JPWO2014033834A1 - 前照灯用光源および前照灯 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、図36(a)と図36(b)の位置関係、および、図37(a)と図37(b)の位置関係は、下記実施の形態1において図5を参照して説明するので、ここでは詳述しない。また、図36の「凸レンズ半径相当のぼやけた光」は、下記実施の形態1において図6を参照して説明するので、ここでは詳述しない。
実施の形態1.
図1に示すように、本実施の形態1に係る前照灯はすれ違い用プロジェクタ式前照灯の一例であり、当前照灯の光軸に対して発光面を垂直に配置した発光面が略平面で特段の光学系部材を備えないLED(光源)1と、LED1の発光面から発する光を車両前方に投影する凸レンズ2と、LED1のヒートシンクおよび凸レンズ2の保持部材を兼用する反射鏡3と、これらLED1、凸レンズ2および反射鏡3からなる光学系を収容するケース4と、前面レンズ5とを備える。LED1の発光面を光軸より上方に配置すると共に、当発光面の光軸側の端辺1aを直線状に形成して光軸上に配置する。また、反射鏡3の反射面3aを、発光面の端辺1aと光軸とによって形成される面に配置する。
凸レンズ2から後方焦点FL2までの焦点距離より離れた位置にLED1を設置し、当LED1の端辺1aを凸レンズ2の光軸上に配する。また、凸レンズ2の後方焦点FL2からLED1の発光面までの間に反射鏡3を設置し、当反射鏡3の反射面3aを凸レンズ2の光軸上に配する。ここでは、一例としてLED1の発光面から凸レンズ2の後方焦点FL2までの距離を2mm、凸レンズ2の焦点距離を50mmとする。
また、凸レンズ2の代わりに、例えば上下方向の断面と左右方向の断面の曲率が異なる(焦点距離の異なる)非球面の凸レンズ2cを用いてもよい。図9A(a)に、凸レンズ2cを用いた光学系を、LED1の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表し、図9A(b)にその照射光を表す。また、図9B(a)に、凸レンズ2cを用いた光学系を、LED1の上方から見たときの左右方向(水平方向)の様子を表し、図9B(c)にその照射光を表す。図示するように、凸レンズ2cの中央の厚さは同じまま、上下方向の断面と左右方向の断面の曲率を変え、上下方向と左右方向とで後方焦点FL2a,FL2bの位置を変え、上下方向における後方焦点FL2aに比べて左右方向の後方焦点FL2bの位置を後方にずらすことによって、前方に投影された光の上下方向の配光を上記と同様にしながら、左右方向の配光を広大することができる。
なお、上記においては、明暗の境界となるカットオフラインを鮮明にすることに注目しているが、上記構成に更なる光学的技法を付加することによって、さらに好ましい配光を形成することも可能である。そのために、反射面3aとLED1の直線状の端辺1aの位置関係は、厳密な意味で直線状に形成された発光面の端辺1aを通る直線と、厳密な意味で光軸に制限されることは無い。換言すれば、上記反射面は光軸と発光面の間に位置し、光軸に平行な直線と発光面の直線状端辺に平行な直線とによって形成された面であればよい。
図10は、本実施の形態2に係る前照灯の光学系を説明する図であり、図10(a)は上部照射用LED6の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表し、図10(b)は車両の前方に照射された照射光を車両側から見たときの様子を表す。なお、図10において図1〜図9Bと同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
上記実施の形態1では、前照灯の光軸の下側を照らすすれ違い灯用の前照灯を構成したが、本実施の形態2では前照灯の光軸の上側を照らす上部照射用の前照灯を構成する。
図11は、本実施の形態3に係る前照灯の光学系を説明する図であり、図11(a)はすれ違い用LED1および上部照射用LED6の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表し、図11(b)は車両の前方に照射された照射光を車両側から見たときの様子を表す。なお、図11において図1〜図10と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施の形態3では、光軸の上下を同時に照らす走行灯用の前照灯を構成する。走行灯用の配光は、上記実施の形態1で説明した前照灯の光軸の下側を照らすすれ違い用の配光と、上記実施の形態2で説明した前照灯の光軸の上側を照らす上部照射用の配光を組み合わせることにより構成する。
一方、上部照射用LED(光源)6の発光面を光軸より下方に配置すると共に、当発光面の光軸側の端辺6aを直線状に形成して、反射鏡3の厚みやLEDの実装上の制約による間隙(図11(a)ではオフセットと表記)を設けて光軸から離間して配置する。また、反射鏡3の反射面3bを、発光面の端辺6aに平行な直線と光軸に平行な直線とによって形成される面に配置する。
そこで、本実施の形態3では、投影用の凸レンズ2と反射鏡3の間に導光部材7を設置して、光の方向を変える。図11(a)では、導光部材7として、板状の透明なプリズムまたは導光板を用いる。
他方の上部照射用LED6が発する光は、導光部材7のプリズム効果によって分光されても、走行灯用として同時点灯されるすれ違い用LED1の光と混合されるため、当分光された光は視認され難い。
詳細には、凸レンズ2の後方焦点FL2の近傍にすれ違い灯のカットオフラインを形成する導光部材8の一方の端部を配置し、上部照射用LED6の等価的発光面側に導光部材8の他方の端部が配置される。したがって、上部照射用LED6の等価的発光面は、導光部材8の厚さに対応して凸レンズ2の後方焦点FL2より後方に配置されることとなり、上部照射用LED6の等価的発光面の輪郭を車両の前方に鮮明に投影することができる。
ここで、図14に示す光軸に対して平行に導光部材8に入射する光の入射角(i)と、導光部材8の光軸に対する傾き(θ)との関係は、(i)=(θ)である。導光部材8の相対屈折率 (n)=sin(i)/sin(r)から、屈折角(r)を求めて上式(1)に代入すれば、導光部材8の 板厚tが得られる。
図示は省略するが、光軸下側の導光部材7の板厚についても同様に設定すればよい。
また、図15の場合、上下それぞれの導光部材7,8の板厚を薄くすることができ、導光部材7,8のプリズム効果によって発生する分光が軽減される。
図16は、本実施の形態4に係る前照灯の光学系を説明する図であり、すれ違い用LED1および上部照射用LED6の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表す。なお、図16において図1〜図15と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。ここでは、すれ違い用LED1の端辺1aと反射鏡3の反射面3aを光軸上に配置し、上部照射用LED6の端辺6aと反射面3bを光軸から離間して配置した走行灯用プロジェクタ式前照灯の光学系を例示する。
また、反射面3aと面一な上面7aがカットオフラインの上下の配光の境界を担うことになるので、上面7aの端部を凸レンズ2の後方焦点FL2の近傍に配置する。
図17に、導光部材7’を用いた前照灯の光学系を示す。図17の例では、光が出射する面に対して、光が入射する面を傾けて形成、換言すれば、三角プリズム状あるいはレンズ状に形成した透明な導光部材7’を使用する。これにより、入射した光を屈曲しながら、入射光の方向とは異なる方向に光を出射する。
また、上記においては、明暗の境界となるカットオフラインを鮮明にすることに注目しているが、上記構成に更なる光学的技法を付加することによって、さらに好ましい配光を形成することも可能である。そのために、凸レンズ2の後方焦点FL2の近傍に配置する導光部材の上面端部の位置は厳密な意味で凸レンズ2の後方焦点FL2に制限されることは無い。同様に、反射面とLEDの直線状の端辺の位置関係は、厳密な意味で直線状に形成された発光面の端辺を通る直線と、厳密な意味で光軸に平行な直線に制限されることは無い。換言すれば、上記反射面は光軸と発光面の間に位置し、光軸に平行な直線と発光面の直線状端辺に平行な直線とによって形成された面であればよい。
上記実施の形態4では、反射鏡3の反射面3aと導光部材7の上面7aを反射面として作用させる構成にしたが、導光部材7の上面7aを反射鏡3の反射面3aとして作用させ、反射鏡3を省略することも可能である。
図18は、本実施の形態5に係る前照灯の断面図を示し、図1〜図17と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図18では、すれ違い用LED1と上部照射用LED6のヒートシンクを兼ねた保持部材30が、凸レンズ2と導光部材7を保持している。また、すれ違い用LED1の端辺1aを前照灯の光軸上に配置すると共に発光面を光軸の上側に配置する。導光部材7の上面7aを光軸上に配置して、すれ違い用LED1の発する光を反射させて、カットオフライン近傍を明るく照らす。
この構成の場合にも、上記実施の形態4と同様、導光部材7の上面7aがカットオフラインの上下の配光の境界を担うことになるので、上面7aの端部を凸レンズ2の後方焦点FL2(不図示)の近傍に配置する。
また、導光部材7を使用して、光軸から離れた位置にある上部照射用LED6の直線状の端辺6aを等価的に光軸上に配置するようにしたので、LEDの実装上の制約等によるすれ違い用LED1と上部照射用LED6の間隙を光学的に相殺することができ、走行灯点灯時にカットオフライン上部に暗部を発生しない。
さらに、上部照射用LED6の発する直接光に、反射面として作用する導光部材7の上面7aで反射した反射光が合成されて、等価的に端辺6aから発光面の法線方向に発する光の強度を高めることができる。よって、この上部照射用LED6の発する光によってカットオフライン近傍を明るく照らす。
上記より、一式の光源で、すれ違い灯用の配光と走行灯用の配光を形成する前照灯用光源を実現できる。
なお、上記においては、明暗の境界となるカットオフラインを鮮明にすることに注目しているが、上記構成に更なる光学的技法を付加することによって、さらに好ましい配光を形成することも可能である。そのために、導光部材7の上面7aの位置は、厳密な意味で光軸に制限されることは無く、光軸と発光面の間に配置すればよい。また、導光部材7の上面端部の位置は厳密な意味での凸レンズ2の後方焦点FL2に制限されること無く、その近傍に配置される構成でも構わない。
図19は、実施の形態6に係る前照灯の光学系を説明する図であり、すれ違い用LED1および上部照射用LED6の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表す。なお、図19において図1〜図18と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図19では、上部照射用LED6の端辺6aと導光部材8の下面8aを光軸上に配置し、当下面8aを反射面として利用して端辺6aから法線方向に発する光を強くする。また、光軸の上方に、光軸から離間してすれ違い用LED1を配置し、すれ違い用LED1の発する光を導光部材8で屈曲させて光軸側に近づける。また、導光部材8の下面8aは、上部照射用LED6が発する光を反射する反射面として作用するだけでなく、すれ違い用LED1から導光部材8へ入射した光を内部で反射する反射鏡としても作用する。
図21は、本実施の形態7に係る前照灯の光学系を説明する図であり、上部照射用LED6の側方から見たときの上下方向(垂直方向)の様子を表す。なお、図21において図1〜図20と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
ここでは、上部照射用LED6の端辺6aと反射面3bを光軸から離間して配置した前照灯の光学系を例示し、光軸より上方のすれ違い用LED1等は図示を省略している。本実施の形態7でも、上部照射用LED6の発する光を導光部材7で屈曲させて離間分をオフセットするが、この導光部材7として、光を入射する面および出射する面に加え、入射した光を内部で反射する反射面7b(第2の内側反射面)を備えた導光部材7”(プリズム)を使用する。
このように、図22の構成例は、本発明の構成より複雑であり、本発明の「発光面を前照灯の光軸に対して垂直に配置する」構成から逸脱するため、参考扱いとする。
図23は、本実施の形態8に係る走行灯用プロジェクタ式前照灯の光学系を説明する図であり、図23(a)はすれ違い用LED1と上部照射用LED6の各発光面A〜Jを凸レンズ2側から見た正面図、図23(b)は側面図である。なお、図23において図1〜図22と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
すれ違い用LED1を複数のLED1F〜1Jで構成すると共に、上部照射用LED6を複数のLED6A〜6Eで構成する。また、反射鏡3の反射面3a,3bのうち、車両の対向車線側に位置する反射面領域3c,3dを、下方へ傾斜する形状に形成する。そのため、車両の対向車線側に位置する反射面領域3c,3dが、車両の歩道側に位置する反射面3a,3bに比べて低い位置に配置されている。
前照灯の光軸の上側に配置されたLED1F〜1Jの発光面F〜Jの下部端辺、車両の対向車線側に位置する反射面領域3c,3d、および車両の歩道側に位置する反射面3a,3bによってカットオフラインを形成し、当LED1F〜1Jによってカットオフラインの下側を照らしてすれ違い灯用の配光を形成する。つまり、カットオフラインは車両の対向車線側に位置する反射面領域3c,3dと、車両の歩道側に位置する反射面3a,3bの屈曲に相当する屈曲を備え、車両前方の歩道側は高い位置まで照らし、車両前方の対向車線側は対向車を運転するドライバを眩惑することが無い低い位置を照らすすれ違い灯用の配光を実現することができる。
また、反射鏡3の反射面3aと導光部材7の上面7aを面一にして、上面7aを反射面として作用させる場合(上記実施の形態3の構成)には、上面7aの一部を傾斜させて、反射鏡3の反射面3aおよび反射面領域3cと面一になるよう形成すればよい。
上記実施の形態8では、上部照射用LED6を成すLED6A〜6Eを同時に点灯する場合を説明したが、本実施の形態9ではLED6A〜6Eを個別に点灯および消灯する前照灯を説明する。
図25は、本実施の形態9に係る走行灯用プロジェクタ式前照灯の光学系を説明する図であり、図25(a)はすれ違い用LED1(LED1F〜1J)と上部照射用LED6(LED6A〜6E)の各発光面A〜Jを凸レンズ2側から見た正面図、図25(b)は側面図である。なお、図25において図1〜図24と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。本実施の形態9では、個別に点灯および消灯するLED6A〜6Eに対して、それぞれのLEDを仕切る仕切り用反射鏡11−1〜11−4を設置している。
つまり、カットオフラインを形成する反射鏡3の凸レンズ2側端部を凸レンズ2の後方焦点FL2近傍に配置して、LED6A〜6Eの照射光の輪郭を形成する仕切り用反射鏡11−1〜11−4の凸レンズ2側端部(開口部)を、凸レンズ2の後方焦点FL2から後方へ遠ざけることにより、凸レンズ2によってカットオフラインを形成する平行光が照射され、仕切り用反射鏡の開口部の形状の実像が投影される。したがって、凸レンズ2から投影されるLED6A〜6Eの仕切り用反射鏡11−1〜11−4の開口部の輪郭、即ち、それぞれの照射光の輪郭が鮮明になる。
この例では、LEDの周囲の明るさに応じて電圧を発生する特性を利用して、LED6A〜6Eを発光素子としてだけでなく、受光素子としても使用する。たとえば、図29に示すように、自車両の前照灯のLED6A〜6Eが対向車200の前照灯が発する光を受光したとき、当受光したLEDの発生する電圧が高くなるので、当受光したLEDを点灯しなければ、対向車の前照灯に対して光を発することが無い。つまり、対向車200を運転するドライバを眩惑しない前照灯を実現することができる。
もちろん、点灯中、即ち電圧を印加しているLEDに外部から光を照射しても、上記電圧の変化を得ることはできないので、点灯しているLEDを一瞬消灯し、受光素子状態にして、上記操作をおこなう。そしてこの消灯動作中に、対向車200の明るさを検知して電圧が高くなったLEDに対して、再びLEDを点灯するときに点灯動作を行なわなければ(消灯すれば)、上記動作となる。
図30は、本実施の形態9に係る前照灯の光学系の変形例を説明する図であり、光軸の下側に上部照射用LED6を成すLED6A〜6Eを配置すると共に、LED6A〜6Eそれぞれの発光面と対向する位置に導光部材7−1〜7−6を配置する。隣接する導光部材7−1と導光部材7−2の間に間隙を設けることにより、相対する側面7cを仕切り用反射鏡11−1〜11−4の反射面として作用させることができる。導光部材7−2〜7−5についても同様である。従って、LED6A〜6Eが発する光は、対向する導光部材7−1〜7−5の内部に入射して側面7cで反射しながら不図示の凸レンズ2の方向に導かれる。導光部材7−1〜7−5の出射面(凸レンズ2に対向する面)それぞれには、鮮明に区画化された等価的発光面が形成される。
このように、相対する側面7cの間の薄い空気の層を仕切りとして利用することができ、仕切り用反射鏡11−1〜11−4による仕切りよりさらに薄い仕切りを実現できる。
上記実施の形態1〜9では光源にLEDを用いたが、本実施の形態10では蛍光材を励起して発光させる構成の光源を用いる場合を説明する。
図33は、実施の形態10に係るすれ違い用プロジェクタ式前照灯の構成を示す断面図であり、図1〜図32と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。実施の形態10に係る前照灯においては、光軸に対して蛍光体20の発光面を垂直に配置し、蛍光体20の発光面に向けてレーザ発振器21からレーザ光を照射する。あるいは、レーザ発振器21の代わりに青色のLEDの発する青色光を蛍光体20に向けて照射しても、電子線や電磁波を蛍光体20に向けて照射してもよい。この蛍光体20の発光面はその端辺20aの形状を直線状に形成して、端辺20aを光軸上に配置すると共に、反射鏡3の反射面3aを光軸上に形成する。このように、レーザ発振器21とそのレーザ光、および蛍光体20で光源を構成した場合でも、蛍光体20の端辺20aから法線方向に発する光を強くすることができ、カットオフラインが鮮明になる。
また、図33では、光軸の上方にレーザ発振器21と蛍光体20を配置してすれ違い灯を構成したが、これに限定されるものではなく、光軸の下方にもレーザ発振器21と蛍光体20を配置してすれ違い灯と組み合わせ、走行灯を構成することも可能である。
Claims (18)
- 前照灯の光軸に対して垂直に配置された発光面から発する光を、凸レンズを通して車両前方に照射する前照灯用光源であって、
前記発光面の端辺が、直線状に形成されて、前記光軸上または前記光軸の近傍に配置された光源と、
前記光軸に平行な直線と前記発光面の前記直線状の端辺に平行な直線とによって形成され前記光軸と前記発光面の間に位置する面に設けられ、前記光源から発せられた光を反射する反射面とを備えたことを特徴とする前照灯用光源。 - 前照灯の光軸に対して垂直に配置された発光面から発する光を、凸レンズを通して車両前方に照射する前照灯用光源であって、
前記発光面の端辺が、直線状に形成されて、前記光軸から離間して配置された光源と、
前記光軸に平行な直線と前記発光面の前記直線状の端辺に平行な直線とによって形成され前記光軸と前記発光面の間に位置する面に設けられ、前記光源から発せされた光を反射する反射面と、
前記反射面と前記凸レンズの間に、前記発光面から発せられた光を前記光軸側へ近づける導光部材とを備えたことを特徴とする前照灯用光源。 - 前照灯の光軸に対して垂直に配置された発光面から発する光を、凸レンズを通して車両前方に照射する前照灯用光源であって、
前記発光面の端辺が、直線状に形成されて、前記光軸から離間して配置された光源と、
前記発光面から発せられた光を前記光軸側へ近づける導光部材とを備え、
前記導光部材は、前記光軸に平行な直線と前記発光面の前記直線状の端辺に平行な直線とによって形成される面に対応する平面を有し、当平面の内側を前記光源から発せられた光を反射する反射面とすることを特徴とする前照灯用光源。 - 前記反射面は、前記車両の対向車線側に位置する領域と歩道側に位置する領域とに区画され、当対向車線側に位置する領域が当歩道側に位置する領域より下方に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記光源の発光面は、前記光軸の上方に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記光源の発光面は、前記光軸の下方に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記光源の発光面は、前記光軸の上方および下方にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記光源の発光面は複数に区画され、当区画毎に点灯および消灯することを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材の前記平面の外側を、前記光源から発せられた光を反射する反射面とすることを特徴とする請求項3記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材は、前記光軸に直交する面に対して、前記光源から発せられた光が出射する出射面が傾斜していることを特徴とする請求項2または請求項3記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材は、前記光源から発せられた光が入射する入射面と、前記出射面が平行であることを特徴とする請求項10記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材は、前記光源から発せられた光が入射する入射面に対して、前記出射面が傾斜していることを特徴とする請求項10記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材の入射面で反射した、前記光源から発せられた光を当入射面に向けて反射する第2の反射面を備えたことを特徴とする請求項10記載の前照灯用光源。
- 前記導光部材は、前記光源から発せられた光が入射する入射面と、当入射した光を前記導光部材内部で反射する第2の内側反射面と、当第2の内側反射面が反射した光を出射する出射面とを有することを特徴とする請求項2または請求項3記載の前照灯用光源。
- 前記光源は、蛍光材を用いて形成された前記発光面を励起して発光させる構成であることを特徴とする請求項1から請求項14のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 前記光源は、LEDであることを特徴とする請求項1から請求項15のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源。
- 請求項1から請求項16のうちのいずれか1項記載の前照灯用光源を使用することを特徴とする前照灯。
- 前記前照灯用光源には、受光素子として使用することのできる発光素子を使用し、当受光素子を兼ねる発光素子が外部から前記前照灯に入射された光を検知したときは、当発光素子を点灯しないことを特徴とする請求項17記載の前照灯。
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