JP5574411B2 - 車両用灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を光源とする車両用灯具ユニットに関する。

近年、発光ダイオードなどの半導体発光素子を光源とする車両用灯具ユニットが多く採用されている。ところが、半導体発光素子は、放電バルブやハロゲンバルブ等に比してその光源光束が小さいので、例えば特許文献１に記載されている車両用照明灯具のように、複数の車両用灯具ユニットを備えた構成として十分な照射光量を確保する必要がある。

特許文献１記載の車両用照明灯具は、左右方向に延びるシリンドリカルレンズと、左右方向に所定間隔を置いて配置された複数の発光素子（半導体発光素子）と、発光素子からの光を前方へ向けて反射させる複数のリフレクタとを備え、光束利用率を高めて照射光量を確保している。

特許文献２に記載の車両用前照灯は、半導体発光素子を光源とする複数の灯具ユニットを備え、プロジェクタ型の灯具ユニットと、直射型の灯具ユニットと、反射型の灯具ユニットとの中から少なくとも２種類の灯具ユニットを用いて、所望するパターン形状及び光度（照度）分布で配光パターンを形成可能としている。

特開２００５−２９４１７６号公報 特開２００４− ９５４８０号公報

一般に、半導体発光素子が発する光には、その中心付近の照度が大きく中心から離れるに従って急激に照度が低下するような照度分布が存在している。ゆえに、一つの半導体発光素子を備えた灯具ユニットが投射する光は中心付近の比較的狭い領域のみを照らすものであった。そのため、特許文献１，２のいずれに記載された車両用灯具ユニットにおいても、複数の半導体発光素子や灯具ユニットの各々の光軸の間に照度の弱い領域が存在し、均一な照度の照射パターンを得ることが難しかった。そこで、複数の発光素子や灯具ユニットを用いなければ幅広の照射パターンを得ることが難しかった。

そこで本発明は、半導体発光素子を光源としながら、均一な照度かつ幅広の照射パターンを得られる車両用灯具ユニットを提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的は以下の構成により達成される。
（１） 車両前後方向に延びる光軸上に配置されたシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズの後方側焦線よりも後方において前記光軸上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光を前方に向けて反射させるリフレクタとを備えた車両用灯具ユニットであって、
前記リフレクタは前記光軸を中心として左右一対の凹曲面を備え、
前記各々の凹曲面は、前記光軸寄りの内側領域に入射した光が前記光軸を挟んで左右の反対側に反射される形状の反射面を有することを特徴とする車両用灯具ユニット。
（２） 前記各々の凹曲面は、前記内側領域より外側の外側領域に入射した光が前記光軸に対して同じ側に反射される形状の反射面を有することを特徴とする（１）の車両用灯具ユニット。
（３） 前記各々の凹曲面は、前記外側領域が前記内側領域よりも前記半導体発光素子から離れた形状の反射面を有することを特徴とする（２）の車両用灯具ユニット。
（４） 前記各々の凹曲面の内側領域は、入射した光が前記光軸を挟んで左右の反対側に２０度以上傾いて反射する形状の反射面であることを特徴とする（１）の車両用灯具ユニット。
（５） 前記シリンドリカルレンズはトロイダルレンズであることを特徴とする（１）の車両用灯具ユニット。

本発明の車両用灯具ユニットによれば、リフレクタの各々の凹曲面は、光軸寄りの内側領域に入射した光が光軸を挟んで左右の反対側に反射される形状の反射面を有する。半導体発光素子は中心付近の光束が大きいので、この中心付近の光を凹曲面の内側領域で光軸を挟んで左右の反対側に反射させて、本来照度の十分でなかった側方へ十分な反射光を照射することができる。
このように、左右一対の凹曲面がそれぞれ反対側へ照度の大きい光を反射するので、灯具ユニット全体では、照度の大きい光が左右に反射されることになり、その合成光により均一な照度でかつ幅広の照射パターンを得ることができる。

本発明の実施形態に係る車両用灯具ユニットを備えた車両用前照灯の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。 （Ａ）は比較例に係る拡散灯具ユニットの反射光線を示す模式図であり、（Ｂ）は比較例に係る拡散灯具ユニットの照射光により路面上に形成される配光パターンを示す模式図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る拡散灯具ユニットの反射光線を示す模式図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態に係る拡散灯具ユニットの照射光により路面上に形成される配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る車両用前照灯の照射光により仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す模式図である。

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を備えた車両用前照灯の好適な実施形態を詳細に説明する。

＜車両用前照灯の全体構造＞
本実施形態に係る車両用前照灯１は図１に示すように、素通し状の透光カバー２と、ランプボディ３と、透光カバー２とランプボディ３とで形成される灯室内に収容される集光灯具ユニット１０と拡散灯具ユニット（本発明の車両用灯具ユニット）３０とを備える。

集光灯具ユニット１０は、カットオフラインを有するロービームを照射する公知のＰＥＳ型灯具ユニットである。図１に示すように、集光灯具ユニット１０は、その光軸Ａｘ上に配置された凸レンズ１１と、凸レンズ１１の後方側焦点Ｆｘよりも後方において光軸Ａｘ上に配置された半導体発光素子である第１ＬＥＤ１２と、第１ＬＥＤ１２からの光を光軸Ａｘ寄りの前方に向けて集光して反射させる断面略楕円状の集光リフレクタ２０と、反射光の一部を遮蔽することにより所定の配光パターンのカットオフラインを形成する第１シェード５とを備える。なお、集光リフレクタ２０は水平断面および縦断面のいずれも略楕円形状である。

第１ＬＥＤ１２は、発光チップが例えば１×４ｍｍ四方の大きさの長方形の発光面を有する白色発光ダイオードである。第１ＬＥＤ１２は凸レンズ１１の後方側焦点Ｆｘよりも後方に配置されると共に、光軸Ａｘ上に発光面が鉛直方向上方を向くように配置されている。

第１シェード５は、遮光端縁５ａ（上表面５ｂと前端面５ｃとの間の稜線）が凸レンズ１１の後方側焦点Ｆｘ近傍に位置して集光リフレクタ２０からの反射光の一部を遮蔽して所定の配光パターンのカットオフラインを形成する。

また、遮光端縁５ａから光軸Ａｘ方向後方へ向けて延びる第１シェード５の上表面５ｂには、集光リフレクタ２０からの反射光の一部を上方側へ反射させる付加反射面が形成されている。これにより第１シェード５によって遮蔽されるべき光を反射させて、第１ＬＥＤ１２からの光の光束利用率を高めている。

この集光灯具ユニット１０において、第１ＬＥＤから発光された光は略楕円型の集光リフレクタ２０により凸レンズ１１の後方焦点Ｆｘ近傍に集光され、第１シェード５の第１遮光端縁５ａにより反射光の一部が遮蔽されて、照度の比較的大きなカットオフラインを有する所定の配光パターンが形成される。

拡散灯具ユニット３０は、本発明に係る車両用灯具ユニットであり、光軸Ａｙ上に配置されたシリンドリカルレンズの一種であるトロイダルレンズ３１と、トロイダルレンズ３１の後方側焦線Ｆｙよりも後方において光軸Ａｙ上に配置された第２ＬＥＤ（半導体発光素子）３２と、第２ＬＥＤ３２からの光を光軸Ａｙの前方に向けて拡散して反射させる鉛直断面略楕円状の拡散リフレクタ（リフレクタ）４０と、反射光の一部を遮蔽することにより所定の配光パターンのカットオフラインを形成する第２シェード６とを備えるプロジェクタ型の灯具ユニットとして構成されている。

第２ＬＥＤ３２は、発光チップが例えば１×４ｍｍ四方の大きさの長方形の発光面を有する白色発光ダイオードである。第２ＬＥＤ３２はトロイダルレンズ３１の後方側焦線Ｆｙよりも後方に配置されると共に、光軸Ａｙ上に発光面が鉛直方向上方を向くように配置されている。

第２シェード６は、遮光端縁６ａ（上表面６ｂと前端面６ｃとの間の稜線）がトロイダルレンズ３１の後方側焦線Ｆｙ近傍に位置して拡散リフレクタ４０からの反射光の一部を遮蔽して所定の配光パターンのカットオフラインを形成する。この第２シェード６の遮光端縁６ａは、トロイダルレンズ３１の後方側焦線Ｆｙを通るように円弧状に形成されている（図２参照）。

また、遮光端縁６ａから光軸Ａｙ方向後方へ向けて延びる第２シェード６の上表面６ｂには、拡散リフレクタ４０からの反射光の一部を上方側へ反射させる付加反射面が形成されている。これによりシェード６によって遮蔽されるべき光を反射させて、第２ＬＥＤ３２からの光の光束利用率を高めている。

第１シェード５および第２シェード６はブロック状の部材であり、フレーム７により両者が連結されている。また、第１ＬＥＤ１２及び第２ＬＥＤ３２からの熱を放熱する放熱フィン８がフレーム７に取り付けられている。

このように構成される集光灯具ユニット１０および拡散灯具ユニット３０は、ランプボディ３にフレーム７とエイミング機構９Ａとレベリング機構９Ｂを介して、ランプボディ３に支持されている。

また、集光灯具ユニット１０および拡散灯具ユニット３０は、その光軸Ａｘ、Ａｙが車両前後方向に延びるようにして配置されている。この光軸Ａｘ，Ａｙは正確には、エイミング機構９Ａにより水平方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びるように調節されている。また、レベリング機構９Ｂによってその光軸を鉛直方向に調節可能である。

＜拡散灯具ユニットのリフレクタ形状＞
次に、図２を参照して本発明にかかる拡散灯具ユニット３０の拡散リフレクタ４０の形状について詳細に説明する。

図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。拡散リフレクタ４０は第２シェード６の上表面６ｂに載置され、光軸Ａｙを中心として左右一対の凹曲面４１，４２を有する。なお、本実施形態では、左側凹曲面４１と右側凹曲面４２は水平断面において双曲線の一部をなし、光軸Ａｙを中心として左右対称である。

左側凹曲面４１の反射面は、光軸Ａｙ側寄りの内側領域４１ａと、内側領域４１ａの外側に位置する外側領域４１ｃと、内側領域４１ａと外側領域４１ｃの間に位置し両者を滑らかに接続する中間領域４１ｂとを有する。右側凹曲面４２の反射面についても、上記の左側凹曲面４１と左右対称に内側領域４２ａと中間領域４２ｂと外側領域４２ｃとから構成される。なお、右側凹曲面４２は左側凹曲面４１と左右対称なので、以下ではその詳細な説明を省略する。

左側凹曲面４１の反射面のうち、内側領域４１ａは第２ＬＥＤ３２からの入射光Ｌ１を光軸Ａｙを挟んで反対側の右側へ反射するように光軸Ａｙに対して傾いている。このとき、左側凹曲面４１の内側領域４１ａは、光軸Ａｙ近傍の光束の大きな入射光を光軸Ａｙに対して２０度以上右側へ反射する形状であり、拡散灯具ユニット３０の照射範囲を広げている。

一方、左側凹曲面４１の反射面のうち、外側領域４１ｃは第２ＬＥＤ３２からの入射光Ｌ２を左側へ反射するように設けられる。すなわち、反射面の内側領域４１ａは光軸Ａｙを挟んで反対側へ（Ｌ１）、反射面の外側領域４１ｃは光軸Ａｙに対して同じ側へ（Ｌ２）と入射光を反射する。このように反射面の内側領域４１ａと外側領域４１ｃとで異なる側へ光を照射することで拡散灯具ユニット３０の照射範囲が広げられている。

また、反射面の中間領域４１ｂは内側から外側にかけて、第２ＬＥＤ３２からの入射光を右側から左側へと反射する形状である。反射面のこれらの領域４１ａ〜４１ｃは左右均一に入射光を反射するように水平断面で滑らかな双曲線状の曲線で結ばれている。

更に、凹曲面４１の反射面において、外側領域４１ｃは内側領域４１ａよりも第２ＬＥＤ３２から離れた位置に設けられている。放射状に広がる第２ＬＥＤ３２からの光は第２ＬＥＤ３２から離れた領域ほど光束が小さくなるので、左側凹曲面４１の外側領域４１ｃが内側領域４１ａよりも第２ＬＥＤ３２から離れていれば、内側領域４１ａは大きな光束の入射光を右側に反射し、外側領域４１ｃは小さな光束の入射光を左側へ反射することになる。
このとき、右側凹曲面４２も左側凹曲面４１と同様に内側領域４２ａが光束の大きな光を光軸Ａｙよりも左側へ反射するので、車両前方左側の領域には、右側凹曲面４２の反射面の内側領域４２ａが反射する大きな光束の光と、左側凹曲面４１の反射面の外側領域４１ｃが反射する小さな光束の光とによる合成光が照射されることになる。車両前方右側の領域にも同様に左側凹曲面４１の内側領域４１ａによる大きな光束の反射光と右側凹曲面４２の外側領域４２ａによる小さな光束の反射光との合成光が照射されるので、拡散リフレクタ４０全体は照度が均一で広い範囲を照射することができる。
このように、本発明に係る拡散灯具ユニット３０によれば、照度が左右均一でかつ幅広い照射範囲を得ることができる。

＜灯具ユニットの照射範囲＞
以上のように構成される本発明の拡散灯具ユニット３０が形成することのできる照射範囲について、比較例を用いて詳細に説明する。

図３（Ａ）は比較例に係る拡散灯具ユニット５０の反射光線を示す模式図であり、図３（Ｂ）は比較例に係る拡散灯具ユニット５０の照射光により路面上に形成される配光パターンＡ１を示す模式図である。図４（Ａ）は本発明に係る拡散灯具ユニット３０の反射光線を示す模式図であり、図４（Ｂ）は本発明に係る拡散灯具ユニット３０の照射光により路面上に形成される配光パターンＡ２，Ａ３を示す模式図である。なお、図３（Ｂ）と図４（Ｂ）では、特定の照度以上の光が照射する領域を配光パターンＡ１〜Ａ３として示している。

従来の比較例に係る拡散灯具ユニット５０はトロイダルレンズ５１と水平断面略楕円状のリフレクタ５２とを有する。なお、図３（Ａ）ではリフレクタ５２の左半分のみを図示している。

比較例の拡散灯具ユニット５０において、光軸中心の光度の高い光線ｌ１は、リフレクタ５２の水平断面略楕円状の反射面の底に位置する内側領域で反射され、トロイダルレンズ５１を通過して反射光は直進し、車両前方へ投射される。一方、光軸中心から外れた光度の低い光線ｌ２は反射面の外側で光軸を挟んで反対側の側方へ反射され、トロイダルレンズ５１によって更に側方へ投射される。その結果、光軸中心の光度の高い光は図３（Ｂ）で示すように車両前方に集中して投影され、側方には照度の低い光しか照射されず、結果として車両前方の路面上には細長い配光パターンＡ１が形成される。

一方、本発明の拡散灯具ユニット３０によれば、上述の拡散リフレクタ４０において、凹曲面４１，４２の反射面は光軸Ａｙ寄りの内側領域４１ａ，４２ａに入射した光をそれぞれ光軸Ａｙを挟んで反対側に反射させることができる。したがって、図４（Ａ）の如く、第２ＬＥＤ３２から発せられた光を凹曲面４１，４２で幅広い範囲に均一な照度で反射させることができる。
この結果、図４（Ｂ）の如く、本発明の拡散灯具ユニット３０において、左右の凹曲面４１，４２それぞれが広範囲でかつ均一な照射強度の配光パターンＡ２，Ａ３を路面上に形成することができるので、拡散灯具ユニット３０全体として配光パターンＡ２，Ａ３の合成パターンとして幅広かつ均一な照度の照射領域を得ることができる。なお、図４（Ａ）においても図３（Ａ）と同様に左半分のみを図示している。

＜車両用前照灯の配光パターン＞
本発明に係る車両用前照灯１は、上述の集光灯具ユニット１０と拡散灯具ユニット３０とを備えるので、図５のような配光パターンを照射することができる。なお、図５は本実施形態に係る車両用前照灯１の照射光により、２５ｍ前方に位置する仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図である。なお図中、Ｖは垂直方向、Ｈは水平方向を示す。

図５に示すように、集光灯具ユニット１０により車両前方の特に視認性の要求される中央領域には照度の高い配光パターンＳ１を照射し、拡散灯具ユニット３０により側方領域にも均一な照度を有する配光パターンＳ２を照射することができる。したがって車両前方の特に視認性の要求される中央領域とは別に、拡散灯具ユニット３０による配光パターンＳ２によって、周囲の例えば路側帯や歩行者等を明瞭に視認することができる。よって車両を安全に走行させることのできる車両用前照灯１を提供することができる。

また、上記の説明では本発明に係る拡散灯具ユニット３０を集光灯具ユニット１０と組み合わせた車両用前照灯１を例に挙げて説明したが、この構成には限られない。例えば、拡散灯具ユニット３０単体を用いて広範囲を照射することのできるフォグランプを構成することができる。

なお、上述の実施形態においては、拡散リフレクタ４０の左側及び右側凹曲面４１，４２は光軸Ａｙを中心として左右対称の場合を説明したが、本発明はこの場合に限られない。求められる配光パターンや光を照射したい方向に合わせてリフレクタの凹曲面の向きを変えて左右非対称としても良い。

１ 車両用前照灯
１０ 集光灯具ユニット
３０ 拡散灯具ユニット（車両用灯具ユニット）
３１ トロイダルレンズ（シリンドリカルレンズ）
３２ 第２ＬＥＤ（半導体発光素子）
４０ 拡散リフレクタ（リフレクタ）
４１，４２ 凹曲面
４１ａ，４２ａ 内側領域
４１ｃ，４２ｃ 外側領域
Ａｙ 光軸

Claims (5)

1. 車両前後方向に延びる光軸上に配置されたシリンドリカルレンズと、
   前記シリンドリカルレンズの後方側焦線よりも後方において前記光軸上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光を前方に向けて反射させるリフレクタとを備えた車両用灯具ユニットであって、
   前記リフレクタは前記光軸を中心として左右一対の凹曲面を備え、
   前記各々の凹曲面は、前記光軸寄りの内側領域に入射した光が前記光軸を挟んで左右の反対側に反射される形状の反射面を有することを特徴とするプロジェクタ型の車両用灯具ユニット。
2. 前記各々の凹曲面は、前記内側領域より外側の外側領域に入射した光が前記光軸に対して同じ側に反射される形状の反射面を有す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。
3. 前記各々の凹曲面は、前記外側領域が前記内側領域よりも前記半導体発光素子から離れた形状の反射面を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具ユニット。
4. 前記各々の凹曲面の内側領域は、入射した光が前記光軸を挟んで左右の反対側に２０度以上傾いて反射する形状の反射面であ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。
5. 前記シリンドリカルレンズはトロイダルレンズであ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。

Images