專利名稱：車輛用頭燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車等車輛的前照燈，特別地，涉及一種將LED (發(fā)光二極管)等半導(dǎo)體發(fā)光元件用作為光源的頭燈(前照燈)。
背景技術(shù)：
作為將LED等半導(dǎo)體發(fā)光元件用作為光源的汽車頭燈，已經(jīng)提出了各種技術(shù)，但近年，要求這種頭燈進(jìn)一步小型化及輕量化。為了應(yīng)對這種要求，考慮使用CPC (CompoundParabolic Concentrator :復(fù)合拋物面反射鏡)構(gòu)成頭燈。該CPC如專利文獻(xiàn)I的記載所示，作為棱線為拋物線或與其接近的形狀的圓錐筒型的反射鏡而構(gòu)成，在小徑的后端開口內(nèi)配置LED，由CPC的內(nèi)表面對從LED射出的光進(jìn)行反射，并從大徑的前端開口射出。通過使用該CPC，從而可以將從LED射出的光以較高的效率投射，即使將整體小型化，也可以實現(xiàn)光度高的照明。專利文獻(xiàn)I :日本特開2007 - 235079號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人使用這種CPC構(gòu)成汽車的頭燈，其結(jié)果，可以利用CPC的反射特性，對以光軸為中心的規(guī)定區(qū)域以較高的光度照射光，在實現(xiàn)小型化和輕量化的目的方面是有效的。但是，由于CPC的光放射特性是聚光性高且均勻的特性，所以即使在構(gòu)成為使從CPC投射的光透過透鏡而投射的情況下，光的照射區(qū)域也成為圓形配光，并且容易在照射區(qū) 域和非照射區(qū)域之間的邊界產(chǎn)生圓形的清晰的明暗邊界部。因此，在要使用該CPC構(gòu)成汽車的近光配光的情況下，難以得到上下方向上較窄、左右方向上較寬的配光，并且難以將明暗邊界部作為沿所謂照射區(qū)域的上緣的截止線而利用。另外，在本車輛的跟前區(qū)域中也產(chǎn)生明暗邊界部，使得與該明暗邊界部相比靠近本車輛側(cè)的區(qū)域的照明不充分，顯然在作為汽車的頭燈使用時，在上述方面存在應(yīng)解決的課題。本發(fā)明的目的是提供一種小型且重量輕的車輛用頭燈，其可以使用CPC或與其接近的形狀的反射鏡，得到適合作為車輛的前方照明用的配光。本發(fā)明的特征在于，由下述部分構(gòu)成反射鏡，其形成為前端開口的尺寸比后端開口大的棱錐筒型；發(fā)光元件，其配置在該反射鏡的后端開口處；以及投影透鏡，其與反射鏡的前端開口相對配置，反射鏡由軸向剖面分別形成為以發(fā)光元件為焦點的拋物線形狀的上下、左右的反射面構(gòu)成，構(gòu)成為，對于從前端開口射出的光，左右方向的射出角度比上下方向的射出角度大。在本發(fā)明中，優(yōu)選采用下述結(jié)構(gòu)，即，反射鏡的下反射面的前端緣形成為與近光配光的明暗截止線對應(yīng)的形狀，投影透鏡的后側(cè)焦點配置在該前端緣的附近位置上。
另外，優(yōu)選在反射鏡的上反射面上從前端緣朝向后方形成有切口。另外，優(yōu)選反射鏡、發(fā)光元件以及投影透鏡一體地組裝，作為燈具單元而構(gòu)成。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以與上下方向相比在左右方向上以照射范圍較寬的配光圖案進(jìn)行照明，可以構(gòu)成適合對車輛的前方進(jìn)行照明的配光的頭燈。
另外，通過使反射鏡的下反射面的前端緣形成為與明暗截止線對應(yīng)的形狀，將投影透鏡的后側(cè)焦點配置在該前端緣的附近，從而可以構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)具有所需明暗截止線的近光配光的頭燈。另外，通過在反射鏡的上反射面上形成切口，從而可以構(gòu)成不會在近前方的照明中產(chǎn)生清晰的明暗邊界并抑制光度、使光度梯度緩和的配光的頭燈。


圖I是沿本發(fā)明的實施方式的燈具單元的燈具光軸的縱剖面圖。圖2是燈具單元的要部的外觀斜視圖。圖3是反射鏡的放大斜視圖和正視圖。圖4是反射鏡的垂直剖面圖和水平剖面圖以及光路圖。圖5是近光配光和遠(yuǎn)光配光的圖案的圖。圖6是表示切口的變形例的俯視圖。符號的說明I 光源(LED)2反射鏡3投影透鏡4單元基座21前端開口22后2而開口23 切口2u上反射面2d下反射面2r右反射面21左反射面Rx反射鏡光軸Lx燈具光軸(透鏡光軸)
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。圖I是表示將本發(fā)明應(yīng)用于汽車的頭燈、特別是近光配光的頭燈中的實施方式的概略結(jié)構(gòu)的沿?zé)艟吖廨S的縱剖面圖。在圖中雖然沒有進(jìn)行圖示，但由容器狀的燈體和安裝在該燈體的前表面開口上的透明的前表面罩構(gòu)成燈具殼體，在該燈具殼體內(nèi)安裝有圖I所示的燈具單元LU。燈具單元LU具有光源I、反射鏡2、投影透鏡3而構(gòu)成，并構(gòu)成為，使從光源I射出的光由反射鏡2反射，進(jìn)一步由投影透鏡3折射，透過前表面罩向汽車的前方區(qū)域照射。該投影透鏡3具有對光進(jìn)行聚光的功能，但在這里，作為上下方向具有聚光功能而左右方向具有擴(kuò)散功能的與圓筒形接近的形狀的透鏡而構(gòu)成。圖2是燈具單元LU的要部的外觀斜視圖。如果參照圖I及圖2，則燈具單元LU具有由金屬板等構(gòu)成的單元基座4，在該單元基座的后側(cè)壁41上支撐光源I，在后側(cè)水平壁42上利用保持件43支撐反射鏡2。另外，在單元基座4的前側(cè)水平壁44上，利用透鏡框45支撐投影透鏡3。在單元基座4的后側(cè)壁41的后表面上一體地設(shè)置有散熱器46，其用于對光源I產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱。
光源I由LED構(gòu)成，在這里，由發(fā)光面為矩形的面發(fā)光型的LED構(gòu)成。反射鏡2如圖3 Ca)表示的放大斜視圖所示,從正面觀察,具有上下、左右各4面的反射面2u、2d、21、2r，形成為前端開口 21的尺寸比后端開口 22大的棱錐筒型。該后端開口 22形成為與LEDl的外形尺寸大致相等，并且安裝上述LED I。投影透鏡3由凸透鏡構(gòu)成，與反射鏡2的前端開口 21相對。對反射鏡22進(jìn)行詳細(xì)說明。反射鏡22如圖3 (b)所示，從正面觀察，形成為左右尺寸比上下尺寸大的橫長的長方形。構(gòu)成該反射鏡2的上下2個反射面2u、2d，相對于反射鏡2的中心軸、即反射鏡光軸Rx為線對稱。如圖4 (a)所示，沿垂直方向切斷時的形狀均作為拋物線而形成。并且，上反射面2u作為以后側(cè)開口 22的下緣為焦點Fu的拋物線而形成，下反射面2d作為以后側(cè)開口 22的上緣為焦點Fd的拋物線而形成，分別采用沿水平左右方向使反射面延長的結(jié)構(gòu)。另外，如圖4 (b)所示，左右的2個反射面21、2r相同地相對于反射鏡光軸Rx為線對稱。沿水平方向切斷時的形狀均作為拋物線而形成。并且，左反射面21作為以配置在后側(cè)開口 21上的LED I的右端部為焦點Fl的拋物線而形成，右反射面2r作為以LED I的左端部為焦點Fr的拋物線而形成，分別采用沿垂直上下方向使反射面延長的結(jié)構(gòu)。另外，左右的反射面21、2r構(gòu)成為，相對于反射鏡光軸Rx的傾角較大，在如后述所示對來自LED I的光進(jìn)行反射時，以與上下的反射面2u、2d相比較大的角度進(jìn)行反射。反射鏡2如圖3 (b)所示，在從前端開口 21的正面觀察時，下反射面2d的前端緣形成為，以左右方向的大致中心位置為界，右緣部r比左緣部I低，S卩，左右緣部的高度以不同的高度形成。另外，包含該中央位置的中央緣部c在從正面觀察時，以左側(cè)抬高的傾斜方式傾斜。由于該中央緣部c的傾斜形狀，使得在下反射面2d的左右方向中央位置處，形成從前端開口 21向后方沿反射鏡光軸Rx延伸的臺階部2dd。其構(gòu)成以近光配光進(jìn)行照明時的所謂明暗截止線。另外，在反射鏡2的上反射面2u上，從前端開口 21朝向后方形成圓弧狀的切口23。該切口 23的形狀及尺寸根據(jù)近光配光的配光特性而確定，其如后所述進(jìn)行設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，LED I以發(fā)光面的中心與反射鏡光軸Rx—致的方式，配置在反射鏡2的后端開口 22內(nèi)。另外，投影透鏡3設(shè)定在透鏡中心軸、即透鏡光軸相對于反射鏡光軸Rx向垂直下方平行地偏移的位置上。另外，投影透鏡3的后側(cè)焦點Fp配置為，與反射鏡2的前端開口 21的下反射面2d的前端緣的中央緣部c 一致或大致一致。此外，該透鏡光軸成為燈具單元的燈具光軸Lx。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)的燈具單元LU，如圖4 (b)表示的水平方向的光路所示，如果LED I發(fā)光，則從LED I的發(fā)光面射出的光的一部分，向左反射面21和右反射面2i■分別投射。上述左反射面21和右反射面2r，作為以后端開口 22的LED I的左右端部Fl、Fr為焦點的拋物面而構(gòu)成。由此，如果LED I發(fā)光，則從LED I的發(fā)光面射出的光的一部分，分別成為平行光束而反射，從反射鏡2的前端開口 21向投影透鏡3射出。另外，從LED I射出的光的其他一部分，作為直射光通過前端開口 21向投影透鏡3射出。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計反射鏡2的沿反射鏡光軸Rx的方向的長度和前端開口 21的左右方向的開口尺寸，從而可以使反射光的射出角度9 2和直射光的射出角度0 21相等。由此，上述光作為入射角小于0 2 (= 0 21)的光束向投影 透鏡3入射，并在這里折射后向前方投射，因此，成為根據(jù)該入射角0 2和投影透鏡3的焦點距離及折射率等計算的水平擴(kuò)展角度的照明光。例如向左右各45°的區(qū)域照射。另一方面，如圖4 (a)表不的垂直方向的光路所不,從LED I的發(fā)光面射出的光的一部分，向上反射面2u和下反射面2d分別投射。由于上述上反射面2u和下反射面2d是將后端開口 22的下緣和上緣分別作為焦點FiuFd的拋物面，所以從LED I的發(fā)光面射出的光的一部分，分別成為平行光束并反射，從反射鏡2的前端開口 21向投影透鏡3射出。另外，從LED I射出的光的其他一部分，作為直射光通過前端開口 21而向投影透鏡3射出。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計反射鏡2的沿反射鏡光軸Rx的方向的長度和前端開口 21的上下方向的開口尺寸，從而可以使反射光的射出角度9 1和直射光的射出角度0 11相等。由此，上述光作為入射角小于0 1 (= 0 11)的光束而向投影透鏡3入射，在這里折射后向前方投射。例如向上下各22°的區(qū)域照射。但是，由于在上反射面2u上從前端開口 21向后方形成有切口 23，所以通過該切口 23的光以比0 I大的入射角0 12射出，向投影透鏡3的上部區(qū)域入射。從反射鏡2的前端開口 21射出的光，利用投影透鏡3向前方照射而形成規(guī)定的配光圖案。從該前端開口 21射出的光中的配光圖案的上限區(qū)域的光，即，由投影透鏡3上下反轉(zhuǎn)前的沿反射鏡2的下反射面2d的前端緣射出的光，由于前端緣的左右緣部r、l的高度不同且中央緣部c為傾斜的形狀，而且將該前端緣配置在投影透鏡3的后側(cè)焦點Fp的附近位置上，所以作為與該前端緣的形狀對應(yīng)的光圖案，向投影透鏡3的透鏡光軸上，換言之向燈具光軸Lx上照射。由此，如圖5 (a)的配光圖案所示，上限的明暗邊界形成具有與前端緣的形狀對應(yīng)的明暗截止線COL的近光配光圖案Lo。另外，由于在前端緣處形成切口 23，所以從前端開口 21射出的光中的向投影透鏡3的上部區(qū)域入射的光，即，沿反射鏡2的上反射面2u的前端緣射出的由下反射面2d反射的光、以及從LED I向上方射出的直射光，通過該切口 23向上方射出，以比入射角0 I大的角度9 12向投影透鏡3的上部區(qū)域入射。通過該切口 23的光利用投影透鏡3向透鏡光軸、即燈具光軸Lx下側(cè)的區(qū)域照射。由此，使圖5 Ca)所示的近光配光圖案Lo下側(cè)的照明區(qū)域，即車輛的近前方區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大為車輛的近前方區(qū)域An，并且形成不突出明暗邊界而亮度的梯度緩和的配光圖案。如上述所示，由實施方式的燈具單元LU得到的近光配光圖案Lo，成為適合對上下方向較窄、左右方向較寬的區(qū)域進(jìn)行照明的車輛前方照明的配光。另外，在對遠(yuǎn)前方區(qū)域進(jìn)行照明的燈具光軸Lx的附近區(qū)域中，明暗邊界成為清晰的所需明暗截止線形狀，對近前方區(qū)域進(jìn)行照明的下側(cè)區(qū)域，成為亮度的梯度緩和且涉及較寬范圍的照明。由此，對遠(yuǎn)前方區(qū)域明亮地進(jìn)行照明，另一方面，防止對前行車或逆向車造成眩光迷惑，可以以不過度明亮的適當(dāng)?shù)牧炼惹乙暂^寬的范圍對近前方區(qū)域進(jìn)行照明，可以得到適當(dāng)?shù)慕馀涔?。并且，在該燈具單元LU中，從LED I射出的光全部被用于近光配光，可以提高光的利用效率，因此，即使使用小型的LED或者低消耗電力的LED，也可以得到以高光度進(jìn)行照明的配光圖案。另外，不需要用于得到近光配光圖案的遮光罩，可以實現(xiàn)燈具單元的小型化、輕量化。在這里，反射鏡2的下反射面2d的前端緣的形狀并不限于實施方式的形狀，雖然省略圖示，但也可以是使與前端緣的左右中心位置相比左側(cè)的左緣部單純地傾斜的形狀。 在該情況下，如圖5 (b)所示，得到具有與燈具光軸Lx相比左側(cè)區(qū)域向斜左上方傾斜的明暗截止線COL的近光配光圖案Lo2。另外，在反射鏡2的上反射面2u上形成的切口并不限于實施方式的圓弧狀，也可以是如圖6 (a)的俯視圖所示的矩形的切口 23A、或者如圖6 (b)所示是三角形的切口 23B，可以與對近前方進(jìn)行照明時的光度及廣度相對應(yīng)，而設(shè)計為適當(dāng)?shù)男螤?。另外，也可以如圖6 (C)所示，形成為將中央?yún)^(qū)域的切口量減少的切口 23C。特別地，在該圖6 (c)的切口 23C的情況下，使圖5 Ca)中以虛線表示的本車輛的跟前區(qū)域Ann的照射光度略微降低，防止因該跟前區(qū)域Ann過亮所導(dǎo)致的觀察性降低。特別地，有利于防止雨天時等由路面反射光引起的觀察性降低或?qū)ζ渌囕v造成的眩光迷惑。在實施方式中，示出了在近光配光中使用的例子，但也可以通過將反射鏡2的下反射面2d的前端緣的形狀設(shè)為單純的直線形狀，并且適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)投影透鏡3的后側(cè)焦點Fp的位置，從而如圖5 (c)的配光圖案所示，包含與燈具光軸Lx相比上方區(qū)域在內(nèi)，實現(xiàn)不存在上緣區(qū)域明暗截止線的遠(yuǎn)光配光Hi。即使在該情況下，只要在反射鏡2的上反射面2u上形成切口 23，則對于近前方區(qū)域An，可以進(jìn)行不產(chǎn)生明暗邊界的、亮度梯度緩和的照明。本發(fā)明中的發(fā)光元件并不限定于LED，只要是激光二極管等半導(dǎo)體發(fā)光元件，則可以作為本發(fā)明的頭燈的光源而使用。參照特定的實施方式，詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以不脫離本發(fā)明的精神和范圍而進(jìn)行各種變更及修正。本申請基于2010年I月12日申請的日本專利申請(特愿2010 — 3564)，通過引用而援用其整體。另外，這里引用的所有參照作為整體而引入。工業(yè)實用性本發(fā)明可以應(yīng)用于將發(fā)光元件作為光源的小型頭燈中。
權(quán)利要求
1.一種車輛用頭燈，其特征在于，由下述部分構(gòu)成 反射鏡，其形成為前端開口的尺寸比后端開口大的棱錐筒型； 發(fā)光元件，其配置在該反射鏡的后端開口處；以及 投影透鏡，其與所述反射鏡的前端開口相對配置， 所述反射鏡由軸向剖面分別形成為以所述發(fā)光元件為焦點的拋物線形狀的上下、左右的反射面構(gòu)成， 構(gòu)成為，對于從所述前端開口射出的光，左右方向的射出角度比上下方向的射出角度大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的車輛用頭燈，其特征在于， 所述反射鏡的下反射面的前端緣形成為與近光配光的明暗截止線對應(yīng)的形狀，所述投影透鏡的后側(cè)焦點配置在該前端緣的附近位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的車輛用頭燈，其特征在于， 在所述反射鏡的上反射面上，從前端緣朝向后方形成有切口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的車輛用頭燈，其特征在于， 所述反射鏡、發(fā)光元件以及投影透鏡一體地組裝，作為燈具單元而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型的車輛用頭燈，其可以得到適合作為車輛的前方照明用的配光。由下述部分構(gòu)成，即棱錐筒型的反射鏡(2)，其前端開口(21)比后端開口(22)大；LED(1)，其配置在反射鏡(2)的后端開口(22)處；以及投影透鏡(3)，其與反射鏡(2)的前端開口(21)相對配置。并且，反射鏡(2)由分別形成為以LED(1)為焦點的拋物線形狀的上下、左右的各反射面(2r、2d、2l、2r)構(gòu)成，構(gòu)成為從反射鏡(2)射出的光的射出角度，在左右方向上比在上下方向上大。下反射面(2d)的前端緣形成與近光配光的明暗截止線對應(yīng)的形狀，在上反射面(2u)上從前端緣朝向后方設(shè)置有切口(23)。
文檔編號F21W101/10GK102713420SQ201180005941
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者八木隆之 申請人:株式會社小糸制作所