WO2012176652A1 - 車両用前照灯 - Google Patents

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WO2012176652A1
WO2012176652A1 PCT/JP2012/064965 JP2012064965W WO2012176652A1 WO 2012176652 A1 WO2012176652 A1 WO 2012176652A1 JP 2012064965 W JP2012064965 W JP 2012064965W WO 2012176652 A1 WO2012176652 A1 WO 2012176652A1
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reflecting mirror
light source
axis
plane
vehicle headlamp
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PCT/JP2012/064965
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English (en)
French (fr)
Inventor
棚橋大輔
Original Assignee
コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature
    • F21S41/331—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of complete annular areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/155—Surface emitters, e.g. organic light emitting diodes [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to a vehicular headlamp, which is a vehicular headlamp having a reflective surface that reflects light emitted from a surface emitting light source such as an LED (Light Emitting Diode).
  • the present invention relates to a vehicle headlamp suitable for obtaining a light pattern.
  • ⁇ Lower fuel consumption of vehicles is being promoted due to environmental considerations, etc. Therefore, a compact and lightweight headlamp is desired. Further, as a light source for a headlamp, a white LED that is power-saving is expected. By the way, one of the performances required for headlamps is whether sufficient luminance can be ensured. This is a requirement that is stipulated in road traffic regulations and the like, and thus is indispensable as a basic performance of the headlamp.
  • an approach from two directions of increasing the efficiency of the optical system and ensuring the luminance of the light source itself is necessary.
  • the efficiency of light utilization can be improved by devising the configuration of the optical system.
  • the efficiency of the optical system basically decreases as the optical system becomes smaller, adjustment on the optical side is essential.
  • the amount of light is insufficient with a single LED chip, a form of using a plurality of chips is generally used.
  • the optical system for small headlamps using LED as a light source since the optical system is downsized and uses a plurality of LED chips, compared to conventional headlamps, There is a fact that the area of the light emitting surface is larger than the optical system. This means that the light source can no longer be regarded as a point light source, which means that it is necessary to consider the spatial spread of the light emission position when considering the configuration of the optical system.
  • one of the important performances when using a headlight with a low beam is a horizontal cut-off line that limits the upward illumination so that the driver of an oncoming vehicle is not too dazzling, and for identifying pedestrians and signs
  • a complex light distribution characteristic that secures both rising lines for raising the sidewalk side illumination and that a hot spot with the highest illuminance exists in the vicinity of the cut-off line.
  • the following configuration is known as an optical system for a vehicle headlamp.
  • (A) Ellipsoidal reflector + parabolic reflector type This is a type in which light emitted from a light source is collected on an elliptical surface and parallel light is emitted on a parabolic surface.
  • a light source is arranged at the first focal point of the ellipsoid, and (basically) the second focal point of the ellipsoid and the focal point of the paraboloid are approximately matched.
  • a point light source can produce perfect parallel light.
  • the configuration of the conventional example is a configuration in which the best performance is obtained when the light source can be regarded as a point light source. Therefore, when the optical system is downsized and the light source is relatively large or when the light source has a certain size, there is a problem that the performance of Patent Documents 1 and 2 cannot provide sufficient performance. . Specifically, the influence of the spread of the light emission position varies depending on the direction parallel to the ground (left and right direction and front and rear direction), so that sufficient performance can be obtained when the light source area becomes larger than the optical system. Is difficult.
  • the paraboloid or reflecting surface having a function similar to that
  • the light distribution pattern for passing is formed obliquely using the shade surface, this restricts the amount of light and causes loss.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, uses a surface emitting light source, and has excellent light distribution characteristics and downsizing, particularly before and after, even though the reflecting surface is smooth and not divided.
  • An object of the present invention is to provide a vehicular headlamp that can be reduced in size.
  • the vehicular headlamp according to claim 1 is a vehicular headlamp that includes a surface-emitting light source and a first reflecting mirror, and coordinates the vertex position of the first reflecting mirror having a curvature.
  • the light source is provided near the focal position on the curvature center side of the first reflecting mirror
  • the first reflecting mirror has an asymmetric surface shape around the Z axis
  • On the y 0 bus, the difference in the sag amount obtained by subtracting the sag amount at the height x (mm) position on the other surface from the sag amount on the other surface.
  • the vertical line of the light emitting surface of the surface light source extends downward in the vertical direction and toward the origin of coordinates, and the inclination angle ⁇ with respect to the Z axis is within 90 degrees.
  • the surface emitting light source in the vicinity of the focal position in the YZ plane, it becomes possible to emit light substantially parallel to the Y-axis direction by the reflection of the first reflecting surface.
  • the vicinity means that the distance between the focal position and the center of the light emitting surface of the surface light source is within ⁇ S (mm) in the YZ plane.
  • S is the area of the light emitting surface in the surface emitting light source.
  • the “surface emitting light source” includes a light source that emits light in a planar shape and a light source having a plurality of light emitting points.
  • S is 0.25 mm 2 or more.
  • the optical axis of the first reflecting mirror means a straight line connecting the vertex position of the first reflecting mirror and the focal position in the YZ plane including the surface vertex of the first reflecting mirror.
  • the focal position refers to a position where reflected light rays gather at one point when parallel light is incident on the first reflecting mirror in the YZ plane including the surface vertex of the first reflecting mirror.
  • the area of the surface emitting light source is formed by a tangent line in contact with the light emitting region and a tangent line perpendicular to the light emitting region so as to surround the light emitting region of the light source in a plane including the light emitting surface (that is, the four sides are in contact with the outer edge of the light emitting region). The area is a rectangle.
  • the area of the surface light source in the case of having a plurality of light sources is formed by a line in contact with the light emitting region located at the outermost part so as to surround the plurality of light sources and a tangent line perpendicular thereto (that is, FIG. As shown in (b), the area is a rectangular area whose four sides are in contact with the outer edge of the light emitting region of one of the light emitting portions.
  • one surface (the surface on which an oblique rising line in the X-axis direction is formed, the surface on the left side in the traveling direction in Japan) across the Z-axis is the other surface
  • the surface is generally composed of a surface having a larger sag amount than the surface (the surface on which the horizontal cut-off line is to be formed, the surface on the right side in the direction of travel in Japan). That is, the reflection surface shape is asymmetric with respect to the YZ plane (vertical surface).
  • the difference in the sag amount may not be too large over the entire effective diameter, it is preferable to satisfy the following formula at least in the region up to half of the effective diameter. 0 (mm) ⁇ sag (x) ⁇ 1 (mm) (1) Further, it is more preferable that the difference ⁇ sag (x) in the sag amount has a maximum value within the effective diameter of the optical surface.
  • an inclination angle ⁇ formed by a perpendicular line passing through the center of the light emitting surface of the light source and perpendicular to the light emitting surface to the Z axis is within 90 ° when the origin side of the coordinates is 0 °. It is desirable. Here, it is assumed that the perpendicular line is present only on the light emitting surface side.
  • the first reflecting mirror has an effective diameter at least in the X-axis direction in a positive or negative surface shape in the XZ plane.
  • the value of the sag amount sag1 (x) at the position of the height x (mm) up to half satisfies the following expression. sag1 (x) ⁇ x 2 / 2Rx (mm) (2) Where Rx is the paraxial radius of curvature (mm) in the X-axis direction.
  • the vehicle headlamp according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the inclination angle ⁇ of the perpendicular of the light emitting surface of the light source with respect to the Z axis is within 60 degrees.
  • the inclination angle ⁇ formed by the perpendicular to the light emitting surface passing through the center of the light emitting surface and the Z axis is within 60 ° when the origin of the coordinate is 0 °. Is the best condition.
  • the vehicle headlamp according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 3, a second reflecting mirror is provided in the vicinity of the surface emitting light source as an auxiliary reflecting mirror. To do.
  • the second reflecting mirror As the second reflecting mirror, a plane mirror is sufficiently effective, but a cylindrical mirror is more preferable.
  • the vehicle headlamp according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting surface center of the light source is shifted in the X-axis direction with respect to the origin of coordinates.
  • the shift direction is on the side where the horizontal cut-off line is to be formed.
  • a vehicle headlamp according to a sixth aspect of the present invention is the vehicle headlamp according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first reflecting mirror is an aspheric surface based on a paraboloid or an ellipsoid in the XZ plane. It is defined by shape.
  • the parabolic surface or the surface based on an ellipse here means that the sag amount sag2 (x) at height x (mm) is at least 1/3 of the effective diameter in the X-axis direction. Satisfying the following expression (5) with respect to x (mm).
  • sagmax is the maximum value of the sag amount sag2 (x) within the effective diameter. This may be approximated by the following equation (5 ′). sag2 (x) ⁇ x 2/ 150 (mm) (5 ')
  • the vehicle headlamp according to any one of the first to sixth aspects, wherein F ⁇ 35 mm is satisfied, where F is a distance from a coordinate origin to the focal point.
  • F is a distance from a coordinate origin to the focal point.
  • the vehicle headlamp according to an eighth aspect of the present invention is the vehicle headlamp according to any one of the first to seventh aspects, wherein the first reflecting mirror is configured by a surface based on a paraboloid in the YZ plane. It is characterized by being.
  • a plane based on a paraboloid can be used to emit parallel light.
  • the surface based on the paraboloid here means that the value of the sag amount sag (y) at height y (mm) at least half the effective diameter of the Y-axis is relative to the height y (mm). Satisfying the formula. y 2 / 3Ry (mm) ⁇ sag (y) ⁇ y 2 / Ry (mm) (4) Where Ry is the paraxial radius of curvature (mm) in the Y-axis direction.
  • the vehicle headlamp according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the first reflecting mirror is perpendicular to the light emitting surface center of the light source in the YZ plane. It is characterized by shifting downward.
  • the vehicle headlamp according to claim 10 is characterized in that, in the invention according to claim 9, the shift amount ⁇ y of the first reflecting mirror satisfies the following expression. 0 (mm) ⁇ y ⁇ 1 (mm) (3)
  • the vehicle headlamp according to claim 11 is the invention according to any one of claims 1 to 10, wherein the first reflecting surface does not extend vertically above the surface-emitting light source. Features. Thereby, a thin headlamp can be formed in the height direction.
  • a vehicular headlamp that uses a surface-emitting light source and can be reduced in size, particularly in the front-rear size, although the reflecting surface is smooth and not divided. it can.
  • only one reflector is used, it is possible to avoid multiple reflections and minimize the reduction in the amount of light, and use asymmetric free-form surfaces to achieve the desired complex light distribution characteristics with a single reflector.
  • (a) shows a case where a plurality of light sources are arranged at predetermined intervals in the horizontal direction. The case where it has shifted and is arranged is shown. It is sectional drawing cut
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the YZ plane of the headlamp in the present embodiment
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. 2
  • FIG. 4 is a diagram in the present embodiment. It is sectional drawing cut
  • the vertex position of the first reflecting mirror M1 is taken as the origin O of the coordinate
  • the optical axis of the first reflecting mirror M1 is taken as the Z axis with the vehicle traveling direction as positive from the origin
  • the shape of the first reflecting mirror M1 shown in the figure is bent for computer drawing, but is actually connected smoothly.
  • the headlamp according to the present embodiment includes a surface-emitting light source OS composed of a plurality of LEDs and a first reflecting mirror M1.
  • RP is a reflecting surface
  • PE is a peripheral edge.
  • the surface emitting light source OS is supported from above the first reflecting mirror M1 by a support portion (not shown) such as a heat sink.
  • the surface emitting light source OS is provided in the vicinity of the focal position on the curvature center side of the first reflecting mirror M1.
  • Sag amount subtracting the sag amount at the position of height x (mm) on the other surface from the sag amount at position) sag (x) is the point where the height x (mm) from the optical axis is the same Therefore, the following expression is always satisfied at least in the region up to half of the effective diameter in the x-axis direction. 0 (mm) ⁇ sag (x) ⁇ 1 (mm) (1)
  • the perpendicular PL of the light emitting surface of the surface light source OS extends toward the origin of the coordinates on the lower side in the vertical direction and is within 90 degrees with respect to the Z axis, and preferably tilted with respect to the Z axis.
  • the angle ⁇ is 30 degrees or more.
  • the light emitting surface center CP of the surface light source OS is shifted ( ⁇ y) from the coordinate origin O to the Y axis direction positive side (vertical direction upper side).
  • the first reflecting mirror M1 has a sag at a height x (mm) at least half the effective diameter in the X-axis direction on the negative-side (vehicle traveling right side) surface shape with respect to the X-axis.
  • the value of the quantity sag1 (x) satisfies the following expression. sag1 (x) ⁇ x 2 / 2Rx (mm) (2) Where Rx is the paraxial radius of curvature in the X-axis direction.
  • the light emitting surface of the surface light source OS is shifted to the X axis direction negative side with respect to the origin O of the coordinates.
  • the first reflecting mirror M1 is defined by an aspherical shape based on a paraboloid or an ellipsoid. Further, in the YZ plane shown in FIGS. 2 and 3, the first reflecting mirror M ⁇ b> 1 is configured by a surface based on a paraboloid.
  • the first reflecting mirror M1 is shifted to the negative side in the Y-axis direction, and the shift amount ⁇ y satisfies the following expression. 0 (mm) ⁇ y ⁇ 1 (mm) (3)
  • a thin headlamp can be configured.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of a vehicle headlamp according to another embodiment.
  • the second reflecting mirror M2 is provided in the vicinity of the surface light source OS as an auxiliary reflecting mirror.
  • the light utilization efficiency can be further improved by reflecting the light emitted from the surface light source OS and directing it toward the first reflecting mirror M1.
  • the reflecting surface is a free-form surface
  • the surface shape is defined by the following equation 1 using an orthogonal coordinate system (x, y, z) with the surface vertex as the origin.
  • the cross-sectional views of the embodiment are as shown in FIGS.
  • z displacement from the reference plane in the optical axis direction at the position of height h
  • K Conic constant
  • C (m, n) free-form surface coefficient (for example, when X ** 2, Y ** 8 1.2844E-20 in the table, the free-form surface coefficient C (m, n) for (X 2 , Y 8 ) ) Is 1.2844 ⁇ 10 ⁇ 20 .
  • FIG. 6 plots ⁇ sag (x) in which the horizontal axis is the height x from the optical axis and the sag amount on the left side is subtracted from the sag amount on the left side in the traveling direction.
  • ⁇ sag (x) In the region up to half 37.5 (mm) of the effective diameter 75 (mm) in the x-axis direction, 0 (mm) ⁇ ⁇ sag (x) ⁇ 0.6 (mm).
  • FIG. 7 shows the values of the sag amounts sag1 (x) and x 2 / 2Rx on the right side in the traveling direction, with the height x from the optical axis on the XZ plane.
  • the value of the sag amount sag1 (x) at the height X (mm) up to half of the effective diameter of the X axis satisfies the equation (2).
  • the horizontal axis indicates the height x from the optical axis, and the values of the sag amounts sag2 (x) and x 2 / 2Rx on the left side in the traveling direction are plotted.
  • the value of the sag amount sag2 (x) at the height X (mm) up to 1/3 of the X-axis effective diameter satisfies the equation (5).
  • FIG. 10 shows the light distribution characteristics of the vehicle headlamp according to the first embodiment.
  • the horizontal cut-off line HCL and the rising line RL on the left side are secured, and the hot spot HP having the highest illuminance exists in the vicinity of the horizontal cut-off line HCL, so that an ideal light distribution characteristic can be obtained. I understand.

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Abstract

　面発光光源を用いており、反射面が滑らかで分割されていないにも関わらず、配光特性が優れ、小型化、特に前後サイズの薄型化が可能な車両用前照灯を提供する。車両用の前照灯において、ＹＺ平面内において、第１反射鏡の曲率中心側焦点位置近傍に前記光源が設けられ、ＸＺ平面内において、第１反射鏡はＺ軸を中心として非対称な面形状を有し、y=0の母線上において、正負どちらか一方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量から、他方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量を差し引いたサグ量の差Δsag(x)は、光軸からの高さｘ(mm)が同一の点において、少なくともｘ軸方向の有効径の半分までの領域において、ｘ＝０の場合を除いて常に以下の式を満たし、　0(mm)＜Δsag(x)＜1(mm)　（１）　面発光光源の発光面の垂線は、鉛直方向下側で且つ座標の原点側に向かって延在し、Ｚ軸に対する傾斜角αが90度以内である。

Description

車両用前照灯
　本発明は、車両用前照灯に関し、例えばLED（Light Emitting Diode）等の面発光光源から出射された光を反射する反射面を有する車両用前照灯であって、理想的なロービームの配光パターンを得るのに適した車両用前照灯に関する。
　環境面への配慮などから車両の低燃費化が推進されており、このため小型・軽量な前照灯が望まれている。又、前照灯の光源としては、省電力である白色LEDが期待されている。ところで、前照灯に要求される性能の一つに、十分な輝度を確保できるかということがある。これは、道路交通規則等に定められており、よって前照灯の基本的な性能として欠かすことが出来ない要件である。ここで、十分な輝度を実現するためには、光学系の効率を上げること、光源自体の輝度を確保すること、の２方向からのアプローチが必要である。
　前者のアプローチでは、光学系の構成を工夫して光利用効率の向上を図ることができる。ただし、基本的には光学系の小型化につれ光学系の効率は低下するため、光学側での調整が必須となる。一方、後者のアプローチにおいて、現状ではLEDチップ単体では光量が不足することから、複数個のチップを使用するという形態が一般的である。
　従って、LEDを光源とした小型の前照灯用の光学系では、光学系が小型化していること、複数個のLEDチップを使用していることから、従来の前照灯と比較して、光学系に対して発光面の面積が大きくなるという実情がある。このことは、もはや光源が点光源としてみなせなくなるということであり、光学系の構成を考える上で発光位置の空間的な広がりを考慮する必要があることを意味している。
　また、前照灯をロービームで用いた場合における重要な性能の一つに、すれ違う対向車のドライバーが眩しすぎないように、上方の照射を制限する水平カットオフラインと、歩行者及び標識識別のため歩道側の照射を立ち上げる立ち上がりラインの両方を確保し、且つ最も照度が高いホットスポットがカットオフライン近傍に存在するような複雑な配光特性も求められる。
　ここで、車両用前照灯用の光学系としては以下のような構成が知られている。
（ａ）楕円反射鏡＋放物面反射鏡型
　光源から出射された光を楕円面で集光し、放物面で平行光を出射するタイプである。楕円面の第１焦点に光源を配置し、（基本的には）楕円面の第２焦点と放物面の焦点を概略一致させる。点光源の場合は完璧な平行光を作り出せる。楕円面で反射してから放物面で反射する光路、直接放物面に入射する光路などの光路に応じ、放物面を分割し各領域を最適な形状に設定することで出射光をほぼ平行光にすることができる。「楕円反射鏡＋投影レンズ型」と比較して、光路を折り曲げているため奥行き方向のサイズが短縮しやすいという利点がある。
（ｂ）放物面反射鏡型
　光源から出射された光を、放物面を基本とした反射鏡にて直接反射させ、車両前方方向に出射するタイプである。点光源の場合は完全な平行光を作り出せるという利点がある。
　以上、上記（ａ）タイプの構成の公知例としては、特許文献１に開示されたものがあり、上記（ｂ）タイプの構成の公知例としては、特許文献２に開示されたものがある。
特開2010-108776号公報 特開2008-171723号公報
　ところで、従来例の構成は光源が点光源とみなせる場合に最良の性能が得られる構成である。そのため光学系が小型化し相対的に光源が大きくなった場合や光源がある大きさを有している場合には、特許文献１，２の構成では十分な性能が得られないという課題があった。具体的には、発光位置の広がりの影響は、地面に対して平行な方向（左右方向と前後方向）によって異なるため、光源面積が光学系に対して大きくなった場合に十分な性能を得ることが難しいといえる。
　また、放物面（もしくはそれに類似の機能を持った反射面）が分割されているため、影になる部分や変曲点や極値が存在し、特定の出射角度で出射光線強度が強くなるという課題のほか、複数の曲面をつなぎ合わせるため面の形状を単一の式で表現することが難しく、また製造が困難であるという課題があった。また、シェード面を用いて斜めにすれ違い用の配光パターンを形成しているが、これでは光量を制限していることになりロスが発生してしまう。
　本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、面発光光源を用いており、反射面が滑らかで分割されていないにも関わらず、配光特性が優れ、小型化、特に前後サイズの薄型化が可能な車両用前照灯を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の車両用前照灯は、車両用の前照灯であって、面発光の光源と第１反射鏡を有し、曲率を有する前記第１反射鏡の頂点位置を座標の原点に取り、前記第１反射鏡の光軸を原点から車両進行方向を正とするＺ軸に取り、それに直交する水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とした際に、
　ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡の曲率中心側焦点位置近傍に前記光源が設けられ、
　ＸＺ平面内において、前記第１反射鏡はＺ軸を中心として非対称な面形状を有し、
　y=0の母線上において、正負どちらか一方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量から、他方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量を差し引いたサグ量の差Δsag(x)は、光軸からの高さｘ(mm)が同一の点において、少なくともｘ軸方向の有効径の半分までの領域において、ｘ＝０の場合を除いて常に以下の式を満たし、
　0(mm)＜Δsag(x)＜1(mm)　　　（１）
　前記面発光光源の発光面の垂線は、鉛直方向下側で且つ座標の原点側に向かって延在し、Ｚ軸に対する傾斜角αが90度以内であることを特徴とする。
　本発明によれば、ＹＺ平面内において焦点位置近傍に面発光光源を設置することで、第１反射面の反射によりＹ軸方向にはほぼ平行な光を出射することが可能となる。なお、ここで言う近傍とは焦点位置と面発光光源の発光面の中心との距離が、ＹＺ平面内において√S（mm）以内であることを言う。但し、Sは面発光光源における発光面の面積である。尚、「面発光光源」とは、面状に発光する光源の他、発光点を複数個有するものも含む。好ましくは、Ｓは０．２５ｍｍ2以上である。
　ここで、第１反射鏡の光軸は、第１反射鏡の面頂点を含むＹＺ平面内において、第１反射鏡の頂点位置と焦点位置とを結ぶ直線を意味する。また、焦点位置は、第１反射鏡の面頂点を含むＹＺ平面内において、第１反射鏡に平行光を入射した場合に反射光線が一点に集まる位置のことを指す。また、面発光光源の面積は、発光面を含む平面内において、光源の発光領域を囲むように発光領域に接する接線とそれに垂直な接線で形成される（つまり四辺が発光領域の外縁に接する）長方形の面積とする。また、光源を複数有する場合の面発光光源の面積は、複数の光源を囲むように最外部に位置する発光領域に接する線とそれに垂直な接線で形成される（つまり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、四辺がいずれかの発光部の発光領域の外縁に接する）長方形の面積とする。
　又、第１反射鏡のＸＺ平面において、Ｚ軸を挟んで、一方の面（Ｘ軸方向の斜め立ち上がりラインを形成したい方の面、日本では進行方向に向かって左側の面）は、他方の面（水平カットオフラインを形成したい方の面、日本では進行方向に向かって右側の面）よりサグ量が総じて大きい面で構成されている。つまり、ＹＺ平面（鉛直面）を挟んで非対称な反射面形状である。ただし、サグ量の差は有効径全域にわたって大きすぎても良くないから、少なくとも有効径の半分までの領域では以下の式を満たすと好ましい。
　0(mm)＜Δsag(x)＜1(mm)　　　（１）
　また、光学面の有効径内でサグ量の差Δsag(x)が極大値を有するとより好ましい。
　また、第１反射鏡のＹＺ平面において、光源の発光面の中心を通り発光面に垂直な垂線がＺ軸となす傾斜角αは、座標の原点側を0度としたとき90度以内であることが望ましい。なお、ここで言う垂線は発光面側にのみ存在するものとする。
　請求項2に記載の車両用前照灯は、請求項１に記載の発明において、前記第１反射鏡は、ＸＺ平面内において、正負どちらかの面形状において、少なくともＸ軸方向の有効径の半分までの高さｘ(mm)の位置のサグ量sag1(x)の値が、以下の式を満たすことを特徴とする。
　sag1(x)＜x2/2Rx(mm)　　　（２）
但し、RxはＸ軸方向の近軸曲率半径(mm)である。
　第１反射鏡のＸＺ平面内において、正負どちらかの面におけるサグ量を、（２）式を満たすようにすることで、Ｘ軸方向の水平カットオフラインを形成することが可能となり、それより上方への照射を抑制できる。なお、この式を満たす面は、国内仕様の車両では右側の面であることが望ましい。
　請求項３に記載の車両用前照灯は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源の発光面の垂線のＺ軸に対する傾斜角αは60度以内であることを特徴とする。
　第１反射鏡のＹＺ平面内において、光源の発光面の中心を通り発光面に垂直な垂線がＺ軸となす傾斜角αは、座標の原点側を0度としたとき60度以内であることが最も良い条件である。これを満たすことで、Ｙ軸方向にコンパクトな光学系を実現でき、且つ光束を効率よく車両前方に出射することが可能となる。
　請求項４に記載の車両用前照灯は、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、補助反射鏡として第２反射鏡が前記面発光光源近傍に設けられていることを特徴とする。
　補助反射鏡としての第２反射鏡を設けることで、光源の発光面から出射した光を無駄なく車両前方に出射することが可能となる。この第２反射鏡は平面ミラーでも十分効果があるが、シリンドリカルミラーであるとなお良い。
　請求項５に記載の車両用前照灯は、請求項１～４のいずれかに記載の発明において、前記光源の発光面中心は座標の原点に対してＸ軸方向にシフトしていることを特徴とする。
　光源の発光面をＸ軸方向にシフトさせることで、最も照度が高い領域であるホットスポットをカットオフライン近傍の任意の位置に形成することが可能となる。これにより、ホットスポットを斜め立ち上がりラインの下に形成することも可能となる。シフト方向は水平カットオフラインを形成したい側であるとなお良い。
　請求項６に記載の車両用前照灯は、請求項１～５のいずれかに記載の発明において、ＸＺ平面内において、前記第１反射鏡は放物面または楕円面を基本とした非球面形状で定義されていることを特徴とする。
　第１反射鏡のＸＺ平面において、双曲面を基本とした面の反対側の符号の面を、放物面または楕円を基本とした面で構成することで、斜め立ち上がりラインを形成することが可能となる。また、ここで言う放物面または楕円を基本とした面とは、少なくともＸ軸方向の有効径の1/3まで高さｘ(mm)でのサグ量sag2(x)の値が、高さｘ(mm)に対して次の式（５）を満たすことをいう。
　sag2(x)－x2/2Rx(mm)≧-0.01×sagmax　　　（５）
 ここで、sagmaxは、有効径内のサグ量sag2(x)の最大値である。
また、これは以下の式（５’）で近似しても良い。
　sag2(x)≧x2/150(mm)　　　（５’）
　請求項７に記載の車両用前照灯は、請求項１～６のいずれかに記載の発明において、座標の原点から前記焦点の位置までの距離をＦとすると、F≦35mmを満たすことを特徴とする。これにより、車両進行方向にコンパクトな構成とすることができる。
　請求項８に記載の車両用前照灯は、請求項１～７のいずれかに記載の発明において、ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡は放物面を基本とした面で構成されていることを特徴とする。
　第１反射鏡のＹＺ平面において、放物面を基本とした面とすることで、平行光を出射することが可能となる。ここで言う放物面を基本とした面とは、少なくともＹ軸有効径の半分までの高さｙ(mm)でのサグ量sag(y)の値が高さy(mm)に対しての式を満たすことをいう。
　y2/3Ry(mm)＜sag(y)≦y2/Ry(mm)　　　（４）
但し、RyはＹ軸方向の近軸曲率半径(mm)である。
　請求項９に記載の車両用前照灯は、請求項１～８のいずれかに記載の発明において、ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡は前記光源の発光面中心に対して鉛直方向の下側にシフトしていることを特徴とする。
　第１反射鏡を鉛直方向の下側にシフトすることで、カットオフライン近傍にホットスポットを形成することが可能となる。
　請求項１０に記載の車両用前照灯は、請求項９に記載の発明において、前記第１反射鏡のシフト量Δｙは以下の式を満たすことを特徴とする。
　0(mm)＜Δｙ＜1(mm)　　　（３）
　請求項１１に記載の車両用前照灯は、請求項１～１０のいずれかに記載の発明において、前記第１反射面は、前記面発光光源より鉛直方向上方に延在していないことを特徴とする。これにより高さ方向に薄い前照灯を形成できる。
　本発明によれば、面発光光源を用いており、反射面が滑らかで分割されていないにも関わらず、小型化、特に前後サイズの薄型化が可能な車両用前照灯を提供することができる。又、主として用いる反射鏡は一枚のみなので、複数回反射を回避して光量低下を最小限に抑えることができ、非対称な自由曲面を用い、反射鏡単体で所望の複雑な配光特性を実現でき、配光分布の形成に遮光板などを用いていないため、光量ロスが少なく、車両前方方向に非常に短いコンパクトな光学系を提供でき、反射鏡は滑らか且つ単一の面形状式で定義されているため、製作が容易という利点もある。
光源を複数有する場合の面発光光源の面積を説明するための図であり、例として、（ａ）は複数の光源が横方向に所定間隔で並んだ場合、（ｂ）は複数の光源が縦横ずれて配置された場合を示す。 本実施の形態における前照灯のＹＺ平面で切断した断面図である。 図２の一部を拡大して示す図である。 本実施の形態における前照灯のＸＺ平面で切断した断面図である。 別な実施の形態にかかる車両用前照灯の図２と同様な断面図である。 Δｓａｇ（ｘ）のグラフである。 実施例の数値をプロットしたグラフである。 実施例の数値をプロットしたグラフである。 実施例の数値をプロットしたグラフである。 実施例の車両用前照灯による配光特性を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態における前照灯のＹＺ平面で切断した断面図であり、図３は、図２の一部を拡大して示す図であり、図４は、本実施の形態における前照灯のＸＺ平面で切断した断面図である。但し、第１反射鏡Ｍ１の頂点位置を座標の原点Ｏに取り、第１反射鏡Ｍ１の光軸を原点から車両進行方向を正とするＺ軸に取り、それに直交する水平方向（車両前方左側を正とする）をＸ軸、鉛直方向（上方を正とする）をＹ軸とした。尚、図で示す第１反射鏡Ｍ１の形状は、コンピュータ作図のため折れ曲がっているが、実際は滑らかにつながっている。
　本実施の形態にかかる前照灯は、複数のＬＥＤからなる面発光光源ＯＳと、第１反射鏡Ｍ１を有する。射出成形にて形成できる第１反射鏡Ｍ１において、ＲＰは反射面であり、ＰＥは周縁である。面発光光源ＯＳは、ヒートシンクなどの支持部（不図示）により、第１反射鏡Ｍ１の上方から支持されている。
　図２に示すＹＺ平面内において、第１反射鏡Ｍ１の曲率中心側焦点位置近傍に面発光光源ＯＳが設けられている。又、図３に示すＸＺ平面内において、第１反射鏡Ｍ１はＺ軸を中心として非対称な面形状を有し、y=0の母線上において、正負どちらか一方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量から、他方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量を差し引いたサグ量の差Δsag(x)は、光軸からの高さｘ(mm)が同一の点において、少なくともｘ軸方向の有効径の半分までの領域において常に以下の式を満たしている。
　0(mm)＜Δsag(x)＜1(mm)　　　（１）
　図３において、面発光光源ＯＳの発光面の垂線ＰＬは、鉛直方向下側において、座標の原点側に向かって延在しＺ軸に対して90度以内であり、好ましくは、Ｚ軸に対する傾斜角αは３０度以上である。つまり、面発光光源ＯＳの発光面は、座標の原点Ｏからθ＝60度以内のいずれかの方向を向いている。又、面発光光源ＯＳの発光面中心ＣＰは、座標の原点ＯからＹ軸方向正側（鉛直方向上側）にシフト（Δｙ）している。
　図４のＸＺ平面内において、原点Ｏに対して、図の下方（車両前方左側）をＸ軸に対して正側、図の上方をＸ軸に対して負側とする。第１反射鏡Ｍ１は、図３において、Ｘ軸に対して負側（車両進行方向右側）の面形状において、少なくともＸ軸方向の有効径の半分までの高さｘ(mm)の位置のサグ量sag1(x)の値が、以下の式を満たす。
　sag1(x)＜x2/2Rx(mm)　　　（２）
但し、RxはＸ軸方向の近軸曲率半径である。
　又、図４に示すように、面発光光源ＯＳの発光面は座標の原点Ｏに対してＸ軸方向負側にシフトしている。
　図４に示すＸＺ平面内において、第１反射鏡Ｍ１は放物面または楕円面を基本とした非球面形状で定義されている。又、図２、３に示すＹＺ平面内において、第１反射鏡Ｍ１は放物面を基本とした面で構成されている。
　座標の原点Ｏ位置から第１反射鏡Ｍ１における焦点ＦＰ（図３参照）の位置までの距離をＦとすると、F≦35mmを満たす。
　図２に示すＹＺ平面内において、第１反射鏡Ｍ１はＹ軸方向の負側にシフトしており、そのシフト量Δｙは以下の式を満たす。
　0(mm)＜Δｙ＜1(mm)　　　（３）
　第１反射鏡Ｍ１は、面発光光源ＯＳより鉛直方向上方に延在していないので、薄形の前照灯を構成できる。
　図５は、別な実施の形態にかかる車両用前照灯の図２と同様な断面図である。本実施の形態では、補助反射鏡として第２反射鏡Ｍ２が面発光光源ＯＳ近傍に設けられている。これにより、面発光光源ＯＳから出射された光を反射して第１反射鏡Ｍ１に向かわせることで、より光の利用効率を高めることができる。
　以下の実施例における反射面は自由曲面であり、その面形状は面頂点を原点とする直交座標系(x,y,z)を用いた以下の数１式で定義される。実施例の断面図は、図２～４に示す通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ただし、
z：高さhの位置での光軸方向の基準面からの変位量、
h：光軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)、
ｃ：近軸曲率(=1／曲率半径)、
K：コーニック定数、
C(m,n)：自由曲面係数（例えば表中、Ｘ＊＊２，Ｙ＊＊８　１．２８４４Ｅ－２０とある時、（Ｘ2、Ｙ8）にかかる自由曲面係数C(m,n)が、１．２８４４×１０-20であることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ここで、単位をｍｍとした３次元座標において、第１反射鏡の頂点座標を（０，０，０）とすると、光源の発光面中心位置は、（０，０．４９３，３１．７１３）であり、Ｚ軸に対する面発光光源の垂線傾斜角αは３０度である。又、実施例１の仕様にかかる各値を以下に示す。
発光面面積Ｓ：４mm2
焦点位置と発光面中心との距離：０．１２mm
Ｘ軸方向近軸曲率半径Ｒｘ：７７．５８mm
Ｙ軸方向近軸曲率半径Ｒｙ：６３．６５mm
　　但し、Ｒｘ、Ｒｙは以下の式により算出した。
　　Ｒｘ＝１／（２* C(2,0)）
　　Ｒｙ＝１／（２* C(0,2)）
有効径：75mm
有効径の半分までの領域におけるΔｓａｇ（ｘ）の最大値：０．６mm
座標の原点に対する前記光源の発光面中心のＸ軸方向シフト量Δｘ：－１mm
座標の原点に対する前記光源の発光面中心のＹ軸方向シフト量Δｙ：０．４９mm
座標の原点から焦点の位置までの距離Ｆ：３１．８４mm
　図６に、横軸に光軸からの高さｘを取り、進行方向に向かって左側の面のサグ量から右側の面のサグ量を減じたΔｓａｇ（ｘ）をプロットして示す。ｘ軸方向の有効径75（ｍｍ）の半分37.5（ｍｍ）までの領域において、0(mm)≦Δsag(x)＜０．６(mm)である。図７に、ＸＺ面において、横軸に光軸からの高さｘを取り、進行方向に向かって右側のサグ量sag1(x)、ｘ2／２Ｒｘの値をそれぞれプロットして示す。図７から明らかであるが、Ｘ軸有効径の半分までの高さＸ(mm）でのサグ量sag1(x)の値が、式（２）を満たしている。図８に、ＸＺ面において、横軸に光軸からの高さｘを取り、進行方向に向かって左側のサグ量sag2(x)、ｘ2／２Ｒｘの値をそれぞれプロットして示す。図８から明らかであるが、Ｘ軸有効径の１／３までの高さＸ(mm）でのサグ量sag2(x)の値が、式（５）を満たしている。図９に、YＺ面において、横軸に光軸からの高さyを取り、Ａ：ｓａｇ（y）、Ｂ：y2／Ｒy、Ｃ：y2／３Ｒyの値をそれぞれプロットして示す。図９から明らかであるが、Y軸有効径の半分までの高さy(mm)でのサグ量sag(y)の値が高さy(mm)に対して、（４）式を満たしている。
　y2/3Ry (mm)＜sag(y)≦y2/Ry (mm)　　　（４）
　又、図１０に、実施例１の車両用前照灯による配光特性を示す。図１０によれば、水平カットオフラインＨＣＬ及び左側に立ち上がりラインＲＬが確保され、且つ最も照度が高いホットスポットＨＰが水平カットオフラインＨＣＬ近傍に存在しており、理想的な配光特性が得られることが分かる。
　なお、本発明は、本明細書に記載の実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、他の実施の形態や変形例を含むことは、本明細書に記載された実施の形態や技術的思想から本分野の当業者にとって明らかである。
ＣＰ 発光面中心
ＦＰ 焦点
Ｍ１ 第１反射鏡
Ｍ２ 第２反射鏡
Ｏ 原点
ＯＳ 面発光光源
ＰＬ 垂線
Ｓ 発光面面積

Claims (11)

  1. 　車両用の前照灯であって、面発光の光源と第１反射鏡を有し、曲率を有する前記第１反射鏡の頂点位置を座標の原点に取り、前記第１反射鏡の光軸を原点から車両進行方向を正とするＺ軸に取り、それに直交する水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とした際に、
    　ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡の曲率中心側焦点位置近傍に前記光源が設けられ、
    　ＸＺ平面内において、前記第１反射鏡はＺ軸を中心として非対称な面形状を有し、
    　y=0の母線上において、正負どちらか一方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量から、他方の面における高さｘ(mm)の位置のサグ量を差し引いたサグ量の差Δsag(x)は、光軸からの高さｘ(mm)が同一の点において、少なくともｘ軸方向の有効径の半分までの領域において、ｘ＝０の場合を除いて常に以下の式を満たし、
    　0(mm)＜Δsag(x)＜1(mm)　　　（１）
    　前記面発光光源の発光面の垂線は、鉛直方向下側で且つ座標の原点側に向かって延在し、Ｚ軸に対する傾斜角αが90度以内であることを特徴とする車両用前照灯。
  2. 　前記第１反射鏡は、ＸＺ平面内において、正負どちらかの面形状において、少なくともＸ軸方向の有効径の半分までの高さｘ(mm)の位置のサグ量sag1(x)の値が、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
    　sag1(x)＜x2/2Rx(mm)　　　（２）
    但し、RxはＸ軸方向の近軸曲率半径(mm)である。
  3. 　前記光源の発光面の垂線のＺ軸に対する傾斜角αは60度以内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
  4. 　補助反射鏡として第２反射鏡が前記面発光光源近傍に設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の車両用前照灯。
  5. 　前記光源の発光面中心は座標の原点に対してＸ軸方向にシフトしていることを特徴とする請求項１～４にいずれかに記載の車両用前照灯。
  6. 　ＸＺ平面内において、前記第１反射鏡は放物面または楕円面を基本とした非球面形状で定義されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の車両用前照灯。
  7. 　座標の原点から前記焦点の位置までの距離をＦとすると、F≦35mmを満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の車両用前照灯。
  8. 　ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡は放物面を基本とした面で構成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の車両用前照灯。
  9. 　ＹＺ平面内において、前記第１反射鏡は前記光源の発光面中心に対して鉛直方向の下側にシフトしていることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の車両用前照灯。
  10. 　前記第１反射鏡のシフト量Δｙは以下の式を満たすことを特徴とする請求項９に記載の車両用前照灯。
    　0(mm)＜Δｙ＜1(mm)　　　（３）
  11. 　前記第１反射面は、前記面発光光源より鉛直方向上方に延在していないことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の車両用前照灯。
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