车用前照灯及其光学单元 【技术领域】
本发明涉及车用前照灯及其光学单元，特别地涉及专门用于车辆的车用前照灯。
背景技术
出于安全的观点，在车用前照灯必须以高精度形成配光图形。现有技术仍然通过使用反射镜和透镜的光学系统形成车用前照灯的配光方法，是众所周知的。另外，现有技术使用发光二极管作为光源的车用信号灯也是众所周知的(例如：参考专利文献1)。[专利文献1]特开2002-50214号公报(第2-5页、第1-12图)。
【发明内容】
然而，在车用前照灯中必须分别以高位置精度装配反射镜和透镜，因此，现有技术中车用前照灯的装配成本往往会增加。
在此，本发明的目的是提供能解决所述课题的车用前照灯及其光学单元。通过在专利要求的独立项目中所述的特征的组合来实现该目的，并且附属项目确定本发明的更加有利的具体的例。
本发明的第一方面是用于车辆的车用前照灯，其具有：发光光源；透光部件，其用透光材料制成；反射镜，其在透光部件的表面地至少一部分上形成，在光源近处有光学中心，反射从光源通过透光部件入射的光；透镜，其与透光部件形成一体，使反射镜反射的光偏向并且向车用前照灯的外部照射。
另外，光源可以具有半导体发光元件；透光部件在光学中心附近可以有收放部，其使光源的至少一部分与反射镜的至少一部分相对向并且收放该光源的至少一部分。
另外，光源还具有封固部件，其用透光材料制成，封固半导体发光元件；收放部收放封固部件的至少一部分，透光部件的折射率与封固部件的折射率大体相同，或者也可以比封固部件的折射率大。
另外，车用前照灯向车辆的前方照射光，透光部件向前方透过反射镜反射的光；车用前照灯还具有遮光部件，其用不透过光源发出的光的材料制成、与透光部件形成一体，在其边缘部遮挡透光部件向前方透过的光的一部分；反射镜向遮光部件的边缘近处反射光源发出的光，透镜可以按照该边缘部的至少一部分的形状照射形成分割线的至少一部分的光，该分割线确定车用前照灯的配光图形的明暗边界。
另外，遮光部件隔着透光部件与反射镜相对向、通过设在透光部件表面的一部分上的反射镜形成；反射镜从光源的后方覆盖着光源形成，其可以将光源发出的光反射在遮光部件的前边缘近处。
另外，反射镜可以通过在透光部件的表面的至少一部分上蒸发覆着金属形成。光源可以有半导体发光元件，透光部件可以封固半导体发光元件。
本发明的第二方面是向前方照射光的车用前照灯，其具有：发光光源；透光部件，其用透光材料制成，向前方透过光源发生的光；遮光部件，其用不透过光源发出的光的材料制成，与透光部件形成一体，在其边缘部遮挡透光部件向前方透过的光的一部分；透镜，其与透光部件形成一体，按照该边缘部的至少一部分的形状照射光，该照射的光形成确定车用前照灯的配光图形的明暗边界的分割线的至少一部分。
本发明的第三方面是照射光源发出的光的光学单元，其具有：透光部件，其用透光材料制成；反射镜，其在透光部件的表面的至少一部分上形成，在光源附近有光学中心，反射从光源通过透光部件入射的光；透镜，其与透光部件形成一体，使反射镜反射的光偏向并且向光学单元的外部照射。
本发明的第四方面是照射光源发出的光的光学单元，其具有：透光部件，其用透光材料制成，向前方透过光源发生的光；遮光部件，其用不透过光源发出的光的材料制成，与透光部件形成一体，在其边缘部遮挡透光部件向前方透过的光的一部分；透镜，其与透光部件形成一体，按照该边缘部的至少一部分的形状照射光，该照射的光形成确定车用前照灯的配光图形的分割线。
另外，所述的发明的概要并非例举了本发明全部的必要的特征，这些特征群的局部的组合也在本发明中。
【附图说明】
图1是表示涉及本发明的一实施例的车用灯具400的结构的一例的图；
图2是表示光源单元100的BB垂直剖面的图；
图3是表示光源单元100的AA水平剖面的图；
图4是表示光源单元100的CC剖面的图；
图5是表示配光图形202的一例的图；
图6是表示光源单元100的BB垂直剖面的图；
图7是表示光源单元100的AA水平剖面的图；
图8是表示光源单元100的BB垂直剖面的图；
图9是表示光源单元100的AA水平剖面的图；
图10是表示配光图形202的一例的图；
图11是表示光源单元100的BB垂直剖面的图；
图12是表示光源单元100的AA水平剖面的图；
图13是表示车用灯具400的结构的另一例的图。
部件编号说明
100…光源单元，102…半导体发光元件，104…中间部，106…反射镜，108…反射镜，110…反射部，112…透镜，114…收放部，116…封固部件，118…透光部件，120…后端部，122…水平切开形成面，124…倾斜切开形成面，126…光源，202…配光图形，204…斜分割线，206…水平分割线，400…车用灯具，402…透明盖，404…灯体，502…外周部，504…反射镜，602…遮光部件，606…反射镜，702…中心区。
【具体实施方式】
以下，通过发明的实施方式说明本发明，但是以下的实施方式不限制涉及专利要求的发明，另外，在实施方式中说明的全部特征的组合不一定都是发明的解决方法所必须的。
图1表示涉及本发明的一实施方式的车用灯具400的结构的一例。本例的目的是以低成本提供具有高光学精度的车用灯具400。车用灯具400是低光照射用的车用前照灯(前大灯)，在由平光镜状的透明盖402和灯体404组成的灯室内大体一横列地收放着多个光源单元100。
这些光源单元100具有完全相同的结构，例如，使光轴对于车的前后方向向下偏约0.2°～0.4°，大体向着车的前后方向被收放在灯室内。
车用灯具400基于这些光源单元100照射的光向车辆的前方照射光并且形成确定的配光图形。车用灯具400也可以具有多个有各不相同配光特性的光源单元100。
图2和图3表示光源单元100的结构的一例。图2表示光源单元100的BB垂直剖面图，图3表示光源单元100的AA水平剖面图。本例的光源单元100是投射式的光源单元，其通过透镜向前方照射集中在光轴的聚集反射的光，其具有：光源126、保持光源126的透光部件118以及在透光部件118的表面一部分上形成的反射部110。
光源126是发生白色光的发光二极管模块，有半导体发光元件102及其封固部件116。在本例中，半导体发光元件102是发生兰色光的发光二极管元件(LED)，通过对设在表面上的萤光体(没作图示)照射兰色光，使萤光体发生作为兰色光的补色的黄色光。此时光源126基于半导体发光元件102和萤光体分别发生的兰色光和黄色光而发生白色光。在另一例中通过半导体发光元件104对萤光体照射紫外光也可以使该萤光体发生白色光。
封固部件116，例如，是用透明树酯等透过白色光的材料形成的大体半球状的模块，封固半导体发光元件102。透光部件118具有后端部120、中间部104以及透镜112。后端部120、中间部104以及透镜112，例如用透明树酯或者玻璃等透过白色光的材料一体地形成。
后端部120形成覆盖光源126，使光源126发生的光向着透镜112透过到前方。另外，后端部120具有穴状的收放部114，其从设在后端部120的下面的开口部向上进入后端部120内形成大体半球状的凹部。收放部114至少收放封固部件116的一部分，由此收放光源126的至少一部分并且使光源126的至少一部分与反射部110的至少一部分相对向。
在此，收放部通过使其内壁面与封固部件116的外壁面略接触，将光源126大体向上地保持在预定的位置。因此能够以高精度固定光源126。另外，也可以从后端部120的上面或者侧面洼陷形成收放部114，这种场合，可以向下或者在水平方向横向地保持光源126。
另外，后端部120的折射率最好与封固部件116的折射率大体相同或者比封固部件116的折射率大，例如，可以用相同的树酯形成该两部分。这样能够降低半导体发光元件102发生的光中在收放部114的壁面被反射的比例。收放部114和封固部件116的间隙，例如，也可以由具有与它们相等的折射率的透明树酯等来填充。另外，封固部件116也可以与后端部120形成一体。
在此，后端部120的下面是大体的水平面，后方的面是从下面的后边缘向上前方弯曲形成的大体椭球面状。该大体椭球面设定成含有光源单元100的光轴的剖面形状成为大体椭圆形的至少一部分。再者，该大体椭圆形的离心率设定成从垂直剖面向水平剖面慢慢地增大。另外，光源单元100在后端部120的下面大致中央具有向着车辆前方的光轴。
中间部104从后端部120的前端到透镜112的后端延伸形成，其将光源126向后端部120内发生的光传递到透镜112。在本例，为了将反射部110反射的光高效率地向透镜112传递而向前下方倾斜地形成中间部104的下面。
透镜112是从中间部104的前端向前延伸在光源单元100的前面形成的凸透镜，其使反射部110反射的光偏向并且向光源单元100的外部照射。在本例，透镜112通过在透光部件118的一部分上形成而与透光部件118形成一体。因此，根据本例，能够高精度确定透镜112的位置。
在另一例中，透镜112也可以与后端部120以及中间部104分离形成。此时的透镜112通过安装在具有后端部120和中间部104的透光部件118上与透光部件118形成一体。此时也能够以高精度确定透镜112的位置。
反射部110是通过在后端部120的表面的至少一部分上蒸镀覆着金属而形成的反射镜，反射光源126发生的光。另外，在本例中，在中间部104以及透镜112的表面上不蒸镀金属，在中间部104以及透镜112的表面上不形成反射镜。
反射部110具有反射镜108和反射镜106。反射镜108在后端部120的下面的至少一部分上大体水平隔着后端部120与反射镜106相对向形成，向上方反射光源126发生的光以及反射镜106反射到下方的光。
在此，反射镜108用不透过光源126发生的光的金属材料形成。因此，在本例，反射镜108具有与后端部120一体地形成的遮光部件(遮光器)的机能。例如，反射镜108通过在前边缘遮挡后端部120在前下方透过的光的一部分而形成与该前边缘的形状相对应的明暗边界。
另外，例如，反射镜106是具有大体椭球面形状的至少一部分的复合椭圆反射镜，在后端部120的上方和后方的面的至少一部分从反射镜108的后边缘近处向上部前方延伸形成，并遮挡光源126。另外，例如，反射镜106在光源126附近具有作为光学设计上的基准点等的光学的中心，向反射镜108的前边近处反射从光源126通过后端部120入射的光。反射镜106，例如，形成以该光学的中心为焦点的曲面状。
以下，更详细地说明光源126、反射镜106以及透镜112的位置关系。在本例，反射镜106在反射镜108的略上面具有焦点F1、F2，向着前方的焦点F2反射从焦点F1入射的光。反射镜106可以在光学的中心位置具有焦点F1。
在此，在本例，收放部114的开口部设置在后端部120的下面的焦点F1附近。因此，收放部114使光源126与反射镜106相对向地保持在焦点F1附近。此时，半导体发光元件102设置在焦点F1附近。
另外，反射镜106在反射镜108的前边缘的左右方向的中央附近具有焦点F2。因此，反射镜106将半导体发光元件102发生的光的至少大部分大致聚集在反射镜108的前边缘的中央附近。
另外，可以通过具有共同的焦点F1和在反射镜108的前边缘近处的各个不同位置上设定的焦点F2的曲面形成作为复合椭圆反射镜的反射镜106的各个部分。例如，车辆前方侧的部分可以在车辆的前方侧有焦点F2，比对应车辆后方侧的部分的焦点F2好。
透镜112向车辆前方照射半导体发光元件102发生的光。在本例，透镜112在反射镜108的前边缘的中央附近具有焦点。此时，透镜112将大致聚集在该中央附近的光以大致平行的光向车辆的前方照射。透镜112可以向着光轴方向照射聚集在反射镜106的焦点F2上的光。
如以上说明，反射镜106形成在与透镜112一体地形成的透光部件118的表面上。另外，光源126被保持在透光部件118内形成的收放部114内。因此，根据本例，不需要经过高精度装配工序就能够以高精度确定光源126、反射镜106以及透镜112的相互的位置。
进而，反射镜106将光源126发生的光以高精度聚集在反射镜108的前边缘中央附近。透镜112将聚集在该前边缘中央附近的光以高精度向前方照射。因此，根据本例，能够以高精度形成配光图形。
另外，因为一体形成反射镜106以及透镜112等，所以能减少装配零件的个数和装配工时。因此，根据本例，能够以低成本提供零件数量少的、高光学精度的车用灯具。
进而，根据本例，能够提供结构简单的组装进半导体发光元件102的光源单元100。此时，由于结构简单化故能够减少光源单元100的尺寸。根据本例，能够将光源单元100的前后方向的长度减少到50～70mm左右，能够将反射镜106的左右方向的幅度减少到约20～30mm。这样，因为能够使用多个光源单元100，所以通过组合配光特性各不相同的多个光源单元100能够容易并且灵活地进行配光设计。
另外，在另一例中，例如，透光部件118取代封固部件116也可以直接地封固半导体发光元件102。此时，能够将半导体发光元件102发生的光更高效率地照射在透光部件118上。另外，半导体发光元件102也可以是半导体激光器。透光部件118、反射部110以及透镜112可以构成使光源126发生的光偏向的光学单元。
另外，在另一例，也可以用有色透明的材料形成透光部件118。此时，光源单元100基于这种材料的颜色照射有色光。例如，光源单元100也可以用于照射黄色光的雾灯，此时可以用黄色透明的材料形成透光部件118。另外，光源100也可以用于照射红色光的后雾灯，此时可以用红色透明的材料形成透光部件118。
图4表示光源单元100的在车辆行进方向上垂直的面CC的横剖面图。在本例，反射镜108具有水平切开形成面122和倾斜切开形成面124，该形成面122从光源单元100的光轴向图中的左方向水平延伸形成；该形成面124从该光轴向图中右下方向倾斜15°形成。反射镜108在前边缘的水平切开形成面122和倾斜切开形成面124的边界附近包含焦点F2。因此，反射镜108的前边缘大体以焦点F2为中心在相对车用灯具400(参照图1)的光轴的大体左右方向延伸形成ヘ字形。
此时，反射镜106将光源126发生的光聚集在反射镜108的略成ヘ字状的前边缘附近。因此，透镜112(参考图2)按照反射镜108的前边缘的至少一部分的形状照射光，该照射的光形成确定车用灯具400的配光图形的明暗边界的分割线的至少一部分。根据本例，以相对光源126(参照图2)、反射镜106以及透镜112(参照图2)的高位置精度形成该前边缘，因此就能够可靠地形成明确的分割线。
图5是把由光源单元100形成的配光图形202的一例与光源单元100一起从其背后透过地表示的图。配光图形202是低光配光图形，其形成于在光源单元100的前方25m的位置上设置的假想垂直屏幕上。
在本例，光源单元100通过把包含反射镜108的前边缘的面的像投影在假想垂直屏幕上形成具有水平分割线206和斜分割线204的配光图形202。光源单元100按照水平切开形成面122(参考图4)的前边缘形状形成水平分割线206，按照倾斜切开形成面124(参考图4)的前边缘形状形成斜分割线204。根据本例能够可靠地形成明确的分割线。
另外，在另一例，车用灯具400(参考图1)也可以按照具有各不相同的配光特性的多个光源单元100发生的光形成配光图形202。此时，各个光源单元100可以照射配光图形202的一部分区域。
图6和图7表示光源单元100的结构的另一例。图6表示光源单元100的BB垂直剖面图；图7表示光源单元100的AA水平剖面图。
在本例，透光部件118还具有与封固部件116(参考图2)相同的功能，封固半导体发光元件102。此时，因为透光部件118具有与发光二极管模块的树酯模块相同的功能，所以能够使半导体发光元件102发生的光以高效率射入透光部件118内。另外，通过包括一部分透镜112的透光部件118封固半导体发光元件102，透镜112能够将半导体发光元件102发生的光高效率地向车辆前方照射。
进而，根据本例，通过透光部件118直接地封固半导体发光元件102，例如通过透镜112的直径再小到10mm左右就能使光源单元100小型化。另外，根据本例，通过进一步减少零件个数就能够以更低的成本提供光源单元100。关于其他方面，在图6和图7中，与图2和图3的编号相同的部件，因构成和功能相同，故省略其说明。
图8和图9表示光源单元100的结构的另外的另一例。图8表示光源单元100的BB垂直剖面图；图9表示光源单元100的AA水平剖面图。
在本例中，中间部104包含外周部502和反射镜504，外周部502在连接后端部120的前端和透镜112的后端的区域的外侧突出形成，反射镜504通过在外周部502的表面上例如蒸镀金属等形成。外周部502的表面从后端部120的前边缘向前逐渐地增加与光源单元100的光轴的距离并延伸形成。另外，外周部502的前端是平面镜状的大体垂直面，其在与光源单元100的光轴背离的方向上从透镜112的后端附近延伸形成。外周部502例如可以在比包括后端部120的下面的水平面还向上的区域形成。
这里，外周部502的外面，例如，具有以半导体发光元件102的附近为焦点的大致旋转抛物面的一部分的形状。此时反射镜504将半导体发光元件102发生的光以平行光向前方反射。反射镜504使其反射的光透过外周部502的前端的面向前方照射。另外，例如，反射镜504可以与反射部110一体地形成。
根据本例，能够以高效率向前方照射半导体发光元件102发生的光。关于其他方面，在图8和图9中，与图6和图7中的编号相同的部件，因构成和功能相同，故省略其说明。
图10是把通过用图8和图9说明的光源单元100形成的配光图形202的一例与光源单元100一起从其背后透过地表示的图。在本例中，大致呈旋转抛物面状的反射镜504将设置在焦点位置的半导体发光元件102发生的光向斜分割线204和水平分割线206的交叉点附近的中心区域702照射。
因此，根据本例，能够以更高的照度照射分割线的中心附近。通过这样就能够更可靠地形成明确的分割线。关于其他方面，在图10中，与图5相同编号的部件因构成和功能相同，故省略其说明。
图11和图12表示又一种光源单元100的结构的例。图11表示光源单元100的BB垂直剖面图；图12表示光源单元100的AA水平剖面图。
在本例，从后端部120的后端面向前方洼陷进去形成收放部114，其向车辆的前方固定半导体发光元件102。因此，半导体发光元件102向前方照射光。
另外，光源100还具有与透光部件118一体地形成的遮光部件602。例如遮光部件602从透光部件118的下面向上延伸进入透光部件118的内部，并且在中央部向后方弯曲，同时在左右方向上横断透光部件118的下面附近形成。遮光部件602在上边缘遮挡半导体发光元件102在透光部件118内部照射的光的一部分。
例如，遮光部件602从透光部件118的面向内部洼陷形成空洞，通过在该空洞内填充遮光性的部件形成。遮光部件602也可以在该空洞的壁面上涂覆例如黑色等形成。遮光部件602和透光部件118也可以通过两色成形一体地形成。
另外，透镜112在遮光部件602的上边缘附近具有焦点。此时，透镜112通过向前方照射基于遮光部件602的上边缘形状的明暗边界，形成配光图形的分割线的至少一部分。关于其他方面，在图11和图12中，与图2及图3相同编号的部件因构成和功能相同，故省略其说明。
在本例中，也因为以高精度确定半导体发光元件102、遮光部件602以及透镜112的位置，所以光源单元100能够高精度地形成配光图形。另外，在本例中光源单元100也通过减少零件数量降低成本，通过结构简单而减小尺寸。
另外，在本例中，光源单元100还具有反射镜606，其形成在透光部件118的侧面的至少一部分上。反射镜606向前方反射光源126在光源单元100的光轴的侧面方向上发生的光，并且使该光射进透镜112。因此，就能够有效率地利用光源126发生的光。例如，透镜112可以将反射镜606反射的光作为扩散光照射在配光图形的分割线以外的部分上。另外，光源单元100，例如，也可以在透光部件118的上面再有反射镜。
另外，例如，与图6和图7说明的半导体发光元件102同样，也可以在后端部120内直接封固半导体发光元件102。此时，能够更加减小光源单元100的尺寸。
图13表示车用灯具400的结构的另一例。在本例，车用灯具400具有阵列状地配置的多个光源单元100。
在本例中，光源单元100可以具有与用图6和图7说明的光源单元100相同的结构。此时，光源单元100中的透镜112(参考图6)的直径，例如，可以小到约10mm。因此，根据本例能够减小具有多个光源单元100的车用灯具400的尺寸。
在此，多个光源单元100的配光特性也可以各不相同。此时，能够使用具有各不相同的配光特性的多种类型的光源单元100。因此，根据本例能够容易并且灵活地进行光源单元100的配光设计。而且，通过这样能够形成适当的配光图形。关于其他方面，在图13中，与图1编号相同的部件，因其构成和功能相同，故省略其说明。
以上，用实施例说明了本发明，然而本发明的技术范围不局限于所述实施例中所述的范围。对于所述实施例能够进行多种变更或改良。进行了这样的变更或改良的例也属于本发明的技术范围，这一点从专利要求范围的叙述可以明确。
从所述说明可知，根据本发明能够降低车用灯具的成本。