JP5919685B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

この発明は、半導体型光源とレンズとを備える車両用前照灯に関するものである。

半導体型光源とレンズとを備える車両用前照灯は、従来からある（たとえば、特許文献１）。以下、従来の車両用前照灯について説明する。従来の車両用前照灯は、光源からの直射光を前方に照射する光学レンズと、光学レンズの周縁部から出射された光を前方に反射させる反射部材と、を備えるものである。

特開２０１０−２０５６０７号公報

ところが、従来の車両用前照灯は、反射部材から反射される反射光が分光色を伴う課題がある。

この発明が解決しようとする課題は、従来の車両用前照灯では、反射部材から反射される反射光が分光色を伴うという点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、半導体型光源と、レンズと、を備え、レンズが、半導体型光源からの光を主配光パターンとして前方に照射する主レンズ部と、主レンズ部の周辺に設けられていて、半導体型光源からの光を補助配光パターンとして前方に照射する補助レンズ部と、から構成されていて、補助レンズ部が、半導体型光源からの光のうち、半導体型光源の半球放射範囲の緯度約５０°付近から外側の周辺光が補助レンズ部中に入射する入射面と、入射面から補助レンズ部中に入射した光が反射する反射面と、反射面で反射した反射光が補助レンズ部中から外部に出射する出射面と、から構成されていて、補助レンズ部の入射面が、半導体型光源からの光が補助レンズ部中に屈折せずに入射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されていて、補助レンズ部の反射面が、入射面から補助レンズ部中に入射した光が狙った角度方向に全反射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されていて、補助レンズ部の出射面が、反射面で全反射した反射光が補助レンズ部中から外部に屈折せずに出射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されている、ことを特徴とする。

この発明（請求項２にかかる発明）は、半導体型光源と、レンズと、を備え、レンズが、半導体型光源からの光を主配光パターンとして前方に照射する主レンズ部と、主レンズ部の周辺に設けられていて、半導体型光源からの光を補助配光パターンとして前方に照射する補助レンズ部と、から構成されていて、補助レンズ部が、半導体型光源からの光のうち、半導体型光源の半球放射範囲の緯度約５０°付近から外側の周辺光が補助レンズ部中に入射する入射面と、入射面から補助レンズ部中に入射した光が反射する反射面と、反射面で反射した反射光が補助レンズ部中から外部に出射する出射面と、から構成されていて、補助レンズ部の入射面が、半導体型光源からの光の放射方向と補助レンズ部の入射面の法線方向とが一致する自由曲面から構成されていて、補助レンズ部の反射面が、入射面から補助レンズ部中に入射した光が狙った角度方向に全反射するように法線が決められている自由曲面から構成されていて、補助レンズ部の出射面が、反射面で全反射した反射光の反射方向と補助レンズ部の出射面の法線方向とが一致する自由曲面から構成されている、ことを特徴とする。

この発明（請求項３にかかる発明）は、レンズの主レンズ部と補助レンズ部とが一体のものである、ことを特徴とする。

この発明（請求項１、２にかかる発明）の車両用前照灯は、前記の課題を解決するための手段により、半導体型光源からの光が補助レンズ部の入射面から補助レンズ部中に屈折せずに入射し、補助レンズ部の入射面から補助レンズ部中に入射した光が補助レンズ部の反射面で狙った角度方向に全反射し、補助レンズ部の反射面で全反射した反射光が補助レンズ部の出射面から補助レンズ部中から外部に屈折せずに出射する。この結果、補助レンズ部の出射面から補助レンズ部中から外部に出射する光により形成される補助配光パターンにおいては、分光色を伴うことがない。

この発明（請求項３にかかる発明）の車両用前照灯は、レンズの主レンズ部と補助レンズ部とが一体であるから、レンズの主レンズ部と補助レンズ部との相対位置精度が高精度となり、主レンズ部により形成される主配光パターンと補助レンズ部により形成される補助配光パターンとの配光精度が向上され、一方、レンズの主レンズ部と補助レンズ部との配光設計が容易となる。しかも、レンズの主レンズ部と補助レンズ部とが一体となるので、部品点数が軽減され、組付性が向上され、その結果、製造コストを安価にすることができる。

図１は、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態１を示し、左右両側の車両用前照灯を搭載した車両の平面図である。 図２は、左側のランプユニットを示す正面図である。 図３は、左側のランプユニットを示す平面図（図２におけるＩＩＩ矢視図）である。 図４は、左側のランプユニットを示す右側面図（図２におけるＩＶ矢視図）である。 図５は、左側のランプユニットを示す斜視図である。 図６は、補助レンズ部の光路を示す拡大断面説明図である。 図７は、補助レンズ部の光路を示す断面説明図である。 図８は、補助レンズ部の光路を示す斜視説明図である。 図９は、主配光パターンのロービーム用配光パターンと補助配光パターンのオーバーヘッドサイン用の配光パターンとを示す説明図である。 図１０は、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態２を示す主配光パターンのハイビーム用配光パターンと補助配光パターンのスポット用配光パターンとの説明図である。

以下、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態（実施例）のうちの２例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。この明細書において、前、後、上、下、左、右は、この発明にかかる車両用前照灯を車両に搭載した際の前、後、上、下、左、右である。また、符号「ＶＵ−ＶＤ」は、スクリーンの上下の垂直線を示す。符号「ＨＬ−ＨＲ」は、スクリーンの左右の水平線を示す。

（実施形態１の構成の説明）
図１〜図９は、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態１を示す。以下、この実施形態１における車両用前照灯の構成について説明する。図１中、符号１Ｌ、１Ｒは、この実施例における車両用前照灯（たとえば、ヘッドランプなど）である。前記車両用前照灯１Ｌ、１Ｒは、車両Ｃの前部の左右両端部に搭載されている。以下、車両Ｃの左側に搭載される左側の車両用前照灯１Ｌについて説明する。なお、車両Ｃの右側に搭載される右側の車両用前照灯１Ｒは、左側の車両用前照灯１Ｌとほぼ同様の構成をなすので、説明を省略する。

前記車両用前照灯１Ｌは、図２〜図５に示すように、ランプハウジング（図示せず）と、ランプレンズ（図示せず）と、半導体型光源２と、レンズ３５と、ヒートシンク部材４と、を備えるものである。

前記半導体型光源２および前記レンズ３５および前記ヒートシンク部材４は、ランプユニットを構成する。前記ランプハウジングおよび前記ランプレンズは、灯室（図示せず）を画成する。前記ランプユニット２、３５、４は、前記灯室内に配置されていて、かつ、上下方向用光軸調整機構（図示せず）および左右方向用光軸調整機構（図示せず）を介して前記ランプハウジングに取り付けられている。

前記半導体型光源２は、この例では、たとえば、ＬＥＤ、ＥＬ（有機ＥＬ）などの自発光半導体型光源、すなわち、半導体型光源（この実施例ではＬＥＤ）を使用する。前記半導体型光源２は、基板（図示せず）と、前記基板に設けられている発光チップ２０と、前記発光チップ２０を封止する封止樹脂部材（図示せず）と、から構成されている。前記半導体型光源２は、取付部材２１により前記ヒートシンク部材４に取り付けられている。前記半導体型光源２の前記発光チップ２０は、前記取付部材２１および前記基板を介して電流が供給されて発光する。

前記発光チップ２０は、図８に示すように、平面矩形形状（平面長方形状）をなす。すなわち、４個の正方形のチップをＸ軸方向（水平方向）に配列してなるものである。なお、１個の長方形のチップ、あるいは、１個の正方形のチップ、を使用しても良い。前記発光チップ２０の中心Ｏは、前記レンズ３５の基準焦点Ｆもしくはその近傍に位置し、かつ、前記レンズ３５の基準光軸（基準軸）Ｚ上もしくはその近傍に位置する。前記発光チップ２０の発光面は、前記レンズ３５の基準光軸Ｚの前側に向いている。

図８において、Ｘ、Ｙ、Ｚは、直交座標（Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系）を構成する。Ｘ軸は、前記発光チップ２０の中心Ｏを通る左右方向の水平軸であって、対向車線側、すなわち、この実施形態において、右側が＋方向であり、左側が−方向である。また、Ｙ軸は、前記発光チップ２０の中心Ｏを通る上下方向の鉛直軸であって、この実施形態において、上側が＋方向であり、下側が−方向である。さらに、Ｚ軸は、前記発光チップ２０の中心Ｏを通る法線（垂線）、すなわち、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸と直交する前後方向の軸であって、この実施形態において、前側が＋方向であり、後側が−方向である。

前記レンズ３５は、図２〜図７に示すように、主レンズ部３と、補助レンズ部５と、から構成されている。前記主レンズ部３は、図２〜図５、図７に示すように、前記基準光軸Ｚおよび前記基準焦点Ｆを有する。前記主レンズ部３は、前記半導体型光源２から放射される光のうち、前記半導体型光源２の半球放射範囲の緯度θ°（Ｙ軸からの角度θ°）この実施形態においては約５０°付近から内側、いわゆる、前記半導体型光源２の中央光（図示せず）を利用するものである。前記主レンズ部３は、前記半導体型光源２からの光を主配光パターンこの実施形態においては図９に示すロービーム用配光パターン（すれ違い用配光パターン）ＬＰとして車両Ｃの前方に照射する。

前記主レンズ部３は、前記半導体型光源２からの光（図示せず）が前記主レンズ部３中に入射する入射面３０と、前記主レンズ部３中に入射した光が出射する出射面３１と、から構成されている。前記主レンズ部３の前記入射面３０は、自由曲面あるいは複合２次曲面から構成されている。前記主レンズ部３の前記出射面３１は、前記半導体型光源２と反対側に突出した凸形状をなし、自由曲面あるいは複合２次曲面から構成されている。

前記補助レンズ部５は、図２、図４、図６〜図８に示すように、前記主レンズ部３の周辺この実施形態においては下辺に設けられている。前記補助レンズ部５は、前記半導体型光源２から放射される光のうち、前記半導体型光源２の半球放射範囲の緯度θ°（Ｙ軸からの角度θ°）この実施形態においては約５０°付近から外側、いわゆる、前記半導体型光源２の周辺光Ｌ１を有効利用するものである。前記補助レンズ部５は、前記主レンズ部３と一体のものである。

前記補助レンズ部５は、前記半導体型光源２からの光Ｌ１を補助配光パターンこの実施形態においては図９に示すオーバーヘッドサイン用の配光パターンＯＳＰとして車両Ｃの前方でかつ上方に照射する。前記補助レンズ部５は、前記半導体型光源２からの光Ｌ１が前記補助レンズ部５中に入射する入射面５０と、前記入射面５０から前記補助レンズ部５中に入射した光Ｌ２が反射する反射面５１と、前記反射面５１で反射した反射光Ｌ３が前記補助レンズ部５中から外部に出射する出射面５２と、から構成されている。

前記補助レンズ部５の前記入射面５０は、図６〜図８に示すように、前記半導体型光源２からの光Ｌ１が前記補助レンズ部５中に屈折せずに入射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されている。すなわち、前記補助レンズ部５の前記入射面５０は、前記半導体型光源２からの光Ｌ１の放射方向と前記補助レンズ部５の前記入射面５０の法線Ｎ１方向とが一致する自由曲面から構成されている。

前記補助レンズ部５の前記反射面５１は、前記入射面５０から前記補助レンズ部５中に入射した光Ｌ２が図９のスクリーン上の狙った角度方向に全反射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されている。すなわち、前記補助レンズ部５の前記反射面５１は、前記入射面５０から前記補助レンズ部５中に入射した光Ｌ２が図９のスクリーン上の狙った角度方向に全反射するように法線Ｎ２が決められている自由曲面から構成されている。すなわち、前記反射面５１の前記法線Ｎ２に対する前記入射光Ｌ２とのなす角度と、前記反射面５１の前記法線Ｎ２に対する反射光Ｌ３とのなす角度とは、等しい。

前記補助レンズ部５の前記出射面５２は、前記反射面５１で全反射した反射光Ｌ３が前記補助レンズ部５中から外部に屈折せずに出射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されている。すなわち、前記補助レンズ部５の前記出射面５２は、前記反射面５１で全反射した反射光Ｌ３の反射方向と前記補助レンズ部５の前記出射面５２の法線Ｎ３方向とが一致する自由曲面から構成されている。

前記ヒートシンク部材４は、図２〜図５に示すように、垂直板部４０と、前記垂直板部４０の一面（後側の面）に一体に設けた複数枚の垂直板形状のフィン部４１と、から構成されている。前記ヒートシンク部材４の前記垂直板部４０の他面（前側の面）には、前記半導体型光源２が前記取付部材２１を介して取り付けられている。前記ヒートシンク部材４の前記垂直板部４０の左右両側辺には、前記レンズ３５がホルダ３３を介して取り付けられている。前記ホルダ３３は、前記レンズ３５と一体型のものであっても、また、別体型のものであっても良い。

図９中において、符号「６０」は路面のセンターライン、符号「６１」は路面の自車の走行車線、符号「６２」は路面の対向車線である。

（実施形態１の作用の説明）
この実施形態１における車両用前照灯１Ｌ、１Ｒは、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

半導体型光源２の発光チップ２０を点灯する。すると、発光チップ２０から放射される光のうち、半導体型光源２の中央光は、主レンズ部３の入射面３０から主レンズ部３中に入射する。このとき、入射光は、入射面３０において配光制御される。主レンズ部３中に入射した入射光は、主レンズ部３の出射面３１から出射する。このとき、出射光は、出射面３１において配光制御される。主レンズ部３からの出射光は、図９に示すように、カットオフラインＣＬを有するロービーム用配光パターンＬＰとして、車両Ｃの前方に照射される。

一方、図６〜図８中の実線矢印に示すように、発光チップ２０から放射される光のうち、半導体型光源２の周辺光Ｌ１は、補助レンズ部５の入射面５０から補助レンズ部５中に入射する。このとき、半導体型光源２からの光Ｌ１は、入射面５０において屈折せずに、入射光Ｌ２として入射面５０から補助レンズ部５中に直進入射する。

補助レンズ部５中に入射した入射光Ｌ２は、補助レンズ部５の反射面５１において、図９のスクリーン上の狙った角度方向に全反射する。反射面５１において全反射した反射光Ｌ３は、補助レンズ部５の出射面５２から出射する。このとき、反射光Ｌ３は、出射面５２において屈折せずに、出射光Ｌ４として出射面５２から補助レンズ部５中から外部に直進出射する。補助レンズ部５の出射面５２からの出射光Ｌ４は、図９に示すように、オーバーヘッドサイン用の配光パターンＯＳＰとして、車両Ｃの前方および上方に照射される。

（実施形態１の効果の説明）
この実施形態１における車両用前照灯１Ｌ、１Ｒは、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態１における車両用前照灯１Ｌ、１Ｒは、半導体型光源２からの光Ｌ１が補助レンズ部５の入射面５０から補助レンズ部５中に屈折せずに入射し、補助レンズ部５の入射面５０から補助レンズ部５中に入射した光Ｌ２が補助レンズ部５の反射面５１で狙った角度方向に全反射し、補助レンズ部５の反射面５１で全反射した反射光Ｌ３が補助レンズ部５の出射面５２から補助レンズ部５中から外部に屈折せずに出射する。この結果、補助レンズ部５の出射面５２から補助レンズ部５中から外部に出射する光により形成される補助配光パターンとしてのオーバーヘッドサイン用の配光パターンＯＳＰにおいては、分光色を伴うことがない。

この実施形態１における車両用前照灯１Ｌ、１Ｒは、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５とが一体であるから、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５との相対位置精度が高精度となり、主レンズ部３により形成される主配光パターンとしてのロービーム用配光パターンＬＰと補助レンズ部５により形成される補助配光パターンとしてのオーバーヘッドサイン用の配光パターンＯＳＰとの配光精度が向上され、一方、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５との配光設計が容易となる。しかも、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５とが一体となるので、部品点数が軽減され、組付性が向上され、その結果、製造コストを安価にすることができる。

（実施形態２の説明）
図１０は、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態２を示す。以下、この実施形態２における車両用前照灯について説明する。図中、図１〜図９と同符号は、同一のものを示す。

この実施形態２における車両用前照灯は、図１０に示すように、主レンズ部によりハイビーム用配光パターン（走行用配光パターン）ＨＰを形成し、かつ、補助レンズ部によりスポット用配光パターンＳＰを形成するものである。この実施形態２における車両用前照灯は、以上のごとき構成、作用からなるので、前記の実施形態１における車両用前照灯１Ｌ、１Ｒとほぼ同様の効果を達成することができる。

（実施形態１、２以外の例の説明）
この実施形態１、２においては、車両Ｃが左側通行の場合の車両用前照灯１Ｌ、１Ｒについて説明するものである。ところが、この発明においては、車両Ｃが右側通行の場合の車両用前照灯にも適用することができる。

また、実施形態１、２においては、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５とが一体である。ところが、この発明においては、レンズ３５の主レンズ部３と補助レンズ部５とが別体のものであっても良い。

さらに、実施形態１においては、補助レンズ部５を主レンズ部３の下辺に設けたものである。ところが、この発明においては、図２中の二点鎖線に示すように、主レンズ部３の上辺、左辺、右辺に、補助レンズ部５Ｕ、５Ｌ、５Ｒを設けて、図９中の二点鎖線に示すように、手前側用配光パターンＢＰ、左側用配光パターンＬＳＰ、右側用配光パターンＲＳＰ、スポット用配光パターンＳＰ、を形成しても良い。補助レンズ部は、１個でも複数個を組み合わせても良い。補助配光パターンは、１個でも複数個を組み合わせても良い。

さらに、実施形態２においては、図面では省略したが、補助レンズ部を主レンズ部の下辺に設けたものである。ところが、この発明においては、実施形態１の場合と同様に、図２中の二点鎖線に示すように、主レンズ部３の上辺、左辺、右辺に、補助レンズ部５Ｕ、５Ｌ、５Ｒを設けても良い。補助レンズ部は、１個でも複数個を組み合わせても良い。

１Ｌ 左側の車両用前照灯
１Ｒ 右側の車両用前照灯
２ 半導体型光源
２０ 発光チップ
２１ 取付部材
３ 主レンズ部
３０ 主レンズ部の入射面
３１ 主レンズ部の出射面
３３ ホルダ
３５ レンズ
４ ヒートシンク部材
４０ 垂直板部
４１ フィン部
５ 補助レンズ部
５０ 補助レンズ部の入射面
５１ 補助レンズ部の反射面
５２ 補助レンズ部の出射面
６０ 路面のセンターライン
６１ 路面の自車の走行車線
６２ 路面の対向車線
ＢＰ 手前側用配光パターン
Ｃ 車両
ＣＬ カットオフライン
Ｆ レンズの基準焦点
ＨＬ−ＨＲ スクリーンの左右の水平線
ＨＰ ハイビーム用配光パターン
Ｌ１ 半導体型光源からの光
Ｌ２ 入射面からの入射光
Ｌ３ 反射面からの反射光
Ｌ４ 出射面からの出射光
ＬＰ ロービーム用配光パターン
ＬＳＰ 左側用配光パターン
Ｎ１ 入射面の法線
Ｎ２ 反射面の法線
Ｎ３ 出射面の法線
Ｏ 発光チップの中心
ＯＳＰ オーバーヘッドサイン用の配光パターン
ＲＳＰ 右側用配光パターン
ＳＰ スポット用配光パターン
ＶＵ−ＶＤ スクリーンの上下の垂直線
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ レンズの基準光軸（Ｚ軸）

Claims (3)

1. 半導体型光源と、レンズと、を備え、
   前記レンズは、前記半導体型光源の前方に配置され前記半導体型光源からの光を主配光パターンとして前方に照射する主レンズ部と、前記主レンズ部の周辺に設けられていて、前記半導体型光源からの光を補助配光パターンとして前方に照射する補助レンズ部と、から構成されていて、
   前記補助レンズ部は、前記半導体型光源からの光のうち、前記半導体型光源の半球放射範囲の緯度約５０°付近から外側の周辺光が前記補助レンズ部中に入射する入射面と、前記入射面から前記補助レンズ部中に入射した光が反射する反射面と、前記反射面で反射した反射光が前記補助レンズ部中から外部に出射する出射面と、から構成されていて、
   前記補助レンズ部の入射面は、前記半導体型光源からの光が前記補助レンズ部中に屈折せずに入射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されていて、
   前記補助レンズ部の反射面は、前記入射面から前記補助レンズ部中に入射した光が狙った角度方向に全反射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されていて、
   前記補助レンズ部の出射面は、前記反射面で全反射した反射光が前記補助レンズ部中から外部に屈折せずに出射するように法線ベクトルが決められている自由曲面から構成されており、
   前記半導体型光源は、中心が前記主レンズ部の光軸上もしくはその近傍に配置され、前記光が前記主レンズ部の入射面に直接入射されるように発光面が前記光軸の前方に向けられている、
   ことを特徴とする車両用前照灯。
2. 半導体型光源と、レンズと、を備え、
   前記レンズは、前記半導体型光源の前方に配置され前記半導体型光源からの光を主配光パターンとして前方に照射する主レンズ部と、前記主レンズ部の周辺に設けられていて、前記半導体型光源からの光を補助配光パターンとして前方に照射する補助レンズ部と、から構成されていて、
   前記補助レンズ部は、前記半導体型光源からの光のうち、前記半導体型光源の半球放射範囲の緯度約５０°付近から外側の周辺光が前記補助レンズ部中に入射する入射面と、前記入射面から前記補助レンズ部中に入射した光が反射する反射面と、前記反射面で反射した反射光が前記補助レンズ部中から外部に出射する出射面と、から構成されていて、
   前記補助レンズ部の入射面は、前記半導体型光源からの光の放射方向と前記補助レンズ部の入射面の法線方向とが一致する自由曲面から構成されていて、
   前記補助レンズ部の反射面は、前記入射面から前記補助レンズ部中に入射した光が狙った角度方向に全反射するように法線が決められている自由曲面から構成されていて、
   前記補助レンズ部の出射面は、前記反射面で全反射した反射光の反射方向と前記補助レンズ部の出射面の法線方向とが一致する自由曲面から構成されており、
   前記半導体型光源は、中心が前記主レンズ部の光軸上もしくはその近傍に配置され、前記光が前記主レンズ部の入射面に直接入射されるように発光面が前記光軸の前方に向けられている、
   ことを特徴とする車両用前照灯。
3. 前記レンズの前記主レンズ部と前記補助レンズ部とは、一体のものである、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用前照灯。

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