专利名称：车辆用头灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车等车辆的前照灯，特别地，涉及一种将LED (发光二极管)等半导体发光元件用作为光源的头灯(前照灯)。
背景技术：
作为将LED等半导体发光元件用作为光源的汽车头灯，已经提出了各种技术，但近年，要求这种头灯进一步小型化及轻量化。为了应对这种要求，考虑使用CPC (CompoundParabolic Concentrator :复合抛物面反射镜)构成头灯。该CPC如专利文献I的记载所示，作为棱线为抛物线或与其接近的形状的圆锥筒型的反射镜而构成，在小径的后端开口内配置LED，由CPC的内表面对从LED射出的光进行反射，并从大径的前端开口射出。通过使用该CPC，从而可以将从LED射出的光以较高的效率投射，即使将整体小型化，也可以实现光度高的照明。专利文献I :日本特开2007 - 235079号公报
发明内容
本发明人使用这种CPC构成汽车的头灯，其结果，可以利用CPC的反射特性，对以光轴为中心的规定区域以较高的光度照射光，在实现小型化和轻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匀的特性，所以即使在构成为使从CPC投射的光透过透镜而投射的情况下，光的照射区域也成为圆形配光，并且容易在照射区 域和非照射区域之间的边界产生圆形的清晰的明暗边界部。因此，在要使用该CPC构成汽车的近光配光的情况下，难以得到上下方向上较窄、左右方向上较宽的配光，并且难以将明暗边界部作为沿所谓照射区域的上缘的截止线而利用。另外，在本车辆的跟前区域中也产生明暗边界部，使得与该明暗边界部相比靠近本车辆侧的区域的照明不充分，显然在作为汽车的头灯使用时，在上述方面存在应解决的课题。本发明的目的是提供一种小型且重量轻的车辆用头灯，其可以使用CPC或与其接近的形状的反射镜，得到适合作为车辆的前方照明用的配光。本发明的特征在于，由下述部分构成反射镜，其形成为前端开口的尺寸比后端开口大的棱锥筒型；发光元件，其配置在该反射镜的后端开口处；以及投影透镜，其与反射镜的前端开口相对配置，反射镜由轴向剖面分别形成为以发光元件为焦点的抛物线形状的上下、左右的反射面构成，构成为，对于从前端开口射出的光，左右方向的射出角度比上下方向的射出角度大。在本发明中，优选采用下述结构，即，反射镜的下反射面的前端缘形成为与近光配光的明暗截止线对应的形状，投影透镜的后侧焦点配置在该前端缘的附近位置上。
另外，优选在反射镜的上反射面上从前端缘朝向后方形成有切口。另外，优选反射镜、发光元件以及投影透镜一体地组装，作为灯具单元而构成。发明的效果根据本发明，可以与上下方向相比在左右方向上以照射范围较宽的配光图案进行照明，可以构成适合对车辆的前方进行照明的配光的头灯。
另外，通过使反射镜的下反射面的前端缘形成为与明暗截止线对应的形状，将投影透镜的后侧焦点配置在该前端缘的附近，从而可以构成能够实现具有所需明暗截止线的近光配光的头灯。另外，通过在反射镜的上反射面上形成切口，从而可以构成不会在近前方的照明中产生清晰的明暗边界并抑制光度、使光度梯度缓和的配光的头灯。
图I是沿本发明的实施方式的灯具单元的灯具光轴的纵剖面图。图2是灯具单元的要部的外观斜视图。图3是反射镜的放大斜视图和正视图。图4是反射镜的垂直剖面图和水平剖面图以及光路图。图5是近光配光和远光配光的图案的图。图6是表示切口的变形例的俯视图。符号的说明I 光源(LED)2反射镜3投影透镜4单元基座21前端开口22后2而开口23 切口2u上反射面2d下反射面2r右反射面21左反射面Rx反射镜光轴Lx灯具光轴(透镜光轴)
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图I是表示将本发明应用于汽车的头灯、特别是近光配光的头灯中的实施方式的概略结构的沿灯具光轴的纵剖面图。在图中虽然没有进行图示，但由容器状的灯体和安装在该灯体的前表面开口上的透明的前表面罩构成灯具壳体，在该灯具壳体内安装有图I所示的灯具单元LU。灯具单元LU具有光源I、反射镜2、投影透镜3而构成，并构成为，使从光源I射出的光由反射镜2反射，进一步由投影透镜3折射，透过前表面罩向汽车的前方区域照射。该投影透镜3具有对光进行聚光的功能，但在这里，作为上下方向具有聚光功能而左右方向具有扩散功能的与圆筒形接近的形状的透镜而构成。图2是灯具单元LU的要部的外观斜视图。如果参照图I及图2，则灯具单元LU具有由金属板等构成的单元基座4，在该单元基座的后侧壁41上支撑光源I，在后侧水平壁42上利用保持件43支撑反射镜2。另外，在单元基座4的前侧水平壁44上，利用透镜框45支撑投影透镜3。在单元基座4的后侧壁41的后表面上一体地设置有散热器46，其用于对光源I产生的热量进行散热。
光源I由LED构成，在这里，由发光面为矩形的面发光型的LED构成。反射镜2如图3 Ca)表示的放大斜视图所示,从正面观察,具有上下、左右各4面的反射面2u、2d、21、2r，形成为前端开口 21的尺寸比后端开口 22大的棱锥筒型。该后端开口 22形成为与LEDl的外形尺寸大致相等，并且安装上述LED I。投影透镜3由凸透镜构成，与反射镜2的前端开口 21相对。对反射镜22进行详细说明。反射镜22如图3 (b)所示，从正面观察，形成为左右尺寸比上下尺寸大的横长的长方形。构成该反射镜2的上下2个反射面2u、2d，相对于反射镜2的中心轴、即反射镜光轴Rx为线对称。如图4 (a)所示，沿垂直方向切断时的形状均作为抛物线而形成。并且，上反射面2u作为以后侧开口 22的下缘为焦点Fu的抛物线而形成，下反射面2d作为以后侧开口 22的上缘为焦点Fd的抛物线而形成，分别采用沿水平左右方向使反射面延长的结构。另外，如图4 (b)所示，左右的2个反射面21、2r相同地相对于反射镜光轴Rx为线对称。沿水平方向切断时的形状均作为抛物线而形成。并且，左反射面21作为以配置在后侧开口 21上的LED I的右端部为焦点Fl的抛物线而形成，右反射面2r作为以LED I的左端部为焦点Fr的抛物线而形成，分别采用沿垂直上下方向使反射面延长的结构。另外，左右的反射面21、2r构成为，相对于反射镜光轴Rx的倾角较大，在如后述所示对来自LED I的光进行反射时，以与上下的反射面2u、2d相比较大的角度进行反射。反射镜2如图3 (b)所示，在从前端开口 21的正面观察时，下反射面2d的前端缘形成为，以左右方向的大致中心位置为界，右缘部r比左缘部I低，S卩，左右缘部的高度以不同的高度形成。另外，包含该中央位置的中央缘部c在从正面观察时，以左侧抬高的倾斜方式倾斜。由于该中央缘部c的倾斜形状，使得在下反射面2d的左右方向中央位置处，形成从前端开口 21向后方沿反射镜光轴Rx延伸的台阶部2dd。其构成以近光配光进行照明时的所谓明暗截止线。另外，在反射镜2的上反射面2u上，从前端开口 21朝向后方形成圆弧状的切口23。该切口 23的形状及尺寸根据近光配光的配光特性而确定，其如后所述进行设计。在此基础上，LED I以发光面的中心与反射镜光轴Rx—致的方式，配置在反射镜2的后端开口 22内。另外，投影透镜3设定在透镜中心轴、即透镜光轴相对于反射镜光轴Rx向垂直下方平行地偏移的位置上。另外，投影透镜3的后侧焦点Fp配置为，与反射镜2的前端开口 21的下反射面2d的前端缘的中央缘部c 一致或大致一致。此外，该透镜光轴成为灯具单元的灯具光轴Lx。
根据该结构的灯具单元LU，如图4 (b)表示的水平方向的光路所示，如果LED I发光，则从LED I的发光面射出的光的一部分，向左反射面21和右反射面2i■分别投射。上述左反射面21和右反射面2r，作为以后端开口 22的LED I的左右端部Fl、Fr为焦点的抛物面而构成。由此，如果LED I发光，则从LED I的发光面射出的光的一部分，分别成为平行光束而反射，从反射镜2的前端开口 21向投影透镜3射出。另外，从LED I射出的光的其他一部分，作为直射光通过前端开口 21向投影透镜3射出。通过适当地设计反射镜2的沿反射镜光轴Rx的方向的长度和前端开口 21的左右方向的开口尺寸，从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，上述光作为入射角小于0 2 (= 0 21)的光束向投影 透镜3入射，并在这里折射后向前方投射，因此，成为根据该入射角0 2和投影透镜3的焦点距离及折射率等计算的水平扩展角度的照明光。例如向左右各45°的区域照射。另一方面，如图4 (a)表不的垂直方向的光路所不,从LED I的发光面射出的光的一部分，向上反射面2u和下反射面2d分别投射。由于上述上反射面2u和下反射面2d是将后端开口 22的下缘和上缘分别作为焦点FiuFd的抛物面，所以从LED I的发光面射出的光的一部分，分别成为平行光束并反射，从反射镜2的前端开口 21向投影透镜3射出。另外，从LED I射出的光的其他一部分，作为直射光通过前端开口 21而向投影透镜3射出。通过适当地设计反射镜2的沿反射镜光轴Rx的方向的长度和前端开口 21的上下方向的开口尺寸，从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，上述光作为入射角小于0 1 (= 0 11)的光束而向投影透镜3入射，在这里折射后向前方投射。例如向上下各22°的区域照射。但是，由于在上反射面2u上从前端开口 21向后方形成有切口 23，所以通过该切口 23的光以比0 I大的入射角0 12射出，向投影透镜3的上部区域入射。从反射镜2的前端开口 21射出的光，利用投影透镜3向前方照射而形成规定的配光图案。从该前端开口 21射出的光中的配光图案的上限区域的光，即，由投影透镜3上下反转前的沿反射镜2的下反射面2d的前端缘射出的光，由于前端缘的左右缘部r、l的高度不同且中央缘部c为倾斜的形状，而且将该前端缘配置在投影透镜3的后侧焦点Fp的附近位置上，所以作为与该前端缘的形状对应的光图案，向投影透镜3的透镜光轴上，换言之向灯具光轴Lx上照射。由此，如图5 (a)的配光图案所示，上限的明暗边界形成具有与前端缘的形状对应的明暗截止线COL的近光配光图案Lo。另外，由于在前端缘处形成切口 23，所以从前端开口 21射出的光中的向投影透镜3的上部区域入射的光，即，沿反射镜2的上反射面2u的前端缘射出的由下反射面2d反射的光、以及从LED I向上方射出的直射光，通过该切口 23向上方射出，以比入射角0 I大的角度9 12向投影透镜3的上部区域入射。通过该切口 23的光利用投影透镜3向透镜光轴、即灯具光轴Lx下侧的区域照射。由此，使图5 Ca)所示的近光配光图案Lo下侧的照明区域，即车辆的近前方区域进一步扩大为车辆的近前方区域An，并且形成不突出明暗边界而亮度的梯度缓和的配光图案。如上述所示，由实施方式的灯具单元LU得到的近光配光图案Lo，成为适合对上下方向较窄、左右方向较宽的区域进行照明的车辆前方照明的配光。另外，在对远前方区域进行照明的灯具光轴Lx的附近区域中，明暗边界成为清晰的所需明暗截止线形状，对近前方区域进行照明的下侧区域，成为亮度的梯度缓和且涉及较宽范围的照明。由此，对远前方区域明亮地进行照明，另一方面，防止对前行车或逆向车造成眩光迷惑，可以以不过度明亮的适当的亮度且以较宽的范围对近前方区域进行照明，可以得到适当的近光配光。并且，在该灯具单元LU中，从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或者低消耗电力的LED，也可以得到以高光度进行照明的配光图案。另外，不需要用于得到近光配光图案的遮光罩，可以实现灯具单元的小型化、轻量化。在这里，反射镜2的下反射面2d的前端缘的形状并不限于实施方式的形状，虽然省略图示，但也可以是使与前端缘的左右中心位置相比左侧的左缘部单纯地倾斜的形状。 在该情况下，如图5 (b)所示，得到具有与灯具光轴Lx相比左侧区域向斜左上方倾斜的明暗截止线COL的近光配光图案Lo2。另外，在反射镜2的上反射面2u上形成的切口并不限于实施方式的圆弧状，也可以是如图6 (a)的俯视图所示的矩形的切口 23A、或者如图6 (b)所示是三角形的切口 23B，可以与对近前方进行照明时的光度及广度相对应，而设计为适当的形状。另外，也可以如图6 (C)所示，形成为将中央区域的切口量减少的切口 23C。特别地，在该图6 (c)的切口 23C的情况下，使图5 Ca)中以虚线表示的本车辆的跟前区域Ann的照射光度略微降低，防止因该跟前区域Ann过亮所导致的观察性降低。特别地，有利于防止雨天时等由路面反射光引起的观察性降低或对其他车辆造成的眩光迷惑。在实施方式中，示出了在近光配光中使用的例子，但也可以通过将反射镜2的下反射面2d的前端缘的形状设为单纯的直线形状，并且适当地调节投影透镜3的后侧焦点Fp的位置，从而如图5 (c)的配光图案所示，包含与灯具光轴Lx相比上方区域在内，实现不存在上缘区域明暗截止线的远光配光Hi。即使在该情况下，只要在反射镜2的上反射面2u上形成切口 23，则对于近前方区域An，可以进行不产生明暗边界的、亮度梯度缓和的照明。本发明中的发光元件并不限定于LED，只要是激光二极管等半导体发光元件，则可以作为本发明的头灯的光源而使用。参照特定的实施方式，详细地说明了本发明，但对于本领域技术人员来说，显然可以不脱离本发明的精神和范围而进行各种变更及修正。本申请基于2010年I月12日申请的日本专利申请(特愿2010 — 3564)，通过引用而援用其整体。另外，这里引用的所有参照作为整体而引入。工业实用性本发明可以应用于将发光元件作为光源的小型头灯中。
权利要求
1.一种车辆用头灯，其特征在于，由下述部分构成 反射镜，其形成为前端开口的尺寸比后端开口大的棱锥筒型； 发光元件，其配置在该反射镜的后端开口处；以及 投影透镜，其与所述反射镜的前端开口相对配置， 所述反射镜由轴向剖面分别形成为以所述发光元件为焦点的抛物线形状的上下、左右的反射面构成， 构成为，对于从所述前端开口射出的光，左右方向的射出角度比上下方向的射出角度大。
2.根据权利要求I所述的车辆用头灯，其特征在于， 所述反射镜的下反射面的前端缘形成为与近光配光的明暗截止线对应的形状，所述投影透镜的后侧焦点配置在该前端缘的附近位置上。
3.根据权利要求I或2所述的车辆用头灯，其特征在于， 在所述反射镜的上反射面上，从前端缘朝向后方形成有切口。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的车辆用头灯，其特征在于， 所述反射镜、发光元件以及投影透镜一体地组装，作为灯具单元而构成。
全文摘要
本发明提供一种小型的车辆用头灯，其可以得到适合作为车辆的前方照明用的配光。由下述部分构成，即棱锥筒型的反射镜(2)，其前端开口(21)比后端开口(22)大；LED(1)，其配置在反射镜(2)的后端开口(22)处；以及投影透镜(3)，其与反射镜(2)的前端开口(21)相对配置。并且，反射镜(2)由分别形成为以LED(1)为焦点的抛物线形状的上下、左右的各反射面(2r、2d、2l、2r)构成，构成为从反射镜(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)的前端缘形成与近光配光的明暗截止线对应的形状，在上反射面(2u)上从前端缘朝向后方设置有切口(23)。
文档编号F21W101/10GK102713420SQ201180005941
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月6日 优先权日2010年1月12日
发明者八木隆之 申请人:株式会社小糸制作所