JP2010205606A - 光学モジュール及び車両用信号灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、指向性の無いＬＥＤ光源を使用して横長発光等の新しい見栄えの発光を実現するとともにＬＥＤ光源の光利用率を高めた光学モジュール及び車両用信号灯具を提供する。
【解決手段】本発明の光学モジュール１０は、指向性の無いＬＥＤ光源１２から正面方向に拡散出射される光を、第１のレンズ１６によって正面方向に集光する。また、ＬＥＤ光源１２の側面方向に拡散出射される光を、第２のレンズ１８の立壁状の入射面１８Ａと内面反射を利用して正面方向に集光する。導光体２０、２０は、一端が第２のレンズ１８の出射面１８Ｃ側の一部に配置され、他端が第２のレンズ１８の側方に延設される形状を有している。そして、導光体２０は、第２のレンズ１８で内面反射された正面方向の光を左右方向、前後方向、上下方向、及び前方に反射させる複数の反射面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを有しており、前記光を最後の反射面２０Ｄによって第２のレンズ１８の側方から正面方向に出射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学モジュール及び車両用信号灯具に係り、特に車両の後部に設けられるテールランプ等の車両用信号灯具に使用される光学モジュール及びその車両用信号灯具に関する。

特許文献１には、複数個のＬＥＤ光源と、複数個のＬＥＤ光源に対応した複数個のレンズカット部を施したレンズ部とからなる灯具が開示されている。この灯具は、ＬＥＤ光源の中心にレンズカット部の中心が垂直線上に位置するように形成されている。また、レンズカット部は、凸面とこの凸面の周縁部に形成された凹面とから構成され、凸面に至る光を１次屈折光として取り出し、凹面に至る光を２次屈折光として取り出す。更に、ＬＥＤ光源としては、指向性のないランバーシャン配光のものが使用されている。

なお、特許文献１の灯具では、１個のＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源に対応するレンズカット部とによって光学モジュールを構成している。この光学モジュールによれば、レンズカット部の表面形状は円形状であるため、発光面は円形である。

特許文献２には、複数個のＬＥＤ光源と、複数個のＬＥＤ光源に対応した複数個のレンズカット部を施したレンズ部とからなる灯具が開示されている。この灯具のレンズカット部は、外側に球面状の凸面、内側に球面状の凹面を備えており、これらの凸面及び凹面は、ＬＥＤ光源のジャンクション部を中心とする同心球状面に形成されている。また、ＬＥＤ光源としては、指向性のないランバーシャン配光のものが使用されている。

なお、特許文献２の灯具では、１個のＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源に対応するレンズカット部とによって光学モジュールを構成している。この光学モジュールによれば、特許文献１と同様に、レンズカット部の表面形状は円形状であるため、発光面は円形である。

特許文献３には、指向性のあるＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源を挟んで上下にそれぞれ２つ配置された反射ミラーとを組み合わせた発光面を有し、ＬＥＤ光源の発光面を１／３に狭めて横長の発光とする車両用信号灯具が開示されている。反射ミラーは、アルミニウムや銀等の光沢金属の蒸着、スパッタリング等により薄膜表面処理されることにより、反射面として構成されている。

なお、特許文献３の灯具では、１個のＬＥＤ光源と、このＬＥＤ光源を挟んで上下に２枚ずつ配置される反射ミラーとによって光学モジュールを構成している。

特開昭６０−１３０００１号公報 特開昭６１−３９８０３号公報 特開２００７−２８７４９０号公報

ところで、従来のＬＥＤ光源を使用した車両用信号灯具（特にリヤランプ）は、発光面が円形状であるものが多いため、差別化を図る横長発光等の新しい見栄えが求められている。

しかし、特許文献１、２に開示された光学モジュールの発光面の形状は、光利用率を重視した円形状であり、デザイン面を考慮して横長発光にすると円形状レンズの上下の発光面をカットした形態となり光利用率が低下するという欠点がある。

また、特許文献３の光学モジュールでは、指向性のあるＬＥＤ光源を使用し横長発光を達成できたとしても、指向性の無いランバーシャン発光のＬＥＤ光源を使用した場合、正面方向で横長の光出射部の範囲の光しか使用できないため、光利用率が低下するという欠点がある。また、２枚の反射ミラーで２回反射することによる光損失が、合わせて全体の３０％と大きく、光利用率が更に悪化するという欠点もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、指向性の無いＬＥＤ光源を使用して横長発光等の新しい見栄えの発光を実現するとともにＬＥＤ光源の光利用率を高めた光学モジュール及び車両用信号灯具を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、指向性の無いＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から正面方向に拡散出射される光を、正面方向に集光する第１のレンズと、前記第１のレンズの外側に配置され、前記ＬＥＤ光源の側面方向に拡散出射される光を、立壁状の入射面と内面反射を利用して正面方向に集光する第２のレンズと、前記第２のレンズの出射面側の一部に配置されるとともに第２のレンズの側方に延設され、第２のレンズで内面反射された正面方向の光をその複数の傾斜面を利用して左右方向、前後方向、上下方向、及び前方に反射させることにより、第２のレンズの側方から正面方向に出射させる導光体と、を備えたことを特徴とする光学モジュールを提供する。

本発明の光学モジュールによれば、指向性の無いＬＥＤ光源から正面方向（光軸を中心とした所定範囲）に拡散出射される光を、第１のレンズによって正面方向（光軸中心に向う方向）に集光する。また、ＬＥＤ光源の側面方向（ＬＥＤ光源の照射範囲のうち前記第１のレンズに入射した光よりも外側に照射される光）に拡散出射される光を、第２のレンズの立壁状の入射面と内面反射を利用して正面方向に集光する。第１のレンズ及び第２のレンズで作られる発光面は円形状である。

そこで、発光面を横長発光等の新しい見栄えとする形状に変更するため、本発明では導光体を設けている。この導光体は、一端が第２のレンズの出射面側の一部に配置され、他端が第２のレンズの側方（外側）に延設される形状を有している。そして、この導光体は、第２のレンズで内面反射された正面方向の光を左右方向（第２のレンズの外側方向）に反射する第１の全反射面と、前記第１の全反射面からの光を後方向（灯具照射方向とは反対方向）に反射する第２の全反射面と、前記第２の全反射面からの光を上方又は下方（正面視前記第１のレンズのレンズ面を外側に平行移動させた位置に相当する方向）に反射する第３の全反射面と、及び前記第３の全反射面からの光を前方（灯具照射方向）に反射する第４の全反射面との複数の傾斜面を有しており、前記正面方向の光を第４の全反射面によって第２のレンズの側方（外側）から正面方向に出射させる。

これにより、本発明の光学モジュールによれば、第１のレンズ及び第２のレンズからなる円形状の発光面の一部を導光体が覆うことで横長形状の発光面となり、これに導光体の形状を加えた発光面となるので、単なる円形状ではなく、略横長形状の発光面となる。また、指向性の無いＬＥＤ光源からの光は、第２のレンズ及び導光体の内面反射により出射されるので、反射板や反射ミラーを使用して横長の発光面とする従来例と比較して光利用率が向上する。

また、本発明の光学モジュールによれば、前記導光体は、前記第１のレンズの出射面を挟んで一対設けられ、その一対の導光体を合わせた該一対の導光体の出射面の短手方向の長さが第１のレンズの出射面の長さと略同じ長さに設定されていることが好ましい。これにより、光学モジュールの発光面は、第１のレンズ及び導光体が設置されていない部分の第２のレンズで得られる横長形状の発光面と、導光体の二つの発光面とを合わせた横長形状の発光面となる。この場合、導光体の形状は正面視において略矩形状であることが好ましい。

更に、本発明の光学モジュールによれば、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、及び前記導光体が一体に設けられたことが好ましい。これにより、光学モジュールのレンズ体は一体品として取り扱われるため、光学モジュールや車両用信号灯具の組み立て作業が容易になる。

一方、本発明の車両用信号灯具によれば、本発明の光学モジュールが、複数個並列配置されて灯具ケーシングに収納されてなることを特徴としている。

本発明の車両用信号灯具によれば、正面視で横長状の発光体となり、配光は車両用信号灯具に要求される所定の配光パターンとなる。

以上説明したように本発明の光学モジュール及び車両用信号灯具によれば、指向性の無いＬＥＤ光源を使用して横長発光等の新しい見栄えの発光を実現することができるとともに、ＬＥＤ光源の光利用率を高めることができる。

実施の形態の光学モジュールを正面側から見た斜視図 図１に示した光学モジュールを背面側から見た斜視図 図１に示した光学モジュールの正面図 図３に示した光学モジュールのＡ−Ａ線に沿う縦断面図 図３に示した光学モジュールのＢ−Ｂ線に沿う横断面図 縦方向に切断した光学モジュールにおける光路図 横方向に切断した光学モジュールにおける光路図 図１に示した光学モジュールの配光パターンを示した説明図 図１に示した光学モジュールによって構成された車両用信号灯具の正面図

以下、添付図面に従って本発明に係る光学モジュール及び車両用信号灯具の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、実施の形態の光学モジュール１０を正面側から見た斜視図、図２は、光学モジュール１０を背面側から見た斜視図、図３は、光学モジュール１０の正面図、図４は、図３に示した光学モジュール１０のＡ−Ａ線に沿う縦断面図、図５は、図３に示した光学モジュール１０のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。また、図６には、縦方向に切断した光学モジュール１０における光路図が示されており、図７は、横方向に切断した光学モジュール１０における光路図が示されている。

図１〜図５に示すように、実施の形態の光学モジュール１０は、指向性の無いランバーシャン配光のチップタイプのＬＥＤ光源１２と、図３の如く正面視横長の略矩形状に形成されたレンズ体１４とによって構成されている。このレンズ体１４は第１のレンズ１６、第２のレンズ１８、及び一対の導光体２０、２０から構成されている。詳細は後述するが、導光体２０、２０は第１のレンズ１６を挟んで上下に設けられ、その構成は同一であるため、ここでは上側に配置された導光体２０の構成を説明し、下側に配置された導光体２０は、上側の導光体２０と同一の符号を付すことによりその構成及び機能の説明は省略する。また、実施の形態の光学モジュール１０は、一対の導光体２０、２０を有しているが、少なくとも一方の導光体２０を備えることにより本願の課題は達成できる。

図２に示したＬＥＤ光源１２は、回路基板２２に実装されており、この回路基板２２を介して電源部（不図示）から駆動電圧が印加されることにより点灯される。

ＬＥＤ光源１２の出射方向の正面には第１のレンズ１６が配置され、第１のレンズ１６の周囲に正面視略円形の第２のレンズ１８が配置されている。

第１のレンズ１６は図４、図５に示すように、ＬＥＤ光源１２に対向する入射面１６Ａが球形状の凸面形状に形成され、出射面１６Ｂがトロイダル面形状に形成されている。この第１のレンズ１６によれば図６、図７に示すように、入射面１６Ａ側で１次屈折させて光を集光し、更に出射面１６Ｂ側で２次屈折させ、上下は集光、左右は必要角度に拡散させることにより、信号灯用の所望の配光を作ることができる。

第２のレンズ１８は図３の如く、正面視ドーナツ形状に形成され、第１のレンズ１６の外側に配置されている。この第２のレンズ１８は図６、図７の如く、ＬＥＤ光源１２の側面方向に拡散出射される光を、すなわち、第１のレンズ１６の入射範囲より外側に照射される光を、立壁状の入射面１８Ａと内面１８Ｂの全反射を利用して出射面１８Ｃから正面方向に集光する。すなわち、第２のレンズ１８は、入射面１８Ａがレンズ抜き勾配を持つ、ＬＥＤ光源１２の光軸Ａｘを中心とした円柱状に形成されている。また、第２のレンズ１８の内面１８Ｂは、入射面１８Ａで屈折された光を全反射により正面方向に反射する直線又は曲線状に形成されており、入射面１８Ａと同じくＬＥＤ光源１２の光軸Ａｘ回りに回転させた形状となっている。これにより、第２のレンズ１８は、入射面１８Ａと内面１８Ｂとが組み合わされたプリズムレンズとなっている。また、第２のレンズ１８の出射面１８Ｃは、平面又は曲率の大きな曲面に形成されている。したがって、第２のレンズ１８によれば、入射面１８Ａで屈折されて内面１８Ｂの全反射で反射、集光された光を出射面１８Ｃから出射することにより、大きく拡散せず集光された配光を作ることができる。

ところで、前述した導光体２０、２０は図１、図３に示すように、第２のレンズ１８の出射面１８Ｃ側であって、第１のレンズ１６の出射面１６Ｂを挟んだ上下に設けられている。この導光体２０は、正面視略矩形状に形成され、一端が第２のレンズ１８の出射面１８Ｃ側の一部に配置され、他端が第２のレンズ１８の側方に延設される形状を有している。そして、この導光体２０は図１、図２の如く、第２のレンズ１８で内面反射された正面方向の光をまず左右方向に反射した後、前後方向に反射し、更に上下方向、及び前方に内面反射させる４枚の反射面第１の反射面２０Ａ、第２の反射面２０Ｂ、第３の反射面２０Ｃ、第４の反射面２０Ｄを有しており、前記光を第４の反射面２０Ｄによって第２のレンズ１８の側方から正面方向に出射させる。なお、図６には、第１の反射面２０Ａ、第２の反射面２０Ｂ、第３の反射面２０Ｃ、及び第４の反射面２０Ｄを模式的に示している。

第１乃至第４の反射面２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄについて説明すると、まず、上部に配置された導光体２０の第１の反射面２０Ａは図１の如く、第２のレンズ１８の出射面１８Ｃの上部から出射された光を、図１の第２のレンズ１８の外側左方に全反射するように導光体２０を上下方向から見て４５度の傾斜面に形成される。

また、左右方向で第１の反射面２０Ａに対向する位置には第２の反射面２０Ｂが形成されている。この第２の反射面２０Ｂと第１の反射面２０Ａとによって導光体２０の前部がＶ字状に形成され、第２の反射面２０Ｂは、第１の反射面２０Ａと同様に導光体２０を上下方向から見て４５度の傾斜面に形成される。第１の反射面２０Ａによって全反射された光は、第２の反射面２０Ｂによって後方に全反射される。つまり、出射面１８Ｃから出射された光は、第１の反射面２０Ａと第２の反射面２０Ｂとによって１８０°折り返される。

更に、前後方向で第２の反射面２０Ｂに対向する位置には図２の如く、第３の反射面２０Ｃが形成されている。第３の反射面２０Ｃは、第２の反射面２０Ｂで反射された光を下方に反射するように導光体２０を左右方向から見て４５度の傾斜面に形成される。

また、上下方向で第３の反射面２０Ｃに対向する位置には第４の反射面２０Ｄが形成されている。第４の反射面２０Ｄと第３の反射面２０Ｃとによって導光体２０の後部がＶ字状に形成され、第４の反射面２０Ｄは、第３の反射面２０Ｃと同様に導光体２０を左右方向から見て４５度の傾斜面に形成される。第３の反射面２０Ｃによって全反射された光は、第４の反射面２０Ｄによって前方に全反射され、第２のレンズ１８の側方から導光体２０を介して第２のレンズ１８の側方から光学モジュール１０の前方に照射される。つまり、出射面１８Ｃから出射された光は、第３の反射面２０Ｃと第４の反射面２０Ｄとによって、更に１８０°折り返される。

これにより、実施の形態の光学モジュール１０によれば、第１のレンズ１６及び第２のレンズ１８からなる円形状の発光面に、導光体２０、２０の形状を加えた発光面となるので、単なる円形状ではなく、略横長形状の発光面となる。また、指向性の無いＬＥＤ光源１２からの光は、第２のレンズ１８及び導光体２０、２０の内面反射（全反射）により出射されるので、反射板や反射ミラーを使用して横長の発光面とする従来例と比較して光利用率が格段に向上する。

更に、上下２方向から導光体２０、２０内の全反射で、第２のレンズ１８の側方に第４の反射面（出射面）２０Ｄ、２０Ｄを移した、導光体２０、２０の第４の反射面２０Ｄ、２０Ｄの高さ（長さ）は、上下２つ合わせて第１のレンズ１６の出射面１６Ｂの高さ（長さ）と同じ高さ（長さ）に設定されている。

これにより、光学モジュール１０の発光面は、第１のレンズ１６及び第２のレンズ１８で得られる円形状の発光面と、導光体２０、２０の二つの第４の反射面２０Ｄ、２０Ｄとを合わせた横長形状の発光面となるので、円形状の発光面に対して差別化を図ることができる。

なお、実施の形態の光学モジュール１０の第１のレンズ１６、第２のレンズ１８、及び導光体２０、２０は一体形成されている。これにより、光学モジュール１０のレンズ体１４は一体品として取り扱われるため、光学モジュール１０や車両用信号灯具の組み立て作業が容易になる。

図８には、光学モジュール１０による配光パターンが示されている。略楕円形状のパターンＰ１は、第１のレンズ１６から照射される光によって作られる配光パターンであり、その中央部の略円形状のパターンＰ２は、第２のレンズ１８と導光体２０、２０とから照射される光によって作られる配光パターンである。

実施の形態の如く導光体２０、２０を追加しても、導光レンズとして、導光体２０内での全反射で光の向きを変えているので、１回の反射で約１５％の損失のある一般的な反射面（アルミニウム蒸着の反射面の反射率≒８５％）と比較して、光の損失は少なく光利用率が向上する。

第１のレンズ１６と第２のレンズ１８の各出射面１６Ｂ、１８Ｃの位置と導光体２０の反射面２０Ｄの前後位置は略同じであり、導光体２０の４５度の傾斜面のみが、横から見てコ字状に突出した形状であるだけで、光学モジュール１０全体の肉厚が厚くならず、よって、光学モジュール成型にかかるコストが抑えられている。

次に、従来構造の光学モジュールの配光パターンと実施の形態の光学モジュール１０の配光パターンについて比較する。

導光体を追加しない場合の、円形発光である第１のレンズ１６及び第２のレンズ１８で得られる灯具効率７０％に対し、横長発光の配光デザインとするために、第１のレンズ１６の出射面１６Ｂの高さで、第２のレンズ１８をカットして横長の光学モジュールとした場合の灯具効率は５０％に低下してしまうが、導光体２０、２０を追加して横長化を図った場合の灯具効率は６０％に改善され、更に発光面も第２のレンズ１８をカットしただけのものと比較して横長発光にできる。

実施の形態の第１のレンズ１６、第２のレンズ１８のみによる円形発光はφ１８ｍｍ、第１のレンズ１６の出射面１６Ｂの高さで、第２のレンズ１８をカットして横長形状とした光学モジュールの場合のサイズは、８×１８ｍｍ、導光体２０、２０を追加して横長化を図った光学モジュール１０のサイズは８×３６ｍｍである。なお、光学モジュール１０において発光部寸法が変化した場合は、発光部の短手寸法は円形発光の場合の略１／２、長手方向は略２倍となる。

よって、灯具効率低下の少ない上下薄型、横型の灯具が実現でき、デザインの自由度を向上させることができる。

また、実施の形態の光学モジュール１０は、特許文献１、２の光学モジュールに対し、横長の発光デザインにするために、従来の円形状のレンズを横長にカットした使用形態と比較して、光利用率の低下が少なく、ＬＥＤ光源の数を少なくでき低コストの車両用信号灯具を提供できる。また、発光面もより横長にできるので、デザインとしての意匠性も向上する。

更に、実施の形態の光学モジュール１０は、特許文献３の光学モジュールに対し、指向性の無いランバーシャン発光のＬＥＤ光源でも横長発光が実現できる。また、アルミニウム蒸着等の反射面を利用せず、導光体内の全反射で、出射位置を変えているため、反射での損失が無い分、光利用率が向上する。

特許文献３を特許文献１、２に組み合わせた場合は、導光体内光路と出射面が交差するため、出射面位置を最前端にした、コストの高い厚肉レンズにしなければ成立しないが、
実施の形態の光学モジュール１０は、導光体２０、２０内光路と出射面が交差しないため、出射面位置は奥でもよく、よって厚肉とならず、コストを削減することができる。

図９は、光学モジュール１０が複数個並列配置されて灯具ケーシング３０に収納されて構成された車両用信号灯具、特にストップランプ３２の一例を示した平面図である。このストップランプ３２によれば、正面視で横長状の発光体となり、配光はストップランプに要求される所定の配光パターンとなる。

同図では、一対の導光体２０、２０を有する光学モジュール１０が例示されているが、一対の導光体２０、２０のうち一方の導光体２０のみが設けられた光学モジュールによって車両用信号灯具を構成してもよい。なお、光学モジュール１０の配置は、要求されるデザインに応じ発光面が縦や斜め方向に配置されるようにしてもよい。また、光学モジュール１０の配置は、要求されるデザインに応じ複数の光学モジュール１０、１０…が不連続に配置されるようにしてもよい。

上述した実施の形態においては、車両用信号灯具として車両の後部に設けられるテールランプのストップランプを例示したが、これに限られるものではなく、車両のポジションランプ、ターンシグナルランプ、デイタイムランニングランプ等の車両用信号灯具にも本発明の光学モジュールを適用することができる。

１０…光学モジュール、１２…ＬＥＤ光源、１４…レンズ体、１６…第１のレンズ、１６Ａ…入射面、１６Ｂ…出射面、１８…第２のレンズ、１８Ａ…入射面、１８Ｂ…内面、１８Ｃ…出射面、２０…導光体、２０Ａ…第１の反射面、２０Ｂ…第２の反射面、２０Ｃ…第３の反射面、２０Ｄ…第４の反射面、２２…回路基板、３０…灯具ケーシング、３２…ストップランプ

Claims (4)

1. 指向性の無いＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源から正面方向に拡散出射される光を、正面方向に集光する第１のレンズと、
   前記第１のレンズの外側に配置され、前記ＬＥＤ光源の側面方向に拡散出射される光を、立壁状の入射面と内面反射を利用して正面方向に集光する第２のレンズと、
   前記第２のレンズの出射面側の一部に配置されるとともに第２のレンズの側方に延設され、第２のレンズで内面反射された正面方向の光をその複数の傾斜面を利用して左右方向、前後方向、上下方向、及び前方に反射させることにより、第２のレンズの側方から正面方向に出射させる導光体と、
   を備えたことを特徴とする光学モジュール。
2. 前記導光体は、前記第１のレンズの出射面を挟んで一対設けられ、その一対の導光体を合わせた該一対の導光体の出射面の短手方向の長さが第１のレンズの出射面の長さと略同じ長さに設定されている請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、及び前記導光体が一体に設けられた請求項１又は２に記載の光学モジュール。
4. 請求項１、２又は３に記載の光学モジュールが、複数個並列配置されて灯具ケーシングに収納されてなることを特徴とする車両用信号灯具。

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