JP4743142B2 - Vehicle lighting - Google Patents
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Description
この発明は、車両用灯具に関し、さらに詳しくは、光源からの光を効率的に活用できる車両用灯具に関する。 The present invention relates to a vehicular lamp, and more particularly to a vehicular lamp that can efficiently use light from a light source.
光源およびリフレクタを有する車両用灯具では、リフレクタからの反射光の一部が光源により遮蔽されて灯具の前方に照射されないため、光のロスが生じる。このため、かかる車両用灯具では、光源からの光を効率的に活用すべき課題がある。 In a vehicular lamp having a light source and a reflector, a part of the reflected light from the reflector is shielded by the light source and is not irradiated in front of the lamp, so that light loss occurs. For this reason, in such a vehicular lamp, there is a problem that the light from the light source should be used efficiently.
また、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングランプなどの車両用灯具では、水平方向あるいは鉛直方向に対して滑らかに光度を減衰させる拡散配光制御が採用されている。また、かかる拡散配光制御は、コンパクトかつ簡易な構成にて、精度良く行われることが好ましい。かかる課題に関する従来の車両用灯具には、特許文献1に記載される技術が知られている。
Further, for example, in a vehicular lamp such as a headlamp, a fog lamp, and a cornering lamp, diffusion light distribution control that smoothly attenuates the light intensity in the horizontal direction or the vertical direction is employed. Moreover, it is preferable that such diffused light distribution control is performed with high accuracy with a compact and simple configuration. The technique described in
この発明は、光源からの光を効率的に活用できる車両用灯具を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the vehicle lamp which can utilize the light from a light source efficiently.
上記目的を達成するため、この発明にかかる車両用灯具は、半導体発光素子から成る光源と、前記光源からの光を反射して灯具の前方に照射するリフレクタと、前記光源からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射するレンズとを備え、前記光源が前記リフレクタよりも灯具の前方に配置されると共に、前記レンズが前記リフレクタの光軸上であって前記光源よりも灯具の前方に配置され、且つ、前記リフレクタの反射面のうち前記反射光が前記レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲を反射光損失範囲Dと呼ぶと共に、前記リフレクタの光軸を基準として前記光源から前記リフレクタへの光の入射範囲αと、前記光源から前記レンズへの光の入射範囲βと、前記光源から反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γとを規定するときに、前記リフレクタにおける光の入射範囲αと、前記レンズにおける光の入射範囲βと、反射光損失範囲Dにおける光の入射範囲γとがα>β>γの関係を有することを特徴とする。 To achieve the above object, a vehicular lamp according to the present invention includes a light source composed of a semiconductor light emitting element, a reflector that reflects light from the light source and irradiates the front of the lamp, and diffuses or diffuses light from the light source. e Bei a lens to irradiate the front of the widening to the lamp, the light source is disposed in front of the lamp than the reflector, forward of the lamp than said lens said light source an the optical axis of the reflector And a range in which the reflected light is shielded by the lens and is not irradiated in front of the lamp among the reflecting surfaces of the reflector is referred to as a reflected light loss range D, and is based on the optical axis of the reflector. A light incident range α from the light source to the reflector, a light incident range β from the light source to the lens, and a light incident range γ from the light source to the reflected light loss range D are defined. When a feature in that it has an incident range of light alpha in the reflector, the incident range of light beta in the lens, the relationship between the incident range of the light gamma is α>β> γ in the reflected light loss range D To do.
この車両用灯具では、レンズがリフレクタの光軸上であって光源よりも灯具の前方(リフレクタの照射方向に対して前方)に配置されるので、光源からの光がレンズおよびリフレクタの双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
また、この車両用灯具では、リフレクタとレンズとの大小関係ならびにこれらと光源との位置関係が、光源からリフレクタへの光の入射範囲αと光源からレンズへの光の入射範囲βとの関係により拘束される。これにより、光源とリフレクタとの位置関係に起因する光のロスが低減されるので、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
また、この車両用灯具では、反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γが適正化されるので、レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなるリフレクタからの反射光が低減される。これにより、光のロスが減少して、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
In this vehicular lamp, the lens is disposed on the optical axis of the reflector and in front of the lamp (forward with respect to the irradiation direction of the reflector) relative to the light source, so that the light from the light source is transmitted by both the lens and the reflector. Irradiates in front of the lamp. Thereby, there exists an advantage by which the light from a light source is utilized efficiently.
In this vehicular lamp, the size relationship between the reflector and the lens and the positional relationship between the light source and the light source depend on the relationship between the light incident range α from the light source to the reflector and the light incident range β from the light source to the lens. Be bound. Thereby, since the loss of light resulting from the positional relationship between the light source and the reflector is reduced, there is an advantage that the light from the light source is efficiently utilized.
Further, in this vehicular lamp, since the incident range γ of light to the reflected light loss range D is optimized, the reflected light from the reflector that is shielded by the lens and is not irradiated in front of the lamp is reduced. Thereby, there is an advantage that light loss is reduced and light from the light source is efficiently utilized.
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記光源が前記リフレクタの光軸上かつ前記レンズの光軸上に配置される。 In the vehicular lamp according to the present invention, the light source is disposed on the optical axis of the reflector and on the optical axis of the lens.
この車両用灯具では、光源からの光がリフレクタおよびレンズの双方に対して適正に入射する。これにより、光源からの光がリフレクタおよびレンズの双方にて効率的に活用される利点がある。 In this vehicular lamp, light from the light source properly enters both the reflector and the lens. Thereby, there exists an advantage by which the light from a light source is utilized efficiently in both a reflector and a lens.
また、この発明にかかる車両用灯具は、灯具の設置状態にて、前記光源の光軸が鉛直方向を向く。 Further, in the vehicular lamp according to the present invention, the optical axis of the light source is oriented in the vertical direction when the lamp is installed.
この車両用灯具では、灯具に適した配光が得られる利点がある。 This vehicular lamp has an advantage that light distribution suitable for the lamp can be obtained.
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、入射範囲γにおける反射光が前記レンズを回避して灯具の前方に照射されるように、入射範囲γにおける前記リフレクタの反射面の反射角θ’が規定される。 In addition, the vehicular lamp according to the present invention is such that when the angle formed by the reflected light of the reflector and the optical axis of the reflector is called a reflection angle θ ′, the reflected light in the incident range γ avoids the lens. The reflection angle θ ′ of the reflecting surface of the reflector in the incident range γ is defined so as to be irradiated in front of the light.
この車両用灯具では、入射範囲γにおける反射光がレンズを回避して灯具の前方に照射されるので、光源からの光が無駄なく効率的に活用される利点がある。 In this vehicular lamp, since the reflected light in the incident range γ is emitted in front of the lamp while avoiding the lens, there is an advantage that the light from the light source is efficiently used without waste.
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、前記リフレクタの反射面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、反射光の反射角θ’が前記リフレクタの中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化する。 Further, in the vehicle lamp according to the present invention, when the angle formed between the reflected light of the reflector and the optical axis of the reflector is called a reflection angle θ ′, at least a part of the reflecting surface of the reflector is a predetermined free-form surface. In addition, in the free-form surface, the reflection angle θ ′ of the reflected light changes n-th continuously as it goes from the center to the end of the reflector.
この車両用灯具では、リフレクタの反射光の反射角θ’がリフレクタの中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化するので、照射範囲の略中央部(H−V点付近)から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化する(拡散配光パターン)。また、反射面が自由曲面から成るので、反射角θ’をn次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて反射角θ’を詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。 In this vehicular lamp, the reflection angle θ ′ of the reflected light of the reflector changes continuously in the nth order from the center to the end of the reflector, so that it is approximately the center of the irradiation range (near the HV point). The intensity of the irradiation light changes smoothly from the edge toward the edge (diffuse light distribution pattern). In addition, since the reflection surface is a free-form surface, it is easy to set the reflection angle θ ′ to change continuously n-th order. That is, since the reflection angle θ ′ can be set in detail on a free-form surface, the accuracy of the luminous intensity distribution of the irradiated light is improved. Thereby, there exists an advantage which can perform the diffused light distribution control of a lamp accurately.
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記レンズからの射出光と前記レンズの光軸とのなす角を射出角θと呼ぶときに、前記レンズの射出面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、射出光の射出角θが前記レンズの中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化する。 Further, in the vehicular lamp according to the present invention, when an angle formed between the light emitted from the lens and the optical axis of the lens is referred to as an emission angle θ, at least a part of the exit surface of the lens is a predetermined free-form surface. In addition, in the free-form surface, the exit angle θ of the exit light changes continuously in the order of n from the center to the end of the lens.
この車両用灯具では、レンズの射出光の射出角θがレンズの中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化するので、照射範囲の略中央部(H−V点付近)から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化する(拡散配光パターン)。また、射出面が自由曲面から成るので、射出角θをn次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて射出角θを詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。 In this vehicular lamp, since the exit angle θ of the exit light of the lens changes continuously n-order from the center to the end of the lens, it starts from substantially the center of the irradiation range (near the HV point). The intensity of the irradiated light changes smoothly toward the end (diffuse light distribution pattern). Further, since the exit surface is a free-form surface, it is easy to set the exit angle θ to change n-th order continuously. That is, since the exit angle θ can be set in detail on a free-form surface, the accuracy of the luminous intensity distribution of the irradiated light is improved. Thereby, there exists an advantage which can perform the diffused light distribution control of a lamp accurately.
この発明にかかる車両用灯具では、レンズがリフレクタの光軸上であって光源よりも灯具の前方(リフレクタの照射方向に対して前方)に配置されるので、光源からの光がレンズおよびリフレクタの双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。 In the vehicular lamp according to the present invention, the lens is disposed on the optical axis of the reflector and in front of the light source with respect to the light source (forward with respect to the irradiation direction of the reflector), so that light from the light source is transmitted between the lens and the reflector. Both are irradiated in front of the lamp. Thereby, there exists an advantage by which the light from a light source is utilized efficiently.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. The constituent elements of this embodiment include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. In addition, a plurality of modifications described in this embodiment can be arbitrarily combined within a range obvious to those skilled in the art.
図1〜図3は、この発明の実施例にかかる車両用灯具を示す斜視図(図1)、平面図(図2)および側面図(図3)である。図4は、図1に記載した車両用灯具の作用を示す説明図である。図5は、図1に記載した車両用灯具のリフレクタを示す斜視図である。図6〜図8は、図5に記載したリフレクタの構成および作用を示す説明図である。図9〜図12は、図5に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。図13は、図1に記載した車両用灯具のレンズを示す斜視図である。図14〜図16は、図13に記載した車両用灯具の構成および作用を示す説明図である。図17および図18−3は、図13に記載したレンズの設計例を示す説明図である。 1 to 3 are a perspective view (FIG. 1), a plan view (FIG. 2), and a side view (FIG. 3) showing a vehicular lamp according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view showing the operation of the vehicular lamp described in FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a reflector of the vehicle lamp shown in FIG. 6-8 is explanatory drawing which shows the structure and effect | action of the reflector described in FIG. 9-12 is explanatory drawing which shows the example of a design of the reflector described in FIG. FIG. 13 is a perspective view showing a lens of the vehicular lamp shown in FIG. 14-16 is explanatory drawing which shows the structure and effect | action of the vehicle lamp described in FIG. 17 and 18-3 are explanatory diagrams illustrating design examples of the lens illustrated in FIG.
[車両用灯具]
この車両用灯具1は、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングランプなどに適用され、光源2と、レンズ3と、リフレクタ4とを含んで構成される(図1〜図3参照)。光源2は、半導体発光素子から成る。この光源2は、例えば、配列された複数のLED(light emitting diode)により構成され、略半球状に光を放射する。レンズ3は、光源2の前方に配置されて、光源2からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射する。このレンズ3は、例えば、PMMA(Polymethylmethacrylate)などの樹脂製あるいはガラス製の凸レンズをベースとして構成される。リフレクタ4は、光源2の後方に配置され、光源2からの光を反射して灯具の前方に照射する。このリフレクタ4は、例えば、パラボラ系自由曲面により構成される。
[Vehicle lamp]
The
ここで、灯具の光軸をZ軸としてX−Y−Z直交座標系をとる(図1〜図3参照)。また、灯具の設置状態にて鉛直方向をY軸とし、水平方向をX軸とする。このとき、光源2、レンズ3およびリフレクタ4が以下のように配置される。
Here, an XYZ orthogonal coordinate system is taken with the optical axis of the lamp as the Z axis (see FIGS. 1 to 3). Further, the vertical direction is the Y axis and the horizontal direction is the X axis in the lamp installation state. At this time, the
まず、光源2が光軸Z上に配置される。次に、レンズ3が光軸Z上であって光源2の前方(灯具の照射方向に対して前方)に配置される。このとき、レンズ3の入射面31の基準点Oが光軸Z上に配置され、レンズ3の光軸と灯具の光軸Zとが一致する(なお、レンズ3の入射面31の基準点Oは、光軸Z上に配置されなくとも良い)。また、レンズ3の擬似バックフォーカス点Fに光源2が配置される。次に、リフレクタ4が光軸Z上であって光源2の後方(灯具の照射方向に対して後方)に配置される。このとき、リフレクタ4の基準点O’が光軸Z上に配置され、リフレクタ4の光軸と灯具の光軸Zとが一致する(なお、リフレクタ4の基準点O’は、光軸Z上に配置されなくとも良い)。また、リフレクタ4の擬似フォーカス点F’に光源2が配置される。すなわち、この実施例では、レンズ3の光軸とリフレクタ4の光軸とが共通の光軸Z上にある。また、レンズ3の擬似バックフォーカス点Fとリフレクタ4の擬似フォーカス点F’とが一致しており、この点F、F’上に光源2が配置される。
First, the
この車両用灯具1では、光源2が発光すると、その放射光がレンズ3の入射面31から入射してレンズ3の射出面32から灯具の前方に照射される。また、放射光がリフレクタ4の反射面にて反射して灯具の前方に照射される。そして、これらの照射光により所定の配光パターンが形成される(図4参照)。
In the
このとき、レンズ3がリフレクタ4の光軸Z上であって光源2よりも灯具の前方(リフレクタ4の照射方向に対して前方)に配置されるので、光源2からの光がレンズ3およびリフレクタ4の双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される(図4参照)。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。例えば、灯具が光源およびリフレクタのみから成る構成では、リフレクタからの反射光の一部が光源により遮蔽されて灯具の前方に照射されないため、光のロスが生じる。
At this time, the
[光源の位置]
なお、この車両用灯具1では、光源2がリフレクタ4の光軸上かつレンズ3の光軸上に配置されることが好ましい(図3参照)。かかる構成では、光源2からの光がリフレクタ4およびレンズ3の双方に対して適正に入射する。これにより、光源2からの光がリフレクタ4およびレンズの双方にて効率的に活用される利点がある。例えば、光源2がリフレクタの光軸(レンズの光軸)から外れた位置にあると、リフレクタ(レンズ)にて所望の配光が得られない。
[Light source position]
In the
例えば、この実施例では、リフレクタ4の光軸とレンズ3の光軸とが灯具の光軸Zに一致している(図3参照)。また、この光軸Z上であって、レンズ3の擬似バックフォーカス点Fとリフレクタ4の擬似フォーカス点F’とが一致する点に光源2の中心が配置されている。したがって、光源2からの光がリフレクタ4およびレンズ3の双方に対して効率的に入射し、リフレクタ4およびレンズの双方にて所望の配光が得られる。
For example, in this embodiment, the optical axis of the
[光源の光軸方向]
また、この車両用灯具1では、灯具の設置状態にて、光源2の光軸が鉛直方向(鉛直方向上側または鉛直方向下側)を向くように、光源2が配置されることが好ましい(図3参照)。これにより、車両用灯具1に適した配光が得られる利点がある。例えば、灯具の設置状態にて光源2の光軸が鉛直方向上側に向く構成により、ヘッドランプのハイビーム用の配光が容易となる(図3および図4参照)。逆に、灯具の設置状態にて光源2の光軸が鉛直方向下側に向く構成により、フォグランプ用の配光が容易となる(図示省略)。
[Light axis direction of light source]
Further, in the
例えば、この実施例では、灯具の設置状態にて、光軸Zが車両の進行方向かつ水平方向に向くように設定される(図1参照)。また、X軸が車両の左右方向かつ水平方向に向き、Y軸が鉛直方向に向くように設定される。また、光源2は、灯具の光軸Z上(レンズ3の光軸上かつリフレクタ4の光軸上)であってレンズ3の擬似バックフォーカス点Fとリフレクタ4の擬似フォーカス点F’とが一致する点に配置される(図3参照)。また、光源2は、その光軸(LEDチップの発光面の法線方向)がY軸に一致するように配置される。これにより、灯具の設置状態にて、光源2の光軸が鉛直方向上側を向くように設定され、ヘッドランプのハイビーム用の配光が実現されている(図4参照)。
For example, in this embodiment, the optical axis Z is set so as to face the traveling direction and the horizontal direction of the vehicle when the lamp is installed (see FIG. 1). In addition, the X axis is set in the horizontal direction and the horizontal direction of the vehicle, and the Y axis is set in the vertical direction. The
[リフレクタおよびレンズへの光の入射範囲]
また、この車両用灯具1では、リフレクタ4の光軸を基準として、光源2からリフレクタ4への光の入射範囲αおよび光源2からレンズ3への光の入射範囲βが規定されるときに、リフレクタ4における光の入射範囲αとレンズ3における光の入射範囲βとがα>βの関係を有することが好ましい(図2および図3参照)。
[Light incident range on reflector and lens]
In the
かかる構成では、リフレクタ4とレンズ3との大小関係ならびにこれらと光源2との位置関係が、光源2からリフレクタ4への光の入射範囲αと光源2からレンズ3への光の入射範囲βとの関係により拘束される。また、リフレクタ4における光の入射範囲αとレンズ3における光の入射範囲βとがα>βの関係を有することにより、リフレクタ4をメインとし、レンズ3をサブとした光学系が構成される。これにより、光源2とリフレクタ4との位置関係に起因する光のロスが低減されるので、光源からの光が効率的に活用される利点がある。例えば、リフレクタにおける光の入射範囲αとレンズにおける光の入射範囲βとがα<βの関係を有する構成(図示省略)では、リフレクタ4の反射面のうち反射光がレンズ3により遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲(以下、反射光損失範囲Dという。図2および図3参照。)が増加するため、光のロスが大きくなる。
In such a configuration, the size relationship between the
また、上記の構成では、光源2から反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γがリフレクタ4の光軸Zを基準として規定されるときに、リフレクタ4における光の入射範囲αと、レンズ3における光の入射範囲βと、反射光損失範囲Dにおける光の入射範囲γとがα>β>γの関係を有することが好ましい(図2および図3参照)。かかる構成では、反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γが適正化されるので、レンズ3により遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなるリフレクタ4からの反射光が低減される。これにより、光のロスが減少して、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
In the above configuration, when the light incident range γ from the
例えば、この実施例では、まず、光源2が略半球状に光を放射するLEDチップにより構成される(図2および図3参照)。そして、この光源2がリフレクタ4の光軸Z上かつリフレクタ4の擬似フォーカス点F’に配置される。また、リフレクタ4への光の入射範囲αがリフレクタ4の光軸Zを基準として規定される。また、光源2がレンズ3の光軸Z(リフレクタ4の光軸)上かつレンズ3の擬似バックフォーカス点F(リフレクタ4の擬似フォーカス点F’)に配置される。また、レンズ3への光の入射範囲βがレンズ3の光軸Zを基準として規定される。
For example, in this embodiment, first, the
また、反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γがリフレクタ4の光軸Zを基準として規定される。また、反射光損失範囲Dがレンズ3の径(光軸Zからの高さ)と一致している。そして、これらの入射範囲α、β、γがα>β>γの関係を有するように、リフレクタ4の径および形状ならびにレンズ3の径および形状が規定されている。また、リフレクタ4への光の入射範囲αがα>90[deg]の範囲にある。これにより、各入射範囲α、β、γが適正化されて、光源からの光が効率的に活用されている。
In addition, an incident range γ of light into the reflected light loss range D is defined with reference to the optical axis Z of the
なお、リフレクタ4の径(Z軸からの高さH)に制約がある場合には、この制約の範囲内にて各入射範囲α、β、γの数値および関係が規定される。例えば、この実施例では、入射範囲αがα=100[deg](リフレクタ4の開口寸法φ100[mm]、擬似フォーカス距離21[mm])に設定され、入射範囲βがβ=55[deg](擬似バックフォーカス距離8[mm])に設定され、入射範囲γがγ=30[deg]に設定されている。
When there is a restriction on the diameter of the reflector 4 (height H from the Z axis), the numerical values and relationships of the incident ranges α, β, γ are defined within the restriction. For example, in this embodiment, the incident range α is set to α = 100 [deg] (opening size φ100 [mm] of the
[入射範囲γにおけるリフレクタの反射面]
また、この車両用灯具1では、リフレクタ4の反射光とリフレクタ4の光軸Zとのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、入射範囲γにおける反射光がレンズ3を回避して灯具の前方に照射されるように、入射範囲γにおけるリフレクタ4の反射面の反射角θ’が規定されることが好ましい(図6および図7参照)。かかる構成では、入射範囲γにおける反射光がレンズ3を回避して灯具の前方に照射されるので、光源2からの光が無駄なく効率的に活用される利点がある。
[Reflecting surface of reflector in incident range γ]
Further, in this
例えば、この実施例では、入射範囲γにおける反射角θ’がリフレクタ4の中心部(基準点O’)にてθ’=10[deg]に設定される(図6および図7参照)。これにより、入射範囲γからの反射光がリフレクタ4の前方に配置されているレンズ3を回避して灯具の前方に照射される。また、反射角θ’が、リフレクタ4の中心部からリフレクタ4の径方向外側に向かうに連れてn次連続的に減少し、入射範囲γの境界位置にてθ’=0[deg]となるように設定される。これにより、入射範囲γにおける反射光が拡散配光パターンにて灯具の前方に照射される(図8参照)。
For example, in this embodiment, the reflection angle θ ′ in the incident range γ is set to θ ′ = 10 [deg] at the central portion (reference point O ′) of the reflector 4 (see FIGS. 6 and 7). Thereby, the reflected light from the incident range γ is irradiated to the front of the lamp while avoiding the
[リフレクタの自由曲面の設計例]
例えば、灯具の拡散配光制御では、図6および図7に示したリフレクタ4が以下のように設計される(図5および図6、図8〜図12参照)。ここでは、ヘッドランプのハイビーム用配光パターン(図4参照)を一例として説明する。
[Design example of free-form surface of reflector]
For example, in the diffused light distribution control of the lamp, the
まず、設計にあたり、光源2として矩形状のLEDチップが採用される(図5参照)。この光源2では、放射光の放射強度分布がランバーシアンカーブに略一致する。また、LEDチップの中心点がリフレクタ4の擬似フォーカス点F’に一致し、且つ、LEDチップの法線方向が鉛直方向上側(Y軸正方向)に向くように、光源2が配置される。また、リフレクタ4の反射面がパラボラ系自由曲面により構成され、この反射面には、基準点O’を中心として回転方向(u方向)および放射方向(w方向)の二方向にパラメータを持つパッチが設定される(図9参照)。
First, in designing, a rectangular LED chip is employed as the light source 2 (see FIG. 5). In the
次に、リフレクタ4の水平断面視(XZ断面視)にて、擬似フォーカス点F’から反射面の各ノード点P’(u,w)に任意の波長(例えば、656[nm])の単色光を入射させて、光路追跡が行われる。次に、拡散配光制御を施す範囲(入射範囲γ)が設定され、この範囲の境界に対応するノード点P’(拡散開始点P’0(基準点0)および拡散終了点P’01)が選択される(図6参照)。そして、このノード点P’の反射光が光軸Zを中心として所定の拡散配光角にてリフレクタ4の径方向に変化するように、反射面での射出角θ’が設定される。具体的には、ノード点P’0の反射光が光軸Zに対して反射角θ’0にて反射し、また、拡散配光制御の範囲の外側端部にあるノード点P’01の反射光が光軸Zに平行(θ’01=0)となるように、リフレクタ4の反射面が設定される。
Next, in a horizontal sectional view (XZ sectional view) of the
次に、拡散配光制御を施す範囲内(拡散開始点P’0から拡散終了点P’01の間)にある各ノード点P’について、その反射光の反射角θ’が設定される(図6参照)。このとき、拡散開始点P’0の反射角θ’0と拡散終了点P’01の反射角θ’01とを基準として、各ノード点P’の反射角θ’が設定される。具体的には、リフレクタ4の放射方向(拡散開始点P’0から拡散終了点P’01に向かう方向。w方向。)に向かうに連れて反射角θ’が減少する(θ’=0に近付く)ように、n次関数(図9参照)による補間が行われる。 Next, the reflection angle θ ′ of the reflected light is set for each node point P ′ within the range where diffusion light distribution control is performed (between the diffusion start point P ′ 0 and the diffusion end point P ′ 01 ) ( (See FIG. 6). At this time, based on a 01 'reflection angle theta of 01' 0 and the diffusion end point P 'reflected angle theta of 0' spread start point P, 'reflection angle theta' each node point P is set. Specifically, the reflection angle θ ′ decreases (to θ ′ = 0) as it goes in the radiation direction of the reflector 4 (the direction from the diffusion start point P ′ 0 to the diffusion end point P ′ 01 , the w direction). As shown in FIG. 9, interpolation is performed using an n-order function (see FIG. 9).
なお、この実施例では、リフレクタ4の水平断面視にて、拡散開始点P’0の反射角θ’0がθ’0=10[deg]に設定される(図6参照)。そして、拡散開始点P0から拡散終了点P01に至る各ノード点P’の反射角θ’が1.0次関数により補間されて設定される。すなわち、反射角θ’が拡散開始点P0から拡散終了点P01に向かうに連れて徐々にθ’=0に近付くように、各ノード点P’の反射角θ’が設定される。また、リフレクタ4の水平断面視にて、水平方向右側のノード点群と水平方向左側のノード点群とが光軸Zを中心として対称となるように、反射面の各ノード点P’が設定される。
In this embodiment, the reflection angle θ ′ 0 of the diffusion start point P ′ 0 is set to θ ′ 0 = 10 [deg] in the horizontal sectional view of the reflector 4 (see FIG. 6). Then, the reflection angle θ ′ of each node point P ′ from the diffusion start point P 0 to the diffusion end point P 01 is set by interpolation with a 1.0 order function. That is, the reflection angle θ ′ of each node point P ′ is set so that the reflection angle θ ′ gradually approaches θ ′ = 0 as it goes from the diffusion start point P 0 to the diffusion end point P 01 . In addition, each node point P ′ on the reflecting surface is set so that the node point group on the right side in the horizontal direction and the node point group on the left side in the horizontal direction are symmetric about the optical axis Z in the horizontal sectional view of the
なお、拡散配光制御が施されない範囲(入射範囲γよりもリフレクタ4の径方向外側の範囲)では、反射光が光軸Zに平行(θ’=0)となるように、反射面の反射角θ’が設定される。 In the range where the diffused light distribution control is not performed (the range outside the incident range γ in the radial direction of the reflector 4), the reflected light is reflected so that the reflected light is parallel to the optical axis Z (θ ′ = 0). The angle θ ′ is set.
次に、リフレクタ4の鉛直断面視(XZ断面視)にて、水平断面視(XZ断面視)のときと同様の処理が行われて、反射面のノード点群が決定される(図7参照)。例えば、拡散配光制御を施す範囲(入射範囲γ)のうち鉛直方向上側にある境界点を拡散終了点P’02とする。このとき、拡散終了点P’02における反射光の反射角θ’02が光軸Zに平行(θ’02=0[deg])に設定され、拡散開始点P’0(θ’0=10[deg])から拡散終了点P’02に至る各反射光の反射角θが1.0次関数により補間されて設定される。
Next, in the vertical cross-sectional view (XZ cross-sectional view) of the
次に、リフレクタ4の正面視(XY平面視)にて、リフレクタ4の水平断面(XZ断面)と鉛直断面(XZ断面)との間の範囲における反射面のノード点群が決定される(図9参照)。このとき、水平断面のノード点群の反射角θ’と鉛直断面のノード点群の反射角θ’とに基づき、基準点O’を中心とする回転方向(u方向)にn次関数による補間が行われて、反射面全域の射出角θ’が設定される。そして、この反射角θ’にて反射光が反射するように、反射面のノード点群が設定される。
Next, in the front view (XY plan view) of the
次に、設定された全てのノード点を通るように反射面の自由曲面が形成される。このとき、任意に設定された階数および制御点数によりNURBS曲面化(図12参照)が行われる。これにより、反射角θ’が光軸Zを中心として回転方向(u方向)および放射方向(w方向)にパラメトリックに変化するような、自由曲面が形成される。 Next, a free curved surface of the reflecting surface is formed so as to pass through all the set node points. At this time, a NURBS curved surface (see FIG. 12) is performed with an arbitrarily set rank and control points. As a result, a free-form surface is formed such that the reflection angle θ ′ changes parametrically in the rotation direction (u direction) and the radiation direction (w direction) about the optical axis Z.
図10−1および図10−2には、上記のリフレクタ4を介してスクリーンに映し出された光源2の像(射出チップ像)が示されている。これらの図では、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源2の像が示されている。また、V軸が鉛直方向を示し、H軸が水平方向を示している。なお、鉛直方向上側かつ水平方向右側の範囲における光源2の像は、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源2の像に対してV軸対称である。
FIGS. 10A and 10B show an image (emitted chip image) of the
なお、このリフレクタ4では、入射範囲γよりも径方向外側の領域にて、50[m]以上遠方の視認性を得るための高光度帯を有する配光が施されている(図6、図7および図10−1参照)。また、γよりも径方向外側の領域にて、反射光がレンズ3を避けて20[m]以上遠方の上方および側方に照射されるような配光が施されている(図10−2参照)。
The
[レンズによる拡散配光制御]
また、この実施例では、レンズ3が略半円形状を有し、光軸Zに対して鉛直方向上側にのみ配置されている(図1、図3および図13参照)。そして、このレンズ3により、以下の拡散配光制御が行われる。
[Diffusion light distribution control by lens]
In this embodiment, the
まず、レンズ3からの射出光と光軸Zとのなす角を射出角θと呼ぶ(図14および図15参照)。このとき、レンズ3の射出面32の少なくとも一部が自由曲面から成り、且つ、この自由曲面にて、射出光の射出角θがレンズ3の中心部(例えば、基準点Oあるいは光軸Z)から端部に向かうに連れてn次連続的に変化(増加)するように、レンズ3が構成される。すなわち、射出光がレンズ3の中心部から端部に向かうに連れてレンズ3の径方向外側に滑らかに(n次連続的に)傾斜するように、射出面32の自由曲面が形成される。なお、かかる自由曲面は、所定の制御光を形成するための数式(例えば、NURBS曲面)により規定される。
First, an angle formed between the light emitted from the
この車両用灯具1では、レンズ3の射出光の射出角θがレンズ3の中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化(増加)するので、照射範囲の略中央部(H−V点付近)から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化(減衰)する(拡散配光パターン)(図4および図16参照)。また、射出面が自由曲面から成るので、射出角θをn次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて射出角θを詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。
In the
例えば、この実施例では、レンズ3の水平方向の断面視にて、射出光の射出角θ’がリフレクタ4の光軸Zを中心としてレンズ3の径方向外側に向かうに連れて徐々に増加する(図14参照)。かかる構成では、照射光が水平方向に滑らかに拡散する配光パターンが形成される(図16参照)。これにより、ハイビーム時にて、歩道や対向車線が適正に照らされ、また、滑らかな光度減衰により水平方向に対する照射範囲の視認性が向上する。また、レンズ3の鉛直方向の断面視にて、射出光の射出角θがレンズ3の光軸Zを中心としてレンズ3の径方向外側に向かうに連れて徐々に増加する(図15参照)。かかる構成では、照射光が鉛直方向に滑らかに拡散する配光パターンが形成される(図16参照)。これにより、ハイビーム時にて、上方の道路標示や樹木が適正に照らされ、また、滑らかな光度減衰により鉛直方向上方に対する照射範囲の視認性が向上する。
For example, in this embodiment, the emission angle θ ′ of the emitted light gradually increases toward the outer side in the radial direction of the
なお、この車両用灯具1では、上記に限らず、自由曲面を有するレンズ3に代えて、既存のレンズが採用されても良い。
In addition, in this
また、この車両用灯具1では、レンズ3の入射面31が平面、単一径(球面)から成る凸面あるいは凹面、その他の単純形状により構成されることが好ましい。かかる構成では、単純形状を有する入射面31を基準として射出面32(自由曲面)が設計されるので、射出面32の設計が容易となる利点がある。例えば、この実施例では、レンズ3の入射面31が平面により構成されている(図14および図15参照)。
In the
[レンズの自由曲面の設計例]
例えば、灯具の拡散配光制御では、以下のようにレンズ3が設計される(図13〜図18参照)。ここでは、ヘッドランプのハイビーム用配光パターン(図4参照)を一例として説明する。
[Design example of free-form surface of lens]
For example, in the diffusion light distribution control of the lamp, the
まず、設計にあたり、光源2として矩形状のLEDチップが採用される(図13参照)。この光源2では、放射光の放射強度分布がランバーシアンカーブに略一致する。また、LEDチップの中心点がレンズ3の擬似バックフォーカス点Fに一致し、且つ、LEDチップの法線方向が鉛直方向上側(Y軸正方向)に向くように、光源2が配置される。また、レンズ3の入射面31が平面で構成され、この入射面31には、基準点Oを中心として回転方向(u方向)および放射方向(w方向)の二方向にパラメータを持つパッチが設定される(図17参照)。なお、レンズ3の入射面31が単一径の球面から成る凸面あるいは凹面により構成される場合にも、同様の設定が行われる。また、パッチの間隔は、任意に設定され得る。
First, in designing, a rectangular LED chip is employed as the light source 2 (see FIG. 13). In the
次に、レンズ3の水平断面視(XZ断面視)にて、擬似バックフォーカス点Fから入射面31のパッチの各ノード点P(u,w)に任意の波長(例えば、656[nm])の単色光を入射させて、光路追跡が行われる。次に、拡散配光制御を施す範囲が設定され、この範囲の境界に対応するノード点P(拡散開始点P0(基準点0)および拡散終了点P1)が選択される(図14参照)。そして、このノード点P0、P1の入射光が光軸Zを中心として所定の拡散配光角にてレンズ3の径方向外側に広がるように、射出面32での射出角θが設定される。具体的には、光軸Z上にあるノード点P0の入射光が光軸Zに対して平行な射出角θ=0にて射出し、また、拡散配光制御の範囲の外側端部にあるノード点P1の入射光がレンズ3の径方向外側に所定の射出角θ=θ1にて射出するように、レンズ3の射出面32が設定される。
Next, an arbitrary wavelength (for example, 656 [nm]) from the pseudo back focus point F to each node point P (u, w) of the patch on the
次に、拡散配光制御を施す範囲内(拡散開始点P0から拡散終了点P1の間)にある各ノード点Pの入射光について、その射出光の射出角θが設定される(図14参照)。このとき、拡散開始点P0の入射光に対する射出角θ=0と拡散終了点P1の入射光に対する射出角θ=θ1とを基準として、各射出光の射出角θが設定される。具体的には、基準点Oを中心とする放射方向(拡散開始点P0から拡散終了点P1に向かう方向。w方向。)に向かうに連れて射出角θが増加するように、n次関数(図9参照)による補間が行われる。そして、設定された各射出角θに従って、入射面31のノード点群に対する射出面32のノード点群が設定される。
Next, for the incident light at each node point P within the range where diffusion light distribution control is performed (between the diffusion start point P 0 and the diffusion end point P 1 ), the emission angle θ of the emission light is set (see FIG. 14). At this time, the emission angle θ of each emission light is set with reference to the emission angle θ = 0 with respect to the incident light at the diffusion start point P 0 and the emission angle θ = θ 1 with respect to the incident light at the diffusion end point P 1 . Specifically, the n-th order is such that the emission angle θ increases in the radiation direction centered on the reference point O (the direction from the diffusion start point P 0 toward the diffusion end point P 1 , the w direction). Interpolation is performed using a function (see FIG. 9). Then, the node point group of the
なお、この実施例では、レンズ3の水平断面視にて、拡散終了点P1の入射光に対する射出光の射出角θ1がθ1=10[deg]に設定される(図14参照)。そして、拡散開始点P0から拡散終了点P1に至る各射出光の射出角θが1.0次関数により補間される。また、レンズ3の水平断面視にて、水平方向右側のノード点群と水平方向左側のノード点群とが光軸Zを中心として対称となるように、射出面32の各ノード点が設定される。
In this embodiment, the emission angle θ 1 of the emitted light with respect to the incident light at the diffusion end point P 1 is set to θ 1 = 10 [deg] in the horizontal sectional view of the lens 3 (see FIG. 14). Then, the exit angle θ of each exit light from the diffusion start point P 0 to the diffusion end point P 1 is interpolated by a 1.0 order function. In addition, each node point on the
次に、レンズ3の鉛直断面視(XZ断面視)にて、水平断面視(XZ断面視)のときと同様の処理が行われて、入射面31のノード点群に対する射出面32のノード点群が決定される(図15参照)。例えば、拡散配光制御を施す範囲のうち鉛直方向上側にある境界点を拡散終了点P2とする。このとき、拡散終了点P2における射出光の射出角θ2がθ2=2[deg]に設定され、拡散開始点P0から拡散終了点P1に至る各射出光の射出角θが1.0次関数により補間されて設定される。
Next, in the vertical cross-sectional view (XZ cross-sectional view) of the
次に、レンズ3の正面視(XY平面視)にて、レンズ3の水平断面(XZ断面)と鉛直断面(XZ断面)との間の範囲における射出面32のノード点群が決定される(図15参照)。このとき、水平断面のノード点群の射出角θと鉛直断面のノード点群の射出角θとに基づき、基準点Oを中心とする回転方向(u方向)にn次関数による補間が行われて、射出面32全域の射出角θが設定される。そして、この射出角θにて射出光が射出するように、射出面32のノード点群が設定される。
Next, in the front view (XY plane view) of the
次に、設定された全てのノード点を通るように射出面32の自由曲面が形成される。このとき、任意に設定された階数および制御点数によりNURBS曲面化(図12参照)が行われる。これにより、射出光の射出角θが光軸Zを中心として回転方向(u方向)および放射方向(w方向)にパラメトリックに変化するような、自由曲面が形成される。
Next, the free-form surface of the
図18−1〜図18−3には、上記のレンズ3を介してスクリーンに映し出された光源2の像(射出チップ像)が示されている。これらの図では、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源2の像が示されている。また、V軸が鉛直方向を示し、H軸が水平方向を示している。なお、鉛直方向上側かつ水平方向右側の範囲における光源2の像は、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源2の像に対してV軸対称である。
FIGS. 18A to 18C show images (emitted chip images) of the
図18−1〜図18−3に示すように、このレンズ3では、射出面32の射出角θがレンズ3の中心から水平方向の端部に向かうに連れて増加するため(図14参照)、スクリーンに映し出された光源2の像が水平方向に向かうに連れて拡散されることが分かる(図16参照)。また、射出面32の射出角θがレンズ3の中心から鉛直方向上側の端部に向かうに連れて増加するため(図15参照)、スクリーンに映し出された光源2の像が鉛直方向上側に向かうに連れて拡散されることが分かる(図16参照)。
As shown in FIGS. 18-1 to 18-3, in this
かかるレンズ3による配光パターンでは、中央部(HV点付近)にて最大高度帯をもつ高光度帯が維持される(図4参照)。また、照射光が光軸Zを中心として水平方向に滑らかに光度を減衰させつつ拡散され、また、鉛直方向上方にも(水平方向ほどではない角度で)滑らかに光度を減衰させつつ拡散される。これにより、水平方向に幅広な照射範囲を有し、且つ、滑らかに光度を減衰させる配光パターンが形成されている。また、20[m]以上遠方の上方および側方の視認性を得るための配光が施されている。
In such a light distribution pattern by the
以上のように、本発明にかかる車両用灯具は、光源からの光を効率的に活用できる点で有用である。 As described above, the vehicular lamp according to the present invention is useful in that the light from the light source can be efficiently used.
1 車両用灯具
2 光源
3 レンズ
31 入射面
32 射出面
4 リフレクタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光源が前記リフレクタよりも灯具の前方に配置されると共に、前記レンズが前記リフレクタの光軸上であって前記光源よりも灯具の前方に配置され、且つ、
前記リフレクタの反射面のうち前記反射光が前記レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲を反射光損失範囲Dと呼ぶと共に、前記リフレクタの光軸を基準として前記光源から前記リフレクタへの光の入射範囲αと、前記光源から前記レンズへの光の入射範囲βと、前記光源から反射光損失範囲Dへの光の入射範囲γとを規定するときに、
前記リフレクタにおける光の入射範囲αと、前記レンズにおける光の入射範囲βと、反射光損失範囲Dにおける光の入射範囲γとがα>β>γの関係を有することを特徴とする車両用灯具。 A light source composed of a semiconductor light emitting device, e Bei the reflector to be irradiated to the front of the lamp to reflect light from said light source and a lens for irradiating the front of the lamp by diffusion or widening the light from the light source,
The light source is disposed in front of the lamp with respect to the reflector, the lens is disposed on the optical axis of the reflector and in front of the lamp with respect to the light source , and
A range of the reflecting surface of the reflector where the reflected light is shielded by the lens and is not irradiated in front of the lamp is referred to as a reflected light loss range D, and from the light source to the reflector with reference to the optical axis of the reflector. When defining the light incident range α, the light incident range β from the light source to the lens, and the light incident range γ from the light source to the reflected light loss range D,
The vehicular lamp characterized in that the light incident range α in the reflector, the light incident range β in the lens, and the light incident range γ in the reflected light loss range D have a relationship of α>β> γ. .
前記レンズの射出面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、射出光の射出角θが前記レンズの中心部から端部に向かうに連れてn次連続的に変化する請求項1〜5のいずれか一つに記載の車両用灯具。 When the angle formed between the light emitted from the lens and the optical axis of the lens is called the emission angle θ,
At least a part of the exit surface of the lens is formed of a predetermined free-form surface, and in the free-form surface, the exit angle θ of the exit light changes continuously in the order of n from the center to the end of the lens. The vehicle lamp according to any one of claims 1 to 5 .
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