JP4574573B2 - 車両用灯具ユニット - Google Patents

Description

本願発明は、光源からの光をその近傍に配置された透光部材で制御するように構成された車両用灯具ユニットに関するものである。

従来より、発光ダイオード等を光源とする車両用灯具ユニットにおいては、光源からの光をその近傍に配置された透光部材で制御する構成とすることにより、光源からの光に対する光束利用率を高める工夫がなされている。

例えば「特許文献１」には、灯具ユニット前後方向に延びる光軸上に配置された光源と、この光源の下方近傍に配置された透光部材とを備えてなる車両用灯具ユニットが記載されている。

この「特許文献１」に記載された車両用灯具ユニットにおいては、その透光部材に入射した光源からの光を、該透光部材の反射面で前方へ向けて内面反射させてその出射面から前方へ出射させるように構成されている。その際、この透光部材の反射面は、該反射面に到達した光を、光軸を含む鉛直面内において、該透光部材の後方に位置する所定点からの発散光として内面反射させるように構成されている。そして、これを実現するため、この反射面における上記鉛直面に沿った断面形状は、光源の発光中心近傍の点を第１焦点とするとともに上記所定点を第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線で形成されている。

特開２００５−１９０６６８号公報

上記「特許文献１」に記載された車両用灯具ユニットのように、透光部材の反射面で内面反射した光を発散光とすることにより、その出射面における出射光制御を精度良く行うことが可能となる。

しかしながら、この「特許文献１」に記載された車両用灯具ユニットにおいては、その透光部材の反射面における上記鉛直面に沿った断面形状が、該反射面の全域にわたって双曲線で形成されているので、この双曲線の軸付近の反射領域においては、該反射領域に到達する光の入射角が臨界角以下となり、全反射による内面反射が行われなくなってしまう。

したがって、この反射領域において内面反射を行わせるために、反射面の少なくとも一部にアルミニウム蒸着等の鏡面処理を施すことが必要となり、その鏡面処理工程分だけ製造コストが高くなってしまう、という問題がある。しかも、このようにして鏡面処理が施された反射領域での内面反射は、全反射による内面反射に比して反射効率が低下してしまう（具体的には１５％程度低下してしまう）ので、その分だけ光源からの光に対する光束利用率が低下してしまう、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光源からの光をその近傍に配置された透光部材で制御するように構成された車両用灯具ユニットにおいて、出射光制御を精度良く行うことができるようにした上で、製造コストを低く抑えるとともに光源からの光に対する光束利用率を高めることができる車両用灯具ユニットを提供することを目的とするものである。

本願発明は、透光部材の表面形状に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係る車両用灯具ユニットは、
灯具ユニット前後方向に延びる光軸上に配置された光源と、この光源の上方近傍または下方近傍に配置され、該光源からの光を入射させる入射面とこの入射面から入射した光を前方へ向けて内面反射させる反射面とこの反射面で内面反射した光を前方へ出射させる出射面とを有する透光部材と、を備えてなる車両用灯具ユニットにおいて、
上記透光部材の反射面が、上記光軸を含む所定平面内において、該透光部材に入射した上記光源からの光を、該透光部材の後方に位置する所定点からの発散光として内面反射させるように構成されており、
上記透光部材の反射面における上記所定平面に沿った断面形状が、上記光源の発光中心近傍の点を第１焦点とするとともに上記所定点を第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線と、この双曲線に繋がる第１自由曲線とで形成されており、
上記第１自由曲線が、仮に上記断面形状をすべて上記双曲線で形成した場合において、上記所定点と上記双曲線上の各点とを結ぶ直線と該点における上記双曲線の法線とのなす角度が上記透光部材の臨界角以下となる領域に、上記角度に対応する角度が上記臨界角よりも大きい所定の反射角設定値となるように生成した曲線で構成されており、
上記透光部材の入射面における上記所定平面に沿った断面形状が、上記第１焦点と上記双曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、上記第１焦点を中心とする円弧で形成されるとともに、上記第１焦点と上記第１自由曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、上記光源からの光が上記第１自由曲線上の各点に対して上記反射角設定値と等しい入射角で入射するように生成した第２自由曲線で形成されている、ことを特徴とするものである。

上記「灯具ユニット前後方向」は、車両前後方向と一致していてもよいし一致していなくてもよい。

上記「光源」の種類は特に限定されるものではなく、例えば、放電バルブやハロゲンバルブの発光部あるいは発光ダイオード等の発光素子の発光チップ等が採用可能である。また、この「光源」は、灯具ユニット前後方向に延びる光軸上に配置されていれば、その向きは特に限定されるものではない。なお、上記「発光素子」とは、略点状に面発光する発光部を有する素子状の光源を意味するものであって、その種類は特に限定されるものではなく、例えば、発光ダイオードやレーザダイオード等が採用可能である。

上記「透光部材」は、透光性を有する部材であれば、その材質は特に限定されるものではなく、例えば、透明な合成樹脂で構成されたものやガラスで構成されたもの等が採用可能である。また、この「透光部材」は、この光源の近傍に配置されたものであれば、その具体的な配置は特に限定されるものではなく、例えば、光源の上方近傍や下方近傍や側方近傍あるいは光源の上下両側近傍や左右両側近傍等に配置された構成とすることが可能である。

上記「所定平面」は、光軸を含む平面であって透光部材と交差する平面であれば、鉛直面でもよいし、水平面でもよいし、その中間的な斜面でもよい。

上記「反射面」は、光軸を含む所定平面に沿った断面形状が、双曲線および第１自由曲線で形成されているが、この所定平面以外の平面に沿った断面形状については特に限定されるものではない。

上記「上記角度に対応する角度」とは、「上記所定点と上記双曲線上の各点とを結ぶ直線と該点における上記双曲線の法線とのなす角度」における「双曲線」を「第１自由曲線」に置き換えた「上記所定点と上記第１自由曲線上の各点とを結ぶ直線と該点における上記第１自由曲線の法線とのなす角度」を意味するものである。

上記「所定の反射角設定値」は、上記臨界角よりも大きい値であれば、その具体的な値は特に限定されるものではなく、また、この「反射角設定値」は、一定値であってもよいし一定値でなくてもよい。

上記「入射面」は、光軸を含む所定平面に沿った断面形状が、円弧および第２自由曲線で形成されているが、この所定平面以外の平面に沿った断面形状については特に限定されるものではない。

上記「出射面」の具体的な形状は、特に限定されるものではない。

上記構成に示すように、本願発明に係る車両用灯具ユニットは、灯具ユニット前後方向に延びる光軸上に配置された光源と、この光源の近傍に配置され、該光源からの光を入射させる入射面とこの入射面から入射した光を内面反射させる反射面とこの反射面で内面反射した光を前方へ出射させる出射面とを有する透光部材と、を備えた構成となっているので、光源からの光に対する光束利用率を高めることができる。

その際、透光部材の反射面は、光軸を含む所定平面内において、該透光部材に入射した光源からの光を、該透光部材の後方に位置する所定点からの発散光として内面反射させるように構成されており、そして、この透光部材の反射面における上記所定平面に沿った断面形状は、光源の発光中心近傍の点を第１焦点とするとともに上記所定点を第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線と、この双曲線に繋がる第１自由曲線とで形成されており、その第１自由曲線は、仮に上記断面形状をすべて双曲線で形成した場合において、上記所定点と双曲線上の各点とを結ぶ直線と該点における双曲線の法線とのなす角度に対応する角度が透光部材の臨界角以下となる領域に、上記角度が臨界角よりも大きい所定の反射角設定値となるように生成した曲線で構成されており、また、透光部材の入射面における上記所定平面に沿った断面形状は、上記第１焦点と双曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、上記第１焦点を中心とする円弧で形成されるとともに、上記第１焦点と第１自由曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、光源からの光が第１自由曲線上の各点に対して反射角設定値と等しい入射角で入射するように生成した第２自由曲線で形成されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、光軸を含む所定平面内において、透光部材に対して、その入射面の円弧で形成された部分に入射する光源からの光は、この入射面で屈折することなく透光部材内をそのまま直進して反射面の双曲線で形成された部分に到達し、この部分で上記所定点からの発散光として内面反射することとなり、一方、その入射面の第２自由曲線で形成された部分に入射する光源からの光は、この入射面で双曲線の軸から離れる方向へ屈折して反射面の第１自由曲線で形成された部分に到達し、この部分で上記所定点からの発散光として内面反射することとなる。

その際、透光部材の反射面における双曲線で形成された部分に到達する光も第１自由曲線で形成された部分に到達する光も、その入射角は上記臨界角よりも大きい値となるので、この反射面での内面反射はすべて全反射により行われることとなる。

したがって、従来のように透光部材の反射面に鏡面処理を施す必要がなくなり、その分だけ製造コスト低減を図ることができる。しかも、鏡面処理を施した場合に比して反射効率を向上させることができるので、その分だけ光源からの光に対する光束利用率を高めることができる。

このように本願発明によれば、光源からの光をその近傍に配置された透光部材で制御するように構成された車両用灯具ユニットにおいて、出射光制御を精度良く行うことができるようにした上で、製造コストを低く抑えるとともに光源からの光に対する光束利用率を高めることができる。

しかも、本願発明の構成を採用することにより、透光部材を、その表面に全く鏡面処理が施されていない無垢の部材として構成することが可能となり、これにより透光部材にクリスタル感を持たせて、その見映え向上を図ることができる。

上記構成において、「反射角設定値」の具体的な値が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これを、上記臨界角と略同じ値（すなわち上記臨界角よりも大きい値ではあるが、できるだけ小さい値）に設定すれば、第１自由曲線を双曲線の延長線からできるだけ逸れないように形成することができ、これにより入射面の第２自由曲線を無理のない形状に設定することができる。

上記構成において、透光部材の反射面として、該反射面の上記所定平面に沿った断面形状を形成している双曲線および第１自由曲線を、上記双曲線の軸を中心に回転させることにより形成される回転双曲面領域および第１自由曲面領域で構成されたものとするとともに、透光部材の入射面として、該入射面の上記所定平面に沿った断面形状を形成している円弧および第２自由曲線を、上記双曲線の軸を中心に回転させることにより形成される球面領域および第１自由曲面領域で構成されたものとすれば、透光部材の入射面から入射した光源からの光を、透光部材の反射面の全領域において、上記所定点からの発散光として全反射させることができ、これにより透光部材の出射面における偏向制御を極めて精度良く行うことができる。

上記構成において、透光部材の「出射面」の具体的な形状が特に限定されないことは上述したとおりであるが、その所定平面に沿った断面形状を、上記所定点を第１焦点とするとともに該所定点の前方に位置する点を第２焦点とする楕円で形成すれば、該出射面から前方へ向けて出射する光を、上記所定平面内において拡散角の小さい光とすることができる。その際、上記楕円の離心率を、透光部材の材質に応じた適当な値に設定することにより、上記出射光を上記所定平面内において平行光とすることができる。さらに、上記所定平面が鉛直面として設定されている場合には、車両用灯具ユニットからの光照射により形成される配光パターンを、路面照射に適した上下幅の狭いものとすることができる。

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

図１は、本願発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニット１０を示す側断面図であり、図２は、その平面図である。また、図３は、図１の要部詳細図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る車両用灯具ユニット１０は、その前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された発光素子１２と、この発光素子１２の下方近傍に配置された透光部材１４と、これら発光素子１２および透光部材１４を支持する支持ブラケット１６とからなり、スポット状の配光パターンを形成するための光照射を行う灯具ユニットとして構成されている。そして、この車両用灯具ユニット１０は、その光軸Ａｘを車両前後方向に延びる軸線と一致させるようにして、図示しないランプボディ等に組み込まれた状態で用いられるようになっている。

発光素子１２は、白色発光ダイオードであって、１ｍｍ角程度の正方形の発光面を有する発光チップ１２ａと、この発光チップ１２ａを支持する基板１２ｂと、発光チップ１２ａを半球状に覆う封止樹脂部材１２ｃとからなり、その発光チップ１２ａが車両用灯具ユニット１０の光源を構成している。そして、この発光素子１２は、その発光チップ１２ａが光軸Ａｘ上において鉛直下向きになるように配置された状態で、その基板１２ｂにおいて支持ブラケット１６に支持されている。

透光部材１４は、透明樹脂製（具体的にはアクリル樹脂製）の無垢の部材であって、発光チップ１２ａからの光を入射させる入射面１４ａと、この入射面１４ａから入射した発光チップ１２ａからの光を前方へ向けて内面反射させる反射面１４ｂと、この反射面１４ｂで内面反射した発光チップ１２ａからの光を前方へ出射させる出射面１４ｃとを有しており、全体として二枚貝のような形状を有している。

支持ブラケット１６は、透光部材１４の上方近傍に配置された金属製部材であって、光軸Ａｘと平行に延びる平板部１６Ａと、この平板部１６Ａの前端部において下方へ折れ曲がるようにして透光部材１４の出射面１４ｃに沿って延びる張出し部１６Ｂとからなっている。この支持ブラケット１６は、その張出し部１６Ｂの下面において透光部材１４を固定支持するとともに、その平板部１６Ａの下面において発光素子１２を固定支持している。そして、この支持ブラケット１６は、その平板部１６Ａにおいて、図示しないランプボディ側の部材に固定支持されるようになっている。

次に、透光部材１４の具体的な構成について説明する。

まず、この透光部材１４における反射面１４ｂの形状について説明する。

この反射面１４ｂは、光軸Ａｘを含む鉛直面内において、透光部材１４に入射した発光チップ１２ａからの光を、該透光部材１４の後方に位置する所定点Ｂからの発散光として内面反射させるように構成されている。その際、この所定点Ｂの位置は、透光部材１４から後方側にある程度離れた位置であって、該透光部材１４の下端部と略同じ高さの位置に設定されている。

この反射面１４ｂにおける内面反射は、その全領域において全反射により行われるようになっている。これを実現するため、この反射面１４ｂにおける光軸Ａｘを含む鉛直面に沿った断面形状は、発光チップ１２ａの発光中心Ａを第１焦点とするとともに所定点Ｂを第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線Ｈと、この双曲線Ｈに繋がる第１自由曲線Ｃ１とで形成されている。

図４は、透光部材１４の反射面１４ｂの形状を詳細に示す、図３の要部詳細図である。

同図に示すように、所定点Ｂ（図１参照）と双曲線Ｈ上の各点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とを結ぶ直線Ｌｂと、該点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５における双曲線Ｈの法線Ｎとのなす角度θ１、θ２、θ３、θ４、θ５は、該点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の位置が双曲線Ｈの軸Ａｘ１に近づくに従って、θ１＞θ２＞θ３＞θ４＞θ５というように徐々に小さくなる。そして、同図においては、点Ｐ２と点Ｐ３との間に位置する点Ｐｃで、直線Ｌｂと法線Ｎとのなす角度が透光部材１４の臨界角θｃとなっている。この臨界角θｃは、透光部材１４の材質がアクリル樹脂であることから約４２°の値となっている。

この透光部材１４の反射面１４ｂにおける光軸Ａｘを含む鉛直面に沿った断面形状は、点Ｐｃよりも下方側に位置する部分（すなわち双曲線Ｈの軸Ａｘ１から比較的離れている部分）が、双曲線Ｈで形成されており、点Ｐｃよりも上方側に位置する部分（すなわち双曲線Ｈの軸Ａｘ１に比較的近い部分）が、この双曲線Ｈを変形させた第１自由曲線Ｃ１で形成されている。

この点についてさらに詳述すると、以下のとおりである。

すなわち、双曲線Ｈ上において点Ｐｃよりも下方側に位置する点Ｐ１、Ｐ２では、直線Ｌｂと法線Ｎとのなす角度θ１、θ２が臨界角θｃよりも大きくなるので、上記断面形状を双曲線Ｈで形成しても、発光チップ１２ａの発光中心Ａの方向から双曲線Ｈに入射する光は、点Ｐ１、Ｐ２において全反射することとなる。一方、双曲線Ｈ上において点Ｐｃよりも上方側に位置する点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５では、直線Ｌｂと法線Ｎとのなす角度θ３、θ４、θ５が臨界角θｃよりも小さくなるので、上記断面形状を双曲線Ｈで形成した場合には、発光チップ１２ａの発光中心Ａの方向から双曲線Ｈに入射する光は、点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５において全反射せずに、反射面１４ｂから下方へ出射してしまうこととなる。

そこで、点Ｐｃよりも上方側に位置する部分に関しては、上記断面形状が、双曲線Ｈではなく、直線Ｌｂと法線Ｎとのなす角度が臨界角θｃよりも大きい所定の反射角設定値（すなわち、点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５に対応する点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５ではα１、α２、α３）となるように生成した第１自由曲線Ｃ１で形成されている。そしてこれにより、この第１自由曲線Ｃ１上の各点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５に対して上記反射角設定値α１、α２、α３と等しい入射角で光が入射したとき、その入射光を直線Ｌｂに沿った方向へ全反射させるようになっている。

その際、これら反射角設定値α１、α２、α３は、臨界角θｃよりも僅かに大きい同一の値（具体的にはα１＝α２＝α３＝４２．５°）に設定されている。そしてこれにより、第１自由曲線Ｃ１が双曲線Ｈからできるだけ逸れてしまわないようにしている。

本実施形態においては、この反射面１４ｂは、上記断面形状のまま双曲線Ｈの軸Ａｘ１を中心に回転させた形状に設定されている。すなわち、この反射面１４ｂは、双曲線Ｈを母線とする回転面からなる回転双曲面領域１４ｂＡと、第１自由曲線Ｃ１を母線とする回転面からなる第１自由曲面領域１４ｂＢとで構成されている。

次に、透光部材１４における入射面１４ａの形状について説明する。

この入射面１４ａは、その鉛直面に沿った断面形状が、発光中心Ａと双曲線Ｈ上における反射面１４ｂの断面形状を形成している部分の各点Ｐ１、Ｐ２とを結ぶ直線Ｌａが該入射面１４ａと交差する領域については、発光中心Ａを中心とする円弧Ｃａで形成されるとともに、発光中心Ａと第１自由曲線Ｃ１上の各点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５とを結ぶ直線Ｌａが該入射面１４ａと交差する領域については、発光チップ１２ａからの光が第１自由曲線Ｃ１上の各点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５に対して反射角設定値α１、α２、α３と等しい入射角β１、β２、β３（すなわちβ１＝β２＝β３＝４２．５°）で入射するように生成した第２自由曲線Ｃ２で形成されている。

本実施形態においては、この入射面１４ａは、上記断面形状のまま双曲線Ｈの軸Ａｘ１を中心に回転させた形状に設定されている。すなわち、この入射面１４ａは、円弧Ｃａを母線とする回転面からなる球面領域１４ａＡと、第２自由曲線Ｃ２を母線とする回転面からなる第２自由曲面領域１４ａＢとで構成されている。

そしてこれにより、この透光部材１４は、その反射面１４ｂにおいて、その入射面１４ａから入射した発光チップ１２ａからの光を、該反射面１４ｂの全領域において、所定点Ｂからの発散光として全反射により内面反射させるようになっている。

次に、透光部材１４における出射面１４ｃの形状について説明する。

この出射面１４ｃは、その鉛直面に沿った断面形状が、所定点Ｂを第１焦点とするとともに該所定点Ｂの前方に位置する点Ｃを第２焦点とする楕円Ｅで形成されている。その際、この楕円Ｅは、その長軸Ａｘ２が光軸Ａｘと平行に延びるようにして形成されており、その第２焦点を構成する点Ｃは、透光部材１４の下方に位置設定されている。この楕円Ｅの離心率ｅは、透光部材１４の屈折率ｎの逆数（すなわちｅ＝１／ｎ）に設定されている。そしてこれにより、この透光部材１４の出射面１４ａは、その反射面１４ｂで内面反射した発光チップ１２ａからの光を、光軸Ａｘに沿った平行光として前方へ出射させるようになっている。

本実施形態においては、この出射面１４ｃは、楕円Ｅをその長軸Ａｘ２を中心に回転させた回転楕円面として形成されている。

そしてこれにより、この透光部材１４は、その出射面１４ｃにおいて、その反射面１４ｂで内面反射した発光チップ１２ａからの光を、すべて光軸Ａｘに沿った平行光として前方へ出射させるようになっている。

図５（ａ）は、本実施形態に係る車両用灯具ユニット１０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ＰＡを透視的に示す図である。

同図（ａ）に示すように、この配光パターンＰＡは、ハイビーム用配光パターンＰＨの一部として形成されるようになっている。

この配光パターンＰＡは、灯具ユニット正面方向の消点であるＨ−Ｖを中心にしてスポット状に形成されており、これによりハイビーム用配光パターンＰＨの高光度領域であるホットゾーンを形成するようになっている。

このように、配光パターンＰＡが、Ｈ−Ｖ近傍においてスポット状の配光パターンとして形成されるのは、車両用灯具ユニット１０が、その光軸Ａｘを車両前後方向に延びる軸線と一致させるようにして配置されており、かつ、その透光部材１４からの出射光がすべて光軸Ａｘに沿った平行光として前方へ出射することによるものである。

以上詳述したように、本実施形態に係る車両用灯具ユニット１０は、灯具ユニット前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された発光チップ１２ａと、この発光チップ１２ａの下方近傍に配置され、該発光チップ１２ａからの光を入射させる入射面１４ａとこの入射面１４ａから入射した光を内面反射させる反射面１４ｂとこの反射面１４ｂで内面反射した光を前方へ出射させる出射面１４ｃとを有する透光部材１４と、を備えた構成となっているので、発光チップ１２ａからの光に対する光束利用率を高めることができる。

その際、透光部材１４の反射面１４ｂは、光軸Ａｘを含む鉛直面内において、該透光部材１４に入射した発光チップ１２ａからの光を、該透光部材１４の後方に位置する所定点Ｂからの発散光として内面反射させるように構成されており、そして、この透光部材１４の反射面１４ｂにおける上記鉛直面に沿った断面形状は、発光チップ１２ａの発光中心Ａを第１焦点とするとともに所定点Ｂを第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線Ｈと、この双曲線Ｈに繋がる第１自由曲線Ｃ１とで形成されており、その第１自由曲線Ｃ１は、仮に上記断面形状をすべて双曲線Ｈで形成した場合において、所定点Ｂと双曲線Ｈ上の各点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とを結ぶ直線Ｌｂと該点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５における双曲線Ｈの法線Ｎとのなす角度θ１、θ２、θ３、θ４、θ５が透光部材１４の臨界角θｃ以下となる領域（すなわち角度θ３、θ４、θ５となる領域）に、これら角度θ３、θ４、θ５に対応する角度が臨界角θｃよりも大きい所定の反射角設定値α１、α２、α３となるように生成した曲線で構成されており、また、透光部材１４の入射面１４ａにおける上記鉛直面に沿った断面形状は、発光中心Ａと双曲線Ｈ上の各点とを結ぶ直線Ｌａが該入射面１４ａと交差する領域については、発光中心Ａを中心とする円弧Ｃａで形成されるとともに、発光中心Ａと第１自由曲線Ｃ１上の各点とを結ぶ直線Ｌａとが該入射面１４ａと交差する領域については、発光チップ１２ａからの光が第１自由曲線Ｃ１上の各点Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５に対して反射角設定値α１、α２、α３と等しい入射角β１、β２、β３で入射するように生成した第２自由曲線Ｃ２で形成されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、光軸Ａｘを含む鉛直面内において、透光部材１４に対して、その入射面１４ａにおける円弧Ｃａで形成された部分（すなわち球面領域１４ａＡ）に入射する発光チップ１２ａからの光は、この入射面１４ａで屈折することなく透光部材１４内をそのまま直進して反射面１４ｂにおける双曲線Ｈで形成された部分（すなわち回転双曲面領域１４ｂＡ）に到達し、この部分で所定点Ｂからの発散光として内面反射することとなり、一方、その入射面１４ａにおける第２自由曲線Ｃ２で形成された部分（すなわち第２自由曲面領域１４ａＢ）に入射する発光チップ１２ａからの光は、この入射面１４ａで双曲線Ｈの軸Ａｘ１から離れる方向へ屈折して反射面１４ｂにおける第１自由曲線Ｃ１で形成された部分（すなわち第１自由曲面領域１４ｂＢ）に到達し、この部分で所定点Ｂからの発散光として内面反射することとなる。

その際、反射面１４ｂの回転双曲面領域１４ｂに到達する光の入射角θ１、θ２は臨界角θｃよりも大きい値となり、また、反射面１４ｂの第１自由曲面領域１４ｂＢに到達する光の入射角β１、β２、β３も臨界角θｃよりも大きい値となるので、この反射面１４ｂでの内面反射はすべて全反射により行われることとなる。

したがって、従来のように透光部材１４の反射面１４ｂに鏡面処理を施す必要がなくなり、その分だけ製造コスト低減を図ることができる。しかも、鏡面処理を施した場合に比して反射効率を向上させることができるので、その分だけ発光チップ１２ａからの光に対する光束利用率を高めることができる。

このように本実施形態によれば、発光チップ１２ａからの光をその近傍に配置された透光部材１４で制御するように構成された車両用灯具ユニット１０において、出射光制御を精度良く行うことができるようにした上で、製造コストを低く抑えるとともに発光チップ１２ａからの光に対する光束利用率を高めることができる。

しかも本実施形態の構成を採用することにより、透光部材１４を、その表面に全く鏡面処理が施されていない無垢の部材として構成することが可能となり、これにより透光部材１４にクリスタル感を持たせて、その見映え向上を図ることができる。

また本実施形態においては、反射角設定値α１、α２、α３が臨界角θｃと略同じ値に設定されているので、第１自由曲線Ｃ１を双曲線Ｈの延長線からできるだけ逸れないように形成することができ、これにより入射面１４ａの第２自由曲線Ｃ２を無理のない形状に設定することができる。

さらに本実施形態においては、透光部材１４の反射面１４ｂが、双曲線Ｈおよび第１自由曲線Ｃ１を双曲線Ｈの軸Ａｘ１を中心に回転させることにより形成される回転双曲面領域１４ｂＡおよび第１自由曲面領域１４ｂＢで構成されており、また、透光部材１４の入射面１４ａが、円弧Ｃａおよび第２自由曲線Ｃ２を双曲線Ｈの軸Ａｘ１を中心にして回転させることにより形成される球面領域１４ａＡおよび第２自由曲面領域１４ａＢで構成されているので、その入射面１４ａから透光部材１４に入射した発光チップ１２ａからの光を、その反射面１４ｂの全領域において所定点Ｂからの発散光として全反射させることができ、これにより、その出射面１４ｃにおける偏向制御を極めて精度良く行うことができる。

そして本実施形態においては、透光部材１４の出射面１４ｃにおける鉛直面に沿った断面形状が、所定点Ｂを第１焦点とするとともに該所定点Ｂの前方に位置する点Ｃを第２焦点とし、かつ光軸Ａｘと平行な長軸Ａｘ２を有する楕円Ｅで形成されており、その離心率ｅが透光部材１４の屈折率ｎの逆数に設定されているので、この透光部材１４からの出射光を、上下方向に関して光軸Ａｘに沿った平行光とすることができる。

しかも本実施形態においては、この透光部材１４の出射面１４ｃが、楕円Ｅをその長軸Ａｘ２を中心にして回転させることにより形成される回転楕円面で構成されているので、その反射面１４ｂで内面反射した発光チップ１２ａからの光を、その出射面１４ｃにおいて、すべて光軸Ａｘに沿った平行光として前方へ出射させることができる。そしてこれにより、スポット状の配光パターンＰＡを形成することができ、これをハイビーム用配光パターンＰＨにおけるホットゾーンの形成に適したものとすることができる。

なお、上記実施形態においては、車両用灯具ユニット１０からの光照射により形成される配光パターンＰＡが、ハイビーム用配光パターンＰＨにおけるホットゾーン形成用の配光パターンであるものとして説明したが、その光軸Ａｘの向きを適宜変更することにより、他の用途（例えばロービーム用配光パターンにおけるホットゾーンの形成等）に用いることも可能である。

また、上記実施形態のように、透光部材１４の出射面１４ｃを回転楕円面で形成する代わりに、上記鉛直面に沿った断面形状を楕円Ｅに維持した状態で左右方向に延びる楕円柱で形成することも可能である。

このように構成することにより、図５（ｂ）に示すように、やや横長の配光パターンＰＢを形成することができ、これをハイビーム用配光パターンＰＨにおける中拡散領域の形成に適したものとすることができる。その際、車両用灯具ユニット１０の光軸Ａｘの向きを適宜変更することにより、他の用途（例えばロービーム用配光パターンにおける中拡散領域の形成あるいはコーナリングランプ用の配光パターン形成等）に用いるようにすることも可能である。

さらに、上記実施形態においては、透光部材１４の反射面１４ｂが、双曲線Ｈおよび第１自由曲線Ｃ１を、双曲線Ｈの軸Ａｘ１を中心に回転させることにより形成される回転双曲面領域１４ｂＡおよび第１自由曲面領域１４ｂＢで構成されているものとして説明したが、上記鉛直面に沿った断面形状を双曲線Ｈおよび第１自由曲線Ｃ１に維持した状態で左右方向に延びる柱状曲面で構成することも可能である。

なお、上記実施形態においては、反射角設定値α１、α２、α３がいずれも４２．５°に設定されているものとして説明したが、これ以外の値に設定された構成とすることももちろん可能である。

また、上記実施形態においては、双曲線Ｈの焦点が発光チップ１２ａの発光中心Ａに位置設定されているものとして説明したが、この発光中心Ａから多少ずれた位置に設定された構成とすることも可能である。このようにすることにより配光パターンＰＡの形状を適宜変形させることができる。

本願発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニットを示す側断面図 上記車両用灯具ユニットを示す平面図 図１の要部詳細図 上記車両用灯具ユニットにおける透光部材の反射面の形状を詳細に示す、図３の要部詳細図 （ａ）は、上記車両用灯具ユニット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、（ｂ）は、上記実施形態の変形例に係る車両用灯具ユニットから前方へ照射される光により上記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

符号の説明

１０ 車両用灯具ユニット
１２ 発光素子
１２ａ 発光チップ
１２ｂ 基板
１２ｃ 封止樹脂部材
１４ 透光部材
１４ａ 入射面
１４ａＡ 球面領域
１４ａＢ 第２自由曲面領域
１４ｂ 反射面
１４ｂＡ 回転双曲面領域
１４ｂＢ 第１自由曲面領域
１４ｃ 出射面
１６ 支持ブラケット
１６Ａ 平板部
１６Ｂ 張出し部
Ａ 発光中心
Ａｘ 光軸
Ａｘ１ 軸
Ａｘ２ 長軸
Ｂ 所定点
Ｃ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐｃ、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５ 点
Ｃ１ 第１自由曲線
Ｃ２ 第２自由曲線
Ｃａ 円弧
Ｅ 楕円
Ｈ 双曲線
Ｌａ、Ｌｂ 直線
Ｎ 法線
ＰＡ、ＰＢ 配光パターン
ＰＨ ハイビーム用配光パターン
α１、α２、α３ 反射角設定値
β１、β２、β３ 入射角
θ１、θ２、θ３、θ４、θ５ 角度
θｃ 臨界角

Claims (4)

1. 灯具ユニット前後方向に延びる光軸上に配置された光源と、この光源の近傍に配置され、該光源からの光を入射させる入射面とこの入射面から入射した光を前方へ向けて内面反射させる反射面とこの反射面で内面反射した光を前方へ出射させる出射面とを有する透光部材と、を備えてなる車両用灯具ユニットにおいて、
   上記透光部材の反射面が、上記光軸を含む所定平面内において、該透光部材に入射した上記光源からの光を、該透光部材の後方に位置する所定点からの発散光として内面反射させるように構成されており、
   上記透光部材の反射面における上記所定平面に沿った断面形状が、上記光源の発光中心近傍の点を第１焦点とするとともに上記所定点を第２焦点とする１対の双曲線における第１焦点側の双曲線と、この双曲線に繋がる第１自由曲線とで形成されており、
   上記第１自由曲線が、仮に上記断面形状をすべて上記双曲線で形成した場合において、上記所定点と上記双曲線上の各点とを結ぶ直線と該点における上記双曲線の法線とのなす角度が上記透光部材の臨界角以下となる領域に、上記角度に対応する角度が上記臨界角よりも大きい所定の反射角設定値となるように生成した曲線で構成されており、
   上記透光部材の入射面における上記所定平面に沿った断面形状が、上記第１焦点と上記双曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、上記第１焦点を中心とする円弧で形成されるとともに、上記第１焦点と上記第１自由曲線上の各点とを結ぶ直線が該入射面と交差する領域については、上記光源からの光が上記第１自由曲線上の各点に対して上記反射角設定値と等しい入射角で入射するように生成した第２自由曲線で形成されている、ことを特徴とする車両用灯具ユニット。
2. 上記反射角設定値が、上記臨界角と略同じ値に設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具ユニット。
3. 上記透光部材の反射面が、該反射面の上記所定平面に沿った断面形状を形成している上記双曲線および上記第１自由曲線を、上記双曲線の軸を中心に回転させることにより形成される回転双曲面領域および第１自由曲面領域で構成されており、
   上記透光部材の入射面が、該入射面の上記所定平面に沿った断面形状を形成している上記円弧および上記第２自由曲線を、上記双曲線の軸を中心に回転させることにより形成される球面領域および第１自由曲面領域で構成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の車両用灯具ユニット。
4. 上記透光部材の出射面における上記所定平面に沿った断面形状が、上記所定点を第１焦点とするとともに該所定点の前方に位置する点を第２焦点とする楕円で形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の車両用灯具ユニット。

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