(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
かかる車両用前照灯においては、半導体型光源からの光を有効に利用し、かつ、レンズ分光現象による色帯の出現を抑制することが重要である。
【0006】
この発明が解決しようとする課題は、半導体型光源からの光を有効に利用し、かつ、レンズ分光現象による色帯の出現を抑制することが重要であるという点にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、入射面と出射面とから構成されていて、レンズの基準光軸を含む入射面の中間部分の水平断面形状が、半導体型光源に対して凹となる凹曲面もしくは凹曲線をなし、入射面の左右両側部分の水平断面形状が、中間部分から曲率の変曲点を介して半導体型光源に対して凸となる凸曲面もしくは凸曲
線をなし、入射面の垂直断面形状が、半導体型光源側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなす、ことを特徴とする。
【0008】
この発明(請求項2にかかる発明)は、レンズが、入射面および出射面を有するレンズ部と、レンズ部の周縁部のフランジ部と、から構成されていて、入射面と接するフランジ部の接点が、出射面と接するフランジ部の接点よりもレンズの基準光軸側に位置する、ことを特徴とする。
【0009】
この発明(請求項3にかかる発明)は、入射面もしくは出射面のうち少なくともいずれか一方には、微小光拡散素子群が設けられている、ことを特徴とする。
【0010】
この発明(請求項4にかかる発明)は、入射面の中間部分が、レンズから照射される配光パターンのうちの集光配光パターンを形成する部分である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
この発明の車両用前照灯は、レンズの入射面の中間部分の水平断面形状が半導体型光源に対して凹となる凹曲面もしくは凹曲線をなすので、平面と比較して、半導体型光源を中心とする立体角が大きい。この結果、半導体型光源からの光を有効に利用することができる。
【0012】
また、この発明の車両用前照灯は、レンズの入射面の左右両側部分の水平断面形状が凹曲面の中間部分から曲率の変曲点を介して折り返されている形状をなす。たとえば、半導体型光源側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線、あるいは、X軸方向に平行な平面もしくは直線をなす。この結果、レンズの入射面の左右両端部に対応する出射面から出射する半導体型光源の出射像は、上下の色収差が少ないため、重畳されることにより、色消しの効果がある。
【0013】
さらに、この発明の車両用前照灯は、レンズの入射面の垂直断面形状が半導体型光源側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなすので、レンズの入射面の上下両端部の形状が半導体型光源側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなす。この結果、レンズの入射面の上下両端部に対応する出射面から出射する半導体型光源の出射像は、上下の色収差が少ないため、重畳されることにより、色消しの効果がある。
【0014】
このように、この発明の車両用前照灯は、半導体型光源からの光を有効に利用することができ、しかも、レンズの上下両端部および左右両端部から出射する半導体型光源の出射像が暈けて色消しの効果がある。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、この発明にかかる車両用前照灯の実施形態(実施例)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。
図4、
図5において、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。また、
図4、
図5は、コンピュータシミュレーションにより作図されたスクリーン上の配光パターンを簡略化して示す等光度曲線の説明図である。この等光度曲線の説明図において、中央の等光度曲線は、高光度を示し、外側の等光度曲線は、低光度を示す。この明細書、特許請求の範囲において、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。
【0017】
(実施形態の構成の説明)
以下、この実施形態にかかる車両用前照灯の構成について説明する。
図1〜
図3中、符号1は、この実施形態にかかる車両用前照灯(たとえば、ヘッドランプなど)である。前記車両用前照灯1は、車両の前部の左右両端部に搭載されている。
【0018】
(車両用前照灯1の説明)
前記車両用前照灯1は、
図1〜
図3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3と、ヒートシンク部材(図示せず)と、を備えるものである。
【0019】
(ランプユニット2、3の説明)
前記半導体型光源2および前記レンズ3および前記ヒートシンク部材は、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、3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。
【0020】
(半導体型光源2の説明)
前記半導体型光源2は、
図1〜
図3に示すように、この例では、たとえば、LED、OELまたはOLED(有機EL)などの自発光半導体型光源である。前記半導体型光源2は、1個もしくは複数個の発光チップ(図示せず)と、前記発光チップを封止樹脂部材で封止した発光部(パッケージ、LEDパッケージ)20と、前記発光部20を実装した基板(図示せず)と、から構成されている。前記発光チップが複数個の場合は、X軸方向(水平方向)に配列されている。
【0021】
前記基板は、前記ヒートシンク部材に固定されている。この結果、前記半導体型光源2は、前記ヒートシンク部材に保持(固定)されている。前記半導体型光源2は、電源(バッテリー)に電気的に接続されている。前記半導体型光源2の前記発光部20の発光面は、前側に水平方向に向いている。前記発光部20の前記発光面の中心(発光中心)Oは、前記レンズ3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3の基準光軸(基準軸)Z上もしくはその近傍に位置する。
【0022】
図1〜
図3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。前記X軸は、前記発光部20の前記発光中心Oを通る左右方向の水平軸であって、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、前記Y軸は、前記発光部20の前記発光中心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、前記Z軸は、前記発光部20の前記発光中心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。
【0023】
(レンズ3の説明)
前記レンズ3は、
図1〜
図4に示すように、レンズ部32と、前記レンズ部32の周縁部のフランジ部33と、から構成されている。前記レンズ部32は、前記半導体型光源2からの光が前記レンズ3中に入射する入射面30と、前記レンズ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。前記レンズ3の背面視(正面視)の形状は、横が長く縦が短い長円形状もしくは楕円形状をなす。
【0024】
前記入射面30は、複合2次曲面から構成されている。前記入射面30の垂直断面形状は、
図2に示すように、前記半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなす。一方、前記レンズ3の前記基準光軸Zを含む前記入射面30の中間部分30Cの水平断面形状は、
図3に示すように、前記半導体型光源2に対して凹となる凹曲面もしくは凹曲線をなす。また、前記入射面30の左側部分30L、右側部分30R(以下、「左右両側部分30L、30R」と称する)の水平断面形状は、
図3に示すように、凹曲面もしくは凹曲線の前記中間部分30Cから曲率の変曲点34を介して折り返されている形状をなす。たとえば、前記半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線、あるいは、前記X軸方向に平行な平面もしくは直線をなす。
【0025】
前記入射面30における前記中間部分30Cと前記左右両側部分30L、30Rとの境界は、前記Y軸と平行な左右2本の垂直線(
図1参照)であって、前記Z軸に対して左右所定の角度(この例では、約±39°)の位置(
図3参照)である。また、前記入射面30における前記中間部分30Cと前記左右両側部分30L、30Rとの境界は、前記変曲点34もしくはその近傍に位置する。前記入射面30における前記中間部分30Cは、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPのうち、
図5に示す集光配光パターン(スポット配光パターン)SPを形成する部分である。
【0026】
前記入射面30における前記中間部分30Cは、前記レンズ3の前記基準光軸Zを含み、レンズ光学における近軸領域(ガウス領域)を全部もしくは一部を含む領域であって、レンズの色収差の影響が少ない領域である。この結果、前記入射面30における前記中間部分30Cで形成される
図5に示す前記集光配光パターンSPは、主に白色光で形成されている。
【0027】
一方、前記入射面30における前記左右両側部分30L、30Rは、
図4(A)に示す前記ハイビーム配光パターンHPのうち、拡散配光パターン(
図5に示す前記集光配光パターンSPを包含する拡散配光パターン)を形成する部分である。
【0028】
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、自由曲面から構成されている。すなわち、前記出射面31の垂直断面形状および水平断面形状は、前記半導体型光源2と反対側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなす。
【0029】
前記フランジ部33は、前記レンズ部32の前記入射面30の全周縁および前記出射面31の左右周縁から連続してかつ前記出射面31の上下縁から段部を介して一体に設けられている。前記入射面30と接する前記フランジ部33の接点P1は、
図3に示すように、前記出射面31と接する前記フランジ部33の接点P2よりも前記レンズ3の前記基準光軸Z側(前記レンズ3の中心側)に位置する。前記フランジ部33の前記入射面30側の当接面35は、前記X軸および前記Y軸と平行もしくはほぼ平行に設けられている。
【0030】
前記フランジ部33は、前記ヒートシンク部材の取付部4に直接もしくはホルダ部材(図示せず)の取付部4を介して取り付けられている。すなわち、前記レンズ3は、前記フランジ部33の前記入射面30側の前記当接面35を前記ヒートシンク部材の前記取付部4の当接面に直接もしくは前記ホルダ部材の前記取付部4の当接面に当接させて位置決めさせた状態で、取り付けられている。前記取付部4の前記取付面は、前記フランジ部33の前記入射面30側の当接面35と同様に、前記X軸および前記Y軸と平行もしくはほぼ平行である。前記レンズ3は、前記半導体型光源2からの直接入射した光を、
図4(A)に示す前記ハイビーム配光パターンHPとして、車両の前方に照射する。
【0031】
前記レンズ3の前記入射面30もしくは前記出射面31のうち、少なくともいずれか一方の全面には、光拡散手段として微小光拡散素子群(図示せず)が設けられている。前記微小光拡散素子群は、前記微小光拡散素子群の凹凸量(この例では、約10〜12μm)が均一もしくはほぼ均一であって、マイクロメートルオーダーの凹凸面(全方位の凹凸面、たとえば、sin曲面の組み合わせ)、から構成されている。
【0032】
(実施形態の作用の説明)
この実施形態にかかる車両用前照灯1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。
【0033】
半導体型光源2の発光部20を発光させる。すると、発光部20から放射される光は、直接、レンズ3の入射面30からレンズ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。レンズ3中に入射した入射光は、レンズ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。レンズ3からの出射光は、
図4(A)に示すように、ハイビーム配光パターンHPとして、車両の前方に照射される。
【0034】
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPは、レンズ3の入射面30における中間部分30Cに対応する部分から出射する
図5に示す集光配光パターンSPと、レンズ3の入射面30における左右両側部分30L、30Rに対応する部分から出射する拡散配光パターンとを合成(重畳)して得られるものである。
【0035】
(実施形態の効果の説明)
この実施形態にかかる車両用前照灯1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。
【0036】
この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30の中間部分30Cの水平断面形状が半導体型光源2に対して凹となる凹曲面もしくは凹曲線をなすので、平面と比較して、半導体型光源2を中心とする立体角が大きい。この結果、半導体型光源2からの光を有効に利用することができる。
【0037】
また、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30の左右両側部分30L、30Rの水平断面形状が凹曲面もしくは凹曲線の中間部分30Cから曲率の変曲点34を介して折り返されている形状をなす。たとえば、半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線、あるいは、X軸方向に平行な平面もしくは直線をなす。この結果、レンズ3の入射面30の左右両側部分30L、30Rに対応する出射面31から出射する半導体型光源2の発光部20の出射像は、上下の色収差が少ないため、重畳されることにより、色消しの効果がある。しかも、レンズ3の入射面30の左右両側部分の水平断面形状が凹曲面の中間部分から曲率の変曲点を介して折り返されていることにより、レンズ3の基準光軸Z方向の幅(肉厚)を小さくすることができる。また、レンズ3の最外側にあるフランジ部33を形成し易くなる。
【0038】
さらに、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30の垂直断面形状が半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなすので、レンズ3の入射面30の上下両端部の形状が半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線をなす。この結果、レンズ3の入射面30の上下両端部に対応する出射面31から出射する半導体型光源2の発光部20の出射像は、上下の色収差が少ないため、重畳されることにより、色消しの効果がある。
【0039】
このように、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、半導体型光源2からの光を有効に利用することができ、しかも、レンズ3の上下両端部および左右両端部から出射する半導体型光源2の発光部20の出射像は、上下の色収差が少ないため、重畳されることにより、色消しの効果がある。この結果、理想のハイビーム配光パターンHPが車両の前方に照射されることとなる。
【0040】
しかも、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30の垂直断面形状および水平断面形状を前記の形状とすることにより、背面視(正面視)の形状が、横が長く縦が短い長円形状もしくは楕円形状をなすレンズ3に適している。特に、縦と横の比が1:1.4のアスペクト比の長方形形状をなすレンズに最適である。
【0041】
この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3が、入射面30および出射面31を有するレンズ部32と、レンズ部32の周縁部のフランジ部33と、から構成されている。入射面30と接するフランジ部33の接点P1は、
図3に示すように、出射面31と接するフランジ部33の接点P2よりもレンズ3の基準光軸Z側(レンズ3の中心側)に位置する。このために、フランジ部33の肉厚を均一もしくはほぼ均一にすることが容易である。また、レンズ3の入射面30の左右両側部分30L、30Rの水平断面形状が、凹曲面もしくは凹曲線の中間部分30Cから曲率の変曲点34を介して折り返されている形状をなす。たとえば、半導体型光源2側に凸となる凸曲面もしくは凸曲線、あるいは、X軸方向に平行な平面もしくは直線をなす。このために、フランジ部33をX軸方向に平行もしくはほぼ平行に形成することが容易である。
【0042】
しかも、フランジ部33がX軸方向に平行もしくはほぼ平行であるから、レンズ3のフランジ部33の入射面30側の当接面35をヒートシンク部材の取付部4の当接面に直接もしくはホルダ部材の取付部4の当接面に当接させて位置決めさせることにより、X軸方向に平行もしくはほぼ平行である取付基準を容易に得ることができる。この結果、位置決めされた状態で、レンズ3をヒートシンク部材に直接もしくはホルダ部材を介して取り付けることにより、レンズ3をX軸方向に平行もしくはほぼ平行である取付基準に基づいて取り付けることができる。これにより、レンズ3の取付精度を簡単に向上させることができる。
【0043】
この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30もしくは出射面31のうち、少なくともいずれか一方の全面に、光拡散手段として微小光拡散素子群を設けてなるものである。このために、半導体型光源2からの光を拡散させることができるので、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPの最高光度Mを、レンズ3の形状を変えることなく下げることができる。
【0044】
ここで、レンズ3の入射面30や出射面31の全面に光拡散手段として微小光拡散素子群を設けない場合において説明する。この場合においては、半導体型光源2からの光が拡散されないので、最高光度M1が高い
図4(B)に示すハイビーム配光パターンHP1が得られる。たとえば、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPの最高光度Mが、約55000cdであるのに対して、
図4(B)に示すハイビーム配光パターンHP1の最高光度M1が、約70000cdである。
【0045】
このように、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30もしくは出射面31のうち、少なくともいずれか一方の全面に、光拡散手段として微小光拡散素子群を設けることにより、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPの最高光度Mを下げる(低くする)ことができ、一方、レンズ3の入射面30や出射面31の全面に光拡散手段として微小光拡散素子群を設けない場合においては、
図4(B)に示すハイビーム配光パターンHP1の最高光度M1を上げる(高くする)ことができる。この結果、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の形状を変えることなく、ハイビーム配光パターンの最高光度を、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPの最高光度Mのように下げたり、あるいは、
図4(B)に示すハイビーム配光パターンHP1の最高光度M1のように上げたりすることができる。
【0046】
この実施形態にかかる車両用前照灯1は、レンズ3の入射面30における中間部分30Cが、
図4(A)に示すハイビーム配光パターンHPのうち、
図5に示す集光配光パターンSPを形成する部分である。この入射面30における中間部分30Cが、レンズ3の基準光軸Zを含み、レンズ光学における近軸領域(ガウス領域)を全部もしくは一部を含む領域であって、レンズの色収差の影響が少ない領域である。これにより、入射面30における中間部分30Cで形成される
図5に示す集光配光パターンSPが、主に白色光で形成されている。この結果、この実施形態にかかる車両用前照灯1は、集光配光パターンSPにおいて、色消しの効果がある。
【0047】
(実施形態以外の例の説明)
この実施形態においては、ハイビーム配光パターンHPを照射するものである。ところが、この発明においては、ハイビーム配光パターンHP以外の配光パターン、たとえば、ロービーム配光パターンやフォグランプ配光パターンなどを照射するものであっても良い。