JP2011070913A - 自動車用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】幅細で細長のレンズを有する自動車用灯具において、光の利用効率が高く且つ良好な配光特性を容易に得ることが可能となるような構成を実現して提供することにある。
【解決手段】前面に開口を有し内面を反射面5とする椀状の反射鏡2と、前記反射鏡2の反射面5によって周りを囲むように覆われた光源となる電球4と、前記反射鏡2の開口部に配置された幅細で細長のレンズ3を備えた基本構成となっている。そして、反射鏡2の反射面5を単一放物面状反射面5aと複合楕円面状反射面5bで構成された楕円放物面形状の反射面5とし、単一放物面状反射面5aの焦点と複合楕円面状反射面5bの第一焦点となる位置に電球4を配置し、複合楕円面状反射面5bの仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9同士を結ぶ仮想第二焦点群FO2がレンズ3の長手方向の中心軸Yに平行でレンズ3の近傍となるような位置に設定した。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車用灯具に関するものであり、詳しくは、主にターンシグナルランプ、テールランプ、ストップランプなどの信号用に用いられる自動車用灯具に関する。
従来、この種の自動車用灯具(以下、灯具と略称する)は、デザイン上の要求により発光面となるレンズ面に対して幅細で細長の形状とする制約が課されることがある。その場合、灯具の具体的な構成としては、例えば図13(a:横断面図、b:縦断面図)に示すものが提案されている。
それは、前面に開口を有する容器状の灯具ボディ60と前記開口部に取り付けられた幅細で細長で屈折ステップが形成されたレンズ61で囲まれた空間内に光源となるバルブ62が配置された構成とされたものである。
そのうち、灯具ボディ60は、背面部63と該背面部63に繋がる上面部64及び下面部65で構成され、レンズ61の幅方向に対して開口部から背面側に向けて徐々に大きくなるように形成されている。また、背面部63は内面に反射面66が形成され、反射面66はレンズ61の長さ方向(水平方向)に対しては放物面形状とされ、レンズ61の幅方向(垂直方向)に対しては円形、楕円形等の集光面となっている。
バルブ62は、発光源となるフィラメントが反射面の光軸X上で水平方向における放物面及び垂直方向における集光面の焦点となる位置に位置するように下面部65を介して支持されている。
このような構成の灯具において、バルブ62から光軸Xの方向に向けて出射された光(直接光)L1は直接レンズ内面67に投射され、反射面66の方向に向けて出射された光は反射面66で反射されて反射光L2がレンズ内面67に投射される。このとき、バルブ62から反射面66の方向に向けて出射された光のうち水平方向に向けて出射された光は放物面の反射面66で反射されて反射光L2が略平行光となってレンズ内面67に投射され、垂直方向に向けて出射された光は集光面の反射面66で反射されて反射光L2が集束光としてレンズ内面67に投射される。
そして、レンズ内面67に投射された直接光L1及び反射光L2は共にレンズ61を透過する際にレンズ内面67の屈折ステップにより幾分下方に屈折され、且つレンズ外面68の魚眼ステップにより前方近接位置に集束されて所要の配光特性で外部に向けて照射される。
それと同時に、バルブ62から出射される光のうち照射光として利用される立体角を大きくすることが可能となり、光利用効率の向上により高輝度の灯具が実現できる、というものである(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9−136571号公報
ところで、上記構成の灯具において、集光面の反射面を楕円形とした場合、光源となるバルブは楕円の焦点(第一焦点)となる位置に配置するように設定されているが、楕円の第二焦点の位置については特定されておらず、バルブから出射して楕円の反射面で反射された反射光は集束位置が定かでなくレンズの長手方向の各屈折ステップ領域毎における投射状態が夫々異なるものとなる。そのため、各屈折ステップにおいては投射光の光路制御が複雑で設計に困難が生じ、灯具に求められる配光特性を実現することが難しい状況になる恐れがある。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、幅細で細長のレンズを有する自動車用灯具において、光の利用効率が高く且つ良好な配光特性を容易に得ることが可能となるような構成を実現して提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、開口を有し内面を反射面とする椀状の反射鏡と、前記反射鏡の反射面によって周りを囲むように覆われた光源と、前記反射鏡の開口部に配置された幅細で細長のレンズを備えた自動車用灯具であって、前記反射面は、前記光源の位置を焦点位置とする単一放物面状反射面及び複合楕円面状反射面からなる楕円放物面状反射面であると共に、前記複合楕円面状反射面の夫々の仮想第二焦点を結ぶ仮想第二焦点群が前記レンズの長手方向の中心軸に平行で且つ前記レンズの近傍に位置することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記反射面は、前記光源の光軸を含む水平面で切断したときの断面形状が放物線である単一放物面状反射面であり、光軸を含む垂直面で切断したときの断面形状が楕円である複合楕円面状反射面であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1又は請求項2のいずれか1項において、前記仮想第二焦点群と前記レンズの中心軸は、前記光源の光軸を含む水平面に含まれることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項2又は請求項3のいずれか1項において、前記複合楕円面状反射面及び前記レンズはいずれも前記光軸に直角な水平方向に対して所定の間隔で複数の領域に区画されており、前記複合楕円面状反射面の各区画領域は前記仮想第二焦点群上の互いに異なる位置を第二焦点位置とする楕円面状反射面からなり、前記レンズの各区画領域の少なくとも一方の面は互いに独立したレンズカットが施されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項5に記載された発明は、請求項4において、前記レンズの各区画領域は、前記複合楕円面状反射面の各区画領域を前記光軸に沿って投影した位置に対応することを特徴とするものである。
本発明の自動車用灯具は、光源となる電球の周りを囲むように、該電球の位置を焦点位置とする単一放物面状反射面及び複合楕円面状反射面からなる楕円放物面状反射面を有する反射鏡を配置し、複合楕円面状反射面の夫々の仮想第二焦点を結ぶ仮想第二焦点群が前記反射鏡の前方開口部に位置する幅細で細長のレンズの長手方向の中心軸に平行で且つ前記レンズの近傍に位置するような構成とした。
その結果、幅細のレンズに対して灯具全体の厚みを著しく厚くすることなく電球から出射された光線を照射光として利用するときの光利用効率の向上が図られて照射光量が増大し、高輝度で明るい灯具が実現した。
また、灯具を上記構成とすることにより、異形のレンズを有する灯具においても、幅細のレンズに対して究極の薄型や異形形状が可能で、且つ、光の利用効率が高く且つ良好な配光特性を容易に得ることが可能となった。
実施形態の灯具を照射方向から見た正面図である。 図1のA−A断面図である。 図1のB−B断面図である。 図1における光線軌跡を示した図である。 図2における光線軌跡を示した図である。 図3における光線軌跡を示した図である。 レンズを換えた実施形態の説明図である。 実施形態の灯具における照射光線に係る立体角の説明図である。 従来の灯具における照射光線に係る立体角の説明図である。 反射鏡とレンズの形状を示す説明図である。 反射鏡とレンズの形状を示す説明図である。 反射鏡とレンズの形状を示す説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図12を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図1〜図3は、本発明に係る灯具の基本構成を示す説明図であり、図1は灯具を照射方向から見た正面図、図2は図1のA−A断面図、図3は図1のB−B断面図である。
なお、以下の説明で使用する水平、垂直、前方、後方、下方及び上方の語句は、灯具を自動車に搭載した状態において、夫々路面に水平、路面に垂直、灯具の照射方向、灯具の照射方向と反対方向、路面側に向かう方向及び路面と反対側に向かう方向を意味するものである。
本発明に係る灯具1は、 前面に開口を有し内面を反射面5とする椀状の反射鏡2と、前記反射鏡2の反射面5によって周りを囲むように覆われた光源となる電球4と、前記反射鏡2の開口部に配置された幅細で細長のレンズ3を備えた基本構成となっている。
なお、以下の説明において、電球4の位置を焦点Fとする場合は、詳細には、電球4の発光源の中心位置(電球4の発光源が例えばフィラメントのときは該フィラメントの中心位置)を意味するものである。
そこで、反射鏡2は、電球4が配置された空間内側の面に楕円放物面形状の反射面5が形成されており、この反射面5は、反射鏡2を電球4の光軸Xを含む水平面で切断したときの断面形状が電球4の位置を焦点Fの位置とする放物線である単一放物面形状を有する反射面5aと、反射鏡2を電球4の光軸Xを含む垂直面で切断したときの断面形状が電球4の位置を第一焦点FO1の位置とする楕円である複合楕円面形状を有する反射面5bからなっている。
レンズ3は、長手方向に対して所定の間隔で複数の領域に区画され、各領域の夫々に凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9が片面あるいは両面に形成された平板状のレンズアレイであり、その長手方向の中心軸Yが1つの平面に含まれるような形状を呈している。そして、レンズ3と電球4は、レンズ3の長手方向の中心軸Yを含む平面と電球4の光軸Xを含む水平面が同一面となるような位置関係にある。
以上より、電球4は、反射鏡2の反射面5を構成する単一放物面状反射面5aの焦点Fで且つ複合楕円面状反射面5bの第一焦点FO1でもある位置に配置されており、レンズ3が、その長手方向の中心軸Yが電球4の位置を通る光軸Xを含む水平面上に含まれるような位置に配置されている。
次に、複合楕円面状反射面5bについて詳細に説明する。複合楕円面状反射面5bは電球4の光軸Xに直角な水平方向に対して所定の間隔で複数の領域に区画され、各領域に位置する楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9は、電球4の位置を第一焦点FO1の位置とすると共に夫々の仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9を互いに異なる位置に設定されている。
言い換えると、複合楕円面状反射面5bにおいて複数に区画された各領域は、第一焦点FO1を電球4の位置とし、夫々の仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9を互いに異なる位置とする楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9となっている。
レンズ3の各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9を形成する区画領域は、複合楕円面状反射面5bの各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9を形成する区画領域を電球4の光軸Xに沿って投影した位置に対応する。
各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9の夫々の仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9同士を結ぶ仮想第二焦点群FO2は、電球4が配置された空間内側の電球4の光軸Xを含む水平面上で、且つレンズ3の長手方向の中心軸Yに平行で該レンズ3の近傍となる位置に設定されている。
このような構成からなる灯具は、電球から出射した光は図4〜図6のような軌跡を示す。図4〜図6は夫々上記図1〜図3を用いて光線軌跡を示したものである。
この図で示す灯具においては、反射鏡2の各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9を、夫々の仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9の位置が各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9の中心とレンズ3の各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9の中心を結ぶ線分上に位置するような形状に形成されている。また、レンズ3は電球4側の内面3aと外面3bに凸レンズが形成されている。
そこで、電球4から反射鏡2の単一放物面状反射面5aの方向に向かって出射された光線は、単一放物面状反射面5aで反射されてその反射光線が電球4の光軸Xと平行な平行光線となってレンズ3の内面3aに到達し、各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9の内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、左右方向に配光制御された光が更に外面3bで屈折されて該外面3bから外部に向かって出射される(図5参照)。
一方、電球4から反射鏡2の複合楕円面状反射面5bの方向に向かって出射された光線は各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9で反射され、夫々の仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9の方向に向かう。
なお、図4及び図6では電球4から出射されて複合楕円面状反射面5bの方向に向かう光線のうち、電球4の光軸Xを含む垂直面方向に向かう光線、楕円面形状反射面RR6に向かう光線及び楕円面形状反射面RL4に向かう光線を例にとって示している。
そこで、電球4の光軸Xを含む垂直面方向に向かう光線は、複合楕円面状反射面5bで反射されて反射光が光軸X上に位置する仮想第二焦点群FO1に一旦集光した後に発散し、その発散光がレンズ3の内面3aに到達して該内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、上下方向に配光制御された光が更に外面3bで屈折されて該外面3bから外部に向けて出射される(図6参照)。
また、電球4から楕円面形状反射面RR6に向かう光線は、楕円面形状反射面RR6で反射されて反射光が楕円面形状反射面RR6の中心とレンズ3の凸レンズLR6の中心を結ぶ線分上に位置する仮想第二焦点FR6に一旦集光した後に発散し、その発散光が凸レンズLR6の内面3aに到達して該内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、上下方向に配光制御された光が更に外面3bで屈折されて該外面3bから外部に向けて出射される(図4及び図6参照)。
同様に、電球4から楕円面形状反射面RL4に向かう光線は、楕円面形状反射面RL4で反射されて反射光が楕円面形状反射面RL4の中心とレンズ3の凸レンズLL4の中心を結ぶ線分上に位置する仮想第二焦点FL4に一旦集光した後に発散し、その発散光が凸レンズLL4の内面3aに到達して該内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、上下方向に配光制御された光が外面3bから外部に向けて出射される(図4及び図6参照)。
このように、電球4から各楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9に向かって出射された光線は、楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9で反射されて夫々の反射光が楕円面形状反射面RR1〜RR9、RL1〜RL9の中心とレンズ3の凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9の中心を結ぶ線分上に位置する仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9に一旦集光してその後に発散し、その発散光が各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9の内面3aに到達して該内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、上下方向に配光制御された光が更に外面3bで屈折されて該外面3bから外部に向けて出射される。
この場合、上述したように、仮想第二焦点群FO2はレンズ3の長手方向の中心軸Yに平行で該レンズ3の近傍となる位置に設定されている。そのため、仮想第二焦点群FO2を構成する各仮想第二焦点FR1〜FR9、FL1〜FL9に集光してレンズ3の各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9に到達する発散光は夫々互いに近似した配光特性を有しており、各凸レンズLR1〜LR9、LL1〜LL9による配光制御の精度及び自由度を容易に高めることができる。その結果、要求される配光特性を忠実に再現した灯具の実現が容易になる。
ところで、上述の灯具においては、レンズは長手方向に対して所定の間隔で複数の領域に区画され、各領域の夫々に凸レンズが片面あるいは両面に形成された平板状のレンズアレイとしたが、図7のように、区画された各領域に凹レンズを形成することも可能である。
その場合は、仮想第二焦点群FO2がレンズ3の電球と反対側(レンズの前方側)に位置するように設定する。すると、電球4から出射して楕円放物面形状の反射面5で反射された反射光は仮想第二焦点群FO2に向かい、該仮想第二焦点群FO2に至る前にレンズ3の凹レンズの内面3aに到達し、凹レンズの内面3aで屈折されて屈折光線がレンズ3内を導光され、配光制御された光が外面3bから外部に向かって出射される。
従って、複数に区画された各領域に凹レンズを形成してなるレンズ3と楕円放物面形状の反射面5を有する反射鏡2の組み合わせによる灯具においては、仮想第二焦点群FO2がレンズ3の電球4と反対側(レンズの前方側)に位置するように設定することにより本発明の効果を得ることが可能となる。
以上説明したように本発明の灯具は、反射鏡2の反射面5がその一部が複合楕円面状反射面5bで構成されてなる楕円放物面形状とされている。そのため、図8の本発明の灯具における、電球4から出射された光線のうち照射光として寄与する光線が出射される領域となる立体角ω1は、例えば、図9のような、反射鏡2の反射面5を夫々単一放物面形状5aとする灯具における立体角をω2とすると、本発明の灯具の方が電球4の上方の、より前方側の位置における反射面で反射された光線が照射光として寄与することになり、ω1>ω2の関係となる。
つまり、反射面を本発明のような楕円放物面形状とすることにより、単一放物面形状及び複合放物面形状の反射面よりも、照射光として寄与する光線が出射される領域となる立体角をより大きく確保することが可能となる。その結果、幅細のレンズに対して灯具全体の厚みを極端に厚くすることなく電球から出射された光線を照射光として利用するときの光利用効率の向上が図られて照射光量が増大し、高輝度で明るい灯具が実現する。
ところで、灯具の形状、特にレンズの形状は自動車のデザインの一部として捉えられ、自動車のデザインによってレンズの形状も変わる。その場合、レンズ3の長手方向の中心軸Yと楕円放物面形状の反射面5を構成する複合楕円面状反射面5bの仮想第二焦点群FO2が、互いに平行で且つ近傍に位置するような位置関係にある場合は、レンズ3の形状が変わっても本発明の効果を得ることができる。
そこで、図10及び図11のような、車両の左右方向に弧状に湾曲したレンズ3と楕円放物面形状の反射面5を有する反射鏡2の組み合わせ、あるいは図12のような、波状に湾曲したレンズ3と楕円放物面形状の反射面5を有する反射鏡2の組み合わせ等による灯具が考えられる。すなわち、複合楕円面状反射面に複数に区画された各領域の夫々について、垂直方向に切断した断面が、第一焦点をFO1とし、第二焦点をレンズ3の外形意匠形状に沿った形状とした仮想第二焦点群FO2上とした楕円面状反射面とする。各領域における第二焦点位置を調整することで、波形状などの異形のレンズを有する灯具とすることができる。
このような、異形のレンズを有する灯具においても、幅細のレンズに対して究極の薄型や異形形状が可能で、且つ、光の利用効率が高く且つ良好な配光特性を容易に得ることが可能となるような構成とすることができる。
なお、上述の灯具は、レンズの前方に更に別のレンズを配置した状態で自動車に搭載されることがあり、その場合は本発明の灯具を構成するレンズは所謂インナーレンズとなり、インナーレンズの前方に配置されるレンズは所謂アウターレンズと称されるものとなる。
1・・・ 自動車用灯具
2・・・ 反射鏡
3・・・ レンズ
3a・・・ 内面
3b・・・ 外面
4・・・ 電球
5・・・ 反射面
5a・・・ 単一放物面状反射面
5b・・・ 複合楕円面状反射面
5c・・・ 複合放物面状反射面

Claims (5)

  1. 開口を有し内面を反射面とする椀状の反射鏡と、前記反射鏡の反射面によって周りを囲むように覆われた光源と、前記反射鏡の開口部に配置された幅細で細長のレンズを備えた自動車用灯具であって、
    前記反射面は、前記光源の位置を焦点位置とする単一放物面状反射面及び複合楕円面状反射面からなる楕円放物面状反射面であると共に、前記複合楕円面状反射面の夫々の仮想第二焦点を結ぶ仮想第二焦点群が前記レンズの長手方向の中心軸に平行で且つ前記レンズの近傍に位置することを特徴とする自動車用灯具。
  2. 前記反射面は、前記光源の光軸を含む水平面で切断したときの断面形状が放物線である単一放物面状反射面であり、光軸を含む垂直面で切断したときの断面形状が楕円である複合楕円面状反射面であることを特徴とする請求項1に記載の自動車用灯具。
  3. 前記仮想第二焦点群と前記レンズの中心軸は、前記光源の光軸を含む水平面に含まれることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の自動車用灯具。
  4. 前記複合楕円面状反射面及び前記レンズはいずれも前記光軸に直角な水平方向に対して所定の間隔で複数の領域に区画されており、前記複合楕円面状反射面の各区画領域は前記仮想第二焦点群上の互いに異なる位置を第二焦点位置とする楕円面状反射面からなり、前記レンズの各区画領域の少なくとも一方の面は互いに独立したレンズカットが施されていることを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれか1項に記載の自動車用灯具。
  5. 前記レンズの各区画領域は、前記複合楕円面状反射面の各区画領域を前記光軸に沿って投影した位置に対応することを特徴とする請求項4に記載の自動車用灯具。
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