JP2011108570A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】投影レンズから出射した光が遮光されるような場合であっても、そのような光を有効活用して、所望の配光パターンや所望の明るさを得られるようにする。
【解決手段】車両用灯具１が、発光素子５と、発光素子５から前方に延びる光軸Ａｘ上に配設され、発光素子５から発した光を水平方向に拡散するよう前方に出射する投影レンズ４と、投影レンズ４の右側に配設された反射面６１と、を備える。反射面６１が、投影レンズ４から右側に拡散するよう出射された光を、前方斜め左に反射させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

直射投影型の車両用灯具では、発光ダイオード等の発光素子が所定の形状を成しており、この発光素子の形状が投影レンズによって拡大投影される（例えば、特許文献１〜４参照）。これによって、所望の配光パターンが前方の仮想スクリーンに形成される。

特開２００９−１０４９３３号公報 特開２００９−１２９５７２号公報 特開２００９−１３４９６４号公報 特開２００９−１４６６６５号公報

ところで、従来の直射投影型の車両用灯具では、車両デザインの制約上、投影レンズから出射した光が灯具のハウジングや車両のボディー等によって遮光されてしまい、所望の配光パターンや所望の明るさを得られないことがある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、投影レンズから出射した光が遮光されるような場合であっても、そのような光を有効活用して、所望の配光パターンや所望の明るさを得られるようにすることである。

以上の課題を解決するため、本発明に係る車両用灯具は、発光素子と、前記発光素子から前方に延びる光軸上に配設され、前記発光素子から発した光を水平方向に拡散するよう前方に出射する投影レンズと、前記投影レンズの出射面外側の水平方向片側に配設された反射面と、を備え、前記反射面が、前記投影レンズから水平方向片側に拡散するよう出射された光を、前方且つ水平方向反対側に向けて反射させることとした。

好ましくは、前記反射面が、水平断面において前に向かって水平方向片側へ湾曲していることとした。

好ましくは、前記車両用灯具が、前側が開口し、前記発光素子、前記投影レンズ及び前記反射面を収容したハウジングを更に備え、前記投影レンズの前側頂点の前後方向の位置が、前記ハウジングのうち水平方向片側の壁部の前縁に揃っているか、又は前記壁部の前縁よりも後方にあり、前記壁部と前記投影レンズとの間に前記反射面が配設されていることとした。

好ましくは、前記車両用灯具が、前記投影レンズの下方に配設され、前記発光素子から発した光を前方にむけて反射させる第二反射面を更に備えることとした。

本発明によれば、反射面が、投影レンズから水平方向片側に拡散するよう出射された光を、前方且つ水平方向反対側に向けて反射させるので、投影レンズから出射した光を有効利用することができ、所望の配光パターンや所望の明るさを得ることができる。

本発明の実施形態における車両用灯具の鉛直断面図である。 同実施形態における車両用灯具の水平断面図である。 同実施形態における車両用灯具によって形成される配光パターンを示した図である。 同実施形態における車両用灯具によって形成される配光パターンを示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態に係る車両用灯具について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
また、以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」は、それぞれ、車両用灯具が装備された車両の「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」である。

図１は、本発明を適用した実施形態に係る車両用灯具１の鉛直断面図である。図２は、車両用灯具１の水平断面図である。何れの断面も、車両用灯具１の光軸Ａｘを含む面である。

この車両用灯具１は、フロントフォグランプとして用いられる灯具である。
この車両用灯具１は、ハウジング２、フロントカバー３、投影レンズ４、発光素子５、第一リフレクタ６及び第二リフレクタ７等を備える。

ハウジング２は、前側において開口するようカップ状に設けられている。このハウジング２内に、投影レンズ４、発光素子５、第一リフレクタ６及び第二リフレクタ７が収容されている。

ハウジング２は、後ろ壁２１、上壁２２、下壁２３、左壁２４及び右壁２５を有する。後ろ壁２１が光軸Ａｘに交差するように設けられている。上壁２２が後ろ壁２１の上縁から前方に延出し、下壁２３が後ろ壁２１の下縁から前方に延出している。左壁２４が、上壁２２の左縁から下壁２３の左縁にかけて上下に設けられている。右壁２５は、上壁２２の右縁から下壁２３の右縁にかけて上下に設けられている。左壁２４が後ろ壁２１の左縁から左斜め前に延出するとともに、右壁２５が後ろ壁２１の右縁から右斜め前に延出しているから、ハウジング２の前側開口が前に向かって左右に拡開している。また、右壁２５が左壁２４よりも前方に張り出しており、右壁２５の前縁が左壁２４の前縁より前に位置している。

後ろ壁２１の前面には、光源取付台２６が設けられている。光源取付台２６の前面には、発光素子５が設けられている。この発光素子５は回路基板５１に搭載され、この回路基板５１が光源取付台２６の前面に取り付けられ、発光素子５が前に向いている。正面から見て、この発光素子５が長方形に設けられており、発光素子５の長辺が水平方向（左右方向）に平行となるよう発光素子５が設置されている。発光素子５は、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子その他の半導体発光素子である。

後ろ壁２１の後面には、複数の放熱フィン２７が凸設されている。これら放熱フィン２７によって、発光素子５から発した熱が放熱される。

発光素子５の前側にはレンズホルダ４３が配設されている。このレンズホルダ４３には開口４４が形成され、投影レンズ４が開口４４を塞ぐようにしてレンズホルダ４３に取り付けられている。レンズホルダ４３がハウジング２の内側に取り付けられ、投影レンズ４がハウジング２内に配設されている。また、投影レンズ４は、発光素子５から前方に延びる光軸Ａｘ上に配設されている。

投影レンズ４は、凸レンズであって、発光素子５から発した直接光を前方に投影するものである。発光素子５は、その発光面が投影レンズ４の焦点（焦線）Ｆ又はその近傍に配置されている。例えば、発光素子５の前後方向の位置が投影レンズ４の焦点Ｆに揃っているとともに、発光素子５の下側の長辺が投影レンズ４の光軸Ａｘに揃っているか、又はその光軸Ａｘよりも僅かに上に配置されている。

以下、本実施形態の構成を本段落で述べると、投影レンズ４は、発光素子５から発した直接光が入射される後ろ側の入射面４１と、入射面４１に入射した入射光を前方に出射させる前側の出射面４２と、を有する。後ろ側の入射面４１の上の部分が左右に湾曲したシリンドリカル状の凹面とされ、入射面４１の下の部分が球面又は非球面状の凹面とされている。前側の出射面４２は、球面状又は非球面状の凸面である。

投影レンズ４の周縁部の前後方向の位置は左壁２４の前縁に揃っているか、又は左壁２４の前縁よりも僅かに後ろである。投影レンズ４の出射面４２の頂点は、左壁２４の前縁よりも前側に配置されている。また、投影レンズ４の出射面４２の頂点の前後方向の位置は右壁２５の前縁に揃っているか、又は右壁２５の前縁よりも後方である。

ハウジング２内においては、投影レンズ４の右に空間２８が形成されている。投影レンズ４の右方には、第一リフレクタ６が配設されている。第一リフレクタ６の左側（前側）の面には、アルミ蒸着、銀塗装等の反射膜が施されていて、第一反射面６１が形成されている。第一反射面６１の形状は、水平断面において後ろから前に向かって右へ湾曲した自由曲線を、上下方向（鉛直方向）に平行移動して（スイープして）得られる自由曲面（凸面）である。従って、水平断面における第一反射面６１の形状は、後ろから前に向かって光軸Ａｘから右に離れるよう湾曲した自由曲線であり、鉛直断面における第一反射面６１の形状は、上下方向（鉛直方向）の直線状になっている。なお、前後に沿う鉛直断面における第一反射面６１の形状は、上下方向の中央部で前側に凸となるよう湾曲した自由曲線であってもよい。

第一反射面６１が、投影レンズ４の出射面４２側（外側）であって、投影レンズ４と右壁２５との間に配置されている。更に、第一反射面６１は、投影レンズ４から右に離れた位置に配置されている。第一反射面６１の後縁（左縁）の前後方向の位置が、投影レンズ４の周縁部にほぼ揃っている。第一反射面６１の前縁（右縁）の前後方向の位置が、投影レンズ４の出射面４２の頂点よりも前方である。

ハウジング２内においては、投影レンズ４及びレンズホルダ４３の下に空間２９が形成されている。投影レンズ４及びレンズホルダ４３の下方には、第二リフレクタ７が配設されている。第二リフレクタ７の上側（前側）の面には、アルミ蒸着、銀塗装等の反射膜が施されていて、第二反射面７１が形成されている。第二反射面７１の形状は、前後に沿う鉛直断面において光軸Ａｘを軸とするとともに発光素子５の発光面上を焦点とする放物線（当該放物線の頂点が当該放物線の焦点にある。）又はこれを基調とする自由曲線を、水平左右方向に平行移動して（スイープして）得られる凹面である。ここで、第二反射面７１の焦点と投影レンズ４の焦点はともに発光素子５の発光面上にあるが、これら焦点が一致していてもよいし、一致していなくてもよい。

第二反射面７１が投影レンズ４から下に離れた位置に配置されている。第二反射面７１の後縁（上縁）の上下方向の位置が、投影レンズ４の下端に揃っているか、又は投影レンズ４の下端よりも下方である。また、第二反射面７１の後縁の前後方向の位置が、投影レンズ４の周縁部よりも後方である。

第一リフレクタ６と第二リフレクタ７が一体に成形されているか、又は別体に成形されている。これらリフレクタ６，７がハウジング２に組み付けられてもよい。リフレクタ６，７の両方又は一方とレンズホルダ４３が一体に成形されているか、又は別体に成形されている。

投影レンズ４、レンズホルダ４３及びリフレクタ６，７の前方には、フロントカバー３が配置されている。フロントカバー３は、ハウジング２の前側開口を塞ぐようにしてハウジング２に取り付けられている。フロントカバー３は、光を素通しする透明カバーである。

発光素子５から発した光が投影レンズ４の入射面４１に入射し、入射面４１に入射した光が出射面４２によって屈折して出射面４２から出射する。これにより、投影レンズ４が発光素子５から発した光を前方に投影し、図３に示すような配光パターンＰ１が前方に形成される。図３は、焦点Ｆから前方に所定距離（例えば、２５ｍ）離れた仮想スクリーンに形成される配光パターンＰ１を等照度線で示した図面である。図３において、光軸Ａｘと仮想スクリーンの交点を原点（鉛直方向の位置及び水平方向の位置がともにゼロ°である。）とし、鉛直方向の位置及び水平方向の位置を光軸Ａｘからの角度で表している。また、図３に示されたLine 6、Line 7、Line 8L、Line 8R、Line 9L及びLine 9Rの位置は、下記表に示す通りである。

投影レンズ４は、鉛直面内において、発光素子５から発した光を前方に向けてほぼ平行光として出射させる。ここで、発光素子５の下側の長辺が投影レンズ４の光軸Ａｘに揃っているか、又はその光軸Ａｘよりも僅かに上に配置されているから、鉛直面内における出射平行光が光軸Ａｘよりも僅かに下に傾いている。つまり、投影レンズ４は、発光素子５の反転像をLine 6を中心に投影する。従って、配光パターンＰ１では、Line 6又はその近傍において照度が最も高くなっている。

また、投影レンズ４の入射面４１が左右に湾曲したシリンドリカル状の凹面である。そのため、投影レンズ４が、水平面内において、発光素子５から発した光を水平方向（左右方向）に拡散させるよう前方へ向けて出射させる。従って、図３に示すように、配光パターンＰ１が水平方向のゼロ°の位置から左右に延びるように形成される。

この配光パターンＰ１は、その上端部にカットオフライン（明暗境界線）Ｃ１を有する。カットオフラインＣ１は、光軸Ａｘを含む水平面よりも僅かに下の位置に形成される。カットオフラインＣ１は、発光素子５の反転像が投影レンズ４によって左右方向に伸びるように仮想スクリーンに投影されることによって、発光素子５の下辺から形成される。

また、図３に示すように、配光パターンＰ１が形成される範囲は水平方向ゼロ°の位置から水平方向右側よりも水平方向左側へ大きくなっており、水平方向ゼロ°の位置から右側の領域が水平方向ゼロ°の位置から左側の領域よりも暗い。これは、投影レンズ４によって右方向に拡散するよう出射した光が第一リフレクタ６の第一反射面６１によって前方斜め左に向けて反射されるためである。なお、図３に示す配光パターンＰ１には反射面６１，７１による反射光を含まないものとして、配光パターンＰ１を示す。

図４には、第一反射面６１によって反射された反射光による配光パターンＰ２が示されている。図４に示すように、第一反射面６１は、投影レンズ４によって右に拡散するよう出射した光を、前方斜め左に向けて反射させる。具体的には、第一反射面６１は、投影レンズ４の出射光を、Line 8LからLine 9Lにかけての領域及びその周囲に向けて反射させる。これにより、配光パターンＰ１の光軸Ａｘよりも左部分の中に配光パターンＰ２が形成される。そのため、Line 8Lにおける照度とLine 8Rにおける照度の平均値や、Line 9Lにおける照度とLine 9Rにおける照度の平均値が所定の規格（ECE R19 F3カテゴリー）の規格値を満たすようにすることができる。このような効果について具体的に説明する。第一リフレクタ６がないものとしたら、投影レンズ４から右に拡散するよう出射した光がハウジング２の右壁２５の前部によって遮光されてしまい、図３に示すように、Line 8RやLine 9Rにおける照度不足が生じてしまう。そのため、第一リフレクタ６がないものとしたら、Line 8Lにおける照度とLine 8Rにおける照度の平均値や、Line 9Lにおける照度とLine 9Rにおける照度の平均値が規格値を満たさないおそれがある。それに対して、本実施形態においては、第一リフレクタ６の第一反射面６１によってLine 8LやLine 9Lに重なる配光パターンＰ２が形成されるから、Line 8Lにおける照度とLine 8Rにおける照度の平均値や、Line 9Lにおける照度とLine 9Rにおける照度の平均値が規格値を満たす。つまり、本実施形態によれば、投影レンズ４から出射して本来右壁２５によって遮光されるような光を第一反射面６１によって有効利用することができる。

第二リフレクタ７の第二反射面７１は、発光素子５から発した光であって投影レンズ４に入射しないものを、前方に向けて平行光として反射させる。ここで、発光素子５の下側の長辺が投影レンズ４の光軸Ａｘに揃っているか、又はその光軸Ａｘよりも僅かに上に配置されているから、鉛直方向（上下方向）の反射については発光素子５から発した光を、水平線よりも下側に偏向させ、反射した平行光が光軸Ａｘよりも僅かに下に傾いている。つまり、第二反射面７１が発光素子５の反転像をLine 6を中心に投影し、Line 6及びその近傍に配光パターンＰ３が形成される。配光パターンＰ３では、Line 6又はその近傍において照度が最も高くなっている。

配光パターンＰ１の中に配光パターンＰ３が形成されるから、Line 6における照度が高くなる。Line 6における照度が高くなるので、Line 6における照度とLine 7における照度の差を大きくすることができる。そのため、Line 7における照度がLine 6における照度の最大値の所定割合（例えば、５０％）未満にすることができ、Line 7における照度とLine 6における照度との関係が所定の規格（ECE R19 F3カテゴリー）を満たすようにすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
車両用灯具１が左のランプであったが、右のランプであってもよい。この場合、正面から見て、光軸Ａｘを中心にして車両用灯具１を左右反転させたものとする。従って、第一反射面６１が、投影レンズ４によって左に拡散するよう出射した光を前方斜め右に向けて反射させるので、Line 8RからLine 9Rにかけての領域及びその周囲に、第一反射面６１による配光パターンが形成される。

上記実施形態では、リフレクタ６，７に反射膜が施されることによって反射面６１，７１が形成されていたが、リフレクタ６，７の代わりにプリズムを用いてもよい。この場合、反射面６１，７１は、プリズム内に入射した光を全反射させる全反射面である。

上記実施形態では、車両用灯具１をフォグランプとして用いたものであるが、車両用灯具１をロービーム用の前照灯として用いてもよい。この場合、投影レンズ４の光学設計を変更したり、車両用灯具１を他の灯具と組み合わせて用いたりすることが好ましい。こうすることによって、配光パターンの上縁が、水平方向ゼロ°よりも右側と左側で段違いとなる水平カットオフラインとなり、その段差部に斜めカットオフラインが形成される。

１ 車両用灯具
２ ハウジング
４ 投影レンズ
５ 発光素子
６ 第一リフレクタ
７ 第二リフレクタ
２１ 後ろ壁
２２ 上壁
２３ 下壁
２４ 左壁
２５ 右壁
６１ 第一反射面
７１ 第二反射面
Ａｘ 光軸

Claims (4)

1. 発光素子と、
   前記発光素子から前方に延びる光軸上に配設され、前記発光素子から発した光を水平方向に拡散するよう前方に出射する投影レンズと、
   前記投影レンズの出射面外側の水平方向片側に配設された反射面と、を備え、
   前記反射面が、前記投影レンズから水平方向片側に拡散するよう出射された光を、前方且つ水平方向反対側に向けて反射させることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記反射面が、水平断面において前に向かって水平方向片側へ湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前側が開口し、前記発光素子、前記投影レンズ及び前記反射面を収容したハウジングを更に備え、
   前記投影レンズの前側頂点の前後方向の位置が、前記ハウジングのうち水平方向片側の壁部の前縁に揃っているか、又は前記壁部の前縁よりも後方にあり、
   前記壁部と前記投影レンズとの間に前記反射面が配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記投影レンズの下方に配設され、前記発光素子から発した光を前方にむけて反射させる第二反射面を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の車両用灯具。

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