JP2008068855A - 湾曲状光導波板を備える照明・信号装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアビームを略光軸方向に発することができる自動車用照明・信号装置を提供する。
【解決手段】リニアビームを、略光軸方向に発することができる、自動車用照明・信号装置１０に関し、当該装置は、ソース軸Ｓのまわりで半径方向に光線を発する点光源と、光導波板１２に対する接線方向に光線を出力するための出力用前端部１８と、出力用前端部１８の方向に到達する光源からの光線を反射するための反射用後端部２０とを備える光導波板１２とを備え、垂直の光源と反射端部２０との間の板１２に垂直な入射伝搬平面内と、反射端部２０と出力端部１８との間の板１２に垂直な反射伝搬面内とを光線が伝搬するよう、該光導波板１２の形状が与えられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を導波するための板を備える自動車用照明・信号装置に関する。本発明は特に、リニアビームを、ほぼ光軸方向に発することができる、自動車用照明・信号装置に関し、この装置は、
−電源軸のまわりに半径方向に光線を発する点光源と、光線入力用端部と、
−光導波板に対する接線方向に光線を出力するための出力用前端部と、出力用前端部の方向に到達する光源からの光線を反射するための反射用後端部とを有する光導波板とを備えている。

単一の包囲体内に、照明・信号用の諸機能を数種ごとにまとめることにより、自動車におけるこれらの異なる機能のための電気ワイヤリングを単純化することが、一般に行われている。

さらに、照明・信号光の形状は、自動車の遠方からの視認性を高めるためのスタイルや、本来の美観の追求に対して、主要な役割を演ずる。

これらの問題を解決する手段として、車両に光導波路を設けることが知られている。光導波路は、一種の「管」を形成する透明の円筒であり、その第１の入力端部を経て、光線が入射する。入射した光線は、円筒外面上における連続した全反射により、光導波路に沿ってガイドされる。

光導波路の円筒面の後部は、例えば拡散縦溝等の不規則部分を備え、この不規則部分は、光線の一部を前面の方に拡散させることにより、拡散光の一部を、円筒面の対向部分を通り抜けて、光導波路から外に出し、光ビームを形成する。

光導波路は、たとえば、ロービーム前照灯の前部の境界を囲むリングとして形成することにより、環状の光ビームを発することが可能である。そして、光線入力端が、光導波路により形成されるリングの外側に配置されるよう、光導波路の入力端部分は曲げられる。

しかし、この解決法では、高強度の光ビームを得ることはできない。その理由は、光源から発せれる光線は、ランダムかつ無秩序に、導波路内部に導波されるからである。さらに、この不規則部分によって、外側に拡散することができるのは、光線の一部だけである。従って、この種の装置によって得られる光ビームは、光導波路の入力端に配置される光源が非常に強力であっても、きわめて弱いものとなる。

しかしながら、照明・信号機能が、現在の法規に適合するためには、非常に強力な光ビームが必要である。従って、光導波路は、この機能を実行するためには適していない。

さらに、得られる環状のビームの外観は、次の２つの理由のため、均一性がきわめて低い。

その１つ目は、照明・信号装置を構成する材料が通過光を吸収するため、損失が発生し、しかも、この損失は、光源からの距離が大きいほど、大きくなることである。これにより、光源の近傍での輝度が、光源から距離のある部分よりも高くなり、一様性が損なわれる。

２つ目は、湾曲した入力部分を通って光導波路に導入される光線の一部は、直接に光導波路の対向面に到達し、このスポット部分は、環状のビームの他の部分と比較して、明度が非常に高くなることである。

これらの問題を解決するため、本発明は、光源と光導波板とを備え、光導波板は、光を入力する端部と、光導波板に対する接線方向に光線を出力する前端部と、光源から到達する光線を出力端部の方向に反射する後端部とを備え、さらに以下の特徴を備えた自動車用照明・信号装置を提案するものである。

本発明の自動車用照明・信号装置は、次のような特徴を有する。
−光導波板は、光源に接続され、前記光源が発する光線がソース軸のまわりの前記接続領域で、半径方向に伝播されるような形状の領域を備えている。
−垂直の光源と反射端部との間の板に垂直な経線入射伝搬平面内と、反射端部と出力端部との間の板に垂直な反射伝搬面内とを光線が伝搬するよう、前記光導波板の形状が定められ、
−前記点灯装置が、本質的に長手光軸に沿って、線状の光ビームを発することができる方向が、反射伝搬面の光軸に関して一定の方向となるように、反射端部の形状が定められていることを特徴としている。

また、本発明は、以下の特徴をも有している。
−反射伝搬面は、点灯装置の光軸と平行である。
−反射伝搬面は、出力端部と直交している。
−光導波板（１２）は、湾曲形状を有している。
−ソース軸から延在する扇形により境界が定められている反射端部を包囲する少なくとも１つの光導波板の第１の後方部分は、ベース球の一部の形状を有する。
−ソース軸が、ベース球の中心を貫通している。
−光導波板の第２の前部は、ベース球の中心を貫通する光軸まわりの回転立体を形成している。
−反射伝搬面は、光軸に沿う線分である。
−少なくとも２つの光導波板が、第１の層に配置され、少なくとも１つの第３の光導波板が、第２の層に配置され、各光導波板は、ベース球の一部である。
−第１の層の光導波板は、第１の共通ベッド球の部分であり、第２の層の光導波板は、第２の共通ベッド球の部分であり、全ての光導波板の中心は、共通の位置にある。
−光導波板は、それぞれ、異なる軸及び異なる曲率半径を有する。
−光線出力端部は、光ビームの伝播を反射伝搬面内の光軸方向のまわりに画定する手段を備えている。
−出力端部は、屈折によって光線を分散させるためにレンズ様の形状とされている。
−光導波板は、平坦である。
−前記出力端部は、自身内の数点において光軸に垂直な角度を形成し、かつ、出射する光線を屈折させることが可能であり、前記出力端部により屈折した後の光線が、光軸に対して略平行又は平行になるよう、反射伝搬面の出力端部に対する方向が定められるように、反射端部の形状が定められ、出力端部に縦溝がない場合は、出力端部により屈折する光線は光軸と平行であり、光を水平に伝播する縦溝がある場合には、出力端部により屈折する光線は光軸と実質的に平行であり、各縦溝から出射するビームは、光軸と平行な軸上に集光している。
−前記出力端部は、本質的に平坦であり、反射端部は、少なくとも１つのパラボラの形状を有することにより、光線が前記出力端部により屈折した後に、光軸に対して平行又は略平行となるよう、準線が、出力端部に垂直な角度を形成し、出力端部に縦溝がない場合は、出力端部により屈折する光線は光軸と平行であり、光を水平に伝播する縦溝がある場合は、出力端部により屈折する光線は光軸と実質的に平行であり、各縦溝から出射するビームは、光軸に平行な軸に集光する。
−前記出力端部は、湾曲状であり、反射端部は、複雑な形を有することにより、出力端部のあらゆる点において、反射端部によって反射され、この点で、出力端部に到達するあらゆる光は、光軸と平行に屈折される。
−前記出力端部は、光導波板に接する平面内の光ビームの伝搬を画定する手段を備え、前記出力端部は、光導波板に接する平面における屈折により出射する光線を分散させうる縦溝を備えている。
−光導波板は、出力端部に近接して配置された孔を備え、光線は、光導波板に入射する前に、孔の壁を貫通することによって接平面内の経路から逸脱し、出力端部の方向に再び向き直るようになっている。
−前記孔は、出力端部と平行な段違い状の横列に整列している。
−光線入力端部の前部は、光源から到達する光線を分散させ直接に出力端部の方へ向かわせるような形状となっている。
−光源は、半径方向に光を発するＬＥＤであり、光導波板は、前記入力端部に一致する周端を有する開口を備え、前記半径方向に光を発するＬＥＤは、前記開口の内側に配置されている。
−光源は、軸方向に光を発するＬＥＤであり、光導波板が円錐に相補する形状と一致する反射面を備え、この対称軸は、光源のソース軸と一致し、この反射面は、光導波板内の半径方向に光線を向けるよう、入力端部の反対側に配置されている。
−好ましくは、上記相補的な形状は、円錐の輪郭及び平坦な部分を有する部分を備え、この円錐の輪郭部分は、前記反射端部によって包囲され、前記平坦な部分は、出力端部に対向する向きとされ、平坦な部分から発される光は、好適な方向（たとえば光軸）に平行に反射され、これにより、円錐の輪郭を有する形状に到達する全ての光が、反射端部の方へ反射される一方、この反射端部に到達することができない光は、相補的な形状が完全に円錐の輪郭を有するために、平坦な面に到達して、平行に反射され、これにより、装置の光学効率が上昇するようになっている。
−光源は、入力端部から離間して配置され、放射光線は、光導波板の反射端部に向けて半径方向だけに、光線を向けるよう、ソース軸を有する円錐の扇形状反射面まで導波される。

本発明の他の特徴及び利点は、添附の図面が参照して行う次の詳細な説明により明らかになると思う。

以下、同一・相似・類似の各要素に対して、同じ符号を付すこととする。

以下の説明では、非限定的ではあるが、自動車に関して後方から前部へと向かう長手方向を、固定して採用することとし、これを図１及び図２では矢印「Ｌ」によって示すものとする。

図１は、自動車の照明・信号装置１０を示す。点灯装置１０は、実質的に長手光軸「Ａ」に沿って、線形の光ビーム「Ｆ」を発することができる。

点灯装置１０は、球のセグメントの一部分の形の少なくとも１つの光導波板１２を備えている。図１に示す点灯装置１０は、仮想のベース球１３の部分を形成する単一の光導波板１２を備えている。

以下の説明では、光導波板１２のあらゆる点において、非限定的ではあるが、光導波板と直交する垂直方向「Ｎ」を採用することとする。

従って光導波板１２は、光を導波する正面１４及び後面１６により、厚さ方向の境界を定めている。これら２つの面、即ち前面１４と後面１６とは、少なくとも一部が互いに平行である。

光導波板１２は、光線を出力するための前端部１８によって、側方の境界が定められ、また、光を反射するための後端部２０によって、境界が定められている。図１で示す例では、反射端部２０は、出力端部１８に直接に接続され、光導波板１２の外部境界を形成している。

反射端部２０は、例えば外面をアルミニウム被覆した、反射板から成っていてもよい。２つの接合部の間、また、反射端部２０と光導波板１２の前面１４及び後面１６との間において、出力端部１８は、この端部に沿って延在し、これを２つの面に分割して、これらの間に、角度を形成する尾根を有していてもよい。従って、反射伝搬面「Ｍｒ」で光を発するため、入射光Ｒ１は二重の反射を経ることになり、１つ目は、前面後面の一方での反射、２つ目は、他方での反射である。

ここで、光出力端部１８の境界は、平坦な円弧を形成している。これは、出力端部の境界が、ベース球１３と平面との間で交点によって画定されるということである。

図７に示す本発明の変形例によれば、光導波板１２の外部境界は、反射端部２０と出力端部１８との間に挿入される不活性遷移領域２２を備えている。

図２に示すように、光導波板１２は、光入力周端部２６により境界が定められている開口２４を備えている。この開口２４は、ここでは、貫通開口である。光源２８は、光線入力端部２６と近接又は接触させて、開口２４内に配置されている。

光源２８は、光導波板１２に垂直なソース軸「Ｓ」の周りの実質的半径方向に、光線を放射することでできる。より正確には、光源２８は、反射端部２０の方向の少なくとも後方に向かって、半径方向に光線の扇を放射することでできる。

ここで光源２８は、いわゆる「サイドエミッタ」発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、これは、例えば、ソース軸「Ｓ」に対して、経線方向となる平面内で半径方向両側に、約３０°の扇状の光線を放射し、また、ソース軸「Ｓ」に垂直の平面内、例えば３６０°にわたり、ソース軸「Ｓ」のまわりに延在することができる。

図１１に示すように、発光面が、光源２８に接続する領域「ＺＣ」に形成された貫通開口内にあるように、サイドエミッタタイプＬＥＤが配置されている。ＬＥＤによって半径方向に放射した光ｒが図示され、接続領域「ＺＣ」の厚さ方向に出射する。また、ＬＥＤの発光円錐Ｃが、概略的に表され、入力端部で光導波板の厚さにほぼ対応している。このようにして、光導波板１２と光源２８との間の接続を、接続領域「ＺＣ」が可能にしており、前記光源によって発せられる光線は、前記接続領域でソース軸「Ｓ」のまわりに、半径方向に伝搬される。

図１２及び図１３に示す変形例によれば、開口は、光導波板１２の光導波面の一方の面にだけ形成され、他の面には形成されていない。従って、図１２においては、ソース２８は、ランバートイアンタイプＬＥＤ又は軸方向発光ＬＥＤである。ここで、ドームの無いＬＥＤ、例えば商品名「ゴールデンドラゴン」により入手可能なＬＥＤを用いている。このＬＥＤは、半分の空間内に発光する。このＬＥＤは、その発光面が接続領域「ＺＣ」の面と同一面となるよう配置され、その面の配置を調節することにより、前記光源によって放射される光線が、次いで、前記接続領域において、ソース軸「Ｓ」のまわりの半径方向に向け直される。接続領域「ＺＣ」は、ＬＥＤ２８が存在する側の面上に、凸状に丸くふくらんだ面「Ｂ」の形を有する入力域を、局所的に有しており、また、これに対向しかつこの凸状の面「Ｂ」に対向する面上には、円錐「ＣＯ」に相補する形状に近似の領域がある。このＬＥＤによって放たれる光線を、２つのタイプに区別することが可能である。その１つは、直接に接続領域の厚さ方向に入射するｒ１タイプ光であり、他の１つは、最初に面Ｂにより屈折し、次いで、円錐「ＣＯ」の壁により全反射されるｒ２タイプ光である。ＬＥＤの発光円錐「Ｃ」も示す。

図１３に示す変形例では、保護用ドームの付いたランバートイアンタイプＬＥＤを用いている。このタイプのＬＥＤは、例えば、商品名「レッドレベル（導かれた反逆者）」によって既知である。ＬＥＤ２８は、接続領域「ＺＣ」に配置され、ドームは、接続領域内に形成される非貫通開口に挿入されている。凸状の丸くふくらんだ面「Ｂ」が、この開口内にあり、また接続領域の対向する面上には、円錐「ＣＯ」に相補する形状に近似の領域の準備面があり、これにより、図１２の場合のように、そこに到達する光が、全反射により、接続領域「ＺＣ」内に再び放たれる。従って、図１２の場合のように、ＬＥＤによって放たれる光には、２つのタイプがある。側方に発光され接続領域に直接に入射するｒｌタイプの光と、面Ｂ上で先ず屈折し、次いで、面Ｂに対向するよう配置された面上で全反射される、ｒ２タイプの光である。

円錐「ＣＯ」は、また、変形領域を有しており、この領域なしで、直接に出力端部に到達する光を送り返すことができる。これは、例えば一種の「欠稜」に関係し、このため、反射領域「ＣＯ」が平坦な面を有するようになる。従って、ソース軸「Ｓ」に対して垂直な面に沿う部分により、また、ＬＥＤ２８の反対側にある光導波板の面において、円錐の周囲は、円と一致している。欠稜により、円の円弧が除去された部分は、円の形となり、直線が、円の残部分の２つの端を接続している。これにより、平坦な円が得られる。この直線は、円錐上の欠稜によって形成される三角形の土台を構成している。このベースの反対側の三角形の先端は、光導波板の２つの面の間の円錐上に位置し、好ましくは、この円錐の先端に近接している。このようにして、平坦化面を有する円錐が得られる。この平坦化面は、出力端部に対向して配置されている。従って、円錐の輪郭を有する部分の上方に発光される全ての光は、ソース軸「Ｓ」のまわりの、ＬＥＤ２８の反対側の面上の円錐部分の円形部分に対応した所定の角度範囲の中に分配される。好ましくは、平坦化面の先端は、円錐の先端と円錐の土台との間の、出力端部の側に位置する（例えば図１２及び１３の左側）。従って、上記所定の角度範囲は、１８０°を超えている。反射端部は、この円錐の輪郭を有する領域を包囲し、従って、ソース軸「Ｓ」のまわりに反射される全ての光は、反射端部によって、２度目の反射がなされる。他方、平坦化面の上方に発せられる光は、同じ方向かつ出力端部へ直接に向かう方向に反射され、このとき、三角形の底辺は、光軸に対して垂直な平坦化面を構成している。

ＬＥＤの選択した結果、本発明は、特性が大きく異なる複数のＬＥＤの使用を可能にし、半径方向、軸方向、又は半平面内に発光することが可能になっていることが理解されると思う。従って、接続領域を配置することが次に必要となり、これは、例えば、貫通又はＬＥＤの全部又は一部を挿入しない所定の開口を形成し、必要に応じて、光手段（特に、半平面内に発光するＬＥＤ）を提供することによって、ＬＥＤによって発光される光の最大量が、接続領域の厚さ方向に、後方反射領域２０の損失なく正しく伝搬するようなる。

ここに記載した例では、光入力端部２６は、出力端部１８を備える外境界により、また光導波板１２の反射端部２０により、包囲されている。しかし、入力端部２６は包囲されない。これは、あまり有効でないこの端部２６の扇形が、反射端部２０の反対側に位置しており、そのため、端部２０により反射される光が入力端部２６の方へ戻るからである。従って、これらの光線は、照明・信号装置に用いられず、結局消失する。この領域内に、部材を一つも配置しないため、型から、光導波板は容易に取りはずしうるという利点が得られる。

光導波板１２は、屈折率が、点灯装置１０の周囲の媒体、例えば空気等の媒体の屈折率より高い導光体より形成される。従って、入力端部２６を介して、垂直「Ｎ」に対しての、臨界屈折角より大きい入射角度で、板１２の厚さ方向に導入される光線は、光導波面１４，１６によって、全反射が可能である。

従って、光線は、２つの光導波面１４，１６の間で連続した反射がなされることにより、光導波板の厚さ方向に導波される。

図３に示すように、後方の方へ出発する入射光線は、反射端部２０によって反射されることとなり、次いで、この反射光は、出力端部１８の方へ向かって進む。反射された光線は、光導波板１２に対する接面である出力端部１８を通って外に出て、円の円弧内の線の光ビーム「Ｆ」を形成する。

以下の説明では、入射光線は、光源２８によって反射端部２０の方向に発せられる光線とすることとする。従って、光源２８によって出力端部１８の方向に直接に発せられる光線は、この入射光線の定義に含まれない。光源２８によって、出力端部１８の方向の前方に直接に発光される光線が、ここでは「直接に」と表現することとする。

また、光源２８は、たとえばハロゲンバルブ等の白熱のバルブから成っていてもよく、このバルブは、軸フィラメントを有し、入力端部２６により画定される境界内に挿入される。光導波板の領域の入力端部２６の近傍部分は、ガラス製であり、残りの部分は、ガラス製の領域の上で成形したプラスチック製であるという構成をとることにより、利点を得ることができる。この構成により、白熱のソースの使用によって発生する熱の問題を回避することができる。

軸Ａ上の位置にいる人に、入力端部２６が見えないようにするため、より正確には、光源に対応し、入力端部２６の上面及び下面に対応する２の黒い点によって包囲される光点が、人に見られないように、直射光線に対応する入力端部２６の部分の各点が、出力端部の所与の領域の方へ、光を再発光する構成とすることが有利である。

例えば、入力端部２６を複雑な形状２９とすることにより、光線が、板に、平面接線においてコリメートされ、光線が、出力端部１８の小さな領域に到達することができるようになる。この複雑な形状２９の縦溝により、出力端部１８の領域に到達する光の集中が最適化できるようになり、また、出力端部１８のこの領域のサイズを最適化できるようになり、軸上に位置する人に対して、この領域が、境界の残余よりも明るくなくなることになる。

入力端部２６の前方に向かう部分の形状は、出力端部１８に沿って、ほぼ一様に直接の光線を分配するように定められる。図２に示すように、入力端部２６の前部２９は、少なくとも出力端部１８の全体をおおう扇型に光線を分散するため、ギザギザがつけられる。

直接の光線が、接面平面において平行化（コリメート）されるように、ＬＥＤ２８に面し、ＬＥＤの方向に湾曲する凸状の曲面の形状を有する領域を、直射光線に対応する入力端部の領域の上の光軸に関し、ＬＥＤの正面に配置することもできる。例えば、図２に示すギザギザ領域２９に代えて、湾曲状領域を配置してもよい。図１０に示す変形例によれば、ＬＥＤ２８が配置される開口の形状は、一方で、点灯装置の光軸「Ａ」に関してＬＥＤ２８の後方に、その断面が好ましくは半円である凹状の形状を有し、他方、ＬＥＤ正面に凸状の湾曲状形状を有している。凹状の形状及び凸状の形状は、平坦な部分によって分離され、前方の凸状の形状よりも、後方の凹状の形状に近くなるよう光源を配置することが可能になる。従って、この凸状の形状は、ソースから更に離れて移動し、このため、凸状形状に到達する直射光線の円錐の断面は小さくなる。平坦な部分に、光の一部がこのように到達し、反射面の方向に屈折する。従って、反射光の量は増加する。ここで、明瞭化のために、開口１つだけが図１０に示されていることに留意する必要がある。ＬＥＤ２８は示されていないが、符号により開口の位置を示す。

同様に、入力端部２６を、わずかに先端を切った円錐の形状とすることにより、経面内の光導波板内の光の、光導波板への接線に対する中間の方向を最適化する構成とすることができる

図４に示す変形例においては、光源２８が、入力端部２６に近接して配置されている。光源２８は、光線入力端部の反対側に配置される反射面３０と結合されている。反射面３０は、光導波板１２の入力端部２６の方へ、実質的に半径方向に光線を反射するよう形成されている。光源２８から到達する光線は、光導波路３２、光ファイバ（図示されない）、又は反射面３０の方へ光線をフォーカスする反射器（図示されない）により、例えば反射面３０に伝えられる。

光源２８は、例えばハロゲンバルブや発光ダイオード等である。

図４に示す例では、光線は、ソース軸「Ｓ」にほぼ沿って、反射面３０に到達するよう導波される。反射面３０は、回転円錐として、あるいはソース軸「Ｓ」を有する回転円錐の一部として形成され、ソース軸「Ｓ」のまわりの輪内の半径方向に光を反射する。

反射面３０の形状は、「直接」の光線を排除し、「入射」の光線だけを発生するよう、円錐の後方部分とすることが好ましい。

反射面３０が、光導波路３２の上部の端面を形成し、光導波路３２は、光導波板１２と一体の部分として形成されることが好ましい。

本発明によれば、光源２８によって後方へ発光される入射の光線が、ソース軸「Ｓ」から半径方向に発するいわゆる「入射」経線伝搬平面「Ｍｉ」に沿って、光導波板１２内を伝搬するよう、光導波板１２が設計される。従って、各光線は、光導波板１２の内側の径方向へ、反射端部２０まで続くよう導波される。

さらにまた、反射端部２０によって反射された光が、反射端部２０と出力端部１８との間の光導波板１２に垂直な、いわゆる「反射された」平坦な伝搬平面に沿って、前部の方へ伝搬するように、光導波板１２が設計される。反射伝搬面「Ｍｒ」が、光軸「Ａ」に平行な向きとなるように、反射端部２０の形状は、特に定められている。

従って、全ての反射光が、全出力端部１８に沿って平行に分配され、出力端部の各点は、光軸「Ａ」の方向に略等しい光量を発光する。このように、出力端部は、軸「Ａ」の出力境界を見る人に対して、一様な外観を与える。

好ましいが、非限定的な態様としては、反射伝搬面「Ｍｒ」が、出力端部２０と直交することにより、出力端部２０に到達する全ての反射された光線が、光強度損失が無く出射できるようになる。

反射端部２０は、ここでは、光導波板１２の光導波面１４、１６に対して垂直である。

このデザインは、一方では、光源２８と反射端部２０の間の入射光線が通過する光導波板の少なくとも１つの後方部分１２Ｒのベース球部分形１３によって、他方では、反射端部２０の境界に与えられる特別な形状によって、実現される。

後方部分１２Ｒは、ソース軸「Ｓ」から延在し、反射端部２０を包囲する少なくとも１つの扇形を形成している。

光導波板１２の後方部分１２Ｒのベース球１３の部分が丸くなっているという事を考慮し、反射伝搬面「Ｍｒ」は、光軸「Ａ」と一致するベース球の中心「０」を貫通する同じ軸に沿った線分となっている。さらに、ソース軸「Ｓ」は、ベース球の中心１０で光軸「Ａ」を有する線分である。

さらに、反射端部２０の境界は、次の方程式により数学的に定義される。

ここで、
Oは、光導波板１２の後方部分のベース球の中心であり、
Mは、反射端部２０のあらゆる部分であり、

は、ベクトルOMの差分、即ちMにおける反射端部２０の境界への接線であり、

は、点「Ｍ」を貫通する入射経線平面「Ｍｉ」と直交する単位ベクトルであり、

は、点「Ｍ」を貫通する反射伝搬面「Ｍｒ」に直交する単位ベクトルである。

この方程式は、反射端部２０による入射の伝搬平面「Ｍ」の像が、伝搬平面「Ｍｒ」であるという事実を表している。

この微分方程式は、数値平均法やコンピュータを用いた数値解析により解くことができる。

ベース球１３の半径を無限大にとれば、光導波板１２を平坦であるとみなすことができる。次いで、反射端部２０は、パラボラの形状を有し、反射伝搬面「Ｍｒ」は、互いに平行である。

しかしながら、ベース球１３の半径を有限とすれば、反射端部の形状をパラボラに擬すことができない。

図に示す光導波板１２は、ここでは、球のセグメントの部分である。

本発明の図示しない変形例によれば、光導波板１２は、より複雑な形状を有している。しかし、前述の状態に対応すれば、光導波板１２の後方部分１２Ｒが、ベース球の部分を形成していることが必要である。

光導波板１２に直交する反射伝搬面「Ｍｒ」が、光軸「Ａ」に沿った線分を含む状態である一方、反射光だけが通過する光導波板１２の他の前部１２Ｆは、各種形状を有することができる。これを実現するため、光導波面１４及び１６は、ベース球１３の中心「Ｏ」を貫通する光軸「Ａ」のまわりに回転面を形成している。

反射伝搬面「Ｍｒ」に沿う光導波板１２の断面の曲率半径を十分に大きくとることにより、入射光線が、臨界の屈折角より大きな角度で光導波面１４、及び１６の一方に到達し、出力端部１８に到達する前に光導波板１２を出射することが回避される。

例えば、光導波板１２は、裾広がりの形状の前部を有していてもよい。

本発明の別の特徴によれば、光ビーム「Ｆ」の特性に従い、光ビーム「Ｆ」を形成する光線をフォーカスするか、或いは逆に、経線平面内や光導波板１２への接平面内に拡散する既知の光学系により、光導波板１２を補充する試みがなされる。

そのため、光導波板の出力端部１８は、ここでは、線形レンズの形状とされている。

出力端部１８は、例えば、図５に示すように、光導波板１２に垂直の方向に関して傾斜している。従って、出射する光線は、屈折によって分散し、発散するか、又は反対に光軸「Ａ」に平行にフォーカスされる。

図６に示す変形例においては、光導波板１２は、出力端部１８に近接して、外側へ広がり、丸みが付され、反射伝搬面「Ｍｒ」内の光線を、フォーカスできるようにしている。

図７に示すように、出力端部１８はまた、径方向縦溝３４を具備することがあり、これにより、光導波板１２への接平面内の光が拡散し、光軸「Ａ」に対してある角度に位置する人が、光ビーム「Ｆ」を見ることができるようになる。

図８に示す本発明の変形例によれば、縦溝３４は、光導波板１２内に出力端部１８に近接して設けた孔３６に置き換えられている。この孔３６は、ここでは、出力端部１８に平行なジグザグ状の横列に整列されている。反射光が、屈折によって分散し、光が出力端部１８の方向から、光導波板１２に再び入射する前に、孔３６に到着する際に発散する態様となるよう、孔の境界が定められている。ジグザグ状に横に並ぶ孔３６により、反射光が、孔３６を通過することなく、出力端部１８に到達することを防止することができる。

本発明の別の特徴によれば、図７に示すように、共通ベース球１３の部分を形成する複数の光導波板１２を、閉じた円、又は開いた円弧の単一ビームを形成する一組の光ビームを得るように、配置することができる。

次いで出力端部１８の境界は、ベース球と、光軸「Ａ」に対して垂直な平面との間の交点に画定される。

図９に示す本発明の変形例によれば、光導波板は、第１の共通ベース球の部分である４つの光導波板１２の第１の球面内側層内と、第２の共通ベース球の部分である３つの光導波板１２の第２の球面外側層内とに配置されている。全ての光導波板１２は、共通センター「０」に中心を有する。従って、小さなサイズの２つの同心環状ビームが、照明・信号装置１０に得られる。２つの層の光導波板１２を、ジグザグ状の横列に配置することにより、光源２８は、光軸「Ａ」のまわりに、互いに環の中心を外れるように配置される。

本発明の図示しない変形例によれば、光導波板によって、非円形の光ビーム「Ｆ」を得ることも可能である。これによれば、出力端部１８は、平坦な円弧の形をしていない。従って、出力端部１８の境界は、ベース球とあらゆる面の間の交点により得られる。

例えば異なる軸、及び異なる半径、又は曲率を有する数個の光導波板を配置することは可能であり、例えば数個の円弧から成るあらゆる境界を発生させることができる。

例えば、楕円形状リングを形成する光ビーム「Ｆ」を得るため、出力端部１８の境界が、ベース球１３と円筒状の回転面との間の交点により得られる。出力端部１８は、斜めにされた境界、即ち平坦でない境界を有する。従って、光線は、光導波板１２からの出口において、例えば縦溝３４により向きを変える必要があり、ほぼ光軸「Ａ」の方向に向けられる。

本発明の照明・信号装置１０によって、光源２４から到達する光線は、輝度を損なうことなく出力端部１８に到達する。このデザインにより、線形、ここでは円弧の形の光ビーム「Ｆ」を得ることが可能となる。

この照明・信号装置１０は、良好な効率を有し、放射光線ビーム「Ｆ」の輝度は、光源２４の輝度よりほんの少し弱い程度である。例えば、２５ルーメン（Ｌｍ）の光束の光源に対して、光ビーム「Ｆ」は、６００カンデラ（Ｃｄ）の輝度を発揮することができる。

可能な限り光ビームの輝度を最適化するためには、光導波板１２の後方部分１２Ｒが、ベース球の部分であることが好ましい。

しかしながら、本発明はまた、光線の輝度を実質的に低下させずに、光線が伝搬平面「Ｍｒ」や「Ｍｉ」からわずかに逸脱するよう、ベース球とあまり異ならないベース楕円体の部分の形を有する光導波板に適用できる。特に、各径が比較的近いサイズを有する楕円体の場合に有効である。

本発明は、また平板に関し、例えば図１０において示した例、即ち出力端部１８の形状や配向により、反射端部２０の形状が決定されることにより、光源２８によって発光されるあらゆる入射光「Ｒ１」が、反射端部２０によって反射され、光導波板に垂直な反射平面に含まれる反射光「ＲＲ」となり、出力面１８で与えられた角度を形成し、この光は、出力面１８によって屈折して、光線「ＲＳ」となり、光軸「Ａ」に平行の板を出射する。

図１０によれば、出力端部１８は、ほぼまっすぐであり、光軸「Ａ」に対して垂直ではないため、この光軸の垂線に対して、所定の角度を形成する。光軸と平行の出射光「ＲＳ」に対して、これらの出射光と出力端部１８への垂線「Ｎ」との間の角度は、光軸「Ａ」と同じ垂線「Ｎ」との間の角度と等しい。板の屈折率は、既知であり、また出射する光「ＲＳ」が移動する媒体の屈折率も既知である。直接の関係、例えばデカルト方程式により、反射光「ＲＲ」と出力端部１８への垂線「Ｎ」との角度を求めることが可能になる。この角度を、以下、「平行屈折角」と呼ぶこととする。反射端部２０は、３パラボラから形成されている。反射端部２０は、３パラボラから形成され、光源２８は、これらの各焦点に配置されている。反射光「ＲＲ」は、従って、パラボラの準線「Ｄ」と平行な反射伝搬面に含まれる。従って、パラボラの準線「Ｄ」が、出力端部１８への垂線に対して、平行屈折角に対応する所定の角度を形成するよう、反射端部２０の方向を選択することにより、入射光「ＲＪ」は、反射端部２０により反射され、反射光「ＲＲ」となり、この反射光は、出力端部１８により屈折して、光軸「Ａ」に平行な出射光「ＲＳ」となる。

３つのパラボラを示してきたが、これらに限定されるものではない。３つより少なくてよく、あるいは多くてもよい。より多くのパラボラを用い、片方の側に制限して採用することにより、パラボラの焦点から出力端部までの距離が短くなり、その結果、より浅い光導波板の使用が可能になる。

図示しない変形例によれば、出力端部は、非直線形を有していてもよく、例えば、丸い形状でもよい。これらの条件下で、反射端部の形状は、複雑な形状、即ち、パラボラやだ円その他の簡易な幾何学的形状とは異なる形状を有していてもよい。反射光「ＲＲ」の角度が屈折して、光軸「Ａ」と平行な出射光「ＲＳ」となるよう、出力端部の各部分に対して、反射端部の位置決め及び方向が決定される。

出力曲線の境界にかかわりなく、縦溝を出力端部に配置することは可能である。
上記のように、これらは縦溝又は孔３６であり、出力端部に対して、一様な光強度分布を形成する。さらに、各縦溝から出る光は、側面から分配され、光軸「Ａ」のまわりに集光される。

別の変形具体例によれば、出力端部は、光軸に対して垂直であり、反射端部は、光導波板の平面内に、少なくとも１つのパラボラを形成し、その準線は、この光軸と平行である。そして反射光は、光軸に平行な反射伝搬面に含まれる。
前述のように、出力端部に対して、一様な光強度の分布を作るため、出力端部は、縦溝又は孔３６を具備していることが好ましい。各縦溝から出射する光は、側面から分配され、光軸「Ａ」のまわりに集光される。

本発明による光導波板を備える点灯装置を表す正面図である。 図１の光導波板における光源の構成を、より大きい尺度で示す詳細図である。 図１の光導波板の下面図である。 図２の光源の変形例を表す側面図である。 図３の5-5断面に沿った断面図である。 図５に類似した図であり、本発明の変形具体例を表す図である。 複数の光導波板を備える点灯装置を表している斜視図であり、光導波板にはベース球に配置され、光導波板の出力端部が、縦溝を備える図である。 図７の光導波板の変形例を表す詳細な斜視図である。 各層内の数個の光導波板の構成を表す正面図である。 本発明に従った平坦な光導波板を備える点灯装置の平面図である。 図１の光導波板における光源の構成を、より大きい尺度で示す詳細図である。 変形例に従った光導波板を有する光源の構成の詳細断面図である。 別の変形具体例に従った光導波板を有する光源の構成の詳細断面図である。

符号の説明

１０ 照明・信号装置
１２ 光導波板
１４ 前面
１６ 後面
１８ 出力端部
２０ 反射端部
２２ 不活性遷移領域
２４ 開口
２６ 光入力周端部
２８ 光源
２９ 前部
３４ 縦溝
３６ 孔
A 光軸
D 準線
O 中心
S ソース軸

Claims (19)

1. 本質的に光軸（Ａ）方向に光線ビーム（Ｆ）を発することができる自動車用照明・信号装置（１０）であって、
   光源（２８）と光導波板（１２）とを備え、
   光導波板（１２）は、光線を入力する入力端部（２６）と、光導波板（１２）の接線方向に光線を出力する出力端（１８）と、光源（２８）から出力端部（１８）の方向に到達する光線を反射する反射後方端部（２０）とを有し、
   前記光導波板（１２）は、光源（２８）に接続し、前記光源が発する光線が、ソース軸（Ｓ）のまわりの前記接続領域で、半径方向に伝播されるように形状が定められている領域（ＺＣ）を備え、垂直の光源（２８）と反射端部（２０）との間における光導波板（１２）に垂直な経線入射伝搬平面（Ｍｉ）内と、反射端部（２０）と出力端部（１８）との間における光導波板（１２）に垂直な反射伝搬面（Ｍｒ）内とを光線が伝搬するよう、光導波板（１２）の形状が定められ、前記点灯装置（１０）が本質的に長手光軸（Ａ）に沿って線光ビーム（Ｆ）を発することができるような方向が、反射伝搬面（Ｍｒ）の光軸（Ａ）に関して定められるよう、反射端部（２０）の形状が定められていることを特徴とする自動車用照明・信号装置（１０）。
2. 反射伝搬面（Ｍｒ）は、装置（１０）の光軸（Ａ）と平行であることを特徴とする請求項１に記載の装置（１０）。
3. 反射伝搬面（Ｍｒ）は、出力端部（１８）と直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置（１０）。
4. 光導波板（１２）は、湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置（１０）。
5. ソース軸（Ｓ）から延在する扇形により境界が定められ、反射端部（２０）を包囲する少なくとも１つの光導波板（１２）の第１の後方部分（１２Ｒ）は、ベース球（１３）の−部の形状を有することを特徴とする請求項４に記載の装置（１０）。
6. ソース軸（Ｓ）は、ベース球（１３）の中心（０）を貫通していることを特徴とする請求項５に記載の装置（１０）。
7. 光導波板（１２）の第２の前部（１２Ｆ）は、ベース球（１３）の中心（０）を貫通する光軸（Ａ）まわりの回転体を形成していることを特徴とする請求項６に記載の装置（１０）。
8. 反射伝搬面（Ｍｒ）は、光軸（Ａ）に沿う線分であることを特徴とする請求項６又は７に記載の装置（１０）。
9. 少なくとも２つの光導波板（１２）が、第１の層に配置され、少なくとも１つの第３の光導波板（１２）が、第２の層に配置され、各光導波板（１２）は、ベース球の−部分であ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）。
10. 第１の層の光導波板（１２）は、第１の共通ベッド球の部分であり、第２の層の光導波板（１２）は、第２の共通ベッド球の部分であり、全ての光導波板（１２）の中心は、共通の中心（０）にあることを特徴とする請求項９に記載の装置（１０）。
11. 光導波板（１２）は、それぞれ、異なる軸及び異なる曲率半径を有することを特は、徴とする請求項９に記載の装置（１０）。
12. 光線出力端部（１８）は、光ビームの伝播を反射伝搬面（Ｍｒ）内の光軸（Ａ）方向のまわりに画定する手段を備えてい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（１０）。
13. 光導波板（１２）は、平坦であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置（１０）。
14. 前記出力端部（１８）は本質的に平坦であり、反射端部（２０）は、少なくとも１つのパラボラの形状を有することにより、光線が前記出力端部（１８）により屈折した後、光軸（Ａ）に対して平行又は略平行となるよう、準線（Ｄ）は、出力端部（１８）に垂直な角度をなしていることを特徴とする請求項１３に記載の装置（１０）。
15. 前記出力端部（１８）は、湾曲状であり、反射端部（２０）は、複雑な形を有することにより、出力端部（１８）のあらゆる点において、反射端部（２０）によって反射され、この点で出力端部に到達することあらゆる光が、光軸（Ａ）と平行に屈折されるようになっていることを特徴とする請求項１３に記載の装置（１０）。
16. 出力端部は、光導波板（１２）に接する平面内の光ビームの伝搬を画定する手段（３４、３６）を備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の装置（１０）。
17. 出力端部（１８）は、光導波板（１２）へ接する平面における屈折により出射する光線を分散させることが可能な縦溝（３４）を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の装置（１０）。
18. 光導波板（１２）は、出力端部（１８）に近接して配置された孔（３６）を備え、光線は、光導波板（１２）に入射する前に、孔（３６）の壁を貫通することによって、接平面内の経路から逸脱し、出力端部（１８）の方向に再び向き直るようになっていることを特徴とする請求項１６に記載の装置（１０）。
19. 光線入力端部（２６）の前部（２９）は、光源（２８）から到達する光線を分散させて、直接に出力端部（１８）の方へ向かわせるような形状となっていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の装置（１０）。

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