JP2014086333A - 導光体および車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源光の利用効率を低下させることなく、出射部の意匠的な変更の自由度を向上させた導光体および車両用灯具を提供する。
【解決手段】光源２の光を導いて所定の形状で発光させる導光体１であって、光源２の光が入射される入射部１０と、入射部１０よりも幅狭に形成される出射部２０と、入射部１０から入射された光を導いて出射部２０から出射させる導光部３０とを備え、入射部１０が、光源２から入射される光を平行光化する双曲面形状の入射面１１を有し、導光部３０が、入射部１０から出射部２０に向かって、光源２の光軸ｂに対する傾きθが連続的に小さくなり、入射部１０から入射された光を全反射で内部反射させる曲面形状の内部反射面３１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源の光を導いて所定の形状で発光させる導光体や、この導光体を備えた車両用灯具に関する。

自動車などの車両には、ヘッドランプのほかに、テールランプ、クリアランスランプ、サイドターンランプ、デイタイムランニングランプなど、その取付箇所や用途に応じた様々な形状の灯具が設けられている。

この種の車両用灯具のなかには、光源の光を導いて所定の形状で発光させる導光体を備えるものがある。例えば、特許文献１〜３には、一または複数の光源の光を導いてライン形状やスポット形状に発光させる導光体を備えた車両用灯具が示されている。

導光体を備えた車両用灯具は、光源の配置に制約があっても、発光位置や発光形状を任意に設定することが可能であるが、入射段階や導光段階で光が漏れ、光源光の利用効率が低下する可能性がある。

そこで、特許文献１に示される車両用灯具では、導光体の入射部に、光源から入射される光を平行光化するレンズ手段を備えることにより、入射や導光の効率を高めており、特許文献２に示される車両用灯具では、導光体の入射部に、光源が入り込む凹部を備えることにより、入射の効率を高めており、特許文献３に示される車両用灯具では、導光体の入射部付近に、光源から導光体に直接入射できない光を反射して導光体に導く環状反射部を備えることにより、入射の効率を高めている。

特開２００３−２０７６４８号公報 特開２００６−７３４１８号公報 特開２０１１−２１６２７８号公報

しかし、出射部が入射部よりも幅狭に形成された導光体では、たとえ光源から入射する光を平行光化したとしても、導光部の傾斜面で内部反射を繰り返すと、傾斜面に対する入射角が臨界角より小さくなり、大量の光が導光部から漏れ出す可能性がある。

なお、特許文献１に示される車両用灯具では、平行化した光の傾斜面での内部反射回数を一回に制限することにより、臨界角を超えないようにしているが、このようなものでは、入射部に対する出射部の幅比率を十分に小さくすることができないため、出射部の発光形状を極細のライン形状としたり、極小のスポット形状にしたりといった意匠的な変更が困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源光の利用効率を低下させることなく、出射部の意匠的な変更の自由度を向上させた導光体および車両用灯具を提供することにある。

このような目的を達成するためになされた本発明は、以下の構成によって把握できる。
（１）本発明による導光体は、光源の光を導いて所定の形状で発光させる導光体であって、前記光源の光が入射される入射部と、前記入射部よりも幅狭に形成される出射部と、前記入射部から入射された光を導いて前記出射部から出射させる導光部とを備え、前記入射部が、前記光源から入射される光を平行光化する双曲面形状の入射面を有し、前記導光部が、前記入射部から前記出射部に向かって、前記光源の光軸に対する傾きが連続的に小さくなり、前記入射部から入射された光を全反射で内部反射させる曲面形状の内部反射面を有することを特徴とする。
（２）本発明による導光体は、（１）の構成において、前記出射部が、前記導光部による集光領域に焦点を持つ楕円面形状の出射面を有することを特徴とする。
（３）本発明による導光体は、（１）または（２）の構成において、前記入射部がリニアフレネルレンズ形状であり、前記出射部がライン形状であることを特徴とする。
（４）本発明による導光体は、（１）または（２）の構成において、前記入射部が一つの双曲面形状であり、前記出射部がスポット形状であることを特徴とする。
（５）本発明による導光体は、（１）〜（４）のいずれかの構成において、前記入射部の入射面と前記導光部の内部反射面との間に、平行な支持面を持つ支持部を備えることを特徴とする。
（６）本発明の車両用灯具は、（１）〜（５）のいずれかの前記導光体を備えることを特徴とする。

このように構成した導光体や車両用灯具によれば、光源から入射される光を、複数回の内部反射でも臨界角を超えないように、入射部に比して幅狭な出射部まで導くことが容易となり、その結果、光源光の利用効率を低下させることなく、出射部の意匠的な変更の自由度を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る導光体を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る導光体を示す側断面図である。 本発明の第一実施形態の係る導光体の入射部における光路の一例を示す説明図である。 本発明の第一実施形態の係る導光体の出射部における光路の一例を示す説明図である。 本発明の第二実施形態に係る導光体を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る導光体を示す斜視図である。
この図に示す導光体１は、光源２の光を導いて所定の形状で発光させるものであって、例えば、車両用灯具であるクリアランスランプ（図示は省略）に設けられて、クリアランスランプにおけるライン形状の発光部分を構成するために用いられる。

図２は、本発明の第一実施形態に係る導光体を示す側断面図である。
図１および図２に示すように、本実施形態の導光体１は、光源２の光が入射される入射部１０と、入射部１０よりも幅狭に形成される出射部２０と、入射部１０から入射された光を導いて出射部２０から出射させる導光部３０と、導光体支持部材３によって支持される支持部４０とを備える。

図３は、本発明の第一実施形態の係る導光体の入射部における光路の一例を示す説明図である。
図３に示すように、入射部１０は、光源２から入射される光を平行光化する双曲面形状の入射面１１を備える。このようにすると、光源２の光を効率よく導光体１に入射させることができるとともに、導光部３０における内部反射の管理が容易になる。

本実施形態のように出射部２０をライン形状とした場合（図１参照）、入射部１０も出射部２０に沿って長くなり、双曲面形状である入射面１１の後方突出量ａが大きくなることが懸念される。そこで、本実施形態の導光体１では、入射部１０をリニアフレネルレンズ形状としている。このようにすると、ライン形状の発光を行う導光体１でありながら、入射面１１の後方突出量ａを抑えつつ、光源２の光を効率よく入射して平行光化することが可能となる。なお、本実施形態におけるリニアフレネルレンズ形状とは、複数の同心円プリズムからなる円形フレネルレンズパターンの直径部分を所定の幅で切り出した形状を示す。
なお、この形状に限らず、通常の形状のリニアフレネルレンズも使用可能である。

導光部３０は、入射部１０から出射部２０に向かって、光源２の光軸ｂに対する傾きθが連続的に小さくなり（図２参照）、入射部１０から入射された光を全反射で内部反射させる曲面形状の内部反射面３１を有する。例えば、図２に示す側断面図においては、導光部３０の上面および下面が曲面形状の内部反射面３１であり、光源２の光軸ｂに対する内部反射面３１の傾きθが最大角度２０゜から最小角度５゜の範囲で連続的に小さくなるように設定されている。このようにすると、導光部３０は、入射部１０で平行光化された光を、複数回の内部反射でも内部反射面３１に対する入射角を臨界角以上にでき、入射部１０に比して幅狭な出射部２０まで導くことが可能となる。

なお、内部反射面３１の傾きθ（最大角度および最小角度）や曲率は、導光部３０の導光距離ｃ（図２参照）、導光体１の材質（屈折率）に依存する臨界角、導光部３０における内部反射回数などに応じて任意に変更することができる。例えば、導光部３０の導光距離ｃが長い場合は、内部反射面３１の曲率を小さくし、導光体１の材質に依存する臨界角が大きい場合は、内部反射面３１における傾きθの最大角度を小さくすることが好ましい。また、本実施形態の導光体１では、図２に示すように、入射部１０で平行光化された光を、最大２回の内部反射で出射部２０に到達させるように、内部反射面３１の傾きθや曲率を設定しているが、内部反射回数が３回以上となる場合は、導光部３０の導光距離ｃや、導光体１の材質に依存する臨界角も考慮した上で、３回以上の内部反射でも内部反射面３１に対する入射角を臨界角以上になるように、内部反射面３１の傾きθや曲率を設定することが好ましい。

図４は、本発明の第一実施形態の係る導光体の出射部における光路の一例を示す説明図である。
この図に示すように、出射部２０は、導光部３０による集光領域（例えば、ハッチングで示す領域）に焦点ｄを持つ楕円面形状の出射面２１を有する。このようにすると、導光部３０によって出射部２０に導かれた光の多くを光源２の光軸ｂと同じ方向に出射させることが可能となるが、すべての光が楕円面の焦点を通ることはないので、一部の光は光源２の光軸ｂに対して広がりを持って出射することとなり、その結果、適度な角度分布を持った発光を行うことができる。

本実施形態の出射部２０は、入射部１０からの距離ｅが均一な直線状のライン形状であるが（図１参照）、入射部１０から出射部２０までの距離ｅを均一とならないように調整すれば、三次元的なライン形状の発光も可能である。また、一つの光源２で発光させる本実施形態の導光体１では、出射部２０の長さｆ（図１参照）に限界があるが、光源２の数を増やせば、出射部２０の長さｆを任意の長さまで延長することができる。この場合、複数の導光体１を長さ方向に組み合わせてもよいし、一つの導光体１を長さ方向に連続するように一体成形してもよい。

支持部４０は、入射部１０の入射面１１と導光部３０の内部反射面３１との間に、平行な支持面４１を持つ。例えば、図２に示す側断面図においては、支持部４０の上面および下面が互いに平行となる支持面４１である。このようにすると、平行な支持面４１を導光体支持部材３で支持することにより、傾斜面や曲面を支持する場合に比べ、支持の安定度を高めることができる。しかも、支持部４０の支持面４１は、入射部１０の入射面１１と導光部３０の内部反射面３１との間に形成されるので、入射光への影響も回避することができる。

（第二実施形態）
つぎに、本発明の第二実施形態に係る導光体１Ｂについて、図５を参照して説明する。ただし、第一実施形態と共通する部分については、第一実施形態と同じ符号を使用し、第一実施形態の説明を援用する。

図５は、本発明の第二実施形態に係る導光体を示す斜視図である。
この図に示すように、本発明の第二実施形態に係る導光体１Ｂは、側断面形状（図２参照）が第一実施形態の導光体１と同じ形状であるが、入射部１０が一つの双曲面形状である点と、出射部２０がスポット形状である点が第一実施形態と相違している。

第二実施形態の導光体１Ｂは、スポット形状の発光を行うものでありながら、第一実施形態の導光体１と同一の側断面形状を有するので、光源２の光を効率よく入射できる。また、複数回の内部反射でも内部反射面３１に対する入射角が臨界角以上になるので、入射部１０で平行光化された光を、入射部１０に比して幅狭な出射部２０まで導くことができる。さらに、導光部３０によって出射部２０に導かれた光の多くを光源２の光軸と同じ方向に出射させつつ、一部の光を広がりを持って出射させて、適度な角度分布で発光を行うことができる。

しかも、第二実施形態の導光体１Ｂは、スポット形状の発光を行うので、出射部２０を基点とし、ＬＥＤのような指向性ある擬似光源を再現することができる。つまり、第二実施形態の導光体１Ｂによれば、実際の光源２とは異なる位置で擬似光源を再現できるので、同一基板上に三次元実装できない複数のＬＥＤの光を、三次元の任意の位置に導光して三次元配置の擬似光源を実現することができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、前述した実施形態では、導光体に光を入射する光源を一つとしているが、複数の光源の光を導光体に入射するようにしてもよい。この場合、入射部には、各光源に対応する複数の入射面（双曲面）が形成される。

１、１Ｂ…導光体、１０…入射部、１１…入射面、２…光源、２０…出射部、２１…出射面、３…導光体支持部材、３０…導光部、３１…内部反射面、４０…支持部、４１…支持面、ａ…入射面の後方突出量、ｂ…光源の光軸、ｃ…導光部の導光距離、ｄ…出射部の焦点、ｅ…入射部から出射部までの距離、ｆ…出射部の長さ、θ…内部反射面の傾き

Claims (6)

1. 光源の光を導いて所定の形状で発光させる導光体であって、
   前記光源の光が入射される入射部と、
   前記入射部よりも幅狭に形成される出射部と、
   前記入射部から入射された光を導いて前記出射部から出射させる導光部とを備え、
   前記入射部が、前記光源から入射される光を平行光化する双曲面形状の入射面を有し、
   前記導光部が、前記入射部から前記出射部に向かって、前記光源の光軸に対する傾きが連続的に小さくなり、前記入射部から入射された光を全反射で内部反射させる曲面形状の内部反射面を有することを特徴とする導光体。
2. 前記出射部が、前記導光部による集光領域に焦点を持つ楕円面形状の出射面を有することを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 前記入射部がリニアフレネルレンズ形状であり、前記出射部がライン形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
4. 前記入射部が一つの双曲面形状であり、前記出射部がスポット形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
5. 前記入射部の入射面と前記導光部の内部反射面との間に、平行な支持面を持つ支持部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の導光体。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記導光体を備えることを特徴とする車両用灯具。

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