JP2007180027A - 自動車用光ガイド搭載照明または信号装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの機能を有する光ガイドを提供する。
【解決手段】一端に位置する入射面（ＦＥ）を介して光を供給されることによって、第１の照光機能を果たすように構成された光ガイド（Ｇ）と、 前記光ガイド（Ｇ）にその入射面（ＦＥ）から光を供給することによって、前記第１の機能を果たすように構成された光源（Ｓ）と、 光ガイドの入射面（ＦＥ）または出射面（ＦＳ）の近傍に配設され、光源（Ｓ）から発せられた光の一部を取り出し、第２の照光機能を果たすように構成された少なくとも１個の光屈折または反射要素（Ｌ）とを備える自動車用照明または信号装置を提供する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、光の波長の少なくとも一部を拡散させるように構成された少なくとも１個の光ガイドを有する自動車用照明または信号装置に関する。また、本発明は、そのような照明または信号装置を有する車両にも関する。

自動車用の照明および信号の分野では、光ガイドの使用がますます一般的になりつつある。光ガイドは、一言で言えば、長手の透明体であるとともに、一般的には筒型の要素である。

ガイドの入射面と呼ばれる光ガイドの一端の近傍では、例えば、発光ダイオード型の小型光ガイドのような1個以上の光ガイドが配設されている。この光源から発せられた光線は、光ガイドの長さの範囲内で全反射して、ガイドの終端面と呼ばれるその反対側端部まで進む。

ガイド内を進んだ光線の一部は、ガイド後面（または反射面）と呼ばれる、上記面とは反対側に位置する面上に配設された反射要素により、ガイドの前面（または出射面）と呼ばれる面から出射する。この反射要素は、例えばプリズムからなっている。従って、ガイドは、その全長から光を発することになる。

この反射要素は、例えば、直線形、円弧形など、非常に多彩な幾何学形状とすることができ、その照明面を、通常はアクセスすることのない自動車のヘッドライト、またはバックライト装置の中に位置させることも可能であるという利点を有する。従って、ヘッドライトまたはバックライト装置の外観に、大きな影響を与えるものである。

光ガイドは、標識灯等、特に信号または指示機能に使用する。

本発明の目的は、多くの機能を有する新規に改良した光ガイドを提供することにある。

本発明によると、
一端に位置する入射面を介して光を供給することによって、第１の照光機能を果たすように構成された光ガイドと、
前記光ガイドに、その入射面から光を供給することによって、前記第１の機能を果たすように構成された光源と、
光ガイドの入射面または出射面の近傍に配設され、光源から発せられた光の一部を取り出し、第２の照光機能を果たすように構成された少なくとも１個の光屈折または反射要素
とを備える自動車用照明または信号装置が提供される。

光ガイドは、その長さの大部分から光を発するように構成された要素であり、光ファイバーのように単に光を搬送するものではない。

光屈折要素は、光ガイドそのものではないことが好ましい。また、反射要素は、光ガイドまたはその入射面の断面全体を占めるものではないものが好ましい。

従って、本発明は、公知の光源と、光ガイドの間の組み合わせを利用して、例えば、標識灯としての機能を得ること、そして、それに別の光源を設けることなく、光要素を付加して、例えば車幅灯のような更なる機能を得ることを可能とするものである。

１個の光源で、２つの機能を得られるため、自動車の分野では、常に大きい利点となる非常にコンパクトな光システムを得ることができる。さらに、２つの機能を確実に果たすことができる共通の光源、または共通の光源群を利用することは、電気消費量の節約の意味からも有利である。さらに、このように光の一部を抽出することは、光ガイドの従来の機能を果たす際に不利となることはない。

これに関連し、発光ダイオードは、光ガイドに光を供給するために使用されるが、このダイオードは、半平面状で発光するため、光を入射面が数?程度のガイド内に入射するようにするのが望ましい。

ダイオードが発した光は、ガイドの入射面に向けて最適な方法で搬送するために、ガイドの入射面の形状を、例えば、ダイオードの発光面を最適な方法で囲むようにするなどの方法によって平行光とする必要がある。しかし、ダイオードが発光した光は、常に少量残り、これは、ガイドによって使用されることはなく、無駄になる。

本発明の発想は、ガイドの入射面の設計をさらに改善することではなく、逆に、この状況を利用して、光の損失部分を利用し、光屈折要素を併用することによって、単なるレンズまたはミラーのような反射要素で、第２の光学的機能を確立することにある。従って、２つの照光機能、ひいては、異なる特徴（主たる方向、配光グリッド等）を有する２種類の光を、非常に経済的な手段により得ることができる。

ダイオード型の光源は、光を、入射面に向かって直接光を発するよう、光ガイドの入射面のすぐ近傍に配置することが好ましい。しかし、例えば光ファイバー型のような光学手段により、光源から発せられた光を、光ガイドの入射面まで搬送または誘導することによって、離れた位置に配置することも可能である。

以下に説明するようなさまざまな実施形態が可能である。これらの実施形態は、互いに置き換えることも、組み合わせることもできる。

第１の実施形態によると、光屈折要素が、光源から発せられた光の一部を直接遮る。この場合、光ガイドの入射面に到達しなかった光の一部を回収するか、もしくは、光ガイドの照明機能に影響を与えないように光ガイドの入射面に到達する光の一部を取り出すことが主眼である。

第２の実施形態によると、光屈折要素は、光源から発せられ、その後、入射面から光ガイドの外部へ反射する光の一部を遮ぎる。これに関し、光線が光ガイドの入射面に到達すると、その大部分がガイド内に入り、その内部を進むが、残りの部分は、フレネルの法則によりガイドの外部に反射する。

例えば、屈折率が約１．５の透明材料よりなるガイドの場合、光線が入射面に対して直角に入れば、外部に反射される光線部分は約４％である。この率は、入射面に対する光線の入射角度の傾きとともに増加する。

入射面をこのように構成して、反射を最低限に抑えることは、一般的に考えられるものであるが、ここに説明する本発明においては、それを正確に制御するか、またはそれを増幅することもできるものである。光ガイドの入射面は、少なくとも部分的に、曲面、好ましくは凸面もしくは湾曲面、あるいは、光ガイドの長軸に対して、少なくとも部分的に傾いた面とする。

第３の実施形態によると、光源から発せられた光の一部は、光ガイドの入射面の近傍に一体化されたプリズム要素によって反射され、光屈折要素を通ってガイドから出る。光屈折要素は、光ガイドに一体化されていても、そうでなくてもよい。光屈折要素に回収された光は、適切な場合には、繰り返し反射として発せられる。

光屈折要素は、光ガイドと一体化されていることが好ましい。このような構成によると、２つの構成要素が１つの部品としてモジュール化され、完璧な相対位置を確立できる。

また、中間スクリーンに組み込んでも、あるいは、ヘッドライト、またはバックライト装置のカバーレンズの中に組み込んでもよい。

同一の光源で、第２の照光機能を実施するため、実際には、２つのものを識別することができる。まず、十分な光の量を取り出す必要があること、そして、それを希望の方向および分布に送り出すことである。

後で詳しく説明する別の実施形態によると、光屈折要素によって光が回収され、例えばその主たる方向が、すでに希望の方向である場合、光屈折要素は、光線を収束するか、または組み合わせる機能のみを行う。しかし、光屈折要素によって遮られた光が、その要素に到達した際に、希望の方向でない場合、光屈折要素は、そこを通過する光線の少なくとも一部を、方向転換できるように構成されていなければならない。

光屈折要素は、プリズムで形成された出射面を有するレンズでもよく、プリズムは、連続的に設けられていても、不連続的に設けられていてもよい。このプリズムは、リブまたはリングのような光学要素を設けてあるものでもよい。その入射面には、フレネルリングを形成することもできる。

第１の機能、すなわち、光ガイドによって得られる機能は、テールランプまたはテールランプ型の信号、もしくは指示機能であり、第２の機能、すなわち、光屈折要素によって得られる機能は、車幅灯型の信号機能である。

また、光屈折または反射要素は、光ガイドの出射面近傍に配置してもよい。第２の照光機能を目的とする光は、光ガイドの上流側端部から取り出すのではなく、その下流側端部において、光ガイドの下流側端部に到達した光の量から取り出す。

また、本発明は、上記の装置を有するヘッドライト、またはバックライトを有する自動車をも提供するものである。

次に、本発明につき、実施の形態を例に挙げて、詳細に説明するが、これら実施の形態は、本発明を限定するものではない。実施形態は、添付の図面に示してある。

図１は、従来の光ガイドＧの断面図であり、車両のバックライト群において、テールランプ機能を果たすものである。

ガイドは、車両の内部において、その一端に近接して配設された発光ダイオードＳにより光の供給を受ける。図１に示す方向Ｘは、テールランプ機能を確実に果たすために、ガイドが出射する光の主たる方向である。方向Ｙは、同じ光で車幅灯機能を果たす場合のために、ガイドが出射する光の主たる方向であり、別の光源およびその他の光学要素により得られるものである。

図２は、従来の光ガイドの別の構成を示す図であり、ダイオードＳは、バックライト装置の戻り位置に位置するガイドの端部に配置されている。方向ＸおよびＹは、図１と同じ意味を有する。

光ガイドは、Ｘ軸に沿って光を伝達するように最適化してもよいが、テールランプ機能と直角の方向を主たる方向とする車幅灯機能に対しては、別の専用光学手段を設ける必要がある。

図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃは、本発明の第１の実施形態を示す。光ガイドは、標識灯機能を果たすように構成されており、光源から発光された光の一部は、ガイドＧの入射面状で反射した後に回収され、車幅灯機能を果たす。

この態様では、光ガイドＧは、円形の断面を有する。別の態様として、楕円形、四角形などの断面を有するものでもよい。

この特殊な態様では、光ガイドＧは、好ましくは水晶質の透明なポリマー、ポリカーボネート（またはポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）で形成されている。

光ガイドは、対向して発光ダイオードＳが配設された、いわゆる入射面ＦＥをその一端に有し、さらに、上記端面と反対側の端面を形成し、光源を持たない端面ＦＴを有する。また、ガイドの両端それぞれに、第２の光源を設けても良い。

ガイドは、長さ方向に沿って延在する２つの主面を有し、それら主面は、
光ガイドＧ内を進む光線の出射面を形成する第１の面ＦＳであり、この出射面ＦＳは、円滑かつ連続しているか、もしくはリブを有するものであり、第１の面ＦＳに対向して、光ガイドＧの反射面を構成し、反射要素、特にプリズムを備える第２の面ＦＲとを有する。

このような光ガイドの反射および出射面のより詳細な形状については、フランス国特許ＦＲ０４ ０６３７５およびＦＲ０４ ０６３７６を参照されたい。

図３Ａは、光ガイドＧの入射面ＦＥ上に入射する光線の通路を示す図であり、光ガイドの表面において吸収される部分Ａと、ガイド内に伝達され、その中を進む部分Ｔと、反射される部分Ｒをと有する。この反射した光の部分から、車幅灯機能を果たすために十分な光束を得ることができる。

また、下記の方法により、入射面ＦＥによって反射される光の割合を増加させること、またはその形状を変更することによって、主たる方向を変更することが可能である。

図３Ａにおいて、入射面は直線状であり、光ガイドＧの長軸に対して直角に配設されている。これがもっとも単純な構成である。

図３Ｂでは、入射面ＦＥが変更されている。平坦ではあるが、光ガイドの長軸に対して傾いている。実線の矢印は、光ガイドの入射面によって反射された光のおおよその方向を示すものであり、比較のため、破線の矢印で、図３Ａの構成で得られる方向を示している。

また、図３Ｃでは、入射面ＦＥは、凸面もしくは湾曲面となるように変形している。前の図面では、この特殊な形状により、反射する光の方向が変わることがわかる。

前記方向を必要条件に合わせて、最適な利点が得られるように調整するため、この面の凸形状の度合いを強調または変更することにより、適切に変調することができる。また、平坦な入射面（α１）で伝達される光の角度振幅は、湾曲面（α２）で得られるものより小さいことがわかる。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃから、車幅灯機能を得るため、光がどのように回収されるかがわかるが、反射光の分布は、その機能を得るために必要な完全な照光グリッド全体を含まない。そのため、光の分布を変更するための光学手段を設けたほうがよい。

この光学手段は、前述のように、反射する光のおおよその方向またはアパーチャーを変更することができる入射面の形状、または（反射光のアパーチャーに影響する）前記入射面に対するダイオードの距離、および相対的配置などのさまざまなパラメータに基づいて選択される。さらに、入射面に近い光ガイドが発した光も、車幅灯機能取得に貢献する。入射面で反射した光は、光ガイドによって得られる照光のみを行うことができる。

光ガイドおよび光源の形状に関するこれらの選択肢に、光屈折要素Ｌの有無を加えることができる。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、光ガイドの入射面ＦＥ近傍に配置され、光ガイドの入射面で反射される光を遮るように配置されたレンズＬを示す。

図４Ａの場合、レンズは凸型の入射面と、平坦面上に配置した光学要素（例えばリブやリング）を有する出射面を有する。

図４Ｂの場合、レンズは、凸型の入射面と、プリズム（破線にて図示）上に配置した光学要素（例えばリブやリング）を有する出射面を有するものであり、レンズを通る光の分布の方向を変更することができる。

レンズを出る光線は、おおよその方向と分布が、図４Ａおよび図４Ｂに示す両方の場合と等しく、レンズ上に入射する光線の方向と分布は、２つの場合で異なる。これは、図４Ｂに示す場合のレンズの出射面上に、プリズムを追加することによって実現できる。

図４Ｃの場合、車幅灯機能を供する照光の一部が、レンズＬを通過する光線とともに、ガイドの上流または入射端部Ｆ２を介して供給され、さらなる出力Ｆ２'とともに、Ｆ２の照光を達成する。この場合、レンズＬの出力面上のモチーフは、図４Ｂに示したものと反対の方向となる。

図５Ａと図５Ｂは、次に示すようなレンズＬのさらに別の態様を示す。

図５Ａにおいて、レンズは、フレネル型入射面を有するため、レンズの厚さが小となっている。

図５Ｂでは、レンズは、その出力面ｆｓにおいて、レンズの中心から外周まで連続的に傾斜するプリズムを有する。

図６は、上記の図４Ａから図４Ｃの態様の変形例であり、レンズＬをガイドに対して正確に位置決めするために、これらの２つの要素を合体して、１つの要素としたものである。これらは、単一の工程で、モジュール化できる。また、レンズをガイド上に成形することも可能である。この構成によると、バックライト装置の中の構成要素数を減らすことができる。

図７は、さらに別の態様を示し、レンズＬは、車両のバックライト装置の外側カバーレンズＧｅｘｔと一体化されている。

図８は、図５Ｂに示すガイド、レンズ、およびダイオードを、３次元で描いた図である。光ガイドの入射面で反射し、レンズＬへ方向転換された光線を示す。

図９Ａおよび図９Ｂは、本発明のさらなる実施形態を示す。この場合、車幅灯機能を果たすために回収された光は、３つの面を光ガイドＧの反射面ＦＲ側に配置したプリズム要素Ｐから入射する。

図９Ａは、３面プリズムＰの内部における光の通路を示す。ダイオードＳから伝達された光は、プリズムＰの第１の面１から入射し、屈折する。この光は、プリズムで続く２つの面２および３で完全反射する。

最後に、その幅の範囲内で光ガイドを通過し、光ガイドの出射面ＦＳ上の、入射面ＦＥ近傍の区間Ｚを通って出射する。この区間Ｚには、新たに生まれた光が、車幅灯を構成するために必要な照光分布となるような、前述の光屈折要素のような光学的モチーフを設けるのが好ましい。

光学的モチーフは、リブまたはリング、あるいはプリズムなどから、あるいは、プリズム上にリングまたはリブを配設して構成することができる。あるいは、この光学的モチーフを、別の光学的要素上、あるいは光装置のカバーレンズ上に設けてもよい。

これらモチーフのキャリヤは、光ガイドの一般的な断面形状とは異なるものでよい。図９Ｂは、プリズムＰの高さにおけるガイドの横断面図である。破線は、光ガイドのプリズムの高さまで延在する区間の外側の光ガイドの断面を示し、丸い断面である。プリズムのキャリヤ面は、実線で示している。

図１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示す態様を、３次元で示した図である。光源Ｓが生成した光ｒの通路が、ここで示すプリズムＰ上で反射している。

図１１Ａ、図１１Ｂは、上記図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明した光ガイドの別の態様を示す。ここでは、「立方体」であった偏向器が、入射面の高さで切った光ガイドの断面を表す図１１Ｂの光ガイドの入射面を拡大した形態に代わっている。

図１１Ａに示すように、光源から発せられた光の第１の部分は、光ガイドに入り、ガイド内の通路に従って進み、主たる照光機能を果たし、一方、別の部分は、入射面から入るが、面Ｒを通して反射されて、面Ｚを通ってガイドから出る。

面Ｒ上の反射は、全反射または部分反射によって得ることができる。あるいは、面Ｒを金属製にすることによっても得ることができる。このように、第２の照光機能は、面Ｚから出る光によって達成する。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、さらに別の変形例を示し、この場合、一部の光が取り出されて、光ガイドの出射面ＦＳに近いところで、第２の機能を果たす。出射面に到達した光のすべて、もしくは一部は、全反射または部分反射により、あるいは、前記面を例えば金属製とすることにより、前記面で反射する。

この反射光は、プリズム型の光屈折要素を有する区間Ｌに達し、そこで、適切な方法で方向転換させ、必要な第２の照光機能を実行する。

本発明による光屈折または反射要素が、ガイドの入射面ではなく、出射面の高さ、またはその近傍に配置されている場合、その端部に到着する光のほとんどすべてを取り出すことができるが、それが入射面の近傍に位置していると、一部しか取り出すことができず、よって、主たる機能が確実に果たせる。

結論として、本発明によると、２つの機能、特に、非常に異なる照光と、それに関連する方向性で達成できる２つの信号機能を、１つの光源から得ることができる。これは、大型の戻り、またはウィング部を有する車両のバックライトに非常に有効である。

付加的な光学要素は、様々な方法で一体化可能である。例えば、光ガイド、カバーレンズ、スクリーン、または取り付けベースに結合したり、あるいは、光ガイドそのものに一体化させることも可能である。

従来の光ガイドの断面図であり、自動車のバックライト装置に組み込むように設計されたものである。 従来の光ガイドの断面図であり、自動車のバックライト装置に組み込むように設計されたものである。 本発明の第１の実施形態による光ガイドの断面を、３つの態様で示す図である。 本発明の第１の実施形態による光ガイドの断面を、３つの態様で示す図である。 本発明の第１の実施形態による光ガイドの断面を、３つの態様で示す図である。 本発明による光ガイドと光屈折要素の３つの相対的構成を示す図である。 本発明による光ガイドと光屈折要素の３つの相対的構成を示す図である。 本発明による光ガイドと光屈折要素の３つの相対的構成を示す図である。 本発明による光屈折要素の二つの形態を示す図である。 本発明による光屈折要素の二つの形態を示す図である。 光ガイドと光屈折レンズが合体した構成を示す図である。 光屈折レンズがバックライトのカバーガラスの一部である構成を示す図である。 本発明の変形例によるガイドと光源とレンズの３次元図である。 光ガイドの入り口にプリズムが組み込まれた本発明のさらに別の変形例を示す。 光ガイドの入り口にプリズムが組み込まれた本発明のさらに別の変形例を示す。 図９Ａおよび図９Ｂの３次元で示す図である。 本発明のさらに別の変形例であり、図９Ａおよび図９Ｂの代替例である。 本発明のさらに別の変形例であり、図９Ａおよび図９Ｂの代替例である。 さらに別の変形例であり、光屈折要素が光ガイドの入口ではなく、出射面近傍に配設されているものを示す。 さらに別の変形例であり、光屈折要素が光ガイドの入口ではなく、出射面近傍に配設されているものを示す。 これらの図は、まったくの略図であり、かつわかりやすくするために、必ずしも一定の縮尺で表していない。これらすべての図面において、光ガイドは、湾曲した形状または直線的な形状で示してあるが、本発明は、あらゆる形状の光ガイドに適用可能である。

符号の説明

ＦＥ 入射面
Ｇ 光ガイド
Ｓ 発光ダイオード、光源
ＦＳ 出射面（第１の面）
ＦＲ 反射面（第２の面）
Ｌ レンズ（光反射または屈折要素）
ＦＴ 端面
Ｇｅｘｔ カバーレンズ
Ｐ プリズム
ｆｓ 出力面

Claims (14)

1. 一端に位置する入射面（ＦＥ）を介して光を供給することによって、第１の照光機能を果たすように構成された光ガイド（Ｇ）と、
   前記光ガイド（Ｇ）に、その入射面（ＦＥ）から光を供給することによって、前記第１の機能を果たすように構成された光源（Ｓ）と、
   光ガイドの入射面（ＦＥ）または出射面（ＦＳ）の近傍に配設され、光源（Ｓ）から発せられた光の一部を取り出し、第２の照光機能を果たすように構成された、少なくとも１個の光屈折または反射要素（Ｌ）
   とを備える自動車用照明または信号装置。
2. 光屈折または反射要素（Ｌ）が、光源によって発せられた光の一部を直接遮るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 光屈折または反射要素（Ｌ）が、光源（Ｓ）によって発せられ、入射面（ＦＥ）によって光ガイド（Ｇ）の外側に向かって反射される光の一部を遮るようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 光源（Ｓ）が発する光の一部が、光ガイド（Ｇ）の入射面（ＦＥ）近傍に一体化されたプリズム要素によって反射され、光屈折要素（Ｌ）を通ってガイドから出射され、光屈折要素は、光ガイドと一体化されているか、もしくは一体化されていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 光屈折または反射要素（Ｌ）が、光ガイドと一体化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 光屈折または反射要素（Ｌ）が、中間スクリーンまたは装置の外側レンズと一体化されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 光ガイド（Ｇ）の入射面（ＦＥ）は、少なくとも部分的に湾曲した面であり、凸型であるか、または少なくとも部分的に傾斜していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 光屈折要素（Ｌ）は、その内部を通る光線の少なくとも一部を方向転換するように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 光屈折要素（Ｌ）は、連続的もしくは非連続的にプリズムを有する出射面を備えるレンズであり、プリズム自体は、リブやリングのような光要素を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 光屈折要素（Ｌ）は、フレネルリングを有する入射面を備えたレンズであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 光屈折または反射要素（Ｌ）が、光ガイドの出射面（ＦＳ）の近傍に配設され、前記出射面に到達する光の全部または一部を取り出すように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 第１の照光機能は、テールランプ内の標識灯機能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 第２の照光機能は、車幅灯機能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 光源（Ｓ）は、発光ダイオードまたは発光ダイオード群であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。

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