(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単で且つ小型・軽量に構成されると共に、光利用効率が向上するようにした車両前照灯を提供することを目的とする。【解決手段】  発光部が水平方向前方に延びる光軸Ｏに沿って配置された光源１１と、光源からの光を前方に向かって反射させるように、前方に向かって凹状の反射面１２と、を備えている、車両前照灯１０において、上記光源を光軸の周囲から包囲するように配置され、光源からの光に対して指向特性を制御する円筒状の光学部材１３を備えるように、車両前照灯１０を構成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部が水平方向前方に延びる光軸に沿って配置された光源と、
光源からの光を前方に向かって反射させるように、前方に向かって凹状の反射面と、
を備えている、車両前照灯において、
上記光源を光軸の周囲から包囲するように配置され、光源からの光に対して指向特性を制御する円筒状の光学部材を備えている、
ことを特徴とする、車両前照灯。
【請求項２】
上記光学部材が、光軸に沿って延びる長手方向に関して、中央が外側に向かって凸状の断面を有する回転体として形成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】
上記反射面が、焦点位置が光源付近に位置するように配置された放物面系の反射面であ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。
【請求項４】
上記反射面が、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楕円系の反射面であって、
さらに、上記反射面の前方にて、光源の光軸上にて、その光源側の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凸状の投影レンズ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５から図７に示すように、構成されている。
即ち、図５から図７において、車両前照灯１は、光源としてのバルブ２と、反射面３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、例えば白熱電球，ハロゲン電球，赤外線反射膜付きのハロゲン電球やメタルハライドランプ等のＨＩＤ（放電灯）等のバルブが使用され、その光軸Ｏが前方に向かってほぼ水平に配置され、ソケットにより固定保持されると共に、給電されるようになっている。
ここで、上記バルブ２は、その発光部が光軸Ｏに沿って延びるように配置されることになる。
【０００４】
上記反射面３は、焦点がバルブ２の発光点２ａ付近に位置するように配置された放物面系の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、放物系反射面は、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。
【０００５】
このような構成の車両前照灯１によれば、バルブ２が、外部から給電されることにより、発光する。これにより、バルブ２から出射した光は、上記反射面３で反射されて、ほぼ平行光となって、前方に向かって照射される。
【０００６】
ところで、このような構成の車両前照灯１においては、放物面系の反射面３に関して、焦点距離が決まると、図６のように前側から見た開口の大きさによって、バルブ２からの光の利用効率が決まってしまう。
【０００７】
ここで、バルブ２の出射光の指向特性は、バルブ２がＨＩＤである場合には、図８及び図９にて符号Ａで示すように、光軸に垂直な面から前後約±６０度の範囲内で出射する光に対して、上記反射面３の開口が決まると、その奥行き（光軸方向の長さ）も決まることから、どの角度範囲までの光が照射光として利用され得るかが決まることになる。
従って、例えば図９にて符号Ｘで示すように、バルブ２から斜め前側に進んで、反射面３に入射しない範囲の光が、前方に向かって照射されず、全く利用され得ないことになって、バルブ２からの光の利用効率が低下してしまう。
【０００８】
このため、バルブ２からの光の利用効率を向上させるためには、反射面３の開口径を大きくしたり、焦点距離を短くする必要がある。
しかしながら、反射面３の焦点距離を短くすると、必要な配光パターンの形成が困難になってしまうと共に、反射面の製造が困難になる。
また、反射面３の開口径を大きくすることは、車両搭載のデザイン制約により制限されてしまい、実質的に不可能である。
【０００９】
これに対して、特許文献１には、円筒部を有するレンズの中空円筒部内に光源が挿通されている車両用灯具が開示されている。
この車両用灯具は、上記レンズの後側の内面が前方に向かって凹状の反射面として機能するように構成されており、光源から出射した光は、周囲に配置されたレンズの円筒状の内面からレンズ内に入射し、レンズの後側の凹状の内面で全反射することにより、前方に向かって集束され、レンズから出射して前方に向かって照射されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２２０９１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１による車両用灯具においては、上記レンズは、その後側の内面が反射面として機能することにより、全体として比較的大径に形成されることになる。このため、レンズが大型化し、その重量も大幅に増大することになるため、車両に搭載するには不適になってしまう。
また、このような問題は、上述した放物面系の光学系を備えた車両前照灯だけでなく、プロジェクタ光学系を備えた車両前照灯の場合にもある。
【００１１】
本発明は、以上の点から、簡単で且つ小型・軽量に構成されると共に、光利用効率が向上す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】
【００１２】
上記目的は、本発明によれば、発光部が水平方向前方に延びる光軸に沿って配置された光源と、光源からの光を前方に向かって反射させるように、前方に向かって凹状の反射面と、を備えている、車両前照灯において、上記光源を光軸の周囲から包囲するように配置され、光源からの光に対して指向特性を制御する円筒状の光学部材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。
【００１３】
本発明による車両前照灯は、好ましくは、上記光学部材が、光軸に沿って延びる長手方向に関して、中央が外側に向かって凸状の断面を有する回転体として形成されている。
【００１４】
本発明による車両前照灯は、好ましくは、上記反射面が、焦点位置が光源付近に位置するように配置された放物面系の反射面である。
【００１５】
本発明による車両前照灯は、好ましくは、上記反射面が、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楕円系の反射面であって、さらに、上記反射面の前方にて、光源の光軸上にて、その光源側の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凸状の投影レンズを備えている。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、光源から出射した光が、直接にまたは反射面で反射されて、前方に向かって照射される。
その際、光軸に垂直な面から前後約±６０度の範囲内で出射する光は、上記光学部材により指向特性を制御される。これにより、この光はより小さな角度範囲、例えば光軸に垂直な面から前後約±３０度の範囲内に集束されることになる。  従って、これらの光は、上記反射面に導かれて、この反射面で反射されることにより、前方に向かって照射されることになる。このため、光源からの光の利用効率が向上することになる。
【００１７】
さらに、上記光学部材により集束されることから、反射面の焦点距離を短くしなくても、光源からの光が有効に反射面に導かれることになる。従って、上記反射面の焦点距離が同じであれば、開口がより小さく形成され得る。これにより、反射面が小型化され得ることになる。
【００１８】
上記光学部材が、光軸に沿って延びる長手方向に関して、中央が外側に向かって凸状の断面を有する回転体として形成されている場合には、光源から出射した光が、この凸状の断面部分に入射することによって集束され、より狭い角度範囲で出射し、反射面に導かれることになる。
【００１９】
上記反射面が、焦点位置が光源付近に位置するように配置された放物面系の反射面である場合には、車両前照灯が放物面系の光学系を備えるように構成されており、光源からの光利用効率が向上する。また、反射面が小型に構成され得ることになる。
【００２０】
上記反射面が、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楕円系の反射面であって、さらに、上記反射面の前方にて、光源の光軸上にて、その光源側の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凸状の投影レンズを備えている場合には、車両前照灯がプロジェクタ光学系を備えるように構成されており、光源からの光利用効率が向上する。また、反射面が小型に構成され得ることになる。
【００２１】
このようにして、本発明によれば、光源の周囲に円筒状の指向特性を制御する光学部材が備えられている。このため、反射面の開口が小さく、奥行きが短くても、上記光学部材の光学作用により光源からの光が確実に反射面に導かれることになる。従って、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。また、これにより車両前照灯が小型・軽量に構成され得ることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の好適な実施形態を図１から図４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。
【００２３】
図１から図３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から図３において、車両前照灯１０は、自動車のヘッドランプとして構成されており、光源としてのバルブ１１と、上記バルブ１１からの光を前方に向かって反射させる反射面１２と、バルブ１１を光軸の周りから包囲する光学部材１３と、から構成されている。
【００２４】
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、例えば白熱電球，ハロゲン電球，赤外線反射膜付きのハロゲン電球やメタルハライドランプ等の放電灯等のバルブが使用され、その光軸Ｏが前方に向かってほぼ水平に配置され、ソケットにより固定保持され、給電されるようになっている。
ここで、上記バルブ１１は、その発光部が光軸Ｏに沿って延びるように配置されることになる。
【００２５】
上記反射面１２は、上記バルブ１１からの光を前方に向かって反射させるように前方に向かって凹状に形成され、その焦点位置Ｆがバルブ１１の発光部付近に位置するように、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。
【００２６】
また、上記光学部材１３は、例えばガラス等の透明で且つ空気より高い屈折率を有する材料から構成されていて、全体として中空円筒状に形成されており、その中心軸が光軸Ｏと一致するように配置されている。
【００２７】
さらに、上記光学部材１３は、図３から明らかなように、光軸に沿った長手方向に関して、中央付近が外側に向かって凸状に突出した断面形状を光軸の周りに回転させた回転体として形成されている。
これにより、バルブ１１から出射した光は、この光学部材１３の凸状の部分により集束されることにより、指向特性が制御され、狭い角度範囲で出射することになり、反射面１２に対して確実に導かれるようになっている。
【００２８】
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、バルブ１１がソケットから給電されて発光することにより、バルブ１１の発光部から光が出射されることになる。
そして、バルブ１１から出射した光は、上記反射面１２で反射されて、ほぼ平行光となって、前方に向かって照射される。
【００２９】
この場合、バルブ１１から出射した光は、前述したように、図８にて符号Ａで示す指向特性を有している。また、上記光学部材１３の光学作用によって、その角度範囲が図４に示すように、光軸Ｏに垂直な方向から前後約±３０度程度の角度範囲に狭められることになる。
【００３０】
従って、バルブ１１からの光が確実に反射面１２に導かれ、反射によりほぼ平行光となって、前方に向かって照射されることになる。このようにして、バルブ１１から出射する光の利用効率が向上し、照射光として寄与するので、明るい照射光が得られることになる。
【００３１】
その際、反射面１２の開口がより小さく形成され得ることになり、反射面１２がより小型化され、軽量化され得る。このため、車両前照灯１０全体が小型・軽量化され得ることになる。
【００３２】
具体的には、バルブ１１としてＨＩＤを使用して、反射面１２の焦点距離を２７ｍｍとしたときのシミュレーション試験を行なった。
その結果、従来の光学部材１３が無い場合には、バルブ１１からの光を効率的に反射させるためには、反射面１２の開口径は、約３００ｍｍ程度必要である。  これに対して、本発明による光学部材１３を設けた場合には、同じ焦点距離の反射面１２を使用すると、反射面１２の開口径は、約２００ｍｍ程度で済み、小型に構成され得ることが分かる。
【００３３】
尚、光学部材１３を使用することにより、この光学部材１３の表面反射により、約６％程度の光束が損失となるが、バルブ１１からの光束の利用効率が向上することにより、全体としては光束の低減は殆ど無視し得る程度である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上述した実施形態においては、車両前照灯１０は、放物面系の光学系（反射面１２）を有しているが、これに限らず、プロジェクタ光学系を備え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。
【００３５】
また、上述した実施形態においては、単に車両前照灯１０について説明したが、これに限らず、他の種類の車両前照灯、例えばフォグランプ等の補助前照灯として構成することも可能である。
【００３６】
さらに、上述した実施形態においては、光源の前方にカットオフラインを形成するためのシャッタが備えられていてもよいことは明らかである。
【００３７】
このようにして、本発明によれば、簡単で且つ小型・軽量に構成される。また、光利用効率が向上するようにした、極めて優れた車両前照灯が提供され得ることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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斜視図である。
【図２】図１の車両前照灯を示す概略正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１の車両前照灯による光学部材を透過した光の光軸を含む断面における指向特性を示すグラフである。
【図５】従来の車両前照灯の一例の構成を示す概略斜視図である。
【図６】図５の車両前照灯を示す概略正面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図５の車両前照灯におけるＨＩＤバルブの指向特性を示すグラフである。
【図９】図５の車両前照灯におけるバルブからの光の利用状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    車両前照灯
１１    バルブ（光源）
１２    反射面
１３    光学部材
【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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【図９】
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