(57)【要約】【課題】  所望の配光特性を容易に実現可能なヘッドランプを提供する。【解決手段】  自転車用ヘッドランプ１０は、前方に光を投射するヘッドランプであって、ＬＥＤ１〜５と、ＬＥＤ１〜５を保持し、ＬＥＤ１〜５からの光を前方に出射する開口を有する筐体３１と、ＬＥＤ１〜５の前方に位置する集光レンズとを備える。ここで、集光レンズの中央部は、球面形状を有する。そして、集光レンズにおける中央部の頂点は、ＬＥＤ１〜５の光軸から下側にずれた位置に形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方に光を投射するヘッドランプであって、
光源と、
前記光源を保持し、前記光源からの光を前方に出射する開口を有する筐体と、
前記光源の前方に位置する集光レンズとを備え、
前記集光レンズは、その中央部に凸状の曲面を有し、
前記曲面の頂点を前記光源の光軸からずらせた、ヘッドランプ。
【請求項２】
前記頂点を、前記光源の光軸に対して下側にずらせた、請求項１に記載のヘッドランプ。
【請求項３】
前記集光レンズの左右方向において、前記頂点を前記光源の光軸上に配置した、請求項２に記載のヘッドランプ。
【請求項４】
前記光源として、隣り合うように配置された複数個の発光ダイオードが用いられ、
それぞれの前記発光ダイオードの前方に前記集光レンズが設けられた、請求項１から請求項３のいずれかに記載のヘッドランプ。
【請求項５】
前記集光レンズはフレネルレンズである、請求項１から請求項４のいずれかに記載のヘッドランプ。
【請求項６】
自転車用ヘッドランプとして用いられる、請求項１から請求項５のいずれかに記載のヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドランプに関し、特に、前方に光を投射するヘッドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
前方に光を投射するヘッドランプとして、たとえば特開２００２−５０２１３号公報（特許文献１）や特開２００３−２９１８７２号公報（特許文献２）に記載されたものなどが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載のヘッドランプは、光源および反射鏡の前方に位置する前方レンズを備えている。そして、前方レンズは、互いに異なる光透過特性を有する２つ以上の部分を有している。
【０００４】
特許文献２に記載のヘッドランプにおいては、隣り合うように配置された複数個の発光ダイオードが光源として用いられている。そして、それぞれの発光ダイオードに対して１つずつ集光レンズが設けられている。
【特許文献１】特開２００２−５０２１３号公報
【特許文献２】特開２００３−２９１８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘッドランプを自転車などに取付けて使用するに際しては、自身の安全とともに対向車への安全配慮も必要である。このため、ヘッドランプには、その配光特性の細かい部分にまで調整を加えることが求められる。たとえば、ヘッドランプ軸線（以下、「ＨＶ」と称する場合がある。）における光度を向上させる一方で、対向する歩行者や対向するサイクリストにまぶしさを感じさせないために、ヘッドランプ上方の光度を比較的低く抑えることが求められる。
【０００６】
上記のような課題に対し、特許文献１，２のヘッドランプでは、必ずしも十分に所望の配光特性が得られない場合がある。たとえば、特許文献２において、複数の発光ダイオードをパワーアップして、ヘッドランプ軸線上の光度を向上させた場合、ヘッドランプ上方における光度を必ずしも十分に低減することができない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、所望の配光特性を容易に実現可能なヘッドランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るヘッドランプは、前方に光を投射するヘッドランプであって、光源と、光源を保持し、光源からの光を前方に出射する開口を有する筐体と、光源の前方に位置する集光レンズとを備える。ここで、集光レンズは、その中央部に凸状の曲面を有する。そして、曲面の頂点は光源の光軸からずらされている。
【０００９】
上記構成によれば、頂点の位置に応じてヘッドランプの配光特性が変化する。結果として、所望の配光特性を実現可能なヘッドランプを提供することができる。
【００１０】
上記ヘッドランプにおいて、好ましくは、頂点を光源の光軸に対して下側にずらせる。これにより、ヘッドランプの上側の光度を比較的低く抑制することができるので、中央部に高い光度領域を設けても、対向車がまぶしくないようにする規格を容易に満足することができる。
【００１１】
好ましくは、上記ヘッドランプの集光レンズの左右方向において、上記頂点を光源の光軸上に配置する。これにより、左右方向においては対称な配光分布が実現される。
【００１２】
上記ヘッドランプにおいて、好ましくは、光源として、隣り合うように配置された複数個の発光ダイオードが用いられ、それぞれの発光ダイオードの前方に集光レンズが設けられる。
【００１３】
上記構成によれば、前方照射面における配光特性が要求性能を満たすように制御することが容易となる。たとえば、複数個の発光ダイオードからの光をヘッドランプの軸線付近に集めて、その位置における光度を向上させることができる。
【００１４】
上記ヘッドランプにおいて、集光レンズとしてフレネルレンズを用いることができる。また、上記ヘッドランプは、１つの例として、自転車用ヘッドランプとして用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所望の配光特性を容易に実現可能なヘッドランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に基づくヘッドランプの実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る自転車用ヘッドランプ１０を示す斜視図である。本実施の形態では、５個のＬＥＤ１，２，３，４，５が２段に配列されている。上段には３個のＬＥＤ１，２，３が、また、下段には２個のＬＥＤ４，５が配列されている。図１では、ＬＥＤの前に配置される集光レンズの図示が省略されている。各ＬＥＤは、ＬＥＤごとに配置された筒状保持部２１，２２，２３，２４，２５によって保持されている。図示が省略された集光レンズは、各筒状保持部の前方端に固定される。さらに、その前方に筐体の光源収容部３１Ａに支持された透光板３５が、走行中の異物との衝突保護などのために配置される。筐体３１は、発光部を収容する光源収容部３１Ａと、電池（図示せず）を収容する電池収容部３１Ｂとによって構成される。もちろん、電池収容部と光源収容部とが識別される形状にする必要はなく、連続的な筒状筐体であってもよい。また、押し釦式スイッチ（図示せず）が電池収容部の後端に配置される。
【００１８】
上記の集光レンズには、ガラスレンズやプラスチックレンズなど任意のレンズを用いることができる。また、筒状保持部には、各種のプラスチックを用いることができる。透光板３５には透明プラスチック板を、また筐体３１には意匠性を考慮して着色した各種プラスチックを用いることができる。
【００１９】
図２は、図１の自転車用ヘッドランプを前方から見た正面図である。最も奥にＬＥＤ１，２，３，４，５が配置され、その周囲を筒状保持部２１，２２，２３，２４，２５が取り囲んでいる。筒状保持部の前方端には集光レンズ１１，１２，１３，１４，１５が取り付けられている。その手前に、保護用の透光板３５が取付けられている。ここでは、透光板３５の周縁が光源収容部３１Ａに固定されている。光源収容部３１Ａの内面には、反射膜などはとくに設けられていない。
【００２０】
図３，図４は、それぞれ、図２におけるIII−III断面図、IＶ−IＶ断面図である。図３を参照して、集光レンズ１１，１２，１３はフレネルレンズである。ＬＥＤ１，２，３は、共通の回路基板３３に電気的に接続されている。回路基板３３の上にはスペーサ１８が、その電気的接続を可能にするように配置されている。さらに各ＬＥＤは、ＬＥＤホルダ５１，５２，５３によって各ＬＥＤごとに固定されている。ＬＥＤホルダ５１，５２，５３は筒状保持部２１，２２，２３にも個別に係合している。図４を参照して、ＬＥＤ４，５は、ＬＥＤ１，２，３と同様に、回路基板３３の上に位置するスペーサ１８およびＬＥＤホルダ５４，５５によって所定の傾きを保って固定されている。
【００２１】
上記のように、ＬＥＤを複数個隣り合うように配置して、ＬＥＤごとに集光レンズを設けることにより、前方照射面の距離や要求される正面照度に応じて各ＬＥＤからの光の広がりを所定の角度範囲に収めることができる。その結果、前方照射面における配光特性が要求性能を満たすように制御することが容易となる。特に、複数個のＬＥＤからの光をヘッドランプの軸線付近に集めて、その位置における配光分布を増大させることができる。
【００２２】
図５は、集光レンズ１１の幅方向中心における断面を示す図（図３におけるＶ−Ｖ断面図）である。図５を参照して、集光レンズ１１は、ＬＥＤ１に対向する光源側曲面１１１と、透光板３５に対向する前方側曲面１１２とを有する。また、集光レンズ１１は、その前方側曲面１１２における中央部１１４に凹部１１３が形成されたフレネルレンズである。
【００２３】
集光レンズ１１は、その径方向中心がＬＥＤ１の光軸Ａと一致するように設けられる。集光レンズ１１の光源側曲面１１１は球面形状を有し、その球面中心１１１Ｃ（頂点）は光軸Ａ上に位置する。一方、集光レンズ１１の前方側曲面１１２における中央部１１４は球面形状を有し、その球面中心１１２Ｃ（頂点）は光軸Ａに対して距離「Ｌ」だけ下側にシフトされている。これにより、後述するような効果を奏する。
【００２４】
本実施の形態で示す例では、集光レンズ１１の径Ｄと、前方側曲面１１２の球面中心１１２Ｃのシフト量Ｌと、光軸Ａ上における集光レンズ１１の厚みＴとの比は、Ｄ：Ｌ：Ｔ＝１７：０．８５：４．４である。
【００２５】
なお、集光レンズ１１の左右方向においては、前方側曲面１１２の中央部１１４の頂点は、ＬＥＤ１の光軸Ａ上に配置されている。
【００２６】
集光レンズ１２〜１５についても、上述した集光レンズ１１と同様の構造を有する。
図６は、自転車用ヘッドランプの光度規格例を示す図である。ここでは、StVZO(ドイツ道路交通法） Section 22a No.23に記載された６Ｖ／３Ｗ用ヘッドランプの試験規格について説明する。
【００２７】
本試験規格においては、以下のように規定されている。
１．  ＨＶ（ヘッドランプの軸線）上において、光度：１０００(ｃｄ)以上（すなわち、前方１０ｍの照射面における照度：１０(ｌｘ)以上）であることが必要である。ＨＶに対して水平に移動した位置で最大光度が観測される場合、その最大光度はＨＶにおける照度の１．２倍を越えてはならない。
２．  ポイントＬ１からＲ１までの間、および、ＨＶからポイント２までの間で、最大光度の半分以上の光度であることが必要である。
３．  ポイント２からポイント３までの間で、光度：１５０(ｃｄ)以上（すなわち、前方１０ｍの照射面における照度：１．５(ｌｘ)以上）であることが必要である。また、ポイントＬ４からポイントＲ４までの間で、光度：１００(ｃｄ)以上（すなわち、前方１０ｍの照射面における照度：１．０(ｌｘ)以上）であることが必要である。
４．  上下方向中心（ラインＨ）から上側に３．４°以上の範囲（Ｚｏｎｅ１）では、光度：２００(ｃｄ)以下（すなわち、前方１０ｍの照射面における照度：２．０(ｌｘ)以下）であることが必要である。
【００２８】
本実施の形態に係る自転車用ヘッドランプ１０の配光特性に関するシミュレーション結果（各方向における１０ｍ前方の照射面での光度）を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１を参照して、自転車用ヘッドランプ１０は、上述した規格の規定「１．」，「２．」，「３．」，「４．」を全て満たす。なお、本願発明者らは、Ｚｏｎｅ１の光度に関し、上下方向中心（ラインＨ）から上側に３．４°よりも高い位置（たとえば、ラインＨから４．５°および５°の位置）において、光度がほぼゼロであることを確認している。
【００３１】
図７，図８は、表１に示される結果の一部を図示したものであり、それぞれ、自転車用ヘッドランプ１０の左右配光特性（上下方向角度：０°）、上下配光特性（左右方向角度：０°）を示す図である。図７を参照して、左右方向においては、集光レンズ１１〜１５の球面の頂点が、それぞれＬＥＤ１〜５の光軸Ａ上に配置されている。この結果、左右方向において、自転車用ヘッドランプ１０は、ＨＶに関してほぼ対称な配光特性を有する。これに対し、図８を参照して、上下方向においては、集光レンズ１１〜１５の球面の頂点が、それぞれＬＥＤ１〜５の光軸Ａから下側にシフトされた位置に配置されている。この結果、ＨＶに対して上側の光度が、ＨＶから離れるに従って比較的急激に低減する。すなわち、ＨＶに対して上側の光度が、ＨＶに対して下側の光度に対して相対的に低くなる。したがって、ＨＶ近傍に比較的高光度の領域を設けながら、対向車がまぶしくないようにする規格（たとえば、上述したStVZOの規格）を容易に満足することが可能になる。
【００３２】
上述した内容について換言すると、以下の様になる。すなわち、本実施の形態に係る自転車用ヘッドランプ１０は、前方に光を投射するヘッドランプであって、「光源」としてのＬＥＤ１〜５と、ＬＥＤ１〜５を保持し、ＬＥＤ１〜５からの光を前方に出射する開口を有する筐体３１と、ＬＥＤ１〜５の前方に位置する集光レンズ１１〜１５とを備える。ここで、たとえば、集光レンズ１１〜１５の中央部（たとえば、集光レンズ１１における中央部１１４）は、「凸状の曲面」である球面形状を有する。そして、集光レンズ１１〜１５における中央部の頂点は、ＬＥＤ１〜５の光軸から下側に距離「Ｌ」だけずれた位置に形成されている。
【００３３】
本実施の形態に係る自転車用ヘッドランプ１０によれば、上述したように、中央部１１４の曲面の頂点の位置に応じて配光特性を変化させることができる。なお、上記の例では、集光レンズ１１〜１５における中央部１１４の頂点をＬＥＤ１〜５の光軸から下側にずらす例について説明したが、中央部１１４の頂点をずらす方向は「下側」に限定されるものではなく、場合によっては、該頂点を他の方向（たとえば、上側、右側、左側）にずらすことも可能である。また、図５の例では、前方側曲面の球面中心をシフトさせているが、光源側曲面の球面中心をシフトさせてもよい。
【００３４】
また、上記の例では、ヘッドランプの軸線付近の光度を向上させる観点から、「光源」として複数個のＬＥＤ１〜５が用いられているが、「光源」として１つの発光ダイオードを用いた場合にも、上記と同様に、レンズ曲面の頂点の位置に応じて配光特性を変化させることは可能である。
【００３５】
また、上記の例では、集光レンズ１１〜１５としてフレネルレンズを用いているが、集光レンズとして凸レンズを用いた場合にも、上記と同様に、レンズ曲面の頂点の位置に応じて配光特性を変化させることは可能である。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、自転車ヘッドランプ１０の例について説明したが、同様の思想を、たとえば、バイク用のヘッドランプに適用することも考えられる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るヘッドランプを示す斜視図である。
【図２】図１に示されるヘッドランプを前方からみた正面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】図２におけるIＶ−IＶ断面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】光度規格例を示す図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態に係るヘッドランプの左右配光特性を示す図である。
【図８】本発明の１つの実施の形態に係るヘッドランプの上下配光特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１〜５  ＬＥＤ、１０  自転車用ヘッドランプ、１１〜１５  集光レンズ、１８  スペーサ、２１〜２５  筒状保持部、３１  筐体、３１Ａ  光源収容部、３１Ｂ  電池収容部、３３  回路基板、３５  透光板、５１〜５５  ＬＥＤホルダ、１１１  光源側曲面、１１２  前方側曲面、１１１Ｃ，１１２Ｃ  球面中心、１１３  凹部、１１４  中央部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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