JP5288943B2

JP5288943B2 - 車両用灯具ユニット

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Publication number: JP5288943B2
Application number: JP2008212900A
Authority: JP
Inventors: 正士達川
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: EP2157364A1; US20100046244A1; EP2157364B1; JP2010049929A; US8092058B2

Description

本発明は、所謂プロジェクタ型の車両用灯具に用いられる車両用灯具ユニットに関する。

従来より、ヘッドランプ等の車両用灯具においては、その灯具形式の１つとして、所謂プロジェクタ型のものが知られている。このプロジェクタ型の車両用灯具は、光軸上に配置された光源からの光を、リフレクタにより前方へ向けて光軸寄りに集光反射させ、この反射光をリフレクタの前方に設けられた投影レンズを介して灯具前方へ照射するように構成されている。

従来のプロジェクタ型の車両用灯具ユニットは、その光源として放電バルブの放電発光部やハロゲンバルブのフィラメント等が用いられているが、光源が線分光源としてある程度の大きさを有しているため、リフレクタについてもある程度大きさを確保しておく必要があり、灯具ユニットの大幅な小型化を図ることは困難であった。
そこで、例えば特許文献１には、車両用灯具に用いられる光源ユニットにおいて、小型光源である半導体発光素子（ＬＥＤ）を用いたものが記載されている。

特開２００３−３１７５１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された光源ユニットであっても、半導体発光素子から反射面までの所定方向（光軸と略直交する所定方向）の距離が１０ｍｍ程度になるように設定されたリフレクタでは、それ以上の大幅な灯具の小型化を図ることができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、灯具の大幅な小型化を図ることができる車両用灯具ユニットを提供することである。

本発明の上記目的は、車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方側焦点よりも後方において、矩形の外周形状を有する発光面の長辺が前記光軸に対して略直交するように配置された半導体発光素子と、
前記投影レンズの後方側焦点を第１焦点とし、前記半導体発光素子を第２焦点とする略楕円面形状の反射面を有するリフレクタと、を備え、
前記発光面の矩形外周における後方側の角部と前記リフレクタの反射面との最短距離が、０．３mm〜３mmの範囲内であることを特徴とする車両用灯具ユニットにより達成される。

上記構成の車両用灯具ユニットによれば、リフレクタの反射面は、半導体発光素子の発光面の矩形外周における後方側の角部からの最短距離が０．３mm〜３mmの範囲となるように形成されるので、従来のプロジェクタ型の車両用灯具ユニットに用いられているリフレクタに比べて、リフレクタを大幅に小型化することができる。
この際、光源として半導体発光素子が用いられているので、発熱の影響をほとんど考慮する必要なくリフレクタを小型化することができる。

更に、上記構成の車両用灯具ユニットにおいて、前記半導体発光素子は、前記発光面を覆うカバー部材を備えていないことが望ましい。

この様な構成の車両用灯具ユニットによれば、半導体発光素子のカバー部材がリフレクタの反射面に接触する虞はないので、半導体発光素子の発光面にリフレクタの反射面を容易に近づけることができる。

また、上記構成の車両用灯具ユニットにおいて、前記発光面が、０．５mm四方より大きい長方形とされ、
前記発光面の後方側の長辺と前記リフレクタの反射面との最短距離が、５mm以下であることが望ましい。

この様な構成の車両用灯具ユニットによれば、発光面が、０．５mm四方より大きい長方形の半導体発光素子を用いると共に、反射面における第２焦点までの焦点距離と略等しい発光面の後方側の長辺からの最短距離が、５mm以下となるようにリフレクタの反射面を形成することで、リフレクタを容易に小型化することができる。即ち、車両用灯具ユニットの設計自由度が高まり、組み立て性も向上する。

また、上記構成の車両用灯具ユニットにおいて、前記投影レンズと前記半導体発光素子との間には、前記リフレクタからの反射光の一部を遮蔽することにより配光パターンのカットオフラインを形成するシェードが配置されていることが望ましい。

この様な構成の車両用灯具ユニットによれば、例えばヘッドランプのロービーム配光パターン等のようなカットオフラインを有する配光パターンを形成することができる。
更に、シェードの遮光端縁から光軸方向後方へ向けて延びる付加反射面を形成し、この付加反射面により、反射面からの反射光の一部を上方側へ反射させるようにすれば、シェードによって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用することができ、半導体発光素子からの出射光の光束利用率を高めることができる。

本発明に係る車両用灯具ユニットによれば、従来のプロジェクタ型の車両用灯具ユニットに用いられているリフレクタに比べて、リフレクタを大幅に小型化することができる。
従って、車両用灯具の大幅な小型化を図ることができる良好な車両用灯具ユニットを提供できる。

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の好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニットを備えた車両用灯具の縦断面図であり、図２は図１に示した車両用灯具ユニットの基本構成を説明する縦断面図であり、図３は図２に示した車両用灯具ユニットの要部水平断面図である。

本実施形態に係る車両用灯具１００は、図１に示すように、ロービーム用のヘッドランプであって、素通し状の透光カバー１１とランプボディ１３とで形成される灯室内に、灯具ユニット（車両用灯具ユニット）２０が、収容された構成となっている。

灯具ユニット２０は、その光軸Ａｘが車両前後方向に延びるようにして配置されている。この灯具ユニット２０の光軸Ａｘは、正確には水平方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びている。
そして、ロービーム用配光パターンを形成する灯具ユニット２０は、後述するように光源としての半導体発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）２５と、その前方側に設けられた投影レンズ３５とからな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。

本実施形態の灯具ユニット２０は、図２及び図３に示すように、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ３５と、投影レンズ３５の後方側焦点Ｆよりも後方において、矩形の外周形状を有する発光面２６の長辺が光軸Ａｘに対して略直交するように配置されたＬＥＤ２５と、投影レンズ３５の後方側焦点Ｆを第１焦点とし、ＬＥＤ２５を第２焦点とする略楕円面形状の反射面２７aを有するリフレクタ２７と、投影レンズ３５とＬＥＤ２５との間に配設されてリフレクタ２７からの反射光の一部を遮蔽することにより配光パターンのカットオフラインを形成するシェード２９と、を備える。

そして、灯具ユニット２０は、ランプボディ１３に不図示のフレームを介して支持されており、このフレームは不図示のエイミング機構を介して、ランプボディ１３に支持されている。

ＬＥＤ２５は、図３に示すように、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２６を有する白色発光ダイオードであって、投影レンズ３５の後方側焦点Ｆよりも後方に配置されると共に、基板３３に支持された状態で光軸Ａｘ上において鉛直方向上方へ向けて配置されている。また、ＬＥＤ２５は、発光面２６を覆うカバーレンズ等のカバー部材を備えていない。

リフレクタ２７は、ＬＥＤ２５の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該ＬＥＤ２５からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させる反射面２７ａを有している。
そして、本実施形態におけるＬＥＤ２５の発光面２６の矩形外周における後方側の角部２６ａとリフレクタ２７の反射面２７ａとの最短距離ｓは、１mmに設定されている。

この反射面２７ａは、光軸Ａｘを中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面２７ａは、光軸Ａｘを含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。

ただし、これら各断面を形成する楕円の後方側焦点は同一位置に設定されており、ＬＥＤ２５はこの反射面２７ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点に配置されている。これにより、反射面２７ａは、ＬＥＤ２５からの光を前方へ向けて光軸Ａｘ寄りに集光反射させ、その際、光軸Ａｘを含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点に略収束させるようになっている。

投影レンズ３５は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸レンズで構成されている。この投影レンズ３５は、図２に示すように、その後方側焦点Ｆがリフレクタ２７の反射面２７ａの第２焦点に位置するようにして光軸Ａｘ上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆを含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。

本実施形態のシェード２９は、投影レンズ３５やリフレクタ２７、並びにＬＥＤ２５のホルダを兼ねるブロック（塊）状であり、投影レンズ３５とＬＥＤ２５との間に配置される。
そして、シェード２９は、遮光端縁２９ｃが投影レンズ３５の後方側焦点Ｆ近傍に位置してリフレクタ２７からの反射光の一部を遮蔽することにより配光パターンのカットオフラインを形成する。

更に、シェード２９は、遮光端縁２９ｃから光軸Ａｘ方向後方へ向けて延びる上表面２９ａがリフレクタ２７からの反射光の一部を上方側へ反射させる。上表面２９ａには、反射面処理が施された付加反射面３６が形成されている。
即ち、このシェード２９は、遮光端縁（すなわち付加反射面３６とシェード２９の前端面２９ｂとの間の稜線）２９ｃが、投影レンズ３５の後方側焦点Ｆを通るように形成されている。
そして、その付加反射面３６においてリフレクタ２７からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、該シェード２９によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これによりＬＥＤ２５からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。

なお、シェード２９の遮光端縁２９ｃは、投影レンズ３５の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁２９ｃは、投影レンズ３５の焦点群と一致する。すなわち、シェード２９は、遮光端縁２９ｃが投影レンズ３５の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁２９ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。

上述したように、本実施形態に係る灯具ユニット２０によれば、リフレクタ２７の反射面２７ａは、ＬＥＤ２５の発光面２６の矩形外周における後方側の角部２６ａからの最短距離ｓが１mmとなるように形成される。
そこで、図３中に想像線（二点鎖線）で図示した従来のプロジェクタ型の車両用灯具ユニットのように、ＬＥＤ４５の発光面４６の矩形外周における後方側の角部４６ａからリフレクタ５０の反射面５０ａまでの最短距離ｗが５．６５mmとなるように形成されたリフレクタ５０に比べて、灯具ユニット２０のリフレクタ２７は大幅に小型化することができる。

この際、灯具ユニット２０は、光源としてＬＥＤ２５が用いられているので、発熱の影響をほとんど考慮する必要なくリフレクタ２７を小型化することができる。また、ＬＥＤ２５は、発光面２５ａを覆うカバー部材を備えていないので、カバー部材がリフレクタの反射面に接触する虞はないので、ＬＥＤ２５の発光面２５ａにリフレクタ２７の反射面２７ａを容易に近づけることができる。

即ち、従来の車両用灯具ユニットにおけるＬＥＤ４５は、図３に示したように、発光面４６自体の大きさは本実施形態のＬＥＤ２５の発光面２６と略同じ大きさである。しかしながら、発光面４６がカバー部材である半球状のカバーレンズ４７で覆われているので、ＬＥＤ４５の角部４６ａから反射面５０ａまでの最短距離ｗを本実施形態の灯具ユニット２０における最短距離ｓのように小さくすると、カバーレンズ４７がリフレクタ５０の反射面５０ａに接触してしまう。

尚、リフレクタ２７の反射面２７ａと、ＬＥＤ２５の発光面２６の矩形外周における後方側の角部２６ａとの間の最短距離ｓは、０．３mm〜３mmの範囲内であることが望ましい。即ち、最短距離ｓが０．３mmより小さい場合には、ＬＥＤ２５とリフレクタ２７との組立公差が小さくなりすぎ、高い部品精度が必要となると共に組立性が悪化して製造コストアップを招く可能性がある。また、最短距離ｓが３ｍｍより大きい場合には、ＬＥＤ２５の発光面２６の大きさや形状によっては、従来のリフレクタ５０に比べて、リフレクタ２７を大幅に小型化することができない可能性がある。

更に、本実施形態の灯具ユニット２０におけるＬＥＤ２５のように、発光面２６の大きさが、０．５mm四方より大きい場合には、反射面２７ａにおける第２焦点までの焦点距離と略等しい発光面２６の後方側の長辺からの最短距離ｔが、５mm以下となるようにリフレクタ２７の反射面２７ａを形成することによって、リフレクタ２７を容易に小型化することができる。

即ち、リフレクタ２７の反射面２７ａと、ＬＥＤ２５における角部２６ａとの間の最短距離ｓが、０．３mm〜３mmの範囲内となるように設定する場合に比べて、発光面２６の大きさが０．５mm四方より大きい場合には、発光面２６の後方側の長辺からの最短距離ｔが、５mm以下となるようにリフレクタ２７の反射面２７ａを設定する方が、灯具ユニット２０の設計自由度が高まり、組み立て性も向上する。そこで、灯具ユニット２０の製造が容易なる。

したがって、本実施形態による灯具ユニット２０によれば、従来のプロジェクタ型の車両用灯具ユニットに用いられているリフレクタ５０に比べて、リフレクタ２７を大幅に小型化することができる。そこで、本実施形態に係る灯具ユニット２０を車両用灯具１００に用いることにより、該車両用灯具１００の大幅な小型化を図ることができる。

更に、本実施形態に係る灯具ユニット２０は、シェード２９が投影レンズ３５やリフレクタ２７、並びにＬＥＤ２５のホルダを兼ねる構成となっているので、車両用灯具１００の組付けを行う前の段階で投影レンズ３５とリフレクタ２７とシェード２９とＬＥＤ２５との位置関係を制度良く設定しておくことができ、これにより車両用灯具１００の組付けを容易に行うことができる。

尚、本発明の車両用灯具ユニットは、上述した実施形態の構成に何ら限定されるものではなく、その趣旨に基づいて種々の形態を採り得るものであることは云うまでもない。
例えば、上記実施形態においては、車両用灯具ユニットがロービーム用のヘッドランプに用いられる場合について説明したが、シェードを省略したり、複数対のリフレクタと半導体発光素子とを組合せて用いたりして、車両用灯具ユニットをフォグランプやベンディングランプ等の種々の車両用灯具ユニットに用いることも可能であり、この様な場合においても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、光源としての半導体発光素子も発光ダイオードに限らず、ＬＤ（半導体レーザ）等も採用可能である。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニットを備えた車両用灯具の縦断面図である。図１に示した車両用灯具ユニットの基本構成を説明する縦断面図である。図２に示した車両用灯具ユニットの要部水平断面図である。

符号の説明

２０…灯具ユニット（車両用灯具ユニット）
２５…ＬＥＤ（半導体発光素子）
２６…発光面
２６ａ…角部
２７…リフレクタ
２７ａ…反射面
２９…シェード
２９ａ…上表面
２９ｃ…遮光端縁
３５…投影レンズ
３６…付加反射面
１００…車両用灯具
Ａｘ…光軸
Ｆ…後方側焦点

Claims

車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方側焦点よりも後方において、矩形の外周形状を有する発光面の長辺が前記光軸に対して略直交するように配置された半導体発光素子と、
前記投影レンズの後方側焦点を第１焦点とし、前記半導体発光素子を第２焦点とする略楕円面形状の反射面を有するリフレクタと、を備え、
前記発光面の矩形外周における後方側の角部と前記リフレクタの反射面との最短距離が、０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であり、
前記発光面が、０．５ｍｍ四方より大きい長方形とされ、
前記発光面の後方側の長辺と前記リフレクタの反射面との最短距離が、５ｍｍ以下であることを特徴とする車両用灯具ユニット。
前記半導体発光素子は、前記発光面を覆うカバー部材を備えていない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。
前記投影レンズと前記半導体発光素子との間には、前記リフレクタからの反射光の一部を遮蔽することにより配光パターンのカットオフラインを形成するシェードが配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具ユニット。