JP2011249184A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶シャッタを備えた車両用前照灯において、遠方の視認性を向上する。
【解決手段】車両用前照灯１０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１２と、投影レンズ１２の後側焦点Ｆよりも後方に配置された白色発光ダイオード１４と、白色発光ダイオード１４からの光を投影レンズ１２へ向けて反射する第１リフレクタ１６および第２リフレクタ１８と、投影レンズ１２の後側焦点Ｆ近傍に配置された液晶シャッタ２０とを備える。第２リフレクタ１８は、水平線よりも下方の領域を照射するよう白色発光ダイオード１４からの光を反射する第１反射面１８ａと、水平線よりも上方の領域を照射するよう白色発光ダイオード１４からの光を反射する第２反射面１８ｂとを有する。第２反射面１８ｂは、反射光の集光度が第１反射面１８ａよりも高くなるよう構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるプロジェクタ型の車両用前照灯に関するものであり、特に、液晶シャッタを備えた車両用前照灯に関するものである。

一般に、プロジェクタ型の車両用前照灯は、車両前後方向に延びる光軸上に投影レンズが配置されるとともに、その後側焦点よりも後方側に光源が配置されており、この光源からの光をリフレクタにより投影レンズへ向けて反射させるように構成されている。そして、このプロジェクタ型の車両用前照灯によりロービーム用配光パターンを形成する場合には、投影レンズの後側焦点近傍に、リフレクタからの反射光の一部を遮蔽するシェードを、その上端縁が光軸近傍に位置するように配置し、これによりロービーム用配光パターンの上端縁にカットオフラインを形成するようになっている。

上述のようなプロジェクタ型車両用前照灯の一例として、例えば特許文献１には、上記シェードを可動式にして、ロービーム用配光パターンとハイビーム用配光パターンとを選択的に形成し得るように構成された車両用前照灯が記載されている。

一方、特許文献２や特許文献３には、投影レンズの後側焦点近傍に、上記可動式シェードの代わりに液晶シャッタが配置された車両用前照灯が記載されている。特許文献２，３に記載された車両用前照灯においては、液晶シャッタの一部領域を駆動することにより、ロービーム用配光パターンとハイビーム用配光パターンとを選択的に形成し得るようになっている。

特許文献２や特許文献３に記載された車両用前照灯のように、液晶シャッタを用いてビーム切替を行う構成とすることにより、特許文献ｌに記載された車両用前照灯のように、可動式のシェードを用いた場合に比して、灯具構成を簡素化することが可能となる。

特開２００７−８０５２１号公報 特開平１−２４４９３４号公報 特開平７−２９６６０５号公報

しかしながら、特許文献２や特許文献３に記載された車両用前照灯のように液晶シャッタを用いてビーム切替を行う構成の場合、光源からの光は、偏光板および液晶部材を透過した後、車両前方に照射される。偏光板および液晶部材により構成される液晶シャッタの透過率は、例えば３０〜５０％と低いため、効果的な光量が確保できない場合がある。特に、遠方の視認性を確保したい場合には、配光パターンにおける水平線よりも上方の領域は、十分な光量が求められる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶シャッタを備えた車両用前照灯において、遠方の視認性を向上することができる車両用前照灯を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用前照灯は、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、投影レンズの後側焦点よりも後方に配置された光源と、光源からの光を投影レンズへ向けて反射するリフレクタと、投影レンズの後側焦点近傍に配置された液晶シャッタとを備える。リフレクタは、水平線よりも下方の領域を照射するよう光源からの光を反射する第１反射面と、水平線よりも上方の領域を照射するよう光源からの光を反射する第２反射面とを有する。第２反射面は、反射光の集光度が第１反射面よりも高くなるよう構成される。

本発明によれば、集光度の高い反射光により、水平線より上方の領域にスポット状の配光パターンが形成されるので、水平線よりも上方の領域をの光度を高めることができ、その結果、遠方の視認性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る車両用前照灯を説明するための側断面図である。 図２（ａ）（ｂ）は、本実施形態に係る車両用前照灯によって形成される配光パターンを説明するための図である。 本発明の別の実施形態に係る車両用前照灯を説明するための側断面図である。 リフレクタの正面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る車両用前照灯を説明するための側断面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯を説明するための側断面図である。

本実施形態に係る車両用前照灯１０は、プロジェクタ型の灯具ユニットとして構成されており、ヘッドランプの一部として図示しないランプボディ等に組み込まれた状態で用いられる。車両用前照灯１０は、液晶シャッタにより配光パターンを制御可能な車両用前照灯である。

車両用前照灯１０は、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１２と、この投影レンズ１２の後側焦点Ｆよりも後方側に配置された光源としての白色発光ダイオード１４と、後側焦点Ｆよりも後方側に配置され、白色発光ダイオード１４からの光を投影レンズ１２へ向けて反射させるリフレクタとしての第１リフレクタ１６および第２リフレクタ１８と、後側焦点Ｆ近傍に配置された液晶シャッタ２０と、これらを支持するホルダ２２，２４，２６とを備える。

車両用前照灯１０は、ヘッドランプの一部として車両に組み込まれる場合、光軸Ａｘが車両前後方向に対して０．５°〜０．６°程度下向きとなるように配置される。

投影レンズ１２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って、その周縁部においてホルダ２２に固定支持されている。投影レンズ１２は、その後側焦点面（すなわち投影レンズ１２の後側焦点Ｆを含む焦点面）上に形成される光源像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。

白色発光ダイオード１４は、光軸Ａｘの下方においてホルダ２４に固定支持されている。白色発光ダイオード１４は、発光チップの発光面を、光軸Ａｘと交差するようにして略鉛直方向に延びる軸線Ａｘ１上において前方へ向けた状態で配置されている。

第１リフレクタ１６は、白色発光ダイオード１４を前方側から略半ドーム状に覆うようにして配置されており、その後端縁においてホルダ２４に固定支持されている。そして、この第１リフレクタ１６は、白色発光ダイオード１４からの光を上方へ向けて収束光として反射させるようになっている。

第２リフレクタ１８は、第１反射面１８ａと、第２反射面１８ｂとを有する折り曲げミラーにより構成されている。第２リフレクタ１８において、第１反射面１８ａおよび第２反射面１８ｂは、共に平面状の反射面であり、結合部１８ｃにおいて互いに結合されている。第２リフレクタ１８は、光軸Ａｘと軸線Ａｘ１との光点近傍において、前方へ向けて斜め上方に傾斜した状態で配置されており、第１リフレクタ１６に近い側に第１反射面１８ａが配置され、第１リフレクタ１６から遠い側に第２反射面１８ｂが配置されている。第２リフレクタ１８は、第１反射面１８ａの下端部においてホルダ２４に固定支持されている。この第２リフレクタ１８は、第１リフレクタ１６で反射した白色発光ダイオード１４からの光を液晶シャッタ２０に向けて正反射させる。

ここで、本実施形態においては、白色発光ダイオード１４からの距離が短い第１リフレクタ１６の部位１６ａからの反射光は、第１反射面１８ａに入射する。一方、白色発光ダイオード１４からの距離が部位１６ａよりも相対的に長い第１リフレクタ１６の部位１６ｂからの反射光は、第２反射面１８ｂに入射する。そして、第２リフレクタ１８の第１反射面１８ａで反射した光は、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも上方の領域に入射する。一方、第２リフレクタ１８の第２反射面１８ｂで反射した光は、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも下方の領域に入射する。

液晶シャッタ２０は、投影レンズ１２の後側焦点Ｆにおいて、光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿って配置されている。液晶シャッタ２０の駆動方式は特に限定されず、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式等を用いることができる。

液晶シャッタ２０は、一対の透明基板の間に液晶部材が配置され、さらに透明基板の外面に偏光板が配置された構成となっている。液晶シャッタ２０は、光軸Ａｘを中心として、横長矩形状に形成されており、第２リフレクタ１８からの反射光が全て入射するように構成されている。液晶シャッタ２０は、その周囲においてホルダ２６に固定支持されている。なお、ホルダ２４，２６は、いずれもその下端部においてホルダ２２に固定支持されている。

液晶シャッタ２０は、外部からの制御信号により、液晶部材の配向が変化され、部位毎に第２リフレクタ１８からの反射光の透過または遮光を制御できるようになっている。液晶シャッタ２０を透過した光は、投影レンズ１２により車両前方に投影される。投影レンズ１２は、液晶シャッタ２０により形成される像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。従って、液晶シャッタ２０の全ての領域を透過モードとしたとき、第２リフレクタ１８の第１反射面１８ａで反射した後、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも上方の領域に入射した光は、配光パターンにおける水平線よりも下方の領域に照射される。一方、第２リフレクタ１８の第２反射面１８ｂで反射した後、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも下方の領域に入射した光は、配光パターンにおける水平線よりも上方の領域に照射される。液晶シャッタ２０の部位毎に光の透過率を制御することにより、様々な配光パターンを形成することができる。

図２（ａ）（ｂ）は、本実施形態に係る車両用前照灯１０によって形成される配光パターンを説明するための図である。図２（ａ）は、液晶シャッタ２０上の集光パターンを示す図であり、図２（ｂ）は、車両前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。

図２（ａ）において、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘより上方の領域に形成される第１集光パターン２０２は、第２リフレクタ１８の第１反射面１８ａで反射した光により形成される集光パターンである。また、液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも下方の領域に形成される第２集光パターン２０４は、第２リフレクタ１８の第２反射面１８ｂで反射した光により形成される集光パターンである。なお、本明細書において配光または集光パターンの位置について説明する場合、それは配光または集光パターンにおける最も強度の高い部位の位置についてのものである。

本実施形態において、第１集光パターン２０２を形成する光は、白色発光ダイオード１４から出射された後、第１リフレクタ１６の部位１６ａおよび第２リフレクタ１８の第１反射面１８ａで反射した光である。この光は白色発光ダイオード１４から液晶シャッタ２０までの光路が短いので、図２（ａ）に示すように拡散した大きな第１集光パターン２０２を形成する。一方、第２集光パターン２０４を形成する光は、白色発光ダイオード１４から出射された後、第１リフレクタ１６の部位１６ｂおよび第２リフレクタ１８の第２反射面１８ｂで反射した光である。この光は白色発光ダイオード１４から液晶シャッタ２０までの光路が長いので、図２（ａ）に示すようにスポット的な小さい第２集光パターン２０４を形成する。このように、本実施形態においては、第２リフレクタ１８の第２反射面１８ｂからの反射光は、第２リフレクタ１８の第１反射面１８ａからの反射光よりも、集光度の高い光となる。

図２（ａ）に示す液晶シャッタ２０上の集光パターンは、投影レンズ１２により反転像とされ、図２（ｂ）に示すような配光パターンを形成する。すなわち、第１配光パターン２０６は、第１集光パターン２０２の反転像であり、第２配光パターン２０８は、第２集光パターン２０４の反転像である。図２（ｂ）に示すように、第１配光パターン２０６は、水平線Ｈ−Ｈよりも下方の領域に形成されたワイドな配光パターンである。一方、第２配光パターン２０８は、水平線Ｈ−Ｈよりもやや上方の領域に形成されたスポット状の配光パターンである。第２配光パターン２０８は、集光度の高い第２反射面１８ｂからの反射光により形成されるので、その光度は、第１配光パターン２０６よりも高くなる。

このように、本実施形態に係る車両用前照灯１０においては、第２リフレクタ１８を第１反射面１８ａと第２反射面１８ｂの２つの反射面で形成した。そして、白色発光ダイオード１４からの光路が短い第１反射面１８ａからの反射光が配光パターンにおける水平線Ｈ−Ｈよりも下方の領域に照射され、白色発光ダイオード１４からの光路が長い第２反射面１８ｂからの反射光が配光パターンにおける水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域に照射されるよう光学系を構成した。これにより、水平線Ｈ−Ｈよりも下方の領域には、拡散的な第１配光パターン２０６が形成され、水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域には、光度の高いスポット状の第２配光パターン２０８が形成される。

一般に、液晶シャッタを用いて配光を制御する場合、偏光板などを通過するために配光パターンの光度は低下しがちである。特に、遠方の視認性を確保するために、水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域には十分な光度が必要とされるが、必要とされる光度を満たすことは容易ではない。しかしながら、本実施形態のように第２リフレクタ１８の反射面を第１反射面１８ａと第２反射面１８ｂとに分けて、集光度の違いに応じて反射光の照射される領域を制御することで、単に１枚の反射面で第２リフレクタ１８を形成した場合よりも、水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域、特に、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ点（水平線Ｈ−Ｈと鉛直線Ｖ−Ｖの交点）の周辺領域を明るくすることができ、その結果、遠方の視認性を向上することができる。

また、本実施形態に係る車両用前照灯１０においては、光源として発光ダイオードを用いている。発光ダイオードなどの半導体発光素子は、発熱が少ないため、液晶シャッタ２０の長寿命化を図ることができる。また、半導体発光素子は小型の光源であるため、車両用前照灯１０を小型化することができる。

図３は、本発明の別の実施形態に係る車両用前照灯３１０を説明するための側断面図である。本実施形態に係る車両用前照灯３１０は、液晶シャッタ２０よりも光源側の光学系が、図１に示す車両用前照灯１０と異なっている。なお、図３においては、各構成要素を固定するためのホルダの図示を一部省略している。

本実施形態に係る車両用前照灯３１０は、白色発光ダイオード１４からの光を、リフレクタ３１８により液晶シャッタ２０へ向けて反射する構成となっている。リフレクタ３１８は、たとえば複合楕円面等により形成された楕円球面状に形成されており、この楕円球面は、光軸Ａｘを含む断面形状が楕円形状の少なくとも一部となるように設定されている。そして、リフレクタ３１８は、その楕円球面の第１の焦点に白色発光ダイオード１４が位置し、第２の焦点に液晶シャッタ２０が位置するように配置される。第２の焦点は、投影レンズ１２の後側焦点Ｆと一致する。

図４は、リフレクタ３１８の正面図である。本実施形態において、リフレクタ３１８の楕円球面状の反射面は、第１反射面３１８ａと第２反射面３１８ｂの２つの反射面に分割されている。第１反射面３１８ａは、白色発光ダイオード１４に近い部位の反射面であり、第２反射面３１８ｂは、白色発光ダイオード１４から遠い部位の反射面である。そして、第１反射面３１８ａは、白色発光ダイオード１４からの光を液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも上方の領域に向けて反射するよう構成される。一方、第２反射面３１８ｂは、白色発光ダイオード１４からの光を液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも下方の領域に向けて反射するよう構成される。このように液晶シャッタ２０上に反射光を照射することにより、図２（ａ）と同様の集光パターンが液晶シャッタ２０上に形成され、図２（ｂ）と同様の配光パターンが仮想スクリーン上に形成される。

第２反射面３１８ｂからの反射光は、白色発光ダイオード１４からの光路が長いため、第１反射面３１８ａからの反射光よりも集光度が高くなる。このような集光度の高い反射光により、水平線Ｈ−Ｈより上方の領域にスポット状の第２配光パターン２０８が形成されるので、水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域、特に、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ点の周辺領域を明るくすることができ、その結果、遠方の視認性を向上することができる。

図５は、本発明のさらに別の実施形態に係る車両用前照灯４１０を説明するための側断面図である。本実施形態に係る車両用前照灯４１０もまた、液晶シャッタ２０よりも光源側の光学系が、図１に示す車両用前照灯１０と異なっている。なお、図５においては、各構成要素を固定するためのホルダの図示を一部省略している。

本実施形態に係る車両用前照灯４１０においては、ホルダ２４上に、第１白色発光ダイオード１４ａと第２白色発光ダイオード１４ｂの２つの光源が設けられている。第１白色発光ダイオード１４ａと第２白色発光ダイオード１４ｂは、光出射方向が互いに逆方向になるよう配置されている。

光出射方向が上方に向けられた第１白色発光ダイオード１４ａの上方には、楕円球面形状の第１反射面４１６ａを有する第１リフレクタ４１６が設けられている。また、光出射方向が下方に向けられた第２白色発光ダイオード１４ｂの下方には、同じく楕円球面形状の第２反射面４１８ａを有する第２リフレクタ４１８が設けられている。第１白色発光ダイオード１４ａは、第１反射面４１６ａの第１の焦点に配置され、第２白色発光ダイオード１４ｂは、第２反射面４１８ａの第１の焦点に配置されている。また、第２反射面４１８ａと第２反射面４１８ａの第２の焦点位置は一致しており、その位置には液晶シャッタ２０が配置されている。第２反射面４１８ａと第２反射面４１８ａの第２の焦点は、投影レンズ１２の後側焦点Ｆと一致する。

本実施形態において、第１反射面４１６ａおよび第２反射面４１８ａは、図５に示すように、第２反射面４１８ａの焦点距離が、第１反射面４１６ａの焦点距離よりも長くなるよう形成されている。従って、第２白色発光ダイオード１４ｂからの光の光路長は、第１白色発光ダイオード１４ａからの光の光路長よりも長くなる。また、第１反射面４１６ａは、反射光が液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも上方の領域に照射されるよう構成され、第２反射面４１８ａは、反射光が液晶シャッタ２０における光軸Ａｘよりも下方の領域に照射されるよう構成される。このように液晶シャッタ２０上に反射光を照射することにより、図２（ａ）と同様の集光パターンが液晶シャッタ２０上に形成され、図２（ｂ）と同様の配光パターンが仮想スクリーン上に形成される。

第２反射面４１８ａからの反射光は、第２反射面４１８ａの焦点距離が第１反射面４１６ａのそれよりも長いので、第１反射面４１６ａからの反射光よりも集光度が高くなる。このような集光度の高い反射光により、水平線Ｈ−Ｈより上方の領域にスポット状の第２配光パターン２０８が形成されるので、水平線Ｈ−Ｈよりも上方の領域、特に、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ点の周辺領域を明るくすることができ、その結果、遠方の視認性を向上することができる。

本実施形態に係る車両用前照灯４１０おいては、第２白色発光ダイオード１４ｂは、例えば運転者によりライトスイッチ（図示せず）がオンされた場合に常時点灯させ、第１白色発光ダイオード１４ａは、遠方の視認性を確保したい場合だけ点灯させてもよい。この視認性確保の判断は、運転者によってなされてもよいし、前方車の有無に応じて自動的になされてもよい。このような点灯制御を行うことで、消費電力を低減することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施形態では、光源として白色発光ダイオード１４を用いたが、光源の種類は特に限定されるものではなく、例えば、放電バルブの発光部やハロゲンバルブのフィラメント等が採用可能である。

１０、３１０、４１０ 車両用前照灯、 １２ 投影レンズ、 １４ 白色発光ダイオード、 １６、４１６ 第１リフレクタ、 １８、４１８ 第２リフレクタ、 ２０ 液晶シャッタ、 ２２，２４，２６ ホルダ。

Claims (5)

1. 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側焦点よりも後方に配置された光源と、前記光源からの光を前記投影レンズへ向けて反射するリフレクタと、前記投影レンズの後側焦点近傍に配置された液晶シャッタと、を備える車両用前照灯において、
   前記リフレクタは、水平線よりも下方の領域を照射するよう前記光源からの光を反射する第１反射面と、水平線よりも上方の領域を照射するよう前記光源からの光を反射する第２反射面と、を有し、
   前記第２反射面は、反射光の集光度が前記第１反射面よりも高くなるよう構成されることを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記第１反射面と前記第２反射面は、折り曲げミラーにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記第１反射面と前記第２反射面は、楕円球面形状のリフレクタを分割することにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
4. 前記光源は、光出射方向が互いに逆方向になるよう配置された第１光源および第２光源を有し、
   前記第１反射面および第２反射面は、楕円球面形状の反射面として形成されるとともに、それぞれの焦点に配置された第１光源および第２光源からの光を前記液晶シャッタに向けて反射し、
   前記第２反射面の焦点距離が、前記第１反射面の焦点距離よりも長くなるよう形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
5. 前記光源として半導体発光素子を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用前照灯。

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