(57)【要約】【課題】ＬＥＤを光源とするプロジェクタ型ランプにおいては、略点光源であるフィラメント光源とした時と同じ形状の投影レンズを使用しているので、楕円系反射面で反射した後の光量分布が異なり、理想的な配光特性が得られない問題点を生じている。 【解決手段】本発明により、所定の位置に配置したＬＥＤ光源からの楕円系反射面内での、光線の反射方向、及び、強度分布などを追跡すると共に、その結果に基づいて理想的な配光特性が得られるように各光線の屈折方向などを定める投影レンズの入射面と射出面との形状を設計することで、ＬＥＤ光源を使用したプロジェクタ型ランプにおいても所望の配光が得られるようにして、課題を解決するものである。【選択図】図２
2010061916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を略上方に向けて配置されたＬＥＤ光源と、該ＬＥＤ光源を焦点とし一方の焦点に一致させ、軸を略水平として設置された楕円系反射面と、前記楕円系反射面の第二焦点の近傍に設けられるシェードと、前記シェードの近傍に焦点を有する投影レンズとから成る車両用灯具であり、前記投影レンズは、前記第二焦点から入射する光の方向及び強度が考慮されて、各入射光の方向及び強度ごとに前記投影レンズから出射する光の方向が定められたレンズ構成とされていることを特徴とするＬＥＤ光源車両用灯具。
【請求項２】
前記投影レンズは、主として出射側の面で配光特性を形成していることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源車両用灯具。
【請求項３】
前記投影レンズは、垂直方向での光を略平行光とし、平行方向での光を拡散光とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ光源車両用灯具。
【請求項４】
前記投影レンズの出射側の面は水平断面において、外側に向かうに連れて、曲率半径が大きくなるものであることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ光源車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲン電球のフィラメント、メタルハライド放電灯のアークのように、発光源の中心部分がもっとも明るく、よって、第二焦点に集束する光も光軸上が最も明るくなる、いわゆる従来のプロジェクタランプと異なり、発光方向を略上向きとして取付けられるＬＥＤ光源のプロジェクタランプに適する投影レンズの提供を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロジェクタ型ヘッドランプ９０においては、楕円形を長軸で回転させ、短軸で２分した、いわゆる回転楕円面の反射鏡９１を使用しており、第一焦点に配置した光源の、第二焦点に集束する光束のシェード９２により下半部が遮蔽される断面形状を投影レンズ９３で投影し配光特性とするものであったので、ここで、光源をＬＥＤ光源９４として採用した場合、電球などを光源として採用した場合と発光状態が異なるので、適切な光量配分ができず遠方の視認性が低下するなどの問題点を生じていた。
【０００３】
そこで、図６に示すように、ランバーシアン分布であるＬＥＤ光源９４の中央部分、即ち、最も明るい部分が光軸Ｘと略一致するように、ＬＥＤ光源９４を適宜に後方に傾けて配置すると共に、反射鏡９１、投影レンズ９３の形状などにも工夫を凝らし、可能な限りに従来例のハロゲンランプ、メタルハライドランプなど、実質的には光源を中心として全方向にほぼ同一の強度で発光している従来のプロジェクタランプの特性に近づけるべく工夫を凝らしている。
【０００４】
そして、その課題の解決の一手段として、基本的に、前記投影レンズ９３の形状を、光源側に向かって凹状の円柱面により形成される車両用灯具が開示されているが、図７に配光特性ＤＯとして示すように、依然として、左右周辺部の光量は不足気味のものとなっている。尚、図６中に符号９５で示すものは、投影レンズ９３を保持するためのレンズホルダであり、図中に符号９６で示す光線は、路面の上方に設置されたオーバーヘッドサインを読み取るための光線である。
【特許文献１】特開２００８−１０３１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記した従来のプロジェクタ型ヘッドランプにおいては、上記にも説明したように、通常は光軸上に配置されるフィラメント、アークなどがもっとも明るく、また、そのフィラメント、アークなどを中心として放射状に光が放射されるものであるので、配光特性上で最高輝度となる部分が予想しやすく、例えば、シェードを設けない場合にはほぼ、同心円状の明るさとなる。
【０００６】
従って、上記のように、ハロゲン電球、メタルハライド放電灯などを光源として採用するときには、特に特別な構成としない場合でも、ヘッドランプとしての配光にそれ程の矛盾を生じないものが得られるが、ＬＥＤ光源を光源として採用した場合には、面発光によるアンバーシアン分布となり、例えば、水平正面方向に照度の最高値が出にくいなど配光形成上の問題点を生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、発光面を略上方に向けて配置されたＬＥＤ光源と、該ＬＥＤ光源を焦点とし一方の焦点に一致させ、軸を略水平として設置された楕円系反射面と、前記楕円系反射面の第二焦点の近傍に設けられるシェードと、前記シェードの近傍に焦点を有する投影レンズとから成る車両用灯具であり、前記投影レンズは、前記第二焦点から入射する光の方向及び強度が考慮されて、各入射光の方向及び強度ごとに前記投影レンズから出射する光の方向が定められたレンズ構成とされていることを特徴とするＬＥＤ光源車両用灯具を提供することで課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、投影レンズに光が入射するときと方向（入射角）、出射するときの方向（射出角）を、それぞれの光の強度を考慮して予めに定めて投影レンズを設計するＬＥＤ光源車両用灯具としたことで、従来例の光源を明るさの中心とする、いわゆる点光源状の光源から、ＬＥＤ光源のようにランバーシアン分布となる発光を行う光源に変更したときにも、照射幅、中心照度などが得られる車両用灯具として、課題を解決するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係る車両用灯具であり、この車両用灯具１は、発光源としてＬＥＤ光源２が採用されたプロジェクタ型として構成されたものである点は、従来例のものと同様である。
【００１０】
従って、旧来のフィラメントなど、発光源からほぼ全周に向かい発光するものと異なり、ＬＥＤ光源２の発光面２ａ側のみに発光が行われるものとなるので、ＬＥＤ光源２は発光面２ａ側を略上向きとして設置され、これに対応して、楕円系反射面３も略上半部のみが、前記ＬＥＤ光源２を覆うようにして設けられている。
【００１１】
尚、上記にも説明したように、前記ＬＥＤ光源２からの光は、このＬＥＤ光源２の正面が最も明るくなるランバーシアン分布となるものであるので、前記楕円系反射面３の第一焦点ｆ１の位置に垂直の上方に向けて配置した場合、反射光は下向きの成分が強くなり、投影レンズ５の入射面５ａにより一部反射してしまい、車両正面の照度が不足するものとなるので、図１にも示すように、適宜に後方に傾けて取付られ、中心の照度が増加するように調整されている、
【００１２】
そして、前記楕円系反射面３の第二焦点ｆ２の近傍にはシェード４が設けられ、原則的には、前記楕円系反射面３の下半部からの光を遮蔽し、対向車の運転者に眩惑を生じさせないようにしている点も従来例のものと同様である。
【００１３】
ここで、本発明では、図２に示すように投影レンズ５を設計するものであり、この実施例においては基本的に、投影レンズ５の楕円系反射面３側寄りの面、即ち、ＬＥＤ光源２からの光の入射面５ａ側から設計が行われている。
【００１４】
このときに、前記入射面５ａが車両用灯具１の中心軸Ｘに対して直交するものであれば、前記第二焦点ｆ２に一旦集束した光が、前記投影レンズ５の入射面５ａに達したときには、例えば、空気の屈折率（＝１）と、前記投影レンズ５が形成された部材の屈折率（例えば１．４）により屈折を生じるものとなる。
【００１５】
ここで、上記にも記載されているように（空気の屈折率）＜（投影レンズ５の屈折率）となることが通常であるので、ＬＥＤ光源２からの光は入射面を通過することで、スネルの法則により規定の値だけ発散角αが狭くなるものとなる。尚、図２は車両用灯具１を車体に取付けた状態での水平断面を示したものとする。
【００１６】
従来例においては、さらに出射面５ｂにおいても、例えば、非球面等の凸レンズを設けるものとしていたが、本発明においては、前記入射面５ａで屈折された、それぞれの光の方向を考慮して、それらを所望の方向に向かわせるように、出射側の曲面、即ち、出射面５ｂを設定する。
【００１７】
よって、当該の車両用灯具１を取付ける車両の目的に合わせるように曲面を設定するものであり、例えば、広い照射角が要求されるときには、図２にも示すように出射面５ｂは入射面５ａを通過した光と、直交するような曲面として形成され、投影レンズ５が形成された部材から大気中に放射されるときにも実質的に、光の進行方向は変化しないものとされている。
【００１８】
図１はこの状態を斜視図として示すものであり、図６に示す従来例の車両用灯具９０に比較して、本発明の投影レンズ５は厚みが薄く、且つ、口径が大きいものとなり、観視者に対して斬新感を与えるものとなる。また、この実施例では出射面５ｂは光の進行方向は変化しないものとして説明したが、本発明は、これを限定するものではなく、要は入射面５ａで一旦屈折が行われた光ごとに、さらに出射面５ｂで最適な方向性を与えることを要旨とするものである。
【００１９】
図３に示すものは、本発明の投影レンズ５を更に詳細に示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面、即ち、水平断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面、即ち、垂直断面図である。このように、本発明においては、垂直断面においては、略平行な光を出射するように出射面５ｂ側の面が設定され、水平断面においては、拡散光が得られるよう中心から外側に向かうに従い、出射面５ｂの曲率半径が大きくなるように出射面５ｂ側の面が設定されている。
【００２０】
図４に示すものは、図１及び図２に示した本発明に係る車両用灯具１の配光特性ＤＮを示すものであり、従来例のレンズ状の出射面を用いないことで、後に図５に示した従来例の配光特性ＤＯに比較して格段に広い照射角が得られ、視認性の向上などが期待できるものとなる。
【００２１】
図５は本発明に係る車両用灯具１の別な実施例を水平断面で示すものであり、この実施例においては、前記投影レンズ６の入射面６ａは車両用灯具１の中心軸Ｘに対して、この車両用灯具１を車両に取付けた状態において、前記第二焦点ｆ２を略中心とする垂直方向の円筒面として形成されている。
【００２２】
従って、前記第二焦点ｆ２からの光は、ほぼ垂直な状態で投影レンズ６に入射するものとなり、光の進行方向の変化量は極めて少なくなるようにされている。このことは、前記ＬＥＤ光源２から投影レンズ６に入射するときには入射面６ａにおいては、殆ど光量のロスを生じない状態で入射が行われるものとなる。
【００２３】
そして、この実施例においては、出射面６ｂ側において、ＬＥＤ光源２から投影レンズ６に入射した光に所望方向、例えば、上下方向、左右方向への屈折を行わせる曲面が形成されている。尚、前記入射面６ａにおいては、完全な垂直でなくとも良く、例えば、適宜に下方に光を屈折させるように傾いていても良く、或いは、左右方向に傾いていても良いものである。
【００２４】
本発明により、前記入射面５ａ、６ａ、に入射した光のそれぞれを所望の方向に向かわせる構成としたことで、第一には、第二焦点からの光の投影レンズ５、６に対する入射光率を増すと共に、内面反射も低減可能とし、車両用灯具１としての光量増加を可能とする。また、球面以外の形状を組合わせることで、例えば、照射幅の広い配光の形成などに自由度が増すものとなる。更には、従来の均一化したプロジェクタ型灯具の形状に変化を与えることを可能とし、デザインに自由度を増すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る車両用灯具の実施形態を要部で示す斜視図である。
【図２】本発明に係る車両用灯具の要部である投影レンズの実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明に係る車両用灯具の投影レンズの実施形態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る車両用灯具の配光特性を示すグラフである。
【図５】同じく、本発明に係る車両用灯具の要部である投影レンズの別の実施形態を示す説明図である。
【図６】従来例の車両用灯具の構成を示す説明図である。
【図７】従来例の配光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１…車両用灯具
２…ＬＥＤ光源
３…楕円系反射面
４…シェード
５、６…投影レンズ
５ａ、６ａ…入射面
５ｂ、６ｂ…出射面
【図１】
2010061916.tif 000003
【図２】
2010061916.tif 000004
【図３】
2010061916.tif 000005
【図４】
2010061916.tif 000006
【図５】
2010061916.tif 000007
【図６】
2010061916.tif 000008
【図７】
2010061916.tif 000009