(57)【要約】【課題】  簡単な構成により、軽量の投影レンズにより、光の光束利用効率をより向上させるようにした車両前照灯を提供する。【解決手段】  光源と、凹状の楕円系の第一の反射面と、上記第一の反射面の光照射方向前方にて、光源側の第二焦点位置が上記反射面の第二の焦点位置付近に位置する回転双曲面から成る後面と、中央領域にて平面部及びこの平面部の外側にて上記後面に対して一定の肉厚を有する前面と、を有する投影レンズと、その焦点位置が、上記投影レンズの後面の第一の焦点位置付近に位置する環状の回転放物面から成る第二の反射面と、を含み、上記平面部の外径が、後面にて表面反射せずに内部に進入した光がすべて平面部に導かれるように選定され、上記平面部の外側領域に対応する後面の内側部分が環状の反射面として形成され、上記第二の反射面が、光軸付近に投影レンズに入射する光を通過させ得る開口を備えるように、車両前照灯１０を構成する。【選択図】        図１
2008171630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
第一の焦点位置が光源付近に位置し、且つ第二の焦点位置が光照射方向前方にほぼ水平に延びる光源の光軸上に位置するように配置された光照射方向前方に向かって凹状の楕円系の第一の反射面と、
上記第一の反射面の光照射方向前方の、光源の光軸上にて、その光源側の第二焦点位置が上記反射面の第二の焦点位置付近に位置するように配置された回転双曲面から成る後面と、光軸に近い領域にて光軸に垂直な平面部及びこの平面部の外側の領域にて上記後面との間に一定の肉厚を有する前面と、を有する投影レンズと、
その焦点位置が、上記投影レンズの後面の第一の焦点位置付近に位置するように、配置された回転放物面から成る第二の反射面と、
を含んでおり、
上記投影レンズの平面部の外径が、後面にて表面反射せずに内部に進入した光がすべて平面部に導かれるように、選定されていて、
上記投影レンズの平面部の外側領域に対応する後面の内側部分の一部が、環状の反射面として形成されており、
上記第二の反射面が、光軸付近に平面部及び環状の反射面に入射する光を通過させ得る開口を備えている
ことを特徴とする車両前照灯。
【請求項２】
上記環状の反射面の外径が、上記第一の反射面で反射した光の入射領域をカバーするように、選定されていることを特徴とする、請求項１に記載の車両前照灯。
【請求項３】
上記第一の反射面の第二の焦点位置付近に配置され、上縁がカットオフラインを画成するように形成された板状の遮光部材を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の前部に設けられた前照灯または補助前照灯として使用されるプロジェクタタイプの車両前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような車両前照灯は、例えば図４に示すように、構成されている。  即ち、図４において、車両前照灯１は、所謂走行ビーム用のプロジェクタタイプの車両前照灯であって、光源としてのバルブ２と、反射面３と、投影レンズ４と、遮光部材５と、から構成されている。
【０００３】
上記バルブ２は、一般に自動車の前照灯または補助前照灯に使用されるバルブであって、例えば公知の構成のハロゲン電球から構成されている。
【０００４】
上記反射面３は、バルブ２付近を第一焦点（後側の焦点）Ｆ１とし且つ長軸が光照射方向前方に向かってほぼ水平に延びる楕円系反射面から構成されており、その内面が反射面として形成されている。
ここで、楕円系反射面は、回転楕円面，楕円柱だけでなく、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
【０００５】
上記投影レンズ４は、凸レンズから構成されており、その光源側（後側）の焦点が、上記反射面３の第二の焦点位置Ｆ２付近に配置されている。
これにより、上記投影レンズ４は、バルブ２または反射面３から光照射方向前方に向かって進む光を集光し、光照射方向前方に向かって照射するようになっている。
【０００６】
上記遮光部材５は、不透光材料から構成されており、前方に向かって照射される光に対して所定のすれ違いビーム用の配光パターンを付与するためのものであり、上記反射面３の第二の焦点位置付近に配置されている。また、上記配光パターンにカットオフラインを形成するために、その上縁５ａが所定形状に形成されている。
【０００７】
このような構成の車両前照灯１によれば、外部からバルブ２に給電が行なわれると、バルブ２が発光する。バルブ２から出射した光は、直接にまたは上記反射面３で反射して、この反射面３の第二焦点Ｆ２付近に向かって光照射方向前方に進み、投影レンズ４により集束されながら、光照射方向前方に向かって照射される。
その際、前方に向かって照射される光は、その一部が遮光部材５により遮断され、この遮光部材５の上縁５ａによりカットオフラインを形成されて、すれ違いビームとして前方に向かって照射されることになる。
【０００８】
これに対して、特許文献１には、発光素子を前方側から覆うように配置された透光部材の前面を、光軸を中心軸とし光軸上の発光素子近傍を第一焦点とする回転楕円面で構成し、この回転楕円面の光軸付近の領域を、発光素子からの光を前方に出射させる光出射面として構成し、この光出射面の外周側に位置する周辺領域を、発光素子からの光を回転楕円面の第二焦点位置に向かって内面反射させる光反射面として構成し、さらに透光部材の周囲に、上記周辺領域で内面反射して光出射面から出射した光を前方に向かって反射させるリフレクタを備えた、車両用灯具ユニットが開示されている。
【０００９】
この構成によれば、発光素子からの光の一部が透光部材の前側の光軸付近の光出射面から直接に出射した前方に向かって照射され、他の一部が透光部材の回転楕円面の内面で反射して、その第二焦点位置に向かって進み、透光部材の光出射面から出射した後、リフレクタの内面で反射して、光照射方向前方に向かって照射される。
これにより、発光素子からの光が有効に前方に向かって照射されることになり、発光素子から出射する光の光束利用効率が向上し、明るい照射光が得られることになる。
【特許文献１】特開２００５−２５９５３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述した車両前照灯１においては、投影レンズ４は、一般的に、高次の非球面凸レンズが使用されているが、光源としてのバルブ２からの光の光束利用効率を向上させるためには、大径にする必要がある。
従って、凸レンズを大径にすると、レンズ厚が増大し、重量も大幅に増大してしまうことになる。
このため、投影レンズ４の材料コストが高くなり、投影レンズ４の大型化，重量化により、車両前照灯１自体も大型化、重量化してしまい、車両用灯具に対する小型，軽量化の要請に反することになる。
【００１１】
このような非球面の投影レンズ４に対して、図５に示す回転双曲面形状を有する平凸レンズ６においても、同等の効果が得られることが知られている。
このような平凸レンズ６においては、このレンズの断面にて凸状の後面を画成する双曲線Ａを、原点から平凸レンズ６の頂点までの頂点位置距離をａとして、［数式１］（ｘ2 ／ａ2 ）−（ｙ2 ／ｂ2 ）＝  １
と表わすと、このレンズの焦点距離ｆ、即ち原点から第一焦点位置Ｆ３，第二焦点位置Ｆ４までの距離ｆは、レンズを構成する材料の屈折率をｎとすると、
［数式２］ｆ＝ａ×ｎ
となる。
図５にて、平凸レンズ６に対して右方から、第二焦点位置Ｆ４から拡散する光が入射したとき、左側の平面からほぼ平行光となって出射する。
【００１２】
しかしながら、このような双曲面形状を有するレンズにおいては、外周部に入射する光のレンズ面に対する入射角度が大きくなることから、表面反射が発生することになり、光損失が増大してしまう。
【００１３】
また、特許文献１による車両用灯具ユニットにおいては、透光部材が、発光素子の前側の空間を塞ぐように配置されており、発光素子に対して透光部材が比較的大きく且つ重くなる。また、光源がハロゲン電球等のバルブである場合には、適用することが困難である。
【００１４】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、軽量の投影レンズを使用して、ハロゲン電球等のバルブからの光の光束利用効率をより向上させるようにした、車両前照灯を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、本発明によれば、光源と、第一の焦点位置が光源付近に位置し、且つ第二の焦点位置が光照射方向前方にほぼ水平に延びる光源の光軸上に位置するように配置された光照射方向前方に向かって凹状の楕円系の第一の反射面と、上記第一の反射面の光照射方向前方の、光源の光軸上にて、その光源側の第二焦点位置が上記反射面の第二の焦点位置付近に位置するように配置された回転双曲面から成る後面と、光軸に近い領域にて光軸に垂直な平面部及びこの平面部の外側の領域にて上記後面との間に一定の肉厚を有する前面と、を有する投影レンズと、その焦点位置が、上記投影レンズの後面の第一の焦点位置付近に位置するように、配置された回転放物面から成る第二の反射面と、を含んでおり、上記投影レンズの平面部の外径が、後面にて表面反射せずに内部に進入した光がすべて平面部に導かれるように、選定されていて、上記投影レンズの平面部の外側領域に対応する後面の内側部分の一部が、環状の反射面として形成されており、上記第二の反射面が、光軸付近に平面部及び環状の反射面に入射する光を通過させ得る開口を備えていることを特徴とする車両前照灯により、達成される。
【００１６】
本発明による車両前照灯は、好ましくは、上記環状の反射面の外径が、上記第一の反射面で反射した光の入射領域をカバーするように、選定されている。
【００１７】
本発明による車両前照灯は、好ましくは、上記第一の反射面の第二の焦点位置付近に配置され、上縁がカットオフラインを画成するように形成された板状の遮光部材を備えている。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成によれば、光源から出射した光の一部が、第一の反射面で反射して、その第二の焦点位置に向かって進む。その光は、第二の反射面の開口を通って、投影レンズの中央領域に対して、その第二焦点位置から拡散するように入射する。これにより、その光は平面部からほぼ平行光となって出射し、光照射方向前方に向かって照射される。
【００１９】
さらに、光源から出射した光の一部が、第一の反射面で反射し、その第二の焦点位置に向かって進む。その光は第二の反射面の開口を通って、投影レンズに対して比較的大きな入射角度で入射する。これにより、当該投影レンズの中央領域の外側の環状領域に配置された第二の反射面で反射し、その第一焦点位置から拡散するように第二の反射面に対して入射する。その後、この第二の反射面で反射してほぼ平行光となって、投影レンズの第二の反射面の外側を透過することにより、光照射方向前方に向かって照射される。
【００２０】
これにより、投影レンズに対して比較的大きな入射角度で入射して表面反射して、配光パターンの形成に寄与せず眩惑光となっていた光が、環状の反射面及び第二の反射面で反射することにより光照射方向前方に向かって照射され、配光パターンの形成に寄与する。これにより、光源からの光の利用効率が向上し、明るい照射光が得られることになる。
さらに、投影レンズの中心領域だけでなく、外側領域からも光照射方向前方に向かって光が照射され、発光面積が大きくなる。このため、投影レンズの表面輝度を低下させることが可能になる。従って、外部から投影レンズを観察したとき、投影レンズの表面輝度による眩しさが低減され得ることになる。
【００２１】
この場合、投影レンズは、その中央領域のみが比較的小径の片凸レンズとして構成されることになる。このため、投影レンズは光軸方向のレンズ厚が薄くてもよい。こうすることで投影レンズの成形性が高くなり、投影レンズが小型化，軽量化され得ることになる。そして、本発明によれば投影レンズのコストが低減され得る。
従って、車両前照灯全体も小型化，軽量化され、コストが低減され得ることになる。
【００２２】
上記環状の反射面の外径が、上記第一の反射面で反射した光の入射領域をカバーするように、選定されている場合には、第一の反射面で反射した光がほぼ全て光照射方向前方に向かって照射される。これにより、光源からの光の利用効率がより一層向上することになる。
【００２３】
上記第一の反射面の第二の焦点位置付近に配置され、上縁がカットオフラインを画成するように形成された板状の遮光部材を備えている場合には、投影レンズの中央領域を透過する光も、また第二の反射面で反射して投影レンズの外側領域を透過する光も、第一の反射面の第二の焦点位置付近に集束する。このことから、この遮光部材の上縁により、確実に且つ明瞭にカットオフラインが形成され得る。これにより、従来のプロジェクタタイプの車両前照灯と同様のすれ違いパターンを投影することが可能である。
【００２４】
このようにして、本発明によれば、投影レンズの中央領域を凸面が回転双曲面から成る凸レンズとして形成する。また、この中央領域の外側を、一定の肉厚とすることにより、回転双曲面から成る投影レンズが薄型で且つ軽量に形成され得ることになる。このため、車両前照灯全体が小型且つ軽量に構成され得ることになる。そして、投影レンズに対して比較的大きな入射角度で入射する光を環状の反射面及び第二の反射面で反射して光照射方向前方に向かって照射することになる。これにより、光源からの光利用効率が向上し、明るい照射光が得られることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図３を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２６】
図１は、本発明による車両前照灯の一実施形態の構成を示している。
図１において、車両前照灯１０は、光源としてのバルブ１１と、第一の反射面１２と、投影レンズ１３と、第二の反射面１４と、遮光部材１５と、から構成されている。
【００２７】
上記バルブ１１は、一般に自動車の前照灯または補助前照灯に使用されるバルブであって、公知の構成のハロゲン電球から構成されており、その光軸Ｏが光照射方向前方に向かってほぼ水平に配置され、ソケット１１ａにより固定保持されると共に、外部から給電されるようになっている。
【００２８】
上記第一の反射面１２は、上記バルブ１１からの光を光照射方向前方に向かって反射するように光照射方向前方に向かって凹状に形成され、その第一の焦点位置Ｆ１がバルブ１１の発光点付近に位置する。また、その第二の焦点位置Ｆ２が光照射方向前側にてバルブ１１から光照射方向前方に延びる光軸Ｏ上に位置するように、楕円系の反射面として構成されている。
ここで、楕円系反射面は、回転楕円面，楕円柱だけでなく、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
【００２９】
上記投影レンズ１３は、その光軸Ｏに近い中心領域１３ａが平凸レンズにより、この中心領域１３ａの外側領域１３ｂが所定の肉厚に形成されている。
上記投影レンズ１３の後面１３ｃは、光源側の第二焦点位置が上記第一の反射面の第二の焦点位置Ｆ２付近に位置するように配置された回転双曲面として構成されている。
【００３０】
また、上記投影レンズ１３の前面は、その中心領域１３ａに対応する領域が、光軸Ｏに垂直な平面部１３ｄとして形成されている。また、その外側領域１３ｂに対応する領域が、回転双曲面から成る後面１３ｃに対して光軸方向に一定の肉厚を備えるように（光軸方向にオフセット）された形状を有している。
ここで、上記平面部１３ｄの外径は、投影レンズ１３の後面１３ｃに入射した光のうち、後面１３ｃにて表面反射せずに内部に進入した光がすべて平面部１３ｄに導かれるように、選定されている。
これにより、上記投影レンズ１３は、その光軸Ｏを中心とした中央領域１３ａにて、第一の反射面１２から光照射方向前方に向かって進む光をほぼ平行光にして、光照射方向前方に向かって照射するようになっている。
【００３１】
さらに、上記投影レンズ１３は、図２に示すように、その後面１３ｃの中心領域１３ａに対応する領域の外側に、環状の反射面１３ｅを備えている。
この環状の反射面１３ｅは、例えば上記投影レンズ１３の後面１３ｃに対してアルミニウム等の蒸着膜を形成することにより備えられ得る。また、その外径が、上記第一の反射面１２で反射した光の入射領域をカバーするように、選定されている。
【００３２】
これにより、第一の反射面からの反射光のうち、上記投影レンズ１３の後面１３ｃにて表面反射する光が、この環状の反射面１３ｅにて確実に反射されるようになっている。
この際、上記環状の反射面１３ｅも、上記投影レンズ１３の後面１３ｃに従って回転双曲面として形成されている。これにより、上記第一の反射面１２の第二の焦点位置Ｆ２から拡散するように環状の反射面１３ｅに入射する光は、この環状の反射面１３ｅにより、その第一焦点位置から拡散するように反射することになる。
【００３３】
上記第二の反射面１４は、上記環状の反射面１３ｅからの反射光を光照射方向前方に向かって反射するように光照射方向前方に向かって凹状に形成される。上記第二の反射面１４はその焦点位置が上記投影レンズ１３の後面を画成する回転双曲面の第一焦点位置付近に位置するように、光軸Ｏから離れた環状領域に配置された放物面系の反射面として構成されている。
ここで、放物面系反射面は、回転放物面だけでなく、放物面を基本とした自由曲面を含むものである。
【００３４】
さらに、上記第二の反射面１４は、光軸Ｏ付近に、上記第一の反射面１２で反射して投影レンズ１３の中央領域１３ａ及び環状の反射面１３ｅに入射する光を通過させ得る開口１４ａを備えている。
【００３５】
上記遮光部材１５は、光照射方向前方に向かって照射される光に対して所定のすれ違いビーム用の配光パターンを付与するためのものである。上記遮光部材１５は、上記第一の反射面１２の第二の焦点位置Ｆ２付近に配置されている。また、上記配光パターンにカットオフラインを形成するために、その上縁１５ａが所定形状に形成されている。
【００３６】
本発明実施形態による車両前照灯１０は、以上のように構成されており、上記バルブ１１が外部から給電されることにより、バルブ１１が発光する。
上記バルブ１１から出射した光は、上記第一の反射面１２で反射し、その第二の焦点位置Ｆ２に向かって集束しながら進む。この光は、さらに第二の反射面１４の開口１４ａを通って、投影レンズ１３の後面１３ｃに入射する。
【００３７】
その際、上記投影レンズ１３の中央領域１３ａに入射した光Ｌ１は、投影レンズ１３内に進入し、その屈折作用に基づいて、ほぼ平行光となって、平面部１３ｄから出射し、光軸Ｏに沿って光照射方向前方に向かって照射される。
【００３８】
また、上記投影レンズ１３の中央領域１３ａから外側に入射した光Ｌ２は、上記投影レンズ１３の後面１３ｃに備えられた環状の反射面１３ｅで反射する。光Ｌ２は、上記後面１３ｃを画成する回転双曲面の第一焦点位置から拡散するように、上記第二の反射面１４に向かって進む。
第二の反射面１４に入射した光Ｌ２は、第二の反射面１４により反射し、ほぼ平行光となって、光照射方向前方に向かって進む。光Ｌ２は、上記投影レンズ１３の後面１３ｃの環状の反射面１３ｅの外側を透過する。
このとき、上記投影レンズ１３の外側領域１３ｂでは、光軸方向に関して一定の肉厚に形成されている。このことから、上記光Ｌ２は、投影レンズ１３により実質的に屈折することなく、ほぼ平行光のまま、光照射方向前方に向かって照射される。
【００３９】
ここで、上記光Ｌ１，Ｌ２は、第一の反射面１２で反射した後、その第二の焦点位置Ｆ２付近に向かって集束する。この第二の焦点位置Ｆ２付近にて、その一部が、遮光部材１５により遮断される。また、この遮光部材１５の上縁１５ａによりカットオフラインを形成されて、すれ違いビームとして光照射方向前方に向かって照射されることになる。
【００４０】
これにより、上記カットオフラインが、光Ｌ１に関して、投影レンズ１３の中央領域１３の平凸レンズにより前方に投影される。また、光Ｌ２に関して、環状の反射面１３ｅ及び第二の反射面１４で反射して前方に投影される。
従って、例えば図３に示すように、光照射方向前方に向かって照射される配光パターンに関して、遮光部材１５の上縁１５ａにより画成される影１５ｂによって、例えば中心から右側で水平線よりやや下方にて水平に、そして中心から左側にてほぼ水平線に対して左上に斜めに延びる所謂エルボ状のカットオフラインが形成される。このカットオフラインの下側のみに対して、すれ違いビームに適した光が照射されるようになっている。
【００４１】
この場合、第一の反射面１２で反射して、投影レンズ１３の後面１３ｃに対して大きな入射角度で入射することにより表面反射を生ずるような光Ｌ２が、環状の反射面１３ｅ及び第二の反射面１４により反射する。光Ｌ２は、光照射方向前方に向かって導かれて、配光パターンの形成に寄与することになる。このため、光源としてのバルブ１１からの光の光束利用効率が向上することになり、より明るい照射光が得られることになる。
【００４２】
また、上記投影レンズ１３の中心領域１３ａから光照射方向前方に向かって光Ｌ１が照射されるだけでなく、外側領域１３ｂからも光照射方向前方に向かって光Ｌ２が照射される。これにより、車両前照灯１０における発光面積が大きくなる。
従って、本発明によれば、上記投影レンズ１０の表面輝度を低下させることが可能になる。そして、例えば対向車や歩行者が外部から当該車両前照灯１０を観察したとき、上記投影レンズ１３の表面輝度による眩しさが低減され得ることになる。
【００４３】
さらに、上記投影レンズ１３は、第一の反射面１２からの反射光のうち、光Ｌ１のみを集束して、光照射方向前方に向かって照射するようになっている。このことから、中心領域１３ａのみを平凸レンズとして構成すればよく、外側領域１３ｂについては、一定の肉厚とすればよい。このため、投影レンズ１３が光軸方向に関して薄型に且つ軽量に形成され得ることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上述した実施形態においては、車両前照灯は、すれ違いビーム用として構成されているが、これに限らない。すなわち、遮光部材１５を省略することにより、走行ビーム用の車両前照灯として構成された車両前照灯にも本発明を適用し得ることは明らかである。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、単に車両前照灯１０として説明しているが、ヘッドランプ等の車両前照灯、あるいはフォグランプ等の補助前照灯を含む広い意味での車両前照灯に本発明を適用し得ることは明らかである。
【００４６】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、軽量の投影レンズを使用して、ハロゲン電球等のバルブからの光の光束利用効率をより向上させるようにした、極めて優れた車両前照灯が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による車両前照灯の一実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の車両前照灯における投影レンズの背面図である。
【図３】図１の車両前照灯による配光パターンを示すグラフである。
【図４】従来の車両前照灯の一例の構成を示す概略断面図である。
【図５】従来の回転双曲面による投影レンズの説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    車両前照灯
１１    バルブ（光源）
１１ａ  ソケット
１２    第一の反射面（楕円系反射面）
１３    投影レンズ
１３ａ  中央領域
１３ｂ  外側領域
１３ｃ  後面
１３ｄ  平面部
１３ｅ  環状の反射面
１４    第二の反射面（放物面系反射面）
１４ａ  開口
１５    遮光部材
１５ａ  上縁
【図１】
2008171630.tif 000003
【図２】
2008171630.tif 000004
【図３】
2008171630.tif 000005
【図４】
2008171630.tif 000006
【図５】
2008171630.tif 000007