車両用前照灯
【課題】 配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯を提供する。
【解決手段】 車両用前照灯１は、長方形の発光面２２ａ，３２ａを有する半導体発光素子２２，３２と、半導体発光素子２２，３２からの出射光を灯具前方へ投影する投影レンズ２１，３１とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０によって所望のすれ違い用配光パターンを形成する。集光用灯具ユニット２０によるホットゾーン形成用パターンは、灯具前方へ投影された発光面２２ａの長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を含む複数の光源像により形成され、拡散用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンは、灯具前方へ投影された発光面３２ａの短辺が中央水平線に沿う光源像を含む複数の光源像により形成される。
【解決手段】 車両用前照灯１は、長方形の発光面２２ａ，３２ａを有する半導体発光素子２２，３２と、半導体発光素子２２，３２からの出射光を灯具前方へ投影する投影レンズ２１，３１とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０によって所望のすれ違い用配光パターンを形成する。集光用灯具ユニット２０によるホットゾーン形成用パターンは、灯具前方へ投影された発光面２２ａの長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を含む複数の光源像により形成され、拡散用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンは、灯具前方へ投影された発光面３２ａの短辺が中央水平線に沿う光源像を含む複数の光源像により形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯に関し、特にＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする複数の灯具ユニットから出射する光を重ね合わせて所定の配光パターンを形成する車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源として半導体発光素子を用いた車両用前照灯が種々提案されている。一般に、この様な車両用前照灯に用いられる半導体発光素子は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の方形の発光面を有する発光チップである。
また、車両用前照灯においては、安全上の観点から、高い精度で配光パターンを形成することが必要な場合がある。この様な配光パターンは、例えば反射鏡（リフレクタ）や投影レンズ等の光学部材を用いた光学系により形成されている。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１等には、半導体発光素子を光源とする複数の集光用灯具ユニットと拡散用灯具ユニットを組み合わせて所定の配光パターン（例えば、すれ違いビーム用配光パターン）を形成する車両用前照灯が記載されている。
そして、これら複数の灯具ユニットにより形成される集光・拡散の配光パターンは、何れも灯具前方へ投影された半導体発光素子の発光面による複数の光源像により形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１等に開示された半導体発光素子を用いた車両用前照灯は、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成する際に、反射鏡や投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要があり、配光制御が複雑化するという問題があった。
【０００６】
また、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成する際には、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めると、ホットゾーンの下方も同時に明るくなってしまったり、強い光ムラを生じたりすることがあった。
【０００７】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、略長方形の発光面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットによって所望の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
前記集光用灯具ユニットによる集光パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成され、
前記拡散用灯具ユニットによる拡散パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の短辺が前記中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成されることを特徴とする車両用前照灯により達成される。
【０００９】
上記構成の車両用前照灯によれば、集光用灯具ユニットは、発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の横長の光源像によって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成することができる。
そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めた際にも、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００１０】
また、拡散用灯具ユニットは、発光面の短辺が中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の縦長の光源像によって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成することができる。
そこで、リフレクタや投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。また、発光面の短辺を中央水平線に対して傾斜させることで、光学部材を設計変更せずに拡散パターンの鉛直方向の幅を容易に狭めることができる。
【００１１】
尚、上記構成の車両用前照灯において、前記集光用灯具ユニット及び前記拡散用灯具ユニットにおける少なくとも一方の前記光学部材が、灯具光軸上に配置された前記半導体発光素子の前方に配置された投影レンズであることが望ましい。
【００１２】
この様な構成の車両用前照灯によれば、光学部材として投影レンズを用いた直射型のプロジェクタユニットを構成することにより、灯具前方へ投影する複数の光源像によって形成される配光パターンの制御が容易になる。また、光学部材として投影レンズ及びリフレクタを用いた反射型のプロジェクタユニットに比べて、灯具前後方向の寸法をコンパクトにできる。
【００１３】
また、上記構成の車両用前照灯において、前記集光用灯具ユニット及び前記拡散光用灯具ユニットによって形成される配光パターンが、すれ違いビーム用配光パターンであることが望ましい。
【００１４】
この様な構成の車両用前照灯によれば、拡散光用灯具ユニットによる拡散パターンは、投影された縦長の光源像が回転しても、光源像上端の短辺が水平カットラインより上方にはみ出る部分が少ない。
そこで、すれ違いビームにおける拡散パターンの水平カットライン近傍を明るくすると共に当該水平カットラインのカット性を容易に確保できる。従って、車両用前照灯は、最適なすれ違いビーム用配光パターンを形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明した本発明の車両用前照灯によれば、集光用灯具ユニットは、複数の横長の光源像によって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成することができる。そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めた際にも、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００１６】
また、拡散用灯具ユニットは、複数の縦長の光源像によって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成することができる。そこで、リフレクタや投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
従って、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の第１の例に係る車両用前照灯を示す概略正面図である。
【図２】図１に示した車両用前照灯におけるII−II断面矢視図である。
【図３】図１に示した車両用前照灯におけるIII−III断面矢視図である。
【図４】図１に示した車両用前照灯から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図であり、（a）は集光用灯具ユニットによる集光配光パターンを示し、（ｂ）は拡散用灯具ユニットによる拡散配光パターンを示し、（ｃ）はこれら集光配光パターンと拡散配光パターンを組み合わせたすれ違いビーム用配光パターンを示す。
【図５】図１に示した拡散用灯具ユニットの変形例を説明する要部拡大正面図である。
【図６】図５に示した拡散用灯具ユニットによる拡散配光パターンを示す。
【図７】本発明の実施形態の第２の例に係る車両用前照灯を示す概略水平断面図であり、（ａ）は集光用灯具ユニットを示し、（ｂ）は拡散用灯具ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係る車両用前照灯を詳細に説明する。
図１乃至図３に示すように、本発明の実施形態の第１の例に係る車両用前照灯１は、例えば車両の前端部分に取り付けられ、すれ違いビームを点消灯可能な灯具である。
【００１９】
車両用前照灯１は、ランプボディ１２とその前端開口部に取り付けられた素通し状の透光カバー１４とで形成される灯室１６内に、出射する光を重ね合わせてすれ違いビーム用配光パターンを形成する集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０が収容された構成となっている。
【００２０】
そして、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０は、支持部材１５上に固定配置されている。また、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０と透光カバー１４との間には、灯具前方から見たときの隙間を覆うようにエクステンション１８が配置されている。
【００２１】
本例の支持部材１５は、透光カバー１４の外形形状に略沿って形成された板状部材であって、エイミング機構５及びレベリング機構８を介してランプボディ１２に上下方向及び左右方向に傾動可能に支持されている。
【００２２】
エイミング機構５は、エイミングナット６による締め付けを調整することで集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０の取付位置及び取付角度を微調整するための機構であり、エイミング調整した段階では、各灯具光軸Ａｘ１，Ａｘ２は、車両前後方向に対して略水平の方向に延びるようになっている。レベリング機構８は、乗車人数又は車載される貨物等の重量の変化に応じてレベリングモータ１０を駆動することで、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０の照射方向を自動調整するための機構である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本例の集光用灯具ユニット２０は、直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ１上に配置された半導体発光素子２２と、半導体発光素子２２の前方に配置されて該半導体発光素子２２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ２１と、半導体発光素子２２の前方に配置されて半導体発光素子２２からの出射光の一部を遮蔽するシェード２５と、を備えている。
【００２４】
投影レンズ２１は、前方側表面が球状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆａを含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。投影レンズ２１は支持部材１５の前面に設けられたレンズホルダー２４の先端部に支持固定されており、該レンズホルダー２４の基端部上方にはシェード２５が固定されている。
また、支持部材１５の後面には放熱フィン２６が突設されており、その後方に配置された放熱ファン２７によって半導体発光素子２２に生じる熱を放熱している。
【００２５】
半導体発光素子２２は、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板２３上に4つ並べた長方形の発光面２２ａを有する白色発光ダイオードである。
半導体発光素子２２の基板２３は、灯具光軸Ａｘ１上における投影レンズ２１の後方側焦点Ｆａの後方近傍における支持部材１５の前面に、発光面２２ａの照射軸が灯具光軸Ａｘ１と平行となるように配置されている。
【００２６】
更に、半導体発光素子２２は、発光面２２ａの下側の長辺を投影レンズ２１の後方側焦点Ｆａに合わせ、発光面２２ａが灯具光軸Ａｘ１と直交する水平軸線Ｈｘに沿って延びる横長（水平軸線Ｈｘに対する発光面の長辺の傾斜角度が４５度未満）に配置されている。尚、半導体発光素子２２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００２７】
シェード２５の上端縁２５ａは、灯具正面視において、発光面２２ａの右下隅角部分を台形状に覆うことによって、すれ違いビーム用配光パターンの斜めカット部及び水平カット部を生成する為の配光生成部を形成する形状とされている。
即ち、集光用灯具ユニット２０において、シェード２５により一部を遮蔽されて投影レンズ２１に入射された半導体発光素子２２からの出射光は、投影レンズ２１により灯具前方へ投影された発光面２２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、上端縁に水平カット部ＣＬ１及び斜めカット部ＣＬ２を有するホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨを形成する（図４（ａ）参照）。
尚、シェード２５に代えて、発光面２２ａの一部に遮光膜を直接形成することによって、ホットゾーン形成用パターンＰＨの斜めカット部及び水平カット部を構成しても良い。
【００２８】
図１及び図３に示すように、本例の拡散用灯具ユニット３０は、直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ２上に配置された半導体発光素子３２と、半導体発光素子３２の前方に配置されて該半導体発光素子３２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ３１と、を備えている。
【００２９】
投影レンズ３１は、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆｂを含む焦点面上の像を反転像として水平方向へ拡大しながら前方へ投影するようになっている。投影レンズ３１は支持部材１５の前面に設けられたレンズホルダー３４の先端部に支持固定されている。
また、支持部材１５の後面には放熱フィン３６が突設されており、その後方に配置された放熱ファン３７によって半導体発光素子３２に生じる熱を放熱している。
【００３０】
半導体発光素子３２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板３３上に4つ並べた長方形の発光面３２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００３１】
半導体発光素子３２の基板３３は、灯具光軸Ａｘ２上における投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂの後方近傍における支持部材１５の前面に、発光面３２ａの照射軸が灯具光軸Ａｘ２と平行となるように配置されている。更に、半導体発光素子３２は、発光面３２ａの下側の短辺を投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂに合わせ、発光面３２ａが灯具光軸Ａｘ２と直交する鉛直軸線Ｖｘに沿って延びる縦長（水平軸線Ｈｘに対する発光面の長辺の傾斜角度が４５度以上）に配置されている。尚、半導体発光素子３２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００３２】
即ち、拡散用灯具ユニット３０において、投影レンズ３１に入射された半導体発光素子３２からの出射光は、投影レンズ３１により灯具前方へ投影された発光面３２ａによる複数の光源像Ｉｂとなって、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷを形成する（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
図４は、本例の車両用前照灯１から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図であり、（ａ）はホットゾーン形成用パターンＰＨの広がりの様子を複数の光源像Ｉａの重ね合わせで示す図であり、（ｂ）は拡散領域形成用パターンＰＷの広がりの様子を複数の光源像Ｉｂの重ね合わせで示す図であり、（ｃ）はホットゾーン形成用パターンＰＨと拡散領域形成用パターンＰＷを重ね合わせて合成配光パターンとして形成されたすれ違いビーム用配光パターンＰＡを示す図である。
【００３４】
ホットゾーン形成用パターンＰＨは、図４（ａ）に示すように、灯具前方へ投影された集光用灯具ユニット２０における発光面２２ａの長辺が車両前方の中央水平線（灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ近傍の水平線）に沿う複数の横長の光源像Ｉａによって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンとして形成されている。
そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像Ｉａを集めたホットゾーン形成用パターンＰＨは、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００３５】
拡散領域形成用パターンＰＷは、図４（ｂ）に示すように、灯具前方へ投影された拡散用灯具ユニット３０における発光面３２ａの短辺が車両前方の中央水平線に沿う縦長の光源像Ｉｂを含む複数の光源像Ｉｂによって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンとして形成されている。
そこで、投影レンズ３１により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
【００３６】
また、拡散光用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷは、左右方向へ拡散して投影された縦長の光源像Ｉｂが回転しても、光源像Ｉｂ上端の短辺が水平カットラインＣＬ３より上方にはみ出る部分が少ない。
そこで、すれ違いビーム用配光パターンＰＡにおける拡散領域形成用パターンＰＷの水平カットラインＣＬ３近傍を明るくすると共に当該水平カットラインＣＬ３のカット性を容易に確保できる。
【００３７】
従って、図４（ｃ）に示すように、これらホットゾーン形成用パターンＰＨと拡散領域形成用パターンＰＷを重ね合わせて合成配光パターンを形成することにより、最適なすれ違いビーム用配光パターンＰＡを形成することができる。
即ち、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯１を提供することができる。
【００３８】
尚、本例の車両用前照灯１は、上記のように、車両前方の中央水平線に平行な横長の光源像Ｉａを含む複数の光源像Ｉａによってホットゾーン形成用パターンＰＨを形成し、車両前方の中央垂直線（灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ近傍の垂直線）に平行な縦長の光源像Ｉｂによって拡散領域形成用パターンＰＷを形成した。しかしながら、本発明の実施形態に係る車両用前照灯１により形成される光源像Ｉａ又は光源像Ｉｂは、中央水平線又は中央垂直線に必ずしも平行である必要はなく、中央水平線又は中央垂直線に対して適宜傾斜させることができる。
【００３９】
図５に示した拡散光用灯具ユニット４０は、上述した車両用前照灯１における拡散光用灯具ユニット３０の変形例である。尚、上記拡散光用灯具ユニット３０と同様の構成部材に関しては、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
拡散光用灯具ユニット４０は、上記拡散光用灯具ユニット３０と同様の直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ２上に配置された半導体発光素子４２と、半導体発光素子４２の前方に配置されて該半導体発光素子４２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ３１と、を備えている。
【００４１】
半導体発光素子４２は、発光面４２ａの下側の短辺を投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂに合わせ、発光面４２ａが灯具光軸Ａｘ２と直交する鉛直軸線Ｖｘに沿って左斜め上方（図５中、右斜め上方）に延びる縦長に配置されている。
そこで、拡散用灯具ユニット４０において投影レンズ３１に入射された半導体発光素子４２からの出射光は、図６に示すように、投影レンズ３１により灯具前方へ投影された発光面４２ａによる複数の光源像Ｉｂとなって、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターンＰＷｎ（一点鎖線で図示）を形成する。
【００４２】
この拡散領域形成用パターンＰＷｎは、上記拡散光用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷ（二点鎖線で図示）よりも鉛直方向の幅が狭い拡散パターンとなる。
即ち、発光面４２ａの短辺が中央水平線に対して傾斜する光源像Ｉｂによって拡散領域形成用パターンＰＷｎを形成することで、焦点距離が長い他の投影レンズを用いずに拡散領域形成用パターンＰＷの鉛直方向の幅を容易に狭めることができる。
従って、本例の車両用前照灯１は、車種に応じて異なる搭載位置や灯具収容スペースに合わせた設計自由度が高く、汎用性の高い安価な灯具とすることができる。
【００４３】
図７は本発明の実施形態の第２の例に係る車両用前照灯１の集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を示す概略水平断面図である。
図７（ａ）に示すように、本例の集光用灯具ユニット５０は、反射型のプロジェクタユニットであり、車両前後方向に延びる灯具光軸Ａｘ３上に配置された投影レンズ５１と、投影レンズ５１の後方側に配置された半導体発光素子５２と、該半導体発光素子５２からの出射光を灯具前方に向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに反射するリフレクタ５４と、投影レンズ５１と半導体発光素子５２との間に配置されて所定のすれ違い配光パターンのカットオフラインを形成するシェード５５と、を備えている。
【００４４】
半導体発光素子５２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板５３上に4つ並べた長方形の発光面５２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００４５】
半導体発光素子５２の基板５３は、投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１よりも後方に配置され、発光面５２ａの照射軸が鉛直方向上方へ向くように配置されている。更に、半導体発光素子５２は、発光面５２ａの前側の長辺を後述するリフレクタ５４の第１焦点Ｆａ２に合わせ、発光面５２ａが灯具光軸Ａｘ３と直交する水平軸に沿って延びる横長に配置されている。尚、半導体発光素子５２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００４６】
リフレクタ５４は、半導体発光素子５２の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該半導体発光素子５２からの光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させる反射面５４ａを有している。
この反射面５４ａは、灯具光軸Ａｘ３を中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面５４ａは、灯具光軸Ａｘ３を含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
【００４７】
そして、半導体発光素子５２は、この反射面５４ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点Ｆａ２に配置されている。これにより、反射面５４ａは、半導体発光素子５２からの出射光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させ、灯具光軸Ａｘ３を含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点（投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１）に略収束させるようになっている。
【００４８】
投影レンズ５１は、前方側表面が球状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆａ１がリフレクタ５４の反射面５４ａの第２焦点に位置するようにして灯具光軸Ａｘ３上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆａ１を含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。
【００４９】
本例のシェード５５は、投影レンズ５１や半導体発光素子５２のホルダを兼ねるブロック（塊）状であり、リフレクタ５４が載置される。また、シェード５５の後面には、図示しない放熱フィンが突設されており、半導体発光素子５２に生じる熱を放熱している。
更に、シェード５５は、遮光端縁５５ｃから灯具光軸Ａｘ３方向後方へ向けて延びる上表面５５ａがリフレクタ５４からの反射光の一部を上方へ反射させる。上表面５５ａには、反面処理が施された付加反射面が形成されている。
【００５０】
即ち、このシェード５５は、遮光端縁（即ち上表面５５ａとシェード５５の前端面５５ｂとの間の稜線）５５ｃが、投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１を通るように形成されている。
そして、上表面５５ａに形成された付加反射面においてリフレクタ５４からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、シェード５５によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これにより半導体発光素子５２からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。
【００５１】
なお、シェード５５の遮光端縁５５ｃは、投影レンズ５１の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁５５ｃは、投影レンズ５１の焦点群と一致する。即ち、シェード５５は、遮光端縁５５ｃが投影レンズ５１の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁５５ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。
【００５２】
即ち、集光用灯具ユニット５０において、シェード５５により一部を遮蔽されて投影レンズ５１に入射されたリフレクタ５４からの反射光は、投影レンズ５１により灯具前方へ投影された発光面５２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、図４（ａ）に示したホットゾーン形成用パターンＰＨと同様に、上端縁に水平カット部ＣＬ１及び斜めカット部ＣＬ２を有するホットゾーン形成用パターンを形成する。
【００５３】
このホットゾーン形成用パターンは、灯具前方へ投影された集光用灯具ユニット５０における発光面５２ａの長辺が車両前方の中央水平線に沿う複数の横長の光源像Ｉａによって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンとして形成されるので、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００５４】
図７（ｂ）に示すように、本例の拡散用灯具ユニット６０は、反射型のプロジェクタユニットであり、車両前後方向に延びる灯具光軸Ａｘ４上に配置された投影レンズ６１と、投影レンズ６１の後方側に配置された半導体発光素子６２と、該半導体発光素子６２からの出射光を灯具前方に向けて灯具光軸Ａｘ４寄りに反射するリフレクタ６４と、投影レンズ６１と半導体発光素子６２との間に配置されて所定のすれ違い配光パターンのカットオフラインを形成するシェード６５と、を備えている。
【００５５】
半導体発光素子６２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板６３上に4つ並べた長方形の発光面６２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００５６】
半導体発光素子６２の基板６３は、投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１よりも後方に配置され、発光面６２ａの照射軸が鉛直方向上方へ向くように配置されている。更に、半導体発光素子６２は、発光面６２ａの前側の短辺を後述するリフレクタ６４の第１焦点Ｆｂ２に合わせ、発光面６２ａが灯具光軸Ａｘ４に沿って延びる縦長に配置されている。尚、半導体発光素子６２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００５７】
リフレクタ６４は、半導体発光素子６２の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該半導体発光素子６２からの光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させる反射面６４ａを有している。
この反射面６４ａは、灯具光軸Ａｘ４を中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面６４ａは、灯具光軸Ａｘ４を含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
【００５８】
そして、半導体発光素子６２は、この反射面６４ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点Ｆｂ２に配置されている。これにより、反射面６４ａは、半導体発光素子６２からの出射光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ４寄りに集光反射させ、灯具光軸Ａｘ４を含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点（投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１）に略収束させるようになっている。
【００５９】
投影レンズ６１は、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆｂ１がリフレクタ６４の反射面６４ａの第２焦点に位置するようにして灯具光軸Ａｘ４上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆｂ１を含む焦点面上の像を反転像として水平方向へ拡大しながら前方へ投影するようになっている。
【００６０】
本例のシェード６５は、投影レンズ６１や半導体発光素子６２のホルダを兼ねるブロック状であり、リフレクタ６４が載置される。また、シェード６５の後面には、図示しない放熱フィンが突設されており、半導体発光素子６２に生じる熱を放熱している。
更に、シェード６５は、遮光端縁６５ｃから灯具光軸Ａｘ４方向後方へ向けて延びる上表面６５ａがリフレクタ６４からの反射光の一部を上方へ反射させる。上表面６５ａには、反面処理が施された付加反射面が形成されている。
【００６１】
即ち、このシェード６５は、遮光端縁（即ち上表面６５ａとシェード６５の前端面６５ｂとの間の稜線）６５ｃが、投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１を通るように形成されている。
そして、上表面６５ａに形成された付加反射面においてリフレクタ６４からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、シェード６５によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これにより半導体発光素子６２からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。
【００６２】
なお、シェード６５の遮光端縁６５ｃは、投影レンズ６１の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁６５ｃは、投影レンズ６１の焦点群と一致する。即ち、シェード６５は、遮光端縁６５ｃが投影レンズ６１の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁６５ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。
【００６３】
即ち、拡散用灯具ユニット６０において、シェード６５により一部を遮蔽されて投影レンズ６１に入射されたリフレクタ６４からの反射光は、投影レンズ６１により灯具前方へ投影された発光面６２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、上端縁に水平カット部を有して、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターンを形成する。
【００６４】
この拡散用灯具ユニット６０による拡散領域形成用パターンは、灯具前方へ投影された拡散用灯具ユニット６０における発光面６２ａの短辺が車両前方の中央水平線に沿う縦長の光源像Ｉｂを含む複数の光源像Ｉｂによって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンとして形成されるので、投影レンズ６１及びリフレクタ６４により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
【００６５】
更に、この拡散用灯具ユニット６０による拡散領域形成用パターンの上端縁は、シェード６５によりカットオフラインを形成されるので、上記第１の例の車両用前照灯１が備える拡散用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷに比べて良好な水平カット部を有する。
従って、上述した集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を備える上記第２の例の車両用前照灯１は、上記第１の例の車両用前照灯１と同様に、配光制御が容易で光ムラも生じ難い。
【００６６】
また、上述した反射型のプロジェクタユニットからなる集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を備えた本第２実施形態に係る車両用前照灯は、直射型のプロジェクタユニットからなる集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０を備えた上記第１実施形態の車両用前照灯１に比べて灯具前後方向の寸法が拡大するが、光学部材である投影レンズ５１，６１及びリフレクタ５４，６４によって灯具前方へ投影する光源像Ｉａ及びＩｂを適宜制御することができ、所定の配光パターンの制御が更に容易になる。
【００６７】
尚、本実施形態に係る車両用前照灯１における投影レンズ、半導体発光素子、光学部材、集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットなどの具体的な構成は、上記の例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変更が可能であることは云うまでも無い。
例えば、本実施形態に係る車両用前照灯１では、半導体発光素子として白色発光ダイオードを用いた例を説明したが、レーザダイオード等の他の面発光素子を用いることもできる。また、本実施形態の上記各例における投影レンズ３１，６１としては、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズを用いたが、出射光が左右方向に拡散可能であれば、入射面および出射面がそれぞれ自由曲面で構成された非球面レンズやシリンドリカルレンズ等の種々の形状の投影レンズを用いることができることは云うまでもない。また、上記のように入射面および出射面がそれぞれ自由曲面で構成された非球面レンズを投影レンズとして用いる場合は、当該入射面および出射面は、光源からの光を上下方向においては平行よりもやや下向きに照射し、左右方向においては上下方向よりも光源からの光をより広角に拡散させるような自由曲面で構成されていることが好ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、光源である半導体発光素子２２の前方にシェード２５を設けることにより、すれ違いビーム用配光パターンの斜めカット部及び水平カット部を生成しているが、これら斜めカット部及び水平カット部を生成する構成はこれに限られない。例えば、光源の前方にシェードを設けることなく投影レンズのレンズ面の形状により光源光を偏向制御することにより上記斜めカット部及び水平カット部を含むすれ違いビーム用配光パターンを形成してもよい。
【００６９】
また、本実施形態の上記各例において、半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としては、放物面反射面や双曲反射面、又は組合わせ反射面等の種々の反射面を備えたリフレクタを用いることもできる。
【００７０】
また、本実施形態の上記各例では、すれ違いビーム用配光パターンを形成する車両用前照灯を例に説明したが、本発明の車両用前照灯はこれに限定されるものではなく、例えば集光用灯具ユニットと拡散用灯具ユニットを組み合わせて所定の走行用ビーム用配光パターンを形成する車両用前照灯などにも適用可能である。
【００７１】
また、本実施形態の上記各例では、集光用灯具ユニットがホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成を担い、拡散用灯具ユニットが拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成を担う構成であり、集光用灯具ユニットおよび拡散用灯具ユニットはいずれもプロジェクタータイプの灯具ユニットであったが、ホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成のみをプロジェクタータイプの灯具ユニットで担い、拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成は直射タイプの灯具ユニットが担う構成としてもよい。また、これに代えて、ホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成を直射タイプの灯具ユニットが担い、拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成をプロジェクタータイプの灯具ユニットが担う構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両用前照灯
１２ ランプボディ
１４ 透光カバー
１６ 灯室
２０ 集光用灯具ユニット
２１ 投影レンズ（光学部材）
２２，３２ 半導体発光素子
２２ａ，３２ａ 発光面
２３，３３ 基板
２５ シェード
３０ 拡散用灯具ユニット
３１ 投影レンズ（光学部材）
Ａｘ１，Ａｘ２ 灯具光軸
Ｖｘ 鉛直軸線
Ｈｘ 水平軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯に関し、特にＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とする複数の灯具ユニットから出射する光を重ね合わせて所定の配光パターンを形成する車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源として半導体発光素子を用いた車両用前照灯が種々提案されている。一般に、この様な車両用前照灯に用いられる半導体発光素子は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の方形の発光面を有する発光チップである。
また、車両用前照灯においては、安全上の観点から、高い精度で配光パターンを形成することが必要な場合がある。この様な配光パターンは、例えば反射鏡（リフレクタ）や投影レンズ等の光学部材を用いた光学系により形成されている。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１等には、半導体発光素子を光源とする複数の集光用灯具ユニットと拡散用灯具ユニットを組み合わせて所定の配光パターン（例えば、すれ違いビーム用配光パターン）を形成する車両用前照灯が記載されている。
そして、これら複数の灯具ユニットにより形成される集光・拡散の配光パターンは、何れも灯具前方へ投影された半導体発光素子の発光面による複数の光源像により形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１等に開示された半導体発光素子を用いた車両用前照灯は、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成する際に、反射鏡や投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要があり、配光制御が複雑化するという問題があった。
【０００６】
また、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成する際には、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めると、ホットゾーンの下方も同時に明るくなってしまったり、強い光ムラを生じたりすることがあった。
【０００７】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、略長方形の発光面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットによって所望の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
前記集光用灯具ユニットによる集光パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成され、
前記拡散用灯具ユニットによる拡散パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の短辺が前記中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成されることを特徴とする車両用前照灯により達成される。
【０００９】
上記構成の車両用前照灯によれば、集光用灯具ユニットは、発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の横長の光源像によって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成することができる。
そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めた際にも、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００１０】
また、拡散用灯具ユニットは、発光面の短辺が中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の縦長の光源像によって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成することができる。
そこで、リフレクタや投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。また、発光面の短辺を中央水平線に対して傾斜させることで、光学部材を設計変更せずに拡散パターンの鉛直方向の幅を容易に狭めることができる。
【００１１】
尚、上記構成の車両用前照灯において、前記集光用灯具ユニット及び前記拡散用灯具ユニットにおける少なくとも一方の前記光学部材が、灯具光軸上に配置された前記半導体発光素子の前方に配置された投影レンズであることが望ましい。
【００１２】
この様な構成の車両用前照灯によれば、光学部材として投影レンズを用いた直射型のプロジェクタユニットを構成することにより、灯具前方へ投影する複数の光源像によって形成される配光パターンの制御が容易になる。また、光学部材として投影レンズ及びリフレクタを用いた反射型のプロジェクタユニットに比べて、灯具前後方向の寸法をコンパクトにできる。
【００１３】
また、上記構成の車両用前照灯において、前記集光用灯具ユニット及び前記拡散光用灯具ユニットによって形成される配光パターンが、すれ違いビーム用配光パターンであることが望ましい。
【００１４】
この様な構成の車両用前照灯によれば、拡散光用灯具ユニットによる拡散パターンは、投影された縦長の光源像が回転しても、光源像上端の短辺が水平カットラインより上方にはみ出る部分が少ない。
そこで、すれ違いビームにおける拡散パターンの水平カットライン近傍を明るくすると共に当該水平カットラインのカット性を容易に確保できる。従って、車両用前照灯は、最適なすれ違いビーム用配光パターンを形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明した本発明の車両用前照灯によれば、集光用灯具ユニットは、複数の横長の光源像によって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンを形成することができる。そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像を集めた際にも、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００１６】
また、拡散用灯具ユニットは、複数の縦長の光源像によって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンを形成することができる。そこで、リフレクタや投影レンズ等の光学部材により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
従って、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の第１の例に係る車両用前照灯を示す概略正面図である。
【図２】図１に示した車両用前照灯におけるII−II断面矢視図である。
【図３】図１に示した車両用前照灯におけるIII−III断面矢視図である。
【図４】図１に示した車両用前照灯から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図であり、（a）は集光用灯具ユニットによる集光配光パターンを示し、（ｂ）は拡散用灯具ユニットによる拡散配光パターンを示し、（ｃ）はこれら集光配光パターンと拡散配光パターンを組み合わせたすれ違いビーム用配光パターンを示す。
【図５】図１に示した拡散用灯具ユニットの変形例を説明する要部拡大正面図である。
【図６】図５に示した拡散用灯具ユニットによる拡散配光パターンを示す。
【図７】本発明の実施形態の第２の例に係る車両用前照灯を示す概略水平断面図であり、（ａ）は集光用灯具ユニットを示し、（ｂ）は拡散用灯具ユニットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係る車両用前照灯を詳細に説明する。
図１乃至図３に示すように、本発明の実施形態の第１の例に係る車両用前照灯１は、例えば車両の前端部分に取り付けられ、すれ違いビームを点消灯可能な灯具である。
【００１９】
車両用前照灯１は、ランプボディ１２とその前端開口部に取り付けられた素通し状の透光カバー１４とで形成される灯室１６内に、出射する光を重ね合わせてすれ違いビーム用配光パターンを形成する集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０が収容された構成となっている。
【００２０】
そして、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０は、支持部材１５上に固定配置されている。また、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０と透光カバー１４との間には、灯具前方から見たときの隙間を覆うようにエクステンション１８が配置されている。
【００２１】
本例の支持部材１５は、透光カバー１４の外形形状に略沿って形成された板状部材であって、エイミング機構５及びレベリング機構８を介してランプボディ１２に上下方向及び左右方向に傾動可能に支持されている。
【００２２】
エイミング機構５は、エイミングナット６による締め付けを調整することで集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０の取付位置及び取付角度を微調整するための機構であり、エイミング調整した段階では、各灯具光軸Ａｘ１，Ａｘ２は、車両前後方向に対して略水平の方向に延びるようになっている。レベリング機構８は、乗車人数又は車載される貨物等の重量の変化に応じてレベリングモータ１０を駆動することで、集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０の照射方向を自動調整するための機構である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本例の集光用灯具ユニット２０は、直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ１上に配置された半導体発光素子２２と、半導体発光素子２２の前方に配置されて該半導体発光素子２２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ２１と、半導体発光素子２２の前方に配置されて半導体発光素子２２からの出射光の一部を遮蔽するシェード２５と、を備えている。
【００２４】
投影レンズ２１は、前方側表面が球状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆａを含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。投影レンズ２１は支持部材１５の前面に設けられたレンズホルダー２４の先端部に支持固定されており、該レンズホルダー２４の基端部上方にはシェード２５が固定されている。
また、支持部材１５の後面には放熱フィン２６が突設されており、その後方に配置された放熱ファン２７によって半導体発光素子２２に生じる熱を放熱している。
【００２５】
半導体発光素子２２は、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板２３上に4つ並べた長方形の発光面２２ａを有する白色発光ダイオードである。
半導体発光素子２２の基板２３は、灯具光軸Ａｘ１上における投影レンズ２１の後方側焦点Ｆａの後方近傍における支持部材１５の前面に、発光面２２ａの照射軸が灯具光軸Ａｘ１と平行となるように配置されている。
【００２６】
更に、半導体発光素子２２は、発光面２２ａの下側の長辺を投影レンズ２１の後方側焦点Ｆａに合わせ、発光面２２ａが灯具光軸Ａｘ１と直交する水平軸線Ｈｘに沿って延びる横長（水平軸線Ｈｘに対する発光面の長辺の傾斜角度が４５度未満）に配置されている。尚、半導体発光素子２２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００２７】
シェード２５の上端縁２５ａは、灯具正面視において、発光面２２ａの右下隅角部分を台形状に覆うことによって、すれ違いビーム用配光パターンの斜めカット部及び水平カット部を生成する為の配光生成部を形成する形状とされている。
即ち、集光用灯具ユニット２０において、シェード２５により一部を遮蔽されて投影レンズ２１に入射された半導体発光素子２２からの出射光は、投影レンズ２１により灯具前方へ投影された発光面２２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、上端縁に水平カット部ＣＬ１及び斜めカット部ＣＬ２を有するホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨを形成する（図４（ａ）参照）。
尚、シェード２５に代えて、発光面２２ａの一部に遮光膜を直接形成することによって、ホットゾーン形成用パターンＰＨの斜めカット部及び水平カット部を構成しても良い。
【００２８】
図１及び図３に示すように、本例の拡散用灯具ユニット３０は、直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ２上に配置された半導体発光素子３２と、半導体発光素子３２の前方に配置されて該半導体発光素子３２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ３１と、を備えている。
【００２９】
投影レンズ３１は、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆｂを含む焦点面上の像を反転像として水平方向へ拡大しながら前方へ投影するようになっている。投影レンズ３１は支持部材１５の前面に設けられたレンズホルダー３４の先端部に支持固定されている。
また、支持部材１５の後面には放熱フィン３６が突設されており、その後方に配置された放熱ファン３７によって半導体発光素子３２に生じる熱を放熱している。
【００３０】
半導体発光素子３２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板３３上に4つ並べた長方形の発光面３２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００３１】
半導体発光素子３２の基板３３は、灯具光軸Ａｘ２上における投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂの後方近傍における支持部材１５の前面に、発光面３２ａの照射軸が灯具光軸Ａｘ２と平行となるように配置されている。更に、半導体発光素子３２は、発光面３２ａの下側の短辺を投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂに合わせ、発光面３２ａが灯具光軸Ａｘ２と直交する鉛直軸線Ｖｘに沿って延びる縦長（水平軸線Ｈｘに対する発光面の長辺の傾斜角度が４５度以上）に配置されている。尚、半導体発光素子３２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００３２】
即ち、拡散用灯具ユニット３０において、投影レンズ３１に入射された半導体発光素子３２からの出射光は、投影レンズ３１により灯具前方へ投影された発光面３２ａによる複数の光源像Ｉｂとなって、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷを形成する（図４（ｂ）参照）。
【００３３】
図４は、本例の車両用前照灯１から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図であり、（ａ）はホットゾーン形成用パターンＰＨの広がりの様子を複数の光源像Ｉａの重ね合わせで示す図であり、（ｂ）は拡散領域形成用パターンＰＷの広がりの様子を複数の光源像Ｉｂの重ね合わせで示す図であり、（ｃ）はホットゾーン形成用パターンＰＨと拡散領域形成用パターンＰＷを重ね合わせて合成配光パターンとして形成されたすれ違いビーム用配光パターンＰＡを示す図である。
【００３４】
ホットゾーン形成用パターンＰＨは、図４（ａ）に示すように、灯具前方へ投影された集光用灯具ユニット２０における発光面２２ａの長辺が車両前方の中央水平線（灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ近傍の水平線）に沿う複数の横長の光源像Ｉａによって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンとして形成されている。
そこで、ホットゾーンを作るためにカットオフライン近傍に光源像Ｉａを集めたホットゾーン形成用パターンＰＨは、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００３５】
拡散領域形成用パターンＰＷは、図４（ｂ）に示すように、灯具前方へ投影された拡散用灯具ユニット３０における発光面３２ａの短辺が車両前方の中央水平線に沿う縦長の光源像Ｉｂを含む複数の光源像Ｉｂによって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンとして形成されている。
そこで、投影レンズ３１により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向（車両幅方向）の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
【００３６】
また、拡散光用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷは、左右方向へ拡散して投影された縦長の光源像Ｉｂが回転しても、光源像Ｉｂ上端の短辺が水平カットラインＣＬ３より上方にはみ出る部分が少ない。
そこで、すれ違いビーム用配光パターンＰＡにおける拡散領域形成用パターンＰＷの水平カットラインＣＬ３近傍を明るくすると共に当該水平カットラインＣＬ３のカット性を容易に確保できる。
【００３７】
従って、図４（ｃ）に示すように、これらホットゾーン形成用パターンＰＨと拡散領域形成用パターンＰＷを重ね合わせて合成配光パターンを形成することにより、最適なすれ違いビーム用配光パターンＰＡを形成することができる。
即ち、配光制御が容易で光ムラも生じ難い良好な車両用前照灯１を提供することができる。
【００３８】
尚、本例の車両用前照灯１は、上記のように、車両前方の中央水平線に平行な横長の光源像Ｉａを含む複数の光源像Ｉａによってホットゾーン形成用パターンＰＨを形成し、車両前方の中央垂直線（灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖ近傍の垂直線）に平行な縦長の光源像Ｉｂによって拡散領域形成用パターンＰＷを形成した。しかしながら、本発明の実施形態に係る車両用前照灯１により形成される光源像Ｉａ又は光源像Ｉｂは、中央水平線又は中央垂直線に必ずしも平行である必要はなく、中央水平線又は中央垂直線に対して適宜傾斜させることができる。
【００３９】
図５に示した拡散光用灯具ユニット４０は、上述した車両用前照灯１における拡散光用灯具ユニット３０の変形例である。尚、上記拡散光用灯具ユニット３０と同様の構成部材に関しては、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
拡散光用灯具ユニット４０は、上記拡散光用灯具ユニット３０と同様の直射型のプロジェクタユニットであり、灯具光軸Ａｘ２上に配置された半導体発光素子４２と、半導体発光素子４２の前方に配置されて該半導体発光素子４２からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としての投影レンズ３１と、を備えている。
【００４１】
半導体発光素子４２は、発光面４２ａの下側の短辺を投影レンズ３１の後方側焦点Ｆｂに合わせ、発光面４２ａが灯具光軸Ａｘ２と直交する鉛直軸線Ｖｘに沿って左斜め上方（図５中、右斜め上方）に延びる縦長に配置されている。
そこで、拡散用灯具ユニット４０において投影レンズ３１に入射された半導体発光素子４２からの出射光は、図６に示すように、投影レンズ３１により灯具前方へ投影された発光面４２ａによる複数の光源像Ｉｂとなって、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターンＰＷｎ（一点鎖線で図示）を形成する。
【００４２】
この拡散領域形成用パターンＰＷｎは、上記拡散光用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷ（二点鎖線で図示）よりも鉛直方向の幅が狭い拡散パターンとなる。
即ち、発光面４２ａの短辺が中央水平線に対して傾斜する光源像Ｉｂによって拡散領域形成用パターンＰＷｎを形成することで、焦点距離が長い他の投影レンズを用いずに拡散領域形成用パターンＰＷの鉛直方向の幅を容易に狭めることができる。
従って、本例の車両用前照灯１は、車種に応じて異なる搭載位置や灯具収容スペースに合わせた設計自由度が高く、汎用性の高い安価な灯具とすることができる。
【００４３】
図７は本発明の実施形態の第２の例に係る車両用前照灯１の集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を示す概略水平断面図である。
図７（ａ）に示すように、本例の集光用灯具ユニット５０は、反射型のプロジェクタユニットであり、車両前後方向に延びる灯具光軸Ａｘ３上に配置された投影レンズ５１と、投影レンズ５１の後方側に配置された半導体発光素子５２と、該半導体発光素子５２からの出射光を灯具前方に向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに反射するリフレクタ５４と、投影レンズ５１と半導体発光素子５２との間に配置されて所定のすれ違い配光パターンのカットオフラインを形成するシェード５５と、を備えている。
【００４４】
半導体発光素子５２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板５３上に4つ並べた長方形の発光面５２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００４５】
半導体発光素子５２の基板５３は、投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１よりも後方に配置され、発光面５２ａの照射軸が鉛直方向上方へ向くように配置されている。更に、半導体発光素子５２は、発光面５２ａの前側の長辺を後述するリフレクタ５４の第１焦点Ｆａ２に合わせ、発光面５２ａが灯具光軸Ａｘ３と直交する水平軸に沿って延びる横長に配置されている。尚、半導体発光素子５２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００４６】
リフレクタ５４は、半導体発光素子５２の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該半導体発光素子５２からの光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させる反射面５４ａを有している。
この反射面５４ａは、灯具光軸Ａｘ３を中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面５４ａは、灯具光軸Ａｘ３を含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
【００４７】
そして、半導体発光素子５２は、この反射面５４ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点Ｆａ２に配置されている。これにより、反射面５４ａは、半導体発光素子５２からの出射光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させ、灯具光軸Ａｘ３を含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点（投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１）に略収束させるようになっている。
【００４８】
投影レンズ５１は、前方側表面が球状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆａ１がリフレクタ５４の反射面５４ａの第２焦点に位置するようにして灯具光軸Ａｘ３上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆａ１を含む焦点面上の像を反転像として前方へ投影するようになっている。
【００４９】
本例のシェード５５は、投影レンズ５１や半導体発光素子５２のホルダを兼ねるブロック（塊）状であり、リフレクタ５４が載置される。また、シェード５５の後面には、図示しない放熱フィンが突設されており、半導体発光素子５２に生じる熱を放熱している。
更に、シェード５５は、遮光端縁５５ｃから灯具光軸Ａｘ３方向後方へ向けて延びる上表面５５ａがリフレクタ５４からの反射光の一部を上方へ反射させる。上表面５５ａには、反面処理が施された付加反射面が形成されている。
【００５０】
即ち、このシェード５５は、遮光端縁（即ち上表面５５ａとシェード５５の前端面５５ｂとの間の稜線）５５ｃが、投影レンズ５１の後方側焦点Ｆａ１を通るように形成されている。
そして、上表面５５ａに形成された付加反射面においてリフレクタ５４からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、シェード５５によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これにより半導体発光素子５２からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。
【００５１】
なお、シェード５５の遮光端縁５５ｃは、投影レンズ５１の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁５５ｃは、投影レンズ５１の焦点群と一致する。即ち、シェード５５は、遮光端縁５５ｃが投影レンズ５１の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁５５ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。
【００５２】
即ち、集光用灯具ユニット５０において、シェード５５により一部を遮蔽されて投影レンズ５１に入射されたリフレクタ５４からの反射光は、投影レンズ５１により灯具前方へ投影された発光面５２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、図４（ａ）に示したホットゾーン形成用パターンＰＨと同様に、上端縁に水平カット部ＣＬ１及び斜めカット部ＣＬ２を有するホットゾーン形成用パターンを形成する。
【００５３】
このホットゾーン形成用パターンは、灯具前方へ投影された集光用灯具ユニット５０における発光面５２ａの長辺が車両前方の中央水平線に沿う複数の横長の光源像Ｉａによって、鉛直方向の幅が狭い集光パターンとして形成されるので、車両幅方向の光ムラが生じ難く、ホットゾーンの下方が同時に明るくなってしまう事も防止できる。
【００５４】
図７（ｂ）に示すように、本例の拡散用灯具ユニット６０は、反射型のプロジェクタユニットであり、車両前後方向に延びる灯具光軸Ａｘ４上に配置された投影レンズ６１と、投影レンズ６１の後方側に配置された半導体発光素子６２と、該半導体発光素子６２からの出射光を灯具前方に向けて灯具光軸Ａｘ４寄りに反射するリフレクタ６４と、投影レンズ６１と半導体発光素子６２との間に配置されて所定のすれ違い配光パターンのカットオフラインを形成するシェード６５と、を備えている。
【００５５】
半導体発光素子６２は、上述した集光用灯具ユニット２０の半導体発光素子２２と同様に、１mm四方程度の大きさの発光チップを基板６３上に4つ並べた長方形の発光面６２ａを有する白色発光ダイオードである。
【００５６】
半導体発光素子６２の基板６３は、投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１よりも後方に配置され、発光面６２ａの照射軸が鉛直方向上方へ向くように配置されている。更に、半導体発光素子６２は、発光面６２ａの前側の短辺を後述するリフレクタ６４の第１焦点Ｆｂ２に合わせ、発光面６２ａが灯具光軸Ａｘ４に沿って延びる縦長に配置されている。尚、半導体発光素子６２は、図示しない点灯制御装置により点灯制御される。
【００５７】
リフレクタ６４は、半導体発光素子６２の上方側に設けられた略ドーム状の部材であって、該半導体発光素子６２からの光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ３寄りに集光反射させる反射面６４ａを有している。
この反射面６４ａは、灯具光軸Ａｘ４を中心軸とする略楕円球面状に形成されている。具体的には、この反射面６４ａは、灯具光軸Ａｘ４を含む断面形状が略楕円形状に設定されており、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
【００５８】
そして、半導体発光素子６２は、この反射面６４ａの鉛直断面を形成する楕円の第１焦点Ｆｂ２に配置されている。これにより、反射面６４ａは、半導体発光素子６２からの出射光を前方へ向けて灯具光軸Ａｘ４寄りに集光反射させ、灯具光軸Ａｘ４を含む鉛直断面内においては上記楕円の第２焦点（投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１）に略収束させるようになっている。
【００５９】
投影レンズ６１は、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズからなり、その後方側焦点Ｆｂ１がリフレクタ６４の反射面６４ａの第２焦点に位置するようにして灯具光軸Ａｘ４上に配置されており、これにより後方側焦点Ｆｂ１を含む焦点面上の像を反転像として水平方向へ拡大しながら前方へ投影するようになっている。
【００６０】
本例のシェード６５は、投影レンズ６１や半導体発光素子６２のホルダを兼ねるブロック状であり、リフレクタ６４が載置される。また、シェード６５の後面には、図示しない放熱フィンが突設されており、半導体発光素子６２に生じる熱を放熱している。
更に、シェード６５は、遮光端縁６５ｃから灯具光軸Ａｘ４方向後方へ向けて延びる上表面６５ａがリフレクタ６４からの反射光の一部を上方へ反射させる。上表面６５ａには、反面処理が施された付加反射面が形成されている。
【００６１】
即ち、このシェード６５は、遮光端縁（即ち上表面６５ａとシェード６５の前端面６５ｂとの間の稜線）６５ｃが、投影レンズ６１の後方側焦点Ｆｂ１を通るように形成されている。
そして、上表面６５ａに形成された付加反射面においてリフレクタ６４からの反射光の一部を上向きに反射させることにより、シェード６５によって遮蔽されるべき光を照射光として有効に活用し、これにより半導体発光素子６２からの出射光の光束利用率を高めるようになっている。
【００６２】
なお、シェード６５の遮光端縁６５ｃは、投影レンズ６１の像面湾曲に対応すべく、平面視において左右両側が前方へ突出する湾曲状に形成されている。この湾曲した遮光端縁６５ｃは、投影レンズ６１の焦点群と一致する。即ち、シェード６５は、遮光端縁６５ｃが投影レンズ６１の焦点群に沿って形成され、その遮光端縁６５ｃ形状がそのままカットオフライン形状となっている。
【００６３】
即ち、拡散用灯具ユニット６０において、シェード６５により一部を遮蔽されて投影レンズ６１に入射されたリフレクタ６４からの反射光は、投影レンズ６１により灯具前方へ投影された発光面６２ａによる複数の光源像Ｉａとなって、上端縁に水平カット部を有して、Ｈ−Ｈ線より下方に拡がるように拡散した拡散領域形成用パターンを形成する。
【００６４】
この拡散用灯具ユニット６０による拡散領域形成用パターンは、灯具前方へ投影された拡散用灯具ユニット６０における発光面６２ａの短辺が車両前方の中央水平線に沿う縦長の光源像Ｉｂを含む複数の光源像Ｉｂによって、鉛直方向の幅が広い拡散パターンとして形成されるので、投影レンズ６１及びリフレクタ６４により左右拡散と上下拡散を同時に制御する必要がなく、左右方向の制御のみで拡散パターンを制御することができる。
【００６５】
更に、この拡散用灯具ユニット６０による拡散領域形成用パターンの上端縁は、シェード６５によりカットオフラインを形成されるので、上記第１の例の車両用前照灯１が備える拡散用灯具ユニット３０による拡散領域形成用パターンＰＷに比べて良好な水平カット部を有する。
従って、上述した集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を備える上記第２の例の車両用前照灯１は、上記第１の例の車両用前照灯１と同様に、配光制御が容易で光ムラも生じ難い。
【００６６】
また、上述した反射型のプロジェクタユニットからなる集光用灯具ユニット５０及び拡散用灯具ユニット６０を備えた本第２実施形態に係る車両用前照灯は、直射型のプロジェクタユニットからなる集光用灯具ユニット２０及び拡散用灯具ユニット３０を備えた上記第１実施形態の車両用前照灯１に比べて灯具前後方向の寸法が拡大するが、光学部材である投影レンズ５１，６１及びリフレクタ５４，６４によって灯具前方へ投影する光源像Ｉａ及びＩｂを適宜制御することができ、所定の配光パターンの制御が更に容易になる。
【００６７】
尚、本実施形態に係る車両用前照灯１における投影レンズ、半導体発光素子、光学部材、集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットなどの具体的な構成は、上記の例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変更が可能であることは云うまでも無い。
例えば、本実施形態に係る車両用前照灯１では、半導体発光素子として白色発光ダイオードを用いた例を説明したが、レーザダイオード等の他の面発光素子を用いることもできる。また、本実施形態の上記各例における投影レンズ３１，６１としては、前方側表面が楕円状凸面で後方側表面が平面の平凸レンズを用いたが、出射光が左右方向に拡散可能であれば、入射面および出射面がそれぞれ自由曲面で構成された非球面レンズやシリンドリカルレンズ等の種々の形状の投影レンズを用いることができることは云うまでもない。また、上記のように入射面および出射面がそれぞれ自由曲面で構成された非球面レンズを投影レンズとして用いる場合は、当該入射面および出射面は、光源からの光を上下方向においては平行よりもやや下向きに照射し、左右方向においては上下方向よりも光源からの光をより広角に拡散させるような自由曲面で構成されていることが好ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、光源である半導体発光素子２２の前方にシェード２５を設けることにより、すれ違いビーム用配光パターンの斜めカット部及び水平カット部を生成しているが、これら斜めカット部及び水平カット部を生成する構成はこれに限られない。例えば、光源の前方にシェードを設けることなく投影レンズのレンズ面の形状により光源光を偏向制御することにより上記斜めカット部及び水平カット部を含むすれ違いビーム用配光パターンを形成してもよい。
【００６９】
また、本実施形態の上記各例において、半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材としては、放物面反射面や双曲反射面、又は組合わせ反射面等の種々の反射面を備えたリフレクタを用いることもできる。
【００７０】
また、本実施形態の上記各例では、すれ違いビーム用配光パターンを形成する車両用前照灯を例に説明したが、本発明の車両用前照灯はこれに限定されるものではなく、例えば集光用灯具ユニットと拡散用灯具ユニットを組み合わせて所定の走行用ビーム用配光パターンを形成する車両用前照灯などにも適用可能である。
【００７１】
また、本実施形態の上記各例では、集光用灯具ユニットがホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成を担い、拡散用灯具ユニットが拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成を担う構成であり、集光用灯具ユニットおよび拡散用灯具ユニットはいずれもプロジェクタータイプの灯具ユニットであったが、ホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成のみをプロジェクタータイプの灯具ユニットで担い、拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成は直射タイプの灯具ユニットが担う構成としてもよい。また、これに代えて、ホットゾーン形成用パターン（集光パターン）ＰＨの形成を直射タイプの灯具ユニットが担い、拡散領域形成用パターン（拡散パターン）ＰＷの形成をプロジェクタータイプの灯具ユニットが担う構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 車両用前照灯
１２ ランプボディ
１４ 透光カバー
１６ 灯室
２０ 集光用灯具ユニット
２１ 投影レンズ（光学部材）
２２，３２ 半導体発光素子
２２ａ，３２ａ 発光面
２３，３３ 基板
２５ シェード
３０ 拡散用灯具ユニット
３１ 投影レンズ（光学部材）
Ａｘ１，Ａｘ２ 灯具光軸
Ｖｘ 鉛直軸線
Ｈｘ 水平軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略長方形の発光面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットによって所望の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
前記集光用灯具ユニットによる集光パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成され、
前記拡散用灯具ユニットによる拡散パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の短辺が前記中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成されることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
前記集光用灯具ユニット及び前記拡散用灯具ユニットにおける少なくとも一方の前記光学部材が、灯具光軸上に配置された前記半導体発光素子の前方に配置された投影レンズであることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【請求項３】
前記集光用灯具ユニット及び前記拡散光用灯具ユニットによって形成される配光パターンが、すれ違いビーム用配光パターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
【請求項１】
略長方形の発光面を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光を灯具前方へ投影する光学部材とをそれぞれ備えた集光用灯具ユニット及び拡散用灯具ユニットによって所望の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
前記集光用灯具ユニットによる集光パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の長辺が車両前方の中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成され、
前記拡散用灯具ユニットによる拡散パターンは、灯具前方へ投影された前記発光面の短辺が前記中央水平線に沿う光源像を少なくとも含む複数の光源像により形成されることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
前記集光用灯具ユニット及び前記拡散用灯具ユニットにおける少なくとも一方の前記光学部材が、灯具光軸上に配置された前記半導体発光素子の前方に配置された投影レンズであることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【請求項３】
前記集光用灯具ユニット及び前記拡散光用灯具ユニットによって形成される配光パターンが、すれ違いビーム用配光パターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５６０５１（Ｐ２０１２−１５６０５１Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２１９（Ｐ２０１１−１５２１９）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００１１３３）株式会社小糸製作所 (1,575)
【Ｆターム（参考）】
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