JP2019033030A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から出射した光の集光利用の効率を向上させた車両用前照灯に関する。【解決手段】楕円型の主反射面１０ａを有する主反射鏡１０と、主反射面１０の第１焦点Ｆ１に位置しかつ主反射面１０に対向するように配置された光源８とを有することを特徴とする車両用前照灯１において、主反射鏡１０と、主反射鏡１０の第２焦点Ｆ２との間に配置される反射型偏光板１３と、反射型偏光板１３に対向して配置され、反射型偏光板１３による反射偏光Ｂ１１を主反射面１０の第２焦点Ｆ２に集光するように再反射する補助反射鏡１１と、反射型偏光板１３と、補助反射鏡１１との間に配置され、かつ補助反射鏡１１と主反射鏡１０の第２焦点Ｆ２との間に配置された１／４波長板１４と、を有するようにした。【選択図】図２

Description

光源から出射した光の集光利用の効率を向上させた車両用前照灯に関する。

特許文献１には、図３に光源からの出射光をリフレクタによって前方に集光を結ぶように反射し、前記焦点近傍に配置した液晶板（液晶シャッタ）とその前方の投影レンズに反射光を透過させて配光パターンを表示する車両用前照灯が開示されている。液晶板は、一般的にその特性によって光のＰ偏光とＳ偏光のうち一方を透過出来ないため、光の半分しか利用出来ない点で問題がある。

一方、特許文献２には、図１に光を反射型偏光板である偏光分離面によってＳ偏光及びＰ偏光に分離し、反射された一方の偏光（この場合Ｐ偏光）を光束反射素子で再反射させ、再反射光を１／２波長板に１度だけ、即ち奇数回透過させることで反射された一方の偏光（Ｐ偏光）を他方の偏光（この場合Ｓ偏光）に一致させることで、液晶板に利用される光の利用効率を向上させる偏光変換素子が開示されている。

特開２０１１−２４９１８４号 特開平５−７２４１７号

一般に特許文献１のような車両用前照灯においては、光源から出射して焦点を結ぶ光を形成し、焦点を結ぶ光を焦点近傍の液晶板に透過させて配光パターンにホットスポットを形成したり、焦点を結ぶ光を焦点近傍に配置したシェードを通過させることで鮮明なカットオフラインを形成することが求められる。

しかし、特許文献１の車両用前照灯において、リフレクタとリフレクタの焦点との間に特許文献２の偏光変換素子を配置した場合、偏光分離面を透過した偏光はそのまま焦点を結ぶものの偏光分離面で反射された偏光は、偏光分離面を透過した偏光と共通する焦点を結ぶことが出来ない。従って、偏光分離面で反射された偏光を透過した偏光に一致させたとしても反射された偏光成分を配光パターンのホットスポットの形成や鮮明なカットオフラインの形成に寄与させられない点で問題がある。

本願は、上記問題に鑑みて、光源から出射した光の集光利用の効率を向上させた車両用前照灯を提供するものである。

楕円型の主反射面を有する主反射鏡と、主反射面の第１焦点に位置しかつ主反射面に対向するように配置された光源とを有することを特徴とする車両用前照灯において、主反射鏡と、主反射鏡の第２焦点との間に配置される反射型偏光板と、反射型偏光板に対向して配置され、反射型偏光板による反射偏光を主反射面の第２焦点に集光するように再反射する補助反射鏡と、反射型偏光板と、補助反射鏡との間に配置され、かつ補助反射鏡と主反射鏡の第２焦点との間に配置された１／４波長板と、を有するようにした。

（作用）反射型偏光板を透過した光は、前方に焦点を結び、反射型偏光板によって反射された偏光は、１／４波長板を通過した後、反射型偏光板を透過した偏光と同一の焦点を結ぶように補助反射鏡によって再反射される。また、再反射された偏光は、焦点を結ぶ前に再度１／４波長板を通過することで透過した偏光に偏光方向を一致させられる。

車両用前照灯において、前記１／４波長板を補助反射鏡の補助反射面に設けた。

（作用）車両用前照灯の灯室内に特別な配置スペースを設けること無く１／４波長板が、主反射鏡による反射光を阻害しない位置に配置される。

車両用前照灯において、前記反射型偏光板と前記補助反射鏡との間に第２補助反射鏡を配置した。

（作用）反射型偏光板によって反射される偏光が第２補助反射鏡に反射されて補助反射鏡に入射する。

車両用前照灯において、前記主反射鏡の第２焦点近傍に液晶板を配置した。

（作用）反射型偏光板を透過した偏光と反射型偏光板に反射された偏光の双方が、集光された状態で液晶板を通過する。

車両用前照灯によれば、反射型偏光板によって反射された偏光を波長板に偶数回通過させても反射型偏光板を透過した偏光に偏光方向を一致させた上で同一の焦点を結ぶことが出来、反射型偏光板によって反射されて波長板によって偏光方向を統一された光をすべて配光パターンのホットスポットや鮮明なカットオフラインの形成に利用することが出来るため、光源から出射した光の集光利用効率が向上する。

また、１／４波長板の特別な配置スペースが不要になることで車両用前照灯を小型化することが出来る。

また、第２反射鏡を経由して反射型偏光板によって反射される偏光を入射されることで補助反射鏡の配置の自在性が向上する。

また、反射型偏光板に反射された偏光が反射型偏光板を透過した偏光と共に液晶板を通過して配光パターンのホットスポットの形成に寄与する。

第１実施例における車両用前照灯の正面図。 第１実施例の車両用前照灯のハイビーム用灯具ユニットを縦方向に切断した図１のＩ−Ｉ断面図。 第２実施例の車両用前照灯のハイビーム用灯具ユニットの縦断面図 第３実施例の車両用前照灯のハイビーム用灯具ユニットの縦断面図

以下、本発明の好適な実施形態を図１から図４に基づいて説明する。各図においては、車両用前照灯の各部や車両用前照灯の搭載車両のドライバーから見た道路の方向を（上方：下方：左方：右方：前方：後方＝Ｕｐ：Ｌｏ：Ｌｅ：Ｒｉ：Ｆｒ：Ｒｅ）として説明する。

図１と図２によって第１実施例の車両用前照灯を説明する。第１実施例の車両用前照灯１は、ランプボディ２と、前面カバー３と、前照灯ユニット４と、を備える。ランプボディ２は、車両の前方側に開口部を有し、前面カバー３は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成され、ランプボディ２の開口部に取り付けられることによって内側に灯室Ｓを形成する。図１に示す前照灯ユニット４は、ハイビーム用前照灯ユニット５及びロービーム用前照灯ユニット６を金属製の支持部材７で一体化することによって構成され、灯室Ｓの内側に配置される。

ハイビーム用前照灯ユニット５とロービーム用前照灯ユニット６は、図２に示す光源８，主反射鏡１０と補助反射鏡１１を有する反射鏡９，液晶板１２，反射型偏光板１３、１／４波長板１４及び投影レンズ１５をそれぞれ有し、これらはいずれも支持部材７に取り付けられる。

図２の支持部材７は、金属で形成され、光源支持部７ａと、光源支持部７ａの前端のレンズ支持部７ｂと、光源支持部７ａの基端に一体化された基礎板部７ｃを有する。基礎板部７ｃは、左右２箇所のスクリュー固定部（７ｄ、右側のものは図示せず）とそれらの球受部７ｅを一体に有する。
光源８は、ＬＥＤなどの発光素子で形成され、反射鏡９は、回転楕円面形状の主反射面１０ａを有する主反射鏡１０と、自由曲面形状の補助反射面１１ａを有する補助反射鏡１１を有する。補助反射鏡１１は、主反射鏡の下端部１０ｂに一体に形成され、補助反射面１１ａは、受けた光を主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２に集光反射するように形成される。

図２の光源８は、光源支持部７ａの上に固定され、反射鏡９は、主反射面及び回転楕円面形状を有する主反射面１０ａの第１焦点Ｆ１近傍に光源８が配置されるように光源支持部７ａの上面７ｆに固定される。液晶板１２は、主反射鏡１０の主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２に位置するように光源支持部７ａの上面７ｆに固定される。反射型偏光板１３は、光のＳ偏光またはＰ偏光のうち一方を透過させ、もう一方を反射する部材である。反射型偏光板１３は、光源８及び反射鏡９の前方において、主反射鏡１０の主反射面１０ａと、主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２との間に配置されるように光源支持部７ａの上面７ｆに固定される。尚、各実施例においては、液晶板１２の代わりにカットオフラインを形成するシェードを設けてもよい。

図２の１／４波長板１４は、透過した光の位相を９０°変換させる部材である。１／４波長板１４は、光源８及び反射鏡９の前方において、反射型偏光板１３と、補助反射鏡１１との間に配置され、かつ補助反射鏡１１と主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２との間に配置されるように光源支持部７ａの上面７ｆに固定される。投影レンズ１５は、前方に凸となる平凸レンズとして形成され、液晶板１２の前方においてレンズ支持部７ｂに固定される。

支持部材７を含む前照灯ユニット４は、ランプボディ２に回動自在に保持されたエイミングスクリュー（１６、右側のものは図示せず）を基礎板部７ｃのスクリュー固定部（７ｄ、右側のものは図示せず）にそれぞれ螺着され、かつランプボディ２に螺着されたヒッチボール１７のボール１７ａを球受部７ｅに装着されることでランプボディ２に対して傾動自在に支持される。また、灯室Ｓ内には、投影レンズ１５の周囲を前方から目隠しするエクステンションリフレクター１８が設けられる。

次に図２により、第１実施例の車両用前照灯１による光の利用状態を説明する。主反射鏡１０の主反射面１０ａの第１焦点Ｆ１近傍に配置された光源８を出射した光Ｂ１は、主反射面１０ａによって第２焦点Ｆ２で焦点を結ぶように前方の反射型偏光板１３に向けて反射される。反射型偏光板１３がＳ偏光のみを透光可能な状態で配置されている場合、光Ｂ１のＳ偏光Ｂ１１のみが反射型偏光板１３を透過し、光Ｂ１のＰ偏光Ｂ１２は、反射型偏光板１３を透過出来ずに１／４波長板１４及び補助反射鏡１１の補助反射面１１ａに向けて反射される。Ｓ偏光Ｂ１１は、主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２で焦点を結びつつ液晶板１２を透過し、前方の投影レンズ１５及び前面カバー３を順に透過して前方に出射する。

図２のＰ偏光Ｂ１２は、１／４波長板１４を透過することによって位相を９０°変化させられ、補助反射鏡１１の補助反射面１１ａによって前方の第２焦点Ｆ２で焦点を結ぶように反射される。補助反射面１１ａで反射されたＰ偏光Ｂ１２は、再度１／４波長板を透過して位相を更に９０°変化させられてＳ偏光Ｂ１３に変化する。Ｓ偏光Ｂ１３は、反射型偏光板１３を透過し、主反射鏡１０の主反射面１０ａの第２焦点Ｆ２で焦点を結びつつ液晶板１２透過し、前方の投影レンズ１５及び前面カバー３を順に透過して前方に出射する。

図２の反射型偏光板１３によって反射されたＰ偏光Ｂ１２は、補助反射鏡１１の補助反射面１１ａによって第２焦点Ｆ２で焦点を結ぶように反射される。Ｐ偏光Ｂ１２は、反射型偏光板１３に到達するまでに１／４波長板１４を合計２度透過することで反射型偏光板１３を透過可能なＳ偏光Ｂ１３となり、補助反射鏡１１によってＳ偏光Ｂ１１と共通の第２焦点Ｆ２を結ぶ光となって前面カバー３の前方に出射する。Ｐ偏光Ｂ１２は、１／４波長板１４を２度透過することでＳ偏光Ｂ１３となり、Ｓ偏光Ｂ１１と共にハイビーム用配光パターンを車両（図示せず）の前方に表示する。

尚、本実施例において、仮にＰ偏光のみを透光可能な状態で反射型偏光板１３を配置した場合、主反射鏡１０によって反射されて反射型偏光板１３を通過する偏光と、反射型偏光板１３に反射されて補助反射鏡１１に再反射されると共に１／４波長板を２度透過する偏光は、共にＰ偏光になる。いずれにせよ、反射型偏光板１３によって反射された偏光成分は、反射型偏光板を透過された偏光成分に偏光方向を統一されることにより、合成されたハイビーム用配光パターンを形成する。

本実施例の車両用前照灯１は、反射型偏光板１３による反射されたＰ偏光Ｂ１２を波長板に透過させることで偏光方向を透過されたＳ偏光Ｂ１１に統一するとともにＳ偏光Ｂ１１と共通の焦点を結ばせることで、反射された偏光を無駄なく配光パターンの形成に寄与させることを特徴としている。

図２に示す第１実施例の１／４波長板１４は、支持部材７の光源支持部７ａ上において、反射型偏光板１３から補助反射鏡１１に向かうＰ偏光Ｂ１２の光路と、補助反射鏡１１から第２焦点Ｆ２に向けて再反射されたＰ偏光Ｂ１２の光路の双方に配置され、かつ光源８から出射して主反射鏡１０によって反射される光Ｂ１の光路から外れた位置に配置される。

１／４波長板１４は、Ｐ偏光をＳ偏光に変化させる際に反射型偏光板１３から補助反射鏡１１に向かうＰ偏光Ｂ１２と、補助反射鏡１１から第２焦点Ｆ２に向けて再反射されたＰ偏光Ｂ１２の双方の往復透過を可能にする。その結果、第１実施例の車両用前照灯１によれば、１／４波長板１４を利用することでＰ偏光Ｂ１２から変化させたＳ偏光Ｂ１３を補助反射鏡１１によって反射型偏光板１３から第２焦点Ｆ２にダイレクトに集光反射して、反射型偏光板１３を透過したＳ偏光Ｂ１１と同一の焦点を容易に結ばせて、透過偏光による配光パターンに合成して利用することが出来るため、光源から出射した光の集光利用効率が向上する。

また、第１実施例の車両用前照灯１によれば、１／４波長板を利用することで反射型偏光板１３によって反射されて第２焦点Ｆ２に到達する反射偏光の光路を最短にして、車両用前照灯を小型化することが可能になる。

仮に、第１実施例のような車両用前照灯１において、１／４波長板の代わりに１／２波長板を用いてＰ偏光Ｂ１２をＳ偏光Ｂ１３とする場合、位相を１８０度変化させる１／２波長板は、反射されたＰ偏光Ｂ１２を往復通過させると位相が元に戻るためにＳ偏光に出来ない。そのため、１／２波長板を採用する車両用前照灯は、反射型偏光板１３から補助反射鏡１１に向かい、かつ補助反射鏡１１から第２焦点Ｆ２に向けうように往復するＰ偏光Ｂ１２のうち一方を１／２波長板に透過させないように一方の光路を迂回させなければならなくなる。

しかし、光路を迂回させるためには、光を複数回の反射させるための多数の補助反射鏡が必要になり、迂回させた光を通過させるための余分な空間を確保する必要があるために前照灯ユニット４並びに車両用前照灯を大型化する点で問題がある。また、複雑な迂回経路を経由した偏光成分は、たとえＳ偏光Ｂ１１と共に第２焦点Ｆ２を通過したとしても、迂回させられることで照射方向が制限されて、Ｓ偏光Ｂ１１による配光パターンに重ねて配光しづらくなることでＳ偏光Ｂ１１との合成配光パターンの自在性を低下させるおそれがある点でも問題がある。

第１実施例の車両用前照灯１によれば、１／２波長板ではなく、１／４波長板を採用して第２焦点Ｆ２に集光される反射偏光成分の光路を最短化することにより、前照灯ユニット４の構成部品の簡素化と小型化が可能になると共に第２焦点Ｆ２に集光される反射偏光成分による配光パターンを透過偏光成分による配光パターンに合成しやすくすることで、合成配光パターンの形状の自在性が向上し、反射偏光成分の集光利用効率が向上する。

次に図３により、第２実施例の車両用前照灯２１と、第２実施例による光の利用状態を説明する。第２実施例の車両用前照灯２１は、１／４波長板１４の代わりに１／４波長板２２を設けた他、第１実施例の車両用前照灯１と共通する構成を有する。

具体的には、第２実施例の１／４波長板２２は、光源８の前方の光源支持部７ａ上では無く、補助反射鏡１１の補助反射面１１ａに重ねて設けられている。光源８を出射した光Ｂ２は、Ｓ偏光のみを透過させるように反射型偏光板１３を配置した場合、Ｓ偏光Ｂ２１を第２焦点Ｆ２に向けて透過させ、Ｐ偏光Ｂ２２を補助反射鏡１１に向けて反射させる。１／４波長板を補助反射面１１ａに設けたことにより、反射型偏光板１３から補助反射鏡１１に向けて反射されたＰ偏光Ｂ２２は、補助反射面１１ａに反射される際に１／４波長板２２を往復透過してＳ偏光Ｂ２３となる。補助反射面１１ａによって反射されたＳ偏光Ｂ２３は、Ｓ偏光Ｂ２１と共通する第２焦点Ｆ２を結ぶ。Ｓ偏光Ｂ２３は、Ｓ偏光Ｂ２１と共に液晶板１２、投影レンズ１５及び前面カバー３を透過して車両（図示せず）の前方に出射して、合成配光パターンを形成する。

図３の第２実施例の車両用前照灯２１は、１／４波長板２２を光源８に対向しない補助反射鏡１１の補助反射面１１ａに配置することで、光源８から出射した光Ｂ２を誤って透過させることによる位相の変化を発生させにくい点で利点を有する。

次に図４により、第３実施例の車両用前照灯３１と、第３実施例による光の利用状態を説明する。第３実施例の車両用前照灯３１は、第１実施例の支持部材７の代わりに第２補助反射鏡３２を有する支持部材７’を有する他、第１実施例の車両用前照灯１と共通する構成を有する。また、支持部材７'は、光源支持部７ａに第２補助反射鏡３２を形成された他、第１実施例の支持部材７と共通する構成を有する。

図４の第２補助反射鏡３２は、光源支持部７ａの上面７ｆの一部領域、即ち、光源８の後方から補助反射鏡１１の補助反射面１１ａの前方の領域を銀蒸着等によって鏡面処理されることによって形成される。

主反射鏡１０の第１焦点Ｆ１に位置する光源８を出射した光Ｂ３は、Ｓ偏光のみを透過させるように反射型偏光板１３を配置した場合、Ｓ偏光Ｂ３１を第２焦点Ｆ２に向けて透過させ、Ｐ偏光Ｂ３２を第２補助反射鏡３２に向けて反射させる。Ｐ偏光Ｂ３２は、１／４波長板１４を透過して位相を９０°変化させられ、第２補助反射鏡３２によって補助反射鏡１１の補助反射面１１ａに向けて反射される。Ｐ偏光Ｂ３２は、補助反射面１１ａによってＳ偏光Ｂ３１と共通する第２焦点Ｆ２に向けて集光するように反射され、１／４波長板を再度通過して位相を更に９０°変化させられることにより、Ｓ偏光Ｂ３３となる。Ｓ偏光Ｂ３３は、反射型偏光板１３を透過してＳ偏光Ｂ３１と共に第２焦点Ｆ２を結びつつ液晶板１２、投影レンズ１５及び前面カバー３を透過し、Ｓ偏光Ｂ３１と共に合成配光パターンを車両（図示せず）の前方に表示する。

図４の第３実施例の車両用前照灯３１は、反射型偏光板１３によって反射されたＰ偏光Ｂ３２を第２補助反射鏡３２を介して補助反射鏡１１に再反射するため、補助反射鏡１１を仮に他の位置に配置しても反射されたＰ偏光Ｂ３２を第２焦点Ｆ２に集光反射しやすくなる。即ち、第３実施例の車両用前照灯３１によれば、補助反射鏡１１の設置位置の自由度を向上させつつ、Ｓ偏光Ｂ３３にＳ偏光Ｂ３１と共通する第２焦点Ｆ２を結ばせ、Ｓ偏光（Ｂ３１，Ｂ３３）による自由度の高い配光パターンを形成することが出来る。

１ 車両用前照灯
８ 光源
１０ 主反射鏡
１０ａ 主反射面
１１ 補助反射鏡
１１ａ 補助反射面
１３ 反射型偏光板
１４ １／４波長板
２１ 車両用前照灯
２２ １／４波長板
３２ 第２補助反射鏡
１４ａ 反射面
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点

Claims (4)

1. 楕円型の主反射面を有する主反射鏡と、主反射面の第１焦点に位置しかつ主反射面に対向するように配置された光源とを有することを特徴とする車両用前照灯において、
   主反射鏡と、主反射鏡の第２焦点との間に配置される反射型偏光板と、
   反射型偏光板に対向して配置され、反射型偏光板による反射偏光を主反射面の第２焦点に集光するように再反射する補助反射鏡と、
   反射型偏光板と、補助反射鏡との間に配置され、かつ補助反射鏡と主反射鏡の第２焦点との間に配置された１／４波長板と、を有することを特徴とした、車両用前照灯。
2. 前記１／４波長板が補助反射鏡の補助反射面に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記反射型偏光板と前記補助反射鏡との間に配置された第２補助反射鏡を有す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。
4. 前記主反射鏡の第２焦点近傍に配置された液晶板を有することを特徴とする、請求項１から３のうちいずれかに記載の車両用前照灯。

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