JP2007141852A - 側面放射近視野レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードのような光源からの光を集光して方向付ける近視野レンズを有する自動車照明モジュールを提供する。
【解決手段】厚みが低減された自動車照明アセンブリのための近視野レンズ。一般的に、近視野レンズは、光伝達材料の本体を含む。光源から光を受けるために、本体にポケットが形成される。ポケットは、半径方向向き内面及び軸線方向向き内面によって形成される。半径方向向き内面は、レンズの厚みを低減するように構造化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、総括的には、発光ダイオードのような光源からの光を集光して方向付ける近視野レンズを有する自動車照明モジュールに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、少ない消費電力でありながら自動車照明用途に対して満足できる光出力をもたらすので、急速に自動車照明用途の好ましい光源になっている。近視野レンズ（ＮＦＬ）は、ＬＥＤ光源からの光を集光並びに平行化するように用いられ、一般的に高い集光効率（通常７０から９０％）をもたらすが、所定の光源の出力ビームサイズは、レンズのサイズに依存する。レンズサイズが大きくなるほど（すなわち、レンズの開始焦点距離が大きいほど）、出力ビームサイズは小さくなり、ピーク強度は高くなる。しかし、より大型のレンズを製造すると複雑な成形問題を引き起こし、より多くの成形サイクル時間が掛かり、従って、高価な成形工具及び工程を必要とする。

米国特許出願第１１／２５２，００８号

従って、自動車用途の出力ビームサイズ及びピーク強度をもたらす一方、ＮＦＬのサイズを低減するレンズを有する照明アセンブリを提供する必要性が存在する。

本発明の一実施形態は、近視野レンズのサイズを低減する近視野レンズを提供する。一般的に、近視野レンズは、光伝達材料の本体と光源からの光を受けるために本体に形成されたポケットとを含む。本体は、縦方向向き外面及び横方向向き外面を形成する。縦方向向き外面は、横方向向き外面に向って横軸に沿って光を向け直すように構造化されている。ポケットは、縦方向向き内面及び横方向向き内面によって形成される。縦方向向き内面は、ポケットに向って湾曲している。

より詳細な態様により、レンズは、縦軸に対して縦方向に光を平行化する。レンズはまた、垂直軸（縦軸、横軸、及び垂直軸は互いに直交する）に対して光を垂直に平行化する。縦方向向き内面は、縦方向向き外面に向って光を屈折させるように構造化される。縦方向向き内面は、上流点と下流点との間で湾曲し、下流点における湾曲部の接線は、横軸にほぼ平行である。縦方向向き内面は、好ましくは、円弧を辿る。横方向向き内面もまた、ポケットに向って湾曲し、好ましくは、ポケットからの光を縦方向に平行化するレンズとして構造化される。横方向向き外面は、縦軸にほぼ平行である。一実施形態では、本体は、一部の光を縦方向に通過させる中心ハブを含む。本発明の教示によって構成されたＮＦＬの別の実施形態では、本体は、各々が光を横軸に沿って、しかし反対方向に方向付ける第１の本体部分及び第２の本体部分を含む。第１及び第２の本体部分は、好ましくは、縦軸に関して鏡像である。すなわち、第１及び第２の本体部分の各々は、縦方向向き内面部分を形成し、これらは、一緒に縦方向向き内面を形成し、同様に各々は、横方向向き内面部分を形成し、これらは、一緒に横方向向き内面を形成する。従って、縦方向向き内面は複合曲率を有し、横方向向き内面も複合曲率を有する。

本発明の教示によって構成されたＮＦＬの更に別の実施形態では、本体は、円盤形状であり、縦軸に関する断面形状の回転を表している。ここでは、本体は、縦軸及び横軸に互いに垂直である垂直軸を形成し、本体は、横方向及び垂直方向両方に光を放出する。すなわち、光は、縦軸に対して３６０度にわたって放出され、横方向向き外面は環状である。
本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を例示し、その説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つものである。

次に図面を参照すると、図１は、軸１４に沿って縦方向に測定される厚みが低減された軸方向近視野レンズ２０を描き、その詳細は、本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている、２００５年１０月１７日出願で現在特許出願中の米国特許出願第１１／２５２，００８号（代理人整理番号第１０５４１−２２９０号）に見ることができる。近視野レンズ２０は、本発明の教示によって以下に説明される近視野レンズ４０、１４０、２４０、３４０の構成を説明する際の規準として用いられることになる。図１に示すように、ＮＦＬ２０は、縦軸１４を定める本体２２を含む。ＮＦＬ２０は、光を集光し、平行化し、軸１４に沿って下流に向け直す。本体２２は、一般的に、光が放出される時に通過する縦方向向き外面２６に向って光を向け直す横方向向き外面２４を含む。ポケット３０が、光源からの光を受けるために本体２２に形成される。ポケット３０は、一般的に、横方向向き内面３２及び縦方向向き内面３４によって形成される。縦方向向き内面３４は湾曲しており、好ましくは、光を平行化し、光を縦方向向き外面２６を通って縦方向に方向付けるレンズとして構造化される。

半径方向向き内面３２は、横方向向き外面２４に向って光を屈折させるように湾曲している。具体的には、半径方向向き内面３２は、ＮＦＬ２０の厚みを低減することができるような方法で湾曲している。表面３２は、上流点３６と下流点３８の間で湾曲し、図示の実施形態では、その表面全体にわたって湾曲している。下流点３８で取られた半径方向向き内面３２の湾曲部の接線１５は、縦軸１４にほぼ平行に延びている。一般的に、それは、接線１５及び軸１４が互いに１度以内で平行であることを意味する。半径方向向き内面３２は、好ましくは、円弧を辿るように湾曲している。ＮＦＬ２０の更なる詳細は、上述のように米国特許出願第１１／２５２，００８号に見ることができる。

次に図２及び図３を参照すると、近視野レンズ４０が、本発明の教示によって構成されて示されている。一般的に、ＮＦＬ４０は、光伝達材料及び好ましくはアクリルのようなプラスチックから構成された第１の本体部分４２及び第２の本体部分４４を含む。第１及び第２の本体部分４２、４４は、横軸１６に沿ってほぼ整列している。第１及び第２の本体部分４２、４４は、横方向向き外面４６，４８を形成し、これを通って光は、横軸１６に沿って反対方向に方向付けられる。この双方向ＮＦＬ４０は、中心で二等分に分断された図１に描かれたＮＦＬ２０にほぼ対応する構成であり、ポケット３０の上流縁部３６は、互いに嵌合して図３に示されている単一ポケット５０を形成する。別の言い方をすると、図１に描かれた断面の２分の１（縦軸１４によって切断）は、９０度回転されて縦軸１４に関して鏡像になり、次に、横軸１６に関して１８０度にわたって回転される。垂直軸１８も、従って図２に示すように形成される。

図３に最も良く見られるように、第１の本体部分４２はまた、縦方向向き外面６２を形成し、同様に第２の本体部分４４は、縦方向向き外面６４を形成する。縦方向向き外面６２、６４は、光を縦方向及び垂直方向に平行化し、横方向向き外面４６、４８に向って光を向け直すように構造化される。ポケット５０は、４つの表面によって形成される。第１の本体部分４２は、横方向向き内面５２及び縦方向向き内面５６を形成する。同様に、第２の本体部分４４は、横方向向き内面５４及び縦方向向き内面５８を形成する。従って、縦方向向き内面部分５６、５８は、一緒に縦方向向き内面を形成し、同様に、横方向向き内面部分５２、５４は、一緒に横方向向き内面を形成する。従って、縦方向向き内面は、縦方向向き内面部分５６、５８によって定められる複合曲率によって形成されることが分かる。

一般的に、光源１０からの光は、ポケット５０に入る。光の一部分は、横方向向き内面５２、５４によって屈折し、従って、縦方向に平行化され、垂直方向に平行化され、横方向向き外面４６、４８を通って横方向下流に方向付けられる。残りの光は、縦方向向き内面部分５６、５８によって縦方向向き外面部分６２、６４に向って屈折し、これが、今度は、光を平行化して横方向向き外面４６、４８を通って横軸に沿って横方向に向け直す。

従って、近視野レンズ４０は、好ましくは図１を参照して上述した横方向向き内面３２の教示によって構成された縦方向向き内面部分５６、５８の構成のために、横方向の厚み（横軸１６に沿って測定される）が低減することが認識されるであろう。従って、ＮＦＬ４０は、横方向の厚みが低減する一方、自動車用途のためなどに適切なビームパターンを提供する。更に、ＮＦＬ４０の横方向の厚みは、ＮＦＬ４０の縦方向高さ（縦軸１４に沿って測定される）の増加なしに低減することができる。それによって、本体４２を形成するのに必要な材料の総量を低減し、製造時間を短縮し、高価な成形工具及び工程を排除する一方、自動車用途に適する出力ビームサイズ及びピーク強度を提供する。

図４及び図５は、ある一定の配光を生成するための様々なマニホルドに適用されたＮＦＬ４０を示している。図４において、ＮＦＬ４０は、第１の横方向向き外面４６に接続された第１のマニホルド８０及び第２の横方向向き外面４８に接続された第２のマニホルド８２を有する。上述のように、ＮＦＬ４０は、横軸１６に沿って２つの反対方向に光を向け直し、それは、斜角端面８７によって縦方向に向け直される。マニホルド８０、８２は、下部鋸歯状表面８４、８６及び上面８８、９０を含む。上面８８、９０は、ほぼ平坦に描かれているが、この表面は、ビーム集束又は拡散光学器械又は特定の照明機能を達成する他のあらゆる光学器械を含むことができるであろう。鋸歯状下縁８４、８６は、入射光を集光し、上部発光面８８、９０を通って入射光を向け直す。図５は、対向するマニホルド２８０、２８２に接続されたＮＦＬ４０を有する同様の配置を示している。しかし、ここでは、第２の横方向向き外面４８に接続して方向転換部材２８４が示されており、ここでは垂直軸１８に沿っている横軸に対して光を９０度向け直す。従って、あらゆる数のマニホルド及び光方向転換部材と共に双方向ＮＦＬ４０を用いて、数えられる数の配光パターンを生成して特定の配光機能を満たすことができることを当業者は認識するであろう。

次に図６を参照すると、近視野レンズ１４０の別の実施形態が描かれている。図２及び図３に示す実施形態のように、ＮＦＬ１４０は、第１の本体部分１４２及び第２の本体部分１４４を含み、各々が、縦方向向き外面１６２、１６４、横方向向き外面１４６、１４８、縦方向向き内面１５６、１５８、及び横方向向き内面１５２、１５４を含む。先の実施形態とは異なり、ＮＦＬ１４０は、第１及び第２の本体部分１４２、１４４を連結する中心ハブ１６０を含む。先の実施形態では、第１及び第２の本体部分４２、４４は、線に沿って接続されたが、中心ハブ１６０は、ＮＦＬ１４０の製造可能性を改善する相互接続の区域を提供する。中心ハブ１６０の縦方向向き表面は、縦軸１４にほぼ垂直に描かれており、従って、光は、これを通って縦方向に伝送される。しかし、中心ハブ１６０の縦方向向き内面及び外面は、中心ハブ１６０の縦方向向き外面にＶ字形溝を形成することによって光を横方向に方向付けるなどのために、あらゆる望ましいビームパターンを達成するような形状にすることができるが認識されるであろう。

本発明の教示によって構成された近視野レンズ２４０の別の実施形態が、図７及び図８に描かれている。この実施形態では、ＮＦＬ２４０は、図３に描かれたＮＦＬ４０の断面形状と同様である断面形状（図８）を有する。しかし、この実施形態では、断面形状は、縦軸１４に関するその断面形状の回転を表し、結果として図７で最も良く分る円盤形状本体２４２をもたらす。従って、円盤形状本体２４２は、単一縦方向向き外面２６２及び単一横方向向き外面２４６を形成する。ポケット２５０は、単一横方向向き内面２５２及び単一縦方向向き内面２５６によって形成される。表面２４６、２５６、２６２は、ポケット２５０に入る光が縦方向に平行化され、横軸１６にほぼ沿って横方向向き外面２４６から横方向に方向付けられるように、先の実施形態と同様に構造化される。表面２５２は、製造可能性を改善するように半径方向外側に傾けられる（約３度又はそれよりも大きく）。

従って、ＮＦＬ２４０は、横軸１６並びに垂直軸１８の両方に沿って光を放出し、具体的には縦軸１４に対して３６０度にわたって光を放出することが当業者には認識されるであろう。先の実施形態のように、ＮＦＬ２４０は、ＮＦＬ２４０の横方向の厚みを低減することができる一方、縦方向の高さは小さいままであり、自動車機能のような特別な照明用途に十分に適する配光及び集光を提供することができる。

次に図９及び図１０を参照すると、本発明の教示によって別のＮＦＬ３４０の斜視図及び断面図が描かれている。このＮＦＬ３４０は、先の実施形態のＮＦＬ２４０と同様に円盤形状であり、従って、横方向向き外面３４６、縦方向向き外面３６２、横方向向き内面３５２、及び縦方向向き内面３５６を形成する本体３４２を含む。しかし、この実施形態では、図６に図示の実施形態と同様に、本体３４２は、縦軸１４に整列した中心ハブ３６０を含む。従って、ＮＦＬ３４０は、容易に製造可能であり、光の一部分を中心ハブ３６０を通って縦方向に放出することができるように構造化される。光の大部分は、それにも関わらず、集光され、平行化され、横軸１６に沿って横方向に向け直される。

図１１及び図１２は、配光マニホルド２８０、３８０にそれぞれ連結された先の実施形態のＮＦＬ２４０及びＮＦＬ３４０を示している。図１１において、照明マニホルド２８０は、光をマニホルド２８０の縦方向上面から縦軸１４に沿って縦方向に向け直す斜角外面２８２を含む。ここで、照明マニホルド２８０はまた、斜角外面２８２の上方に位置決めされてストップライト機能のような自動車照明機能をもたらす複数のビーム集束光学器械２８４を有して描かれている。多くのビーム集束又はビーム拡散光学器械をマニホルド２８０の発光面上に使用することができることが認識されるであろう。図１２に図示の実施形態では、照明マニホルド３８０は、光を縦方向延長部３８１を通って、かつ延長部３８１の縦方向向き外面を通って方向付ける斜角外面３８２を含む。先の実施形態のように、発光面は、複数のビーム集束光学器械３８４を含んで示されている。
上述のような近視野レンズの独特な構成を通して、ＮＦＬのサイズは、ＮＦＬの縦方向の高さを増加することなく横方向に有意に低減することができることを当業者は認識するであろう。同時に、自動車用途に望ましくかつ必要なサイズ及び強度を有するビームパターンが提供される。この構造により、費用、重量、及び製造における多くの恩典が達成される。

本発明の様々な実施形態の以上の説明は、例示及び説明の目的で示されたものである。網羅的であること又は本発明を開示された実施形態に正確に限定することは意図しない。多くの修正又は変形が上述の教示を踏まえて可能である。説明した実施形態は、本発明の原理及びその実際的応用の最良の例証を提供し、それによって当業者が、考えられる特定の用途に適するように様々な修正を加えて様々な実施形態に本発明を利用することを可能にするように選択されて説明したものである。このような修正及び変形の全ては、特許請求の範囲により、それらが適正に、合法的に、かつ公平に権利を受ける範囲に従って解釈された時に判断されるような本発明の範囲内である。

残りの図面に描かれた近視野レンズを形成する際の規準として用いられる近視野レンズの断面図である。 本発明の教示によって構成された近視野レンズの斜視図である。 図２に描かれた近視野レンズの断面図である。 照明マニホルドに適用されて示されている図２及び図３に描かれた近視野レンズの断面図である。 別の照明マニホルドに適用されて示されている図２及び図３に描かれたレンズの斜視図である。 本発明の教示によって構成された別の近視野レンズの断面図である。 本発明の教示によって構成された更に別の近視野レンズの斜視図である。 図７に描かれた近視野レンズの断面図である。 本発明の教示によって構成された更に別の近視野レンズの斜視図である。 図９に描かれた近視野レンズの断面図である。 照明マニホルドに接続されて示されている図８に描かれた近視野レンズの断面図である。 別の照明マニホルドに適用されて示されている図１０に描かれた近視野レンズの断面図である。

符号の説明

４０ 近視野レンズ
４２ 第１の本体部分
４４ 第２の本体部分

Claims (20)

1. 縦軸に沿って整列した光源を有する自動車照明アセンブリのための、該縦軸に垂直な横軸に沿って延びている近視野レンズであって、
   光伝達材料の本体、
   を含み、
   前記本体は、縦方向向き外面及び横方向向き外面を形成し、該縦方向向き外面は、該横方向向き外面に向って横軸に沿って光を向け直すように構造化されており、
   光源から光を受けるために前記本体に形成されたポケット、
   を更に含み、
   前記ポケットは、縦方向向き内面及び横方向向き内面によって形成され、該縦方向向き内面は、該ポケットに向って湾曲している、
   ことを特徴とするレンズ。
2. 光を前記縦軸に対して縦方向に平行化することを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
3. 光を垂直軸に対して垂直方向に平行化し、前記縦軸、横軸、及び垂直軸は、互いに直交することを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
4. 前記縦方向向き内面は、前記縦方向向き外面に向って光を屈折させるように構造化されていることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
5. 前記縦方向向き内面は、上流点と下流点の間で湾曲しており、
   前記下流点での前記湾曲部の接線は、前記横軸にほぼ平行である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
6. 前記縦方向向き内面全体は、湾曲して円弧を辿っていることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
7. 前記横方向向き内面は、前記ポケットに向って湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
8. 前記横方向向き内面は、前記ポケットからの光を縦方向に平行化するレンズとして構造化されていることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
9. 前記横方向向き外面は、前記縦軸にほぼ平行であることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
10. 前記本体は、光を縦方向に通過させる中心ハブを含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
11. 前記本体は、光を前記横軸に沿って反対方向に方向付ける第１の本体部分及び第２の本体部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
12. 前記第１及び第２の本体部分は、前記縦軸に関して互いに鏡像であることを特徴とする請求項１１に記載の近視野レンズ。
13. 前記第１の本体部分及び第２の本体部分は、一緒に前記縦方向向き内面を形成する縦方向向き内面部分を形成することを特徴とする請求項１１に記載の近視野レンズ。
14. 前記第１の本体部分及び第２の本体部分は、一緒に前記横方向向き内面を形成する横方向向き内面部分を形成することを特徴とする請求項１１に記載の近視野レンズ。
15. 前記縦方向向き内面は、複合曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
16. 前記横方向向き内面は、複合曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
17. 前記本体は、円盤形状であることを特徴とする請求項１に記載の近視野レンズ。
18. 前記本体は、前記縦軸の周りの回転を表していることを特徴とする請求項１７に記載の近視野レンズ。
19. 前記本体は、前記縦軸及び横軸に対して互いに直交する垂直軸を形成し、
    前記本体はまた、前記横方向及び垂直方向の両方に光を放出する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の近視野レンズ。
20. 前記横方向向き外面は、環状であることを特徴とする請求項１７に記載の近視野レンズ。

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