JPWO2015001733A1 - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

車両用前照灯を構成する灯具ユニット１０は、投影レンズ２６と、投影レンズの焦点Ｆまたはその近傍に配置される光源１２と、投影レンズ２６と投影レンズの焦点Ｆとの間に配置され、光源１２から発せられた光を拡散する反射面２２ａを有する拡散用リフレクタ２２と、拡散用リフレクタ２２と光源１２との間で、前記投影レンズの焦点または焦点近傍配置される、光源から発せられた光の少なくとも一部を遮光可能な可動シェード１８と、を備える。

Description

本発明は、配光パターンを変更可能な車両用前照灯に関する。

光源から発せられた光をシェードで遮光することでロービーム用配光パターンを形成し、シェードで遮光しない場合にハイビーム用配光パターンを形成する配光可変タイプの車両用前照灯が従来から知られている。また、前走車や歩行者の位置を検出し、配光パターン内の対応する領域を遮光することで、前走車のドライバーや歩行者にグレアを与えないようにするＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）システムも知られている。特許文献１には、ＰＥＳ（Polyellipsoid Headlamp）型の灯具ユニットの投影レンズの後方焦点付近でシェードを移動させることで、前走車等に対応する遮光部を配光パターン内に形成する車両用前照灯が開示されている。

特開２０１２−１８６０１０号公報

特許文献１のように、ＰＥＳ型の灯具ユニットとシェードを組み合わせる構造では、灯具ユニットの車両前後方向長さが大きくなってしまい、車両用前照灯の小型化、軽量化が難しいという問題がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＥＳ型の灯具ユニットを使用する場合よりも灯具ユニットの前後方向長さを短縮可能である車両用前照灯を提供することにある。

本発明のある態様の車両用前照灯は、投影レンズと、投影レンズの焦点または焦点近傍に配置される光源と、投影レンズと該投影レンズの焦点との間に配置され、光源から発せられた光を拡散する反射面を有する拡散用リフレクタと、拡散用リフレクタと光源との間に配置され、光源から発せられた光の少なくとも一部を遮光可能な可動シェードと、を備える。

この態様によると、ＰＥＳ型の灯具ユニットと比較して、配光パターン外周部の拡散角を変えることなく、灯具ユニットの前後方向長さを小さくすることができる。

本発明の別の態様もまた、車両用前照灯である。この車両用前照灯は、投影レンズと、投影レンズの焦点よりも後方に配置される光源と、投影レンズの焦点と光源との間に配置され、光源から発せられた光を集光する反射面を有する集光用リフレクタと、投影レンズと該投影レンズの焦点との間に配置され、光源から発せられた光を拡散する反射面を有する拡散用リフレクタと、集光用リフレクタと拡散用リフレクタとの間に配置される、光源から発せられた光の少なくとも一部を遮光可能な可動シェードと、を備える。

この態様によると、ＰＥＳ型の灯具ユニットと比較して、配光パターン外周部の拡散角と配光パターン中央部の最大照度とを変えることなく、灯具ユニットの前後方向長さを小さくすることができる。

本発明によれば、ＰＥＳ型の灯具ユニットを使用する場合よりも灯具ユニットの前後方向長さを短縮することができる。

従来の典型的なＰＥＳ型灯具ユニットの概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係る灯具ユニットの概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る灯具ユニットの概略断面図である。 図３の灯具ユニットにより形成される配光パターンの一例を示す図である。 拡散用リフレクタの一部が切り欠かれた第２実施形態に係る灯具ユニットの斜視図である。 拡散用リフレクタの一部が切り欠かれた第２実施形態に係る灯具ユニットの斜視図である。 図５および６の灯具ユニットにより形成される配光パターンの一例を示す図である。 配光パターン内に形成されるカットオフラインを説明する図である。 配光パターン内に形成されるカットオフラインを説明する図である。

図１は、従来の典型的なＰＥＳ型灯具ユニット１００の概略断面図である。

投影レンズ１２６は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に後方焦点Ｆを有している。投影レンズ１２６は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであり、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具ユニット１００の前方に投影する。

光源１１２は、不要な反射光を排除する遮蔽板を兼ねた基板１１４上に配置される。基板１１４は、放熱用のヒートシンク１１６と接続されている。光源１１２は、例えば発光ダイオードなどの半導体光源である。

リフレクタ１２２は、光源１１２から出射した光を投影レンズ１２６の後方焦点Ｆに向けて反射する反射面１２２ａを光源側に有している。反射面１２２ａは、光軸Ａｘを中心軸とする略回転楕円曲面として形成される。リフレクタ１２２は、投影レンズ１２６の後方焦点Ｆが反射面１２２ａの回転楕円曲面の第１焦点の近傍に位置し、光源１１２がその回転楕円曲面の第２焦点の近傍に位置するように設計されている。

投影レンズ１２６の後方焦点Ｆの近傍には、可動シェード１１８が配置される。可動シェード１１８は、リフレクタ１２２から投影レンズ１２６へ向かう反射光の一部を遮光する位置（以下「進出位置」と言う）と遮光しない位置（以下「退避位置」と言う）との間を移動可能に構成されている。可動シェード１８により遮光した場合、投影レンズ１２６によりロービーム用配光パターンが形成され、可動シェードにより遮光しない場合、投影レンズ１２６によりハイビーム用配光パターンが形成される。

図１に示すような従来のＰＥＳ型の灯具ユニットでは、リフレクタ反射面の回転楕円曲面の第１焦点を投影レンズの後方焦点に配置し、回転楕円曲面の第２焦点に光源を配置する必要があるため、灯具ユニットの車両前後方向の寸法が大きくなってしまうという問題がある。また、リフレクタのさらに後方側にヒートシンク１１６が配置されることも、車両前後方向の寸法が大きくなる要因の一つである。

以下で説明する本発明の各実施形態では、投影レンズの後方焦点の比較的近くに光源を配置することで、灯具ユニットの前後方向長さを従来よりも短縮するようにした。

図２は、本発明の第１実施形態に係る灯具ユニット１０を光軸Ａｘを含む垂直平面で切断したときの概略断面図である。灯具ユニット１０は、車両の車幅方向の左右に１灯ずつ配置されて車両用前照灯を構成し、その構造は実質的に左右同等である。

灯具ユニット１０は、例えば発光ダイオードなどの半導体発光素子である光源１２を使用する。光源１２は基板１４上に搭載される。基板１４の背面には、放熱用のヒートシンク１６が配置される。光源１２は、車両前方側に位置する投影レンズ２６の後方焦点Ｆまたはその近傍に配置されている。

投影レンズ２６は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであり、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具ユニット前方（例えば２５ｍ先）の仮想鉛直スクリーン上に投影する。

リフレクタ２２は、投影レンズ２６と投影レンズの焦点Ｆとの間に配置される。リフレクタ２２は、光源１２から発せられた光を上下および左右方向に拡散するように構成された反射面２２ａをその内側に有している（以下、リフレクタ２２を「拡散用リフレクタ２２」と呼ぶ）。

拡散用リフレクタ２２と光源１２との間に、可動シェード１８が配置される。この可動シェード１８は、拡散用リフレクタ２２と光源１２との間で垂直方向または水平方向のいずれかの方向に移動できるように構成されている。可動シェード１８が進出位置にあるとき、光源１２から発せられた光の一部が遮光され、可動シェード１８が退避位置にあるとき、光源１２から発せられた光の全てが拡散用リフレクタ２２へと進む。したがって、可動シェード１８の進出位置に応じて、仮想鉛直スクリーン上に所定の配光パターンを形成することができる。

図２には、光源１２から発せられた光線の軌跡も示されている。光源１２から光軸Ａｘとほぼ平行に出射する光は、拡散用リフレクタ２２の反射面２２ａに当たることなく直接投影レンズ２６に入射し、仮想鉛直スクリーン上の配光パターンの中央部を形成する。拡散用リフレクタ２２の反射面２２ａは、光源１２から発せられ反射面２２ａにより反射された光が投影レンズ２６の中央部でなく外周部に入射するように設計される。このため、拡散用リフレクタ２２による反射光は、仮想スクリーン上の配光パターンの外周部を形成する。したがって、配光パターン外周部の拡散角を従来のＰＥＳ型灯具ユニットと同等にすることができる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る灯具ユニットは、投影レンズの後方焦点の近傍に光源および可動シェードを配置しているので、ＰＥＳ型の灯具ユニットと比較して灯具ユニットの前後方向長さを小さくすることができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る灯具ユニット３０を光軸Ａｘを含む垂直平面で切断したときの概略断面図である。灯具ユニット３０は、車両の車幅方向の左右に１灯ずつ配置されて車両用前照灯を構成し、その構造は実質的に左右同等である。

灯具ユニット３０の光源１２、基板１４、ヒートシンク１６および投影レンズ２６は、図２で説明した灯具ユニット１０のものと同様である。しかしながら、本実施形態では、光源１２が投影レンズ２６の後方焦点Ｆの近傍ではなく、後方焦点Ｆよりもさらに後方に配置される。

灯具ユニット３０では、上述した拡散用リフレクタ２２と、さらに別のリフレクタ３２とが設けられている（以下、リフレクタ３２を「集光用リフレクタ３２」と呼ぶ）。

拡散用リフレクタ２２は、投影レンズ２６と投影レンズの焦点Ｆとの間に配置され、光源１２から発せられた光を上下および左右方向に拡散するように構成された反射面２２ａをその内側に有している。集光用リフレクタ３２は、投影レンズ２６の焦点Ｆと光源１２との間に配置され、光源１２から発せられた光を投影レンズ２６の中央部に集光するように設計された反射面３２ａをその内側に有している。

可動シェード１８は、拡散用リフレクタ２２と集光用リフレクタ３２の間で、投影レンズの焦点Ｆまたはその近傍に配置される。可動シェード１８は、拡散用リフレクタ２２と集光用リフレクタ３２の間で垂直方向または水平方向のいずれかの方向に移動できるように構成される。可動シェード１８が進出位置にあるとき、光源１２から発せられた光および集光用リフレクタ３２で反射された光の一部が遮光され、可動シェード１８が退避位置にあるとき、光の全てが拡散用リフレクタ２２へと進む。したがって、可動シェード１８の進出位置に応じて、仮想鉛直スクリーン上に所定の配光パターンを形成することができる。これについては図８および９を参照して後述する。

拡散用リフレクタ２２と集光用リフレクタ３２にはそれぞれ、可動シェード１８の車両前後方向への倒れを防止するガイド２４、３４が設けられている。

図３には、光源１２から発せられた光線の軌跡も示されている。光源１２から光軸Ａｘとほぼ平行に出射する光は、集光用リフレクタ３２および拡散用リフレクタ２２の反射面３２ａ、２２ａに当たることなく直接投影レンズ２６に入射し、仮想鉛直スクリーン上の配光パターンの中央部を形成する。

集光用リフレクタ３２の反射面３２ａは、光源１２から発せられ反射面３２ａにより反射された光が投影レンズ２６の中央部に入射するように設計される。このため、集光用リフレクタ３２の反射面３２ａによって反射された光は、仮想スクリーン上の配光パターンの中央部の照度を高めるように作用する。

拡散用リフレクタ２２の反射面２２ａは、光源１２から発せられ反射面２２ａにより反射された光が投影レンズ２６の中央部でなく外周部に入射するように設計される。このため、拡散用リフレクタ２２による反射光は、仮想スクリーン上の配光パターンの外周部を形成する。したがって、配光パターン外周部の拡散角を従来のＰＥＳ型灯具ユニットと同等にすることができる。

灯具ユニット３０では、集光用リフレクタ３２の出射側開口部の内径３２ｂが、拡散用リフレクタ２２の入射側開口部の内径２２ｂよりも大きいことが好ましい。こうすることによって、拡散用リフレクタからの反射光で形成される配光パターンの外周部と、集光用リフレクタからの反射光で形成される配光パターンの中央部との間に隙間が生じなくなる。

図４は、図３に示した灯具ユニット３０によって仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンの一例を示す。図４中のパターンＬ１は、光源１２からの直接光と集光用リフレクタ３２による反射光とによって形成されるパターンであり、ハイビーム用配光パターンの中央部を形成する。パターンＬ１よりも外側にあるパターンＬ２は、拡散用リフレクタ２２による反射光によって形成されるパターンであり、ハイビーム用配光パターンの外周部を形成する。上述したように、集光用リフレクタ３２の出射側開口部の内径３２ｂが拡散用リフレクタ２２の入射側開口部の内径２２ｂよりも大きい場合、パターンＬ１とパターンＬ２とが重なり合うラップ部分Ｌ３が生じるため、パターンＬ１とＬ２の間に隙間が生じることはない。

図５および６は、第２実施形態に係る灯具ユニット３０の概略斜視図である。図３の断面図は、図５および６中に示す光軸Ａｘを含む垂直平面でユニットを切断したときの様子を示している。図５および６では、集光用リフレクタ３２、光源１２、および可動シェード１８は、拡散用リフレクタ２２の背後にあるため観察することができない。また、図５および６では、拡散用リフレクタ２２の反射面の一部２２ｃが切り欠かれている。

図６には、退避位置に移動した可動シェード１８も示されている。可動シェード１８は、拡散用リフレクタ２２の下方に配置され車幅方向に延びるシャフト上を滑動するスライダ３６に取り付けられている。スライダ３６は、その一端に配置されたモータ３８によって駆動される。したがって、この例では、可動シェード１８は車幅方向に水平移動するように構成されている。なお、モータの代わりにソレノイド等をシェードの駆動機構として使用してもよい。

図７は、図５および６に示した灯具ユニット３０のように拡散用リフレクタ２２の反射面の一部が切り欠かれている場合に、仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンの一例を示す。切り欠き２２ｃのために、拡散用リフレクタ２２による反射光によって形成されるパターンＬ２の右側部分が図４に示したパターンＬ２よりも小さくなっている。このため、パターンＬ１とパターンＬ２とのラップ部分Ｌ３が右側部分には存在しない。

図８は、灯具ユニット３０を備える車両用前照灯において、可動シェード１８が水平方向に移動する場合の配光パターンの変化を説明する図である。図８（ａ）は、拡散用リフレクタの一部が切り欠かれていない場合の配光パターンであり、図８（ｂ）は拡散用リフレクタの一部が切りかかれている場合の配光パターンである。

可動シェードが水平方向に移動するように灯具ユニットを構成した場合、配光パターン内に垂直方向のカットオフラインを形成することができる。可動シェード１８が退避位置から進出位置へと移動するのに応じて、遮光領域の幅をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、．．．のように大きくしていくことができる。そのため、左右の灯具ユニットでそれぞれ遮光領域を有する配光パターンを形成し、それらを重畳させることで、前走車や歩行者の存在する範囲を遮光した合成配光パターンを実現することができる。また、可動シェードによる遮光範囲を徐々に大きくしていくことで、光源の出力を変えることなく照度を低下させる調光機能を実現することができる。

図９は、灯具ユニット３０を備える車両用前照灯において、可動シェード１８が垂直方向に移動する場合の配光パターンの変化を説明する図である。図９（ａ）は、拡散用リフレクタの一部が切り欠かれていない場合の配光パターンであり、図９（ｂ）は拡散用リフレクタの一部が切りかかれている場合の配光パターンである。

可動シェードが垂直方向に移動するように灯具ユニットを構成した場合、配光パターン内に水平方向のカットオフラインを形成することができる。可動シェードが退避位置から進出位置へと移動するのに応じて、遮光領域の幅をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、．．．のように大きくしていくことができる。したがって、水平線の位置を調整すれば、ハイビーム用配光パターンとロービーム用配光パターンの切替を可動シェードで実現することができる。

以上説明したように、本発明の第２実施形態によると、ＰＥＳ型の灯具ユニットと比較して、配光パターン外周部の拡散角と配光パターン中央部の最大照度とを大きく変えることなく、灯具ユニットの前後方向長さを小さくすることができる。

また、投影レンズの焦点付近でシェードを移動させる従来の構成と比べて可動シェードの移動距離が小さくてすむため、シェードの駆動機構を小型化することができる。さらに、光源の背面に直接ヒートシンクを配置することができるので、放熱性が改善され、したがって従来よりの小型のヒートシンクを採用することができる。これらの組み合わせにより、車両用前照灯の小型軽量化が可能になる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせ、もしくは変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれる。上述の各実施形態同士、および上述の各実施形態と以下の変形例との組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わせされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

上述した実施形態では、内側に反射面を有する拡散用リフレクタおよび集光用リフレクタを用いる構成について説明した。これらのうち少なくとも一方を導光体で形成し、拡散用リフレクタまたは集光用リフレクタの反射面と同様の反射光を作るように導光体の外周面を設計してもよい。

１０、２０、３０ 灯具ユニット、 １２ 光源、 １４ 基板、 １６ ヒートシンク、 １８ 可動シェード、 ２２ 拡散用リフレクタ、 ２２ａ 反射面、 ２６ 投影レンズ、 ３２ 集光用リフレクタ、 ３２ａ 反射面、 ３６ スライダ、 ３８ モータ。

本発明によれば、ＰＥＳ型の灯具ユニットを使用する場合よりも灯具ユニットの前後方向長さを短縮することができる。

Claims (8)

1. 投影レンズと、
   前記投影レンズの焦点または焦点近傍に配置される光源と、
   前記投影レンズと該投影レンズの焦点との間に配置され、前記光源から発せられた光を拡散する反射面を有する拡散用リフレクタと、
   前記拡散用リフレクタと前記光源との間に配置され、前記光源から発せられた光の少なくとも一部を遮光可能な可動シェードと、
   を備えることを特徴とする車両用前照灯。
2. 投影レンズと、
   前記投影レンズの焦点よりも後方に配置される光源と、
   前記投影レンズの焦点と前記光源との間に配置され、前記光源から発せられた光を集光する反射面を有する集光用リフレクタと、
   前記投影レンズと該投影レンズの焦点との間に配置され、前記光源から発せられた光を拡散する反射面を有する拡散用リフレクタと、
   前記集光用リフレクタと前記拡散用リフレクタとの間で、前記投影レンズの焦点または焦点近傍に配置される、前記光源から発せられた光の少なくとも一部を遮光可能な可動シェードと、
   を備えることを特徴とする車両用前照灯。
3. 前記拡散用リフレクタにより反射され前記投影レンズから投影される光が、仮想鉛直スクリーン上でハイビーム用配光パターンの外側部分を形成し、前記集光用リフレクタにより反射され前記投影レンズから投影される光が、仮想鉛直スクリーン上でハイビーム用配光パターンの内側部分を形成するように、前記拡散用リフレクタおよび前記集光用リフレクタの反射面が構成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用前照灯。
4. 前記集光用リフレクタの出射側の開口部が前記拡散用リフレクタの入射側の開口部よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の車両用前照灯。
5. 前記可動シェードが水平方向に移動し、ハイビーム用配光パターン内に垂直方向のカットオフラインを形成するように構成されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の車両用前照灯。
6. 前記可動シェードが垂直方向に移動し、ハイビーム用配光パターン内に水平方向のカットオフラインを形成するように構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用前照灯。
7. 前記拡散用リフレクタの反射面の一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用前照灯。
8. 前記拡散用リフレクタまたは前記集光用リフレクタが導光体で構成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用前照灯。

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