JP2014060041A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の車両用灯具では、半導体型光源を使用した場合には、多角形の発光面が得られない。
【解決手段】この発明は、ランプハウジング、ランプレンズ、半導体型光源１、レンズ部材２、を備えるものである。レンズ部材２は、第１入射面２１、第２入射面２２、第１出射面２３、反射面２４、多角形の第２出射面２５を有する。この結果、この発明は、多角形の第２出射面２５により、半導体型光源１を使用した場合であっても、多角形の発光面が得られる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、半導体型光源と、レンズ部材と、を備えた車両用灯具であって、たとえば、テールランプ、ストップランプ、テール・ストップランプ、クリアランスランプ、ターンシグナルランプ、リアフォグランプ、デイタイムランニングランプなどの車両用灯具に関するものである。

この種の車両用灯具は、従来からある（たとえば、特許文献１）。以下、従来の車両用灯具について説明する。従来の車両用灯具は、光源と、導光レンズと、を備え、導光レンズに、第１光入射面、第２光入射面、第３光入射面、第４光入射面、第４光出射面、第１光反射面、第２光反射面、第１光出射面、第２光出射面、第３光出射面を、設けたものである。光源からの光は、第１光入射面、第１光反射面、第１光出射面を経て、第２光入射面、第４光出射面、空気層、第４光入射面、第２光反射面、第２光出射面を経て、第３光入射面、第３光出射面を経て、外部に出射される。これにより、所定のランプ機能として作用する。

特開２００９−２４４３１６号公報

ところが、従来の車両用灯具は、光源としてＬＥＤ（点光源）を使用した場合には、ＬＥＤの光軸を中心とする円形の発光面しか得られず、一方、光源として冷陰極蛍光ランプ（線状光源）を使用した場合には、光源に垂直な方向に延びる四角形の発光面を得ることができる。このように、従来の車両用灯具では、光源としてＬＥＤ（点光源）などの半導体型光源を使用した場合には、多角形の発光面が得られない。

この発明が解決しようとする課題は、従来の車両用灯具では、半導体型光源を使用した場合には、多角形の発光面が得られないという点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、灯室を区画するランプハウジングおよびランプレンズと、灯室内に配置されている半導体型光源およびレンズ部材と、を備え、レンズ部材が、半導体型光源の中央部から放射される光を平行光として入射させる第１入射面と、半導体型光源の側部から放射される光を平行光として入射させる第２入射面と、第１入射面から入射した平行光を測定スクリーンに対して垂直な平行光として出射させる第１出射面と、第２入射面から入射した平行光を平行反射光として全反射させる反射面と、反射面で全反射した平行反射光を測定スクリーンに対して垂直な平行光として出射させる多角形の第２出射面と、を有する、ことを特徴とする。

この発明（請求項２にかかる発明）は、第１入射面が、半導体型光源を焦点とする双曲線を、双曲線の主軸を回転軸として回転させてなる回転双曲面の屈折面であり、第２入射面および反射面が、半導体型光源を焦点とする双曲線および直線を、多角形の第２出射面の各辺方向に移動させてなる屈折面および反射面である、ことを特徴とする。

この発明（請求項３にかかる発明）は、第１入射面を形成する双曲線の頂点から半導体型光源までの距離が、第２入射面を形成する双曲線の頂点から半導体型光源までの距離よりも小さい、ことを特徴とする。

この発明（請求項４にかかる発明）は、第１出射面、第２出射面のうち、少なくともいずれか一方の一部には、平行光を拡散させる拡散部が設けられている、ことを特徴とする。

この発明の車両用灯具は、多角形の第２出射面により、光源として半導体型光源を使用した場合であっても、多角形の発光面を得ることができる。しかも、この発明の車両用灯具は、多角形の第２出射面により、半導体型光源およびレンズ部材から構成されるランプユニットを複数個配置する際に、レンズ部材の多角形の第２出射面の辺を相互に近づければ、発光面が円形の場合においてランプユニットの間に発生する暗部を解消することができる。これにより、見栄えおよび被視認性が向上されて、交通安全に貢献することができる。

図１は、この発明にかかる車両用灯具の実施形態を示す半導体型光源およびレンズ部材の正面図（レンズ部材から見た正面図）である。 図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、レンズ部材の回転双曲面の第１入射面と各辺方向に延設される第２入射面および反射面とを示す説明斜視図である。 図４は、レンズ部材の第１入射面、第２入射面、第１出射面、反射面、第２出射面を示す説明断面図である。 図５は、レンズ部材における光路を示す説明断面図である。 図６は、レンズ部材の第２入射面に入射した光が補正されずにそのまま外部に出射される状態を示す説明正面図である。 図７は、レンズ部材の第２入射面に入射した光が補正部により補正されて外部に出射される状態を示す説明側面図である。 図８は、レンズ部材の第１入射面と半導体型光源との間の距離と、第２入射面と半導体型光源との間の距離と、の相対関係を示す説明一部断面図である。 図９は、レンズ部材の第１出射面および第２出射面すなわち発光面を示す説明正面図である。 図１０は、レンズ部材の第２出射面の正面形状の変形例を示す説明正面図である。

以下、この発明にかかる車両用灯具の実施形態（実施例）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、特許請求の範囲の記載において、「平行」は「平行もしくはほぼ平行」を、「垂直」は「垂直もしくはほぼ垂直」を、それぞれ定義する。

（実施形態の構成の説明）
以下、この実施形態における車両用灯具の構成について説明する。この実施形態の車両用灯具は、灯室（図示せず）を区画するランプハウジング（図示せず）およびランプレンズ（図示せず）と、灯室内に配置されている半導体型光源１およびレンズ部材２と、を備えるものである。

前記半導体型光源１および前記レンズ部材２は、この例では、テールランプのランプユニットを構成する。前記半導体型光源１および前記レンズ部材２のテールランプのランプユニットは、前記灯室内に、１ユニットもしくは複数ユニット配置されている。また、前記半導体型光源１および前記レンズ部材２のテールランプのランプユニットは、その他の機能のランプユニットと共にリヤコンビネーションランプを構成する。前記リヤコンビネーションランプは、車両（図示せず）の後部の左右両側に搭載されている。

（半導体型光源１の説明）
前記半導体型光源１は、この例では、たとえば、ＬＥＤ、ＥＬ（有機ＥＬ）などの自発光半導体型光源である。前記半導体型光源１は、発光チップ（ＬＥＤチップ）１１を封止樹脂部材で封止したパッケージ構造をなす。前記半導体型光源１は、図２に示すように、基板１０に実装されている。前記基板１０は、取付部材など（図示せず）を介して前記ランプハウジングに取り付けられている。前記半導体型光源１は、前記基板１０を介して給電される。図５に示すように、前記半導体型光源１の前記発光チップ１１から光Ｌ１、Ｌ３が広角にほぼ半球状（前記発光チップ１１を点（角の頂点）とする立体角が約１８０°）に放射される。

（レンズ部材２の説明）
前記レンズ部材２は、図１に示すように、正面視の形状（車両の後方から車両の後部を見た形状）が正方形をなし、かつ、図２に示すように、断面形状が杯形状（出射面側の面（上面）の中央部に正方形の凹部２６を有する杯形状）をなす。前記レンズ部材２は、この例では、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル、メタクリル樹脂）などの透明樹脂材からなる。前記レンズ部材２は、取付部材など（図示せず）を介して前記ランプハウジングに取り付けられている。すなわち、前記半導体型光源１と前記レンズ部材２とは、相対取付位置が維持されている状態で前記ランプハウジングに取り付けられている。

前記レンズ部材２は、第１入射面２１と、第２入射面２２と、第１出射面２３と、反射面２４と、第２出射面２５と、を有するものである。

前記第１入射面２１は、前記半導体型光源１の前記発光チップ１１の中央部（前記発光チップ１１を点（角の頂点）とする立体角が約８０°の中央部）から放射される光Ｌ１を平行光もしくはほぼ平行光（以下、単に「平行光」と称する）Ｌ２として入射させる面である。前記平行光Ｌ２は、前記レンズ部材２の光軸Ｏと平行もしくはほぼ平行である。前記第１入射面２１は、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面の中央部に設けられている。すなわち、前記第１入射面２１は、前記半導体型光源１の中央部と対応して設けられている。前記第１入射面２１は、前記半導体型光源１の前記発光チップ１１もしくはその近傍を焦点Ｆ１とする双曲線を、前記双曲線の主軸（前記レンズ部材２の光軸Ｏ）を回転軸として回転させてなる回転双曲面の屈折面である。

前記第２入射面２２は、前記半導体型光源１の前記発光チップ１１の側部（前記発光チップ１１を点（角の頂点）とする立体角が約８０°から約１８０°までの間の側部）から放射される光Ｌ３を平行光もしくはほぼ平行光（以下、単に「平行光」と称する）Ｌ４として入射させる面である。前記第２入射面２２は、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面の側部に設けられている。すなわち、前記第１入射面２１は、中央部の前記第１入射面２１の側部であって、前記半導体型光源１の側部と対応して設けられている。前記第２入射面２２は、前記半導体型光源１の前記発光チップ１１もしくはその近傍を焦点Ｆ２とする双曲線（図３中の太い実線を参照）を、前記第１入射面２１の回転軸を中心とする正方形の各４辺方向（図３中の実線矢印を参照）に移動させてなる屈折面である。

図５に示すように、前記第１入射面２１を形成する前記双曲線の頂点から前記半導体型光源１の前記発光チップ１１までの距離Ｔ１は、前記第２入射面２２を形成する前記双曲線の頂点から前記半導体型光源１の前記発光チップ１１までの距離Ｔ２よりも小さい。

前記第１出射面２３は、前記第１入射面２１から入射した前記平行光Ｌ２を測定スクリーン（図示せず）に対して垂直もしくはほぼ垂直な平行光もしくはほぼ平行光（以下、単に「平行光」と称する）Ｌ５として出射させる面である。前記平行光Ｌ５は、前記レンズ部材２の光軸Ｏと平行もしくはほぼ平行である。前記第１出射面２３は、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面と反対側の面の中央部に設けられている。すなわち、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面と反対側の面の中央部には、正面視正方形の前記凹部２６が設けられている。前記凹部２６の底面の中央部には、前記第１出射面２３が、前記第１入射面２１および前記半導体型光源１の中央部と対応して設けられている。前記第１出射面２３は、前記レンズ部材２の光軸Ｏに対して水平もしくはほぼ水平である面を基本（基調）とする。前記第１出射面２３は、前記レンズ部材２の光軸Ｏを中心とする正方形をなす。

前記反射面２４は、前記第２入射面２２から入射した前記平行光Ｌ４を前記レンズ部材２の光軸Ｏと平行もしくはほぼ平行な平行反射光もしくはほぼ平行反射光（以下、単に「平行反射光」と称する）Ｌ６として全反射させる面である。前記反射面２４は、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面の前記第２入射面２２の外側部に設けられている。前記反射面２４は、直線（図３中の太い実線を参照）を、前記第１入射面２１の回転軸を中心とする正方形の各４辺方向（図３中の実線矢印を参照）に移動させてなる反射面である。前記反射面２４を形成する前記直線は、前記第２入射面２２側（下側）から前記第２出射面２５側（上側）にかけて、前記レンズ部材２の中央部から側部に傾斜している。前記反射面２４を形成する前記直線と前記第２入射面２２を形成する前記双曲線とのなす角度は、約９０°に近い。

前記第２出射面２５は、前記反射面２４で全反射した前記平行反射光Ｌ６を前記測定スクリーンに対して垂直もしくはほぼ垂直な平行光もしくはほぼ平行光（以下、単に「平行光」と称する）Ｌ７として出射させる面である。前記平行光Ｌ７は、前記レンズ部材２の光軸Ｏと平行もしくはほぼ平行である。前記第２出射面２５は、前記レンズ部材２の前記半導体型光源１と対向する面と反対側の面の前記第１出射面２３の外側部、すなわち、前記凹部２６の外側部に設けられている。前記第１出射面２３は、前記レンズ部材２の光軸Ｏに対して水平もしくはほぼ水平である面を基本（基調）とする。前記第２出射面２５は、前記レンズ部材２の光軸Ｏを中心とする正方形環形状をなす。

前記第１出射面２３および前記第２出射面２５には、前記平行光Ｌ５、Ｌ７を拡散させる拡散部（図１中の小正方形を参照）２７がそれぞれ設けられている。前記拡散部２７は、たとえば、魚眼プリズムなどから構成されている。前記拡散部２７は、前記第１出射面２３全面を含む前記凹部２６の底面の全面に亘って設けられている。このために、前記凹部２６の底面全面に亘って設けられている前記拡散部２７のうち、正方形の前記第１出射面２３の外側部に設けられている前記拡散部２７は、ダミーとなる。また、前記拡散部２７は、正方形環形状の前記第２出射面２５の４辺の中央部にそれぞれ４個ずつ設けられている。

図１、図７に示すように、正方形環形状の前記第２出射面２５の４角部には、補正部（図１中の斜線が施されている小正方形を参照）２８がそれぞれ設けられている。前記補正部２８は、たとえば、三角錐プリズムなどから構成されている。前記補正部２８は、前記第２出射面２５から出射される前記平行光Ｌ７のうち外側に広がる光Ｌ８を、内側に屈折させて、前記測定スクリーンに対して垂直もしくはほぼ垂直な平行光もしくはほぼ平行光（以下、単に「平行光」と称する）Ｌ９に、補正するものである。

以下、前記外側に広がる光Ｌ８について説明する。前記第２入射面２２および前記反射面２４は、双曲線および直線（図３中の太い実線を参照）を、前記第１入射面２１の回転軸を中心とする正方形の各４辺方向（図３中の実線矢印を参照）に移動させてなる屈折面および反射面である。このために、図６に示すように、前記第２入射面２２から前記レンズ部材２中に入射する入射光（前記反射面２４における反射光も含む）Ｌ１０は、辺の中心から外側（角側）に行くに従って入射角が小さくなって外側に大きく屈折する。前記外側に屈折した入射光Ｌ１０は、前記第２出射面２５からさらに外側に屈折して前記外側に広がる光Ｌ８として外部に出射する。

ここで、前記レンズ部材２の前記第１出射面２３および前記第２出射面２５から出射される光（前記平行光Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９）は、前記測定スクリーンに対して垂直もしくはほぼ垂直な平行光もしくはほぼ平行光であると、配光制御や配光設計が容易となる。このために、図７に示すように、前記第２出射面２５の４角部に前記補正部２８を設けて、前記外側に広がる光Ｌ８を前記平行光Ｌ９に補正するものである。

（実施形態の作用の説明）
この実施形態における車両用灯具は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

半導体型光源１の発光チップ１１を点灯する。すると、半導体型光源１の発光チップ１１の中央部から放射される光Ｌ１は、レンズ部材２の第１入射面２１からレンズ部材２中にレンズ部材２の光軸Ｏに平行な平行光Ｌ２として入射する。一方、半導体型光源１の発光チップ１１の側部から放射される光Ｌ３は、レンズ部材２の第２入射面２２からレンズ部材２中に平行光Ｌ４として入射する。

第１入射面２１からレンズ部材２中に入射した平行光Ｌ２は、レンズ部材２の第１出射面２３から、測定スクリーンに対して垂直な、かつ、レンズ部材２の光軸Ｏに平行な平行光Ｌ５として外部に出射する。

一方、第２入射面２２のうち、辺の中心部からレンズ部材２中に入射した平行光Ｌ４は、レンズ部材２の反射面２４で、平行反射光Ｌ６としてレンズ部材２の光軸Ｏと平行もしくはほぼ平行に全反射する。その平行反射光Ｌ６は、レンズ部材２の第２出射面２５から、測定スクリーンに対して垂直な、かつ、レンズ部材２の光軸Ｏに平行な平行光Ｌ７として外部に出射する。

また、第２入射面２２のうち、辺の外側部からレンズ部材２中に外側に屈折して入射した光Ｌ１０は、レンズ部材２の反射面２４で全反射して、レンズ部材２の第２出射面２５の補正部２８から、測定スクリーンに対して垂直な、かつ、レンズ部材２の光軸Ｏに平行な平行光Ｌ９として外部に出射する。

平行光Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９がレンズ部材２の第１出射面２３、第２出射面２５から外部に出射することにより、図９中の斜め格子線が施されている部分に示すように、第１出射面２３は正方形に発光し、一方、第２出射面２５は正方形環形状に発光する。なお、平行光Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９のうちＬ５、Ｌ７は、レンズ部材２の第１出射面２３、第２出射面２５から外部に出射する際に、第１出射面２３の拡散部２７および第２出射面２５の拡散部２７において拡散される。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態における車両用灯具は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態における車両用灯具は、正方形の第２出射面２５により、光源として半導体型光源１を使用した場合であっても、正方形の発光面（正方形環状形の第２出射面２５）を得ることができる。しかも、この実施形態における車両用灯具は、正方形の第２出射面２５により、半導体型光源１およびレンズ部材２から構成されるランプユニットを複数個配置する際に、レンズ部材２の正方形の第２出射面２５の辺を相互に近づければ、発光面が円形の場合においてランプユニットの間に発生する暗部を解消することができる。これにより、見栄えおよび被視認性が向上されて、交通安全に貢献することができる。

この実施形態における車両用灯具は、反射面２４が直線を第１入射面２１の回転軸を回転軸として回転させてなる反射面であるから、凹状の曲面からなる反射面と比較して、製造や製造管理などが容易である。

この実施形態における車両用灯具は、第１入射面２１を形成する双曲線の頂点から半導体型光源１までの距離Ｔ１が第２入射面２２を形成する双曲線の頂点から半導体型光源１までの距離Ｔ２よりも小さい。この結果、この実施形態における車両用灯具は、第２入射面２２を形成する双曲線が第１入射面２１を形成する双曲線よりもレンズ部材２の中央部側に突出して、アンダーカットとなるようなことがない。これにより、この実施形態における車両用灯具は、レンズ部材２の成形金型を複雑にすることがなく、その分、製造コストを安価にすることができる。

この実施形態における車両用灯具は、拡散部２７により、第１出射面２３、第２出射面２５から外部に出射する平行光Ｌ５、Ｌ７を任意に配光制御することができる。

（レンズ部材の変形例の説明）
図１０は、レンズ部材の第２出射面の正面形状の変形例を示す説明正面図である。図１０（Ａ）は、レンズ部材２Ａの第２出射面２５Ａの正面形状を正五角形とし、かつ、６個のランプユニットを配置した例を示すものである。図１０（Ｂ）は、レンズ部材２Ｂの第２出射面２５Ｂの正面形状を正六角形とし、かつ、４個のランプユニットを配置した例を示すものである。図１０（Ｃ）は、レンズ部材２の第２出射面２５の正面形状が正方形のランプユニットを４個配置した例を示すものである。図１０（Ｄ）は、レンズ部材２Ｄの第２出射面２５Ｄの正面形状を正三角形とし、かつ、４個のランプユニットを配置した例を示すものである。なお、レンズ部材の第２出射面の正面形状、および、ランプユニットの配置位置や個数などは、特に限定されない。

（実施形態以外の例の説明）
なお、前記の実施形態においては、リヤコンビネーションランプのテールランプについて説明するものである。ところが、この発明においては、リヤコンビネーションランプのテールランプ以外の車両用灯具、たとえば、リヤコンビネーションランプのストップランプ、テール・ストップランプ、ターンシグナルランプ、クリアランスランプ、あるいは、フロントコンビネーションランプのクリアランスランプ、ターンシグナルランプ、デイタイムランニングランプなどにも適用することができる。

また、前記の実施形態においては、第１出射面２３および第２出射面２５に拡散部２７を設けるものである。ところが、この発明においては、拡散部２７を第１出射面２３または第２出射面２５のいずれか一方に設けるものであっても良い。

さらに、前記の実施形態においては、拡散部２７を第１出射面２３の全面、第２出射面２５の全面に設けるものである。ところが、この発明においては、拡散部２７を第１出射面２３の一部の面、第２出射面２５の一部の面に設けるものであっても良い。

１ 半導体型光源
１０ 基板
１１ 発光チップ
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｄ レンズ部材
２１ 第１入射面
２２ 第２入射面
２３ 第１出射面
２４ 反射面
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｄ 第２出射面
２６ 凹部
２７ 拡散部
２８ 補正部
Ｆ１ 第１入射面の双曲線の焦点
Ｆ２ 第２入射面の双曲線の焦点
Ｌ１、Ｌ３ 半導体型光源からの光
Ｌ２、Ｌ４ レンズ部材に入射する平行光
Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９ レンズ部材から出射する平行光
Ｌ６ 平行反射光
Ｌ８ 外側に広がる光
Ｌ１０ 外側に屈折する光
Ｏ レンズ部材の光軸
Ｔ１ 第１入射面の双曲線の頂点から半導体型光源までの距離
Ｔ２ 第２入射面の双曲線の頂点から半導体型光源までの距離

Claims (4)

1. 灯室を区画するランプハウジングおよびランプレンズと、
   前記灯室内に配置されている半導体型光源およびレンズ部材と、
   を備え、
   前記レンズ部材は、
   前記半導体型光源の中央部から放射される光を平行光として入射させる第１入射面と、
   前記半導体型光源の側部から放射される光を平行光として入射させる第２入射面と、
   前記第１入射面から入射した前記平行光を測定スクリーンに対して垂直な平行光として出射させる第１出射面と、
   前記第２入射面から入射した前記平行光を平行反射光として全反射させる反射面と、
   前記反射面で全反射した前記平行反射光を前記測定スクリーンに対して垂直な平行光として出射させる多角形の第２出射面と、
   を有する、
   ことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記第１入射面は、前記半導体型光源を焦点とする双曲線を、前記双曲線の主軸を回転軸として回転させてなる回転双曲面の屈折面であり、
   前記第２入射面および前記反射面は、前記半導体型光源を焦点とする双曲線および直線を、多角形の前記第２出射面の各辺方向に移動させてなる屈折面および反射面である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記第１入射面を形成する前記双曲線の頂点から前記半導体型光源までの距離は、前記第２入射面を形成する前記双曲線の頂点から前記半導体型光源までの距離よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記第１出射面、前記第２出射面のうち、少なくともいずれか一方の一部には、前記平行光を拡散させる拡散部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用灯具。

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