度の傾き(照度勾配)が急峻となっている。
一方、同図において実線は本実施の形態のシェード18により得られる光度を示し、カットオフラインの角度方向(0度)の近傍において、従来のシェード24よりも光度の傾き(照度勾配)が緩やかになっている。即ち、従来のシェード24においてカットオフラインよりも下向きの角度方向に照射されていた光線の一部が、本実施の形態のシェード18では、カットオフラインよりも上向きの角度方向に照射されるため、従来のシェード24の光度分布においてカットオフライン(0度)より下側の角度範囲の光度が低減し、上側の角度範囲の光度が増加した光度分布が本実施の形態のシェード18により得られる光度分布となる。従って、本実施の形態のシェード24で得られるカットオフライン近傍の光度分布(照度勾配)が、同図のように緩やかになる。これによって、カットオフラインの適度なぼかし効果が得られる。
また、上記説明では、シェード18(24)の上端縁18c(24c)が投影レンズ16の焦点Fに一致しているものとしたが、これらが一致していない場合であっても上記説明と同様の作用により、シェード18の上端縁18cにより形成されるカットオフラインに対して、上端縁18cの前側に形成されたR面20によってぼかし効果が得られる。従って、シェード18の上端縁18cの全体に対してR面20を形成することによって、図3(B)のように配光パターンPLのカットオフラインCL1〜CL3の上側に、R面20で拡散反射された光が照射される拡散範囲Pが形成され、カットオフラインCL1〜CL3の適度なぼかし効果が得られる。
尚、規格によっては(例えば、欧州での規格)、灯具正面(H−V点)付近では、対向車や歩行者に幻惑を与えないようにするために最高照度が規定されており、図3(A)のような配光パターンPLにおいて高照度となる中央部付近のカットオフラインに対しても上記R面20によってぼかし効果を与えるようにすると、R面20で拡散した光が、灯具正面(H−V点)付近の照度を増加させてしまい、規定された最高照度を超えてしまう恐れがある。
そこで、そのような領域のカットオフラインに対応するシェード18の上端縁18cには、R面20を形成しないようにし、又は、配光への影響の小さい(例えば曲率半径の小さい)R面を形成するようにすると上記問題は生じない。また、R面20は、必要な範囲(例えば、欧州規格においてカットオフラインの照度勾配が規定されている部分であって、灯具正面から対向車側に2.5度となるカットオフラインの位置)に対してのみに形成するようにしてもよい。図6は、図2と同様にシェード18を灯具前方斜め上からの視点で見たときの斜視図であり、図6では、上記のような事情を考慮して、シェード18の左右方向に対する中心位置(上端縁18c2と18c3の交点)に対して右側の1mmから4mmの間の上端縁18cの範囲に曲率半径の大きなR面20が形成され、その他の上端縁18cの範囲で曲率半径の小さいR面22が形成されている態様を示している。これによって、図7の配光パターンの図に示すように、R面20が形成された範囲に対応するカットオフラインCL1上の範囲Aに対してのみぼかし効果が与えられる。尚、図6において、曲面22′の範囲はR面20からR面22に徐々に曲率を変化させる除変Rで形成されており、このような除変Rの曲面を利用することによって位置に応じてカットオフラインをぼけさせる程度を調整することも可能である。
次に、本願発明が適用された車両用前照灯の他の実施の形態(第2の実施の形態)を図8の鉛直断面図に示す。同図の車両用前照灯30は、HID(High Intensity Discharge)やフィラメントを光源32とするHIDバルブやハロゲンバルブ等の光源バルブ33を使用したプロジェクタ型の車両用前照灯であり、その光源32と、光源32からの光を前方に反射させるから出射された光のうち、後方に向けて出射された光がリフレクタ34の反射面34aにより前方中央付近に向けて反射され、投影レンズ36を介して灯具前方に照射されるようになっている。尚、リフレクタ34の反射面34aは、例えば、垂直断面が略楕円形状であり、水平断面が楕円を基本とした自由曲面形状となっている。
また、本実施の形態の車両用前照灯30においても図3(a)に示したロービーム用の配光パターンと同様の配光パターンが形成されるようになっており、投影レンズ36の後方には、光源32からの光の一部を遮蔽するシェード38が配置されている。このシェード38の上端面38aの前側の縁(上端縁38c)は、投影レンズ36の後側焦点Fの位置、又は、その近傍に配置されており、配光パターンPLの上端のカットオフラインCL1〜CL3を形成している。
このような車両用前照灯30において、シェード38には、一般的に、アルミダイキャスト製やSPC(Steel Plate Cold:冷間圧延鋼板)製のシェードが用いられており、図1で示した実施の形態のシェード18のような光を反射させるための表面処理が施されておらず、光を消失させる。
このような場合においても、シェード38の上端縁38cよりも前面38bを全体的に灯具前方に突出させ、上端縁38c(上端面38a)と前面18b1との交差部分において、R形状(円弧状)のR面を形成することによって、カットオフラインを適度にぼかすことができる。
図9(A)は、本実施の形態のシェード38の縦断面を示し、図9(B)は、従来のシェード44の縦断面を示す。図9(B)に示すように従来のシェード44は、上端面44aと前面44bとが略直交し、それらの面が交差する稜線が、上端面44aの先端であり、カットオフラインを形成する上端縁44cとなる。
一方、図9(A)に示すように本実施の形態のシェード38は、上端面38aよりも前面38bが全体的に灯具前方に突出し、上端縁38c(上端面38a)と前面38bとの交差部分において、R形状(円弧状)のR面40が形成されている。
ここで、図9(A)の本実施の形態のシェード38と、図9(B)の従来のシェード44において、各々の上端縁38c、44cと、投影レンズ36の焦点Fの位置とが一致しているものとし、各々の上端縁38c、44cよりも少し上側(距離d)の点Mを通過する3つの光線A〜Cに着目する。光線Aは、光源32から出射されてリフレクタ34の反射面34aで反射した光のうち、水平に対して斜め下向きに大きく傾斜した角度で点Mを通過する光線であり、光線Bは、リフレクタ34の反射面34aで反射した光、又は、光源32からの直接出射された光である。光線Cは、シェード38の上端面38aで反射したと仮定した場合に点Mを通過する光である。
このとき、光線Bは、本実施の形態のシェード38と従来のシェード44のいずれも同じように、点Mを通過した後、シェード38、44に接することなく投影レンズ36へと入射する。そして、光線Bは、シェード38の上端縁38cと、シェード44の上端縁44cを通過する光線が照射されるカットオフラインの角度方向の位置(0度方向のHライン上の位置)よりも下側の略同一角度方向の位置に向けて投影レンズ36から出射される。光線Cは、本実施の形態のシェード38と従来のシェード44のいずれも同じように反射することなく、消失する。
また、光線Aは、従来のシェード44では光線Bと同様に点Mを通過した後、シェード44に接することなく投影レンズ36へと入射し、光線Bと略同一角度方向の位置に向けて投影レンズ36から出射される。
これに対して、本実施の形態のシェード38では、光線Aは点Mを通過した後、R面40に接触し、R面40で消失する。従って、本実施の形態のシェード38では、従来のシェード44と比べて、カットオフライン近傍に照射される光がR面40によって低減されている。
図10は、本実施の形態のシェード38を用いた場合と、従来のシェード44を用いた場合とにおいて、カットオフライン近傍で得られる配光の光度を鉛直方向の角度に対して示したものである。同図において点線は従来のシェード44により得られる光度を示し、カットオフラインの角度方向(0度)の近傍において、光度の傾き(照度勾配)が急峻となっている。
一方、同図において実線は本実施の形態のシェード38により得られる光度を示し、カットオフラインの角度方向(0度)の近傍において、従来のシェード44よりも光度の傾き(照度勾配)が緩やかになっている。即ち、従来のシェード44においてカットオフラインよりも下向きの角度方向に照射されていた光線の一部が、本実施の形態のシェード38では、R面40によって吸収されるため、同図のように照度勾配が緩やかになる。これによって、カットオフラインの適度なぼかし効果が得られる。
また、上記説明では、シェード38(44)の上端縁38c(44c)が投影レンズ36の焦点Fに一致しているものとしたが、これらが一致していない場合であっても上記説明と同様の作用により、シェード38の上端縁38cにより形成されるカットオフラインに対して、上端縁38cの前側に形成されたR面40によってぼかし効果が得られる。従って、シェード38の上端縁38cの全体に対してR面40を形成することによって、図11のように配光パターンPLのカットオフラインCL1〜CL3の下側に、R面40で吸収された光によって照度が低下した吸収範囲P′が形成され、カットオフラインCL1〜CL3の適度なぼかし効果が得られる。
尚、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に灯具正面(H−V点)付近のカットオフラインに対応する上端縁38cの範囲を除く範囲や、必要な範囲(一部の範囲)のみにR面40を設けるようにしてもよい。
以上、上記実施の形態(第1及び第2の実施の形態)では、シェード18、38の上端縁18c、38cより下側前方(下側の投影レンズ側)に突出するR形状(円弧上)のR面20、40を形成(一体形成)するようにしたが、シェード18、38の上端縁18c、38cの全範囲にR面20、40を形成してもよいし、一部の範囲(必要な範囲)にのみR面20、40を形成するようにしてもよい。
また、R面20、40としたものは必ずしもR形状(円弧状)でなくてもよく、例えば、徐々に曲率が変化するような形状、放物形状、楕円形状、直線(平面)、凹面等の他の形状の面であってもよく、カットオフラインを形成するシェード18、38の上端縁18c、38cより下側前方に突出して面を形成し、上端縁18c、38cより上側を通過する光線の一部に対して上記説明のような作用を生じさせるものであれば、面形状は特定のものに限定されない。
また、上記第2の実施の形態のシェード38におけるR面40のように、第1の実施の形態のシェード18におけるR面20についても光を反射しない非反射面としてもよい。
また、本発明は、プロジェクタ型の車両用前照灯であり、ロービーム用の配光パターンのカットオフラインを形成するシェードを有するものであれば全てに適用できる。
10、30…車両用前照灯、12…半導体光源、14、34、…リフレクタ、16、36…投影レンズ、18、38…シェード、18a…水平板部、18b…鉛直板部、18c、38c…上端縁、19…支持部材、20、40…R面、32…光源

Claims (3)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を前方に向けて反射させるリフレクタと、
    前記光源からの光を集光して前方に照射する投影レンズと、
    前記光源から前記投影レンズへの光の一部を遮蔽してロービーム用の配光パターンを形成する遮蔽部を有するとともに、前記配光パターンの上端における明暗境界線を示すカットオフラインを形成する前記遮蔽部の上端縁が前記投影レンズの焦点位置近傍に配置されたシェード部材と、を備え、
    前記シェード部材が、前記上端縁より上側を通過して前記カットオフラインの近傍に照射される光線の一部を消失させる非反射面が前記上端縁より下側の前記投影レンズ側の面に突出して形成されたことを特徴とする車両用前照灯。
  2. 前記非反射面は、R形状であることを特徴とする請求項の車両用前照灯。
  3. 前記非反射面は、前記上端縁の一部の範囲のみに形成されることを特徴とする請求項、又は、の車両用前照灯。
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