JP2010165484A - 灯具用光学レンズ及び車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】
商品性の高い外観であって光利用効率が高く、省スペースで廉価な灯具用光学レンズを提供すること。
【解決手段】
本発明のレンズ6は、LED光源7からの光を受ける入射面19と、光を出射する出射面22と、を備え、入射面19は、LED光源7に向って凸形状であって中央部に形成されている中央入射面20と、中央入射面20の周囲に中央入射面20の中心から多角形の放射形状に形成された複数のプリズム21と、を備え、出射面22は、中央入射面20に対応したトロイダル面23と、プリズム21に対応した周囲出射面24と、を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、光源からの放射光を集光し所望の範囲に配光する灯具用光学レンズ及びそれを用いたデイタイムランプ等の車両用灯具に関するものである。
従来車両に使用される灯具としては、例えば光源から出射された光を反射するためのリフレクタと、光源から出射された光を配光制御して配光規格範囲内に出射するための配光制御レンズとを備えた灯具が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
近年車両用信号灯ランプの見栄えについてはより新規性を出すため、従来とは異なるクリスタル感のある見栄えを要求されている。これに対し、例えば光源側の面にフレネルレンズカットを施し、出射面に魚眼レンズカットを施したレンズを使用した車両用灯具が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特許文献2に記載される車両用灯具では、図14に示すように、前方および下方に開口する灯体カバー1内に、光源5を装着したL字型の光源ユニット2が組み付け一体化されている。光源ユニット2には、灯体カバー1のシェード部1aに係合する垂直部3と開口部1bに係合する水平部4が一体的に形成されている。また、垂直部3の発光面には魚眼レンズ3aが、その裏側にはフレネルレンズ3bがそれぞれ形成されている。
特開2005−294176号公報 特許2971708号公報
しかし、従来のフレネルレンズだけの構成ではクリスタル感のある見栄えは出来るが、所望の配光を作る拡散配光制御ができず、デイタイムランプ等の車両用灯具として成立しない問題があった。また、所望の配光を作るため、拡散用にレンズを使い集光用にリフレクタを組み合わせた構造では、所望の配光は作れるが光学部品の奥行きが深く、光の利用効率が悪く、部品数が増えて廉価に出来ないなどの問題があった。
本発明はこのような問題に対して成されたものであり、車両用灯具としての配光を満たすとともに光利用効率が高く商品性の高い外観であって、省スペースで廉価な灯具用光学レンズ及び車両用灯具を提供することを目的としている。
本発明は前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、入射面及びその反対側の出射面を含む灯具用光学レンズにおいて、前記入射面は、中央入射面、及び、前記中央入射面の周囲に当該中央入射面を中心に放射状に配置された複数のプリズムを含んでおり、前記出射面は、前記中央入射面の反対側の中央出射面、及び、前記複数のプリズムの反対側の周囲出射面を含んでおり、前記複数のプリズムは、それぞれ入射プリズム面及び反射プリズム面を含んでおり、前記入射プリズム面は、前記入射面側に配置された所定光源からの出射光をレンズ内部に入射させるための入射面であり、前記反射プリズム面は、前記入射プリズム面から入射し、当該反射プリズム面に到達した前記所定光源からの出射光を、前記周囲出射面に向けて反射するための反射面であり、前記中央出射面は、前記中央入射面から入射した前記所定光源からの出射光を出射する出射面であり、前記周囲出射面は、前記反射プリズムからの反射光を出射する出射面であることを特徴としている。
請求項1の発明によれば、灯具用光学レンズの入射面には、中央部に中央入射面が形成され、周囲に中央入射面を中心に放射状に配置された複数のプリズムが形成されている。出射面には中央入射面の反対側に中央出射面がされ、複数のプリズムの反対側に周囲出射面が形成されている。複数のプリズムには光源からの照射光をレンズ内部に入射させる入射プリズム面と、入射プリズム面から入射した照射光を周囲出射面に向けて反射する反射プリズム面を備えている。
中央入射面と中央出射面とにより形成される形成される配光、及び複数のプリズムと周囲出射面とにより形成される配光は、デイタイムランプ等の車両用灯具としての配光を満たす配光を形成する。また、光源の光軸に対して斜めに出射される光も複数のプリズムにより利用され、光利用効率が高く複数のプリズムによりクリスタル感のある商品性の高い外観が形成される。更に、拡散用レンズと集光用のリフレクタの2部品ではなくレンズ1枚でデイタイムランプ等の車両用灯具としての所望の配光の形成が可能となるので、省スペースで廉価な灯具用光学レンズを提供することが可能となる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記中央入射面は、前記所定光源側に凸の凸レンズ面として形成されており、前記中央出射面は、前記中央入射面からレンズ内部に入射した前記所定光源からの出射光を、左右方向に拡散させるレンズ面として形成されており、前記周囲出射面は、前記反射プリズム面からの反射光を中心部寄りに拡散させるレンズ面として形成されていることを特徴としている。
請求項2の発明によれば、光源側に凸形状の中央入射面より入射した光は屈折し、反対側に位置する中央出射面のレンズ面で左右方向に拡散される。更に中央入射面へ入光しない光源の光軸に対して斜めに出射される光を、中央入射面の周囲に放射状に複数のプリズムにより光軸に対して略平行に反射する。複数のプリズムにより反射された光は周囲出射面のレンズ面により中心部寄りに拡散される。
これにより、中央入射面と中央出射面とにより形成される形成される配光、及び複数のプリズムと周囲出射面とにより形成される配光は、デイタイムランプ等の車両用灯具としての配光を満たす配光を形成する。また、光源の光軸に対して斜めに出射される光も複数のプリズムにより利用されるので光利用効率が高く、複数のプリズムによりクリスタル感のある商品性の高い外観が形成される。更に、レンズ1枚でデイタイムランプ等の車両用灯具としての所望の配光の形成が可能となるので、省スペースで廉価な灯具用光学レンズを提供することが可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記中央出射面は、上下方向に略平行光にするR形状と左右に拡散させるR形状とが組み合わされて形成されたトロイダル面として形成されており、前記周囲出射面は、凸レンズ面または凹レンズ面として形成されていることを特徴としている。
請求項3の発明によれば、中央出射面は上下方向に略平行光とする曲率の大きいR形状であって、左右方向に所望拡散させる曲率の小さいR形状である2つの曲面が組み合わせて形成されたトロイダル面を成す。これにより中央入射面にて屈折された光が更に屈折され、左右方向に更に広く拡散配光された光でデイタイムランプ等の車両用灯具としての所望の配光パターンが形成される。
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明において、前記入射プリズム面は、前記所定光源の光軸に対して略平行に形成され、前記光源から光軸に対して斜め方向に出射された出射光をレンズ内部に入射させる入射面であり、前記反射プリズム面は、前記入射プリズム面より入射した前記所定光源からの出射光を反射し、前記光軸に対して略平行光線に変換する反射面であることを特徴としている。
請求項4の発明によれば、中央入射面へ入光しない光源から光軸に対して斜め方向に出射された出射光が、光源の光軸に対して略平行に形成された入射プリズム面からレンズ内部に入射する。更に入射した光を反射プリズム面で全反射させ光軸に対して略平行光線にする。これにより、光源からの放射光のほとんどを利用することができるので、光源の光利用効率を高くすることが可能となる。
請求項5に記載の発明は、前記請求項1から4に記載される灯具用光学レンズを用いた車両用灯具であることを特徴としている。
請求項5の発明によれば、所望の配光パターンを形成する光利用効率が高く省スペースで廉価な車両用灯具であって、尚且つクリスタル感のある商品性の高い車両用灯具とすることが可能となる。
以上説明したように、本発明の灯具用光学レンズ及び車両用灯具によれば、レンズ1枚でデイタイムランプ等の車両用灯具に適した配光を作ることが可能であって、プリズムの全反射によるクリスタル感のある商品性の高い外観とすることが出来る。更に、表面のR形状と裏面のプリズムの組み合わせにより高い光利用効率を実現し、部品点数の少ない省スペースで廉価な灯具用光学レンズ及び車両用灯具とすることが可能となる。
以下、添付図面に従って本発明に係る灯具用光学レンズの好ましい実施の形態について詳説する。本実施の形態ではLED光源を用いた車両用デイタイムランニングランプの灯具用光学レンズを例に説明するが、灯具の種類は特にこれに限定されるものでない。
図1は灯具用光学レンズの入射面の斜視図、図2は灯具用光学レンズの出射面の斜視図、図3は本発明における灯具用光学レンズの三面図、図4は本発明における灯具用光学レンズの図3に示A−A’方向の断面図、図5は灯具用光学レンズの図3に示B−B’方向の断面図、図6はフロントコンビネーションランプを示した斜視図、図7はデイタイムランニングランプの取り付け例を示した図6に示すC−C’縦断面図である。
図1に示すように、日中走行時に車両を見えやすくする目的で走行中常時点灯させるデイタイムランニングランプ用の光学レンズであるレンズ6は、LED光源7の前方に配置され、レンズ6のみで図10及び図11に示すようにECE(Economic Commission for Europe、欧州経済委員会)No87の定めるデイタイムランニングランプの安全基準として求められる基準値で決められた配光分布を作る。
レンズ6は、透明樹脂材により形成された薄型のレンズであり、LED光源7の出射面からレンズ6表面までの奥行きが短い薄型のデイタイムランニングランプを構成している。
デイタイムランニングランプとして機能させるためには、例えばレンズ6とLED光源7が組み合わされたユニットを、複数組み合わせて設置する。デイタイムランニングランプの使用例としては、例えば図6に示すように、走行ビーム8、すれ違いビーム9、ターンランプ10等を備えたフロントコンビネーションランプ11の下部に複数のデイタイムランニングランプ12が設けられる。デイタイムランプ12は図7に示すようにハウジング13に不図示の取付け具によりレンズ6とLED光源7とが取り付けられている。LED光源7には発光体14が形成された基板15に給電線16と放熱フィン17が設けられている。レンズ6の正面にはアウターレンズ18が設けられている。尚、LED光源7はトロイダル面23に対応する位置にトロイダル面23の面積と同等、若しくは、それよりも小さな面積の発光体を有する。
レンズ6は図1、2、及び3に示すように、入射面19の中央部にLED光源7に向って凸形状になった中央入射面20が形成され、中央入射面20の周囲には中心から外周部に向けて放射形状に複数のプリズム21が形成されている。レンズ6の出射面22には中央部に中央入射面20に対応した中央出射面としてのトロイダル面23が形成され、トロイダル面23の周囲にはプリズム21に対応した周囲出射面24が形成されている。
中央入射面20は図1に示すようにLED光源7に向ってR曲面に形成された凸レンズ面に形成されている。これにより、中央入射面20は図4または図5に示す光路L1のようにLED光源7より出射された光を屈折させてトロイダル面23へ集光させる。また、プリズム21寄りの周囲に入射した光は、周囲出射面24から出射させる。
プリズム21は中央入射面20を中心に外周部に向けて多角形の放射形状に複数形成されている。個々のプリズム21はLED光源7の光軸Axに対して略平行に形成されLED光源7から光軸Axに対して斜め方向に出射される光をレンズ6内部に入射させる入射プリズム面26と、それぞれの入射プリズム面26に対して所望の傾斜角度に傾斜して形成され入射プリズム面26により入射された光を全反射することで光軸Axに対して略平行に反射する反射プリズム面27とを備えている。
これにより、プリズム21は図5または図6に示す光路L2のようにLED光源7から光軸Axに対して所定角度以上に斜め方向へ出射されて中央入射面20へ入射しない光をレンズ6内へ入射する。入射された光は光軸Axに対し略平行となるように反射させて出射面22に向って出射する。
なお、本実施の形態では図3に示すようにプリズム21は12分割された多角形の放射形状に分割され、各領域に3つもしくは4つのプリズム21が形成されているが、本発明はこれに限らず所望する配光やデザインに合わせて任意の数に分割された多角形の放射形状、任意の数のプリズム21にしても好適に実施可能である。
中央出射面としてのトロイダル面23は図4及び図5に示すように、左右方向よりも上下方向の曲率の大きいR形状であって、上下方向よりも左右方向に曲率の小さいR形状である2つの曲面が組み合わせて形成されている。
これにより、トロイダル面23は中央入射面20にて屈折された光を図4に示す光路L3のように上下方向に略平行光とし、図5に示す光路L4のように左右方向に所望拡散させ上下に狭く左右に広い配光分布を形成する。
中央入射面20の位置はLED光源7の光軸Ax上であり、LED光源7から入射される光が多く、LED光源7の発光体14の見かけサイズにより拡散配光になりやすいため、中央入射面20とトロイダル面23とにより図8に示すように均整のとれた全体の配光パターンとなる。これによりデイタイムランプ等の車両用灯具としての所望の配光パターンが形成される。形成される配光パターンの光量は全体の約半分となっている。
周囲出射面24はプリズム21により光軸Axに対して略平行にされたLED光源7からの光を上下左右に拡散する凸レンズ面である。
プリズム21の位置はLED光源7の光軸Axから外れており、LED光源7より入射される光量は少なく、LED光源7の発光体14の見かけサイズが小さく集光配光になりやすいため、図9に示すようにプリズム21と周囲出射面24とにより中心部分の明るさを上げる配光パターンが形成される。
以上のように構成されたレンズ6では、プリズム21が全反射面として放射形状に配置されていることで、隣り合うプリズム21の写り込み効果が表れクリスタル感が出る。また、出射面22がR形状で形成されていることで、プリズム21のクリスタル感が外部より視認することが可能となり、更には凸レンズ効果で内部が拡大されて厚肉感や無垢感のある新しい見栄えとなって商品性の高い外観となる。
また、中央入射面20とトロイダル面23とにより形成される中央部と、プリズム21と周囲出射面24とにより形成される周辺部によってLED光源7からの放射光のほとんどを利用することが可能であって、従来の30〜50%程度の光利用効率に比べ70%以上と高い光利用効率であって、LED光源7からレンズ6までの距離が短い省スペースな灯具用光学レンズとすることが可能である。
また、本発明では外観を更によくするためにLED光源7の発光部を除く範囲で、レンズ6とLED光源7の間にアルミ蒸着や着色塗料などの表面処理された化粧板を設置しても好適に実施可能である。
次にレンズ6の作用について詳説する。レンズ6は図2に示すように、LED光源7に向って凸形状になった中央入射面20が入射面19の中央部に形成され、中央入射面20の周囲には中心から外周部に向けて多角形の放射形状に複数のプリズム21が形成されている。レンズ6の出射面22には中央部に中央入射面20に対応した中央出射面としてのトロイダル面23が形成され、トロイダル面23の周囲にはプリズム21に対応した周囲出射面24が形成されている。
LED光源7より放射されて中央入射面20へ入射した光は図4に示すように屈折してトロイダル面23へ向って集光される。中央入射面20で屈折してトロイダル面23へ向って集光された光は、トロイダル面23により光軸Axに対して上下方向に略平行に屈折され、図5に示すように左右方向に所望拡散される。これにより、レンズ6中央部ではECE No87の定めるデイタイムランニングランプの安全基準として求められる基準値、特に左右方向の基準を満たすように、図8に示すような上下に狭く左右に広い配光分布を形成する。
LED光源7から光軸Axに対して所定角度以上に斜め方向へ出射されて中央入射面20へ入射しない光は、図5及び図6に示すように光軸Axに対して略平行に形成されたそれぞれの入射プリズム面26からレンズ6内部に入射する。それぞれの入射プリズム面26により入射した光は所望の配光パターンとなるように傾斜した反射プリズム面27により全反射されて周囲出射面24へ向って略平行光線となる。略平行光線となった光は、プリズム21に対応した曲率の小さい凸状のR形状の周囲出射面24により、中心部よりに屈折した拡散光となる。これにより、レンズ6外周部ではECE No87により求められる基準値、特に中心部分の基準を満たすように、図9に示すような上下左右に略拡散された中心部分の明るさを上げる配光分布を形成する。
これらにより、レンズ6では図10に示すように上下に各10度の広がり、左右に各20度から80度の広がり範囲を備えた配光パターンを形成する。このとき、レンズ6では中央入射面20とトロイダル面23とにより形成される中央部と、プリズム21と周囲出射面24とにより形成される周辺部によってLED光源7からの放射光のほとんどを利用しており、70%以上の高い光利用効率となる。また、本実施の形態による配光パターンは、例えば図11に示すようにECE No87の定めるデイタイムランニングランプの安全基準として求められる基準値を満たし高い信頼性を備えている。
また、プリズム21が全反射面として放射形状に配置されていることで、隣り合うプリズム21の写り込み効果が表れクリスタル感が出るとともに、プリズム21のクリスタル感が外部より視認されて商品性の高い外観となる。更に、LED光源7の出射面からレンズ6表面までの奥行きは約7mmと狭く、レンズ6のみで所望の配光が出来ることで部品数が減り、省スペースで廉価な灯具となる。
以上、説明したように、本発明に係わる灯具用光学レンズによれば、中央入射面20とトロイダル面23とにより形成される中央部と、プリズム21と周囲出射面24とにより形成される周辺部によってデイタイムランプ等の車両用灯具としての配光を満たす配光を形成する。また、LED光源7の光軸Axに対して斜めに出射される光も複数のプリズム21により利用され、光利用効率が高く複数のプリズム21によりクリスタル感のある商品性の高い外観が形成される。更に、拡散用レンズと集光用のリフレクタの2部品ではなくレンズ1枚でデイタイムランプ等の車両用灯具としての所望の配光の形成が可能となるので、省スペースで廉価な灯具用光学レンズを提供することが可能となる。
なお、本実施の形態におけるトロイダル面23は凸状のR形状を備えているが、本発明はこれに限らず、トロイダル面として使用される面形状は、図12に示すように凹状のR形状である曲面28またはシリンドリカル面でもよく、これらの面が混在しても上下方向の形状と左右方向の形状の曲率が異なればトロイダル面となる。
図12に示すようなレンズ6Aの出射面22Aように左右方向に凹状のR形状である曲面28とすることで、上下方向はトロイダル面23と同じく曲率の大きいR形状であるので略平行光を出射可能であって、左右方向は曲率の小さい凹状のR形状になっているので左右方向へ広がる屈折が更に強められ、トロイダル面23よりも左右に広い配光分布を形成することが可能になる。
更に、本実施の形態では周囲出射面24は凸状のR形状であるが、本発明はこれに限らず、図13に示す出射面22Bの周囲出射面24Aのように曲率の小さい凹状のR形状としてもよい。出射面22Bのようにすることで中央部の配光に集光性が弱められ、左右方向はより明るく、左右の広がり範囲も出射面22よりも広い配光となる。
この他にもレンズ6の出射面22は、凹状、凸状、またはシリンドリカル状のトロイダル面である中央出射面と、凹状、凸状の周囲出射面とが前記実施形態以外の組合せで形成されていてもよく、例えばトロイダル面23が上下方向に凸状で左右方向に凹状であり、周囲出射面24が凹状である場合、中央部の配光は弱められ、左右方向の配光が前記実施形態よりも更に明るく、広がり範囲も広くすることが可能となる。
本発明における灯具用光学レンズの入射面の斜視図。 本発明における灯具用光学レンズの出射面の斜視図。 灯具用光学レンズの三面図。 灯具用光学レンズの図3に示すA−A’方向の断面図。 灯具用光学レンズの図3に示すB−B’方向の断面図。 フロントコンビネーションランプを示した斜視図 デイタイムランニングランプの取り付け例を示した図6に示すC−C’縦断面図 レンズ中央部の配光パターン。 レンズ周縁部の配光パターン。 レンズ全体の配光パターン。 本発明におけるデイタイムランニングランプの光度分布を示した図表。 灯具用光学レンズの出射面の1つ目の別の実施形態における斜視図。 灯具用光学レンズの出射面の2つ目の別の実施形態における斜視図。 従来の車両用灯具を示した側面図。
1…灯体カバー,1a…シェード部,2…光源ユニット,3…垂直部,3a…魚眼レンズ,3b…フレネルレンズ,4…水平部,5…光源,6…レンズ,7…LED光源,8…走行ビーム,9…すれ違いビーム,10…ターンランプ,11…フロントコンビネーションランプ,12…デイタイムランニングランプ,13…ハウジング,14…発光体,15…基板,16…給電線,17…放熱フィン,18…アウターレンズ,19…入射面,20…中央入射面,21…プリズム,22、22A、22B…出射面,23…トロイダル面,24、24A…周囲出射面,26…入射プリズム面,27…反射プリズム面,28…曲面,Ax…光軸,

Claims (5)

  1. 入射面及びその反対側の出射面を含む灯具用光学レンズにおいて、
    前記入射面は、中央入射面、及び、前記中央入射面の周囲に当該中央入射面を中心に放射状に配置された複数のプリズムを含んでおり、
    前記出射面は、前記中央入射面の反対側の中央出射面、及び、前記複数のプリズムの反対側の周囲出射面を含んでおり、
    前記複数のプリズムは、それぞれ入射プリズム面及び反射プリズム面を含んでおり、
    前記入射プリズム面は、前記入射面側に配置された所定光源からの出射光をレンズ内部に入射させるための入射面であり、
    前記反射プリズム面は、前記入射プリズム面から入射し、当該反射プリズム面に到達した前記所定光源からの出射光を、前記周囲出射面に向けて反射するための反射面であり、
    前記中央出射面は、前記中央入射面から入射した前記所定光源からの出射光を出射する出射面であり、
    前記周囲出射面は、前記反射プリズムからの反射光を出射する出射面であることを特徴とする灯具用光学レンズ。
  2. 前記中央入射面は、前記所定光源側に凸の凸レンズ面として形成されており、
    前記中央出射面は、前記中央入射面からレンズ内部に入射した前記所定光源からの出射光を、左右方向に拡散させるレンズ面として形成されており、
    前記周囲出射面は、前記反射プリズム面からの反射光を上下左右に拡散させるレンズ面として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の灯具用光学レンズ。
  3. 前記中央出射面は、上下方向に略平行光にするR形状と左右に拡散させるR形状とが組み合わされて形成されたトロイダル面として形成されており、
    前記周囲出射面は、凸レンズ面または凹レンズ面として形成されていることを特徴とする請求項1に記載の灯具用光学レンズ。
  4. 前記入射プリズム面は、前記所定光源の光軸に対して略平行に形成され、前記光源から光軸に対して斜め方向に出射された出射光をレンズ内部に入射させる入射面であり、
    前記反射プリズム面は、前記入射プリズム面より入射した前記所定光源からの出射光を反射し、前記光軸に対して略平行光線に変換する反射面であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の灯具用光学レンズ。
  5. 前記請求項1から4に記載される灯具用光学レンズを用いたことを特徴とする車両用灯具。
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